(57)【要約】【課題】実用的な小型風力発電機を普及させる為、風力発電機のブレードには、授風面積の大きい扇形が最適であるが、製作技術と強風時の制御が難しく、又、低回転という欠点もあり、利用は不可能と言われていたが、これを改善し、高効率の実用風力発電機提供に関するものである。【解決手段】扇形の幅広ブレードを使用。風車を強風時にブレーキで停止、更にブレードの変換が自在にでき、大半の耐風圧力を逃し安全を確保。加えて増速機の利用で風車の高速回転を実現し、風車とハウジングケースを主柱より風下に向く作りで、方向蛇不要の構造を特徴とした、風下式多翼型風力発電装置の開発で、従来機種の２〜３倍以上の効率アップとなり実用小型風力発電装置の製作が可能となった。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のブレード（羽根ともいう、以下省略）を使用、そのブレードの形を扇型とし、そのブレードに当る風の面積を多くする作りで、ブレードの直径を長くすることなく、風力の回転力を大幅に向上させ、風速が弱風から強風まで対応でき、対風向もダウン・ウインドタイプとし、方向蛇不要の構造を特徴とした、風下式多翼型風力発電装置。
【請求項２】
面積の大きい扇型ブレードの補強には、複数のブレードを固定する、それぞれの引き張り支柱の両端を固定、更に、複数の支柱を三角トラス形で補強、安全性を高め、更に一定の風速を越えれば、風車はブレーキにより回転を停止、扇型のブレードも同時に風圧により、ブレードの支持シャフト中心より方向を変換し、対風速力の一部を逃す事で、風車装置全体の安全性を向上させる構造を特徴とする請求項１に記載する風下式多翼型風力発電装置。
【請求項３】
風車及発電機を収納するハウジングケースを主柱の中心軸より適宜サイズずらして設け、更にハウジングケースの上下に風向従属板をつけ、風車を主柱より前面の耐風車型ではなく、主柱より後方に従属する方式とし、大型の方向蛇を必要とせず、ハウジングケースと風車が自動で対風向側に追従する作りとし、扇型のブレードの大型化は風力発電には不向き、との従来の考え方を大幅に改善した構造を特徴とした、請求項１、２に記載する風下式多翼型風力発電装置。
【請求項４】
風車の中心シャフトからハウジングケース内にブレーキ、増速機、発電機をコンパクトに収納、更に発電機の電流も、上部ハウジングケース中心部より、下部主柱中心部の中央での回転子を経由して、伝導して受電する作りとし、防雨型でメンテナンスの手間を大幅に軽減した構造を特徴とした、請求項１、２、３に記載する風下式多翼型風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型風力発電機のブレードには、受風面積の大きい扇型が最適であるが、製作技術と強風時の制御が難しく、又低回転という欠点もあり、利用は不可能と言われているが、風車を強風時にブレーキで停止。更にブレードの変換が自由にでき、大半の対風圧力を逃し、安全を確保。加えて、増速機の利用で、風車の低速回転を発電機への高速回転を実現し、風車とハウジングケースを主柱より風下に向く作りで、方向舵不要の構造を特徴とした風下式多翼型風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から風力発電機としては、プロペラ型が主流で、最近は垂直翼型風力発電機も発明されているが、まだ大型・小型ともプロペラ式が多く実用化されている。
【０００３】
しかし、最近は、地球温暖化の防止上、風力発電機の普及は欠かせないが、、多く実用化されているプロペラ式風力発電機で、プロペラの風切り音が高いこと、超小型化すれば発電機の回転力が悪く、実用機種に不向きなどの欠点があった。
【０００４】
実用的小型風力発電機を普及させるには、プロペラの風切り音が少なく、目障り感がなく周囲に溶け込み、弱風と強風にも発電機として使用でき、できれば、風速７m以下で負荷発電し、価格的にも安価で市街地でも設置可能な風力発電機の開発が望まれる。
【０００５】
特に実用化されているプロペラ式の小型風力発電機の市街地への設置は、プロペラのブレード（羽根）の直径が1.2m〜２mに限定されているが、これはそれ以上のブレードになればブレードの風切り音・目障り感が目立つため、市街地への環境悪化とプロペラの大型化で危険度が増す為、設置が不可能で、そのためプロペラの長さが制限されることで、発電機の回転数が定格数に上がらず又、大型機種も設置できず弱風時には発電しないなど、実用化には至らない問題があった。
【０００６】
この改善策として多翼式でブレードも扇形とし、風圧を多く受けブレードを短くして、低速回転を発電機には高速回転させ、発電する方法がある。
図１は、多翼式風力発電装置の正面図で、従来のブレードの形状とは全く逆で、円の中心が小さく円の外側に向かって大きく面積が広くなっている。
全体のブレードの８つが広い為、ブレードの先が見えず、回転してもブレードのチラツキがなく、回転している感じがほとんどしない。
【０００７】
図２は背面図である。ブレードを扇型の８枚にしているのは、強度が保持できるのと、変換がしやすい為である。
【特許文献１】特開２００３−００１８９７号公報
【特許文献２】特開２００２−１５３０３６号公報
【特許文献３】特開２００２−２９２８９号公報
【特許文献４】特開２００４−４６５７２号公報
【特許文献５】特願２００４−９３９５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
小型風力発電機を設置場所を限定せず、風速６〜７ｍの弱風で利用できる装置を普及させる為には次のような課題があった。
ブレードがプロペラ式でも垂直翼式でも従来の方法より高性能にしなければならないが、その方法はどうするか。
弱風から強風でも発電を可能にし、方向蛇を必要とせず風を利用、製造コスト安と安全性をいかにしてバランスのとれた作りをするか。
ブレードを短くして風切り音を抑え、ブレードのチラツキを少なくする方法はないか。
ブレードを短くすれば、回転力が不足し又ブレードの面を拡大すれば、回転数が低くなる欠点があるがどのようにして改善するか。
本発明は、これらの欠点や課題を解決する為になされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、面積の大きい扇型ブレードの補強には、複数のブレードを固定する、それぞれの引き張り支柱の両端を固定、更に、複数の支柱を三角トラス形で補強、安全性を高め、更に一定の風速を越えれば、風車はブレーキにより回転を停止、扇型のブレードも同時に風圧により、ブレードの支持シャフト中心より方向を変換し、対風速力の一部を逃す事で、風車装置全体の安全性を向上させる構造を特徴とする請求項１に記載する風下式多翼型風力発電装置を提供するものである。
【００１０】
請求項２の発明は、面積の大きい扇型、ブレードの補強には、扇形ブレードの途中に、引き張り支柱を設け、更に一定の風速を越えれば、風車はブレーキにより回転を停止。扇形のブレードも同時に風圧により、ブレードの中心シャフトより方向を変換し、対風速力の半分以上を逃す事で、風車全体の安全性を向上させる構造を特徴とする、請求項１に記載する風下式多翼型風力発電装置を提供するものである。
【００１１】
請求項３の発明は、風車及発電機を収納するハウジングケースを主柱の中心軸より適宜サイズずらして設け、更にハウジングケースの上下に風向従属板をつけ、風車を主柱より前面の耐風車型ではなく、固定主柱より後方に従属する方式とし、大型の方向陀を必要とせず、ハウジングケースと風車が自動で対風向側に追従する作りとし、扇形のブレードの大型化は風力発電には不向き、との従来の考え方を大幅に改善した構造を特徴とした、請求項１、２に記載する風下式多翼型風力発電装置を提供するものである。
【００１２】
請求項４の発明は、風車の中心シャフトからハウジングケース内にブレーキ・増速機・発電機をコンパクトに収納。更に発電機の電流の取り出しには、上部ハウジングケース中心部より、下部主柱の中心部の中央での回転子を経由して伝導して受電する作りとし、防雨型でメンテナンスの手間を大幅に軽減した構造を特徴とした、請求項１、２、３に記載する風下式多翼型風力発電装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により次の効果がある。
ブレードが受ける風圧をプロペラ式、垂直翼式の従来機種より大幅に回転効率が向上する。最低でもプロペラ式で２倍以上、垂直翼式で2.5倍の回転力効率アップとなる。
全体が丸型であり、ブレードが扇形で円の全体に面積があり、その為先が見えずチラツキがなく、回転数も少ない事で音も低く違和感が少ない為、住宅地や市街地での利用が可能となる。
ブレードの面を扇型状により拡大する事で低速回転するが、増速機の利用でシャフトの増速が可能で、発電機の回転は増速され効率が良く、製作コスト高を考慮しても十分メリットがある。
【００１４】
最近では、風力発電機で発電機の増速をしない方法もなされているが、１基ブレードが２m以内で風速も１１ｍ以上必要で、発電も600W〜800W程度しか発電しない為、実用性に欠けていた。
本願発明品では、デザイン・性能・安全性に従来機より大幅に向上する為、価格が多少高くなっても、風速７m／S以下で実用小型風力発電機が製作可能で、海岸地区では年間75〜80％以上、市街地でも48〜55％と従来型の２倍以上の発電ができ、実用小型風力発電機として、全国に普及しやすい。
これにより、実用であてになる風力発電機を提供でき、自然エネルギー利用向上にも大きく寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
従来よりプロペラ式や垂直翼でもブレードは、風速を回転に変換する時、回転をいかに早くするかが最大の目的であった為、ブレードの形はなるべく細く・長く、又、薄くをモットーに開発されている。しかしこれでは小型で実用の風力は出ない欠点がある。その為、本願発明では丸型を８等分する支持柱にし、１本の支持柱に円の８分の１に相当する扇形のブレードに面積を拡大し、より多くの風力を受け、回転力に変換することで従来型のプロペラ式より２〜３倍の回転力を得ることができ、風速７m以下でも小型で実用性の高い風力発電機を提供できる目的が達成できた。
【００１６】
以下、本発明の一実施例を図によって説明する。
図１は姿図で風下式多翼型風力発電装置である。
【００１７】
図２は正面図である。図１の１は扇形のブレードで、その中の２はブレードの補強骨組で、７の回転パイプの中で回転ができ、バネの４でこのブレードは強風時変換し、半分以上の風を逃す。３は８枚のブレードの補強円形板で、５は回転主柱、６は固定主柱を表し、下部からの主柱と接続し取付け、ハウジングケース８の上に小型の風向従属板９がありメンテ用開閉口が両サイトに固定主柱５に取付け、１１はバネ４の支持金具で１２は換気口である。
【００１８】
この扇形ブレード・１は回転パイプ７に金具１１により固定されるがブレードが９０度までは可動できる構造となっているが、風車全体の回転を停止する為、８枚のブレードが、強風時後方に変換するが支障はない。
【００１９】
図３は背面図である。１３はブレード１をバネ４で固定しているナットを表し、ブレード１の８枚が中心より扇形にしているのは、取付がしやすく、弱風でも回転力を増す為の作りである。１・３・６は図１の通りである。
【００２０】
図４は左側面図である。１４は、大型風向従属板で、９は小型風向従属板で、全体の吊り金具１５であり、回転主柱５の中心よりブレードはハウジングケース８の長さでかなりズレており、ブレード１が風下に向きやすくしている。１・５・６は図１の通りである。
【００２１】
図５は右側面図でハウジングケース８内にブレーキ・増速機・発電機のすべてが収納されており、防雨ケースであり、又、メンテナンス開閉口大１６のメンテナンス開閉口１０があり、後口メンテナンスがしやすくしている。８・１５は図１・２の通りである。
【００２２】
図６は平面図で、ブレード補強板３で指示されており、ブレード１の面積の大きい点をカバーしている。８・９・１５は図１・２・３の通りである。
【００２３】
図７は底面図である。１・５・６・１２・１４は図１・３の通りである。
【００２４】
図８は内部機構を省略したA-A断面参考図である。図を左から説明すると、換気口１２から空気が入り、強風時には強風時停止スイッチ１８が作動し、停止インバーター２１で調整され、ブレーキ２３で回転が止まる。左から発電機１９、増速機２０、カップリング２２、ブレーキ２３がシャフト２４に連結され、ブレード１とブレードの補強板１７の回転力を連動させるシステムとなっている。
【００２５】
強風時停止スイッチ１８の電源は、２９の電流線Bより取り入れ、又、ブレーキ２３の電源は、電流線A２８から取り入れる。発電機１９の電気は電気取り出し回転子２５から配線２６を経由して分電スイッチ、トランス２７より外部線と接続し、バッテリーが直接電源として利用する。
【００２６】
回転主柱の中には、スラストベアリング３０とラジアルベアリング３１が組み込まれており、固定主柱６とのバランスで軽く、方向従属板９と１４の通り、風下を向く構造となっている。
【００２７】
図９は内部機構を省略したB-B断面参考図でハウジングケース８とベアリング３２とメンテナンス開閉口大１６、メンテナンス開閉口小１０と構成されている。
【００２８】
図１０は、強風時羽根変換展開参考図で、回転を停止したブレード１が強風時バネ４が伸びて点線のように回転パイプ７を軸として回転し、風を逃す。７０％以上の風を逃す為、風車全体の破壊を防止し、弱風になれば元に戻り、再度ブレード１は回転する。１１はバネ支持金具で、２はブレードの補強骨組。
【００２９】
図１１は内部機構を省略した羽根取付拡大参考図で、図１０との関連図である。バネ４はハウジングケース８と連結され、バネ支持金具１１の上からブレード１と連動し、ブレード１が強風で動けばバネ４４がバネワイヤー３３と連動し伸びる。ブレード１の全体は回転パイプ７がパイプが二重にセットされ、回転する仕組みで、オイレスベアリング入りで構成され、風で容易に回転する。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
ブレードがプロペラ式か垂直翼式を問わず、従来の方法より性能・効率・安全性が２〜３倍向上しなければ小型の実用型風力発電機の普及は不可能である。本願発明は従来とは全く逆の発想により扇型で幅広ブレードを考案した事により、価格が割高になるが、従来品は風速が10〜12m／s以上必要であるのに、本願発明品は風速７m／sで負荷発電（電力を使用する意味）するため、海岸地区や市街地のビル屋上での利用が大幅に可能になる。従って、全体的に改良すれば従来機の３倍の性能アップができ、強風７m／s以下での実用小型風力発電機として１KW〜１９KWまでの普及ができ、全世界の流通商品として又一般家庭から軽工業用まで幅広く利用でき、自然エネルギーの利用向上にも役立つ画期的な風力発電機である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例を示す風下式多翼型風力発電装置の姿図
【図２】正面図
【図３】背面図
【図４】左側面図
【図５】右側面図
【図６】平面図
【図７】底面図
【図８】内部機構を省略したA-A断面参考図
【図９】内部機構を省略したB-B断面参考図
【図１０】強風時羽根方向変換断面展開参考図
【図１１】内部機構を省略した羽根取付拡大参考図
【符号の説明】
【００３２】
1.  扇形ブレード（羽根）
2.  ブレード補強骨組
3.  ブレード補強円形板
4.  引バネ
5.  回転主柱
6.  固定主柱
7.  回転パイプ
8.  ハウジングケース
9.  風向従属板
10. メンテ開閉口小
11. 引バネ支持金具
12. 換気口
13. バネ固定ナット
14. 大型風向従属板
15. つり金具
16. メンテナンス開閉大
17. 支持板
18. 強風時停止スイッチ
19. 発電機
20. 増速機
21. 停止インバーター
22. カップリング
23. ブレーキ
24. シャフト
25. 電気取出し回転子（真ちゅう）
26. 配線
27. 分電スイッチ・トランス
28. 電流線A
29. 電流線B
30. スラストベアリング
31. ラジアルベアリング
32. ベアリング大
33. ワイヤー（バネ付）
【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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【図７】
2006152898.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006152898.tif 000011
【図１０】
2006152898.tif 000012
【図１１】
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