JP2018168799A - 発電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の発電システム1は、タービン2と、カムホイール装置6と、発電機7と、アーム機構8とを有する。タービン2は、水力や風力が加えられることで回転する回転軸11を備える。カムホイール装置6では、回転軸11のトルクがカムホイール18に伝達されることで、カムホイール18が回転する。発電機7は、駆動ホイール29の回転に伴い回転軸28が回転して、回転軸28の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電可能である。カムホイール18の回転に伴いカム21がアーム機構8に当接することで、アーム機構8に回動が生じ、この回動に伴いアーム機構8が駆動ホイール29に当接することで、駆動ホイール29が回転する。
【選択図】図1
Description
カムが外周面から突出しているカムホイールを備え、前記第1回転軸のトルクが前記カムホイールに伝達されることで、前記カムホイールが回転するカムホイール装置と、
第2回転軸と、前記第2回転軸に接続される駆動ホイールとを備え、前記駆動ホイールの回転に伴い前記第2回転軸が回転して、前記第2回転軸の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電可能な発電機と、
前記カムホイール装置と前記発電機との間に配置されるアーム機構とを有し、
前記カムホイールの回転に伴い前記カムが前記アーム機構に当接することで、前記アーム機構に回動が生じ、この回動に伴い前記アーム機構が前記駆動ホイールに当接することで、前記駆動ホイールが回転する発電システム。
前記スイングアームの中間部は、上下方向に延びる第1ピンに回動自在に枢支され、前記スイングアームの一端部は、前記カムホイールの近傍に配置され、前記スイングアームの他端側には、前記スイングアームの長手方向に延びる第1貫通孔が形成され、
前記カムホイールの回転で前記カムが前記スイングアームの一端部に当接するたびに、前記スイングアームには、前記カムの押圧によって、前記第1ピンを軸とする第1方向への回動が生じ、
前記付勢手段は、前記スイングアームが前記第1方向に回動するたびに、前記第1方向とは逆の第2方向に前記スイングアームを付勢するものであり、当該付勢手段による付勢によって、前記スイングアームは、前記第1方向に回動した後、反転して、前記第2方向に回動し、
前記従節アームの一端部は、前記第1ピンに回動自在に枢支され、前記従節アームの他端部には、上下方向に延びる第2ピンが取り付けられ、
前記駆動アームの中間部は、前記第2ピンに回動自在に枢支され、前記駆動アームの一端部には、上下方向に延びる第3ピンが取り付けられ、当該第3ピンは前記スイングアームの第1貫通孔に挿通され、
前記駆動アームの他端部には、弾性部材が取り付けられており、当該弾性部材は、前記駆動アームの他端部から前記駆動アームの長手方向に延び出て、前記弾性部材の先端部は、前記駆動ホイールの近傍に配置されており、
前記スイングアームが前記第1方向に回動する間では、前記第3ピンを前記スイングアームの他端側に移動させて前記スイングアームの第1貫通孔の内周面に押し付ける回動が前記駆動アームに生じることで、前記スイングアームが前記第3ピンを前記第1方向に牽引するものとなり、この牽引によって、前記駆動アームが前記第1方向に移動し、前記第2ピンの牽引によって、前記従節アームが前記第1ピンを軸として前記第1方向に回動し、
前記駆動アームが前記第1方向に移動する間では、前記第3ピンを前記スイングアームの他端側に移動させる回動が、前記駆動アームに生じていることで、前記弾性部材は、その先端部が前記駆動ホイールの外周面に当接しない前記第1方向への移動を生じるものとなり、
前記スイングアームが前記第2方向に回動する間では、前記第3ピンを前記スイングアームの他端側に移動させて前記スイングアームの第1貫通孔の内周面に押し付ける回動が、前記駆動アームに生じることで、前記スイングアームが前記第3ピンを前記第2方向に牽引するものとなり、この牽引によって、前記駆動アームが前記第2方向に移動し、前記第2ピンの牽引によって、前記従節アームが前記第1ピンを軸として前記第2方向に回動し、
前記駆動アームが前記第2方向に移動する間では、前記第3ピンを前記スイングアームの他端側に移動させる回動が、前記駆動アームに生じていることで、前記弾性部材は、その先端部が前記駆動ホイールの外周面に当接する前記第2方向への移動を生じるものとなり、前記弾性部材の押圧によって前記駆動ホイールが回転する項1に記載の発電システム。
前記移動手段が、前記アーム機構を前記発電機側に移動させることで、前記駆動アームが前記第2方向に移動する間に前記駆動ホイールの外周面に当接する前記弾性部材の範囲が大きくなり、
前記移動手段が、前記アーム機構を前記発電機の反対側に移動させることで、前記駆動アームが前記第2方向に移動する間に前記駆動ホイールの外周面に当接する前記弾性部材の範囲が小さくなる、項2に記載の発電システム。
前記支持板の側面には螺子孔が形成され、
前記第1ステッピングモータは、前記支持板の側方に配置されるものであって、前記螺子孔と螺合する第3回転軸を備えており、
前記第1ステッピングモータの第3回転軸を正回転させることで、前記支持板や前記第1ピンが前記発電機側に移動して、これに伴い、前記アーム機構が前記発電機側に移動し、
前記第1ステッピングモータの第3回転軸を逆回転させることで、前記支持板や前記第1ピンが前記発電機の反対側に移動して、これに伴い、前記アーム機構が前記発電機の反対側に移動する項3に記載の発電システム。
前記移動制御装置は、
前記駆動ホイールの単位時間当たりの回転数を計測する第1センサと、
前記第1センサの計測値に基づき、前記第1ステッピングモータを制御するモータ制御手段とを備え、
前記モータ制御手段は、
前記第1センサの計測値が目標値よりも大きい場合、前記第1ステッピングモータの第3回転軸を逆回転させ、
前記第1センサの計測値が目標値よりも小さい場合、前記第1ステッピングモータの第3回転軸を正回転させる、項4に記載の発電システム。
前記カムホイール装置は、前記カムホイールを回転可能に支持する主駆動軸と、前記主駆動軸と前記カムホイールとの接続及び切断を切り替えるクラッチ機構とをさらに備え、
前記第1回転軸のトルクが前記主駆動軸に伝達されることで、前記主駆動軸が回転し、
前記主駆動軸と前記カムホイールとが接続された状態では、前記主駆動軸のトルクが前記カムホイールに伝達されることで、前記カムホイールが回転し、
前記主駆動軸と前記カムホイールとが切断された状態では、前記主駆動軸のトルクが前記カムホイールに伝達されないことで、前記カムホイールが回転せず、
前記回転制御装置は、
前記主駆動軸の単位時間当たりの回転数を計測する第2センサと、
前記第2センサの計測値に基づき、前記クラッチ機構を制御するクラッチ制御手段とを備え、
前記クラッチ制御手段は、
前記第2センサの計測値が所定値を上回った場合に、前記クラッチ機構に前記主駆動軸と前記カムホイールとを切断させ、
前記第2センサの計測値が所定値を下回った場合に、前記クラッチ機構に前記主駆動軸と前記カムホイールとを接続させる項1乃至5のいずれかに記載の発電システム。
前記変速機は、前記第1回転軸のトルクが伝達されることで回転する入力軸と、当該入力軸のトルクが伝達されることで回転する出力軸と、前記入力軸の単位時間当たりの回転数である入力回転数を計測する第3センサと、前記出力軸の単位時間当たりの回転数である出力回転数を計測する第4センサと、前記出力回転数が一定となるように、前記入力回転数と前記出力回転数との比である変速比を制御する制御手段とを備え、
前記出力軸のトルクが前記カムホイールに伝達されることで、前記カムホイールが回転する項1乃至6のいずれかに記載の発電システム。
前記スイングアームが前記第1方向に回動することに伴い、前記コイルバネは径が縮小するようにその螺旋方向に力が加えられて、当該加えられた力に抗する前記コイルバネの反発力によって、前記スイングアームは前記第2方向に付勢される項1乃至7のいずれかに記載の発電システム。
前記コイルバネの一端部は、前記台座、或いは、前記台座に固定される第1ブロックに接続され、
前記コイルバネの他端部は、前記スイングアーム、或いは、前記スイングアームの第2貫通孔に挿通されるチューブが延び出た第2ブロックに接続される項8に記載の発電システム。
前記駆動機構は、第4回転軸を備える第2ステッピングモータと、前記第4回転軸に一端が固定されて、当該第4回転軸の回転に伴い当該第4回転軸を軸として回動する回動部材とを備えており、
前記ソレノイドは、ボビンに巻回されたコイルと、当該コイルを収納するケースと、前記コイルの内周部に配置される筒状のヨークと、当該ヨークの内周部に配置されて、前記コイルへの給電時に前記ヨークに発生する磁気吸引力を受けて前記ヨークの軸芯方向に沿う前進及び後退を行うプランジャとを備え、
前記回動部材の他端側には、当該回動部材を貫通する第3貫通孔が、前記回動部材の長手方向に延びるように形成されており、
前記台座の外周縁には、上方に延びる第4ピンが取り付けられており、当該第4ピンは、前記回動部材の第3貫通孔に挿通されており、
前記台座の外側面には、複数の凹部が前記台座の周方向に間隔をあけて形成されており、当該複数の凹部のうちいずれかに前記プランジャが挿入され、
前記プランジャを後退させて前記プランジャを一の前記凹部から抜き出した後、前記第4回転軸を回転させて前記回動部材の回動を生じさせることで、前記台座を回転させて、前記プランジャが二の前記凹部と対向した状態にすることができ、
前記プランジャが二の前記凹部と対向した状態で、前記プランジャを前進させて二の前記凹部に挿入することで、前記台座の回転を規制できる項9に記載の発電システム。
前記アキュムレーターは、蓄圧気体を収容する容器を備え、
前記スイングアームが前記第1方向に回動することに伴い、前記容器の内部に余剰流体が導入されることで前記蓄圧気体が圧縮されて、当該圧縮された前記蓄圧気体の膨張力によって、前記スイングアームは前記第2方向に付勢される項1乃至7のいずれかに記載の発電システム。
各前記カムホイールごとに、前記発電機や前記アーム機構が設けられ、
前記第1回転軸のトルクが前記主駆動軸に伝達されることで、前記主駆動軸が回転し、
前記主駆動軸のトルクが前記複数のカムホイールの各々に伝達されることで、前記複数のカムホイールの各々が回転する項1乃至11のいずれかに記載の発電システム。
(2)図6に示すようにピン73が貫通孔40の一端側の内周面に当接する状態では、ピン35と弾性部材75の先端との間の距離が、ピン35と駆動ホイール29の外周縁との間の最短距離Dよりも大きいことで、弾性部材75の先端部76が駆動ホイール29の外周縁に当接する。
駆動アーム33の一端部72にピン73を取り付ける例を示したが、これとは逆に、駆動アーム33の一端側に貫通孔を形成し、スイングアーム30の他端部39に、上下方向に延びるピンを形成して、当該ピンを、上記駆動アーム33の一端側に形成した貫通孔に、挿通させてもよい。このようにしても、スイングアーム30が第1方向Aや第2方向Bに回動する間に、従節アーム32や駆動アーム33に図5や図6に示す動きを生じさせることができる。
モータ制御手段91は、ステッピングモータ82の回転軸87を所定角度正回転させる。具体的には、モータ制御手段91は、回転軸87を所定角度正回転させる信号をインターフェイスを介してステッピングモータ82に送信する。これにより、アーム機構8は発電機7側に所定距離移動し、駆動アーム33が第2方向Bに移動する間において、駆動ホイール29に当接する弾性部材75の範囲が大きくなる。
2 タービン、
3 変速機、
6 カムホイール装置、
7 発電機、
8 アーム機構、
9 移動手段、
11 回転軸(第1回転軸)、
13 入力軸、
14 出力軸、
18 カムホイール、
19 主駆動軸、
20 クラッチ機構、
21 カム、
28 回転軸(第2回転軸)、
29 駆動ホイール、
30 スイングアーム、
31 付勢手段、
32 従節アーム、
33 駆動アーム、
34 スイングアームの中間部、
35 ピン(第1ピン)、
36 スイングアームの一端部、
39 スイングアームの他端側、
40 貫通孔(第1貫通孔)、
41 貫通孔(第2貫通孔)、
42 コイルバネ、
43 台座、
44 ブロック(第1ブロック)、
47 ブロック(第2ブロック)、
51 チューブ、
54 回転手段、
55 駆動機構、
56 ソレノイド、
57 回転軸(第4回転軸)、
58 ステッピングモータ(第2ステッピングモータ)、
60 回動部材、
62 貫通孔(第3貫通孔)、
63 ピン(第4ピン)、
66 プランジャ、
67 凹部、
68 従節アームの一端部、
69 従節アームの他端部、
70 ピン(第2ピン)、
71 駆動アームの中間部、
72 駆動アームの一端部、
73 ピン(第3ピン)、
74 駆動アームの他端部、
75 弾性部材、
76 弾性部材の先端部、
80 支持板、
82 ステッピングモータ(第1ステッピングモータ)、
83 螺子孔、
87 回転軸(第3回転軸)、
88 移動制御装置、
89 センサ(第1センサ)、
91 モータ制御手段、
94 回転制御装置、
95 センサ(第2センサ)、
97 クラッチ制御手段、
99 アキュムレーター、
105 容器、
A 第1方向、
B 第2方向
Claims (12)
- 水力や風力が加えられることで第1回転軸が回転するタービンと、
カムが外周面から突出しているカムホイールを備え、前記第1回転軸のトルクが前記カムホイールに伝達されることで、前記カムホイールが回転するカムホイール装置と、
第2回転軸と、前記第2回転軸に接続される駆動ホイールとを備え、前記駆動ホイールの回転に伴い前記第2回転軸が回転して、前記第2回転軸の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電可能な発電機と、
前記カムホイール装置と前記発電機との間に配置されるアーム機構とを有し、
前記カムホイールの回転に伴い前記カムが前記アーム機構に当接することで、前記アーム機構に回動が生じ、この回動に伴い前記アーム機構が前記駆動ホイールに当接することで、前記駆動ホイールが回転する発電システム。 - 前記アーム機構は、スイングアームと、付勢手段と、従節アームと、駆動アームとを有し、
前記スイングアームの中間部は、上下方向に延びる第1ピンに回動自在に枢支され、前記スイングアームの一端部は、前記カムホイールの近傍に配置され、前記スイングアームの他端側には、前記スイングアームの長手方向に延びる第1貫通孔が形成され、
前記カムホイールの回転で前記カムが前記スイングアームの一端部に当接するたびに、前記スイングアームには、前記カムの押圧によって、前記第1ピンを軸とする第1方向への回動が生じ、
前記付勢手段は、前記スイングアームが前記第1方向に回動するたびに、前記第1方向とは逆の第2方向に前記スイングアームを付勢するものであり、当該付勢手段による付勢によって、前記スイングアームは、前記第1方向に回動した後、反転して、前記第2方向に回動し、
前記従節アームの一端部は、前記第1ピンに回動自在に枢支され、前記従節アームの他端部には、上下方向に延びる第2ピンが取り付けられ、
前記駆動アームの中間部は、前記第2ピンに回動自在に枢支され、前記駆動アームの一端部には、上下方向に延びる第3ピンが取り付けられ、当該第3ピンは前記スイングアームの第1貫通孔に挿通され、
前記駆動アームの他端部には、弾性部材が取り付けられており、当該弾性部材は、前記駆動アームの他端部から前記駆動アームの長手方向に延び出て、前記弾性部材の先端部は、前記駆動ホイールの近傍に配置されており、
前記スイングアームが前記第1方向に回動する間では、前記第3ピンを前記スイングアームの他端側に移動させて前記スイングアームの第1貫通孔の内周面に押し付ける回動が前記駆動アームに生じることで、前記スイングアームが前記第3ピンを前記第1方向に牽引するものとなり、この牽引によって、前記駆動アームが前記第1方向に移動し、前記第2ピンの牽引によって、前記従節アームが前記第1ピンを軸として前記第1方向に回動し、
前記駆動アームが前記第1方向に移動する間では、前記第3ピンを前記スイングアームの他端側に移動させる回動が、前記駆動アームに生じていることで、前記弾性部材は、その先端部が前記駆動ホイールの外周面に当接しない前記第1方向への移動を生じるものとなり、
前記スイングアームが前記第2方向に回動する間では、前記第3ピンを前記スイングアームの他端側に移動させて前記スイングアームの第1貫通孔の内周面に押し付ける回動が、前記駆動アームに生じることで、前記スイングアームが前記第3ピンを前記第2方向に牽引するものとなり、この牽引によって、前記駆動アームが前記第2方向に移動し、前記第2ピンの牽引によって、前記従節アームが前記第1ピンを軸として前記第2方向に回動し、
前記駆動アームが前記第2方向に移動する間では、前記第3ピンを前記スイングアームの他端側に移動させる回動が、前記駆動アームに生じていることで、前記弾性部材は、その先端部が前記駆動ホイールの外周面に当接する前記第2方向への移動を生じるものとなり、前記弾性部材の押圧によって前記駆動ホイールが回転する請求項1に記載の発電システム。 - 前記アーム機構を前記発電機側及び前記発電機の反対側に移動させることの可能な移動手段をさらに有し、
前記移動手段が、前記アーム機構を前記発電機側に移動させることで、前記駆動アームが前記第2方向に移動する間に前記駆動ホイールの外周面に当接する前記弾性部材の範囲が大きくなり、
前記移動手段が、前記アーム機構を前記発電機の反対側に移動させることで、前記駆動アームが前記第2方向に移動する間に前記駆動ホイールの外周面に当接する前記弾性部材の範囲が小さくなる、請求項2に記載の発電システム。 - 前記移動手段は、前記第1ピンを支持する支持板と、第1ステッピングモータとを有し、
前記支持板の側面には螺子孔が形成され、
前記第1ステッピングモータは、前記支持板の側方に配置されるものであって、前記螺子孔と螺合する第3回転軸を備えており、
前記第1ステッピングモータの第3回転軸を正回転させることで、前記支持板や前記第1ピンが前記発電機側に移動して、これに伴い、前記アーム機構が前記発電機側に移動し、
前記第1ステッピングモータの第3回転軸を逆回転させることで、前記支持板や前記第1ピンが前記発電機の反対側に移動して、これに伴い、前記アーム機構が前記発電機の反対側に移動する請求項3に記載の発電システム。 - 前記アーム機構の移動を制御するための移動制御装置をさらに備え、
前記移動制御装置は、
前記駆動ホイールの単位時間当たりの回転数を計測する第1センサと、
前記第1センサの計測値に基づき、前記第1ステッピングモータを制御するモータ制御手段とを備え、
前記モータ制御手段は、
前記第1センサの計測値が目標値よりも大きい場合、前記第1ステッピングモータの第3回転軸を逆回転させ、
前記第1センサの計測値が目標値よりも小さい場合、前記第1ステッピングモータの第3回転軸を正回転させる、請求項4に記載の発電システム。 - 前記カムホイールの回転を制御するための回転制御装置をさらに有し、
前記カムホイール装置は、前記カムホイールを回転可能に支持する主駆動軸と、前記主駆動軸と前記カムホイールとの接続及び切断を切り替えるクラッチ機構とをさらに備え、
前記第1回転軸のトルクが前記主駆動軸に伝達されることで、前記主駆動軸が回転し、
前記主駆動軸と前記カムホイールとが接続された状態では、前記主駆動軸のトルクが前記カムホイールに伝達されることで、前記カムホイールが回転し、
前記主駆動軸と前記カムホイールとが切断された状態では、前記主駆動軸のトルクが前記カムホイールに伝達されないことで、前記カムホイールが回転せず、
前記回転制御装置は、
前記主駆動軸の単位時間当たりの回転数を計測する第2センサと、
前記第2センサの計測値に基づき、前記クラッチ機構を制御するクラッチ制御手段とを備え、
前記クラッチ制御手段は、
前記第2センサの計測値が所定値を上回った場合に、前記クラッチ機構に前記主駆動軸と前記カムホイールとを切断させ、
前記第2センサの計測値が所定値を下回った場合に、前記クラッチ機構に前記主駆動軸と前記カムホイールとを接続させる請求項1乃至5のいずれかに記載の発電システム。 - 変速機をさらに有し、
前記変速機は、前記第1回転軸のトルクが伝達されることで回転する入力軸と、当該入力軸のトルクが伝達されることで回転する出力軸と、前記入力軸の単位時間当たりの回転数である入力回転数を計測する第3センサと、前記出力軸の単位時間当たりの回転数である出力回転数を計測する第4センサと、前記出力回転数が一定となるように、前記入力回転数と前記出力回転数との比である変速比を制御する制御手段とを備え、
前記出力軸のトルクが前記カムホイールに伝達されることで、前記カムホイールが回転する請求項1乃至6のいずれかに記載の発電システム。 - 前記付勢手段は、コイルバネを備えており、
前記スイングアームが前記第1方向に回動することに伴い、前記コイルバネは径が縮小するようにその螺旋方向に力が加えられて、当該加えられた力に抗する前記コイルバネの反発力によって、前記スイングアームは前記第2方向に付勢される請求項1乃至7のいずれかに記載の発電システム。 - 前記付勢手段は、前記コイルバネが載置される台座と、当該台座をその周方向に回転させることの可能な回転手段とをさらに備え、
前記コイルバネの一端部は、前記台座、或いは、前記台座に固定される第1ブロックに接続され、
前記コイルバネの他端部は、前記スイングアーム、或いは、前記スイングアームの第2貫通孔に挿通されるチューブが延び出た第2ブロックに接続される請求項8に記載の発電システム。 - 前記回転手段は、前記台座の周辺に配置される駆動機構やソレノイドを備え、
前記駆動機構は、第4回転軸を備える第2ステッピングモータと、前記第4回転軸に一端が固定されて、当該第4回転軸の回転に伴い当該第4回転軸を軸として回動する回動部材とを備えており、
前記ソレノイドは、ボビンに巻回されたコイルと、当該コイルを収納するケースと、前記コイルの内周部に配置される筒状のヨークと、当該ヨークの内周部に配置されて、前記コイルへの給電時に前記ヨークに発生する磁気吸引力を受けて前記ヨークの軸芯方向に沿う前進及び後退を行うプランジャとを備え、
前記回動部材の他端側には、当該回動部材を貫通する第3貫通孔が、前記回動部材の長手方向に延びるように形成されており、
前記台座の外周縁には、上方に延びる第4ピンが取り付けられており、当該第4ピンは、前記回動部材の第3貫通孔に挿通されており、
前記台座の外側面には、複数の凹部が前記台座の周方向に間隔をあけて形成されており、当該複数の凹部のうちいずれかに前記プランジャが挿入され、
前記プランジャを後退させて前記プランジャを一の前記凹部から抜き出した後、前記第4回転軸を回転させて前記回動部材の回動を生じさせることで、前記台座を回転させて、前記プランジャが二の前記凹部と対向した状態にすることができ、
前記プランジャが二の前記凹部と対向した状態で、前記プランジャを前進させて二の前記凹部に挿入することで、前記台座の回転を規制できる請求項9に記載の発電システム。 - 前記付勢手段は、アキュムレーターを備え、
前記アキュムレーターは、蓄圧気体を収容する容器を備え、
前記スイングアームが前記第1方向に回動することに伴い、前記容器の内部に余剰流体が導入されることで前記蓄圧気体が圧縮されて、当該圧縮された前記蓄圧気体の膨張力によって、前記スイングアームは前記第2方向に付勢される請求項1乃至7のいずれかに記載の発電システム。 - 前記カムホイール装置は、複数の前記カムホイールと、当該複数のカムホイールを回転可能に枢支する主駆動軸とを備え、
各前記カムホイールごとに、前記発電機や前記アーム機構が設けられ、
前記第1回転軸のトルクが前記主駆動軸に伝達されることで、前記主駆動軸が回転し、
前記主駆動軸のトルクが前記複数のカムホイールの各々に伝達されることで、前記複数のカムホイールの各々が回転する請求項1乃至11のいずれかに記載の発電システム。
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