JP4714169B2 - Rotation mechanism integrated power generator - Google Patents
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Description
この発明は、水や空気など流体の持つエネルギーを回転エネルギーに変換して発電する回転気候一体型発電装置、特に歩行などの日常動作から携帯機器に電力を供給する回転機構一体型発電装置に関するものである。 The present invention relates to a rotating climate integrated power generator that generates electric power by converting the energy of a fluid such as water or air into rotational energy, and more particularly to a rotating mechanism integrated power generator that supplies power to a portable device from daily operations such as walking. It is.
近年、携帯機器に搭載される機能が増加し消費電力が増加していることから、携帯電話や、音楽プレーヤーなどの電源が外出時に切れてしまうことがある。この問題を解決するには、機器に搭載される電池の容量が十分に大きいこと、もしくは外出時にもどこでも充電が出来ること、もしくは発電によって電力を得ることが必要である。 In recent years, functions installed in mobile devices have increased and power consumption has increased, and thus power supplies such as mobile phones and music players may be cut off when going out. In order to solve this problem, it is necessary that the capacity of the battery mounted on the device is sufficiently large, can be charged anywhere even when going out, or obtains electric power by power generation.
しかし、現在の電池技術では電池の容量を大きくしようとすると、電池の大きさと重さが増えてしまい、携帯性が悪くなる。また外出時にどこでも充電ができるようなシステムは今のところない。また、手回し充電器など、携帯性の発電機は存在するが、十分な発電量を得るには、意識的に力を入れて充電しなければならず疲れるという問題がある。 However, in the current battery technology, when the capacity of the battery is increased, the size and weight of the battery increase, and the portability deteriorates. There is currently no system that can be charged anywhere when going out. There are portable generators such as hand-charged chargers, but there is a problem that tires must be consciously charged in order to obtain a sufficient amount of power generation.
そこで、意識せずに発電を行うものとして、歩行発電が考案されている。例えば、特許文献1は、踵などの靴内部の稼動部分に圧電素子を配置し、歩行による応力により圧電素子にひずみを発生させ電力を得る方法を開示しており、特許文献2は、歩行運動により靴内部に取り付けられた磁石とコイルとの距離を変化させて電磁誘導により電力を得る方法を開示している。
Therefore, walking power generation has been devised to generate power without being conscious of it. For example,
また、歩行運動により、靴内部のハンドルを体重により押し込み、その仕事によって発電機を回転させて電力を得る方法や、靴内部にポンプを配置し、歩行による圧力によって外部から空気を取り込み、タービンを回して発電機を回転させることで電力を得る方法なども考案されている。 Also, by walking, the handle inside the shoe is pushed by weight, and the generator is rotated by the work to obtain power, or a pump is placed inside the shoe, air is taken in from the outside by walking pressure, and the turbine is A method for obtaining electric power by rotating a generator to rotate has been devised.
しかしながら、上述した従来の技術はその実用性に問題があった。例えば、圧電素子を用いる方法は、歩行時の違和感がほとんどないことが利点であるが、現状の技術では、靴底に入る大きさで出力はせいぜい数十mWである。例えば携帯電話などの通信機器の消費電力は1W以上であるが、1W以上を出力できるような材料は実用的なものはまだない。 However, the above-described conventional technique has a problem in practicality. For example, the method using a piezoelectric element has an advantage that there is almost no sense of incongruity during walking, but with the current technology, the output is at most several tens mW with a size that fits into the shoe sole. For example, the power consumption of a communication device such as a mobile phone is 1 W or more, but there is no practical material that can output 1 W or more.
また、電磁誘導を用いる方法については、電磁誘導の起電圧は磁石とコイルの距離の変化の微分に比例するが、通常の歩行速度では1W以上の出力は期待できない。 As for the method using electromagnetic induction, the electromotive voltage of electromagnetic induction is proportional to the differential of the change in the distance between the magnet and the coil, but an output of 1 W or more cannot be expected at a normal walking speed.
ハンドルを体重で押し込む方法は1W以上の出力を期待できるが、効率をあげるためには増速機構が必要である。そのため、従来の方法ではギアを用いているが、ギアから稼動時に騒音が発生するので、歩いているときに常に足元から音がすることとなり、利用者に不快感を与える。また、ギア部分は摩擦により劣化しやすく耐久性に問題がある。また、発電量を高めるためにストロークを大きくすると歩行時に違和感が生じるという問題もある。 The method of pushing the handle with the body weight can expect an output of 1 W or more, but a speed increasing mechanism is necessary to increase the efficiency. Therefore, although the gear is used in the conventional method, since noise is generated during operation from the gear, the sound is always generated from the feet when walking, which gives the user an unpleasant feeling. Further, the gear part is liable to deteriorate due to friction, and there is a problem in durability. In addition, if the stroke is increased in order to increase the amount of power generation, there is a problem that a sense of incongruity occurs during walking.
また、外部から取り込んだ空気圧でタービンを回す方法は、1W以上の出力を期待でき、増速機構として気体の圧力変化を利用するので騒音も無い。しかし、靴底近くの空気は地面に近いため、塵や、雨水などをとりこみやすい。そのため、タービンなどの稼動部分が磨耗もしくは劣化しやすくなる。また、タービンは、プロペラ型、フランシス型、ペルトン型、ターボ型など、様々な形式があるが、一般的に発電に用いられるものはどれも流体に対して安定した流量と圧力が求められ、定格回転数から外れると効率が悪くなってしまう。特に定格よりも回転数が下回ったときには著しく効率は低下する。歩行時には、足は地面に着いたり離れたりを繰り返すので、歩行によって得られる圧力は大きく変動し、一般的なタービンを用いたのでは極めて非効率である。また、靴底という限られた体積の中にタービンや発電機など様々な部品を組み込むのは難しく、靴が大きくなってしまったり、靴の形が奇抜になってしまったりと、実用的ではなかった。 Further, the method of rotating the turbine with the air pressure taken in from the outside can expect an output of 1 W or more, and there is no noise because the pressure change of the gas is used as the speed increasing mechanism. However, since the air near the shoe sole is close to the ground, it easily takes in dust, rainwater, and the like. Therefore, operating parts such as a turbine are likely to be worn or deteriorated. There are various types of turbines, such as propeller type, Francis type, Pelton type, and turbo type. Generally, any type used for power generation requires a stable flow rate and pressure against the fluid. If it deviates from the rotational speed, the efficiency will deteriorate. In particular, the efficiency is remarkably reduced when the rotational speed is lower than the rated value. During walking, the foot repeatedly touches and leaves the ground, so the pressure obtained by walking fluctuates greatly, and it is extremely inefficient if a general turbine is used. Also, it is difficult to incorporate various parts such as turbines and generators in the limited volume of the sole, which is not practical because the shoes become large or the shape of the shoes becomes strange. It was.
以上のように、現状において無意識に発電をする技術は、得られる電力が小さい、利用者に不快感を与える、壊れやすい、エネルギーロスを生じる、体積が大きいなどの問題点を有しており、どれも実用的ではなかった。 As described above, the technology for generating power unconsciously in the present situation has problems such as low power, discomfort to the user, fragility, energy loss, and large volume. None were practical.
本発明は、上述した従来技術における問題点を解消し、課題を解決するためになされたものであり、流量と圧力が大きく変化する状況でも損失が少ないタービンと発電機を一体化することにより、従来の発電装置の体積が大きかったという課題を解決し、人間の日常生活の何気ない動作の中で意識的な作業なしに携帯機器を充電し、携帯機器の電池切れを予防することのできる、実用的な発電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art and to solve the problems, and by integrating a turbine and a generator with low loss even in a situation where the flow rate and pressure greatly change, Solves the problem that the volume of the conventional power generation device was large, can be used to charge the mobile device without conscious work in the casual operation of human daily life, and can prevent the battery of the mobile device from running out It aims at providing a typical power generation device.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明に係る回転機構一体型発電装置は、流体の吸入口と排出口とを有する外筒部材と、前記外筒部材の内側に設けられた回転自在のローターと、前記ローターに対して突没自在に設けられたベーンと、を備え、前記ベーンの先端が前記外筒部材の内壁に接して前記吸入口側と前記排出口側とを隔絶し、前記吸入口側と前記排出口側との流体の圧力差をベーンに受けて前記ローターの回転に変換する回転機構において、前記ベーンは着磁されているか、もしくは前記ベーン内部に磁石を備え、前記外筒部材内部に、導線コイルを巻いたフェライトコアを備え、前記ローターの回転によって生じた交番磁界によって前記フェライトコア内の磁束密度を変化させ、前記導線コイルに電圧を発生させることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a rotating mechanism-integrated power generator according to the invention of
また、請求項2の発明に係る回転機構一体型発電装置は、請求項1に記載の発明において、前記着磁された、もしくは内部に磁石を有するベーンと、前記外筒部材内部のフェライトコアとの間の磁力が前記ベーンを突出させる方向に働くように前記フェライトコアを配置したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the rotating mechanism-integrated power generator according to the first aspect of the present invention, wherein the vane is magnetized or has a magnet inside, and a ferrite core inside the outer cylinder member. The ferrite core is arranged so that a magnetic force between the two acts in a direction in which the vane protrudes.
また、請求項3の発明に係る回転機構一体型発電装置は、請求項1に記載の発明において、複数のベーンの間に働く磁力が、当該ベーンを突出させる方向に作用するようにベーンに対する着磁、もしくは磁石の配置を行なうことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the rotating mechanism-integrated power generator according to the first aspect, wherein the magnetic force acting between the plurality of vanes acts on the vane so that the vanes protrude in the protruding direction. It is characterized by the arrangement of magnets or magnets.
また、請求項4の発明に係る回転機構一体型発電装置は、請求項1〜3のいずれか一つに記載の発明において、外部からの加重によって内容積が変化する2以上の流体用タンクと、前記内容積の変化に基づき前記2以上の流体用タンクの間で流体を流動させる流動経路と、をさらに備え、前記流動経路上に前記外筒部材を設けたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the rotating mechanism-integrated power generation device according to any one of the first to third aspects, wherein two or more fluid tanks whose internal volume is changed by an external load are provided. And a flow path for allowing fluid to flow between the two or more fluid tanks based on the change in the internal volume, wherein the outer cylinder member is provided on the flow path.
また、請求項5の発明に係る回転機構一体型発電装置は、請求項4に記載の発明において、前記流動経路を複数備え、かつ前記複数の流動経路が逆流防止弁を有するパイプであることにより、前記流体用タンクのいずれに圧力をかけた場合にも、流動する流体は前記ローターを同一方向に回転させることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the rotating mechanism-integrated power generation device according to the fourth aspect of the invention, wherein the plurality of flow paths are provided, and the plurality of flow paths are pipes having backflow prevention valves. When the pressure is applied to any of the fluid tanks, the flowing fluid rotates the rotor in the same direction.
また、請求項6の発明に係る回転機構一体型発電装置は、請求項4または5に記載の発明において、利用者の動作に伴って前記流体用タンクに対する加重が変化するように前記利用者の体に装着するための装着手段をさらに備え、前記利用者の行動によって発電することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the rotating mechanism-integrated power generation device according to the fourth or fifth aspect of the present invention, wherein the weight of the fluid tank is changed in accordance with the operation of the user. The apparatus further comprises a mounting means for mounting on the body, and generates power by the user's action.
また、請求項7の発明に係る回転機構一体型発電装置は、請求項6に記載の発明において、前記装着手段は靴であり、前記利用者の足の爪先近傍に体重がかかる状態と踵近傍に体重がかかる状態とで異なる流体用タンクに加重が加わることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the rotation mechanism integrated power generation device according to the sixth aspect of the present invention, the wearing means is a shoe, and the weight is applied to the vicinity of the toe of the user's foot and the vicinity of the heel It is characterized in that a load is applied to a fluid tank that is different from the state in which the body weight is applied.
請求項1の発明によれば回転機構一体型発電装置は、流体のエネルギーを機械エネルギーに変換する回転機構と機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機構とを一体化し、外筒部材の内部の最外周部分に位置するベーンによって交番磁界を作ることにより、ベーンの磁荷が移動する速度を最大化する、すなわち磁界の変化量を大きくすることができる。このため、タービンと発電機を個別に備えて軸を連結する構成に比して小型、軽量で、得られる電圧の高い発電効率の高い発電装置を得ることができるという効果を奏する。 According to the first aspect of the present invention, the rotating mechanism-integrated power generator integrates the rotating mechanism that converts fluid energy into mechanical energy and the power generating mechanism that converts mechanical energy into electrical energy, so By creating an alternating magnetic field by the vanes located in the outer peripheral portion, the speed at which the magnetic charge of the vanes moves can be maximized, that is, the amount of change in the magnetic field can be increased. For this reason, compared with the structure which equips a turbine and a generator separately and connects an axis | shaft, there exists an effect that it is small and lightweight and can obtain the electric power generating apparatus with high voltage generation efficiency with the high voltage obtained.
また、請求項2の発明によれば回転機構一体型発電装置は、磁性を有するベーンがフェライトコアとの間の磁力によって引き付けられて外筒部材内壁に接しながら回転する。そのため、ベーンを押し出す機構(例えばバネなど)が不要となり、装置をさらに小型化することができるという効果を奏する。 According to the second aspect of the present invention, the rotating mechanism-integrated power generator rotates while the magnetic vane is attracted by the magnetic force between the ferrite core and the inner wall of the outer cylinder member. This eliminates the need for a mechanism (for example, a spring) for pushing out the vanes, and can further reduce the size of the apparatus.
また、請求項3の発明に係る回転機構一体型発電装置は、複数のベーンの磁荷同士の反発によって、ベーンがローターから押し出されて外筒部材内壁に接しながら回転する。そのため、ベーンを押し出す機構(例えばバネなど)が不要となり、装置をさらに小型化することができるという効果を奏する。 The rotating mechanism-integrated power generator according to the invention of claim 3 rotates while the vanes are pushed out of the rotor and contact the inner wall of the outer cylinder member due to repulsion between the magnetic charges of the plurality of vanes. This eliminates the need for a mechanism (for example, a spring) for pushing out the vanes, and can further reduce the size of the apparatus.
また、請求項4の発明によれば回転機構一体型発電装置は、外部からの加重によって内容積が変化する2以上の流体用タンクと、前記内容積の変化に基づき前記2以上の流体用タンクの間で流体を流動させる流動経路と、をさらに備え、前記流動経路上に前記外筒部材を設けたことによって、圧力もしくは加重が変化する場所が2箇所以上あれば、圧力と流量が大きく変化する状況でも効率よく発電することができるという効果を奏する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rotating mechanism-integrated power generation device comprising two or more fluid tanks whose inner volume changes due to external load, and the two or more fluid tanks based on the change in the inner volume. A flow path for allowing fluid to flow between the two, and by providing the outer cylinder member on the flow path, if there are two or more places where pressure or weight changes, the pressure and flow rate change greatly. This produces the effect of being able to generate power efficiently even in situations where it does.
また、請求項5の発明に係る回転機構一体型発電装置は、常に同一方向に回転装置か回転することによって、回転装置が惰性によって回るのを止めることなく回転力を供給することができ、発電効率が向上するという効果を奏する。 Further, the rotating mechanism-integrated power generator according to the invention of claim 5 can always supply the rotational force without stopping the rotating device from rotating due to inertia by rotating the rotating device in the same direction. There is an effect that efficiency is improved.
また、請求項6の発明に係る回転機構一体型発電装置は、利用者の動作に伴って前記流体用タンクに対する加重が変化するように前記利用者の体に装着するための装着手段をさらに備え、利用者の行動によって発電することによって、利用者の動作によって流体を流動させ、流動の圧力と運動量を効率的に利用して発電するので、人間の日常生活の何気ない動作の中で意識的な作業なしに効率的に発電することができるという効果を奏する。 According to a sixth aspect of the present invention, the rotating mechanism-integrated power generation device further includes mounting means for mounting on the user's body so that the weight applied to the fluid tank changes with the user's operation. By generating electricity by user's action, fluid is made to flow by user's action, and power is generated efficiently by using the pressure and momentum of flow, so it is conscious in the casual action of human daily life There is an effect that power can be generated efficiently without work.
また、請求項7の発明に係る回転機構一体型発発電装置は、利用者の体重移動によって流体を流動させ、流動の圧力と運動量を効率的に利用して発電するので、歩行や走行などの日常動作で、効率的に発電することができるという効果を奏する。 Further, the rotating mechanism integrated power generation device according to the invention of claim 7 causes the fluid to flow by moving the weight of the user, and efficiently uses the pressure and momentum of the flow. There is an effect that power can be generated efficiently in daily operation.
以下に添付図面を参照して、この発明に係る回転機構一体型発電装置の好適な実施例について詳細に説明する。 Exemplary embodiments of a rotating mechanism-integrated power generator according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
本発明は、流速や流量が大きく変化するエネルギー源から回転エネルギーを取り出すものであるが、本実施例では、人間の歩行から流動を発生させ、かかる流動をエネルギー源として取り出した回転エネルギーを発電に利用する場合について説明する。 In the present invention, rotational energy is extracted from an energy source whose flow rate and flow rate vary greatly. In this embodiment, a flow is generated from human walking, and the rotational energy extracted from the flow as an energy source is used for power generation. The case of using will be described.
まず、図1に本発明の前提となる回転装置の概要構成を示す。同図には、回転装置であるタービン1の上面図と、A−A線断面図を示している。タービン1は、内壁が円形のケーシング(外筒)11の中にローター12が偏芯されて配置されている。ローター12には複数のベーン(同図ではベーン13a,13b,13c,13d,13e,13fの6枚)が収納されていて、各ベーンはバネによって押されて常にケーシング11の内壁と接触している。バネは、ベーンに対してそれぞれ設け、例えばベーン13dにはバネ14dを対応させる。
First, FIG. 1 shows a schematic configuration of a rotating device as a premise of the present invention. In the same figure, the top view of the
吸入口15の部分の流体と排出口16の部分の流体に圧力差が発生すると、各ベーンに断面積×圧力の力がかかり、その力がローター12の回転力となる。例えば、吸入口15の圧力が高くなった時、各ベーンに圧力がかかるが、ローターはケーシングに対して中心が偏心の位置にあるため、ローターから突出している長さがそれぞれ異なり、力を受ける断面積も異なる。ローターは各ベーンにかかる力の回転方向成分の総和によって回転するため、結果として図では時計回りに回りだす。
When a pressure difference occurs between the fluid at the
ローター12内部には、磁石(同図では磁石17a,17b,17c,17d,17e,17f)が埋め込まれている。ケーシング11には、磁石を上面と下面から挟むようにコの字型のフェライトコアが着いており、フェライトコアにはコイルが巻かれている。ローターの磁石のN極からフェライトコアを通ってコイルの中を通りローターの磁石のS極に帰るという磁路を形成することができるように設置されている。例えば磁石17aから出た磁束は、フェライトコア18aを通って、コイルの19aの中を通り再び磁石17aに戻る。
Inside the
この構成でローターが回転すると、ローターに埋め込まれた磁石も回転し、ローターの上部と下部に交番磁界が発生する。この交番磁界により、フェライトコアの中の磁束密度が変化し、コイルに誘導起電力が発生し、電力を取り出すことが出来る。 When the rotor rotates in this configuration, the magnet embedded in the rotor also rotates, and an alternating magnetic field is generated at the upper and lower portions of the rotor. Due to this alternating magnetic field, the magnetic flux density in the ferrite core changes, an induced electromotive force is generated in the coil, and the electric power can be taken out.
このように流体エネルギーを回転エネルギーに変換するタービンと、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を一体化させることにより、小型化が実現でき、例えば靴底などの狭い場所に組み込むのに最適になる。また、流体の満たされたタービン内部から外部の空気中に動力軸を取り出す必要が無いため、ローターをケーシングの中に完全に密閉することができ、Oリングなどのシーリングに係る損失を無くすことが出来る。 By integrating the turbine that converts fluid energy into rotational energy and the generator that converts rotational energy into electrical energy, downsizing can be realized, making it ideal for incorporation in narrow places such as shoe soles. Become. Moreover, since it is not necessary to take out the power shaft from the inside of the turbine filled with fluid into the outside air, the rotor can be completely sealed in the casing, and the loss related to sealing such as an O-ring can be eliminated. I can do it.
ここで、コイルに生ずる誘導起電力を大きくするためには、磁界の変化量を大きくする必要がある。そこで、本発明では、図2に示すように、ベーン内部に磁石を組み込むことによって発電するように構成する。 Here, in order to increase the induced electromotive force generated in the coil, it is necessary to increase the amount of change in the magnetic field. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 2, power is generated by incorporating a magnet inside the vane.
これより、ローター内部に磁石を埋め込む構成よりも、長い半径で磁石が回転するので、タービンの回転数が同じだとすると、より高速で磁石が回転することになる。そのため、コイルに誘導される電圧がより高くなり、電力を得やすくなる。 Thus, since the magnet rotates with a longer radius than the configuration in which the magnet is embedded in the rotor, the magnet rotates at a higher speed if the rotation speed of the turbine is the same. For this reason, the voltage induced in the coil becomes higher and it becomes easier to obtain power.
なお、ここではベーンに磁石を埋め込む構成を例に説明を行なっているが、ベーンに対して着磁しても同様の効果を得ることができる。 Here, the configuration in which the magnet is embedded in the vane is described as an example, but the same effect can be obtained even when the vane is magnetized.
また、このようにベーン内部に磁石を持たせた(もしくはベーン自体を着磁した)構成では、ベーンとフェライトコイルとの間に引力が働く。この力を利用すると、ベーンを突出させるためのバネを取り外してしまってもベーンをローターの外へ引き出すことが出来る。この場合の構成例を図3に示す。 Further, in such a configuration in which a magnet is provided inside the vane (or the vane itself is magnetized), an attractive force acts between the vane and the ferrite coil. Using this force, the vane can be pulled out of the rotor even if the spring for protruding the vane is removed. A configuration example in this case is shown in FIG.
同図に示す様に、磁力によってベーンを引き出す構成では、ちょうどベーンがケーシング内壁に接するまで、もしくはケーシング内壁よりも少し外側までベーンが引き出される力が働くように、フェライトコアの位置を調節する。 As shown in the figure, in the configuration in which the vane is pulled out by a magnetic force, the position of the ferrite core is adjusted so that a force for pulling out the vane works just until the vane contacts the inner wall of the casing or slightly outside the inner wall of the casing.
このように磁力によってベーンの先端が常にケーシング内壁に接するように構成することで、縮んだバネに押し付けられることによって発生するベーンとケーシングとの間の摩擦、及びバネを伸縮させるために必要な弾性エネルギー分の損失を無くすことができる。また、バネを収納するスペースが要らなくなるため、小型化できる。 In this way, the tip of the vane is always in contact with the inner wall of the casing by the magnetic force, so that the friction between the vane and the casing generated by being pressed against the contracted spring, and the elasticity required to expand and contract the spring. Loss of energy can be eliminated. Further, since a space for storing the spring is not required, the size can be reduced.
ところで、図2,3の構成では磁石がベーン内部に上面から下面に向かう方向でS極とN局が配置されているが、流体の圧力が比較的高い場合、流体がベーンとケーシングの内壁との間を押し広げて入り込み、効率が低下してしまうという問題が起きる場合がある。 By the way, in the configuration of FIGS. 2 and 3, the S pole and the N station are arranged in the vane in the direction from the upper surface to the lower surface, but when the pressure of the fluid is relatively high, the fluid is separated from the vane and the inner wall of the casing. There may be a problem that the efficiency is lowered due to the gap between the gaps.
そこで、もっと強い力でベーンとケーシング内壁を接しさせ、流体がベーンとケーシングの隙間から漏れてしまうことがないようにするためには、図4のようにベーン内部でローターの半径方向にS極とN極を配置することが効果的である。 Therefore, in order to prevent the fluid from leaking from the gap between the vane and the casing by bringing the vane and the inner wall of the casing into contact with each other with a stronger force, as shown in FIG. It is effective to arrange the N pole.
この場合、フェライトコアは、ケーシング内部の側面から、下面もしくは上面まで伸びるように配置される。これにより、磁石とフェライトコアの間に働く引力は、ローター半径方向となり、図2,3の構成よりも強くなる。また、全てのベーンに磁石の内側の極が同一になるようにすれば、ベーン内の磁石は別のベーン内の磁石と反発しあう。この反発力も、ベーンを外側へ押し出し、ケーシング内壁に接しさせる力となる。そのため、バネを使うことなく、ベーンをケーシングに押し付けることができるため、小型で漏れ損失の少ないタービンを作ることが出来る。 In this case, the ferrite core is disposed so as to extend from the side surface inside the casing to the lower surface or the upper surface. Thereby, the attractive force which acts between a magnet and a ferrite core becomes a rotor radial direction, and becomes stronger than the structure of FIG. Further, if the inner poles of the magnets are the same for all the vanes, the magnets in the vane will repel each other in the other vane. This repulsive force is also a force that pushes the vane outward and contacts the inner wall of the casing. Therefore, since the vane can be pressed against the casing without using a spring, it is possible to make a turbine that is small and has little leakage loss.
タービンに導入する流体としては、水でも油でも空気でもよく、圧力差さえあれば発電することができる。また、流体を閉じ込めた2つ以上のタンクとパイプを使いタービンに流体を供給することで、圧力差や加重が交互に変化する状況さえあれば発電をすることができるようになる。 The fluid introduced into the turbine may be water, oil, or air, and can generate electricity as long as there is a pressure difference. In addition, by supplying fluid to the turbine using two or more tanks and pipes in which the fluid is confined, it is possible to generate electric power as long as the pressure difference and the load change alternately.
例えば図5に示す構成では、2つのタンク31,32がパイプ33によってつながっていて、その中間にタービン34がある。タンク31とタンク32に交互に圧力が加わると、パイプ33内を流体が移動する。この移動系路上にタービン34を設け、発電を行なうことができる。
For example, in the configuration shown in FIG. 5, two
このタービン34で発生した電力は、充電回路35を通して、蓄電素子36へ送られて蓄えられる。充電回路35は、タービン34と蓄電素子36の間にあり、タービン34で発生する交流電流を整流する機能と蓄電素子36の電圧を調整する機能を有する。
The electric power generated in the
なお、ここでは発生した電力をいったん蓄電素子36に蓄積する場合の構成を例に説明を行なっているが、例えばタービン34で発生した電力を直接外部に出力する構成にすることもできる。
Here, the configuration in the case where the generated electric power is once stored in the
ところで、図5に示す構成では、タンク31,32を交互に押したとき、タービン34に流れる流体の向きは逆になる。すなわち、タービンは時計回りと反時計回りとを交互に繰り返すことになる。これは回転しているタービンを一旦止めて逆に回転させるということを繰り返すため、タービンの回転を止めるための損失と大きな静止摩擦による損失が生まれてしまう。
By the way, in the structure shown in FIG. 5, when the
そこで、タービンの回転を一方向のみにすることで、タービンの回転を止めない構造例について、図6を用いて説明する。同図に示すように、タンク41,42はパイプ43,44によって繋がれている。さらにパイプ45がパイプ43,44と接続し、逆止弁46,47,48,49により、パイプ43には常に一方向にしか流体は流れない。
An example of a structure in which the rotation of the turbine is not stopped by limiting the rotation of the turbine to only one direction will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the
例えば、タンク41に圧力をかけたときは、逆止弁47,48が閉じて逆止弁46からパイプ45を通り逆止弁49へ液体が流れる。同様に、タンク42に圧力を掛けた場合には、逆止弁46,49が閉じて逆止弁47からパイプ45を通り逆止弁48へ液体が流れる。パイプ45の途中にあるタービン50は、パイプ45に流れる液体の圧力と運動量によって回転する。
For example, when pressure is applied to the
これにより2つのタンクに交互に圧力がかかるとき、タービンには同じ向きに連続して流体が流れ込み、タービンは同一方向に回転を続けることができ、回転数が落ちることはない。そして、発生した電力は充電回路51を通して充電素子52に電力が蓄えられる。 As a result, when pressure is alternately applied to the two tanks, fluid continuously flows into the turbine in the same direction, the turbine can continue to rotate in the same direction, and the rotation speed does not drop. The generated power is stored in the charging element 52 through the charging circuit 51.
この発電装置を使う場所は、圧力差を交互に作ることができるところならどこでもよいが、例えば図7に示すように靴の中の圧力がかかる点、例えば、踵と足の指の付け根の部分の下にタンクを配置し、歩行時に伴う重心の変化を利用して発電を行なうことも可能である。 The place where this power generator is used can be any place where a pressure difference can be created alternately. For example, as shown in FIG. 7, a point where pressure is applied in the shoe, for example, the base of the heel and toes It is also possible to place a tank underneath and generate electricity using the change in the center of gravity associated with walking.
そして、本発明では、歩行時、走行時のみならず、重心を移動させるだけでも発電をすることが出来る。例えば、揺れる電車の中で立っているだけで電車の揺れによって重心がずらされ、発電をすることができる。 In the present invention, power can be generated not only during walking and running, but also by moving the center of gravity. For example, just standing on a swinging train shifts the center of gravity due to the shaking of the train and can generate electricity.
なお、図7に示した構成はあくまで一例であり、適宜変更して実施することが出来るものである。設置場所も靴の中に限らず、圧力差を生じさせる場所、例えば図8に示したように股関節など設置し、股関節を曲げたり伸ばしたりする動作によって発電をすることも可能である。 Note that the configuration shown in FIG. 7 is merely an example, and can be implemented with appropriate modifications. The installation location is not limited to the shoe, and it is also possible to generate electricity by installing a pressure difference, for example, a hip joint as shown in FIG. 8 and bending and stretching the hip joint.
上述してきたように、本発明にかかる回転機構一体型発電装置は、ベーンがケーシングの内壁に接しながら回ることにより、吸入側と排出側とが繋がることなく完全に隔てられている。これにより、流量や圧力が少なく、極低回転でも流体がタービンの隙間を流れてしまうことがなく、流体のもつ圧力が静止摩擦を上回れば、確実にタービンを回転させることができる。 As described above, in the rotating mechanism-integrated power generation device according to the present invention, the suction side and the discharge side are completely separated from each other by the vane rotating while contacting the inner wall of the casing. As a result, the flow rate and pressure are small, and even if the rotation is extremely low, the fluid does not flow through the gap between the turbines. If the pressure of the fluid exceeds the static friction, the turbine can be reliably rotated.
また、流体の圧力差を利用して回転するため、流体の速度は遅くすることができるため、回転装置の大きさを小型にしても損失は従来のタービンに比べれば少ない。 Further, since the rotation is performed by utilizing the pressure difference of the fluid, the speed of the fluid can be reduced. Therefore, even if the size of the rotating device is reduced, the loss is small as compared with the conventional turbine.
そのため、安定した流速、流量が得られないために利用することができなかった様々なエネルギーを利用できるようになる。それは例えば、人の運動などに起因する力である。 Therefore, it becomes possible to use various energies that could not be used because a stable flow rate and flow rate cannot be obtained. For example, it is a force caused by human movement.
また、本発明に係る発電装置は、タービンの中に発電機能を組み込んでいるため、装置全体を小型にすることができる。そのため、体に装着しやすく、日常生活の中の、例えば歩行など、圧力をかける動作により効率よく電力を得ることが出来る。 Moreover, since the electric power generating apparatus which concerns on this invention incorporates the electric power generation function in the turbine, the whole apparatus can be reduced in size. Therefore, it is easy to wear on the body, and power can be efficiently obtained by an operation that applies pressure, such as walking, in daily life.
また、二つのタンクの中に閉じ込めた流体によってタービンを回すことにより、内部に塵などの不純物が入り、タービンやタンクなどが劣化することを防ぐことができる。この流体は、タービンを回しやすい最適な材料の流体を用いることが出来、タービンの効率を上げることができる。 Further, by rotating the turbine with the fluid confined in the two tanks, impurities such as dust can enter the interior, and the turbine and the tank can be prevented from deteriorating. As this fluid, a fluid of an optimum material that is easy to turn the turbine can be used, and the efficiency of the turbine can be increased.
さらに、流体の入った柔らかいタンクは、歩行、走行時の足への衝撃を吸収する役割も果たすため、靴本来の足を保護する機能を失うこともない。 Furthermore, since the soft tank containing the fluid also serves to absorb the impact on the foot during walking and running, the function of protecting the original foot of the shoe is not lost.
本発明により、既存の携帯機器の電池切れを予防できる。また、これまでその消費電力の高さのため、実用的ではなかった様々な携帯機器も本発明と組み合わせることにより実用的に使用することが可能になる可能性がある。また、使用者は発電装置を使用することで、CO2を排出することにより生成させる商用電力、もしくは乾電池などを使用しないことによる、電気代、乾電池代の削減と、環境への貢献が出来る。また、電力を得るために積極的に歩行などの運動をするようになり、健康効果も期待できる。 According to the present invention, the battery of an existing portable device can be prevented. In addition, due to the high power consumption, various portable devices that have been impractical until now can be used practically in combination with the present invention. Further, by using the power generation device, the user can reduce the cost of electricity and the dry battery and contribute to the environment by not using the commercial power generated by discharging CO2 or the dry battery. In addition, they will actively exercise such as walking to obtain electric power, and can expect health benefits.
以上のように、本発明に係る回転機構一体型発電装置は、流体の持つエネルギーを効率よく回転エネルギーに変換して発電する装置として有用であり、人力による発電、特に歩行などの日常動作による発電に適している。 As described above, the rotation mechanism-integrated power generation device according to the present invention is useful as a device that efficiently converts the energy of a fluid into rotation energy to generate power, and generates power by human power, particularly power generation by daily operations such as walking. Suitable for
1,34,50 タービン
11 ケーシング
12 ローター
13a,13b,13c,13d,13e,13f,23a,23b,23c,23d ベーン
14a,14b,14c,14d,14e,14f,27 バネ
15 吸入口
16 排出口
17a,17b,17c,17d,17e,17f,23a,23b,23c,23d 磁石
31,32,41,42 タンク
33,43,44,45 パイプ
35,51 充電回路
36,52 蓄電素子
46,47,48,49 逆止弁
1, 34, 50
Claims (7)
前記ベーンは着磁されているか、もしくは前記ベーン内部に磁石を備え、
前記外筒部材内部に、導線コイルを巻いたフェライトコアを備え、
前記ローターの回転によって生じた交番磁界によって前記フェライトコア内の磁束密度を変化させ、前記導線コイルに電圧を発生させることを特徴とする回転機構一体型発電装置。 An outer cylinder member having a fluid inlet and outlet, a rotatable rotor provided inside the outer cylinder member, and a vane provided so as to protrude and retract with respect to the rotor, The tip of the vane is in contact with the inner wall of the outer cylinder member to isolate the suction port side from the discharge port side, and the pressure difference between the suction port side and the discharge port side is received by the vane and the rotor In the rotation mechanism that converts to rotation,
The vane is magnetized or has a magnet inside the vane,
A ferrite core around which a conductive wire coil is wound is provided inside the outer cylindrical member,
A rotating mechanism-integrated power generation apparatus, wherein a magnetic flux density in the ferrite core is changed by an alternating magnetic field generated by rotation of the rotor to generate a voltage in the conductive coil.
前記内容積の変化に基づき前記2以上の流体用タンクの間で流体を流動させる流動経路と、
をさらに備え、
前記流動経路上に前記外筒部材を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の回転機構一体型発電装置。 Two or more fluid tanks whose internal volume changes due to external load,
A flow path for flowing a fluid between the two or more fluid tanks based on the change in the internal volume;
Further comprising
The rotating mechanism-integrated power generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the outer cylinder member is provided on the flow path.
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