(57)【要約】【課題】ジャイロ効果を利用して発電することができる発電装置を提供する。【解決手段】第１支持部材１１が、回転体１の回転軸と平行な回転軸を中心として回転可能に、基部１４に設けられている。第２支持部材１２が、第１支持部材１１の回転軸に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に、第１支持部材１１に設けられている。回転部材１３が、第２支持部材１２の回転軸に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に、第２支持部材１２に設けられている。制御部１５が、回転部材１３および第１支持部材１１によるジャイロ効果により第２支持部材１２の回転が加速されるとき、第１支持部材１１の回転体１に対する回転を固定し、ジャイロ効果により第２支持部材１２の回転が減速されるとき、第１支持部材１１の回転体１に対する回転の固定を解除する。発電部１６が、第２支持部材１２が加速されて獲得したエネルギーを回収して発電する。【選択図】図２
2010136601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部（１４）と、
前記基部（１４）に対し回転軸（２２,２５）を中心として回転可能に設けられた第１支持部材（１１）と、
前記第１支持部材（１１）の回転軸（２２,２５）に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に前記第１支持部材（１１）に設けられた第２支持部材（１２）と、
前記第２支持部材（１２）の回転軸に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に前記第２支持部材（１２）に設けられた回転部材（１３）と、
前記第１支持部材（１１）を前記基部（１４）に対して選択的に固定または固定解除可能な制御部（１５）と、
前記第２支持部材（１２）の回転エネルギーで発電する発電部（１６）とを、
有することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
回転体（１）に固定可能な基部（１４）と、
前記回転体（１）の回転軸と平行または交差する回転軸（２２,２５）を中心として回転可能に前記基部（１４）に設けられた第１支持部材（１１）と、
前記第１支持部材（１１）の回転軸（２２,２５）に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に前記第１支持部材（１１）に設けられた第２支持部材（１２）と、
前記第２支持部材（１２）の回転軸に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に前記第２支持部材（１２）に設けられた回転部材（１３）と、
前記回転部材（１３）および前記第１支持部材（１１）の回転によるジャイロ効果により前記第２支持部材（１２）の回転が加速されるとき、前記第１支持部材（１１）を前記基部（１４）に固定し、前記回転部材（１３）および前記第１支持部材（１１）の回転によるジャイロ効果により前記第２支持部材（１２）の回転が減速されるとき、前記第１支持部材（１１）の前記基部（１４）への固定を解除する制御部（１５）と、
前記第２支持部材（１２）が加速されて獲得したエネルギーを回収して電気として取出可能に構成された発電部（１６）とを、
有することを特徴とする発電装置。
【請求項３】
前記回転部材（１３）は一定の角速度で回転するよう設けられ、
前記発電部（１６）は、前記制御部（１５）が前記第１支持部材（１１）の固定を解除している間、前記第１支持部材（１１）および／または前記第２支持部材（１２）の回転エネルギーを回収する回収手段（３４）と、前記制御部（１５）が前記第１支持部材（１１）を固定するとき、前記第１支持部材（１１）が前記制御部（１５）による固定解除前の回転速度と同じ回転速度になり、前記第２支持部材（１２）が加速前の回転速度になるよう、前記回収手段（３４）で回収したエネルギーから前記第２支持部材（１２）にエネルギーを供給可能に構成された供給手段（３５）とを有し、前記回収手段（３４）で回収したエネルギーのうち、前記供給手段（３５）によりエネルギーを供給した後に残ったエネルギーを電気として取出可能に構成されていることを、
特徴とする請求項１または２記載の発電装置。
【請求項４】
前記制御部（１５）は、前記第２支持部材（１２）の回転位置を検出するためのフォトセンサ（３３）と、前記フォトセンサ（３３）により検出された前記第２支持部材（１２）の回転位置に応じて、前記第１支持部材（１１）を前記基部（１４）に対して固定したり、固定を解除したりするよう構成された電磁ブレーキ（２９）とを有することを、特徴とする請求項１，２または３記載の発電装置。
【請求項５】
前記制御部（５５）は、前記基部（５４）に対して前記第１支持部材（５１）を一定の方向にのみ回転させるよう構成されたワンウェイクラッチ（６６）を有することを、特徴とする請求項１，２または３記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転エネルギーを回収して発電する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ジャイロ効果を利用し、回転体の回転エネルギーを回収して発電する装置として、ジャイロスコープの歳差運動を利用して、回転体である地球の回転エネルギーを回収して発電しようとするものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平８−５０３７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の装置は、発電後、ジャイロスコープのローターを初期配向へと再度配向するには、回収した電気を全て使用しなければならないため、エネルギーを取り出すことは不可能であるという課題があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、ジャイロ効果を利用して発電することができる発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る発電装置は、基部（１４）と、前記基部（１４）に対し回転軸（２２,２５）を中心として回転可能に設けられた第１支持部材（１１）と、前記第１支持部材（１１）の回転軸（２２,２５）に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に前記第１支持部材（１１）に設けられた第２支持部材（１２）と、前記第２支持部材（１２）の回転軸に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に前記第２支持部材（１２）に設けられた回転部材（１３）と、前記第１支持部材（１１）を前記基部（１４）に対して選択的に固定または固定解除可能な制御部（１５）と、前記第２支持部材（１２）の回転エネルギーで発電する発電部（１６）とを、有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る発電装置は、外部からのエネルギーで第１支持部材（１１）と回転部材（１３）とをそれぞれの回転軸を中心として回転させると、ジャイロ効果により、第２支持部材（１２）が立ち上がる方向にトルクが発生する。その第２支持部材（１２）の回転エネルギーで発電部（１６）が発電する。発電部（１６）は、モーター発電機から成る場合、制御部（１５）により第１支持部材（１１）を基部（１４）に対して固定したとき第２支持部材（１２）の回転によりモーターを回転させて発電するものであっても、第１支持部材（１１）を基部（１４）に対して固定解除したとき、第２支持部材（１２）の回転エネルギーにより基部（１４）に対して第１支持部材（１１）が回転することを利用してモーターを回転させて発電するものであってもよい。このように、本発明によれば、ジャイロ効果を利用して発電を行うことができる。
【０００８】
本発明に係る発電装置は、回転体（１）に固定可能な基部（１４）と、前記回転体（１）の回転軸と平行または交差する回転軸（２２,２５）を中心として回転可能に前記基部（１４）に設けられた第１支持部材（１１）と、前記第１支持部材（１１）の回転軸（２２,２５）に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に前記第１支持部材（１１）に設けられた第２支持部材（１２）と、前記第２支持部材（１２）の回転軸に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に前記第２支持部材（１２）に設けられた回転部材（１３）と、前記回転部材（１３）および前記第１支持部材（１１）の回転によるジャイロ効果により前記第２支持部材（１２）の回転が加速されるとき、前記第１支持部材（１１）を前記基部（１４）に固定し、前記回転部材（１３）および前記第１支持部材（１１）の回転によるジャイロ効果により前記第２支持部材（１２）の回転が減速されるとき、前記第１支持部材（１１）の前記基部（１４）への固定を解除する制御部（１５）と、前記第２支持部材（１２）が加速されて獲得したエネルギーを回収して電気として取出可能に構成された発電部（１６）とを、有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る発電装置は、以下の原理により、回転体の回転エネルギーを回収して発電することができる。すなわち、図１に示すように、第１支持部材（１１）が、棒状を成し、基部（１４）に固定されて回転体（１）の表面から垂直に立ち上がるよう設けられている。第２支持部材（１２）が、棒状を成し、第１支持部材（１１）の上端に、第１支持部材（１１）に対して垂直な軸を中心として回転可能に設けられている。回転部材（１３）が、円盤状を成し、第２支持部材（１２）の先端に、第２支持部材（１２）の回転軸に対して垂直な軸を中心として回転可能に設けられている。図１（ａ）に示すように、回転体（１）が角速度Ωａで水平面内で回転し、慣性モーメントＩの回転部材（１３）が角速度ωが回転しているものとすると、第１支持部材（１１）も角速度Ωａで回転するため、ジャイロ効果により、第２支持部材（１２）が立ち上がる方向にトルクＮが発生する。
【００１０】
このトルクＮによる第２支持部材（１２）の角速度をΩとすると、この第２支持部材（１２）の角速度Ωの回転と回転部材（１３）の角速度ωの回転とにより発生するトルクは、回転体（１）の角速度Ωａを遅くする方向になる。つまり、図１（ａ）の場合、本装置は、回転体（１）の回転によって運動エネルギーを獲得し、第２支持部材（１２）の角速度Ωを得ることができる。
【００１１】
次に、図１（ｂ）に示すように、第２支持部材（１２）が垂直まで立ち上がり、頂部を越えて回転を続けると、トルクＮの方向が逆になるため、第２支持部材（１２）の角速度Ωは減速する。このとき、第２支持部材（１２）の角速度Ωの回転と回転部材（１３）の角速度ωの回転とにより発生するトルクは、回転体（１）の角速度Ωａを早くする方向になる。つまり、図１（ｂ）の場合、本装置は、第２支持部材（１２）の角速度Ωの減速によって、回転体（１）の回転を加速することができる。
【００１２】
第２支持部材（１２）が頂部を越えて底部に向かう間、すなわち、第２支持部材（１２）が減速されるとき、基部（１４）と第１支持部材（１１）との固定を解除して、第１支持部材（１１）、第２支持部材（１２）および回転部材（１３）が自由に回転できるようにすると、第２支持部材（１２）の角速度Ωの減速による運動エネルギーは、回転体（１）の回転を加速せず、第１支持部材（１１）、第２支持部材（１２）または回転部材（１３）の回転エネルギーに変換される。本装置は、この本装置の内部に留められた回転エネルギーを回収することにより、発電を行うものである。このように、本発明に係る発電装置は、回転体の回転エネルギーを回収して発電することができる。
なお、発電部（１６）は、前記第１支持部材（１１）を前記基部（１４）に対して固定解除したとき、前記第２支持部材（１２）の回転エネルギーにより前記基部（１４）に対して前記第１支持部材（１１）が回転することを利用して発電する構成を有することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る発電装置で、前記回転部材（１３）は一定の角速度で回転するよう設けられ、前記発電部（１６）は、前記制御部（１５）が前記第１支持部材（１１）の固定を解除している間、前記第１支持部材（１１）および／または前記第２支持部材（１２）の回転エネルギーを回収する回収手段（３４）と、前記制御部（１５）が前記第１支持部材（１１）を固定するとき、前記第１支持部材（１１）が前記制御部（１５）による固定解除前の回転速度と同じ回転速度になり、前記第２支持部材（１２）が加速前の回転速度になるよう、前記回収手段（３４）で回収したエネルギーから前記第２支持部材（１２）にエネルギーを供給可能に構成された供給手段（３５）とを有し、前記回収手段（３４）で回収したエネルギーのうち、前記供給手段（３５）によりエネルギーを供給した後に残ったエネルギーを電気として取出可能に構成されていることが好ましい。この場合、第１支持部材（１１）、第２支持部材（１２）および回転部材（１３）を、所定の回転状態に制御することができ、常に安定した発電を行うことができる。
【００１４】
本発明に係る発電装置で、前記制御部（１５）は、前記第２支持部材（１２）の回転位置を検出するためのフォトセンサ（３３）と、前記フォトセンサ（３３）により検出された前記第２支持部材（１２）の回転位置に応じて、前記第１支持部材（１１）を前記基部（１４）に対して固定したり、固定を解除したりするよう構成された電磁ブレーキ（２９）とを有していてもよい。この場合、より簡単な構成で、発電することができる。
【００１５】
また、本発明に係る発電装置で、前記制御部（５５）は、前記基部（５４）に対して前記第１支持部材（５１）を一定の方向にのみ回転させるよう構成されたワンウェイクラッチ（６６）を有していてもよい。この場合、ワンウェイクラッチ（６６）により第１支持部材（５１）がその加速方向にのみ回転するようにしておく。これにより、第２支持部材（５２）が減速されるとき、第１支持部材（５１）が加速されるため、基部（５４）と第１支持部材（５１）との固定が解除される。このため、加速された第１支持部材（５１）の回転エネルギーを回収して発電することができる。また、第１支持部材（５１）が加速されないときには、ワンウェイクラッチ（６６）により、基部（５４）と第１支持部材（５１）とが固定された状態になる。このように、ワンウェイクラッチ（６６）によって、第１支持部材（５１）を基部（５４）に対して固定したり、固定を解除したりするよう構成することができる。
【００１６】
本発明に係る発電装置で、前記回転体（１）はいかなる回転体から成っていてもよく、地球から成っていてもよい。回転体（１）が地球から成る場合、地球の自転のエネルギーを回収して発電することができ、長期にわたり安定したエネルギー源とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ジャイロ効果を利用して発電することができる発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る発電装置の作動原理を示す斜視図およびベクトル図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の発電装置を示す正面図である。
【図３】図２に示す発電装置の一部を省略した斜視図である。
【図４】図２に示す発電装置の一部を省略した平面図である。
【図５】図２に示す発電装置の回転検出部を示す（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の発電装置を示す正面図である。
【図７】図６に示す発電装置の一部を省略した斜視図である。
【図８】図６に示す発電装置の一部を省略した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図２乃至図５は、本発明の第１の実施の形態の発電装置を示している。
図２乃至図４に示すように、発電装置１０は、基部１４と第１支持部材１１と第２支持部材１２と回転部材１３と制御部１５と発電部１６とを有している。発電装置１０は、固定系に対して所定の角速度で回転する回転体１に設置して使用される。
【００２０】
図２乃至図４に示すように、基部１４は、円筒形状の真空容器から成り、筒状の側壁１４ａおよび天井１４ｂが透明になっている。基部１４は、床１４ｃの底面に支持脚２１を有している。基部１４は、床１４ｃの表面の中央に、天井に向かって突出した支持軸（回転軸）２２を有している。基部１４は、内部の空気を抜いて真空状態に維持可能に構成されている。図２に示すように、基部１４は、回転体１の表面に、床１４ｃの表面が回転体１の回転軸に対して垂直になるよう、支持脚２１により固定されている。
【００２１】
図２乃至図４に示すように、第１支持部材１１は、円盤状の底板２３と、細長い矩形板をコの字形に形成した支持枠２４とを有している。底板２３は、その中心位置で、基部１４の支持軸２２を中心として回転可能に支持軸２２の上に設けられている。支持枠２４は、両側部２４ａ，２４ｂが底板２３の表面に対して垂直に立ち上がるよう、両端が底板２３の中心位置に対して対称な位置に固定されている。支持枠２４は、中央部２４ｃの中心から上方に向かって伸びて基部１４の天井１４ｂを貫通する支持回転軸２５を有している。第１支持部材１１は、支持軸２２および支持回転軸２５により基部１４の内部に支持されており、支持軸２２から支持回転軸２５を通る回転軸を中心に回転可能になっている。こうして、第１支持部材１１は、回転体１の回転軸と平行な回転軸を中心として回転可能に基部１４に設けられている。
【００２２】
図２乃至図４に示すように、第２支持部材１２は、所定の奥行きを有する正方形の枠状に形成されている。第２支持部材１２は、第１支持部材１１の支持枠２４の内部より小さく形成され、第１支持部材１１の内側に配置されている。第２支持部材１２は、向かい合う１対の側部１２ａの中心位置で、それぞれ対応する第１支持部材１１の支持枠２４の両側部２４ａ，２４ｂの中心位置に回転可能に取り付けられている。これにより、第２支持部材１２は、第１支持部材１１の内側で、第１支持部材１１の回転軸に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に構成されている。
【００２３】
図２乃至図４に示すように、回転部材１３は、第２支持部材１２の内部より小さい円柱状を成し、第２支持部材１２の内側に配置されている。回転部材１３は、両端面１３ａの中心で、それぞれ対応する第２支持部材１２の向かい合う他の１対の側部１２ｂの中心位置に回転可能に取り付けられている。これにより、回転部材１３は、その回転軸が第２支持部材１２の回転軸に対して垂直を成し、その回転軸を中心として回転可能に構成されている。
【００２４】
図２乃至図４に示すように、制御部１５は、第１モーター２６と第２モーター２７と回転検出部２８と電磁ブレーキ２９とコントローラ３０とを有している。第１モーター２６は、第１支持部材１１に対して第２支持部材１２を回転させるよう、第１支持部材１１の支持枠２４の一方の側部２４ａに設けられている。第２モーター２７は、第２支持部材１２に対して回転部材１３を回転させるよう、第２支持部材１２の一つの側部１２ｂに設けられている。
【００２５】
図５に示すように、回転検出部２８は、第２支持部材１２とともに回転する軸部材３１と、その軸部材３１に取り付けられた半円盤状の遮光板３２と、軸部材３１の回転により遮光板３２が回転したとき、遮光板３２により光が遮られるよう配置されたフォトセンサ３３とを有している。回転検出部２８は、第２支持部材１２の回転により回転部材１３の回転軸が垂直方向になるとき、遮光板３２により光が遮断されたり、遮光板３２による光の遮断が解除されたりして、フォトセンサ３３により検出信号を送信するようになっている。回転検出部２８は、第２支持部材１２が１回転する間に、検出信号を２回送信するようになっている。こうして、回転検出部２８は、フォトセンサ３３により第２支持部材１２の回転位置を検出可能になっている。
【００２６】
図２に示すように、電磁ブレーキ２９は、第１支持部材１１の底板２３と支持軸２２とに接触するよう、底板２３の下部に設けられている。電磁ブレーキ２９は、基部１４に対して第１支持部材１１を固定可能およびその固定を解除可能に構成されている。これにより、第１支持部材１１は、支持軸２２を中心とした回転を、電磁ブレーキ２９により固定可能およびその固定を解除可能になっている。
【００２７】
図２に示すように、コントローラ３０は、第１支持部材１１の底板２３の表面に設けられている。コントローラ３０は、第１モーター２６、第２モーター２７、回転検出部２８および電磁ブレーキ２９に電気的に接続されている。コントローラ３０は、第１モーター２６および第２モーター２７の回転を制御可能になっている。また、コントローラ３０は、回転検出部２８のフォトセンサ３３により検出された第２支持部材１２の回転位置に応じて、電磁ブレーキ２９により第１支持部材１１を基部１４に対して固定したり、固定を解除したりするよう構成されている。
【００２８】
制御部１５は、第２モーター２７により、回転部材１３が一定の角速度で回転するよう制御している。制御部１５は、回転部材１３および第１支持部材１１の回転によるジャイロ効果により第２支持部材１２の回転が加速されるとき、すなわち、回転部材１３の回転軸が所定の向きの垂直方向から反対向きの垂直方向になるとき、フォトセンサ３３の検出信号により電磁ブレーキ２９を制御して、第１支持部材１１の基部１４に対する回転を固定するよう構成されている。また、制御部１５は、回転部材１３および第１支持部材１１の回転によるジャイロ効果により第２支持部材１２の回転が減速されるとき、すなわち、回転部材１３の回転軸が反対向きの垂直方向から所定の向きの垂直方向になるとき、フォトセンサ３３の検出信号により電磁ブレーキ２９を制御して、第１支持部材１１の基部１４に対する回転の固定を解除するよう構成されている。
【００２９】
図２に示すように、発電部１６は、互いに電気的に接続された回収手段３４と供給手段３５とを有している。回収手段３４は、基部１４の天井１４ｂの上に、支持回転軸２５に接するよう設けられている。回収手段３４は、モーター発電機から成り、第１支持部材１１を基部１４に対して固定解除したとき、第２支持部材１２の回転エネルギーにより基部１４に対して第１支持部材１１が回転することを利用して発電する構成を有している。また、回収手段３４は、固定系にも接続されている。これにより、回収手段３４は、制御部１５が第１支持部材１１の固定を解除している間、支持回転軸２５の回転を利用して、固定系に対する第１支持部材１１の回転エネルギーを回収するようになっている。回収手段３４は、回収したエネルギーを供給手段３５に供給するようになっている。
【００３０】
供給手段３５は、制御部１５が第１支持部材１１を固定するとき、第１支持部材１１が制御部１５による固定解除前の回転速度と同じ回転速度になり、第２支持部材１２が加速前の回転速度になるよう、回収手段３４で回収したエネルギーから、コントローラ３０および第１モーター２６を介して、第２支持部材１２に回転エネルギーを供給可能に構成されている。また、供給手段３５は、制御部１５による回転部材１３の回転にもエネルギーを供給可能になっている。
【００３１】
発電部１６は、回収手段３４で回収したエネルギーのうち、供給手段３５によりエネルギーを供給した後に残ったエネルギーを、供給手段３５から電気として取出可能に構成されている。これにより、発電部１６は、第２支持部材１２が加速されて獲得したエネルギーを、第１支持部材１１を介して回収して電気として取出可能になっている。
【００３２】
次に、作用について説明する。
発電装置１０は、図１に示す原理により、回転体１の回転エネルギーを回収して発電することができる。発電装置１０は、回転部材１３の回転軸が反対向きの垂直方向から所定の向きの垂直方向になるとき、すなわち、第２支持部材１２が減速されるとき、基部１４と第１支持部材１１との固定を解除すると、回転部材１３が一定の角速度で回転するよう制御されているため、第２支持部材１２の減速による運動エネルギーは、第１支持部材１１の回転エネルギーに変換されて、第１支持部材１１が加速される。この加速された第１支持部材１１の回転エネルギーを回収することにより、回転体１の回転エネルギーを回収して発電することができる。
【００３３】
発電装置１０は、供給手段３５により、回収手段３４で回収したエネルギーの一部を利用して、第１支持部材１１、第２支持部材１２および回転部材１３を、所定の回転状態に制御することができるため、常に安定した発電を行うことができる。また、第２支持部材１２や第１支持部材１１の回転速度を自動的に加速するため、発電能力を限界まで向上させることができ、小型化も可能である。
【００３４】
発電装置１０の仕事率は、以下のようにして求められる。
回転体１の角速度をΩａ、第２支持部材１２の角速度をΩ、回転部材１３の角運動量をＨとすると、発電装置１０により得られる電力Ｅは、Ｅ＝ＨΩａとなる。このため、第２支持部材１２の回転数をｆ（＝Ω／２π）とすると、発電装置１０の仕事率Ｗは、
Ｗ＝Ｅｆ＝ＨΩａｆ＝ＩωΩａΩ／２π                    （１）
となる。ここで、Ｉは回転部材１３の慣性モーメント、ωは回転部材１３の角速度である。
【００３５】
（１）式から、ω・Ωが大きいほど、発電力が大きくなることがわかる。このため、回転部材１３および第２支持部材１２の回転速度を大きくすることにより、発電能力が高まり、小型の装置でも効果的に発電できることがわかる。
【００３６】
また、発電装置１０は、回転体１としての地球に設置されてもよい。この場合、地球の自転のエネルギーを回収して発電することができ、長期にわたり安定したエネルギー源とすることができる。
【００３７】
この場合の発電装置１０の仕事率は、以下のようにして求められる。
回転部材１３を円板と仮定すると、回転部材１３の慣性モーメントＩは、Ｉ＝ｍｒ２／２となる。ここで、ｍは回転部材１３の質量、ｒは回転部材１３の半径である。これを、（１）式に代入すると、
Ｗ＝（ｍｒ２／２）ω・Ωａ・Ω／２π＝（ｍｒ２／４π）ω・Ωａ・Ω
となる。地球の角速度Ωａ＝７．２７×１０−５ラジアンであるため、ｍ＝１００ｋｇ、ｒ＝１ｍ、ω＝１０００（回転／秒）×２π、Ω＝１００（回転／秒）×２πとすると、
Ｗ＝７．２７×１００π≒４６００（ワット）
となる。
【００３８】
発電装置１０は、以上の原理を理解するための模型であってもよい。この場合、手動などの外部からのエネルギーで第１支持部材１１と回転部材１３とをそれぞれの回転軸を中心として回転させると、ジャイロ効果により、第２支持部材１２が立ち上がる方向にトルクが発生する。その第２支持部材１２の回転エネルギーで発電部１６を発電させることができる。そのために、制御部１５により、第１支持部材１１を基部１４に対して選択的に固定または固定解除する。発電部１６は、モーター発電機から成り、第１支持部材１１を基部１４に対して固定解除したとき、第２支持部材１２の回転エネルギーにより基部１４に対して第１支持部材１１が回転することを利用してモーターを回転させて発電するようになっている。また、発電部１６は、制御部１５により第１支持部材１１を基部１４に対して固定したとき第２支持部材１２の回転によりモーターを回転させて発電するモーター発電機であってもよい。このような模型によって、ジャイロ効果を利用した発電を理解することが可能である。
【００３９】
図６乃至図８は、本発明の第２の実施の形態の発電装置を示している。
図６乃至図８に示すように、発電装置５０は、基部５４と第１支持部材５１と第２支持部材５２と回転部材５３と制御部５５と発電部５６とを有している。発電装置５０は、固定系に対して所定の角速度で回転する回転体１に設置して使用される。
【００４０】
図６乃至図８に示すように、基部５４は、円筒形状の真空容器から成り、筒状の側壁５４ａおよび天井５４ｂが透明になっている。基部５４は、床５４ｃの底面に支持脚６１を有している。基部５４は、床５４ｃの表面の中央に、天井５４ｂに向かって突出した支持軸（回転軸）６２を有している。基部５４は、内部の空気を抜いて真空状態に維持可能に構成されている。図６に示すように、基部５４は、回転体１の表面に、床５４ｃの表面が回転体１の回転軸に対して垂直になるよう、支持脚６１により固定されている。
【００４１】
図６乃至図８に示すように、第１支持部材５１は、細長い矩形状の底板６３と、細長い矩形板をコの字形に形成した支持枠６４とを有している。底板６３は、その中心位置で、基部５４の支持軸６２を中心として回転可能に支持軸６２の上に設けられている。支持枠６４は、両側部６４ａ，６４ｂが底板６３に対して垂直に立ち上がるよう、両端が底板６３の両端に固定されている。支持枠６４は、中央部６４ｃの中心から上方に向かって伸びて基部５４の天井５４ｂを貫通する支持回転軸６５を有している。第１支持部材５１は、支持軸６２および支持回転軸６５により基部５４の内部に支持されており、支持軸６２から支持回転軸６５を通る回転軸を中心に回転可能になっている。こうして、第１支持部材５１は、回転体１の回転軸と平行な回転軸を中心として回転可能に基部５４に設けられている。
【００４２】
図６乃至図８に示すように、第２支持部材５２は、所定の奥行きを有する正方形の枠状に形成されている。第２支持部材５２は、第１支持部材５１の支持枠６４の内部より小さく形成され、第１支持部材５１の内側に配置されている。第２支持部材５２は、向かい合う１対の側部５２ａの中心位置で、それぞれ対応する第１支持部材５１の支持枠６４の両側部６４ａ，６４ｂの中心位置に回転可能に取り付けられている。これにより、第２支持部材５２は、第１支持部材５１の内側で、第１支持部材５１の回転軸に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に構成されている。
【００４３】
図６乃至図８に示すように、回転部材５３は、第２支持部材５２の内部より小さい円柱状を成し、第２支持部材５２の内側に配置されている。回転部材５３は、両端面５３ａの中心で、それぞれ対応する第２支持部材５２の向かい合う他の１対の側部５２ｂの中心位置に回転可能に取り付けられている。これにより、回転部材５３は、その回転軸が第２支持部材５２の回転軸に対して垂直を成し、その回転軸を中心として回転可能に構成されている。
【００４４】
図６乃至図８に示すように、制御部５５は、第１ワンウェイクラッチ６６と第１歯車６７と第２ワンウェイクラッチ６８と第２歯車６９と第３歯車７０と第３ワンウェイクラッチ７１と第４歯車７２とを有している。第１ワンウェイクラッチ６６は、基部５４の床５４ｃと支持軸６２とに接触するよう、基部５４の床５４ｃの表面に設けられている。第１ワンウェイクラッチ６６は、基部５４に対して第１支持部材５１を一方の方向にのみ回転させるようになっている。これにより、第１ワンウェイクラッチ６６は、第１支持部材５１を基部５４に対して固定したり、固定を解除したりするようになっている。
【００４５】
第１歯車６７は、フェースギアから成り、基部５４の床５４ｃの表面に設けられている。第１歯車６７は、歯面を上に向け、第１支持部材５１を囲うよう、第１支持部材５１の外側で、支持軸６２を中心とした円に沿って固定されている。第１歯車６７は、歯面の位置が、第１支持部材５１の底板６３より高く、第２支持部材５２の回転軸より低くなっている。
【００４６】
第２ワンウェイクラッチ６８は、第２支持部材５２の回転軸に取り付けられ、自身に対して第２支持部材５２を一方の方向にのみ回転させるようになっている。第２ワンウェイクラッチ６８は、第１支持部材５１の支持枠６４の一方の側部６４ａの外側に設けられている。第２歯車６９は、平歯車から成り、基部５４の床５４ｃに対して垂直に設けられている。第２歯車６９は、第２支持部材５２の回転軸を中心として第２ワンウェイクラッチ６８とともに回転可能に、中心位置で第２ワンウェイクラッチ６８に固定されている。第２歯車６９は、下部で第１歯車６７とかみ合っている。
【００４７】
第３歯車７０は、フェースギアから成り、歯面が基部５４の床５４ｃに対して垂直に設けられている。第３歯車７０は、第２支持部材５２を囲うよう、第２支持部材５２の外側で、第２支持部材５２の回転軸を中心とした円に沿って、第１支持部材５１の底板６３の上面と、支持枠６４の中央部６４ｃの下面とに固定されている。第３歯車７０は、歯面が第１支持部材５１の底板６３の長さ方向に対して垂直になるよう固定されている。第３歯車７０は、回転部材５３の回転軸から外れた位置で、歯面を回転部材５３の回転軸の方向に向けて固定されている。
【００４８】
第３ワンウェイクラッチ７１は、回転部材５３の回転軸に取り付けられ、自身に対して回転部材５３を一方の方向にのみ回転させるようになっている。第３ワンウェイクラッチ７１は、第２支持部材５２の一つの側部５２ｂの外側に設けられている。第４歯車７２は、平歯車から成り、回転部材５３の両端面５３ａに対して平行に設けられている。第４歯車７２は、回転部材５３の回転軸を中心として第３ワンウェイクラッチ７１とともに回転可能に、中心位置で第３ワンウェイクラッチ７１に固定されている。第４歯車７２は、一方の側部で第３歯車７０とかみ合っている。
【００４９】
図６に示すように、発電部５６は、モーター発電機から成り、基部５４の天井５４ｂの上に、支持回転軸６５に接するよう設けられている。発電部５６は、支持回転軸６５を回転可能であるとともに、支持回転軸６５の回転からエネルギーを回収して電気として取出可能になっている。
【００５０】
次に、作用について説明する。
発電装置５０は、まず、回転部材５３を回転させるために、発電部５６により支持回転軸６５を回転させる。このとき、その回転方向（基部５４に対して第１支持部材５１が加速する方向）に対して第１ワンウェイクラッチ６６をフリーにしておくことにより、基部５４に対して、支持回転軸６５とともに第１支持部材５１が回転する。これにより、基部５４に固定された第１歯車６７とかみ合っている第２歯車６９が回転する。このとき、その回転方向（第２支持部材５２に対して第２歯車６９が加速する方向）に対して第２ワンウェイクラッチ６８を固定しておくことにより、第２歯車６９および第２ワンウェイクラッチ６８とともに、第２支持部材５２が回転する。これにより、第３歯車７０とかみ合っている第４歯車７２が回転する。このとき、その回転方向（回転部材５３に対して第４歯車７２が加速する方向）に対して第３ワンウェイクラッチ７１を固定しておくことにより、第４歯車７２および第３ワンウェイクラッチ７１とともに、回転部材５３が回転する。こうして、回転部材５３を回転させることができる。
【００５１】
回転部材５３が回転したならば、発電部５６による支持回転軸６５の回転を停止する。なお、第２支持部材５２が減速すると、第４歯車７２の回転も減速するが、第３ワンウェイクラッチ７１がフリーになるため、回転部材５３は減速しない。また、基部５４に対して第１支持部材５１が減速する方向では、第１ワンウェイクラッチ６６が固定されるため、第１支持部材５１は回転体１より遅く回転することはない。
【００５２】
発電装置５０は、図１に示す原理により、回転体１の回転エネルギーを回収して発電することができる。発電装置５０は、回転部材５３の回転軸が所定の向きの垂直方向から反対向きの垂直方向になるとき、すなわち、回転部材５３の回転と回転体１の回転とにより第２支持部材５２が加速される方向に力を受けるとき、第２ワンウェイクラッチ６８がフリーになるため、第２支持部材５２は加速される。これに対し、第１支持部材５１は基部５４に対して減速する方向に力を受けるため、第１ワンウェイクラッチ６６が固定されて、基部５４と第１支持部材５１とが固定された状態になり、第１支持部材５１は基部５４とともに回転体１と同じ角速度で回転する。なお、第２支持部材５２が加速されると、第４歯車７２が加速されるため、第３ワンウェイクラッチ７１が固定され、回転部材５３が第４歯車７２とともに加速される。
【００５３】
次に、回転部材５３の回転軸が反対向きの垂直方向から所定の向きの垂直方向になるとき、すなわち、第２支持部材５２が減速される方向に力を受けるとき、第２ワンウェイクラッチ６８が固定されて、第２支持部材５２は第２歯車６９とともに回転する。このとき、回転部材５３の回転と第２支持部材５２の回転とにより第１支持部材５１が加速される方向に力を受けるため、第１ワンウェイクラッチ６６がフリーになり、基部５４と第１支持部材５１との固定が解除され、第１支持部材５１は加速される。第１支持部材５１が加速されると、第２歯車６９が加速されるため、第２ワンウェイクラッチ６８が固定され、第２支持部材５２が第２歯車６９とともに加速する方向に力が働く。このとき、第２支持部材５２は、回転部材５３の回転と回転体１の回転とにより減速方向に力を受けているが、第２歯車６９とともに加速する方向の力により、その減速の割合が小さくなる。また、第１支持部材５１が回転すれば、必ず第２歯車６９の回転を伴うため、第１支持部材５１の回転速度が０にならない限り、第２歯車６９とともに回転する第２支持部材５２の回転速度は０にならない。
【００５４】
具体的な一例では、第１歯車６７と第２歯車６９とのギア比を５：１、第３歯車７０と第４歯車７２とのギア比を１０：１とすると、第１支持部材５１が基部５４に対して１回転すると、第２支持部材５２は５回転し、回転部材５３は５０回転することになる。このため、第２支持部材５２の角速度は、第１支持部材５１の角速度の５倍以下にはならず、また、エネルギー保存則により第２支持部材５２の角速度および第１支持部材５１の角速度が共に０になることもないことから、第２支持部材５２はその回転軸周りに回転を続けることができる。
【００５５】
このため、図１に示す原理によって、第１支持部材５１は減速して再び基部５４と固定された状態になるので、第２支持部材５２は加速を繰り返し、回転部材５３の回転軸が反対向きの垂直方向から所定の向きの垂直方向になって、基部５４と第１支持部材５１との固定が解除されたあとの第１支持部材５１も徐々に加速される。この加速された第１支持部材５１の回転エネルギーを、支持回転軸６５を介して発電部５６で回収することにより、結果的に回転体１の回転エネルギーを回収して発電することができる。
【００５６】
なお、発電装置５０は、回転体１としての地球に設置されてもよい。この場合、地球の自転のエネルギーを回収して発電することができ、長期にわたり安定したエネルギー源とすることができる。また、発電装置５０は、以上の原理を理解するための模型であってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１    回転体
１０  発電装置
１１  第１支持部材
１２  第２支持部材
１３  回転部材
１４  基部
１５  制御部
１６  発電部
２１  支持脚
２２  支持軸（回転軸）
２３  底板
２４  支持枠
２５  支持回転軸
２６  第１モーター
２７  第２モーター
２８  回転検出部
２９  電磁ブレーキ
３０  コントローラ
３１  軸部材
３２  遮光板
３３  フォトセンサ
３４  回収手段
３５  供給手段
【図１】
2010136601.tif 000003
【図２】
2010136601.tif 000004
【図３】
2010136601.tif 000005
【図４】
2010136601.tif 000006
【図５】
2010136601.tif 000007
【図６】
2010136601.tif 000008
【図７】
2010136601.tif 000009
【図８】
2010136601.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体（１）に固定可能な基部（１４）と、
前記回転体（１）の回転軸と平行または交差する回転軸（２２,２５）を中心として回転可能に前記基部（１４）に設けられた第１支持部材（１１）と、
前記第１支持部材（１１）の回転軸（２２,２５）に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に前記第１支持部材（１１）に設けられた第２支持部材（１２）と、
前記第２支持部材（１２）の回転軸に対して垂直な回転軸を中心として一定の角速度で回転可能に前記第２支持部材（１２）に設けられた回転部材（１３）と、
前記回転部材（１３）および前記第１支持部材（１１）の回転によるジャイロ効果により前記第２支持部材（１２）の回転が加速されるとき、前記第１支持部材（１１）を前記基部（１４）に固定し、前記回転部材（１３）および前記第１支持部材（１１）の回転によるジャイロ効果により前記第２支持部材（１２）の回転が減速されるとき、前記第１支持部材（１１）の前記基部（１４）への固定を解除する制御部（１５）と、
発電部（１６）とを有し、
前記発電部（１６）は、前記制御部（１５）が前記第１支持部材（１１）の固定を解除している間、前記第１支持部材（１１）または前記第２支持部材（１２）の少なくとも一方の回転エネルギーを回収する回収手段（３４）と、前記制御部（１５）が前記第１支持部材（１１）を固定するとき、前記第１支持部材（１１）が前記制御部（１５）による固定解除前の回転速度と同じ回転速度になり、前記第２支持部材（１２）が加速前の回転速度になるよう、前記回収手段（３４）で回収したエネルギーから前記第２支持部材（１２）にエネルギーを供給可能に構成された供給手段（３５）とを有し、前記回収手段（３４）で回収したエネルギーのうち、前記供給手段（３５）によりエネルギーを供給した後に残ったエネルギーを電気として取出可能に構成されていることを、
特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記制御部（１５）は、前記第２支持部材（１２）の回転位置を検出するためのフォトセンサ（３３）と、前記フォトセンサ（３３）により検出された前記第２支持部材（１２）の回転位置に応じて、前記第１支持部材（１１）を前記基部（１４）に対して固定したり、固定を解除したりするよう構成された電磁ブレーキ（２９）とを有することを、特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記制御部（５５）は、前記基部（５４）に対して前記第１支持部材（５１）を一定の方向にのみ回転させるよう構成されたワンウェイクラッチ（６６）を有することを、特徴とする請求項１記載の発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る発電装置は、回転体（１）に固定可能な基部（１４）と、前記回転体（１）の回転軸と平行または交差する回転軸（２２,２５）を中心として回転可能に前記基部（１４）に設けられた第１支持部材（１１）と、前記第１支持部材（１１）の回転軸（２２,２５）に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に前記第１支持部材（１１）に設けられた第２支持部材（１２）と、前記第２支持部材（１２）の回転軸に対して垂直な回転軸を中心として一定の角速度で回転可能に前記第２支持部材（１２）に設けられた回転部材（１３）と、前記回転部材（１３）および前記第１支持部材（１１）の回転によるジャイロ効果により前記第２支持部材（１２）の回転が加速されるとき、前記第１支持部材（１１）を前記基部（１４）に固定し、前記回転部材（１３）および前記第１支持部材（１１）の回転によるジャイロ効果により前記第２支持部材（１２）の回転が減速されるとき、前記第１支持部材（１１）の前記基部（１４）への固定を解除する制御部（１５）と、発電部（１６）とを有し、前記発電部（１６）は、前記制御部（１５）が前記第１支持部材（１１）の固定を解除している間、前記第１支持部材（１１）または前記第２支持部材（１２）の少なくとも一方の回転エネルギーを回収する回収手段（３４）と、前記制御部（１５）が前記第１支持部材（１１）を固定するとき、前記第１支持部材（１１）が前記制御部（１５）による固定解除前の回転速度と同じ回転速度になり、前記第２支持部材（１２）が加速前の回転速度になるよう、前記回収手段（３４）で回収したエネルギーから前記第２支持部材（１２）にエネルギーを供給可能に構成された供給手段（３５）とを有し、前記回収手段（３４）で回収したエネルギーのうち、前記供給手段（３５）によりエネルギーを供給した後に残ったエネルギーを電気として取出可能に構成されていることを、特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明に係る発電装置は、第１支持部材（１１）、第２支持部材（１２）および回転部材（１３）を、所定の回転状態に制御することができ、常に安定した発電を行うことができる。