JP5226840B2

JP5226840B2 - 重力発電装置

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Publication number: JP5226840B2
Application number: JP2011179537A
Authority: JP
Inventors: 行雄竹中
Original assignee: 行雄竹中
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: JP2013040595A; CN103930671B; WO2013027670A1; US20140203568A1; US9206788B2; CN103930671A

Description

本発明は、重力エネルギーを発電用モータの回転力に変換して発電を行う重力発電装置に関するものである。

従来、重力エネルギーを利用した発電装置が種々提案されている。代表的なものとして、ダムの放水や河川の流水によりタービンを回転させて発電を行う水力発電装置がある。しかし、このような水力発電装置は、ダムの建設等の大規模工事が伴って建設および製造費用が高くなるという問題がある。また、気候や季節によってダムや河川の水量が変動するため、水不足が生じた際には安定した電力を供給することが困難であるという問題もある。

そこで、本願発明者は、重力エネルギーを利用した新規な発電装置として、特開２００５−３９９４９号公報において、回転駆動用のモータと、このモータに連結されて回転するリング体と、このリング体に等間隔で配置される複数の発電用モータと、これら発電用モータのモータ回転軸に吊り下げられる錘体とを有するリング状発電システムの提案を行っている（特許文献１）。この特許文献１によれば、発電用モータはリング体とともに回転するのに対し、モータ回転軸は吊り下げられた錘体により同じ姿勢を保ち続けるため、発電用モータのモータ本体とモータ回転軸とが相対的に回転し、発電することができるとされている。

すなわち、当該リング状発電システムは、錘体に働く重力エネルギーを利用して発電用モータを回転させ、電力エネルギーに変換することのできる、これまでにない重力発電装置である。

また、当該リング状発電システムは、回転駆動用のモータや発電用モータ等は市販のものを用いることが可能であるため製造コストが安いとう利点がある。また、回転駆動用のモータにより回転させているため、気候や季節による変動がない。

さらに、複数の発電用モータが、リング体に等間隔で配置されているため、リング体の回転軸を中心として対向する発電用モータの重量が相互に打ち消し合うようになっており、重力に逆らうエネルギーを要しない。よって、リング体等の回転に要するエネルギーは少量で済み、ランニングコストが安いという利点もある。

特開２００５−３９９４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、錘体が遠心力により影響を受けて傾斜したり、揺れ動いたりすることがあった。錘体が傾斜すると、リング体の重量のバランスが崩れ、振動や騒音、破壊等の要因になる。また、錘体が揺れると、モータ本体とモータ回転軸との相対的な回転速度が変化するため、短い時間内であるが発電量が変動して安定性を欠いてしまう。さらに、回転体の回転速度が速くなると、錘体にかかる遠心力が錘部材にかかる重力よりも大きくなり、錘体が自転してひっくり返ることがあった。

そのため、前記リング状発電システムでは、発電を安定化させるために改良の余地があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、錘体への遠心力による当該錘体の傾斜や左右の揺れを抑えることで、より安定した発電を図ることのできる重力発電装置を提供することを目的としている。

本発明に係る重力発電装置は、略水平に支持された回転軸を中心に鉛直面内を回転する回転体と、この回転体を回転させる回転駆動手段と、前記回転体の回転軸を中心とする同一円周軌道上に等間隔で配置される複数の発電用モータと、これら発電用モータのモータ回転軸に吊り下げられる錘体とを有する重力発電装置であって、前記錘体は、その重力が前記回転体を所定の回転速度で回転させた場合に前記錘体にかかる遠心力より大きくなる重さを有しており、かつ、その重心が前記モータ回転軸に近設されている。

また、本発明の一態様として、前記錘体は、直線部と円弧部とを有する略半円形状のアームと、前記円弧部に沿った任意の位置に設けられる錘とを有し、前記直線部に沿った任意の位置で前記モータ回転軸に固定されていてもよい。

さらに、本発明の一態様として、前記直線部における前記モータ回転軸の固定位置は、前記直線部の中心に対して、前記回転体が時計回りの場合は右側に位置し、前記回転体が反時計回りの場合は左側に位置するとともに、前記円孤部における前記錘部の設置位置は、前記円孤部の中心に対して、前記回転体が時計回りの場合は右側に位置し、前記回転体が反時計回りの場合は左側に位置してもよい。

また、本発明の一態様として、前記錘体には、前記回転体の回転により生じる空気の抵抗を受ける空気抵抗受部が設けられており、この空気抵抗受部は前記回転体が時計回りの場合は左側に設けられ、前記回転体が反時計回りの場合は右側に設けられてもよい。

さらに、本発明の一態様として、前記錘体と前記モータ回転軸との間には、前記回転体を回転させた場合にその回転数以上の回転数で前記モータ回転軸を回転させる変速ギヤが設けられていてもよい。

本発明によれば、錘体への遠心力による当該錘体の傾斜や左右の揺れを抑えることで、より安定した発電を図ることができる。

本発明に係る重力発電装置の一実施形態を示す正面図である。本実施形態の重力発電装置を示す側面図である。本実施形態において、回転体が時計回りの場合の錘体を示す拡大正面図である。本実施形態において、回転体が反時計回りの場合の錘体を示す拡大正面図である。空気抵抗受部の他の実施形態を示す斜視図である。本実施形態において、回転体が上方から下方に向けて反時計回りに回転する場合の錘体にかかる遠心力および空気抵抗を示す拡大正面図である。本実施形態において、回転体が下方から上方に向けて反時計回りに回転する場合の錘体にかかる遠心力および空気抵抗を示す拡大正面図である。

以下、本発明に係る重力発電装置の一実施形態について図面を用いて説明する。図１および図２は、本実施形態の重力発電装置１の正面図および側面図である。

本実施形態における重力発電装置１は、図１および図２に示すように、回転体２と、この回転体２を駆動する回転駆動手段３と、前記回転体２に配置される複数の発電用モータ４と、これら発電用モータ４のモータ回転軸４２に吊り下げられる錘体５と、発電用モータ４により発電された電気を集電する集電手段６と、この集電手段６により集電された電気を充電する充電用バッテリー７とを有している。

回転体２は、略水平に支持された回転軸２１を有しており、この回転軸２１を中心に鉛直面内を回転するものである。本実施形態における回転体２は、図１に示すように、円形リング状のリム部２２と、回転軸２１を有するハブ部２３と、前記リブ部２２および前記ハブ部２３をつなぐスポーク部２４とから構成されている。

なお、回転体２は、図１の例示に限定されるものではなく、発電効率の差が生じるが、例えば円板状や円柱状に構成されていてもよい。また、回転体は、回転軸を中心に対向位置にある重量同士が打ち消し合って平衡関係を維持しうる形状が好ましく、円形状の他に正多角形状に形成されていてもよい。

回転駆動手段３は、回転体２を所定の回転速度で回転させるためのものである。本実施形態では、回転駆動手段３として、市販の電気モータが用いられており、この電気モータの回転軸が回転体２の回転軸２１に連結されている。

なお、回転駆動手段３は、電気モータに限定されるものではなく、ガソリンエンジン等の内燃機関、風車および水車等から適宜選択することができる。また、回転駆動手段３の回転軸と回転体２の回転軸２１との間に、回転速度を調整する変速ギヤ等を設けてもよい。

発電用モータ４は、市販の電気モータを採用してもよく、永久磁石を備えたモータ本体４１と、コイルを備えたモータ回転軸４２とを有している。この発電用モータ４は、モータ本体４１とモータ回転軸４２とが相対的に回転することにより、モータ回転軸４２のコイルに電流が流れ、発電するものである。

回転体２には、複数の上記発電用モータ４が、発電用モータ４同士の重量を相互に打ち消しあうように、回転体２の回転軸２１を中心とした同一円周軌道上に等間隔で配置されている。本実施形態では、図１に示すように、４個の発電用モータ４が、回転体２のリブ部２２に等間隔で固定されている。なお、発電の観点によれば発電用モータ４の数は、特に限定されるものではないが、対向位置にある発電用モータ４の重量と遠心力のバランスを考慮して発電効率を高めるには偶数個の発電用モータ４をバランス良く配置することが好ましい。

錘体５は、各発電用モータ４のモータ回転軸４２に吊り下げられている。この錘体５は、吊り下げられた姿勢を保ち続けることにより、モータ本体４１とモータ回転軸４２とを相対的に回転させるものである。

また、錘体５は、遠心力により傾斜したり、ひっくり返ってしまうのを防止するため、予め錘体にかかる遠心力を計算し、この遠心力よりも錘体５の重力が大きくなるようにその重さが設定されている。また、錘体５の重心が前記発電用モータ４のモータ回転軸４２にできるだけ近づけて設けられている。

本実施形態における錘体５は、図１および図３に示すように、略半円形状のアーム５１と、このアーム５１に設けられる錘５２とを有している。

アーム５１は、図３に示すように、錘５２をモータ回転軸４２に吊り下げるためのものであり、本実施形態では、直線部５１１と円孤部５１２とを有する略半円形状に形成されている。直線部５１１は発電用モータ４のモータ回転軸４２に固定される部分であり、円孤部５１２は錘５２を固定する部分である。本実施形態では、前記錘５２が円弧部５１２の内側における前記発電用モータ４のモータ回転軸４２にできるだけ近づけて設けられている。

また、本実施形態におけるアーム５１は、空気抵抗受部８を兼ねている。この空気抵抗受部８は、回転体２の回転により生じる空気の抵抗を受けることで、錘体５が遠心力により傾斜する方向とは逆の回転力を錘体５に与え、錘体５の傾斜を抑制するものである。本実施形態では、アーム５１の直線部５１１と発電用モータ４のモータ回転軸４２との固定位置Ｐを前記直線部５１１の中心に対して一方に偏らせることにより、回転体２が回転した際に前記固定位置Ｐの左右で受ける空気抵抗の差を生じさせて、アーム５１に空気抵抗受部８としての機能を発揮させている。

具体的には、回転体２が時計回りの場合、図３に示すように、直線部５１１におけるモータ回転軸４２の固定位置Ｐは、直線部５１１の中心に対して右側に位置させている。一方、回転体２が反時計回りの場合、図４に示すように、直線部５１１におけるモータ回転軸４２の固定位置Ｐは、直線部５１１の中心に対して左側に位置させている。

なお、空気抵抗受部８は、本実施形態のようにアーム５１によるものに限定されるものではなく、図５に示すように、空気抵抗を受ける板等で形成してもよい。

錘５２は、アーム５１の円孤部５１２に沿って設けられている。また、本実施形態では、錘５２の固定位置Ｑを前記円孤部５１２の中心に対して一方に偏らせることにより、錘体５の重心がモータ回転軸４２に近設されるようになっている。

具体的には、回転体２が時計回りの場合、図３に示すように、円弧部５１２における錘５２の固定位置Ｑは、円孤部５１２の中心に対して右側に位置させ、錘体５の重心をモータ回転軸４２に近設させている。また、回転体２が反時計回りの場合、図４に示すように、円弧部５１２における錘５２の固定位置Ｑは、円弧部５１２の中心に対して左側に位置させ、錘体５の重心をモータ回転軸４２に近設させている。

また、図示しないが、本実施形態では、モータ回転軸４２を効率よく回転させるため、錘体５とモータ回転軸４２との間には、回転体２を回転させた場合に、その回転数以上の回転数でモータ回転軸４２を回転させる変速ギヤが設けられている。

集電手段６は、発電用モータ４により発電された電力を集電するものであり、本実施形態では、各発電用モータの電極を連結したレール６１と、このレール６１と接触して集電する集電端子６２とを有する。

充電用バッテリー７は、市販の充電用バッテリーである。また、充電用バッテリー７は、集電手段６の集電端子６２と通電可能に接続されている。なお、充電用バッテリー７の種類は特に限定されるものでなく、鉛充電池、ニッケル充電池等から適宜選択されるものである。

次に、本実施形態の重力発電装置１における、各構成の作用について説明する。

まず、回転駆動手段３の電気モータに電力を供給し、回転体２を回転させる。回転体２のハブ部２３にある回転軸２１は、回転駆動手段３の回転力を受けて回転し、その回転力は、スポーク部２４からリブ部２２へと伝達され、リブ部２２に配置された複数の発電用モータ４へと伝達される。本実施形態では、図１に示すように、回転体２が時計回りに回転する。

このとき、回転体２および各発電用モータ４が、回転体２の回転軸２１を中心に相互に打ち消し合うような重量バランスで配置等されているため、回転体２が回転するに際して重力と逆方向に持ち上げるためのエネルギーが不要となる。

また、回転体２は、所定の速度に達すると慣性力により回転を始めるため、回転体２の回転に必要なエネルギーは、回転軸２１における摩擦力や各構成部分の空気抵抗によるエネルギーのロス分だけとなる。

錘体５は、この錘体５にかかる重力により下方へ引っ張られるため、モータ回転軸４２に吊り下げられた状態を維持しようとする。このように錘体５が吊り下げられた状態にて発電用モータ４が回転体２と共に回転することにより、モータ本体４１と、モータ回転軸４２とが相対的に回転することになる。発電用モータ４は、モータ本体４１と、モータ回転軸４２とが相対的に回転することでモータ回転軸４２のコイルに起電力が生じ、発電される。

本実施形態における錘体５は、その錘体５にかかる重力が、回転体２を所定の回転速度で回転させた場合に錘体５にかかる遠心力より大きくなる重さに形成されているため、常に吊り下げられた状態を維持する。

また、本実施形態では、錘体５のアーム５１は、空気抵抗受部８を兼ねている。図６に示すように、回転体２が時計回りに回転し、それに伴い発電用モータ４および錘体５が上方から下方に向けて回転する場合、錘体５は、遠心力によりモータ回転軸４２を中心として反時計回りに自転しようとする。一方、本実施形態におけるアーム５１で受ける空気抵抗は、アーム５１の左側で強く受ける。そのため、錘体５は、モータ回転軸４２を中心として時計回りに自転する力が作用する。

よって、錘体５は、遠心力による回転力と、空気抵抗による回転力とが、相互に打ち消しあい、錘体５の自転が抑制されて体勢を維持する。

また、下方から上方に向けて回転する場合も同様であり、図７に示すように、錘体５は遠心力によりモータ回転軸４２を中心として時計回りに自転しようとする。一方、アーム５１で受ける空気抵抗は、アーム５１の左側で強く受けるため、錘体５は、モータ回転軸４２を中心として反時計回りに自転する力が作用する。

よって、下方から上方に向けて回転する場合であっても、錘体５は、遠心力による回転力と、空気抵抗による回転力とが、相互に打ち消しあい、錘体５の自転が抑制されて体勢を維持する。

また、錘５２はアーム５１の円孤部５１２に沿った右側に設けられているため、錘体５の重心がモータ回転軸４２に近接される。よって、仮に、錘体５が傾斜したとしても、回転体２の回転軸２１を中心とした重量のバランスが崩れるのを小さくすることができる。

なお、本実施形態における各発電用モータ４は、回転体２が１周する毎に変速ギヤによって回転数が増幅されてモータ回転軸４２に対して相対的に回転するため、効率よく発電することができる。

集電手段６は、各発電用モータ４で発電された電力を集める。なお、本実施形態の集電手段６はリレー６１と集電端子６２とにより構成されているため、ねじれたりすることがない。

集電手段６により集められた電力は、充電用バッテリー７に蓄積される。蓄積された充電用バッテリー７に電気機器を接続することにより、所望の電気機器を作動させることができる。

以上のような本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
１．錘体５の遠心力による左右の揺れを抑えることにより安定的に重力を利用した発電をすることができる。
２．回転体２が回転している際に錘体５が自転してひっくり返ってしまうのを防止できる。
３．回転体が回転する際に生じる振動や騒音を効果的に抑制することができる。

なお、本発明に係る重力発電装置は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

例えば、本発明に係る重力発電装置１は、充電用バッテリー７を介さずに、変圧器を用いて電化製品等に直接的に送電してもよい。また、送電網へ送電してもよい。

１重力発電装置
２回転体
３回転体駆動手段
４発電用モータ
５錘体
６集電手段
７充電用バッテリー
８空気抵抗受部
２１回転軸
２２リブ部
２３ハブ部
２４スポーク部
４１モータ本体
４２モータ回転軸
５１アーム
５２錘
６１レール
６２集電端子
５１１直線部
５１２円孤部
Ｐモータ回転軸の設置位置
Ｑ錘の設置位置

Claims

略水平に支持された回転軸を中心に鉛直面内を回転する回転体と、この回転体を回転させる回転駆動手段と、前記回転体の回転軸を中心とする同一円周軌道上に等間隔で配置される複数の発電用モータと、これら発電用モータのモータ回転軸に吊り下げられる錘体とを有する重力発電装置であって、
前記錘体は、直線部と円弧部とを有する略半円形状のアームと、前記円弧部に沿った任意の位置に設けられる錘とを有しており、
前記モータ回転軸が、前記直線部の中心に対して、前記回転体が時計回りの場合は右側に配置され、前記回転体が反時計回りの場合は左側に配置されるとともに、前記錘が、前記円孤部の中心に対して、前記回転体が時計回りの場合は右側に配置され、前記回転体が反時計回りの場合は左側に配置される重力発電装置。
前記錘体には、前記回転体の回転により生じる空気の抵抗を受ける空気抵抗受部が設けられており、この空気抵抗受部は前記回転体が時計回りの場合は左側に設けられ、前記回転体が反時計回りの場合は右側に設けられる請求項１に記載の重力発電装置。
前記錘体と前記モータ回転軸との間には、前記回転体を回転させた場合にその回転数以上の回転数で前記モータ回転軸を回転させる変速ギヤが設けられている請求項１または請求項２に記載の重力発電装置。