JP2022125696A - 発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電線からの電磁誘導を利用して効率良く発電することができる発電装置を提供する。【解決手段】電力を供給する電線によって生じる磁束を利用し、コイルを介して電磁誘導により交流電力を取得するコイルユニットと、前記コイルユニットに対して移動可能に設けられた強磁性体と、自然エネルギを動力源として動力を発生させる動力部と、動力部の発生動力に基づいて強磁性体をコイルユニットの近傍において移動させ、コイルユニットと強磁性体との相対位置関係を変化させる移動機構部と、を備える。【選択図】 図1
Description
本発明は、電線を流れる電流によって生じる磁界を利用した電磁誘導により発電する発電装置に関する。
電磁誘導により電線から電力を取得することができる従来の発電装置が特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された発電装置では、環状の磁性体からなるコアにコイルが形成されたコイルユニットが用いられている。コイルはコアの外周面に沿って螺旋状に巻かれている。コアの内側の中空部分には送電線が挿通している。その送電線を流れる交流電流によって生じる磁界が電磁誘導によりコイルに交流電力を生じさせる。コイルに生じた交流電力は整流回路を介して直流電力に変換され、更にツェナダイオードにより一定電圧の直流電力として負荷部に出力される。
しかしながら、特許文献1に開示された従来の発電装置では、次の2つの問題点があった。第1の問題点は、コアの中空部分を通すように送電線が配置されることによって、送電線とコアの配置に制限が生じることである。第2の問題点は、第1の問題点と関連し、接地された回路を発電装置が含むことから生じる地絡防止に関することである。第2の問題点では、特にkV級の送電電圧の送電線に発電装置を設置することを検討する場合に、送電線とコアが接触すると地絡する恐れがある。そのため送電線とコアとの非接触での配置を保持し、絶縁を確保する処置が必要である。このような処置によって、ガイシ等の絶縁部品を必要としたり、処置が物理的に大きくなったり、処置した結果、発電に影響するといった問題点がある。結果的に、これらの問題点は電線からの電磁誘導を利用して効率良く発電することを阻害していた。
そこで、本発明の目的は、このような課題に着目し、電線からの電磁誘導を利用して効率良く発電することができる発電装置を提供することである。
本発明の発電装置は、電力を供給する電線によって生じる磁束を利用し、コイルを介して電磁誘導により交流電力を取得するコイルユニットと、前記コイルユニットに対して移動可能に設けられた強磁性体と、自然エネルギを動力源として動力を発生させる動力部と、前記動力部の発生動力に基づいて前記強磁性体を前記コイルユニットの近傍において移動させ、前記コイルユニットと前記強磁性体との相対位置関係を変化させる移動機構部と、を備えることを特徴としている。
本発明の発電装置によれば、電線によって生じる磁束の影響下に本発電装置を設置し、動力部の動力に基づいてコイルユニットの近傍において強磁性体を移動させ、コイル内部の磁束密度を変化させるので、電線からの電磁誘導を利用した発電を効率良く行うことができる。
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は本発明による発電装置1の基本構成を示している。かかる発電装置1は、発電部2と、回路部3とを備えている。発電部2は自然エネルギを交流電力に変換して出力する部分である。本実施例では自然エネルギとして風力を用いる。回路部3は発電部2が出力する交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を後述の負荷回路及び蓄電池に供給する。
発電部2は、円筒ケース10を有し、その円筒ケース10の円形上面に風車支持部10aを有する。風車支持部10aは円筒ケース10と一体に形成されても良い。風車支持部10aは柱状であり、その内部に円筒ケース10内と連通した空間を有する。また、風車支持部10aはその上部に風力を受ける風車11を回転自在に支持する回転部12を有する。風車11及び回転部12が動力を発生する動力部である。具体的には、回転部12はその上部に回転軸13を有し、回転軸13は円筒ケース10の円形上面と平行にされており、回転軸13の先端に風車11が固定され、風車11の回転に連動して回転する。
また、回転部12は回転軸13の回転を円筒ケース10内の回転部15に伝達するための動力伝達部14を有している。動力伝達部14は回転軸13の回転を回転部15の回転軸16に伝える。動力伝達部14は、明確に図示していないが、例えば、チェーン或いはベルトを含み、回転軸13、16にはプーリやギアが設けられ、それにチェーン或いはベルトが嵌まり込んで回動するようになっている。回転軸13と回転軸16とは互いに平行にされている。回転部15は円筒ケース10内の天井面に固定され、回転軸16を回転自在に保持している。回転部15は回転軸16と共に回転するローラ17を有している。ローラ17は例えば、ゴムやプラスチックからなる。
円筒ケース10内の天井面の中央には回転部20が固定されている。回転部20は円筒ケース10内の天井面に対して垂直方向に伸長した回転軸21を有し、回転軸21を回転自在に保持している。回転軸21の端部には円盤状の回転盤22が固定されている。回転盤22は円筒ケース10内の天井面と平行にされており、回転軸21と共に回転する。回転盤22の上面にローラ17の外周面が当接し、例えば、ローラ17が回転するときに回転盤22とローラ17との間の摩擦力が生じるようにされている。これによりローラ17の回転が回転盤22を回転軸21を中心にして回転させる回転機構が形成されている。
なお、ローラ17の回転が回転盤22を回転させる構成であるならば、例えば、回転軸16の軸方向をウォームギアを用いて直交方向に変換してローラ17の外周面が回転盤22の側面に当接する構成にしても良い。
円筒ケース10内において、回転盤22の外周部には下方に伸長したアーム23が設けられている。アーム23は回転盤22と一体に形成されても良い。アーム23の先端には磁石等の強磁性体24が固定されている。回転盤22が回転するときに強磁性体24は円軌道にて周回する。強磁性体24の形状は円錐台であり、その円錐台の大円面側が円筒ケース10の内側面を向き、小円面側が円筒ケース10の中心(後述するコイル25側)を向いている。なお、動力伝達部14、回転部15、20、回転軸16、21、ローラ17、回転盤22、アーム23を含む部分が移動機構部である。
強磁性体24の形状は、強磁性体24が磁束をコイル25に誘導してコイル25を貫く磁束密度を大きくするためのものであれば、円錐台に限定されず、角錐台等の他の形状でも良い。
また、円筒ケース10内において、回転盤22の下方にはコイル25が配置されている。コイル25は円筒のボビン26に螺旋状に巻き付けられ、コイルユニットとして形成されている。コイル25は円筒ケース10内の上下方向において強磁性体24とほぼ同一位置に配置され、回転盤22の回転時には強磁性体24はコイル25の回りを周回する。
図2は円筒ケース10内を上面側から見た強磁性体24と、コイル25及びボビン26を含むコイルユニットとを示している。
コイル25はボビン26と共に円筒ケース10に2つの固定具27によって固定されている。この固定により円筒のボビン26はその円筒軸が円筒ケース10の円筒軸とは直交するように配置されている。ボビン26の外径は円錐台形状の強磁性体24の小円面の径と同一(ほぼ等しいを含む)である。
2つの固定具27は円筒ケース10外に伸長し、回路部3に接続されている。2つの固定具27は絶縁材からなり、コイル25のリード線25a、25bを被膜している。リード線25a、25bはコイル25の両端に各々接続した線であり、コイル25の両端間に生じた交流電圧を出力する。
回路部3はブリッジダイオード31、電源回路32、蓄電池33、及び負荷回路34を回路ケース35内に備えている。ブリッジダイオード31は、その入力がリード線25a、25bに接続され、リード線25a、25bを介して供給される交流電圧を全波整流して直流電圧に変換する。ブリッジダイオード31の出力には電源回路32が接続されている。電源回路32は例えば、ツェナダイオードとコンデンサとを有する平滑回路(図示せず)を含み、ブリッジダイオード31の出力電圧を予め定められた一定電圧に安定化させる定電圧回路である。電源回路32には蓄電池33及び負荷回路34が接続されている。蓄電池33及び負荷回路34には電源回路32から直流電圧が印加される。
かかる構成の発電装置においては、風車11が風力によって回転すると、その回転は回転軸13に伝達され、回転軸13の回転は動力伝達部14を介して回転軸16に伝達される。回転軸16の回転はローラ17を回転させ、その回転が回転盤22を回転軸21と共に回転させる。回転盤22の回転によって回転盤22にアーム23を介して設けられた強磁性体24がコイル25を囲んだ円軌道で周回する。
図3は本発電装置1が置かれた環境を例示している。発電装置1は、風41と、送電線42によって生じた磁界との影響下にある。図3では、磁界について発電装置1に影響を与える磁束43として示している。なお、発電装置1は送電線に限らず、送電線以外の電線やその他の外部要因によって生じる磁界中に設置されれば良い。
図4(A)~(D)は強磁性体24が円軌道50を90度周回する毎のコイル25と強磁性体24との位置関係に対するコイル25を貫く磁束密度の変化を示している。図4(A)~(D)の各々は強磁性体24及びコイル25を円筒ケース10の上面側から見た図である。なお、説明を容易にするために磁束51の磁束方向は一直線方向としている。
図4(A)は強磁性体24がコイル25の一端側(ボビン26の一方の円形開口端側)と対面した第1の位置関係を示している。第1の位置関係は磁束方向に強磁性体24とコイル25とがその順に並んだ位置関係である。第1の位置関係では、強磁性体24が磁束51を引き集めてコイル25へ誘導し、コイル25を貫く磁束密度が最も高くなる。
図4(B)は強磁性体24が第1の位置関係から円軌道50を90度左向きに移動し、ボビン26の側面側のコイル25と対面した第2の位置関係を示している。第2の位置関係では、磁束51が強磁性体24の影響を受けることなくコイル25に進むので、コイル25の磁束密度が最も低くなる。
図4(C)は強磁性体24が第2の位置関係から更に円軌道50を90度左向きに移動し、強磁性体24がコイル25の他端側(ボビン26の他方の円形開口端側)と対面した第3の位置関係を示している。第3の位置関係は磁束方向にコイル25と強磁性体24とがその順に並んだ位置関係である。第3の位置関係では、磁束51の流れの中で強磁性体24はコイル25より下流に位置するので、強磁性体24が磁束51を若干引き集める。よって、コイル25を貫く磁束密度は第3の位置関係の場合より高くなるが、第1の位置関係の場合より低くなる。
図4(D)は強磁性体24が第3の位置関係から円軌道50を更に90度左向きに移動し、ボビン26の側面側のコイル25と対面した第4の位置関係を示している。第4の位置関係は第2の位置関係と同じであり、第4の位置関係では磁束51が強磁性体24の影響を受けることなくコイル25に進むので、コイル25の磁束密度が最も低くなる。
強磁性体24が円軌道の周回を繰り返すと、第1の位置関係、第2の位置関係、第3の位置関係、第4の位置関係、そして第1の位置関係に戻るという順が繰り返される。このような位置関係の変化の中で、コイル25を貫く磁束密度の変動が生じる。その磁束密度の変動に伴い誘導起電力がコイル25に生じる。磁束密度の変動は第1の位置関係から第2の位置関係までの間と、第4の位置関係から第1の位置関係までの間において最も大きい。第2の位置関係から第3の位置関係までの間と、第3の位置関係から第4の位置関係までの間においても磁束密度の変動は起きる。磁束密度の変動が大きいほど大きな誘導起電力がコイル25に生じる。
コイル25に誘導起電力が生じることにより、コイル25からリード線25a,25bを介して回路部3に交流電流が流れる。回路部3では、ブリッジダイオード31が交流電流を直流電流に全波整流して直流電力とし、ブリッジダイオード31から出力される直流電圧は電源回路32の入力電圧となる。電源回路32は入力直流電圧を平滑した後、必要に応じて、負荷回路34に電力供給したり、蓄電池33に電力貯蔵したりする。
このように上記した実施例においては、送電線42によって生じる磁束の影響下に本発電装置1を設置し、風を動力源としてコイル25を囲む円軌道にて強磁性体24を周回させ、コイル25内部の磁束密度を変化させるので、送電線42からの電磁誘導を利用した発電を効率良く行うことができる。よって、送電線の磁束の影響下であれば本発電装置1を任意の場所に設置することができるという効果が得られる。また、kV級の送電線の付近に本発電装置1を設置する場合に、ガイシ等の絶縁部材を用いた絶縁処置をすることなく設置できるという効果も得られる。
また、上記した実施例によれば、強磁性体24の形状が円錐台であるので、強磁性体24が磁束をコイル25に誘導してコイル25を貫く磁束密度を大きくすることができる。特に、円錐台の強磁性体24の小円面側がコイル25の端部と面する第1の位置関係では最も磁束密度が大となる。よって、強磁性体24をコイル25の回りを周回させることによりコイル25内部の磁束密度の変化を大きくすることができ、発電をより効率良く行うことができる。
なお、上記した実施例においては、コイル25を囲む円軌道にて強磁性体24を周回させる動力として風力が用いられたが、強磁性体24の周回のために波力、潮力、流水力等の他の自然エネルギを用いても良い。
また、上記した実施例においては、円筒ケース10内部を強磁性体24が周回しているが、円筒ケース10に強磁性体24を固定し、円筒ケース10自体を回転させても良い。この場合には、円筒ケース10自体を風車として機能させる一方、風車の回転軸の部分にコイル25は回転しないように設置される。
また、上記した実施例においては、強磁性体24の周回が水平面であるが、垂直面などの他の方向の周回を取り入れることもできる。
更に、本発明の発電装置においては、図5(A)~(C)に示すように、強磁性体の数を増やしたり、反磁性体を取り入れたり、コイルの形状を変化させたり、強磁性体とコイルの形状を入れ替えたり、強磁性体とコイルの回す対象を入れ替えたりすることにより、より効率よく発電することができる。図5(A)には、コイル61を囲む円軌道60上に強磁性体62、反磁性体63、強磁性体64、及び反磁性体65が90度間隔で配置された状態で図示しない回転機構部により周回する例が示されている。図5(B)には、4つのコイル71~74が90度間隔で固定配置され、その内側に互いに直交配置された強磁性体75と反磁性体76とが矢印Rで示す方向に回動する例が示されている。コイル71~74は円錐台形のボビン77~80に形成されており、ボビン77~80はその小円面側が強磁性体75及び反磁性体76の端部に対面するように配置されている。図5(C)には、強磁性体81~86と反磁性体87~92とが交互に配置された環状体部の内側に、十字状のボビン93にコイル94~97が形成されたコイルユニットが設けられ、環状体部及びコイルユニットのいずれか一方が矢印Sで示す方向に回動する例が示されている。
1 発電装置
2 発電部
3 回路部
10 円筒ケース
10a 風車支持部
11 風車
12、15、20 回転部
13、16、21 回転軸
14 回転伝達部
17 ローラ
22 回転盤
23 アーム
24、62、64、75、81~86 強磁性体
25、71~74、94~97 コイル
25a、25b リード線
26、75~78、93 ボビン
31 ブリッジダイオード
32 電源回路
33 蓄電池
34 負荷回路
35 回路ケース
41 風
42 送電線
43、51 磁束
50、60、R、S 円軌道
63、65、76、87~92 反磁性体
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Claims (8)
- 電力を供給する電線によって生じる磁束を利用し、コイルを介して電磁誘導により交流電力を取得するコイルユニットと、
前記コイルユニットに対して移動可能に設けられた強磁性体と、
自然エネルギを動力源として動力を発生させる動力部と、
前記動力部の発生動力に基づいて前記強磁性体を前記コイルユニットの近傍において移動させ、前記コイルユニットと前記強磁性体との相対位置関係を変化させる移動機構部と、を備えることを特徴とする発電装置。 - 前記移動機構部は、前記強磁性体が前記コイルユニットの周囲を周回するように前記強磁性体を移動させることを特徴とする請求項1記載の発電装置。
- 前記強磁性体の形状は円錐台であり、前記強磁性体は、前記円錐台の小円面が前記コイルユニット側を向くように配置されていることを特徴とする請求項2記載の発電装置。
- 前記コイルユニットは、前記コイルが螺旋状に巻かれた円形ボビンを有し、前記強磁性体の周回時に前記円形ボビンの端部が前記円錐台の前記強磁性体の小円面と対面するように配置されていることを特徴とする請求項3記載の発電装置。
- 前記動力部は風力によって回転する風車を有し、前記風車の回転を前記移動機構部に伝達することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1記載の発電装置。
- 前記コイルを介して取得された前記交流電力を直流電力に変換する回路部を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1記載の発電装置。
- 前記回路部は、前記直流電力によって蓄電池を充電し、前記直流電力によって負荷回路に直流電流を供給する電源回路を有することを特徴とする請求項6記載の発電装置。
- 反磁性体を更に備え、
前記移動機構部は、前記強磁性体と前記反磁性体とが前記コイルユニットの周囲を周回するように前記強磁性体と前記反磁性体とを回転させることを特徴とする請求項1記載の発電装置。
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---|---|---|---|
JP2021023431A JP2022125696A (ja) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | 発電装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2021023431A JP2022125696A (ja) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | 発電装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2022125696A true JP2022125696A (ja) | 2022-08-29 |
Family
ID=83058291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021023431A Pending JP2022125696A (ja) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | 発電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022125696A (ja) |
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2021
- 2021-02-17 JP JP2021023431A patent/JP2022125696A/ja active Pending
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