JP2013204817A

JP2013204817A - 動力変換装置

Info

Publication number: JP2013204817A
Application number: JP2012093384A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhito Takashima; 達人高嶋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】不規則に変化する往復直線運動を有効利用可能な運動に変換するよう、一方向の回転運動に変換するための運動変換機構を提供する
【解決手段】駆動スプロケット３０がトルク伝達棒２１を介して外部装置と連結し回転自在に固定されている状態で、動力変換装置ベースフレーム１を下へ移動すると、回転機構３６の無端環状チェーンはラチェットギア付スプロケット３５の働きにより回転せずに、駆動スプロケット３０は時計回り方向に回転する。さらに、動力変換装置ベースフレーム１を上へ移動すると、回転機構３３のチェーンはラチェットギア付スプロケット３１の働きにより回転せずに、駆動スプロケット３０は時計回り方向に回転する。
このように、運動変換装置ベースフレーム１に往復運動する物体からの力が加わると駆動スプロケット３０は常に一定方向に回転する。
【選択図】図２

Description

本発明は、往復直線運動を一定方向の回転運動に変換する運動変換機構に関する。

往復直線運動を回転運動に変換する運動変換機構として、例えば波エネルギーからの発電を目的とし、海面上に浮かべた物体（浮体）の水位変動による上下変動を、ラックおよびピニオンを用いて回転運動に変換する変換装置が示されている。しかしながら、この変換装置によって得られる回転運動は、水位変動による物体（浮体）の上下運動に対応して、交互に回転方向が変わるものとなってしまい、発電等に用いる場合には不便であるという問題があった。（例えば、特許文献１参照。）

また、海面上に浮かべた物体（浮体）とカウンタウェイトをワイヤで結び、海面上の物体（浮体）の上下動をワイヤの往復直線運動に変換し駆動プーリーを回転させることで往復直線運動を回転運動に変換し、駆動プーリーの出力軸にラチェット機構を設け正回転のみを発電機へ伝達し逆回転を回転させない方法が知られている。（例えば、特許文献２参照。）
しかしながら以上の方法では往復直線運動の一定方向のエネルギーだけが回転運動に変換され発電に利用されるが、反対方向のエネルギーは回転運動に変換されないため発電能力が低くなるという問題点を有する。
特開昭６１−２２６５７２公報特開２００８−１８００８６公報

海面上に浮かべた物体（浮体）の上下動は、干満差や海流、気候変動などの影響を受け、ストローク長、速度、周期が不規則に変化する往復直線運動である。

本発明の目的は、不規則に変化する往復直線運動を有効利用可能な運動に変換するよう、一方向の回転運動に変換するための運動変換機構を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明における第１の発明では、ベースフレーム１上に回転自在に支持されたラチェットギア付スプロケット３１と、回転自在に支持されたスプロケット３２を設け、それらの両スプロケット３１，３２間に掛け渡された無端環状チェーン１１４で構成された回転機構３３と、前記回転機構３３と同じ構成の回転機構３４を並置し、前記回転機構３２の前記ラチェットギア付スプロケット３１と、前記スプロケット３２の歯先円の共通外接線Ａ−ＢとＣ−Ｄと、前記回転機構３３のラチェットギア付スプロケット３５とスプロケット３６の歯先円の共通外接線Ｅ−ＦとＧ−Ｈのうち、隣り合うＣ−ＤとＥ−Ｆが平行となるように設置した。さらに、前記回転機構３３の前記チェーン１１４と前記回転機構３４の無端環状チェーン１１５との間に駆動スプロケット３０をチェーン１１４とチェーン１１５とそれぞれ両方に係合する構成とした。

本発明における第２の発明では、前記回転機構３３と前記回転機構３４はそれぞれ少なくとも１つに無端環状チェーンと係合するラチェット機構を有するスプロケットがあり、前記回転機構３３と前記回転機構３４の無端環状チェーン１１４と１１５は同一方向へ回転し、反対方向への回転はラチェット機構により停止する構成とした。

前記駆動スプロケット３０が回転自在に外部へ固定され、ベースフレーム１に往復運動する物体からの力が加わると、前記回転機構３３と前記回転機構３４の無端環状チェーン１１４と１１５のいずれか一方のチェーンはラチェット機構の働きにより停止し、前記駆動スプロケット３０を常に一定方向に回転させる。前記回転機構３３と前記回転機構３４を内蔵するベースフレーム１を固定し、前記駆動スプロケット３０に往復運動する物体からの力が加わる場合でも同様に、前記駆動スプロケット３０は常に一定方向に回転する。

上述のように、本発明によれば、不規則に変化する往復直線運動を有効利用可能な運動に変換するよう、一方向の回転運動に変換することができる。例えば波力発電に用いた場合には浮体の不規則な上下動を一方向の回転運動に変換し高効率に発電することができる。

本発明の動力変換装置の基本構成図である。本発明の動力変換装置の動作の仕組みを説明する図である。本発明の動力変換装置のベースフレームが固定され駆動スプロケットが上下移動する場合の図である。本発明の一態様に係る動力変換装置の別の構成例を示した図である。本発明の一態様に係る動力変換装置を使用した波力発電装置の一実施例を示した図である。

以下、本発明の態様に係る動力変換装置の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。

本発明の動力変換装置の基本構成図を図１に示す。まず、動力変換装置ベースフレーム１に回転自在に支持されたラチェットギア付スプロケット３１と、回転自在に支持されたスプロケット３２を設け、それらの両スプロケット間に掛け渡されたチェーン１１４で構成された回転機構３３と、回転機構３３と同じ構成の回転機構３４が、各スプロッケット３１、３２、３５、３６の歯先円の共通外接線の、隣り合うＣ−ＤとＥ−Ｆが平行になるように配置されている。

さらに、駆動スプロケット３０が間隔を空けて平行に設置した回転機構３３のチェーン１１４と回転機構３４のチェーン１１５と係合している。

次に図２において、駆動スプロケット３０が一定方向に回転する仕組みを説明する。

動力変換装置のベースフレーム１に配置された前記回転機構３３のラチェットギア付スプロケット３１と前記回転機構３４のラチェットギア付スプロケット３５は、回転軸が時計回り方向に回転するときは回転せず、回転軸が反時計回り方向に回転するときに回転する。このため、ラチェットギア付スプロケット３１とラチェットギア付スプロケット３５と係合するチェーン１１４とチェーン１１５は反時計回り方向には回転するが、時計回り方向には回転しない。

回転機構３３のチェーン１１４と回転機構３４のチェーン１１５と係合する駆動スプロケット３０はトルク伝達棒２１を介して回転トルクを外部装置へ出力する。

駆動スプロケット３０がトルク伝達棒２１を介して外部装置と連結し回転自在に固定されている状態で、動力変換装置ベースフレーム１を矢印のように下へ移動すると、回転機構３４のチェーンはラチェットギア付スプロケット３５の働きにより回転せず駆動スプロケット３０は時計回り方向に回転する。また、駆動スプロケット３０の時計回り方向の回転運動は、回転機構３３のラチェットギア付スプロケット３１、スプロケット３２及びチェーン１１４を反時計回り方向に回転させる。

さらに、動力変換装置ベースフレーム１を上へ移動すると、回転機構３３のチェーンはラチェットギア付スプロケット３１の働きにより回転せずに、駆動スプロケット３０は時計回り方向に回転する。

また、図３のように動力変換装置ベースフレーム１が外部に固定されている状態で、駆動スプロケット３０を上下移動すると、駆動スプロケット３０は時計回り方向に回転する。

上記説明では、図１〜図３に示したように、動力変換装置ベースフレーム１に配置した前記回転機構３３と前記回転機構３４はそれぞれ同径のスプロケット２つに無端環状チェーンが掛架された構成であるが、図４に示すように３つ以上のスプロケットに無端環状チェーンを掛架しても良い。また、駆動スプロケット３０及び回転機構を構成する全てのスプロケットの径も任意で良く、さらには、ラチェットギア付スプロケットも１つではなく、回転機構を構成するスプロケット２つ以上に設けても構わない。

また、回転機構３３と回転機構３４の無端環状チェーンの回転方向は同一であれば良いので、上記説明では反時計回り方向への回転であったが、時計回り方向への回転でも構わない。回転機構の無端環状チェーンが時計回り方向に回転する時、駆動スプロケット３０は反時計回り方向に回転する。

さらに、ラチェットギア付スプロケット３１、３４の代わりにラチェットギアを有しないスプロケットを設け、スプロケット３２、３５の代わりにラチェットギア付スプロケットを設けてもよく、さらには、回転機構３３と回転機構３４の全てのスプロケットをラチェットギア付スプロケットとしても構わない。

次に、本発明の動力変換装置を用いた可動物体型発電装置の動作について説明する。（図５を参照）

地上部に架台１０がアンカーボルトにより地面に固定され、変速機３８と発電機４の回転軸が連結し架台１０に固設されている。そして、変速機３８の回転軸と駆動スプロケット３０の回転軸がトルク伝達棒２１を介して連結している。

本発明の動力変換装置１は取り付けアーム２と一体となっており、取り付けアーム先端は図示しない連結金具により海面上の船（浮体）１２と回転自在に連結している。

この時、船１２は、波の影響を受けて不規則に上下動している。船１２の上下運動は、取り付けアーム２に伝達され、取り付けアーム２と一体の本発明の動力変換装置ベースフレーム１が上下運動する。
駆動スプロケット３０は本発明の動力変換装置１の上下運動を一定方向の回転運動へ変換し、同軸上に連結した変速機３８へトルクを出力し発電機４を高速回転して発電を行う。

以上のように本発明の動力変換装置を用いた可動物体型発電装置では、浮体の不規則な上下動を一方向の回転運動に変換し高効率に発電することができる。

本実施例では、駆動スプロケット３０の直径を大きくし歯数を多くすることにより、エネルギー入力源でのトルクに余裕を持たせている。このような構成により、本発明の動力変換装置１からのトルクを入力した後、変速機３８を用いて回転速度を上げることにより、効率良く発電を行うことができる。

また、本実施例では、本発明の動力変換装置ベースフレーム１の両側面にガイドレール３７が取り付けられている。地上部架台１０には車輪の付いたガイドローラー４１が取り付けられ前記ガイドレール３７と嵌合し、ガイドに沿って動力変換装置ベースフレーム１が上下運動する構成となっている。これにより駆動スプロケット３０が、係合するチェーン１１４とチェーン１１５から脱輪する虞がない。

さらに、ガイドレール３７の上下端にはガイドストッパー３９が設けられ、回転機構３３と回転機構３４のスプロケット３１、３２、３４、３５と駆動スプロケット３０が往復運動の際、接触しない構成となっている。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施例においては、チェーン１１４，１１５を用いたが、その代わりにベルトを用い、スプロケット３０，３１、３２、３５、３６の代わりにプーリを用いても良い。また、チェーンやベルトの長さは任意で良く往復直線運動の振幅に合わせ、数センチメートルから数十メートルのストローク長にも対応できる。

１ベースフレーム
２取り付けアーム
３支柱
４発電機
５バッテリー
６配線
１０架台
１２船（浮体）
２１トルク伝達棒
２９ラチェットギア
３０駆動スプロケット
３１，３５ラチェットギア付スプロケット
３３，３４回転機構
３２，３６スプロケット
３７ガイドレール
３８変速機
３９ガイドストッパー
４０チェーン調整装置
４１ガイドローラー
１１４チェーン
１１５チェーン

Claims

ベースフレーム上に、回転自在に支持されたラチェットギア付第１歯車と回転自在に支持された第２歯車を設け、前記第１歯車と前記第２歯車間に掛け渡された無端環状の帯状伝動部材で構成された第１の回転機構と、回転自在に支持されたラチェットギア付第３歯車と回転自在に支持された第４歯車を設け、前記第３歯車と前記第４歯車間に掛け渡された無端環状の帯状伝動部材で構成された第２の回転機構を並置し、前記第１の回転機構の前記第１歯車と、前記第２歯車の歯先円の共通外接線の外側の線分Ａ−Ｂと内側の線分Ｃ−Ｄと、前記第２の回転機構の前記第３歯車と前記第４歯車の歯先円の共通外接線の内側の線分Ｅ−Ｆと外側の線分Ｇ−Ｈのうち、前記第１の回転機構の共通外接線の線分Ｃ−Ｄと前記第２の回転機構の共通外接線の線分Ｅ−Ｆが平行であることを特徴とする動力変換装置。
前記ベースフレーム上に、間隔を空けて並置した前記第１の回転機構と前記第２の回転機構との間に、前記第１の回転機構の無端環状の帯状伝動部材と前記第２の回転機構の無端環状の帯状伝動部材とそれぞれ両方に係合する駆動歯車を配置することを特徴とする請求項１記載の動力変換装置。
少なくとも２つ以上の歯車に無端環状の帯状伝動部材が掛架され、その内少なくとも１つにラチェット機構を有する歯車がある前記第１の回転機構と、少なくとも２つ以上の歯車に無端環状の帯状伝動部材が掛架され、その内少なくとも１つにラチェット機構を有する歯車がある前記第２の回転機構とがあり、前記第１の回転機構と前記第２の回転機構は同一方向に回転し、反対方向への回転はラチェット機構の働きにより停止することを特徴とする請求項１及び請求項２記載の動力変換装置。