JP2017002885A

JP2017002885A - 揺動運動による発電機構

Info

Publication number: JP2017002885A
Application number: JP2015133087A
Authority: JP
Inventors: 達鋭橋本; Tatsutoshi Hashimoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2017-01-05

Abstract

【課題】海の波やうねりあるいは風等を揺動板で受けて、単純な構成で効率よく発電する機構。【解決手段】揺動軸と、軸を回転させて発電するタイプの発電機の軸および発電機外装に対し、揺動軸からそれぞれ回転連結方向の異なる一方向クラッチを介して回転力が伝わるように構成したことを特徴とする揺動体による発電機構。【選択図】図１

Description

本発明は、発電エネルギーを発電機に伝達する方法に関するものである。

一般的な揺動体の揺動を発電機に発電エネルギーとして変換する発電機構としては波力で揺動する板や浮力体の相対的な動きで油圧ポンプを駆動して圧力に変換後、発電機を回転させるような機構が実用化あるいは提案されている。

しかし、例えば特許文献１においては、波受け部材と波受け部材の揺動運動で作動油を圧縮するポンプと、蓄圧部と油圧モーターと、それらのユニット間を流れる作動油と、配管および発電機からなり、波受け部材の揺動運動を発電機を回転させるための回転エネルギーに変換する構成が複雑である。その結果、故障する確率が高くなるという問題があり、常にメンテナンスが必要不可欠となる。また、作動油の漏れで河川や海を汚染する可能性もある。

特許文献２においては、波受け部材の一方向の揺動で発電機を回転させ、フライホィールで発電機の回転を保持する構成が提案されている。しかし、揺動する波受け部材の両方向の揺動に対応していないので、効率が悪い。

一方、コイルに対して、マグネットを往復動させて、磁界を変化させることで、発電を行うような単純な構造の懐中電灯もあるが、大きな電力は発生できないという欠点があった。

特開２０１５−１０８３４４号特開２０１５−８６８５２号

解決しようとする問題点は、複雑なエネルギー変換機構ではメンテナンスが常に必要である点であり、簡単な構造では発電効率が低い点にある。

本発明は、揺動手段と発電機とのエネルギー伝達機構を最も単純にすると同時に、発電効率を上げることを最も主要な特徴とする。

本発明の揺動手段と発電機とのエネルギー伝達機構は、非常に単純な構成で揺動手段のいずれの方向の揺動に対しても発電できるという利点がある。

図１は１実施方法を示した断面図である。（実施例１）図２は上記実施例と揺動手段を組み合わせた断面図である。（実施例２）図３は他の実施例で揺動手段を組み合わせた断面図である。（実施例３）

発電機は多極化されたハブダイナモのように、１回転で複数回の磁極の反転が生じることで、発電する効率の高いものを用い、波受け板の揺動軸が往動時は発電機の軸（コイルと鉄心を支える軸）を回転させ、復動時は発電機外装（磁石を支える外装）を発電機の軸とは逆方向に回転するように構成することで、実現した。

図１は、本発明装置の１実施例の断面図であって、ユニット構造にしたものである。まず、構成を説明する。図１において、１０は発電機外装でアルミからなる。１１は４セグメントからなるフェライトマグネットでそれぞれ８極に着磁されており、合計３２極が円周状に配置されている。

１２はプラスチックのギヤＡで、発電機外装１０と同軸で一体的に固定される。１３はフライホィールＡで、鉄からなり、発電機外装１０と同軸で一体的に固定される。ギヤＡ１２とフライホィールＡがなければ、自転車のハブダイナモのタイヤとスポークとともに回転するマグネットローター部に相当する。

２０は鉄やステンレスからなる軸で、２１はコイルと鉄芯である。鉄心はコイルをはさんで、両側から櫛歯のように分岐しており、３２極の磁石に対し、１６本ずつ計３２本の歯が互いに接触しないように噛み合った状態に構成され、軸２０と一体に固定される。この部分が自転車のハブダイナモの車軸固定部に相当する。

軸２０の両側に発電機外装１０はベアリングを介して回転自在に軸支される。２２はプラスチックのギヤＢで軸２０と同軸で一体に固定される。２３はフライホィールＢで鉄からなり、軸２０と同軸で一体的に固定される。軸２０の両端はベアリングで軸支されている。２４はスリップリングで、前述したコイルと接続され、回転体から外部へ発生した電力を出力する手段である。

３０は入力軸パイプであって、後述する一方向クラッチが噛み込む時に削れ難いような材質の軸受け鋼や硬質のステンレスからなる。両端をベアリングで回転自在に軸支されている。３１はギヤＣで真鍮からなり、入力軸パイプ３０に軸支されていて、ギヤＢ２２と噛み合っている。３２は一方向クラッチＣで、右側面から見て、入力軸パイプ３０がＣＷの方向の回転では入力軸パイプ３０に噛み合い回転が伝わる。ギヤＣ３１は一方向クラッチＣ３２と一体に固着しており、ギヤＣ３１を回転させることになる。しかしＣＣＷの回転では噛み合わず、抵抗なく回転する。

３３はギヤＤで真鍮からなり、入力軸パイプ３０に軸支されていて、ギヤＡ１２と噛み合っている。３４は一方向クラッチＤでこちらは、入力軸パイプ３０がＣＣＷの方向の回転では入力軸パイプ３０に噛み合い回転が伝わる。ギヤＤ３３は一方向クラッチＤ３４と一体に固着しており、ギヤＤ３３を回転させることになる。しかしＣＷの回転では噛み合わず抵抗なく回転する。４０は出力端子であり、発生した電力を外部へ出力する。

次に、この作用を説明する。入力軸パイプ３０がＣＷの方向に揺動回転すると、一方向クラッチＣ３２は噛み合い、ギヤＣ３１に回転が伝わり、これに噛み合うギヤＢ２２がＣＣＷに回転するので、軸２０と一体のコイルと鉄芯２１が回転することで、発電する。この回転はフライホィールＢ２３の慣性力でしばらく保持される。一方、ギヤＤ３３にはＣＷの回転では噛み合わず回転は伝わらない。この時、ギヤＢ２２はフライホィールＢ２３の慣性力でＣＣＷに回転している。これに噛み合うギヤＣ３１はＣＷに回転しているので、入力軸パイプ３０がＣＣＷに揺動方向を変えても一方向クラッチＣ３２は噛み合わないで空転する。

入力軸パイプ３０がＣＣＷの方向に揺動回転すると、一方向クラッチＤ３４は噛み合い、ギヤＤ３３に回転が伝わり、これに噛み合うギヤＡ１２がＣＷに回転するので、発電機外装１０と一体のフェライトマグネット１１がＣＷに回転することで発電する。この回転はフライホィールＡ１３の慣性力でしばらく保持される。一方、ギヤＣ３１にはＣＣＷの回転では噛み合わず回転は伝わらない。この時、ギヤＡ１２はフライホィールＡ１３の慣性力でＣＷに回転している。これに噛み合うギヤＤ３３はＣＣＷに回転しているので、入力軸パイプ３０がＣＷに揺動方向を変えても一方向クラッチＤ３４は噛み合わないで空転する。

つまり、入力軸パイプ３０が揺動回転すると、往動時はコイルと鉄芯２１を復動時にはフェライトマグネット１１を、互いに逆方向に回転するよう駆動するので、効率よく発電を行える。

電圧が回転数（磁極の変動数）に比例するとすると、例えば６０ｒｐｍで３Ｖが発生する通常のハブダイナモの場合、１２０ｒｐｍでは６Ｖが発生すると仮定すると、この揺動発電機構では、６０ｒｐｍになる揺動条件においては、軸と発電機外装が各々逆方向に回転するため、６０ｘ６０＝３６００ｒｐｍで回転していることになるので、３Ｖの６０倍の１８０Ｖ発生することになる。実際には発電で生じる回転抵抗もあって、このように高い電圧にはならないが、非常に高い発電効率となる。つまり、ゆるやかな揺動運動であっても十分発電できる。

図２は上記図１のユニットに揺動手段を組み合わせた場合の例を示す。５０は揺動軸である。入力軸パイプ３０に勘合でき、揺動力を伝えることができるように構成される。５１は揺動板で、一端を揺動軸に固定されている。図２の状態で、揺動板５１が水面下にあると、海面の波力を受けて揺動板５１が移動し、揺動軸５１を揺動させることで、上述した作用で発電がおこなわれる。

図３は他の実施例で、発電機の軸２０を長くして、ギヤを介さず直列に揺動軸を組み合わせた断面図である。２５は揺動軸５０と一体で一方向クラッチＤ３４の外周と一体となる円筒体である。また、発電機外装１０が一方向クラッチＤ３４と噛み合う円筒部は削れにくい軸受け鋼のシリンダーと一体にしておく。その他、図２と同じ番号は同じ機能の部品であるこのような構成であれば、ギヤを介さないためより単純な構造となり、メンテナンスがより少なくなる。

このように、揺動軸を勘合することで、効率よく発電がおこなえるユニット構造にしたことで、波の打ち寄せによる運動エネルギー以外にも、うねりによる浮体の上下動等でも効率のよい発電が可能である。また、風の方向の変化を揺動板で受け、揺動力を得ることで発電も可能である。

上述したように、発電機の軸（コイルと鉄心を支える軸）と、発電機外装（磁石を支える外装）を互いに逆方向に回転するように構成することで、非常に効率良く発電が可能なので、例えば、風力発電においては、発電機の軸（コイルと鉄心を支える軸）を回転させるプロペラと、発電機外装（磁石を支える外装）を回転するプロペラを設け、互いに逆位相にすることで、発電効率のよい風力発電もできる。この考え方は他のタイプの風力発電でも水力発電でも適応できる。

揺動タイプにおいては、自動車のタイヤを支えるリンクの上下動で発電したり、シーソーやぶらんこ等往復動する子供の遊具でも発電できるので、遊具で遊ぶことで発電した電力でイルミネーションを点灯して楽しむこともできる。

１０発電機外装
１１磁石
１２ギヤＡ
１３フライホィールＡ
２０軸
２１コイルと鉄芯
２２ギヤＢ
２３フライホィールＢ
２４スリップリング
３０入力軸パイプ
３１ギヤＣ
３２一方向クラッチＣ
３３ギヤＤ
３４一方向クラッチＤ
４０出力端子
５０揺動軸
５１揺動板

Claims

揺動軸と、回転させて発電するタイプの発電機から成り、揺動軸が往動時は発電機の軸を回転させ、復動時は発電機外装を発電機の軸とは逆方向に回転するように構成したことを特徴とする揺動体による発電機構。
揺動軸と、回転させて発電するタイプの発電機と、該発電機の軸および発電機外装に対し、それぞれ回転連結方向の異なる一方向クラッチを介して該揺動軸の揺動方向に応じて該発電機の軸および該発電機外装へ揺動力が伝わるように構成したことを特徴とする揺動体による発電機構。
軸を回転させて発電するタイプの発電機の軸と発電機本体を互いに逆方向に回転させる構造を特徴とした発電機の機構。