JP2016011637A - Oscillation type fluid power device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は流体の流れから動力を取出す、揺動式流体動力装置に関する。 The present invention relates to an oscillating fluid power device that extracts power from a fluid flow.
自然環境への負荷の低減のために、未活用の自然エネルギーの更なる開発が標榜されて久しい時下にあって、太陽光発電や風力発電が目覚ましく普及してきているが、その傍らで捗々しくはないものの、水力の利用に関しても小水量の河川流を利用した小規模水力発電への試みや、潮流や潮汐流を対象とした発電技術の実証実験が始められている。
しかしながら、それ等は波力や温度差を利用する特例を除き何れも、流体の速度水頭を利用するものであって、水車や回転翼を用いる従来型の技術の延長線上の域を脱しておらず、適用対象範囲がエネルギー密度の高い流れに限定されたており、実用化なり普及する段階に達してはいない。
In order to reduce the burden on the natural environment, it has been a long time since further development of unutilized natural energy was advocated, and solar power and wind power generation have become extremely popular. Although it is not true, trials for small-scale hydropower generation using small river flows and demonstration experiments of power generation technologies targeting tidal and tidal currents have been started.
However, they all use the velocity head of the fluid, except for special cases that use wave power and temperature differences, and are not extended from the extension of conventional technology using a turbine or rotor blade. However, the scope of application is limited to flows with high energy density, and it has not reached the stage of practical use and diffusion.
今日においても、未活用の自然エネルギー資源は身近に数多く存在する。例えば一般の河川の流や、海洋の潮流や潮汐流等がそれである。
現在活用されていない河川流や潮流はエネルギー密度が低いと言う点で共通しており、水車や回転翼を用いた従来型の技術ではほとんど有効利用が難しいか、可能であったとしても費用対効果が著しく劣ると言う理由で活用されて来なかった。
また、河川については、地形による箇所毎に異なる流れの状態に柔軟に対応出来る技術の無いことがそれらを有効な動力源として発電等の目的に利用するのを阻んで来た。
Even today, there are many unused natural energy resources. For example, general river flows, ocean tides and tidal currents.
River flows and tidal currents that are not currently used are common in that they have low energy density, and it is difficult to use them effectively with conventional technologies using water turbines and rotor blades. It has not been used for the reason that the effect is remarkably inferior.
For rivers, the lack of technology that can flexibly cope with different flow conditions at different locations due to topography has prevented them from being used as an effective power source for purposes such as power generation.
これら未活用エネルギー資源を発電等に活用するためには、エネルギー密度の低い流れに対しても有効(広い適用幅)で、且つ箇所毎に多様な様相を呈する流れにも柔軟に対応(柔軟な適応性)可能であり、付帯工事も含めた建設コストが低い(優れた費用対効果)技術の開発が待たれているところである。 In order to utilize these unutilized energy resources for power generation, etc., it is effective even for flows with low energy density (wide application range) and flexibly supports flows that exhibit various aspects at each location (flexible (Adaptability) is possible, and the development of technologies with low construction costs (including cost-effectiveness) including incidental work is awaited.
そのような背景のなかにあって、水車や回転翼を用いる従来型の技術に依らず、翼に生じる揚力を動力源として流れの直角方向の往復運動を生起させ、これを回転動力に変換して電力を取出す方法の“流体式動力装置”が提案されていた。(特許文献1)
特許文献1に提唱されている“流体式動力装置”の骨子は、概ね次の通りである。
即ち、“流体の流れに対して略直角な方向に延在する固定軸に案内されて、該固定軸に沿って往復運動する可動部材に1乃至複数の翼部材が装着されており、該翼部材は回転軸を介して該可動部材に回動自在に軸支されており、該流れに対する該翼部材の迎角を正から負、又は負から正に変化させることにより該翼部材で発生する揚力を反転させて該可動部材に往復運動を生起させ、その往復運動を然るべき手段により回転運動に変換する “流体式動力装置”である。
Against this background, regardless of the conventional technology using a turbine or rotor blade, the lift generated in the blade is used as a power source to cause a reciprocating motion in the direction perpendicular to the flow, and this is converted into rotational power. Thus, a “fluid power device” has been proposed as a method for extracting electric power. (Patent Document 1)
The outline of the “fluid power device” proposed in
That is, “one or more wing members are mounted on a movable member guided by a fixed shaft extending in a direction substantially perpendicular to the fluid flow and reciprocating along the fixed shaft. The member is pivotally supported by the movable member via a rotating shaft, and is generated in the wing member by changing the angle of attack of the wing member with respect to the flow from positive to negative or from negative to positive. This is a “fluid power device” in which the lift force is reversed to cause the movable member to reciprocate, and the reciprocating motion is converted into rotational motion by appropriate means.
しかしながら、先行技術には次に指摘する幾つかの解決されるべき課題が残されていた。
即ち
1)大きい出力を得ようとすると装置の大型化は避けて通れないが、それには必然的に移動体の走行距離(ストローク)を伸ばす必要が生じるのは自然の成り行きである。それには付帯工事も含めた建設費の急激な膨張が予見される上に、大型化した時の動力変換手段の選定に難渋することが予想される。
往復運動を回転運動に変換する場合、クランク軸が常套的に用いられており、先行技術でも明らかにクランク軸を用いることを想定したと伺えるが、その場合クランク軸のクランク半径は移動体のストロークによって定まるため、ストロークを伸ばすにはクランク半径を大きくする必要が生じる。それは慣性モーメントの増大による起動抵抗の増加を招き、また安全距離の確保のために広い設置スペースを必要とすることから推奨が憚られる。更にクランク軸を用いる場合の、最も厄介な問題はクランク軸の上下死点の存在である。上下死点(以下思案点と記述)とは文字通りデッドロックポイントであり、これを乗越える時にはより強い力が必要であるが、その時点と移動体が移動方向を反転させる時点とが一致することに留意しなければならない。その上移動体が移動方向を反転させる時点は、該移動体に働く推進力が減少して“零”(=0)を通過しその後増加に転じる工程であり、思案点と推進力“零”が一致する。従って、先行技術が動力変換手段としてクランク軸を用いることを想定しているとすれば、クランク軸の思案点に係る問題を避けて通れないが、思案点を乗り越えてその後も回転を維持継続することには無理が有ると言わざるを得ない。この点については次に触れる翼の反転手段とも密接に関連する。
2) 翼反転手段の信頼性は最重要な事項であるが、先行技術においては能動的に働く翼反転手段を備えておらず、そのことは最も深刻な欠陥であると云える。
先行技術では翼を反転させるために翼自体が流体から受ける力を直接的に利用する方法を用いている。これを力学的に検証すると、次に述べる理由からその動作原理には不確実性が内在していることが見えてくる。即ち、先行技術における翼の反転手段は、移動体のストロークエンドに至った時翼が流れの方向を向いて起立する状態になるように翼の先端が当接する位置にストッパーを設けているものであるが、翼が反転する一連の動きを思い描くと、移動体がストロークエンドに接近して翼の先端がストッパーに当接を始めた瞬間から翼が倒立(翼先端が流れの上流方向に向く)が始まり、するまでの過程で翼の流れに対する迎角は漸次減少して終には零度に至る。それに連れて揚力は漸次減少して、倒立するに至り揚力は零となる。当然ながらその過程で翼に作用する力と負荷による力とが拮抗する点を通過するはずである。さすれば両者の力関係によっては架橋状態(ブリッジ状態、又は棚吊状態とも言う)を起こす恐れがあり、架橋状態に至れば移動体は走行運動を停止し、機関としての働きも停止することとなる。 図33及び図34は先行技術にの翼反転手段を図解するためのものであって、当該特許文献からの引用ではないことを断っておく。図33は稼働走行状態における示力図であり、また図34は移動体がストロークエンドに接近して翼の先端がストッパーに当接を始めた時点以降の示力図を示す。図34によれば、推進力と負荷の強弱関係によって架橋状態(ブリッジ)を生じる虞があるとするのは杞憂であると片付ける分けには行かないであろう。
またここで述べた翼反転の不確実性は、動力変換手段としてクランク軸を使用する場合だけに留まらず、他の動力変換手段を用いる場合でも解消されないことを指摘しておきたい。加えて、可動部材が往復運動をしている間は、翼が確実に所定の迎角を保ってなければならないが、この間翼を固定保持する機能が備わっていないため、何らかの事由、例えば異物との衝突や流れの乱れ等の想定外の事由による外力を受けた場合に翼の迎角を変じる可能性があり、この点にも機能呈しに至る可能性を含んでいる。
However, the prior art still has some problems to be solved as pointed out below.
In other words, 1) Although it is unavoidable to increase the size of the apparatus when trying to obtain a large output, it is natural that it is necessary to increase the travel distance (stroke) of the moving body. To that end, it is expected that construction costs including incidental construction will rapidly expand, and it will be difficult to select power conversion means when the size is increased.
When reciprocating motion is converted to rotational motion, the crankshaft is conventionally used, and it can be said that the crankshaft is assumed to be clearly used in the prior art. Therefore, it is necessary to increase the crank radius in order to extend the stroke. It causes an increase in starting resistance due to an increase in moment of inertia, and is recommended because it requires a large installation space for securing a safe distance. Furthermore, the most troublesome problem when using a crankshaft is the existence of the top and bottom dead centers of the crankshaft. The top and bottom dead center (hereinafter referred to as “thought point”) is literally a deadlock point, and it requires a stronger force to get over this point, but the point in time coincides with the point in time when the moving body reverses the direction of movement. You must keep in mind. In addition, when the moving body reverses the moving direction, the driving force acting on the moving body decreases, passes through “zero” (= 0) and then increases, and the thought point and the driving force “zero”. Match. Therefore, if it is assumed that the prior art uses the crankshaft as the power conversion means, the problem related to the thought point of the crankshaft cannot be avoided, but the rotation is continued after the thought point is overcome. I have to say that it is impossible. This is also closely related to the wing reversing means to be touched next.
2) The reliability of the blade reversing means is the most important matter, but the prior art does not have the blade reversing means that works actively, which is the most serious defect.
In the prior art, a method of directly using the force that the blade itself receives from the fluid is used to invert the blade. When this is verified dynamically, it becomes apparent that uncertainty is inherent in the operating principle for the following reasons. In other words, the blade reversing means in the prior art is provided with a stopper at a position where the tip of the blade comes into contact so that the blade is standing in the direction of flow when it reaches the stroke end of the moving body. However, if you imagine a series of movements where the wings are reversed, the wings are inverted from the moment the moving body approaches the stroke end and the tip of the wings starts to come into contact with the stopper (the tip of the wing faces the upstream direction of the flow) The angle of attack on the wing flow gradually decreases in the process until and begins until it reaches zero. As a result, the lift gradually decreases, and the lift becomes zero when it is inverted. Of course, it should pass through the point where the force acting on the wing and the force due to the load antagonize in the process. Then, depending on the relationship between the two, there is a risk of causing a bridging state (also called a bridge state or a shelf-suspended state), and when the bridging state is reached, the moving body stops running and stops its function as an engine. It becomes. FIG. 33 and FIG. 34 are for illustrating the blade inverting means in the prior art and are not quoted from the patent document. FIG. 33 is a power diagram in the running state, and FIG. 34 is a power diagram after the time when the moving body approaches the stroke end and the tip of the wing starts to contact the stopper. According to FIG. 34, it is unlikely that the state of bridging (bridge) due to the relationship between the propulsive force and the load is likely to be a melancholy.
It should be pointed out that the uncertainties of blade reversal described here are not limited only when the crankshaft is used as the power conversion means, but are not eliminated even when other power conversion means are used. In addition, while the movable member is reciprocating, the wings must maintain a predetermined angle of attack, but since there is no function to fix and hold the wings during this time, for some reason, There is a possibility of changing the angle of attack of the wing when an external force is applied due to an unexpected reason such as a collision of the air flow or a disturbance in the flow, and this also includes the possibility of exhibiting a function.
本発明は、上記の先行技術の課題を解決すると共に、
1)エネルギー密度の低い流れにも適用が可能であって、
2)自然界の流体の流れの多様性に柔軟に対応出来て、スケールアップや最適化が容易な機構とし、
3)費用対効果に優れた揺動式流体動力装置を提供することを目指すものである。
The present invention solves the above-described problems of the prior art,
1) It can be applied to flows with low energy density,
2) A mechanism that can flexibly cope with the diversity of fluid flow in the natural world and facilitates scale-up and optimization.
3) The aim is to provide an oscillating fluid power unit that is cost-effective.
先行技術では直線軸上を“可動部材”が往復運動する機構を用い、該可動部材に翼を装着して該翼の迎角を反転させることで該可動部材に往復運動を生起せしめ、それを回転運動に変換して動力として取り出す、とするものである。
それに対して、前述の課題を解決するための第一の手段として、本発明では支点軸の回りに往復角運動(揺動)する揺動部材(以下揺動腕と呼ぶ)と、該揺動腕の自由端に係合されて円弧軌跡上を往復運動する揺動体とから成る機構を用いることとし、該揺動体には翼が付属しており、該翼に働く流れの力を動力源として該揺動腕に往復角運動を励起する仕組みを用いた。(以下の記述において支点軸と揺動腕からなる運動機構を “揺動機構”と呼び、移動腕と揺動体の組合せを一括りにして “揺動部”と呼ぶこととする。(尚、該揺動部には翼と後述の翼操作手段の一部が含まれる。)
即ち本発明は、流体の流れに対向する翼の迎角を規則的に反復反転させることで、該翼に作用する揚力を交番力に変調し、該交番力を加振力として揺動機構に持続的な揺動を励起させて、該揺動機構の往復角運動を回転運動に変換して動力源とする、揺動式流体動力装置(請求項1)であり、前記揺動機構における該支点軸は前記流れの方向に対して略直角の方向に延在して固定設置されており、該支点軸に軸支されて該流れの方向を基準(中心)として揺動運動する揺動体と、該揺動体の自由端に保持されて円弧軌跡上を往復移動する移動体と、該移動体に翼回転軸を介して回動自在に装着された翼と、該翼回転軸を操作して、前記流れに対する該翼の迎角を所定の反復するパターンに従って反転操作する翼操作手段と、該揺動体の往復角運動を一定方向回転運動に変換する動力変換手段とを含む揺動式流体動力装置(請求項2)を創出した。
In the prior art, a mechanism in which a “movable member” reciprocates on a linear axis is used. A wing is attached to the movable member and the angle of attack of the wing is reversed to cause the movable member to reciprocate. It is assumed that it is converted into rotational motion and taken out as power.
On the other hand, as a first means for solving the above-described problem, in the present invention, a swinging member (hereinafter referred to as a swinging arm) that reciprocates (oscillates) around a fulcrum shaft, A mechanism consisting of an oscillating body that is engaged with the free end of the arm and reciprocates on an arc locus is used. The oscillating body is provided with a blade, and the force of the flow acting on the wing is used as a power source. A mechanism for exciting a reciprocating angular motion on the swing arm was used. (In the following description, the motion mechanism composed of the fulcrum shaft and the swing arm is called the “swing mechanism”, and the combination of the moving arm and the swing body is collectively called the “swing part”. The oscillating portion includes a wing and a part of wing operating means described later.)
That is, the present invention regularly and repeatedly reverses the angle of attack of the blade facing the fluid flow, thereby modulating the lift acting on the blade to an alternating force and using the alternating force as an excitation force to the swing mechanism. An oscillating fluid power device (Claim 1) that excites continuous oscillation and converts a reciprocating angular motion of the oscillation mechanism into a rotational motion to serve as a power source. A fulcrum shaft is fixedly installed extending in a direction substantially perpendicular to the flow direction, and an oscillating body that is pivotally supported by the fulcrum shaft and oscillates with the flow direction as a reference (center). A movable body that is held at the free end of the rocking body and reciprocates on an arc locus; a wing that is rotatably mounted on the movable body via a blade rotation shaft; and the blade rotation shaft is operated. Blade operation means for reversing the angle of attack of the blade with respect to the flow according to a predetermined repeating pattern, and the reciprocating angle of the oscillator And create a rocking type fluid power device including a power converting means for converting the movement in a certain direction rotational motion (claim 2).
また、先行技術では翼の迎角反転手段として能動的に作動する翼反転手段を備えていないことが重大な欠陥であって、機能不全を招く可能性の有ることを指摘したが、これの課題を解決するための第二の手段として、本発明における翼操作手段は外部補助的動力により作動するアクチュエータと、該アクチュエータの出力を前記翼に伝える伝動系(前記翼が複数である場合には分配機構含む)と、揺動腕が左右の振幅限に達したことを検出する左右のセンサーと、アクチュエータの動きを制御する制御装置とから構成されることとし、(請求項6)揺動体の揺動運動(揺動角)と関連付けて、翼を規則的に操作する翼操作手段を備えることとした。即ち、本発明の翼操作手段は、揺動体が左右何れかの振幅限に達した瞬間に翼反転動作を開始して、該翼の所定の迎角を正から負に、若しくは負から正に反転(流れ方向を基準線として鏡対称に裏返した状態にすることを反転という)させて該揺動体の運動方向を方向転換させる一方で、翼の迎角反転動作以外の合間(インターバル)は該翼が勝手に回動しないように固定保持して、正若しくは負の何れかの所定の迎角を保つ働きをする翼操作手段とした。因みに角度や旋回運動に関連して角度乃至はモーメントを表す場合は、慣習に従って反時計回りに測った値を正とし、時計回りを負と符号する。 In addition, in the prior art, it was pointed out that the lack of a blade reversing means that actively operates as a blade angle-of-attack reversing means is a serious defect, which may lead to malfunction. As a second means for solving the problem, the blade operating means in the present invention includes an actuator that operates by external auxiliary power, and a transmission system that transmits the output of the actuator to the blade (distribution when there are a plurality of blades). Including a mechanism), left and right sensors for detecting that the swing arm has reached the left and right amplitude limits, and a control device for controlling the movement of the actuator (claim 6). In association with the dynamic motion (swing angle), blade operation means for regularly operating the blade is provided. That is, the blade operating means of the present invention starts the blade reversal operation at the moment when the swinging body reaches the left or right amplitude limit, and changes the predetermined angle of attack of the blade from positive to negative, or from negative to positive. While the direction of movement of the oscillator is changed by reversing (turning mirror-inverted with the flow direction as the reference line), the interval other than the angle-of-attack reversing operation of the blade is the interval. The blade operating means is fixed and held so that the blade does not rotate freely, and maintains a predetermined angle of attack, either positive or negative. Incidentally, when an angle or a moment is expressed in relation to an angle or a turning motion, a value measured counterclockwise in accordance with the convention is positive, and a clockwise rotation is negative.
また翼操作手段の別の方策として外部の補助動力に依らずにクランク軸に装着されたフライホイールに蓄えられた回転エネルギーを動力源として利用する方法を用い、歯車列とゼネバ機構の間欠作動原理とを組み合わせることで、クランク角に対応して前記翼の迎角を、正から負に、若しくは負から正に反転するほか、翼を反転させる動作以外の間は該翼が所定の姿勢(迎角)に留まるよう固定保持する、外部補助動力を用いない機械式の翼操作手段を選択することも可能とした。(請求項14) Another method for operating the blades is to use the rotational energy stored in the flywheel attached to the crankshaft as a power source without relying on external auxiliary power, and the intermittent operation principle of the gear train and Geneva mechanism. In addition to reversing the angle of attack of the blade from positive to negative or from negative to positive corresponding to the crank angle, the blade is in a predetermined posture (attack) except for the operation of reversing the blade. It is also possible to select a mechanical blade operating means that does not use external auxiliary power that is fixedly held so as to remain at the corner. (Claim 14)
先行技術における動力変換手段としてクランク軸を用いることが適当でない理由の一つとして、ストロークの長さにあることを指摘したが、本発明では、前記揺動腕と前記クランク軸とを前記連結棒で連結する際に、該揺動腕上に配置する連結ピンの取付け位置を該揺動腕の長軸上の任意の位置に定めることが出来るから、該クランク軸のクランク半径として適当な値を選ぶことで、ストロークの長さについての制約から解放される上に、テコの原理により該クランク軸に伝える力を加減出来る利点がある。
このことはエネルギー密度が低い流れのため、該揺動腕に作用する力が弱い場合においても、本動力装置が安定的に機能するように設備仕様を決定することを可能とする。
One of the reasons why it is not appropriate to use a crankshaft as power conversion means in the prior art has been pointed out in the length of the stroke. In the present invention, the swing arm and the crankshaft are connected to the connecting rod. The connecting position of the connecting pin arranged on the swing arm can be determined at an arbitrary position on the long axis of the swing arm, so that an appropriate value is set as the crank radius of the crank shaft. In addition to being freed from restrictions on the stroke length, there is an advantage that the force transmitted to the crankshaft can be adjusted according to the lever principle.
Since this is a flow with a low energy density, it is possible to determine the equipment specifications so that the power unit functions stably even when the force acting on the swing arm is weak.
動力変換手段としてクランク機構を用いることから、クランク軸にまつわる思案点の問題は先行技術に於けると同様に、本発明においても最も注意を払うべき事項である。
当然のことながら、クランク軸の思案点を乗越えるためには応分のエネルギー(乗越えエネルギーと呼ぶ)が必要なことは明らかである。そのことに関連して、揺動腕の揺動範囲を制限することの効用について図5を以って解説する。
仝図において実線で表された状態はクランク軸との連結を解放された揺動腕が流れのなかに置かれており、翼に作用する揚力と抗力夫々の揺動腕に対する支点軸回りのモーメントが釣合ったところに留まっている状態を示している。また想像線で表された揺動腕はクランク軸と連結された場合の揺動腕の両振幅角は2θである。
従って、図中の角度βは
即ち、フライホイール効果でクランク軸が思案点に達した後も、回転を維持し、且つ回転の方向付けをする働きをし、反転後の翼の翼力はクランク軸の回転を加速する方向のモーメントを生じることとなり、思案点を乗り越えて同じ方向に回転を持続しようとする効果をもたらした。
Since the crank mechanism is used as the power conversion means, the problem of the thought points related to the crankshaft is the most important matter in the present invention as in the prior art.
Naturally, it is clear that the energy of the appropriate amount (referred to as the surpassing energy) is necessary to get over the point of the crankshaft. In connection with this, the utility of limiting the swing range of the swing arm will be described with reference to FIG.
In the graph, the state indicated by the solid line is that the swinging arm released from the connection with the crankshaft is placed in the flow, and the moments around the fulcrum shaft against the swinging arm acting on the wing and the lift acting on the wing. Shows the state of staying in balance. Further, when the swing arm represented by an imaginary line is connected to the crankshaft, both amplitude angles of the swing arm are 2θ.
Therefore, the angle β in the figure is
That is, even after the crankshaft reaches the ideal point due to the flywheel effect, it maintains the rotation and functions to direct the rotation, and the blade force of the inverted blade is in the direction of accelerating the rotation of the crankshaft. A moment was generated, and the effect of trying to continue the rotation in the same direction over the thought point was brought about.
また、思案点乗越えの確実性をより高める方策として、本発明に係る一組の動力装置(基本ユニットと呼ぶ)の一式を複数基を連結して互の出力を合力すると共に、相互に出力変動を補い合う形態を創出した。(図18を参照願う)
ここで“連結する”とは複数(同型)の基本ユニットの複数基の出力軸(クランク軸)を動力的に連結することを意味し、機械的に合体させて単一機関とすることである。
具体的には複数の基本ユニットを夫々の支点軸芯が同一線上に在るように配置し、且つ夫々のクランク軸の軸心を一致させて連結する。
上記基本ユニットは、いわば単動型と呼ぶべきものであるのに対して、基本ユニットを二組以上連結した結果創出される形態を複動型と呼ぶ。
図18は該複動型の例であって、そのために創出される複動型クランク軸に関しては、後段の説明に譲るが、この場合連結後のクランク軸は二つのクランクアームを持つこととなり、各基本ユニットが思案点を通過するタイミングが重なるのを避ける配慮から、クランクアームの位相(割り付け)に関して位相差を持たせることが肝要である。
必然的に互いの揺動腕の揺動角に位相差が生じることとなるのは言うまでもない。
In addition, as a measure to further increase the certainty of passing over the thought point, a plurality of sets of a set of power units (called basic units) according to the present invention are connected to combine each other's outputs and output fluctuations to each other. Created a form to complement each other. (Please refer to Figure 18)
Here, “connect” means that a plurality of output shafts (crankshafts) of a plurality of (same type) basic units are connected dynamically and mechanically united to form a single engine. .
Specifically, a plurality of basic units are arranged so that the respective fulcrum shafts are on the same line, and the axes of the respective crankshafts are connected in alignment.
The basic unit should be called a single-action type, whereas a form created as a result of connecting two or more sets of basic units is called a double-action type.
FIG. 18 is an example of the double-acting type, and the double-acting crankshaft created for this purpose will be described later, but in this case, the connected crankshaft has two crank arms, In order to avoid overlapping of the timings at which the basic units pass the thought points, it is important to have a phase difference with respect to the phase (assignment) of the crank arm.
Needless to say, a phase difference inevitably occurs in the swing angle of the swing arms.
先行技術は、該可動部材に装着された翼に働く流れの力(揚力)を駆動力として、可動部材が直線軸上を往復運動する仕組みを基本に置いているのに対して、本発明の基幹的なメカニズムは揺動運動であり、揺動機構を用いることの最大の利点は、翼に作用する揚力が小さい場合でも梃子(テコ)の原理を応用することができ、揺動腕の長さを変更して梃子比を変えることにより、揺動腕に作用するモーメントを大きくすることが出来る点にある。
この点は、先行技術の場合は流体が移動体に及ぼす推進力が1対1でクランク軸に伝達されることと比較すると格段に有利な点である。
The prior art is based on a mechanism in which the movable member reciprocates on a linear axis using the flow force (lift) acting on the wings attached to the movable member as a driving force. The basic mechanism is swing motion, and the biggest advantage of using the swing mechanism is that the lever principle can be applied even when the lift acting on the wing is small, and the length of the swing arm By changing the lever ratio by changing the height, the moment acting on the swing arm can be increased.
This is a significant advantage in the prior art as compared with the fact that the propulsive force exerted by the fluid on the moving body is transmitted to the crankshaft in a one-to-one relationship.
また揺動腕が支点軸に軸支される揺動機構は極めて単純な機構であって、軸受ユニット(ベアリング)の使用が可能であり、先行技術の直線運動機構に比べて、機械的摩擦損失が格段に少なく、機械的効率を改善する効果がある。 The swing mechanism in which the swing arm is pivotally supported by the fulcrum shaft is a very simple mechanism, and a bearing unit (bearing) can be used. Compared to the linear motion mechanism of the prior art, mechanical friction loss is achieved. Is much less and has the effect of improving mechanical efficiency.
設置場所条件への適合性に関しては、流れ断面形状、即ち幅方向及び高さ方向の広がりの特徴を考慮して揺動軸の延在する方向を決定することが肝心であり、揺動平面上に於ける流れの広がりの広狭(広い/狭い)には、揺動腕の長さや揺動角度を調整することで対応し、揺動軸の延在する方向における流れの厚薄(薄い/厚い)には、複動型のユニット数を加減させること、若しくは翼幅を調節することにより、さらに流れの強弱対しては翼の大きさや枚数を増減することでも調節が可能であり、設備としての最適化を可能とした。このことは同時にスケールアップの自由度をも飛躍的に増大させる効果をもたらした。 Regarding compatibility with the installation site conditions, it is important to determine the direction in which the swing axis extends in consideration of the characteristics of the cross-sectional shape of the flow, that is, the spread in the width direction and the height direction. The width of the flow in the wide (narrow / narrow) range can be adjusted by adjusting the length and angle of the swing arm, and the flow is thin (thin / thick) in the direction in which the swing shaft extends. In addition, by adjusting the number of double-acting units or by adjusting the blade width, it is also possible to adjust the flow strength by adjusting the size and number of blades. Made possible. This also has the effect of dramatically increasing the degree of freedom of scale-up.
装置全体は支点軸で支える構造であるから、該支点軸を取付けることが可能で、且つ該支点軸に負荷される流れによる力を支える強度を有する構造物があればこと足りるのである。それゆえ既存の構築物を流用することも可能であり、適用対象を河川の流れに限るとすれば、流路の整備や大掛かりな土木工事等の付帯工事を省略若しくは軽減させることができ、単純な機構と相まって費用対効果に優れ、設置場所に関する制約も緩和される効果をもたらすことができる。 Since the entire apparatus has a structure that is supported by a fulcrum shaft, it is sufficient to have a structure that can be attached to the fulcrum shaft and that has strength to support the force caused by the flow applied to the fulcrum shaft. Therefore, it is possible to divert existing structures, and if the scope of application is limited to river flow, it is possible to omit or reduce incidental work such as flow path maintenance and large-scale civil engineering work. Combined with the mechanism, it is cost-effective and the restrictions on the installation location can be relaxed.
先行技術おいては、翼反転手段は能動的な機構とは言い難く、機能不全に陥る虞があることを指摘したが、本発明は翼を反転させるための明確な翼操作手段を備えたことで、反転の不確実さが除去でき、安定した動作を可能とする効果をもたらした。又、先行技術ではその反転手段のゆえに中立線に対して左右対称である平板翼しか選択し得ないが、明確な手段を備えていることで、後述する幾通りかのより好ましい翼形式の中から設置場所条件に合致したものを選定できることも効率の改善に寄与する効果をもたらした。 In the prior art, it has been pointed out that the wing reversing means is not an active mechanism and may malfunction, but the present invention has a clear wing operating means for reversing the wings. Thus, the uncertainties of inversion can be removed, and the effect of enabling stable operation was brought about. In addition, in the prior art, because of the reversing means, only flat plate wings that are symmetric with respect to the neutral line can be selected. However, by providing clear means, some of the more preferable wing types described later are included. The ability to select the one that matches the installation location conditions also contributed to the improvement of efficiency.
動力変換手段としてクランク機構を用いることは、往復運動を回転運動に変換するための手段として、最も一般的で且つ信頼性の高い方法である。 The use of a crank mechanism as the power conversion means is the most general and reliable method for converting the reciprocating motion into the rotational motion.
クランク機構を用いることには副次的に次のメリットもあり、その点について図6を以て説明する。
ここで、クランク半径を r 、揺動腕のリンク長さ(支点軸と接合ピンの距離)をl 、揺動腕の両振幅角を 2θとすると次の関係式が成り立ち、
このことは、クランク軸のクランク半径r と、揺動腕にとりつける取付ける連結ピンの位置(支点軸と連結ピンの距離) l により揺動域〈両振幅角〉が確定し、前記揺動腕の左右の振幅限は前記クランク軸のクランク角が0°乃至180°(思案点)にある時であり、前記揺動腕が揺動の中心位置に在る時はクランク角が90°若しくは270°の時に当たる。従って、クランク角が90°乃至270°の時に前記揺動腕が流体の流れの方向を向くように設置することで前記揺動腕は該流れの方向を中心として左右均等の振幅域の中を揺動することとなる。
The use of the crank mechanism also has the following merits and will be described with reference to FIG.
Here, when the crank radius is r, the link length of the swing arm (distance between the fulcrum shaft and the connecting pin) is l, and both amplitude angles of the swing arm are 2θ, the following relational expression is established:
This is because the swing range <both amplitude angle> is determined by the crank radius r of the crankshaft and the position of the connecting pin to be attached to the swinging arm (distance between the fulcrum shaft and the connecting pin) l. The left and right amplitude limits are when the crank angle of the crankshaft is between 0 ° and 180 ° (thought point), and when the swing arm is at the center of swing, the crank angle is 90 ° or 270 °. It hits at the time of. Therefore, when the crank angle is 90 ° to 270 °, the swinging arm is installed so as to face the direction of the fluid flow, so that the swinging arm has a right and left amplitude range centered on the flow direction. It will swing.
ここで注意喚起しておきたい点は、本発明の動作原理から揺動腕の角度位置によって動力変換手段に伝達するトルクは必ずしも一定ではなく、図8に表す曲線のような特性を示すことである。そこで複数の基本ユニットを連結(重連)して重畳することで変動幅を小さくすると共に、クランク軸の出力トルクの変動を平準化する効果も期待される。 The point to be noted here is that the torque transmitted to the power conversion means is not necessarily constant depending on the angular position of the swing arm from the principle of operation of the present invention, and shows a characteristic like a curve shown in FIG. is there. Therefore, it is expected that the fluctuation range is reduced by connecting (superimposing) a plurality of basic units, and that the fluctuation of the output torque of the crankshaft is leveled.
揺動機構の形式には幾通りもの変形型があり、また翼に関しても実施例で開示する形式の中から選択することが可能であり、設置場所条件に最適な各要素を組合せることで本発明を実施する際の費用対効果を高めることに資するものである。 There are various types of swing mechanisms, and the blades can be selected from the types disclosed in the embodiments. This contributes to an increase in cost effectiveness when the invention is carried out.
(0018)から(0023)に述べてきたことは設置場所条件への対応に柔軟性を与えるに留まらず、装置のスケールアップの容易さを示すものでもある。 What has been described in (0018) to (0023) not only gives flexibility in responding to the installation site conditions, but also shows the ease of scale-up of the apparatus.
先行技術は流れの強弱の変化に鋭敏に影響されることが懸念され、流れ方向の揺らぎの影響も受け易いと思量される。 従って、その実施に当たっては整流のために流路を整備する等の配慮と付帯工事が必要とされる場合もあると思われるが、本発明は流れ方向の揺らぎに対して、揺動範囲を制限することで十分な許容範囲を持たせることが可能である。 It is feared that the prior art is sensitively influenced by changes in the strength of the flow, and it is considered that the prior art is easily affected by fluctuations in the flow direction. Therefore, in the implementation, it may be necessary to consider the construction of the flow path for rectification and incidental work, but the present invention limits the swing range against fluctuations in the flow direction. By doing so, it is possible to give a sufficient tolerance.
この項は「発明を実施するための形態」について記述するのが本来ではあるが、その本題に入る前に、予めプロトタイプ(以下“原型”と表記)と謂うべき最も単純な構成のものを以って、本発明の構成要素と動作原理について一通りの説明をすることから始めたい。 This section is originally intended to describe “modes for carrying out the invention”, but before entering the main topic, a prototype (hereinafter referred to as “prototype”) having the simplest configuration to be called is described in advance. Therefore, I would like to start by explaining a series of components and operating principles of the present invention.
上記の“原型”には揺動機構の違いによる二つの型があり、図1及び図2にそれらを示してある。図1は単純な振り子状の揺動機構を用いたものである。 また図2は平行運動機構(平行リンク型と呼ぶ)を応用したものである。両者は何れも本発明の初歩的な原型と呼ぶべきものであり、図3と図4には前二者の作動状態の動きをコマ送り風に分解して順を追って表してある。 There are two types of the above-mentioned “prototype” due to the difference in the swing mechanism, and these are shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 1 uses a simple pendulum-like swing mechanism. FIG. 2 shows an application of a parallel motion mechanism (referred to as a parallel link type). Both of these should be called the rudimentary prototypes of the present invention. FIG. 3 and FIG. 4 show the movements of the former two operating states in a step-by-step manner.
さて、前述の二つの原型を以て本発明の機構のあらましを述べるとするなら、本発明は必ず次の四つのコンポーネント(構成要素)から構成されている。
即ち、
1)本発明の基盤となるメカニズムである支点軸と、該支点軸の回りに往復角運動する揺動部材(揺動腕)から成る“揺動機構”(A) と、
2)前記揺動機構の先端に保持されて円弧軌跡上を往復移動する揺動体と、該揺動体に装着された翼とから成り、該翼は流体の流れのエネルギーを受けて前記揺動機構に加振力を与える役割を担う“揺動体” (B)と、
3)該翼を所定のパターンに従って操作して揚力の方向を反転させて加振力とする “翼操作手段” (C)と、
4)前記揺動機構の揺動運動を回転運動に代えて動力源とする “動力変換手段” (D)との四つである。
ここで各構成要素について、個別にその構造と働きについて簡単に説明を加えておく。
Now, if the outline of the mechanism of the present invention is described with the two prototypes described above, the present invention is necessarily composed of the following four components (components).
That is,
1) “Oscillation mechanism” (A) comprising a fulcrum shaft, which is a mechanism underlying the present invention, and an oscillating member (oscillating arm) that reciprocates around the fulcrum shaft;
2) A swinging body that is held at the tip of the swinging mechanism and reciprocates on an arc trajectory, and a blade that is attached to the swinging body. The blade receives the energy of the fluid flow and receives the fluid flow energy. "Oscillator" (B), which plays a role of giving excitation force to
3) “wing operation means” (C) that operates the blade according to a predetermined pattern and reverses the direction of lift to generate an excitation force;
4) “Power conversion means” (D) that uses the oscillating motion of the oscillating mechanism as a power source instead of a rotational motion.
Here, the structure and operation of each component will be briefly described individually.
まず、揺動機構(A)は支点軸2と揺動腕3の組合せであり通常揺動腕は棹乃至は桁(ビーム)状の長尺構造物であり、図1に示す揺動腕3の先端部分は前記移動体としての機能を担い、図2の場合は二つの揺動腕3a及び3bと該揺動腕の先端を連結するリンク材4(移動体としての機能を兼ねる)を含む四節点平行運動機構(以下この場合も平行運動機構を単に“揺動腕”と表記する)を構成している。
図1及び図2において、流れの方向に略直角な方向(平面図に垂直な方向)に延在する支点軸2は図示されていない支持構造物1に固設されており、揺動腕3が支点軸2に回動自由に軸支されて流れの方向を中心として左右均等に振り子運動(往復円弧運動で単に“揺動運動”と表記)する機構である。
揺動腕3(3a及び3b)が揺動する平面は水平面又は垂直面の何れでもよく、その何れを採択するかは、流束の断面形状により決定される。
揺動腕3の先端には揺動体4が装着されており、揺動体4は揺動腕3の往復角運動に連れて円弧軌跡上を往復運動する。尚、揺動腕と揺動体を合体させた構造も採り得ることを付け加えておく。
First, the swing mechanism (A) is a combination of the
1 and 2, a
The plane on which the oscillating arm 3 (3a and 3b) oscillates may be either a horizontal plane or a vertical plane, and it is determined by the cross-sectional shape of the flux.
A rocking body 4 is attached to the tip of the rocking
揺動体(B)は、本発明を自動車又は飛行機に例えるなら、エンジンに相当するもので、該揺動体には動力を引出す主体の翼が装着されている。該翼に関しては後段で触れるように幾通りかの形式の異なる翼が使用可能であるが、先ずは図10に示す平板翼を取り上げて翼の構造を説明しておく。
仝図に示す翼体11は平板式翼であって、翼部11aと、その翼長端部に回転軸11b及び11cが剛体接続された構造である。翼は回転軸11b及び11cを介して揺動体4に回転自在に装着されており、回転軸11bを操作レバー24により回動操作することで前記流れに対する迎角を変化させる仕組みとなっている。
また、図11はキャンバー翼の形状を示すが、仝図を以って翼に係る寸法諸元の呼び方を示してある。
さて、翼の迎角とは、流れの方向を基準として測った翼の傾き角度である。(反時計回りを正、時計回りを負とする)
該翼は前記流れの方向を転じることの反作用として、翼面に略直角な方向の、翼を押し退けようとする力が働くが、本明細書ではこれを翼力と呼ぶこととする。
通常では翼力は流れに直角な方向の分力を揚力と呼び、流れの方向の分力を抗力と呼んで二つの分力に分解して扱われることが常である。
揚力と抗力の値の比は揚抗比と呼ばれ、多くは翼の断面形状と迎角によって定まり、通常は実験により求められる値であるが、本発明に用いる翼では、揚抗比が 5 よりも大きい値のものが推奨される。
分力のうちの抗力はプラス(得)マイナス(失)の両面の効力をもたらし、その影響は無視し得ない大きさであるから、以下にその点について検証しておく。
The oscillating body (B) corresponds to an engine if the present invention is compared to an automobile or an airplane, and the oscillating body is equipped with a main wing for extracting power. As for the blade, several types of blades can be used as will be described later. First, the structure of the blade will be described by taking up the flat plate blade shown in FIG.
The
Further, FIG. 11 shows the shape of the camber wing, but the dimensional specifications related to the wing are shown by a diagram.
Now, the angle of attack of the wing is the inclination angle of the wing measured with reference to the direction of flow. (Counterclockwise is positive and clockwise is negative)
As a reaction of turning the direction of the flow, the blade acts as a force that pushes the blade in a direction substantially perpendicular to the blade surface. In the present specification, this force is referred to as blade force.
Usually, the wing force is handled by breaking it into two component forces by calling the component force in the direction perpendicular to the flow as lift and calling the component force in the flow direction as drag.
The ratio between the lift and drag values is called the lift-drag ratio, and is often determined by the cross-sectional shape and angle of attack of the wing, and is usually a value obtained by experiments. In the wing used in the present invention, the lift-drag ratio is 5 Larger values are recommended.
The drag of component force has both positive (loss) and negative (loss) effects, and the effect is not negligible.
即ち、揺動腕が左右何れかの振幅限に達して翼反転を終えると該揺動腕は反対方向に揺動を始めるが、ここで翼に作用する揚力と抗力の支点回りのモーメントについて考えると、
該揺動腕が揺動する方向に作用するのを加勢(アクティブ)とし、その反対の方向に作用するのを減勢(ネガティブ)とすれば、揚力は常に該揺動腕が揺動する方向にアクティブに働くが、それに反して抗力は前半(該揺動腕が揺動中心を通過するまでの間)は揚力と同じくアクティブに働くものの、後半(該揺動腕が揺動中心を通過して次の翼反転まで)はネガティブに働くこととなり、揚力と抗力の両方の効果が重畳した結果が翼に作用する流体の働きの全てとなる。以上の内容を検証するためのモデルが図7であり、揺動腕の角度と翼力による支点軸回りのトルクの関係をグラフに現したのが図8である。
仝図では揚抗比が5の場合のトルクの変化をシミュレーションしたグラフであり、揺動角が30°以内であれば、全振幅範囲において、抗力のネガティブな影響が無視できる程度であることを示している。
本明細書では、以降の記述では特に支障のない限り、翼に作用する力に関しては流体の流れに略直角方向の分力のみを指す場合は揚力と表記し、抗力も含めた翼に作用する力を指す場合には一纏めに翼力と表記するものとする。
翼5に作用する翼力は移動体4を介して揺動腕3に伝達されて支点軸2 回りのモーメントを生じ、揺動腕3に右方向(又は左方向)への角運動を生ぜしめる。
That is, when the swing arm reaches either the left or right amplitude limit and the blade inversion is finished, the swing arm starts swinging in the opposite direction. Here, the moment around the fulcrum of lift and drag acting on the blade is considered. When,
If the swinging arm acts in the swinging direction as active (active) and the reverse acting in the opposite direction is negative (negative), lift is always in the swinging direction of the swinging arm. On the other hand, the drag is active as well as lift in the first half (until the swing arm passes through the swing center), but the second half (the swing arm passes through the swing center). Until the next wing inversion) works negatively, and the result of superimposing the effects of both lift and drag is all the action of the fluid acting on the wing. FIG. 7 shows a model for verifying the above contents, and FIG. 8 shows the relationship between the angle of the swing arm and the torque around the fulcrum shaft due to the blade force.
The graph shows a simulation of the torque change when the lift-drag ratio is 5. If the swing angle is within 30 °, the negative influence of the drag is negligible over the entire amplitude range. Show.
In this specification, unless otherwise specified, the force acting on the wing is expressed as lift when referring only to the component force in a direction substantially perpendicular to the fluid flow, and acts on the wing including drag. When referring to force, it shall be described collectively as wing force.
The wing force acting on the wing 5 is transmitted to the
翼操作手段(C)の役割は、移動体4に装着されている翼体11の前記流れに対する迎角を揺動腕3の角運動と関連付けて常時制御することである。
翼操作手段による翼の迎角を操作するパターン(以下翼操作パターン)は、翼の反転動作(以下翼反転と表記)の時以外は移動体4の姿勢(角度変化の有無)に係らず、前記流れに対して所定(符号は正又は負)の迎角を保持し続け、翼反転のタイミングには至って後は速やかに翼反転(迎角の符号を正から負に、若しくは負から正に)する働きをする。
図9に翼操作パターンのタイムチャートが示してある。
翼操作手段の機構と動作原理に関しての詳細な説明は別項(0047)から(0050)に詳述する。
The role of the blade operation means (C) is to always control the angle of attack of the
The pattern for operating the angle of attack of the wing by the wing operating means (hereinafter referred to as wing operation pattern) is independent of the posture of the moving body 4 (whether or not there is an angle change) except during the wing reversal operation (hereinafter referred to as wing reversal) Continues to maintain a predetermined angle of attack (sign is positive or negative) with respect to the flow, and immediately after the timing of blade reversal, blade reversal (sign of attack angle changes from positive to negative, or from negative to positive). ) To work.
FIG. 9 shows a time chart of the blade operation pattern.
Detailed explanations regarding the mechanism and operating principle of the blade operating means will be described in detail in separate sections (0047) to (0050).
動力変換手段(D)は揺動腕2の揺動運動を回転運動に変換する動力変換手段であって、クランク軸61と連結棒62が一組となって機能する。クランク軸61は揺動腕3の揺動域の近傍で、且つ支点軸2 に平行な配列で、図示していない支持構造体1に装着された軸受ユニット65により回動自由に軸承されている。
該クランク軸61には一組のクランクアーム61b とクランクピン61c が備わっており、更に軸部61a にはフライホイール64が嵌合固着されている。
連結棒62 は、揺動腕3 の中間に固定取り付けてある連結ピン63とクランクアームピン61c を連結し、揺動腕3 の揺動運動をクランク軸61 の回転運動に変換する。
The power conversion means (D) is power conversion means for converting the swinging motion of the
The
The connecting
本発明の実施形態で採用されるこれら(A)から(D)の四つの構成要素に関して更なる説明が必要となる場合はその都度補足的説明を加えるものとする。
尚、以降の記述においては簡明化のために、揺動腕に連れて一体的に揺動する部分を一括りにして“ムーブメント”と呼び、上記四つの構成要素が完備して機能する状態にある一式を“基本ユニット”と呼ぶ。
以上で本発明の一通りの説明は終えるものとするが、各コンポーネントには幾通りかの変形型(バリエーション)や異なった方式のものが在り、それらの組合せによって多様な実施形態を創出することが可能である。殊に揺動機構の形式によっては外観上顕著な違いを呈することから、本題の「本発明を実施するための好ましい形態」に移る前に揺動機構の様々な変形型(形態)について触れておきたい。
In the case where further explanation is required regarding these four components (A) to (D) employed in the embodiment of the present invention, supplementary explanation will be added each time.
In the following description, for simplification, the parts that swing together with the swinging arm are collectively called “movement”, and the above four components are fully functioning. A set is called a “basic unit”.
This is the end of the description of the present invention. However, each component has several variations and different methods, and various embodiments can be created by combining them. Is possible. Especially, depending on the type of rocking mechanism, there are significant differences in appearance, so before moving on to the “preferred form for carrying out the present invention” in the main topic, various deformation types (forms) of the rocking mechanism will be mentioned. I want to go.
図12から図15は本発明の基本型と位置付ける四つの変形型(バリエーション)であって、各揺動腕の形式の特徴から次のように呼び表す。尚、それらの個別の詳細は後段の(0043)に譲る。
1)図12は型−1の揺動機構で“両頭・ヨーク(天秤)型”と呼ぶ。
2)図13は型−2の揺動機構で“単頭・片持ち型”と呼ぶ。
3)図14は型−3の揺動機構で“両頭・平行リンク型”と呼ぶ。
4)図15は型−4の揺動機構で“単頭・平行リンク型”と呼ぶ。
尚、仝図では翼は一様に平板翼を用いるものとして表してある。
FIGS. 12 to 15 show four variations (variations) positioned as the basic mold of the present invention, and are expressed as follows from the characteristics of the type of each swing arm. These individual details are left to (0043) in the subsequent stage.
1) FIG. 12 shows a swing mechanism of type-1 and is called a “double-head / yoke (balance) type”.
2) FIG. 13 is a swing mechanism of type-2 and is called “single-head / cantilever type”.
3) FIG. 14 is a swing mechanism of type-3 and is called “double-headed / parallel link type”.
4) FIG. 15 shows a swing mechanism of type-4 and is called “single head / parallel link type”.
In the drawing, the wings are uniformly used as flat wings.
図16は図13を、また図17は図14を補足説明するためのもので、“揺動機構”(A)と“揺動体”(B)のみを抜き出して斜視図で表したものである。 FIG. 16 is a supplementary explanation of FIG. 13 and FIG. 17 is a supplementary explanation of FIG. 14, and only the “swing mechanism” (A) and “swing body” (B) are extracted and shown in perspective view. .
また仝図に示すものは何れもムーブメント(揺動する部分)が一つであることから単動型と呼び、次に触れる複数の基本ユニットを連結した形式を複動型と呼び単動型と区別する。 Each of the figures shown in the diagram is called a single-acting type because there is only one movement (the part that oscillates), and the type in which multiple basic units that are touched next are connected is called a double-acting type. Distinguish.
複動型は前項で述べた型−1から型−4の何れか一型の基本ユニット(同一型同士に限る)を複数を単一の機関として連結(重連)させた形態であり、連結するユニットの数がNであれば“N重連式”と冠することとする。
機械的に結合するとは、互いの基本ユニットに属するクランク軸同士を機械的に連結するか、或いは一体構造の複動クランク軸と置き換えることで互いが一つの機関として統合されることを意味するが、このことに関しては既に(0016)に記述した内容と重なる。
型−1の両頭・片持ち型 又は型−2の単頭・ヨーク(天秤)型 の場合には、夫々が一つの支点軸を有しており、また型−3の両頭・平行リンク型、又は型−4の単頭・平行リンク型の場合には夫々に二つの支点軸を有するが、何れの場合も相対する支点軸同士を同軸に整列させ、且つ互いのクランク軸同士を連結(直結)することに変わりはない。
このように重連され結果は外観上複数組のムーブメントと一つの複動クランク軸とがムーブメント毎に連結棒を介して結合されて一つの機関として統合され、恰も一つの機関の様相を呈することとなる。図18は前記プロトタイプのうちの型−2を二重連させた時の斜視図である。揺動機構の変形によりそれと組み合わせられる他のコンポーネントも変容を余儀なくされることがある。従って、以上の分類に基づく各様式と、それに関連するコンポーネントに関する詳細な説明は後段の「コンポーネントに関する補足説明」他の項に譲るものとする。
The double-acting type is a form in which multiple basic units (limited to the same type) of type-1 to type-4 described in the previous section are connected (multiple) as a single engine. If the number of units to be used is N, it will be named “N Duplex”.
The mechanical coupling means that the crankshafts belonging to each other's basic units are mechanically connected to each other or replaced with a single-acting double-acting crankshaft so that they are integrated as one engine. This overlaps with the contents already described in (0016).
In the case of type-1 double-headed / cantilever type or type-2 single-headed / yoke (balance) type, each has one fulcrum shaft, and type-3 double-headed / parallel link type, Alternatively, the type-4 single-head / parallel link type has two fulcrum shafts, but in each case, the opposite fulcrum shafts are aligned coaxially and the crankshafts are connected (directly connected). ) Is no different.
In this way, the result is that multiple sets of movements and one double-acting crankshaft are combined via a connecting rod for each movement and integrated as one engine, and the appearance of a single engine is exhibited. It becomes. FIG. 18 is a perspective view when the mold-2 of the prototype is double-connected. Other components combined with the swing mechanism may be forced to change. Accordingly, the detailed description of each style based on the above classification and the components related thereto is transferred to other sections of “Supplementary explanations about components” later.
ここからは本題の“発明を実施するための好ましい形態”について触れるものとする。
先ずは適用箇所を限定しない汎用的な実施形態を一例しめし、更に適用対象を潮流と河川流の二つに定めた実施形態を示すこととする。
From here on, the “preferred form for carrying out the invention” of the subject will be referred to.
First, a general-purpose embodiment that does not limit the application location is taken as an example, and further, an embodiment in which the application target is defined as tidal current and river flow is shown.
図19は本発明の一つの形態で、二重連式型−1(二重連式・ヨーク型の平面図)であり、
図20はその動作分解図である。両図において、流束は紙面に対して鉛直方向(上下方向)にも広がっており、該装置全体を包む流れであり、紙面が表す平面に平行で、且つ白抜きの矢印の方向に流れ、揺動腕の揺動平面は紙面に平行である。
支点軸1は紙面に鉛直な方向に延在して、図示していない支持構造体に固定設置されている。本図では互いに合同である第一ヨーク型揺動腕と第二ヨーク型揺動腕が上下二段に夫々の中央部で支点軸により揺動自由に軸支されている。
夫々の揺動腕の両先端は移動体躯体としての機能も兼ねており、夫々に一つの翼が旋回自由に装着されている。本図では翼操作手段は省略して示していないが、この場合の翼操作手段は外部補助動力で作動する伸縮式アクチュエータを用いる遠隔操作式であって、別図26に示す形態の翼操作手段が各揺動腕に一式装着されている。クランク軸は機械的に結合された複動式クランク軸であり、二つのクランクアームの位相差は135°としてある。
FIG. 19 shows one embodiment of the present invention, which is a double continuous type-1 (a plan view of a double continuous type / yoke type),
FIG. 20 is an exploded view of the operation. In both figures, the flux also spreads in the vertical direction (vertical direction) with respect to the paper surface, and is a flow that wraps the entire apparatus, is parallel to the plane represented by the paper surface, and flows in the direction of the white arrow. The swing plane of the swing arm is parallel to the paper surface.
The
Both ends of each swinging arm also function as a moving body frame, and each wing is mounted so as to be freely rotatable. In this figure, the blade operation means is not shown, but the blade operation means in this case is a remote operation type using a telescopic actuator that operates with external auxiliary power, and the blade operation means in the form shown in FIG. Is mounted on each swing arm. The crankshaft is a mechanically coupled double-acting crankshaft, and the phase difference between the two crank arms is 135 °.
潮流を対象とした本発明の実施形態を二例しめす。
図21に示す形態は洋上に繋留してある浮遊構造体を固定基盤とみなしてこれに本装置を搭載する形のものであり、海底設置の場合に比較して水深や海底地形の影響を受けないうえに、サルベージ工法も必要とせず、海流の流れ方向の変化も適宜対応し得る利点がある。仝図には平面図と立面図が示してあり、浮遊構造体(台船)71は洋上に投錨繋留してあり、該浮遊構造体71の底部より海底に向けて柱状支持構造体72(サスペンダー)が取り付けられており、該サスペンダーの下端には、揺動式流体動力取出し装置の支点軸が支持金物を介して水平方向に延在する姿勢で固定支持されている。
本図で採用する揺動機構は“三重連式両頭・平行リンク型揺動機構”であって、互いに合同形である三つの両頭・平行リンク型揺動機構の単一ユニットを三重連したものであり、図22には図21の“B”部を鳥瞰図で示してある。但し翼操作手段は省略して示していない。図21において潮流は立面図の平面(紙面)に平行で、且つ白抜きの矢印の方向に流れ、夫々のムーブメントは垂直面に平行な平面上を揺動する。また、各ユニットの夫々のクランク軸は相互に軸継手を介して動力的に連結されており、クランクアームの位相差は360°を三等分した120°としてある。また、図23は海底設置型の立面図であって、海底に基礎を構築して設置するものである。これら二例の施形態においてはムーブメントは海水中に没していることから、耐海水腐食性には格段の配慮が必要とされる。殊に揺動腕は可動部であり、構造体であると同時に強度部材でもあるから、耐海水腐食性に優れ、且つ高い比強度を有する材料で造られることが要求される。それ故、構造部材にはFRP(繊維強化型プラスチック)を採用する。更に、特に高い強度を必要とする部位は炭素繊維を用いて補強することが出来る。精密な加工精度と高い強度が要求され、金属材料の使用が避けられない箇所で、例えば支点軸やクランク軸等のように、金属表面が直接海水に曝される部位に使用される金属製精度部品には耐海水腐食性と耐摩耗性を考慮して選定されることが必要であり、アルミ青銅やチタン系合金等が推奨される。
Two embodiments of the present invention for tidal currents are shown.
In the form shown in FIG. 21, a floating structure tethered on the ocean is regarded as a fixed base, and this device is mounted on this structure. It is affected by the water depth and the bottom topography compared to the case of seabed installation. In addition, there is an advantage that a salvage method is not required, and changes in the direction of the ocean current can be appropriately handled. The top view and the elevation view are shown in the dredger. The floating structure (truck) 71 is anchored and anchored on the ocean, and the columnar support structure 72 (from the bottom of the floating
The swing mechanism used in this figure is a “triple-coupled double-head / parallel-link swing mechanism” that is a triple unit of three double-head / parallel-link swing mechanisms that are congruent to each other. FIG. 22 shows a “B” portion of FIG. 21 in a bird's-eye view. However, the blade operating means is not shown. In FIG. 21, the tidal current is parallel to the elevation plane (paper surface) and flows in the direction of the white arrow, and each movement swings on a plane parallel to the vertical plane. In addition, the crankshafts of the respective units are motively connected to each other via shaft couplings, and the phase difference of the crank arms is 120 ° which is obtained by dividing 360 ° into three equal parts. FIG. 23 is an elevation view of the seabed installation type, in which a foundation is constructed and installed on the seabed. In these two examples, the movement is submerged in seawater, and therefore, special consideration is required for seawater corrosion resistance. In particular, since the swing arm is a movable part and is a structural member as well as a strength member, it is required to be made of a material having excellent seawater corrosion resistance and high specific strength. Therefore, FRP (fiber reinforced plastic) is adopted as the structural member. Furthermore, the part which requires especially high intensity | strength can be reinforced using carbon fiber. Metal precision used in locations where precise machining accuracy and high strength are required and the use of metal materials is unavoidable, such as fulcrum shafts and crankshafts, where the metal surface is directly exposed to seawater It is necessary to select parts considering seawater corrosion resistance and wear resistance, and aluminum bronze and titanium alloys are recommended.
図24は本発明を河川の流れを対象として特化した形態の全体図で平面図と立面図が示してある。本実施形態で採用する揺動機構は型−1(両頭・ヨーク型揺動機構)の変形であり、特筆すべき点は異なった長さを有する二つの単一ユニットを二段に積み重ねる形で連結した点である。 即ち、第一の揺動腕と第二の揺動腕との長さが違えてあり、それと共に翼の寸法も違えてある。本実施形態において、翼のみが流れの中に水没し、揺動機構の殆どの部分は流水面より高い位置に在り、共通の支点軸は流れの略中央部に軸心を鉛直方向に延在した状態で固定設置してある。水面より高い位置で、下から順に第一揺動腕、と第二揺動腕が、何れも夫々の腕長さの中央付近の一点で支点軸に軸支されており、互いに平行な水平面上を揺動自在な状態にある。これは揺動腕が水から受ける不要の抵抗を無くするための配慮である。第一揺動腕と、第二揺動腕とは互いに異なる長さを有すが、何れも腕の両先端には翼が装着してある。第一揺動腕と、第二揺動腕とのそれぞれに装着されている翼は互いに別々の空間領域にあって、干渉することはない。ここで、第一揺動腕の腕長さは第二揺動腕の腕長さよりも短い為、第一揺動腕に装着する翼を第二揺動腕に装着する翼に比して揺動腕の長さ比に逆比例させた能力(揚力の大きさ)を持たせることで、双方のモーメントが概ね同等であるようにするための配慮が為されている。また、この場合の動力変換手段の統合クランク軸は二本のクランクアームを有しており、各クランクアームのアーム半径は等しく、二本のクランクアームの位相差は135°としてある。第一揺動腕及び第二揺動腕には連結棒に接合するためのピンが、夫々、支点軸から半径Rの位置にあり、前記クランク軸の相対するクランクアームと個別に連結棒で連結されている。 本実施形態で用いられる揺動腕は杆状構造物であり、要求される構造物としての特性としては曲げおよび捩じりに対して変形を最小に抑えるためにボックス断面乃至トラス構造で、且つ軽量化するために比強度の高いFRP(繊維強化型プラスチック)を採用する。 この場合、使用する樹脂は紫外線対策を考慮して選定されることが望ましい。
翼回転軸は片持ちである。
FIG. 24 is a general view of a form in which the present invention is specialized for a river flow, and shows a plan view and an elevation view. The swing mechanism employed in this embodiment is a modification of type-1 (double-head / yoke-type swing mechanism), and the notable point is that two single units having different lengths are stacked in two stages. It is a connected point. That is, the lengths of the first swing arm and the second swing arm are different, and the wing dimensions are also different. In this embodiment, only the blades are submerged in the flow, most of the swing mechanism is at a position higher than the surface of the water flow, and the common fulcrum shaft extends in the vertical direction at the approximate center of the flow. It is fixed and installed. The first swing arm and the second swing arm are supported on the fulcrum shaft at a point near the center of each arm length in order from the bottom at a position higher than the water surface. Is in a swingable state. This is a consideration for eliminating unnecessary resistance that the swing arm receives from water. The first swing arm and the second swing arm have different lengths, but both have wings attached to both ends of the arm. The wings mounted on each of the first swing arm and the second swing arm are in separate space areas and do not interfere with each other. Here, since the arm length of the first swing arm is shorter than the arm length of the second swing arm, the blade attached to the first swing arm is swung compared to the blade attached to the second swing arm. Consideration has been made to ensure that both moments are approximately equal by providing the ability (lift magnitude) inversely proportional to the length ratio of the moving arm. Further, the integrated crankshaft of the power conversion means in this case has two crank arms, the arm radii of each crank arm are equal, and the phase difference between the two crank arms is 135 °. The first swing arm and the second swing arm have pins for joining to the connecting rods at a radius R from the fulcrum shaft, respectively, and are connected to the opposite crank arms of the crank shaft by connecting rods. Has been. The swing arm used in the present embodiment is a bowl-like structure, and the required characteristic as a structure is a box cross section or a truss structure to minimize deformation against bending and twisting, and FRP (fiber reinforced plastic) with high specific strength is used to reduce weight. In this case, it is desirable to select the resin to be used in consideration of the countermeasure against ultraviolet rays.
The blade rotation axis is cantilevered.
さて、本発明の実施形態に関する記述の締め括りに重複を憚らずに、改めて図12から図15に示す揺動機構について説明を加えておく。尚、ここで記述する各型式は何れも単動型が表してあるが、実施に際しては、複数組を連結重連することを原則とする。
1)型−1“両頭・ヨーク(天秤)型”
図12に示す型−1は揺動腕の長手方向の略中央の一点で支点軸に回動自由に軸支されており、該揺動腕の両端には翼が装着された移動体が剛体接続されておいる。(この部位をヘッドと呼ぶことがある)
この場合、両ヘッドに装着されている翼は偶力を生じるように互が逆(正/負)の迎角であるように操作される。尚本形式の場合、揺動腕はその先端に直接、翼を装着することで、揺動腕が移動体の機能も兼ねることが出来る。
2)型−2 “単頭・片持ち型”
図13に示す型−1は型−1の両頭・ヨーク(天秤)型の支点軸から先の揺動腕の一方を切除してそこに支点軸回りの静的不釣り合いを解消するためにバランスウエイトを装着した形であり、揺動腕の一方の端に偏倚した一点で支点軸に回動自由に軸支されており、もう一方の先端には翼が装着された移動体が剛体接続されていて、恰も振り子時計の振り子のように揺動する。尚本形式の場合も前項と同様に、揺動腕はその先端に直接、翼を装着することで、揺動腕が移動体の機能も兼ねることが出来る。
3)型−3 “両頭・平行リンク型”
図14に示す型−3の揺動機構は機構学で謂うところの“平行リンク”の変形である。
本来的な平行リンクとは、四節リンク機構の一形態で、四つのリンクが平行四辺形であり、四つのリンクのうちの一つが固定リンクであって、該固定リンクの対辺に位置する平行移動リンクは固定リンクと常に平行を保ちながら円弧軌跡上を往復移動する。
この本来的な平行リンクに次のように変形を加えたものが当該両頭・平行リンク型の形態である。即ちリンク長さSの固定リンクの両端と、互いに同一形状の二つのリンク(揺動リンクと云う)がそれらの中央の一点で個別に前記固定リンクの左右の端点でピン接合(軸支)されており、且つ二つの揺動リンクの両端点間をリンク長さがSである二つの平行移動リンクで連結されたもので、二つの平行移動リンクは該固定リンクと常に平行を保ちながら円弧軌跡上を往復移動するものである。当該両頭・平行リンク型においては、固定リンクに相当するのが、二つの支点(支点軸の中心)を結ぶ線分であり、即ち二つの支点軸が互いに平行で且つ相互間の距離がS離れて併設されており、二つの支点軸の芯を結ぶ線分は流体の流れに直角であり、同一形状の二つの揺動腕が略中央の一点で、個別に夫々の支点軸に回動自由に軸支されて角運動するのが二つの揺動リンクに相当し、二つの揺動腕の両端端を支点軸間距離と等しいリンク長さの平行移動リンクが連結して、見掛け上一つの平行四辺形を形成している。これにより二つの平行移動リンクは二つの支点を結ぶ線分と常に平行を保ちながら円弧軌跡上を往復移動するものである。{この場合厳密な意味からすれば、二本の揺動リンクの内一つは一本の剛体であり、残る一つの揺動リンクは支点軸の位置でピン接合された(分割された)揺動リンクであることが必要である。尚、二つの平行移動リンクに揺動体を接合保持させるか、或いは揺動体そのものが平行移動リンクを兼ねることができる。該揺動体にはその軸線に沿って一乃至複数の前記翼が装着される。
4)型―4“単頭・平行リンク型”
図15に示す型―4の揺動機構は前述の型−3の両頭・平行リンク型の変形であって、該両頭・平行リンク型の二つの揺動腕の夫々の支点軸から先の片側(同じ側)を切除してそこに支点軸回りの静的不釣り合いを解消するためにバランスウエイトを装着した形である。即ち二つの支点軸が互いに平行で且つ相互間の距離がS離れて併設されており、二つの支点軸の芯を結ぶ線分は流体の流れに直角であり、夫々の支点軸に同一腕長さを有する二本の揺動腕夫々の一方の端に偏倚した一点で個別に支点軸に回動自由に軸支されており、もう一方の先端においてはリンク長さSの一つの平行移動リンクで連結された構成であって、該平行移動リンクは二つの支点軸の芯を結ぶ線分と常に平行を保ちながら円弧軌跡上を往復移動するものである。尚、平行移動リンクに揺動体を接合保持させるか、或いは揺動体そのものが平行移動リンクを兼ねることができる。該揺動体にはその軸線に沿って一乃至複数の前記翼が装着される。
Now, the description of the swing mechanism shown in FIGS. 12 to 15 will be added again without overlapping the description of the embodiment of the present invention. Each type described here is a single-acting type. However, in practice, a plurality of sets are linked and connected in principle.
1) Type-1 “Double-headed, yoke (balance) type”
The mold-1 shown in FIG. 12 is pivotally supported on a fulcrum shaft at one point substantially in the center in the longitudinal direction of the swing arm, and a movable body having blades attached to both ends of the swing arm is a rigid body. Connected. (This part may be called the head)
In this case, the wings mounted on both heads are operated so that the attack angles are opposite (positive / negative) so as to generate a couple. In the case of this type, the oscillating arm can also serve as a moving body by attaching a wing directly to the tip of the oscillating arm.
2) Type-2 “Single-head / cantilever”
The mold-1 shown in FIG. 13 is balanced to eliminate one of the swinging arms from the fulcrum shaft of the double-head / yoke (balance) mold of the mold-1 and eliminate the static imbalance around the fulcrum shaft. A weight is attached, and it is pivotally supported on a fulcrum shaft at one point biased to one end of the swing arm, and a moving body with wings is rigidly connected to the other end. And the heel swings like the pendulum of a pendulum clock. In the case of this type as well, as in the previous section, the swinging arm can also serve as the moving body by attaching the wing directly to the tip of the swinging arm.
3) Type-3 “Double-headed / Parallel link type”
The swing mechanism of type-3 shown in FIG. 14 is a so-called “parallel link” modification in mechanistics.
An inherent parallel link is a form of a four-bar linkage mechanism, where four links are parallelograms, one of the four links is a fixed link, and the parallel links are located on opposite sides of the fixed link. The moving link reciprocates on the circular arc locus while being always parallel to the fixed link.
This double parallel / parallel link type is obtained by modifying the original parallel link as follows. In other words, both ends of the fixed link having the link length S and two links having the same shape (referred to as swing links) are individually pin-joined (axially supported) at the left and right end points of the fixed link at one central point. The two swing links are connected by two translation links with a link length of S between the two end points of the two swing links. It moves back and forth. In the double-head / parallel link type, the fixed link corresponds to a line segment connecting two fulcrum points (centers of fulcrum axes), that is, the two fulcrum axes are parallel to each other and the distance between them is S. The line connecting the cores of the two fulcrum shafts is perpendicular to the flow of the fluid, and the two swinging arms with the same shape are at a single point in the center and can be freely rotated on each fulcrum shaft individually. The two oscillating links are angularly supported by the shaft, and the two oscillating arms are connected to the both ends of the oscillating arms by the parallel moving links with the link length equal to the distance between the fulcrum shafts. A parallelogram is formed. As a result, the two parallel movement links reciprocate on the circular locus while always being parallel to the line connecting the two fulcrums. {In this case, strictly speaking, one of the two rocking links is one rigid body, and the other rocking link is pin-joined (divided) rocking at the position of the fulcrum shaft. It must be a dynamic link. Note that the oscillating body can be joined and held by two parallel moving links, or the oscillating body itself can also serve as the translating link. One or more wings are mounted on the rocking body along the axis thereof.
4) Type-4 “Single-head / Parallel link type”
The swing mechanism of the mold-4 shown in FIG. 15 is a modification of the double-head / parallel link type of the above-described mold-3, and one side ahead of the respective fulcrum shafts of the two swing-arms of the double-head / parallel link type. (Same side) is cut out and a balance weight is attached to eliminate static imbalance around the fulcrum axis. That is, the two fulcrum shafts are parallel to each other and the distance between them is set at S, and the line connecting the cores of the two fulcrum shafts is perpendicular to the fluid flow, and the same arm length is attached to each fulcrum shaft. Each of the two swinging arms having a length is individually pivotally supported on a fulcrum shaft at one point biased to one end, and at the other end, one translation link having a link length S is supported. The parallel movement link reciprocates on the circular arc locus while always being parallel to the line segment connecting the cores of the two fulcrum shafts. Note that the oscillating body can be joined and held on the translation link, or the oscillating body itself can also serve as the translation link. One or more wings are mounted on the rocking body along the axis thereof.
揺動機構以外の各コンポーネントの実施形態とその変形型乃至異なる方式について以下に項目を分けて説明する。 An embodiment of each component other than the rocking mechanism and its modified or different methods will be described separately below.
動力変換手段のクランク軸に関して、複数のムーブメントを有する複動型に於いて、クランク軸はムーブメントと同数のクランクアームを備えており複動型クランク軸とよぶが、この時に遵守されるべき要点は次の通りである。
即ち、クランクアームが同じ角度に配列されるのは厳に避けて、互いの相対的角度(位相)について、N重連の場合の位相差は原則つぎの割り付けとする。
That is, it is strictly avoided that the crank arms are arranged at the same angle, and with respect to the relative angle (phase) of each other, the phase difference in the case of the N-fold series is basically assigned as follows.
同じく動力変換手段に関して、クランク軸の一方の軸端にクラッチを介して小型減速モーターを連結することで、本発明の起動操作の際に、起動を容易ならしめることができる。 Similarly, with regard to the power conversion means, by connecting a small speed reduction motor to one end of the crankshaft via a clutch, it is possible to make the start easy during the start operation of the present invention.
翼操作手段に関しては、外部補助動力で作動するアクチュエータを用いる方式と、外部補助動力によらないで内部に蓄えたエネルギーの一部を活用する二つの方式がある。 As for the blade operation means, there are two methods, that is, a method using an actuator that operates with external auxiliary power and a method that uses a part of the energy stored inside without using external auxiliary power.
外部補助動力を使用する翼操作手段では、アクチュエータを用いることとなるが、その場合遠隔操作方式と、直動方式との二つの方式が有り、組み合わせる揺動機構によっては遠隔操作方式か直動方式の何れかを選択することとなる。即ち、ヨーク型の場合は、揺動腕は常に角運動を行っているため、これを基準として翼の迎角を制御することはできない。そのためリンク機構を用いて遠隔操作する方法を採らざるを得ない。
一方、平行リンク型の場合は、移動体(平行リンク)は流れに対して必ず直角な姿勢を保って運動しているから、移動体自体を基準に翼の迎角を操作することが出来るので、移動体に直接アクチュエータを架装することができる。つまり直動方式の採用が可能である。
In the blade operation means that uses external auxiliary power, an actuator is used. In that case, there are two methods, a remote operation method and a direct acting method. Depending on the combination of the swing mechanism, the remote operation method or the direct acting method is available. One of these will be selected. That is, in the case of the yoke type, the swinging arm always performs an angular motion, and therefore the angle of attack of the blade cannot be controlled based on this. For this reason, a remote control method using a link mechanism must be adopted.
On the other hand, in the case of the parallel link type, the moving body (parallel link) always moves in a posture perpendicular to the flow, so the angle of attack of the wings can be manipulated based on the moving body itself. The actuator can be directly mounted on the moving body. That is, it is possible to adopt a direct acting system.
アクチュエータにより操作する翼操作手段の詳細については図26及び図27を用いて解説する。図26は図12(若しくは図13)に適応する翼操作手段の部分詳細図である。仝図は、アクチュエータとして伸縮式のエアシリンダ(本装置の起動・停止の操作を行うには中間位置停止が可能な型式のものが望ましい)を用いた遠隔操作型の例であり、仝図を用いて該翼操作手段の機構と機能につき説明を加える。仝図のエアシリンダ21はヘッド側トラニオン型であって、支持金具にピン接合で支持されており、該支持金具は支点軸に近接した位置で、本図に図示していない支持構造体に固定されている。このエアシリンダ21の伸縮動作はリンク機構により揺動腕の先端部の翼の回転軸に伝達されて遠隔操作で翼の迎角を反転させ、或いは所定の迎角を保持する働きをする。該リンク機構の駆動レバー22は支点軸2の延長線上に在るレバー軸20に旋回自在に軸支されており、エアシリンダ21の伸縮により押し引きされる。駆動レバー22の動きは連結ロッド23を介して翼の操作軸に固定装着してある翼旋回レバー24に伝達される。該リンク機構は揺動腕3を含み、所謂平行リンクを構成しており、揺動腕3が揺動運動で揺動角を変化させても、翼反転動作の時以外は、エアシリンダ21は“伸”若しくは“縮”の何れかの一方の状態を固守して、翼を所定の迎角で且つその符号は正(+)、若しくは負(−)の何れかの状態で保持する働きをすると共に、反転動作時には翼の迎角を正から負に、または負から正に反転させることができる。図27は平行リンク型の場合に適用可能な翼操作手段の部分詳細図である。(型−3・型−4) 平行リンク型の場合、移動体4(平行リンク)は流れに対して必ず略直角な姿勢を保って運動しているから、移動体自体を基準に翼の迎角を操作することが出来る。従って移動体に直接アクチュエータ31を架装することが出来る。即ち仝図に示すように、移動体に直接揺動レバー式のロータリーアクチュエータ(RA)31を装着して、該RAの出力レバーと翼旋回レバー33、34を連結することにより、翼の反転と保持を可能とする。
Details of the blade operating means operated by the actuator will be described with reference to FIGS. FIG. 26 is a partial detail view of the blade operating means adapted to FIG. 12 (or FIG. 13). The は diagram is an example of a remote control type using an extendable air cylinder as the actuator (a type that can stop at an intermediate position is desirable for starting and stopping the device). The mechanism and function of the blade operating means will be described. The
外部補助動力によらない方式については、既に(0011)項でクランク軸に装着されたフライホイールに蓄えられた回転エネルギーを動力源として利用する方法について触れたが、改めてより詳細に説明を加える。図28はゼネバ機構の間欠作動を応用するものであって、ゼネバ機構の入力軸(ドライバー)43が360°回転する間に出力軸(フォロワー)46は、例えば四葉のホィールであれば、ドライバーが一回転する回転角270°の間、フォロワーはポーズ状態であるが残りの回転角90°の間だけフォロワーは駆動されて90°回転するGO−STOPモーションを行うことを応用するものである。即ち、クランク軸と入力軸をギヤ比1:2の歯車列で結合することで、クランク軸が半回転する間に前記ドライバーは一回転し、それに連れて、フォロワーは3/4サイクルの間はSTOP(ポーズ)で1/4サイクルの間だけGOで90°回転する。この出力軸の回転を2倍増速して翼反転のためのクランク軸に伝達すれば180°の回転が得られ、それでクランク腕を駆動して直線往復運動に変換すれば、直動式のアクチュエータと同等の機能が果たせるのである。即ち、該クランク軸が一回転する間に翼反転のためのクランク軸はSTOP−GOを二度行い、180°旋回を2回繰り返すこととなる。図27に以上の説明の具体的な形態として四葉のゼネバ機構を用いた例を示してあるが、実施に際しては反転をより短時間で行うためには六乃至八葉のゼネバを用いることが推奨される。 Regarding the method not using the external auxiliary power, the method of using the rotational energy stored in the flywheel mounted on the crankshaft as the power source in the item (0011) has already been described, but a more detailed explanation will be added again. FIG. 28 applies the intermittent operation of the Geneva mechanism. While the input shaft (driver) 43 of the Geneva mechanism rotates 360 °, the output shaft (follower) 46 is, for example, a four-leaf wheel. While the follower is in a paused state during a rotation angle of 270 °, the follower is driven only during the remaining rotation angle of 90 ° to perform GO-STOP motion that rotates 90 °. That is, by connecting the crankshaft and the input shaft with a gear train having a gear ratio of 1: 2, the driver rotates once during the half rotation of the crankshaft, and accordingly, the follower rotates for 3/4 cycle. Rotate 90 ° with GO for ¼ cycle with STOP. If the rotation of this output shaft is doubled and transmitted to the crankshaft for blade reversal, rotation of 180 ° can be obtained, and if it is converted to linear reciprocating motion by driving the crank arm, it is a direct acting actuator Can perform the same function. That is, while the crankshaft makes one revolution, the crankshaft for blade reversal performs STOP-GO twice and repeats the 180 ° turn twice. FIG. 27 shows an example using a four-leaf geneva mechanism as a specific form of the above description, but it is recommended to use six to eight-leaf geneva in order to perform inversion in a shorter time. Is done.
図29〜図32に本発明で採用する翼の例として、四つの型式を示している。
それらの翼は型式毎に、一長一短の特質があり、夫々について特質を比較しておく。
先ず図29に示す平板翼は、性能的には他と比較して劣るものの、単純な構造であり、耐久性に優れ、費用的にも最も安価である。一方、図32屈曲翼は性能的には他と比較して最も優れてはいるものの、複雑な構造のため、費用的には最も高価である。図30に示す帆型翼は性能的には平板翼と屈曲翼の間に位置し、日常の維持管理を必要とするものの、費用的には、比較的安価である。図31に示すショベル型翼はキャンバー翼形状が使えるため、翼性能を重視した設計を可能とし、耐久性にも優れるが、反転するためには180°の回転が必要であることが他の翼形式と異なるてんである。移動体を反転の基準とするため前記平行リンク型にのみ使用が可能である。以上のような特質を勘案たうえで、適用条件により好ましいと思われるものを選択することは本設備の費用対効果を高めるためにも資するものである。尚、参考のため図11に翼の形状を定義する諸元の呼称について表記しておく。
FIG. 29 to FIG. 32 show four types as examples of the blades employed in the present invention.
Each wing has its own merits and demerits, and the qualities of each are compared.
First, although the flat blade shown in FIG. 29 is inferior in performance to others, it has a simple structure, excellent durability, and the lowest cost. On the other hand, the bent wing of FIG. 32 is the most expensive in terms of performance, but is the most expensive because of its complicated structure. The sail-type wing shown in FIG. 30 is located between the flat wing and the bent wing in terms of performance and requires daily maintenance, but is relatively inexpensive in terms of cost. The shovel type wing shown in FIG. 31 can be used in a camber wing shape, and therefore can be designed with an emphasis on wing performance and is excellent in durability. However, it is necessary to rotate 180 ° in order to reverse. It is different from the format. Since the moving body is used as a reference for inversion, it can be used only for the parallel link type. In consideration of the above characteristics, selecting the one that seems to be preferable according to the application conditions also contributes to enhancing the cost effectiveness of the facility. For reference, the names of specifications that define the shape of the wing are shown in FIG.
本発明は従来は見過ごされてきた未活用の流体の流れのエネルギーを安価な設備で動力として取り出し、主として発電に利用する道を開くものである。適用可能な対象は随所に見出せる。比較的安定した流れの方向と流量があれば、気体の流れであっても適用が可能であることは言うまでもない。河川の水流に関しては河口付近を調査すれば有望な箇所はた易く見出せるであろう。潮流・潮汐流に眼を転ずれば、有望な候補対象は枚挙に暇が無い。有望な対象の具体例の一部として、次のような箇所が挙げられる。
・ 津軽海峡には黒潮や親潮の分流が流れており、極めて有望な箇所である。
・ 潮汐流については、例えば大村湾と外海とが接する箇所にあたる西海海峡には大きい干満差による流れの集中があり、瀬戸内海でも随所に有望な潮汐流が見られる。
・ 陸地からの離隔距離の不利に目を瞑るとすれば、我が国を取り巻く海洋には黒潮・親潮の二大潮流が沿岸に沿って流れており、そのエネルギー総量は文字通り無尽蔵と言っても過言ではなかろう。
The present invention opens up the path of mainly utilizing the energy of an unused fluid flow that has been overlooked for power generation by using inexpensive equipment as power. Applicable objects can be found everywhere. Needless to say, a gas flow can be applied if the flow direction and flow rate are relatively stable. As for the water flow of the river, a promising part can be easily found by examining the vicinity of the river mouth. If you turn your eyes to tidal currents and tidal currents, promising candidate subjects have no time to enumerate. Some of the specific examples of promising objects include:
・ The Kuroshio and Oyashio currents flow in the Tsugaru Strait, which is a very promising part.
・ Regarding tidal currents, for example, there is a large concentration of flow in the Saikai Strait, where Omura Bay meets the open sea, and there are promising tidal currents everywhere in the Seto Inland Sea.
・ If we meditate on the disadvantage of the separation distance from the land, it is an exaggeration to say that the two major tides of the Kuroshio and Oyashio currents flow along the coast in the ocean surrounding Japan, and that the total energy is literally inexhaustible. No way.
1 支持構造体
2 支点軸
2a 支点軸A
2b 支点軸B
3 揺動腕
3a 揺動腕
3b 揺動腕
4 揺動体
11 翼体
11a 翼板
11b 回転軸A
11c 回転軸B
20 レバー軸
21 伸縮式アクチュエータ
22 駆動レバー
23 連結ロッド
24 翼旋回レバー
25 リミットスイッチ
31 揺動式アクチュエータ
32 連結棹A
33 翼旋回レバーA
34 翼旋回レバーB
35 連結棹B
36 リミットスイッチ
41 入力ギヤ
42 ピニオン
43 入力軸
44 ゼネバ駆動ホイール
45 ゼネバ従動ホイール
46 従動軸
47 出力ギヤ
48 ピニオン
49 クランクアーム
50 スライダー
51 ガイドレール
61 クランク軸
62 連結棒
63 連結ピン
64 フライホイール
65 軸受ユニット
66 軸継手
71 浮遊構造体(フロート)
72 柱状支持構造体(サスペンダー)
81 先行技術における案内軸
82 先行技術における移動体
83 先行技術における翼
84 先行技術におけるストッパー
1
2b fulcrum shaft B
3 Oscillating arm 3a Oscillating arm 3b Oscillating arm 4
11c Rotation axis B
20
33 Wing swivel lever A
34 Wing swivel lever B
35 Linkage B
36
61
72 Columnar support structure (suspender)
81 Guide shaft 82 in the prior art Moving body 83 in the prior art Wings 84 in the prior art Stopper in the prior art
Claims (15)
該支点軸は流れの方向(ベクトル)を含む水平面又は垂直平面に対して略鉛直な方向に延在する姿勢で、別途構築された構造物に固定設置されて、前記流れが本揺動式流体動力取出し装置に及ぼす力を受け持っており、
該揺動腕は揺動平面の真上から見たら細長い杆乃至桁状の構造体であって、該揺動腕の先端には前記移動体が装着されるか、若しくは該揺動腕の先端部位が前記移動体の機能を兼ね備ことを特徴とする請求項1または2に記載の揺動式流体動力装置。 The swing mechanism is composed of a combination of one fulcrum shaft and one swing arm,
The fulcrum shaft is fixedly installed on a separately constructed structure in a posture extending in a direction substantially perpendicular to a horizontal plane or a vertical plane including a flow direction (vector), and the flow is the main oscillating fluid. We are responsible for the force exerted on the power take-out device,
The swing arm is a long and narrow girder-like structure when viewed from directly above the swing plane, and the movable body is attached to the tip of the swing arm or the tip of the swing arm The oscillating fluid power device according to claim 1 or 2, wherein a part has a function of the movable body.
該連結部材には前記移動体が接合され、或いは該連結部材自体が前記移動体の役割を担うことを特徴とする請求項1または2に記載の揺動式流体動力装置。 The swing mechanism applies the principle of a so-called parallel motion mechanism, which is a form of a double lever mechanism, and is parallel to the flow with a distance S between the axes. Two oscillating arms having the same link length and congruent with each other are pivotally supported on each of the two fulcrum shafts fixed to the fulcrum, and one or both of the oscillating arms can be freely supported. A parallel motion mechanism that appears by connecting ends with a connecting member having a link length of S,
The oscillating fluid power device according to claim 1, wherein the moving body is joined to the connecting member, or the connecting member itself plays a role of the moving body.
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-
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- 2014-06-30 JP JP2014133631A patent/JP6550569B2/en active Active
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