JP2023130232A - ロータリー駆動発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転駆動源としての駆動モーターにより回転円盤及び複数の発電機を回転させ、回転円盤の回転慣性によって発電機に対する摩擦回転の抵抗を軽減し、発熱部位を冷却する。【解決手段】回転駆動源としての駆動モーター（１）により中心回転軸（４）と共に回転円盤（７）を回転させ、回転円盤（７）及び固定部材（４４、２２）のうち、一方に複数の発電機としての発電モーター（８）を取り付け、他方に環状の車輪走行トラック（１１）を設け、発電モーター（８）の発電モーター軸（９）の車輪（１０）と車輪走行トラック（１１）とを摩擦的に転がり接触させ、各発電モーター（８）の回転により発電した電力をそれぞれの負荷などに出力する過程で、回転円盤（７）の回転慣性を利用して、各発電モーター（８）の回転を安定し、駆動モーター（１）の消費電力を抑える。【選択図】図１

Description

本発明は、回転駆動源により複数の発電機を同時に回転させ、複数の電力を発生させる発電装置、特に、駆動力の軽減及び発熱部位の冷却に有効な手段の改良に関する。

大型の発電機ではなく、工場や家庭で利用できる中小型の発電機として、永久磁石とコイルとの組み合わせという基本的な構成の発電機が多く開発されている。既存の発電装置によると、通電時の発熱による損失や回転伝達手段の摩擦的な抵抗による損失が有効に軽減できていないため、充分な電力の発電は困難であった。さらに、永久磁石利用の発電機では、熱の発生が無視されやすく、発電効率が悪いものとなっている。

また、回転駆動源から発電機への駆動力の伝達手段としてフライホイールの回転慣性が利用されている。例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３は、起動用モータで駆動軸と共にフライホイールなどを回転させ、その回転慣性によって複数の発電機を安定に回転させることを開示している。

特開２０１３－１２３３５４号公報 特開２００８－７２７８４号公報 特開昭６１－１９６７３７号公報

通常、この種の発電機では、回転部分の起動時に大きな回転力が必要とされるが、その後の定常な回転に到達すると、回転慣性のために、回転力は、起動時よりも小さくても運転を継続できる。

本発明の課題は、上記に着目し、回転駆動源により回転部分としての回転円盤を回転させ、回転円盤の回転慣性によって複数の発電機を安定に動作させると共に、定常な回転に到達した時に、発電機に対する摩擦回転の抵抗を軽減させ、発電過程で回転円盤の回転運動を有効に利用できるようにすることである。

上記課題の解決のために、本発明は、回転駆動源としての駆動モーター（１）により弾性変形可能な回転円盤（７）を回転（旋回）させ、複数の発電モーター（８）の発電モーター軸（９）の車輪（１０）と車輪走行トラック（１１）との摩擦的な転がり回転によって、複数の発電モーター（８）を回転させる構造としてロータリー駆動発電装置（４０）を構成している。

上記のロータリー駆動発電装置（４０）は、駆動モーター（１）の起動時に、車輪（１０）と車輪走行トラック（１１）との摩擦的な接触によって、発電モーター（８）の起動に必要な回転力を確保し、駆動モーター（１）の起動後の定常回転時に、回転円盤（７）の回転慣性により駆動モーター（１）の駆動力を軽減させると共に、回転円盤（７）の重心（３６）に作用する遠心力によって、回転円盤（７）を皿状として変形させ、車輪走行トラック（１１）と車輪（１０）との間の押し当て力を減少させ、駆動モーター（１）の負担を軽減させている。

また、本発明は、回転駆動源としての駆動モーター（１）を垂直方向の中心回転軸（４）に連結し、中心回転軸（４）に直交状態で取り付けられている回転円盤（７）にファンブレード（４２）を形成し、回転円盤（７）の外周に中心回転軸（４）に対し同心状態として環状の車輪走行トラック（１１）を設けると共に、固定側部材としての発電モーター保持盤（４４）に複数の発電モーター（８）を回転円盤（７）の中心に対して等間隔で半径方向に向けて取り付け、発電モーター軸（９）の先端に固定した車輪（１０）を車輪走行トラック（１１）に摩擦的に接触させて、ロータリー駆動発電装置（４０）を構成している。

上記のロータリー駆動発電装置（４０）は、駆動モーター（１）の起動後の回転時に、回転円盤（７）の回転慣性により駆動モーター（１）の駆動力を軽減させると共に、回転円盤（７）のファンブレード（４２）からの送風によって発熱部位を強制的に冷却しながら、それぞれの発電モーター（８）の発電モーター出力線（２８）から複数の電力を効率良く独立に出力する。

本発明によれば、起動時に、車輪（１０）と車輪走行トラック（１１）との間の摩擦的な接触により発電モーター（８）の起動に必要な回転力を確保でき、起動が速やかに確実に行え、また起動後の定常回転時に、回転円盤（７）の遠心力によって、回転円盤（７）を皿状に変形させ、車輪（１０）と車輪走行トラック（１１）との間の押し合う力が小さくなり、摩擦的な接触抵抗が減少でき、駆動モーター（１）の負担が少なくなり、負担の少ない状態で各発電モーター（８）から電力が独立に効率良く同時に出力できる。

また、本発明によれば、駆動モーター（１）の起動後の回転時に、駆動モーター（１）の大きな回転トルクで回転円盤（７）を複数の発電モーター（８）とともに回転させなくてもよく、回転円盤（７）の回転慣性により駆動モーター（１）の駆動力が軽減でき、しかも回転円盤（７）のファンブレード（４２）からの送風により発熱部位が強制的に冷却されるから、熱的な損失が最小限度に抑えられ、さらにスリップリング・ブラシのユニットなしで電力の取り出しが可能となる。

本発明のロータリー駆動発電装置（４０）の垂直断面図である。 本発明のロータリー駆動発電装置（４０）において、回転円盤（７）及び複数の発電モーター（８）の取り付け状態の底面図である。 本発明のロータリー駆動発電装置（４０）において、スリップリング（１８）及びブラシ（１９）に対する冷却用の集風ブレード（３４）の平面図である。 本発明のロータリー駆動発電装置（４０）において、回転円盤（７）の皿状変形のときのスケルトン説明図である。 本発明のロータリー駆動発電装置（４０）において、回転円盤（７）及び複数の発電モーター（８）の多重構成の一例として２段構成の垂直断面図である。 本発明のロータリー駆動発電装置（４０）において、発電モーター（８）の取り付け位置を固定側の底板（２２）とする例の一部の断面図である。 本発明の他のロータリー駆動発電装置（４０）において、回転円盤（７）及び固定側の複数の発電モーター（８）の多重（２段）構成の垂直断面図である。 図６のロータリー駆動発電装置（４０）において、回転円盤（７）及ファンブレード（４２）の一部の平面図である。

図１ないし図４は、本発明のロータリー駆動発電装置４０の基本的な構成例を示している。ロータリー駆動発電装置４０は、高トルク低回転仕様の回転駆動源として１台の駆動モーター１を有している。駆動モーター１は、運転時に、回転部分としての回転円盤７を垂直な中心回転軸４と共に回転させ、回転円盤７の下面の外周縁に取り付けられている複数、例えば９台の発電機としての発電モーター８を中心回転軸４の周りに回転させる。

発電モーター８は、発電モーター軸９の先端にこま型（円錐形）の車輪１０を固定状態で有し、車輪１０の外周の円周面３７を固定側の筒状体１２の車輪走行トラック１１に摩擦的に接触させ、回転円盤７の回転（旋回）時に、発電モーター軸９を摩擦力で転がり回転させることによって、それぞれ独立に電力を発生する。このように、複数の発電モーター８は、回転側の回転円盤７に取り付けられ、回転円盤７と共に回転する。

駆動モーター１は、高トルクのトルクモーターや、減速機構内蔵のギヤモーターなどにより構成される。駆動モーター１の電源３９は、商用電力、従来の発電装置より得られた電力、又はソーラパネル、バッテリーに充電された電力であり、ロータリー駆動発電装置４０に対して駆動モーター１を作動させるためのみに使われる。また発電モーター８は、モーター保持盤３１により回転円盤７の下方の回転中心から適切な距離位置に取り付けられている。このため回転円盤７の重心３６は、図４に示すように、回転円盤７の外周寄りでその下面よりも低い位置に設定されている。

なお、図示の構成例において、発電機は、「直流又は交流のモーター（電動機）」によって構成されるため、この明細書では「発電モーター」として記載されている。発電モーター８は、安価で簡単な構造のものとするために、基本部品として永久磁石及びコイルにより構成されており、その他の部品として、機種に応じ整流用のコミュテェター、スリップリング、ブラシ、回転部分の支持部品などを内蔵している。

駆動モーター１は、駆動モーター軸２を上向きの姿勢として、Ｌ型の駆動モーター保持板２１により底板２２に固定されており、駆動モーター軸２は、中心回転軸４の下端の孔にはまって結合し、キー３により回転伝達可能な構造となっている。中心回転軸４は、回転円盤７の取り付け孔７２に対して挿入され、回転円盤７に対して平面的に直交し、回転円盤７の下面でコイル型、環状皿型又は環状波型のスプリング１６を介在させながら中心回転軸４の雌ねじ５０に対して下方のナット１７と上方のナット２５との締め付けによって回り止め状態で回転円盤７と一体化している。なお、中心回転軸４と回転円盤７との間の回り止め手段は、図示しないが、中心回転軸４の溝と取り付け孔７２の内部突起と嵌まり会い又はそれらの間の埋め込みキーなどにより行われる。

中心回転軸４は、底板２２に固定された回転軸保持構造体１３に対してボールベアリング６により回転自在に保持され、また、回転円盤７は、下面でスラストローラ―ベアリング５により回転軸保持構造体１３に対して、９台の発電モーター８と共に回転自在に支えられている。なお、回転軸保持構造体１３は、必要に応じて冷却用及びメンテナンス用の窓３５を形成している。

９台の発電モーター８は、既述のように、永久磁石とコイルとを主体としたタイプであり、回転円盤７の回転中心に向かって等しい中心角（４０度）の間隔で、発電モーター軸９を回転円盤７の半径方向としてモーター保持盤３１と共に回転円盤７の下面に取り付けられ、筒状体１２の内部空間で他のものに干渉せず回転できるように納められている。回転円盤７は、垂直方向の中心回転軸４に対して平面的に直交しており、それぞれの発電モーター軸９は、先端でこま型の車輪１０に対して回り止め状態で一体化している。

こま型の車輪１０は、発電モーター軸９に対して埋め込みキーや押しねじなどにより回り止め状態で固定され、大径の円周面３７で筒状体１２の上面の車輪走行トラック１１に摩擦的に接し、回転円盤７の回転のときに、車輪１０と車輪走行トラック１１との間の押し当て力に基づく摩擦力により転がり回転し、発電モーター軸９を回転させる。車輪走行トラック１１と円周面３７とは、大きな増速比の摩擦車であり、摩擦係数を大きくするために両者又は何れかの面に必要に応じゴムシートなどの摩擦材２４が取り付けられる。

車輪走行トラック１１に対する車輪１０の押し当て力（接触力）は、発電モーター８の重さやスプリング１６の締め付け具合を調節すれば加減できる。また、回転円盤７は、弾性特性の材料、例えばＦＲＰにより構成されており、必要に応じ半径方向のほぼ中間位置で環状の薄肉により変形部７１を形成している。この変形部７１は、回転円盤７について適切な弾性変形の特性を調整するために形成される。

駆動モーター１は、駆動モーター入力線２３によって電源３９に接続され、また、それぞれの発電モーター出力線２８は、回転円盤７の通し穴３２から回転円盤７の一方から他方の面に案内され、平行な状態の多数のブラシ１９のうち対応のものに接続されている。これらのブラシ１９は、ブラシ支え２７によって回転円盤７の上面に取り付けられ、それぞれスリップリング１８を介して出力線２０に電気的に接続されている。スリップリング１８は、中心回転軸４と同心的に支えられている円柱状のスリップリングベース３３の外周面に平行で独立に絶縁状態として固定されており、スリップリングベース３３は、スリップリング支柱１４により支えられているスリップリング支えバー２６の下面に取り付けられている。この例で、ブラシ１９の取り付け位置は、回転側の回転円盤７となっているが、スリップリング１８の取り付けを回転側の回転円盤７とすれば、ブラシ１９の取り付け位置は、固定側のスリップリング支えバー２６となる。

図３は、スリップリング１８及びブラシ１９のユニットと共に、そのユニットの一部として集風ブレード３４の設置例を示している。集風ブレード３４は、ブラシ支え２７の方向に長く、断面翼形であり、その翼先端をリップリング１８とブラシ１９との接触位置に向けて配置されている。回転円盤７及び発電モーター８が図３の実線の方向に回転している時、集風ブレード３４は、図３の破線のように、旋回している空気を集め、スリップリング１８とブラシ１９との接触位置に案内し、接触位置での摩擦的な熱及び通電抵抗の熱を冷却し、温度上昇による電気抵抗の増加にともなう損失を抑える。

駆動モーター１及び発電モーター８は、放熱のために、それぞれ冷却窓付きケーシング２９、３０を有しており、さらに筒状体１２及び回転軸保持構造体１３は、放熱や換気のためにそれぞれ窓１５、３５を形成している。これらの窓１５、３５や、窓１５、３５の周辺の部分は、回転円盤７及び発電モーター８の回転による旋回状態の空気流によって冷却され、通電部分の電気抵抗の上昇にともなう発熱を抑え、電気的な損失を抑える。

発電モーター８の回転数は、車輪１０の回転数によって決定され、その回転数は、計算式〔車輪走行トラック１１の１周長／車輪１０の円周面３７の外周長さ〕により決定される。図示の例によると、車輪走行トラック１１に対して車輪１０の円周面３７の外周長が小さいため、駆動モーター１の回転は、発電モーター軸９に対し増速されることになる。このことから発電モーター８の定格速度を上限とし、発電モーター軸９の回転を発電量が最大となる速度まで増速することによって、各発電モーター８について最大の発電力が得られる。車輪１０の直径、回転円盤７の直径及び発電モーター８の回転中心からの取り付け位置は、駆動モーター１の回転数に基づいて上記の計算式から設定される。

例えば発電モーター８が最大に発電する回転数を３０００〔ｒｐｍ〕とした場合に、回転円盤７の直径が４００〔ｍｍ〕、車輪１０の直径が４０〔ｍｍ〕とすると、駆動モーター１の回転数の１０倍の回転を発電モーター軸９に伝達でき、この計算式から逆算すると起動モーター１は、回転数３００〔ｒｐｍ〕の低い回転にて、複数の発電モーター８及び回転円盤７を駆動可能な高いトルクを持っ特性のモーターを選定して取り付ける。一般に低速回転モーターの電気消費量は、高速モーターよりも低い特性が有る。上記のように、駆動モーター１の回転は、車輪１０に対して増速して伝達されるため、ロータリー駆動発電装置４０は、連続低速回転として運転できる。したがって、駆動モーター１の運転（回転）に必要な消費電力は少なく、総合的に発電効率は良くなる。

利用者がロータリー駆動発電装置４０を運転するために、一対の駆動モーター入力線２３に電源３９を接続し、駆動モーター１に電力を供給すると、駆動モーター１は、起動して、起動初期に必要な回転力で中心回転軸４と共に回転円盤７を回転させ、所定の立ち上がり時間の経過後に、定常回転に移行し、目標の回転速度で安定な回転を継続する。回転円盤７の回転は、車輪１０と車輪走行トラック１１との間の押し当て力に基づく摩擦的な接触によって複数の発電モーター８に伝達される。

駆動モーター１の起動初期の低速回転時に、回転円盤７や複数の発電モーター８に遠心力が強く発生しないため、複数の発電モーター８の重量が車輪１０に作用し、車輪１０と車輪走行トラック１１との間での押し当て力に基づく接触によって、両者間に初期の回転（起動）に必要な摩擦力（接触力）が作用する。この結果、車輪１０は、摩擦的な回転力を得て、車輪走行トラック１１を走行するため、すべての発電モーター８は、発電モーター軸９に駆動され、起動後の定常回転に移行し、独立に発電を開始する。このように、各発電モーター８は、起動初期に、車輪１０と車輪走行トラック１１との間で回転に必要な摩擦力を得て、滑りのない状態で起動時から確実に発電を開始する。

駆動モーター１が定常回転に移行すると、回転円盤７及び発電モーター８の回転慣性によってフライホィール効果が現れるため、駆動モーター１の回転の継続に必要な電力は、起動初期よりも軽減できる。しかも、図４に示すように、定常回転の時に、回転円盤７の重心３６が発電モーター８の取り付け位置（回転円盤７の下面）よりも低い位置にあるため、重心３６の位置に作用する遠心力は、回転円盤７の外周部分を二点鎖線のように浮き上がり傾向つまり車輪走行トラック１１から車輪１０の離れ傾向として皿状に変形させ、車輪走行トラック１１に対する車輪１０の押し当て力を滑り現象のない範囲内で減少させる。したがって、定常回転に移行すると、回転円盤７及び発電モーター８の回転慣性によるフライホィール効果及び遠心力の作用によって、駆動モーター１の負荷は、押し当て力の減少によって滑り現象のない範囲で軽減される。

運転中に、複数の発電モーター８は、発電を継続しており、それぞれの発電モーター８の電流は、発電モーター出力線２８を経て対応のブラシ１９に供給され、ブラシ１９とスリップリング１８との電気的な摺り合い接触により、最終的に出力線２０からそれぞれの負荷に給電される。このようにロータリー駆動発電装置４０の発電電力は、発電モーター８の数だけ独立に得られ、それぞれ個別に或いは加算して負荷に供給される。

発電モーター８の出力電力は、駆動モーター１に使われる電力に対して変換損失をともなって発生するから、その損失比率を見込んで、発電モーター８の機種を選定し、その設置台数を決め、目標の出力を得る。駆動モーター１と発電モーター８とは電気的に接続関係がないため、目標の出力は、機械的な回転部分の駆動に必要なトルクや機械的な回転部分の特性を考慮すれば、容易に得られる。例えば１３〔％〕の損失比率の時、１００〔Ｖ〕、４〔ＫＷ〕の電力を目標出力とすると、１１５〔Ｖ〕、４．６〔ＫＷ〕仕様の発電モーター８を使用できる。この場合は、丁度米国の標準モーターの仕様と同等である。

このような発電の過程で、駆動モーター１や発電モーター８の通電による発熱、さらに回転部分の摩擦熱によって、各部は温度を上昇させるが、それらの熱は、回転円盤７や発電モーター８の回転（旋回）によって起きる空気流によって、窓１５、窓３５、窓付きケーシング２９、３０を介して効率よく冷却される。また、その空気流は、集風ブレード３４に案内されて、スリップリング１８とブラシ１９との接触位置に集められ、接触位置での摩擦熱及び通電にともなう電気抵抗熱を冷却し、温度上昇にともなう抵抗増加による損失を低く抑える。なお、空気の取り込みは、スリップリング支柱１４とスプリング支えバー２６との門型の前面及び背面の開口面から行われ、熱を吸収した空気は、筒状体１２の上開口面や窓１５などから外部に排出される。このように、電気、機械的な発熱部分は、空気流によって強制的に冷却され、熱的な損失を少なくなるように保たれている。

実施例のように、発電モーター８が永久磁石及びコイルを有するタイプのモーターにより構成されていると、モーター（電動機）を発電機として転用でき、結果的にロータリー駆動発電装置４０は簡単で安価に組み立てられる。

また、回転円盤７に変形部７１が形成されていると、回転円盤７の弾性変形が容易に得られるため、回転円盤７の外周部分の変形が必要な分だけ確実に行えるようになる。しかも、中心回転軸４と回転円盤７との取り付け位置にスプリング１６およびナット１７が介在していると、ナット１７の締め付け加減によって、車輪走行トラック１１に対する車輪１０の押し当て力（接触圧）が調節可能となるため、回転円盤７の外周部分の変位の程度が簡単に目標値に調整できるようになる。

車輪１０が必要な質量（重さ）の円錐形状のものとして構成され、円錐底の円周面３７が車輪走行トラック１１に対する接触面とすれば、車輪１０の安定な慣性回転によって発電モーター軸９の回転が確実で一定化し、発電力の変動も低く抑えられる。

駆動モーター１及び発電モーター８が冷却窓付きのケーシング２９、３０で構成され、筒状体１２や回転軸保持構造体１３に冷却用の窓１５、３５があれば、回転円盤７及び発電モーター８の回転に基づく旋回状態の空気流によって効率的な空冷効果が期待できるため、発熱部位の発熱が低く抑えられ、発電効率が向上する。

さらに、スリップリング１８及びブラシ１９のユニットの一部品として集風ブレード３４が設けられていると、回転円盤７及び発電モーター８の回転（旋回）によって、回転方向の空気流が発生しているとき、その空気流は、集風ブレード３４に案内されて、スリップリング１８とブラシ１９との接触位置に集められ、接触位置での発熱が冷却され、電気的な抵抗増加にともなう損失も抑えられる。

なお、車輪１０及び車輪走行トラック１１は、車輪１０の円柱面と車輪走行トラック１１の平面とで押し当て力に基づいて摩擦的に接触しているが、両者の接触面は、溝付き摩擦車（Ｖ字状の凹凸面）とし、回転の伝達力を高めることもできる。

次に、図５は、狭い設置空間での用途を考慮して、ロータリー駆動発電装置４０を２段の積み上げ構成として組み立てた例を示している。この構成例では、駆動モーター１及び中心回転軸４は、上下のロータリー駆動発電装置４０に共通となっており、中心回転軸４は、途中から下側のロータリー駆動発電装置４０の発電モーター出力線２８を通すために出力線通し穴３８を形成している。この構成例の場合、駆動モーター１は、２段のロータリー駆動発電装置４０の駆動に適切な特性のものとする。

図５において、上側のロータリー駆動発電装置４０は、薄くするために、やや高さの低い固有の部品となっているが、下側のロータリー駆動発電装置４０の部品と共通の部品として構成することもできる。また、スリップリング１８及びブラシ１９は、上下のものに共通となっているが、それぞれ独立に設けることもできる。さらに、中心回転軸４は、上下で別体とし、スプラインやセレーションなどの軸連結手段により着脱自在に組み合わせることもでき、また、駆動モーター１は、２段のロータリー駆動発電装置４０ごとに設けることもできる。

次に、図６は、モーター保持盤３１及び発電モーター保持ベース４３を用いて、９台の発電モーター８を固定側の底板２２に取り付けると共に、筒状体１２を回転側の回転円盤７に取り付け、その下面の車輪走行トラック１１を車輪１０に摩擦的に接触させた例である。筒状体１２の車輪走行トラック１１は、回転円盤７と一体で回転側となり、また９台の発電モーター８は、底板２２に取り付けられ、固定側となっており、回転円盤７の回転（旋回）の負荷となっていない。このため駆動モーター１に必要な駆動力は、可能な限り小さくできる。この構成例でも、図１や図４と同様に、定常回転時に回転円盤７は、重心３６に作用する遠心力により皿状に変形し、車輪走行トラック１１を車輪１０から離れる方向に変位し、車輪１０に対して車輪走行トラック１１を離れ傾向とし、完全に離れない範囲で、両者間の押し当て力を起動時よりも弱くするように働く。

さらに図７及び図８は、図５の構成のものと主要部を共通のものとして組み立てられており、図５と同様に、狭い設置空間での用途のために、ロータリー駆動発電装置４０を２段の積み上げ構成として組み立て、回転円盤７の一部でファンブレード４２を形成し、９台の発電モーター８をモーター保持円盤３１及び発電モーター保持ベース４３により固定側部材としての発電モーター保持円盤４４に取り付け、発電モーター軸９の車輪１０を回転円盤７の外周の車輪走行トラック１１に摩擦的に接触させる例を示している。

図７及び図８の構成例において、中心回転軸４は、上下のものに共通な軸であり、回転軸保持構造体１３のスラストローラーベアリング５、ボールベアリング６、上下２段の発電モーター保持円盤４４のボールベアリング６により回転自在に支持されている。上側の回転円盤７は、固定用のボルト４５により中心回転軸４の所定の位置に固定されており、また下側の回転円盤７は、中心回転軸４の下方のフランジ４１の上に乗り、数本の固定用のボルト４９により中心回転軸４に取り付けられている。

回転円盤７は、適当な強度のＦＲＰやプラスチックなどの材料により成形されており、中心域と外周域との間でファンブレード４２を同一又は別部材により形成しており、外周の筒状体１２は、その上面で車輪走行トラック１１を一体的に構成している。ファンブレード４２の送風方向は、発電モーター８の方向に向けられ、中心回転軸４の回転方向もそのように設定されている。車輪走行トラック１１は、回転円盤７の盛り上がった部分でフライホイール効果に必要なの重量となっており、回転時に回転慣性のモーメントを得て、駆動モーター１の回転負荷を減少させる。なお、発電モーター保持円盤４４と、それぞれ窓４６付きの外周タワー４７とは門型となっているため、その前面及び背面は、開口し、外部の空気取り入れ口４８となっている。

発電モーター８は、固定側部材としての発電モーター保持円盤４４に取り付けられているため、発電モーター出力線２８は、スリップリング・ブラシのユニット（スリップリング１８、ブラシ１９及び集風ブレード３４）を必要とせず、直接に外部の負荷などに接続される。なお、固定側部材とは、底板２２の他、底板２２につながるか又は底板２２に対して変位しない部材であり、この例で、発電モーター保持円盤４４や外周タワー４７などをいう。

利用者が駆動モーター１を起動すると、回転円盤７が回転するため、発電モーター軸９の車輪１０は、車輪走行トラック１１にそって摩擦的に転がり移動して、発電モーター８により発電を開始する。このとき、回転円盤７は、その材料の強度によって所定の押し当て力によって車輪走行トラック１１と車輪１０との間に起動に充分な摩擦力を発生させ、発電モーター８の発電モーター軸９を回転させる。起動後、定常回転になると、回転円盤７は、慣性回転を継続するため、駆動モーター１は、その慣性回転の分だけ出力を軽減でき、消費電力の少ない状態で運転できる。

また回転円盤７の回転の時に、回転円盤７は、回転しながら周囲の空気を攪拌して発電モーター８を冷却する。特にファンブレード４２は、空気取り入れ口４８などから外気を積極的に取り込んで、発電モーター８の方向に冷却風を送り、それらの電気的な発熱部位や摩擦的な発熱部位に送り込み、各部位の熱を吸収し、熱気を窓４６などから外部に排出することによって、永久磁石を含む発電モーター８の発熱部位を強制的に冷し、電気的な発熱や摩擦的な発熱を低く抑え、熱的な効率の低下を抑え、発電効率を改善している。

既述のように、発電モーター８は、スリップリング・ブラシのユニット（スリップリング１８、ブラシ１９及び集風ブレード３４）を必要とせず、外部に電力を直接出力するため、出力特性は、スリップリング・ブラシのユニット付きのものに対し機械、電気的に安定となり、保守点検も不要となる。また複数の発電モーター８が固定側部材の発電モーター保持円盤４４にあって、駆動モーター１の駆動対象となっていないため、駆動モーター１に必要な回転力は、図１の例に比較して小さくでき、その分、省力化が可能となる。

また図７の回転円盤７は、中心回転軸４に対してボルト固定となっているが、図１や図５のように、中心回転軸４と回転円盤７との間に適当なスプリングを介在させれば、車輪１０に対する車輪走行トラック１１の押し当て力を加減し、必要な値に調節できる。

図７及び図８の構成例は、定常時に、車輪１０に対する車輪走行トラック１１の押し当て力を変化させることを想定していないが、必要に応じて、ファンブレード４２を弾性変形可能で適切な強度の材料とし、送風時にファンブレード４２に発生する反作用により、ファンブレード４２と一体の車輪走行トラック１１を車輪１０から離れ傾向となるように弾性変形させることによって、車輪走行トラック１１に対する車輪１０の押し当て力は、図１の例と同様に調節することもできる。さらに筒状体１２の重心を車輪走行トラック１１に近づけることによっても、押し当て力は、定常時に、図１の例と同じ原理のもとに調整可能となる。したがって必要なときに、車輪走行トラック１１に対する車輪１０の押し当て力は、ファンブレード４２に発生する送風時の反作用、或いは重心位置に作用する遠心力、又はそれらの反作用及び遠心力の共同作用によっても実現できる。

以上の実施態様は、回転駆動源を駆動モーター１としているが、この回転駆動源は、非常時にも対応可能な中小型の水車（上水道又は高層屋上タンクの水圧利用のプロペラ水車やカプラン水車）、ガソリンエンジンなどの原動機或いは原動機に連動して回転する回転体（回転駆動体）に置き換えることもできる。それらの回転は、回転力の伝達過程でベルト・プーリ、ギヤ列などの伝達比によって減速比又は増速比を調整し、必要な回転数で必要なトルクとして、目標の高トルク低回転仕様に適応可能となる。このことから本発明のロータリー駆動発電装置４０は、災害発生時の非常用の発電装置としても有効である。

本発明は、ロータリー駆動発電装置４０を例示の２段構成に限らず、２段以上の多段構成として組み立て、発電モーター８を増加させ、所定の電力を得ることもできる。

１ 回転駆動源としての駆動モーター
２ 駆動モーター軸
３ キー
４ 中心回転軸
５ スラストローラーベアリング
６ ボールベアリング
７ 回転円盤
７１ 変形部
７２ 取り付け孔
８ 発電モーター（発電機）
９ 発電モーター軸
１０ 車輪
１１ 車輪走行トラック
１２ 筒状体
１３ 回転軸保持構造体
１４ スリップリング支柱
１５ 窓
１６ スプリング
１７ ナット
１８ スリップリング
１９ ブラシ
２０ 出力線
２１ 駆動モーター保持板
２２ 底板
２３ 駆動モーター入力線
２４ 摩擦材
２５ ナット
２６ スリップリング支えバー
２７ ブラシ支え
２８ 発電モーター出力線
２９ 冷却窓付きケーシング
３０ 冷却窓付きケーシング
３１ モーター保持盤
３２ 通し穴
３３ スリップリングベース
３４ 集風ブレード
３５ 窓
３６ 重心
３７ 円周面
３８ 出力線通し穴
３９ 電源
４０ ロータリー駆動発電装置
４１ フランジ
４２ ファンブレード
４３ 発電モーター保持ベース
４４ 発電モーター保持円盤
４５ ボルト
４６ 窓
４７ 外周タワー
４８ 空気取り入れ口
４９ ボルト
５０ 雌ねじ

Claims (12)

1. 高トルク低回転仕様の回転駆動源（１）を垂直方向の中心回転軸（４）に連結し、中心回転軸（４）に直交状態で取り付けられている弾性変形可能な回転円盤（７）に複数の発電モーター（８）を回転円盤（７）の中心に対して等間隔で、発電モーター軸（９）を半径方向に向けて取り付けると共に、発電モーター軸（９）の先端に固定した車輪（１０）を中心回転軸（４）と同心的に固定された筒状体（１２）の環状の車輪走行トラック（１１）に摩擦的に接触させ、さらに各発電モーター（８）の発電モーター出力線（２８）をスリップリング（１８）とブラシ（１９）とのユニットを経て出力線（２０）に接続してなるロータリー駆動発電装置（４０）であって、
   回転駆動源（１）の起動時に、車輪（１０）を車輪走行トラック（１１）に対して発電モーター（８）の重さに基づく摩擦的な接触によって、発電モーター（８）の起動に必要な回転力を確保し、
   回転駆動源（１）の起動後の定常回転時に、回転円盤（７）及び発電モーター（８）の回転慣性により回転駆動源（１）の駆動力を軽減させると共に、発電モーター（８）の下方の重心（３６）に作用する遠心力によって回転円盤（７）を皿状として変形させ、離れ傾向の車輪（１０）と車輪走行トラック（１１）と押し当て力による接触摩擦抵抗を減少させ、回転駆動源（１）の負担を軽減させることによって、それぞれの発電モーター（８）から複数の電力を効率良く独立に出力させ、スリップリング（１８）とブラシ（１９）との電気的な接触により出力線（２０）から外部に給電する、ことを特徴とするロータリー駆動発電装置（４０）。
2. 高トルク低回転仕様の回転駆動源（１）を垂直方向の中心回転軸（４）に連結し、中心回転軸（４）に直交状態で取り付けられている弾性変形可能な回転円盤（７）に中心回転軸（４）と同心的に固定された筒状体（１２）を設けると共に、低板（２２）に複数の発電モーター（８）を回転円盤（７）の中心に対して等間隔で、発電モーター軸（９）を半径方向に向けて取り付け、発電モーター軸（９）の先端に固定されている車輪（１０）を筒状体（１２）の環状の車輪走行トラック（１１）に接触させてなるロータリー駆動発電装置（４０）であって、
   回転駆動源（１）の起動時に、車輪（１０）を車輪走行トラック（１１）に対する摩擦的な接触によって、発電モーター（８）の起動に必要な回転力を確保し、
   回転駆動源（１）の起動後の定常回転時に、回転円盤（７）の回転慣性により回転駆動源（１）の駆動力を軽減させると共に、回転円盤（７）の重心（３６）に作用する遠心力によって、回転円盤（７）を皿状として変形させ、離れ傾向の車輪（１０）と車輪走行トラック（１１）と押し当て力による接触摩擦抵抗を減少させ、回転駆動源（１）の負担を軽減させることによって、それぞれの発電モーター（８）から複数の電力を効率良く独立に出力させる、ことを特徴とするロータリー駆動発電装置（４０）。
3. 高トルク低回転仕様の回転駆動源（１）を垂直方向の中心回転軸（４）に連結し、中心回転軸（４）に直交状態で取り付けられている回転円盤（７）の中心域と外周域との間に環状のファンブレード（４２）を形成すると共に回転円盤（７）の外周に中心回転軸（４）に対し同心状態として環状の車輪走行トラック（１１）を設け、固定側部材（２２、４４、４７）に複数の発電モーター（８）を回転円盤（７）の中心に対して等間隔で、発電モーター軸（９）を半径方向に向けて取り付け、発電モーター軸（９）の先端に固定した車輪（１０）を車輪走行トラック（１１）に摩擦的に接触させてなるロータリー駆動発電装置（４０）であって、
   回転駆動源（１）の起動後の回転円盤（７）の回転時に、回転円盤（７）の回転慣性によって回転駆動源（１）の駆動力を軽減させると共に、回転円盤（７）の回転にともなうファンブレード（４２）の送風により発熱部位を強制的に冷却しながら、それぞれの発電モーター（８）の発電モーター出力線（２８）から複数の電力を効率良く独立に出力させる、ことを特徴とするロータリー駆動発電装置（４０）。
4. 回転駆動源（１）を駆動モーター（１）及び原動機のいずれかによって構成する、ことをことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載のロータリー駆動発電装置（４０）。
5. ロータリー駆動発電装置（４０）を重ねて多段構成として組み立てる、ことをことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載のロータリー駆動発電装置（４０）。
6. それぞれの発電モーター（８）を永久磁石とコイルとを基本構造としたタイプのモーターにより構成する、ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載のロータリー駆動発電装置（４０）。
7. 回転円盤（７）の半径方向中間部分に薄肉の変形部（７１）を環状に形成することにより、回転円盤（７）の上向きの変形を容易とする、ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロータリー駆動発電装置（４０）。
8. 中心回転軸（４）と回転円盤（７）との取り付け位置にスプリング（１６）およびナット（１７）を介在させ、ナット（１７）の締め付け加減によって、車輪走行トラック（１１）に対する車輪（１０）の接触圧を調節可能とする、ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロータリー駆動発電装置（４０）。
9. 車輪（１０）を円錐形状とし、大径の円周面（３７）を車輪走行トラック（１１）に対する接触面とする、ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載のロータリー駆動発電装置（４０）。
10. 駆動モーター（１）及び発電モーター（８）を冷却窓付きケーシング（２９、３０）とする共に、筒状体（１２）に冷却用の窓（１５）を形成し、さらにスリップリング（１８）とブラシ（１９）との接触位置に向けてユニットの部品として集風ブレード（３４）を組み込む、ことを特徴とする請求項１記載のロータリー駆動発電装置（４０）。
11. 回転駆動源（１）の起動後の定常回転時に、回転円盤（７）の円筒体（１２）に作用する遠心力によって車輪（１０）に対する車輪走行トラック（１１）の押し当て力を減少させ、回転駆動源（１）の負担を軽減させる、ことを特徴とする請求項３記載のロータリー駆動発電装置（４０）。
12. 回転駆動源（１）の起動後の定常回転時に、回転円盤（７）のファンブレード（４２）に作用する送風の反作用によって車輪（１０）に対する車輪走行トラック（１１）の押し当て力を減少させ、回転駆動源（１）の負担を軽減させる、ことを特徴とする請求項３記載のロータリー駆動発電装置（４０）。

Images