JP7500490B2 - 旋回装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る旋回装置は、推力発生装置と、前記推力発生装置に取付けられた旋回体と、を備え、前記推力発生装置は、中心軸線回りに沿う周方向に回転可能に支持された回転子と、前記回転子が収容された筐体と、前記回転子を周方向に回転させるモータと、前記モータを保持する保持体と、を備え、前記筐体および前記保持体は、互いに相対変位可能に連結され、前記回転子は、径方向の中央部に位置して前記モータに連結された本体部と、前記本体部を径方向に挟む位置に各別に設けられた磁性体、および前記磁性体と重量が異なる非磁性体と、前記本体部と前記磁性体および前記非磁性体とを各別に連結するとともに、弾性変形可能に形成された一対の弾性連結片と、を備え、前記筐体における周方向の一部に、電気伝導体が設けられ、前記回転子が、周方向に回転する過程において、前記磁性体および前記非磁性体が、前記電気伝導体と径方向のうちの一方向に並んだときに、前記中心軸線に沿う軸方向から見て、前記回転子、前記モータ、および前記保持体が、前記中心軸線から前記非磁性体側に向かう向きに、前記筐体に対して変位するように径方向に振動し、前記旋回体は、前記一方向に延びるとともに、一端部が前記保持体に固定された旋回棒と、前記旋回棒における前記一方向の途中位置を、前記軸方向に延びる回転軸線回りに回転可能に支持する支持部と、前記旋回棒において、前記支持部に支持された部分より前記一方向の他端部側に位置する部分に取付けられ、前記軸方向に直交する水平方向に対する前記旋回棒の傾き姿勢を決めるバランサーと、を備えている。
また、回転子が周方向に回転する過程において、磁性体および非磁性体が、電気伝導体と径方向のうちの一方向に並んだときに、軸方向から見て、回転子、モータ、および保持体が、中心軸線から非磁性体側に向かう向きに、筐体に対して変位するように径方向に振動する構成とされている。なお、このような構成は、例えば、磁性体および非磁性体の各重量、弾性連結片の剛性、回転子の回転速度等を調整することで得ることができる。
したがって、回転子の回転時に、磁性体および非磁性体が、電気伝導体と前記一方向に並び、前述の振動が発生すると、磁性体および非磁性体が有する慣性マスにより、弾性連結片が径方向に弾性変形して、非磁性体の回転半径が短くなることで、角運動量保存の法則に基づいて、非磁性体の角速度が増加し、また、磁性体の回転半径は長くなることで、角運動量保存の法則に基づいて、磁性体の角速度は低下する。
また、筐体の周方向の一部に、電気伝導体が設けられているので、磁性体が、電気伝導体の設けられている周方向の位置に達すると、電気伝導体において磁場が変化し、磁性体および電気伝導体に、互いに逆向きで同じ大きさの力が発生する。この力の大きさは、回転子の回転速度と、回転子および筐体の相対速度と、の和に比例する。
これに対し、非磁性体が、電気伝導体の設けられている周方向の位置に達しても、電気伝導体において磁場が変化することはない。
説明に際し、前記一方向を前後方向といい、軸方向から見て、中心軸線Oに対して電気伝導体が位置している側を前側といい、これとは逆向きを後側という。
また、軸方向から見て、前後方向に直交する方向を左右方向といい、回転子が時計回りに回転する場合に、電気伝導体の設けられている前側を通過する向きを左側といい、後側を通過する向きを右側という。
その後、非磁性体が、電気伝導体の設けられている前側を周方向に通過し、磁性体が、電気伝導体の設けられている前側に達すると、後側に位置して前述と同様に回転半径が短くなった非磁性体の時計回り(右向き)の角速度が増加する一方、前述と同様に回転半径が長くなった磁性体の時計回り(左向き)の角速度は減少する。したがって、この状態では、回転子にトータルで右向きの運動量(以下、右運動量という)が生ずる。
この右運動量によって、回転子が、電気伝導体に対して右側に移動した状態では、磁性体が、電気伝導体における周方向の中央部を通過する過程で、電気伝導体から徐々に径方向の内側に離れるように移動するので、電気伝導体において磁場が変化して、磁性体には電気伝導体に向かう吸引力がかかることで、磁性体の回転半径が長くなり、磁性体の角速度が減少する。したがって、前述の右運動量が増加して前述の左運動量より大きくなる。
以上より、回転子が1回転する間に、回転子、モータ、および保持体は、トータルで右向きの運動量を得る。
次に、筐体について説明する。
磁性体および非磁性体の各重量が互いに異なっているので、回転子が時計回りに回転すると、筐体は反時計回りに揺動円運動し、また、磁性体が、揺動円運動している筐体に設けられた電気伝導体の位置している前側に達すると、磁性体と電気伝導体との間に生ずる吸引力によって、筐体に後ろ向きの力がかかり、筐体の回転半径が短くなり、筐体の角速度が増加する。この際、回転子、モータ、および保持体には、前述のように右向きの運動量が生じ、筐体には右向きの運動量が生じているため、筐体の角速度の増加に伴い、筐体にかかる右向きの運動量が増加する。一方、非磁性体が、電気伝導体の設けられている前側に達すると、筐体の角速度は変化せず、回転子、モータ、および保持体には右向きの運動量が生じ、筐体には左向きの運動量が生ずる。
以上より、回転子が1回転する間に、筐体は、トータルで右向きの運動量を得る。
これにより、回転子が1回転する間に、回転子、保持体、および筐体の全てが、右向きの運動量を得ることとなり、推力発生装置全体に右向きの推力を生じさせることができる。
なお、磁性体が、電気伝導体の設けられている前側を周方向に通過した後、再度、この位置に到達するまでの間に、モータからの回転トルクによって、回転子の回転速度は回復する。
これにより、例えば燃焼ガス等を噴射しなくても、推力を発生させて旋回棒を旋回させることができる。
図1に示されるように、旋回装置1は、推力発生装置11と、推力発生装置11に取付けられた旋回体12と、を備えている。
回転子13は、中心軸線O回りに沿う周方向に回転可能に支持されている。
以下、中心軸線Oに沿う方向を軸方向といい、軸方向から見て、中心軸線Oに交差する方向を径方向という。
以下、軸方向から見て、この直線が延びる方向を前後方向(一方向)といい、前後方向に直交する方向を左右方向といい、中心軸線Oに対して電気伝導体17が位置している側を前側といい、これとは反対側を後側という。
第1連結部36は、第1収容部35に対して軸方向の一方側に設けられている。
以下、軸方向の一方側を上方といい、これとは反対側を下方という。
第2接続部39は、周方向に間隔をあけて複数設けられている。第2接続部39は、中心軸線Oを径方向に挟む両側に1つずつ、合計2つ設けられている。第2接続部39は、電気伝導体17の周方向の中央部から、中心軸線Oを中心に約90°離れた位置に設けられている。つまり、第2接続部39は、左右一対設けられている。
ゴム体44を介して、筐体14および保持体16が、互いに弾性変位可能に連結されている。なお、ゴム体44を設けず、筐体14および保持体16が、互いに相対変位可能に連結されてもよい。
磁性体22および非磁性体23は、重量が互いに異なっているとともに、本体部21を径方向に挟む位置に各別に設けられている。磁性体22は、径方向に並べられた複数の磁石となっている。複数の磁石は、互いに異なる磁極が径方向で隣接するように設けられている。
非磁性体23の重量が、磁性体22の重量より重くなっている。なお、非磁性体23の重量を、磁性体22の重量以下としてもよい。
弾性連結片24は、一対の第3連結部(連結部)31と、周面部32と、を備え、本体部21に連結されることで、軸方向から見て閉曲線を呈する。
周面部32は、一対の第3連結部31における径方向の外端部同士を連結し、周方向に延びている。周面部32は、表裏面が径方向を向く板状に形成されている。
磁性体22および非磁性体23は、周面部32に設けられている。図示の例では、磁性体22および非磁性体23は、周面部32における周方向の中央部に設けられている。周面部32の径方向の剛性は、第3連結部31の径方向の剛性より低くなっている。
回転子13が、周方向に回転する過程において、磁性体22および非磁性体23が、電気伝導体17と前後方向に並んだときに、軸方向から見て、回転子13、モータ15、および保持体16が、中心軸線Oから非磁性体23側に向かう向きに、筐体14に対して変位するように径方向に振動する。なお、このような構成は、例えば、磁性体22および非磁性体23の各重量、弾性連結片24の剛性、および回転子13の回転速度等を調整することで得ることができる。
支持部27は、旋回棒26における前後方向の途中位置を、軸方向に延びる回転軸線L回りに回転可能に支持している。支持部27は、旋回棒26における前後方向の途中位置に設けられた被支持部26aを支持している。支持部27および被支持部26aのうちのいずれか一方は、回転軸線Lと同軸に配設されていずれか他方に向けて突出した軸部とされ、いずれか他方に、軸部が回転軸線L回りに回転可能に嵌合された孔部が形成されている。軸部および孔部は、例えば円錐形状に形成される。
バランサー28は、旋回棒26において、被支持部26aより前後方向の他端部側に位置する部分に取付けられ、軸方向に直交する水平方向に対する旋回棒26の傾き姿勢を決める。図示の例では、バランサー28は、旋回棒26の他端部に取付けられ、旋回棒26は、水平方向に沿って延びている。
また、回転子13が周方向に回転する過程において、磁性体22および非磁性体23が、電気伝導体17と前後方向に並んだときに、軸方向から見て、回転子13、モータ15、および保持体16が、中心軸線Oから非磁性体23側に向かう向きに、筐体14に対して変位するように径方向に振動する構成とされている。
したがって、回転子13の回転時に、磁性体22および非磁性体23が、電気伝導体17と前後方向に並び、前述の振動が発生すると、磁性体22および非磁性体23が有する慣性マスにより、弾性連結片24が径方向に弾性変形して、非磁性体23の回転半径が短くなることで、角運動量保存の法則に基づいて、非磁性体23の角速度が増加し、また、磁性体22の回転半径は長くなることで、角運動量保存の法則に基づいて、磁性体22の角速度は低下する。
これに対し、非磁性体23が、電気伝導体17の設けられている周方向の位置に達しても、電気伝導体17において磁場が変化することはない。
以上より、回転子13が1回転する間に、回転子13、モータ15、および保持体16は、トータルで右向きの運動量を得る。
磁性体22および非磁性体23の各重量が互いに異なっているので、回転子13が時計回りに回転すると、筐体14は反時計回りに揺動円運動し、また、磁性体22が、揺動円運動している筐体14に設けられた電気伝導体17の位置している前側に達すると、磁性体22と電気伝導体17との間に生ずる吸引力によって、筐体14に後ろ向きの力がかかり、筐体14の回転半径が短くなり、筐体14の角速度が増加する。この際、回転子13、モータ15、および保持体16には、前述のように右向きの運動量が生じ、筐体14には右向きの運動量が生じているため、筐体14の角速度の増加に伴い、筐体14にかかる右向きの運動量が増加する。一方、非磁性体23が、電気伝導体17の設けられている前側に達すると、筐体14の角速度は変化せず、回転子13、モータ15、および保持体16には右向きの運動量が生じ、筐体14には左向きの運動量が生ずる。
以上より、回転子13が1回転する間に、筐体14は、トータルで右向きの運動量を得る。
これにより、回転子13が1回転する間に、回転子13、保持体16、および筐体14の全てが、右向きの運動量を得ることとなり、推力発生装置11全体に右向きの推力を生じさせることができる。
なお、磁性体22が、電気伝導体17の設けられている前側を周方向に通過した後、再度、この位置に到達するまでの間に、モータ15からの回転トルクによって、回転子13の回転速度は回復する。
これにより、例えば燃焼ガス等を噴射しなくても、推力を発生させて旋回棒26を旋回させることができる。
11 推力発生装置
12 旋回体
13 回転子
14 筐体
15 モータ
16 保持体
17 電気伝導体
21 本体部
22 磁性体
23 非磁性体
24 弾性連結片
26 旋回棒
27 支持部
28 バランサー
31 第3連結部(連結部)
32 周面部
L 回転軸線
O 中心軸線
Claims (4)
- 推力発生装置と、前記推力発生装置に取付けられた旋回体と、を備え、
前記推力発生装置は、
中心軸線回りに沿う周方向に回転可能に支持された回転子と、
前記回転子が収容された筐体と、
前記回転子を周方向に回転させるモータと、
前記モータを保持する保持体と、を備え、
前記筐体および前記保持体は、互いに相対変位可能に連結され、
前記回転子は、
径方向の中央部に位置して前記モータに連結された本体部と、
前記本体部を径方向に挟む位置に各別に設けられた磁性体、および前記磁性体と重量が異なる非磁性体と、
前記本体部と前記磁性体および前記非磁性体とを各別に連結するとともに、弾性変形可能に形成された一対の弾性連結片と、を備え、
前記筐体における周方向の一部に、電気伝導体が設けられ、
前記回転子が、周方向に回転する過程において、
前記磁性体および前記非磁性体が、前記電気伝導体と径方向のうちの一方向に並んだときに、
前記中心軸線に沿う軸方向から見て、前記回転子、前記モータ、および前記保持体が、前記中心軸線から前記非磁性体側に向かう向きに、前記筐体に対して変位するように径方向に振動し、
前記旋回体は、
前記一方向に延びるとともに、一端部が前記保持体に固定された旋回棒と、
前記旋回棒における前記一方向の途中位置を、前記軸方向に延びる回転軸線回りに回転可能に支持する支持部と、
前記旋回棒において、前記支持部に支持された部分より前記一方向の他端部側に位置する部分に取付けられ、前記軸方向に直交する水平方向に対する前記旋回棒の傾き姿勢を決めるバランサーと、を備えている、旋回装置。 - 前記非磁性体の重量は、前記磁性体の重量より重い、請求項1に記載の旋回装置。
- 前記筐体および前記保持体は、互いに弾性変位可能に連結されている、請求項1または2に記載の旋回装置。
- 前記弾性連結片は、
前記本体部から径方向の外側に向かうに従い、互いが周方向に離れる向きに延びる一対の連結部と、
一対の前記連結部における径方向の外端部同士を連結し、周方向に延びる周面部と、を備え、
前記磁性体、および前記非磁性体は、前記周面部に設けられている、請求項1から3のいずれか1項に記載の旋回装置。
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CN102169035A (zh) | 2010-12-22 | 2011-08-31 | 中国科学院广州能源研究所 | 扭摆式高精度微推力测量*** |
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