(57)【要約】  遠心力を一方向力に変換するための遠心力変換装置および方法。遠心力変換装置は、曲線の可変半径の連続トラックであって、これに沿ってローラが鉛直シャフトの回転中に横切るように付勢される、曲線の可変半径の連続トラックと、トラックに結合された変位可能なプラットフォームと、シャフトに結合されたリニアガイドであって、シャフトに沿ってローラに接続された単一の加重キャリッジがスライド可能である、リニアガイドと、シャフトの回転速度を制御可能に変化させるための速度コントローラとを含むことができる。
2021522452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心力変換装置において、
ａ）曲線の可変半径の連続トラックであって、これに沿ってローラが鉛直シャフトの回転中に横切るように適合された、曲線の可変半径の連続トラックと、
ｂ）前記トラックに結合された変位可能なプラットフォームと、
ｃ）前記シャフトに結合されたリニアガイド、および、前記ローラに結合され前記シャフトに沿ってスライド可能である加重キャリッジと、
ｄ）前記シャフトの回転速度を変化させるための速度コントローラと
を備え、
前記トラックは複数のセクターを備え、それにより、前記トラックに沿った前記ローラの回転前進中に生成される遠心力が、前記キャリッジの質量中心が前記シャフトと実質的に一致する第１のセクターでの最小値から、前記キャリッジの質量中心が前記シャフトから最大値だけ離れている第２のセクターでの最大値まで増加し、前記速度コントローラによって引き起こされるシャフト速度の低下に応じて、前記第２のセクターから前記第１のセクターまで減少するようになっており、
前記生成される遠心力は、前記ローラを介して前記プラットフォームに伝達され、それによって、前記プラットフォームを一方向に推進するための推進力に変換される、遠心力変換装置。
【請求項２】
前記遠心力変換装置は、前記生成される遠心力を非進行性推進力に変換するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記遠心力変換装置は、前記生成される遠心力を非退行性直線推進力に変換するように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のセクターは、前記シャフトから比較的短い半径の一定半径セグメントを備え、前記第２のセクターは、前記シャフトから比較的長い半径の一定半径セグメントを備え、角加速度を受けずに前記第１および第２のセクターに沿って前記ローラの前進を促進するようになっている、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のセクターの前記一定半径セグメントは、前記第２のセクターの前記一定半径セグメントの周辺長さよりも著しく短い周辺長さを有する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記トラックは、前記第１のセクターと前記第２のセクターとの間に配置された１つ以上の可変半径セグメントを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記シャフトを回転可能に駆動するための回転動力源をさらに備える、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
前記回転動力源は、前記シャフトの瞬間回転速度を規定するための前記速度コントローラと結合されたモータである、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記シャフト速度を前記トラックに沿った前記ローラの瞬間周辺位置と同期させるための制御システムをさらに備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御システムは、前記モータとデータ通信するコントローラと、前記トラックに沿って前記ローラの前記瞬間周辺位置を検出するための前記コントローラとデータ通信する１つ以上のセンサとを備え、前記コントローラは、前記シャフトおよびそれに接続された前記ガイドの角速度を、所定のセクター固有の遠心力が生成されるようにする所定の制御値に維持するように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記ローラが前記第１のセクターで前記トラックに沿って前進するときに前記シャフト速度を低下させ、前記ローラが前記第２のセクターで前記トラックに沿って前進するときに前記シャフト速度を増加させるように構成され、前記推進力が非退行性であることを保証する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
２つ以上の力変換ユニットをさらに備え、前記力変換ユニットの各々は、対応するシャフト、トラック、ガイドおよび速度コントローラを備え、前記対応するシャフト、トラック、ガイドおよび速度コントローラは、前記プラットフォームが前記対応するトラックの各々に接続されるように構成され、前記制御システムは、前記対応するシャフトの各々の動作を同期させるように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記２つの力変換ユニットの各々の前記シャフトは、反対の回転方向に回転し、対応する前記生成される遠心力の横方向成分は、互いに打ち消し合うために反対方向に等しい大きさである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記生成される遠心力の長手方向成分は加算的であり、一方向の直線力を生成する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
各々の対応する力変換ユニットは、直線力を前記プラットフォームに順次伝達するように同期され、前記装置が所望の方向に連続的に推進されることを可能にする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記遠心力変換装置は、前記生成される遠心力を非退行性回転推進力に変換する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記伝達された遠心力を前記直線推進力に変換するための一対の平行輸送レールをさらに備え、それに沿って前記プラットフォームがスライド可能に変位可能である、請求項３に記載の装置。
【請求項１８】
前記遠心力変換装置は非平面運動を受ける、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
遠心力を一方向力に変換する法であって、
ａ）ローラを曲線の連続可変半径トラックと係合させ、回転中心を構成する鉛直シャフトに結合されたリニアガイドにスライド可能に取り付けられた不均衡質量に前記ローラを結合するステップと、
ｂ）前記シャフトを回転可能に駆動して、前記ローラを前記トラックに沿って回転前進させ、前記不均衡質量を誘導し、それにより、前記回転中心からの前記ローラの瞬間距離に対応する遠心力を生成するステップと、
ｃ）前記シャフトの速度を前記トラックに沿った前記ローラの瞬間周辺位置と同期させて、前記生成される遠心力が、前記不均衡質量の質量中心が前記シャフトと実質的に一致する前記トラックの第１のセクターでの最小値から、前記不均衡質量の質量中心が前記シャフトから最大値だけ離れている前記トラックの第２のセクターでの最大値まで増加し、シャフト速度の低下に応じて、前記第２のセクターから前記第１のセクターまで減少するように、前記シャフトとそれに接続された前記ガイドの角速度を所定のセクター固有の遠心力を発生させる所定の制御値に維持するステップと、
ｄ）前記生成される遠心力を、前記ローラを介して、前記トラックに結合された変位可能なプラットフォームに伝達し、それにより、前記プラットフォームを一方向に推進するステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、推進装置の分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転質量を拘束または方向付けることにより、容易に（すなわち、電源などの回転動力源により）生成される遠心力を直線力に、したがって直線変位に変換するために、従来技術において多くの試みがなされてきた。一般的に、生成される遠心力の大きさは、質量、旋回半径、角速度の２乗に比例する。
【０００３】
質量が中心の周りを回転している間、湾曲した経路の１つのセクター内で旋回半径を変更することにより、一方向に不均衡な遠心力を発生させることができる。したがって、第１の大きさの遠心力が第１のセクター内で生成され、第２の大きさの遠心力が第２のセクター内で生成されるであろう。したがって、結果として生じる不均衡な遠心力の大きさは、２つのセクターが１８０度離れている場合、第１の大きさと第２の大きさとの差に等しくなるであろう。
【０００４】
特許文献１および特許文献２に開示されているものなど、いくつかの従来技術の遠心力変換装置は、往復移動を生成する回転機構を提供する。方向の変化は、生成される遠心力に由来する推進力の大きさを不利に減少させる運動量伝達をもたらす。
【０００５】
したがって、車両を所望の方向に推進するのに役立つ一方向の直線力に遠心力を変換するための装置を提供することが望ましいであろう。
【０００６】
特許文献３は、等しい回転速度で共通の軸の周りを逆回転する一対のアームを備えた装置を開示している。一方のアームは２つの重りの形で質量を運び、その一方はもう一方のアームに移動可能で、アームが互いに通過する１８０°間隔で再び戻る。その結果、質量の遠心力は、装置をレールに沿って移動させる直線力に変換される。この装置の１つの欠点は、両アームの円形経路の半分の間に不均衡な力を生成するために、複雑な重量伝達機構を採用する必要があることである。
【０００７】
特許文献４は、制御された方向に力を生成するための遠心力駆動機械を開示しており、その軸の周りに回転するように取り付けられたシャフトを備えた機械フレームを含む。回転のために、少なくとも１つの質量がシャフトに取り付けられている。各々の質量は、質量がシャフトの周りで回転的に均衡の取れている位置と、質量が均衡の取れていない位置との間で、シャフトに対して半径方向に移動可能な質量中心を有する。質量とフレームとの間の動作接続にある制御部材は、各回転中の均衡位置と不均衡位置との間の質量の半径方向の移動を制限するために提供される。質量が不均衡位置にあるとき、質量の回転によって生成される遠心力は制御部材に伝達され、それによって制御された方向に直線力が生成される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、特許文献４の制御部材は、シャフトの回転の中心から制御された方向にオフセットされた連続トラックによって境界付けられた機械フレーム内の開口部を含む。第１の質量は一定の半径で回転するためにシャフトに取り付けられ、第２の質量は可変の回転半径で回転するためにシャフトに取り付けられるので、回転は不均衡になり、第２の質量がトラックの制御された方向にある部分を移動するときに、制御された方向に成分を有し、フレームに伝達される遠心力が生成される。２つの質量の回転の中心が実質的に一致するトラックの残りの部分を第２の質量が移動するとき、回転は均衡が取れる。しかしながら、遠心力から生成される一方向の直線力の大きさは、第２の質量が可変回転半径で回転するときに受ける角加速度のために不利に減少する。
【０００９】
特許文献５は、回転エネルギーを方向性直線エネルギー誘導運動に変換するための質量保持リニアインペラを開示し、これは、トラックにスライド可能に取り付けられた複数のトルクキャリッジを備えた複数のトラックを含む。トルクキャリッジには２つの逆回転フライホイールが含まれ、２つの回転アームがフライホイールの中心軸に取り付けられている。重りは各回転アームの遠位端に配置され、キャリッジの爪部がトラックのラチェット歯部に解放可能に係合したときに車両の前方推力に変換される遠心力を誘導する。左右の動きは、逆回転するフライホイールによって無効になり、後方の動きは、キャリッジをトラックに沿って後方にスライドさせることによって無効になる。この装置によって生成される一方向の直線力の大きさはまた、キャリッジの爪部を周期的に係合する必要があることによって減少し、その結果、運動エネルギーの散逸をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】加国特許出願公開第２  ８１６  ６２４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／００４１６３０号明細書
【特許文献３】英国特許出願公開第２  ０７８  ３５１号明細書
【特許文献４】米国特許第５，３８８，４７０号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／０１６０８４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本開示の目的は、大きなトルクまたは複雑な重量伝達機構を必要とせずに、生成される遠心力の一方向力への変換を最適化する装置を提供することである。本開示の追加の目的は、遠心力を生成するために単一の質量を使用する遠心力変換装置を提供することである。本開示の他の目的および利点は、説明が進むにつれて明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示は、曲線の可変半径の連続トラックであって、これに沿って単一の加重ローラが鉛直シャフトの回転中に横切るように付勢された、曲線の可変半径の連続トラックと、トラックに接続された変位可能なプラットフォームと、シャフトに接続されたリニアガイドであって、シャフトに沿ってローラに接続されたキャリッジがスライド可能である、リニアガイドと、シャフトの回転速度を制御可能に変化させるための速度コントローラとを含むことができ、トラックに沿ったローラの回転前進中に生成される遠心力が、キャリッジの質量中心がシャフトと実質的に一致する第１のセクターでの最小値から、キャリッジの質量中心がシャフトから最大値だけ離れ得る第２のセクターでの最大値まで増加することができ、速度コントローラによって引き起こされるシャフト速度の低下に応じて、第２のセクターから第１のセクターまで減少することができるように、トラックは複数の異なるセクターによって構成されることができ、生成される遠心力は、ローラを介してプラットフォームに伝達することができ、それによって、プラットフォームを一方向に推進するための推進力に変換することができる、遠心力変換装置を提供する。
【００１３】
装置は、好ましくは、生成される遠心力を非退行性推進力に変換するように構成することができ、これは、直線推進力または回転推進力であり得る。装置は非平面運動を受ける可能性がある。
【００１４】
一態様では、第１のセクターは、シャフトから比較的短い半径の一定半径セグメントを含むことができ、第２のセクターは、シャフトから比較的長い半径の一定半径セグメントを含むことができ、角加速度を受けずに第１および第２のセクターに沿ってローラの前進を促進する。第１のセクターの一定半径セグメントは、第２のセクターの一定半径セグメントの周辺長さよりも著しく短い可能性のある周辺長さを含むことができる。
【００１５】
一態様では、トラックは、第１のセクターと第２のセクターとの間に配置された１つ以上の可変半径セグメントによって構成することができる。
【００１６】
一態様では、装置は、シャフト速度をトラックに沿ったローラの瞬間周辺位置と同期させるための制御システムをさらに含むことができる。
【００１７】
一態様では、制御システムは、モータとデータ通信するコントローラと、トラックに沿ってローラの瞬間周辺位置を検出するためのコントローラとデータ通信する１つ以上のセンサとを含むことができ、コントローラは、シャフトおよびそれに接続されたガイドの角速度を、所定のセクター固有の遠心力が生成されるようにする所定の制御値に維持するように構成することができる。
【００１８】
本開示はまた、遠心力を一方向力に変換するための方法を対象とし、これは、ローラを曲線の連続可変半径トラックと取り外し不可能に係合させ、回転中心を構成する鉛直シャフトに接続されたリニアガイドにスライド可能に取り付けられた不均衡質量に前記ローラを固定的に接続するステップと、前記シャフトを回転可能に駆動して、前記ローラを前記トラックに沿って回転前進させ、前記不均衡質量を誘導し、それにより、回転中心からの前記ローラの瞬間距離に応答する遠心力を生成するステップと、前記シャフトの速度を前記トラックに沿った前記ローラの瞬間周辺位置と同期させて、生成される遠心力が、前記不均衡質量の質量中心が前記シャフトと実質的に一致する前記トラックの第１のセクターでの最小値から、前記不均衡質量の質量中心が前記シャフトから最大値だけ離れることができる前記トラックの第２のセクターでの最大値まで増加し、シャフト速度の低下に応じて、第２のセクターから第１のセクターまで減少するように、前記シャフトとそれに接続された前記ガイドの角速度を所定のセクター固有の遠心力を発生させる所定の制御値に維持するステップと、生成される遠心力を、前記ローラを介して、前記トラックに接続された変位可能なプラットフォームに伝達し、それにより、前記プラットフォームを一方向に推進するステップとを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る遠心力変換装置の平面図であり、開始位置でのガイドレールを示す。
【図２】ガイドレールの後続の角度位置での図１の装置の平面図である。
【図３】ガイドレールの後続の角度位置での図１の装置の平面図である。
【図４】ガイドレールの後続の角度位置での図１の装置の平面図である。
【図５】ガイドレールの後続の角度位置での図１の装置の平面図である。
【図６】図１の装置の平面図であり、トラックの遷移領域Ａ〜Ｅを示している。
【図７】伝達された遠心力を一方向の直線力に導くことができる一対の輸送レールを含む図１の装置の平面図である。
【図８】一方向の直線力を生成するために共に使用される、図１の２つの実質的に同一で実質的に同期された装置の平面図である。
【図９】図１の装置と連動して動作する制御システムのブロック図である。
【図１０】図１の装置と連動して動作する速度コントローラの例示的な作業サイクルを示すグラフである。
【図１１】本発明の別の一実施形態に係る遠心力変換装置の構成要素の斜視図である。
【図１２】複数の別個の曲線トラックで構成され、その各々が図１１の対応する装置と協働するように適合されているプラットフォームの上方からの斜視図である。
【図１３】図１２のプラットフォームの上方からの斜視図であり、そのトラックの各々と協働した複数の遠心力変換装置を示している。
【図１４】プラットフォームなしで示される、電気モータと、図１３の遠心力変換装置の各々の速度コントローラの対応する入力シャフトとの間の運動学的接続の上方からの斜視図である。
【図１５】図１４の側面図である。
【図１６】スタンドおよびスタンドの上部に取り付けられた図１２のプラットフォームの上方からの斜視図である。
【図１７】図１４の速度コントローラの例示的な内部構造を概略的に示す。
【図１８】図１６の側面図である。
【図１９】スタンドおよびスタンドの上部に取り付けられた図１３のプラットフォームの上方からの斜視図である。
【図２０】図１９の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで、本発明の主題の特定の例示的な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。しかしながら、この発明の主題は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、本発明の主題の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。図面では、同様の番号は同様の要素を指す。要素が別の要素に「接続されている」または「結合されている」と呼ばれる場合、それは他の要素に直接接続または結合され得るか、または介在する要素が存在し得ることが理解される。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列挙されたアイテムの１つ以上の任意のおよびすべての組み合わせを含む。
【００２１】
本明細書に開示されるすべての構成は、そのような構成および／またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができることが最初に理解されるべきである。
【００２２】
いくつかの実施形態によれば、本開示の装置は、生成される遠心力を、トラックが接続され得るプラットフォームに伝達することができ、これにより、プラットフォームを所望の方向に運動させることができる。以下に説明するように、装置は、回転ローラがトラックの特定のセクターを移動するときに正の方向に遠心力を生成するように構成でき、回転ローラがトラックの他のセクターを移動するときに負の方向に遠心力を生成するのを防ぐことができる。したがって、プラットフォームは、遠心力から直線力への有利に効率的な変換速度で、所望の一方向の方向に前進することができる。本開示の装置を含む推進車両は、とりわけ、車輪付き車両、追跡車両、船舶、潜水艦、空中の乗り物、および／または宇宙船を含み得る。
【００２３】
一実施形態では、回転ローラは、少なくとも２つの機能を有し得る。第１の機能は、回転の中心からのローラの距離に従って、およびローラがトラックに沿って変位し、不均衡な質量を導くときにローラがたどる経路によって、生成される遠心力の大きさを定義することであり得る。第２の機能は、生成される遠心力がプラットフォームに伝達され得る機構として機能することであり得る。
【００２４】
ここで図１を参照すると、本開示の一実施形態に係る例示的な遠心力変換装置１００が提示され、これは、プラットフォーム１１５上の曲線トラック１１０と相互作用し、遠心力を直線力に変換するように適合され得る。
【００２５】
いくつかの実施形態では、装置１００は、トラック１１０を覆うリニアガイドとして機能し得る細長いローラ位置決めレール１２０を含み得る。いくつかの実施形態では、レール１２０は、１つ以上のブラケット１２８を介してシャフト１２５を含む装置１００の中央部分に結合され得る。シャフト１２５は、いくつかの実施形態では、回転の中心を構成し得る。キャリッジ質量１３０は、所定のまたは構成可能な質量を有することができ、レール１２０にスライド可能に結合され得る。ローラ１２９は、キャリッジ質量１３０に結合され、トラック１１０と係合するように構成され得る。図１には示されていないが、シャフト１２５は、モータなどの回転動力源によって回転可能に駆動することができ、いくつかの実施形態では、複数のギア比を有するギアボックスと結合され得る。キャリッジ１３０は、実質的に円形の断面を有するように図１に示されているが、他の任意の形状もまた、本開示の範囲内であることが理解されるであろう。
【００２６】
シャフト１２５の回転に伴い、ローラ位置決めレール１２０もまた回転することができる。例えば、図１〜図６に示されるように、シャフト１２５およびローラ位置決めレール１２０は、図１〜６に示される様々な姿勢を介して（時計回りの回転も可能であるが）反時計回り方向に回転することができる。例えば、図１に示される開始位置は、キャリッジ１３０の質量中心がシャフト１２５と実質的に一致し得る。トラック１１０は、不均一な曲線周辺で構成され得るので、ローラ１２９とシャフト１２５との間の半径方向距離は、トラック１１０に沿ったローラ１２９の瞬間的な周辺位置に応じて変化し得る。例えば、ローラ１２９とシャフト１２５との間の半径方向距離Ｒは、図１の開始位置よりも図２の方が大きい場合がある。また、キャリッジ１３０は、キャリッジ１３０がローラ１２９とシャフト１２５との間の半径方向距離の任意の変化と同様の方法でローラ位置決めレール１２０に沿って軸方向に変位し得るように、ローラ１２９に結合され得る。その結果、これにより生成される遠心力の大きさに影響を与える、シャフト１２５からキャリッジ１３０の質量中心までの旋回半径は、ローラ１２９がシャフト１２５を中心に回転するにつれて変化する。上記のように、トラック１１０は、トラック１１０を取り囲むことができるプラットフォーム１１５に結合または刻印され得る。したがって、生成される遠心力は、ローラ１２９を介してプラットフォーム１１５に伝達することができ、これにより、プラットフォーム１１５は、順方向の非退行方向に直線的に変位され得る。
【００２７】
有利に変更され得る本開示の一態様は、回転ローラ（例えば、１２９）が結合され得るトラック（例えば、トラック１１０）の構成である。図６に示されるように、例えば、連続曲線のマルチセグメント化されたトラック１１０は、トラックの曲率が１つの隣接するセグメントから別のセグメントへと変化し得るように、複数のセグメントを含み得る。各々のセグメントは、トラック１１０の周辺部分を含むことができ、これは、２つの遷移トラック領域間の周辺長さによって定義することができ、一般的に、例えば、シャフト１２５の周りの回転中心からの半径方向長さまたは半径方向長さの範囲によって、および遷移領域間のシャフト１２５の周りの回転中心に対する角度距離に対応し得る角度「セクター」によって特徴付けられ得る。１つのセグメントから別のセグメントへのトラック１１０の各々の遷移領域は、文字（例えば、Ａ〜Ｅ）によって示すことができ、したがって、セグメントまたはセクターは、２つの文字（例えば、セグメントＡ−Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｄ、等）によって参照され得る。
【００２８】
一般的に、図６を参照すると、トラック１１０は、いくつかの実施形態では、２つの一定半径セグメント、第１の相対的に短い一定半径セグメントＡ−Ｂおよび第２の相対的に長い一定半径セグメントＤ−Ｅによって構成され得る。そのような構成は、シャフト１２５の周りのローラ１２９の角加速度を最小化するのに役立つ可能性があり、そうでなければ、生成される遠心力の大きさを減少させる可能性がある。湾曲したトラック１１０の連続性を保証するために、他のセグメントも一般的に提供され得る。図示のように、トラック１１０は、いくつかの実施形態では、３つの可変半径セグメントＢ−Ｃ、Ｃ−Ｄ、およびＥ−Ａを有し得る。
【００２９】
各々の遷移領域の構成は、とりわけ、推進される車両または容器のサイズ、推進される車両または容器の所望の速度、および装置で使用される材料の強度などの様々な要因に依存し得る。ほんの一例として、装置１００は、３０°のセクターＡ−Ｂ、８０°のセクターＢ−Ｃ、２０°のセクターＣ−Ｄ、８０°のセクターＤ−Ｅ、および１５０°のセクターＥ−Ａを有し得る。例示的な装置１００はまた、質量２ｋｇのキャリッジ１３０と、８ｃｍ〜１６ｃｍの範囲の旋回半径の変化に対応するレール１２０およびトラック１１０とを有し得る。セグメントＥ−Ａは、長軸と短軸の比率が２対１の半楕円形とすることができる。
【００３０】
生成される遠心力の大きさは、以下の関係：Ｆｃ＝ｍω２ｒ（ただし、Ｆｃ：生成される遠心力、ｍ：キャリッジ１３０の質量、ω：シャフト１２５の周りのキャリッジ１３０の質量中心の角速度、ｒ：キャリッジ１３０の質量中心の旋回半径である）によってモデル化され得る。したがって、旋回半径が比較的短いため、ローラ１２９がセクターＡ−Ｂ内を移動する場合、遠心力の大きさは減少し、質量中心１３０がシャフト１２５の回転中心と一致する場合、遠心力の大きさは０に等しくなる場合さえある。同様に、旋回半径が比較的長い可能性があるため、ローラ１２９がセクターＤ−Ｅ内を移動するとき、大きさは増加する可能性がある。装置１００が非平面運動によって特徴付けられる場合、質量中心は重心によって置き換えられ得る。
【００３１】
しかしながら、生成される遠心力は角速度の２乗に比例するため、生成される遠心力の大きさを制御する上でより影響力のあるパラメータは角速度です。したがって、遠心力の大きさは、相対角速度が増加する限り、ローラ１２９が短半径セクター（例えば、セクターＡ−Ｂ）内を移動するとき、一定のままであり得る。
【００３２】
ここで、ローラ１２９が減少した半径のセグメント内を移動するときにシャフト１２５の速度を低下させ、ローラ１２９が増加した半径のセグメント内を移動するときにシャフト１２５の速度を増加させると、周期的なセクター固有の遠心力を生成することによって、非退行性直線推進力が提供され得ることが発見された。ローラ１２９が減少した半径のセグメント内を移動し、シャフト１２５の速度が最小化され、結果としてプラットフォーム１１５の非退行性移動をもたらす場合、プラットフォームを後方方向に推進させる生成された負の遠心力は、無視できるか、または存在しない可能性さえある。本明細書で言及される場合、「非退行性移動」は、生成される負の遠心力の大きさが最大に生成される正の遠心力の大きさの１０％以下である場合に起こり得る。他方、ローラ１２９が増加した半径のセグメント内を移動し、シャフト１２５の速度が増加すると、正の遠心力が生成され得る。
【００３３】
周期的なセクター固有の遠心力を生成するために、シャフト１２５の速度は、トラック１１０に沿ったローラ１２９の瞬間的な周辺位置の関数であり得る。したがって、最大の大きさの遠心力は、例えば、ローラ１２９が比較的長い一定半径のセグメントＤ−Ｅ内に配置された場合に生成され、ローラは一定の回転半径での回転中に角加速を受けないので、車両を推進するための直線力への生成される遠心力の変換を最大化する。同様に、ローラ１２９が比較的短い一定半径のセグメントＡ−Ｂ内に配置されている場合、最小の大きさの遠心力が生成され得る。しかしながら、このセグメントでは、シャフト１２５の速度が最小値に設定され得るとしても、ローラ１２９は、一定の回転半径で回転を受けている間にその速度が過度に遅くなる可能性がある角度減速を受けない可能性があるため、ローラ１２９は失速しない可能性がある。
【００３４】
いくつかの実施形態では、装置１００は、例えば、図７に示されるもののような一対の輸送レール１３２に沿って配置され得る。プラットフォーム１１５がレール１３２に沿ってスライド可能に変位可能である場合、輸送レールは、伝達された遠心力から生じる一方向力Ｆの方向にプラットフォーム１１５を導き得る。
【００３５】
ここで図８を参照すると、本開示の別の一実施形態に係る装置２００が提示されている。いくつかの実施形態では、装置２００は、共通のプラットフォーム１１５上に配置された２つ以上の実質的に同一で実質的に同期した遠心力変換装置１００Ａおよび１００Ｂを含み得る。いくつかの実施形態によれば、装置２００は、一方向直線力Ｇを生成するために使用され得る。装置１００Ａおよび１００Ｂの各々のシャフト１２５は、反対の回転方向に回転することができ、したがって、生成される遠心力ＣＦ−ＡおよびＣＦ−Ｂの対応する横方向成分は、反対方向に向けられ、それによって互いに打ち消し合うことができる。生成される遠心力の縦方向成分、すなわち順方向では、所望の方向に一方向直線力Ｇを生成するために加算的であり得る。
【００３６】
他の数の遠心力変換装置を使用して、プラットフォームを所望の直線方向または回転方向に非退行的に推進させる合力を生成することができることが理解されるであろう。
【００３７】
図９は、本開示に係る、シャフト１２５の速度をトラック１１０に沿ったローラ１２９の瞬間的な周辺位置と同期させるための例示的な制御システム９００の一実施形態を概略的に示す。制御システム９００は、トラック１１０に沿ったローラ１２９の瞬間的な位置を検出するための１つ以上のセンサ９１０、例えば、非接触誘導型近接センサを含み得る。センサ９１０の各々は、コントローラ９２０とデータ通信することができ、コントローラ９２０は、例えば、モータなどの回転動力源９３０とデータ通信することができる。回転動力源９３０の速度は、コントローラ９２０によって命令することができ、速度コントローラ９４０によって選択的に調整され得る。いくつかの実施形態では、速度コントローラ９４０は、例えば、キャリッジ１３０がローラ位置決めレール１２０に沿ってスライドした後、所定のセクター固有の遠心力を生成し得る所定の値にシャフト１２５およびそれに接続されたローラ位置決めレール１２０の角速度を維持するように、ローラ１２９の瞬間位置に基づいて回転動力源９３０を減速するように作用することができる。
【００３８】
回転動力源９３０は、次の関係：τＡ=Iα（ただし、τＡ：角加速度を受けた結果としてローラ１２９に作用するトルク、I：ローラ１２９の回転慣性、α：所与のセグメントに関して回転運動を受けるときのローラ１２９の角加速度である）によって提供されるような可変半径セグメントに沿って回転するとき、ローラ１２９が角加速度を受けるために利用するトルクに加えて、キャリッジ１３０の質量中心が十分に高い角速度で回転して所定の遠心力を生成できるように、十分な量のトルクを生成するように命令され得る。ローラ１２９が一定半径セグメントの周りで変位するとき、それは角度的に加速されず、τＡの値はゼロに等しい。
【００３９】
速度コントローラ９４０は、１つ以上の可能なギア比を備えた１つ以上のギアを含み得る。速度コントローラ９４０の瞬間ギア比は、シャフト１２５の速度、したがって、キャリッジ１３０およびローラ１２９の運動エネルギー、ならびに生成される遠心力の大きさを定義することができる。図１０は、ピニオン速度Ｗがサイクルの開始時に開始速度Ｗｏを有し、すなわちセクターＡ−Ｂの中央領域における瞬間的なローラ位置に対応し、遷移領域Ｅに対応する瞬間ローラ位置で、例えばＷｏの２．５倍の最大値に達するまで着実に増加して、遠心力の最大値を生成する、サイクルＴ中の速度コントローラ９４０の例示的な作業サイクルを示す。ピニオン速度は着実に増加するが、制御システムは、生成される遠心力から変換された直線推進力が非退行的であることを保証する。次に、回転動力源９３０は、瞬間的なローラ位置がセクターＥ−Ａ内にあるときに非アクティブ化することができ、ピニオン速度をセグメントＡ−Ｂの中央領域で０の値まで着実に減少させる。しかしながら、ローラ１２９はセクターＥ−Ａ内で減速するかもしれないが、ローラ１２９が遷移領域Ｅで与えられた運動学的エネルギーのために、回転動力源９３０が非アクティブ化されたとしても、ローラ１２９は回転中心の周りを回転し続けることができることに留意すべきである。セクターＥ−Ａ内でのローラ１２９の移動中、キャリッジ１３０の質量中心がシャフト１２５と実質的に一致するため、ローラ１２９が回転し続けても、生成される遠心力は無視できるか、または存在しない。回転動力源９３０がセクターＡ−Ｂの中央領域で再アクティブ化されると、別のサイクルが始まる。
【００４０】
図１１〜図２０は、本開示に係る電気モータを使用する遠心力変換装置の別の一実施形態を示している。ここで図１１を参照すると、例示的な遠心力変換装置１１００が提示されている。遠心力変換装置１１００は、細長いローラ位置決めレール１１２０に沿ってスライド可能である直線キャリッジ１１３０を含むことができ、細長いローラ位置決めレール１１２０は、その中央領域で直線ブラケット１１２８によってシャフト１１２５に堅固に結合することができる。直線ローラキャリア１１３５は、キャリッジ１１３０の半径方向外方端部に結合することができ、いくつかの実施形態では、ローラ位置決めレール１１２０を取り囲むことができ、キャリッジ１１３０から下方へ延在することができる。ローラキャリア１１３５の底面は、シャフト１１３６に結合することができ、次いでシャフト１１３６は、ローラ１１２９に結合される。ローラ１１２９は、曲線トラックと係合するように構成することができる。
【００４１】
ここで図１２を参照すると、４つの別個の曲線トラック１１１０Ａ〜Ｄを有する例示的な円形プラットフォーム１１１５が提示されている。トラック１１１０Ａ〜Ｄはそれぞれ、例えば、図１〜図６に示されるトラック１１０と同等の形状を有し得るが、他の構成も可能である。いくつかの実施形態では、トラック１１１０Ａ〜Ｄは、プラットフォーム１１１５の上面から窪むことができる。複数のトラックの存在は、それに提供される各々の対応する遠心力変換装置が、直線力をプラットフォーム１１１５に順次伝達し、それによって実質的に連続的な推進力を作動させることを可能にし得る。別の一実施形態では、２つ以上の装置が同時に異なる方向に直線力を伝達して、プラットフォーム１１１５に回転力を誘導することができる。モータによって駆動され得る鉛直に向けられた中央シャフト１１５０は、プラットフォーム１１１５の中心に、プラットフォーム１１１５の中心を貫通して突出して配置することができ、対応するトラック１１１０Ａ〜Ｄの内部内に、プラットフォーム１１１５を貫通して突出して配置され得るシャフト１１２５Ａ〜Ｄに運動学的に接続され得るか、またはそうでなければ結合または接続可能であり得る。
【００４２】
ここで図１３を参照すると、対応する装置１１００Ａ〜Ｄが、各々の対応するトラック１１１０Ａ〜Ｄに概して関連して提示されている。いくつかの実施形態では、ローラ位置決めレール１１２０Ａ〜Ｄは、対応するシャフト１１２５（図１１）と共に回転することができ、ローラ１１２９は、対応するトラック１１１０Ａ〜Ｄと係合することができ、キャリッジ１１３０は、対応するローラ位置決めレール１１２０に沿ってスライド可能とすることができる。
【００４３】
図１４〜図１５および図２０は、電気モータ１１６０と、各々の速度コントローラ１１４０Ａ〜Ｄの対応する入力シャフト１１６５Ａ〜Ｄ（図１５）との間の２段の運動学的接続を示している。モータ１１６０の出力シャフトに接続されたスプロケット１１７２と係合するベルト１１７０は、生成されるトルクを中央シャフト１１５０に伝達することができる。中央シャフト１１５０からのトルクは、次に、中央シャフト１１５０と同心の中央ギア１１８０と、中央ギア１１８０と噛み合い、各々の速度コントローラ１１４０Ａ〜Ｄの対応する入力シャフト１１６５Ａ〜Ｄに取り付けられた周辺ギア１１８５Ａ〜Ｄによって、対応する速度コントローラ１１４０Ａ〜Ｄの各々の入力シャフト１１６５Ａ〜Ｄ（図１５）に伝達することができる。フライホイール１１９０は、回転エネルギーを貯蔵するために中央シャフト１１５０に取り付けることができる。
【００４４】
図１７は、例えば、ケーシング１１４１を有し、さらに可変ギア比を有する速度コントローラ１１４０の一実施形態を概略的に示す。速度コントローラ１１４０は、４つの楕円形ギア１１４２、１１４３、１１４４、および１１４５を含み得る。ギア１１４２および１１４５は、それぞれシャフト１１４６および１１４７に回転可能に取り付けられ得るが、ギア１１４３および１１４４は、共通シャフト１１４８に取り付けられる。
【００４５】
図１６、１８および１９に示されるように、円形プラットフォーム１１１５は、直線状のスタンド１１７５の上部に取り付けることができる。スタンド１１７５の下部には、例えば、キャスターホイール、または摩擦を低減する他の手段（例えば、スライダー、ボールベアリング、磁気浮上、水など）を装備することができ、スタンド１１７５が伝達された直線力によって推進されることを可能にする。別の一実施形態では、スタンド１１７５は静止していてもよく、プラットフォーム１１１５は、異なる速度で中央シャフト１１５０の周りで回転可能とすることができる。プラットフォーム１１１５の回転運動は、環状ベアリング１１７８（図１８）によって促進され得る。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態は例示として説明されてきたが、本発明は、特許請求の範囲を超えることなく、多くの修正、変形、および適合を用いて、および当業者の範囲内にある多数の均等物または代替の解決策を使用して実施できることが明らかであろう。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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