JPH08503768A

JPH08503768A - 地球／ジャイロパワー変換装置

Info

Publication number: JPH08503768A
Application number: JP6507548A
Authority: JP
Inventors: シー．フィンボルド，ロジャー; イー．ハンフリー，ポール
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-08
Filing date: 1993-09-07
Publication date: 1996-04-23
Also published as: US5313850A; IL106926A; EP0659266A1; CA2143740A1; TW228621B; EP0659266A4; WO1994005972A1; CN1105422A; AU4856193A; RU95108324A; IL106926A0

Abstract

(57)【要約】ジャイロスコープ系が地球に蓄積された回転慣性エネルギから有用なパワーを引き出す。地球が回転しているとき、固定フレームジャイロスコープ（１０）のローターが歳差運動し、相互の相対運動状態にあるジャイロスコープ部品間に装備された発電機（２６、５８）を駆動する。各パワーストロークの後、最小限のエネルギ入力で、再歳差運動手段（４６、１４０）がロ一ターをその初期配向へと再度配向し、そしてそれは次のパワーストロークヘ滑らかに入り、正の正味のエネルギ出力を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】地球／ジャイロパワー変換装置発明の背景地球は、約100、000、000年の間、現在の使用レートで世界に動力供給を行うのに十分な回転慣性運動エネルギを蓄積している。現在の指向性ないし方向指示のためにのみ使用されているジャイロスコープが、このエネルギの取出しのため、フランス西海岸沖で稼働している潮力発電機と原理的に類似して構成されよう。計算によれば、エネルギは、いずれの物理法則にも違背することなく地球運動エネルギから直接的に電気エネルギへ変換されることを明白に示し、これと反対の誤った考えに耐えない。かかるシステムはエネルギおよび運動量保存の法則に違反するように思われない。しかし、システムから抽出されるエネルギは（より長い地球の日時の）地球の回転運動エネルギの低減により平衡が取られることをそして回転角運動量の損失は軌道運動量利得により平衡が取られるという事実を論証できない。これは、地球の自転運動および地球の軌道運動、すなわち地球の直径および軌道増分半径、の両方に共通である結合要素を通じて達成される。本発明ジャイロ発電装置は潮力発電装置と、両方の装置が惑星体運動エネルギを電気に変換しそして惑星角運動量がそれぞれの保存法則に従うエネルギおよび運動量の両方の保存のためにそれ自身を調整することにおいて類似する。潮力発電装置が、太陽／月によって駆動される潮の例外的に高い上昇および下降から水力電気的にエネルギを抽出する。ところが従来の水力電気発電が究極的に太陽放射から誘導されるパワーを変換するのに対して、潮力変換がエネルギを、月軌道および地球の太陽を基準とした回転および月軌道から、エネルギおよびパワー利得と相殺する天体からの運動エネルギ損失で取り出す。認められている物理学およびジャイロスコープ式を使用する計算の確認およびとりわけエネルギおよび運動量の交換の詳細は、地球／ジャイロパワー変換装置についての、1992年９月８日に出願された米国特許第号（米国特許出願第 08/872,513号）優先権書類において見出される。エネルギ保存に関連した誤った別の考えがジャイロスコープ発生パワーの開発を思い留まらせよう。パワー抽出のため行わなければならないごとく、トルクがジャイロのローター軸線に適用される場合、ローターのスピン軸線は、ジャイロが「ジンバルロック」状態にありそして別途の歳差ないしプリセッションを生じない（かくしてそれ以上のエネルギ発生がない）場所である地球の極性軸線と整列されるまで歳差運動する。ジャイロ発電装置のパワー出力ストロークはかくして１８０゜未満の掃引（sweep）に限定され、それゆえ直観的に、パワーストローク中に抽出されたものよりも多いエネルギがジャイロローターの再配向のため装置に入れられる場合だけ反復可能であると考えられるであろう。これは、一完全サイクルにわたり正味のエネルギ利得の存在のためローターをリセットする効率のよい方法が実施されねばならないという範囲で本当である。ローターに対して賦課される粗野な力が、それまでに抽出された出力エネルギの全部をさらにはペナルティを簡単に装置に戻し、負の正味のエネルギ出力を生ずるであろう。これがローター配向を再度開始するための唯一の方法であれば、パワー発電の考えは無効とされよう。エネルギ効率の良好なローター回復ストロークへの有効な方法への手掛かりが、仕事の引き出しに使用されるベクトル乗算積を考察しそしてこれをジャイロスコープ動作に適用することにより見出される。エネルギが、力（またはトルク）にそれが移動したところの変位を掛け合せたものに等しい（すなわち、Ｅ＝Ｆ× ｄ（またはＥ＝Ｔ×θ）。工率が、力（またはトルク）に適用された力（またはトルク）の速度を掛け合せたものである（すなわちＰ＝Ｆ×ｖ（またはＴ×ｄθ ／ｄｔ））。エネルギおよびパワーのための方程式の中の２つの因子はベクトル量であり、パワーの発生または放出のために、互いに整列されねばならない、あるいは整列されたベクトル成分を持たなければならない。たとえ、方程式の中の一方の因子がどんなに大きくても、他方がゼロまたは当該一方の因子に対して完全に直交すれば、数学的分析においてまたは実験結果において、エネルギまたはパワーは発生されず、変換されずまたは放出されない。この現象は、ジャイロスコープの歳差運動と歳差運動を引き起こすトルクとの一意的な直交関係と組み合わされる場合、エネルギ入力なしのローター再配向の実現に使用可能であろう。理論的には、地球装着ジャイロの赤道面内の軸線回りに再配向トルクを適用することにより、わずかなエネルギしか消費されないであろうそしてローターはそのパワーストロークの開始へと歳差運動されよう。ジャイロ発電装置の開発に対するさらに別の妨害がジャイロパワー出力を取り扱う性能方程式の性質である。小さなジャイロについて、方程式は、現実的に実現されるであろう任意の条件の組のもとで負のエネルギ出力を示す。しかし、可能性のあるあるいは潜在的パワー出力は、ローター半径以外の他の因子が同様である状況でローター半径の５乗に等しいので、結果は大きなジャイロについて全く異なる。要約本発明の装置は上述の困難性を克服しそして連続ベースで惑星運動エネルギから使用可能なパワーを提供する。叙述の装置は、たとえば電池充電のため間欠的出力が許容できるのであれば単一ユニットが使用されようが、実際上、地球により動力供給される非中断出力電圧の供給のため協働的に調整されたトランスジューサ装備型ジャイロの複数ユニット配列体のうちの一つとされよう。動作において、ジャイロスコープのローターは短時間内に一完全サイクルを実行し、そして一サイクルは２つのフェーズを有する。第１に、パワーフェーズにおいて、ローターは、それが発電機負荷に反作用するとき、開始の配向から、ローターが安定状態に到達し（ジンバルロック）そして別途のプリセッション反作用トルクが生じないところの地球の極性軸線に平行な配向に至るまで歳差運動する。発電機（トランスジューサ）はロータをして歳差運動させそして実際上歳差運動により駆動される。サイクルの第２のフェーズは、別のパワー出力ストロークに備え極性軸線と逆平行の開始の配向へと戻されるとき、その間、少量のエネルギが装置へ戻されねばならないところの回復フェーズである。構造的には、ジャイロは静止ハウジング内に装着された従来の内部および外部ジンバルおよびローターを有する。外部ジンバルは地球の極性軸線に平行な軸線上でハウジングに装着される。パワーストローク中、外部ジンバルおよびハウジング間のトランスジューサ作用が、外部ジンバルがハウジングに対して極性軸線回りの見かけの運動を行うとき、パワーを発生する。従来の内部ジンバルおよび外部ジンバルに加えて、本発明は、常に赤道面内にある軸線を有する中間ジンバルを画定する。回復ストローク中、外部ジンバル上に装着されたトルクモータが内部ジンバル軸線に対し上記軸線回りに再度のプリセッショントルクを適用する。トルクモータにより中間ジンバル軸線回りに賦課され、ジンバルロックの赤道面不感帯を横切ってのスピン軸線の軽い突きのため短時間トルクによって主パワートランスジューサ反転動作から時間的に分離される２つの逐次の反対向きトルクがローター軸線を再び始動配向へと戻し、それは円滑に別のパワーストロークへと入り、そしてサイクルが繰り返される。図面の簡単な説明本発明のより完全な理解が以下の説明および添付図面から得られよう。図１は、ジャイロスコープローター、フレームおよびジンバル回転軸線および地球間の配向関係を模式的に図示する。図２はジャイロにより実行される一完全サイクルの模式図である。図３は３６０゜サイクルにわたる負荷誘導トルクおよび適用されるプリセッショントルクのグラフ図である。図４はジャイロ組立体の側面図である。図５は再プリセッショントルク付与据付設備を詳細に示す図４の線５−５に沿って得られる断面図である。図６は制御部によって指示されるとき、内部ジンバル軸線への再プリセッショントルクの付与のため、外部ジンバルおよび中間ジンバル間の力の適用を図示する。図７はローター配向の調整を図示するため部分的に破断された図４の一部の拡大図である。図８は出力および制御回路の結線図である。図９は、パワー入／出力プリセッション誘導トルクおよび適用されるローター再配向・再プリセッショントルクの関数としてローターのスピンベクトル角度配向を模式的に図示する。図１０は方向的に安定化された台上に保持される自動車装着型システムの模式図である。好ましい実施例の詳細な説明典型的なジャイロスコープが、フレームないしハウジング、２つのジンバルおよび内部ローターという４つの基本的な要素を具備する。本明細書に開示のジャイロスコープは、他の２つのものに加えて再度のプリセッション目的のため画定される中間ジンバル軸線を有する。ハウジングおよびジンバルは一方のものを他方のものの内側に組み重ね、それぞれがすぐ外側の要素内に支承されそして引き続き、それ自身が支承されているところの軸線に対して垂直な軸線上で内部の要素を支承している。直交軸線のこの連鎖の結果物がローター軸線のための３次元回転自由度である。ローターは、熟慮したあるいは計画的な干渉が不在の場合にその周囲状況から方向的に完全独立でありそしてハウジングの配向に拘らず、それ自身を空間内で固定された配向状態に維持できる。ジャイロスコープの論述にとって本質的な２つの基準フレームが「空間」基準フレームおよび「地球」基準フレームである。空間座標は範囲において包括的であり地球は空間基準フレームにおいて回転および周回の両方を行い、一方、地球基準フレームにおいては地球それ自身は定義によって静止状態でありそして非回転である。ローターは空間座標において配向が固定されそしてハウジングは地球座標において固定されているので、２つのものは地球が回転するときそれらの相互配向を連続的に変化する。トランスジューサが外部ジンバルとハウジングとの間に挿入される。ローターは地球の回転に追従することに抵抗するので、外部ジンバルはトランスジューサを駆動し、そしてジャイロスコープ系は発電機となる。擾乱トルクがローター軸線に垂直に適用されるとき、ローターは適用されたトルクに対して垂直な軸線回りに歳差運動する。トルクおよび含まれる運動は性質が回転性でありそして回転軸線を画定する。歳差運動において含まれる３つの軸線が（１）歳差運動トルク軸線、（２）歳差運動軸線、および（３）回転スピン軸線であり、全て相互に垂直な成分を有する。もしベクトル成分の３方向直交性がなければ歳差運動はない。トルクベクトルは、適用されたトルクベクトルに対して垂直な軸線回りに運動（歳差運動）を生じ、２つの相互に直交するトルクベクトルおよび変位ベクトルのベクトル乗算の積がゼロである。それゆえ理論的に極軸配向スピン軸線の赤道面軸線トルク再プリセッションのため要求されるエネルギはなく、ローターの始動位置への実質的に無エネルギの復帰が可能である。この原理はジャイロスコープを使用する実行可能な慣性エネルギ発生装置の生成において重要である。本発明は、地球と角度的に空間安定的なスピン動作ジャイロのローターおよび外部ジンバルの相対的な角度運動からパワーを発生するために、ジャイロスコープのプリセッショントルクから生ずる対抗反作用トルクと結合される、その回転慣性質量／速度により明示される地球の回転慣性エネルギを使用する。ローターは３つの段階においてパワーストロークの始めへとリセットされ、しかして３つの段階のうちの２つが本質的に無エネルギのプリセッションストロークでありそして第３の段階がわずかなエネルギ入力を要求する。動く車両への本発明の応用は、惑星体の角速度に対する自動車操縦の大きな角速度によって阻まれるように見えるが、この困難性は、本発明を単一軸線の方向的に安定化された台に装着することによって回避され得る。外部ジンバル／極性軸線のミスアライメントないし非整列性に対する感度は余弦関数であるという事実により、地球面に対する正接面内で回転する、羅針盤ないしコンパスの方向にのみ安定化された単一軸線台が十分であることを立証し得る。かかるテーブルは、よく知られた最新式の設計手順に従ってサーボ制御台を駆動する地球磁界センサの使用を通じて台の指向性を制御（slave）することにより地球の磁界に対してサーボ制御されるであろう。本発明の基本構造での過剰なトルク負荷が、出力パワーを監視しそして出力パワーを変調し、負荷および結果として生ずるプリセッションレートを制御部によって許容可能値に限定することにより回避されるであろう。本発明の構造本発明の構造に言及するにあたって、関心のある人々はすでにジャイロスコープの構成および資料に精通しているかまたはかかる情報にどのようにアクセスするかを知っており、ここで扱われる材料は工学的な詳細を網羅しないことが仮定されている。米国の親特許文書は構成の詳細の付加よりも理論的かつ数学的論述を多くしているけれども、米国の親特許におけるより周到な論述への参照が再びなされる。図４に示されるごとく、ジャイロスコープ１０は地球３０に固定される外部ハウジング１２を有する。ハウジング１２の内部には、軸受け１６および３２により保持される、地球の極性軸線に平行な軸線周囲に回転可能な外部ジンバル１４が配置される。外部ジンバルは引き続き軸受け６６および８６で軸線５９の周囲に回転する内部ジンバル８３を保持する。内部ジンバルはシャフト部材５３で支承される回転ローター５２を装着する。通常は装置からの出力により賦活される低電力型モータである、任意適当な駆動手段がローター駆動に使用可能である。内部ジンバルフレーム８３が順次、外部ジンバル１４上の軸受け支持部材内のシャフト部材６８により回転可能に保持される。外部ジンバル１４は適当な軸受け１６および３２内のシャフト部材３４および３６上での回転運動のために配置される。軸受け１６および３２が外部ジンバル１４をハウジング１２の端部壁から離間するためにそして主パワーギヤー２０をシャフト部材３４上に位置付けるため保持部材ブッシュを包含する。主パワーギヤ２０が、シャフト部材３４と一緒に回転するためシャフト部材３４に締結されている。ピニオンギヤがギヤ２０と相互接続し、トランスジューサ２６のシャフト部材を回転させる。内部ジンバルシャフト部材６８のパワー端部には、シャフト部材６８に締結された軸受け６４に固定されたパワー出力ギヤ６０が装着され、ギヤが軸受け６６内でシャフト部材と一緒に回転する。被駆動ギヤ８４がギヤ６０と係合しそして発電機５８などのトランスジューサを駆動する。トランスジューサ５８は、主トランスジューサ２６に対して択一的なトランスジューサでありそして電気ライン５６により滑動リング３８へ接続され、ライン３９を通じて電気を送る。ジャイロが、本質的に単一スピン軸線自由度、すなわち赤道面内のプリセッション、でレイトジャイロのように使用される本発明の代替実施例において、このトランスジューサは、トルク発生部５７により内部ジンバルに適用されるトルクに逆らいそしてこれを調整するのにも使用される。外部ジンバルフレーム１４の内側には、図４に示されそして図８において模式的に図示されている扇形スイッチ部品８２が装着されている。回転接触部材１０９がシャフト部材６８に固定されそしてリング状扇形スイッチ８２を具備するスイッチ接触部材１００、１０２、１０４および１０６と逐次接触し、ワイヤ８５および滑動リング組立体を通じて制御回路のためスピン軸線配向を反映する内部ジンバル角度配向信号を外部導体ワイヤ３９へ提供する。ジャイロのシーケンス動作は扇形スイッチの回りの接触部材の移動によって自動的にプリセッション制御される。各スイッチ部材はソレノイド制御スイッチ１１８、１２４、１２２および１２６のうちの一つと接続する。サイクルの始まりでそしてパワーストロークの開始で、回転接触部材１０９が導体１（または１００）と接触し、そしてソレノイドスイッチ１１８が、ソレノイドを通じて正の２８ボルトのソースライン１１４へ接続するライン１０７を通じて賦活される。これはトランスジューサ２６および５８の一つまたは両方からの発電機出力１２０を負荷１１６へ接続する。スイッチのこの区分はパワーストロークを表わす。負荷が適用されるとき、ジャイロローターのトランスジューサ対抗プリセッションからの戻りトルクは実際にプリセッションを引き起こす。回転接触部材１０９はジャイロスコープのプリセッションと同期して回転し続け、図４に示される扇形スイッチ８２の取付け位置により、極性軸線および赤道面に関する瞬間的スピン軸線配向を反映する。回転接触部材が区分１を退出しそして区分２へ移動するとき、それはサイクルのパワーストロークを退出し、発電機を負荷１１６から切り離し、そして回復ストロークの第１の段階へ移動する。扇形スイッチは線１０８のスイッチ１２４によって線１３６上でトルクモータ４６を作動し、制御装置をライン１３０を通じて作動し、ライン１３６を通じてモータ４６を賦活しそして回復ストロークの第１の段階を開始する。スイッチサイクルの残余の２つのフェーズは多少自明である。扇形スイッチ接触部材１０９が区分の周囲を区分３へと継続するとき、それはトランスジューサ出力を、ライン１１０のソレノイドスイッチ１２２で＋２８ボルトへ接続し、発電機２６の機能を逆転し、線１２１を通じての発電機出力線への電圧供給によって、それをトルクモータとして一時的に使用する。これは赤道面を横切ってロータ軸に動力供給を行い、区分４で、トルクモータ４６がこんどは、回復ストロークの残余を通じてのロータのプリセッションのためトルクを逆転する逆極性で再び賦活される。これはスイッチ１２６を線１１２を通じて賦活し線１２８を通じて制御部１４０にこんどは負信号で合図し、回復サイクルの第１および第２の段階中、スピン軸線が歳差運動していた同じ幾何学的方向で再度のプリセッションストロークの第２の段階を継続することにより達成され、これは第１の段階と反対方向でトルクモータからトルクを要求する。図８に示される電気的機構は電気制御機能を例示する目的のためであり、そして同等の目的機能を有するソリッドステート制御部品がほとんど全ての想像可能な設備において適当であろうので、設計図を意図したものではない。プリセッション制御の物理的様相に戻ると、内部ジンバル８３の他方の側部で（図４〜６および図８参照）、シャフト部材６８の端部が軸受け８６を挿通する。軸受け８６が、内部ジンバルシャフト部材／軸６８の端部の外部ジンバルフレーム１４における目的の運動を許容する垂直スロット部８８にはめ合わされる。適当なブッシングまたは軸受けによってシャフト部材６８の外側端部にプレート部材７８が接続され、しかしてこのプレート部材７８は、取付け部材５０によって外部ジンバルフレーム１４の側部に固定されそして９０で示される方向に内部ジンバル軸を移動するジャックスクリューモータ４６などのトルク付与部品により賦活されるスクリュー７０を収容すべくねじ溝が切られた側部部材または耳プレート７２を有する。この構造は、内部および外部ジンバル軸線の両方に垂直な軸線５３の回りのロータ軸の角度変位を許容することにより、例示目的かつ図示の機構への限定を企図するものではない「中間ジンバル」を構成し、その目的は、より一層ありきたりのジンバル（たとえば一つの完全な輪状物のような他のもの）でも達成可能である。ローターが図４の位置に偶然になった瞬間的位置でローター軸線５３と平行である中間ジンバル軸線は、その回りでジャックスクリューモータが再度のプリセッションストロークの再プリセッションフェーズのうちの２つを通じてローター軸にトルクを付与するところの再プリセッショントルク軸線である。このモータの再プリセッション使用間で、適当な制御電圧が制御回路１４０によってモータ４６に供給され、極性軸線に対するシャフト部材６８の直交状態を維持する。直交状態からの偏移が所望されない軸線周囲のプリセッションを発生しやすい。センサ指部材７６に接続された位置センサ５４が線４２を通じて制御回路に位置信号を出力し、制御信号が線４４および３９そして滑動リング４０を通じてモータ４６へと供給される。本発明の動作にとって本質的ではないけれども、この調整可能特徴が再プリセッショントルクモータ４６の存在によって容易に付加される。この調整を実現するための制御装置のプロセッシングの詳細は当業者には明らかであり、詳細には説明しない。軸６８の他方の端部は球形軸受け６６内に位置付けされ、スロット８８内のシャフト部材６８のピボット運動を許容する。図１０を参照すると、地球／ジャイロトランスジューサ組立体１２が方向的に安定化された台１７０上に装着され、しかしてこの台１７０上に、地球磁界センサ１７１が装着されて図示されている。このセンサからの方向偏差信号が線１７２を通じて滑動リング組立体１７３へルート指定され、ここから線１７４を通じて増幅および調整のため制御部１４０へルート指定される。出力のサーボ制御信号が線１７５を通じて台方向制御サーボモータ１７６へルート指定される。台の物理的な角配向は、引き続き台のギヤ１７８を駆動するサーボモータピニオンギヤ１７７を通じて達成される。本装置は、図９の参照により幾何学的観点から最も良好に理解されるごとく繰返しサイクルを実行する。パワーストロークは、近極軸整列状態であるが、矢印により指示されるごとく地球のスピンベクトルに対して「反平行」のローターとともに図９の位置１４８で開始する。負荷がトランスジューサ２６へ適用されそして、地球の回転に拘らず空間基準において外部ジンバルおよびローター自身を静止状態に維持しようとするローターの企図を阻止することにより、スピン軸をして１４２の９０゜位置を通りちょうど１８０゜未満の掃引の間、１４４で示されるごとき極軸整列に接近する配向まで歳差運動させる。スピン軸線が極軸整列に接近すればするほど、スピン軸線の赤道面内の成分がより小さくなり、それがトランスジューサに提供するトルクが小さくなり、扇形スイッチがトランスジューサに対する負荷を終了しそしてトルクモータ４６を再プリセッション回復ストロークの第１の（ほとんど）９０゜の掃引の間賦活する。パワーストローク中、スピン軸がジンバルロックへと歳差運動するとき、システムは制御信号が要求されない状況でエネルギを自動的に出力する。しかし、回復が制御装置により編成される。回復ストロークの第１の段階中、トルクモータは、他のジンバル軸線の両方に対して垂直でありそして赤道面内にある中間ジンバル軸線の周囲に再プリセッショントルクを適用する。これは、スピン軸が赤道面に接近しそしてジャックスクリューモータにより適用される向い合ったトルクでジンバルロック状態となる図９の１４６で示される９０゜の部位に接近する弧を通じて近極軸整列からスピン軸のプリセッションを生じさせる。スピン軸は、現在、赤道面整列されたスピン軸を歳差運動するのに十分効果的な極軸回りに、トルクモータとして賦活されそして駆動されるトランスジューサ２６により赤道面を横切って軽く突かれる。スピン軸線が赤道面不感帯を表わす約１０゜の弧を通じて掃引されるとき、第１のフェーズと逆動作するトルクモータがスピン軸を再び約９０゜、参照番号１４８の始動配向へと歳差運動させる。プリセッションの方向が、第１の半サイクルのプリセッションが、いずれの突然のプリセッション方向の逆転もなく、第２の半サイクルにおいて滑らかに継続されるように選択される。材料および構成要素形態の可能な変化が多くある。３つではなく１つのジンバルが、ローターが一つの自由度だけを有するレイトジャイロのための使用可能である。より複雑な制御装置が実施でき、プリセッション制御のため２つのトランスジューサに対する負荷の平衡をとりそしてトランスジューサ負荷をばね５９などのねじりばねの引張力に対抗するようトランスジューサ負荷を調整する多数の制御およびエネルギ出力変化を有する実験が有益な結果物を発生し得そしてシステムの動作知識を増大する。ところで、上述のごとくそして請求の範囲に記載されるごとく、本システムは、ハウジングおよび他の構成要素との間の相互運動がありそしてトランスジューサがハウジングと一つのジンバルまたは二つのジンバルとの間に挿入されるよう複数のジンバルおよび地球固定のハウジングを有するジャイロスコープを具備する。抽出されるであろう少量のエネルギを考慮すると、ジャイロシステムの摩擦および機械的な考慮事項が圧倒的であるように見えるかも知れないけれども、数学的な分析が驚くべき反対の結果を生ずる。実際上、この計画において包含される全ての理論的・分析的考察の多分最も有意な結果が、ローター半径以外の全ての他のパラメータが一定に維持される場合、ジャイロから抽出可能なエネルギはローター半径の５乗に比例するという発見であった。分析は以下のとおりである。Ｅo＝Ｔ_Pθ_E Ｐo＝Ｔ_pｄθ_E／ｄｔＴ_o＝Ｔ_p Ｔ_P＝Ｈ_rΩ_P Ｈ_r＝Ｉ_rω_r Ｔ_p＝Ｉ_rω_rΩ_P Ｉ_r＝ｍ_r（ｒ_r）² もしローターの全ての三つの特性寸法（半径、リム幅およびリム厚さ）がある定数だけ均等に掛け合わされておりそして半径および幅および厚さが３つとも同様の係数だけ変化されるならば、ｍ_r＝Ｋ_r（ｒ_r）³ である。かくして、Ｉ_r＝Ｋ_r（ｒ_r）³（ｒ_r）² ＝Ｋ_r（ｒ_r）⁵ Ｔ_o＝Ｋ_r（ｒ_r）⁵ω_rΩ_P Ｅ_o＝Ｋ_r（ｒ_r）⁵ω_rΩ_Pθ_E Ｐ_o＝Ｋ_r（ｒ_r）⁵ω_rΩ_pｄθ_E／ｄｔロータ半径以外の全てのパラメータが一定に維持されている範囲内では、半径が２倍されるごとに、出力エネルギおよびパワー能力が３２の係数だけ増加される。もし半径が増大されれば、出力はその百分率係数の５倍だけ増大される。たとえば、もしΔｒ_rが１０％に等しければ、ΔＰ_o＞５０％である。「破壊的力」がｒ²ω²＝（ｒω）²に比例するので、遠心力／求心力の破壊的局面が関心事となるときでも、損傷可能性は、半径票係数を４乗に降下するω_rの対応する減少により上限が定められる。これは、歳差運動速度が変化されないままとすれば、半径の２倍ごとにパワー発生力の３２倍の掛け算せではなく１７倍の掛け算を生ずる。全ての変数を一定に保持することは、上述の破壊力分析が示唆するごとく、可能性のあるロータ半径の全範囲にわたって非現実的であるけれども、実質的なパラメータ修正があっても、大径ジャイロスコープから抽出可能な入手可能なパワーは莫大である。ジャイロを器具類の仕掛けとしてのみとして考えることは誤っている。この代替使用モードにおいて、それらは水力電気設備に類似する大型構成の高パワー発生装置を示す。通常、ジャイロ設計において、ローターは心出しされそして静的な平衡重みが内部ジンバルに付加され、平衡を完全にしている。この機器は長期間の動作が企図されるので、動的にそしてリアルタイムに遠隔制御される電動化された平衡重み１７２が、内部および外部ジンバル軸線の滑動リングを通じて制御装置１４０へ方向指定される電気的な制御リードとともに使用される。以下の請求の範囲において、請求項１〜２７は親の米国特許におけるクレームである。用語解説いくつかの用語および句が本明細書で使用される仕方は読者にとって有益なものとなろう。角運動量の保存法則：（限定されたあるいは隔絶された）系の全角運動量は一定のままである。地球座標または地球（基準）フレーム：地球が静止状態であると仮定されるところの一組の地球基準座標。赤道面：地球の赤道面に平行またはこれと同一平面の任意の面。外部ジンバルのように言及面が地球赤道面と平行である場合以外、ジンバルまたはローターの「赤道」を決して言及しない。自由ジャイロ：ジンバル運動が（ジンバルロックによる以外）制限されずそして歳差運動軸線角度変位が適用トルクおよび持続時間の積に限定されるジャイロスコープ。ジンバル：基礎構造を軸線上に支承しそして自身が、本明細書で第１の軸線に垂直な軸線で上部構造において支承されているフレーム構造。中間ジンバル：それが支承する内部ジンバル軸線に対して垂直な軸線上で外部ジンバル内に支承されているジンバルであり、すべての３つのジンバル軸線が相互に直交されている。プリセッションまたは歳差運動の軸線：プリセッション発生トルクの適用から生ずる、ジャイロスコープローターおよび内部ジンバルがその回りに回転するところの回転スピン軸線に垂直なライン。プリセッショントルク軸線：プリセッションを生ずる、トルクがその周囲に適用されるところの軸線。再プリセッション：実際にはプリセッション。しかし、ローターをその開始配向へ戻す。空間座標：運動しない空間を基準とした一組の３つの相互に直交する数学的なライン。スピンベクトル：角速度および回転方向に対応する方向および長さを有する空間内のラインを構成する数学的構成体。トルク：回転半径に垂直な適用された力に、力から回転軸線までの半径方向距離を掛け合せた積として数学的に定義される回転力対トルク軸線：偶力がその周囲に適用されるところのライン。数学記号表下付き文字

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＺ，ＦＩ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ハンフリー，ポールイー. アメリカ合衆国 92045 カリフォルニア, レモングローブ，セントラルアベニュー 7665

Claims

【特許請求の範囲】１．惑星慣性パワー源において、（ａ）（ｉ）ローター軸を有するローターと、（ii）内部ジンバル軸を有しそしてローター軸回りの回転のためローターを支承する内部ジンバルと、（iii）内部ジンバル軸回りの回転のため内部ジンバル部材を支承し、前記内部ジンバル軸線に垂直な外部ジンバル軸線を有する角度的に空間安定的な外部ジンバル部材とを具備するジャイロスコープと、（ｂ）外部ジンバル軸が地球の極性軸と実質的に平行でありそして外部ジンバル軸回りの回転のため外部ジンバルを支承するよう地球に方向的に固定されたフレーム部材と、（ｃ）空間回転する地球と空間安定的な外部ジンバルとの間の相対的運動が、出力パワー発生のため、トランスジューサを駆動するジャイロスコーププリセッション誘導反作用トルクの発生のため、前記部材の２つの部材間に結合されたパワートランスジューサと、（ｄ）赤道面内の軸回りおよび極性軸回りに再配向トルクを提供するための再歳差運動手段とを具備する惑星慣性パワー源。２．パワートランスジューサは外部ジンバルおよびフレーム部材間に結合されている請求項１の惑星慣性パワー源。３．前記パワートランスジューサが内部ジンバルおよび外部ジンバル間に結合される請求項１の惑星慣性パワー源。４．一つが外部ジンバルおよびフレーム部材間に結合されそして他方がジンバル部材間に結合される２つのパワートランスジューサを含む請求項１の惑星慣性パワー源。５．前記フレームを地球に係上し、それが回転するとき地球の角度変位が前記ローターをして前記トランスジューサ発生トルクにより歳差運動させ、そしてトランスジューサをしてパワーを出力せしめる係止手段を具備する請求項１の惑星慣性パワー源。６．外部ジンバル軸に垂直な複数の面により画定される無限な平行赤道面組のうちの平行面が地球赤道画定面に実質的に平行であるように、係止手段が前記フレーム部材を、地球の回転軸線に実質的に平行な配向にて設定される外部ジンバル軸と一緒に固定する請求項５の惑星慣性パワー源。７．パワートランスジューサが、ローターがパワー出力ストローク開始配向からパワー出力ストローク終了配向までの１８０゜に接近する出力パワー発生弧を通じて歳差運動するとき、ロータースピン軸の歳差運動パワー出力ストローク中にパワーを出力するのに効果的であり、そして再歳差運動手段が前記パワー出力ストローク終了配向から実質的にパワー出力ストローク開始配向へと前記ロータ軸を再歳差運動するように適合せられている請求項６の惑星慣性パワー源。８．再歳差運動手段が赤道面内の軸線回りにロータ軸にトルクを付与するため、前記ジャイロスコープ内に装着される再歳差運動トルクモーターを具備する請求項７の惑星慣性パワー源。９．再歳差運動トルクモータは前記ジンバル部材間に結合されている請求項８の惑星慣性パワー源。１０．前記ローターは１８０゜以上の再歳差運動弧を通じて再歳差運動されねばならずそして再歳差運動トルクモータは、内部ジンバル部材が前記再歳差運動弧の第１および第２の半分弧に実質的に対応する前進方向および後退方向の両方でトルクが付与されるよう、逆転可能である請求項９の惑星慣性パワー源。１１．ローターが極性ロータースピンベクトル成分整列の一つの極性からスピンベクトル整列の反対方向の極性への転換中歳差運動を行うよう、パワートランスジューサがフレーム部材に対する外部ジンバル部材へのトルク付与のため出力へのパワー入力によってモータとして動作可能な発電機を具備する請求項１０の惑星慣性パワー源。１２．外部ジンバル部材に対するローター軸の角度位置検出のため、ジンバル部材間に装着された角度位置センサと、ローターがパワー出力弧および再歳差運動弧を通じて繰返し循環するとき、トランスジューサおよびトルクモータの制御のための制御装置を含む請求項１１の惑星慣性パワー源。１３．角度位置センサが、ジンバル部材の一方の軸の回りでジンバル部材の他方に装着された区分されたリング部材を具備し、そして前記一方のジンバル部材に装着され区分されたリング部材を摺動するブラシ部材を有し、動作サイクルのパワー出力／歳差運動／再歳差運動フェーズの適当に時間設定された開始および終了のため制御装置に信号を提供するよう制御装置がモータ、パワートランスジューサ、ブラシ部材および区分リングへ結線される請求項１２の惑星慣性パワー源。１４．慣性パワー源であって、（ａ）ローターと、ロータを回転装着するジンバル機構と、外部の本質的に角度的に空間安定型のジンバルを含む前記ジンバル機構を装着するフレーム部材とを有するジャイロスコープを有し、（ｂ）前記フレーム部材は相対角度変位に対抗し地球に堅く固定されており、さらに（ｃ）パワーおよびエネルギの出力のため、ジンバル機構およびフレーム部材間に結合される機械的なパワートランスジューサと、（ｄ）赤道面内の軸線回りに再配向トルクを提供するための再歳差運動手段と、ジンバルロックを回避するため赤道面を横切って再歳差運動軸線の転換のため極軸回りにトルクを提供するための手段とを具備する慣性パワー源。１５．ジンバル機構は、フレーム部材内に装着される内部ジンバル部材と外部ジンバル部材とを具備し、前記機械パワートランスジューサが当該部材のうちの２つの部材間に結合される請求項１４の慣性パワー源。１６．前記機械パワートランスジューサがフレーム部材および前記外部ジンバル部材間に結合される請求項１５の慣性パワー源。１７．前記フレームが、外部ジンバルの回転軸が地球の回転軸に平行であるよう地球に固定されそして地球の回転作用発生トルクが歳差運動軸上に作用するトルク発生部品の反作用により発生される請求項１６の慣性パワー源。１８．トルク発生部品がトルク発生ばねを具備する請求項１７の慣性パワー源。１９．トルク発生部品がトルクモータを具備する請求項１７の慣性パワー源。２０．再歳差運動を要求することなく連続的な中断されないパワー出力を生ずる過渡的な歳差運動および安定歳差運動変位を発生する極軸回りの極軸連続歳差運動出力トルクを提供する静的なトルク発生器を含む請求項１７の慣性パワー源。２１．地球の回転を使用するジャイロスコープ装置からエネルギを抽出する方法において、（ａ）ジャイロスコープが少くとも一つの本質的に角度的に空間安定のジンバル部材を有しそしてフレームに支承された状態で、前記フレーム部材を、地球が回転するとき、ジャイロスコープロータースピン軸上の歳差運動トルクが少くとも一つのジンバル部材をして前記フレーム部材内で歳差運動せしめるよう、地球に対して角度変位不可能に固定し、（ｂ）機械エネルギトランスジューサが前記部材のうちの２つの部材間に結合され、それらの間の相対運動および歳差運動運動誘導トルクからのパワーおよびエネルギを変換し、これを系からの正味正エネルギ出力として出力させることを具備する方法。２２．ジャイロスコーブは内部および外部ジンバル部材を含み、トランスジューサが外部ジンバルおよびフレーム部材間に結合されたジンバル−フレーム間トランスジューサであり、そして段階（ｂ）が前記ジンバル−フレーム間トランスジューサからのパワーおよびエネルギ変換を含む請求項２１の方法。２３．ジャイロスコープがロータを有し、そして地球が回転するとき、ロータが開始配向からパワーストロークを通じて終了配向へと移動し、そして再歳差運動トルク軸線回りにトルクを適用し、別のパワーストロークに備えローターを実質的に始動配向へと再歳差運動することを具備する再歳差運動段階を含む請求項２２の方法。２４．前記パワーストロークは、角度偏倚状態において前記ローター軸の１８０゜のプリセッション掃引に接近し、そして前記再歳差運動段階がちょうど１８０゜以上のけたでロータースピンベクトルを回転することを含む請求項２３の方法。２５．再歳差運動段階は、ロータ軸がそのパワー出力ストローク終了配向にあるとき、これに前記ローター軸に実質的に垂直な軸線回りにトルク付与を行うことを含む請求項２３の方法。２６．前記歳差運動段階が、（ａ−１）ロータースピンベクトルがパワー出力ストローク終了配向にあるとき、ローター軸が地球の赤道面に対して実質的に平行な面内のトルク軸線とほぼ整列されるところの場所へと、９０゜のけたの第１の再歳差運動弧を通じて、ロータ軸の極軸構成成分に垂直な最初の再歳差運動トルク軸線の回りにトルク付与を行い、それにより、最初の再歳差運動ジンバルロック条件を発生し、（ａ−２）段階（ａ−１）の完了で、ローター軸が実質的に前記最初の再歳差運動ジンバルロック条件を退出するまで、第２の再歳差運動弧を通じて赤道面に実質的に垂直なトルクを提供し、（ａ−３）前記ロータ軸に段階（ａ−１）のトルク軸線回りにしかし段階（ａ−１）のトルクを逆転することにより、ロータパワー出力ストローク終了配向からちょうど１８０゜以上のけたで第３の再歳差運動弧を通じて逆方向に適用される再歳差運動トルクでトルク付与を行う段階を具備する請求項２３の方法。２７．全ての段階は順番に繰り返されそして無限に循環し、少くとも間欠的な連続パワーを発生する請求項２６の方法。２８．ジャイロスコープ系は、ジャイロスコープがその上に装着される方向安定化台を含みそして車両に搭載され、そして段階（ｂ）は前記安定化台を動作し、第の方向安定性を少くとも地球面に対する正接面内に維持することを含む請求項２１の方法。２９．前記源は車両使用のために構成されそして前記源を少くとも地球正接面内で方向的に安定化する車両上の安定化台を含む請求項１の惑星慣性パワー源。