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Patent Searching and Data


Title:
LINEAR GENERATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/098970
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is a linear generator which ensures efficient power generation stably while achieving a simplification in structure of the generator and a reduction in size and weight of the generator. The linear generator has a fluid pressure cylinder structure for reciprocating a piston (6) in a cylinder (1) in the axial direction by applying alternately a fluid pressure in a left fluid pressure chamber (4) touching the left end wall (2) of the cylinder (1) and a fluid pressure in a right fluid pressure chamber (5) touching the right end wall (2) of the cylinder (1) to the piston (6), wherein a permanent magnet band (9) is formed between the left pressure receiving surface (7) touching the left fluid pressure chamber (4) of the piston (6) and the right pressure receiving surface (8) touching the right fluid pressure chamber (5) of the piston (6), and an electromotive coil band (11) extending between the right and left fluid pressure chambers (5, 4) is formed on the tubular wall between the right and left end walls (3, 2) of the cylinder (1) so that power generation in the electromotive coil band (11) is induced by the reciprocating motion in the axial direction of the piston (6) having the permanent magnet band(9).

Inventors:
KOBAYASHI TAKAITSU (JP)
Application Number:
PCT/JP2009/051256
Publication Date:
August 13, 2009
Filing Date:
January 27, 2009
Export Citation:
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Assignee:
KOBAYASHI TAKAITSU (JP)
International Classes:
H02K35/02; H02K35/00
Foreign References:
JP2003518358A2003-06-03
JPH05176501A1993-07-13
JP2002125357A2002-04-26
JP2005318708A2005-11-10
Other References:
See also references of EP 2242168A4
Attorney, Agent or Firm:
NAKAHATA, Takashi (46-9 Nishikamata 7-chome, Ohta-k, Tokyo 51, JP)
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Claims:
シリンダーの左端壁と接する左流体圧室内の流体圧と同右端壁と接する右流体圧室内の流体圧とをシリンダー内のピストンに交互に印加して同ピストンを軸線方向へ往復移動する流体圧シリンダー構造を有し、上記ピストンの上記左流体圧室と接する左受圧面と上記右流体圧室と接する右受圧面間に永久磁石帯域を形成すると共に、上記シリンダーの左右端壁間の筒壁に上記左、右流体圧室に亘る起電コイル帯域を形成し、上記永久磁石帯域を有するピストンの軸線方向への往復移動により上記起電コイル帯域における発電を誘起する構成としたことを特徴とするリニア発電装置。
上記左、右流体圧室は燃焼室を構成し、該燃焼室における燃料の燃焼爆発による流体圧で上記ピストンを軸線方向へ移動する構成であることを特徴とする請求項1記載のリニア発電装置。
上記左、右流体圧室内へ外部より交互に高圧流体を供給し、該高圧流体の流体圧で上記ピストンを軸線方向へ移動する構成であることを特徴とする請求項1記載のリニア発電装置。
上記ピストンを筒形にし、該筒形ピストンの筒孔の両端開口面を流体圧を受圧する受圧端板で閉鎖したことを特徴とする請求項1又は2又は3記載のリニア発電装置。
永久磁石から成る複数のリング又は同複数の短筒体を積層して上記筒形ピストンを形成したことを特徴とする請求項4記載のリニア発電装置。
Description:
リニア発電装置

 本発明は流体圧シリンダーを構成するピ トンとシリンダー間において発電を誘起す ようにしたリニア発電装置に関する。

 特許文献1はフリーピストンエンジン(流 圧シリンダー)と、リニア発電機とが協働し 発電する発電装置を開示している。

上記発電装置を構成するフリーピストンエン ジン(流体圧シリンダー)は、自動車エンジン シリンダー構造と同様、シリンダーの一端 のみ燃焼室(流体圧室)を備えた単燃焼室形 リンダーであり、該単燃焼室における燃料 燃焼爆発によって発生する流体圧でピスト を一方向にのみ移動し、上記リニア発電機 電動機として駆動することによりピストン 他方向へ移動させてフリーピストンエンジ の吸気行程と圧縮行程と排気行程を行わせ 該フリーピストンエンジンの燃焼爆発時に 記リニア発電機から発電出力を取り出す構 を有している。

特開2005-318708号公報

 上記特許文献1に係るリニア発電装置は単 燃焼室形シリンダーから成るフリーピストン エンジン(流体圧シリンダー)の燃焼爆発と、 ニア発電機の電動機としての機能とが協働 てフリーピストンエンジンのピストンを軸 方向へ往復動せしめ、リニア発電機のコイ を電動機と発電機の要素として兼用する構 であり、これを制御する制御装置と併せ、 造が複雑且つコスト高になる問題点を有し いる。

 又ピストンの一方向への移動を燃焼爆発 よって行い、他方向への移動を電動機によ て行うため、発電効率に劣る問題点を有し いる。

 又フリーピストンエンジンとリニア発電 とを直列に接続する構造であるため長大と り、過大な占有スペースを要する。

 本発明は流体圧シリンダーを構成するピ トンとシリンダー間において発電を誘起す ようにした、上記問題点を一掃するリニア 電装置を提供するものである。

 要述すると本発明に係るリニア発電装置 、シリンダーの左端壁と接する左流体圧室 の流体圧と同右端壁と接する右流体圧室内 流体圧とをシリンダー内のピストンに交互 印加して同ピストンを軸線方向へ往復移動 る流体圧シリンダー構造を有し、上記ピス ンの上記左流体圧室と接する左受圧面と上 右流体圧室と接する右受圧面間に永久磁石 域を形成すると共に、上記シリンダーの左 端壁間の筒壁に上記左、右流体圧室に亘る 電コイル帯域を形成し、上記永久磁石帯域 有するピストンの軸線方向への往復移動に り上記起電コイル帯域における発電を誘起 る構成を有する。

 上記左、右流体圧室は燃焼室を構成し、 燃焼室における燃料の燃焼爆発による流体 で上記ピストンを軸線方向へ移動する構成 する。

 又は上記左、右流体圧室内へ外部より交 に高圧流体を供給し、該高圧流体の流体圧 上記ピストンを軸線方向へ移動する構成と る。

 上記ピストンは筒形の永久磁石で形成し 該筒形ピストンの筒孔の両端開口面を受圧 板で閉鎖し、該受圧端板で流体圧を受圧す ように構成する。

 上記筒形ピストンは永久磁石から成る単 筒体で形成するか、又は複数の永久磁石か 成るリング又は同短筒体を夫々積層して同 形ピストンを形成する。

 本発明によれば、シリンダー両端の左、 流体圧室の流体圧を交互に印加してピスト を往復動せしめる流体圧シリンダーの構造 基本構造として採用しながら、該流体圧シ ンダーを構成するピストンとシリンダー間 おいて発電を誘起することができ、発電装 の構造の簡素化と小形軽量化を達成するこ ができ、効率の良い発電が安定に得られる

 又ピストンを筒形とし、受圧端板によっ 流体圧を受圧しピストンの移動を得る構造 より、同ピストンの軽量化を達成し、円滑 る往復移動と効率の良い発電を誘起するこ ができる。

 更には上記受圧端板によって上記ピスト の永久磁石を衝撃や熱から有効に保護でき 。

本発明に係るリニア発電装置のピスト (永久磁石筒体)を永久磁石から成る単一筒 にて形成した例を示す断面図。 上記リニア発電装置のピストン(永久磁 石筒体)を永久磁石から成る短筒体の積層に 形成した例を示す断面図。 上記リニア発電装置のピストン(永久磁 石筒体)を永久磁石から成るリングの積層に 形成した例を示す断面図。 上記リニア発電装置のピストン(永久磁 石柱体)を永久磁石から成る短柱体にて形成 た例を示す断面図。 上記各例示のリニア発電装置において 定永久磁石筒体と固定筒形ヨークを設けた を示す断面図。 燃料の燃焼爆発によりピストンを駆動 せしめるリニア発電装置の第一動作を示す断 面図。 燃料の燃焼爆発によりピストンを駆動 せしめるリニア発電装置の第二動作を示す断 面図。 燃料の燃焼爆発によりピストンを駆動 せしめるリニア発電装置の第三動作を示す断 面図。 燃料の燃焼爆発によりピストンを駆動 せしめるリニア発電装置の第四動作を示す断 面図。 外部より供給する高圧流体によりピス トンを駆動せしめるリニア発電装置の第一動 作を示す断面図。 外部より供給する高圧流体によりピス トンを駆動せしめるリニア発電装置の第二動 作を示す断面図。

符号の説明

 1…シリンダー、1″…固定永久磁石筒体 1a…永久磁石リング、2…左端壁、3…右端壁 4…左流体圧室、5…右流体圧室、6…ピスト 、6″…永久磁石筒体、6′…永久磁石柱体 6a…単一筒体、6b…リング、6c…短筒体、6d… 短柱体、7…左受圧面、8…右受圧面、9…永久 磁石帯域、10…筒形ヨーク、11…起電コイル 域、13…筒孔、14…受圧端板、15…環状シー 、16…固定筒形ヨーク、17…燃料噴射弁、18 排気弁、19…点火プラグ、20…流体(燃焼気体 )、20″…高圧流体、21…流体供給弁、22…排 弁。

 以下本発明を実施するための最良の形態 図1乃至図7に基づき説明する。

 本発明に係るリニア発電装置は、シリン ー1の左端壁2と接する左流体圧室4内の流体 と、同右端壁3と接する右流体圧室5内の流 圧とをシリンダー1内のピストン(フリーピス トン)6に交互に印加して同ピストン6を軸線方 向へ往復移動する流体圧シリンダー構造を有 する。

 上記シリンダー1は左端と右端が端壁2,3に て閉鎖された真円筒形の両端閉鎖形筒体から 成り、内部に軸線方向に移動可能なピストン (フリーピストン)6を有し、該シリンダー1の 端筒壁とピストン6と左端壁2間に上記左流体 圧室4を画成し、該シリンダー1の右端筒壁と ストン6と右端壁3間に上記右流体圧室5を画 している。

 本発明に係るリニア発電装置は上記流体 シリンダー構造を採りながら、上記ピスト 6の上記左流体圧室4と接する左受圧面7と上 右流体圧室5と接する右受圧面8間に永久磁 帯域9を形成すると共に、上記シリンダー1の 左右端壁2,3間の筒壁に上記左、右流体圧室4,5 に亘る起電コイル帯域11を形成し、上記永久 石帯域9を有するピストン6の軸線方向への 復移動により上記起電コイル帯域11における 発電を誘起する構成を有する。

 上記左、右流体圧室4,5は燃焼室を構成し 該燃焼室における燃料の燃焼爆発による流 圧で上記ピストン6を軸線方向へ移動する構 成とする。

 又は上記左、右流体圧室4,5内へ外部より 互に高圧流体20,20″を供給し、該高圧流体20 ,20″の流体圧で上記ピストン6を軸線方向へ 動する構成とする。

 図1,図2,図3に示すように、上記ピストン6 永久磁石筒体6″で形成し、該永久磁石筒体 6″の筒孔13の両端開口面を受圧端板14で閉鎖 、該受圧端板14で流体圧を受圧するように 成する。

 具体例として図1は単一の筒体6aから成る 久磁石筒体6″で上記筒形ピストン6を形成 た例を示し、該永久磁石筒体6″を筒形ヨー 10に外挿し、両端開口面を受圧端板14で閉鎖 したピストン構造にする。

 又図2は永久磁石から成る複数の短筒体6c 一体に且つ同軸芯に積層した構造の永久磁 筒体6″で上記筒形ピストン6を形成した例 示し、該永久磁石筒体6″を筒形ヨーク10に 挿し、両端開口面を受圧端板14で閉鎖したピ ストン構造にする。

 又図3は永久磁石から成る複数のリング6b 一体且つ同軸芯に積層した構造の永久磁石 体6″で上記筒形ピストン6を形成した例を し、該永久磁石筒体6″を筒形ヨーク10に外 し、両端開口面を受圧端板14で閉鎖したピス トン構造にする。

 又図4は永久磁石から成る複数の中実構造 の短柱体6dを一体に且つ同軸芯に積層した構 の永久磁石柱体6′でピストン6を形成した を示し、両端面に受圧端板14を設けたピスト ン構造にする。

 上記リング6b,短筒体6cを積層構造にした 合はリング6b又は短筒体6cの積層数の増減に りピストン6(永久磁石帯域9)の長さを増減で きる。

 好ましくは、図1乃至図4で説明した受圧 板14をセラミック板、繊維板、石材板、コン クリート板、カーボン板、金属板等から成る 耐熱板で形成する。

 又上記永久磁石筒体6″及び永久磁石柱体 6′の両端外周面にシリンダー1の内周面との 密封鎖を図る環状シール15を設ける。又は 久磁石筒体6″から成る筒形ピストン6の両端 開口面を閉鎖する受圧端板14の外周面に環状 ール15を設ける。

 上記永久磁石筒体6″及び永久磁石柱体6 の極性は既知の電磁誘導原理に従い、永久 石の磁力線が起電コイル帯域11の起電コイル に対し効果的に作用する配置とする。

 例えば図1に示す永久磁石筒体6″の内周 をN極(又はS極)とし、外周部をS極(又はN極)と する。

 同様に図2,図3に示すように、短筒体6c又 リング6bを積層して永久磁石筒体6″を形成 る場合にも、短筒体6cとリング6bの内周部をN 極(又はS極)とし、外周部をS極(又はN極)とす ことができる。

 図3は具体例として外周部をN極、内周部 S極としたリング6bと、外周部をS極、内周部 N極としたリング6bとを軸線方向に交互に積 し、永久磁石筒体6″を構成した場合を示し ている。図2の複数の短筒体6cを積層して永久 磁石筒体6″を形成した場合も極性を交互に て短筒体6cを積層することができる。

 又図4は芯部にS極を有し外周部にN極を有 る短柱体6dと、芯部にN極を有し外周部にS極 を有する短柱体6dとを軸線方向に積層した場 を示している。

 上記起電コイル帯域11を形成する起電コ ルは上記各例示の極配置に従い複数の単位 電コイル群で形成する場合を含む。

 勿論永久磁石筒体6″と永久磁石柱体6′ 形成する全ての短筒体6c又はリング6b又は短 体6dを外周部において同極にし、内周部に いて同極になるように積層構造にすること できる。

 図5は上記永久磁石筒体6″(又は永久磁石 体6′)でピストン6を構成する手段を採用し つ、シリンダー1に起電コイル帯域11の外周 を環状に包囲する固定永久磁石筒体1″を設 け、起電コイルによる発電をより効率的に行 わせるようにした実施例を示している。

 図5は更に上記固定永久磁石筒体1″の外 面を環状に包囲する固定筒形ヨーク16を設け た実施例を示している。

 上記固定永久磁石筒体1″と、該固定永久 磁石筒体1″を包囲する固定筒形ヨーク16と、 ピストン6を構成する永久磁石筒体6″又は永 磁石柱体6′と、該永久磁石筒体6″を外挿 る筒形ヨーク10とは協働して発電効率を高め る。

 例示として図5に示すように、多数の永久 磁石リング1aを積層して固定永久磁石筒体1″ を形成し、該筒体1″で起電コイル帯域11の起 電コイルを環状に包囲し、且つ該起電コイル 帯域11を介してピストン6を構成する永久磁石 筒体6″を環状に包囲する。

 換言すると、起電コイル帯域11の起電コ ルの内周面と外周面に永久磁石筒体6″,1″ 配置し、両永久磁石筒体6″,1″間に起電コ ルが狭在された構造にする。

 上記固定永久磁石筒体1″を構成する永久 磁石リング1aと、前記ピストン6を構成する永 久磁石リング6bとは、例えば図3,図5に示すよ に、隣接するリング1a,6bが互いに逆極性と るように夫々積層する。

 図2に示す短筒体6cで永久磁石筒体6″(ピ トン6)を形成した場合も、複数の永久磁石短 筒体を積層して固定永久磁石筒体1″を形成 、該筒体1″でピストン6を構成する永久磁石 筒体6″を環状に包囲し、例えば筒体1″と6″ における隣接する短筒体が互いに逆極性とな るように配置した構成を採ることができる。

 図1乃至図4の各例示において上記起電コ ル帯域11を包囲する固定永久磁石筒体1″を けることができ、該固定永久磁石筒体1″を けた場合には、ピストン6を構成する永久磁 石筒体6″を薄肉にし、同様にピストン永久 石柱体6′を小径にし、更なるピストン6の軽 量化を図ることができる。

 前記の通り、上記左、右流体圧室4,5が燃 室を構成する場合、例えば左右端壁2,3に点 プラグ19を設け、該左右端壁2,3又はシリン ー1の左右端筒壁に燃料噴射弁17を設け、例 ば左右端壁2,3又は左右端筒壁又はシリンダ 筒壁の中間部に排気弁18を設ける。

 以下、図6A乃至図6Dに基づき、左右流体圧 室4,5が左右燃焼室を構成する場合の動作を説 明する。

 図6A,図6Bに示すように、左側の点火プラ 19により同燃料噴射弁17を通じ供給された左 焼室4内の圧縮燃料の燃焼爆発により、受圧 端板14の左受圧面7に流体圧を与え、ピストン 6(永久磁石筒体6″又は永久磁石柱体6′)を軸 上を右方へ移動する。

 上記図6C,図6Dに示すように、ピストン6が 記右方移動により、右燃焼室5内に右側の燃 料噴射弁17を通じて噴射された燃料(気体との 混合気)を圧縮し、右点火プラグ19で点火し、 右燃焼室5内において圧縮燃料を燃焼爆発せ め、受圧端板14の右受圧面8に流体圧を与え ピストン6(永久磁石筒体6″又は永久磁石柱 6′)を軸線上を左方へ移動する。

 上記左右燃焼室4,5内の燃焼爆発によって 生した流体(燃焼気体)20はピストン6の往復 動に伴い排気弁18を通じ排気する。

 以上の動作を繰り返すことにより、上記 ストン6を形成する永久磁石筒体6″又は永 磁石柱体6′(永久磁石帯域9)が繰り返し往復 動し、起電コイル帯域11における発電を誘 する。

 次に図7A,図7Bに基づき上記左、右流体圧 4,5に外部より高圧流体を供給してピストン6 往復動せしめる実施例について説明する。 こに高圧流体20″とはエアー、スチームの 、各種ガス気体を用いることができる。

 例えば左右端壁2,3に流体供給弁21と排気 22を設け、図7Aに示すように、左流体圧室4内 に左流体供給弁21を通じ高圧流体20″を供給 、該高圧流体20″の流体圧を受圧端板14の左 圧面7に与え、ピストン6(永久磁石筒体6″又 は永久磁石柱体6′)を軸線上を右方へ移動す 。

 次に上記図7Bに示すように、ピストン6が 記右方移動の終端に達した時に、右流体圧 5内に右流体供給弁21通じ高圧流体20″を供 し、該高圧流体20″の流体圧を受圧端板14の 受圧面8に与え、ピストン6(永久磁石筒体6″ 又は永久磁石柱体6′)を軸線上を左方へ移動 る。

 以上の動作を繰り返すことにより、上記 ストン6を形成する永久磁石筒体6″又は永 磁石柱体6′(永久磁石帯域9)が繰り返し往復 動し、起電コイル帯域11における発電を誘 する。