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ジャイロ型装置による方法  


世間によく知られており地球ゴマでなじみのある「ジャイロ効果」による原理を簡単に説明します。

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地球ゴマを水平にしてその軸の一端を支柱に乗せると地球ゴマは支柱を中心に回転しながらその姿勢を保ち、落下しないことが知られていますが、それは地球ゴマの軸が支柱の周りを回転することによって、地球ゴマを立ち上がらせる方向の力(トルク)が働き、地球ゴマを落下させる重力に拮抗するためです。
そのため地球ゴマの支柱回りの回転速度を上げてやると地球ゴマは立ち上がります。


A

ここまでは誰もが知っていることですが、立ち上がって垂直な姿勢になった後は、その立ち上がる運動がそこで止まると思われています。
しかし実際には立ち上がった側と反対側まで回転し、そちら側で再び立ち上がる方向のト別添1ルクが働き、元の立ち上がった側に回転します。この振動を繰り返した後に最終的に摩擦により地球ゴマが直立位になって停止します。
私はこのような運動になることを考察および実験(別添1)によって確認しました。


   

B

この実験による台の回転が地球の自転の場合であっても同じです。それは装置が北極星上に固定されている場合が最も考えやすいが赤道上に固定した場合も装置の台の上方向を地球の自転方向に一致させれば24時間で台が一回転することになる。

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実験のように地球ゴマの軸の立ち上がる方向の回転すなわち、水平軸回りの回転速度が最大になる垂直位ではその獲得された運動エネルギーの分、台が固定されている地球の自転運動速度が減少することになります。すなわち、地球ゴマ軸が獲得した水平軸回りの回転運動エネルギーは地球の自転運動エネルギーが変換されたものです。
 地球ゴマ軸が垂直位から反対側にまで回転した位置では、逆に地球ゴマ軸の水平軸回りの回転速度は減少し、その分、台の回転すなわち地球の自転速度が増加することになります。

D

そのため地球ゴマ軸が垂直位になった時点で台が地球との固定を解除されたとすれば、地球の自転より獲得された地球ゴマ軸の回転は今度は台のみを加速させることになり、地球は加速しません。すなわち、地球と同じ速度で回転していた台は相対的に地球の自転速度より速く回転することになります。つまりこの台の回転は地球の自転速度の減少によってもたらされたものであり、全体の運動エネルギーは保持されています。

E

この台の地球との相対速度よりエネルギーを取り出すには、地球(土台)に固定された発電機により台の回転から発電するだけでよく、この場合発電によって台の回転運動エネルギーは減少し速度が低下します。

F

継続的に発電するためにはこの発電機によって得られた電気エネルギーによって、地球ゴマ軸が固定されている水平軸をモーターによって回転させ、地球ゴマ軸が途中で止まらず再び最底部を越えるようにします。この場合、台の回転が発電によって減衰し、地球の自転速度まで低下させたとすると、エネルギー保存則によって最底部での立ち上がる方向の回転すなわち水平軸回りの地球ゴマ軸の回転速度は垂直位での回転速度と同じになります。
この操作により地球ゴマ軸が最底部を越えることによってふたたび立ち上がる方向のトルクが働き、地球ゴマ軸は水平軸回りに加速を続けることになるわけです。

G

このような加速現象の一例をコンピュータシュミレーション実験で確認したのが (動画1)
(動画2
です。(動画1)は発電機及びモーターを作動させていない状態であり、実験ビデオの運動が再現されています。(動画2)は発電機及びモーターを作動させた状態であり、電力を外部に回収すれば回転速度を一定にすることができます。


 
動画1
動画2
 
 

ジャイロ効果により発生するトルク及び出力計算

ジャイロ効果によるトルクは、ジャイロの回転速度が一定の場合、一般に外積ベクトルを使って

 T = H × Ω .  T:トルク、H:角運動量、Ω:地球の自転角速度 

と表され、一周で発生するエネルギーはE=HΩとなります。そのためジャイロの角運動量を大きくすれば、いくらでも発生トルクを大きくすることができ、発電量も理論上いくらでも大きくできます。

試算として 半径1m、厚さ10cmの密度10g/立方センチ のジャイロを角速度628ラジアン/秒で回転させ、コマ軸の水平軸回りの回転数を100回/秒に設定した状態での最大発生トルクは、35.8N・mであり、発生出力は7,158ワットと計算できます。

(計算の詳細はお問い合わせください)


すなわち理論上、2m程度の大きさの装置で家庭では充分な電力が供給できることが分かり、
大きな経済効果が期待できます。


 

 

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