JP7498295B2 - トルク増大装置 - Google Patents

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本出願は、２０２０年４月１４日出願のＴｏｒｑｕｅ ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅと題された米国特許出願第１６／８４７，７３９号に対する優先権を主張する。

本発明は、回転エネルギーを生成する機械装置の分野に関し、より詳細には、回転システムにおいて追加のトルクを生成する装置に関する。

回転機械エネルギーは、我々の世界に役立つ。液体のポンプから列車の移動まで、回転運動は重要である。

馬力は、機械の能力を論じる際に最もよく引き合いに出される測定基準であるが、機械がその作業を達成することを可能にするのはトルクである。回転するトルクがなければ、作業は達成できない。

必要とされるのは、回転システムのトルクを増大させ、したがって作業のための能力を増大させるためのシステムである。

トルク増大装置は、２つの主要な実施形態を有する。

第１の実施形態は、２つのロータであり、ロータは永久磁石のリングを含む。２つのロータは、互いに対して角度が付けられている。角度は、９０度未満、または垂直、および０度超、または平行である。

磁石は、２つのロータを互いに向かって引き付けるように配向される、なぜならば、これは反発する配向と比較して磁力のより効率的な使用であるからである。

磁石が互いに引き合うと、引力は２つのベクトルに分割される：２つの傾斜ロータを分割する仮想平面に垂直なベクトル、およびロータの面に平行なベクトル。この平行ベクトルによって、ロータの上部の磁石が互いに近づくように移動する際に回転が生じる。この平行ベクトルは、傾斜ロータ角の正弦の関数である。このベクトルによって生成されるトルクは、ロータの半径によって影響を受ける。

ロータの上半分の回転によって生成されるトルクは、下半分における磁石によって生成される反対の効果によって打ち消される－ロータの下半分における磁石もまた、間隙のより小さい端部に向かって回転しようとし、したがって、反対のトルクが生成される。

その結果、ロータは静止し、対向するトルクは運動を生じない。解決策は、ロータの上半分または下半分、あるいは上半分または下半分のセグメントのいずれかにおける磁石の引力を分断し、したがって、ロータを不均衡にして回転を生じさせることである。

第１の実施形態では、磁場は、ロータの底部半分の間で磁気吸引力を転換する鉄系磁束分流プレート、例えば鋼板によって底部半分において分断される。アルミニウムなどの非鉄系材料は、磁場を分断しない。したがって、非鉄系材料は、分流プレートとして使用することができない。

ロータの上半分と下半分との間で力が不均衡になると、回転が生じ、したがって、任意の関連する回転装置のトルク生成が増大される。

第１の実施形態は、既存のシステムのトルクを増大させるために使用することを意図する。したがって、電気モータなどのドライバ、およびポンプなどの負荷は、装置を通過する必要がない。

むしろ、装置は、ドライバおよび／または負荷と同じシャフトに接続され、既存のトルクを補う。装置の目的は、トランスミッションとして機能することではなく、むしろ独立したトルク源として機能することである。

しかしながら、機械的に所望の場合には、負荷を装置に通過させてもよい。

第１の実施形態は機械的に簡単であるが、互いに対して角度を有する２つのシャフトではなく、直線状シャフトが好ましい。

したがって、第２の実施形態は、単一の中央ロータを有する直線状シャフトを使用し、ロータの両側は磁石で覆われる。

隣接するロータの代わりに、磁石の第２の後半は、中央ロータの両側に１つずつある固定プレート上に配置される。固定プレートは、中心ロータに対してある角度に設定され、回転を引き起こす不均衡な力を生成する。

第１の実施形態における鉄板の代わりに、第２の実施形態では、固定プレートまたは静止プレート上の磁石を上半分と下半分に分割する。好ましい実施形態では、固定プレート上の磁石の上半分は、ロータの上半分の磁石を引き付けるように設定される。

固定プレートの磁石の下半分は、省略されてロータと固定プレートとの間に任意の引力が生じることが回避される、あるいは、反対極性に設定されて反発効果を生じ、ロータを押し離すことによってトルクを増大させる。

好ましい実施形態は説明されたとおりであるが、代替的な実施形態が予想される。

例えば、永久磁石が好ましいが、電磁石が代用可能である。

離散的な永久磁石が示されているが、円弧状の磁石を代用して、離散的な磁石が引き起こし得る「コギング」または段階的な回転効果ではなく、より滑らかな動作を作り出すことができる。

図面に示すように、磁石は、好ましくはハルバッハ配置で設置され、したがって磁束をロータおよびプレート面から遠ざけるように集束させる。

例えば、互いに積み重ねられると、典型的な磁石のハルバッハ配置は以下のとおりである：
・Ｎ－Ｓ磁石水平
・Ｎ－Ｓ磁石垂直
・Ｓ－Ｎ磁石水平

磁束は、所与の領域を通過する磁場の測定値である。磁束の測定および図示は、所与の領域にわたって存在する磁場を理解および測定するために使用される。磁束線は、磁場の可視化である。

本発明は、添付の図面と併せて考慮される場合、以下の詳細な説明を参照することによって、当業者によって最もよく理解され得る。

トルク増大装置の第１の実施形態の第１の等角図 トルク増大装置の第１の実施形態の第２の等角図 トルク増大装置の第１の実施形態の垂直断面概略図 トルク増大装置の第２の実施形態の等角図 トルク増大装置の第２の実施形態の側面図 トルク増大装置の第２の実施形態のロータの詳細図 トルク増大装置の第２の実施形態のロータの上面図 トルク増大装置の第３の実施形態の側面図 トルク増大装置の第４の実施形態の等角図

ここで、本発明の現在好ましい実施形態を詳細に参照し、その実施例を添付の図面に示す。以下の詳細な説明を通して、全ての図において同じ参照番号は同じ要素を指す。

図１を参照すると、トルク増大装置の第１の実施形態の第１の等角図が示されている。

トルク増大装置１は、主に、第１の回転可能なアセンブリ１０および第２の回転可能なアセンブリ２０から形成される。

第１の回転可能なアセンブリ１０は、第１のシャフト１２、第１のロータ１４、および多数の個別の磁石セット１８から形成される第１の磁石セット１６を含む。

第２の回転可能なアセンブリ２０は、第２のシャフト２２、第２のロータ２４、および多数の個別の磁石セット２８から形成される第２の磁石セット２６を含む。

第１のロータ１４の下半分と第２のロータ２４とを分離するのは、第１の磁石セット１６の下半分が第２の磁石セット２６の下半分と磁気的に相互作用するのを阻止するテーパ状の磁束分流プレート３０である。

第２のシャフト２２の端部にフライホイール３４が示されており、フライホイール３４は回転運動を円滑にするように作用する。

第１のシャフト１２および第２のシャフト２２は、それぞれベアリングブロック４０によって支持され、ベアリングブロック４０は取付プレート４２に固定される。

図２を参照すると、トルク増大装置の第１の実施形態の第２の等角図が示されている。

テーパ状の磁束分流プレート３０が、第１の磁石セット１６と第２の磁石セット２６との間に見える。テーパ状の磁束分流プレート３０の形状は、磁石セット１６／２６の下半分から生じる任意の磁場を完全に転換するために、それ自体と磁石セット１６／２６との間の距離を一定に維持する。

最小ロータ磁気ギャップ４４は、第１の回転可能なアセンブリ１０および第２の回転可能なアセンブリ２０の最も近い端部で見られ、最大ロータ磁気ギャップ４６は、アセンブリ１０／２０が最も離れた端部で見られる。

図３を参照すると、トルク増大装置の第１の実施形態の垂直断面概略図が示されている。

第１のロータ１４は、外側磁石２２０；内側磁石２２２；および中央磁石２２４から形成された個々の磁石セット１８を備えて示されている。

外側磁石２２０は、Ｓイン、Ｎアウトに、内側磁石２２２はその反対に、および中央磁石２２４はＳアップおよびＮダウンに配向される。このハルバッハ配置は、磁場を第２のロータ２４に向かって集束させ、これは、同様であるが反転した磁石セット２８を有する。

連続的な磁束線２３０は、２つの磁石セット１８／２８を接続し、磁石セット１８／２８は互いに引き合う。

対照的に、テーパ状の磁束分流プレート３０によって分離される磁石セット１８／２８は、相互作用することができない。テーパ状の磁束分流プレート３０は、磁束線を曲げ、分流磁束線２３２を生成し、したがって、磁石セット１８／２８の相互作用を回避し、不均衡な力を生成する。

磁石およびプレートギャップ４８、またはテーパ状の磁束分流プレート３０と関連する磁石セット１８／２８との間の空間にも留意することができる。

図４を参照すると、トルク増大装置の第２の実施形態の等角図が示されている。

第２の実施形態では、２つのロータは、外向き磁石を有し、両側に固定された磁石を有する、単一のロータに組み合わされる。

トルク増大装置１は、負荷を動かすためのシステムの一部として設置された状態で示されている。

電気モータとして示されるドライバ１１０は、カップリング１１２を介してシャフト１１４に接続され、シャフト１１４はプーリ１１８に接続され、ベルト１２０を介して第２のプーリ１１８に接続され、負荷１２２を動かす。

ドライバ１１０は、任意の回転エネルギー源である。例えば、電気モータ、ガソリンエンジン、風力タービン等である。

負荷１２２は、ポンプ、コンプレッサ、または入力が回転エネルギーである任意の他の負荷である。

シャフト１１４は、ベアリングブロック１１６によって支持されることが示されている。

トルク増大装置１の回転アセンブリ１３０は、２つの静止アセンブリ１５０の間に配置される。静止アセンブリ１５０を角度付けることによって、直線状シャフト１１４を維持しながら、不均衡な磁力が生成される。したがって、直線状シャフトの機械的単純性を生み出しながら、第１の実施形態の利点が維持される。

図５を参照すると、トルク増大装置の第２の実施形態の側面図が示されている。

トルク増大装置１は、ロータ１３２を有する回転アセンブリ１３０を含む。ロータ１３２は、第１の磁石セット１３６を有する第１の面１３４、および第２の磁石セット１４０を有する第２の面１３８を含む。

ロータ１３２の両側には、プレート１５２を有する静止アセンブリ１５０がある。プレート１５２は、その内面１５４上に、上部磁石セット１５６および下部磁石セット１５８を有する。この第２の実施形態では、上部磁石セット１５６はロータ上の磁石を引き付けるように設定され、下部磁石セット１５８は反発するように設定される。したがって、ロータ１３２は、回転方向２１８として図示されるように、図の上部に入り、底部から出るように回転する。

他の実施形態では、上部および下部磁石セット１５６／１５８の極性が交換されるか、または１つの磁石セットが完全に除去される。この後者のオプションは、以下でより十分に論じられる。

図６を参照すると、トルク増大装置の第２の実施形態のロータの詳細図が示されている。

回転アセンブリ１３０は、目に見える第２の面１３８および第２の磁石セット１４０を有するロータ１３２を含む。

第２の磁石セット１４０は、個々の磁石グループ２８を含み、各グループ２８は、外側磁石２２０および内側磁石２２２を含む。中央磁石２２４は、離散磁石であってもよいが、図では、ロータ１３２は鉄であり、中央磁石２２４として作用する。

静止アセンブリ１５０は、プレート１５２を有して示されており、内側面１５４は、上部磁石セット１５６および下部磁石セット１５８と共に見ることができる。

この実施形態は、シャフト１１４（図３参照）の周りからプレート１５２を容易に取り外すためのプレートギャップ１６０を含む。回転アセンブリ１３０と静止アセンブリ１５０との間の距離が最も離れていると仮定すると、プレートギャップ１６０を横切る磁石の欠如は、装置の動作にほとんど影響を及ぼさない。

図７を参照すると、トルク増大装置の第２の実施形態のロータの上面図が示されている。

中央にある回転アセンブリ１３０は、回転方向２１８を有して示されている。

いずれの側にも、静止アセンブリ１５０がある。

固定プレート１７４に対するロータ角度は、一端に最小磁気ギャップ１７０を形成し、他端に最大磁気ギャップ１７２を形成する。

図８を参照すると、トルク増大装置の第３の実施形態の側面図が示されている。

トルク増大装置１のこの第３の実施形態では、上部磁石セット１５６は、回転アセンブリ１３０に対して引き合うように設定されたままであるが、下部磁石セット１５８は除去される。下部磁石セット１５８を除去することによって、回転アセンブリ１３０との相互作用は、その回転の後半の間、防止される。

図９を参照すると、トルク増大装置の第４の実施形態の等角図が示されている。

回転アセンブリ１３０および静止アセンブリ１５０は、個々の磁石ではなく円弧状磁石を使用して構成されることが示されている。したがって、外側磁石２２０、内側磁石２２２、および中央磁石２２４は、離散磁石ではなく、長い円弧状磁石である。その結果、磁場がより均一であるため、動作がより滑らかとなり得る。

同等の要素を上記に記載されるものと置換して、実質的に同じ結果を達成するために実質的に同じ方法で実質的に同じ態様で機能させることができる。

説明されるシステムおよび方法ならびにそれに付随する利点の多くは、前述の説明によって理解されるものと考えられる。また、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、またはその重要な利点のすべてを犠牲にすることなく、その構成要素の形態、構造、および配置に様々な変更を行うことができることも明らかであると考えられる。本明細書において前述した形態は、単にその例示的かつ説明的な実施形態にすぎない。以下の特許請求の範囲は、そのような変更を包含し含むことを意図している。

Claims (4)

1. 回転システム内にトルクを生成するための装置であって、
   第１の面上に第１の複数の磁石を有する第１の回転ディスク；
   第２の面上に第２の複数の磁石を有する第２の回転ディスク；
   前記第１の回転ディスクと前記第２の回転ディスクとの間の磁束分流プレート
   を備え、
   前記第１の面は、前記第２の面に対して角度付けられており；
   前記角度は０度超であるが９０度未満であり、それによって、前記第１の回転ディスクおよび前記第２の回転ディスクの向きは平行と垂直との間であり；
   前記角度は、前記第１の複数の磁石と前記第２の複数の磁石との間に不均衡な相互作用をもたらし；
   前記磁束分流プレートは、鉄系材料から構成され；
   前記磁束分流プレートは、テーパ形状を有し；
   前記磁束分流プレートは、第１の表面および第２の表面を有し；
   前記第１の表面は、該第１の表面から垂直に測定される第１のプレートギャップによって前記第１の複数の磁石から分離され；
   前記第１のプレートギャップは、前記第１の回転ディスクの位置にかかわらず一定であり；
   前記第２の表面は、該第２の表面から垂直に測定される第２のプレートギャップによって前記第２の複数の磁石から分離され；
   前記第２のプレートギャップは、前記第２の回転ディスクの位置にかかわらず一定であり；
   前記磁束分流プレートは、前記第１の複数の磁石のセグメントのみが前記第２の複数の磁石と相互作用することを阻止し、不均衡な磁力を生成し；
   前記不均衡な磁力は、前記第１の回転ディスクおよび前記第２の回転ディスクを回転させ、トルクを生成する
   ことを特徴とする、装置。
2. 前記第１の複数の磁石の各磁石は、第１、第２、および第３の磁石であり；
   前記第１の磁石は、そのＳ極が前記第１の回転ディスクに向かって配向され；
   前記第２の磁石は、そのＮ極が前記第１の回転ディスクに向かって配向され；
   前記第３の磁石は、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間にあり、前記第３の磁石は、そのＮ極が前記第１の磁石に向かってかつそのＳ極が前記第２の磁石に向かって配向され；
   前記第１、第２、および第３の磁石のこの配置は、ハルバッハを生成し、前記第１の回転ディスクの磁場を前記第２の回転ディスクに向かって集束させる
   ことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の複数の磁石および前記第２の複数の磁石が永久磁石であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記第１の複数の磁石が離散磁石の集合であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

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