特開 2024-37221 蓄電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024037221

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/18 20060101AFI20240312BHJP

   F03G 3/00 20060101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

H02K7/18 A

F03G3/00 A

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022141891

(22)【出願日】2022-09-07

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-02-07

(71)【出願人】

【識別番号】522355695

【氏名又は名称】株式会社Ｔ－Ｂｅｔｚ

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(72)【発明者】

【氏名】谷口 伸幸

【テーマコード（参考）】

5H607

【Ｆターム（参考）】

5H607BB02

5H607CC05

5H607EE52

5H607FF21

(57)【要約】

【課題】良好な出力で発電可能な蓄電装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置１００は、不動柱１０、運動体２０、第１発電ユニット４０、第２発電ユニット５０及び制限部材３０を備える。運動体２０のシャフト２１は、円筒部２３０及び第１ネジ部２４を有する。不動柱１０は、第１ネジ部２４と噛み合う第２ネジ部１２と、ネジ非形成部１３を有する。ワイヤー２で吊り下げられた運動体２０を落下させることにより、運動体２０は、落下運動と、第１ネジ部２４と第２ネジ部１２の噛み合いによる第１回転運動を行いながら下降し、シャフト２１が制限部材３０に到達すると、運動体２０は慣性による第２回転運動を行う。第１発電ユニット４０は、落下運動に伴うワイヤー２の移動に基づいて発電し、第２発電ユニット５０は、第１回転運動だけでなく第２回転運動に基づき発電する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉛直方向に沿う軸線を中心に形成された円柱状の外形を有し、地面に対して不動である不動柱と、
前記不動柱が挿入されるシャフトを備え、落下運動、及び、前記軸線を中心とする回転運動を行うことが可能な運動体と、
前記運動体の前記落下運動による運動エネルギーを電力に変換する第１発電ユニットと、
前記運動体の前記回転運動による運動エネルギーを電力に変換する第２発電ユニットと、
前記不動柱に設けられ、前記シャフトの前記鉛直方向における位置の下限を定める制限部材と、を備え、
前記シャフトは、
前記軸線を中心に形成された円筒部と、
前記円筒部の下方に位置する第１ネジ部と、を有し、
前記不動柱は、
前記不動柱の外周に形成され、前記第１ネジ部と噛み合う第２ネジ部と、
前記第２ネジ部と前記制限部材の間に位置し、前記第１ネジ部と噛み合うネジが形成されていない部分であるネジ非形成部と、を有し、
前記回転運動は、
前記第１ネジ部と前記第２ネジ部の噛み合いによって前記運動体が前記落下運動に応じて行う第１回転運動と、
前記第１回転運動の後に前記運動体が慣性によって行う第２回転運動と、を含み、
ワイヤーで吊り下げられた前記運動体を落下させることにより、前記運動体は、前記落下運動及び前記第１回転運動を行いながら前記不動柱に対して下降していき、
前記シャフトが前記制限部材に到達すると、前記運動体は前記第２回転運動を行い、
前記第１発電ユニットは、前記落下運動に伴う前記ワイヤーの移動に基づいて発電し、
前記第２発電ユニットは、前記第１回転運動だけでなく前記第２回転運動に基づき発電する、
蓄電装置。

【請求項2】

前記円筒部の外周には出力ギアが形成され、
前記第２発電ユニットは、前記運動体の前記回転運動に伴って前記出力ギアと噛み合って回転する入力ギアと、前記入力ギアの回転動作に基づき発電するギア回転発電機と、を備える、
請求項１に記載の蓄電装置。

【請求項3】

前記第２発電ユニットは、前記運動体の前記回転運動に応じた前記ワイヤーの回転に基づき発電するワイヤー回転発電機を備える、
請求項１又は２に記載の蓄電装置。

【請求項4】

磁石とコイルを有し、前記磁石と前記コイルの電磁誘導によって発電する第３発電ユニットをさらに備え、
前記磁石は、前記軸線に沿って延びる棒状に形成され、
前記コイルは、前記運動体が前記落下運動及び前記回転運動を行う過程において、前記磁石の外周を取り囲む位置に形成され、
前記磁石及び前記コイルの一方は前記運動体に設けられ、他方は前記不動柱に設けられる、
請求項１又は２に記載の蓄電装置。

【請求項5】

前記磁石は、前記運動体の前記円筒部の中に設けられ、
前記不動柱は、前記磁石を収容可能に中空状に形成されている、
請求項４に記載の蓄電装置。

【請求項6】

前記入力ギアは、前記円筒部を挟んで一対ある、
請求項２に記載の蓄電装置。

【請求項7】

前記運動体は、前記円筒部の外周面が向く方向に突出し、錘が吊り下げられたアームを複数備える、
請求項１、２又は６に記載の蓄電装置。

【請求項8】

前記第１発電ユニットは、発電機及びモーターの機能を有するモータージェネレーターを備え、
前記第１ネジ部は、前記第２ネジ部と噛み合うことが可能である噛み合い状態と、前記第２ネジ部との噛み合いが解除される解除状態とに変化可能なセパレート型のネジであり、
前記運動体が前記落下運動及び前記回転運動を行っている場合は、前記第１ネジ部は前記噛み合い状態であり、
前記運動体が前記第２回転運動を止めた後、前記第１ネジ部は前記噛み合い状態から前記解除状態にされ、前記モータージェネレーターは、前記モーターとしての機能により、前記ワイヤーで前記運動体を吊り上げる、
請求項１、２又は６に記載の蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、重力を利用して発電する蓄電装置が記載されている。特許文献１に記載の装置は、物体が浮く水面に高低差を発生させ、持ち上げた物体を落下させることでエネルギーを発生させ、そのエネルギーで発電機を回転させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１９０２４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の装置は、錘を水中に下すことで、物体と水に位置エネルギーを蓄積し、錘を水から引き抜くことで、位置エネルギーを電力に変換し、一種の蓄電装置として機能する。

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の装置は、貯水槽が必要になる等、構成が大がかりであるにもかかわらず、水位の変化で蓄積できるエネルギーは小さく、蓄電池としては改善の余地がある。

【0006】

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、改善された蓄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】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明に係る蓄電装置は、
鉛直方向に沿う軸線を中心に形成された円柱状の外形を有し、地面に対して不動である不動柱と、
前記不動柱が挿入されるシャフトを備え、落下運動、及び、前記軸線を中心とする回転運動を行うことが可能な運動体と、
前記運動体の前記落下運動による運動エネルギーを電力に変換する第１発電ユニットと、
前記運動体の前記回転運動による運動エネルギーを電力に変換する第２発電ユニットと、
前記不動柱に設けられ、前記シャフトの前記鉛直方向における位置の下限を定める制限部材と、を備え、
前記シャフトは、
前記軸線を中心に形成された円筒部と、
前記円筒部の下方に位置する第１ネジ部と、を有し、
前記不動柱は、
前記不動柱の外周に形成され、前記第１ネジ部と噛み合う第２ネジ部と、
前記第２ネジ部と前記制限部材の間に位置し、前記第１ネジ部と噛み合うネジが形成されていない部分であるネジ非形成部と、を有し、
前記回転運動は、
前記第１ネジ部と前記第２ネジ部の噛み合いによって前記運動体が前記落下運動に応じて行う第１回転運動と、
前記第１回転運動の後に前記運動体が慣性によって行う第２回転運動と、を含み、
ワイヤーで吊り下げられた前記運動体を落下させることにより、前記運動体は、前記落下運動及び前記第１回転運動を行いながら前記不動柱に対して下降していき、
前記シャフトが前記制限部材に到達すると、前記運動体は前記第２回転運動を行い、
前記第１発電ユニットは、前記落下運動に伴う前記ワイヤーの移動に基づいて発電し、
前記第２発電ユニットは、前記第１回転運動だけでなく前記第２回転運動に基づき発電する。

【0008】

前記円筒部の外周には出力ギアが形成され、
前記第２発電ユニットは、前記運動体の前記回転運動に伴って前記出力ギアと噛み合って回転する入力ギアと、前記入力ギアの回転動作に基づき発電するギア回転発電機と、を備える、ようにしてもよい。

【0009】

前記第２発電ユニットは、前記運動体の前記回転運動に応じた前記ワイヤーの回転に基づき発電するワイヤー回転発電機を備える、ようにしてもよい。

【0010】

前記蓄電装置は、
磁石とコイルを有し、前記磁石と前記コイルの電磁誘導によって発電する第３発電ユニットをさらに備え、
前記磁石は、前記軸線に沿って延びる棒状に形成され、
前記コイルは、前記運動体が前記落下運動及び前記回転運動を行う過程において、前記磁石の外周を取り囲む位置に形成され、
前記磁石及び前記コイルの一方は前記運動体に設けられ、他方は前記不動柱に設けられる、ようにしてもよい。

【0011】

前記磁石は、前記運動体の前記円筒部の中に設けられ、
前記不動柱は、前記磁石を収容可能に中空状に形成されている、ようにしてもよい。

【0012】

前記入力ギアは、前記円筒部を挟んで一対ある、ようにしてもよい。

【0013】

前記運動体は、前記円筒部の外周面が向く方向に突出し、錘が吊り下げられたアームを複数備える、ようにしてもよい。

【0014】

前記第１発電ユニットは、発電機及びモーターの機能を有するモータージェネレーターを備え、
前記第１ネジ部は、前記第２ネジ部と噛み合うことが可能である噛み合い状態と、前記第２ネジ部との噛み合いが解除される解除状態とに変化可能なセパレート型のネジであり、
前記運動体が前記落下運動及び前記回転運動を行っている場合は、前記第１ネジ部は前記噛み合い状態であり、
前記運動体が前記第２回転運動を止めた後、前記第１ネジ部は前記噛み合い状態から前記解除状態にされ、前記モータージェネレーターは、前記モーターとしての機能により、前記ワイヤーで前記運動体を吊り上げる、ようにしてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、良好な出力で発電可能な蓄電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態に係る蓄電装置の満充電状態での概略正面図。

【図2】本発明の第１実施形態に係る蓄電装置の放電状態での概略正面図。

【図3】第１実施形態に係る第１ネジ部の解除状態を説明するための図。

【図4】第１実施形態に係る第２発電ユニットを説明するための図。

【図5】本発明の第１実施形態に係る蓄電装置において、シャフトが制限部材に到達した状態を示す図。

【図6】本発明の第２実施形態に係る蓄電装置の概略正面図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施形態に係る蓄電装置について図面を参照して説明する。

【0018】

（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る蓄電装置１００の満充電状態を示し、図２は放電状態を示す。
図１及び図２に示すように、蓄電装置１００は、不動柱１０と、運動体２０と、制限部材３０と、第１発電ユニット４０と、第２発電ユニット５０と、コントローラ９０を備える。

【0019】

なお、各図は、蓄電装置１００の特徴の理解が容易となるように模式的に示したものである。したがって、蓄電装置１００及びこれを構成する各部の形状、縮尺、大きさ（長さ、幅も含む）は、図示の態様に限定されるものではない。

【0020】

不動柱１０は、地面１に対して不動である柱であり、鉛直方向に沿う軸線ＡＸを中心に形成された円柱状の外形を有する。例えば、不動柱１０は、杭打ちにより地面１に埋め込まれると共に、基礎１１に固定される。

【0021】

運動体２０は、ワイヤー２に吊り下げられ、落下運動、及び、軸線ＡＸを中心とする回転運動を行うことが可能な構造物である。運動体２０は、不動柱１０が挿入されるシャフト２１と、アーム２２と、を備える。

【0022】

シャフト２１は、本体部２３と、第１ネジ部２４と、を有する。

【0023】

本体部２３は、軸線ＡＸを中心に形成された円筒部２３０と、天板部２３１と、を有する。天板部２３１は、円筒部２３０の上端に位置し、例えば、円筒部２３０と一体に形成されている。

【0024】

天板部２３１には、スイベル３を介してワイヤー２が接続されている。スイベル３は、互いに自由に回転可能な、第１接続点と、第１接続点よりも下方に位置する第２接続点とを有する。スイベル３の第１接続点には、ワイヤー２が接続されている。一方、スイベル３の第２接続点は、ワイヤーを介して天板部２３１に接続されていてもよいし、天板部２３１と一体に形成されていてもよい。

【0025】

天板部２３１には、天板部２３１を鉛直方向に貫通する空気孔（図示せず）が１又は複数設けられている。この空気孔から、不動柱１０が挿入されるシャフト２１の中の空気を外部に逃がすことができ、不動柱１０に対して運動体２０をスムーズに移動させることができる。

【0026】

アーム２２は、シャフト２１の円筒部２３０の外周面が向く方向、即ち、径方向に突出する構成である。アーム２２の先端には、ワイヤー２２ａによって錘２２ｂが吊り下げられている。錘２２ｂが吊り下げられたアーム２２は、円筒部２３０に複数設けられる。この実施形態では、互いに逆方向に延びる２つのアーム２２が、軸線ＡＸを中心とする径方向に沿って設けられる。

【0027】

制限部材３０は、不動柱１０に設けられ、シャフト２１の鉛直方向における位置の下限を定める部材である。図２に示すように、運動体２０のシャフト２１の下端が制限部材３０に到達（接触）した位置が、運動体２０の下限位置である。制限部材３０は、例えば、不動柱１０の外周から突出するフランジ状、不動柱１０の外周を囲む受け皿状に形成される。

【0028】

運動体２０のシャフト２１が有する第１ネジ部２４は、円筒部２３０の下方に位置する。第１ネジ部２４は、シャフト２１に挿入される不動柱１０の外周に形成された第２ネジ部１２と噛み合うことが可能である。第１ネジ部２４と第２ネジ部１２は、運動体２０が下方に移動すると、運動体２０が軸線ＡＸを中心に回転するような形状で形成されている。

【0029】

第１ネジ部２４は、その内周面に形成された螺旋状のネジ溝（図示せず）を有する。第１ネジ部２４は、不動柱１０の第２ネジ部１２と噛み合う噛み合い状態と、第２ネジ部１２との噛み合いが解除される解除状態とに、コントローラ９０の制御により、切り替え可能である。

【0030】

図３は、解除状態の第１ネジ部２４の構成の一例を、不動柱１０の断面と共に示した模式図である。図３では、不動柱１０に形成される第２ネジ部１２を、第１ネジ部２４のネジ溝と同様に省略した。例えば、第１ネジ部２４は、ヒンジ軸２４ａを有し、ヒンジ機構によりヒンジ軸２４ａを中心とする円弧に沿って開閉可能である。例えば、第１ネジ部２４の開状態が前述の解除状態に相当し、閉状態が前述の噛み合い状態に相当する。第１ネジ部２４には、閉状態であるときに誤って開いてしまわぬように、締結具及びフックの少なくともいずれかを用いたロック機構が備えられていることが好ましい。なお、セパレート型のネジである第１ネジ部２４は、不動柱１０の径方向に分割可能であってもよい。

【0031】

図１及び図２に戻って、不動柱１０は、第１ネジ部２４と噛み合うネジが形成されていない部分であるネジ非形成部１３を有する。ネジ非形成部１３は、鉛直方向において、第２ネジ部１２と制限部材３０の間に位置する。例えば、ネジ非形成部１３は、円柱の側面形状に相当する部分である。

【0032】

第１発電ユニット４０は、運動体２０の落下運動による運動エネルギーを電力に変換する構成である。第１発電ユニット４０は、発電機の機能及びモーターの機能を有するモータージェネレーター４１を備える他、図示しない構成として、ワイヤー２を巻き取る巻取機、モーターとして機能しているモータージェネレーター４１に動作電力を供給する電源回路等を備える。動作電力は、例えば、外部電源或いは図示せぬ蓄電池から供給される。

【0033】

モーターとして機能するモータージェネレーター４１は、内部のロータをコントローラ９０の制御によって回転させる。巻取機は、ロータの回転に応じて回転して、運動体２０の本体部２３を吊すワイヤー２を巻き取る。これにより、モータージェネレーター４１は、モーターとしての機能により、ワイヤー２で運動体２０を吊り上げることが可能である。例えば、巻取機から延びるワイヤー２はプーリー２ａにかけられており、プーリー２ａから運動体２０の間に位置するワイヤー２は運動体２０の重さにより鉛直方向に沿う。例えば、ここでの巻取機は、ウインチであるが、代わりにホイストであってもよい。なお、プーリー２ａ及び第１発電ユニット４０は、図示せぬ構造物に支持されている。

【0034】

コントローラ９０の制御により、モータージェネレーター４１がモーターとしての機能を停止すると、運動体２０の重さによりワイヤー２が下方に引っ張られ、巻取機からワイヤー２が送り出される。これにより、巻取機の回転に応じてロータがワイヤー２の吊り上げ時とは逆方向に回転し、モータージェネレーター４１は発電機として機能し、第１電力量Ｗ１を出力する。なお、運動体２０を落下させる際には、モータージェネレーター４１の消費電力が生じないことが好ましいが、運動体２０を落下させる際の初動を補助するべく、予め定めた期間だけロータを前記の逆方向に回転させてもよい。

【0035】

以上の構成により、第１発電ユニット４０は、運動体２０の落下運動に伴うワイヤー２の移動に基づいて発電する。

【0036】

第２発電ユニット５０は、運動体２０の回転運動による運動エネルギーを電力に変換する構成である。第２発電ユニット５０は、軸線ＡＸと垂直な方向に延びる回転軸線ＢＸを中心に回転可能に設けられた入力ギア５１と、入力ギア５１の動作に基づき発電するギア回転発電機５２と、を備える。なお、第２発電ユニット５０は、図示せぬ構造物に支持されている。

【0037】

入力ギア５１は、運動体２０における円筒部２３０の外周に形成された出力ギア２３０ａと噛み合う。

【0038】

ギア回転発電機５２は、運動体２０の回転運動に伴って、出力ギア２３０ａと噛み合って回転する入力ギア５１の回転に基づき発電し、第２電力量Ｗ２を出力する。ギア回転発電機５２は、回転軸線ＢＸを中心に回転可能なロータシャフト５２ａを備える。入力ギア５１は、ロータシャフト５２ａに取り付けられ、その外周に、図示せぬネジ状の歯車を有する。一方、入力ギア５１と噛み合う出力ギア２３０ａは、円筒部２３０の外周面に螺旋状に形成されている。このような機構で、出力ギア２３０ａにより出力される運動体２０の回転運動によるエネルギーを、入力ギア５１からギア回転発電機５２に入力することができる。

【0039】

一例として、入力ギア５１とこれに対応するギア回転発電機５２のセットは、図４に示すように、一対設けられている。一対のセットのうち、一方の回転軸線ＢＸ１は、他方の回転軸線ＢＸ２と平行である。具体的に、入力ギア５１は、円筒部２３０を挟んで一対ある。一対の入力ギア５１は、各々が円筒部２３０の出力ギア２３０ａと噛み合って回転し、各々に対応するギア回転発電機５２によって発電が行われる。なお、図４では、円筒部２３０を、出力ギア２３０ａを省略して模式的に表した。このように、第２発電ユニット５０は、入力ギア５１とこれに対応するギア回転発電機５２のセットを一対備えていてもよい。

【0040】

入力ギア５１で円筒部２３０を挟み込むことにより、運動体２０が回転運動を行っている際に軸線ＡＸに対して斜めに傾くことを抑制することができると共に、出力ギア２３０ａから入力ギア５１への力を効率良く伝達することができる。

【0041】

なお、出力ギア２３０ａとこれに対応する入力ギア５１は、回転する出力ギア２３０ａが入力ギア５１を回転させることができる限りにおいて、ネジ形状、噛み合い形状、大きさ、長さは任意に変更可能である。例えば、出力ギア２３０ａ及び入力ギア５１は、ウォームギヤ機構によって構成されてもよいし、他の適切なギア機構によって構成されてもよい。

【0042】

入力ギア５１と出力ギア２３０ａとは、コントローラ９０の噛み合い状態と噛み合いが解除される解除状態に切り替えて設定可能である。

【0043】

以上の構成により、第２発電ユニット５０は、運動体２０の回転運動に基づいて発電する。この回転運動は、第１ネジ部２４と第２ネジ部１２の噛み合いによって運動体２０が落下運動に応じて行う「第１回転運動」と、第１回転運動の後に運動体２０が慣性によって行う「第２回転運動」と、を含む。第１及び第２回転運動については、後の動作の説明で詳述する。

【0044】

第１発電ユニット４０及び第２発電ユニット５０で発電された電気は、送電線に送られても良いし、蓄電池に充電されても良い。発電された電気の送電方法及び送電先は、任意であり、周知の技術から目的に応じて選択することができる。

【0045】

コントローラ９０は、コンピュータ等から構成され、第１発電ユニット４０及び第２発電ユニット５０の動作を制御する。

【0046】

次に、蓄電装置１００の動作を説明する。以下では、理解を容易にするため、図１に示す運動体２０の鉛直方向における位置を基準位置（満充電位置）、図２に示す運動体２０の鉛直方向における位置を下端位置（放電位置）とする。また、運動体２０を落下させる際には、第１ネジ部２４は、第２ネジ部１２と噛み合うことが可能な噛み合い状態に設定されているものとする。

【0047】

まず、運動体２０を引き上げて、蓄電装置１００を充電する充電動作を説明する。

【0048】

前提として、蓄電装置１００は、図２に示すように、放電状態にあるとする。
コントローラ９０は、例えば、タイマ設定に応答して、深夜帯などの電気料金の安い時間帯に、蓄電装置１００にエネルギーを蓄積させるため、第１ネジ部２４を操作し、第２ネジ部１２との噛み合いが解除される解除状態に設定する。次に、コントローラ９０は、入力ギア５１と出力ギア２３０ａとを噛み合いが解除される解除状態に設定する。

【0049】

続いて、コントローラ９０は、第１発電ユニット４０のモータージェネレーター４１をモーターとして駆動して、ワイヤー２を引き上げ、ワイヤー２を巻取機により巻き取り、運動体２０を上限まで引き上げる。

【0050】

コントローラ９０は、運動体２０が、図１に示す基準位置に達したことを、図示せぬセンサにより検出すると、モータージェネレーター４１を停止させ、ロータをロックして、その状態を維持する。これにより、蓄電装置１００は、エネルギーを物理エネルギー（位置エネルギー）の形態で蓄積した満充電の状態になる。

【0051】

続いて、コントローラ９０は、第１ネジ部２４を操作し、第２ネジ部１２と噛み合った状態に設定し、次に、入力ギア５１と出力ギア２３０ａとを噛み合った状態に設定する。

【0052】

次に、蓄電装置１００が、このようにして蓄積した位置エネルギーを、電力として放出（放電）する動作を説明する。

【0053】

蓄電装置１００の放電タイミングになると、コントローラ９０は、第１発電ユニット４０のモータージェネレーター４１のロータのロックを解除し、ワイヤー２で吊り下げられた運動体２０を基準位置から落下させる。

【0054】

運動体２０の落下（下降）に伴ってワイヤー２も移動し、第１発電ユニット４０のモータージェネレーター４１が発電動作を行い、第１電力量Ｗ１を出力する。

【0055】

また、第１ネジ部２４と第２ネジ部１２とが噛み合っているため、運動体２０は、その下降に伴って軸線ＡＸ周りに回転（第１回転運動）する。入力ギア５１と出力ギア２３０ａとが噛み合っているため、運動体２０の回転に伴って入力ギア５１及びロータシャフト５２ａが回転軸線ＢＸ周りに回転し、ギア回転発電機５２が発電し、第２電力量Ｗ２を出力する。

【0056】

運動体２０がさらに下降すると、シャフト２１が制限部材３０に到達する直前に、第１ネジ部２４がネジ非形成部１３に対向する状態となり、第１ネジ部２４と第２ネジ部１２の螺合関係が解消される。ただし、慣性により、運動体２０は回転を続ける。

【0057】

シャフト２１が、図５に示すように制限部材３０に到達すると、運動体２０の下降が停止し、第１発電ユニット４０は発電を停止する。一方、運動体２０は、慣性により、第２回転運動を継続し、ギア回転発電機５２は発電を継続する。

【0058】

運動体２０は、第２回転運動の運動エネルギーが、ネジ非形成部１３及び制限部材３０との間に働く摩擦力などによって消失するまで回転を継続し、やがて、図２に示すように、第２回転運動を止め（停止し）、完全放電の状態になる。

【0059】

このようにして、蓄電装置１００は、運動体２０を基準位置まで吊り上げることにより、エネルギーを蓄積し（充電し）、それを維持・保持し、任意のタイミングで、運動体２０を落下させることで、電気エネルギーに変換して出力（放電）する蓄電池として機能することができる。従って、夜間電力などの比較的低価格の電力を用いて運動体２０を引き上げておき、売電価格の高い時間帯或いは電力需要の高いタイミングで放電（発電）することにより、揚水発電等と同様の機能を果たすことができる。

【0060】

ここで、運動体２０の落下運動の開始時刻をｔ＝ｔ０とし、運動体２０のシャフト２１の下端が制限部材３０に到達する時刻をｔ＝ｔ１とし、運動体２０が第２回転運動を止める時刻をｔ＝ｔ２とする。

【0061】

第１発電ユニット４０は、ｔ０～ｔ１の間、運動体２０の落下運動に伴うワイヤー２の移動に基づいて発電する。ここで、運動体２０の質量をｍ、運動体２０の鉛直方向の落下速度をｖ（なお、ｖは時間に依存する変数）とし、ｔ０～ｔ１の間に第１発電ユニット４０が発電する電力量を第１電力量Ｗ１とする。この場合、落下運動による運動エネルギーＫ１は、Ｋ１＝１／２ｍｖ^２と表すことができる。ｔ０～ｔ１の間においては、このＫ１の変化量に応じた仕事がワイヤー２を介してモータージェネレーター４１になされ、その仕事に応じた第１電力量Ｗ１が第１発電ユニット４０において発電される。

【0062】

第２発電ユニット５０は、ｔ０～ｔ１の間、運動体２０の第１回転運動に応じて発電する。さらに、第２発電ユニット５０は、ｔ１～ｔ２の間、運動体２０の第２回転運動に応じて発電する。ここで、運動体２０の慣性モーメントをＩ、運動体２０の軸線ＡＸ周りの角速度をω（なお、ωは時間に依存する）とし、ｔ０～ｔ２の間に第２発電ユニット５０が発電する電力量を第２電力量Ｗ２とする。この場合、回転運動による運動エネルギーＫ２は、Ｋ２＝１／２Ｉω^２と表すことができる。ｔ０～ｔ２の間においては、このＫ２の変化量に応じた仕事が出力ギア２３０ａ及び入力ギア５１を介してギア回転発電機５２になされ、その仕事に応じた第２電力量Ｗ２が第１発電ユニット４０において発電される。

【0063】

ここで、比較例として、運動体２０が慣性による第２回転運動を行わない構成（当該構成を比較例１と呼ぶ。）を考える。比較例１では、ｔ１の時点で、運動体２０は落下運動のみならず回転運動も止めてしまい、基準位置における運動体２０の位置エネルギーからのエネルギー損失が非常に大きくなる。

【0064】

さらに、他の比較例として、運動体２０に回転運動を生じさせず、単に重力で落下させる構成（当該構成を比較例２と呼ぶ。）を考える。比較例２では、ワイヤー２で吊り下げられた運動体２０が最も低い位置に到達した後は、ワイヤー２の張力による反動で複数回程度は上下運動を繰り返すと想定される。しかしながら、この程度の上下運動に応じて第１発電ユニット４０が発電可能な電力量には期待できない。したがって、比較例２においても、基準位置における運動体２０の位置エネルギーからのエネルギー損失が非常に大きくなる。

【0065】

一方、第１実施形態に係る蓄電装置１００は、ｔ１～ｔ２の間においても、運動体２０の慣性による第２回転運動を利用して、第２発電ユニット５０で発電を行うことができる。このため、蓄電装置１００は、比較例１及び２に比べて、良好な出力で発電することが可能である。

【0066】

以上のように、蓄電装置１００は、基準位置における運動体２０の位置エネルギーを、重力を利用して、運動体２０の落下運動及び第１回転運動の運動エネルギーに変換し、これらの運動エネルギーを電力に変換することができる。これに加えて、蓄電装置１００は、運動体２０が落下運動を止めた後は、慣性による第２回転運動の運動エネルギーを電力に変換することができる。

【0067】

本実施形態においては、コントローラ９０が、タイマの時間設定に応じて、運動体２０を吊り上げ或いは落下させる制御を実行するように説明したが、運動体２０の吊り上げと落下のタイミングは任意である。例えば、コントローラ９０がインターネット等のネットワークを介して売電価格及び電力需要等をチェックし、これらの情報に基づいて、運動体２０の吊り上げと落下を制御しても良い。また、オペレータからの指示に従って、制御してもよい。

【0068】

また、本実施の形態において、第１ネジ部２４と第２ネジ部１２とを噛み合わせ或いは噛み合わせを解除するための構成は任意である。例えば、クラッチ機構を用いてもよい。同様に、入力ギア５１と出力ギア２３０ａとの噛み合わせ或いは噛み合わせを解除するための構成も任意である。入力ギア５１と出力ギア２３０ａとの噛み合わせを維持したまま、クラッチなどにより、ロータシャフト５２ａとギア回転発電機５２との係合とその解除を行ってもよい。また、ギアの噛み合わせと解除を、人手で行ってもよい。

【0069】

なお、以上の説明では、蓄電装置１００を満充電まで充電し、完全放電まで放電する例を示したが、充電量と放電量は任意である。

【0070】

（第２実施形態）
ここからは、図６を参照し、第２実施形態に係る蓄電装置２００について説明する。以下では、第１実施形態に係る蓄電装置１００と同様の機能を有する構成については、第１実施形態と同じ符号を用い、その説明を適宜省略する。以下の説明では、第１実施形態と異なる点を主に説明する。

【0071】

第２実施形態に係る蓄電装置２００は、不動柱１０、運動体２０、制限部材３０、第１発電ユニット４０及び第２発電ユニット５０に加え、第３発電ユニット６０、コントローラ９０を備える。

【0072】

第２実施形態に係る蓄電装置２００の構成は第１実施形態に係る蓄電装置１００と基本的に同一である。ただし、第２実施形態に係る第２発電ユニット５０は、入力ギア５１及びギア回転発電機５２に加え、運動体２０の回転運動に応じたワイヤー２の回転に基づき発電するワイヤー回転発電機５３を備える。

【0073】

ワイヤー回転発電機５３は、第１実施形態のスイベル３の代わりに、シャフト２１の天板部２３１に設けられる。ワイヤー回転発電機５３は、ワイヤー２の回転に応じて、軸線ＡＸを中心に回転可能なローター（図示せず）を備え、このロータの回転により発電する。

【0074】

第３発電ユニット６０は、磁石６１とコイル６２を有し、磁石６１とコイル６２の電磁誘導によって発電する。

【0075】

磁石６１は、軸線ＡＸに沿って延びる棒状に形成され、運動体２０の円筒部２３０の中に設けられている。例えば、磁石６１は、天板部２３１の下面（円筒部２３０内の空間に向く面）に固定されている。つまり、磁石６１は、運動体２０と共に落下運動及び回転運動を行う。第２実施形態に係る不動柱１０は、運動体２０及び磁石６１が下降していく際に、磁石６１を収容可能に中空状に形成されている。つまり、第２実施形態に係る不動柱１０は、外形としては円柱状であるが、円筒状に形成されている。例えば、磁石６１は、その高さ方向において２極に着磁されている。

【0076】

コイル６２は、運動体２０が落下運動及び回転運動を行う過程において、磁石６１の外周を取り囲む位置に形成されている。例えば、コイル６２は、円筒状の不動柱１０の内部に形成される。コイル６２は、円筒状の不動柱１０の内面（不動柱１０内の空間に向く面）に形成されていてもよい。例えば、コイル６２は、不動柱１０の上端から制限部材３０に亘って巻き回されており、運動体２０が回転運動を行っている間は、軸線ＡＸの径方向において磁石６１と向き合うことができるように形成されている。これにより、コイル６２に誘導電流が流れ、第３発電ユニット６０は発電を行うことができる。

【0077】

第２実施形態においても、第１発電ユニット４０、第２発電ユニット５０及び第３発電ユニット６０で発電された電気は、送電線に送られても良いし、蓄電池に充電されても良い。発電された電気の送電方法及び送電先は、任意であり、周知の技術から目的に応じて選択することができる。

【0078】

ここで、第１実施形態と同様に、運動体２０の落下運動の開始時刻をｔ＝ｔ０とし、運動体２０のシャフト２１の下端が制限部材３０に到達する時刻をｔ＝ｔ１とし、運動体２０が第２回転運動を止める時刻をｔ＝ｔ２とする。

【0079】

第１発電ユニット４０は、ｔ０～ｔ１の間、運動体２０の落下運動に伴うワイヤー２の移動に基づいて発電する。なお、第２実施形態では、磁石６１も運動体２０と共に運動するため、以下では、質量ｍは、運動体２０と磁石６１の合計質量であるものとする。ｔ０～ｔ１の間においては、第１実施形態と同様に、落下運動による運動エネルギーＫ１の変化量に応じた仕事がワイヤー２を介してモータージェネレーター４１になされ、その仕事に応じた第１電力量Ｗ１が第１発電ユニット４０において発電される。

【0080】

第２実施形態では、第２発電ユニット５０及び第３発電ユニット６０は、ｔ０～ｔ１の間、運動体２０及び磁石６１の第１回転運動に応じて発電する。さらに、第２発電ユニット５０及び第３発電ユニット６０は、ｔ１～ｔ２の間、運動体２０及び磁石６１の第２回転運動に応じて発電する。第２実施形態では、ｔ０～ｔ２の間においては、回転運動による運動エネルギーＫ２の変化量に応じた仕事が第２発電ユニット５０（ギア回転発電機５２及びワイヤー回転発電機５３）になされると共に第３発電ユニット６０になされる。ここで、ｔ０～ｔ２の間に第３発電ユニット６０が発電する電力量を第３電力量Ｗ３とすれば、なされた仕事に応じて、第２電力量Ｗ２が第２発電ユニット５０において発電され、第３電力量Ｗ３が第３発電ユニット６０において発電される。なお、第２実施形態における第２電力量Ｗ２は、ｔ０～ｔ２の間においてギア回転発電機５２及びワイヤー回転発電機５３の各々が発電した電力量の合計である。

【0081】

以上のように、第２実施形態に係る蓄電装置２００は、ｔ１～ｔ２の間においても、運動体２０の慣性による第２回転運動を利用して、第２発電ユニット５０及び第３発電ユニット６０で発電を行うことができる。このため、蓄電装置２００も良好な出力で発電することが可能である。

【0082】

なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、実施形態に適宜の変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

【0083】

第２実施形態では、磁石６１が運動体２０に設けられ、コイル６２が不動柱１０に設けられる例を示したが、磁石６１が不動柱１０に設けられ、コイル６２が運動体２０に設けられる構成を採用することもできる。当該構成では、不動柱１０の内部に磁石６１を設け、円筒部２３０の内部にコイル６２を設ければよい。いずれにせよ、運動体２０が回転運動を行っている間は、軸線ＡＸの径方向において磁石６１とコイル６２が向き合うことができるように蓄電装置２００を構成すればよい。さらに、磁石６１の種類、着磁方向、形状、個数などは任意に設定可能である。また、コイル６２の材質、巻き方、巻き数なども任意に設定可能である。

【0084】

第１実施形態に係る蓄電装置１００に、ワイヤー回転発電機５３又は第３発電ユニット６０の一方のみを組み合わせてもよい。

【0085】

蓄電装置１００，２００を構成する各部の材料は、任意の材料から適切なものを選択すればよい。例えば、ワイヤー２，２２ａは、金属ワイヤーに限られず、カーボンワイヤー等であってもよい。例えば、第１ネジ部２４及び第２ネジ部１２、出力ギア２３０ａ及び入力ギア５１などの互いに噛み合う構成の一部又は全部については、低摩擦、低摩耗タイプの材料を用いることが可能である。当該材料は、金属に限られず、強度を確保することができれば樹脂であってもよい。例えば、運動体２０が慣性による第２回転運動を継続し易いように、ネジ非形成部１３、第１ネジ部２４、制限部材３０等に周知のローラベアリングを設けてもよい。

【0086】

蓄電装置１００，２００の大きさ、高さは、どのくらいの発電出力を望むかによって任意に設定可能である。また、蓄電装置１００，２００は、運動体２０を落下運動させると同時に、第１ネジ部２４と第２ネジ部１２が噛み合って運動体２０が第１回転運動を始める構造に限られない。構造上可能であれば、蓄電装置１００，２００は、運動体２０を落下運動させ、しばらく経ってから第１ネジ部２４と第２ネジ部１２が噛み合う構造であってもよい。

【0087】

また、アーム２２の本数も任意である。例えば、３本、４本等の複数のアーム２２が軸線ＡＸを中心とする円周方向に等間隔で配置されていてもよい。

【0088】

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

【0089】

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

【符号の説明】

【0090】

１００，２００…蓄電装置
１…地面、２…ワイヤー、３…スイベル
１０…不動柱、１１…基礎、１２…第２ネジ部、１３…ネジ非形成部
２０…運動体
２１…シャフト、２２…アーム、２２ａ…ワイヤー、２２ｂ…錘
２３…本体部、２３０…円筒部、２３０ａ…出力ギア、２３１…天板部
２４…第１ネジ部、２４ａ…ヒンジ軸
３０…制限部材
４０…第１発電ユニット
５０…第２発電ユニット
５１…入力ギア
５２…ギア回転発電機、５２ａ…ロータシャフト
５３…ワイヤー回転発電機
６０…第３発電ユニット、６１…磁石、６２…コイル
９０…コントローラ
ＡＸ…軸線
ＢＸ，ＢＸ１，ＢＸ２…回転軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】