(57)【要約】【課題】  従来の発電機は発電エネルギーよりも大きな供給エネルギーが必要であった。【解決手段】  始動用電源を使用して始動用モータを回転させ、その回転力で第一ＡＣ同期発電機を回転させて発電させ、その同期発電機の出力でＡＣモータを回転させ、このＡＣモータの出力で第二ＡＣ同期発電機を回転させて発電させ、第二ＡＣ同期発電機での発電後は前記始動用モータへの電力供給をこの発電機出力に切替えて、前記始動用モータの回転−このモータに連結されている第一ＡＣ同期発電機の回転による発電−第一ＡＣ同期発電機からの電力供給によるＡＣモータの回転−このＡＣモータに連結されている第二ＡＣ同期発電機の回転により発電が続行される発電方法である。ＡＣモータとＡＣ同期発電機を二基以上シリーズに連結し、夫々のＡＣモータを前段のＡＣ同期発電機の発電機出力で回転し、ＡＣ同期発電機を前段のＡＣモータの回転力で回転するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動用電源を使用して始動用モータを回転させ、その回転力で第一ＡＣ同期発電機を回転させて発電させ、その同期発電機の出力でＡＣモータを回転させ、このＡＣモータの出力で第二ＡＣ同期発電機を回転させて発電させ、第二ＡＣ同期発電機での発電後は前記始動用モータへの電力供給をこの発電機出力に切替えて、前記始動用モータの回転−このモータに連結されている第一ＡＣ同期発電機の回転による発電−第一ＡＣ同期発電機からの電力供給によるＡＣモータの回転−このＡＣモータに連結されている第二ＡＣ同期発電機の回転により発電が続行されることを特徴とするモータ併用発電方法。
【請求項２】
請求項１記載のモータ併用発電方法において、ＡＣモータとＡＣ同期発電機が二基以上シリーズに連結され、連結された夫々のＡＣモータは前段のＡＣ同期発電機の発電機出力で回転され、ＡＣ同期発電機は前段のＡＣモータの回転力で回転されて発電が続行されることを特徴とするモータ併用発電方法。
【請求項３】
始動用電源と、始動用電源で回転する始動用モータと、始動用モータの回転力で回転されて発電する第一ＡＣ同期発電機と、第一ＡＣ同期発電機の出力で回転するＡＣモータと、このＡＣモータの出力で回転して発電する第二ＡＣ同期発電機と、第二ＡＣ同期発電機の発電後は前記始動用モータへの電力供給をこの発電機出力に切替える切替スイッチを備えたことを特徴とするモータ併用発電システム。
【請求項４】
請求項３記載のモータ併用発電システムにおいて、ＡＣモータとＡＣ同期発電機が二基以上シリーズに連結され、連結された夫々のＡＣモータは前段のＡＣ同期発電機の発電機出力で回転され、ＡＣ同期発電機は前段のＡＣモータの回転力で回転されて発電が続行されることを特徴とするモータ併用発電システム。
【請求項５】
請求項３又は請求項４記載のモータ併用発電システムにおいて、始動用モータがＤＣモータであり、ＡＣ同期発電機にその発電機出力を整流する整流器と、整流されたＤＣ電源を充電するコンデンサとを備え、コンデンサに充電された電力は切替スイッチの切替時に始動用モータに供給されることを特徴とするモータ併用発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電方法と発電システムに関し、モータと発電機を併用したものである。
【背景技術】
【０００２】
発電機には従来から種々のものがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在の発電機は、常識では、供給エネルギー以上の発電エネルギーを生み出すことは不可能とされている。実際、従来の発電機はいずれも、発電エネルギー（電力）よりも大きな供給エネルギー（燃料、水力、火力、風力等）が必要であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような現況の中で、本件発明は、入力エネルギーの何倍かのエネルギーを生み出す（出力する）ことができる発電方法と電動発電機を提供するものである。
【０００５】
本発明のモータ併用発電方法は、始動用電源を使用して始動用モータを回転させ、その回転力で第一ＡＣ同期発電機を回転させて発電させ、その同期発電機の出力でＡＣモータを回転させ、このＡＣモータの出力で第二ＡＣ同期発電機を回転させて発電させ、第二ＡＣ同期発電機での発電後は前記始動用モータへの電力供給をこの発電機出力に切替えて、前記始動用モータの回転−このモータに連結されている第一ＡＣ同期発電機の回転による発電−第一ＡＣ同期発電機からの電力供給によるＡＣモータの回転−このＡＣモータに連結されている第二ＡＣ同期発電機の回転により発電が続行される発電方法である。この場合、ＡＣモータとＡＣ同期発電機が二基以上シリーズに連結され、連結された夫々のＡＣモータは前段のＡＣ同期発電機の発電機出力で回転され、ＡＣ同期発電機は前段のＡＣモータの回転力で回転されて発電が続行されるようにすることができる。
【０００６】
本発明のモータ併用発電システムは、始動用電源と、始動用電源で回転する始動用モータと、始動用モータの回転力で回転されて発電する第一ＡＣ同期発電機と、第一ＡＣ同期発電機の出力で回転するＡＣモータと、このＡＣモータの出力で回転して発電する第二ＡＣ同期発電機と、第二ＡＣ同期発電機の発電後は前記始動用モータへの電力供給をこの発電機出力に切替える切替えスイッチを備えたものである。この場合、ＡＣモータとＡＣ同期発電機が二基以上シリーズに連結され、連結された夫々のＡＣモータは前段のＡＣ同期発電機の発電機出力で回転され、ＡＣ同期発電機は前段のＡＣモータの回転力で回転されて発電が続行されるようにすることができる。更に、始動用モータがＤＣモータであり、ＡＣ同期発電機にその発電機出力を整流する整流器と、整流されたＤＣ電源を充電するコンデンサとを備え、コンデンサに充電された電力は切替スイッチの切替時に始動用モータに供給されるようにすることもできる。
【発明の効果】
【０００７】
１．本発明のモータ併用発電方法とモータ併用発電システムは、始動用入力エネルギー（始動用バッテリー）は必要であるが、一旦発電が開始されると、燃料、電力、風力、水力等の入力エネルギー（発電エネルギー）を必要とせず、自らの発電エネルギーを利用して発電続行可能な自給自足型であるため非常に経済的である。
２．本発明のモータ併用発電方法とモータ併用発電システムは、発電開始後は、外部からの発電エネルギーを必要としないため、外部エネルギーを作るために燃料を燃焼させる必要がないため排出物が発生しない。また、外部エネルギーを作るための風力、水力等も必要ない。このため、空気の汚染がなく、クリーンな発電が可能であり、環境破壊もない。
３．本発明のモータ併用発電システムは構成が簡潔で小型であるため、設置面積（スペース）が狭くてすむ。また、操作・取り扱いがきわめて容易である。
４．本発明のモータ併用発電方法とモータ併用発電システムは外部エネルギーを作るための費用がかからないため、メンテナンス費用が極めて少なく、経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（本発明のモータ併用発電システムの実施形態）
本発明のモータ併用発電システムの一例は図１のとおりである。図１では始動用バッテリー１、ＤＣモータスタート用抵抗器２、ＤＣモータ始動用スイッチ３、主発電機４、副発電機５、ＤＣモータ起動用整流器６、交流電圧調整器７、逆流防止用シリコンダイオード８、バッテリー／整流電源切替スイッチ９、始動用バッテリー充動用可変抵抗器１０、バッテリー充動用ブリッジ整流器１１を備えている。これら構成部材の使用例を以下に記す。これら構成部材の使用例はあくまでも一例であり、これら以外の物を使用することもできる。
【０００９】
前記始動用バッテリー１には、ＤＣ１２Ｖの硫酸鉛電池×１８個＝２１６Ｖ、１００Ａ／Ｈが使用されている。
【００１０】
前記ＤＣモータスタート用抵抗器２には、ホーロー可変抵抗３ｋＷ、１２Ωが使用されている。
【００１１】
前記始動用スイッチ３には、単相スイッチが使用されている。
【００１２】
前記主発電機４には、併励式ＤＣモータ４ａとＡＣ同期発電機４ｂが同軸連結されたものが使用されている。併励式ＤＣモータ４ａ、ＡＣ同期発電機４ｂには各種規格のものを使用することができるが、この実施形態では併励式ＤＣモータ４ａに３．７ｋＷ、２００Ｖが、ＡＣ同期発電機２ｂに３相、入力２００Ｖ（定格２５Ａ）、定格出力２ｋＫＷ、２００Ｖ・ＡＣ、５０／Ｈｚが使用されている。
【００１３】
前記副発電機５には、ＡＣモータ５ａとＡＣ同期発電機５ｂが同軸連結されたものが使用されている。ＡＣモータ５ａ、ＡＣ同期発電機５ｂには各種規格のものを使用することができるが、この実施形態では、ＡＣモータ５ａに３相、ＡＣ２００Ｖ、５．５ｋＷが、ＡＣ同期発電機５ｂに３相、入力２００Ｖ（定格２１Ａ）、定格出力２４ｋＷ、２００Ｖ・ＡＣ、５０／Ｈｚが使用されている。
【００１４】
前記ＤＣモータ起動用整流器６は、ブリッジ式シリコンダイオード整流器であり、シリコンダイオード５０Ａ×４個＝１００Ａ、逆耐圧６００Ｖが使用されている。
【００１５】
前記交流電圧調整器７には、単相２００Ｖ、２５Ａのスライダックが使用されている。
【００１６】
前記逆流防止用シリコンダイオード８には、５０Ａ、逆耐圧６００Ｖが使用されている。
【００１７】
前記バッテリー／整流電源切替スイッチ９には手動切替式メカスイッチが使用されている。このスイッチはサイリスタ等の電子スイッチとすることもできる。
【００１８】
前記始動用バッテリー充動用可変抵抗器１０は、ホーロー可変抵抗器である。この抵抗器は電流調整用である。
【００１９】
前記バッテリー充動用ブリッジ整流器１１には、３０Ａ、逆耐圧６００Ｖのシリコンが４個使用されている。
【００２０】
（本発明のモータ併用発電方法の実施形態）
本発明の一例である図１のモータ併用発電システムを使用したモータ併用発電方法は次のようになる。
（１）始動用スイッチ３をＯＮにし、ＤＣモータスタート用抵抗器２の抵抗値を徐々に０に近づけていくと主発電機４のＤＣモータ４ａが回転を始め、数秒で同期速度に到達し、主発電機４のＡＣ同期発電機４ｂが発電を開始する。ＡＣ同期発電機４ｂの発電開始まで約３秒を要する。
（２）主発電機４のＡＣ同期発電機４ｂが発電出力すると、その出力で副発電機５のＡＣモータ５ａが回転し、そのモータ出力で副発電機５のＡＣ同期発電機５ｂが発電を開始する。この間、約７秒を要する。
（３）副発電機５のＡＣ同期発電機５ｂの発電圧力の安定をスライダックで調整して２００Ｖに設定し、可変抵抗器１０を調整して充電流を１５Ａ〜２０Ａに設定する。
（４）前記充電流の設定後、バッテリー／整流電源切替スイッチ９を手動で素早くＤＣモータ起動用整流器（ブリッジシリコンダイオード整流器）６側に切替える。この切替は非常に重要であり、１秒以下（０．数秒）の短時間で切替を行う必要がある。そのため、バッテリー／整流電源切替スイッチ９には図１の手動切替式のメカスイッチではなく、サイリスタとかトランジスタ等の電子スイッチを採用して自動切替えにするのが望ましい。
（５）バッテリー／整流電源切替スイッチ９を切替えると、ＤＣモータ４ａへの電力供給はそれまでの始動用バッテリー１から、ＤＣモータ起動用整流器６からの整流器電源に切替えられ、その後は、整流器電源によりＤＣモータ４ａが連続回転し、故障が発生しない限り連続回転する。
（６）前記ＤＣモータ４ａの出力で主発電機４のＡＣ同期発電機４ｂが回転されて発電し、この出力電圧で副発電機５のＡＣモータ５ａが回転し、ＡＣモータ５ａと同軸連結されている副発電機５のＡＣ同期発電機５ｂが発電を開始する。ＡＣ同期発電機５ｂの最大負荷は３相、１１０Ａである。また主発電機４のＤＣモータ４ａでＡＣ発電機４ｂの最大負荷は２８Ａである。これは副発電機５のＡＣモータ５ａの負荷は別で、ＡＣモータ５ａを含めると全負荷は４９Ａ（３相）である。
【００２１】
前記実施形態で始動用電源にＤＣバッテリーを使用し、それでＤＣモータを回転させるのは次の理由による。発電機は回転数で発電するので始動用電源としてＡＣ電源を使用すると、その周波数の変動に伴ってＡＣモータの回転が不安定になり、ＡＣモータの回転力で回転して発電する発電機の発電出力も不安定になる。特に、負荷が大きくなってモータの回転数が発電機の同期速度を切ると（回転数が落ちると）、それより後段の発電装置も比例して回転速度が落ちてしまい、一旦落ちると復帰できず連続発電ができなくなる。また、ＡＣ電源の無い場所では使用できない。これに対して、ＤＣモータの回転数は電圧変動によっては変化するが周波数の変化には関係ないため、電圧を一定に確保できれば、ＤＣモータの回転数を一定にして安定した発電出力を得ることができる。このため前記実施例ではＤＣ電源を使用した。しかし、ＡＣ電源であっても、周波数変動の少なく、実用化に耐え得る安定化電源等を確保することができれば、本発明の始動用電源としてＡＣ電源を使用し、始動用モータとしてＡＣモータを使用することも不可能ではない。
【００２２】
（実験例）
現在の常識では３．７ｋＷのＤＣモータで３．７ｋＷ以下の動力を得ることは出来るが、入力３．７ｋＷ以上の動力を得ることは不可能とされている。しかし、本発明のモータ併用発電システム（図1の結線図）の実験では３．７ｋＷ（定格電流２５Ａ）入力で３相１５９Ａの取出に成功している。この実験の条件は次のとおりである。
【００２３】
（１）図１のバッテリーとして、日本国内バッテリーメーカー製のもの、１２Ｖ×１８個＝２１６Ｖを使用。
（２）図１の主発電機４として、中国福安市所在のメーカー製のＤＣモータ付き同期発電機を使用。ＤＣモータは３．７ｋＷ−２００Ｖ、同期発電機はＡＣ２４ｋＷ、２００Ｖ、３相。
（３）図１の副発電機５として、中国福安市所在のメーカー製のＡＣモータ付き同期発電機を使用。ＡＣモータは５．５ｋＷ−２００Ｖ、同期発電機はＡＣ２４ｋＷ、２００Ｖ、３相。
（４）実験用負荷として、円錐の電解槽を使用。
（５）平成１７年１月１９日〜同年１月２５日までの７日間連続と、同年２月５日に運転実験した。
【００２４】
前記実験での主発電機４の出力、副発電機５の出力電流の実測値（各日運転時間中の平均値）は次のとおりであった。また、ＡＣ同期発電機５ｂの総合計出力（使用可能電流）は平均１２０Ａ（３相）であった。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
図１の始動用スイッチ３をＯＮにすると、３〜５秒後に主発電機４のＡＣ同期発電機４ｂは発電を開始する。副発電機５のＡＣモータ５ａは６〜７秒後に同期速度に到達し、副発電機５のＡＣ同期発電機５ｂは７〜８秒後に発電を開始する。即ち、前記始動用スイッチ３のＯＮから、ＡＣ同期発電機３ｂの発電までの所要時間は７〜８秒となる。条件によっては１０〜１５秒を要することもある。
【００２７】
図１の始動用スイッチ３をＯＦＦにすると、副発電機５のＡＣ同期発電機５ｂの出力停止は４〜５秒後となる。主発電機４のＤＣモータ４ａの停止後から１〜３秒間は副発電機４のＡＣ同期発電機４ｂは停止することがない。この１〜３秒間は全く０エネルギーで発電を行なったことになる。このエネルギーはＤＣモータ４ａの回転の慣性か、それとも残留エネルギーによるものと思われる。いずれにしても回転発電していることは数十回の実験により確認されている。
【００２８】
前記のとおり、始動用スイッチ３のＯＮ時とＯＦＦ時の差が５〜７秒あるのは、ＯＮ時はＤＣモータ４ａが同期速度に達するまで少し長く時間がかかるが、ＯＦＦ時は停止に時間を要せず、比較的早く停止することによる。しかし、ＯＦＦ時に直ちに停止しないのは、回転力の惰性と残留エネルギーの存在を意味している。
【００２９】
前記残留エネルギーの存在を確認するために、ブリッジシリコンダイオード整流器５の＋−間にＤＣ４００Ｖ、８４００ＭＦの電解コンデンサを入れて、バッテリー／整流電源切替スイッチ９のＯＦＦと同時にコンデンサに通電してみると殆ど満充電に達していた。この残存エネルギーはＤＣモータ４ａの回転が連続している間は残存していることになる。
【００３０】
更に、前記残存エネルギーを確認するため、始動用スイッチ３をＯＦＦにすると同時にＡＣ同期発電機５ｂの出力より取り出した整流ＤＣ電源にＤＣ４００Ｖ、８４００ＭＦのコンデンサのスイッチがＯＮになるようにして、この動作を実行してみると、始動用スイッチ３のＯＦＦからＡＣ同期発電機５ｂの出力停止までの時間が３秒あったこと、即ち、コンデンサが殆ど満充電されていたことが確認された。この確認によって、残存エネルギーが存在することも確認された。この残存エネルギーによって、伝導ロス、発熱ロス、その他のロスが打消されて、ブリッジシリコンダイオード整流器６からＤＣモータ４ａに同時無接点切替えをすると、ＤＣモータ４ａは停止することなく回転し、ＡＣ同期発電機４ｂの発電−ＡＣモータ５ａの回転−ＡＣ同期発電機５ｂの発電が継続されて、自己発電によって永久的に回転し発電を続けることとなる。
【００３１】
前期残存エネルギーを取出すには単独発電機では不可能であり、２機以上を直列に接続することが必要であるので、図２の回路で実験を試みた。この回路はＡＣ５．５ｋＷモータ２０ａ、ＡＣ２４ｋＷ発電機２０ｂを一組とした電動発電機４基を直列接続し、電源に３相ＡＣを使用したものである。この実験では、一基目の発電機のスイッチをＯＮにしてから４基目の電動発電機２０ｈが発電を開始するまでの所要時間は１５秒（１５秒遅れで発電）であり、一基目の５．５ｋＷモータ２０ａの消費電流は４０Ａとなり定格電流の倍となったが、４基目の電動発電機２０ｈも正常に作動した。前記スイッチをＯＦＦにしたときの４基目の電動発電機２０ｈの発電停止は７秒後（７秒遅れ）であった。定格電流以下（一基目５．５ｋＷモータ２０ａ）で作動させるには２基直列運転が好ましい。また、２基の場合、スタート時間は８秒で、遅れ３．５秒であった。このような実験からもわかるように、２基以上の直列接続でないと残存エネルギーを取出して利用することは不可能であることが判明した。
【００３２】
前記残存エネルギーを利用するには、図３のように残存エネルギー充電用のＤＣコンデンサＣを使用することが重要である。このＤＣコンデンサＣには各種コンデンサを使用することができるが、例えば、２００Ｖ、１００００μＦを使用することができる。ＤＣコンデンサは物質の分極帯電を応用したもので、充電も硫酸バッテリーのように充電時間を長く必要とせず、数秒で満充電する特性を有している。つまり分極誘電は電圧を印加すると即分極して充電する特性を有している。このＤＣコンデンサＣに充電された残存エネルギーはＤＣモータを駆動させるだけの電力量がある。図３のＤＣモータ２１ａは始動用スイッチ３のＯＮにより始動用バッテリー１（ＤＣ２１６Ｖ）から電源供給されて回転し、この回転で電動発電機２１ｂが起動して発電が開始される。スイッチＯＮから電動発電機２１ｂの発電開始までは８秒遅れであり、スイッチＯＦＦから電動発電機２１ｂの発電停止までは３．５秒遅れであった。このため３．５秒の残存エネルギーがある。この残存エネルギーは電力に換算するとＤＣ３．７ｋＷモータの起電力に相当する。この残存エネルギーは図３の整流器６で整流されてＤＣコンデンサＣに充電される。電動発電機２１ｂが自己発電したら始動用スイッチ３を切替えて整流器６からの電源（整流器電源）に切替えるが、切替える時のスタート電力は大であるため、コンデンサＣに充電されている残存エネルギー（電力）を開放して回転を連続させることになる。
【００３３】
（実験例）
図４の回路構成で実験をしたが、この回路構成ではＤＣモータを連続運転に切替えることは不可能であった。これは始動用バッテリー１で回転しているＤＣモータ２１ａへの電力供給を、整流器６からの整流電源ＤＣに切替えた場合、切替え時間の数秒間でも異種電源にすると静止スタート時の１０分の１位のスタート電流が必要となり、この電力を整流電源より取込むと負荷が大きくなって、電動発電機２１ｂを回転させているＤＣモータ２１ａが停止してしまうことによる。しかし、図３のように残存エネルギーコンデンサＣを入れると、異種電源切替時に、この残存エネルギーコンデンサＣに充電されている残存エネルギーが充電され、電動発電機２２ｂの負荷を大きくすることなく回転を持続させることが可能である。つまり、コンデンサに充電された残存エネルギーによって連続運転が可能になる。
【００３４】
前記、異種電源切替時間は数秒であるが、切替時間に消化される電力は大きく、数１０Ａが１秒以内で消費されるので、整流電源に数１０Ａの負荷が１秒以内でも印加されると電動発電機２１ｂは停止するが、ＤＣコンデンサＣに数１０Ａの容量が充電されていれば、これが解消されてＤＣモータ２１は回転が持続される。つまり、ＤＣコンデンサＣ充電された電力はコンデンサの誘電緩和時間によって異なるが、数分は放電されずに蓄電されるので、切替時間が数秒以内であれば十分対応が出来、回転力を持続することは可能であり、また回転が連続に移行してから、負荷が大きくなっても、そのとき消費される電力はコンデンサの充電力によって補われて連続運転は続行される。
【００３５】
恒久回転を得るためには、電動機発電機において、先ず導体磁場をつくるための導体の抵抗が０Ωになり、回転ロス、伝導ロスを０にするか又はこれらのロスが全部０になるだけのエネルギー（後者のロス全てを補償し得るエネルギー）が存在すれば可能になる。本件発明は伝導発電機２基以上を直列接続することによって残存エネルギーを発生させ、この残存エネルギーを前記補償エネルギーとすることによって恒久運転（永久運転）を可能にしたものである。
【００３６】
残存エネルギーは回転力や圧力で保存することは出来ないが、電力エネルギーＤＣに変換すればコンデンサに蓄電して、ある時間に限り保存できる。蓄電された電気エネルギーは前記のように、異種電源切替時の切替電源エネルギーとして使用し、自己発電、電力を還元して恒久回転力に変えることができる。
【００３７】
恒久発電（永久発電）は抵抗値０Ωでない限り実現不能である。そのためには絶対０度の極低温領域でのみ、アルミニウム合金等で０Ω導体を使用して発電することによって可能であるが、常温常圧下においての永久発電は不可能とされている。しかし、本件発明では前記のとおり、０Ωに変わり得る補償が出来るため、常温常圧下においても永久発電が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のモータ併用発電システムの一例を示す説明図。
【図２】本発明のモータ併用発電システムの実験例を示す説明図。
【図３】本発明のモータ併用発電システムの動作説明図。
【図４】本発明のモータ併用発電システムの実験例を示す説明図。
【符号の説明】
【００３９】
１  始動用バッテリー
２  ＤＣモータスタート用抵抗器
３  始動用スイッチ
４  主発電機
５  副発電機
６  ＤＣモータ起動用整流器
７  交流電圧調整器
８  逆流防止用シリコンダイオード
９  バッテリー／整流電源切替スイッチ
１０  始動用バッテリー充動用可変抵抗器
１１  バッテリー充動用ブリッジ整流器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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