JP2016094941A - 発電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】風力や波力等の流動する流体のエネルギーを電力に変換する際に、発電機構を風力や波力等の流動する流体のエネルギーを受ける箇所とは別の箇所に設置して、発電機構が台風などの異常風力、異常波浪を受けることがない発電システムを提供する。
【解決手段】流動する流体を受容する領域に配置され、流体の流動に伴って、往復運動する流体受容機構(10)と、前記流体受容機構(10)に接続され、前記流体受容機構(10)の往復運動を回転運動に変換し、この回転運動を電力に変換する発電機構(30)とを具備する発電システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、自然界に発生する風、海水の干満、波、川の流れなど、流体の流動を利用して発電する発電システム、特に風力発電システムや波力発電システムに関する。
従来の風力は、発電効率を高めるために、風を受ける塔の上部に発電システム全てを配置し、すなわち、塔上部にブレード、ロータ、及び発電機構を全て設置して、塔上部で発電している（例えば、特許文献１，２等参照）。
しかし、発電機構は、システム全体の重量の約７０％を占めるため、発電機構を塔の上部に設置すると、総重量が重くなるのみならず重心が過度に上方に位置する不安定な状態になる。一方、風力発電システムは、過酷な自然環境に設置されるため、台風などの強風にも耐え得る強固な構造としなければならない。そのため、従来の風力発電システムは、設備費用が大幅に高くなり、簡易な設計ができないという問題がある。また、損傷した場合にその修理費用も相当嵩むことになる。このようなことから、風力発電が必ずしも思ったほど広く普及しない一因となっている。
また、波力発電システムにはいくつかの方式があるが（例えば、特許文献３〜５、非特許文献１，２参照）、いずれの方式においても過酷な自然環境に設置されるため、共通する問題がある。たとえば、非特許文献１に記載された振動水柱型波力発電システムは、装置内に空気室を設けて海面の上下動により生じる空気の振動流を用いて、空気タービンを回転させる方式である。従ってこの方式では、装置内に、重量の重い発電機構を設備することにより、装置全体を台風などの異常波浪に耐えうる強固なものとしなければならない。その結果、設備費用が大幅に増大するという問題がある。他の方式においても同様に装置内に、重量の重い発電機構を設備しなければならず、その結果、装置全体を台風などの異常波浪に耐えうる強固なものとしなければならない。このように従来法では、いずれも、過大な設備費用がかかり、簡易な設計ができないという問題がある。波力発電においても、このことが必ずしも思ったほど広く普及しない一因となっている。
特開平10-37844号公報 特開2004-274973号公報 特開平5-164036号公報 特開2005-207332号公報 特開2008-180086号公報
波力発電検討会「波力発電検討会報告書」平成22年３月WEB公開 NEDO再生可能エネルギー技術白書、6波力発電の技術の現状とロードマップ311-369 WEB公開
本発明者は、従来のこの種の発電システムでは、発電機構が過酷な環境に設置されていることに着目し、この発電機構を過酷な環境から離れた別の場所に設置することにより、発電システムの設備設計に過度の負担を課することなく、設備費用を大幅に軽減でき、トータルとしての発電システムの発電効率(費用対効果)を高めることができることを見出した。
即ち、本発明の課題は、風力や波力等の流動する流体のエネルギーを電力に変換する際に、電力に変換する発電機構を、風力や波力等の流動する流体のエネルギーを受ける箇所とは別の箇所に設置することにより、発電機構が台風などの異常風力、異常波浪を受けることがない発電システムを提供することである。
さらに本発明の課題は、発電機構を台風などの異常風力、異常波浪を受けることがない別の箇所に設置することにより、風力や波力等を受ける箇所に設置する機器類の総重量を軽減して、その結果、台風などの異常風力、異常波浪に対する安全対策(風力発電装置の損壊防止、波力発電装置の流出防止など)に必要な設備費用を軽減化でき、簡易な設計が可能となる発電システムを提供することである。
本発明は、一義的には、風力や波力等の流動する流体のエネルギーを受ける箇所に発電機構を直接設置することを避けて、流体のエネルギーを受ける箇所から離れた別の箇所に設置することに特徴がある。このことを実現するためには、風力や波力等の流動する流体のエネルギーを、別の箇所に設置された発電機構に送る機構が必要となる。そこで、本発明者は、風力や波力等の流動する流体のエネルギーを発電機構に送る機構として、靭性と柔軟性とを兼ね備えたワイヤケーブルに着目した。すなわち、風力や波力等の流動する流体のエネルギーを、このワイヤケーブルの往復運動に変換し、ワイヤケーブルの往復運動を、別の箇所に設置された発電機構が回転運動に変換して発電するようにすれば、風力や波力等の流動する流体のエネルギーを、このワイヤケーブルにより別の箇所に設置された発電機構まで伝達することができる。具体的には、流体受容機構と前記発電機構の間に筒状のアウターケーブルを配置し、このアウターケーブルに靭性と柔軟性とを兼ね備えたインナーケーブルを挿通してなり、インナーケーブルを流体受容機構と発電機構とにそれぞれ接続して、インナーケーブルが流体受容機構の運動に伴い前記アウターケーブルの内部で往復運動させ、この往復運動を前記発電機構に伝達させることにより、風力や波力等の流動する流体のエネルギーを、インナーケーブルの往復運動により、流体受容機構から離れた別の箇所に設置された発電機構に伝達することにより本発明の上記課題を解決した。
次に、上記のインナーケーブルが風力や波力等の流動する流体のエネルギーを的確に受け、かつ、適切に発電機構に伝えるには、受容機構や発電機構と連結されるインナーケーブル両端部がこれらのエネルギーを効率よく受け得る構成を備えていなければならない。
そこで、本発明者は、インナーケーブルの両端部をアウターケーブルから露出させ、その露出部に剛性を有する動力伝達子を取り付け、この動力伝達子をそれぞれ受容機構と発電機構に接続し、一方、受容機構側及び発電機構側には、それぞれ動力伝達子を往復運動自在にガイドする筒状ガイド体を取り付けた。このことにより、インナーケーブルが受容機構からの流体のエネルギーを効率よく取り込み、発電機構に伝達することができ、その結果、流体のエネルギーを的確に伝達するという上記課題を解決した。
さらに、風力発電システム特有の課題であるが、受容機構(具体的にはブレードやロータ軸)の方向は、風の向きに応じて変わるようになっている。この課題を解決するために、本発明者は、受容機構の向きが風の向きにより変更しても、その風力エネルギーがインナーケーブルに的確に伝達されるようにして、上記風力発電システム特有の課題を解決した。
また、波力発電システム特有の課題であるが、海面の上昇時には、浮体が大きな波力を受けインナーケーブルは海面の上昇に応じて上昇できるが、浮体は比重が海水より軽いため、海面下降時は応答性が悪い。この課題を解決するために、本発明者は、受容機構は、海面上に浮く浮体の下面に間隙を設けて板体を配置し、浮体と板体との間隙に海水が浸入できるようにした。このことにより、海面下降時に浮体と板体との間にある海水の重量により、浮体も応答性よく下降することができ、上記課題を解決した。尚、この板体は浮体の下方にあるので海面上昇時にも原則海水中にあり、浮体と板体との間に海水が浸入されているので、上昇時の応答性に悪影響を及ぼすことはない。
さらにまた、波力発電システム特有の課題であるが、海面の上下動の振幅や上下動の基準位置は潮の干満、波の大小など種々の原因で著しく変動する。このような上下動を安定した回転運動にするために、発電機構ではワンウェイクラッチ機構を組み入れたギア等を用いて、一方向の回転運動に変換することにより、発電機構の動力伝達軸が常に一方向に回転できるようにして、この波力発電システム特有の課題を解決した。
次に、特許請求の範囲に記載された発明を以下に引用し本発明を具体的に説明する。
本発明に係る発電システムは、流動する流体を受容する領域に配置され、流体の流動に伴って、回転運動及び往復運動の群から選択された運動をする流体受容機構と、この流体受容機構に接続され、この流体受容機構の運動に基づいて往復運動する往復運動機構と、前記流体受容機構の配置領域とは異なる領域に配置され、前記往復運動機構の往復運動を電力に変換する発電機構とを具備し、前記往復運動機構は、前記流体受容機構と前記発電機構の間に配置された筒状のアウターケーブルと、前記アウターケーブルに挿通されているとともに、前記流体受容機構と前記発電機構とにそれぞれ接続されて、前記流体受容機構の運動に伴い前記アウターケーブルの内部で往復運動し、この往復運動を前記発電機構に伝達するインナーケーブルとを備えている。
本発明において「流動する流体」とは、（人工的ではなく）自然に発生する、例えば、風、海の干満、海の波動、川の流れなどを主に意図するが、人工的な働きで流動する流体、例えば、船の移動に伴って流動する海水などを排除するものではないし、また、人工的に作られた流体(工場等で使用される液体等)などの流動を排除するものではない。
「流動を受容する領域」とは、これら流体の流動を直接受ける領域、例えば、風が強く吹いて風力発電に適している領域、海水の干満や海水の波動があって、波力発電に適している領域などである。
「流体の流動に伴って、回転運動及び往復運動の群から選択された運動をする」とは、例えば、風力を受けて、ブレードが回転し、又は海水の干満、波を受けて浮体が上下に浮き沈みする等の運動である。
「流体受容機構の運動に基づいて往復運動する」とは、流体受容機構が回転運動をしている場合、例えば、ピストンクランク機構等を介して、この回転運動を往復運動に変換することをいう。また、流体受容機構が往復運動をしている場合(例えば、浮体の浮き沈み運動等)、この往復運動に応じて往復運動をすることをいう。
「流体受容機構の配置領域とは異なる領域に配置する」とは、別の言い方をすれば、流体受容機構を設置している設備・装置とは物理的に異なり又は距離的に離れた別の設備・装置に設置することを意味し、例えば、流体受容機構が風力を受けるために地上よりもかなり高い箇所に設置された場合、発電機構はそこには設置されずに、例えば、そこから離れた風力を実質的に受けない地上に設置すること等をいう。また、流体受容機構が波力を十分受ける箇所に設置された場合、そこには設置せず、例えば、そこから離れた陸上に設置すること等を言う。
念のために述べれば「流体受容機構の配置領域とは異なる領域に配置する」とは、必ずしも陸上に限定されるものではない。例えば船舶、ヨットなどに流体受容機構が配置されている場合、発電機構が船舶、ヨットなどに設置されていても、往復運動機構を介して船舶、ヨットなどの別の場所に配置されていれば「流体受容機構の配置領域とは異なる領域に配置する」に該当する。
「往復運動を電力に変換する」には、その手法は問わない。風力発電のように、往復運動の振幅が一定の場合は、例えば、ピストンクランク機構等を用いて、これを回転運動に変換して電力に変換することができる。波力発電のように、上下動の振幅が変動する場合は、ワンウェイクラッチ機構を組み入れたギア等を用いて、一方向の回転運動に変換して、これを電力に変換する。また、上記の手法は往復運動を回転運動に変換しているが、往復運動を回転運動に変換する異なる電力に変換することも可能である(なお、このような往復運動を直接電力に変換する技術自体は公知技術であるので、ここでの説明は省略する)。
次に、往復運動機構は、流体受容機構の運動を、流体受容機構とは別の箇所に設置された発電機構に送るものであり、その基本的な構成はインナーケーブルとアウターケーブルとからなる。
すなわち「インナーケーブル」は、流体受容機構の回転運動する機器又は往復運動する機器と、発電機構の回転する機器との間に接続されて、流体受容機構の回転運動又は往復運動に応じて往復運動し、この往復運動を発電部材の回転する機器に伝達する機能を有する。このインナーケーブルは、絶え間ない往復運動に耐えうる剛性（靭性）を備えた材質が求められる。他方、流体受容機構から発電機構までの経路が必ずしも直線ではなく、湾曲していることが想定され、かつ長距離である場合があるので、これに対応できる柔軟性を備えた材料や構造が要求される。また、アウターケーブルとの間で摩擦熱が生じた場合に放熱性が良い特性が求められる。これらの特性を兼ね備えたインナーケーブルとしては、例えばステンレス鋼等の金属、カーボン素材、樹脂又は化学繊維から選択された一種又は二種以上の材料を、前記材料の単線、撚り線、又は単線と撚り線との複合構造の一種又は二種以上の構造などが挙げられる。また、インナーケーブルの外部に、ステンレス鋼等の金属、カーボン素材、樹脂又は化学繊維から選択された一種又は二種以上の材料を、前記材料の単線、撚り線、又は単線と撚り線との複合構造の一種又は二種以上の構造を有する被覆層を単層又は複数層形成することでも、これらの特性を兼ね備えることができる。
アウターケーブル」は筒状をなし、流体受容機構と前記発電機構の間に配置されており、このアウターケーブル内に挿通されているインナーケーブルが円滑に往復運動できるようにしている。アウターケーブルの材質としては、例えばステンレス鋼などの金属、カーボン素材、樹脂又は化学繊維の一種又は二種以上の材料から成り、これらの材料で単一層、巻き線層、網構造層、及びこれらの層を複合した層の群から選択された一又は二以上の層を構成などが挙げられる。具体的には、ライナー、スチールワイヤー、ファイバーメッシュブレイド、クリアーコーティングの４重の編み込み繊維からなるアウターケーブルを例示することができる。
また、アウターケーブルは、インナーケーブルが円滑に往復運動できるようにするために、内面にフッ素樹脂などをコーティングしてインナーケーブルとの摩擦係数を軽減させ、自己潤滑作用を持たせるようにするのが好ましい。
さらに、アウターケーブルはその外面が過酷な気象条件に晒されるために、防水処理や耐紫外線処理をアウターケーブル外面に施して、アウターケーブルが劣化、退化しないようにするのが望ましい。
インナーケーブルは、アウターケーブルに対して摺動可能に配置されているのが好ましい。摺動可能とするために、例えば、インナーケーブル外面とアウターケーブルの内面の片面又は両面に、摺動摩擦減少用のコーティング(例えば、フッ素樹脂加工)をするのが良い。またインナーケーブルとアウターケーブルとの間に摺動摩擦減少用や摩擦熱吸収用の液体を充填することも可能である。インナーケーブルとアウターケーブルとの間には海水や外気からの水分が浸入しやすいので、インナーケーブル外面とアウターケーブルの内面に、防水加工を施しておくのがよい。
また、インナーケーブルやアウターケーブルが金属素材の場合は、スウェージング加工（加工硬化処理）を施して、素材の硬度を高めておくことも有効である。
更に、アウターケーブルは外気にさらされるため、その表面は、耐紫外線処理、防水処理、防塩処理、これらの複合処理をしておくことも有効である。
インナーケーブルとアウターケーブルとを備えた往復運動機構は、流体受容機構と発電機構との間に設置されるため、多くの場合、湾曲した経路となることが想定される。このため、アウターケーブルは、この経路に対応した湾曲部を備えて、インナーケーブルがこの湾曲部を通りながら往復運動するようにするのがよい。インナーケーブル、アウターケーブルの長さは流体受容機構と発電機構との間の距離に応じて設定されるが、短い距離から長い距離まで任意の長さに適用できる。また、水中、地中、空中など任意の環境に適用できる。
また、往復運動機構は、アウターケーブルとインナーケーブルとで構成されるが、一組のアウターケーブルとインナーケーブルに限らず、出力を高めるなどの目的で複数組のアウターケーブルとインナーケーブルからなる往復運動機構として、これらケーブルの出力を合力して発電機構に出力するようにしてもよいことは勿論である。
この往復運動機構は、上述したように筒状のアウターケーブルとこのアウターケーブルに挿通されているインナーケーブルとで構成されるが、インナーケーブルは、両端部がアウターケーブルから露出し、このインナーケーブルの露出した一端部に剛性の第一の動力伝達子が取付けられている。一方、流体受容機構側には、第一の動力伝達子が往復運動できるように第一の動力伝達子を収容支持する第一の筒状ガイド体が設けられている。また、インナーケーブルの露出した他端部には、剛性の第二の動力伝達子が取付けられている。一方、発電機構側には、第二の動力伝達子が往復運動できるように第二の動力伝達子を収容支持する第二の筒状ガイド体が設けられている。
第一の動力伝達子は、流体受容機構の動きを、往復運動機構に伝達する際に、流体受容機構の動きを柔軟性のインナーケーブルの一端部で直接受けるのではなく、剛性の第一の動力伝達子で受けることにより、流体受容機構の動きを効率よくインナーケーブルに伝達するものである。従って、ここでいう「剛性」とは、流体受容機構の動きを受ける際に変形し難い材質を意味する。動力伝達子は一般的には円柱状であるが、これに限るものではない。第一の筒状ガイド体は、第一の動力伝達子の往復運動をガイドする筒体である。
第二の動力伝達子は、柔軟性のインナーケーブルの動きを発電機構に伝達する際に、インナーケーブルの動きを、インナーケーブルで直接発電機構に伝達するのではなく、剛性の第二の動力伝達子で受けることにより、流体受容機構の動きを効率よくインナーケーブルに伝達するものである。従って、ここでいう「剛性」とは、インナーケーブルの動きを発電機構に伝達する際に、変形し難い材質を意味する。動力伝達子は一般的には円柱状であるが、これに限るものではない。第二の筒状ガイド体は、第二の動力伝達子の往復運動をガイドする筒体である。
発電機構は、往復運動機構を回転運動に変換し、この回転運動に基づいて発電する方式が常套的ではあるが、往復運動を回転運動に変換せずに、往復運動に基づいてそのまま直接的に発電する方式も知られており、本発明はこの方式も適用可能である。
次に本発明を風力発電に適用した例を説明する。
風力発電の場合、流動する流体は風であり、流体受容機構（風力受容機構）は、風を受ける領域に配置され、風の動きに伴って、回転運動するものであり、往復運動機構は、この受容機構の回転運動に基づいて往復運動するものである。本発明では、流体受容機構とは別の箇所に設置した発電機構に風力エネルギーを伝達するために、流体受容機構の回転運動を一旦往復運動に替え、この往復運動を再度回転運動に変換するものである。なお、風力発電システムは、風向きの変更に応じて、流体受容機構の向きを変更する機構を備えているが、流体受容機構と往復運動機構との連結部には、流体受容機構の向きの変更の動きを往復運動機構に伝達することなく、その回転運動を往復運動機構に伝達する機構が備えられている。
また、風力発電の風力受容機構は、風力の大きな上空に設置するために、支柱の上部に設置されるが、この支柱を振動吸収台上に設置して、支柱に与える風力の悪影響をこの振動吸収台で緩和することができる。
さらに、この支柱に、ゴムやバネなどで形成した弾性変形可能な中間部を一または二つ以上備え、このことにより、中間部より上部、すなわち、風力受容機構を設置した箇所を搖動自在として、風力受容機構が過度の風力を受けた場合、その風力を緩和することができる。
特に、本発明では、塔の上部に流体受容機構のみ設置され、重量が嵩張る発電機構が設置されていないので、ここを軽量化することができる。その結果、振動吸収台やゴムやバネなどで形成した弾性変形可能な中間部を有する塔を容易且つ低コストで設計することができる。
次に本発明を波力発電システムに適用した例を説明する。
波力発電システムでは、流動する流体は海水であり、流体受容機構（波力受容機構）は、海面に配置され、海面の上下動に伴って上下運動する浮体と、浮体の下方に海水の侵入可能な間隙を設けて配置された板体とを備え、インナーケーブルは前記浮体に接続されている。浮体は海水に浮く浮力を有し、海面の上下動に伴って上下運動をするものである。海面が上昇する時には、その上昇力に従って、応答よく上昇する。海面が下降するときは、浮体が軽いため、海面の下降に対する応答性が悪い。そこで、浮体と対向する面を備えた部材を、前記浮体の下方に設けて、前記浮体と前記浮体対向面との間に海水の侵入可能な間隙を形成して、ここに浸入・充満した海水により浮体の重量を稼ぐようにした。このことにより、海面の下降時における応答性を高め、海面下降時においてもインナーケーブルが適切の下降し、この動きを効率よく発電機構に伝達することができる。この発明では、浮体の下方に、浮体と間隙を設けた面が浮体と対向して形成されていればよく、この面は平面状に限らず，凹面状等の曲面や凹凸面等も許容される。また、この面を有する部材は、面や浮体と対向する面を備えていればよく、例えば側面を有している部材、孔を形成している部材なども含まれる。
また、潮位の変化を波力受容機構の浮体で直接受けると、波力受容機構の上下動のストロークが大きくなり、波力受容機構のサイズが大型化してしまう。この問題を解消するために、波力受容機構とは別に潮位受容機構を設けるのが望ましい。すなわち、この潮位受容機構は、海面の上下動に伴って上下運動する、前記波力受容機構の浮体とは別の浮体と、この浮体の上下動を前記波力受容機構に伝達する上下動伝達手段とを備えており、この潮位受容機構を波力受容機構に連結することにより、潮位受容機構の上下動が波力受容機構に伝達される。この結果、波力伝達機構の上下動のストロークを潮位の変化よりも小さくすることができ、波力伝達機構のサイズをコンパクトにすることができる。
波力発電システムにおいては、インナーケーブルの往復運動は、その往復運動幅が一定ではなく、往復運動の基準位置が変わっていく。このため、発電機構は、インナーケーブルの往復運動を回転運動に変換する機構として、ギア機構とラックとを組み合わせた機構を採用するのが有効である。すなわち、前記発電機構は、刃列を備え、前記往復運動機構の往復運動に追従して第一の方向及び第二の方向へ移動するラックと、前記刃列に歯合し、前記ラックの前記第一の方向及び前記第二の方向の少なくとも一方への移動に基づいて回動するギア機構と、前記ギア機構の回動に伴って回転する動力伝達軸と、前記動力伝達軸の回転運動に基づいて発電する発電機とを備えて、インナーケーブルの往復運動を回転運動に変換し、この回転運動に基づいて効率よく発電することができる。
このギア機構を具体的に説明すれば、前記ギア機構は、前記刃列に歯合し、前記ラックの前記第一の方向への移動に基づき前記動力伝達軸を回転させる第一のギア列と、 前記刃列に歯合し、前記ラックの前記第二の方向への移動に基づき前記動力伝達軸を回転させる第二のギア列とを具備し、
前記第一のギア列は、奇数個のギアを含み、前記第二のギア列は、偶数個のギアを含み、前記ラックが前記第一の方向へ移動したときに前記第一のギア列が前記動力伝達軸を回転させる回転方向と、前記ラックが前記第二の方向へ移動したときに前記第二のギア列が前記動力伝達軸を回転させる回転方向とが一致しており、
前記第一のギア列は、前記ラックの前記第一の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達するとともに前記ラックの前記第二の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達しない第一の一方向性クラッチを有する第一のギアを含み、前記第二のギア列は、前記ラックの前記第二の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達するとともに前記ラックの前記第一の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達するものである。
本発明は、流動する流体として、上述した風や海水(波力)の他にも、例えば、船の周囲に発生する水流や川の流れ等の水も利用することができる。すなわち、船の周囲に発生する水流や川の流れに伴って、流体受容機構が回転運動し、この受容機構の回転運動に基づいて、前記往復運動機構が往復運動し、この往復運動を、回転運動に変換して発電機構で発電することができる。
本発明によれば、風力や波力等の流動する流体のエネルギーを電力に変換する際に、電力に変換する発電機構を、風力や波力等の流動する流体のエネルギーを受ける箇所とは別の箇所に設置することにより、発電システム全体が台風などの異常風力、異常波浪を受けることがない。また、発電システムの発電機構を台風などの異常風力、異常波浪を受けることがない別の箇所に設置することにより、台風などの異常風力、異常波浪を受ける箇所に設置する機器類を最小限として、軽量化することができる。その結果、台風などの異常風力、異常波浪に対する安全対策(風力発電装置の損壊防止、波力発電装置の流出防止など)をより確実なものとすることができる発電システムを提供することができる。
具体的に説明すれば、本発明の発電システムに使用される往復運動機構において、インナーケーブルはアウターケーブル内壁に沿って移動するため、アウターケーブルの形状が直線ではなく湾曲していても、インナーケーブルの一方の端に加えられた位置変化はもう一方の端に現れる。アウターケーブル内部とインナーケーブルとの摩擦を軽減する設計を行い、アウターケーブルやインナーケーブルの柔軟性と強度を適正にとれば、数十メートルあるいは数百メートルといった長距離の位置変化の伝達が可能になる。特に、本発明に使用する往復運動機構は、インナーケーブルがアウターケーブル内を摺動自在に挿通されているケーブルで、かつ柔軟性を持つ構造であるので設置場所が複雑な地形の海岸部や山間部において、湾曲部のような折り曲げがあっても、エネルギーを伝達することができる。設置条件の自由度を高めた本発明の特徴は、電源プラントの建設において、設置コストの低減や設置場所の制約を緩和する等の大きな利便をもたらす特徴を有する。
特に、本発明を利用した風力発電システムにおいては、ブレードに連結し高所にある機械室には、ロータ部のほかクランク機構あるいはギア変換機構などで構成された簡単で軽量な構造の運動変換部が、発電機の代わりに設置されることになる。これによってブレードの大型化による支柱の強度やコスト面からの制約がなくなり、ブレードを大型化して定格出力を増大できるようになる。
また、発電機は地上の任意の位置に設置可能になるので、大型のものや汎用タイプの発電機の使用が可能になる。このことが、風力発電の経済性向上に効果があることは論を待たない。
また、支柱に強固な素材ではなくゴムやばね状の連結部を一部あるいは全部に使用することができるので、台風等の衝撃を支柱自体が振動吸収することも可能になり、破壊されるリスクを軽減できる。また、振動吸収材あるいは振動吸収台等の採用により、環境問題となっている低周波振動も軽減することが期待できる。
また、波力発電においては、前記往復運動機構を発電機構への伝達に使用することにより、海上あるいは海岸付近に可動物体を介して自然エネルギーを機械的な往復運動エネルギーに変換する往復運動機構だけを設置し、前記往復運動機構によって往復運動エネルギーを長距離伝達することで、大掛かりで建設費用も多額な発電設備を、例えば突発的な自然現象がもたらす海上の破壊エネルギーの届かない崖上等の場所に設置することができる。これにより、想定外の自然現象が海上で発生したとしても、設備へのダメージは小型で安価なエネルギー変換部と往復運動機構の端部に限られるので、発電システムに生じる台風や異常波浪あるいは巨大津波等の自然災害時のダメージあるいは破壊を最小限に抑えることが可能になる。
加えて、本発明の発電システムによれば、波力発電においては、エネルギー変換部が崖下近辺に設置されるだけであるので、従来技術のように沖合や湾内等、漁船等が行き来する場所に大掛かりな設備を配置し、船の航行の安全面や漁業環境面の問題を指摘されることがないという利点を有する。
更に、本発明の発電システムによれば、波力発電においては、往復運動機構によって伝達された往復運動エネルギーを電力に変換する発電装置及びその周辺プラントの建設を、従来技術のように作業が困難な洋上ではなく陸地で行うことができるので、建設が容易で建設コストの上昇を避けることができるという利点を有する。
また、本発明を利用した船舶用水力発電システムでは、水中に水力を受けるスクリュとロータ部と、クランク機構あるいはギア変換機構などで構成された簡単な構造の運動変換部が発電機の代わりに設置され、防水などの対策が簡便になるとともに小型化も図ることができる。また、本発明によれば、発電機は船舶の甲板上などに設置が可能となるので大型のものや汎用タイプの発電機の使用が可能になる。このことが船舶用水力発電の実用性を高め、ベースロードの費用を圧縮し、船舶航行の経済性を向上させるのは論を待たない。
図１は本発明の第一の態様である風力発電システムの全体概略図である。 図２は同風力発電システムの流体受容機構と往復運動機構との連結機構、往復運動機構と発電機構との連結機構を示す。 図３はその作動説明図である。 図４は往復運動機構を示し、（ａ）はアウターケーブルとインナーケーブルの縦断面図、（ｂ）は同横断面図である。 図５（ａ）、同図（ｂ）は同風力発電システムの流体受容機構と往復運動機構との連結機構における作動説明図である。 図６（ａ）は往復運動機構の両端部の拡大図、同図（ｂ）は流体受容機構と往復運動機構との連結機構のうち、風向きにより受容機構の向きが変わっても、その回転運動を往復運動に変換することを可能とする機構を拡大して示す図である。 図７は、流体受容機構と往復運動機構との連結機構を示す図である。 図８は、本発明の第二の態様である波力発電システムの全体概略図である。である。 図９は同波力発電システムの流体受容機構と往復運動機構との連結機構を示す図である。 図１０は、同機構の作動説明図である。 図１１は、同波力発電システムの流体受容機構と往復運動機構との連結機構の別の態様を示す図である。 図１２は、図８〜図１０記載の機構又は図１１記載の機構を複数組備えて合力する波力発電システムの流体受容機構の説明図である。 図１３は、同波力発電システムの往復運動機構と発電機構との連結機構を示す図である。 図１４は、同波力発電システムの往復運動機構と発電機構との別の連結機構を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 図１５は船舶用水力発電システムを船舶の側面から見た概略図である。 図１６は同システムを船舶の正面から見た概略図である。
以下本発明の実施の形態を説明する。
(風力発電システム)
図１に風力発電システムの全体概略図を示す。この風力発電システムは、風力受容機構(１０)と往復運動機構(２０)と発電機構(３０)とを備えている。風力受容機構(１０)は、風力により回転する回転機構(４０)とこの回転機構を高所に配置するための支柱(５０)とを備えている。回転機構(４０)は、端的に言えば、従来公知の風力発電システムのうち、発電機や増速機などの発電機構を配置していない点が異なるだけで、その他の構成は実質的に従来公知の発電システムと同様である。すなわち、ブレード(４１)、ハブ(４２)、ロータ軸回転盤(２４６)、風向き補正装置(４４)、ブレーキ装置(図示せず)、風速計(図示せず)、避雷針(図示せず)などを備えている。各装置の構造、機能などについては、実質的に従来公知の発電システムと同様であるので、詳細な説明は省略する。
支柱(５０)は、地面との設置部に振動減衰ゴムなどからなる設置台（５１）を介して設置され、また、支柱の途中に振動減衰ゴムなどからなるスパイラル状のバネ状部(５２)を介装し、これら設置台（５１）、バネ状部(５２)により低周波振動をカットするようになっている。さらに支柱の途中(中間部)には弾性変形可能なゴム等からなり、所定以上の風圧を受けるとその風圧により風圧を軽減する方向に湾曲する風圧軽減部(５３)を備えている。このことにより、過度の風力を受けると支柱中間部より上部が搖動して、支柱が破損したり、支柱上部に設置された風力受容機構が致命的な損傷を受けたりしないようにしている。そして、上述した構成を備えることにより風力発電システムは、過酷な環境に十分耐え得ることができる。さらに、受容機構から発電機構を外して軽量化したことにより、振動減衰ゴムなどからなる設置台（５１）、バネ状部(５２)、風圧軽減部(５３)を取り付けても、その費用は安価なものとなる。
往復運動機構(２０)は、風力受容機構(１０)で生成した回転運動を往復運動に変換し、この往復運動を発電機構(３０)に伝達するものである。尚、この往復運動機構(２０)の詳細は、図２以降の図面を参照して後述する。
発電機構(３０)は、支柱(５０)上に設置された回転機構(４０)とは別の箇所、例えば過酷な自然環境の悪影響を受けない陸上部に設置されており、回転機構(４０)から伝達された往復運動を回転運動に変換して発電するものである。この発電機構(３０)は、風力受容機構（１０）とは別の場所、例えば陸上に設置されていること、及び、往復運動を回転運動に変換する機構を備えていることを除き、従来から知られた風力発電の発電機構と実質的に同様の構造であり、増速機(３１)、動力伝達軸回転盤(３２)、発電機(３３)を備えている。そして発電機で発生した電力は変圧器、変電設備、送電設備に送電される。あるいは、充電装置で充電することも可能である。これら発電機構の、装置や設備の構造、機能、作用などについては、実質的に従来公知の発電機構と同様なので、ここでの詳しい説明は省略する。
図２、図３は、風力受容機構(１０)の回転機構(４０)から往復運動機構(２０)への動力伝達機構、及び往復運動機構(２０)から発電機構(３０)への動力伝達機構の概要を示す図である。回転機構(４０)から往復運動機構(２０)への動力伝達機構に関し、回転機構(４０)には、ロータ軸回転盤(２４６)の回転を往復運動に変換するピストンクランク機構(４５)が取り付けられている。このピストンクランク機構（４５）は、ピストン（４５ａ）と、クランク（４５ｂ）とを備えている。ピストン（４５ａ）は、風力受容機構(１０)の筐体(１０ａ)に取付けた一対のガイド軸(１０b)により往復運動可能にガイドされている。クランク（４５ｂ）は、ロータ軸回転盤(２４６)とピストン（４５ａ）とを接続している。このような構成においては、ロータ軸回転盤(２４６)の回転運動に伴い、ピストン（４５ａ）がガイド軸（１０ｂ）に沿って往復運動する。
筐体(１０ａ)は台座(１０c)上にベアリング(１０d)を介して載置され、風向きが変わると、風向き補正装置（４４）がこの風を受けることで生じる回転力により台座（１０ｃ）に対して回転する。この回転により、筐体(１０ａ)の向き、すなわちブレード(４１)の向きが変更されるようになっている。そして、往復運動機構(２０)はピストンクランク機構(４５)のピストン（４５ａ）に連結されて、ピストン（４５ａ）とともに往復運動する。
次に、往復運動機構(２０)から発電機構(３０)への動力伝達機構は、基本的に風力受容機構(１０)の回転機構(４０)から往復運動機構(２０)への動力伝達機構とは逆の構成を備えている。すなわち、往復運動機構(２０)の往復運動を発電機構(３０)のピストンクランク(３０a)を介して回転運動に変換する。このピストンクランク(３０a)は、ピストン（３０ａａ）と、クランク（３０ａｂ）とを備えている。ピストン（３０ａａ）は、筐体（３０ｂ）に取付けた一対のガイド軸（３０ｃ）により往復運動可能にガイドされている。クランク（３０ａｂ）は、増速機（３１）に接続された動力伝達軸回転盤（３２）とピストン（３０ａａ）とを接続している。このような構成においては、往復運動機構(２０)の往復運動に伴い、ピストン（３０ａａ）がガイド軸（３０ｃ）に沿って往復運動する。さらに、ピストン（３０ａａ）の往復運動に伴い動力伝達軸回転盤（３２）が回転運動する。
図４に示すように、往復運動機構(２０)はインナーケーブル(２１)と筒状のアウターケーブル(２２)とを備えている。アウターケーブル(２２)は前記風力受容機構(１０)と前記発電機構(３０)との間に配置され、インナーケーブル(２１)は、前記アウターケーブル(２２)に挿通されているとともに、前記風力受容機構(１０)と前記発電機構(３０)とにそれぞれ接続されて、前記風力受容機構(１０)の運動に伴い前記アウターケーブル(２２)の内部で往復運動し、この往復運動を前記発電機構に伝達するものである。このインナーケーブル(２１)は両端部がアウターケーブル(２２)から露出している。
図５は、風力受容機構(１０)の回転機構(４０)から往復運動機構(２０)への動力伝達部分を拡大して示したもので、図５（ａ）は図２に対応し、図５（ｂ）は図３に対応する。また、図５（ａ）は往復運動機構(２０)の両端部を拡大して示したものである。インナーケーブル(２１)の両端部（２１ａ）、（２１ｂ）はアウターケーブル(２２)から露出している（符号２１ｂについては図６（ａ）参照）。インナーケーブル(２１)の露出した両端部（２１ａ）、（２１ｂ）には、それぞれ剛性の動力伝達子(２３)、(２４)がインナーケーブルと同軸に取り付けられている。さらに、風力受容機構(１０)の筐体(１０a)と発電機構(３０)の筐体(３０b)とには、これら動力伝達子(２３)、(２４)を収容して、動力伝達子(２３)、(２４)をその軸方向に移動可能（或いは摺動可能）にガイドする剛性の筒状ガイド(２５)、(２６)が設けられている。これら動力伝達子(２３)、(２４)と筒状ガイド(２５)、(２６)との組合せにより、風力受容機構(１０)の回転運動が的確にインナーケーブル(２１)に伝達され、また、インナーケーブル(２１)の往復運動が的確に発電機構(３０)の回転機構に伝達される。動力伝達子（２３）、（２４）及び筒状ガイド（２５）、（２６）は、例えば金属材料にて形成することができる。
筒状ガイド（２５）は、筐体（１０ａ）に対して直接或いは他の部材を介して固定されている。筒状ガイド（２６）は、筐体（３０ｂ）に対して直接或いは他の部材を介して固定されている。このような構造とすることで、アウターケーブル（２２）から露出したインナーケーブル(２１)の両端部（２１ａ）、（２１ｂ）において、インナーケーブル（２１）の座屈を防ぐことができる。
さらに、風力受容機構(１０)は、上述したように、風向きによりその向きを変更する機能を持っている。そのため、インナーケーブル（２１）にねじれが生じ得る。そこで、この実施例では、図6（ｂ）に拡大して示す構造により、インナーケーブル(２１)のねじれを防止している。
図６（ｂ）において、ピストン（４５ａ）は、収容部（４６）（収容空間）を有している。収容部（４６）は、往復運動機構（２０）の側の端面が開口しており、その内部に上記端面の開口よりも拡径した拡径部分（４６ａ）を有している。筒状ガイド（２５）の端部には、連結部材（４７）が取り付けられている。この連結部材（４７）は、筒状ガイド（２５）の取付面の反対側に、突出部分（４８）を有している。突出部分（４８）は、収容部（４６）と相補的な形状、すなわち先端部分（４８ａ）が拡径した形状を有している。先端部分（４８ａ）は、収容部（４６）の拡径部分（４６ａ）に収容されている。
突出部分（４８）と収容部（４６）との間には隙間が形成されており、これにより突出部分（４８）は収容部（４６）内で回転可能となっている。さらに、連結部材（４７）のピストン（４５ａ）の側の端面にはベアリング（１０ｅ）が設けられている。
このような構成においては、連結部材（４７）に対してピストン（４５ａ）が回転可能となる一方で、連結部材（４７）のピストン（４５ａ）に対する図6（ｂ）中の上下方向への移動（抜け）が規制される。すなわち、風力受容機構（１０）の回転に起因したインナーケーブル（２１）のねじれを防ぎつつも、ピストン（４５ａ）とインナーケーブル（２１）とを連結することができる。
なお、図６（ｂ）においては、ピストン（４５ａ）にガイド部材（４９）が取り付けられている。このガイド部材（４９）は、ガイド軸（１０ｂ）が挿通されている一対の貫通孔（４９ａ）を有している。
図７は、ピストンクランク機構の他の例を示す断面図である。このピストンクランク機構（２４５）は、ピストン（２４５ａ）と、ロータ軸 (４３)とともに回転するロータ軸回転盤（２４６）と、ピストン（２４５ａ）とロータ軸回転盤（２４６）とを接続するクランク（２４７）と、ピストン（２４５ａ）を上下動可能に収容するシリンダ（２４８）と、ピストン（２４５ａ）とともにシリンダ（２４８）に収容された連結部材（２４９）と、を備えている。
連結部材（２４９）の一端には、筒状ガイド（２５）と、動力伝達子（２３）とが接続されている。連結部材（２４９）の他端には、先端部分（２５０ａ）が拡径した突出部分（２５０）が設けられている。ピストン（２４５ａ）は、突出部分（２５０）と相補的な形状の収容部（２５１）を有している。この収容部（２５１）は、先端部分（２５０ａ）と嵌め合うように拡径した拡径部分（２５１ａ）を有しており、この拡径部分（２５１ａ）に先端部分（２５０ａ）が収容されている。
突出部分（２５０ａ）と収容部（２５１ａ）との間には隙間が形成されており、これにより突出部分（２５０）は収容部（２５１）内で回転可能となっている。さらに、連結部材（２４９）のピストン（２４５ａ）の側の端面にはベアリング（２５２）が設けられている。このような構成においては、ロータ軸回転盤（２４６）の回転に伴ってピストン（２４５ａ）がシリンダ（２４８）の内部で上下動する。
図７の構造であっても、風力受容機構（１０）の回転に起因したインナーケーブル（２１）のねじれを防ぎつつも、ピストン（２４５ａ）とインナーケーブル（２１）とを連結することができる。
(波力発電システム)
図８は波力発電システムの全体を示す概略図である。この波力発電システムは、波力受容機構(１１０)と往復運動機構(１２０)と発電機構(１３０)とを備えている。波力受容機構(１１０)は、浮体(１１１)を海面領域に設置し、海面の上下動に従って上下動するようしている。この浮体(１１１)の上下動は、往復運動機構(１２０)により往復運動として伝達され、この往復運動は、発電機構(１３０)により回転運動に変換され、発電される。
発電機構（１３０）は、実施例１と同じく、往復運動を回転運動に変換する機構(この機構については図１３、図１４を引用して後に詳述する)と、動力伝達軸（１３４）と、増速機（１３５）と、発電機（１３６）とを備えている。発電機（１３６）で発生した電力は変圧器及び変電設備を経て送電設備に送電される。あるいは、充電装置で充電することも可能である。これら発電機構に含まれる装置や設備の構造、機能、作用などについては、往復運動を回転運動に変換する機構を備えていることを除き、実質的に従来公知の発電機構と同様なので、ここでの詳細な説明は省略する。
図９、図１０は、波力発電システムの波力受容機構（１１０）と往復運動機構(１２０)との連結機構を示し、図９は海面下降時、図１０は海面上昇時の状態を示す。波力受容機構(１１０)は、浮体(１１１)に一又は二以上のガイドリング(１１４)を取り付けている。一方、海面に接する壁面に取り付けられた筐体(１１２)に、一又は二以上のガイド棒(１１３)を上下方向(海面が浮き沈みする方向)に取付けられ、これらガイド棒(１１３)はそれぞれガイドリング(１１４)を挿通している。このような構成をとることにより、ガイド棒(１１３)は、これらガイドリング(１１４)を介して、前記浮体(１１１)を上下にガイドし、その結果、この浮体(１１１)は、海面の上下動を受けて、上下動するようになっている。浮体(１１１)の下方には、浮体(１１１)と所定距離離間して対向する面 (１１６)を形成した板体(１１７)が取り付けられている。このことにより、浮体(１１１)と対向面(１１６)との間に海水の侵入を許容する間隙が形成される。筺体（１１２）の底板には、開口部（１１２ａ）が設けられている。この開口部（１１２ａ）により、浮体（１１１）に向けた海水の流れ、及び、その反対方向に向けた海水の流れが阻害されず、浮体（１１１）を円滑に上下動させることができる。なお、符号１１５は、浮体(１１１)の上面に取付けられた上面板体である。
往復運動機構(１２０)は、インナーケーブル(１２１)と、このインナーケーブル(１２１)が挿通されている筒状のアウターケーブル(１２２)とを備え、アウターケーブル(１２２)内でインナーケーブル(１２１)が(例えば、摺動しながら)往復運動できるようになっている。インナーケーブルの波力受容機構(１１０)に連結される下端部はアウターケーブル(１２２)から露出している。インナーケーブル(１２１)の露出端部には、剛性の動力伝達子(１２３)がインナーケーブル(１２１)と同軸に取り付けられ、この動力伝達子(１２３)は、上面板体(１１５)に取付けられている。一方、前記筐体(１１２)には、筒状ガイド(１２４)が設けられ、筒状ガイド(１２４)内で動力伝達子(１２３)が往復運動するようになっている。
浮体(１１１)下面と板体(１１７)の上面(１１６)（浮体に間隙を設けて対向する面）との空間領域は、浮体(１１１)の下側にあるので、海面の下にあり、ここに海水が充満している。海面が上昇する時は、この海面は海水と同じ比重なので、浮体の上昇に悪影響を及ぼすことはない。また、海面が下降に転じると、浮体は海水よりも比重が低いので、この動きに対する浮体自体の応答性は低く、下降させる力も弱い。しかし、浮体(１１１)下面と板体(１１７)の上面(１１６)との空間領域にある海水が、海面が下がった際に錘として機能することにより、浮体の応答性を高め、浮体(１１１)を下降させる力を補強する。その結果、往復運動機構(１２０)は往復運動を有効に行うことができる。
なお図示しないが、浮体（１１１）と往復運動機構(１２０)の接続部近傍に、スプリングやばねなどを配置して、該スプリングやばねの力で前述の海面が上昇する時と下降するときの応答性の違い（トルクの違い）を調整する機構を備えることもできる。
図１１は、図８、図９、図１０に示された連結機構とは異なる別の実施態様の連結機構を示す。図８、図９、図１０の連結機構は、流体受容機構である波力受容機構を海面に接する壁面に直接取り付けた構造であるが、図１１の連結機構は、波力受容機構を海面に接する壁面に直接取り付けることはせずに、潮位受容機構(１９０)を介して取付ける構造としている。すなわち、潮位受容機構(１９０)は、海面に接する壁面に固定具(図示せず)を介して上下方向に固定された一対のガイド棒（１１３ａ）と、これらガイド棒（１１３ａ）に上下動可能に挿通されたガイドリング（１１４ａ）と、これらガイドリング（１１４ａ）に取付けられた浮体(１１１a)とで構成されている。一方、筐体(１１２)は、その上面板が、浮体(１１１a)方向にそれぞれ延出しており、これら延出した上面板（１１２ｂ）(本発明の上下動伝達手段に相当)にそれぞれ浮体(１１１a)が取付けられている。
波力受容機構に、この潮位受容機構(１９０)を取り付けることにより、ガイド棒（１１３ａ）にガイドリング（１１４ａ）を介して取り付けられた浮体（１１１ａ）が潮位の変化によって上下動する。この上下動が波力受容機構に伝達され、その結果、波力受容機構の浮体（１１１）の上下動のストロークを小さくすることができ、波力受容機構をコンパクトなサイズにできる利点がある。
なお、この例では、潮位受容機構は、一対のガイド棒を備えているが、一つ又は三つ以上のガイド棒を備えていてもよい。また、この例では、ガイド棒を対向する位置に設けているが、並列的に配置することも可能である。
また、図１１の実施の態様に関し、図９、図１０と重複する箇所については、その説明を省略し、かつ、図面の符号も省略した。
（実施例２−１）
なお、本明細書に提示した実施例は、一組のインナーケーブルとアウターケーブルを備えた波力発電システムであるが、二組以上のインナーケーブルとアウターケーブルを備えた波力発電システムも可能である。たとえば、複数の流体受容機構と往復運動機構の組み合わせを、少なくとも一本の往復運動機構に合力して、この合力された往復運動を発電機構に伝達することも可能である。この発電システムによれば、複数の流体受容機構を合力して使用することにより、エネルギーを高めるとともに環境を考慮した外観の実現や設備の量産性を高めることができる。
図１２は、そのような波力発電システムの使用例を示す図である。この図において、波力発電システムは、発電機構（１３０）などが収容された筐体（１７０）と、複数の波力受容機構（１１０）と、筐体（１７０）と各波力受容機構（１１０）とを繋ぐ複数の往復運動機構（１２０）とを備えている。この図の例において、筐体（１７０）は、防波堤（１８０）の上面（１８０ａ）に配置されている。各波力受容機構（１１０）は、防波堤（１８０）の側面（１８０ｂ）に取り付けられ、下方が海水に浸かっている。
各波力受容機構（１１０）の浮体（１１１）の上下動により生じる動力は、各往復運動機構（１２０）を介して筐体（１７０）に伝達される。筺体（１７０）は、各往復運動機構（１２０）を介して伝達される動力を合力する合力機構(図示せず)を備えている。この合力機構は、例えば各往復運動機構（１２０）のインナーケーブル（１２１）を、例えば図１３に示すような１つのラック（１３２）に接続する機構である。合力機構にて合力された動力は、個々の波力受容機構（１１０）からの動力よりも大きいので、発電機構（１３０）よる大電力の生成が可能となる。
動力伝達子（１２３）及び筒状ガイド（１２4）は、例えば金属材料にて形成することができる。動力伝達子（１２５）及び筒状ガイド（１２６）を設けることで、実施例１の場合と同じく、アウターケーブル（１２２）から露出したインナーケーブル(１２１)の端部において、インナーケーブル（１２１）の座屈を防ぐことができる。
なお、図１２の各波力受容機構（１１０）の構造は、図９、図１０に示された波力受容機構に対して若干設計変更されているが、その構成は実質的に同一であり、またその機能も本質的に同一であるので、構成が実質同一部分については、同一符号を付して、ここでの説明は省略する。図１２に示された波力受容機構と図９、図１０に示された波力受容機構との設計上の相違点は、図１２に示された波力受容機構では、浮体(１１１)の四角部にそれぞれガイド孔(１１４´)が形成され、筐体(１１２)に上下方向(海面が浮き沈みする方向)に取付けられたガイド棒(１１３)がこれらガイド孔(１１４´)に挿通されている点である。
また、図９、図１０では、浮体（１１１）に対して往復運動機構は２系統接続されているが、図１２では１系統の接続である点である。
なお、上記は図９、図１０と対比した説明であるが、図１１との対比においても同様のことが言えるので、ここでの説明は省略する。
（実施例２−２）
図１３は、往復運動機構(１２０)の往復運動を発電機構(１３０)の回転運動に変換する機構の一例を示す。インナーケーブル(１２１)の発電機構側端部は、アウターケーブ(１２２)から露出し、ここに剛性の動力伝達子(１２５)がインナーケーブルと同軸に取り付けられている。一方、発電機構側には、動力伝達子(１２５)を収容して、動力伝達子を軸方向にガイドする剛性の筒状ガイド(１２６)が設けられている。このことにより、インナーケーブルの往復運動が的確に発電機構の回転装置に伝達される。
動力伝達子（１２５）及び筒状ガイド（１２６）は、例えば金属材料にて形成することができる。動力伝達子（１２５）及び筒状ガイド（１２６）を設けることで、実施例１の場合と同じく、アウターケーブル（１２２）から露出したインナーケーブル(１２１)の端部において、インナーケーブル（１２１）の座屈を防ぐことができる。
ところで、海面は、潮の干満があり、また、波の大きさも刻々と変わるため、インナーケーブル（１２１）の振幅や、インナーケーブル（１２１）の往復運動の基準となる位置がその時その時により異なることとなる。これに対応するために、例えば、図１３に示すラックピニオン機構を発電機構（１３０）に適用することができる。
この図の例において、発電機構（１３０）は、スライダー（１３１）と、ラック（１３２）と、ギア機構（１３３）とを備えている。スライダー（１３１）は、例えば、一列に配列された多数の回転体（１３１ａ）を備えている。ラック（１３２）は、これら回転体（１３１ａ）の上に載置されるとともに、往復運動機構（１２０）の動力伝達子（１２５）に接続されている。インナーケーブル（１２１）の往復運動によりラック（１３２）がスライダー（１３１）の上で第一の方向（Ｄ１）及びこの反対方向である第二の方向（Ｄ２）に移動する。図１３の例において、第一の方向（Ｄ１）は海面の上昇によりインナーケーブル（１２１）が押される際にラック（１３２）が移動する方向であり、第二の方向（Ｄ２）は海面の下降によりインナーケーブル（１２１）が引かれる際にラック（１３２）が移動する方向である。スライダー（１３１）及びラック（１３２）は、潮の干満などにより生じる海面の位置の変化に対応するために、第一の方向（Ｄ１）及び第二の方向（Ｄ２）において十分に長尺に形成されている。
ラック（１３２）は、第一の方向（Ｄ１）及び第二の方向（Ｄ２）と交わる方向に延在するとともにこれら方向に沿って並ぶ複数のラック刃を有した第一の刃列（１３２ａ）及び複数の第二の刃列（１３２ｂ）を備えている。第二の刃列（１３２ｂ）は、第一の刃列（１３２ａ）よりも高い位置、すなわち動力伝達軸（１３４）に近い位置に配置されている。
ギア機構（１３３）は、ラック（１３２）の刃列に歯合し、ラック（１３２）の第一の方向（Ｄ１）及び第二の方向（Ｄ２）の少なくとも一方への移動に基づいて動力伝達軸（１３４）を回転させる。本実施例において、ギア機構（１３３）は、第一の刃列（１３２ａ）に歯合してラック（１３２）の第一の方向（Ｄ１）への移動に基づき動力伝達軸（１３４）を回転させる第一のギア列（１６１）と、第二の歯列（１３２ｂ）に歯合してラック（１３２）の第二の方向（Ｄ２）への移動に基づき動力伝達軸（１３４）を回転させる第二のギア列（１６２）と、を備えている。すなわち、本実施例では、ラック（１３２）の第一の方向（Ｄ１）及び第二の方向（Ｄ２）の双方への移動に基づいて動力伝達軸（１３４）を回転させる。
例えば、第一のギア列（１６１）は奇数個（図１３では３個）のギアを含み、第二のギア列（１６２）は偶数個（図１３では２個）のギアを含む。この場合においては、ラック（１３２）が第一の方向（Ｄ１）へ移動したときに第一のギア列（１６１）が動力伝達軸（１３４）を回転させる回転方向（Ｒ）と、ラック（１３２）が第二の方向（Ｄ２）へ移動したときに第二のギア列（１６２）が動力伝達軸（１３４）を回転させる回転方向（Ｒ）とが一致する。
第一のギア列（１６１）に含まれるギア（ピニオン）のうち、最上段のギア（１６１ａ）は、動力伝達軸（１３４）に連結されている。ギア（１６１ａ）は、ラック（１３２）の第一の方向（Ｄ１）への移動により生じる動力を動力伝達軸（１３４）に伝達するとともにラック（１３２）の第二の方向（Ｄ２）への移動により生じる動力を動力伝達軸（１３４）に伝達しない第一のワンウェイクラッチ（一方向性クラッチ）を有している。第二のギア列（１６２）に含まれるギアのうち、最上段のギア（１６２ａ）は、動力伝達軸（１３４）に連結されている。ギア（１６２ａ）は、ラック（１３２）の第二の方向（Ｄ２）への移動により生じる動力を動力伝達軸（１３４）に伝達するとともにラック（１３２）の第一の方向（Ｄ１）への移動により生じる動力を動力伝達軸（１３４）に伝達しない第二のワンウェイクラッチを有している。
以上のような構成のラックピニオン機構を用いれば、海面の位置の変化によらず発電を継続できる。さらに、海面の上昇時及び下降時のいずれにおいても動力伝達軸（１３４）が同じ回転方向（Ｒ）に回転するため、海面の上昇時及び下降時のいずれかのみに発電する場合に比べ、発電効率を高めることができる。
なお、図１３においては第一の刃列（１３２ａ）と第二の刃列（１３２ｂ）をラック（１３２）に設けたが、ラック（１３２）に設ける刃列を１種類のみとし、第一のギア列（１６１）及び第二のギア列（１６２）に含まれるギアの径を調整することでギア数の相違により生じるラック（１３２）と動力伝達軸（１３４）との高さの違いを吸収しても良い。また、発電効率は低下するものの、ギア列を１種類のみとし、海面の上昇時及び下降時のいずれか一方においてのみ動力伝達軸（１３４）を回転させても良い。
ラック（１３２）の動力伝達子（１２５）が取り付けられた側とは反対側の端部と、ラック（１３２）とともに移動しない固定された構造物とを繋ぐ弾性体を配置しても良い。この場合において、例えば、ラック（１３２）が第二の方向（Ｄ２）に移動した際にこの弾性体が引っ張られて弾性エネルギーを蓄え、ラック（１３２）が第一の方向（Ｄ１）に移動する際にこの弾性体の弾性エネルギーがラック（１３２）の移動を補助しても良い。このようにすることで、インナーケーブル（１２１）の自重やインナーケーブル（１２１）とアウターケーブル（１２２）との摩擦抵抗を弾性エネルギーにて相殺し、発電効率を高めることができる。なお、弾性体に代えて、ラック（１３２）が第二の方向（Ｄ２）に移動した際に位置エネルギーが蓄えられる重りをラック（１３２）の端部に接続し、この位置エネルギーにてラック（１３２）の第一の方向（Ｄ１）への移動を補助しても良い。
（実施例２−３）
図１４は、往復運動機構(１２０)の往復運動を発電機構(１３０)の回転運動に変換する別の機構を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。この図の例において、発電機構（１３０）は、ラック（１４０）と、ギア機構（１４１）とを備えている。ラック（１４０）は、例えば先の例と同様に、スライダーの上に載置される。インナーケーブル（１２１）の往復運動によりラック（１４０）が第一の方向（Ｄ１）及びこの反対方向である第二の方向（Ｄ２）に移動する。
ラック（１４０）は、両側面に複数のラック刃を有した第一の刃列（１４０ａ）及び第二の刃列（１４０ｂ）を備えている。
ギア機構（１４１）は、ラック（１４０）の刃列に歯合し、ラック（１４０）の第一の方向（Ｄ１）及び第二の方向（Ｄ２）の少なくとも一方への移動に基づいて動力伝達軸（１３４）を回転させる。本実施例において、ギア機構（１４１）は、第一の刃列（１４０ａ）に歯合する第一のギア（１４２）と、シャフト（１４３）により第一のギア（１４２）に連結された第二のギア（１４４）と、第二の刃列（１４０ｂ）に歯合する第三のギア（１４５）と、シャフト（１４６）により第三のギア（１４５）に連結された第四のギア（１４７）と、第二のギア（１４４）及び第四のギア（１４７）と歯合する第五のギア（１４８）とを備えている。動力伝達軸（１３４）は、第五のギア（１４８）に連結されている。
第二のギア（１４４）は、ラック（１４０）が第一の方向（Ｄ１）に移動する際にシャフト（１４３）から伝わる動力により第二のギア（１４４）を回転させ、ラック（１３０）が第二の方向（Ｄ２）に移動する際にシャフト（１４３）から伝わる動力によっては第二のギア（１４４）を回転させない第一のワンウェイクラッチを有している。第四のギア（１４７）は、ラック（１４０）が第二の方向（Ｄ２）に移動する際にシャフト（１４６）から伝わる動力により第四のギア（１４７）を回転させ、ラック（１４０）が第一の方向（Ｄ１）に移動する際にシャフト（１４６）から伝わる動力によっては第四のギア（１４７）を回転させない第二のワンウェイクラッチを有している。
したがって、ラック（１４０）が第一の方向（Ｄ１）に移動する際には図１４（ａ）に実線矢印で示すように各ギア（１４２，１４４，１４８）が回転し、これに伴い図１４（ｂ）に実線矢印で示す方向に動力伝達軸（１３４）が回転する。一方、ラック（１４０）が第二の方向（Ｄ２）に移動する際には図１４（ａ）に破線矢印で示すように各ギア（１４５，１４７，１４８）が回転し、これに伴い図１４（ｂ）に実線矢印で示す方向に動力伝達軸（１３４）が回転する。
この構造により、往復運動の振幅が潮位や波の振幅によって大きく変化する波力発電においても連続した一方向の回転運動を安定して発電機構に伝えることができる。
（船舶に取り付けた発電システム）
図１５、図１６は、船舶用の水力発電システムの一例を示す。図１５は船舶側面からの構成図であり、図１６は船舶正面からの構成図である。船舶にスクリュ（２０１）（本発明の受容機構に相当）がジョイントなどで固定され、このスクリュ（２０１）は船舶の運航によって生じる水流や海川自体の水流などによって回転する。その際のスクリュ（２０１）は単純なプロペラ状のものでもよいが、アルキメデスのスクリュなどを使用して効率を高めるのが望ましい。本実施例の図１５はアルキメデスのスクリュを図示している。この回転に連結するのは防水された機械室（２０２）でその内部にはロータ部と，クランク機構やギア変換機構などで回転運動を往復運動に変換する単純で軽量の運動変換部が具備されている。この構造の一例は既に風力発電システムの説明の欄で詳しく述べたので、ここでの説明は省略する。この機械室（２０２）で往復運動に変換されたエネルギーは往復運動伝達ケーブル（本発明の往復運動機構に相当）で船舶甲板の任意の場所にある運動変換部（２０６）（本発明の発電機構の一部を構成する）まで伝達される。ここで、該往復運動伝達ケーブルは、本発明の往復運動機構に相当する、ケーブル端部に加えられた位置変動をもう一方の端部に伝えるものでインナーケーブル（２０３）とアウターケーブル（２０４）の組み合わせによるものに限らない。たとえば、油圧を使った油圧ケーブルなどの使用も可能である。伝達された往復運動エネルギーは該運動変換部（２０６）で回転運動エネルギーに変換されて発電機（２０７）（本発明の発電機構の一部を構成する）を駆動する。なお、符号（２０８）はスプリングで、このスプリングによりインナーケーブル（２０３）の往復運動トルクを調整する。図中、符号(２０５)は往復運動エネルギー伝達ケーブルを船体に固定するジョイント、また符号(２１０)はスクリュを船体に固定するジョイントである。符号（２０９）は水面を示す。
以上、本発明を風力発電システム、波力発電システム、船舶に取付けた発電システムに適用した例を示したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、例えば、川の流れを利用した発電システムなどにも適用できる。さらに本発明は、大掛かりな発電設備のみならず、小型の発電設備、例えば、ＬＥＤ照明や発振器を駆動する緊急時用小型発電システム、風力や波力を利用した家庭用の小型発電システム、レジャー向け発電システムなどにも有効に適用できる。
なお、参考のために、優先権の基礎となる２件の特許出願の特許請求の範囲(補正分も含む)及び本件の親出願の特許請求の範囲を以下にそのまま引用する。
(特願2014-164159)
［請求項１］
アウターケーブルと、該アウターケーブル内に摺動自在に挿入されたインナーケーブルからなるエネルギー伝達ケーブルを、自然エネルギーから得られる往復運動の伝達に使用したことを特徴とする発電システム及び発電プラント。
［請求項２］
請求項１に記載のエネルギー伝達ケーブルのインナーケーブルの両端は、その一方を、自然エネルギーを往復運動にするエネルギー変換部に連結し、もう一方を往復運動を電力に変換する発電設備に連結していることを特徴とする請求項１に記載の発電システム及び発電プラント。
［請求項３］
請求項１に記載のエネルギー伝達ケーブルのアウターケーブルは少なくとも一層以上の構造になっており、単一層や網構造の層等のいずれかあるいは複合して該アウターケーブルの性能に柔軟性と剛性を持たせるとともに、該アウターケーブルの材料は樹脂や金属やカーボン素材や化学繊維のいずれか、あるいは複合して構成されていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の発電システム及び発電プラント。
［請求項４］
請求項１に記載のエネルギー伝達ケーブルのインナーケーブルは、少なくとも金属、カーボン素材、化学繊維のいずれかを含む材料を使用し、該インナーケーブルの構造は、単線、撚り線、あるいは単線と撚り線の複合の構造をとって柔軟性と剛性を持たせていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の発電システム及び発電プラント。
［請求項５］
請求項１または請求項２に記載の発電システム及び発電プラントのエネルギー伝達ケーブルは、少なくとも１０センチメートル以上の長さを持ち、その使用において、直線状態、あるいは、少なくとも一箇所以上の湾曲部を持つことを特徴とする。
［請求項６］
アウターケーブル内面とインナーケーブル外面に、該インナーケーブルが摺動時の摩擦係数を減らすようコーティングを施しているとともに防水加工を施していることを特徴とする請求項１または２または３に記載のエネルギー伝導ケーブル。
［請求項７］
複数の、請求項１または２に記載の自然エネルギーを往復運動にするエネルギー変換部にエネルギー伝達ケーブルが連結された設備が伝達する往復運動エネルギーを、エネルギー合力部で合力し、合力された往復運動エネルギーを、少なくとも一本以上のエネルギー伝達ケーブルで、該往復運動エネルギーを電力に変換する発電設備に伝達することを特徴とする請求項１に記載の発電システム及び発電プラント。
［請求項８］
動力源である自然エネルギーが波力、潮力、風力のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の発電システム及び発電プラント。
［請求項９］
自然エネルギーを電力に変換する発電システムにおいて往復運動エネルギーを伝達する目的のケーブルであり、材料が樹脂や金属やカーボン素材や化学繊維のいずれかあるいはそれらを複合して構成されるとともに少なくとも一層以上の構造をもち、それらの層が単一層や網構造の層等のいずれかあるいは複合して柔軟性と剛性を持たせたことが特徴のアウターケーブルと、該アウターケーブル内に摺動自在に挿入され少なくとも金属、カーボン素材、化学繊維のいずれかを含む材料で構成され、その構造が単線、撚り線、あるいは単線と撚り線の複合の構造をとって柔軟性と剛性を持たせていることを特徴とするインナーケーブルを具備するエネルギー伝導ケーブル
(特願2014-221736)
［請求項１］
自然エネルギーを電力に変換する発電システムにおいて、該発電システムは、回転運動エネルギーを往復運動エネルギーに変換する動力変換部と往復運動エネルギーを回転運動エネルギーに変換する動力変換部を具備することを特徴とする自然エネルギーを電力に変換する発電システム
［請求項２］
請求項１に記載の発電システムの回転運動エネルギーを往復運動エネルギーに変換する動力変換部は、プロペラやスクリュ等を含むロータ部が自然エネルギーを変換して生成する回転運動エネルギーを往復運動エネルギーに変換するものであり、請求項１に記載の発電システムの往復運動エネルギーを回転運動エネルギーに変換する動力変換部は、往復運動エネルギー伝達ケーブルが伝達する往復運動エネルギーを回転運動エネルギーに変換するものであることを特徴とする請求項１に記載の発電システム
［請求項３］
自然エネルギー源が船舶の周囲に発生する水流であることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の発電システム
［請求項４］
自然エネルギー源が風力あるいは自動車や船舶の周囲に発生する風流れであることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の発電システム
［請求項５］
自然エネルギーを電力に変換する発電システムにおいて、回転運動エネルギーを往復運動エネルギーに変換する動力変換部は、クランク機構あるいはスコッチヨーク機構あるいはラックアンドピニオン機構のいずれかを使用し、往復運動エネルギーを回転運動エネルギーに変換する動力変換部は、クランク機構あるいはスコッチヨーク機構あるいはラックアンドピニオン機構のいずれかを使用していることを特徴とする請求項１および請求項２および請求項３および請求項４に記載の発電システム。
（特願2015-154005）
［請求項１］
流動する流体を受容する領域に配置され、流体の流動に伴って、回転運動及び往復運動の群から選択された運動をする流体受容機構と、
前記流体受容機構に接続され、前記流体受容機構の運動に基づいて往復運動する往復運動機構と、
前記流体受容機構の配置領域とは異なる領域に配置され、前記往復運動機構の往復運動を電力に変換する発電機構とを具備し、
前記往復運動機構は、インナーケーブルと筒状のアウターケーブルとを有し、前記アウターケーブルは前記流体受容機構と前記発電機構の間に配置されており、前記インナーケーブルは前記アウターケーブル内を挿通しているとともに、前記流体受容機構と前記発電機構とにそれぞれ接続されており、前記流体受容機構の運動に伴い前記アウターケーブルの内部で往復運動し、この往復運動を前記発電機構に伝達するものである、発電システム。
［請求項２］
前記発電機構は、前記インナーケーブルが伝達する往復運動を回転運動に変換し、この回転運動を電力に変換するものである、請求項１に記載の発電システム。
［請求項３］
前記インナーケーブルは、金属、カーボン素材、樹脂及び化学繊維の群から選択された一種又は二種以上の材料から成り、前記材料の単線、撚り線、及び単線と撚り線との複合構造の群から選択された一種又は二種以上の構造を有している、請求項１又は２に記載の発電システム。
［請求項４］
前記インナーケーブルは、その外部に一又は二以上の被覆層を被覆形成しており、これらの被覆層は、金属、カーボン素材、樹脂及び化学繊維の群から選択された一又は二以上の材料から成り、単一層、網構造層、巻き線層、及びこれら層を複合した層の群から選択された構造を有している請求項１〜３の何れか１項に記載の発電システム。
［請求項５］
前記インナーケーブルの表面とアウターケーブルの内面の少なくとも一方の面にフッ素樹脂加工、スウェージング加工、及び、防水加工の群から選択された一又は二以上の加工が施されている請求項1〜４の何れか１項に記載の発電システム。
［請求項６］
前記アウターケーブルは、金属、カーボン素材、樹脂及び化学繊維の群から選択された一種又は二種以上の材料から成り、これらの材料で単一層、巻き線層、網構造層、及びこれらの層を複合した層の群から選択された一又は二以上の層を構成している、請求項１〜５の何れか１項に記載の発電システム。
［請求項７］
前記アウターケーブルの表面は、耐紫外線処理、防水処理、防塩処理、及びこれらの処理を複合した処理の群から選択された一又は二以上の処理が施されている請求項1〜６の何れか１項に記載の発電システム。
［請求項８］
前記インナーケーブルは、両端部が前記アウターケーブルから露出して、露出した一端部に、前記流体受容機構に接続されている剛性の第一の動力伝達子を取り付け、露出した他端部に、前記発電機構に接続されている剛性の第二の動力伝達子を取付けて構成され、
前記流体受容機構は、前記第一の動力伝達子が往復運動できるようにガイドする第一の筒状ガイド体を備え、前記発電機構は、前記第二の動力伝達子が往復運動できるようにガイドする第二の筒状ガイド体と、
を備えている請求項１〜７の何れか１項に記載の発電システム。
［請求項９］
流動する流体は風であり、
前記流体受容機構は、風を受ける領域に配置され、風の動きに伴って、回転運動するものであり、
前記往復運動機構は、この受容機構の回転運動に基づいて往復運動するものである、
請求項１〜８の何れか１項に記載の発電システム。
［請求項１０］
前記流体受容機構は、風向きに応じて、その向きを変更する機構を備え、この流体受容機構と前記往復運動機構との連結部は、流体受容機構の向きの変更の動きを往復運動機構に伝達することなく、流体受容機構の回転運動を往復運動機構に伝達する機構を備えている、請求項９記載の発電システム。
［請求項１１］
前記流体受容機構は、支柱の上部に配置され、この支柱は振動吸収台上に設置されている請求項９又は１０記載の発電システム。
［請求項１２］
前記流体受容機構の支柱は、弾性変形可能な中間部を一または二つ以上備えている請求項９〜１１の何れか１項記載の発電システム。
［請求項１３］
流動する流体は海水であり、前記流体受容機構は、海面に配置され、海面の上下動に伴って上下運動する浮体を備え、前記インナーケーブルは前記浮体に接続されている請求項１〜８の何れか１項に記載の発電システム。
［請求項１４］
前記流体受容機構は、浮体と対向する面を備えた部材を、前記浮体の下方に設けて、前記浮体と前記浮体との対向面との間に海水の侵入可能な間隙を形成してなる請求項１３に記載の発電システム。
［請求項１５］
海面の上下動に伴って上下運動する、前記流体受容機構の浮体とは異なる浮体と、この浮体の上下動を前記流体受容機構に伝達する上下動伝達手段と、を備えた潮位受容機構を更に具備してなる、請求項１３又は１４記載の発電システム。
［請求項１６］
前記発電機構は、
刃列を備え、前記往復運動機構の往復運動に追従して第一の方向及び第二の方向へ移動するラックと、
前記刃列に歯合し、前記ラックの前記第一の方向及び前記第二の方向の少なくとも一方への移動に基づいて回動するギア機構と、
前記ギア機構の回動に伴って回転する動力伝達軸と、
前記動力伝達軸の回転運動に基づいて発電する発電機と、
を具備する請求項１〜１５の何れか１項に記載の発電システム。
［請求項１７］
前記ギア機構は、
前記刃列に歯合し、前記ラックの前記第一の方向への移動に基づき前記動力伝達軸を回転させる第一のギア列と、
前記刃列に歯合し、前記ラックの前記第二の方向への移動に基づき前記動力伝達軸を回転させる第二のギア列と、
を具備する請求項１６に記載の発電システム。
［請求項１８］
前記第一のギア列は、奇数個のギアを含み、
前記第二のギア列は、偶数個のギアを含み、
前記ラックが前記第一の方向へ移動したときに前記第一のギア列が前記動力伝達軸を回転させる回転方向と、前記ラックが前記第二の方向へ移動したときに前記第二のギア列が前記動力伝達軸を回転させる回転方向とが一致する、
請求項１７に記載の発電システム。
［請求項１９］
前記第一のギア列は、前記ラックの前記第一の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達するとともに前記ラックの前記第二の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達しない第一の一方向性クラッチを有する第一のギアを含み、
前記第二のギア列は、前記ラックの前記第二の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達するとともに前記ラックの前記第一の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達する請求項１８に記載の発電システム。
［請求項２０］
流動する流体は水であり、流体受容機構は、船の周囲に発生する水流や川の流れに伴って、回転運動するものであり、
前記往復運動機構は、この受容機構の回転運動に基づいて往復運動するものである、
請求項１〜８の何れか１項に記載の発電システム。
［請求項２１］
流動する流体を受容する領域に配置され、流体の流動に伴って、回転運動及び往復運動の群から選択された運動をする流体受容機構と、前記流体受容機構の配置領域とは異なる領域に配置された発電機構とにそれぞれ接続されて、流体受容機構の運動に基づいて往復運動し、この往復運動を前記発電機構の回転運動に変換することにより発電するようにした発電システム用往復運動機構であって、
この発電システム用往復運動機構は、インナーケーブルと筒状のアウターケーブルとを有し、前記アウターケーブルは前記流体受容機構と前記発電機構の間に配置されており、前記インナーケーブルは前記アウターケーブル内を挿通しているとともに、前記流体受容機構と前記発電機構とにそれぞれ接続されて、前記流体受容機構の運動に伴い前記アウターケーブルの内部で往復運動し、この往復運動を前記発電機構に伝達するものである、発電システム用往復運動機構。
［請求項２２］
前記インナーケーブルは、金属、カーボン素材、樹脂及び化学繊維の群から選択された一種又は二種以上の材料から成り、前記材料の単線、撚り線、及び単線と撚り線との複合構造の群から選択された一種又は二種以上の構造を有している、請求項２１に記載の発電システム用往復運動機構。
［請求項２３］
前記インナーケーブルは、その外部に一又は二以上の被覆層を被覆形成しており、これらの被覆層は、金属、カーボン素材、樹脂及び化学繊維の群から選択された一又は二以上の材料から成り、単一層、網構造層、巻き線層、及びこれら層を複合した層の群から選択された構造を有している請求項２１又は２２に記載の発電システム用往復運動機構。
［請求項２４］
前記インナーケーブルの表面とアウターケーブルの内面の少なくとも一方の面にフッ素樹脂加工、スウェージング加工、及び、防水加工の群から選択された一又は二以上の加工が施されている請求項２１〜２３の何れか１項に記載の発電システム用往復運動機構。
［請求項２５］
前記アウターケーブルは、金属、カーボン素材、樹脂及び化学繊維の群から選択された一種又は二種以上の材料から成り、これらの材料で単一層、巻き線層、網構造層、及びこれらの層を複合した層の群から選択された一又は二以上の層を構成している、請求項２１〜２４の何れか１項に記載の発電システム用往復運動機構。
［請求項２６］
前記アウターケーブルの表面は、耐紫外線処理、防水処理、防塩処理、及びこれらの処理を複合した処理の群から選択された一又は二以上の処理が施されている請求項２１〜２５の何れか１項に記載の発電システム用往復運動機構。
［請求項２７］
前記インナーケーブルは、両端部が前記アウターケーブルから露出して、露出した一端部に、前記流体受容機構に接続されている剛性の第一の動力伝達子を取り付け、露出した他端部に、前記発電機構に接続されている剛性の第二の動力伝達子を取付けて構成され、
前記第一の動力伝達子は、前記流体受容機構側に設けられた第一の筒状ガイド体にガイドされて往復運動するものであり、前記第二の動力伝達子は、前記発電機構側に設けられた第二の筒状ガイド体にガイドされて往復運動するものである、
請求項２１〜２６の何れか１項に記載の発電システム用往復運動機構。
１０…風力受容機構、 １０ａ…風力受容機構の筐体、 １０b…ガイド軸、 １０ｃ…台座、 １０ｄ…ベアリング、 １０e…ベアリング、 ２０…往復運動機構、 ２１…インナーケーブル、 ２１a…インナーケーブルの露出した一端部、 ２１b…インナーケーブルの露出した他端部、 ２２…アウターケーブル、 ２３…動力伝達子、 ２４…動力伝達子、 ２５…筒状ガイド、 ２６…筒状ガイド、 ３０…発電機構、 ３０a…ピストンクランク、 ３０aa…ピストン、 ３０ａｂ…クランク、 ３０ｂ…筐体
３０ｃ…ガイド軸、 ３１…増速機、 ３２…動力伝達軸回転盤、 ３３…発電機、 ４０…回転機構、 ４１…ブレード、 ４２…ハブ、 ４３…ロータ軸、 ４４…風向き補正装置、 ４５…ピストンクランク機構、 ４５a…ピストン、 ４５ｂ…クランク、 ４６…収容部、 ４６a…拡径部分、 ４７…連結部材、 ４８…突出部分、 ４８a…先端部分、 ４９…ガイド部材、 ４９a…貫通孔、 ５０…支柱、 ５１…設置台、 ５２…スパイラル状バネ状部、 ５３…風圧軽減部、 １１０…波力受容機構、１１１…浮体（第一の浮体に相当）、 １１１a…浮体（第二の浮体に相当）、 １１２…筐体、 １１２ａ…筺体の開口部、 １１２b…延出した上面板、 １１３…ガイド棒、 １１３a…ガイド棒、 １１４…ガイドリング、 １１４a…ガイドリング、 １１４´…ガイド孔、 １１５…上面板体、 １１６…浮体に間隙を設けて対向する面、 １１７…板体(浮体と対向する面を備えた部材)、 １２０…往復運動機構、 １２１…インナーケーブル、 １２２…アウターケーブル、 １２３…動力伝達子、 １２４…筒状ガイド、 １２５…動力伝達子、 １２６…筒状ガイド、 １３０…発電機構、 １３１…スライダー、 １３１a…回転体、 １３２…ラック、 Ｄ１…第一の方向、 Ｄ２…第二の方向、 １３２ａ…第一の刃列、 １３２ｂ…第二の刃列、 １３３…ギア機構、 １３４…動力伝達軸、 Ｒ…動力伝達軸を回転させる回転方向、 １３５…増速機、 １３６…発電機、 １４０…ラック、 Ｄ１…ラックの第一の方向、 Ｄ２…ラックの第二の方向、 １４０ａ…第一の刃列、１４０ｂ…第二の刃列、１４１…ギア機構、 １４２…第一のギア、 １４３…シャフト、 １４４…第二のギア、 １４５…第三のギア、 １４６…シャフト、 １４７…第四のギア、 １４８…第五のギア、１６１…第一のギア列、 １６１a…最上段のギア、 １６２…第二のギア列、 １６２a…最上段のギア、１７０…筐体、１８０…防波堤、 １８０a…防波堤の上面、 １8０b…防波堤の側面、１９０…潮位受容機構、 ２０１…スクリュ、 ２０２…機械室、 ２０３…インナーケーブル、 ２０４…アウターケーブル、 ２０６…運動変換部、 ２０７…発電機、 ２０８…往復運動トルク調整スプリング、 ２０９…水面、 ２４５…ピストンクランク機構、 ２４５a…ピストン、２４６…ロータ軸回転盤、２４７…クランク、２４８…シリンダ、２４９…連結部材、２５０…突出部分、２５０a…先端部分、２５１…収容部、２５１a…拡径部分、２５２…ベアリング、

Claims (4)

  1. 流動する流体を受容する領域に配置され、流体の流動に伴って、往復運動する流体受容機構と、前記流体受容機構に接続され、前記流体受容機構の往復運動を回転運動に変換し、この回転運動を電力に変換する発電機構と、を具備する発電システム。
  2. 前記流体受容機構とともに更に潮位受容機構を備えた発電システムであって、前記流体は海水であり、前記流体受容機構は、海面の上下動に伴って上下運動する第一の浮体を備え、前記潮位受容機構は、海面の上下動に伴って上下運動する第二の浮体と、この第二の浮体の上下動を前記流体受容機構に伝達する上下動伝達手段を備えている、請求項１に記載の発電システム。
  3. 前記流体受容機構は、前記第一の浮体と前記第一の浮体の下方に前記第一の浮体に対向して設けられた対向面を有する部材を備え、前記部材は、前記第一の浮体と前記対向面との間に海水の侵入可能な間隙を形成したことを特徴とする、請求項１又は２に記載の発電システム。
  4. 前記発電機構は、
    刃列を備え、前記往復運動機構の往復運動に追従して第一の方向及び第二の方向へ移動するラックと、
    前記刃列に歯合し、前記ラックの前記第一の方向及び前記第二の方向の少なくとも一方への移動に基づいて回動するギア機構と、
    前記ギア機構の回動に伴って回転する動力伝達軸と、
    前記動力伝達軸の回転運動に基づいて発電する発電機とを具備し、
    前記ギア機構は、
    前記刃列に歯合し、前記ラックの前記第一の方向への移動に基づき前記動力伝達軸を回転させる第一のギア列と、
    前記刃列に歯合し、前記ラックの前記第二の方向への移動に基づき前記動力伝達軸を回転させる第二のギア列とを具備し、
    前記第一のギア列は、奇数個のギアを含み、
    前記第二のギア列は、偶数個のギアを含み、
    前記ラックが前記第一の方向へ移動したときに前記第一のギア列が前記動力伝達軸を回転させる回転方向と、前記ラックが前記第二の方向へ移動したときに前記第二のギア列が前記動力伝達軸を回転させる回転方向とが一致する発電システムであって、
    前記第一のギア列は、前記ラックの前記第一の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達するとともに前記ラックの前記第二の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達しない第一の一方向性クラッチを有する第一のギアを含み、
    前記第二のギア列は、前記ラックの前記第二の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達するとともに前記ラックの前記第一の方向への移動により生じる動力を前記動力伝達軸に伝達することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の発電システム。
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