(57)【要約】【課題】人力で効率的に大きな電力を発生させることが可能な実用レベルの発電装置を提供する。【解決手段】発電機としてサーボモータ１１を用い、ペダル３の回転をサーボモータ１１に伝えて発電させることにより、ペダル３を回転させる際の負荷を小さくすることができるようにして、人力でも発電ができるようにする。また、二次側プーリ６の径を一次側プーリ５の径より小さくし、かつ、二次側プーリ６の同軸に径の大きい三次側プーリ９を取り付けて三次側プーリ９にサーボモータ１１を連結することにより、ペダル３の僅かな回転でサーボモータ１１を高速に回転させることができるようにして、効率的に大きな電力を発生させることができるようにする。【選択図】        図２
2008061463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力を加えるための操作部と、
上記操作部の回転力が加えられる一次側プーリから二次側プーリへと上記回転力を伝達する伝達ベルトと、
上記二次側プーリに伝達される上記回転力に基づき駆動するサーボモータとを備え、
上記操作部に加えられた人力で上記サーボモータを回転させて発電するようにしたことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
上記一次側プーリよりも上記二次側プーリの方が、径が小さいことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
上記二次側プーリの同軸に設けた、上記二次側プーリより径の大きい三次側プーリと、
上記三次側プーリから上記サーボモータへと上記回転力を伝達する第２の伝達ベルトとを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の発電装置。
【請求項４】
上記第２の伝達ベルトはタイミングベルトであることを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
上記伝達ベルトはタイミングベルトであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電装置に関し、特に、人力により発電を行う装置に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータを利用する発電装置は、水力、火力、風力などの外部エネルギーによってモータを回転させ、モータの回転エネルギーを電力に変換するように構成されている。また、人力を利用した発電装置も存在する。例えば、左右二輪の車輪を備えた手押し台車において、車輪の回転により発電し得る交流発電機を備え、当該交流発電機で発電された交流を直流に変換してバッテリーを充電できるように構成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−７５２４８号公報
【０００３】
ただし、この特許文献１に記載の発電装置では、発電量が小さく、個人で使用するレベルの容量しか発電することができない。これに対して、エアロバイクに発電機を連結し、脚力によるペダルの回転力で２台の直流モータを回転させて発電する構造をもつ発電装置において、ペダルの回転力を増速機構に伝えることで、直流モータをより高速に回転させて多くの直流電力を得ることができるようにしたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献２】特開２００５−３２０９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献２では、増速機構の具体的な構成が開示されておらず、どのように実現するのかが具体的でない。また、実際に脚力で直流モータを回転させることができるかどうかも不明である。そこで本発明は、人力で効率的に大きな電力を発生させることが可能な実用レベルの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】
【０００５】
上記した課題を解決するために、本発明の発電装置は、操作部に加えられた人力でサーボモータを回転させて発電するようにしている。
ここで、操作部の回転力を一次側プーリから二次側プーリへと伝達する伝達ベルトはタイミングベルトであることが好ましい。また、二次側プーリの径を一次側プーリの径より小さくすることが好ましい。
また、二次側プーリの同軸に、当該二次側プーリより径の大きい三次側プーリを取り付け、三次側プーリにサーボモータを連結することが好ましい。また、三次側プーリからサーボモータへと回転力を伝達する第２の伝達ベルトはタイミングベルトであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
上記のように構成した本発明によれば、発電機としてサーボモータを使うことにより、人力でも発電可能な発電装置を得ることができる。また、各プーリの径に上述のような工夫を加えることにより、操作部の回転数に対してサーボモータの回転数が多くなるようにすること、すなわち、操作部の回転速度のＮ倍（Ｎは各プーリの径の比率で決まる任意の正数）の速さでサーボモータを高速に回転させることができ、人力でも効率的に大きな電力を発生させることができるようになる。また、伝達ベルトとしてタイミングベルトを用いることにより、回転力の伝達ロスを極力少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による発電装置１００の全体的な概略構成例を示す側面図である。図１において、１は操作者が握るハンドル、２は操作者が座るサドル、３は操作者の人力を加えるためのペダル、４はサドル固定ＢＯＸである。操作者がサドル２に座ってハンドル１を握り、脚でペダル３を漕ぐことにより、ペダル３を回転させることができるようになっている。なお、ペダル３は手で回転させても良い。
【０００８】
５はペダル３の回転力が直接的に加えられる一次側プーリ、６は二次側プーリ、７は一次側プーリ５から二次側プーリ６へと回転力を伝達する伝達ベルトである。この伝達ベルト７は、例えば平ベルトやＶベルトにより構成することも可能であるが、タイミングベルトとするのがより好ましい。
【０００９】
タイミングベルトは、ベルトのプーリと噛み合う面に凸型の歯を設けた歯付きベルトであり、もっぱら摩擦のみにより伝動する平ベルトやＶベルトと異なり、スリップすることなく回転力を伝えることができる。伝達ベルト７をタイミングベルトとする場合、一次側プーリ５および二次側プーリ６は、タイミングベルト７の歯と対応する歯を有するタイミングプーリ（歯付きプーリ）で構成する。
【００１０】
８は発電機ＢＯＸであり、この中に発電機としてのサーボモータ１１（図２に図示）が収容されている。サーボモータ１１は、通常はこれに電力を供給して回転させるものである。これに対して、本実施形態では、二次側プーリ６に伝達される回転力に基づきサーボモータ１１を駆動するようにしている。すなわち、二次側プーリ６とサーボモータ１１の回転軸との間を伝達ベルト等で連結し、ペダル３に加えられた人力でサーボモータ１１を回転させて、発電するようにしている。なお、二次側プーリ６を用いず、一次側プーリ５とサーボモータ１１の回転軸との間をタイミングベルト７で直接連結しても良い。
【００１１】
上述の通り、一般的にサーボモータ１１は、発電用には使用されない。本願発明者も当初はサーボモータ１１を使用せず、市販されている以下のような発電機の使用を試みた。しかし、人力で発電させることは不可能であった。
【００１２】
１）株式会社スカイ電子社製  ＳＫＹ−Ｇ４５０（小型風力発電機）
これは、回転数が３００ｒｐｍのときに２ＫＷを発電可能なものであるが、負荷をかけた瞬間に重くなり、回らなくなってしまう。台風並みの風でないと充分な発電は期待出来ない。当然、脚力で回転させることは無理であった。
２）錦正技研株式会社製  ユニ・エースポール
これは新エネルギー財団会長賞を受賞した発電機であるが、これも負荷を掛けた瞬間に重くなり、脚力で回転させることは困難であった。
【００１３】
そこで、逆転の発想で、通常は発電に利用されることのないサーボモータ１１を発電に利用した。サーボモータ１１を使用することにより、脚力でも充分に発電することが確かめられた。一般に発電機と呼ばれるものより、サーボモータ１１の方が人力による発電に適していたというのが実験の結果である。
【００１４】
ここで、より多くの発電量を得るためには、サーボモータ１１の回転数を多くする必要がある。そのための工夫として、本実施形態では、二次側プーリ６の径を一次側プーリ５の径よりも小さくしている。このようにすれば、操作者がペダル３を漕いで一次側プーリ５を１回転させると、二次側プーリ６はそれより多くの回転数で高速に回転する。
【００１５】
なお、二次側プーリ６の回転をサーボモータ１１に伝えるために、二次側プーリ６とサーボモータ１１の回転軸との間も伝達ベルトで連結する必要がある。ここで、二次側プーリ６の径を小さくし過ぎて、サーボモータ１１の回転軸の径より小さくなると、せっかく二次側プーリ６の回転数を上げても、サーボモータ１１の回転数がそれより少なくなってしまう。そこで、二次側プーリ６の径は、サーボモータ１１の回転軸の径と同じかそれより大きくするのが好ましい。
【００１６】
図２は、本実施形態の発電装置１００において、サーボモータ１１の回転数を更に上げるための構成例を示す図である。なお、この図２において、図１に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付している。図２に示す例では、二次側プーリ６の同軸に、当該二次側プーリ６より径の大きい三次側プーリ９を設けている。そして、三次側プーリ９からサーボモータ１１の回転軸１１ａへと回転力を伝達する第２の伝達ベルト１０を設けている。
【００１７】
第２の伝達ベルト１０もタイミングベルトであることが好ましく、その場合に三次側プーリ９はタイミングプーリで構成する。また、サーボモータ１１の回転軸１１ａにもタイミングプーリを取り付けるのが好ましい。このように構成すれば、二次側プーリ６の径をサーボモータ１１の回転軸１１ａの径以上にする必要は必ずしもない。また、三次側プーリ９は二次側プーリ６と一体的に高速に回転し、三次側プーリ９より径の小さいサーボモータ１１の回転軸１１ａは三次側プーリ９よりも更に高速に回転する。
【００１８】
図３は、本実施形態による発電装置１００の要部である一次側プーリ５、二次側プーリ６、三次側プーリ９およびサーボモータ１１を模式的に示した図である。例えば、一次側プーリ５が１回転するときに二次側プーリ６が２０回転し、三次側プーリ９が１回転するときにサーボモータ１１の回転軸１１ａが２０回転するようにそれぞれの径を設定する。この場合、一次側プーリ５が１回転すると、二次側プーリ６と共に三次側プーリ９が２０回転し、サーボモータ１１の回転軸１１ａは４０回転するようになる。つまり、サーボモータ１１は一次側プーリ５の４０倍速で回転する。よって、一次側プーリ５を１分間に６０回転させれば（６０ｒｐｍ）、サーボモータ１１は１分間に２４００回転し、効率的に発電することができる。
【００１９】
例えば、東栄電機株式会社製のＢＳサーボシリーズ  ＶＬＢＳＶ−１００１５を用いれば、２０００ｒｐｍで１ＫＷの発電能力を発揮することができる。したがって、これを本実施形態のサーボモータ１１として使用すれば、人力でも１分間に１ＫＷ以上の電力を発電することができる。
【００２０】
次に、上記のように構成した本実施形態による発電装置１００の応用例について説明する。例えば、本実施形態の発電装置１００は、地震などの災害により停電が発生し、バックアップの電源装置も存在しないようなときに使用することが可能である。
【００２１】
図４は、本実施形態の発電装置１００を適用した発電システムの電気系統の構成例を示す図である。例えば、図４（ａ）に示すように、発電機としてのサーボモータ１１にインバータ２１を接続し、インバータ２１に電球などの負荷２２を接続する。そして、サーボモータ１１により発電したＤＣ電源をインバータ２１によりＡＣ電源に変換し、これによって負荷２２を駆動する。
【００２２】
このように、サーボモータ１１で発電した電力はそのままインバータ２１を介して負荷２２に使用することができる。本実施形態の発電装置１００は、比較的大電力を得ることができるため、インバータ２１での僅かな変換効率ロスはあるものの、電源装置のない緊急現場で使用する油圧機器など、負荷変動が大きく消費電力の大きい機器類にも使用することができる。
【００２３】
また、負荷２２として精密な電子機器等を接続し、即座に対応するためにより安定した電源を得る必要がある場合は、図４（ｂ）のように、サーボモータ１１とインバータ２１との間に充電器２３およびバッテリ２４を接続すると良い。このように構成した場合、サーボモータ１１の発電量が多くても、負荷２２で使用する電力は、充電器２３のバッテリ２４への充電能力とバッテリ２４の容量とに大きく制約される。
【００２４】
しかし、安定した電力の必要な精密な電子機器や緊急通信機器、緊急医療機器など、比較的小電力でも動作できる電子機器が負荷２２であれば、本実施形態の発電装置１００は充分に能力を発揮することができる。また、バッテリ２４を備えていれば、緊急時の即応体制にも応じられるという大きなメリットを有する。
【００２５】
バッテリ２４は、災害時に直ちに使えるように、ＡＣ１００[Ｖ]で常時フル充電状態にしておくのが好ましい。この場合は、バッテリ２４に蓄積されている電力を使いながら、ペダル３を漕いでバッテリ２４に充電していくことになる。なお、ペダル３を漕ぐとき、バッテリ２４がフル充電に近ければ近いほど軽い力で漕ぐことができ、バッテリ２４内の電力を消費すればするほど負荷は重くなるので、早めに充電するのが好ましい。
【００２６】
また、以上のような緊急時に対応するため、例えば、本実施形態の発電装置１００をアルミ製などのキャリングＢＯＸに収納し、災害発生時に発電装置１００を必要な場所に設置して発電することが可能である。
図５は、本実施形態の発電装置１００をキャリングＢＯＸ３１内に収納して構成した発電システムの外観構成例を示す図であり、（ａ）は発電装置１００を含む斜視図、（ｂ）はキャリングＢＯＸ３１の上面図である。
【００２７】
図５に示すように、キャリングＢＯＸ３１は、移動用車輪３２と、手持ち用取っ手３３と、棚板３４と、収納室３５と、バイク室３６とを備えている。移動用車輪３２はキャリングＢＯＸ３１の底部に設けられており、キャリングＢＯＸ３１に対して着脱可能に構成されている。手持ち用取っ手３３も、キャリングＢＯＸ３１に対して着脱可能に構成されている。また、キャリングＢＯＸ３１のバイク室３６に収納される発電装置１００を構成するハンドル１やサドル２に関しても、これを着脱可能あるいは折り畳み可能に構成しても良い。
【００２８】
棚板３４の上には、充電器２３およびインバータ２１が載置されている。また、棚板３４の下には、バッテリ２４が置かれている。なお、ここに示した載置例は単なる一例であって、このように載置しなければならないものではない。収納室３５には、キャリングＢＯＸ３１から取り外された移動用車輪３２や手持ち用取っ手３３等を収納しておくことが可能である。また、収納室３５には、災害時において必要になると思われる様々な道具や器具などを収納しておくことも可能である。
【００２９】
次に、このように構成した発電システムの使い方について説明する。発電装置１００を必要な場所に移動する際には、まずキャリングＢＯＸ３１の上部の蓋（図示せず）を開ける。そして、収納室３５から２本の手持ち用取っ手３３を取り出し、これを例えば差しピン等で図５に示す位置に固定する。次に、固定された手持ち用取っ手３３を持ってキャリングＢＯＸ３１を持ち上げ、収納室３５から先に取り出しておいた移動用車輪３２を図５に示す位置に装着する。そして、手持ち用取っ手３３を手で持ってキャリングＢＯＸ３１を必要な場所に運搬する。
【００３０】
運搬が済んだら、移動用車輪３２をキャリングＢＯＸ３１から取り外して、キャリングＢＯＸ３１を安定させる。その後、必要であれば手持ち用取っ手３３を取り外す。取り外した移動用車輪３２や手持ち用取っ手３３は、収納室３５に収納することが可能である。次に、インバータ２１のコンセント差込口（図示せず）に電気機器などの負荷２２のコンセントを差し込む。そして、発電機１１と充電器２３とをつなぎ、ハンドル１とサドル２を固定して、ペダル３を踏んで発電を開始する。
【００３１】
以上詳しく説明したように、本実施形態では、発電機としてサーボモータ１１を用い、ペダル３の回転をサーボモータ１１に伝えて発電するようにしたので、ペダル３を回転させる際の負荷を小さくすることができ、人力でも発電可能な発電装置１００を得ることができる。また、本実施形態では、二次側プーリ６の径を一次側プーリ５の径より小さくし、更に好ましくは二次側プーリ６の同軸に径の大きい三次側プーリ９を取り付け、三次側プーリ９にサーボモータ１１を連結するようにしたので、ペダル３の僅かな回転でサーボモータ１１を高速に回転させることができ、人力でも効率的に大きな電力を発生させることができる。
【００３２】
さらに、本実施形態では、ペダル３の回転力を一次側プーリ５から二次側プーリ６へと伝達する伝達ベルト７としてタイミングベルトを用いるとともに、三次側プーリ９からサーボモータ１１へと回転力を伝達する第２の伝達ベルト１０にもタイミングベルトを用いたので、回転力の伝達ロスを極力少なくすることができ、より効率的に大きな電力を発生させることができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、一次側プーリ５から二次側プーリ６、二次側プーリ６と一体的に回転する三次側プーリ９からサーボモータ１１へと、２段階にわたってペダル３の回転力を伝達するようにしたが、これに限定されない。例えば、二次側プーリ６の同軸に三次側プーリ９を設けたのと同様の構成を複数段にわたって構成し、３段階以上にわたってペダル３の回転力をサーボモータ１１に伝達するようにしても良い。
【００３４】
また、上記実施形態では、ペダル３を漕ぐことによって回転力を発生させる自転車型の構造により発電装置１００を構成したが、これに限定されない。例えば、操作者の腕力によって回転力を発生させる構造によって発電装置１００を構成するようにしても良い。
【００３５】
その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態による発電装置の全体的な概略構成例を示す側面図である。
【図２】本実施形態の発電装置においてサーボモータの回転数を更に上げるための構成例を示す図である。
【図３】本実施形態による発電装置の要部である一次側プーリ、二次側プーリ、三次側プーリおよびサーボモータを模式的に示した図である。
【図４】本実施形態の発電装置を適用した発電システムの電気系統の構成例を示す図である。
【図５】本実施形態の発電装置をキャリングＢＯＸ内に収納して構成した発電システムの外観構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
３  ペダル
５  一次側プーリ
６  二次側プーリ
７  タイミングベルト
９  三次側プーリ
１０  タイミングベルト
１１  サーボモータ
【図１】
2008061463.tif 000003
【図２】
2008061463.tif 000004
【図３】
2008061463.tif 000005
【図４】
2008061463.tif 000006
【図５】
2008061463.tif 000007