(57)【要約】      （修正有）【課題】小さい風力で発電機を回転させ、回転速度が上がるとともに増速比を上げて、早い回転速度を発電機に伝えることができる風車発電用動力伝達機構を提供する。【解決手段】風車側に、鉄など強磁性体を使用した円盤状ローターを設け、発電機側に、磁気を持った磁石ローターを円盤状ローターの直径方向に移動可能に設ける。磁石ローターと円盤状ローターとの接触位置を移動させることにより、可変変速機能を持つ。【選択図】図１
0003179801.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
風車の回転力を発電機に伝える風車発電装置において、風車側には、鉄などの強磁性体を使用した円盤状ローターを設け、発電機側には磁気を持った磁石ローター設け、この磁石ローターはレール等を使い風車側円盤状ローターの直径方向に移動可能な構造とし、この両者のローターを接触させ、磁石ローターと風車側円盤状ローターとの接触位置を移動させることによる可変変速機能を持った風車発電用動力伝達機構。
【請求項２】
前記風車発電用動力伝達機構において、発電機側の磁石ローターと発電機を風車側円盤状ローターの中心方向にばねで引っ張る構造とし、更に磁石ローターの軸を風車側円盤状ローターの直径方向より回転方向外側に傾けることにより、ローターの回転とともに磁石ローターが外側に動く構造とする。回転開始時は、ばねの張力で磁石ローターと風車側円盤状ローターとの接触位置を風車側円盤状ローターの回転半径の小さい位置にあり、回転の増速比を下げ、小さい風力で発電機を回転させ、回転速度が上がるとともに接触位置が風車側円盤状ローターの回転半径の大きい位置に移動し、回転増速比を上げる自動可変変速機能を持った風車発電用動力伝達機構。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  発電電力が数ワットから数キロワットの小型風力発電装置は多くの種類があるが、その一つにサボニウス型風車ある。サボニウス型風車は風車羽根に働く抗力を利用して回転力を得るが、プロペラ型などの揚力を利用した風車に比べ、起動トルクが大きい反面、周速比の高い風速領域では風車のエネルギー変換率が高くない特徴がある。しかし、軸を垂直にすることですべての風向きに対応でき、微風時においても大きなトルク（回転力）が出て発電機を駆動できる。
また静かに回転し高速回転にはならず、過大な荷重が発生しないため、風車発電装置およびその設置費ともに低コストが可能である。
【背景技術】
【０００２】  風により得られた風車の回転力を発電機に伝える方法は、直接風車の回転軸に発電機の回転軸を接続する方法があるが、抗力型のサボニウス型風車は、回転トルクは大きいが発電機が必要とする速い回転速度を得にくい。このために風車軸と発電機軸の間を数段の歯車又はベルト、チェーン等で結合し回転速度の増速を行っている。
しかしこれらの機構を設けることで、回転力のロスが増え、騒音が大きくなる。また機構に高精度の技術が欲求され装置がコストアップとなっている。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】  サボニウス型風車の低い回転数で強いトルクを最大限利用して発電するには、高価な高多極の発電機を使うか、低い回転速度を増速して発電機に伝える必要がある。この回転速度を増速する方法には、歯車又はベルト、チェーン等を数段使った機構が必要になる。
歯車又はベルト、チェーン等を使った増速機構は多段にすることで回転開始時に大きな回転力が必要になり、特に微風を受けた風車では必要な回転力が得られず回転が開始しない。
小型風車を設置する人の生活圏では風速が小さく、また風速の強弱分布の幅が大きい。単位時間における風速の分布は、平均風速を超える風速の時間の割合は一般に数分の一以下であるが、風車が受ける風速のパワーは風速の３乗に比例する。このため、風のパワーを十分に活用するには短時間の微風でも風車が回転を始め、回転力を発電機に伝える必要がある。
このため、停止している風車が微風で回転を始めるには、風車が発電機より受ける荷重を回転開始時には軽くし、回転後に重くしながら発電機に動力を伝える必要がある。
場所、または季節により風が弱く風車が発電機の抵抗力により回りにくい場合が有る。この場合は風車と発電機の回転速度比を下げ風車が発電機より受ける抵抗を小さくし風車を回りやすくする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  ２枚の鉄などの強磁性体円盤間に磁石を挟むことで２枚の円盤は各々Ｎ極、Ｓ極となる、この磁石を挟んだ円盤の中心に軸を設けた磁石ローターを発電機の軸に接続する。
他方、風車側には鉄などの強磁性体で構成した円盤状のローターを設ける。これは羽根を固定するローター部と兼ねても良い。
発電機に接続した磁石ローターと風車側円盤状ローターを磁石の吸引力でローターの回転方向に直接接触させることにより、歯車やベルトと同様に風車の回転力を発電機に伝えることができる。
風車側円盤状ローターの径を磁石ローター径の数倍にすることで風車の回転速度の数倍の回転速度を発電機に伝える。
また風車の回転開始時や風が弱い場合は発電機に強い力を伝える必要が有るが、磁石ローターを風車側円盤状ローターの回転半径の小さい位置に接触させることにより回転速度の増速比は下がるが、増速比と半比例して発電機には強い回転力を伝えることができる。
更に発電機に接続された磁石ローターを風車側円盤状ローターの直径方向に自由に移動できるレール上に配置し風車側円盤状ローターの中心方向にばねなどで引っ張っておく。また磁石ローター軸を風車側円盤状ローターの直径方向より回転方向外側に少し傾ける。これにより回転開始時はばねの張力で磁石ローターは風車側円盤状ローターの回転半径の小さい位置にあり、小さい風力で発電機を回転させ、回転速度が上がるとともに磁石ローターが風車側円盤状ローターの外側に移動し増速比を上げる。
回転開始時はばねの張力で増速比を下げ、小さい風力で発電機を回転させ、回転速度が上がるとともに自動で増速比を上げて早い回転速度を発電機に伝えることができる。
【考案の効果】
【０００５】  風車軸に接続された円盤状ローターと発電機に接続された磁石ローター間に働く磁石の引付力で風車の回転力を発電機に伝え、また変速機構として風車側円盤状ローターと磁石ローターの接触位置を変えることにより回転速度の変速ができ構造がシンプルであり、回転速度を増減速する歯車変速機構に比べ力のロスが小さく、振動や騒音を削減でき、製造の低コスト化が可能である。
停止している風車の回転開始時は、回転数の増速比を下げ発電機より受ける回転開始時の静止摩擦による抵抗力を和らげ、回転を始めた風車の回転惰性力も含めて発電機に回転を伝えることにより微風でも風車の回転が可能となる。更に風速が増した場合は、回転速度の増速比を上げることにより、絶えず風速に変化がある風力を効率よく発電機に伝え発電が可能である。
これらの考案の変速機能を持った風車発電用動力伝達機構の効果は、サボニウス型風車について説明したが、効果の差はあるが他の風車発電装置全般について効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図はサボニウス型風車に発電機を取り付けた図である。構造はサボニウス型風車（１）に取り付けた鉄などの強磁性体を使用した風車側円盤状ローター（５）と発電機（３）に回転を伝達する磁気力を持つ磁石ローター（２）からなる。風が吹くと風車回転軸（４）を中心に風車が回転することで、風車側円盤状ローター（５）が回転し、これに磁気力で接触している磁石ローター（２）が回転し、これに接続されている発電機（３）が回転する。発電機の回転速度は、風車側円盤状ローター（５）と磁石ローター（２）の接触位置によるローター円の直径比により決まる。
【図２】  図は風車回転力を発電機に伝えるための風車側円盤状ローター（５）と磁石ローター（２）が接触した部分を示したものである。磁石ローター（２）は構造の一例として、鉄などの強磁性体円盤（７）２枚の間に磁石（８）を挟み、このローターに発電機に回転力を伝える発電機回転軸（６）を設けた構成で、磁力により風車側円盤状ローター（５）を吸引し、風車側円盤状ローター（５）が回転することによって磁石ローター（２）が回転する。
【図３】  図は、サボニウス型風車（１）に設けた円盤状ローター（５）に接触する磁石ローター（２）の位置を風車側円盤状ローター（５）の直径方向にレール（１０）上を移動させる構造を示したものである。磁石ローター（２）を移動させることにより、風車側円盤状ローター（５）の接触部直径と磁石ローター（２）の直径の比が変わり、発電機に伝わる回転速度を簡単に可変することができる。
【図４】  図は、発電機に接続された磁石ローター（２）を風車側円盤状ローター（５）の直径方向に自由に移動できるレール（１０）上に配置し、風車側円盤状ローター（５）の中心方向にばねで引っ張った構造示したものである。更に磁石ローター（２）の軸は風車側円盤状ローター（５）の直径方向より回転方向外側に少し傾けている。これにより風車側円盤状ローター（５）の回転開始時は、ばね（９）の張力で磁石ローター（２）は風車側円盤状ローター（５）の回転半径の小さい位置にあり、回転速度が上がるとともに磁石ローター（２）が風車側円盤状ローター（２）の外側に移動し増速比が上がる。
【符号の説明】  １    風車
２    磁石ローター
３    発電機
４    風車回転軸
５    風車側円盤状ローター
６    発電機回転軸
７    強磁性体円盤
８    磁石
９    ばね
１０  レール
【図１】
0003179801.tif 000003
【図２】
0003179801.tif 000004
【図３】
0003179801.tif 000005
【図４】
0003179801.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月30日(2012.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記伝達機構において、発電機側の磁石ローターと発電機を風車側円盤状ローターの中心方向にばねで引っ張る構造とし、更に磁石ローターの軸を風車側円盤状ローターの直径方向より回転方向外側に傾けることにより、ローターの回転とともに磁石ローターが外側に動く構造とし、回転開始時は、ばねの張力で磁石ローターと風車側円盤状ローターとの接触位置を風車側円盤状ローターの回転半径の小さい位置にあり、回転の増速比を下げ、小さい風力で発電機を回転させ、回転速度が上がるとともに接触位置が風車側円盤状ローターの回転半径の大きい位置に移動し、回転増速比を上げることを特徴とする請求項１記載の風車発電用動力伝達機構。