CN103930671B - 重力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种重力发电装置，抑制作用于配重体的离心力导致的该配重体的倾斜和左右摆动，由此能够实现更加稳定的发电。重力发电装置(1)具有：以被大致水平地支承的旋转轴(21)为中心在铅直面内旋转的旋转体(2)、使该旋转体(2)旋转的旋转驱动机构(3)、等间隔地配置在以所述旋转体(2)的旋转轴(21)为中心的同一圆周轨道上的多个发电用马达(4)、以及悬挂在这些发电用马达(4)的马达旋转轴(42)上的配重体(5)，所述配重体(5)具有的重量使得配重体(5)的重力比使所述旋转体(2)以既定旋转速度旋转的情况下作用于所述配重体(5)的离心力更大，而且，所述配重体的重心接近所述马达旋转轴(42)地设置。

Description

重力发电装置

技术领域

本发明涉及将重力能转换成发电用马达的旋转力而进行发电的重力发电装置。

背景技术

以往，提出了各种利用重力能的发电装置。作为有代表性的方案，有利用水库的放水或河流的流水使涡轮旋转而进行发电的水力发电装置。但是，这种水力发电装置伴随着水库建设等大规模工程，存在建设和制造费用高的问题。而且，水库或河流的水量因气候或季节的变化而变动，所以还存在水量不足时难以供给稳定电力的问题。

鉴于此，作为利用重力能的新型发电装置，本申请的发明人在日本特开2005-39949号公报中提出了一种环状发电系统的方案，该环状发电系统具有旋转驱动用的马达、连结到该马达上进行旋转的环状体、等间隔配置在该环状体上的多个发电用马达、以及悬挂在这些发电用马达的马达旋转轴上的配重体(专利文献1)。根据该专利文献1，发电用马达与环状体一起旋转，与之相对，马达旋转轴则借助悬挂的配重体持续保持相同的姿势，所以，发电用马达的马达主体和马达旋转轴相对地旋转，能够发电。

即，该环状发电系统能够利用作用于配重体的重力能使发电用马达旋转，将该重力能转换成电能，是一种以前没有的重力发电装置。

而且，该环状发电系统中，旋转驱动用的马达和发电用马达等可以使用市售的产品，所以具有生产成本低的优点。此外，由于是借助旋转驱动用的马达使其旋转，所以没有因气候或季节变化引起的变动。

进而，多个发电用马达是等间隔地配置在环状体上的，所以以环状体的旋转轴为中心对置的发电用马达的重量相互抵消，不需要克服重力的能量。因此，环状体等旋转所需的能量较少，具有运转成本低的优点。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2005-39949号公报

发明所要解决的问题

但是，在专利文献1记载的发明中，存在配重体受离心力影响而倾斜或摆动的情况。如果配重体倾斜，则环状体的重量平衡被打破，会产生振动、噪音、破损等。而且，如果配重体摆动，则马达主体与马达旋转轴的相对旋转速度会发生变化，尽管是在短时间内发生变化，也会使得发电量产生变动，从而欠缺稳定性。进而，如果旋转体的旋转速度变快，则作用于配重体的离心力会变得比作用于配重部件的重力更大，存在配重体自转而倒挂的情况。

因此，在上述环状发电系统中，为了使发电稳定化，还存在改良的余地。

发明内容

本发明是为了解决这些问题而做出的，目的在于提供一种重力发电装置，通过抑制作用于配重体的离心力导致的该配重体的倾斜或左右摆动，能够实现更加稳定的发电。

本发明的重力发电装置具有：以被大致水平地支承的旋转轴为中心在铅直面内旋转的旋转体、使该旋转体旋转的旋转驱动机构、等间隔地配置在以所述旋转体的旋转轴为中心的同一圆周轨道上的多个发电用马达、以及悬挂在这些发电用马达的马达旋转轴上的配重体，所述配重体具有的重量使得所述配重体的重力比使所述旋转体以既定旋转速度旋转的情况下作用于所述配重体的离心力更大，而且，所述配重体的重心接近所述马达旋转轴地设置。

另外，作为本发明的一种方案，可以设计成，所述配重体具有臂和配重，所述臂呈具有直线部和圆弧部的大致半圆形，所述配重设置在沿所述圆弧部的任意位置上，所述配重体在沿所述直线部的任意位置固定在所述马达旋转轴上。

进而，作为本发明的一种方案，可以设计成，所述直线部上的所述马达旋转轴的固定位置相对于所述直线部的中心而言，在所述旋转体顺时针旋转的情况下位于右侧，在所述旋转体逆时针旋转的情况下位于左侧，并且，所述圆弧部上的所述配重部的设置位置相对于所述圆弧部的中心而言，在所述旋转体顺时针旋转的情况下位于右侧，在所述旋转体逆时针旋转的情况下位于左侧。

此外，作为本发明的一种方案，可以设计成，在所述配重体上设置有空气阻力承受部，所述空气阻力承受部承受由于所述旋转体的旋转而产生的空气阻力，该空气阻力承受部在所述旋转体顺时针旋转的情况下设置于左侧，在所述旋转体逆时针旋转的情况下设置于右侧。

进而，作为本发明的一种方案，可以设计成，在所述配重体和所述马达旋转轴之间设置有变速齿轮机构，在使所述旋转体旋转的情况下，所述变速齿轮机构使所述马达旋转轴以所述旋转体的转速以上的转速旋转。

发明的效果

根据本发明，通过抑制作用于配重体的离心力导致的该配重体的倾斜和左右摆动，能够实现更加稳定的发电。

附图说明

图1是表示本发明的重力发电装置的一个实施方式的主视图。

图2是表示本实施方式的重力发电装置的侧视图。

图3是表示在本实施方式中旋转体顺时针旋转的情况下的配重体的放大主视图。

图4是表示在本实施方式中旋转体逆时针旋转的情况下的配重体的放大主视图。

图5是表示空气阻力承受部的另一实施方式的立体图。

图6是表示在本实施方式中旋转体从上向下逆时针旋转的情况下作用于配重体的离心力以及空气阻力的放大主视图。

图7是表示在本实施方式中旋转体从下向上逆时针旋转的情况下作用于配重体的离心力以及空气阻力的放大主视图。

附图标记说明

1：重力发电装置；2：旋转体；3：旋转体驱动机构；4：发电用马达；5：配重体；6：集电机构；7：充电用电池；8：空气阻力承受部；21：旋转轴；22：边框部；23：轴毂部；24：辐条部；41：马达主体；42：马达旋转轴；51：臂；52：配重；61：导轨；62：集电端子；511：直线部；512：圆弧部；P：马达旋转轴的设置位置；Q：配重的设置位置。

具体实施方式

下面，利用附图说明本发明的重力发电装置的一个实施方式。图1和图2是本实施方式的重力发电装置1的主视图和侧视图。

本实施方式中的重力发电装置1如图1和图2所示，具有：旋转体2、驱动该旋转体2的旋转驱动机构3、配置在前述旋转体2上的多个发电用马达4、悬挂在这些发电用马达4的马达旋转轴42上的配重体5、收集由发电用马达4产生的电的集电机构6、以及将由该集电机构6收集的电储存起来的充电用电池7。

旋转体2具有被大致水平地支承的旋转轴21，以该旋转轴21为中心在铅直面内旋转。本实施方式中的旋转体2如图1所示，由圆环状的边框部22、具有旋转轴21的轴毂部23、以及连结前述边框部22和前述轴毂部23的辐条部24构成。

旋转体2并不限于图1所例示的形式，例如也可以构成为圆盘形或圆柱形，尽管这样会产生发电效率的差异。另外，旋转体优选为以旋转轴为中心处于对置位置的重量相互抵消而能够维持平衡关系的形状，除了圆形外，还可以形成为正多边形。

旋转驱动机构3用来使旋转体2以既定的旋转速度旋转。在本实施方式中，旋转驱动机构的旋转轴连结在旋转体2的旋转轴21上。

旋转驱动机构3可以从汽油发动机等内燃机、风车和水车等中适当选择。而且，也可以在旋转驱动机构3的旋转轴和旋转体2的旋转轴21之间设置调节旋转速度的变速齿轮机构等。

发电用马达4可以采用市售的电马达，包括具备永久磁铁的马达主体41、和具备线圈的马达旋转轴42。该发电用马达4中，马达主体41和马达旋转轴42相对旋转，从而电流流过马达旋转轴42的线圈，进行发电。

在旋转体2上，多个上述发电用马达4等间隔地配置在以旋转体2的旋转轴21为中心的同一圆周轨道上，以便将发电用马达4彼此的重量相互抵消。在本实施方式中，如图1所示，4个发电用马达4等间隔地固定在旋转体2的边框部22上。从发电的角度考虑，发电用马达4的数量并没有特别限定，但考虑到处于对置位置的发电用马达4的重量和离心力的平衡，为了提高发电效率，优选平衡性良好地配置偶数个发电用马达4。

配重体5悬挂在各发电用马达4的马达旋转轴42上。该配重体5持续保持悬挂姿势，来使马达主体41和马达旋转轴42相对地旋转。

另外，为了防止配重体5因离心力作用而倾斜或倒挂，预先计算作用在配重体上的离心力，设定配重体5的重量，使得配重体5的重力大于该离心力。而且，配重体5的重心尽可能接近前述发电用马达4的马达旋转轴42地设置。

本实施方式中的配重体5如图1和图3所示，具有大致半圆形的臂51和设置在该臂51上的配重52。

臂51如图3所示，用来将配重52悬挂在马达旋转轴42上，在本实施方式中，形成为具有直线部511和圆弧部512的大致半圆形。直线部511是固定在发电用马达4的马达旋转轴42上的部分，圆弧部512是固定配重52的部分。在本实施方式中，前述配重52尽可能接近圆弧部512内侧的上述发电用马达4的马达旋转轴42地设置。

另外，本实施方式中的臂51兼做空气阻力承受部8。该空气阻力承受部8承受由旋转体2的旋转产生的空气阻力，由此对配重体5施加与配重体5因离心力作用而倾斜的方向相反的旋转力，抑制配重体5的倾斜。在本实施方式中，臂51的直线部511与发电用马达4的马达旋转轴42的固定位置P相对于前述直线部511的中心而言偏到一侧，由此，旋转体2旋转时，在前述固定位置P的左右承受的空气阻力产生差异，从而使臂51发挥作为空气阻力承受部8的作用。

具体而言，旋转体2顺时针旋转的情况下，如图3所示，直线部511上的马达旋转轴42的固定位置P相对于直线部511的中心位于右侧。另一方面，在旋转体2逆时针旋转的情况下，如图4所示，直线部511上的马达旋转轴42的固定位置P相对于直线部511的中心位于左侧。

另外，空气阻力承受部8不限于本实施方式这样由臂51构成的方式，也可以如图5所示，用承受空气阻力的板等形成。

配重52沿臂51的圆弧部512设置。在本实施方式中，配重52的固定位置Q相对于前述圆弧部512的中心而言偏到一侧，从而配重体5的重心接近马达旋转轴42。

具体而言，在旋转体2顺时针旋转的情况下，如图3所示，圆弧部512上的配重52的固定位置Q相对于圆弧部512的中心位于右侧，配重体5的重心接近马达旋转轴42。而在旋转体2逆时针旋转的情况下，如图4所示，圆弧部512上的配重52的固定位置Q相对于弧部512的中心位于左侧，配重体5的重心接近马达旋转轴42。

另外，尽管没有图示，但在本实施方式中，为了使马达旋转轴42高效旋转，在配重体5和马达旋转轴42之间设置有变速齿轮机构，在使旋转体2旋转的情况下，该变速齿轮机构使马达旋转轴42以旋转体2的转速以上的转速旋转。

集电机构6收集由发电用马达4产生的电力，在本实施方式中，具有连结各发电用马达的电极的导轨61、和与该导轨61接触而集电的集电端子62。

充电用电池7是市售的充电用电池。而且，充电用电池7与集电机构6的集电端子62可通电地连接。另外，充电用电池7的种类没有特别限定，可以从铅蓄电池、镍充电电池等中适当选择。

下面，对本实施方式的重力发电装置1的各构成部分的作用进行说明。

首先，对旋转驱动机构3供给能量，使旋转体2旋转。旋转体2的轴毂部23处的旋转轴21接受旋转驱动机构3的旋转力而旋转，其旋转力从辐条部24向边框部22传递，进而向配置在边框部22上的多个发电用马达4传递。在本实施方式中，如图1所示，旋转体2顺时针旋转。

此时，旋转体2以及各发电用马达4按照以旋转体2的旋转轴21为中心相互抵消的重量平衡配置，所以不需要当旋转体2旋转时向与重力相反的方向抬起用的能量。

另外，旋转体2达到既定速度时，开始借助惯性力旋转，所以旋转体2旋转所需的能量仅为由于旋转轴21处的摩擦力和各构成部分的空气阻力造成的能量损失部分。

配重体5被作用于该配重体5的重力向下牵拉，所以有维持悬挂在马达旋转轴42上的状态的趋势。这样，在悬挂着配重体5的状态下，发电用马达4与旋转体2一起旋转，从而马达主体41和马达旋转轴42相对地旋转。发电用马达4中，马达主体41和马达旋转轴42相对地旋转，从而在马达旋转轴42的线圈中产生电动势，进行发电。

本实施方式中的配重体5的重量形成为，使得作用于该配重体5的重力比使旋转体2以既定旋转速度旋转时作用于配重体5的离心力更大，所以，配重体5一直维持悬挂状态。

另外，在本实施方式中，配重体5的臂51兼做空气阻力承受部8。如图6所示，在旋转体2顺时针旋转，发电用马达4以及配重体5随之从上向下旋转的情况下，配重体5在离心力的作用下有以马达旋转轴42为中心逆时针自转的趋势。但另一方面，本实施方式中由臂51承受的空气阻力在臂51的左侧较强。因此，配重体5上作用以马达旋转轴42为中心顺时针自转的力。

这样一来，配重体5上的因离心力产生的旋转力与因空气阻力产生的旋转力相互抵消，配重体5的自转受到抑制，维持姿势。

此外，从下向上旋转的情况下也同样，如图7所示，配重体5在离心力的作用下有以马达旋转轴42为中心顺时针自转的趋势。但另一方面，由臂51承受的空气阻力在臂51的左侧较强，因此，配重体5上作用以马达旋转轴42为中心逆时针自转的力。

这样一来，从下向上旋转的情况下，配重体5上的因离心力产生的旋转力与因空气阻力产生的旋转力也相互抵消，配重体5的自转受到抑制，维持姿势。

此外，由于配重52设置在沿着臂51的圆弧部512的右侧，所以配重体5的重心接近马达旋转轴42。这样，即使配重体5倾斜，也能够减轻以旋转体2的旋转轴21为中心的重量平衡的破坏程度。

另外，根据本实施方式的各发电用马达4，旋转体2每转1圈，马达主体41都相对于由变速齿轮机构增加了转速的马达旋转轴42相对地旋转，所以能够高效地发电。

集电机构6收集由各发电用马达4产生的电。本实施方式中的集电机构6由导轨61和集电端子62构成，所以不会有扭曲等情况发生。

根据上述本实施方式，可以获得以下效果。

1.通过抑制配重体5由于离心力导致的左右摆动，能够稳定地进行利用重力的发电。

2.能够防止旋转体2旋转时配重体5自转从而倒挂的情况。

3.能够有效抑制旋转体旋转时产生的振动和噪音。

另外，本发明的重力发电装置并不限于上述实施方式，可以适当进行变更。

例如，本发明的重力发电装置1也可以不经由充电用电池7，而是使用变压器直接向电气产品等送电。而且，也可以向输电网送电。

Claims (3)

1.一种重力发电装置，具有：以被大致水平地支承的旋转轴为中心在铅直面内旋转的旋转体、使该旋转体旋转的旋转驱动机构、等间隔地配置在以所述旋转体的旋转轴为中心的同一圆周轨道上的多个发电用马达、以及悬挂在这些发电用马达的马达旋转轴上的配重体，其特征在于，

所述配重体具有臂和配重，所述臂呈具有直线部和圆弧部的大致半圆形，所述配重设置在沿所述圆弧部的任意位置上，

所述马达旋转轴相对于所述直线部的中心而言，在所述旋转体顺时针旋转的情况下配置于右侧，在所述旋转体逆时针旋转的情况下配置于左侧，并且，所述配重相对于所述圆弧部的中心而言，在所述旋转体顺时针旋转的情况下配置于右侧，在所述旋转体逆时针旋转的情况下配置于左侧。

2.如权利要求1所述的重力发电装置，其特征在于，在所述配重体上设置有空气阻力承受部，所述空气阻力承受部承受由于所述旋转体的旋转而产生的空气阻力，该空气阻力承受部在所述旋转体顺时针旋转的情况下设置于左侧，在所述旋转体逆时针旋转的情况下设置于右侧。

3.如权利要求1或2所述的重力发电装置，其特征在于，在所述配重体和所述马达旋转轴之间设置有变速齿轮机构，在使所述旋转体旋转的情况下，所述变速齿轮机构使所述马达旋转轴以所述旋转体的转速以上的转速旋转。