(57)【要約】【課題】風向きがいずれの方向であったとしても風を取り込むことができるとともに、取り込んだ風を利用した効率的な発電を実現できる発電機を提供する。【解決手段】この発電機は、設置面に固定された環状部材の内周側または外周側の少なくとも一方に第１のコイルを取り付けて形成されたステータ部１００と、ステータ部１００と同心の環状部材に、通電により磁界を発生するマグネットコイルを、第１のコイルと所定の隙間を介して対向するように取り付けて形成されたロータ部２００とを備え、ロータ部２００は、ステータ部１００の中央に設けられた支柱部１１０に回転可能に支持されているとともに、外周側面から径方向外側に向かって突出するように形成された複数の羽根部２４０を有し、羽根部２４０が排出口１１ｄから排出される風を受けることで回転するようになっている。【選択図】図１
2020080617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向外側に設けられた取込口と径方向内側に設けられた排出口とを有する流路部が、周方向に沿って複数設けられている環状の集風装置と、
設置面に固定された前記集風装置の内側に配置され、前記排出口から排出される風を受けて発電する発電装置とを備え、
前記発電装置は、
前記設置面に固定された環状部材の内周側または外周側の少なくとも一方に第１のコイルを取り付けて形成されたステータ部と、
前記ステータ部と同心の環状部材に、通電により磁界を発生するマグネットコイルを、前記第１のコイルと所定の隙間を介して対向するように取り付けて形成されたロータ部とを備え、
前記ロータ部は、前記ステータ部の中央に設けられた支柱部に回転可能に支持されているとともに、外周側面から径方向外側に向かって突出するように形成された複数の羽根部を有し、前記羽根部が前記排出口から排出される風を受けることで回転するようになっていることを特徴とする発電機。
【請求項２】
前記ステータ部は、径の異なる複数の環状部材を連結させて形成されるとともに、前記第１のコイルが複数設けられ、
前記ロータ部は、径の異なる複数の環状部材を連結させて形成されるとともに、前記マグネットコイルが前記第１のコイルと対向するように複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発電機。
【請求項３】
前記流路部は、隣接する前記流路部の間を仕切る仕切り板を備え、
前記仕切り板の向きが、前記ロータ部の外周の接線方向となっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電機。
【請求項４】
前記流路部は、前記取込口から前記排出口に向かうほど流路断面積が小さくなっていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の発電機。
【請求項５】
前記羽根部は、前記ロータ部の周方向に沿って所定の間隔ごとに複数形成され、前記ロータ部の軸方向寸法である幅の中央部が、回転方向に向かって突出した湾曲形状となっていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の発電機。
【請求項６】
前記取込口には、風を受けて回転する羽根部材を有するとともに、前記羽根部材の回転を利用して気体を圧縮して送り出す圧縮装置が設けられ、
前記圧縮装置は、圧縮気体の一部を前記排出口に向かって排出するとともに、圧縮気体の一部を前記ロータ部の下面側に設けられた送風装置に送り、
前記送風装置は、圧縮気体を前記ロータ部の下面に向かって排出することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の発電機。
【請求項７】
前記ロータ部の外周側における下面に取り付けられた第１の永久磁石と、
前記第１の永久磁石と所定の隙間を介して対向するように前記設置面に設置された第２のコイルとを備え、
前記第１の永久磁石と前記第２のコイルとの協働により、前記ロータ部の回転が推進されるようになっていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の発電機。
【請求項８】
前記ロータ部における外周側の下面に、前記ロータ部の周方向に沿って所定の間隔で形成されたシャフトと、
前記シャフトに回転自在に支持され、前記設置面に設けられた環状のレールの上を移動する複数の車輪と、
前記シャフトの根元側に、前記シャフトと同心となるように形成された環状の第３のコイルと、
前記第３のコイルの径方向外側に、前記第３のコイルと所定の隙間を介して対向するように、前記車輪に取り付けられた第２の永久磁石とを備え、
前記第２の永久磁石と前記第３のコイルとの協働により前記車輪が回転し、前記ロータ部の回転が推進されることを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に対する意識の高まりから、風力発電装置が注目を集めている。小型の風力発電装置は、風の吹く場所であれば、基本的にどこにでも設置することができる。風力発電装置は、電力需要の多いビル等の建物において、共有部分の照明等の付帯設備に電力を供給する役割や、停電等の際に補完的に電力を供給する役割を担う設備として設置され、活用されることが期待されている。風力発電装置は、例えば、ビル等の建物の周囲や屋上等に設置される。このような風力発電装置に用いられる装置の一例として、特許文献１には集風型風車が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示された集風型風車は、前方風胴体と、風車が内部に設置されている中間風胴体と、後方風胴体とから一体的に構成されている。前方風胴体は、風流入口を有し、かつその横断面積が風流入口から中間風胴体との接続部分までの間で縮小するように構成されており、中間風胴体は、前方風胴体の縮小した横断面積が、後方風胴体との接続部分までの間で拡大するか、または同じ横断面積を保持するように構成されている。そして、後方風胴体は、風流出口を有し、かつその横断面積が中間風胴体との接続部分から風流出口までの間で拡大するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の集風型風車は、風を集めて風車が回転するように構成されているものであるが、特定の方向から吹く風でなければ、風車が回転しないようになっている。このため、風向きによっては風車の回転速度が低くなり、風車を効率的に回転させることができないという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、風向きがいずれの方向であったとしても風を取り込むことができるとともに、取り込んだ風を利用した効率的な発電を実現可能な発電機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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明に係る発電機は、
径方向外側に設けられた取込口と径方向内側に設けられた排出口とを有する流路部が、周方向に沿って複数設けられている環状の集風装置と、
設置面に固定された前記集風装置の内側に配置され、前記排出口から排出される風を受けて発電する発電装置とを備え、
前記発電装置は、
前記設置面に固定された環状部材の内周側または外周側の少なくとも一方に第１のコイルを取り付けて形成されたステータ部と、
前記ステータ部と同心の環状部材に、通電により磁界を発生するマグネットコイルを、前記第１のコイルと所定の隙間を介して対向するように取り付けて形成されたロータ部とを備え、
前記ロータ部は、前記ステータ部の中央に設けられた支柱部に回転可能に支持されているとともに、外周側面から径方向外側に向かって突出するように形成された複数の羽根部を有し、前記羽根部が前記排出口から排出される風を受けることで回転するようになっていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、周方向に沿って流路部が複数設けられた集風装置と、前記流路部から排出された風を受けて発電する発電装置とを備え、前記発電装置は、設置面に固定されたステータ部と、前記ステータ部に回転可能に支持されたロータ部とを有し、前記ロータ部に設けられた羽根部が、前記流路部から排出された風を受けることで前記ロータ部が回転し、発電するようになっている。このため、風向きがいずれの方向であったとしても風を取り込んで前記ロータ部を回転させ、効率的な発電を実現することができる。
【０００９】
また、本発明に係る発電機の前記構成において、前記ステータ部は、径の異なる複数の環状部材を連結させて形成されるとともに、前記第１コイルが複数設けられ、前記ロータ部は、径の異なる複数の環状部材を連結させて形成されるとともに、前記マグネットコイルが前記第１コイルと対向するように複数設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、複数の第１コイルと複数のマグネットコイルとが設けられているため、発電効率をより上昇させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る発電機の前記構成において、前記流路部は、隣接する前記流路部の間を仕切る仕切り板を備え、前記仕切り板の向きが、前記ロータ部の外周の接線方向となっていることを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、仕切り板の向きが、前記ロータ部の外周の接線方向となっているため、集めた風を最も効率的に前記ロータ部の回転に利用することができる。これにより、風が微風の場合であっても前記ロータ部を回転させ、発電することができる。
【００１３】
また、本発明に係る発電機の前記構成において、前記流路部は、前記取込口から前記排出口に向かうほど流路断面積が小さくなっていることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、前記取込口から前記排出口に向かうほど前記流路部の流路断面積が小さくなっているため、取り込んだ風の流速を上げたうえで前記排出口から排出できる。これにより、前記ロータ部の回転速度を上げ、発電効率を上昇させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る発電機の前記構成において、前記羽根部は、前記ロータ部の周方向に沿って所定の間隔ごとに複数形成され、前記ロータ部の軸方向寸法である幅の中央部が、回転方向に向かって突出した湾曲形状となっていることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、前記羽根部の中央が回転方向に向かって突出した湾曲形状となっていることで、前記羽根部に当たった風が幅方向に逃げるのが阻止される。このため、風がより効率的に前記ロータ部の回転に利用され、前記ロータ部がより高速で回転する。これにより、発電効率をさらに上昇させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る発電機の前記構成において、前記取込口には、風を受けて回転する羽根部材を有するとともに、前記羽根部材の回転を利用して気体を圧縮して送り出す圧縮装置が設けられ、前記圧縮装置は、圧縮気体の一部を前記排出口に向かって排出するとともに、圧縮気体の一部を前記ロータ部の下面側に設けられた送風装置に送り、前記送風装置は、圧縮気体を前記ロータ部の下面に向かって排出することを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、前記ロータ部の下面に圧縮気体が当たることにより、前記ロータ部を上方に持ち上げる力が働くため、前記ロータ部の回転に対する抵抗力が低減されて前記ロータ部の回転がより推進され、発電効率をさらに上昇させることができる。
【００１９】
また、本発明に係る発電機の前記構成において、前記ロータ部の外周側における下面に取り付けられた第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石と所定の隙間を介して対向するように前記設置面に設置された第２のコイルとを備え、前記第１の永久磁石と前記第２のコイルとの協働により、前記ロータ部の回転が推進されるようになっていることを特徴とする。
【００２０】
このような構成によれば、前記第１の永久磁石と前記第２のコイルとの協働により、前記ロータ部の回転が推進されるため、発電効率をさらに上昇させることができる。
【００２１】
また、本発明に係る発電機の前記構成において、前記ロータ部における外周側の下面に、前記ロータ部の周方向に沿って所定の間隔で形成されたシャフトと、前記シャフトに回転自在に支持され、前記設置面に設けられた環状のレールの上を移動する複数の車輪と、前記シャフトの根元側に、前記シャフトと同心となるように形成された環状の第３のコイルと、前記第３のコイルの径方向外側に、前記第３のコイルと所定の隙間を介して対向するように、前記車輪に取り付けられた第２の永久磁石とを備え、前記第２の永久磁石と前記第３のコイルとの協働により前記車輪が回転し、前記ロータ部の回転が推進されることを特徴とする。
【００２２】
このような構成によれば、前記第２の永久磁石と前記第３のコイルとの協働により前記車輪が回転し、前記ロータ部の回転が推進されるため、発電効率をさらに上昇させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、風向きがいずれの方向であったとしても風を取り込むことができるとともに、取り込んだ風を利用した効率的な発電を実現可能な発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る発電機を示すもので、正面側から見た斜視図である。
【図２】同、上面側から見た図である。
【図３】同、側面側から見た図である。
【図４】同、ステータ部について説明するための図である。
【図５】同、ロータ部について説明するための図である。
【図６】同、ロータ部を正面側から見た斜視図である。
【図７】同、車輪について説明するための図である。
【図８Ａ】同、ステータ部とロータ部が組み付けられた状態における軸方向断面図である。
【図８Ｂ】同、ステータ部とロータ部が組付けられた状態における軸方向断面図である。
【図９】同、コンプレッサー装置について説明するための図である。
【図１０】同、送風装置について説明するための図である。
【図１１】同、パイプ部について説明するための図である。
【図１２】同、羽根部について説明するための図である。
【図１３】同、車輪について説明するための図である。
【図１４】同、底面側から見た図である。
【図１５】同、電流制御部について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る発電機１を示すもので、正面側から見た斜視図である。図２は、発電機１を上面側から見た図である。図３は、発電機１を側面側から見た図である。
【００２６】
発電機１は、集風装置１０、発電装置２０およびコンプレッサー装置３０等を備えている。集風装置１０は、地面等の設置面に設置されている。なお、以下の説明において「上下」とは発電機１の上面側が「上」で、下面側が「下」を意味するものとする。発電装置２０は、環状の集風装置１０の内側に配置されている。コンプレッサー装置３０（圧縮装置）は、集風装置１０における取込口１１ａ（後述する）の一部（下方側の約半分）を覆うようにして配置されている。なお、コンプレッサー装置３０は、すべての取込口１１ａではなく、任意の取込口１１ａのみに設置されているものであってもよい。
【００２７】
集風装置１０は、環状の部材であり、上方から見た外形が多角形状となっている。本実施形態では、多角形状の一例として、集風装置１０が、上方から見て八角形状となっている場合について説明する。集風装置１０の側面には、周方向に沿って流路部１１が複数形成されている。
【００２８】
ここで、図３を用いて流路部１１について説明する。流路部１１は、取込口１１ａ、上方板１１ｂ、仕切り板１１ｃおよび排出口１１ｄを備えている。流路部１１は、径方向外側に設けられた取込口１１ａから風を取り込むとともに、径方向内側に設けられた排出口１１ｄから風を排出する。取込口１１ａは、風を取り込むために設けられている開口であり、側方から見た形状が、上下方向を長手方向とする長方形状となっている。一方、排出口１１ｄは、取込口１１ａを介して取り込んだ風（気体）を、径方向内側の空間（発電装置２０）に向かって排出するために設けられている開口であり、側方から見た形状が、設置面と水平な方向を長手方向とする長方形状となっている。排出口１１ｄは、集風装置１０の設置面側（底面側）に設けられている。排出口１１ｄの開口の大きさは、取込口１１ａの開口の大きさより十分小さく形成されている。
【００２９】
仕切り板１１ｃは、設置面に対して垂直となるように設けられている板状の部材であり、隣接する流路部１１同士を仕切る役割を担っている。上方板１１ｂは、上下方向に対して、径方向外側から径方向内側に向かって斜め下方に傾斜している板状の部材である。
流路部１１では、上方板１１ｂおよび仕切り板１１ｃによって風を取り込むための流路が形成されており、流路の断面積は取込口１１ａから排出口１１ｄに向かうほど小さくなっている。流路部１１は、大量の風（平圧気体）を取込口１１ａから取り込み、上方板１１ｂおよび仕切り板１１ｃによって曲げて（絞って）、高密度の高圧風（高圧気体）として排出口１１ｄから排出するようになっている。
【００３０】
次に、図４〜図７を用いて発電装置２０について説明する。
発電装置２０は、図４に示すステータ部１００および図５に示すロータ部２００等を備えている。
まず、図４を用いてステータ部１００について説明する。図４（ａ）は、ステータ部１００の側面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＡ−Ａの断面図である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示すＢ−Ｂの断面図である。ステータ部１００は、支柱部１１０、ステータ環状部１２０およびステータ連結部１３０等を備えている。支柱部１１０は、円柱状に形成されている。ステータ環状部１２０は、径の大きさが互いに異なる３つの環状部材が、同心となるように配置されて形成されている。本実施形態では、径の最も大きいステータ環状部１２０を第１ステータ環状部１２１とし、径の最も小さいステータ環状部１２０を第３ステータ環状部１２３とする。また、第１ステータ環状部１２１より小径で、第３ステータ環状部１２３より大径であるステータ環状部１２０を第２ステータ環状部１２２とする。
【００３１】
ステータ連結部１３０は、支柱部１１０から径方向外側に向かって、放射状に延在している棒状の部位である。ステータ連結部１３０は、第１ステータ環状部１２１、第２ステータ環状部１２２および第３ステータ環状部１２３の上面に形成され、それらを互いに連結している。
【００３２】
第１ステータ環状部１２１の内周側には、コイル１５１が取り付けられている。また、第２ステータ環状部１２２の外周側には、コイル１５２が取り付けられている。また、第２ステータ環状部１２２の内周側には、コイル１５３が取り付けられている。また、第３ステータ環状部１２３の外周側には、コイル１５４が取り付けられている。また、第３ステータ環状部１２３の内周側には、コイル１５５が取り付けられている。コイル１５１〜コイル１５５は、第１のコイルを構成している。
【００３３】
支柱部１１０は、後述するロータ部２００における円筒状の回転軸部２１０に挿し通され、その先端が設置面と当接するようになっている。図１４は、発電機１を設置面側（底面側）から見た図である。ステータ部１００は、支柱部１１０と、柱状に形成された複数の支持部１１１とが設置面に当接するようにして、設置されている。
【００３４】
次に、図５を用いてロータ部２００について説明する。ロータ部２００は、設置面とステータ部１００との間に挟まれるようにして配置されている部材である。図５（ａ）は、ロータ部２００の側面図である。図５（ｂ）は、ロータ部２００を上面側から見た図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示すエリアＣの拡大図である。ロータ部２００は、回転軸部２１０、ロータ環状部２２０、ロータ連結部２３０、羽根部２４０および車輪２５０（図７に示す）等を備えている。
【００３５】
回転軸部２１０は、円筒状に形成されている。回転軸部２１０は、図４で示したステータ部１００の支柱部１１０を内側に収容できる内径で形成されている。ロータ環状部２２０は、径の大きさが互いに異なる３つの環状部材が、同心となるように配置されて形成されている。本実施形態では、径の最も大きいロータ環状部２２０を第１ロータ環状部２２１とし、径の最も小さいロータ環状部２２０を第３ロータ環状部２２３とする。また、第１ロータ環状部２２１より小径で、第３ロータ環状部２２３より大径であるロータ環状部２２０を第２ロータ環状部２２２とする。
【００３６】
ロータ連結部２３０は、回転軸部２１０から径方向外側に向かって、放射状に延在している長尺板状の部位である。ロータ連結部２３０は、第１ロータ環状部２２１、第２ロータ環状部２２２および第３ロータ環状部２２３の下面に形成され、それらを互いに連結している。ロータ連結部２３０は、例えば、鉄板で形成されている。
【００３７】
第１ロータ環状部２２１の外周側には、マグネットコイル２８１が取り付けられている。また、第１ロータ環状部２２１の内周側には、マグネットコイル２８２が取り付けられている。また、第２ロータ環状部２２２の外周側には、マグネットコイル２８３が取り付けられている。また、第２ロータ環状部２２２の内周側には、マグネットコイル２８４が取り付けられている。また、第３ロータ環状部２２３の外周側には、マグネットコイル２８５が取り付けられている。
【００３８】
マグネットコイル２８１は、所定の隙間を介して、図４で示したステータ部１００のコイル１５１と対向する。また、マグネットコイル２８２は、所定の隙間を介して、図４で示したステータ部１００のコイル１５２と対向する。また、マグネットコイル２８３は、所定の隙間を介して、図４で示したステータ部１００のコイル１５３と対向する。また、マグネットコイル２８４は、所定の隙間を介して、図４で示したステータ部１００のコイル１５４と対向する。また、マグネットコイル２８５は、所定の隙間を介して、図４で示したステータ部１００のコイル１５５と対向する。
【００３９】
次に、羽根部２４０について説明する。図６は、ロータ部２００を正面側から見た斜視図である。図６に示すように、羽根部２４０は、ロータ部２００の最外周となる位置に設けられている。具体的には、羽根部２４０は、ロータ部２００の外周側面２４１（図７に示す）に設けられている。羽根部２４０は、外周側面２４１から径方向外側に向かって突出するように、周方向に沿って複数形成されている。羽根部２４０は、板状の部材で、周方向に沿って所定の間隔毎に形成されている。ロータ部２００は、羽根部２４０が集風装置１０の排出口１１ｄから排出された風を受けることにより、図６に示す矢印Ｚの方向に回転するようになっている。
【００４０】
ここで、図１２を用いて羽根部２４０の詳細について説明する。図１２に示すように、羽根部２４０は、湾曲形状を有している。軸方向（上下方向）に対する羽根部２４０の寸法を幅と定義すると、羽根部２４０は幅方向の略中央部が、ロータ部２００の回転方向（図６で示した矢印Ｚ方向）に向かって突出した湾曲形状となっている。羽根部２４０に湾曲形状を採用することで、羽根部２４０に当たった風が幅方向外側に逃げるのが阻止されるため、風によって受ける力を、より効率的にロータ部２００の回転に利用することができる。
【００４１】
次に、図７を用いて、ロータ連結部２３０の下面側に取り付けられている車輪２５０について説明する。図７は、車輪２５０について説明するための断面図である。
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、ロータ部２００のロータ連結部２３０における外周側の下面には、径方向外側に向かって突出するように柱状のシャフト２３１が設けられている。シャフト２３１は、周方向に対して所定の間隔で、複数のロータ連結部２３０に設けられている。車輪２５０は、軸受２とともにシャフト２３１に挿通され、軸回りに回転自在となるようにシャフト２３１に取り付けられている。車輪２５０は、例えば、鉄材で形成されている。なお、シャフト２３１が突出する側とは反対側となる径方向内側には、シール部材７が設けられている。シール部材７は、径方向内側への異物の侵入を防ぐために設けられている。
【００４２】
車輪２５０と対向する位置の設置面には、レール１５が設けられている。ロータ部２００は、車輪２５０がレール１５の上に乗るようにして配置されている。レール１５は、環状となっている。ロータ部２００は、車輪２５０がレール１５の上を移動することで、回転軸部２１０を中心として回転するようになっている。車輪２５０の外周面におけるシャフト２３１の根元側には、他の部分に比べて外径の大きい拡径部２５１が設けられている。拡径部２５１は、レール１５の内周側の面と当接している。これにより、ロータ部２００に回転に伴う遠心力が作用した場合でも、ロータ部２００が径方向外側に移動するのが規制され、回転を安定させることができる。また、コイル１５１〜コイル１５５と、マグネットコイル２８１〜２８５との間の隙間を、高精度に一定に保つことができるという効果を奏する。
【００４３】
図８Ａおよび図８Ｂは、ステータ部１００とロータ部２００とが組み付けられた状態における軸方向断面図の一部を示したものである。図８Ｂは、図８ＡにおけるエリアＤを拡大した図である。図８Ｂに示すように、マグネットコイル２８１とコイル１５１とは対向している。また、マグネットコイル２８２とコイル１５２とは対向している。また、マグネットコイル２８３とコイル１５３とは対向している。また、マグネットコイル２８４とコイル１５４とは対向している。また、マグネットコイル２８５とコイル１５５とは対向している。本実施形態では、当該対向する箇所が５箇所に設けられている。
【００４４】
また、第１ロータ環状部２２１の上面には、凸部２２１ａが形成されている。凸部２２１ａは、上方に向かって突出した部位である。一方、凸部２２１ａに対応する位置のステータ部１００（ステータ連結部１３０）には、下方に向かって突出した形状であるガイド部１４０が形成されている。ガイド部１４０の先端には窪み形状である凹部が形成されており、当該凹部には、凸部２２１ａが収容されるようになっている。ロータ部２００は、凸部２２１ａがガイド部１４０の当該凹部内を移動し、ガイドされた状態で回転するようになっている。これにより、ロータ部２００の回転を安定させることができる。これは、コイル１５１〜コイル１５５と、マグネットコイル２８１〜２８５との間の隙間を、高精度に一定に保つことができるという効果を奏する。
【００４５】
図８Ａに示すように、ロータ部２００の回転軸部２１０には、ステータ部１００の支柱部１１０が軸受３とともに挿し通されている。ロータ部２００は、支柱部１１０に、軸回りに回転可能に支持されている。
【００４６】
ここで、図２を用いて、集風装置１０と発電装置２０の位置関係について説明する。
集風装置１０における仕切り板１１ｃは、その向きが発電装置２０（ロータ部２００）の外周の接線方向と略同一となるように形成されている。このため、集風装置１０の取込口１１ａから取り込まれ、排出口１１ｄから排出される高圧の風（空気）は、発電装置２０（ロータ部２００）の外周に形成された複数の羽根２４２（図６参照）に効率的に当たるようになっている。これにより、ロータ部２００がスムーズに回転するようになっている。
【００４７】
また、図８Ａに示すように、発電装置２０の中央近傍には電流制御部４００が設けられている。電流制御部４００は、外部装置（図示せず）から電流が供給可能に構成されている。また、電流制御部４００は、マグネットコイル２８１〜２８５に電流を供給することができるようになっている。マグネットコイル２８１〜２８５は、電流制御部４００から電流が供給されると磁界を発生する。ここで、図１５を用いて電流制御部４００について説明する。図１５（ａ）は、電流制御部４００およびその周囲を上面から見た図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＦ−Ｆの断面図である。図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）におけるＧ部の拡大図である。
【００４８】
電流制御部４００は、配線４０１、カーボンブラシ４０２、整流子４０３およびスプリング４０４等を備えている。カーボンブラシ４０２は、導電性を有する棒状の部材であり、ステータ部１００に固定されている。整流子４０３は、導電性を有する環状の部材であり、ロータ部２００の回転軸部２１０の外周側に固定されている。カーボンブラシ４０２は、スプリング４０４により付勢されて、一端が整流子４０３に接触するようになっている。また、カーボンブラシ４０２の他端には、配線４０１が接続されている。配線４０１は、外部電源（図示せず）に接続されている。外部電源から配線４０１およびカーボンブラシ４０２を介して整流子４０３に供給された電流は、ロータ部２００のマグネットコイル２８１〜２８５に供給されるようになっている。
【００４９】
図８Ｂに示すように、本実施形態では、磁界を発生した状態のマグネットコイル２８１〜２８５が、ステータ部１００のコイル１５１〜１５５と対向した状態で、周方向に回転するようになっている。これにより、マグネットコイル２８１〜２８５と、コイル１５１〜１５５との協働により発電されるようになっている。具体的には、マグネットコイル２８１〜２８５の磁界が、コイル１５１〜１５５に磁性影響を与え、発電するようになっている。なお、発電された電気はコイル１５１〜１５５から取り出されてバッテリーに蓄積されたり、直接使用されるようになっている。
【００５０】
次に、図９を用いてコンプレッサー装置３０について説明する。図９（ａ）は、コンプレッサー装置３０を正面側から見た斜視図である。図９（ｂ）は、第１コンプレッサー４０を拡大した斜視図である。
コンプレッサー装置３０は、第１コンプレッサー４０、第２コンプレッサー５０および枠体５等からなっている。枠体５は、直方体のフレーム状に形成されている。図９（ａ）に示すように、第１コンプレッサー４０および第２コンプレッサー５０は、枠体５に保持されている。
【００５１】
第１コンプレッサー４０は、遠心式である。第１コンプレッサー４０は、風を受けて羽根部材４１が回転すると回転軸が回転し、回転軸の回転に伴い内部のインペラが回転するようになっている。そして、インペラの回転に伴い吸気口４２を介して吸い込まれた気体が圧縮されて、圧縮気体（高圧気体）の一部が集風装置１０の排出口１１ｄに向かって排出されるとともに、圧縮気体の一部が排出パイプ４３から送り出されるようになっている。
【００５２】
第２コンプレッサー５０は、容積式である。第２コンプレッサー５０は、風を受けて羽根部材５１が回転すると回転軸が回転し、回転軸の回転に伴い内部のピストンが往復するようになっている。そして、ピストンの往復に伴いシリンダの内部に吸い込まれた気体が圧縮されて、圧縮気体（高圧気体）の一部が集風装置１０の排出口１１ｄに向かって排出されるとともに、圧縮気体の一部が排出パイプ５２から送り出されるようになっている。
【００５３】
排出パイプ４３および排出パイプ５２を介してコンプレッサー装置３０から送り出された圧縮気体は、図１４に示す貯留タンク８に貯留されるようになっている。そして、貯留タンク８に貯留された圧縮気体は、後述する送風装置６０に送られるようになっている。なお、貯留タンク８を設けずに、コンプレッサー装置３０から直接、送風装置６０に圧縮気体が送られるようにしてもよい。
【００５４】
次に、図１０、図１１および図１４を用いて送風装置６０について説明する。図１４は、発電機１を底面側から見た図である。送風装置６０は、ロータ部２００の下面側であって、レール１５の内周側となる位置に設けられている。また、図１０に示すように、送風装置６０は、内部を気体が通過可能に構成された管であるパイプ部６１と、パイプ部６１を保持する環状の板部材であるパイプ保持部６２とを備えている。
【００５５】
次に、図１１を用いてパイプ部６１の詳細について説明する。図１１（ａ）はパイプ部６１を正面側から見た斜視図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示すエリアＥの拡大図である。
パイプ部６１は、圧縮気体の取込口（不図示）を有する環状のパイプ部６１ａと、パイプ部６１ａから所定の間隔毎に、径方向外側に向かって放射状に分岐させて形成されたパイプ部６１ｂと、パイプ部６１ｂから所定の間隔毎に、上方に向かって分岐させて形成されたパイプ部６１ｃとを備えている。圧縮気体は、パイプ部６１の内部を、パイプ部６１ａ、パイプ部６１ｂ、パイプ部６１ｃの順に通過し、パイプ部６１ｃの端部から上方に向かって排出されるようになっている。
【００５６】
コンプレッサー装置３０から送り出された圧縮気体は送風装置６０に送られ、送風装置６０のパイプ部６１ｃから排出される。当該圧縮気体は、ロータ部２００のロータ連結部２３０の下面に当たるようになっている。これにより、下方から上方に向かう方向に働く力、すなわちロータ部２００を上方に持ち上げる方向に働く力が、ロータ部２００の下面に加えられるようになっている。ロータ部２００の重さによって重力方向に働く力は、ロータ部２００の回転の抵抗力となるが、送風装置６０から上方に向かって圧縮気体が排出されることで、重力方向に働く力が低減される。また、ロータ部２００を上方に持ち上げる力が作用することによって、車輪２５０とレール１５の間の摩擦力が低減される。このため、ロータ部２００がよりスムーズに回転するようになっている。
【００５７】
なお、コンプレッサー装置３０と送風装置６０との間に、貯留タンク８を設けた場合、例えば、集風装置１０の流路部１１を介して取り込まれる風が存在しない場合、または当該風が弱い場合に、貯留タンク８に貯留されている圧縮気体を送風装置６０に送り出し、送風装置６０から上方に向かって圧縮気体が排出されるように制御してもよい。
【００５８】
次に、図７を用いて、コイル部８１（第２のコイル）と永久磁石８２（第１の永久磁石）との関係について説明する。集風装置１０の設置面におけるレール１５の外周側には、環状の台が設けられている。コイル部８１は、当該台の上に、巻回されたコイルが周方向に沿って複数配置されて形成されている。また、コイル部８１には、外部電源（図示せず）を介して電流が供給されるようになっている。また、コイル部８１は、電流が供給されると、磁界を発生するようになっている。
【００５９】
一方、永久磁石８２は、ロータ部２００の外周側における下面（外周側面２４１の下端）に取り付けられている。コイル部８１と永久磁石８２とは、所定の隙間を介して対向している。コイル部８１と永久磁石８２との協働により、ロータ部２００を上方に持ち上げる方向に力が働くようになっている。コイル部８１と永久磁石８２との協働には反発が含まれる。このため、ロータ部２００の回転が推進され、ロータ部２００がよりスムーズに回転するようになっている。
【００６０】
次に、図７および図１３を用いて、コイル部９１（第３のコイル）と永久磁石９２（第２の永久磁石）との関係について説明する。図７（ｂ）に示すように、ロータ部２００のシャフト２３１には、コイル部９１を保持した状態のステータ６が取り付けられている。コイル部９１は、シャフト２３１の根元側に、シャフト２３１と同心となるように形成されている。コイル部９１は、シャフト２３１の軸方向から見て環状となっている。図１３（ａ）に示すように、コイル部９１は、巻回されたコイルが周方向に沿って複数配置されて形成されている。コイル部９１には、図８（ｂ）で示した電流制御部４００から電流が供給されるようになっている。コイル部９１は、電流が供給されると、磁界を発生するようになっている。
【００６１】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、永久磁石９２は、車輪２５０に取り付けられ、車輪２５０とともに回転するようになっている。永久磁石９２は、コイル部９１の径方向外側となる位置に、コイル部９１と所定の隙間を介して対向するように配置されている。コイル部９１と永久磁石９２との協働により、車輪２５０が回転する、または車輪２５０の回転が推進されるようになっている。コイル部９１と永久磁石９２との協働には反発が含まれる。これにより、ロータ部２００がよりスムーズに回転するようになっている。
【００６２】
次に、発電機１の稼働について説明する。まず、集風装置１０を介して風が取り込まれる場合（風が吹いている状態）について説明する。外部装置（図示せず）から電流制御部４００を介してロータ部２００のマグネットコイル２８１〜２８５に電流が供給される。また、外部装置（図示せず）からコイル部８１に電流が供給される。また、取込口１１ａの上半分を介して取り込まれた平圧気体が排出口１１ｄから排出されるとともに、コンプレッサー装置３０から排出された高圧気体が排出口１１ｄから排出される。また、コンプレッサー装置３０から送り出された高圧気体が送風装置６０から上方に向かって排出される。これにより、ロータ部２００が回転し、マグネットコイル２８１〜２８５とコイル１５１〜１５５との協働により発電する。
【００６３】
次に、集風装置１０を介して風が取り込まれない場合（風が吹いていない状態）について説明する。外部装置（図示せず）から電流制御部４００を介してロータ部２００のマグネットコイル２８１〜２８５に電流が供給される。また、外部装置（図示せず）からコイル部８１に電流が供給される。また、外部装置（図示せず）から電流制御部４００を介してコイル部９１に電流が供給される。このとき、コイル部９１と永久磁石９２との協働により、車輪２５０が回転する。これにより、ロータ部２００が回転し、マグネットコイル２８１〜２８５とコイル１５１〜１５５との協働により発電が開始される。ロータ部２００の回転速度が一定速度以上（発電量が一定以上）となった場合、外部装置からコイル部９１への電流の供給を停止する。なお、コイル部９１への電流の供給を停止した場合、コイル部９１と永久磁石９２との協働により発電可能に構成してもよい。
【００６４】
発電機１を上面から見た際の外形の外接円の直径は、５ｍ〜１００ｍ程度である。また、集風装置１０の内側に収容される発電装置２０の直径は、２〜５０ｍ程度である。
【００６５】
以上のように、本実施形態に係る発電機１は、径方向外側に設けられた取込口１１ａと径方向内側に設けられた排出口１１ｄとを有する流路部１１が、周方向に沿って複数設けられている環状の集風装置１０と、設置面に固定された集風装置１０の内側に配置され、排出口１１ｄから排出される風を受けて発電する発電装置２０とを備え、発電装置２０は、前記設置面に固定された環状部材の内周側または外周側の少なくとも一方に第１のコイルを取り付けて形成されたステータ部１００と、ステータ部１００と同心の環状部材に、通電により磁界を発生するマグネットコイルを、第１のコイルと所定の隙間を介して対向するように取り付けて形成されたロータ部２００とを備え、ロータ部２００は、ステータ部１００の中央に設けられた支柱部１１０に回転可能に支持されているとともに、外周側面から径方向外側に向かって突出するように形成された複数の羽根部２４０を有し、羽根部２４０が排出口１１ｄから排出される風を受けることで回転するようになっている。
このような構成によれば、周方向に沿って流路部１１が複数設けられた集風装置１０と、前記流路部１１から排出された風を受けて発電する発電装置２０とを備え、前記発電装置２０は、設置面に固定されたステータ部１００と、前記ステータ部１００に回転可能に支持されたロータ部２００とを有し、前記ロータ部２００に設けられた羽根部２４０が、前記流路部１１から排出された風を受けることで前記ロータ部２００が回転し、発電するようになっている。このため、風向きがいずれの方向であったとしても風を取り込んで前記ロータ部２００を回転させ、効率的な発電を実現することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  発電機
１０  集風装置
１１  流路部
１１ａ  取込口
１１ｃ  仕切り板
１１ｄ  排出口
１５  レール
２０  発電装置
３０  コンプレッサー装置（圧縮装置）
４１，５１  羽根部材
６０  送風装置
８１  コイル部（第２のコイル）
８２  永久磁石（第１の永久磁石）
９１  コイル部（第３のコイル）
９２  永久磁石（第２の永久磁石）
１００  ステータ部
１１０  支柱部
１５１，１５２，１５３，１５４，１５５  コイル（第１のコイル）
２００  ロータ部
２３１  シャフト
２４０  羽根部
２５０  車輪
２８１，２８２，２８３，２８４，１８５  マグネットコイル
【図１】
2020080617.tif 000003
【図２】
2020080617.tif 000004
【図３】
2020080617.tif 000005
【図４】
2020080617.tif 000006
【図５】
2020080617.tif 000007
【図６】
2020080617.tif 000008
【図７】
2020080617.tif 000009
【図８Ａ】
2020080617.tif 000010
【図８Ｂ】
2020080617.tif 000011
【図９】
2020080617.tif 000012
【図１０】
2020080617.tif 000013
【図１１】
2020080617.tif 000014
【図１２】
2020080617.tif 000015
【図１３】
2020080617.tif 000016
【図１４】
2020080617.tif 000017
【図１５】
2020080617.tif 000018