JP2008223742A - 回転装置および、この回転装置を利用した発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】公害汚染が無く、かつ経済的にエネルギーを変換することが可能な発電装置を提供する。
【解決手段】回転装置では、軸受け部６ｃに水平にかつ回転可能に支持された主軸６ａと、主軸６ａに垂直に固定された回転機本体６と、回転機本体６に主軸６ａを中心として放射状に設けられかつ回転機本体６の半径方向に錘１４を往復動させる複数のスライダー部１１と、スライダー部１１を駆動するための油圧ポンプと、スライダー部１１と油圧ポンプとの間に介在してスライダー部１１によって移動される錘１４の位置状態を制御する流路切替部とが設けられ、回転機本体６の回転中は常に流路切替部が、錘１４を対応するスライダー部１１により半径方向内側に移動させ、右側の錘１４を対応するスライダー部１１により半径方向外側に移動させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転体の重量バランスの偏りを利用して回転力を生じさせる回転装置、および、この回転装置の回転力を利用して発電する発電装置に関する。

従来から、回転体の重量バランスの偏りを利用して回転力を生じさせる回転装置、および、この回転装置の回転力を利用して発電する発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の発明には、電気モーターを用いて伸縮可能とした棒状の伸縮アームと、伸縮アームの両端部に取り付けられた一対の錘と、伸長状態の伸縮アームの略中心位置に伸縮アームに垂直に固定された回転軸と、回転軸を支持する本体部と、電気モーターを制御する制御電極部とが設けられている。

そして、電気モーターへの電力供給を制御電極によって制御することにより、伸縮アームの伸縮を周期的に繰り返させることにより、伸縮アームの重心バランスを周期的に変化させて、伸縮アームを回転させている。
特開２００４−１２４９３２号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、その駆動に電気モーターが必要になるだけでなく、電気モーターによって伸縮アームを伸縮させるために、電気モーターの回転を一直線上の往復運動に変換する機械的機構を必要とするので、回転部が重量化するおそれがあり、伸縮アームの回転効率が損なわれる可能性がある。

また、特許文献１では、伸縮アームの伸長に、モーター以外に、空気圧、油圧力、磁力などを利用することが記載されているものの、その具体的な方法の開示がされていない。

そこで、本発明では、回転効率に優れ、しかも加圧流体を送り続けるだけで回転体の回転を持続させることができ、流体の圧力を回転力に変換する回転装置、および、この回転装置を利用して、少ない供給エネルギーで、公害汚染が無く、かつ経済的にエネルギーを変換することが可能な発電装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、軸受け部に水平にかつ回転可能に支持された回転軸と、
該回転軸に垂直に固定された車輪部と、
前記車輪部に前記回転軸を中心として放射状に設けられかつ前記車輪部の半径方向に錘を往復動させる複数の往復動手段と、
前記往復動手段を駆動するための駆動源と
前記往復動手段を制御する制御手段とが設けられ、
前記車輪部の回転中には常に前記制御手段が前記回転軸方向から見て前記回転軸より左右方向一方側の前記錘を該錘に対応する前記往復動手段により半径方向内側に移動させ、前記回転軸方向から見て前記回転軸より左右方向他方側の前記錘を該錘に対応する前記往復動手段により半径方向外側に移動させる回転装置を特徴としている。

そして、請求項２に記載の発明は、前記往復動手段がシリンダーと前記錘を有するピストンとによって構成され、
前記駆動源が流体ポンプによって構成され、
前記制御手段が、前記軸受け部に固定されかつ中心に前記回転軸を挿通する円盤状の固定プレート部と、前記回転軸を軸としかつ前記車輪部と共に回転する円盤状の回転プレート部とによって構成され、
前記固定プレート部と前記回転プレート部とが当接し、前記固定プレート部の前記当接側に形成されかつ流体を流通させる溝部上に前記回転プレート部に設けられた流体を流通させる流通孔を摺動させることによって流体の流通路を切り替える請求項１に記載の回転装置を特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の回転装置の回転力を利用して発電機によって発電する回転装置を用いた発電装置を特徴としている。

このように構成された本発明の請求項１または請求項２のものは、制御手段によって往復動手段が制御されて、回転軸方向から見て、回転軸より左右方向一方側の錘はこれらの錘に対応する往復動手段により半径方向内側に移動し、回転軸より左右方向他方側の錘はこれらの錘に対応する往復動手段により半径方向外側に移動するので、回転中は常に車輪部の重心が他方側に偏っているため、この重心に作用する重力のモーメントによって他方側の錘が降下する向きに車輪部を回転させることができる。

このように、本発明の回転装置によって、駆動源の動力を車輪部の回転力に変換することができる。

そして、請求項３のものは、請求項１または請求項２の回転装置が、重心の偏りによる重力の位置エネルギーを利用して回転力を生じさせるため、駆動源の動力を回転力に変換する際の変換効率が高く、この回転力を発電に利用した本発明の発電装置は高い発電効率を得ることができる。

しかも、駆動源として、石油や石炭などの燃焼熱を利用した原動機（エンジン）を使用すれば、石油や石炭などの燃焼エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、特に、ゴミ焼却時の排熱などを利用すればエネルギーリサイクルにも役立ち、資源枯渇問題や地球環境問題にも大いに役立つ。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

〈構成〉
図１は、本発明の回転装置および、この回転装置を利用した発電装置の平面図である。

図１において、符号１は油圧オイルを循環させるためのオイル循環装置、符号２は油圧オイルの油圧を回転力に変換するための回転装置、符号３は回転装置２の回転数を一定回転数に調整する調速装置、符号４は一定回転数に調整された回転の回転力を電力に変換する発電機、符号５は発電機４によって発電された電力を負荷側に送電するための変圧器である。

オイル循環装置１は、油圧オイルを回転装置２に循環させるための油圧ポンプ１ａと、油圧ポンプ１ａ自体の駆動源１ｂと、油圧オイル用のオイルタンク１ｃとを有している。

駆動源１ｂは、例えば、石油や石炭などの燃焼熱を利用した原動機（エンジン）であってもよいし、電気モーターなどであってもよい。

図２は図１のＡ−Ａ断面の断面図であり、図３は図２のＣ矢視方向から見た回転装置２の正面図である。

図２または図３に示すように、回転装置２は、回転機本体６と、回転機本体６の主軸６ａを水平に支持するための一対の軸受け部６ｂ，６ｃと、回転機本体６に循環させる油圧オイルの流路を切り替えるための流路切替部７とを有している。

回転機本体６は、円筒状のケーシング部８と、複数のガイドレール部９と、枠部１０とを有しており、ケーシング部８は主軸６ａに固定され、ケーシング部８の外周部からは複数のガイドレール部９が放射状に取り付けられ、複数のガイドレール部９の半径方向外側端部にはリング状の枠部１０が固定されている。

図２に示すように、ガイドレール部９は一対の平行な棒材９ａ，９ａによって構成されており、一対の棒材９ａ，９ａはケーシング部８の外周部に主軸６ａ方向に並設されている。

回転機本体６には、ガイドレール部９に沿って、ガイドレール部９と同数のスライダー部１１が設けられており、各スライダー部１１は、各ガイドレール部９の半径方向中心側に取り付けられている。

図３に示すように、本実施例の回転機本体６では、ガイドレール部９は、中心角２０°間隔でケーシング部８の外周部に１８個配設されており、図２に示すように、隣接するガイドレール部９は、隣接するスライダー部１１が干渉するのを避けるために、主軸６ａ方向に交互に位置をずらせて固定されている。

スライダー部１１は、シリンダー１１ａと、シリンダー１１ａに摺動可能に内嵌されたピストン１１ｂと、ピストン１１ｂに作用する力をシリンダー１１ａの外部に伝達するピストンロッド１１ｃとによって構成されている。

ピストンロッド１１ｃは、ピストン１１ｂ摺動方向一方側のシリンダー１１ａ外壁の孔を貫通しているが、この孔とピストンロッド１１ｃとの隙間は非常に小さいので、シリンダー１１ａの気密は保たれている。

シリンダー１１ａの内部の空間は、ピストン１１ｂによって仕切られるが、これらの仕切られた空間のうち、半径方向内側の空間を内側槽１２ａとし、半径方向外側の空間を外側槽１２ｂとする。

内側槽１２ａの外壁と外側槽１２ｂの外壁とには、油圧オイルをシリンダー１１ａの内外に流通させる流通孔１３ａと流通孔１３ｂとがそれぞれ設けられており、流通孔１３ａ，１３ｂから油圧オイルを出入りさせることによって、内側槽１２ａ内部の油圧と外側槽１２ｂ内部の油圧との油圧差によりピストンが駆動される。

各ピストンロッド１１ｃの先端部には錘１４がそれぞれ取り付けられており、各錘１４は各ガイドレール部９の一対の棒材９ａ，９ａにそれぞれ摺動可能に取り付けられているので、シリンダー１１ａ内におけるピストン１１ｂの摺動に伴って、このスライダー部１１に対応する錘１４が半径方向に沿って移動する。

図４は図２における流路切替部７の部分拡大断面図である。

図４に示すように、流路切替部７は、軸受け部６ｂに支持部Ｓを介して固定された円盤状の固定プレート部１５と、回転機本体６と共に回転する円盤状の回転プレート部１６と、回転プレート部１６を固定プレート部１５に回転可能に連結するための連結リング部１７とを有しており、連結リング部１７は、外周リング部１７ａと、押さえリング部１７ｂとを有している。

図５は図４のＤ矢視方向から見た固定プレート部１５の正面図、図６は図４のＤ矢視方向から見た回転プレート部１６の正面図である。

図５に示すように、固定プレート部１５の中央には軸穴１５ａが設けられており、軸穴１５ａには、図４に示すベアリングＢを介して主軸６ａが回転可能に取り付けられている。

図６に示すように、回転プレート部１６の中央には軸穴１６ａが設けられており、軸穴１６ａには主軸６ａが固定されており、主軸６ａの回転に伴い、回転プレート部１６も回転するようになっている。

図４に示すように、固定プレート部１５と回転プレート部１６とを当接させた状態で、図５に示す固定プレート部１５の段差部１５ｂに、外周リング部１７ａと押さえリング部１７ｂとを取り付けてボルトによって締結する。

この際、固定プレート部１５に対して回転プレート部１６が回転可能となりかつ油圧オイルが漏洩しない程度に、固定プレート部１５と回転プレート部１６との間や回転プレート部１６と押さえリング部１７ｂとの間に僅かな隙間が設けられており、油圧オイルが漏洩しやすい部分にはパッキンＰが取り付けられている。僅かに漏洩する油圧オイルについては排油管Ｒによってオイル循環装置１に戻される。

また、図２に示すように、主軸６ａの軸受け部６ｂ側端部付近にはブレーキディスクＢＤが取り付けられており、軸受け部６ｂに取り付けられたブレーキ部ＤＢによりブレーキディスクＢＤを挟持することによって、回転機本体６の回転を停止させることができる。

図５に示すように、固定プレート部１５には、上下方向上位置から延びかつ軸穴１５ａを中心とする略半円弧状の溝部１８Ｒａと、溝部１８Ｒａに平行かつ溝部１８Ｒａより半径の大きい略半円弧状の溝部１８Ｒｂとが形成されており、これらと軸孔１５ａを挟んでそれぞれ対称の位置に一対の溝部１８Ｌａ，１８Ｌｂが形成されている。

溝部１８Ｒａの上側の端部には、溝部１８Ｒａに油圧オイルを流入するための流入孔１９Ｒａが設けられ、溝部１８Ｒｂの上側の端部には、溝部１８Ｒｂから油圧オイルを流出させるための流出孔１９Ｒｂが設けられている。

また、溝部１８Ｌｂの下側の端部には、溝部１８Ｌｂに油圧オイルを流入するための流入孔１９Ｌｂが設けられ、溝部１８Ｌａの下側の端部には、溝部１８Ｌａから油圧オイルを流出させるための流出孔１９Ｌａが設けられている。

図６に示すように、回転プレート部１６には、図５に示す固定プレート部１５の溝部１８Ｒａ，１８Ｌａの半径と同一半径の円周上に、１８個の摺動孔２０ａが等間隔に設けられており、図５に示す固定プレート部１５の溝部１８Ｒｂ，１８Ｌｂの半径と同一半径の円周上に、１８個の摺動孔２０ｂが等間隔に設けられている。

回転機本体６の回転に伴い回転プレート部１６が回転する際には、摺動孔２０ａが溝部１８Ｒａ，１８Ｌａ上を摺動し、摺動孔２０ｂが溝部１８Ｒｂ，１８Ｌｂ上を摺動する。

同一半径上にある一対の摺動孔２０ａと摺動孔２０ｂとは対をなしており、それらの各摺動孔２０ａ，２０ｂは対応するスライダー部１１にそれぞれ接続されている。

図５に示すように、溝部１８Ｒａ，１８Ｒｂ，１８Ｌａ，１８Ｌｂの溝幅は、流入孔１９Ｌｂ，１９Ｒａおよび流出孔１９Ｌａ，１９Ｒｂが形成されている側の端部から遠ざかるほど狭くなっている。

このため、回転プレート部１６の各摺動孔２０ａ，２０ｂの端縁が、固定プレート部１５の溝部１８Ｒａ，１８Ｒｂ，１８Ｌａ，１８Ｌｂ上を摺動する際に、油圧オイルの流路断面の断面積がスムーズに変わることにより、油圧オイルの油圧が滑らかに変化するので、錘１４をスムーズに移動させることができる。

図１に示すように、オイル循環装置１と流路切替部７との間には油圧オイルの流路となる複数の配管２１が設けられ、流路切替部７と回転機本体６との間には複数の配管２２が設けられている。

配管２１は、油圧ポンプ１ａから流路切替部７に向かう油圧オイルの往路となる送り配管２１Ｈと、流路切替部７から油圧ポンプ１ａに向かう油圧オイルの復路となる戻り配管２１Ｌとによって構成される。

図１および図４に示すように、送り配管２１Ｈは、油圧ポンプ１ａの２次側（送出側）と、図５に示す固定プレート部１５の各流入孔１９Ｒａ，１９Ｌｂとを接続しており、戻り配管２１Ｌは、図５に示す固定プレート部１５の各流出孔１９Ｒｂ，１９Ｌａと、オイルタンク１ｃの流入口とを接続している。また、油圧ポンプ１ａの１次側（吸入側）は、オイルタンク１ｃの流出口に接続されている。

図１に示す配管２２は、図２および図４に示すように、１８本の内側配管２２ａと、１８本の外側配管２２ｂとによって構成され、回転プレート部１６に設けられた各摺動孔２０ａ，２０ｂと、これらに対応する各スライダー部１１の流通孔１３ａ，１３ｂとが、内側配管２２ａと外側配管２２ｂとによって、それぞれ接続されている。

〈回転装置および、この回転装置を利用した発電装置の動作〉
以下の説明における左右方向は、本発明の発電装置を図２におけるＣ矢視方向から見た際の左右方向、図３における左右方向とする。

図１に示すオイル循環装置１の油圧ポンプ１ａを駆動源１ｂによって駆動すると、オイル循環装置１と回転装置２との間で油圧オイルの循環が開始される。

油圧オイルは、油圧ポンプ１ａの２次側（送出側）から送出されて、配管２１の送り配管２１Ｈを通って、図４に示す流路切替部７の固定プレート部１５に送り込まれる。

油圧オイルが図４に示す固定プレート部１５に送り込まれると、油圧オイルの半分は、図５に示す固定プレート部１５の溝部１８Ｌｂに流れ込み、このとき溝部１８Ｌｂ上に位置している図６の左側９個の摺動孔２０ｂに油圧オイルが流れ込む。

固定プレート部１５に送り込まれた油圧オイルの残りの半分は、図５に示す固定プレート部１５の溝部１８Ｒａに流れ込み、このとき溝部１８Ｒａ上に位置している図６の右側９個の摺動孔２０ａに油圧オイルが流れ込む。

左側９個の摺動孔２０ｂに流れ込んだ油圧オイルは、これらに対応する９本の外側配管２２ｂと、これらに対応する図３の左側９個のスライダー部１１の各流通孔１３ｂを通って、スライダー部１１の各外側槽１２ｂに流れ込み、これらのスライダー部１１のピストン１１ｂを半径方向内側に向かって動かす。

右側９個の摺動孔２０ａに流れ込んだ油圧オイルは、これらに対応する９本の外側配管２２ａと、これらに対応する図３の右側９個のスライダー部１１の各流通孔１３ａを通って、スライダー部１１の各内側槽１２ａに流れ込み、これらのスライダー部１１のピストン１１ｂを半径方向外側に向かって動かす。

このとき、左側９個のスライダー部１１の各内側槽１２ａにあった油圧オイルは、これらに対応する各ピストン１１ｂによって各流通孔１３ａから排出され、内側配管２２ａ，回転プレート部１６の各摺動孔２０ａ，固定プレート部１５の溝部１８Ｌａ，流出孔１９Ｌａ，戻り配管２１Ｌを介してオイルタンク１ｃの流入口に戻される。

また、右側９個のスライダー部１１の各外側槽１２ｂにあった油圧オイルは、これらに対応する各ピストン１１ｂによって各流通孔１３ｂから排出され、外側配管２２ｂ，回転プレート部１６の各摺動孔２０ｂ，固定プレート部１５の溝部１８Ｒｂ，流出孔１９Ｌｂ，戻り配管２１Ｌを介してオイルタンク１ｃの流入口に戻される。

そして、油圧オイルは、オイルタンク１ｃの流出口に接続された油圧ポンプ１ａによって吸い上げられ、油圧ポンプ１ａの２次側から送り配管２１Ｈを経由して流路切替部７に送り出される。

このように、左側９個のスライダー部１１のピストン１１ｂは半径方向内側に向かって動くので、これに伴って、ピストンロッド１１ｃの先端部に取り付けられた左側の９個の錘１４は半径方向内側に移動し、右側９個のスライダー部１１のピストン１１ｂは半径方向外側に向かって動くので、これに伴って、ピストンロッド１１ｃの先端部に取り付けられた右側の９個の錘１４は半径方向外側に移動する。

このため、図３に示すように、回転機本体６の重心位置は、主軸６ａよりも右側に位置し、この重心に作用する重力のモーメントによって、回転機本体６は、時計回りに回転を開始する。

回転機本体６が回転を開始すると、これに伴って、回転プレート部１６も回転し、回転プレート部１６の各摺動孔２０ａ，２０ｂが、固定プレート部１５の溝部１８Ｒａ，１８Ｌａ，溝部１８Ｒｂ，１８Ｌｂ上をそれぞれ時計回りに摺動するので、油圧ポンプ１ａによってオイル循環装置１と回転装置２との間で油圧オイルが循環している間（回転機本体６が回転駆動している間）は、常に、右側９個のスライダー部１１の各ピストンロッド１１ｃが伸長状態となり、左側９個のスライダー部１１の各ピストンロッド１１ｃが縮短状態となる。

このため、回転機本体６の重心位置は、回転機本体６の回転中には常に主軸６ａの右側に位置しており、この重心に働く重力のモーメントによって、回転機本体６は時計回りに回転し続ける。

そして、調速装置３によって、この回転の回転数を所望の回転数、例えば、秒速５０回転などの回転数に変換すると共に回転の回転数を安定させる。なお、調速装置３の機構は周知技術であるので説明は省略する。

調速装置３によって安定化された回転力は発電機に伝達され、発電機によって発電された電力は変圧器５を経由して、例えば、一般家庭などの電力の負荷側に送電される。

このように、本発明では、回転効率に優れ、しかも加圧流体を送り続けるだけで回転体の回転を持続させることができ、流体の圧力を回転力に変換する回転装置を提供すると共に、この回転装置を利用して、少ない供給エネルギーで、公害汚染が無く、かつ経済的にエネルギーを作り出すことができる。

〈作用効果〉
油圧ポンプ１ａにより回転装置２に油圧オイルを送り込むと、流路切替部７によってスライダー部１１が制御されて、図２に示すように、主軸６ａより左側の錘１４はこれらに対応するスライダー部１１により半径方向内側に移動し、主軸６ａより右側の錘１４はこれらに対応するスライダー部１１により半径方向外側に移動するので、回転中（油圧ポンプ１ａの稼働中）は常に回転機本体６の重心が右側に偏っており、この重心に作用する重力のモーメントによって時計回りに回転機本体６を回転させることができる。

このように、本実施例の回転装置２では、油圧オイルの圧力（油圧）を回転機本体６の主軸６ａの回転力に変換することができる。

また、本実施例の回転装置２は、重心の偏りによって生じる重力の位置エネルギーを利用して回転力を発生させるため、油圧オイルの圧力（油圧）を回転力に変換する際の変換効率が高く、この回転装置２を利用した本発明の発電装置は高い発電効率を得ることができる。

しかも、油圧ポンプ１ａの駆動源として、石油や石炭などを燃焼した際の燃焼熱を利用した原動機を使用すれば、石油や石炭などの燃焼エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、特に、ゴミ焼却時の排熱などを利用すればエネルギーリサイクルにも役立ち、資源枯渇問題や地球環境問題にも大いに役立つ。

なお、本実施例では、油圧ポンプ１ａと、流路切替部７と、スライダー部１１と、配管２１とによって油圧回路を構成していたが、必ずしも、これらは油圧回路で構成する必要はない。

例えば、油圧ポンプ１ａと、流路切替部７と、スライダー部１１と、配管２１との代わりに、電源と、切換スイッチと、プランジャーコイルと、導線とによって構成された電気回路であってもよいし、空気圧回路によって構成されていてもよい。

以上、実施例に基づいて本発明を説明してきたが、具体的な構成については、この実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

本発明の発電装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面の断面図である。 図２のＣ矢視方向から見た回転装置の正面図である。 図２における流路切替部７の部分拡大断面図である。 図４のＤ矢視方向から見た固定プレート部１５の正面図である。 図４のＤ矢視方向から見た回転プレート部１６の正面図である。

符号の説明

１ａ 油圧ポンプ（駆動源）
２ 回転装置
４ 発電機
６ｂ，６ｃ 軸受け部
６ａ 主軸（回転軸）
６ 回転機本体（車輪部）
７ 流路切替部（制御手段）
１１ スライダー部（往復動手段）
１１ａ シリンダー
１１ｂ ピストン
１４ 錘
１５ 固定プレート部
１６ 回転プレート部
１８Ｒａ，１８Ｒｂ，１８Ｌａ，１８Ｌｂ 溝部
２０ａ，２０ｂ 摺動孔（流通孔）
２１，２２ 配管（流通路）

Claims (3)

1. 軸受け部に水平にかつ回転可能に支持された回転軸と、
   該回転軸に垂直に固定された車輪部と、
   前記車輪部に前記回転軸を中心として放射状に設けられかつ前記車輪部の半径方向に錘を往復動させる複数の往復動手段と、
   前記往復動手段を駆動するための駆動源と
   前記往復動手段を制御する制御手段とが設けられ、
   前記車輪部の回転中には常に前記制御手段が前記回転軸方向から見て前記回転軸より左右方向一方側の前記錘を該錘に対応する前記往復動手段により半径方向内側に移動させ、前記回転軸方向から見て前記回転軸より左右方向他方側の前記錘を該錘に対応する前記往復動手段により半径方向外側に移動させることを特徴とする回転装置。
2. 前記往復動手段がシリンダーと前記錘を有するピストンとによって構成され、
   前記駆動源が流体ポンプによって構成され、
   前記制御手段が、前記軸受け部に固定されかつ中心に前記回転軸を挿通する円盤状の固定プレート部と、前記回転軸を軸としかつ前記車輪部と共に回転する円盤状の回転プレート部とによって構成され、
   前記固定プレート部と前記回転プレート部とが当接し、前記固定プレート部の前記当接側に形成されかつ流体を流通させる溝部上に前記回転プレート部に設けられた流体を流通させる流通孔を摺動させることによって流体の流通路を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の回転装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転装置の回転力を利用して発電機によって発電することを特徴とする回転装置を用いた発電装置。

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