(57)【要約】【課題】いろいろの強さの風のエネルギーを有効に利用する風力発電装置を提供する。【解決手段】発電能力の異なる複数の風力発電部を同軸的に集積して、風力の大きさに応じて発電部を動作させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力の大きさに応じて回転・発電する発電能力の異なる複数の風力発電部を同軸的に集積構成することと、前記複数の風力発電部は、少なくとも、回転体に付設された永久磁石と、固定された鉄心に巻かれたコイルを構成に含むことを特徴とする同軸集積型風力発電装置。
【請求項２】
前記複数の風力発電部の内、１つの風力発電部は、風力を受けて回転し、前記永久磁石を回転させるための羽根と前記回転体を有し、他の風力発電部の回転体と前記回転体との間には、風の強さに対応して離間・接触する接触噛み合わせ部を有し、前記接触噛み合わせ部での回転伝達により、他の風力発電部も回転・発電させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の同軸集積型風力発電装置。
【請求項３】
前記羽根を有する前記回転体と前記他の風力発電部の回転体との間または前記他の風力発電部の回転体相互間を離間させる離間機構を有することを特徴とする請求項２記載の同軸集積型風力発電装置。
【請求項４】
前記離間機構は、同一極性の磁石の対からなることを特徴とする請求項３記載の同軸集積型風力発電装置。
【請求項５】
前記複数の風力発電部は各々、風力を受けて回転するための前記回転体に付設された羽根を有することを特徴とする請求項１記載の同軸集積型風力発電装置。
【請求項６】
前記複数の風力発電部は、風の流れの後方ほど、大きい発電能力を有するものを集積したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の同軸集積型風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる発電能力を有する複数の風力発電ユニットを同軸に集積して風力に応じて各風力発電ユニットを動作させ、有効に風力を利用する風力発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の風力発電装置は、図３のようになっていた。この風力発電装置では、羽根３０１が風力を受けて回転体３０２を回転させる。筺体３００には、図示されていない整流回路部、電圧安定化部、充電用二次電池部が内蔵されている。３０７は、風向きに対して羽根を直角に向けるための風向板で、３０８は、電力を引き出す電線ケーブル部である。Ｉ−Ｉでの断面を取ると図４のようになっている。４０１、及び４０２は、図３と同じく各々、羽根、及び回転体であり、回転体４０２の内側には、周方向にＮ極とＳ極が交互に並んだ複数の永久磁石４０３を有する内板４０５が付設されていて、風力に応じて永久磁石４０３も回転する。その内側には、鉄心に巻かれたコイル４０４が存在し、永久磁石４０３により変化する磁界がコイル４０４に電界を誘起し、発電を行うものである。
【０００３】
従来の風力発電装置は、このように風力で回転する永久磁石を有する回転体とコイルの１対で構成されていた。風力発電装置の発電能力は、羽根４０１のサイズと永久磁石４０３の磁界の強さ、コイル４０４の鉄心の透磁率、形状、コイル４０４の巻数に依存している。勿論、風の強さにも依存している。従って、目標とする発電能力に対応して、発電装置内部の永久磁石４０３や鉄心・コイル４０４を決め、対応するように羽根４０１の大きさを決めてあるのが通常である。このようにすると、弱い風でも発電能力を高めるには、羽根、増速機構、回転体、永久磁石、コイルのすべてが巨大となる。このような巨大な発電装置では、一般に風の強弱の変化に対応するには、速度の増減機構等が必要で、通常対応能力に乏しかった。又、風の強い場合に合わせて設計すると、弱い場合は、羽根が回転しない欠点があった。小型の風力発電装置では、設計時に対象にした風力の強さの近傍の風力の場合には、羽根が効率よく回転して発電するが、それより風力が弱いと羽根が回転しないという状熊で、風力に応じて効率よく発電できるものが望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の風力発電装置は、目標とする風の強さに対して適切な発電部となるように設計されていたので、変化する風の強さや、目標範囲以外の風の強さに対応する効率のよい発電装置とはなっていなかった。言い換えれば、狭い範囲の風の強さにしか対応できなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、異なる風の強さの範囲に対応するように発電能力の異なる複数の発電部を同軸上に集積することで、風力の強さに応じて発電部を動作させるようにしたもので、風力が変化しても、いずれかの発電部が適切な発電部となっているため、効率よく風力を利用できるようにしたものである。
請求項１記載の発明は、風力の大きさに応じて回転・発電する発電能力の異なる複数の風力発電部を同軸的に集積構成することと、前記複数の風力発電部は、少なくとも、回転体に付設された永久磁石と、固定された鉄心に巻かれたコイルを構成に含むことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の同軸集積型風力発電装置において、前記複数の風力発電部の内、１つの風力発電部は、風力を受けて回転し、前記永久磁石を回転させるための羽根と前記回転体を有し、他の風力発電部の回転体と前記回転体との間には、風の強さに対応して離間・接触する接触噛み合わせ部を有し、前記接触噛み合わせ部での回転伝達により、他の風力発電部も回転・発電させるように構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の同軸集積型風力発電装置において、
前記羽根を有する前記回転体と前記他の風力発電部の回転体との間または前記他の風力発電部の回転体相互間を離間させる離間機構を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の同軸集積型風力発電装置において、前記離間機構は、同一極性の磁石の対からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の同軸集積型風力発電装置において、前記複数の風力発電部は各々、風力を受けて回転するための前記回転体に付設された羽根を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の同軸集積型風力発電装置において、前記複数の風力発電部は、風の流れの後方ほど、大きい発電能力を有するものを集積したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の形態について図面を用い、説明する。
図１及び図２は、本発明にかかる風力発電装置の二つの異なる実施態様を示すもので、図４と同じ羽根及び発電部の断面図であり、図４との構成の差異を示している。図１では、風力に応じて回転する羽根１０１があり、第１の回転体１０２についている。第１の回転体１０２には図４と同じく第１の永久磁石１０３が付いていて、第１の永久磁石１０３は、第１の回転体１０２とともに回転する。回転体の内側には、鉄心に巻かれた第１のコイル１０４が固定されていて、第１の永久磁石１０３の回転により、第１のコイル１０４に電力が発生する。以上の羽根１０１、第１の永久磁石１０３、第１の回転体１０２、第１のコイル１０４とで第１の発電部を形成している。更に、第２の永久磁石１０５を有する第２の回転体１０６とその内側に鉄心にまかれた第２のコイル１０７があり、第２の発電部を形成している。同様に第３の発電部がある。これらの複数の発電部は回転の中心となる軸１０８に対して同軸的に付設されていて、隣接する回転体部には、接触噛み合い部１０９、１１０と、例えば同極性で反発する離間用永久磁石１１１，１１２が設置されている。接触噛み合い部１０９、１１０は、噛み合い部が凹凸部を有してもよいし、摩擦のある面接触でもよい。風が弱い場合には、離間用永久磁石１１１，１１２の反発により、第１の回転体１０２と第２の回転体１０６は離間していて、接触噛み合い部１０９、１１０も離間しているため、羽根１０１の回転は、第１の回転体１０２にしか及ばず、第１の発電部の第１のコイル１０４のみに発電が起こるようになっている。なお、離間機構は、永久磁石に限るものではない。風が強くなると、離間用永久磁石１１１、１１２の反発力に抗して、羽根１０１及び第１の回転体１０２は第２の発電部側に移動させられ、第１の回転体１０２と第２の回転体１０６は、接触噛み合い部１０９、１１０において接触し、羽根１０１の回転は、第１の回転体１０２から第２の回転体１０６に伝達され、第２の発電部の第２のコイル１０７でも発電されることとなる。第２の発電部は、風の強さに対応し発電能力が、第１の発電部より大きく作られていることが望ましい。同様に風が更に強くなると、第３の発電部まで発電するようになることが容易に理解されよう。なお、１１３は、軸１０８が固定された固定板であり、風力発電装置全体の筺体に組設される。１１４は、第１の回転体１０２の回転軸であり、軸１０８の穴に挿嵌されて、第１の回転体１０２の回転を補助している。１１５及び１１６は回転を補助するベアリング等である。発電された電力は、各コイルから引き出された引き出し線１１７により、図示されていない整流部、電圧安定化部、及び、充電用の二次電池部に導かれる。
【００１２】
図２は、本発明に係る第２の実施態様であって、複数の発電能力の異なる発電部、この例では、３つの発電部からなっている。各発電部は、羽根、回転体、永久磁石、発電コイルからなっている。第１の発電部は、羽根２０１と羽根２０１により回転する第１の回転体２０２、その内部に付設された第１の永久磁石２０３、その内部に固定付設された鉄心の巻かれた第１のコイル２０４からなり、弱い風に対応して回転し発電するようになっている。第２の発電部は、第２の羽根２１８と第２の羽根２１８により回転する第２の回転体２０６、その内部に付設された第２の永久磁石２０５、その内部に固定付設された鉄心の巻かれた第２のコイル２０７からなり、やや強い風に対応して回転し発電するようになっている。第３の発電部は、更に強い風に対応して回転するようになっている。各発電部は、軸２０８に対して同軸的に組み立てられ、回転軸２１４、ベアリング等２１５、２１６により回転が補助されている。２１７は、各コイルからの電力の引き出し線である。
なお、上記の２つの実施態様では、回転する永久磁石側が、固定された鉄心に巻かれたコイルの外側にあったが、この配置は、反対になってもよい。回転体の軸側に永久磁石を付設し、その外側に固定された鉄心にまかれたコイルを配置することが可能である。
【００１３】
【発明の効果】
以上、二つの実施態様で説明したように、風の強さに対応して発電できる、発電能力の異なる複数の風力発電部を同軸的に集積したので、いろいろな風の強さに対応でき、有効に自然エネルギーが利用可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る風力発電装置の一実施態様を示す断面図である。
【図２】本発明に係る風力発電装置の別の実施態様を示す断面図である。
【図３】従来の風力発電装置の斜視図である。
【図４】図１の風力発電装置のＩ−Ｉにおける断面図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１，４０１・・・羽根
１０２，２０２・・・第１の回転体
１０３，２０３・・・第１の永久磁石、  １０４，２０４・・・第１のコイル
１０５，２０５・・・第２の永久磁石、１０６，２０６・・・第２の回転体
１０７，２０７・・・第２のコイル、  １０８，２０８・・・軸
１０９，１１０・・・接触噛み合い部、１１１，１１２・・・離間用永久磁石
１１３，２１３・・・固定板、        １１４，２１４，４０６・・・回転軸
１１５，１１６，２１５，２１６・・・ベアリング等
１１７，２１７・・・引き出し線、    ２１８・・・第２の羽根
３００・・・筺体、  ３０２，４０２・・・回転体、３０７・・・風向板
３０８・・・電線ケーブル部、４０３・・・永久磁石、４０４・・・コイル
４０５・・・内板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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