(57)【要約】【課題】騒音や発熱が小さく、かつ安定して発電機を駆動する。【解決手段】発電機用駆動装置１は、出力ロッド１１ａにラック１２が固定されたシリンダ１１と、出力ロッド１１ａの往復運動を回転運動に変換する第１の運動変換部２０および第２の運動変換部３０と、各運動変換部２０，３０間で回転運動を伝達する運動伝達部４０とを有する。第２の運動変換部３０は出力ロッド１１ａの往運動のみを回転運動に変換し、第１の運動変換部２０は、出力ロッド１１ａの復運動のみを第２の運動変換部３０で変換する回転運動と逆回りの回転運動に変換する。運動伝達部４０は、各運動変換部２０，３０で生じた回転運動をもう一方の運動変換部へ、逆回りの回転運動として伝達する。【選択図】図１
2005257006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を駆動するのに用いられる発電機用駆動装置であって、
往復運動される出力ロッドを備えた１本のシリンダと、
前記出力ロッドの往運動のみを一方向への回転運動に変換する第１の運動変換手段、および前記出力ロッドの復運動のみを前記第１の運動変換手段とは逆回りの回転運動に変換する第２の運動変換手段と、
前記第１および第２の運動変換手段によって変換された回転運動を、前記第１および第２の運動変換手段の間で、一方の運動変換手段による回転運動を逆回りの回転運動としてもう一方の運動変換手段へ伝達する回転伝達手段とを有し、
前記第１の運動変換手段または前記第２の運動変換手段による回転運動が、駆動対象となる前記発電機に直接または間接的に供給されることを特徴とする発電機用駆動装置。
【請求項２】
前記シリンダの出力ロッドにはラックが固定され、
前記第１の運動変換手段は、前記ラックと噛み合う第１のピニオンと、該第１のピニオンを回転自在に支持する第１の回転シャフトと、前記出力ロッドの往運動による前記第１のピニオンの回転のみを前記第１のシャフトに伝達する第１のラチェット機構とを備え、
前記第２の運動変換手段は、前記ラックと噛み合う第２のピニオンと、該第２のピニオンを回転自在に支持する第２の回転シャフトと、前記出力ロッドの復運動による第前記２のピニオンの回転のみを前記第１のシャフトに伝達する第２のラチェット機構とを備え、
前記回転伝達手段は、前記第１および第２のシャフトの回転を、そのシャフトの回転方向と逆回りの回転としてもう一方のシャフトに伝達し、
前記第１のシャフトまたは前記第２のシャフトが、前記発電機に直接または間接的に連結される、請求項１に記載の発電機用駆動装置。
【請求項３】
前記シリンダは油圧シリンダである、請求項１または２に記載の発電機用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機を駆動するための発電機用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、屋外での工事やレジャー、あるいは非常用の電源として、発電機が用いられている。また、工場などにおいても、稼動させる機器や装置などによっては定格入力が異なるので、それに対応した発電機を用いることもある。
【０００３】
この種の発電機には種々の形態があるが、最もよく用いられているのは、発電機を駆動するためのエンジンを組み込んだ、いわゆるエンジン発電機である。エンジン発電機は、燃料の燃焼を伴うため、騒音対策や熱対策が必要になる。特に、エンジンが発する熱によって発電機の温度が上昇すると、発電機の出力性能や発電効率が低下し、結果的に出力電圧が低下することがあり、熱対策は重要である。そこで、従来のエンジン発電機においては、遮音性能や冷却性能を向上させるための様々な提案がなされている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照。）。
【特許文献１】特開２００３−９７２８４号公報
【特許文献２】特開２００４−６０５６７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、従来のエンジン発電機は、エンジンを発電機の駆動源として用いている限り、多かれ少なかれ騒音や熱の問題は避けられず、さらなる改善が望まれている。一方、騒音や熱の問題が比較的少ない発電方式として、風力発電や太陽光発電などがある。しかしこれらの発電方式は気象条件に大きく左右され、必要なときに必要な電力を安定して発生させるのは困難である。また、エネルギーの出力／入力比を大きくしたい、すなわち小さなエネルギーでできるだけ大きなエネルギーを発生させたいという要望もある。
【０００５】
そこで本発明は、上記の要望を満たすべく、騒音や発熱が小さく、かつ安定して発電機を駆動する、発電機用駆動装置を提供することを主たる目的とする。また本発明は、上記目的に加えてさらに、小さなエネルギーでできるだけ大きなエネルギーを発生させることのできる、発電機用駆動装置を提供することを、第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の発電機用駆動装置は、発電機を駆動するのに用いられる発電機用駆動装置であって、
往復運動される出力ロッドを備えた１本のシリンダと、
前記出力ロッドの往運動のみを一方向への回転運動に変換する第１の運動変換手段、および前記出力ロッドの復運動のみを前記第１の運動変換手段とは逆回りの回転運動に変換する第２の運動変換手段と、
前記第１および第２の運動変換手段によって変換された回転運動を、前記第１および第２の運動変換手段の間で、一方の運動変換手段による回転運動を逆回りの回転運動としてもう一方の運動変換手段へ伝達する回転伝達手段とを有し、
前記第１の運動変換手段または前記第２の運動変換手段による回転運動が、駆動対象となる前記発電機に直接または間接的に供給されることを特徴とする。
【０００７】
上記のとおり構成された本発明の発電機用駆動装置では、シリンダの出力ロッドの往復運動は、第１および第２の運動変換手段によって回転運動に変換され、変換された回転運動が駆動対象となる発電機に供給され、これによって発電機が駆動される。ここで、第１の運動変換手段は、出力ロッドの往運動のみを回転運動に変換し、第２の運動変換手段は、出力ロッドの復運動のみを第１の運動変換手段とは逆回りの回転運動に変換する。つまり、出力ロッドが往運動することによって、この運動が第１の運動変換手段によって回転運動に変換され、出力ロッドが復運動することによって、この運動が第２の運動変換手段によって、第１の運動変換手段とは逆回りの回転運動に変換される。そして、各運動変換手段による回転運動は、回転伝達手段によって、回転方向が逆にされてもう一方の運動変換手段に伝達される。その結果、出力ロッドの往復運動を繰り返すことによって、各運動変換手段からは、一方向への連続した回転運動が得られる。この回転運動を発電機に供給し、発電機を駆動することで、エンジンを用いることなく、しかも気象条件に左右されることなく発電が可能となる。
【０００８】
発電機においては、そのロータの回転数を大きくすればするほど、発電電力も大きくすることができる。本発明の発電機用駆動装置ではシリンダを用いているが、シリンダを用いることにより力を増幅させることができ、運動変換手段から得られるトルクも大きい。したがって、本発明の発電機用駆動装置から得られる回転運動を適宜増速しても、発電機を駆動するのに必要なトルクが得られるので、本発明の発電機用駆動装置は種々の発電機に対して適用可能である。
【０００９】
本発明の一態様によれば、シリンダの出力ロッドにはラックが固定され、第１の運動変換手段は、ラックと噛み合う第１のピニオンと、第１のピニオンを回転自在に支持する第１の回転シャフトと、出力ロッドの往運動による第１のピニオンの回転のみを第１のシャフトに伝達する第１のラチェット機構とを備え、第２の運動変換手段は、ラックと噛み合う第２のピニオンと、第２のピニオンを回転自在に支持する第２の回転シャフトと、出力ロッドの復運動による記２のピニオンの回転のみを第１のシャフトに伝達する第２のラチェット機構とを備え、回転伝達手段は、第１および第２のシャフトの回転を、そのシャフトの回転方向と逆回りの回転としてもう一方のシャフトに伝達し、第１のシャフトまたは前記第２のシャフトが、発電機に直接または間接的に連結される。
【００１０】
本発明の発電機用駆動装置において、シリンダは油圧シリンダであることが好ましい。油圧シリンダは、その動作速度を容易に調整することができるので、駆動の対象となる発電機に応じた回転速度の調整も容易である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発電機用駆動装置によれば、シリンダと、それによって生じる往復運動を適宜の回転運動に変換する２つの運動変換手段と、これら運動変換手段間で回転運動を逆回転として伝達する運動伝達手段とを有することで、騒音や発熱の問題がほとんどなく、しかも安定して発電機を駆動させることができる。しかも、シリンダを用いることによって大きなトルクを発生することができるので、回転運動を増速し、より大きな電力を発生させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による発電機用駆動装置の要部斜視図である。図２は、図１に示す発電機用駆動装置の要部平面図である。なお、図１および図２では、説明の簡略化のために、動作する部分のみを示し、フレームや軸受など動作の説明に直接的には関係しない構成は省略している。
【００１４】
図１および図２に示すように、本実施形態の発電機用駆動装置１は、往復運動を発生させる原動部１０と、原動部１０で発生した往復運動をそれぞれ回転運動に変換する第１および第２の運動変換部２０，３０と、各運動変換部２０，３０で変換された回転運動を互いに伝達する回転伝達部４０とを有する。
【００１５】
原動部１０は、例えば油圧といった圧縮流体で駆動される１本のシリンダ１１と、シリンダ１１の出力ロッド１１ａに固定されたラック１２とを有する。ラック１２は、その長手方向を出力ロッド１１ａの進退方向と平行にして出力ロッド１１ａに固定される。シリンダ１１を駆動することにより、ラック１２が矢印Ａ方向およびＢ方向に往復直線運動する。
【００１６】
第１の運動変換部２０および第２の運動変換部３０は、ラック１２の運動方向に間をあけて配置されており、それぞれ、原動部１０で生じた往復直線運動を一方向のみの回転運動に変換する。ただし、第１の運動変換部２０と第２の運動変換部３０とでは、変換する回転運動の向きが互いに逆向きである。
以下に、図１および図２を参照しつつ、第１の運動変換部２０の断面を示す図３を用いて、まず第１の運動変換部２０について説明する。
【００１７】
シャフト２１は、この発電機用駆動装置１のフレーム（不図示）に回転自在に支持されている。シャフト２１には、ピニオン２５、回転車２２およびラチェット車２３の３つの回転体が取り付けられている。ピニオン２５は原動部１０のラック１２と噛み合うもので、回転車２２とともに軸受２６に固定されており、これによって、ピニオン２５および回転車２２は、一体となってシャフト２１に対して回転自在に支持されている。シャフト２１の軸方向において回転車２２に隣接した位置で、ラチェット車２３がシャフト２１に固定されている。
【００１８】
ラチェット車２３の外周にはラチェット歯２３ａが形成されており、回転車２２のラチェット車２３側の面にはラチェット爪２４が設けられている。ラチェット爪２４は、図４に示すように、回転車２２とラチェット車２３との相対的な回転方向に応じて先端部２４ａがラチェット歯２３ａと係合したり係合が解除されたりするように、先端部２４ａをラチェット車２３に向けて付勢されて支持されている。これら回転車２２、ラチェット車２３およびラチェット爪２４で、ピニオン２５の一方向のみの回転をシャフト２１に伝達するラチェット機構が構成される。ラチェット機構は、回転車２２とラチェット車２３との相対的な回転を一方向のみに規制できる機構であれば、公知の任意の機構を用いることができ、また、ピニオン２５に内蔵した形態とすることもできる。
【００１９】
本実施形態では、ラチェット車２３に対して回転車２２が矢印Ａ’方向に回転しようとするときには、ラチェット爪２４はラチェット歯２３ａを乗り越えて回転車２２の回転が可能であるが、矢印Ｂ’方向に回転しようとするときには、ラチェット爪２４はラチェット歯２３ａを乗り越えることができず、ラチェット車２３も回転車２２と一緒に回転するように、ラチェット歯２３ａの向き、ラチェット爪２４の形状などが設計されている。
【００２０】
第２の運動変換部３０は、基本的には第１の運動変換部２０と同じ構造を有している。すなわち、第２の運動変換部３０は、図１および図２に示すように、この発電機用駆動装置１のフレーム（不図示）に回転自在に支持されているシャフト３１と、シャフト３１に対して回転自在に支持されてラック１２と噛み合うピニオン３５と、ピニオン３５の一方向のみの回転をシャフト３１に伝達するラチェット機構とを有する。
【００２１】
ラチェット機構は、ピニオン３５と一体的に設けられてシャフト３１に対して回転自在に支持された回転車３２と、シャフト３１の軸方向において回転車３２に隣接した位置でシャフト３１に固定されたラチェット車３３と、回転車３２のラチェット車３３側の面に設けられたラチェット爪３４とを有する。ラチェット機構は、第１の運動変換部２０のラチェット機構と同様に、回転車３２とラチェット車３３との相対的な回転を一方向のみに規制できる機構であれば、公知の任意の機構を用いることができ、また、ピニオン３５に内蔵した形態とすることもできる。
【００２２】
第２の運動変換部３０は、第１の運動変換部２０とは逆向きの回転運動をシャフト３１に伝達する。そのため、図４と同じ側から第２の運動変換部３０のラチェット機構を見た図５に示すように、第２の運動変換部３０においては、ラチェット車３３の外周に形成されたラチェット歯３３ａ、およびラチェット爪３４の向きが、第１の運動変換部２０と逆向きになっている。すなわち、ラチェット車３３に対して回転車３２が矢印Ｂ’方向に回転しようとするときには、ラチェット爪３４はラチェット歯３３ａを乗り越えて回転車３２の回転が可能であるが、矢印Ａ’方向に回転しようとするときには、ラチェット爪３４はラチェット歯３３ａを乗り越えることができず、ラチェット車３３も回転車３２と一緒に回転するように、ラチェット歯３３ａの向き、ラチェット爪３４の形状などが設計されている。
【００２３】
再び図１および図２に戻り、次に、回転伝達部４０について説明する。
【００２４】
第１の運動変換部２０のシャフト２１には、伝達ギア４５が固定されている。伝達ギア４５には、この発電機用駆動装置１のフレーム（不図示）に回転自在に支持された伝達用シャフト４１に固定された伝達ギア４６が噛み合っている。
【００２５】
伝達用シャフト４１にはさらに、スプロケット４３が固定されている。一方、第２の運動変換部３０にもスプロケット４４が固定されており、これら２つのスプロケット４３，４４間に、チェーン４２が掛け回されている。
【００２６】
以上の構成により、例えば、第１の運動変換部２０のシャフト２１が回転されると、シャフト２１の回転は逆回転となって伝達用シャフト４１に伝達され、さらに、スプロケット４３，４４およびチェーン４２を介して第２の運動変換部３０のシャフト３１に伝達される。第１の運動変換部２０のシャフト２１から第２の運動変換部３０のシャフト３１までの減速比は１．０、すなわち、各シャフト２１，３１の回転が等しくなるように、伝達ギア４５，４６およびスプロケット４３，４４が設計されている。
【００２７】
本実施形態では、第２の運動変換部３０のシャフト３１を出力に利用する。つまり、シャフト３１が直接または間接的に、この発電機用駆動装置１が駆動の対象とする発電機（不図示）の入力側のロータに連結され、このシャフト３１の回転を発電機に供給することによって発電機を駆動し、これによって電力を発生させることができる。なお、本実施形態においては、シャフト３１の回転を安定させるために、シャフト３１にはフライホイール５０が取り付けられている。フライホイール５０は、本発明においては必須の構成ではない。
【００２８】
次に、本実施形態の発電機用駆動装置１の動作を説明する。
【００２９】
まず、シリンダ１１の出力ロッド１１ａを突出させると、図６に示すようにラック１２が矢印Ａ方向に前進し、第１の運動変換部２０においては、ピニオン２５（図２参照）が回転車２２とともに矢印Ａ’方向に回転する。矢印Ａ’方向の回転では、ラチェット爪２４はラチェット車２３に対して空回りするので、シャフト２１は回転しない。
【００３０】
一方、第２の運動変換部３０においても、ピニオン３５（図２参照）が回転車３２とともに矢印Ａ’方向に回転する。回転車３２が矢印Ａ’方向に回転すると、ラチェット爪３４はラチェット車３３のラチェット歯３３ａと噛み合い、回転車３２の回転とともにシャフト３１が矢印Ａ’方向に回転する。
【００３１】
ここで、シャフト３１の回転は、スプロケット４３，４４およびチェーン４２によって伝達用シャフト４１に伝達され、さらに伝達用ギア４５，４６によって、第１の運動変換部２０のシャフト２１の、矢印Ａ’方向とは逆回りの回転として伝達される。シャフト２１のこの回転は、ラチェット機構の作用により、回転車２２に対して何ら影響を及ぼさないので、シャフト２１が回転してもラック１２の矢印Ａ方向への動作は妨げられない。
【００３２】
次いで、シリンダ１１の出力ロッド１１ａを引き込ませると、図７に示すようにラック１２は矢印Ｂ方向に後退し、第２の運動変換部３０においては、ピニオン３５（図２参照）が回転車３２とともに矢印Ｂ’方向に回転する。矢印Ｂ’方向の回転では、ラチェット爪３４はラチェット車３３に対して空回りするので、シャフト３１は回転しない。
【００３３】
一方、第１の運動変換部２０においても、ピニオン２５（図２参照）が回転車２２とともに矢印Ｂ’方向に回転する。回転車２２が矢印Ｂ’方向に回転すると、ラチェット爪２４はラチェット車２３のラチェット歯２３ａと噛み合い、回転車２２の回転とともにシャフト２１が矢印Ｂ’方向に回転する。
【００３４】
シャフト２１が矢印Ｂ’方向に回転することによって、伝達ギア４５，４６の作用により、伝達用シャフト４１が矢印Ｂ’方向とは逆回りに回転し、伝達用シャフト４１の回転は、スプロケット４３，４４およびチェーン４２を介して第２の運動変換部３０のシャフト３１を、矢印Ｂ’方向とは逆回りの回転、すなわち図６における矢印Ａ’方向の回転として伝達される。シャフト３１のこの回転は、ラチェット機構の作用により、回転車３３に対して何ら影響を及ぼさないので、シャフト３１が回転してもラック１２の矢印Ｂ方向への動作は妨げられない。
【００３５】
本実施形態の発電機用駆動装置１によれば、シリンダ１１の駆動によるラック１２の往動作および復動作の何れの動作の間も、シャフト３１を矢印Ａ’方向に回転させることができる。その結果、シリンダ１１の進退動作を連続して繰り返すことにより、シャフト３１を一方向に連続回転させ、このシャフト３１の一方向への連続回転を利用して発電機を駆動させることができる。シリンダ１１の進退動作をほぼ一定の速度で行えば、シャフト３１の回転速度もほぼ一定とし、発電機を安定して駆動することができる。
【００３６】
このように、本実施形態の発電機用駆動装置１は、燃料の燃焼を伴わないシリンダ１１の往復動によって発電機を駆動することができ、エンジンや気象現象を必要としないので、騒音や発熱が小さく、周囲への騒音の配慮をそれほど必要とせずかつ安定して電力を発生させることができる。しかも、シリンダ１１は１本でよいので、この発電機用駆動装置１を動作させるのに必要な駆動力は最小限で済む。
【００３７】
シリンダ１１として本実施形態としては油圧シリンダを用いている。油圧シリンダは、その動作速度を容易に調整することができる。シリンダ１１の動作速度を調整することによりシャフト３１の回転速度も調整できるので、駆動の対象となる発電機の仕様に合わせてシャフト３１の回転速度を容易に調整することができる。油圧シリンダの駆動には、たとえば油圧ポンプが用いることができ、この油圧ポンプの駆動に電力が必要となることがある。しかし、油圧シリンダは大きな力を発生することができ、結果的にシャフト３１から得られるトルクも大きくなるので、シャフト３１の回転を、歯車やチェーン、ベルトなど適宜の伝動機構を用いて増速しても、発電機を駆動するのに必要なトルクを維持することができる。発電機を高速で駆動すればそれだけ大きな電力を得ることができ、その結果、例えば０．７ｋＷの出力の油圧ポンプで発電機用駆動装置１を駆動して、２〜３ｋＷの出力の発電機を駆動することもできる。シリンダ１１としては油圧シリンダの他にエアシリンダも用いることができる。エアシリンダは、駆動速度の調整は非常に困難であるが、レスポンス性に優れている。
【００３８】
以上、本発明について代表的な実施形態を例に挙げて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更され得ることは明らかである。
【００３９】
例えば、上述した実施形態では、第２の運動変換部３０のシャフト３１を出力側としたが、第１の運動変換部２０のシャフト２１を出力側としても同様の効果が得られる。この場合、フライホイール５０を設けるときは、シャフト２１に設けるのが好ましい。また、運動変換部４０においては、伝達用ギア４５，４６とチェーン伝動機構を用いているが、もう一方の運動変換部へ逆回りの運動を伝達することができれば、この組み合わせに限らず、ベルト伝動機構など任意の伝動機構を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態による発電機用駆動装置の概略斜視図である。
【図２】図１に示す発電機用駆動装置の概略平面図である。
【図３】図１に示す第１の運動変換部の断面図である。
【図４】第１の運動変換部のラチェット機構の、図２の矢印Ｃ方向から見た図である。
【図５】第２の運動変換部のラチェット機構の、図２の矢印Ｃ方向から見た図である。
【図６】図１に示す発電機用駆動装置において、シリンダの出力ロッドを突出させたときの、各部の動作を示す斜視図である。
【図７】図１に示す発電機用駆動装置において、シリンダの出力ロッドを引き込ませたときの、各部の動作を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    発電機用駆動装置
１０    原動部
１１    シリンダ
１１ａ    出力ロッド
１２    ラック
２０，３０    運動変換部
２１，３１    シャフト
２２，３２    回転車
２３，３３    ラチェット車
２３ａ，３３ａ    ラチェット歯
２４，３４    ラチェット爪
２５，３５    ピニオン
４０    回転伝達部
４１    伝達用シャフト
４２    チェーン
４３，４４    スプロケット
４５，４６    伝達ギア
５０    フライホイール
【図１】
2005257006.tif 000003
【図２】
2005257006.tif 000004
【図３】
2005257006.tif 000005
【図４】
2005257006.tif 000006
【図５】
2005257006.tif 000007
【図６】
2005257006.tif 000008
【図７】
2005257006.tif 000009