(57)【要約】【課題】本発明は発電効率を高めた発電システムの提供を課題とする。【解決手段】本発明は流体の流速に応じた回転数で回転する羽根体２０と、羽根体２０の回転が伝達される回転軸３０と、回転軸３０の回転により発電を行う発電装置４０とを有する発電システムを提供する。発電装置４０は、回転軸３０の回転を伝達され、外周に所定形状のカム面が所定間隔毎に形成されたカム１１０と、カム１１０の外周に配置された複数の発電機１２０Ａ〜１２０Ｎとを備える。複数の発電機１２０Ａ〜１２０Ｎは、カム１１０の回転により発電を行う。【選択図】図１
2014231765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流速に応じた回転数で回転する羽根体と、
前記羽根体の回転が伝達される回転軸と、
前記回転軸の回転により発電を行う発電装置とを有する発電システムであって、
前記発電装置は、
前記回転軸の回転を伝達され、外周に所定形状のカム面が形成されたカムと、
前記カムの外周に配置された複数の発電機と、
を備え、
前記複数の発電機は、前記カムの回転により発電を行うことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記複数の発電機は、ボイスコイルと、ヨークと、励磁コイルとを有し、前記ボイスコイルを保持するボイスコイルホルダが前記カムとの摺接により往復運動を行うと共に前記ボイスコイルに電流が発生することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記ヨークは、環状に形成された磁気回路を形成しており、
前記ボイスコイルホルダは、前記ヨークの内周に挿入され、前記ヨークの内周面に対向する複数の前記ボイスコイルを保持することを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記回転軸の回転数を検出する回転検出手段と、
前記回転検出手段により検出された回転数が所定以上になったときに前記回転軸の負荷を切り換える負荷切換手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の発電システム。
【請求項５】
前記負荷切換手段は、前記回転検出手段により検出された回転数が所定以上になったときに前記回転軸を制動するブレーキ機構であることを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項６】
前記負荷切換手段は、
前記回転軸に設けられた電磁クラッチと、
前記電磁クラッチを介して前記回転軸の回転を伝達されて発電を行うオルタネータと、
前記回転検出手段により検出された回転数に応じて前記電磁クラッチをオン又はオフに切り換えるクラッチ制御手段と、を備え、
前記電磁クラッチは、前記回転検出手段により検出された回転数が所定以上のときオンに切り換わり、前記回転軸の回転を前記オルタネータに伝達することを特徴とする請求項４または５に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の風力又水力による発電システムとしては、例えば、羽根体の内周に設けられた発電用永久磁石と、発電用永久磁石の内側に設けられた発電用コイルとを有し、羽根体が風速に応じて回転することで発電する発電システムがある（例えば、特許文献１参照）。この発電システムでは、発電用コイルが羽根体の内部を貫通する支柱に固定され、発電用永久磁石が羽根体を支持する円筒部材の内側に支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１２０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の発電システムは、発電用コイルが羽根体の内側に収納される構成であるので、発電用コイルの設置スペースが制約されており、羽根体の回転数に対する発電量を増やすことが難しかった。さらに、従来の発電システムでは、羽根体の内側に永久磁石が設けられているので、羽根体の回転負荷が大きくなっており、発電効率を向上させることが難しかった。
【０００５】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した発電システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの案では、流体の流速に応じた回転数で回転する羽根体と、
前記羽根体の回転が伝達される回転軸と、
前記回転軸の回転により発電を行う発電装置とを有する発電システムであって、
前記発電装置は、
前記回転軸の回転を伝達され、外周に所定形状のカム面が形成されたカムと、
前記カムの外周に配置された複数の発電機と、
を備え、
前記複数の発電機は、前記カムの回転により発電を行う発電システムが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
一態様によれば、羽根体の回転が回転軸を介してカムに伝達され、カムの外周に複数の発電機を同時に駆動するため、複数の発電機が発電を行って発電効率を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の発電システムの実施形態１の概略構成を示す図である。
【図２】発電装置の構成を示す図である。
【図３】発電機の構成を示す縦断面図である。
【図４】発電機の内部に形成される磁路を模式的に示す縦断面図である。
【図５】図３中ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う横断面図である。
【図６】制御装置が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１０】
〔実施形態１〕
図１は本発明の発電システムの実施形態１の概略構成を示す図である。図１に示されるように、発電システム１０は、駆動領域Ｌ１と、発電領域Ｌ２と、回転制御領域Ｌ３とを有する。駆動領域Ｌ１には、羽根体２０が設けられている。また、発電領域Ｌ２には、複数の発電装置（第１の発電機）４０Ａ〜４０Ｎが設けられている。また、回転制御領域Ｌ３には、ブレーキ機構５０と、回転検出器（回転検出手段）６０と、電磁クラッチ７０と、オルタネータ（第２の発電機）８０と、制御装置９０とが設けられている。
【００１１】
〔羽根体２０の構成〕
羽根体２０は、回転軸３０の先端部に結合された回転中心部２０Ａと、回転中心部２０Ａの外周に設けられた複数の羽根２０Ｂとを有する。羽根体２０は、流体（気体または液体）の流速を受けて回転する。羽根体２０としては、例えば、風による空気流を受ける高所に設置されて風速に応じた回転数で回転する風力発電用と、水流を受ける水路に設置されて水の流速に応じた回転数で回転する水力発電用とがある。尚、図１に示す羽根体２０は、風力発電用のものである。
【００１２】
〔回転軸３０の取付構造〕
回転軸３０は、複数の軸受１００により回転可能に支持されており、先端が羽根体２０の回転中心部２０Ａに接続され、基端が各発電装置４０Ａ〜４０Ｎに接続されている。各発電装置４０Ａ〜４０Ｎは、それぞれ同一構成である。各発電装置４０Ａ〜４０Ｎは、カム１１０と、カム１１０の外周に配置された複数の発電機１２０とを有する。カム１１０は、回転中心に回転軸３０が貫通する貫通孔１１２を有し、当該貫通孔１１２がキーなどを介して回転軸３０に結合されて羽根体２０の回転を伝達されるように取り付けられている。
【００１３】
また、回転軸３０は、基端部が各発電装置４０Ａ〜４０Ｎのカム１１０を貫通して回転制御領域Ｌ３に延在している。
【００１４】
〔ブレーキ機構５０の構成〕
回転軸３０の基端部には、ブレーキ機構５０のディスク５２が取り付けられている。ブレーキ機構５０は、ディスク５２の回転を制動するブレーキパッド５４を有し、制御装置９０からの制動信号によりブレーキパッド５４がディスク５２に対して制動力を付与して回転軸３０及び羽根体２０の回転を減速する。
【００１５】
また、ディスク５２に対向する位置には、ディスク５２の回転数を検出するエンコーダ等からなる回転検出器６０が取り付けられている。回転検出器６０により検出された回転検出信号は、制御装置９０に入力される。
【００１６】
〔制御装置９０の構成〕
制御装置９０は、励磁コイル制御手段９０Ａと、回転数監視制御手段９０Ｂと、クラッチ制御手段９０Ｃと、ブレーキ制御手段９０Ｄと、各制御手段を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）９０Ｅと、メモリ９０Ｆとを有する。各制御手段９０Ａ〜９０Ｄは、ＣＰＵ９０Ｅがメモリ９０Ｆに格納された制御プログラムを読み出して実行する制御手段である。
【００１７】
制御装置９０の励磁コイル制御手段９０Ａは、各発電装置４０の励磁コイルへの通電を制御して発電効率を高めて羽根体２０の回転数に対する発電量を増大させる。
【００１８】
制御装置９０の回転数監視制御手段９０Ｂは、回転軸３０に取り付けられたディスク（回転体）５２の回転数を監視する回転検出器６０により検出された回転検出信号に基づき単位時間当たりの回転数（ｒｐｍ）を求め、予め設定された回転数の設定値（閾値）と比較する。
【００１９】
制御装置９０のクラッチ制御手段９０Ｃは、検出されたディスク５２の回転数が予め設定された所定値（回転数Ｎ１）に達した場合、電磁クラッチ７０をオンにしてオルタネータ８０に回転を伝達して発電を行う。これにより、回転軸３０には、オルタネータ８０の発電に伴う負荷が回転軸３０に付与される。これにより、羽根体２０の回転数が減速される。
【００２０】
また、制御装置９０のブレーキ制御手段９０Ｄは、ディスク５２の回転数が予め設定された所定値（回転数Ｎ２）を超えた場合、ブレーキ機構５０に制動信号を出力する。これにより、ブレーキパッド５４がディスク５２に制動力（負荷）を付与して回転軸３０の回転を減速して羽根体２０が破損することを防止する。この制動処理は、ブレーキ機構５０の制動により回転数が予め設定された所定値（回転数Ｎ２）未満になるまで、ディスク５２を制動し続ける。また、ブレーキ機構５０の制動と共に、前述したオルタネータ８０の発電に伴う負荷を回転軸３０に付与して減速しても良い。
【００２１】
〔発電装置４０の構成〕
図２は発電装置４０の構成を示す図である。図２に示されるように、発電装置４０は、カム１１０と、複数の発電機（第１の発電機）１２０Ａ〜１２０Ｈと、各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈを保持する保持部材２００とより構成されている。カム１１０は、円板形状に形成され、その中心には回転軸３０が貫通される貫通孔１１２が設けられている。また、貫通孔１１２と回転軸３０との間には、カム１１０と回転軸３０とを連結するためのキー１１７が挿入されている。
【００２２】
さらに、カム１１０の外周には、８個のカム面１１４が周方向に連続的に形成されている。各カム面１１４は、各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈに対応する位置に配置されており、回転中心側に凹んだカム凹部１１５と、外周側に突出するカム凸部１１６とを有する。従って、カム１１０の外周には、８個のカム凹部１１５とカム凸部１１６とが交互に形成されている。
【００２３】
また、カム１１０は、羽根体２０の回転が回転軸３０を介して伝達されると、矢印Ｃ方向に回転し、外周に配置された各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈに接触するカム面１１４を周方向に回転させる。本実施形態１では、８個の発電機１２０Ａ〜１２０Ｈが周方向に４５°間隔で放射状に配置されているため、カム１１０の外周には８個のカム面１１４が形成されている。
【００２４】
保持部材２００は、リング状に形成された保持部２０２と、保持部２０２の内周面に各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈが固定される保持面２０４と、床面などに固定されるフランジ部２０６を有する。
【００２５】
各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈは、カム１１０のカム面１１４に摺接するローラ１２２を有する。ローラ１２２は、カム１１０が回転軸３０と共に回転する際に、カム面１１４のカム凹部１１５及びカム凸部１１６の移動に対して軸方向（カム１１０の半径方向）に直線往復運動を行う。これにより、各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈでは、この直線往復運動により発電が行われる。カム面１１４のカム凹部１１５は、カム凸部１１６を通過したローラ１２２を瞬時に軸方向に移動させるよう半径方向の壁面を有する。また、カム凹部１１５は、ローラ１２２の外周（外径）に対応する曲率半径の曲線で形成されており、ローラ１２２との接触による衝撃が軽減されている。そして、カム面１１４のカム凹部１１５の形状に応じてローラ１２２が回転中心側（回転軸３０側）に移動し、この直線運動が各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈにおける発電量となる。
【００２６】
さらに、カム凸部１１６は、カム凹部１１５よりも緩やかな曲線により形成されており、カム面１１４が４５°回動する間にローラ１２２を外側（回転軸３０と反対方向）に復帰させる。
【００２７】
尚、カム１１０の回転を直線往復運動に変換する際、各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈのローラ１２２がカム面１１４に沿って転動するため、カム面１１４に対する摩擦が軽減される。そのため、ローラ１２２の回転（転動）により、カム１１０から発電機１２０Ａ〜１２０Ｈへ駆動力がスムーズに伝達され、伝達ロス（損失）が抑制される。
【００２８】
このように、発電装置４０は、カム１１０の外周に複数の発電機１２０Ａ〜１２０Ｈを配置することで、１回転あたりの発電量を増大することができる。また、複数の発電装置４０を回転軸３０に沿って配置することで発電機１２０の設置数を増加させることが可能になり、限られたスペースでの発電量を増大して全体的に発電効率を高めることが可能になる。
【００２９】
上記実施形態１においては、例えば、回転数３０ｒｐｍとした場合、一つの発電機１２０でおよそ０．５ＫＷの発電量が得られる。例えば、比較的人口の少ない過疎地域や離島などで、世帯数による消費電力量に応じて発電装置４０及び発電機１２０の設置数を調整することでより安価な発電設備を提供できる。
【００３０】
尚、実施形態１では、カム１１０の外周に８個の発電機１２０Ａ〜１２０Ｈを配置する場合を一例として挙げたが、これに限らず、カム１１０の外周に８個以上の発電機１２０を配置しても良いし、あるいは、８個未満の複数の発電機１２０を配置しても良い。
【００３１】
〔発電機１２０の構成〕
図３は発電機１２０の構成を示す縦断面図である。図４は発電機１２０の内部に形成される磁路を模式的に示す縦断面図である。図５は図３中ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う横断面図である。各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈは、同一構造であるので、以下では発電機１２０として説明する。
【００３２】
図３〜図５に示されるように、発電機１２０は、ボイスコイル型発電機であり、ボイスコイルホルダ１３０と、上部ボイスコイル１４０と、下部ボイスコイル１５０と、永久磁石１６０と、ボイスコイルホルダ支持機構１７０と、ヨーク１８０と、励磁コイル１９０とを有する。ボイスコイルホルダ１３０は、発電機１２０の軸線に沿うようにヨーク１８０の内周に挿通された筒状の可動部材であり、上端にローラ１２２が設けられている。従って、カム面１１４の回転によりカム凹部１１５及びカム凸部１１６がローラ１２２に摺接することでボイスコイルホルダ１３０が軸方向に往復運動する。
【００３３】
また、ボイスコイルホルダ１３０は、円筒形状に形成された本体１３２の外周に上部ボイスコイル１４０と下部ボイスコイル１５０とが設けられている。上部ボイスコイル１４０及び下部ボイスコイル１５０は、環状に形成されたヨーク１８０の内周面１８２、１８４と軸線上に挿入された丸棒状の永久磁石１６０との間に形成されたリング状スリット２１０、２１２（図５参照）に挿入されている。このように、２つのボイスコイル１４０、１５０を設けることで、ボイスコイルが１つの場合よりも発電量が２倍に増大する。尚、実施形態１では、ボイスコイルホルダ１３０の本体１３２に２つのボイスコイル１４０、１５０を設けた場合を一例として示すが、これに限らず、３つ以上のボイスコイルを設けても良い。
【００３４】
ボイスコイルホルダ支持機構１７０は、ボイスコイルホルダ１３０の上端外周を保持しており、ヨーク１８０の上端に固定された複数のバネ支持部１７２と、各バネ支持部１７２の内側に横架された一対の板バネ１７４とを有する。板バネ１７４は、水平方向に延在する腕部を有しており、中心部にボイスコイルホルダ１３０の本体１３２に嵌合する嵌合部１７６が設けられている。また、板バネ１７４は、外周側端部が各バネ支持部１７２に固定され、嵌合部１７６の内周側端部がボイスコイルホルダ１３０の外周に嵌合されている。
【００３５】
さらに、ローラ１２２がカム面１１４のカム凹部１１５及びカム凸部１１６が摺接する際、ボイスコイルホルダ１３０が軸方向に往復運動すると共に、一対の板バネ１７４が軸方向に弾性変形してボイスコイルホルダ１３０を復帰させる力が働く。尚、板バネ１７４は、ボイスコイルホルダ１３０の荷重に応じて複数枚設けても良いし、または１枚にしても良い。
【００３６】
ヨーク１８０は、永久磁石１６０との間に磁気回路を形成するため、縦断面形状がコ字状とされている。また、ヨーク１８０を上方から見ると、ボイスコイルホルダ１３０の外周を覆うように環状に形成されている。そして、ヨーク１８０の内周には、励磁コイル１９０が挿入されている。励磁コイル１９０は、ボイスコイルホルダ１３０が軸方向に往復運動する際に通電され、リング状スリット２１０、２１２を横切る磁束を増やして発電量を増大させる。
【００３７】
また、ボイスコイルホルダ１３０の内周には、円柱形状の永久磁石１６０が挿入されている。この永久磁石１６０は、ヨーク１８０と共にリング状スリット２１０、２１２を横切る磁束（磁気回路）を形成する。尚、永久磁石１６０及びヨーク１８０は、保持部材２００の保持面２０４より起立した固定スタッド２２２に支持されている。
【００３８】
また、ボイスコイルホルダ１３０の本体１３２の上部に設けられた上部ボイスコイル１４０は、ヨーク１８０の上部の内周面１８２に対向する位置に設けられている。また、ボイスコイルホルダ１３０の本体１３２の下部に設けられた下部ボイスコイル１５０は、ヨーク１８０の下部の内周面１８４に対向する位置に設けられている。従って、上部ボイスコイル１４０及び下部ボイスコイル１５０は、ボイスコイルホルダ１３０が軸方向（図３、図４に示すＺ方向）に往復運動すると共に、永久磁石１６０とヨーク１８０との間の磁束を横切ることで電流が発生する。尚、上部ボイスコイル１４０及び下部ボイスコイル１５０による往復運動で得られた電気は、制御装置９０に供給される。
【００３９】
また、発電機１２０では、図４に示されるように、永久磁石１６０による磁束Ｇ１と、励磁コイル１９０による磁束Ｇ２とが永久磁石１６０とヨーク１８０との間を通過することになり、上部ボイスコイル１４０及び下部ボイスコイル１５０による往復運動で得られた電流は、さらに増大する。
【００４０】
〔制御装置９０の制御処理〕
図６は制御装置９０が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。図６に示されるように、制御装置９０は、Ｓ１１で回転軸３０に取り付けられたディスク５２の回転数を監視する回転検出器６０より回転検出信号が出力されたか否かをチェックする（回転数監視制御手段）。Ｓ１１において、回転検出器６０からの回転検出信号が出力された場合（ＹＥＳの場合）、回転軸３０の回転が各発電装置４０Ａ〜４０Ｃのカム１１０に伝達される。そして、前述したカム１１０のカム面１１４に摺接する各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈのボイスコイルホルダ１３０が軸方向（図３、図４に示すＺ方向）に往復運動する。これにより、各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈのボイスコイルホルダ１３０に設けられた上部ボイスコイル１４０及び下部ボイスコイル１５０は、ボイスコイルホルダ１３０が軸方向（図３、図４に示すＺ方向）に往復運動すると共に、永久磁石１６０とヨーク１８０との間の磁束Ｇ１、Ｇ２（図４参照）を横切ることで発電を行い、発電された電流を送電経路に供給する。
【００４１】
次のＳ１２では、回転検出器６０で検出された回転検出信号の周期または単位時間当たりの信号数に基づいて羽根体２０及び回転軸３０の１分間当たりの回転数Ｎ（ｒｐｍ）を演算する。続いて、Ｓ１２ａでは、羽根体２０及び回転軸３０の回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ０を超えているか否かをチェックする。上記回転数Ｎ０は、風の弱い場合あるいは無風状態に近い状態か否かを判定するための下限値である。尚、例えば、羽根体２０の外周側端部の直径が６０ｃｍ〜１００ｃｍと仮定した場合、回転数Ｎ０の一例としては、例えば、Ｎ０＝２０ｒｐｍ程度が想定される。
【００４２】
上記Ｓ１２ａにおいて、回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ０を超えていない場合（ＮＯの場合）は、上記Ｓ１２の回転数の演算処理に戻る。この場合、羽根体２０の回転数が低すぎるので、励磁コイル１９０を励磁せず、各発電装置４０Ａ〜４０Ｎの負荷を軽減した状態で発電（微風発電）を行う。また、上記Ｓ１２ａにおいて、回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ０を超えている場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ１３に進み、励磁コイル１９０に通電する（励磁コイル制御手段）。これで、永久磁石１６０とヨーク１８０との間には、永久磁石１６０による磁束Ｇ１と励磁コイル１９０による磁束Ｇ２とが通過するため、発電効率が向上する。
【００４３】
次のＳ１４では、羽根体２０及び回転軸３０の回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ１を超えていないか否かをチェックする。尚、所定の回転数Ｎ１は、各発電装置４０Ａ〜４０Ｎを駆動するのに十分な回転数であり、任意の値に設定される。例えば、羽根体２０の外周側端部の直径が６０ｃｍ〜１００ｃｍと仮定した場合、回転数Ｎ１の一例としては、例えば、Ｎ１＝２０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍ程度が想定される。
【００４４】
Ｓ１４において、回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ１を超えていない場合（ＹＥＳの場合）、羽根体２０の回転数が発電に必要な通常の回転数と判断され、Ｓ１５に進む。Ｓ１５では、羽根体２０が破損する可能性が低いので、ブレーキ機構５０をオフにすると共に、電磁クラッチ７０をオフにする。これにより、各発電装置４０Ａ〜４０Ｃの各発電機１２０Ａ〜１２０Ｈの上部ボイスコイル１４０及び下部ボイスコイル１５０は、回転軸３０の負荷が軽減された状態で発電を継続する。この後は、上記Ｓ１１の処理に戻り、Ｓ１１以降の処理を実行する。
【００４５】
また、上記Ｓ１４において、回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ１を超えた場合（ＮＯの場合）、Ｓ１６に進み、羽根体２０及び回転軸３０の回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ１を超え、所定の回転数Ｎ２未満か否かをチェックする。尚、所定の回転数Ｎ２は、任意の値に設定され、例えば、羽根体２０の外周側端部の直径が６０ｃｍ〜１００ｃｍと仮定した場合、回転数Ｎ２の一例としては、例えば、Ｎ２＝６０ｒｐｍ程度が想定される。
【００４６】
Ｓ１６において、回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ１〜Ｎ２の範囲内である場合（ＹＥＳの場合）、上記Ｓ１７に進み、ブレーキ機構５０をオフにすると共に、電磁クラッチ７０をオンにする（負荷切換手段：クラッチ制御手段）。尚、所定の回転数Ｎ１〜Ｎ２は、任意の値に設定され、例えば、羽根体２０の外周側端部の直径が６０ｃｍ〜１００ｃｍと仮定した場合、回転数Ｎ１〜Ｎ２の一例としては、例えば、最大範囲として２０ｒｐｍ〜６０ｒｐｍ程度が想定される。
【００４７】
これにより、回転軸３０の回転が電磁クラッチ７０を介してオルタネータ８０に伝達される。このようにオルタネータ８０が発電することで、回転軸３０に各発電装置４０Ａ〜４０Ｎを駆動する際の負荷、及びオルタネータ８０の負荷がかかるため、回転数を減速して羽根体２０の破損を抑制できる。また、オルタネータ８０で発電された電流は、他の発電機１２０からの電流と共に、送電経路に送られる。
【００４８】
また、Ｓ１６において、回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ１〜Ｎ２の範囲内でない場合（ＮＯの場合）、Ｓ１８に進み、回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ２を超えたか否かをチェックする。Ｓ１８において、回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ２を超えた場合（ＹＥＳの場合）、上記Ｓ１９に進み、電磁クラッチ７０をオンにすると共に、ブレーキ機構５０のブレーキパッド５４にブレーキオン信号を出力し、ディスク５２を制動する（負荷切換手段：ブレーキ制御手段）。これにより、回転軸３０の回転数を減速して羽根体２０の破損を防止できる。その後Ｓ１１の処理に戻り、Ｓ１１以降の処理を実行する。
【００４９】
また、Ｓ１９において、回転数Ｎが予め設定された所定の回転数Ｎ２を超えていない場合（ＮＯの場合）、上記Ｓ１２に戻り、回転検出信号の周期から羽根体２０及び回転軸３０の回転数Ｎ（ｒｐｍ）を再度演算する。そして、上記Ｓ１３〜Ｓ１９の制御処理を繰り返す。
【００５０】
このように、羽根体２０及び回転軸３０の回転数Ｎに応じてブレーキ機構５０をオン又はオフにすると共に、電磁クラッチ７０をオン又はオフにすることで、羽根体２０の破損を防止しながら発電効率を高めることが可能になる。
【００５１】
また、上記電磁クラッチ７０を各発電装置４０Ａ〜４０Ｎの間に配置して羽根体２０の回転数の増加に応じて各電磁クラッチをオンに切換えることで各発電装置４０Ａ〜４０Ｎを選択的に稼働させる構成としても良い。その場合、回転検出を行うディスク５２及び回転検出器６０は、羽根体２０と発電装置４０Ａとの間に配置する。
【００５２】
また、上記実施形態１では、１本の回転軸３０に複数の発電装置４０を設ける構成を一例として挙げたが、これに限らず、例えば、複数の回転軸のそれぞれに発電装置を設け、各回転軸にギヤなどの伝達機構を介して羽根体２０の回転を伝達させる構成としても良い。
【００５３】
また、上記実施形態１では、風力で羽根体２０を回転させる場合を例に挙げて説明したが、羽根体２０の形状を変えることで水力発電に用いることも可能になる。尚、水力発電の場合、例えば、水量の変化によって発電量が変化するが、川の上流にダムがある場合には、水量が比較的安定しているため、上記フローチャートにおける回転数の閾値Ｎ０、Ｎ１、Ｎ２が各設置場所における川の流速に応じた値に適宜置換される。
【００５４】
また、水力発電の場合、上流側で集中豪雨が発生した場合、水量が急激に上限値を超えてしまうことが考えられるので、上記ブレーキ機構５０や電磁クラッチ７０と共に、供給される水量を上限値以下に制限する水量調整機構などを設けると良い。
【符号の説明】
【００５５】
１０  発電システム
２０  羽根体
３０  回転軸
４０Ａ〜４０Ｎ  発電装置
５０  ブレーキ機構
５２  ディスク
５４  ブレーキパッド
６０  回転検出器
７０  電磁クラッチ
８０  オルタネータ
９０  制御装置
９０Ａ  励磁コイル制御手段
９０Ｂ  回転数監視制御手段
９０Ｃ  クラッチ制御手段
９０Ｄ  ブレーキ制御手段
９０Ｅ  ＣＰＵ
９０Ｆ  メモリ
１００  軸受
１１０  カム
１１４  カム面
１１５  カム凹部
１１６  カム凸部
１２０、１２０Ａ〜１２０Ｈ  発電機
１２２  ローラ
１３０  ボイスコイルホルダ
１４０  上部ボイスコイル
１５０  下部ボイスコイル
１６０  永久磁石
１７０  ボイスコイルホルダ支持機構
１７２  バネ支持部
１７４  板バネ
１８０  ヨーク
１９０  励磁コイル
２００  保持部材
２１０、２１２  リング状スリット
【図１】
2014231765.tif 000003
【図２】
2014231765.tif 000004
【図３】
2014231765.tif 000005
【図４】
2014231765.tif 000006
【図５】
2014231765.tif 000007
【図６】
2014231765.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月1日(2013.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流速に応じた回転数で回転する羽根体と、
前記羽根体の回転が伝達される回転軸と、
前記回転軸の回転により発電を行う複数の発電装置とを有する発電システムであって、
前記複数の発電装置は、
前記回転軸の回転を伝達され、外周に所定形状のカム面が形成されたカムと、
前記カムの外周に配置された複数のボイスコイル型発電機と、
を備え、
前記複数の発電装置のそれぞれに設けられた前記複数のボイスコイル型発電機は、前記羽根体の回転を前記回転軸に設けられた複数の前記カムの回転により発電を行うことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記複数のボイスコイル型発電機は、ボイスコイルと、ヨークと、励磁コイルとを有し、前記羽根体の回転に伴って前記励磁コイルへの通電を行い、前記ボイスコイルを保持するボイスコイルホルダが前記カムの回転に伴う摺接により往復運動を行うと共に前記ボイスコイルに電流を発生させることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記ヨークは、環状に形成された磁気回路を形成しており、
前記ボイスコイルホルダは、前記ヨークの内周に挿入され、前記ヨークの内周面に対向する複数の前記ボイスコイルを保持することを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記回転軸の回転数を検出する回転検出手段と、
前記回転検出手段により検出された回転数が所定以上になったときに前記回転軸の負荷を切り換える負荷切換手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の発電システム。
【請求項５】
前記負荷切換手段は、前記回転検出手段により検出された回転数が所定以上になったときに前記回転軸を制動するブレーキ機構であることを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項６】
前記負荷切換手段は、
前記回転軸に設けられた電磁クラッチと、
前記電磁クラッチを介して前記回転軸の回転を伝達されて発電を行うオルタネータと、
前記回転検出手段により検出された回転数に応じて前記電磁クラッチをオン又はオフに切り換えるクラッチ制御手段と、を備え、
前記電磁クラッチは、前記回転検出手段により検出された回転数が所定以上のときオンに切り換わり、前記回転軸の回転を前記オルタネータに伝達することを特徴とする請求項４または５に記載の発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
一つの案では、流体の流速に応じた回転数で回転する羽根体と、
前記羽根体の回転が伝達される回転軸と、
前記回転軸の回転により発電を行う複数の発電装置とを有する発電システムであって、
前記複数の発電装置は、
前記回転軸の回転を伝達され、外周に所定形状のカム面が形成されたカムと、
前記カムの外周に配置された複数のボイスコイル型発電機と、
を備え、
前記複数の発電装置のそれぞれに設けられた前記複数のボイスコイル型発電機は、前記羽根体の回転を前記回転軸に設けられた複数の前記カムの回転により発電を行うことを特徴とする発電システムが提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
一態様によれば、羽根体の回転が回転軸を介して複数の発電装置のそれぞれに設けられた各カムに伝達され、複数のカムのそれぞれの外周に配置された複数のボイスコイル型発電機を同時に駆動するため、より多くのボイスコイル型発電機が発電を行って発電効率を高めることが可能になる。
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月3日(2014.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流速に応じた回転数で回転する羽根体と、
前記羽根体の回転が伝達され、回転検出手段により回転数を検出され、前記回転検出手段により検出された回転数が所定以上になったときに負荷切換手段により負荷を切り換えられる回転軸と、
前記回転軸の回転により発電を行う複数の発電装置とを有し、
前記複数の発電装置は、
前記回転軸の回転を伝達され、外周に所定形状のカム面が形成されたカムと、
前記カムの外周に配置された複数のボイスコイル型発電機と、
を備え、
前記複数の発電装置のそれぞれに設けられた前記複数のボイスコイル型発電機は、前記羽根体の回転を前記回転軸に設けられた複数の前記カムの回転により発電を行い、
前記負荷切換手段は、
前記回転検出手段により検出された回転数が所定以上になったときに前記回転軸を制動するブレーキ機構と、
前記回転軸に設けられた電磁クラッチと、
前記電磁クラッチを介して前記回転軸の回転を伝達されて発電を行うオルタネータと、
前記回転検出手段により検出された回転数に応じて前記電磁クラッチ及び／又はブレーキ機構をオン又はオフに切り換える制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記回転検出手段により検出された回転数が所定回転数Ｎ１以上で前記所定回転数Ｎ１よりも高回転となる所定回転数Ｎ２未満のとき前記電磁クラッチをオンに切り換えて前記回転軸の回転を前記オルタネータに伝達し、前記回転検出手段により検出された回転数が前記所定回転数Ｎ２以上のとき前記電磁クラッチ及び前記ブレーキ機構をオンに切り換えて前記回転軸の回転を前記オルタネータに伝達するとともに前記ブレーキ機構による制動力を前記回転軸に伝達することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記複数のボイスコイル型発電機は、ボイスコイルと、ヨークと、励磁コイルとを有し、前記羽根体の回転に伴って前記励磁コイルへの通電を行い、前記ボイスコイルを保持するボイスコイルホルダが前記カムの回転に伴う摺接により往復運動を行うと共に前記ボイスコイルに電流を発生させることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記ヨークは、環状に形成された磁気回路を形成しており、
前記ボイスコイルホルダは、前記ヨークの内周に挿入され、前記ヨークの内周面に対向する複数の前記ボイスコイルを保持することを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
一つの案では、流体の流速に応じた回転数で回転する羽根体と、
前記羽根体の回転が伝達され、回転検出手段により回転数を検出され、前記回転検出手段により検出された回転数が所定以上になったときに負荷切換手段により負荷を切り換えられる回転軸と、
前記回転軸の回転により発電を行う複数の発電装置とを有し、
前記複数の発電装置は、
前記回転軸の回転を伝達され、外周に所定形状のカム面が形成されたカムと、
前記カムの外周に配置された複数のボイスコイル型発電機と、
を備え、
前記複数の発電装置のそれぞれに設けられた前記複数のボイスコイル型発電機は、前記羽根体の回転を前記回転軸に設けられた複数の前記カムの回転により発電を行い、
前記負荷切換手段は、
前記回転検出手段により検出された回転数が所定以上になったときに前記回転軸を制動するブレーキ機構と、
前記回転軸に設けられた電磁クラッチと、
前記電磁クラッチを介して前記回転軸の回転を伝達されて発電を行うオルタネータと、
前記回転検出手段により検出された回転数に応じて前記電磁クラッチ及び／又はブレーキ機構をオン又はオフに切り換える制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記回転検出手段により検出された回転数が所定回転数Ｎ１以上で前記所定回転数Ｎ１よりも高回転となる所定回転数Ｎ２未満のとき前記電磁クラッチをオンに切り換えて前記回転軸の回転を前記オルタネータに伝達し、前記回転検出手段により検出された回転数が前記所定回転数Ｎ２以上のとき前記電磁クラッチ及び前記ブレーキ機構をオンに切り換えて前記回転軸の回転を前記オルタネータに伝達するとともに前記ブレーキ機構による制動力を前記回転軸に伝達することを特徴とする発電システムが提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
一態様によれば、羽根体の回転が回転軸を介して複数の発電装置のそれぞれに設けられた各カムに伝達され、複数のカムのそれぞれの外周に配置された複数のボイスコイル型発電機を同時に駆動するため、より多くのボイスコイル型発電機が発電を行って発電効率を高めることが可能になる。また、回転検出手段により検出された回転数が所定回転数Ｎ１以上で当該所定回転数Ｎ１よりも高回転となる所定回転数Ｎ２未満のとき電磁クラッチをオンに切り換えて回転軸の回転をオルタネータに伝達し、回転検出手段により検出された回転数が所定回転数Ｎ２以上のとき電磁クラッチ及びブレーキ機構をオンに切り換えて回転軸の回転をオルタネータに伝達するとともにブレーキ機構による制動力を回転軸に伝達するため、例えば流体の流速が想定以上の場合には、段階的に回転軸に対する負荷を増大させて羽根体が過回転することを抑制することが可能になり、発電を停止させることがないので、発電効率をより高めることが可能になる。