JP5598840B2

JP5598840B2 - 回転体装置

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Publication number: JP5598840B2
Application number: JP2010031951A
Authority: JP
Inventors: 亘人嶌田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: JP2011169177A

Description

本発明は、例えば発電機の回転等に利用できる回転体装置に関する。

従来、火力、原子力、水力、風力、太陽光、地熱、潮力等種々のエネルギーを利用した発電装置が利用されている。しかしながら、近時では、家庭、オフィス、工場等様々な分野で電気機器や電気を利用した各種装置が利用されており、電気エネルギーの大量消費が社会的にも問題になっている。また、火力発電等では発電時に発生する温室効果ガスによる環境汚染等の問題があった。さらに、大型の発電所は、広大なスペース及び大規模な設備等を必要とする問題があった。一方、本出願人は、先に出願した特許文献１にて炭酸ガス等の発生を抑えて発電機による発電を補助できるような比較的小型の回転体の技術を提案している。

特開２００９−７７６１３号公報

特許文献１の回転体は、回転軸を中心として左右に円形側板の円周に亘って複数個の棒状重錘を回転軸に対して３組の不等辺三角形の頂点位置に配設して構成されている。そして、電動モータにより回転体を回転させて回転エネルギーを蓄積できるとともに、回転体の回転力を利用して発電機を稼動し電気エネルギーを供給できるものであった。本出願人は、更なる変換効率の向上を目指して改良を行った結果、新たな回転体装置の技術を開発した。

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その一つの目的は、効率的に回転力を伝達して回転エネルギーを有効に利用できる回転体装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、機枠１２と、機枠に回転自在に支持された回転軸１４と、回転軸１４に連結され回転軸１４の周囲に配置された重量部３６を有し回転軸１４と一体回転する回転重量体１６と、回転重量体１６の外側周囲に離隔して対向配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠１２に固定された複数の磁石であり、それぞれ対向する回転重量体１６側に一方の磁極を向けそれらの全てが同極に設定された複数の第１磁石１８Ａ〜１８Ｌと、第１磁石１８Ａ〜１８Ｌに対して反発する磁極を外側の第１磁石側に向けた重量部としての複数の第２磁石２０ａ〜２０ｉと、第１磁石１８Ａ〜１８Ｌと第２磁石２０ａ〜２０ｉとの磁気反発力により第２磁石２０ａ〜２０ｉを周方向に移動させるようにそれぞれの第１磁石１８Ａ〜１８Ｌの磁極を第２磁石２０ａ〜２０ｉの磁極側に向けて配置させ、かつ第１磁石１８Ａ〜１８Ｌが周方向に向けて次第に磁力が小さくなるように形成された磁石構成とした周方向反発機構２２と、を含む回転体装置であり、中心角が３０度となる円弧板状の第１磁石１８Ａ〜１８Ｌを１２個配列した第１の機枠１２１と、中心角が６０度となる円弧板状の第１磁石１８Ａ〜１８Ｆを６個配列した第２の機枠１２２と、中心角が１２０度となる円弧板状の第１磁石１８Ａ〜１８Ｃを３個配列した第３の機枠１２３と、第１、第２、第３の機枠１２１〜１２３の内部にそれぞれ配置される３つの回転重量体１６１〜１６３と、３つの回転重量体１６１〜１６３に同時に連結される回転軸１４と、を有したことを特徴とする回転体装置１０から構成される。

さらに本発明は、機枠１２と、機枠１２に回転自在に支持された回転軸１４と、回転軸１４に連結され回転軸１４の周囲に配置された重量部３６を有し回転軸１４と一体回転する回転重量体１６と、回転重量体１６の外側周囲に離隔して対向配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠１２に固定された複数の磁石であり、それぞれ対向する回転重量体１６側に一方の磁極を向けそれらの全てが同極に設定された複数の第１磁石１８Ａ〜１８Ｌと、第１磁石１８Ａ〜１８Ｌに対して反発する磁極を外側の第１磁石側に向けた重量部としての複数の第２磁石２０ａ〜２０ｉと、第１磁石１８Ａ〜１８Ｌと第２磁石２０ａ〜２０ｉとの磁気反発力により第２磁石２０ａ〜２０ｉを周方向に移動させるようにそれぞれの第１磁石１８Ａ〜１８Ｌの磁極を第２磁石２０ａ〜２０ｉの磁極側に向けて配置させ、かつ第１磁石１８Ａ〜１８Ｌが周方向に向けて次第に磁力が小さくなるように形成された磁石構成とした周方向反発機構２２と、を含む回転体装置であり、回転重量体１６は、回転軸１４から径方向に広がって形成された基体３８と、基体３８の回転外周側に互いに離隔して固定され重量部３６を形成し、回転軸１４と平行に円筒中心軸を向けた９個の円筒状錘体４０１〜４０９と、を含み、第２磁石２０ａ〜２０ｉは、それぞれの円筒状錘体４０１〜４０９の円筒周壁に設けられたことを特徴とする回転体装置からなる。９個の円筒状錘体４０１〜４０９は周方向に等間隔に配置しても、不等間隔に配置してもよい。

また、それぞれの第１磁石１８Ａ〜１８Ｌは、１つの板面Ｆｂを回転重量体１６側に向けた板状磁石からなり、板状磁石は平面視で台形状又は三角形状に形成されたこととしてもよい。各第１磁石は板面に略正対して見た際の外形輪郭形状が末広状に広がる台形状又は三角形状に形成されている。

本発明の回転体装置によれば、機枠と、機枠に回転自在に支持された回転軸と、回転軸に連結され回転軸の周囲に配置された重量部を有し回転軸と一体回転する回転重量体と、回転重量体の外側周囲に離隔して対向配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠に固定された複数の磁石であり、それぞれ対向する回転重量体側に一方の磁極を向けそれらの全てが同極に設定された複数の第１磁石と、第１磁石に対して反発する磁極を外側の第１磁石側に向けた重量部としての複数の第２磁石と、第１磁石と第２磁石との磁気反発力により第２磁石を周方向に移動させるようにそれぞれの第１磁石の磁極を第２磁石の磁極側に向けて配置させ、かつ第１磁石が周方向に向けて次第に磁力が小さくなるように形成された磁石構成とした周方向反発機構と、を含むことから、回転重量体の慣性モーメントと周方向反発機構による反発作用により、効率よく回転重量体を回転させることができる。よって、回転体装置に回転エネルギーの蓄積をしたり、回転軸を外部の発電機等に連結して回転力を利用して効率良く発電することができる。また、例えば、モータの回転を補助して発電機を回転させることもでき、発電電力を増幅させるような電力変換への利用にも期待できる。

また、それぞれの第１磁石は、１つの板面を回転重量体側に向けた板状磁石からなり、板状磁石は平面視で台形状又は三角形状に形成されたことにより、次第に磁力が小さくなる第１磁石の構成を簡単な構造で具体的に実現できる。

また、第１磁石は、中心角が３０度、６０度、１２０度のいずれかの角度となる円弧板状の磁石からなる構成とすることにより、回転重量体を効率良く回転させることができ、回転力を効率良く発電機等に伝達できる。

また、中心角が３０度となる円弧板状の第１磁石を１２個配列した第１の機枠と、中心角が６０度となる円弧板状の第１磁石を６個配列した第２の機枠と、中心角が１２０度となる円弧板状の第１磁石を３個配列した第３の機枠と、第１、第２、第３の機枠の内部にそれぞれ配置される３つの回転重量体と、３つの回転重量体に同時に連結される回転軸と、を有した構成とすることにより、回転重量体を効率良く回転させることができ、回転力を効率良く発電機等に伝達できる。

また、回転重量体は、回転軸から径方向に広がって形成された基体と、基体の回転外周側に互いに離隔して固定され重量部を形成し、回転軸と平行に円筒中心軸を向けた９個の円筒状錘体と、を含み、第２磁石は、それぞれの円筒状錘体の円筒周壁に設けられた構成とすることにより、回転重量体の構成及び複数の第２磁石の配置構成を具体的に実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る回転体装置の一部省略した斜視説明図である。図１の回転体装置の内部を見せた正面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。図１の回転体装置の第１磁石の拡大平面図である。図５の第１磁石の拡大正面図である。図１の回転体装置の作用説明図である。図１の回転体装置の作用説明図である。図１の回転体装置の作用説明図である。図１の回転体装置の第１磁石の他の形態の説明図である。図１の回転体装置の第１磁石の他の形態の説明図である。図１の回転体装置の回転重量体の他の形態の説明図である。本発明の第２の実施形態に係る回転体装置の一部省略した断面説明図である。

以下添付図面を参照しつつ本発明の回転体装置の実施形態について説明する。本発明に係る回転体装置は、例えば、所定の速度で回転させて、回転エネルギーの蓄積や発電等に利用できる回転伝達装置又は回転補助装置である。図１ないし図８は、本発明の回転体装置の第１の実施形態を示している。図１、図２、図３に示すように、本実施形態において、回転体装置１０は、機枠１２と、回転軸１４と、回転重量体１６と、複数の第１磁石１８Ａ〜１８Ｌと、複数の第２磁石２０ａ〜２０ｉと、第１、第２磁石を所定の磁石構成とした周方向反発機構２２と、を備えている。

図１、図２、図７に示すように、本実施形態では、機枠１２は、例えば、内部空間２３を有した中空のケース体２４を有している。機枠１２のケース体２４は、例えば、円筒ドラム状に形成され、円筒中心軸を横方向にして支持脚２６で支持されている。図３にも示すように、ケース体２４は、両端を開口した円筒状の外枠２８と、外枠の内周側に固定された円筒状の内枠３０と、外枠２８の両端開口を閉鎖する１対の閉鎖蓋３２と、それぞれの閉鎖蓋３２に固定された回転軸１４の軸受部材３４と、を有している。外枠２８、閉鎖蓋３２等は、例えば、磁石に磁気吸着しにくい非鉄金属で形成されている。内枠３０は、複数の第１磁石１８Ａ〜１８Ｌを固定するための固定用受枠であり、木材で形成されている。内枠３０の中空内側に円柱状の内部空間２３が形成され、回転重量体１６が収容される。閉鎖蓋３２は、外枠２８の両端部に図示しないボルト、ナット等で固定されている。軸受部材３４は、外枠２８の中心位置に対応して閉鎖蓋３２の中心位置に配置されており、回転軸１４を回転自在に支持している。

図１、図２、図３に示すように、本実施形態では、回転軸１４は、その軸方向を横方向に向けるとともに、円筒形状の機枠のケース体２４の中心軸上に設定されている。回転軸１４は、端部を軸受部材３４から外部に突出させており、回転軸１４の外部突出部には、例えば、図７に示すように、プーリやクラッチ等を含む連結部４６が設けられる。回転軸１４は、例えば、必要に応じて電動モータ４２等に連結されて回転力が入力される回転入力軸となる。また、回転軸１４は、例えば、必要に応じて発電機４４等と連結されて回転力を該発電機に出力する回転出力軸ともなる。回転軸１４の機枠１２内の中間位置には、該回転軸１４と一体回転する回転重量体１６が固定されている。

図１、図２に示すように、回転重量体１６は、回転軸１４に連結され回転軸１４の周囲に配置された重量部３６を有しており、慣性モーメントが比較的大きく形成されている。回転重量体１６は、例えば、全体的に機枠１２の内部空間２３内に収容され、かつ機枠１２内で回転軸周りに回転自在となる大きさで設けられている。そして、回転重量体１６は、機枠１２の内枠３０の内周面との間に僅かな間隙を形成して離隔している。本実施形態では、回転重量体１６は、例えば、回転軸１４に固定された基体３８と、基体３８の回転外周側に一体的に固定された９個の円筒状錘体４０１〜４０９と、を含む。基体３８は、例えば、中心のボス部に回転軸１４を貫通させた状態で固定された金属製のホイール形状ロータからなる。円筒状錘体４０１〜４０９は、金属円筒部材からなる重量部３６であり、基体３８の外周のリム部にボルト、ナット等の固定手段で固定されている。それぞれの円筒状錘４０１〜４０９は、円筒中心軸の方向が回転軸１４の軸方向と平行に設定されている。９個の円筒状錘体４０１〜４０９は、互いに等間隔で、すなわち中心軸１４周りに４０度間隔で配置されている。それぞれの円筒状錘体４０１〜４０９の円筒周壁であって機枠１２の内枠３０内周面と対向する側には、第２磁石２０ａ〜２０ｉが一体的に設けられている。

図１、図２に示すように、複数の第１磁石１８Ａ〜１８Ｌは、機枠１２の内枠３０の円筒内周面側に固定され、回転重量体１６の外側周囲に離隔して対向配置されており、さらに周方向に等間隔に配列されている。図４に示すように、本実施形態では、それぞれの第１磁石１８Ａ〜１８Ｌは、例えば、ネオジム磁石等の永久磁石からなり、板面を円弧面状に曲成した円弧板状に設けられ、円弧外面側の板面ＦａにＮ極が円弧内面側の板面ＦｂにＳ極がそれぞれ形成されている。図２に示すように、円弧板状の第１磁石１８Ａ〜１８Ｌは、例えば、機枠１２の内枠３０の内周面に沿うような曲率で形成され、その円弧中心角が３０度に形成されている。そして、第１磁石１８Ａ〜１８Ｌは、円弧内面側の板面を回転重量体１６側に向けながら機枠１２の内周面に沿って周方向に１２個配列され、回転重量体の外側を３６０度囲むように連続状に帯状に配置されている。１２個の第１磁石１８Ａ〜１８Ｌは、全て円弧内面側すなわち回転重量体１６側がＳ極に設定される。さらに、図１、図５に示すように、各第１磁石１８Ａ〜１８Ｌは、平面視で台形状（又は略三角形状）に形成されている。よって、第１磁石１８Ａ〜１８Ｌは、機枠１２に固定した状態で径方向から見ると板面の外形輪郭形状が台形形状に形成されている。第１磁石１８Ａ〜１８Ｌは、周方向に向けて次第に板幅が狭くなるように形成されており、板幅の広い側Ｂｗから狭い側Ｂｎへすなわち周方向に向けて次第に磁力が小さくなるようになっている。

なお、複数の第１磁石の構成は上記のものに限らない。例えば、図９に示すように、中心角が６０度となる円弧板状の第１磁石１８Ａ〜１８Ｆを６個、周方向に配列してもよい。また、例えば、図１０に示すように、中心角が１２０度となる円弧板状の第１磁石１８Ａ〜１８Ｃを３個、周方向に配列してもよい。これらの場合にも、それぞれの第１磁石は、平面視で台形状又は三角形状に形成される。また、第１磁石は本実施形態のような板状の磁石に限らず、周方向に磁力が次第に小さくなるものであれば任意の構造でもよい。例えば、第１磁石はブロック状の磁石、棒磁石等で形成してもよい。また、それぞれの第１磁石は、複数の磁石を組み合わせて構成してもよい。例えば、大きさが異なる複数個の磁石又は磁束密度が異なる複数個の磁石を、周方向に磁力が小さくなるように並列して構成した磁石群を１つの第１磁石とし、複数の磁石群を周方向に等間隔に配列してもよい。

本実施形態では、図１、図２に示すように、第２磁石２０ａ〜２０ｉは、それぞれ回転重量体１６の９個の円筒状錘体４０１〜４０９に一体的に設けられており、重量部３６として兼用されている。すなわち、第２磁石２０ａ〜２０ｉは、回転軸周りに周方向に等間隔で９個配置されており、回転軸１４とともに一体回転する。第２磁石２０ａ〜２０ｉは、例えば、ネオジム磁石等の永久磁石からなる。それぞれの第２磁石２０ａ〜２０ｉは、円筒周壁の外面側にＳ極が、内面側にＮ極が形成されており、対向する機枠側に固定された第１磁石１８Ａ〜１８Ｌに対して互いに反発するようになっている。

なお、９個の第２磁石２０ａ〜２０ｉすなわち回転重量体１６の９個の円筒状錘体４０１〜４０９は等間隔に配置する態様に限らない。例えば、図１１に示すように、９個の円筒状錘体４０１〜４０９のうち、円筒状錘体４０１，４０４，４０７の３個が等間隔の位置から回転方向とは逆方向に（図上、時計回りに）５度ずれている。すなわち、図１１上、左回りに回転軸１４が回転する場合、９個の円筒状錘体４０１〜４０９は、回転軸右回り方向に順次３５度、４０度、４５度、３５度、４０度、４５度、３５度、４０度、４５度の間隔で配置されている。また、３つの円筒状錘体４０１，４０４，４０７は、他の円筒状錘体４０２，４０３，４０５，４０６，４０８，４０９の約２倍の重量で形成されている。なお、例えば、円筒状錘体４０１〜４０９と基体３８とを固定するボルトを通す基体側のボルト孔を長孔で形成し、必要に応じて円筒状錘体４０１〜４０９の固定位置を自由に変更できるように構成してもよい。また、例えば、９個の円筒状錘体は全て同じ重量にしてもよい。

本実施形態では、周方向反発機構２０は、上記のような第１、第２磁石の構成、すなわち機枠１２に固定された１２個の第１磁石１８Ａ〜１８Ｌと、回転軸１４とともに回転する９個の第２磁石２０ａ〜２０ｉと、を同じＳ極どうしを対向させて配置させるとともに、それぞれの第１磁石１８Ａ〜１８Ｌを周方向に向けて次第に磁力が小さくなるように形成した磁石構成で構成されている。図６に示すように、回転重量体１６の回転軸周りの回転中において、任意の第１磁石（１８Ａ）に第２磁石（２０ａ）が近接した位置関係では、第１磁石の磁力が周方向に向けて強弱の差があることから、第２磁石（２０ａ）は回転方向に向けて促進するような磁気反発力が作用する。その結果、回転重量体１６は、図６のような第２磁石の位置では回転力を促進するような磁気反発力が作用する。なお、本実施形態では第１磁石と第２磁石とは互いにＳ極どうしを対向するように配置しているが、互いにＮ極どうしを対向するように配置してもよい。

例えば、図７、図８に示すように、回転体装置１０の一つの使用例は、回転軸１４に設けられた連結部４６にプーリ、ベルト等を介して電動モータ４２と連結する。また、同じく回転軸１４にプーリ、ベルト等を介して発電機４４と連結する。電動モータ４４に図示しない電源から電気を供給して駆動すると、プーリ、ベルトにより回転力が伝達されて回転重量体１６が回転し、その回転に同期して発電機４４が回転して発電される。回転重量体１６が回転している状態では回転モーメントと磁気反発作用により効率よく回転でき、回転エネルギーとして蓄積されている。そして、回転重量体１６の回転エネルギーは発電機４４の回転を補助でき、例えば、小さな出力のモータ４２でも大きな出力の発電機４４を回転して入力電力よりも増幅した出力電力を得ることができ、効率よい電力の変換を期待できる。なお、回転軸１４と電動モータ４２又は回転軸１４と発電機４４とは、クラッチ等を介設して連結して、必要に応じて連結したり切断したりできるようにしても良い。例えば、最初に回転軸１４は電動モータ４２のみに連結して回転エネルギーを蓄積しておき、必要に応じて回転軸１４と電動モータ４２との連結を切断して、回転軸１４と発電機４４とを連結して発電させるようにしてもよい。

次に、図１２を参照しつつ本発明に係る回転体装置の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施形態では、第１実施形態とは異なり、一つの回転軸１４に３つの回転重量体１６１、１６２、１６３が固定されている。それぞれの回転重量体１６１〜１６３は、それぞれ第１実施形態の回転重量体１６の構成と同じ構成で設けられており、円筒ドラム状の機枠１２１〜１２３の内部空間２３内に収容されている。３つの機枠１２１〜１２３ではそれぞれ、複数の第１磁石の構成が異なっている。第１の機枠１２１では、図２の配置構成と同じで、中心角が３０度となる円弧板状の第１磁石１８Ａ〜１８Ｌを１２個配列して木製の内枠に固定されている。第２の機枠１２２では、図９の配置構成と同じで、中心角が６０度となる円弧板状の第１磁石１８Ａ〜１８Ｆを６個配列して木製の内枠に固定されている。第３の機枠１２３では、図１０の配置構成と同じで、中心角が１２０度となる円弧板状の第１磁石１８Ａ〜１８Ｃを３個配列して木製の内枠に固定されている。本実施形態でも、上記実施形態と同様に回転軸１４に電動モータ４２、発電機４４とベルト、プーリ等を介して連結して電力変換に使用することができる。第１磁石の配置構成が異なる３つの回転体構造を連結することで、回転効率が良い回転体装置の実現を期待できる。

以上説明した本発明の回転体装置は、上記した実施形態のみの構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の本質を逸脱しない範囲において、任意の改変を行ってもよい。

本発明の回転体装置は、例えば、発電機の回転等に適用される。

１０回転体装置
１２、１２１〜１２３機枠
１４回転軸
１６、１６１〜１６３回転重量体
１８Ａ〜１８Ｌ第１磁石
２０ａ〜２０ｉ第２磁石
２２周方向反発機構
３６重量部
３８基体
４０１〜４０９円筒状錘体

Claims

機枠と、
機枠に回転自在に支持された回転軸と、
回転軸に連結され回転軸の周囲に配置された重量部を有し回転軸と一体回転する回転重量体と、
回転重量体の外側周囲に離隔して対向配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠に固定された複数の磁石であり、それぞれ対向する回転重量体側に一方の磁極を向けそれらの全てが同極に設定された複数の第１磁石と、
第１磁石に対して反発する磁極を外側の第１磁石側に向けた重量部としての複数の第２磁石と、
第１磁石と第２磁石との磁気反発力により第２磁石を周方向に移動させるようにそれぞれの第１磁石の磁極を第２磁石の磁極側に向けて配置させ、かつ第１磁石が周方向に向けて次第に磁力が小さくなるように形成された磁石構成とした周方向反発機構と、を含む回転体装置であり、
中心角が３０度となる円弧板状の第１磁石を１２個配列した第１の機枠と、
中心角が６０度となる円弧板状の第１磁石を６個配列した第２の機枠と、
中心角が１２０度となる円弧板状の第１磁石を３個配列した第３の機枠と、
第１、第２、第３の機枠の内部にそれぞれ配置される３つの回転重量体と、
３つの回転重量体に同時に連結される回転軸と、を有したことを特徴とする回転体装置。
機枠と、
機枠に回転自在に支持された回転軸と、
回転軸に連結され回転軸の周囲に配置された重量部を有し回転軸と一体回転する回転重量体と、
回転重量体の外側周囲に離隔して対向配置され、さらに周方向に等間隔に配列されて機枠に固定された複数の磁石であり、それぞれ対向する回転重量体側に一方の磁極を向けそれらの全てが同極に設定された複数の第１磁石と、
第１磁石に対して反発する磁極を外側の第１磁石側に向けた重量部としての複数の第２磁石と、
第１磁石と第２磁石との磁気反発力により第２磁石を周方向に移動させるようにそれぞれの第１磁石の磁極を第２磁石の磁極側に向けて配置させ、かつ第１磁石が周方向に向けて次第に磁力が小さくなるように形成された磁石構成とした周方向反発機構と、を含む回転体装置であり、
回転重量体は、回転軸から径方向に広がって形成された基体と、
基体の回転外周側に互いに離隔して固定され重量部を形成し、回転軸と平行に円筒中心軸を向けた９個の円筒状錘体と、を含み、
第２磁石は、それぞれの円筒状錘体の円筒周壁に設けられたことを特徴とする回転体装置。
それぞれの第１磁石は、１つの板面を回転重量体側に向けた板状磁石からなり、板状磁石は平面視で台形状又は三角形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転体装置。