JP7514416B2 - ソーラー補助電源 - Google Patents

Description

本発明は電気機械デバイスである。本発明の一般的な発明概念は概して、原動機に関連しており、機械を駆動するため、特に発電するために、多くの産業用途に使用され得る。

（関連技術の記載）
自動化の探求が始まって以来、原動機として使用される多くの発明があり、それらは主に、機械を操作するための駆動力として使用できる、リソースからの何らかの形のエネルギーを機械的エネルギーに変換する。それらは、自然に利用できる、または他の原材料から得られる僅かなリソースに依存している。浮力と重力に基づいた先行技術がいくつか存在する。さらに、本発明は、発電プロセスにおける全体の効率を最大化する新規な方法を開示する。

関連先行技術のいくつかは、以下を含む：米国特許２００９／００９１１３５Ａ１－地下水流から電力を生成するための装置および方法米国特許４，５２７，６１８－ヒートポンプアシスト付きの太陽エネルギー貯蔵および配電システム米国特許２０１０／０２０７３８８Ａ１－補助電源米国特許２０１１／０１１７９７４Ａ１－ポータブル電子デバイス用の補助アクセサリシステム米国特許２０１１／０１０９０９１Ａ１－逆回転潜流発電機

技術的課題
これらのエネルギー変換プロセスで使用されるリソースに関連するいくつかの不利な点があり、リソースが、再生可能ではない、めったに利用できない、季節に依存する、環境に優しくない、危険である、放射性である、汚染されやすいなどのような従来技術によって展開されている。時間の経過とともに、それらは原リソースを消費し、枯渇させる。再生可能なものでさえ、これまでに生産され得るよりも速い速度で消費される。従来技術のいくつかは、水の浮力と重力を利用して、電気を発生させるエミッションフリー機構を開示している。しかし、それらのほとんどは、実用化する際の技術的な困難のため、機能しない。
（課題を解決するための手段）

本発明は、上記の欠点のほとんどを克服し、無公害で多種多様の効率の高い解決策を提供します。さらに、従来の技術では波エネルギーコンバーターのように断続的に駆動を生産するものもあったが、本発明では原動機のように連続的で安定した駆動を実現している。本発明は、重力および浮力に基づく発電システムにおける比重に基づく効率および出力の改善を開示する。

進歩性
本発明は、「比重」として知られる材料の単一の特性にすべて基づいた３つの主要な進歩性を開示し、以下にそれらを個別に説明する。

（ｉ）高効率機能：「比重」に基づき、実験的に選ばれた所定の比重値を持つ特定の成分を選択することで、システム全体の効率が大幅に向上する。サイドタンク３０内の流体媒体とアーム負荷パック２６の両方に同じ「比重」を持たせることで、サイドタンク３０内にあるアーム負荷パック２６の全重量が無効となり、メインシャフト上の最適なトルク、ひいては最適な電気出力が得られる。つまり、車輪の左側ではすべてのアーム負荷パックの重量が完全に無効化されるのに対し、車輪の右側ではアーム負荷パック２６の全重量が常にメインシャフト４８に高トルクを及ぼしている。

（ｉｉ）出力乗算可能機能：進歩性（ｉ）と併せて、前記成分の「比重」が単独で増加すると、電気出力に比重の増加量が乗じられる。つまり、進歩性（ｉ）が実装されるシステムでは、上記成分の「比重」が「Ｘ」倍に増加すると、その変化だけでトルク出力、つまり電気出力が「Ｘ」倍に増加する。

（ｉｉｉ）高スケーラビリティ機能：アーム負荷パック２６の質量が単独で増加すると、進歩性（ｉ）と併せて、メインシャフト上のトルクが増加し、それによって電気出力が線形に増加する。つまり、進歩性（ｉ）が実装されるシステムでは、アーム負荷パック２６の質量が「Ｘ」倍増加すると、その変化だけでメインシャフト４８のトルク出力が「Ｘ」倍増加し、それによって電気出力が「Ｘ」倍高くなる。その変化だけで電気出力が１：１増加することになる。

技術的効果
第１の進歩性を実装することにより、以下のような技術的効果が得られ、「高効率化機能」が発現する。サイドタンク３０内の流体媒体とアーム負荷パック２６の両方について同じ所定の比重を有することで、一連の技術的効果をもたらす、つまり、サイドタンク３０の内部では、重力と浮力との間の相互作用が互いに打ち消し合い、それによってサイドタンクの内部にあるアーム２２の端部にかかるアーム負荷パック２６の全重量が無効になり、一方で、重力はアーム負荷パック２６の全重量に作用し、サイドタンク３０の外側にあるアーム２２の他端を下方に引っ張ることができる。これにより、アーム２２の端部のアーム負荷パック２６間の位置エネルギーレベルの差が生じる。これらの技術的効果により、車輪構成のメインシャフト４８に接続されたそのアーム２２にアンバランスが生じる。複数のそのようなアームがメインシャフト４８に接続されており、それらの単一のもののそれぞれが上記で説明した技術的効果を経ることで、すべてのアーム２２がメインシャフト４８に集合的に効果を与え、それによりアンバランスを引き起こし、車輪構成全体に継続的な回転を与える。

前記成分に対してより高い比重値を使用することによって第２の進歩性を実装すると、上記で得られた出力に比重倍の増加がさらに乗算される。

第３の進歩性を実装すると、前記アーム負荷パック２６の質量を増加させることにより、出力トルクが増加し、それにより電気出力が質量倍の増加分だけ増加する。この効果は、アーム負荷パック２６で増加する質量の量に関係なく発生する。なぜなら、アーム負荷パック２６の質量に関係なく、その全重量はサイドタンク３０内で完全にゼロになるからである。

このような複数のアームによる技術効果とマニホールドの効率向上の集合的な努力により、「浮力と重力」に基づく発電システムに特有のいくつかのマイナス要因を解消し、例えば、このシステムでは、静水圧、抗力、水抵抗、および摩擦などは全く無視できる。

有利な効果
本発明の主な利点は、無公害で持続可能な方法で電気を生成することである。本発明は、ゼロエミッションを誇る。もうひとつの利点は、本発明は拡張性が高く、大規模なセットアップで産業界の電力需要に対応できることである。さらにもう１つの利点は、本発明は、原リソースをリサイクルすることで、持続可能で自己再生が可能である。さらに、本発明は、安定して高いエネルギー効率で動作するという利点もある。

図面は、本明細書の一部の構成要素となり、様々な形態で具現化され得る、本発明に対する例示的な実施形態を含む。理解を容易にするために、本発明の様々な態様を誇張または拡大して示している場合があることを理解していただきたい。

先行技術文献ＵＳ２００９００９１１３５Ａ１における、「水面下の水流を利用した発電装置および方法」を示す。これは、そのような構造の不安定さ、信頼性の低さ、不経済な性質と、それに伴う固有かつ避けられない断続的な問題を示す。

補助電源、複数のアーム２２およびサイドタンク３０を備えた「車輪構成」の斜視図を示す。

フィーダーゲート４０およびフィーダーゲートスライド４１を備えたフィーダボックスの斜視図を示す。

流体が出入りするのに十分な開口部を有するアーム負荷アセンブリの拡大図を示し、浮力が十分に作用できるようにそこに吊り下げられたアーム負荷パック２６を示す。

ガイドスロット４５を備えた流体媒体を収容するサイドタンク３０の断面図を示す。

成分のリスト
アーム２２

アーム負荷２４

アーム負荷外側カバー２５

アーム負荷パック２６

アーム負荷マウントフレーム２７

アーム負荷サイドカバー２８

アーム負荷パック取り付け部２９

サイドタンク３０

底タンク３２

フィーダーボックス３８

フィーダーゲート４０

フィーダーゲートスライド４１

フィーダーバルブ４２

フィーダードア４４

ガイドスロット４５

ガイドスロットシール４６

シャフト４８

水レベル制御ボックス５０

ギアボックス５４

シャフトマウント５６

発電機６０

最良の態様
本発明の最良の態様は、以下に説明する本発明の好ましい実施形態を含む。本発明の主な目的は、電気を生成することである。さらに、光センサー、水レベルセンサー、自動ゲートバルブ、ベルトドライブおよびチェーンドライブなどの機能を追加することも本発明において可能である。本発明は、硬くまたは緩く結合されたアーム負荷で強化され得る。アーム負荷は、直線的または非直線的ガイドトラックやまたはプロファイル経路を移動するように配置され得る。さらに、アーム負荷は、正転、逆転、往復およびパルスモードで動くように制御され得る。

３つの主要な進歩性については、「進歩性」のセクションで詳しく説明する。前記所定の比重値は、用途に応じて異なり得る。所定の比重は２つの方法で達成され得る。一部のアプリケーションでは、要件を満たす適切な比重値を選択するためにいくつかの実験を行う必要があり、場合によっては、すぐに入手できる流体媒体の比重を測定する。したがって、全体的な最良の態様は、アーム負荷パック２６とサイドタンク内の流体媒体の両方に同じ所定の「比重」値を使用することである。以下に説明する本発明の最良の実施形態では、サイドタンク３０内の流体およびアーム負荷パック２６内の流体には、比重が１の通常の水道水が使用される。
構成要素のリスト

本発明では、複数のアーム２２およびアーム負荷２４を備えた車輪構成を「車輪」と略記する。クランクシャフト４８は、メインシャフト４８と互換的に呼ばれることがある。サイドタンク３０に充填される液体物質は、要求に応じて、水または任意の液体のような物質とし得る。また、アーム負荷パック２６は、互換的に単に「液体パック」と呼ばれることもある。

図２に示す「車輪構成」は、本発明の必須構成要素を取り付けるための基本フレームワークを提供する。それは、参照図に示すものに近い一般的な車輪構成にすることができます。車輪の中心からは複数のアームが２２伸びている。各アーム２２の端部には、アーム負荷パック２６を含むアーム負荷２４が取り付けられている。

図４に示すように、「アーム負荷２４」は、アーム負荷パック２６を保護するためのサイド開口部を備えた剛性ケーシングを提供し、サイド開口部は流体がアーム負荷２４の内部に入るのを可能にするために必要であり、その結果、流体からの浮力がアーム負荷パック２６に作用することができ、そして、重力による機械的エネルギーが車輪を回転させることが容易になる。アーム負荷サイドカバー２８は、アーム負荷パック２６のアーム負荷取り付け部２９を提供し、それがフィーダーボックス３８とサイドタンク３０の中を移動する間、アーム負荷パックの保護を提供する。アーム負荷２４は、複数の自由度を組み込むように構築され得る。アーム負荷パックは、水、任意の液体、ゲル、任意の類似の材料、または流体媒体を形成するこれらの材料の組み合わせを含み得る。液体のようなアーム負荷材料は、実験統計および要求に基づいて、所定の比重を有するように選択され得る。ここで説明する最良の実施形態では、比重１を有する通常の水道水がアーム負荷パック２６の内部で使用される。このようなアーム負荷パック２６は、通常の水道水を含む完全に密閉された液体パックである。

図３に示すように、サイドタンク３０の底部に「フィーダーボックス３８Ｂ」が取り付けられており、それがサイドタンク３０の底からアーム負荷をサイドタンク３０内に送り込む。このフィーダボックス３８Ｂは、サイドタンク３０の外側からサイドタンク内の流体媒体内へアームをナビゲートするという重要な役割を果たす。フィーダーボックス３８Ｂは、アーム負荷２４を捕捉してガイドするフィーダーゲート４０を有する。フィーダーゲート４０は、電子的に制御され得る、またはアーム負荷２４プロファイルに沿ってスライドするバネが負荷されたフィーダーゲートスライダー４１を使用して制御され得る。フィーダーボックス３８Ｂおよび３８Ｔは、車輪を回転させながらアーム２２をガイドするためのガイド付きスロット４５を有する。フィーダーボックス３８Ｔは、アーム間の重量バランスをさらに調整する必要がある場合に、任意で使用され得る。

図５に示すように、上フィーダーボックス３８Ｔと底フィーダーボックス３８Ｂとの間に位置する「サイドタンク」３０は、１または複数のガイド付きスロット４５を有する。これは、アーム負荷２４がサイドタンク３０内を移動する際に、アーム２２を収める目的で使用される。ガイド付きスロット４５は、底タンク３２に回収されるサイドタンク３０材料の漏れを最小限にするために、漏れないようにする必要がある。底タンク３２は、サイドタンク、フィーダーボックス３８、およびアーム負荷２４からの漏れおよびこぼれを回収するために使用される。

図２に示すように、電気エネルギーを生成するという最終目的を達成するためには、太陽パネル、ギアボックス５４および発電機６０などの追加部品が必要となる。太陽パネルはバッテリーバックアップの充電に使用され、そのバッテリーバックアップは掘削井戸からサイドタンク３０に水を送り込むのに使用される。水レベル制御ボックス５０は、サイドタンク３０、および底タンク３２からの水レベルを感知して、サイドタンク３０の水を予め設定された水レベルまで補充する。本明細書で使用されるリサイクルポンプは、サイドタンク３０の端から漏れ出た水をポンプで戻すために間欠的にのみ作動する。本発明が生成する電力量と比較して、消費電力は非常に少ない。ソーラーパネルと充電式電池のセットアップを使用する代わりに、このリサイクルポンプは、本発明によって生成されるそれ自体の出力電力から電力を直接消費することができる。

上で説明した成分を使用して本発明を実装するために必要な必須の手順をこのセクションで説明する。図２に示すように、メインシャフト４８はシャフトマウント５６にしっかりと設置されている。複数のアーム２２と、アーム負荷パック２６を吊り下げたアーム負荷２４とを備えた上記形成された「車輪構成」は、車輪の中心のメインシャフト４８の一端に取り付けられる。最後に、サイドタンク３０内に流体、この場合は水が満たされる。水がサイドタンク３０内に満たされると、本発明に開示された進歩性による一連の技術的効果が生じ始める。
得られる結果

本発明では、複数のアーム２２とアンバランスなアーム負荷２４を備えたマルチアーム車輪構成により、ガイドトラックに沿って回転する車輪構成に不均衡が生じる。アーム負荷２４は、フィーダーボックス３８Ｂに供給され、取り付けられたサイドタンク３０内を循環する。フィーダーボックスは、フィーダーボックス３８内のアーム２２の動きを、トレッドガイドを使って規制する。アーム負荷パック２６に作用するアーム２２の一端の浮力はその全重量を無効にし、アーム２２の他端においてアーム負荷パック２６に重力を与えることにより、図２に示すように、車輪構成全体が時計回りに回転し続ける。サイドタンク３０の水レベルはセンサーで監視されており、サイドタンク３０は底タンク３２からあらかじめ設定されたレベルまで充填され、必要に応じて水井戸から追加充填される。すべてのアーム２２は、車輪の中心にあるクランクシャフト４８に取り付けられている。これらの技術的効果を経た複数のアームが集合的に車輪を回転させ、車輪が回転することで、ギアボックス５４に取り付けられたシャフト４８をクランクさせる。ギアボックス５４は電子的に制御され、発電機６０に一定のクランクを与える。結果、発電機６０は電気エネルギーを供給する。アーム負荷２４を変えることで、発電量を調整し得る。したがって、本発明は、無公害で持続可能な方法で発電するという目標を達成する。

代わりの実施形態
いくつかの代わりの実施形態は、以下の追加の特徴を含むことができる：メインシャフトに車輪を追加して、発電機のクランクパワーを大きくし得る、システムの効率を上げるために、必要に応じて様々なアームプロファイル設計を採用し得る、液体の流れを制御するために、フィーダーボックスの代わりにミニまたはマイクロレベルゲートを使用し得る、フィーダーボックスにセンサーを増設し、アームの追跡とそれに伴う制御機構を強化し得る、比重の異なるゲルまたは他の材料などの異なるアーム負荷材料を使用し得る、直線的または非直線的ガイド経路を動くようにアーム負荷を配置し得る、複数の自由度を有する車輪にアーム負荷を接続し得る。

本発明の限定
重力は、本発明の原動機動作に対する唯一の必須要件である。重力の存在により、流体媒体内の浮力が失われる。

（産業上の利用可能性）
本発明の主な用途は、発電機を駆動して電気を生成することである。それは拡張性に優れ、小型の家電製品から大型の産業機械まで、様々な機械に電力を供給することができる。本発明は、拡張性が高く、ゼロカーボンで、ゼロエミッションで、持続可能で高効率な機械である。本発明は、電力網にアクセスできない遠隔地でも設置可能である。さらに、この発明は、農業機械、機関車、および重機などの機械を直接駆動するために使用され得る。太陽光および風力エネルギーに基づく発電システムとは異なり、本発明には季節依存性や断続性がなく、同じ小さなフィート長内に積み重ねて、２４時間３６５日継続的により多くの電力出力を供給することができる。

本発明はエネルギーを生成しない。それは重力エネルギーの一部を機械エネルギーに変換するだけであり、その後、発電機を駆動する前記機械エネルギーによって電気エネルギーに変換される。入力エネルギーは進歩性を利用して重力エネルギーから得られ、最終的には電気エネルギーに変換される。したがって、本発明には静的平衡が欠けているため、エネルギー保存則に従い、車輪構成の持続的な回転が自然に開始される。本発明によって明らかにされる現象は、一種の動的平衡である。

Claims (10)

1. 電源を供給するための発電機を駆動するために使用される、重力、浮力、および物質の比重によって生じる位置エネルギーレベルの差に基づいて動作する原動機機構を備え、それによってメインシャフト（４８）に大きなトルクを与えるクリーンエネルギー電気機械デバイスであって、
   クランクシャフト（４８）の回転に応じて回転するように、前記クランクシャフト（４８）に接続され、かつ前記クランクシャフト（４８）から離れる方向に延びる複数のアーム負荷（２４）に接続された端部を備える複数のアーム（２２）を有する車輪構成と、
   電力を生成するために、一端がギアボックス（５４）を介して発電機（６０）に接続されたクランクシャフト（４８）と、
   複数のアームの回転に伴ってサイドタンクに取り付けられたフィーダーボックス（３８）を介して前記サイドタンク（３０）に出し入れするために、前記複数のアーム（２２）のそれぞれの端部に接続されたアーム負荷パック（２６）をそれぞれ含む複数のアーム負荷（２４）と、を備える、クリーンエネルギー電気機械デバイス。
2. 前記アーム負荷パック（２６）は、前記サイドタンク（３０）内の前記アーム負荷パック（２６）の全重量を無効にすることにより、比重倍の増加分を電気出力に乗算する、高比重の流体媒体を使用する出力倍増機能と併せて、重力浮力に基づくシステムの全体的な効率を向上させるための、所定の全体比重を有する、相、すなわち固体、液体および気体の１以上の組み合わせの材料を有する複合材料である、請求項１に記載のクリーンエネルギー電気機械デバイス。
3. 多自由度を有する前記複数のアーム負荷（２４）であって、前記アーム負荷パック（２６）は、請求項［２］に記載のアーム負荷材料を含み、アーム負荷パック取り付け部（２９）を使用して配置されて、前記サイドタンク（３０）内でそれらが維持され得、前記アーム負荷パック（２６）に作用する前記浮力を維持してその重量を完全に無効にするために、請求項［２］と同じ所定の比重を有する流体媒体が充填される、請求項１に記載のクリーンエネルギー電気機械デバイス。
4. アーム（２２）とアーム負荷（２４）をそれぞれ前記サイドタンクに出入りするようにガイドし、アーム負荷サイドカバー（２８）と、前記サイドタンク（３０）内の流体媒体が自由に出入りするのに十分な開口部を他のサイドに備えた前記アーム負荷パック（２６）をナビゲートするために、前記フィーダーボックス（３８Ｂ）は底部にあり、別のオプションのフィーダーボックス（３８Ｔ）は前記サイドタンク（３０）の上部、ガイド付きスロット（４５）の端部にある、請求項１に記載のクリーンエネルギー電気機械デバイス。
5. 最大電気出力をもたらすために、前記アーム負荷パック（２６）から最大の真下の重力力を発揮するための、前記車輪構成の垂直配向を有する前記電気機械デバイスは、前記重力および浮力がその最良の効果を発揮するために不可欠である、請求項１に記載のクリーンエネルギー電気機械デバイス。
6. 前記電気機械デバイスは、堅牢性を向上させるために、サイズ変更されたより強力なアーム（２２）およびアーム負荷（２４）のアーム負荷パック（２６）を備える追加のアーム負荷（２４）を搭載することにより、高スケーラビリティ機能を実装するために、アーム（２２）、アーム負荷（２４）の範囲のサイズ変更、およびアーム負荷パックの質量の増加（２６）を伴う、大規模なセットアップを備える、請求項１に記載のクリーンエネルギー電気機械デバイス。
7. 速度制御機構を備えた前記電気機械デバイスであって、前記アーム負荷パック（２６）の質量の微妙な変動により前記アーム負荷パック（２６）に加わる請求項［５］に記載の重力の不一致を自動的に調整して、一定した出力電力を生成するために、ギアボックス（５４）セットアップを使用して、一定に規則正しい駆動を前記発電機（６０）に提供する、請求項１に記載のクリーンエネルギー電気機械デバイス。
8. 前記電気機械デバイスは、請求項［４］に記載のプロファイルアーム（２２）を備える流体リサイクル構成と、底タンク（３２）および、水レベル制御ボックス（５０）によって断続的に作動することができ、漏洩した流体を収集して前記サイドタンク（３０）にそれをポンプで戻すための水リサイクルポンプを備えるリサイクル機構とを備える、請求項１に記載のクリーンエネルギー電気機械デバイス。
9. 前記原動機機構は、比重ベースの効率向上により動作し、高効率かつ高スケーラビリティ機能を備えて、出力倍増機能とともに安定した電力を生成する、請求項１に記載のクリーンエネルギー電気機械デバイス。
10. 流体の漏れの量を最小限に抑え、それによって請求項［８］に記載のリサイクルポンプによって消費される電力を最小限に抑えるために、請求項［４］に記載のフィーダーボックス（３８）およびガイド付きスロット（４５）は、漏れ防止構造を有する前記ガイド付きスロット（４５）の縁に沿ってガイド付きスロットシール（４６）で密封されている、請求項１に記載のクリーンエネルギー電気機械デバイス。
    

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