(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に離隔して平行に配置された軸の軸方向複数箇所に、それら軸同士で互いに対応した位置にそれぞれ設けられ、原動機にて回転駆動可能とされた少なくとも上方の入力軸に対しては正転のみ可能に設けられたホイールと、
前記上下の各軸同士で対応した上下二つのホイール間それぞれに巻き掛けられた複数本の環状コースターベルトと、
各コースターベルトの周方向の少なくとも一箇所に設けられ、コースターベルトの外方へ突出するよう設けられる作動用材と、
発電機に接続される出力軸に設けられ、各コースターベルトの位置と対応した軸方向複数箇所に、径方向外側に延びてロッドバーを有し、前記作動用材がコースターベルトを下る際に、その作動用材に対応したロッドバーが作動用材にて下方に押されることで回転されるローターと、
ローターの回転による出力軸の回転を、入力軸へ伝達可能とされた機構とを備え、
一のコースターベルトの作動用材にて、一のロッドバーが押し下げられることと、他のコースターベルトの作動用材にて、他のロッドバーが押し下げられることとが順次繰り返されることでローターが円滑回転されるように、コースターベルトへの作動用材の取付位置と、ローターへのロッドバーの取付位置とが決定されている
ことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記入力軸に、内輪に対して外輪が一方向にのみ回転する一方向ボールベアリングが設けられ、この一方向ボールベアリングの外輪に、スプロケットホイールからなる前記ホイールが設けられることで、コースターベルトは正転のみ可能とされており、
前記コースターベルトは、前記スプロケットホイールにかみ合わされたチェーンベルトとされ、
このチェーンベルトには、前記作動用材が設けられると共に、その作動用材に近接して作動用材の下り側のベルト移動を助長する錘が設けられており、
各コースターベルトに対応した各ローターのロッドバーの本数は、コースターベルトの本数の整数倍とならないよう設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
出力軸の回転を入力軸へ戻す前記機構は、前記出力軸にて回転駆動される第１ギアと、この第１ギアとかみ合わされることで回転され、その回転力を前記入力軸へ伝達可能とされた第２ギアとを備えてなり、
第１ギアと第２ギアは、互いのかみ合わせの有無を変更可能に設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記各部材が設置される土台には、ローターのロッドバー先端部が通過する位置に、下方への掘り下げ部が形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の発電システム。
【請求項５】
前記入力軸等の回転速度を計測するセンサーをさらに備え、
その計測値に基づいて、前記原動機による入力軸の回転駆動の有無が調整される
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機の発電効率を向上させる発電システム（複合型ハイブリッド・コースター発電機）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、風力や水力などを利用して、発電機を駆動して発電することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの場合も発電効率の向上には限界があり、その打破が望まれていた。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、従来のものと比較して発電効率を幾分でも向上させる発電システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の発電システムは、下記（Ａ）から（Ｅ）の構成要件を備え、一のコースターベルトの作動用材にて、一のロッドバーが押し下げられることと、他のコースターベルトの作動用材にて、他のロッドバーが押し下げられることとが順次繰り返されることでローターが円滑回転されるように、コースターベルトへの作動用材の取付位置と、ローターへのロッドバーの取付位置とが決定されていることを特徴とする。
【０００６】
（Ａ）上下に離隔して平行に配置された軸の軸方向複数箇所に、それら軸同士で互いに対応した位置にそれぞれ設けられ、原動機にて回転駆動可能とされた少なくとも上方の入力軸に対しては正転のみ可能に設けられたホイール。
（Ｂ）前記上下の各軸同士で対応した上下二つのホイール間それぞれに巻き掛けられた複数本の環状コースターベルト。
（Ｃ）各コースターベルトの周方向の少なくとも一箇所に設けられ、コースターベルトの外方へ突出するよう設けられる作動用材。
（Ｄ）発電機に接続される出力軸に設けられ、各コースターベルトの位置と対応した軸方向複数箇所に、径方向外側に延びてロッドバーを有し、前記作動用材がコースターベルトを下る際に、その作動用材に対応したロッドバーが作動用材にて下方に押されることで回転されるローター。
（Ｅ）ローターの回転による出力軸の回転を、入力軸へ伝達可能とされた機構。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の発電システムについて、実施例に基づき更に詳細に説明する。図１から図４は、本発明の発電システムの一実施例を示す図であり、図１は正面図、図２は平面図、図３はＸ−Ｘ断面図、図４はＹ−Ｙ断面図である。
【０００８】
図１に示すように、本実施例の発電システムは、ローター１（１Ａ〜１Ｃ）を回転可能に保持する主塔２と、前記ローター１を回転駆動する環状コースターベルト３（３Ａ〜３Ｃ）を設置されたコースター塔４とを備える。
【０００９】
コースター塔４は、上下方向に細長く建てられた構造物であり、その上端部と長手方向中間部とには、主塔２側に延びてアーム５，６が設けられている。各アーム５，６の先端部には、それぞれ軸７，８が水平方向に配置されて設けられており、上側のアーム５の軸７を入力軸、下側のアーム６の軸８を保持軸と呼ぶことにする。
【００１０】
入力軸７と保持軸８には、その軸方向複数箇所に、それら軸同士で互いに対応して、ボールベアリング等の転がり軸受を介してスプロケットホイール９，１０が設けられている。この際、少なくとも上側のホイール９は、正転（図１において反時計方向への回転）のみ可能に設けられる。これには、ラチェット機構等を用いてもよいが、一方向ボールベアリングを使用するのが望ましい。
【００１１】
この一方向ボールベアリングは、内輪に対して外輪が一方向にのみ回転可能とされたものであり、例えば株式会社椿本エマソンの「カムクラッチ」ＢＢシリーズを使用することができる。そして、本実施例では、上側のホイール９が一方向ボールベアリングを介して入力軸７に設けられる一方、下側のホイール１０は通常のボールベアリングを介して保持軸８に設けられている。
【００１２】
入力軸７及び保持軸８の各軸方向に設けるスプロケットホイール９，１０の数は、適宜に設定されるが、本実施例では、軸方向に等間隔に３つ設けられている。これにより、入力軸７のスプロケットホイール９と、それに対応する保持軸８のスプロケットホイール１０との間で、３つのペアが成立することになる。
【００１３】
そして、入力軸７と保持軸８の対応したスプロケットホイール９，１０間には、コースターベルト３として、搬送用ロッドチェーンが環状に巻き掛けられる。これにより、コースターベルト３は、上下のスプロケットホイール９，１０まわりに回転可能とされ、しかも前記一方向ボールベアリングの作用によって、正転のみ可能とされている。
【００１４】
この環状のコースターベルト３には、その周方向の少なくとも一箇所に、コースターベルト３の外方に突出する作動用材１１（１１Ａ〜１１Ｃ）が取り付けられている。本実施例の作動用材１１は、コースターベルト３のベルト面に対し略垂直外方へ延び、その先端部にはローラーが回転自在に設けられている。このローラーは、入力軸７や保持軸８と平行な方向に沿う軸にて回転可能とされている。
【００１５】
コースターベルト３には、作動用材１１に近接して、入力軸７側から保持軸８側へ作動用材１１が下る際に、コースターベルト３の移動を助長する錘１２を設けている。作動用材１１に十分な重量を持たした場合には、この錘１２は不要ともいえるが、コースターベルト３の一箇所に集中的荷重を設けることは好ましくないので、作動用材１１に隣接してコースターベルト３の長手方向に沿って所望長さだけ錘１２を設けるのが望ましい。なお、図１においては、手前側のコースターベルト３Ａの作動用材１１Ａに対する錘１２のみを図示しており、その他のコースターベルト３Ｂ，３Ｃ（作動用材１１Ｂ，１１Ｃ）の錘の図示は省略している。
【００１６】
錘１２は作動用材１１の前後いずれか一方又は双方に設けられる。本実施例では、図１に示すように、作動用材１１の後方（時計方向側）に設けている。なお、図示例では、各コースターベルト３に１つの作動用材１１しか設けていないが、複数個設けてもよい。例えば、コースターベルト３の錘１２を挟むように、錘１２の前後に作動用材１１，１１を設けてもよい。また、場合によっては、そのような錘１２が隣接して配置された作動用材１１を、コースターベルト３の周方向に等間隔に複数個設けてもよい。
【００１７】
図２及び図３に示すように、入力軸７には、コースターベルト３用の前記各スプロケットホイール９に加えて、回転駆動用の第１及び第２の二つのホイール（スプロケットホイール等）１３，１４が設けられている。第１ホイール１３は、原動機１５によって駆動され、第２ホイール１４は、後述するようにローター１の回転力が戻されることで、回転駆動されるものである。これらホイール１３，１４は、入力軸７の一端部に設けられている。
【００１８】
入力軸７の第１ホイール９は、原動機１５にて回転駆動可能とされる。本実施例では、原動機１５の出力軸１５ａにホイール１５ｂが固定され（図２）、このホイール１５ｂと前記第１ホイール１３とが、回転駆動ベルト１６にて連結されている。従って、原動機１５の出力軸１５ａの回転力は、回転駆動ベルト１６を介して入力軸７に伝達されることになる。原動機１５の出力軸１５ａと、それに設けられるスプロケットホイール１５ｂとの間は、前記一方向ボールベアリングを介して正転のみ可能に設けられている。なお、原動機１５による入力軸７の回転駆動は、ベルトに限らず、例えば歯車列によって行ってもよい。
【００１９】
前記主塔２は、上下方向に細長く建てられた構造物であり、その上端部には出力軸１７が水平状態で保持されている。この出力軸１７は、入力軸７や保持軸８と平行に配置される。出力軸１７には、ローター１（１Ａ〜１Ｃ）が取り付けられている。また、出力軸１７には、発電機３０が接続され、出力軸１７の回転に伴って発電可能とされている。なお、出力軸１７と発電機３０との間には、増速機（図示省略）などを適宜介在させてもよい。
【００２０】
ローター１（１Ａ〜１Ｃ）は、出力軸１７の軸方向複数箇所に設けられ、その取付位置は、前記各コースターベルト３（３Ａ〜３Ｃ）と対応した位置とされている。従って、本実施例では、３本のコースターベルト３Ａ〜３Ｃに対応して、３つのローター１Ａ〜１Ｃが出力軸１７に設けられている。各ローター１には、出力軸１７の径方向外側に延びてロッドバー１８が設けられている。各ロッドバー１８の長さは共通であり、前記作動用材１１がコースターベルト３を下る際に、その作動用材１１に当たる程度の長さが必要である。従って、ロッドバー１８ひいてはローター１は、作動用材１１にて下方に押されながら回転可能とされる。
【００２１】
各ローター１のロッドバー１８の本数は、適宜に設定される。一つのローター１に複数個のロッドバー１８を設ける場合、そのロッドバー１８は、ローター１の周方向に等間隔に設けるのがよい。また、実質的に作動する作動用材１１を各コースターベルト３に一つ設ける場合には、各ローター１のロッドバー１８の数が、コースターベルト３の数の整数倍にならないように設定される。これは、回転動作中に、作動用材１１によるロッドバー１８の押し下げが全てのコースターベルト３Ａ〜３Ｃ及びローター１Ａ〜１Ｃで並列的に行われないようにするためである。
【００２２】
従って、本実施例ではコースターベルト３が３列であるが故に、各ローター１のロッドバー１８の数を２又は４本などとするのがよい。しかも、各コースターベルト３，３…間において、その周方向に作動用材１１をずらして配置した状態で、各コースターベルト３に対応したローター１は、対応したコースターベルト３の作動用材１１にロッドバー１８が当たって回転する位置に配置される。このようにすることで、バランスが保たれれば、水力発電と同様の円滑な作動が期待できる。
【００２３】
ローター１の回転による出力軸１７の回転は、入力軸７へ伝達可能とされている。本実施例では、図１に示すように、ベルト１９を介して出力軸１７と連結される第１ギア２０と、これと同様にベルト２１を介して入力軸７と連結される第２ギア２２とが、互いのかみ合わせの有無を変更可能に設けられている。これにより、第１ギア２０と第２ギア２２とをかみ合わせておけば、出力軸１７の回転方向は、本来は入力軸７と逆なのであるが、ギア２０，２２のかみ合いにて回転方向を反転させて、入力軸７へ伝達できる。つまり、出力軸１７によって回転駆動される第１ギア２０の回転が、それとかみ合う第２ギア２２によって回転方向が反転され、その第２ギア２２の回転がベルト２１や第２ホイール１４を介して入力軸７を正転可能とする。
【００２４】
第１ギア２０と第２ギア２２のかみ合わせの解除は、図示例では、第２ギア２２に対して第１ギア２０を離隔させることにより可能とされている。すなわち、本実施例においては、第１ギア２０を備える第１土台２３が、第２ギア２２を備える第２土台２４に対して、レール２５に沿って移動可能とされている。その可動は、例えば、第２土台２４に設置されたシリンダ２６のロッド２６ａの伸縮にて行われる。
【００２５】
ところで、前記第２土台２４には、第２ギア２２を保持する第２ギア塔２７だけでなく、原動機１５や、それにより駆動されるコースターベルト３を備えるコースター塔４も設けられる。なお、第２ギア塔２７を設けずに、第２ギア２２をコースター塔４に設けたアームに取り付けるようにしてもよい。
【００２６】
また、前記第１土台２３には、第１ギア２０を保持する第１ギア塔２８だけでなく、ローター１を備える主塔２も設けられる。さらに、発電機３０を設置してもよい。なお、第１ギア塔２８を設けずに、第１ギア２０を主塔２に設けたアームに取り付けるようにしてもよい。
【００２７】
ところで、土台２３，２４には、ローター１が回転する際に、そのロッドバー１８先端部が通過する位置に、略半円形状に下方への掘り下げ部２９が形成されている。これにより、主塔２の高さを低く抑えることができ、それ故、可能な限り地上に近い高さで、発電機３０による電気を取り出すことが可能となる。
【００２８】
次に、上記実施例の発電システムの動作について説明する。
作動時には、各コースターベルト３の作動用材１１同士が、互い違いとなるよう配置される。
【００２９】
また、ロッドバー１８同士も、各ローター１間で互い違いになるよう周方向に等間隔で配置されている。図示例では、１８０°間隔で２本のロッドバー１８，１８を備えるローター１が３つ備えられているので、それら３つのローター１（１Ａ〜１Ｃ）の各ロッドバー１８が６０°おきに配置される。
【００３０】
しかも、各コースターベルト３の作動用材１１が、入力軸７から保持軸８の側へ下る際には、そのコースターベルト３に対応したローター１のロッドバー１８に当たるように、ローター１とコースターベルト３ともそれぞれ位置調整されている。
【００３１】
まず原動機１５を駆動すると、それに伴い入力軸７が回転される。入力軸７には一方向ボールベアリングを介してスプロケットホイール９を設け、そのホイール９にチェーンからなるコースターベルト３を巻き掛けているので、コースターベルト３は正転のみ可能とされている。従って、作動用材１１は、保持軸８から入力軸７の側へ上る際には、前記一方向ボールベアリングによって逆転が防止されつつ、入力軸７の回転に伴って上方へ巻き上げられることになる。
【００３２】
ところが、入力軸７のホイール９まで上りきった作動用材１１は、それと隣接して設けられた錘１２の効果もあって、その重心がコースターベルト３の下り側へくると、重力によって一気に下方へ下ることになる。その際、前記一方向ボールベアリングは正転側の回転であるから、単なるボールベアリングとして作用する。よって、コースターベルト３は素早い正転を行い、作動用材１１は一気に下方へ駆け下りることになる。なお、保持軸８の側まで駆け下りた作動用材１１は、その勢いで保持軸８周りに回転して、コースターベルト３をやや上方まで駆け上がることになる。例えば、コースターベルト３の高さ（入力軸７と保持軸８との離隔距離）の約三分の一程度を上ることになる。
【００３３】
作動用材１１が一気に下る際には、対応するロッドバー１８に作動用材１１が当たって、ロッドバー１８を下方へ押し下げることになる。すると、ローター１ひいては出力軸１７が回転することになり、出力軸１７に連結された発電機３０にて発電がなされる。
【００３４】
なお、作動用材１１が下る際には、可能な限り長い距離・時間だけロッドバー１８に当たるようにするのが好ましい。そのために、ロッドバー１８や作動用材１１の長手寸法を増したり、ロッドバー１８先端の回転軌道と、作動用材１１先端の回転軌道を考慮して、各部材が位置決めされる。例えば、図１に示すように、コースターベルト３は、下方へ行くに従って、出力軸１７から離れるように傾斜して設けるのがよい。つまり、入力軸７よりも保持軸８を、図１において右側に配置している。
【００３５】
作動用材１１が下方へ落下して、それに伴いロッドバー１８を押し下げ回転させると、ローター１が回転する。そして、その回転は、第１ギア２０と第２ギア２２を介して入力軸７を回転させる。従って、ある作動用材１１にてロッドバー１８を押し下げてローター１を回転させるに伴い、次のコースターベルト３の作動用材１１とロッドバー１８とが対応した位置に配置されることになる。そして、同様に、その作動用材１１がロッドバー１８を下方へ押し下げることになる。
【００３６】
このようにして、各コースターベルト３の各作動用材１１にて、各ローター１の各ロッドバー１８が順次回転されることが繰り返される。そして、それにより、ローター１は円滑に回転される。ローター１の回転力は、上述したように発電機３０にて発電に利用されるのみならず、第１ギア２０や第２ギア２２を介して、入力軸７の駆動に再利用可能とされている。
【００３７】
従って、ローター１が円滑に回転した後には、多少の時間、原動機１５の駆動を止めてもシステムは作動を続けることになる。よって、原動機（仮にバッテリー式直流１／２０ギアモード変速モーター又はインバーター）１５を使用して、低速から緩やかに加速して所定の回転が得られればセンサー等を使用して、電源を切ることも可能である。すなわち、例えば入力軸７の回転速度（回転数）を計測して、一定以上になれば原動機１５の駆動を止めておき、一定以下になれば再び原動機１５を作動させるよう制御することもできる。これにより、発電効率の向上が期待される。
【００３８】
なお、システムの動きを止めたい場合には、原動機１５を止めると共に、第１土台２３を第２土台２４に対してスライドさせて、第１ギア２０と第２ギア２２のかみ合わせを解除すればよい。
【００３９】
上記実施例のシステムは、ローター１付き主塔２と、コースターベルト３付きコースター塔４からなる。これは、いわば観覧車とジェットコースターを一体化したようなものであり、風力発電と揚水型水力発電をドッキングさせたものといえる。
【００４０】
そして、その原理は、コースター塔４を下る作動用材１１にて、ロッドバー１８を回転駆動するものである。これは、梃子の応用と、重力を利用したものである。そして、このような原理は、起動部に一方向ボールベアリングを使用して、作動用材１１の巻き上げ時の反重力運動を抑えた故に可能となったものである。
【００４１】
原動機１５及びコースターベルト３の各回転部に一方向ボールベアリングを使用することにより、原動機１５とコースターベルト３、及びローター１との間に、速度に差が出ても吸収することができる。
【００４２】
また、他の発電方法と比べて、立地点が消費地に近いことと、小型化出来ることにより、経済性と極低公害を実現できる。
さらに、風力発電にみられるような、電圧の変動を調整する設備も不要となる。
【００４３】
なお、本発明の発電システムは、上記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。
特に、コースターベルト３やローター１の数、各コースターベルト３に設置する作動用材１１の数、各ローター１に設置するロッドバー１８の数は、適宜に変更可能である。ただその際に、各コースターベルト３の各作動用材１１と、各ローター１の各ロッドバー１８とが順次対応して、ローター１を円滑回転させる位置に、作動用材１１とロッドバー１８が配置される。
【００４４】
また、上記実施例では、各部の動力の伝達にロッドチェーンなどを使用したが、場所や負荷などに応じて、歯車列やベルト伝動などを使用することができるのは、言うまでもない。そして、それに対応して、例えば前記ホイールが、スプロケットホイールに代えてプーリーとされるなどの変更は当然である。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の発電システムによれば、従来のものと比べて発電効率を幾分でも向上させて発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発電システムの一実施例を示す正面図である。
【図２】図１の発電システムの平面図である。
【図３】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図４】図１におけるＹ−Ｙ断面図である。
【符号の説明】
１（１Ａ〜１Ｃ）  ローター
３（３Ａ〜３Ｃ）  環状コースターベルト（ロッドチェーン）
７  入力軸
８  保持軸
９，１０  ホイール
１１（１１Ａ〜１１Ｃ）  作動用材
１２  錘
１５  原動機
１７  出力軸
１８  ロッドバー
２０  第１ギア
２２  第２ギア
２３  第１土台
２４  第２土台
２６  シリンダ
２６ａ  シリンダのロッド
２９  掘り下げ部
３０  発電機
【図１】
0004163868.tif 000002
【図２】
0004163868.tif 000003
【図３】
0004163868.tif 000004
【図４】
0004163868.tif 000005