JP5521229B2 - 水力及び風力発電装置 - Google Patents

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本発明は、自然エネルギーである水力及び風力を利用した発電装置に関するものである。
従来、水力や風力を利用して発電をする発電装置は、多数開発されているが、季節や気候の変化による水力、風力の変化に対応して効率よく発電する発電装置は見当たらない。しかしながら、降雨等による水位の変化に対しては、浮力とテンションスプリングを利用して発電装置を自動的に昇降する方法が例えば、特許文献１に開示されている。
特開２００４−５２７３６号公報
上記特許文献１においては、羽根車とその側面に固定された歯車とそれらを昇降自在にする支持体と前記歯車と噛合する小歯車が固定された発電機とで構成された水力発電装置が記載されている。しかしながら、特許文献１記載の水力発電装置の構造は、降雨等による水位の変化に対して羽根車とその側面に固定された歯車が昇降するもので、前記歯車と噛合する小歯車とのギヤ比は一定に設定してあるため、必ずしも水量や流速に適応した発電機の出力は得られず、季節や気候の変化による水力の変化に対応したものではない。
本発明は、このような事情に鑑み、既設の水車あるいは風車に取り付け取り外しが可能で、水力や風力の変化にも対応できる水力及び風力発電装置を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の水力及び風力発電装置は、水車あるいは風車の回転軸に回動板を固定し、前記回動板の一側面に同心円上に所要間隔で動力伝達ローラが回転自在に付設され、前記回動板と平行にスクリューが配設され、水車あるいは風車が回転することにより回転軸に固定された前記回動板が回転駆動され、前記動力伝達ローラが前記スクリューの羽根間に形成される凹部の側面に係合離脱することにより前記スクリューが回転し、前記スクリューに連設された発電機を回転させて発電するように構成されていることを特徴とするものである。
次に、本発明の請求項２に記載の水力及び風力発電装置は、水車あるいは風車の回転軸に回動板を固定し、前記回動板の一側面に径の異なる二つの同心円上に所要間隔で動力伝達ローラが回転自在に付設されていることを特徴とするものである。
次に、本発明の請求項３に記載の水力及び風力発電装置は、水車あるいは風車の回転軸に回動板を固定し、前記回動板の両側面に径の異なる二つの同心円上に所要間隔で動力伝達ローラが回転自在に付設されていることを特徴とするものである。
次に、本発明の請求項４に記載の水力及び風力発電装置は、前記スクリューの羽根の外周部に歯車が形成され、その歯車が発電機の回転軸に取り付けられた歯車と噛み合い、発電機を回転させて発電することを特徴とするものである。
請求項１ないし請求項４に係る発明によれば、既設の水車あるいは風車の回転軸に取り付け及び取り外しが可能なため、水力や風力の変化に対応して、回動板に付設する動力伝達ローラの数及び付設する径を設定でき、さらにスクリューの配設位置も簡単に変更できるため、最適な増速比を得られ、効率よく発電できる。
さらに、請求項４に係る発明によれば、発電機の着脱を簡単に行うことができる。スクリューの羽根の外周部に形成された歯車の歯数より少ない歯数の歯車が発電機の回転軸に取り付けられている場合、発電機を増速回転させることになり、発電機の出力を向上させることができる。
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の水力発電装置の概略構成を平面図により示し、図２は本実施形態の風力発電装置の概略構成を側面図により示している。図３及び図４は、図２の風車を省略した風力発電装置の動力伝達部を示す底面図で、図３はスクリューの位置を外側の動力伝達ローラに配設した場合を示し、図４はスクリューの位置を内側の動力伝達ローラに配設した場合を示している。図５は、発電機を増速回転させる場合の動力伝達部を示している。図６は、スクリューの羽根の外周部に歯車が形成されている場合の動力伝達部を示している。図７及び図８は、スクリューと動力伝達ローラとの係合状態を示す断面図である。
図１に示した本実施形態の水力発電装置は、水車１の回転軸２に回動板３を固定し、前記回動板３の一側面に同心円上に所要間隔で動力伝達ローラ４が回転自在に付設され、前記回動板３と平行にスクリュー５が配設され、水車１が回転することにより回転軸２に固定された前記回動板３が回転駆動され、前記動力伝達ローラ４が前記スクリュー５の羽根間に形成される凹部の側面に係合離脱することにより前記スクリュー５が回転し、前記スクリュー５に連設された発電機６を回転させて発電することができる。
図２に示した本実施形態の風力発電装置は、風車１１の回転軸１２に回動板１３を固定し、前記回動板１３の一側面に同心円上に所要間隔で動力伝達ローラ１４が回転自在に付設され、前記回動板１３と平行にスクリュー１５が配設され、風車１１が回転することにより回転軸１２に固定された前記回動板１３が回転駆動され、前記動力伝達ローラ１４が前記スクリュー１５の羽根間に形成される凹部の側面に係合離脱することにより前記スクリュー１５が回転し、前記スクリュー１５に連設された発電機１６を回転させて発電することができる。
さらに、例えば、前記スクリュー１５のリード寸法が動力伝達ローラ１４の間隔と同じとした場合、前記回動板１３に３２個の前記動力伝達ローラ１４が付設されているので、前記回動板１３が１回転すると前記スクリューは３２回転することになり、実質的に増速されて回転することになる。その結果、従来の増速部の構造を簡単にして増速することが行えることになる。
また、図３に示した本実施形態の風力発電装置における動力伝達部は、風車の回転軸２２に回動板２３を固定し、前記回動板２３の一側面に径の異なる二つの同心円上に所要間隔で動力伝達ローラ２４が回転自在に付設され、前記回動板２３と平行にスクリュー２５が配設され、風車が回転することにより回転軸２２に固定された前記回動板２３が回転駆動され、径の大きい同心円上に付設された前記動力伝達ローラ２４ａが前記スクリュー２５の羽根間に形成される凹部の側面に係合離脱することにより前記スクリュー２５が回転し、前記スクリュー２５に連設された発電機２６を回転させて発電することができる。
径の小さい同心円上に付設された前記動力伝達ローラ２４ｂの間隔は、径の大きい同心円上に付設された前記動力伝達ローラ２４ａと同じ間隔であるため、径の小さい同心円上に付設された前記動力伝達ローラ２４ｂの数は、径の大きい同心円上に付設された前記動力伝達ローラ２４ａの数より少ない。また、前記スクリュー２５の羽根間に形成される凹部は、前記動力伝達ローラ２４の径より大きいため、図３に示すように、径の小さい同心円上に付設された前記動力伝達ローラ２４ｂに係合離脱するように前記スクリュー２５の外側から簡単に配設することができる。前記回動板２３の回転トルクを前記スクリュー２５に伝達する場合、径の小さい同心円上に付設された前記動力伝達ローラ２４ｂを介する方が、径の大きい同心円上に付設された前記動力伝達ローラ２４ａを介するよりも前記スクリュー２５に伝達できる回転トルクは大きい。しかし、前記スクリュー２５の回転速度は前記動力伝達ローラ２４の数が多く付設された径の方が速くなる。
したがって、風が強い時期には、図３に示すように前記スクリュー２５を径の大きい方に付設された前記動力伝達ローラ２４ａに配設し、風が弱い時期は、図４に示すように前記スクリュー２５を径の小さい方に付設された前記動力伝達ローラ２４ｂに配設することができるため、効率よく発電することができる。
また、図６に示すように、スクリュー３５の羽根の外周部に歯車７が形成され、その歯車７が発電機２６の回転軸に取り付けられた歯車１７と噛み合い、発電機２６を回転させて発電することができる。すなわち、発電機２６の着脱を簡単に行うことができ、スクリュー３５の羽根の外周部に形成された歯車７の歯数より少ない歯数の歯車１７が発電機の回転軸に取り付けられている場合、発電機２６を増速回転させて発電させることが可能で、発電機の出力を向上させることができる。
また、発電機を増速回転させる場合、図５に示すように、スクリュー４の端部を延長し、回動板２３に緩衝しないように歯車２７を取り付けなければならない。しかし、図６に示すようにスクリュー３５の羽根の外周部に歯車７を形成することにより、スクリューの端部を延長する必要がなくなり、大きな増速を得ることができる。ただし、図７及び図８に示すように、図５に示した動力伝達ローラ２４に比べて、図６に示した動力伝達ローラ３４は歯車７の歯たけの分だけ突出させて回動板２３に付設する必要がある。
本実施形態の水力発電装置の概略構成を示す平面図である。 本実施形態の風力発電装置の概略構成を示す側面図である。 本実施形態の風力発電装置においてスクリューを回動板の外側の動力伝達ローラに配設した場合の動力伝達部を示す底面図である。 本実施形態の風力発電装置においてスクリューを回動板の内側の動力伝達ローラに配設した場合の動力伝達部を示す底面図である。 本実施形態の風力発電装置において発電機を増速回転させる場合の動力伝達部を示す底面図である。 本実施形態の風力発電装置においてスクリューの羽根の外周部に歯車が形成されている場合の動力伝達部を示す底面図である。 本実施形態の水力及び風力発電装置においてスクリューと動力伝達ローラとの係合状態を示す断面図である。 本実施形態の水力及び風力発電装置においてスクリューの羽根の外周部に歯車が形成されている場合のスクリューと動力伝達ローラとの係合状態を示す断面図である。
１ 水車
２，１２，２２ 回転軸
３，１３，２３ 回動板
４，１４，２４，２４ａ，２４ｂ，３４，３４ａ，３４ｂ 動力伝達ローラ
５，１５，２５，３５ スクリュー
６，１６，２６ 発電機
７，１７，２７，２８ 歯車
９，１９，２９ 軸受
１１ 風車

Claims (4)

  1. 水車あるいは風車の回転軸に回動板を固定し、前記回動板の一側面に同心円上に所要間隔で動力伝達ローラが回転自在に付設され、前記回動板と平行にスクリューが配設され、水車あるいは風車が回転することにより回転軸に固定された前記回動板が回転駆動され、前記動力伝達ローラが前記スクリューの羽根間に形成される凹部の側面に係合離脱することにより、前記スクリューが回転し、前記スクリューに連設された発電機を回転させて発電するように構成されていることを特徴とする水力及び風力発電装置。
  2. 水車あるいは風車の回転軸に回動板を固定し、前記回動板の一側面に径の異なる二つの同心円上に所要間隔で動力伝達ローラが回転自在に付設され、前記回動板と平行にスクリューが配設され、水車あるいは風車が回転することにより回転軸に固定された前記回動板が回転駆動され、前記動力伝達ローラが前記スクリューの羽根間に形成される凹部の側面に係合離脱することにより、前記スクリューが回転し、前記スクリューに連設された発電機を回転させて発電するように構成されていることを特徴とする水力及び風力発電装置。
  3. 水車あるいは風車の回転軸に回動板を固定し、前記回動板の両側面に径の異なる二つの同心円上に所要間隔で動力伝達ローラが回転自在に付設され、前記回動板と平行にスクリューが配設され、水車あるいは風車が回転することにより回転軸に固定された前記回動板が回転駆動され、前記動力伝達ローラが前記スクリューの羽根間に形成される凹部の側面に係合離脱することにより、前記スクリューが回転し、前記スクリューに連設された発電機を回転させて発電するように構成されていることを特徴とする水力及び風力発電装置。
  4. 前記スクリューの羽根の外周部に歯車が形成され、前記歯車が発電機の回転軸に取り付けられた歯車と噛み合い、発電機を回転させて発電することを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の水力及び風力発電装置。
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