JP2015195717A - 発電装置用等の回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製作が容易で、異音や振動を低減し、偏心回転を可能にした発電装置用の回転装置を提供する。【解決手段】垂直型の真円フライホイール１００の回転中心部１００ｃに水平回転駆動軸２００を装着し、前記真円フライホイールの両側面の各々における円周方向に等回転角度間隔で且つ半径方向線に沿ってガイド機構５００Ｇにより摺動自在に複数の弾み錘り３００を配置し、前記真円フライホイールの両側面間の弾み錘りの相対配置関係は前記等回転角度間隔と同一又は所定回転角度ずらして配置し、前記各弾み錘りの側面にガイドロール４００を装着し、前記真円フライホイールの両側面各々に平行に対面して真円の軌条ガイド５００を位置固定し、前記真円の軌条ガイドは前記弾み錘りのガイドロールを真円の軌跡で案内し且つ真円の軌条ガイドの中心を真円フライホイールの中心位置から水平に又は斜め下方に所定量偏位させた発電装置用の回転装置。【選択図】図１

Description

本発明は、水力発電、風力発電、太陽光発電等の自然エネルギー発電力を電源を利用して効率よく発電する簡易な発電装置用等の回転装置に関するものである。

発電装置、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。

そこで過去に特許文献１から特許文献３に記載の偏心回転式発電装置がある。これらは発電装置用の偏心回転装置として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。 この偏心回転装置は、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装置である。 この偏心回転装置は、竪型の真円のリング軌条と、真円の磁石ガイド式或いはロールガイド式の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リング軌条に沿って永久磁石またはガイドロールを周回可能に設けた被ガイドと、この被ガイドに装着したはずみウエイトとを主構成とする。 縦型の真円のリング軌条は、ガイド用の永久磁石又はロールガイドレールを固定配列し、被ガイドを対面させる。 これで被ガイドは、リング軌条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、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（ある決まった回転軸のまわりの力のモーメントをトルクと呼ぶ）を付与して、軽負荷で回転させるものである。

この偏心回転装置は、小型エンジン、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回転駆動して、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、左右一対のリング軌条に沿って周回する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工夫した接触型及び非接触型であるが、そのいずれもが機構の複雑さおよびそれに伴う回転抵抗と軸力分布に問題がある。

従来の偏心回転装置において、固定永久磁石を配列した縦型で左右一対の磁石リング軌条にガイドされてリング軌条間で回転する偏心回転シャフト機構と永久磁石式被ガイドとはずみウエイト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がある。

前記偏心回転装置において、前記一対のリング軌条は、真円にし、前記偏心回転シャフト機構の回転中心位置を、真円のリング軌条の水平直径線の３分の１の位置に偏位してあるため、例えば、偏心回転シャフト機構を直線状にし、その両側にすなわち１８０°の回転角度間隔をおいた位置に、被ガイドを含んで等重量のはずみウエイトを配置して偏心回転シャフト機構の回転駆動軸を回転させた場合は、一対の被ガイドとそのはずみウエイトが、リング軌条の円心を通る鉛直線から前記偏心回転シャフト機構の回転中心側の単一円弧部に共に存在する領域がある。この領域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に挟まれる領域であり、この領域に一対の被ガイドとそのはずみウエイトが位置する間は、回転駆動軸の芯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。

前記逆回転方向に回転モーメントが発生する領域を無くしようとしてリング軌条を卵形にした発明が特許文献４にて紹介され、またリング軌条を半縦楕円形と半横楕円形を合わせた発明が特許文献５にて紹介されている。しかしこの両者の発明は、縦型（鉛直型）で左右一対の複雑な卵形リング軌条や縦・横半楕円形リング軌条共に形状設計及び製作が極めて困難であると共に、従来からの課題、即ち回転駆動軸にかかる軸力分布の改善及び回転抵抗の低減を満足するものではなかった。

特開２０１０−３５３９３号公報 特開２０１００６８６８１号公報 特開２０１０−９６１７０号公報 特開２０１２−２０７６５３号公報 特開２０１２−２０７６５４号公報

本発明は、製作が容易で単純化でありながら堅牢安価構造であり、更に駆動回転駆動軸にかかる軸力分布を改善し且つ回転抵抗を大幅に低減して異音や振動を無くし、しかも回転駆動軸への軸力をより高位に安定した偏心回転を可能にした発電装置用の回転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、図１〜図３に示す通り次の（１）〜（２）の特徴を有する。

（１）、垂直型の真円フライホイール（１００）の回転中心部（１００ｃ）に水平回転駆動軸（２００）を装着し、前記真円フライホイール（１００）又は水平回転駆動軸（２００）に回転駆動装置を連結し、水平回転駆動軸（２００）に発電装置（ＥＧ）を連結し、前記真円フライホイール（１００）の両側面の各々における円周方向に等回転角度間隔で且つ半径方向線（Ｒ１，Ｒ２）に沿ってガイド機構（３００Ｇ−１．５００Ｇ−２）により摺動自在に複数の弾み錘り（３００−１，３００−２）を配置し、前記真円フライホイール（１００）の両側面間の弾み錘り（３００−１，３００−２）の相対配置関係は前記等回転角度間隔と同一又は所定回転角度ずらして配置し、前記各弾み錘り（３００−１，３００−２）の側面にガイドロール（４００−１，４００−２）を装着し、前記真円フライホイール（１００）の両側面各々に平行に対面して真円の軌条ガイド（５００−１，５００−２）を位置固定し、前記真円の軌条ガイド（５００−１，５００−２）は前記弾み錘り（３００−１，３００−２）のガイドロール（４００−１，４００−２）を真円の軌跡で案内し且つ真円の案内軌跡（５００Ｇ−１，５００Ｇ−２）の中心（５００Ｃ）を真円フライホイール（１００）の中心位置（１００Ｃ）から水平に又は斜め下方に所定量（Ｈｃ、Ｄｃ）偏位させたことを特徴とする発電装置用の回転装置。

（２）、前記ガイド機構（３００Ｇ−１，５００Ｇ−２）の各々は、真円フライホイール（１００）の側面にその半径方向線（Ｒ１、Ｒ２）に沿って延在させて固定した断面臼型のガイドレール（３０１）と、前記ガイドレール（３０１）に跨って前記真円フライホイール（１００）の半径方向線（Ｒ１，Ｒ２）に沿って滑り接触するレール跨り被ガイド（３０２）とからなり、レール跨り被ガイド（３０２）に前記弾み錘り（３００−１，３００−２）を装着したことを特徴とする前記（１）に記載の発電装置用の回転装置。

本発明の発電装置用の回転装置は、水平回転駆動軸２００をエンジンにより回転駆動させ、或いは自然エネルギーを利用した太陽光発電器、水力発電器、風力発電器からの電力により回転駆動させるか、或いは真円フライホイール（１００）をエンジンや水車、風車により回転駆動させるか、又は図３例に示すように真円フライホイール（１００）の外周に永久磁石Ｍを所定回転角度間隔で配置しその通過部に沿ってホイールの回転起動用の電磁石１００ＥＭを接近配して電磁石１００ＥＭによる永久磁石Ｍの磁気回転吸引反発作用により真円フライホイール（１００）を回転駆動させよく、これらを適宜組み合わせた駆動装置にしてもよい。
そして一対の軌条ガイド５００−１，５００−２間に真円フライホイール１００を対面配置し、真円フライホイール１００の両側面の各々に、相対的に配置位置をずらした前記弾み錘り３００−１，３００−２とガイド機構３００Ｇ−１，５００Ｇ−２の複数組を所定の回転角度間隔で配置した極めて堅牢安価で安定したシンプルな構造にしてありながら、真円フライホイール１００を回転さ弾み錘り３００−１、３００−２を偏心回転させても左右の付加バランスが良好で回転駆動軸に振動や騒音が発生することなく軸力を大幅に増大させるものである。
実施例１に示すように、真円フライホイール１００の両側面各々に８個のガイドロール４００付設の弾み錘り３００−１、３００−２とそのガイド機構３００Ｇ−１，３００Ｇ−２の組を４５度の等回転角度間隔で配置し、両側面間の配置ずれを２２．５度にした際に、各ガイド機構３００Ｇ−１，３００Ｇ−２と弾み錘り３００−１、３００−２とガイドロール４００−１、４００−２を含む重量による回転駆動軸２００に与える個々の組の理論上の計算回転モーメントの合成回転モーメント（：トルクｋｇ・ｍ）は強力でありその変化は、全てプラス側にありしかも大きな変動が無く安定している。

本発明の実施例１における、図２の（１）および（２）の矢視Ａ−Ａから見た縦断面説明図である。 図１の矢視Ｂ−Ｂからの側面説明図（１）と図１の矢視Ｃ−Ｃから見た側面説明図（２）であり。ガイド機構３００Ｇ−１（３００Ｇ−２）と弾み錘り１００−１、（１００−２）の配置関係を記載してある。但し３０２：レール跨り被ガイドは省略してある。 図２の（１）（２）に示す真円フライホイール１００の、外周に永久磁石１００Ｍを所定回転角度間隔で配置しその通過部に沿ってホイール回転起動用の電磁石１００ＥＭを接近配置し、更に真円フライホイール１００は外周近傍に回転駆動装置としての小型エンジンＥＮ−２をベルト連結した例である。図１の矢視Ｄ−Ｄから見たガイド機構３００Ｇ−１（３００Ｇ−２）の横断面詳細図である。 従来例の課題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。

図１〜図２に実施例１を示す。
本実施例の発電装置用の回転装置は、水平回転駆動軸２００の一方に小型エンジン、水車、風車等の回転駆動装置ＥＮを接続し、他方に発電機ＧＥを接続している。
水平回転駆動軸２００には垂直型の真円フライホイール１００の中心部を装着して回転駆動させる。
図３には電磁石式の回転駆動装置と小型エンジン式の回転駆動装置を設置した例であるが、これらは両方設置してよく又は何れか一つの回転駆動装置にしてもよい。電磁石式の回転駆動装置は、図２の（１）（２）に示す真円フライホイール（１００）の外周に永久磁石Ｍを所定回転角度間隔で配置しその通過部に沿ってホイールの回転起動用の電磁石１００ＥＭを接近配して電磁石１００ＥＭによる永久磁石Ｍの磁気回転吸引反発作用により真円フライホイール（１００）を回転駆動させる例である。また図３例の真円フライホイール１００は外周近傍に回転駆動装置としての小型エンジンＥＮ−２にベルトＶで連結してある。但し図２の（２）と同様の図面は省略してある。

真円フライホイール１００の一側面には、図２の（１）に示すように、その一側面の円周方向に４５度の等回転角度（θＡ）間隔で８個の弾み錘り３００−１と、弾み錘り３００−１を半径方向線Ｒ１に沿って摺動可能に案内するガイド機構３００Ｇ−１と、前記各弾み錘り３００−１の側面のガイドロール４００−１とを装着してある。

更に、真円フライホイール１００の他側面には、図２の（２）に示すようにその他側面の円周方向に４５度の等回転角度間隔でしかも前記一側面のガイド機構３００Ｇ−１と弾み錘り３００−１とガイドロール４００−１とは、２２．５度の回転角度ずらした８個の弾み錘り３００−２と、弾み錘り３００−２を半径方向線Ｒ２に沿って摺動可能に案内するガイド機構３００Ｇ−２と、前記各弾み錘り３００−２の側面ガイドロール４００−２とを装着してある。

前記真円フライホイール１００の両側面各々に平行に対面して真円の軌条ガイド５００−１，５００−２を位置固定する。前記真円の軌条ガイド５００の各々は、当該弾み錘り３００−１、３００−２のガイドロール４００−１，４００−２を真円の軌跡で案内し且つ真円の軌条ガイド５００−１，５００−２の中心５００Ｃを真円フライホイール１００の中心位置１００Ｃから水平直径線ＨＬ方向に所定量Ｈｃ偏位させてある。
他の例としてに真円の軌条ガイド５００−１，５００−２の中心５００Ｃを真円フライホイール１００の中心位置１００Ｃから斜め下方方向に所定量Ｄｃ偏位させてもよい。

この構成により、真円フライホイール１００の回転で、当該弾み錘り３００−１、３００−２は、真円の案内軌跡５００ｋ−１，５００ｋ−２でありながら、真円フライホイール１００の中心に対して偏心回転して回転駆動軸２００に円滑で強力な合成回転モーメントを付与して発電機ＧＥを強力に回転して効率の良い発電効果を得るものである。

ガイド機構３００Ｇ−１，５００Ｇ−２は、真円フライホイール１００の当該側面の半径方向線Ｒ１、Ｒ２に沿って固定した横断面臼型のガイドレール３０１と、前記ガイドレール３０１に跨って円滑に滑り接触するレール跨り被ガイド３０２とからなり、レール跨り被ガイド３０２に当該弾み錘り３００−１，３００−２を装着して安定した低接触作動により真円フライホイール１００の側面において当該弾み錘り３００−１，３００−２の円滑な直線ガイド機能を果たす。またガイドレール３０１及び／又はレール跨り被ガイド３０２の摺動面には、摩擦係数の極めて小さい二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、有機モリブデン化合物、グラファイト、ＰＴＦＥ、銅、硬質低摩擦系樹脂等の潤滑材等をコーティング又は鍍金或いは交換可能に貼り付けしてある。

横断面臼型のガイドレール３０１は横断面の中央部を絞り部とし、真円フライホイール１００の側面への装着側とレール跨り被ガイド３０２との滑り装着側を楔型部にした所謂臼型にしたものである。従って、レール跨り被ガイド３０２の摺動面は、レール跨り被ガイド３０２との滑り装着側の楔型部である。

フライホイール１００の例えば２００ＲＰＭ回転の際は、異常な振動及び異音も無く所期の効果を得ることができた。

本発明は、前記のように優れた作用効果を呈し、植物栽培ハウスや一般家庭は勿論、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用の回転装置である。

ＮＥ：回転駆動装置
ＮＥ−２
ＧＭ：発電機
１００：垂直型の真円フライホイール
１００ｃ：回転中心部
２００：水平回転駆動軸
（θＡ）：等回転角度
Ｒ１、Ｒ２：半径方向線
３００−１、３００−２：弾み錘り
４００−１、４００−２：ガイドロール
５００−１，５００−２：軌条ガイド
５００Ｇ−１、５００Ｇ−２：ガイド機構
５００ｃ：真円ガイドの中心位置
ＨＬ：水平直径線
Ｈｃ：所定の偏位量
３０１：ガイドレール
３０２：レール跨り被ガイド

Claims (1)

1. 垂直型の真円フライホイールの回転中心部に水平回転駆動軸を装着し、前記真円フライホイール又は前記水平回転駆動軸に回転駆動装置を連結し、前記水平回転駆動軸に発電装置を連結し、前記真円フライホイールの両側面の各々における円周方向に等回転角度間隔で且つ半径方向線に沿ってガイド機構により摺動自在に複数の弾み錘りを配置し、前記真円フライホイールの両側面間の弾み錘りの相対配置関係は前記等回転角度間隔と同一又は所定回転角度ずらして配置し、前記各弾み錘りの側面にガイドロールを装着し、前記真円フライホイールの両側面各々に平行に対面して真円の軌条ガイドを位置固定し、前記真円の軌条ガイドは前記弾み錘りのガイドロールを真円の軌跡で案内し且つ真円の軌条ガイドの中心を真円フライホイールの中心位置から水平に又は斜め下方に所定量偏位させ、前記ガイド機構の各々は、真円フライホイールの両側面各々に、その半径方向線に沿って延在させて固定した断面臼型のガイドレールと、前記ガイドレールに跨って前記真円フライホイールの半径方向線に沿って滑り接触するレール跨り被ガイドとからなり、レール跨り被ガイドに前記弾み錘りを装着したことを特徴とする発電装置用の回転装置。