JPH03239848A - ぜんまい式回転力発生装置 - Google Patents

ぜんまい式回転力発生装置

Info

Publication number
JPH03239848A
JPH03239848A JP2036766A JP3676690A JPH03239848A JP H03239848 A JPH03239848 A JP H03239848A JP 2036766 A JP2036766 A JP 2036766A JP 3676690 A JP3676690 A JP 3676690A JP H03239848 A JPH03239848 A JP H03239848A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotational force
casing
memory alloy
shape memory
fixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2036766A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH07109234B2 (ja
Inventor
Makoto Tanaka
誠 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP2036766A priority Critical patent/JPH07109234B2/ja
Priority to US07/654,780 priority patent/US5086618A/en
Publication of JPH03239848A publication Critical patent/JPH03239848A/ja
Publication of JPH07109234B2 publication Critical patent/JPH07109234B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/061Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
    • F03G7/0614Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using shape memory elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/061Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
    • F03G7/0614Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using shape memory elements
    • F03G7/06145Springs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/062Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the activation arrangement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/063Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the mechanic interaction
    • F03G7/0633Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the mechanic interaction performing a rotary movement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換し、
あるいは蓄エネルギー手段として利用できるぜんまい式
回転力発生装置に関するものである。
[従来の技術] 100°C以下の低品位の熱エネルギーは、簡易に回転
等の機械的エネルギーに変換することができず、その有
効利用が望まれている。
一方、ぜんまい式時計、ぜんまいを用いた玩具等では、
ぜんまい、即ち弾性を有する金属を巻いて、その開放力
により動力を得ているが、このような手段によって回転
エネルギーを発生させる場合には、それを予め回転力と
して与えて蓄積しておく必要があり、単に機械的エネル
ギーの一時的な蓄積に過ぎないものである。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の技術的課題は、100’C以下の低品位の熱エ
イ、ルギーから簡単な手段によって比較的大きな回転エ
ネルギーが得られるようにした回転力発生装置を得るこ
とにある。
[課題を解決するための手段1 上記課題を解決するための本発明のぜんまい式回転力発
生装置は、ケーシングに中心軸を回転自在に保持させ、
ぜんまい状に多重に巻いた形状記憶合金の内端を上記中
心軸に固定すると共に、外端を上記ケーシングに固定す
ることにより構成される。
また、上記構成の回転力発生ユニットの複数を回転輪の
周辺にそれぞれの中心軸によって取付け、この回転輪は
、一半を上記形状記憶合金の変態点温度以上の高温−域
に、地平を上記変態点温度よりも低温の低温域に置き5
上記高温域には、変形した形状記・世合金の復帰力でケ
ーシングを固定輪上において転動させることにより、回
転輪に対して回転力を作用させるための手段を、上記低
温域には、形状記憶合金に上記変形を与えるための手段
を設けることができる。
[作 用] ぜんまい状に多重に巻いた形状記憶合金を、低温(変態
点温度以下)において、記憶形状とは異なる曲率に変形
(巻き付けまたは巻き戻し)させておき、これを変態点
温度以上に加熱すると、合金が記憶形状に復帰しようと
して、回転力を発生する。この場合に、形状記憶合金を
ぜんまい状に多重に巻いているので、上記加熱により直
接比較的大きな回転力を得ることができる。
また、上記構成を有する回転力発生ユニットの複数を回
転輪の周辺に取付け、その回転輪の一半を形状記憶合金
の変態点温度以上の高温域に、地平をその温度よりも低
温の低温域に置くと、高温域においては、変形した形状
記憶合金の復帰力でケーシングが固定輪を転動するため
、回転輪に対して回転力が与えられ、また低温域では、
形状記・□合金に上記変形が与えられ、これを繰返すこ
とにより、結果的には回転輪が連続的に回転することに
なり、その回転軸によって出力回転を得ることができる
[実施例コ 第1図は、本発明に係るぜんまい式回転力発生装置の基
本的構成を示している。
この回転力発生装置は、ケーシング1に中心軸2を回転
自在に保持させ、ぜんまい状に多重に巻いた形状記憶合
金3の内端を上記中心軸2に固定し、外端を上記ケーシ
ングlに固定している。
上記形状記憶合金3には、例えば、外側のケーシング1
に内接する程度の曲率の記憶形状が与えられる。この場
合には、その合金3を変態点温度以下で中心軸2の周り
に巻きつけておくと、それに変態点以上の温度を与えた
ときに、合金3に記憶形状への復帰力が作用するため、
この復帰力により、ケーシング1を固定した場合には中
心軸2を、また中心軸2を固定した場合にはケーシング
1を回転させることができる。
また、上記とは逆に、形状記憶合金3に中心軸2に対し
て強く巻き付ける程度の曲率の記憶形状を与えておくこ
ともでき、この場合には、合金3を変態点温度以下でケ
ーシングlに内接する程度に巻き戻しておくと、それに
変態点以上の温度を与えたときに、合金3の記憶形状へ
の復帰力で中心軸2またはケーシングlを回転させるこ
とができる。
上述した作用によって回転力を発生させるに際し、形状
記憶合金3は加熱または冷却する必要があるが、その加
執、冷却には必要な温度に制御された流体を用いるのが
望ましく、そのためケーシンクーには流体を流通させる
疏通路を設けでおく必要がある。
なお、厚さ 02mm、幅8mm、長さ 6oomlT
lのニッケルチタン形状記憶合金を用い、実質的に第1
図と同じ構造の試作品を作って、回転運動実験を行った
ところ、300gcmのトルクを得ることができた(加
熱温度70°C)。
第2図及び第3図は、上述した構成を有するものを回転
力発生ユニットとし、その複数を利用して、定常的な連
続回転を得るようにした回転力発生装置の一例を示すも
のである。
この回転力発生装置においで用いる回転力発生ユニット
10は、第1図に示したものと実質的に同一であり、ぜ
んまい状に多重に巻いた形状記憶合金13の内端を中心
軸12に固定すると共に、外端をケーシング11に固定
しているが、そのケーシング11を円筒状に形成して、
周囲に歯車1.1. aを設けている。
かかる構成を有する回転力発生ユニットlOは。
その複数か回転輪15の周辺に取付けられる。上記回転
輪15は、高温域18を構成する高温液槽等の固定部分
に回転軸16を回転自在に支持させ、その回転軸16の
周囲に複数の腕17を突出させて、それらの腕17の先
端に回転力発生ユニットIOの中心軸12を回転自在に
取付けている。また、回転輪15に支持させた回転力発
生ユニット10の中心軸12上には、それぞれ小歯車1
9を固定している。
回転輪15は、その一半を上記形状記憶合金13の変態
1点源度以上に保持される高温域18中に置き、地平を
上記変態点温度よりも低温である大気中等の低温域20
中に置くようにして支持されるものざある。
上記高温域18には、回転軸16上に中心を配置した略
半円状の固定輪22を設けて、その周囲に設けた歯22
aを、高温1*18に位置する回転力発生ユニットlO
のケーシング11に設けた歯車ILaと噛合させている
。一方、上記低温域20には、同様に回転軸16上に中
心を有する略半円状の固定輪23を設け、その周囲に設
けた歯23aを、低温@20に位置する回転力発生ユニ
ット10の中心軸12に取付けた小歯車19と噛合させ
ている。
また、上記高温域18の固定輪22には、その周囲に沿
って断面り型の係合ガイド24を設け、回転力発生ユニ
ット10が高温域18中にある場合に、その中心軸12
上の小歯車19の側面に設けた複数のビン25のいずれ
かをこの保合ガイド24の内縁に係合させることにより
、小歯車19の回転、即ちその小歯車を取付けた中心軸
12の回転を抑止するようにしている。さらに、上記低
温域20の固定輪23には、同様にその周囲に沿って断
面り型の係合ガイド26を設け、回転力発生ユニットl
Oが低温域20中にある場合に、そのケーシング1】の
側面に設けた複数のビン27のいずれかをこの係合ガイ
ド26の内縁に係合させることにより、そのケーシング
11の回転を抑止するようにしている。
次に、上記構成を有する回転力発生装置の動作について
説明する。
先ず、高温域18においては、中心軸12上の小歯車1
9に設けた複数のビン25のいずれかが係合ガイド24
の内縁に係合し、それによって小歯車19を取付けた中
心軸12の回転が抑止されている。そのため、予め変形
が与えられた形状記憶合金13が高温域18による加熱
で記憶形状に復帰する際、その復帰力でケーシング11
が回転し、そのケーシング11の周囲に設けた歯車11
aが固定輪22上の歯22aに噛合してケーシング11
が固定輪22上を転動するため、回転輪15に対して回
転力が作用し、それが回転せしめられる。
一方、低温域20においては、ケーシング11に設けた
複数のビン27のいずれがが係合ガイド26の内縁に係
合し、それによってケーシング11の回転が抑止されて
いる。そのため、小歯車19が固定輪23上を転動して
中心軸12を回転させたとき1回転力発生ユニットlO
における形状記憶合金13にその回転に伴う変形が蓄積
される。この低4 @ 20は、形状記憶合金の変態点
温度よりも十分に低い温度に保持されているため、形状
記憶合金13は容易に塑性変形可能な状態にある。
このように、低温wL20において形状記憶合金13に
変形を与えると、それが高温tdlsに順次送られ、高
温域18において記憶形状に復帰する際に回転軸16に
回転が与えられ、これを繰り返すことによって、回転軸
16において連続的な回転が得られることになり、その
回転軸16を通して出力回転を得ることができる。
なお、上記実施例は、高温域18において中心軸12を
固定して、形状記憶合金13の復帰力で回転輪15を回
転させ、低温域20においてケーシング11を固定して
中心軸12の回転により形状記憶合金13に塑性変形を
与えるようにしていた構造の一例を示しているが、かか
る構造に限るものではなく、高温Fti l 8におい
て形状記憶合金13の復帰力でケーシング11を固定輪
22上において転動させることにより、回転輪15に対
して回転力を作用させ、低温域20においては形状記憶
合金13に上記変形を与えるようにした各種機構を採用
することができる。
また、上記実施例においては、高温域18中の固定輪2
2を回転力発生ユニットlOにおけるケーシング11に
設けた歯車11aと噛合させ、低温域20中の固定輪2
3を中心軸12上の小歯車19と噛合させているが、そ
れらの間において摩擦面相互の摩擦接触により回転を伝
導させることもできる。
[発明の効果] 以上に詳述した本発明の回転力発生ユニットによれば、
変態点温度以下において小さな力で変形した形状記憶合
金から、高温状態で回転エネルギーを直接的に取出すこ
とができ、熱エネルギーの機械的エネルギーへの変換ば
かりでなく、蓄エネルギー手段としても利用することが
できる。
また、ぜんまい状の形状記憶合金を用いることにより、
100℃以下の低品位の熱エネルギーから簡単な手段に
よって比較的大きな回転エネルギーを得ることができる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るぜんまい式回転力発生ユニットの
実施例の斜視図、第2図及び第3図は第1図の場合と同
様な回転力発生ユニットを利用した回転力発生装置の要
部測面図及び縦断面図である。 1、11・・ケーシング、  2.12・・中心軸、3
.13・・形状記憶合金、 lO・・回転力発生ユニット、 15・・回転輪、     18・・高温域、20・・
低温域、    22.23 ・・固定輪。 第 2 図 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ケーシングに中心軸を回転自在に保持させ、ぜんま
    い状に多重に巻いた形状記憶合金の内端を上記中心軸に
    固定すると共に、外端を上記ケーシングに固定したこと
    を特徴とするぜんまい式回転力発生装置。 2、ケーシングに中心軸を回転自在に保持させ、ぜんま
    い状に多重に巻いた形状記憶合金の内端を上記中心軸に
    固定すると共に、外端を上記ケーシングに固定し、かか
    る構成の回転力発生ユニットの複数を回転輪の周辺にそ
    れぞれの中心軸によって取付け、この回転輪は、一半を
    上記形状記憶合金の変態点温度以上の高温域に、他半を
    上記変態点温度よりも低温の低温域に置き、上記高温域
    には、変形した形状記憶合金の復帰力でケーシングを固
    定輪上において転動させることにより、回転輪に対して
    回転力を作用させるための手段を、上記低温域には、形
    状記憶合金に上記変形を与えるための手段を設けたこと
    を特徴とするぜんまい式回転力発生装置。
JP2036766A 1990-02-16 1990-02-16 ぜんまい式回転力発生装置 Expired - Lifetime JPH07109234B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2036766A JPH07109234B2 (ja) 1990-02-16 1990-02-16 ぜんまい式回転力発生装置
US07/654,780 US5086618A (en) 1990-02-16 1991-02-13 Torque generating device using shape memory alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2036766A JPH07109234B2 (ja) 1990-02-16 1990-02-16 ぜんまい式回転力発生装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03239848A true JPH03239848A (ja) 1991-10-25
JPH07109234B2 JPH07109234B2 (ja) 1995-11-22

Family

ID=12478883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2036766A Expired - Lifetime JPH07109234B2 (ja) 1990-02-16 1990-02-16 ぜんまい式回転力発生装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5086618A (ja)
JP (1) JPH07109234B2 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6129181A (en) * 1998-05-26 2000-10-10 Lockheed Corp Constant force spring actuator
US6006522A (en) * 1998-08-10 1999-12-28 Lockheed Martin Corporation Translational actuator
US6242841B1 (en) 2000-01-06 2001-06-05 Eastman Kodak Company Stepper motor with shaped memory alloy rotary-driver
US7104056B2 (en) * 2003-02-27 2006-09-12 University Of Washington Design of ferromagnetic shape memory alloy composites and actuators incorporating such materials
US8072302B2 (en) * 2003-02-27 2011-12-06 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Inchworm actuator based on shape memory alloy composite diaphragm
US20090074993A1 (en) * 2007-09-18 2009-03-19 Gm Global Technology Operations, Inc. Active material activated cover
WO2009059332A1 (en) * 2007-11-02 2009-05-07 University Of Washington Design of shape memory - shape memory polymer composites for reversible shape changes
DE102009043452B4 (de) * 2009-09-29 2015-07-09 Siemens Aktiengesellschaft Drehantrieb
US8857174B2 (en) * 2009-11-20 2014-10-14 GM Global Technology Operations LLC Vehicle energy harvesting device having discrete sections of shape memory alloy
US8793993B2 (en) * 2009-11-20 2014-08-05 GM Global Technology Operations LLC Energy harvesting system for a vehicle
US9003788B2 (en) * 2009-11-20 2015-04-14 GM Global Technology Operations LLC Vehicle energy harvesting device having a continuous loop of shape memory alloy
CN118907388B (zh) * 2024-08-13 2025-03-21 南京航空航天大学 基于形状记忆合金管的拮抗式翼尖折叠驱动机构及机翼

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63193157U (ja) * 1987-05-30 1988-12-13

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3430441A (en) * 1967-09-19 1969-03-04 John L Adams Engine for converting energy by thermal expansion of solids
US3760645A (en) * 1972-08-03 1973-09-25 R Soto Chemical to mechanical energy converter
GB2095338A (en) * 1981-03-21 1982-09-29 Tungum Hydraulics Ltd Thermally operated motor
US4938026A (en) * 1989-12-01 1990-07-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Heat engine based on shape memory alloys

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63193157U (ja) * 1987-05-30 1988-12-13

Also Published As

Publication number Publication date
US5086618A (en) 1992-02-11
JPH07109234B2 (ja) 1995-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4938026A (en) Heat engine based on shape memory alloys
JPH07109234B2 (ja) ぜんまい式回転力発生装置
JPH1150946A (ja) 形状記憶材料を使用した回転式アクチュエータ
US4435229A (en) Method of preparing a two-way shape memory alloy
JPS60168954A (ja) 減速機
US3205937A (en) Control of effective emissivity and absorptivity
US3678685A (en) Solar energy powered heliotrope
Schuerch Certain physical properties and applications of nitinol
CN102384053B (zh) 光动力装置
Degeratu et al. Active solar panel tracking system actuated by shape memory alloy springs
TW533340B (en) Temperature responsive self winding timepieces
Durney Evidence for changes in the angular velocity of the surface regions of the Sun and stars-Comments
JPS6155635B2 (ja)
JP2016205521A (ja) バックラッシュレス遊星歯車装置
GOLDSTEIN Geothermal energy conversion system(Patent)
Yan et al. Reconstruction synthesis of the lost subsystem for the planetary motions of Antikythera mechanism
JP2005264922A (ja) 温度差エネルギーの蓄積機構並びに該機構を用いる温度差エネルギーの蓄積装置および該装置を用いる温度差エネルギー利用の動力装置並びに宇宙で力学的エネルギーを発生させる方法
SU1671956A1 (ru) Устройство дл преобразовани тепловой энергии в механическую
CN213392529U (zh) 镍钛合金发电机
JPS58183875A (ja) 形状記憶合金モ−タ−
JPH02129436A (ja) アクチュエータ
Johnson Nitinol heat engines
RU2577696C1 (ru) Часы и часовой механизм с термочувствительным приводом
RU151215U1 (ru) Часы и часовой механизм с термочувствительным приводом
Tutukov The Planet around PSR 1829-10

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term