(57)【要約】【課題】簡素な構成でありながら、補助駆動源の駆動を間欠とすることができ、よって、回転力を効率的に変換することができる動力変換装置を提供する。【解決手段】中心軸を水平に設置した主軸と、主軸と同軸上に設置した固定ギヤと、主軸に一端を固定して主軸を回転させるように回動する駆動源と、駆動源が非駆動エリアに位置している回動期間にのみ駆動源を強制的に回動させる補助駆動源と、を備え、駆動源は、固定ギヤと噛み合って固定ギヤの周りを周回する周回ギヤと、周回ギヤと噛み合う駆動ギヤと、駆動ギヤの回転軸を回動支点として一端を固定した駆動体と、主軸と周回ギヤの回転軸と駆動ギヤの回転軸とを連結したアームと、を備える。【選択図】図１
2017025805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を水平に設置した主軸と、
前記主軸と同軸上に設置した固定ギヤと、
前記主軸に一端を固定して前記主軸を回転させるように回動する駆動源と、
前記駆動源が非駆動エリアに位置している回動期間にのみ前記駆動源を強制的に回動させる補助駆動源と、
を備え、
前記駆動源は、
前記固定ギヤと噛み合って前記固定ギヤの周りを周回する周回ギヤと、
前記周回ギヤと噛み合う駆動ギヤと、
前記駆動ギヤの回転軸を回動支点として一端を固定した駆動体と、
前記主軸と前記周回ギヤの回転軸と前記駆動ギヤの回転軸とを連結したアームと、
を備える動力変換装置。
【請求項２】
前記駆動体は、
一端を前記駆動ギヤの回転軸に固定した回動アームと、
前記回動アームの他端に固定した分銅と、
を備える請求項１に記載の動力変換装置。
【請求項３】
前記駆動体は、
回動軌跡の位相が均等角度で異なるように前記主軸に複数設置した
請求項１又は請求項２に記載の動力変換装置。
【請求項４】
前記補助駆動源は、
前記駆動体が自重により上死点から下死点へと下向きに回動したうえで下死点から上死点へと慣性により上向きに回動した後の慣性終了地点よりも下死点側の所定地点から上死点までを前記非駆動エリアとするとともに、前記所定地点から前記駆動体を強制的に上向きに回動させる
請求項１乃至請求項３のいずれか１の請求項に記載の動力変換装置。
【請求項５】
前記補助駆動源は、
前記駆動体が前記非駆動エリアに位置している期間にのみ電力供給を受けて駆動する駆動モータである
請求項１乃至請求項４のいずれか１の請求項に記載の動力変換装置。
【請求項６】
前記補助駆動源は、
前記主軸を介して前記駆動体を強制的に上向きに回動させる
請求項１乃至請求項５のいずれか１の請求項に記載の動力変換装置。
【請求項７】
前記周回ギヤは、
前記固定ギヤ及び前記駆動ギヤのギヤ歯と同一構造であり、かつ、前記固定ギヤ及び前記駆動ギヤの少なくともいずれか一方の直径よりも小径である
請求項１乃至請求項６のいずれか１に記載の動力変換装置。
【請求項８】
前記固定ギヤ及び前記駆動ギヤの直径が同一である
請求項７に記載の動力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動源の出力を回転エネルギーに変換する動力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、駆動源の出力を回転エネルギーに変換する動力変換装置、例えば、車両用エンジンにおけるピストンの直線運動を回転運動に変換する動力変換装置が周知である。
【０００３】
また、このような動力変換装置には、例えば、重力により下降する一対のカウンタウエイトを駆動源として用いるとともに、一対のカウンタウエイトの連続上下運動を維持するための補助駆動源として駆動モータを用いた技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１４−５０４３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示の動力変換装置は、重力による一方のカウンタウエイトの垂直下降運動を主たる駆動源としている。このため、他方のカウンタウエイトを上昇させるためには、補助駆動源として駆動モータに高出力なものを用いる必要がある。
【０００６】
また、駆動モータは、一対のカウンタウエイトの連続上下運動を維持するために、一方のカウンタウエイトが上死点から下死点へと下降している際の下降速度と同じ若しくはそれよりも早く他方のカウンタウエイトを下死点から上死点まで上昇させる必要がある。
【０００７】
したがって、一対のカウンタウエイトは、駆動モータに対して独立して下降及び上昇させるためのクラッチなどの連繋機構が必要となり、複雑な構成となってしまう。しかも、一方のカウンタウエイトの下降速度よりも早く他方のカウンタウエイトを上昇させる場合には、一方のカウンタウエイトの下降により得られる出力（例えば、発電力）よりも、駆動モータを駆動させる駆動電力が大きくなる可能性がある。また、駆動モータは、一方のカウンタウエイトの下降速度と他方のカウンタウエイトの上昇速度とを同じとした場合、結果的に常時駆動を余儀なくされてしまう。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するために、簡素な構成でありながら、補助駆動源を間欠駆動とすることができ、よって、効率的に回転エネルギーを生成することができる動力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の動力変換装置は、中心軸を水平に設置した主軸と、主軸と同軸上に設置した固定ギヤと、主軸に一端を固定して主軸を回転させるように回動する駆動源と、駆動源が非駆動エリアに位置している回動期間にのみ駆動源を強制的に回動させる補助駆動源と、を備え、駆動源は、固定ギヤと噛み合って固定ギヤの周りを周回する周回ギヤと、周回ギヤと噛み合う駆動ギヤと、駆動ギヤの回転軸を回動支点として一端を固定した駆動体と、主軸と周回ギヤの回転軸と駆動ギヤの回転軸とを連結したアームと、を備えるものである。
【００１０】
駆動体は、一端を駆動ギヤの回転軸に固定した回動アームと、回動アームの他端に固定した分銅と、を備えるものである。
【００１１】
駆動体は、回動軌跡の位相が均等角度で異なるように主軸に複数設置したものである。
【００１２】
補助駆動源は、駆動体が自重により上死点から下死点へと下向きに回動したうえで下死点から上死点へと慣性により上向きに回動した後の慣性終了地点よりも下死点側の所定地点から上死点までを非駆動エリアとするとともに、所定地点から駆動体を強制的に上向きに回動させるものである。
【００１３】
補助駆動源は、駆動体が非駆動エリアに位置している期間にのみ電力供給を受けて駆動する駆動モータである。
【００１４】
補助駆動源は、主軸を介して駆動体を強制的に上向きに回動させるものである。
【００１５】
周回ギヤは、固定ギヤ及び駆動ギヤのギヤ歯と同一構造であり、かつ、固定ギヤ及び駆動ギヤの少なくともいずれか一方の直径よりも小径である。
【００１６】
固定ギヤ及び駆動ギヤの直径が同一である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡素な構成でありながら、補助駆動源の駆動を間欠とすることができ、よって、回転力を効率的に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る動力変換装置を示し、図２の矢視Ａ方向から見た正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る動力変換装置を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る動力変換装置を示し、（ａ）〜（ｄ）は駆動ギヤ及び分銅の１周期における適宜回転位置を時系列で示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る動力変換装置を示し駆動ギヤ及び分銅の周回軌跡を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る動力変換装置を示し、補助駆動源に板バネを用いた場合の腰部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の一実施形態に係る動力変換装置について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の動力変換装置における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。なお、図１及び図２において、説明の便宜上、一部の部材の図示を省略している。したがって、相互に図示していない部材がある。
【００２０】
図１及び図２において、動力変換装置１は、複数のプレー部を組み付けた躯体２と、躯体２の上方寄り中央に中心軸Ｐ１を水平に設置した主軸３と、主軸３と同軸上に設置した固定ギヤ４と、主軸３に一端を固定して主軸３を回転させるように回動する駆動源１０と、駆動源１０が非駆動エリアに位置している回動期間にのみ駆動源１０を強制的に回動させる補助駆動源２０と、を備える。
【００２１】
躯体２は、基台２ａと、基台２ａから対向するように立ち上がって主軸３の両端を支持する一対の支柱２ｂと、を備える。なお、躯体２は、例えば、補強等の目的のために矩形の枠体を基台２ａに固定してもよい。
【００２２】
主軸３は、支柱２ｂに両端が貫通状態で回転可能に支持されている。具体的には、主軸３は、その両端が支柱２ｂの外壁面にボルト固定されたベアリングユニット５を介して中心軸Ｐ１を中心に回転する。ここで、主軸３の両端は、固定ギヤ４及びベアリングユニット５を貫通している。なお、図１において。ベアリングユニット５を支柱２ｂの外壁面に固定するためのボルト等の図示は省略している。
【００２３】
固定ギヤ４は、ベアリングユニット５に皿ネジ６を介して固定されている。なお、ベアリングユニット５は、皿ネジ６によって固定ギヤ４と一体に支柱２ｂに固定してもよい。
【００２４】
駆動源１０は、固定ギヤ４と噛み合って固定ギヤ４の周りを周回する周回ギヤ１１と、周回ギヤ１１と噛み合う駆動ギヤ１２と、駆動ギヤ１２の回転軸１２ａを回動支点として一端を固定した駆動体１３と、主軸３と周回ギヤ１１の回転軸１１ａと駆動ギヤ１２の回転軸１２ａとを連結したアーム１４と、を備える。
【００２５】
駆動体１３は、一端を駆動ギヤ１２の回転軸１２ａに固定した回動アーム１５と、回動アーム１５の他端に固定した分銅１６と、を備える。なお、本実施の形態においては、駆動体１３は、主軸３の両端にそれぞれ設置している。この際、各駆動体１３は、回動軌跡の位相が１８０°で異なるように均等に設置している。
【００２６】
周回ギヤ１１は、アーム１４の中間にブラケット１７介して回転軸１１ａが回転可能に支持されている。周回ギヤ１１は、固定ギヤ４及び駆動ギヤ１２のギヤ歯と同一構造であり、かつ、固定ギヤ４及び駆動ギヤ１２の少なくともいずれか一方の直径よりも小径（例えば、１／２）である。この際、固定ギヤ４及び駆動ギヤ１２の直径は同一としている。これにより、周回ギヤ１１は、主軸３の回転位置と駆動ギヤ１２の回転位置とを同期させることができる。なお、周回ギヤ１１の直径は、主軸３に設置した駆動源１０の数等に応じて任意に設定することができる。
【００２７】
駆動ギヤ１２は、アーム１４の自由端に、ブラケット１８を介して回転軸１２ａが回転可能に支持されている。
【００２８】
アーム１４は、主軸３と周回ギヤ１１の回転軸１１ａと駆動ギヤ１２の回転軸１２ａとを直線状に連結するよう、直線状の金属製の平板が用いられている。アーム１４の基端は、ブラケット７を介して主軸３の端部３ａに固定している。これにより、中心軸Ｐ１を回転中心とする主軸３の回転と、中心軸Ｐを支点とするアーム１４の回動とが同期するようになっている。
【００２９】
回動アーム１５は、直線状の金属製の平板を用いており、基端をブラケット１９を介して回転軸１２ａに固定している。これにより、回動アーム１５は、回転軸１２ａを支点として回動し、回転軸１２ａを介して駆動ギヤ１２を回転させるようになっている。
【００３０】
分銅１６は、金属製の円盤等が用いられており、その中心を回動アーム１５の先端に固定している。なお、回動アーム１５と分銅１６とは一体でもよい。分銅１６は、円形とすることにより、回動アーム１５の回動位置における荷重等を均等とすることができる。したがって、分銅１６は、均一な厚さのものを用いるのが好ましい。
【００３１】
ここで、図３及び図４に基づいて、駆動体１３の動作と駆動力を生じる仕組みを記載する。
【００３２】
駆動ギヤ１２は、回転軸１２ａを回転中心として回転する。そして、駆動ギヤ１２を固定する回転軸１２ａに回動アーム１５の基端を固定する。これにより、回転軸１２ａを回動アーム１５の回動支点として回動アーム１５及び分銅１６からなる駆動体１３が回動するようになっている。
【００３３】
固定ギヤ４と駆動ギヤ１２とは、歯の構造が同一なので、周回ギヤ１１のピッチにより影響されない。また、周回ギヤ１１を介在させることにより、駆動ギヤ１２の回転方向と主軸３の回転方向とを同一方向とすることができ、駆動体１３の駆動力を効率よく主軸３に伝達することができる。
【００３４】
図４に示すように、アーム１４は主軸３の中心軸Ｐ１を支点とする軌跡Ｌ１で回動し、回動アーム１５は回転軸１２ａの中心Ｐ２を支点とする回動軌跡Ｌ２で回動する。したがって、アーム１４と回動アーム１５とは、固定支点である中心軸Ｐ１を有するアーム１４と、アーム１４の回動に伴って移動する移動支点である中心Ｐ２を有する回動アーム１５とが互いに独立して回動するものである。
【００３５】
具体的には、図３（Ａ）に示すように、分銅１６は、その中心が上死点Ｔから図示時計回り方向に下向き（以下、「下降」ともいう）に自重により回動を開始して加速し始める。以下、図３（Ｂ）に示すように、アーム１４が水平な状態を経由し、図３（Ｃ）に示すように、アーム１４が下向きに鉛直な状態のときに下死点Ｂに達し、図３（Ｄ）に示すように、慣性によって上向き（以下、「上昇」ともいう）に回動を開始する。
【００３６】
本実施の形態においては、分銅１６は、この下死点Ｂから再び図示時計回り方向に上向きに回動（以下、「上昇回動」ともいう）する際、初期は慣性によってそのまま上昇回動するものの、その後、重量によって図示反時計回り方向に下向きに逆戻りしようとする。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、この逆戻りを開始する前の所定のタイミングから分銅１６が上死点Ｔに達する間で補助駆動源２０を駆動させ、強制的に分銅１６が上昇するように駆動体１３を回動させるようになっている。
【００３８】
具体的には、図４に示すように、駆動体１３が自重により上死点Ｔから下死点Ｂへと下向きに回動（以下、「下降回動」ともいう）したうえで下死点Ｂから上死点Ｔへと慣性により上昇回動した後の慣性終了地点Ｅよりも下死点Ｂに寄った側の所定地点Ｓから上死点Ｔまでを非駆動エリアＷとする。
【００３９】
補助駆動源２０は、この所定地点Ｓから上死点Ｔに至る非駆動エリアＷにおいて駆動体１３を強制的に上昇回動させるものである。本実施の形態において、補助駆動源２０は、駆動体１３が非駆動エリアＷに位置している期間にのみ電力供給を受けて駆動する駆動モータ２１と、駆動モータ２１の出力軸２１ａに固定した出力ギヤ２２と、出力ギヤ２２と噛み合うように主軸３の中央付近に固定した入力ギヤ２３と、を備える。これにより、駆動モータ２１が駆動して出力ギヤ２２が回転しているときには、入力ギヤ２３を介して主軸３が中心軸Ｐ１を中心として回転するとともに、この主軸３の回転により駆動体１３が強制的に上昇回動される。
【００４０】
駆動モータ２１は、分銅１６を含む駆動体１３の重量を考慮し、駆動体１３の駆動力によって主軸３が回転しない非駆動エリアＷにおいて駆動体１３を回動させることができる出力を備えている。駆動モータ２１は、例えば、躯体２に設けた設置棚２ｃに設置されている。
【００４１】
一方、主軸３には伝達ギヤ９が同軸上に設置され、入力ギヤ２３には発電機ギヤ２４が噛み合っている。すなわち、駆動源１０及び補助駆動源２０の駆動によって中心軸Ｐ１を回転中心として回転すると、その回転力は、伝達ギヤ９と噛み合うギヤ（図示せず）等の伝達機構を介して利用可能となっている。また、主軸３が回転すると、入力ギヤ２３が連動して回転することから、この入力ギヤ２３を出力ギヤとして兼用することにより、伝達ギヤ９とは別に発電機ギヤ２４を介して公知の発電装置（図示せず）に動力伝達し、電力を発電させることも可能である。
【００４２】
なお、発電した電力は、駆動モータ２１の駆動電力として利用することも可能となっている。
【００４３】
このように、本実施の形態に係る動力変換装置１は、中心軸Ｐ１を水平に設置した主軸３と、主軸３と同軸上に設置した固定ギヤ４と、主軸３に一端を固定して主軸３を回転させるように回動する駆動源１０と、駆動源１０が非駆動エリアＷに位置している回動期間にのみ駆動源１０を強制的に回動させる補助駆動源２０と、を備え、駆動源１０は、固定ギヤ４と噛み合って固定ギヤ４の周りを周回する周回ギヤ１１と、周回ギヤ１１と噛み合う駆動ギヤ１２と、駆動ギヤ１２の回転軸１２ａを回動支点として一端を固定した駆動体１３と、主軸３と周回ギヤ１１の回転軸１１ａと駆動ギヤ１２の回転軸１２ａとを連結したアーム１４と、を備えることにより、簡素な構成でありながら、補助駆動源２０の駆動を間欠とすることができ、よって、回転力を効率的に変換することができる。
【００４４】
駆動体１３は、一端を駆動ギヤ１２の回転軸１２ａに固定した回動アーム１５と、回動アーム１５の他端に固定した分銅１６と、を備えることにより、アーム１４とは独立した回動を可能とするとともに、駆動力の設定を回動アーム１５の長さや分銅１６の重量等によって容易に設定することができる。
【００４５】
駆動体１３は、回動軌跡Ｌ２の位相が均等角度で異なるように主軸３に複数設置したことにより、主軸３を効率的に回転させることができる。なお、上記実施の形態では、躯体２に２つの駆動体１３を１８０°位相を変えて設置したものを開示したが、例えば、１２０°位相を変えて３つの駆動体１３を設置してもよい。
【００４６】
補助駆動源２０は、駆動体１３が自重により上死点Ｔから下死点Ｂへと下降回動したうえで下死点Ｂから上死点Ｔへと慣性により上昇回動した後の慣性終了地点Ｅよりも下死点側の所定地点Ｓから上死点Ｔまでを非駆動エリアＷとするとともに、所定地点Ｓから駆動体１３を強制的に上昇回動させることにより、補助駆動源２０の起動電力を小さく設定することができる。
【００４７】
なお、駆動源１０を１８０°位相を変えて２つ設置した場合、一方の分銅１６が下死点Ｂに位置しているとき、他方の分銅１６は上死点Ｔに位置している関係を有している。
【００４８】
このため、補助駆動源２０は、一対の駆動源１０に対して、一方の駆動源１０の駆動体１３が慣性によって下死点Ｂから上昇している間は、他方の駆動源１０の駆動体１３が下降回動を開始していることと相まって、補助駆動源２０の駆動力は必要としない。したがって、補助駆動源２０は、常時駆動とする必要がなく、消費電力を抑制することが可能となる。
【００４９】
補助駆動源２０は、駆動体１３が非駆動エリアＷに位置している期間にのみ電力供給を受けて駆動する駆動モータ２１とすることにより、確実に駆動体１３を上昇回動させることが可能となる。
【００５０】
補助駆動源２０は、主軸３を介して駆動体１３を強制的に上昇回動させることにより、主軸３の回転を直接維持することができるうえ、補助駆動源２０からの補助駆動力を駆動源１０に容易に伝達することができる。
【００５１】
ところで、本発明の動力変換装置１は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した技術的範囲には、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々、設計変更した形態が含まれる。
【００５２】
例えば、上記実施の形態において補助駆動源２０に駆動モータ２１を用いたものを開示したが、例えば、図５に示すように、主軸３に偏心カム２５と板バネ２６を設けるとともに、偏心カム２５の最大径である先端の回転位置と分銅１６の回動軌跡Ｌ２の所定地点Ｓとを一致させる。これにより、板バネ２６が偏心カム２５によって付勢に抗して反り返った後、偏心カム２５を強制的に押し上げることにより、駆動体１３を強制的に上昇回動させるよう構成してもよい。この場合、駆動モータ２１と併用してもよい。また、板バネ２６に替わり渦巻きバネ等を用いることも可能である。
【００５３】
なお、以上の説明において、例えば、「水平」「垂直」「鉛直」等の各記載は厳密な意味ではない。すなわち、「水平」「垂直」「鉛直」とは、設計上や製造上等における公差や誤差が許容され、「実質的に水平」「実質的に垂直」「実質的に鉛直」という意味である。なお、ここでの公差や誤差とは、本発明の構成・作用・効果を逸脱しない範囲における単位のことを意味するものである。
【００５４】
また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさが「同一」「等しい」「異なる」等の記載がある場合に、これらの各記載は厳密な意味ではない。すなわち、「同一」「等しい」「異なる」とは、設計上や製造上等における公差や誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。なお、ここでの公差や誤差とは、本発明の構成・作用・効果を逸脱しない範囲における単位のことを意味するものである。
【００５５】
以上説明したように、本発明に係る動力変換装置は、簡素な構成でありながら、補助駆動源の駆動を間欠とすることができ、よって、回転力を効率的に変換することができるという効果を有し、駆動源の出力を回転エネルギーに変換する動力変換装置全般に有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１    動力変換装置
３    主軸
４    固定ギヤ
１０    駆動源
２０    補助駆動源
１１    周回ギヤ
１１ａ  回転軸
１２    駆動ギヤ
１２ａ  回転軸
１３    駆動体
１４    アーム
１５    回動アーム
１６    分銅
【図１】
2017025805.tif 000003
【図２】
2017025805.tif 000004
【図３】
2017025805.tif 000005
【図４】
2017025805.tif 000006
【図５】
2017025805.tif 000007