发电系统的制作方法

本发明涉及一种能够使用诸如水力和风力的自然能源发电的发电系统。

背景技术：

1、近年来，针对全球变暖的背景，环境意识已经增强，并且因此需要使用诸如水力和风力的自然能源发电。然而，在具有较小国土面积的日本，难以新建大型水力发电设施和风力发电设施。因此，本技术的申请人已经发明了在ptl 1中公开的发电系统，该发电系统能够通过安装在河流、水道、海岸、多风的地方等使用诸如水力和风力的自然能源来发电。在该发电系统中，由于由水力或风力引起的凸轮的旋转，凸轮齿轮的凸轮与臂机构接触，因此臂机构旋转。当在臂机构的旋转期间臂机构与旋转体的驱动轮接触时，旋转体旋转，并且旋转体的旋转能量被转换为电能以发电。

2、引用列表

3、专利文献

4、ptl 1：jp2018-168799a

技术实现思路

1、技术问题

2、然而，在ptl 1的发电系统中，通过使臂机构与单个轮接触，施加于旋转体的扭矩和供臂机构接触的轮的直径不能根据旋转体的旋转速度而改变，并且在这方面存在改进的空间。

3、鉴于以上情况做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种发电系统，在该发电系统中，凸轮构件通过水力或风力旋转，凸轮构件的凸轮与臂机构接触以旋转臂机构，并且在臂机构的旋转期间，臂机构与旋转体的轮接触，以旋转旋转体，并且旋转体的旋转能量被转换为电能使得发电，其中大扭矩被施加到旋转体，直到旋转体的旋转速度增加到第一值，并且在旋转体的旋转速度增加到第一值之后，臂机构与之接触的轮的外直径可以减小，以保持或进一步增加旋转体的旋转速度。

4、问题的解决方案

5、为了实现以上目的，本发明包括如以下项中阐述的主题。

6、项1.一种发电系统，该发电系统包括：

7、凸轮装置，该凸轮装置包括凸轮构件，该凸轮构件的凸轮从外圆周表面突出，该凸轮构件通过水力或风力旋转；

8、发电机，该发电机包括：旋转体，其中，臂机构、小直径轮以及大直径轮附接到旋转轴，当在凸轮构件的旋转期间凸轮与旋转体接触时臂机构旋转、大直径轮具有大于小直径轮的外直径的外直径，其中，在臂机构的旋转期间，臂机构与小直径轮或大直径轮的外圆周表面接触，并且因此旋转体旋转，并且通过将旋转体的旋转能量转换为电能来发电；以及

9、操作控制装置，用于在操作控制装置在使臂机构与大直径轮接触的第一模式下操作时，响应于旋转体的旋转速度增加到第一值，转换到使臂机构与小直径轮接触的第二模式下的操作，以及在操作控制装置在第二模式下操作时，响应于旋转体的旋转速度降低到等于或小于第一值的第二值，转换到第一模式下的操作。

10、项2.根据项1的发电系统，其中

11、臂机构包括凸轮臂、大直径轮臂、小直径轮臂、主轴和偏置装置，

12、主轴贯穿通过凸轮臂的基端部、小直径轮臂的基端部、以及大直径轮臂的基端部，

13、由于凸轮构件的旋转导致的每次凸轮与凸轮臂的远端部接触时对凸轮的按压，凸轮臂围绕主轴在第一方向上旋转，

14、每次凸轮臂在第一方向上旋转时，偏置装置在与第一方向相反的第二方向上偏置凸轮臂，并且由于偏置装置的偏置，凸轮臂在第一方向上旋转，然后反转并在第二方向上旋转，

15、作为在第一模式下的操作，操作控制装置：

16、仅使大直径轮臂和小直径轮臂中的大直径轮臂与凸轮臂一起在第一方向上旋转，然后反转并且使大直径轮臂在第二方向上旋转，在大直径轮臂在第一方向上旋转时通过将大直径轮臂缩回而不使大直径轮臂与大直径轮接触，并且在大直径轮臂在第二方向上旋转时，通过将大直径轮臂伸展而使大直径轮臂与大直径轮接触，并且

17、作为在第二模式下的操作，操作控制装置：

18、仅使大直径轮臂和小直径轮臂中的小直径轮臂与凸轮臂一起在第一方向上旋转，然后反转并且使小直径轮臂在第二方向上旋转，在小直径轮臂在第一方向上旋转时通过将小直径轮臂缩回而不使小直径轮臂与小直径轮接触，并且在小直径轮臂在第二方向上旋转时，通过将小直径轮臂伸展而使小直径轮臂与小直径轮接触。

19、项3.根据项2的发电系统，其中

20、凸轮臂包括主轴贯穿构件和凸轮臂主体，并且凸轮臂的基端部由主轴贯穿构件构造，

21、主轴贯穿构件包括：上板、间隔地设置在上板下方的下板、以及在竖直方向上延伸并且联接上板的中间部分和下板的中间部分的联接板，

22、凸轮臂主体从联接板延伸到凸轮装置侧，

23、小直径轮臂的基端部和大直径轮臂的基端部设置在上板和下板之间的空间中，该空间比联接板更靠近发电机，

24、偏置装置包括基板、设置在基板上的螺旋弹簧、由螺旋弹簧的上端部支撑的环形板、以及可旋转地附接到环形板的上表面的辊，并且基板、螺旋弹簧、环形板和辊设置在下板下方，

25、主轴从基板向上延伸，依次穿过螺旋弹簧的内部和环形板的内部，并且然后依次穿过下板、大直径轮臂的基端部、固定到主轴的间隔件、小直径轮臂的基端部和上板；或者依次穿过螺旋弹簧的内部和环形板的内部，并且然后依次穿过下板、小直径轮臂的基端部、固定到主轴的间隔件、大直径轮臂的基端部以及上板，

26、具有锥形表面的突起设置在下板的下表面上，并且锥形表面在第二方向上朝向下侧倾斜，并且

27、在凸轮臂在第一方向上旋转的同时，由于突起在第一方向上的旋转，锥形表面按压辊，使得辊从锥形表面的上侧滚动到下侧，从环形板向螺旋弹簧施加向下的力，并且螺旋弹簧被压缩，然后，由于螺旋弹簧的弹性返回而从螺旋弹簧向环形板施加向上的力，并且辊按压锥形表面以在第二方向上偏置凸轮臂，使得凸轮臂从第一方向反转以在第二方向上旋转，并且因此，辊从锥形表面的下侧滚动到上侧。

28、项4.根据项3的发电系统，其中

29、操作控制装置包括第一步进电机，该第一步进电机具有第一电机轴、第一凸轮、第二凸轮、第一止动件、第二止动件、第一止动件弹簧、第二止动件弹簧、旋转传感器和控制装置，

30、第一凸轮和第二凸轮间隔地附接到第一电机轴，并且第一步进电机由上板或下板支撑，使得第一电机轴在上板和下板之间的比联接板更靠近凸轮装置的空间中在竖直方向上延伸，第一凸轮面向大直径轮臂的基端部，并且第二凸轮面向小直径轮臂的基端部，

31、第一止动件穿过联接板的第一通孔以便可在大直径轮臂的基端部和第一凸轮之间移动，

32、第一止动件弹簧是第一止动件穿过的螺旋弹簧，并且夹在从第一止动件的外周边突出的第一凸缘部分和联接板之间，

33、第二止动件穿过联接板的第二通孔以便可在小直径轮臂的基端部和第二凸轮之间移动，

34、第二止动件弹簧是第二止动件穿过的螺旋弹簧，并且夹在从第二止动件的外周边突出的第二凸缘部分和联接板之间，

35、用于装配第一止动件的一个端部的第一凹部设置在大直径轮臂的基端部中，

36、用于装配第二止动件的一个端部的第二凹部设置在小直径轮臂的基端部中，

37、当第一步进电机的第一电机轴向前旋转时，第一凸轮将第一止动件朝向大直径轮臂按压，第一止动件弹簧被压缩，第一止动件的一个端部装配到第一凹部中，并且来自第二凸轮的对第二止动件的按压被释放，第二止动件弹簧弹性返回，并且第二止动件的一个端部从第二凹部脱离，

38、当第一步进电机的第一电机轴向后旋转时，来自第一凸轮的对第一止动件的按压被释放，第一止动件弹簧弹性返回，第一止动件的一个端部从第一凹部脱离，并且第二凸轮将第二止动件压靠在小直径轮臂上，第二止动件弹簧被压缩，并且第二止动件的一个端部装配到第二凹部中，

39、旋转传感器能够检测旋转体的旋转速度，

40、响应于在控制装置的输入单元上执行的预定操作，控制装置向前旋转第一步进电机的第一电机轴，使得第二止动件的一个端部与第二凹部脱离，并且大直径轮臂与凸轮臂一起在第一方向上旋转，然后反转并且在第二方向上旋转，

41、控制装置响应于旋转传感器检测到旋转体的旋转速度已经增加到第一值而向后旋转第一步进电机的第一电机轴，使得第二止动件的一个端部装配到第二凹部中，并且小直径轮臂与凸轮臂一起在第一方向上旋转，然后反转并且在第二方向上旋转，并且

42、控制装置响应于旋转传感器检测到旋转体的旋转速度已经降低到第二值而向前旋转第一步进电机的第一电机轴，使得第二止动件的一个端部与第二凹部脱离，并且大直径轮臂与凸轮臂一起在第一方向上旋转，并且然后反转并且在第二方向上旋转。

43、项5.根据项3或4的发电系统，其中

44、大直径轮臂包括第一支撑构件和第一可移动主体，

45、第一支撑构件的基端部构成大直径轮臂的基端部，

46、第一可移动主体包括第一接合主体、第二接合主体、第一杆和第一弹性构件，第一接合主体的远端部和第二接合主体的基端部铰链联接，第二接合主体的远端部和第一杆的基端部铰链联接，第一杆由第一支撑构件可移动地支撑，并且第一弹性构件从第一杆的远端部延伸并且构成大直径轮臂的远端部，

47、小直径轮臂包括第二支撑构件和第二可移动主体，

48、第二支撑构件的基端部构成小直径轮臂的基端部，

49、第二可移动主体包括第三接合主体、第四接合主体、第二杆和第二弹性构件，第三接合主体的远端部和第四接合主体的基端部铰链联接，第四接合主体的远端部和第二杆的基端部铰链联接，第二杆由第二支撑构件可移动地支撑，并且第二弹性构件从第二杆的远端部延伸并且构成小直径轮臂的远端部，

50、操作控制装置还包括具有第二电机轴的第二步进电机、具有第三电机轴的第三步进电机、以及位置传感器，

51、第二步进电机由第一支撑构件支撑，并且第二电机轴连接到第一接合主体的基端部，

52、第三步进电机由第二支撑构件支撑，并且第三电机轴连接到第三接合主体的基端部，

53、位置传感器能够检测凸轮臂已经到达第一方向上的旋转开始位置或第二方向上的旋转开始位置，

54、通过控制装置响应于位置传感器检测到凸轮臂已经到达第二方向上的旋转开始位置而向前旋转第二步进电机的第二电机轴来实现在大直径轮臂正在第二方向上旋转时操作控制装置将大直径轮臂伸展的状态，使得第一接合主体和第二接合主体变成线性的，并且由于对第二接合主体的按压，第一杆和第一弹性构件朝向发电机移动，并且在大直径轮臂正在第二方向上旋转时，第一弹性构件与大直径轮接触，

55、通过控制装置响应于位置传感器检测到凸轮臂已经到达第一方向上的旋转开始位置而向后旋转第二步进电机的第二电机轴来实现在大直径轮臂正在第一方向上旋转时操作控制装置将大直径轮臂缩回的状态，使得第一接合主体和第二接合主体弯曲，并且由于对第二接合主体的牵引，第一杆和第一弹性构件朝向凸轮构件移动，并且在大直径轮臂在第一方向上旋转时，第一弹性构件不与大直径轮接触，

56、通过控制装置响应于位置传感器检测到凸轮臂已经到达第二方向上的旋转开始位置而向前旋转第三步进电机的第三电机轴来实现在小直径轮臂正在第二方向上旋转时操作控制装置将小直径轮臂伸展的状态，使得第三接合主体和第四接合主体变成线性的，并且由于对第四接合主体的按压，第二杆和第二弹性构件朝向发电机移动，并且在小直径轮臂在第二方向上旋转时，第二弹性构件与小直径轮接触，并且

57、通过控制装置响应于位置传感器检测到凸轮臂已经到达第一方向上的旋转开始位置而向后旋转第三步进电机的第三电机轴来实现在小直径轮臂正在第一方向上旋转时操作控制装置将小直径轮臂缩回的状态，使得第三接合主体和第四接合主体弯曲，并且由于对第四接合主体的牵引，第二杆和第二弹性构件朝向凸轮构件移动，并且在小直径轮臂在第一方向上旋转时，第二弹性构件不与小直径轮接触。

58、项6.根据项3或4的发电系统，其中

59、大直径轮臂包括第一支撑构件和第一可移动主体，

60、第一支撑构件的基端部构成大直径轮臂的基端部，

61、第一可移动主体包括第一接合主体、第二接合主体、第一吸收器、第一杆和第一弹性构件，并且第一杆由第一支撑构件可移动地支撑，

62、第一吸收器包括在其远端处具有开口的第一圆筒和设置在第一圆筒内部的第一弹簧，第一接合主体的远端部和第二接合主体的基端部铰链联接，第二接合主体的远端部和第一圆筒的基端部铰链联接，第一弹簧的基端部和第一圆筒的基端部连接，第一弹簧的远端部和第一杆的基端部连接，并且第一弹性构件从第一杆的远端部延伸并且构成大直径轮臂的远端部，

63、小直径轮臂包括第二支撑构件和第二可移动主体，

64、第二支撑构件的基端部构成小直径轮臂的基端部，

65、第二可移动主体包括第三接合主体、第四接合主体、第二吸收器、第二杆和第二弹性构件，并且第二杆由第二支撑构件可移动地支撑，

66、第二吸收器包括在其远端处具有开口的第二圆筒和设置在第二圆筒内部的第二弹簧，第三接合主体的远端部和第四接合主体的基端部铰链联接，第四接合主体的远端部和第二圆筒的基端部铰链联接，第二弹簧的远端部和第二杆的基端部连接，并且第二弹性构件从第二杆的远端部延伸并且构成小直径轮臂的远端部，

67、操作控制装置还包括具有第二电机轴的第二步进电机、具有第三电机轴的第三步进电机、以及位置传感器，

68、第二步进电机由第一支撑构件支撑，并且第二电机轴连接到第一接合主体的基端部，

69、第三步进电机由第二支撑构件支撑，并且第三电机轴连接到第三接合主体的基端部，

70、位置传感器能够检测凸轮臂已经到达第一方向上的旋转开始位置或第二方向上的旋转开始位置，

71、通过控制装置响应于位置传感器检测到凸轮臂已经到达第二方向上的旋转开始位置而向前旋转第二步进电机的第二电机轴来实现在大直径轮臂正在第二方向上旋转的同时操作控制装置伸展大直径轮臂的状态，使得第一接合主体和第二接合主体变成线性的，并且第一圆筒、第一弹簧、第一杆和第一弹性构件朝向发电机移动，并且在大直径轮臂在第二方向上旋转时，第一弹性构件与大直径轮接触，

72、通过控制装置响应于位置传感器检测到凸轮臂已经到达第一方向上的旋转开始位置而向后旋转第二步进电机的第二电机轴来实现在大直径轮臂正在第一方向上旋转时操作控制装置将大直径轮臂缩回的状态，使得第一接合主体和第二接合主体弯曲，并且第一圆筒、第一弹簧、第一杆和第一弹性构件朝向凸轮移动，并且在大直径轮臂在第一方向上旋转的同时，第一弹性构件不与大直径轮接触，

73、通过控制装置响应于位置传感器检测到凸轮臂已经到达第二方向上的旋转开始位置而向前旋转第三步进电机的第三电机轴来实现在小直径轮臂正在第二方向上旋转时操作控制装置将小直径轮臂伸展的状态，使得第三接合主体和第四接合主体变成线性的并且第二圆筒、第二弹簧、第二杆和第二弹性构件朝向发电机移动，并且在小直径轮臂在第二方向上旋转的同时，第二弹性构件与小直径轮接触，以及通过控制装置响应于位置传感器检测到凸轮臂已经到达第一方向上的旋转开始位置而向后旋转第三步进电机的第三电机轴来实现在小直径轮臂正在第一方向上旋转时操作控制装置将小直径轮臂缩回的状态，使得第三接合主体和第四接合主体弯曲，并且第二圆筒、第二弹簧、第二杆和第二弹性构件朝向凸轮构件移动，并且在小直径轮臂在第一方向上旋转时，第二弹性构件不与小直径轮接触。

74、本发明的有益效果

75、根据本发明的发电系统，响应于旋转体的旋转速度增加到第一值而发生到使小直径轮与臂机构接触的第二模式下的操作的转变，并且在第二模式下的操作期间响应于旋转体的旋转速度减少到等于或小于第一值的第二值而发生到第一模式下的操作的转变。结果，大扭矩被施加到旋转体，直到旋转体的旋转速度增加到第一值，并且在旋转体的旋转速度增加到第一值之后，可以减小使臂机构与之接触的驱动轮的外直径，以便保持或进一步增加旋转体的旋转速度。