(57)【要約】【課題】  安定した電力供給が可能であり、発生する電力を自由に調節することができる発電機を提供する。【解決手段】  この発電機は、回転子２と、回転子２の回転によって誘導起電力を発生させる電機子３と、回転子２に連結されている第１の円盤４と、電機子３に連結されている第２の円盤５と、第１の円盤４に回転力を伝達させる第３の円盤８と、第２の円盤５に回転力を伝達させる第４の円盤１１と、第３の円盤８を回転させる第１の駆動モータ７と、第４の円盤１１を回転させる第２の駆動モータ１０とを有し、第１の駆動モータ７及び第２の駆動モータ１０は、回転子２及び電機子３が相互に逆方向に回転するように、第３の円盤８及び第４の円盤１１をそれぞれ逆方向に回転させる。【選択図】  図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
前記回転子の回転によって誘導起電力を発生させる電機子と、
前記回転子に連結されている第１の円盤と、
前記電機子に連結されている第２の円盤と、
前記第１の円盤に回転力を伝達させる第３の円盤と、
前記第２の円盤に回転力を伝達させる第４の円盤と、
前記第３の円盤を回転させる第１の駆動手段と、
前記第４の円盤を回転させる第２の駆動手段とを有し、
前記第１の駆動手段及び第２の駆動手段は、前記回転子及び電機子が相互に逆方向に回転するように、前記第３の円盤及び第４の円盤をそれぞれ逆方向に回転させることを特徴とする発電機。
【請求項２】
前記回転子、電機子、第１の円盤及び第２の円盤を回転可能に取り付けた第１の支柱と、
前記第３の円盤を回転可能に取り付けた第２の支柱と、
前記第４の円盤を回転可能に取り付けた第３の支柱と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の発電機。
【請求項３】
前記電機子は、前記回転子を囲むように配置され、かつ表面に複数の孔が開口していることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電機。
【請求項４】
前記電機子の外周面に複数の溝部が形成され、前記各溝部内に複数の導電性のリングが空回り状態で収納され、最外側のリングに電気を取り出す集電部材が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つの項に記載の発電機。
【請求項５】
前記第１の駆動手段及び第２の駆動手段の駆動源はバッテリ、燃料電池又は太陽電池のいずれか又はそれらを任意に組み合わせたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つの項に記載の発電機。
【請求項６】
前記第１の駆動手段及び第２の駆動手段の駆動源は複数のバッテリで構成されており、前記電機子で発生した電気の一部を前記バッテリに充電する充電動作と、前記バッテリから前記第１の駆動手段及び第２の駆動手段に放電する放電動作とを各バッテリ間で切り換える切換手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つの項に記載の発電機。
【請求項７】
前記第１の駆動手段及び第２の駆動手段の駆動源は、燃料電池で構成されており、前記電機子で発生した電気の一部を利用して、燃料電池で用いられる燃料を改質する燃料改質装置を有することを特徴とする請求項１乃５のいずれか１つの項に記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機に関し、特に、円盤の回転力を利用して発電する発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発電機は、磁極を備えた回転子の回転により、磁束変化を受けた電機子（固定子）に誘導起電力を発生させるように構成されており、電機子は固定されている。そのため、回転子と電機子との相対速度をあまり上げることができず、効率よく誘導起電力を発生させることは困難であった。また、変速ギア等を設けて回転子の回転速度を上げるようにすることも考えられるが、回転子を構成する部品に大きな遠心力が加わり、その部品に破損を生じる可能性があるばかりでなく、その高速回転に基づく固有振動によって発電機全体が故障するおそれもある。
【０００３】
そこで、例えば特開２００３−２３５２２３号公報には、自転車のタイヤ等の外部回転体からの駆動を受けて磁石を回転させる第一の回転機構と、芯材もしくはコイルを回転させる第二の回転機構とを設けて、これらの磁石とコイルとをそれぞれ逆方向に回転させるようにした発電機が提案されている。この発電機によれば、磁石とコイルとを互いに逆方向に回転させる機構を設けることによってコイルと磁石との相対速度が大きくなり、より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。また、磁石もしくはコイルの一方側のみを高速回転させる必要がなくなるので、遠心力や固有振動等に基づく発電機の故障も少なくすることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３５２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の発電機では、自転車のタイヤ等の外部回転体からの駆動を受けて第１の回転機構及び第２の回転機構を回転させるため、安定した電力供給ができないという課題がある。
【０００６】
また、一つの外部回転体によって第１の回転機構及び第２の回転機構の相対速度を制御するので、各々の回転機構の速度を制御する場合に比べ、相対速度の設定に制限があり、発生する電力を自由に調節することが困難であるという課題がある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、安定した電力供給が可能であり、発生する電力を自由に調節することが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】
【０００８】
本発明の発電機は、回転子と、前記回転子の回転によって誘導起電力を発生させる電機子と、前記回転子に連結されている第１の円盤と、前記電機子に連結されている第２の円盤と、前記第１の円盤に回転力を伝達させる第３の円盤と、前記第２の円盤に回転力を伝達させる第４の円盤と、前記第３の円盤を回転させる第１の駆動手段と、前記第４の円盤を回転させる第２の駆動手段とを有し、前記第１の駆動手段及び第２の駆動手段は、前記回転子及び電機子が相互に逆方向に回転するように、前記第３の円盤及び第４の円盤をそれぞれ逆方向に回転させることを特徴とするものである。
【０００９】
前記回転子、電機子、第１の円盤及び第２の円盤を回転可能に取り付けた第１の支柱と、前記第３の円盤を回転可能に取り付けた第２の支柱と、前記第４の円盤を回転可能に取り付けた第３の支柱とを有してもよい。
【００１０】
前記電機子は、前記回転子を囲むように配置され、かつ表面に複数の孔が開口していてもよい。
【００１１】
前記電機子の外周面に複数の溝部が形成され、前記各溝部内に複数の導電性のリングが空回り状態で収納され、最外側のリングに電気を取り出す集電部材が電気的に接続されていてもよい。
【００１２】
前記第１の駆動手段及び第２の駆動手段の駆動源はバッテリ、燃料電池又は太陽電池のいずれか又はそれらを任意に組み合わせたものであってもよい。
【００１３】
前記第１の駆動手段及び第２の駆動手段の駆動源は複数のバッテリで構成されており、前記電機子で発生した電気の一部を前記バッテリに充電する充電動作と、前記バッテリから前記第１の駆動手段及び第２の駆動手段に放電する放電動作とを各バッテリ間で切り換える切換手段を有してもよい。
【００１４】
前記第１の駆動手段及び第２の駆動手段の駆動源は、燃料電池で構成されており、前記電機子で発生した電気の一部を利用して、燃料電池で用いられる燃料を改質する燃料改質装置を有してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る発電機の構成を示す側面断面図、図２は本発明の実施の形態に係る発電機の構成を示す斜視図、図３は図２のIIIーIII線断面図である。
【００１６】
図１〜図３に示すように、本発明の実施の形態に係る発電機は、基板１に垂直方向に固定して取り付けられた第１の支柱Ａと、基板１に垂直方向に固定して取り付けられ、第１の支柱Ａを中心にしてそれぞれ間隔を隔てて配置された第２の支柱Ｂ及び第３の支柱Ｃと、第１の支柱Ａに回転可能に取り付けられ、磁極部２ａを備えた回転子２と、第１の支柱Ａに回転可能に取り付けられ、回転子２の回転によって誘導起電力を発生させる電機子３と、第１の支柱Ａに回転可能に取り付けられ、回転子２に連結されている第１の円盤４と、第１の支柱Ａに回転可能に取り付けられ、電機子３に連結されている第２の円盤５と、第２の支柱Ｂに固定して取り付けられた第１の基台６上に設けられた第１の駆動モータ７と、第２の支柱Ｂに回転可能に取り付けられ、第１の駆動モータ７によって回転される第３の円盤８と、第３の支柱Ｃに固定して取り付けられた第２の基台９上に設けられた第２の駆動モータ１０と、第２の支柱Ｂに回転可能に取り付けられ、第２の駆動モータ１０によって回転される第４の円盤１１とを有する。
【００１７】
第３の円盤８の外周面は、第１の円盤４の外周面と面接触しており、第３の円盤８の回転力が第１の円盤４に伝達される。
【００１８】
第４の円盤１１の外周面は、第２の円盤５の外周面と面接触しており、第４の円盤１１の回転力が第２の円盤５に伝達される。
【００１９】
また、回転子２及び電機子３を効率よく高速に回転させるために、第３の円盤８の直径は、第１の円盤４の直径よりも長く、第４の円盤１１の直径は、第２の円盤５の直径よりも長いのが好ましい。
【００２０】
第１の円盤４は、回転子２の上部と下部にそれぞれ２つ連結され、第２の円盤５は、電機子３の上部と下部にそれぞれ２つ連結されている。それに対応して、第３の円盤８、第４の円盤１１はそれぞれ上下に２つ設けられている。
【００２１】
ただ、第１〜第４の円盤４，５，８，１１、第１の駆動モータ７及び第２の駆動モータ１０の数は上記に限定されず、１つだけでもよく、３つ以上あってもよい。
【００２２】
第１の駆動モータ７の回転部７ａは第３の円盤８の下面に接触しており、その回転部７ａの回転によって、第３の円盤８を回転させる。
【００２３】
第２の駆動モータ１０の回転部１０ａは第４の円盤１１の下面に接触しており、その回転部１０ａの回転によって、第４の円盤１１を回転させる。
【００２４】
第１の駆動モータ７及び第２の駆動モータ１０の駆動源は、例えばバッテリ、燃料電池又は太陽電池等が用いられる。
【００２５】
第２の支柱Ｂは中空に形成されており、その内部に、第１の駆動モータ７に電力を供給するための配線７ｂが通っている。また、第３の支柱Ｃは中空に形成されており、その内部に、第２の駆動モータ１０に電力を供給するための配線１０ｂが通っている。これらの構成によって、配線７ｂ、１０ｂが外部に露出することがなく安全であるとともに装置の外観も良好になる。
【００２６】
電機子３は回転子２の磁極部２ａを取り囲むように配置されており、その内部は、図３に示すように、回転子２の回転によって誘導起電力を発生させるために間隔を隔てて複数（図面では３つ）のコイル部３ａが設けられている。また、電機子３の外周部には各コイル部３ａにそれぞれ電気的に接続されている３つのスリップリング１２が並列して配置されている。各スリップリング１２にはそれぞれ集電シュー１３が電気的に接続されており、集電シュー１３から送電線を介して外部に電気を取り出すことができる。
【００２７】
図４に示すように集電シュー１３は、例えば第２の支柱Ｂ又は第３の支柱Ｃにワイヤ１４等を介して固定することにより安定して支持される。
【００２８】
なお、図１及び図２中、１５は第１の円盤４を回転可能に支持するためのベアリング、１６は第２の円盤５を回転可能に支持するためのベアリング、１７は第３の円盤８を回転可能に支持するためのベアリング、１８は第４の円盤１１を回転可能に支持するためのベアリングである。また、８ａは第３の円盤８とベアリング１７とを連結するアーム、１１ａは第４の円盤１１とベアリング１８とを連結するアームである。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態に係る発電機の動作について説明する。まず、第１の駆動モータ７を駆動させて、第３の円盤８を回転させるとともに、第２の駆動モータ１０を駆動させて、第４の円盤１１を回転させる。この際、第３の円盤８及び第４の円盤１１はそれぞれ逆方向に回転させる。
【００３０】
第３の円盤８の回転力は第１の円盤４に伝達され、これによって第１の円盤４に連結されている回転子２が一方向に回転される。一方、第４の円盤１１の回転力は第２の円盤５に伝達され、これによって、第２の円盤５に連結されている電機子３が一方向とは逆の他方向に回転される。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る発電機によれば、回転子２と電機子３とを互いに逆方向に回転させるので、回転子２だけを回転させる場合に比べて回転子２と電機子３との相対速度を大きくすることができ、より大きな誘導起電力を発生させることが可能となる。また、回転子２を高速回転させる必要がないため、高速回転による遠心力や固有振動に基づく部品や発電機全体の故障などを防止することができる。
【００３２】
また、自転車のタイヤ等の外部回転体ではなく、回転子２及び電機子３を駆動モータ７，１０により回転させるので、安定した電力供給が可能である。
【００３３】
また、第１〜第４の円盤４，５，８，１１の大きさや数を適宜変えたり、回転子２と電機子３をそれぞれ別個の駆動モータ７，１０によって回転させることができることから、回転子２と電機子３との相対速度の設定変更が容易であり、発生する電力を自由に調節することができる。その結果、本発明の発電機をさまざまな用途に利用することが可能である。
【００３４】
図５は電機子３の変形例を示す斜視図である。図５に示すように、電機子３の表面に空気が入り込むための複数の孔１９が開口されていてもよい、通常、電機子３内ではコイル部３ａに流れる負荷電流による熱が発生しているので、電機子３が回転した際に孔１９から空気が入り込み、電機子３内を冷却することができる。また、孔１９の形成によって電機子３の軽量化を図ることができるとともに、回転の効率を上げることができる。
【００３５】
図６は、電機子３の他の変形例を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は揚力板を示す平面図、（Ｃ）は揚力安定板を示す底面図である。図６に示すように、電機子３の上面部に支持部２０を立設し、その支持部２０に複数の開口部２１ａが形成された揚力板２１を中央に向かって上方に傾斜した状態に取り付けてもよい。また、電機子３の下面部に複数の開口部２２ａが形成された揚力安定板２２を水平方向に延びた状態に取り付けてもよい。
【００３６】
図６に示す電機子３によれば、揚力板２１と揚力安定板２２を設けることにより、電機子３の回転時に、電機子３全体が多少浮上するので、電機子３の回転効率を上げることができる。この場合、電機子３は第１の支柱Ａに対して上下に移動可能に支持される。
【００３７】
図７（Ａ）は電機子３の溝部に導電性のリングが収納されている状態を概略的に示す側面図、（Ｂ）はリングを示す平面図、（Ｃ）はリングを示す側面断面図である。
【００３８】
図７に示すように、電機子３の表面に溝部２３を形成し、各溝部２３内に図７（Ｂ）及び（Ｃ）に示す形状の導電性の材料（例えば銅）で作られた複数のリング２４を空回りする状態で重ねてもよい。そして、最外側のリング２４と集電シュー１３とが電気的に接続（接触）している。これによって、最外側のリング２４には回転力が伝達されず、ほとんど回転しないので、集電シュー１３との接触状態が良好になり、安定して電気を取り出すことができる。なお、リング２４間に油等の潤滑材を付着させることにより、電機子３を円滑に回転させることができるとともに、摩擦による騒音を防止できる。
【００３９】
図８（Ａ）は、電機子３の溝部２３にベアリング２５付きの二重リング２６が収納されている状態を概略的に示す側面図、（Ｂ）は内側のリングを示す平面図、（Ｃ）は外側のリングを示す平面図である。図８に示すベアリング２５付きの二重リング２６を用いることにより、外側のリング２６ａは内側のリング２６ｂに支持されたベアリング２５によって、内側のリング２６ｂの回転力が伝達されず、ほとんど回転しないので、外側のリング２６ａと集電シュー１３との接触状態が良好になり、安定して電気を取り出すことができる。なお、ベアリング２５の収納部分に油等を入れて、外側のリング２６ａとの摩擦を低減してもよい。
【００４０】
図９は、駆動モータの駆動源がバッテリの場合の構成例を示す説明図である。図９に示すように、この実施形態は、第１の駆動モータ７及び第２の駆動モータ１０の駆動源となる複数（図９では２つ）のバッテリ２７と、電機子３で発生した電気の一部をバッテリ２７に充電する充電動作と、バッテリ２７から第１の駆動モータ７及び第２の駆動モータ１０に放電する放電動作とを各バッテリ間で切り換える切換スイッチ２８と、バッテリ２７と第１の駆動モータ７及び第２の駆動モータ１０との間に設けられたインバータ２９とを備えている。切換スイッチ２８は、例えばタイマによって設定された時間で自動的に切り換わるように構成されている。この実施形態によれば、切換スイッチ２８により放電動作と充電動作を切り替えることができるので、バッテリ２７の寿命を延ばすことができる。
【００４１】
図１０は、駆動モータの駆動源が燃料電池の場合の構成例を示す説明図である。図１０に示すように、この実施形態は、第１の駆動モータ７及び第２の駆動モータ１０の駆動源となる燃料電池３０と、電機子３で発生した電気の一部を利用して、燃料電池３０で用いられる燃料を改質する燃料改質装置３１と、燃料電池３０と第１の駆動モータ７及び第２の駆動モータ１０との間に設けられたインバータ３２とを備えている。この実施形態によれば、燃料改質装置３１を用いることにより、燃料電池３０の寿命を延ばすことができる。
【００４２】
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。
【００４３】
例えば、第１〜第４の円盤４，５，８，１１は各支柱Ａ〜Ｃに対して着脱可能に取り付けられるのが好ましい。これによって、さまざまな大きさの円盤を適用して回転子２及び電機子３との相対速度を自由に調節することができる。
【００４４】
また、第１〜第４の円盤４，５，８，１１を歯車上に形成して、互いに歯合させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の発電機によれば、例えば、一戸立住宅、集合住宅、団地、マンション、オフィスビル、アパート、病院、学校、その他施設、山間部、砂漠地など場所を問わず、その規模に応じた発電機を提供することができる。
【００４６】
また、本発明の発電機は、二輪車、自動車、電車、船舶、飛行機等の各種車両の電力原として、その大小を問わず利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係る発電機の構成を示す側面断面図である。
【００４８】
【図２】本発明の実施の形態に係る発電機の構成を示す斜視図である。
【００４９】
【図３】図２のIIIーIII線断面図である。
【００５０】
【図４】集電シューを支柱に固定している状態を示す説明図である。
【００５１】
【図５】電機子の変形例を示す斜視図である。
【００５２】
【図６】電機子の他の変形例を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は揚力板を示す平面図、（Ｃ）は揚力安定板を示す底面図である。
【００５３】
【図７】（Ａ）は電機子の溝部に導電性のリングが収納されている状態を概略的に示す側面図、（Ｂ）はリングを示す平面図、（Ｃ）はリングを示す側面断面図である。
【００５４】
【図８】（Ａ）は、電機子の溝部にベアリング付きの二重リングが収納されている状態を概略的に示す側面図、（Ｂ）は内側のリングを示す平面図、（Ｃ）は外側のリングを示す平面図である。
【００５５】
【図９】駆動モータの駆動源がバッテリの場合の構成例を示す説明図である。
【００５６】
【図１０】駆動モータの駆動源が燃料電池の場合の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ａ：第１の支柱
Ｂ：第２の支柱
Ｃ：第３の支柱
１：基板
２：回転子
３：電機子
４：第１の円盤
５：第２の円盤
６：第１の基台
７：第１の駆動モータ
８：第３の円盤
９：第２の基台
１０：第２の駆動モータ
１１：第４の円盤
１２：スリップリング
１３：集電シュー
１４：ワイヤ
１５〜１８：ベアリング
１９：孔
２０：支持部
２１：揚力板
２２：揚力安定板
２３：溝部
２４：リング
２５：ベアリング
２６：二重リング
２７：バッテリ
２８：切換スイッチ
２９：インバータ
３０：燃料電池
３１：燃料改質装置
３２：インバータ
【図１】
2004320994.tif 000003
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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