(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力によって回転される回転体と、
上下に離間した一対の第１プーリ間に巻回され、前記回転体の回転に連動して周回される第１無端状ワイヤと、
前記第１無端状ワイヤに間隔をあけて取り付けられた複数の第１錘係合部と、
複数の錘と、
前記回転体の回転に伴って前記第１無端状ワイヤが上昇する上昇ラインの下部に設けられ、前記錘を前記第１無端状ワイヤの前記第１錘係合部に取り付ける下部錘装着機構と、
前記上昇ラインの上部に設けられ、前記第１錘係合部から前記錘を取り外す上部錘離脱機構と、
前記上部錘離脱機構が取り外した前記錘を一時的に蓄えておく上部錘収容部と、
上下に離間した一対の第２プーリ間に巻回され、前記錘の降下に連動して周回される第２無端状ワイヤと、
前記第２無端状ワイヤに間隔をあけて取り付けられた複数の第２錘係合部と、
前記錘の降下に伴って前記第２無端状ワイヤが下降する下降ラインの上部に設けられ、前記上部錘収容部に蓄えられた前記錘を前記第２無端状ワイヤの前記第２錘係合部に取り付ける上部錘装着機構と、
前記下降ラインの下部に設けられ、前記第２錘係合部から前記錘を取り外す下部錘離脱機構と、
前記下部錘離脱機構が取り外した前記錘を一時的に蓄えておく下部錘収容部と、
前記第２プーリの回転力を外部へ伝達するための動力伝達部とを具備し、
前記上部錘収容部は、前記上部錘離脱機構が取り外した前記錘が、自重で対応する前記上部錘装着機構まで自動で移動するように、前記上部錘離脱機構側から前記上部錘装着機構側へ徐々に低くなるように長手方向に傾斜した上部走行台を有し、
前記下部錘収容部は、前記下部錘離脱機構が取り外した前記錘が、自重で対応する前記下部錘装着機構まで自動で移動するように、前記下部錘離脱機構側から前記下部錘装着機構側へ徐々に低くなるように長手方向に傾斜した下部走行台を有し、
前記上部走行台の両端及び前記下部走行台の両端には、前記第１無端状ワイヤ及び前記第２無端状ワイヤと接触しないための切欠部を有する、動力装置。
【請求項２】
前記回転体と前記第１プーリとの間には、減速機構を備える、請求項１に記載の動力装置。
【請求項３】
前記錘は、錘本体と引っ掛け部を備え、前記引っ掛け部は、前記第２錘係合部が上部からは進入可能であるが、下部からは抜け出すことができない機構を有する、請求項１又は２に記載の動力装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の動力装置と、
前記動力装置の前記動力伝達部により伝達される動力によって発電する発電機とを具備する、発電装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の動力装置と、
前記動力装置の前記動力伝達部により伝達される動力によって作動するコンプレッサー、エアコン、扇風機、クラッシャー又はポンプとを具備する、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力装置、発電装置、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の１つの要因とされる温室効果ガスを排出しない、再生可能エネルギーの利用・促進がますます求められている。
再生可能エネルギーによる主な動力を発生させる方式として、具体的には、風力、水力、太陽光、及び地熱を利用して、他の動力を発生させる方式が用いられている。
その中でも、特に風力を利用して他の動力を発生させる方式は、小規模分散型エネルギー源として注目されている。
【０００３】
風力を利用して他の動力を発生させる装置としては、例えば、風力により電力を発生させる風力発電装置が挙げられる。このような風力発電装置の開発として、風を受けてそのエネルギーを効率よく回転運動に変更できるような回転体、及び、回転体の回転翼の大きさ・角度・向き等は種々検討されているが、風のエネルギーを効率よく貯蔵することはあまり検討されていない。
【０００４】
風力発電装置を利用する場合、風が吹いている時は、風力発電装置によって得られる電力を送電線によって、各所に供給するが、風が吹いていない時は、発電量がゼロであるため、他の発電方式で賄うのが一般的である。一方で、送電線のない地域では、風力発電装置によって得られる電力を最大限利用することは困難である。また、発電した電力を蓄電装置で貯蔵する方法もあるが、蓄電効率及び蓄電した電力の放出効率について、検討の余地がある。
【０００５】
そのような問題を解決するため、風力発電装置によって得られる電力を一旦別のエネルギー（例えば、位置エネルギー）に変換し、蓄積した上で、再度そのエネルギーを電力に変換するということが検討されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、縦軸式の風車において、該風車の水平回転を環状のチェーンベルトを用いて垂直回転として伝え、ギアを装置した発電機の該ギア部分をチェーンベルト上を可動できるよう金具で挟んで宙吊りにし、発電機がチェーンベルトを伝って落下する時に生じるギアの回転力を発電機の回転力として利用する方法を用いることにより、チェーンベルトが風力により回転する間も発電機が位置エネルギーを蓄積しつつ同時に電力エネルギーを引き出す風力発電装置が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、風力発電による回転エネルギー（１）を、コントロール装置（２）により、電力供給過剰時において、複数の発電可能エネルギー貯蔵装置（３）へ、重力による位置エネルギー等に変換し、貯蔵し、必要時に風力による回転エネルギーと同質のエネルギーを供給することを特徴とする風力発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２３９８４２号公報
【特許文献２】実開平６−６７８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２の風力発電装置は、小型の装置が前提とされており、また、構造上電力を位置エネルギーに変換できる量が限定されているため、貯蔵性に検討の余地がある。また、同一の設置場所でも時期によって風力の強さや環境（湿度等）が異なるため、時期によって適切な錘の重さや材質が存在するが、該錘の交換が容易でないため、発電効率の観点からも検討の余地がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、風力をより大量に位置エネルギーとして蓄積することができ、かつ、より大量の動力を効率的に発生させることができる動力装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
［１］本発明の第１の態様は、風力によって回転される回転体と、
上下に離間した一対の第１プーリ間に巻回され、前記回転体の回転に連動して周回される第１無端状ワイヤと、
前記第１無端状ワイヤに間隔をあけて取り付けられた複数の第１錘係合部と、
複数の錘と、
前記回転体の回転に伴って前記第１無端状ワイヤが上昇する上昇ラインの下部に設けられ、前記錘を前記第１無端状ワイヤの前記第１錘係合部に取り付ける下部錘装着機構と、
前記上昇ラインの上部に設けられ、前記第１錘係合部から前記錘を取り外す上部錘離脱機構と、
前記上部錘離脱機構が取り外した前記錘を一時的に蓄えておく上部錘収容部と、
上下に離間した一対の第２プーリ間に巻回され、前記錘の降下に連動して周回される第２無端状ワイヤと、
前記第２無端状ワイヤに間隔をあけて取り付けられた複数の第２錘係合部と、
前記錘の降下に伴って前記第２無端状ワイヤが下降する下降ラインの上部に設けられ、前記上部錘収容部に蓄えられた前記錘を前記第２無端状ワイヤの前記第２錘係合部に取り付ける上部錘装着機構と、
前記下降ラインの下部に設けられ、前記第２錘係合部から前記錘を取り外す下部錘離脱機構と、
前記下部錘離脱機構が取り外した前記錘を一時的に蓄えておく下部錘収容部と、
前記第２プーリの回転力を外部へ伝達するための動力伝達部とを具備し、
前記上部錘収容部は、前記上部錘離脱機構が取り外した前記錘が、自重で対応する前記上部錘装着機構まで自動で移動するように、前記上部錘離脱機構側から前記上部錘装着機構側へ徐々に低くなるように長手方向に傾斜した上部走行台を有し、
前記下部錘収容部は、前記下部錘離脱機構が取り外した前記錘が、自重で対応する前記下部錘装着機構まで自動で移動するように、前記下部錘離脱機構側から前記下部錘装着機構側へ徐々に低くなるように長手方向に傾斜した下部走行台を有する、動力装置である。
【００１２】
この動力装置は、風力によって回転体が軸まわりに回転し、前記回転体の回転に連動して、第１無端状ワイヤが、上下に離間した一対の第１プーリ間を周回する。前記第１無端状ワイヤが周回することにより、前記第１無端状ワイヤに間隔をあけて取り付けられた複数の第１錘係合部も周回する。前記第１無端状ワイヤが上昇する上昇ラインにおいて、前記周回する第１錘係合部に、下部錘装着機構を用いて、前記錘を取り付けることにより、前記錘を上昇させる。前記上昇した錘は、上部錘離脱機構により、前記周回する第１錘係合部から取り外される。前記取り外された錘は、上部錘収容部に一時的に蓄えられる。前記上部錘収容部に一時的に蓄えられた錘を降下させる際は、上下に離間した一対の第２プーリ間に周回される第２無端状ワイヤに間隔をあけて取り付けられた複数の第２錘係合部に、上部錘装着機構により、前記錘を取り付けることにより、前記錘を下降させる。前記下降した錘は、下部錘離脱機構により、前記周回する第２錘係合部から取り外される。前記取り外された錘は、下部錘収容部に一時的に蓄えられる。前記錘を下降させることにより、前記第２プーリが回転し、前記第２プーリの回転力を動力伝達部により外部へ伝達する。
【００１３】
したがって、この動力装置によれば、前記錘を前記上部錘収容部に、複数蓄えておくことができるため、風力によって発生する動力を、複数の前記錘（位置エネルギー）に変換することで蓄積可能である。また、前記錘は、着脱可能であるため、風力の強さや設置場所の環境によって、重さや材質を簡易に変更することができるため、効率的に動力を発生させることができる。
【００１４】
［２］前記［１］の装置は、前記回転体と前記第１プーリとの間には、減速機構を備えていてもよい。
この減速機構により、前記プーリの回転速度は調整させる。
この場合、非常に風力の強い場所に設置した場合であっても、安定して発電することができるという利点を有する。
また、減速に対して反比例したトルクを出力することができ、非常に重い錘であっても上昇させることができる。
【００１５】
［３］前記［１］又は［２］の装置において、前記錘は、錘本体と引っ掛け部を備え、前記引っ掛け部は、前記錘係合部が上部からは進入可能であるが、下部からは抜け出すことができない機構を有してもよい。
この機構は、前記錘の引っ掛け部において、前記錘係合部が上部からは進入可能であるが、下部からは抜け出すことができないようにさせる。
この場合、前記錘と前記錘係合部とを、複雑な制御を行わずに装着及び離脱することができるという利点を有する。
【００１６】
［４］本発明の第２の態様は、前記［１］〜［３］の動力装置と、前記動力装置の前記動力伝達部により伝達される動力によって発電する発電機とを具備する、発電装置である。
この発電装置によれば、前記錘を前記上部錘収容部に、複数蓄えておくことができるため、大量の電力を、複数の前記錘（位置エネルギー）に変換することで蓄積可能である。また、前記錘は、着脱可能であるため、風力の強さや設置場所の環境によって、重さや材質を簡易に変更することができるため、効率的に発電することができる。
【００１７】
［５］本発明の第３の態様は、前記［１］〜［３］の動力装置と、前記動力装置の前記動力伝達部により伝達される動力によって作動するコンプレッサー、エアコン、扇風機、クラッシャー又はポンプとを具備する、装置である。
この装置によれば、前記錘を前記上部錘収容部に、複数蓄えておくことができるため、風力によって発生する動力を、複数の前記錘（位置エネルギー）に変換することで蓄積可能である。また、前記蓄えた複数の錘を降下させることにより、前記動力装置によって動力を発生させ、前記動力によってコンプレッサー、エアコン、扇風機、クラッシャー又はポンプを作動させることができる。このため、前記装置によれば、電気を使用せずにコンプレッサー、エアコン、扇風機、クラッシャー又はポンプを作動させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、風力をより大量に位置エネルギーとして蓄積することができ、かつ、より大量の動力を効率的に発生させることができる動力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る動力装置の正面図である。
【図２】同動力装置の回転体の斜視図である。
【図３】同動力装置の上部移動機構を示す平面図である。
【図４】同動力装置の上部移動機構を示す正面図である。
【図５】同動力装置の下部移動機構を示す平面図である。
【図６】同動力装置の下部移動機構を示す正面図である。
【図７】同動力装置のプーリに巻回されている無端状ワイヤの状態を示す側面図である。
【図８】（ａ）は、同動力装置の錘の正面図である。（ｂ）は、同動力装置の錘の側面図である。
【図９】同動力装置の下部錘装着機構を示す側面図である。
【図１０】同動力装置の錘が上昇している状態を示す図である。
【図１１】同動力装置の上部錘離脱機構を示す側面図である。
【図１２】同動力装置の上部錘装着機構を示す側面図である。
【図１３】同動力装置の下部錘離脱機構を示す側面図である。
【図１４】本発明の第二実施形態に係る動力装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した一実施形態である動力装置について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２１】
＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る動力装置１の正面図である。
動力装置１は、垂直方向に長く接地面ＧＬに直立した筒状の本体４と、この本体４の上端に設置され風を受けて回転する回転体２とを有する。回転体２は回転体軸６により固定されている。回転体軸６は本体４の天板部を貫通して、回転体２と回転可能に取り付けられている。回転体軸６の下端には回転方向変換ギア８が取り付けられ、回転方向変換ギア８は、水平に伸びる第１軸７に連結されている。第１軸７は、第１上部プーリ１０に連結されている。第１上部プーリ１０の同軸下方には、第１上部プーリ１０と対になる第１下部プーリ１２を有する。第１上部プーリ１０及び第１下部プーリ１２には、第１無端状ワイヤ１４が巻回されている。
【００２２】
風を受けて回転体２が回転すると、回転体２及び回転体軸６が水平方向に回転する。回転体軸６の水平方向の回転を受けて、回転方向変換ギア８は第１軸７及び第１上部プーリ１０を垂直方向に回転させる。第１上部プーリ１０が垂直方向に回転すると、第１上部プーリ１０に巻回されている第１無端状ワイヤ１４が垂直方向に周回し、第１上部プーリ１０の同軸上の第１下部プーリ１２も垂直方向に回転する。
【００２３】
第１無端状ワイヤ１４が上昇する上昇ラインの上部には、上部錘離脱機構２８が設けられている。上部錘離脱機構２８は、細長い板状の上部走行台４６の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部が有する機構である。上部走行台４６の第１無端状ワイヤ１４側とは反対側の長手方向端部には、上部錘装着機構３２を有する。上部走行台４６は、長手方向に傾斜しており、上部錘離脱機構２８側から上部錘装着機構３２側へ徐々に低くなっている。上部走行台４６は、上部錘離脱機構２８と上部錘装着機構３２との間に上部錘収容部３０を有する。
【００２４】
上部走行台４６の第１無端状ワイヤ１４側とは反対側の長手方向端部には、第２上部プーリ１６及び第２下部プーリ１８に巻回された第２無端状ワイヤ２０を有する。第２無端状ワイヤ２０が下降する下降ラインの上部には、前述した上部錘装着機構３２が設けられている。第２無端状ワイヤ２０が下降する下降ラインの下部には、下部錘離脱機構３４が設けられている。下部錘離脱機構３４は、下部走行台４７の第２無端状ワイヤ２０側の長手方向端部が有する機構である。下部走行台４７の第２無端状ワイヤ２０側とは反対側の長手方向端部には、下部錘装着機構３８を有する。すなわち、下部錘装着機構３８は、第１無端状ワイヤ１４が上昇する上昇ラインの下部に設けられている。下部走行台４７は、長手方向に傾斜しており、下部錘離脱機構３４側から下部錘装着機構３８側へ徐々に低くなっている。下部走行台４７は下部錘離脱機構３４と下部錘装着機構３８との間に下部錘収容部３６を有する。
【００２５】
第１無端状ワイヤ１４は、間隔をあけて取り付けられた複数の第１錘係合部２２を有し、第２無端状ワイヤ２０は、間隔をあけて取り付けられた複数の第２錘係合部２４を有する。第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２、及び、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４は、錘２６と着脱可能である。
【００２６】
第１無端状ワイヤ１４が上昇する上昇ラインにおいては、下部錘装着機構３８によって、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２と、錘２６とが係合し、錘２６が上昇する。上昇した錘２６は、上部錘離脱機構２８により、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２と、錘２６とが離脱し、上部錘収容部３０に一時的に蓄えられる。上部走行台４６は、長手方向に傾斜しているため、上部錘収容部３０に一時的に蓄えられた錘２６は、自重で上部錘装着機構３２側に移動する。次いで、上部錘装着機構３２により、錘２６は、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４と係合する。次いで、錘２６は、第２無端状ワイヤ２０が下降する下降ラインの上部から、下部へと下降する。錘２６が下降することにより、第２下部プーリ１８に連結された動力伝達部Ｔが回転し、その回転力が機械Ｍに伝達される。下降した錘２６は、下部錘離脱機構３４により、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４と錘２６とが離脱し、下部錘収容部３６に一時的に蓄えられる。下部走行台４７は、長手方向に傾斜しているため、下部錘収容部３６に一時的に蓄えられた錘２６は、自重で下部錘装着機構３８側に移動する。
【００２７】
したがって、風が吹いている時は、下部錘収容部３６に一時的に蓄えられる複数の錘２６は、下部錘装着機構３８によって、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２と、錘２６とが係合され、次々に上昇する。次いで、上昇した錘２６は、上部錘離脱機構２８により、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２と、錘２６とが離脱し、複数の錘２６が上部錘収容部３０に一時的に蓄えられる。そして、動力を発生させたい場合は、上部錘収容部３０に一時的に蓄えられた複数の錘２６を、上部錘装着機構３２により、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４と係合し、次々に下降させる。この錘２６が下降するエネルギーによって、第２上部プーリ１６、第２無端状ワイヤ２０、及び第２下部プーリ１８を介して動力伝達部Ｔが回転し、その回転力が機械Ｍに伝達される。
【００２８】
図１には示していないが、回転体２と第１上部プーリ１０との間には、回転速度を調整するための減速機構を備えていてもよい。該減速機構としては、公知の減速機を用いることができる。また、回転体２と第１上部プーリ１０との間に、減速に対して反比例したトルクを出力することができるように、複数のプーリ及びベルトを備えていてもよい。この場合、回転体２側のプーリの直径が小さく、第１上部プーリ１０側のプーリの直径が大きいものとなるように配置する。
【００２９】
図１には示していないが、回転速度を上げるために、第２下部プーリ１８と動力伝達部Ｔとは、複数のプーリ及びベルトを介して連結されていてもよい。この場合、第２下部プーリ１８側のプーリの直径が大きく、動力伝達部Ｔ側のプーリの直径が小さいものとなるように配置する。
【００３０】
本体４の形状は特に限定されず、角筒状であっても、円筒状であってもよい。また、本体４は、複数の部材がつなぎ合わされて構成されていてもよい。
【００３１】
動力装置１の高さは、特に限定されないが、例えば、１０〜２００ｍが好ましく、２０〜２００ｍがより好ましく、３０〜２００ｍがさらに好ましい。動力装置１の高さは、動力装置１の設置場所の風力の強さ等で適宜設計することができる。
【００３２】
動力伝達部Ｔとしては、例えば、第２下部プーリ１８に連動して回転する回転軸が挙げられる。
【００３３】
機械Ｍが発電機である場合、動力伝達部Ｔにより伝達される回転力により発電される。すなわち、機械Ｍが発電機である場合は、動力装置１を風力発電装置として利用することができる。
【００３４】
機械Ｍとして、具体的には、製造業機器、酪農機器、空調機器、又は建設機器等の大型機器等が挙げられる。
機械Ｍが該大型機器である場合、動力伝達部Ｔにより伝達される回転力により該大型機器を作動させることができる。機械Ｍが、大型機器である場合、機械Ｍとしては、上記の中でも、コンプレッサー、エアコン、扇風機、クラッシャー（大割圧砕機及び小割圧砕機）又はポンプであることが好ましい。
機械Ｍとして、コンプレッサー、エアコン、扇風機、クラッシャー又はポンプを用いることで、本来必須の構成となるモーターが不要となる他、高価な高圧受変電盤の設置も不要となるため、動力装置１を利用する効果がより高まり、大幅なコスト削減につながる。
以下、動力装置１の各構成を詳細に説明する。
【００３５】
図２は、回転体２の斜視図である。回転体２は、垂直な回転体軸６に固定された回転翼３と、回転翼３をベアリング５を介して支持する回転体フレーム１１を有する。回転翼３は、風を受けた際に、回転翼中心軸９を中心軸として回転し、回転体軸６を回転させる。
【００３６】
本実施形態における回転体２は、垂直軸Ｓ型ロータ式の回転翼３であるが、回転翼の形状は特に限定されない。回転翼の形状としては、例えば、水平軸プロペラ式、水平軸セイルウィング式、水平軸オランダ式、水平軸多翼式、垂直軸直線翼式、垂直軸サボニウス式、垂直軸パドル式等の回転翼等が挙げられる。その中でも、回転翼の形状は、弱い風力でも回転できる垂直軸の回転翼が好ましく、垂直軸Ｓ型ロータ式の回転翼がより好ましい。
【００３７】
図３は、上部移動機構４４を示す平面図である。上部移動機構４４は、細長い板状の上部走行台４６で構成されている。上部走行台４６の長手方向の一方の端部には、上部錘離脱機構２８を有し、他方の端部には、上部錘装着機構３２を有し、上部錘離脱機構２８と上部錘装着機構３２との間には、上部錘収容部３０を有する。上部錘収容部３０の距離を長くするために、上部走行台４６は、上部走行台４６の上部錘離脱機構２８側の端部から、上部走行台４６の上部錘装着機構３２側の端部まで、上部走行台４６の上部錘装着機構３２側の端部の外側を周回するような形状となっている。
【００３８】
上部走行台４６の上部錘装着機構３２側の長手方向端部には、上部走行台４６の幅方向の上方に突出し、錘２６を静止させる端部ストッパ５１を有する。上部走行台４６は、上部走行溝４８を有し、上部走行溝４８は、上部走行台４６の上部錘離脱機構２８側の長手方向端部から、上部走行台４６の端部ストッパ５１に接するところまで、同一深さ及び幅で設けられている。上部走行台４６の長手方向の両端部は、上部走行台４６と第１無端状ワイヤ１４及び第２無端状ワイヤ２０とが接触しないように、切欠部５０を有する。
【００３９】
図４は、上部移動機構４４を示す正面図である。上部走行台４６は、長手方向に傾斜しており、上部錘離脱機構２８側から上部錘装着機構３２側へ徐々に低くなっている。上部走行台４６の上部錘離脱機構２８側端部の高さと上部走行台４６の上部錘装着機構３２側端部の高さとの差（上部錘離脱機構２８側端部の高さ−上部錘装着機構３２側端部の高さ）は、上部走行台４６に載置される錘２６が自重で上部錘離脱機構２８側端部から上部錘装着機構３２側端部まで、自動で移動可能な差であれば特に限定されないが、例えば、１０〜３０ｃｍが好ましい。
【００４０】
上部錘離脱機構２８により離脱した錘２６は、上部走行台４６に載置された後、上部走行溝４８に沿って自重で移動し、上部走行台４６の上部錘収容部３０を経由し、上部走行台４６の上部錘装着機構３２側へ自動で移動する。なお、図示していないが、上部走行台４６の上部錘装着機構３２側には、端部ストッパ５１以外の錘ストッパを少なくとも１つ有する。該ストッパにより、錘２６は一時的に停止し、錘２６が上部錘収容部３０に蓄積されていく。
【００４１】
図５は、下部移動機構５２を示す平面図である。下部移動機構５２は、細長い板状の下部走行台４７で構成されている。下部走行台４７の長手方向の一方の端部には、下部錘離脱機構３４を有し、他方の端部には、下部錘装着機構３８を有し、下部錘離脱機構３４と下部錘装着機構３８との間には、下部錘収容部３６を有する。下部錘収容部３６の距離を長くするために、下部走行台４７は、下部走行台４７の下部錘離脱機構３４側の端部から、下部走行台４７の下部錘装着機構３８側の端部まで、下部走行台４７の下部錘離脱機構３４側の端部の外側を周回するような形状となっている。
【００４２】
下部走行台４７は、下部走行溝４９を有し、下部走行溝４９は、下部走行台４７の下部錘離脱機構３４側の長手方向端部から、下部走行台４７の下部錘装着機構３８側の長手方向端部まで、同一深さ及び幅で設けられている。下部走行台４７の長手方向の両端部は、下部走行台４７と第１無端状ワイヤ１４及び第２無端状ワイヤ２０とが接触しないように、切欠部５３を有する。
【００４３】
図６は、下部移動機構５２を示す正面図である。下部走行台４７は、長手方向に傾斜しており、下部錘離脱機構３４側から下部錘装着機構３８側へ徐々に低くなっている。下部走行台４７の下部錘離脱機構３４側端部の高さと下部走行台４７の下部錘装着機構３８側端部の高さとの差（下部錘離脱機構３４側端部の高さ−下部錘装着機構３８側端部の高さ）は、下部走行台４７に載置される錘２６が自重で下部錘離脱機構３４側端部から下部錘装着機構３８側端部まで、自動で移動可能な差であれば特に限定されないが、例えば、１０〜３０ｃｍが好ましい。
【００４４】
下部錘離脱機構３４により離脱した錘２６は、下部走行台４７に載置された後、下部走行溝４９に沿って自重で移動し、下部走行台４７の下部錘収容部３６を経由し、下部走行台４７の下部錘装着機構３８側へ自動で移動する。なお、図示していないが、下部走行台４７の下部錘装着機構３８側には、錘ストッパを少なくとも１つ有する。該ストッパにより、錘２６は一時的に停止し、錘２６が下部錘収容部３６に蓄積されていく。
【００４５】
図７は、第１上部プーリ１０に巻回されている第１無端状ワイヤ１４の状態を示す側面図である。図７に示す通り、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２は、第１無端状ワイヤ１４の第１上部プーリ１０側とは反対側にのみ突出しているため、第１無端状ワイヤ１４が第１上部プーリ１０を巻回することを妨げない。同様に第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４も、第２上部プーリ１６側とは反対側にのみ突出しているため、第２無端状ワイヤ２０が第２上部プーリ１６を巻回することを妨げない。なお、本実施形態の第１錘係合部２２及び第２錘係合部２４はピン状（円柱状）であるが、第１錘係合部２２の形状は特に限定されず、第１錘係合部２２が係合する錘２６の形状によって適宜変更することができる。第１錘係合部２２の他の形状としては、先端がＬ字状の円柱形状、釣り針形状等が挙げられる。また、第１無端状ワイヤ１４、第２無端状ワイヤ２０、第１錘係合部２２及び第２錘係合部２４の材質は特に限定されないが、金属製であることが好ましい。
【００４６】
図８（ａ）は、錘２６の正面図である。図８（ｂ）は、錘２６の側面図である。錘２６は、錘本体５４と、錘本体５４の両側面に連結するはさみ爪５６と、錘本体５４の底面と連結する走行用ローラ６４とを有する。はさみ爪５６は、先端に鉤状部６８を有する一対の板状部材で構成されており、鉤状部６８が互いに向かい合い、鉤状部６８の先端同士が一部重なるように固定されている。はさみ爪５６の鉤状部６８の上側は、はさみ爪５６が重なり合う部分に向かって互いに傾斜している。一方で、はさみ爪５６の鉤状部６８の下側は略水平である。はさみ爪５６は、はさみカバー６６によりカバーされている。はさみカバー６６は、はさみ爪５６の互いに向かい合う面に、はさみ爪５６が閉まりすぎないように制御するストッパ部６７を有する。はさみ爪５６の下側端部は、スプリング６０により連結されている。スプリング６０は、スプリングカバー６２により覆われている。錘本体５４の底面と連結する走行用ローラ６４は、はさみ爪５６方向に回転できるように連結されている。
【００４７】
はさみ爪５６の下側端部は、スプリング６０により連結されているため、はさみ爪５６の鉤状部６８は、回動軸５８を回転軸として開閉可能である。また、はさみ爪５６の鉤状部６８の上側は、はさみ爪５６が重なり合う部分に向かって互いに傾斜しており、はさみ爪５６の鉤状部６８の下側は略水平であるため、第２錘係合部２４がはさみ爪５６の鉤状部６８の上側からは進入することができるが、はさみ爪５６の鉤状部６８の下側からは抜け出せない機構になっている。また、ストッパ部６７により、はさみ爪５６が閉まりすぎないように制御されている。
【００４８】
錘２６の重さは、動力装置１を設置する場所の風力や必要な発電量によって、適宜変更することができ、特に限定されないが、例えば、数ｋｇ〜数十ｔの錘を用いることができる。動力装置１を、住宅や小規模施設に動力を供給するために用いる場合は、１〜１００ｋｇの錘を用いることが好ましく、２０〜１００ｋｇの錘を用いることがより好ましい。一方で、動力装置１を、工場等の大規模施設に電力を供給するために用いる場合は、１００ｋｇから５０ｔの錘を用いることが好ましい。また、錘２６の材質は、鉄又はステンレス鋼であることが好ましい。
【００４９】
錘２６は、上部移動機構４４及び下部移動機構５２において、走行用ローラ６４により、上部走行溝４８、及び、下部走行溝４９上を走行する。本実施形態においては、錘２６は、走行用ローラ６４により移動するが、移動手段は特に限定されない。例えば、上部走行台４６及び下部走行台４７が、レールであり、錘２６が該レールに対応する車輪を有していてもよい。また、錘２６は移動手段を有しておらず、上部走行台４６及び下部走行台４７が、錘２６を移動させる手段を有していてもよい。例えば、上部走行台４６及び下部走行台４７が底面ローラを有する機構である場合や上部走行台４６及び下部走行台４７がベルトコンベアで構成されている場合が挙げられる。
【００５０】
図９は、下部錘装着機構３８を示す側面図である。下部走行台４７は、下部走行台４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部が低くなるように傾斜している。下部走行台４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部の下側には、第１垂直アクチュエータ７０を有する。第１垂直アクチュエータ７０には、下部走行台４７を貫通し、下部走行台４７の幅方向に伸縮可能な第１錘ストッパプレート７１が連結されている。
【００５１】
下部走行台４７は、下部走行台４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部が低くなるように傾斜しているため、錘２６は自重で、下部走行台４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部に向けて、自動で移動し、第１錘ストッパプレート７１により、下部走行台４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部で静止する。次いで、図示していないセンサにより、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２が上昇してきたことを感知し、第１垂直アクチュエータ７０により第１錘ストッパプレート７１を収納する。第１錘ストッパプレート７１が収納されると、再度、錘２６が自重で第１無端状ワイヤ１４側に移動し、錘２６のはさみ爪５６内に第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２が挿入することにより、錘２６のはさみ爪５６と、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２とは係合する。
【００５２】
図１０は、錘２６が上昇している状態を示す図である。錘２６は、錘２６のはさみ爪５６と第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２とが係合しているため、第１無端状ワイヤ１４の上昇に伴って上昇する。また、錘２６が上昇する際、第１無端状ワイヤ１４と錘２６のスプリングカバー６２とが接触する。錘２６は、錘２６のはさみ爪５６と第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２とが係合する点、及び、第１無端状ワイヤ１４とスプリングカバー６２とが接触する点の２点で支持されているため、安定して上昇する。
【００５３】
図示はしていないが、動力装置１は、回転体２の停止により錘２６が落下してしまわないように、錘落下ストッパを有する。錘落下ストッパは、第１無端状ワイヤ１４が上昇する上昇ラインに一定間隔で配置されており、回転体２の停止をセンサで感知することにより作動し、錘２６の落下を防止する。
【００５４】
図１１は、上部錘離脱機構２８を示す側面図である。上部走行台４６の下方には、第１水平アクチュエータ７２、及び、第１水平アクチュエータ７２に連結され水平方向に伸縮可能なロッド７３が配置され、ロッド７３は、第２垂直アクチュエータ７４及び第２垂直アクチュエータ７４に連結され垂直方向に伸縮可能なロッド７５を有し、ロッド７５の垂直方向の上端には、錘持上げ台座７６を有する。錘持上げ台座７６は、長手方向に傾斜しており、上部走行台４６側向けて徐々に低くなるように構成されている。第２垂直アクチュエータ７４が作動し、ロッド７５が上方に伸びると、錘持上げ台座７６の上面と上部走行台４６の上面とが接触するように構成されている。
【００５５】
第１水平アクチュエータ７２、ロッド７３、第２垂直アクチュエータ７４、ロッド７５、及び錘持上げ台座７６は、錘２６が上昇して来るまでは、第１水平アクチュエータ７２側に収納されており、錘２６の上昇を妨げない。錘２６が上昇してきたことを図示していないセンサで感知すると、第１水平アクチュエータ７２が作動し、ロッド７３が第１無端状ワイヤ１４方向に伸び、錘２６に接触しないように、錘２６の下方に第２垂直アクチュエータ７４、ロッド７５、及び、錘持上げ台座７６が挿入される。次いで、第２垂直アクチュエータ７４が作動し、ロッド７５が上方に伸び、錘２６を錘持上げ台座７６で持ち上げることにより、錘２６を第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２から離脱させる。錘持上げ台座７６は、長手方向に傾斜しており、上部走行台４６側向けて徐々に低くなるように構成されているため、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２から離脱した錘２６は、自重で錘持上げ台座７６から上部走行台４６に自動で移動する。
【００５６】
図１２は、上部錘装着機構３２を示す側面図である。上部走行台４６の第２無端状ワイヤ２０側の長手方向端部は、下方に傾動する傾動台座８２と蝶番８６により連結されている。傾動台座８２の第２錘係合部２４側の長手方向端部には、上部走行台４６の幅方向の上方に突出する端部ストッパ５１を有する。上部走行台４６の第２無端状ワイヤ２０側の長手方向端部の下側には、第３垂直アクチュエータ８３を有する。第３垂直アクチュエータ８３には、上部走行台４６を貫通し、上部走行台４６の幅方向に伸縮可能な第２錘ストッパプレート８４が連結されている。また、上部走行台４６の第２無端状ワイヤ２０側の長手方向端部の下側には、第２水平アクチュエータ７８を有する。第２水平アクチュエータ７８は、水平方向に伸縮可能なロッド７９を有し、ロッド７９の第２水平アクチュエータ７８とは反対方向の先端には、ローラ８０が連結されている。ローラ８０は、傾動台座８２の底面と接触している。
【００５７】
上部走行台４６は、長手方向に傾斜しており、第２無端状ワイヤ２０側が低くなるように構成されているため、錘２６は自重で、上部走行台４６の第２錘係合部２４側の長手方向端部に向けて自動で移動し、傾動台座８２の端部ストッパ５１により、錘２６が静止する。錘２６の上方から第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４が下降して、錘２６のはさみ爪５６に接触すると、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４の押圧によりはさみ爪５６が一旦開き、はさみ爪５６内に第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４が進入し、はさみ爪５６が再度閉じる。図示していないセンサで、はさみ爪５６内に第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４が進入したことを感知すると、第２水平アクチュエータ７８が作動し、ロッド７９及びロッド７９の先端に連結しているローラ８０が第２水平アクチュエータ７８側に収納される。ローラ８０が第２水平アクチュエータ７８側に収納されると、傾動台座８２は支えが無くなり、下方に折れ曲がる。これにより、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４に係合した錘２６が下降していく。なお、複数の錘２６を使用する場合は、１つの錘２６が傾動台座８２上に載置された場合、複数の錘２６が傾動台座８２上に載置されないように、他の錘２６は、第２錘ストッパプレート８４により、上部走行台４６の第２無端状ワイヤ２０側の長手方向端部に静止される。錘２６が下降したことを図示していないセンサが感知すると、再度第２水平アクチュエータ７８が作動し、ロッド７９及びロッド７９の先端に連結しているローラ８０が水平方向に伸びることで、下方に折れ曲がった傾動台座８２が元の位置に戻る。
【００５８】
図示していないが、錘２６が下降する際、錘２６は、錘２６のはさみ爪５６と、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４とが係合する点、及び、第２無端状ワイヤ２０とスプリングカバー６２とが接触する点の２点で支持されているため、安定して下降する。
【００５９】
図１３は、下部錘離脱機構３４を示す側面図である。下部走行台４７は、長手方向に傾斜しており、下部走行台４７の第２無端状ワイヤ２０側が高くなるように構成されている。錘２６が下降してきて、下部走行台４７に載置されると、自重で第２無端状ワイヤ２０側とは反対側に自動で移動し、錘２６と、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４とが離脱する。
【００６０】
以上説明したように、この動力装置１は、風を受けて回転体２が回転するエネルギーにより、動力伝達部Ｔを回転させ、機械Ｍを作動させるのみではなく、風を受けて回転体２が回転するエネルギーにより、錘２６を上昇させ、錘２６を上部錘収容部３０に複数蓄えておくことができる。そのため、風のエネルギーを位置エネルギーに変換して蓄積することが可能である。また、上部錘収容部３０に蓄えられた複数の錘２６を、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４と係合させ、下降させ、動力伝達部Ｔを回転させ、機械Ｍを作動させることにより、蓄積した位置エネルギーを動力に変換することができる。よって、この動力装置１によれば、比較的に大量の動力を蓄積することができる。
【００６１】
また、錘２６は、着脱可能であるため、風力の強さや設置場所の環境によって、重さや材質を簡易に変更することができ、効率的に動力を発生させることができる。
【００６２】
また、動力装置１は、上部錘離脱機構２８が取り外した錘２６を、対応する上部錘装着機構３２まで移動させる上部移動機構４４と、下部錘離脱機構３４が取り外した錘２６を、対応する下部錘装着機構３８まで移動させる下部移動機構５２とを有するため、錘２６をより効率的に活用することができる。また、上部移動機構４４及び下部移動機構５２は、錘２６の自重により自動で移動させる機構であるため、動力装置１の装置内での複雑な制御を行う必要がなく効率的に動力を発生させることができる。
【００６３】
また、動力装置１は、一対のプーリ及び無端状のワイヤをそれぞれ２組（第１上部プーリ１０と第１下部プーリ１２、及び、第２上部プーリ１６と第２下部プーリ１８、並びに、第１無端状ワイヤ１４と第２無端状ワイヤ２０）有し、上部錘収容部３０及び下部錘収容部３６の距離が長くなるように構成されているため、風力をより大量に位置エネルギーとして蓄積することができ、かつ、より大量の動力を発生させることができる。
【００６４】
また、動力装置１の上部錘離脱機構２８は、第１錘係合部２２に吊された錘２６の下に錘持上げ台座７６を挿入するとともに錘持上げ台座７６を上昇させ、錘２６を持ち上げることにより、第１錘係合部２２から錘２６を取り外す機構であるため、錘２６のはさみ爪５６に負荷がかからず、錘２６のはさみ爪５６の劣化を抑制することができる。加えて、はさみ爪５６は第２錘係合部２４が上部からは進入可能であるが、下部からは抜け出すことができない機構を有するため、複雑な制御を行わずに第２錘係合部２４とはさみ爪５６とを装着することができる。
【００６５】
＜第二実施形態＞
図１４は、本発明の第二実施形態に係る動力装置１０１の正面図である。
動力装置１０１の基本的な構成は、上述した第一実施形態に係る動力装置１と同一であるため、同一の符号を付している。
動力装置１０１は、上述した第一実施形態に係る動力装置１の構成に加えて、第１下部プーリ１２及び第２下部プーリ１８を、クラッチＣを介して連結させる第２軸４０を備える。動力装置１０１においては、クラッチＣを制御することにより、第１下部プーリ１２及び第２下部プーリ１８を連動させたり、切り離したりすることができる。
【００６６】
第２軸４０が有するクラッチＣの基本的な制御として、風が吹いている時は、第１下部プーリ１２及び第２下部プーリ１８が連動しないようにクラッチＣを切り離し、回転体２の回転によって、回転体軸６、回転方向変換ギア８、及び第１軸７を介して、第１上部プーリ１０、第１無端状ワイヤ１４及び第１下部プーリ１２のみが回転する。そして、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２と錘２６とを装着させ、錘２６を上昇させることにより、錘２６を上部錘収容部３０に蓄積していく。全ての錘２６が、上部錘収容部３０に蓄えられた場合は、第２軸４０が、第１下部プーリ１２及び第２下部プーリ１８のいずれにも連結するように、クラッチＣを連結させる。第１下部プーリ１２及び第２下部プーリ１８が第２軸４０を介して連結することにより、第１下部プーリ１２及び第２下部プーリ１８が連動し、錘２６を下降させなくても、回転体２の回転により、第２下部プーリ１８が回転する。そして、第２下部プーリ１８の回転により動力伝達部Ｔも回転し、その回転力が機械Ｍに伝達される。
【００６７】
また、第２軸４０が有するクラッチＣの基本的な制御として、風が吹いていない時は、第１下部プーリ１２及び第２下部プーリ１８が連動しないようにクラッチＣを切り離し、上部錘収容部３０に蓄積された錘２６を降下させることにより、第２無端状ワイヤ２０、第２上部プーリ１６、及び第２下部プーリ１８のみが回転する。また、第２下部プーリ１８の回転により動力伝達部Ｔも回転し、その回転力が機械Ｍに伝達される。
【００６８】
したがって、風が吹いている時は、下部錘収容部３６に一時的に蓄えられる複数の錘２６は、下部錘装着機構３８によって、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２と、錘２６とが係合され、次々に上昇する。次いで、上昇した錘２６は、上部錘離脱機構２８により、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２と、錘２６とが離脱し、複数の錘２６が上部錘収容部３０に一時的に蓄えられる。全ての錘２６が、上部錘収容部３０に蓄えられた場合、回転体２の回転により、直接、回転体軸６、回転方向変換ギア８、第１軸７、第１上部プーリ１０、第１無端状ワイヤ１４、第１下部プーリ１２、第２軸４０、及び第２下部プーリ１８を介して動力伝達部Ｔが回転し、その回転力が機械Ｍに伝達される。すなわち、錘２６の降下ではなく、回転体２の回転力を直接機械Ｍに伝達する。
【００６９】
一方で、風が吹いていない場合は、上部錘収容部３０に一時的に蓄えられた複数の錘２６が、上部錘装着機構３２により、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４と係合され、次々に下降する。この錘２６が下降するエネルギーによって、第２上部プーリ１６、第２無端状ワイヤ２０、及び第２下部プーリ１８を介して動力伝達部Ｔが回転し、その回転力が機械Ｍに伝達される。
【００７０】
以上説明したように、この動力装置１０１は、風を受けて回転体２が回転するエネルギーにより、錘２６を上昇させ、錘２６を上部錘収容部３０に複数蓄え、風のエネルギーを位置エネルギーに変換して蓄積することができるのみではなく、錘２６を用いずとも、風を受けて回転体２が回転するエネルギーにより、動力伝達部Ｔを回転させ、機械Ｍを作動させることができる。
よって、この動力装置１０１によれば、比較的に大量の動力を蓄積しつつ、より効率的に動力を発生させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の動力装置によれば、風力をより大量に位置エネルギーとして蓄積することができ、かつ、より大量の動力を効率的に発生させることができるという優れた効果を奏するから、本発明は産業上の利用が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１：動力装置、２：回転体、３：回転翼、４：本体、５：ベアリング、６：回転体軸、７：第１軸、８：回転方向変換ギア、９：回転翼中心軸、１０：第１上部プーリ、１１：回転体フレーム、１２：第１下部プーリ、１４：第１無端状ワイヤ、１６：第２上部プーリ、１８：第２下部プーリ、２０：第２無端状ワイヤ、２２：第１錘係合部、２４：第２錘係合部、２６：錘、２８：上部錘離脱機構、３０：上部錘収容部、３２：上部錘装着機構、３４：下部錘離脱機構、３６：下部錘収容部、３８：下部錘装着機構、４４：上部移動機構、４６：上部走行台、４７：下部走行台、４８：上部走行溝、４９：下部走行溝、５０：切欠部、５１：端部ストッパ、５２：下部移動機構、５３：切欠部、５４：錘本体、５６：はさみ爪、５８：回動軸、６０：スプリング、６２：スプリングカバー、６４：走行用ローラ、６６：はさみカバー、６７：ストッパ部、６８：鉤状部、７０：第１垂直アクチュエータ、７１：第１錘ストッパプレート、７２：第１水平アクチュエータ、７３：ロッド、７４：第２垂直アクチュエータ、７５：ロッド、７６：錘持上げ台座、７８：第２水平アクチュエータ、７９：ロッド、８０：ローラ、８２：傾動台座、８３：第３垂直アクチュエータ、８４：第２錘ストッパプレート、８６：蝶番、Ｔ：動力伝達部、Ｍ：機械、１０１：動力装置、Ｃ：クラッチ、４０：第２軸
【要約】
【課題】風力をより大量に位置エネルギーとして蓄積することができ、かつ、より大量の動力を効率的に発生させることができる動力装置の提供。
【解決手段】この動力装置１は、風力によって回転される回転体２と、回転体２の回転に連動して周回される第１無端状ワイヤ１４と、第１無端状ワイヤ１４に間隔をあけて取り付けられた複数の第１錘係合部２２と、錘２６と、錘２６を一時的に蓄えておく上部錘収容部３０と、錘２６の下降に連動して周回される第２無端状ワイヤ２０及び第２下部プーリ１８と、第２下部プーリ１８の回転により回転力を外部へ伝達するための動力伝達部Ｔとを具備する。
【選択図】図１【図１】
0006903212.tif 000002
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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