(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直軸式風力発電装置の学習用組み立てキットで安価に容易に組み立てでき、弱風でも効率よく発電でき、発電が確認できるランプなどを点灯できるようにした教材組立てキット構造の提供。【解決手段】風車フレームや回転翼を板状部品の切り抜き加工で製作出来るようにした。また、容易に組み立てでき、回転して発電可能な強度を得るため、全てほぞ組みとした。低速回転でも発光ダイオオードを点灯させるため、回転翼に直接発電コイル、または永久磁石を取り付けた構造にした。【選択図】  図１
2006226250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸型風車装置の教材用組み立て構造に関し、部品が主に板状部材を切り取って作られ、ほぞにより組み立てる方式
【請求項２】
上記風車装置の回転翼部の３枚のブレードを上下２枚以上の板状アームに取り付ける構造
【請求項３】
上記風車装置に関し、発電部分を回転翼のアームに磁石または発電コイルを直接配置した構造
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
垂直軸型風車装置を容易に安価に組み立てができ、垂直型風車の特徴と発電原理を学習するための教材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置の学習教材は、プロペラ式（水平軸式）のものは多くあるが、垂直軸式のものはない。また、プロペラ式でも発電機はモーター状のもので、発電機内部を見ることはできない。垂直軸式では、原理的にプロペラ式に比べて、回転数が低いのでモーター状の発電機では、実効直径が小さいく、ランプを点灯させるほどの電力は得られない。
【０００３】
このため、垂直軸式風車装置を安価に容易に組み立てて、実際に風力で発電させてランプを点灯させ、垂直軸式風車の特徴を学習し、また、同時にそれに発電機も取り付け、発電機の原理と特徴を見て理解できる教材キットを考案した。
【特許文献１】特開２００２−１０６４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
垂直軸式風車を安価に容易に組み立てができる構造とし、また家庭用扇風機程度の弱風で発電しランプを点灯させる必要はある。また、発電部は見て学習できるように、コイルなどの部品が露出していることが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
装置の主要部を安価な板材から取れる構造とした。また、組み立ても接着剤などを使用せず、板材にほぞを設けて容易に組み立てられるようにした。発電機構も、発電コイルまたは永久磁石を風車回転翼のアームに直接取り付け構造とした。
【発明の効果】
【０００６】
フレーム部、回転翼部など、主要部を板材から製作できるようにし、ほぞによる組み立て方式にしたため、接着剤の使用を無くし、コストダウンと組み立ての容易さを実現し、かつ、必要な強度を確保した。
【０００７】
また、発電部も回転翼直接取り付けにしたため、発電機の実効直径を大きく取れ、回転周速度を上げて発電効率を高めた。このため低速回転でも充分な電力を得られ、弱風でも発光ダイオードを点灯させることができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面に示す実施の形態例に基づき、本発明を詳細に説明する。
【実施例】
【０００９】
図１は全体の組み立て後の外観図である。フレーム上部板１とフレーム下部板３を３本のフレーム柱板２Ａ、２Ｂ，２Ｃが支えている。フレームの間に回転翼上部アーム板４Ａ、回転翼下部アーム板４Ｂを２本の回転翼シャフト板９Ａ、９Ｂで組みつけられ、これに３枚のブレード５Ａ、５Ｂ，５Ｃが取り付けられた回転翼の回転軸６が上下に支持される。回転翼下部アーム板４Ｂには、３つの発電部コイル７Ａ、７Ｂ，７Ｃが取り付けられている。またフレーム柱板２Ａ、２Ｂ，２Ｃの下部にも３つの発電部永久磁石８Ａ、８Ｂ，８Ｃが取り付けられている。風で回転翼が回転翼軸６の周りを回転して一緒に発電部コイル７Ａ、７Ｂ，７Ｃが回転する。発電部コイル７Ａ、７Ｂ，７Ｃは発電部永久磁石８Ａ、８Ｂ，８Ｃとは接触しない範囲でできるだけ近くを通過するように取り付ける。
【００１０】
図２はフレーム部の組み立て前の外観を示している。三角形のフレーム上部板１の３つのコーナーには、フレーム上部板ほぞ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが切られ、またこれに対応するフレーム柱板２Ａ、２Ｂ，２Ｃにはやはりフレーム柱板上部ほぞ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが切られている。同様にフレーム下部板３にフレーム下部板ほぞ１３Ａ、１３Ｂ，１３Ｃ、フレーム柱板下部ほぞ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが切られている。各ほぞを合わせて、矢印の方向に組み立てれば、強いフレームが出来上がる。
【００１１】
図３は回転翼の組み立て後の外観を示している。回転翼上部アーム板４Ａと回転翼下部アーム板４Ｂは２本の回転翼シャフト板９Ａ、９Ｂで接続されている。また回転翼シャフト板９Ａ、９Ｂの間に回転翼軸６が通してあり、実際は、回転翼は回転翼軸６の周りを回転する。回転翼軸６は金属製の棒でできている。
【００１２】
図４は回転翼の組み立前の外観を示している。回転翼上部アーム板４Ａには、２つの回転翼シャフト板上部ほぞ穴１４Ａ、１４Ｂが空けられている。回転翼シャフト板９Ａ，９Ｂの上部には、２つの回転翼シャフト板上部ほぞ１５Ａ，１５Ｂが切られている。これらを矢印の方向に差し込むと回転翼上部アーム板４Ａと２本の回転翼シャフト板９Ａ，９Ｂが組み合わされる。同様に回転翼下部アーム板４Ｂにも回転翼シャフト板９Ａ，９Ｂが組み合わされ、回転翼フレームが出来上がる。さら回転翼上部アーム板４Ａ，下部アーム板４Ｂの中心に回転翼軸６を通す。また、回転翼上部アーム板４Ａと回転翼下部アーム板４Ｂにブレード５Ａ，５Ｂ，５Ｃを図のよう組み付けると、回転翼の組み上がりとなる。ブレード５Ａ，５Ｂ，５Ｃは別途プラスチック薄板の湾曲させたものを製作しておく。また、回転翼下部アーム板４Ｂの端に３つの発電部コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃを締め付けバンド、テープ等で固定する。この回転翼を前に示したフレームに組み付けると図１のように垂直軸式風車装置組み立て教材の完成である。
【００１３】
以上で説明した板状材料を一枚の板から切り取る板取例を図５に示す。教材として適当なサイズは三角状のフレーム上部板１の一辺が200mm程度なので、必要な元板の大きさは縦580mm、横530mm程度で、厚さは5mmあれば強度が得られる。材質は安価な低発泡スチロール系樹脂で充分である。
【００１４】
発電部の詳細を説明したのが、図６発電部説明図である。３方向に伸びたひとで形の回転翼下部アーム板４Ｂの端に発電部コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃが取り付けられている。発電部永久磁石８Ａ，８Ｂ，８Ｃはそれぞれフレーム柱板２Ａ，２Ｂ，２Ｃの下部に取り付けられている。図６では、各発電コイルと磁石が最も接近した場合を示している。３つの発電コイルの２つの端子はお互いに直列に電気配線２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ、で配線され、その間に発光ダイオード１９Ａ，１９Ｂが接続される。発電の原理で３つの発電コイルは３つの電池と等価であるので、風車が低速回転時でも発光ダイオード１９Ａ，１９Ｂが点灯する充分な電圧を確保するため、直列に接続するのが良い。電池と同じでコイルに流れる電流も極性があるので、フレーム柱板２Ａ，２Ｂ．２Ｃに取り付けられている発電部永久磁石８Ａ，８Ｂ，８ＣのＮ，Ｓの極性を同じにし、また３つのコイルの巻いている方向も同じになるように注意が必要である。
【００１５】
発光ダイオード１９Ａ，１９Ｂは極性が逆になっているのは、発電電流が交流なのでいつもどちらかが点灯しているように考慮している。発光ダイオードは１つでも良い。発光ダイオードを使用しているのは、低電圧、低電流で点灯できるため、弱風、低速回転で点灯可能である。発電コイルの直径は10mm、線材は直径0.0８mm、巻き数は2000回転程度が適当である。さらに発電部コイル鉄心１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを発電コイルの中心に入れて発電効率を上げる。
【００１６】
図６の実施例では、発電コイルは回転翼に、永久磁石はフレーム柱に付いているが、これは、発光ダイオードが回転翼と一緒に、回転しながら発光させるためで、外見上の問題である。逆に発電コイルはフレーム柱、永久磁石は回転翼に付けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】全体の組み立て後外観
【図２】フレーム部の組み立て前外観
【図３】回転翼の組み立て後外観
【図４】回転翼の組み立て前外観
【図５】板状部品の板取例
【図６】発電部説明図
【符号の説明】
【００１８】
１    フレーム上部板
２Ａ  フレーム柱板  
２Ｂ  フレーム柱板  
２Ｃ  フレーム柱板  
３    フレーム下部板
４Ａ  回転翼上部アーム板
４Ｂ  回転翼下部アーム板
５Ａ  ブレード
５Ｂ  ブレード
５Ｃ  ブレード
６    回転翼軸
７Ａ  発電部コイル    
７Ｂ  発電部コイル    
７Ｃ  発電部コイル    
８Ａ  発電部永久磁石
８Ｂ  発電部永久磁石
８Ｃ  発電部永久磁石
９Ａ  回転翼シャフト板
９Ｂ  回転翼シャフト板
１０Ａ  フレーム柱板上部ほぞ  
１０Ｂ  フレーム柱板上部ほぞ  
１０Ｃ  フレーム柱板上部ほぞ
１１Ａ  フレーム上部板ほぞ  
１１Ｂ  フレーム上部板ほぞ  
１１Ｃ  フレーム上部板ほぞ  
１２Ａ  フレーム柱板下部ほぞ  
１２Ｂ  フレーム柱板下部ほぞ  
１２Ｃ  フレーム柱板下部ほぞ
１３Ａ  フレーム下部板ほぞ  
１３Ｂ  フレーム下部板ほぞ  
１３Ｃ  フレーム下部板ほぞ  
１４Ａ  回転翼上部アーム板ほぞ穴
１４Ｂ  回転翼上部アーム板ほぞ穴
１５Ａ  回転翼シャフト板上部ほぞ
１５Ｂ  回転翼シャフト板上部ほぞ
１６Ａ  回転翼シャフト板下部ほぞ
１６Ｂ  回転翼シャフト板下部ほぞ
１７Ａ  回転翼下部アーム板ほぞ穴
１７Ｂ  回転翼下部アーム板ほぞ穴
１８Ａ  発電部コイル鉄心
１８Ｂ  発電部コイル鉄心
１８Ｃ  発電部コイル鉄心
１９Ａ  発光ダイオード
１９Ｂ  発光ダイオード
２０Ａ  電気配線
２０Ｂ  電気配線
２０Ｃ  電気配線
２０Ｄ  電気配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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