(57)【要約】【課題】  モーターにより初動としての動力を与えることで、磁石の磁極が交互配置されるように埋設された基盤が効率よく回転し、コイルに電流を生じさせ、それを電力として利用する発電装置を提供すること。【解決手段】  発電装置において、回転するローター基盤２Ｃと、前記ローター基盤２Ｃの外周に埋設される磁石２Ｄと、前記磁石２Ｄの周りを覆う取付鉄器２Ｅと、前記磁石２Ｄの上下に取り付けられたコイル２Ｂと、前記コイル２Ｂを支持するコイル基盤２Ａとコイル基盤２Ａを支持するコイル基盤支柱２Ｆと、隣り合うコイルの芯同士を繋ぐコイル芯継続板２Ｇと、前記ローター基盤２Ｃを回転させるモーター３とを具備することを特徴とする。【選択図】図２
2011055600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するローター基盤と、前記ローター基盤の外周に埋設されるように配置される磁石と、前記磁石を上下から挟むようにして配置されるコイルと、隣り合うコイルの芯同士を繋ぐコイル芯継続板と、前記ローター基盤を回転させるモーターとを具備することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記磁石は、隣り合う磁極同士が反対になるように配置されることを特徴とした請求項１記載の発電機。
【請求項３】
前記磁石は、単数若しくは複数であることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項４】
前記コイル、磁石、コイル基盤支柱は、所定の位置より３次元全方位に多少移動して構成されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項５】
前記ローター基盤、コイル基盤は、所定の剛性を有するものであることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項６】
前記ローター基盤の形状は、円形状若しくは多角形状若しくは楕円形状で構成されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項７】
前記コイル基盤の形状は、円形状もしくは多角形状若しくは楕円形状で構成されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項８】
前記磁石は、永久磁石で構成されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はたとえば発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電機や発電装置としてさまざまなものが提案されてきたが、その中でも回転系の発電機・発電装置システムとして、水平の輪を永久磁石の配列によって横に水平に回転させ、発電機を駆動して発電する「磁力の両端を利用し水平の輪を回転させその中心軸に発電機を接続する発電装置」発電装置（特許文献１）がある。
【０００３】
また等速度で回転して回転速度も自由に変化させることができるリング駆動体によって、発電電力、電圧、電流容量が自由に制御できる低コストのリング状発電システム（特許文献２）が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６４９６９号公報
【特許文献２】特開２００５−３９９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１はリニアモータの変形であって、リニアモータの駆動コイルによる駆動力を永久磁石に置き換えたものであり、起動・停止が自由に制御できない、断続的な回転力となり一定速度の回転が不可能であって、且つ、回転速度がワンパターンで変えられないという問題があった。
【０００６】
また特許文献２では等速度で回転して回転速度も自由に変化させることができるが、原動力としてもモーターがずっと駆動していなければならず、厳密な意味での低エネルギーによる発電システムとはいえない。
【０００７】
本発明は上述の問題点を適切に解決することを企図したもので、その根本的な目的は、モーターにより初動としての動力を与えることで、磁石の磁極が交互配置されるように埋設された基盤が効率よく回転し、コイルに電流を生じさせ、それを電力として利用する発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するために、本発明に発電装置は、回転するローター基盤と、ローター基盤の外周に埋設されるように配置される磁石と、磁石を上下から挟むようにして配置されるコイルと、隣り合うコイルの芯同士を繋ぐコイル芯継続板と、ローター基盤を回転させるモーターとを具備することを特徴とする構成をとっている。
【０００９】
前記発電装置は、モーターによってローター基盤が回転し、ローター基盤の外周に埋設されるように配置される磁石が、ローター基盤を上下で挟むようにして配置されるコイル基盤に取り付けられたコイルの間を通過することで、コイル内の磁界が変化し、コイルに電流が流れる。この電流を各コイルから集めることで、発電装置としての機能を果たすものである。またローター基盤の回転は速すぎると、電圧の減衰が起きるので、電流の減衰を最小限に抑えつつ電流を発生させる速度でローター基盤を回転させなければならない。
【００１０】
また磁石は隣合う磁極同士が反対になるように配置する。Ｎ極・Ｓ極の磁石を交互に配置することで、磁石の反発と吸引を利用してローター基盤をより軽く動かす（回転させる）ことができる。具体的には、Ｎ極の隣はＳ極、その隣はまたＮ極というようにＮ→Ｓ→Ｎ→Ｓという具合に配置をすると効率よくコイルより電力を得ることができる。
【００１１】
また、たとえば発電機には定格１００Ｖのモーターを使用しても、２Ｗの電球を点灯させると、出力電圧は６０Ｖまで下がる（約４０％減衰する）性質がある。したがって、それを踏まえて本発明は、１６０Ｖくらいを目処に発電させて、実用するときは１００Ｖ前後に減衰した状態で引き出す。
【００１２】
また前記コイル基盤を支持するコイル基盤支柱を所定の位置より少しずらすと、磁石や基盤の位置関係が全体的にずれ、ローター基盤の回転に変化をもたらすので、ローター基盤が効率よく回転するよう支柱の位置を調整することが可能である。
【００１３】
回転するローター基盤とは、円状の、磁力性を弱めない、一定の剛性を保持する基盤であればよい。ステンレスやアルミやアクリル等の樹脂系、木製のものでも構わない。しかし鉄板等を使用すると磁力性が弱まるので好ましくない。
【００１４】
またローター基盤の寸法は特に限定されない。使用されるコイル、磁石の数や大きさによって、ローターの基盤の寸法は左右される。たとえば、５０個以上のコイル、磁石を使用する場合、ローター基盤の直径は４００mm以上が好適であり、２５個以下のコイル、磁石を使用する場合、ローター基盤の直径は２００mm以下が好ましい。
【００１５】
またローター基盤の外周辺は磁石を埋設するために十分な孔が複数若しくは単数、貫設されて構成される。
【００１６】
ローター基盤の外周に埋設される磁石とは、一般的に市場に流通する永久磁石（アルニコ磁石、ＫＳ鋼、ＭＫ鋼、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジウム磁石等を含む））である。また円柱状の磁石が好適であるが、特に形状は限定されない。
【００１７】
磁石の周りを覆う取付鉄器は、ローター基盤を境目に磁石を上下挟むようにして覆う。したがって、取り付け鉄器はローター基盤で分断される構成をとっている。また、取付鉄器は磁石本体の磁力性・磁束性を強める働きがある。取付鉄器を外して構成することはできるが、磁力性・磁束性が落ち、発生する電力の強さも落ちるので、付けた方が好まれる。
【００１８】
磁石を挟むようにして上下に配置されるコイルは、コイルとコイルの間を磁石が次々と通過すると磁極がＮＳＮＳと変化し、電流が発生する。コイルの巻き方・結び方によって、発生する電圧・電流に違いが出てくる。またローター基盤の回転速度によって、コイルに流れる電流も変化する。たとえば、回転速度が速いほど電流は多くなるが、出力電圧の減衰も激しくなる。この出力電圧の減圧を最小限に抑えつつ、電流を発生させるコイルの個数は５２個が最も好適である。
【００１９】
またコイルの並び方においては、コイル基盤の外周上に、円状に一列になって配置されることに限定されるわけではない。たとえば、隣り合うコイル同士をジグザグに並べて構成されてもよい。
【００２０】
コイルを支持する基盤とは、磁石を挟むようにしてあるコイルを取り付け、支持する基盤である。
【００２１】
コイル基盤を支持するコイル基盤支柱とは、ローター基盤を介して上下にあるコイル基盤を安定的に支えるための柱の役割をする。上述のようにこの支柱を多少ずらすことによって磁石や基盤の位置関係が全体的にずれるとローター基盤の回転が良くなる。
【００２２】
隣り合うコイルの芯同士を繋ぐコイル芯継続板とは、隣り合うコイルの中心点同士を一枚の剛性板で繋いで留めているものである。
【００２３】
ローター基盤を回転させるモーターとは、ローター基盤を回転しつづけるために与える初動の動力として用いられる。本発明ではたとえば、９０Ｗのモーターでローター基盤を回転させ、３００〜４００Ｗの電流を発生させることができる。
【００２４】
このように構成される本発明によれば、モーターにより初動としての動力を与えることで、磁石の磁極が交互配置されるように埋設された基盤が効率よく回転し、コイルに電流を生じさせ、それを電力として利用する発電装置を提供することができる。
【００２５】
また本発明は、コイル基盤に補強板を施して構成しても良い。コイル基盤一枚の構成で、ローター基盤を回転させると、コイル基盤が磁石の磁力によって煽られ、ローター基盤とコイル基盤が擦れ合う。そこで、たとえば、ローター基盤にヨークなどの補強を施したり、カーボンロッドを取り付けたりする措置を採る方法がある。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、初動としての動力を与えることで、後は発電機自身がモーターとなって、電力を発電する発電装置を提供することが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電装置の全体を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発電機の内部構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るコイル基盤におけるコイルの寸法上の位置関係を簡単に示した概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るコイルとコイル基盤の正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る隣り合う磁石の磁極が交互に配置されていることを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るコイル基盤とコイル基盤支柱の斜視図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に係るコイル基盤支柱をずらした図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る磁石がコイルの間を通過することでコイル内の磁界が変化しコイルに電流が流れる模様の拡大図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。
【００２９】
図１は本発明の一実施形態に係る発電装置の全体を示す概略図である。発電装置１は平面型発電機２と平面型発電機２に初動の動力を与えるモーター３とで構成される。モーターは９０Ｗで、４００Ｗの電力、最高電圧１２００Ｖを平面型発電機２から得ることができる。
【００３０】
図２は本発明の一実施形態に係る発電機の内部構造を示す図である。同図においては、約４００ｍｍのローター基盤２Ｃの外周に円柱形の磁石２Ｄが埋設されており、その磁石２Ｄを、ローター基盤２Ｃを境目に、上下二つの取付鉄器２Ｅで覆っている。コイル基盤２Ａの外枠周辺にはコイル２Ｂが取り付けられる。またコイル２Ｂは、ローター基盤２Ｃが回転する場合、磁石２Ｄが接近した時、適当な電流が流れる程度に考慮された位置に取り付けられなければならない。
【００３１】
また前記コイル２Ｂは、鉄芯２ｂが飛び出しているが、これは図上のみでの描写であり、実際は鉄芯２ｂは飛び出しておらず、コイル２Ｂの中に収まっている。
【００３２】
同図において、使用される磁石２Ｄはアルニコ磁石、ＫＳ鋼、ＭＫ鋼、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジウム磁石等のいずれの永久磁石でも構わないが、磁力が最も強いネオジウム磁石が好適である。
【００３３】
また同図において、使用されるローター基盤２Ｃはある程度の剛性（たとえば、ステンレスやアルミやアクリル等の樹脂系、木製のもの）を有しているものであればよい。しかし鉄板等を使用すると磁力性が散ってしまうので好ましくない。
【００３４】
図３は本発明の一実施形態に係るコイル基盤におけるコイルの寸法上の位置関係を簡単に示した概略図である。同図に示されるとおり、コイル２Ｂはコイル基盤２Ａの外周上に沿って配置され、コイル２Ｂとコイル２Ｂの間は７．２度開けられる。この場合、使用されるコイル２Ｂの数は５２個となる。
【００３５】
また前記コイル基盤２Ａは、ローター基盤が２Ｃが回転した場合、磁石の磁力によって煽られるので、その防止対策として、３ミリ以上の剛性板を使用する、軸受け（図示しない）を斜めにする、２０ｍｍのシャフト（軸）・３０ｍｍのライナーを使用する等の措置を施してもよい。また補強板（図示しない）を施すのも好適である。
【００３６】
図４は本発明の一実施形態に係るコイルとコイル基盤の正面図である。同図においてコイル２Ｂは２１個取り付けられているが、あくまで一例であり、上述のように５２個取り付けるとより効果的である。
【００３７】
図５は本発明の一実施形態に係る隣り合う磁石の磁極が交互に配置されることを示す図である。すなわち磁石２ＤがＮ極、その右隣はＳ極、そのまた右隣はＮ極となるよう交互に配置する。こうすることで磁石２Ｄの反発と吸引を利用してローター基盤２Ｃをより軽く回転させることができる。
【００３８】
図６は本発明の一実施形態に係るコイル基盤とコイル基盤支柱の斜視図である。コイル基盤支柱２Ｆはコイル基盤２Ａに４本取り付けてある。コイル基盤４Ａを真上からみた図が図３である。コイル基盤支柱２Ｆはコイル基盤２Ａの外周に沿って等間隔に配置される。
【００３９】
次にこのように構成される発電機の動作の詳細なメカニズムを説明する。
【００４０】
図７は本発明の一実施形態に係る磁石がコイルの間を通過することでコイル内の磁界が変化しコイルに電流が流れる模様の拡大図である。モーター３によってローター基盤２Ｃが回転する。同時に、ローター基盤２Ｃの外周に埋設された磁石２Ｄが、ローター基盤２Ｃを上下で挟むようにして配置されるコイル基盤２Ａに取り付けられたコイル２Ｂの間を回転する。そうすることで、磁石２Ｄがコイル２Ｂに接近したり隔離したりするので、コイル２Ｂ内の磁界が変化（図７の磁界の向き）し、コイル２Ｂに電流が流れる。この発生した電流を各コイル２Ｂから集め、発電装置１としての機能を果たす。モーター３は９０Ｗのものを使用し、得られる電流は約３００Ｗないし４００Ｗ、最高電圧は１２００Ｖである。またローター基盤２Ｃの回転は比較的ゆっくり回す。回転が速すぎると、電圧の減衰が起きるので、電流の減衰を最小限に抑える速度でローター基盤２Ｃを回転させなければならない。またローター基盤２Ｃの回転方向は右回転、左回転で特に限定はないものである。
【００４１】
図６Ａは本発明の一実施形態に係るコイル基盤支柱をずらした様子を斜視的に表した図である。それぞれのコイル支柱２Ｆを矢印方向に平面移動させたものが点線で示されたコイル支柱２ｆである。またコイル支柱２Ｆは二次元方向に平面移動（数ミリ横に移動させたり、角度を変えたり）させるだけでなく、三次元方向、たとえば、コイル基板２Ａ内にめり込ませたりする縦移動（図示しない）も可能である。こうすることで全体的な位置関係がずれ、ローター基盤２Ｃの回転に変化を与える。効率のよい回転を与えれば、発生する電流も強くなり、より大きな電力を得ることができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば本発明にかかる発電機は、回転するローター基盤２Ｃと、ローター基盤２Ｃの外周に埋設されるように配置される磁石２Ｄと、磁石２Ｄを上下から挟むようにして配置されるコイル２Ｂと、隣り合うコイル２Ｂ芯同士を繋ぐコイル芯継続板２Ｇと、ローター基盤を回転させるモーター３とを具備することを特徴とする構成をとっている。
【００４３】
本願発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、その技術思想の同一及び等価に及ぶ範囲において上述した実施形態への様々な変形、追加、置換、拡大、縮小等を許容するものである。さらに、上述したものは本願に係る技術思想を具現化するための実施形態の一例を示したにすぎないものであり、他の実施形態でも本願に係る技術思想を適用することが可能である。
【００４４】
たとえば、ローター基盤、コイル基盤は必ずしも円盤状でなくてもよい。四角形や六角形の多角形状や、楕円形、構成されても良い。
【００４５】
またコイル、磁石の数においては単数もしくは複数の限定はない。すなわち、ローター基盤が回転し、それに連動して磁石がコイルに近寄ったり離れたりすることで、コイル電流が発生し、それを利用するのが本発明の根幹である。ただ、使用されるコイル、磁石の数で得られる電力が決定されるので、やはり単数ではなく、複数、たとえば５２個程度の数が好適である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
上述したように、本発明によれば、モーターにより初動としての動力を与えることで、磁石の磁極が交互配置されるように埋設された基盤が効率よく回転し、コイルに電流を生じさせ、それを電力として利用する発電装置を提供することができる。つまり、大まかにいえば、本発明は小さな力で大きな力を得ようとするものであり、省エネルギー装置として需要が高いといえる。
【００４７】
また本発明は、上述したような構成でさらに、コイル基盤支柱をずらすことで、回転効率が良くなり、後は隣り合う磁石同士の反発と吸引の利用と遠心力でローター基盤が永久に回り続けることが可能になれば、究極の発電装置が実現できる。そうなれば、回転をするのに必要な初動を与えさえすれば、後は永久に回り続けて、電力を発生しつづけるので、発電機業界のみならず、エネルギー業界（特に電気系）に相当なインパクトを与えることになる。したがって、本願は、単なる発電機としてではなく今後電機業界において広く利用可能性を有している。
【符号の説明】
【００４８】
１  発電装置
２  発電機
２Ａ  コイル基盤
２Ｂ  コイル
２Ｃ  ローター基盤
２Ｄ  磁石
２Ｅ  取付鉄器
２Ｆ  コイル基盤支柱
２Ｇ  コイル芯継続板
３  モーター
４  軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011055600.tif 000008
【図６Ａ】
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【図７】
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