JP5874113B2

JP5874113B2 - 発電装置

Info

Publication number: JP5874113B2
Application number: JP2011201134A
Authority: JP
Inventors: 藤原　充弘; 充弘藤原
Original assignee: 有限会社フジカ
Priority date: 2011-08-28
Filing date: 2011-08-28
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2031-08-28
Also published as: JP2013047507A

Description

本発明は、リニア駆動方式の応用により効率的発電が行えるようにした発電装置に関する。

例えば、水利発電装置として下記特許公報のものがある。

特開２００８−１３３８１９

特許公報１の技術は、農村などの水路や川などの水利による発電装置についてのもので、大径な回転リングに水車羽根を配備するとともにリングの径方向にアームを付けて中央の固定軸まわり回転自在とし、水車羽根をサークル水路内で周方向に回転自在にしたもので、サークル水路内に自然水を流入させて水車羽根に作用させることで回転リングからアームを介して発電機を駆動させるようにしたものである。
しかしながら、この発電装置はあくまでも水利によるもので、渇水時期になると全く機能しないものである。

本発明は、このような問題を解決しようとするものであり、供給が不安定な水利に関係なくリニア駆動方式を応用することで効率的発電が可能となる発電装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、横断面が溝形とされ平面全体形状が円環状に形成されたものであって設置基盤や水面上に水平状態で固定的に設置されるガイドベースと、同じく円環状に形成されて前記ガイドベース内に適合しながらガイドベースの中心に同心状なして回転する動輪と、少なくとも超電導システムを構成要素として含み前記動輪を一定方向に連続回転させるために構成された周回駆動システムと、周回駆動される動輪の回転エネルギーを取出し電気エネルギーに変換して発電を可能とする発電システムとを備える発電装置において、前記動輪は、周回駆動システムによる支持によりガイドベース内に適合しながら周回駆動可能とされることで内周全体が回転支持部材のない上下貫通穴状に形成されているとともに、前記回転エネルギーを取出し電気エネルギーに変換する手段は、動輪の周回軌道に対応すべく装備されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載された発電装置において、前記動輪は、周方向に分割されその前後間が連鎖式とされた複数個の駆動ユニットにより構成されている。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載された発電装置において、動輪の周回軌道のまわりには、固定側として誘導発電用の巻きコイルが設けられている。

上述したように本発明は、横断面が溝形とされ平面全体形状が円環状に形成されたものであって設置基盤や水面上に水平状態で固定的に設置されるガイドベースと、同じく円環状に形成されて前記ガイドベース内に適合しながらガイドベースの中心に同心状なして回転する動輪と、少なくとも超電導システムを構成要素として含み前記動輪を一定方向に連続回転させるために構成された周回駆動システムと、周回駆動される動輪の回転エネルギーを取出し電気エネルギーに変換して発電を可能とする発電システムとを備える発電装置において、前記動輪は、周回駆動システムによる支持によりガイドベース内に適合しながら周回駆動可能とされることで内周全体が回転支持部材のない上下貫通穴状に形成されているとともに、前記回転エネルギーを取出し電気エネルギーに変換する手段は、動輪の周回軌道に対応すべく装備されていることを特徴とするので、供給が不安定な水利に関係なくリニア駆動方式を応用することで効率的大発電が可能となる発電装置を提供することができる。

本発明の一実施形態を示す平面図。図１のＡ−Ａ線断面図。他の実施形態を示す平面図。図２のＢ−Ｂ線断面図。他の実施形態を示す横断面図。図５のＣ−Ｃ線断面図。他の実施形態を示す横断面図。別の実施形態を示す斜視図。図８の実施形態の平面図。図９のＤ−Ｄ線断面図。図１０の浮上・推進部の拡大図。他の実施形態を示す断面図。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
各実施形態で説明する各案は他の実施形態においても適用することができる。
図１ないし図３において、１は設置基盤で、同基盤１には、中央位置にコンクリートブロックでなる基礎体２が埋設されており、この基礎体２上には、軸受体３が固定されて同軸受体３に縦軸状をなす回転軸４が回転自在に設けられている。この回転軸４には駆動ギア５が取付けられるとともに、この駆動ギア５により駆動される発電ギア６が設けられて発電システムの１つである発電機７が駆動されるようになっている。設置基盤１は水面とされることがある。

尚、回転軸４は、横軸状あるいは斜め軸状にすることがある。この場合、発電装置を少ないスペース内に複数列配備できて多大な発電力を生むことができるようになる。

回転軸４の外周には、その中段に上下２枚でなる回転盤９が、また上端にアンカー盤１０が取り付けられている。回転盤９には、上からみて十字をなすように配備されたアーム１１の内径側基部が取り付けられている。これらアーム１１の外周端を介して円環状をなす動輪１２が取り付けられている。

動輪１２は、一体円環状の場合もあるが、この実施形態の場合には、周方向に分割されて円弧状の駆動ユニット１３…でなり、これら駆動ユニット１３…はその前後が縦軸状の連鎖ピン１４…でつながれることにより連鎖状をなしている。
アーム１１は、この連鎖ピン１４の特定のものを利用して連結されている。連鎖ピン１４は、前後の駆動ユニット１３に微少の角度移動を許すとともに図示されない復帰スプリングの作動で常に元の姿勢に戻されるように構成されている。

１６は補強部材で、アーム１１相互をつないでアーム１１を面状のアーム体に構築するものであり、１７は吊下部材で、前記アンカー盤１０とアーム１１との間に張り渡されてアーム体を回転軸４に対して吊持するものである。この吊下部材１７は長さ調節可能にしてある。また、アーム体や動輪１２などの構成部材は、アルミ合金、チタン合金など軽量で剛強な材料を使うことができる。

２０はガイドベースで、同ベース２０は、コンクリート、樹脂、金属などを利用して横断面溝形で平面真円状に形成され、その直径は５乃至１０ｍとしたり、５０乃至１００ｍの大口径とすることができるし、さらに数百乃至１０００ｍのように超大口径にする場合もある。このガイドベース２０と動輪１２とはその中心径が同じである。前記超大口径は、代表的な大きな湖で実施できる。

前記動輪１２は、中空体でなり、その内部両側には、超電導磁石（超電導システムの１つ）ａが内蔵されている。ｂは浮上・案内・推進用コイルを一括して示し、このコイルｂは、ガイドベース２０の溝内対向位置に周方向に亘って配備されている。コイルｂのうち浮上用・案内用コイルと推進用コイルとは内外に別設される。コイルｂは、図２の下欄のように浮上用コイルｃのみを分離して配備することがある。尚、前記コイルｂはヌル・フラックス（零磁束）方式を採用することができる。

超電導磁石ａおよびコイルｂ（あるいはｂ、ｃ）が駆動状態になると、リニア駆動方式同様に駆動ユニット１３…である動輪１２がガイドベース２０内で浮上したあと左右振れが制御されながらアーム１１・回転軸４とともに図１の矢印方向に推進駆動される。これによって駆動・発電ギア５，６を介して発電機７が高速駆動され発電がなされる。動輪１２・磁石ａ・コイルｂ、ｃなどは周回駆動システムを構成する。動輪１２は円環状であるので、リニアのような空気抵抗を受けない。

尚、図１の左上欄に示すように、風力発電装置２２やソーラー発電装置２３などの自然エネルギー利用発電システムを本発電装置に印加して電力補助することができる。
また、図３および図４に示すように、動輪１２の内周あるいは外周に駆動側ギア２５を付し、このギア２５に内周あるいは外周から噛み合うように中継ギア２６を配すとともに、この中継ギア２６から従動ギア２７を介して発電機２８を駆動するようにしてもよい。こうしたギア付き発電機３０は図３の左側のようにさらに別設したり、左下部のように動輪１２の上あるいは下側に噛み合うように配してもよい。こうして動輪１２にギア付き発電機３０を対応装備する場合、前記アーム体などを省略することができる。図４のように浮上手段として矢印Ｘのように圧縮気体や浮上水（あるいはオイル）などを導入する手段を構成し、動輪１２を浮上させるようにしてもよい。これらの導入源は、前記自然エネルギー利用発電システム２２，２３を使用することができる。

さらに、図５に示すように、ガイドベース２０の内周あるいは外周側に添って水路３２を付し、動輪１２からステー３３を介して垂下したフロート付きスターティング羽根３４をこの水路３２内に臨ませて設けることができる。水路３２内に水を流入させ一定方向へ流動させることで羽根３４を回し、これによって動輪１２を始動しやすくすることができる。この羽根３４は、始動後、昇降手段３５により持ち上げるようにすることで水による抵抗なく動輪１２を周回させることができる。一方、この羽根３４は、降ろすことで動輪１２を制動させることができる。また、図６のように、水路３２の底面に排水路３６を設けて動輪１２がスタートしたあとで図示しない開閉バルブを開き排水をすることで水に対する抵抗をなくし、動輪１２を抵抗なく回転させるように構成することができる。

また、図７に示すように、ギア付き発電機３８は動輪１２上に配し、ギアをガイドベース２０側の駆動側ギア３９に噛み合わせて発電を行うようにしてもよい。４０は回転ブラシ、４１は導電シャフトで、通電手段となっている。
尚、図７の右下欄に示すように、ガイドベース２０はＶ字溝型にしてもよい。このＶ字溝型ガイドベース２０は、前記実施形態のいずれにも適用することができる。

図８ないし図１１は他の実施形態を示す。同実施形態は、リニア駆動方式の応用により効率的発電が行える発電装置を沿岸海域上に設置するようにしたもので、設置対象は例えば、池、湖沼、河川、田圃や一般的な平野部でもよい。

図１０において、４５は沿岸海域の海底である設置基盤で、同基盤４５には、中央となるセンター支脚４６とそれに同心の外周に配備された外周支脚４７…とが海上に伸びるように立設配備されている。
センター支脚４６上には、軸受体４８が固定されて同軸受体４８に縦軸状をなす回転軸４９が回転自在に設けられている。この回転軸４９には駆動ギア５０が取付けられるとともに、この駆動ギア５０により駆動される発電ギア５１が設けられて発電システムの１つである発電機５２が駆動されるようになっている。設置基盤４５は水面上に浮設されたフロートであることも、また図２のような平地とされることがある。
尚、回転軸４９は、横軸状あるいは斜め軸状にすることがある。この場合、発電装置を少ないスペース内に複数列配備できて多大な発電力を生むことができるようになる。

回転軸４９の外周には、その中段に上下２枚でなる回転盤５４が、また上端にアンカー盤５５が取り付けられている。回転盤５４には、上からみて十字をなすように配備されたアーム５６の内径側基部が取り付けられている。これらアーム５６の外周端を介して円環状の動輪５７が取り付けられている。

動輪５７は、一体円環状の場合もあるが、この実施形態の場合には、図８ないし図１０に示すように、周方向に分割されて円弧状の駆動ユニット５８…でなり、これら駆動ユニット５８…はその前後が縦軸状の連鎖ピン５９…でつながれることにより連鎖状をなしている。
アーム５６は、この連鎖ピン５９の特定のものを利用して連結されている。連鎖ピン５９は、前後の駆動ユニット５８に微少の角度移動を許すとともに図示されない復帰スプリングの作動で常に元の姿勢に戻されるように構成されている。

６１は補強部材で、アーム５６相互をつないでアーム５６を面状のアーム体に構築するものであり、６２は吊下部材で、前記アンカー盤５５とアーム５６との間に張り渡されてアーム体を回転軸４９に対して吊持するものである。この吊下部材６２は長さ調節可能にしてある。また、アーム体や動輪５７などの構成部材は、アルミ合金、チタン合金など軽量で剛強な材料を使うことができる。

６５はガイドベースで、同ベース６５は、コンクリート、樹脂、金属などを利用して横断面溝形で平面真円状に形成され、その直径Ｄｘは５乃至１０ｍとしたり、５０乃至１００ｍの大口径とすることができるし、さらに数百乃至１０００ｍのように超大口径にする場合もある。このガイドベース６５と動輪５７とはその中心径が同じである。前記超大口径は、図示した海域の他、代表的な大きな湖でも実施できる。

前記動輪５７は、中空体でなり、その内部両側には、推進用超電導磁石（超電導システムの１つ）ａ、ａが内蔵されている。ｂは推進用コイルを示し、このコイルｂは、ガイドベース６５の溝内対向位置に周方向に亘って配備されている。コイルｂは、通常、浮上用と案内用とを兼ねるようになっているが、この実施形態では、推進用のみとされ、浮上用は別設される。即ち、ガイドベース６５の中央底部には、浮上用超電導磁石ｃが、またそれに対する動輪５７底面には浮上用永久磁石ｄが設けられている。６６は低速時用補助ホイールで、一定の初速が得られるまでおよび減速して回転停止されまでの各間においてガイドベース６５上を転動可能とされる。

動輪５７は、リニア推進方式のように推進用超電導磁石ａ等と推進用コイルｂとによる移動磁界の発生により矢印の方向に回転駆動される。動輪５７が低速時には、補助ホイール６６による転動により回転運動させ、一定速度に達すると、今度はガイドベース６５の底に設けた浮上用の超電導磁石ｃを作動させ動輪５７側の浮上用永久磁石ｄとによる浮上力により抵抗なく高速回転される。ガイドベース６５の底に浮上用の永久磁石ｄを設け、浮上用の超電導磁石ｃを動輪５７側に設けることもできる。動輪５７は周方向に連続した形であるため、リニア新幹線において先端で発生するような空気抵抗は全くなく、その他、アーム５６などの回転部材も空気抵抗が微少になるように設計される。中央の発電機５２は数個設置可能で、動輪５７として非常に大きな直径Ｄｘを選定することにより大きな回転エネルギーが発生し、そのエネルギーをもって中央の発電機５２を高速回転させることで大きな発電量が簡単に得られる。浮上・推進のための供給電力は、図１１に示すような、ソーラー発電装置６７や風力発電装置６８など自然エネルギーを利用したものにすることができる。尚、動輪５７が高遠回転した際の左右振れについては、アーム５６や補強部材６１などの内周構成が規制手段として機能することを利用する。
動輪５７・磁石ａ、ｃ、ｄおよびコイルｂなどは周回駆動システムを構成する。
また、発電機５２は、図９のように動輪５７に内接あるいは外接するギアにより駆動するように配備することもできる。

尚、図９に示すように、センター支脚４６・軸受体４８・回転軸４９・駆動ギア５０・発電ギア５１・発電機５２・回転盤５４・アンカー盤５５・補強部材６１・吊下部材６２などの内周構成を省略してガイドベース６５と動輪５７の外周部分のみで構成して、発電機５２を動輪５７に内接あるいは外接するギアにより駆動するように配備することもできる。
また、前記内周構成を省略した場合、動輪５７への巻きコイル６９により誘導発電をするようにしてもよい。
さらに、図１２に示すように、図１１に示す浮上・推進手段は内外あるいが上下複列に構成すれば発電量は倍加する。複列とは、２列以上である。

さらに、沿岸海域のセンター支脚４６基部付近に架台７１を設置してその中央からパイプを立設してセンター支脚とし、このパイプ内に回転軸４９の下端を延ばしてきて、その外周に攪拌羽根７２を取り付けるとともに曝気手段７３を組み合わせることで海水の浄化を促進するように構成することもできる。
このことは、汚水処理場の曝気槽内を対象にして同様の浄水促進手段を構成することができる。

１…設置基盤７…発電機１１…アーム１２…動輪１３…駆動ユニット１４…連鎖ピン２０…ガイドベース。

Claims

横断面が溝形とされ平面全体形状が円環状に形成されたものであって設置基盤や水面上に水平状態で固定的に設置されるガイドベースと、同じく円環状に形成されて前記ガイドベース内に適合しながらガイドベースの中心に同心状なして回転する動輪と、少なくとも超電導システムを構成要素として含み前記動輪を一定方向に連続回転させるために構成された周回駆動システムと、周回駆動される動輪の回転エネルギーを取出し電気エネルギーに変換して発電を可能とする発電システムとを備える発電装置において、前記動輪は、周回駆動システムによる支持によりガイドベース内に適合しながら周回駆動可能とされることで内周全体が回転支持部材のない上下貫通穴状に形成されているとともに、前記回転エネルギーを取出し電気エネルギーに変換する手段は、動輪の周回軌道に対応すべく装備されていることを特徴とする発電装置。
請求項１に記載された発電装置において、前記動輪は、周方向に分割されその前後間が連鎖式とされた複数個の駆動ユニットにより構成されている発電装置。
請求項１または２に記載された発電装置において、動輪の周回軌道のまわりには、固定側として誘導発電用の巻きコイルが設けられている発電装置。