JP5847777B2

JP5847777B2 - 動力回転装置及び発電機

Info

Publication number: JP5847777B2
Application number: JP2013186983A
Authority: JP
Inventors: 導啓金濱
Original assignee: 導啓金濱
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2033-09-10
Also published as: JP2015056909A

Description

本発明は、電力を発電し得る動力回転装置、それを具える動力発生機及び発電機に関する。

一般に、回転するエネルギーを軸出力にて電力に変換する動力回転装置としては、特許文献１に開示されているように、回転軸の周囲を転動体で包囲することにより、回転速度を維持するものが知られている。

また、特許文献２には、滑車に重りを吊り下げ、重力により重りが落下する力を利用して発電機を回転させる重力式発電機が開示されている（特に図１を参照）。更に、特許文献３では、電気二重層キャパシタを動力電源とするソレノイドバルブが開示されている。

特開２０１０−６０１２４号公報特開２００４−１２４８６０公報国際公開２００９／１２２６８３号パンフレット

しかし、特許文献１に開示の動力回転装置は、回転力を電力に変換するものの、その発電量は入力した回転力以下に留まりものであり、入力した回転力を超えて発電することはないことから、エネルギーの効率的な利用の観点からは不十分なものであった。また、特許文献２では、重りが落ちきってしまえば、発電を停止してしまい、連続発電機としては不十分であり、安定した電力源とはならない、という問題を有する。更に、特許文献３のソレノイドバルブは、駆動する専用電源を小型化し、省スペース化を可能とすることを企図しており、発電効率の向上や安定した電源としての使用については、何ら検討されていない。

したがって、本発明の目的は、回転により得られる電力の発電効率を更に向上させつつも、安定的な電力供給源として、連続的に電力を発電し得る動力回転装置及び発電機を提供することにある。

上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、回転対象の回転体の周囲に少なくとも１つの副回転体を設けることにより、連続的に電力を発電しつつも、回転により得られる電力の発電効率を飛躍的に向上させる構成を見出し、本発明を完成した。

以下、本発明を詳細に説明する。上記目的を達成する本発明に係る動力回転装置は、中心軸位置にて軸支された回転可能な主円盤と、動力により回転可能であり、主円盤を回転させる回転体と、を具える動力回転装置であって、主円盤上に、主円盤の中心軸と同心円上であって、主円盤の周方向に軸支されて配置された少なくとも１つの回転力伝達部材を有し、回転力伝達部材は、主円盤の順方向回転の際には、各回転力伝達部材からみて該主円盤が下方向に回転する位置では、回転力伝達部材の遠心力と重力による回転モーメントが最大になる位置に回転し、回転力伝達部材からみて主円盤が上方向に回転する位置では、回転力伝達部材の回転モーメントが最小となる位置に回転する、ことを特徴とする。このとき、回転力伝達部材が複数であり、該複数の回転力伝達部材は、周方向に等間隔にて配置されていることが好ましい。なお、ここでいう「下方向」とは、重力方向をいうものであり、一方、「上方向」とは、重力に抗する方向であって、下方とは反対の方向をいうものである。

また、回転力伝達部材は、円盤状の副円盤であり、副円盤が主円盤に対し軸支される副円盤軸は、副円盤の中心軸とは異なる位置にあることが好ましい。

更に、回転体は、主円盤とは離間して周囲に隣接配置しており、中心軸位置にて軸支され、動力により回転可能な補助円盤であり、主円盤及び補助円盤の周囲には、磁石が配置されており、主円盤の磁石と、補助円盤の磁石とは、同一の磁極又は異なる磁極が対向して配置してなることが好ましい。

更にまた、磁石は、永久磁石であることが好ましい。

或いは、磁石は、電磁石であることが好ましい。このとき、電磁石の駆動電源として、瞬間充電及び瞬間放電可能な電気二重層キャパシタを更に具えることが好ましい。

また、回転体から主円盤に回転力を伝達する回転力伝達手段を更に具え、該回転力伝達手段は、ベルトプーリ、タイミングベルト、歯車、又はベベルギヤであることが好ましい。

更に、副円盤を回転可能であり、かつ、主円盤の回転と前記副円盤の回転とを同期し得るモータを更に具えることが好ましい。

更にまた、副円盤の回転起動は楕円であることが好ましい。

加えて、回転体の動力は、モータであることが好ましい。

加えてまた、主円盤の径は、回転体の径よりも大きいことが好ましい。

また、主円盤の重量は、補助円盤の重量よりも大きいことが好ましい。

更に、主円盤及び回転体は、筐体に固定されてなることが好ましい。

また、上記目的を達成する本発明に係る回転式動力発生機は、上記構成の動力回転装置を具えることを特徴とする。

更に、上記目的を達成する本発明に係る発電機は、上記構成の動力回転装置と、主円盤の軸に連結され、該主円盤の回転に伴い電力を発生させる発電装置と、を具えることを特徴とする。

なお、上記発電機において、発電装置に連結され、前記発電装置にて発電された電力を逐電する、充電装置を更に具えることが好ましい。

また、上記発電機において、充電装置は、回転体に連結されており、逐電された電力を用いて該回転体を回転可能であることが好ましい。

本発明によれば、連続的に電力を発電しつつも、回転により得られる電力の発電効率を飛躍的に向上させることができる、動力回転装置、それを具える回転式動力発生機、及び、発電機を提供することが可能となる。

本発明の動力回転装置において、プーリー及びベルト駆動した際の正面図である。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の動力回転装置において、電磁石を用い、磁力の吸着力の働いた状態の装置正面図及び装置側面図である。本発明の他の動力回転装置において、電磁石を用い、磁力の反発力の働いた状態の装置正面図である。本発明の他の動力回転装置において、磁石の電源に用いる電気二重層キャパシタの回路図である。本発明の他の動力回転装置において、ベベルギアを用いた装置側面図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の動力回転装置において、副円盤の回転にモータを用いた場合の装置正面図及び装置側面図である。本発明の他の動力回転装置において、副円盤の重力バランスを変更した実施態様を示した図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の動力回転装置において、副円盤の回転軌跡を楕円とした実施態様を示した図である。本発明の他の動力回転装置において、磁石搭載補助円盤の駆動をモータとした実施態様の正面図である。本発明の他の動力回転装置において、始動動力にバッテリーを用いた構成図である。

図１に示すように、本発明の動力回転装置の一実施態様では、筐体１内に回転自在に設置された主軸２を持つ主円盤３上に、中心軸２aと同心円上でそれぞれの配置角度dを同一とした回転軸４a,4b,4cを持つ副円盤5a,5b,5cを複数配置する。なお、本構成では、回転力伝達部材として、副円盤を採用しているが、回転力伝達部材は、これに限定されるものではない。すなわち、主円盤の順方向回転の際に、各回転力伝達部材からみて該主円盤が下方向に回転する位置では、回転力伝達部材の遠心力と重力による回転モーメントが最大になる位置に回転し、回転力伝達部材からみて主円盤が上方向に回転する位置では、回転力伝達部材の回転モーメントが最小となる位置に回転する限りは、これに限定されるものではなく、例えば、円盤状ではない、多角形状、楕円状、球状等の部材に代換えすることも可能である。また、本構成では、主円盤3の順方向回転Raの際、各副円盤からみて主円盤3が下方向に回転する位置では、副円盤5a,5b,5cの遠心力と重力による回転モーメントが最大となる位置に副円盤5a,5b,5cを回転させることとなる。また、副円盤からみて主円盤3が上方向に回転する位置では、副円盤5a,5b,5cの回転モーメントが最小となる位置に副円盤5a,5b,5cを回転させることとなる。

上記構成を採用することにより、各副円盤5a,5b,5cを基準とすると、主円盤３が下向きの回転に移行するとき、副円盤重心が中心軸２aより最も遠い位置に回転し、副円盤による回転モーメントが最大となり主軸回転を加速させることが可能となる。そのことから、回転モーメント最大位置の中心軸２aの点対称点では、各副円盤の重心は逆に中心軸２aに最も近くなり、副円盤による逆回転モーメントを軽減させることとなる。また、副円盤は次々と主円盤の回転と同期して等間隔で最大回転モーメントを発生させる位置に移動してくることから、順方向最大回転モーメントと逆回転モーメントの差により主軸２の回転力を発生させることが可能となる。

また、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、副円盤5a,5b,5cにかかる重力と遠心力による回転力を増強するために、主円盤3面と対向させた円盤面を持つ補助円盤6（回転体の一態様）を主円盤3の回転力を用いて同期反転Rbさせるものである。主円盤3を回転させる動力源として、主円盤3と補助円盤6上に永久磁石を複数設ける。主円盤３上の永久磁石７aと補助円盤６上永久磁石７bはそれぞれ常に向き合うように調整されている。主円盤３の磁石と補助円盤６の磁石とは、両者の間隔が同期するよう設置されていることから、永久磁石７a・７bは常に同じ位置で向き合うこととなる。例えば、双方とも磁石面をＮ極とすれば、補助円盤６の回転力Rbと磁石反発力fにより、主円盤３の回転力を高めることが可能となる。或いは、図示は省略するが、補助円盤６上にＳ極の磁石を７bの前方に設置させ、吸着力にて永久磁石７aを呼び込んで主円盤3を回転させることもできる。

また、図２（ａ）及び（ｂ）並びに図３に示すように、主円盤３上の永久磁石７aの中心軸２aから見て同心円上に電磁石８を磁石支持金９を介して設置する。永久磁石７aと電磁石８の面は対向されている。８aは電磁石８の通電停止、及びＮ極、Ｓ極切換のタイミングを検知する回転位置検知センサである。例えば、永久磁石７aの回転進行していく磁石面がＮ極であれば図２に示すように永久磁石７aと永久磁石７bの前方に回転位置検知センサ８aでタイミングを図り電磁石８にＳ極を誘磁する。永久磁石７aと永久磁石７bが電磁石８を通過と同時に、図３に示すように電磁石８にＮ極を誘磁する。永久磁石７aと永久磁石７bの回転前方では電磁石８によりＳ極を誘磁し永久磁石７aを引き寄せる機構とする。主円盤３上の永久磁石７aは、補助円盤６上永久磁石７bと、電磁石８による吸着力、反発力fに加え,永久磁石７bに加えられている補助円盤６の回転力により上方に跳ね上げられる。上記のような永久磁石と補助円盤６の回転力により主円盤３の回転力を高めることが可能となる。

図４は、実施例３の電磁石８の電源に用いる電気二重層キャパシタの回路図（１モシ゛ュール）を示すものである。図４にてＩＯは入出力端子、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５は抵抗、Ｃは、電気二重層コンデンサ、Ｄ１及びＤ２はダイオード、Ｔは、トランジスタを示すものである。なお、１単位（１モジュール）でこの回路を複数繋げて電気二重層キャパシタを形成する。最短の充電時間と、最大エネルギー密度を持つ電気二重層キャパシタを用いることにより少ない入力で主円盤３の回転力を高めることが可能となる。

図５は、上記実施態様と同様の構成において、プーリーとベルトの組合せを、ベベルギア１０に変更した場合の他の実施態様を示したものである。主軸２を包み込む形でベベルギア１０aは筺体１に固定される。このとき、ベベルギア１０aは、主軸の回転を妨げないものである。主軸２の回転とともにベベルギア１０aと接するベベルギア１０は回転する。ベベルギア１０aと１０の歯車ピッチ円，歯数を調整し、主円盤３の回転数と、副円盤５dの回転を同期させることができる。図５ではベベルギア１０aと１０の歯車ピッチ円，歯数比を１対１とすることにより、主円盤３が１回転する時、副円盤５dは１回転するので、常時副円盤が主円盤３の外周方向に突出する位置と、中心軸２a方向に引き込まれる位置は変わらないこととなる。上述してきた実施態様と同様に、副円盤による回転モーメントが最も有効となる位置に副円盤５dを回転させることにより、主軸２の回転力を発生させることが可能となる。

上述の実施態様とは異なり、図６（ａ）及び（ｂ）は、プーリーとベルトにより動力回転装置を駆動させずに、副円盤５eをモータで廻す構成を示したものである。モータ１４の回転をギアボックス１５で減速し、ベベルギア１０で副円盤５eを廻す。ギアボックス１５、ベベルギアの歯車ピッチ円、及び、歯数を調整し、主円盤３の回転と、副円盤５eの回転との同期を図る。なお、モータ１４では運転コントローラ付モータで回転制御することも可能である。上述してきた実施態様と同様に、副円盤による回転モーメントが最も有効となる位置に副円盤を回転させることにより、主軸２の回転力を発生させることが可能となる。

図７に示すように、本発明における副円盤５fにおいて、副円盤５fの重心を偏らせるために副円盤５fに孔を設けることが可能である。このとき、副円盤５fの重心を偏らせるために副円盤の肉厚を偏らせることも可能である。副円盤５fの重心が偏ることにより、副円盤５fの、主円盤３への回転モーメント効率は、重量バランスが均等な副円盤より高くすることができる。なお、副円盤５gの回転軌跡を楕円とする実施例を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。図８（ａ）では副円盤駆動円盤１７の円運動を、継手要点１９カム継手１８で受けてカムローラ２０に伝える。カムローラガイド２１で規制するとカムローラ２０は楕円軌道ｈ上を動く。図８（ｂ）及び（ｃ）に示す実施態様では、副円盤軸４gは副円盤５gの楕円回転中心に位置している。主円盤３の回転と副円盤駆動円盤１７の回転は、実施例１のごとく同期しており楕円軌道h上を動く。副円盤５gは単に円運動する副円盤に比べて主円盤３の外周方向に回る時はより飛び出し、主円盤３の中心方向に回りこむ時はより中心部に格納される。このような副円盤５f,５gを用いることにより回転モーメントの増強を図り、主軸２の回転力を発生させることが可能となる。

図９は、実施例２補助円盤６の同期反転Ｒｂをモータ２５とモータギア２４、反転ギア２３により行う実施態様を示すものである。反転ギア２３は補助円盤６に固定されている。回転数検知センサ８bの信号と運転コントローラ２６でモータ２５の回転数を制御し、主円盤３の回転と補助円盤６の同期反転Ｒｂを行う。主円盤３上の永久磁石７aと補助円盤６上の永久磁石７bの反発力ｆ及び、補助円盤６の回転力により主円盤３の回転力を高めることが可能となる。

また、主円盤の径は、回転体の径よりも大きいことが好ましい。主円盤の径を、回転体の径よりも大きくすることにより、主円盤が回転することによる発電効率が向上させることが可能となるからである。更に、主円盤の重量は、補助円盤の重量よりも大きいことが好ましい。主円盤の重量を、補助円盤の重量よりも大きくすることにより、主円盤が回転することによる発電効率が向上させることが可能となるからである。このとき、副円盤は、副円盤の重量を大きくし、発電効率を向上させる観点から、副円盤は金属からなることが好ましい。

なお、上述してきた種々の動力回転装置は、発電装置に使用することができる。発電装置は、主円盤の軸に連結され、主円盤の回転に伴い電力を発生させるものである。また、発電装置は、発電装置に連結され、前記発電装置にて発電された電力を逐電する、充電装置を更に具えることが可能である。

図１０は、図９のようにモータ２５により主円盤３の回転を発生させ、発電機３２につないだ場合の実施例を示す。モータ２５の電源はバッテリーＢa、Ｂbであり、図１２ではＢaがモータ２５を廻し、かつ外部に電力を供給し、Ｂbは充電を担っている。Ｂa、Ｂb、それぞれの容量計からの信号をコントローラで受けて規定の電気容量以下となった場合、替え装置により充電側と放電側のバッテリーを入れ替える。モータ２５の回転力を発生させる事が可能となる。

なお、上述したところはこの発明の実施形態の一部を示したに過ぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を交互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることができる。

１… 筐体
２… 主軸
２a…中心軸
３… 主円盤
４a、４b、４c，４d，４e，４f，４g、… 副円盤軸
５a,５b，５c，５d、５e、５f、５g… 副円盤
６… 補助円盤（回転体）
７a… 永久磁石
７b… 永久磁石
８… 電磁石
８a…回転位置検知センサ
８b…回転数検知センサ
９…磁石支持金
１０…ベベルギア
１０a…ベベルギア
１１…ベベルギアロッド
１２…ベアリング
１３…ギア固定ステー
１４…モータ
１５…ギアボックス
１６…モータ支持金
１７…副円盤駆動円盤
１８…カム継手
１９…カム要点
２０…カムローラ
２１…カムローラガイド
２２…ベルト
２３…反転ギア
２４a…モータギア
２５…モータ
２６…運転コントローラ
３２ …発電機
Ｂa …電池A
Ｂb …電池B
Ｃ…電気二重層コンデンサ
Ｄ１…ダイオード
Ｄ２…ダイオード
d… 配置角度
ｆ… 反発力
ＩＯ…入出力端子
Ｒ１…抵抗
Ｒ２…抵抗
Ｒ３…抵抗
Ｒ４…抵抗
Ｒ５…抵抗
Ｒa… 順方向回転
Ｒｂ…同期反転
Ｔ …トランジスタ

Claims

中心軸位置にて軸支された回転可能な主円盤と、
動力により回転可能であり、前記主円盤を回転させる回転体と、を具える動力回転装置であって、
前記主円盤上に、該主円盤の中心軸と同心円上であって、該主円盤の周方向に軸支されて配置された少なくとも１つの回転力伝達部材を有し、
該回転力伝達部材は、前記主円盤の順方向回転の際には、
各回転力伝達部材からみて該主円盤が下方向に回転する位置では、該回転力伝達部材の遠心力と重力による回転モーメントが最大になる位置に回転し、
前記回転力伝達部材からみて前記主円盤が上方向に回転する位置では、該回転力伝達部材の回転モーメントが最小となる位置に回転し、
前記主円盤及び回転体の周囲には、磁石が配置されており、前記主円盤の磁石と、回転体の磁石とは、両者の間隔が同期するように、同一の磁極又は異なる磁極が対向して配置してなり、
前記回転力伝達部材は、円盤状の副円盤であり、該副円盤が主円盤に対し軸支される副円盤軸は、該副円盤の中心軸とは異なる位置にあることを特徴とする動力回転装置。
前記回転力伝達部材は複数であり、該複数の回転力伝達部材は、周方向に等間隔にて配置してなる、請求項１に記載の動力回転装置。
前記回転体は、前記主円盤とは離間して周囲に隣接配置しており、中心軸位置にて軸支され、動力により回転可能な補助円盤である、請求項２に記載の動力回転装置。
前記磁石は、永久磁石である、請求項２又は３に記載の動力回転装置。
前記磁石は、電磁石である、請求項２又は３に記載の動力回転装置。
前記電磁石の駆動電源として、瞬間充電及び瞬間放電可能な電気二重層キャパシタを更に具える、請求項５に記載の動力回転装置。
前記回転体から前記主円盤に回転力を伝達する回転力伝達手段を更に具え、該回転力伝達手段は、ベルトプーリ、タイミングベルト、歯車、又はベベルギヤである、請求項１〜６のいずれか一項に動力回転装置。
前記副円盤を回転可能であり、かつ、前記主円盤の回転と前記副円盤の回転とを同期し得るモータを更に具える、請求項１〜７に記載の動力回転装置。
前記副円盤の回転起動は楕円である、請求項１〜８のいずれか一項に動力回転装置。
前記回転体の動力は、モータである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の動力回転装置。
前記主円盤の径は、前記回転体の径よりも大きい、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の動力回転装置。
前記主円盤の重量は、前記補助円盤の重量よりも大きい、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の動力回転装置。
前記主円盤及び回転体は、筐体に固定されてなる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の動力回転装置。
前記副円盤は、金属からなる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の動力回転装置。
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の動力回転装置と、前記主円盤の軸に連結され、該主円盤の回転に伴い電力を発生させる発電装置と、を具えることを特徴とする発電機。
前記発電装置に連結され、前記発電装置にて発電された電力を逐電する、充電装置を更に具える、請求項１５に記載の発電機。
前記充電装置は、前記回転体に連結されており、逐電された電力を用いて該回転体を回転可能である、請求項１５又は１６に記載の発電機。