JP6380889B2

JP6380889B2 - 発電装置

Info

Publication number: JP6380889B2
Application number: JP2014096679A
Authority: JP
Inventors: 博尚久保
Original assignee: Nakashima Propeller Co Ltd
Current assignee: Nakashima Propeller Co Ltd
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-05-08
Also published as: JP2015214898A

Description

本発明は、プロペラに設置される発電装置に関し、特にプロペラ側の各種機器に電力を供給する発電装置に関する。

従来、船舶用の発電装置として、推進用エンジンからプロペラに伝達される動力の一部を利用して発電し、船内の各種機器に電力を供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の発電装置では、船体内において推進用エンジンの出力軸の中間に発電機が設けられ、出力軸の回転によってプロペラと共に発電機が駆動されるように構成されている。発電機の出力端は船内の給電系統の母線に接続されており、発電機で発電された電力が母線を通じて船内の各種電子機器に供給される。このように、推進用エンジンの動力は船舶の推進だけでなく、船内の各種機器への電力供給にも使用されている。

特開平０９−２１５２０２号公報

近年、船体内の各種機器への電力供給だけでなく、プロペラ内の各種機器への電力供給も求められている。この場合、船体とプロペラとの間にスリップリング等の機械的な伝達機構を介して船体内の発電機からプロペラに電力を供給しなければならず、装置構成が複雑になるという問題がある。このような船舶に限らず、静止体にプロペラを軸支した構成では、静止体側又はプロペラ側のいずれか一方で発電した電力を、いずれか他方に供給したいという要望があり、機械的な伝達機構を介さずに電力供給を行うことが困難になっていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、装置構成を複雑にすることなく、プロペラの周辺に設けられた各種機器に電力を供給することができる発電装置を提供することを目的とする。

本発明の発電装置は、静止体に対して回転可能にプロペラが支持され、前記静止体内の駆動源からの動力によって回転している当該プロペラの回転エネルギーを電力に変換する発電装置であって、前記静止体及び前記プロペラに回転軸方向で対向するように設けられた一対の磁性板と、前記一対の磁性板の前記静止体側の対向面に周方向に並んだ複数の磁石と、前記一対の磁性板の前記プロペラ側の対向面に、前記複数の磁石に所定の間隔を空けて対向するように周方向に並んだ複数のコイルとを備え、前記複数の磁石は極性を交互に反転した状態で設けられ、前記複数の磁石と前記複数のコイルとの相対回転によって発電する。

この構成によれば、静止体に対してプロペラが回転することで、静止体及びプロペラのうち、いずれか一方に設けた磁石といずれか他方に設けたコイルとが相対回転されて発電される。プロペラに自己発電させることで、プロペラの周辺に設けられた各種機器に対して、電源を設けることなく電力を供給することができる。また、静止体側とプロペラ側とが非接触の状態で各種機器に電力を供給できるため、スリップリング等の機械的な伝達機構を設ける必要がなく、装置構成を簡略化することができる。また、駆動源からの動力を利用して発電することができる。

また本発明の上記発電装置において、前記プロペラのブレードの表面には導電膜が形成されており、前記複数のコイルから前記ブレードの前記導電膜に通電する。この構成によれば、プロペラで自己発電するため、通電用に電源を設けることなく、ブレードの表面の導電膜を通電することができる。よって、ブレードの表面の細菌が感電され、細菌の作るバイオフィルムを栄養源とする海洋生物の付着が防止される。

また本発明の上記発電装置において、海水の分解電圧未満の電圧で前記ブレードから前記導電膜に通電する。

本発明によれば、静止体とプロペラのうち、いずれか一方に設けられた磁石といずれか他方に設けられたコイルとによって発電する構成にしたので、発電装置の装置構成を簡略化することができると共に、プロペラ周辺の各種機器に対して新たな電源を設けることなく電力を供給することができる。

第１の実施の形態に係る発電装置の模式図である。第１の実施の形態に係る発電装置の給電系統を示す図である。第２の実施の形態に係る発電装置の模式図である。第２の実施の形態に係る発電装置の給電系統を示す図である。

以下、添付図面を参照して本実施の形態に係る発電装置について発明する。図１は、第１の実施の形態に係る発電装置の模式図である。図２は、第１の実施の形態に係る発電装置の給電系統を示す図である。第１の実施の形態では、プロペラのブレードを通電して、プロペラのブレード表面に対する海洋生物の付着を防止する発電装置について説明する。

図１に示すように、船体（静止体）１にはプロペラシャフト２１を介してプロペラ２が回転可能に支持されており、船体１内に設けられた駆動源（不図示）の動力によりプロペラ２が回転される。プロペラ２には、プロペラボス２２の外周面に複数枚のブレード２３が設けられている。このようなプロペラ２においては、各ブレード２３の表面にフジツボ等の海洋生物が付着すると、推進効率の低下や燃費の悪化が引き起こされ、除去費用の負担が余儀なくされる。海洋生物の付着は、海洋生物の栄養源となるバイオフィルムが細菌によってブレード２３の表面に作られることに起因している。

このため、ブレード２３を通電して細菌を感電させることが検討されているが、通常は船体１内に電力源が設けられているため、船体１側からプロペラ２側に電力供給するためにはスリップリング等の機械的な伝達機構が必要になる。このため、船体１内の発電機から各ブレード２３に発電させる際には装置構成が複雑になる。そこで、本実施の形態では、プロペラ２に自己発電させて、発電した電力によって各ブレード２３の表面を通電して海洋生物の付着の原因となる細菌を感電させている。以下、プロペラ２に自己発電させて各ブレード２３に通電する発電装置３について説明する。

発電装置３は、いわゆるコアレス発電装置であり、船体１の軸受１１とプロペラボス２２との間に配置されている。発電装置３は、軸受１１及びプロペラボス２２の外周面に取り付けられた一対の磁性板３１、３５を有している。一対の磁性板３１、３５は、環状に形成されており、プロペラ２の回転軸方向で対向している。軸受１１側の磁性板３１の対向面３２には複数の磁石３３が周方向に並んで配置され、プロペラボス２２側の磁性板３５の対向面３６には複数のコイル３７が周方向に並んで配置されている。このように、発電装置３では複数の磁石３３と複数のコイル３７とが所定の間隔を空けて対向されている。

図２に示すように、磁性板３１には複数の磁石３３の磁極が交互に反転した状態で取り付けられているため、一対の磁性板３１、３５の間には磁気回路３９が形成される。図の例では、磁石３３ａのＮ極から出た磁束が磁性板３１を通って隣の磁石３３ｂのＳ極に入り込み、隣の磁石３３ｂのＮ極から出た磁束が磁性板３５を通って磁石３３ａのＳ極に入り込んでいる。この場合、磁気回路３９の磁束は、一対の磁性板３１、３５の間を渡る際に複数のコイル３７を通過している。よって、プロペラ２の回転によって複数のコイル３７が磁気回路３９の磁束を横切ることで、コイル３７に誘導起電力が発生して発電される。

各コイル３７の端部は、プロペラボス２２内の配線を通じて各ブレード２３に接続されている。各ブレード２３の表面には絶縁膜２５を介して導電膜２６が形成されており、導電膜２６とコイル３７の端部とが配線を通じて電気的に接続されている。このように構成された発電装置３では、船体１内の駆動源からの動力によって複数の磁石３３と複数のコイル３７が相対回転して発電され、各コイル３７から各ブレード２３の表面の導電膜２６に通電される。これにより、ブレード２３の表面の細菌が感電され、細菌の作るバイオフィルムを栄養源とする海洋生物の付着が防止される。

なお、ブレード２３への通電時の塩素の発生による腐食を防ぐため、海水の分解電圧（４．０７［Ｖ］）未満の電圧で各ブレード２３の導電膜２６を通電することが好ましい。また、本実施の形態ではコイル３７からブレード２３に直に通電しているが、この構成に限定されない。プロペラボス２２内にバッテリ（不図示）を設けて、コイル３７からの電力によってバッテリを充電し、バッテリからブレード２３を通電する構成にしてもよい。これにより、プロペラ２が停止して、発電装置３で発電されない場合であっても、バッテリの蓄電容量に応じてブレード２３に電力を供給できる。

以上のように、本実施の形態に係る発電装置３は、船体１に対してプロペラ２が回転することで、船体１に設けた複数の磁石３３とプロペラ２に設けた複数のコイル３７とが相対回転されて発電される。プロペラ２が自己発電することで、船体１側の電源を利用することなく、ブレード２３の表面の導電膜２６を通電することができる。よって、ブレード２３の表面の細菌が感電され、細菌の作るバイオフィルムを栄養源とする海洋生物の付着が防止される。また、船体１とプロペラ２とが非接触の状態でブレード２３の導電膜２６を通電することができるため、スリップリング等の機械的な伝達機構を設ける必要がなく、装置構成を簡略化することができる。

また、上記した第１の実施の形態では、プロペラ２で自己発電した電力を、ブレード２３に通電して海洋生物の付着を防止する構成を例示して説明したが、この構成に限定されない。プロペラ２で自己発電した電力を、プロペラ２に組み込まれる以下に示すような様々な電子デバイスに供給する構成としてもよい。

例えば、プロペラ２のブレード２３の一部を人工筋肉で形成し、プロペラ２で自己発電した電力を人工筋肉に通電してプロペラ形状を変形してもよい。これにより、水中の抵抗等に応じて適切なプロペラ形状にすることができ、プロペラ性能を向上させることができる。

また、プロペラ２の一部に各種センサやＧＰＳ（Global Positioning System）等の発信機を設け、プロペラ２で自己発電した電力を発信機に供給してもよい。これにより、発信機から各種データを動的に取り出して、船舶の運航や性能のビッグデータとして利用することができる。

また、プロペラ２の一部にＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光デバイスや音響スピーカー等の音響デバイスを埋め込み、プロペラ２で自己発電した電力を発光デバイスや音響デバイスに供給してもよい。これにより、発光デバイスからの光や音響デバイスからの音によって海洋生物の誘導や忌避を行うことができる。

また、上記した様々な用途に使用される電力をプロペラ２の回転停止時にも可能にするバッテリに、プロペラ２で自己発電した電力を充電してもよい。これにより、プロペラ２が停止された状態でも、上記した各種電子デバイスに電力を供給することができる。

さらに、本実施の形態では、発電装置３からプロペラ２に組み込まれた各種機器に電力を供給する構成としたが、この構成に限定されない。発電装置３から船体１側の各種機器に電力を供給する構成にしてもよい。この場合、船体１側の磁性板３１に複数のコイル３７が設けられ、プロペラ２側の磁性板３５に複数の磁石３３が設けられる。そして、船体１に対してプロペラ２が回転することで発電され、コイル３７から船体１側の各種機器に電力が供給される。

続いて、第２の実施の形態に係る発電装置について説明する。図３は、第２の実施の形態に係る発電装置の模式図である。図４は、第２の実施の形態に係る発電装置の給電系統を示す図である。第２の実施の形態では、水流を利用して発電して、様々な電子機器に電力を供給する発電装置について説明する。

図３に示すように、発電装置４４は、水流を利用した発電システム４１に取り付けられ、プロペラ４３によって水流からエネルギーを取り出すように構成されている。プロペラ４３は、プロペラシャフト６１を介して支持体（静止体）４２に回転可能に支持されており、プロペラボス６２に設けられた複数枚のブレード６３で水流を受けて回転される。ところで、このような発電システム４１で発電した電力をポータブル電子機器等に使用することが検討されており、ポータブル電子機器と共に発電システム４１も持ち運び可能な構成にすることが望まれている。

そこで、本実施の形態ではプロペラ４３自体に発電させることで装置構成を簡略化して、発電システム４１の小型化及び軽量化を実現している。以下、発電システム４１の携帯を実現にする発電装置４４について説明する。

発電装置４４は、いわゆるコアレス発電装置であり、支持体４２の軸受５１とプロペラボス６２との間に配置されている。発電装置４４は、軸受５１及びプロペラボス６２の外周面に取り付けられた一対の磁性板７１、７５を有している。一対の磁性板７１、７５は、環状に形成されており、プロペラ４３の回転軸方向で対向している。軸受５１側の磁性板７１の対向面７２には複数のコイル７３が周方向に並んで配置され、プロペラボス６２側の磁性板７５の対向面７６には複数の磁石７７が周方向に並んで配置されている。このように、発電装置４４では複数の磁石７７と複数のコイル７３とが所定の間隔を空けて対向されている。

図４に示すように、磁性板７５には複数の磁石７７の磁極が交互に反転した状態で取り付けられているため、一対の磁性板７１、７５の間には磁気回路７９が形成される。図の例では、磁石７７ａのＮ極から出た磁束が磁性板７５を通って隣の磁石７７ｂのＳ極に入り込み、隣の磁石７７ｂのＮ極から出た磁束が磁性板７１を通って磁石７７ａのＳ極に入り込んでいる。この場合、磁気回路７９の磁束は、一対の磁性板７１、７５の間を渡る際に複数のコイル７３を通過している。よって、プロペラ４３の回転によって複数のコイル７３が磁気回路７９の磁束を横切ることで、コイル７３に誘導起電力が発生して発電される。

各コイル７３の端部は、支持体４２内の配線や各種電子回路を通じて各種の電子機器４５に接続されている。電子機器４５としては、例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、照明器具、ラジオ受信装置、テレビ受信装置が挙げられる。このように構成された発電装置４４では、プロペラ４３が水流を受けて複数のコイル７３と複数の磁石７７が相対回転されて発電され、各コイル７３から電子機器４５に電力が供給される。また、一対の磁性板７１、７５にコイル７３及び磁石７７を設けるという簡易な構成で発電できるため、発電システム４１を小型化及び軽量化して外出先に携帯することができる。

以上のように、本実施の形態に係る発電装置４４は、支持体４２に対してプロペラ４３が回転することで、支持体４２に設けた複数のコイル７３とプロペラ４３に設けた複数の磁石７７とが相対回転されて発電される。これにより、支持体４２に接続された電子機器４５に電力を供給することができる。また、プロペラ４３自体を発電機として利用できるため、発電システム４１の小型化及び軽量化によって携帯することができ、外出先で電子機器４５によって電力を供給することができる。また、支持体４２とプロペラ４３とが非接触の状態で、プロペラ４３で発電した電力を電子機器４５に供給することができるため、スリップリング等の機械的な伝達機構を設ける必要がなく、装置構成を簡略化することができる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、第１、第２の実施の形態では、発電装置が一対の磁性板を有する構成としたが、この構成に限定されない。発電装置は、磁石とコイルとの相対回転によって発電可能な構成であればよく、一対の磁性板を有さない構成にしてもよい。

また、第１、第２の実施の形態では、発電装置としてコアレス発電装置を用いる構成としたが、この構成に限定されない。発電装置は、コア（鉄心）を有する発電装置でもよい。この場合、水中でコアが錆びないようにコアの表面が塗装されてもよい。

また、第１、第２の実施の形態では、発電装置を船舶や小水力の発電システムのように、水中にプロペラを設置する装置に適用する構成としたが、この構成に限定されない。発電装置は、航空機の機体とプロペラとの間に適用されてもよい。

また、第２の実施の形態では、発電装置から支持体側の電子機器に電力を供給する構成としたが、この構成に限定されない。発電装置からプロペラに組み込まれた電子デバイスやプロペラの導電膜に電力を供給する構成にしてもよい。この場合、支持体側に複数の磁石を設け、プロペラ側に複数の磁石を設けるように構成する。

以上説明したように、本発明は、装置構成を複雑にすることなく、プロペラの周辺に設けられた各種機器に電力を供給することができるという効果を有し、特に、船舶のプロペラへの海洋生物の付着を防止する発電装置に有用である。

１船体（静止体）
２、４３プロペラ
３、４４発電装置
２３、６３ブレード
２６導電膜
３３、７７磁石
３７、７３コイル
４２支持体（静止体）
４５電子機器

Claims

静止体に対して回転可能にプロペラが支持され、前記静止体内の駆動源からの動力によって回転している当該プロペラの回転エネルギーを電力に変換する発電装置であって、
前記静止体及び前記プロペラに回転軸方向で対向するように設けられた一対の磁性板と、
前記一対の磁性板の前記静止体側の対向面に周方向に並んだ複数の磁石と、
前記一対の磁性板の前記プロペラ側の対向面に、前記複数の磁石に所定の間隔を空けて対向するように周方向に並んだ複数のコイルとを備え、
前記複数の磁石は極性を交互に反転した状態で設けられ、前記複数の磁石と前記複数のコイルとの相対回転によって発電することを特徴とする発電装置。
前記プロペラのブレードの表面には導電膜が形成されており、
前記複数のコイルから前記ブレードの前記導電膜に通電することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
海水の分解電圧未満の電圧で前記ブレードから前記導電膜に通電することを特徴とする請求項２に記載の発電装置。