(57)【要約】【課題】水中に設置された回転体に取付けられたエネルギー効率の良い浮遊体が受ける浮力や重力を利用し、装置としての効率的に回転エネルギーを発生させる。【解決手段】回転軸１１に放射状に伸びて設けられ、長さ方向に伸縮自在自在な伸縮支持機構１３と、伸縮支持機構１３の先端部に固定され、内部が閉鎖されて両面が楕円盤面２０ａの中空体よりなる浮遊体２０と、浮遊体２０の近傍で伸縮支持機構１３に回転自在に設けられたローラ２５とから構成された回転体１０と、ローラ２５が回転する軌跡に沿って設けられ、伸縮支持機構１３の伸縮を調整する内側ガイドレール３０及び外側ガイドレール３１とを備え、浮遊体２０は、楕円盤面２０ａが中央部に向かうに従って突出した曲面に形成され、楕円盤面２０ａの短径側が回転軸１１の回転方向で、長径側が浮遊体２０の回転移動方向の接線に対して交差する方向に向くように配設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支承された回転軸と、この回転軸に等角度で放射状に伸びて複数個設けられ、前記回転軸に一端が固定されたガイド板及びこのガイド板に摺動自在に設けられた伸縮板とからなる伸縮支持機構と、前記伸縮板の先端部に固定され、内部が閉鎖されて両面が楕円盤面の中空体よりなる浮遊体と、この浮遊体の近傍で前記伸縮板に回転自在に設けられたローラと、から構成されてその一部が水中に設置される回転体と、
下方に位置して伸縮板が縮小した状態にあるローラの内側をガイドし、該ローラがほぼ９０度移動するに従って前記回転軸より遠ざかる方向に前記伸縮板を伸長させる伸長作用部を有する内側ガイドレールと、この内側ガイドレールと協同して伸縮板を伸長させ、最下部のローラを伸長させる伸長作用部、内側ガイドレール及び伸長作用部より離れて伸長状態にある伸縮板をローラが移動するに従って回転軸の下方までに伸縮板を縮小及びこの縮小状態を維持させる縮小作用部及び縮小維持部を形成した外側ガイドレールと、から構成されたガイドレール手段とを備え、
前記浮遊体は、楕円盤面が中央部に向かうに従って突出した曲面に形成され、楕円盤面の短径側が回転軸の回転方向に配設され、楕円盤面の長径側が浮遊体の回転移動方向の接線に対して交差する方向に向き、前記回転軸を回転させるか、又は前記回転軸を回転させるように上方より水を供給することにより、前記回転軸より動力を得ることを特徴とする動力発生装置。
【請求項２】
前記回転軸に設けられた駆動スプロケットと、前記回転体の下方に回転自在に設けられた従動スプロケットと、この従動スプロケットと前記駆動スプロケットに掛け渡されたチェーンと、前記従動スプロケットの回転軸に固定された回転羽根と、この回転羽根の回転によって発生する水流を前記浮遊体が回転する方向に向かわせる水路を形成する水流発生手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の動力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、動力発生装置に係り、特に浮力を使用して回転体を回転させることで発生する回転エネルギーを電気エネルギー等の動力に変換させる動力発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  水車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換させる各種の装置、或いは水中での浮力を利用して回転体を回転させ、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換させる各種の装置が提案されている。【０００３】  特許文献１には、水位の干潮の差がある河川において、周年水車の回転エネルギーの生産ができるフロート水車が開示されている。ここでは、水車本体に水流の流力を受けて回転する羽根を備えた水車であって水に浮く素材で形成したフロート水車が記載されている。【０００４】  特許文献２には、発電機と連結して電気を発生させるか、又は各種の装置や機械と連結して直接使用できる重力と浮力の作用で回転する装置が開示されている。ここでは、水槽に貯留した貯留水中に回転歯車の下部を水没させると共に回転自在に設け、この回転歯車の右側に貯留水中に下部を水没させたフロート筒の外周に設けた平ギアを噛合せる。そして、ウェート受けアームの右端部に枢着した  型ウェイトの右側取付け部に上下一対の平ギアを設け、これら平ギアをフロート筒の端部に設けた内設ギアの左側に噛合せることが記載されている。この  型ウェイトの重力は、フロート筒の左側に働き、更には回転歯車の右側に働いている。そのためフロート筒は、その片側が浮上しようとし他の片側が沈もうとするので、回転歯車と互いに同調しながら回転し続ける。【０００５】  特許文献３には、風水車を利用する翼車に関し、揚力のみならずそれ以上に大きい抗力の大部分を回転力として取り込む風水車翼車が開示されている。ここでは、翼車の回転軸を中心として円周上に複数の回転翼を設け、翼車の一回転に対し回転翼はその二分の一の速度で逆方向に回転するように制御し、風水流に対し翼車の直角方向の片側で平行に、反対側で直角となるように設定し、揚力と抗力を共に利用して回転力を取り出すことが記載されている。【０００６】  特許文献４には、水中深く沈めた浮力体に空気を送入することによって生じる浮力を利用して発電エネルギーを回収する方法及び装置が開示されている。ここでは、水面深くまで垂下した上下方向に回動自在の無端ベルトの外面全周にわたって多数の浮力体を取付け、このベルトの下方端で各浮力体に空気を送入して浮力を発生させ、上方端で順次浮力体内の空気を排出させるようにして、無端ベルトを連続回動させてベルト支持軸の回転エネルギーを回収することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１５９２２１号公報
【特許文献２】特開平５−４４６２７号公報
【特許文献３】特開２００８−２０２５８８号公報
【特許文献４】特開２０００−１３０３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  水中での浮力を利用して回転体を回転させには、エネルギーのロスを最小限にしてエネルギー効率を最大限にすることが効果的である。即ち、水中で浮力を受ける浮遊体が移動することにより発生する水による抵抗エネルギーを最小限にして回転体を効率よく回転させることが望ましい。【０００９】  また水中での浮力を利用して回転体を回転させるには、浮遊体だけでなく回転体の装置自体のエネルギー効率を最大限にする必要がある。即ち、回転体自体が水中での浮力や重力を利用して効率よく回転エネルギーを発生させ、それを電気エネルギーに変換する装置を内蔵することが望ましい。【００１０】  本発明の課題は、水中に設置された回転体に取付けられたエネルギー効率の良い浮遊体が受ける浮力や重力を利用し、装置としての効率的に回転エネルギーを発生させる動力発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  上記課題を解決するための本発明の請求項１は、回転自在に支承された回転軸と、この回転軸に等角度で放射状に伸びて複数個設けられ、前記回転軸に一端が固定されたガイド板及びこのガイド板に摺動自在に設けられた伸縮板とからなる伸縮支持機構と、前記伸縮板の先端部に固定され、内部が閉鎖されて両面が楕円盤面の中空体よりなる浮遊体と、この浮遊体の近傍で前記伸縮板に回転自在に設けられたローラと、から構成されてその一部が水中に設置される回転体と、
下方に位置して伸縮板が縮小した状態にあるローラの内側をガイドし、該ローラがほぼ９０度移動するに従って前記回転軸より遠ざかる方向に前記伸縮板を伸長させる伸長作用部を有する内側ガイドレールと、この内側ガイドレールと協同して伸縮板を伸長させ、最下部のローラを伸長させる伸長作用部、内側ガイドレール及び伸長作用部より離れて伸長状態にある伸縮板をローラが移動するに従って回転軸の下方までに伸縮板を縮小及びこの縮小状態を維持させる縮小作用部及び縮小維持部を形成した外側ガイドレールと、から構成されたガイドレール手段とを備え、
前記浮遊体は、楕円盤面が中央部に向かうに従って突出した曲面に形成され、楕円盤面の短径側が回転軸の回転方向に配設され、楕円盤面の長径側が浮遊体の回転移動方向の接線に対して交差する方向に向き、前記回転軸を回転させるか、又は前記回転軸を回転させるように上方より水を供給することにより、前記回転軸より動力を得ることを特徴とする。【００１２】  上記課題を解決するための本発明の請求項２は、上記請求項１において、前記回転軸に設けられた駆動スプロケットと、前記回転体の下方に回転自在に設けられた従動スプロケットと、この従動スプロケットと前記駆動スプロケットに掛け渡されたチェーンと、前記従動スプロケットの回転軸に固定された回転羽根と、この回転羽根の回転によって発生する水流を前記浮遊体が回転する方向に向かわせる水路を形成する水流発生手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】  浮遊体に接続された伸縮支持機構を長さ方向に伸縮自在にすることで、浮力及び重力の作用により回転軸に加わるモーメントを増減させて効率的に回転モーメントを発生させる。またローラの軌跡に沿って内側ガイドレー及び外側ガイドレールによりローラを案内し、伸縮支持機構の長さを調整することができる。即ち、伸縮支持機構が浮遊体の所定の回転範囲において、内側ガイドレール及び外側ガイドレールの伸長作用部によりローラが外側に移動させられて長さが伸ばされ、浮遊体の回転軸からの距離が長くなり、回転体の所定の回転範囲を越えるとローラが内側ガイドレール及び外側ガイドレールから外れて、浮遊体が水面から浮き上がることで浮遊体が受ける重力が浮力より大きくなり、自重及び外側ガイドレールの縮小作用部により長さが縮まって浮遊体の回転軸からの距離が短くなる。これにより、回転軸からの浮遊体の距離が調整され、浮力及び重力の作用により回転軸に加わるモーメントを増減させて回転力を発生させることができる。【００１４】  また浮遊体は楕円盤面の周辺部が所定の厚みを有し、楕円盤面が中央部に向かうに従って突出した曲面に形成され、楕円盤面の短径側が回転軸の回転方向に配設され、楕円盤面の長径側が浮遊体の回転移動方向の接線に対して交差する方向に設ける。これにより、浮遊体が水中で受ける浮力を増大させ、浮遊体が水中を移動する際に水による抵抗エネルギーを最小限にすることができる。【００１５】  回転体が回転すること等によって生じる水流と、回転軸が回転して駆動スプロケット、チェーン及び従動スプロケットを介して回転羽根が回転して水流が生じ、この水流を浮遊体が回転する方向に向かわせる。これにより、回転体を更に効率良く回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の動力発生装置の一実施の形態の概略構成を示す一部断面側面図である。
【図２】伸縮支持機構及び浮遊体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  本発明の動力発生装置の一実施の形態を図１及び図２により説明する。本実施の形態は、水槽１内に配設された回転体１０と、この回転体１０の後記するローラ２５（２５Ａ、２５Ｂ・・・２５Ｈ）をガイドする内側ガイドレール３０及び外側ガイドレール３１と、水流発生手段４０とから構成されている。以下、各構成について説明する。
【００１８】  まず、回転体１０の構成について説明する。回転軸１１の両端側は、水槽１の底面に固定された支持台１２に図示しない軸受を介して回転自在に支承されている。回転軸１１の軸受間には、等角度で放射状に伸びた８個の伸縮支持機構１３の一端が固定されている。なお、この伸縮支持機構１３の個数は限定されないが、６個〜１０個が好ましい。
【００１９】  伸縮支持機構１３の構成を主として図２により説明する。回転軸１１には断面がコ字型のガイド板１４が固定されており、ガイド板１４には伸縮板１５が摺動自在に配設されている。ガイド板１４の内側の両側部には、伸縮板１５の上下位置を規制する位置規制板１６が固定されている。ガイド板１４の先端部の上面には、ストッパ板１７が固定されている。伸縮板１５のガイド板１４に位置する部位には、上方に突出しストッパ板１７に当接するストッパピン１８が固定されている。
【００２０】  伸縮板１５の先端部には、浮遊体２０（２０Ａ、２０Ｂ・・・２０Ｈ）が固定されており、浮遊体２０は、内部が閉鎖された中空体で、両面が楕円盤面２０ａになっている。楕円盤面２０ａは、中央部に向かうに従って外側に突出した曲面に形成されている。即ち浮遊体２０を側面から見ると、左右が円弧状に膨らんでいる。これにより、浮遊体２０が水中で受ける浮力を増大させ、浮遊体２０が水中を移動する際に水に抵抗を最小限とすることができる。また浮遊体２０は、内部を加圧するための加圧口２１が設けられ、加圧口２１からポンプで（図示せず）により空気を注入して内部の空気を加圧し、水圧に耐えるようになっている。
【００２１】  浮遊体２０の一方の楕円盤面２０ａの長径面には、相対向して取付け板２２が固定されている。取付け板２２の内側部には伸縮板１５を挿入する固定部２２ａが立ち上がって形成されており、伸縮板１５の端部がボルト２３により固定部２２ａ間に固定されている。取付け板２２の外側部にはローラ取付け部２２ｂが立ち上がって形成されており、ローラ取付け部２２ｂには外側に伸びたローラ軸２４が固定されており、ローラ軸２４にはローラ２５（２５Ａ、２５Ｂ・・・２５Ｈ）が回転自在に支承されている。これにより、楕円盤面２０ａの短径側が回転軸１１の回転方向に配設され、楕円盤面２０ａの長径側が浮遊体２０の回転移動方向の接線に対して交差する方向に向いている。即ち、浮遊体２０は、水中で厚みの薄い楕円盤の外縁部が先端になって水を切って推進する構成となっている。これにより、浮遊体２０が水中を移動する際に水による抵抗を減少させることができる。
【００２２】  次に内側ガイドレール３０及び外側ガイドレール３１の構成について説明する。内側ガイドレール３０は浮遊体２０に設けられた左右の２個のローラ２５の内側をガイドし、外側ガイドレール３１は前記２個のローラ２５の外側をガイドする。内側ガイドレール３０は、伸縮板１５が縮小して伸縮支持機構１３が短くなっている最下部のローラ２５Ａを図１の右側まで回転軸１１から遠ざける方向、即ち伸縮板１５を伸長させるように移動させるように曲線状に形成されている。
【００２３】  外側ガイドレール３１は、内側ガイドレール３０と協同して伸縮板１５を伸長させ、最下部のローラ２５Ａを右側まで回転軸１１から遠ざける方向に移動させる伸長作用部３１ａと、上方部のローラ２５Ｄを左側上方のローラ２５Ｆまで伸縮板１５を縮小した状態に作用させる縮小作用部３１ｂと、伸縮板１５が縮小した状態のローラ２５Ｆを最下部のローラ２５Ａまで維持させる縮小維持部３１ｃとからなっている。ここで、縮小作用部３１ｂに連続して縮小維持部３１ｃが形成され、縮小維持部３１ｃに連続して伸長作用部３１ａが形成されている。縮小作用部３１ｂは、伸縮板１５が伸長した状態のローラ２５Ｄを伸縮板１５が縮小した状態のローラ２５Ｆ、即ちローラ２５が回転軸１１に近づく方向に移動するように、回転軸１１の右側４５度上方のローラ２５Ｄから回転軸１１の左側４５度上方のローラ２５Ｆまで曲線に形成されている。縮小維持部３１ｃは、伸縮板１５が縮小した状態のローラ２５Ｆをローラ２５Ａまで縮小した状態を維持するように、ローラ２５Ｆの位置から回転軸１１の直下のローラ２５Ａまで回転軸１１を中心として同一半径で形成されている。
【００２４】  内側ガイドレール３０は、下端部及び上端部が外側ガイドレール３１に固定板３２で固定されている。外側ガイドレール３１は、複数個の固定板３３で支持フレーム３４に固定されている。
【００２５】  最後に水流発生手段４０の構成について説明する。水槽１内の下方部には水路４１を形成するように、浮遊体２０の下方側に内側水路板４２が配設され、この内側水路板４２の下方側には、支持フレーム３４に連続して外側水路板４３が形成されている。回転軸１１の一端部には駆動スプロケット５０が固定されている。水路４１の入り口部（図１の下方左側部）には、水槽１の底面に固定された支持台５１に図示しない軸受を介して回転軸５２が回転自在に支承されている。回転軸５２には、駆動スプロケット５０に対応して従動スプロケット５３が固定されており、駆動スプロケット５０と従動スプロケット５３にはチェーン５４が掛け渡されている。また回転軸５２には、水路４１に水流を供給するように、回転羽根５５が固定されている。水路４１の水流は、回転体１０が回転する方向に向いている。これにより、回転体１０の回転により発生した水流のエネルギーを再度回転体１０の回転に活用できるようになっている。
【００２６】  回転軸１１の回転エネルギーは、水槽１外に設置された図示しない電力変換器又はモータ等の動力変換部に接続されている。
【００２７】  次に作用について説明する。回転軸１１を手動で回転させるか、又は浮遊体２０Ｆの上方のパイプ６０から水を供給すると、回転体１０は左回りに回転すると共に、水槽１内には左回りの水流が発生する。これにより、最下部位置のローラ２５Ａは、内側ガイドレール３０及び外側ガイドレール３１の伸長作用部３１ａにガイドされてローラ２５Ｃへと回転軸１１より離れる方向に移動する。即ち、伸縮支持機構１３の伸縮板１５が伸び、回転軸１１から浮遊体２０Ａ（２０Ｇ）までの長さＬ２が回転軸１１から浮遊体２０Ｃまでの長さＬ１となる。そして、浮遊体２０Ｃは更に回転して水槽１の水面から押し出され、自重により縮小しようとすると共に、外側ガイドレール３１の縮小作用部３１ｂに当接する。その後は、ローラ２５Ｄが縮小作用部３１ｂにガイドされてローラ２５Ｆに移動して伸縮板１５が縮小して回転軸１１から浮遊体２０Ｆまでの長さＬ２となる。ローラ２５Ｆは縮小維持部３１ｃにガイドされてローラ２５Ａまで伸縮板１５が縮小した長さを維持する。
【００２８】  この回転体１０の回転において、浮遊体２０Ｃは浮力Ｆ１と重力Ｇ１を受ける。回転軸１１にはＭ１＝Ｌ１×（Ｆ１−Ｇ１）の曲げモーメントＭ１が発生する。浮遊体２０Ｇは、浮力Ｆ２と重力Ｇ２を受け、回転軸１１にはＭ２＝Ｌ２×（Ｆ２−Ｇ２）の曲げモーメントＭ２が発生する。また逆回転方向の曲げモーメントＭ３として、水面下に存在する浮遊体２０が回転することによって水槽１内の流体から受ける力によって生じる曲げモーメント、ローラ２５が内側ガイドレール３０及び外側ガイドレール３１との接触による摩擦力によって生じる曲げモーメント等がある。
【００２９】  そこで、回転軸１１を回転させる曲げモーメントＭは、Ｍ＝Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３となり、回転体１０に回転力を発生させる。本実施の形態においては、前記したように回転軸１１を手動で回転させるか、又は浮遊体２０Ｆにパイプ６０から水を落下させることにより、このエネルギーによって水槽１内に左回り方向（回転軸１１の回転方向）の水流により、回転体１０はより勢い良く回転する。ここで、浮遊体２０Ｄと浮遊体２０Ｆが受ける浮力と重力の差、及び浮遊体２０Ｈと浮遊体２０Ｂが受ける浮力と重力の差はほぼ同じであり、回転体１０に与える曲げモーメントの影響は小さい。また浮遊体２０Ｅ及び浮遊体２０Ａが受ける浮力と重力の差は回転体１０に曲げモーメントを殆ど発生させない。また回転体１０が回転することで水槽１内には左回りの水流が発生し、この水流のエネルギーを再度回転体１０の回転に活用できる。
【００３０】  このように、浮遊体２０に接続された伸縮支持機構１３を長さ方向に伸縮自在にすることで、浮力及び重力の作用により回転軸１１に加わるモーメントを増減させて効率的に回転モーメントを発生させる。またローラ２５の軌跡に沿って内側ガイドレール３０及び外側ガイドレール３１によりローラ２５を案内し、伸縮支持機構１３の長さを調整することができる。即ち、伸縮支持機構１３が浮遊体２０の所定の回転範囲において、内側ガイドレール３０及び外側ガイドレール３１の伸長作用部３１ａによりローラ２５が外側に移動させられて長さが伸ばされ、浮遊体２０の回転軸１１からの距離が長くなり、回転体１０の所定の回転範囲を越えるとローラ２５が内側ガイドレール３０及び外側ガイドレール３１から外れて、浮遊体２０が水面から浮き上がることで浮遊体２０が受ける重力が浮力より大きくなり、自重及び外側ガイドレール３１の縮小作用部３１ｂにより長さが縮まって浮遊体２０の回転軸１１からの距離が短くなる。これにより、回転軸１１からの浮遊体２０の距離が調整され、浮力及び重力の作用により回転軸１１に加わるモーメントを増減させて回転力を発生させることができる。
【００３１】  また浮遊体２０は楕円盤面２０ａの周辺部が所定の厚みを有し、楕円盤面２０ａが中央部に向かうに従って突出した曲面に形成され、楕円盤面２０ａの短径側が回転軸１１の回転方向に配設され、楕円盤面２０ａの長径側が浮遊体２０の回転移動方向の接線に対して交差する方向に設ける。これにより、浮遊体２０が水中で受ける浮力を増大させ、浮遊体２０が水中を移動する際に水による抵抗エネルギーを最小限にすることができる。
【００３２】  回転体１０が回転すること等によって生じる水流と、回転軸１１が回転して駆動スプロケット５０、チェーン５４及び従動スプロケット５３を介して回転羽根５５が回転して水流が生じ、この水流を浮遊体２０が回転する方向に向かわせる。これにより、回転体１０を更に効率良く回転させることができる。
【００３３】  特に材質は本発明の要旨ではなく限定されないが、水中で使用するので、錆びにくいステンレス材で製作するのが好ましい。またローラ２５は樹脂材で製作するのが好ましい。また大きさも本発明の要旨ではなく限定されないが、Ｌ１＝４０ｃｍ、Ｌ２＝２３ｃｍに設定した。浮遊体２０は厚さ５ｃｍ、楕円盤面２０ａは、長径が２４．５ｃｍ、短径が１９ｃｍ、楕円盤面２０ａの突出量は１ｃｍに設定した。
【符号の説明】
【００３４】１      水槽
１０    回転体
１１    回転軸
１３    伸縮支持機構
１４    ガイド板
１５    伸縮板
２０（２０Ａ、２０Ｂ・・・２０Ｈ）    浮遊体
２０ａ  楕円盤面
２５（２５Ａ、２５Ｂ・・・２５Ｈ）    ローラ
３０    内側ガイドレール
３１    外側ガイドレール
３１ａ  伸長作用部
３１ｂ  縮小作用部
３１ｃ  縮小維持部
４０    水流発生手段
４１    水路
４２    内側水路板
４３    外側水路板
５０    駆動スプロケット
５３    従動スプロケット
５４    チェーン
５５    回転羽根
６０    パイプ
【図１】
2011190789.tif 000003
【図２】
2011190789.tif 000004