JP6092725B2 - Wave power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、海上に浮かべた発電ブイの運動により、波からエネルギーを取り出し発電を行う波力発電システムに関するものである。 The present invention relates to a wave power generation system that extracts energy from waves and generates power by the motion of a power generation buoy floating on the sea.
沿岸部に設置される波力発電装置として、防波堤に設置された波力発電装置が開示されている(例えば特許文献1参照)。この波力発電装置は、防波堤の側面に形成された遊水室と、遊水室の側壁に形成されたスリットと、スリットの陸側であり且つ遊水室の内部に配置された水車を有している。このスリットは、鉛直方向を長手方向としている(特許文献1図5参照)。この波力発電装置は、スリットを通過した波を水車に衝突させ、この波の運動エネルギーを水車の回転エネルギーに変換して発電を行う構成を有している。 As a wave power generator installed in a coastal area, a wave power generator installed on a breakwater is disclosed (see, for example, Patent Document 1). This wave power generation device has a water reserving chamber formed on a side surface of a breakwater, a slit formed in a side wall of the water reserving chamber, and a water wheel disposed on the land side of the slit and inside the water reserving chamber. . The slit has a vertical direction as a longitudinal direction (see FIG. 5 of Patent Document 1). This wave power generator has a configuration in which a wave that has passed through a slit collides with a water turbine, and the kinetic energy of this wave is converted into rotational energy of the water turbine to generate power.
この構成により、波力発電装置は発電効率を向上することができていた。これは、スリットを通過させ、流速が上昇した波を発電に利用できるからである。また、この波力発電装置は、海岸線に沿って設置された防波堤に設置するため、送電用ケーブル等の接続が容易となる。 With this configuration, the wave power generator was able to improve the power generation efficiency. This is because a wave that has passed through the slit and has an increased flow velocity can be used for power generation. Moreover, since this wave power generation apparatus is installed on a breakwater installed along the coastline, it is easy to connect a power transmission cable or the like.
しかし、上記の波力発電装置は、いくつかの問題点を有している。第1に、荒天時に、水車が破壊される可能性があるという問題を有している。特に、スリットにより波の流速を上昇させる構成を有しているため、水車が故障する可能性が更に高まる。 However, the wave power generator described above has several problems. 1stly, it has the problem that a water turbine may be destroyed at the time of stormy weather. In particular, since it has the structure which raises the flow velocity of a wave with a slit, possibility that a water turbine will fail further increases.
第2に、海岸線に配置された波力発電装置は、発電量が安定しないという問題を有している。これは、海岸線近傍では、波が地形や風等の影響を大きく受け、その振幅や周期が安定しないからである。 Secondly, the wave power generator arranged on the coastline has a problem that the amount of power generation is not stable. This is because in the vicinity of the coastline, waves are greatly affected by topography, wind, etc., and their amplitude and period are not stable.
第3に、上記の波力発電装置を沿岸海域に設置することが困難であるという問題を有している。これは、海岸線に比べて水深が深くなる沿岸海域に防波堤を建造する際、この建造コストが高コストとなるからである。また、防波堤の建造により、防波堤の内外での海水交換が行われなくなるため、防波堤の内側の湾内の水質が悪化するという問題を有している。これは、防波堤は、海水を通過させる構成を有していないためである。 Third, there is a problem that it is difficult to install the wave power generation apparatus in the coastal sea area. This is because when a breakwater is constructed in a coastal sea area where the water depth is deeper than the coastline, this construction cost becomes high. Moreover, since the seawater exchange inside and outside the breakwater is not performed due to the construction of the breakwater, the water quality in the bay inside the breakwater is deteriorated. This is because the breakwater does not have a configuration that allows seawater to pass through.
以上より、海岸線及び沿岸海域に設置する波力発電装置は、設置が進んでいない。 From the above, the installation of wave power generators installed on coastlines and coastal waters has not progressed.
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、波からエネルギーを取り出し発電を行う波力発電装置を有する波力発電システムにおいて、沿岸海域に設置可能であり、故障の発生を抑制し、且つ建造コストを抑制した波力発電システムを提供することである。また、湾内の水質の悪化等を引き起こさない波力発電システムを提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to be installed in a coastal sea area in a wave power generation system having a wave power generation apparatus that generates power by extracting energy from waves, An object of the present invention is to provide a wave power generation system that suppresses generation and suppresses construction costs. It is also to provide a wave power generation system that does not cause deterioration of water quality in the bay.
上記の目的を達成するための本発明に係る波力発電システムは、防波構造物と、該防波
構造物に設置された波力発電装置と、を有する波力発電システムであって、該防波構造物が、海底近傍から海面上方に延伸した複数のフレームを有するフレーム構造と、該フレーム構造の側面に設置され且つ開口部を有する防波板と、を有しており、該波力発電装置が、該防波板の該開口部に対応する位置に配置され且つ波により上下運動するフロートと、該フロートの上下運動を回転運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結された発電機と、を有していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a wave power generation system according to the present invention is a wave power generation system including a wave structure and a wave power generation device installed in the wave structure, The wave-breaking structure has a frame structure having a plurality of frames extending from the vicinity of the sea bottom to above the sea surface, and a wave-breaking plate installed on a side surface of the frame structure and having an opening, and the wave force A power generator is disposed at a position corresponding to the opening of the wave preventing plate and is moved up and down by waves, a conversion mechanism for converting the vertical movement of the float into a rotational movement, and connected to the conversion mechanism And a generator.
この構成により、荒天時であっても波力発電装置が破壊される事故を防止できる。これは、防波板が波の衝撃を緩衝するからである。また、波力発電システムの製造コストを抑制することができる。これは、防波構造物にフレーム構造を採用したからである。 With this configuration, it is possible to prevent an accident in which the wave power generation device is destroyed even in stormy weather. This is because the wave breaker buffers the wave shock. Moreover, the manufacturing cost of a wave power generation system can be suppressed. This is because a frame structure is adopted for the wave preventing structure.
上記の波力発電システムにおいて、前記防波構造物が、前記防波板の下方に海水の移動を可能とする空間である海水交換領域を有していることを特徴とする。この構成により、波力発電システムの陸側に静水域を形成しながら、且つ波力発電システムの海側と陸側の間における海水交換を実現することができる。これは、防波構造物が、波の衝撃を緩衝し、且つその下方に形成された海水交換領域を介して海水の移動を維持できるからである。 In the above-described wave power generation system, the wave-breaking structure has a seawater exchange region, which is a space that allows seawater to move under the wave-breaking plate. With this configuration, it is possible to realize seawater exchange between the sea side and the land side of the wave power generation system while forming a hydrostatic area on the land side of the wave power generation system. This is because the wave-breaking structure can buffer the impact of the wave and maintain the movement of the seawater through the seawater exchange region formed below the wavebreaking structure.
上記の波力発電システムにおいて、前記開口部が、前記フロートの幅に対して200%以上となる幅を有していることを特徴とする。この構成により、波力発電装置による発電効率を維持することができる。 Said wave power generation system WHEREIN: The said opening part has the width | variety used as 200% or more with respect to the width | variety of the said float, It is characterized by the above-mentioned. With this configuration, the power generation efficiency of the wave power generation device can be maintained.
波力発電装置が鉛直方向を長手方向とする胴体と、この胴体に沿って上下運動するフロートとを有していて、波力発電装置の変換機構が、フロートに設置されたフロート側磁石と、胴体内に配置され且つフロート側磁石と磁気的に結合可能に構成された胴体側磁石と、胴体側磁石に固定されたラックと、ラックに連結されたピニオンギアと、を有する構成にすることができる。 Body and, have a float moves up and down along the body, conversion mechanism of wave power apparatus, the installed float side magnet float the wave power generator is a vertical direction as the longitudinal direction When a body-side magnets arranged and float side magnet and magnetically coupled can configure the barrel body, a rack fixed to the body side magnet, a pinion gear coupled to the rack, Yu Can be configured.
この構成により、波力発電装置を防波構造物に設置する際の設計の自由度を向上することができる。これは、波力発電装置が、胴体に沿ってフロートが移動する空間を確保すれば、発電を行えるからである。また、波力発電装置が故障する可能性を低減できる。これは、胴体に水密構造を採用できるからである。 With this configuration, it is possible to improve the degree of design freedom when installing the wave power generation device on the wave-proof structure. This is because the wave power generation device can generate power if a space for the float to move along the trunk is secured. Moreover, it is possible to reduce the possibility that the wave power generation device breaks down. This is because a watertight structure can be adopted for the body.
本発明に係る波力発電システムによれば、沿岸海域に設置可能であり、故障の発生を抑制し、且つ建造コストを抑制した波力発電システムを提供することができる。また、湾内の水質の悪化等を引き起こさない波力発電システムを提供することができる。 According to the wave power generation system according to the present invention, it is possible to provide a wave power generation system that can be installed in a coastal sea area, suppresses the occurrence of a failure, and suppresses the construction cost. It is also possible to provide a wave power generation system that does not cause deterioration of water quality in the bay.
以下、本発明に係る実施の形態の波力発電システムについて、図面を参照しながら説明する。図1に本発明の実施の形態の波力発電システム1の概略図を示す。また、図2左方に波力発電システム1の正面を、図2右方に側面を示す。この波力発電システム1は、防
波構造物2と、防波構造物2に設置された波力発電装置3と、を有している。
Hereinafter, a wave power generation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic diagram of a wave power generation system 1 according to an embodiment of the present invention. Moreover, the front of the wave power generation system 1 is shown on the left side of FIG. 2, and the side is shown on the right side of FIG. The wave power generation system 1 includes a
この防波構造物2は、海底12近傍から海面11上方に延伸した複数のフレームを有するフレーム構造20と、フレーム構造20の側面に設置され且つ開口部23を有する防波板22と、を有している。このフレーム20構造は、略鉛直方向を長手方向とする複数の脚部フレーム20aと、複数の脚部フレーム20aの上方に連結され略水平方向を長手方向とする複数の上部フレーム20b、複数の中間フレーム20c及び複数の下部フレーム20dと、複数の斜材フレーム20eと、を有している。この脚部フレーム20aは、海底12に打ち込まれた杭24に被せるようにして固定されている。
This wave-
また、防波板22は、プレキャスト等のコンクリートは、鋼板等で構成することができる。更に、防波板22は、防波板の上端側が下端側に対して陸側に傾いた状態で、フレーム構造20に固定されている。
Further, the
加えて、防波構造物2は、防波板22の下方において、防波構造物2の正面及び背面の間で海水の通過を可能とする海水循環領域P1を有している(図2参照)。ここで、Fは、海水の流れる方向の1例を示している。なお、図1において、防波板22の一部を切り欠いた状態で示している。
In addition, the
波力発電装置3は、上部フレーム20bと中間フレーム20cの間に連結され、鉛直方向を長手方向とする胴体31と、胴体31に沿って上下動可能に設置されたフロート30と、を有している。このフロート30は、防波板22と海岸線の間であり、且つ防波板22の開口部23を通過した波と衝突する位置となるように配置されている。具体的には、フロート30は、防波板22に形成された開口部23よりも横幅及び高さがともに小さくなるように形成されている。また、図示していないが、波力発電装置3は、フロート30の上下運動を回転運動に変換する変換機構と、変換機構に連結された発電機と、を有している。
The wave
次に、波力発電システム1の作動について説明する。まず、通常時の波力発電システム1の作動について説明する。防波構造物2は、防波板22で波の衝突を受け、消波する。また、波力発電装置3は、開口部23を通過した波のエネルギーをフロート30で受け、フロート30の上下運動を変換機構から発電機に伝達して発電を行う。この発電機は、例えば胴体31の内部やフレーム構造20の一部に設置することができる。
Next, the operation of the wave power generation system 1 will be described. First, the operation of the normal wave power generation system 1 will be described. The wave-breaking
次に、荒天時の波力発電システム1の作動について説明する。荒天時には、発電に必要となるエネルギー量を超えるエネルギーを有した波が、波力発電システム1に到来する。このとき、防波構造物2の防波板22は、波の衝突を受け、この波の多くのエネルギーを消失させる。特に、防波板22は、フロート30の上方に被るような波を、防波板22の上部で消波する。また、防波板22は、海面より下方の中間層を移動する海水のエネルギーを、防波板22の下部で緩衝する。ここで、荒天時の波は、海面のみでなく、中間層においても海水が大きなエネルギーを有した状態で移動するため、防波板22の下部による緩衝は有効である。
Next, the operation of the wave power generation system 1 during stormy weather will be described. During stormy weather, a wave having energy exceeding the amount of energy required for power generation arrives at the wave power generation system 1. At this time, the wave-breaking
このとき、フロート30は、開口部23を通過する波のみを利用して、発電を継続するように制御されてもよい(荒天時発電制御)。また、フロート30は、固定具により胴体31に固定され、開口部23を通過する波を消波する防波壁として機能するように制御されてもよい(荒天時防波制御)。
At this time, the
上記の構成により、波力発電システム1は、以下の作用効果を得ることができる。第1に、荒天時に波力発電装置3のフロート30等が破壊される事故を防止することができる
。これは、防波板22が、波の衝撃を緩衝するからである。特に、フロート30の上方に被るような波を防波板22の上部で効果的に防止できるため、波力発電装置3の故障の発生等を防止することができる。また、フレーム構造20の採用により、海水循環領域P1への海水の流れ込みが発生し、開口部23を通過する海水の流速が上昇する等の問題が生じないため、フロート30等が破壊される事故を防止することができる。
With the above configuration, the wave power generation system 1 can obtain the following effects. First, it is possible to prevent an accident in which the
第2に、波力発電システム1の製造コストを抑制することができる。これは、フレーム構造20で構成された防波構造物2の採用により、従来の防波堤等、海底まで続くコンクリート構造物を設置する必要がないからである。特に、水深が深い場所であっても、脚部フレーム20aの長さの調整により、波力発電システム1を容易且つコストを抑制しながら設置することができる。
Second, the manufacturing cost of the wave power generation system 1 can be suppressed. This is because it is not necessary to install a concrete structure that extends to the sea floor, such as a conventional breakwater, by adopting the
第3に、波力発電システム1の陸側に静水域を形成しながら、且つ波力発電システム1の海側と陸側の間における海水交換を実現することができる。これは、波力発電システム1の防波構造物2が、波の衝撃を緩衝し、且つその下方に形成された海水交換領域P1を介して海水の移動を維持できるからである。
Third, seawater exchange between the sea side and the land side of the wave power generation system 1 can be realized while forming a hydrostatic area on the land side of the wave power generation system 1. This is because the wave-breaking
具体的には、図3に、波力発電システム1の設置例を示す。波力発電システム1は、海岸線50から離れた沿岸部に設置されている。この波力発電システム1と海岸線50(陸側)の間には、静水域P2が形成される。この静水域P2は、波力発電システム1の海水交換領域P1を介して海水を循環させることができる。そのため、静水域P2には、例えば養殖用イケス52等を設置することが可能となる。なお、51は、海岸線50に設置された突堤51を示している。
Specifically, FIG. 3 shows an installation example of the wave power generation system 1. The wave power generation system 1 is installed in a coastal area away from the
第4に、波力発電システム1をあらゆる場所に設置することができる。これは、波力発電システム1の陸側は、静水域P2が形成されるのみで、海水交換が維持されるため、海洋環境に与える負荷が小さいからである。 Fourth, the wave power generation system 1 can be installed in any place. This is because, on the land side of the wave power generation system 1, only the hydrostatic area P2 is formed and the seawater exchange is maintained, so the load on the marine environment is small.
なお、フレーム構造20の構成は、上記に限られず、防波板20を支持可能な構造であり、且つ海水交換領域P1を形成できる構造であればよい。
In addition, the structure of the
図4に、波力発電システム1が有する波力発電装置の例を示す。図4左方の波力発電装置3は、波により胴体31に沿って上下運動するフロート30と、フロート30の上下運動を回転運動に変換する変換機構32と、変換機構32に連結された発電機33と、を有している。変換機構32は、フロート30に設置されたラック38と、ラック38の直進運動を受けて回転するピニオンギア39と、を有している。このピニオンギア39は、その回転力を発電機33に伝達するように構成されている。この波力発電装置3は、フロート30の上下運動に伴い、ラック38が上下運動し、ピニオンギア39が回転するように構成されている。
In FIG. 4, the example of the wave power generator which the wave power generation system 1 has is shown. The wave
この構成により、波力発電システム1の波力発電装置3を低コストで製造することが可能となる。これは、従来の変換機構32を利用することができるからである。
With this configuration, the wave
図4右方に、異なる実施例の波力発電装置3Aを示す。この波力発電装置3Aの変換機構32Aは、フロート30に設置されたフロート側磁石36と、胴体31内に配置され且つフロート側磁石36と磁気的に結合可能に構成された胴体側磁石35と、胴体側磁石35に固定されたラック38Aと、ラック38Aの直進運動を受けて回転するピニオンギア39Aと、を有している。
The wave
この波力発電装置3Aは、フロート30の上下運動に伴い、フロート側磁石36が上下
運動し、この上下運動が磁気結合により胴体側磁石35に伝達されるように構成されている。また、波力発電装置3Aは、胴体側磁石35の上下運動を、例えば、ラック38A及びピニオン39Aを介して、発電機33に伝達するように構成されている。
The
この構成により、波力発電システムは、以下の作用効果を得ることができる。第1に、波力発電装置3Aを防波構造物2に設置する際の設計の自由度を向上することができる。これは、波力発電装置3Aが、胴体31に沿ってフロート30が移動する空間を確保すれば、発電を行えるからである。つまり、波力発電装置3Aは、図4左方に示すように、ラック38が胴体31の上方に突出するような構成を有さないため、防波構造物2に設置する際の制限が生じにくい。
With this configuration, the wave power generation system can obtain the following effects. 1stly, the freedom degree of design at the time of installing
第2に、波力発電装置3Aが故障する可能性を低減できる。これは、胴体側磁石35及びフロート側磁石36による磁気結合の利用により、胴体31に水密構造を採用し、胴体31の内部の発電機33等に水がかからない構造を容易に実現できるからである。つまり、波力発電装置3Aは、図4左方に示すように、胴体31にラック38を貫通させる開口部を形成する必要がないため、海水や雨水等が胴体31内への侵入することを防止できる。
Secondly, the possibility that the wave
なお、波力発電装置3Aは、磁気結合の代わりに、電磁誘導を利用して発電を行う構成とされてもよい。この構成により、上記と同様の作用効果を得ることができる。また、波力発電装置が、水平方向を長手方向とする胴体と、この胴体を中心軸として上下方向に回転運動するフロートと、を有していてもよい(Salter Duck)。
The wave
図5左方に、波力発電システム1の正面を示す。防波構造物2を構成する防波板22は、防波板上部22aと、防波板上部22aの両端から下方に延伸した2つの防波板側部22bと、2つの防波板側部22bの下方を連結するように形成された防波板下部22cと、防波板上部22a、防波板側部22b及び防波板下部22cに囲まれた領域である開口部23と、を有している。
The front of the wave power generation system 1 is shown on the left side of FIG. The
この開口部23の幅Lpは、フロート30の幅Lfよりも大きく形成されており、望ましくは、フロート30の幅Lfに対して200%以上300%以下の幅とする。開口部23の幅Lpが、前述よりも小さすぎるとほとんどの波が開口部23を通過せず、フロート30に十分な波のエネルギーが伝達されず、発電効率が低下してしまう。つまり、開口部23の幅Lpが、フロート30の幅Lfに対して200%以下の場合は、フロート30の近傍における波の振幅が小さくなってしまい、フロート30の幅Lfに対して200%以上の場合は、フロート30の近傍における波の振幅は防波板22を設置しない場合と同程度となる。他方で、開口部23の幅Lpが、前述よりも大きすぎると防波板22にもフロート30にも衝突せず通過してしまう波が多くなり、防波構造物2による防波性能が低下してしまう。 また、開口部23の高さHpは、平均潮位WLに対して、鉛直方向に±4m程度、望ましくは±3m程度とする。この開口部の高さHpは、その地点で発生する波の振幅により適宜決定される。例えば、日本近海では、波の振幅は、±2m以内に収まることが多く、この場合は、開口部の高さHpは平均潮位面WLに対して±3mとすることが望ましい。これに対して、フロートの高さHfは任意に決定することができる。このフロートの高さHfは、波力発電装置3の発電容量等をパラメータとして決定される。具体的には、例えば図5に示したフロート30は、幅Lfを4.5mとし、高さHfを4.0mとすることができる。
The width Lp of the
図5右方に異なる実施例の波力発電システム1Bの正面を示す。この波力発電システム1Bの防波構造物2Bは、防波板下部22cが取り除かれ、開口部23の下方を開放するように構成されている。この構成により、海水交換領域P1を拡大し、積極的な海水循環
を実現することができる。特に、波力発電システムが、水深の浅い領域に設置される際に上記の防波構造物2Bの構成は有利である。これは、荒天時であっても水深が浅い領域では、中間層を移動する海水のエネルギーがそれほど大きくないためである。また、開口部23の下方を開放する構成により、防波板22の製造コストを抑制することができる。
The front of the wave
なお、図5において便宜上、防波板22を複数に分割して名称を付したが、防波板22は一体に成形されてもよく、複数に分割して成形されたものを連結する構成としてもよい。
In FIG. 5, for the sake of convenience, the
図6に、異なる実施例の波力発電システム1Cの正面を示す。この波力発電システム1Cは、複数(例えば2つ)のフロート30に対して、1つの開口部23Cを有する防波板22Cを設置している。この構成により、フロート30の設置数を増加できるため、波力発電システム1Cの発電容量を増加することができる。また、フロート30同士の間隔を接近させることができるため、発電効率を向上することができる。
FIG. 6 shows a front view of a wave power generation system 1C according to another embodiment. In this wave power generation system 1C, a plurality of (for example, two) floats 30 are provided with a
更に、この防波板22Cは、開口部23の下方を開放しない構成としながら、他方で防波板22Cの下方を短く構成している。この構成により、防波板の下部で中間層の波のエネルギーを緩衝する一方で、積極的な海水循環を実現することができる。
Further, the
なお、図6に示した開口部23Cにおける開口部23の幅Lpは、フロート30の幅Lfの400%以上500%以下の範囲となるように構成することが望ましい。発電効率を低下させずに且つ防波性能を低下させないためである。また、3つ以上のフロート30に対して、1つの開口部を有する防波板を設置する構成としてもよい。この構成により、更に、発電容量を増加させて、発電効率を向上することができる。
Note that the width Lp of the
1、1B、1C 波力発電システム
2、2B、2C 防波構造物
3、3A 波力発電装置
11 海面
12 海底
20 フレーム構造
22 防波板
23 開口部
30 フロート
31 胴体
32 変換機構
33 発電機
35 胴体側磁石
36 フロート側磁石
P1 海水交換領域
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該防波構造物が、海底近傍から海面上方に延伸した複数のフレームを有するフレーム構造と、該フレーム構造の側面に設置され且つ開口部を有する防波板と、を有しており、
該波力発電装置が、該防波板の該開口部に対応する位置に配置され且つ波により上下運動するフロートと、該フロートの上下運動を回転運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結された発電機と、を有していることを特徴とする波力発電システム。 A wave power generation system having a wave prevention structure and a wave power generation device installed in the wave prevention structure,
The wave-breaking structure has a frame structure having a plurality of frames extending from the vicinity of the sea floor to above the sea surface, and a wave-breaking plate installed on a side surface of the frame structure and having an opening,
The wave power generation device is disposed at a position corresponding to the opening of the wave preventing plate and moves up and down by waves, a conversion mechanism that converts the vertical movement of the float into a rotational movement, and a conversion mechanism A wave power generation system comprising: a coupled generator;
前記波力発電装置の前記変換機構が、前記フロートに設置されたフロート側磁石と、前記胴体内に配置され且つ該フロート側磁石と磁気的に結合可能に構成された胴体側磁石と、該胴体側磁石に固定されたラックと、該ラックに連結されたピニオンギアと、を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の波力発電システム。 The wave power generation device has a trunk whose longitudinal direction is the vertical direction, and the float that moves up and down along the trunk,
The conversion mechanism of the wave power generator includes a float-side magnet installed on the float, a fuselage-side magnet disposed in the fuselage and configured to be magnetically coupled to the float-side magnet, and the fuselage The wave power generation system according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a rack fixed to the side magnet; and a pinion gear connected to the rack.
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