WO2023084931A1 - 発電システム - Google Patents

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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy

Definitions

  • the present invention relates to a power generation system capable of generating power using natural energy such as hydraulic power and wind power.
  • Patent Document 1 a power generation system disclosed in Patent Document 1 that can generate power using natural energy such as water power and wind power by being installed in rivers, waterways, coasts, places with strong winds, and the like.
  • this power generation system when the cam wheel rotates due to hydraulic power or wind power, the cam of the cam wheel comes into contact with the arm mechanism, and the arm mechanism rotates. During rotation of the arm mechanism, the arm mechanism comes into contact with the drive wheel of the rotating body, thereby rotating the rotating body and converting the rotational energy of the rotating body into electric energy to generate power.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to rotate a cam member by water power or wind power, so that the cam of the cam member comes into contact with an arm mechanism and the arm mechanism rotates.
  • an object of the present invention is to rotate a cam member by water power or wind power, so that the cam of the cam member comes into contact with an arm mechanism and the arm mechanism rotates.
  • the arm mechanism contacts the wheel of the rotating body while the arm mechanism is rotating, the rotating body rotates, and the rotational energy of the rotating body is converted into electrical energy to generate power.
  • a large torque is applied to the rotating body until the rotational speed of the rotating body rises to the first value, and after the rotational speed of the rotating body rises to the first value, the rotation of the rotating body.
  • the present invention includes the subjects described in the following sections.
  • Section 1 a cam device comprising a cam member having a cam projecting from an outer peripheral surface, wherein the cam member is rotated by hydraulic power or wind power; an arm mechanism that rotates when the cam comes into contact with the cam member during rotation; When the arm mechanism contacts the outer peripheral surface of either the small-diameter wheel or the large-diameter wheel during rotation of the arm mechanism, the rotating body is rotated, and the rotational energy of the rotating body is converted into electrical energy.
  • a generator that generates electricity by converting While operating in the first mode in which the arm mechanism is brought into contact with the large-diameter wheel, the arm mechanism is brought into contact with the small-diameter wheel in response to the rotational speed of the rotating body increasing to a first value.
  • the first mode in response to transitioning to a second mode of operation and, during operation in the second mode, the rotational speed of the rotor being reduced to a second value that is less than or equal to the first value; and an operation control means for shifting to the operation of the power generation system.
  • the arm mechanism includes a cam arm, a large-diameter wheel arm, a small-diameter wheel arm, a main shaft, and biasing means
  • the main shaft passes through the base end of the cam arm, the base end of the small-diameter wheel arm, and the base end of the large-diameter wheel arm, Each time the cam comes into contact with the tip of the cam arm due to rotation of the cam member, the cam arm is pressed by the cam to rotate in the first direction about the main shaft,
  • the biasing means biases the cam arm in a second direction opposite to the first direction each time the cam arm rotates in the first direction, and the biasing means By the biasing force, the cam arm rotates in the first direction, then reverses and rotates in the second direction
  • the operation control means is As the operation in the first mode, Of the large-diameter wheel arm and the small-diameter wheel arm, only the large-diameter wheel arm rotates together with the cam arm in the first direction, then reverses and rotate
  • the large-diameter wheel arm is contracted to move the large-diameter wheel arm to the large-diameter wheel arm. While the large-diameter wheel arm rotates in the second direction without contacting the wheel, the large-diameter wheel arm is in an extended state so that the large-diameter wheel arm is in contact with the large-diameter wheel. come into contact with As the operation of the second mode, Of the large-diameter wheel arm and the small-diameter wheel arm, only the small-diameter wheel arm rotates together with the cam arm in the first direction, then reverses and rotates in the second direction.
  • the cam arm includes a main shaft penetrating member and a cam arm main body, and the main shaft penetrating member constitutes a base end portion of the cam arm,
  • the main shaft penetrating member includes an upper plate, a lower plate arranged below the upper plate with a gap therebetween, and a connecting plate extending in the vertical direction and connecting an intermediate portion of the upper plate and an intermediate portion of the lower plate.
  • the cam arm body extends from the connecting plate toward the cam device, A base end portion of the small-diameter wheel arm and a base end portion of the large-diameter wheel arm are disposed in a space closer to the generator than the connecting plate between the upper plate and the lower plate,
  • the biasing means includes a base plate, a coil spring arranged on the base plate, an annular plate supported by the upper end of the coil spring, and a roller rotatably attached to the upper surface of the annular plate.
  • the main shaft extends upward from the base plate, passes through the inner side of the coil spring and the inner side of the annular plate in order, and is then fixed to the lower plate, the base end of the large-diameter wheel arm, and the main shaft.
  • a convex portion having a tapered surface is formed on the lower surface of the lower plate, and the tapered surface is inclined in the second direction toward the lower side, While the cam arm rotates in the first direction, the tapered surface presses the roller due to the rotation of the convex portion in the first direction, so that the tapered surface moves downward from the upper side of the tapered surface.
  • a downward force is applied from the annular plate to the coil spring, and the coil spring is put in a compressed state.
  • the motion control means includes a first stepping motor having a first motor shaft, a first cam, a second cam, a first stopper, a second stopper, a first stopper spring, a second stopper spring, comprising a rotation sensor and a control device,
  • the first cam and the second cam are attached to the first motor shaft with a gap therebetween, and the first stepping motor has the first motor shaft between the upper plate and the lower plate.
  • the first cam faces the base end portion of the large-diameter wheel arm
  • the second cam faces the base end of the small-diameter wheel arm.
  • the first stopper is passed through the first through hole of the connecting plate so as to be movable between the base end of the large-diameter wheel arm and the first cam
  • the first stopper spring is a coil spring through which the first stopper passes inside, and is sandwiched between the connecting plate and the first flange protruding from the outer periphery of the first stopper
  • the second stopper is passed through the second through hole of the connecting plate so as to be movable between the base end portion of the small-diameter wheel arm and the second cam
  • the second stopper spring is a coil spring through which the second stopper passes inside, and is sandwiched between the connecting plate and the second flange protruding from the outer periphery of the second stopper
  • a base end portion of the large-diameter wheel arm is formed with a first concave portion for fitting one end portion of the first stopper, A second concave portion for fitting one end portion of the second stopper is formed in
  • the rotation sensor is capable of detecting a rotation speed of the rotating body, When a predetermined operation is performed on the input section of the control device, the control device rotates the first motor shaft of the first stepping motor forward, thereby moving one end of the second stopper to the first stepping motor.
  • the large-diameter wheel arm rotates together with the cam arm in the first direction, then reverses and rotates in the second direction,
  • the control device reversely rotates the first motor shaft of the first stepping motor
  • One end of the second stopper is fitted into the second concave portion, and the small-diameter wheel arm rotates in the first direction together with the cam arm, and then reverses to move the cam arm.
  • the control device rotates the first motor shaft of the first stepping motor forward, One end of the second stopper is removed from the second recess, and the large-diameter wheel arm rotates in the first direction together with the cam arm, and then reverses to rotate in the second direction.
  • Item 4 The power generation system according to Item 3, which rotates in the direction of
  • the large-diameter wheel arm includes a first support member and a first moving body,
  • the base end portion of the first support member constitutes the base end portion of the large-diameter wheel arm
  • the first moving body includes a first joint body, a second joint body, a first rod, and a first elastic member, and includes a distal end portion of the first joint body and a proximal end portion of the second joint body.
  • the member extends from the tip of the first rod and constitutes the tip of the large-diameter wheel arm
  • the small-diameter wheel arm includes a second support member and a second moving body,
  • the base end portion of the second support member constitutes the base end portion of the small-diameter wheel arm
  • the second moving body includes a third joint body, a fourth joint body, a second rod, and a second elastic member.
  • the motion control means further comprises a second stepping motor having a second motor shaft, a third stepping motor having a third motor shaft, and a position sensor,
  • the second stepping motor is supported by the first support member, the second motor shaft is connected to the base end of the first joint body,
  • the third stepping motor is supported by the second support member, the third motor shaft is connected to the base end of the third joint,
  • the position sensor is capable of detecting that the cam arm has reached a rotation start position in the first direction or a rotation start position in the second direction, While the large-diameter wheel arm rotates in the second direction, the operation control means extends the large-diameter wheel arm so that the cam arm rotates in the second direction.
  • the control device rotates the second motor shaft of the second stepping motor forward, thereby moving the first joint body and the second The joint body becomes linear, and the pressure of the second joint body moves the first rod and the first elastic member toward the generator, and the large-diameter wheel arm moves toward the second While rotating in the direction, the first elastic member contacts the large diameter wheel, While the large-diameter wheel arm rotates in the first direction, the operation control means contracts the large-diameter wheel arm so that the cam arm rotates in the first direction.
  • the control device When the position sensor detects that the start position has been reached, the control device reversely rotates the second motor shaft of the second stepping motor, thereby moving the first joint body and the second The joint body is bent, and the first rod and the first elastic member are moved toward the cam member by the traction of the second joint body. While rotating in the direction, the first elastic member does not contact the large diameter wheel, While the small-diameter wheel arm rotates in the second direction, the operation control means extends the small-diameter wheel arm so that the cam arm is at the rotation start position in the second direction.
  • the position sensor detects that the third joint body and the fourth joint body have reached the becomes a straight line, and the second rod and the second elastic member are moved toward the generator by the pressure of the fourth joint, and the small-diameter wheel arm is rotated in the second direction.
  • the second elastic member contacts the small diameter wheel, While the small-diameter wheel arm rotates in the first direction, the movement control means retracts the small-diameter wheel arm so that the cam arm is positioned at the rotation start position in the first direction.
  • the controller When the position sensor detects that the third joint body and the fourth joint body are reached, the controller reversely rotates the third motor shaft of the third stepping motor is bent, and the second rod and the second elastic member are moved toward the cam member by the traction of the fourth joint, and the small-diameter wheel arm is rotated in the first direction.
  • Item 5 The power generation system according to Item 3 or 4, wherein the second elastic member does not contact the small-diameter wheel during movement.
  • the large-diameter wheel arm includes a first support member and a first moving body,
  • the base end portion of the first support member constitutes the base end portion of the large-diameter wheel arm
  • the first moving body includes a first joint body, a second joint body, a first absorber, a first rod, and a first elastic member, and the first rod moves to the first support member.
  • the first absorber includes a first cylinder having an opening at its tip, and a first spring arranged inside the first cylinder.
  • the base end is hinged, the tip of the second joint is hinged to the base end of the first cylinder, and the base end of the first spring and the base end of the first cylinder are hinged.
  • the small-diameter wheel arm includes a second support member and a second moving body, The base end portion of the second support member constitutes the base end portion of the small-diameter wheel arm,
  • the second moving body includes a third joint body, a fourth joint body, a second absorber, a second rod, and a second elastic member, and the second rod moves to the second support member.
  • the second absorber includes a second cylinder having an opening at its tip, and a second spring arranged inside the second cylinder.
  • the motion control means further comprises a second stepping motor having a second motor shaft, a third stepping motor having a third motor shaft, and a position sensor,
  • the second stepping motor is supported by the first support member, the second motor shaft is connected to the base end of the first joint body,
  • the third stepping motor is supported by the second support member, the third motor shaft is connected to the base end of the third joint,
  • the position sensor is capable of detecting that the cam arm has reached a rotation start position in the first direction or a rotation start position in the second direction, While the large-diameter wheel arm rotates in the second direction, the operation control means extends the large-diameter wheel arm so that the cam arm rotates in the second direction.
  • the control device rotates the second motor shaft of the second stepping motor forward, thereby moving the first joint body and the second The joint body becomes linear, and the first cylinder, the first spring, the first rod, and the first elastic member are moved to the generator side, and the large-diameter wheel arm While rotating in the second direction, the first elastic member contacts the large diameter wheel, While the large-diameter wheel arm rotates in the first direction, the operation control means contracts the large-diameter wheel arm so that the cam arm rotates in the first direction.
  • the control device When the position sensor detects that the start position has been reached, the control device reversely rotates the second motor shaft of the second stepping motor, thereby moving the first joint body and the second The joint body becomes bent, and the first cylinder, the first spring, the first rod, and the first elastic member move toward the cam wheel, and the large diameter wheel While the arm rotates in the first direction, the first elastic member does not contact the large diameter wheel, While the small-diameter wheel arm rotates in the second direction, the operation control means extends the small-diameter wheel arm so that the cam arm moves to the rotation start position in the second direction.
  • the control device causes the third stepping motor to rotate.
  • the operation shifts to the second mode in which the small-diameter wheel is brought into contact with the arm mechanism, and operates in the second mode.
  • the operation is shifted to the first mode.
  • FIG. 4 is a schematic plan view which shows operation
  • (A), (B), and (C) are side views showing a large-diameter wheel arm of a modification.
  • (A), (B), and (C) are side views showing a small-diameter wheel arm of a modified example.
  • (A) and (B) are side views showing an urging means of a modification.
  • (A) and (B) are side views showing an urging means of a modification.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a power generation system 1 according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a side view showing the arm mechanism 3 included in the power generation system 1 according to the embodiment of the invention.
  • 3 and 4 are side views showing part of the arm mechanism 3 (the hatched areas in FIGS. 3 and 4 are sectional views).
  • 5A and 5B are side views showing the large-diameter wheel arm 10 included in the power generation system 1.
  • FIG. 6A and 6B are side views showing the small-diameter wheel arm 11 included in the power generation system 1.
  • FIG. 7(A) and 7(B) are side views showing the biasing means 13 included in the power generation system 1.
  • the power generation system 1 can generate power by being installed in rivers, waterways, coasts, places with strong winds, and the like.
  • the power generation system 1 includes a cam device 2, an arm mechanism 3, a power generator 4, and operation control means.
  • the cam device 2 has a cam member 7 with a cam 6 protruding from the outer peripheral surface, and the cam member 7 is rotated by water power or wind power.
  • the cam member 7 is composed of a cam wheel with the cam 6 protruding from the outer peripheral surface, but the present invention does not limit the cam member 7 to be composed of a cam wheel. 7 may be, for example, a member from which the cam 6 protrudes from the outer peripheral surface of an elongated cylindrical body. In the illustrated example, four cams 6 are formed on the outer peripheral surface of the cam member 7, but the number of cams 6 formed on the outer peripheral surface of the cam member 7 can be one or any number.
  • Means for rotating the cam member 7 by hydraulic power or wind power are not particularly limited, but for example, the turbine, transmission, belt mechanism, and coupling disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-168799) can be used.
  • the cam device 2 is provided with a cam member 7, a main drive shaft 8, and a clutch mechanism (not shown).
  • a turbine consists of multiple blades attached in the circumferential direction of a rotating shaft.
  • the rotating shaft rotates around the axis by applying hydraulic power or wind power to these blades.
  • a transmission consists of an input shaft that rotates when the torque of the rotary shaft is transmitted, an output shaft that rotates when the torque of the input shaft is transmitted, and an input rotation speed, which is the number of rotations per unit time of the input shaft.
  • An input rotation speed sensor that measures the output rotation speed sensor that measures the output rotation speed that is the rotation speed per unit time of the output shaft, and the input rotation speed and the output so that the output rotation speed is constant and a control means for controlling a gear ratio, which is a ratio to the number of revolutions.
  • the belt mechanism connects the rotating shaft of the turbine and the input shaft of the transmission.
  • the coupling connects the output shaft of the transmission and the main drive shaft 8 of the cam device 2 . Torque of the output shaft of the transmission is transmitted to the main drive shaft 8 via this coupling, thereby rotating the main drive shaft 8 .
  • the output shaft of the transmission and the main drive shaft 8 may be connected by a known means other than a coupling to transmit the torque of the output shaft of the transmission to the main drive shaft 8 (for example, the transmission If a belt is provided around the output shaft of the transmission and the main drive shaft 8, the torque of the output shaft of the transmission can be transmitted to the main drive shaft 8 via this belt).
  • the clutch mechanism of the cam device 2 can switch between connection and disconnection between the main drive shaft 8 and the cam member 7 . When the main drive shaft 8 and the cam member 7 are connected, the torque of the main drive shaft 8 is transmitted to the cam member 7 so that the cam member 7 rotates.
  • the arm mechanism 3 is arranged between the cam device 2 and the generator 4, and rotates when the cam 6 comes into contact with it while the cam member 7 is rotating.
  • the arm mechanism 3 includes a cam arm 9 , a large-diameter wheel arm 10 , a small-diameter wheel arm 11 , a main shaft 12 and biasing means 13 .
  • the end portion closer to the main shaft 12 is referred to as the "base end portion” and the end portion farther from the main shaft 12 is referred to as the "tip end portion”.
  • the cam arm 9 includes a main shaft penetrating member 14 that constitutes its base end, and a cam arm main body 15 extending from the main shaft penetrating member 14 .
  • the main shaft penetrating member 14 (corresponding to the base end portion of the cam arm 9) includes an upper plate 16, a lower plate 17 arranged below the upper plate 16 with a gap therebetween, and an upper plate 16 extending vertically.
  • a connecting plate 18 connecting the intermediate portion and the intermediate portion of the lower plate 17 is provided.
  • the space between the upper plate 16 and the lower plate 17 closer to the cam device 2 than the connecting plate 18 is referred to as a space 19 (FIG. 2).
  • a space on the generator 4 side is referred to as a space 20 (FIG. 20).
  • the base end portion 21 a of the large-diameter wheel arm 10 and the base end portion 29 a of the small-diameter wheel arm 11 are arranged in the space 20 .
  • the upper plate 16 is positioned above the base end portion 21 a of the large-diameter wheel arm 10 and the base end portion 29 a of the small-diameter wheel arm 11
  • the lower plate 17 is positioned above the base end portion 29 a of the large-diameter wheel arm 10 . It is positioned below the end portion 21 a and the base end portion 29 a of the small-diameter wheel arm 11 .
  • the cam arm body 15 extends from the connecting plate 18 to the cam device 2 side.
  • a through hole 96 (FIGS. 1, 3, and 4) is formed in the base end portion 15a of the cam arm body 15 positioned in the space 19, and the through hole 96 is provided with a first stepping motor 48, which will be described later.
  • One motor shaft 47 is passed through.
  • the large-diameter wheel arm 10 includes a first support member 21 and a first moving body 22 .
  • the base end portion 21 a of the first support member 21 constitutes the base end portion of the large-diameter wheel arm 10 .
  • a spacer 23 fixed to the main shaft 12 using a fixing pin 24 is arranged in the space 20, and the base end portion 21a of the first support member 21 is arranged between the spacer 23 and the lower plate 17. be done.
  • the first moving body 22 includes a first joint body 25, a second joint body 26, a first rod 27, and a first elastic member .
  • the distal end portion of the first joint body 25 and the proximal end portion of the second joint body 26 are hinged, and the distal end portion of the second joint body 26 and the proximal end portion of the first rod 27 are connected. It is hinged and the first rod 27 is movably supported by the first support member 21 .
  • the first elastic member 28 extends from the tip of the first rod 27 and constitutes the tip of the large-diameter wheel arm 10 .
  • the small-diameter wheel arm 11 includes a second support member 29 and a second moving body 30 .
  • the base end portion 29 a of the second support member 29 constitutes the base end portion of the small-diameter wheel arm 11 and is arranged between the spacer 23 and the upper plate 16 .
  • the second moving body 30 includes a third joint 31, a fourth joint 32, a second rod 33, and a second elastic member .
  • the distal end of the third joint 31 and the proximal end of the fourth joint 32 are hinge-connected, and the distal end of the fourth joint 32 and the proximal end of the second rod 33 are connected.
  • a second rod 33 is movably supported by the second support member 29 through hinge connection.
  • the second elastic member 34 extends from the tip of the second rod 33 and constitutes the tip of the small-diameter wheel arm 11 .
  • the biasing means 13 biases the cam arm 9 in a second direction opposite to the first direction each time the cam arm 9 rotates in the first direction. By the biasing by the biasing means 13, the cam arm 9 rotates in the first direction, then reverses and rotates in the second direction (see FIGS. 1, 8, and 9).
  • the biasing means 13 is arranged below the lower plate 17 and includes a base plate 35, a coil spring 36 arranged on the base plate 35, and an annular plate supported by the upper end of the coil spring 36. 37 , rollers 38 rotatably attached to the upper surface of the annular plate 37 , and guide rods 39 .
  • the main shaft 12 extends in the vertical direction, and includes a main shaft penetrating member 14 (corresponding to the base end portion of the cam arm 9), a base end portion 21a of the first support member 21 (the base end portion of the large-diameter wheel arm 10). part) and the base end portion 29a of the second support member 29 (corresponding to the base end portion of the small-diameter wheel arm 11).
  • the main shaft 12 extends upward from the base plate 35 , passes through the inner side of the coil spring 36 and the inner side of the annular plate 37 in order, and then reaches the lower plate 17 and the base end portion 21 a of the first support member 21 . (corresponding to the base end of the large-diameter wheel arm 10), the spacer 23, the base end 29a of the second support member 29 (corresponding to the base end of the small-diameter wheel arm 11), and the upper plate 16 sequentially. .
  • the spacer 23 is fixed to the main shaft 12 by the fixing pin 24 penetrating the spacer 23 and piercing the main shaft 12 .
  • a convex portion 46 is formed on the lower surface of the lower plate 17. As shown in FIGS. 2 to 4 and 7, a convex portion 46 is formed on the lower surface of the lower plate 17. As shown in FIGS. The convex portion 46 has a tapered surface 45 (FIG. 7), and the tapered surface 45 is inclined in the second direction toward the lower side.
  • the timing at which the cam arm 9 reverses from the first direction to the second direction is the timing at which the cam 6 that has been in contact with the cam arm 9 stops contacting the cam arm 9 as the cam member 7 rotates. be done.
  • the guide rod 39 guides the vertical movement of the annular plate 37 and is provided outside the coil spring 36 .
  • the guide rod 39 extends upward from the base plate 35 and penetrates the annular plate 37 , and bolts 40 are fastened to the upper ends of the guide rods 39 extending from the annular plate 37 .
  • bolts 40 are fastened to the upper ends of the guide rods 39 extending from the annular plate 37 .
  • the guide rod 39 is not necessarily required and may be omitted.
  • the generator 4 (Fig. 1) comprises a rotating body 44 in which a small-diameter wheel 41 and a large-diameter wheel 42 having a larger outer diameter than the small-diameter wheel 41 are attached to a rotary shaft 43.
  • the arm mechanism 3 contacts the outer peripheral surface of either the small-diameter wheel 41 or the large-diameter wheel 42 during rotation of the arm mechanism 3 , thereby rotating the rotating body 44 . It generates electricity by converting the rotational energy of the motor into electrical energy.
  • the motion control means While operating in the first mode in which the arm mechanism 3 is brought into contact with the large-diameter wheel 42, the motion control means moves the arm mechanism 3 to the small-diameter wheel in response to the rotation speed of the rotor 44 increasing to the first value.
  • the second Transition In response to the transition to the second mode of operation for contacting the wheel 41 and the rotation speed of the rotating body 44 decreasing to a second value that is equal to or less than the first value while operating in the second mode, the second Transition to one mode of operation.
  • FIG. 8 is a schematic plan view showing the operation in the first mode. After rotating only the large-diameter wheel arm 10 of the large-diameter wheel arm 10 and the small-diameter wheel arm 11 together with the cam arm 9 in the first direction, the operation control means operates in the first mode. , reverses and rotates in the second direction, and while the large-diameter wheel arm 10 rotates in the first direction, the large-diameter wheel arm 10 is in a contracted state.
  • the large-diameter wheel arm 10 By keeping the large-diameter wheel arm 10 in an extended state while the large-diameter wheel arm 10 rotates in the second direction without contacting the large-diameter wheel arm 10 with the large-diameter wheel 42, the large-diameter wheel The arm 10 is brought into contact with the outer peripheral surface of the large-diameter wheel 42 . As a result, a large torque corresponding to the diameter of the large-diameter wheel 42 is applied to the rotating body 44 .
  • FIG. 9 is a schematic plan view showing the operation in the second mode.
  • the operation control means rotates only the small-diameter wheel arm 11 of the large-diameter wheel arm 10 and the small-diameter wheel arm 11 together with the cam arm 9 in the first direction as the operation in the second mode.
  • the small-diameter wheel arm 11 is reversed and rotated in the second direction, and the small-diameter wheel arm 11 is contracted while the small-diameter wheel arm 11 rotates in the first direction.
  • the small-diameter wheel arm 11 is not brought into contact with the small-diameter wheel 41, and while the small-diameter wheel arm 11 rotates in the second direction, the small-diameter wheel arm 11 is in an extended state, so that the small-diameter wheel arm 11 is kept in contact with the small-diameter wheel 41. It is brought into contact with the outer peripheral surface of a small small-diameter wheel 41 .
  • the motion control means uses a first stepping motor 48 having a first motor shaft 47 and a second motor shaft 49 (FIGS. 2 and 5) as means for executing the first and second modes of operation.
  • a second stepping motor 50 having a third stepping motor 52 having a third motor shaft 51 (FIGS. 2 and 6); a first cam 53; a second cam 54; a first stopper 55; 56, a first stopper spring 57 (FIGS. 3 and 4), a second stopper spring 58 (FIGS. 3 and 4), a rotation sensor 59 (FIG. 10), a position sensor 60 (FIG. 10), and a control a device 61 (FIG. 10).
  • the first cam 53 and the second cam 54 are attached to the first motor shaft 47 of the first stepping motor 48 with a gap therebetween.
  • the first cam 53 and the second cam 54 have the same shape, but are attached to the first motor shaft 47 in different directions.
  • the first cam 53 and the second cam 54 are elliptical, and the first motor shaft 47 is rotated so that the orientation of the first cam 53 is perpendicular to the orientation of the second cam 54 . attached to the
  • the first stepping motor 48 has a first motor shaft 47 extending vertically in the space 19, and a first cam 53 extending at the base end portion 21a of the first support member 21 (corresponding to the base end portion of the large-diameter wheel arm 10). ), and the second cam 54 is supported by the upper plate 16 or the lower plate 17 so as to face the base end portion 29a of the second support member 29 (corresponding to the base end portion of the small-diameter wheel arm 11). (In the illustrated example, the first stepping motor 48 is supported by the top plate 16).
  • the first stopper 55 is movable between the base end portion 21 a of the first support member 21 (corresponding to the base end portion of the large-diameter wheel arm 10 ) and the first cam 53 . 62 (FIGS. 3 and 4).
  • the first stopper spring 57 is a coil spring through which the first stopper 55 is passed, and is sandwiched between the first flange portion 55 a and the connecting plate 18 .
  • the first flange portion 55a protrudes from the outer circumference of the first stopper 55. As shown in FIG.
  • the second stopper 56 is movable between the base end portion 29 a of the second support member 29 (corresponding to the base end portion of the small-diameter wheel arm 11 ) and the second cam 54 . (Figs. 3 and 4).
  • the second stopper spring 58 is a coil spring through which the second stopper 56 is passed, and is sandwiched between the second collar portion 56 a and the connecting plate 18 .
  • the second collar portion 56 a protrudes from the outer circumference of the second stopper 56 .
  • a base end portion 21a (corresponding to the base end portion of the large-diameter wheel arm 10) of the first support member 21 is fitted with a first recess portion 64 (FIGS. 3 and 4) for fitting one end portion of the first stopper 55. ) is formed.
  • a second concave portion 65 (FIGS. 3 and 4) for fitting one end portion of the second stopper 56 to the base end portion 29a of the second support member 29 (corresponding to the base end portion of the small-diameter wheel arm 11). is formed.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing an enlarged part of the arm mechanism 3.
  • FIG. 11 in order to smoothly fit one end of the first stopper 55 into the first recess 64 (see FIG. 3), a third recess 66 is formed in the spacer 23 as shown in FIG.
  • a first fixed plunger 67 is provided on one support member 21 .
  • the first fixed plunger 67 is fixed to the first support member 21 and includes a first cylinder 68 that opens toward the spacer 23, a spring 69 that is arranged in the first cylinder 68, and a spring 69 that faces the spacer 23. and a first ball 70 attached to the end of the .
  • the third recess 66 is formed at a position facing the first ball 70 . As shown in FIG.
  • one end of the first stopper 55 is not fitted into the first concave portion 64, so that the large-diameter wheel arm 10 does not rotate together with the cam arm 9.
  • the movement of the large-diameter wheel arm 10 can be stopped by fitting the first ball 70 into the third recess 66 due to the elasticity of the spring 69 .
  • the cam arm 9 extends in the same straight line as the large-diameter wheel arm 10
  • the first cam 53 presses the first stopper 55 , causing one end of the first stopper 55 to move. can be smoothly fitted into the first concave portion 64 .
  • the spacer 23 is formed with a fourth recess 90 as shown in FIG.
  • the member 29 is provided with a second fixed plunger 91 .
  • the second fixed plunger 91 is fixed to the second support member 29 and includes a second cylinder 92 that opens toward the spacer 23, a spring 94 that is arranged in the second cylinder 92, and a spring 94 that faces the spacer 23. and a second ball 95 attached to the end of the .
  • the fourth recess 90 is formed at a position facing the second ball 95 . As shown in FIG.
  • one end of the second stopper 56 is not fitted into the second concave portion 65, so that while the small-diameter wheel arm 11 is not rotating together with the cam arm 9, as shown in FIG. ), the movement of the small-diameter wheel arm 11 can be stopped by fitting the second ball 95 into the fourth recess 90 due to the elasticity of the spring 94 .
  • the cam arm 9 extends on the same straight line as the small-diameter wheel arm 11
  • the second stopper 56 is pressed by the second cam 54, and one end of the second stopper 56 is pushed. It can be smoothly fitted into the second concave portion 65 .
  • the second stepping motor 50 is supported by the first support member 21, and the second motor shaft 49 is connected to the base end of the first joint body 25 (Figs. 2 and 5).
  • the second motor shaft 49 By rotating the second motor shaft 49 forward, the first joint 25 and the second joint 26 are straightened, and the pressure of the second joint 26 causes the first rod 27 and the first elastic member 28 to generate electricity. It moves to the machine 4 side (Fig. 5(B)).
  • the large-diameter wheel arm 10 is extended.
  • the second motor shaft 49 in the reverse direction the first joint 25 and the second joint 26 are bent, and the first rod 27 and the first elastic member 28 are pulled by the second joint 26 to form a cam. It moves to the device 2 side (Fig. 5(A)).
  • the large-diameter wheel arm 10 is contracted.
  • the third stepping motor 52 is supported by the second support member 29, and the third motor shaft 51 is connected to the base end of the third joint 31 (Figs. 2 and 6).
  • the third motor shaft 51 By rotating the third motor shaft 51 forward, the third joint 31 and the fourth joint 32 are straightened, and the pressure of the fourth joint 32 causes the second rod 33 and the second elastic member 34 to generate electricity. It moves to the machine 4 side (Fig. 6(B)).
  • the small-diameter wheel arm 11 is extended.
  • the third motor shaft 51 in the reverse direction the third joint 31 and the fourth joint 32 are bent, and the pulling of the fourth joint 32 causes the second rod 33 and the second elastic member 34 to become cams. It moves to the device 2 side (Fig. 6(A)).
  • the small-diameter wheel arm 11 is contracted.
  • the rotation sensor 59 is installed in the generator 4 and measures the rotation speed of the rotor 44 (Fig. 1) (the number of rotations of the rotor 44 per unit time).
  • a known optical sensor or ultrasonic sensor can be used as the rotation sensor 59 .
  • the position sensor 60 detects when the cam arm 9 reaches the rotation start position (FIGS. 8 and 9) in the first direction and when the cam arm 9 reaches the rotation start position (FIGS. 8 and 9) in the second direction. ) can be detected.
  • the position sensor 60 an optical sensor or a sensor that can specify the position of the cam arm by contacting the limit switch with the cam arm can be used.
  • the control device 61 is, for example, a small computer provided on a control panel (not shown) of the power generation system 1.
  • the control device 61 includes a CPU, memory, interface, and input device.
  • the control device 61 is connected to the rotation sensor 59, the position sensor 60, and the first, second, and third stepping motors 48, 50, 52 via an interface. and to rotate the first, second and third motor shafts 47, 49 and 51 forward and backward, respectively.
  • control device 61 performs the processing shown in FIG. 12 by executing the program stored in the memory by the CPU.
  • the cam member 7 is rotated by water power or wind power
  • the cam 6 comes into contact with the arm mechanism 3, and the arm mechanism 3 is sequentially rotated in the first direction and the second direction.
  • it is started in response to execution of a predetermined operation on the input section of the control device 61 .
  • the processing of S1 to S5 in FIG. 12 implements the above-described first mode operation
  • the processing of S7 to S11 in FIG. 12 implements the above-described second mode operation.
  • the processing shown in FIG. 12 will be described below.
  • the control device 61 causes the first motor shaft 47 of the first stepping motor 48 to rotate forward in response to a predetermined operation being performed on the input section (S1). Thereby, as shown in FIG. , 11, only the large-diameter wheel arm 10 rotates together with the cam arm 9 in the first direction, then reverses and rotates in the second direction (FIG. 8).
  • the control device 61 controls the period from when the second motor shaft 49 was reversely rotated last time to when the second motor shaft 49 is reversely rotated this time (between S5 of the previous time and S5 of this time). ), it is determined whether or not the rotation sensor 59 has detected that the rotation speed of the rotor 44 has increased to the first value (S6). While the rotational speed of the rotating body 44 has not increased to the first value, the control device 61 determines NO in S6 and repeats S2 to S6. During each of S3 to S5 (while the large-diameter wheel arm 10 rotates in the second direction), the first elastic member 28 of the large-diameter wheel arm 10 contacts the large-diameter wheel 42. (Fig. 4).
  • the control device 61 determines YES in S6, and the first stepping motor The first motor shaft 47 of 48 is rotated in reverse (S7).
  • S7 the first motor shaft 47 of 48 is rotated in reverse.
  • one end of the first stopper 55 is disengaged from the first recess 64 and one end of the second stopper 56 is fitted into the second recess 65 . 11, only the small-diameter wheel arm 11 rotates together with the cam arm 9 in the first direction, then reverses and rotates in the second direction (FIG. 9).
  • the control device 61 rotates the third stepping motor 52.
  • the third motor shaft 51 is rotated forward (S9).
  • the small-diameter wheel arm 11 rotates in the second direction, the small-diameter wheel arm 11 is in an extended state (FIG. 6B), and the second elastic member of the small-diameter wheel arm 11 34 contacts the small diameter wheel 41 .
  • the control device 61 rotates the third stepping motor 52.
  • the third motor shaft 51 is rotated in reverse (S11).
  • the small-diameter wheel arm 11 rotates in the first direction
  • the small-diameter wheel arm 11 is in a contracted state (FIG. 6A) and does not come into contact with the rotating small-diameter wheel 41 ( Figure 9). This prevents the rotation speed of the rotor 44 (FIG. 1) from decreasing.
  • the control device 61 controls the period from when the third motor shaft 51 was reversely rotated last time to when the third motor shaft 51 is reversely rotated this time (between S11 of the previous time and S11 of this time). ), it is determined whether or not the rotation sensor 59 has detected that the rotation speed of the rotor 44 has decreased to the second value (S12). While the rotation speed of the rotating body 44 has not decreased to the second value, the control device 61 determines NO in S12 and repeats S8 to S12. 11 rotates in the second direction), the second elastic member 34 of the small-diameter wheel arm 11 contacts the small-diameter wheel 41 . In this interval, the rotation speed of the rotating body 44 is maintained or increased due to the small outer diameter of the wheel with which the arm mechanism 3 contacts.
  • the control device 61 determines YES in S12 and returns to S1.
  • the first motor shaft 47 of the first stepping motor 48 is rotated forward, one end of the second stopper 56 is disengaged from the second recess 65, and one end of the first stopper 55 is fitted into the first recess 64.
  • the large-diameter wheel arm 10 rotates together with the cam arm 9 in the first direction, then reverses and rotates in the second direction. is executed.
  • the operation in the first mode of bringing the arm mechanism 3 into contact with the large-diameter wheel 42 is performed until the rotation speed of the rotating body 44 rises to the first value.
  • a large torque can be applied to the rotating body 44 until the rotational speed of the rotating body 44 rises to the first value.
  • the arm mechanism 3 is shifted to the operation of the second mode in which the small-diameter wheel 41 is brought into contact with the arm mechanism 3 .
  • the outer diameter of the wheel with which the arm mechanism 3 is brought into contact is reduced (i.e., the wheel with which the arm mechanism 3 is brought into contact is replaced with a large-diameter wheel). 42 to a smaller diameter wheel 41), the speed of rotation of the rotor 44 can be maintained or increased.
  • the amount of power generated by the generator 4 can be increased and the amount of power generated by the generator 4 can be maintained.
  • a first moving body 72 shown in FIG. 13 is used instead of the first moving body 22 shown in FIG. 5, and a second moving body 87 shown in FIG. 14 is used instead of the second moving body 30 shown in FIG. (i.e., the large-diameter wheel arm 10 comprises a first support member 21 and a first moving body 72 shown in FIG. 13, the small-diameter wheel arm 11 comprises a second support member 29, and the second moving body 87 shown in FIG. 14).
  • the first moving body 72 includes a first joint body 73, a second joint body 74, a first absorber 75, a first rod 76, and a first elastic member 77.
  • the first rod 76 is movably supported by the first support member 21 .
  • the first absorber 75 comprises a first cylinder 78 having an opening at its tip and a first spring 79 arranged inside the first cylinder 78 .
  • the distal end portion of the first joint body 73 and the proximal end portion of the second joint body 74 are hinged, and the distal end portion of the second joint body 74 and the proximal end portion of the first cylinder 78 are connected. They are hinged, the proximal end of the first spring and the proximal end of the first cylinder 78 are connected, and the distal end of the first spring 79 and the proximal end of the first rod 76 are connected.
  • the first elastic member 77 extends from the tip of the first rod 76 and constitutes the tip of the large-diameter wheel arm 10 .
  • a second motor shaft 49 of the second stepping motor 50 is connected to the base end of the first joint body 73 .
  • the second moving body 87 includes a third joint 80, a fourth joint 81, a second absorber 82, a second rod 83, and a second elastic member 84.
  • the second rod 83 is movably supported by the second support member 29 .
  • the second absorber 82 includes a second cylinder 85 having an opening at its tip and a second spring 86 arranged inside the second cylinder 85 .
  • the distal end of the third joint 80 and the proximal end of the fourth joint 81 are hinged, and the distal end of the fourth joint 81 and the proximal end of the second cylinder 85 are connected. It is hinged, and the distal end of the second spring 86 and the proximal end of the second rod 83 are connected.
  • the second elastic member 84 extends from the tip of the second rod 83 and constitutes the tip of the small-diameter wheel arm 11 .
  • a third motor shaft 51 of the third stepping motor 52 is connected to the base end of the third joint body 80 .
  • the operation control means moves the large-diameter wheel arm 10 Let it be in an extended state (FIGS. 8 and 13(B)). This is because when the position sensor 60 detects that the cam arm 9 has reached the rotation start position in the second direction (YES in S2 of FIG. 12), the control device 61 causes the second stepping motor 50 to rotate. By rotating the second motor shaft 49 forward (S3 in FIG.
  • the first joint body 73 and the second joint body 74 become linear, and the first cylinder 78, the first spring 79, the first This is achieved by moving the rod 76 and the first elastic member 77 toward the generator 4 (left side in FIG. 13) (FIG. 13(B)).
  • the first elastic member 77 contacts the large-diameter wheel 42 (FIG. 8).
  • the operation control means causes the large-diameter wheel arm 10 to contract (FIGS. 8 and 13(A)).
  • the control device 61 causes the second stepping motor 50 to rotate.
  • the second motor shaft 49 By rotating the second motor shaft 49 in reverse (S5 in FIG. 12), the first joint 73 and the second joint 74 are bent, and the first cylinder 78, the first spring 79, the first rod 76 and the first elastic member 77 are realized by moving toward the cam device 2 (right side in FIG. 13) (FIG. 13(A)).
  • the first elastic member 77 does not come into contact with the large-diameter wheel 42 while the large-diameter wheel arm 10 rotates in the first direction (FIG. 8).
  • the operation control means causes the small-diameter wheel arm 11 to extend (FIGS. 9 and 14(B)).
  • the control device 61 causes the third stepping motor 52 to rotate.
  • the third motor shaft 51 forward (S9 in FIG. 12)
  • the third joint 80 and the fourth joint 81 become linear
  • the second cylinder 84, the second spring 84, the second rod 83 and the second elastic member 84 are realized by moving to the generator 4 side (left side in FIG. 14) (FIG. 14(B)).
  • the first elastic member 77 contacts the large-diameter wheel 42 (FIG. 9).
  • the operation control means causes the small-diameter wheel arm 11 to contract (FIGS. 9 and 14(A)).
  • the control device 61 causes the third stepping motor 52 to rotate.
  • the third motor shaft 51 By rotating the third motor shaft 51 in the reverse direction (S11 in FIG. 12), the third joint 80 and the fourth joint 81 are bent, and the second spring 84 pulls the second rod 83 and This is realized by moving the second elastic member 84 toward the cam device 2 (right side in FIG. 14) (FIG. 14(A)).
  • the second elastic member 84 does not contact the small-diameter wheel 41 while the small-diameter wheel arm 11 rotates in the first direction (FIG. 9).
  • FIG. 13C shows the first moving body 72 when the first elastic member 77 is strongly pressed against the large-diameter wheel 42.
  • 14(C) shows the state of the second moving body 87 when the second elastic member 84 is strongly pressed against the small-diameter wheel 41).
  • the large-diameter wheel 42 is provided below the small-diameter wheel 41, and the large-diameter wheel arm 10 is provided below the small-diameter wheel arm 11.
  • the diameter wheel 42 may be provided above the small-diameter wheel 41 and, accordingly, the large-diameter wheel arm 10 may be provided above the small-diameter wheel arm 11 .
  • the main shaft 12 sequentially passes through the inner side of the coil spring 36 and the inner side of the annular plate 37, and then the lower plate 17 and the base end portion 29a of the second support member 29 (corresponding to the base end portion of the small-diameter wheel arm 11). , the spacer 23, the base end portion 21a of the first support member 21 (corresponding to the base end portion of the large-diameter wheel arm 10), and the upper plate 16 in this order.
  • the spacer 23 is provided between the base end portion of the large-diameter wheel arm and the base end portion of the small-diameter wheel arm. good.
  • the third recess 66, the first fixed plunger 67, the fourth recess 90, and the second fixed plunger 91 shown in FIG. 11 are also omitted, but these configurations are omitted.
  • the first stopper 55 is pressed by the first cam 53 to fit one end of the first stopper 55 into the first concave portion 64, or as shown in FIG. , it is possible to fit one end of the second stopper 56 into the second concave portion 65 by pressing the second stopper 56 by the second cam 54 .
  • the base end portion of the cam arm 9 is configured by the main shaft penetrating member 14, but the structure of the base end portion of the cam arm 9 can also realize the functions of the present invention described above. can be modified into various structures. Even if the structure of the base end portion of the cam arm 9 is changed, or if the spacer 23 is omitted as described above, the main shaft 12 can be connected to the base end portion of the cam arm 9 and the large-diameter wheel arm 10 . By passing through the base end portion 21a and the base end portion 29a of the small-diameter wheel arm 11, the cam arm 9, the large-diameter wheel arm 10, and the small-diameter wheel arm 11 can be rotated in the same manner as described above. can be generated.
  • one main shaft 12 is connected to the base end portion of the cam arm 9 (the main shaft penetrating member 14), the base end portion 21a of the large-diameter wheel arm 10, and the base end portion of the small-diameter wheel arm 11. 29 a is shown, but the shaft penetrating the base end of the cam arm 9 , the shaft penetrating the base end 29 a of the small-diameter wheel arm 11 , and the base end of the large-diameter wheel arm 10 21a may be provided separately.
  • the arm mechanism 3 includes the large-diameter wheel arm 10 as the arm for contacting the large-diameter wheel 42, and the small-diameter wheel arm 11 as the arm for contacting the small-diameter wheel 41.
  • one arm may be brought into contact with the large-diameter wheel 42 and the small-diameter wheel 41 .
  • the motion control means moves the arm in response to the rotational speed of the rotating body 44 increasing to the first value while operating in the first mode in which the arm contacts the large-diameter wheel 42.
  • the arm By moving the arm to the position facing the small-diameter wheel 41, the arm is shifted to the second mode of operation in which the arm contacts the small-diameter wheel 41, and while the arm is operating in the second mode, the rotation speed of the rotating body 44 reaches the first value.
  • the operation in the first mode is performed.
  • biasing means provided in the power generation system of the present invention is not limited to the biasing means 13 shown in the above embodiment.
  • the power generation system of the present invention may comprise, for example, biasing means 100 shown in FIG.
  • the biasing means 100 includes a base plate 101, a first coil spring 102 arranged on the base plate 101, a first annular plate 103 supported by the upper end of the first coil spring 102, and a first annular plate 103.
  • a first roller 104 rotatably attached to the upper surface, a first guide rod 105, a top plate 106, a second coil spring 107 arranged under the top plate 106, and supported by the lower end of the second coil spring 107.
  • a second annular plate 108 , a second roller 109 rotatably attached to the lower surface of the second annular plate 108 , and a second guide rod 110 .
  • the base plate 101 , first coil spring 102 , first annular plate 103 , first roller 104 and first guide rod 105 are arranged below the lower plate 17 .
  • the top plate 106 , the second coil spring 107 , the second annular plate 108 , the second roller 109 and the second guide rod 110 are arranged above the top plate 16 .
  • the main shaft 12 has its lower end joined to the base plate 101 and its upper end joined to the top plate 106 .
  • the main shaft 12 extends upward from the base plate 101, passes through the inner side of the first coil spring 102 and the inner side of the first annular plate 103 sequentially, and then the lower plate 17 and the base end portion 21a ( (corresponding to the base end portion of the large-diameter wheel arm 10), the spacer 23, the base end portion 29a of the second support member 29 (corresponding to the base end portion of the small-diameter wheel arm 11), and the upper plate 16 sequentially. Then, it passes through the inner side of the second annular plate 108 and the inner side of the second coil spring 107 in order to reach the top plate 106 .
  • the spacer 23 is fixed to the main shaft 12 by inserting the fixing pin 24 into the main shaft 12 through the spacer 23 in the same manner as in the above embodiment.
  • a first convex portion 121 having a first tapered surface 120 is formed on the lower surface of the lower plate 17 (FIGS. 16(B) and 17(B)), and the first tapered surface 120 becomes Slanted in a second direction.
  • a second convex portion 123 having a second tapered surface 122 is formed on the upper surface of the upper plate 16 (FIGS. 16A and 17A). Slanted in a second direction.
  • the first tapered surface 120 presses the first roller 104 due to the rotation of the first protrusion 121 in the first direction. Then, the first roller 104 rolls from the upper side to the lower side of the first tapered surface 120, and the first annular plate 103 applies downward force to the first coil spring 102, and the first coil spring 102 is compressed. (from the state of FIG. 16(B) to the state of FIG. 17(B)), and the rotation of the second convex portion 123 in the first direction causes the second tapered surface 122 to move toward the second roller.
  • the two-coil spring 107 is in a compressed state (from the state in FIG. 16(A) to the state in FIG. 17(A)).
  • the first guide rod 105 guides the vertical movement of the first annular plate 103 and is provided outside the first coil spring 102 .
  • the first guide rod 105 extends upward from the base plate 101 and penetrates the first annular plate 103.
  • a first bolt 130 is attached to the upper end of the first guide rod 105 extending from the first annular plate 103. is concluded.
  • the first coil spring 102 applies an upward force to the first annular plate 103 due to the elastic return of the first coil spring 102 , the first annular plate 103 comes into contact with the first bolt 130 , thereby causing the first annular plate 103 to Stop (FIG. 16(B) shows a state in which the first annular plate 103 is in contact with the first bolt 130).
  • the second guide rod 110 guides the vertical movement of the second annular plate 108 and is provided outside the second coil spring 107 .
  • the second guide rod 110 extends downward from the top plate 106 and penetrates the second annular plate 108.
  • a second bolt 131 is attached to the lower end of the second guide rod 110 extending from the second annular plate 108. is concluded.
  • the force of the two coil springs 102 and 107 acts on the cam arm 9, so that even if the rotation resistance of the rotating body 44 of the generator 4 is large, Contact between the large-diameter wheel arm 10 and the large-diameter wheel 42 or contact between the small-diameter wheel arm 11 and the small-diameter wheel 41 rotates the rotating body 44, thereby causing the generator 4 to generate power. be able to.
  • the first guide rod 105 and the second guide rod 110 are not necessarily required and may be omitted.
  • the large-diameter wheel 42 may be provided above the small-diameter wheel 41, and the large-diameter wheel arm 10 may be provided above the small-diameter wheel arm 11.
  • the main shaft 12 extends upward from the base plate 101, passes through the inner side of the first coil spring 102 and the inner side of the first annular plate 103 in sequence, and then the lower plate 17 and the base end of the first support member 21.

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Abstract

回転体の回転速度が第一値に上昇するまでの間、回転体に大きなトルクを加え、回転体の回転速度が第一値に上昇した後では、アーム機構を接触させるホイールの外径を小さくできる発電システムを提供する。本発明の発電システム１は、水力或いは風力でカム部材７の回転が生じることで、カム６がアーム機構３に接触してアーム機構３が回動し、当該アーム機構３の回動中にアーム機構３が回転体４４のホイール４２，４１のいずれかに接触することで回転体４４が回転する発電システムであって、大径ホイール４２にアーム機構３を接触させる第一モードの動作中に、回転体４４の回転速度が第一値に上昇したことに応じて、アーム機構３を小径ホイール４１に接触させる第二モードの動作に移行し、第二モードの動作中に回転体４４の回転速度が第二値に減少したことに応じて、第一モードの動作に移行する動作制御手段を備える。

Description

発電システム
　本発明は、水力や風力の自然エネルギーによる発電が可能な発電システムに関する。
　近年、地球温暖化を背景に環境意識が高まっていることで、水力や風力等の自然エネルギーを利用した発電が要望されているが、国土の狭い我が国では、大規模な水力発電設備・風力発電設備の新規建設が困難な状況にある。そこで本願出願人は、河川、水路、海岸、風の強い場所等に設置されることで、水力や風力の自然エネルギーによる発電が可能な特許文献１に示される発電システムを発明した。この発電システムでは、水力或いは風力によりカムホイールの回転が生じることで、カムホイールのカムがアーム機構に接触して、アーム機構が回動する。そして、このアーム機構の回動中に、アーム機構が回転体の駆動ホイールに接触することで、回転体が回転して、当該回転体の回転エネルギーが電気エネルギーに変換されて発電が行われる。
特開２０１８－１６８７９９号公報
　しかしながら特許文献１の発電システムでは、単一のホイールにアーム機構を接触させることで、回転体に加えるトルクや、アーム機構を接触させるホイールの径を、回転体の回転速度に応じて変えることができず、この点で改善の余地がある。
　本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであって、その目的は、水力或いは風力によりカム部材の回転が生じることで、カム部材のカムがアーム機構に接触して、アーム機構が回動するとともに、当該アーム機構の回動中にアーム機構が回転体のホイールに接触することで回転体が回転して、当該回転体の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電を行う発電システムであって、回転体の回転速度が第一値に上昇するまでの間、回転体に大きなトルクを加え、回転体の回転速度が第一値に上昇することが生じた後では、回転体の回転速度を維持或いはより速めるために、アーム機構を接触させるホイールの外径を小さくできる発電システムを提供することである。
　上記目的を達成するため、本発明は、次の項に記載の主題を包含する。
　項１．カムが外周面から突出しているカム部材を備え、水力或いは風力により前記カム部材が回転するカム装置と、
　前記カム部材の回転中に前記カムが接触することで回動を生じるアーム機構と、　小径ホイールと、これよりも外径の大きい大径ホイールとが回転軸に取り付けられた回転体を備え、前記アーム機構の回動中に前記アーム機構が前記小径ホイール及び前記大径ホイールのいずれかの外周面に接触することで、前記回転体の回転が生じて、前記回転体の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電を行う発電機と、
　前記アーム機構を前記大径ホイールに接触させる第一モードで動作している間に、前記回転体の回転速度が第一値に上昇したことに応じて、前記アーム機構を前記小径ホイールに接触させる第二モードの動作に移行し、前記第二モードで動作している間に、前記回転体の回転速度が前記第一値以下である第二値に減少したことに応じて、前記第一モードの動作に移行する動作制御手段とを備える、発電システム。
　項２．前記アーム機構は、カム用アームと、大径ホイール用アームと、小径ホイール用アームと、主軸と、付勢手段とを備え、
　前記主軸は、前記カム用アームの基端部、前記小径ホイール用アームの基端部、及び前記大径ホイール用アームの基端部を貫通しており、
　前記カム部材の回転で前記カムが前記カム用アームの先端部に接触するたびに、前記カム用アームには、前記カムの押圧によって、前記主軸回りの第一方向への回動が生じ、
　前記付勢手段は、前記カム用アームが前記第一方向に回動するたびに、前記第一方向とは逆の第二方向に前記カム用アームを付勢するものであり、当該付勢手段による付勢によって、前記カム用アームは、前記第一方向に回動した後、反転して、前記第二方向に回動し、
　前記動作制御手段は、
　前記第一モードの動作として、
　前記大径ホイール用アーム及び前記小径ホイール用アームのうち、前記大径ホイール用アームのみを、前記カム用アームと共に、前記第一方向に回動した後、反転して、前記第二方向に回動するものとし、且つ、前記大径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記大径ホイール用アームを縮めた状態とすることで、前記大径ホイール用アームを前記大径ホイールに接触させず、前記大径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記大径ホイール用アームを伸びた状態とすることで、前記大径ホイール用アームを前記大径ホイールに接触させ、
　前記第二モードの動作として、
　前記大径ホイール用アーム及び前記小径ホイール用アームのうち、前記小径ホイール用アームのみを、前記カム用アームと共に、前記第一方向に回動した後、反転して、前記第二方向に回動するものとし、且つ、前記小径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記小径ホイール用アームを縮めた状態とすることで、前記小径ホイール用アームを前記小径ホイールに接触させず、前記小径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記小径ホイール用アームを伸びた状態とすることで、前記小径ホイール用アームを前記小径ホイールに接触させる項１に記載の発電システム。
　項３．前記カム用アームは、主軸貫通部材と、カム用アーム本体とを備え、前記主軸貫通部材によって、前記カム用アームの基端部が構成されており、
　前記主軸貫通部材は、上板と、前記上板の下方に間隔をあけて配置される下板と、上下方向に延びて前記上板の中間部と前記下板の中間部とを繋ぐ連結板とを備え、
　前記カム用アーム本体は、前記連結板から前記カム装置側に延びており、
　前記小径ホイール用アームの基端部及び前記大径ホイール用アームの基端部は、前記上板と前記下板の間における前記連結板よりも前記発電機側の空間に配置され、
　前記付勢手段は、ベース板と、前記ベース板の上に配置されるコイルバネと、前記コイルバネの上端部に支持される環状板と、前記環状板の上面に回転可能に取り付けられるローラーとを備えるものであって、前記ベース板、前記コイルバネ、前記環状板、及び前記ローラーは、前記下板の下側に配置されており、
　前記主軸は、前記ベース板から上方に延びており、前記コイルバネの内側及び前記環状板の内側を順次通過した後、前記下板、前記大径ホイール用アームの基端部、前記主軸に固定されるスぺーサ、前記小径ホイール用アームの基端部、及び前記上板を順次貫通し、或いは、前記コイルバネの内側及び前記環状板の内側を順次通過した後、前記下板、前記小径ホイール用アームの基端部、前記主軸に固定されるスぺーサ、前記大径ホイール用アームの基端部、及び前記上板を順次貫通しており、
　前記下板の下面には、テーパ面を有する凸部が形成されており、前記テーパ面は、下側になるほど前記第二方向に傾斜しており、
　前記カム用アームが前記第一方向に回動する間では、前記第一方向への前記凸部の回動により前記テーパ面が前記ローラーを押圧することで、前記テーパ面の上側から下側へ向かう前記ローラーの転動が生じて、前記環状板から前記コイルバネに下向きの力が加えられて、前記コイルバネが圧縮された状態になり、この後、前記コイルバネの弾性復帰により前記コイルバネから前記環状板に上向きの力が加えられて、前記ローラーが前記テーパ面を押圧して前記カム用アームを前記第二方向に付勢するものとなることで、前記カム用アームが、前記第一方向から反転して、前記第二方向に回動し、これに伴い、前記テーパ面の下側から上側に向かう前記ローラーの転動が生じる、項２に記載の発電システム。
　項４．前記動作制御手段は、第一モータ軸を有する第一ステッピングモータと、第一カムと、第二カムと、第一ストッパーと、第二ストッパーと、第一ストッパーバネと、第二ストッパーバネと、回転センサと、制御装置とを備え、
　前記第一カム及び前記第二カムは前記第一モータ軸に間隔をあけて取り付けられるものであって、前記第一ステッピングモータは、前記第一モータ軸が前記上板と前記下板との間における前記連結板よりも前記カム装置側の空間を上下方向に延びて、前記第一カムが前記大径ホイール用アームの基端部と相対し、前記第二カムが前記小径ホイール用アームの基端部と相対するように、前記上板又は前記下板に支持され、
　前記第一ストッパーは、前記大径ホイール用アームの基端部と前記第一カムとの間で移動可能に前記連結板の第一貫通孔に通されており、
　前記第一ストッパーバネは、前記第一ストッパーが内側を通過するコイルバネであり、前記第一ストッパーの外周から突出する第一鍔部と前記連結板との間に挟み込まれており、
　前記第二ストッパーは、前記小径ホイール用アームの基端部と前記第二カムとの間で移動可能に前記連結板の第二貫通孔に通されており、
　前記第二ストッパーバネは、前記第二ストッパーが内側を通過するコイルバネであり、、前記第二ストッパーの外周から突出する第二鍔部と前記連結板との間に挟み込まれており、
　前記大径ホイール用アームの基端部には、前記第一ストッパーの一端部を嵌合させるための第一凹部が形成されており、
　前記小径ホイール用アームの基端部には、前記第二ストッパーの一端部を嵌合させるための第二凹部が形成されており、
　前記第一ステッピングモータの前記第一モータ軸が正回転することで、前記第一カムが前記第一ストッパーを前記大径ホイール用アーム側に押圧して、前記第一ストッパーバネが圧縮されて、前記第一ストッパーの一端部が前記第一凹部に嵌合し、且つ、前記第二カムによる前記第二ストッパーの押圧が解除されて、前記第二ストッパーバネが弾性復帰し、前記第二ストッパーの一端部が前記第二凹部から外れた状態になり、
　前記第一ステッピングモータの前記第一モータ軸が逆回転することで、前記第一カムによる前記第一ストッパーの押圧が解除されて、前記第一ストッパーバネが弾性復帰して、前記第一ストッパーの一端部が前記第一凹部から外れ、且つ、前記第二カムが前記第二ストッパーを前記小径ホイール用アーム側に押圧して、前記第二ストッパーバネが圧縮して、前記第二ストッパーの一端部が前記第二凹部に嵌合した状態になり、
　前記回転センサは、前記回転体の回転速度を検知可能であり、
　前記制御装置の入力部に所定の操作が行われることに応じて、前記制御装置が前記第一ステッピングモータの前記第一モータ軸を正回転させることで、前記第二ストッパーの一端部が前記第二凹部から外れた状態になって、前記大径ホイール用アームが、前記カム用アームと共に、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動するものとなり、
　前記回転体の回転速度が前記第一値に上昇したことが前記回転センサに検知されることに応じて、前記制御装置が前記第一ステッピングモータの前記第一モータ軸を逆回転させることで、前記第二ストッパーの一端部が前記第二凹部に嵌合した状態になって、前記小径ホイール用アームが、前記カム用アームと共に、前記第一方向に回動した後、反転して、前記第二方向に回動するものとなり、
　前記回転体の回転速度が前記第二値に減少したことが前記回転センサに検知されることに応じて、前記制御装置が前記第一ステッピングモータの前記第一モータ軸を正回転させることで、前記第二ストッパーの一端部が前記第二凹部から外れた状態になって、前記大径ホイール用アームが、前記カム用アームと共に、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動するものとなる項３に記載の発電システム。
　項５．前記大径ホイール用アームは、第一支持部材と、第一移動体とを備え、
　前記第一支持部材の基端部は、前記大径ホイール用アームの基端部を構成し、
　前記第一移動体は、第一節体と、第二節体と、第一ロッドと、第一弾性部材とを備え、前記第一節体の先端部と前記第二節体の基端部とがヒンジ連結され、前記第二節体の先端部と前記第一ロッドの基端部とがヒンジ連結され、前記第一ロッドが前記第一支持部材に移動可能に支持され、前記第一弾性部材は、前記第一ロッドの先端部から延びるものであって、前記大径ホイール用アームの先端部を構成しており、
　前記小径ホイール用アームは、第二支持部材と、第二移動体とを備え、
　前記第二支持部材の基端部は、前記小径ホイール用アームの基端部を構成し、
　前記第二移動体は、第三節体と、第四節体と、第二ロッドと、第二弾性部材とを備え、前記第三節体の先端部と前記第四節体の基端部とがヒンジ連結され、前記第四節体の先端部と前記第二ロッドの基端部とがヒンジ連結され、前記第二ロッドが前記第二支持部材に移動可能に支持され、前記第二弾性部材は、前記第二ロッドの先端部から延びるものであって、前記小径ホイール用アームの先端部を構成しており、
　前記動作制御手段は、第二モータ軸を有する第二ステッピングモータと、第三モータ軸を有する第三ステッピングモータと、位置センサとを、さらに備え、
　前記第二ステッピングモータは、前記第一支持部材に支持されており、前記第二モータ軸は、前記第一節体の基端部に接続されており、
　前記第三ステッピングモータは、前記第二支持部材に支持されており、前記第三モータ軸は、前記第三節体の基端部に接続されており、
　前記位置センサは、前記カム用アームが、前記第一方向の回動開始位置に到達したことや、前記第二方向の回動開始位置に到達したことを検知可能であり、
　前記大径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記大径ホイール用アームを伸びた状態とすることは、前記カム用アームが前記第二方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第二ステッピングモータの前記第二モータ軸を正回転させることで、前記第一節体及び前記第二節体が直線状になって、前記第二節体の押圧で前記第一ロッド及び前記第一弾性部材が前記発電機側に移動することで実現され、前記大径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記第一弾性部材が前記大径ホイールに接触し、
　前記大径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記大径ホイール用アームを縮めた状態とすることは、前記カム用アームが前記第一方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第二ステッピングモータの前記第二モータ軸を逆回転させることで、前記第一節体及び前記第二節体が屈曲状になって、前記第二節体の牽引で前記第一ロッド及び前記第一弾性部材が前記カム部材側に移動することで実現され、前記大径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記第一弾性部材が前記大径ホイールに接触せず、
　前記小径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記小径ホイール用アームを伸びた状態とすることは、前記カム用アームが前記第二方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第三ステッピングモータの前記第三モータ軸を正回転させることで、前記第三節体及び前記第四節体が直線状になって、前記第四節体の押圧で前記第二ロッド及び前記第二弾性部材が前記発電機側に移動することで実現され、前記小径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記第二弾性部材が前記小径ホイールに接触し、
　前記小径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記小径ホイール用アームを縮めた状態とすることは、前記カム用アームが前記第一方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第三ステッピングモータの前記第三モータ軸を逆回転させることで、前記第三節体及び前記第四節体が屈曲状になって、前記第四節体の牽引で前記第二ロッド及び前記第二弾性部材が前記カム部材側に移動することで実現され、前記小径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記第二弾性部材が前記小径ホイールに接触しない項３又は４に記載の発電システム。
　項６．前記大径ホイール用アームは、第一支持部材と、第一移動体とを備え、
　前記第一支持部材の基端部は、前記大径ホイール用アームの基端部を構成し、
　前記第一移動体は、第一節体と、第二節体と、第一アブソーバーと、第一ロッドと、第一弾性部材とを備えて、前記第一ロッドが前記第一支持部材に移動可能に支持されており、
　前記第一アブソーバーは、先端に開口を有する第一シリンダーと、前記第一シリンダーの内部に配置される第一バネとを備えており、前記第一節体の先端部と前記第二節体の基端部とがヒンジ連結され、前記第二節体の先端部と前記第一シリンダーの基端部とがヒンジ連結され、前記第一バネの基端部と前記第一シリンダーの基端部とが接続され、前記第一バネの先端部と前記第一ロッドの基端部とが接続され、前記第一弾性部材は、前記第一ロッドの先端部から延びて、前記大径ホイール用アームの先端部を構成しており、
　前記小径ホイール用アームは、第二支持部材と、第二移動体とを備え、
　前記第二支持部材の基端部は、前記小径ホイール用アームの基端部を構成し、
　前記第二移動体は、第三節体と、第四節体と、第二アブソーバーと、第二ロッドと、第二弾性部材とを備えて、前記第二ロッドが前記第二支持部材に移動可能に支持されたものであって、
　前記第二アブソーバーは、先端に開口を有する第二シリンダーと、前記第二シリンダーの内部に配置される第二バネとを備えており、前記第三節体の先端部と前記第四節体の基端部とがヒンジ連結され、前記第四節体の先端部と前記第二シリンダーの基端部とがヒンジ連結され、前記第二バネの先端部と前記第二ロッドの基端部とが接続され、前記第二弾性部材は、前記第二ロッドの先端部から延びて、前記小径ホイール用アームの先端部を構成しており、
　前記動作制御手段は、第二モータ軸を有する第二ステッピングモータと、第三モータ軸を有する第三ステッピングモータと、位置センサとを、さらに備え、
　前記第二ステッピングモータは、前記第一支持部材に支持されており、前記第二モータ軸は、前記第一節体の基端部に接続されており、
　前記第三ステッピングモータは、前記第二支持部材に支持されており、前記第三モータ軸は、前記第三節体の基端部に接続されており、
　前記位置センサは、前記カム用アームが、前記第一方向の回動開始位置に到達したことや、前記第二方向の回動開始位置に到達したことを検知可能であり、
　前記大径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記大径ホイール用アームを伸びた状態とすることは、前記カム用アームが前記第二方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第二ステッピングモータの前記第二モータ軸を正回転させることで、前記第一節体及び前記第二節体が直線状になって、前記第一シリンダー、前記第一バネ、前記第一ロッド、及び前記第一弾性部材が、前記発電機側に移動することで実現され、前記大径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記第一弾性部材が前記大径ホイールに接触し、
　前記大径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記大径ホイール用アームを縮めた状態とすることは、前記カム用アームが前記第一方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第二ステッピングモータの前記第二モータ軸を逆回転させることで、前記第一節体及び前記第二節体が屈曲状になって、前記第一シリンダー、前記第一バネ、前記第一ロッド、及び前記第一弾性部材が、前記カム用ホイール側に移動することで実現され、前記大径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記第一弾性部材が前記大径ホイールに接触せず、
　前記小径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記小径ホイール用アームを伸びた状態とすることは、前記カム用アームが前記第二方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第三ステッピングモータの前記第三モータ軸を正回転させることで、前記第三節体及び前記第四節体が直線状になって、前記第二シリンダー、前記第二バネ、前記第二ロッド及び前記第二弾性部材が、前記発電機側に移動することで実現され、前記小径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記第二弾性部材が前記小径ホイールに接触し、　前記小径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記小径ホイール用アームを縮めた状態とすることは、前記カム用アームが前記第一方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第三ステッピングモータの前記第三モータ軸を逆回転させることで、前記第三節体及び前記第四節体が屈曲状になって、前記第二シリンダー、前記第二バネ、前記第二ロッド、及び前記第二弾性部材が、前記カム部材側に移動することで実現され、前記小径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記第二弾性部材が前記小径ホイールに接触しない項３又は４に記載の発電システム。
　本発明の発電システムによれば、回転体の回転速度が第一値に上昇したことに応じて、アーム機構に小径ホイールを接触させる第二モードの動作に移行し、第二モードで動作している間に、回転体の回転速度が第一値以下である第二値に減少したことに応じて、第一モードの動作に移行する。これにより、回転体の回転速度が第一値に上昇するまでの間、回転体に大きなトルクを加え、回転体の回転速度が第一値に上昇することが生じた後では、回転体の回転速度を維持或いはより速めるために、アーム機構を接触させる駆動ホイールの外径を小さくできる。
本発明の実施形態に係る発電システムを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る発電システムが備えるアーム機構を示す側面図である。 アーム機構の一部を示す側面図である。 アーム機構の一部を示す側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、発電システムが備える大径ホイール用アームを示す側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、発電システムが備える小径ホイール用アームを示す側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、発電システムが備える付勢手段を示す側面図である。 第一モードの動作を示す概略平面図である。 第二モードの動作を示す概略平面図である。 動作制御手段の主な構成を示すブロック図である。 アーム機構の一部を拡大して示す断面図である。 制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。 （Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、変形例の大径ホイール用アームを示す側面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、変形例の小径ホイール用アームを示す側面図である。 アーム機構の一部を示す側面図であって、変形例の付勢手段を示す。 （Ａ）及び（Ｂ）は、変形例の付勢手段を示す側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、変形例の付勢手段を示す側面図である。
　以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る発電システム１を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る発電システム１が備えるアーム機構３を示す側面図である。図３及び図４は、アーム機構３の一部を示す側面図である（図３及び図４でハッチングを付した範囲は断面図である）。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、発電システム１が備える大径ホイール用アーム１０を示す側面図である。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、発電システム１が備える小径ホイール用アーム１１を示す側面図である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、発電システム１が備える付勢手段１３を示す側面図である。
　本実施形態に係る発電システム１は、川、水路、海岸、風の強い場所等に設置されることで発電可能なものである。発電システム１は、カム装置２と、アーム機構３と、発電機４と、動作制御手段とを備える。
　カム装置２は、カム６が外周面から突出しているカム部材７を備え、水力或いは風力によりカム部材７が回転する。図示例では、カム部材７は、カム６が外周面から突出しているカムホイールによって構成されているが、本発明は、カム部材７をカムホイールから構成することを限定するものではなく、カム部材７は、例えば、細長の円筒体の外周面からカム６が突出する部材とされてもよい。図示例では、カム部材７の外周面に４つのカム６が形成されているが、カム部材７の外周面に形成するカム６の数は、１又は任意の複数とされ得る。複数のカム６をカム部材７の外周面に形成する場合には、カム部材７の周方向に隣り合う２つのカム６の間隔を等しくすることが好ましい（図１では、４つのカム６をカム部材７の周方向に等間隔で形成する例を示している）。
　水力或いは風力でカム部材７を回転させる手段は、特に限定されないが、例えば特許文献１（特開２０１８－１６８７９９号公報）に開示されたタービン、変速機、ベルト機構、及びカップリングを使用できる。この場合、カム装置２は、カム部材７と、主駆動軸８と、クラッチ機構（図示せず）とを備えるものとされる。
　タービンは、複数の羽根が回転軸の周方向に取り付けられたものである。回転軸は、これらの羽根に水力や風力が加えられることで軸周りに回転する。変速機は、回転軸のトルクが伝達されることで回転する入力軸と、入力軸のトルクが伝達されることで回転する出力軸と、入力軸の単位時間当たりの回転数である入力回転数を計測する入力回転数センサと、出力軸の単位時間当たりの回転数である出力回転数を計測する出力回転数センサと、前記出力回転数が一定となるように、前記入力回転数と前記出力回転数との比である変速比を制御する制御手段とを備えている。ベルト機構は、タービンの回転軸と、変速機の入力軸とを連結するものであり、ベルト機構を介して回転軸のトルクが変速機の入力軸に伝達されることで、変速機の入力軸が回転する。上記のカップリングは、変速機の出力軸と、カム装置２の主駆動軸８とを連結する。このカップリングを介して変速機の出力軸のトルクが主駆動軸８に伝達されることで、主駆動軸８が回転する。なお、カップリング以外の公知の手段によって、変速機の出力軸と主駆動軸８とを連結して、変速機の出力軸のトルクを主駆動軸８に伝達させてもよい（例えば、変速機の出力軸と主駆動軸８とに掛け回されるベルトを設ければ、このベルトを介して変速機の出力軸のトルクを主駆動軸８に伝達できる）。カム装置２のクラッチ機構は、主駆動軸８とカム部材７との接続及び切断を切り替え可能なものである。主駆動軸８とカム部材７とが接続された状態では、主駆動軸８のトルクがカム部材７に伝達されることで、カム部材７が回転する。
　アーム機構３は、カム装置２と発電機４との間に配置されるものであり、カム部材７の回転中にカム６が接触することで回動を生じる。
　アーム機構３は、カム用アーム９と、大径ホイール用アーム１０と、小径ホイール用アーム１１と、主軸１２と、付勢手段１３とを備える。以下、発電システム１が備える部材の両端部のうち、主軸１２に近い端部を「基端部」と記し、主軸１２から遠い端部を「先端部」と記す。
　カム用アーム９は、その基端部を構成する主軸貫通部材１４と、主軸貫通部材１４から延びるカム用アーム本体１５とを備える。
　主軸貫通部材１４（カム用アーム９の基端部に相当）は、上板１６と、上板１６の下方に間隔をあけて配置される下板１７と、上下方向に延びて上板１６の中間部と下板１７の中間部とを繋ぐ連結板１８とを備える。以下、上板１６と下板１７との間における連結板１８よりもカム装置２側の空間を空間１９（図２）と記し、上板１６と下板１７との間における連結板１８よりも発電機４側の空間を空間２０（図２０）と記す。
　大径ホイール用アーム１０の基端部２１ａ及び小径ホイール用アーム１１の基端部２９ａは、空間２０に配置される。これにより、上板１６は、大径ホイール用アーム１０の基端部２１ａ及び小径ホイール用アーム１１の基端部２９ａよりも上側に位置し、下板１７は、大径ホイール用アーム１０の基端部２１ａ及び小径ホイール用アーム１１の基端部２９ａよりも下側に位置する。
　カム用アーム本体１５は、連結板１８からカム装置２側に延びる。空間１９に位置するカム用アーム本体１５の基端部１５ａには貫通孔９６（図１，図３，図４）が形成されており、貫通孔９６には後述する第一ステッピングモータ４８の第一モータ軸４７が通される。
　大径ホイール用アーム１０は、第一支持部材２１と、第一移動体２２とを備える。
　第一支持部材２１の基端部２１ａは、大径ホイール用アーム１０の基端部を構成する。本実施形態では、固定ピン２４を用いて主軸１２に固定されるスペーサ２３が空間２０に配置されており、第一支持部材２１の基端部２１ａはスペーサ２３と下板１７との間に配置される。
　図２及び図５に示すように、第一移動体２２は、第一節体２５と、第二節体２６と、第一ロッド２７と、第一弾性部材２８とを備える。第一移動体２２では、第一節体２５の先端部と第二節体２６の基端部とがヒンジ連結され、第二節体２６の先端部と第一ロッド２７の基端部とがヒンジ連結され、第一ロッド２７が第一支持部材２１に移動可能に支持される。第一弾性部材２８は、第一ロッド２７の先端部から延びるものであり、大径ホイール用アーム１０の先端部を構成する。
　小径ホイール用アーム１１は、第二支持部材２９と、第二移動体３０とを備える。
　第二支持部材２９の基端部２９ａは、小径ホイール用アーム１１の基端部を構成するものであり、スペーサ２３と上板１６との間に配置される。
　図２及び図６に示すように、第二移動体３０は、第三節体３１と、第四節体３２と、第二ロッド３３と、第二弾性部材３４とを備える。第二移動体３０では、第三節体３１の先端部と第四節体３２の基端部とがヒンジ連結され、第四節体３２の先端部と第二ロッド３３の基端部とがヒンジ連結され、第二ロッド３３が第二支持部材２９に移動可能に支持される。第二弾性部材３４は、第二ロッド３３の先端部から延びるものであって、小径ホイール用アーム１１の先端部を構成する。
　付勢手段１３は、カム用アーム９が第一方向に回動するたびに、第一方向とは逆の第二方向にカム用アーム９を付勢する。当該付勢手段１３による付勢によって、カム用アーム９は、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動する（図１，図８，図９参照）。
　付勢手段１３は、下板１７の下側に配置されるものであって、ベース板３５と、ベース板３５の上に配置されるコイルバネ３６と、コイルバネ３６の上端部に支持される環状板３７と、環状板３７の上面に回転可能に取り付けられるローラー３８と、ガイド棒３９とを備える。
　主軸１２は、上下方向に延びるものであって、主軸貫通部材１４（カム用アーム９の基端部に相当）、第一支持部材２１の基端部２１ａ（大径ホイール用アーム１０の基端部に相当）、及び、第二支持部材２９の基端部２９ａ（小径ホイール用アーム１１の基端部に相当）を貫通する。
　より具体的には、主軸１２は、ベース板３５から上方に延びており、コイルバネ３６の内側及び環状板３７の内側を順次通過した後、下板１７、第一支持部材２１の基端部２１ａ（大径ホイール用アーム１０の基端部に相当）、スペーサ２３、第二支持部材２９の基端部２９ａ（小径ホイール用アーム１１の基端部に相当）、及び上板１６を順次貫通する。固定ピン２４がスペーサ２３を貫通して主軸１２に突き刺されることで、スペーサ２３は主軸１２に固定される。
　図２～図４、図７に示すように、下板１７の下面には、凸部４６が形成されている。凸部４６はテーパ面４５（図７）を有しており、テーパ面４５は下側になるほど第二方向に傾斜する。
　以上の構成によれば、カム部材７の回転でカム６がカム用アーム９の先端部（カム用アーム本体１５の先端部）に接触するたびに、カム用アーム９は、カム６の押圧によって、主軸１２回りの第一方向への回動が生じる（図１，図８，図９）。
　そしてカム用アーム９が第一方向に回動する間では、第一方向への凸部４６の回動によりテーパ面４５がローラー３８を押圧することで、テーパ面４５の上側から下側へ向かうローラー３８の転動が生じて、環状板３７からコイルバネ３６に下向きの力が加えられて、コイルバネ３６が圧縮された状態になる（図７（Ａ）の状態から図７（Ｂ）の状態になる）。この後、コイルバネ３６の弾性復帰によりコイルバネ３６から環状板３７に上向きの力が加えられて、ローラー３８がテーパ面４５を押圧してカム用アーム９が第二方向に付勢される。これにより、カム用アーム９が、第一方向から反転して、第二方向に回動し、これに伴い、テーパ面４５の下側から上側に向かうローラー３８の転動が生じる（図７（Ｂ）の状態から図７（Ａ）の状態になる）。
　なおカム用アーム９が第一方向から第二方向に反転するタイミングは、カム用アーム９に接触していたカム６が、カム部材７の回転に伴い、カム用アーム９に接触しなくなるタイミングとされる。
　ガイド棒３９は、環状板３７の上下の動きをガイドするものであって、コイルバネ３６の外側に設けられる。当該ガイド棒３９は、ベース板３５から上方に延びて、環状板３７を貫通しており、環状板３７から延び出たガイド棒３９の上端部にボルト４０が締結される。コイルバネ３６の弾性復帰によりコイルバネ３６から環状板３７に上向きの力が加えられる際には、環状板３７がボルト４０に接することで、環状板３７が停止する（図５（Ａ））。なおガイド棒３９は、必ずしも必要ではなく省略されてもよい。
　発電機４(図１)は、小径ホイール４１と、これよりも外径の大きい大径ホイール４２とが回転軸４３に取り付けられた回転体４４を備える。当該発電機４は、アーム機構３の回動中にアーム機構３が小径ホイール４１及び大径ホイール４２のいずれかの外周面に接触することで、回転体４４の回転が生じて、回転体４４の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電を行う。
　動作制御手段は、アーム機構３を大径ホイール４２に接触させる第一モードで動作している間に、回転体４４の回転速度が第一値に上昇することに応じて、アーム機構３を小径ホイール４１に接触させる第二モードの動作に移行し、第二モードで動作している間に、回転体４４の回転速度が第一値以下である第二値に減少することに応じて、第一モードの動作に移行する。
　図８は、第一モードの動作を示す概略平面図である。動作制御手段は、第一モードの動作として、大径ホイール用アーム１０及び小径ホイール用アーム１１のうち、大径ホイール用アーム１０のみを、カム用アーム９と共に、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動するものとし、且つ、大径ホイール用アーム１０が第一方向に回動する間では、大径ホイール用アーム１０を縮めた状態とすることで、大径ホイール用アーム１０を大径ホイール４２に接触させず、大径ホイール用アーム１０が第二方向に回動する間では、大径ホイール用アーム１０を伸びた状態とすることで、大径ホイール用アーム１０を大径ホイール４２の外周面に接触させる。これにより回転体４４には、大径ホイール４２の径に応じた大きなトルクが加えられる。
　図９は、第二モードの動作を示す概略平面図である。動作制御手段は、第二モードの動作として、大径ホイール用アーム１０及び小径ホイール用アーム１１のうち、小径ホイール用アーム１１のみを、カム用アーム９と共に、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動するものとし、且つ、小径ホイール用アーム１１が第一方向に回動する間では、小径ホイール用アーム１１を縮めた状態とすることで、小径ホイール用アーム１１を小径ホイール４１に接触させず、小径ホイール用アーム１１が第二方向に回動する間では、小径ホイール用アーム１１を伸びた状態とすることで、小径ホイール用アーム１１を、外径の小さい小径ホイール４１の外周面に接触させる。
　動作制御手段は、上記の第一及び第二モードの動作を実行するための手段として、第一モータ軸４７を有する第一ステッピングモータ４８と、第二モータ軸４９（図２，図５）を有する第二ステッピングモータ５０と、第三モータ軸５１（図２，図６）を有する第三ステッピングモータ５２と、第一カム５３と、第二カム５４と、第一ストッパー５５と、第二ストッパー５６と、第一ストッパーバネ５７（図３，図４）と、第二ストッパーバネ５８（図３，図４）と、回転センサ５９（図１０）と、位置センサ６０（図１０）と、制御装置６１（図１０）とを備える。
　第一カム５３及び第二カム５４は、第一ステッピングモータ４８の第一モータ軸４７に間隔をあけて取り付けられる。第一カム５３及び第二カム５４は、同一の形状を有するものであるが、第一モータ軸４７に取り付けられる向きが異なるものとされる。図示例では、第一カム５３及び第二カム５４は、楕円状を呈しており、第一カム５３の向きが第二カム５４の向きに対して垂直となうように、第一モータ軸４７に取り付けられている。
　第一ステッピングモータ４８は、第一モータ軸４７が空間１９を上下方向に延びて、第一カム５３が第一支持部材２１の基端部２１ａ（大径ホイール用アーム１０の基端部に相当）と相対し、第二カム５４が第二支持部材２９の基端部２９ａ（小径ホイール用アーム１１の基端部に相当）と相対するように、上板１６又は下板１７に支持される（図示例では、第一ステッピングモータ４８は上板１６に支持されている）。
　第一ストッパー５５は、第一支持部材２１の基端部２１ａ（大径ホイール用アーム１０の基端部に相当）と第一カム５３との間で移動可能に連結板１８の第一貫通孔６２（図３，図４）に通される。第一ストッパーバネ５７は、第一ストッパー５５が内側に通されるコイルバネであり、第一鍔部５５ａと連結板１８との間に挟み込まれる。第一鍔部５５ａは、第一ストッパー５５の外周から突出するものである。
　第二ストッパー５６は、第二支持部材２９の基端部２９ａ（小径ホイール用アーム１１の基端部に相当）と第二カム５４との間で移動可能に連結板１８の第二貫通孔６３（図３，図４）に通される。第二ストッパーバネ５８は、第二ストッパー５６が内側に通されるコイルバネであり、第二鍔部５６ａと連結板１８との間に挟み込まれる。第二鍔部５６ａは、第二ストッパー５６の外周から突出するものである。
　第一支持部材２１の基端部２１ａ（大径ホイール用アーム１０の基端部に相当）には、第一ストッパー５５の一端部を嵌合させるための第一凹部６４（図３，図４）が形成される。
　第二支持部材２９の基端部２９ａ（小径ホイール用アーム１１の基端部に相当）には、第二ストッパー５６の一端部を嵌合させるための第二凹部６５（図３，図４）が形成される。
　上記の構成によれば、第一ステッピングモータ４８の駆動により第一モータ軸４７を正回転させることで、図３に示すように、第一カム５３が第一ストッパー５５を大径ホイール用アーム１０側（図３の左側）に押圧して、第一ストッパーバネ５７が圧縮されて、第一ストッパー５５の一端部が第一凹部６４に嵌合し、且つ、第二カム５４による第二ストッパー５６の押圧が解除されて、第二ストッパーバネ５８が弾性復帰し、第二ストッパー５６の一端部が第二凹部６５から外れた状態になる（図示を省略）。これにより、アーム１０，１１のうち、大径ホイール用アーム１０のみが、カム用アーム９と共に、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動するものとなる（図８）。
　また、第一ステッピングモータ４８の駆動により第一モータ軸４７を逆回転させることで、図４に示すように、第一カム５３による第一ストッパー５５の押圧が解除されて、第一ストッパーバネ５７が弾性復帰して、第一ストッパー５５の一端部が第一凹部６４から外れ、且つ、第二カム５４が第二ストッパー５６を小径ホイール用アーム１１側（図４の左側）に押圧して、第二ストッパーバネ５８が圧縮して、第二ストッパー５６の一端部が第二凹部６５に嵌合した状態になる。これにより、アーム１０，１１のうち、小径ホイール用アーム１１のみが、カム用アーム９と共に、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動するものとなる（図９）。
　図１１は、アーム機構３の一部を拡大して示す断面図である。本実施形態では、第一ストッパー５５の一端部を第一凹部６４に円滑に嵌合させるために（図３参照）、図１１に示すように、スペーサ２３に第三凹部６６が形成され、第一支持部材２１に第一固定プランジャー６７が設けられる。第一固定プランジャー６７は、第一支持部材２１に固定されて、スペーサ２３に向けて開口する第一シリンダー６８と、第一シリンダー６８内に配置されるバネ６９と、バネ６９のスペーサ２３側の端部に取り付けられる第一ボール７０とを備える。第三凹部６６は、第一ボール７０に対向する位置に形成される。図４に示すように第一ストッパー５５の一端部が第一凹部６４に嵌合していないことで、大径ホイール用アーム１０が、カム用アーム９と共に回動していない間では、図１１（Ａ）に示すように、バネ６９の弾力で第一ボール７０が第三凹部６６に嵌合することで、大径ホイール用アーム１０の動きを止めることができる。これにより、カム用アーム９が大径ホイール用アーム１０と同一の直線上に延びた状態になったときに、第一カム５３による第一ストッパー５５への押圧で、第一ストッパー５５の一端部を円滑に第一凹部６４に嵌合させることができる。
　また、第二ストッパー５６の一端部を第二凹部６５に円滑に嵌合させるために（図４参照）、図１１に示すように、スペーサ２３には第四凹部９０が形成され、第二支持部材２９には第二固定プランジャー９１が設けられる。第二固定プランジャー９１は、第二支持部材２９に固定されて、スペーサ２３に向けて開口する第二シリンダー９２と、第二シリンダー９２内に配置されるバネ９４と、バネ９４のスペーサ２３側の端部に取り付けられる第二ボール９５とを備える。第四凹部９０は、第二ボール９５に対向する位置に形成される。図３に示すように第二ストッパー５６の一端部が第二凹部６５に嵌合していないことで、小径ホイール用アーム１１がカム用アーム９と共に回動していない間では、図１１（Ｂ）に示すように、バネ９４の弾力で第二ボール９５が第四凹部９０に嵌合することで、小径ホイール用アーム１１の動きを止めることができる。これにより、カム用アーム９が小径ホイール用アーム１１と同一の直線上に延びた状態となったときに、第二カム５４による第二ストッパー５６への押圧で、第二ストッパー５６の一端部を円滑に第二凹部６５に嵌合させることができる。
　第二ステッピングモータ５０は、第一支持部材２１に支持されており、第二モータ軸４９は、第一節体２５の基端部に接続される（図２，図５）。第二モータ軸４９を正回転させることで、第一節体２５及び第二節体２６が直線状になって、第二節体２６の押圧で第一ロッド２７及び第一弾性部材２８が発電機４側に移動する（図５（Ｂ））。これにより、大径ホイール用アーム１０が伸びた状態となる。第二モータ軸４９を逆回転させることで、第一節体２５及び第二節体２６が屈曲状になって、第二節体２６の牽引で第一ロッド２７及び第一弾性部材２８がカム装置２側に移動する（図５（Ａ））。これにより、大径ホイール用アーム１０が縮んだ状態となる。
　第三ステッピングモータ５２は、第二支持部材２９に支持されており、第三モータ軸５１は、第三節体３１の基端部に接続される（図２，図６）。第三モータ軸５１を正回転させることで、第三節体３１及び第四節体３２が直線状になって、第四節体３２の押圧で第二ロッド３３及び第二弾性部材３４が発電機４側に移動する（図６（Ｂ））。これにより、小径ホイール用アーム１１が伸びた状態となる。第三モータ軸５１を逆回転させることで、第三節体３１及び第四節体３２が屈曲状になって、第四節体３２の牽引で第二ロッド３３及び第二弾性部材３４がカム装置２側に移動する（図６（Ａ））。これにより、小径ホイール用アーム１１が縮んだ状態となる。
　図１０に示す回転センサ５９や位置センサ６０や制御装置６１は、発電機４で生じる電力で作動するものである。
　回転センサ５９は、発電機４に設置されて、回転体４４（図１）の回転速度（回転体４４の単位時間当たりの回転数）を計測する。この回転センサ５９として、公知の光学センサや超音波センサを使用できる。
　位置センサ６０は、カム用アーム９が第一方向の回動開始位置（図８，図９）に到達したことや、カム用アーム９が第二方向の回動開始位置（図８，図９）に到達したことを検知可能である。上記の位置センサ６０として、光学センサや、リミットスイッチがカム用アームに接触することでカム用アームの位置を特定可能なセンサを使用できる。
　制御装置６１は、例えば発電システム１の操作盤（図示せず）に設けられる小型コンピュータである。制御装置６１は、ＣＰＵや、メモリや、インターフェイスや、入力装置を備える。制御装置６１は、インターフェイスを介して、回転センサ５９、位置センサ６０、及び第一、第二、第三ステッピングモータ４８，５０，５２に接続されており、回転センサ５９の計測値や位置センサ６０の検知結果を取得することや、第一、第二、第三モータ軸４７，４９，５１をそれぞれ正回転及び逆回転させることが可能である。
　また制御装置６１は、ＣＰＵがメモリに記憶されているプログラムを実行することで、図１２に示す処理を行なう。図１２に示す処理は、水力或いは風力でカム部材７が回転することに伴い、カム６がアーム機構３に接触して、第一方向及び第二方向へのアーム機構３の回動が順次生じる状態で、制御装置６１の入力部に所定の操作が実行されることに応じて開始される。図１２のＳ１～Ｓ５の処理は、上述した第一モードの動作を実現し、図１２のＳ７～Ｓ１１の処理は、上述した第二モードの動作を実現する。以下、図１２に示す処理について説明する。
　制御装置６１は、入力部に所定の操作が行われることに応じて、第一ステッピングモータ４８の第一モータ軸４７を正回転させる（Ｓ１）。これにより、図３に示すように、第一ストッパー５５の一端部が第一凹部６４に嵌合し、第二ストッパー５６の一端部が第二凹部６５から外れた状態になることで、アーム１０，１１のうち、大径ホイール用アーム１０のみが、カム用アーム９と共に、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動するものとなる（図８）。
　ついで制御装置６１は、カム用アーム９が第二方向の回動開始位置（図８）に到達したことを位置センサ６０が検知したことに応じて（Ｓ２でＹＥＳ）、第二ステッピングモータ５０の第二モータ軸４９を正回転させる（Ｓ３）。これにより、大径ホイール用アーム１０が第二方向に回動する間に、大径ホイール用アーム１０は、伸びた状態となって（図５（Ｂ））、大径ホイール用アーム１０の第一弾性部材２８が大径ホイール４２に接触し（図８）、この接触によって回転体４４（図１）が回転する。
　ついで制御装置６１は、カム用アーム９が第一方向の回動開始位置（図８）に到達したことを位置センサ６０が検知したことに応じて（Ｓ４でＹＥＳ）、第二ステッピングモータ５０の第二モータ軸４９を逆回転させる（Ｓ５）。これにより、大径ホイール用アーム１０が第一方向に回動する間に、大径ホイール用アーム１０は、縮んだ状態となって（図５（Ａ））、回転中の大径ホイール４２に接触しない（図８）。これにより回転体４４（図１）の回転速度が低下することが防止される。
　ついで制御装置６１は、前回、第二モータ軸４９を逆回転させたときから、今回、第二モータ軸４９を逆回転させたときまでの間に（前回のＳ５から今回のＳ５までの間に）、回転体４４の回転速度が第一値に上昇したことが回転センサ５９に検知されたか否かを判定する（Ｓ６）。回転体４４の回転速度が第一値に上昇していない間では、制御装置６１は、Ｓ６でＮＯと判定して、Ｓ２～Ｓ６を繰り返す。各回のＳ３～Ｓ５の間では（大径ホイール用アーム１０が第二方向に回動する間では）、大径ホイール用アーム１０の第一弾性部材２８が大径ホイール４２に接触することが生じる（図４）。
　第一弾性部材２８とホイール４２の接触が繰り返し生じることで、回転体４４の回転速度が第一値に上昇した場合には、制御装置６１は、Ｓ６でＹＥＳと判定して、第一ステッピングモータ４８の第一モータ軸４７を逆回転させる（Ｓ７）。これにより、図４に示すように、第一ストッパー５５の一端部が第一凹部６４から外れ、第二ストッパー５６の一端部が第二凹部６５に嵌合した状態になることで、アーム１０，１１のうち、小径ホイール用アーム１１のみが、カム用アーム９と共に、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動するものとなる（図９）。
　ついで制御装置６１は、カム用アーム９が第二方向の回動開始位置（図９）に到達したことを位置センサ６０が検知したことに応じて（Ｓ８でＹＥＳ）、第三ステッピングモータ５２の第三モータ軸５１を正回転させる（Ｓ９）。これにより、小径ホイール用アーム１１が第二方向に回動する間に、小径ホイール用アーム１１は、伸びた状態となって（図６（Ｂ））、小径ホイール用アーム１１の第二弾性部材３４が小径ホイール４１に接触する。
　ついで制御装置６１は、カム用アーム９が第一方向の回動開始位置（図９）に到達したことを位置センサ６０が検知したことに応じて（Ｓ１０でＹＥＳ）、第三ステッピングモータ５２の第三モータ軸５１を逆回転させる（Ｓ１１）。これにより、小径ホイール用アーム１１が第一方向に回動する間に、小径ホイール用アーム１１は、縮んだ状態となって（図６（Ａ））、回転中の小径ホイール４１に接触しない（図９）。これにより回転体４４(図１)の回転速度が低下することが防止される。
　ついで制御装置６１は、前回、第三モータ軸５１を逆回転させたときから、今回、第三モータ軸５１を逆回転させたときまでの間に（前回のＳ１１から今回のＳ１１までの間に）、回転体４４の回転速度が第二値に減少したことが回転センサ５９に検知されたか否かを判定する（Ｓ１２）。回転体４４の回転速度が第二値に減少していない間では、制御装置６１は、Ｓ１２でＮＯと判定して、Ｓ８～Ｓ１２を繰り返し、各回のＳ９～Ｓ１１の間では（小径ホイール用アーム１１が第二方向に回動する間では）、小径ホイール用アーム１１の第二弾性部材３４が小径ホイール４１に接触する。この間では、アーム機構３が接触するホイールの外径が小さいことで、回転体４４の回転速度が維持或いはより速められる。
　そして例えばカム部材７を回転させる水力或いは風力が弱まることで、カム部材７の回転速度が遅くなった場合には。カム６がアーム機構３に接触する時間間隔や、アーム機構３が小径ホイール４１に接触する時間間隔が長くなることで、回転体４４の回転速度が減少する。その結果、回転体４４の回転速度が第二値に減少したときには、制御装置６１は、Ｓ１２でＹＥＳと判定して、Ｓ１に復帰する。これにより、第一ステッピングモータ４８の第一モータ軸４７が正回転されて、第二ストッパー５６の一端部が第二凹部６５から外れ、第一ストッパー５５の一端部が第一凹部６４に嵌合した状態になることで、大径ホイール用アーム１０が、カム用アーム９と共に、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動するものとなり、上述したＳ２以下の処理が実行される。
　上述した実施形態によれば、回転体４４の回転速度が第一値に上昇するまでの間、大径ホイール４２にアーム機構３を接触させる第一モードの動作が行なわれる。これにより、回転体４４の回転速度が第一値に上昇するまでの間、回転体４４に大きなトルクを加えることができる。そして回転体４４の回転速度が第一値に上昇することに応じて、アーム機構３に小径ホイール４１を接触させる第二モードの動作に移行する。これにより、回転体４４の回転速度が第一値に上昇することが生じた後では、アーム機構３を接触させるホイールの外径を小さくして（すなわちアーム機構３を接触させるホイールを大径ホイール４２から小径ホイール４１に変更して）、回転体４４の回転速度を維持或いはより速めることができる。そして上記の効果が得られることで、発電機４での発電量を増加させ、且つ、発電機４での発電量を維持できる。
　本発明は、上述した実施形態に限定されず、種々改変できる。
　例えば図５に示す第一移動体２２の代わりに、図１３に示す第一移動体７２が使用され、図６に示す第二移動体３０の代わりに、図１４に示す第二移動体８７が使用されてもよい（すなわち、大径ホイール用アーム１０が、第一支持部材２１と、図１３に示す第一移動体７２とを備え、小径ホイール用アーム１１が、第二支持部材２９と、図１４に示す第二移動体８７とを備えていてもよい）。
　図１３に示すように、第一移動体７２は、第一節体７３と、第二節体７４と、第一アブソーバー７５と、第一ロッド７６と、第一弾性部材７７とを備えており、第一ロッド７６が第一支持部材２１に移動可能に支持される。
　第一アブソーバー７５は、先端に開口を有する第一シリンダー７８と、第一シリンダー７８の内部に配置される第一バネ７９とを備える。
　第一移動体７２では、第一節体７３の先端部と第二節体７４の基端部とがヒンジ連結され、第二節体７４の先端部と第一シリンダー７８の基端部とがヒンジ連結され、第一バネの基端部と第一シリンダー７８の基端部とが接続され、第一バネ７９の先端部と第一ロッド７６の基端部とが接続される。第一弾性部材７７は、第一ロッド７６の先端部から延びて、大径ホイール用アーム１０の先端部を構成する。第二ステッピングモータ５０の第二モータ軸４９は、第一節体７３の基端部に接続される。
　図１４に示すように、第二移動体８７は、第三節体８０と、第四節体８１と、第二アブソーバー８２と、第二ロッド８３と、第二弾性部材８４とを備えており、第二ロッド８３が第二支持部材２９に移動可能に支持される。
　第二アブソーバー８２は、先端に開口を有する第二シリンダー８５と、第二シリンダー８５の内部に配置される第二バネ８６とを備える。
　第二移動体８７では、第三節体８０の先端部と第四節体８１の基端部とがヒンジ連結され、第四節体８１の先端部と第二シリンダー８５の基端部とがヒンジ連結され、第二バネ８６の先端部と第二ロッド８３の基端部とが接続される。第二弾性部材８４は、第二ロッド８３の先端部から延びて、小径ホイール用アーム１１の先端部を構成する。第三ステッピングモータ５２の第三モータ軸５１は、第三節体８０の基端部に接続される。
　上記の第一移動体７２や第二移動体８７が使用される場合にも、大径ホイール用アーム１０が第二方向に回動する間に、動作制御手段は、大径ホイール用アーム１０を伸びた状態とする（図８，図１３（Ｂ））。これは、カム用アーム９が第二方向の回動開始位置に到達したことが位置センサ６０に検知されたことに応じて（図１２のＳ２でＹＥＳ）、制御装置６１が第二ステッピングモータ５０の第二モータ軸４９を正回転させることで（図１２のＳ３）、第一節体７３及び第二節体７４が直線状になって、第一シリンダー７８、、第一バネ７９、第一ロッド７６、及び第一弾性部材７７が、発電機４側（図１３の左側）に移動することで実現される（図１３（Ｂ））。これにより大径ホイール用アーム１０が第二方向に回動する間では、第一弾性部材７７が大径ホイール４２に接触する（図８）。
　また大径ホイール用アーム１０が第一方向に回動する間に、動作制御手段は、大径ホイール用アーム１０を縮めた状態とする（図８，図１３（Ａ））。これは、カム用アーム９が第一方向の回動開始位置に到達したことが位置センサ６０に検知されたことに応じて（図１２のＳ４でＹＥＳ）、制御装置６１が第二ステッピングモータ５０の第二モータ軸４９を逆回転させることで（図１２のＳ５）、第一節体７３及び第二節体７４が屈曲状になって、第一シリンダー７８、第一バネ７９、第一ロッド７６、及び第一弾性部材７７が、カム装置２側（図１３の右側）に移動することで実現される（図１３（Ａ））。これにより大径ホイール用アーム１０が第一方向に回動する間では、第一弾性部材７７が大径ホイール４２に接触しない（図８）。
　また小径ホイール用アーム１１が第二方向に回動する間に、動作制御手段は、小径ホイール用アーム１１を伸びた状態とする（図９，図１４（Ｂ））。これは、カム用アーム９が第二方向の回動開始位置に到達したことが位置センサ６０に検知されたことに応じて（図１２のＳ８でＹＥＳ）、制御装置６１が第三ステッピングモータ５２の第三モータ軸５１を正回転させることで（図１２のＳ９）、第三節体８０及び第四節体８１が直線状になって、第二シリンダー８４、第二バネ８４、第二ロッド８３、及び第二弾性部材８４が、発電機４側（図１４の左側）に移動することで実現される（図１４（Ｂ））。これにより小径ホイール用アーム１１が第二方向に回動する間では、第一弾性部材７７が大径ホイール４２に接触する（図９）。
　また小径ホイール用アーム１１が第一方向に回動する間には、動作制御手段は、小径ホイール用アーム１１を縮めた状態とする（図９，図１４（Ａ））。これは、カム用アーム９が第一方向の回動開始位置に到達したことが位置センサ６０に検知されたことに応じて（図１２のＳ１０でＹＥＳ）、制御装置６１が第三ステッピングモータ５２の第三モータ軸５１を逆回転させることで（図１２のＳ１１）、第三節体８０及び第四節体８１が屈曲状になって、第二バネ８４の牽引により、第二ロッド８３及び第二弾性部材８４が、カム装置２側（図１４の右側）に移動することで実現される（図１４（Ａ））。これにより小径ホイール用アーム１１が第一方向に回動する間では、第二弾性部材８４が小径ホイール４１に接触しない（図９）。
　上記の第一移動体７２や第二移動体８７が使用される場合には、第一バネ７９の弾性により、第一弾性部材７７を大径ホイール４２に強く押し付けることができ、第二バネ８６の弾性により、第二弾性部材８４を小径ホイール４１に強く押し付けることができる（図１３（Ｃ）は、第一弾性部材７７が大径ホイール４２に強く押し付けられているときの第一移動体７２の状態を示し、図１４（Ｃ）は、第二弾性部材８４が小径ホイール４１に強く押し付けられているときの第二移動体８７の状態を示す）。
　また上記の実施形態では、大径ホイール４２を小径ホイール４１よりも下側に設けることに伴い、大径ホイール用アーム１０を小径ホイール用アーム１１よりも下側に設ける例を示したが、大径ホイール４２を小径ホイール４１よりも上側に設け、これに伴い、大径ホイール用アーム１０を小径ホイール用アーム１１よりも上側に設けてもよい。この場合、主軸１２は、コイルバネ３６の内側及び環状板３７の内側を順次通過した後、下板１７、第二支持部材２９の基端部２９ａ（小径ホイール用アーム１１の基端部に相当）、スペーサ２３、第一支持部材２１の基端部２１ａ（大径ホイール用アーム１０の基端部に相当）、及び上板１６を順次貫通するものとされる。
　また上記の実施形態では、大径ホイール用アームの基端部と小径ホイール用アームの基端部との間にスペーサ２３を設ける例を示したが、スペーサ２３は必ずしも必要ではなく省略されてもよい。なおスペーサ２３を省略する場合には、図１１に示した第三凹部６６、第一固定プランジャー６７、第四凹部９０、及び第二固定プランジャー９１も省略されるが、これらの構成を省略しても、図３に示すように、第一カム５３による第一ストッパー５５への押圧で、第一ストッパー５５の一端部を第一凹部６４に嵌合させることや、図４に示すように、第二カム５４による第二ストッパー５６への押圧で、第二ストッパー５６の一端部を第二凹部６５に嵌合させることは可能である。
　また上記実施形態では、カム用アーム９の基端部が主軸貫通部材１４によって構成される例を示したが、カム用アーム９の基端部の構造も、上述した本発明の機能を実現可能な様々な構造に変更できる。カム用アーム９の基端部の構造が変更される場合や、上述のようにスペーサ２３が省略される場合でも、主軸１２を、カム用アーム９の基端部、大径ホイール用アーム１０の基端部２１ａ、及び小径ホイール用アーム１１の基端部２９ａを貫通するものとすることで、上記と同様にカム用アーム９、大径ホイール用アーム１０、及び小径ホイール用アーム１１の回動を生じさせることができる。
　また上記実施形態では、１本の主軸１２を、カム用アーム９の基端部（主軸貫通部材１４）、大径ホイール用アーム１０の基端部２１ａ、及び小径ホイール用アーム１１の基端部２９ａに貫通させる例を示したが、カム用アーム９の基端部を貫通する軸と、小径ホイール用アーム１１の基端部２９ａを貫通する軸と、大径ホイール用アーム１０の基端部２１ａとを貫通する軸を別個に設けてもよい。
　また上記の実施形態では、アーム機構３が、大径ホイール４２に接触させるためのアームとして大径ホイール用アーム１０を備え、小径ホイール４１に接触させるためのアームとして小径ホイール用アーム１１を備える例を示したが、一つのアームを大径ホイール４２と小径ホイール４１とに接触させるようにしてもよい。この場合、例えば、動作制御手段は、大径ホイール４２にアームを接触させる第一モードで動作している間に、回転体４４の回転速度が第一値に上昇したことに応じて、アームを小径ホイール４１の対向位置に移動させることで、アームを小径ホイール４１に接触させる第二モードの動作に移行し、第二モードで動作している間に、回転体４４の回転速度が第一値以下である第二値に減少したことに応じて、アームを大径ホイール用アーム１０の対向位置に移動させることで、第一モードの動作に移行するものとされる。
　また本発明の発電システムが備える付勢手段は、上記実施形態に示した付勢手段１３に限定されない。本発明の発電システムは、例えば、図１５に示す付勢手段１００を備えるものとされ得る。
　付勢手段１００は、ベース板１０１と、ベース板１０１の上に配置される第一コイルバネ１０２と、第一コイルバネ１０２の上端部に支持される第一環状板１０３と、第一環状板１０３の上面に回転可能に取り付けられる第一ローラー１０４と、第一ガイド棒１０５と、トップ板１０６と、トップ板１０６の下に配置される第二コイルバネ１０７と、第二コイルバネ１０７の下端部に支持される第二環状板１０８と、第二環状板１０８の下面に回転可能に取り付けられる第二ローラー１０９と、第二ガイド棒１１０とを備える。
　ベース板１０１、第一コイルバネ１０２、第一環状板１０３、第一ローラー１０４、及び第一ガイド棒１０５は、下板１７の下側に配置される。トップ板１０６、第二コイルバネ１０７、第二環状板１０８、第二ローラー１０９、及び第二ガイド棒１１０は、上板１６の上側に配置される。
　主軸１２は、下端がベース板１０１に接合され、上端がトップ板１０６に接合される。当該主軸１２は、ベース板１０１から上方に延びて、第一コイルバネ１０２の内側及び第一環状板１０３の内側を順次通過し、次いで、下板１７、第一支持部材２１の基端部２１ａ（大径ホイール用アーム１０の基端部に相当）、スぺーサ２３、第二支持部材２９の基端部２９ａ（小径ホイール用アーム１１の基端部に相当）、及び上板１６を順次貫通し、次いで、第二環状板１０８の内側及び第二コイルバネ１０７の内側を順次通過して、トップ板１０６に至る。上記実施形態と同様に、固定ピン２４がスペーサ２３を貫通して主軸１２に突き刺されることで、スペーサ２３は主軸１２に固定される。
　下板１７の下面には、第一テーパ面１２０を有する第一凸部１２１が形成されており（図１６（Ｂ），図１７（Ｂ））、第一テーパ面１２０は、下側になるほど第二方向に傾斜している。また上板１６の上面には、第二テーパ面１２２を有する第二凸部１２３が形成されており（図１６（Ａ），図１７（Ａ））、第二テーパ面１２２は、上側になるほど第二方向に傾斜している。
　以上の構成によれば、カム用アーム９が第一方向に回動する間では、第一方向への第一凸部１２１の回動により第一テーパ面１２０が第一ローラー１０４を押圧することで、第一テーパ面１２０の上側から下側へ向かう第一ローラー１０４の転動が生じて、第一環状板１０３から第一コイルバネ１０２に下向きの力が加えられて、第一コイルバネ１０２が圧縮された状態になり（図１６（Ｂ）の状態から図１７（Ｂ）の状態になり）、且つ、第一方向への第二凸部１２３の回動により第二テーパ面１２２が第二ローラー１０９を押圧することで、第二テーパ面１２２の下側から上側へ向かう第二ローラー１０９の転動が生じて、第二環状板１０８から第二コイルバネ１０７に上向きの力が加えられて、第二コイルバネ１０７が圧縮された状態になる（図１６（Ａ）の状態から図１７（Ａ）の状態になる）。
　この後、第一コイルバネ１０２の弾性復帰により第一コイルバネ１０２から第一環状板１０３に上向きの力が加えられて、第一ローラー１０４が第一テーパ面１２０を押圧してカム用アームを第二方向に付勢するものとなり、且つ、第二コイルバネ１０７の弾性復帰により第二コイルバネ１０７から第二環状板１０８に下向きの力が加えられて、第二ローラー１０９が第二テーパ面１２２を押圧してカム用アーム９を第二方向に付勢するものとなることで、カム用アーム９が、第一方向から反転して、第二方向に回動し、これに伴い、第一テーパ面１２０の下側から上側に向かう第一ローラー１０４の転動と、第二テーパ面１２２の上側から下側に向かう第二ローラー１０９の転動とが生じる（図１７（Ｂ）の状態から図１６（Ｂ）の状態になり、図１７（Ａ）の状態から図１６（Ａ）の状態になる）。
　第一ガイド棒１０５は、第一環状板１０３の上下の動きをガイドするものであって、第一コイルバネ１０２の外側に設けられる。当該第一ガイド棒１０５は、ベース板１０１から上方に延びて、第一環状板１０３を貫通しており、第一環状板１０３から延び出た第一ガイド棒１０５の上端部に第一ボルト１３０が締結される。第一コイルバネ１０２の弾性復帰により第一コイルバネ１０２から第一環状板１０３に上向きの力が加えられる際には、第一環状板１０３が第一ボルト１３０に接することで、第一環状板１０３が停止する（図１６（Ｂ）は、第一環状板１０３が第一ボルト１３０に接した状態を示している）。
　第二ガイド棒１１０は、第二環状板１０８の上下の動きをガイドするものであって、第二コイルバネ１０７の外側に設けられる。当該第二ガイド棒１１０は、トップ板１０６から下方に延びて、第二環状板１０８を貫通しており、第二環状板１０８から延び出た第二ガイド棒１１０の下端部に第二ボルト１３１が締結される。第二コイルバネ１０７の弾性復帰により第二コイルバネ１０７から第二環状板１０８に下向きの力が加えられる際には、第二環状板１０８が第二ボルト１３１に接することで、第二環状板１０８が停止する（図５（Ａ）は、第一環状板１０３が第一ボルト１３０に接した状態を示している）。
　上記の付勢手段１００が発電システムに設けられる場合には、２つのコイルバネ１０２，１０７の力がカム用アーム９に作用することで、発電機４の回転体４４の回転抵抗が大きい場合でも、大径ホイール用アーム１０と大径ホイール４２との接触により、或いは小径ホイール用アーム１１と小径ホイール４１との接触により、回転体４４を回転させることができるので、発電機４に発電を行わせることができる。
　なお上記の第一ガイド棒１０５及び第二ガイド棒１１０は、必ずしも必要ではなく省略されてもよい。
　また上記の付勢手段１００が発電システムに設けられる場合でも、大径ホイール４２を小径ホイール４１よりも上側に設け、大径ホイール用アーム１０を小径ホイール用アーム１１よりも上側に設けてもよい。この場合、主軸１２は、ベース板１０１から上方に延びて、第一コイルバネ１０２の内側及び第一環状板１０３の内側を順次通過し、次いで、下板１７、第一支持部材２１の基端部２１ａ（大径ホイール用アーム１０の基端部に相当）、主軸１２に固定されるスぺーサ２３、第二支持部材２９の基端部２９ａ（小径ホイール用アーム１１の基端部に相当）、及び上板１６を順次貫通し、次いで、第二環状板１０８の内側及び第二コイルバネ１０７の内側を順次通過して、トップ板１０６に至るものとされる。
１　発電システム
２　カム装置
３　アーム機構
４　発電機
６　カム
７　カム部材
８　主駆動軸
９　カム用アーム
１０　大径ホイール用アーム
１１　小径ホイール用アーム
１２　主軸
１３　付勢手段
１４　主軸貫通部材
１５　カム用アーム本体
１５ａ　カム用アーム本体の基端部
１６　上板
１７　下板
１８　連結板
１９　上板と下板との間における連結板よりもカム装置側の空間
２０　上板と下板との間における連結板よりも発電機側の空間
２１　第一支持部材
２１ａ　第一支持部材の基端部
２２　第一移動体
２３　スペーサ
２４　固定ピン
２５　第一節体
２６　第二節体
２７　第一ロッド
２８　第一弾性部材
２９　第二支持部材
２９ａ　第二支持部材の基端部
３０　第二移動体
３１　第三節体
３２　第四節体
３３　第二ロッド
３４　第二弾性部材
３５　ベース板
３６　コイルバネ
３７　環状板
３８　ローラー
４１　小径ホイール
４２　大径ホイール
４３　回転軸
４４　回転体
４５　テーパ面
４６　凸部
４７　第一モータ軸
４８　第一ステッピングモータ
４９　第二モータ軸
５０　第二ステッピングモータ
５１　第三モータ軸
５２　第三ステッピングモータ
５３　第一カム
５４　第二カム
５５　第一ストッパー
５５ａ　第一鍔部
５６　第二ストッパー
５６ａ　第二鍔部
５７　第一ストッパーバネ
５８　第二ストッパーバネ
５９　回転センサ
６０　位置センサ
６１　制御装置
６２　第一貫通孔
６３　第二貫通孔
６４　第一凹部
６５　第二凹部
７２　第一移動体
７３　第一節体
７４　第二節体
７５　第一アブソーバー
７６　第一ロッド
７７　第一弾性部材
７８　第一シリンダー
７９　第一バネ
８０　第三節体
８１　第四節体
８２　第二アブソーバー
８３　第二ロッド
８４　第二シリンダー
８４　第二バネ
８４　第二弾性部材
８５　第二シリンダー
８６　第二バネ
８７　第二移動体
１００　付勢手段
１０１　ベース板
１０２　第一コイルバネ
１０３　第一環状板
１０４　第一ローラー
１０５　第一ガイド棒
１０６　トップ板
１０７　第二コイルバネ
１０８　第二環状板
１０９　第二ローラー
１２０　第一テーパ面
１２１　第一凸部
１２２　第二テーパ面
１２３　第二凸部  

Claims (6)

  1. 　カムが外周面から突出しているカム部材を備え、水力或いは風力により前記カム部材が回転するカム装置と、
    　前記カム部材の回転中に前記カムが接触することで回動を生じるアーム機構と、　小径ホイールと、これよりも外径の大きい大径ホイールとが回転軸に取り付けられた回転体を備え、前記アーム機構の回動中に前記アーム機構が前記小径ホイール及び前記大径ホイールのいずれかの外周面に接触することで、前記回転体の回転が生じて、前記回転体の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電を行う発電機と、
    　前記アーム機構を前記大径ホイールに接触させる第一モードで動作している間に、前記回転体の回転速度が第一値に上昇したことに応じて、前記アーム機構を前記小径ホイールに接触させる第二モードの動作に移行し、前記第二モードで動作している間に、前記回転体の回転速度が前記第一値以下である第二値に減少したことに応じて、前記第一モードの動作に移行する動作制御手段とを備える、発電システム。
  2. 　前記アーム機構は、カム用アームと、大径ホイール用アームと、小径ホイール用アームと、主軸と、付勢手段とを備え、
    　前記主軸は、前記カム用アームの基端部、前記小径ホイール用アームの基端部、及び前記大径ホイール用アームの基端部を貫通しており、
    　前記カム部材の回転で前記カムが前記カム用アームの先端部に接触するたびに、前記カム用アームには、前記カムの押圧によって、前記主軸回りの第一方向への回動が生じ、
    　前記付勢手段は、前記カム用アームが前記第一方向に回動するたびに、前記第一方向とは逆の第二方向に前記カム用アームを付勢するものであり、当該付勢手段による付勢によって、前記カム用アームは、前記第一方向に回動した後、反転して、前記第二方向に回動し、
    　前記動作制御手段は、
    　前記第一モードの動作として、
    　前記大径ホイール用アーム及び前記小径ホイール用アームのうち、前記大径ホイール用アームのみを、前記カム用アームと共に、前記第一方向に回動した後、反転して、前記第二方向に回動するものとし、且つ、前記大径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記大径ホイール用アームを縮めた状態とすることで、前記大径ホイール用アームを前記大径ホイールに接触させず、前記大径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記大径ホイール用アームを伸びた状態とすることで、前記大径ホイール用アームを前記大径ホイールに接触させ、
    　前記第二モードの動作として、
    　前記大径ホイール用アーム及び前記小径ホイール用アームのうち、前記小径ホイール用アームのみを、前記カム用アームと共に、前記第一方向に回動した後、反転して、前記第二方向に回動するものとし、且つ、前記小径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記小径ホイール用アームを縮めた状態とすることで、前記小径ホイール用アームを前記小径ホイールに接触させず、前記小径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記小径ホイール用アームを伸びた状態とすることで、前記小径ホイール用アームを前記小径ホイールに接触させる請求項１に記載の発電システム。
  3. 　前記カム用アームは、主軸貫通部材と、カム用アーム本体とを備え、前記主軸貫通部材によって、前記カム用アームの基端部が構成されており、
    　前記主軸貫通部材は、上板と、前記上板の下方に間隔をあけて配置される下板と、上下方向に延びて前記上板の中間部と前記下板の中間部とを繋ぐ連結板とを備え、
    　前記カム用アーム本体は、前記連結板から前記カム装置側に延びており、
    　前記小径ホイール用アームの基端部及び前記大径ホイール用アームの基端部は、前記上板と前記下板の間における前記連結板よりも前記発電機側の空間に配置され、
    　前記付勢手段は、ベース板と、前記ベース板の上に配置されるコイルバネと、前記コイルバネの上端部に支持される環状板と、前記環状板の上面に回転可能に取り付けられるローラーとを備えるものであって、前記ベース板、前記コイルバネ、前記環状板、及び前記ローラーは、前記下板の下側に配置されており、
    　前記主軸は、前記ベース板から上方に延びており、前記コイルバネの内側及び前記環状板の内側を順次通過した後、前記下板、前記大径ホイール用アームの基端部、前記主軸に固定されるスぺーサ、前記小径ホイール用アームの基端部、及び前記上板を順次貫通し、或いは、前記コイルバネの内側及び前記環状板の内側を順次通過した後、前記下板、前記小径ホイール用アームの基端部、前記主軸に固定されるスぺーサ、前記大径ホイール用アームの基端部、及び前記上板を順次貫通しており、
    　前記下板の下面には、テーパ面を有する凸部が形成されており、前記テーパ面は、下側になるほど前記第二方向に傾斜しており、
    　前記カム用アームが前記第一方向に回動する間では、前記第一方向への前記凸部の回動により前記テーパ面が前記ローラーを押圧することで、前記テーパ面の上側から下側へ向かう前記ローラーの転動が生じて、前記環状板から前記コイルバネに下向きの力が加えられて、前記コイルバネが圧縮された状態になり、この後、前記コイルバネの弾性復帰により前記コイルバネから前記環状板に上向きの力が加えられて、前記ローラーが前記テーパ面を押圧して前記カム用アームを前記第二方向に付勢するものとなることで、前記カム用アームが、前記第一方向から反転して、前記第二方向に回動し、これに伴い、前記テーパ面の下側から上側に向かう前記ローラーの転動が生じる、請求項２に記載の発電システム。
  4. 　前記動作制御手段は、第一モータ軸を有する第一ステッピングモータと、第一カムと、第二カムと、第一ストッパーと、第二ストッパーと、第一ストッパーバネと、第二ストッパーバネと、回転センサと、制御装置とを備え、
    　前記第一カム及び前記第二カムは前記第一モータ軸に間隔をあけて取り付けられるものであって、前記第一ステッピングモータは、前記第一モータ軸が前記上板と前記下板との間における前記連結板よりも前記カム装置側の空間を上下方向に延びて、前記第一カムが前記大径ホイール用アームの基端部と相対し、前記第二カムが前記小径ホイール用アームの基端部と相対するように、前記上板又は前記下板に支持され、
    　前記第一ストッパーは、前記大径ホイール用アームの基端部と前記第一カムとの間で移動可能に前記連結板の第一貫通孔に通されており、
    　前記第一ストッパーバネは、前記第一ストッパーが内側を通過するコイルバネであり、前記第一ストッパーの外周から突出する第一鍔部と前記連結板との間に挟み込まれており、
    　前記第二ストッパーは、前記小径ホイール用アームの基端部と前記第二カムとの間で移動可能に前記連結板の第二貫通孔に通されており、
    　前記第二ストッパーバネは、前記第二ストッパーが内側を通過するコイルバネであり、、前記第二ストッパーの外周から突出する第二鍔部と前記連結板との間に挟み込まれており、
    　前記大径ホイール用アームの基端部には、前記第一ストッパーの一端部を嵌合させるための第一凹部が形成されており、
    　前記小径ホイール用アームの基端部には、前記第二ストッパーの一端部を嵌合させるための第二凹部が形成されており、
    　前記第一ステッピングモータの前記第一モータ軸が正回転することで、前記第一カムが前記第一ストッパーを前記大径ホイール用アーム側に押圧して、前記第一ストッパーバネが圧縮されて、前記第一ストッパーの一端部が前記第一凹部に嵌合し、且つ、前記第二カムによる前記第二ストッパーの押圧が解除されて、前記第二ストッパーバネが弾性復帰し、前記第二ストッパーの一端部が前記第二凹部から外れた状態になり、
    　前記第一ステッピングモータの前記第一モータ軸が逆回転することで、前記第一カムによる前記第一ストッパーの押圧が解除されて、前記第一ストッパーバネが弾性復帰して、前記第一ストッパーの一端部が前記第一凹部から外れ、且つ、前記第二カムが前記第二ストッパーを前記小径ホイール用アーム側に押圧して、前記第二ストッパーバネが圧縮して、前記第二ストッパーの一端部が前記第二凹部に嵌合した状態になり、
    　前記回転センサは、前記回転体の回転速度を検知可能であり、
    　前記制御装置の入力部に所定の操作が行われることに応じて、前記制御装置が前記第一ステッピングモータの前記第一モータ軸を正回転させることで、前記第二ストッパーの一端部が前記第二凹部から外れた状態になって、前記大径ホイール用アームが、前記カム用アームと共に、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動するものとなり、
    　前記回転体の回転速度が前記第一値に上昇したことが前記回転センサに検知されることに応じて、前記制御装置が前記第一ステッピングモータの前記第一モータ軸を逆回転させることで、前記第二ストッパーの一端部が前記第二凹部に嵌合した状態になって、前記小径ホイール用アームが、前記カム用アームと共に、前記第一方向に回動した後、反転して、前記第二方向に回動するものとなり、
    　前記回転体の回転速度が前記第二値に減少したことが前記回転センサに検知されることに応じて、前記制御装置が前記第一ステッピングモータの前記第一モータ軸を正回転させることで、前記第二ストッパーの一端部が前記第二凹部から外れた状態になって、前記大径ホイール用アームが、前記カム用アームと共に、第一方向に回動した後、反転して、第二方向に回動するものとなる請求項３に記載の発電システム。
  5. 　前記大径ホイール用アームは、第一支持部材と、第一移動体とを備え、
    　前記第一支持部材の基端部は、前記大径ホイール用アームの基端部を構成し、
    　前記第一移動体は、第一節体と、第二節体と、第一ロッドと、第一弾性部材とを備え、前記第一節体の先端部と前記第二節体の基端部とがヒンジ連結され、前記第二節体の先端部と前記第一ロッドの基端部とがヒンジ連結され、前記第一ロッドが前記第一支持部材に移動可能に支持され、前記第一弾性部材は、前記第一ロッドの先端部から延びるものであって、前記大径ホイール用アームの先端部を構成しており、
    　前記小径ホイール用アームは、第二支持部材と、第二移動体とを備え、
    　前記第二支持部材の基端部は、前記小径ホイール用アームの基端部を構成し、
    　前記第二移動体は、第三節体と、第四節体と、第二ロッドと、第二弾性部材とを備え、前記第三節体の先端部と前記第四節体の基端部とがヒンジ連結され、前記第四節体の先端部と前記第二ロッドの基端部とがヒンジ連結され、前記第二ロッドが前記第二支持部材に移動可能に支持され、前記第二弾性部材は、前記第二ロッドの先端部から延びるものであって、前記小径ホイール用アームの先端部を構成しており、
    　前記動作制御手段は、第二モータ軸を有する第二ステッピングモータと、第三モータ軸を有する第三ステッピングモータと、位置センサとを、さらに備え、
    　前記第二ステッピングモータは、前記第一支持部材に支持されており、前記第二モータ軸は、前記第一節体の基端部に接続されており、
    　前記第三ステッピングモータは、前記第二支持部材に支持されており、前記第三モータ軸は、前記第三節体の基端部に接続されており、
    　前記位置センサは、前記カム用アームが、前記第一方向の回動開始位置に到達したことや、前記第二方向の回動開始位置に到達したことを検知可能であり、
    　前記大径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記大径ホイール用アームを伸びた状態とすることは、前記カム用アームが前記第二方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第二ステッピングモータの前記第二モータ軸を正回転させることで、前記第一節体及び前記第二節体が直線状になって、前記第二節体の押圧で前記第一ロッド及び前記第一弾性部材が前記発電機側に移動することで実現され、前記大径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記第一弾性部材が前記大径ホイールに接触し、
    　前記大径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記大径ホイール用アームを縮めた状態とすることは、前記カム用アームが前記第一方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第二ステッピングモータの前記第二モータ軸を逆回転させることで、前記第一節体及び前記第二節体が屈曲状になって、前記第二節体の牽引で前記第一ロッド及び前記第一弾性部材が前記カム部材側に移動することで実現され、前記大径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記第一弾性部材が前記大径ホイールに接触せず、
    　前記小径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記小径ホイール用アームを伸びた状態とすることは、前記カム用アームが前記第二方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第三ステッピングモータの前記第三モータ軸を正回転させることで、前記第三節体及び前記第四節体が直線状になって、前記第四節体の押圧で前記第二ロッド及び前記第二弾性部材が前記発電機側に移動することで実現され、前記小径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記第二弾性部材が前記小径ホイールに接触し、
    　前記小径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記小径ホイール用アームを縮めた状態とすることは、前記カム用アームが前記第一方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第三ステッピングモータの前記第三モータ軸を逆回転させることで、前記第三節体及び前記第四節体が屈曲状になって、前記第四節体の牽引で前記第二ロッド及び前記第二弾性部材が前記カム部材側に移動することで実現され、前記小径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記第二弾性部材が前記小径ホイールに接触しない請求項３又は４に記載の発電システム。
  6. 　前記大径ホイール用アームは、第一支持部材と、第一移動体とを備え、
    　前記第一支持部材の基端部は、前記大径ホイール用アームの基端部を構成し、
    　前記第一移動体は、第一節体と、第二節体と、第一アブソーバーと、第一ロッドと、第一弾性部材とを備えて、前記第一ロッドが前記第一支持部材に移動可能に支持されており、
    　前記第一アブソーバーは、先端に開口を有する第一シリンダーと、前記第一シリンダーの内部に配置される第一バネとを備えており、前記第一節体の先端部と前記第二節体の基端部とがヒンジ連結され、前記第二節体の先端部と前記第一シリンダーの基端部とがヒンジ連結され、前記第一バネの基端部と前記第一シリンダーの基端部とが接続され、前記第一バネの先端部と前記第一ロッドの基端部とが接続され、前記第一弾性部材は、前記第一ロッドの先端部から延びて、前記大径ホイール用アームの先端部を構成しており、
    　前記小径ホイール用アームは、第二支持部材と、第二移動体とを備え、
    　前記第二支持部材の基端部は、前記小径ホイール用アームの基端部を構成し、
    　前記第二移動体は、第三節体と、第四節体と、第二アブソーバーと、第二ロッドと、第二弾性部材とを備えて、前記第二ロッドが前記第二支持部材に移動可能に支持されたものであって、
    　前記第二アブソーバーは、先端に開口を有する第二シリンダーと、前記第二シリンダーの内部に配置される第二バネとを備えており、前記第三節体の先端部と前記第四節体の基端部とがヒンジ連結され、前記第四節体の先端部と前記第二シリンダーの基端部とがヒンジ連結され、前記第二バネの先端部と前記第二ロッドの基端部とが接続され、前記第二弾性部材は、前記第二ロッドの先端部から延びて、前記小径ホイール用アームの先端部を構成しており、
    　前記動作制御手段は、第二モータ軸を有する第二ステッピングモータと、第三モータ軸を有する第三ステッピングモータと、位置センサとを、さらに備え、
    　前記第二ステッピングモータは、前記第一支持部材に支持されており、前記第二モータ軸は、前記第一節体の基端部に接続されており、
    　前記第三ステッピングモータは、前記第二支持部材に支持されており、前記第三モータ軸は、前記第三節体の基端部に接続されており、
    　前記位置センサは、前記カム用アームが、前記第一方向の回動開始位置に到達したことや、前記第二方向の回動開始位置に到達したことを検知可能であり、
    　前記大径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記大径ホイール用アームを伸びた状態とすることは、前記カム用アームが前記第二方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第二ステッピングモータの前記第二モータ軸を正回転させることで、前記第一節体及び前記第二節体が直線状になって、前記第一シリンダー、前記第一バネ、前記第一ロッド、及び前記第一弾性部材が、前記発電機側に移動することで実現され、前記大径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記第一弾性部材が前記大径ホイールに接触し、
    　前記大径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記大径ホイール用アームを縮めた状態とすることは、前記カム用アームが前記第一方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第二ステッピングモータの前記第二モータ軸を逆回転させることで、前記第一節体及び前記第二節体が屈曲状になって、前記第一シリンダー、前記第一バネ、前記第一ロッド、及び前記第一弾性部材が、前記カム用ホイール側に移動することで実現され、前記大径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記第一弾性部材が前記大径ホイールに接触せず、
    　前記小径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記小径ホイール用アームを伸びた状態とすることは、前記カム用アームが前記第二方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第三ステッピングモータの前記第三モータ軸を正回転させることで、前記第三節体及び前記第四節体が直線状になって、前記第二シリンダー、前記第二バネ、前記第二ロッド及び前記第二弾性部材が、前記発電機側に移動することで実現され、前記小径ホイール用アームが前記第二方向に回動する間では、前記第二弾性部材が前記小径ホイールに接触し、
    　前記小径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間に、前記動作制御手段が前記小径ホイール用アームを縮めた状態とすることは、前記カム用アームが前記第一方向の回動開始位置に到達したことが前記位置センサに検知されたことに応じて、前記制御装置が前記第三ステッピングモータの前記第三モータ軸を逆回転させることで、前記第三節体及び前記第四節体が屈曲状になって、前記第二シリンダー、前記第二バネ、前記第二ロッド、及び前記第二弾性部材が、前記カム部材側に移動することで実現され、前記小径ホイール用アームが前記第一方向に回動する間では、前記第二弾性部材が前記小径ホイールに接触しない請求項３又は４に記載の発電システム。
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