JP3169037U

JP3169037U - 海面波浪による回転装置

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Publication number: JP3169037U
Application number: JP2011002408U
Authority: JP
Inventors: 皓二反田
Original assignee: 皓二反田
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2021-04-28

Abstract

【課題】安全で永続性があり、効率性に富んだ海面波浪による回転装置を提供する。【解決手段】平均潮面に対して固定関係に配置した鉛直棒４２，４３に，波浪振動除外海面に追従して上下変位する昇降台を設け、波浪に追従して上下動するフロート１３の立設棒１１を昇降台を貫いて突出させ、立設棒１１を挟んで両側に配置した上下方向のラック状部材１２ａ，１２ｂとそれぞれ噛合う第一歯車１４と第二歯車１５を昇降台上に横設支承し、遊星歯車装置の遊星歯車軸の保持腕部材の中心を第一歯車軸１４ａに連結し、遊星歯車の外側に噛合配置した筒歯部材の外歯ギヤに第二歯車軸１５ａ突出端の歯車部材を噛合わせ、太陽歯車軸を出力軸２３ａとしてなるものである。【選択図】図１

Description

本考案は、海面波浪の上下動を利用して回転運動を得ることのできる回転装置に関するものである。

近年における発電手段としては、水力発電に加えて、原子力発電や火力発電が一般的である。原子力発電は、原子核反応によって生じた熱によって水を加熱し、発生した高圧蒸気によってタービンを回転させて発電するものである。また、火力発電は化石燃料（石油、石炭）を燃して得た熱によって水を加熱し、発生した高圧蒸気によってタービンを回転させて発電している。

原子力発電は効率的に発電することができるといった特長を備えるが、事故が発生した際、大量の放射性物質を放出する危険性がある。また、火力発電は有限である化石燃料を使用するので永続的に使用することができない。こうした点に鑑み、風力発電や太陽光発電等、自然エネルギーを利用した発電装置も実用化されている。

しかし、これまで実用化されている自然エネルギーを利用した発電装置は、発電規模に問題がある。

本考案はこうした問題に鑑み創案されたもので、例えば、種々の目的（例えば、発電のためのタービンを回転させる）で使用することができ、安全で長期間使用可能で、効率性に富んだ回転装置を提供することを課題とする。

図１乃至図６を参照して説明する。請求項１に記載の海面波浪による回転装置１は、平均潮面９２に対して固定関係に配置した鉛直棒４２，４３に，波浪振動除外海面９１に追従して上下変位する昇降台４０を設け、波浪９３に追従して上下動するフロート１３の立設棒１１を昇降台４０を貫いて突出させ、立設棒１１を挟んで両側に配置した上下方向のラック状部１２ａ，１２ｂとそれぞれ噛合う第一歯車１４と第二歯車１５を昇降台４０上に横設支承し、遊星歯車装置の遊星歯車軸２２ａの保持腕部材２１の中心を第一歯車軸１４ａに連結し、遊星歯車２２の外側に噛合配置した筒歯部材２４の外歯ギヤ２４ｂに第二歯車軸１５ａ突出端の歯車部材２５を噛合わせ、太陽歯車軸を出力軸２３ａとしてなるものである。

請求項２に記載の海面波浪による回転装置１は、波浪動力取出装置５と回転機構１０と増速機構２０とを備える。波浪動力取出装置５は、海底９０に対し固定関係に配置した鉛直棒４２，４３の海面上の部分に昇降台４０を設けると共に、海面９１を測定するセンサー３１を鉛直棒４２に沿って配置し、センサー３１によって感知した海面９１信号を入力回路４８ａを介して昇降台４０の波浪振動除外潮面算出制御器４８へ入力し、波浪振動除外潮面算出制御器４８からの出力信号を出力回路４８ｂを介して昇降台４０に取付けた昇降位置調節用モーター４２に出力し、変化する海面９０からの高さを所定値に調節する昇降台高さ位置調節装置４９から構成される。

回転機構１０は、垂直方向に配置された立設棒１１と、立設棒１１の上部に設けられ、左側面および右側面に垂直方向に沿って設けられた左ラック状部１２ａおよび右ラック状部１２ｂを有する係合板１２と、立設棒１１の下端部に設けられたフロート１３と、立設棒１１の上部に隣接して設けられ、左ラック状部１２ａに噛み合い、第一歯車軸１４ａを中心に回転し、所定方向に回転する場合のみ、その回転力を第一歯車軸に伝達する第一歯車１４と、立設棒１１の上部に隣接して設けられ、右ラック状部１２ｂに噛み合い、第二歯車軸１５ａを中心に回転し、第一歯車１４とは逆の方向に回転する場合のみ、その回転力を第二歯車軸に伝達する第二歯車１５と、で構成される。

増速機構２０は、前記第一歯車軸１４ａに連結され、複数の遊星歯車２２を有する保持腕部材２１と、複数の遊星歯車２２の内側に配置され、複数の遊星歯車２２と噛み合い、太陽歯車軸２３ａを中心として回転する太陽歯車２３と、複数の遊星歯車２２の外側に配置された筒状で、内周面に内歯車２４ａが形成されると共に、外周面に外歯車２４ｂが形成され、内歯車２４ａが、複数の遊星歯車２２と噛み合う筒歯部材２４と、第二歯車軸１５ａに連結され、筒歯部材２４の外歯車２４ｂに噛み合う歯車部材２５と、で構成される。

昇降台４０の軸受部を貫いて、垂直方向に配置された立設棒１１と、前記立設棒１１の上部に設けられ、左側面および右側面に垂直方向に沿って設けられた左ラック状部１２ａおよび右ラック状部１２ｂを有する係合板１２と、前記立設棒１１の下端部に設けられた海面の波によって上下動するフロート１３と、前記立設棒１１の上部に隣接して設けられ、前記左ラック状部１２ａに噛み合い、第一歯車軸１４ａを中心に回転し、所定方向に回転する場合のみ、その回転力を前記第一歯車軸１４ａに伝達する第一歯車１４と、前記立設棒１１の上部に隣接して設けられ、前記右ラック状部１２ｂに噛み合い、第二歯車軸１５ａを中心に回転し、前記第一歯車１４とは逆の方向に回転する場合のみ、その回転力を前記第二歯車軸１５ａに伝達する第二歯車１５と、で構成される。

増速機構２０は、第一歯車軸１４ａに連結され、複数の遊星歯車２２を有する保持腕部材２１と、複数の遊星歯車２２の内側に配置され、複数の遊星歯車２２と噛み合い、太陽歯車軸２３ａを中心として回転する太陽歯車２３と、複数の遊星歯車２２の外側に配置された筒状で、内周面に内歯車２４ａが形成されると共に、外周面に外歯車２４ｂが形成され、内歯車２４ａが、複数の遊星歯車２２と噛み合う筒歯部材２４と、第二歯車軸１５ａに連結され、前記筒歯部材２４の外歯車２４ｂに噛み合う歯車部材２５と、で構成される。

本考案に係る海面波浪による回転装置１は、回転機構１０を、自然界に存在する波の上下動を利用して作動させるので、安全であると共に永続的に使用することができる。また、例えば、大海においては常に大きな波が存在するので、効率的に作動させることができる。また、増速機構２０によって、回転機構１０で得た回転を増速させることができる。さらに、昇降機構３０によって、潮の干満に対応させることができるので、さらに効率的に作動させることができる。

本考案に係る海面波浪による回転装置の実施形態を示す斜視図である（回転機構と昇降機構を示す）。本考案に係る海面波浪による回転装置の実施形態を示す平面図である（増速機構を示す）。図２のＸ−Ｘ線断面図である。本考案に係る海面波浪による回転装置の実施形態を示す背面図である（昇降機構を示す）。本考案に係る海面波浪による回転装置における他の形態を示す斜視図である（回転機構の一部を示す）。昇降台高さ位置調節装置の側面図である。

本考案に係る海面波浪による回転装置１の実施形態を、図１乃至図６に示す。この回転装置１は、海の波の上下動を利用して作動する波浪動力取出装置５と回転機構１０と増速機構２０とを備える。波浪動力取出装置５は、海底９０に対し固定関係に配置した鉛直棒４２，４３の海面上の部分に昇降台４０を設けると共に、海面９１を測定するセンサー３１を鉛直棒４２に沿って配置し、センサー３１によって感知した海面９１信号を入力回路４８ａを介して昇降台４０の波浪振動除外潮面算出制御器４８へ入力し、波浪振動除外潮面算出制御器４８からの出力信号を出力回路４８ｂを介して昇降台４０に取付けた昇降位置調節用モーター３２に出力し、変化する海面９０からの高さを所定値に調節する昇降台高さ位置調節装置４９から構成される。

回転機構１０は、立設棒１１、係合板１２、フロート１３、第一歯車１４、および第二歯車１５を備える。立設棒１１は、昇降台４０の水平方向に配置された固定板１６の中央部の受筒１６ａに、垂直方向に昇降動自在に取付けられており、プラスチックなどの軽量素材で形成されている。

係合板１２は、立設棒１１の上部の前面に設けられ、左側面および右側面に垂直方向に沿って設けられた左ラック状部１２ａおよび右ラック状部１２ｂを有する。この左ラック状部１２ａおよび右ラック状部１２ｂは、複数の歯を垂直方向に並べて形成した歯型板（図１・図５参照）で構成することもできるし、チェーンを垂直方向に配して構成することもできる。この係合板１２も、プラスチックなどの軽量素材で形成することが好ましい。

フロート１３は、立設棒１１の下端部に設けられており、立設棒１１より大径で球状（中空状）である。このフロート１３も軽量素材で形成されている。このフロート１３の形状は限定されるものではなく、球状の他、波によって上下動し易い形状であれば良い（例えば、半球状など）。

第一歯車１４は、立設棒１１の上部に隣接して設けられ、左ラック状部１２ａに噛み合い、第一歯車軸１４ａを中心に回転して、立設棒１１が上昇する場合に、反時計回り方向に回転して、その回転力を前記第一歯車軸に伝達する。なお、立設棒１１が下降する場合は、時計回り方向に空回りする。こうした機構は、一方向ベアリングを設けるなどによって構成することができる。この第一歯車１４は、固定板１６から立設された立設板１９に軸支されている。

第二歯車１５は、立設棒１１の上部に隣接して設けられ、右ラック状部１２ｂに噛み合い、第二歯車軸１５ａを中心に回転し、立設棒１１が上昇する場合に、時計回り方向に回転して、その回転力を前記第二歯車軸１５ａに伝達する。なお、立設棒１１が下降する場合は、反時計回り方向に空回りする。この第二歯車１５も、固定板１６から立設された立設板１９に軸支されている。

増速機構２０は、保持腕部材２１、太陽歯車２３、筒歯部材２４、および歯車部材２５を備える。保持腕部材２１は、第一歯車軸１４ａに連結され、複数（三つ）の遊星歯車２２を等間隔で有する。これらの遊星歯車２２は、それぞれが遊星歯車軸２２ａを中心に回転する。

太陽歯車２３は、複数の遊星歯車２２の内側に配置され、それら複数の遊星歯車２２と噛み合い、太陽歯車軸２３ａを中心として回転する。筒歯部材２４は、複数の遊星歯車２２の外側に配置された筒状で、内周面に内歯車２４ａが形成されると共に、外周面に外歯車２４ｂが形成されている。そのうち、内歯車２４ａが、複数の遊星歯車２２のそれぞれと噛み合う。

歯車部材２５は、第二歯車軸１５ａに連結され、筒歯部材２４の外歯車２４ｂと噛み合う。

また、昇降機構３０は、センサー３１、昇降位置調節用モーター３２、および昇降台４０を備える。センサー３１は、当該昇降機構３０の下端部に配置され、潮の干満を感知する。昇降位置調節用モーター３２は、昇降機構の３０上部に配置され、センサー３１からの信号によって作動する。昇降台４０は、昇降位置調節用モーター３２の作動によって回転機構１０を昇降動させる。

本実施形態の昇降台４０は、回転機構１０の固定板１６の後端に、垂直方向に固定された垂直板４１と、その垂直板４１の左側端面に沿って配置され、内面側に第一噛合板４２ａを備えた第一鉛直棒４２と、垂直板４１の右側端面に沿って配置され、内面側に第二噛合板４３ａを備えた第二鉛直棒４３と、を備える。第一鉛直棒４２と第二鉛直棒４３は固定されており、常に不動である。

さらに、この昇降台４０は、図４に示すように、垂直板４１に軸支され、第一噛合板４２ａに噛み合う第一回転ギヤ４４と、垂直板４１に軸支され、第二噛合板４３ａに噛み合う第二回転ギヤ４５と、第一回転ギヤ４４に噛み合い、昇降位置調節用モーター３２からの動力を当該第一回転ギヤ４４に伝達する第一伝動ギヤ４６と、第一伝動ギヤ４６と第二回転ギヤ４５に噛み合い、昇降位置調節用モーター３２からの動力を、第二回転ギヤ４５に伝達する第二伝動ギヤ４７とを備える。

こうした構成を備える本実施形態に係る回転装置１を、潮の干満のある海に設置した場合について説明する。最初に、回転機構１０の動きについて説明する。

まず、海の波の上下動によって、フロート１３が上下動し、それに伴い立設棒１１と係合板１２も同時に上下動する。この際、固定板１６は不動状態を保つ。係合板１２が上昇することによって、その左ラック状部１２ａと右ラック状部１２ｂに噛み合っている第一歯車１４および第二歯車１５が、それぞれ第一歯車軸１４ａおよび第二歯車軸１５ａと共に、相互逆方向に回転して（図１の昇降機構３０の側から見た場合、第一歯車軸１４ａが時計回り方向に回転し、第二歯車軸１５ａが反時計回り方向に回転する）、その回転力を第一歯車軸１４ａおよび第二歯車軸１５ｂに伝達する。この第一歯車軸１４ａおよび第二歯車軸１５ａの回転力が、増速機構２０に伝達される。なお、立設棒１１が下降する際は、第一歯車１４および第二歯車１５共に空回りするので、その回転力は、第一歯車軸１４ａおよび第二歯車軸１５ｂには伝わらない。

増速機構２０では、図３に示すように、第一歯車軸１４ａに連結されている保持腕部材２１が時計回り方向Ａに回転する。これに伴い、保持腕部材２１に遊星歯車軸２２ａによって軸支されている三つの遊星歯車２２が太陽歯車２３の周囲を時計回り方向Ｂに公転する。同時に、この遊星歯車２２は、太陽歯車２３と筒歯部材２４の内歯車２４ａに噛み合っているためは時計回り方向Ｃに自転し、これにより、太陽歯車２３を太陽歯車軸２３ａと共に反時計回り方向に回転させる。このとき、太陽歯車２３に噛み合っている筒歯部材２４の内歯車２４ａには時計回り方向Ｅへの回転力が作用する。

同時に、この筒歯部材２４の外歯車２４ｂは、第二歯車軸１５ａに連結された歯車部材２５と噛み合っており、この第二歯車軸１５ａは反時計回り方向Ｆに回転しているので、これに伴い、筒歯部材２４が時計回り方向Ｅに回転する。これにより、遊星歯車２２の回転が増速され、その増速された回転が太陽歯車２３に伝達され、その結果、太陽歯車２３の回転が増速される。そして、この増速された回転を発電等に使用する。

日本機械学会発行の機械工学便覧、改訂第６版，７−１０９頁「差動歯車装置」を用いて、本件考案の差動歯車装置について、「表１」に示すように算出した。
太陽歯車２３のピッチ円の半径Ｒ_１
内歯車２４ａのピッチ円の半径Ｒ_２
外歯車２４ｂのピッチ円の半径Ｒ_３
第二歯車軸１５ａ即ち歯車部材２５のピッチ円の半径Ｒ_４とし、
「＋」を時計方向の回転、
「−」を反時計方向の回転
とする。
全体を糊付けして
（イ）第１歯車軸１４ａ即ち保持腕部材２１を＋１回転させる。
（ロ）この状態で、第２歯車軸１５ａ即ち筒歯部材２５を−ｎ回転させる。
すると、表１に示す如く第１歯車軸１４ａの回転に対して、太陽歯車は、
「＋１＋ｎ・（Ｒ_４／Ｒ_３）・（Ｒ_２／Ｒ_１）」回転する。

昇降機構３０は、潮の干満に対応すべく作動する。すなわち、例えば、潮が干（引）いた際に、センサー３１がそれを感知して信号を送り、昇降位置調節用モーター３２の駆動ギヤ３２ａを反時計回り方向に作動させる。この昇降位置調節用モーター３２の作動によって、第一伝動ギヤ４６が時計回り方向に回転すると共に、第一回転ギヤ４４が反時計回り方向に回転する。また、第一伝動ギヤ４６に噛み合っている第二伝動ギヤ４７が反時計回り方向に回転し、これにより、第二回転ギヤ４５を時計回り方向に回転させる。

ここで、第一回転ギヤ４４（反時計回り方向に回転）が第一鉛直棒４２（不動）の第一噛合板４２ａと噛み合い、第二回転ギヤ４５（時計回り方向に回転）が第二鉛直棒４３（不動）の第二噛合板４３ａと噛み合っているため、第一回転ギヤ４４および第二回転ギヤ４５が軸支されている垂直板４１が下降する。これに伴い、垂直板４１が取付けられている固定板１６を含む回転機構１０の全体も下降し、当該回転機構１０を波の上下動を利用するに最適な高さに配置する。なお、本実施形態では、フロート１３の上下動を安定させるために、固定板１６から複数の案内棒１７を垂下設している。

このように、本実施形態に係る回転装置１は、回転機構１０によって、海における波の上下動を利用して作動させるので、極めて安全であると共に、永続的に使用することができる。また、大海に設置すると常に大きな波を利用することができるので、効率的である。また、増速機構２０によって、回転機構１０で得た回転を増速させることができる。さらに、昇降機構３０によって、潮の干満に対応して、さらに効率的に作動させることができる。

なお、本考案に係る回転装置は、図１に示す回転機構１０と昇降機構３０の組合せ構造物を複数直列状に配置して、それぞれの第一歯車軸１４ａと第二歯車軸１５ｂを相互に連結し、それを増速機構２０に伝えることもできる。

また、上記実施形態では、係合板１２を立設棒１１の前面に取付けているが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、立設棒１１の左右側面に取付けることもできる。なお、同図に示すように、立設棒１１の昇降動を安定させるために、ガイド部材１８を設けることもできる。

なお、本考案に係る回転装置は、発電用に限定されるものではなく、あらゆる回転機構に用いることができる。

１回転装置
５波浪動力取出装置
１０回転機構
１１立設棒
１２係合板
１２ａ左ラック状部
１２ｂ右ラック状部
１３フロート
１４第一歯車
１４ａ第一歯車軸
１５第二歯車
１５ａ第二歯車軸
１６固定板
１６ａ受筒
１７案内棒
１８ガイド部材
１９立設板
２０増速機構
２１保持腕部材
２２遊星歯車
２２ａ遊星歯車軸
２３太陽歯車
２３ａ太陽歯車軸
２４筒歯部材
２４ａ内歯車
２４ｂ外歯車
２５歯車部材
３０昇降機構
３１センサー
３２昇降位置調節用モーター
３２ａ駆動ギヤ
４０昇降台
４１垂直板
４２第一鉛直棒
４２ａ第一噛合板
４３第二鉛直棒
４３ａ第二噛合板
４４第一回転ギヤ
４５第二回転ギヤ
４６第一伝動ギヤ
４７第二伝動ギヤ
４８（波浪振動除外）潮面算出制御器
４８ａ入力回路
４８ｂ出力回路
４９（昇降台高さ）位置調節装置
９０海底
９１（波浪振動除外）海面
９３波浪

Claims

平均潮面（９２）に対して固定関係に配置した鉛直棒（４２，４３）に，波浪振動除外海面（９１）に追従して上下変位する昇降台（４０）を設け、波浪（９３）に追従して上下動するフロート（１３）の立設棒（１１）を昇降台（４０）を貫いて突出させ、立設棒（１１）を挟んで両側に配置した上下方向のラック状部材（１２ａ，１２ｂ）とそれぞれ噛合う第一歯車（１４）と第二歯車（１５）を昇降台（４０）上に横設支承し、遊星歯車装置の遊星歯車軸（２２ａ）の保持腕部材（２１）の中心を第一歯車軸（１４ａ）に連結し、遊星歯車（２２）の外側に噛合配置した筒歯部材（２４）の外歯ギヤ（２４ｂ）に第二歯車軸（１５ａ）突出端の歯車部材（２５）を噛合わせ、太陽歯車軸を出力軸（２３ａ）としてなる海面波浪による回転装置。
波浪動力取出装置（５）と、回転機構（１０）と増速機構（２０）とを備える海面波浪による回転装置であって、波浪動力取出装置（５）は、海底（９０）に対し固定関係に配置した鉛直棒（４２，４３）の海面上の部分に昇降台（４０）を設けると共に、海面（９１）を測定するセンサー（３１）を鉛直棒（４２）に沿って配置し、センサー（３１）によって感知した海面（９１）信号を入力回路（４８ａ）を介して昇降台（４０）の波浪振動除外潮面算出制御器（４８）へ入力し、波浪振動除外潮面算出制御器（４８）からの出力信号を出力回路（４８ｂ）を介して昇降台（４０）に取付けた昇降位置調節用モーター（４２）に出力し、変化する海面（９１）からの高さを所定値に調節する昇降台高さ位置調節装置（４９）から構成され、
回転機構は、垂直方向に配置された立設棒（１１）と、前記立設棒の上部に設けられ，左側面および右側面に垂直方向に沿って設けられた左ラック状部（１２ａ）および右ラック状部（１２ｂ）を有する係合板（１２）と、前記立設棒の下端部に設けられたフロート（１３）と、前記立設棒の上部に隣接して設けられ，前記左ラック状部に噛み合い，第一歯車軸（１４ａ）を中心に回転し，所定方向に回転する場合のみ，その回転力を前記第一歯車軸に伝達する第一歯車（１４）と，前記立設棒の上部に隣接して設けられ，前記右ラック状部に噛み合い，第二歯車軸（１５ａ）を中心に回転，前記第一歯車（１４）とは逆の方向に回転する場合のみ，その回転力を前記第二歯車軸に伝達する第二歯車（１５）と、で構成され、増速機構は、第一歯車軸に連結され，複数の遊星歯車（２２）を有する保持腕部材（２１）と、複数の遊星歯車の内側に配置され，複数の遊星歯車と噛み合い，太陽歯車軸（２３ａ）を中心として回転する太陽歯車（２３）と、前記複数の遊星歯車の外側に配置された筒状で，内周面に内歯車（２４ａ）が形成されると共に，外周面に外歯車（２４ｂ）が形成され，前記内歯車が，前記複数の遊星歯車と噛み合う筒歯部材（２４）と、前記第二歯車軸に連結され，前記筒歯部材の外歯車に噛み合う歯車部材（２５）と、で構成されることを特徴とする海面波浪による回転装置。