(57)【要約】【課題】実用的な小型風力発電機を普及させる為には、ブレード（羽根）がプロペラ式又は垂直翼式を問わず、ブレードの形・回転シャフト（軸）・風速（風力）の回転力への変換効率・安全性を従来の機種より２〜３倍改善する必要がある。【解決手段】ブレードを扇型で円の４分割大の面積とし、低速回転を本願同一発明の輪状増速装置を使用、発電機シャフトを高速回転し回転シャフトにも円錐と小径シャフトを併用。ブレードも強風時方向変換が可能で、弱風と強風にも対応。全体の構造を従来とは逆の方式を採用する事で、従来機種の２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】
ブレード（羽根ともいう、以下省略）の方向が変換でき、そのブレードの形を扇形とし、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、風力を回転力に大幅に向上させ、風速が弱風から強風まで適応できる構造を特徴とした、多翼型風力発電装置。
【請求項２】
ブレードの途中に本願発明と同一人が発明した輪状増速装置を使用、扇形のブレードの低速回転数を複雑なキヤーやチェーンを使用することなく、発電機のシャフトの回転数を増速し発電、その発電機の数も風力に応じ１台・２台と増数もできる構造で、請求項１に記載する風力発電装置。
【請求項３】
複数のブレードの取付部とそれを支える中心回転シャフト（横の中心軸、以下省略）で弱風では大型ベアリングに接しない、円錐型シャフトとそれより小さい小型横向きシャフトで、その先に小ベアリングとバネが装着され、弱風・強風に耐える作りで、安全性を大幅に向上でき、ブレードも風が当る面を裏面を弓形とした構造で、請求項１・２に記載する風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレードの方向を変換でき、そのブレードの形を扇形とし、そのブレードの面積を多くすることで、ブレードの直径を長くすることなく、回転力が増し加えて複雑なギヤーやチェ―ンを使用することなく、ブレードの途中に輪状増速装置を使用発電機の軸の増速を可能とした。
ブレードを支える横軸のシャフトも前方を円錐型、後方を細軸の作りとし、その先にベアリングとバネを装着し、風速の強弱に適応し、弱風時には後方の細軸で回転し、強風時には、シャフト全体がバネを押して後方に動き、前方の円錐シャフトが大型ベアリングに当る為、大幅に安全性が向上する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力が悪く、実用機種に不向きなどの欠点があった。
【０００４】
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、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、発電機の回転数も定格数に上がらず又、大型機種も設置できず弱風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４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６は背面図で、ブレード・１に直結した輪状増速装置・８で、ブレードの面が大きい場合、低速で回転するがこの装置で発電機・９のシャフトを高速回転することができる。
【特許文献１】特開２００３−２６９３２１号公報
【特許文献２】特開２００３−１９３９５４号公報
【特許文献３】特開２００３−００１８９７号公報
【特許文献４】特開２００２−１５３０３６号公報
【特許文献５】特願２００２−２９２８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
風力発電機を設置場所を限定せず、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、製造コスト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、回転力が低くなる欠点がある。
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、ブレード（羽根ともいう、以下省略）の方向が変換でき、そのブレードの形を扇形とし、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、風力を回転力に大幅に向上させ、風速が弱風から強風まで適応できる構造を特徴とした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、ブレードの途中に本願発明と同一人が発明したブレード直結型輪状増速装置を使用。扇形のブレードの低速回転数を複雑なギヤーやチェーンを使用することなく、発電機のシャフトの回転数を増速し発電。その発電機の数も風力に応じ、１台・２台と増数できる構造で、請求項１に記載する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、複数のブレードの取付部とそれを支える中心回転シャフト（横の中心軸、以下省略）で、弱風では大型ベアリングに接しない円錐型とそれより小さい小型横向きシャフトで、その先にベアリングとバネが装着され、弱風・強風に耐える作りで安全性が大幅に向上する。請求項１・２に記載する風力発電装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により次の効果がある。
ブレードがプロペラ式、垂直翼式の従来機種より効率が大幅に向上する。最低でもプロペラ式で２倍以上、垂直翼式で70〜80％の効率アップとなる。
全体が丸型であり、ブレードが扇形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。
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、ブレード直結の増速が可能で、発電機の回転は増速され効率が良い。
シャフトの形状も弱風では小型軸で抵抗の少ない回転をし、又弱風では接しない大型の円錐シャフトと大型ベアリングが強風でのみ接触し回転するため、強風においても安全性は高い。
以上により全体の直径が４〜６mの大きさでも音も少なく、周囲と違和感のない小型風力発電機で１基２〜３KWの発電ができる。一般家庭で２〜３KWが必要である。
従来型は１基ブレードが２m以内で600W〜８W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20〜30％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倍以上の発電が見込まれ、実用小型風力発電機として、全国に普及すると考えられる。
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ことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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４等分する支柱にし、１本の支柱に円の４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、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。
【００１４】
以下、本発明の一実施例を図によって説明する。
図１は正面図である。図１の１は扇形のブレードで、シャフト（中心軸で以下省略）１２より４本の支柱１３にそれぞれ取付けられ、４対６の位置に支柱がある。この扇形のブレードは、長尺バネと電動モーターにより一定の強風時には４対６の６の方が後方に向きを変え、風を逃がし全体の構造物を破損から守る役目をする。２は、太陽光モジュールで蓄電機能も備え、電動モーターの電源となりブレードそれぞれにあり、回転時においても支障はない。
【００１５】
図２は右側面図で８は輪状増速装置で、ブレード・１の回転力をここで発電機・９のシャフトと接触し、20〜50倍と発電機のシャフトが増速して回転する為、ブレードは低速の回転でよい。
１０は回転シャフトのケースで１１は、つり金具で取付時に利用する。
【００１６】
図３は平面図で、発電機９は1台が弱風で２台目が強風時に、輪状増速装置８に熱センサーで２台目が接し回転する。強風時には、発電機９の中のディスクブレーキ付で、停止し、ブレード１が方向変換することで回転を停止、弱風になれば再起動する。３は図１の通りである。
【００１７】
図４は底面図で５は主柱（固定）と、１４は上部回転の主柱で、３の方向舵により360°の向きが可能である。
【００１８】
図５は左側面図で１・５・８・１０は図１・図２と同じである。
【００１９】
図６は背面図で８の輪状増速装置に発電機９を２ヶ左右に取付けている図である。１・３は、図１の通りである。
【００２０】
図７はA―Aの断面図である。ケース１０の中の中心に円錐シャフト１５とその続きに小型シャフト１６があり、１５の円錐シャフトに弱風では接しない、大型たてコロベアリング１７があり、小型シャフト１６は１８の小型ラジアルベアリングと１９の円錐コロベアリングでラジアル及びスラスト両方の力を支え、その中心の小型シャフト１６の先に、バネ２０が装着され強風時のみブレードを支えるこの中心シャフト１５・１６が適宜サイズバネを押して右へ動き、その動きで１７の大型たてコロベアリングに当り小型シャフト１６の数十倍の力でブレード全体を支えて回転する為、安全性が大幅に向上する。
ケース１０と上部回転主柱１４は、溶接付けされ２１の大型円錐コロベアリングと２２の大型ラジアルベアリングで360°方向が自由で３の方向舵により風の吹く方向に常時回転する。
【００２１】
図８はB―Bの断面展開図で、１７の大型たてコロベアリングが１５の円錐シャフトの周囲にあり、強風時に１７と１５が接し強力な力を生じる。
５・９・１０・１４は図１・図２・図７と同じである。
【００２２】
図９は輪状増速装置８と発電機９の接触展開図で、ブレード・１と８の輪状増速装置が回転し、その力を２３の発電機のシャフトローラーが接して発電機９で電気を興す。この方法はチェーンやギヤー又はゴムローラーの中から１つを選び使用する。
１５・５は図１・図４の通りである。
【００２３】
図１０は羽根方向変換構造展開図で、角材ケース２７はモーター２４のケースと１３の支柱とは切り離されており、その中に２５のシャフト（小）が中にあり、ブレード側には角材ケース２７と固定され、シャフト（小）２５の半分はモーター２４の中に通してある。このシャフト（小）２５はラジアルベアリング（小）２８により、両方を支えられており、モーター２４の回転力で中のシャフト（小）２５が70°回転する事で、ブレード１が後方へ回り風邪を逃がす。
２６はブレードの補強金具で１ブレード中に複数本ある。回転モーター２４は長尺バネの強も兼用す為、ソーラーモジュールの代金を合わせても１ヶ１万〜２万円以下でよく、工夫次第で４つのブレード毎に使用しなくてもよい。
【００２４】
図１１は羽根方向変換C―C断面図展開図で、ブレード１は風が当る面が平面で、裏側は角材ケース２７とブレード補強金具２６をはさんで弓型とし、回転しやすい作りとする。
バネ固定金具６から長尺バネ２９がブレードの補強金具２６に固定され、ブレード・１の縦の幅が上が４・下６になっており、強風時には一定の風速でブレードが変換した予想図３０の位置に来ると、長尺バネ２９も伸びて自然の法則によりその位置で止まる。同時に、回転モーター・２４も作動し止り、更に発電機９も回転力が増加するとシャフトに熱が発生する為、その熱をセンサーで感知、ブレード全体の回転も停止し一定の風速で長尺バネの力で元に戻ろうとする力を利用して、すべて逆の操作をして元の回転風車に戻す。これで、強風時の破損が防止され安全性も確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
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20〜30％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である。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〜50KW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】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例を示す多翼式風力発電装置の正面図
【図２】右側面図
【図３】平面図
【図４】底面図
【図５】左側面図
【図６】背面図
【図７】A―A断面展開図
【図８】B―B断面展開図
【図９】輪状増速装置と発電機の接触展開図
【図１０】羽根方向変換構造展開図
【図１１】羽根方向変換C―C断面展開図
【符号の説明】
【００２７】
扇形ブレード（羽根）
太陽光モジュール
方向舵ブレード
固定小形ブレード
主柱(固定)
バネ固定金具
皿型ボルト
輪状増速装置
発電機
回転シャフトケース
つり金具
シャフト（回転軸）
支柱（ブレード固定支柱）
上部回転主柱
円錐シャフト（軸）
小径シャフト（〃）
大型たてコロベアリング
小型ラジアルベアリング
円錐コロベアリング（ラジアル・スラスト兼用）
バネ
大型円錐コロベアリング
大型ラジアルベアリング
発電機シャフトローラー
回転モーター（シャフトインモーター）
シャフト小
ブレード補強金具
角材ケース
ラジアルベアリング（小）
長尺バネ
ブレードが変換した予想図
【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】
2005233159.tif 000009
【図８】
2005233159.tif 000010
【図９】
2005233159.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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