JP2013063008A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフト及び錘が受ける空気抵抗を低減させ、回転駆動軸の回転むら現象のない円滑な連続回転状態を安定して得るとともに、回転駆動軸を正・逆回転の２軸にし発電機の永久磁石とコイル相対的に正逆回転させる装置を提供する
【解決手段】発電装置９００の発電コイル９００ａ又は永久磁石９００ｂを正回転動力源８００ａに連結した正回転駆動軸２００ａと、発電装置９００の永久磁石９００ｂ又は発電コイル９００ａを逆回転動力源８００ｂに連結した逆回転駆動軸２００ｂとにそれぞれ結合する。正回転駆動軸の回転によりリング軌条１００にガイドされて第二の錘５００が正回転モーメントを発生し、逆回転駆動軸２００ｂの回転により第二の錘５００がリング軌条１００にガイドされて逆回転モーメントを発生する。第一の錘４００を半円盤状にし、第二の錘５００を円盤状にし、縦旋回シャフト３００のを回転方向に向けて流線型Ｒ又は楕円型Ｄにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、水力、風力等の自然エネルギー或いは小容量の電動機等により効率よく発電する簡易な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。
そこで最近、水力、風力、微量電動機により効率よく発電する簡易な発電装置が開発されている。これ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装置である。

この装置は、発電回転させる回転駆動軸への原動力を初動微電力、風力、蒸気力、水力、波力などにして、しかもこれらの自然原動力からの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、縦型のリング軌条を設置し、同リング円心から水平方向に偏心させた回転駆動軸に縦旋回シャフトを介した錘を設け、この錘をリング軌条に沿って走行させて、回転軸に回転モーメントを付与し、回転駆動軸を例えば自然動力として水力を用いて回転させることによりエネルギロスを少なくした効率の良い発電力を確保しようとするものである。

本発明は、回転時の旋回シャフト及び錘が受ける空気抵抗を著しく低減させ且つ回転モーメントパターンを大幅に改善して、回転駆動軸にかかる逆回転モーメントを無くして回転むら現象のない円滑な連続回転状態を安定して得るとともに、回転駆動軸を正・逆回転の２軸にし発電機の永久磁石とコイルに接続して、これらを相対的に正逆回転させることにより発電回転数を倍増させる新規な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発電装置における基本的な技術構成は、次の（１）〜（２）の通りである。
（１）、一対の縦型で内外２重で真円又は卵形のリング軌条１００と、
同リング軌条１００の円心１００Ｃから水平半径線ｒ上の任意の位置に軸心２００Ｃを直交し発電装置９００の発電コイル９００ａ又は永久磁石９００ｂと，正回転動力源８００ａに連結した正回転駆動軸２００ａと、発電装置９００の永久磁石９００ｂ又は発電コイル９００ａと逆回転動力源８００ｂに連結した逆回転駆動軸２００ｂと、
前記正・逆回転駆動軸２００ａ，２００ｂの各々に基部を固定し正・逆回転駆動軸２００ａ，２００ｂを中心に等角間隔で複数個設けられ当該回転駆動軸の回転によりリング軌条１００間で正・逆の縦旋回する同一長さの縦旋回シャフト３００と、
各縦旋回シャフト３００に連結して縦旋回シャフト３００と共に縦旋回する真円のフライリング４００Ｒと、
縦旋回シャフト３００とフライリング４００Ｒとの連結部に設けた第一の錘４００と、各縦旋回シャフト３００に摺動自在に装着しかつ回転駆動軸２００の回転によりリング軌条１００にガイドされて走行する第二の錘５００とからなり、
前記正回転駆動軸２００ａとこれに設けた縦旋回シャフト３００と第二の錘５００とリング軌条１００とにより、正回転モーメント発生機構Ｍａを構成し、前記逆回転駆動軸２００ｂとこれに設けた縦旋回シャフト３００と第二の錘５００とリング軌条１００とにより、逆回転モーメント発生機構Ｍｂを構成し、
正回転駆動軸２００ａとこれに設けた縦旋回シャフト３００とフライリング４００Ｒと第一の錘４００とにより正回転用のフライホイール機構Ｆａを構成し、逆回転駆動軸２００ｂとこれに設けた縦旋回シャフト３００とフライリング４００Ｒと第一の錘４００とにより逆回転フライホイール機構Ｆｂを構成し、第一の錘４００を半円盤状にし、第二の錘５００を円盤状にし、縦旋回シャフト３００の横断面形状を回転方向に向けて流線型Ｒ又は楕円形Ｄにしたことを特徴とする発電装置。
（２）、前記フライリング４００Ｒにおいて、前記各第一の錘４００の設置間に第三の錘４００Ｓを配置したことを特徴とする前記（１）に記載の発電装置。

本発明の発電装置は、前記正・逆回転駆動軸２００ａ，２００ｂ及び正・逆回転モーメント発生機構Ｍａ，Ｍｂと前記正・逆回転のフライホイール機構Ｆａ，Ｆｂにより正・逆回転駆動軸２００ａ，２００ｂの各々にかかる回転モーメントパターンを大幅に改善して、トータル的に逆回転方向に作用する回転モーメントを無くして回転むら現象のない円滑な連続回転状態を安定して得るとともに、回転駆動軸を正・逆回転駆動の２軸にしこれらを発電機の永久磁石と発電コイルに接続して、永久磁石と発電コイルを相対的に実質正・逆回転させることにより発電回転数を倍増させ発電効率を高位に安定させるものである。
また正・逆回転モーメント発生機構Ｍａ，Ｍｂの個々の重心位置を、当該回転駆動軸の軸芯に対して面対称的に回転移動させることが出来て、軸芯に掛る遠心力差を相殺して振動を防止するので円滑な偏心回転を可能にし高速回転可を実現したものである。

本発明の実施例を示すもので正回駆動軸２００ａに図２に示す正回転用のフライホイール機構Ｆａと、回転モーメント発生機構Ｍａと、正回駆動水車８００ａと発電機９００を連結装着し、逆回転駆動軸２００ｂに図３に示す逆回転用のフライホイール機構Ｆｂと、回転モーメント発生機構Ｍｂと、逆回転駆動水車８００ｂと、発電機９００を連結装着した全体正面説明図である。 図１の矢視Ａ−Ａから見た４組の正回転用のフライホイール機構Ｆａと、回転モーメント発生機構Ｍａの全体側面を示す説明図（１）と、（１）の矢視Ｃ−Ｃから見た平断面説明図（２）と、縦旋回シャフト３００の横断面形状を示す説明図（３）である。 図１の矢視Ｂ−Ｂから見た４組の逆回転用のフライホイール機構Ｆｂと、回転モーメント発生機構Ｍａの全体側面を示す説明図（１）と、（１）の矢視Ｃ−Ｃから見た平断面説明図（２）と、縦旋回シャフト３００の横断面形状を示す説明図（３）である。 図１に示す実施例の変形例を示す全体正面説明図である。 リング軌条の変形例を示す説明図であり（１）は上方と下方の一部を省略した側面説明図で、（２）は図２の（２）と同様の平面説明図である。 フライホイール機構と回転モーメント発生機構の他の変形例を示す側面説明図である。

発明を実施するための形態を実施例により詳細に説明する。

本発明の発電装置例を図１〜図３と共に詳細に説明する。
図１〜図３において、本例の発電装置は、○発電装置９００及び回転動力源８００に連結した正・逆回転駆動軸２００ａ、２００ｂ、○正・逆回転駆動軸２００ａ、２００ｂの回転で縦回転する正回転用のフライホイール機構Ｆａと逆回転用のフライホイール機構Ｆｂ、○各フライホイール機構Ｆａ，Ｆｂの両側に平行に位置するリング軌条１００、○正・逆回転駆動軸２００ａ、２００ｂの回転でリング軌条１００にガイドされて偏心して縦回転する正・逆回転モーメント発生機構Ｍａ，Ｍｂとからなる。

リング軌条１００は、一対の縦型で所定のガイド間隔にした内外２重の真円又は卵形のリングを採用するが本例は真円リングとしてある。
正・逆回転駆動軸２００ａ、２００ｂの各々は、当該フライホイールと回転モーメント発生機構の装着部の軸心２００Ｃをリング軌条１００の円心１００Ｃから水平半径線ｒ上の任意の位置に直交して水平状態に置いてある。

フライホイール機構Ｆａ，Ｆｂは、正・逆回転駆動軸２００ａ、２００ｂの回転によりリング軌条１００間で縦旋回するもので、縦旋回シャフト３００と第一の錘４００と単数輪又は点線で追加リングを示すように複数輪のフライリング４００Ｒとからなる。
縦旋回シャフト３００は当該回転駆動軸（２００ａ又は２００ｂ）の直径線の延長上に沿って位置し基部を回転駆動軸２００に設けた８角柱の装着ブロックＢに固定し当該回転駆動軸を中心に４５度の等角度間隔で複数対設けてあり各々同一の回転半径長さとしてある。
第一の錘４００は半円盤状にし各縦旋回シャフト３００の先端部に固定してある。フライリング４００Ｒは各第一の錘４００を連結し当該回転駆動軸の軸心２０００Ｃに円心を置いた真円のリングである。又第一の錘４００の各間に第三の錘４００Ｓを配置してある。

回転モーメント発生機構ＭａとＭｂは、当該縦旋回シャフト３００の一部を共有しこれに摺動自在に第二の錘５００を装着し、第二の錘５００に設けたガイドロール７００をリング軌条１００に走行ガイド可能に装着し、回転駆動軸２００の回転によりリング軌条１００に沿って第二の錘５００を偏心して縦回転させる。
そしてリング軌条１００の円心１００Ｃに対して正・逆回転駆動軸２００ａ，２００ｂの軸心２００Ｃの位置は、リング軌条１００の一方の水平半径線ｒ上で所定量偏心させたものである。本例の軸心２００Ｃの位置はリング軌条１００の水平直径線の３分の１の位置にしてある。これにより正・逆の回転モーメント発生機構Ｍａ，Ｍｂは、第二の錘５００がリング軌条１００の円心１００Ｃを通る鉛直線Ｅから反当該回転駆動軸側に位置する領域Ｚ１で当該回転駆動軸に自重による正回転モーメントを付与させ、第二の錘５００がリング軌条１００の円心を通る鉛直線Ｅから当該回転駆動軸側に位置する領域Ｚ２で当該回転駆動軸に自重による逆回転モーメントを付与させるのである。
各第二の錘５００は等重量で円盤状にした堅牢体で、且つ偏心回転時の空気抵抗を低減し、しかも製作を極めて容易にしたものであり、その両側にガイドロール７００を設け、ガイドロール７００をリング軌条１００の内外リング間に走行自在に配置する。

縦旋回シャフト３００は、図２の（３）及び図３の（３）に記載のように横断面形状を回転方向に向けて堅牢な流線形Ｒ又は楕円形Ｄにしてある。これにより回転モーメント発生機構Ｍａ，Ｍｂとして第二の錘５００を直線的に摺動自在に安定装着支持し、且つフライホイール機構Ｆａ，Ｆｂとして第一・第三の錘４００，４００Ｓとフライリング４００Ｒとを安定装着支持し、しかも旋回動作中の空気抵抗を著しく低減して円滑な回転動作を確保するのである。

本例において、正回駆動軸２００ａと逆回転駆動軸２００ｂは、軸芯線２００Ｃを同一線上において一対を設けてある。
正回転駆動軸２００ａには、８角柱の装着ブロックＢを固着し、この装着ブロックＢには、その周方向における８つの面に、４対（組）の縦旋回シャフト３００と第一の錘４００及びこれらに連結支持するフライリング４００Ｒからなる正回転用のフライホイール機構Ｆａ、４対（組）の縦旋回シャフト３００と第二の錘５００とリング軌条１００とからなる回転モーメント発生機構Ｍａとを設けて各縦旋回シャフト３００の相対的な回転角度差を４５°にして配置する。
また正回転駆動軸２００ａは、一端部に減速機８０ａを介して正回転駆動水車８００ａに連結し、他端部を伝達機構９００ｅを介して発電装置９００の永久磁石９００ｂに連結する。
逆回転駆動軸２００ｂには、８角柱の装着ブロックＢを固着し、この装着ブロックＢには、その周方向における８つの面に４対（組）の正回用のフライホイール機構Ｆｂと回転モーメント発生機構Ｍｂとを設けて各縦旋回シャフト３００の相対的な回転角度差を４５°にして配置する。
また逆回転駆動軸２００ｂは、一端部に減速機８０ｂを介して逆回転駆動水車８００ｂに連結し、他端部を伝達機構９００ｆを介して発電装置９００の発電コイル９００ａに連結する。
この構成により、正回転駆動軸２００ａと逆回転駆動軸２００ｂを相対的に正逆回転させる．
これにより発電装置９００における発電コイル９００ａと永久磁石９００ｂの相対的実質回転数を１本の回転駆動軸による発電回転数の２倍に増大させて発電量を倍増させるものである。
図１に示す８００ｃは発電コイル９００ａに接続の通電リングであり８００ｄは通電リング８００ｃに接触して給電される通電ブラシである。

図４には実施例２を示し、図１に示すレイアウト例の変形例である。レイアウトとして一方に正・逆回転駆動水車８００ａ，８００ｂを設け、これに次いで発電装置９００を配置し、次いで各４組の正・逆回転用のフライホイール機構Ｆａ，Ｆｂと正・逆回転モーメント発生機構Ｍａ，Ｍｂとを並列配置したコンパクトな発電装置である。正・逆回転駆動軸２００ａ、２００ｂは二重構造体とし相互間の支持は適所にロールベアリングを内蔵し、全体の支持も適所にロールベアリング等で安定支持してある。
この例は正・逆回転駆動軸２００ａ、２００ｂは二重構造体部分に、正回転用のフライホイール機構Ｆａ，と正回転モーメント発生機構Ｍａとの正回転グループと，逆回転用のフライホイール機構Ｆｂと逆回転モーメント発生機構Ｍｂとの逆回転グループを近接して並列配置してあり、正・逆回転モーメント発生機構Ｍａ，Ｍｂの相対的回転角度関係を図２と図３に示すように同一関係にしている。このため各正・逆回転モーメント発生機構Ｍａ，Ｍｂの重心位置の軌跡は、回転駆動軸芯に面対称的に真円運動奇跡となり、遠心力差を相殺して振動を防止するので図１例に比し、より円滑な偏心回転を可能にし高速回転を可能にしたものである。
発電装置９００は、ハウジング内に冷却室９００ｇを形成しこの内部に冷却液や冷却気体の給排用フイン９００ｈ付きで逆回転駆動軸２００ｂに接続した回転発電コイル９００ａと、正回転駆動軸２００ａに接続した回転永久磁石９００ｂとを無接触状態で二重に設置し正逆回転可能にベアーリングやカップリング等で適宜支持したものである。回転発電コイル９００ａからの引き出し線は逆回転駆動軸２００ｂに設けた整流子９００ｃにブラシ９００ｄなどを介して送電線に接続する。

実施例１及び実施例２において、錘は金属製が好ましく、その他の部材は、高強度で軽量な金属製や樹脂製にして、形状的には耐曲げ性の中空部材を適宜採用することが好ましい。

また図５（１）と（２）に示すリング軌条は、永久磁石１００Ｍを周方向に所定間隔で配置した同心円で内外２列の磁石ガイド軌条１００Ｘとし、各永久磁石１００Ｍは例えば当該磁石ガイド軌条１００Ｘの内周側にＳ極を外周側にＮ極を向けてある。この磁石ガイド軌条１００Ｘに対する第二の錘５００に設ける被ガイドは、第二の錘５００の両側に設けられ内外２列の永久磁石１００Ｍ列の間に永久磁石１００Ｍとの対面磁極を反発関係の磁極にし、非接触状態で走行可能に挿入配置した永久磁石式被ガイド７００Ｍにして回転抵抗を大きく軽減してある。

図６には正回転用及び逆回転用のフライホイール機構と回転モーメント発生機構の他の変形例の側面説明図を示す。
この例は、図２の（１）に示す例の変形例であり、正回転用及び逆回転用のフライホイール機構は、正回転駆動軸２００ａと逆回転駆動軸２００ｂ各々に、６角柱の装着ブロックＢ１を固着し、この装着ブロックＢ１には、その周方向における１面置きの３つの面に、３本の縦旋回シャフト３００を設け、縦旋回シャフト３００の外端部にフライリング４００Ｒを連結支持し、フライリング４００Ｒに第一の錘４００と４００ｓを３０°の等回転角度間隔で配置したものである。
一方本例の回転モーメント発生機構は、１２０°の回転角度間隔で配置した３本の縦旋回シャフト３００に第二の錘５００を同シャフトの長さ方向に摺動自在に嵌め、第二の錘５００の両側に設けたガイドロール７００を偏心転動させるリング軌条１００案内とからなる。リング軌条１００は前例同様に円心１００ｃを正・逆回転駆動軸２００ａ、２００ｂの軸心２００ｃから水平方向に偏位させてある。各縦旋回シャフト３００の相対的な回転角度差を１２０°にして縦旋回シャフト３００同士は一直線配置を避けて配置して第二の錘５００を支持するものである。
この図６例のフライホイール機構は、正回転用及び逆回転用共に４組を並列配置し各組間の縦旋回シャフト３００の回転角度差を、図示の組を基準に各組の配置回転角度を表示してあるように３０度ずつ等しく偏位してある。
本例の回転モーメント発生機構は、第二の錘５００が回転して生じる一組のフライホイール機構の重心位置の偏位軌跡は、縦旋回シャフト３００を一直線上に一対配置する前例に比し、正・逆回転駆動軸（２００ａ，２００ｂ）の軸心からの最小離間距離と最大離間距離との差を大きくした軌跡を描くため回転モーメントがより高く得られる。

本発明は、前記のように優れた効果を呈するため、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、一般家庭は勿論、自動車産業や各種電力供給産業に広く普及し業界に広く活用される発電装置である。

Ｅ：リング軌条１００の円心１００Ｃを通る鉛直線
Ｌ：回転半径
Ｚ１：領域
Ｚ２：領域
Ｍａ，Ｍｂ：回転モーメント発生機構
Ｆａ，Ｆｂ：フライホイール機構
１００：リング軌条
１００Ｍ：永久磁石
１００Ｃ：円心
１００ｒ：水平半径線
２００Ｃ：軸心
２００：回転駆動軸
２００ａ：正回転駆動軸
２００ｂ：逆回転駆動軸
３００：縦旋回シャフト
４００：第一の錘
５００：第二の錘
４００Ｓ：第三の錘
７００：ガイドローラ
８００ａ：正回転駆動水車
８００ｂ：逆回転駆動水車
９００：発電装置
７００Ｍ：永久磁石式被ガイド
１００Ｘ：磁石ガイド軌条

Claims (2)

1. 一対の縦型で内外２重で真円形又は卵形のリング軌条１００と、
   同リング軌条１００の円心１００Ｃから水平半径線ｒ上の任意の位置に軸心２００Ｃを直交し発電装置９００の発電コイル９００ａ又は永久磁石９００ｂと，正回転動力源８００ａに連結した正回転駆動軸２００ａと、発電装置９００の永久磁石９００ｂ又は発電コイル９００ａと逆回転動力源８００ｂに連結した逆回転駆動軸２００ｂと、
   前記正・逆回転駆動軸２００ａ，２００ｂの各々に基部を固定し正・逆回転駆動軸２００ａ，２００ｂを中心に等角間隔で複数個設けられ当該回転駆動軸の回転によりリング軌条１００間で正・逆の縦旋回する同一長さの縦旋回シャフト３００と、
   各縦旋回シャフト３００に連結して縦旋回シャフト３００と共に縦旋回する真円のフライリング４００Ｒと、
   縦旋回シャフト３００とフライリング４００Ｒとの連結部に設けた第一の錘４００と、各縦旋回シャフト３００に摺動自在に装着しかつ回転駆動軸２００の回転によりリング軌条１００にガイドされて走行する第二の錘５００とからなり、
   前記正回転駆動軸２００ａとこれに設けた縦旋回シャフト３００と第二の錘５００とリング軌条１００とにより、正回転モーメント発生機構Ｍａを構成し、前記逆回転駆動軸２００ｂとこれに設けた縦旋回シャフト３００と第二の錘５００とリング軌条１００とにより、逆回転モーメント発生機構Ｍｂを構成し、
   正回転駆動軸２００ａとこれに設けた縦旋回シャフト３００とフライリング４００Ｒと第一の錘４００とにより正回転用のフライホイール機構Ｆａを構成し、逆回転駆動軸２００ｂとこれに設けた縦旋回シャフト３００とフライリング４００Ｒと第一の錘４００とにより逆回転フライホイール機構Ｆｂを構成し、第一の錘４００を半円盤状にし、第二の錘５００を円盤状にし、縦旋回シャフト３００の横断面形状を回転方向に向けて流線型Ｒ又は楕円形Ｄにしたことを特徴とする発電装置。
2. 前記フライリング４００Ｒにおいて、第一の錘４００の各設置間に第三の錘４００Ｓを配置したことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。

Images