JP2006025468A

JP2006025468A - 発電装置

Info

Publication number: JP2006025468A
Application number: JP2002178052A
Authority: JP
Inventors: Takumi Tamura; 巧田村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2006-01-26
Also published as: AU2003242450A1; TW200402184A; WO2004001936A1

Abstract

【課題】簡単な構造を有し、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低い発電装置を提供する。
【解決手段】軸受を介して架台に回転可能に設けられた回転軸と、回転軸の外周に設けられ、その中心が回転軸の軸心上にある円板状の回転盤と、回転盤上において回転軸の軸心について対象に固定され、対向する側面に異なる磁極が配置された複数の第１永久磁石と、架台に設けられ、対向する側面に異なる磁極が配置され、側面の一つが第１永久磁石の側面の一つと対向するようにされている第２永久磁石と、ここで、第１永久磁石と第２永久磁石との間の吸引力または反発力により、回転軸の軸心の周りに、第１永久磁石が固定された回転盤および回転軸が回転し、回転軸の回転トルクを取り出して発電を行い、第２永久磁石をその長手方向の軸を中心に回転させることにより、第1永久磁石の前記側面の一つと対向する第２永久磁石の側面を順次変更することにより、第1永久磁石と第２永久磁石との間に吸引力または反発力を発生させることとしている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電装置に関し、特に、磁力を利用した発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発電装置としては、水力、火力、原子力、風力等を利用したものがあるが、いずれも省資源の観点からは充分なものではなく、かつ、いずれも装置が大型化せざるを得なかった。
【０００３】
これに対して、水素などの元素のエネルギーや太陽エネルギーを利用した発電装置も開発されつつあるが、いずれも開発段階であって実用にはいまだ充分であるとはいいがたい。
【０００４】
さらに、従来の発電装置よりも小型であって、省資源を目指したものとして、永久磁石を利用した磁力回転装置により発電を行うものがある。例えば、特開平７−８７７２５号公報に記載された磁力回転装置である。この磁力回転装置においては、永久磁石と電磁石との反発力を利用して、永久磁石が固定された回転子を回転させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の磁力回転装置においては、永久磁石を多数設ける必要があること、電磁石を用いるため装置が複雑化すること、さらには、回転バランサ等が必要であることなどにより、装置が複雑かつ大型化するという欠点を有している。さらに、装置が複雑であることにより製造工程も複雑化せざるを得ないため、製造コスト面においても不利である。
【０００６】
そこで本発明の目的は、簡単な構造を有し、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低い発電装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の上記以外の目的及び本発明の特徴とするところは、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、一層明確になるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の発電装置においては、軸受を介して架台に回転可能に設けられた回転軸と、回転軸の外周に設けられ、その中心が回転軸の軸心上にある円板状の回転盤と、回転盤上において回転軸の軸心について対象に固定され、対向する側面に異なる磁極が配置された複数の第１永久磁石と、架台に設けられ、対向する側面に異なる磁極が配置され、側面の一つが第１永久磁石の側面の一つと対向するようにされている第２永久磁石と、ここで、第１永久磁石と第２永久磁石との間の吸引力または反発力により、回転軸の軸心の周りに、第１永久磁石が固定された回転盤および回転軸が回転し、回転軸の回転トルクを取り出して発電を行い、第２永久磁石をその長手方向の軸を中心に回転させることにより、第1永久磁石の前記側面の一つと対向する第２永久磁石の側面を順次変更することにより、第1永久磁石と第２永久磁石との間に吸引力または反発力を発生させることとしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる発電装置１の構成を示す図である。図１（ａ）は第１実施形態にかかる発電装置１の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図２は、第１実施形態にかかる永久磁石９、１１の構成を示す図である。図２（ａ）は回転盤７上に設けられた永久磁石９の構成を示す側面図及び断面図を、（ｂ）は上側固定板１７の下側表面１７ａに配置された永久磁石１１及び永久磁石取り付け具２３の構成を示す側面図及び断面図である。
【００１０】
第１実施形態にかかる発電装置１は、架台３、回転軸５、回転盤７、永久磁石９、１１、フライホイール１３、発電機１５などからなる。
【００１１】
架台３は長方形の２枚の固定板１７、１８からなる。固定板１７、１８は、四隅に配置した４本の円柱１９によって、並行に離間して配置してある。２枚の固定板１７、１８のそれぞれの中央部分には軸受２１が配置されており、両方の軸受２１の内輪を貫通するように回転軸５が設けられている。
【００１２】
回転軸５の鉛直方向中央部には、円形の回転盤７が固定されている。回転盤７の中心７ａは回転軸５の軸心５ａ上にあって、回転盤７と回転軸５は一体となって回転可能である。
【００１３】
回転盤７の上側表面７ｂの周縁部には、直方体形状の２個の永久磁石９（第１永久磁石）が回転盤７の中心７ａに対して対称に配置されている。２個の永久磁石９ともに、図１（ｂ）および図２（ａ）に示すように、上面がＮ極、下面がＳ極となるように、かつ長手方向が回転盤７の半径方向と一致するように固定されている。
【００１４】
回転盤７の下側表面７ｃの周縁部には、輪状であって外径が回転盤の直径と同一のフライホイール１３が固定されている。フライホイール１３の内径は、回転盤７上に配置された永久磁石９の間隔よりやや長くしてある。
【００１５】
上側の固定板１７の下側表面１７ａには、永久磁石取り付け具２３を介して直方体形状の永久磁石（第２永久磁石）１１が配置されている。この永久磁石１１は、回転盤７上に配置された永久磁石９と同一形状である。また、長手方向が回転盤７の半径方向と一致するように永久磁石取り付け具２３に取り付けられている。
【００１６】
永久磁石取り付け具２３は、一対のＬ字型金具２３ａと、一組の円筒部２３ｂとからなる。２個で一対のＬ字型金具２３ａは、固定板１７の長辺と平行かつ回転軸５の中心を通る直線上であって上から見て左側に、一定の間隔をおいて配置されている。それぞれのＬ字型金具２３ａの一辺は固定板１７の下側表面に固定されている。Ｌ字型金具２３ａのもう一方の辺は、鉛直方向下向きに配置されており、その下側端部には円筒部から延在する軸２３ｃを挿入可能な穴２３ｄが設けられている。なお、Ｌ字形状の内側部分２３ｅは互いに対向している。
【００１７】
円筒部２３ｂは一端が開口２３ｆとなっている。図２（ｂ）に示すように、開口２３ｆから円筒部２３ｂの内部へ直方体の永久磁石１１の端部を挿入して固定できるように、開口２３ｆの断面は長方形となっている。円筒部２３ｂの開口２３ｆとは反対側の端部の外側には軸２３ｃが設けられており、Ｌ字型金具の穴２３ｄに挿入可能である。なお、図２（ｂ）には示していないが、軸２３ｃは軸受を介して円筒部２３ｂに設けられている。このように軸受を設けることにより軸２３ｃとＬ字型金具の穴２３ｄとの間の磨耗を少なくすることができるため、永久磁石１１をスムーズに回転させることができ、ひいてはエネルギーの損失を防ぐことができる。
【００１８】
以上の構成により、永久磁石１１の長手方向（軸方向）の両端部をそれぞれ別個の円筒部２３ｂ内へ挿入し、両円筒部２３ｂから外側へ延在する軸２３ｃをそれぞれＬ字型金具２３ａの穴２３ｄに挿入することができる。これによって、永久磁石１１はその軸１１ａを中心に回転可能に永久磁石取り付け具２３に固定される。なお、永久磁石１１の軸１１ａと、両円筒部２３ｂから外側へ延在する軸２３ｃの軸心とは同一であるため、永久磁石１１はその軸１１ａを中心に回転可能である。また、永久磁石１１の長手方向の４つの側面のうちの対向する２つの側面は、それぞれＮ極およびＳ極となっている。さらに永久磁石１１は、鉛直方向において、回転盤７上の永久磁石９の側面と、その側面とがちょうど対向する位置に配置されている。
【００１９】
円筒部２３ｂの外周にはベルト２５が掛け回されている。ベルト２５の他端はモータ２７の回転軸２７ａに掛け回されている。この構成により、モータ２７の回転が円筒部２３ｂに伝えられるため、モータ２７によって永久磁石１１を回転させることができる。また、モータ２７は無段変速機２９を備えているため、０〜２０００回転の回転数を制御することができる。
【００２０】
一方、下側の固定板１８上には、回転軸５の回転を電力に変換する発電機１５が設けられている。なお、回転軸５の回転から得られるトルクの一部をモータ２７の動力に用いている。
【００２１】
つづいて、図３を用いて本実施形態にかかる発電装置1の動作について説明する。図３は、回転盤７上に固定された永久磁石９と上側固定板１７の下側面１７ａに配置された永久磁石１１との関係を概念的に示したものである。図３は、永久磁石９と永久磁石１１の磁極を側方から見た図と、回転盤７上における永久磁石９の描く軌跡を上から見た図を組み合わせたものである。
【００２２】
図３（ａ）は、永久磁石１１のＳ極が下側にあって、かつ、永久磁石９の上側に配置されたＮ極と対向している状態を示している。図３（ｂ）は、永久磁石１１が（ａ）の状態から時計方向に９０度回転してＮ極とＳ極とが水平方向に配置されており、かつ、永久磁石９が（ａ）の状態から時計方向に回転した状態を示している。図３（ｃ）は、永久磁石１１が（ａ）の状態から時計方向に１８０度回転しており、かつ、永久磁石９が（ｂ）の状態からさらに時計方向に回転した状態を示している。図３（ｄ）は、永久磁石１１が（ａ）の状態から時計方向に２７０度回転してＳ極とＮ極とが水平方向に配置されており、かつ、永久磁石９が（ｃ）の状態から時計方向に回転して（ａ）の位置に近づいた状態を示している。
【００２３】
本実施形態においては以下のサイクルで回転盤が回転する。すなわち、図３（ａ）は、本実施形態の初期状態である。この図において、回転盤７に固定された永久磁石９のＮ極と上側固定板１７の下側面１７ａに配置された永久磁石１１のＳ極とが対向しているため、Ｎ極とＳ極との間の吸引力により永久磁石９が固定された回転盤７は回転を停止している。この状態で、モータ２７により永久磁石１１を時計方向に回転させると、永久磁石１１のＳ極と永久磁石９のＮ極との吸引力により永久磁石９が時計方向に回転し始める（図３（ｂ））。さらに、永久磁石１１を回転させると、永久磁石１１のＮ極と永久磁石９のＮ極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により永久磁石９はさらに回転する（図３（ｃ））。そして、さらに永久磁石１１が回転すると、永久磁石１１のＮ極と永久磁石９のＳ極が接近してくるため、両者の吸引力により回転盤７はさらに回転する（図３（ｄ））。ここで、さらに永久磁石１１を回転させると、永久磁石９のＮ極との間の吸引力の作用によりさらに回転し、初期状態（図３（ａ））までもどる。
【００２４】
初期状態までもどると、再び上述のサイクルにより回転盤７が回転しつづける。本実施形態においては、回転盤７の下側表面にフライホイール１３が設けられているため、回転盤７上の永久磁石９の吸引力および反発力に加えて、フライホイール１３の慣性力の作用によって、回転盤７をスムーズに回転させることができる。
【００２５】
上述のように、第１実施形態にかかる発電装置は構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低く抑えることが可能である。
【００２６】
図４は、本発明の第２実施形態にかかる発電装置４１の構成を示す図である。図４（ａ）は第２実施形態にかかる発電装置４１の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。以下の第２実施形態についての説明は、第１実施形態と異なる点を中心に行い、第１実施形態と同様の構成の部材についてはその詳細な説明は省略する。
【００２７】
第２実施形態にかかる発電装置４１は、架台４３、回転軸４５、回転盤４７、永久磁石４９、５１、フライホイール５３、発電機５５、ギヤ５６、ベルト６５、などからなる。
【００２８】
架台４３は第１実施形態と同様に設けられているが、正面から見て左側面には永久磁石取り付け具６３取り付け用の板状部材５９が設けられている。板状部材５９は、その長手方向が鉛直方向に延在しており、上側端部５９ａが上側固定部材５７に、下側端部５９ｂが下側固定部材５８に固定されている。
【００２９】
回転軸４５の鉛直方向中央部には、円形の回転盤４７が固定されている。回転盤４７の中心４７ａは回転軸４５の軸心４５ａ上にあって、回転盤４７と回転軸４５は一体となって回転可能である。
【００３０】
回転盤４７の周縁部にはフライホイール５３が設けられている。さらに、フライホイール５３の対向する２箇所には、凹部６８が設けられ、それぞれの凹部６８の中には直方体形状の永久磁石４９が１つずつ固定されている。２つの永久磁石４９は、回転盤４７の中心４７ａに対して対称に配置されている。永久磁石４９の長手方向は鉛直方向に一致しており、回転盤４７の半径方向外側の面がＮ極となるようにされている。
【００３１】
一方、架台４３に設けられた板状部材５９の回転盤４７側表面には永久磁石取り付け具６３を介して直方体形状の永久磁石５１が配置されている。永久磁石５１の長手方向の４つの側面のうちの対向する２つの側面は、それぞれＮ極およびＳ極となっている。また、永久磁石５１は鉛直方向に延在しているため、その長手方向と回転盤４７上の永久磁石４９の長手方向は同一である。よって、永久磁石取り付け具６３に取り付けられた永久磁石５１の側面と、回転盤４７上の永久磁石４９の側面とがちょうど対向するように配置されている。
【００３２】
上側固定板５７と回転盤４７との間であって、回転軸４５の外周にはギヤ５６が配置されている。ギヤ５６の外周にはベルト６５の一端が掛け回されており、ベルト６５の他端は永久磁石取り付け具６３の円筒部６３ｂから延在する軸６３ｃに掛け回されている。この構成により、回転軸４５の回転トルクを永久磁石取り付け具６３に伝えて、永久磁石取り付け具６３の回転に供することができる。なお、回転盤４７及び回転軸４５の回転開始時においては、永久磁石取り付け具６３はモータ（不図示）からの動力を受けて永久磁石５１を回転させる。
【００３３】
第２実施形態にかかる発電装置の動作は以下のとおりである。
【００３４】
すなわち、本実施形態の初期状態においては、回転盤４７に固定された永久磁石４９のＮ極と上側固定板５７の側面５９に配置された永久磁石５１のＳ極とが対向しているため、Ｎ極とＳ極との間の吸引力により永久磁石４９が固定された回転盤４７は回転を停止している。この状態で、モータ（不図示）により、上から見て反時計方向に永久磁石５１を回転させると、永久磁石５１のＳ極と永久磁石４９のＮ極との吸引力により永久磁石４９が固定された回転盤４７が時計方向に回転し始める。さらに、永久磁石５１を回転させると、永久磁石５１のＮ極と永久磁石４９のＮ極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により回転盤４７はさらに回転する。そして、さらに回転して永久磁石４９のＮ極と次の永久磁石４９のＳ極が接近してくると、両者の吸引力により回転盤４７はさらに回転し、初期状態までもどる。
【００３５】
上述のように、第２実施形態にかかる発電装置４１は、第１実施形態と同様に、構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低く抑えることが可能である。さらに、永久磁石５１を回転させるための動力を回転軸４５からとっているため効率がよい。
【００３６】
図５は、本発明の第３実施形態にかかる発電装置７１の構成を示す図である。図５（ａ）は第３実施形態にかかる発電装置７１の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。以下の第３実施形態についての説明は、第２実施形態と異なる点を中心に行い、第１実施形態および第２実施形態と同様の構成の部材についてはその詳細な説明は省略する。
【００３７】
第３実施形態にかかる発電装置７１においては、回転盤７７の周縁部の４箇所に、回転軸７５に対して９０度ごとに凹部９８が設けられ、それぞれの凹部９８の中には直方体形状の永久磁石７９が１つずつ固定されている。４つの永久磁石７９のうちの２つは、回転盤７５の軸心７５ａに対して対称に配置されている。永久磁石７９の長手方向は鉛直方向に一致しており、対向する永久磁石７９の組の一方は回転盤７７の半径方向外側の面がＮ極となるようにされ、他方は回転盤７７の半径方向外側の面がＳ極となるようにされている。したがって、回転盤７７の周縁部に配置された４つの永久磁石７９はそれぞれ両隣の永久磁石７９と極性が逆向きとなるように配置されている。これ以外の構成については第２実施形態と同様である。
【００３８】
つづいて、図６を用いて本実施形態にかかる発電装置７１の動作について説明する。図６は、回転盤７７の周縁部に固定された４つの永久磁石７９と架台７３の側面８９に配置された永久磁石８１との関係を上から見たものである。
【００３９】
図６（ａ）は、永久磁石８１のＳ極が回転盤７７側にあって、かつ、永久磁石７９において左側に配置されたＮ極と対向している状態を示している。図６（ｂ）は、永久磁石８１が（ａ）の状態から反時計方向に９０度回転して上側にＳ極、下側にＮ極が配置されており、かつ、永久磁石７９が（ａ）の状態から時計方向に４５度回転した状態を示している。図６（ｃ）は、永久磁石８１が（ｂ）の状態から反時計方向に９０度回転してＮ極が回転盤７７側にあって、かつ、永久磁石７９が（ａ）の状態から時計方向に９０度回転した状態を示している。
【００４０】
本実施形態においては以下のサイクルで回転盤が回転する。すなわち、図６（ａ）は、本実施形態の初期状態である。この図において、回転盤７７に固定された永久磁石７９のＮ極と架台７３の側面８９に配置された永久磁石８１のＳ極とが対向しているため、Ｎ極とＳ極との間の吸引力により永久磁石７９が固定された回転盤７７は回転を停止している。この状態で、モータ（不図示）により永久磁石８１を反時計方向に回転させると、永久磁石８１のＳ極と永久磁石７９のＮ極との吸引力により永久磁石７９が固定された回転盤７７は時計方向に回転し始める。さらに、永久磁石８１を回転させると、永久磁石８１のＮ極と永久磁石７９のＮ極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により回転盤７７はさらに回転する（図６（ｂ））。また、図６（ｂ）の位置まで回転すると永久磁石８１のＮ極と次の永久磁石７９のＳ極が接近してくるため、両者の吸引力により回転盤７７は回転し、初期状態（図３（ａ））から９０度回転した状態となる。（図３（ｃ））
【００４１】
この状態までもどると、その後は上述のサイクルと同様に回転盤７７が回転しつづける。上述のように、第３実施形態にかかる発電装置７１は、第１実施形態と同様に、構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低く抑えることが可能である。また、永久磁石８１の回転のための動力を回転軸７５からとっているため効率がよい。さらに、回転盤７７上の永久磁石７９と架台７３の側面８９に配置された永久磁石８１との間の反発力または吸引力の作用をより細かく変化させているため、回転盤７７の回転はよりスムーズになる。
【００４２】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、２種類の永久磁石を用いて
であるため、
簡単な構造を有し、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低い発電装置を提供することができる。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる発電装置の構成を示す図である。（ａ）は第１実施形態にかかる発電装置の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図２】第１実施形態にかかる永久磁石の構成を示す図である。（ａ）は回転盤上に設けられた永久磁石の構成を示す側面図及び断面図を、（ｂ）は固定板の底部に設けられた永久磁石及び永久磁石取り付け具の構成を示す側面図及び断面図である。
【図３】回転盤上に固定された永久磁石と上側固定板の下側面に配置された永久磁石との関係を概念的に示したものである。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる発電装置の構成を示す図である。（ａ）は第２実施形態にかかる発電装置の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる発電装置の構成を示す図である。（ａ）は第３実施形態にかかる発電装置の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】回転盤の周縁部に固定された４つの永久磁石と架台の側面に配置された永久磁石との関係を上から見たものである。
【符号の説明】
５、４５、７５回転軸
７、４７、７７回転盤
９、４９、７９永久磁石（第１永久磁石）
１１、５１、８１永久磁石（第２永久磁石）
１５、５５発電機

Claims

軸受を介して架台に回転可能に設けられた回転軸と、
回転軸の外周に設けられ、その中心が前記回転軸の軸心上にある円板状の回転盤と、
回転盤上において前記回転軸の軸心について対象に固定され、対向する側面に異なる磁極が配置された複数の第１永久磁石と、
前記架台に設けられ、対向する側面に異なる磁極が配置され、前記側面の一つが前記第１永久磁石の前記側面の一つと対向するようにされている第２永久磁石と、を備え
前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間の吸引力または反発力により、前記回転軸の軸心の周りに、前記１永久磁石が固定された前記回転盤および前記回転軸が回転し、前記回転軸の回転トルクを取り出して発電を行う発電装置であって、
前記第２永久磁石をその長手方向の軸を中心に回転させることにより、前記第1永久磁石の前記側面の一つと対向する前記第２永久磁石の前記側面を順次変更することにより、前記第1永久磁石と前記第２永久磁石との間に吸引力または反発力を発生させることを特徴とする発電装置。
前記第１永久磁石は、前記回転盤の周縁部において前記回転軸の軸心について対象に固定された２つの永久磁石であり、上側の側面にＮ極が配置されている請求項１に記載の発電装置。
前記第１永久磁石は、前記回転盤の周縁部に設けられた２つの凹部のそれぞれにおいて、前記回転軸の軸心について対象に固定された２つの永久磁石であり、前記回転盤の半径方向外側の側面にＮ極が配置されている請求項１に記載の発電装置。
前記第１永久磁石は、前記回転盤の周縁部に設けられた４つの凹部のそれぞれにおいて、前記回転軸の軸心について対象に固定された４つの永久磁石であり、対向する前記第１永久磁石の組の一方は前記回転盤の半径方向外側の側面にＮ極が配置され、他方は前記回転盤の半径方向外側の側面にＳ極が配置されている請求項１に記載の発電装置。