(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】
ブレードの固定円周金具部分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、ブレードもアルミ板か木材の平板の使用ができる構造で、請求項１・２に記載する風力発電装置。
【請求項４】
ブレードは適宜の厚さで材質を問わず平板を使用。その平板の一片方を可動性ある固定とし、風力の強弱によりブレードが変換し強風の力を逃がし、風車全体の破損を防止する構造を特徴とした。
請求項１・２・３に記載する風力発電装置である。
【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回転増速を可能とした。
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３は背面図で、ブレード・１に直結した輪状増速装置・２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・１７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
【特許文献６】特願２００４−４６５７２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、ブレードの固定円周金具部分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。
【００１２】
請求項４の発明は、ブレードは数ミリの厚さで材質を問わず平板を使用。その平板の一片方を可動性ある固定とし、風力の強弱によりブレードが変換し強風の力を逃がし、風車全体の破損を防止する構造を特徴とした。
請求項１・２・３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】
【００１３】
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２〜５KW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〜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】
【００１４】
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車は出きない欠点がある。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。
【００１５】
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）１５より４本の支柱８がそれぞれ取付けられ、この扇形のブレード・１は、支柱・８に金具１６により固定されるがブレードが７０度までは可動できる構造となっているが、回転時においても支障はない。
【００１６】
図２は、正面図であるが図１の姿図の通りである。
【００１７】
図３は背面図で２の輪状増速装置に発電機１７を２ヶ左右に取付けている図である。１・２・３・１１は図１の通りである。
【００１８】
図４は右側面図で２は輪状増速装置で、ブレード・１の回転力をここで発電機・１７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。
１８は回転シャフトのケースで１９は、つり金具で取付時に利用する。
１４は上部回転主柱で、１３は下部固定主柱で、２０は点検窓口で上に1ヶ所・中央に2ヶ所設けている。グリスなどのメンテナンスに利用できる。
【００１９】
図５は平面図で、発電機１７は1台が弱風で２台目が強風時に、輪状増速装置２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１７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。
【００２０】
図６はA―A断面展開図で、ブレード・１は８の支柱に連結され、支柱・８は補強材支柱・４と固定してあり強度アップし、その支柱・８の両サイドに２の輪状増速装置を施し、その中に発電機・１７の回転コロ軸が接触し発電するシステムである。
【００２１】
中心シャフト・１５は２８の円錐パイプシャフトにより構成され、ラジアルベアリング・２１で支持され、先端にはスラストベアリング（小）・２２と押しバネ２３があり、これあらは通常は接せず強風時２〜３ミリ押され、２８の円錐パイプシャフトの先がラジアルベアリング（大）に当たり、全体のシャフトの回転力を受ける力が増加する。
【００２２】
これらの全体装置は、上部回転主柱・１４により支えられ、その下には下部固定主柱・１３により更に支えられている。
回転主柱・１４は下部主柱・１３より少しサイズが大きく、この中にスラストベアリング・２５とラジアルベアリング（中）・２６、その下にラジアルベアリング（特大）・２７があり、上・下は円滑に回転する。
１７の発電機より電流回転子・２９を通じ電流が流れ、下部固定主柱・１３の中の３０の配線を通じ、１１の電流取り出し集合ボックスより電気をとり利用する。
【００２３】
図７は、B−B断面展開図で、１７の発電機が２台あり、回転シャフトは１５・２８と一体となっており、ベアリング（大）・２４で通常２〜３ミリは隙間がある。１８はシャフト、ベアリングを包むケースである。
【００２４】
図８は、輪状増速装置と発電機の接触展開図で、この輪状増速装置がブレードの外周に設置されており、これはブレードの風速を回転力に直接受け、そのまま発電機の回転軸にコロ（ローラー）・３１で受けるシステムである。
特殊なギヤーやベルトは不要で、共にメジを施し、滑り止めを行っており、これらは一方が新素材や耐摩樹脂材を使用する為、音も出ず部品交換も２年〜３年に１度でよい。
これらの機能は、製作費不要とメンテナンスの大幅削減でコスト安になるメリットがある。
【００２５】
図９は強風時の羽根変換展開図で、９の引バネ（大）固定金具は２の増速装置に固定され、風速20m以上になれば、自動的にワイヤー付引バネ（大）・５と引バネ（小）・６がブレード・１に風が当たるため伸びる。ブレード・１は元が80〜100ミリは変換しており、強風時にはブレードの大きさにもよるが、100〜200ミリ変換できれば強風に対応できる。
【００２６】
図１０は強風時羽根変換展開断面図で、図９で説明の通りで、ブレード・１は９の引バネ（大）固定金具より元来が80〜100m/ｍ右下にあり、これで風圧により回転する。強風でブレード・１が押され、５の引バネ（大）が伸びて強風を逃がし、反面ブレード・１が下になれば回転の逆方向の風圧を受ける為、回転スピードも弱くなる。従って回転スピードを抑える事と全体の風車に当たる風圧を逃がして、破損から守る役目がある。
【００２７】
図１１は羽根取付拡大図で、２の輪状増速装置の裏側に引バネ（大）固定金具を溶接。５のワイヤー付引バネ（大）で強風を調整する。又、８の支柱を支柱への固定金具８で締付け固定する。６の引バネ（小）は長めに必要な為、斜めに装置している。
【００２８】
図１２は発電機と電流取り出し回転子の展開断面図で、１４の上部回転主柱に回転子（銅製）・２９を上・下２列に配し、これに対し下部の固定主柱の１３に固定子（真ちゅう）を２列に配し、これは中心部に切り抜けて押バネ・３４の力で押しておく。この中より配線・３０を通り、電流取り出し集合ボックス・１１で電気の利用ができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
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】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例を示す多翼式風力発電装置の姿図
【図２】正面図
【図３】背面図
【図４】右側面図
【図５】平面図
【図６】A―A断面展開図
【図７】B―B断面展開図
【図８】輪状増速装置と発電機の接触展開図
【図９】強風時羽根方向変換構造展開図
【図１０】強風時羽根方向変換断面展開図
【図１１】羽根取付拡大図
【図１２】発電機と電流取り出し回転子展開図
【符号の説明】
【００３１】
扇形ブレード（羽根）
輪状増速装置（円周金具）
方向舵ブレード
支柱補強材
ワイヤー付引バネ（大）
引バネ（小）
円型板
支柱（ブレード固定支柱）
引バネ（大）固定金具
支柱（ブレード固定支柱）
電流取り出し集合ボックス
バッテリー、電圧コントロールボックス
下部固定主柱
上部回転主柱
中心シャフト
ブレード取付金具
発電機
回転シャフトのケース
つり金具
点検窓口
ラジアルベアリング（小）
スラストベアリング（小）
押しバネ
ラジアルベアリング（大）
スラストベアリング（大）
ラジアルベアリング（中）
ラジアルベアリング（特大）
円錐パイプシャフト
回転子（銅製）
配線
発電機回転軸コロ（ローラー）
押しバネ（大）（スプリング）
固定子（真ちゅう）
押しバネ
【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】
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【図８】
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【図９】
2005282389.tif 000011
【図１０】
2005282389.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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