JPH1127923A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱機関のシリンダーのなかに磁場を発生さ
せ、その磁場中を熱機関の駆動力で可動磁子を可動さ
せ、または、熱機関の駆動力を受ける可動子に連結した
可動磁子が磁場中を可動させて、磁場発生コイルから電
力を得る発電装置。 【解決手段】 励磁発電コイル６でシリンダー５４中に
磁場を発生させ、熱機関の駆動力で、可動磁子４を可動
させて、励磁発電コイル６から発電電力を得るプランジ
ャ発電装置１と、シリンダー外の励磁発電コイル６によ
り励磁した磁場中を可動磁子４が可動することで該励磁
発電コイル６から発電電力を得るリニア発電装置２と、
シリンダー外の励磁発電コイル６により励磁した磁場中
を可動磁子４に連結し、励磁されたスプリングコイル７
から発電電力を得るスプリング発電装置３を示す。熱機
関の点火を高周波コイル５により、可動磁子４の頭部の
渦電流プレート８に渦電流を発生させて、渦電流点火方
式による熱機関駆動の発電装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】熱機関に直接接続して発電す
る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

参考文献（熊谷 清一郎著、「エンジンの話」、岩波新
書、１９８１年５月２０日第１刷発行ｐ１１）によれ
ぱ、熱機関（Ｈｅａｔ Ｅｎｇｉｎｅ）を、熱エネルギ
ーを継続的に機械的エネルギーに変換する動力装置と定
義している。 参考文献（Ｖ．Ｇａｎｅｓａｎ，Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃ
ｏｍｂｕｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｓ，ＭａｃＧｒａｗ−
Ｈｉｌｌ，Ｉｎｃ．，Ｆｉｒｓｔ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ
１９９４，ｐ１）によれば、熱機関（Ｈｅａｔ Ｅｎ
ｇｉｎｅ）を、燃料の化学エネルギーを熱エネルギーに
変換し、その熱エネルギーを有効な仕事（Ｗｏｒｋ）に
変換する装置と定義している。 参考文献（Ｆ．Ｗ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，Ｒ．Ｅ．Ｈｅｎｄ
ｅｒｓｏｎ，Ｃ．Ｈ．Ｗｏｌｇｅｍｕｔｈ，Ｉｎｔｒｏ
ｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｃｉｅｎｃ
ｅｓ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，１９８
４，ｐ２８）によれぱ、仕事（Ｗｏｒｋ）を、質量変換
に関係しない遷移によるエネルギーであり、熱以外のポ
テンシャル差によるエネルギーと定義している。 上記定義の熱機関において、化学エネルギーが機械エネ
ルギーに変換されたとき、機械エネルギー変換媒体の第
一次媒体である可動子（例えば、ピストン）からパワー
トレインを介して、直接、目的とする機関（例えば、タ
イヤ）に伝達するか、または、別のエネルギー変換機関
（例えば、発電機）に間接的にエネルギーを伝達してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】 エネルギー伝達媒体
にもエネルギー授与従来の熱機関にあっては、熱機関に
おいて機械的エネルギーに変換された可動子（例えば、
ピストン）をパワートレインを介して、直接、目的とす
る機関（例えば、タイヤ）に伝達するか、または、エネ
ルギー変換機関（例えば、発電機）に伝達するため、可
動子からパワートレインまでの各媒体および熱機関作動
支援機具（例えば、フライホイール、各種バルブ類、カ
ム等）に運動エネルギーを与えなくてはならない欠点を
有している。

【０００４】なお、上記した目的とする機関およびエネ
ルギー変換機関において、エネルギーの供給機関である
熱機関から、一端、エネルギーが外部に供給される場
合、供給サイドの熱機関から見れば、エネルギー・フロ
ー機構、エネルギーを蓄積する蓄積装置、エネルギー消
費体である抵抗、エネルギー変換装置の全ては、負荷と
して見ることができる。したがって、以下において、特
に規定しない限り、エネルギー・フロー機構、エネルギ
ー蓄積装置、抵抗、エネルギー変換装置の全てを負荷と
総称し、また、熱機関作動支援機具がエネルギーを消費
する意味で、該熱機関作動支援機具に対して機械付帯負
荷と称することとする。

【０００５】本発明は、熱機関における機械エネルギー
変換媒体の第一次媒体である可動磁子を磁場中において
直線的に可動させることにより、機械付帯負荷にエネル
ギーを消費されることなく、電力を発生させることを目
的としている。

【０００６】なお、以下において、磁場中を可動する可
動子を、文字通り、可動磁子と称し、磁場中を可動しな
い可動子は、そのまま可動子と称して、両者を区分する
が、本発明は発電が目的であるから、可動子は可動磁子
と連結されなくては、意味をもたない。可動子と連結し
た可動磁子を含めた可動磁子が磁場中を可動することで
発電させることになるので、以下において、特に限定し
ない限り、可動磁子に連結する可動子も可動磁子と称す
ることとする。

【０００７】本発明の可動磁子は、文字どおり、磁場発
生源であり、その種類としては、永久磁石、磁化磁石、
電磁コイル磁石、渦電磁石、超伝導磁石である。可動磁
子が鉄心で構成される場合の形状は、中空円筒、内実ロ
ッドの両者があり、中空度の大きさにより、電磁力の大
きさが電磁力の働く方向に対して異なることから、可動
磁子の形状、サイズ、鉄心材料の仕様は、熱機関の仕様
を考慮して、最適な仕様条件から決定される。

【０００８】なお、可動磁子が鉄心で構成される場合
は、可動子進行方向に対して、磁場が一様でないことか
ら、必要により、放射方向に、必要数のスリットが入る
が、以下において、記述、図ともに、省略する。

【０００９】本発明は、熱機関における可動磁子による
発電方式としては、リニア電磁駆動システムの現状と応
用技術（電気学会技術報告［ＩＩ部］第３１４号）によ
るリニア電磁駆動システムにおいて、励磁発電コイルに
より磁場を発生させ、該磁場中を上記可動磁子を強制的
に熱機関の力により可動させるとき、該励磁発電コイル
から電力を発生させるプランジャ発電装置により発電さ
せることを目的としている。

【００１０】また、本発明は、熱機関における可動磁子
による発電方式としては、リニア電磁駆動システムの現
状と応用技術（電気学会技術報告［ＩＩ部］第３１４
号）によるリニア電磁駆動システムにおいて、励磁発電
コイルにより磁場を発生させ、該磁場中において、上記
可動磁子に連結された可動子を強制的に熱機関の力によ
り可動させるとき、該励磁発電コイルから電力を発生さ
せるリニア発電装置により発電させることを目的として
いる。

【００１１】さらに、本発明は、スプリング中にコイル
を内在させて、電磁コイル（以下において、スプリング
コイルとする。）として可動子（例えば、熱機関のピス
トン）に連結して、励磁発電コイルにより磁場を発生さ
せ、該磁場中を、該可動子を強制的に熱機関の力によ
り、スプリングコイルを伸縮させるとき、該励磁発電コ
イルから電力を発生させるスプリング発電装置により発
電させることを目的としている。

【００１２】その上、本発明は、上記プランジャ発電装
置、上記リニア発電装置、上記スプリング発電装置を、
必要により組み合わせて、上記励磁発電コイルから電力
を発生させることを目的としている。

【００１３】従来の熱機関にあっては、一般に、熱機関
から負荷までパワートレインにより直接的に結合してい
て、自身の慣性蓄積エネルギーかフライホイールによる
蓄積エネルギーしかエネルギー蓄積機構がないときに
は、熱機関のエネルギーが負荷に吸収されない限り、熱
機関からの未利用エネルギーは、熱として排熱される欠
点がある。

【００１４】熱機関に対して、上記発電装置とエネルギ
ー蓄積装置を複数配置するとき、発生エネルギーポテン
シャルに応じて、それぞれの発電装置で、発電分担し
て、可能な限り発電し、該発生電力を、蓄積エネルギー
ポテンシャルに応じて、蓄積分担し、熱機関において、
一般に未利用としていたエネルギーまでも、それぞれの
エネルギー蓄積装置に蓄積することを目的としている。

【００１５】該エネルギー蓄積装置に蓄積されたエネル
ギーを、負荷が必要とするとき、負荷開閉器を介して、
可動子からパワートレインまでの各媒体および機械付帯
負荷に運動エネルギーを与えることなく、負荷が蓄積エ
ネルギーを得られるようにすることを目的としている。

【００１６】以下において、特に限定しない限り、上記
エネルギー蓄積装置は、電力貯蔵装置とバネ機構を単
独、または、組み合わせた装置である。

【００１７】本発明の上記電力貯蔵装置は、熱機関から
直接発電された発電電力を、電力エネルギーとして直接
蓄積する直接型電力貯蔵装置（例えば、キャパシタンス
やインダクタンス）と、電気化学エネルギーとして蓄積
する電力貯蔵装置（例えば、電池）、機械エネルギー
（例えば、フライホイール）として蓄積するために、電
力と機械のエネルギーを順逆変換する電力変換装置と機
械エネルギー蓄積装置を合わせた電力貯蔵装置など、該
発電電力を各種エネルギー変換し、蓄積し、該各種エネ
ルギー変換から電力に戻す間接型電力貯蔵装置の両者を
意味し、これらを電力貯蔵装置と総称することとする。

【００１８】なお、バネ機構としては、スプリングバ
ネ、空気バネなど機械的に直接エネルギーを蓄積する装
置であり、可動磁子に連結される。

【００１９】本発明において、上記エネルギー蓄積装置
において、上記電力貯蔵装置とバネ機構を組み合わせる
場合は、上記電力貯蔵装置は、熱機関における上記可動
磁子の圧縮ストロークのエネルギーを残し、その残余エ
ネルギーを上記バネ機構に吸収させることを目的として
いる。したがって、圧縮ストロークに必要なエネルギー
を上記バネ機構が吸収することになり、上記バネ機構に
より、圧縮ストロークが行われる。

【００２０】なお、上記バネ機構が圧縮ストロークに必
要なエネルギーを蓄積していない場合には、上記電力貯
蔵装置から、可動磁子に励磁エネルギーとして供給され
る。

【００２１】さらに、スプリング中に電磁コイルを組み
込んだスプリングコイルによる発電も、必要により、行
われるが、圧縮ストローク時には、基本的にはスプリン
グコイルの励磁はしない。

【００２２】一般に、あるエネルギー媒体から別のある
エネルギー媒体にエネルギーが伝達される場合、エネル
ギーの供給パワーが需要パワー（以下において、特に規
定されない限り、負荷パワー反作用とする。）を上回ら
なくては、負荷にエネルギーは伝達されない。

【００２３】本発明に、具体的に、上記エネルギー流の
駆動の考えを適用する。エネルギーの供給媒体である熱
機関から与えられる負荷にあっては、自ら蓄積している
負荷蓄積エネルギーに、熱機関から与えられたエネルギ
ーが負荷に加わるか、直接、熱機関から与えられたエネ
ルギーが負荷に加わるか、いずれにしても、負荷に負荷
エネルギーが蓄積されるに伴い、負荷パワー反作用（例
えば、機械エネルギーにあっては、運動エネルギー、発
電機にあっては、逆起電力、電気化学にあっては、理論
電圧）が発生することとなる。なお、上記でポテンシャ
ルエネルギーとあるのは、負荷パワー反作用と読み替え
るものとする。

【００２４】該負荷パワー反作用にパワー伝達損失を加
えた負荷パワー（例えば、機械装置にあっては、該機械
装置の運動パワーに加速、損失パワーを加えた所要パワ
ーを構成する力と速度のいずれか、発電機にあっては、
該発電機の逆起電力に回路損失電圧を加算した電圧、電
気化学にあっては、エントロピー損失電圧に理論電圧を
加算した電圧）を、熱機関の供給パワーが上回らなけれ
ば、負荷にエネルギー伝達がなされないことになる。

【００２５】熱機関において、上述したように、負荷反
作用を上回るエネルギーが供給できなくなった場合、未
利用エネルギーとして、熱機関から、排気される欠点を
持つこととなる。

【００２６】本発明は、熱機関で直接電力に発電するた
め、負荷に応じて、発電ポテンシャルが変化する、すな
わち、負荷反作用を常に上回るように発電される訳であ
るから、電圧源としての発電で、該負荷反作用としての
電圧が電気設備の絶縁強度以下であれば、基本的に支障
がなく、熱機関で直接電力に発電された電気エネルギー
が負荷へ供給されることを目的としている。

【００２７】さらに、本発明は、負荷反作用を上回るエ
ネルギーが供給できなくなる、あるいは、該負荷反作用
としての電圧が電気設備の絶縁強度以上となる前に、低
位の負荷反作用を持つエネルギー蓄積装置に切換え、熱
機関で直接電力に発電された電気エネルギーを蓄積す
る。すなわち、熱機関がエネルギー供給に伴い供給ポテ
ンシャルが負荷反作用より低下した場合、上述したよう
に負荷への供給が停止する前に、該供給ポテンシャルよ
り低位なポテンシャルにあるエネルギー蓄積装置に接続
を切換え、該エネルギー蓄積装置から、抵抗負荷の負荷
反作用に応じて、該抵抗負荷にエネルギーを供給し、エ
ネルギー消費負荷のポテンシャルが高位にある場合に
は、昇圧装置により、所要の高位ポテンシャルまで引き
上げて供給することになるので、熱機関のエネルギー利
用効率を上げることを目的としている。

【００２８】熱機関の供給パワーが負荷に継続してパワ
ー供給している場合において、熱機関の供給パワーが負
荷パワー反作用を上回らなくなった場合で、熱機関と負
荷が常時連結されている場合には、負荷パワーからエネ
ルギーが逆流されることになる。すなわち、熱機関と負
荷の連結を解列しない限り、負荷パワーから、熱機関に
パワーが伝達される、すなわち、該負荷がエネルギー供
給源となり、熱機関が負荷として作動する欠点を持つこ
とになる。

【００２９】間欠型の燃焼方式の熱機関に本発明が適用
されるとき、該熱機関で直接電力に発電した場合は、間
欠電気供給となる。そのため、熱機関からのエネルギー
流が停止し、逆流することになるので、負荷と接続を解
列し、負荷側からのエネルギー逆流を阻止する装置（逆
流防止装置）を組み込むことを目的としている。なお、
逆流防止装置は、主に、負荷開閉器と逆流阻止から構成
される。

【００３０】上述したように、熱機関と負荷の連結を解
かない限り、負荷から、該負荷の蓄積した蓄積エネルギ
ーが、機械付帯負荷にエネルギー供給される欠点を持つ
ことになる。

【００３１】本発明は、熱機関と負荷は機械的に連結さ
れていないので、可動子からパワートレインまでの各媒
体および機械付帯負荷の運動エネルギー損失が発生しな
いことを目的としている。

【００３２】特に、熱機関と負荷の連結を解かない限
り、内燃機関の場合、内燃機関に燃料が補給されないよ
うな工夫を例え凝らしたとしても、該燃料無補給熱機関
において、圧縮仕事が余分の仕事となる欠点を持つこと
になる。

【００３３】本発明は、熱機関と負荷は機械的に連結さ
れていないので、圧縮仕事など不要な仕事を行わないこ
とを目的としている。

【００３４】特に、ガソリンエンジンやディーゼルエン
ジンなどの熱機関は無負荷時でも、熱機関を停止するこ
となく、アイドル運転を行う欠点を持つている。

【００３５】本発明は、起動すると同時に、熱機関で発
電し、負荷反作用を上回る状態になるまでの間は、エネ
ルギー蓄積装置から、負荷にエネルギーを供給するた
め、従来の熱機関のように、常時アイドル運転をして、
待機運転しておく必要がないことを目的としている。

【００３６】熱機関において、上述したように、負荷反
作用を上回るエネルギーが供給できなくなった場合、未
利用エネルギーを負荷にエネルギーを供給できるよう
に、エネルギー再利用機構が付属していないときには、
エネルギーの有効性をもつものの、熱機関から、未利用
エネルギーは、排気される欠点を持つこととなる。

【００３７】本発明において、上記負荷反作用を常に上
回るように本発明の熱機関が発電する訳であるが、エネ
ルギー供給ができないほどに、熱機関の供給ポテンシャ
ルが低下した場合、上述したように負荷への供給が停止
することが一般である。そのため、該供給ポテンシャル
より低位なポテンシャル負荷に接続を切換え、所要の負
荷には、負荷反作用を常に上回るように昇圧装置によ
り、所要の高位ポテンシャルまで引き上げて供給するこ
とで、熱機関の効率を上げることを目的としている。

【００３８】以上の外、停止、起動を繰り返す機関にあ
っては、起動時に、可動子からパワートレインまでの各
媒体および機械付帯負荷の運動エネルギーを、その都
度、与えなくてはならない欠点を持つことになる。

【００３９】本発明は、熱機関から直接発電できるの
で、該発電エネルギーを、負荷に直接電力として伝達す
るか、発電能力が負荷を上回った場合は、エネルギー蓄
積装置で蓄積するので、従来の熱機関のように、停止、
起動の都度、可動子からパワートレインまでの各媒体お
よび機械付帯負荷に運動エネルギー与える必要がないこ
とを目的としている。

【００４０】熱機関におけるエネルギー供給上におい
て、エネルギーの受給バランスが崩れた場合は、エネル
ギーを熱機関が吸収し、熱機関自身が加熱してしまう欠
点を持つこととなる。

【００４１】本発明は、熱機関で発生したエネルギーを
直接発電エネルギーに変換することから、発電されるて
いる限り、ギブスの自由エネルギーがエネルギー変換さ
れ、エンタルピーよりギブスの自由エネルギーが大きい
ことが多く、下回ってもエントロピー分はわずかである
から、熱機関自身が加熱してしまうことは、基本的にな
い熱機関発電機であることを目的としている。したがっ
て、負荷反作用によるエネルギー吸収がなされない場
合、可動磁子とシリンダーの摩擦損失、シリンダーの熱
吸収などと、発電のための励磁エネルギーによる発熱に
より熱機関が加熱することがあるが、エネルギーの受給
バランスによる加熱はない。

【００４２】熱機関におけるパワー供給上において、パ
ワーの受給バランスが崩れた場合は、該パワーを熱機関
と負荷までのパワートレインで吸収せざるを得ないた
め、熱機関から負荷までの機械系で異常振動、騒音を発
生させてしまう欠点を持つこととなる。

【００４３】本発明は、熱機関で発生したパワーを直接
発電パワーに変換することから、発電されている限り、
パワーバランスが崩れることが、基本的にない熱機関発
電機であることを目的としている。

【００４４】参考文献（瀬名 智和著、「エンジン技術
の過去・現在・未来」、株式会社グランプリ出版、１９
９７年１月２７日初版発行ｐ２２２）、参考文献（清田
雄彦著、乗用車用排ガス浄化と燃費低減技術、機械の
研究、第４５巻第９号１９９３年ｐ９３９）によれば、
エンジンを部分負荷で運転すると冷却損失やポンプ損失
（付帯負荷）が大きくなり、燃費が悪くなる欠点を持つ
ことになる。

【００４５】本発明は、一つの熱機関の燃焼室（以下に
おいて、ガソリン機関について、主として述べることか
ら、特に限定しない限り、燃焼室をシリンダーとす
る。）において、可動磁子の可動範囲を可変させ、その
可動範囲において、最適な燃料供給、空気供給を行って
発電すること、また、複数のシリンダーにおいて、上述
した方法ににより、最適設定した可動磁子の可動範囲
で、必要数のシリンダーで可動磁子を可動させて発電す
るので、いわゆる、熱機関の能力を絞って運転する部分
負荷運転がなく、常に、負荷に応じた熱機関の運転が可
能であり、その応答能力が不足する場合は、エネルギー
蓄積装置で、バックアップすることから、部分負荷運転
が基本的になく、また、上記付帯負荷と最終負荷との相
対値が接近することから、見かけ上、効率が悪化するこ
ともなく、常に最適な発電ができる装置であることを目
的としている。

【００４６】熱機関に入る空気の量と該熱機関の作動サ
イクル速度との関係において、該熱機関の作動速度が遅
いときには、吸い込む力が弱いので、空気の量が少な
く、逆に熱機関の作動速度の速いところでは、ピストン
の動きが速すぎて空気が入り切らない内に、吸気バルブ
が閉じられてしまうから、トルクカーブと回転数は一定
にならない欠点がある。

【００４７】本発明は、上述したように、一つの熱機関
において、励磁発電コイルの励磁の大きさ、励磁範囲、
励磁コイルの巻数可変とする巻数タップと長さタップを
切り替える励磁制御装置により、可動磁子の可動範囲、
励磁量を制御させ、燃料制御装置により最適な燃料供給
制御し、吸気バルブ、排気バルブを制御することにより
吸排気量を制御する吸排気バブル制御装置と該励磁制御
装置の制御により、可動磁子をシリンダー外方にまで可
動させて、吸気・排気バルブと連動させて、必要な吸排
気量を確保制御する吸排気制御装置により最適な空気供
給と排気を行って発電すること、また、複数のシリンダ
ーにおいても、可動磁子を上記励磁制御装置により励磁
制御して、必要数のシリンダーで可動磁子を可動させて
発電することにより、最適空気量が過不足することがな
いように熱機関を運転することを目的としている。

【００４８】回転機構によるエネルギー変換機関でない
熱機関において、熱反応するシリンダーボアと機械エネ
ルギーの授受体であるピストン（以下において、本発明
の熱機関を論じるときには、可動子とする。）のストロ
ーク（以下において、本発明の熱機関を論じるときに
は、可動子の可動長）が同じスクエアストローク、ボア
がストロークより大きいショートストローク、ボアがス
トロークより小さいロングストロークと、それぞれのス
トローク方式では、出力特性が異なることが知られてい
る。目的とする出力に応じて、最適なストロークを選定
することが望ましいが、機械的にストロークを可変長と
しない限り、ストロークを可変にできない欠点を持ち、
ストロークを可変としても、機構が複雑となる欠点を持
つことになる。

【００４９】本発明は、シリンダー中を可動する可動磁
子の可動範囲は、励磁コイルの長さ方向の長さタップを
切り替えることで可動範囲を容易に切り替えることを目
的としている。

【００５０】本発明の発電方式のプランジャ発電方式
は、電磁力で拘束している可動磁子を熱機関の強制力で
可動させることにより、発電パワーを発生させる発電方
式であり、該発電パワーは、拘束電磁力と可動磁子の速
度の積により与えられる。

【００５１】本発明の発電方式のリニア発電方式は、磁
場中において、可動磁子を熱機関の強制力で可動させる
ことにより、発電パワーを発生させる発電方式であり、
該発電パワーは、熱機関で発生した強制力に拮抗する電
磁力と可動磁子の速度の積により与えられる。

【００５２】本発明の発電方式のスプリング発電方式
は、励磁したスプリングが、熱機関の強制力で伸縮する
とき、励磁したスプリングと励磁発電コイルの両者に発
電パワーを発生させる発電方式であり、該スプリング発
電パワーと励磁発電コイル発電パワーともに、熱機関で
発生した強制力に拮抗する電磁力とスプリングの伸縮速
度の積により与えらる。

【００５３】本発明は、プランジャ発電方式、スプリン
グ発電方式、リニア発電方式のいずれにおいても、励磁
発電コイルの励磁の大きさ、励磁範囲、励磁コイルの巻
数可変とする巻数タップと長さタップを切り替える励磁
制御装置により、可動磁子の電磁力、磁場を可変とする
ことができるので、負荷の状況と負荷反作用の状況を見
極めながら、励磁の大きさ、励磁範囲、励磁コイル巻数
などを制御することに加え、電磁力と可動磁子の可動速
度を自在に可変させて発電するので、各上記発電方式の
いずれの方法でも発電することができるので、熱機関の
発生エネルギーを可能な限り利用することを目的として
いる。

【００５４】熱機関において、ピストンからパワートレ
イン、フライホイールまでの慣性質量が、過渡応答能力
を低下させる欠点を持つことになる。

【００５５】本発明は、直接熱機関から発電することか
ら、機械的に過渡応答能力を低下させる慣性質量を持つ
ものは、可動磁子だけであるから、過渡応答能力を低下
させることを僅少とする発電機であることを目的として
いる。

【００５６】参考文献（中島 泰夫著、村中 重夫著、
「新・自動車用ガソリンエンジン」、株式会社山海堂、
平成６年４月３０日第１刷発行ｐ２３）によれば、定容
サイクル熱機関において、燃焼期間が長い場合、定容サ
イクルの圧縮比が低下するため、熱エネルギー変換効率
が低下する欠点を持つことになる。

【００５７】また、熱機関の火炎速度が遅かったり、速
すぎたりして、熱機関で異常燃焼、ノッキング、異常振
動・騒音が発生する欠点がある。なお、上記火炎速度
は、燃焼速度、可動子の可動速度、ガスの流れの大きさ
と強さの要素から決まる。

【００５８】本発明は、内燃機関において、火炎速度を
上昇のために、自然発火、イグニッションを支援する機
構として、可動磁子の頭部に渦電流プレートを設け、シ
リンダーの可動磁子の頭部と向き合う面に渦電流用の高
周波コイルを設けた渦電流点火装置、あるいは、可動磁
子の頭部に電極を設け、シリンダーの可動磁子の頭部と
向き合う面を電極として、両電極に高周波を印加するこ
と高周波電極点火装置で、点火を促進、または、点火さ
せることにより火炎速度を上昇させることを目的として
いる。

【００５９】特に、イグニッション方式により着火する
熱機関の場合、熱機関のシリンダー中の点火点がスポッ
トであることから、燃料全体の燃焼に火炎が広がるまで
に時間が掛かる欠点を持つている。

【００６０】本発明は、上記渦電流点火装置、あるい
は、高周波電極点火装置により、面点火が可能とするこ
とを目的としている。

【００６１】熱機関における内燃機関にあっては、内燃
機関の熱反応器であるシリンダー内に取り込む燃料が大
気である場合は、参考文献（Ｊｏｈｎ Ｂ．Ｈｅｙｗｏ
ｏｄ，Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎ
ｇｉｎｅ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，ＭａｃＧｒａｗ
−Ｈｉｌｌ Ｂｏｏｋ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．，１
９８８，ｐ５７９）によれぱ、シリンダー内の温度が高
温となるに連れ、ＮＯｘの発生が増加する欠点を有する
ことになる。

【００６２】熱発生パワーと熱発生パワーを吸収する仕
事パワーのバランスが崩れることから、熱機関のシリン
ダー内部において、高温の熱が発生する訳である。本発
明は、慣性質量が可動磁子だけであることから、熱機関
のシリンダーの熱を高温にすることなく、発電できるこ
とから、ＮＯｘの発生を抑制することを目的としてい
る。

【００６３】熱機関で消費する酸素濃度を高濃度、すな
わち、低濃度の窒素を含有する空気を熱機関に供給得す
ることで、ＮＯｘの発生を抑制することを目的としてい
る。

【００６４】参考文献（Ｊｏｈｎ Ｂ．Ｈｅｙｗｏｏ
ｄ，Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇ
ｉｎｅ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，ＭａｃＧｒａｗ−
Ｈｉｌｌ Ｂｏｏｋ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．，１９
８８，ｐ８３３）によれぱ、理論混合比に対する実混合
比の比である空気過剰率が増加するに連れて、エネルギ
ー変換効率が低下することがシミュレート評価されてい
る。

【００６５】したがって、内燃機関においては、負荷の
大きさに応じて、空気過剰率を最適に維持したいところ
であるが、エネルギー変換効率を最適にする最適空気過
剰率の設定と空気供給が空気供給機構上、特に、吸気バ
ルブをシリンダー頭部に持つ場合は、該頭部面積、すな
わち、吸気バルブサイズに限界があるため、負荷の大き
さに応じて、所要の吸気が得られない欠点を持ってい
る。

【００６６】本発明は、負荷の大きさに応じて、上述し
たように、一つの熱機関のシリンダーに対して、最適な
燃料供給と最適な空気供給を行って発電すること、ま
た、複数のシリンダーの内から、可動磁子の可動制御
で、必要数のシリンダーを選定して、可動磁子を可動さ
せて発電することにより、最適空気量が過不足すること
がないように熱機関を運転することを目的としている。

【００６７】また、上記方法でも、吸排気が熱機関にと
って不足する場合、あるいは、上記吸気バルブ、排気バ
ルブによる吸排気方式に替わり、本発明は、シリンダー
における最適な空気供給を得るため、スライドガイドで
ガイドされた可動磁子の可動範囲として、シリンダーか
ら飛び出させることで、シリンダー下部とシリンダー上
部の吸排気バルブとにより、排気と吸気を容易にし、最
適空気量が過不足することがないように熱機関を運転す
ることを目的としている。

【００６８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、熱機関の中に磁場を形成し、ピストンを可動磁子に
変えて、直接可動磁子が熱機関の駆動力で可動すると
き、磁場を形成した励磁発電コイルから、励磁発電コイ
ルから発電電力を得るプランジャ発電装置を構成したも
のである。

【００６９】上記目的を達成するために、熱機関のピス
トン（可動子）に連結した可動磁子が熱機関の駆動力で
可動するとき、励磁発電コイルにより形成された磁場の
中を可動することにより、励磁発電コイルから発電電力
を得るリニア発電装置を構成したものである。

【００７０】上記目的を達成するために、熱機関のピス
トン（可動子）に連結され、励磁されたスプリングコイ
ルが熱機関の駆動力で可動するとき、励磁発電コイルに
より形成された磁場の中を可動するとき、励磁発電コイ
ルからとスプリングコイルとから発電電力を得るスプリ
ング発電装置を構成したものである。

【００７１】上記目的を達成するために、上記プランジ
ャ発電装置、上記リニア発電装置、上記スプリング発電
装置を組み合わせて、熱機関の駆動力を直接発電するよ
うに構成したものである。

【００７２】上記目的を達成するために、点火プラグで
点火する熱機関にあっては、渦電流プレートを加熱さ
せ、加熱された該渦電流プレートにより、燃料に点火す
る渦電流点火装置を構成したものである。

【００７３】上記目的を達成するために、点火プラグで
点火する熱機関にあっては、シリンダー中に、電極を形
成し、高周波を印加して、電極間に高周波を発生させ、
その電磁エネルギーか、電極間に放電する放電エネルギ
ーにより、燃料に点火する高周波点火装置を構成したも
のである。

【００７４】上記目的を達成するために、上記高周波点
火装置、上記渦電流点火装置を、ディーゼル機関の補助
点火装置として利用して、点火を助けるようにしたもの
である。

【００７５】上記目的を達成するために、上記熱機関に
よる発電装置から得られる電力が電力貯蔵装置に供給さ
れるように、過渡定数の異なる電力貯蔵装置を複数備
え、該熱機関による発電装置から得られる電力を蓄える
ようにしたものである。

【００７６】上記目的を達成するために、上記熱機関に
よる発電装置から得られる電力が低下して、上記電力貯
蔵装置に供給されない場合は、昇圧装置を介して、上記
電力貯蔵装置に供給されるように昇圧装置を備えたもの
である。

【００７７】上記目的を達成するために、上記複数の電
力貯蔵装置から、負荷特性に応じた負荷に電力を供給す
るように、ロードコントローラーを介して、負荷が必要
とするとき、複数の負荷に電力を供給するようにしたも
のである。

【００７８】上記目的を達成するために、負荷のエネル
ギーが逆流しないように、上記ロードコントローラー
で、逆流を阻止するようににしたものである。

【００７９】上記目的を達成するために、熱機関の圧縮
ストロークに必要なパワーを可動子に連結したバネ機構
により得るようにしたものである。

【００８０】なお、圧縮ストロークに必要なパワーが得
られない場合は、励磁・発電コイル、スプリングコイル
を励磁することで必要なパワーを可動磁子に与えるよう
にしたものである。

【００８１】上記目的を達成するために、熱機関から駆
動力を得る可動磁子の可動ストローク長が、励磁コイル
長を可変する長さタップ切換器により、磁場の影響範囲
を変化させることによる方法と、可動磁子の可動範囲の
磁場の強度を変化させるため、巻数を可変させる巻数タ
ップ切換器により、熱機関の熱エネルギーの吸収速度を
可変させる方法、スプリング底部を可動させることで可
動磁子の可動長を変える方法と、上記全ての方法を組み
合わせる方法により、変わるようにしたものである。

【００８２】上記目的を達成するために、シリンダーに
燃料を供給するインジェクターを制御する燃料制御装
置、吸気バルブ、排気バルブを制御することにより吸排
気量を制御する吸排気バブル制御装置、可動磁子に対す
る励磁範囲、磁場の強度を制御する励磁制御装置、該励
磁制御装置の制御により、可動磁子をシリンダー外方に
まで可動させて、吸排気バルブと連動させて、必要な吸
排気量を確保制御する吸排気制御装置と昇圧装置、蓄積
エネルギー制御装置、ロードコントローラとを連動させ
ることにより、熱機関の熱エネルギー変換効率、回生エ
ネルギー変換効率、エネルギー蓄積効率の向上を図った
ものである。なお、励磁制御装置は、巻数タップ切換
器、長さタップ切換器、励磁電流量を制御する装置であ
る。

【００８３】熱機関の最終ストローク部において、ボト
ミングサイクルとしての酸素リッチ化装置を作動させる
か、上記エネルギー蓄積装置から必要な電力を得て酸素
高濃度化装置を作動させるかして、該酸素高濃度化装置
により、吸気サイクルに高濃度酸素を供給するようにし
たものである。

【００８４】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例にもと
づき、図面を参照して説明する。図１は、励磁発電コイ
ル６により励磁し、熱機関のシリンダー５４中に磁場を
発生させ、渦電流点火方式の熱機関の駆動力で可動磁子
４を可動させて発電するプランジャ発電装置１の分解図
である。さらに、該可動磁子３がシリンダー５４外に出
て、励磁発電コイル６中を可動させることにより発電す
るリニア発電装置２、該可動磁子４に連結するスプリン
グ発電装置３の構成分解図でもある。だたし、図１の熱
機関としての作動は、図２で説明するので、図１中で
は、関係構成を省略している。

【００８５】該リニア発電装置２と該スプリング発電装
置３は、可動側の該可動磁子４と固定サイドの鉄心と励
磁発電コイル６で構成される。

【００８６】なお、以下において、該リニア発電装置２
と該スプリング発電装置３としての鉄心は省略してもよ
い。

【００８７】さらに、以下において、タップ切換器９を
持つプランジャ発電装置１を表わしているが、該リニア
発電装置２と該スプリング発電装置３の励磁発電コイル
６に適用してもよい。

【００８８】該プランジャ発電装置１と該リニア発電装
置２において、エネルギー蓄積装置７３から得た電力を
リード線６８により供給し、電力制御装置７５、７６で
励磁制御して、励磁発電コイル６を励磁し、熱機関の駆
動力で可動磁子４を可動させて、励磁発電コイル６から
発電電力を得て、該発電電力で発生するサージは、サー
ジ吸収装置６０に吸収させた後、該リニア発電装置２と
該スプリング発電装置３からの電力は、電力制御装置７
５、７６で負荷制御されて、エネルギー蓄積装置７３
か、負荷６９に供給されものである。

【００８９】該スプリング発電装置３において、エネル
ギー蓄積装置７３から得た電力をリード線６８により供
給し、電力制御装置７７で励磁制御して、熱機関の駆動
力で可動磁子３を可動させることに伴いスプリング中に
配線されたスプリングコイル７と励磁発電コイル６を励
磁し、励磁発電コイル６とスプリングコイル７から発電
電力を得て、該発電電力で発生するサージは、サージ吸
収装置６０に吸収させた後、該スプリング発電装置３か
らの電力は、電力制御装置７７で負荷制御されて、エネ
ルギー蓄積制御装置７３か、負荷６９に供給されるもの
である。

【００９０】なお、発電装置の耐圧とサージ発生頻度と
大きさにより、サージ吸収装置６０は省略する場合があ
る。

【００９１】なお、ここでも、以下においても、可動磁
子４が可動するためのスプリングのパワーが不足する場
合、スプリングがない場合は、励磁発電コイル６とスプ
リングコイルの励磁パワーで補足する。また、図１の構
成では、プランジャ発電用の励磁発電コイル６か、スプ
リングコイルか、両者の同時励磁かによる。

【００９２】その場合、リニア用の励磁発電コイル６の
励磁を停止しないと制動力が作動するため、停止しなく
てはいけない。

【００９３】さらに、図１の構成では、リニア用の励磁
発電コイル６は吸排気口１８まで可動磁子４の頭部が可
動しない場合、または、可動速度が不足する場合は、励
磁して、可動力を与えるものである。

【００９４】図１中のスプリングはバネ機構の一つであ
り、これに限定されるものではないが、発電機能とスプ
リング機能の両者を要求する場合は、スプリングコイル
内蔵のバネ機構となる。

【００９５】高周波コイル５を構成する渦電流点火装置
２７については、図４で詳述するので省略する。

【００９６】電力制御装置７５、７６、７７について
は、図５で詳述するので省略する。

【００９７】図１では、示していないが、シリンダー５
４外部直下の吸排気口１８に吸排気バルブ１９を取り付
けることを制限するものではない。

【００９８】上記スプリング発電装置と上記リニア発電
装置における励磁発電コイルが図１では、共用している
が、独立に設置してもよい。なお、その場合は、サージ
吸収装置と電力制御装置を独立して設置する必要があ
る。

【００９９】冷却管１０は、熱機関の冷却と励磁発電コ
イルの冷却をするために、設置されたものである。

【０１００】図１では、タップ切換器９は、プランジャ
発電装置しか示していないが、各発電装置の励磁発電コ
イルに利用される。タップ切換器９は、励磁制御装置７
０の制御により、タップ切り替えを行うものである。

【０１０１】そのタップの構成は、長て方向の長さタッ
プ方式と層状した巻線の層毎にタップを出し、そのタッ
プを切り替える層巻数タップ方式、巻密度を長さ方向で
変える巻密度タップ方式、層巻数タップ方式と巻密度タ
ップ方式の組み合わせた方式など、励磁磁場の範囲と強
度を、電磁力と熱機関の駆動力を勘案して、適当な方式
を選定する。

【０１０２】図１が、酸素高濃度化装置２０を組み込ん
だ発電装置となっているが、必須の装置ではない。酸素
高濃度化装置２０に替えて、従来熱機関で実施されてい
る吸気システムを採用することを制限するものではな
い。

【０１０３】上記可動磁子３３は、自身は可動スライド
３２と、シリンダー５４内はスライドライナー３３と、
シリンダー５４外では、固定スライドガイドと間でスム
ースな可動を行うようにしたものである。なお、図１お
よび以下の図においても、本発明の主目的ではないの
で、省略することもあるが、不要ということを意味する
ものではない。

【０１０４】図２は、図１の熱機関作動を示す構成図で
ある。渦電流点火方式の熱機関の点火方法は、以下の通
りである。エネルギー蓄積装置７３から得た電力で高周
波を発生させ、高周波コイル５に供給し、スプリングの
パワーで可動磁子４を上死点まで可動させ、上死点の近
傍で、渦電流プレート８への渦電流発生のマッチング制
御を行い、渦電流プレートを加熱して、渦電流プレート
の残留温度と加熱温度特性、吸気温度、燃料温度、吸気
湿度を勘案して、燃料インジェクター５３から供給され
る燃料が、シリンダー５４で、渦電流点火装置２７によ
り点火され、熱機関のパワーストロークを得る。

【０１０５】可動磁子４がシリンダー５４の外方に位置
したとき、酸素高濃度装置２０で必要な圧力を持った高
濃度酸素をシリンダー５４に供給し、可動磁子４はスプ
リングパワーで上死点まで戻り、渦電流点火装置２７で
点火され、熱機関のパワーストロークを得る。

【０１０６】なお、上死点と下死点において、可動磁子
４のストッパーを省略しているが、必要な機構である。

【０１０７】酸素高濃度装置２０は、例えば、大気中の
空気から窒素と酸素を分離フィルターで圧力分離するこ
とで、酸素を高濃度化する装置であり、高濃度化した酸
素を貯蔵するタンクを備え、該タンクから、吸気管４７
を通じて、シリンダー５４に空気が供給される。

【０１０８】上記高濃度酸素タンク圧で空気供給圧力が
不足する場合は、または、排気に必要な圧力得る場合に
は、圧力供発生装置も必要により備え、酸素高濃度装置
２０の高濃度酸素タンクから吸排気バルブ１９を開放し
て、シリンダー５４に空気が供給される。

【０１０９】上記酸素高濃度装置２０は、高濃度化した
高濃度酸素の空気の酸素濃度、供給圧力情報を、必要な
制御装置に与える。

【０１１０】吸排気制御装置４５は、吸排気バルブ１９
の開閉時間、開閉時期、開閉の大きさを制御するもので
ある。吸排気制御装置４５の制御は、酸素高濃度化装置
２０から供給空気の酸素濃度、供給圧力情報と、可動磁
子４の可動のタイミングと速度を制御する励磁制御装置
の励磁制御情報とリンクして、制御するものである。

【０１１１】図３は、従来の熱機関に、可動磁子４を作
動させて発電する例を示すものである。図１と２では、
シリンダー５４の外方から空気を吸排気するため、シリ
ンダー５４の外方まで可動磁子４の可動範囲が及んだ
が、図３では、従来の熱機関と同様な一に吸気バルブ５
１と排気バルブ５２で吸排気を行う例であり、その他は
図１と２と同じであることから、省略する。

【０１１２】図４では、図３の熱機関系の構成を説明す
る図である。酸素高濃度化装置２０を吸気管４７を通じ
て、吸気バルブ５１に連絡して、シリンダー５４に空気
が供給される。吸気バルブ５１と排気バルブ５２は、吸
排気バルブ制御装置４６で制御され、制御の仕方は、吸
排気制御装置４５と同様であるので省略する。その他
は、図２と同じなので省略する。

【０１１３】図４に示す渦電流点火装置２７は、高周波
コイル５と渦電流制御装置で構成される。

【０１１４】渦電流プレート８は、渦電流加熱が極めて
短時間に容易になされる素材で構成される。また、渦電
流で加熱される部分は渦電流プレート８の表皮部であ
り、円筒ドーナツ状に加熱されることから、複数箇所に
設けることで、加熱範囲を広範にすることが望ましい
が、シリンダー５４の頭部面積が限られていることか
ら、自ずからその箇所数は限定される。したがって、渦
電流プレート８の素材は表皮部だけで、その他は、可動
磁子４の機能素材で構成してもよい。

【０１１５】高周波コイル５は、シリンダー５４に取り
付けられ、取り付け位置は、図１では、シリンダー５４
の頭部トップと側部の二箇所としている。ただし、高周
波コイル５は、二箇所のいずれか、一箇所でもよい。

【０１１６】渦電流制御装置２８は、燃料制御装置とリ
ンクして供給燃料量情報、吸排気制御装置（吸排気バル
ブ制御装置）とリンクして供給空気量と空気の性質情報
と、渦電流プレートの温度などの状況を勘案して、渦電
流の大きさを決定して、渦電流プレートとのマッチング
を取り、高周波電流を制御励磁する装置である。なお、
図４で渦電流制御装置２８を構成する渦電流点火装置２
７について記述する。

【０１１７】ただし、図１と２では、記述しなかった渦
電流点火装置２７の構成を示している。渦電流点火装置
２７は、高周波コイル５と渦電流制御装置２８で構成さ
れ、その電力は、エネルギー蓄積制御装置７３から供給
される。

【０１１８】図５は、図１から４まで、スプリング発電
装置を熱機関に組み込んだ発電装置となっていたが、ス
プリング発電装置を含まない例を示す。図５では、スプ
リングコイル７を省略し、単なるスプリング１７に替え
た装置構成を示している。また、可動磁子４を２個とし
て、リニア発電装置とプランジャ発電装置にて可動させ
て、発電する構成を示している。

【０１１９】発電の仕方と熱機関の作動の仕方は、上記
の図１から４まで説明したことと同様であるので省略す
る。

【０１２０】電力制御装置７１は、励磁制御装置７０、
負荷開閉器６１、負荷抵抗６７、昇圧装置６３で構成さ
れる。

【０１２１】励磁制御装置７０は、励磁発電コイルとス
プリングコイルへの励磁制御することで、燃料制御装置
４４、吸排気制御装置４５、吸排気バルブ制御装置４
６、酸素高濃度化装置２０から必要な情報を得て、可動
磁子４の駆動制御する装置である。

【０１２２】また励磁制御装置７０は、回生電力がエネ
ルギー蓄積装置６５で蓄積できずにオーバーフローしそ
うな場合、抵抗負荷６７では不足する場合に、励磁発電
コイルとスプリングコイルへの励磁制御することで、熱
機関を圧縮ストローク負荷として、励磁損失として、エ
ネルギー消費させるために利用する。

【０１２３】負荷６９とエネルギー蓄積装置６５から、
不要時に、発電装置に電力が供給されることを避けるた
め、負荷開閉器６１を開放し、発電装置を励磁すると
き、閉路する。

【０１２４】昇圧装置６３は、負荷６９とエネルギー蓄
積装置６５の逆起電力が高くなり、発電装置からの発電
電力が供給できない場合に、昇圧機能を作動させ、該逆
起電力を上回るように昇圧するものである。また、昇圧
装置６３は、エネルギー蓄積装置６５の逆起電力が励磁
発電コイル６の逆起電力より低い場合に昇圧され、発電
コイル６に電力を供給する。

【０１２５】エネルギー蓄積制御装置７３は、エネルギ
ー変換器６４、エネルギー蓄積装置６５、電力変換器６
６、負荷開閉器６１、昇圧装置６２で構成される。

【０１２６】昇圧装置６２は、エネルギー蓄積装置６５
の逆起電力が負荷６９の逆起電力より低い場合に昇圧し
て、負荷６９に電力を供給する。

【０１２７】図６では、二個の可動磁子４のうちの、図
５のリニア発電装置の可動磁子４を永久磁石（ＰＭ）可
動磁子１１とし、スプリング発電装置３とプランジャ発
電装置１を組み合わせた図である。永久磁石（ＰＭ）可
動磁子１１の永久磁石の配列を円筒を二分割して、一方
をＮ極、他方をＳ極とし、励磁発電コイルも、円筒上表
面で二分割して、放射方向に巻方向とするか、九十九折
に配置して、それぞれ二つの励磁発電コイルから逆極性
の電力を得るので、クロス結合して、発電電力を得るも
のである。その他は、上記仕方で発電されることから、
省略する。

【０１２８】なお、上記の例を除き、特に規定しない限
り、励磁発電コイル６は円筒方向に巻方向を持つものと
する。

【０１２９】図７は、図６の永久磁石（ＰＭ）可動磁子
１１の永久磁石の配列を円筒長て方向に配置したもの
で、永久磁石のピッチに励磁発電コイル６を配置したも
のである。その他は、上記仕方で発電されることから、
省略する。

【０１３０】図８は、従来のガソリン機関の点火プラグ
による点火方式と二個の可動磁子４による発電の例を示
している。リニア発電装置の可動磁子４として電磁コイ
ル可動磁子１２に替えた構成である。

【０１３１】点火プラグによる点火方法は、上記渦電流
点火装置と同様に、点火プラグ制御装置２９が他の上記
制御装置に情報を与え、また、から情報を得て、最適な
時期に点火する方法である。

【０１３２】電磁コイル可動磁子１２は、図８では表示
していないが、電力制御装置を介して、エネルギー蓄積
装置６５から供給される。電磁コイル可動磁子１２は、
鉄心、または、空心で構成される。特に、熱機関の熱に
より、可動磁子４に磁性が誘導されない場合と磁気飽和
を考慮して、空心とすることも発電が停止しない手段と
しての一つの方法である。

【０１３３】図１から図７では、バネ機構の位置が固定
されているが、図８に示すように、必要により、バネ機
構の位置を可変にするものである。バネ機構移動装置３
５とバネ機構台座３６により、バネ機構の底部位置をず
らせて、可動磁子４の可動ストロークを可変とするもの
である。高速度に可動磁子４を可動させる場合には、可
動ストロークを短く、低速で大きな電流を得るために
は、可動ストロークを長く、するように制御すればよ
い。なお、これは、以前、以降の図においても、適用さ
れる。その他は、上記仕方で発電されることから、省略
する。

【０１３４】図９では、図５の発電方式と同一であるが
点火方式とバネ機構が異なる。シリンダー５４に組み込
んだ高周波電極９０と可動磁子４の頭部に設けた高周波
電極９０間に、高周波発生装置９２から高周波電圧を印
加することにより、渦電流点火方式と点火プラグ点火方
式に替わる高周波電極点火方式により、シリンダー５４
の燃料を点火するものである。バネ機構として、空気バ
ネを利用した場合は、上記発電装置で発電した残余のエ
ネルギーで圧縮空気を発生して、酸素高濃度化装置２０
に送風し、酸素高濃度化した酸素は、高濃度化酸素タン
ク８０で蓄積して、必要に応じて、吸気ポートに供給さ
れる。

【０１３５】上記渦電流点火方式と高周波電極点火方式
は、ディーゼル機関にも適用し、燃料の点火を促進する
ための補助手段としても利用されることを制限するもの
ではない。その他は、上記仕方で発電されることから、
省略する。

【０１３６】可動磁子４の頭部の高周波電極９０は絶縁
リング９１で絶縁されている図が示されているが、シリ
ンダー側でもよく、いずれかが絶縁されていなくてはい
けないが、両者が絶縁されていてもよい。

【０１３７】高周波発生装置９２は、エネルギー蓄積装
置６５から電力が供給される。

【０１３８】図１０は、上記三つの発電装置２１（プラ
ンジャ発電装置１、リニア発電装置２、スプリング発電
装置３）から得た発電電力は、逆起電力のため、発電電
力がそのままでは供給されない場合は、昇圧装置６３に
より昇圧して、供給できる場合は、そのまま直接エネル
ギー蓄積制御装置７３に送電される。

【０１３９】エネルギー蓄積制御装置７３では、エネル
ギー蓄積が可能なエネルギー蓄積装置６５（Ｃａ、Ｃ
ｂ、Ｃｃ）の逆起電力と過渡定数の特性から、適当なエ
ネルギー蓄積装置６５を選定制御する機能を持つもので
ある。なお、エネルギー蓄積装置６５（Ｃａ、Ｃｂ、Ｃ
ｃ）の三台を示したが、この台数に制限はない。

【０１４０】熱機関からのパワー供給が短時間にして、
間欠型であるので、平滑回路をエネルギー蓄積制御装置
７３を組み込み、平滑して、過渡定数の異なるものを複
数配置したエネルギー蓄積装置６５に電力供給するもの
である。

【０１４１】なお、上記で過渡定数の異なるものと記述
しているが、本来的に過渡定数がことなるものと、蓄積
エネルギーに上乗せして蓄積される場合には本来的に過
渡定数が同一であっても、過渡定数は異なることから、
両者を意味するものとして記述している。

【０１４２】負荷６９の構成は、最終負荷２４、すなわ
ち、主目的負荷と主目的負荷に付帯する付帯負荷２５に
区分して、重要度に応じて、また、逆起電力、過渡定数
を考慮して、ロードコントローラ２３により、負荷制御
して、負荷に供給する。逆起電力が大きい場合で、負荷
に電力が必要量供給されないときは、昇圧装置６３で昇
圧して、供給する。

【０１４３】図１１は本発明の発電装置を四サイクル機
関に適用した場合の例である。本発明の発電装置は、渦
電流点火方式で熱機関を点火して、プランジャ発電装置
１、リニア発電装置２、スプリング発電装置３の三つを
組み合わせた発電方式により発電する例である。吸入ス
トロークの例を図１１（Ａ）に、圧縮ストロークの例を
図１１（Ｂ）に、パワーストロークの例を図１１（Ｃ）
に、排気ストロークの例を図１１（Ｄ）に示す。

【０１４４】図１２は従来の四サイクル機関の例であ
る。吸入ストロークの例を図１２（Ａ）に、圧縮ストロ
ークの例を図１２（Ｂ）に、パワーストロークの例を図
１２（Ｃ）に、排気ストロークの例を図１２（Ｄ）に示
す。従来の四サイクル機関は、吸気バルブ５１、排気バ
ルブ５２、シリンダー５４、点火プラグ５５、ピストン
５６、コネクティングロッド５７、クランク５８、クラ
ンクシャフト５９で構成され、円運動してパワートレイ
ンを介して、負荷にエネルギーが伝達される。

【０１４５】図１３は本発明の発電装置を四サイクル機
関に適用した場合の例である。本発明の発電装置は、従
来の点火プラグ方式により点火する熱機関の駆動力を得
て、プランジャ発電装置１、リニア発電装置２の二つを
組み合わせた発電方式により発電するの例である。スプ
リングは圧縮ストロークのパワーとして供給される。吸
入ストロークの例を図１３（Ａ）に、圧縮ストロークの
例を図１３（Ｂ）に、パワーストロークの例を図１３
（Ｃ）に、排気ストロークの例を図１３（Ｄ）に示す。

【０１４６】図１４は、シリンダーが一つで、二つの発
電駆動力を得て、渦電流点火方式により熱機関を点火さ
せて、その駆動力により、可動磁子４を可動させて、プ
ランジャ発電装置１、リニア発電装置２、スプリング発
電装置３の三つの発電装置から発電電力を得る装置を示
す。ただし、リニア発電装置２、スプリング発電装置３
の励磁発電コイルを省略している。

【０１４７】図１５は、熱機関の駆動力を得る可動子１
３に連結した可動磁子４を可動させて、励磁発電コイル
６から発電する方式を示している。

【０１４８】図１６は、図１５の励磁発電コイル６の長
さが異なるが、その他は同一で、熱機関の駆動力を得る
可動子１３に連結した可動磁子４を可動させて、励磁発
電コイル６から発電する方式を示している。

【０１４９】図１７は、熱機関の駆動力を得る可動子１
３に連結した可動磁子４をソレノイド励磁発電コイル６
中を可動させて、励磁発電コイル６から発電する方式を
示している。

【０１５０】図１８も、励磁発電コイル６の構成が二巻
線構成としている点が図１７と異なるが、磁場の構成が
異なるだけで、発電の原理は同様である。熱機関の駆動
力を得る可動子１３に連結した可動磁子４をソレノイド
励磁発電コイル６中を可動させて、励磁発電コイル６か
ら発電する方式を示している。

【０１５１】図１９は、熱機関の駆動力を得る可動子１
３に連結した電磁コイル可動磁子１２をソレノイド励磁
発電コイル６中を可動させて、励磁発電コイル６から発
電する方式を示している。

【０１５２】上記した例は限られた例であり、可動子１
３と連結した可動磁子４とリニアモータの組み合わせ
は、上記の例に制限されるものではない。

【０１５３】上記例は、熱エネルギーを機械エネルギー
変換するとき、リニアに可動する可動子及び可動磁子に
対して、全て適用されるので、熱機関からほぼ直接発電
する発電装置と考えることができる。

【０１５４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。熱
機関から直接的に、熱エネルギーを電気エネルギーに変
換する発電装置であることから、ギブスの自由エネルギ
ーを電気エネルギー仕事として得られるので、従来の熱
機関に比べて、エネルギー変換効率が高くできる。

【０１５５】熱パワーと機械負荷のバランスが均衡しな
い場合、すなわち、シリンダー内の圧力変動に機械負荷
が追随できない場合であるから、そのような場合が起こ
ると、ノッキング、異常振動、異常騒音が発生する訳で
ある。本発明では、機械負荷としては、可動磁子程度で
あり、目的とする機械負荷とは、機械的に連結されてい
ないので、機械負荷の負荷慣性のため、熱パワーに追随
できないということがほとんど発生することがない。

【０１５６】機械負荷と熱機関が機械的に結合していな
いので、アイドリングをする必要がないため、不要なエ
ネルギー損失が発生させることがない。

【０１５７】起動停止の繰り返しに対して、熱機関の可
動子であるピストンから機械負荷にパワーを伝達するパ
ワートレインの慣性質量の加速パワー損失がないので、
熱パワーがあまり損失することなく、電気パワーに変換
できる。

【０１５８】起動停止の繰り返しに対して、熱機関の可
動子であるピストンから機械負荷にパワーを伝達するパ
ワートレインの慣性質量の加速パワー損失がないので、
そのエネルギー損失が生じない。

【０１５９】熱機関の可動子であるピストンから機械負
荷までが、機械的に連結していないことから、機械負荷
の持つエネルギーが熱機関に逆流することがないので、
機械負荷に与えたエネルギーを自損することがない。

【０１６０】熱機関で発生した熱最大圧力と励磁による
吸引最大圧力点を同一とすることで、最大の発電パワー
を引き出すことができる。

【０１６１】熱機関で発生した熱圧力のストロークに対
する変化曲線とほぼ同一の吸引電磁力の変化曲線が発生
できるように励磁するとき、最大のエネルギー変換効率
が得られる。

【０１６２】したがって、エネルギー変換効率を重視す
るときは、所要機械負荷パワーに対して、所要の燃料と
空気の供給制御、可動磁子の可動範囲であるパワースト
ロークの範囲を設定することにより、所要機械負荷に対
する最大のエネルギー変換効率が得られるので、部分負
荷効率という概念が、本発明にはない。

【０１６３】常に、最適エネルギー変換効率を維持でき
るように、運転することができる。

【０１６４】所要機械負荷に応じて、複数のシリンダー
のうち必要数のシリンダーを休止させ、また、駆動させ
ることにより、可能な限り、各シリンダー最大効率運転
を行わせるとともに、全体の総合効率向上のための運転
も可能となる。

【０１６５】点火装置がプラグ点火のようにスポット点
火でなく、シリンダー内において、面点火、あるいは、
面点火促進効果が期待できることから、燃焼速度を向上
させ、エネルギー変換効率の向上が可能である。

【０１６６】シリンダー内の熱パワーを最大受容する直
接的な電気パワー変換であることから、熱パワーと電力
パワーの受給バランスが崩れないように、適量の燃料と
空気を供給し、可動磁子の励磁を制御すれば、シリンダ
ー内に滞留するエネルギーにより、シリンダー内の空気
を異常に加熱させることがなく、また、シリンダー内の
空気温度を予測できることから、ＮＯｘの発生を抑制し
た運転が可能である。

【０１６７】従来の熱機関では、機械負荷の負荷反作用
が高くなると、高温の熱エネルギーが排気されることに
なるため、エネルギー変換効率が低下する。本発明で
は、機械的に熱機関と機械負荷が連結されていないの
で、機械負荷の負荷反作用が高くなった場合は、負荷反
作用の低い負荷にエネルギーを分配するか、昇圧装置で
昇圧して、機械負荷に供給するか、または、エネルギー
蓄積装置に供給するので、徹底したエネルギー変換が実
施できる。したがって、従来の排気エネルギーに比べ
て、低い排気となるばかりでなく、極めて高いエネルギ
ー変換効率が可能となる。

【０１６８】熱機関の熱パワーは、パルス的であること
から、発電特性が異なる複数の発電装置が必要とされ
る。その要請に応えるために、複数の発電装置をシリー
ズに繋げ、発電特性が異なる複数の発電装置と平滑回路
を結合して、効率良く発電させられるので、発電効率が
高くできる。本発明の熱機関に適用した高周波電極点火
方式と渦電流点火方式は、従来の火花点火方式にも適用
できる。また、圧縮熱機関にも、点火支援装置として効
果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱機関の駆動力により、発電するプランジャ発
電装置、リニア発電装置、スプリング発電装置の構成と
構造図である。

【図２】図１の熱機関の吸排気系、燃料供給系を詳細に
説明する構造図である。

【図３】熱機関の吸排気系を従来方式とし、その他を本
発明とする熱機関の駆動力により、発電するプランジャ
発電装置、リニア発電装置、スプリング発電装置の構成
と構造図である。

【図４】図３の熱機関の吸排気系、燃料供給系と渦電流
点火装置の構成をを詳細に説明する構造図である。

【図５】熱機関の駆動力により、二個の可動磁子によ
り、発電するプランジャ発電装置、リニア発電装置、ス
プリング発電装置の構成と構造図である。

【図６】熱機関の駆動力により、円筒方向に二分する永
久磁石の可動磁子により、発電するプランジャ発電装
置、リニア発電装置、スプリング発電装置の構成と構造
図である。

【図７】熱機関の駆動力により、円筒方向に配置する永
久磁石の可動磁子により、発電するプランジャ発電装
置、リニア発電装置、スプリング発電装置の構成と構造
図である。

【図８】従来の点火プラグ方式により点火し、その他を
本発明とする熱機関の駆動力により、発電するプランジ
ャ発電装置、リニア発電装置の構成と構造図である。

【図９】高周波電極点火方式による点火により、その他
を本発明とする熱機関の駆動力により、発電するプラン
ジャ発電装置、リニア発電装置の構成と構造図である。
の構造分解図である。

【図１０】本発明の発電装置とエネルギー蓄積装置とロ
ードコントローラーの構成を示すの図である。

【図１１】本発明を四サイクル機関に適用した場合の構
成分解図である。

【図１２】従来の四サイクル機関の構成分解図である。

【図１３】点火ブラ具点火方式と本発明の発電装置の四
サイクル機関に適用した場合の構成分解図である。

【図１４】本発明の発電装置を複堂動熱機関に適用した
場合の構造分解図である。

【図１５】熱機関の可動子に連結した可動磁子による発
電装置の構造分解図である。

【図１６】熱機関の可動子に連結した可動磁子による発
電装置の構造分解図である。

【図１７】熱機関の可動子に連結した可動磁子によるソ
レノイド発電装置の構造分解図である。

【図１８】熱機関の可動子に連結した可動磁子によるソ
レノイド発電装置の構造分解図である。

【図１９】熱機関の可動子に連結した可動磁子によるリ
ニア発電装置の構造分解図である。

【符号の説明】 １ プランジャ発電装置 ２ リニア発電装置 ３ スプリング発電装置 ４ 可動磁子 ５ 高周波コイル ６ 励磁発電コイル ７ スプリングコイル ８ 渦電流プレート ９ タップ切換器 １０ 冷却管 １１ 永久磁石可動磁子（ＰＭ可動磁子） １２ 電磁コイル可動磁子（ＥＭ可動磁子） １３ 可動子 １４ 鉄心 １５ 継鉄 １６ 可動磁子固定金具 １７ スプリング １８ 吸排気口 １９ 吸排気バブル ２０ 酸素高濃度化装置 ２１ 発電装置 ２２ ２３ ロードコントローラ ２４ 最終負荷 ２５ 付帯負荷 ２６ 機械付帯負荷 ２７ 渦電流点火装置 ２８ 渦電流制御装置 ２９ 点火プラグ点火制御装置 ３０ ３１ 固定スライドガイド ３２ 可動スライド ３３ スライドライナー ３４ バネ機構 ３５ バネ機構移動装置 ３６ バネ機構台座 ３７ ３８ ３９ ４３ 燃料タンク ４４ 燃料制御装置 ４５ 吸排気制御装置 ４６ 吸排気バルブ制御装置 ４７ 吸気管 ４８ 排気管 ５０ 大気 ５１ 吸気バルブ ５２ 排気バルブ ５３ 燃料インジェクター ５４ シリンダー ５５ 点火プラグ ５６ ピストン ５７ コネクティング・ロッド ５８ クランク ５９ クランクシャフト ６０ サージ吸収装置 ６１ 負荷開閉器 ６２ 昇圧装置 ６３ 昇圧装置 ６４ エネルギー変換器 ６５ エネルギー蓄積装置 ６６ 電力変換器 ６７ 負荷抵抗 ６８ リード線 ６９ 負荷 ７０ 励磁制御装置 ７１ 最終負荷 ７２ 機械付帯負荷 ７３ エネルギー蓄積制御装置 ７４ ７５ 電力制御装置 ７６ 電力制御装置 ７７ 電力制御装置 ７８ ７９ 可動蓋 ８０ 高濃度酸素タンク ８１ 吸気ポート ８２ 排気ポート ８３ ８４ ９０ 高周波電極 ９１ 絶縁リング ９２ 高周波発生装置 ９３

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱エネルギーから機械エネルギーに変換
   する熱機関の燃焼室と熱エネルギーから変換された機械
   エネルギーを受容する可動磁子において、 磁場を発生する可動磁子が燃焼室の外輪に励磁発電コイ
   ルを設け、励磁発電コイルで励磁した磁場中を可動させ
   ることにより、 励磁電力を上回る発電電力を励磁発電コイルから得るこ
   と、 あるいは、 熱エネルギーから変換された機械エネルギーを受容する
   可動子において、 該可動子を上記可動磁子に連結し、該可動磁子を励磁発
   電コイルで励磁した磁場中を可動させることにより、 励磁電力を上回る発電電力を励磁発電コイルから得るこ
   と、 さらに、上記可動子に励磁したスプリングコイルに連結
   し、または、上記可動磁子を励磁したスプリングコイル
   に替えて、励磁発電コイルで励磁した磁場中を可動させ
   ることにより、 励磁電力を上回る発電電力を励磁発電コイルから得るこ
   と、 上記全ての発電方法を組み合わせて発電し、 上記発電電力の一部を、励磁コイルの励磁用および負荷
   電源となるエネルギー蓄積装置に蓄え、該エネルギー蓄
   積装置から得た電力を負荷に供給することを特徴とする
   発電装置。
2. 【請求項２】 請求項１の励磁発電コイルにおいて、巻
   数タップ切換器、長さタップ切換器、励磁電流量を制御
   する励磁制御装置により、励磁発電コイルの磁場影響範
   囲、磁場強度を制御し、その磁場中を可動磁子を可動さ
   せることで、請求項１の発電装置の発電性能を制御とす
   ることを特徴とするエンジン発電機。
3. 【請求項３】 過渡定数が異なる、請求項１記載のエネ
   ルギー蓄積装置を複数配置して、該エネルギー蓄積装置
   の受容能力に応じて、蓄積エネルギー制御装置から、請
   求項１記載の発電電力を適当な該エネルギー蓄積装置に
   供給し、 あるいは、負荷の受容能力に応じて、負荷に直接供給
   し、 上記エネルギー蓄積装置と上記負荷の受容能力が低いと
   きは、昇圧装置により、昇圧して、上記負荷およびエネ
   ルギー蓄積装置に電力を供給することを特徴とする発電
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の熱機関に組み込んだ渦電
   流装置、高周波点火装置により、点火、または、点火を
   促進させることを特徴とする発電装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の熱機関に、可動磁子に対
   する励磁範囲、磁場の強度を制御する励磁制御装置、 大気中の酸素量と負荷の大きさに応じて、シリンダーに
   燃料を供給するインジェクターを制御する燃料制御装
   置、 吸気バルブ、排気バルブを制御することにより吸排気量
   を制御する吸排気バブル制御装置、 該励磁制御装置の制御により、可動磁子をシリンダー外
   方にまで可動させて、吸気・排気バルブと連動させて、
   必要な吸排気量を確保制御する吸排気制御装置、 上記燃料制御装置と連動制御する、大気中から酸素を抽
   出して、高濃度の酸素を得る酸素高濃度化装置、 必要により、組み合わせて組み込み、 燃料、酸素・空気量、可動磁子の可動ストロークを制御
   することにより、熱機関の熱変換効率を向上させること
   を特徴とする発電装置。