(57)【要約】  運動エネルギを利用可能な力（２００）に変換する装置が、車両走行路（２０２）中に固定されるように構成されたフレーム（２０４）と、そのフレームに装着された複数のプレート（２１１〜２１９、及び２２１〜２２９）とを備える。各プレートはフレームに対して可動であって、エネルギ変換手段（２３２、２３４）を駆動するようになっている。エネルギ変換手段は、可変慣性を持つ回転部材（図１９の２９３）を有する。
2011512779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動エネルギを利用可能な力に変換するための装置であって、
車両走行路内に固定されるように構成されたフレームと、
前記フレームに装着された複数のプレートであって、各プレートはエネルギ変換手段を駆動するために前記フレームに対して可動である、複数のプレートと、
を備え、
前記エネルギ変換手段は可変慣性を有する回転部材から成ることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記装置は、前記プレート上を通過する車両によりその順番に動くように構成された、少なくとも第１と第２のプレートを更に備え、
各プレートの動きは駆動機構の回転を生ぜしめるように構成されており、
少なくとも前記第２のプレートは、前記駆動機構に対して前記第１のプレートよりも大きな回転を与えるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
車両走行路内に固定されるように構成されたフレームと、
前記フレームに装着され、前記フレームに対して各プレートが可動である、複数のプレートと、
を備える、運動エネルギを利用可能なエネルギに変換するための装置であって、
少なくとも第１と第２のプレートが、前記プレート上を通過する車両によりその順番で動くように構成され、
各プレートの動きは、駆動機構に回転を生ぜしめるように構成され、
少なくとも前記第２のプレートは、前記駆動機構に対して前記第１のプレートよりも大きな回転を与えるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
可変慣性を持つ回転部材を有するエネルギ変換手段を更に備え、前記駆動機構は前記エネルギ変換手段を駆動するように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記エネルギ変換手段は、発電機を更に備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記エネルギ変換手段は、電気エネルギを蓄積する手段を更に備えることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記発電機は、可変慣性を持つ回転部を更に備えることを特徴とする、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記各プレートは、車両が作用していない場合には周辺表面を第１の位置に押出すように構成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記プレートが第１の位置にある場合に、車両走行面の少なくとも一端が前記周辺表面と同一の高さにあることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
各プレートは、車両が作用すると第２の位置に動くように構成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２の位置にある場合に、前記車両走行面の最も高い部分が、少なくとも車両が前記プレートに作用している部分において、前記周辺表面と実質的に同一高さであることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第２の位置にある場合に、前記車両走行面の最も高い部分は、前記プレートの少なくとも一部において前記周辺表面の高さよりも低いことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
車両が前記プレート上を通過するときに、前記各プレートの少なくとも一部分は、実質的に垂直方向下向きに移動することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記各プレートは、第２の位置から第１の位置へ弾性的に押し付けられることを特徴とする、請求項８と１０とに従属する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記各プレートは、前記第１の位置より上へは移動しないように抑制されていることを特徴とする、請求項８に従属する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記実質的に垂直方向下向きとは、軸を中心とした円弧状の運動であることを特徴とする、請求項１３に従属する請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記各プレートは、車両が前記プレート上を通過する際の垂直運動に耐えるためにその一端で、又はその一端の近傍で枢支されていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記プレートは、水平運動に耐えるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記装置は更に、２つの類似のプレートの組を、前記車両走行路に沿う長手中心線の両側に１つずつ備えることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
枢支された前記端部は前記車両走行路に沿う中心線に隣接することを特徴とする、請求項１７に従属する請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
各プレートは、前記車両走行路の長手中心線に平行な、共通の軸中心線を中心として移動するように構成されていることを特徴とする、請求項１７に従属する請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
枢支された前記端部は前記車両走行路に沿う側端に隣接していることを特徴とする、請求項１７に従属する請求項１〜２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
各プレートは、前記車両走行路の長手中心線に平行な、共通の軸中心線を中心として枢動するように構成されていることを特徴とする、請求項１７に従属する請求項１〜２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記走行路線に沿った各プレートの間に、走行路の横断固定部が設けられていることを特徴とする、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
走行路の長手方向固定部が、前記長手中心線に沿ったプレートの各組の間に設けられることを特徴とする、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記２つの同様のプレートの組のそれぞれにおけるプレートは、前記長手中心線を中心として対照的に配設されていることを特徴とする、請求項１９に従属する請求項１〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記各プレートの組の前記共通軸中心線は、前記長手中心線に関して対称的に変位していることを特徴とする、請求項１９及び２３に従属する請求項１〜２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記プレートの各組の前記共通軸中心線は、それぞれの組のプレート間で共通であり、前記長手中心線に一致することを特徴とする、請求項１９及び２３に従属する請求項１〜２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記エネルギ変換手段は更に駆動機構を備え、前記駆動機構は運動エネルギを前記発電機に伝達するように構成されていることを特徴とする、請求項５に従属する請求項１〜２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記駆動機構は、前記プレートの実質的に垂直な運動を前記発電機を運転する回転運動へ変換するための歯車機構を備えることを特徴とする、請求項２９に従属する請求項１〜２９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記歯車機構が少なくともラックとピニオンの構成を備え、ラックは前記プレートのそれぞれの枢支端から離れた位置に装着され、前記ラックとピニオンの構成のそれぞれは、前記プレートの実質的に垂直な運動を前記発電機運転のための回転運動に変換することを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
第１のプレートのピニオンの直径は、第２のプレートのピニオンの直径よりも大きいことを特徴とする、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記駆動機構は、前記プレートの実質的に垂直な運動を発電機運転のための回転運動へ変換するための連接棒とクランクシャフトの機構を備えることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
【請求項３４】
前記連接棒とクランクシャフトの機構は、前記各プレートの前記枢支端から離れた位置に装着された連接棒を備えることを特徴とする、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
第１のプレートのクランクの長さは、第２のプレートのクランクの長さよりも長いことを特徴とする、請求項３３又は３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記プレートと駆動機構は更に、少なくとも１つのクラッチを備え、前記１つまたは複数のクラッチは、１つの特定のプレートが実質的に垂直方向に動いてエネルギが前記駆動機構に付与される際に、前記プレートと同一の組の他のプレートは前記第１の位置にとどまることを特徴とする、請求項３３に記載の装置。
【請求項３７】
ピニオン及び／又はクランクのそれぞれは前記クラッチを備えることを特徴とする、請求項３１又は３３に従属する請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
回転可能な電機子（２）と、
固定された固定子（３）と、
を含み、
前記電機子は軸（１Ｘ）を中心に回転するように構成された電気的回転機械（１）であって、
前記電機子はそれぞれが複数の可動部分（１１〜２２）を有する組を複数備え、各可動部分は、前記電機子が静止している場合の少なくとも第１の位置から、前記電機子が回転している場合の第２の位置まで可動であり、
前記可動部分が前記第１の位置から前記第２の位置へ移動する際に各可動部分と前記固定子との間の半径方向の空隙（１Ｇ）の大きさ（１Ｄ）が減少し、前記電機子と前記固定子は、前記可動部分が前記第２の位置にある場合に前記電機子と前記固定子との間の磁束が前記空隙を超えて結合するように構成され、
少なくとも第１の組が第１の回転速度で前記第２の位置へ移動するように構成され、少なくとも第２の組が第２の回転速度で前記第２の位置へ移動するように構成され、前記第２の速度は前記第１の速度より大きい、
ことを特徴とする、電気的回転機械（１）。
【請求項３９】
前記回転機械は発電機であることを特徴とする、請求項３８に記載の電気的回転機械。
【請求項４０】
前記電気機械は電気モータであることを特徴とする、請求項３８に記載の電気的回転機械。
【請求項４１】
前記可動部分はそれぞれ少なくとも部分的に磁気的部分を備えることを特徴とする、請求項３８に従属する請求項１〜４０のいずれか一項に記載の電気的回転機械。
【請求項４２】
前記磁気部分は永久磁石を備えることを特徴とする、請求項４１に記載の電気的回転機械。
【請求項４３】
前記磁気部分は電磁石を備えることを特徴とする、請求項４１に記載の電気的回転機械。
【請求項４４】
前記磁気部分は永久磁石と電磁石とを備えることを特徴とする、請求項４１に記載の電気的回転機械。
【請求項４５】
前記可動部分は前記回転軸方向へ弾性的に押し付けられることを特徴とする、請求項３８に従属する請求項１〜４４のいずれか一項に記載の電気的回転機械。
【請求項４６】
前記可動部分は特定の角速度で前記第２の位置へ向かって移動するように構成されることを特徴とする、請求項３８に従属する請求項１〜４５のいずれか一項に記載の電気的回転機械。
【請求項４７】
前記可動部分が前記第１の部分にある場合、前記電機子と前記固定子との間の結合磁束は、前記第２の位置にある場合の半分以下の結合磁束であることを特徴とする、請求項３８に従属する請求項１〜４６のいずれか一項に記載の電気的回転機械。
【請求項４８】
前記可動部分は半径方向に移動するように構成されることを特徴とする、請求項３８に従属する請求項１〜４７のいずれか一項に記載の電気的回転機械。
【請求項４９】
前記可動部分は円弧状に動くことを特徴とする、請求項３８〜４７のいずれか一項に記載の電気的回転機械。
【請求項５０】
前記電機子は前記固定子の内部で回転するように構成されることを特徴とする、請求項３８に従属する請求項１〜４９のいずれか一項に記載の電気的回転機械。
【請求項５１】
前記可動部分が前記第１の位置にある場合の前記電機子の慣性モーメントが、前記可動部分が前記第２の位置にある場合の慣性モーメントより小さいことを特徴とする、請求項３８に従属する請求項１〜５０のいずれか一項に記載の電気的回転機械。
【請求項５２】
図１から１７の添付図を参照して実質的にこれまでに記載されている、電気的回転機械。
【請求項５３】
前記装置は、請求項３８又は３９、あるいは請求項４０に従属しない請求項４１〜５２のいずれかに記載の電気的回転機械を備える発電機を更に備えることを特徴とする、請求項１に従属する請求項１〜５２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５４】
前記装置は、請求項３８又は３９、あるいは請求項４０に従属しない請求項４１〜５２のいずれかに記載の電気的回転機械を備える発電機を更に備えることを特徴とする、請求項３に従属する請求項１〜５３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５５】
図１８〜２３の添付図を参照して実質的にこれまでに記載されている、運動エネルギを変換するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動車両からの運動エネルギの変換に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機やモータ等のような、運動エネルギを電気エネルギに変換する電気的回転機械は、一般的に最適な動作速度を有し、その速度において移動部品と固定部品との間の電磁相互作用が所望の結果をもたらす。本明細書で記述する発電機及びモータでは、移動部品の運動は、モータの軸を中心とする電機子の回転である。発電機に関しては、所望の結果は機械的入力から得られる電気的出力である。モータに関しては、所望の結果は電気的入力から得られる機械的出力である。このような回転機械においては、機械的力と電気的力との相互変換は磁界と複数の電線との間の相互作用によって行われる。磁界は、電磁石、又は永久磁石、又はその両方の組合せから得られる。複数の電線は通常いくつかのコイルの形に構成され、各コイルは磁性体のコアの周りに巻かれる。通常、磁性体のコアは磁束を回転機械の内部に向かわせるような形状であり、１つまたは複数のコイルを貫通している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既知の電気機械の問題点は、機械の始動に際し、適正な運転速度まで機械を加速するのに大きなトルクを要することである。この大きなトルクの一部は，装置の機械的慣性から来るものである。このトルクの一部は機械にかかる負荷に起因し、それはモータの場合には駆動される機械的負荷であり、発電機の場合には電気的負荷である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下で説明するように、本発明においては、通過する車両のそれぞれからの運動エネルギの一部を別の形態のエネルギに変換するために、その上を通過する車両交通により作動する装置に併せて使用するのに好適な発電機を例として記述する。一般に発電機は磁界中で動作する。この磁界は通常固定されていて、例えば通電されたコイルが発電機内で相対運動することにより電磁場として生成されるか、又は永久磁石で構築されるものである。いずれの場合にも、磁界は機械の一方から他方へエネルギを移すのに利用される。発電機の場合にはそれが回転への抵抗をもたらす。これは電気出力を生成するために固定子の中を回転部品が移動することによるものあり、結果的に回転に対する抵抗となる。
【０００５】
本発明の意図は電気機械の機械的慣性を低減することにあり、特に発電機の場合には、発電機上の電気的負荷を低減することも意図している。このことは、駆動機構の慣性も低減されることになり、有利である。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、運動エネルギを利用可能な力に変換するための装置が提供される。この装置は、車両走行路内に固定されるように構成されたフレームと、フレームに装着された複数のプレートであって、各プレートの車両走行面が実質的に周辺の走行路と同じ高さであり、エネルギ変換手段を駆動するために各プレートが走行路に関して可動となっている、複数のプレートと、を備える。ここで、エネルギ変換手段は、可変慣性を有する回転部材からなる。
【０００７】
本発明の第１の態様の利点は、エネルギ変換手段が、通過する車両交通の運動エネルギから導出された利用可能な力を提供できることである。
【０００８】
好ましくは、この装置は、車両がプレート上を通過することにより、その順番に動くように構成された、少なくとも第１と第２のプレートとを更に備え、各プレートの運動は駆動機構の回転を生じるように構成されており、ここで少なくとも第２のプレートは、駆動機構に対して第１のプレートよりも大きな回転を与えるように構成されている。
【０００９】
本発明の更なる態様によれば、運動エネルギを利用可能な力に変換するための装置が提供される。本装置は、車両走行路内に固定されるように構成されたフレームと、フレームに装着された複数のプレートとを備え、各プレートの車両走行面が実質的に周辺の走行路と同じ高さになるようになっていて、各プレートは走行路に対して可動であり、車両がプレート上を通過することにより、少なくとも第１と第２のプレートとがその順番に動くように構成されており、各プレートの運動は駆動機構の回転を生じるように構成されており、ここで少なくとも第２のプレートは、駆動機構に対して第１のプレートよりも大きな回転を与えるように構成されている。本発明のこの更なる態様の利点は、第１のプレートにより通過車両に対して上向きに掛けられる垂直方向の力は、第２のプレートにより上向きに掛けられる垂直方向の力と同じであってよいことである。
【００１０】
好ましくは、この装置は発電機から成るエネルギ変換手段を備える。
【００１１】
発電機から成るエネルギ変換手段の利点は、装置からの出力が容易に利用できることである。
【００１２】
好ましくは、エネルギ変換手段は更に電気エネルギの貯蔵手段を備える。
【００１３】
電気エネルギを貯蔵することの利点は、装置上を通過する車両交通がない期間においても電気出力を維持できることである。
【００１４】
好ましくは、発電機は可変慣性を持つ回転部を備える。
【００１５】
可変慣性を有する回転部を備える発電機の利点は、回転部の回転起動時の最大荷重を低減できることである。
【００１６】
好ましくは、各プレートは車両により作動されていない場合には周辺表面を第１の位置に突き出すように構成されている。好ましくは、車両走行面の少なくとも一端は周辺表面と実質的に同一の高さにある。ある実施形態では、端部は丸みの付いた面、及び／又は曲面、及び／又は斜面で構成されてもよい。
【００１７】
端部が実質的に同一の高さにあることの利点は、車両のタイヤがプレートに接触する際に傷つけられないことである。
【００１８】
好ましくは各プレートは、車両により作動されると第２の位置へ移動するように構成されている。好ましくは第２の位置にある際に、車両の走行面の最高部は、少なくとも車両がプレートに作用する部分において周辺面と少なくとも実質的に同じ高さにある。
【００１９】
ある実施形態においては第２の位置にある際に、車両の走行面の最高部は、少なくともプレートの一部において周辺面より低い高さにある。
【００２０】
プレートの一部が周辺面より下になるように、プレートが動くことができることの利点は、大きな車輪の重い車両がプレート上を通過する場合、プレートが垂直方向に最大の運動をすることができることである。
【００２１】
好ましくは、少なくとも各プレートの一部は、車両がプレート上を通過する際に実質的に垂直下方向に動く。プレートが垂直方向に動く利点は、通過車両の重量が駆動機構に対して効率的に作用することである。
【００２２】
好ましくは、各プレートは第２の位置から第１の位置へ弾性的に押し付けられる。
【００２３】
好ましくは、各プレートは第１の位置より上へ移動することが抑制される。
【００２４】
好ましくは、実質的な垂直下向き方向は、軸を中心とする円弧運動である。
【００２５】
好ましくは、各プレートはその一端あるいは一端の近くで枢支されており、車両がプレートを通過する際に垂直運動に耐えるようになっている。より好ましくは、プレートは水平運動にも耐えるように構成されている。
【００２６】
プレートが一端で枢支されていることの利点は、機構の構成が単純化されることである。プレートが水平方向の運動に耐えられることの利点は、制御された様態で車両がプレートを横断できることである。
【００２７】
好ましくは、装置は車両走行路に沿った長手方向の中心線の両側に、２つの類似のプレートの組を更に含む。
【００２８】
ある実施形態においては、枢支された端部は、車両走行路沿いの中心線に隣接している。好ましくは、各プレートは、車両走行路の長手方向中心線に平行な、共通の軸中心線を中心に移動するように構成されている。
【００２９】
別の実施形態においては、枢支された端部は、車両走行路沿いの側端に隣接している。好ましくは、各プレートは、車両走行路の長手方向中心線に平行な、共通の軸中心線を中心に移動するように構成されている。
【００３０】
好ましくは、走行路の横断固定部が、車両走行路線に沿った各プレートの間に設けられる。横断固定部の利点は、車両がプレートを横断する際の擾乱が最小化されることである。
【００３１】
好ましくは、走行路の長手方向固定部が、各プレートの組の間の、長手方向中心線沿いに設けられる。長手方向固定部の利点は、二輪車が安全な固定走行路を提供されることである。
【００３２】
好ましくは、２つの類似の組のそれぞれのプレートは、長手方向中心線に関して対称的に配置される。
【００３３】
好ましくは、プレートの各組の共通の軸中心線は、長手方向中心線に関して対称的に変位している。別の実施形態においては、プレートの各組の共通軸中心線は好ましくは、プレートの各組の間で共通であり、長手方向中心線に一致している。
【００３４】
好ましくは、エネルギ変換手段は更に駆動機構を備え、駆動機構は運動エネルギを発電機へ伝達するように構成されている。
【００３５】
好ましくは、駆動機構は歯車機構を備え、プレートの実質的に垂直な運動を回転運動に変換させて発電機を動作させる。
【００３６】
好ましくは、歯車機構が少なくともラックとピニオンの構成を備え、ラックはそれぞれのプレートの枢支端から離れた位置に装着され、ラックとピニオンの各構成は、プレートの実質的に垂直な運動を回転運動に変換して発電機を運転させるようになっている。好ましくは、第１のプレートのピニオンの直径は、第２のプレートのピニオンの直径よりも大きい。
【００３７】
第１のピニオンが第２のピニオンよりも大きいことの利点は、同じ下方向の力に対して、第１のピニオンが第２のピニオンよりもより大きなトルクを駆動機構に与えることができることである。
【００３８】
更なる実施形態においては、好ましくは、駆動機構は連接棒とクランクシャフトの機構を備え、プレートの実質的に垂直な運動を発電機を運転するための回転運動へ変換する。好ましくは、連接棒とクランクシャフトの機構は、各プレートの枢支端から離れた位置に装着された連接棒を備える。
【００３９】
好ましくは、第１のプレートのクランクの長さは、第２のプレートのクランクの長さよりも長い。
【００４０】
第１のクランクが第２のクランクよりも長いことの利点は、同じ下方向の力に対して、第１のクランクが第２のクランクよりもより大きなトルクを駆動機構に与えることができることである。
【００４１】
好ましくは、プレートと駆動機構は更に、少なくとも１つのクラッチを備える。この１つまたは複数のクラッチは、特定のプレートが実質的に垂直方向に動いてエネルギーを駆動機構に付与する際に、このプレートと同一組の他のプレートを第１の位置にとどまらせることができることである。
【００４２】
好ましくは、ピニオン及び／又はクランクのそれぞれは前に述べたクラッチを備えている。
【００４３】
本発明によれば、回転可能な電機子と固定された固定子とを備え、電機子が軸を中心に回転するように構成された、電気的回転機械が提供される。電機子はそれぞれが複数の可動部分の組を複数備え、各可動部分は少なくとも、電機子が静止している場合の第１の位置から、電機子が回転している場合の第２の位置までを可動であり、可動部分が第１の位置から第２の位置へ移動する際に各可動部分と固定子との間の半径方向の空隙の大きさが減少し、電機子と固定子は、可動部分が第２の位置にある場合に電機子と固定子との間の磁束が空隙を超えて結合するように構成され、少なくとも第１の組が第１の回転速度で第２の位置へ移動するように構成され、少なくとも第２の組が第２の回転速度で第２の位置へ移動するように構成され、第２の速度は第１の速度より大きい。
【００４４】
本発明の利点は、停止状態からスタートする際の電機子と固定子との間の空隙を、運転速度に達した際の空隙よりも大きくなるように電気機械を構成することにより、電気機械の電磁気特性、及び／又は機械特性が起動時と運転時とで異なるようにして、起動を支援できることである。
【００４５】
好ましくは、回転機械は発電機である。
【００４６】
好ましくは、発電機は通過車両からの運動エネルギを電力へ変換するように構成されている。
【００４７】
別の実施形態においては、好ましくは電気機械はモータである。
【００４８】
好ましくは、可動部分はそれぞれ、少なくとも部分的には磁性体部分を備えている。本発明の利点は、可動部分が第１の位置にある場合に、例えば電機子又は固定子中の渦電流から生じる磁気的な損失による電機子回転に対する抵抗が最小化されることである。
【００４９】
好ましくは、磁気的部分は永久磁石を含む。
【００５０】
好ましくは、磁気的部分は電磁石を含む。
【００５１】
好ましくは、磁気的部分は永久磁石と電磁石とを含む。磁気的部分が永久磁石と電磁石との両方を含むことの利点は、磁界の強さを制御できることである。更なる利点は、永久磁石と電磁石との両方を組み合わせることにより、高強度の磁界が得られることである。
【００５２】
好ましくは、可動部分は半径方向に動くように構成される。
【００５３】
別の実施形態において、好ましくは可動部分は円弧状に動く。
【００５４】
好ましくは、電機子は固定子の内部で回転するように構成されている。
【００５５】
好ましくは、可動部分は回転軸方向へ押し付けられる。
【００５６】
好ましくは、可動部分は回転軸方向へ弾性的に押し付けられる。
【００５７】
好ましくは、可動部分が第１の位置にある場合の電機子の慣性モーメントが、可動部分が第２の位置にある場合の慣性モーメントより小さい。
【００５８】
好ましくは、本発明は、好適に設計された可動錘即ち可動部の中に組み込まれた１つまたは複数のコイル巻き線又は磁性体部によって、慣性及び回転抵抗の両方を下げる手段を提供する。これらは、好ましくは中心シャフト又はハブに結合されたばね又は他の好適な機構によって、引張られる、及び／又は動くことができるように構成されている。ここで、この機構が停止しているか低速回転している場合には、錘は回転中心の近くにあり、それによって慣性が最小化される。しかしまた、磁界によって阻害されるほどには固定子に近くはならない。従って、電機子は与えられた入力に対し、その他の場合よりもより高速の回転速度を達成することが可能である。
【００５９】
好ましくは、可動部分が第１の位置にある場合には、電機子と固定子とを結合する磁束は、可動部分が第２の位置にある場合の結合磁束の半分以下である。
【００６０】
別の実施形態においては、好ましくは、可動部分が第１の位置にある場合の固定子と電機子との間の結合磁束は、可動部分が第２の位置にある場合の結合磁束の４分の１より小さい。
【００６１】
好ましくは、回転速度が十分に上がると、それにより生じる遠心力が錘即ち電気的コイル巻き線又は磁性体部分を含む可動部分に対して作用し、十分な角速度が得られると、錘が固定子に密接して近づくように設計されている。これにより、固定子との磁気結合は磁界の励起をもたらし、電流が出力として生成される。本発明の一実施形態は、回転させる力が断続的である場合や、磁界がかかる前に所与の回転速度を必要とする場合等の任意の状況における利用に特に好適となるように設計されている。
【００６２】
好ましくは、そのような電機子の十分な回転速度又は角速度は、意図された最適運転速度の４０パーセントよりも大きい。より好ましくは、電機子の十分な回転速度又は角速度は、意図された最適運転速度の９０パーセントよりも小さい。
【００６３】
好ましくは、少なくとも２つの可動部分が動くように構成されて、可動部分が第１の位置から第２の位置へ動く際に、１つの可動部分の回転により生じる不均衡モーメントが、もう一方の１つまたは複数の可動部分から生じる不均衡モーメントにより相殺されるようになっている。可動部分が相互に相殺されるように構成されていることの利点は、電機子の回転速度が休止状態から所定の運転速度にまで増加するに連れ、電機子を支えるベアリングへ不均衡な力が実質的に伝達されないことである。
【００６４】
好ましくは、可動部分は、回転軸から離れる方向に向いた外向きの面を有し、各可動部分の外向きの面は、その可動部分が第２の位置にあるときの軸から表面までの半径に実質的に等しい曲率半径を有する。曲面を有する利点は、電気機械が設計速度で運転される場合に、可動部分が固定子の内表面に非常に近接して回転できることである。
【００６５】
この錘、即ち本明細書で説明する可動部分は、便宜の実施形態において、中央または任意の都合のよい場所に貫通する穴を有し、丸又は好適な形状をした棒又は管がその穴を貫通して挿入され、前述のシャフト又はハブに向かうもしくはそこから離れる運動、又はそれに代わる任意の好都合な方向へ向かう錘の運動を支援するように設計されている。この錘は、任意の好適な形状、寸法、材料であってよい。次に、１つまたは複数の棒は、更なる便宜の実施形態において、中央のボス又はシャフトに取り付けられるように構成され、任意の好適な数の棒又はシャフト又はボスが固定されて、ハブ又はシャフトから放射状に拡がるように配置され、車輪のスポークや他の任意の好適な形状と同じような形状となる。
【００６６】
これらの棒又はシャフトの外側の端において、支台が設けられ、即ちサークリップ（止め輪）等の、任意の好適な材料で製造された円形リングが、回転軸から遠い方の棒の端に嵌合されて、錘即ち可動部を保持できるようにする。
【００６７】
これに代わる実施形態では、錘即ち可動部分は、固定子、又は他の好適な電気巻線構成を含む管の内部で単純に回転して、電気機械が発電機やモータ、あるいはその他の回転機械として作用するようにし、本明細書で説明する、エネルギ利用を最大化するための効果的手段をもたらす。
【００６８】
次に、本発明の特定の実施形態を、添付の図面を参照しながら例示として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明による電気機械の第１の実施形態の斜視図であり、これは図１８に示す装置と共に用いるのに好適である。
【図２】図１に示す第１の実施形態の分解図である。
【図３】図１の第１の実施形態の部分斜視図であるり、これは電機子の一部を示し、可動部が第１の位置にある。
【図４】図１の第１の実施形態の部分斜視図であり、これは電機子の一部を示し、可動部が第２の位置にある。
【図５】第１の実施形態の電機子の回転軸に沿った、部分断面の端面図であり、可動部が第１の位置にある。
【図６】第１の実施形態の電機子の回転軸に沿った、部分断面の端面図であり、可動部が中間位置にある。
【図７】第１の実施形態の電機子と固定子の回転軸に沿った、部分断面の端面図であり、可動部が第２の位置にある。
【図８】本発明による別の実施形態の電機子の回転軸に沿った端面図である。
【図８Ａ】本発明による別の実施形態の電機子の回転軸に沿った端面図である。
【図８Ｂ】本発明による別の実施形態の電機子の回転軸に沿った端面図である。
【図８Ｃ】本発明による別の実施形態の電機子の回転軸に沿った端面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の側面図である。
【図１０】図９に示す第２の実施形態の端面図である。
【図１１】固定子巻線と固定子支持板の斜視図である。
【図１２】第２の実施形態の電機子の端面図であり、可動部が第１の位置にある。
【図１３】第２の実施形態の電機子の端面図であり、可動部の第１の組が中間位置にあり、可動部の第２の組はまだ第１の位置にある。
【図１４】第２の実施形態の電機子の端面図であり、可動部の第１の組が第２の位置にあり、可動部の第２の組は中間位置にある。
【図１５】第２の実施形態の電機子の端面図であり、可動部が第２の位置にある。
【図１６】本明細書で記述の第１又は第２のいずれかの実施形態における電機子の一部を形成する可動部及び支持棒、ハブ、付属部品の断面の分解図である。
【図１７】本発明の第１又は第２のいずれかの実施形態による、固定子と可動部の部分拡大図である。
【図１８】本発明の実施形態を上から見た透視図であり、車両走行路に固定された、運動エネルギを利用可能な力に変換する装置を示し、隠れた部分を示すためにカバーは除去されている。
【図１９】図１８に示す装置を下から見た斜視図であり、図１８に示した装置を自動車が横切っている。
【図２０】別の駆動機構を長手方向から見た図である。
【図２０Ａ】図２０に示した機構で用いられる別の連接棒の断面図である。
【図２１】図１８に示した装置の１つのプレート上に作用している車輪の図である。
【図２２】図１８に示したものと類似の装置に好適な、別の実施形態のフレームの長手方向断面図である。
【図２３】図２２に示した別のフレームの横方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
図１に、回転可能な電機子２及び固定された固定子３を有する、本発明による電気的回転機械１が示されている。電機子２は軸１Ｘを中心として矢印２Ｒ（図２に示す）方向へ回転するように構成されている。電機子２は複数の可動部分１１〜２２を含み、これらは図１、２、４では第２の位置、図３では第１の位置で示されている。図１及び２に示すように、各可動部と固定子との間の半径方向の空隙１Ｇの寸法１Ｄが小さい場合には、各可動部は、電機子が静止している場合の第１の位置から、電機子が回転している場合の第２の位置まで、可動となっている。以下の図５、６、７に示すように、可動部が第１の位置から第２の位置へ移動すると空隙は減少することがわかる。電機子と固定子とは図１７に示すような構成となっており、可動部が第２の位置にくると、電機子と固定子との間の空隙を越えて磁束が結合するようになる。
【００７１】
図１からわかるように、電気機械１は装着板３０も備えており、そこに軸受け支え３１、３２が装着されている。軸受け支えは軸受け３３、３４を支持し、その中で電機子２は固定子２の内部で自由に回転する。固定子もまた、支持ブロック３５とクランプ３６とによって装着台３０に装着されている。
【００７２】
端子台４０は固定子巻線４２へ電気的に接続されている。固定子巻線４２は複数のコイル４３、４４、４５、４６から成り、コイルは機械の電気性能を最適化するために相互接続されており、終端は端子台につながっている。
【００７３】
これらの図には固定子コイルは４つしか示されていないが、特定の実施形態においてはその実施形態が意図する特定の用途に応じて、コイルの数が変わり得ることは理解されるであろう。例えば、３相発電機においては、コイルの数は３の倍数であることが好都合であり、この場合には、固定子の巻線を接続するのに少なくとも３つの端子を設ける必要がある。発電機が単層交流電流を出力するために用いられる別の実施例では、コイルの数は２の倍数であることが好都合である。
【００７４】
同様に、電気機械が３相電源に接続される電気モータであるような特定の場合には、ここでもコイルの数は３の倍数であることが好都合であり、この場合には、固定子の巻線を接続するのに少なくとも３つの端子を設ける必要がある。
【００７５】
可動部分１１〜２２のそれぞれは、磁石５１〜６２をそれぞれ含んでいる（分かりやすくするために、図２では全部には番号を付けていない）。各可動部は棒６（１つだけ番号を付けてある）上に摺動可能に装着され、弾性部材７によって回転軸の方向へ弾性的に押し付けられている。電機子が特定の速度、あるいは特定の速度より大きい速度で回転するとその結果として図１及び２に示すように、例えば、弾性部材７による引張り力に抗して矢印２Ｗの方向に移動した可動部１１で示されるように、各可動部は軸１Ｘから離れて外方向へ動く。
【００７６】
これらの図の場合には弾性部材７は線ばねとして示されているが、別の実施形態においては、何らかの異なる弾性構成の板ばね、又は加圧ガスばねであってもよい。
【００７７】
電機子２のシャフト５には滑車又は歯車４が装着される。
【００７８】
発電機の場合には、滑車又は歯車４は機械的入力を与えるために利用される。電気モータの場合には、滑車又は歯車４は電気機械からの機械的出力を与えるために利用される。
【００７９】
図１及び２においては、固定子巻線４２が複数のコイル４３、４４、４５、４６で構成され、それぞれが実質的に固定子の全長に亘って軸方向に伸長していることが示されている。しかしながら、図１及び２に示される可動部は組を構成しており、即ち、可動部１１、１７、１６、２０が第１の組を構成し、可動部１２、１８、１６、２１が第２の組を構成し、可動部１３、１９、１４、２２が第３の組を構成しており、固定子巻線は好ましくは、固定子の長さ方向に沿って３組のコイルで構成されている。従って、コイルの各組は、可動部の組の１つと主に相互作用するように構成されている。
【００８０】
図３は、図１に示された第１の実施形態１の部分斜視図であり、第１の位置にある可動部１１、２０、１６、１７を有する電機子２の一部が示されている。電機子が回転していない場合、又は低速で回転していて各可動部に作用して軸１Ｘから遠ざけるように働く遠心力が弾性部材７から掛かる引張り力より小さい場合には、可動部はこの第１の位置にある。各可動部は曲線的な外表面７０を有し、曲率半径１６Ｃ（図１６に示す）を有す。これは実質的に、可動部が第２の位置にある場合の軸１Ｘから面７０への半径に等しい。可動部１１、２０、１６、１７はそれぞれ棒７１、７２、７３、７４に摺動可能に装着され、各棒は内周端でねじ部７８によってしっかりとハブ７５に固定されている。外周端７７において、各棒には曲率のついた外面８０を有するヘッド７９が設けられ、これは面７０と実質的に同じ半径１６Ｃを有している。各ヘッド７９は直径８３及び当接面８１を有し、各可動部の停止面８７（１つのみを表示）に当接するように構成されている。各可動部は、ヘッド７９を受ける窪み８２も有している。
【００８１】
図４は、図３と同じ電機子２の部分を示すが、電機子２が矢印４Ｒの方向へ回転することにより可動部１１、２０、１６、１７が第２の位置となっており、整形された受け部８６が見える。これは、可動部が第１の位置にある場合に個々の可動部の内側面８５が当接する部分である。第１の位置では、可動部は最小の全体直径５Ｄ（図５参照）を有する。電機子が回転している場合には、当接面８１が停止面８７に当接し、可動部が矢印２Ｗの半径方向へそれ以上運動することを防止する。第２の位置では、面８０は好ましくは面７０と実質的に同一高さか又はそれより低くなっている。
【００８２】
図１６は、第１と第２の実施形態の典型的な構成例としての可動部１１を有する電機子２の一部の貫通断面の分解図である。棒７１は可動部が棒を中心として回転することを防止するための手段を有している。これは本実施形態においては、棒の全長に沿って伸びている長手方向の突起９０（図１６にのみ示されている）である。この突起９０は、可動部１１の穴９３内に嵌合するように構成されたベアリング９２の中の回転止め（表示せず）と連携する。可動部１１には大きな穴９４があり、弾性部材７の端部９５を受ける。大きな穴９４は、端部９５を可動部に確実に保持するための場所９６を有する。棒７１は、弾性部材の端部９８を保持する場所９７を有する。従って、組み立てた場合に、弾性部材は可動部１１をハブ７５の方向へ押しつけ、面８５が受け部８６に当接するようにする。ハブ７５にはねじ穴９９が設けられ、棒７１のねじの切られた端部７６を受ける。
【００８３】
ハブ７５はそれ自身が磁性体であって、可動部に引力を及ぼすようになっていてもよい。このようなハブの構成は、回転速度が十分に増加するまでは可動部の運動を防止する。このような電機子の回転速度と可動部の変位との間の非線形関係は、起動時のトルクが特に低い、ある種の用途においては有利になる。
【００８４】
この実施形態と全ての点で類似した本発明の更なる実施形態においては、可動部以外の運動が制御されて、電機子の速度が僅かに変動する場合に可動部の棒に対する上下動を防ぐようになっている。そのような変動は、例えば滑車４へ脈動的な入力をする発電機の場合には起こり得るものである。この運動は、ベアリング９２が棒を軽く握持して機械的摩擦を与えるように構成することで、制御することができる。又は、ベアリングと棒との間に粘性被膜又は潤滑剤を用いることにより、運動の制御が可能となる。更なる別の構成では、例えば可動部とそれ以外の電機子との間に配置された緩衝器などの追加的な制動機構を設けることにより制御が可能となる。
【００８５】
更なる別の実施形態において、油圧機構を用いて可動部の運動を制御してもよい。
【００８６】
更に別の実施形態において、回転可能部分にねじ溝のようならせん状の溝をきることにより、可動部の運動を制御してもよい。回転可能部は個々の棒と同軸の回転軸を有してもよいし、電機子の軸と同軸であってもよい。
【００８７】
図１６に示すものの代替的な機械構成であっても、第１の位置から第２の位置への動きに関する可動部の拘束及び自由度は同じであることは理解されるであろう。
【００８８】
第１の実施形態においては、弾性部材７を引張ばねとして説明したが、弾性部材が当接面８１と停止面８７との間に組み込まれた圧縮ばねであっても同様の効果が得られるであろう。ここに示していない別の実施形態においては、弾性部材は空気ばね即ちガスばねであってもよい。
【００８９】
図１７は、可動部が実質的に第２の位置にある場合の、本発明による、また第１と第２の実施形態で説明したものと同様の、代表的な可動部１７０と固定子１７２の部分拡大図である。固定子の内側の曲面１７３と可動部の外側の曲面１７４との間の空隙１７Ｇは小さく、電機子と固定子とを結合させる磁束１７Ｍ（図１７では点線で示した）は橋渡しされる。
【００９０】
可動部が第１の位置にある場合には、固定子からは十分に離れているので、電機子と固定子との間の磁気的結合は非常に弱い。
【００９１】
図５は、実施形態１の電機子の部分断面を回転軸１Ｘから見た端面図である。可動部は第１の位置にあり、回転軸の近くに保持されている。可動部１１、２０、１６、１７は、弾性部材７によって矢印５Ｐの方向に内側へ押しつけられている。電機子の慣性モーメントは最小なので、電機子に軸１Ｘを中心にした回転起動を掛けるのは容易である。
【００９２】
既知の発電機は本質的に大きな慣性を持つが、本発明で示すような可動部を有することによりその慣性は大幅に低減される。従って、本発明による発電機の起動トルクは、同程度の出力を有する既知の発電機に比べると大幅に小さい。既知の発電機はまた、磁界が存在するために回転への抵抗を本質的に有している。本発明においては、起動時に磁界から生じる回転への抵抗は減少する。それは、電機子の極片が実質的に直径の小さい所にあることにより、固定子との磁気結合が減少し、その結果として回転への抵抗が低減されるからである。回転への抵抗が小さい状態は、発電機が回転を始めて速度が上がり、磁石にかかる遠心力によって磁石が外方向へ移動させられて発電機が励起状態に達するまで維持される。
【００９３】
可動部が第１の位置にある場合の全体の最小直径５Ｄは、可動部が第２の位置にある場合の全体の最大直径７Ｄ（図７参照）よりも小さい。
【００９４】
図６は図５と同じ部分断面の端面図であるが、可動部が第１の位置と第２の位置との中間にある。電機子の速度６Ｒが増加するに連れ、可動部の位置は図５に示す第１の位置から、図６に示す中間位置を通って、図７の第２の位置へと移動する。この位置にある間、可動部１１、２０、１６、１７を矢印６Ｗの方向（これは矢印２Ｗと同一方向である）に外方向へ移動させる遠心力と弾性部材７による引張り力との間には実質的に平衡が成り立つ。
【００９５】
力の間に不均衡があれば、可動部は内方向又は外方向へ移動して、力が釣り合う場所へ動こうとする。力が釣り合うと、可動部を動かすように作用する正味の力はなくなる。
【００９６】
図７は、図５及び６に示したものと同じ、電機子２の回転軸１Ｘに沿った、部分的断面の端面図であるが、ここでは可動部１１、２０、１６，１７は第２の位置にあり、固定子３もこの図に含まれている。この図における電機子の回転速度７Ｒは、図６の電機子回転速度６Ｒよりも大きい。回転速度７Ｒが所望の最小動作速度に到達もしくはそれを超えた結果、可動部は矢印７Ｗの方向へ完全に移動して第２の位置となる。
【００９７】
図８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、本発明による電機子の別の実施形態を回転軸から見た端面図である。ここで大部分の点は第１の実施形態に関して既に説明したものと同じである。これらの図において、電機子８０２、８２２、８４２、８６２はそれぞれハブ８７５と、そのハブから、一定の角度間隔で伸びる４つの同一の棒８７４から構成され、実質的に剛直な組立体を形成している。運転時には、各実施形態は、電機子が固定子に回転可能に装着され、電機子の速度の上昇と共に、可動部が第１の位置から中間位置を経て第２の位置へ移動するように構成される。電気機械はそれぞれ、発電機又は電気モータとして動作するように構成される。
【００９８】
磁性材料及び可動部に使用されるその他の材料を、所望の荷重と磁気特性の組合せが得られるように慎重に選択することによって、電気機械の所望の動作特性は得られる。
【００９９】
電機子８０２は４つの同一な可動部８０４を有し、それぞれに電気巻線８０６があって、電機子が固定子内部に装着されている場合には、整流子又はスリップリング（表示せず）によって電力源に接続されるように構成されている。巻線８０６は、通電されている場合には、個々の可動部の湾曲した磁極面８０８の周りにそれぞれ磁界を生成するような構成となっている。可動部８０４を有する電機子を利用する実施形態においては、電機子は永久磁石で構成されてもよい。
【０１００】
電機子８２２は、それぞれが永久磁石８２５を持つ４つの同一な可動部８２４と、電機子が固定子内部に装着されている場合に、整流子又はスリップリング（表示せず）によって電力源に接続されるように構成された電気巻線８２６と、を有する。巻線８２６は、通電されている場合には、個々の可動部の湾曲した磁極面８２８の周りにそれぞれ磁界を生成するような構成となっている。永久磁石が曲面の磁極面８２９の周りに磁界を与えるように構成される。電磁界は好ましくは永久磁石からの磁界に相加されるように構成される。
【０１０１】
電機子８４２は４つの同一な可動部８４４を有し、それぞれが可動部内部に装着された円筒形永久磁石８４６を有する。磁石８４６は、湾曲面８４８よりもむしろ、個々の可動部のそれぞれの側面８７０（片側だけが見える）の周りに磁界を与えるように構成されている。この実施形態は、図９を参照して説明される第２の実施形態に示されるような構成に特に好適である。そこでは、固定子が円盤状の電機子の横に並んで配置される。
【０１０２】
電機子８６２は４つの同一な可動部８６４を有し、それぞれが磁石８６６を備える。各可動部は磁化されて、好ましくは、主として側面８７０か湾曲した磁極面８６８のいずれかの所望の磁極面から、あるいはその周りに、磁界が展開される。この時、側面８７０の場合には固定子は電機子の横に並んで軸方向に配置され、湾曲した磁極面８６８の場合には固定子は電機子を中心とする半径方向に配置される。
【０１０３】
これまで図面を参照して説明した実施形態においては、可動部は電機子の回転軸から半径方向へ移動するように拘束されるが、別の構成では電機子の回転速度上昇と共に、可動部は半径方向以外の方向に軸から離れて移動するように拘束される。この場合も前述の実施形態と同様の利点を提供できる。例えば可動部が、上記の棒と同様のスライダに沿って接線方向に移動することも可能である。更なる実施形態では、可動部は電機子に回動自在に装着され、回転軸に近い第１の位置から、回転軸から離れた第２の位置までを円弧状に移動するように構成される。ここで第２の位置は第１の位置よりも固定子に近い。この実施例においては可動部の枢動軸は、回転軸に対して平行、又は垂直であってもよいし、又はこれらの間の中間の角度を成してもよい。
【０１０４】
図９は本発明による第２の実施形態９００の側面図であり、固定子９０３と電機子９０２とを有する。固定子は電機子９０２に平行して配置された２組の巻線９４２と９４４と、支持板９３５及び取付板９３０とを有する。図９に示すように、電機子９０２は、回転軸９Ｘに垂直な１つの面９Ｐ内に配置された可動部９１１、９１２、９１３、９１４と、回転軸９Ｘに垂直なもう１つの面９Ｑ内に配置されたもう１組の可動部９１５、９１６、９１７、９１８とを有する。電機子９０２は、軸受け９３３と９３４内で回転するように構成されたシャフト９０５を有する。
【０１０５】
支持板９３５は２組の巻線９４２と９４４の間、及びそれぞれの電機子部分９４６と９４８との間に、絶縁又は接地された障壁を提供するために用いられてもよい。
【０１０６】
支持板９３５が非導電性であることの利点は、渦電流から生じる損失を排除できることである。
【０１０７】
更なる実施形態では、支持板０３５は非磁性材料である。
【０１０８】
ここに示されていない別の実施形態では、支持板９３５が追加の巻線を備え、巻線が電機子部９４６と９４８に対して対称的に配置されるようになっている。
【０１０９】
巻線を、発電機の場合には電気負荷に、そしてモータの場合には電源に接続するように、電気接続９４０が与えられる。
【０１１０】
可動部は、側面９６８、９６９がそれぞれコイル面９４５、９４３に密接に隣接するように配置される。こうして、可動部が第２の位置にある場合の電機子と固定との磁気結合は最適化される。各可動部は、第１の実施形態の場合と同様に棒９７１の端部９８０を受ける窪みを持つ曲面９７０を有する。可動部は棒の上を、電機子の回転速度が大きくなるに連れて回転軸から遠ざかるように移動する。第１の実施形態のように、棒はハブ９７５に固定的に装着され、弾性部材９０７が設けられて可動部を軸９Ｘの方向へ押し付ける。
【０１１１】
図１０は第２の実施形態９００の軸９Ｘに沿った端面図である。ここでは分かりやすくするために支持板９３５はこの図から除去されている。図９において、可動部９１１、９１２、９１３、９１４は第２の位置にあり、そこでは可動部は固定子巻線９４４にすぐそばに隣接して位置する。可動部は図８Ｂのものに類似であり、それぞれには永久磁石９５１〜９５８が装着されている。磁界は固定子コイルに向き合った側面の方向に向かう。
【０１１２】
図１０からわかるように、可動部が第２の位置にある場合に可動部を横切る電機子の最大直径１０Ｅは、固定子巻線９４４の最大直径１０Ｆよりも小さい。
【０１１３】
図１１は、固定子巻線９４４と、巻線を支持するための固定子支持板９０４の斜視図である。巻線９４４は、電気機械の仕様に依存して、偶数個又は奇数個のコイル９４６から成る。コイルは、可動部９１１、９１２、９１３、９１４に対向するように構成された、実質的な平坦面９４５を有することがわかる。
【０１１４】
支持板９０４の中心部９０６は、可動部が第１の位置にある場合に、この中心部と可動部との間の磁気的結合が無視し得るほどの材質又は構造となっている。
【０１１５】
図１２、１３、１４、１５は、図１０に示す電機子９０２の端面図である。ただし、可動部がそれぞれ異なる位置にある。これらの図から、この実施形態では、可動部及び可動部を支持する棒が対称的な構成になっていることがわかる。それぞれの角距離は実質的に等しくなっている。対向するペアとなっている各可動部は、実質的に同一質量である。例えば９１１は９１３の質量と同じであり、９１６は９１８と同じ質量である。このことの長所は、電機子のバランスを簡単に保つことができることである。可動部９１１は可動部９１５よりも重いということに注意されたい。
【０１１６】
しかし、非表示の別の実施形態では、少なくともいくつかの棒と棒との間の角距離が異なっている。この実施形態においては、複数の可動部の質量を周到に選択することにより電機子のバランスが得られる。
【０１１７】
図１２では、電機子は停止しているか、ごく低速で回転しているかであり、従って可動部は全て第１の位置にあり、弾性部材９０７は可動部をハブ９７５に向かって引きつけた状態となっている。その結果、可動部全体の直径１２Ｄは最小になっている。
【０１１８】
図１３においては、電機子はある程度の速度１３Ｒで回転し始め、軽い方の組の可動部９１５、９１６、９１７、９１８は中間位置まで移動している。重い方の組の可動部９１１、９１２、９１３、９１４は、まだ第１の位置にある。これはこれらの可動部を軸９Ｘの近くに保持している弾性部材９０７が、可動部９１５〜９１８に作用している弾性部材９０８よりも比例的により大きな力を掛けているからである。速度が上昇し続けると、発電機の場合には巻線９４２が電力の生成を開始する。
【０１１９】
図１４では、回転速度１４Ｒが上昇して、第１の、即ち軽い方の組の可動部が第２の位置になり、第２の組の可動部が中間位置へ移動する速度に等しいかそれを超えた状態になっている。結果として、速度が更に上昇すると、発電機の場合には巻線９４４が電力の生成を開始する。
【０１２０】
図１５は、電機子の回転速度１５Ｒが十分に増加して、全ての可動部がそれぞれの第２の位置へ移動した状態を示している。その結果発電機の場合には、電機子の特定の速度での出力が最大となる。
【０１２１】
図１８に、本発明による、運動エネルギを利用可能な力に変換する装置２００の透視図が、車両走行路に固定された状態で示されている。ここでは隠れた部分を示すためにカバーは除去されている。装置２００は、車両走行路２０２に固定されるように構成されたフレーム２０４と、２１１〜２１９及び２２１〜２２９の複数のプレートとを有する。各プレートは、フレームに移動可能に装着され、各プレートの車両走行面２２０、２３０（２つのみ番号を付した）は周囲の走行路２０２とは実質的に同じ高さにある。各プレートは、エネルギ変換手段２３２又は２３４を駆動するように構成されている。エネルギ変換手段は、上記の図１から１７を参照して説明した、可変慣性を持つ回転部材２９３（図１９参照）を備える。フレームは走行路に固定されているので、２１１〜２１９及び２２１〜２２９の各プレートはフレーム２０４に関し、又走行路２０２に関して移動可能である。２１１〜２１９、及び２２１〜２２９のプレートは、２つのプレートの組５０１と５０２としてそれぞれ構成される。各プレートは、枢支端５０５と５０７においてフレーム２０４へ枢動可能に装着されている。図１に示した実施形態では、枢支端は長手方向の中心線２００Ｃに隣接している。各プレートは、距離５１６で軸２００Ｃの付近に対称的に配設された枢軸５１５と５１７の周りに枢動可能に装着されている。
【０１２２】
本発明の意図は、エネルギ変換手段２３２及び／又は２３４が、通過する車両交通から導出される利用可能な力を供給できるようにすることである。車両は矢印２００Ａの方向に沿って装置に近づく。特別な場合として二輪車に対しては、装置の中央沿いに連続した高さの通路２３６が設けられる。普通の四輪車に対しては、又は実際にはより多い車軸の車両に対しても、車輪は装置の中心に沿った長手方向中心線２００Ｃの両側の周りにくる。両輪の間隔は通常、向こう側走行路２４０と手前側走行路２４２との範囲内にあることが予想される。装置に平行して縁石２４４が設けられ、目的通りに車両が装置を横断することを促すようになっている。図示されてはいないが、縁石は装置のそれぞれの側にあることが好ましい。
【０１２３】
図に示した実施形態では、プレートは共通の枢軸を有しているが、特定の実施形態では、異なる枢軸を有し、実質的に有効プレート長が異なることが都合のよいこともある。
【０１２４】
別の実施形態（図示せず）においては、枢支された端部は、車両走行路沿いの側端５１１、５１２に隣接している。
【０１２５】
車両が装置に近づいてきて、先ず車両の前輪が、装置の各側にある第１のプレート２１１と２２１に接触する。そして前輪がこれらのプレートを通過した後に、第２のプレート２１２と２２２の上に走って行く。従って、車両がプレートの上を通過することにより、第１と第２のプレートはこの順序で順次運動させられる。
【０１２６】
図１９において、２１１から２１９までの各プレートの運動は、駆動機構２５０の回転を起こさせるように構成されていることがわかる。運転時に車両が装置を横切って走行すると、プレート２１１〜２１９が、車両の車輪によって順次作動される。プレート２１１からプレート２１９に向かってピニオンの直径は減少する。従って、車両がランプの端部に到達し、シャフト２５２の回転速度が増大すると、プレート２１１の運動２８１と同じプレート２１９の垂直運動２８９に対して、ラック２７９と２７９’とはピニオン２６９と２６９’とをより大きな角運動で回転させる。車両の速度が実質的に一定であるとすれば、プレート２１１での実質的に同じ運動２８１の場合に比べて、シャフト２５２の回転速度が実効的により大きくなる結果となる。
【０１２７】
変速装置２９０が設けられて、シャフト２５２を発電機２９２へ結合させる。発電機２９２はエネルギ変換手段２３２である。
【０１２８】
コイルばね２９１が各プレートの下に設けられて、プレートを弾性的に第１の位置に戻す。この図では全てのプレートは第１の位置にあるように示されている。これは、この図示した瞬間は車両のタイヤが、連続した２つのプレートの間にあるカバープレートの横断部分を横断中であるからである。
【０１２９】
発電機２９２は好ましくは、図１〜１７を参照して本明細書で説明したような、回転速度によって実効的な直径が変化する電機子を備えている。従って、発電機が回転を始動する時は、克服すべき慣性と磁気抵抗は最小であり、駆動機構の負荷が低減される。図１において、この特定の実施形態において電池２９４と２９４’が発電機の出力に接続されていることがわかる。
【０１３０】
図２１において、車両４００の１対の車輪４０２と４０４とが、図１に示した装置の１対のプレート２１５と２２５（この図では見えない）に作用しているのがわかる。車両４００は矢印４００Ａの方向に進行中である。通過し終えたプレート２１４が、既に第１の位置４１４に弾性的に戻っていることがわかる。そこでは、このプレートは、実効的に車両の走行路２０２の一部を形成するカバープレート４２１の周辺面４２０よりも突き出ている。プレート２１４は周辺面４２０よりも小さな距離４１６だけ突き出ている。その一方で、タイヤ４０６のタイヤトレッドで作動された状態のプレート２１５は、第２の位置へ移動しており、そこは周辺面よりも小さな距離４１７だけ下がっている。
【０１３１】
実際の実施形態においては、距離４１６と４１７の違いは装置を通過しようとする車両交通の種類及びその速度に依存する。一般的には、低速位置４１６では例えば５０ｍｍであるが、高速位置ではそれより小さくて、例えば２５ｍｍである。距離４１７は一般的には距離４１６よりは小さい。特定の実施例では好都合には距離４１６は２５ｍｍであるが、車輪の大きい車両が装置を横切る場合にはもっと大きい。大きい車輪の重量の大きな車両のみが装置上を通過する、低速位置においては、例えば７５ｍｍ以上のより大きな高さ４１６があり得る。
【０１３２】
プレート２１５は滑らかな形状の先端４２２と後端４２３とを有することがわかる。プレートはまた、例えば図１９の２１８Ｅのような、滑らかな形状の端部を有する。
【０１３３】
車両のタイヤがプレートを横切る際に、プレートは枢支部から離れた端部において、垂直方向に距離４２４だけ変位する。プレート２１５の端部には２つのラック歯車２７５、２７５’が装着されており、それぞれがピニオン２６５、２６５’に作用してシャフト２５２を回転させる。シャフト２５２は軸受け２５３によってフレーム２０４で支持されている。
【０１３４】
ラック歯車の運動は実質的に直線的である。ただし、プレートが比較的短くて垂直方向の変位４２４が大きい用途においては、ラック歯車は、曲率半径がプレートの枢軸からの距離に一致するように、軽く湾曲して作られていてもよい。ピニオン２６５と２６５’のそれぞれにはクラッチ機構４３５、４３５’が設けられ、ピニオン２５６、２５６’がプレート２１５を動かすことなしに、他のピニオンによってシャフトを回転することが可能である。
【０１３５】
図２０には装置３００の別の構成が示されている。ここでは、プレート３１１とクランクシャフト３０６の機構との間に結合された連接棒３０４を有する駆動機構３０２を備え、プレートの実質的に垂直な運動３００Ｖを回転運動３００Ｒに変換し、発電機（この図には示さず）を運転する。連接棒の最大変位を得るために、各プレートの枢支端３０８から距離３００Ｄの位置に連接棒が装着される。連接棒３０４’の別の実施形態が図２０Ａに示される。これは同軸の摺動ピストンとシリンダの構成となっており、プレートが急激な下方への振れを受けた場合に、クランクにかかる最大トルクを制御できるようになっている。この連接棒３０４’は内部に弾性部材を有していて、連接棒が通常の動作長さに戻れるようになっている。車両が最初の数枚のプレートを横切る時にトルクを最大化できるような、別の機械的利点を得るために、第１のプレート３１１のクランク３０６の長さ３０７が、第２のプレート（この図には表示せず）のクランクの長さよりも長い。同様に、第２のクランクの長さは、好ましくは第３のものより長い、等々である。最も短いクランクは、車両が装置から出る、あるいは装置から離れていくときに横切る最後のプレートにより作動される最後のクランクである。設置された装置が両方向から横断される場合には、最短のクランクを装置の中央部に、かつ最長のクランクを装置の両端に配置し、中間部分のクランクは中間の長さとするようにクランクの寸法を選ぶことが好ましい。
【０１３６】
クランクが長ければ、同一の下向きの力に対して短いクランクよりも、より大きなトルクが駆動機構に与えられる。しかし、短いクランクは、同一の垂直運動３１２に対してより大きな回転運動をシャフト３１０に与える。
【０１３７】
異なるプレート上で連接棒及びクランクの構成３０２を、プレート３１１の枢軸３１４から異なる距離３００Ｄに配置することにより、同様の結果が得られることに注意されたい。シャフト３１０がクランク３０６を回転させないで回転するために、クラッチ３１３が設けられる。特定のプレートが垂直に動かされてエネルギが駆動機構に与えられる時に、同一のプレートの組の中の他のプレートは第１の位置にとどまることができる。これによりシステムの慣性が低減される。
【０１３８】
プレート３１１は、停止部３２０により第１の位置３２１より上への移動は抑制される。プレート３１１は、ばね３２３によって第２の位置３２２から第１の位置３２１へ弾性的に戻される。支持台３２４が設けられて、過度の荷重がプレート３１１の車両走行面３２５にかからないように保護される。
【０１３９】
プレートの３００Ｖ方向への垂直運動は制限され、クランク３０６に所望の角運動が得られる。ラックとピニオンの構成、又はクランクと連接棒の構成を示し、説明したが、ここに示さない別の実施形態では、プレートと油圧オイルとで操作される油圧シリンダを、発電機を駆動する油圧モータに動力を供給するための伝達手段として用いる。
【０１４０】
この実施形態では、最初のプレートは最小のシリンダを有し、一方向の装置では最後に横断されるプレートは最大のシリンダを有する、というように、異なるプレートには異なる直径のシリンダを用いることが好ましい。
【０１４１】
別の代替の実施形態では、空気圧シリンダとガス伝達媒体とが利用される。
【０１４２】
特定の装置に対しては、これらの実施形態の態様の組合せが有利となり得ることは理解されるであろう。
【０１４３】
図２２には、フレーム３５２の別の実施形態３５０の長手方向の断面が示されている。わかりやすくするためにクロスハッチングは省略して示されている。図２３はその別のフレーム３５２の横方向断面である。ここでもクロスハッチングは省略されている。フレーム３５２は複数の区画３５３、３５４、３５５を備え、それぞれの区画は、図１８を参照して表示、説明されたプレート２１１〜２１９および２２１〜２２９と同様の、複数のプレートを受けるように構成されている。
【０１４４】
実施形態３５０の特定の実施例では、フレームは３つの区画３５３、３５４、３５５を有するハウジング構造３５９を備え、それぞれの区画は４つのプレートを受けるように構成されている。従って、矢印３５８Ａの方向にプレートに沿って横切る四輪車は、手前側の車輪で１組、向こう側の車輪で別の１組の、それぞれの側で１２枚のプレートを横切ることになる。
【０１４５】
車両は走行路３６２に沿って移動し、次いでプレート表面３６３、３６４、３６５の上を順次移動する。移動可能なプレートがプレート３６３、３６４、３６５のそれぞれの中に装着され、エネルギ変換手段を駆動するように構成されている。このエネルギ変換手段は、任意の１つの区画の中、又は分離した隣接する区画の中に装着されてもよい。走行路は好ましくは、縁石３５７又は、車両が機構上を確実に移動するための他の案内面で囲まれている。
【０１４６】
機構は、通過する車両からエネルギを受取り、本明細書で記述したエネルギ変換手段を用いて利用可能な力に変換するように構成されている。開口部又は通信孔が設けられ、各区画からの力を隣接する区画へ供給することを可能とする。伝達手段は、機械力に関しては回転シャフトによるものであってよいし、電力に関しては導電ケーブルであってよい。
【０１４７】
軸振動伝達シャフト等のような代替の機械的伝達手段を用いることもできる。
【０１４８】
３つの区画から成るフレームを前述したが、特定の用途においては、２つだけの区画であったり、又その代わりに３つより多い区画であったりすることが好ましい場合もある。
【０１４９】
ハウジング構造３５９は事前成形部品で構成されてよい。又は特定の設置場所に対しては、コンクリートやブロック等の材料を用いてその場で建設することも好ましい。通過車両の荷重はハウジング構造によって支持面３６０へ伝達される。
【０１５０】
本明細書で示されていない更なる実施形態においては、フレームは複数のハウジング構造を備え、それぞれが車両走行路内に装着されるように構成された区画と、各区画間の力の伝達のために各ハウジング構造の間に設けられた手段とを備え、車両が各区画を順次通過する際に各区画が受取ったエネルギを足し合わせたエネルギから力の出力が得られるようになっている。
【図１】
2011512779.tif 000003
【図２】
2011512779.tif 000004
【図３】
2011512779.tif 000005
【図４】
2011512779.tif 000006
【図５】
2011512779.tif 000007
【図６】
2011512779.tif 000008
【図７】
2011512779.tif 000009
【図８】
2011512779.tif 000010
【図８Ａ】
2011512779.tif 000011
【図８Ｂ】
2011512779.tif 000012
【図８Ｃ】
2011512779.tif 000013
【図９】
2011512779.tif 000014
【図１０】
2011512779.tif 000015
【図１１】
2011512779.tif 000016
【図１２】
2011512779.tif 000017
【図１３】
2011512779.tif 000018
【図１４】
2011512779.tif 000019
【図１５】
2011512779.tif 000020
【図１６】
2011512779.tif 000021
【図１７】
2011512779.tif 000022
【図１８】
2011512779.tif 000023
【図１９】
2011512779.tif 000024
【図２０】
2011512779.tif 000025
【図２０Ａ】
2011512779.tif 000026
【図２１】
2011512779.tif 000027
【図２２】
2011512779.tif 000028
【図２３】
2011512779.tif 000029
【国際調査報告】
2011512779.tif 000030
2011512779.tif 000031
2011512779.tif 000032
2011512779.tif 000033
2011512779.tif 000034