(57)【要約】【課題】揺動レールの端部を最下位置から最上位置まで引き上げる際の引き上げ力を軽減する。【解決手段】引き上げ部４は、第１端部２１に取り付けられた錘４１と、錘４２と、第１端部２１の最上位置Ｋ２よりも上側に配置された上スプロケット４０１，４０２と、第１端部２１の最下位置Ｋ１よりも下側に配置された下スプロケット４０３，４０４と、第１端Ｐ１が錘４１に接続され、第２端Ｐ２が上スプロケット４０１，４０２を介して錘４２に接続されたチェーン４３と、第１端Ｐ３が第１端部２１に接続され、第２端Ｐ４が下スプロケット４０３，４０４を介して錘４２に接続されたチェーン４４と備える。【選択図】図２
2019078242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重力を電力に変換する重力発電装置であって、
第１端部と第２端部とを備える揺動レールと、
前記揺動レールを揺動可能に支持する支持部と、
回転しながら前記揺動レール上を移動可能に構成された１以上の発電機を含む発電部と、
前記発電機が発電した電力を蓄積する蓄電器と、
前記第１端部に接続された引き上げる第１引き上げ部と、
前記第２端部に接続された引き上げる第２引き上げ部と、
前記蓄電器が蓄積する電力及び外部電力が供給され、前記第１引き上げ部及び前記第２引き上げ部の少なくとも一方を駆動する電動機と、
前記第１端部が最下位置に位置する場合、前記電動機を駆動し、前記第１引き上げ部及び前記第２引き上げ部に前記第１端部を最上位置まで引き上げさせ、前記第２端部が前記最下位置に位置する場合、前記電動機を駆動して、前記第１引き上げ部及び前記第２引き上げ部に前記第２端部を前記最上位置まで引き上げさせる制御部とを備え、
前記第１引き上げ部は、
前記第１端部に取り付けられた第１錘と、
第２錘と、
前記第１端部の前記最上位置よりも上側に配置された第１上スプロケットと、
前記第１端部の前記最下位置よりも下側に配置された第１下スプロケットと、
第１端が前記第１端部及び前記第１錘の一方に接続され、第２端が前記第１上スプロケットを介して前記第２錘に接続された第１チェーンと、
第１端が前記第１端部及び前記第１錘の他方に接続され、第２端が前記第１下スプロケットを介して前記第２錘に接続された第２チェーンとを備え、
前記第２引き上げ部は、
前記第２端部に取り付けられた第３錘と、
第４錘と、
前記第２端部の前記最上位置よりも上側に配置された第２上スプロケットと、
前記第２端部の前記最下位置よりも下側に配置された第２下スプロケットと、
第１端が前記第２端部及び前記第３錘の一方に接続され、第２端が前記第２上スプロケットを介して前記第４錘に接続された第３チェーンと、
第１端が前記第２端部及び前記第３錘の他方に接続され、第２端が前記第２下スプロケットを介して前記第４錘に接続された第４チェーンとを備える重力発電装置。
【請求項２】
前記発電部は、１以上の発電ユニットを含み、
前記１以上の発電ユニットのそれぞれは、
前記揺動レールの幅方向の第１側に設けられた第１発電機と、
前記揺動レールの幅方向に対して前記第１側とは反対の第２側に設けられた第２発電機と、
前記第１発電機の回転軸と前記第２発電機の回転軸とを接続するカップリングとを備え、
前記カップリングは、前記揺動レールを回転しながら移動可能に前記揺動レールに取り付けられている請求項１記載の重力発電装置。
【請求項３】
前記カップリングは、前記第１発電機の回転軸と前記第２発電機の回転軸とを覆い、且つ、全長が前記揺動レールの幅と実質的に同じ長さとなるように構成されている請求項２記載の重力発電装置。
【請求項４】
前記第１引き上げ部は、
前記第１上スプロケットよりも下側に配置され、前記第１チェーンが巻回された第１アジャスタースプロケットと、
前記第１アジャスタースプロケットを下方に付勢する付勢部材とを備え、
前記第２引き上げ部は、
前記第２上スプロケットよりも下側に配置された第２アジャスタースプロケットと、
前記第２アジャスタースプロケットを下方に付勢する付勢部材とを備える請求項１〜３のいずれかに記載の重力発電装置。
【請求項５】
前記第１引き上げ部及び前記第２引き上げ部の少なくとも一方は、前記電動機の動力をチェーンに伝達する駆動スプロケットを更に備える請求項１〜４のいずれかに記載の重力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重力を電力に変換する重力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、支持部によって揺動可能に指示された揺動レールの上に錘を載せ、その錘が揺動レールを転がりながら移動する力を利用して発電機を回し、電力を生成する重力発電の研究を行っている（特許文献１）。
【０００３】
火力発電又は原子力発電では火力又は原子力による熱エネルギーで蒸気を発生させ、その蒸気でタービンを回すことで発電機に発電を行わせている。そのため、両発電は、熱エネルギーを発電機の動力に変換するために、蒸気を発生する工程とタービンを回転させる工程との２段階の工程を経る必要がある。
【０００４】
これに対し、本発明者らが研究している重力発電は、錘の回転エネルギーが直接的に電気エネルギーに変換されるので、発電工程の簡便化を図ることができ、且つ、エネルギーロスも低いことが予想される。また、重力発電は、天然資源を消費することなく電気エネルギーを発生させ、太陽光発電や風力発電のように発電可能時間の制約もない。そのため、重力発電は、今後、有用な再生可能エネルギーとして期待できる。
【０００５】
特許文献１では、揺動レールの左端が最下位置に位置するとき重力発電により得られた電力によって駆動するモータが、揺動レールの左端に設けられた梃子棒を介して揺動レールの左端を最上位置に引き上げる構成が採用されている。また、揺動レールの右端が最下位置に位置するときモータが揺動レールの右端に設けられた梃子棒を介して揺動レールの右端を最上位置に引き上げる構成が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５９８０７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１は、揺動レールの左端及び右端のそれぞれを最下位置から最上位置まで引き上げる際の引き上げ力を軽減する上で更なる改善の余地がある。
【０００８】
本発明は、揺動レールの端部を最下位置から最上位置まで引き上げる際の引き上げ力を軽減す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】
【０００９】
（１）本発明の一態様に係る重力発電装置は、重力を電力に変換する重力発電装置であって、
第１端部と第２端部とを備える揺動レールと、
前記揺動レールを揺動可能に支持する支持部と、
回転しながら前記揺動レール上を移動可能に構成された１以上の発電機を含む発電部と、
前記発電機が発電した電力を蓄積する蓄電器と、
前記第１端部に接続された第１引き上げ部と、
前記第２端部に接続された第２引き上げ部と、
前記蓄電器が蓄積する電力及び外部電力が供給され、前記第１引き上げ部及び前記第２引き上げ部の少なくとも一方を駆動する電動機と、
前記第１端部が最下位置に位置する場合、前記電動機を駆動し、前記第１引き上げ部及び前記第２引き上げ部に前記第１端部を最上位置まで引き上げさせ、前記第２端部が前記最下位置に位置する場合、前記電動機を駆動して、前記第１引き上げ部及び前記第２引き上げ部に前記第２端部を前記最上位置まで引き上げさせる制御部とを備え、
前記第１引き上げ部は、
前記第１端部に取り付けられた第１錘と、
第２錘と、
前記第１端部の前記最上位置よりも上側に配置された第１上スプロケットと、
前記第１端部の前記最下位置よりも下側に配置された第１下スプロケットと、
第１端が前記第１端部及び前記第１錘の一方に接続され、第２端が前記第１上スプロケットを介して前記第２錘に接続された第１チェーンと、
第１端が前記第１端部及び前記第１錘の他方に接続され、第２端が前記第１下スプロケットを介して前記第２錘に接続された第２チェーンとを備え、
前記第２引き上げ部は、
前記第２端部に取り付けられた第３錘と、
第４錘と、
前記第２端部の前記最上位置よりも上側に配置された第２上スプロケットと、
前記第２端部の前記最下位置よりも下側に配置された第２下スプロケットと、
第１端が前記第２端部及び前記第３錘の一方に接続され、第２端が前記第２上スプロケットを介して前記第４錘に接続された第３チェーンと、
第１端が前記第２端部及び前記第３錘の他方に接続され、第２端が前記第２下スプロケットを介して前記第４錘に接続された第４チェーンとを備える。
【００１０】
この構成によれば、揺動レールの第１端部が最下位置に位置する場合、電動機が駆動され、第１引き上げ部及び第２引き上げ部によって、第１端部が最上位置まで引き上げられる。また、揺動レールの第２端部が最下位置に位置する場合、電動機が駆動され、第１引き上げ部及び第２引き上げ部によって、第２端部が最上位置まで引き上げられる。
【００１１】
ここで、第１引き上げ部において、第１端部及び第１錘は、第１上スプロケットを跨いで反対側にある第２錘に接続されている。そのため、第１引き上げ部は、第１端部及び第１錘が上がれば第２錘が下がり、逆に第１端部及び第１錘が下がれば第２錘が上がるように作用する。その結果、第１端部を最下位置から最上位置まで上げる場合、第２錘によって第１端部及び第１錘が上方に引っ張られる結果、第１端部に付与すべき引き上げ力を軽減できる。これにより、第１端部を引き上げる際の電動機の負担が軽減され、効率の良い発電を実現できる。
【００１２】
第２引き上げ部も、第１引き上げ部と同様に構成されている。すなわち、第２引き上げ部において、第２端部及び第３錘は第２上スプロケットを跨いで反対側にある第４錘に接続されている。そのため、第２引き上げ部は、第２端部及び第３錘が上がれば第４錘が下がり、逆に第２端部及び第３錘が下がれば第４錘が上がるように作用する。その結果、第２端部を最下位置から最上位置まで上げる場合、第４錘によって第２端部及び第３錘が上方に引っ張れる結果、第２端部に付与すべき引き上げ力を軽減できる。これにより、第２端部を引き上げる際の電動機の負担が軽減され、効率の良い発電を実現できる。
【００１３】
（２）また、上記構成において、前記発電部は、１以上の発電ユニットを含み、
前記１以上の発電ユニットのそれぞれは、
前記揺動レールの幅方向の第１側に設けられた第１発電機と、
前記揺動レールの幅方向に対して前記第１側とは反対の第２側に設けられた第２発電機と、
前記第１発電機の回転軸と前記第２発電機の回転軸とを接続するカップリングとを備え、
前記カップリングは、前記揺動レールを回転しながら移動可能に前記揺動レールに取り付けられていることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、発電部は、揺動レールの幅方向の第１側に設けられた第１発電機と揺動レールの幅方向の第２側に設けられた第２発電機とからなる発電ユニットにより構成されている。また、第１発電機及び第２発電機は回転軸同士がカップリングにより接続されており、カップリングは揺動レールを回転しながら移動可能に揺動レールに取り付けられている。そのため、カップリングが揺動レールを回転しながら移動すると、その回転に伴って第１発電機及び第２発電機も回転して電力が発生する。このように、本構成では、揺動レールの幅方向に第１発電機及び第２発電機が設けられているため、揺動レールに対してより多くの発電機を搭載することができ、より多くの電力を発電することができる。
【００１５】
（３）また、上記構成において、前記カップリングは、前記第１発電機の回転軸と前記第２発電機の回転軸とを覆い、且つ、全長が前記揺動レールの幅と実質的に同じ長さとなるように構成されることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、カップリングは、第１発電機の回転軸と第２発電機の回転軸とを覆い、且つ、揺動レールの幅と実質的に同じ長さとなるように構成されている。そのため、第１発電機と第２発電機とを揺動レールの幅方向に対して可能な限り近づけ配置させることができ、第１発電機と第２発電機とを揺動レールに対してバランス良く配置させることができる。
【００１７】
（４）また、上記構成において、前記第１引き上げ部は、
前記第１上スプロケットよりも下側に配置され、前記第１チェーンが巻回された第１アジャスタースプロケットと、
前記第１アジャスタースプロケットを下方に付勢する付勢部材とを備え、
前記第２引き上げ部は、
前記第２上スプロケットよりも下側に配置された第２アジャスタースプロケットと、
前記第２アジャスタースプロケットを下方に付勢する付勢部材とを備えることが好ましい。
【００１８】
第１チェーン及び第２チェーンに加わる張力は、第１端部及び第１錘が最下位置から中央位置に向かうにつれて増大し、中央位置から最上位置に向かうにつれて減少していく。この張力の変動に応じて第１チェーン及び第２チェーンが延びるという課題がある。そこで、本構成では、第１チェーンが巻回された第１アジャスタースプロケットが設けられている。この第１アジャスタースプロケットは、第１上スプロケットよりも下側に配置され、且つ付勢部材によって下方に付勢されている。そのため、第１チェーンに加わる張力が増大するにつれて、第１アジャスタースプロケットは付勢部材の付勢力に抗って上側に移動する結果、第１チェーンにかかる張力が緩和され、第１チェーン及び第２チェーンの延びを防止できる。
【００１９】
同様に、第２引き上げ部も第２アジャスタースプロケットを備えているので、第３チェーン及び第４チェーンの延びを防止できる。
【００２０】
（５）上記構成において、前記第１引き上げ部及び前記第２引き上げ部の少なくとも一方は、前記電動機の動力をチェーンに伝達する駆動スプロケットを更に備えることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、電動機の動力をチェーンに伝達する駆動スプロケットが設けられているため、電動機の動力を確実にチェーンに伝達できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、揺動レールの第１端部及び第２端部を最下位置から最上位置まで引き上げる際の引き上げ力を軽減することができる。これにより、揺動レールの第１端部及び第２端部を引き上げる際の電動機の負担が軽減され、効率の良い発電を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態による重力発電装置の全体構成図である。
【図２】第１端部に設けられた引き上げ部の構成を示す図である。
【図３】第２端部に設けられた引き上げ部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る重力発電装置の動きを説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る重力発電装置の動きを説明する図である。
【図６】発電部の構成を示す図である。
【図７】発電機の詳細な構造を示した図である。
【図８】変形例２に係る第１端部に設けられた引き上げ部の構成を示す図である。
【図９】変形例２に係る第２端部に設けられた引き上げ部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態による重力発電装置の全体構成図である。この重力発電装置は、支持部１、揺動レール２、発電部３、引き上げ部４（第１引き上げ部の一例）、引き上げ部５（第２引き上げ部の一例）、電動機６、蓄電器１０１、及び制御部１００を備えている。
【００２５】
図１において、＋ｚ方向は上方向を示し、−ｚ方向は下方向を示し、＋ｚ方向と−ｚ方向とを総称してｚ方向又は上下方向と記述する。＋ｘ方向は右方向を示し、−ｘ方向は左方向を示し、＋ｘ方向と−ｘ方向とを総称してｘ方向又は左右方向と記述する。＋ｙ方向は手前方向を示し、−ｙ方向は奥方向を示し、＋ｙ方向と−ｙ方向とを総称してｙ方向又は幅方向と記述する。
【００２６】
揺動レール２は、左右方向を長手方向とする細長い形状を持ち、下面の長手方向の中心位置にヒンジ１１が取り付けられている。そして、揺動レール２は、ヒンジ１１を回転軸としてピッチ方向に揺動する。ヒンジ１１の回転軸は幅方向と平行である。また、揺動レール２は、右端に設けられた所定長さの領域からなる第１端部２１と、左端に設けられた所定長さの領域からなる第２端部２２とを備えている。
【００２７】
揺動レール２は、一対のストッパ２３及びストッパ２４を備えている。ストッパ２３は、第１端部２１から左方向側の所定の位置に設けられ、図略の弾性体（例えば、バネ）によって、揺動レール２に沿って左方向側に付勢されている。そして、ストッパ２３は、第２端部２２側から移動してきた発電部３を受け止める。
【００２８】
ストッパ２４は、第２端部２２から右方向側の所定の位置に設けられ、図略の弾性体（例えば、バネ）によって、揺動レール２に沿って右方向側に付勢されている。そして、ストッパ２４は、第１端部２１側から移動してきた発電部３を受け止める。
【００２９】
したがって、発電部３は、揺動レール２上のストッパ２３からストッパ２４までの範囲内で移動することになる。
【００３０】
このように、ストッパ２３は、揺動レール２に沿って左方向側に付勢されているので、第１端部２１側に移動する発電部３の衝撃を緩和できる。また、ストッパ２４も、ストッパ２３と同様、揺動レール２に沿って右方向側に付勢されているので、第２端部２２側に移動する発電部３の衝撃を緩和できる。
【００３１】
支持部１は、地面Ｅから上下方向に立設され、上下方向を長手方向とする棒状の部材で構成されている。そして、支持部１は、揺動レール２の中心に位置するヒンジ１１を介して揺動レール２を揺動可能に支持する。
【００３２】
発電部３は、１以上の発電ユニット３１（図６参照）を備えている。発電ユニット３１は、一対の発電機３１Ａ及び発電機３１Ｂ（図６参照）を備えている。発電機３１Ａ，３１Ｂは、回転しながら揺動レール２上を移動可能に構成されている。この発電機３１Ａ，３１Ｂの回転移動によって電力が発生する。
【００３３】
蓄電器１０１は、発電部３を構成する発電機３１Ａ，３１Ｂと電気的に接続され、発電機３１Ａ，３１Ｂで発生した電力を蓄積する。蓄電器１０１としては、鉛バッテリ又はリチウムイオンバッテリ等の二次電池で構成されている。
【００３４】
電動機６は、蓄電器１０１及び外部電源１０２と電気的に接続され、蓄電器１０１及び外部電源１０２から供給される電力によって駆動する。電動機６は、引き上げ部４と接続され、制御部１００の制御の下、引き上げ部４を駆動する。電動機６としては、交流モータが採用されてもよいし、直流モータが採用されてもよい。
【００３５】
外部電源１０２は、例えば、太陽電池及び商用交流電力の少なくとも一方が採用され、電動機６に対して外部電力を供給する。これにより、蓄電器１０１では不足する電力が外部電源１０２によって補われる。
【００３６】
制御部１００は、例えば、マイコン又は専用の電子回路で構成されている。そして、制御部１００は、第１端部２１が最下位置Ｋ１に位置する場合、電動機６を駆動して引き上げ部４に第１端部２１を最上位置Ｋ２まで引き上げさせ、引き上げ部５に第２端部２２を最下位置Ｋ１まで引き下げさせる。
【００３７】
また、制御部１００は、第２端部２２が最下位置Ｋ１に位置する場合、電動機６を駆動して、引き上げ部４に第１端部２１を最下位置Ｋ１まで引き下げさせ、引き上げ部５に第２端部２２を最上位置Ｋ２に引き上げさせる。
【００３８】
なお、第１端部２１が最下位置Ｋ１に到達してから最上位置Ｋ２に到達するまでの時間Ｔαは実験により予め算出できるため、制御部１００は、時間Ｔαを用いて電動機６の駆動タイミングを決定すればよい。
【００３９】
或いは、第１端部２１が最下位置Ｋ１に到達したことを検出するセンサと、第２端部２２が最下位置Ｋ１に到達したことを検出するセンサとを設け、制御部１００は、両センサから出力される検出信号にしたがって、電動機６の駆動タイミングを決定してもよい。
【００４０】
或いは、発電部３の右端がストッパ２３に接触したことを検出するためのセンサをストッパ２３に設ける。そして、制御部１００は、このセンサから発電部３がストッパ２３に接触したことを検知した検知信号を受信した場合、第１端部２１を最下位置Ｋ１から最上位置Ｋ２に引き上げるための駆動信号を電動機６に出力してもよい。
【００４１】
同様に、発電部３の左端がストッパ２４に接触したことを検出するためのセンサをストッパ２４に設ける。そして、制御部１００は、このセンサから発電部３がストッパ２４に接触したことを検知した検知信号を受信した場合、第１端部２２を最下位置Ｋ１から最上位置Ｋ２に引き上げるための駆動信号を電動機６に出力してもよい。
【００４２】
図２は、第１端部２１に設けられた引き上げ部４の構成を示す図である。引き上げ部４は、錘４１（第１錘の一例）と、錘４２（第２錘の一例）と、一対の上スプロケット４０１（第１上スプロケットの一例）及び上スプロケット４０２（第１上スプロケットの一例）と、一対の下スプロケット４０３（第１下スプロケットの一例）及び下スプロケット４０４（第１下スプロケットの一例）と、チェーン４３（第１チェーンの一例）と、チェーン４４（第２チェーンの一例）と、アイドラスプロケット４０５と、駆動スプロケット４０６と、駆動スプロケット４０７と、駆動チェーン４０８とを備える。
【００４３】
錘４１は、第１端部２１に取り付けられている。図２の例では、錘４１は第１端部２１の上面に取り付けられている。本実施の形態では、錘４１の重さは錘４２と同じに設定されている。但し、これは一例であり、錘４２の重さは、錘４１と第１端部２１との重さの合計値と同じであってもよい。錘４１と錘４２との材質は特に限定はないが、鉄及び銅等の金属が採用できる。また、錘４１と錘４２とは同一形状且つ同一材料で構成されてもよい。
【００４４】
上スプロケット４０１，４０２は、最上位置Ｋ２よりも上側に配置されている。下スプロケット４０３，４０４は、最下位置Ｋ１よりも下側に配置されている。図２の例では、上スプロケット４０１，４０２と、下スプロケット４０３，４０４とは上下方向に長い四角形の頂点に位置している。アイドラスプロケット４０５は、ｙ方向において上スプロケット４０１と上スプロケット４０２との中間位置に配置され、ｚ方向において上スプロケット４０１，４０２よりも下側であって、最上位置Ｋ２よりも上側に配置されている。
【００４５】
チェーン４３は、第１端Ｐ１が錘４１の上面に接続され、第２端Ｐ２が上スプロケット４０１とアイドラスプロケット４０５と上スプロケット４０２とを介して錘４２の上面に接続されている。
【００４６】
チェーン４４は、第１端Ｐ３が第１端部２１の下面に接続され、第２端Ｐ４が下スプロケット４０３と駆動スプロケット４０６と下スプロケット４０４とを介して錘４２の下面に接続されている。
【００４７】
なお、チェーン４３とチェーン４４との長さは、第１端部２１が最下位置Ｋ１に位置するとき、錘４２が最上位置Ｋ２に位置するように、ほぼ同じ長さに設定されている。詳細には、チェーン４３の長さは、チェーン４４の長さに第１端部２１の高さを加えた長さに設定されている。
【００４８】
図２の例では、錘４１は第１端部２１の上面に取り付けられている。そのため、チェーン４３の第１端Ｐ１は錘４１に接続され、チェーン４４の第１端Ｐ３が第１端部２１に接続されている。但し、これは一例であり、錘４１は第１端部２１の下面に取り付けられてもよい。この場合、チェーン４３の第１端Ｐ１は第１端部２１の上面に接続され、チェーン４４の第１端Ｐ３は錘４１の下面に接続される。
【００４９】
駆動スプロケット４０６，４０７は、電動機６の動力をチェーン４３，４４に伝達するためのスプロケットであり、同軸上に配置されている。また、駆動スプロケット４０６，４０７は、ｙ方向において下スプロケット４０３と下スプロケット４０４との中間位置に配置され、ｚ方向において下スプロケット４０３，４０４よりも上側であって、最下位置Ｋ１よりも下側に配置されている。
【００５０】
駆動チェーン４０８は、駆動スプロケット４０７と電動機６の回転軸との間に巻回されている。これにより、電動機６の動力が駆動チェーン４０８と駆動スプロケット４０７と駆動スプロケット４０６とを介してチェーン４３，４４に伝達される。
【００５１】
ここで、駆動スプロケット４０７の半径は駆動スプロケット４０６の半径に対して所定の整数倍（例えば５倍）に設定されている。そのため、駆動スプロケット４０６がチェーン４３，４４を引っ張る張力は、駆動スプロケット４０７が駆動チェーン４０８を引っ張る張力に比べて、所定の整数倍（例えば５倍）になり、チェーン４３，４４の張力が高められている。
【００５２】
図３は、第２端部２２に設けられた引き上げ部５の構成を示す図である。引き上げ部５は、電動機６が接続されていないため、駆動スプロケット４０６，４０７に代えてアイドラスプロケット５０６が設けられているがそれ以外の構成は、基本的には引き上げ部４と同じである。
【００５３】
具体的には、引き上げ部５は、錘５１（第３錘の一例）と、錘５２（第４錘の一例）と、一対の上スプロケット５０１（第２上スプロケットの一例）及び上スプロケット５０２（第２上スプロケットの一例）と、一対の下スプロケット５０３（第２下スプロケットの一例）及び下スプロケット５０４（第２下スプロケットの一例）と、チェーン５３（第３チェーンの一例）と、チェーン５４（第４チェーンの一例）と、アイドラスプロケット５０５と、アイドラスプロケット５０６とを備える。
【００５４】
錘５１は、第２端部２２に取り付けられている。図３の例では、錘５１は第２端部２２の上面に取り付けられている。
【００５５】
上スプロケット５０１，５０２は、最上位置Ｋ２よりも上側に配置されている。下スプロケット５０３，５０４は、最下位置Ｋ１よりも下側に配置されている。図３の例では、上スプロケット５０１，５０２と、下スプロケット５０３，５０４とは上下方向に長い四角形の頂点に位置している。アイドラスプロケット５０５は、ｙ方向において上スプロケット５０１と上スプロケット５０２との中間位置に配置され、ｚ方向において上スプロケット５０１，５０２よりも下側であって、最上位置Ｋ２よりも上側に配置されている。
【００５６】
チェーン５３は、第１端Ｐ５が錘５１の上面に接続され、第２端Ｐ６が上スプロケット５０１とアイドラスプロケット５０５と上スプロケット５０２とを介して錘５２の上面に接続されている。
【００５７】
チェーン５４は、第１端Ｐ７が第２端部２２の下面に接続され、第２端Ｐ８が下スプロケット５０３とアイドラスプロケット５０６と下スプロケット５０４とを介して錘５２の下面に接続されている。
【００５８】
なお、チェーン５３とチェーン５４との長さは、第２端部２２が最上位置Ｋ２に位置するとき、錘５２が最下位置Ｋ１に位置するように、ほぼ同じ長さに設定されている。詳細には、チェーン５３の長さは、チェーン５４の長さに第２端部２２の高さを加えた長さに設定されている。
【００５９】
図３の例では、錘５１は第２端部２２の上面に取り付けられている。そのため、チェーン５３の第１端Ｐ５は錘５１に接続され、チェーン５４の第１端Ｐ７が第２端部２２に接続されている。但し、これは一例であり、錘５１は第２端部２２の下面に取り付けられてもよい。この場合、チェーン５３の第１端Ｐ５は第２端部２２の上面に接続され、チェーン５４の第１端Ｐ７は錘５１の下面に接続される。
【００６０】
アイドラスプロケット５０６は、ｙ方向において下スプロケット５０３と下スプロケット５０４との中間位置に配置され、ｚ方向において下スプロケット５０３，５０４よりも上側であって、最下位置Ｋ１よりも下側に配置されている。
【００６１】
なお、上スプロケット５０１，５０２は、上スプロケット４０１，４０２と同じ高さに配置され、下スプロケット５０３，５０４は、下スプロケット４０３，４０４と同じ高さに配置され、アイドラスプロケット５０６は駆動スプロケット４０６と同じ高さに配置されている。
【００６２】
（動作）
図４、図５は、本発明の実施の形態に係る重力発電装置の動きを説明する図である。図４は、左右方向視における重力発電装置が示されている。重力発電装置は、状態Ｓ１、状態Ｓ２、・・・状態Ｓ６の順番でサイクリックに動作する。図５は、図４の状態Ｓ１、状態Ｓ２、状態Ｓ３のそれぞれにおいて、−ｘ方向視からの引き上げ部４と、＋ｘ方向視からの引き上げ部５とを示した図である。以下、図４、図５を用いて重力発電装置の動作を説明する。
【００６３】
（状態Ｓ１）
図４を参照し、状態Ｓ１における重力発電装置の状態は図１と同じである。第１端部２１が最下位置Ｋ１に位置し、且つ、第２端部２２が最上位置Ｋ２に位置している。また、発電部３はストッパ２３に当接している。
【００６４】
図４を参照し、状態Ｓ１において、制御部１００は、電動機６に駆動信号を出力する。これにより、図５に示すように、電動機６は、−ｘ方向視において反時計回り回転する。これにより、駆動スプロケット４０６，４０７は、それぞれ、反時計回りに回転する。この回転により、チェーン４３及びチェーン４４は−ｘ方向視において矢印Ｄ１で示す時計回りの方向に回転し、第１端部２１は最上位置Ｋ２に向けて引き上げられる。ここで、第１端部２１に対して上スプロケット４０１，４０２の反対側には錘４２があるので、この錘４２の自重による力がチェーン４３を介して第１端部２１を引き上げる方向に作用する。その結果、第１端部２１を引き上げる際の電動機６の負担が軽減される。
【００６５】
図５に示すように、第１端部２１が引き上げ部４によって上方向に引き上げられると、揺動レール２はシーソーのように揺動し、第２端部２２は最下位置Ｋ１に向けて引き下げられる。
【００６６】
（状態Ｓ２）
図４を参照し、状態Ｓ２では、状態Ｓ１からの電動機６の回転が継続され、第１端部２１は最下位置Ｋ１と最上位置Ｋ２との中央位置Ｍ１まで引き上げられている。また、第１端部２１の引き上げに連動して第２端部２２は中央位置Ｍ１まで引き下げられている。そのため、揺動レール２は水平方向に向いている。また、状態Ｓ２では、発電部３は移動を開始しておらず、右端がストッパ２３に当接している。
【００６７】
図５を参照し、状態Ｓ２では、状態Ｓ１に引き続いて電動機６が反時計回りに回転しており、第１端部２１は電動機６の動力と錘４２の自重とによって中央位置Ｍ１まで引き上げられている。また、第１端部２１の引き上げに連動して、錘４２が引き下げられており、第１端部２１は錘４２と同じ高さに位置している。
【００６８】
（状態Ｓ３）
図４を参照し、状態Ｓ３では、状態Ｓ２からの電動機６の回転が継続され、第１端部２１は最上位置Ｋ２まで引き上げられている。また、第１端部２１の引き上げに連動して、第２端部２２は最下位置Ｋ１まで引き下げられている。
【００６９】
図５を参照し、状態Ｓ３では、第１端部２１は最上位置Ｋ２まで引き上げられたので、制御部１００は、電動機６の駆動を停止させる。また、第１端部２１が最上位置Ｋ２に位置しているので、錘４２は最下位置Ｋ１に位置している。
【００７０】
状態Ｓ３では、揺動レール２は左斜め下方に傾斜しているので、発電部３は、左方に向けて揺動レール２上を移動し、やがて、左端がストッパ２４に当接し、移動を停止する。
【００７１】
この発電部３の移動により発電機３１Ａ，３１Ｂが回転し電力が発生する。発生した電力は蓄電器１０１に蓄積される。
【００７２】
（状態Ｓ４）
状態Ｓ４では、第２端部２２が最下位置Ｋ１に位置し、且つ、発電部３の左端がストッパ２４に当接したので、制御部１００は、状態Ｓ１とは逆方向に回転させる駆動信号を電動機６に出力する。これにより、図５の状態Ｓ３を参照し、チェーン４３及びチェーン４４は状態Ｓ１とは逆方向、すなわち、−ｘ方向視において矢印Ｄ１’に示す反時計回りの方向に回転し、第１端部２１は最下位置Ｋ１に向けて引き下げられる。
【００７３】
また、第１端部２１の引き下げに連動して、揺動レール２がシーソーのように揺動する。そのため、チェーン５３，５４は、図５の状態Ｓ３を参照し、状態Ｓ１とは逆方向、すなわち、＋ｘ方向視において矢印Ｄ２’に示す時計回りの方向に回転し、第２端部２２は最上位置Ｋ２に向けて引き上げられる。
【００７４】
（状態Ｓ５）
図４を参照し、状態Ｓ５では、状態Ｓ４からの電動機６の回転が継続され、第１端部２１は中央位置Ｍ１まで引き下げられている。また、第１端部２１の引き下げに連動して第２端部２２は中央位置Ｍ１まで引き上げられている。そのため、揺動レール２は水平方向に向いている。また、状態Ｓ５では、発電部３はまだ移動を開始しておらず、左端がストッパ２４に当接している。
【００７５】
（状態Ｓ６）
図４を参照し、状態Ｓ６では、状態Ｓ５からの電動機６の回転が継続され、第１端部２１は最下位置Ｋ１まで引き下げられている。また、第１端部２１の引き下げに連動して、第２端部２２は最上位置Ｋ２まで引き上げられている。
【００７６】
状態Ｓ６では、揺動レール２は右斜め下方に傾斜しているので、発電部３は右方に向けて揺動レール２上を移動し、やがて、右端がストッパ２３に当接し、移動を停止する。この移動により、状態Ｓ３と同様、電力が発生し、蓄電器１０１に蓄積される。
【００７７】
（発電部の構成）
図６は、発電部３の構成を示す図である。図６において、（Ａ）は幅方向視における発電部３を示し、（Ｂ）は前方視（ｘ方向視）における発電部３を示し、（Ｃ）は上方視における発電部３を示す。
【００７８】
発電部３は、図６（Ａ）を参照し、複数の発電ユニット３１により構成されている。図６では、発電部３は、５個の発電ユニット３１により構成されているが、これは一例であり、６個以上の発電ユニット３１で構成されてもよいし、１個以上且つ４個以下の発電ユニット３１で構成されてもよいし、７個以上の発電ユニット３１で構成されてもよい。
【００７９】
また、発電部３は、発電ユニット３１を収容するハウジング３２を備えている。ハウジング３２は、＋ｙ方向側に設けられた側板３２１と、−ｙ方向側に設けられた側板３２２と、左端（−ｘ方向側の端部）の上方に設けられた天板３２３と、右端（＋ｘ方向側の端部）の上方に設けられた天板３２４と、天板３２３の上側に設けられた支持板３２５と、天板３２４の上側に設けられた支持板３２６とを備える。なお、図６に示すｘ方向は揺動レール２が水平方向に位置するときの揺動レール２の長手方向を示している。
【００８０】
側板３２１と側板３２２とは、５個の発電ユニット３１を両側から挟持している。天板３２３は、ｙ方向に延びる部材で構成され、発電部３の左端の上部を覆う。天板３２４は、ｙ方向に延びる部材で構成され、発電部３の右端の上部を覆う。支持板３２５は、側板３２１，３２２の上端と天板３２３の上面とに取り付けられ、天板３２３と側板３２１，３２２との取り付けを支持する。支持板３２６は、側板３２１，３２２の上端と天板３２４の上面とに取り付けられ、天板３２４と側板３２１，３２２との取り付けを支持する。
【００８１】
発電ユニット３１は、一対の発電機３１Ａと発電機３１Ｂとを備える。発電機３１Ａ，３１Ｂは、それぞれ、円板部３１１と、円板部３１１の中心に設けられ、ｙ方向に延びる回転軸３１２とを備える。
【００８２】
発電機３１Ａの回転軸３１２と、発電機３１Ｂの回転軸３１２とは、カップリング３１５により接続されている。カップリング３１５は、発電機３１Ａの回転軸３１２の揺動レール２側の一部と、発電機３１Ｂの回転軸３１２の揺動レール側の一部とを円柱状に覆う部材で構成されている。カップリング３１５のｙ方向の長さは、揺動レール２のｙ方向の長さと同じ、又は多少短い長さを持っている。カップリング３１５は、例えば、樹脂又は金属で構成される。
【００８３】
側板３２１には、発電機３１Ａの回転軸３１２を軸支する軸受３１６が設けられている。また、側板３２２には、発電機３１Ａの回転軸３１２を軸支する軸受３１７が設けられている。図６の例では、発電ユニット３１が５個であるため、軸受３１６，３１７はｘ方向に向けて、それぞれ、５個設けられている。
【００８４】
これにより、発電機３１Ａと発電機３１Ｂとは、カップリング３１５が揺動レール２の上面を転がることで、同期して回転する。なお、揺動レール２の上面はカップリング３１５を転がせるために平面状に構成されている。また、揺動レール２の側面に発電部３の移動を案内させる案内溝を設け、発電部３は、この案内溝に沿って移動可能に揺動レール２に取り付けられても良い。具体的には、側板３２１と側板３２２との内側に揺動レール２の側面上を回転するコロを設け、このコロを案内溝に挿入させてもよい。これにより、発電部３は揺動レール２から脱落することなく揺動レール２上をスムーズに移動することができる。
【００８５】
図７は、発電機３１Ａの詳細な構造を示した図である。なお、発電機３１Ｂは発電機３１Ａと同一構成であるため、説明を省く。発電機３１Ａは、一対の磁石板６０１及び磁石板６０３と、磁石板６０１と磁石板６０３とに挟まれたコイル板６０２とを備えている。
【００８６】
磁石板６０１及び磁石板６０３は、それぞれ、円盤形状を持ち、放射状に複数の領域に区切られ、Ｎ極の磁石が配置された領域とＳ極の磁石が配置された領域とが交互に配置されている。コイル板６０２は、磁石板６０１及び６０３の各領域と同様に放射状に複数の領域が設けられ、各領域にはコイルが配置されている。磁石板６０１，６０３は回転軸３１２と共に回転するが、コイル板６０２は回転軸３１２に対して回転可能に構成されている。よって、回転軸３１２が回転することにより磁石板６０１及び磁石板６０３が回転する結果、コイル板６０２の各領域を鎖交する磁束密度が変化し、電力が発生する。
【００８７】
このように本実施の形態に係る重力発電装置によれば、引き上げ部４において、第１端部２１及び錘４１は、上スプロケット４０１，４０２を跨いで反対側にある錘４２に接続されている。そのため、引き上げ部４は、第１端部２１及び錘４１が上がれば錘４２が下がり、逆に第１端部２１及び錘４１が下がれば錘４２が上がるように作用する。その結果、第１端部２１を最下位置Ｋ１から最上位置Ｋ２まで上げる場合、錘４２によって第１端部２１及び錘４１が上方に引っ張られる結果、第１端部２１に付与すべき引き上げ力を軽減できる。これにより、第１端部２１を引き上げる際の電動機６の負担が軽減され、効率の良い発電を実現できる。
【００８８】
また、引き上げ部５も、引き上げ部４と同様に構成されている。そのため、引き上げ部５は、第２端部２２及び錘５１が上がれば錘５２が下がり、逆に第２端部２２及び錘５１が下がれば錘５２が上がるように作用する。その結果、第２端部２２を最下位置Ｋ１から最上位置Ｋ２まで上げる場合、錘５２によって第２端部２２及び錘５１が上方に引っ張れる結果、第２端部２２に付与すべき引き上げ力を軽減できる。これにより、第２端部２２を引き上げる際の電動機６の負担が軽減され、効率の良い発電を実現できる。
【００８９】
（変形例）
本発明は以下の変形例が採用できる。
【００９０】
（１）揺動レール２において、ストッパ２４に対して揺動レール２の中心側に向けて発電部３の長さ分離間した位置に発電部３の移動を規制する規制部材を設けると共に、ストッパ２３に対して揺動レール２の中心側に向けて発電部３の長さ分離間した位置に発電部３の移動を規制する規制部材を設けてもよい。
【００９１】
ストッパ２４側に設けられた規制部材と、ストッパ２３側に設けられた規制部材とはそれぞれ、上方向に付勢され、揺動レール２の上面に対して出没可能に構成されている。そして、ストッパ２４側に設けられた規制部材は、第２端部２２が最上位置Ｋ２に引き上げられるまで、揺動レール２から出没した状態を維持し、第２端部２２が最上位置Ｋ２に引き上げられると、発電部３の自重によって揺動レール２内に埋まり、発電部３の移動の規制を解除してもよい。また、ストッパ２３側に設けられた規制部材も、第１端部２１が最上位置Ｋ２に引き上げられるまで、揺動レール２から出没した状態を維持し、第１端部２１が最上位置Ｋ２に引き上げられると、発電部３の自重によって揺動レール２内に埋まり、発電部３の移動の規制を解除してもよい。
【００９２】
これにより、第１端部２１が最上位置Ｋ２に引き上げられてから発電部３を第２端部２２に向けて移動させることが可能となる。また、第２端部２２が最上位置Ｋ２に引き上げられてから発電部３を第１端部２１に向けて移動させることが可能となる。
【００９３】
（２）図８は、変形例２に係る引き上げ部４の構成を示す図である。図９は変形例２にかかる引き上げ部５の構成を示す図である。図８において引き上げ部４は、アイドラスプロケット４０５に代えて設けられたアジャスタースプロケット４０５ｘ（第１アジャスタースプロケットの一例）と、アジャスタースプロケット４０５ｘ取り付けられたバネ８０１（付勢部材の一例）とを備えている。バネ８０１は、先端がアジャスタースプロケット４０５ｘの頂部に接続され、他端が保持部４０５ｃの上面内側に接続され、アジャスタースプロケット４０５ｘを下方に付勢している。また、アジャスタースプロケット４０５ｘは、紙面に対して前方又は後方に突出した突起４０５ａを備えている。突起４０５ａは、上下方向に延びる溝４０５ｂに嵌合している。よって、アジャスタースプロケット４０５ｘは溝４０５ｂに沿って上下方向に移動可能に構成されている。なお、溝４０５ｂは、アジャスタースプロケット４０５ｘを保持する保持部４０５ｃに穿設されている。保持部４０５ｃは地面に対して固定されている。
【００９４】
引き上げ部４が第１端部２１を最下位置Ｋ１から最上位置Ｋ２に向けて引き上げる場合、第１端部２１が中央位置Ｍ１に向かうにつれてチェーン４３にかかる張力が徐々に増大していく。そして、第１端部２１が中央位置Ｍ１を超えるとこの張力は減少に転じ、第１端部２１が最上位置Ｋ２に向かうにつれてこの張力は徐々に低下していく。
【００９５】
したがって、この張力の増大に応じてチェーン４３、４４の長さが増大する可能性がある。そこで、図８では、アジャスタースプロケット４０５ｘが設けられている。
【００９６】
ここで、第１端部２１が最下位置Ｋ１から中央位置Ｍ１に向けて移動するにつれて、チェーン４３の張力が増大していくので、その増大に伴って、アジャスタースプロケット４０５ｘはバネ８０２の下方向の付勢力に抗いながら、徐々に上方に移動していく。これにより、チェーン４３の張力が緩和され、チェーン４３、４４が延びることが防止される。
【００９７】
また、第１端部２１が中央位置Ｍ１を超えると、チェーン４３の張力が減少していくので、その減少に伴って、アジャスタースプロケット４０５ｘはバネ８０２により下方に引っ張られていく。そして、第１端部２１が最上位置Ｋ２に到達すると、アジャスタースプロケット４０５ｘは第１端部２１が最下位置Ｋ１に位置していたときの位置まで戻る。
【００９８】
図９を参照し、引き上げ部５も引き上げ部４と同様、アイドラスプロケット５０５に代えて設けられたアジャスタースプロケット５０５ｘ（第２アジャスタースプロケットの一例）と、アジャスタースプロケット５０５ｘ取り付けられたバネ８０２（付勢部材の一例）とを備えている。バネ８０２は、先端がアジャスタースプロケット５０５ｘの頂部に接続され、他端が保持部５０５ｃの上面内側に接続され、アジャスタースプロケット５０５ｘを下方に付勢している。また、アジャスタースプロケット５０５ｘは、紙面に対して前方又は後方に突出した突起５０５ａを備えている。突起５０５ａは、上下方向に延びる溝５０５ｂに嵌合している。よって、アジャスタースプロケット５０５ｘは溝５０５ｂに沿って上下方向に移動可能に構成されている。なお、溝５０５ｂは、アジャスタースプロケット５０５ｘを保持する保持部５０５ｃに穿設されている。保持部５０５ｃは地面に対して固定されている。
【００９９】
引き上げ部５においても、引き上げ部４と同様、第２端部２２が中央位置Ｍ１に向かうににつれてチェーン５３にかかる張力が徐々に増大していく。そして、第２端部２２が中央位置Ｍ１を超えると、この張力は徐々に低下していく。したがって、チェーン５３，５４が延びる可能性がある。そこで、図９では、アジャスタースプロケット５０５ｘが設けられている。そのため、引き上げ部５は、引き上げ部４と同様、チェーン５３，５４の延びを防止できる。
【０１００】
（３）本発明は、図１に示す重力発電装置を複数備える重力発電システムを構成してもよい。この場合、複数の重力発電装置が備える複数の発電部３のそれぞれを蓄電器１０１に接続し、複数の発電部３が発電した電力を蓄電器１０１に蓄積させればよい。これにより、重力発電装置が１つの場合に比べて大きな電力を得ることができる。
【０１０１】
（４）図１では、電動機６は引き上げ部４のみに設けられているが、引き上げ部５に設けられてもよい。この場合、図３を参照し、アイドラスプロケット５０６に代えて、引き上げ部４が備える駆動スプロケット４０６，４０７及び駆動チェーン４０８を設ければよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１  支持部
２  揺動レール
３  発電部
４  引き上げ部
５  引き上げ部
６  電動機
２１  第１端部
２２  第２端部
３１  発電ユニット
３１Ａ  発電機
３１Ｂ  発電機
４１，４２  錘
４３，４４  チェーン
５１，５２  錘
５３，５４  チェーン
１００  制御部
１０１  蓄電器
１０２  外部電源
３１５  カップリング
４０１，４０２  上スプロケット
４０３，４０４  下スプロケット
４０５ｘ  アジャスタースプロケット
４０６，４０７  駆動スプロケット
４０８  駆動チェーン
５０１，５０２  上スプロケット
５０３，５０４  下スプロケット
５０５ｘ  アジャスタースプロケット
８０１  バネ
８０２  バネ
Ｋ１  最下位置
Ｋ２  最上位置
Ｍ１  中央位置
【図１】
2019078242.tif 000003
【図２】
2019078242.tif 000004
【図３】
2019078242.tif 000005
【図４】
2019078242.tif 000006
【図５】
2019078242.tif 000007
【図６】
2019078242.tif 000008
【図７】
2019078242.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019078242.tif 000011