(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁石及びコイルの一方が、重力方向と平行な回転軸を中心に回転できるように容器内に支持され、前記磁石及びコイルの他方が、回転する前記磁石又はコイルと対向する前記容器の内壁の位置に配置され、前記磁石又はコイルの回転に伴い、前記コイルの鎖交磁束が時間的に変化して、前記コイルに起電力が発生する発電機であって、前記回転軸は、その上部が、前記容器の上面を覆う上面板に回転可能に軸支され、前記上面板から突出する前記回転軸の部分には、該回転軸を回転するための回転機構が付設され、前記回転軸は、その下部に、下端に近づく程、軸の直径が小さくなる先端が丸みを帯びた円錐形状部分を有し、前記回転軸の下端部の中心位置が、球状転動体を介して、前記回転軸を支える前記容器の下面板に接触し、前記球状転動体は、前記回転軸の前記円錐形状部分の中心位置に接触する小径の球状転動体と、該小径の球状転動体よりも直径が大きく、前記円錐形状部分の前記中心位置から外れた面に接触する複数の大径の球状転動体とから成る、コマ式発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
[0001]
本発明は、効率的に発電することができる発電機に関する。
【背景技術】
[0002]
従来から、発電機は、導線を巻いて形成したコイルと磁石とを近接配置し、コイルに対して磁石を回転させ、又は、磁石に対してコイルを回転させることで、コイルに誘導電流を生じさせ、発電を行っている。
このように、コイルに鎖交する磁束が時間的に変化する場合に、コイルに起電力が発生する。
[0003]
従来の発電機では、コイル又は磁石を回転させるために、ガスや蒸気のタービンで回転軸を高速回転させたり、水車で回転軸を低速回転させたり、各種のエンジンや風車により回転軸を駆動したりしている。
[0004]
本発明者は、先に、容器内で回転体が回転する発電機において、回転軸の先端を円錐形又は角錐形に成形し、回転軸の下端を支える容器の底部と回転軸との接触抵抗を小さくした発電機を提案している(下記特許文献1)。
この発電機は、回転体がコマのように回転するためコマ式発電機”と名付けている
【先行技術文献】
【特許文献】
[0005]
【特許文献1】特許第7345746号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
[0006]
本発明は、コマ式発電機において、更に、接触抵抗を小さくし、高速回転が可能な発電機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
[0007]
本発明の発電機は、磁石及びコイルの一方が、重力方向と平行な回転軸を中心に回転できるように容器内に支持され、前記磁石及びコイルの他方が、回転する前記磁石又はコイルと対向する前記容器の内壁の位置に配置され、前記磁石又はコイルの回転に伴い、前記コイルの交磁束が時間的に変化して、前記コイルに起電力が発生するコマ式発電機である。
[0008]
そして、前記回転軸は、その上部が、前記容器の上面を覆う上面板に回転可能に軸支され、前記上面板から突出する前記回転軸の部分には、該回転軸を回転するための回転機構が付設される。
[0009]
さらに、前記回転軸は、その下部に、下端に近づく程、軸の直径が小さくなる円錐形状部分を有し、前記回転軸の下端部の中心位置が、球状転動体を介して、前記回転軸を支える前記容器の下面板に接触している[0010]
また、本発明のコマ式発電機では、前記回転軸は、前記下部に、先端が丸みを帯びた円錐形状部分を有し、前記球状転動体は、前記回転軸の前記円錐形状部分の中心位置に接触する前記球状転動体と、該球状転動体よりも直径が大きく、前記円錐形状部分の前記中心位置から外れた面に接触する複数の球状転動体とから成る。
[0012]
本発明のコマ式発電機では、回転軸と容器の下面板との間に球状転動体が介在するため回転軸の接触抵抗を低減できる。
しかも、球状転動体が存在するのは、回転軸の円錐形状部分であるため、球状転動体と回転軸との接触距離が短い。従って、接触抵抗は更に小さくなり、回転効率の向上を図ることができる。
また、コマ式発電機の回転体を高速で回転させることが可能であり、発電の効率化を図ることができる。
【発明の効果】
[0013]
本発明のコマ式発電機は、回転体の回転効率が良好で、高速回転が可能であり、高い発電効率が達成できる。
【図面の簡単な説明】
[0014]
【図1】本発明の第1の実施例における発電機を示す図。
【図2】図1の発電機における容器側の構成を示す図。
【図3】図1の発電機における回転体の構成を示す図。
【図4】(a)図1の回転軸の円錐形状部分と球状転動体との関係を示す拡大図、(b)
球状転動体を備える軸受部の平面図。
о
【図5】第1の実施例における発電機の回路構成を示す図。
【図6】本発明の第2の実施例における発電機の容器側の構成を示す図。
【図7】第2の実施例における回転体の構成を示す図。
【図8】第2の実施例における発電機の回路構成を示す図。
【図9】第3の実施例における回転軸の円錐形状部分と球状転動体との関係を示す拡大図
【発明を実施するための形態】
[0015]
以下、実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
[0016]
図1は、第1の実施例におけるコマ式発電機の全体構造を示している。
この発電機は、容器20の中に収容された永久磁石10が回転することで、容器20の内壁に固定されたコイル21に起電力が生じるように構成されている[0017]
図2は、この容器20側の構成を示し、図3は、容器20の中で磁石10と共に回転する回転体100の構成を示している。この回転体100は、回転軸13に、円筒形の永久磁石10が固定されている。
[0018]
回転体100の円筒形磁石10は、上端がS極で下端がN極の半円筒状永久磁石10(1)と、上端がN極で下端がS極の半円筒状永久磁石10(2)とが組み合わされて円筒形状を構成している。
[0019]
回転軸13の上部は、円筒形磁石10から突出しており、回転軸13の上端には、回転機構33の回転力を回転軸13に伝える回転伝達部材32が設置されている(図1)。
また、回転軸13の下方は、円筒形磁石10から突出し、回転軸13の下端近傍には、下端に向かって先細になる円錐形状部分14が形成されている。
[0020]
円筒状の容器20には、容器20の上面を覆う上面板25に、回転体100の回転軸13を軸支する軸受24が設けられており、容器20の内周壁には、容器20内で回転する円筒形磁石10と対向する位置に、導線を巻いて形成された複数のコイル21が配置されている。
また、容器20の下面を覆う下面板26には、回転軸13の円錐形状部分14を軸支する軸受部27が配置されている。
[0021]
図4は、軸受部27と回転軸13の円錐形状部分14との関係を模式的に示している。
円錐形状部分14は、先端が丸みを帯びている。
一方、軸受部27には、図4(b)に示すように、円筒状の外輪29の内側に、複数の大径の球状転動体28(1)が環状に配列され、その環の中心に小径の球状転動体28(2)が一個配置されている。
[0022]
この小径の球状転動体28(2)は、図4(a)に示すように、回転軸13の中心軸の先端(円錐形状部分14の中心位置)に当接し、複数の大径の球状転動体28(1)は、この中心位置の周囲に存在する円錐形状部分14の面に当接する。
換言すれば、小径の球状転動体28(2)及び大径の球状転動体28(1)は、円錐形状部分14の外周面と接触する位置に配置されている。
[0023]
この発電機は、回転体100の回転軸13が重力方向と平行になるように容器20内に設置される。
回転軸13の上方は、容器20の上面板25に設けられた軸受24で軸支され、回転軸13の下方は、容器20の下面板26に設けられた軸受部27で軸支されているため、回転力が付与された回転軸13は円滑に回転する。
このとき、軸受部27では、回転軸13が回転すると、回転軸13の円錐形状部分14に接触する小径の球状転動体28(2)及び複数の大径の球状転動体28(1)が一斉に回転するため、回転時の摩擦が減少し、滑らかな回転が可能になる。
[00241また、回転軸13の円錐形状部分14が球状転動体28と接触する位置は、回転軸13の径の小さい箇所であるため、球状転動体28と回転軸13との接触距離が短い。従って接触抵抗は小さく、回転効率の向上を図ることができる。
そのため、回転軸13の高速回転も可能である。
[0025]
回転軸13が回転すると、円筒形磁石10が回転し、円筒形磁石10から発せられる磁束が、回転軸13を中心に回転する。そのため、コイル21の鎖交磁束が時間的に変化しコイル21に起電力が発生する。
[0026]
図5は、コイル21に誘起された誘導電流を蓄電池30に蓄電するための回路を模式的に示している。各コイル21から発生した交流は、整流器31で整流されて蓄電池30に蓄電される。
[0027]
次に、この発電機の操作の一例について説明する。
(1)回転機構33を駆動して、回転体100の回転軸13を回転し、容器20内のコイ21に電磁誘導作用による電気を発生させる。
(2)回転軸13の回転が所定の最高速度に達した時点で、回転軸13を回転伝部材32から解放して、回転体100の回転運動を遠心力と惰性(慣性)のみにより行う。
(3)所定時間その状態で発電を続け、回転軸13の回転が停止する前に、回転伝達部材32を再び回転軸13に接続して、回転機構33による回転体100の駆動を再開する。
(4)(1)-(3)の動作を繰り返す。
[0028]
本発明の発電機は、こうした操作を行う場合であっても、回転軸13が効率的に回転すあるため、前記(2)の遠心力と惰性(慣性)のみによる回転の状態が長期間継続する[0029]
次に、第2の実施例について説明する。
図6は、第2の実施例におけるコマ式発電機の容器20側を示し、図7は、第2の実施例における回転体101を示している。
この容器20の内壁には、円筒を縦方向に二分した半円筒形状の永久磁石4142が分断面を向き合わせて配置されている。双方の磁石4142の互いに向き合う分断面は、異なる磁極を有している。
(5)
JP7421836B12024.1.25また、容器20は、図2と同様に、軸受24及び軸受部27を有している。
[0030]
一方、回転体101は、電気絶縁性のボビンに電線を巻回したコイル50を有しているまた、回転体101は、図3と同様に、回転軸13を有し、回転軸13の下端に円錐形状部分14を有している。
[0031]
この発電機では、磁石4142から発せられる磁束に基づいて、コイル50の鎖交磁束が生成されている。回転軸13が回転すると、コイル50が回転して、コイル50の鎖交磁束が時間的に変化するため、コイル50に起電力が発生する。
[0032]
__図8は、コイル50に誘起された誘導電流を蓄電池30に蓄電するための回路を模式的に示している。コイル50に誘起された電流は、スリップリング51及びブラシ52によって取り出されて整流器31に入力し、その後、蓄電池30に蓄電される。
[0033]
第2の実施例の発電機においても、回転軸13の下方部分に円錐形状部分14を有し、容器20の下面板26に軸受部27を有しているため、第1の実施例の発電機と同様に、効率的な発電が可能である。
[0034]
次に、第3の実施例について説明する。
図9は、第3の実施例における、回転軸13の円錐形状部分14と、球状転動体61との関係を模式的に示している。
回転軸13の円錐形状部分14は、先端に、一個の球状転動体61を保持する保持部60を有しており、この球状転動体61の一部が、保持部60の先端から露出している。この形態は、ボールペンの先端形状に類似している。
[0035]
また、容器20の下面板26には、保持部60の先端から露出する球状転動体61の一部分を受け入れる、凹曲面62が形成されている。凹曲面62の曲率半径は、この凹曲面62内で球状転動体61が転動できるように、球状転動体61の球面の曲率半径よりも多少大きく設定されている。
[0036]
この構造では、回転軸13が容器の下面板26に支えられるとき、少なくとも保持部60の中心位置である回転軸13の中心位置が球状転動体60に接触し(なお、保持部60の中心位置の周囲も球状転動体60に接触する。)保持部60から露出する前記球状転動体61の部分が下面板62に接触する。
[0037]
また、回転軸13が回転すると、球状転動体61が回転するため、回転軸13と下面板26との間の接触抵抗が減少する。そのため、回転効率が向上し、回転に要するエネルギーを減少させることができる。
また、下面板26に設けた凹曲面62は、球状転動体61を保持する回転軸13の横ずれを防ぐことができる。
[0038]
本発明において、回転軸13を回転する回転機構33は、ガスや蒸気のタービン、水車風車等であっても良い。
また、先の操作例では、回転軸13と回転機構33との接続を断続的に行う場合を示したが、回転機構33と回転軸13とは常時結合されていても良い。
【産業上の利用可能性】
【0039】
本発明のコマ式発電機は、各種産業分野において発電源として広く利用することができ、また、教育現場において、学習用教材等としても利用することができる。
【符号の説明】
[0040]
10円筒形磁石
10(1)上面がS極の半円筒状磁石
10(2)上面がNの半円筒状磁石
13回転軸
14円錐形状部分
20容器
21コイル
24軸受
25上面板
26下面板
27軸受部
28球状転動体
28(1)大径の球状転動体
28(2)小径の球状転動体
29外輪
30蓄電池
31整流器
32回転伝達部材
33回転機構
41磁石
42磁石
50コイル
51スリップリング
52ブラシ
60保持部
61球状転動体
62凹曲面
100回転体
101回転体
【要約】
【課題】効率的に回転して発電するコマ式発電機を提供する。
【解決手段】円筒形磁石10を固定した回転軸13が容器20内で重心方向を向いてコマ状に回転し、円筒形磁石10に対向する容器20の内壁位置に配置されたコイル21に起電力を発生させる。回転軸13の下端の円錐形状部分14の少なくとも中心位置が容器20の下面板26に設けた軸受部27の球状転動体に接触して支えられている。そのため、回転軸13が回転したときの回転軸13の接触抵抗が低減でき、高い発電効率が得られる。
【選択図】図1
特許第7345746(JP,Bl)
特開平10-320936(JP,A)
特開平9-191631(JP,A)
米国特許出願公開第2004/0130827(US,A1)
特開2001-65556(JP,A)