(57)【要約】【課題】風や水などの流体の運動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換する発電機を提供することを目的とする。【解決手段】、ケース２の内部に円形断面を有するコイル１０と、このコイル１０の回転軸と同じ回転軸上に設けられた磁石２０とを具備してなるもので、第一の回転体３１が風から回転エネルギーを得てコイル１０を従動回転させる第一の回転機構３０と、第二の回転体４１が風から回転エネルギーを得て磁石２０をコイル１０の回転方向とは逆方向に従動回転させる第二の回転機構４０とを備える。そして、これら第一の回転体３１の回転軸と第二の回転体４１の回転軸を風の流れ方向に沿って設ける。【選択図】図１
0003145233.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ケース内にコイルと磁石を有し、コイルを一方向に回転させ、磁石をコイルと逆方向に回転させることによって誘導起電力を発生させる発電機において、風や水などの流体の運動エネルギーによりコイルを一方向に回転させる第一の回転体と、流体の運動エネルギーにより磁石をコイルの回転方向とは逆方向に回転させる第二の回転体とを備え、第一の回転体の回転軸と第二の回転体の回転軸とを流体の流れ方向に沿って設けたことを特徴とする発電機。
【請求項２】
ケース内にコイルと磁石を有し、コイルを一方向に回転させ、磁石をコイルと逆方向に回転させることによって誘導起電力を発生させる発電機において、流体の分流された一方の流体の運動エネルギーによりコイルを回転させる第一の回転体と、分流された他方の流体の運動エネルギーにより磁石を回転させる第二の回転体とを設けたことを特徴とする発電機。
【請求項３】
流体の流れ方向の下流側に設けた回転体の面積を上流側に設けた回転体の面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の発電機。
【請求項４】
請求項３に記載の発電機において、ケースを流体の流れ方向に沿って自由に回転させる首振り機構を設けたことを特徴とする発電機。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は風や水などの流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風や水などの流体の運動エネルギーをもとに発電する発電機としては、下記の特許文献１や特許文献２に記載されるようなものが存在する。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、図５に示すように、ケース２ｃ内に複数の傘歯車６０を設け、従動ローラ６１が自転車の車輪や風車などの円板状の外部回転体８０から駆動力を受けることによって（図６参照）コイル１０ｃと磁石２０ｃをそれぞれ逆方向に回転させる発電機１ｃが開示されている。また、下記の特許文献２には、図７に示すように、第一の従動ローラ７１と第二の従動ローラ７２を自転車の車輪の対称となるそれぞれ接触させ、コイル１０ｄと磁石２０ｄとをそれぞれ逆方向に回転させることによって大きな誘導起電力を発生させるようにした発電機１ｄが開示されている。
【特許文献１】実開平５−７８１７９号公報
【特許文献２】特開２００３−２３５２２３号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の発電機においては、自転車などの車輪に接触する発電機として利用した場合、エネルギー変換効率の観点からすると、自転車の車輪の回転が重くなるだけであって、エネルギーの変換効率は良くならない。また、このような発電機を風車の発電機として用いた場合、例えば、１０ｍ／ｓの風が風車に当たって、風車を回転させ、その下流側で８ｍ／ｓへと変化した場合、２ｍ／ｓの風の運動エネルギーが電気エネルギーへと変換されることになるが、この場合、まだ８ｍ／ｓの風の運動エネルギーを電気エネルギーへと変換することができない。
【０００５】
そこで、本考案は上記課題を解決するために、風や水などの流体を用いて発電する発電機において、効率よく流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することのできる発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案は、上記課題を解決するために、ケース内にコイルと磁石を有し、コイルを一方向に回転させ、磁石をコイルと逆方向に回転させることによって誘導起電力を発生させる発電機において、風や水などの流体の運動エネルギーによりコイルを一方向に回転させる第一の回転体と、流体の運動エネルギーにより磁石をコイルの回転方向とは逆方向に回転させる第二の回転体とを備え、第一の回転体の回転軸と第二の回転体の回転軸とを流体の流れ方向に沿って設けるようにしたものである。
【０００７】
このように構成すれば、流体の運動エネルギーの一部が第一の回転体の回転エネルギーに変換され、次に、下流側に設けられた第二の回転体によってその運動エネルギーを回転エネルギーへと変換させることができるため、効率的に流体の運動エネルギーを電気エネルギーへと変換することができる。具体的には、例えば、図１に示すように、１０ｍ／ｓの風が第一の回転体に当たって８ｍ／ｓの風速に変化し、さらに、その下流側の第二の回転体で６ｍ／ｓの風速へと変化した場合、４ｍ／ｓの風力の運動エネルギーを電気エネルギーへと変換することができる。
【０００８】
また、このような考案において、流れの下流側に設けた回転体の面積を上流側に設けた回転体の面積よりも大きくする。
【０００９】
このように構成すれば、上流側の第一の回転体によって乱れた風を下流側の大きな回転体で効率よく回転させることができるようになる。
【００１０】
さらには、このように下流側の回転体の面積を大きくするとともに、ケースを流れ方向に沿って自由に回転させる首振り機構を設けるようにする。
【００１１】
このように構成すれば、下流側の大きな回転体による空気抵抗が大きくなるため、矢羽根などを設けなくても、常にそれぞれの回転体を風位に立てることができるようになる。
【００１２】
また、第二の考案では、分流された一方の流体の運動エネルギーによりコイルを回転させる第一の回転体と、分流された他方の流体の運動エネルギーにより磁石を回転させる第二の回転体とを設けるようにする。
【００１３】
このように構成した場合も、分流されたそれぞれの流体を二つの回転体に流体を当ててコイルと磁石とを逆回転させることができるため、流体の運動エネルギーを効率よく電気エネルギーへと変換して、大きな誘導起電力を発生させることができるようになる。
【考案の効果】
【００１４】
本考案によれば、ケース内にコイルと磁石を有し、コイルを一方向に回転させ、磁石をコイルの回転方向と逆方向に回転させることによって誘導起電力を発生させる発電機において、風や水などの流体の運動エネルギーによりコイルを一方向に回転させる第一の回転体と、流体の運動エネルギーにより磁石をコイルと逆方向に回転させる第二の回転体とを備えるようにしたので、効率的に流体の運動エネルギーを電気エネルギーへと変換することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本考案の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本考案の第一実施形態を示す発電機１の斜視図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面を示した図、また、図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面を示した図である。なお、図面では理解を容易にするために、第一の回転体３１と第二の回転体４１を実際の寸法よりも小さく表示している。
【００１６】
この発電機１は、ケース２の内部に略円柱状をなすコイル１０と、このコイル１０の回転軸と同じ軸方向に回転する磁石２０とを備えてなるもので、プロペラ状に構成された第一の回転体３１にコイル１０を連結するとともに、プロペラ状に構成された第二の回転体４１に磁石２０を連結している。そして、風などの流体の運動エネルギーを得て第一の回転体３１と第二の回転体４１をそれぞれ逆方向に回転させ、ケース２内に設けられたコイル１０と磁石２０をそれぞれ逆方向に回転させることによって、大きな誘導起電力を発生させるようにしたものである。以下、この発電機１の構成について具体的に説明する。
【００１７】
ケース２は、内部にコイル１０と磁石２０をそれぞれ回転可能に保持するもので、円柱状をなす両端中央部に設けられた開口端部２ａを介して、コイル１０を回転させる第一の回転機構３０と磁石２０を回転させる第二の回転機構４０を保持するようにしている。そして、このケース２の下端部分には、首振り機構４を介して地面に立脚させる支持部材５が取り付けられている。この首振り機構４は、支持部材５の軸方向にケース２を自由に回転させるもので、内部に図示しないベアリングなどを設けて回転自由に構成される。なお、この首振り機構４については、ベアリングなどによって自由に回転させる機構だけでなく、例えば、風向や風力を計測することによってケース２の方向を自動で制御するヨー駆動装置を設けるようにしてもよい。
【００１８】
このケース２に保持される第一の回転機構３０は、風から運動エネルギーを得て回転する第一の回転体３１と、図３に示すように、略円形断面を有する鉄芯１１に導線１２を巻き付けて構成されたコイル１０と、この第一の回転体３１の回転中心とコイル１０の回転中心とを連結する軸部材３２と、ブラシ部材３との接触によって整流する分離された整流子３３とを具備して構成され、固定金具３４を介して軸部材３２をケース２の開口端部２ａなどによって回転可能に支持してコイル１０の回転を許容している。この第一の回転体３１は、複数枚のプロペラ要素３１ａと、このプロペラ要素３１ａと軸部材３２を連結するハブ３１ｂとを具備してなり、第一の回転体３１の回転軸に沿って流れる風からの運動エネルギーを得て第一の回転体３１を一方向に回転させる。このコイル１０は、略円形断面を有する鉄芯１１と導線１２とを備えてなり、図３に示すように、鉄芯１１に導線１２を巻き付けて構成される。そして、導線１２のそれぞれの端部を分離した二つ整流子３３に接続し、ケース２に取り付けられた２つのブラシ部材３を介して誘導起電力を外部に出力する。この整流子３３は、一般的なモータに取り付けられている整流子と同様に、軸部材３２上に絶縁部材を介して取り付けられる。そして、コイル１０を回転させることによって、交互にブラシ部材３との接触を切り替え、誘導起電力を外部出力端子から出力する。
【００１９】
また、第二の回転機構４０は、風から運動エネルギーを得て回転する第二の回転体４１と、図２に示すように、円柱二極磁石２１上にヨーク２２を立脚させた磁石２０と、この第二の回転体４１の回転中心と磁石２０の回転中心とを連結する軸部材４２とを備えて構成され、この軸部材４２をケース２の他方側の開口端部２ａや固定金具３４などで回転可能に支持して磁石２０の回転を許容している。この第二の回転体４１は、第一の回転体３１よりも相対的に大きく構成された複数枚のプロペラ要素４１ａと、このプロペラ要素４１ａと軸部材４２を連結するハブ４１ｂとを具備してなり、このプロペラ要素４１ａを第一の回転体３１の回転方向とは逆方向に回転させるようにしている。なお、第二の回転体４１を第一の回転体３１よりも大きくすれば、風が吹いてきた場合に、第二の回転体４１の空気抵抗が大きくなるため、必然的に第二の回転体４１が下流側に位置するようになり、常に、第一の回転体３１と第二の回転体４１の回転軸を流体の流れ方向に沿わせるようにすることができる。
【００２０】
次に、このように構成した発電機１の使用状態について説明する。
【００２１】
まず、このような発電機１を設置する場合、地面上に支持部材５を立脚させ、さらに、首振り機構４を介して発電機１を取り付ける。この発電機１の取り付け位置としては、比較的高い所、もしくは、風通しの良い場所を選んで取り付ける。
【００２２】
そして、このように設置された発電機１に風が当たると、まず、接触面積の大きな第二の回転体４１に風が大きく当たってケース２が支持部材５を中心に回転する。このとき、第二の回転体４１の空気抵抗が大きくなるために、第二の回転体４１が下流側に位置し、また、第一の回転体３１が上流側に位置するように回転する。そして、このように第一の回転体３１と第二の回転体４１を風位に立てた状態で、第一の回転体３１と第二の回転体４１がそれぞれ逆方向に回転し始める。この時、第一の回転体３１を通過した風は、その第一の回転体３１やケース２などによって風力が弱められ、次に、第二の回転体４１に当たる。そこで、今度は、相対的に大きく構成されたプロペラ要素４１ａによって第二の回転体４１を逆方向に回転させる。これにより、コイル１０と磁石２０とは相対的に逆方向に回転し、大きな誘導起電力を発生させる。
【００２３】
上述のように本実施の形態によれば、ケース２の内部に円形断面を有するコイル１０と、このコイル１０の回転軸と同じ回転軸上に設けられた磁石２０とを設け、第一の回転体３１と第二の回転体４１を流れ方向に沿って逆方向に回転させるようにしたので、流体の運動エネルギーを効率的に回転エネルギーに変換することができ、その回転エネルギーから効率よく電気エネルギーへと変換することができるようになる。このため、例えば、図１に示すように、１０ｍ／ｓの風を受けて第一の回転体３１を回転し、その下流側で８ｍ／ｓの風となったとしても、さらにその下流側の第二の回転体４１を回転させるこことができるので、その下流側で風速が６ｍ／ｓとなっている場合は、４０％のエネルギー変換効率を得ることができる。
【００２４】
また、上記の実施形態では、下流側に設けた第二の回転体４１の面積を上流側の第一の回転体３１の面積よりも大きくするようにしたので、効果的に風の運動エネルギーを電気エネルギーへと変換することができる。
【００２５】
さらに、この実施の形態では、ベアリングなどにより自由に回転する首振り機構４を設けるようにしたので、相対的に大きく構成された第二の回転体４１の空気抵抗が大きくなり、風を受けた場合、常に第一の回転体３１と第二の回転体４１の回転軸を風位に立てることができるようになる。
【００２６】
なお、本考案は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施できる。
【００２７】
例えば、上記実施の形態では、第一の回転体３１と第二の回転体４１の回転軸方向に沿って流体が流れる場合について説明したが、次に示す第二の実施の形態のように構成することもできる。
【００２８】
図４は、第二の実施の形態における発電機１ａを示している。この実施の形態における発電機１ａにおいて、第一の実施の形態と同じ構成を有する要素については同じ番号を付している。この実施の形態における発電機１ａは、タービンや排気ダクトなどを流れる流体を分流器５０を介して分流し、一方側の流体を第一の回転体３１０側へ吹き付け、他方側の流体を第二の回転体４１０側に逆方向から吹き付けるようにしたものである。この際、第一の回転体３１０や第二の回転体４１０は、流体の流れ方向が第一の実施形態と異なり、垂直な方向に風が当たるため、回転体の羽根の形状を板羽根状としている。なお、この形状に関しては、流体を受け止めるカップ状としてもよい。この第二の実施の形態によれば、分流されたそれぞれの流体を第一の回転体３１０と第二の回転体４１０に逆方向に吹き付けることによって、第一の実施の形態と同様に、流体の運動エネルギーを効率よく電気エネルギーへと変換することができる。
【００２９】
また、上記実施の形態では、第二の回転体４１の方を第一の回転体３１よりも大きくするようにしているが、それぞれの第一の回転体３１と第二の回転体４１を同じ形状・同じ大きさとしてもよく、あるいは、第一の回転体３１側を大きくしてもよい。また、大きさだけでなく、プロペラ要素の数を増やすなどして流体との接触面積を大きくするようにしてもよい。
【００３０】
さらに、上記実施の形態では、ケース２の形状を円柱形状としているが、下流側への流体の流れを効率よくするためには、ケース２の形状を流線形としてもよい。
【００３１】
加えて、上記実施の形態では、風力における発電機を例に挙げて説明したが、例えば、水などの流体を動力とする発電機としても用いることもできる。
【００３２】
また、上記実施の形態では、第一の回転体３１側にコイル１０を設け、第二の回転体４１側に磁石２０を設けるようにしたが、これと逆に構成するようにしてもよい。すなわち、第一の回転体３１側に磁石２０を設け、第二の回転体４１側にコイル１０を設けるようにしてもよい。ただし、一般的に、下流側の流れは第一の回転体３１やケース２などによって乱され、効率的に第二の回転体４１を回転させることができない。このため、可能な限り上流側での回転を確保するのが好ましい。このため、例えば、それぞれの回転体における回転モーメントの小さい方を上流側に設けるようにすることもできる。このようにすれば、弱い風が吹いてきた場合であっても、回転モーメントの小さな上流側の回転体３１によって確実かつ迅速に回転を確保することができ、効率的に誘導起電力を発生させることができる。この回転モーメントについては、コイル１０の材質や重さ、磁石２０の材質や重さなどに依存するものであるため、適宜材料などを選択して用いるとよい。
【００３３】
また、上記実施の形態では、コイル１０や磁石２０を図３に示すように構成しているが、これに限らず、種々の形状、構成のコイルや磁石を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本考案の第一実施形態を示す発電機の斜視図
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面を示した状態図
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面を示した状態図
【図４】本考案の第二実施形態を示す発電機の斜視図
【図５】特許文献１の発電機を示す斜視図
【図６】特許文献１における使用状態を示す斜視図
【図７】特許文献２の発電機を示す斜視図
【符号の説明】
【００３５】
１、１ａ・・・発電機
２・・・ケース
２ａ・・・開口端部
３・・・ブラシ部材
４・・・首振り機構
５・・・支持部材
１０・・・コイル
１１・・・鉄芯
１２・・・導線
２０・・・磁石
２１・・・円柱二極磁石
２２・・・ヨーク
３０・・・第一の回転機構
３１・・・第一の回転体
３１ａ・・・プロペラ要素
３１ｂ・・・ハブ
３２・・・軸部材
３３・・・整流子
３４・・・固定金具
４０・・・第二の回転機構
４１・・・第二の回転体
４１ａ・・・プロペラ要素
４１ｂ・・・ハブ
４２・・・軸部材
５０・・・分流器
６０・・・傘歯車
６１・・・回転機構
７１・・・第一の回転機構
７２・・・第二の回転機構
８０・・・円板状の外部回転体
【図１】
0003145233.tif 000003
【図２】
0003145233.tif 000004
【図３】
0003145233.tif 000005
【図４】
0003145233.tif 000006
【図５】
0003145233.tif 000007
【図６】
0003145233.tif 000008
【図７】
0003145233.tif 000009