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青山学院大学 (神奈川県相模原市中央区淵野辺)

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特表2023-524924磁気駆動モータアセンブリおよび関連する使用方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-14

(54)【発明の名称】磁気駆動モータアセンブリおよび関連する使用方法

(51)【国際特許分類】

F16H 21/24 20060101AFI20230607BHJP

F16H 21/20 20060101ALI20230607BHJP

F16H 33/02 20060101ALI20230607BHJP

B06B 1/04 20060101ALN20230607BHJP

【ＦＩ】

F16H21/24

F16H21/20 C

F16H33/02 A

B06B1/04

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022549430

(86)(22)【出願日】2021-02-17

(85)【翻訳文提出日】2022-10-11

(86)【国際出願番号】 US2021018362

(87)【国際公開番号】W WO2021167969

(87)【国際公開日】2021-08-26

(31)【優先権主張番号】62/977,568

(32)【優先日】2020-02-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】513049815

【氏名又は名称】マグナモーター，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001335

【氏名又は名称】弁理士法人武政国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヘリン，ロバート

(72)【発明者】

【氏名】カント，ショーンアール

【テーマコード（参考）】

3J062

5D107

【Ｆターム（参考）】

3J062AB29

3J062AB32

3J062AC07

3J062BA31

3J062CB06

3J062CB14

3J062CB22

3J062CB43

5D107CC09

5D107DD04

(57)【要約】

複数の回転可能な永久磁石のための所望の滞留時間を確立するための凹状トラックを有する入力カム、および直線運動エネルギーの利用を最大化し、利用されたエネルギーを回転出力に印加するための凹状トラックを有する出力カムが、磁気伝達の効率を改善するために提供される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気駆動トレーンの複数の回転可能な永久磁石の滞留時間を確立するためのカムシャフト装置であって、
前記カムシャフト装置は、
入力カムであって、クランクアームのカムローラに係合する凹状トラックと、当該入力カムを往復運動シャフトに取り付けるための１または複数の支持体とを有する入力カムを備え、
前記往復運動シャフトは、前記クランクアームの回転に応答して複数の回転可能な永久磁石を回転させ、複数の固定永久磁石を有するシャトルの往復運動ストロークをもたらし、
前記入力カムの前記凹状トラックは、前記シャトルの前記往復運動ストローク中に前記複数の回転可能な永久磁石の滞留時間を確立するように寸法決めされている、カムシャフト装置。

【請求項2】

前記入力カムの前記凹状トラックによって確立される前記滞留時間は、前記シャトルがその往復運動ストロークを完了するのに十分である、請求項１に記載のカムシャフト装置。

【請求項3】

前記入力カムの前記凹状トラックによって確立される前記滞留時間は、前記シャトルの前記往復運動ストローク中において、前記複数の回転可能な永久磁石と、前記シャトルの前記複数の固定永久磁石との間に、最大に磁気が作用するように整列した状態を提供する、請求項１に記載のカムシャフト装置。

【請求項4】

前記複数の回転可能な永久磁石は、前記クランクアームの回転中に１８０°の回転をする、請求項１に記載のカムシャフト装置。

【請求項5】

前記複数の回転可能な永久磁石の前記回転の速度は正弦波であり、前記入力カムの前記凹状トラックは、前記凹状トラックの９０°および２７０°の位置において前記カムローラによる移動を最小とする動作を提供する、請求項１に記載のカムシャフト装置。

【請求項6】

前記凹状トラックの０°および１８０°の位置における幅は、前記カムローラの直径に実質的に等しく、前記凹状トラックの９０°および２７０°の位置における幅は、前記クランクアームの回転の動きに実質的に等しい、請求項１に記載のカムシャフト装置。

【請求項7】

前記クランクアームに連結されたクランクシャフトと、
前記クランクアームの前記回転を提供するために前記クランクシャフトに連結された連続駆動モータと
、をさらに備える、請求項１に記載のカムシャフト装置。

【請求項8】

前記凹状トラックの９０°および２７０°の位置における幅は、前記クランクアームに連結されたクランクシャフトの中心から前記カムローラの外径までの距離に実質的に等しい、請求項５に記載のカムシャフト装置。

【請求項9】

往復運動入力を回転出力に変換するためのカムシャフト装置であって、
前記カムシャフト装置は、
往復運動シャフトのカムローラに係合する凹状トラックを有する出力カムであって、前記往復運動シャフトによって生成される力が、当該往復運動シャフトの往復運動ストローク中に変動する、出力カムを備え、
前記出力カムの前記凹状トラックは、前記往復運動ストローク中に前記往復運動シャフトによって生成される前記力の前記変動を低減するように寸法決めされている、カムシャフト装置。

【請求項10】

前記出力カムの前記凹状トラックは、前記往復運動シャフトの前記往復運動ストロークによって生成されるエネルギーの回転出力への変換を最大にするように寸法決めされている、請求項９に記載のカムシャフト装置。

【請求項11】

前記出力カムの前記凹状トラックは、一定の正の加速度部分と、一定の速度部分と、一定の負の加速度部分とを提供するように寸法決めされている、請求項９に記載のカムシャフト装置。

【請求項12】

前記出力カムの前記凹状トラックにおける前記一定の正の加速度部分は、前記凹状トラックの約２０％を構成する、請求項１１に記載のカムシャフト装置。

【請求項13】

前記出力カムの前記凹状トラックにおける前記一定の速度部分は、前記凹状トラックの約５０％を構成する、請求項１１に記載のカムシャフト装置。

【請求項14】

前記出力カムの前記凹状トラックにおける前記一定の負の加速度部分は、前記凹状トラックの約３０％を構成する、請求項１１に記載のカムシャフト装置。

【請求項15】

前記往復運動シャフトに連結されたシャトルをさらに備え、
前記シャトルは、複数の固定永久磁石を有し、
前記複数の固定永久磁石は、複数の回転可能な永久磁石の回転が当該複数の固定永久磁石に交互の反発力および引力を生じさせることによって前記往復運動シャフトの前記往復運動ストロークをもたらすように配置されている、請求項９に記載のカムシャフト装置。

【請求項16】

前記出力カムに連結された出力シャフトであって、前記出力カムが、前記往復運動シャフトの前記往復運動ストロークに応答して前記出力シャフトを回転させる、前記出力シャフトと、
前記出力シャフトに連結されたフライホイールと
、をさらに備える、請求項９に記載のカムシャフト装置。

【請求項17】

複数の回転可能な永久磁石であって、前記回転可能な永久磁石の各々が平面内に並べられたＮ極および反対のＳ極を有する、複数の回転可能な永久磁石と、
複数の第１回転シャフトであって、前記複数の回転可能な永久磁石の各々が当該複数の第１回転シャフトのそれぞれによって、前記平面内で、前記反対の磁極間の軸を中心として回転可能である、複数の第１回転シャフトと、
前記複数の第１回転シャフトに連結された第１往復運動シャフトと、
シャトルに固定された複数の固定永久磁石を有するシャトルであって、前記複数の回転可能な永久磁石の回転が前記複数の固定永久磁石に交互の反発力および引力を生じさせることによって前記軸に平行な前記シャトルの往復運動ストロークをもたらすように前記複数の固定永久磁石が配置されている、シャトルと、
第１の端部に配置されたカムローラを有するクランクアームと、
前記第１往復運動シャフトに連結された入力カムであって、当該入力カムは、前記クランクアームの前記カムローラに係合する凹状トラックを有し、前記クランクアームの回転は、前記軸に垂直な前記第１往復運動シャフトの往復運動ストロークをもたらすとともに、前記軸に平行な前記シャトルの対応する前記往復運動ストロークとをもたらし、前記凹状トラックは、前記第１往復運動シャフトの前記往復運動ストローク中に滞留時間を確立するように寸法決めされている、入力カムと、
前記シャトルに連結された第２往復運動シャフトであって、カムローラを有する第２往復運動シャフトと、
前記第２往復運動シャフトの前記カムローラに係合する凹状トラックを有する出力カムであって、前記往復運動シャフトによって生成される力が、前記往復運動シャフトの往復運動ストローク中に変動し、前記出力カムの前記凹状トラックが、前記第２往復運動シャフトの前記往復運動ストローク中に当該往復運動シャフトによって生成される前記力の前記変動を低減するように寸法決めされている、出力カムと
、を備えている磁気駆動トレーン装置。

【請求項18】

前記クランクアームに連結されたクランクシャフトと、前記クランクアームの前記回転を提供するために前記クランクシャフトに連結された連続駆動モータとをさらに備える、請求項１７に記載のカムシャフト装置。

【請求項19】

前記入力カムの前記凹状トラックによって確立される前記滞留時間は、前記シャトルがその往復運動ストロークを完了できるのに十分な時間である、請求項１７に記載のカムシャフト装置。

【請求項20】

前記出力カムの前記凹状トラックが、一定の正の加速度部分と、一定の速度部分と、一定の負の加速度部分とを提供するように寸法決めされている、請求項１７に記載のカムシャフト装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年２月１７日に出願された「磁気駆動モータアセンブリおよび関連する使用方法」と題する現在係属中の米国仮特許出願第６２／９７７５６８号の優先権を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

磁気駆動モータは、回転する一組の磁石が、対向する磁石によって生成される引力および反発力の影響を受ける技術分野で知られている。当技術分野で知られている１つの磁気駆動モータでは、永久磁石は、対向するＮ極とＳ極との間に延びる軸を中心に回転する。回転する永久磁石の磁場は、固定永久磁石を反発または吸引させる目的で磁気シャトルに支持された永久磁石の磁場と相互作用し、それにより、回転する永久磁石の回転運動に応答して磁気シャトルの直線往復運動移動を提供する。

【0003】

直線運動を回転運動に変換したり、代替的に回転運動を直線運動に変換するために運動方向を利用することが当技術分野で知られているが、これらの変換には固有の非効率性が存在する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、当技術分野において必要とされることは、動力源の効率を改善させるとともにそのようなモータからの出力を向上させるための、既知の磁気モータの動作を向上させる改良されたシステムおよび方法である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

種々の実施形態において、本発明は、負荷に動力を供給するために経済的かつ効率的に動作する磁気変速機を提供する。種々の実施形態は、回転運動を往復運動に変換するための入力カムシャフト装置、および往復運動を回転運動に変換するための出力カムシャフト装置を提供する。

【0006】

回転運動の往復運動への効率的な変換を提供するための一実施形態では、磁気駆動トレーンの複数の回転可能な永久磁石の滞留時間を確立するためのカムシャフト装置が提供される。この実施形態では、カムシャフト装置は、クランクアームのカムローラに係合する凹状トラックを有する入力カムであって、当該入力カムを往復運動シャフトに取り付けるための１または複数の支持体をさらに有する入力カムを備える。往復運動シャフトは、クランクアームの回転に応答して複数の回転可能な永久磁石を回転させ、それによって複数の固定永久磁石を有するシャトルの往復運動ストロークをもたらす。動作時、シャトルの往復運動ストローク中に複数の回転可能な永久磁石の所望の滞留時間を確立するよう、入力カムの凹状トラックが寸法決めされる。

【0007】

特に、入力カムの凹状トラックによって確立される滞留時間は、シャトルがその往復運動ストロークを完了できるのに十分な時間である。入力カムの凹状トラックの寸法は、シャトルの往復運動ストローク中にシャトルの複数の回転可能な永久磁石と複数の固定永久磁石との間に最大に磁気が作用するように整列した状態とすることを効果的に提供する。

【0008】

特定の実施形態では、０°および１８０°の位置における入力カムの凹状トラックの幅は、カムローラの直径に実質的に等しい。また、９０°および２７０°の位置における入力カムの凹状トラックの幅は、クランクアームの回転の動きに実質的に等しい。

【0009】

適切な寸法の凹状トラックを有する入力カムを利用することにより、クランクアームに連結されたクランクシャフトを回転させるために連続駆動モータを使用することができ、それにより、往復運動シャフトおよびシャトル運動のタイミングを制御するためにサーボモータを利用する必要がなくなる。

【0010】

往復運動の回転運動への効率的な変換を提供するための別の実施形態では、往復運動入力を回転出力に変換するためのカムシャフト装置が提供される。カムシャフト装置は、往復運動シャフトのカムローラに係合する凹状トラックを有する出力カムを含む。この実施形態では、往復運動シャフトによって生成される力は、往復運動シャフトの往復運動ストローク中に変動し、出力カムの凹状トラックは、往復運動ストローク中に往復運動シャフトによって生成される力の変動を低減するように寸法決めされる。一般的に、出力カムの凹状トラックは、往復運動シャフトの往復運動ストロークによって生成されるエネルギーの回転出力への変換を最大にするように寸法決めされる。

【0011】

特定の実施形態では、出力カムの凹状トラックは、往復運動ストロークによって生成されたエネルギーの回転出力への変換を最大にするために、一定の正の加速度部分と、一定の速度部分と、一定の負の加速度部分とを提供するように寸法決めされる。より具体的には、出力カムの凹状トラックにおける一定の正の加速度部分は、凹状トラックの約２０％を構成し、出力カムの凹状トラックにおける一定の速度部分は、凹状トラックの約５０％を構成し、出力カムの凹状トラックにおける一定の負の加速度部分は、凹状トラックの約３０％を構成する。

【0012】

別の実施形態では、本発明は、複数の回転可能な永久磁石と複数の第１回転シャフトとを含む磁気駆動トレーン装置を提供し、回転可能な永久磁石の各々は、平面内に並べられたＮ極および反対のＳ極を有し、複数の回転可能な永久磁石の各々は、前記平面内で反対の磁極間の軸を中心として、複数の第１回転シャフトのそれぞれ１つによって回転可能である。磁気駆動トレーンは、複数の第１回転シャフトに連結された第１往復運動シャフトと、シャトルに固定された複数の固定永久磁石を有し、複数の回転可能な永久磁石の回転が複数の固定永久磁石に交互の反発力および引力を生じさせることによって前記軸に平行なシャトルの往復運動ストロークをもたらすように配置されたシャトルと、クランクアームの第１の端部に配置されたカムローラを有するクランクアームとをさらに含む。回転運動の往復運動への効率的な変換を提供するために、磁気駆動トレーンは、第１往復運動シャフトに連結された入力カムをさらに含み、入力カムは、クランクアームのカムローラに係合する凹状トラックを有し、クランクアームの回転は、前記軸に垂直な第１往復運動シャフトの往復運動ストロークをもたらすとともに、前記軸に平行なシャトルの対応する往復運動ストロークをもたらし、凹状トラックは、第１往復運動シャフトの往復運動ストローク中に滞留時間を確立するように寸法決めされる。磁気駆動トレーンは、シャトルに連結された第２往復運動シャフトをさらに含み、第２往復運動シャフトはカムローラを有する。往復運動の回転運動への効率的な変換を提供するために、磁気駆動トレーンは、第２の往復運動シャフトのカムローラに係合する凹状トラックを有する出力カムをさらに含み、往復運動シャフトによって生成される力は、往復運動シャフトの往復運動ストローク中に変動し、出力カムの凹状トラックは、第２往復運動シャフトの往復運動ストローク中に往復運動シャフトによって生成される力の変動を低減するように寸法決めされる。

【0013】

本発明の種々の実施形態においては、動力源の効率を改善するとともに、既知のモータからの出力を向上させることを目的として、既知の磁気モータの動作を向上させる入力カムおよび出力カムを提供する。

【0014】

本発明をより完全に理解するために、添付の図面に関連して以下の詳細な説明を参照すべきである。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る所望の滞留時間を提供するための入力カムを備える駆動トレーンを示す図である。

【図2】図１に示した駆動トレーンの代替図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る磁気直線シャトルと組み合わせて所望の滞留時間を提供するための入力カムを備える駆動トレーンを示す図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る入力カムの凹状トラックの詳細図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る入力カムのカム、カムローラ、クランクアームおよびクランクシャフトの詳細図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る直線磁気シャトルからエネルギーを採取するための出力カムを備える駆動トレーンを示す図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る直線磁気シャトルからエネルギーを採取するための出力バレルカムを備える駆動トレーンを示す図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る出力カムおよび移動機構の詳細図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る出力カムの凹状トラックの詳細図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明をより完全に説明する。しかしながら、図示された実施形態は限定を意図するものではなく、本開示が詳細かつ完全であるとともに、当業者によって理解されるように本発明の範囲を完全に伝えるために提供される。同様の番号は、図面および添付の詳細な説明を通じて同様の要素を指す。

【0017】

種々の実施形態において、本発明は、効率的な駆動トレーンにおいて往復磁気駆動運動と回転磁気駆動運動との間で変換を行うための入力および出力カムシャフト装置を提供する。

【0018】

第１の実施形態は、効率的な駆動トレーンの回転運動を駆動するための入力カムの改良を提供する。図１に示すように、本発明の一実施形態では、運動変換のための磁気変速機は、往復運動シャフト１０６に連結された複数の回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０を備える改良された駆動トレーンを含む。本実施形態は、複数の回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０の配置および滞留時間を制御するための入力カム１００を含むカムシャフト装置をさらに含む。回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０の各々は、Ｎ極および反対のＳ極を含み、共通軸を中心に回転可能である。回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０は、連続駆動モータ１２０によって駆動される入力カム１００、クランクアーム１０１、およびカムローラ１０２を用い、共通軸を中心に回転する。電気モータ１２０は、出力シャフト１２３に連結され、当該出力シャフト１２３は、直線シャフト１０６を用いて回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０を移動させるためにクランクアーム１０１に連結される。連続駆動モータ１２０の毎分回転数（ｒｐｍ）は、歯車減速機１２２を使用して減少させることができる。トルクトランスデューサ１２１は、試験中に入力トルクを測定するために使用される。クランクアーム１０１のカムローラ１０２は、入力カム１００が備える凹状トラック１２５内に配置される。凹状トラック１２５は、シャトル（この図には示されていない）の往復運動ストローク中に複数の回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０の滞留時間を確立するように寸法決めされている。

【0019】

動作時、連続駆動モータ１２０が出力シャフト１２３を用いてクランクアーム１０１を駆動すると、カムローラ１０２は、入力カム１００が備える凹状トラック１２５に沿って追従し、それによって、直線シャフト１０６が直線往復運動し、その結果、回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０は、直線シャフト１０６の移動に伴って１８０°回転し、次いで１８０°反転する。

【0020】

磁気変速機の追加の図を図２に示す。図２は、直線シャフト１０６の往復運動および回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０の対応する回転に作用するよう、クランクアーム１０１に連結されて電気モータ１２０によって駆動される出力シャフト１３０をより明確に図示する。図２に示すように、回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０の回転移動は、ギアラック１０６に係合するギア１３５を用い、第１および第２の回転可能な永久磁石１２４，１２８を第１の共通軸１４０の周りに回転させ、第３および第４の回転可能な永久磁石１２６，１３０を第２の共通軸１４１の周りに回転させることで達成される。

【0021】

図３は、第１の共通軸１４０および第２の共通軸１４１にほぼ平行な直線往復運動移動に制限された磁気シャトル１５０をさらに含む磁気駆動システムを示す。磁気シャトル１５０には、複数の固定永久磁石１７４，１７６，１７８，１８０が固定されている。この実施形態では、第１の固定永久磁石１７４は、第１の回転可能な永久磁石１２４に対向して配置され、第２の固定永久磁石１７６は、第２の回転可能な永久磁石１２６に対向して配置され、第３の固定永久磁石１７８は、第３の回転可能な永久磁石１２８に対向して配置され、第４の固定永久磁石１８０は、第４の回転可能な永久磁石１３０に対向して配置される。図示のように、第１および第２の固定永久磁石１７４，１７６と第３および第４の固定永久磁石１７８，１８０は、磁気シャトル１５０の対向する第１および第２の側面に固定されている。加えて、固定永久磁石１７４，１７６，１７８，１８０の各々は、Ｎ極およびＳ極を有する。これらの磁石は、回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０の回転が磁気シャトル１５０の固定永久磁石１７４，１７６，１７８，１８０の反発力および引力と一致して、磁気シャトル１５０の往復運動移動をもたらすように配置される。動作時、電気モータ１２０は、回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０を回転させ、これは、固定永久磁石１７４，１７６，１７８，１８０の直線運動移動および磁気シャトル１５０の往復運動移動に作用する。

【0022】

図１～図３に示す例示的な実施形態は、ある決められた数の回転可能な永久磁石および固定永久磁石を示しているが、これに限定されるものではなく、任意の数の磁石が本発明の範囲内にある。加えて、本実施形態は電気モータについて説明したが、本発明から逸脱することなく、磁石の回転を駆動するための他の周知の手段を採用することができることがよく理解される。

【0023】

回転から直線（往復）へ伝達されるエネルギーの量を最大にするために、回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０を１８０°回転させたときに、滞留時間は、磁気シャトル１５０がその往復運動ストロークを完了できるのに十分な時間であることが望ましい。磁気シャトル１５０がそのストロークを完了するときに回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０を一定の位置に保持するために、断続的な駆動装置、またはサーボモータを利用することが当技術分野で知られているが、断続的な駆動装置は、連続的な駆動モータよりも高価かつ複雑であるので、その使用は望ましくない。

【0024】

断続的な駆動装置またはサーボモータの使用の必要性を克服するために、本実施形態では、入力カム１００によって滞留時間を提供し、それによって、回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０に対して連続的な入力回転を供給する標準ＡＣモータ１２０の使用を可能にする。適切な寸法の凹状トラック１２５を有する入力カム１００と連続駆動モータ１２０の使用は、必要とするエネルギーを少なくするとともに、磁気駆動アセンブリのコストを低減する。

【0025】

図４を参照すると、入力カム１００の凹状トラック１２５の形状は、連続モータ１２０で駆動されたときの回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０の滞留時間を確立する。入力カム１００の脚部１６５，１６７は、回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０を回転させる直線シャフト１０６に取り付けられるように構成される。凹状トラック１２５の設計は、磁気シャトル１５０のストロークの終点で移動を最小とする正弦波の動作を提供し、それによって伝達されるエネルギーを最大にするために必要な滞留時間を提供する。特定の滞留時間は、入力カム１００の凹状トラック１２５の物理的な形状によって制御できる。

【0026】

入力カム１００の凹状トラック１２５の寸法を決定する際には、滞留時間が磁気シャトル１５０の移動時間と一致すべきであるため、磁気シャトル１５０の荷重および速度を考慮しなければならない。より重要なことは、凹状トラック１２５によって確立される滞留時間は、磁気シャトル１５０がそのストロークにおいて移動する際に、回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０と固定永久磁石１７４，１７６，１７８，１８０との間で最大に磁気が作用するように整列した状態とすることを可能にするのに十分であるべきである。一般に、凹状トラック１２５の寸法は、特定の用途に基づいて変化し得る。特に、凹状トラック１２５は、必要な滞留時間を確立する部分４２５を有するように寸法決めされる。

【0027】

特定の実施形態では、入力カム１００によって提供される滞留時間は、９０°位置４００および２７０°位置４１５における凹状トラック１２５の幅４０５を、クランクアーム１０１の回転の動きに合わせることによって実現できる。図４に示すように、０°位置４００および１８０°位置４１０における入力カム１００の凹状トラック１２５の幅は、カムローラ１０２の直径と実質的に等しく、９０° ４０５および２７０°位置４１５における凹状トラック１２５の幅は、クランクアーム１０１の回転の動きと実質的に等しい。

【0028】

図５は、本発明のカムシャフト１２３、カムアーム１０１およびカムローラ１０２のより詳細な図を示す。図５に示すように、カムシャフト１２３は、歯車減速機１２２からの出力によって駆動される。カムローラ１０２は、図１～図４を参照して前述したように、入力カム１００の凹状トラック１２５内に配置される。クランクアーム１０１の回転の動きは、クランクアーム１０１の中心からカムローラ１０２の外径までの距離５００として決定される。加えて、カムの回転により届く距離は、カムアーム１０１の移動距離であり、これは、クランクシャフト１０２の中心からクランクアーム１０１上のカムローラ１０２の中心までの距離５０５の２倍である。

【0029】

したがって、図１～図５に示すように、１つの実施形態において、本発明は、入力カム１００および連続駆動モータ１２０を使用し、回転可能な永久磁石１２４，１２６，１２８，１３０の回転運動を磁気シャトル１５０の往復運動に変換するときに最大量のエネルギーを採取する、改良された磁気駆動トレーンを提供する。

【0030】

第２の実施形態では、磁気シャトル１５０の往復直線運動を回転運動に変換し直すことができる。図６に示すように、２つの出力カム２００，２０５は、シャトル取付ブラケット２１０，２１５を用いて磁気シャトル１５０に連結される。特に、シャトル取付ブラケット２１０，２１５は、図３に示すようなシャトルブラケット１５０の一方の側で磁気シャトル１５０に取り付けられる。動作時、カム２００，２０５は、磁気駆動直線シャトル１５０からエネルギーを採取するために使用される。

【0031】

図６に示すように、出力シャフト２４０は、２つの出力カム２００，２０５の回転運動により駆動される。磁気シャトル１５０の移動は、２つの出力カム２００，２０５の各々にそれぞれ連結された直線入力シャフト２２０、２２２の直線移動を生じさせる。直線入力シャフト２２０，２２２は、それぞれ、対応する各出力カム２００，２０５における各凹状トラック２３０，２３２に配置されるカムローラ２２５，２２７を含む。出力カム２００，２０５の凹状トラック２３０，２３２の寸法は、出力シャフト２４０の動きを制御する。

【0032】

出力カム２００，２０５によって提供される凹状トラック２３０，２３２の形状の目的は、第１の実施形態を参照して前述したように、磁気シャトル１５０の永久磁石と回転可能な永久磁石との間の相互作用によって動力が供給される磁気シャトル１５０の直線運動のエネルギーの効率的な捕捉を可能にすることである。磁気シャトル１５０などの直線運動磁気システムの力曲線は、その経路を移動する際に磁気ギャップの影響を受ける。用途のために所望される出力は変化し、出力カム２００，２０５の凹状トラック２３０，２３２の設計は、出力される力および速度の変更を可能にする。したがって、機械システムの慣性、速度および磁力は、出力カム２００，２０５の凹状トラック２３０，２３２の形状によって制御できる。

【0033】

図６に示す実施形態では、出力シャフト２４０は、直線シャフト２２０，２２２の動きに対して垂直である。しかしながら、図７に示すように、直線シャフト２２０，２２２の軸の直線運動と同じ平面になるように向きを変更することが望ましい場合がある。図７に示す構成を実現するために、バレル型出力カム２７０、２７２を多軸で使用してもよい。この実施形態では、バレルカム２７０，２７２は出力シャフト２４０を回転させ、バレルカム２７０，２７２の各々は、駆動ギア２５５，２５７、軸回転ギア２５０，２５２、固定磁石２６０，２６２、および回転磁石２６５，２６７の組み合わせによって駆動される。図６に示す実施形態のように、図７の実施形態のカムローラ２９０，２９２は、バレル出力カム２７０、２７２の凹状トラックに沿ってトレースし、所望の速度出力を提供する。

【0034】

図７の出力カム２００の一方のカム、カムローラ、および直線シャフト２２０の関係は、図８により明確に示されている。図８に示すように、出力シャフト２４０は出力カム２００によって駆動され、出力カム２００の回転運動は、出力カム２００の凹状トラック２３０に沿って移動する直線シャフト２２０のカムローラ２３５によって提供される。

【0035】

図９は、出力カム２００の凹状トラック２３０の一例示的な形状を追加的に示す。本発明では、出力カム２００，２０５の凹状トラック２３０，２３２は、磁気シャトル１５０のエネルギーを捕捉し、それを回転運動に伝達するように寸法決めされる。シャトルの移動は磁力によって引き起こされ、そのストローク中の力曲線は「Ｕ」字形である。この結果として生じる力曲線は、磁気システムに固有のものであり、力がピークに達して過負荷となるストロークの終点において機械的故障をもたらす可能性がある。上述したように、出力カム２００，２０５を使用しない場合、結果として生じる力曲線は平坦ではなく、その代わりに磁気シャトル１５０のストロークの中心付近でその最低レベルとなり、ストロークの終点でそのピークレベルになる。これは理想的ではなく、磁気シャトル１５０の移動から一定の力曲線が得られることが望ましい。本発明では、出力の力曲線が一定となるのを助けるために、出力カム２００，２０５が導入されている。

【0036】

図９に示す出力カム２００の凹状トラック２３０の寸法は、一定の負の加速領域３００、一定の正の加速領域３０５、および一定の速度領域３１０を含む。凹状トラック２３０の負の加速領域３００は、負荷がストロークの終点に近づくにつれてシャトル速度を遅くできるように速度を変化させる必要がある。したがって、移動負荷の慣性は、ストロークの終点における凹状トラックの傾斜の設計の一部となる。加えて、ストロークの中心は磁力が最小であり、カムの凹状トラックの傾斜は、トラックのこの領域において一定の速度であることが望ましい。特定の実施形態では、磁石を回転させる入力動作を１８０°と仮定すると、出力カム２００，２０５の凹状トラックが、磁気駆動比率（ストローク当たりの角度）を決定する。

【0037】

図８および図９に示す凹状トラックは、これらの所望の条件を例示するものである。加えて、出力カム２００，２０５は、次のストロークのために磁石を回転させるから、磁気シャトル１５０がストロークの終点からドリフトするのを防ぐ。この重要性は、磁気シャトル１５０の全ストロークの有効性を最大にすることである。一般に、出力カムの凹状トラックにおける突出部分の形状は、磁気シャトルのストロークと共に、用途と磁石のサイズに基づいて決定される変数である。

【0038】

例示的な実施形態に示すような出力カム２００，２０５は、シャトルストロークの最初の２０％に対して一定の加速度を提供し、次の５０％を通じて一定の速度を提供し、残りの３０％に対して一定の負の加速度を提供する。しかしながら、これらのパラメータは、シャトルエネルギーを最大限に利用し、その利用するエネルギーを回転出力に適用するという同じ結果を提供しながら、用途に応じて変更することができる。

【0039】

本発明では、出力カムは、一定の力曲線を提供し、往復運動ストロークの終点において速度を変化させるために使用される。往復運動ストロークの終点は力曲線のピークであり、このことは、負荷に変化がなければ速度を増加させる。好ましい出力運動を提供するよう凹状トラックを形成する多くのカム設計とは対照的に、本発明では、カムの凹状トラックは、出力される力および入力速度を制御するように形成される。

【0040】

さらに、図７または図８に示す実施形態のいずれかにおいては、エネルギーを蓄積するためにフライホイール負荷を追加することによって、直線ストロークでの最高のエネルギー部分における速度を低下させる。フライホイールの利用は、直線システムの信頼性および効率を向上させる。速度を低下させるエネルギーは、出力用にフライホイールに蓄積される。

【0041】

上記の利点、および上記の説明から明らかになる利点は、効率的に達成されることが分かる。本発明の範囲から逸脱することなく上記の構成に特定の変更を加えることは可能であるので、上記の説明に含まれる、または、添付の図面に示される全ての事項は、限定的な意味でなく、例示的なものとして解釈されるべきであることが意図される。

【0042】

以下の特許請求の範囲は、本明細書に記載された本発明の一般的および特定の特徴のすべて、および、言語の問題としてそれらの間に該当すると言える本発明の範囲のすべての記述を網羅することを意図していることも理解すべきである。以上、本発明について説明した。

【図1】