JP5696962B2

JP5696962B2 - 偏心回転式発電装置（１）

Info

Publication number: JP5696962B2
Application number: JP2011091552A
Authority: JP
Inventors: 雄一大宅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP2012207653A

Description

本発明は、偏心回転式発電装置に関するものである。

発電装置は、従来公知のものとして大別して風力発電装置、蒸気力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、太陽光発電装置など大掛かりな様々な発電装置が開発されている。
近年、地球温暖化問題が表面化し、二酸化炭素排出規制が声高に叫ばれている。この対策とするクリーンエネルギー技術として、前記の太陽光電池、風力発電等が注目され開発され現在稼動しているが、コスト及びメンテナンス等の問題でなかなか普及していないのが現状である。

そこで本発明者等は地球上の重力を活用し、それを効率よく発電用の回転エネルギーに転換する新規な装置の開発を進めてきた。
この開発の過程で発明したのが、特許文献１から特許文献３に紹介する偏心回転式発電装置である。
この偏心回転式発電装置は、発電回転用の回転駆動軸を駆動エネルギーとして風力、蒸気力、水力、波力などの自然原動力を用いて回転駆動させるもので電気エネルギー変換効率を大幅に高めた偏心回転式発電装置である。
この偏心回転式発電装置は、特許文献１〜特許文献３で紹介のように竪型の真円の磁石リング軌条と、真円の磁石リング軌条の円心位置から水平方向に所定量変位させた位置に直交して水平に配置した回転駆動軸と、回転駆動軸に偏心回転ガイドシャフト機構を介して装着し且つ磁石リング軌条に沿って非接触状態で周回可能に設けた永久磁石式被ガイドと、永久磁石式被ガイドに装着したはずみウエイトとを主構成とする。
縦型の真円の磁石リング軌条は、外周面側と内周面側に同一磁極を揃えたガイド用の永久磁石を固定配列し、永久磁石式被ガイドの永久磁石とは反発関係に磁極を対面させる。
これで永久磁石式被ガイドは、非接触状態で磁石リング軌条の内外周側に沿って倣い周回走行可能にしてある。偏心回転シャフト機構は、回転駆動軸の回転半径方向線に沿ってスライド自在にし且つ１８０度の回転角度の間隔で永久磁石式被ガイドを支持する。回転駆動軸により偏心回転シャフト機構を回転させて、永久磁石式被ガイドに装着したはずみウエイトを偏心回転させることにより回転駆動軸に回転モーメントを付与して、軽負荷で回転させて発電させるものである。

この偏心回転式発電装置は、水力、風力、波力、その他の自然エネルギー、あるいはこれ等から得た微電力等を用いて前記回転駆動軸を微力で一旦回転駆動すれば、エネルギーロスを少なくした効率の良い発電力を確保することが最大の目標である。
しかし、磁石リング軌条に沿って周回する永久磁石式被ガイドとの回転抵抗の低減、およびはずみウエイトと共動する永久磁石式被ガイドと偏心回転シャフト機構との摺動抵抗の低減、さらに偏心回転シャフト機構にかかる回転中の軸力分布を均等化させる工夫をした接触型及び非接触型であるが、そのいずれもが回転抵抗と軸力分布の均一化の問題があり、この問題を解決のために次の開発ステージへと進む結果となった。

図４は、従来の偏心回転式発電装置において、固定永久磁石０３ｍを配列した磁石リング軌条０３にガイドされて回転する偏心回転シャフト機構０１と永久磁石式被ガイド０５とはずみウエイト０６の回転角度位置において、目的とする左回転方向（→正回転方向）に回転するための回転駆動軸に掛かる回転モーメント発生領域と、その逆回転方向に回転モーメントが発生する領域を示す概略説明図である。

前記偏心回転式発電装置において、前記磁石リング軌条０３は、図３から明らかなように真円にし、前記偏心回転シャフト機構０１の回転中心０２位置を、真円の磁石リング軌条０３の水平直径線０４の３分の１の位置に偏位してあるため、例えば図に示すように、偏心回転シャフト機構０１を直線状にし、その両側にすなわち１８０°の回転角度間隔をおいた位置に、永久磁石式被ガイド０５を含んで等重量Ｗのはずみウエイト０６を配置して偏心回転シャフト機構０１の回転駆動軸を回転させた場合は、一対の永久磁石式被ガイド０５とそのはずみウエイト０６が、磁石リング軌条０３の円心０３ｃを通る鉛直線０７から前記偏心回転シャフト機構０１の回転中心０２側の単一円弧部０３−１に共に存在する領域ＭＯがある。この領域ＭＯ以外では常に回転駆動軸に目的とする左回転方向に回転するための回転モーメントが掛かる発生領域である。前記領域ＭＯは左右の回転モーメントが同じニュートラル状態になる二つの位置Ｒ１−Ｒ１とＲ２−Ｒ２に挟まれる領域であり、この領域に一対の永久磁石式被ガイド０５とそのはずみウエイト０６が位置する間は、回転駆動軸の芯０２に常に図の右回転方向への逆回転負荷が掛かりエネルギーロスを生じ減速状態となり大きな回転変動を起こし安定しない。

特開２０１０−３５３９３号公報特開２０１００６８６８１号公報特開２０１０−９６１７０号公報

本発明は、偏心回転シャフト機構０１で支持したはずみウエイトが鉛直直径線上にあるとき時の回転モーメントが０になる以外は、常に一回転方向へのプラス軸力を維持して逆回転負荷による減速状態とそれによるエネルギーロスを超僅少にするとともに、回転慣性力による回転むら現象の僅少で円滑な連続回転状態を安定して得られる新規な偏心回転式発電装置を提供するものである。

上記課題を満足させる本発明の基本的な技術構成は、次の（１）〜（２）の通りである。
（１）、リング枠体の外周面側と内周面側に沿って同一磁極を揃えたガイド用の永久磁石を固定配列した縦型の磁石リング軌条と、軸芯を磁石リング軌条の水平直径線の中心位置から水平方向に所定量変位させた位置に直交して水平に配置した回転駆動軸と、同一回転駆動軸にその回転半径方向線に沿ってスライド自在にして複数を装着した偏心回転シャフト機構と、各偏心回転シャフト機構の両側に支持され前記磁石リング軌条の永久磁石の両磁極面に対して反発関係に走行用永久磁石の磁極面を対面させて保持した永久磁石式被ガイドと、永久磁石式被ガイドに装着したはずみウエイトとからなり、複数の前記偏心回転シャフト機構３００に支持される前記各永久磁石式被ガイドとはずみウエイト４００の相対位置関係を所定角度均等にずらして配置し、前記回転駆動軸により偏心回転シャフト機構を回転させて、永久磁石式被ガイドとはずみウエイトを偏心回転させることにより回転駆動軸に回転モーメントを付与する偏心回転式発電装置において、
回転駆動軸２の軸芯位置３００ｃは、回転磁石リング軌条１００の水平直径線１００−１の３分の１〜５分の３の位置に偏位させ、磁石リング軌条１００は、図４に示すように前記水平直径線１００−１に対して上下面対称形状にし、長軸を回転駆動軸芯３００ｃを通る沿直線１００−２上においた楕円１０５６を当該長軸を中心に二分割した第一半楕円１０５−１０６と、短軸を回転駆動軸芯３００ｃを通る沿直線１００−２上においた楕円１０３４を当該短軸を中心に二分割した第二半楕円１０３−１０４とを結合した合成エンドレスリングにし、複数の前記偏心回転シャフト機構３００に支持される前記各永久磁石式被ガイドとはずみウエイト４００の相対位置関係を所定角度均等にずらして配置したことを特徴とする偏心回転式発電装置。
（２）、永久磁石式被ガイド２００は、はずみウエイト４００の両側部各々に一対の湾曲支持アーム２０２を回動可能に軸２０４着し、湾曲支持アーム２０２に複数個の前記永久磁石２０１をリング軌条の固定永久磁石１１１に対して所定の間隔を保持して支持配列し、軸２０４支持した湾曲支持アーム２０２の両端に永久磁石２０１が直接リング枠体１１０に当接しないようにガイドする補助ロール２０３を設けたことを特徴とする前記（１）に記載の偏心回転式発電装置。

本発明の前記特徴とする前記構成の偏心回転式発電装置は、回転駆動軸２によりを偏心回転シャフト機構３００少しでも正回転方向（矢印）に回転させると、回転駆動軸２の回転中心軸芯３００Ｃにかかる回転モーメント：ｋｇ．ｍは、はずみウエイト４００を含む永久磁石式被ガイド２００の重心が、前記鉛直直径線３０２上に存在するときのみ０でありこれを除くいずれの位置においても正回転方向（矢印）に回転させる高いプラス軸力を維持して逆回転負荷による減速状態とそれによるエネルギーロスを超僅少にするとともに、回転慣性力による回転むら現象の僅少で停止することがなく円滑な連続回転状態を安定して得られる。

この回転動作は、偏心回転シャフト機構３００が単数の場合は回転駆動軸２の回転速度に若干の変化をきたすが、複数の偏心回転シャフト機構３００を回転駆動軸２に装着し前記永久磁石式被ガイド２０１の機構間の相対位置関係を所定角度均等にずらして配置すれば回転駆動軸２の回転中心軸芯３００Ｃにかかる回転モーメントを高く且つ均等化させて回転速度変動を防止し円滑な連続高速回転状態を安定して得られるものである。

実施例１を示す側断面説明図である。図１に示す各偏心回転シャフト機構３００に付した矢視Ｒ１−Ｒ１、Ｃ１−Ｃ１、Ｌ１−Ｌ１の断面位置が磁石リング軌条１００の鉛直直径線１００−２上に到来した時点の断面説明図である。図２の一部変形例を示す断面説明図である。図１の磁石リング軌条１００の構成を補助的に模式で示す側面説明図である。従来の真円の磁石リング軌条において回転駆動軸にかかる回転モーメントの状態を示す簡略説明図である

本発明を以下に紹介する実施例により詳細に説明する。

本発明の実施例を図１〜図４に示す。
本例の磁石式発電装置の基本構成は、平行関係にした一対のリング枠体１１０の各外周面側と内周面側に沿って同一磁極を揃えたガイド用の永久磁石１１１を固定配列した竪型の磁石リング軌条１００と、一方を発電装置に連結し他方を自然原動力で回転する回転駆動装置に連結し軸芯３００ｃを磁石リング軌条１００の水平直径線１００−１の中心Ｃ位置から水平方向に所定量変位させた位置に直交して水平に配置した回転駆動軸２と、前記回転駆動軸２にその回転半径方向線Ｒに沿ってスライド自在にして複数を装着した偏心回転シャフト機構３００と、各偏心回転シャフト機構３００の両側に支持され前記磁石リング軌条１００の永久磁石１１１の両磁極面に対して反発関係に走行用永久磁石２０１の磁極面を対面させて保持した永久磁石式被ガイド２００と、前記永久磁石式被ガイド２００に装着したはずみウエイト４００とからなり、複数の前記偏心回転シャフト機構３００の相対位置関係を均等な回転角度の間隔で配置し、前記回転駆動装置により回転駆動軸２を回転させることにより偏心回転シャフト機構３００を回転させて、永久磁石式被ガイド２００とはずみウエイト４００を竪型の磁石リング軌条１００に沿って偏心回転させるものである。
この磁石式発電装置において、回転駆動軸２の軸芯３０３位置は、回転磁石リング軌条１００の水平直径線１００−１の３分の１〜５分の３の位置に偏位させる。磁石リング軌条１００は、前記水平直径線１００−１に対して上下面対称形状にし、長軸Ｌを回転駆動軸芯３００ｃを通る沿直線１００−２上においた楕円１０５６を当該長軸Ｌを中心に二分割した第一半楕円１０５−１０６と、短軸を回転駆動軸芯３００ｃを通る沿直線１００−２上においた楕円１０３４をその短軸を中心に二分割した第二半楕円１０３−１０４とを結合した合成エンドレスリングにする。複数の前記偏心回転シャフト機構３００に支持される前記各永久磁石式被ガイド２００とはずみウエイト４００の相対位置関係は、所定角度６０度均等にずらして配置してある。
前記一対の磁石リング軌条１００は各々、第一半楕円１０５−１０６と第二半楕円１０３−１０４との合成構成により、水平直径線１００−１に対して上下面対称形状であり、水平直径線１００−１の両端と交差する円弧部１０１に対する接線１００−３が鉛直線となり、前記鉛直直径線１００−２の両端と交差する円弧部１０２に対する接線１００−４が水平線となり、水平直径線１００−１と鉛直直径線１００−２との間における円弧は、多点湾曲及び又は放物線の連続円弧で形成されることになる。
而して、第一半楕円１０５−１０６の短軸と長軸の比は１：２〜１：２．５とする。又、第二半楕円１０３−１０４の短軸と長軸の比は０．８：１〜１．２：１とする。
この各比と、前記回転駆動軸２の軸芯３０３の位置を回転磁石リング軌条１００の水平直径線１００−１の３分の１〜５分の３の位置にすることにより、前記回転駆動装置で回転する回転駆動軸２は、偏心回転シャフト機構３００を回転させて、偏心回転シャフト機構３００に装着した永久磁石式被ガイド２００とはずみウエイト４００を回転磁石リング軌条１００に沿って円滑に偏心回転し、第一半楕円１０５−１０６と第二半楕円１０３−１０４におけるモーメントの差を回転駆動軸２に付与して回転駆動軸２の回転力を増強させるのである。
即ち、この各範囲を悦脱すると、はずみウエイト４００の回転軌跡が縦または横に極端に扁平化して、磁石リング軌条１００における固定永久磁石１１１に対する永久磁石式被ガイド２００の回転抵抗が増大して円滑な回転と充分な回転力が得られない。
この構成により前記した優れた作用効果を呈するのである。
前記永久磁石式被ガイド２００は、はずみウエイト４００の両側部各々に一対の湾曲支持アーム２０２を回動可能に軸２０４に軸着し、湾曲支持アーム２０２に複数個の前記永久磁石２０１をリング軌条の固定永久磁石１１１に対して所定の間隔を保持して支持配列し、軸２０４により軸支持した湾曲支持アーム２０２の両端に永久磁石２０１が直接リング枠体１１０に当接しないようにガイドする補助ロール２０３を設けてある。

＜各構成部の詳細＞
１、磁石リング軌条１００の固定用の永久磁石１１１及び永久磁石式被ガイド２００の走行用永久磁石２０１は、実用上の磁力減衰寿命から一般常識の範囲で決まる更新寿命のある永久磁石である。

２、またこの永久磁石の形状は、直方体、立方体、円パック体、多角パック体に成型したもの、或いはこれ等を適宜に湾曲成型したものである。

３、磁石リング軌条１００は、リング枠１０１の形状を前記した通り第一半楕円と第二半楕円で形成した多点湾曲及び又は放物線に連続形成した単一又は図２例と図３例のように平行して一対設ける。一対の磁石リング軌条１００は、各々、一対のリング枠体１１０を対面配置しこの枠間に固定永久磁石１１１を挟持配置し、固定永久磁石１１１は、リング枠体の周方向にその磁極Ｓ、Ｎをリング外周側とリング内周側に揃えて配列する。

４、磁石リング軌条１００における固定永久磁石１１１の配列は、内外周間の中央部に配置し、例えば固定永久磁石１１１のリング内周側の磁極をＮ極に揃え、リング外周側の磁極をＳ極に揃える。この場合、固定永久磁石１１１のリング内周側の磁極と対面する永久磁石式被ガイド２００の永久磁石２０１との対面磁極をＮ極にし、固定永久磁石１１１のリング外周側の磁極と対面する永久磁石式被ガイド２００の永久磁石２０１の対面磁極をＳ極にするなどして永久磁石式被ガイド２００の永久磁石２０１と固定永久磁石１１１との対向面の磁極は、磁極同士が反発する関係にするのである。

５、偏心回転シャフト機構３００は、水平直径線１００−１と鉛直直径線１００−２の交差点に直交する回転駆動軸２の回転中心軸芯３００Ｃを中心に回転するものであり、前記永久磁石式被ガイド２００とはずみウエイト４００とを１８０度の等角度間隔で一対を回転半径方向Ｒに移動自在に支持することにより平滑な回転速度を得ることができる。回転駆動軸２には円柱体のガイド３０２を取り付け固定し、シャフト部３０１を回転半径方向に移動自在に支持するものであり、シャフト部３０１の断面を中空のパイプ状、矩形状、Ｈ型状、Ｔ型状、Ｉ型状等の梁状のものなどを一体的に或いは複合的に組み合わせ、更に二重伸縮構造にしてベアリング支持機構又は摺動支持機構等により摺動伸縮可能にしたもの等を用いても良い。図２例と図３例は一対の平行シャフト部３０１の一方をはずみウエイト４００に片側固定し他方をウエイト４００に摺動自在に嵌合装着して、湾曲歪みを防止してある。
また図１〜図３に示すようにスライドガイド３０２には偏心回転シャフト機構３００を６０度の回転角度間隔で３機併設してある。
したがって、一対の磁石リング軌条１００は、図２と図３に示すように３機分の永久磁石式被ガイド２００全てをガイドする。又、永久磁石式被ガイド２００は３対である。

６、永久磁石式被ガイド２００は、はずみウエイト４００の両側部各々に一対の湾曲支持アーム２０２を回動可能に軸２０４着し、湾曲支持アーム２０２に複数個の永久磁石２０１をリング軌条の固定永久磁石１１１に対して所定の間隔を保持して支持配列し、軸２０４支持した湾曲支持アーム２０２の両端に磁石が直接リング枠体１１０に当接しないようにガイドする補助ロール２０３を設けたものである。永久磁石式被ガイド２００は、はずみウエイト４００を介して、その回転半径方向Ｒにスライド自在に支持され各前記磁石リング軌条１００の一対の両リング枠体１０３に沿って非接触状態で回動走行する。

８、回転駆動軸２には回転駆動装置と発電装置を接続してあるが、一般に付設する各種の機器は制限するものでなく適宜に設置してよい。
例えば、回転駆動軸２の撓まない任意の位置に、フライホイールを設けることは、偏心回転シャフト機構をより円滑に回転させると共に、その回転力による電力を高効率で得る機能があり有効である。

９、また、磁石リング軌条１００は、偏心回転シャフト機構３００の回転に伴う慣性力はリング円周方向の分布が若干反偏心側に偏るため、これによるリング変形を防止するための構造として例えばリング枠体１０３を高強度断熱性のＦＲＰ繊維強化プラスチック又は磁石リング軌条１００の場合はステンレス製にし、その側面にドーナツ型補強板を一体的に装着するなどが揚げられる。

１０、図２は図１に示す磁石リング軌条１００の第一半楕円の長軸であり第二半楕円の短軸でもある鉛直直径線１００−２上に、各偏心回転シャフト機構３００のはずみウエイト４００が到来した時点の断面説明図である。
この例は各偏心回転シャフト機構３００のシャフト部３０１を直線状にしてガイド３０２にパラレルに支持ため、各はずみウエイト４００は、磁石リング軌条１００の中間部図２（２）とその左側部図２（１）と右側部図２（３）に位置した状態を示す。
図３は、図２同様に図１に示す磁石リング軌条１００の鉛直直径線１００−２上に、各偏心回転シャフト機構３００のはずみウエイト４００が到来した時点の断面説明図であるが、各はずみウエイト４００を磁石リング軌条１００の一対のリング枠体１１０間の中間部に位置させるため、各偏心回転シャフト機構３００は、図３（２）に示すようにガイド３０２の中央部に位置するシャフト部３０１を直線状にし、図３（１）と図３（３）に示すように中央部の両側のシャフト部３０１を、はずみウエイト４００近くでクランク状に曲げて、はずみウエイト４００に装入したものである。
このように図２又は図３に示す磁石リング軌条１００と、永久磁石式被ガイド２００と、偏心回転シャフト機構３００と、はずみウエイト４００を１セットにした場合、複数セットを同一の回転駆動軸２に対して設置し、各セット間におけるはずみウエイト４００は、相対的な回転角度位置を３６０度をはずみウエイト４００数で均等分割した回転角度にして配置することにより、より円滑に均等で大きな回転モーメントを回転駆動軸２に発生するものである。
例えば図１と図２に示すセットを２セットを同一回転駆動軸２に設置する場合は、はずみウエイト４００は１２個となりその相対的な回転角度位置は、３０度とする。

以上本発明の実施例を紹介したが、これらの例の他に、各例のいろいろな組み合わせや単純化を任意にした例が存在することは自明であり、それらは本発明の技術思想を悦脱するものではなく自由に実施することができる。

産業上の用可能性

本発明の偏心回転式発電装置は、上述のように優れた作用効果を確実に得るものである。このため水力、風力、波力、その他の自然エネルギーあるいはこれ等から得た微電力等を用いて前記回転駆動軸を微力で一旦回転駆動すれば、エネルギーロスを少なくした効率の良い発電力を確実に確保することができる。そしてクリーンエネルギーとして、メンテナンスフリー発電を手軽に低コストで得る事を実現し、各種電力供給産業に広く普及工業界に広く活用される発電装置である。

２：回転駆動軸１１０：対面配置のリング枠体
１００：竪型のエンドレスの磁石リング軌条１１１：リング枠体間に挟持配置の固定１００−１：水平直径線永久磁石
１００−２：鉛直直径線２００：永久磁石式被ガイド
１００−３：接線３０３：回転半径方向
１００−４：接線３００Ｃ：回転中心軸芯
１００−５：接線３００：偏心回転シャフト機構
１０１：円弧点３００Ｒ：回転半径線
１０２：水平直径線１０１の中心点４００：はずみウエイト
１０３，１０４，１０５，１０６：連続円弧

Claims

平行関係にした一対のリング枠体１１０の各外周面側と内周面側に沿って同一磁極を揃えたガイド用の永久磁石１１１を固定配列した竪型の磁石リング軌条１００と、一方を発電装置に連結し他方を自然原動力で回転する回転駆動装置に連結し軸芯３００ｃを磁石リング軌条１００の水平直径線１００−１の中心Ｃ位置から水平方向に所定量変位させた位置に直交して水平に配置した回転駆動軸２と、同一回転駆動軸２にその回転半径方向線Ｒに沿ってスライド自在にして複数を装着した偏心回転シャフト機構３００と、各偏心回転シャフト機構３００の両側に支持され前記磁石リング軌条１００の永久磁石１１１の両磁極面に対して反発関係に走行用永久磁石２０１の磁極面を対面させて保持した永久磁石式被ガイド２００と、永久磁石式被ガイド２００に装着したはずみウエイト４００とからなり、複数の前記偏心回転シャフト機構３００は相対位置関係を均等な回転角度の間隔で配置し、前記回転駆動装置により回転駆動軸２を回転させることにより偏心回転シャフト機構３００を回転させて永久磁石式被ガイド２００とはずみウエイト４００を前記磁石リング軌条１００に沿って偏心回転させる磁石式発電装置において、
回転駆動軸２の軸芯３００ｃの位置は、回転磁石リング軌条１００の水平直径線１００−１の３分の１〜５分の３の位置に偏位させ、磁石リング軌条１００は、前記水平直径線１００−１に対して上下面対称形状にし、長軸を回転駆動軸芯３００ｃを通る沿直線１００−２上においた楕円１０５６を当該長軸を中心に二分割した第一半楕円１０５−１０６と、短軸を回転駆動軸芯３００ｃを通る沿直線１００−２上においた楕円１０３４を当該短軸を中心に二分割した第二半楕円１０３−１０４とを結合した合成エンドレスリングにし、前記永久磁石式被ガイド２００は、はずみウエイト４００の両側部各々に一対の湾曲支持アーム２０２を回動可能に軸２０４に軸着し、湾曲支持アーム２０２に複数個の前記永久磁石２０１をリング軌条の固定永久磁石１１１に対して所定の間隔を保持して支持配列し、軸２０４により軸支持した湾曲支持アーム２０２の両端に永久磁石２０１が直接リング枠体１１０に当接しないようにガイドする補助ロール２０３を設けたことを特徴とする偏心回転式発電装置。