JP6130531B1 - 機械的変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】ギヤ、駆動シャフト、自由ホイール及びフライホイールのシステムによって、不規則な双方向円運動を、連続かつ一貫した一方向円運動に機械変換する。【解決手段】入力シャフト２からの時計回り及び反時計回り双方の円運動を、入力シャフトの回転に応じて２つの平行な遷移駆動シャフトに交互運動を伝達する入力シャフトに固定接続された一対の自由ホイールを使用することにより、出力シャフト５の連続回転に変換することによって作動する。【選択図】図１

Description

本発明は機械的変換器に関する。詳しくは、入力を必要とする様々な装置を駆動する有効な機械エネルギー源を与えるための、不規則かつ変動的な双方向円運動の、連続的かつ一貫した一方向運動への機械変換に関する。

往復運動から連続運動への機械変換は、多様なアプリケーションにおいて周知かつ広く議論されている。市場には、ピストン、プランジャ、フロート等のような往復運動部品に基づく機械により生成された動力を、中心軸まわりの連続回転運動に変換することができる多数のシステムが存在する。最も広く知られているシステムは、内燃機関等において広く使用されるロッド・クランク機構である。

しかしながら、かかるシステムは、多数の証明されたソリューションが市場に存在するにもかかわらず、製造が極めて複雑な場合が多く、特に、使用される材料の点で高価である。その結果、満足なコスト効率が得られていない。さらに、運動の程度、周期及び持続時間が不安定な場合も多い。このことは、変換プロセスにおける著しい非効率性及び不適切性、エネルギー損失、並びに不安定な回転速度をもたらし、これらが一緒になって高い運転コストが生じる。

本発明の主題は、ギヤ、駆動シャフト、自由ホイール及びフライホイールのシステムによって、不規則な双方向円運動を、連続かつ一貫した一方向円運動に機械変換する変換器である。本システムは、入力シャフトからの時計回り及び反時計回り双方の円運動を、当該入力シャフトの回転に応じて２つの平行な遷移駆動シャフトに交互運動を伝達する入力シャフトに固定接続された一対の自由ホイールを使用することにより、出力シャフトの連続回転に変換することによって作動する。各遷移駆動シャフトには複数の固定ギヤが嵌められる。第１の遷移駆動シャフトの第１の固定ギヤは、入力シャフトの一方の自由ホイールのギヤに接続される。第２の遷移駆動シャフトの第１の固定ギヤは、入力シャフトの他方の自由ホイールのギヤに接続される。第１の遷移駆動シャフトは、第２の遷移駆動シャフトの第２の固定ギヤとのインタフェイスをなし、第２の遷移駆動シャフトからの方向性の運動を反転させる。第１の遷移駆動シャフトの第２の固定ギヤは、出力シャフトとのインタフェイスをなす。これらのギヤ及びその接続ギヤのサイズは、エネルギーダイナモ（発電機）のような意図された出力装置の駆動に必要な回転数によって決定される。出力シャフトには、滑らかかつ連続した回転を確保するのに十分な質量のフライホイールが設けられる。本発明は、一貫した、一定の、かつ制御された回転速度を与える。

本発明の入力シャフトは、固定ギヤ及びラチェットギヤ、プーリ、ベルト、チェーン、歯付き棒、ロープ、及び他の技術的等価物のような適切な伝達コンポーネントを介し、ピストン、フロートのような入力源から得られる他の機械エネルギー源からの不規則かつ不安定な交互方向運動を伝達かつ変換するべく便宜に使用することができる。同様に、本発明の出力シャフトは、一定速度の回転軸運動を必要とする発電機、圧縮機、タービン、及び他の装置のような広範な装置に接続することができる。ここに記載の変換システムは、生産容易、頑丈、保守容易であり、変換プロセスにおけるエネルギー損失が最小限である。

変換器の、主要機能が特定されたブロック図を示す。 変換器の一実施形態を示すとともに、その構造、一般コンポーネント、及び機能的な接続を特定する。

図面を参照して本発明の実施形態の説明が与えられる。

図１を参照すると、コンポーネントが、システムの構成ブロックとして模式的に特定される。

ブロック１は、非対称性の回転運動のような一般の往復運動の源を表す。これは、不規則かつ不安定な制御されない機械エネルギーを入力シャフト２に与える。この入力シャフト２は、入来する時計回り及び反時計回りの運動を、プッシュプル変換ブロック３へと伝達する。プッシュプル変換ブロック３は、入来する時計回り及び反時計回りの運動を、一方向の回転運動に変換する。回転乗算器４が、入力シャフト２の回転数を、出力シャフト５に所望されるエンジン速度に調整する。フライホイール６が出力シャフト５に統合される。フライホイール６は、入力シャフト２に適用される時計回り及び反時計回りの運動の、速度及びトルクを含むパラメータの非対称性を緩和するのに十分な寸法及び質量を有する。一方向の連続回転運動を利用するべく、一般のユーザ装置７が出力シャフト５に接続される。

図２を参照すると、本発明におけるコンポーネントが記載される。

図２に示されるように、双方向の不規則かつ不安定な制御されない機械エネルギーを一方向の連続回転運動に変換することが、一連の軸受、複数組のシャフト、固定ギヤ、自由ホイール及び様々なコンポーネントを介して達成される。本発明におけるこれらのコンポーネント及び他のコンポーネントとの関係について、以下に詳細に説明する。

往復運動、すなわち不規則かつ不安定な制御されない機械エネルギーの源１が入力シャフト２に統合される。入力シャフト２は、当該機械エネルギー源により時計回り及び反時計回りに動く。入力シャフト２に取り付けられるのは、爪の付いた２つの内側自由ホイールギヤ８及び９である。これらはそれぞれ、２つの外側同心自由ホイールギヤ１０及び１１と対をなす。爪を伴う内側及び外側自由ホイールギヤの配列は一般に、自由ホイール又はラチェット機構と称される。その目的は、係合時に動力を一方向にのみ伝達する一方、非係合時には自由に回転することにある。２つの対８、１０、及び９、１１は、係合時に、入力シャフト２が時計回りとなるか又は反時計回りとなるかに応じて動力を交互に伝達する。

入力シャフト２が時計回り方向に回転すると、一対の内側及び外側自由ホイールギヤ８及び１０が形成する自由ホイールが作動し、その動力が、下側遷移シャフト１３に嵌められた下側遷移ギヤ１２へと伝達される。下側遷移シャフト１３は、下側大径遷移ギヤ１４とともに反時計回りに回転し、その動力を出力シャフト５へと伝達する。出力シャフト５は時計まわりに回転する。

同様に、入力シャフト２が反時計回りに回転すると、一対の内側及び外側自由ホイールギヤ９及び１１がその動力を上側遷移ギヤ１５へと伝達する。上側遷移ギヤ１５は、上側遷移シャフト１６及び上側大径遷移ギヤ１７とともに時計回りに回転する。その回転が、下側遷移シャフト１３に反時計回りの回転を与える。下側遷移シャフト１３を介して下側大径遷移ギヤ１４が動力を出力シャフト５に伝達し、出力シャフト５は再び時計回りに回転する。

下側大径遷移ギヤ１４のサイズ、並びにフライホイール６のサイズ及び質量は、ユーザ装置７が要求する速度及びトルクによって決定される。

入力シャフト２が反時計回り及び時計回りに回転している間、作動していない自由ホイールは、当該システムの動作を妨げることがない。対応する外側自由ホイールギヤ１０又は１１が、内側自由ホイールギヤ８又は９とは反対の方向に自由回転するからである。下側遷移シャフト１３及び上側遷移シャフト１６それぞれの自由運動中に当該シャフト及び関連するギヤによって生じる抵抗又は抗力は、下側遷移ギヤ１２及び上側遷移ギヤ１５の運動の半分に過ぎない。

変換器筐体３には機械油が充填され、支柱に接触するようになるシャフトすべてのための軸受が嵌められる。これにより、摩擦及び摩耗を低減して運転効率及び寿命を増加させることができる。なお、図２に示される変換器筐体３には、図１を参照して説明したプッシュプル変換ブロック３及び回転乗算器４を収容することができる。

フレーム１８は、フライホイール６及びユーザ装置７が取り付けられる頑丈な構造を与える。このフレーム１８には、出力シャフト５を支持する軸受が設けられる。

最後に、入力シャフト２に適用される時計回り及び反時計回り双方の運動が出力運動に貢献する。出力シャフト５を同じ方向に回転させる特性を有する変換プロセスの結果、回転するフライホイール６が連続的かつ滑らかに動くので、出力シャフト５が一方向の動力をユーザ装置７に与えることが可能となる。

本発明は、構成部品のサイズに一致し、かつ、適切な態様で可変であるが提案されるソリューションに対して一貫した目的及び範囲に適した装置又は材料を使用する技術的等価構成によって実現することができる。

提案されるソリューションは、スケールファクタ及び関与する動力範囲にかかわらず、適切な非対称性かつ可変の強度の交互運動から、連続かつ均一回転運動への動力変換システムに適用可能である。

図２に示される構成は、本発明の構成方法の単なる一例である。本発明の範囲内に含まれるコンポーネント及び構成の他のバリエーションは、支持壁のような支持構造体、軸受、ロッド、シャフト及びギヤのような入力動力源、当該コンポーネントの幾何学的形状、及び、動作原理に整合する回転方向を含むがこれらに限られない。

入力シャフト２を駆動するギヤ、ベルト、チェーン、歯付き棒、ロープ、及び他の技術的等価物のような伝達コンポーネントは、連続運動に変換可能な交互運動をするピストン、フロート及びプランジャのような他のコンポーネントとともに使用され得る。同様に、出力シャフト５は、連続軸回転機械エネルギーを必要とする発電機、圧縮機、タービン、及び他の装置のような様々なユーザ機器に連結することができる。

１ 往復運動源
２ 入力シャフト
３ プッシュプル変換ブロック又は変換器筐体
４ 回転乗算器
５ 出力シャフト
６ フライホイール
７ ユーザ装置
８，１０ 内側自由ホイールギヤ
９，１１ 外側自由ホイールギヤ
１２ 下側遷移ギヤ
１３ 下側遷移シャフト
１４ 下側大径遷移ギヤ
１５ 上側遷移ギヤ
１６ 上側遷移シャフト
１７ 上側大径遷移ギヤ
１８ フレーム

Claims (13)

1. 機械的な変換器であって、
   相反する２方向に回転する入力シャフトと、
   一方向に回転する出力シャフトと
   前記入力シャフトと前記出力シャフトとを機械的に連結する遷移機構と
   を含み、
   前記遷移機構は、
   前記入力シャフトに軸方向にずらして設けられた第１及び第２の自由ホイールと、
   それぞれが各自由ホイールに係合する遷移ギヤを有する第１及び第２の遷移シャフトと、
   前記第１の遷移シャフトと前記第２の遷移シャフトとの間に設けられた第１のギヤ機構と、
   前記第１の遷移シャフトと前記出力シャフトとの間に設けられた第２のギヤ機構と
   を含み、
   前記２方向の一方の回転が、前記入力シャフトから前記第１の遷移シャフトへ、及び前記第１の遷移シャフトから前記出力シャフトへと伝達され、
   前記２方向の他方の回転が、前記入力シャフトから前記第２の遷移シャフトへ、前記第２の遷移シャフトから前記第１の遷移シャフトへ、及び前記第１の遷移シャフトから前記出力シャフトへと伝達される変換器。
2. 各自由ホイールは、内側ホイールギヤと、前記内側ホイールギヤにラチェット機構を介して係合する外側ホイールギヤとを含む請求項１の変換器。
3. 前記２方向の回転運動のトルクが異なる請求項１又は２の変換器。
4. 前記出力シャフトは前記一方向に連続して回転する請求項１から３のいずれか一項の変換器。
5. 前記出力シャフトには、前記２方向の回転運動のトルクの差異を緩和する要素が設けられる請求項３の変換器。
6. 前記要素はフライホイールを含む請求項５の変換器。
7. 前記第２のギヤ機構に含まれるギヤの直径は前記遷移ギヤの直径よりも大きく構成される請求項１から６のいずれか一項の変換器。
8. 前記第１のギヤ機構に含まれるギヤの直径は前記第２のギヤ機構に含まれるギヤの直径よりも大きく構成される請求項７の変換器。
9. 入力シャフトの異なるトルクの２方向回転を、出力シャフトの一定トルクの連続一方向回転に変換するのに有用な、交互回転モードから連続回転モードへの機械的な変換器であって、
   相反する作動方向の２つの自由ホイールを支持する入力シャフトを含み、
   前記２つの自由ホイールに対応する２つの対応遷移ギヤが、前記入力シャフトの回転に応じて前記２つの対応遷移ギヤに対応する２つの遷移駆動シャフトに交互に回転を伝達し、
   前記２つの遷移駆動シャフトは、遷移ギヤを介して接続され、
   前記２つの遷移駆動シャフトの一方は、付加ギヤを介して出力シャフトに接続され、
   前記出力シャフトは常に同じ方向に回転する変換器。
10. 前記出力シャフトは、前記入力シャフトに適用される時計回り及び反時計回りのトルクの可能な非対称性を緩和するべく使用される回転フライホイールに接続され、
    前記入力シャフトに異なるトルクが適用されても、使用されるギヤの比に応じて、前記出力シャフトへの動力伝達が保証される、請求項９の変換器。
11. 前記付加ギヤは、前記出力シャフトに接続された出力駆動ギヤであり、
    前記出力駆動ギヤは、前記入力シャフトの回転数を、前記出力シャフトに接続されたユーザ装置に必要な回転数に適合させるべく作用する請求項９の変換器。
12. 前記２つの自由ホイールは、一方が前記入力シャフトの回転に応じて作動する一方、作動していない他方の自由ホイールは前記入力シャフトに対して自由回転する請求項９の変換器。
13. 前記２つの自由ホイールのうち作動していない一方の自由ホイールは、前記回転フライホイールによって回転する請求項１０の変換器。

Images