JP2013040605A - Continuous electromagnetic induction mechanism by repulsion magnet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子力や火力、水力、あるいは太陽光や風力、地熱等を用いず、簡単で小型な磁力反発動作を応用した電磁誘導方式による電力発生機構に関するものである。 The present invention relates to a power generation mechanism based on an electromagnetic induction method that uses a simple and small magnetic repulsion operation without using nuclear power, thermal power, hydraulic power, sunlight, wind power, geothermal heat, or the like.
従来、発電を目的とする電力発生機構において、原子力や火力のようにそれらの熱エネルギーを利用して蒸気を発生させ発電機を回すもの、同じく熱エネルギーを利用するものでも地熱発電では直接蒸気で発電機を回すもの、運動エネルギーを利用するものでは水力発電のようにダムの位置エネルギーを利用して発電機を回すもの、風力発電では風の運動エネルギーを直接発電機に伝えるというようにいずれも発電機を回すという共通の特徴があったが、太陽光発電ではこれらと異なり回転式の発電機は不要であり、光エネルギーを直接電気に転換するという方式を取る。現代の高度な文明社会に電力は一瞬たりとも停止することは許されないが、電力を安定的に供給維持するため大きな問題も抱えている。熱エネルギーを利用するものは継続的に化石燃料やバイオ燃料、核燃料を必要としているため、それらエネルギー源の安定的確保が重要であるとともに発電設備も大掛かりである。更にいえば、原子力発電の安全性が世界中で大きな問題となっている。近年、再生可能なエネルギーとして太陽光発電や風力発電などがクローズアップされているが、太陽光発電では日射条件に左右されやすく当然に夜間は発電できない。風力でも風が強くなければ発電できない上、設置場所も問題であったし、その欠点を補うため必要とされる高度な蓄電装置も開発途上であり、現状では補助的なものといわざるを得ない状況である。今日、我々が利用できる熱エネルギー源には、石油や天然ガス、石炭、核燃料などさまざまなものがあるがその多くが電力エネルギーに転換されている事実は、電力が市民生活及び産業活動を支える重要で普遍的なエネルギーであることの証明である。このことは同時に、エネルギー資源の有無が国家の安全保障問題であることも物語っている。 Conventionally, in a power generation mechanism for power generation, even in the case of nuclear power and thermal power, those that generate steam by using their thermal energy and rotate the generator, and those that also use thermal energy are directly steamed in geothermal power generation. Anything that turns a generator, something that uses kinetic energy, like a hydroelectric power generator that uses a dam's potential energy to turn a generator, and wind power that directly transmits wind kinetic energy to the generator. There was a common feature of turning a generator, but unlike solar power generation, a rotary generator is not necessary, and light energy is directly converted into electricity. Power is not allowed to stop even for a moment in a modern advanced civilized society, but it also has major problems in order to stably supply and maintain power. Those that use thermal energy continuously require fossil fuels, biofuels, and nuclear fuels. Therefore, it is important to secure stable energy sources and large-scale power generation facilities. Furthermore, the safety of nuclear power generation is a big problem all over the world. In recent years, solar power generation, wind power generation, and the like have been highlighted as renewable energy, but solar power generation is easily influenced by solar radiation conditions and naturally cannot generate power at night. Even wind power cannot generate electricity unless the wind is strong, and the installation location is also a problem, and advanced power storage devices that are necessary to make up for the shortcomings are still under development. There is no situation. Today, there are a variety of thermal energy sources that we can use, such as oil, natural gas, coal, and nuclear fuel, but many of them have been converted to electric energy. This is a proof of universal energy. This also tells us that the presence of energy resources is a national security issue.
従来の技術でも述べたように、従来の発電方式には各種あったが、発電量の過半が火力や原子力に依存せざるを得ない状況であり、有限なエネルギー資源の安定確保に問題が無いとはいえなかった。再生可能なエネルギーでは太陽光や風力を利用した発電システムがあるがいずれも完成された発電システムと言える域に達してはいない。立地の問題や高コスト、効率的な蓄電装置、天災への抗靭性など解決しなければならない問題も多い。本発明はこのような従来の技術に鑑みてなされるもので、電力エネルギーを得るために有限なエネルギー資源を非効率に濫用するのではなく、小さな力でかつ省エネルギーで高い効率の発電機構を得ることを課題とした。 As mentioned in the prior art, there are various conventional power generation methods, but the majority of the power generation has to depend on thermal power and nuclear power, and there is no problem in ensuring the stability of finite energy resources. That wasn't true. As for renewable energy, there are power generation systems using solar power and wind power, but none of them has reached the level of a complete power generation system. There are many problems that need to be solved such as location problems, high costs, efficient power storage devices, and toughness against natural disasters. The present invention is made in view of such a conventional technique, and does not abuse a finite energy resource inefficiently to obtain electric power energy, but obtains a power generation mechanism with low power and energy saving with high efficiency. That was the issue.
本発明は、この課題を解決するために、磁石の反発往復動作を利用するシーソー構造の電磁誘導発電機構を採用する。ファラデーの法則等により、導線のコイルに磁石を近づけたり遠ざけたりする動作が導線のコイルに電流を流す起電力を生じるということが判っている。この原理を応用してあらゆる種類の発電機やモーターが作られた。 In order to solve this problem, the present invention employs an electromagnetic induction power generation mechanism having a seesaw structure that uses repulsive reciprocation of a magnet. According to Faraday's law and the like, it is known that an operation of moving a magnet close to or away from a coil of a conductive wire generates an electromotive force that causes a current to flow through the coil of the conductive wire. All kinds of generators and motors were created by applying this principle.
この原理を認識しつつ、外部からの受ける力を最小限にしつつ導線のコイルに磁石を連続して近づけたり遠ざけたりさせる方法が重要である。そのために本発明では3個の磁石の相互反発を利用する。磁石スライドチャンネルに納められた中央の遊動する磁石が最初の外力でどちらかに移動した後、左右の固定された磁石との反発によってもとの方向に戻りつつ重心が移動するのだが、この重心移動にあわせて電磁誘導発電ユニットがシーソーのように傾けばよい。電磁発電ユニットはシーソー構造の発電ユニット保持体に固定されるが、その左右長さ方向中央にある主軸部分で傾きが左右釣り合うようにされる。電磁誘導発電ユニットは円筒状のコイル保持筒に導線を適宜複数回巻きつかせ、その左右のコイル端末はシーソー運動の邪魔にならないような適宜の長さで保たせるようにする。あるいはコイル端末はスパイラル加工しても良い。このように形成されたコイル保持筒の左右両端外側にはエンドキャップが嵌められるが、このエンドキャップの中央には磁石スライドチャンネルが貫通される穴を有する。挿入する磁石スライドチャンネルはコイル保持筒よりも長くて左右のエンドキャップから外へ飛び出るが、その飛び出る長さは各磁石の長さ2個分より大きくする。磁石スライドチャンネルはいわゆるC型チャンネルのような断面形状でも丸パイプや角パイプでも構わないが、遊動する磁石がチャンネルから離脱しないよう又、遊動する磁石が押す空気を抵抗無く排気できれば良い。磁石スライドチャンネルの内面は滑走しやすくするためにテフロン(商標)のような摩擦抵抗の低い樹脂でライニングしておくか又は、シリコンオイルが注入できる構造でも良い。磁石スライドチャンネルに設置される3個の磁石は、2個は両端に固定され、残り1個は両端の磁極と反発するよう遊動させる。磁石は小型で強力なものを用いるが、発電中にコイル自体も遊動する磁石の動きを抑制するような干渉を与えるので、磁石の大きさとコイル巻き数は連続してシーソー運動が続くような条件に設定しなければならない。又、磁石の反発で遊動可能な距離も重要であるが、これらは各要素の相関関係で求める。このように構成された電磁誘導発電ユニットをシーソー主軸支持架に取り付け、指等で電磁誘導発電ユニットの一端を下に押せば連続するシーソー運動が始まる。なお、シーソー主軸支持架の主軸下方には角度調整の調整板を設けて安定したシーソー運動が維持できるようにする。このような構成によって遊動する磁石の重心移動にあわせて電磁誘導発電ユニットが連続してシーソーのように傾き、交流電圧を発生せしめる。しかし、重力や摩擦によってこの運動はやがて収束するので発生させた電流の一部を用いて間歇的に外力を与えてシーソー運動を維持せねばならない。又、この間歇的な外力をできる限り小さなものにするために左右のバランスは厳密にし、バランス調整のためのバランス調整ねじを両端に設けても良い。更には、この間歇的な外力は機構自体が発電した電力を使用するのではなく再生可能なエネルギーで代用させることもできる。 While recognizing this principle, it is important to have a method in which the magnet is continuously moved closer to or away from the coil of the conductive wire while minimizing the external force. For this purpose, the present invention utilizes the mutual repulsion of three magnets. After the center floating magnet stored in the magnet slide channel moves to one side with the first external force, the center of gravity moves while returning to the original direction by repulsion with the left and right fixed magnets. The electromagnetic induction power generation unit may be tilted like a seesaw as it moves. The electromagnetic power generation unit is fixed to a power generation unit holding body having a seesaw structure, but the inclination is balanced between the right and left at the main shaft portion at the center in the left-right length direction. In the electromagnetic induction power generation unit, a conductive wire is wound around a cylindrical coil holding cylinder a plurality of times as appropriate, and the left and right coil terminals are kept at an appropriate length so as not to interfere with the seesaw motion. Alternatively, the coil terminal may be spiral processed. An end cap is fitted to the outside of the left and right ends of the coil holding cylinder formed in this way, and a hole through which the magnet slide channel passes is provided at the center of the end cap. The magnet slide channel to be inserted is longer than the coil holding cylinder and jumps out from the left and right end caps. The length of the pop-out is larger than two magnets. The magnet slide channel may have a cross-sectional shape such as a so-called C-shaped channel, or may be a round pipe or a square pipe, but it is sufficient that the air pushed by the moving magnet can be exhausted without resistance so that the moving magnet does not leave the channel. The inner surface of the magnet slide channel may be lined with a resin having a low frictional resistance such as Teflon (trademark) in order to make it easier to slide, or may have a structure in which silicon oil can be injected. Three of the three magnets installed in the magnet slide channel are fixed at both ends, and the other one is moved so as to repel the magnetic poles at both ends. The magnet is small and powerful, but it interferes to suppress the movement of the magnet that also moves freely during power generation, so the size of the magnet and the number of coil turns must be continuous. Must be set to The distance that can be moved by the repulsion of the magnet is also important, but these are obtained by the correlation of each element. When the electromagnetic induction power generation unit configured in this way is attached to the seesaw spindle support rack and one end of the electromagnetic induction power generation unit is pushed down with a finger or the like, a continuous seesaw motion is started. An angle adjustment plate is provided below the main shaft of the seesaw main shaft support so that stable seesaw motion can be maintained. With such a configuration, the electromagnetic induction power generation unit continuously tilts like a seesaw in accordance with the movement of the center of gravity of the idle magnet, and generates an AC voltage. However, since this motion will eventually converge due to gravity and friction, it is necessary to maintain the seesaw motion by applying an external force intermittently using a part of the generated current. Further, in order to make this intermittent external force as small as possible, the left and right balances may be strict and balance adjusting screws for adjusting the balance may be provided at both ends. Furthermore, this intermittent external force can be replaced with renewable energy instead of using the power generated by the mechanism itself.
以上が反発磁石による電磁誘導発電機構の基本概念である。これを現実的に大きな出力を得るためには、上記の電磁誘導発電ユニットを複数個、並列かつ多段に配置すればよい。この場合、シーソー運動を同調させるために各電磁誘導発電ユニット同士の動きを精密にリンクさせることが必要となるが、シーソー構造の発電ユニット保持体の所定位置に設けた連接軸にリンクロッドなどでリンクさせる。目的の電力を確保するためには、後段に必要な容量の汎用変圧器を構成すればよい。この場合、それぞれの向きのコイル端末同士を結線すれば電流容量を大きくすることができる。 The above is the basic concept of an electromagnetic induction power generation mechanism using a repelling magnet. In order to obtain a practically large output, a plurality of the electromagnetic induction power generation units may be arranged in parallel and in multiple stages. In this case, in order to synchronize the seesaw motion, it is necessary to precisely link the movements of the electromagnetic induction power generation units. However, a link rod or the like is attached to a connecting shaft provided at a predetermined position of the power generation unit holder of the seesaw structure. Link. In order to secure the target power, a general-purpose transformer having a necessary capacity in the subsequent stage may be configured. In this case, the current capacity can be increased by connecting the coil terminals in the respective directions.
上述したように本発明の反発磁石による連続電磁誘導機構は、磁石同士の極性反発の往復慣性運動を利用しつつ小さな補助的なエネルギーにより連続かつ低コストで効率よく交流電圧を発生させる効果を有する。 As described above, the continuous electromagnetic induction mechanism using repulsive magnets according to the present invention has the effect of generating AC voltage continuously and at low cost efficiently with a small auxiliary energy while utilizing the reciprocal inertial motion of polarity repulsion between magnets. .
磁石の往復慣性運動を維持させるための外力は極めて小さく、小さな川の流れの運動エネルギーなどを利用すれば雨天や夜間でも発電できるという効果を有する。 The external force for maintaining the reciprocating inertial motion of the magnet is extremely small, and it has the effect of being able to generate electricity even in the rain or at night by using the kinetic energy of a small river flow.
回転部分を持たないために比較的静寂であり、機構自体のライフも長くなるという効果を有する。 Since there is no rotating part, it is comparatively quiet and has an effect that the life of the mechanism itself is lengthened.
本発明の概念を図1から図4に基づいて説明すると、図1は本発明の反発磁石による連続電磁誘導機構1の部品構成を示す斜視図である。電磁誘導発電ユニット2は、コイル保持筒3とシーソー構造の発電ユニット保持体4から構成されるもので、コイル保持筒3はシーソー構造の発電ユニット保持体4の半円筒部分に納められ、左右のボルト19で左右それぞれのエンドキャップ8を係止してなる。このエンドキャップ8はコイル保持筒3に被されるようになっていてかつ、中央に後で述べる磁石スライドチャンネル9を貫通させ係止できるもので樹脂の成型品で得る。なお、このコイル保持筒3の断面を貫通するように挿入固定された磁石スライドチャンネル9が、シーソー主軸支持架に支えられたシーソー構造の発電ユニット保持体4が最初の外力によって傾いたときに遊動する磁石11が傾いた側へ滑走して移動する結果、磁石スライドチャンネル9端部の固定磁石10に反発して再度反対側に滑走して主軸15付近を越えたとき重心が変わり反対側が傾くようになっている。この磁石同士の極性反発による往復慣性運動を繰り返すことで電磁誘導発電が行われる。しかし、摩擦などの抵抗によりこの運動は時間的経過とともに減衰するので補助的に運動エネルギーを与える必要があるが、この補助的運動エネルギーの付与方法については説明しない。新しい電磁誘導機構を得ることが本特許の目的だからである。 The concept of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a perspective view showing a component configuration of a continuous
磁石スライドチャンネル9はいわゆる押し出し加工のCチャンネル様で、そのフランジにより磁石が外れないようになっていて、両端は閉じられる。この両端に固定磁石10がそれぞれ固定されるが、遊動する磁石11と反発するような向きの極性で設置する。磁石スライドチャンネル9は丸パイプでも角パイプでも構わないが遊動する磁石が押す空気を抵抗無く排気できれば良い。3個の磁石は共通のものでよく、小型で強力なものを用いるが、発電中にコイル自体も遊動する磁石の動きを抑制するような干渉を与えるので、磁石の大きさとコイル巻き数は連続してシーソー運動が続くような条件に設定しなければならない。又、磁石同士の反発による移動可能な距離と角度も重要であるが、これらは導線の太さや巻き数、コイル保持筒3の直径など諸々の要素の相関関係で求める。 The
図3ではこのように構成された反発磁石による連続電磁誘導機構1の連続するシーソー運動を示す。 In FIG. 3, the continuous seesaw motion of the continuous
図4では請求項2に示す反発磁石による連続電磁誘導機構1を示すが、並列に連接するには連接軸16を用い、多段に重ねるときは上下の連接軸16を繋ぐリンクロッド17を用いる。この場合、各電磁誘導発電ユニットのコイル端末A6及びコイル端末B7はそれぞれ並列に結線する。 FIG. 4 shows the continuous
このような並列多段型にする場合、シーソー主軸支持架14とベース13は、支える部材の重量と振動に耐えるだけの強度を持たせる。なお、全体をカバーする構造でもよい。 In the case of such a parallel multi-stage type, the seesaw main
このように構成された本発明は、地球に優しい新しい電力確保手段として産業上の利用価値は極めて高い。 The present invention configured as described above has an extremely high industrial utility value as a new means for securing electric power that is friendly to the earth.
1 反発磁石による連続電磁誘導機構
2 電磁誘導発電ユニット
3 コイル保持筒
4 シーソー構造の発電ユニット保持体
5 コイル
6 コイル端末A
7 コイル端末B
8 エンドキャップ
9 磁石スライドチャンネル
10 固定磁石
11 遊動する磁石
12 磁石固定具
13 ベース
14 シーソー主軸支持架
15 主軸
16 連接軸
17 リンクロッド
18 調整板
19 ボルト
20 バランス調整ボルトDESCRIPTION OF
7 Coil terminal B
8
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