JP2005189706A - 振子式腕振り機構 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】支軸1に対し回転自在に取付けられた視認板10と、視認板10に取付けられた振子アーム20と、振子アーム20を往復円弧運動させる駆動手段30とからなり、駆動手段30が、振子アーム20の先端部に設けられた磁石31と、磁石31に磁力を及ぼす位置に設けられた励磁コイル32とからなり、電力供給部が、太陽電池モジュール71とバッテリー72を組み合わせたものであり、制御部60が、振子アーム20の往動作時のみ励磁コイル32に励磁電流を供給し、復動作時には励磁電流を供給しないようにタイミング制御するようになっている。
【選択図】図1
Description
(1)特許文献1〜10はいずれも、モータとリンク機構でアームを揺動させることにより、このアームやアームに取り付けられた旗などを往復揺動させるようにしたものである。ところが、アーム等を目立つように振るためには、アーム等の振幅を大きくする必要があり、振幅に応じた大量の電力が消費される。
(2)逆に云えば、小さな電力しか供給することができない太陽電池モジュールなどの電力供給源では、アーム等を大きく振らせることができず誘導動作させることができない。
(3)リンク機構でアームを揺動させているので、接触している部分が多く、摩擦によるエネルギー損失が大きい。
第2発明の振子式腕振り機構は、請求項1の振子式腕振り機構に、前記駆動手段の励磁コイルに電力を供給する電力供給部と、前記励磁コイルに励磁電流を流すタイミングを制御する制御部とを設けたことを特徴とする。
第3発明の振子式腕振り機構は、第2発明において、前記電力供給部が、太陽電池モジュールとバッテリーを組み合わせたものであることを特徴とする。
第4発明の振子式腕振り機構は、第2発明において、前記制御部が、前記振子アームの往動作時のみ前記励磁コイルに励磁電流を供給して往動作を付勢し、復動作時には励磁電流を供給しないことを特徴とする。
第5発明の振子式腕振り機構は、第2発明において、前記制御部が、前記振子アームの往動作時と復動作時に前記励磁コイルに励磁電流を供給して、往動作も復動作も付勢することを特徴とする。
第6発明の振子式腕振り機構は、第1発明において、前記励磁コイルが、前記振子アームの平衡時における延長線に対して、偏寄した位置に配置されていることを特徴とする。
第7発明の振子式腕振り機構は、第1発明において、前記振子アームが、前記視認板の平衡状態において、垂直線上に位置していることを特徴とする。
第8発明の振子式腕振り機構は、第1発明において、前記振子アームが、前記視認板の平衡状態において、垂直線に対し傾斜して位置していることを特徴とする。
第2発明によれば、電力供給部から供給する視認板の旗振り動作エネルギーを制御部によってタイミング制御できるので、旗振り動作を正確に制御することができる。
第3発明によれば、太陽が出ている間は太陽電池が発電し、その一部電力をバッテリーに充電でき、太陽が出ていない間はバッテリーを利用できるので、天候や昼夜を問わず長時間の無停止運転が可能となる。
第4発明によれば、振子アームの往動作時には励磁コイルの磁力エネルギーで付勢されて揺動し、これにより位置エネルギーを貯え、復動作は、貯えた位置エネルギーを放出することにより行う。この往復動作を続けるには、往動作時に充分な位置エネルギーを確保できるよう磁力エネルギーを補充するだけでよいので、極めて少ない消費エネルギーで連続運転が可能となる。
第5発明によれば、振子アームの往動作時も復動作時も励磁コイルの磁力エネルギーで付勢するので、第4発明の場合より大きな振幅を実現できる。しかも、往復各動作時とも位置エネルギーの放出を組み合わせて行うので、さほど大きな電力エネルギーを消費しない。
第6発明によれば、平衡時の振子アームに対し励磁コイルが偏寄して位置しているので、励磁コイルに通電するだけで、磁力を振子アームの磁石部に及ぼすことができ、振子アームの往復運動を起動することができる。
第7発明によれば、平衡状態で振子アームが垂直下方を向くので、非常に安定した状態となりバランス調整が実施しやすい。
第8発明によれば、平衡状態で振子アームが傾斜しているので、視認板の旗振り運動域を割合自由に変更することができるので、設置場所や目的に合わせた、最適の腕振り運動を行わせることができる。
図1は本実施形態の振子式腕振り機構1の原理図である。
同図に示すように、本実施形態の振子式腕振り機構Aは、支軸1に対し回転自在に取付けられた視認板10と、この視認板10に取付けられた振子アーム20と、前記視認板10を旗振り運動させるため、前記振子アーム20を往復円弧運動させるための駆動手段30が設けられている。この駆動手段30の詳細は後述する。
視認板10はボス11を境にして、一方が本体部12であり、他方がバランス調整部13となっている。本体部12は、例えば巾広の板を用い、それに反射材、蛍光塗料を塗布するなど、揺動時に視認しやすい部材に構成すればよい。前記バランス調整部13はネジ部14と重錘兼用のナット15からなる。この構成であると、ナット15のねじ込み位置を調整してバランスした状態にすることができるので、視認板10が平衡して停止する傾斜角θを自在に調整することができる。
図1の実施形態では、視認板12が傾斜した平衡状態で、振子アーム13が鉛直線上に位置している。このように、振子アーム20が垂直下向きの姿勢で平衡していると、視認板20を含めたバランスの姿勢調整が容易に行えるという利点がある。
前記振子アーム20の先端には磁石31が取付けられ、これに対して磁力を及ぼす位置に励磁コイル32が配置されている。この励磁コイル32の配置位置は、平衡状態における振子アーム20の軸線を延長した延長軸線Lより偏寄した位置である。すなわち、最初に振子アーム20を振らせようとする方向に対し、延長軸線Lを挟んで反対側であり、かつ磁力を磁石31に及ぼしうる位置である。
この配置であると、静止状態から起動するとき、励磁コイル32が磁力を出すと、必ず振子アーム20が一方に振れ出す方向に、磁石31との間に反発力を生ずるので、起動が円滑かつ確実に行われるという利点がある。
なお、磁石31は、永久磁石、電磁石や電磁コイルなど磁力を発生するものであればよい。
したがって、この励磁コイル32への通電タイミングを調整すれば、振子アーム20の揺動周期に同期させて、反発力を与えることができ、振子アーム20を連続して往復運動させることができる。この結果、視認板10も連続して往復円弧運動させることができる。
また、前記励磁コイル32は、既述のごとく平衡状態にある振子アーム20の磁石31に対し、偏寄した位置に配置されているので、起動時に励磁コイル32に通電して磁力を発生させるだけで、つまり与駆動を与えなくても必ず振子アーム20を反偏寄方向に反発させて、揺動運動を開始させることができる。
図2に示すように、制御部60は、前記振子アーム20の位置を検出して、前記励磁コイル32に通電するタイミングを制御することにより、振子アーム20の往復揺動運動を制御するものである。この制御部60は、思案点センサ61、左センサ62、右センサ63およびコントローラ64から構成されたものである。
上記のセンサ配置構成であると、振子アーム20が左センサ62と右センサ63を通過する毎に、振子アーム20を検出できるから、振子アーム20が左センサ62を通過するタイミング、並びに右センサ63を通過するタイミングを検出できる。
振子アーム20が各センサ61〜63で検出されるときには、磁石31が検出されるよりも前に検出板33が検出される。このため、振子アーム20の通過タイミングを事前に検出できるから、通電制御に要する時間を確保できるので好ましい。
起動後(ステップS1)において、思案点センサ61からの検出信号を受信したかどうかをチェックし、この検出信号を受信していなければステップ1を繰返す。思案点センサ61の検出信号を受信すれば、つぎのステップS2に進む。
ステップS2において、励磁コイル32に所定時間(例えば100 ms)通電する。これにより、励磁コイル32から磁力を出力させて振子アーム20を一方向に揺動させる(往動作)。つぎに振子アーム20が振り切った後反対方向に帰ってくるとき(復動作)は、磁力を振子アーム20の磁石31に及ぼすと、揺動運動を止めてしまうので、不感時間帯を設けて励磁コイル32を動作させないようにしなければならない。
そこで、ステップS3において、設定された不感時間帯にあるときは、励磁コイル32に通電しない。この不感時間帯は、通電開始から振子アーム20が一旦往動作し、つぎの復動作時に思案点センサ61を通過するまでの時間を計測して、この通過時間帯を不感時間帯として設定すればよい。以後は、ステップS2とステップS3を交互に繰返す通常タイミング制御を行えば、その間は振子アーム20は往復円弧運動を継続することになる。
そして、(4)に示すように、反対側の上死点に達すると、再び位置エネルギーによって往方向に振れていく。この往方向運動中に振子アーム20が平衡点を通ろうとするとき、(5)に示すように励磁コイル32が磁力を発生すると、磁石31との間で反発力が生じ、失われたエネルギーが補充されて(6)に示すように、振子アーム20は揺動円弧運動を続けていく。この後は(1)〜(6)を繰返すことにより、連続的に振子アーム20が揺動し、これに伴い視認板10も旗振り動作を継続する。
図2に示すように、電力供給部70は、太陽電池モジュール71とバッテリー72を組み合わせたものである。
この電力供給部70によれば、太陽が出ている間は太陽電池が発電し、その一部電力をバッテリーに充電でき、太陽が出ていない間はバッテリーを利用できるので、天候や昼夜を問わず長時間の無停止運転が可能となる。
なお、電力供給部70は、太陽電池モジュール71単独でも、バッテリー72単独であってもよい。
図5の実施形態では、振子アーム20の延長軸線L上に励磁コイル32が配置されている。(1)は反時計回りの揺動運動を示し、(2)は時計方向の揺動運動を示しているが、往動作と復動作ともに、励磁コイル32が磁力を磁石31に及ぼして、両方向の揺動を付勢している。なお、励磁タイミングは、振子アーム20が平衡位置を少し通過した位置に合わせておくとよい。
上記の制御を行うと、振子アームの往動作時も復動作時も励磁コイルの磁力エネルギーで付勢するので、図4の実施形態よりも大きな振幅を実現できる。しかも、往復各動作時とも位置エネルギーの放出を組み合わせて行うので、さほど大きな電力エネルギーを消費しない。
図6の実施形態は、振子アーム20を鉛直線に対し角度αで傾斜した位置で、平衡状態に安定させたものである。機械的な構成要素は、図1と同じままで、ナット15の位置を変えたり、視認板本体の大きさを変えたり重錘22を変えることにより、平衡位置(角度α)の姿勢変更が可能である。
この実施形態によると、視認板10の旗振り運動域を割合自由に変更することができるので、設置場所や目的に合わせた、最適の腕振り運動を行わせることができる。
10 視認板
20 振子アーム
30 駆動部
31 磁石
32 励磁コイル
33 検出板
60 制御部
61 思案点センサ
62 左センサ
63 右センサ
70 電力供給部
Claims (8)
- 支軸に対し回転自在に取付けられた視認板と、
該視認板に取付けられた振子アームと、
該振子アームを往復円弧運動させる駆動手段とからなり、
前記駆動手段が、前記振子アームの先端部に設けられた磁石と、該磁石に磁力を及ぼす位置に設けられた励磁コイルとからなる
ことを特徴とする振子式腕振り機構。 - 請求項1の振子式腕振り機構に、前記駆動手段の励磁コイルに電力を供給する電力供給部と、前記励磁コイルに励磁電流を流すタイミングを制御する制御部とを設けた
ことを特徴とする振子式腕振り機構。 - 前記電力供給部が、太陽電池モジュールとバッテリーを組み合わせたものである
ことを特徴とする請求項2記載の振子式腕振り機構。 - 前記制御部が、前記振子アームの往動作時のみ前記励磁コイルに励磁電流を供給して往動作を付勢し、復動作時には励磁電流を供給しない
ことを特徴とする請求項2記載の振子式腕振り機構。 - 前記制御部が、前記振子アームの往動作時と復動作時に前記励磁コイルに励磁電流を供給して、往動作も復動作も付勢する
ことを特徴とする請求項2記載の振子式腕振り機構。 - 前記励磁コイルが、前記振子アームの平衡時における延長線に対して、偏寄した位置に配置されている
ことを特徴とする請求項1記載の振子式腕振り機構。 - 前記振子アームが、前記視認板の平衡状態において、垂直線上に位置している
ことを特徴とする請求項1記載の振子式腕振り機構。 - 前記振子アームが、前記視認板の平衡状態において、垂直線に対し傾斜して位置している
ことを特徴とする請求項1記載の振子式腕振り機構。
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JP2003433847A JP2005189706A (ja) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | 振子式腕振り機構 |
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2003
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