JP5342080B1 - 往復運動に適した出力安定発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 動力となる往復運動を効率的に制御可能な２つの連結された回転運動に変換させ、それぞれの軸に設置した発電用モータと制御装置、蓄電装置によって安定した出力電圧を得るシステムを提供する。
【解決手段】 往復運動に基づく動力をラチェット機構によって、二つの異なった向きに回転するフライホイールの回転力として伝達する。この二つのフライホイールは同形な歯車であり、これらを噛み合わせることによって、回転を同期させる。また、このフライホイールの後段に発電用モータをそれぞれ取り付け直列に接続して発電させる。この２個の発電用モータの間に制御装置と蓄電装置を配置し、一方の発電用モータに電圧センサを取り付け、この値を入力値としてシーケンス制御を行う。２個の発電用モータと蓄電装置の間で、放電、充電または解放状態を選択することで出力電圧を安定化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、往復運動を利用して発電する際の発電技術に関するものである。

脱化石燃料・地球温暖化が叫ばれるなか、自然エネルギーによる発電供給量を上げる事が、現代における世界潮流となってきている。そのなかでも今まであまり注目されなかった波力や振動などといった搖動運動からなる自然現象を利用して発電する取り組みが最近になって盛んに研究されている。搖動運動を力の往復運動として取り出し、電気エネルギーとして変換する際、往復運動をリンク機構もしくはラチェット機構を用いて、一定向きの回転運動に変換してダイナモ発電を行う方法（例えば、特許文献１、特許文献２参照）、または、往復運動に対し直接、永久磁石・コイル等を配置し、その誘導起電力を使って発電する方法などが考えられてきた（例えば、特許文献３参照）。

特開２００８−１５０９９７ 特開２００９−１６２２０９ 特開２００７−１９５３６４

しかしながら、上述した従来の発電方法では、自然現象に伴う不規則な搖動運動に起因する出力電圧の変動が激しく、これを抑える技術が別途必要である。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、往復運動を効率的に減衰の少ない２つの連結された回転運動に変換し、その後方に配置し直列に接続された２つの発電用モータの間に電圧変動を抑える制御装置を充電装置とともに組み込んで、安定した発電出力を得る発電装置を提供することを目的とする。

往復運動する動力を、ラチェット機構を用いてそれぞれ正回転・負回転する二つの同形ホイールの回転力として効率よく伝達し、この２つのホイールを接触させ、それぞれの軸の後方に発電用モータを取り付け、直列に接続して発電する。

設置された２個の発電用モータの間に制御装置と蓄電装置を組み込み、一方の発電用モータに電圧センサを取り付け、直列に接続された２個の発電用モータと蓄電装置との間で、放電、充電または解放の結線状態をシーケンス制御により選択することで出力電圧を安定化させる。

請求項１の発明によって、力学的な往復運動を効率的に２つの回転運動に分解し、その回転軸に取り付けられた同形の同期フライホイール（図１−６）（図１−７）の慣性モーメントによって減衰の少ない回転力を得ることができる。

また、この２つの同期フライホイール（図１−６）（図１−７）は同形の歯車となっており、この２つを噛み合わせることによって、入力となる動力の往復双方の運動を効率良く連結された回転運動に変えることが可能となる。さらに、同期フライホイール（図１−６）（図１−７）の回転数も等しくすることができ、その両軸後方に取り付けられた２つの発電用モータ（図１−８）（図１−９）の誘導起電力を揃えることができる。

さらに、請求項２の発明によって、片側の発電用モータ（図１−８）に取り付けた電圧センサ（図１−１０）の値を入力値としてシーケンス制御を行い、２個の発電用モータ（図１−８）（図１−９）と蓄電装置（図１−１１）の間で、放電、充電または解放状態を選択する（図３参照）。放電時は同期フライホイール（図１−６）（図１−７）の回転を加速させ出力電圧の上昇を促し、充電時はその逆の作用を促す。これにより同期フライホイール（図１−６）（図１−７）の角運動量の損失を補償し、過度な回転運動は充電することによって回収することで、安定した発電出力を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図２に示す例のように、動力となる往復運動を動力受けホイール（図１−２）に伝える。これによって動力伝達ホイール（図１−３）は正回転、負回転を繰り返す。この動力伝達ホイール（図１−３）に噛み合うラチェット式フリーホイール（図１−４）（図１−５）は、それぞれの回転の向きが逆となるように一方向にしか回転しない。それゆえ、往復運動は行き返りに分解されて、ラチェット式フリーホイール（図１−４）（図１−５）の後段にある同形の同期フライホイール（図１−６）（図１−７）に回転の向きが逆になるように伝達される。さらに、同期フライホイール（図１−６）（図１−７）を、それぞれ噛み合わせることによって回転速度を等しくなる。往復運動の行き返りの運動を効率よく、連結された２つの同期フライホイール（図１−６）（図１−７）の回転運動に変換する。

この同期フライホイール（図１−６）（図１−７）の慣性モーメントは、入力する往復運動の力の大きさによって、最適化されることが望ましい。

また、この同期フライホイール（図１−６）（図１−７）の後方に同型の発電用モータ（図１−８）（図１−９）を取り付ける。この発電用モータ（図１−８）（図 １−９）を直列になるように接続する。出力される電圧は、双方の回転数が等しいため、片方の発電用モータ（図１−８）の誘導起電力の２倍となる。それゆえ、電圧センサ（図１−１０）の値を制御することで、出力電圧を制御することが可能となる。

この目的を達成するために、２個の発電用モータ（図１−８）（図１−９）の間に、電圧センサ（図１−１０）の値を入力値とする制御装置（図１−１１）と充電装置（図１−１２）を配置する。電圧センサ（図１−１０）の値が、所望の出力の半分の値より大きければ充電、小さければ放電する。電圧センサ（図１−１０）の値と所望する出力電圧の半分の値との差が許容範囲であれば、充電装置（図１−１２）は解放する（図３参照）。所望の出力電圧は、動力となる往復運動に依存して決定されるべきものであり、制御装置（図１−１１）にて放充電のバランスが取れる値に設定される。以上の制御を、制御装置（図１−１１）はシーケンス制御によって行うものとする。

この制御装置（図１−１１）の働きによって、充電装置（図１−１２）の放電により同期フライホイール（図１−６）（図１−７）の角運動量は増し、充電により同期フライホイール（図１−６）（図１−７）の角運動量を減少させることができるため、同期フライホイール（図１−６）（図１−７）の回転数をほぼ一定に保つことが可能となる。

以上のことから、本発明を実施するための最良の形態によれば、この装置を使って、往復運動から安定した発電出力を得ることができる。

なお、本発明は上述の発明を実施するための最良の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本発明に係る出力安定発電装置は、自然現象によって起こりうる搖動運動を電気エネルギーに変換して取り出す場合に利用でき、出力電圧が安定であるため扱いが容易となる。ゆえに、産業上において汎用性が広く、利用可能性が高い。

本発明の斜視図 動力となる往復運動を動力受けに伝える手段の２つの例を示す図 充電装置と２つの発電用モータの結線模式図

Claims (2)

1. 往復運動する動力を、ラチェット機構を用いてそれぞれ正回転・負回転する二つの同形ホイールの回転力として効率よく伝達し、この２つのホイールを接触させ、それぞれの軸の後方に発電用モータを取り付け、直列に接続して発電する方法。
2. 請求項１によって設置された２個の発電用モータの間に制御装置と蓄電装置を組み込み、一方の発電用モータに電圧センサを取り付け、直列に接続された２個の発電用モータと蓄電装置との間で、放電、充電または解放の結線状態をシーケンス制御により選択することで出力電圧を安定化させる方法。

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