(57)【要約】【課題】不規則な浮体の揺れに対して発電効率を低下させることなく、制御が容易な低コストの発電能力の高いジャイロ式波力発電装置を提供することである。【解決手段】揺動によりジャイロモーメントが発生し、そのジャイロモーメントによってジンバル軸１９が左右２方向に回転するジャイロ１５を浮体１で支持する。ジンバル軸１９に一方向クラッチ３３、３４を介して第１駆動ギヤ３１および第２駆動ギヤ３２を設け、ジンバル軸１９に第１駆動ギヤ３１を結合する一方向クラッチ３３とジンバル軸１９に第２駆動ギヤ３２を結合する一方向クラッチ３４を係合方向が異なる逆向きの組込みとして、ジンバル軸１９の左右二方向の回転を第１駆動ギヤおよび第２駆動ギヤから一方向の回転として出力軸３６に取り出し、その出力軸３６の回転を増速機３９により増速し、その増速機３９から発電機３８に入力して、発電機３８を駆動する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体と、その浮体に支持されたジャイロとを有し、前記ジャイロが、水平配置のホイール支持軸を中心にして回転可能なフライホイールおよびそのフライホイールを駆動するモータを備え、前記ホイール支持軸の波浪による傾きによりジャイロモーメントを発生させて前記ホイール支持軸に直交配置のジンバル軸を左右２方向に回転させるようにした構成とされ、前記ジンバル軸の回転を増速機により増速し、その増速機から発電機に入力して発電機を駆動するようにしたジャイロ式波力発電装置において、
前記ジンバル軸に一方向クラッチを介して第１駆動ギヤおよび第２駆動ギヤを設け、ジンバル軸に第１駆動ギヤを結合する一方向クラッチとジンバル軸に第２駆動ギヤを結合する一方向クラッチを係合方向が異なる逆向きの組込みとして、ジンバル軸の左右二方向の回転を第１駆動ギヤおよび第２駆動ギヤから一方向の回転として出力軸に取り出し、その出力軸の回転を前記増速機に入力するようにしたことを特徴とするジャイロ式波力発電装置。
【請求項２】
前記ジンバル軸の回転角変位および回転速度に比例して前記発電機の回転負荷を可変させるようにした請求項１に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項３】
前記ジンバル軸に径方向に延びるストッパを設け、そのストッパを挟む周方向の両側位置に一対の固定配置のばねを設け、前記ストッパが前記ばねを収縮限界に至るまで押圧することによってジンバル軸の左右２方向の回転角を規制する回転角規制手段を設けた請求項１又は２に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項４】
前記第１駆動ギヤおよび第２駆動ギヤがベベルギヤからなり、そのベベルギヤを歯が向き合う取付けとし、それぞれのベベルギヤに噛合する従動ベベルギヤを前記出力軸の軸端部に設けた請求項１乃至３のいずれかの項に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項５】
前記出力軸にフライホイールを設けた請求項１乃至４のいずれかの項に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項６】
前記ジンバル軸が鉛直の配置とされ、前記出力軸が水平の配置とされた請求項１乃至５のいずれかの項に記載ジャイロ式波力発電装置。
【請求項７】
前記モータが、ステータの外側にロータが設けられたアウタロータ方式とされ、そのロータがフライホイールに固定され、ステータが前記ホイール支持軸に支持され、そのホイール支持軸が上下にジンバル軸を有する内部中空のジンバルで支持されて、ジンバルの内部中空内でフライホイールが回転自在とされた請求項１乃至６のいずれかの項に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項８】
前記ホイール支持軸が、筒体から成る請求項７に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項９】
前記浮体が、平行に配置された２本の棒状体から成り、その棒状体間に浮体ベースを渡し、その浮体ベースにより前記ジャイロ、増速機および発電機を収容するカプセルを支持し、前記浮体ベースの下面を前記棒状体の接水面より上位に位置させた請求項１乃至８のいずれかの項に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項１０】
前記浮体ベースが、前記棒状体に対して、その棒状体の長さ方向に延びる連結軸を中心にして相対的に回転可能に連結された請求項９に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項１１】
前記ジャイロのホイール支持軸が、棒状体の長さ方向に対して直交する組込みとされた請求項９又は１０に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項１２】
前記浮体ベースの上面に内周対向位置が相反する方向に傾斜する傾斜面とされたカプセル嵌合凹部を設け、そのカプセル嵌合凹部内に前記カプセルの下部を嵌合して、カプセル嵌合凹部の底面で支持し、前記傾斜面とカプセルの下部外周面間に緩衝材を組込んだ請求項９乃至１１のいずれかの項に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項１３】
前記ジャイロを二組とし、その二組のジャイロをジンバル軸が平行する組込みとして、フライホイールの回転方向を逆向きとし、各ジャイロのジンバル軸の回転が伝達される出力軸を共通として、その出力軸に前記増速機を接続した請求項１乃至１２のいずれかの項に記載のジャイロ式波力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波浪のエネルギを利用したジャイロ式波力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波浪のエネルギを利用したジャイロ式波力発電装置として、特許文献１および２に記載されたものが従来から知られている。
【０００３】
特許文献１に記載されたジャイロ式波力発電装置においては、浮体と、その浮体に支持されたジャイロと、そのジャイロのジンバル軸に増速手段を介して接続された発電装置とを備え、上記浮体の揺れとジャイロのジンバルの回転を同期させるように上記ジンバル軸の回転数を制御して、波浪による浮体の揺動によりジャイロのジンバルを一方向に連続的に回転させ、発電装置を駆動して発電を行うようにしている。
【０００４】
一方、特許文献２に記載されたジャイロ式波力発電装置においても、特許文献１に記載されたジャイロ式波力発電装置と同様に、浮体と、その浮体に支持されたジャイロと、そのジャイロのジンバル軸に増速手段を介して接続された発電装置とを備え、波浪による浮体の揺動によりジャイロのジンバルを回転させ、発電機を駆動して発電するようにしている。そして、その発電効率を高めるため、浮体を矩形環状部材とし、その矩形環状部材の短手方向又は長手方向が波の進行方向に対して自然に平行となるようにして、発電効率が最大となるような向きに修正又は保持できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１８４８０３号公報
【特許文献２】特開２００８−２３１９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載されたジャイロ式波力発電装置においては、発電効率を高めるため、浮体の揺れとジャイロのジンバルの回転が同期するように上記ジンバル軸の回転数を制御し、ジンバル軸を一方向に回転させるようにしているが、浮体の揺れは、波の高さ、周期および浮体に対する波の方向が不規則であり、また、設置する海域によって異なる等、その不規則な浮体の揺れ運動に対してジンバルの回転を同期制御することは難しく、高価な制御システムを必要とする問題がある。
【０００７】
また、完全に同期させることは困難であり、同期にずれが生じた場合に、ジンバル軸の回転方向と逆向きにジャイロモーメントが発生し、発電効率を低下させることになる。
【０００８】
一方、特許文献２に記載されたジャイロ式波力発電装置においては、浮体を矩形環状部材としてジャイロ式波力発電装置の発電効率が最大となるような向きに修正又は保持できるようにしているが、海水面に対する浮体の接触面積が大きいため、波に対する浮体の方向変化が鈍く、また、浮体に傾きが生じ難く、さらに、波の長さが短手方向長さ以下の短い波長の場合、浮体はさらに傾き難くなり、発電能力が低いという問題がある。
【０００９】
ここで、特許第２９４４４９５号公報においては、波等の流体の動きによって入力軸を正逆回転させ、その入力軸の正逆２方向の回転を一方向の回転として出力軸に取り出すようにしたエネルギ取出し装置が記載されている。そのようなエネルギ取出し装置を特許文献１に記載のジャイロ式波力発電装置に採用することによって、発電効率を向上させることができるのではないかと考えられる。
【００１０】
しかし、上記のエネルギ取出し装置においては、歯車の枚数および歯車の噛み合い分が多く、また、慣性重量も大きいため、エネルギの損失が多く、発電効率を向上させることができない。
【００１１】
また、入力軸と出力軸が平行の配置であるため、特許文献１に記載のジャイロ式波力発電装置のように、浮体内に発電装置が配置されているような場合、入力軸や出力軸の回転軸回りに浮体自身が連れ回り、エネルギの変換効率が低下することになる。
【００１２】
この発明の課題は、不規則な浮体の揺れに対して発電効率を低下させることなく、制御が容易な低コストの発電能力の高いジャイロ式波力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、この発明においては、浮体と、その浮体に支持されたジャイロとを有し、前記ジャイロが、水平配置のホイール支持軸を中心にして回転可能なフライホイールおよびそのフライホイールを駆動するモータを備え、前記ホイール支持軸の波浪による傾きによりジャイロモーメントを発生させて前記ホイール支持軸に直交配置のジンバル軸を左右２方向に回転させるようにした構成とされ、前記ジンバル軸の回転を増速機により増速し、その増速機から発電機に入力して発電機を駆動するようにしたジャイロ式波力発電装置において、前記ジンバル軸に一方向クラッチを介して第１駆動ギヤおよび第２駆動ギヤを設け、ジンバル軸に第１駆動ギヤを結合する一方向クラッチとジンバル軸に第２駆動ギヤを結合する一方向クラッチを係合方向が異なる逆向きの組込みとして、ジンバル軸の左右二方向の回転を第１駆動ギヤおよび第２駆動ギヤから一方向の回転として出力軸に取り出し、その出力軸の回転を前記増速機に入力するようにした構成を採用したのである。
【００１４】
上記の構成からなるジャイロ式波力発電装置において、波の動きにより装置全体が揺動し、フライホイールのホイール支持軸が、ジンバル軸に直交してフライホイールの重心を通る仮想中心軸を中心に揺動して傾きが生じると、フライホイールの回転によりジャイロモーメントが発生し、ジンバル軸が回転する。ここで、装置全体揺動の前記仮想中心軸とホイール支持軸が直交した位置となるとき、ジャイロモーメントは最大となる。
【００１５】
上記ホイール支持軸は、波の上下動による装置の揺動と共にホイール支持軸も揺動し、傾きの回転方向が変化すると、ジャイロモーメントの方向も変化する。ここで、ジャイロモーメントによりジンバル軸と共に回転するホイール支持軸が、ジンバル軸と装置全体揺動の仮想中心軸を含む面を横切って反対側の位置に回転移動しないとき、ジンバル軸の回転方向もホイール支持軸の揺動方向の変化と共に変化して、ジンバル軸が左右二方向に回転運動する。
【００１６】
このとき、第１駆動ギヤをジンバル軸に結合する一方向クラッチと第２駆動ギヤをジンバル軸に結合する一方向クラッチは係合方向が異なる逆向きの組み込みであるため、ジンバル軸の一方向の回転により一方の一方向クラッチが係合し、ジンバル軸の一方向の回転が一方の駆動ギヤに伝達される。また、ジンバル軸の他方向の回転により他方の一方向クラッチが係合し、ジンバル軸の他方向の回転が他方の駆動ギヤに伝達される。
【００１７】
第１駆動ギヤおよび第２駆動ギヤの回転は出力軸に伝達され、出力軸が一方向に連続して回転し、その回転は増速機により増速されて発電機に入力され、発電機が駆動する。
【００１８】
このように、波によりホイール支持軸が揺動すると、ジンバル軸が正逆二方向に回転し、その回転が出力軸の一方向の回転として取り出され、増速機で増速されて発電機に入力されるため、波の周期、不規則性に拘わらず発電機を効率よく回転させることができ、発電容量の大きいジャイロ式波力発電装置を得ることができる。
【００１９】
この発明に係るジャイロ式波力発電装置において、ジンバル軸の回転角変位および回転速度に対して発電機の回転負荷を可変させるようにすると、波によりホイール支持軸が大きく揺動して大きなジャイロモーメントを受けても、ジンバル軸と共に回転するホイール支持軸は、ジンバル軸と装置全体揺動の仮想中心軸を含む面を横切って反対側の位置に回転移動することがなくなり、ホイール支持軸の揺動方向の変化と共にジンバル軸を正逆二方向に確実に回転させることができる。
【００２０】
ここで、波による装置全体揺動の仮想中心軸に対してホイール支持軸が平行となると、ジャイロモーメントの発生が無くなるが、このジャイロモーメントが無くなる付近のジンバル軸の角度位置範囲を避けることができ、発生するジャイロモーメントを大きくすることができる。
【００２１】
また、ジンバル軸の周囲に、周方向に間隔をおいて設けられた一対の固定配置のばねを有し、上記ジンバル軸に設けられた径方向に延びるストッパがそのばねを押圧して収縮限界に至るまで弾性変形させることによってジンバル軸の左右２方向の回転角を規制する回転角規制手段を設けておくと、大きなジャイロモーメントを受けても、ジンバル軸と共に回転するホイール支持軸は、ジンバル軸と装置全体揺動の仮想中心軸を含む面を横切って反対側の位置に回転移動するのを機械的な規制によって防止することができ、上記と同様に、波による装置全体揺動の揺動回転方向の変化と共にジンバル軸を正逆二方向に確実に回転させることができる。また、ばねの復元弾性によりジンバル軸の回転方向をスムーズに切り換えることができる。
【００２２】
さらに、第１駆動ギヤおよび第２駆動ギヤがベベルギヤからなり、そのベベルギヤを歯が向き合う取付けとし、それぞれのベベルギヤに噛合する従動ベベルギヤを前記出力軸の軸端部に設けることにより、簡単なギヤ構成でもってジンバル軸の正逆二方向の回転運動を出力軸の一方向の回転として取り出すことができる。また、ギヤ数も少ないため、コストの低減を図ることができ、しかも、エネルギの損失が少なく、発電効率を向上させることができる。
【００２３】
ここで、上記出力軸にフライホイールを設けておくと、従動ベベルギヤに伝達される回転力の変動を低減することができる。また、フライホイールの慣性力によって出力軸が回転していることにより、一方向クラッチの係合時の回転力の立ち上がりを円滑に行なわせることができる。
【００２４】
この発明に係るジャイロ式波力発電装置において、ジンバル軸と出力軸とが平行の配置であると、装置全体がジンバル軸および出力軸と同じ方向に連れ回り、発電機の回転軸の回転力が低下し、効率よく発電させることができなくなる。その発電効率の低下を抑制するため、ジンバル軸を鉛直の配置とし、出力軸を水平の配置として、装置全体の連れ回りを防止するのが好ましい。この場合、発電効率の低下を抑制することができると同時に、ジャイロ上において出力軸や増速機、発電機を水平の配置とすることができるため、メンテナンスの容易化を図ることができる。
【００２５】
この発明に係るジャイロ式波力発電装置において、フライホイールを高速で回転させるモータとして、ステータの外側にロータが設けられたアウタロータ方式のモータを採用し、そのロータをフライホイールに固定し、かつ、ステータをホイール支持軸で支持し、そのホイール支持軸を上下にジンバル軸を有する内部中空の密閉されたジンバルで支持して、上記フライホイールをジンバル内で回転自在とすることにより、ジャイロの軸方向幅の小型化を図ることができる。また、ジンバル軸回りの慣性モーメントを小さくすることができるため、発生するジャイロモーメントによりジンバル軸を円滑に回転させることができる。
【００２６】
この場合、ジンバルの内部中空室を減圧機により減圧することにより、フライホイールの回転抵抗を小さくすることができるため、フライホイールも円滑に回転させることができる。このとき、ジャイロ内に熱がこもり、フライホイールを回転自在に支持する軸受やモータが熱の影響を受け易くなるため、ホイール支持軸を筒状として放熱効果を高めるようにしておくのが良い。
【００２７】
この発明に係るジャイロ式波力発電装置において、平行に配置された２本の棒状体を浮体とし、その棒状体間に浮体ベースを渡し、その浮体ベースによってジャイロ、増速機および発電機を収容するカプセルを支持し、上記浮体ベースの下面を前記棒状体の接水面より上位に位置させておくと、着水部分の面積が小さくなり、小さい波でも装置全体が傾き易くなって発電を可能とすることができる。また、波に対する浮体の方向変化も容易となり、しかも、棒状体の平行軸線方向での移動抵抗が小さいため、ジャイロ式波力発電装置の設置も容易とすることができる。
【００２８】
この場合、棒状体と浮体ベースとを、棒状体の長さ方向に延びる連結軸を中心にして相対的に回転自在に連結しておくことにより、ジャイロを支持する浮体ベースを円滑に傾動させることができ、効率よく発電することができる。
【００２９】
２本の棒状体を浮体とするジャイロ式波力発電装置においては、浮体の平行線に一致する回転ベクトル方向で装置全体の揺れが最も大きくなり、ジャイロモーメントはホイール支持軸と外力の回転ベクトルの両方に直角となる回転ベクトル方向に発生するため、ジャイロのホイール支持軸が棒状体の長さ方向に対して直交する組込みとすると、大きなジャイロモーメントを得ることができ、大きな波エネルギを得ることができる。
【００３０】
ここで、浮体ベースの上面に内周対向位置が相反する方向に傾斜する傾斜面とされたカプセル嵌合凹部を設け、そのカプセル嵌合凹部内に上記カプセルの下部を嵌合して、カプセル嵌合凹部の底面で支持し、上記傾斜面とカプセルの下部外周面間に緩衝材を組込んでおくと、嵐等で係留が外れ、他の船や海岸施設に衝突した際に、その衝突力を緩衝材で緩衝することができ、カプセル内の各種機器の破損防止の効果を上げるとともに、被衝突物に対しても損傷の程度を抑えることができる。また、海上において浮体ベースからカプセルを容易に切り離して移動することができるため、保守点検作業を容易とすることができる。
【００３１】
この発明に係るジャイロ式波力発電装置において、ジャイロを二組とし、その二組のジャイロをジンバル軸が平行となる組込みとし、かつ、フライホイールの回転方向を逆向きとし、各ジャイロのジンバル軸の回転が伝達される出力軸を共通として、その出力軸に増速機および発電機を接続することにより、２つのジャイロの相互において、ジャイロモーメントの方向が反対となるため、ジャイロモーメントによるジンバル軸回り方向と同じ方向の装置全体の回転を抑制して、装置全体の安定化を図ることができ、ジンバル軸の回転の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３２】
上記のように、この発明においては、波による装置全体の揺動運動をジャイロモーメントによりジンバル軸の左右二方向の回転運動に変換し、このジンバル軸の左右二方向の回転運動を係合方向が逆向きとされた一対の一方向クラッチを介して出力軸に取り出し、その出力軸の回転を増速機に入力して発電機を駆動するようにしたことにより、波の周期、不規則性に拘わらず発電機を効率よく回転させることができ、発電容量の大きいジャイロ式波力発電装置を得ることができる。
【００３３】
また、装置全体の揺動周期とジンバル軸の回転を同期させる必要がないため、同期制御装置を不要とすることができ、コストの安いジャイロ式波力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明に係るジャイロ式波力発電装置の実施の形態を示す縦断正面図
【図２】図１の縦断側面図
【図３】図１のジャイロ組込み部を拡大して示す断面図
【図４】図３の縦断側面図
【図５】（ａ）は、ジンバル軸の回転角を規制する回転角規制手段の概略図、（ｂ）は、作動状態を示す概略図
【図６】ジャイロ式波力発電装置の揺動状態を示す縦断側面図
【図７】この発明に係るジャイロ式波力発電装置の他の実施の形態を示す縦断正面図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、この発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図１および図２に示すように、浮体１は、平行に配置された一対の棒状体１ａからなり、その棒状体１ａ間に浮体ベース２が渡されている。
【００３６】
浮体ベース２は、一対の棒状体１ａの長さ方向の両端面と対向する左右一対の連結片３を前後に有し、各連結片３が棒状体１ａの端面上部に連結軸４を介して回転自在に連結されている。
【００３７】
浮体ベース２の上面中央部にはカプセル嵌合凹部５が形成され、そのカプセル嵌合凹部５は角錐台状をなし、内周の各面が傾斜面６とされている。カプセル嵌合凹部５内にはカプセル７の下部が嵌合されている。カプセル７はカプセル嵌合凹部５の底面で支持され、その下部は角錐台状をなし、その外周面とカプセル嵌合凹部５の内周面間に緩衝材８が組込まれている。
【００３８】
カプセル７は、開閉可能なカバー９を有し、内部空間はベースプレート１０の組込みによって上部空間１１と下部空間１２とに区画されている。
【００３９】
図３および図４に示すように、カプセル７の下部空間１２には、支持リング１３が組込まれている。支持リング１３は、軸受筒１４を上下に有し、下部軸受筒１４がカプセル７の底板７ａに支持され、上部軸受筒１４がベースプレート１０により支持されて、固定の配置とされている。
【００４０】
支持リング１３の内側にはジャイロ１５が組込まれている。ジャイロ１５は、内部中空の密閉されたジンバル１６と、そのジンバル１６内に組込まれたフライホイール１７およびそのフライホイール１７の回転駆動用のモータ１８を備えている。
【００４１】
ジンバル１６は、上下にジンバル軸１９を有し、そのジンバル軸１９は支持リング１３に設けられた軸受筒１４内に挿入され、各軸受筒１４内に組込まれた軸受２０によって回転自在に支持されている。
【００４２】
上部のジンバル軸１９は、上部空間１１内に配置されてベースプレート１０に支持されたギヤケース２１を上下に貫通し、そのギヤケース２１の上壁に支持された軸受２２によっても回転自在に支持されている。
【００４３】
フライホイール１７は、ジンバル軸１９に直交し、両端部がジンバル１６に固定支持された水平配置のホイール支持軸２３に嵌合され、その嵌合面間に組込まれた軸受２４により支持されて、ホイール支持軸２３を中心に回転自在とされている。
【００４４】
ここで、ジンバル１６の密閉された内部空間を減圧機により減圧することにより、フライホイール１７の回転抵抗を小さくすることができ、フライホイール１７を円滑に回転させることができる。このとき、ジンバル１６内に熱がこもり、フライホイール１７を回転自在に支持する軸受２４やモータ１８が熱の影響を受け易くなるため、ホイール支持軸２３を筒状として放熱効果を高めるようにしている。
【００４５】
フライホイール１７の回転駆動用のモータ１８は、ステータ１８ａの外側にロータ１８ｂが設けられたアウタロータ方式のモータが採用され、上記ステータ１８がホイール支持軸２３で支持され、ロータ１８ｂがフライホイール１７に固定されている。
【００４６】
上記の構成からなるジャイロ１５は、ホイール支持軸２３が浮体１を形成する２本の棒状体１ａの長さ方向と直交する組込みとされており、その組込み状態において、モータ１８の駆動によりフライホイール１７を高速で回転し、その回転状態でジャイロ１５が、そのホイール支持軸２３とジンバル軸１９の両軸に直交してフライホイール１７の重心Ｇを通る仮想中心軸Ｌを中心に揺動して傾きが生じると、フライホイール１７の回転によりジャイロモーメントが発生して、ジンバル軸１９が正逆二方向に回転するようになっている。
【００４７】
上部空間１１内において、ジンバル軸１９の周囲には、ジンバル軸１９の正逆二方向の回転角を規制する回転角規制手段２５が設けられている。図３乃至図５に示すように、回転角規制手段２５は、ジンバル軸１９に固定された円板２６の上面に径方向に延びるストッパ２７を設け、そのストッパ２７の両端に相反する方向に傾斜するばね押圧面２８を形成し、ベースプレート１０の上面には上記ストッパ２７から周方向両側に９０°の間隔をおいて設けられた対向一対のばね支持体２９を固定し、そのばね支持体２９の対向端部の両側にばね３０を設け、上記ストッパ２７がばね３０を収縮限界に至るまで押圧することによってジンバル軸の左右２方向の回転角を規制するようにしている。
【００４８】
ここで、図５（ｂ）のθは、ジンバル軸１９の左回転の可動範囲を示し、ジンバル軸１９の右回転の可動範囲も左回転の可動範囲に同じとされている。
【００４９】
図３および図４に示すように、ジンバル軸１９には、ギヤケース２１内に位置する部分にベベルギヤからなる第１駆動ギヤ３１と第２駆動ギヤ３２が設けられている。第１駆動ギヤ３１と第２駆動ギヤ３２は、歯が対向する組付けとされ、各駆動ギヤ３１、３２とジンバル軸１９の嵌合面間に一方向クラッチ３３、３４が組込まれている。
【００５０】
第１駆動ギヤ３１の内側に組込まれた一方向クラッチ３３と第２駆動ギヤ３２の内側に組込まれた一方向クラッチ３４は、係合方向が異なる逆向きの組み込みとされ、ジンバル軸１９の一方向の回転時に一対の一方向クラッチ３３、３４の一方が係合してジンバル軸１９の回転を一方の駆動ギヤに伝達し、ジンバル軸１９の他方向の回転時に他方の一方向クラッチが係合して、ジンバル軸１９の回転を他方の駆動ギヤに伝達するようになっている。
【００５１】
第１駆動ギヤ３１および第２駆動ギヤ３２のそれぞれには従動ベベルギヤ３５が噛合している。従動ベベルギヤ３５は出力軸３６の軸端部に設けられ、その出力軸３６は水平方向に延びてギヤケース２１の周壁を貫通し、上記ギヤケース２１の外部に位置する部分にフライホイール３７が設けられている。
【００５２】
出力軸３６には、その出力軸３６の回転を増速して発電機３８に出力する増速機３９が接続されている。
【００５３】
実施の形態で示すジャイロ式波力発電装置は上記の構造からなり、図１および図２は、そのジャイロ式波力発電装置を海水面上に浮かべた状態を示している。その浮遊状態において海水面に波が生じると、装置全体が揺動する。図６はその揺動状態を示す。このとき、浮体１の棒状体１ａと浮体ベース２は、連結軸４によって相対的に回転自在の連結であるため、一対の棒状体１ａは一定の姿勢を保って相反する方向に上下動し、その相反する方向の上下動によって浮体ベース２が揺動する。
【００５４】
また、浮体ベース２は、その下面が海水面より上位に位置しているため、着水部分の面積が小さく、小さい波でも浮体ベース２が揺動し、装置全体が円滑に揺動する。
【００５５】
上記のような装置全体の揺動時、フライホイール１７のホイール支持軸２３は、そのホイール支持軸２３とジンバル軸１９の両軸に直交してフライホイール１７の重心Ｇを通る仮想中心軸Ｌを中心に揺動して傾きが生じることになる。
【００５６】
フライホイール１７がモータ１８の駆動により高速回転している状態でホイール支持軸２３に傾きが生じると、フライホイール１７の回転によりジャイロモーメントが発生し、ジンバル軸１９が回転する。
【００５７】
ここで、ホイール支持軸２３は、波による傾きであるため、傾き方向が変化し、その傾きの変化によりジャイロモーメントの方向も変化し、ジャイロ軸１９は正逆二方向に回転運動する。
【００５８】
このとき、上記ジャイロ軸１９には一方向クラッチ３３を介して第１駆動ギヤ３１が設けられ、また、一方向クラッチ３４を介して第２駆動ギヤ３２が設けられ、その一方向クラッチ３３、３４は係合方向を逆とする組み込みであるため、ジャイロ軸１９の一方向の回転により一方の一方向クラッチが係合し、ジャイロ軸１９の一方向の回転が一方の駆動ギヤに伝達される。また、ジャイロ軸１９の他方向の回転により他方の一方向クラッチが係合し、ジャイロ軸１９の他方向の回転が他方の駆動ギヤに伝達される。
【００５９】
第１駆動ギヤ３１および第２駆動ギヤ３２の回転は、その第１駆動ギヤ３１および第２駆動ギヤ３２のそれぞれに噛合する従動ベベルギヤ３５から出力軸３６に伝達されて、出力軸３６が一方向に連続して回転し、その回転は増速機３９により増速されて発電機３８に入力され、発電機３８が駆動する。
【００６０】
このように、波によりホイール支持軸２３が揺動すると、ジンバル軸１９が正逆二方向に回転し、その回転が出力軸３６の一方向の回転として取り出され、増速機３９により増速されて発電機３９に入力されるため、波の周期、不規則性に拘わらず発電機３８を効率よく回転させることができる。
【００６１】
実施の形態においては、第１駆動ギヤ３１および第２駆動ギヤ３２をベベルギヤとし、そのベベルギヤのそれぞれに噛合する従動ベベルギヤ３５を出力軸３６に設けた簡単なギヤ構成でもってジンバル軸１９の正逆二方向の回転運動を出力軸３６の一方向の回転として取り出すようにしているため、エネルギの損失が少なく、効率のよい発電を行なうことができる。
【００６２】
また、出力軸３６にフライホイール３７が設けられているため、従動ベベルギヤ３５に伝達される回転力の変動が小さく、また、フライホイール３７の慣性力によって出力軸３６が回転していることにより、一方向クラッチ３３、３４の係合時の回転力の立ち上がりは円滑なものとなり、出力軸３６を一方向に滑らかに連続回転させることができる。
【００６３】
さらに、ジンバル軸１９に径方向に延びるストッパ２７を設け、そのストッパ２７が周方向に間隔をおいて設けられた一対の固定配置のばね３０を押圧して収縮限界に至るまで弾性変形させることによってジンバル軸１９の左右２方向の回転角を規制するようにしているため、大きなジャイロモーメントを受けても、ジンバル軸１９と共に回転するホイール支持軸２３は、ジンバル軸１９と装置全体揺動の仮想中心軸を含む面を横切って反対側の位置に回転移動するのを機械的に規制することができる。その結果、ホイール支持軸２３の揺動方向の変化と共にジンバル軸１９を正逆二方向に確実に回転させることができる。また、ばね３０の復元弾性によりジンバル軸１９の回転方向をスムーズに切り換えることができる。
【００６４】
なお、上記のような機械式の回転角規制手段２５に代えて、ジンバル軸１９の回転角変位および回転速度に比例して発電機３８の回転負荷を可変させるようにしてもよい。この場合においても、ホイール支持軸２３が大きく揺動して大きなジャイロモーメントを受けても、ジンバル軸１９と共に回転するホイール支持軸２３は、ジンバル軸１９と装置全体揺動の仮想中心軸を含む面を横切って反対側の位置に回転移動することがなくなり、ホイール支持軸２３の揺動方向の変化と共にジンバル軸１９を正逆二方向に確実に回転させることができる。
【００６５】
この場合、図３に示すように、ジンバル軸１９の周囲に、そのジンバル軸１９の回転角を検出する検出センサ４０を設け、その検出センサ４０から制御装置に検出信号を出力し、制御装置は検出センサから入力される検出信号に基づいて発電機３８に回転負荷を付与する付与手段を制御するようにする。
【００６６】
図７は、この発明に係るジャイロ式波力発電装置の他の実施の形態を示す。この実施の形態では、カプセル７内に二組のジャイロ１５を組込み、その二組のジャイロ１５をジンバル軸１９が平行する組込みとして、フライホイール１７の回転方向を逆向きとし、各ジャイロ１５のジンバル軸１９の回転が伝達される出力軸３６を共通として、その出力軸３６に増速機３９および発電機３８を接続している点で図１乃至図６に示すジャイロ式波力発電装置と相違している。他の構成は図１乃至図６に示すジャイロ式波力発電装置と同一であるため、同一の部品には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
上記のように、フライホイール１７の回転方向が逆向きとなる二組のジャイロ１５を設けることによって、その二つのジャイロの相互において、ジャイロモーメントの回転方向が反対となるため、ジャイロモーメントによるジンバル軸１９回り方向と同じ方向の装置全体の回転を抑制して、装置全体の安定化を図ることができ、ジンバル軸１９の回転の低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１      浮体
１ａ    棒状体
２      浮体ベース
４      連結軸
５      カプセル嵌合凹部
６      傾斜面
８      緩衝材
１５    ジャイロ
１６    ジンバル
１７    フライホイール
１８    モータ
１８ａ  ステータ
１８ｂ  ローラ
１９    ジンバル軸
２３    ホイール支持軸
２５    回転角規制手段
２７    ストッパ
３０    ばね
３１    第１駆動ギヤ
３２    第２駆動ギヤ
３３    一方向クラッチ
３４    一方向クラッチ
３５    従動ベベルギヤ
３６    出力軸
３７    フライホイール
３８    発電機
３９    増速機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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