JP2006025468A - 発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造を有し、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低い発電装置を提供する。
【解決手段】軸受を介して架台に回転可能に設けられた回転軸と、回転軸の外周に設けられ、その中心が回転軸の軸心上にある円板状の回転盤と、回転盤上において回転軸の軸心について対象に固定され、対向する側面に異なる磁極が配置された複数の第1永久磁石と、架台に設けられ、対向する側面に異なる磁極が配置され、側面の一つが第1永久磁石の側面の一つと対向するようにされている第2永久磁石と、ここで、第1永久磁石と第2永久磁石との間の吸引力または反発力により、回転軸の軸心の周りに、第1永久磁石が固定された回転盤および回転軸が回転し、回転軸の回転トルクを取り出して発電を行い、第2永久磁石をその長手方向の軸を中心に回転させることにより、第1永久磁石の前記側面の一つと対向する第2永久磁石の側面を順次変更することにより、第1永久磁石と第2永久磁石との間に吸引力または反発力を発生させることとしている。
【選択図】 図1
【解決手段】軸受を介して架台に回転可能に設けられた回転軸と、回転軸の外周に設けられ、その中心が回転軸の軸心上にある円板状の回転盤と、回転盤上において回転軸の軸心について対象に固定され、対向する側面に異なる磁極が配置された複数の第1永久磁石と、架台に設けられ、対向する側面に異なる磁極が配置され、側面の一つが第1永久磁石の側面の一つと対向するようにされている第2永久磁石と、ここで、第1永久磁石と第2永久磁石との間の吸引力または反発力により、回転軸の軸心の周りに、第1永久磁石が固定された回転盤および回転軸が回転し、回転軸の回転トルクを取り出して発電を行い、第2永久磁石をその長手方向の軸を中心に回転させることにより、第1永久磁石の前記側面の一つと対向する第2永久磁石の側面を順次変更することにより、第1永久磁石と第2永久磁石との間に吸引力または反発力を発生させることとしている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電装置に関し、特に、磁力を利用した発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の発電装置としては、水力、火力、原子力、風力等を利用したものがあるが、いずれも省資源の観点からは充分なものではなく、かつ、いずれも装置が大型化せざるを得なかった。
【0003】
これに対して、水素などの元素のエネルギーや太陽エネルギーを利用した発電装置も開発されつつあるが、いずれも開発段階であって実用にはいまだ充分であるとはいいがたい。
【0004】
さらに、従来の発電装置よりも小型であって、省資源を目指したものとして、永久磁石を利用した磁力回転装置により発電を行うものがある。例えば、特開平7−87725号公報に記載された磁力回転装置である。この磁力回転装置においては、永久磁石と電磁石との反発力を利用して、永久磁石が固定された回転子を回転させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の磁力回転装置においては、永久磁石を多数設ける必要があること、電磁石を用いるため装置が複雑化すること、さらには、回転バランサ等が必要であることなどにより、装置が複雑かつ大型化するという欠点を有している。さらに、装置が複雑であることにより製造工程も複雑化せざるを得ないため、製造コスト面においても不利である。
【0006】
そこで本発明の目的は、簡単な構造を有し、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低い発電装置を提供することにある。
【0007】
本発明の上記以外の目的及び本発明の特徴とするところは、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、一層明確になるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の発電装置においては、軸受を介して架台に回転可能に設けられた回転軸と、回転軸の外周に設けられ、その中心が回転軸の軸心上にある円板状の回転盤と、回転盤上において回転軸の軸心について対象に固定され、対向する側面に異なる磁極が配置された複数の第1永久磁石と、架台に設けられ、対向する側面に異なる磁極が配置され、側面の一つが第1永久磁石の側面の一つと対向するようにされている第2永久磁石と、ここで、第1永久磁石と第2永久磁石との間の吸引力または反発力により、回転軸の軸心の周りに、第1永久磁石が固定された回転盤および回転軸が回転し、回転軸の回転トルクを取り出して発電を行い、第2永久磁石をその長手方向の軸を中心に回転させることにより、第1永久磁石の前記側面の一つと対向する第2永久磁石の側面を順次変更することにより、第1永久磁石と第2永久磁石との間に吸引力または反発力を発生させることとしている。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
図1は、本発明の第1実施形態にかかる発電装置1の構成を示す図である。図1(a)は第1実施形態にかかる発電装置1の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。図2は、第1実施形態にかかる永久磁石9、11の構成を示す図である。図2(a)は回転盤7上に設けられた永久磁石9の構成を示す側面図及び断面図を、(b)は上側固定板17の下側表面17aに配置された永久磁石11及び永久磁石取り付け具23の構成を示す側面図及び断面図である。
【0010】
第1実施形態にかかる発電装置1は、架台3、回転軸5、回転盤7、永久磁石9、11、フライホイール13、発電機15などからなる。
【0011】
架台3は長方形の2枚の固定板17、18からなる。固定板17、18は、四隅に配置した4本の円柱19によって、並行に離間して配置してある。2枚の固定板17、18のそれぞれの中央部分には軸受21が配置されており、両方の軸受21の内輪を貫通するように回転軸5が設けられている。
【0012】
回転軸5の鉛直方向中央部には、円形の回転盤7が固定されている。回転盤7の中心7aは回転軸5の軸心5a上にあって、回転盤7と回転軸5は一体となって回転可能である。
【0013】
回転盤7の上側表面7bの周縁部には、直方体形状の2個の永久磁石9(第1永久磁石)が回転盤7の中心7aに対して対称に配置されている。2個の永久磁石9ともに、図1(b)および図2(a)に示すように、上面がN極、下面がS極となるように、かつ長手方向が回転盤7の半径方向と一致するように固定されている。
【0014】
回転盤7の下側表面7cの周縁部には、輪状であって外径が回転盤の直径と同一のフライホイール13が固定されている。フライホイール13の内径は、回転盤7上に配置された永久磁石9の間隔よりやや長くしてある。
【0015】
上側の固定板17の下側表面17aには、永久磁石取り付け具23を介して直方体形状の永久磁石(第2永久磁石)11が配置されている。この永久磁石11は、回転盤7上に配置された永久磁石9と同一形状である。また、長手方向が回転盤7の半径方向と一致するように永久磁石取り付け具23に取り付けられている。
【0016】
永久磁石取り付け具23は、一対のL字型金具23aと、一組の円筒部23bとからなる。2個で一対のL字型金具23aは、固定板17の長辺と平行かつ回転軸5の中心を通る直線上であって上から見て左側に、一定の間隔をおいて配置されている。それぞれのL字型金具23aの一辺は固定板17の下側表面に固定されている。L字型金具23aのもう一方の辺は、鉛直方向下向きに配置されており、その下側端部には円筒部から延在する軸23cを挿入可能な穴23dが設けられている。なお、L字形状の内側部分23eは互いに対向している。
【0017】
円筒部23bは一端が開口23fとなっている。図2(b)に示すように、開口23fから円筒部23bの内部へ直方体の永久磁石11の端部を挿入して固定できるように、開口23fの断面は長方形となっている。円筒部23bの開口23fとは反対側の端部の外側には軸23cが設けられており、L字型金具の穴23dに挿入可能である。なお、図2(b)には示していないが、軸23cは軸受を介して円筒部23bに設けられている。このように軸受を設けることにより軸23cとL字型金具の穴23dとの間の磨耗を少なくすることができるため、永久磁石11をスムーズに回転させることができ、ひいてはエネルギーの損失を防ぐことができる。
【0018】
以上の構成により、永久磁石11の長手方向(軸方向)の両端部をそれぞれ別個の円筒部23b内へ挿入し、両円筒部23bから外側へ延在する軸23cをそれぞれL字型金具23aの穴23dに挿入することができる。これによって、永久磁石11はその軸11aを中心に回転可能に永久磁石取り付け具23に固定される。なお、永久磁石11の軸11aと、両円筒部23bから外側へ延在する軸23cの軸心とは同一であるため、永久磁石11はその軸11aを中心に回転可能である。また、永久磁石11の長手方向の4つの側面のうちの対向する2つの側面は、それぞれN極およびS極となっている。さらに永久磁石11は、鉛直方向において、回転盤7上の永久磁石9の側面と、その側面とがちょうど対向する位置に配置されている。
【0019】
円筒部23bの外周にはベルト25が掛け回されている。ベルト25の他端はモータ27の回転軸27aに掛け回されている。この構成により、モータ27の回転が円筒部23bに伝えられるため、モータ27によって永久磁石11を回転させることができる。また、モータ27は無段変速機29を備えているため、0〜2000回転の回転数を制御することができる。
【0020】
一方、下側の固定板18上には、回転軸5の回転を電力に変換する発電機15が設けられている。なお、回転軸5の回転から得られるトルクの一部をモータ27の動力に用いている。
【0021】
つづいて、図3を用いて本実施形態にかかる発電装置1の動作について説明する。図3は、回転盤7上に固定された永久磁石9と上側固定板17の下側面17aに配置された永久磁石11との関係を概念的に示したものである。図3は、永久磁石9と永久磁石11の磁極を側方から見た図と、回転盤7上における永久磁石9の描く軌跡を上から見た図を組み合わせたものである。
【0022】
図3(a)は、永久磁石11のS極が下側にあって、かつ、永久磁石9の上側に配置されたN極と対向している状態を示している。図3(b)は、永久磁石11が(a)の状態から時計方向に90度回転してN極とS極とが水平方向に配置されており、かつ、永久磁石9が(a)の状態から時計方向に回転した状態を示している。図3(c)は、永久磁石11が(a)の状態から時計方向に180度回転しており、かつ、永久磁石9が(b)の状態からさらに時計方向に回転した状態を示している。図3(d)は、永久磁石11が(a)の状態から時計方向に270度回転してS極とN極とが水平方向に配置されており、かつ、永久磁石9が(c)の状態から時計方向に回転して(a)の位置に近づいた状態を示している。
【0023】
本実施形態においては以下のサイクルで回転盤が回転する。すなわち、図3(a)は、本実施形態の初期状態である。この図において、回転盤7に固定された永久磁石9のN極と上側固定板17の下側面17aに配置された永久磁石11のS極とが対向しているため、N極とS極との間の吸引力により永久磁石9が固定された回転盤7は回転を停止している。この状態で、モータ27により永久磁石11を時計方向に回転させると、永久磁石11のS極と永久磁石9のN極との吸引力により永久磁石9が時計方向に回転し始める(図3(b))。さらに、永久磁石11を回転させると、永久磁石11のN極と永久磁石9のN極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により永久磁石9はさらに回転する(図3(c))。そして、さらに永久磁石11が回転すると、永久磁石11のN極と永久磁石9のS極が接近してくるため、両者の吸引力により回転盤7はさらに回転する(図3(d))。ここで、さらに永久磁石11を回転させると、永久磁石9のN極との間の吸引力の作用によりさらに回転し、初期状態(図3(a))までもどる。
【0024】
初期状態までもどると、再び上述のサイクルにより回転盤7が回転しつづける。本実施形態においては、回転盤7の下側表面にフライホイール13が設けられているため、回転盤7上の永久磁石9の吸引力および反発力に加えて、フライホイール13の慣性力の作用によって、回転盤7をスムーズに回転させることができる。
【0025】
上述のように、第1実施形態にかかる発電装置は構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低く抑えることが可能である。
【0026】
図4は、本発明の第2実施形態にかかる発電装置41の構成を示す図である。図4(a)は第2実施形態にかかる発電装置41の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。以下の第2実施形態についての説明は、第1実施形態と異なる点を中心に行い、第1実施形態と同様の構成の部材についてはその詳細な説明は省略する。
【0027】
第2実施形態にかかる発電装置41は、架台43、回転軸45、回転盤47、永久磁石49、51、フライホイール53、発電機55、ギヤ56、ベルト65、などからなる。
【0028】
架台43は第1実施形態と同様に設けられているが、正面から見て左側面には永久磁石取り付け具63取り付け用の板状部材59が設けられている。板状部材59は、その長手方向が鉛直方向に延在しており、上側端部59aが上側固定部材57に、下側端部59bが下側固定部材58に固定されている。
【0029】
回転軸45の鉛直方向中央部には、円形の回転盤47が固定されている。回転盤47の中心47aは回転軸45の軸心45a上にあって、回転盤47と回転軸45は一体となって回転可能である。
【0030】
回転盤47の周縁部にはフライホイール53が設けられている。さらに、フライホイール53の対向する2箇所には、凹部68が設けられ、それぞれの凹部68の中には直方体形状の永久磁石49が1つずつ固定されている。2つの永久磁石49は、回転盤47の中心47aに対して対称に配置されている。永久磁石49の長手方向は鉛直方向に一致しており、回転盤47の半径方向外側の面がN極となるようにされている。
【0031】
一方、架台43に設けられた板状部材59の回転盤47側表面には永久磁石取り付け具63を介して直方体形状の永久磁石51が配置されている。永久磁石51の長手方向の4つの側面のうちの対向する2つの側面は、それぞれN極およびS極となっている。また、永久磁石51は鉛直方向に延在しているため、その長手方向と回転盤47上の永久磁石49の長手方向は同一である。よって、永久磁石取り付け具63に取り付けられた永久磁石51の側面と、回転盤47上の永久磁石49の側面とがちょうど対向するように配置されている。
【0032】
上側固定板57と回転盤47との間であって、回転軸45の外周にはギヤ56が配置されている。ギヤ56の外周にはベルト65の一端が掛け回されており、ベルト65の他端は永久磁石取り付け具63の円筒部63bから延在する軸63cに掛け回されている。この構成により、回転軸45の回転トルクを永久磁石取り付け具63に伝えて、永久磁石取り付け具63の回転に供することができる。なお、回転盤47及び回転軸45の回転開始時においては、永久磁石取り付け具63はモータ(不図示)からの動力を受けて永久磁石51を回転させる。
【0033】
第2実施形態にかかる発電装置の動作は以下のとおりである。
【0034】
すなわち、本実施形態の初期状態においては、回転盤47に固定された永久磁石49のN極と上側固定板57の側面59に配置された永久磁石51のS極とが対向しているため、N極とS極との間の吸引力により永久磁石49が固定された回転盤47は回転を停止している。この状態で、モータ(不図示)により、上から見て反時計方向に永久磁石51を回転させると、永久磁石51のS極と永久磁石49のN極との吸引力により永久磁石49が固定された回転盤47が時計方向に回転し始める。さらに、永久磁石51を回転させると、永久磁石51のN極と永久磁石49のN極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により回転盤47はさらに回転する。そして、さらに回転して永久磁石49のN極と次の永久磁石49のS極が接近してくると、両者の吸引力により回転盤47はさらに回転し、初期状態までもどる。
【0035】
上述のように、第2実施形態にかかる発電装置41は、第1実施形態と同様に、構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低く抑えることが可能である。さらに、永久磁石51を回転させるための動力を回転軸45からとっているため効率がよい。
【0036】
図5は、本発明の第3実施形態にかかる発電装置71の構成を示す図である。図5(a)は第3実施形態にかかる発電装置71の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。以下の第3実施形態についての説明は、第2実施形態と異なる点を中心に行い、第1実施形態および第2実施形態と同様の構成の部材についてはその詳細な説明は省略する。
【0037】
第3実施形態にかかる発電装置71においては、回転盤77の周縁部の4箇所に、回転軸75に対して90度ごとに凹部98が設けられ、それぞれの凹部98の中には直方体形状の永久磁石79が1つずつ固定されている。4つの永久磁石79のうちの2つは、回転盤75の軸心75aに対して対称に配置されている。永久磁石79の長手方向は鉛直方向に一致しており、対向する永久磁石79の組の一方は回転盤77の半径方向外側の面がN極となるようにされ、他方は回転盤77の半径方向外側の面がS極となるようにされている。したがって、回転盤77の周縁部に配置された4つの永久磁石79はそれぞれ両隣の永久磁石79と極性が逆向きとなるように配置されている。これ以外の構成については第2実施形態と同様である。
【0038】
つづいて、図6を用いて本実施形態にかかる発電装置71の動作について説明する。図6は、回転盤77の周縁部に固定された4つの永久磁石79と架台73の側面89に配置された永久磁石81との関係を上から見たものである。
【0039】
図6(a)は、永久磁石81のS極が回転盤77側にあって、かつ、永久磁石79において左側に配置されたN極と対向している状態を示している。図6(b)は、永久磁石81が(a)の状態から反時計方向に90度回転して上側にS極、下側にN極が配置されており、かつ、永久磁石79が(a)の状態から時計方向に45度回転した状態を示している。図6(c)は、永久磁石81が(b)の状態から反時計方向に90度回転してN極が回転盤77側にあって、かつ、永久磁石79が(a)の状態から時計方向に90度回転した状態を示している。
【0040】
本実施形態においては以下のサイクルで回転盤が回転する。すなわち、図6(a)は、本実施形態の初期状態である。この図において、回転盤77に固定された永久磁石79のN極と架台73の側面89に配置された永久磁石81のS極とが対向しているため、N極とS極との間の吸引力により永久磁石79が固定された回転盤77は回転を停止している。この状態で、モータ(不図示)により永久磁石81を反時計方向に回転させると、永久磁石81のS極と永久磁石79のN極との吸引力により永久磁石79が固定された回転盤77は時計方向に回転し始める。さらに、永久磁石81を回転させると、永久磁石81のN極と永久磁石79のN極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により回転盤77はさらに回転する(図6(b))。また、図6(b)の位置まで回転すると永久磁石81のN極と次の永久磁石79のS極が接近してくるため、両者の吸引力により回転盤77は回転し、初期状態(図3(a))から90度回転した状態となる。(図3(c))
【0041】
この状態までもどると、その後は上述のサイクルと同様に回転盤77が回転しつづける。上述のように、第3実施形態にかかる発電装置71は、第1実施形態と同様に、構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低く抑えることが可能である。また、永久磁石81の回転のための動力を回転軸75からとっているため効率がよい。さらに、回転盤77上の永久磁石79と架台73の側面89に配置された永久磁石81との間の反発力または吸引力の作用をより細かく変化させているため、回転盤77の回転はよりスムーズになる。
【0042】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、2種類の永久磁石を用いて
であるため、
簡単な構造を有し、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低い発電装置を提供することができる。
【0044】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態にかかる発電装置の構成を示す図である。(a)は第1実施形態にかかる発電装置の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
【図2】 第1実施形態にかかる永久磁石の構成を示す図である。(a)は回転盤上に設けられた永久磁石の構成を示す側面図及び断面図を、(b)は固定板の底部に設けられた永久磁石及び永久磁石取り付け具の構成を示す側面図及び断面図である。
【図3】 回転盤上に固定された永久磁石と上側固定板の下側面に配置された永久磁石との関係を概念的に示したものである。
【図4】 本発明の第2実施形態にかかる発電装置の構成を示す図である。(a)は第2実施形態にかかる発電装置の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
【図5】 本発明の第3実施形態にかかる発電装置の構成を示す図である。(a)は第3実施形態にかかる発電装置の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
【図6】 回転盤の周縁部に固定された4つの永久磁石と架台の側面に配置された永久磁石との関係を上から見たものである。
【符号の説明】
5、45、75 回転軸
7、47、77 回転盤
9、49、79 永久磁石(第1永久磁石)
11、51、81 永久磁石(第2永久磁石)
15、55 発電機
【発明の属する技術分野】
本発明は発電装置に関し、特に、磁力を利用した発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の発電装置としては、水力、火力、原子力、風力等を利用したものがあるが、いずれも省資源の観点からは充分なものではなく、かつ、いずれも装置が大型化せざるを得なかった。
【0003】
これに対して、水素などの元素のエネルギーや太陽エネルギーを利用した発電装置も開発されつつあるが、いずれも開発段階であって実用にはいまだ充分であるとはいいがたい。
【0004】
さらに、従来の発電装置よりも小型であって、省資源を目指したものとして、永久磁石を利用した磁力回転装置により発電を行うものがある。例えば、特開平7−87725号公報に記載された磁力回転装置である。この磁力回転装置においては、永久磁石と電磁石との反発力を利用して、永久磁石が固定された回転子を回転させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の磁力回転装置においては、永久磁石を多数設ける必要があること、電磁石を用いるため装置が複雑化すること、さらには、回転バランサ等が必要であることなどにより、装置が複雑かつ大型化するという欠点を有している。さらに、装置が複雑であることにより製造工程も複雑化せざるを得ないため、製造コスト面においても不利である。
【0006】
そこで本発明の目的は、簡単な構造を有し、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低い発電装置を提供することにある。
【0007】
本発明の上記以外の目的及び本発明の特徴とするところは、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、一層明確になるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の発電装置においては、軸受を介して架台に回転可能に設けられた回転軸と、回転軸の外周に設けられ、その中心が回転軸の軸心上にある円板状の回転盤と、回転盤上において回転軸の軸心について対象に固定され、対向する側面に異なる磁極が配置された複数の第1永久磁石と、架台に設けられ、対向する側面に異なる磁極が配置され、側面の一つが第1永久磁石の側面の一つと対向するようにされている第2永久磁石と、ここで、第1永久磁石と第2永久磁石との間の吸引力または反発力により、回転軸の軸心の周りに、第1永久磁石が固定された回転盤および回転軸が回転し、回転軸の回転トルクを取り出して発電を行い、第2永久磁石をその長手方向の軸を中心に回転させることにより、第1永久磁石の前記側面の一つと対向する第2永久磁石の側面を順次変更することにより、第1永久磁石と第2永久磁石との間に吸引力または反発力を発生させることとしている。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
図1は、本発明の第1実施形態にかかる発電装置1の構成を示す図である。図1(a)は第1実施形態にかかる発電装置1の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。図2は、第1実施形態にかかる永久磁石9、11の構成を示す図である。図2(a)は回転盤7上に設けられた永久磁石9の構成を示す側面図及び断面図を、(b)は上側固定板17の下側表面17aに配置された永久磁石11及び永久磁石取り付け具23の構成を示す側面図及び断面図である。
【0010】
第1実施形態にかかる発電装置1は、架台3、回転軸5、回転盤7、永久磁石9、11、フライホイール13、発電機15などからなる。
【0011】
架台3は長方形の2枚の固定板17、18からなる。固定板17、18は、四隅に配置した4本の円柱19によって、並行に離間して配置してある。2枚の固定板17、18のそれぞれの中央部分には軸受21が配置されており、両方の軸受21の内輪を貫通するように回転軸5が設けられている。
【0012】
回転軸5の鉛直方向中央部には、円形の回転盤7が固定されている。回転盤7の中心7aは回転軸5の軸心5a上にあって、回転盤7と回転軸5は一体となって回転可能である。
【0013】
回転盤7の上側表面7bの周縁部には、直方体形状の2個の永久磁石9(第1永久磁石)が回転盤7の中心7aに対して対称に配置されている。2個の永久磁石9ともに、図1(b)および図2(a)に示すように、上面がN極、下面がS極となるように、かつ長手方向が回転盤7の半径方向と一致するように固定されている。
【0014】
回転盤7の下側表面7cの周縁部には、輪状であって外径が回転盤の直径と同一のフライホイール13が固定されている。フライホイール13の内径は、回転盤7上に配置された永久磁石9の間隔よりやや長くしてある。
【0015】
上側の固定板17の下側表面17aには、永久磁石取り付け具23を介して直方体形状の永久磁石(第2永久磁石)11が配置されている。この永久磁石11は、回転盤7上に配置された永久磁石9と同一形状である。また、長手方向が回転盤7の半径方向と一致するように永久磁石取り付け具23に取り付けられている。
【0016】
永久磁石取り付け具23は、一対のL字型金具23aと、一組の円筒部23bとからなる。2個で一対のL字型金具23aは、固定板17の長辺と平行かつ回転軸5の中心を通る直線上であって上から見て左側に、一定の間隔をおいて配置されている。それぞれのL字型金具23aの一辺は固定板17の下側表面に固定されている。L字型金具23aのもう一方の辺は、鉛直方向下向きに配置されており、その下側端部には円筒部から延在する軸23cを挿入可能な穴23dが設けられている。なお、L字形状の内側部分23eは互いに対向している。
【0017】
円筒部23bは一端が開口23fとなっている。図2(b)に示すように、開口23fから円筒部23bの内部へ直方体の永久磁石11の端部を挿入して固定できるように、開口23fの断面は長方形となっている。円筒部23bの開口23fとは反対側の端部の外側には軸23cが設けられており、L字型金具の穴23dに挿入可能である。なお、図2(b)には示していないが、軸23cは軸受を介して円筒部23bに設けられている。このように軸受を設けることにより軸23cとL字型金具の穴23dとの間の磨耗を少なくすることができるため、永久磁石11をスムーズに回転させることができ、ひいてはエネルギーの損失を防ぐことができる。
【0018】
以上の構成により、永久磁石11の長手方向(軸方向)の両端部をそれぞれ別個の円筒部23b内へ挿入し、両円筒部23bから外側へ延在する軸23cをそれぞれL字型金具23aの穴23dに挿入することができる。これによって、永久磁石11はその軸11aを中心に回転可能に永久磁石取り付け具23に固定される。なお、永久磁石11の軸11aと、両円筒部23bから外側へ延在する軸23cの軸心とは同一であるため、永久磁石11はその軸11aを中心に回転可能である。また、永久磁石11の長手方向の4つの側面のうちの対向する2つの側面は、それぞれN極およびS極となっている。さらに永久磁石11は、鉛直方向において、回転盤7上の永久磁石9の側面と、その側面とがちょうど対向する位置に配置されている。
【0019】
円筒部23bの外周にはベルト25が掛け回されている。ベルト25の他端はモータ27の回転軸27aに掛け回されている。この構成により、モータ27の回転が円筒部23bに伝えられるため、モータ27によって永久磁石11を回転させることができる。また、モータ27は無段変速機29を備えているため、0〜2000回転の回転数を制御することができる。
【0020】
一方、下側の固定板18上には、回転軸5の回転を電力に変換する発電機15が設けられている。なお、回転軸5の回転から得られるトルクの一部をモータ27の動力に用いている。
【0021】
つづいて、図3を用いて本実施形態にかかる発電装置1の動作について説明する。図3は、回転盤7上に固定された永久磁石9と上側固定板17の下側面17aに配置された永久磁石11との関係を概念的に示したものである。図3は、永久磁石9と永久磁石11の磁極を側方から見た図と、回転盤7上における永久磁石9の描く軌跡を上から見た図を組み合わせたものである。
【0022】
図3(a)は、永久磁石11のS極が下側にあって、かつ、永久磁石9の上側に配置されたN極と対向している状態を示している。図3(b)は、永久磁石11が(a)の状態から時計方向に90度回転してN極とS極とが水平方向に配置されており、かつ、永久磁石9が(a)の状態から時計方向に回転した状態を示している。図3(c)は、永久磁石11が(a)の状態から時計方向に180度回転しており、かつ、永久磁石9が(b)の状態からさらに時計方向に回転した状態を示している。図3(d)は、永久磁石11が(a)の状態から時計方向に270度回転してS極とN極とが水平方向に配置されており、かつ、永久磁石9が(c)の状態から時計方向に回転して(a)の位置に近づいた状態を示している。
【0023】
本実施形態においては以下のサイクルで回転盤が回転する。すなわち、図3(a)は、本実施形態の初期状態である。この図において、回転盤7に固定された永久磁石9のN極と上側固定板17の下側面17aに配置された永久磁石11のS極とが対向しているため、N極とS極との間の吸引力により永久磁石9が固定された回転盤7は回転を停止している。この状態で、モータ27により永久磁石11を時計方向に回転させると、永久磁石11のS極と永久磁石9のN極との吸引力により永久磁石9が時計方向に回転し始める(図3(b))。さらに、永久磁石11を回転させると、永久磁石11のN極と永久磁石9のN極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により永久磁石9はさらに回転する(図3(c))。そして、さらに永久磁石11が回転すると、永久磁石11のN極と永久磁石9のS極が接近してくるため、両者の吸引力により回転盤7はさらに回転する(図3(d))。ここで、さらに永久磁石11を回転させると、永久磁石9のN極との間の吸引力の作用によりさらに回転し、初期状態(図3(a))までもどる。
【0024】
初期状態までもどると、再び上述のサイクルにより回転盤7が回転しつづける。本実施形態においては、回転盤7の下側表面にフライホイール13が設けられているため、回転盤7上の永久磁石9の吸引力および反発力に加えて、フライホイール13の慣性力の作用によって、回転盤7をスムーズに回転させることができる。
【0025】
上述のように、第1実施形態にかかる発電装置は構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低く抑えることが可能である。
【0026】
図4は、本発明の第2実施形態にかかる発電装置41の構成を示す図である。図4(a)は第2実施形態にかかる発電装置41の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。以下の第2実施形態についての説明は、第1実施形態と異なる点を中心に行い、第1実施形態と同様の構成の部材についてはその詳細な説明は省略する。
【0027】
第2実施形態にかかる発電装置41は、架台43、回転軸45、回転盤47、永久磁石49、51、フライホイール53、発電機55、ギヤ56、ベルト65、などからなる。
【0028】
架台43は第1実施形態と同様に設けられているが、正面から見て左側面には永久磁石取り付け具63取り付け用の板状部材59が設けられている。板状部材59は、その長手方向が鉛直方向に延在しており、上側端部59aが上側固定部材57に、下側端部59bが下側固定部材58に固定されている。
【0029】
回転軸45の鉛直方向中央部には、円形の回転盤47が固定されている。回転盤47の中心47aは回転軸45の軸心45a上にあって、回転盤47と回転軸45は一体となって回転可能である。
【0030】
回転盤47の周縁部にはフライホイール53が設けられている。さらに、フライホイール53の対向する2箇所には、凹部68が設けられ、それぞれの凹部68の中には直方体形状の永久磁石49が1つずつ固定されている。2つの永久磁石49は、回転盤47の中心47aに対して対称に配置されている。永久磁石49の長手方向は鉛直方向に一致しており、回転盤47の半径方向外側の面がN極となるようにされている。
【0031】
一方、架台43に設けられた板状部材59の回転盤47側表面には永久磁石取り付け具63を介して直方体形状の永久磁石51が配置されている。永久磁石51の長手方向の4つの側面のうちの対向する2つの側面は、それぞれN極およびS極となっている。また、永久磁石51は鉛直方向に延在しているため、その長手方向と回転盤47上の永久磁石49の長手方向は同一である。よって、永久磁石取り付け具63に取り付けられた永久磁石51の側面と、回転盤47上の永久磁石49の側面とがちょうど対向するように配置されている。
【0032】
上側固定板57と回転盤47との間であって、回転軸45の外周にはギヤ56が配置されている。ギヤ56の外周にはベルト65の一端が掛け回されており、ベルト65の他端は永久磁石取り付け具63の円筒部63bから延在する軸63cに掛け回されている。この構成により、回転軸45の回転トルクを永久磁石取り付け具63に伝えて、永久磁石取り付け具63の回転に供することができる。なお、回転盤47及び回転軸45の回転開始時においては、永久磁石取り付け具63はモータ(不図示)からの動力を受けて永久磁石51を回転させる。
【0033】
第2実施形態にかかる発電装置の動作は以下のとおりである。
【0034】
すなわち、本実施形態の初期状態においては、回転盤47に固定された永久磁石49のN極と上側固定板57の側面59に配置された永久磁石51のS極とが対向しているため、N極とS極との間の吸引力により永久磁石49が固定された回転盤47は回転を停止している。この状態で、モータ(不図示)により、上から見て反時計方向に永久磁石51を回転させると、永久磁石51のS極と永久磁石49のN極との吸引力により永久磁石49が固定された回転盤47が時計方向に回転し始める。さらに、永久磁石51を回転させると、永久磁石51のN極と永久磁石49のN極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により回転盤47はさらに回転する。そして、さらに回転して永久磁石49のN極と次の永久磁石49のS極が接近してくると、両者の吸引力により回転盤47はさらに回転し、初期状態までもどる。
【0035】
上述のように、第2実施形態にかかる発電装置41は、第1実施形態と同様に、構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低く抑えることが可能である。さらに、永久磁石51を回転させるための動力を回転軸45からとっているため効率がよい。
【0036】
図5は、本発明の第3実施形態にかかる発電装置71の構成を示す図である。図5(a)は第3実施形態にかかる発電装置71の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。以下の第3実施形態についての説明は、第2実施形態と異なる点を中心に行い、第1実施形態および第2実施形態と同様の構成の部材についてはその詳細な説明は省略する。
【0037】
第3実施形態にかかる発電装置71においては、回転盤77の周縁部の4箇所に、回転軸75に対して90度ごとに凹部98が設けられ、それぞれの凹部98の中には直方体形状の永久磁石79が1つずつ固定されている。4つの永久磁石79のうちの2つは、回転盤75の軸心75aに対して対称に配置されている。永久磁石79の長手方向は鉛直方向に一致しており、対向する永久磁石79の組の一方は回転盤77の半径方向外側の面がN極となるようにされ、他方は回転盤77の半径方向外側の面がS極となるようにされている。したがって、回転盤77の周縁部に配置された4つの永久磁石79はそれぞれ両隣の永久磁石79と極性が逆向きとなるように配置されている。これ以外の構成については第2実施形態と同様である。
【0038】
つづいて、図6を用いて本実施形態にかかる発電装置71の動作について説明する。図6は、回転盤77の周縁部に固定された4つの永久磁石79と架台73の側面89に配置された永久磁石81との関係を上から見たものである。
【0039】
図6(a)は、永久磁石81のS極が回転盤77側にあって、かつ、永久磁石79において左側に配置されたN極と対向している状態を示している。図6(b)は、永久磁石81が(a)の状態から反時計方向に90度回転して上側にS極、下側にN極が配置されており、かつ、永久磁石79が(a)の状態から時計方向に45度回転した状態を示している。図6(c)は、永久磁石81が(b)の状態から反時計方向に90度回転してN極が回転盤77側にあって、かつ、永久磁石79が(a)の状態から時計方向に90度回転した状態を示している。
【0040】
本実施形態においては以下のサイクルで回転盤が回転する。すなわち、図6(a)は、本実施形態の初期状態である。この図において、回転盤77に固定された永久磁石79のN極と架台73の側面89に配置された永久磁石81のS極とが対向しているため、N極とS極との間の吸引力により永久磁石79が固定された回転盤77は回転を停止している。この状態で、モータ(不図示)により永久磁石81を反時計方向に回転させると、永久磁石81のS極と永久磁石79のN極との吸引力により永久磁石79が固定された回転盤77は時計方向に回転し始める。さらに、永久磁石81を回転させると、永久磁石81のN極と永久磁石79のN極とが近づくようになるため、両者の間の反発力により回転盤77はさらに回転する(図6(b))。また、図6(b)の位置まで回転すると永久磁石81のN極と次の永久磁石79のS極が接近してくるため、両者の吸引力により回転盤77は回転し、初期状態(図3(a))から90度回転した状態となる。(図3(c))
【0041】
この状態までもどると、その後は上述のサイクルと同様に回転盤77が回転しつづける。上述のように、第3実施形態にかかる発電装置71は、第1実施形態と同様に、構成する部材が少ない簡単な構造を有しているため、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低く抑えることが可能である。また、永久磁石81の回転のための動力を回転軸75からとっているため効率がよい。さらに、回転盤77上の永久磁石79と架台73の側面89に配置された永久磁石81との間の反発力または吸引力の作用をより細かく変化させているため、回転盤77の回転はよりスムーズになる。
【0042】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、2種類の永久磁石を用いて
であるため、
簡単な構造を有し、小型化が可能であり、かつ、製造コストの低い発電装置を提供することができる。
【0044】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態にかかる発電装置の構成を示す図である。(a)は第1実施形態にかかる発電装置の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
【図2】 第1実施形態にかかる永久磁石の構成を示す図である。(a)は回転盤上に設けられた永久磁石の構成を示す側面図及び断面図を、(b)は固定板の底部に設けられた永久磁石及び永久磁石取り付け具の構成を示す側面図及び断面図である。
【図3】 回転盤上に固定された永久磁石と上側固定板の下側面に配置された永久磁石との関係を概念的に示したものである。
【図4】 本発明の第2実施形態にかかる発電装置の構成を示す図である。(a)は第2実施形態にかかる発電装置の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
【図5】 本発明の第3実施形態にかかる発電装置の構成を示す図である。(a)は第3実施形態にかかる発電装置の上面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
【図6】 回転盤の周縁部に固定された4つの永久磁石と架台の側面に配置された永久磁石との関係を上から見たものである。
【符号の説明】
5、45、75 回転軸
7、47、77 回転盤
9、49、79 永久磁石(第1永久磁石)
11、51、81 永久磁石(第2永久磁石)
15、55 発電機
Claims (4)
- 軸受を介して架台に回転可能に設けられた回転軸と、
回転軸の外周に設けられ、その中心が前記回転軸の軸心上にある円板状の回転盤と、
回転盤上において前記回転軸の軸心について対象に固定され、対向する側面に異なる磁極が配置された複数の第1永久磁石と、
前記架台に設けられ、対向する側面に異なる磁極が配置され、前記側面の一つが前記第1永久磁石の前記側面の一つと対向するようにされている第2永久磁石と、を備え
前記第1永久磁石と前記第2永久磁石との間の吸引力または反発力により、前記回転軸の軸心の周りに、前記1永久磁石が固定された前記回転盤および前記回転軸が回転し、前記回転軸の回転トルクを取り出して発電を行う発電装置であって、
前記第2永久磁石をその長手方向の軸を中心に回転させることにより、前記第1永久磁石の前記側面の一つと対向する前記第2永久磁石の前記側面を順次変更することにより、前記第1永久磁石と前記第2永久磁石との間に吸引力または反発力を発生させることを特徴とする発電装置。 - 前記第1永久磁石は、前記回転盤の周縁部において前記回転軸の軸心について対象に固定された2つの永久磁石であり、上側の側面にN極が配置されている請求項1に記載の発電装置。
- 前記第1永久磁石は、前記回転盤の周縁部に設けられた2つの凹部のそれぞれにおいて、前記回転軸の軸心について対象に固定された2つの永久磁石であり、前記回転盤の半径方向外側の側面にN極が配置されている請求項1に記載の発電装置。
- 前記第1永久磁石は、前記回転盤の周縁部に設けられた4つの凹部のそれぞれにおいて、前記回転軸の軸心について対象に固定された4つの永久磁石であり、対向する前記第1永久磁石の組の一方は前記回転盤の半径方向外側の側面にN極が配置され、他方は前記回転盤の半径方向外側の側面にS極が配置されている請求項1に記載の発電装置。
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