(57)【要約】  複数の原動機と駆動軸とをコンパクトな容積内で作動可能な、軸方向に整列された原動機及び、筒状または中実状の動力軸の配置が開示されている。複数の原動機は軸方向に整列され、各原動機は駆動軸を有する。駆動軸は原動機及び他の駆動軸に対し軸方向に整列されている。少なくともひとつの駆動軸は筒状であり、そこにひとつ以上の駆動軸が嵌められることで伸縮自在となる。従って、駆動軸は略同一の空間を囲み、同一あるいは異なる速度及び方向で回転可能である。また、駆動軸は同等あるいは異なるトルクを受けることができる。
2011501638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に整列された複数の原動機と、複数の駆動軸とを有する装置であって、
前記駆動軸は互いに軸方向に整列され、
前記駆動軸は原動機に対して軸方向に整列され、
前記駆動軸はそれぞれが他の駆動軸と異なる半径を有し、間隔を置いて配置されることで隣接する駆動軸との間に間隙が形成され、
各駆動軸は原動機の１つによって回転駆動され、少なくともひとつの駆動軸は筒状である装置。
【請求項２】
前記１つまたは複数の駆動軸は異なる方向に回転する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記１つまたは複数の駆動軸は同一方向に回転する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の駆動軸は異なる回転速度で回転する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
最も内側に位置する駆動軸は中実である請求項１に記載の装置。
【請求項６】
すべての駆動軸は筒状である請求項１に記載の装置。
【請求項７】
各原動機は電気原動機である請求項１に記載の装置。
【請求項８】
軸方向に整列された筒状の第１駆動軸を有する第１原動機であって、第１駆動軸は第１の内半径及び外半径を有することと、
軸方向に整列された筒状の第２駆動軸を有する第２原動機であって、第２駆動軸は第２の内半径及び外半径を有し、 第２の内半径及び外半径は第１の内半径及び外半径より小さく、 第２原動機は第１原動機に対し軸方向に整列され、 第２駆動軸は第１駆動軸に対し軸方向に整列され、少なくとも第２駆動軸の一部は第１駆動軸内に配置され、第１及び第２駆動軸の間には環状の間隙が形成されることと、
軸方向に整列された第３駆動軸を有する第３原動機であって、第３駆動軸は第３の内半径及び外半径を有し、第３の内半径及び外半径は第２の内半径及び外半径より小さく、第３原動機は第２原動機に対し軸方向に整列され、第３駆動軸は第２駆動軸に対し軸方向に整列され、そして、少なくとも第３駆動軸の一部は第１及び第２駆動軸内に配置され、第２及び第３駆動軸の間には環状の間隙が形成されること
を有する装置。
【請求項９】
前記複数の駆動軸は異なる方向に回転する請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の駆動軸は同じ方向に回転する請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数の駆動軸は異なる回転速度で回転する請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記第３駆動軸は中実である請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記第３駆動軸は筒状である請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
各原動機は電気原動機である請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は種々のタイプの原動機に関する。一般的に原動機は化学的、力学的、あるいは電気的エネルギーを直線あるいは円運動に変換する機械システムを備える。
【背景技術】
【０００２】
本願において記述されるのは、複数の原動機と駆動軸とをコンパクトな容積内で作動可能な、軸方向に整列された原動機及び、筒状または中実状の動力軸の配置である。複数の原動機は軸方向に整列され、各原動機は駆動軸を有する。駆動軸は原動機及び他の駆動軸に対し軸方向に整列されている。少なくともひとつの駆動軸は筒状であり、そこにひとつ以上の駆動軸が同心に嵌められることで伸縮自在となる。従って、駆動軸は略同一の空間を囲み、同一あるいは異なる速度及び方向で回転可能である。また、駆動軸は同一あるいは異なるトルクを受けることができる。
【発明の概要】
【０００３】
本願の一態様による装置は軸方向に整列された複数の原動機と複数の駆動軸とを有する。駆動軸は同心で軸方向に整列され、原動機に対しても軸方向に整列されている。それぞれの駆動軸は他の駆動軸と異なる半径を有する。それぞれの駆動軸が間隔を置いて配置されることで、隣接する駆動軸間に間隙が形成される。それぞれの駆動軸は原動機のひとつにより回転駆動される。駆動軸は原動機の回転子の単なる延長であってもよい。少なくともひとつの駆動軸は筒状である。
【０００４】
本願の別の態様による装置は軸方向に整列された第１の筒状駆動軸を有する第１原動機を含む。第１駆動軸は第１の内半径と外半径とを有する。第２原動機は軸方向に整列された第２の筒状駆動軸を有する。第２駆動軸は第２の内半径と外半径とを有する。第２の内半径及び外半径は第１の内半径及び外半径より小さい。第２原動機は第１原動機に対し軸方向に整列され、第２駆動軸は第１駆動軸と同心であり、軸方向に整列されている。少なくとも第２駆動軸の一部は第１駆動軸内に配置され、第１及び第２駆動軸の間には環状の間隙が形成される。第３原動機は同心で、軸方向に整列された第３駆動軸を有する。第３駆動軸は第３の内半径と外半径とを有する。第３の内半径及び外半径は第２の内半径及び外半径より小さい。第３原動機は第２原動機に対し軸方向に整列され、第３駆動軸は第２駆動軸に対して軸方向に整列されている。少なくとも第３駆動軸の一部は第１及び第２駆動軸内に配置され、第２及び第３駆動軸の間には環状の間隙が形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本願に従う電気原動機の第１実施形態を示す側面斜視図。
【図２】図１に示す第１実施形態の端部を示す斜視図。
【図３】本願に従う電気原動機システムの実施形態を示す側面斜視図。
【図４】図３に示す実施形態の端部を示す部分斜視図。
【図５】本願に従う電気原動機システムの第２実施形態を示す側面斜視図。
【図６】図５に示す原動機のシステムの端部を示す部分斜視図。
【図７】本願に従う原動機を含む第３のシステムを示す側面斜視図。
【図８】本願に従う原動機を含む第３のシステムの端部を示す部分斜視図。
【図９】図７及び図８に示す原動機の第３のシステムの端部を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本願の装置は１つ又は複数の原動機を有し、原動機は好ましくは互いに軸方向に整列される。それぞれの原動機は筒状あるいは中実状の複数の駆動軸を有する。該駆動軸は互いに軸方向に整列され、前記１つ又は複数の原動機に対して軸方向に整列される。それぞれの駆動軸は他の駆動軸と異なる半径を有することができる。その結果、複数の駆動軸は同心に配置され、部分的に重なることが可能になり、伸縮自在機構の筒部と類似の機構を実現する。この配置の利点のひとつは、複数の駆動軸が近接して配置可能（占有スペースが小さい）であり、回転方向と速度を異ならせることができることである。また、各駆動軸に異なるトルクを供給することも可能である。本願の別の態様に従う複数の駆動軸では、異なる半径を有する２つの駆動軸の間に小さな環状間隙が形成される。これらの間隙を通して流体が流れることができる。例えば、冷却流体をこれらの間隙に供給することが可能になる。流体を間隙中にいずれかの方向に沿って流すことにより、原動機近くを流れるときに原動機の熱を吸収し、該熱を原動機から除去可能である。このような冷却システムは従来のシステムを簡素化し、冷却流体を移送するための外部配管やその他の手段を不要にする。このようなシステムを使用すれば、他のシステムでの使用に先立ち流体を予熱するこも可能になる。
【０００７】
図１は本願に従う電気原動機１０２の第１実施形態を示す側面斜視図である。この実施形態はひとつの原動機１０２と、ひとつの筒状駆動軸１０４とを有する。駆動軸１０４は原動機１０２に対し軸方向に整列されている。駆動軸１０４は原動機により回転駆動され得る。種々の原動機が使用可能である。例えば、内燃機関、交流電気原動機、直流電気原動機、ガス、空気あるいは水で駆動されるタービン機関、往復機関、蒸気機関、及び圧電駆動機関などが使用可能である。図１の斜視図では目視できないが、駆動軸１０４は原動機１０２の全体を貫通して配置されるのが好ましい。本実施形態では、駆動軸１０４は筒状であり、任意の内径と外径を有することができる。駆動軸１０４は任意の硬質あるいは半硬質材質で形成可能であり、材質としては例えば、金属、セラミック、ポリマー（例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、加硫ゴム、無定形物質（例えばガラス）、そして有機化合物（例えば木材）などが使用可能である。本実施形態の原動機１０２は単一方向の回転力のみを付与する構成であるが、駆動軸１０４に対して時計方向、反時計方向のいずれの回転力も付与可能である。また、原動機１０２は様々な回転速度で駆動軸１０４を駆動可能である。原動機１０２は様々なトルクを駆動軸１０４に付与可能である。
【０００８】
原動機１０２の実施形態としては、回転電気原動機またはオルタネータが挙げられる。この実施形態では、駆動軸１０４は回転子に固定可能である。原動機１０２の内部には回転子を非接触で囲む態様で固定子が固定されても良い。従って、回転子は固定子に対して自由に回転可能である。回転子及び固定子は両方とも導線あるいはその他の材質の巻き線を有することができる。固定子の巻き線を流れる電流は電界を生成し、その電界によって回転子にトルクが生まれ、回転子と駆動軸１０４が回転する。回転を継続させるために、電流を交流にすることもできる。
【０００９】
図２は図１に示す第１の実施形態の端部を示す斜視図である。本実施形態では、駆動軸１０４が原動機１０２の内部を貫通している。駆動軸１０４を筒状に形成し、中空の内部領域１０６を有することもできる。
【００１０】
図３は本願に従う電気原動機３０２、３１２を含むシステム３００の実施形態を示す側面斜視図である。本実施形態では、２つの原動機３０２、３１２が軸方向に整列されている。左側の原動機３０２は筒状駆動軸３０４を有し、この駆動軸３０４は左側原動機３０２と右側原動機３１２とに対して軸方向に整列されている。左側の駆動軸３０４は第１の半径を有する。右側の原動機３１２も両原動機３０２、３１２に対して軸方向に整列された駆動軸３１４を有する。この駆動軸３１４は第１駆動軸３０４の半径より小さな第２の半径を有する。２つの駆動軸３０４、３１４が軸方向に整列され同心に配置されつつ、異なる半径を有するため、第１駆動軸３０４はより細い第２駆動軸３１４に触れずに第２駆動軸３１４を囲んで配置される。この構成では、ふたつの駆動軸３０４、３１４は違う方向に異なる速度で回転することが可能であり、異なるトルクを受けることができる。
【００１１】
本実施形態では第２駆動軸３１４は筒状であるが、この内側の第２駆動軸３１４は中実状にすることも可能である。中実状の駆動軸は製造がより容易で値段も安く、弾性を有するため、高負荷での作動が可能である。また、中実状の駆動軸は筒状のものより寿命が長い。さらに、冷却のため、駆動軸３１４自身が原動機３１２から熱を奪うようにしてもよい。この場合、中実状の駆動軸は筒状駆動軸より効率よく熱を伝達する。原動機３０２、３１２の熱を流体により駆動軸３０４、３１４の間の環状間隙（図４参照）を通して除去することも可能である。同時に、内側の第２駆動軸３１４が筒状である場合、空洞を流体で満たし、それによって原動機３０２、３１２から熱を奪ってもよい。
【００１２】
図４は図３に示す実施形態の端部を示す部分斜視図である。図４では、内側と外側の駆動軸３０４、３１４の間の環状間隙３０８が図示されている。また、駆動軸３１４内に設けられた空洞３１６も図示されている。図示はされていないが、両駆動軸は第１原動機３０２を貫通し、第２駆動軸３１４のみが第２原動機３１２を貫通している。しかしながら、別の実施形態では、両駆動軸３０４、３１４を両原動機３０２、３１２内に設け、それらを貫通するようにしてもよい。そのような実施形態では、それぞれの原動機３０２、３１２が単一の駆動軸を駆動可能である。例えば、図に示された実施形態では、第１原動機３０２は第１のすなわち外側の駆動軸３０４を駆動し、第２原動機３１２は内側のつまり第２駆動軸３１４を駆動する。
【００１３】
一実施形態では、原動機３０２、３１２とも電気駆動であり、それぞれ固定子と回転子とを含む。第１原動機３０２の回転子は外側の駆動軸３０４に固定可能であり、内側の駆動軸３１４は第１原動機３０２を自由に動ける態様で貫通し、駆動軸３０４に接触せずに駆動軸３０４を貫通する。図で示した実施形態では、外側の駆動軸３０４は第２原動機３１２を貫通していない。従って、第２原動機３１２の回転子は内側の駆動軸３１４に直接固定、すなわち一体化することもできる。
【００１４】
図５は本願に従う電気原動機５０２、５１２、５２２を含むシステム５００の第２実施形態を示す側面斜視図である。図で示した実施形態は軸方向に整列された筒状の第１駆動軸５０４を有する第１原動機５０２を含む。第１駆動軸５０４は第１の半径を有する。
【００１５】
本実施形態はさらに軸方向に整列された筒状の第２駆動軸５１４を有する第２原動機５１２を含む。第２駆動軸５１４は第１の半径より小さな第２の半径を有する。第２原動機５１２は第１原動機５０４に対し軸方向に整列され、第２駆動軸５１４は第１駆動軸５０４に対し軸方向に整列されている。図に示されているように、少なくとも第２駆動軸５１４の一部は第１駆動軸５０４内に配置される。第１及び第２駆動軸５０２、５１２の間に環状の間隙を形成することもできる。
【００１６】
システム５００はさらに軸方向に整列された第３駆動軸５２４を有する第３原動機５２２を含む。第３駆動軸５２４は第３の半径を有する。第３の半径は第２の半径及び第１の半径よりも小さい。第３原動機５２２は第２原動機５１２に対し軸方向に整列され、第３駆動軸５２４は第２駆動軸５１４に対して軸方向に整列されている。少なくとも第３駆動軸５２４の一部が第１及び第２駆動軸５１４、５０４の中に配置される。第２及び第３駆動軸５１４、５２４が重なる領域において、第２及び第３の駆動軸５１４、５２４の間には環状の間隙が形成される。図に示される実施形態では、３つの駆動軸５０４、５１４、５２４は異なる方向に異なる速度で回転され得る。また、３つの駆動軸５０４、５１４、５２４は異なるトルクを受けることができる。
【００１７】
図に示される原動機５０２、５１２、５２２は横方向に距離を置いて配置されるが、原動機５０２、５１２、５２２間の距離は縮小及び拡大可能であり、この間隔はなくてもよい。原動機５０２、５１２、５２４の間に間隔がない実施形態が図９に示される。
【００１８】
一実施形態では、原動機５０２、５１２、５２２は駆動軸５０４、５１４、５２４を同一方向に同一速度で駆動し、及び／又は同等のトルクを３つの駆動軸５０４、５１４、５２４すべてにかける。速度、方向及びトルクの任意の組み合わせで、駆動軸５０４、５１４、５２４の１つ又は複数の任意の組み合わせを作動させることができる。内側の駆動軸５２４を筒状あるいは中実状とすることもできる。図に示された実施形態では、各駆動軸５０４、５１４、５２４の一部が各原動機５０２、５１２、５２２の右側に配置されるが、他の実施形態では、各駆動軸５０４、５１４、５２４が各原動機５０２、５１２、５２２の内部と左側とに配置されてもよい。
【００１９】
図６は図５に示す原動機５００のシステムの端部を示す部分斜視図である。図に示された実施形態では、内側の駆動軸５２４は筒状である。しかしながら、内側の駆動軸５２４を中実状とすることもできる。中間及び外側の駆動軸５１４、５０４の間の間隙５０８に加え、環状の間隙５０８は内側及び中間の駆動軸５２４、５１４の間にも形成されている。前記の図面に記載されているように、これらの間隙５０８、５１８を流体で満たすこともできる。この流体は熱、つまり熱エネルギーを原動機５０２、５１２、５２２から除去あるいは供給することができる。図６に示されるような、複数の間隙５０８、５１８を有する実施形態において、流体は異なる方向に流れてもよい。流体は間隙５０８、５１８のすべてではなく、ひとつにおいて流れるようにしてもよい。異なる間隙５０８、５１８において異なる流体が流れるようにすることもできる。内側の駆動軸５２４中の空洞５２６を流体の流路とすることもできる。また、他の組み合わせも可能である。
【００２０】
図７は本願に従う原動機７０２、７１２、７２２、７３２を含む第３のシステム７００を示す側面斜視図である。システム７００は軸方向に整列された筒状の駆動軸７０４を有する第１原動機７０２を含む。第１駆動軸７０４は第１の半径を有する。システム７００さらに軸方向に整列された筒状の第２駆動軸７４を有する第２原動機７１２を含む。第２駆動軸７１４は第１の半径より小さな第２の半径を有する。第２原動機７１２は第１原動機７０２に対し軸方向に整列され、第２駆動軸７１４は第１駆動軸７０４に対し軸方向に整列されている。少なくとも第２駆動軸７１４の一部は第１駆動軸７０４内に配置され、第１及び第２駆動軸７０４、７１４の間には環状の間隙が形成される。システム７００はさらに軸方向に整列された第３駆動軸７２４を有する第３原動機７２２を含む。第３駆動軸７２４は第３の半径を有する。第３の半径は第２の半径よりも小さい。第３原動機７２２は第２原動機７１２に対し軸方向に整列され、第３駆動軸７２４は第２駆動軸７１４に対して軸方向に整列されている。少なくとも第３駆動軸７２４の一部は第１及び第２駆動軸７０４、７１４内に配置され、第２及び第３駆動軸７１４、７２４の間には環状の間隙が形成される。システム７００はさらに軸方向に整列された第４の駆動軸７３４を有する第４の原動機７３２を含む。第４の駆動軸７３４は第４の半径を有する。第４の半径は第３の半径よりも小さい。第４の原動機７３２は第３原動機７２２に対し軸方向に整列され、第４の駆動軸７３４は第３駆動軸７２４に対し軸方向に整列されている。少なくとも第４の駆動軸７３４の一部は第１、第２及び第３駆動軸７０４、７１４、７２４内に配置され、第３と第４の駆動軸７２４、７３４の間には環状の間隙が形成される。
【００２１】
図８は本願に従う原動機７０２、７１２、７２２、７２４を含む第３のシステム７００の端部を示す部分斜視図である。この実施形態では、内側の第４駆動軸７３４は中実状である。しかしながら、別の実施形態では、内側の第４駆動軸７３４を筒状にして空洞を形成することもできる。図に示されるように、環状の間隙７０８、７１８、７２８が駆動軸７０４、７１４、７２４、７３４の各対の間に形成される。そのような実施形態では、各駆動軸７０４、７１４、７２４、７３４は異なる速度で異なる方向に駆動される。また、駆動軸７０４、７１４、７２４、７３４には異なるトルクが付与される。その他の実施形態では、各駆動軸７０４、７１４、７２４、７３４は同一方向に同一速度で駆動され、及び／又は同等のトルクを受けてもよい。その他の実施形態では、異なったあるいは類似の速度、方向及びトルクの任意の組み合わせを、駆動軸７０４、７１４、７２４、７３４に適用してもよい。
【００２２】
図９は図７及び図８に示す原動機９０２、９１２、９２２、９２４の第３のシステム９００の端部を示す斜視図である。図９は原動機９０２、９１２、９２２、９２４間に間隙が存在しない実施形態を図示している。言い換えれば、原動機９０２、９１２、９２２、９２４は互いに接触しているか、最小の隙間を介して配置されている。この構成の利点は原動機９０２、９１２、９２２、９３２のシステム９００がコンパクトになるということである。従って、図面に示されるシステム９００は４つの異なる速度、回転方向、及び／又はトルクを駆動軸９０４、９１４、９２４、９３４に供給可能であり、駆動軸９０４、９１４、９２４、９３４は他のシステムを回転または駆動するのに使用可能である。よって、可変動力のシステム９００がコンパクトな空間及び容積で実現可能である。
【００２３】
本願のいくつかの実施形態がここで詳細に説明されている一方、これらの実施形態の変更及び応用は当業者にとって自明であることは明らかである。しかしながら、そのような変更及び応用が本願の技術的範囲を逸脱することがないのは明白である。
【図１】
2011501638.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011501638.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011501638.tif 000011
【国際調査報告】
2011501638.tif 000012
2011501638.tif 000013
2011501638.tif 000014