(57)【要約】  磁気結合を形成するよう十分近接する位置において、揺動アセンブリ及び回転アセンブリ上に動作可能に位置決めされる磁石から伝達される磁力の磁気結合を介して、連続する回転又は直線運動を伝達するための磁気結合デバイス。動力揺動アセンブリから伝達されたインプット直線力からの、回転方向のアウトプット力を伝達するよう用いられ、力を伝達する磁石の磁力は、異なった極性ドメインにおいて交互の結合の楕円状磁界の体積を圧縮し、平滑で、混合される極性連続性を誘導し、連続する３６０度の回転力を、磁気結合と動作可能に係合される回転アセンブリに伝達する。インプット力は、往復動アセンブリの連続する直線運動を誘導するよう反転されてもよい。
2016519268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気駆動システムであって、それを介して伝達される力の方向を変更するための磁気駆動システムにおいて、
第１の磁界を発する少なくとも１つの第１の磁性部品と、
第２の磁界を発する少なくとも１つの第２の磁性部品とを備え、
前記第１の磁性部品は、揺動アセンブリと動作可能に係合され、
前記第２の磁性部品は、回転アセンブリと動作可能に係合され、
前記第１の磁性部品は、前記第２の磁性部品と十分に近接して位置決めされ、それによって、前記第１の磁界は前記第２の磁界と磁気結合状態にあり、
前記揺動アセンブリからの前記第１の磁性部品に対する前記力の入力を伝達し、前記力を前記磁気結合を介して、前記回転アセンブリに対する回転方向で前記力の出力に伝達する動力揺動と、
前記回転アセンブリからの前記第２の磁性部品に対する前記力の入力を伝達し、前記揺動アセンブリに対する前記力の揺動出力において揺動運動を与えるよう、前記力を前記磁気結合を介して伝達する動力回転と、
を備える磁気駆動システム。
【請求項２】
前記揺動アセンブリと動作可能に係合される横方向抑制を備え、
前記横方向抑制は、運動が前記回転アセンブリの前記回転と同期した場合、前記揺動アセンブリの前記運動を妨げるよう構成される、請求項１に記載の磁気駆動システム。
【請求項３】
前記結合における前記第１の磁界及び前記第２の磁界が、それぞれ、前記磁気結合内の圧縮又は膨張関係でそれぞれの平衡状態から変形される、請求項１によって定義されるデバイス。
【請求項４】
前記第１の磁界及び第２の磁界は、それぞれ、前記磁気結合と伝達する少なくとも１つの外部磁界により、前記圧縮又は前記膨張関係でそれぞれの前記平衡状態から変形される、請求項１によって定義されるデバイス。
【請求項５】
前記第１の磁石及び前記第２の磁石は、それぞれ、永久磁石及び電磁石を含む磁性部品の群からの磁性部品で構成される、請求項１によって定義されるデバイス。
【請求項６】
前記揺動アセンブリは、枢軸揺動運動、直線往復運動、又はそれぞれの組み合わせのうちの１つを前記磁気結合に伝達して、それによって、前記第１の磁界及び前記第２の磁界の不平衡関係を伝達する少なくとも１つのシャトルを備え、前記関係は、それぞれの磁界極性ドメイン間で互い違いにされる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記力は、前記第１の磁性部品に対して、前記動力揺動をそれらに伝達する可変速駆動装置と動作可能な係合状態にある前記揺動アセンブリから伝達され、それによって、前記力が前記回転アセンブリに対して前記磁気結合を介して回転方向に出力される、請求項１によって定義されるデバイス。
【請求項８】
前記第２の磁性部品は、複数の前記第２の磁性部品を含み、前記複数は、前記複数の前記第２の磁性部品の多角形構成、前記複数の前記第２の磁性部品の円形構成、又は、前記多角形構成及び前記円形構成の組み合わせのうちの１つに形成され、中央に位置する部材の一端における基部に係合され、
部品の前記多角形構成に含まれるカウンタウェイトとを含む、請求項１によって定義されるデバイス。
【請求項９】
それぞれの前記第１の磁界を発する少なくとも１つの前記第１の磁性部品をそれぞれが有する複数の揺動アセンブリと、
それぞれの１つ又は複数の回転部材の第１の端部と動作可能に係合される少なくとも１つの第２の磁性部品をそれぞれが有する複数の前記回転アセンブリであって、前記第２の磁性部品のそれぞれがそれぞれの第２の磁界を発する、回転アセンブリとを更に備え、
前記１つ又は複数の回転部材のそれぞれが、その前記第２の磁性部品から前記回転部材のそれぞれ対向する端部において、単一の回転シャフトと動作可能に係合され、
揺動シャフトの軸に沿って全ての前記揺動アセンブリと係合する揺動シャフトを備え、
前記揺動シャフトは、それらに対する動力揺動において前記力の前記入力を伝達する揺動駆動モータと係合され、
それによって、前記揺動シャフトの前記動力揺動は、前記回転部材のそれぞれに、前記複数からのそれぞれの前記第１の磁性部品と、前記複数からのそれぞれの前記第２の磁性部品との間のそれぞれの磁気結合を介して、前記力の一部を伝達し、
前記回転部材のそれぞれは、前記力のそれぞれの前記一部を、前記回転方向で、前記単一の回転シャフトに同時に伝達する、
請求項１によって定義されるデバイス。
【請求項１０】
前記第１の磁石部品のそれぞれは、楕円形状の前記第１の磁界を発するよう形作られ、
前記第２の磁石部品のそれぞれは、楕円形状の前記第２の磁界を発するよう形作られる
ことを更に含む請求項９によって定義されるデバイス。
【請求項１１】
前記複数の前記回転アセンブリのそれぞれは、複数の少なくとも２つの前記第２の磁性部品を有し、
前記複数の２つの前記磁性部品のそれぞれの１つは、その最も長い寸法に沿ってそれらを通るそれぞれの軸を有し、
前記軸のそれぞれは、互いを横断して実質的に通る
ことを更に含む請求項９によって定義されるデバイス。
【請求項１２】
前記回転アセンブリ及び揺動アセンブリが、共通の回転シャフトに係合される前記複数の回転アセンブリのそれぞれによって提供され、それによって、前記回転アセンブリを前記揺動アセンブリに対して所定位置に固定する、前記磁気結合においてそれらそれぞれの磁界の引付又は反発中に、互いから離間して、又は、互いに向かって移動することを防ぐ手段を更に備える、請求項９によって定義されるデバイス。
【請求項１３】
磁気駆動システムであって、それを介して伝達される力の方向を変更するための磁気駆動システムにおいて、
揺動アセンブリと、
前記揺動アセンブリと係合される第１の磁性部品とを更に備え、
前記揺動アセンブリの揺動は、それに与えられる力の入力によって誘導され、揺動を前記第１の磁性部品に与え、
前記第１の磁性部品の前記揺動は、それらからの揺動磁界を伝達し、
回転アセンブリと、
前記回転アセンブリと係合される第２の磁性部品とを備え、
前記第２の磁性部品は、それから第２の磁界を放出し、
前記第１の磁性部品は、前記第２の磁性部品と十分に近接して位置決めされ、それによって、前記揺動磁界と前記第２の磁界との磁気結合を形成し、
前記磁気結合は、前記力を回転方向で前記回転アセンブリに出力し、それによって、前記回転アセンブリは、作業を行うよう前記回転方向の前記力を必要とする部品と係合可能である、
磁気駆動システム。
【請求項１４】
前記第１の磁性部品及び／又は前記第２の磁性部品は、永久磁石、電磁石、及び、前記永久磁石と前記電磁石との組み合わせを含む磁性部品の群からの磁性部品である、請求項１３によって定義されるデバイス。
【請求項１５】
前記揺動アセンブリと係合される前記第１の磁性部品は、第１の電磁石であり、
前記回転アセンブリと係合される前記第２の磁性部品は、第２の電磁石であり、
前記第１の揺動アセンブリが前記回転アセンブリからの回転と同期する運動から抑制される、抑制部と、
電磁部品順次起動コントローラとを備え、
前記第１の磁界は、前記磁気結合において、前記回転アセンブリの第２の磁界と不平衡関係にあり、
前記第１の磁性部品及び前記第２の磁性部品は、前記電磁部品順次起動コントローラと協働するよう接続され、
前記電磁部品順次起動コントローラは、前記揺動アセンブリ及び前記回転アセンブリそれぞれの第１の磁界及び第２の磁界を活性化又は不活性化させ、磁界極性ドメイン間で順次互い違いにされ、それによって、前記磁気結合において結果として生じる磁界膨張が、前記回転アセンブリの連続的な回転を誘導する、
請求項１３に記載の磁気駆動システム。
【請求項１６】
往復動アセンブリと揺動アセンブリとの間で力を伝達するための磁気結合であって、
揺動アセンブリと、
前記揺動アセンブリと係合される第１の磁性部品とを備え、
前記揺動アセンブリの揺動は、それに与えられる力の入力によって誘導され、揺動を前記第１の磁石部品に与え、
前記第１の磁石部品の前記揺動は、それからの揺動磁界を伝達し、
その往復直線平行移動のためのマウントと係合される往復動アセンブリと、
前記往復動アセンブリと係合される第２の磁石部品とを備え、
前記第２の磁石部品は、それから第２の磁界を放出し、
前記第１の磁石部品は、前記第２の磁石部品と十分に近接して位置決めされ、それによって、前記揺動磁界と前記第２の磁界との磁気結合を形成し、
前記磁気結合は、第１の位置からの、第１の方向の距離の前記往復動アセンブリの平行移動を引き出すよう、前記揺動アセンブリから伝達される前記力を出力し、
前記第１の位置へ戻る前記往復動アセンブリの前記平行移動を反転させる手段とを備える、
磁気結合。
【請求項１７】
前記第１の位置へ前記距離を戻る前記往復動アセンブリの前記平行移動を反転させる前記手段は、前記平行移動の端部に位置する第２の揺動アセンブリを備え、前記第２の揺動アセンブリは、前記距離に対する前記平行移動を反転させて、前記往復動アセンブリを前記第１の位置へ戻すために、前記力を伝達するよう第２の磁気結合を達成する
ことを更に含む請求項１６に記載の磁気結合。
【請求項１８】
磁気結合を構成し、第１の方向に入力される第１の部品からの動力を第２の方向で第２の部品に伝達するための方法であって、
第１の磁界を発する少なくとも１つの第１の磁性部品を揺動アセンブリと係合するステップと、
第２の磁界を発する少なくとも１つの第２の磁性部品を回転アセンブリと係合するステップと、
前記第１の磁性部品を、前記第２の磁性部品と十分に近接して位置決めして、前記第１の磁界と前記第２の磁界との磁気結合を達成するステップと、
前記回転アセンブリ又は前記揺動アセンブリのどちらかから、前記回転アセンブリ又は前記揺動アセンブリの他方からの受信部品への、前記動力の伝達のために、前記磁気結合を用いるステップであって、それによって、前記力が、前記磁気結合を介して伝達されて、前記受信部品に動力を与えるよう用いることができる方向に運動を与えるステップと、
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年５月１３日出願の米国仮特許出願第６１／８２２，７１４号明細書の優先権を主張するものであり、その全てを引用して本明細書中に組み込む。
【０００２】
開示する装置は、第２の方向の出力に対して第１の方向に伝達される動力を伝達するための駆動システムに関する。より詳細には、軸線に沿った往復動等の第１の方向に伝達される動力を、円形等の第２の方向に変換するための磁気結合システムに関する。２方向システム間の動力からのかかる力の伝達は、かかる磁気結合を介して、それらの間の機械的接触が無く提供される。
【背景技術】
【０００３】
頻繁に作業を行うための動力の伝達は、特定の使用のために使用可能な方向に力を供給するよう伝達される動力の方向の変更を伴う。例えば、往復動とも呼ばれる往復運動は、繰り返しの上下又は前後直線運動である。それは、レシプロエンジン及びポンプを含む、広範囲の機構において見出される。単一の往復運動サイクルを備える２つの反対方向の運動は、ストロークと呼ばれる。
【０００４】
クランクは、円運動を往復運動に変換するために使用でき、又は、逆に言えば、往復運動を円運動に変化できる。例えば、内燃機関（レシプロエンジンの一種）の内部で、シリンダ内で燃焼する燃料の膨張は、周期的にピストンを押し下げ、それにより、コネクティングロッドを介して、クランクシャフトを回転させる。クランクシャフトの連続的な回転は、ピストンを上に駆動して戻し、次のサイクルに備える。ピストンは、最終的に、車両を推進させるか、又は、他の有効な作業を行うクランクシャフトの円運動に変換される往復運動において移動する。エンジンが動いている時に感じる振動は、ピストンの往復運動の副作用である。
【０００５】
作業を行うために発生源からの動力を伝達するために用いられる運動の方向又は力を変化させるための別の手段は、例えば、ギヤトレインである。かかるギヤトレインデバイスは、ギヤの歯が係合するように支持フレームと動作可能に係合されるギヤを作動的に係合して形成される。ギヤの歯は、係合するギヤ同士のピッチ円が滑ることなく互いに回転することを保証するよう設計される。これは、１つのギヤから次へ回転及び力の円滑な伝達を提供し、トルク及び／又は速度又は伝達される動力の他の所望の特性のための伝動装置にとって、作業を行うことを可能にする。
【０００６】
動力を与えるよう運動を伝達し、伝動装置又はロッド及びベアリングによって伝達される動力の方向を変更するためのかかる機械的手段が有する厄介な問題は、摩擦及び結果として生じる熱である。摩擦は、単にシステム上の摩擦抵抗を克服するためだけに、伝達される動力の浪費を生じる。従来、かかるシステムは、相当な潤滑を必要とし、摩擦から熱を生じている。一方で、過度の熱は、それが噛合っているギヤ又は往復動するベアリングを損傷するレベルに達すると、容易にシステムを破壊できる。
【０００７】
Ｒａｄｕの国際出願公開第２０１１／０５４０６２号パンフレットは、伝動装置等の代わりに、結合に磁気力を用いる概念を教示している。Ｒａｄｕデバイスは、円形に位置決めされた磁石を用いて、回転により一方のセットから他方へ運動及び動力を伝達することを教示している。他の技術はその目的のために存在する。
【０００８】
関連技術の前記の例及びそれらに関する制限は、説明することを目的とし、制限するものではなく、それらは、本明細書中で説明し、請求する発明の開示するデバイス及び方法に関して、どのような制限も含蓄していない。関連技術の種々の追加制限は、以下の明細書及び添付図面を読み、理解することで、当業者にとって明らかとなるであろう。
【０００９】
本発明の目的は、異なる直線又は回転方向において動力を伝達するための磁気結合又はギヤトレインを提供することにある。
【００１０】
本発明の更なる目的は、発生する熱及び摩擦を最小化する回転及び平行移動システム間のかかる磁気結合を提供することにある。
【００１１】
開示する発明の本装置及び方法のこれらの、及び、他の目的、特徴、及び利点、並びに、以下の説明から当業者にとって明らかとなるであろう既存の先行技術に勝るそれらの利点は、本明細書中に説明し、本発明を完全に説明する以下の詳細な説明において説明するような以下の新規の改良によって達成されるが、決してどのような制限もそれらに設けるものとして見なすべきではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
開示するデバイスの例示的な実施形態は、一般的に、連続する回転又は往復運動を生成するよう磁界の圧縮を利用する装置及び方法に関する。
【００１３】
磁気極性は、本明細書全体を通して検討される。本明細書中で使用するように、回転アセンブリの磁界と揺動アセンブリのそれらとの間の圧縮関係を有する磁気結合は、本明細書中のシステム及び方法の様々な説明において用いられる。かかる圧縮関係は、回転及び揺動磁性部品の両方と係合される磁石からの重なり合う磁界を有する。
更に、用語、共通極性とは、回転子の少なくとも１つの磁界が、隣接する揺動磁界に関して同じ極性で配向されることを意味する。更に、逆極性とは、回転子又は回転部品の少なくとも１つの磁界が、隣接する揺動磁界に対して逆に、又は反対に配向されることを意味する。本明細書中で説明するように、いくつかの形態において、回転アセンブリ上の回転磁石が伝達する磁界は、揺動アセンブリの磁性部品の揺動磁界の極性に対して共通及び逆極性の組み合わせである。それぞれの場合において、回転子及び振動子の磁界は、互いと圧縮状態にある。
【００１４】
磁石が、横方向短軸、長手方向長軸、及び長軸の先端に位置する磁極を持つ楕円状磁界を有していることは、一般に周知されている。磁石は、鉄、鋼、ニッケル、及びコバルト等の鉄系物体を、Ｎ極及びＳ極と一般に呼ばれるそれらの磁極に引き付ける。反対の磁極は互いを引き付け、類似の磁極は反発する。天然及び製造磁石は、永久磁石特性を有している。電磁石は、鉄芯に巻回された絶縁銅線のコイルから作成される一時的な磁石である。電磁石は、電流がコイルに流れる時だけ磁気特性を有する。磁石は、社会にとって不可欠であり、多くのサイズ、形状、及び使用法を有している。
【００１５】
磁力は、磁極に集中し、極性が反対で、磁石の対向する端部に位置し、不連続である。連続する磁力の欠如は、磁性の有用性を大きく制限する。現在、磁力同士を効率的に合成して、連続する回転又は直線運動を生成する一般的な方法は存在しない。不連続な磁力の欠点を克服するために、発明者は、磁力同士を効率的に統合し、連続する回転又は直線運動を誘導する新規の極性連続装置を考案した。
【００１６】
磁気結合をもたらす開示デバイスの極性連続装置は、少なくとも１つの揺動アセンブリ及び回転アセンブリから構成される。各アセンブリは、磁界を提供し、それによって、アセンブリ同士を係合させる磁性部品を有している。楕円状の磁界はそれぞれ、短軸、長軸、及び長軸の先端に位置する極性を有している。平衡状態は、極間の中心にある。各磁界は、領域近傍の極性によって支配される極性ドメインを画成する平衡からいずれかの方向にも不平衡領域を有している。回転アセンブリの磁界は、小さい（短）軸の方向に、横方向に、概して、揺動アセンブリの磁界と圧縮状態で係合され、それによって、回転アセンブリを回転させる、大きい（長）軸を主に通る磁界の膨張を誘発する。揺動アセンブリは、平滑な、混合される極性連続性、及び、回転アセンブリの連続的な３６０度の回転又は連続する往復直線運動を誘導するよう磁界膨張力ベクトルを向ける、異なった極性ドメインにおいて交互に楕円状磁界の体積を圧縮する。
【００１７】
開示する極性連続装置は、１８３１年にマイケル・ファラデーによって開拓された電磁誘導の逆である。ファラデーの発見は、磁界の間で電機子を回転させて交流（振動）電流を誘導する。本極性連続装置は、回転磁界に隣接する磁界を揺動させて回転運動を誘導する。
【００１８】
そのための方法及びデバイスの上記説明に関して、本明細書中で開示する磁気駆動システム及び方法の少なくとも１つの好ましい実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明において、又は、図面に示す、構造の詳細に対して、及び、開示するデバイスの構成部品の配置及び方法、又は方法内のステップに対しても、その用途を制限するものではないことは、理解されたい。本明細書中で説明する発明は、本開示を通読して当業者にとって明らかであろう、他の実施形態が可能であり、種々の方法で実施し、実行することが可能である。また、本明細書中で用いる表現及び用語は説明のためのものであり、制限するものとして見なしてはならないことは、理解されたい。
【００１９】
よって、当業者は、本開示が元とする概念が、接合を実施するための他の磁気駆動構造、方法、及びシステムの設計、及び本明細書中の本開示デバイス及び方法の幾つかの目的に対して容易に利用できることを正しく理解するであろう。従って、特許請求項は、それらが本発明の精神及び適用範囲から逸脱しない限り、かかる等価の構造及び原理体系を含むものとして見なされることが重要である。
【００２０】
本磁気駆動デバイス及び方法の例示的な形態は、磁性の単方向極性力を統合して、人類社会のためになる有用な機器に動力を与えるための簡単で、安価な回転及び直線運動を提供するよう成されている。開示するデバイスの別の開示する例示的な形態は、科学及び磁性をより良く理解するための教材を提供するよう成されている。本極性連続装置及び方法の他の特徴及び利点は、以下の説明、図面、及び特許請求項を熟考する中で明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、極性連続装置及び楕円状磁界係合の全体図である。５、１０、１５、及び２０度の段階的な揺動の図は、回転部材の対応する運動と共に示されている。
【図２】図２は、係合によって誘導される力ベクトルを図示する２つの楕円状磁界を通る断面図である。
【図３】図３は、係合によって誘導される長手方向の力ベクトルの強度及び方向を変更するための方法を図示する、図２の楕円状磁界のうちの１つの図である。
【図４】図４は、本明細書中で説明するような、回転子と係合される磁性部品からの磁界と、振動子と係合される磁性部品からのそれらとの間で達成される磁気結合における圧縮関係を示し、Ｖ１、Ｖ２、及びＶ３で示す斜線領域において、力ベクトルの平滑な、混合される伝達を図表によって明確にする振動子及び回転子磁界の圧縮された体積を示す。
【図５】図５は、楕円状磁界の別の配置を通る断面図であり、係合によって誘導される力ベクトルを示す。
【図６】図６は、永久又は電磁部品のアレイを示す回転アセンブリの上面図である。
【図７】図７は、図６の線７−７で取った断面図であり、永久又は電磁部品の揺動及び回転アセンブリを示す。
【図８】図８は、図６の線８−８で取った楕円状磁界を通る断面図であり、回転アセンブリを回転させるよう磁界との係合によって誘導される力ベクトルを示す。
【図９】図９は、図６の線９−９で取った楕円状磁界を通る断面図であり、回転アセンブリを回転させるよう磁界との係合によって誘導される力ベクトルを示す。
【図１０】図１０は、回転アセンブリと係合される揺動アセンブリの側断面図である。
【図１１】図１１は、回転アセンブリの磁性部品の配置を示す図１０の線１１−１１で取った断面図である。
【図１２】図１２は、揺動アセンブリの磁性部品の配置を示す図１０の線１２−１２で取った断面図である。
【図１３】図１３は、増加した強度のために磁界を形作る方法を示す図１１の磁性部品の別の配置である。
【図１４】図１４は、様々な揺動アセンブリと係合される回転アセンブリの磁性部品の別の配置の側断面図である。
【図１５】図１５は、連続的な往復直線運動のための磁性部品の配置の側断面図である。
【図１６】図１６は、揺動アセンブリと係合される磁石の運動を示す断面図を示す。
【図１７】図１７は、デバイスの代表的な形態の別の断面図を示す。
【図１８】図１８は、ハウジング内部で動作的に係合されるデバイスの好ましい形態の斜視図を示す。
【図１９】図１９は、図１８のデバイスの別の斜視図を示し、ここで、ハウジング及び幾つかの支持部品は、部品間の相互作用を見るために削除されている。
【図２０】図２０は、ハウジング及び支持部品が動作部品を見ることができるよう削除された図１９のデバイスの側面図を示す。
【図２１】図２１は、相互作用する回転及び揺動アセンブリ及び磁性部品の良好な図を提供するよう削除された追加支持構造を有する図２０のデバイスの端部斜視図を示す。
【図２２】図２２は、明細書において詳細に説明した回転磁性部品の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ここで、磁気結合を達成し、採用するよう本明細書中のデバイス１０及び方法の多くの好ましい形態を示す図１−２２の図面を参照するが、それらは決して制限するものと見なすべきではない。図１及び関連する図面において、本明細書中で開示する方法及びデバイス１０の１つの例示的な形態を見て取ることができ、ここで、少なくとも１つの揺動アセンブリ４３、及び１つの回転アセンブリ４１が含まれ、それぞれが、磁界を提供する各磁性部品を有し、それによって、アセンブリ同士は動作するために係合されている。図示するように、楕円状の磁界はそれぞれ、短軸、長軸、及び長軸の先端に位置する極性を有している。平衡状態が極間の中心にある。各磁界は、領域近傍の極性によってそれぞれが支配される極性ドメインを画成する平衡からいずれかの方向にも不平衡領域を有している。
【００２３】
作動中、回転アセンブリ４１の磁界は、小さい（短）軸の方向に、横方向に、概して、揺動アセンブリ４３の磁界と圧縮状態で作動的に形をとり、係合される。この構成は、回転アセンブリ４１を回転させる大きい（長）軸を主に通る磁界の膨張を含む。揺動アセンブリ４３は、平滑な磁気結合及び混合される極性の連続性、及び、動作の形態によって、回転アセンブリ４１の連続的な３６０度の回転又は往復動アセンブリの連続的な直線運動を誘導するよう磁界膨張力ベクトルを向ける異種極性ドメインにおいて、交互に楕円状磁界の体積を圧縮する。
【００２４】
回転及び揺動アセンブリはそれぞれ、少なくとも１つの磁性部品又は、好ましくは、磁界を生じる多様な形状及びサイズの磁性部品のクラスタを有する。磁性部品は、様々な程度の圧縮性及び膨張性相互作用の磁界により、互いに隣接して取り付けられる。このように、磁界密度は増加され、磁界は強化され、形作られ、有利に変化させられる。磁界は、ギヤ歯と類似した方法で動力を伝達するよう、更に、回転アセンブリの速度及びトルクを増加させ、振動トルク要件を減少させるよう、アセンブリ間の磁気結合を強化するために特定の位置において高強度の突出、隆起、及び伸長状態に形成される。
【００２５】
回転及び揺動アセンブリの磁界間の圧縮係合は、それらの間で動力を伝達するアセンブリ間の磁気結合を誘導するが、物理的物質の係合に欠けている。アセンブリのうちの何れか一方の動力を与えられた運動は、それぞれに係合される磁性部品に伝達され、その後、それらの間の磁気結合を介して他方のアセンブリの対応する運動を誘発する。更に、回転アセンブリ４１の運動エネルギの一部は、形成された磁界結合を介して揺動アセンブリ４３に伝達される。放出されたそれぞれの磁界の間の磁気結合は、両アセンブリ間の機械的接続、及び、結果として生じる物理的部分の摩耗、及び、動力を与えられ、動力を必要とする部品の物理的接続にありがちな摩擦損失を解消する。
【００２６】
例示的な図に示すように、揺動アセンブリ４３の形態は、フレーム又は他の支持に枢動的又は平行移動的に係合されて、揺動運動中に係合された磁界の一方の極性ドメインから他方へ、交互に、磁界体積圧縮を伝達する。揺動アセンブリ４３は、モータ又はエンジン又は作業用の他の動力源と動作可能に係合される、スライダクランク、スコッチヨーク、又はカム機構等の何れかの標準的なリンク機構を介して動力駆動に連結されてもよい。従って、本明細書中に示す形態の揺動アセンブリ４３駆動装置は、可変速ＡＣ又はＤＣ電動機から伝達される動力からの力を入力する手段と動作可能に係合されるが、空気圧式、油圧式、又は電動リニアアクチュエータ駆動装置等の他の均等物が任意選択的に用いられてもよい。
【００２７】
回転アセンブリ４１は、作業を行うポンプ又は発電機等の機器及びデバイスによって使用可能な動力を与えられた回転を伝達するよう成されている。回転アセンブリ４１によって駆動される動力機器の出力の一部は、振動子駆動装置の振幅を動かすことに寄与するよう経由させるのが好ましい。例えば、回転アセンブリ４１によって駆動される発電機の出力電流の一部は、スイッチを介して振動子駆動装置に経由されてもよい。
【００２８】
更に、振動子駆動装置は、有用な機器及びデバイスに接続するよう成される。形成された磁気結合を介して揺動アセンブリ４１に戻る回転アセンブリ４１の運動エネルギは、揺動アセンブリ４３に接続される有用な機器を駆動することに寄与できる。
【００２９】
１つ又は複数の磁性部品に動作可能に係合される少なくとも１つのリニアシャトルは、極性連続部品において磁界に、揺動アセンブリ４３の運動に類似した往復運動させるよう、任意選択的に用いられる。シャトルは、リニアアクチュエータ、ソレノイド、空気圧シリンダ、又は油圧シリンダ等の何れかの一般的な直線運動デバイスによって駆動されてもよい。リニアシャトルは、対向する極性ドメインにおいて交互に磁界圧縮を提供し、それによって、開示するデバイスの極性連続部品において回転アセンブリ４１を回転させる磁界膨張力ベクトルを含む。
【００３０】
開示するデバイスの磁界部品は、永久磁石、電磁石、又はそれぞれの組み合わせであるのが好ましい。電磁石は、回転アセンブリ４１に接続されるスリップデバイスを介して回転中に電流を受け取ってもよい。電磁石に対する電流源は、コントローラによって逐次起動又は停止されて、継続的な回転又は直線運動のために膨張力ベクトルを誘導し、向けるよう磁界を励磁する。電磁石は、本明細書中の開示デバイス１０及び方法の揺動及び回転アセンブリにおいて、永久磁石と組み合わせて任意選択的に用いられる。
【００３１】
本明細書中の全ての形態のシステム及び方法の回転アセンブリ４１及び揺動アセンブリ４３は、どのような配向方向にも位置し、アセンブリ間の磁界結合の強度を増加又は低下するよう、互いに向かって、又は、互いから離間するよう調整可能なように成される。
【００３２】
試験からの経験データにより、揺動アセンブリ４３をサイクルさせるために必要な力は、２つの間に磁気結合を生じている状態において、磁界の強度までの回転アセンブリ４１に取り付けられた負荷に関わらず、実質的に変わらず残ることが確認される。この試験により、大きい（長）軸を通る磁界の体積膨張は、回転アセンブリ４１を駆動するための手段を画成することが立証される。揺動アセンブリ４３をサイクルさせるために必要な力は、回転アセンブリ４１から揺動アセンブリ４３へそれらの間の磁界の磁気結合を介して伝達される運動エネルギにより、回転アセンブリ４１の速度が増加するにつれて低下する。
【００３３】
図面の図１に更に示すように、極性連続性の概念的な原理は、構成部品の磁気結合において継続的な回転運動を誘導するよう磁界膨張力ベクトルを向けるために用いられるよう成される本明細書中の開示デバイス１０及び方法の例示的な形態の基本構成部品と共に描写されている。図１に示すように、楕円状磁界６及び８を生じる形状をそれぞれ有する回転アセンブリ４１及び揺動アセンブリ４３は、他方との投影磁界の伝達又は圧縮からの磁気結合のために動作可能に位置決めされる。楕円状磁界６及び８は、明確にするために断面を楕円として示しているが、形状は実質的な楕円形から変更してもよい。磁性部品５及び７は、かかる楕円状磁界を生成するよう形作られ、現時点では、回転アセンブリ４１上に、それらの長軸が互いに垂直で、又は、垂直ではない場合、互いに交差して延在する軸線を少なくとも有して位置決めされる。
【００３４】
図１の回転アセンブリ４１は、それぞれ回転磁界６及び８を発する隣接する磁性部品５及び７を有する。磁性部品５及び７は、作業を実行するためのポンプ又は発電機等の動力要求デバイス１２に連結されてもよい回転するよう係合される出力シャフト１１ａを含む支持１１に取り付けられる。回転磁界６及び８は、隆起した高強度領域９を形成する互いと反発する極性を伝達及び圧縮してそれらそれぞれの磁界を伝達するよう動作可能に位置決めされる。圧縮は、磁界の強度及び強さを増大させる回転磁界６及び８の密度を増加させる。加えて、回転磁界６と８との間の圧縮及び膨張関係の組み合わせは、磁界の形状を変化させて、ギヤ歯のような部品間で動力を伝達する動作において同様の磁気結合の図示のステージにおいて、揺動アセンブリ磁界２と、回転アセンブリ磁界６と８との間で達成される磁気結合を強化するために用いられる。更に、増加した強度は、回転アセンブリ４１の速度及びトルクの正比例の増加を提供する。回転磁界とは、回転アセンブリ４１とのマウントに係合される磁性部品から発せられる磁界を意味し、揺動磁界２とは、揺動アセンブリ４３に係合される磁性部品から発せられる磁界を意味する。
【００３５】
揺動アセンブリ４３は、磁界２を供給する１つ又は好ましくは複数の磁性部品１を有する。磁性部品１は、増加した強度のために伝達又は圧縮のそれらそれぞれの揺動磁界２により、互いに隣接して取り付けられる。磁性部品１は、磁界の形状を強化するよう、更に、磁界強度を増大するよう反発及び引付極性の両方の配置で任意選択的に取り付けられる。磁性部品１は、２つのシャフト３等との枢軸動のための手段と係合される。シャフト３のうちの１つは、揺動駆動装置４によって駆動される。揺動アセンブリ４３は、回転運動を抑制する支持（明確にするため、図１では図示せず）と適合される。
【００３６】
図に示すように、回転及び揺動アセンブリ４１及び４３の楕円状磁界６、８、及び２はそれぞれ、短軸、長軸、及び長軸の先端に位置する極性を有する。平衡状態は、長軸の先端間の中心にある。平衡状態は、極間の中心にある。
【００３７】
各磁界は、領域近傍の極性によってそれぞれが支配される極性ドメインを画成する平衡状態のこの点からいずれかの方向にも不平衡領域を有する。回転アセンブリの磁界は、小さい（短）軸の方向に、横方向に、概して、揺動アセンブリ４３の磁界と圧縮状態で係合され、それによって、回転アセンブリ４１を回転させる大きい（長）軸を主に通る磁界の膨張を誘発する。揺動アセンブリ４３は、２つの間の磁気結合、及び平滑な、混合される極性連続性、及び、回転アセンブリの連続的な３６０度の回転を誘導するよう磁界膨張力ベクトルを向ける異なった極性ドメインにおいて交互に楕円状磁界の体積を圧縮する。
【００３８】
図１は更に、５、１０、１５、及び２０度の揺動アセンブリ運動と、反時計回りの対応する４５、９０、１３５、及び１８０度の回転アセンブリとを、上から見た状態で示す。２０度の揺動及び１８０度の回転位置において、揺動アセンブリ４３は、方向を反転させ、回転アセンブリ４１が上から見て１８０度反時計回りの方向に連続的に推進され、回転アセンブリ４１の３６０度の回転を完了する間に、０度の開始位置に戻る。
【００３９】
揺動対回転の上記の比率は、大きい（長）軸を経由する膨張と比較して、小さい（短）軸を経由する圧縮の好適な割合を提供する磁界の楕円形状のためであることが判明した実際の試験結果である。圧縮距離「Ｘ」と膨張距離「Ｙ」との比較を、図２に示す。加えて、磁界は、磁界膨張と同期するねじれ運動又はトルクを回転アセンブリ４１に対して誘導するよう配置される。圧縮と膨張を比較する詳細な磁界力ベクトル図は、図２、３、５、及び説明全体を通して提供される。
【００４０】
極性連続性を誘導するよう磁界膨張力ベクトルを向ける解析を、回転子の磁界と振動子のそれらとの間の圧縮関係を描写する図４に示す。本明細書中に説明するような、図４は、Ｖ１、Ｖ２、及びＶ３で示す斜線領域の重なり合う磁界において、結果として、図示する方法で形成される磁気結合において、平滑な、混合される力ベクトルの伝達を生じる振動子及び回転子磁界の圧縮体積を示す。
【００４１】
それらの磁気結合における揺動及び回転アセンブリは、それぞれ、ベアリング上に取り付けられ、動作中に磁界の圧縮程度を増加又は低下させるよう他のアセンブリに向かうか、又は、それから離間する１つのアセンブリを調整する支持と適合されるのが好ましい。調整可能な支持及び位置決めは、当該技術において周知であり、動作中の線形調整のためにアセンブリのうちの１つに接続する、スロット付き接続、キー溝、レール、シャフト、ねじ、カム、リニアアクチュエータ、空気圧シリンダ、油圧シリンダ等により達成される。当該技術において周知のベアリング及び線形調整は、明確にするため、及び、当業者が回転及び揺動部品を調整可能に位置決めするための多くの手段について良く知っているため、図１において図示せず、描写する必要が無い。図１０は、ベアリングと、アセンブリのうちの１つの線形調整の簡単な方法とを示している。
【００４２】
回転アセンブリ４１の磁界に対する揺動アセンブリ４３の磁界は、互いに反発するよう配向されるのが好ましい。しかし、磁界の引付及び反発極性両方の組み合わせが、それぞれ投影される磁界の形状及び強度を変更し、回転アセンブリ４１を推進するよう有利に採用されてもよい。
【００４３】
本明細書中の磁気結合に対するデバイス１０及び方法における力ベクトルの相互作用的な運動及び方向を、図２及び４で一緒に示す。図２において、揺動磁界２と回転磁界６との間で共通の極性を示す。この場合、磁界は、圧縮反発関係にある。磁界方向矢印２３は更に、揺動磁界２及び回転磁界６の反発を示している。この場合、圧縮反発磁界関係の解除からの回転子及び振動子の長手方向抑制が、ベアリング部材、エンドストップ等によって提供される。
【００４４】
逆極性は、揺動磁界２と隣接する回転磁界６との間の極性が反対であることを除いて、図２に示すものと類似であり、回転磁界６の方向矢印は、図２に示す配向から１８０度回転されている。この場合、揺動磁界２及び回転磁界６は、圧縮引付関係にあり、共通極性のものに対して先に検討したような同様の力ベクトル相互作用を有する。
【００４５】
逆極性及び共通極性の組み合わせは、エンジン設計において有力な利点であることが実験において示された。本発明は、引付極性における磁界の引っ張りと同時に生じる反発極性における磁界を押すことによる回転子の推進を提供する。回転磁界６の共通及び逆極性のかかる組み合わせ及び回転子の長手方向抑制は、本明細書中のデバイス１０及び方法において首尾よく試験された。揺動磁界２に関して、反発極性の２つの回転磁性部品及び引付極性を有する２つは、回転アセンブリ４１と係合される。２つの引付磁界は、図面において見て取れ、本明細書中で後で検討するような正方形構成の置き換えられる２つの銅製カウンタウェイトを有する。
【００４６】
見て取れるように、図２は力ベクトル図であり、図４は磁界図である。図２は、図１にも示す揺動磁界２及び回転磁界６として示す２つの楕円状磁界を通って取られる断面図である。図２は、振動子アセンブリ４３の揺動磁界２を回転アセンブリ４１と係合される磁性部品からの回転可能な又は回転する磁界６に圧縮することから導出される力ベクトル１８及び１９を図示し、誘導された膨張力ベクトル２０及び２１を示している。揺動アセンブリ４３の磁界２は、２０度の揺動及び１８０度の回転位置において図１に示す関係と類似した任意の角度において、回転アセンブリ磁界６に対して揺動することを示す。揺動アセンブリ４３及び揺動磁界２を、回転アセンブリ４１と係合される磁性部品から発せられる回転磁界６に圧縮することの結果として生じる結合は、それぞれ、力ベクトル１８及び１９により示し、明確にするために、重なり合う楕円により示さない。図４は、明確にするために、力ベクトルを図示せず、揺動アセンブリ４３及び回転アセンブリ４１とそれぞれ係合する磁性部品から伝達される磁界楕円と、３つの揺動段階におけるそれらの圧縮段階を示す。
【００４７】
振動子アセンブリ４３の磁性部品２５は、Ｎ及びＳ極間の中心にあり、平衡位置を画成する磁界を横断して横方向に延在する短軸１５を有する揺動アセンブリ４３の何れかの揺動中に揺動磁界２を伝達する。更に、揺動磁界２は、短軸の境界間の中心にあり、磁界の先端に向かって長手方向に延在する長軸１６を有する。回転アセンブリ４１は、短軸１３及び長軸１４を同様に有する、回転アセンブリ４１の回転中に回転磁界６を伝達又は放出する係合された磁性部品２４を有する。揺動磁界２の揺動により、短軸１３及び１５が、磁界の不平衡力を誘導するよう互いから短い距離にオフセットされる。
【００４８】
短軸１３及び１５のオフセットの方向は、回転方向及び結果として生じる力ベクトル２２の方向を決定する。揺動磁界２及び回転磁界６は、Ｎ及びＳの指定及び磁界方向矢印２３によって示すような反発関係に配向される。揺動磁界２及び回転磁界６のそれぞれは、インプット力ベクトル１８及び１９の略長さに磁界を互いに押し込む振動子力ベクトル１７によって共に圧縮される。磁界の圧縮は、それらの長軸１４及び１６と略平行な磁界の膨張を誘導し、それによって、不平衡力ベクトル２０及び２１を誘導するエネルギを高密度化する。投影される揺動磁界２を生じる振動子磁性部品２５は、横方向に抑制され、これにより、磁界の膨張によって誘導される力の固定反応を与え、回転アセンブリを回転させるよう力ベクトル２０及び２１を向ける。平衡状態に向かう揺動磁界２及び回転磁界６の長手方向膨張は、磁界の圧縮及び抑制された振動子アセンブリの固定反応の両方によって向けられる。
【００４９】
力ベクトル２０及び２１は更に、図２と４を比較することによって明確となる。図４の「第１の揺動ストローク終了」と記された図を参照すると、各磁界の圧縮体積Ｖ１及びＶ２は、同時に膨張して回転磁界６を追い出す。揺動磁界２の膨張は、図２の結果として生じるベクトル２２の方向に回転磁界６を追い出す力ベクトル２１を誘導するその横方向の抑制に対抗して反応する。同時に、回転磁界６の膨張は、図２の結果として生じる力ベクトル２２の方向に回転磁界６を追い出す力ベクトル２０を誘導する抑制された揺動磁界２に対抗して反応する。
【００５０】
従って、磁気結合を形成するそれぞれの各磁界のエネルギは、磁界の長手方向軸を経由する平衡状態に対する最も直接的な経路を介して、係合される回転アセンブリに向けられる。更に、図２は、誘導された磁界膨張が圧縮力ベクトル１９と同時に生じることを図示するよう示される複数の力ベクトル２６を示している。力ベクトル１９及び２６の同時作用は、開示するデバイス及び方法の装置によってもたらされる平滑で、混合される極性連続性及び磁気結合を提供することに寄与する重要な特徴である。
【００５１】
図３は、実質的に楕円の回転磁界６を通る２つの断面図を示している。断面の一方は、図２で先に検討したような圧縮力ベクトル１９及び長手方向の膨張力ベクトル２０を有する回転磁界６を示している。他方の断面図は、回転磁界６の膨張力ベクトルの強度、形状、及び方向の変形例を示している。これらの変形例は、磁界１５９を、磁界の平衡状態を変化させ、強度隆起領域１６０を生成する回転磁界６に選択的に圧縮することによって達成される。平衡状態の変化は、長手方向膨張ベクトル２０の方向を変え、それが、示すような長手方向軸から約３０度向けられる新しい力ベクトル１６１となる原因となる。磁界の強化及び力ベクトルを向ける能力は、開示するデバイスの極性連続装置において有用な要素である。図４は、形成された磁気結合における回転磁界６に対する揺動アセンブリの揺動によって生じる揺動磁界２の揺動の３つの位置の磁界図である。
【００５２】
図４は、揺動磁界２及び回転磁界６も示している図１によって明確となる。揺動磁界２及び回転磁界６は、先に検討したように圧縮状態で係合される磁気結合の状態で示されている。図４の３つの図はそれぞれ、揺動磁界２、回転磁界６、短軸１３及び１５、及び長軸１４及び１６を有する。揺動開始図は、図２で説明したような磁界膨張力ベクトルを向ける、Ｖ１及びＶ２と記された圧縮体積を示している。磁極シフト位置は、短軸を中心として等しい圧縮された磁界体積Ｖ３を示している。磁極シフト位置は、極性連続装置における磁極の統合を明確に示している。
【００５３】
図１は、１０度の揺動及び９０度の回転における磁極シフト位置を示している。第１の揺動ストローク終了図は、図１内の２０度の揺動及び１８０度の回転において示される。この図は、揺動開始図に対して反転された圧縮体積Ｖ１及びＶ２を示している。従って、揺動アセンブリ４３は、平滑な、混合される極性連続性、及び、回転アセンブリの連続的な３６０度の回転を誘導するよう磁界膨張力ベクトルを向ける異なった極性ドメインにおいて交互に、それらのそれぞれの結合において楕円状磁界の体積を圧縮する。
【００５４】
図５は、図５の形態が上部及び下部揺動アセンブリ４３の両方及び係合された磁性部品の取り合わせを利用することを除いて、図２と類似した力ベクトル図である。図５は、結果として生じる力ベクトル３６を誘導し、回転アセンブリ４１に動力を与えるよう協働して作用する７つの楕円状磁界を示している。磁性部品の形状、サイズ、及び数のどのような適切な組み合わせも、磁界が開示するデバイスの極性連続装置において用いることができる磁気結合のための膨張を誘導するよう成されて、採用されてもよい。
【００５５】
図５は、上部回転磁界６と、結果として生じる力ベクトル３６の方向に推進される下部磁界２７も有する中間の磁性部品２４を示している。上部揺動アセンブリ４３は、揺動力ベクトル３９によってベクトル４０の略深さまで磁界６との圧縮において揺動される磁界３８を有する２つの磁性部品３７を有する。磁界３８の圧縮及び伝達する回転磁界６は、横方向に抑制される磁性部品３７の磁界に対抗して作用し、結果として生じるベクトル３６の方向に動作可能に係合される回転アセンブリを推進するよう寄与する膨張ベクトル２０を誘導する。下部揺動アセンブリ４３は、揺動力ベクトル３３によってベクトル２８及び３０の略深さまで磁界２７との圧縮において揺動される磁界３４を有する磁性部品３２を有する。
【００５６】
圧縮磁界３４は、横方向に抑制される磁性部品３２に対抗して作用し、結果として生じるベクトル３６の方向に磁界２７を推進する膨張ベクトル３１を誘導する。圧縮磁界２７は、横方向に抑制される磁界３４に対抗して作用し、結果として生じるベクトル３６の方向に磁界２７を推進する膨張ベクトル２９を誘導する。各磁界膨張力ベクトルは従って、回転アセンブリを推進するよう寄与する。従って、磁界圧縮及び誘導された膨張は、複数の配向方向において、開示デバイスの極性連続装置における磁性部品の形状及びサイズの取り合わせと同時に用いられる。図６は、図７の正面断面図によって明確となる開示デバイスの回転アセンブリの平面図である。
【００５７】
図６及び７は、開示する磁気結合を介する回転アセンブリ４１の電磁推進に対して特に適している。しかし、この形態は、永久磁石部品又はそれぞれの組み合わせに対して有用である。スイッチは、電流を電磁部品に接続又は切断して、選択的なインターバルで磁界を活性化又は不活性化し、極性連続性及び回転アセンブリの連続的な回転を誘導する。電磁界は、それらが、力ベクトル及び膨張を生じる図２及び４の磁界の関係と類似した方法で重なり合う場合、活性化される。反対に、電磁界は、揺動から得られるクリアランスと類似した方法で磁界間の回転に対するクリアランスを提供するよう不活性化される。
【００５８】
図６及び７において、永久磁界との組み合わせにおける電磁界は、図２に示すインプット力ベクトル１８及び１９及び図４の磁界と略同じ深さで互いに同じ方向に重なり合うよう位置している。図７は、距離Ｐによって磁界６３に重なり合う電磁界１８０を示している。電磁界は、磁界の膨張を誘導するよう選択的に活性化され、その後、それらは、回転アセンブリを回転させるために磁界間のクリアランスを提供するよう不活性化される。図７の電磁界６３及び１８０の重なり合う距離Ｐは、回転を抑制する磁界間の干渉を明らかにする。クリアランスは、抑制磁界の上で磁界を揺動させることにより、又は、クリアランスに対して互いに斜めに磁界を回転させることにより、適切なインターバルで電磁界を不活性化させることによって得られる。
【００５９】
図６は、図７でも示す８つの電磁部品４６を有している。各電磁部品４６は、中空出力シャフト４５に中央に取り付けられる中空管状アーム４７に支持される。各電磁部品４６は、クランプねじ５０及びクランプ板４９によって垂直支持４８に隣接して支持される。各回転電磁部品は、それが支持される中空アーム４７を通り、中空シャフト４５を通って、振動に耐えるようシャフト４５の壁にねじ留めされ、所定位置に半田付けされるのが好ましいばね荷重電気接点５８に経由される電気回路配線５１を装備している。各電気接点５８の先端は、ばね加圧下で導電性リング５９の内径を摺動するよう成されている。導電性リング５９は、非導電性絶縁体７１により互いから電気的に絶縁されている。各導電性リング５９は、導体およびプラグ６２を介して電流が供給される選択スイッチ６１に経由される電気回路６０を受けるよう成されている。導電性リング５９及び絶縁体７１は、フレーム５４に取り付けられる。電磁石４６、中空アーム４７、中空シャフト４５、及び電気接点５８は、ベアリング５５及び５６、及びスラストベアリング５７上で回転する。回転アセンブリは、電気回路５１、６０、１８４、１８５、及び６９を介して、固定電気センサ５３、選択スイッチ６１、上部電磁部品１８１、及び上部永久磁石アクチュエータ６８と協働して連通する複数の電気センサ５２を装備している。センサ５２及び５３は、互いに対して電磁界又は永久磁界の向きを伝え、電流を選択的に活性化してリング５９、接点５８、及び磁性部品への回路を介して流して、電磁界を活性化又は不活性化するか、又は、開示デバイスの極性連続装置における振動子アセンブリを作動させる。
【００６０】
図７の右上部分は、先に説明したような極性連続性を生じるよう、回転アセンブリ磁性部品４６との適切な向きに電磁部品１８１を支持する固定アーム１８２を示している。センサ５２及び５３は、電磁界１８０を活性化又は不活性化させ、適切なインターバルでインプット力ベクトル１８３を開始する回路６９を介して電流を接続又は切断するよう、選択スイッチ６１に信号を送る。１つの上部電磁部品１８１が図７に示されているが、複数が、極性連続装置における回転アセンブリ磁界に対して位置決めされてもよい。
【００６１】
図７の左上部分は、ピボット６５を中心として移動し、電動リニアアクチュエータ６８、ソレノイド、空気圧シリンダ、又は油圧シリンダによって動力が与えられる支持アーム６４を有する振動子アセンブリを示している。アーム６４は、磁界６７を提供する永久磁石６６を支持する。センサ５２及び５３は、適切なインターバルで磁界６７を回転アセンブリ磁界６３に揺動させ，インプット力ベクトル７０を開始するアクチュエータ６８に電流を接続するようスイッチ６１に信号を送る。不平衡な力７０は、磁界を誘導して長手方向に延在し、回転アセンブリを回転させることに寄与する。６４、６５、６６、及び６８を備える１つの上部振動子アセンブリが図７に示されているが、永久磁石部品又は電磁部品を有する複数が、開示デバイスの極性連続装置における回転アセンブリ磁界に対して位置決めされる。
【００６２】
図８及び９は、それぞれ線８−８及び９−９で取った正面断面図であり、回転アセンブリの磁性部品４６及び磁界６３を示す。図８は、上から見て、回転アセンブリを反時計回りに回転させる結果として生じるベクトル７５に寄与する膨張ベクトル７２を誘導する磁界の短軸の左側のインプット力ベクトル７１を示す。図９は、上から見て、回転アセンブリを反時計回りに回転させるようベクトル７５と共に作業する結果として生じるベクトル７６に寄与する膨張ベクトル７４を誘導する磁界の短軸の右側のインプット力ベクトル７３を示す。
【００６３】
図１０は、極性連続装置における振動子アセンブリと係合される回転アセンブリの好ましい形態の側断面図である。回転アセンブリは更に、図１０の線１１−１１で取った図１１によって明確となる。図１１は、２つ一組で共通して、又は、互いに対して約９０度の２つの位置における磁界の増加された強度に対する引付極性で積重ねられ、中央に配向された出力シャフト８５を中心として略同じ距離に位置する４つの磁性部品７７を示す。好ましくは銅又は真鍮製の２つの非磁性カウンタウェイト７９は、互いに対して約９０度で磁性部品７７の反対に位置し、磁石７７と略同じシャフト８５を中心とした距離に位置する。カウンタウェイト７９及び磁石７７は、シャフト８５を中心として中央にあり、回転平衡状態にある正方形構成を形成している。正方形が好ましいが、円形、三角形、長方形、長円形、又は標準の凸状又は凹状多角形等の広範な幾何学的形状が、開示デバイスの極性連続装置において機能できる。
【００６４】
各磁石７７及びカウンタウェイト７９は、チューブ８０内部で支持され、その内部で、好ましくは非磁性材料のねじ８１によりクランプされる。４つのチューブ８０はそれぞれ、接続板８４によって出力シャフト８５に取り付けられる水平アーム８２及び垂直アーム８３の先端近傍に取り付けられる。アーム８２及び８３は、シャフト８５を中心として中央にあり、平衡状態にあり、支持チューブ８０の外側に延在している。出力シャフト８５は、フレーム部材８７によって支持されるベアリング８６内を長手方向に摺動するよう成されている。ベアリング８６又はフレーム８７は、回転アセンブリの長手方向調整のために任意選択的に成される。
【００６５】
出力シャフト８５は、ポンプ又は発電機８８等の有用なデバイスに直接接続されるか、接続は、ベルト、チェーン、又はギヤ駆動伝達装置等の多くの一般的に用いられるリンク機構のうちの１つである。シャフト８５は、ＲＡとして参照される回転アセンブリ磁界とＯＡとして参照される振動子アセンブリ磁界との間の圧縮の程度を調整するよう動作中に振動子アセンブリに対して長手方向に回転アセンブリを摺動させるリニアアクチュエータ１７５の出力に対してその端部において当接する。リニアアクチュエータ１７５は、任意選択的に、支持板、空気圧シリンダ、又は油圧シリンダに取り付けられるねじである。動作中の磁界間の距離の調整は、２つのアセンブリ間の磁力を調整し、開示デバイスの極性連続装置において望ましい特徴である。
【００６６】
磁界は、本質的、実質的にそれらが出る磁性部品の物理的境界を超えて延在する。これらの磁界は、ギヤ歯及び間隙と類似した係合を強化し、更に、回転アセンブリの速度及びトルクを増加させる高い強度の突出、隆起、及び伸長を形成する様々な程度の圧縮及び膨張において、それらの延在する磁界により磁性部品を取り付けることによって形作られ、強化され、有利に変更される。磁界の強化は、永久磁石及び電磁石、又はそれぞれの組み合わせにより達成される。
【００６７】
また、図１１の構成において、磁石７７の磁界を一緒に取り付けることによって、そして、それらの交差する隣接角部における圧縮状態で形成される磁界強度７８の領域も示されている。現時点の形態の作業において、銅から良好に形成されるカウンタウェイト７９も示されている。しかし、図１１の図示の構成は極性で積み重ねられた磁石７７及びカウンタウェイト７９の本形態を示す一方で、近年の実験は、カウンタウェイト７９が、銅又は真鍮又は他の非鉄金属の代わりに、極性でも積み重ねられるが、反対側の磁石７７の積重ね極性と反対の極性で積み重ねられる磁石から形成されてもよいことを示したことに留意されたい。実験は、この構成がより平滑な磁気結合を提供することを示し、ここで、積み重ねられた磁石７７は、ギヤ上の歯に類似して作用する磁界を放出し、カウンタウェイト７９の代わりに対向して積み重ねられた磁石７７は、磁気結合でギヤ上の歯の間の凹部と類似した方法で作用する。
【００６８】
図１３は、図１１の磁界領域７８の強度の更なる変形例である高強度磁界領域７８Ａを示す。高強度領域１８Ａは、形状を変更し、圧縮を増加させ、各磁界の強度を増幅するよう引付又は反発極性のどちらかで磁石７７に隣接する追加磁性部品１０９及び１１０を取り付けることによって生成される。
【００６９】
図１０の振動子アセンブリは、図１０の線１２−１２から取った断面図である図１２によって更に明確となる。振動子アセンブリは、磁界強度を強化するよう圧縮状態で互いに隣接して共に積み重ねられ、押し付けられる複数の磁性部品８９、９０、及び９１から成る。磁性部品８９、９０、及び９１は、磁石が装置から飛び出ないよう防止するエンクロージャ９５内で圧縮状態に保持される。磁性部品は、スペーサ９２及び９３によりエンクロージャ９５内部の最大強度に対して位置決めされる。エンクロージャ９５は、時計回りに約２０度及び反時計回りに２０度、ピボット９４を中心として揺動して、磁界と略等しく係合する。揺動は、図２及び４で説明した膨張力ベクトルを誘導するインプット力ベクトルを共に生成する２つのアセンブリの磁界を圧縮する。図１０及び１１のカウンタウェイト７９は、回転アセンブリの自由運動のための磁界間のクリアランスを可能にする非磁性領域を提供する。図１、１０、及び１１を参照すると、２０度の時計回りの揺動は、１８０度の回転を誘発し、次の２０度の反時計回りの揺動は、同じ方向における回転アセンブリの第２の１８０度の運動を誘発する。図１は、磁界膨張を誘導し、図１０及び１１に示す通常の形態の回転アセンブリを推進させる揺動圧縮ストロークを示す。図１、１０、及び１１は、磁性部品の好ましい編成であるが、カウンタウェイト７９を磁石で置き換えることや、機構及び電気デバイスによる磁石の後退等の他の編成は、開示デバイスの極性連続装置の適用範囲内である。
【００７０】
図１０の振動子は、フレーム１００上に取り付けられるベアリング９７内部で支持されるリンク機構９６から成る典型的なスライダクランク機構によって駆動される。リンク機構９６は、エンクロージャ９５を回転部材９８に肩付きねじを介して接続する。回転部材は、標準のスライダクランク装置と類似した、ピボット９４を中心とするエンクロージャ９５の揺動を駆動する。スコッチヨーク、カム、又はリニアアクチュエータ機構は任意選択である。回転部材９８は、フレーム１００に取り付けられる２つのベアリング９９上に支持される。回転部材９８は、ベルト１０３及びプーリ１０２及び１０４を介して部材９８に連結される可変速電動モータ１０１によって駆動されるのが好ましい。
【００７１】
発電機８８は、極性連続装置の出力シャフト８５に取り付けられ、配線１０７及びプラグ１０８を介してモータ１０１及び電源に協働して配線されるスイッチ１０６に接続される。スイッチ１０６は、モータ１０１を、１０７及び１０８を介して電源に、又は、発電機８８の電力出力に接続する。更に、発電機又は他の機器１０５は、回転部材９８に直接取り付けられるか、連結される。
【００７２】
図１４は、回転アセンブリの磁界との多数の振動子アセンブリの磁界の係合を示す側断面図である。２つの回転アセンブリ磁性部品１１４は、図６に示すチューブ４７の正面図と類似した、チューブ１１３によって支持されるホルダ１１６内に取り付けられて示されている。チューブ１１３は、ベアリング１１２内で回転するピボットシャフト１１１上で中央に支持されている。回転アセンブリの磁性部品は、６つの振動子アセンブリの磁界によって係合される磁界１１７を提供する。各振動子アセンブリは、揺動アーム１２３、少なくとも１つの磁性部品１２４、及び、リニアアクチュエータ、ソレノイド、シリンダ、カム、スライダクランク等の揺動駆動装置１２５を有する。振動子アセンブリ磁界２は、図２及び４に示すような関係で回転アセンブリ磁界６を囲んでおり、ここで、磁界の圧縮揺動又は磁界間の往復動圧縮は、回転アセンブリを推進させる磁界の長手方向の膨張を誘導するインプット力ベクトル１２６を提供する。往復動圧縮は、磁界を直線的に押し出し、後退させて、磁界の長手方向の膨張を誘導する。各振動子アセンブリの駆動装置１２５は、回転アセンブリの回転運動を容易にするよう系統立てて稼働される。順次の圧縮及び膨張における多数の磁界の係合は、回転アセンブリのトルクを増加させ、これは図１４の極性連続装置の利点である。
【００７３】
チューブ１２１は、開示デバイスの極性連続装置における磁性部品の後退及び前進の別の形態を示すようばね１２２により荷重がかけられる。ばね１２２は、磁界膨張が完了した後、圧縮ストロークの開始まで磁性部品１１４及び磁界１１７を伸長する。
【００７４】
図１５は、他の形態において指摘したように、力を伝達して回転運動をもたらすのではなく、連続する往復直線運動のために用いることができる磁気結合をもたらす磁性部品の形態の側断面図である。示すように、往復動アセンブリは、ローラ１４１を有するキャリッジ１４０に取り付けられる柱１３９に支持されるホルダ１３８に保持される往復動する磁性部品１３７を含む。キャリッジ１４０は、スロット１４３及びエンドストップ１５６及び１５７を有する格納１４２内を案内される。往復動磁性部品１２７は、磁界１３０を提供し、横方向抑制１２９を有するホルダ１２８に保持される。揺動及び往復動磁界１３０及び１４５は、それぞれ、図２及び４で説明したような類似した関係で位置している。揺動力ベクトル１３５は、インプット力ベクトル１４７及び１４８を生じる磁界１３０及び１４５を圧縮し、キャリッジがエンドストップ１５７に到達して前進ストロークを完了するまで、力ベクトル１５４の方向にキャリッジ１４０及び出力バー１４４として示す往復動部品を平行移動させる膨張ベクトル１４６及び１４９を誘導する。
【００７５】
平行移動を反転させる手段は、運動の方向を反転し、キャリッジ１４０をエンドストップ１５６に隣接する開始位置に戻すよう、ばね又は他の付勢手段によって、又は、前進平行移動の端部に位置する第２の揺動アセンブリによって提供されてもよい。第２の揺動アセンブリは、磁界１３４を提供し、横方向抑制１３３を有するホルダ１３２に保持される磁性部品１３１から成る。揺動及び往復動磁界１３４及び１４５は、それぞれ、各磁界の反対の極性ドメインが示すように磁界の膨張及び逆方向への運動を誘導するよう用いられていることを除いて、磁界１３０及び１４５と類似して位置している。動作の適切なシーケンスにおいて、揺動力ベクトル１３６は、インプット力ベクトル１５１及び１５２を生じる磁界１３４及び１４５を圧縮し、キャリッジがエンドストップ１５６に隣接する開始位置に到達して復帰ストロークを完了するまで、力ベクトル１５５の方向にキャリッジ１４０及び出力バー１４４を推進させる膨張ベクトル１５０及び１５３を誘導する。多数の配向方向における追加の磁性部品及び磁界は、開示デバイスの極性連続装置における直線往復運動の様々な長さ及びセグメントを誘導するよう組み立てられる。更に、直線往復運動は、図２及び４に類似した磁界の圧縮揺動、又は、磁界を直線的に押し付け、収縮させる往復動圧縮により誘発される。
【００７６】
直線運動は、極性連続装置における磁性部品アセンブリの磁界を回転アセンブリの磁界に圧縮するよう用いられる。直線運動は、リニアアクチュエータ、ソレノイド、シリンダ等によって提供される。単一直線運動アクチュエータは、１つの磁界極性ドメインから、磁界を圧縮及び解放する隣接極性ドメインへ移動して、図２及び４で説明したように、インプット力ベクトルを生成し、磁界を誘導する。任意選択的に、２つの直線運動アクチュエータは、開示デバイスの揺動及び回転アセンブリの磁界の相互作用に類似した、隣接極性ドメインにおける磁界を協働して圧縮及び解放する。
【００７７】
開示デバイスの対応する揺動アセンブリを有する複数の回転アセンブリは、出力トルクの更なる増加のために共通のシャフトに協働するよう連結される。図面の図１６及び１７は、それぞれ、増加された出力トルク、最小の摩擦損失、及び順次の磁界膨張のために係合される回転及び揺動アセンブリの多数のセットを示す本発明の装置の正面および上面図である。見て取れるように、図１６及び１７は、スイベル脚部２１１を有するフレーム２１０内のアセンブリを示している。
【００７８】
図１６及び１７は、第２の揺動アセンブリ２０５と係合する第２の回転アセンブリ２０１に連結される第１の揺動アセンブリ２０４と係合する第１の回転アセンブリ２００を示している。アセンブリの第１のセットは、揺動アセンブリ２０４の磁界と圧縮性で不平衡の関係で係合される磁石２０２からの少なくとも１つの磁界を有する回転アセンブリ２００を備えている。回転アセンブリ２００及び２０１の正面図は、図面の図１１と類似している。非磁性カウンタウェイトは２０３として示されている。
【００７９】
アセンブリの第２のセットは、揺動アセンブリ２０５の磁界と圧縮性で不平衡の関係で係合される少なくとも１つの磁界を有する回転アセンブリ２０１を備えている。
【００８０】
第１及び第２の回転アセンブリ２００及び２０１は、それぞれ、ベアリング２０９によって支持される共通の出力シャフト２０８上に取り付けられる。第１及び第２の揺動アセンブリ２０４及び２０５は、それぞれ、上部及び下部支持２０７に固定される上部及び下部ピン２０６によってそれぞれ枢軸動可能に支持される。
【００８１】
第１の回転及び揺動アセンブリの磁界間の圧縮性で不平衡の関係は、回転アセンブリ２００及び出力シャフト２０８を力ベクトル＃１の方向に押し付ける２つのアセンブリ間の磁界膨張を誘導する。同様に、第２の回転及び揺動アセンブリの磁界間の圧縮性で不平衡の関係は、第２の回転アセンブリ２０１及び出力シャフト２０８を力ベクトル＃２の方向に押し付ける磁界膨張を誘導する。
【００８２】
アセンブリの第１及び第２のセットの磁界は、等価である。従って、力ベクトル＃１及び＃２は、互いをオフセットし、結果として、摩擦損失を生じるスラストベアリング又はシャフトエンドストップを使用することなく、出力シャフト２０８の長手方向の平衡状態を生じる。このように、磁界膨張の長手方向力が出力シャフト２０８内部に含まれて、増加した出力トルクを提供する。
【００８３】
加えて、回転及び揺動アセンブリ間の磁界の増加した圧縮は、結果として、磁界の楕円形エネルギの深い浸透を生じて、増加した磁界膨張及び大きい回転出力トルクを誘導する。
【００８４】
逆説的になるが、図１６及び１７と類似して編成されるような磁界の無い部品間の増加した圧縮は、結果として、大きい摩擦損失及び低下した出力トルクを生じる。
【００８５】
図１６は、結合２１６、カムフォロワ２１４、円筒形カム２１３、及び入力シャフト２１２を介する揺動アセンブリ２０４及び２０５へのピボットピン２０６を中心として揺動運動を伝達するためにそれぞれが揺動アセンブリの１つに接続される２つのリンク機構２１５を示す。
【００８６】
本発明における順次磁界膨張は、内燃機関のピストン点火順序の効果と良く似た均一な出力トルクを助長する。図１６は、連続して磁界の膨張を誘導する本発明における磁界の圧縮性で不平衡の関係の順次編成を示している。第１のセットの回転及び揺動アセンブリ２００、２０２、及び２０４は、磁界を提供する部品間の間隙のサイズによって第２のセットの回転及び揺動アセンブリ２０１、２０２、及び２０５よりも大きい圧縮段階で示されている。従って、磁界膨張は、均一なトルクに寄与する出力シャフト２０８のそれぞれの回転中に段階的に生じる。
【００８７】
更に、本発明における順次磁界膨張は、第１及び第２の回転アセンブリを僅かに互いとの整列から外れて配向することによって達成される。類似の結果は、第１及び第２の揺動アセンブリの配向を、それらそれぞれの回転アセンブリに対して互い違いに配置することによって達成される。
【００８８】
出力シャフト２０８の均一な回転は、シャフトに取り付けられる標準的なフライホイールによって強化される。フライホイールは図に示されていない。
【００８９】
図１８は、ハウジング２５０内部で動作的に係合されるデバイスの好ましい形態の斜視図を示す。ハウジング２５０により動作可能に支持され、揺動アセンブリ４３と係合される揺動磁性部品２５に近接して動作可能に位置決めされる回転磁性部品２４を有する回転アセンブリ４１を示す。
【００９０】
図１９は、図１８のデバイスの別の斜視図を示し、ここで、ハウジング２５０及び幾つかの支持部品は、部品間の相互作用を見るために削除されている。磁気結合状態で揺動磁性部品２５に近接する回転磁性部品２４が、デバイス１０のこの動作形態において示されている。ピボット２５２は、揺動磁性部品２５の揺動運動を支持して示されている。揺動アセンブリ４３に対する動力運動は、揺動アセンブリ４３を平行移動させるフォロワを有するカム２５６を係合する回転シャフト２５４によって伝達されてもよい。デバイス１０のこの形態は、両端に形成される磁気結合を有している。
【００９１】
図１８のデバイスの別の図を、支持ハウジング２５０の両端で磁気結合２６０を形成する磁性部品が見て取れる図２０の側面図で示す。十分に近接した回転磁性部品２４及び揺動磁性部品２５は、結合２６０を形成して示されている。
【００９２】
図２１は、相互作用する回転アセンブリ４１及び揺動アセンブリ４３の部品の良好な図を提供するよう削除された追加支持構造を有する図２０のデバイスの端部斜視図を示す。
【００９３】
最後に、図２２は、明細書において上で詳細に説明した磁石の編成を示す回転磁性部品２５の図を示す。
【００９４】
上記は、構築され、試験された、動作可能な開示する極性連続装置の詳細な説明である。更に、本極性連続装置の実践的な作業形態は、科学的に実証するために構築され、利用可能である。実践的な形態は、磁界の収縮及び膨張を感じる個人的経験のため、及び、結果として生じる３６０度の回転の視覚的な実証のために手動で揺動される。従って、逆の電磁誘導が科学専攻の学生に効果的に伝えられる。
【００９５】
指摘したように、どのような異なる構成及び部品も、本明細書中のデバイスを形成するか、又は方法を採用するよう、本明細書中で示し、説明した何れかの他の構成又は部品と共に採用することができる。更に、本発明は、デバイス及び方法の特定の実施形態を参照して本明細書中で説明してきたが、改良、種々の変更及び置換の許容範囲は、前記の開示内に意図され、幾つかの例において、本発明の形成及び／又は使用における構成部品、又は構成、又はステップは、以下の特許請求項において述べるような本発明の適用範囲から逸脱することなく、対応する他の構成部品を使用せずに、採用できることは、正しく理解されよう。当業者に生じたようなかかるすべての変更、変形、及び改良は、添付の特許請求項において広範に定義されるように、本発明の適用範囲にあると見なされる。
【００９６】
更に、本明細書のどのような要約の目的も、米国特許商標庁、一般大衆、及び、特に科学者、技術者、及び、特許又は法律用語又は表現に精通していない当該技術における実務専門家が、本出願の技術的開示の本質及び要点を大まかな確認から迅速に判断できるようにするものである。かかるどのような要約も、特許請求項によって判断される本出願の発明を規定したり、本発明の適用範囲に関して、決して制限することを意図していない。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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