(57)【要約】【課題】非接触的に動力を伝達することが可能な動力伝達装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の動力発生装置は、回転手段から被回転手段へ動力を伝達する動力伝達装置であって、前記回転手段に接続された第一の軸に設けた第一の磁束発生手段を回転させることによって、前記被回転手段に渦電流を発生させて、前記渦電流により発生する動力を利用して、回転手段から被回転手段へ動力を伝達するとともに、被回転手段に伝達された動力を利用して発電することを特徴とする。【選択図】図１
2010048347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転手段から被回転手段へ動力を伝達する動力伝達装置であって、前記回転手段に接続された第一の軸に設けた第一の磁束発生手段を回転させることによって、前記被回転手段に渦電流を発生させて、前記渦電流により発生する動力を利用して、回転手段から被回転手段へ動力を伝達するとともに、被回転手段に伝達された動力を利用して発電することを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
さらに、第二の磁束発生手段を備え、前記第二の磁束発生手段は、前記被回転手段の回転面と略平行に配置された第二の軸の周りを回転し、前記第二の軸に沿って前記第二の磁束発生手段が移動可能であることを特徴とする請求項1記載の動力伝達装置。
【請求項３】
被回転手段の材質が、導磁性材料であることを特徴とする請求項１又は2項に記載の動力伝達装置。
【請求項４】
前記導磁性材料が、アルミニウム、銅からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜３項のいずれか1項に記載の動力伝達装置。
【請求項５】
前記磁束発生手段が、永久磁石又は電磁石である請求項１〜４項のいずれか1項に記載の動力伝達装置。
【請求項６】
請求項１〜５項のいずれか1項に記載の動力伝達装置を備えた発電装置。
【請求項７】
請求項１〜５項のいずれか１項に記載の動力伝達装置を備えた自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達装置、特に渦電流を利用した動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
渦電流とは、金属板(アルミニウムなど)を強い磁界内で動かしたり、金属板の磁界を急激に変化させた場合に、電磁誘導により金属内で生じる渦状の電流のことをいう。渦電流を利用するものとして、例えば、渦電流ブレーキ、IHヒーターを挙げることができる。
【０００３】
渦電流ブレーキは、周囲の磁界の変化を打ち消す磁界(レンツの法則)が生じるように渦電流が流れることによって生じる動力を利用したものである。IHヒータは、高周波の磁力線によって物体内に渦電流を発生させ、この電流によるジュール熱を利用するものである。  
【０００４】
一方、一般に、動力伝達装置としては、ギヤやクラッチなどを用いるものが知られている。例えば、2本の回転可能なシャフト間においてトルクを伝達する装置として、2本のシャフト部材間の回転速度差を相殺するような複数の交互クラッチディスクを含むトルク伝達装置が知られている(特許文献１)。
【０００５】
【特許文献１】特表２００１−５０６９４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１のようなトルク伝達装置は、ギヤ又はクラッチを必須の構成要素とするため、騒音、摩擦抵抗が生じ、常に、ギヤ又はクラッチ部品の強度、耐久性などを考慮して、当該部品の破壊を防止しなければならない。これは、接触式の動力伝達手段においては、常に付きまとう課題である。
【０００７】
このような接触式の動力伝達手段においては、入力方向の力が急激に係る場合、例えば、風力発電において、強風が瞬間的に生じた場合には、ギヤに予想外の大きな力がダイレクトに加わり、この力によって、部品の破壊を招く虞があるという問題もあった。これは、入力手段が、人力、風力、水力、モーター、エンジンなどどのような手段であっても、急激に大きな力が係る場合に起こり得る問題でもある。従って、接触的ではなく、非接触的に動力を上手に伝達することができれば、破損、破壊などの問題を考慮する必要がない。しかし、これまで、このような非接触的に動力を伝達する事が可能な手段については知られていない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点を解決すべく、非接触的に動力を伝達することが可能な動力伝達装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明者は、渦電流に着目して、特に、渦電流によって発生する反抗磁界による力について鋭意検討した結果、本発明を見出すに至った。
【００１０】
本発明の動力伝達装置は、回転手段から被回転手段へ動力を伝達する動力伝達装置であって、前記回転手段に接続された第一の軸に設けた第一の磁束発生手段を回転させることによって、前記被回転手段に渦電流を発生させて、前記渦電流により発生する動力を利用して、回転手段から被回転手段へ動力を伝達するとともに、被回転手段に伝達された動力を利用して発電することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の動力伝達装置の好ましい実施態様において、さらに、第二の磁束発生手段を備え、前記第二の磁束発生手段は、前記被回転手段の回転面と略平行に配置された第二の軸の周りを回転し、前記第二の軸に沿って前記第二の磁束発生手段が移動可能であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の動力伝達装置の好ましい実施態様において、被回転手段の材質が、導磁性材料であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の動力伝達装置の好ましい実施態様において、前記導磁性材料が、アルミニウム、銅からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。
【００１４】
前記磁束発生手段が、永久磁石又は電磁石であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の発電装置は、請求項１〜３項のいずれか1項に記載の動力伝達装置を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の自転車は、請求項１〜３項のいずれか１項に記載の動力伝達装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の動力伝達装置によれば、ギヤなどの接触式の動力伝達手段を用いる必要がなく、非接触的に動力を伝達することができるので、騒音や、磨耗抵抗がなく、メンテナンスフリーの動力伝達装置を提供する事が可能であるという有利な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の動力伝達装置は、回転手段から被回転手段へ動力を伝達する動力伝達装置であって、前記回転手段に接続された第一の軸に設けた第一の永久磁石を回転させることによって、前記被回転手段に渦電流を発生させて、前記渦電流により発生する動力を利用して、回転手段から被回転手段へ動力を伝達するとともに、被回転手段に伝達された動力を利用して発電する。ここで、回転手段とは、回転するもので動力を与える事が可能であれば足り、特に限定されるものではない。例えば、回転手段としては、自転車におけるペダルの回転等、種々の回転手段を挙げることができる。被回転手段とは、回転手段からの動力を本発明の動力伝達装置を解して伝達される側のものをいう。
【００１９】
被回転手段としては、磁石により渦電流を発生させて動力を得ることができれば特に限定されるものではないが、例えば、回転体等を挙げることができる。回転体としても特に限定されず、例えば、渦電流式ブレーキ等に使用されている回転体を用いても良い。被回転手段の材質としては、アルミニウム、銅からなる群から選択される少なくとも1種である。被回転手段の材質としては、コスト面と軽さの面という観点から、アルミニウムを挙げることができる。
【００２０】
磁束発生手段としては、例えば、永久磁石、電磁石などを挙げることができる。
【００２１】
本発明の原理について説明すれば、以下のようである。すなわち、回転手段に接続された軸に設けた第一の磁束発生手段、例えば、永久磁石を回転させることにより、永久磁石又は電磁石等により発生する磁束が被回転手段を貫いて、被回転手段には、レンツの法則により渦電流が発生する。この渦電流により、前記被回転手段は永久磁石の回転に伴って回転する。本発明は、この動力を利用したものである。このとき伝達される回転力の大きさは、被回転手段を通る磁力線の強さに比例して、磁束発生手段、例えば、永久磁石と被回転手段との対向距離の２乗にほぼ反比例する。
【００２２】
磁束発生手段として、永久磁石を使用する場合には、本発明の動力伝達装置を作動させるときは、移動可能な永久磁石を用いて、当該永久磁石を移動させて前記被回転手段が磁束を貫くように配置して、渦電流を発生させて、動力伝達装置を稼動させることができる。一方、磁束発生手段として、電磁石を使用する場合に本発明の動力伝達装置を作動させるにときには、作動させるときのみにコイルに電流を流して磁束を発生させて、被回転手段に渦電流を発生させればよい。
【００２３】
また、本発明の動力伝達装置の好ましい実施態様において、さらに、第二の磁束発生手段を備え、前記第二の磁束発生手段は、前記被回転手段の回転面と略平行に配置された第二の軸の周りを回転し、前記第二の軸に沿って前記第二の磁束発生手段が移動可能である。この第二の磁束発生手段が移動することにより、非接触状態での無段階変速を可能とすることができる。すなわち、第一の磁束発生手段の回転によって、被回転手段に渦電流を発生させて前記渦電流により発生する動力により、被回転手段に伝達された動力を介して、第二の磁束発生手段を回転させることができる。この第二の磁束発生手段の回転力は、第二の磁束発生手段を、前記被回転手段の回転面と略平行に配置された軸方向と略平行に移動させることにより、無段階に変速させることができる。被回転手段の回転中心側に第二の磁束発生手段を移動させれば、重いギアの役割をし、逆に回転中心から離れた外側へ第二の磁束発生手段を移動させることにより、軽いギアの役割を達成する。
【００２４】
本発明の発電装置は、前述した本発明の動力伝達装置を備える。本発明の動力伝達装置については、前述の説明をそのまま参照することができる。
【００２５】
また、本発明の自転車、自動車は、前述した本発明の動力伝達装置を備える。本発明の動力伝達装置については、前述の説明をそのまま参照することができる。
【００２６】
以下、本発明の一実施例における動力伝達装置、発電装置、自転車等を図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施態様における原理を示す図である。回転手段からの入力は軸（入力）３の軸周りを回転するものとすれば、軸３の周囲に磁束発生手段として、例えば永久磁石１を図のように配置させる。永久磁石１は軸に固定されており、回転手段による軸3周りの回転に応じて永久磁石1も回転する。そうすると、永久磁石1の回転により、被回転手段２の磁界が急激に変化して、被回転手段２には電磁誘導により渦状の電流が流れる。当該渦状の電流により、被回転手段２は、永久磁石１の回転に伴って、永久磁石１と同じ周りで、軸（出力）４の周りを回転する。これにより、非接触的に動力を、入力軸３から、出力軸４へと伝達することができる。
【００２７】
永久磁石１と、被回転手段２との隙間は、永久磁石１の回転により被回転手段２へ渦電流を生じさせることが可能であれば、特に限定されるものではない。一般に、磁束発生手段１と被回転手段２との間は狭いほど磁束は強い。
【００２８】
図２は、本発明の一実施態様における動力伝達装置と発電機を組み合わせた例を示す。回転手段からの動力を利用して、入力軸が回転して、入力軸の回転に伴って磁束発生手段１も軸3周りに回転し始める。そうすると、被回転手段２に渦電流が生じ、磁束発生手段１の回転に伴って、被回転手段２も軸4周りに回転する。６はユニットである。被回転手段２の後方には、発電機5を備える。被回転手段2の回転力を利用して、発電機５により発電することが可能である。いずれも、通常用いる接触的のギヤ等を使用していないので、ギヤの磨耗、部品交換を行うことなく、非接触的に動力を伝達し、発電することが可能となる。
【００２９】
図３は、本発明の一実施態様における動力伝達装置を示す。動力を伝達する際に、無段階変速させる場合の一例である。入力、出力の軸は、８、９のどちら側でも良いが、永久磁石１’が図3中のDの矢印間を稼動可能になっており、Dの矢印間を移動することにより、無段階に変速可能となる。
【００３０】
入力が軸９方向の場合について説明すると、回転手段からの回転により軸９が回転し、例えば、矢印Bの方向へ永久磁石１が回転する。回転により被回転手段２に渦電流が生じ、被回転手段２は、矢印Cの方向へ回転する。6がユニットで、7が歯車、３１がベアリングである。なお、図では歯車7、ベアリング３１を記載しているが、歯車7、ベアリング３１はあってもなくても良い。但し、歯車７があれば、後述するように、被回転手段に無駄なくエネルギーを伝える事が可能である。
【００３１】
永久磁石１’は軸8の周りを回転可能になっている。永久磁石１’は、軸8には固定されているが、回転可能になっているので、被回転手段2の回転に伴って、永久磁石１’も軸8の周りを、矢印Aの方向で回転する。軸8の延長に別の被回転手段を設ければ、動力を被回転手段へ伝える事が可能である。
【００３２】
このとき、永久磁石1’が矢印Dの間を移動することにより、所謂通常のギヤの役割を果たすことができる。ギアとは、一般に、歯車の大きさの違いを利用して、動かすのに必要な力及び動く量を変化させるものである。ギヤが重いとは、ギヤ比が大きい事を意味する。永久磁石１’を矢印Dに沿って、被回転手段２の回転中心の方へ移動させると、ギヤ比が大きくなり、所謂重いギヤとなる。逆に、被回転手段２の回転中心から遠ざかるように矢印Dにそって永久磁石１’を移動させると、軽いギヤとなる。このように、非接触的に、無段階に動力を軸９から軸８側へ伝達することができる。
【００３３】
次に、歯車7が有る場合について説明する。歯車７は、例えば、図3に示すように、4つのギヤ７a、７ｂ、７ｃ、７ｄから構成される。ギヤ７ｃ側の軸９より外部入力があり、例えば、左回転（矢印Bの回転）をした場合、ギヤ７ｂとギヤ７ｄはギヤｃに沿って回転する。ギヤaはギヤｃの逆回転となり右回転(矢印Aの回転)となる。このため、歯車7を設置する場合には、回転は同時であるが、軸９及び軸８では歯車７を通じて逆回転になる。このように構成することによって、２箇所に磁束発生手段１、１’を取り付けて、被回転手段に無駄なくエネルギーを伝えることができる。
【００３４】
一方、逆に、入力が軸８側からであれば、同様にギヤ比を変えながら、軸８側から軸９側へと動力を伝達することが可能である。
【００３５】
図４は、本発明の一実施態様における動力伝達装置と発電機の組み合わせた例を示す。動力を伝達する際に、無段階変速させて、かつ、発電させる場合の一例である。入力、出力の軸は、８、９のどちら側でも良いが、永久磁石１’が図４中の矢印D間を稼動可能になっており、矢印Dの間を移動することにより、無段階に変速可能となる。
【００３６】
入力が軸９方向の場合について説明すると、回転手段からの回転により軸９が回転し、例えば、矢印Bの方向へ永久磁石１が回転する。回転により被回転手段２に渦電流が生じ、被回転手段２は、矢印Cの方向へ回転する。6がユニットで、7が歯車で、３１がベアリングである。ベアリング３１はあってもなくても良い。また、軸９と軸８との間に歯車７を設けなくても良いが、歯車７を設けた場合には、より動力を無駄なく伝達することができる。例えば、軸８、９の回転は、歯車７を介して互いに逆回転することが可能である。すなわち、上述にように歯車7を設置する場合には、回転は同時であるが、軸９及び軸８では歯車７を通じて逆回転になる。このように構成することによって、２箇所に磁束発生手段１、１’を取り付けて、被回転手段に無駄なくエネルギーを伝えることができる。また、永久磁石１’は軸8の周りを回転可能になっている。永久磁石１’は、軸8には固定されているが、回転可能になっているので、被回転手段2の回転に伴って、永久磁石１’も軸8の周りを、矢印Aの方向で回転する。軸8の延長に被回転手段を設ければ、動力を被回転手段へ伝える事が可能である。
【００３７】
このとき、永久磁石1’が矢印Dの間を移動することにより、所謂通常のギヤの役割を果たすことができる。Dの間の移動は例えば、軸８に設けた溝１０を利用して行うことができる。また、ギアとは、一般に、歯車の大きさの違いを利用して、動かすのに必要な力及び動く量を変化させるものである。ギヤが重いとは、ギヤ比が大きい事を意味する。永久磁石１’を矢印Dに沿って、被回転手段２の回転中心の方へ移動させると、ギヤ比が大きくなり、所謂重いギヤとなる。逆に、被回転手段２の回転中心から遠ざかるように矢印Dにそって永久磁石１’を移動させると、軽いギヤとなる。このように、被接触的に、無段階に動力を軸９から軸８側へ伝達することができる。
【００３８】
逆に、入力が軸８側からであれば、同様にギヤ比を変えながら、軸８側から、軸９側へと動力を伝達することが可能である。この場合、永久磁石1’が溝１０を左右に移動することにより、被回転手段２の回転速度を変化させる事が可能である。移動させることにより、被回転手段２のトルクも変化させる事が可能である。すなわち、非接触状態で速度とトルクを変えることができる。
【００３９】
発電については、被回転手段2が回転する事に伴って、当該回転の動力を利用して、発電機５を軸１１周りに矢印Cの方向へ回転させて発電させる。
【００４０】
図５は、図４の側面図を示す。１２は、磁束発生手段（本例では永久磁石）を固定させる固定板である。
【００４１】
図６は、別の本発明の一実施態様における動力伝達装置を示す。軸３の周りを磁束発生手段１が回転することにより、被回転手段２が磁束発生手段1の回転に伴って軸4の周りを回転する。図７は、図６の斜投影図法による動力伝達装置を示す。
【００４２】
図８は、本発明の一実施態様における動力伝達装置を示す。軸８又は軸9からの入力により、軸8又は軸9周りに永久磁石１が回転し、被回転手段２へ被接触的に動力を伝達し、発電機５により発電させる。
【００４３】
次に、本発明の動力伝達装置を自転車に組み込んだ場合の一例について説明する。図９は、本発明の一実施態様における動力伝達装置を組み込んだ自転車を示す。ギヤの部分の拡大図を図１０に示す。図１１は、図9に示す自転車を上から見た図である。
【００４４】
本発明の一実施態様における動力伝達装置を自転車に組み込んだ場合の駆動方式を図１０を用いて説明する。ギヤA２４は、ペダルと一体となり固定する。ギヤB２１は、固定ギヤで、ギヤA２４とチェーンで繋がっている。ギヤC２２は、フリーギアで、通常の自転車後方タイヤ側に取り付けてあるようなギヤである。ギヤB２１と、ギヤC２２は軸で一体となっている。なお、ギヤB２１として、一般の変速ギヤを用いてもよい。ギヤD２０は、動力伝達装置と発電機を組み合わせた本体を回転させるギヤである。ギヤE１６は、車輪と一体のギアである。ギヤC２２、ギヤD２０、及びギヤE１６とは、チェーンで繋がっている。ギヤD２０に取り付けられた発電機は、常に回転し走行中に負担が掛からない程度に発電し、バッテリー１９に充電することができる。
【００４５】
図１１は、自転車を上から見た図である。前車輪が２７、ハンドルが２８、ギヤAが２４、ペダルが２３、いすが２９、チェーンが３０である。自転車走行中には、以下のようになる。通常の自転車と同様にペダルからチェーンを介してギヤE１６、センター軸２５、後車輪２６へと伝える。アシストモータ１７はなくても良いが、必要に応じて作動させることができる。アシストモータの動力は、歯車によりセンター軸２５へ伝えることができる。ギヤC２２のフリーギヤがあるため、走行中は常にギヤD２０は回転する。詳細な内部の動作については、図4等を用いて上述したように作動する。例えば、下り坂のような場合、磁石取り付け板（磁束発生手段固定板）と磁石とを被回転手段側軸へ移動するような操作をする。そうすると、ギヤD２０内の本体発電機の回転が上がり発電量が増大する。走行中は微妙に左右の移動を調整することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
接触式動力伝達とことなり、非接触動力伝達であることから、ギヤ等の破損が頻繁に生じる装置を用いる分野において極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明の一実施態様における原理を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施態様における動力伝達装置と発電機を組み合わせた例を示す。
【図３】図３は、本発明の一実施態様における動力伝達装置を示す。
【図４】図４は、本発明の一実施態様における動力伝達装置と発電機の組み合わせた例を示す。
【図５】図５は、図４の側面図を示す。
【図６】図６は、本発明の一実施態様における動力伝達装置を示す。
【図７】図７は、図６の斜投影図法による動力伝達装置を示す。
【図８】図８は、本発明の一実施態様における動力伝達装置を示す。
【図９】図９は、本発明の一実施態様における動力伝達装置を組み込んだ自転車を示す。
【図１０】図１０は、図９の自転車におけるギア部分の拡大図を示す。
【図１１】図１１は、図9に示す自転車を上から見た図である。
【符合の説明】
【００４８】
１     磁束発生手段（永久磁石）
２     被回転手段
３     軸（入力）
４     軸（出力）
５     発電機
６     ユニット
７     歯車
７a    ギヤ
７ｂ   ギヤ
７ｃ   ギヤ
７ｄ   ギヤ
８     軸
９     軸
１０   溝
１１   軸
１２   磁束発生手段固定板
１３   本発明の一実施例における動力伝達装置
１４   フリーギア
１５   変速ギア
１６   車輪と一体のギアE
１７   アシストモーター
１８   インバーター
１９   バッテリー
２０   ギアD
２１   ギアB
２２   ギアC
２３   ペダル
２４   ギアA
２５   センター軸
２６   後車輪
２７   前車輪
２８   ハンドル
２９   いす
３０   チェーン
３１   ベアリング
【図１】
2010048347.tif 000003
【図２】
2010048347.tif 000004
【図３】
2010048347.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010048347.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010048347.tif 000009
【図８】
2010048347.tif 000010
【図９】
2010048347.tif 000011
【図１０】
2010048347.tif 000012
【図１１】
2010048347.tif 000013