JP2024013681A - 発電装置と発電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水力、太陽光、風力などを使用しない発電装置、発電方法を提供すること。【解決手段】駆動部と、発電部と、前記駆動部の動力を前記発電部へ伝達する動力伝達部と、前記発電部で発生した電力の一部を前記起動部へ伝達する電力伝達部と、前記駆動部を駆動させる起動部と、前記発電部で発生した電力の残部を外部へ伝達する電力出力部と、を有する発電装置を用いる。また、起動部により駆動部を駆動させる起動工程と、前記駆動部の動力を発電部へ伝達する動力伝達工程と、前記発電部の電力の一部を前記駆動部へ伝達する電力伝達工程と、前記発電部の電力の残部を外部へ伝達する電力出力工程と、を有する発電方法を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置と発電方法に関する。特に、水力、太陽光、風力などを使用しなくとも発電できる発電装置と発電方法に関する。

従来、水力発電装置、風力発電装置があった（特許文献１、２）。太陽光を利用した発電装置が、広く使用されている。

特開２０２２－９０５８３号公報 特開２０２２－８８９００号公報

しかし、上記従来の発電装置は、場所の条件が必要であった。

よって、本願の課題は、水力、太陽光、風力などを使用しなくとも発電できる発電装置、発電方法を提供することである。

上記課題を解決するために、
駆動部と、
発電部と、
前記駆動部の動力を前記発電部へ伝達する動力伝達部と、
前記発電部で発生した電力の一部を前記起動部へ伝達する電力伝達部と、
前記駆動部を駆動させる起動部と、
前記発電部で発生した電力の残部を外部へ伝達する電力出力部と、を有する発電装置を用いる。

また、起動部により駆動部を駆動させる起動工程と、
前記駆動部の動力を発電部へ伝達する動力伝達工程と、
前記発電部の電力の一部を前記駆動部へ伝達する電力伝達工程と、
前記発電部の電力の残部を外部へ伝達する電力出力工程と、を有する発電方法を用いる。

本願の発電装置、発電方法では、水力、太陽光、風力などを使用しなくとも発電できる。

実施の形態の発電装置の構成図 実施の形態の発電装置の斜視図 実施の形態の発電部の回転数のグラフ 実施の形態の変形例の発電装置の構成図 実施の形態の変形例の発電装置の構成図 実施の形態の変形例の発電装置の構成図 （ａ）実施の形態の変形例の発電装置の斜視図、（ｂ）～（ｃ）実施の形態の変形例の発電装置の発電部の軸部分の断面図 実施の形態の変形例の発電装置の発電部の軸部分の断面図

実施の形態は、例示であり、限定されない。
（実施の形態）基本
＜発電装置１０＞
実施の形態の発電装置１０の構成を図１に、斜視図を図２に示す。発電装置１０は、起動部１４と、駆動部１１と、動力伝達部１２と、発電部１３と、電力出力部１６と、電力伝達部１５と、制御部１７とを有する。
起動部１４は、電池や外部電力源、自力の発電機などから電力を受ける部分である。電力を駆動部１１へ供給する。コンセント、端子などである。

駆動部１１は、電気モータである。電気モータは、ＡＣモータである。軸が回転し、電力が発生する。起動部１４からの電力で電気モータが回転する。
動力伝達部１２は、駆動部１１の回転を発電部１３へ伝える。ベルトなどである。ベルトは、伸び縮じみによる遊びがあり好ましい。ギアやチェーンを用いることもできる。
発電部１３は、動力伝達部１２からの動力を受け、回転し、発電する。発電した電力の一部は、電力伝達部１５により、駆動部１１へ伝達する。電力伝達部１５は、電力線などである。発電部１３は、同期三相交流式の発電機が好ましい。回転に対する抵抗（トルク）が小さく、回転を維持できる。他のタイプの発電機を用いることもできる。

発電した電力の他部は、電力出力部１６へ送られる。
電力出力部１６は、受けた電力を、外部へ供給する部分である。コンセント、端子などである。
制御部１７は、上記の各構成部を制御する。

＜発電方法＞
ステップ１：駆動部の起動
起動部１４により駆動部１１を起動する。起動部１４が電池、電源の場合、その電力を駆動部１１へ、動力伝達部１２を介して送る。

ステップ２：発電部１３の起動
ステップ１の電力により駆動部１１は駆動し、発電部１３を起動する。駆動部１１が電気モータの場合、回転し、発電部１３を回転させる。

ステップ３：電力発生と供給
発電部１３は、回転により発電する。回転数が一定値を超えてから、起動部１４は、電力を駆動部１１へ供給しなくなり、発電部１３は、発電した電力の一部を駆動部１１へ電力伝達部１５を介して伝達する。

ステップ４：電力を外部出力部１６へ供給
発電部１３は、発電した電力の他部を電力出力部１６へ供給する。例えば、発電部１３が、７．５ｋｗの発電をし、駆動部１１が、２．２ｋｗで駆動する場合、５ｋｗの電力を外部へ提供できる。
なお、起動後、定常状態となった時、起動部１４は、停止している。
発電部１３の発電量は、駆動部１１の駆動に必要な電力の２倍以上必要である。３倍以上が好ましい。
発電部１３は、電力を発生し続ける。発電部１３は、初期の回転の慣性を駆動部１１からの電力で継続し、電力を発生できる。発生した電力の一部を駆動部１１へ供給し、残りの電力を外部へ供給できる。

＜ステップ３＞
図３に発電部１３の回転数を示す。発電部１３は回転を始めてから、一定の回転数になれば、能力に応じた電力を発生できる。そのため、その回転数以上になってから、発電部１３で発生した電力を、電力伝達部１５を介して、駆動部１１へ供給する。

ただし、その前に、起動部１４からの駆動部１１への電力の供給を止め、発電部１３から電力を駆動部１１へ供給する。
この場合の発電部１３の回転数の変化を図３に示す。発電部１３は、起動後、時間とともに回転数が上がり、一定となる。その後、起動部１４からの発電部１３への電力供給が止められ、発電部１３から起動部１４へ電力が供給される。
この電力の切り替えに時間（Δｘ）がかかると、図３の点線となり、回転数が低く、十分な発電ができない。時間Δｘを短くする必要がある。

電力の切り替えを、短時間で行うため、切り替え部２０を用いてもよい。図４に構成図を示す。切り替え部２０として、リレー（自動車、家電で用いられている電子部品）を用いることができる。

＜発電装置１０の構造＞
発電装置１０は、各家庭や施設などで利用されるように、コンパクトで静音であることが好ましい。
図２のように、１つのプレート３１の同一の一面に、駆動部１１と発電部１３とを平行に配置し、駆動部の軸３３と発電部の軸３２とが同じ高さ（水平）が好ましい。
駆動部１１と発電部１３とは動力伝達部１２を除いて、直接的に、間接的に接触させないのが好ましい。振動の伝達で音が生じないように、また、動力を効率的に伝達するために、さらに、長期間安定して稼働できるようにしている。
＜効果＞
駆動部１１により発電部１３が発電を継続でき、発生した電力を外部へ供給できる。風、水などを使用しなくとも電力を供給し続けることができる。

＜変形例１＞（電池）
図５に変形例を示す。この変形例では、電池２１を設置している。説明しない事項は上記と同様である。
（１） 発電部１３で発生した電力が送られたきたら電池２１で保存する。なお、電力は交流なので、インバータ２２ａで直流にして保存する。電力を取り出す時も、交流にするためインバータ２２ｂを設けている。
（２） 別途又は同時に、電力を電力出力部１６へ送り、外部で電力を使用する。外部への電力の供給を一定にできる。発電部１３で発生した電力を無駄なく利用できる。

（３）電池２１は、必要に応じて、その電力を駆動部１１へ供給できる。発電部１３から駆動部１１への電力供給が不足する場合に有効である。
（４）さらに、起動部１４を無くし、電池２１から駆動部１１へ電力を供給してもよい。駆動部１１を省略することができる。

（５）また、発電部１３が起動時、回転数が低下時、又は、発電部１３の電力供給の切り替え時などに、電池２１から電力を供給してもよい。
電池２１としては、蓄電池、２次電池（リチウム電池など）を利用できる。
なお、電池２１を初期は外部電源で充電し、発電装置１０稼働後は、発電部１３により充電してもよい。
電池２１により、電力を安定して外部へ供給できる。駆動部１１を無くすこと、発電部１３の回転減少を防止することができる。

＜変形例２＞モータ２つ
図６に変形例を示す。この変形例では、駆動部を複数にしている。説明しない事項は上記と同様である。
駆動部１１を第１駆動部１１ａと第２駆動部１１ｂとした。

上記と違う点のみ以下に示す。
ステップ１，２で、第１駆動部１１ａで発電部１３を駆動させる。
ステップ３で、発電部１３により、第２駆動部１１ｂへ電力を供給し、第２駆動部１１ｂにより発電部１３を回転させる。
第１駆動部１１ａは、発電部１３の起動用であり、第２駆動部１１ｂは、発電部１３の発電（回転数）の維持用である。このように分けることで、図３で示した回数数の減少を防止できる。

＜変形例３＞減速防止
図７（ａ）～図７（ｃ）に変形例を示す。説明しない事項は上記と同様である。
この変形例では、フライホイール３５を設置している。説明しない事項は上記と同様である。図７（ａ）は、発電装置１０の斜視図であり、図７（ｂ）、図７（ｃ）は、発電部の軸３２の断面図である。
図３で説明したように、駆動部１１への電力を起動部１４から電力伝達部１５へ変える時、発電部１３の回転数が落ちる可能性がある。回転数が落ちると、発生する電力が下がる可能性がある。そのために、発電部１３にフライホイール３５を設けた。

図７（ｂ）はフライホイール３５を用いる前の中空の枠体３４である。枠体３４は発電部の軸３２とともに回転する。また、枠体３４の外周に動力伝達部１２が位置する。
発電部１３の軸の外周の枠体３４にフライホイール３５を用いた。フライホイール３５は、発電部の軸３２の回転の慣性をと保つように設けられている。フライホイール３５により一時的に電力が発電部１３へ供給されなくとも発電部の軸３２の回転数は少なくならない。この場合、フラホイール３３は、リング状であるが、円盤状でもよい。枠体３４の外方向、発電部の軸３２から離れたところに重しとして設けるとよい。金属材料から形成するのが好ましい。
なお、図８のように、フライホイール３３は、枠体３４より外周に存在してもよい。図８は、図７（ｃ）の変形例である。発電部の軸３２とつながり、動力伝達部１２より外側までフライホイール３３が形成されてもよい。
図３で示した回数数の減少を防止できる。

（全体として）
実施の形態の各要素は組み合わせができる。
なお、起動部１４の代わりに、風、水などを最初に用いて、発電部１３を起動させ、発電部１３が発電を開始後に駆動部１１で発電部１３を駆動させてもよい。

本願発電装置、発電方法は、専門の発電施設だけでなく、各家庭や、学校、病院などの一般の施設などでも使用できる。

１０ 発電装置
１１ 駆動部
１２ 動力伝達部
１３ 発電部
１４ 起動部
１５ 電力伝達部
１６ 電力出力部
１７ 制御部
２０ リレー
２１ 電池
２２ａ、２２ｂ インバータ
３１ プレート
３２ 駆動部の軸
３３ 発電部の軸
３４ 枠体
３５ フライホイール

Claims (7)

1. 駆動部と、
   発電部と、
   前記駆動部の動力を前記発電部へ伝達する動力伝達部と、
   前記発電部で発生した電力の一部を前記起動部へ伝達する電力伝達部と、
   前記駆動部を駆動させる起動部と、
   前記発電部で発生した電力の残部を外部へ伝達する電力出力部と、を有する発電装置。
2. 前記駆動部への電力供給を、前記起動部から前記発電部へ切り替える切り替え部がある請求項１記載の発電装置。
3. 前記発電部と前記電力出力部との間に、電池を設けた請求項１記載の発電装置。
4. 前記発電部の回転する軸にフイホイールを設けた請求項１記載の発電装置。
5. 前記駆動部は、第１駆動部と第２駆動部とを有し、
   前記第１駆動部で前記発電部を駆動し、前記発電部で発生した電力で前記第２駆動部を駆動し、前記第２駆動部で前記発電部を駆動させる請求項１記載の発電装置。
6. １つのプレート上に前記駆動部と前記発電部とを平行に配置し、
   前記駆動部の回転の軸と前記発電部の回転の軸とが水平方向で並び、
   前記駆動部の回転の軸と前記発電部の回転の軸とを１つの前記動力伝達部で回転させる請求項１記載の発電装置。
7. 起動部により駆動部を駆動させる起動工程と、
   前記駆動部の動力を発電部へ伝達する動力伝達工程と、
   前記発電部の電力の一部を前記駆動部へ伝達する電力伝達工程と、
   前記発電部の電力の残部を外部へ伝達する電力出力工程と、を有する発電方法。