JP2015023713A

JP2015023713A - 災害時用ポータブル発電機

Info

Publication number: JP2015023713A
Application number: JP2013151035A
Authority: JP
Inventors: 昭夫重田; Akio Shigeta; 小林　操二; Soji Kobayashi; 操二小林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-02-02

Abstract

【課題】入力した電気エネルギー以上の電気エネルギーをとり出すことのできる発電機を得ること。
【解決手段】始動モーター３に直結された回転軸４に第１回転盤５と第２回転盤２３を取り付けると共にこれら第１、第２回転盤に永久磁石６ａ〜６ｄ及び２２を取り付ける。その上で、第１回転盤５の永久磁石６ａ〜６ｄと対向する位置に鉄心１８にトリガーコイル１９とパワーコイル２０を巻きつけて第１回転盤５に磁石の反発作用を利用して回転力を付与し、第２回転盤２３の永久磁石２２間にα巻きコイルを配置することで起電力を発生させて第２バッテリーに蓄電し、このバッテリーからの電力を例えば家庭の電源とする。第１回転盤５の回転は、モーター３の始動とパワーコイル１９に対する間欠的な給電時のみ電力を消費し、磁力の反発作用と第１及び第２回転盤はその慣性作用で回転を持続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、災害等により電源を消失したときに緊急に生活用の電源を確保できるポータブル型の発電機に関する。

災害等により電源を消失したときに緊急に電源を確保する手段としては、内燃機関により発電機を駆効して電力を得る所謂ポータブル型の自家発電機の存在が良く知られている（例えば実用新案登録第３１７３４１４号公報）。

しかし、上記自家発電機の場合、燃料の灯油とかガソリン等の燃料を確保できる場合は用をなすが、燃料が確保できないと、その時点で電力の供給は止ることになる。

また、仮に燃料が確保できているとしても、騒音とか排気ガスあるいは振動等の問題があり、短時間であると我慢はできても、長期間になると我慢の限界となる。

また、従来の自家発電機の場合は、老人や子供には操作ができない場合が多い。

その他、災害時においては飲み水などの生活水の確保が必須となるが、この生活水の確保もままならないことが多い。

また、災害時における電源の確保の問題について触れてみると次のことが想定できる。
（１）災害時に必要とされる発電機の三要素
イ．いつ何処でも使える環境対応型発電機
・放射線、ダイオキシン、ＣＯ２、騒音など公害問題に無関係の発電機であること。
・日光や風力などの自然環境に支配されないボタン一つで直ちに作動する発電機であること。
・バッテリーのように限られた時間だけ使えるものではなく、長時間連続運転出来る発電機であること。
・石油による３ＫＷ程度の発電機ならば業務用として普及しているが、一般家庭用としては無理がある。家庭用としても使える騒音のない発電機であること。
ロ．日常的にも使える経済的な発電機
・具体的には２ＫＷ程度の発電機で現在家庭での電力料金負担額を超えないもの。そうなれば災害時のみならず日常でも使える。その結果災害用としての普及は急速に行われることになる。
ハ．小型・軽量・ポータブル型発電機
・どこにでも持ち運び自由であることが災害時には必要条件となる。

実用新案登録第３１７３４１４号公報

本発明は前記した災害発生時の電源及び生活水確保の問題を解決し、更に排気ガスや騒音、振動等の問題に併せて、スイッチを入れるだけで運転を開始し、途中での運転制御等の操作の必要が無く、よって老人や子供等にも運転操作が可能な災害時用ポータブル発電機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、機本体に対して垂直方向に取り付けられた回転軸と、この回転軸を駆動するモーターと、前記回転軸にその中心で固定されていると共に、周囲に第１永久磁石を等間隔に取り付けた構成の第１回転盤と、前記第１回転盤の周囲において鉄芯の先端を前記第１回転盤に取り付けられた第１永久磁石にそれぞれ対向し、前記鉄芯に対して前記第１永久磁石側にトリガーコイルを配置し、かつこのトリガーコイルの後方にパワーコイルを配置してなる第１発電手段と、前記回転軸に対してその中心で固定されて、第２回転盤において、その周囲に外向きコ字状のヨークを取り付け、このヨークの上下の内側に対向させて一方をＮ極に、他方をＳ極に設定した第２永久磁石をそれぞれ取り付けると共に、この第２永久磁石間にα巻きコイルを配置してなる第２発電手段と、前記第１発電手段において発生した電力を蓄電するための第１バッテリーと、前記第１バッテリーに対して再生エネルギーにより発電した電力を蓄電する第２バッテリーと、前記駆動モーターに前記第１バッテリーから始動電力を供給すると共に前記第１発電手段のトリガーコイルに対して間欠的に電力を供給して永久磁石間の磁石の反発力を利用して第１回転盤に持続的な回転力を付与して前記回転軸が回転するように電力の供給を制御する制御回路と、で構成されたことを特徴とするものである。

又は請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の災害時用ポータブル発電機において、前記第１バッテリーに蓄電された電力を大気中の湿度から製水するための電力に用いることにより、電力に併せて給水を可能に構成してなることを特徴とするものである。

又、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の災害時用ポータブル発電機において、前記第１発電手段の鉄芯を中空に形成してなることを特徴とするものである。
この発明によると、重量の軽減を図ることができる。

本発明は、回転盤の回転慣性と永久磁石の磁力及び電磁コイル並びにバッテリーを用いることにより、自己の消費電力以上の起電力を得ることにより、一旦起動したのちは、継続して発電を維持することができる。よって、災害時の電源確保に特に有効である。

また、排ガスや騒音、振動等の問題がないため、環境の悪化を招く心配がないと共にボタン一つで始動ができ、その後はそのまま運転を継続するため、必要に応じて老人や子供にも運転ができる。

また、全体の構成は至極シンプルのため、小型化が可能である。よって、非常用として備える場合とか運搬に際して便利であると共に製作コストもそれほどかからない利点がある。因に、２ｋｗの出力を得る一般家庭用の場合４０〜５０万円程度となる。

本発明にかかる発電機全体の説明図発電機本体の縦断面図駆動原理の説明図第１コイルの説明図Ａ−Ａ’線断面図モーターの説明図第２コイルの永久磁石とその説明図Ｂ−Ｂ’線断面図第２コイルの説明図Ｃ−Ｃ’線断面図（Ａ）（Ｂ）第２発電原理の説明図本発明に係る発電機を手引き式の移動カートに積載した状態の説明図

本発明は、永久磁石に電気磁石（コイルと電気）を組み合わせて発電機を構成し、かつ電気エネルギーをインプットより高いアウトプットにして生み出すことにより、画期的な発電システムとして完成した点に最大の特徴がある。

前記電気エネルギーをインプットより高いアウトプットにして生み出す基本的な考え方はインプットする電気エネルギーをコイルに間欠的に与え、永久磁石との反発力で回転盤を回転させ、この回転盤の回転慣性力を利用し、更に永久磁石に臨ませたコイルに誘発させた電気エネルギーを蓄電して電源に利用し、かつ前記インプット時の電気エネルギーとしてアウトプットした電力の一部を還流させる点に特徴がある。

つまり、本発明の発電の考え方は、小さな電気エネルギーにより大きな電気エネルギーをとり出す発電の仕組みとして、永久磁石を回転盤側に取り付け、この回転盤に取り付けた永久磁石と電気コイル側に発生した磁石の反発力により円盤を回転させると共にこの回転盤の回転とこの回転により発生する慣性力を利用してコイル側に誘起電力を発生させるもので、小さな電気エネルギーのインプットで大きな電気エネルギーを取り出すようにすることである。

そして、電気エネルギーを発生させるコイルを前記永久磁石が回転する円軌道に対向して配置し、この配置するコイルの数を増加することにより、発生する電気エネルギーの量を増大させることが可能になる。

本発明はこのような知見に基づき完成するに至ったものであり、災害発生時の電気エネルギーの確保手段として特に有効であるが、その他の電気エネルギー源としての実用化と応用は無限である。

図１乃至図１２に基づいてに本発明に係る災害時用ポータブル発電機（以下「発電機」という。）の構成例とその発電原理を説明する。

図１において、符号の１は、機本体であって、この機本体１内には、後述する磁石発電器が組み込まれている。２は、機本体１の上部に配置された第１発電手段であって、この第１発電手段は、始動・回転コントロール用モーター３と、このモーター３の回転子に直結された回転軸４と、この回転軸４に取り付けられた第１回転盤５と、この第１回転盤５の周囲に取り付けられた永久磁石６ａ〜６ｄと、この永久磁石６ａ〜６ｄに対向するように第１回転盤５の周囲において対向するように配置されたコイル７と、第１バッテリー８と、第２バッテリー９と、家庭用配電盤ブレーカー１０と第２バッテリー９との間に挿入されたインバーター１１と、コントローラー１２とからなる。

１３は、第１バッテリー８に発生した電力を供給する初期充電用ソーラーパネルである。

１４は、モーター３と第１バッテリー８間に挿入されたモータードライバー、１５は機本体１内の第２発電手段（後述）と第２バッテリー９間に挿入されたコントローラーである。

図２は第１発電手段（ａ）と第２発電手段（ｂ）の説明図、図３は発電原理の説明図であって、モーター３の回転子はカップリング１６を介して回転軸４に直結されていると共にこの回転軸４には第１回転盤５が取り付けられている。

第１回転盤５は円盤状を呈し、この周囲には図４に示すように９０°間隔で４個のＮ型永久磁石６ａ〜６ｄが外向きに配置して取り付けられている。

コイル７は、第１発電手段ａとしてのコイルであって、このコイル７は、図４に示すように鉄心１８の前方にトリガーコイル１９を配置し、このトリガーコイル１９の後方にパワーコイル２０を配置しており、このコイル７と前記永久磁石６ａ〜６ｄとは次の関係で第１回転盤５（回転軸４）に回転力を発生させる。

すなわち、図３において、
・ａ→ｂ間はコイルに通電していないのでパワーコイル２０は磁石によって発電する。
・第１回転盤５が慣性によってｂポジションに来た瞬間トリガーコイル１９はパワーコイル２０にパレス電流を流すように指示する。パワーコイル２０の鉄心１８の先端部は瞬間Ｎ極になりＮとＮの反発力によってｂポジションの磁石はトルクを得、回転する。
・ｂ→ｃ間はパワーコイル２０と磁石により発電する。つまり、一回転の中で第１回転盤５を廻すモーターの役割（ｂポジ）と発電（ａ→ｂ、ｂ→ｃ）の役割をタイムシェアリングで果たしている。

この発電原理で発電した電力は、第１バッテリー８に蓄電される。また、トリガーコイル１９に対しては、第１バッテリー８から間欠的に電力が供給されることにより、トリガーコイル１９を瞬間的に励起させて永久磁石６ａ〜６ｄ間の磁力の反発をうながし、第１円盤５に回転力を発生させる。

以上のように、第１回転盤５は、トリガーコイル１９の瞬間的な電磁反発力を永久磁石６ａ〜６ｄに発生させ、かつ第１回転盤５の回転慣性の組み合わせに併せてパワーコイル１８に誘起電力を発生させ、第１バッテリー８に蓄電し、その一部は前記トリガーコイル１９に給電し、第１バッテリー８に蓄電する。

第１バッテリー８の電力が不足する場合は直ちに第２バッテリー９より送電できるようコントローラー１２が第１、第２バッテリー８、９の間に挟まれている。

次に、第２発電手段（ｂ）について説明する。
この第２発電手段（ｂ）は、図２、図７乃至図１０に示すように、回転軸４に取り付けられた第２回転盤２１には等間隔に永久磁石２２ａ〜２２ｈがヨーク２３を介して上下に対向して取り付けられている。

２４ａ〜２４ｈは、前記各ヨーク２３の上下の永久磁石２２間に配置されたα巻きコイルであって、このα巻きコイル２４ａ〜２４ｈのヨーク２３ａ〜２３ｈは、図２及び図７に示すように機本体１に部材２５を用いて固定されている。

以上に説明した第２発電手段（ｂ）の作動（発電）原理を図１１（Ａ）（Ｂ）に基づいて説明する。
（１）発電盤は第２回転盤２１と同一軸で連動する。
（２）ヨーク２３の先端に装着しているＮ、Ｓ永久磁石２２の間にα巻コイルが間隔を置いて狭まる状態になり、永久磁石２２の回転によって発電する。
（３）発電した電力は交流なのでコンバーター１５を通してから第２バッテリー９に蓄えられる。
（４）第２バッテリー９からインバーター１１を通してＡＣ電流に変えられ使用されることになる。

α巻にしたコイルの場合は磁力の方向が左右のコイルの接面に向かうため、左右とも同じ出力の磁力を発生し、向きが相対しているので、バランスのとれた磁場が形成される。
通電すると極性を相殺するように磁場が生まれる。テスラメータで計測すると０ｍＴとなるが電流は流れているのでＮ極ともＳ極とも言えない磁場が若干発生する。

２４は回転軸４を支持するスラストベアリングである。

図１２は、以上で説明した発電機を手押し式のキャリア２６に積載した説明図であって、このキャリア２６でどこへでも運搬し、電源として利用できる。

１機本体
３モーター
５第１回転盤
６永久磁石
７コイル
８第１バッテリー
９第２バッテリー
２２永久磁石
２３第２回転盤
２４ａ〜２４ｈ α巻コイル
ａ第１発電手段
ｂ第２発電手段

Claims

機本体に対して垂直方向に取り付けられた回転軸と、この回転軸を駆動するモーターと、前記回転軸にその中心で固定されていると共に、周囲に第１永久磁石を等間隔に取り付けた構成の第１回転盤と、前記第１回転盤の周囲において鉄芯の先端を前記第１回転盤に取り付けられた第１永久磁石にそれぞれ対向し、前記鉄芯に対して前記第１永久磁石側にトリガーコイルを配置し、かつこのトリガーコイルの後方にパワーコイルを配置してなる第１発電手段と、前記回転軸に対してその中心で固定されて、第２回転盤において、その周囲に外向きコ字状のヨークを取り付け、このヨークの上下の内側に対向させて一方をＮ極に、他方をＳ極に設定した第２永久磁石をそれぞれ取り付けると共に、この第２永久磁石間にα巻きコイルを配置してなる第２発電手段と、前記第１発電手段及び第２発電手段において発生した電力を蓄電するための第１バッテリーと、前記第１バッテリーに対して再生エネルギーにより発電した電力を蓄電する第２バッテリーと、前記駆動モーターに前記第１バッテリーから始動電力を供給すると共に前記第１発電手段のトリガーコイルに対して間欠的に電力を供給して永久磁石間の磁石の反発力を利用して第１回転盤に持続的な回転力を付与して前記回転軸が回転するように電力の供給を制御する制御回路と、で構成された災害時用ポータブル発電機。
前記第１バッテリーに蓄電された電力を大気中の湿度から製水するための電力に用いることにより、電力に併せて給水を可能に構成してなる請求項１に記載の災害時用ポータブル発電機。
前記第１発電手段の鉄芯を中空に形成してなる請求項１に記載の災害時用ポータブル発電機。