(57)【要約】  往復運動、特に、波の往復運動から電力を獲得するためのシステム及び方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．双方向運動から一方向運動を出力するためのフリーホイールを備えるクラッチ−ギア−伝達システムを備えることを特徴とする流体エネルギーシステム。
【請求項２】
前記流体エネルギーシステムが波中において回転式であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記流体エネルギーシステムが波中において直線状であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記流体エネルギーシステムが気体であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記気体が風であり、前記双方向運動は集風装置を上下に動かすことによって生じることを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記伝達システムが直線ラック上で動作することを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記伝達システムが曲線ラック上で動作することを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記入力運動がほぼ垂直であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記入力運動がほぼ水平であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
ａ．クラッチ−ギア−伝達システムを備える流体エネルギーシステムであって、
前記入力伝達システムがかさ歯車を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
ａ．少なくとも１つがフリーホイールである３つのギアを備えることを特徴とする、双方向運動から一方向運動を出力するためのクラッチ−ギア−伝達システム。
【請求項１２】
フリーホイールを備えるクラッチ−ギア−伝達システムを備えることを特徴とする、波の往復回転運動から一方向運動を獲得するための方法。
【請求項１３】
フリーホイールを備えるクラッチ−ギア−伝達システムを備えることを特徴とする、波の往復垂直運動から一方向運動を獲得するための方法。  
【請求項１４】
少なくとも１つのフリーホイールを有するクラッチ−ギア−伝達システムを備えることを特徴とする、波の往復垂直運動及び波の往復回転運動から一方向運動を同時に獲得するための方法。    
【請求項１５】
少なくとも１つのギアがプラスチックであることを特徴とする、双方向運動から一方向運動を出力するためのフリーホイールを有するクラッチ−ギア−伝達システム。  
【請求項１６】
往復運動システムであって、
ａ．ラック、
ｂ．前記ラックと連動する第１ギア、
ｃ．前記ラックに取り付けられていない第２ギア、すなわち、フリーホイール、
ｄ．前記第２ギア及び発電機シャフトに接続されたクラッチ、及び、
ｅ．前記クラッチに接続された第３ギアを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
往復運動システムであって、
ａ．第１かさ歯車、
ｂ．それぞれ前記第１かさ歯車と連動する第２及び第３かさ歯車、
ｃ．前記第２ギアに接続された第１ラチェット、
ｄ．前記第３ギアに接続された第２ラチェット、及び、
ｅ．発電機及び前記第２、第３ギアに接続されたシャフトを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
往復運動システムであって、
ａ．第１ギア、第２フリーホイールギア、及び、クラッチを有するハブを備える入力トルクシャフト、
ｂ．前記第２ギアと連動するとともに別のシャフトに配された第３ギア、
ｃ．前記第１ギアと連動する第４ギア及び前記第３ギアと連動する第５ギアを備える出力トルクシャフトを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
単一の入力かさ歯車を有するクラッチ−ギア−伝達システムを備えることを特徴とする、波の往復回転運動から一方向運動を獲得するための方法。
【請求項２０】
単一の入力かさ歯車を有するクラッチ−ギア−伝達システムを備えることを特徴とする、波の往復垂直運動から一方向運動を獲得するための方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの単一の入力かさ歯車を有するクラッチ−ギア−伝達システムを備えることを特徴とする、波の往復垂直運動及び波の往復回転運動から同時に一方向運動を獲得するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は米国仮特許出願第６０／９９１，７８９号（発明の名称：「Wind, Wave and Water Renewable Energy Elaborations」、出願日：２００７年１２月３日、）、第６１／０１７，８１６号（発明の名称：「Hydro Turbines, Portable Wind, Waves and Magnets」、出願日：２００７年１２月３１日）、第６１／０２８，５４５号（仮特許２−０８、発明の名称：「One-directional bearings, Large and Small Wind, Hydro, Blade Design」、出願日：２００８年２月１４日）、第６１／０４３，１３８号（仮特許４−０８、発明の名称：「Couplings-FDD-Gears」、出願日：２００８年４月８日）、第６１／０５８２３５号（仮特許６−０８、発明の名称：「Improvements to renewable energy devices」、出願日：２００８年６月３日）の利益を主張するものとする。
【背景技術】
【０００２】
本発明はエネルギーシステム、とりわけ、波の往復運動の利用に関する。水の流れ及び潮の流れを逆流させるなど、このようなシステムが有効活用可能な状況は他にもある。同じ出願人による以前のＰＣＴであるＰＣＴの小型波動構造物について、波動によってラックを用いるという概念が図示されている（図３）が、詳細は示していない。その明細書には、「図３は波の垂直運動から電気エネルギーを獲得するための別の装置を示す。垂直ポール（１６）に取り付けられているのは、閉鎖型発電機を備えるラック（１７）及びギア（１８）システムであり、前記ラックは杭又は杭状構造物（１６）に取り付けられる」と記載されている。以下の請求項が関連する。
（請求項４）前記発電機手段がラック及びギアを備えることを特徴とする請求項１記載のシステム。
（請求項１６）ａ．垂直杭、ｂ．前記垂直杭に取り付けられたラック、ｃ．前記ラック及び前記タービンに取り付けられたギアを備えることを特徴とする垂直波エネルギー発電システム。
（請求項１７）ｄ．前記タービン及びその取付物用の少なくとも１つの垂直停止物をさらに備えることを特徴とする請求項１６記載のシステム。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本出願は上記のようなシステムの詳細に対応するものである。
本発明は発電機に対する双方向の運動を生み出すために往復運動ギアに解決策を与えることによって、現在の周知な構造体の欠点に首尾よく対応している。
【０００４】
ここで初めて、ａ．双方向運動から一方向運動を出力するためのクラッチ−ギア−伝達システムを備える流体エネルギーシステムについて記載される。
【０００５】
別の実施形態によれば、流体エネルギーシステムは波中において回転式である。
【０００６】
別の実施形態によれば、流体エネルギーシステムは波中において直線状である。
【０００７】
別の実施形態によれば、流体エネルギーシステムは気体である。別の実施形態によれば、この気体は風であり、双方向運動は集風装置を上下に動かすことによって生じる。
【０００８】
別の実施形態によれば、伝達システムは直線ラック上で動作する。
【０００９】
別の実施形態によれば、伝達システムは曲線ラック上で動作する。
【００１０】
別の実施形態によれば、前記伝達システムは少なくとも１つのかさ歯車を備える。
【００１１】
別の実施形態によれば、入力運動がほぼ垂直である。
【００１２】
別の実施形態によれば、入力運動がほぼ水平である。
【００１３】
ａ．少なくとも１つがフリーホイールである３つのギアを備えることを特徴とする、双方向運動から一方向運動を出力するためのクラッチ−ギア−伝達システムがここで初めて、開示される。
【００１４】
クラッチ−ギア−伝達システムを備えることを特徴とする、波の往復回転運動から一方向運動を獲得するための方法がここで初めて開示される。
【００１５】
クラッチ−ギア−伝達システムを備えることを特徴とする、波の往復垂直運動から一方向運動を獲得するための方法がここで初めて開示される。  
【００１６】
クラッチ−ギア−伝達システムを備えることを特徴とする、波の往復垂直運動及び波の往復回転運動から一方向運動を同時に獲得するための方法がここで初めて開示される。    
【００１７】
少なくとも１つのギアがプラスチックであることを特徴とする、双方向運動から一方向運動を出力するためのクラッチ−ギア−伝達システムがここで初めて開示される。
【００１８】
ａ．ラック、ｂ．前記ラックと連動する第１ギア、ｃ．前記ラックに取り付けられていない第２ギア、すなわち、フリーホイール、ｄ．前記第２ギア及び発電機シャフトに接続されたクラッチ、及び、ｅ．前記クラッチに接続された第３ギアを備えることを特徴とする往復運動システムがここで初めて開示される。
【００１９】
ａ．第１かさ歯車、ｂ．それぞれ前記第１かさ歯車と連動する第２及び第３かさ歯車、ｃ．前記第２ギアに接続された第１ラチェット、ｄ．前記第３ギアに接続された第２ラチェット、及び、ｅ．発電機及び前記第２、第３ギアに接続されたシャフトを備えることを特徴とする往復運動システムがここで初めて開示される。
【００２０】
ａ．第１ギア、第２フリーホイールギア、及び、クラッチを有するハブを備える入力トルクシャフト、ｂ．前記第２ギアと連動するとともに別のシャフトに配された第３ギア、ｃ．前記第１ギアと連動する第４ギア及び前記第３ギアと連動する第５ギアを備える出力トルクシャフトを備えることを特徴とする往復運動システムがここで初めて開示される。
【００２１】
本明細書に記載の発明は添付の図に関連してほんの一例としてのみ記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は往復運動に関するクラッチ−伝達−ギアの概念の略図である。
【図２】図２は往復運動に関するかさ歯車の概念の略図である。
【図３】図３は下方への往復運動に関するクラッチ−伝達−ギアの概念の略図である。
【図４】図４は下方への往復運動に関するクラッチ−伝達−ギアの概念の詳細な略図である。
【図５】図５は往復運動に関するクラッチ−伝達−ギアの概念におけるトルク伝達の略図である。
【図６】図６は上方への往復運動に関するクラッチ−伝達−ギアの概念の略図である。
【図７】図７は上方への往復運動に関するクラッチ−伝達−ギアの概念の詳細な略図である。
【図８】図８は開始位置へ戻る際の上方の往復運動に関するクラッチ−伝達−ギアの概念の略図である。
【図９】図９はギアボックスにおける往復運動に関するクラッチ−伝達−ギアの概念の略図である。
【図１０】図１０はギアボックスにおける往復運動に関するクラッチ−伝達−ギアの概念の詳細な略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は往復運動システム、特に波の往復運動システムに関連するが、潮流タービン又はポンプを介して反対方向への水の移動などの他のシステムにも関連する。したがって、入力運動は往復であり、この改良型は上下である。
【００２４】
（定義）
往復運動：何度も繰り返される往復運動。
クラッチ：駆動装置の駆動部分及び被駆動部分を接続するか又は接続を切る連結器。又は、係合及び非係合可能な、回転を伝達する機構。
伝達：電力が伝達されるギア及びチェーンのシステム。
フリーホイール：ギアが自由に回転することを可能にする装置。
【００２５】
本発明によれば、回転運動を可能にするギアシステムの原理及び操作は、図面及び添付の記載を参照してより良く理解される。
【００２６】
ここで図面を参照すると、図１は、出力が一方向であるが、波の双方向運動のように入力が双方向の往復運動を図示するものである。本明細書に記載の応用例は、ラックが垂直な機構である。この応用例は垂直機構又はラック上での使用に限定されるわけではなく、単なる１つの実施形態に過ぎない。ギア（１）はラック（４）に沿ってスライドし、ラックに取り付けられていない第２のフリーホイールギア（２）を回転させる。ギア（２）は発電機シャフト（５）及びギア（３）と接続するクラッチを含む。このような部品の数は添付の通常のギアの図面と同じである。
【００２７】
図２は往復運動のかさ歯車の概念の略図である。図２は２つの回転方向のいずれかからの底部（７）上での運動入力を示す。運動入力はその後、他の２つのかさ歯車（９及び１０）と少なくとも２つのラチェット（１２）と接続するかさ歯車（８）に伝えられる。ラチェットは発電機と接続するシャフト（１１）上で１つの方向に断続的な運動を与える。この回転は任意の発電機、理想的には永久磁石の発電機を用いることによって電力を生み出すことが可能である。
【００２８】
本概念の別の新しい使用例は、Benkatina の管内タービンの実施形態において、ポンプ又は水力発電タービンとともに用いることであり、１つの位置に固定されるとともに反対方向への潮の移動から電気を発生させるか、又は、電力入力に応答する逆回転によってポンプとして機能することが可能となる。
【００２９】
循環システム又はかさ歯車システムを用いる往復運動、及び、回転波動、水中の流れ、並びに、ラックを有する／有さない風力機械を用いる任意の他の往復運動システムによる往復運動の利用について本明細書で紹介する。
【００３０】
図３乃至８は、複数の再生可能なエネルギー利用のための一方向クラッチ−伝達の使用について詳細に示したものである。一方向クラッチ−伝達は、一方向にトルクを伝達する能力を有するとともに、もう一方の方向における自由な運動を可能にする。ラックを用いることは上記を行うための手法の１つであるが、本発明はラックシステムに限定されるわけではない。ラックは図示されるように直線状でも、曲線状でもかまわない。重要となる部分は、ラチェットに取り付けられるフリーホイール、及び他の２つのギアであり、他の２つのギアの一方のみがラック（又は運動源）に接続される。
【００３１】
図３は下方への往復運動のクラッチ−伝達−ギアの概念の略図である。ギア（１）は下方に回転し、ラチェットを備えるフリーホイール（２）は自由に回転する。ギア（３）も同様に下方の途中で発電機シャフト（５）を駆動させる。ギア（２）はラックに触れないことを留意されたい。この事実によって、ギアの最大の働きを妨げることなく方向を変えるのに役立つ。
【００３２】
図４は下方への往復運動のクラッチ−伝達−ギアの概念の詳細な略図である。
【００３３】
図５は往復運動のクラッチ−伝達−ギアの概念におけるトルク伝達の略図である。ギア／ラチェット（６）は指示された方向でのみトルクを発電機シャフトに伝達する。
【００３４】
図６は上方への往復運動のクラッチ−伝達−ギアの概念の略図である。
【００３５】
図７は上方への往復運動のクラッチ−伝達−ギアの概念の詳細な略図である。
【００３６】
上方への移動はギア（１）及び（２）が指示されたようにラック上を回転することによって開始される。ギアはフリーホイール（２）を介して発電機の軸に回転を伝達する。このようにして発電機の軸は１つの回転方向へ回転を続ける。
【００３７】
図８は開始位置へ戻る際の上方への往復運動のクラッチ−伝達−ギアの概念の略図である。上方へ移動する途中、フリーホイール（３）はトルクを伝達せず、トルクを伝送しないためにフリーホイールは自由に回転する。ギア（１）及び（２）は同じように機能する。ギア（２）はラックに接触せず、ギア（１）と連動するためギア（３）から逆に回転する。
【００３８】
図９はギアボックスにおける往復運動のクラッチ−伝達−ギアの概念の外側の略図である。詳細を図１０に示す。
【００３９】
図１０はギアボックスにおける往復運動のクラッチ−伝達−ギアの概念の詳細な略図である。（２０）は入力トルクシャフトである。このシャフト（２０）が時計回りに移動するため、ギア（２２）のハブにあるフリーホイール（２１）を駆動し、これによって出力トルクシャフト（１５）上の小型ギア（１４）にトルクを伝達する。入力トルクシャフト（２０）が反時計回りに移動すると、入力トルクシャフト（２０）はギアハブ（２４）内部のフリーホイール（２１）にトルクを伝達する。これにより、ギアハブがシャフト（１８）上の遊び歯車（１４）が駆動し、出力シャフト（１５）上のギア（１３）が回転する。ベアリング（２３）はシャフト（１５、１８、及び２３）を支持する。ハウジング片（１６、１７、及び、１９）は全ての部分を適切な位置に固定する。
【００４０】
図示されていない別の新しい手法は、連続的というよりはむしろ往復するように波表面の回転運動を変化（パドル）させる。
【００４１】
この場合、往復運動システムが加えられることによって、往復運動が１つの方向に対して連続的に発電機に与えられる。同じような目的のためのシステムを任意の波システム又は任意のエネルギーシステムにおける任意の往復運動に同様に用いることもある。代替的な方法及び装置は出力の逆極性を利用するための手段である。
【００４２】
ギアをプラスチックで製造することによって重量を著しく減少させることが可能である。
【００４３】
往復運動システムは波力タービンの垂直運動及び回転運動の両方に同時に使用可能である。
【００４４】
本発明は制限された数の実施形態に関して記載してきたが、当然のことながら本発明の変更、修正、他の応用形態も含まれる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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