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技術 発電装置

出願人 ナカシマプロペラ株式会社
発明者 久保博尚
出願日 2014年5月8日 (5年11ヶ月経過) 出願番号 2014-096679
公開日 2015年12月3日 (4年4ヶ月経過) 公開番号 2015-214898
状態 特許登録済
技術分野 波力利用等のその他の液体機械又は機関 永久磁石型同期機
主要キーワード 除去費用 音響スピーカー プロペラ形状 音響デバイス 自己発電 静止体 推進用エンジン 給電系統
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年12月3日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

装置構成を複雑にすることなく、各種機器電力を供給すること。

解決手段

船体(1)に対して回転可能にプロペラ(2)が支持され、当該プロペラの回転エネルギーを電力に変換してプロペラのブレード(23)に通電する発電装置(3)が、船体とプロペラのいずれか一方に設けられた磁石(33)と、静止体とプロペラのいずれか他方に、磁石に所定の間隔を空けて対向するように設けられたコイル(37)とを備え、磁石とコイルとの相対回転によって発電された電力をブレードに通電する構成にした。

概要

背景

従来、船舶用発電装置として、推進用エンジンからプロペラに伝達される動力の一部を利用して発電し、船内の各種機器電力を供給するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の発電装置では、船体内において推進用エンジンの出力軸の中間に発電機が設けられ、出力軸の回転によってプロペラと共に発電機が駆動されるように構成されている。発電機の出力端は船内の給電系統母線に接続されており、発電機で発電された電力が母線を通じて船内の各種電子機器に供給される。このように、推進用エンジンの動力は船舶推進だけでなく、船内の各種機器への電力供給にも使用されている。

概要

装置構成を複雑にすることなく、各種機器に電力を供給すること。船体(1)に対して回転可能にプロペラ(2)が支持され、当該プロペラの回転エネルギーを電力に変換してプロペラのブレード(23)に通電する発電装置(3)が、船体とプロペラのいずれか一方に設けられた磁石(33)と、静止体とプロペラのいずれか他方に、磁石に所定の間隔を空けて対向するように設けられたコイル(37)とを備え、磁石とコイルとの相対回転によって発電された電力をブレードに通電する構成にした。

目的

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、装置構成を複雑にすることなく、プロペラの周辺に設けられた各種機器に電力を供給することができる発電装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

静止体に対して回転可能にプロペラが支持され、当該プロペラの回転エネルギー電力に変換する発電装置であって、前記静止体と前記プロペラのいずれか一方に設けられた磁石と、前記静止体と前記プロペラのいずれか他方に、前記磁石に所定の間隔を空けて対向するように設けられたコイルとを備え、前記磁石と前記コイルとの相対回転によって発電することを特徴とする発電装置。

請求項2

前記プロペラが前記静止体内に設けられた駆動源からの動力によって回転して、前記磁石と前記コイルとを相対回転させることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。

請求項3

前記プロペラが水流を受けて回転して、前記磁石と前記コイルとを相対回転させることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。

請求項4

前記磁石は前記静止体に設けられ、前記コイルは前記プロペラに設けられており、前記プロペラのブレードの表面には導電膜が形成されており、前記コイルから前記ブレードの前記導電膜に通電することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の発電装置。

請求項5

前記磁石は前記プロペラに設けられ、前記コイルは前記静止体に設けられており、前記静止体には電子機器が接続されており、前記コイルから前記電子機器に電力を供給することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の発電装置。

技術分野

0001

本発明は、プロペラに設置される発電装置に関し、特にプロペラ側の各種機器電力を供給する発電装置に関する。

背景技術

0002

従来、船舶用の発電装置として、推進用エンジンからプロペラに伝達される動力の一部を利用して発電し、船内の各種機器に電力を供給するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の発電装置では、船体内において推進用エンジンの出力軸の中間に発電機が設けられ、出力軸の回転によってプロペラと共に発電機が駆動されるように構成されている。発電機の出力端は船内の給電系統母線に接続されており、発電機で発電された電力が母線を通じて船内の各種電子機器に供給される。このように、推進用エンジンの動力は船舶推進だけでなく、船内の各種機器への電力供給にも使用されている。

先行技術

0003

特開平09−215202号公報

発明が解決しようとする課題

0004

近年、船体内の各種機器への電力供給だけでなく、プロペラ内の各種機器への電力供給も求められている。この場合、船体とプロペラとの間にスリップリング等の機械的な伝達機構を介して船体内の発電機からプロペラに電力を供給しなければならず、装置構成が複雑になるという問題がある。このような船舶に限らず、静止体にプロペラを軸支した構成では、静止体側又はプロペラ側のいずれか一方で発電した電力を、いずれか他方に供給したいという要望があり、機械的な伝達機構を介さずに電力供給を行うことが困難になっていた。

0005

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、装置構成を複雑にすることなく、プロペラの周辺に設けられた各種機器に電力を供給することができる発電装置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

0006

本発明の発電装置は、静止体に対して回転可能にプロペラが支持され、当該プロペラの回転エネルギーを電力に変換する発電装置であって、前記静止体と前記プロペラのいずれか一方に設けられた磁石と、前記静止体と前記プロペラのいずれか他方に、前記磁石に所定の間隔を空けて対向するように設けられたコイルとを備え、前記磁石と前記コイルとの相対回転によって発電する。

0007

この構成によれば、静止体に対してプロペラが回転することで、静止体及びプロペラのうち、いずれか一方に設けた磁石といずれか他方に設けたコイルとが相対回転されて発電される。プロペラに自己発電させることで、プロペラの周辺に設けられた各種機器に対して、電源を設けることなく電力を供給することができる。また、静止体側とプロペラ側とが非接触の状態で各種機器に電力を供給できるため、スリップリング等の機械的な伝達機構を設ける必要がなく、装置構成を簡略化することができる。

0008

また本発明の上記発電装置において、前記プロペラが前記静止体内に設けられた駆動源からの動力によって回転して、前記磁石と前記コイルとを相対回転させる。この構成によれば、駆動源からの動力を利用して発電することができる。

0009

また本発明の上記発電装置において、前記プロペラが水流を受けて回転して、前記磁石と前記コイルとを相対回転させる。この構成によれば、水流を利用して発電することができるため、プロペラ用の駆動源を設けることなく発電することができる。

0010

また本発明の上記発電装置において、前記磁石は前記静止体に設けられ、前記コイルは前記プロペラに設けられており、前記プロペラのブレードの表面には導電膜が形成されており、前記コイルから前記ブレードの前記導電膜に通電する。この構成によれば、プロペラで自己発電するため、通電用に電源を設けることなく、ブレードの表面の導電膜を通電することができる。よって、ブレードの表面の細菌が感電され、細菌の作るバイオフィルム栄養源とする海洋生物の付着が防止される。

0011

また本発明の上記発電装置において、前記磁石は前記プロペラに設けられ、前記コイルは前記静止体に設けられており、前記静止体には電子機器が接続されており、前記コイルから前記電子機器に電力を供給する。この構成によれば、プロペラで自己発電するため、電子機器用に電源を設けることなく、静止体に接続された電子機器を駆動させることができる。

発明の効果

0012

本発明によれば、静止体とプロペラのうち、いずれか一方に設けられた磁石といずれか他方に設けられたコイルとによって発電する構成にしたので、発電装置の装置構成を簡略化することができると共に、プロペラ周辺の各種機器に対して新たな電源を設けることなく電力を供給することができる。

図面の簡単な説明

0013

第1の実施の形態に係る発電装置の模式図である。
第1の実施の形態に係る発電装置の給電系統を示す図である。
第2の実施の形態に係る発電装置の模式図である。
第2の実施の形態に係る発電装置の給電系統を示す図である。

実施例

0014

以下、添付図面を参照して本実施の形態に係る発電装置について発明する。図1は、第1の実施の形態に係る発電装置の模式図である。図2は、第1の実施の形態に係る発電装置の給電系統を示す図である。第1の実施の形態では、プロペラのブレードを通電して、プロペラのブレード表面に対する海洋生物の付着を防止する発電装置について説明する。

0015

図1に示すように、船体(静止体)1にはプロペラシャフト21を介してプロペラ2が回転可能に支持されており、船体1内に設けられた駆動源(不図示)の動力によりプロペラ2が回転される。プロペラ2には、プロペラボス22の外周面複数枚のブレード23が設けられている。このようなプロペラ2においては、各ブレード23の表面にフジツボ等の海洋生物が付着すると、推進効率の低下や燃費の悪化が引き起こされ、除去費用の負担が余儀なくされる。海洋生物の付着は、海洋生物の栄養源となるバイオフィルムが細菌によってブレード23の表面に作られることに起因している。

0016

このため、ブレード23を通電して細菌を感電させることが検討されているが、通常は船体1内に電力源が設けられているため、船体1側からプロペラ2側に電力供給するためにはスリップリング等の機械的な伝達機構が必要になる。このため、船体1内の発電機から各ブレード23に発電させる際には装置構成が複雑になる。そこで、本実施の形態では、プロペラ2に自己発電させて、発電した電力によって各ブレード23の表面を通電して海洋生物の付着の原因となる細菌を感電させている。以下、プロペラ2に自己発電させて各ブレード23に通電する発電装置3について説明する。

0017

発電装置3は、いわゆるコアレス発電装置であり、船体1の軸受11とプロペラボス22との間に配置されている。発電装置3は、軸受11及びプロペラボス22の外周面に取り付けられた一対の磁性板31、35を有している。一対の磁性板31、35は、環状に形成されており、プロペラ2の回転軸方向で対向している。軸受11側の磁性板31の対向面32には複数の磁石33が周方向に並んで配置され、プロペラボス22側の磁性板35の対向面36には複数のコイル37が周方向に並んで配置されている。このように、発電装置3では複数の磁石33と複数のコイル37とが所定の間隔を空けて対向されている。

0018

図2に示すように、磁性板31には複数の磁石33の磁極が交互に反転した状態で取り付けられているため、一対の磁性板31、35の間には磁気回路39が形成される。図の例では、磁石33aのN極から出た磁束が磁性板31を通って隣の磁石33bのS極に入り込み、隣の磁石33bのN極から出た磁束が磁性板35を通って磁石33aのS極に入り込んでいる。この場合、磁気回路39の磁束は、一対の磁性板31、35の間を渡る際に複数のコイル37を通過している。よって、プロペラ2の回転によって複数のコイル37が磁気回路39の磁束を横切ることで、コイル37に誘導起電力が発生して発電される。

0019

各コイル37の端部は、プロペラボス22内の配線を通じて各ブレード23に接続されている。各ブレード23の表面には絶縁膜25を介して導電膜26が形成されており、導電膜26とコイル37の端部とが配線を通じて電気的に接続されている。このように構成された発電装置3では、船体1内の駆動源からの動力によって複数の磁石33と複数のコイル37が相対回転して発電され、各コイル37から各ブレード23の表面の導電膜26に通電される。これにより、ブレード23の表面の細菌が感電され、細菌の作るバイオフィルムを栄養源とする海洋生物の付着が防止される。

0020

なお、ブレード23への通電時の塩素の発生による腐食を防ぐため、海水分解電圧(4.07[V])未満の電圧で各ブレード23の導電膜26を通電することが好ましい。また、本実施の形態ではコイル37からブレード23に直に通電しているが、この構成に限定されない。プロペラボス22内にバッテリ(不図示)を設けて、コイル37からの電力によってバッテリを充電し、バッテリからブレード23を通電する構成にしてもよい。これにより、プロペラ2が停止して、発電装置3で発電されない場合であっても、バッテリの蓄電容量に応じてブレード23に電力を供給できる。

0021

以上のように、本実施の形態に係る発電装置3は、船体1に対してプロペラ2が回転することで、船体1に設けた複数の磁石33とプロペラ2に設けた複数のコイル37とが相対回転されて発電される。プロペラ2が自己発電することで、船体1側の電源を利用することなく、ブレード23の表面の導電膜26を通電することができる。よって、ブレード23の表面の細菌が感電され、細菌の作るバイオフィルムを栄養源とする海洋生物の付着が防止される。また、船体1とプロペラ2とが非接触の状態でブレード23の導電膜26を通電することができるため、スリップリング等の機械的な伝達機構を設ける必要がなく、装置構成を簡略化することができる。

0022

また、上記した第1の実施の形態では、プロペラ2で自己発電した電力を、ブレード23に通電して海洋生物の付着を防止する構成を例示して説明したが、この構成に限定されない。プロペラ2で自己発電した電力を、プロペラ2に組み込まれる以下に示すような様々な電子デバイスに供給する構成としてもよい。

0023

例えば、プロペラ2のブレード23の一部を人工筋肉で形成し、プロペラ2で自己発電した電力を人工筋肉に通電してプロペラ形状を変形してもよい。これにより、水中の抵抗等に応じて適切なプロペラ形状にすることができ、プロペラ性能を向上させることができる。

0024

また、プロペラ2の一部に各種センサやGPS(Global Positioning System)等の発信機を設け、プロペラ2で自己発電した電力を発信機に供給してもよい。これにより、発信機から各種データを動的に取り出して、船舶の運航や性能のビッグデータとして利用することができる。

0025

また、プロペラ2の一部にLED(Light Emitting Diode)等の発光デバイス音響スピーカー等の音響デバイスを埋め込み、プロペラ2で自己発電した電力を発光デバイスや音響デバイスに供給してもよい。これにより、発光デバイスからの光や音響デバイスからの音によって海洋生物の誘導忌避を行うことができる。

0026

また、上記した様々な用途に使用される電力をプロペラ2の回転停止時にも可能にするバッテリに、プロペラ2で自己発電した電力を充電してもよい。これにより、プロペラ2が停止された状態でも、上記した各種電子デバイスに電力を供給することができる。

0027

さらに、本実施の形態では、発電装置3からプロペラ2に組み込まれた各種機器に電力を供給する構成としたが、この構成に限定されない。発電装置3から船体1側の各種機器に電力を供給する構成にしてもよい。この場合、船体1側の磁性板31に複数のコイル37が設けられ、プロペラ2側の磁性板35に複数の磁石33が設けられる。そして、船体1に対してプロペラ2が回転することで発電され、コイル37から船体1側の各種機器に電力が供給される。

0028

続いて、第2の実施の形態に係る発電装置について説明する。図3は、第2の実施の形態に係る発電装置の模式図である。図4は、第2の実施の形態に係る発電装置の給電系統を示す図である。第2の実施の形態では、水流を利用して発電して、様々な電子機器に電力を供給する発電装置について説明する。

0029

図3に示すように、発電装置44は、水流を利用した発電システム41に取り付けられ、プロペラ43によって水流からエネルギーを取り出すように構成されている。プロペラ43は、プロペラシャフト61を介して支持体(静止体)42に回転可能に支持されており、プロペラボス62に設けられた複数枚のブレード63で水流を受けて回転される。ところで、このような発電システム41で発電した電力をポータブル電子機器等に使用することが検討されており、ポータブル電子機器と共に発電システム41も持ち運び可能な構成にすることが望まれている。

0030

そこで、本実施の形態ではプロペラ43自体に発電させることで装置構成を簡略化して、発電システム41の小型化及び軽量化を実現している。以下、発電システム41の携帯を実現にする発電装置44について説明する。

0031

発電装置44は、いわゆるコアレス発電装置であり、支持体42の軸受51とプロペラボス62との間に配置されている。発電装置44は、軸受51及びプロペラボス62の外周面に取り付けられた一対の磁性板71、75を有している。一対の磁性板71、75は、環状に形成されており、プロペラ43の回転軸方向で対向している。軸受51側の磁性板71の対向面72には複数のコイル73が周方向に並んで配置され、プロペラボス62側の磁性板75の対向面76には複数の磁石77が周方向に並んで配置されている。このように、発電装置44では複数の磁石77と複数のコイル73とが所定の間隔を空けて対向されている。

0032

図4に示すように、磁性板75には複数の磁石77の磁極が交互に反転した状態で取り付けられているため、一対の磁性板71、75の間には磁気回路79が形成される。図の例では、磁石77aのN極から出た磁束が磁性板75を通って隣の磁石77bのS極に入り込み、隣の磁石77bのN極から出た磁束が磁性板71を通って磁石77aのS極に入り込んでいる。この場合、磁気回路79の磁束は、一対の磁性板71、75の間を渡る際に複数のコイル73を通過している。よって、プロペラ43の回転によって複数のコイル73が磁気回路79の磁束を横切ることで、コイル73に誘導起電力が発生して発電される。

0033

各コイル73の端部は、支持体42内の配線や各種電子回路を通じて各種の電子機器45に接続されている。電子機器45としては、例えば、携帯電話パーソナルコンピュータ照明器具ラジオ受信装置テレビ受信装置が挙げられる。このように構成された発電装置44では、プロペラ43が水流を受けて複数のコイル73と複数の磁石77が相対回転されて発電され、各コイル73から電子機器45に電力が供給される。また、一対の磁性板71、75にコイル73及び磁石77を設けるという簡易な構成で発電できるため、発電システム41を小型化及び軽量化して外出先に携帯することができる。

0034

以上のように、本実施の形態に係る発電装置44は、支持体42に対してプロペラ43が回転することで、支持体42に設けた複数のコイル73とプロペラ43に設けた複数の磁石77とが相対回転されて発電される。これにより、支持体42に接続された電子機器45に電力を供給することができる。また、プロペラ43自体を発電機として利用できるため、発電システム41の小型化及び軽量化によって携帯することができ、外出先で電子機器45によって電力を供給することができる。また、支持体42とプロペラ43とが非接触の状態で、プロペラ43で発電した電力を電子機器45に供給することができるため、スリップリング等の機械的な伝達機構を設ける必要がなく、装置構成を簡略化することができる。

0035

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

0036

例えば、第1、第2の実施の形態では、発電装置が一対の磁性板を有する構成としたが、この構成に限定されない。発電装置は、磁石とコイルとの相対回転によって発電可能な構成であればよく、一対の磁性板を有さない構成にしてもよい。

0037

また、第1、第2の実施の形態では、発電装置としてコアレス発電装置を用いる構成としたが、この構成に限定されない。発電装置は、コア鉄心)を有する発電装置でもよい。この場合、水中でコアが錆びないようにコアの表面が塗装されてもよい。

0038

また、第1、第2の実施の形態では、発電装置を船舶や小水力の発電システムのように、水中にプロペラを設置する装置に適用する構成としたが、この構成に限定されない。発電装置は、航空機機体とプロペラとの間に適用されてもよい。

0039

また、第2の実施の形態では、発電装置から支持体側の電子機器に電力を供給する構成としたが、この構成に限定されない。発電装置からプロペラに組み込まれた電子デバイスやプロペラの導電膜に電力を供給する構成にしてもよい。この場合、支持体側に複数の磁石を設け、プロペラ側に複数の磁石を設けるように構成する。

0040

以上説明したように、本発明は、装置構成を複雑にすることなく、プロペラの周辺に設けられた各種機器に電力を供給することができるという効果を有し、特に、船舶のプロペラへの海洋生物の付着を防止する発電装置に有用である。

0041

1船体(静止体)
2、43プロペラ
3、44発電装置
23、63ブレード
26導電膜
33、77磁石
37、73コイル
42支持体(静止体)
45 電子機器

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