JP4953109B1

JP4953109B1 - リニア発電装置

Info

Publication number: JP4953109B1
Application number: JP2011199956A
Authority: JP
Inventors: 照彦加納
Original assignee: 有限会社加納
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-08-29
Also published as: JP2013048536A

Abstract

【課題】１、各種装置の振動を電力に変えるリニア発電装置に於いて、設置場所の環境上長い形状の装置が設置不可能な場合、或いは更に強力な発電機能を要求される場合に於いて、高い発電機能を発揮する為の装置の構造。２、上記の装置へ緩衝機能を付加する構造。
【解決手段】発電用コイル８、１２とこれに対向する位置にある永久磁石のいずれかが摺動して発電するリニア発電装置の摺動套４、１４及び中間円筒２０の数を増やして多連化し、コイル８、１２と永久磁石とから成る発電ユニットの数を増加させ、これによって発電機能を強化する。上記の装置へエアーダンパー、又はコイルスプリングを附設して緩衝機能を付加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種装置の往復運動或いは振動を電力に変換する発電装置に関するものである。

現在世界は地球温暖化防止のため、石化燃料削減の必要性に迫られている。本発明は、省エネルギーを目的に多くの分野で過去には回収されず廃棄されていたエネルギーを再利用する為の技術を提示するものである。

特開２０１０−１７３６３０特開２００９−２８７６３８特開２００９−２４７１０２特開２００９−１７９３１９特開２００８−１６２３３３特開２００７−３２０３６３特開２００７−０４９８６５特開２００５−１３０６２４

日本機械学会（ＮＯ．０５−３９）

本発明は、各種装置の振動をリニア発電の手法によって電力に変換する技術に関するものである。リニア発電は、磁石とそれに相対する位置にあるコイルのいずれかが上下或いは左右に摺動し、これによってコイルの両端子に電圧を発生させて発電する機構である。本発明に於いては、永久磁石の磁気作動面の内側に位置するコイル（以下内側発電用コイルと言う）、又は永久磁石の磁気作動面の外側に位置するコイル（以下外側発電用コイルと言う）、の磁石或いはコイルのいずれかが摺動して発電をする装置の構造及びその使用方法を提示する。

課題１、各種装置の往復運動によって発生する振動を電力に変換する目的で設置する場合に、装置によっては設置場所の高さ、収容領域の大きさ、等の条件によって設置される環境が異なる。そのような環境に適合可能なリニア発電装置を提示する。
課題２、前記の装置の上又は側面に緩衝装置を設置し、制震の機能も兼ね備えたリニア発電装置を提示する。
以上の問題を解決することが本発明の課題となる。

例１、（図１、図２、図３、参照）
コイルとそれに対向する位置に永久磁石の発電素子を設置するリニア発電装置の全長に制限がある場合に於いて、発電装置の発電能力を確保する為に、摺動套の数を２個以上にすることによってコイルとそれに対向する永久磁石による発電単位の数を増加させる方法を提示する。この場合は装置の全長は減少させるが、装置の外径を増加させることによって、高い発電能力を確保することを目的とする。本装置の構成は、次の通りである。
１、リニア発電装置のベース側に接合する下部接合部の上に発電部底部円形版を設置し、その中心上部に主軸を設置し、主軸の上部中心にピストンロッド受け入れ空間を作る。
２、前記発電部底部円形版の最外周に発電部外側円筒を設置し、更に主軸との中間に中間円筒を設置する。
３、装置本体との接合部の下側に上部躯体接合部を設置する。その中心直下にピストンロッドを設置する。
４、このピストンロッドを前記ピストンロッド受け入れ空間へリニアベアリングを経て挿入する。
５、２組の摺動套を上部躯体保持部に設置する。その２組の摺動套の中間に位置する場所の底部円形板の上に中間円筒を設置する。
６、主軸の外側及び中間円筒の外側に複数の内側発電用コイルを設置し、中間円筒の内側及び外周筒の内側に複数の外側発電用コイルを設置する。
７、内側摺動套及び、外側摺動套に両面が磁気作動面となる永久磁石を、前記コイルと対向する位置に、且つコイルと接触しない状態で配置する。
８、摺動套下部に摺動補助ロール又はリニアベアリングを設置して摺動套の正確な上下運動を保持する。
９、発電部外側円筒の最上部は、弾性皮膜体ベローズによって上部躯体接合部と接合する。
１０、コイル、永久磁石の設置数は、振幅の大小、平均振幅等によって定める。
１１、上記の発電装置は摺動補助ロール又は、リニアベアリングによる摺動精度の保証により、装置を９０度回転させてピストンロッドの運動を左右に往復させることも可能となる。
以上によって４連のリニア発電装置が作動する。

装置の運転中振動源の上下或いは横の往復運動によってピストンロッドは上下、或いは横の往復運動を繰り返す。これに従って、両摺動套も同じく上下或いは横の往復運動を繰り返す。摺動套に設置された永久磁石は、コイルに対向する位置でコイルに対して同じく上下或いは横の往復運動を繰り返す。その結果フレミングの法則によって各コイルの両端子間には電圧が生ずる。摺動套と中間筒を更に増設することによって設置する永久磁石と、発電用コイルの数を増せば、発電能力は更に増大する。

この装置は、陸上走行車輛、船舶、或いは、レシュプロ式コンプレッサーの出力側、ルーツ式真空ポンプの空気排出側等へ設置することによって、今迄には利用されなかった幅広い用途に於いて振動を電力に変換するする発電機として利用することが出来る。これによって過去には廃棄されていたエネルギーを電力として利用することが可能となる。

例２、（図４、参照）
前記リニア発電装置の上部にエアーサスペンション、或いはコイルスプリングを設置し、その下部にリニア発電装置による発電部を設置し、サスペンションと発電の両機能を発揮する手段を提示する。
その形状は、上部にサスペンション機能用のエアーダンパー、或いはコイルスプリングを置き、下部に例１のリニア発電機能を持った発電部を置く。車輪の上下運動による振動によってピストンロッドは上下運動を行い、全ての永久磁石は対向する位置にあるコイルの前で上下運動を行って起電力を発生させる。以上の動作によって、本装置はクッションのダンパー機能とリニア発電装置の機能を発揮するものとなる。装置は９０度回転して永久磁石は水平の往復運動とさせることも可能である。

効果１、
装置の、設置場所に於ける上下の距離制限があっても、多連摺動套を利用した場合は、装置の上下運動或いは横の往復運動による振動を大きな電力に変換することが出来る。また用途としては、例えば一般的に利用されているレシュプロ式エアーコンプレッサー、ルーツブロア−等の排出口の前にこの装置を設置してエアーの廃棄圧力の変化を振動として捉えれば、今までは無視されて来たエネルギーを電力に変換することが可能となる。
効果２、
装置の上部にエアーチャンバーを置き、その下部にリニア発電装置を設置して上下を貫通するピストンロッドを置き、同ピストンロッドに摺動套を設置し、これに発電用の永久磁石を設置した装置、或いはコイルスプリングを配置する装置によって、例えば、陸上走行車輛の車輪の上下運動によるショックのダンピング効果を獲得し、併せて発電の同時効果を得ることが出来る。

装置の往復運動による振動を電力に変える装置の発電能力を高めるために、リニア発電装置の多連化を行った装置の断面図を示す。

図１のＡ−Ａ断面を示す。

図２のＢ−Ｂ断面を示す。

リニア発電装置に於いて、上部に弾性皮膜体のベローズによるエアーチャンバーを設置して緩衝機能を付加した装置を示す。

リニア発電装置に於いて、上部に弾性皮膜体のベローズによるリングコイルを設置して緩衝機能を付加した装置を示す。

図１、図２、図３、は請求項１に関連する。
本例は、リニア発電装置のコイルと対向する位置に配置する永久磁石を多連化して、発電能力を高める技術に関するものである。
下部接合部（２３）の上に下部躯体連結バー（２２）によって発電部底部円形版（２１）を設置し、この中心部に主軸（１９）を直立させる。その上部中心にピストンロッド受け入れ部（１７）を置き、この最上部にリニアベアリングを設置してピストンロッド（３）を受け入れる。主軸上部の外部に内側発電用コイル（８）を内側発電用コイル支持材（７）によって複数を配置する。
次に、同内側発電用コイル（８）の外周で同内側発電用コイルと対向する位置に、両面が作動面となる永久磁石の内側作動面（９）を前記内側発電用コイルと接触しない位置に配置する。同各永久磁石は磁石保持材（１０）によって磁石保持金具（６）に設置され、同磁石保持金具（６）の上部はピストンロッド（３）に連結される上部摺動套（４）に連結される。その最上部は上部躯体保持部（２）に接合し、下部は下部摺動套（１４）に連結される。同下部摺動套（１４）は主軸（１９）又は発電部中間円筒（２０）に設置された摺動補助ロール又はリニアベアリング（１８）によって摺動の精度を保持する。次に、同摺動套上の永久磁石の外側作動面（１１）と対向する位置で外側発電用コイル（１２）を前記外側発電用永久磁石に対向する位置に同永久磁石の外側磁気作動面（１１）と接触しない状態で中間円筒（２０）の内側に外側コイル支持材（１３）よって配置する。

次に、同内側発電用コイル（８）の外周で同内側発電用コイルと対向する位置に、両面が磁気作動面となる永久磁石の内側磁気作動面（９）を同内側発電用コイルと接触しない位置に配置する。上記の各永久磁石は磁石保持材（１０）によって発電用磁石保持金具（１５）に接合され、同発電用磁石保持金具（６）の上部はピストンロッド（３）に連結される上部摺動套（４）に連結され、その最上部は上部躯体保持部（２）に接合し、下部は下部摺動套（１４）に連結され、同下部摺動套（１４）は発電部中間円筒（２０）又は発電部外側円筒（１５）に設置された摺動補助ロール又はリニアベアリング（１８）によって上下運動の精度を保持し、次に、永久磁石の外側作動面（１１）と対向する位置で外側発電用コイル（１２）を前記外側発電用永久磁石に対向する位置に同永久磁石の外側磁気作動面（１１）と接触しない位置で発電部外側円筒の内側に外側コイル支持材（１３）よって配置する。
以上によって発電部の構造は４連の発電機構を持つこととなり、装置の１回の上下運動に伴う振動により１連式の４倍の電力を得るものとなる。外径が増加する為に、設置場所の大きさ、構造等によって設置可能とされる範囲が定まる。
この発電装置は、陸上走行車輛の車軸と車体本体との間、或いはレシュプロ式エアーコンプレッサーや、ルーツ式真空装置のエアーの出口に設置することによって、今迄は廃棄されていたエネルギーを電力に変換することも可能となる。

図４、図５、は請求項２に関連する。
本例は、前例迄に紹介したリニア発電装置の上部に上部躯体保持部（２）、仕切板（２４）、内側弾性皮膜体ベローズ、及び外側弾性皮膜体ベローズ（５）によって形成されるエアーダンンパーを設置し、例えば、陸上走行車輛に於ける車軸の上下運動の衝撃を吸収するダンパーの効果と併せてリニア発電による発電の効果を得るための装置である。
図４、の装置は、車輌本体側への上部接続部（１）と車軸側への下部接合部（２３）によって車軸と車輛本体との間に介装され、装置の上部は上部躯体保持部（２）と発電部上部連結部（１）の間に於いて内側弾性皮膜体ベローズ及び外側弾性皮膜体ベローズ（５）によってエアーチャンバーを形成し、車輪の上下運動による衝撃を吸収してダンパーの効果を得る。
図５、の装置は、ベローズによるエアーダンパーをコイルスプリング（２５）としたものである。
下部の発電部は、車軸側への下部接合部（２３）によって車軸に接合され、（２２）によって発電部底部円形板（２１）と接続され、この中心部に主軸（１９）を直立させ、その上部にピストンロッド受け入れ部（１７）を設け、この上部にリニアベアリング（１６）を設置してピストンロッド（３）を受け入れる。

主軸（１９）の外周に複数の内側発電用コイル（８）を内側コイル支持材（７）によって配置する。
次に、同内側発電用コイル（８）の外周で同内側発電用コイルと対向する位置に、両面が磁気作動面となる永久磁石の内側磁気作動面（９）を同内側発電用コイルと接触しない位置に配置する。上記の各永久磁石は磁石保持材（１０）によって磁石保持金具（６）に接合され、同磁石保持金具（６）の上部はピストンロッド（３）に連結される上部摺動套（４）に連結されてピストンロッドに接合し、下部は下部摺動套（１４）に連結され、同下部摺動套（１４）は上軸（１９）又は発電部外側円筒（１５）に設置された摺動補助ロール又はリニアベアリング（１８）によって上下運動の精度を保持し、次に、永久磁石の外側磁気作動面（１１）と対向する位置で外側発電用コイル（１２）を前記外側発電用永久磁石に対向する位置に同永久磁石の外側磁気作動面（１１）と接触しない位置で発電部外部円筒の内側に外側コイル支持材（１３）よって配置する。陸上走行車輛の車輪の上下運動による車軸の振動は、上部のエアーチャンバーによって制震され、下部のリニア発電装置によって電力を発生させるものとなる。

現在世界は環境保護の為に石化エネルギーの削減の為の努力している。ハイブリッドカーや電気自動車の普及はその一環である。然るに現在は電気自動車の単位充電時間当たりの走行距離は短く、実用上の問題として指摘されている。本発明によって車輪の上下運動による振動を電力化して走行距離を伸ばすことが考えられる。本発明は車輌のみならず、各種装置の中で発生する振動を電気エネルギーに変換し、これをメインバッテリーへ充電して再利用を図ることが主目的である。現在は廃棄されている振動のエネルギーを電力として再利用することが実現され、その有用性は大きい。本発電装置は、陸上走行車輛への利用、或いは一般工業用途、例えば、レシュプロ式エアーコンプレッサー、ルーツブロア−の排気口にセットして圧力変化をピストンロッドの摺動に換えて電力化し、過去に於いては廃棄されていたエネルギーの再利用等、その他多くの用途への適用の可能性がある。次に、発電装置へエアーダンパー、又はコイルスプピリングを設置して緩衝機能を付加することも可能である。

（１）振動する装置への上部接合部
（２）上部躯体保持部
（３）ピストンロッド
（４）上部摺動套
（５）内側弾性皮膜体ベローズ及び外側弾性皮膜体ベローズ
（６）発電用磁石保持金具
（７）内側コイル支持材
（８）内側発電用コイル
（９）永久磁石の内側磁気作動面
（１０）磁石保持用材
（１１）永久磁石の外側磁気作動面
（１２）外側発電用コイル
（１３）外側コイル支持材
（１４）下部摺動套
（１５）発電部外側円筒
（１６）リニアベアリング
（１７）ピストンロッド受け入れ部
（１８）摺動補助ロール又はリニアベアリング
（１９）主軸
（２０）中間円筒
（２１）発電部底部円形板
（２２）下部躯体連結バー
（２３）下部接合部
（２４）仕切板
（２５）コイルスプリング

Claims

装置の往復運動による振動の発生源との間に介装するリニア発電装置に於いて、発電装置内へ複数の摺動套を設置し、各摺動套の間に中間円筒を設置し、これに両面が磁気作動面となる永久磁石又はコイルを設置し、装置の振動を発電装置内部のコイルとこれに対向する位置に配置された両面が磁気作動面となる永久磁石又はコイルの往復運動とさせ、高い発電量を発生させることを特徴とするリニア発電装置。
装置の往復運動による振動の発生源との間に介装するリニア発電装置に於いて、請求項１の発電装置の上部又は側面にエアーダンパー、又はコイルスプリングを設置して、発電装置内部のピストンロッドとコイルとこれに対向する位置に配置された両面が磁気作動面となる永久磁石の上下運動又はコイルの往復運動により発電し、制震機能も併せ持つことを特徴とするリニア発電装置。