(57)【要約】【課題】気象条件や立地条件に左右されない重力を用いることで、再生可能エネルギーを効率良く動力に変換して発電する。【解決手段】重力発電装置１００であって、水平に保持された支持軸１１と、支持軸１１に回転可能に軸支された回転体１と、回転体１に、再生可能エネルギーによって回転力を付与する駆動部２と、回転体１と接触可能な位置に配置され、支持軸１１と平行な中心軸３１により回転可能に軸支された従動体３と、従動体３に連結され、従動体３の回転運動により発電を行う発電部６とから構成され、回転体１は、支持軸１１の直径よりも大きい径の係合孔１３を有し、この係合孔１３に支持軸１１が挿通されることにより、支持軸１１に軸支されていることを特徴とする。【選択図】  図１
2014152711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平に保持された支持軸と、
前記支持軸に回転可能に軸支された回転体と、
前記回転体に、再生可能エネルギーによって回転力を付与する駆動部と、
前記回転体と接触可能な位置に配置され、前記支持軸と平行な中心軸により回転可能に軸支された従動体と、
前記従動体に連結され、前記従動体の回転運動により発電を行う発電部と
から構成され、
前記回転体は、前記支持軸の直径よりも大きい径の係合孔を有し、この係合孔に前記支持軸が挿通されることにより、当該支持軸に軸支されている
ことを特徴とする重力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重力及び再生可能エネルギー等の自然エネルギーを利用して環境に配慮しつつ発電することのできる重力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油資源の枯渇等のエネルギー問題や、化石燃料の消費に伴う二酸化炭素の排出によってオゾン層が破壊されるなどの環境問題が発生している。そのため、現在、石油等の化石燃料に代わり、太陽光、風力、水力、地熱、太陽熱等、自然の力で定常的（もしくは反復的）に補充されるエネルギー資源（再生可能エネルギー）の利用が注目されている。
【０００３】
このような再生可能エネルギーを利用したものとして、例えば、太陽電池パネルを用いた太陽電池発電技術がある（例えば、特許文献１）。この特許文献１には、光電変換素子の温度上昇を抑制し、入射光に含まれる熱エネルギーを有効利用できる光エネルギー収集装置が開示されている。ここでは、太陽光は凹面鏡により反射されて集光し、コールドミラーが、集光された光を入射してこの光に含まれる可視光を反射して赤外光を透過する。そして、太陽電池は可視光を受光して光起電力を発生することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−７２５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、太陽電池パネルを用いた発電では、雨天時や曇天時において、太陽光エネルギーが低下すると太陽電池パネルの発電効率が低下するため、効率的に発電量を確保することができないという問題もある。また、水力発電や、風力発電についても、気象条件や立地条件に左右されるため、発電効率が低いという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような問題を解決するものであり、複数種の再生可能エネルギーを融合させて効率良く動力に変換して発電できる重力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、重力発電装置であって、水平に保持された支持軸と、支持軸に回転可能に軸支された回転体と、回転体に、再生可能エネルギーによって回転力を付与する駆動部と、回転体と接触可能な位置に配置され、支持軸と平行な中心軸により回転可能に軸支された従動体と、従動体に連結され、従動体の回転運動により発電を行う発電部とから構成され、回転体は、支持軸の直径よりも大きい径の係合孔を有し、この係合孔に支持軸が挿通されることにより、当該支持軸に軸支されていることを特徴とする。
【０００８】
このような本発明によれば、太陽エネルギーや水力、風力といった再生可能エネルギーにより、駆動部を通じて回転体を回転させることで、回転体に接触可能な従動体が回転され、その従動体に連結された発電部に回転力が伝達される。これにより、発電部において、その回転エネルギーに基づいて発電が可能となる。
【０００９】
この際、回転体は、支持軸の直径よりも大きい径の係合孔を有し、この係合孔に支持軸が挿通され、当該支持軸に軸支されているので、回転体が回転する際には、偏心されて回転されることとなる。このような偏心された回転が生じることで回転体が上部から下部に移動する際に重力が加わり、回転体及び従動体の回転に弾み及び慣性力が付与されることになる。この結果、発電部では、太陽エネルギーや水力、風力といった不安定な再生可能エネルギーを動力源とする駆動部の動作を、スムーズに一つの回転体に集約して、電気エネルギーに変換できるので、各再生可能エネルギーの不安定さを相互に吸収させて、より安定した発電量を得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように、この発明によれば、気象条件や立地条件に左右されない重力を介して、複数種の再生可能エネルギーを集約して、電気エネルギーに変換できるので、各再生可能エネルギーの不安定さを相互に吸収させて、環境に配慮しつつ、より安定した発電量を得ることができる。また、本発明の重力発電装置は、複数の再生可能エネルギーを用いることにより、各再生可能エネルギーをそれぞれ動力に変換し、各回転体の歯車を駆動させるため、複数種の再生可能エネルギーが相互に補完しながら、電力に変換される様子を、視覚を通じて認識可能とするオブジェとすることもでき、意匠的にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る重力発電装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】（ａ）は、第１実施形態に係る支持軸と、係合孔との直径の長さを示す説明図であり、（ｂ）は、第１実施形態に係る支持軸及び係合孔の一部を拡大して示す説明図である。
【図３】変更例に係る係合孔に配設された付勢手段を示す説明図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は変更例に係る回転体、従動体、及び駆動部との位置関係を側面より示す説明図である。
【図５】他の変更例に係る外周に内歯車を備えた重力発電装置を示す側面図である。
【図６】第２実施形態に係る重力発電装置の概略構成を示す側面図である。
【図７】第２実施形態に係る重力発電装置の概略構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
以下に添付図面を参照して、本発明に係る重力発電装置１００の実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る重力発電装置１００の概略構成を示す側面図である。図２（ａ）は、第１実施形態に係る支持軸と、係合孔との直径の長さを示す説明図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る支持軸及び係合孔の一部を拡大して示す説明図であり、なお、各図では、各部材に設けられる歯車及び内歯車の一部については省略しているものとする。
【００１３】
本実施形態において、重力発電装置１００は、重力を利用して、複数の回転力を一つの駆動系に集約して発電を行う装置であり、図１に示すように、水平に保持された４つの支持軸１１と、各支持軸１１に軸支された回転体１と、各回転体１に回転力を付与する駆動部２と、各回転体１と接触可能な位置に配置された従動体３と、従動体３に連結され、従動体３の回転運動により発電を行う発電部６とから構成されている。
【００１４】
駆動部２は、再生可能エネルギーを運動エネルギーに変換する駆動機構であり、例えば、電力供給手段であるソーラパネル４ａが取得した電力によって駆動する電気モーターである。この駆動部２は、中心軸２１を中心として回転する金属製のギアを備えている。この駆動部２のギアは、外周に歯車２２が刻設されており、この歯車２２と、回転体１の外周に刻設された歯車１２とが接触可能となっている。ソーラパネル４ａは、太陽光を受光することにより、電力を発生させる光発電機であり、発生させた電力を駆動部２に供給する。なお、この駆動部２としては、水力４ｂや風力４ｃの他、潮力などの自然エネルギーにより直接駆動される機構でもよく、さらには地熱や太陽熱などの自然熱エネルギーで駆動されるタービンとすることもできる。なお、駆動部２は、回転体１に対して少なくとも１つは接触可能に配置され、図１に示すように２以上の駆動部２を用いてもよい。
【００１５】
支持軸１１は、円柱形状をなした金属製の支持部材であり、本実施形態では、従動体３を中心として、従動体３の周囲に複数配置されており、図示しない壁や枠体等の基台に固定され、支持されている。
【００１６】
回転体１は、駆動部２から伝達された回転力を従動体３へ伝達する金属部材であり、回転体１の外周に歯車１２が刻設された円盤状をなしている。また、回転体１は、図２（ａ）に示すように、支持軸１１の直径Ｒ１よりも大きい径Ｒ２の係合孔１３を有しており、この係合孔１３に支持軸１１が挿通されることにより、支持軸１１に軸支されている。この支持軸１１は、図２（ｂ）に示すように、係合孔１３の中心よりもズレて配置され、係合孔１３の内周面１３ａと接触可能な位置に配置されている。そして、支持軸１１の外周面１１ａには、図２（ｂ）に示すように、歯車１１ｂが刻設されており、係合孔１３の内周面１３ａに刻設された内歯車１３ｂと噛み合うようになっている。
【００１７】
従動体３は、４つの回転体１と接触可能な位置に配置され、支持軸１１と平行な中心軸３１により回転可能に軸支された金属製の回転体である。本実施形態において、従動体３の外周面には歯車３２が刻設されており、従動体３側に回転された回転体１の歯車１２と歯車３２とが接触することで、回転力が伝達され、中心軸３１を中心として回転可能となっている。
【００１８】
また、従動体３には、発電部６に回転力を伝達する連結部５が連結されている。具体的に、連結部５は、鉛直方向に立設された動力伝達機構であり、中心軸３１と同軸上に設けられた回転体５１と、発電部６側に設けられた回転体５３と、これらを支持するために鉛直方向に立設された基台５０とを有しており、この回転体５１及び回転体５３との間に無端状のベルト５２が掛け渡されている。発電部６は、回転体５３に連結され、従動体３から伝達された回転力に基づいて電力を発生させる装置である。
【００１９】
このような構成により、先ず、駆動部２の回転体が、それぞれの動力源によってそれぞれの速度及びタイミングで回転すると、歯車２２が回転体１の歯車１２と接触して回転力が回転体１に伝達される。そして、回転力が回転体１に伝達されると、回転体１の係合孔１３は支持軸１１と接触するように配置されているため、係合孔１３の内周面１３ａに刻設された内歯車１３ｂと、支持軸１１の外周面１１ａに刻設された歯車１１ｂとが噛み合って回転体１は回転する。回転体１が回転すると、回転体１の歯車１２と従動体３の歯車３２とが噛み合い、回転体１の回転力が従動体３に伝達される。
【００２０】
従動体３が回転されると、同軸上に連結された回転体５１が回転し、回転体５１の回転運動は、ベルト５２を介して回転体５３に伝達される。そして、回転体５３が、回転されることで各駆動力が発電部６に伝達され、発電部６で発電されるようになっている。
【００２１】
（作用・効果）
このような本実施形態によれば、回転体１は、支持軸１１の直径よりも大きい径の係合孔１３を有し、支持軸１１は係合孔１３の内面と接触される位置に配置されて回転体１を支持しているので、回転体１が回転されると、回転体１は、支持軸１１に軸支されて回転される。このような支持軸１１に軸支されて回転が生じることで回転体１が上部から下部に移動する際に重力が加わり、回転体１の回転力に弾みが付与され、その勢いによって回転体１が従動体３に接触し、回転力を従動体３に伝達することができる。その結果、発電部６では、それぞれの速度及びタイミングで駆動される回転体１の運動エネルギーを、連結部５を介して、それぞれのタイミング及び速度で伝達し、それぞれ電気エネルギーに変換することができ、異なる再生可能エネルギーから得られるエネルギーを集約して発電を行うことができる。
【００２２】
次いで、本実施形態の変更例について説明する。図３は、本変更例に係る係合孔１３に配設された付勢手段を示す説明図であり、図４（ａ）及び（ｂ）は変更例に係る回転体１、従動体３、及び駆動部２との位置関係を側面より示す説明図である。また、図５は、他の変更例に係る外周に内歯車を備えた重力発電装置を示す側面図である。なお、図３及び図４では、各部材に設けられる歯車及び内歯車については省略しているものとする。
【００２３】
本実施形態の変更例としては、回転体１が回転すると、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、係合孔１３の内周面１３ａが、支持軸１１の外周面１１ａに沿って周回移動するようにしてもよい。この場合、回転体１は、支持軸１１を中心として、回転体１の外周よりも大きな軌道Ｃ１で回転する。そして、本変更例においては、回転体１の歯車１２は、この軌道Ｃ１上に外周が位置した場合に、駆動部２の歯車２２、及び従動体３の歯車３２と接触可能となっており、両者が接触したときには、駆動部２の駆動力が従動体３に伝達されるようになっている。
【００２４】
この際、この支持軸１１と係合孔１３との間に、図３に示すように、ゼンマイ状の渦巻バネなど、弾性力により、支持軸１１を係合孔１３の中心に位置させるように付勢する付勢手段１４を介在させてもよい。この付勢手段としては、支持軸１１を係合孔１３の中心に位置させるように反力を付与する手段であればよく、例えば、同極を対向させた一対の磁性体とすることもできる。この場合には、支持軸１１の外周面と、係合孔１３とに、同極を対向させて磁性体をそれぞれ配置させるようにしてもよい。また、駆動部２には、歯車１２を回転体１に押しつけるための付勢手段を設けてもよい。この場合は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転体１の中心点と、従動体３の中心点とを通る延長線ＣＬに合致した方向、すなわち、回転体１の法線方向に、歯車２２を押圧するように付勢する。
【００２５】
このような本変更例によれば、回転体１は、支持軸１１の直径よりも大きい径の係合孔１３を有しているので、回転体１が回転されると、係合孔１３の内周面１３ａが支持軸１１の外周面１１ａに沿って移動し、回転体１は偏心されて、回転体１の外周よりも大きな軌道Ｃ１で回転する。これにより、回転体１が上部から下部に移動する際に重力が加わり、回転体１の回転力に弾みが付与され、その勢いによって回転体１が従動体３に接触し、回転力を従動体３に間欠的に伝達することができる。その結果、発電部６では、それぞれの速度及びタイミングで駆動される回転体１の運動エネルギーを、連結部５を介して、それぞれのタイミング及び速度で伝達し、それぞれ電気エネルギーに変換することができ、異なる再生可能エネルギーから得られるエネルギーを集約して発電を行うことができる。
【００２６】
なお、本実施形態の他の変更例としては、図５に示すように、複数の回転体１の外周部分を囲むように、円周の内側に内歯車７１を備える回転体７を設けた重力発電装置１００ａとしてもよい。この際、内歯車７１は、回転体１の歯車１２に接触されるように配置され、４つの回転体１のいずれかの軌道Ｃ１上に位置されるようになっている。
【００２７】
［第２実施形態］
次いで、本発明の第２実施形態について説明する。図６及び図７は、第２実施形態に係る重力発電装置１００ｂの概略構成を示す側面図である。
【００２８】
本実施形態において、重力発電装置１００ｂにおける従動体３ａの外周形状は、サインカーブを無端状に接続した波形を有しており、回転の中心である中心軸３１から外周面までの距離が、回転角度に応じて変化するようになっている。具体的には、中心軸３１から外周面までの距離が長い山部３５と、中心軸３１から外周面までの距離が短い谷部３４とが交互に形成されている。
【００２９】
また、本実施形態において、駆動部２ａは、回転体１の外方において、支持軸１１の中心と従動体３の中心軸３１とを結んだ延長軸上に配置されている。また、駆動部２には、その延長線上の外側に、バネ等の弾性体２５が連結されており、この弾性体２５を介在させることにより、駆動部２と回転体１との接触、及び回転体１と従動体３との接触を維持するように付勢している。
【００３０】
なお、本実施形態において、駆動部２ａ、回転体１ａ及び従動体３ａの外周面には、歯車が設けられていてもよく、また、外周面に微少形状を設けて、外周面同士が接触することで、回転力を伝達されるようにしてもよい。また、本実施形態においても、支持軸と係合孔との間に、ゼンマイ状の渦巻バネなど、弾性力により、支持軸１１を係合孔１３の中心に位置させるように付勢する付勢手段を介在させてもよい。
【００３１】
このような本実施形態によれば、弾性体２５によって、駆動部２ａと回転体１ａとの接触、及び回転体１ａと従動体３ａとの接触が維持されているので、駆動部２ａによって回転された回転力は、回転体１ａ及び従動体３ａを介して、全て発電部６に伝達されて、発電部６において、この回転力によって発電される。
【００３２】
さらに、従動体３ａの外周は、サインカーブを無端状に接続した環状をなしているので、図６に示すように、回転体１が谷部３４から山部３５に移動する際、回転体１ａは、従動体３ａ及び駆動部２ａと接触した状態で、中心軸３１を中心として外方に向かって押し出される。この際、回転体１ａが押し出された方向には、弾性体２５が設けられているので、回転体１ａは付勢される。そのため、図７に示すように、回転体１が山部３５から谷部３４に移動すると、回転体１ａは、付勢力によって中心軸３１に向かって従動体３ａを押し出す。これにより、従動体３ａは、より回転力に弾みが付与され、その回転力を発電部６に伝達し、発電部６において、発電される。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内において種々変更して実施することが可能である。また、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００３４】
例えば、各実施形態において、支持軸１１と回転体１（１ａ）とをバネ等の弾性体によって連結し、回転体１の回転に勢いを付けてもよい。また、各実施形態では、電力供給手段としてソーラパネル４ａを用いたが、本発明は、これに限定するものではなく、例えば、水力、風力等の再生可能エネルギーを電力に変換する各装置を用いることができる。
【００３５】
以上のように、上述した各実施形態では、再生可能エネルギーを効率良く電力に変換することができる。また、各実施形態における重力発電装置は、再生可能エネルギーを動力に変換する動力変換装置としても使用することができる。さらに、再生可能エネルギーとして太陽光を用いた場合には、この太陽光を動力に変換し、各回転体の歯車を駆動させるため、視覚を通じて太陽光エネルギーが動力に変換されていることを認識させる装置としても利用でき、意匠的にも優れている。
【符号の説明】
【００３６】
１，１ａ…回転体
２，２ａ…駆動部
３，３ａ…従動体
４ａ…ソーラパネル
４ｂ…水力
４ｃ…風力
５…連結部
６…発電部
７…回転体
１１…支持軸
１１ａ…外周面
１１ｂ，１２，２２…歯車
１３…係合孔
１３ａ…内周面
１３ｂ、７１…内歯車
１４…付勢手段
２１…中心軸
２５…弾性体
３１…中心軸
３２…従動体
３２…歯車
３４…谷部
３５…山部
５０…基台
５１…回転体
５２…ベルト
５３…回転体
１００，１００ａ，１００ｂ…重力発電装置
【図１】
2014152711.tif 000003
【図２】
2014152711.tif 000004
【図３】
2014152711.tif 000005
【図４】
2014152711.tif 000006
【図５】
2014152711.tif 000007
【図６】
2014152711.tif 000008
【図７】
2014152711.tif 000009