JP2009264362A - フーコーの振り子発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー源の供給、及び運転操作と保守点検を必要とせず、天候などに左右されることも建造場所の制約を受けることもなく、常に一定の電力が得られる自然発電設備。
【解決手段】フーコーの振り子とは、十分高い位置から振り子をぶら下げたとき、地球の自転により東西方向に振り子運動が繰り返されることにあり、この運動力を自然発電に利用する。すなわち振り子の重りとして丸棒状、または筒状の永久磁石を使用し、振り子運動の左右末端に磁石が出入りできるソレノイドを配置し、振り子運動により磁石がソレノイドに出入りすることによりファラデーの法則に基づく交流電力が発生するようにする。しかしながら発電により振り子運動エネルビーは減衰していくため、発電サイクルに励起サイクルを組込み、発電がほぼ永久的に継続されるようにする。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

発明の属する技術分野
本発明は自然発電、すなわち自然現象を利用して発電を行う技術である。

従来の技術
現在実用可能な多量の電力を得る方法としては水力発電、火力発電、原子力発電のほかに、自然エネルギーを利用する発電方法として風力発電、太陽電池発電、地熱発電などが知られている。しかしながら水力以外の自然エネルギーの活用は期待されるほどの普及に至っていない。普及を阻む最も大きな問題点はやはり投資に見合った発電量が得られないということであろう。たとえば風力発電は設置後に予期したように風車が回らないことが明らかになったり、太陽電池発電では昼間しか電気は得られず、その上気温が２６度になると既に起電力が低下しだすという難点がある。

発明の解決しようとする課題
燃料の供給、燃焼残留物の処理などを必要としないのみならず、運転と保守点検に人手を必要とせず、設備してしまえば自然のエネルギーを利用してほぼ半永久的に電気が得られる発電方式があるとしたら、設備投資金はいずれ回収できることになり、かりに設備あたりの発電量が低くとも実用性は十分あることになる。更に、設置場所が限定されることなく、天候などの自然現象にも左右されず、常に一定の発電量が安定して得られるならば、補助発電設備、あるいは過疎地や離島での発電設備など様々な利用が考えられる。

課題解決の問題点
今日、新たな自然発電方式に利用可能な自然エネルギーはほとんど全て研究され、検討されつくされているように思える。しかしながらひとつだけ未だに利用されていない自然エネルギーが存在する。

発明実施の形態
フーコーの振り子とは、ある規定以上の高さから東西方向に運動可能な重りを吊下げたとき、地球の自転によりその重りが東西方向に振り子運動を繰り返すことにある。地球の自転は定速運動であるが、円運動では接線方向にベクトルの力が働くため運動力が生じる。いうまでもなく、振り子吊下げ位置が高いほど、また緯度が低い場所におけるほど振り子運動量は大きく、赤道で最大となる。

例えば数メートルの高さの鉄塔を建て、鉄塔の天辺に南北方向水平に伸びるピボット軸を取付け、下部末端に重りを備えた振り子をその軸から吊下げたとき、振り子は地球の自転により東西に振れることになる。この振り子の重りとして、ピボット軸を中心とした円弧を描く左右対称の丸棒状、または円筒状の永久磁石を使用し、磁石よりいくぶん大きな内径を持ち、磁石と同じ円弧をなすボビンに絶縁電線を巻きつけたソレノイドを振り子運動の左右末端に配置し、磁石が振り子運動したとき左右のソレノイドに自由に出入りできるようにする。これにより、振り子が東西方向に往復運動したとき、磁石はソレノイドに出入りすることになり、それぞれのソレノイドにはフレミングの法則に基づく交流電気が生じることになる。

以下、簡略化した実施例を図１に沿って説明する。
上部で交差する二本の柱（１）は基礎（２）の上に東西の方向に内側に向かって斜めに建ててあり、その上部交差位置には、振り子を吊るための南北に伸びるピボット軸（３）が固定してある。振り子（４）は、天辺の軸受部（５）、垂直な腕部（６）と孤を描く丸棒状永久磁石（７）からなり、ピボット軸（３）から吊下げたとき東西に振り子運動ができるようになっている。また、磁石（７）の両端には振り子運動の軌道に沿ってソレノイド（８）が固定してあり、磁石（７）が東西に振り子運動をしたとき、磁石（７）の末端が自由に出入りできるようになっている。

この磁石（７）を定められた始動点まで引上げて解放すると、フーコーの振り子の原理に基づき振り子運動を開始する。

フーコーの振り子は世界各地の科学館などでデモンストレーションとして展示されていることはあっても、その運動エネルギーが実用化されたことはない。この運動エネルギーを利用するとなると、エネルギーを取出すことにより運動力が徐々に減衰して振幅が縮まり、やがては停止するためである。振り子運動を減衰させる他の要因として、ピボット軸と軸受との間の摩擦、振り子が受ける空気抵抗、そしてコリオリ力がある。コリオリ力とは重りを上から見て時計方向、または反時計方向にゆっくりと回り込もうとする力であり、９０度回り込むと運動は停止する。しかしこれは無視できるほど弱く、回りこまないよう機械的に規制できる。従って設備が設置場所の緯度に見合った適切な高さにあれば、振り子運動は摩擦抵抗と空気抵抗にも打ち勝ち、永久運動となる。

しかしながら振り子運動エネルギーを発電として利用するには、発電により振り子運動が弱まったとき、励起させる必要がある。これは外部電源の供給を受けるモーターと引寄せ機構、または油圧プランジャーなどにより磁石を引くか押して始動位置まで戻すか、あるいはまた発電サイクルを止め、両ソレノイドに外部から電流を流し、ソレノイドによる吸引力と反発力で磁石を始動位置まで戻して励起することができる。十分な振り子運動エネルギーを発揮すべく設計された設備なら、励起サイクルに要する電力は、それまでの発電サイクルで得られた電力よりはるかに低いはずであるから、励起サイクルを発電サイクルに効果的に組込むことにより、発電運転をほぼ永久的に続けることができることになる。

発明の効果
この発電設備は原理的には設備の高さに制限はなく、十分な高さの構造物とすることにより、国内ならいかなる場所においても発電は可能となる。また、発電装置としては高速回転部が存在せず、永久磁石とソレノイドのみであり、高いビルの東西に伸びる壁面など既存の構造物を利用すれば、製造・据付けはきわめて容易、かつ安価である。更には、多数の振り子とソレノイドの組合せを並べて設置することにより、比較的安価な建造費で大きな電力を得ることも可能となる。

振り子発電設備の全体正面図を示す。 振り子発電設備の全体側面図を示す。

符合の説明

１．支柱 ２．基礎 ３．ピボット軸 ４．振り子 ５．軸受け部 ６．腕部 ７．永久磁石 ８．ソレノイド

Claims (3)

1. 設置場所の緯度に適した高さの建造物の天辺から、地球の自転により東西に振り子運動ができるように吊下げた振り子において、その振り子は建造物天辺のピボット軸を中心とした円孤に等しい曲線を描く丸棒状、または筒状の永久磁石を重りとして持ち、同じ孤を描き磁石よりいく分大きな径のボビンに絶縁電線を巻きつけたソレノイドが振り子運動の両末端に配置してあり、磁石はソレノイドに自由に出入りでき、地球の自転により振り子が東西に振り子運動したとき、磁石の作用で両側のソレノイドにフレミングの法則に基づく電力が生じるようにした自然発電設備。
2. 請求項１に基づく発電設備において、発電により振り子運動が弱まり振幅が狭くなったとき、起電力を回復させるため、外部から電源供給を受けるモーターと引き寄せ機構、または油圧プランジャーなどの補助装置で振り子を引くか押して永久磁石を始動位置に戻し、振り子運動を再開させて発電が継続するようにする。
3. 請求項１に基づく発電設備において、発電により振り子運動が弱まり振幅が狭くなったとき、起電力を回復させるため、発電サイクルを止め、左右のソレノイドに外部から電気を流し、ソレノイドの吸引力、及び反発力で永久磁石を始動位置に戻し、振り子運動を再開させて発電を継続するようにる。

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