JP3145638U - 振子発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振子の振幅を増幅することによって、所定の発電効率を維持できる振子発電装置を提供すること。
【解決手段】振子発電装置１は、力学的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１０と、往復運動する振子２１と振子２１の往復運動を回転運動に変換するラチェット機構２２とを有し回転運動の力学的エネルギーを発電機１０に供給するエネルギー供給手段２０と、振子２１の往復運動の振幅を増幅する振子振幅増幅手段３０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本考案は、振子を利用した振子発電装置に関し、特に振子の振幅を増幅させることができるようになっている振子発電装置に関する。

従来から、振子等の往復運動を利用して発電する発電装置が知られている。振子は、運動エネルギーが位置エネルギーに変換される過程と位置エネルギーが運動エネルギーに変換される過程とからなり、空気抵抗や摩擦等によって、時間の経過にともないエネルギー損失があるものの往復運動が比較的長時間持続する。

しかしながら、振子等の往復運動を利用して発電する発電装置においては、空気抵抗や摩擦等のエネルギー損失により、振子の振幅が小さくなるにしたがって発電効率が下がってしまうという問題があった。

上記点より本考案は、振子の振幅を増幅することによって、所定の発電効率を維持できる振子発電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の振子発電装置は、力学的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電手段と、往復運動する振子と振子の往復運動を回転運動に変換するラチェット機構とを有し回転運動の力学的エネルギーを発電手段に供給するエネルギー供給手段と、振子の往復運動の振幅を増幅する振子振幅増幅手段とを備える。

請求項２の振子発電装置は、振子には振子の往復運動の状態を検知するセンサが取り付けられており、センサから得られた情報に基づいて振子振幅増幅手段が振子の往復運動の振幅を大きくするようになっている。

請求項３の振子発電装置は、振子振幅増幅手段が往復運動をする振子を所定のタイミングで衝打する衝打部と、衝打するためのエネルギーを衝打部に供給する駆動部と、所定のタイミングで衝打部を衝打動作可能な状態にする制御部とを有する。

請求項４の振子発電装置は、駆動部が回転シャフトと回転シャフトに固定されたラックとを有し、衝打部が回転シャフトを中心軸として回動自在に設けられているアームと、アームに設けられており先端がラックと嵌合することによってアームがラックとともに回転するようになっている嵌合爪と、アームの回動中心と反対側の端部に設けられている衝打体とを有し、制御部が制御部アームの回動を規制可能なアームストッパーと、嵌合爪とラックとの嵌合を解除可能な嵌合解除体とを有する。

請求項１の振子発電装置によれば、振子振幅増幅手段によって、そのままにしておけば空気抵抗や摩擦等のエネルギー損失により小さくなる振子の振幅を増幅することができるので、所定の発電効率を維持できる。

請求項２の振子発電装置によれば、センサの情報に基づいて振子振幅増幅手段が振子の往復運動の振幅を大きくすることによって、振子振幅増幅手段を常時稼働させておく必要がないため、振子振幅増幅手段を省エネ化することができる。

請求項３の振子発電装置によれば、上記の構成の振子振幅増幅手段により、所定のタイミングで衝打によって振子の振幅を増幅することができる。

請求項４の振子発電装置によれば、衝打部のアームがラックとともに回転することによって、アームの端部に設けられている衝打体が回転し、振子を衝打することによって、振子の振幅を増幅できる。また、制御部がアームの回動の規制可能なアームストッパーと、嵌合爪とラックとの嵌合を解除可能な嵌合解除体とを有することによって、衝打動作のタイミングを制御することができる。

以下、本考案の振子発電装置１の一実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本考案の振子発電装置１を示す概略図である。図２は、図１の振子振幅増幅手段３０の正面図であって、衝打動作不可能な状態を示す。図３は、図２の振子振幅増幅手段３０の側面図である。図４は、振子振幅増幅手段３０の正面図であって、衝打動作可能な状態を示す。図５は、図４の振子振幅増幅手段３０の側面図である。図６は、制御部６０の斜視図である。

本実施形態の振子発電装置１は、図１に示すように、力学的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電手段としての発電機１０と、往復運動する振子２１と振子２１の往復運動を回転運動に変換するラチェット機構２２とを有し回転運動の力学的エネルギーを発電手段である発電機１０に供給するエネルギー供給手段２０と、振子２１の往復運動の振幅を増幅する振子振幅増幅手段３０とを備える。

振子振幅増幅手段３０によって、空気抵抗や摩擦等のエネルギー損失により小さくなる振子２１の振幅を増幅することができるので、発電機１０において所定の発電効率を維持できる。

振子２１には、振子２１の往復運動の状態を検知する加速度センサ２３が取り付けられている。加速度センサ２３から得られた情報に基づいて、後述するように振子２１を衝打することによって、振子振幅増幅手段３０が振子２１の往復運動の振幅を大きくする。また振子２１の衝打される部分には高反発樹脂２１Ａが取り付けられている。

加速度センサ２３の情報に基づいて振子振幅増幅手段３０が振子２１を衝打することによって、振子振幅増幅手段３０を常時稼働させておく必要がないため、振子振幅増幅手段３０を省エネ化することができる。

次に、振子振幅増幅手段３０について詳細に説明する。振子振幅増幅手段３０は、図２〜図５に示すように、往復運動をする振子２１を所定のタイミングで衝打する衝打部４０と、衝打するためのエネルギーを衝打部に供給する駆動部５０と、所定のタイミングで衝打部４０を衝打動作可能な状態にする制御部６０とを有する。

図３及び図５に示すように、駆動部５０の回転シャフト５１の長軸方向両側にそれぞれ衝打部４０、制御部６０が位置しており、図３及び図５に示すように、制御部６０が回転シャフト５１の長軸に沿って移動可能となっている。制御部６０はアクチュエータ（図示せず）等によって移動させることができる。

このような構成の振子振幅増幅手段３０により、所定のタイミングで衝打によって振子２１の振幅を増幅することができる。

駆動部５０は、回転シャフト５１と回転シャフトに固定された円盤状のラック５２とを有する。ラック５２は、円盤の周側面にのこぎり状の歯が形成されたものである。回転シャフト５１及びラック５２は図２及び図４において時計と反対周りに回転するようになっている。

衝打部４０は、回転シャフト５１を中心軸として回動自在に設けられているアーム４１と、アーム４１に設けられており先端がラック５２と嵌合することによってアーム４１がラック５２とともに回転するようになっている嵌合爪４２と、アーム４１の回動中心と反対側の端部に設けられている衝打体４３とを有する。

本実施形態では、図２〜図５に示すように、アーム４１は略矩形の板材からなる。アーム４１と回転シャフト５１との間には軸受４１Ａが設けられており、アーム４１は、回転シャフト５１の回転とは独立して、回転シャフト５１を中心軸として回動できるようになっている。

後述する嵌合爪４２がラック５２と嵌合し衝打部４０のアーム４１がラック５２とともに回転することによって、アーム４１の端部に設けられている衝打体４３が回転し、振子２１を衝打することによって、振子２１の振幅を増幅できる。

嵌合爪４２は、図２及び図４に示すように嵌合爪４２の先端に向って細くなっているとともに、嵌合爪４２の先端がラック５２に向って屈曲している。嵌合爪４２はアーム４１の所定の位置に回動ピン４２Ａで取り付けられており、回動ピン４２Ａを中心に嵌合爪４２の先端が揺動するようになっている。本実施形態では、嵌合爪４２と回動ピン４２Ａとの間に付勢部材（図示せず）が設けられており、嵌合爪４２の先端がラック５２に向って付勢されるようになっている。

衝打体４３の振子２１を衝打する部分には、高反発樹脂４３Ａが取り付けられている。

制御部６０は、図２〜図６に示すように、中心に回転シャフト５１が貫通する中心孔を有する円盤部６１と円盤部６１の外周から回転シャフト５１の長軸方向に立設するリング状の壁部６２と壁部６２から円盤部６１の中心と反対方向に向って延出する延出部６３とを有する。円盤部６１及び壁部６２で形成される空間は、前述のラック５２の一部が回転を妨げられることなく収容できる大きさとなっている。また、円盤部６１には軸受（図示せず）を介して回転シャフト５１が中心孔を貫通するので、回転シャフト５１とともに制御部６０が回転することはない。

壁部６２は、回転シャフト５１の長軸方向において、途中から肉厚が薄くなっており、壁部６２からなるリングの外壁が図３、図５及び図６に示すように、傾斜面になっている。制御部６０がラック５２に近づく方向に移動する過程において、この傾斜面に嵌合爪４２の一部が当接し嵌合爪４２の先端が付勢力に逆らって押し上げられることによって、嵌合爪４２の先端とラック５２との嵌合を解除することができ、嵌合解除体としての役割を果たす。

延出部６３には、アームストッパーとして回転シャフト５１の長軸方向に突出する２本のアーム規制棒６３Ａが設けられている。図２に示す衝打動作不可能な状態においては、２本のアーム規制棒６３Ａは、前述のアーム４１の回動方向両側に位置するようになっている。

次いで、振子振幅増幅手段３０の動作について説明する。図２及び図３では、嵌合爪４２の先端とラック５２と間に制御部６０の壁部６２が位置することによって嵌合爪４２の先端とラック５２との嵌合が解除されている。さらに、アーム規制棒６３Ａ、６３Ａが前述のアーム４１の回動方向両側に位置しているのでアーム４１が回動しないようになっている。したがって、振子振幅増幅手段３０が衝打動作不可能な状態となっている。

図２及び図３に示す状態から、制御部６０が回転シャフト５１の長軸に沿って駆動部５０から離れる方向（図２及び図４において右方向）に移動すると図４及び図５に示す状態となる。図４及び図５では、嵌合爪４２が前述の付勢部材によって付勢されていることによって、嵌合爪４２の先端とラック５２とが嵌合している。さらに図５に示すように、アーム規制棒６３Ａ、６３Ａも制御部の移動によって、アーム４１の回動を妨げない位置に移動するので、アーム４１が回動できるようになっている。したがって振子振幅増幅手段３０が衝打動作可能な状態となっている。

図４及び図５に示すように、嵌合爪４２の先端とラック５２とが嵌合しているので、駆動部５０のラック５２が回転すると、衝打部４０が回転する。衝打部４０が回転する過程で衝打部４０の衝打体４３が図１に示す振子２１を衝打することによって、振子２１の新福を増幅させることができる。

また、図４及び図５に示す状態から、制御部６０が回転シャフト５１の長軸に沿って駆動部５０へと近接する方向（図２及び図４において左方向）に移動すると図２及び図３に示す状態となる。制御部６０が駆動部５０に近接していく過程で、嵌合爪４２の一部に壁部６２からなるリングの外壁の傾斜面が当接することによって、嵌合爪４２に加わっている付勢力に逆らって、嵌合爪４２の先端をラック５２から離間させる。さらに、嵌合爪４２の先端をラック５２から離間させるとほぼ同時に、アーム規制棒６３Ａ、６３Ａが前述のアーム４１の回動方向両側に移動するので、アーム４１が回動しないようになっている。

振子２１に取り付けられた加速度センサ２３の情報を情報処理手段（図示せず）によって処理し、アクチュエータ（図示せず）等に情報処理手段からの信号が送られることによって、適切なタイミングで制御部６０の移動が行われるようになっている。

また、制御部６０がアーム４１の回動の規制可能なアームストッパーとしてのアーム規制棒６３Ａ、６３Ａ、嵌合爪４２とラック５２との嵌合を解除可能な嵌合解除体としての壁部６２とを有することによって、衝打動作のタイミングを制御することができる。

本実施形態では、振子２１がラチェット機構２２を介して発電機１０に力学的エネルギーを供給する構成となっている場合について説明したが、これに限定されず、振子２１がラチェット機構２２及びはずみ車を介して発電機１０に力学的エネルギーを供給する構成となっていてもよい。はずみ車によって、振子２１の振幅が変化しても、発電機１０には一定の力学的エネルギーが供給されるので、発電機１０の発電効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、振子２１及び振子振幅増幅手段３０が一組の場合について説明したが、これに限定されることなく、複数組の振子２１及び振子振幅増幅手段３０が設けられていてもよい。複数組の振子２１及び振子振幅増幅手段３０が設けられていることによって、発電機１０への力学的エネルギーの供給を安定させることができる。

また、本実施形態では、アーム４１は略矩形の板材からなる場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば、振子２１に対して衝打体４３が重いという条件下で、アーム４１が基部と先部からなり、基部の長軸方向と先部の長軸方向のなす角度が可変であってもよい。基部の長軸方向と先部の長軸方向のなす角度が可変であることによって、衝打する時はアーム４１の回動中心と衝打体４３との距離が長くなり、衝打後アーム４１がアーム規制棒６３Ａ、６３Ａに規制する位置まで移動するときはアーム４１の回動中心と衝打体４３との距離が短くなる。アーム４１の回動において、重力に逆らって衝打体４３を動かす局面で必要なエネルギーを小さくすることができるので、振子振幅増幅手段３０を省エネ化することができる。

本実施形態では、嵌合爪４２の先端がラック５２と嵌合することによって、駆動部５０の動力を衝打部４０に伝達する場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば、摩擦板クラッチ機構や遠心クラッチ機構によって、駆動部５０の動力を衝打部４０に伝達してもよい。

本考案の振子発電装置１を示す概略図である。 振子振幅増幅手段３０の正面図であって、衝打動作不可能な状態を示す。 図２の振子振幅増幅手段３０の側面図である。 振子振幅増幅手段３０の正面図であって、衝打動作可能な状態を示す。 図４の振子振幅増幅手段３０の側面図である。 制御部６０の斜視図である。

符号の説明

１ 振子発電装置
１０ 発電機
２０ エネルギー供給手段
２１ 振子
２１Ａ 高反発樹脂
２２ ラチェット機構
２３ 加速度センサ
３０ 振子振幅増幅手段
４０ 衝打部
４１ アーム
４１Ａ 軸受
４２ 嵌合爪
４２Ａ 回動ピン
４３ 衝打体
４３Ａ 高反発樹脂
５０ 駆動部
５１ 回転シャフト
５２ ラック
６０ 制御部
６１ 円盤部
６２ 壁部
６３ 延出部
６３Ａ アーム規制棒

Claims (4)

1. 力学的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電手段と、
   往復運動する振子と振子の往復運動を回転運動に変換するラチェット機構とを有し回転運動の力学的エネルギーを発電手段に供給するエネルギー供給手段と、
   振子の往復運動の振幅を増幅する振子振幅増幅手段とを備える振子発電装置。
2. 振子には、振子の往復運動の状態を検知するセンサが取り付けられており、センサから得られた情報に基づいて振子振幅増幅手段が振子の往復運動の振幅を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の振子発電装置。
3. 振子振幅増幅手段は、往復運動をする振子を所定のタイミングで衝打する衝打部と、衝打するためのエネルギーを衝打部に供給する駆動部と、所定のタイミングで衝打部を衝打動作可能な状態にする制御部とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の振子発電装置。
4. 駆動部は、回転シャフトと回転シャフトに固定されたラックとを有し、
   衝打部は、回転シャフトを中心軸として回動自在に設けられているアームと、アームに設けられており先端がラックと嵌合することによってアームがラックとともに回転するようになっている嵌合爪と、アームの回動中心と反対側の端部に設けられている衝打体とを有し、
   制御部は、制御部アームの回動を規制可能なアームストッパーと、嵌合爪とラックとの嵌合を解除可能な嵌合解除体とを有することを特徴とする請求項３に記載の振子発電装置。

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