(57)【要約】本発明はジャイロ動作原理を使用する万能駆動システムに関する。強制歳差運動によってロータ慣性力を維持することはこの駆動システムにとって一般的である。駆動システムの好ましい使用は発電である。補助的な自動車駆動システム、ファンまたはモービルディスプレイのような他の使用は、本駆動システムの適用範囲内にある。ロータを所定速度にもたらし、歳差運動を生じる回転軸をオフセットすることによって、作動が開始される。ロータ慣性力と、オフセットする前のロータの元の平衡位置にロータを戻そうとするロータの自然の傾向は、反対力を生じるこの戻し力を利用するために機械設計によって利用される。この反対力はジャイロ（ロータ）の慣性力と歳差運動に耐えるために回転歳差ジャイロに自動的に作用する。【選択図】図１
2010503825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３本の回転軸を有するジャイロと、ジャイロのスピン回転を開始する手段と、ジャイロの元のスピン軸回りのジャイロの回転を元の状態に戻すように作用する力と歳差運動を生じるジャイロの回転スピン軸をオフセットするための手段と、ジャイロの歳差および回転動作速度を生じるために戻す力に逆らうように作用する手段とを備えた駆動システム。
【請求項２】
戻す力に逆らうように作用する前記手段が、ジャイロの歳差および回転動作速度を生じることができる力を発生するために、前記の戻す力によって圧縮される、背後にばねを取付けた板からなっている、請求項１記載の駆動システム。
【請求項３】
背後にばねを取付けた前記板が歳差運動ロータの回転スピン軸に連続的に力を加えるために自動的に位置決めされている、請求項２記載の駆動システム。
【請求項４】
背後にばねを取付けた前記板が、それを重力によって位置決めするために配置された自由回転重み付きボールシステムによって自動的に位置決めされている、請求項３記載の駆動システム。
【請求項５】
３本の回転軸を有するジャイロを用い、ジャイロをそのスピン軸回りに回転させ、ジャイロの歳差運動を生じる力と、ジャイロの歳差運動を補助する付随する力を加える、ジャイロを基礎とした駆動システムを形成する方法。
【請求項６】
前記の付随する力がジャイロの歳差運動を補助する、請求項５記載の駆動システム。
【請求項７】
前記の付随する力が、重力を受けて配置された自由回転重み付きボールシステムを使用することによって、歳差運動を自動的に補助する、請求項６記載の駆動システム。
【請求項８】
前記の付随する力が、機械的または電気的な駆動アセンブリを使用することによって、歳差運動を補助する、請求項６記載の駆動システム。
【請求項９】
ジャイロ動作速度に影響を与えるためにジャイロ力に応じて力を生じるための手段。
【請求項１０】
背後にばねを取付けた板を使用する、請求項９記載の前記手段。
【請求項１１】
逆らう磁界を使用する、請求項９記載の前記手段。
【請求項１２】
ジャイロがジェネレータまたはモータアセンブリの可動鉄心を有する、ジャイロを基礎とした電力システムを形成する方法。
【請求項１３】
ジャイロをそのスピン軸回りに回転させ、歳差運動を生じる回転スピン軸をオフセットする力と、元の回転軸にジャイロを戻すように作用する力と加え、そして発電アセンブリを駆動するために戻し力を向け直す、３本の回転軸を有するジャイロを備えた発電システムのロータとして、ジャイロを使用する方法。
【請求項１４】
向け直した力の利用が、背部にばねを取付けた板または反対向きの磁界の使用によって行われる、請求項１３記載の駆動システム。
【請求項１５】
ロータ回転が相対的に動かない軌道を備えたロータ軸接触部によって達成される、請求項１３記載の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はジャイロ動作原理を利用する駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
私はジャイロ動作原理を利用する高効率の駆動システムを開発した。歳差運動として知られている複雑な運動は、回転体がその回転軸を変えようとするトルクを受けるときに発生することが知られている。私は、回転体の歳差運動軌道に沿って回転体が動くように回転体の回転軸に力を選択に加えることによって効率的駆動システムを提供するために、この歳差運動を利用できる手段を発明した。図示実施の形態に関連して図示および説明するように、動作パラメータが確立されかつ設計で機械的に実施されると、この力は介入する必要なしに自動的に生じるように設計される。
【発明の開示】
【０００３】
次に、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。
【０００４】
私は、予め定めた力を、スピンするジャイロの歳差運動軸に一定時間または間欠的に加えることにより、最少のエネルギーで持続回転力を発生および維持することができることを発見した。
【０００５】
ロータの回転軸がオフセットしているとき、ロータは歳差運動し、ロータをその元の位置に戻そうとする力を加える。私は、反対向きの等しい力をロータ回転軸に加えことによっておよびオフセットしたスピン歳差運動ロータの歳差運動を補助するためにこれらの２つの力の合力を方向づけることによって、戻し力に逆らう場合に、ロータ回転が最小のエネルギー入力で維持可能であることを発見した。この動作モードを連続的にかつ自動的に維持するために、私はこれを達成するための構造的な配置を発明した。
【０００６】
回転体のスピン軸がオフセットしているとき、回転体は角運動量の保存の法則に従って速度を高めようとする。これが起こるときに、歳差運動軸は円錐軌跡に沿って移動し、かつジャイロ原理に従ってその元の位置に戻そうとする。私は、歳差運動を補助する力を調整することにより、最小のエネルギー入力でシステム回転速度が調節可能であることを発見した。この現象は更に、多数の用途のための駆動手段として使用可能である。
【０００７】
ロータがオフセットし、ロータをその元の位置に戻そうとする力を加える場合、２つの
成分、すなわち逆らう成分とロータ回転および歳差運動を補助する成分からなる力がこの「戻し」力に逆らう。逆らう成分は戻し力に直接対向し、補助する成分はスピンおよび歳差運動するオフセットロータの歳差運動を補助する。背後にばねを取付けた板を設けることによって、戻し力に自動的に逆らう。このばねは戻し力によって圧縮される。歳差運動力は、動作速度と歳差運動の維持を補助する合力を生じるためにこの板を傾けることによって補助される。ロータの回転速度を維持するためのこの動作モードは、多数の方法で達成可能であるが、１つの例ではこれは背後にばねを取付けた板によって達成される。このばねは、ロータアセンブリを支持する内側プラットホームに連結された伸長アームの注意深い実測伸長によっておよび背後にばねを取付けた板の位置決め調節によって圧縮される。
【０００８】
戻し力に逆らうと同時に、この同じ戻し力の成分が、スピンロータ軸の背後の内側プラットホームに一定の移動力を加えることによって、スピンおよび歳差運動するオフセットロータの歳差運動を補助するために使用される。この移動力は歳差運動ロータの歳差運動を上回りも下回りもしない速度で加えられるがしかし、この一定の力の前にロータ軸を駆動するこの歳差運動軸の背後でやさしく力を加えられる。
【０００９】
上述の動作は、板とばねに加えられる押圧力の注意深い実測調節によっておよび特別な重み付き転動ボールベアリングタイプの２つのアセンブリの使用によって達成される。このアセンブリは板を位置決めするために使用される。発生するトルク、スピン速度およびスピンし歳差運動するロータの歳差運動速度は、当該技術において慣用されている手段、すなわちレーザー時間測定装置およびコンピュータフィードバックおよび分析装置によって監視可能である。
【００１０】
伸長アームの注意深い配置および伸長は、背後にばねを取付けた板の反作用から最大有効駆動力を得るために必要である。伸長アームは湾曲してもよい（図２Ａか最もよく判る）。伸長アームは、力の方向を一層直接的に変えて歳差運動ロータと内側プラットホームの歳差運動を補助するように、内側プラットホーム軌道に接触する。歳差運動は歳差運動的に方向づけられた力成分を生じるために、背後にばねを取付けた板を傾けることによって補助することが可能である。
【００１１】
ロータがそのスピン速度を維持する場合、戻しトルク力は維持され、この戻しトルク力は更に、システム動作を維持するために使用される反力を維持する。
【００１２】
この独自の動作モードを達成するための機械的な手段を次に説明し図示する。説明する実施の形態または用途そのものに本発明が限定されないことを理解すべきである。
【００１３】
（図面の簡単な説明）
図１は上述の作動システムを実施するために設計された磁性要素を使用する駆動機構の断面図である。
図２Ａ―Ｂはボールベアリングレースとモータ駆動補助装置を使用する代替的な設計を示す図である。
図３はモータ駆動補助装置の詳細を示す図である。
図４は図１の切断面４−４に沿った断面図である。
図５はジャイロスコープとそのトルク軸、スピン軸および歳差運動軸を示す図である。
図６は図１０の中央部分の拡大図である。
図７は重み付きボールアセンブリ（２）を歳差運動ロータアセンブリと協調させるためのテレスコープ型アームの使用を示す図である。
図８は重み付きボールアセンブリの詳細を示す拡大図である。
図９は安定化装置と共にジェネレータとして使用される本発明を示すセグメント化された正面図である。
図１０は安定化装置と共にジェネレータとして使用される本発明を示すセグメント化された側面図である。
図１１は強制歳差運動の説明に関連して使用される図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１には、ジャイロスコープ動作原理を用いた常時駆動機構が示してある。ロータと呼ぶ球または円筒体（１）は、ボールベアリングアセンブリ（１３）によって外側プラットホーム（２３）と相対的に回転するように取付けられている。このボールベアリングアセンブリは内側プラットホーム（７）と外側プラットホーム（２３）の間に挿置されている（図４から最もよく判る）。この構造はロータ（１）の回転軸線に対して垂直な方向におけるロータ軸と内側プラットホーム（７）の回転を可能にし、かつアセンブリのジャイロ運動の２つの自由度を提供する。外側プラットホーム（２３）は固定ハウジング（２１）と相対的に動くように支持アーム（９）を介して取付けられている。この支持アームはハウジング（２１）の壁に設けられた軌道（２７）に載る、小さく旋回可能なボールベアリングまたはホイール（１７）によって取付けられている。この構造によってプラットホーム（２３）は複雑なウォッブル運動および波うち運動を行うことができる。
【００１５】
スピンするロータ（１）はその回転軸線を変更しようとするトルク（付録１参照）を受けるときに、回転体の歳差運動（付録２参照）と、その元の位置に戻そうとする合力を生じる。合力の変化はジャイロ回転速度を制御するために用いることができる。
【００１６】
好ましい動作モードは、ジャイロがその歳差軌道に沿って動くときにジャイロの歳差運動を補助するために、スピン軸の方に向いた力成分を生じる反対の力によって合力に逆らうことである。ロータ１（図４から最もよく判る）は最初に、ロータ軸（３）の端部を係合させるために外側ハウジングと内側プラットホームの穴（８）を介してクラッチ駆動部を係合させることによってあるいはロータを電動機として作動させることによって所定速度にもたらされる。（モータとジェネレータの構成要素は図１に示していないが当業者にとってよく知られており、そして図９，１０に示してある）。ロータが速度を生じると、プラットホーム（２３）は図１に示すような遠隔制御式のサーボ駆動のテレスコープ型伸長アーム（２５）の伸長によって傾動する。この伸長アームは磁性端部（２９）を備えている。背部にばねを取付けた板（１９）は、ロータの方に向いた内面が磁性であり、互いに反発するように磁性傾動伸長アームと同様な極性である。伸長アーム（２５）の伸長時に２個の構成要素が互いに作動近接位置にとどまるようにするために、磁性板（１９）のエッジに、予防策としてリップを使用することができる。伸長アームは内側プラットホーム（７）の両側に配置されている。１個は上側にそして１個は下側に配置され、それによってプラットホームアセンブリとロータスピン軸の傾動と同時にばね（３１）の圧縮を達成する。傾動したロータの歳差運動を補助する力成分を生じるように、背部にばねを取付けた板（１９）を或る方向に傾斜させるために、重みを付けたボールベアリングタイプのアセンブリ（２）が使用される。回転速度の調節は多数の方法で行われる。モータ（４１）を介して駆動される伸長アーム（３２），（４０）の、板（３３），（１９）に対する調節は両方とも、ばね緊張状態でおよびロータ（１）のアセンブリに近接して行うことができる。速度は摩擦接触によって調節される。摩擦接触はロータ軸（３）と、外側プラットホーム（２３）内に位置するロータ軸の端部の上方と下方に配置されたリング（５４）との間で調節可能であり、遠隔制御式サーボねじまたはサーボ操作油圧リフト（５３）によって行われる（図３から最もよく判る）。この手段および後述の他の手段によって、摩擦ゼロからかなりの大きさまで変更するために調節を行うことができる。ロータ軸の端部とリング（５４）の間の接触は、ロータ軸の一端が下側のリングに接触し、他端が上側のリングに接触するように行うことができる。この構造は、互いに反対向きに動こうとするロータ軸の両端を有することによって、ロータ運動を抑制しないように構成されている。その代わりに、ロータ軸の一端に反対向きの回転駆動部を用いることができる（このような装置を介してロータ軸の回転運動を逆転させることができるので、リングの前進運動を抑制せずに同じリングで駆動接触を行うことができる）。ロータ軸とリング（５４）の摩擦接触を制御するための他の手段は、ロータ軸を支持するボールベアリングの調節によって行われる。これは、ロータ軸ボールベアリング（５）に連結された図３に示す遠隔制御モータまたはサーボ駆動ねじ（４８）の使用によって達成される。
【００１７】
プラットホームとロータスピン軸の傾動に加えて、伸長アーム（２５）（図１参照）の伸縮が、傾動し押圧力を受けている、背部にばねを取付けた磁性板（１９）内で生じる。これは、ロータがその元の平衡位置へそれ自体を戻すようにすることによって、伸長アーム（２５）を介して作用する上向き力（またはアセンブリを下側半部を参照するときは下向き力）を受けて行われる。方向を絞った操作力を生じるために、背部にばねを取り付けた板（１９）はアセンブリ（２）の使用によって傾けられる。
【００１８】
伸長アーム（２５）の磁性チップ（２９）は図２Ａから最もよく判る。磁性板（１９）は同じ極性である。作動中、２個の磁性構成要素は互いに反発する。
【００１９】
この構造の結果、歳差運動を増大させるために、傾動したロータのトルクに応答あるいは反応して作用する方向を変えた力を生じることができる。
【００２０】
適切な操作を保証するために磁界に隣接する領域において遮蔽または非磁性材料の使用が必要であるかもしれない。板（１９）は、ばね（３１）および重み付きボールベアリングアセンブリ（２）に干渉しないように、内面を磁化されている。
【００２１】
最大の働きを受けるためには、伸長アーム（２５）と磁性チップ（２９）の位置決めが重要である。というのは、伸長アームと磁性チップが共に、それらの個々の部品構造においておよびプラットホーム（７）に固定された軌道（１６）に対するそれらの取付けにおいて、慣用の手段を介して移動可能、調節可能、旋回可能およびロック可能に設計されているからである。これは図２Ａから最もよく判る。図２Ａは伸長アーム（２５）を旋回およびロックするための遠隔制御サーボギア１２と、伸長アーム（２５）の基部を軌道（１６）にロックするための遠隔制御モータ（１４）とを示している。遠隔制御モータまたはサーボ操作ギア（１０）は歯付き軌道（１５）を介して軌道（１６）に沿って調節装置を動かしロックするために使用可能である。伸長アーム（２５）は調節可能な支持ブレース（２６）を備えている。この支持ブレースは内側プラットホーム（７）上に設けられた軌道（１６）上を移動可能であり、かつ慣用手段によってロック可能である。図１，９および１０を参照すると、背部にばね（３１）を取付けた磁性板（１９）に対する圧力調節は、調節可能な板（３３）を介して達成される。両板（３３），（１９）は更に、遠隔制御サーボ操作または油圧操作の伸長アーム（３２），（４０）によって調節および安定させることができる。伸長アーム（４０）はボールベアリング装置（２０）を介してプラットホーム（１９）に連結されている。このボールベアリング装置は板（１９）の旋回運動を可能にする。伸長アーム（３２），（４０）と板（１９），（３３）は共に、速度を調節する働きをするために、システムの圧力または張力を調節するために使用される。板（３３）の側に配置されたボールベアリングまたはホイール（３５）は、外側ハウジング（２１）の内壁に設けられた軌道（２８）を介して、外側ハウジングの内壁に沿ってこの板を案内する働きをする。油圧またはサーボモータ（４１）は伸長アーム（３２），（４０）をそれらの調節能力内で作動させるために使用される。
【００２２】
磁性ディスク（１９）と、磁性チップを有する伸長アーム（２５）の代わりのものが図（２ｂ）に示してある。この実施の形態では、伸長アーム（２５）は円形ボールベアリングアセンブリ（３８）に取付けられ、このボールベアリングアセンブリは（上記の実施の形態の磁性板（１９）の代わりに）非磁性板（３７）に取付けられている。これは、図１に示した上述の運動に似た運動を可能にする。
【００２３】
基本設計における磁石の目的は摩擦損失を低減することであるが、代替的に説明したボールベアリングアセンブリによって置換え可能である。
【００２４】
重み付きころがりボールアセンブリ（２）は、図１，９および１０に最も良好に示すように、板（１９）に取付けられている。このアセンブリの重み付きボールは歳差運動ロータアセンブリと協調した運動で板（１９）と共に絶えず移動しかつ板を傾けるように形成されている。これは伸長アーム（２５）および内側プラットホーム（７）とは反対向きの大きな力を生じるために行われる。それによって、ロータの歳差運動を補助し、ロータアセンブリを反力で押すことができる。このアセンブリの個々のボールは個々に重みを付けられ、軌道に沿ってボールベアリングによって個々に支持される（図８に最もよく示してある）。重み付きボールの運動は、プラットホーム（１９）とプラットホーム（２）が伸長アーム（２５）によってずれているときに生じる重力によって行われる。
【００２５】
重力を使用するためのアシスト要素が図７に示してある。伸縮アーム（１８）が用いられている。この伸縮アーム（１８）は上述の伸長アーム（２５）と類似する方法で内側プラットホーム（７）に連結されている。伸縮アームの他端は重み付きボールアセンブリ（２）に形成された溝（２４）を通って重み付きボールアセンブリ内に延びている。重み付きボールを支持するボールベアリングレースと、伸長アーム（１８）に対する回転連結部を使用することにより、アーム（１８）は有利に選択された重み付きボールを後ろに押す位置にある。これは、ロータ（１）と内側プラットホーム（７）の歳差運動に対する重み付きボールと協調運動と、この歳差運動と一緒に行われる板（１９）の傾動運動を保証する。
【００２６】
個々のボールの重み付けと配置は、２つのアセンブリ（ロータの上方と下方）の各々において異なっているがしかし、目的は同じである。これらのボールの重み付けはばね押圧力、トルクおよびてこの作用に依存する。
【００２７】
ロータ（１）とプラットホーム（７）の連続歳差運動を保証するために、プラットホーム（７）とプラットホーム（２３）はモータ（または類似の駆動装置）を備えることができる。これは、当該技術で代表的であるような使用駆動装置に依存して幾つかの変更を必要とする。例えば、アセンブリはセラミックスのような非磁性材料で作る必要があるかまたはボールベアリングアセンブリ（１３）の絶縁が必要である。モータとボールベアリングアセンブリとからなるこのようなモータ駆動アシスト装置の一例が図（２，３）に詳細に示してある。この場合、磁石（８０）は内側プラットホーム（７）の外側エッジに取付けられ、外側プラットホーム（２３）の導体内で循環する回転磁界によって電気的に駆動される。しかしながら、他の駆動装置を用いることができる。
【００２８】
上記のシステムは、ジェネレータのロータのような多数の装置を動かすためにあるいは他の用途のなかでもファンとして使用するために、幾つかの変更によって使用可能である。勿論、電気的または磁気的な絶縁または磁力線の遮蔽のような幾つかの変更あるいは過熱に対する保護のための変更が、当該技術で理解されるように必要である。上記の基本システムは要求される慣性作用を維持するためにロータの十分な重み付けを必要とする。
【００２９】
図は一定の縮尺ではない。
図４は図９の切断線４−４に沿った断面図である。図示したロータアセンブリは発電機として使用するために、当該技術において一般的である手段によって変更されている。ジャイロ駆動原理は上記のままである。先ず最初に、発電機ロータが作動速度まで高められる。これは外部手段、すなわち、ロータ軸の端部と係合する穴（８）を通って挿入される摩擦またはギア駆動装置によって、あるいは十分な速度が達成されるまでモータとして発電機を作動させることによって行われる。一旦十分な作動速度が達成されると、ロータへの初期駆動出力は停止され、（図１，９および１０に示す）伸長アーム（２５）が伸長させられる。遠隔制御式サーボ作動のテレスコープ型伸長アーム（２５）を適切に配置することにより、スピン軸は歳差運動を生じるように傾動する。
【００３０】
このアームの伸長により、重み付きボールアセンブリ（２）は作用し始め、それによってボールアセンブリは歳差ロータアセンブリに対する更に集束させた反力を生じる、背部にばねを取付けた板（１９）を傾動させる。従って、傾動した歳差ロータはそれ自体をその元の水平位置に戻そうとして、歳差運動を補助するために使用される力を発生する。ばねの張力、伸長アームの配置、ロータ軸とその相手方摩擦要素の接触および付加的に必要とされるモータ駆動力（もし必要であれば）を注意深く調節することにより、高い作動効率のシステムが得られる。
【００３１】
図９，１０はジェネレータまたはモータとして使用されるシステムの例を示している。この例では、ロータは、スピンロータの両側で内側プラットホーム（７）に取付けられたステータまたはアーマチュア（４５）に大きな逆トルクを生じる。反力が回転ロータの歳差運動に逆らうように作用しないようにするために、拘束または安定化装置（５０）を使用することができる。
【００３２】
安定化アセンブリの一例が図９，１０から最もよく判る。磁気特性を有するレッジが外側ハウジングの内壁に配置されている。このレッジは支持ホイール（１７）を通過させることができるようにするために、切欠き断面を有する。遠隔制御式サーボ作動のテレスコープ型アーム（５６）が上述のテレスコープ型伸長アーム（２５）に類似する方法で内側ハウジングに取付けられている。このテレスコープ型遠隔制御アームは、磁性レッジ（５２）と同じ極性の、回転可能、旋回可能、ロック可能および調節可能な磁性板（５８）を備えている。ロータアセンブリがオフセットされていると、この磁性板は磁性レッジに対して平行に表面を保つために旋回する。従って、内側と外側のプラットホームのトルク付与は、ジェネレータまたはモータとして回転するロータ（１）に応じてアセンブリの過剰トルク付与を防止する、板（５８）とレッジ（５２）の間の反発作用によって制限される。安定化アームは内側プラットホームの両側に配置され、ロータ軸に対してほぼ９０°をなしている、すなわち垂直である。磁性板（５８）は作動中効果的であるようにホイール軌道を跨ぐのに十分な長さであることが必要である。磁界に隣接する領域は、システムの作動に悪影響を与えないように非磁性材料で作るかまたは絶縁する必要がある。
【００３３】
上述の磁気安定化装置（５０）の代替装置では、離隔された磁性レッジ（５２）が離隔されたボールベアリングアセンブリと置換えられる。上述の磁性板（５８）は図（２Ｂ）に示すアセンブリによく似たボールベアリングアセンブリに載る非磁性板と置換えられる。テレスコープ型伸長アームと非磁性板の間の連結部は、安定化装置（５０）において上述したように旋回可能およびロック可能である。磁性板はホイール軌道（２７）によって形成される隙間を跨ぐのに十分な長さであることが必要である。支持アセンブリの配置および使用は、磁性安定化アセンブリで説明したように行われる。
【００３４】
電力は慣用手段、すなわち図４，９および１０に示すようなブラシ（６０）によってシステムに供給されるかまたはシステムから取り除かれる。
成分の調整はコンピュータ制御可能である。
慣性要件は抵抗に依存している。
【００３５】
次式は、回転体が対称であり、かつ回転体の運動が拘束されないときの歳差運動時間についての式であり、スピン軸のトルクがスピン軸に対して直角であるときには、歳差運動軸はスピン軸とトルク軸に対して垂直である。
【００３６】
【数１】
2010503825.tif 000003
この式において、Ｉは慣性モーメント、Ｔｓはスピン軸回りのスピン時間、そしてＱはトルクである。
【００３７】
この構造の結果は効率を改良した駆動システムである。このシステムは当該技術で一般的である幾つかの変更を加えることによって、ジェネレータ、ファンまたは他の装置のためのロータを駆動するために使用可能である。上述の駆動システムがこの開示において言及した用途を超える多数の用途を有することが重要である。
【００３８】
ロータは慣性のために重みを付ける必要がある。
速度と圧力の制御のコンピュータ化された監視は、効率を更に良くするために使用可能である。
支持ホイールのような個々の部品は、当該技術で必要とされかつ慣用であると思われるように、非磁性材料で作るかまたは絶縁する必要がある。
【００３９】
作動のパラメータを決定するための式について次に述べる。
８インチの長さと４インチの半径を有し、１２インチの長さのその軸で３５００ｒｐｍで回転する、ジャイロスコープ的に取付けられたロータ円筒体は、次式から計算可能な慣性モーメントを有する。
円筒体について、質量の大部分は４インチの半径のところに集中していると仮定する。その慣性モーメントはＳＩ単位およびＵＳ単位で、次の通りである。
【００４０】
【数２】
2010503825.tif 000004
これは軸回りに回転する質点の慣性モーメントでもある。回転剛体は運動エネルギーＴを有する。この運動エネルギーは次式から求められる。
【００４１】
【数３】
2010503825.tif 000005
蓄えられた運動エネルギー量の決定では、
【００４２】
【数４】
2010503825.tif 000006
ロータが４インチの半径を有しかつ３５００ｒｐｍで回転する中空円筒体である場合には、ロータは次のエネルギーを有する。
【００４３】
【数５】
2010503825.tif 000007
同じ質量と寸法を有する中実ディスクである場合には、エネルギーは上記の半分である、すなわち１８９０ジュール、１．８０ＢＴＵ、０．５２５ｋＷｈである。
トルクは章動速度と角運動量のクロス積（ベクトル積）である、
【００４４】
【数６】
2010503825.tif 000008
角運動量を変更するために必要な力を求めるために、次式を使用することができる。
【００４５】
【数７】
2010503825.tif 000009
または
【００４６】
【数８】
2010503825.tif 000010
必要な力はどの位の速さでそれを望んでいるかの関数である。
【００４７】
【数９】
2010503825.tif 000011
が与えられると、Ｌ＝Ｉωによって
【００４８】
【数１０】
2010503825.tif 000012
が得られる。
回転シリンダをオフセットさせるために要求される力は、回転シリンダの回転軸θの変更をどの位の速さで望んでいるか、Ｉがどの位大きく重いかそして回転ωがどの位速いかに応じて増大する。
角運動量は（Ｌ）＝Ｉωである。
１秒内に２５度の変化を望んでいる場合には、要求される力は次の通りである。
【００４９】
【数１１】
2010503825.tif 000013
結果は６．６４力ポンドである。
背後にばねを取付けた板（１９）に応じてテレスコープ型アーム（２６）を使用することにより、ロータオフセットがジャイロスコープ慣性力に抵抗する。ばね圧縮力はフック（Ｈｏｏｋｅ）の法則（付録２参照）によって計算可能である。
【００５０】
強制歳差運動だけによって（図１１参照）提供される機械的な利点の計算において、Ｒ１は円軌道の半径であり、伸長アームとロータは共に、回転時に９０度毎に（紙の平面から外に）スウィープアウトし（同時に）、軸スラストモーメント（ｂ×Ｒ１）が設計作動トルク（圧縮ばね力、入力トルク（ｃ））の１００％を吸収するのに十分なモーメント（ａ）を生じる。強制歳差運動だけによって（章動歯車なしに）提供される機械的な利点のための基本方程式は
（回転速度／歳差運動速度）
あるいは
トルクアウト＝駆動トルク×ｓｉｎα×［Ｉ／｛Ｉ−ｃｏｓα）］  （摩擦損失が小さい）
【００５１】
圧縮ばね力（入力トルク（ｃ））（ジャイロスコープ慣性力に対して反作用する）は、強制歳差運動を生じるために、ロータアセンブリで方向を戻される（この力の方向の変更は、てこ作用と重力を利用する重み付けボールアセンブリ（２）を使用して背後にばねを取付けた板を傾けることによって補助される）。
【００５２】
付録１
トルク＝角運動量の変化率
回転が時間δｔ秒内に生じる場合、運動量の変化率は秒あたりのモーメントの変化＝Ｉω×δθ／δτであり、そして変化が一定の率であれば、
δθ／δτは軸ω回りの角速度である。
秒あたりのモーメントの変化＝Ｉωωωである。
方向の変更を行うために必要なトルクＴ＝Ｉωｘωｙであるので、ベクトルの角度と方向を変えるために加えなければならないトルクは、モーメントの変化と同じである。従って、加えられるトルクの大きさと方向を推定することができる。
【００５３】
トルクの大きさを計算する実際の方法は、先ず最初にレバーアームを測定し、それを加えられる力に掛ける。
力の大きさＦ＝ Ｎ（１ニュートン＝０．２２４８ポンド）
距離ｒ＝ ｍ（１メートル（ｍ）＝１００ｃｍまたは３９．３７インチ）
ｒが作用力線に対して角度Ｏ＝ 度をなす配向において、レバーアーム＝ ｍであり、トルクの大きさはｔ＝ Ｎｍである。
【００５４】
付録２
圧縮ばねの力はフックの法則から求められる。
Ｆ＝ｋ（ＬＦｒｅｅ−Ｌｄｅｆ）
ＬＦｒｅｅはばね自由長さ、
Ｌｄｅｆは変形時のばねの長さ、
ｋはばね定数である、
あるいは
Ｆ＝ｋｓ
弾性固体が力によって伸長または圧縮される量ｓは、Ｆの大きさあるいは弾性限界を超えないで加えられる力に直接比例する。
ｋはばねの性質や寸法に左右される定数である。
Ｆがｓに比例するので、物体がその通常の長さから最終長さまで量ｓだけ伸長（または圧縮）される間の平均力
【００５５】
【数１２】
2010503825.tif 000014
は
【００５６】
【数１３】
2010503825.tif 000015
である。
初期力は０で、最終力はｋｓである。ばねの伸長時に行われる仕事は、平均力Ｆ＝１／２ｋｓと全体の伸びｓの積であるので、
【００５７】
【数１４】
2010503825.tif 000016
付録３
ジャイロスコープの状態を示す基本方程式は次の通りである。
【００５８】
【数１５】
2010503825.tif 000017
ここで、ベクトルτとＬはそれぞれジャイロスコープのトルクとその角運動量、スカラーＩはその慣性モーメント、ベクトルωは角速度そしてベクトルαはその角加速度である。
【００５９】
これから、回転軸に対して垂直にひいてはＬに対して垂直に加えられるトルクτが、τとＬの両方に対して垂直な運動を生じることが判る。この運動は歳差運動と呼ばれる。歳差運動Ωｐの角速度は次式によって求められる。
【００６０】
【数１６】
2010503825.tif 000018
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】上述の作動システムを実施するために設計された磁性要素を使用する駆動機構の断面図である。
【図２Ａ−Ｂ】ボールベアリングレースとモータ駆動補助装置を使用する代替的な設計を示す図である。
【図３】モータ駆動補助装置の詳細を示す図である。
【図４】図１の切断面４−４に沿った断面図である。
【図５】ジャイロスコープとそのトルク軸、スピン軸および歳差運動軸を示す図である。
【図６】図１０の中央部分の拡大図である。
【図７】重み付きボールアセンブリ（２）を歳差運動ロータアセンブリと協調させるためのテレスコープ型アームの使用を示す図である。
【図８】重み付きボールアセンブリの詳細を示す拡大図である。
【図９】安定化装置と共にジェネレータとして使用される本発明を示すセグメント化された正面図である。
【図１０】安定化装置と共にジェネレータとして使用される本発明を示すセグメント化された側面図である。
【図１１】強制歳差運動の説明に関連して使用される図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…ロータ、２…ボールベアリングアセンブリ、３…ロ−タ軸、７，２３…プラットホーム、９…支持アーム、１９…板、２５…伸長アーム、２７…軌道、３１…ばね
【図１】
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【図２Ａ−Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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