JP2012207654A

JP2012207654A - 偏心回転式発電装置（２）

Info

Publication number: JP2012207654A
Application number: JP2011091553A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Otaku; 雄一大宅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】回転慣性力による回転むら現象の僅少で円滑な連続回転状態を安定して得られる新規な偏心回転式発電装置を提供する。
【解決手段】竪型の磁石リング軌条１００−２と、磁石リング軌条の中心位置から水平方向に所定量変位させた位置に配置した回転駆動軸２と、磁石リング軌条に沿って設けた永久磁石式被ガイド２０３と、永久磁石式被ガイドに装着したはずみウエイト２０２からなる偏心回転式発電装置において、回転駆動軸の軸芯位置を偏位させ、磁石リング軌条は、直径線を回転駆動軸芯３０１を通る沿直線３０２上においた半円部１００ａと、長軸を水平直径線１０１上におき短軸を半円部１００ａの直径線とした半楕円部１００ｂとを結合した合成エンドレスリングにし、複数の前記偏心回転シャフト機構３００−２に支持される前記各永久磁石式被ガイドとはずみウエイトの相対位置関係を所定の均等回転角度にずらして配置したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏心回転式発電装置に関するものである。

発電装置は、従来公知のものとして大別して風力発電装置、蒸気力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、太陽光発電装置など大掛かりな様々な発電装置が開発されている。
近年、地球温暖化問題が表面化し、二酸化炭素排出規制が声高に叫ばれている。この対策とするクリーンエネルギー技術として、前記の太陽光電池、風力発電等が注目され開発され現在稼動しているが、コスト及びメンテナンス等の問題でなかなか普及していないのが現状である。

そこで本発明者等は地球上の重力を活用し、それを効率よく発電用の回転エネルギーに転換する新規な装置の開発を進めてきた。
この開発の過程で発明したのが、特許文献１から特許文献３に紹介する偏心回転式発電装置である。
この偏心回転式発電装置は、発電回転用の回転駆動軸を駆動エネルギーとして風力、蒸気力、水力、波力などの自然原動力を用いて回転駆動させるもので電気エネルギー変換効率を大幅に高めた偏心回転式発電装置である。
この偏心回転式発電装置は、特許文献１〜特許文献３で紹介のように竪型の真円の磁石リング軌条と、真円の磁石リング軌条の円心位置から水平方向に所定量変位させた位置に直交して水平に配置した回転駆動軸と、回転駆動軸に偏心回転ガイドシャフト機構を介して装着し且つ磁石リング軌条に沿って非接触状態で周回可能に設けた永久磁石式被ガイドと、永久磁石式被ガイドに装着したはずみウエイトとを主構成とする。
縦型の真円の磁石リング軌条は、外周面側と内周面側に同一磁極を揃えたガイド用の永久磁石を固定配列し、永久磁石式被ガイドの永久磁石とは反発関係に磁極を対面させる。
これで永久磁石式被ガイドは、非接触状態で磁石リング軌条の内外周側に沿って倣い周回走行可能にしてある。偏心回転シャフト機構は、回転駆動軸の回転半径方向線に沿ってスライド自在にし且つ１８０度の回転角度の間隔で永久磁石式被ガイドを支持する。回転駆動軸により偏心回転シャフト機構を回転させて、永久磁石式被ガイドに装着したはずみウエイトを偏心回転させることにより回転駆動軸に回転モーメントを付与して、軽負荷で回転させて発電させるものである。

この偏心回転式発電装置は、水力、風力、波力、その他の自然エネルギー、あるいはこれ等から得た微電力等を用いて前記回転駆動軸を微力で一旦回転駆動すれば、エネルギーロスを少なくした効率の良い発電力を確保することが最大の目標である。
しかし、磁石リング軌条に沿って周回する永久磁石式被ガイドとの回転抵抗の低減、およびはずみウエイトと共動する永久磁石式被ガイドと偏心回転シャフト機構との摺動抵抗の低減、さらに偏心回転シャフト機構にかかる回転中の軸力分布を均等化させる工夫をした接触型及び非接触型であるが、そのいずれもが回転抵抗と軸力分布の均一化の問題があり、この問題を解決のために次の開発ステージへと進む結果となった。

図４は、従来の偏心回転式発電装置において、固定永久磁石０３ｍを配列した磁石リング軌条０３にガイドされて回転する偏心回転シャフト機構０１と永久磁石式被ガイド０５とはずみウエイト０６の回転角度位置において、目的とする左回転方向（→正回転方向）に回転するための回転駆動軸に掛かる回転モーメント発生領域と、その逆回転方向に回転モーメントが発生する領域を示す概略説明図である。

前記偏心回転式発電装置において、前記磁石リング軌条０３は、図３から明らかなように真円にし、前記偏心回転シャフト機構０１の回転中心０２位置を、真円の磁石リング軌条０３の水平直径線０４の３分の１の位置に偏位してあるため、例えば図に示すように、偏心回転シャフト機構０１を直線状にし、その両側にすなわち１８０°の回転角度間隔をおいた位置に、永久磁石式被ガイド０５を含んで等重量Ｗのはずみウエイト０６を配置して偏心回転シャフト機構０１の回転駆動軸を回転させた場合は、一対の永久磁石式被ガイド０５とそのはずみウエイト０６が、磁石リング軌条０３の円心０３ｃを通る鉛直線０７から前記偏心回転シャフト機構０１の回転中心０２側の単一円弧部０３−１に共に存在する領域ＭＯがある。この領域ＭＯ以外では常に回転駆動軸に目的とする左回転方向に回転するための回転モーメントが掛かる発生領域である。前記領域ＭＯは左右の回転モーメントが同じニュートラル状態になる二つの位置３０３１−３０３１と３０３２−３０３２に挟まれる領域であり、この領域に一対の永久磁石式被ガイド０５とそのはずみウエイト０６が位置する間は、回転駆動軸の芯０２に常に図の右回転方向への逆回転負荷が掛かりエネルギーロスを生じ減速状態となり大きな回転変動を起こし安定しない。

特開２０１０−３５３９３号公報特開２０１００−２６８６８１号公報特開２０１０−９６１７０号公報

本発明は、偏心回転シャフト機構０１で支持したはずみウエイトが鉛直直径線上にあるとき時の回転モーメントが０になる以外は、常に一回転方向へのプラス軸力を維持して逆回転負荷による減速状態とそれによるエネルギーロスを超僅少にするとともに、回転慣性力による回転むら現象の僅少で円滑な連続回転状態を安定して得られる新規な偏心回転式発電装置を提供するものである。

上記課題を満足させる本発明の基本的な技術構成は、次の（１）の通りである。
（１）、リング枠体１１０の外周面側と内周面側に沿って同一磁極を揃えたガイド用の永久磁石１１１を固定配列した縦型の磁石リング軌条１００−２と、軸芯３０１を磁石リング軌条１００−２の水平直径線１０１の中心位置１０２から水平方向に所定量変位させた位置に直交して水平に配置した回転駆動軸２と、同一回転駆動軸２にその回転半径方向線３０３に沿ってスライド自在にして複数を装着した偏心回転シャフト機構３００−２と、各偏心回転シャフト機構３００−２の両側に支持され前記磁石リング軌条１００−２の永久磁石１１１の両磁極面に対して反発関係に走行用永久磁石２０１の磁極面を対面させて保持した永久磁石式被ガイド２０３と、永久磁石式被ガイド２０３に装着したはずみウエイト２０２とからなり、複数の前記偏心回転シャフト機構３００−２に支持される前記各永久磁石式被ガイド２０３とはずみウエイト２０２の相対位置関係を所定角度均等にずらして配置し、前記回転駆動軸２により偏心回転シャフト機構３００−２を回転させて、永久磁石式被ガイド２０３とはずみウエイト２０２を偏心回転させることにより回転駆動軸に回転モーメントを付与する偏心回転式発電装置において、
回転駆動軸２の軸芯位置は、回転磁石リング軌条１００−２の水平直径線１０１の３分の１〜５分の３の位置に偏位させ、磁石リング軌条１００−２は、前記水平直径線１０１に対して上下面対称形状にし、直径線を回転駆動軸芯３０１を通る沿直線３０２上においた真円を当該直径線を中心に二分割した半円部１００ａと、長軸を水平直径線１０１上におき短軸を半円部１００ａの直径線としこの短軸を中心に二分割した半楕円部１００ｂとを結合した合成エンドレスリング（１００−２）にし、複数の前記偏心回転シャフト機構３００−２に支持される前記各永久磁石式被ガイド２０３とはずみウエイト２０２の相対位置関係を所定の均等回転角度にずらして配置したことを特徴とする偏心回転式発電装置。

本発明の前記特徴とする前記構成の偏心回転式発電装置は、回転駆動軸２によりを偏心回転シャフト機構３００−２少しでも正回転方向（矢印）に回転させると、回転駆動軸２の回転中心軸芯３０１にかかる回転モーメント：ｋｇ．ｍは、はずみウエイト２０２を含む永久磁石式被ガイド２０３の重心が、前記鉛直直径線３０２上に存在するときのみ０でありこれを除くいずれの位置においても正回転方向（矢印）に回転させる高いプラス軸力を維持して逆回転負荷による減速状態とそれによるエネルギーロスを超僅少にするとともに、回転慣性力による回転むら現象の僅少で停止することがなく円滑な連続回転状態を安定して得られる。

この回転動作は、偏心回転シャフト機構３００−２が単数の場合は回転駆動軸２の回転速度に若干の変化をきたすが、複数の偏心回転シャフト機構３００−２を回転駆動軸２に装着し前記永久磁石式被ガイド２０１の機構間の相対位置関係を所定角度均等にずらして配置すれば回転駆動軸２の回転中心軸芯３０１にかかる回転モーメントを高く且つ均等化させて回転速度変動を防止し円滑な連続高速回転状態を安定して得られるものである。

実施例１を示す側断面説明図である。図１に示す各偏心回転シャフト機構３００−２に付した矢視Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄの断面位置が磁石リング軌条１００−２の鉛直直径線３０２上に到来した時点の断面説明図である。図１の磁石リング軌条１００−２の構成を補助的に模式で示す側面説明図である。従来の真円の磁石リング軌条において回転駆動軸にかかる回転モーメントの状態を示す簡略説明図である

本発明を以下に紹介する実施例により詳細に説明する。

本発明の実施例を図１〜図３に示す。
図１〜図３において、本例の磁石式発電装置の基本構成は、スタンド内に平行して竪に固定支持した一対のリング枠体１１０の各外周面側と内周面側に沿って同一磁極を揃えたガイド用の永久磁石１１１を固定配列した縦型の磁石リング軌条１００−２と、軸芯３０１を磁石リング軌条１００−２の水平直径線２０３の中心１０２位置から水平方向に所定量変位させた位置に直交して水平に配置した回転駆動軸２と、同一回転駆動軸２にその回転半径方向線３０３に沿ってスライド自在にして複数を装着した偏心回転シャフト機構３００−２と、各偏心回転シャフト機構３００−２の両側に支持され前記磁石リング軌条１００−２の永久磁石１１１の両磁極面に対して反発関係に走行用永久磁石２０１の磁極面を対面させて保持した永久磁石式被ガイド２０３と、永久磁石式被ガイド２０３に適宜な支持機構を介して装着したはずみウエイト２０２とからなり、複数の前記偏心回転シャフト機構３００−２に支持される前記各永久磁石式被ガイド２０３とはずみウエイト２０２の相対位置関係を所定角度均等にずらして配置し、前記回転駆動軸２により偏心回転シャフト機構３００−２を回転させて、永久磁石式被ガイド２０３と、はずみウエイト２０２を偏心回転させることにより回転駆動軸に回転モーメントを付与するものである。はずみウエイト２０２は一体的に構成してもよい。
この磁石式発電装置において、回転駆動軸２の軸芯３０１位置は、回転磁石リング軌条１００−２の水平直径線１０１の３分の１〜５分の３の位置に偏位させ、磁石リング軌条１００−２は、前記水平直径線１０１に対して上下面対称形状にし、長軸を回転駆動軸芯３０１を通る沿直線３０２上においた楕円を長軸を中心に二分割した半円部１００ａと、短軸を回転駆動軸芯３０１を通る沿直線３０２上においた楕円をその短軸を中心に二分割した半楕円部１００ｂとを結合した合成エンドレスリングにし、複数の前記偏心回転シャフト機構３００−２に支持される前記各永久磁石式被ガイド２０３とはずみウエイト２０２の相対位置関係を所定角度６０度均等にずらして配置してある。
前記磁石リング軌条１００−２は、半円部１００ａと半楕円部１００ｂとの構成により、水平直径線１０１に対して上下面対称形状であり、水平直径線１０１の両端と交差する円弧部に対する接線が鉛直線となり、前記鉛直直径線３０２の両端と交差する円弧部に対する接線が水平線となり、水平直径線１０１と鉛直直径線３０２との間における半円部１００ａと半楕円部１００ｂであり半楕円部１００ｂは多点湾曲及び又は放物線の或いはこれらを組み合わせた連続円弧で形成されることになる。
而して、半楕円部１００ｂの短軸と長軸の比は０．８：１〜１．２：１とする。
この比と、回転駆動軸２の軸芯３０３の位置を回転磁石リング軌条１００−２の水平直径線１０１の３分の１〜５分の３の位置にすることにより、回転駆動軸２による偏心回転シャフト機構３００−２の回転と、はずみウエイト２０２の周回を円滑に行い、均等で大きな回転モーメントを回転駆動軸２に発生させるのである。
即ち、この各範囲を悦脱すると、はずみウエイト２０２の回転軌跡が縦または横に極端に扁平化して、磁石リング軌条１００−２における固定永久磁石１１１に対する永久磁石式被ガイド２０３の回転抵抗が増大して円滑な回転と充分な加速度が得られない。
この構成により前記した優れた作用効果を呈するのである。
前記永久磁石式被ガイド２０３は、はずみウエイト２０２の両側部各々に一対のコ字型の支持アーム２０３ａを回動可能に軸２０３ｓ着し、コ字型支持アーム２０３ａに単数又は複数個の前記走行用永久磁石２０１をリング軌条の固定永久磁石１１１に対して所定の間隔を保持して支持配置してある。

＜各構成部の詳細＞
１、磁石リング軌条１００−２の固定用の永久磁石１１１及び永久磁石式被ガイド２０３の走行用永久磁石２０１は、実用上の磁力減衰寿命から一般常識の範囲で決まる更新寿命のある永久磁石である。

２、またこの永久磁石１１１、２０１の形状は、直方体、立方体、円パック体、多角パック体に成型したもの、或いはこれ等を適宜に湾曲成型したものである。

３、磁石リング軌条１００−２は、形状を前記した通り半円部１００ａと半楕円部１００ｂで形成した単一又は図２例と図３例のように平行して一対設ける。一対の磁石リング軌条１００−２は、各々、一対のリング枠体１１０を対面配置しこの枠間に固定永久磁石１１１を挟持配置し、固定永久磁石１１１は、リング枠体１１０の周方向にその磁極Ｓ、Ｎをリング外周側とリング内周側に揃えて配列する。

４、磁石リング軌条１００−２における固定永久磁石１１１の配列は、リング枠体１１０の内外周間の中央部に配置し、例えば固定永久磁石１１１のリング内周側の磁極をＮ極に揃え、リング外周側の磁極をＳ極に揃える。この場合、固定永久磁石１１１のリング内周側の磁極と対面する永久磁石式被ガイド２０３の永久磁石２０１との対面磁極をＮ極にし、固定永久磁石１１１のリング外周側の磁極と対面する永久磁石式被ガイド２０３の走行用の永久磁石２０１の対面磁極をＳ極にするなどして永久磁石式被ガイド２０３の永久磁石２０１と固定永久磁石１１１との対向面の磁極は、磁極同士が反発する関係にするのである。

５、偏心回転シャフト機構３００−２は、水平直径線１０１と鉛直直径線３０２の交差点に直交する回転駆動軸２の回転中心軸芯３０１を中心に回転するものであり、前記永久磁石式被ガイド２０３とはずみウエイト２０２とを１８０度の等角度間隔で一対を回転半径方向３０３に移動自在に支持することにより平滑な回転速度を得ることができる。図２例と図３例は回転駆動軸２には円柱体のスライドガイド３０４を取り付け固定し、シャフト部３０３ａ，３０３ｂを回転半径方向に移動自在に支持するものであり、シャフト部３０３ａ，３０３ｂは中空の角パイプ（他に矩形状、Ｈ型状、Ｔ型状、Ｉ型状等の梁状のものなど）を二重スライド伸縮構造にしてベアリング支持機構又は摺動支持機構等により摺動伸縮可能にしたものである。
前記シャフト部を分離式で一対の平行シャフト部にし、その一方をはずみウエイト２０２に片側固定し他方をはずみウエイト２０２に摺動自在に嵌合装着したものにしてもよい。
また図１〜図２に示すようにスライドガイド３０４には偏心回転シャフト機構３００−２を４５度の回転角度間隔で４機併設してある。
したがって、一対の磁石リング軌条１００−２は、図１と図２に示すように４機分の偏心回転シャフト機構３００−２の４対の永久磁石式被ガイド２０３を全て共用ガイドする。

６、永久磁石式被ガイド２０３は、はずみウエイト２０２の両側部各々に一対のコ字型支持アーム２０２を回動可能に軸２０４着し、コ字型支持アーム２０２に単数又は複数個の永久磁石２０１をリング軌条１００−２の固定永久磁石１１１に対して所定の間隔を保持して支持配列し、永久磁石式被ガイド２０３は、はずみウエイト２０２を介して、その回転半径方向３０３にスライド自在に支持され各前記磁石リング軌条１００−２の一対の両リング枠体１０３に沿って非接触状態で回動走行する。

８、回転駆動軸２には図示していないが水力、風力等の自然エネルギーによる回転駆動装置と発電装置を接続してあるが、一般に付設する各種の機器は制限するものでなく適宜に設置してよい。
例えば、回転駆動軸２の撓まない任意の位置に、フライホイールを設けることは、偏心回転シャフト機構をより円滑に回転させると共に、その回転力による電力を高効率で得る機能があり有効である。

９、また、磁石リング軌条１００−２は、偏心回転シャフト機構３００−２の回転に伴う慣性力はリング円周方向の分布が若干反偏心側に偏るため、これによるリング変形を防止するための構造として例えばリング枠体１１０を高強度断熱性のＦ３０３Ｐ繊維強化プラスチック又は磁石リング軌条１００−２の場合はステンレス製にし、その側面にドーナツ型補強板を一体的に装着するなどが揚げられる。

１０、図２は図１に示す磁石リング軌条１００−２の半楕円部１００ｂの短軸でもある半円部１００ａの直径線３０２（鉛直直径線）上に、各偏心回転シャフト機構３００−２のはずみウエイト２０２が到来した時点の断面説明図である。
この例は各偏心回転シャフト機構３００−２のシャフト部３０１を直線状にしてガイド３０４にパラレルに支持ため、各はずみウエイト２０２は、磁石リング軌条１００−２の中間部からその左側部図２（１）、図２（２）と、右側部図２（３）、図２（４）に到来位置した状態を示す。
この図２には、各はずみウエイト２０２を磁石リング軌条１００−２の一対のリング枠体１１０間の中間部に位置させるため、各偏心回転シャフト機構３００−２は、はずみウエイト２０２近くで位置をずらしてある。
このように図１と図２に示す磁石リング軌条１００−２と、永久磁石式被ガイド２０３と、偏心回転シャフト機構３００−２と、はずみウエイト２０２を１セットにした場合、複数セットを同一の回転駆動軸２に対して設置し、各セット間におけるはずみウエイト２０２は、相対的な回転角度位置を３６０度を、はずみウエイト２０２数で均等分割した回転角度にして配置することにより、より円滑に均等で大きな回転モーメントが回転駆動軸２に発生するものである。
例えば図１と図２に示すセットを２セットを同一回転駆動軸２に設置する場合は、はずみウエイト２０２は１６個となりその相対的な回転角度位置は、２２．５度とする。

以上本発明の実施例を紹介したが、これらの例の他に、各例のいろいろな組み合わせや単純化を任意にした例が存在することは自明であり、それらは本発明の技術思想を悦脱するものではなく自由に実施することができる。

産業上の用可能性

本発明の偏心回転式発電装置は、上述のように優れた作用効果を確実に得るものである。このため水力、風力、波力、その他の自然エネルギーあるいはこれ等から得た微電力等を用いて前記回転駆動軸を微力で一旦回転駆動すれば、エネルギーロスを少なくした効率の良い発電力を確実に確保することができる。そしてクリーンエネルギーとして、メンテナンスフリー発電を手軽に低コストで得る事を実現し、各種電力供給産業に広く普及工業界に広く活用される発電装置である。

２：回転駆動軸１１１：固定永久磁石
１００−２：竪型のエンドレスの磁石リング軌条２０１：走行用永久磁石
１００ａ：半円部２０２：はずみウエイト
１００ｂ：半楕円部２０３：永久磁石式被ガイド
１０１：水平直径線２０３ａ：コ字型支持アーム
３０２：鉛直直径線３０１：回転中心軸芯
１０２：水平直径線１０１の中心点３００−２：偏心回転シャフト機構
１１０：対面配置のリング枠体

Claims

リング枠体１１０の外周面側と内周面側に沿って同一磁極を揃えたガイド用の永久磁石１１１を固定配列した縦型の磁石リング軌条１００−２と、軸芯３０１を磁石リング軌条１００−２の水平直径線１０１の中心位置１０２から水平方向に所定量変位させた位置に直交して水平に配置した回転駆動軸２と、同一回転駆動軸２にその回転半径方向線３０３に沿ってスライド自在にして複数を装着した偏心回転シャフト機構３００−２と、各偏心回転シャフト機構３００−２の両側に支持され前記磁石リング軌条１００−２の永久磁石１１１の両磁極面に対して反発関係に走行用永久磁石２０１の磁極面を対面させて保持した永久磁石式被ガイド２０３と、永久磁石式被ガイド２０３に装着したはずみウエイト２０２とからなり、複数の前記偏心回転シャフト機構３００−２に支持される前記各永久磁石式被ガイド２０３とはずみウエイト２０２の相対位置関係を所定角度均等にずらして配置し、前記回転駆動軸２により偏心回転シャフト機構３００−２を回転させて、永久磁石式被ガイド２０３とはずみウエイト２０２を偏心回転させることにより回転駆動軸に回転モーメントを付与する偏心回転式発電装置において、
回転駆動軸２の軸芯位置は、回転磁石リング軌条１００−２の水平直径線１０１の３分の１〜５分の３の位置に偏位させ、磁石リング軌条１００−２は、前記水平直径線１０１に対して上下面対称形状にし、直径線を回転駆動軸芯３０１を通る沿直線３０２上においた真円を当該直径線を中心に二分割した半円部１００ａと、長軸を水平直径線１０１上におき短軸を半円部１００ａの直径線としこの短軸を中心に二分割した半楕円部１００ｂとを結合した合成エンドレスリング（１００−２）にし、複数の前記偏心回転シャフト機構３００−２に支持される前記各永久磁石式被ガイド２０３とはずみウエイト２０２の相対位置関係を所定の均等回転角度にずらして配置したことを特徴とする偏心回転式発電装置。