(57)【要約】トルク変換装置（１）は、第１回転体（２０）の第１回転軸（２１）に対し第２回転軸（３１）が平行に位置される第２回転体（３０）と、第１取付部（４１ｂ，５１ｂ，６１ｂ）が第１回転体（２０）に取り付けられ、他方の第２取付部（４１ｃ，５１ｃ，６１ｃ）が第２回転体（３０）に取り付けられて第１回転体（２０）と第２回転体（３０）にかけ渡されたリンク部（４１，５１，６１）と、リンク部（４１，５１，６１）に取り付けられて第１取付部（４１ｂ，５１ｂ，６１ｂ）に対し左右何れかに位置される錘（４３，５３，６３）とを有する。第１取付部（４１ｂ，５１ｂ，６１ｂ）と第２取付部（４１ｃ，５１ｃ，６１ｃ）との距離が第１回転軸（２１）と第２回転軸（３１）との距離と同じで第１回転軸（２１）と第１取付部（４１ｂ，５１ｂ，６１ｂ）との距離と第２回転軸（３１）と第２取付部（４１ｃ，５１ｃ，６１ｃ）との距離が同じである。
2020071533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１回転体と、
前記第１回転体の回転軸に対し回転軸が平行に位置される第２回転体と、
一方の第１取付部が前記第１回転体に取り付けられかつ他方の第２取付部が前記第２回転体に取り付けられて前記第１回転体と前記第２回転体にかけ渡されたリンク部と、
前記リンク部に取り付けられて前記第１取付部に対し左右何れかに位置される錘部と、を有し、
前記リンク部は、前記第１取付部と前記第２取付部との距離が前記第１回転体の回転軸と前記第２回転体の回転軸との距離と同じでかつ前記第１回転体の回転軸と前記第１取付部との距離と前記第２回転体の回転軸と前記第２取付部との距離が同じであり、
前記第１取付部は、前記第１回転体及び前記リンク部の少なくとも何れかに回転自在に取り付けられ、前記第２取付部は、前記第２回転体及び前記リンク部の少なくとも何れかに回転自在に取り付けられ、
前記第１回転体及び前記第２回転体の何れか一方が回転すると、前記第１回転体及び前記第２回転体の何れか他方が回転し、前記第１回転体の回転軸及び前記第２回転体の回転軸も回転し、かつ前記リンク部及び錘も予め決められている軌道を移動するトルク変換装置。
【請求項２】
前記第１回転体の回転軸に対し前記第２回転体の回転軸が斜め下に位置され、前記錘部は前記第１回転体の回転軸に対して左右方向で前記第２回転体の回転軸が位置される側と同じ側に位置される請求項１に記載のトルク変換装置。
【請求項３】
前記錘部が取り付けられた前記リンク部を複数有し、各リンク部それぞれの前記第１取付部は前記第１回転体に当該第１回転体の周方向で等間隔に取り付けられ、各リンク部それぞれの前記第２取付部は前記第２回転体に当該第２回転体の周方向で等間隔に取り付けられる請求項１又は２に記載のトルク変換装置。
【請求項４】
前記第１及び第２回転体は、円盤形状をなし、中央に前記回転軸が形成されている請求項１乃至３の何れか１項に記載のトルク変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクを変換する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、入力トルクに比べて出力トルクを大きくする機構は数多く存在している（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１８０２８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、入力トルクに比べて出力トルクをより大きくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、第１回転体と、前記第１回転体の回転軸に対し回転軸が平行に位置される第２回転体と、一方の第１取付部が前記第１回転体に取り付けられかつ他方の第２取付部が前記第２回転体に取り付けられて前記第１回転体と前記第２回転体にかけ渡されたリンク部と、前記リンク部に取り付けられて前記第１取付部に対し左右何れかに位置される錘部と、を有し、前記リンク部は、前記第１取付部と前記第２取付部との距離が前記第１回転体の回転軸と前記第２回転体の回転軸との距離と同じでかつ前記第１回転体の回転軸と前記第１取付部との距離と前記第２回転体の回転軸と前記第２取付部との距離が同じであり、前記第１取付部は、前記第１回転体及び前記リンク部の少なくとも何れかに回転自在に取り付けられ、前記第１回転体及び前記第２回転体の何れか一方が回転すると、前記第１回転体及び前記第２回転体の何れか他方が回転し、前記第１回転体の回転軸及び前記第２回転体の回転軸も回転し、かつ前記リンク部及び錘も移動するトルク変換装置である。【０００６】
本発明の第２の態様では、前記第１回転体の回転軸に対し前記第２回転体の回転軸が斜め下に位置され、前記錘部は前記第１回転体の回転軸に対して左右方向で前記第２回転体の回転軸が位置される側と同じ側に位置されることが好ましい。【０００７】
本発明の第３の態様では、前記錘部が取り付けられた前記リンク部を複数有し、各リンク部それぞれの前記第１取付部は前記第１回転体に当該第１回転体の周方向で等間隔に取り付けられ、各リンク部それぞれの前記第２取付部は前記第２回転体に当該第２回転体の周方向で等間隔に取り付けられることが好ましい。【０００８】
本発明の第４の態様では、前記第１及び第２回転体は、円盤形状をなし、中央に前記回転軸が形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の前記第１の態様によれば、トルク変換装置は、前記第１回転体及び前記第２回転体を回転させる力が前記第１回転体及び前記第２回転体の少なくとも一方から入力されると、前記第１回転体の回転軸及び第２回転体の回転軸の少なくとも一方からトルクを取り出せる。このとき、トルク変換装置は、第１及び第２回転体並びに錘部が発生する回転モーメントや遠心力の作用によって、入力のトルクに比べてより大きいトルクを取り出すことができる。【００１０】
本発明の前記第２の態様によれば、トルク変換装置は、入力トルクに比べてさらにより大きいトルクを取り出すことができる。【００１１】
本発明の前記第３の態様によれば、トルク変換装置は、入力トルクに比べてさらにより大きいトルクを取り出すことができる。【００１２】
本発明の前記第４の態様によれば、第１及び第２回転体は、簡易に構成され、トルク変換装置が簡易な構成になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施形態のトルク変換装置の構成例を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態のトルク変換装置の構成例を示す正面図である。
【図３】図３は、本実施形態のトルク変換装置の構成例を示す側面図である。
【図４】図４は、トルク変換装置の一部をなす第１及び第２回転体、並びに第１乃至第３アームリンク部の回転時の構成例を示す図である。
【図５】図５は、トルク変換装置の一部をなす第１及び第２回転体、並びに第１乃至第３アームリンク部の回転時の構成例を示す他の図である。
【図６】図６は、トルク変換装置の一部をなす第１及び第２回転体、並びに第１乃至第３アームリンク部の回転時の構成例を示すさらに他の図である。
【図７】図７は、本実施形態のトルク変換装置の原理を説明するための図である。
【図８】図８は、本実施形態のトルク変換装置の原理を説明するための他の図である。
【図９】図９は、本実施形態のトルク変換装置における錘の移動を説明する図である。
【図１０】図１０は、本実施形態のトルク変換装置におけるトルクの関係式の導出過程を説明する図である。
【図１１】図１１は、第２トルクＴgの導出で使用する値を示す図である。
【図１２】図１２は、本実施形態のトルク変換装置での回転体の回転数（ＲＰＭ）とトルク（Ｎｍ）との関係の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、錘の質量を様々な値にして、回転体の回転数を変化させたときの出力の結果を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３の結果をグラフに示す図である。
【図１５】図１５は、瞬間中心を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、トルク変換装置を挙げている。
【００１５】
（構成）
図１乃至図３は、本実施形態のトルク変換装置１の構成例を示す図である。図１は斜視図であり、図２は正面図であり、図３は側面図である。
【００１６】
図１乃至図３に示すように、トルク変換装置１は、支持部１０、第１及び第２回転体２０，３０、並びに第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０を有している。
【００１７】
支持部１０は、第１及び第２回転体２０，３０を回転可能に支持している。支持部１０は、脚部１１、及び第１及び第２回転支持部１２，１３を有している。脚部１１は、第１及び第２回転体２０，３０を囲みつつ当該第１及び第２回転体２０，３０を支持するように、複数の棒状の躯体を組み合わせて構成されている。支持部１０の上端側の躯体に、第１及び第２回転支持部１２，１３が設けられている。
【００１８】
第１回転支持部１２は、第１回転体２０の第１回転軸２１を回転可能に支持している。また、第２回転支持部１３は、第２回転体３０の第２回転軸３１を回転可能に支持している。第１及び第２回転支持部１２，１３は、例えば、ベアリングによって第１及び第２回転体２０，３０を回転可能に支持している。
【００１９】
第１及び第２回転体２０，３０は、互いに同じ形状とされており、略板状の略円盤形状をなしている。第１回転体２０と第２回転体３０とは、互いに対向し平行に配置されている。第１及び第２回転体２０，３０には、互いに対向する面とは反対側の面（以下、表面という。）でかつその円盤の中心に第１及び第２回転軸２１，３１がそれぞれ設けられている。この回転軸２１，３１を基準にして見ると、第１回転軸２１に対し第２回転軸３１が斜め下（図２では、右斜め下）に位置されるように、第２回転体３０は配置されている。第１回転体２０の表面側に対向する躯体に取り付けられている第１回転支持部１２に第１回転軸２１が回転自在に支持され、第１回転体２０は回転可能とされている。また、第２回転体３０の表面側に対向する躯体に取り付けられている第２回転支持部１３に第２回転軸３１が回転自在に支持され、第２回転体３０は回転可能とされている。また、本例では、第１及び第２回転体２０，３０は、重心が回転中心からずれないように適宜肉抜きされて複数の孔が形成されている。
【００２０】
３つの第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０は、第１回転体２０と第２回転体３０とで挟まれるようにして当該第１及び第２回転体２０，３０に取り付けられている。第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０は、略板形状をなし、リンク部４１，５１，６１及びアーム部４２，５２，６２が一体に形成されている。リンク部４１，５１，６１では、第１回転体２０と第２回転体３０との間に略三角形状の本体部４１ａ，５１ａ，６１ａが位置している。リンク部４１，５１，６１は、本体部４１ａ，５１ａ，６１ａの裏面側に第１取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂが直立して設けられ、本体部４１ａ，５１ａ，６１ａの表面側に第２取付部４１ｃ，５１ｃ，６１ｃが直立して設けられている。ここで、第１及び第２取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂ，４１ｃ，５１ｃ，６１ｃは、本体部４１ａ，５１ａ，６１ａに回転可能に取り付けられている。例えば、第１及び第２取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂ，４１ｃ，５１ｃ，６１ｃは、ベアリングによって本体部４１ａ，５１ａ，６１ａに回転可能に取り付けられている。そして、第１取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂの先端が第１回転体２０の裏面で固定されている。また、第２取付部４１ｃ，５１ｃ，６１ｃの先端が第２回転体３０の裏面で固定されている。リンク部４１，５１，６１は、このような構造によって、第１回転体２０と第２回転体３０にかけ渡されて取り付けられている。
【００２１】
ここで、第１及び第２取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂ，４１ｃ，５１ｃ，６１ｃが本体部４１ａ，５１ａ，６１ａに回転可能に取り付けられることによって、アームリンク部４０，５０，６０が第１及び第２回転体２０，３０に対して相対的な姿勢変化が可能になる。
【００２２】
また、第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０の各第１取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂは、第１回転体２０に当該第１回転体２０の周方向で等間隔に取り付けられている。また、第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０の各第２取付部４１ｃ，５１ｃ，６１ｃも、第２回転体３０に当該第２回転体３０の周方向で等間隔に取り付けられている。これによって、第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０はそれぞれ、第１及び第２回転体２０，３０それぞれにおいて周方向で等間隔に配置されている。
【００２３】
ここで、トルク変換装置１を正面から見た（図２を正面から見たと）投影面上、又はトルク変換装置１を第１回転軸２１や第２回転軸３１の軸方向に視点をおき見た投影面上で、第１取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂと第２取付部４１ｃ，５１ｃ，６１ｃとの距離が第１回転軸２１と第２回転軸３１との距離と同じで、かつ第１回転軸２１と第１取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂとの距離と第２回転軸３１と第２取付部４１ｃ，５１ｃ，６１ｃとの距離が同じである。第１取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂと第２取付部４１ｃ，５１ｃ，６１ｃとがこのような位置関係になっていることで、第１及び第２回転体２０，３０の何れか一方が回転すると、第１及び第２回転体２０，３０の何れか他方も回転する。
【００２４】
第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０の各アーム部４２，５２，６２は、リンク部４１，５１，６１と一体に形成されており、先端部４２ａ，５２ａ，６２ａが斜め下方向に屈曲した形状をなしている。各アーム部４２，５２，６２は、第１回転軸２１に対して（その軸方向から見て）左右方向で第２回転軸３１が位置される側と同じ側（図２では右側）の斜め上方向に延びる形状をなしている。各アーム部４２，５２，６２には、先端部４２ａ，５２ａ，６２ａに錘４３，５３，６３が設けられている。これにより、錘４３，５３，６３は、第１回転体２０の回転軸に対して左右方向で第２回転体３０の回転軸が位置される側（図２では右側）と同じ側に位置されている。
【００２５】
（動作、作用等）
次に、トルク変換装置１の動作、及びその作用等の一例について説明する。図４乃至図６は、トルク変換装置１の一部をなす第１及び第２回転体２０，３０、並びに第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０の構成例を示しており、動作、及びその作用等を説明する図である。
【００２６】
トルク変換装置１では、当該トルク変換装置１への入力部となる回転モータの回転軸１００を第２回転体３０の外周面に接触させて第２回転体３０を回転させ、第２回転体３０とともに回転する第２回転軸３１からトルクを取り出している。例えば、回転モータの回転軸１００にギア等の回転部を取り付けて、その回転部を第２回転体３０の外周面３０ａに接触させて、回転モータの回転軸１００を回転させて第２回転体３０を回転させる。
【００２７】
第２回転体３０が回転すると、その回転力がアームリンク部４０，５０，６０を介して第１回転体２０に伝わるため、第２回転体３０の回転に連動して第１回転体２０も回転する。このとき、例えば、第１及び第２取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂ，４１ｃ，５１ｃ，６１ｃが本体部４１ａ，５１ａ，６１ａに回転可能に取り付けられている等の構造によって、アームリンク部４０，５０，６０は、姿勢を維持しつつも、つまり、各アーム部４２，５２，６２が斜め上方向に向く姿勢を維持しつつも、第１及び第２回転体２０，３０に対して相対位置を変化させて特定の円形軌道上を移動する。錘４３，５３，６３の移動に着目すると、図４から図６への変化（第１及び第２回転体２０，３０が１２０°ずつ回転する変化）として示すように、第１及び第２回転体２０，３０が回転すると、錘４３，５３，６３は、同図に二点鎖線で示す円形の予め決められている軌道に沿って移動する。同様に、第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０も、錘４３，５３，６３の移動軌道とは異なるが、円形の予め決められている軌道に沿って移動する。
【００２８】
このとき、円軌道上を移動する第１及び第２回転体２０，３０（第１及び第２回転体２０，３０における回転軸２１，３１以外の部位）、並びに第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０で発生する遠心力及び慣性モーメントが、回転モータからの入力をアシストするため、回転モータからの入力から直接得られるトルクよりも大きいトルクを第２回転軸３１から得られるようになる。
【００２９】
（本実施形態における効果）
（１）トルク変換装置１は、第２回転体３０を回転させる力が当該第２回転体３０から入力されると、第２回転体３０の第２回転軸３１からトルクを取り出せる。このとき、トルク変換装置１は、第１及び第２回転体２０，３０（第１及び第２回転体２０，３０における回転軸２１，３１以外の部位）、並びに錘４３，５３，６３を含むアームリンク部４０，５０，６０が発生する回転モーメントや遠心力の作用によって、入力のトルクに比べてより大きいトルクを取り出すことができる
【００３０】
（２）トルク変換装置１は、第１回転軸２１に対し第２回転軸３１が斜め下に位置され、錘４３，５３，６３が第１回転軸２１に対して左右方向で第２回転軸３１が位置される側と同じ側に位置されることによって、入力トルクに比べてさらにより大きいトルクを取り出すことができる。
【００３１】
（３）トルク変換装置１は、複数のアームリンク部４０，５０，６０を有することによって、入力トルクに比べてさらにより大きいトルクを取り出すことができる。
【００３２】
（４）第１及び第２回転体２０，３０を円盤形状の簡易に構成されるため、トルク変換装置１が簡易な構成になる。
【００３３】
（原理の考察）
以下に、本実施形態のトルク変換装置１から得られるトルクを考察する。図７は、本実施形態のトルク変換装置１の原理を説明するための図である。
【００３４】
図７に示すように、円盤（回転体）２００の外周に錘２１０を取り付け、円盤２００の外周が描く外周軌道の最も高い位置付近から錘２１０を自由に移動できるようにすると、錘２１０は、円盤２００の外周軌道に沿って下方向に移動する。そして、円盤２００の外周軌道上で真下に錘２１０が位置したときのエネルギーは、位置エネルギーｍｇｈになる。そして、この位置エネルギーによって、今度は、錘２１０は、円盤２００の外周軌道に沿って上方向に移動する。しかし、円盤２００の回転軸の摩擦等によるエネルギー損失により、円盤２００の外周軌道の頂点付近に戻ることはない。
【００３５】
図８は、本実施形態のトルク変換装置１の原理を説明するための他の図である。
【００３６】
図８に示すように、円盤２００の軌道上で錘２１０が真下に位置した瞬間に、一瞬で円盤２００の回転中心から錘２１０までの距離が１０ｃｍになったとすると、錘２１０には、９０ｃｍ分のエネルギーを保存できることになる。
【００３７】
図９は、本実施形態のトルク変換装置１における錘の移動を説明する図である。
【００３８】
図９に示すように、本実施形態のトルク変換装置１の場合、錘２１０は、円盤２００に対して破線の軌道上を移動する。すなわち、図８の理想的な移動をｘ−ｚ平面上で第１象限にオフセットさせて慣性モーメントの時変平行軸の定理を適用させている。本実施形態のトルク変換装置１は、このような構造によって、錘４３，５３，６３が上に移動するための位置エネルギーを極力節約し、慣性モーメントと角加速度との積で得られるエネルギーと等価なトルクを獲得している。
【００３９】
（トルクの導出）
図１０は、本実施形態のトルク変換装置１の第１及び第２回転体２０，３０及び第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０の構成を示す図である。この図１０を用いて、本実施形態のトルク変換装置１におけるトルクの関係式の導出過程を説明する。
【００４０】
ここで、図１０において、二点鎖線の円（以下、第１仮想円という。）３０１は、第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０の第１取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂと第２取付部４１ｃ，５１ｃ，６１ｃとの中点それぞれを通る軌道を示す。この第１仮想円３０１は、いわゆる、第１回転体２０と第２回転体３０とを合体させたような仮想回転体と言える。また、一点鎖線の円（以下、第２仮想円という。）３０２は、第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０の各重心を通る円を示す。破線の円（以下、第３仮想円という。）３０３は、錘４３，５３，６３の移動軌道を示す。また、Ｏ１は、第１回転体２０の中心である。Ｏ２は第２回転体３０の中心である。Ｏ３は、第１仮想円３０１の中心である。Ｏ４は、第２仮想円３０２の中心である。Ｏ５は、第３仮想円３０３の中心である。ここで、第１仮想円３０１の中心Ｏ３を、本実施形態のトルク変換装置１における絶対座標系の原点とする。以下の説明では、（ｘ０３，ｙ０３）は、第１仮想円３０１の中心Ｏ３の座標である。（ｘ０４，ｙ０４）は、第２仮想円３０２の中心Ｏ４の座標である。（ｘ０５，ｙ０５）は、第３仮想円３０３の中心Ｏ５の座標である。
【００４１】
このトルク変換装置１において、トルクの発生源は、主に、３個の錘４３，５３，６３が回転して発生する慣性モーメント起因の第１トルクＴinertiaと３個の錘４３，５３，６３の重力起因の第２トルクＴgの２つであり、これらトルクが合成されて出力される。
【００４２】
（第１トルクＴinertiaの導出）
第１トルクＴinertiaの導出方法を説明する。
【００４３】
まず、円運動を行う錘２１０に働く遠心力Ｆは、（１）式として示せる。
【００４４】
【数１】
2020071533.tif 000003
【００４５】
このときの錘４３，５３，６３の接線方向の速度はｖ＝ｒωである。この（１）式より、各錘４３，５３，６３一個ずつの第２回転体３０の中心Ｏ２における遠心力Ｆは、（２）式になる。
【００４６】
【数２】
2020071533.tif 000004
【００４７】
ここで重要なのは半径ｒｉ（ｔ）、 すなわち半径が時間で変化することである。ここで、第１乃至第３アームリンク部４０，５０，６０の第１取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂと第２取付部４１ｃ，５１ｃ，６１ｃとの各中点を通る軌道を示す第１仮想円３０１を回転体として考えたときの角速度と第３仮想円３０３の軌道で移動する錘４３，５３，６３の角速度とは、一定（同じ）であり、かつアームリンク部４０，５０，６０が伸縮のない完全剛体であることから、半径ｒｉ（ｔ）は幾何学的に求められる。
【００４８】
また、角度π／３で等間隔に設置された３個の錘４３，５３，６３に関する位置座標毎の遠心力の総和は、（３）式になる。
【００４９】
【数３】
2020071533.tif 000005
この（３）式では、半径ｒｉ（ｔ）が遠心力を増減させることがわかるが、その半径が変化する範囲は、（４）式として示せる。
【００５０】
【数４】
2020071533.tif 000006
【００５１】
よって、半径ｒｉ（ｔ）が（４）式の範囲で変化すると、遠心力の総和は、その変化する半径ｒｉ（ｔ）に錘４３，５３，６３の質量ｍ０、ω２を乗じた値で変化することになる。
以上を整理すると、慣性モーメント及び角加速度との関係から、トルク変換装置１が得られるトルクＴinertiaは（５）式になる。
【００５２】
【数５】
2020071533.tif 000007
【００５３】
ここで、（５）式中の{  }の項は、トルク変換装置１が発生する慣性モーメントの項である。さらに、（５）式中の値は、（６）式乃至（１１）式として示せる。
【００５４】
【数６】
2020071533.tif 000008
【００５５】
【数７】
2020071533.tif 000009
【００５６】
【数８】
2020071533.tif 000010
【００５７】
【数９】
2020071533.tif 000011
【００５８】
【数１０】
2020071533.tif 000012
【００５９】
【数１１】
2020071533.tif 000013
【００６０】
ここで、Ｍ３は、第１回転体２０の質量Ｍ１と第２回転体３０の質量Ｍ２とを加算した仮想回転体の質量である。ｒ３は第１仮想円３０１の半径である。Ｉ４は、アームリンク部４０，５０，６０それぞれが発生する慣性モーメントである。Ｍ４は、アームリンク部４０，５０，６０それぞれの質量である。ＲＭ４は、第２仮想円３０２の半径である。Ｉ０は、錘４３，５３，６３それぞれが発生する慣性モーメントである。ｍ０は、錘４３，５３，６３それぞれの質量である。Ｒ０は、第３仮想円３０３の半径である。なお、以上の関係は、慣性モーメントにおける平行軸の定理で求められる。
【００６１】
なお、ここで、第１回転体２０が発生する慣性モーメントＩ１、第２回転体３０が発生する慣性モーメントＩ２は、（１２）式及び（１３）式として示せる。
【００６２】
【数１２】
2020071533.tif 000014
【００６３】
【数１３】
2020071533.tif 000015
【００６４】
ここで、Ｍ１は、第１回転体２０の質量である。Ｒ１は、第１回転体２０の半径である。Ｍ２は、第２回転体３０の質量である。Ｒ２は、第２回転体３０の半径である。
【００６５】
（第２トルクＴｇの導出）
次に、第２トルクＴgの導出方法を説明する。図１１は、第２トルクＴgの導出で使用する値を示す図である。
【００６６】
先ず、第１仮想円３０１の中心Ｏ３（ｘ０３，ｙ０３）と第３仮想円３０３の中心Ｏ５（ｘ０５，ｙ０５）との距離Ｌは、（１４）式として示せる。
【００６７】
【数１４】
2020071533.tif 000016
また、錘４３，５３，６３の重心（ｘ，ｙ）が描く円の軌跡は、（１５）式として示せる。
【００６８】
【数１５】
2020071533.tif 000017
【００６９】
ここで、ｒ０は、第３仮想円３０３の半径である。また、ｘ＝ｒ・ｃｏｓθ、ｙ＝ｒ・ｓｉｎθであることから、（１５）式は、（１６）式として示せる。
【００７０】
【数１６】
2020071533.tif 000018
これにより、（１７）式が得られる。
【００７１】
【数１７】
2020071533.tif 000019
ここで、ｒは、第３仮想円３０３の中心Ｏ５（ｘ０５，ｙ０５）から錘４３，５３，６３の重心（ｘ，ｙ）までの距離である。
【００７２】
また、錘４３，５３，６３の重力によるトルクＴ０は、（１８）式として示せる。
【００７３】
【数１８】
2020071533.tif 000020
【００７４】
ここで、ｇは重力加速度である。また、３つの錘４３，５３，６３それぞれの初期角度は、θ０，θ０＋π／３，θ０＋２π／３になり、これらに、角速度ωと時間ｔを掛け合わせた成分がそれぞれに加算されることから、合成された重力によるトルクＴgは、（１９）式として示すことができる。
【００７５】
【数１９】
2020071533.tif 000021
【００７６】
以上のようにして、第１トルクＴinertia及び第２トルクＴgを導出できる。そして、本実施形態のトルク変換装置１で獲得できる主なトルクＴtotalは、（２０）式として示せる。
【００７７】
【数２０】
2020071533.tif 000022
【００７８】
図１２は、本実施形態のトルク変換装置１での回転体の回転数（ＲＰＭ）とトルク（Ｎｍ）との関係の一例を示す図である。図１２に示すように、回転体の回転数が増加すると、トルクも増加する。
【００７９】
（関連の説明）
例えば、歯数が１０個の歯車と歯数が５個の歯車が組合せられていると仮定する。歯数が１０個の歯車を９８（Ｎ）の力で１０回転させた場合，歯数が５個の歯車は、その半分の４９（Ｎ）の力で２０回転する。両者の力と回転数の積は、９８×１０＝４９×２０＝９８０であり，等しくなる。
【００８０】
つまり、各歯車は、力と回転数を変換することはできるが、実際に携わる仕事の量は変えられないということである。これは、「てこの原理」や「動滑車の原理」でも同じである。よって，トルク変換装置１は、なんらかの入力で回転数を増すことができれば、それに応じて発揮できる力も増やすことができる。しかし、エネルギー保存則（すなわち，仕事の量）によって、出力側の仕事が、図１０の回転体２０，３０と第３仮想円３０３の起動上を移動する錘４３，５３，６３の運動エネルギーの総和を決して越える値とはならない。
【００８１】
図１３は、錘４３，５３，６３の質量ｍ０（Ｋｇ）を６，３０，９０と様々な値にして、回転体２０，３０の回転数（ｒｐｍ）を変化させたときの出力（ｋｗ）の結果を示す図である。図１４は、図１３の結果をグラフに示す図である。ここで、出力（ｋｗ）は、２π×Ｔ（トルク）×ｎ／６０００である。また、出力（ｋｗ）は、想定している発電機の定格範囲で得ている。また、錘４３，５３，６３の質量ｍ０（Ｋｇ）は、１個当たりの質量である。
【００８２】
ところで、瞬間中心の定理（ケネディの定理）では、回転運動している剛体を仮想的に延長していったとき、速度ベクトルがゼロになる点が定義される。ただし、観測者は静止しているとし、速度ベクトルは静止した観測者から見た速度とする。もし、観測者や座標系が静止してない場合を考慮して定義を拡張するならば、「速度ベクトルがゼロの点」は、直感的だが、「もっとも動きが小さい点」と定義されても良い。より直感的な表現で定義を言えば、運動している剛体が、ある瞬間にて、ある点を中心に回転運動を行っていると見なせる場合、その中心点が瞬間中心である。瞬間中心は物体の外部にあっても内部にあっても良い。剛体が平行直線運動をしている場合には、便宜上、瞬間中心は速度ベクトルに直交する方向の無限遠点に位置するとみなせる。
【００８３】
ここで、ある瞬間での剛体上のある２点の位置ベクトル及び速度ベクトルが確定しているとき、この２点の位置から、速度ベクトルの垂直方向へと延長した垂直線の交点に、瞬間中心が存在する。図１５は、瞬間中心を説明する図である。ここでは、点Ａ１，Ｂ１が移動して点Ａ２，Ｂ２へ移った場合、点Ｐが瞬間中心になる。
【００８４】
（本実施形態の変形例等）
本実施形態の変形例として、第１及び第２回転体２０，３０は、前述の大きさ、形状と異なる大きさ、形状に形成されることもできる。これにより、第１及び第２回転体２０，３０の重さも様々になる。例えば、第１及び第２回転体２０，３０は、重心が回転中心からずれないように、前述の肉抜きの孔の形状や孔の数と異なる形状、数に形成されることもできる。また、例えば、第１及び第２回転体２０，３０は、円盤板形状に限らず他の形状に形成されることもできる。例えば、第１及び第２回転体２０，３０は、球体等の立体形状とされることもできる。
【００８５】
また、本実施形態の変形例として、第１回転体２０の第１回転軸２１と第２回転体３０の第２回転軸３１との距離、特に、トルク変換装置１を正面から見た（図２を正面から見たと）投影面上での距離、又はトルク変換装置１を第１回転軸２１や第２回転軸３１の軸方向に視点をおき見た投影面上での距離は、前述の距離と異なる距離とされることもできる。
【００８６】
また、本実施形態の変形例として、第１回転体２０の第１回転軸２１と第２回転体３０の第２回転軸３１との位置関係、特に、トルク変換装置１を正面から見た（図２を正面から見たと）投影面上での位置関係、又はトルク変換装置１を第１回転軸２１や第２回転軸３１の軸方向に視点をおき見た投影面上での位置関係は、前述の位置関係と異なる位置関係とされることもできる。すなわち、第１回転軸２１と第２回転体３０とは、互い左右方向にずれて配置されている限り、どちらに位置されても良い。この場合、アームリンク部４０，５０，６０において少なくとも錘４３，５３，６３の円形の移動軌道の中心は、第１回転軸２１及び第２回転体３０に対して左右何れかに位置される。
【００８７】
また、本実施形態の変形例として、アームリンク部４０，５０，６０は、前述の大きさ、形状、長さ、傾いている角度と異なる大きさ、形状、長さ、傾き角度に形成、構成されることもできる。例えば、トルク変換装置１は、アームリンク部４０，５０，６０が移動する際に当該トルク変換装置１の構造物と接触しない限り、例えば、第１及び第２取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂ，４１ｃ，５１ｃ，６１ｃと接触しない限り、アーム部４２，５２，６２を可能な限り長くされることもできる。これにより、トルク変換装置１は、入力のトルクに比べてより大きいトルクを取り出すことができる。
【００８８】
また、本実施形態の変形例として、アームリンク部４０，５０，６０は、当該アームリンク部４０，５０，６０が移動する際にトルク変換装置１の構造物と接触しない限り、伸縮されることもできる。
【００８９】
また、本実施形態の変形例として、アームリンク部４０，５０，６０は、３個に限らず、３個未満や４個以上とされることができる。
【００９０】
また、本実施形態の変形例として、アームリンク部４０，５０，６０の錘４３，５３，６３は、前述の大きさ、形状と異なる大きさ、形状に形成されることもできる。これにより、錘４３，５３，６３の重さも様々になる。
【００９１】
また、本実施形態の変形例として、アームリンク部４０，５０，６０は、前述のようなアーム部４２，５２，６２が重量を有していれば錘４３，５３，６３を実際に設けない構造とされることもできる。この場合、アーム部４２，５２，６２が錘４３，５３，６３としての機能を有する。
【００９２】
また、本実施形態の変形例として、第１取付部４１ｂ，５１ｂ，６１ｂは、第１回転体２０及びリンク部４１，５１，６１の少なくとも何れかに回転可能に取り付けられる構造とされることもできる。同様に、第２取付部４１ｃ，５１ｃ，６１ｃも、第２回転体３０及びリンク部４１，５１，６１の少なくとも何れかに回転可能に取り付けられる構造とされることもできる。
【００９３】
また、本実施形態の変形例として、トルク変換装置１は、第１回転体２０及び第２回転体３０を回転させる力が第１回転体２０及び第２回転体３０の少なくとも一方から入力され、第１回転体２０の第１回転軸２１及び第２回転体３０の第２回転軸３１の少なくとも一方からトルクが取り出されるようにすることができる。
【００９４】
また、本実施形態の変形例として、トルク変換装置１は、第１回転体２０及び第２回転体３０を回転させる力が第１回転体２０や第２回転体３０の外周面３０ａの側面（表面や裏面）から入力されるようにすることもできる。
【００９５】
また、本実施形態の変形例として、トルク変換装置１は、第１回転体２０及び第２回転体３０を回転させる力が回転軸２１，３１から入力されるようにすることもできる。
【００９６】
また、本実施形態の変形例として、トルク変換装置１は、アームリンク部４０，５０，６０の少なくとも１つから入力されるようにすることもできる。この場合、第１及び第２回転体２０，３０が回転するように、例えば、錘４３，５３，６３に当該錘４３，５３，６３の移動方向に入力が与えられる。
【００９７】
また、本実施形態の変形例として、トルク変換装置１は、図１〜図３に示す構成を１組をとして、複数組を連結されることもできる。この場合、入力場所、トルクの取り出し場所は、適宜決定される。
【００９８】
また、本実施形態のトルク変換装置１は、小型の構造から大型の構造まで幅広く構成可能とされる。
【００９９】
また、本実施形態のトルク変換装置１は、入力側に大きさが小さい装置を繋げ、出力側（トルクの取り出し側）に大きさが大きい装置を繋げられることもできる。この場合、例えば、トルク変換装置１は、小型モータの入力で大型装置を駆動させることができる。
【０１００】
また、本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【０１０１】
１  トルク変換装置、２０  第１回転体、２１  第１回転軸、３０  第２回転体，３１  第２回転軸、４１ｂ，５１ｂ，６１ｂ  第１取付部、４１ｃ，５１ｃ，６１ｃ  第２取付部、４３，５３，６３  錘
【図１】
2020071533.tif 000023
【図２】
2020071533.tif 000024
【図３】
2020071533.tif 000025
【図４】
2020071533.tif 000026
【図５】
2020071533.tif 000027
【図６】
2020071533.tif 000028
【図７】
2020071533.tif 000029
【図８】
2020071533.tif 000030
【図９】
2020071533.tif 000031
【図１０】
2020071533.tif 000032
【図１１】
2020071533.tif 000033
【図１２】
2020071533.tif 000034
【図１３】
2020071533.tif 000035
【図１４】
2020071533.tif 000036
【図１５】
2020071533.tif 000037
【国際調査報告】
2020071533.tif 000038
2020071533.tif 000039
2020071533.tif 000040
2020071533.tif 000041