JP3118826U

JP3118826U - 波力発電装置用波力伝達機構

Info

Publication number: JP3118826U
Application number: JP2005009784U
Authority: JP
Inventors: 年男井上
Original assignee: アネオム有限会社
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2015-11-21

Abstract

【課題】浮体に伝達して昇降する浮体の昇降運動を有効に回転力に変換し発電できる波力発電装置用波力伝達機構を得る。
【解決手段】海面の昇降による波動エネルギを海面上に浮かぶ浮体４に連結した連結部材５を介して水平部材の直線運動に変換する波力伝達機構１と、水平部材６の直線運動を、この水平部材６に刻設した歯形部材６ｂに噛み合う歯車２ａを有する複数の歯車の組み合わせにより回転運動に変換し、その回転力を発電機に伝達する歯車機構２と、各機構１，２を支持する支持部３Ａ、３Ｂとを備え、上記歯車機構２と発電機を海岸の地上に設置し、水平部材６を地上から海面上へ延設して連結部材５に接続し、波力伝達機構の連結部材５を海面上に浮かぶ浮体４に連結できるように設け、浮体４の昇降動を連結部材５の回転により水平部材の直線運動に変換するように構成している。
【選択図】図１

Description

この考案は、波面の変動を海面上に浮かばせた浮体に伝達し、その昇降動を回転軸の回転力に変換して発電する波力発電装置用波力伝達機構に関する。

波面の変動エネルギを回転軸の回転力に変換して発電する方式については、種々の提案が行われている。その主な方式は、海岸から少し沖に出た位置で海中に基礎部を設置し、この基礎部の上に発電装置を設け、波面の変動エネルギを海面上の浮体に伝達して浮体の昇降動を基礎部に設置された回転手段の回転運動又は直線移動手段の直線運動に変換して発電する方式や、海岸から所定距離沖に離れた位置に船体を移動しないように浮かばせて、その船内に波の上下動するエネルギで昇降する部材の動きを回転運動に変換する手段により発電する方式等がある。

海面上の波面の運動は、天候によりその波高値は変動するが途絶えることがなく、その有効利用が種々研究されている。その一例として、特許文献１の「波力発電機」が知られている。この波力発電機は、略１／４円弧状の大輪部材に２つの連結部材を三角状に連結して他端の連結中心を支持台の支柱頂点に固定して取り付け、２つの連結部材の中間にもう１つの連結部材を上記支柱頂点に回転自在に連結し、その回転を歯車機構に伝達してその回転軸を発電機に連結し、かつ歯車機構の１つの歯車を大輪部材の内面側に設けられた内歯車に噛み合わせ、中間連結部材に一体に取り付けた浮体を海面上に浮かばせてこの浮体の昇降動を、歯車機構を介して発電機に伝達する波力伝達機構を構成し、発電するというものである。

他の例として、特許文献２の「波力発電方法および波力発電装置」が公知である。この波力発電装置は、海底に固定された構造物の傾斜面を海上から海中に跨る範囲に設け、傾斜面上に移動体と歯車機構を、ガイド機構を介して移動自在に設け、移動体は傾斜面上で波浪を受けて一定方向に往復動する浮体部位と発電機から成り、歯車機構は浮体部位と共に傾斜面上を移動することにより複数の歯車を介して回転力を発生し、上記移動体と歯車機構により波力のエネルギを発電機に伝達する波力伝達機構を構成し、この機構から回転力を伝達して発電機を回転させ発電するというものである。

上述したいずれの特許文献の波力発電装置も、浮体の昇降動を回転運動に変換するための手段として、浮体と一体に連結された中間部材や歯車機構には発電機そのものが設置され、発電機が浮体の昇降動と一緒に昇降するように構成されているため、波力のエネルギが全て回転エネルギとして利用される構成となっていない。また、浮体と一体に連結された中間部材や歯車機構から成る波力伝達機構と発電機を設置する場所は、明示されていないが、その構成から海底にその基部を設置するものと想定される。従って、設置場所が少なくとも海岸の陸地から少し沖の海上に出た所とする必要があるという制約を受け、陸地上に発電機のような主要な構成部材を設置することができない。
特開平１０−１８９５７号公報特開２００４−１７６６２１号公報

この考案は、上記の問題に留意して、波力発電装置の発電機を海岸の陸地に設置し、発電機に対して波力を伝達する波力伝達機構の一部を海面上に延設して浮体を海面上に浮かばせ、波面の変動エネルギを浮体に伝達して昇降する浮体の昇降運動を有効に回転力に変換し発電できる波力発電装置用波力伝達機構を提供することを課題とする。

この考案は、上記の課題を解決する手段として、海面の昇降による波動エネルギを海面上に浮かぶ浮体に連結した連結部材を介して水平部材の直線運動に変換する波力伝達機構と、水平部材の直線運動を、この水平部材に刻設した歯形部材に噛み合う歯車を有する複数の歯車の組み合わせにより回転運動に変換し、その回転力を発電機に伝達する歯車機構と、各機構を支持する支持部とを備え、上記歯車機構と発電機を海岸の地上に設置し、水平部材を地上から海面上へ延設して連結部材に接続し、波力伝達機構の連結部材を海面上に浮かぶ浮体に連結できるように設け、浮体の昇降動を連結部材の運動により水平部材の直線運動に変換するように構成した波力発電装置用波力伝達機構としたのである。

上記の構成としたこの考案による波力発電装置用波力伝達機構は、波面の変動エネルギを浮体に伝達して連結部材から水平部材を介して歯車機構に伝達し、その出力軸に連結された発電機を駆動することにより発電する。波面の変動エネルギは海面上に浮かぶ浮体に伝達され、浮体が昇降する運動を連結部材に付与し、この連結部材の運動は水平部材の直線運動に変換される。連結部材は、上記支持部のうち波力伝達機構を支持する支持部を地上からの張出し部に設置することにより支持され、連結部材の運動は、回転運動又は直線運動のいずれかにより与えられる。

この運動は、連結部材から水平部材へ伝達され、水平部材を直線運動させて水平部材に形成された歯形部に噛み合う歯車を介して歯車機構に伝達され、その出力で発電機を回転させる。上記の波力伝達機構は、歯車機構と発電機が地上に設置され、水平部材が歯車機構から延設され、その先端に連結部材が連結される。従って、浮体を海面に浮かべた状態で地上の発電機に波面の変動エネルギを伝達することができ、発電システムの構成が簡素と成る。

この考案は、上記の構成としたから、波力発電装置の発電機を海岸の陸地に設置し、発電機に対して波力を伝達する波力伝達機構の一部を海面上に延設して浮体を海面上に浮かばせ、波面の変動エネルギを浮体に伝達して昇降する浮体の昇降運動を有効に回転力に変換し発電できる波力発電装置用波力伝達機構が得られるという効果を奏する。

以下、この考案の実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の波力発電装置用波力伝達機構の主要側面図である。この実施形態の波力発電装置は、図示のように、主として波力伝達機構の構成を対象とし、その出力軸に連結される発電機については詳細な図示を省略している。又、図示の波力伝達機構は可般式小型発電装置用である。この波力伝達機構Ａ_１は、波動による波のエネルギを海面に浮かべた浮体４に伝達し、浮体４の昇降動を連結部材の回転又は昇降動により水平部材６の直線運動に変換する波力伝達機構１と、水平部材６の直線運動を、この水平部材６に刻設した歯形部材６ｂに噛み合う歯車２ａを有する複数の歯車の組み合わせにより回転運動に変換する歯車機構２と、各機構を支持する支持部３（３Ａ、３Ｂ）とから成る。

上記波力伝達機構１は、側面視三角状の連結部材５の一頂点に設けた軸５ｘを支持部３Ａの垂直支柱３ｓの上端に回転自在に取り付け、連結部材５は下方の２つの連結材５ａを、図３に示すように、軸５ｘから延びる先端側で互いに交差するように連結し、その交差する点の下部に浮体４を側面視で水平に固定し、上方の２つの連結材５ｂも同様に先端側で交差状に設け、これらの連結材５ａ、５ｂの先端側を垂直な連結材で連結して形成され、かつその先端部に軸６ｘを介して水平部材６の一端の端部材６ａを回転自在に連結して構成されている。

水平部材６は、上記連結部材５からの回転力を水平方向の移動力に変換して、水平方向に移動する移動範囲を含む所定長さに設定され、この水平移動を他端側で回転力に変換するためにその下面に歯形部材６ｂが上記移動範囲（ストロークＳ）に対応する長さに刻設されて形成されている。但し、この考案では水平又は水平部材６は完全な水平ではなく、略水平状の状態を含めて水平と表現しており、地面に水平な方向から一定の角度範囲内を含むものとする。なお、この例では水平部材６には途中に支持ガイドを設けていないが、水平部材６の長さが長くなれば中間部が下方に垂下して湾曲することがあり、その場合は中間部を図示しないガイド手段で支持し、かつガイドするように構成するとよい。

上記歯車機構２は、水平部材６に刻設した歯形部材６ｂに噛み合う歯車２ａを有する複数の歯車の組み合わせから成り、水平部材６を歯車２ａの両端に設けたはずれ止め２ｂ、２ｂで挟んでガイドし、軸２ｘ上で歯車２ａと同軸状に設けた大歯車２ｃへ回転を伝達し、この大歯車２ｃに噛み合う小歯車７ａを出力軸７ｘ上に設け、軸２ｘと出力軸７ｘを支持柱３ａ、３ａで支持するように構成している。そして、図示していないが、出力軸７ｘの一端を発電機Ｇへ接続して歯車機構２からの回転力を発電機Ｇに伝達して発電する。なお、出力軸７ｘと発電機Ｇとは直接接続した例を示しているが、実際にはこの出力軸７ｘ上には複数の一方向クラッチを組み合わせた複合クラッチ（図示省略）を設け、出力軸７ｘの反転する回転を常に一方向に変換して発電機Ｇへ伝達するようにしている。また、波面の変動幅が時間と共に変化して発電力が変化しても一定の発電力を供給出来るように、発電機Ｇの出力線上に蓄電器のような調整器を設けるものとする。

支持部３は、突出アーム３ｐに固定した垂直支柱３ｓ、３ｓで連結部材５を支持する支持部３Ａと、支持柱３ａ、３ａを基板３ｔ上に固定して支持する支持部３Ｂとから成り、突出アーム３ｐは断面視Ｌ字型の連結板３ｒで互いに連結されている。但し、支持部３（３Ａ、３Ｂ）の形状は、支持柱３ａ、３ａを岸壁のような地上に、垂直支柱３ｓに相当する支持部を地上又は海中に支持することができればよく、従って図示の形状に限定する必要はなく、設置される岸壁の形状、状態に適合した支持部の形状とすればよい。この場合、図示のように、支持柱３ａ、３ａと垂直支柱３ｓとはそれぞれの支持点が波面の変動の最高位置と最低位置との間で浮体が昇降できる高低差となる位置に設ける必要がある。

上記の構成としたこの実施形態の波力発電装置用波力伝達機構Ａ_１は、波面の変動による波動エネルギを最大限有効に回転力に変換して発電を行うことができる。図４に示すように、浮体４は連結部材５の軸５ｘの中心点を平均波高値とする基準高さの波面に浮かんでいる時を中心として、それより低い（ａ）最低位置（Ｌｏｗ）と、基準高さより高い（ｂ）最高位置（Ｈｉｇｈ）との間で波面の変動に応じて昇降し、その昇降運動は連結部材５の回転力に変換されて水平部材６に伝達される。

連結部材５が回転すると、その先端の軸６ｘを介して水平部材６の一端が回転しながら歯車機構２に対して他端側が直線方向にも移動する。このため、歯形部材６ｂが噛み合っている歯車２ａを回転させ、これにより歯車機構２を駆動して回転力が発電機Ｇに伝達される。浮体４の昇降運動は、そのときの波面の変動の大きさにより変化するが、上記基準高さを中心として最高位置と最低位置との間で昇降する。従って、時間の経過と共に変化する波面の変動幅によって発電力は刻々と変動するが、波面の変動エネルギは連結部材５の回転により水平部材６を介して全て発電機Ｇに伝達されるため、そのエネルギは最も有効に発電に変換されることとなる。

図５に第２実施形態の波力発電装置用波力伝達機構Ａ_２の主要部の側面図を示す。（ａ）図は主要側面図、（ｂ）図は（ａ）図の矢視Ｂ−Ｂの部分断面図、（ｃ）図は矢視Ｃ−Ｃの部分断面図である。この波力伝達機構Ａ_２は、水平部材６’に浮体４の昇降運動を垂直方向と水平方向の直線運動に変換する波力伝達機構１’、歯車機構２、及び支持部３’から成る。歯車機構２とその出力軸に連結される発電機Ｇとの構成部分は第１実施形態と同じであり、従って以下では主として第１実施形態と異なる波力伝達機構１’と支持部３’について説明する。

波力伝達機構１’は、支持部３’の張出台５ｅ上に支持された支持フレーム５ｆ内に垂直部材５ｄが昇降自在に設けられ、この垂直部材５ｄの下端に浮体4が固定され、垂直部材５ｄの上端寄りに設けた歯形部材５ｄｇに２つの小歯車８ａ、８ａを介して水平部材６’を係合させて浮体４の昇降運動を伝達するように構成されている。垂直部材５ｄの長さは、（ａ）図に示すように、浮体４が波動で昇降する基準位置（Ｏ）を中心として昇降し得る最高位置（Ｈ）と最低位置（Ｌ）との間を移動しうる長さに設定される。垂直部材５ｄは張出台５ｅを貫通して設けられ、ガイド部材５ｇで昇降動が案内される。

垂直部材５ｄの上端寄りの歯形部材５ｄｇに係合する２つの小歯車８ａ、８ａは、（ｂ）図に示すように、軸受部材８ｂ、８ｂで軸支された回転軸８ｘに同軸状に設けられており、一方の軸受部材８ｂが上記歯形部材５ｄｇに、他方の軸受部材８ｂが水平部材６’の歯形部材６ｃにそれぞれ噛み合っている。歯形部材５ｄｇと歯形部材６ｃの設定範囲は浮体４が昇降し得る距離と同じ長さに設定され、かつ水平部材６の歯車機構２寄りに設けられた歯形部材６ｂと同じ長さである。なお、張出台５ｅは連結板３ｒに取り付けられた突出アーム３ｐの先端に固定して設けられ、支持フレーム５ｆと共に支持部３Ａ’を形成している。又、ガイド部材５ｇは、図示の例では上下２段に設けているが、上下に連続して形成してもよい。

上記の構成とした第２実施形態の波力発電装置用波力伝達機構Ａ_２は、浮体４の昇降運動を垂直部材５ｄの垂直方向の昇降運動と水平部材６’の水平運動に変換して歯車機構２に伝達し、かつ水平部材６’が全く水平状に移動する点で作用は少し第１実施形態の波力伝達機構Ａ_１と異なるが、その他の点ではほぼ作用は第１実施形態の波力伝達機構Ａ_１と同じである。波動エネルギによる浮体４の昇降動は、歯形部材５ｄｇから小歯車８ａ、８ａに伝達され、これにより水平部材６’が水平に移動するから、水平部材６’を持ち上げるためにエネルギが消費される事はなくなる。

しかし、小歯車８ａ、８ａの係合による摩擦エネルギの形で波動エネルギの一部が消費され、このため水平部材６’を昇降させるエネルギは水平部材６‘が重いほど大きくなり、従って小歯車８ａ，８ａによる直線運動で波動エネルギを伝達するとより一層効率が向上する。

なお、上記２つの実施形態では、波力発電装置は、小型可搬式の波力発電装置用波力伝達機構Ａ_１、Ａ_２を用い、歯車機構２と発電機Ｇの支持部３Ｂを海岸の地上に移動可能に設置するとしたが、この方式の波力発電装置は支持部３Ａ、３Ｂの形状を変更してこれを地上に固定設置するように構成すれば、大型の発電設備として海岸に沿った地上に設置することもできる。

この考案は、地上に歯車機構と発電機を設置し、水平部材を延設して浮体を海面上に浮かばせて波面の変動エネルギにより発電するように構成したものであり、可搬式であれば、岸壁に沿って設置して利用でき、又海岸の所定位置に大型の発電装置として設置することもできるから、種々の規模の発電装置として広く利用できる。

第１実施形態の波力発電装置用波力伝達機構の主要側面図同上機構の詳細側面図同上機構の平面図作用の説明図第２実施形態の波力発電装置用波力伝達機構の主要側面図

符号の説明

１波力伝達機構
２歯車機構
２ａ歯車
２ｃ大歯車
２ｘ軸
３支持部
３ｐ突出アーム
３ｒ連結板
３ｓ垂直支柱
３ｔ基板
４浮体
５連結部材
５ａ、５ｂ、５ｃ連結材
５ｄ垂直部材
５ｅ張出台
５ｆ支持フレーム
５ｄｇ歯形部材
５ｘ軸
６水平部材
６ａ端部材
６ｂ歯形部材
６ｘ軸
７ａ小歯車
７ｘ出力軸
８ａ小歯車
８ｂ軸受部材

Claims

海面の昇降による波動エネルギを海面上に浮かぶ浮体４に連結した連結部材５を介して水平部材の直線運動に変換する波力伝達機構１と、水平部材６の直線運動を、この水平部材６に刻設した歯形部材６ｂに噛み合う歯車２ａを有する複数の歯車の組み合わせにより回転運動に変換し、その回転力を発電機に伝達する歯車機構２と、各機構を支持する支持部３Ａ、３Ｂとを備え、上記歯車機構２と発電機を海岸の地上に設置し、水平部材６を地上から海面上へ延設して連結部材５に接続し、波力伝達機構の連結部材５を海面上に浮かぶ浮体４に連結して浮体４の昇降動を連結部材５の運動により水平部材６の直線運動に変換するように構成した波力発電装置用波力伝達機構。
前記浮体４の昇降動を連結部材５の回転により水平部材６の直線運動に変換するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置用波力伝達機構。
前記浮体４の昇降動を連結部材５の昇降動により水平部材６の直線運動に変換するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置用波力伝達機構。
前記支持部３Ａ、３Ｂを地上に移動自在に設置できる基板３ｔ上に又はその連結板３ｒに固定し、波力発電装置を移動自在に構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の波力発電装置用波力伝達機構。