特許 6074081 発電システム及び発電システム用弾性エネルギー蓄積装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6074081

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】発電システム及び発電システム用弾性エネルギー蓄積装置

(51)【国際特許分類】

   F03G 1/00 20060101AFI20170123BHJP

   F03G 1/02 20060101ALI20170123BHJP

   F03D 9/10 20160101ALI20170123BHJP

   F03D 80/00 20160101ALI20170123BHJP

   H02J 15/00 20060101ALI20170123BHJP

【ＦＩ】

   F03G1/00 A

   F03G1/02

   F03D9/10

   F03D80/00

   H02J15/00 Z

【請求項の数】14

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-24348(P2016-24348)

(22)【出願日】2016年2月12日

【審査請求日】2016年8月4日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】712008002

【氏名又は名称】西浦 信一

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100169443

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 雄介

(72)【発明者】

【氏名】西浦 信一

【審査官】 瀬戸 康平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０５６４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２２３７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−０１６２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１３１８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２６０８９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ ９／１０

Ｆ０３Ｇ １／００

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力された第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい第２動力を発生する蓄積装置と、
前記第２動力を電力に変換する発電装置と、
を備え、
前記蓄積装置は、帯状の部材により構成され半径方向に弾性変形可能な環体を含む弾性体を備え、前記第１動力により前記弾性体を弾性変形させることで弾性エネルギーを蓄え、前記弾性体の弾性変形の解放時において弾性エネルギーを前記第２動力に変換する、
発電システム。

【請求項2】

前記蓄積装置は、
レールと、
前記レールに沿って外周面を互いに接触させて配列された複数の前記環体と、
各前記環体を前記レールに対してスライド自在に取り付けるスライダと、
各前記環体のうち、一方の端の前記環体に接触するストッパと、
をさらに備え、
前記第１動力により各前記環体を前記ストッパに向けて圧縮させるか、或いは前記ストッパから離れる方向に伸張させることで、各前記環体が弾性変形する、
請求項１に記載の発電システム。

【請求項3】

エネルギーを受容して前記第１動力を発生する受容装置を更に備え、
前記受容装置と前記蓄積装置とを接続する第１シャフトと、
前記蓄積装置と前記発電装置とを接続する第２シャフトと、
をさらに備え、
前記第１動力は、前記第１シャフトの回転運動により前記蓄積装置に伝達され、
前記第２動力は、前記第２シャフトの回転運動により前記発電装置に伝達される、
請求項１又は２に記載の発電システム。

【請求項4】

エネルギーを受容して第１動力を発生する受容装置と、
前記第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい第２動力を発生する蓄積装置と、
前記第２動力を電力に変換する発電装置と、
前記受容装置と前記蓄積装置とを接続し、前記受容装置が発生した前記第１動力を回転運動により前記蓄積装置に伝達する第１シャフトと、
前記蓄積装置と前記発電装置とを接続し、前記蓄積装置が発生した前記第２動力を回転運動により前記発電装置に伝達する第２シャフトと、
前記第１シャフトに設けられ、前記第１シャフトの回転速度を変速する変速機と、
を備え、
前記蓄積装置は、弾性体を備え、前記第１動力により前記弾性体を弾性変形させることで弾性エネルギーを蓄え、前記弾性体の弾性変形の解放時において弾性エネルギーを前記第２動力に変換し、
前記変速機による変速後の前記第１シャフトのトルクは、前記発電装置による発電に必要な前記第２シャフトのトルクよりも小さい、
発電システム。

【請求項5】

前記蓄積装置は、
第３シャフトと、
前記第３シャフトを軸として回転するカムと、
前記第１シャフトの回転運動を前記第３シャフトに伝達する第１ギア列と、
前記第３シャフトの回転運動を前記第２シャフトに伝達する第２ギア列と、
をさらに備え、
前記第１動力による前記第１シャフト、前記第１ギア列、及び前記第３シャフトの回転運動により前記カムが前記弾性体を弾性変形させ、
前記弾性体の弾性変形の解消に伴う前記カム、前記第３シャフト、及び前記第２ギア列の回転運動により前記第２シャフトを回転させる前記第２動力が発生する、
請求項４に記載の発電システム。

【請求項6】

前記蓄積装置は、
前記弾性体に接続されたラックと、
前記第１シャフトに接続された第１ギア及び前記第２シャフトに接続された第２ギアを含み、前記ラックに噛み合ったギア列と、
をさらに備え、
前記第１動力により前記第１ギアが回転して前記ラックが第１方向に移動するとともに前記弾性体が弾性変形し、前記弾性体の弾性変形の解放時に前記ラックが前記第１方向と反対の第２方向に移動するとともに前記第２ギアが回転して前記第２動力が発生する、
請求項４に記載の発電システム。

【請求項7】

前記蓄積装置は、前記第１動力による前記弾性体の弾性変形を許容する第１状態と、前記弾性体の弾性変形を解放する第２状態と、を切り換える切換機構をさらに備える、
請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の発電システム。

【請求項8】

入力された第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい第２動力を発生し、この第２動力を電力に変換する発電装置に対して動力伝達可能に接続される発電システム用弾性エネルギー蓄積装置であって、
帯状の部材により構成され半径方向に弾性変形可能な環体を含む弾性体を備え、
前記第１動力により前記弾性体を弾性変形させることで弾性エネルギーを蓄え、前記弾性体の弾性変形の解放時において弾性エネルギーを前記第２動力に変換する、
発電システム用弾性エネルギー蓄積装置。

【請求項9】

レールと、
前記レールに沿って外周面を互いに接触させて配列された複数の前記環体と、
各前記環体を前記レールに対してスライド自在に取り付けるスライダと、
各前記環体のうち、一方の端の前記環体に接触するストッパと、
をさらに備え、
前記第１動力により各前記環体を前記ストッパに向けて圧縮させるか、或いは前記ストッパから離れる方向に伸張させることで、各前記環体が弾性変形する、
請求項８に記載の発電システム用弾性エネルギー蓄積装置。

【請求項10】

エネルギーを受容して前記第１動力を発生する受容装置からの前記第１動力を伝達する第１シャフト、及び、前記第２動力を前記発電装置に伝達する第２シャフトの各々が接続された、
請求項８又は９に記載の発電システム用弾性エネルギー蓄積装置。

【請求項11】

前記第１シャフトのトルクは、前記発電装置による発電に必要な前記第２シャフトのトルクよりも小さい、
請求項１０に記載の発電システム用弾性エネルギー蓄積装置。

【請求項12】

前記弾性体に接続されたラックと、
前記第１シャフトに接続された第１ギア及び前記第２シャフトに接続された第２ギアを含み、前記ラックに噛み合ったギア列と、
をさらに備え、
前記第１動力により前記第１ギアが回転して前記ラックが第１方向に移動するとともに前記弾性体が弾性変形し、前記弾性体の弾性変形の解放時に前記ラックが前記第１方向と反対の第２方向に移動するとともに前記第２ギアが回転して前記第２動力が発生する、
請求項１０又は１１に記載の発電システム用弾性エネルギー蓄積装置。

【請求項13】

入力された第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい第２動力を発生し、この第２動力を電力に変換する発電装置に対して動力伝達可能に接続される発電システム用弾性エネルギー蓄積装置であって、
エネルギーを受容して前記第１動力を発生する受容装置からの前記第１動力を伝達する第１シャフト、及び、前記第２動力を前記発電装置に伝達する第２シャフトの各々が接続され、
弾性体と、
第３シャフトと、
前記第３シャフトを軸として回転するカムと、
前記第１シャフトの回転運動を前記第３シャフトに伝達する第１ギア列と、
前記第３シャフトの回転運動を前記第２シャフトに伝達する第２ギア列と、
を備え、
前記第１動力による前記第１シャフト、前記第１ギア列、及び前記第３シャフトの回転運動により前記カムが前記弾性体を弾性変形させ、
前記弾性体の弾性変形の解消に伴う前記カム、前記第３シャフト、及び前記第２ギア列の回転運動により前記第２シャフトを回転させる前記第２動力が発生する、
発電システム用弾性エネルギー蓄積装置。

【請求項14】

前記第１動力による前記弾性体の弾性変形を許容する第１状態と、前記弾性体の弾性変形を解放する第２状態と、を切り換える切換機構をさらに備える、
請求項８乃至１３のうちいずれか１項に記載の発電システム用弾性エネルギー蓄積装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、再生エネルギーに基づいて発電する発電システム及び再生エネルギーに基づいて弾性エネルギーを蓄える蓄積装置に係り、特に、自然界に発生する風、海水の干満、波、川の流れなど、流体の流動や、その他の再生エネルギーを利用して発電する発電システム、好適には、平均的に低い再生エネルギー、そしてエネルギーの継続性に難のある環境での再生エネルギーを利用する発電システム、及びこれらの再生エネルギーを弾性エネルギーとして一旦蓄積し、この弾性エネルギーを発電に適したエネルギーとして発電機に送る発電システム用弾性エネルギー蓄積装置に関する。

【背景技術】

【0002】

再生エネルギーを利用する発電システムは、高いエネルギーができるだけ継続的に得られる環境で使用されているのが一般的である。たとえば、風力発電においては、強い風が期待できる海岸や沖合、あるいは山頂、山腹などへの設置が主流である。さらに、そのエネルギー受容機構（ブレード）は、数十メートルの高所に配置される。また、波力発電においては、実用例は、はなはだ少ないが、これまで開発が試みられた例をみると、波高の高い沖合での設置が主流となっている。そして、これらは、ほとんどが大型の設備である。
再生エネルギーの地産地消がいわれて久しい。このため、民生品として実用的な、中型、小型のもので、かつ、一般的な環境である市街地での風力発電や入り江での波力発電などの実現が期待されている。しかし、現状は、きわめて補助的なものに限られ、代替の電力発生機としての能力を持つものはまだ現れていない。その最大の理由は、設置される環境にある。

【0003】

風力発電を例にすると、東京都内のビルの屋上の年間平均風速は３ｍ程度である。風のない日も多く、エネルギーの継続性も悪い。民生用に販売されている風力発電機の中には、2000ｋＷｈの発電能力をうたっている製品があるが、それは、風速15ｍといった強風時を前提とした能力であって、都会では年に何回もない強風である。このような製品を実際に東京都内のような年間平均風速3ｍ（前記風速の５分の１）の環境で使用すると、次のような種々の問題が生じて、発電力は前記風速の２０分の１の100ｋWh程度に落ちてしまう。

【0004】

１．微風時では、システムの機械的負荷、例えばブレード（羽）などの重量、モーター軸のトルクなどによってブレードが回転しないという、エネルギー受容部の閾値の問題が生じる。
２．ブレード（羽）が回る風速に達しても、発電機のモーターが発電するまでの回転スピードに達しなければ利用できる電力とならないという、発電システムの閾値の問題が生じる。
３．発電できる回転スピードに達しても、システム内の負荷による電力ロスによって受容エネルギーが消費されてしまうという、発電効率の問題が生じる。
４．風力がブレードを回し十分な電力が発生してバッテリ等の蓄電装置に蓄えられても、風がなく発電しない時間が長く続くとバッテリ内で自然放電してしまうという、発電の非継続性によるバッテリ等の蓄電装置の蓄電性能の問題が生じる。

【0005】

他方、波の上下動（波高）をエネルギー源とする波力発電においては、沖合の年間平均数メートルの波高に対して、民生用として実用となる設置環境の海の入り江などは、年間平均数10センチメートルの波高であり、波高を風速と読み替えれば風力発電とまったく同様の問題が生じることは論を待たない。
このような問題の解決に、低速で発電できる多極発電モーターや電力のコンピュータ制御によるバッテリーチャージャなどが提案されているが、いずれも効果のわりに高価であって、対費用効果の点で採用されないのが現状である。このような事情から、民生用に供し得る、小型、中型で、再生エネルギー環境が悪い民生環境でも実用できる発電システムが求められていた。

【0006】

特許文献１には、外力により弾性体を歪ませることにより外部エネルギーを蓄積するとともに蓄積した外部エネルギーを略一定の仕事率で出力する力学的エネルギー蓄積手段と、前記力学的エネルギー蓄積手段より出力される外部エネルギーを電力に変換する発電手段と、前記発電手段により変換された電力を整流する整流手段とを具備した力学的エネルギー蓄積式発電装置が開示され、弾性体としてゼンマイ、つるまきバネ、板バネ、ゴム、形状記憶合金等が例示されている。
この発明では、蓄積手段に力学的エネルギーを蓄積させる外力は人力であり、例えば、回動摘みを指で摘んで回動させることにより、ゼンマイが動力入力軸に巻き付けられ、外部エネルギーはゼンマイに蓄積されることが記載されている。

【0007】

特許文献２には、それ自体が移動されることにより生じる運動エネルギーを電気エネルギーに変換するカード型発電機であって、前記運動エネルギーを受けて機械的なエネルギーに変換する機械エネルギー変換手段と、この機械エネルギー変換手段が変換した機械エネルギーを蓄積する機械エネルギー蓄積手段と、この機械エネルギー蓄積手段から出力される機械エネルギーにより駆動されて電力を発生する発電手段とを備えた発電機構が、カード型に形成されたケースに内蔵されていることを特徴とするカード型発電機が開示されている。そして、機械エネルギー蓄積手段として、回転錘の回転により変形し、その変形により前記機械エネルギーを蓄積する弾性体(例えばゼンマイ)が例示されている。そして、利用する運動エネルギーは、携帯者の歩行等により生じる運動エネルギーであり、間接的ではあるが人力である。

【0008】

特許文献３には、水の運動エネルギー（通水路中に流れる水の運動エネルギー）を一時的に力学的エネルギーとして蓄積する力学的エネルギー蓄積手段と、前記力学的エネルギーを電気エネルギーへ変換する発電手段と、前記発電手段により得られる電気エネルギーを蓄える蓄電手段とを備えるよう構成した自動吐水装置へ電気エネルギーを供給する為の電源装置が開示され、力学的エネルギー蓄積手段として、力学的エネルギーをゼンマイやゴム、バネなどの弾性体が例示されている。そして、使用される運動エネルギーは、通水路中に流れる水の運動エネルギーである。

【0009】

特許文献４には、一方向に長手方向を有するラックバーと、ラックバーに対する相対移動にて回動されるピニオンと、ピニオンの回転力を利用して発電する発電手段とを備え、一方向の成分を有する運動力が与えられると、ラックバーとピニオンとが一方向に沿って相対移動を行い、この相対移動によりピニオンが回転される。ピニオンの回転により発電手段で発電される発電機が開示されている。そして、ラックバーおよびピニオンの少なくともいずれか一方には、このいずれか一方の相対移動方向に対して反対方向の反力を付与する反力付与手段(弾性体)を設けられ、弾性体として、コイルバネ、板バネ、ゴム等が例示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開平10-131841号公報

【特許文献2】特開2002-84726号公報

【特許文献3】特開2003-278216号公報

【特許文献4】特開2004-260896公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明者は、従来の再生エネルギーの発電システムの前述した問題点が、再生エネルギーから取り出した運動エネルギーを発電機に直接接続し、再生エネルギーの取出しと発電とを同一の時系列で処理していることに起因していることを見出した。すなわち、再生エネルギーの取出しと発電とを同一の時系列で処理する場合、電力変換の効率は、再生エネルギーの高さと発電モーターの変換効率で決まってしまい、低い再生エネルギーの入力は前述の問題にあるように著しく不利である。また、エネルギーの継続性には何ら対策がないため、バッテリ等の蓄電装置における自然放電も回避できない。

【0012】

そこで、本発明者は、再生エネルギーの取出しと発電とを同一の時系列で処理せず、発電の前に一旦再生エネルギーを弾性エネルギーとして蓄積し、この弾性エネルギーを所定量蓄積した後に発電する機構を鋭意検討した。その結果、発電機の前に再生エネルギーを弾性エネルギーとしの蓄積する装置を備え、弾性エネルギーを積み上げることにより、小さな弾性エネルギーや断続的な弾性エネルギーを、大きな連続する弾性エネルギーに変換し、発電機に供給しうることに思い至り、都市部の風力発電や入り江での波力発電など民生用の再生エネルギーの実現に障害となっている再生エネルギーの低さ、断続的なエネルギーの発生といった環境の問題を克服しうることを見出した。

【0013】

すなわち、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、再生エネルギーの取出しと発電とを同一の時系列で処理せず、発電の前に一旦再生エネルギーを弾性エネルギーとして蓄積し、その再生エネルギー（弾性エネルギー）が発電に有効な所定量蓄積された後に発電することにより、民生用に供し得る、小型、中型で、再生エネルギー環境が悪い民生環境でも実用できる発電システム及びこの発電システムに適用される弾性エネルギー蓄積装置を提供することである。

【0014】

しかし、引用文献1〜４の方法では、いずれもエネルギー蓄積の大きさに限界がある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、以下の構成を具備している。
発明１は、入力された第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい第２動力を発生する蓄積装置と、前記第２動力を電力に変換する発電装置と、を備え、前記蓄積装置は、帯状の部材により構成され半径方向に弾性変形可能な環体を含む弾性体を備え、前記第１動力により前記弾性体を弾性変形させることで弾性エネルギーを蓄え、前記弾性体の弾性変形の解放時において弾性エネルギーを前記第２動力に変換する、発電システムである。

【0016】

発明２は、前記蓄積装置は、レールと、前記レールに沿って外周面を互いに接触させて配列された複数の前記環体と、各前記環体を前記レールに対してスライド自在に取り付けるスライダと、各前記環体のうち、一方の端の前記環体に接触するストッパと、をさらに備え、前記第１動力により各前記環体を前記ストッパに向けて圧縮させるか、或いは前記ストッパから離れる方向に伸張させることで、各前記環体が弾性変形する、発明１に記載の発電システムである。

【0017】

発明３は、エネルギーを受容して前記第１動力を発生する受容装置を更に備え、前記受容装置と前記蓄積装置とを接続する第１シャフトと、前記蓄積装置と前記発電装置とを接続する第２シャフトと、をさらに備え、前記第１動力は、前記第１シャフトの回転運動により前記蓄積装置に伝達され、前記第２動力は、前記第２シャフトの回転運動により前記発電装置に伝達される、発明１又は２に記載の発電システムである。

【0018】

発明４は、エネルギーを受容して第１動力を発生する受容装置と、前記第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい第２動力を発生する蓄積装置と、前記第２動力を電力に変換する発電装置と、前記受容装置と前記蓄積装置とを接続し、前記受容装置が発生した前記第１動力を回転運動により前記蓄積装置に伝達する第１シャフトと、前記蓄積装置と前記発電装置とを接続し、前記蓄積装置が発生した前記第２動力を回転運動により前記発電装置に伝達する第２シャフトと、前記第１シャフトに設けられ、前記第１シャフトの回転速度を変速する変速機と、を備え、前記蓄積装置は、弾性体を備え、前記第１動力により前記弾性体を弾性変形させることで弾性エネルギーを蓄え、前記弾性体の弾性変形の解放時において弾性エネルギーを前記第２動力に変換し、前記変速機による変速後の前記第１シャフトのトルクは、前記発電装置による発電に必要な前記第２シャフトのトルクよりも小さい、発電システムである。

【0019】

発明５は、前記蓄積装置は、第３シャフトと、前記第３シャフトを軸として回転するカムと、前記第１シャフトの回転運動を前記第３シャフトに伝達する第１ギア列と、前記第３シャフトの回転運動を前記第２シャフトに伝達する第２ギア列と、をさらに備え、前記第１動力による前記第１シャフト、前記第１ギア列、及び前記第３シャフトの回転運動により前記カムが前記弾性体を弾性変形させ、前記弾性体の弾性変形の解消に伴う前記カム、前記第３シャフト、及び前記第２ギア列の回転運動により前記第２シャフトを回転させる前記第２動力が発生する、発明４に記載の発電システムである。

【0020】

発明６は、前記蓄積装置は、前記弾性体に接続されたラックと、前記第１シャフトに接続された第１ギア及び前記第２シャフトに接続された第２ギアを含み、前記ラックに噛み合ったギア列と、をさらに備え、前記第１動力により前記第１ギアが回転して前記ラックが第１方向に移動するとともに前記弾性体が弾性変形し、前記弾性体の弾性変形の解放時に前記ラックが前記第１方向と反対の第２方向に移動するとともに前記第２ギアが回転して前記第２動力が発生する、発明４に記載の発電システムである。

【0021】

発明７は、前記蓄積装置は、前記第１動力による前記弾性体の弾性変形を許容する第１状態と、前記弾性体の弾性変形を解放する第２状態と、を切り換える切換機構をさらに備える、発明１乃至６のうちいずれかに記載の発電システムである。

【0022】

発明８は、入力された第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい第２動力を発生し、この第２動力を電力に変換する発電装置に対して動力伝達可能に接続される発電システム用弾性エネルギー蓄積装置であって、帯状の部材により構成され半径方向に弾性変形可能な環体を含む弾性体を備え、前記第１動力により前記弾性体を弾性変形させることで弾性エネルギーを蓄え、前記弾性体の弾性変形の解放時において弾性エネルギーを前記第２動力に変換する、発電システム用弾性エネルギー蓄積装置である。

【0023】

発明９は、レールと、前記レールに沿って外周面を互いに接触させて配列された複数の前記環体と、各前記環体を前記レールに対してスライド自在に取り付けるスライダと、各前記環体のうち、一方の端の前記環体に接触するストッパと、をさらに備え、前記第１動力により各前記環体を前記ストッパに向けて圧縮させるか、或いは前記ストッパから離れる方向に伸張させることで、各前記環体が弾性変形する、発明８に記載の発電システム用弾性エネルギー蓄積装置である。

【0024】

発明１０は、エネルギーを受容して前記第１動力を発生する受容装置からの前記第１動力を伝達する第１シャフト、及び、前記第２動力を前記発電装置に伝達する第２シャフトの各々が接続された、発明８又は９に記載の発電システム用弾性エネルギー蓄積装置である。

【0025】

発明１１は、前記第１シャフトのトルクは、前記発電装置による発電に必要な前記第２シャフトのトルクよりも小さい、発明１０に記載の発電システム用弾性エネルギー蓄積装置である。

【0026】

発明１２は、前記弾性体に接続されたラックと、前記第１シャフトに接続された第１ギア及び前記第２シャフトに接続された第２ギアを含み、前記ラックに噛み合ったギア列と、をさらに備え、前記第１動力により前記第１ギアが回転して前記ラックが第１方向に移動するとともに前記弾性体が弾性変形し、前記弾性体の弾性変形の解放時に前記ラックが前記第１方向と反対の第２方向に移動するとともに前記第２ギアが回転して前記第２動力が発生する、発明１０又は１１に記載の発電システム用弾性エネルギー蓄積装置である。

【0027】

発明１３は、入力された第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい第２動力を発生し、この第２動力を電力に変換する発電装置に対して動力伝達可能に接続される発電システム用弾性エネルギー蓄積装置であって、エネルギーを受容して前記第１動力を発生する受容装置からの前記第１動力を伝達する第１シャフト、及び、前記第２動力を前記発電装置に伝達する第２シャフトの各々が接続され、弾性体と、第３シャフトと、前記第３シャフトを軸として回転するカムと、前記第１シャフトの回転運動を前記第３シャフトに伝達する第１ギア列と、前記第３シャフトの回転運動を前記第２シャフトに伝達する第２ギア列と、を備え、前記第１動力による前記第１シャフト、前記第１ギア列、及び前記第３シャフトの回転運動により前記カムが前記弾性体を弾性変形させ、前記弾性体の弾性変形の解消に伴う前記カム、前記第３シャフト、及び前記第２ギア列の回転運動により前記第２シャフトを回転させる前記第２動力が発生する、発電システム用弾性エネルギー蓄積装置である。

【0028】

発明１４は、前記第１動力による前記弾性体の弾性変形を許容する第１状態と、前記弾性体の弾性変形を解放する第２状態と、を切り換える切換機構をさらに備える、発明８乃至１３のうちいずれかに記載の発電システム用弾性エネルギー蓄積装置である。

【発明の効果】

【0033】

本発明によれば、民生用に供し得る、小型、中型で、再生エネルギー環境が悪い民生環境でも実用できる発電システム及びこの発電システムに適用される弾性エネルギー蓄積装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】図１は、第１実施形態に係る発電システムの概略的な構成を示す図である。

【図2】図２は、蓄積装置３の一構成例を示す図である。

【図3】図３は、蓄積装置３の一構成例を示す図である。

【図4】図４は、弾性エネルギー蓄積時における蓄積装置を示す図である。

【図5】図５は、弾性エネルギー蓄積量が最大となった蓄積装置を示す図である。

【図6】図６は、弾性エネルギー利用時における蓄積装置を示す図である。

【図7】図７は、第２実施形態に係る発電システムの概略的な構成を示す図である。

【図8】図８は、第３実施形態に係る発電システムの概略的な構成を示す図である。

【図9】図９は、第４実施形態に係る発電システムの概略的な構成を示す図である。

【図10】図１０は、第５実施形態に係る蓄積装置の概略的な構成を示す図である。

【図11】図１１は、弾性エネルギー蓄積時における蓄積装置を示す図である。

【図12】図１２は、弾性エネルギー蓄積量が最大となった蓄積装置を示す図である。

【図13】図１３は、弾性エネルギー利用時における蓄積装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る発電システム１の概略的な構成を示す図である。この発電システム１は、再生エネルギー受容装置２（以下、受容装置２と呼ぶ）と、蓄積装置３と、発電装置４とを備えている。
受容装置２は、再生エネルギーを受容して第１動力を発生する。再生エネルギーは、例えば、風力、海などの水面が上下動する力である波力、ダムの放水や河川において水が流れる力である水力など、流体の流動により生じる種々のエネルギーを利用し得る。また、再生エネルギーとして、潮の満ち引きの力である潮力や、地熱を利用して発生させた水蒸気などを利用しても良い。再生エネルギーは、再生可能エネルギーと呼ばれることもある。これら再生エネルギー受容装置自体は、例えば、特開2015-17614号公報や特開2015-17622号公報などにより当業者に知られている。なお、本発明の再生エネルギー受容装置は、特開2015-17614号公報や特開2015-17622号公報に記載された装置に限定されるものではないことは勿論である。

【0036】

受容装置２と蓄積装置３は、第１シャフト５によって接続されている。図１の例において、受容装置２が発生した第１動力は、第１シャフト５を介して蓄積装置３に伝達される。
詳しくは第２乃至第４実施形態にて後述するが、受容装置２が再生エネルギーを受容して第１動力を発生する機構としては、種々のものを採用し得る。例えば再生エネルギーが風力である場合、受容装置２は、風力を受けて回転するブレードと、このブレードの回転に伴って第１シャフト５を回転させる動力発生機構とを備える。また、再生エネルギーが波力である場合、受容装置２は、水面とともに上下運動する浮体と、この浮体の上下運動に伴って第１シャフト５を回転させる動力発生機構とを備える。また、再生エネルギーが水力である場合、受容装置２は、水力を受けて回転するタービンと、このタービンの回転に伴って第１シャフト５を回転させる動力発生機構とを備える。
上記動力発生機構の構成は、特に限定されるものではない。例えば、風力や水力の場合には、ブレードやタービンの回転運動を第１シャフト５に伝達するギア列を含み得る。また、波力の場合には、浮体の上下運動に伴い往復運動するラックと、このラックに噛み合い、ラックの往復運動に伴って回転して第１シャフト５を回転させるギア列とを含み得る。

【0037】

ブレードやタービンの回転運動及び浮体の上下運動は、ケーブルの往復運動に変換された後に、第１シャフト５の回転運動に変換されても良い。上記ケーブルとしては、例えば、中空のアウターケーブルと、このアウターケーブルの内部に通されたインナーケーブルとを含み、インナーケーブルがアウターケーブルの内部で往復運動する構造を採用し得る。アウターケーブル及びインナーケーブルに柔軟性を持たせることで、インナーケーブルの往復運動を回転運動に変換する機構がブレード、タービン、或いは浮体の設置位置から離れた位置に設置された場合であっても、両者を容易に接続することができる。

【0038】

図１の例においては、受容装置２と蓄積装置３の間に変速機６が介在している。さらに、第１シャフト５は、受容装置２と変速機６を接続するシャフト５Ａと、変速機６と蓄積装置３を接続するシャフト５Ｂとを含む。この構成においては、受容装置２の第１動力により、シャフト５Ａが回転する。変速機６は、シャフト５Ａの回転速度を変速（増速或いは減速）し、変速後の回転速度でシャフト５Ｂを回転させる。変速機６の増速比或いは減速比は、受容装置２で得られる回転数及びトルクや、蓄積装置３で必要な回転数及びトルクなどを考慮して、適宜に定めれば良い。

【0039】

蓄積装置３と発電装置４は、第２シャフト７によって接続されている。蓄積装置３は、詳しくは後述するが、第１シャフト５を介して伝達される第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄え、蓄えた弾性エネルギーを用いて第２動力を発生する。第２動力は、第２シャフト７の回転運動として発電装置４に伝達される。
発電装置４は、第２動力を電力に変換する。発電装置４の具体的な構成としては種々のものを採用し得る。一例として、図１に示す発電装置４は、調速機４１と、発電部４２と、蓄電部４３と、送電部４４とを備えている。

【0040】

第２シャフト７は、調速機４１及び発電部４２に接続されている。調速機４１は、第２シャフト７の回転速度を発電に適した速度範囲内に調整する。調速機４１としては、例えば遠心ガバナーなどを用いることができる。発電部４２は、第２シャフト７の回転運動に基づき、電力を発生する。このような発電部４２の構成としては、公知の種々の構成を採用し得る。蓄電部４３は、発電部４２で発生した電力を蓄電するバッテリを含む。送電部４４は、蓄電部４３に蓄えられた電力を所定の電圧及び電流にて送電線に供給する。送電線は、既存の送電網の一部であっても良いし、工場、ビル、或いは家屋などの特定の建造物における用途に特化して設けられたものであっても良い。

【0041】

蓄積装置３は、弾性体を備えており、第１動力を用いて弾性体を弾性変形させることで、弾性体の弾性係数と変形量に応じた弾性エネルギーを蓄える。さらに、蓄積装置３は、弾性体が弾性変形を解消する際に、弾性体に蓄えられた弾性エネルギーを用いて第２動力を発生する。このように、蓄積装置３は、弾性体の弾性変形とその解消により、弾性エネルギーの蓄積と、利用とを行う。このような機能を発揮するものであれば、蓄積装置３の構造は特に限定されない。

【0042】

本実施形態において、第２動力は第１動力よりも大きい。また、第２動力は、少なくとも発電装置４の負荷を上回る。ここで、動力は、例えば単位時間当たりの仕事量であり、回転体に関して言えばトルクと回転速度の積に比例する値として定義することができる。

【0043】

なお、第１動力は不安定な再生エネルギーに基づいて発生するものであり、再生エネルギーの大きさに応じて変動する。そのため、第１動力が一時的に第２動力より大きくなる場合もあり得る。本実施形態において、「第２動力が第１動力よりも大きい」とは、このように一時的に第１動力が第２動力を超える場合を排除するものではなく、第１動力の時間的な平均値が第２動力より小さいことを意図している。

【0044】

図２及び図３は、蓄積装置３の一構成例を示す図である。この例における蓄積装置３は、図２に示すように、カム３０と、第３シャフト３１と、第１ギア列３２と、第２ギア列３３とを備えている。さらに、蓄積装置３は、図３に示すように、弾性体３４と、レール３５と、ストッパ３６と、スライダ３７とを備えている。
第１ギア列３２は、第１シャフト５（シャフト５Ｂ）の回転運動を第３シャフト３１に伝達する。第２ギア列３３は、第３シャフト３１の回転運動を第２シャフト７に伝達する。
図２の例において、第１ギア列３２は、互いに噛み合ったギア３２Ａ，３２Ｂ（第１ギア）を含む。ギア３２Ａは、第１シャフト５（シャフト５Ｂ）に取り付けられており、シャフト５Ｂを軸として回転する。ギア３２Ｂは、第３シャフト３１に取り付けられており、第３シャフト３１を軸として回転する。ギア３２Ａは、ギア３２Ｂよりも小径である。ギア３２Ａは例えば１方向性のクラッチ機構を有しており、第１動力によりシャフト５Ｂがある方向に回転する際にはこの回転をギア３２Ｂに伝達するが、他の方向に回転する際には空転する。

【0045】

一方、第２ギア列３３は、互いに噛み合ったギア３３Ａ，３３Ｂ（第２ギア）を含む。ギア３３Ａは、第２シャフト７に取り付けられており、第２シャフト７を軸として回転する。ギア３３Ｂは、第３シャフト３１に取り付けられており、第３シャフト３１を軸として回転する。ギア３３Ａは、ギア３３Ｂよりも小径である。
カム３０は、第３シャフト３１に取り付けられており、第３シャフト３１を軸として回転する。例えば、カム３０は、曲面である円周面と第３シャフト３１との距離が回転角度に応じて変化する円板カムである。

【0046】

弾性体３４は、例えば帯状の部材により構成された環体３８を含む。環体３８は、半径方向において弾性変形可能である。環体３８は、例えばばね用鋼材などの金属材料又はゴム等で形成することができる。図３の例において、弾性体３４は５つの環体３８を含んでいる。但し、弾性体３４に含まれる環体３８の数は４つ以下であっても良いし、６つ以上であっても良い。環体３８は、例えば弾性変形していない自然状態において、正円形である。但し、環体３８は、自然状態において、楕円形や多角形状などの他の形状であっても良い。なお、環体３８の具体的な材料、肉厚、円周方向の幅、及び直径などは、求められる弾性力、設置スペース、及び製造コストなどを考慮して適宜に定め得る。

【0047】

弾性体３４は、環体３８に代えて、例えばＵ字型の部材、Ｖ字型の部材、或いはＵ字型の部材を２つ結合した環状の部材を含んでも良い。これらの部材は、環体３８と同じく、鋼材などの金属材料で形成することができる。
各環体３８は、スライダ３７を介してレール３５に取り付けられている。スライダ３７は、レール３５に沿ってスライド自在である。各環体３８は、レール３５に沿って直線状に並んでいる。隣り合う環体３８の外周面は、互いに接触している。例えば、レール３５とスライダ３７との接触部にローラ或いはボールを配置することにより、摩擦によるロスを小さくできる。このようなローラ或いはボールは、レール３５及びスライダ３７のいずれに設けても良い。

【0048】

カム３０の外周面は、図３における左端の環体３８の外周面に接触している。図３における右端の環体３８の外周面は、ストッパ３６に接触している。ストッパ３６、レール３５、及び第３シャフト３１の位置関係は固定的であり、カム３０の回転によって変化しない。
続いて、蓄積装置３の動作につき、図３乃至図６を用いて説明する。
シャフト５Ｂが第１動力により回転すると、ギア３２Ａ，３２Ｂ、第３シャフト３１、カム３０、ギア３３Ａ，３３Ｂ、第２シャフト７が回転する。このとき、カム３０の回転角度に応じて各環体３８が弾性変形（弾性エネルギーの蓄積）とその解消（弾性エネルギーの利用）とを繰り返す。

【0049】

図４は、弾性エネルギー蓄積時の状態を示している。カム３０の外周面が環体３８に接触する位置と、第３シャフト３１との間の距離が増加する期間においては、カム３０が各環体３８をストッパ３６に向けて押す。これにより各環体３８が図中の矢印で示す方向に弾性変形し、弾性エネルギーが蓄えられる。
なお、弾性エネルギー蓄積時において、弾性体３４がカム３０を押す力は、シャフト５Ｂの負荷（受容装置２及び変速機６の負荷）と、第２シャフト７の負荷（発電装置４の負荷）との合計よりも小さい。したがって、カム３０が逆回転することはない。或いは、弾性エネルギー蓄積時においてカム３０が逆回転しないように、別途の機構を蓄積装置３に設けても良い。
やがて、図５に示すように、カム３０の外周面が環体３８に接触する位置と、第３シャフト３１との間の距離が最大距離に到達すると、弾性エネルギーの蓄積量が最大となる。

【0050】

図６は、弾性エネルギー利用時の状態を示している。カム３０の外周面が環体３８に接触する位置と、第３シャフト３１との間の距離が減少する期間においては、各環体３８の弾性変形が解消するので、カム３０が図中の矢印で示す方向に押される。すなわち、弾性体３４に蓄えられた弾性エネルギーが利用される。
このとき、カム３０は、第１動力による回転に加え、弾性体３４に押される力によって回転する。このようなカム３０の回転に伴い生じる動力が、上述の第２動力に相当する。この第２動力は第２シャフト７を介して発電装置４に伝達され、発電装置４が発電する。その後、カム３０の外周面が環体３８に接触する位置と、第３シャフト３１との間の距離が最低距離に到達すると、再び弾性エネルギーの蓄積が開始される。

【0051】

なお、弾性エネルギー蓄積時においては第２シャフト７も回転するが、回転速度及びトルクが小さいために発電装置４は発電しない。或いは発電したとしても、極めて小さい電力しか発生しない。一般に、発生する電力が大きいほど発電装置の負荷が大きくなる。したがって、弾性エネルギー蓄積時における発電装置４の負荷は極めて小さいものとなる。

【0052】

他の観点から言えば、弾性エネルギー蓄積時には弾性体３４が弾性変形するとともに発電装置４が発電しないように、変速機６の変速比が定められている。
すなわち、シャフト５Ｂを回転させるトルクＮ１は、発電装置４による発電に必要なトルクＮ２よりも小さい（Ｎ１＜Ｎ２）。或いは、シャフト５Ｂを介して伝達される第１動力Ｗ１は、発電装置４による発電に必要な第３動力Ｗ３よりも小さく、且つ蓄積装置３による弾性エネルギーの蓄積に必要な第４動力Ｗ４と同等かそれ以上である（Ｗ４≦Ｗ１＜Ｗ３）。なお、弾性エネルギー利用時に蓄積装置３で発生する第２動力Ｗ２は、第３動力Ｗ３と同等かそれ以上である（Ｗ３≦Ｗ２）。

【0053】

以上のように、本実施形態に係る発電システム１は、弾性エネルギーの蓄積と利用を繰り返す。再生エネルギーから得られる第１動力は不安定であり、発電に適した値を常に得られるとは限らないし、時には停止することもある。従来の発電システムにおいては、受容装置からの動力が発電装置の負荷を下回る場合などには、発電装置が稼働せず、電力を得られない場合があった。この場合には、受容装置が発生する動力は無駄になる。
これに対し、本実施形態に係る発電システム１においては、受容装置２が発生する第１動力が小さい場合であっても、この第１動力を有効に活用して発電できる。すなわち、受容装置２からの第１動力は、一旦、蓄積装置３において弾性エネルギーとして蓄えられる。そして、弾性エネルギーが十分に蓄えられると、蓄積装置３はこの弾性エネルギーを用いて、発電装置４の負荷を上回る第２動力を発生する。この第２動力は、弾性体３４が弾性変形を解放する際のエネルギーに相当するため極めて安定的である。
この他にも、本実施形態からは既述の種々の効果を得ることができる。

【0054】

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態における受容装置２の具体例を開示する。第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、主に第１実施形態との相違点について述べる。

【0055】

図７は、第２実施形態に係る発電システム１の要部構成を示す図である。ここでは、第１実施形態における受容装置２が波力を受けて第１動力を発生する構成を例示している。受容装置２は、浮体２０と、ラック２１と、ギア２２とを備えている。
浮体２０は、例えば海や湖などの水面ＷＦに浮かべられている。浮体２０は、波による水面ＷＦの位置変化に応じて上下動する。ラック２１は、浮体２０に固定されている。ラック２１は、浮体２０の上下動の方向において直線状に並ぶ刃列２１ａを有している。ギア２２は、ラック列２１ａに噛み合っている。ギア２２は、シャフト５Ａを軸として回転可能である。

【0056】

浮体２０の上下動に伴い、ラック２１が上下動する。ギア２２は、例えば１方向性のクラッチ機構を備えており、ラック２２の上昇時における回転をシャフト５Ａに伝達し、ラック２２の下降時における回転をシャフト５Ａに伝達しない。この場合、ラック２２の上昇時におけるシャフト５Ａの回転運動が第１動力に相当する。これとは逆に、ギア２２は、ラック２２の下降時における回転をシャフト５Ａに伝達しても良い。この場合は、ラック２２の下降時におけるシャフト５Ａの回転運動が第１動力に相当する。さらに他の例として、複数のギアを用いることで、ラック２２の上昇時と下降時の双方における回転をシャフト５Ａに伝達しても良い。この場合は、ラック２２の上昇時及び下降時の双方におけるシャフト５Ａの回転運動が第１動力に相当する。
なお、図７では、浮体２０とラック２１が固定される例を示した。しかしながら、浮体とラック２１とは上述のインナーケーブル及びアウターケーブルによって接続されても良い。この場合には、浮体２０及び蓄積装置３などの設置位置の自由度が高まる。

【0057】

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態における受容装置２の他の具体例を開示する。第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、主に第１実施形態との相違点について述べる。
図８は、第３実施形態に係る発電システム１の要部構成を示す図である。ここでは、第１実施形態における受容装置２が風力を受けて第１動力を発生する構成を例示している。受容装置２は、ブレード２３を備えている。蓄積装置３、発電装置４、及び変速機６は、支柱１００により高所に支持されたナセル１０１に収容されている。発電装置４の一部、例えば蓄電部４３や送電部４４は、ナセル１０１の外部に設けられても良い。図８の例では、弾性体３４の各環体３８及びストッパが、上下方向（重力方向，支柱１００の延出方向）に並んでいる。

【0058】

ブレード２３は、シャフト５Ａを軸として回転可能である。この構成においては、ブレード２３が風を受けて回転した際にシャフト５Ａが回転する。このシャフト５Ａの回転運動が第１動力に相当する。
なお、図８では、ブレード２３の回転運動がシャフト５Ａに直接伝達される例を示した。しかしながら、ブレード２３とシャフト５Ａの間に上述のインナーケーブル及びアウターケーブルが介在しても良い。この場合、例えばブレード２３の回転運動をインナーケーブルの往復運動に変換する機構と、インナーケーブルの往復運動をシャフト５Ａの回転運動に変換する機構とを設ける。このような構成であれば、蓄積装置３や発電装置４はナセル１０１の外部に配置することができる。

【0059】

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態における受容装置２のさらに他の具体例を開示する。第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、主に第１実施形態との相違点について述べる。

【0060】

図９は、第４実施形態に係る発電システム１の要部構成を示す図である。ここでは、第１実施形態における受容装置２が河川などで流れる水の水力を受けて第１動力を発生する構成を例示している。受容装置２は、河川などに流れる流水Ｒに下方が浸かったタービン２４を備えている。タービン２４は、流水Ｒの力を受けて、シャフト５Ａを軸として回転する。このシャフト５Ａの回転運動が第１動力に相当する。

【0061】

なお、図９では、タービン２４の回転運動がシャフト５Ａに直接伝達される例を示した。しかしながら、タービン２４とシャフト５Ａの間に上述のインナーケーブル及びアウターケーブルが介在しても良い。この場合、例えばタービン２４の回転運動をインナーケーブルの往復運動に変換する機構と、インナーケーブルの往復運動をシャフト５Ａの回転運動に変換する機構とを設ける。このような構成であれば、タービン２４及び蓄積装置３などの設置位置の自由度が高まる。

【0062】

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態では、蓄積装置３の他の例を開示する。第１実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、主に第１実施形態との相違点について述べる。

【0063】

図１０は、第５実施形態に係る蓄積装置３の概略的な構成を示す図である。この蓄積装置３は、ギア１３０（第１ギア）と、ギア１３１（第２ギア）と、ギア１３２（第３ギア）と、ラック１３３と、可動部材１３４と、センサ１３５と、制御装置１３６とを備えている。さらに、蓄積装置３は、第１実施形態と同じくレール３５と、ストッパ３６と、弾性体３４と、スライダ３７とを備えている。図１０の例では、弾性体３４が３つの環体３８を含む。但し、環体３８の数や形状は特に限定されない。

【0064】

ギア１３０は、シャフト５Ｂを軸として回転可能である。ギア１３１は、第２シャフト７を軸として回転可能である。ギア１３２は、シャフト１３７を軸として回転可能である。
ラック１３３は、直線状に並ぶ刃列１３３ａを有している。可動部材１３４は、ラック１３３の一端に接続されている。さらに、可動部材１３４は、図中の左端に配置された環体３８の外周面と接触している。
ギア１３２は、ギア１３０、ギア１３１、及び刃列１３３ａと噛み合っている。ギア１３２の回転に伴い、ラック１３３及び可動部材１３４は、ストッパ３６に近づく方向と、ストッパ３６から離れる方向とに往復運動する。

【0065】

本実施形態において、ギア１３０は、駆動方向と空転方向とを切り換えることが可能な２方向性の第１クラッチ機構ＣＬ１を有している。この第１クラッチ機構ＣＬ１は、例えば電磁的な制御により駆動方向と空転方向を切り替えるもので、制御装置１３６によって制御される。
例えば、センサ１３５は、ラック１３３或いは可動部材１３４が第１基準位置及び第２基準位置に到達したことを検出する。第１基準位置は、例えばラック１３３に付されたマーカＭ１とセンサ１３５が正対する位置である。第２基準位置は、例えばラック１３３に付されたマーカＭ２とセンサ１３５が正対する位置である。センサ１３５は、マーカＭ１，Ｍ２を検出した際に、検出信号を出力する。例えば、センサ１３５は、マーカＭ１，Ｍ２を光学的に検出する光学センサである。センサ１３５は、マーカＭ１，Ｍ２を磁気的に検出する磁気センサなど、他種のセンサであっても良い。

【0066】

制御装置１３６は、センサ１３５の検出信号に基づいて、第１クラッチ機構ＣＬ１を制御する。すなわち、ギア１３０は、２方向性クラッチギアとして機能する。第１クラッチ機構ＣＬ１において、駆動方向はシャフト５Ｂとギア１３２の間で動力を伝達するギア１３０の回転方向であり、空転方向はシャフト５Ｂとギア１３２の間で動力を伝達しないギア１３０の回転方向である。
また、本実施形態において、ギア１３１は、駆動方向と空転方向を有するがこれらを切り換えることができない１方向性の第２クラッチ機構ＣＬ２を有している。すなわち、ギア１３１は、１方向性クラッチギアとして機能する。但し、第２クラッチ機構ＣＬ２として、２方向性のクラッチ機構を用いても良い。第２クラッチ機構ＣＬ２において、駆動方向は第２シャフト７とギア１３２の間で動力を伝達するギア１３１の回転方向であり、空転方向は第２シャフト７とギア１３２の間で動力を伝達しないギア１３１の回転方向である。
第１クラッチ機構ＣＬ１と第２クラッチ機構ＣＬ２とは、切換機構１４０を構成する。切換機構１４０は、弾性体３４の弾性変形を許容する第１状態と、弾性体３４の弾性変形を解放する第２状態とを切り換える。

【0067】

図１０において実線で示す矢印は、弾性エネルギー蓄積時における各ギアの回転方向を示す。一方、破線で示す矢印は、弾性エネルギー利用時における各ギアの回転方向を示す。
シャフト５Ｂは、弾性エネルギー蓄積時と利用時のいずれにおいても同じ方向に回転する。弾性エネルギー蓄積時においては、ギア１３０がシャフト５Ｂの回転を受けて実線矢印の方向へ回転するように、第１クラッチ機構ＣＬ１の駆動方向と空転方向とが設定される。このギア１３０の回転を受けて、ギア１３２、ギア１３１、及びギア１３１が実線矢印で示す方向へ回転する。このとき、ギア１３１が空転して、第２シャフト７が回転しないように、第２クラッチ機構ＣＬ２の駆動方向と回転方向とが設定されている。ギア１３２の回転に伴い、ラック１３３及び可動部材１３４がストッパ３６に向けて移動する。さらに、可動部材１３４に押されて各環体３８が弾性変形する。

【0068】

弾性エネルギー利用時においては、弾性体３４に可動部材１３４及びラック１３３がストッパ３６から離れる方向に押され、これによりギア１３２が破線矢印で示す方向に回転する。このギア１３２の回転を受けて、ギア１３０及びギア１３１が破線矢印で示す方向へ回転する。
弾性エネルギー利用時においては、制御装置１３６の制御により、第１クラッチ機構ＣＬ１の駆動方向と空転方向とが逆転している。したがって、ギア１３０が空転するので、ギア１３０の回転はシャフト５Ｂには伝わらない。一方で、ギア１３１の回転は第２クラッチ機構ＣＬ２の駆動方向と一致するので、ギア１３１の回転を受けて第２シャフト７が回転する。第２シャフト７の回転（第２動力）を受けて、発電装置４が発電可能となる。
なお、弾性エネルギー蓄積時においては、弾性体３４の弾性変形の解放を防ぐ必要がある。本実施形態では、シャフト５Ｂの負荷（受容装置２及び変速機６の負荷）と、第２シャフト７の負荷（発電装置４の負荷）とを用いて、弾性体３４の弾性変形の解放を防いでいる。すなわち、弾性エネルギー蓄積時において弾性体３４が可動部材１３４及びラック１３３をストッパ３６から離れる方向に押そうとしても、このときのギア１３０及びギア１３１の回転方向はいずれも駆動方向と一致する。したがって、シャフト５Ｂ及び第２シャフト７の負荷が同時に作用して、可動部材１３４及びラック１３３の移動が防がれる。
なお、ここではシャフト５Ｂ及び第２シャフト７の負荷を用いて弾性体３４の弾性変形の解放を防ぐ例を示したが、別途の機構を設けることにより、エネルギー蓄積時における弾性変形の解放を防いでも良い。

【0069】

続いて、蓄積装置３の動作につき、図１０乃至図１３を用いて説明する。
弾性エネルギー蓄積時、蓄積装置３は上述の第１状態に設定されている。このとき、図１１に示すように、シャフト５Ｂを介して伝達される第１動力によりギア１３０，１３２が回転し、ラック１３３及び可動部材１３４がストッパ３６に向けて移動する。これに伴い各環体３８が弾性変形し、この弾性変形に応じた弾性エネルギーが蓄積装置３に蓄積される。

【0070】

やがて、図１２に示すようにセンサ１３５がマーカＭ１に正対すると、センサ１３５が検出信号を出力する。センサ１３５からの検出信号の入力を受けて、制御装置１３６は切換機構１４０（主に第１クラッチ機構ＣＬ１）を制御し、蓄積装置３を上述の第２状態に切り換える。
第２状態に切り換わると、図１３に示すように、弾性体３４の弾性変形の解放により可動部材１３４及びラック１３３が押され、可動部材１３４及びラック１３３がストッパ３６から離れる方向に移動する。このときのギア１３２の回転を受けてギア１３１が回転し、さらにギア１３１の回転が第２シャフト７に伝達され、第２シャフト７が回転する。第２シャフト７の回転運動、すなわち第２動力を受けて、発電装置４は電力を発生する。

【0071】

その後、図１０に示すように、センサ１３５がマーカＭ２に正対すると、センサ１３５が検出信号を出力する。センサ１３５からの検出信号の入力を受けて、制御装置１３６は切換機構１４０（主に第１クラッチ機構ＣＬ１）を制御し、蓄積装置３を上述の第１状態に切り換える。これにより、再び蓄積装置３が第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄える。

【0072】

以上のように、本実施形態に係る発電システム１においても、弾性エネルギーの蓄積と利用が繰り返される。本実施形態にて開示した蓄積装置３の構成は、第２乃至第４実施形態のいずれにも適用することができる。

【0073】

本発明は、以上説明した各実施形態の構成に対し種々の変形を加えて実施することができる。例えば、各実施形態にて開示した構成は、適宜に組み合わされても良い。発明の要旨を逸脱しない範囲で変形された形態は、特許請求の範囲に記載された発明及びその均等の範囲に含まれる。
例えば、各実施形態においては、蓄積装置３が弾性体３４を圧縮することにより弾性エネルギーを蓄える例を開示した。しかしながら、蓄積装置３は、弾性体３４を伸張することで弾性エネルギーを蓄えても良いし、圧縮と伸長を連続的に行って蓄えてもよい。

【0074】

蓄積装置３は、受容装置２からの第１動力を、そのまま発電装置４に伝達する機構を備え、この機構と弾性エネルギーを蓄積する機構とを切り換え可能であっても良い。この場合、例えば強風が吹いているときなど再生エネルギーが十分に強い場合に、第１動力を用いて発電することができる。
第５実施形態において、制御装置１３６が第１状態と第２状態とを切り換える制御方式は、上述のものに限られない。例えば、センサ１３５がマーカＭ１を検出して第２状態に切り換えられた後、一定時間が経過した際に第１状態に切り換えても良い。この場合においては、マーカＭ２の検出が不要となる。また、センサ１３５がマーカＭ２を検出して第１状態に切り換えられた後、一定時間が経過した際に第２状態に切り換えても良い。この場合においては、マーカＭ１の検出が不要となる。また、一定時間ごとに第１状態と第２状態とを切り換えても良い。この場合には、センサ１３６が不要となる。また、ギア１３２などの回転数をカウントし、このカウント値に応じて第１状態と第２状態とを切り換えても良い。その他、種々の制御方式を採用し得る。
蓄積装置３において弾性体３４を弾性変形させる方式は、カム３０やラック１３３を用いたものに限られない。例えば、シャフト５Ｂの回転に伴い回転するスクリューと、このスクリューにボールを介してねじ込まれたナットとを含むボールスクリュー機構を利用することもできる。すなわち、このボールスクリュー機構において、ナットの移動に伴い弾性体３４が圧縮或いは伸張するようにすれば、弾性体３４を弾性変形させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本発明によれば、従来の再生エネルギーを利用する発電システムが抱えている多くの問題のうち、すくなくとも、エネルギー受容部の稼働開始閾値の問題、発電システムの閾値の問題、発電効率の問題、発電の非継続性によるバッテリ等の蓄電装置の蓄電性能の問題を解決することができる。すなわち、
（エネルギー受容部の稼働開始閾値の問題の解決）
従来の風力発電機は、運動エネルギーを発電機側の負荷に負けないトルクを持ったものとするためブレードは頑丈なものとする必要があり、重くなる傾向があった。このことにより、ブレードが回り始めるまでの風力の閾値は上がることになる。
本発明では、再生エネルギーの運動エネルギーを発電機ではなく、変速機を入口とすることで、エネルギー受容部の受ける負荷を、変速率により自由に軽くできる。このため、ブレードは極端に言えば布のような素材でつくり、微風でも簡単に回転できるような設計が可能になる。

【0076】

（発電システムの閾値の問題の解決）
従来は、ブレード（羽）が回る風速に達しても、発電機のモーターが発電するまでの回転スピードに達しなければ利用できる電力とならない。これに対して、本発明では、再生エネルギーの運動エネルギーは、一方向にのみ回転するように設定された回転子を回し連動するカムなどによって変形した弾性体の弾性エネルギーとして堆積するので、運動エネルギーの大小、非継続性に関わらず蓄積され、蓄積ロスを低減できる。
（発電効率の問題の解決）
従来のシステムでは、受容部によって発電機が発電できる回転スピードに達しても、そのスピードが低レベルでは、システム内の負荷による電力ロスによってそのエネルギーは消費されてしまう。これに対し、本発明では、発電機は、蓄えられた弾性体の発生する弾性エネルギーによって、発電に必要な駆動条件を満たしつつ、理想的な状態で稼働し発電する。従って、本発明では、発電システムの閾値の問題は発生しない。
（発電の非継続性によるバッテリ等の蓄電装置の蓄電性能の問題の解決）
従来のシステムでは、十分な電力が発生してバッテリ等の蓄電装置に蓄えられても、風がなく発電しない時間が長引けばバッテリ内で自然放電してしまう。これに対し、本発明では、弾性エネルギーの量を高く、あるいは並列させることでエネルギーを蓄え、バッテリに蓄電するタイミングを最適に制御できるので、自然放電の問題を低減可能である。

【0077】

以上説明したように、本発明によれば、比較的簡単な構成で発電効率を向上させることができ、安価に高効率の発電システムの実現が可能である。このことがシステムのパフォーマンスの向上ととともに民生用の風力発電や波力発電に大きく貢献することは論を待たない。

【0078】

さらに、本発明の弾性エネルギー蓄積装置は、再生エネルギー受容装置側の受けるトルクを必要に応じて軽くし得る変速機を配置しているので、再生エネルギー受容装置との組み合わせのほかに、人力やクレーン車のような外部動力と組んで、へき地用、緊急用の発電装置としても使用可能である。すなわち、ジャングルの中のようなへき地では、再生エネルギーの代わりに、人力を合力することで弾性エネルギーを蓄え、発電させることもできるし、緊急時には、クレーン車のような外部の力で装置の重りを持ち上げ、弾性エネルギーを加えることで、長時間の安定した発電を供給することもできる。
換言すれば、本明細書記載の発明には、特許請求の範囲に記載された発明と共に「外部動力である第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい第２動力を発生する蓄積装置と、前記第２動力を電力に変換する発電装置と、を備える発電システム」、及び「外部動力である第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい第２動力を発生して、これを発電に利用できるようにした発電システム用弾性エネルギー蓄積装置」を包含している。

【符号の説明】

【0079】

１…発電システム、２…再生エネルギー受容装置、３…蓄積装置、４…発電装置、５…第１シャフト、６…変速機、７…第２シャフト、３０…カム、３１…第３シャフト、３４…弾性体、３５…レール、３６…ストッパ、３７…スライダ、３８…環体、１３３…ラック、１３４…可動部材、１３５…センサ、１３６…制御装置、１４０…切換機構。

【要約】

【課題】再生エネルギーを用いた発電効率を高めた発電システムを提供する。
【解決手段】本発明の発電システム(１)は、再生エネルギーを受容して第１動力を発生する受容装置(２)と、前記第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい第２動力を発生する発電システム用弾性エネルギー蓄積装置(３)と、前記第２動力を電力に変換する発電装置(４)とを備える。また、本発明の蓄積装置(２)は、前記第１動力を用いて弾性エネルギーを蓄えるとともに、蓄えた弾性エネルギーを用いて前記第１動力よりも大きい前記第２動力を発生する。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】