JP2007195364A - 往復運動利用型発電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
これまでは有効に利用されていなかった、方向が繰り返し変化する流れや揺動、さらには振動などの運動を、効率的に利用するための往復運動利用型発電方法を提供する。
【解決手段】
外ケース１９内に発電ケース２を内装し、その外周に発電用コイル３を複数段に巻きつけた状態で設置し、ロッド６１の先端部に設けた発電用磁石７を往復移動可能にした機器を用い、そのロッド６１を相対移動させて発電する。あるいは、外ケース１９と発電ケース２の間に、リング状に分割形成されたＮ極、Ｓ極が交互になる複数の発電用磁石７を配設し、発電ケース２内でロッド６１に取付けた発電用コイル３を往復移動可能にした機器を用いて発電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、これまでは有効に利用されていなかった、方向が繰り返し変化する流れや揺動、さらには振動などを効率的に電気に変換するための往復運動利用型発電方法に関する。

化石燃料の枯渇化および大気の炭酸ガス濃度増加による地球温暖化などの問題に対応するために、従来、うまく利用できていなかったエネルギーの有効利用が求められている。その対象の中には、潮汐エネルギーや、水上の船の揺動エネルギー、自動車の振動エネルギーなどがある。
潮汐エネルギーの利用については、特許文献１、２などが知られているが、いずれの回転運動に変えて発電する方式であって、一方向の流れではない、繰り返し運動をするものを回転力に変えるというところに本質的問題があり変換効率を高く出来ない。
特開平６−９３９５２号公報 特開平１１−３５１１２０号公報 一方、船などの揺動、自動車の振動などについては、効率的に電気に変換する方法が実現できていない。

本発明は前述の状況に鑑み、これまでは有効に利用されていなかった繰り返し変化する流れや揺動、振動などを、回転力に変換する過程を経ないで、効率的に電気に変換するための方法に関する。

本発明は、前述の課題解決のために、第一に、図１に示すように両端に取付け部６０と、ロッド６１のスライド支持部６３を有する外ケース１９内に発電ケース２を内装し、その外周に発電用コイル３を複数段に巻きつけた状態で設置し、発電ケース２内でロッド６１の先端部に設けた発電用磁石７を往復移動可能にした機器を用いて往復運動利用型の発電を行う。

第二には、図２に示すように外ケース１９と発電ケース２の間に、リング状に分割形成されたＮ極、Ｓ極が交互になる複数の発電用磁石７を配設し、発電ケース内でロッド６１に取付けた発電コイル３を往復移動可能にした機器を用いて、往復運動利用型の発電を行う。

第三に、０００４あるいは０００５で述べた機器を用い、ロッド６１の先端の取付部６２に、繰り返し運動をする流体に浸漬した器具を取付けることによって、往復運動利用型の発電を行う。

第四に、０００４あるいは０００５で述べた機器を、繰り返し運動をする剛体に固定し、ロッド６１の先端の取付部６２に、該剛体内に貯留された流体に浸漬する器具を取付けることによって往復運動利用型の発電を行う。

第五に、０００４あるいは０００５で述べた機器を自動車に取り付け、走行時の振動をロッド６１の運動に変換することによって、往復運動利用型の発電を行う。

請求項１あるいは２に示した方法を用いることによって、繰り返し変化する運動のエネルギーを効率的に電気エネルギーに変えることができる。また、請求項３に示した方法を用いることによって、潮汐のように流体自体が繰り返し運動を行う場合に、そのエネルギーを効率的に電気エネルギーに変えることができる。さらに、請求項４に示した方法を用いることによって、船の揺動のように発電装置を取付けた剛体自体が繰り返しの運動を行う場合に、流体との相対運動を利用することで、それを効率的に電気エネルギーに変えることができる。さらに請求項５に示した方法を用いることによって、自動車走行時の振動を電気エネルギーに変えることができる。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１を参照して、往復運動利用型発電装置の一つを説明する。往復運動利用型発電装置１ａは、両端に取付け部６０と、ロッド６１のスライド支持部６３を有する外ケース１９内に、円筒状の発電ケース２を発電用コイル３の設置間隔を有して内装している。そして発電ケース２の外周に発電用コイル３を複数段に巻きつけた状態で設置し、発電ケース２内の両端部に固定磁石４，４ａを設け、固定磁石４、４ａの間でロッド６１の先端部に設けた発電用磁石７を往復移動可能に設けている。

図示例の振動型発電装置１ａは、発電用磁石７をスライド支持部６３側から挿入されたロッド６１の先端部に取付け固定して中空室の中央に位置せしめ、かつ発電用磁石７の両端に該発電用磁石７の往復運動に伴い、後述するように追従作動する遊動型の発電用磁石７ａ，７ｂを配置している。
上記発電用磁石７ｂは中心部の孔をロッド６１に挿入した状態で遊嵌支持させ、かつ発電用磁石７ａは固定磁石４と発電磁石の間に介挿し遊嵌される。

固定磁石４，４ａおよび発電用磁石７ａ，７ｂは、それぞれ相対向する磁石面を略等しい磁力を有する同極となして配置し、かつ相対向する磁石の表面に円錐状をなして凹凸嵌合可能形状の凸部６５と凹部６６が、相対向する磁石表面積を増大せしめている。また、相体向する同極の各磁石の磁気反発によって形成される間隔（緩衝間隔）は、図示するように無負荷状態において略等しい距離となるように設定されることが望ましい。
これによりロッド６１が作動し発電用磁石７が移動すると、発電用磁石７ａの緩衝間隔は磁気反発力に抗して縮小される。このときロッド６１の移動への緩衝が磁気反発力によって行われ、また、封入された気体が圧縮されるので緩衝力を高めることができる。そして、ロッド６１が逆方向に移動すると、逆方向での緩衝支持が出来、ロッド６１の規則的往復運動を起こさせることができる。

この振動型発電装置１ａは図のように横に置くこともできるが、縦、あるいは傾けて置くこともできる。いずれの場合にも、ロッド６１を介して発電用磁石７および発電用磁石７ａ，７ｂが動くことによって、発電コイル３に対して相対移動すると起電力を生じ発電することができる。

次に図２を参照して振動型発電装置の別実施形態を説明する。なお、図１と同様な構成および作用については説明を省略する。この往復運動利用型発電装置１ａは外ケース１９と発電ケース２の間に、リング状に分割形成されたＮ極、Ｓ極が交互になる複数の発電用磁石７を上下方向に配設している。そして、発電ケース２のシリンダー室内においてロッド６１にコイル取付部６８を介して発電用コイル３を取付固定している。また、コイル取付部６８と取付部６０およびスライド支持部６３の間に緩衝用のスプリング６９を介挿している。

したがって、この構成による往復運動利用型発電装置１ａは、ロッド６１を介して発電コイル３が移動し、発電用磁石７に対して相対運動するので起電力を生じ、発電することができる。また、ロッド６１の移動の緩衝はスプリング６９が行うので、サスペンション型の発電装置にすることができる。なお、上記のように構成される振動型発電装置は緩衝を要する任意の振動発生部または往復運動発生部のエネルギーを有効利用して発電することができる利点がある。

次に図３を参照して、往復運動利用型発電装置１ａを用いて潮汐のような流体２８の動きから発電する実施形態を説明する。往復運動利用型発電装置１ａは、たとえば横型にして、ロッド６１およびそれにつながっている部分以外は、支持固定具３０を介して土１８に設置固定されている。ロッド６１の先端の取付部６２は、水中翼支持材２３を介して、流体２８に浸漬された水中翼２４につながっている。流体２８が潮汐のように往復運動する場合には、ロッド６１がその動きに応じて横方向の運動をし、往復運動利用型発電装置１ａによって発電が行われる。コロ２２、レール２０およびレール支柱２１は、必要に応じて、上を移動するロッド６１が撓まないように支持するために用いられる補助具である。レール支柱２１は土１８に固定される。
なお、ロッド６１は、図１の往復運動利用型発電装置１ａを用いる場合には、磁気反発力によって緩衝されて滑らかに往復運動をする。また、図２の往復運動利用型発電装置１ａを用いる場合には、スプリング６９によって，同じく緩衝されて滑らかに往復運動をすることができる。なお、図１に示す磁気による緩衝には、スプリングによる緩衝に置き換えることもできる。

次に図４を参照して、往復運動利用型発電装置１ａを用いて潮汐のような流体の動きから発電する別の実施形態を説明する。この方式が図３の方式と異なる点は、ロッド６１の先端の取付部６２と水中翼支持材２３との間に、支点２６、伸縮装置２５が介在していることである。支点２６は支点支持部材２７を介して土１８に固定されている。この場合には、流体２８が潮汐のように往復運動する場合には、水中翼支持材２３が支点２６を中心とする振り子運動をし、その動きが伸縮装置２５を介してロッド６１の往復運動に転換されて、往復運動利用型発電装置１ａによって発電が行われる。なお、伸縮装置２５は、たとえば固定部と移動部からなる二重管型のスライド式のもので、ロッド６１の先端の取付部６２と支点２６の間の距離の変化に対応することができる。
このように、図３、図４の方式は、いずれも往復型発電装置１ａのうち、ロッド６１お
びそれつながる部分以外は、土１８に設置固定されている。この方式は、流体が動く場合に用いられ、この条件を満足する場合には、潮汐以外の流体の動きにも適用することができる。

」
次に図５を参照して、海上の船のように波によって揺動する場合に、その揺動エネルギーを生かして発電する実施形態を説明する。往復運動利用型発電装置１ａは、たとえば横型にして、ロッド６１およびそれにつながっている部分以外は、剛体２９（この場合は船体）に設置固定されている。ロッド６１の先端の取付部６２は水中翼支持材２３を介して、流体２８に浸漬された水中翼２４につながっている。流体２８は、この場合、剛体内に設置された容器３１に納められた水のようなものである。
剛体２９（この場合船体）が、波によって揺動すると、往復運動利用型発電装置１ａと流体２８の間に相対的な動きが生じ、水中翼２４に力がかかり、それがロッド６１の動きに変換されて、往復運動利用型発電装置１ａによって発電が行われる。コロ２２、レール２０、レール支柱２１は、必要に応じて、上を移動するロッド６１が撓まないように支持するために用いられる補助具である。レール支柱２１は剛体２９（この場合は船体）に固定される。なお、図４に示した方式を適用することも可能である。
これらの方式で発電するものとしては、海上を運航する各種の船であってもよいが、廃船で係留された状態のものであってもよい。とくに後者の場合には、剛体２９にあたる船体に、多量の流体２８を収納出来るので、剛体２９の揺動によって生じた、剛体２９と流体２８の相対運動から多量のエネルギーが発生する。なお、往復運動利用型発電装置１ａは、横型に取付ける場合のほかに、条件によっては縦型にも傾斜をつけた状態でも設置することもできる。

次に図６に示す別の発電装置について説明する。これは、往復型発電装置１ａと、回転型発電装置１や、太陽型発電装置１ｃを共にユニット構造となし、海、河川、湖沼などに設置できる。そして、たとえば浄水作用や水を利用した各種の生物の養殖や栽培等に有効活用可能な環境型製品となるようにしている。
図示例は、水底に立設した支柱９０などによってメインフレームの支持台９１を水上に支持し、該支持台の中心上部に風力駆動部１１を備えた発電装置１が設置される。また、支持台９１の裏側には、複数の往復型発電装置１ａを下向き姿勢で取付支持し、各往復型発電装置１ａのロッド６１を支柱９０に遊嵌支持されたフロート９２と連結している。このフロート９２は、支柱９０に対し中心部に形成される支持孔を挿入し、上下および揺動可能に遊嵌された状態で水面に浮上支持される。

太陽型発電装置１ｃはドーム型とし、その外周縁を支持台９１の外周部に対し着脱可能に取付けている。そして、その空間部に各発電装置によって発電された電力を蓄電するバッテリー４５などが設置されている。
風力回転駆動部１１は、下風車１１ａと上風車１１ｂの複数の風車を、それぞれ２重構造の回転軸９６，９７で支持し、該回転軸９６，９７の軸端にそれぞれ発電用の回転体５を設けて発電する。

なお、図示例のフロート９２は下向き円錐形をなす中空状ドラムとし、内部に所定量の液体を収納している。これによりフロート９２が波や水流によって振動する時、内部の液体を揺らし液体の作動によってもフロート９２の振動を促進する。
また、水底には石積みまたはコンクリート施工によって山方をなす山部９９を設置し、その頂部を前記フロート９２の中心部の直下に位置させる。これにより水中で山部９９に沿って強制的に発生させる水流をフロート９２に指向させ、フロート９２の振動を促進し発電効率を上げることができる。

次に図７〜８を参照して、本発明の発電装置１ａを自動車に搭載したものを説明する。対象とする自動車は走行駆動系に油、ガス等を燃料とする在来型のエンジン４１と電力エネルギーによって駆動される走行モーター４６を備え、該走行モーター４６等に電力を供給する別動力源として、本発明の発電装置１ａを備えた構成としている。上記構成により各発電装置で発電された電力はバッテリー４５から供給される電力によってエンジン４１に併設される走行モーター４６を選択的に駆動し、エンジン４１の燃料消費量を低減可能なハイブリッド車を提供する。

左右の前輪４７あるいは後輪４９を駆動可能とするトランスミッション５０に、選択伝導機構５１を介しエンジン４１と走行モーター４６の出力軸をそれぞれ接続し、両者の動力をトランスミッション５０に選択的または並列的に入力し、前輪４７あるいは後輪４９を駆動する。

この自動車は、車体側に取付支持した往復運動利用型発電装置１ａを各車輪４７，４９支持する軸部５６、５６と連結して設ける。車体側と車軸５６を連結する往復運動利用型発電装置１ａは、上下方向の緩衝を行うので、走行時の振動を緩衝するするサスペンジョンを兼ねる発電装置として、自動車の走行安定性と走行時の省エネ効果を向上させることができる。

また、往復運動利用型発電装置１ａは図８に示すように車体等の支持部と車軸５６等の振動発生部を梃子機構等の運動増幅５６ａ介して連結することにより、振動発生部の往復運動幅を増幅して発電用磁石と発電用コイル３の相対運動を調整して、発電効率を高めることができる。すなわち、同図に示す運動増幅部５６ａは、サスペンジョン５６ｂで支持される車軸５６の上下運動を、支点軸５６ｃで支持される梃子棹５６ｄによって増幅し、
該梃子棹５６ｄと連結するロッド６１を大きく往復運動させることにより、往復運動利用型発電装置１ａによる発電を効率的に行うことができる。

図２に示した往復運動利用型発電装置１ａにおいて、ロッド６１の移動長さは１０００ｍｍとし、各発電用コイルの長さを１００ｍｍとした。これを波うち際から５０００ｍｍの位置に設置し、図３において水中翼２４は５００ｍｍ×１０００ｍｍ×厚さ最大５ｍｍとした。この装置を用いて、得られた発電量は、最高３５ｋＷ、最小１８ｋＷ，平均２２ｋＷであった。

００２６で述べたのと同じ往復運動利用型発電装置１ａを用い、同じ設置条件で、図４における水中翼支持材２３の長さを３０００ｍｍ、伸縮装置２５の固定部分の長さが１０００ｍｍとした。この装置を用いて、得られた発電量は、最高４１Ｗ、最小２２ｋＷ，平均３１ｋＷであった。

図１に示した往復運動利用型発電装置１ａにおいて、ロッド６１の移動長さは１０００ｍｍとし、各発電用コイルの長さを２００ｍｍとした。これを、排水量１００ｔの船に取付けた。そして船に載せた容器に、５ｔの水を入れ、図３に示した方式で水中翼２４（５００ｍｍ×１０００ｍ×厚さ最大５ｍｍを浸漬とした。この船が航行する間に、得られた発電量は、最高２８ｋＷ、最小２１ｋＷ，平均 ２５ｋＷであった。

係留した排水量５００ｔの廃船に、００２８で述べた往復運動利用型発電装置１ａを２０基取付け、船中に貯留した水１００ｔに００２８で述べたのと同じ水中翼２４を１０枚浸漬して発電を行った。得られた発電量は、最高７５０ｋＷ、最小３５０ｋＷ，平均５２０ｋＷであった。

図６に示す装置を水深５．３ｍの海中に設置した。図２の往復運動利用型発電装置１ａは１０基で、ロッド６１の移動長さは１０００ｍｍとし、各発電用コイルの長さを３００ｍｍとした。この装置を用いて、得られた発電量は、最高１２４ｋＷ、最小９８ｋＷ，平均１０８ｋＷであった。

図２に示した往復運動利用型発電装置１ａにおいて、ロッド６１の移動長さは１０００ｍｍとし、各発電用コイルの長さを３０ｍｍとした。これを自動車に取り付け、走行中に得られた発電量は、最高２．１ｋＷ、最小１．４Ｗ，平均１．８ｋＷであった。

本発明は、自然および人工の両方で、繰り返し運動でそのエネルギーが有効に利用されていないものから発電を可能にするために広く応用することができる。

往復型発電装置の構成を示す正断面図である。 往復型発電装置の別形態を示す正断面図である。 往復型発電装置を用いて流体が動く場合に発電するための構成を示す正断面図である。 往復型発電装置を用いて流体が動く場合に発電するための別形態を示す正断面図である。 往復型発電装置を取付けた剛体と、剛体内の流体が相対的運動をする場合に発電するための構成を示す正断面図である 往復運動利用型発電装置に、風力利用回転型発電装置と太陽型発電装置を併設した装置の構成を示す正断面図である。 自動車の電動構造および発電構造を示す平面図である。 自動車に設置される振動型発電装置の取付け構造を示す側面図である。

符号の説明

１ 発電装置
１ａ 往復運動利用型発電装置
２ 発電ケース
３ 発電用コイル
４、４ａ 固定磁石
５ 回転体
７ ．発電用磁石
１１ 風力回転駆動部
１８ 土
１９ 外ケース
２０ レール
２１ レール支柱
２２ コロ
２３ 水中翼支持材
２４ 水中翼
２５ 伸縮装置
２６ 支点
２７ 支点支持部材
２８ 流体
２９ 剛体
３０ 支持固定具
３１ 容器
４１ エンジン
４５ バッテリー
４６ 走行モーター
４７ 前輪
４９ 後輪
５０ トランスミッション
５１ 選択伝達機構
５６ 車軸
５６ａ 運動増幅部
５６ｂ サスペンジョン
５６ｃ 支点軸
５６ｄ 梃子棹
６０ コイル取付部
６１ ロッド
６２ 取付部
６３ スライド支持部
６５ 凹部
６６ 凸部
６８ コイル取付部
６９ スプリング
９０ 支柱
９１ 支持台
９２ フロート
９６、９７ 回転軸
９９ 山部

Claims (5)

1. 外ケース１９内に発電ケース２を内装し、その外周に発電用コイル３を複数段に巻きつけた状態で設置し、発電ケース２内でロッド６１の先端部に設けた発電用磁石７を往復移動可能にした機器を用いることを特徴とする、往復運動利用型発電方法
2. 外ケース１９と発電ケース２の間に、リング状に分割形成されたＮ極、Ｓ極が交互になる複数の発電用磁石７を配設し、発電ケース２内でロッド６１に取付けた発電用コイル３を往復移動可能にした機器を用いることを特徴とする、往復運動利用型発電方法
3. 請求項１あるいは２の機器のロッド６１の先端の取付部６２に、繰り返し運動をする流体に浸漬した器具を取付けたことを特徴とする往復運動利用型発電方法
4. 請求項１あるいは２の機器を繰り返し運動する剛体に固定し、ロッド６１の先端の取付部６２に、該剛体内に貯留された流体に浸漬した器具を取付けたことを特徴とする往復運動利用型発電方法
5. 請求項１あるいは２の機器を自動車に取り付け、走行時の振動をロッド６１の運動に変換することを特徴とする往復運動利用型発電方法
   

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