(57)【要約】【課題】  再生可能エネルギーを位置エネルギーとして一旦蓄積し、この位置エネルギーを発電に適したエネルギーとして発電機に送る発電システムの蓄積装置において、位置エネルギーの蓄積と開放に使用するクラッチ機構を利用するにあたり、電力を使用せず、クラッチレバーの動作をシステム内部の動力を利用し、自動で適切なポイントによる駆動方向と空転方向の切り換えを行うことができ、発電システム全体の発電効率を最大限維持しうる、発電システム用位置エネルギー蓄積装置を提供する。【解決手段】発電システム用位置エネルギー蓄積装置の切換機構として、重りの上昇下降に連動するストップ機構を配置し、該ストップ機構にクラッチレバーを接触させてクラッチ機構を動作させる。【選択図】図１
2019210928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーを受容して第１動力を発生する受容装置、及び、第２動力を電力に変換する発電装置の各々に対して動力伝達可能に接続される蓄積装置であって、
重りと、
巻取器と、
両端がそれぞれ前記重りと前記巻取器に接続された線体と、
前記巻取器の巻取方向への回転を許容するとともに前記巻取方向と反対の繰出方向への前記巻取器の回転を許容しない第１状態と、前記巻取器の前記繰出方向への回転を許容する第２状態と、を切り換える切換機構と、
を備え、
前記第１動力により前記巻取器を前記巻取方向に回転させることで前記線体を巻き取って前記重りを上昇させ、これにより位置エネルギーを蓄え、
前記重りを自重により下降させることで、前記第１動力よりも大きく且つ前記巻取器を前記繰出方向に回転させる前記第２動力を発生する、発電システム用位置エネルギー蓄積装置にあって、
前記切換機構は、前記巻取り器の動作方向を駆動方向と空転方向とに切換るクラッチ機構と、前記クラッチ機構に連結するクラッチレバーと、前記重りの上昇下降に連動する前記クラッチレバーのストップ機構とを備え、
前記クラッチ機構は、前記クラッチレバーが前記クラッチレバーの前記ストップ機構に接触することで駆動方向から空転方向へ切り換り、前記クラッチレバーが前記クラッチレバーの前記ストップ機構から外れることで、空転方向から駆動方向へ切り替わることを特徴とする発電システム用位置エネルギー蓄積装置
【請求項２】
前記ストップ機構は、前記重りと、前記巻取器と、に両端がそれぞれ接続された前記線体に沿って配置された線体ガイドと、前記線体ガイドに連結されたストップバーと、を備え、前記線体ガイドと前記ストップバーは、前記重りの上昇下降に連動する発明１に記載の発電システム用位置エネルギー蓄積装置
【請求項３】
前記線体は、前記線体の前記巻取器側に配置されるストッパーを備え、該ストッパーは、前記重りが下死点に近づいたときに前記線体ガイドを押し下げ、該線体に連動する前記ストップバーの位置を下げることで、前記クラッチレバーのストップを解除することを特徴とする発明１または２に記載の発電システム用位置エネルギー蓄積装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然界に発生する風、海水の干満、波、川の流れなど、流体の流動や、その他の再生可能エネルギーを利用して発電する発電システム、特に好適には、再生可能エネルギーを位置エネルギーとして一旦蓄積し、この位置エネルギーを発電に適したエネルギーとして発電機に送る発電システム用位置エネルギー蓄積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生エネルギーを電気エネルギーに変換するアイデアは数多く出されている。その多くは、エネルギー変換をいかに効率よく行うかというところに注目している。  
特許文献１  特開２０１７−１３３３９９号公報には、再生可能エネルギーを、一旦、位置エネルギーに変換し、蓄積した位置エネルギーの開放で発電するシステムが開示されている。この方法では、位置エネルギーの蓄積と開放にクラッチ機構が用いられている。現在よく知られているクラッチ機構は、電気的な制御を基にしたものが一般的であり、該特許も、電磁的な制御によって駆動方向と空転方向を切換ることが可能なクラッチ機構を例としている。
しかしながら、発生した電力を、その一部とはいえ、クラッチ機構に利用するのは、電力への変換効率を重視すると好ましいことではない。
電力を使用しない機械的に作動されるクラッチ機構は数多く開示されている。  特許文献2  特開２００９−０９３５６５号公報には、乗用田植機に使用される機械的に作動されるクラッチ機構が開示されている。この方法では、効果的な爪クラッチの利用法が開示されているが、クラッチを解除するクラッチレバーの駆動源をシステムの外部に求めている。
特許文献１  特開２０１７−１３３３９９号公報の位置エネルギーの蓄積と開放を利用した発電システムに使用するクラッチ機構では、クラッチレバーの駆動源を外部に得ることは困難であり、内部に発生する動力でクラッチレバーを動作させることが好ましい。また、そのクラッチレバーの動作は、位置エネルギーである重りの上死点、下死点で、自動で切り替わることができれば、なお好ましいと言える。
電力を使用せず、クラッチレバーの動作をシステム内部の動力を利用し、かつ自動で上死点、下死点のポイントでで切換ることができる、発電システム用位置エネルギー蓄積装置が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１３３３９９号公報
【特許文献２】特開２００９−０９３５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よく知られる爪クラッチ機構では、位置エネルギーを蓄積するために蓄積機構が駆動方向に動作するとき、蓄積された位置エネルギーが、ラチェットの歯車に伝達され、歯止め（爪）に圧力としてかかる。動作方向を駆動方向から空転方向に変換し、蓄積された位置エネルギーを開放するためには、この歯止め（爪）にかかる位置エネルギーの圧力を解除しうる動力を歯止め（爪）に与え、歯止め（爪）をラチェット機構の歯車から外さなければならない。
発明者は、歯止め（爪）に直接あるいは間接的に接続したクラッチレバーの長さを十分にとれば、てこの応用で、位置エネルギーのかかった歯止め（爪）をラチェット機構の歯車から外し得ることにことに着目した。
そこで、発明者はクラッチレバーに、位置エネルギーである重りの上死点、下死点で効果的にタイミングよくクラッチレバーを動作させる動力を与える方法を鋭意検討した。
【０００５】
すなわち本発明は、上記事情にかんがみてなされたもので、電力を使用せず、クラッチレバーの動作をシステム内部の動力を利用し、自動で適切なポイントによる駆動方向と空転方向の切換を行うことができ、発電システム全体の発電効率を最大限に維持しうる、発電システム用位置エネルギー蓄積装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、以下の構成を具備している。
発明１は、
エネルギーを受容して第１動力を発生する受容装置、及び、第２動力を電力に変換する発電装置の各々に対して動力伝達可能に接続される蓄積装置であって、
重りと、
巻取器と、
両端がそれぞれ前記重りと前記巻取器に接続された線体と、
前記巻取器の巻取方向への回転を許容するとともに前記巻取方向と反対の繰出方向への前記巻取器の回転を許容しない第１状態と、前記巻取器の前記繰出方向への回転を許容する第２状態と、を切り換える切換機構と、
を備え、
前記第１動力により前記巻取器を前記巻取方向に回転させることで前記線体を巻き取って前記重りを上昇させ、これにより位置エネルギーを蓄え、
前記重りを自重により下降させることで、前記第１動力よりも大きく且つ前記巻取器を前記繰出方向に回転させる前記第２動力を発生する、発電システム用位置エネルギー蓄積装置にあって、
前記切換機構は、前記巻取り器の動作方向を駆動方向と空転方向とに切換るクラッチ機構と、前記クラッチ機構に連結するクラッチレバーと、前記重りの上昇下降に連動する前記クラッチレバーのストップ機構とを備え、
前記クラッチ機構は、前記クラッチレバーが前記クラッチレバーの前記ストップ機構に接触することで駆動方向から空転方向へ切り換り、前記クラッチレバーが前記クラッチレバーの前記ストップ機構から外れることで、空転方向から駆動方向へ切り替わることを特徴とする発電システム用位置エネルギー蓄積装置である。
【０００７】
発明２は、前記ストップ機構は、前記重りと、前記巻取器と、に両端がそれぞれ接続された前記線体に沿って配置された線体ガイドと、前記線体ガイドに連結されたストップバーと、を備え、前記線体ガイドと前記ストップバーは、前記重りの上昇下降に連動する発明１に記載の発電システム用位置エネルギー蓄積装置である。
【０００８】
発明３は、前記線体は、前記線体の前記巻取器側に配置されるストッパーを備え、該ストッパーは、前記重りが下死点に近づいたときに前記線体ガイドを押し下げ、該線体に連動する前記ストップバーの位置を下げることで、前記クラッチレバーのストップを解除することを特徴とする発明１または２に記載の発電システム用位置エネルギー蓄積装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡単至便な構造によって、位置エネルギーの蓄積と開放を、電力を用いず、適切な位置で、自動に、クラッチ機構の切換が可能になる。そのことによって、蓄積された位置エネルギーの電力変換の効率向上や、簡単な構造による耐久性の向上、システム全体の低価格化が図られ、より有用な発電システム用位置エネルギー蓄積装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る発電システム及び切換機構の概略的な構成を示す図である。
【図２】巻取器の動作方向が、駆動方向から空転方向へ切り替わる態様を示している。
【図３】巻取り器の動作方向が空転方向から駆動方向へ切り替わる態様を示している。
【図４】ラチェット機構の駆動方向時 空転方向時の態様を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態につき説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる位置エネルギー蓄積装置の切替機構の概略的な構成を示す図である。この図をもって切換機構の動作プロセスを説明する。
風力や波力、水流といった再生可能エネルギーが、プロペラやブレード、スクリューといった受容機構によって運動エネルギーに代わり、変速機Aへ伝達される。この際の受容装置は図示しないが、公知の技術はすべて使いうる。変速機Aは位置エネルギーを効率よく蓄積するため減速機が好ましい。減速機によってトルクアップされスピードダウンした動力は第１シャフト１によって動力伝達円盤2に伝達される。
【００１２】
動力伝達円盤２には、歯止め（爪）取付軸３によって、ラチェット機構の歯止め（爪）４が配置されている。歯止め（爪）４は、第２シャフト９に固定されたラチェット機構の歯車５にかみ合って、巻取り器８を駆動方向へ回転させ、線体１２を巻取器８に収納することで、重り１７を巻き上げ、位置エネルギーの蓄積を行う。
【００１３】
巻取器８の駆動方向を制御するクラッチ機構は、前述のラチェット機構のほか、油圧を使うもの、磁気を使うもの、様々あるが、公知の機械的に作動されるクラッチ機構であればいずれも使いうる。この実施形態では、このうち最も単純な爪ラチェット機構を例に説明を行うが、本発明は、それに限定されるものではない。
【００１４】
重り１７が上昇している間、歯止め（爪）４に連結するクラッチレバー６は、動力伝達円盤２の回転に伴って回り続ける。(図４a)
重り１７が線体ガイド１３の底面に到達し、さらに上昇を続けると、線体ガイド１３は重り１７に押し上げられ、それに連結する連結ブロック１５、及びそれに固定されたストップバー１４も上昇していく。
【００１５】
ストップバー１４の先端が、クラッチレバー６が回っている高さまで到達すると、クラッチレバー６はストップバー１４に接触する。図２にその態様を示す。
【００１６】
この時、クラッチレバー６の回転は止まるが、動力伝達円盤２は回り続けるため、クラッチレバー６に連結する歯止め（爪）４にクラッチレバー６からのてこの力と動力伝達円盤２の回転トルクがかかり、歯止め（爪）４はラチェット機構の歯車５から外れる。(図４b)巻取器８は空転状態となり、重り１７の重力で駆動方向とは逆の回転を始める。
なお、図示しないが、ストップバー１４がクラッチレバー６の押してくる力を十分受けられるよう、ストップバー１４の回りに補強を兼ねたガイドを設けてもよい。
【００１７】
巻取器８の下には第２シャフト９によってワンウェイクラッチが接続されている。このワンウェイクラッチは、巻取器８が駆動方向に回転しているときは、空転するが、巻取器８が空転方向に回転するときは、第３シャフト１０を駆動して動力を変速機Bと発電機に伝達する。その動力によって変速機Bによって増速された回転は発電機を回転させて発電を行う。
変速機Bと発電機については、公知の技術をすべて使い得るため詳細を記載しない。
【００１８】
重りが下死点近くに来ると、線体１２の巻取り器８側に取り付けられたストッパー７が、線体ガイド１３の上部に到達し、重り１７がさらに下降を続けると、線体ガイド１３の挿入径より大きく作られたストッパー７が線体ガイド１３を重り１７の重力によって押し下げる。図３はその態様を示したものである。線体ガイド１３はパイプ形状が望ましいが、線体が沿うようなもので重りが持ち上げうる形状であるなら排除するものではない。
【００１９】
同時に線体ガイド１３に連結する連結ブロック１５とそれに固定されたストップバー１４も位置が下がり、ストップバー１４に回転を止められていたクラッチレバー６はフリーとなる。図示しないが、ばねやスプリングの力で元の位置に戻り、歯止め（爪）４を再びラチェット機構の歯車５にかませる。
図示しないが、は歯止め（爪）４に配置してもよい。
そうして動力伝達円盤２は、再び巻取器８を駆動方向に回転させ、重り１７を巻き上げる。
この動作を繰り返すことで、位置エネルギーの蓄積と開放を、適切な位置で、電力を用いず、繰り返し行うことができる。
なおクラッチレバー６は、効果的に歯止め（爪）４をラチェット機構の歯車５から外すために、歯止め（爪）４との間に別のリンク機構を設けてもよい。ラチェット機構やクラッチ機構の態様には公知の様々な実施例があるが、本発明はいずれも排除することはない。
【００２０】
（第２実施形態）
第２実施形態は、巻取器８が第１実施形態のように地面に対して水平の位置ではなく、垂直の位置にある場合である。その場合、ストップバー１４は、地面に対して平行に配置される。その他の構成については、（第１実施形態）に倣うものであるので、詳述を行わない。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明を利用すれば、再生エネルギーを利用した小型、安価で安定した発電機、好適にはIoT通信用の電力やセンサー用の電力を供給する発電システム用位置エネルギー蓄積装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１…第１シャフト、２…動力伝達円盤、３…歯止め（爪）取付軸、４…ラチェット機構の歯止め（爪）、５…ラチェット機構の歯車、６…クラッチレバー、７…ストッパー、８…巻取器、９…第２シャフト、１０…第３シャフト、１１…線体ガイドローラー、１２…線体、１３…線体ガイド、１４…ストップバー、１５…連結ブロック、１６…固定板、１７…重り
【図１】
2019210928.tif 000003
【図２】
2019210928.tif 000004
【図３】
2019210928.tif 000005
【図４】
2019210928.tif 000006