JP6557027B2 - 回転動力増幅装置、回転式動力発生器及び発電機 - Google Patents
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Description
また、本発明の回転動力増幅装置は、前記主軸と異なる副軸にゼンマイバネを備えてもよい。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る回転動力増幅装置100を示す。
第1の実施形態に係る回転動力増幅装置100は、主軸103と、主軸103の回りを回転する主回転体(以下「ローター」とも記載)106、主軸103により軸支持され、主軸103の回りを回転可能な複数の分銅111、115と、主回転体106に設置され、主回転体106が回転する中心軸の回りを回転可能な磁石130と、回転体106が回転する中心軸と同心円状に配置される磁石ホルダー126と、磁石ホルダー126内に設置される磁石121、123とを備える。
磁石ホルダー126は、磁石130を両側からはさむ様に、主回転体106が回転する中心軸に対し、磁石130と同様に同心円状に配置され、フレーム101に固定される。
第1の実施形態に係る回転動力増幅装置100は、磁石130と、磁石121又は123の間で生じる斥力により反発力を発生する反発力発生機構118を備える。
第1の実施形態に係る回転動力増幅装置100は、分銅の落下モーメントと反発力発生機構118が発生する磁石の反発力を利用して回転動力を増幅する。
第1の実施形態に係る回転動力増幅装置について以下に更に記載する。
磁石130を保持するローター106は、主軸103に固定され、主軸103と共に回転する。ローター106に保持される磁石130には、例えば、永久磁石131が使用される。ローター106は、分銅アーム112,116の回転を妨げないように配置される。そして、磁石130が永久磁石131である場合には、永久磁石131は複数存在し、当該複数の永久磁石131は、主軸に対して同心円上に均等間隔で全体として扇状に配置される。永久磁石131の扇状配置角度(両端の永久磁石131の各中心と中心軸とがなす角度)は、各分銅アーム112,116の開き角度TH1と同一とすることが好ましい。磁石130を電磁石とすることも可能である。
図1並びに図2(a)〜(b)に示すように、磁石ホルダー126は、ローター106が回転するときに、ローターを両側から挟み込む位置に配置される。主軸103に対して、磁石ホルダー126を配置する位置は、分銅A111と分銅B115の各重力が、本実施形態の装置の回転方向と逆方向の回転モーメントを生じる位置とする。具体的には、磁石ホルダー126の位置は、図1において、時計の零時から8時までの位置に配置することが好ましい
磁石ホルダー126内に電磁石である磁石a121又は永久磁石である磁石b123を配置する。磁石a121又は磁石b123は、永久磁石であるローター内磁石130と同心円となるように扇状等間隔に配置する。この際に、磁石ホルダー126内の磁石a121又は磁石b123各々は、磁石ホルダー126内を磁石130が通過する際に、ローター内磁石130と同一極で対面するように配置される。
図2(b)に示すように、磁石ホルダー126内に永久磁石である磁石b123が設置される場合には、ローター106内の永久磁石が回転しながら接近した際に生じる反発を緩和するために、磁石ホルダー126間の距離が主軸103から離れるに従って狭くなるように、磁石ホルダー126が主軸103に対しハの字型に配置されるのが好ましい。磁石ホルダー126が主軸103にハの字型に配置される場合にも、磁石b123と磁石ホルダー126内の永久磁石の対向する面は、平行に配置されるのが好ましい。
分銅A111と分銅B115に共に回転方向に重力が印加され、回転方向に回転モーメントが生じる位置では、分銅A111と分銅B115に印加される重力により回転運動が加速される。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る回転動力増幅装置200を示す。
第2の実施形態に係る回転動力増幅装置200は、主軸203と、主軸203の回りを回転する回転対象である主回転体206と、主軸203により軸支持され、主回転体206の一部を構成し、該主軸203の回りを回転可能な分銅211と分銅アーム212と、該分銅211と分銅アーム212と同様に軸支持された歯車a221と、該中心軸203上に回転自在に取り付けられた歯車b222と、歯車b222に取り付けられた巻きバネ状のバネ231と、バネ231が巻き絞られるよう歯車b222を固定し、かつバネ231が開放されるように歯車b222を開放するカム機構250と、バネ231が巻かれ戻ろうとする回転力を受ける歯車a’223と歯車b’224を特定の配置で備える。
すなわち、第2の実施形態に係る回転動力増幅装置は、巻かれた後に戻ろうとするバネ231により反発力を発生する反発力発生機構230を備える。
第2の実施形態に係る回転動力増幅装置は、分銅の落下モーメントと、反発力発生機構230により発生するバネの反発力を利用して回転動力を増幅する。
第2の実施形態に係る回転動力増幅装置について以下に更に記載する。
図4を参照して、バネ231を示すと、バネ231は、渦巻き部の中心が主軸203と一致するように歯車b222に設けられる。
図7は、本発明の第3の実施形態に係る回転動力増幅装置300を示す。
第3の実施形態に係る回転動力増幅装置300は、主軸303の回りを回転する回転対象である回転体に固定されるギアケース323と、主軸に固定され主軸の回りを回転するギアケース323の中に設けられる1個のギアと、ギアケース323の中に設けられ、主軸303と異なる衛星ギア軸の回りを回転する衛星ギア328と、衛星ギア軸の回りを回転する分銅311とを備える。
第3の実施形態に係る回転動力増幅装置は、分銅の落下回転モーメントとギアの組み合わせを利用して、回転力を発生する有利な位置で分銅を回転することにより回転を続ける。
固定ギア324と衛星ギア328のピッチ円直径及びモジュールは同一である。また、固定ギア324と衛星ギア328の歯厚も同一であることが好ましい。アイドラー325は、モジュールが他のギアと一致する。
図9(a)は、第3の実施形態に係る回転動力増幅装置の分銅311と分銅アーム312の回転動作の1周期の各位置を示す。
衛星ギア328は、衛星ギア軸341に固定され、この衛星ギア軸341を中心軸として回転する。そして、衛星ギア328を固定する衛星ギア軸341に、分銅アーム312が固定され、衛星ギア軸341を分銅アーム312の回転の中心軸として分銅アーム312と分銅アーム312の先端に取り付けられた分銅311を回転する。
上記したように、衛星ギア軸341に対する分銅アーム312の長手方向の水平面に対する取り付け角度は、ギアケース323がどの回転位置にあっても不変であり、衛星ギア軸341に対する分銅アーム312の長手方向の水平面に対して初期設定された取り付け角度は保存される。
このように、分銅アーム312の長手方向の水平面に対する角度は保存されるので、主軸303を基準として、分銅311及び分銅アーム312の回転モーメントは、回転方向に対し、零又は正の値となる。
図9(b)は、分銅311がギアケース323の回転方向に対して、最も大きな回転モーメントを生む位置を示す。
また、図9(c)は、分銅311がギアケース323の回転方向に対して、最も小さな回転モーメントを生む位置を示す。最も小さな回転モーメントを生む位置においても、回転方向に対して、回転モーメントの値は負とならない。したがって、本実施形態に係る回転動力増幅装置において、主軸303に対して、分銅311が回転方向と逆方向の回転モーメントを生じることはない。
上述のように、分銅重心軌跡353のそれぞれの位置で、分銅311は、主軸芯(主軸303)から見て回転方向に対して回転モーメントが零又は正となる位置にある。これにより、ギアケース323と駆動ギア321は優れた回転効率を得ることができる。
図10(a)〜(b)は、本発明の第4の実施形態に係る回転動力増幅装置400を示す。
第4の実施形態に係る回転動力増幅装置400は、回転対象である回転体の中心軸403の位置にて軸支持された円盤状ローター406と、円盤状ローター406に固定され、重り玉415を収納する重り玉移動箱411と、重り玉移動箱411の内部に設けられた仕切りバネ412とを備える。
第4の実施形態に係る回転動力増幅装置400は、内部に仕切りバネ412を備える重り玉移動箱411の中に重り玉415を格納し、重り玉415の重力と遠心力を利用することにより回転動力を増幅することが可能である。
図11(a)に示すように、円盤状ローター406が回転方向に回転するときに、重り玉移動箱411の中の重り玉415は、円盤状ローター中心鉛直線421の図面右側では、図11(a)の位置Aで、重力及び遠心力により重り玉移動箱411の壁面に押し付けられる。そして、円盤状ローター406が更に回転して、重り玉415が、円盤状ローター中心鉛直線421の図面左側に入ると、重り玉は、図11(a)の位置Bで、仕切りバネ412にかき上げられた後に重り玉移動箱411の壁面下方に落としこまれる。次に、重り玉415は、図11(a)の位置Cで、重力と慣性力により重り玉移動箱411の壁面に沿って移動しながら円盤状ローター406と共に回転する。
図11(c)の重り玉415の軌跡が示すように、重り玉415の主軸403に及ぼす回転モーメントは、円盤状ローター中心鉛直線421の図面右側の方が、図面で左側より大きい。これにより、第4の実施形態に係る回転動力増幅装置においては、重り玉415の重力が有効に働く回転数を適宜選択することにより、円盤状ローター406の回転効率を高め、円盤状ローター406の回転動力を大幅に増幅することが可能になる。
図12(a)〜(b)は、本発明の第5の実施形態に係る回転動力増幅装置500を示す。
第5の実施形態に係る回転動力増幅装置500は、回転対象である回転体の中心軸503の位置にて軸支持された円盤状ローター506と、円盤状ローター506に固定され、重り玉を515収納する重り玉揺動箱511を備え、重り玉揺動箱511は、内部に重り玉受け部514とを備える。
第5の実施形態に係る回転動力増幅装置500は、重り玉揺動箱511の内部に形成される弓形状の弦、弧、弦と弧の交わる交点近傍の凹部の形状の中に重り玉515を格納し、重り玉515の重力と遠心力を利用することにより回転動力を増幅することが可能である。
図13に示すように、本実施形態の回転動力増幅装置の重り玉揺動箱511は、弓形状の弦と弧の交わる交点、すなわち、重り玉揺動箱511の内周部512と外縁部513の交点の一方の近傍に凹部を備える。この凹部は、重り玉を一時的に保持する重り玉受け部514である。
図14(a)〜(c)に示すように、円盤状ローター506が回転方向に回転する。この際、図14(b)に示すように、玉揺動箱511の中の重り玉515は、円盤状ローター中心鉛直線521の図面右側では、重力及び遠心力により玉揺動箱511の外縁部513の弧状壁面に押し付けられる。そして、円盤状ローター506が更に回転して、重り玉515が、円盤状ローター中心鉛直線521の図面左側に入ると、図14(c)に示すように、重り玉515は、玉揺動箱511の重り玉受け部514にかき上げられ、ローター506と共に回転する。このように、第5の実施形態の回転動力増幅装置において、重り玉515は、図14(d)に示す重り玉の軌跡により移動する。
図15(a)は、本発明の第6の実施形態に係る回転動力増幅装置600を上面から見た図を示し、図15(b)は、第6の実施形態に係る回転動力増幅装置600を正面から見た図を示す。
第6の実施形態に係る回転動力増幅装置600は、回転対象である中心軸603と、該中心軸603に軸支され、回転可能な分銅611と、分銅611と同様に中心軸603に軸支される主軸ギア607と、副軸625に軸支され、主軸ギア607と噛み合って副軸625の回転力を伝達する副軸ギア626と、副軸625に軸支され副軸625の回りを自在に回転するバネケース631並びにバネケースギア632と、副軸625及びバネケースギア632に固定されるゼンマイバネ634とを備える。バネケース631は、駆動モータ651により、駆動伝達ギア628及び調速ギア629を介して断続的に回転する。
第6の実施形態に係る回転動力増幅装置600は、分銅611の落下力及び回転力によりゼンマイバネ634が巻き絞られ、バネ634が戻ろうとする回転力を分銅611の上昇力とする構成を用いて、回転動力を増幅し、連続的に電力を発電しつつ、回転により得られる電力の発電効率を向上させる。
第6の実施形態に係る回転動力増幅装置について以下に更に記載する。
図17(a)に示す、バネケースギア632が分銅611と同期して回転する状態は、図18に示すモータと分銅の動きの等速域653を示す。図17(b)に示す、バネケース停止状態は、図18に示すモータと分銅の回転停止・通電極小状態655を示す。
本発明の実施形態に係る回転動力増幅装置の構成を具備することにより、主回転体から回転式動力を取り出すことが可能な回転式動力発生器を得ることができる。
本発明の実施形態に係る回転動力増幅装置の構成を具備することにより、主回転体から出力を取り出して発電することにより発電機を得ることができる。
101 筐体(フレーム)
103 主軸
104 軸受
106 主回転体(ローター)
111 分銅A
112 分銅アーム
115 分銅B
116 分銅アーム
118 反発力発生機構
121 磁石a
123 磁石b
126 磁石ホルダー
127 磁石ホルダーブラケット
130 主回転体(ローター)に備える磁石
131 永久磁石
TH1 分銅アーム相互間の設置角度
200 回転動力増幅装置
201 筐体(フレーム)
203 主軸
204 軸受
206 主回転体
211 分銅
212 分銅アーム
221 歯車a
222 歯車b
223 歯車a’
224 歯車b’
230 反発力発生機構
231 バネ
241 主軸ピン
242 歯車bピン
250 カム機構
251 カム
252 カムピン
253 カムロッド
254 カムロッド受け穴
256 スラストベアリング
257 ラジアルスラストベアリング
261 副軸
262 副軸ピン
263 副軸ピンガイド
300 回転動力増幅装置
301 筐体(フレーム)
303 主軸
306 主回転体(ローター)
311 分銅
312 分銅アーム
321 駆動ギア
323 ギアケース
324 固定ギア
325 アイドラー
326 アイドラー軸
328 衛星ギア
331 ベアリング
332 主軸固定金具
341 衛星ギア軸
351 主軸中心鉛直線
352 衛星ギア中心軌跡
353 分銅重心軌跡
400 回転動力増幅装置
401 筐体(フレーム)
403 主軸
404 軸受
406 円盤状ローター
411 重り玉移動箱
412 仕切りバネ
415 重り玉
421 円盤状ローター中心鉛直線
422 円盤状ローター外縁(真円)
500 回転動力増幅装置
501 筐体(フレーム)
503 主軸
504 軸受
506 円盤状ローター
511 重り玉揺動箱
512 重り玉揺動箱内周部
513 重り玉揺動箱外縁部
514 重り玉受け部
515 重り玉
521 円盤状ローター中心鉛直線
522 円盤状ローター外周円(真円)
600 回転動力増幅装置
601 筐体(フレーム)
603 主軸
607 主軸ギア
611 分銅
612 分銅アーム
621 軸受a
622 軸受b
623 ベアリング
625 副軸
626 副軸ギア
628 駆動伝達ギア
629 調速ギア
631 バネケース
632 バネケースギア
633 バネケースカバー
634 ゼンマイバネ
641 主軸ギア基準ピッチ円
642 副軸ギア基準ピッチ円
643 バネケースギア基準ピッチ円
644 駆動伝達ギア基準ピッチ円
645 調速ギア基準ピッチ円
651 駆動モータ
652 加速域
653 等速域
654 減速域
655 回転停止・通電極小
656 分銅とバネケースギアが共に回転
657 分銅のみ回転
661 モータ制御ボックス
663 回転センサー
Claims (10)
- 中心軸が水平に設置される主軸と、
前記主軸により支持され、前記主軸の前記中心軸の回りを回転可能な主回転体と、
前記中心軸の回りに設置され、前記中心軸の回りで変位可能な反発力発生部材を有し、前記主回転体の回転により前記反発力発生部材を変位して反発力を発生し、前記主回転体を回転する反発力発生機構と、を備え、
前記反発力発生機構が、渦巻き部の中心が前記主軸の前記中心軸と一致して配置される前記反発力発生部材としての渦巻きバネと、カム機構とを備え、前記主回転体の回転により前記渦巻きバネを巻き絞り又は開放することで前記渦巻きバネを変位させ、変位させた渦巻きバネにより反発力を発生する
ことを特徴とする回転動力増幅装置。 - 前記主回転体が、前記中心軸の回りを回転可能な少なくとも1個の分銅を備えることを特徴とする請求項1に記載の回転動力増幅装置。
- 前記カム機構が、歯車、カム、及びカムロッドを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の回転動力増幅装置。
- 前記主軸の前記中心軸を中心として回転する駆動ギアと、
前記主軸に固定される固定ギアと、
前記主軸の前記中心軸と異なる中心軸の回りを回転する衛星ギアと、
前記衛星ギアの中心軸に支持される分銅アームに支持され、前記衛星ギアの中心軸の回りを回転する分銅と、
前記駆動ギアと一体に固定され、前記固定ギアと前記衛星ギアを格納するギアケースとを備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転動力増幅装置。 - 前記固定ギアと前記衛星ギアの歯の構造が同一で、
前記ギアケースがどの位置にあっても、前記衛星ギアの中心軸に対する分銅アームの取り付け角度が不変であることを特徴とする請求項4に記載の回転動力増幅装置。 - 前記主回転体が、内部に仕切りバネを備え、重り玉を格納する楕円形状の玉移動箱を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転動力増幅装置。
- 前記主回転体が、重り玉を格納する弓状形状の玉揺動箱を有し、弓状形状の内部に設けられた凹部に重り玉を一時的に保持することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の回転動力増幅装置。
- 前記主軸と異なる副軸にゼンマイバネを備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の回転動力増幅装置。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の回転動力増幅装置と、前記主回転体に連結され、前記主回転体の回転に伴い回転動力を出力する回転動力出力装置とを備えることを特徴とする回転式動力発生器。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の回転動力増幅装置と、前記主回転体に連結され、前記主回転体の回転に伴い電力を発生させる発電装置とを備えることを特徴とする発電機。
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