特開 2022-165695 波力発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022165695

(43)【公開日】2022-11-01

(54)【発明の名称】波力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 13/16 20060101AFI20221025BHJP

   H02K 35/02 20060101ALI20221025BHJP

【ＦＩ】

F03B13/16

H02K35/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021071141

(22)【出願日】2021-04-20

(71)【出願人】

【識別番号】591211663

【氏名又は名称】羽鳥 信

(72)【発明者】

【氏名】羽鳥 信

【テーマコード（参考）】

3H074

【Ｆターム（参考）】

3H074AA02

3H074AA12

3H074BB11

3H074CC03

(57)【要約】

【課題】
主に自然エネルギーの波の力を利用し、コイル１２に誘導電流を発生させる第１マグネット５を速く移動させて発電し、発光体２を点灯させる装置を提供する。
【解決手段】
コイル１２に誘導電流を発生させる第１マグネット５を有する振動体８の下部に浮体７を設置し、外周にコイル１２を有する外パイプ４内に振動体８を挿入する。
波の上昇と共に振動体８が上昇し、上部の磁性体３と第１マグネット５が吸引し、振動体の移動は停止する。
その後、波の下降と共に浮体７が下降し、浮体７の重力を接続体１８により振動体８に伝え、振動体８と浮体７の重力が第１マグネット５と磁性体３の吸引力を超えた時に、第１マグネット５が、波との時間差によりコイル１２内を速く移動して発電する。

【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１マグネットが、コイル内を移動して発電する波力発電装置において、
浮体の上部に前記第１マグネットを有する振動体を乗せ、前記コイル内に前記振動体を入れ、
波の上昇により前記浮体と前記振動体を上昇させ、前記振動体の上部に設置した上板に取り付けた磁性体に、前記第１マグネットの磁力により前記第１マグネットを吸引させ、
前記振動体の下降移動を停止させながら、波の下降と共に前記浮体を下降させ、
前記浮体の重力を、前記振動体に伝え、
前記浮体と前記振動体の重力が、前記磁性体と前記第１マグネットの吸引力を超えた時に、前記第１マグネットが、前記コイル内を移動して前記コイルに誘導電流を発生させて発電し、
前記第１マグネットの移動距離が前記第１マグネットの長さの８０％以上とすることを特徴とした波力発電装置。

【請求項2】

請求項１記載の波力発電装置において、
前記上板に取り付けた磁性体を取り外し、波の上昇時に前記上板と前記振動体を密着させて真空状態にし、その真空による吸引力により前記上板と前記振動体を吸着させ、
前記振動体の下降移動を停止させながら、波の下降と共に前記浮体を下降させ、前記浮体の重力を前記振動体に伝え、
前記浮体と前記振動体の重力が、前記上板と前記振動体の真空による吸引力を超えた時に、前記第１マグネットが、前記コイル内を移動して前記コイルに誘導電流を発生させて発電し、
前記第１マグネットの移動距離が前記第１マグネットの長さの８０％以上とすることを特徴とした波力発電装置。

【請求項3】

第１マグネットが、コイル内を移動して発電する波力発電装置において、
前記第１マグネットに収縮力のある弾性体の端部を接続し、前記弾性体の他方の端部を内パイプの上部に取り付けて振動体を形成し、
浮体の上部に前記振動体を乗せ、外周に前記コイルと磁性体を有する外パイプ内に前記振動体を入れて、前記第１マグネットと前記磁性体を近づけ、その磁力により吸引させ、
波の上昇により前記浮体と前記振動体を上昇させて、前記弾性体が伸びていき、
更なる波の上昇により、前記弾性体の収縮力が前記第１マグネットと前記磁性体との吸引力を超えた時に、前記弾性体が収縮し、
前記第１マグネットが前記コイル内を移動して前記コイルに誘導電流を発生させて発電し、
前記第１マグネットの移動距離が前記第１マグネットの長さの８０％以上とすることを特徴とした波力発電装置。

【請求項4】

第１マグネットが、コイル内を移動して発電する波力発電装置において、
前記第１マグネットに反発力のある弾性体の端部を接触させ、前記弾性体の他方の端部を内パイプの下部に接触させて振動体を形成し、
浮体の上部に前記振動体を乗せ、外周に前記コイルと磁性体を有する外パイプ内に前記振動体を入れて、前記第１マグネットと前記磁性体を近づけ、前記第１マグネットの磁力により吸引させ、
波の上昇により前記浮体と前記振動体を上昇させて、前記弾性体が収縮し、
更なる波の上昇により、前記弾性体の反発力が前記第１マグネットと前記磁性体との吸引力を超えた時に、前記弾性体が反発して伸びていき、
前記第１マグネットが前記コイル内を移動して前記コイルに誘導電流を発生させて発電し、
前記第１マグネットの移動距離が前記第１マグネットの長さの８０％以上とすることを特徴とした波力発電装置。

【請求項5】

第１マグネットが、コイル内を移動して発電する波力発電装置において、
前記第１マグネットに収縮力のある弾性体の端部を接続し、前記弾性体の他方の端部をワイヤーに接続し、ワイヤーの他方を内パイプに取り付けて振動体を形成し、
浮体の上部に前記振動体を乗せ、前記コイル内に前記振動体を入れ、
一方で、固定台に取り付けた磁性体に前記第１マグネットを近づけ、その磁力により吸引させ、
波の上昇により前記浮体と前記振動体を上昇させて、前記弾性体と前記ワイヤーが伸びていき、
更なる波の上昇により、前記弾性体の収縮力が前記第１マグネットと前記磁性体との吸引力を超えた時に、前記弾性体が収縮し、
前記第１マグネットが前記コイル内を移動して前記コイルに誘導電流を発生させて発電し、
前記第１マグネットの移動距離が前記第１マグネットの長さの８０％以上とすることを特徴とした波力発電装置。

【請求項6】

第３マグネットが、コイル内を移動して発電する波力発電装置において、
前記第３マグネットと浮体を有する振動体を前記コイル内に挿入し、前記振動体を水面に浮かべ、前記振動体の下部に取り付けた磁性体に前記第３マグネットの磁力により前記第３マグネットを吸引させ、
波の上昇により前記振動体に水圧を加えて、前記振動体の浮力を増していき、
前記振動体の浮力が、前記磁性体と前記第３マグネットの吸引力を超えた時に、前記第３マグネットが、前記コイル内を移動して前記コイルに誘導電流を発生させて発電し、
前記第３マグネットの移動距離が前記第３マグネットの長さの８０％以上とすることを特徴とした波力発電装置。

【請求項7】

第１マグネットが、コイル内を移動して発電する波力発電装置において、
前記第１マグネットと浮体を有する振動体を前記コイル内に挿入し、
波の上昇により前記振動体を上昇させて、前記振動体の上部に設置した磁性体に前記第１マグネットの磁力により前記第１マグネットを吸引させ、
波の下降時に前記振動体の下降移動を一時停止させ、
前記振動体の重力が、前記磁性体と前記第１マグネットの吸引力を超えた時に、前記第１マグネットが、前記コイル内を移動して前記コイルに誘導電流を発生させて発電し、
前記第１マグネットの移動距離が前記第１マグネットの長さの８０％以上とすることを特徴とした波力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コイルに誘導電流を発生させるマグネットをパイプに入れ、そのパイプの外側にコイルを取り付け、パイプ内のマグネットがコイル内を移動して電気を発生させる振動発電を応用し、波の力を利用してマグネットを有する振動体を動作させる波力発電装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

発電部のマグネットがコイル内を移動して発電し、電気エネルギーを得る物として振動発電があり、それを応用した物が提案されている。

【0003】

１つは、フロート上部に永久磁石を有するシャフトを乗せ、フロートの上下移動に合わせて、シャフトがコイル内を移動し、コイルに誘導電流を発生させて発電しているものが有る。(文献１)
その他に、パイプ内のマグネットに引っ張りバネを接続し、そのマグネットと磁性体を吸引させ、引っ張りバネを引っ張り、その勢いでマグネットがコイル内を移動し、発電しているものがある。（文献２）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－２７７８号公報

【特許文献2】特許６１８３９５４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１で提案されているように、永久磁石を有するシャフトがフロートの上下に合わせて、コイル内を移動して発電している装置は、フロートが波の上下により移動しているので、うねり等の波の波長が長く、上下の移動速度が遅く、或いは移動距離が短い場合は、コイル内を移動する速度が遅くなり、発電効率が悪く、発電が弱くなる可能性が有る。

【0006】

したがって、本発明の波力発電装置は、振動発電の発電方法を応用し、コイルに誘導電流を発生させるマグネットを有する振動体に対し、吸引力を与える磁性体を近づけて振動体の移動を一時停止させ、波との時間差を作って下降させることにより、マグネットを加速させて高い発電を行い、発光体を強く点灯させるようにしたものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の波力発電装置は、内パイプの内部に第１マグネットを取り付けて振動体を形成し、その外側にコイルを有する外パイプを設け、波の上下で移動する浮体を振動体の下部へ設置する。
また、振動体の上部に、第１マグネットに吸引力を与える磁性体を設置する。

【発明の効果】

【0008】

波が発生して水面が上昇し、それに合わせて浮体と振動体も上昇し、更なる水面の上昇に伴って、振動体も上昇して上部の磁性体と吸引する。
その後、波の下降と共に水面と浮体も下降するが、振動体は磁性体に吸引されたまま、下降せずに留まっている。
更に水面が下降し、浮体の重力が振動体に伝わり、振動体と浮体の重力が、磁性体と第１マグネットの吸引力を超えた時に、第１マグネットは切り離され、振動体は下降し始める。

【0009】

この時、切り離された振動体の下降速度は、水面が既に下方に有るため、波との時間差により落下速度は速まり、波の上下動より早い速度でコイル内を通過することができる。
これにより、発電効率も高まり発光体が強く光り外部にその存在を知らせることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の波力発電装置の斜視図である。

【図2】図１の発電部の詳細を示し、一部を断面で表した図である。

【図3】本発明の波力発電装置の実施形態を示したもので、振動体が上昇した様子を表した断面図である。

【図4】本発明の波力発電装置の実施形態を示したもので、振動体が上昇し、浮体が下降した様子を表した断面図である。

【図5】本発明の波力発電装置の実施形態を示したもので、（A）は発電に必要な移動距離を表した断面図であり、（B）は移動距離を表した断面図である。

【図6】本発明の波力発電装置の他の実施形態を示したもので、（A）は外パイプにリングを取り付けた斜視図であり、（B）はその断面図である。

【図7】本発明の波力発電装置の他の実施形態を示したもので、（A）は弾性体が伸びた様子を表した断面図であり、（B）は弾性体が収縮して振動体が磁性体に吸引された様子を表した断面図である。

【図8】本発明の波力発電装置の他の実施形態を示したもので、（A）は弾性体が伸びた様子を表した断面図であり、（B）は弾性体が収縮した様子を表した断面図である。

【図9】本発明の波力発電装置の他の実施形態を示したもので、（A）は弾性体が伸びて上昇した様子を表した断面図であり、（B）は弾性体が伸びて下降した様子を表した断面図である。

【図10】コイルとブリッジダイオード等の配線及び発光体を示した回路図である。

【図11】本発明の波力発電装置の他の実施形態を示したもので、浮体の先端を内パイプ上部に移動した様子を表した断面図である。

【図12】本発明の波力発電装置の他の実施形態を示したもので、浮体を円環にした様子を表した断面図である。

【図13】本発明の波力発電装置の他の実施形態を示したもので、振動体が磁性体に吸引されている様子を表した断面図である。

【図14】図１３の水位が上昇した様子を表した断面図である。

【図15】本発明の波力発電装置の他の実施形態を示したもので、振動体が上方へ移動した様子を表した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0011】

以下、本発明に係る波力発電装置１の好適な実施形態を、図面に従って説明する。
図１は本発明の波力発電装置１の実施例の斜視図であり、図２はその一部である発電部の詳細を示し、一部を断面で表した図である。
波力発電装置１の箱９の上部には、光を発する発光体２と接続板１７内部を移動できる磁性体３が上板１０に設置されており、磁性体３の移動により第１マグネット５との吸引力が調整されるようになっている。
箱９の側面には、発電部が取り付けられており、中央側板１４の両隣には二つの浮体７が有る。
浮体７は水面に浮いて浮力があり、中央側板１４と側板、外板２６の間に有り、図２は外板２６の図示を省き、図１の右半分の発電部の詳細を示した断面図である。

【0012】

波力発電装置１の箱９と浮体７は、波によってそれぞれ上下するが、浮体７の浮力は箱９より大きく、波が発生すると箱９の下部は波に埋もれて水圧が高くなり、浮体７は浮力により上昇し、箱９が横倒しや回転しても、浮体７は元の位置に戻るような構造になっている。
図２に於いて、浮体７の上部には接続体１８によって連結された振動体８が有り、振動体８は、内パイプ６の内部に第１マグネット５と気体から成る浮体４５を有し、密閉されている。
また、振動体８の外周には、外パイプ４が有り、その外周にはコイル１２があり、保持板１３に取り付けられており、各側板や保持板１３、上板１０は箱９に取り付けられている。
コイル１２からの発電エネルギーは、電線１１により、ブリッジダイオード２３、コンデンサー２５，抵抗２４を経て発光体２へ接続され、図１０の回路図のように示される。

【0013】

図２に示すように波がない場合、浮体７の上部に振動体８が乗って浮いており、浮体７の上部と振動体８の下部は接しており、また、振動体８の上部にある第１マグネット５と上板１０の間は空いており、振動体８は外パイプ４の内部を自由に上下移動でき、浮体７も中央側板１４と右側板１５の間を上下に移動できるようになっている。

【0014】

波が発生して水面１６が上昇すると、図３に示すように、箱９の水位は上昇し、その水圧により浮体７の浮力が増していき、浮体７と振動体８も上昇して、振動体８が磁性体３の位置まで移動すると、図３のように第１マグネット５と磁性体３は第１マグネット５の磁力により吸引する。
その後、波の下降と共に箱９の水位と浮体７も下降を始めるが、図４に示すように振動体８は、磁性体３に吸引されたまま下降移動を停止している。
この状態で、波が下降し、浮体７の重力が接続体１８により振動体８の下部に伝わると、接続体１８は伸びていく。

【0015】

更に、波が下降し、浮体７の重力が接続体１８により振動体８に加わり、波の下降と共に浮体７の浮力が減少して浮体７の重力が徐々に増していき、浮体７と振動体８の重力が、磁性体３と第１マグネット５との吸引力を超えた時、磁性体３より振動体８は切り離されて、波の下降との時間差を生じた第１マグネット５が一気に下降し、コイル１２内を移動する。
この時、第１マグネット５がコイル１２内を波の下降速度より早い速度で移動し、コイル１２に大きな誘導電流が発生して強く発電し、終端の発光体２が点灯して外部にその存在を知らせ、波の上下動により上記の動作を繰り返し、発電を続けることになる。

【0016】

このように、波の下降と第１マグネット５の下降には時間差が生じ、それにより、第１マグネット５の速度が波の下降速度より増して移動し、発電効率を上げている。
本案発電装置は、コイル１２内を振動体８が下降して発電しているが、その発電効率は、主に第１マグネット５の磁力の大きさやコイル１２の巻き数、下降速度や移動距離等により左右される。
その中で、下降する移動距離が短いと発電に至らない場合が有る。

【0017】

図５は、図２のコイル１２と振動体８部分を表した図であり、図５（A）に於いて、第１マグネット５の長さをAとした場合、図５（B）のように、第１マグネット５の移動した距離をBとすると、発電に必要な移動距離は、実験の結果、Aの８０％以上の移動距離が必要となり、コイル１２内を上下移動する距離もAの８０％以上の移動距離が発電に必要な移動距離である。

【0018】

本案発電装置を川や湖等で利用した場合、振動体８は通常上下の移動をしているが、台風等の強風が発生した場合や海上で利用した場合等、横波が発生し、波力発電装置１が横倒しになり、浮体７が横移動し、それに伴って第１マグネット５もコイル１２内を横移動する。
また、回転した場合は、第１マグネット５も逆さまになり、前記の移動方向とは逆の方向に落下してコイル１２内を移動する。
これにより、振動体８は、コイル１２内を上下、左右、斜めや回転するなどして移動することになり、その都度発電することになる。

【0019】

本案発電装置は、波の下降移動がゆっくりでも、第１マグネット５を磁性体３に留まらせ、その後、浮体７の重力を接続体１８により振動体８に加え、浮体７と振動体８の重力が、磁性体３と第１マグネット５との吸引力を超えた時、磁性体３より振動体８を切り離し、振動体８の落下速度を上げるようにして下降させて発電し、発電効率を上げており、波の上昇、下降移動が速い場合、浮体７の上昇、下降速度も増す。
それ故、浮体７の重力が振動体８に瞬時に伝わり、あたかも浮体７と振動体８が一体となって、同時に下降しているようになる。
その為、波の上下動が速い場合、接続体１８を利用せず、浮体７と振動体８を直接接続して一体型の新たな振動体を形成しても、新たな振動体はコイル１２内を早い速度で上下移動できるため、上記と同様に落下速度が速まって発電効率が高まり、発電することができる。

【0020】

本案に於いて、発光体２の部材は、発光ダイオードや電球が望ましく、振動体８は内パイプ６内部に第１マグネット５と気体から成る浮体４５が注入されて密閉されており、浮体７も同様に気体が注入されている。
この気体は、空気でも窒素や水素等でも良く、気体を利用せず、浮力のある発砲スチロールやウレタン、プラスチック等を利用しても良く、振動体８は第１マグネット５だけを利用して形成してもよい。
接続板１７や上板１０、内パイプ６、外パイプ４等の材質は出来る限り第１マグネット５に影響を与えないアルミやステンレス、プラスチック、黄銅、ガラス、ゴム等の非磁性体の物を用いる。

【0021】

接続体１８は、ワイヤーやチェーン、紐、伸縮性のゴムや引っ張りバネ等、柔軟性が有り、湾曲できる素材の物を使用するのが望ましく、或いは、接続体１８を利用せず、浮体７と振動体８を連結する構造にし、更に、浮体７の重力を振動体８に時間差を作って伝えるような構造にして動作させても良い。

【0022】

図１や２に於いて、コイル１２は複数利用しても良く、第１マグネット５やコイル１２、各パイプ等は円筒形をしているが、楕円や多角、他の形状にしても良く、磁性体３は軟鉄やフェライト、コバルト、マグネット等を利用する。
また、振動体８内のマグネットは第１マグネット５だけであるが、他のマグネットを複数設けてもよく、他のマグネットを磁性体３に吸引させて動作させても良い。

【0023】

本案に於いて、第１マグネット５と磁性体３との吸引力を利用し、波の下降との時間差により振動体８の落下速度を速めていたが、磁性体３を利用せず、動作させてもよい。
例えば、振動体８上部に凸部を設け、上板１０側に凹部を設け、波の上昇時に凸部を凹部に挿入し、一旦連結させて振動体を留まらせ、波の下降時に切り離すような構造にして動作させてもよい。

【0024】

或いは、上板１０の磁性体３を取り外し、波の上昇時に上板１０と振動体８の上部を密着させて真空状態にし、その真空による吸引力により上板１０と振動体８を吸着させて振動体８の下降を停止させる。
その後の波の下降により、振動体８と浮体７の重力が、上板１０と振動体８の真空による吸引力を超えたときに、振動体８が上板１０より切り離され、第１マグネット５がコイル１２内を下降して発電するようにしてもよい。

【実施例0025】

次に、振動体が上昇過程に於いても発電できる実施例を図面に従って説明する。
図６（Ａ）は、実施例１の図１や２の外パイプ４部分を表したものであり、コイル１２下部にリング状の磁性体１９を取り付けた斜視図であり、図６（Ｂ）は、その断面図である。

【0026】

図６に示すように、外パイプ４の外周にリング状の磁性体１９が取り付けられ、内パイプ６の上部に第２マグネット２１があり、内パイプ６の内部には、第１マグネット５と弾性体２０があり、振動体２７を形成し、振動体２７の下部には、実施例１と同様に接続体１８が接続されている。
内パイプ６の上部にある第２マグネット２１に弾性体２０の端部を取り付け、弾性体２０の他方の端部に第１マグネット５を接続している。

【0027】

弾性体２０は、収縮力がある引っ張りバネやゴム等で形成され、内パイプ６内で自由に伸縮できるようになっており、同様に第１マグネット５も内パイプ６内を自由に上下できるようになっている。
また、内パイプ６は外パイプ４の内側を上下でき、外パイプ４の外周にコイル１２が有り、下部に磁性体１９が有る。
その他の構造や部品の詳細や条件等は実施例１の図１や２、図５の動作条件と同じなので説明を省略する。

【0028】

波が無い状態では、振動体２７は、実施例１の図２同様に下部に有る浮体７に乗って接しており、第１マグネット５は、その磁力により磁性体１９に吸引されて近づいており、弾性体２０は収縮している。
この状態で波が発生すると、振動体２７は浮体７により押し上げられ、振動体２７は外パイプ４内を上昇する。
この時、内パイプ６内の第１マグネット５は、磁性体１９に吸引されたままとなり、弾性体２０は、図７（Ａ）のように伸びていく。

【0029】

更に波が上昇し、浮体７が振動体２７を押し上げ、浮体７と振動体２７が上昇し、弾性体２０の収縮力が磁性体１９と第１マグネット５との吸引力を超えた時に、弾性体２０は収縮し、第１マグネット５は図７（Ｂ）のように、瞬時に上昇してコイル１２内を移動することになる。
これにより、コイル１２には大きな誘導電流が流れて強く発電し、終端の発光体２が明るく点灯して周囲にその存在をしらせる。

【0030】

上方に移動した振動体２７は、実施例１と同様に、第２マグネット２１が上部の磁性体３に吸引されてその位置に留まり、その後、浮体７の重力を接続体１８により振動体２７に加えることにより、磁性体３から振動体２７を切り離し、下降させて発電し、波の上昇、下降時に於いて、上記の動作を繰り返して発電するようになる。

【0031】

本案実施例に於いて、振動体２７の上部に第２マグネット２１を取り付けて、磁性体３に吸引させ、振動体２７の下降時に於いても発電を行っていたが、第２マグネット２１を取り除き、内パイプ６の上部に直接弾性体２０を接続して動作させてもよい。
これにより、磁性体３との吸引は無くなり、振動体２７は波の下降と一緒に移動するため、下降時の速度は弱まり、発電に至らないことになる。