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技術 伝動装置

出願人 瀬下忠之
発明者 瀬下忠之
出願日 1992年8月27日 (28年3ヶ月経過) 出願番号 1992-252327
公開日 1994年3月18日 (26年8ヶ月経過) 公開番号 1994-078516
状態 拒絶査定
技術分野 伝動装置 電動クラッチ,電動ブレーキ
主要キーワード 回転比率 直接伝動 福祉機器 基準円 磁性体板 発生出力 発動機 回転効率
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年3月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

目的

各種機器に適用して、人間の力あるいは自然の力あるいは人為的な力を補助する。

構成

磁石16、18を備え、駆動発生源1の駆動力により回転される入力側回転体10と、磁石30、32、34、36、38、40を備えこの入力側回転体10に対応して配置される固定体12と、入力側回転体10と固定体12との間に配置されるとともに磁性体70、72、74、76を備えており、駆動発生源1からの駆動力を入力側回転体10の回転に連動して被駆動部2へ直接伝達し、かつこの入力側回転体10の回転に伴い磁石16、18と磁石30、32、34、36、38、40の間で磁性体70、72、74、76に対して発生する磁力により回転することで駆動発生源1から入力側回転体10へ与える駆動力の補助をする出力側回転体14と、を備える。

概要

背景

従来の人間の力で動かす機器、たとえば自転車車椅子は、駆動輪操作者の足や手の力により動かして移動する。また、自然の力を利用する機器、たとえば風力発電機は、風の力により発電する。さらに機械的な力を利用する機器、たとえば電動モータを用いて発電機を回すことにより、安定した発電を行っている。

概要

各種機器に適用して、人間の力あるいは自然の力あるいは人為的な力を補助する。

磁石16、18を備え、駆動発生源1の駆動力により回転される入力側回転体10と、磁石30、32、34、36、38、40を備えこの入力側回転体10に対応して配置される固定体12と、入力側回転体10と固定体12との間に配置されるとともに磁性体70、72、74、76を備えており、駆動発生源1からの駆動力を入力側回転体10の回転に連動して被駆動部2へ直接伝達し、かつこの入力側回転体10の回転に伴い磁石16、18と磁石30、32、34、36、38、40の間で磁性体70、72、74、76に対して発生する磁力により回転することで駆動発生源1から入力側回転体10へ与える駆動力の補助をする出力側回転体14と、を備える。

目的

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、人間の力あるいは自然の力あるいは機械的な力を補助することができる伝動装置を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

駆動発生源と被駆動部の間に設けられて、この駆動発生源からの駆動力を被駆動部に直接伝達し、しかも駆動発生源からの駆動力の補助をするための伝動装置であって、磁石を備え、駆動発生源の駆動力により回転される入力側回転体と、磁石を備え、この入力側回転体に対応して配置される固定体と、上記入側回転体と固定体との間に配置されるとともに、磁性体を備えており、駆動発生源からの駆動力を上記入力側回転体の回転に連動して被駆動部へ直接伝達し、かつ、この入力側回転体の回転に伴い入力側回転体の磁石と上記固定体の磁石との間で上記磁性体に対して発生する磁力により回転することで駆動発生源から上記入力側回転体へ与える駆動力の補助をする出力側回転体と、を備えることを特徴とする、伝動装置。

請求項2

前記入力側回転体は、複数の永久磁石を備えている、請求項1に記載の伝動装置。

請求項3

前記固定体は、複数の永久磁石を備えている、請求項1または2に記載の伝動装置。

請求項4

前記出力側回転体は、複数の磁性体を備えている、請求項3に記載の伝動装置。

請求項5

前記入力側回転体の回転方向と前記出力側回転体の回転方向が反対になるように構成されている、請求項1に記載の伝動装置。

技術分野

0001

本発明は、伝動装置に関し、特に駆動発生源と被駆動部の間に設けられて駆動発生源から被駆動部へ駆動力直接伝達する際に、駆動発生源の駆動力の補助を行う伝動装置に関するものである。

背景技術

0002

従来の人間の力で動かす機器、たとえば自転車車椅子は、駆動輪操作者の足や手の力により動かして移動する。また、自然の力を利用する機器、たとえば風力発電機は、風の力により発電する。さらに機械的な力を利用する機器、たとえば電動モータを用いて発電機を回すことにより、安定した発電を行っている。

発明が解決しようとする課題

0003

ところが、人間の力で動かす機器では、坂道などで走行負荷が増大するので速度が落ちる。また、自然の力を利用する機器では、風の力が小さくなると発電量が落ちる。さらに機械的な力を利用する機器では、時代要請から省エネルギー化を図りたいという要請があった。

0004

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、人間の力あるいは自然の力あるいは機械的な力を補助することができる伝動装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0005

上記目的は、本発明にあっては、駆動発生源と被駆動部の間に設けられて、この駆動発生源からの駆動力を被駆動部に直接伝達し、しかも駆動発生源からの駆動力の補助をするための伝動装置であって、磁石を備え、駆動発生源の駆動力により回転される入力側回転体と、磁石を備え、この入力側回転体に対応して配置される固定体と、上記入側回転体と固定体との間に配置されるとともに、磁性体を備えており、駆動発生源からの駆動力を上記入力側回転体の回転に連動して被駆動部へ直接伝達し、かつ、この入力側回転体の回転に伴い入力側回転体の磁石と上記固定体の磁石との間で上記磁性体に対して発生する磁力により回転することで駆動発生源から上記入力側回転体へ与える駆動力の補助をする出力側回転体と、を備える伝動装置により、達成される。

0006

本発明では、好ましくは前記入力側回転体は、複数の永久磁石を備えている。

0007

また本発明では、好ましくは前記固定体は、複数の永久磁石を備えている。

0008

さらに、本発明では、好ましくは前記出力側回転体は、複数の磁性体を備えている。

0009

また本発明では、好ましくは前記入力側回転体の回転方向と前記出力側回転体の回転方向が反対になるように構成されている。

0010

上記構成によれば、駆動発生源からの駆動力を入力側回転体と出力側回転体を介して被駆動部に直接伝達するとともに、駆動発生源からの駆動力は、入力側回転体の磁石と固定体の磁石による出力側回転体の磁性体に対する磁力により、補助もしくは軽減される。

0011

以下、本発明の好適な一実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下に述べる実施例は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

0012

図1は、本発明の伝動装置の好適な実施例を備えた駆動システムを示している。駆動発生源1と被駆動部2との間には、伝動装置3が設定されている。この伝動装置3は、この駆動発生源1からの駆動力を被駆動部2に直接伝達し、しかも駆動発生源1からの駆動力の補助をするためのものである。図1の駆動システムは、たとえば自転車に適用される。したがって、駆動発生源1は、自転車のオペレータの脚と、その脚力回転力に変換するペダルであり、被駆動部2は駆動輪つまり後ろのタイヤである。このことから伝動装置3はペダルと駆動輪間に設定される。

0013

伝動装置3は、図2に概略示すように、入力側回転体10、固定体12、および出力側回転体14を有している。入力側回転体10と固定体12との間に、出力側回転体14が設定されている。

0014

図2図3に示すように、入力側回転体10は、好ましくは2つの永久磁石16、18、回転板20、円筒状の中心軸22、および歯車24を有している。この回転板20の両端部には、基準円上に永久磁石16、18がそれぞれ固定されている。これらの永久磁石16、18は、図2に示すようにN極が上側でS極が下側である。中心軸22の一端には回転板20の中心が固定されていて、中心軸22の他端には歯車24が固定されている。

0015

固定体12は、図2図3に示すように、好ましくは6つの永久磁石30、32、34、36、38、40、支持リング42、円形固定板44、3つの歯車46、48、50を有している。6つの永久磁石30、32、34、36、38、40は、支持リング42の上に均等間隔で、すなわち支持リング42の基準円を6等分した位置あるいは正六角形の六つの角に固定されている。これらの永久磁石30、32、34、36、38、40の上側が、図2に示すようにS極となっている。6つの永久磁石30、32、34、36、38、40は、永久磁石16、18と間隔をおいて重なりあうように配置されている。この支持リング42に形成されている円形穴52は、入力側回転体10の歯車24を通すのに十分な大きさになっている。

0016

固定板44は円盤状であり、歯車46、48、50が同じ基準円周上において3等分した位置において回転可能に取り付けられている。この固定板44の中心穴54には上記中心軸22の下端が挿入されかつこの中心軸22が回転可能になっている。中心穴54は円形穴52よりも小さい。

0017

出力側回転体14は、図2図3に示すように、4つの磁性体板70、72、74、76と、回転板78を有している。4つの磁性体板70、72、74、76は、回転板78の上に均等間隔で、すなわち回転板78の基準円を4等分した位置あるいは正方形の四つの角に固定されている。回転板78はリング状であり、内周には内歯車80が形成されている。

0018

前記3つの歯車46、48、50は、同じ歯数の歯車であり、たとえば歯数が30である。これに対して、歯車80の歯数は、たとえば120である。さらに、歯車24の歯数は、たとえば60である。

0019

図3の固定板44と支持リング42は、出力側回転体14の回転板78を挟むようにして組み合わせて固定し、これにより固定体14を構成する。この時、回転板78の内歯車80が固定板44の3つの歯車46、48、50に外接してかみ合う。しかも、固定体44に対して、入力側回転体10の歯車24は、3つの歯車46、48、50に内接してかみ合うように組み立てる。すなわちいわゆる遊星歯車機構を採用している。このように構成するので、固定板44の3つの歯車46、48、50は、それぞれの歯車の中心軸に関しては自転するが、中心軸22に関しては公転しない。

0020

固定体12の固定板44をたとえば自転車のフレームに固定する。しかも回転板78は、自転車の後ろのタイヤの駆動軸に対してたとえば歯付きベルトチェーンにより逆回転するように連結されている。入力側回転体10を中心軸22を中心として、オペレータの脚力により図2に示す矢印方向(反時計方向)に回転すると、あとで詳しく述べるように、出力側回転体14が図2に示す矢印方向(時計方向)に回転するようになっている。これにより出力側回転体14の回転板78が回転すると、自転車の後ろのタイヤがまわって自転車は進む。一例として、この時の入力側回転体10の回転比率を2とすると、出力側回転体14の回転比率は1である。

0021

ところで、永久磁石16、18および30、32、34、36、38、40は、たとえば通常用いられている材料を用いることができる。また磁性体板70、72、74、76は、強磁性体であるたとえば鉄,コバルトニッケルやこれらを利用した合金強磁性を示す物質が採用できる。

0022

本発明の伝動装置の実施例の動作を詳しく説明する前に、入力側回転体10の永久磁石16、18と固定体12の永久磁石30、32、34、36、38、40との間に、出力側回転体14の磁性体板72、74、76、78を通す際にこれら磁性体板に関連して発生する磁力、すなわち吸引力反発力について、図4ないし図9を参照していくつかの態様を説明する。なお説明の簡略化のために、図4ないし図9においては、入力側回転体10の永久磁石16と、固定体12の永久磁石30および磁性体板70を代表して図示する。

0023

図4を参照すると、永久磁石16と永久磁石30の間には、磁性体板70がなく、従って永久磁石16と永久磁石30はS極が向かい合い互いに反発する。

0024

次に、図5を参照すると、永久磁石16と永久磁石30の間には、磁性体板70の一部が入っており、中心線Lを境として左側が反発をし、右側が磁性体板70を吸引する。

0025

図6を参照すると、永久磁石16と永久磁石30の間には、磁性体板70がさらに入り込んでいる。このため、中心線Lを境として左側が磁性体板70を吸引をし、右側も磁性体板70を吸引する。

0026

図7を参照すると、永久磁石16と永久磁石30の間には、磁性体板70が完全に入り込んでいる。このため、中心線Lを境として左側が磁性体板70を吸引をし、右側も磁性体板70を吸引する。

0027

図8を参照すると、永久磁石30に対して永久磁石16が少しずれてしまっている。しかも、磁性体板70もかなりの部分が退出している。永久磁石16のみが永久磁石30と磁性体板70に反発している。しかし永久磁石30は磁性体板70を吸引している。

0028

図9を参照すると、永久磁石30に対して永久磁石16がかなりずれてしまっている。しかも、磁性体板70は中心線Lから左に出ている。したがって、永久磁石16と永久磁石30は磁性体板70に対してのみ吸引していて、中心線Lを境として左側が磁性体板70を吸引をし、右側も磁性体板70を吸引する。

0029

つぎに、本発明の伝動装置の動作原理図10から図19に基いて説明する。図10は入力側回転体10を示し、図11は出力側回転体14を示し、さらに図12は固定体12を示していて、これらを組み合わせて図13から図19は、順次時系列一周期分の動作を示している。

0030

すでに述べたように、入力側回転体10は反時計方向に2の回転比率で回転すると、入力側回転体10の回転に伴い出力側回転体14は時計方向に1の回転比率で回転することになる。つまり、入力側回転体10が60度反時計方向に回転すると、出力側回転体14は時計方向に30度回転することになる。

0031

まず、図13は一周期分の動作の当初の状態を示している。固定体12の永久磁石30、32、34、36、38、40は、時計の12時、2時、4時、6時、8時、10時の位置にそれぞれ配置されていて、勿論これらの位置は動かない。また出力側回転体14の磁性体板70が永久磁石30に対面して位置しており、磁性体板74が永久磁石36に対面して位置している。さらに、入力側回転体10は、永久磁石30と36を結ぶ直線に対して時計回りに30度傾けて配置されている。このように当初傾けて配置するのは、回転効率を考慮してのことである。すなわち、本構成例においては、入力回転体が−30度ないし60度まで傾けて配置された場合に、構成例のとおりの回転方向に対して回転力が得られるが、それ以上になった場合には、逆方向の回転力となる。従って、本構成例においては、理想的には15度傾けた場合の配置がその中心位置となり最も「回転効率」は良いが、ここでは、図により表す上で簡単なように本構成例に示す30度を選択している。なお実際には、対になる磁石各々の大きさ,磁力,及び強磁性体の形状を考慮してそれらに最適な値を定める必要がある。さらに、たとえば図2図4で示しているように、入力側回転体10の永久磁石16、18と、固定体12の永久磁石30、32、34、36、38、40とは、S極同士を向かい合わせてある。

0032

図13に示すように、上述したように入力側回転体10の永久磁石16、18は、時計の1時と7時の方向にある。出力側回転体14はなんら外力が加えられておらず静止している。まず図13図14に示すように、入力側回転体10は、たとえば自転車のペダル(図示せず)にオペレータが脚力を加えることにより、矢印で示すように反時計方向に回転力が与えられる。つまり、入力側回転体10の永久磁石16、18は、永久磁石30、36にそれぞれ向かう。

0033

図14に示すように、永久磁石16、30および磁性体板70は、図8図9に類似する位置関係にあり、力の均衡がくずれて、磁性体板70は永久磁石16、30に吸引される。同様に磁性体板74も永久磁石18、36に吸引される。これと同時に、時計の9時と3時方向の出力側回転体14の磁性体板76、72は、時計の10時と4時方向の固定体12の永久磁石40、34により吸着されて固定体12には時計方向の回転力が与えられる。つまり出力側回転体14は時計方向に回転を始める。

0034

次に、図15においては、永久磁石16、30および磁性体板70は、図8図9に類似する位置関係にあり、永久磁石16が永久磁石30にさらに近接してしまうので、磁性体板70は永久磁石16、30により強く吸引される。このため、入力側回転体10に対しては、自転車のペダルにオペレータが脚力をほとんど加えておらず、反時計方向に回転力がほとんど与えられていない。にもかかわらず、出力側回転体14の磁性体板76、72は、時計の10時と4時方向の固定体12の永久磁石40、34によりさらに強力に吸引される。このことから、出力側回転体14はさらに時計方向に回転力が与えられる。

0035

図16においては、永久磁石16、30および磁性体板70は図5に示す位置関係にあり、磁性体板70は永久磁石16、30に吸引される。同様に磁性体板74は永久磁石18、36に吸引される。時計の12時と6時方向に達した入力側回転体10の永久磁石16、18は、反時計方向に回転しており、かつ出力側回転体14の磁性体板76、72は、時計の10時と4時方向の固定体12の永久磁石40、34により強力に吸引されるので出力側回転体14はさらに時計方向に回転力が与えられて、出力側回転体14は時計方向にさらに回転する。

0036

図17においては、永久磁石16、30および磁性体板70は図8に類似するような位置関係にある。入力側回転体10の永久磁石16、18は、反時計方向に回転している。出力側回転体14の各磁性体板72、76は、それぞれ永久磁石34、40に吸着されて時計方向に回転力が与えられている。これは最大の回転力が与えられている状態である。なぜなら、永久磁石16、30は反発しかつ永久磁石18、36も反発し、しかも各磁性体板72、76は、それぞれ永久磁石34、40に強力に吸着されているからである。つまり、永久磁石16、30の反発と永久磁石18、36の反発により入力側回転体10の反時計方向の回転に要する脚力が軽減もしくは補助されるとともに、各磁性体板72、76はそれぞれ永久磁石34、40に強力に吸着されるので、出力側回転体14の時計方向の回転を促進する。したがって全体としては自転車のオペレータの脚力(駆動力)の軽減もしくは補助が行える。

0037

図18において、さらに入力側回転体10が回転すると、出力側回転体14に与えられる回転力は図17に示す状態に比べると小さい。

0038

図19においては、図13に示した当初の状態に比べると、入力側回転体10は反時計方向に60度回転した状態となっている。この図19の状態は次の一周期の動作の当初の状態となる。補助駆動力は、入力側回転体10に対する反時計方向の強制的な外的な入力と、出力側回転体14に対する時計方向の回転力が合成されて発生し、再び図13から図19の動作を繰り返すことにより、入力側回転体10を外力により反時計方向に回転すると、出力側回転体14は時計方向に回転を継続することになる。

0039

勿論、図3に示すように入力側回転体10に与えられる外力は歯車24と歯車46、48、50を介して出力側回転体14に直接伝動されているが、この条件下でも図15で説明したように入力側回転体10に一時的に外力を与えなくても出力側回転体14は時計方向に回転を継続出来る。つまり、入力側回転体10に与える外力を一時的に軽減できる。言い換えれば、入力側回転体10の永久磁石16、18と固定体14の永久磁石30、32、34、36、38、40との反発力がこれら永久磁石に挟まれる出力側回転体14の磁性体板70、72、74、76に対する状態により変化することを利用して、永久磁石と磁性体板相互の反発作用および吸着作用を出力側回転体14の回転力に変換して、入力側回転体10に与えるべき駆動力の補助を行うのである。

0040

ところで、本発明は上述した実施例に限定されない。入力側回転体10の永久磁石の数やその磁力の強さ、出力側回転体14の永久磁石の数やその磁力の強さ、あるいは、入力側回転体10と出力側回転体14の回転比率の変更を行うことにより、上述したいわゆる補助駆動力の大きさの制御が可能である。

0041

また、本発明の伝動装置は、自転車に適用するだけでなく、たとえば人間の力で動かす機器としては福祉機器である車椅子などに適用できる。あるいは、自然の力を入力側回転体に外力として与える機器としては、たとえば風力発電機に適用できる。この場合には、風の力で回転するプロペラと発電機の駆動軸との間に本発明の伝動装置を設定することにより、より少ない風の力で発電することが出来る。したがって発電効率の向上が図れる。さらに、人為的な力を利用する機器たとえばモータのような発動機に本発明の伝動装置を適用できる。すなわち発動機と負荷側との間に本発明の伝動装置を適用することにより、発動機の発生出力を低減することができ、これにより低燃費化による省エネルギー運転につながる。

発明の効果

0042

以上説明したように、本発明によれば、各種機器に適用して、人間の力あるいは自然の力あるいは機械的な力を補助することができ、省エネルギー化が図れる。

図面の簡単な説明

0043

図1本発明の伝動装置の好適な実施例を備えた駆動システムを示す概略図。
図2図1に示した伝動装置の各要素を概略示す分解斜視図。
図3図1に示した伝動装置の各要素の詳しい構成を示す分解斜視図。
図4図2に示した伝動装置における入力側回転体と出力側回転体および固定体の磁性体板との力関係を示す図。
図5図2に示した伝動装置における入力側回転体と出力側回転体および固定体の磁性体板との力関係を示す図。
図6図2に示した伝動装置における入力側回転体と出力側回転体および固定体の磁性体板との力関係を示す図。
図7図2に示した伝動装置における入力側回転体と出力側回転体および固定体の磁性体板との力関係を示す図。
図8図2に示した伝動装置における入力側回転体と出力側回転体および固定体の磁性体板との力関係を示す図。
図9図2に示した伝動装置における入力側回転体と出力側回転体および固定体の磁性体板との力関係を示す図。
図10図2に示した入力側回転体を示す平面図。
図11図2に示した出力側回転体を示す平面図。
図12図2に示した固定体を示す平面図。
図13図2に示した伝動装置における当初の状態を示す平面図。
図14図2に示した伝動装置において入力側回転体が外力により少し反時計方向に回転した状態を示す図。
図15図2に示した伝動装置において入力側回転体がさらに反時計方向に回転した状態を示す図。
図16図2に示した伝動装置において入力側回転体がさらに反時計方向に回転した状態を示す図。
図17図2に示した伝動装置において入力側回転体がさらに反時計方向に回転した状態を示す図。
図18図2に示した伝動装置において入力側回転体がさらに反時計方向に回転した状態を示す図。
図19図2に示した伝動装置において入力側回転体が次の当初の位置にまで回転した状態を示す図。

--

0044

10入力側回転体
12固定体
14出力側回転体
16、18永久磁石
30、32、34、36、38、40 永久磁石
70、72、74、76 磁性体板

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