JP6815657B2 - 振子運動を一方向回転運動に変換する装置 - Google Patents

Description

本発明は、往復運動を一方向回転運動に変換する装置に関するもので、より詳しくは、振子運動を一方向回転運動に変換する装置に関するものである。

通常、往復運動を一方向回転運動に変換する装置としててこクランク機構を利用した変換装置がある。

このようなてこクランク機構を利用した変換装置は特許文献１に開示されている。

このようなてこクランク機構を利用した変換装置は一方向クラッチの機能を利用して往復運動を一方向の回転運動に変えることができるが、往復運動の一方向から他方向に方向転換される時、そして他方向から一方向に方向転換される時、角速度が遅くなって、入力された動力より小さい動力で回転部に出力として伝達されるという問題点がある。

また、前記開示された変換装置は、入力リンク、カプラーリンク及び出力リンクがリンク結合されていて、変換装置の部品数が増大され、装置の肥大化をもたらすという問題点がある。

韓国特許出願公開第１０−２０１０−００３４０６６号公報

本発明は前述した問題点を解決することを課題とする。

本発明は、振子運動する旋回体をトラック形状の二重ラックで構成し、出力軸に固定的に外接したピニオンを前記二重ラックに挿入して前記二重ラックの内歯ギアと外歯ギアに噛み合わせ、前記内歯ギアを時計回り方向のみで前記ピニオンと噛み合う一方向噛合ギアとし、前記外歯ギアを反時計回り方向のみで前記ピニオンと噛み合う一方向噛合ギアとすることにより前記課題を解決することができる。

本発明は、前述したような課題解決手段によって、振子運動の方向転換時に角速度の遅延がなく、一つのピニオンと一つの二重ラックのみを利用して振子運動を一方向回転運動に変換することが可能で、従来より少ない部品数を有すると同時に従来より小型の変換装置を提供することができる。

本発明による実施例の変換装置を示した概念図である。 図１の変換装置が波力発電装置に適用された例を示した図面である。 図２の波力発電装置で変換装置が複数備えられたことを示した平面図である。 図１の二重ラックとピニオンの噛合状態を示した図面である。 図４の噛合状態の変更実施例を示した図面である。 図５の斜視図である。

本発明は、ベースに両端が固定的に内接する支持軸と、前記支持軸に回転可能に外接し、環状孔が形成されるように円弧のトラック形状を有する二重ラックと、前記二重ラックの環状孔を貫通し前記ベースに回転可能に内接した出力軸と、前記出力軸に固定的に外接して前記二重ラックと噛み合うピニオンと、前記二重ラックに固定的に装着されて前記支持軸の軸周り方向で外力を受ける外力作用部とを含み、前記二重ラックの環状孔の外輪の内周面には一方向（時計回り方向）のみで前記ピニオンと噛み合う一方向噛合ギアとして外側ラックが備えられ、そして前記二重ラックの環状孔の内輪の外周面には他方向（反時計回り方向）のみで前記ピニオンと噛み合う他方向噛合ギアとして内側ラックが備えられる。

以下、本発明による実施例の振子運動を一方向回転運動に変換する装置について図１〜図６を参照して詳しく説明する。

図１には本発明による実施例の振子運動を一方向回転運動に変換する変換装置が符号１００で表示されている。

前記変換装置１００はベース１に両端が固定的に内接する支持軸２と、この支持軸２にベアリングを介して回転可能に外接し、環状孔３１が形成されるように円弧のトラック形状を有する二重ラック３０と、この二重ラック３０の環状孔３１をに貫通した状態でベース１に回転可能に内接した出力軸４０と、この出力軸４０に固定的に外接して二重ラック３０と噛み合うピニオン５０と、二重ラック３０に固定的に装着されて支持軸２の軸周り方向で外力を受ける外力作用部２０と、を含んでいる。

二重ラック３０の環状孔３１の外輪の内周面には一方向（時計回り方向）のみでピニオン５０と噛み合う一方向噛合ギアとして外側ラック３３が備えられ、そして二重ラック３０の環状孔３１の内輪の外周面には他方向（反時計回り方向）のみピニオン５０と噛み合う他方向噛合ギアとして内側ラック３５が備えられる。

外側ラック３３を一方向噛合ギアで構成し、内側ラック３５を他方向噛合ギアで構成する方法は一例であって、次のように実施されることができる。

図１及び図４に示すように、外側ラック３３は、この外側ラック３３の内周面に備えられた複数の歯１２の基端を、支持軸２の軸線方向と平行な方向に延長して外側ラック３３の内周面部位に差し込まれたピン１１に、当該ピン１１を中心に回転可能に外接させている。そして、複数の歯１２の先端を時計回り方向でピニオン５０の歯と噛み合うことができるラチェット形状を有するようにしながら伸びるようにしている。そして、複数の歯１２の基端付近の外側ラック３３の内周面部位に複数の歯１２がこれ以上反時計回り方向に回転することを防止するストッパー１３を形成している。そして、複数の歯１２の内面部位の中間位置と対向する外側ラック３３の内周面に複数のシート溝１４を形成している。そして、これら複数のシート溝１４にそれぞれスプリング１５の一端を挿入した状態でスプリング１５の他端が対向している歯１２に接触するようにしている。そして、歯１２の外面部位で加圧されると、外側ラック３３の内周面側に歯１２が旋回して、対向しているピニオン５０の歯と噛み合わないようにしている。さらに、歯１２の外面部位で加圧されないと、スプリング１５の弾性力によって原位置に歯１２が復帰して、対向するピニオン５０の歯と噛み合うことができる姿勢を有するように構成することができる。

また、内側ラック３５は、この内側ラック３５の外内周面に備えられた複数の歯１２’’の基端を、支持軸２の軸線方向と平行な方向に延長して内側ラック３５の外周面部位に差し込まれたピン１１’に、当該ピン１１’を中心に回転可能に外接させている。そして、複数の歯１２’の先端を反時計回り方向でピニオン５０の歯と噛み合うことができるラチェット形状を有するようにしながら伸びるようにしている。そして、複数の歯１２’の基端付近の内側ラック３３の外周面部位に、複数の歯１２’がこれ以上時計回り方向に回転することを防止するストッパー１３’を形成している。そして、複数の歯１２’の内面部位の中間位置と対向する内側ラック３３の外周面に複数のシート溝１４’を形成している。そして、これら複数のシート溝１４’にそれぞれスプリング１５’の一端を挿入した状態でスプリング１５’の他端が、対向している歯１２’に接触するようにしている。そして、歯１２’の外面部位で加圧されると、内側ラック３５の外周面側に歯１２’が旋回して、対向しているピニオン５０の歯と噛み合わないようにしている。さらに、歯１２’の外面部位で加圧されないと、スプリング１５’の弾性力によって原位置に歯１２’が復帰して、対向するピニオン５０の歯と噛み合うことができる姿勢を有するように構成することができる。

前記実施例の変換装置１００は、ベース１に支持軸２が固定的に内接し、かつ、支持軸２の部位にベアリングを介して二重ラック３０が回転可能に外接したことで説明されているが、本発明はこれに限定されず、ベース１に支持軸２がベアリングを介して回転可能に内接し、かつ、支持軸２の部位に二重ラック３０が固定的に外接することもできる。

また、前記実施例の変換装置１００で二重ラック３０の外側ラック３３が一方向（時計回り方向）のみでピニオン５０と噛み合う一方向噛合ギアになり、そして二重ラック３０の内側ラック３５が他方向（反時計回り方向）のみピニオン５０と噛み合う他方向噛合ギアになっていることになっているが、本発明はこれに限定されない。図５及び図６に示すように、二重ラック３０を、外側ラック３３と内側ラック３５が両方向に噛み合うことができる通常のラックで構成し、ピニオン５０が一方向で回転する時のみ外側ラック３３及び内側ラック３５と噛み合うことができる一方向噛合ギアになることもできる。

前記のように構成された変換装置１００は次のように作動することができる。

まず、外力作用部２０に時計回り方向外力が作用すると、支持軸２を中心に外力作用部２０と二重ラック３０が共に時計回り方向に旋回するようになる。そして、二重ラック３０が時計回り方向に旋回すると、外側ラック３３とピニオン５０が動力を伝達することができる噛合状態になり、内側ラック３５とピニオン５０が動力を伝達することができない非噛合状態になる。そして、外側ラック３３のみがピニオン５０に駆動力を伝達してピニオン５０が時計回り方向に回転するようになって、その結果、出力軸４０が時計回り方向に回転するようになる。

そして、外力作用部２０に反時計回り方向外力が作用すると、支持軸２を中心に外力作用部２０と二重ラック３０が共に反時計回り方向に旋回するようになる。そして、二重ラック３０が反時計回り方向に旋回すると、外側ラック３３とピニオン５０が動力を伝達することができない非噛合状態になり、内側ラック３５とピニオン５０が動力を伝達することができる噛合状態になる。そして、内側ラック３５のみがピニオン５０に駆動力を伝達してピニオン５０が時計回り方向に回転するようになって、その結果、出力軸４０が時計回り方向に回転するようになる。

従って、変換装置１００は、二重ラック３０の環状孔３１が円弧のトラック形状になっていて、外力作用部２０に時計回り方向外力と反時計回り方向外力が３６０度未満の軌跡で振子運動するように周期的に作用すると、出力軸４０を時計回り方向に駆動することができる。そして、図示しない海洋構造物に前記ベース１０を固定した状態で、波力が作用する海水面に変換装置１００の外力作用部２０を配置させ、出力軸４０を、海洋構造物に設けた発電部に接続すれば、波力の上下運動によって時計回り方向と反時計回り方向に外力作用部２０が振子運動するようになって波力発電装置に効率的に利用することができる。

また、前記実施例の変換装置１００のベース１が海洋構造物に固定され、二重ラック３０が波によって振子運動する状態で前記変換装置１００が波力発電装置に適用される例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、変更実施例として、図２及び図３に示したように、ベース１が振子運動する状態で前記変換装置が波力発電装置に適用されることもできる。

これを具体的に説明すれば次の通りである。

図１に示した変換装置１００におけるベース１を、図２に示したように、海水面に浮かんでいる円筒状または球状のハウジング１’で取り替え；図１に示した変換装置１００における外力作用部２０を、図２に示したように、ハウジング１’の両側部に基端が固定され、先端が海水面に浮かぶように水平に提供された一対の浮力体２０’で取り替え；二重ラック３０をハウジング１’、浮力体２０’及びピニオン５０より重い重量体として変換装置１００’を構成しても良い。

このとき、ハウジング１’が海水面に浮かんでいる状態で波によって浮力体２０’が上下に振子運動する場合、ハウジング１’、支持軸２、出力軸４０及びピニオン５０が一緒に振子運動するようになるが、二重ラック３０は重量体であるため旋回運動しない。さらに、ピニオン５０と二重ラック３０との間には相対運動が発生してピニオン５０は時計回り方向に自転して出力軸４０に接続された発電部を駆動させることができる。

また、変換装置１００’が適用された波力発電装置は、図３に示したように、発電部８０に結合された出力軸４０に固定的に外接したピニオン５０と、支持軸２に外接した二重ラック３０と、を内蔵しているハウジング１’を複数にして、支持軸２の長さ方向に離隔させた状態でハウジング１’が個別に振子運動可能なように、リング７０によって複数のハウジング１’を連結させることもできる。

また、変換装置１００’は、一対の浮力体２０’の中の何れか一つに基端が固定されて、先端が垂直方向に延伸して水平に提供された少なくとも一つの方向板６０を含んでいる。そして、一対の浮力体２０’が水平に提供された方向が波流の方向と平行ではない場合に方向板６０に前記波流が当たって、一対の浮力体２０’が水平に提供される方向を前記波流の方向と平行な方向に向けるようにしてハウジング１’の振子運動を容易にする。

前記のように構成された変換装置は、振子運動の方向転換時に角速度が遅延することなく、一つのピニオンと一つの二重ラックのみを利用して振子運動を一方向回転運動に変化することが可能で、従来より少ない部品数を有すると同時に従来より小型にすることができる。

Claims (6)

1. ベース（１）に両端が固定的に内接する支持軸（２）と、
   前記支持軸（２）に回転可能に外接し、環状孔（３１）が形成されるように円弧のトラック形状を有する二重ラック（３０）と、
   前記二重ラック（３０）の環状孔（３１）を貫通し前記ベース（１）に回転可能に内接した出力軸（４０）と、
   前記出力軸（４０）に固定的に外接して前記二重ラック（３０）と噛み合うピニオン（５０）と、
   前記二重ラック（３０）に固定的に装着されて前記支持軸（２）の軸周り方向で外力を受ける外力作用部（２０）と、を含み、
   前記二重ラック（３０）の環状孔（３１）の外輪の内周面には一方向（時計回り方向）のみで前記ピニオン（５０）と噛み合う一方向噛合ギアとして外側ラック（３３）が備えられ、かつ、前記二重ラック（３０）の環状孔（３１）の内輪の外周面には他方向（反時計回り方向）のみで前記ピニオン（５０）と噛み合う他方向噛合ギアとして内側ラック（３５）が備えられることを特徴とする振子運動を一方向回転運動に変換する装置。
2. ベース（１）に両端が回転可能に内接する支持軸（２）と、
   前記支持軸（２）に固定的に外接し、環状孔（３１）が形成されるように円弧のトラック形状を有する二重ラック（３０）と、
   前記二重ラック（３０）の環状孔（３１）を貫通し前記ベース（１）に回転可能に内接した出力軸（４０）と、
   前記出力軸（４０）に固定的に外接して前記二重ラック（３０）と噛み合うピニオン（５０）と、
   前記二重ラック（３０）に固定的に装着されて前記支持軸（２）の軸周り方向で外力を受ける外力作用部（２０）と、を含み、
   前記二重ラック（３０）の環状孔（３１）の外輪の内周面には一方向（時計回り方向）のみで前記ピニオン（５０）と噛み合う一方向噛合ギアとして外側ラック（３３）が備えられ、かつ、前記二重ラック（３０）の環状孔（３１）の内輪の外周面には他方向（反時計回り方向）のみで前記ピニオン（５０）と噛み合う他方向噛合ギアとして内側ラック（３５）が備えられることを特徴とする振子運動を一方向回転運動に変換する装置。
3. 波力発電装置に運動変換装置として適用される請求項１または請求項２に記載の振子運動を一方向回転運動に変換する装置において、
   海洋構造物に前記ベース（１）が固定された状態で波力が作用する海水面に前記外力作用部（２０）が配置され、
   前記出力軸（４０）が発電部に接続されていることを特徴とする振子運動を一方向回転運動に変換する装置。
4. 波力発電装置に運動変換装置として適用される振子運動を一方向回転運動に変換する装置において、
   海水面に浮かんでいる円筒状または球状のハウジング（１`）に両端が固定的に内接した支持軸（２）と、
   前記支持軸（２）に回転可能に外接し、環状孔（３１）が形成されるように円弧のトラック形状を有する二重ラック（３０）と、
   前記二重ラック（３０）の環状孔（３１）を貫通し前記ハウジング（１`）に回転可能に内接した出力軸（４０）と、
   前記出力軸（４０）に固定的に外接して前記二重ラック（３０）と噛み合うピニオン（５０）と、
   前記ハウジング（１`）の両側部に基端が固定され、先端が海水面に浮かぶように水平に提供された一対の浮力体（２０`）と、を含み、
   前記二重ラック（３０）は、前記ハウジング（１`）、前記浮力体（２０`）及び前記ピニオン（５０）より重い重量体であり、
   前記二重ラック（３０）は、前記環状孔（３１）の外輪の内周面には一方向（時計回り方向）のみで前記ピニオン（５０）と噛み合う一方向噛合ギアとして外側ラック（３３）が備えられ、かつ、前記二重ラック（３０）の環状孔（３１）の内輪の外周面には他方向（反時計回り方向）のみで前記ピニオン（５０）と噛み合う他方向噛合ギアとして内側ラック（３５）が備えられているか、
   または、前記二重ラック（３０）は、前記ピニオン（５０）が一方向で回転する時のみ前記外側ラック（３３）と前記内側ラック（３５）とが噛み合うことができる一方向噛合ギアになることを特徴とする両方向回転運動を一方向回転運動に変換する装置。
5. 波力発電装置に運動変換装置として適用される振子運動を一方向回転運動に変換する装置において、
   海水面に浮かんでいる円筒状または球状のハウジング（１`）に両端が回転可能に内接した支持軸（２）と、
   前記支持軸（２）に固定的に外接し、環状孔（３１）が形成されるように円弧のトラック形状を有する二重ラック（３０）と、
   前記二重ラック（３０）の環状孔（３１）を貫通し前記ハウジング（１`）に回転可能に内接した出力軸（４０）と、
   前記出力軸（４０）に固定的に外接して前記二重ラック（３０）と噛み合うピニオン（５０）と、
   前記ハウジング（１`）の両側部に基端が固定され、先端が海水面に浮かぶように水平に提供された一対の浮力体（２０`）と、を含み、
   前記二重ラック（３０）は、前記ハウジング（１`）、前記浮力体（２０`）及び前記ピニオン（５０）より重い重量体であり、
   前記二重ラック（３０）は、前記環状孔（３１）の外輪の内周面には一方向（時計回り方向）のみで前記ピニオン（５０）と噛み合う一方向噛合ギアとして外側ラック（３３）が備えられ、かつ、前記二重ラック（３０）の環状孔（３１）の内輪の外周面には他方向（反時計回り方向）のみで前記ピニオン（５０）と噛み合う他方向噛合ギアとして内側ラック（３５）が備えられているか、
   または、前記二重ラック（３０）は、前記ピニオン（５０）が一方向で回転する時のみ前記外側ラック（３３）と前記内側ラック（３５）とが噛み合うことができる一方向噛合ギアになることを特徴とする両方向回転運動を一方向回転運動に変換する装置。
6. 前記一対の浮力体（２０`）の中の何れか一つに基端が固定されて先端が垂直方向に延伸して水平に提供された少なくとも一つの方向板（６０）を含んでいることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の両方向回転運動を一方向回転運動に変換する装置。

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