JP2009036064A - スクリュー及び発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転磁界を発生することができるスクリューとそのスクリューを用いて水道管などにコンパクトに取り付けることができる発電機を提供する。
【解決手段】スクリュー１０は、Ｎ極に着磁した羽根１２，１４とＳ極に着磁した羽根１３，１５が交互に設けられている。スクリュー１０は、フェライト磁石又は希土類磁石からなる。発電機２０は、スクリュー１０を内部に回転自在に固定した管２１と、管２１のスクリュー１０の周囲に設けたコイル２３ｃと、コイル２３ｃから電圧を取り出す少なくとも２つの端子２５を有する発電機２０であって、管２１内に流動体を流すことによって端子２５間に電圧が発生する。
【選択図】図３

Description

本発明は、スクリュー及び発電機に関し、特に、着磁した羽根を有するスクリューとそのスクリューを用いた発電機に関する。

従来のスクリューは、金属やプラスチックなどからなり、そのスクリューを気流や、水流の中に設置すると、回転するものであった。また、スクリューは、船舶等に用いられ、エンジンなどの動力源からの回転軸により、回転を与え、水流を起こし、推進力を与えるためのものであった。

一方、発電機は、水流などを水車やスクリュー等の回転体に与えることにより、その回転体の回転力をその回転体に取り付けられた軸によって回転を水流の外部に設けられたモータ構造の装置に伝達することにより、発電を起こすような構成となっていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１２０４５３号公報

従来の発電機では、水流などによって回転する水車やスクリュー等の回転体の回転をその回転体に取り付けられた軸を介して水流の外部に設けられたモータ構造の装置に伝達させる必要があった。そのため、設備が大がかりなものとなり、水道管などに取り付けるときにコンパクトにすることができないという問題点があった。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、回転磁界を発生することができるスクリューとそのスクリューを用いて水道管などにコンパクトに取り付けることができる発電機を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
第１のスクリュー（請求項１に対応）は、Ｎ極に着磁した羽根とＳ極に着磁した羽根が交互に設けられたことを特徴とする。
第２のスクリュー（請求項２に対応）は、フェライト磁石又は希土類磁石からなることを特徴とする。
本発明に係る発電機（請求項３に対応）は、上記第１又は第２のスクリューを内部に回転自在に固定した管と、管の前記スクリューの周囲に設けたコイルと、コイルから電圧を取り出す少なくとも２つの端子を有する発電機であって、管内に流動体を流すことによって端子間に電圧が発生することを特徴とする。

本発明によれば、スクリューにＮ極に着磁した羽根とＳ極に着磁した羽根が交互に設けられているため、そのスクリューが気流や水流で回転させることにより、そのスクリューの周囲に回転磁界を発生させることができる。また、本発明によれば、上記スクリューを管内に設け、その周囲にコイルを設けたため、その管に水流や気流を生じさせることによって、スクリューを回転させ、それによって生じる回転磁界をコイルが受けることによって、コイルに設けられた端子間に電圧を発生させることができる。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るスクリューの正面図である。図２は、本発明の実施形態に係るスクリューの回転軸方向から見た図である。スクリュー１０は、フェライト又は希土類磁石からなり、回転軸１１を中心に、螺旋状に羽根１２，１３，１４，１５が設けられている。それらの羽根は、Ｎ極，Ｓ極に交互に着磁している。すなわち、羽根１２は、Ｎ極に着磁しており、羽根１３はＳ極に着磁しており、羽根１４はＮ極に着磁しており、羽根１５はＳ極に着磁している。そして、羽根は、十字の羽根を一方の端から他方の端まで９０°ねじった形となっている。

このスクリュー１０は、例えば、粉末状のフェライト又は希土類磁石をスクリュー状に
プレス成型し、焼結し、高温で、適当な磁場を与えながら、室温まで冷却することにより、
羽根を着磁させる。また、焼結した物を室温まで冷却して、特殊ヨークで高電圧を瞬時に
与えて着磁させ、磁場を作ることができる。

このスクリュー１０を水流や気流等の流動体により回転させると、着磁した羽根により、回転磁界が発生し、その回転磁界を周囲に設けたコイルが受け、電磁誘導により、コイルの端子間に電圧が発生する。この原理を応用することによって次に述べるような発電機を得ることができる。

図３は、本発明の実施形態に係る発電機の正面図である。また、図４は、コイルを示す模式図であり、図５は、発電機をスクリューの回転軸方向から見た図である。発電機２０は、アクリル等からなる管２１の中に、回転軸１１が回転自在に固定する固定具２２と、その固定具２２によって支えられたスクリュー１０を配置し、管２１の周囲には管状の鉄心２３ａの内側の突出部２３ｂに巻かれたコイル２３ｃが設けられている。固定具２２は、流動体が管２１を流れるように孔２４が設けられている。また、コイル２３ｃには、端子２５が設けられ、その端子間に生じる電圧を取り出すことができる。

図３で示した発電機２０の管２１に、例えば、矢印２６の方向から水等の流動体を流すことにより、スクリュー１０を回転させると、着磁した羽根１２，１３，１４，１５により、回転磁界が発生し、その回転磁界をコイル２３ｃが受け、電磁誘導により、コイル２３ｃの端子２５間に電圧が発生する。

次に、図６を参照して本発明の実施形態に係るスクリューを用いた発電機の製造方法を説明する。発電機の製造方法は、スクリューの加工工程（ステップＳ１１）とピン挿入工程（ステップＳ１２）と着磁工程（ステップＳ１３）とコーティング工程（ステップＳ１４）と、筒の加工工程として、筒の切断工程（ステップＳ１５）と左右のねじ込み入れ工程（ステップＳ１６）と片側のピン押さえ取り付け工程（ステップＳ１７）と、筒への挿入工程（ステップＳ１８）とスクリュー磁石ピンの固定工程（ステップＳ１９）と、コイル組み立て加工工程として、鉄心プレス工程（ステップＳ２０）と、鉄心の貼り合わせ工程（ステップＳ２１）と、電線巻き工程（ステップＳ２２）と、コイルの挿入工程（ステップＳ２３）と、コイルの位置決め工程（ステップＳ２４）と、コイルの固定工程（ステップＳ２５）を含んでいる。

ステップＳ１１のスクリューの加工工程は、３通りの工程がある。第１の工程は、円柱の棒磁石素材をスクリュー型の４枚羽に切削する。第２の工程は、金型に超音波を当て形を作り、圧力をかけて焼結する。第３の工程は、磁性粉末に樹脂を入れて焼結する。スクリューを軸方向から見た場合（図２参照）十字の形になり、その十字が９０°ねじ込む形が形成される。
ステップＳ１２のピン挿入工程では、回転軸１１になるピンを挿入してピンとスクリューを固定する。
ステップＳ１３の着磁工程では、専用機にてスクリュー１０の羽根１２，１３，１４，１５をそれぞれＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極と交互に着磁させる。
ステップＳ１４のコーティング工程では、スクリュー１０の磁石の保護と水の衛生面の考慮のため、スクリュー１０にコーティングを行う。
ステップＳ１５の筒の切断工程では、筒（管）２１の長さをスクリュー１０の回転軸１１の長さより長くして切断する。
ステップＳ１６の左右のねじ込み工程では、筒２１の左右にねじ切りを入れる。
ステップＳ１７の片側のピン押さえ取り付け工程では、筒２１の片側にスクリュー１０の回転軸１１を押さえる固定具２２を入れる。
ステップＳ１８の筒への挿入工程では、筒２１の中へスクリュー１０を入れ、あらかじめ筒２１に入れた固定具２２にスクリュー１０の回転軸１１を挿入する。
ステップＳ１９のスクリュー磁石ピンの固定工程では、もう片側のスクリュー１０の回転軸１１を固定具２２に固定する。
ステップＳ２０の鉄心プレス工程では、鉄心２３ａを一枚毎にプレスする。
ステップＳ２１の鉄心の貼り合わせ工程では、鉄心２３ａを斜めにずらして貼り合わせる。
ステップＳ２２の電線巻き工程では、鉄心２３ａの突出部２３ｂに銅線を巻き付ける。
ステップＳ２３のコイルの挿入工程では、コイル２３ｃを管２１の外側（外周）に入れる。
ステップＳ２４のコイルの位置決め工程では、製品の統一性を考慮して決められた位置へセットする。
ステップＳ２５のコイルの固定工程では、コイル２３ｃをボンドや接着剤等で固定する。

以上のようにして、本発明の本実施形態に係る発電機が製造される。

次に、上記のようにして製造した発電機の実験データを図７の表に示す。作製した発電機のコイルの線径は０．１φと０．０８φのものであり、コイルの巻線数は、２００回と４００回である。また、この発電機の筒内に流した流体の速さは１５０ｍｍ／１ｓｅｃと３００ｍｍ／１ｓｅｃである。それらのときの発生電圧と発生電流を測定した。コイルの線径が０．１φでコイル巻線数が２００回で流体の速さが１５０ｍｍ／１ｓｅｃのときには、発生電圧は１．５Ｖ程度であり、発生電流は０．７８ｍＡ程度であった。コイルの線径が０．１φでコイル巻線数が４００回で流体の速さが１５０ｍｍ／１ｓｅｃのときには、発生電圧は３Ｖ程度であり、発生電流は１．５ｍＡ程度であった。コイルの線径が０．０８φでコイル巻線数が２００回で流体の速さが１５０ｍｍ／１ｓｅｃのときには、発生電圧は２．２Ｖ程度であり、発生電流は１．３ｍＡ程度であった。コイルの線径が０．０８φでコイル巻線数が４００回で流体の速さが１５０ｍｍ／１ｓｅｃのときには、発生電圧は５Ｖ程度であり、発生電流は３ｍＡ程度であった。コイルの線径が０．０８φでコイル巻線数が２００回で流体の速さが３００ｍｍ／１ｓｅｃのときには、発生電圧は２．８Ｖ程度であり、発生電流は２．４ｍＡ程度であった。コイルの線径が０．０８φでコイル巻線数が４００回で流体の速さが３００ｍｍ／１ｓｅｃのときには、発生電圧は１０Ｖ程度であり、発生電流は３ｍＡ程度であった。

図７の表から分かるように、電線の線径を細くして巻数を多くした場合、発生電圧と電流が向上する。また、筒の中を流れる流体の速さを上げる（スクリューの回転速度を上げる）と発生電圧と電流が向上する。さらに、この装置の大きさは非常に小さいが、この装置を長くしたり大きくした場合は、もっと大きいパワーが発生する。また、磁石の磁力を強くした場合も発生電圧と電流が向上する。さらに、スクリュー型にすることで、流体の速さのロスが低減できた。ロスがないぶん回転率の向上につながり高発電につながる。また、コイルの長さは、斜めにすることで直線状態よりコイルの長さが長くなり高効率の発電が可能になる。さらに、磁石の形は、スクリュー型にしたので、直線状態より斜めになっているため長さが稼げたため高効率の発電が可能になる。また、磁石の羽根のねじり角度を６０°、９０°、１２０°、１８０°と変えて実験をしたが、９０°付近が一番効率が高かった。

以上のように、本実施形態によれば、スクリュー１０にＮ極に着磁した羽根１２，１４とＳ極に着磁した羽根１３，１５が交互に設けられているため、そのスクリュー１０が気流や水流で回転させることにより、そのスクリュー１０の周囲に回転磁界を発生させることができる。また、本実施形態によれば、上記スクリュー１０を管２１内に設け、その周囲にコイル２３ｃを設けたため、その管２１に水流や気流を生じさせることによって、スクリュー１０を回転させ、それによって生じる回転磁界をコイル２３ｃが受けることによって、コイル２３ｃに設けられた端子２５間に電圧を発生させることができる。

上記の発電機２０を用いて発生した電力をバッテリーに蓄電して使用すると省エネルギーに貢献することができる。また、将来は、この発電機２０を消費電力の少ないＬＥＤ照明や有機ＥＬ照明等に利用すれば、電気代がかからない。さらに、発電機２０の形状を大きくしたり、長くしたり、管２１の中を流れる流体の速さを変えたりした場合は、大きな電力が得られるため、家庭用発電に使用できる。また、このスクリュー１０を風力発電や火力発電等の発電機器等のシャフトや回転をする色々な回転するシャフトに取り付ければ、そのスクリュー１０の周りにコイルを設置することにより発電できる装置である。また、発電機２０は、空気や液体の流体が流れる所や回転する場所があれば発電できる装置である。また、災害時などにも活用できる非常発電装置にもなる。また、この発電機２０は、発電後の廃棄物等一切発生しないため、地球環境にたいへん良い発電機である。

以上の実施形態で説明された構成、配置関係等については本発明が理解・実施できる程度に例示したものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明は、流動体によって回転し回転磁界を発生するスクリューと、流動体を流すことによって発電させることができる発電機として利用される。

本発明の実施形態に係るスクリューの正面図である。 本発明の実施形態に係るスクリューの回転軸方向から見た図である。 本発明の実施形態に係る発電機の正面図である。 本発明の実施形態に係る発電機のコイルを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る発電機をスクリューの回転軸方向から見た図である。 本発明の実施形態に係るスクリューを用いた発電機の製造方法を説明する工程図である。 製造した発電機の実験データを示す表である。

符号の説明

１０ スクリュー
１１ 回転軸
１２ 羽根
１３ 羽根
１４ 羽根
１５ 羽根
２０ 発電機
２１ 管
２２ 固定具
２３ａ 鉄心
２３ｂ 突出部
２３ｃ コイル
２４ 孔
２５ 端子
２６ 矢印

Claims (3)

1. Ｎ極に着磁した羽根とＳ極に着磁した羽根が交互に設けられたことを特徴とするスクリュー。
2. フェライト磁石又は希土類磁石からなることを特徴とする請求項１記載のスクリュー。
3. 請求項１又は２記載のスクリューを内部に回転自在に固定した管と、
   前記管の前記スクリューの周囲に設けたコイルと、
   前記コイルから電圧を取り出す少なくとも２つの端子を有する発電機であって、
   前記管内に流動体を流すことによって前記端子間に電圧が発生することを特徴とする発電機。

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