WO2013031106A1 - 回転補助装置、回転補助方法及び発電装置 - Google Patents

Abstract

　回転補助装置（１）は、回転する軸体（１１）と、回転を維持する質量を有する回転促進体（２２）、及び、一端が軸体（１１）に連結し、他端が回転促進体（２２）に連結し、弾性体により長手方向に伸縮するバネシャフト（２３）と、を備える回転体（４０）と、回転体（４０）の回転促進体（２２）を楕円軌道に沿って回転するように案内ガイドレール（２１）と、を備える回転補助体（２０）を複数備え、回転体（４０）は軸体（１１）に回転軸周りの取り付け角度を互いにずらして取り付けられる。

Description

回転補助装置、回転補助方法及び発電装置

　本発明の実施形態は、回転補助装置、回転補助方法及び発電装置に関する。

　自動車、船舶、発電装置など、回転エネルギーを利用して駆動する装置には回転を円滑化し、維持するためにフライホイールが使用される。

　一般的なフライホイールは、円盤状に形成された金属が用いられる。従って、フライホイール自体の重量が大きなものとなる。この重量の多さにより、自動車や船舶の燃費効率が低下する。

　この点に関し、フライホイールの外周に磁石を傾斜させて配列し、さらにこのフライホイールの外側に磁石を固定し、この磁石の反発力により回転エネルギーの減衰を抑える技術が提案されている。

　しかし、この技術によっては、フライホイールの大型化が避けられず、重量も重くなる。

日本国　特開２００７－１５１３６４号公報

　従って、小型かつ軽量な回転補助装置が求められている。

　上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態は、回転する軸体と、回転を維持する質量を有する回転促進体、及び一端が前記軸体に連結し、他端が回転促進体に連結し、弾性体により径方向に伸縮するバネシャフトを備える回転体と、回転体の回転促進体が楕円に変位するように規制するガイドレールと、を備える回転補助体を複数備え、回転体は軸体に回転軸周りの取り付け角度を互いにずらして取り付けられる回転補助装置を提供する。

回転補助装置の構成を示す図である。 ガイドレールの正面図である。 ガイドレールの図２におけるＡＡ線断面図である。 回転体の第１の例における側面断面図である。 回転体の第１の例における図４におけるＢＢ線断面図である。 回転体の第２の例における側面断面図である。 回転体の第２の例における図６におけるＣＣ線断面図である。 回転体の回転の様子を示す図である。 回転体の回転の様子を示す図である。 回転体の回転の様子を示す図である。 回転体の回転の様子を示す図である。 回転補助装置を用いた発電装置の例を示す図である。

　以下、回転補助装置、回転補助方法、及び発電装置の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

　本実施形態の回転補助装置は、回転する軸体と、回転を維持する質量を有する回転促進体、及び一端が前記軸体に連結し、他端が回転促進体に連結し、弾性体により径方向に伸縮するバネシャフトを備える回転体と、回転体の回転促進体が楕円に変位するように規制するガイドレールと、を備える回転補助体を複数備え、回転体は軸体に回転軸周りの取り付け角度を互いにずらして取り付けられる。

　図１は、本実施形態の回転補助装置１の構成を示す図である。図１に示すように、回転補助装置１は、回転する軸体１１と、回転を維持する質量を有する回転促進体２２、及び一端が軸体１１に連結し、他端が回転促進体２２に連結し、後述する弾性体３３により回転円の径方向、すなわち長手方向に伸縮するバネシャフト２３を備える回転体４０と、回転体４０の回転促進体２２の回転軌道を楕円に規制するガイドレール２１と、を備える回転補助体２０を複数備え、回転体４０は軸体１１に回転軸周りの取り付け角度を互いにずらして取り付けられる。

　回転促進体２２は、回転力を維持するだけの質量を有する重りである。

　ガイドレール２１は、回転促進体２２の回転を規制する部分が楕円形状をなし、複数のガイドレール２１は楕円の長軸の方向が互いに一致するように配置される。

　なお、ガイドレール２１はレール上のものに限られるわけではない。また、ガイドレール２１は楕円の長軸の方向を互いにずらして取り付けてもよい。

　バネシャフト２３は、回転促進体２２を外周方向に付勢する弾性体３３を有する。

　ここで、バネシャフト２３は弾性体３３により長手方向に伸縮する支持部材であり、この弾性体３３はバネに限らず、弾性力を有する部材であれば何を用いてもよい。この弾性体３３は、エアシリンダでも、流体クッションでも、弾性力を有する樹脂でもよい。

　図２は、ガイドレール２１の正面図である。図３は、ガイドレール２１の図２におけるＡＡ線断面図である。

　図２、及び図３に示すように、ガイドレール２１は、楕円形状をなし、断面がコの字状をなす。ガイドレール２１は内側にレール２４を備える。レール２４は、外側をＳ極に、内側をＮ極に着磁した永久磁石２９を有していてもよい。さらに、この永久磁石２９は、電磁石でもよい。

　バネシャフト２３は、バネシャフト２３の回転方向、又は反回転方向に湾曲していてもよい。

　図４は、回転体４０の第１の例における側面断面図である。図５は、回転体４０の第１の例における図４におけるＢＢ線断面図である。

　図４及び図５に示すように、回転体４０は、回転促進体２２と、バネシャフト２３と、弾性体３３と、を備える。

　回転促進体２２は、回転方向に向かう曲線部を有し、レール２４と嵌合する溝部２６と、レール２４に接触するローラ２７と、を備える。

　回転促進体２２は、レール２４が永久磁石を備える場合には、さらに、回転方向外周に向かってＮ極に着磁され、内周方向に向かってＳ極に着磁された永久磁石２８を備える。

　この永久磁石の反発力によって、回転促進体２２とレール２４との摩擦を低減することができる。

　バネシャフト２３は、一端に回転促進体２２を連結する内心３１と、一端が軸体１１に連結し、内心３１を内部に挿通する外筒３２と、外筒３２を軸体１１に連結する連結部３４と、弾性体３３と、を備える。すなわち、バネシャフト２３は、シリンダ構造をなし、このシリンダの外周に弾性体３３が設けられる。バネシャフト２３の伸縮方向と弾性体３３の伸縮方向は等しいことが望ましい。

　回転促進体２２は、内心３１にピン２２Ａによって回転体４０の回転方向に回動可能に取り付けられる。従って、回転促進体２２は回転体４０の回転方向に回動する遊びを有する。

　回転促進体２２は、重心がピン２２Ａより回転体４０の回転方向、又は反回転方向にずらして取り付けられる。

　弾性体３３は、つるまきバネであることが、製造コストの点から有利である。弾性体３３は、エアシリンダ、又は弾性力を有する合成樹脂であってもよい。

　弾性体３３がつるまきバネである場合、弾性体３３は内心３１及び外筒３２の外側を周回するように設置される。

　弾性体３３は、内心３１を回転促進体２２の方向に付勢する。

　図６は、回転体４０の第２の例における側面断面図である。図７は、回転体４０の第２の例における図６におけるＣＣ線断面図である。

　図６及び図７に示すように、回転体４０は、内心３１が連結部３４及び軸体１１を貫通するように構成することができる。

　この場合、回転体４０は、内心３１の連結部３４から突出した端部に、この端部を収納するバネ室３５と、この端部を回転促進体２２の方向に付勢する弾性部材３６と、を備えていてもよい。

　この弾性部材３６は、弾性体３３の伸縮を補助し、回転体４０の回転をより長時間維持させるのに役立つ。

　なお、第２の例の回転体４０においては、外筒３２を設けなくてもよい。

　第２の例の回転体４０のその他の構成は第１の例の回転体のその他の構成と同様である。

　図８乃至図１１は回転体４０の回転の様子を示す図である。図８に示すように、回転体４０が矢印Ｘ１の方向に、楕円長軸位置から短軸位置に変位する場合、回転促進体２２はガイドレール２１によって軌道が規制され、バネシャフト２３が短くされ、弾性体３３は軸体１１の方向に圧縮される。すなわち、回転エネルギーが弾性体３３に蓄積される。

　図９に示すように、回転体４０が矢印Ｘ２の方向に、楕円短軸位置から長軸位置に変位する場合、圧縮された弾性体３３が伸長する。この際、弾性体３３に蓄積されたエネルギーが回転促進体２２を回転させる方向に解放される。

　図１０に示すように、回転体４０が矢印Ｘ３の方向に、楕円長軸位置から短軸位置に変位する場合、図６の場合と同様に回転エネルギーが弾性体３３に蓄積される。

　図１１に示すように、回転体４０が矢印Ｘ４の方向に、楕円短軸位置から長軸位置に変位する場合、圧縮された弾性体３３が伸長する。この際、弾性体３３に蓄積されたエネルギーが回転促進体２２を回転させる方向に解放される。

　ここで、摩擦等のエネルギー損失により回転体４０は完全に１回転するにはエネルギーが不足する。

　しかし、他の回転体４０は軸体１１への取り付け位置がずらされているため、他の回転体４０の弾性体３３に蓄積されたエネルギーを使って１回転する。

　上述したように、複数の回転体４０は互いにエネルギーを融通しあいながら回転を持続する。

　従って、円盤状のフライホイールに比べ、同じ回転力でも質量を少なくすることが可能となる。

　実験によれば、同質量の円盤状フライホイールに比べ、回転補助装置１は３０％長い時間回転を持続することができた。

　図１２は、回転補助装置１を用いた発電装置１００の例を示す図である。図１２に示すように、発電装置１００は、回転補助装置１と、発電機２と、を備える。外部エネルギー３は適宜の装置により、回転補助装置１に回転力を付加する。

　外部エネルギー３は、火力、水力、原子力、太陽電池、内燃機関などによって発生されたエネルギーを回転エネルギーに変換したものである。

　発電装置１００によれば、発電機の質量を増やさずに、負荷が変動した場合にも安定して発電できるという効果がある。

　いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１１：軸体
２１：ガイドレール
２２：回転促進体
２３：バネシャフト
３３：弾性体

Claims (5)

1. 　回転する軸体と、
   　回転を維持する質量を有する回転促進体と、一端が前記軸体に連結し、他端が前記回転促進体に連結し、弾性体により長手方向に伸縮するバネシャフトと、を備える回転体と、
   　前記回転体の前記回転促進体を楕円軌道に沿って回転するように案内するガイドレールと、
   を備える回転補助体を複数備え、
   　前記回転体は前記軸体に回転軸周りの取り付け角度を互いに異ならせて取り付けられる回転補助装置。
2. 　前記回転促進体は、
   　径方向に着磁された永久磁石を有し、
   　前記ガイドレールは、
   　内側に外周方向に着磁された永久磁石又は電磁石を有する
   請求項１記載の回転補助装置。
3. 　前記回転促進体は、
   　重心が前記回転促進体のシャフトへの取り付け位置よりも前記回転体の回転方向側、又は反回転方向側に偏心している請求項２記載の回転補助装置。
4. 　回転する軸体に、回転を維持する質量を有する回転促進体と、一端が前記軸体に連結し、他端が前記回転促進体に連結し、弾性体により長手方向に伸縮するバネシャフトと、を備える複数の回転体を、前記軸体に回転軸周りの取り付け角度を互いに異ならせて取り付け、
   　前記回転促進体をガイドレールによって楕円軌道に沿って回転するように案内し、
   　前記回転体を回転させることにより回転を補助する回転補助方法。
5. 　回転する軸体と、回転を維持する質量を有する回転促進体と、一端が前記軸体に連結し、他端が前記回転促進体に連結し、弾性体により長手方向に伸縮するバネシャフトと、を備える回転体と、前記回転体の前記回転促進体を楕円軌道に沿って回転するように案内するガイドレールと、を備える回転補助体を複数備え、前記回転体は前記軸体に回転軸周りの取り付け角度を互いにずらして取り付けられる回転補助装置と、
   　外部エネルギーを前記軸体に連結する連結装置と、
   　前記軸体に連結される発電機と、
   を備える発電装置。

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