旋转装置以及供电系统的制作方法

本发明涉及能够有效地利用基于重力的旋转力矩来尽量长时间地维持输出轴的旋转的旋转装置以及具备该旋转装置的供电系统。

背景技术：

为了在供电系统或其他各种系统中利用，考虑以最小损失来维持旋转能量的旋转装置。作为使旋转持续尽可能长的时间的现有技术，例如存在专利文献1记载的装置。

专利文献1记载的旋转装置具有：转轴；安装于该转轴的辐条状的转子；使各转子的轴向自由可动且沿轴向呈长条的滑动配重；以及使以转轴为中心旋转的滑动配重的旋转轨道从转轴的轴心偏心的圆形引导体。

关于专利文献1所涉及的旋转装置，由于伴随被圆形引导体限制的转轴的旋转而进行旋转的滑动配重的旋转轨道从输出轴的轴心偏心，因此基于从上方朝向下方的滑动配重的旋转力矩大于从下方朝向上方的滑动配重的旋转力矩这样的杠杆原理，转轴旋转。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-61214号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

本申请的发明者们为了开发各种供电系统，利用与专利文献1所涉及的旋转装置类似的装置进行了试验。但发现这种旋转装置不能使旋转长时间持续。

考察专利文献1所涉及的旋转装置为何不能使旋转长时间持续的结果是，利用旋转力矩之差所产生的滑动配重的旋转角速度因滑动配重以及引导体间等构件间的摩擦而下降，由于该摩擦造成的角速度的下降与旋转力矩之差所带来的角速度相比较大且急速，因此旋转无法长时间持续。

故而，本申请的发明者们为了开发尽可能减小构件间的摩擦以便能够更长时间地维持轴旋转的装置，进行了深入研究。

本发明基于这样的课题而提出，其目的在于，为了能够利用基于重力的旋转力矩且能适用于各种系统，提供能够更长时间地维持旋转的旋转装置以及利用该旋转装置的供电系统。

用于解决课题的手段

根据本发明，旋转装置具备：输出轴，其以轴线成为与重力方向垂直的水平方向的方式可旋转地被轴支撑；至少一个旋转板构件，其能够旋转，被配置为转轴与输出轴同轴；至少一个配重构件，其固定连接于至少一个旋转板构件，并使重心位置从至少一个旋转板构件的转轴偏移；以及至少一个离合器机构，其安装于至少一个旋转板构件与输出轴之间，能够在规定旋转角度处使至少一个旋转板构件与输出轴相分离。至少一个离合器机构被构成为，在至少一个旋转板构件旋转之际，当至少一个配重构件的重心下降时，至少一个离合器机构使至少一个旋转板构件与输出轴相连接，当至少一个配重构件的重心上升时，至少一个离合器机构使至少一个旋转板构件与输出轴相分离。

关于安装于至少一个旋转板构件与输出轴之间的至少一个离合器机构，在至少一个旋转板构件旋转之际，当至少一个配重构件的重心下降时，该至少一个离合器机构使至少一个旋转板构件与输出轴相连接，当至少一个配重构件的重心上升时，该至少一个离合器机构使至少一个旋转板构件与输出轴相分离。由此，在至少一个配重构件的重心下降时，对输出轴施加旋转力矩，另一方面，在至少一个配重构件的重心上升时，不对输出轴施加反向的旋转力矩，至少一个配重构件的重心会因惯性力而上升。而且，由于在至少一个配重构件的重心上升时，使至少一个旋转板构件与输出轴相分离，因此摩擦所致的损失极小。通过这样的机构，能够尽量长时间地维持旋转。

优选地，至少一个离合器机构具备：齿轮传动机构，其固定连接于至少一个旋转板构件，并具有多个行星齿轮；凸轮板，其固定连接于支撑输出轴的轴承，在单面具有偏心的圆形槽，并在中心具有使输出轴插通的贯通孔；以及凸轮从动件，其与多个行星齿轮当中的一个相连结，并沿设置于凸轮板的偏心的圆形槽移动，在与凸轮从动件连结的行星齿轮的内部具有齿轮旋转限制单元，齿轮旋转限制单元根据凸轮从动件的移动位置来限制行星齿轮的旋转，至少一个离合器机构被构成为，在由齿轮旋转限制单元限制了行星齿轮的旋转时，使至少一个旋转板构件与输出轴相连接。由此，能够以机械式的结构实现旋转板构件与输出轴的连接以及分离，而不需要电式的控制系统。

优选地，至少一个离合器机构被构成为，在至少一个旋转板构件旋转时，在至少一个配重构件的重心从经过旋转中心的正上方的位置起旋转了规定角度的第一角度位置处，至少一个离合器机构使至少一个旋转板构件与输出轴相连接，在所述至少一个配重构件的重心从第一角度位置起旋转了180度的第二角度位置处，至少一个离合器机构使至少一个旋转板构件与输出轴相分离。由此，能够有效地利用基于配重构件的重力以及惯性力的旋转力矩。

优选地，旋转装置还具备至少一个辅助驱动机构，至少在至少一个配重构件的重心上升时，至少一个辅助驱动机构进行至少一个旋转板构件以及至少一个配重构件的旋转力的辅助。由此，能够使配重构件的重心平稳地上升，从而能够维持更稳定的旋转。

优选地，至少一个旋转板构件是被配置为转轴与输出轴同轴的可旋转的多个旋转板构件，至少一个配重构件是与多个旋转板构件分别固定连接，并使重心位置从多个旋转板构件的转轴分别偏移的多个配重构件，至少一个离合器机构是分别安装于多个旋转板构件与输出轴之间，且能够在规定旋转角度处使多个旋转板构件与输出轴相分离的多个离合器机构，多个配重构件被配置为重心彼此具有等角度间隔。由此，能够维持更稳定的旋转。

根据本发明，供电系统具备上述旋转装置、与该旋转装置的输出轴连结的发电机、太阳能发电装置以及对由发电机和太阳能发电装置发出的电力进行蓄电的蓄电装置，供电系统被构成为能够从蓄电装置或商用电源向旋转装置提供电力，并被构成为从蓄电装置向外部提供电力。由此，能够将基于夜间电力的电能保存为旋转装置的旋转能量，并且能够通过在蓄电装置中蓄电而保存为电能，而且，还能够与太阳能发电装置相结合来有效地利用电力。

发明效果

根据本发明所涉及的旋转装置，在转动配重构件从上方趋向下方时，对输出轴产生旋转力矩，在从下方趋向上方时，不对输出轴产生旋转力矩，因此能长时间地维持旋转。

另外，根据本发明所涉及的供电系统，通过采用本发明的旋转装置，能够将基于夜间电力的电能保存为旋转装置的旋转能量，并且能够通过在蓄电装置中蓄电而保存为电能，而且，还能够与太阳能发电装置相结合来有效地利用电力。

附图说明

图1是示意性地示出本发明的一实施方式中的旋转装置的侧视图。

图2是示意性地示出图1的旋转装置的主要部分的结构的立体图。

图3a以及图3b是示意性地示出图1的旋转装置的离合器机构的内部结构的图。

图4是示意性地示出图1的旋转装置的离合器机构的齿轮传动机构以及导引构件的结构的局部剖视图。

图5a以及图5b是分别示意性地示出离合器机构的齿轮旋转停止的状态以及解除状态的图。

图6a至图6d是说明在图1的旋转装置中配重构件以及离合器机构的第一动作的俯视图。

图7a至图7d是说明在图1的旋转装置中配重构件以及离合器机构的第二动作的俯视图。

图8a至图8d是说明在图1的旋转装置中配重构件以及离合器机构的第三动作的俯视图。

图9a至图9d是说明在图1的旋转装置中配重构件以及离合器机构的第四动作的俯视图。

图10是示意性地示出具备图1的旋转装置的供电系统的结构的结构图。

具体实施方式

以下，对本发明所涉及的旋转装置的实施方式进行说明。图1～图9示意性地示出了本发明所涉及的旋转装置的一实施方式的结构。

图1示出了具有4组的旋转板构件20、配重构件30以及离合器机构40的旋转装置100的结构，图2示出了1组的旋转板构件20、配重构件30以及离合器机构40的外观。图3a以及图3b示出了离合器机构40的内部结构，图3a示出了齿轮传动机构41的内部结构，图3b示出了凸轮板42的内部结构。图4示出了旋转板构件20、配重构件30以及离合器机构40的连结状态。另外，图5a示出了使齿轮传动机构的齿轮旋转停止的状态，图5b示出了解除状态。另外，图6a～图6d、图7a～图7d、图8a～图8d以及图9a～图9d示出了配重构件30以及离合器机构40的第一至第四动作状态。

如图1、图2、图3a、图3b以及图4所示，本实施方式中的旋转装置100具备：输出轴10，其被配置为轴线平行于与重力方向垂直的大致水平方向；可旋转的旋转板构件20，其以转轴与输出轴10同轴的方式进行了同轴配置；配重构件30，其使重心位置从旋转板构件20的转轴偏移并分别安装于旋转板构件20；离合器机构40，其安装于旋转板构件20与输出轴10之间，并能够在规定旋转角度处使旋转板构件20与输出轴10分离；驱动电机50；辅助电机60；辅助驱动带轮70；旋转测量单元80；以及旋转转换机构90。在本实施方式中，旋转装置100具有4组的旋转板构件20、配重构件30以及离合器机构40，各配重构件30以彼此错开90度的角度间隔的方式配置。

输出轴10例如是钢铁制的旋转轴，以能够顺畅地旋转的方式被分别设置在由金属框架构成的支撑台1上的附带轴承座的轴承2以及轴承3支撑。

旋转板构件20以转轴与输出轴10同轴的方式连结于输出轴10。在该实施方式中，设置有一对旋转板构件20，并在一对旋转板构件20之间夹持有配重构件30。此外，可以仅具有一个旋转板构件20。

配重构件30例如形成为扇形状，并构成为使其重心位置从旋转板构件20的转轴偏移。另外，4个配重构件30在彼此相差相等的规定角度(90°)的位置处机械式地固定连接于旋转板构件20。

离合器机构40具备：齿轮传动机构41，其固定连接于旋转板构件20，并具有多个行星齿轮g；凸轮板42，其固定连接于支撑输出轴10的轴承3，在单面具有偏心的圆形槽42a，并在中心具有使输出轴10插通的贯通孔42b；以及凸轮从动件43，其与多个行星齿轮g当中的一个连结，并沿设置于凸轮板42的偏心的圆形槽42a移动。在与该凸轮从动件43连结的行星齿轮ga的内部，设置有具有六边形的侧周壁的凹部s。在行星齿轮ga内的凹部s的内部，配置有作为齿轮旋转限制单元的抵接构件44，其根据凸轮从动件43的移动位置来与凹部s的侧周壁抵接，从而限制该行星齿轮ga的旋转。凸轮从动件43与抵接构件44通过连结部45连结。离合器机构40被构成为按以下的方式动作。若抵接构件44限制行星齿轮ga的旋转，则行星齿轮ga不会相对于固定于输出轴10的输出轴齿轮gb进行旋转，由此，旋转板构件20与输出轴10一起旋转。抵接构件44基于凸轮从动件43的移动，在输出轴10旋转一次的期间，如图5a以及图5b所示那样进行移动，以产生一次对行星齿轮ga的旋转进行限制的限制状态以及一次对旋转限制进行解除的解除状态。其结果是，在配重构件30的重心w下降时，离合器连上，从而对旋转板构件20与输出轴10进行连结，在配重构件30的重心w上升时，使旋转板构件20与输出轴10相分离。

在旋转装置100的初始驱动时使用驱动电机50。在旋转装置100的旋转达到规定速度后，该驱动电机50通过离合器93而与输出轴10相分离。另外，该驱动电机50还作为发电机50a发挥功能。在旋转装置100的初始驱动后从旋转装置100提供旋转能量的情况下，驱动电机50作为进行发电的发电机50a。即，在此情况下，作为发电机50a的驱动电机50将旋转装置100的旋转能量转换为电能。

辅助电机60以及辅助驱动带轮70作为辅助驱动机构，在配重构件30的重心w上升时，辅助旋转板构件20以及配重构件30的旋转。由于配重构件30存在旋转惯性，因此仅通过附加少量的旋转能量，就能够容易地使配重构件30的重心w上升。

旋转测量单元80检测转速以及转数等。将旋转测量单元80检测出的转速以及转数等输入至未图示的控制部，并控制驱动电机50(发电机50a)与输出轴10的连接以及分离。

旋转转换机构90具备变速器91、飞轮92和离合器93。变速器91与输出轴10的一端(输出端)连结，并对在驱动电机50与配重构件30之间传递的转速进行转换。在旋转装置100的初始驱动时，将驱动电机50的转速减慢并传递给输出轴10。在旋转装置100的旋转能量输出时，将输出轴10的转速增速至发电机50a进行工作所需的水平并传递给该发电机50a。飞轮92由圆形的金属板构件构成，安装于输出轴10，通过增大旋转惯性力矩来使转速的变化平缓。离合器93设置于变速器91与驱动电机50(发电机50a)之间，用于传递或切断旋转。该离合器93例如使用电磁离合器。

接下来，参照图6a～图6d、图7a～图7d、图8a～图8d以及图9a～图9d，使用4组当中的1组的旋转板构件20、配重构件30、离合器机构40来对本实施方式中的旋转装置100的动作进行说明。

图6a～图6d示出了配重构件30a的重心w位于从旋转中心的正上方起旋转了15度的位置以及旋转了90度的位置的状态，图7a～图7d示出了配重构件30a的重心w位于从旋转中心的正上方起旋转了165度的位置以及旋转了180度的位置的状态，图8a～图8d示出了配重构件30的重心w位于从旋转中心的正上方起旋转了195度的位置以及旋转了270度的位置的状态，图9a～图9d示出了配重构件30的重心w位于从旋转中心的正上方起旋转了345度的位置以及旋转了15度的位置的状态。

旋转装置100通过驱动电机50的驱动而被初始驱动，从而例如使输出轴10、旋转板构件20以及配重构件30向顺时针方向旋转。

如图6a以及图6b所示，在配重构件30的重心w成为从经过旋转中心的正上方的位置起旋转了15度的位置时，与凸轮从动件43连结的行星齿轮ga的旋转被抵接构件44限制，从而该行星齿轮ga不会相对于固定于输出轴10的输出轴齿轮gb进行旋转。由此，固定连接于配重构件30的旋转板构件20与输出轴10一起旋转，通过配重构件30的重力而使输出轴10旋转。另外，如图6c以及图6d所示，在因配重构件30的重力而使配重构件30的重心成为旋转了90度的位置时，行星齿轮ga相对于输出轴齿轮gb的旋转也被阻止，从而配重构件30与输出轴10一起旋转。在该位置处，凸轮从动件43位于偏心圆形槽42b的最大偏心位置。

如图7a以及图7b所示，在配重构件30的重心w变为旋转了旋转165度的位置上，对行星齿轮ga的旋转限制的解除将启动。另外，如图7c以及图7d所示，若配重构件30的重心w成为旋转了180度的位置，则基于重力的旋转力矩将消失，配重构件30基于惯性而持续旋转。

如图8a以及图8b所示，若配重构件30的重心w成为旋转至195度的位置，则对行星齿轮ga的旋转限制的解除完成，行星齿轮ga能够相对于输出轴齿轮gb进行旋转。即，配重构件30与输出轴10彼此相分离。另外，如图8c以及图8d所示，配重构件30的重心w通过惯性力而旋转至270度的位置。

另外，配重构件30通过辅助电机60而使重心w从270度旋转到360度。如图9a以及图9b所示，若重心w成为旋转至345度的位置，则行星齿轮ga的旋转限制开始，在成为从经过旋转中心的正上方的位置起旋转了15度的位置，即，图9c以及图9d所示的位置时，与凸轮从动件43连结的行星齿轮ga的旋转会被抵接构件44限制，从而该行星齿轮ga不会相对于固定于输出轴10的输出轴齿轮gb进行旋转。由此，固定连接于配重构件30的旋转板构件20与输出轴10一起旋转，通过配重构件30的重力而使输出轴10旋转。如此，配重构件30与输出轴10长时间地持续旋转。

如以上所说明的那样，根据本实施方式的旋转装置100，通过设置离合器机构40，在配重构件30从上方朝向下方旋转时，配重构件30与输出轴10会一起旋转，并通过配重构件30的重力使输出轴10旋转。另一方面，在配重构件30从下方朝向上方旋转时，输出轴10与配重构件30会彼此分离，配重构件30通过惯性力和辅助电机而旋转。由此，旋转装置100能够更长时间地维持旋转运动，能够用作发电装置。

离合器机构40具备：齿轮传动机构41，其固定连接于旋转板构件20，具有多个行星齿轮g及ga；凸轮板42，其固定连接于支撑输出轴10的轴承3，在中心具有使输出轴10插通的贯通孔42b，并在单面具有偏心的圆形槽42a；以及凸轮从动件43，其与多个行星齿轮g当中的一个连结，并沿设置于凸轮板42的偏心的圆形槽42a移动，在与凸轮从动件43连结的行星齿轮ga的内部，具有根据凸轮从动件43的移动位置来限制行星齿轮ga的旋转的抵接构件44，通过离合器机构40被构成为，在由抵接构件44限制了行星齿轮ga的旋转的情况下，使旋转板构件20与输出轴10相连接，从而能够以机械式的结构来实现旋转板构件20与输出轴10的连接以及分离，而不需要电式的控制系统。

另外，离合器机构40被构成为，当配重构件30旋转时，在配重构件30的重心w从经过旋转中心的正上方的位置起旋转了15度的位置处，离合器机构40使旋转板构件20与输出轴10相连接，并在配重构件30的重心w旋转至195度的位置处，离合器机构40使旋转板构件20与输出轴10相分离。由此，能够有效地利用基于配重构件30的重力以及惯性力的旋转力矩。

而且，由于具备在配重构件30的重心w上升时进行旋转板构件20以及配重构件30的旋转力的辅助的辅助电机60以及辅助驱动带轮70，从而能够使配重构件30的重心w平稳地上升，由此能够维持更稳定的旋转。

图10示出了具备本发明所涉及的旋转装置100的供电系统200的结构。

如图10所示，供电系统200具备旋转装置100、太阳能发电装置210、蓄电装置220以及测量监视装置230。

将来自商用电源的交流电力转换为直流电力的ac/dc(交流-直流)逆变器101与用于向旋转装置100的驱动电机50提供电力的电路连接。另外，发电时将从发电机50a输出的交流电力转换为直流电力的ac/dc逆变器102与旋转装置100连接。

太阳能发电装置210具备太阳能电池面板211、pv功率调节器213和环境测量部214，其中，pv功率调节器213包括将直流电力转换为交流电力的dc/ac逆变器212等，环境测量部214具有太阳能辐射计和气温计。

蓄电装置220例如具备由多个蓄电池构成的蓄电池组件221以及充放电控制部222。充放电控制部222具备：将来自太阳能发电装置210的交流电力转换为直流电力的ac/dc逆变器223；将来自蓄电池组件221的直流电力转换为交流电力的dc/ac逆变器224；以及配置于旋转装置100与蓄电池组件221之间的dc/dc(直流-直流)转换器225。

该供电系统200被构成为，能够从蓄电装置220或商用电源向旋转装置100提供电力，且将旋转装置100的发电电力至少提供给蓄电装置220。由此，能够将基于夜间电力的电能保存为旋转装置100的旋转能量，并且能够通过在蓄电装置220中蓄电而保存为电能，而且还能够与太阳能电池发电装置210相结合来有效地利用电力。

此外，尽管对在上述旋转装置100中，具有4组的旋转板构件20、配重构件30以及离合器机构40的情况进行了说明，但本发明不限于此，还可以具有其他数量的组或其他结构。

另外，尽管对在上述实施方式的旋转装置100中，驱动电机50还作为发电机50a发挥功能的例子进行了说明，但本发明不限于此。例如，也可以将驱动电机与发电机分体构成。

另外，尽管对在上述实施方式的旋转装置100中，配重构件30形成为扇型的例子进行了说明，但本发明不限于此。也可以设为其他形状。

另外，虽然在上述实施方式的旋转装置100中，作为一实施例，对以下例子进行了说明，即：在配重构件30的重心w成为从经过旋转中心的正上方的位置起旋转了15度的位置时，行星齿轮ga的旋转受到限制，另外，当配重构件30的重心w成为旋转至195度的位置时，对行星齿轮ga的旋转限制的解除完成，但本发明不限于上述例子。例如也可以为如下情况，即：在配重构件30的重心w经过旋转中心的正上方时，限制行星齿轮ga的旋转，当成为旋转至180度的位置时，对行星齿轮ga的旋转限制的解除完成。另外，也可以以上述角度以外的角度(位置)来进行行星齿轮ga的旋转限制以及旋转限制的解除。

另外，尽管在上述实施方式中，支撑台1由金属框架构成，但作为其改变方式，上述构件也可以使用其他的材质以作为构成材质。例如，可以将混凝土等作为构成材质。

以上所述的实施方式全部用于例示本发明，而并是限定地示出本发明，本发明能够以其他各种变形方式以及改变方式实施。因此，本发明的范围仅由权利要求书及其等价范围来规定。

附图标记说明

1支撑台

2、3轴承

10输出轴

20旋转板构件

30配重构件

40离合器机构

41齿轮传动机构

42凸轮板

42a圆形槽

42b贯通孔

43凸轮从动件

44抵接构件

45连结部

50驱动电机

50a发电机

60辅助电机

70辅助驱动带轮

80旋转测量单元

90旋转转换机构

91变速器

92飞轮

93离合器

100旋转装置

101、102、223ac/dc逆变器

200供电系统

210太阳能发电装置

211太阳能电池面板

212、224dc/ac逆变器

213pv功率调节器

214环境测量部

220蓄电装置

221蓄电池组件

222充放电控制部

225dc/dc转换器

230测量监视装置

g、ga行星齿轮

gb输出轴齿轮

w重心