(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に固定して取り付けられた回転子と、
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、
前記回転軸に取り付けられた第１の水受け部と、
前記電機子に取り付けられた第２の水受け部と、
水を収容するタンクと、
前記タンクに収容された水をサイホン現象により第１の水受け部に向かって排出させる第１のパイプと、
前記タンクに収容された水をサイホン現象により第２の水受け部に向かって排出させる第２のパイプとを有し、
前記第１のパイプから排出された水を第１の水受け部が受けることにより、前記回転軸を一方の方向に回転させるとともに、前記第２のパイプから排出された水を第２の水受け部が受けることにより、前記電機子を他方の方向に回転させ、これによって、前記回転子と前記電機子とを互いに逆方向に回転させ、
前記第１のパイプ及び第２のパイプは、入水側の端部の高さが異なるように配置された少なくとも２本以上のパイプを備えている、
ことを特徴とする発電機。
【請求項２】
前記タンク内の水は、発電の初動時は前記第１のパイプ及び第２のパイプのすべてのパイプの入水側の端部よりも高い位置の水位に収容され、発電の動作中は前記第１のパイプ及び第２のパイプのうち入水側の端部が最も高いパイプの位置と、最も低いパイプ位置との間の水位に収容されるように調整されている、ことを特徴とする請求項１に記載の発電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の複数の発電機が下方向に連結され、上段の発電機から排出された水を、下段の発電機のタンクに収容するように構成されていることを特徴とする発電システム。
【請求項４】
最上段の発電機と最下段の発電機とが迂回路を介して連結され、前記最下段の発電機から排出された水を、吸水手段によって前記迂回路を介して前記最上段の発電機のタンクに収容するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の発電システム。
【請求項５】
水平方向に延びて水が流れている共通路に請求項１又は２に記載の１以上の発電機、請求項３に記載の１以上の発電システム、請求項４に記載の１以上の発電システムのいずれか又はそれらの組み合わせが水平方向に連結されていることを特徴とする発電システム。
【請求項６】
建物内に設置されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１つの項に記載の発電システム。
【請求項７】
屋外に設置されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１つの項に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水力により発電する発電機及び発電システムに関し、特に、回転子と電機子とを相互に逆方向に回転させて発電する発電機及び発電システムに関する。
【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、回転子と電機子とを相互に逆方向に回転させて相対速度を大きくして、より大きな誘導起電力を発生させることができる種々の発電機が従来から提案されている。
【０００４】
例えば、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１の回転機構と、芯材もしくはコイルを回転させる第２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。
【特許文献１】特開２００３−２３５２２３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、従来の発電機では、２つの回転ローラを外部回転体と接触させることにより回転させている構成であり、この構成では水力により回転させることは困難であるので、水力発電システムには適用できない。
【０００６】
また、従来の発電機は単独で用いられるので、複数の発電機を組み合わせて発電システムとして大きな電力を得ることは困難である。
【０００７】
また、１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。
【０００８】
さらに、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、回転力が一定でなく、安定した電力供給ができないという課題がある。
【０００９】
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、大きな電力を得ることが可能な発電機及び発電システム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】
【００１０】
本発明の発電機は、
回転軸と、
前記回転軸に固定して取り付けられた回転子と、
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、
前記回転軸に取り付けられた第１の水受け部と、
前記電機子に取り付けられた第２の水受け部と、
水を収容するタンクと、
前記タンクに収容された水をサイホン現象により第１の水受け部に向かって排出させる第１のパイプと、
前記タンクに収容された水をサイホン現象により第２の水受け部に向かって排出させる第２のパイプとを有し、
前記第１のパイプから排出された水を第１の水受け部が受けることにより、前記回転軸を一方の方向に回転させるとともに、前記第２のパイプから排出された水を第２の水受け部が受けることにより、前記電機子を他方の方向に回転させ、これによって、前記回転子と前記電機子とを互いに逆方向に回転させ、
前記第１のパイプ及び第２のパイプは、入水側の端部の高さが異なるように配置された少なくとも２本以上のパイプを備えている、
ことを特徴とするものである。
【００１２】
前記タンク内の水は、発電の初動時は前記第１のパイプ及び第２のパイプのすべてのパイプの入水側の端部よりも高い位置の水位に収容され、発電の動作中は前記第１のパイプ及び第２のパイプのうち入水側の端部が最も高いパイプの位置と、最も低いパイプ位置との間の水位に収容されるように調整されていてもよい。
【００１３】
本発明の第１の発電システムは、複数の発電機が下方向に連結され、上段の発電機から排出された水を、下段の発電機のタンクに収容するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第２の発電システムは、最上段の発電機と最下段の発電機とが迂回路を介して連結され、前記最下段の発電機から排出された水を、吸水手段によって前記迂回路を介して前記最上段の発電機のタンクに収容するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第３の発電システムは、水平方向に延びて水が流れている共通路に前記１以上の発電機、１以上の前記第１の発電システム、１以上の前記第２の発電システムのいずれか又はそれらの組み合わせが水平方向に連結されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の発電システムは、建物内に設置されていてもよく、屋外に設置されていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の発電機によれば、回転子と電機子とを互いに逆方向に回転させるので、回転子だけを回転させる場合に比べて回転子と電機子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である。
【００１８】
また、第１のパイプ及び第２のパイプから排出される水によって、回転子と電機子とを回転させるため、回転力が一定となり、安定した電力供給が可能である。
【００１９】
また、別々の水力によって回転子と電機子とをそれぞれ回転させる構成であるので、パイプの数や径等を適宜変えることにより、相対速度の設定が容易であり、発生する電力を自由に調節することが可能である。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。
また、ダム湖や川等を利用した水力発電システムに比べて少ない水量で発電することができるので、発電効率が良好である。
また、水の使用量をコントロールして発電することができる。
さらに、タンクに収容された水をサイホン現象により吸い上げて落とすので、第１のパイプ及び第２のパイプから排出される水の勢い（位置エネルギー）が増加し、回転子及び電機子の回転力が増して、より大きな誘導起電力を発生させることが可能である。
【００２０】
本発明の第１の発電システムによれば、複数の発電機を下方向に連結させて使用しているので、全体として大きな電力を得ることが可能である。
【００２１】
本発明の第２の発電システムによれば、発電に用いた水を循環させて再利用しているので、発電のために用いられる水を大幅に節約することができる。
【００２２】
本発明の第３の発電システムによれば、水平方向に延びて水が流れている共通路に大量の発電機を連結することができるので、より大きな電力を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態例に係る発電機を示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態例に係る発電機を示す正面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）はタンク内の水の水量について説明するための説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態例に係る第１の発電システムを概略的に示す説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態例に係る第２の発電システムを概略的に示す説明図である。
【図６】本発明の第４の実施形態例に係る第３の発電システムを概略的に示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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は本発明の第１の実施形態例に係る発電機を示す側面図、図２は本発明の第１の実施形態例に係る発電機を示す正面図である。
【００２５】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態例に係る発電機Ａは、中空の本体１と、本体１の上部に設けられ、水Ｗを収容するタンク２と、本体１内に設けられ、タンク２に収容された水Ｗにより電力を発生させる発電部３とを有する。
【００２６】
発電部３は、本体１に軸受４を介して回転可能に取り付けられた回転軸５と、回転軸５に固定して取り付けられ、磁極部６ａを備えた回転子６と、回転子６の回転によって誘導起電力を発生させる電機子７と、回転軸５に取り付けられ、円板状に形成された第１の支持板８と、第１の支持板８の先端部に間隔を隔てて取り付けられた複数の第１の水受け部９と、電機子７の外周に取り付けられ、円板状に形成された第２の支持板１０と、第２の支持板１０の先端部に間隔を隔てて取り付けられた複数の第２の水受け部１１と、タンク２に収容された水Ｗをサイホン現象により第１の水受け部９に向かって排出させる第１のパイプ１２と、タンク２に収容された水Ｗをサイホン現象により第２の水受け部１１に向かって排出させる第２のパイプ１３とを有する。
【００２７】
第１のパイプ１２は、サイホン現象により水Ｗをいったん高く上げて低い所に移すために、入水側は逆Ｕ字状に形成されており、中間部は垂直方向に延びて、排水側は第１の水受け部９近傍に配置されている。
【００２８】
第２のパイプ１３は、サイホン現象により水Ｗをいったん高く上げて低い所に移すために、入水側は逆Ｕ字状に形成されており、中間部は垂直方向に延びて、排水側は第２の水受け部１１近傍に配置されている。
【００２９】
また、第１のパイプ１２及び第２のパイプ１３は、入水側の端部の高さが異なるように配置された複数（この実施形態例では２本）のパイプをそれぞれ備えている。
【００３０】
第１の水受け部９は、例えば板状に形成されており、第１のパイプ１２から排出された水Ｗが当たって水圧を受けやすい角度で第１の支持板８に取り付けられている。
【００３１】
第２の水受け部１１は、例えば板状に形成されており、第２のパイプ１３から排出された水Ｗが当たって水圧を受けやすい角度で第２の支持板１０に取り付けられている。
【００３２】
タンク２の上部には給水口２ａが形成され、その給水口２ａからタンク２内に水Ｗが供給される。
本体１の下部には排水口１ａが形成され、第１の水受け部９及び第２の水受け部１１に当たって下方に弾かれた水Ｗが排水口１ａを介して外部に排出される。
なお、タンク２内の水Ｗの水位が過度に上がらないようにオーバーフロー用パイプ２１が設置されているのが好ましい（図２参照）。
【００３３】
図３（Ａ）及び（Ｂ）はタンク２内の水の水量について説明するための説明図である。
【００３４】
タンク２内の水Ｗの水量は給水口２ａからの給水量や第１のパイプ１２及び第２のパイプ１３の径や数等に基づいて調整されている。
【００３５】
発電の初動時においては、タンク２内の水Ｗは、第１のパイプ１２及び第２のパイプ１３のそれぞれ２本のパイプの入水側の端部よりも高い位置の水位に収容されている（図３（Ａ）参照）。これによって、第１のパイプ１２及び第２のパイプ１３のそれぞれ２本のパイプから水Ｗが排出されるので、第１の水受け部９及び第２の水受け部１１に対して回転の初動時に必要な高い水圧を与えることができる。
【００３６】
また、発電の動作中においては、第１のパイプ１２及び第２のパイプ１３のうち入水側の端部が高いパイプの位置と、低いパイプの位置との間の水位に収容されている（図３（Ｂ）参照）。これによって入水側の端部が低いパイプだけから水Ｗが排出されることになるが、発電の動作中は回転の慣性力が働いているので、初動時に比べて第１の水受け部９及び第２の水受け部１１に対して高い水圧を必要としないため問題はない。
【００３７】
なお、発電の動作中においても２本のパイプから水Ｗが排出されるようにタンク２内の水の水量を調整してもよい。
【００３８】
電機子７は回転子６の磁極部を取り囲むように配置されており、その内部は、回転子６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のコイル部（図示せず）が設けられている。また、電機子７の外周部には各コイル部にそれぞれ電気的に接続されているスリップリング７ａが配置されている。各スリップリング７ａにはそれぞれ集電シュー１４が電気的に接続されており、集電シュー１４から送電線１５を介して外部に電気を取り出すことができる。
【００３９】
回転軸５の軸受４の外周には、軸受４に水滴が当たらないように防水用リング１６が設けられている。
【００４０】
次に、本発明の第１の実施形態例に係る発電機Ａに動作について説明する。
【００４１】
まず、給水口２ａからタンク２内に水Ｗが給水され、第１のパイプ１２及び第２のパイプ１３のそれぞれ２本のパイプの入水側の端部よりも高い位置の水位に収容される（図３（Ａ）参照）。
【００４２】
次いで、タンク２内の水Ｗは、サイホン現象により、第１のパイプ１２及び第２のパイプ１３の入水側の端部から入り込み、排水側の端部から排出され、それぞれ第１の水受け部９及び第２の水受け部１１に当たる。
【００４３】
第１の水受け部９が水Ｗを受けることにより、第１の支持板８、回転軸５及び回転子６を一方の方向（図２では反時計方向）に回転させるとともに、第２の水受け部１１が水Ｗを受けることにより、第２の支持板１０及び電機子７を他方の方向（図２では時計方向）に回転させる。これによって、回転子６と電機子７とを互いに逆方向に回転させることが可能となり、大きな電力が発生する。
【００４４】
次いで、タンク内の水量が減ってきて、第１のパイプ１２及び第２のパイプ１３のうち入水側の端部が高いパイプの位置と、低いパイプの位置との間の水位に収容されると（図３（Ｂ）参照）、入水側の端部が低いパイプだけから水Ｗが排出されるが、回転の慣性力が働いているので、回転子６と電機子７との逆方向の回転が続き、電力の発生が継続する。
【００４５】
本発明の第１の実施形態例に係る発電機Ａによれば、回転子６と電機子７とを互いに逆方向に回転させるので、回転子６だけを回転させる場合に比べて回転子６と電機子７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である。
【００４６】
また、第１のパイプ１２及び第２のパイプ１３から排出される水Ｗによって、回転子６と電機子７とを回転させるため、回転力が一定となり、安定した電力供給が可能である。
【００４７】
また、別々の水力によって回転子６と電機子７とをそれぞれ回転させる構成であるので、パイプの数や径等を適宜変えることにより、相対速度の設定が容易であり、発生する電力を自由に調節することが可能である。その結果、本発明の発電機Ａをさまざまな用途に利用することが可能である。
また、ダム湖や川等を利用した水力発電システムに比べて少ない水量で発電することができるので、発電効率が良好である。
また、水の使用量をコントロールして発電することができる。
さらに、タンク２に収容された水Ｗをサイホン現象により吸い上げて高い位置から落とすので、第１のパイプ１２及び第２のパイプ１３から排出される水Ｗの勢い（エネルギー）が強く、回転子６及び電機子７の回転力が増して、より大きな誘導起電力を発生させることが可能である。
【００４８】
さらに、複数の発電機Ａを連結させて使用することにより、大きな電力を得ることが可能である（この点については後述する）。
【００４９】
図４は本発明の第２の実施形態例に係る第１の発電システムを概略的に示す説明図である。
図４に示すように、本発明の第１の発電システムＢは、複数の発電機Ａが下方向に直接又は連結路１７を介して連結され、上段の発電機Ａから排出された水Ｗを、下段の発電機Ａのタンク２に収容するように構成されている。
最上段の発電機Ａ１の上部には雨水や排水等外部からの水を貯蔵する貯蔵用タンク２２が連結されている。また、貯蔵用タンク２２には補助用タンク２３が連結されていてもよい。
【００５０】
本発明の第１の発電システムＢによれば、複数の発電機Ａを直接又は連結路１７を介して下方向に連結させて使用しているので、全体として大きな電力を得ることが可能である。
【００５１】
なお、連結形態としては発電機Ａを垂直下方向に連結する場合だけでなく、斜め下方向に連結してもよい。
【００５２】
図５は本発明の第３の実施形態例に係る第２の発電システムを概略的に示す説明図である。
【００５３】
図５に示すように、本発明の第２の発電システムＣは、複数の発電機Ａが下方向に直接又は連結路１７を介して連結され、上段の発電機Ａから排出された水Ｗを、下段の発電機Ａのタンク２に収容し、かつ、最上段の発電機Ａ１と最下段の発電機Ａ２とが迂回路１８を介して連結され、最下段の発電機Ａ２から排出された水Ｗを、ポンプ等の吸水手段１９によって迂回路１８を介して最上段の発電機Ａ１のタンク２に収容するように構成されている。
【００５４】
最下段の発電機Ａ２の下部には下側貯蔵用タンク２４が配置され、最上段の発電機Ａ１の上部には上側貯蔵用タンク２５が配置され、下側貯蔵用タンク２４と上側貯蔵用タンク２５とが迂回路１８に連結されている。
【００５５】
吸水手段１９は例えば発電機Ａや太陽光発電、風力発電等の他の発電システムにより生成された電力により駆動される。
【００５６】
本発明の第２の発電システムＣによれば、発電に用いた水Ｗを循環させて再利用しているので、発電のために用いられる水Ｗを大幅に節約することができる。
【００５７】
図６は本発明の第４の実施形態例に係る第３の発電システムを概略的に示す説明図である。
図６に示すように、本発明の第３の発電システムＤは、水平方向に延びて水Ｗが流れている上側共通路２０a及び下側共通路２０ｂに１以上の本発明の発電機Ａ、１以上の第１の発電システムＢ、１以上の第２の発電システムＣのいずれか又はそれらの組み合わせが水平方向に連結されている。
下側共通路２０ｂには下側貯蔵用タンク２４が配置され、上側共通路２０ａの上部には上側貯蔵用タンク２５が配置され、下側貯蔵用タンク２４と上側貯蔵用タンク２５とが迂回路１８に連結されている。
各発電機Ａから排出され下側共通路２０ｂによって集められた水Ｗは、下側貯蔵用タンク２４に貯蔵され、ポンプ等の吸水手段１９によって迂回路１８を介して上側貯蔵用タンク２５に貯蔵され、上側共通路２０ａを介して各発電機Ａに送られる。
【００５８】
本発明の第３の発電システムＤによれば、水平方向に延びて水Ｗが流れている上側共通路２０a及び下側共通路２０ｂに大量の発電機Ａを連結することができるので、より大きな電力を得ることが可能である。
【００５９】
上記の第１−第３の発電システムＢ−Ｄは、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、その他施設等の建物内に設置されてもよい。
【００６０】
この場合、例えば１つのフロアに１つの発電機Ａの電力が用いられるようにしてもよい。
【００６１】
また、建物の屋上等に設置された雨水貯留タンクに溜められた雨水を発電のために用いてもよい。
【００６２】
また、上記の第１−第３の発電システムＢ−Ｄは、山間部等の屋外に設置されてもよい。この場合、例えば地すべり等を防止するために設置された水抜き管によって集めた水を発電のために用いてもよい。
【００６３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の発電機及び発電システムは、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、山間部等に設置され利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
Ａ：発電機
Ｂ−Ｄ：発電システム
Ｗ：水
１：本体
２：タンク
３：発電部
４：軸受
５：回転軸
６：回転子
７：電機子
８：第１の支持板
９：第１の水受け部
１０：第２の支持板
１１：第２の水受け部
１２：第１のパイプ
１３：第２のパイプ
１４：集電シュー
１５：送電線
１６：防水用リング
１７：連結路
１８：迂回路
１９：吸水手段
２０ａ：上側共通路
２０ｂ：下側共通路
２１：オーバーフロー用パイプ
２２：貯蔵用タンク
２３：補助用タンク
２４：下側貯蔵用タンク
２５：上側貯蔵用タンク
【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、大きな電力を得ることが可能な発電機及び発電システムを提供する。
【解決手段】本発明の発電機Ａは、本体１に軸受４を介して回転可能に取り付けられた回転軸５と、回転軸５に固定して取り付けられ、磁極部６ａを備えた回転子６と、回転子６の回転によって誘導起電力を発生させる電機子７と、タンク２に収容された水Ｗをサイホン現象により第１の水受け部９に向かって排出させる第１のパイプ１２と、タンク２に収容された水Ｗをサイホン現象により第２の水受け部１１に向かって排出させる第２のパイプ１３とを有し、回転子６と電機子７とを互いに逆方向に回転させる。
【選択図】  図１【図１】
0004754030.tif 000002
【図２】
0004754030.tif 000003
【図３】
0004754030.tif 000004
【図４】
0004754030.tif 000005
【図５】
0004754030.tif 000006
【図６】
0004754030.tif 000007