(57)【要約】【課題】小型風力発電機に利用される発電機は多極型発電機が最適である事は広く知られているが、(1)製作には手造りで価格が高い(2)多極型発電機でも多少の増速が必要で又、増速機とディスブレーキなども製作し、組込む必要があり加工・取付が困難で全体が大きくなる、などの課題があった。【解決手段】逆L字型永久磁石と巻線コイルの部品化により大量生産をしやすく、取付もネジ式とし大幅にコストを削減でき、又風速を風車と中心シャフトを中空軸型強力モーターで自動制御し、発電量の増減とディスク・ブレーキ不要の安全回転を確立。風車全体をシンプル化し、大幅に高性能な風速可変式多極発電機を提供するものである。【選択図】図１
2005304243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆L字型の永久磁石と巻線コイルを適宜サイズに加工して装着。この中に中心シャフト（軸）を通じて、L字型永久磁石が回転し巻線コイルを固定子とし、この中心シャフトの後方先端部に高感度バネ及強力ジャッキ式モーターを装備。この強力ジャッキ式モーターを風圧により作動させ、弱風時から一定の風速までを第一発電段階とし、更に一定の風速を越えて強風になれば、発電で巻線コイルが高回転し微熱を発した時点で、熱感知センサーが作動、接続してある中空軸型強力ジャッキ式モーターが回り、中心シャフト（軸）全体を定位置まで回転させて移動、これで逆L字型の永久磁石と巻線コイルが離れて、強風により高速回転しても発電しなくなり、発電機の破損もなく、ディス、ブレーキ、制御機の設置の必要性もなく、風速の強弱で２段階発電ができ、1基で2基分の発電を可能とし、安全性も高める構造を特徴とした風速可変式多極型発電機。
【請求項２】
逆L字型の永久磁石と、巻線コイルの回転中心シャフト移動には、一定風速を感知する方法でセンサーかリミットスイッチ、特殊高感度バネの中から１つを選び更に回転シャフト全体の移動には、強力、パーモーター、ギヤー式、油圧式、ジャッキ式の中から、小型から大型に適した装置を選定した構造を特徴とした、請求項1項に記載する風速可変式多極型発電機。
【請求項３】
永久磁石を逆L字型とし、巻線コイルを四角形に配線。この両方の間隔を接近又は離脱する事で、発電機の発電量を変換させ更に発電を停止することで、ディスブレーキが不要で永久磁石をL字型とし、巻線コイルを四角形として部品化し組立がしやすい構造をした請求項１・２項に記載した風速可変式多極型風力発電機。
【請求項４】
発電機と同じケース内に方向蛇用バッテリーを装置、これを充電型とし発電機からの発電、電流もパイプ中心での回転子による、押バネ式方法を特徴とする請求項１・２・３項に記載する風速可変式多極型発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆L字型の永久磁石と巻線コイルを四角型にして適宜サイズに加工して装着。永久磁石を回転させ、巻線コイルを固定作りとして設置。弱風時から一定の風速までを第１発電段階とし、更に一定の風速を超えた場合、回転中心シャフト（軸）に装着された特殊高感度バネが風圧で定位置まで移動。これにより逆L字型の永久磁石と巻線コイルの一部が再接近して、第２段階の発電を可能とし、1基で2基分の発電を可能とし、加えて一定の風速を超えて強風になれば高速回転の為、巻線コイルに微熱が発生した時点で、熱感知センサーが作動、接続してある中空軸型強力ジャッキ式モーターが回り、中心シャフト全体を定位置まで回転させて移動。これで逆L字型の永久磁石と巻線コイルが離れ、強風により高速回転しても発電しなくなり、発電機の破損もなくディスク・ブレーキ・制御機の設置の必要性もなく、風速の強弱をコントロール、安全性も高める構造を特徴とした風速可変式多極型発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から風力や水力の発電機としては、永久磁石を使用した同期発電機が主流で、定格回転数が1,750回転前後と高く、一部最近では低速回転の多極型発電機も開発されている。
【０００３】
しかし最近は、地球温暖化の防止上、風力発電機や水力発電機の普及は欠かせないが、同期発電機は1,750回転前後で低速回転の風力発電機には増速機の使用は不可欠で、それでも風速12m/s以上が必要で、小型風力発電機にはコスト高と加重の為不向きで、一方多極型発電機は低速の300回転前後で発電できる為、適しているが手造りでありコスト高などの欠点があった。加えて強風時には、ディスブレーキ等が必要でありコスト高にもなっていた。
【０００４】
風力発電機を普及させるには、弱風から一定の強風までの発電が可能で、風速に順応して発電し、しかも風速7m/s以下で発電、プロペラ（ブレード）の停止にもディスクブレーキを使用せず、安全で価格的にも安価で市街地でも設置可能な多極型発電機を利用した、風力発電機の開発が望まれる。
【０００５】
特に実用化されている同期発電機は定格回転数が900〜1,750回転で、風力の回転数では少なくても10〜60倍の増速が必要で、風速12m/s以上が不可欠で増速機も小型化はしにくく、一般家庭用に必要な2kwから5kwまでの最も必要な小型風力発電機の実用化に至らない欠点があった。
【０００６】
この改善として風速や水力で回転が低くても発電がしやすい多極型発電機の利用方法がある。多極型発電機にも(1)手造りの為価格が高い(2)３倍〜５倍の増速機が必要(3)風速7m/s以下での実用発電が必要(4)複雑な作りの割りには発電量が少ない、などの為、実用化には至っていない。
【特許文献１】特開２０００−３４５９５２号公報
【特許文献２】特開平１１−３３６６５２号公報
【特許文献３】特開２０００−６００９６号公報(A)
【特許文献４】特開２００１−３２７５９号公報(A)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、(1)価格が高いので安価にする方法はないか(2)３〜５倍の増速きが必要であり、増増速機が必要としない方法はないか(3)多極発電機で風速7m/s以下で実用発電する方法はないか(4)複雑な割には発電量が少ない為、多く発電する方法はないか、などの課題がある。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】
【０００８】
請求項１の発明は、逆L字型の永久磁石と巻線コイルを適宜サイズに加工して装着。この中に、中心シャフト（軸）を通して、L字型永久磁石が回転し、巻線コイルを固定子としこの中心シャフトの後方先端部に高感度バネ及強力ジャッキ式モーターを装備、この強力ジャッキ式モーターを風圧により作動させ、強風時から一定の風速までを第１発電段階とし、更に一定の風速を超えた場合、第２段階の発電を可能とし、加えて一定の風速を超えて強風になれば、発電で巻線コイルが高回転し微熱を発した時点で感熱知センサーが回り、中心シャフト（軸）全体を定位置まで回転させて移動。これで逆L字型の永久磁石と巻線コイルが離れ、強風により高速回転しても発電しなくなり、発電機の破損もなくディス・ブレーキ・制御機の設置の必要性もなく、風速の弱強で２段階発電ができ1基で2基分の発電を可能とし安全性も高める構造を特徴とした、風速可変式多極型発電機を提供するものである。
【０００９】
請求項２の発明は、逆L字型の永久磁石と巻線コイルの回転、中心シャフト移動には一定風速を感知する方法で、センサーかリミットスイッチ・特殊高感度バネの中から１つを選び、更に回転シャフト全体の移動には極力パワーモーター・ギヤー式・油圧式・ジャッキ式の中から小型から大型に適した装置を選定した構造を特徴とした、請求項１項に記載する風速可変式多極型発電機を提供するものである。
【００１０】
請求項３の発明は、永久磁石を逆L字型とし巻線コイルを四角形に配線。この両方の間隔を接近又は、離脱する事で発電機の発電量を変換させ、更に発電を停止することでディスブレーキが不要で、永久磁石をL字型とし巻線コイルを四角形として部品化し組立がしやすい構造をした請求１・２項に記載した風速可変式多極型風力発電機を提供するものである。
【００１１】
請求項４の発明は、発電機と同じケース内に方向蛇用バッテリーを装置。これを充電型とし、発電機からの発電・電流もパイプ中心での回転子による押バネ式方法を特徴とする請求項１・２・３項に記載する風速可変式多極型発電機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。
逆L字型永久磁石、巻線コイル共に部品化し巻線もしやすい作りで、量産化が可能でコスト安ができる。
それぞれの永久磁石・巻線コイルの部品サイズの変更と電極数の増減で、風力回転数の増速機は不要である。
風力の風車のサイズと本発明の多極型発電機の組み合わせで風速7m/s以下での実用型小型風力発電機ができる。
本発明では、風速や風量により第１発電と第２発電と風速により、1.5〜２倍の発電量が得られる為、複雑な作りでも1基で2基分の効果があり、その分小型ができ全体の価格も従来の半分か３分の１で製作できる。従来型とは、大幅に異なり増速機・ギャー・チェーン・ベルトが一切不要で、デザイン・性能・安全性・価格すべてにおいて勝っており、普及型の小型風力発電機や水力発電機への利用ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
風車とハウジング外部・ハウジング内部、共に最小の部品で仕上げハウジング内部に多極発電機に必要な部品、方向蛇プロペラ・風車用バッテリー等すべて収納。外部ハウジングも強風でトラブルの発生がない作りが実現した。
【００１４】
以下、本発明の一実施例を図によって説明する。
図１は姿図である。１は風車で２は回転ハウジング、３はつり金具で全体をつり上げる時使用。４はメンテ金フタ、５は自動式プロペラ方向蛇、６は風力発電機方向回転モーターBOX、７はメンテフタ、８は縦型ハウジング、９は内側の固定パイプ、10は横向ハウジングを表す。ハウジングはすべて防水仕上げである。
【００１５】
図２は斜視図である。11は逆L字型永久磁石でここが回転する。12は四角型巻線コイルで発電し、33・34の（−）（＋）の配線より回転子・電流取出し装置29に送られる。風速が通常で第１の発電が11の逆L字の永久磁石横軸で発電し、少し強く風が吹くと17の高感度バネが右へ動き、35の磁気センサーで止まり11の逆L字型永久磁石の縦面がコイル12の縦面に接近、第２段階の発電が始まる。一定の強風になれば、12の巻線コイルが高速で回転する為、微熱が発生、36の熱センサーラインを通じ19のダイオード・センサーBOX内で指示され、20の熱センサースイッチが入り、18の中空軸極力モーターが回り、同じに強力ネジ型ジャッキ23が回転、メーンの回転シャフト13を11の永久磁石と12のコイルが離脱するまで19のダイオード・センサーBOXの指示で駆動し、発電を中止するが風車１と11の永久磁石は指定の熱センサーが下がれば、再度第１の発電が始まる。22は方向蛇用バッテリーで、18の中空軸型強力モーターへも送電するシステムで、高回転時に蓄電する為、電源が切れる事はない。26はスラストベアリング、27・28はラジアルベアリングの小と大で、固定パイプ９との回転支持となっており、24の風車方向指示モーターを25の大型用ギヤーでガイドしスムーズに回転、風の吹く方向を必ず向く様、５のプロペラ式方向蛇で誘導される。１・２・３・８・９・10は図１の通りである。
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は第１発電中の展開図である。通常の弱風時、風速5m/sで第１の発電ができその時には、11の逆L字型の永久磁石と12の巻線コイルの上下が接近して発電。それ以上の6〜7m/sの風速で35の磁気センサーの位置までシャフト13が動けば、第２の発電がフル稼働状態である。図４は第２発電中の展開図で前述の通りの動きで発電する。
【００１７】
図５は強風時発電中止中の展開図である。強風により一定の熱センサーが反応した場合、36のセンサーラインを通じ19のダイオードセンサーBOXで指示され、20の熱センサースイッチが入り、18の中空軸極力モーターが回転し連動して23の強力ネジ型ジャッキが回転作動、17の高感度バネを押しシャフト13が左へ移動、11の逆L字型永久磁石と12の巻線コイルが離脱し、発電を中止する。そのままシャフト13と１の風車は回転するが、小型の風力発電機でディスクブレーキで停止する必要はない。中型や大型にはシャフト13の中間にディスクブレーキを設置する事も出来る。
【００１８】
図６は左側面図で１・５・８・１０は図１・図２と同じである。
【００１９】
図６の１と図６の２は11の逆L字型と12の巻線コイルの立体展開図である。
１・10・11・12・13は図１・図１の通りである。
図６の１は逆L字型永久磁石展開図の立体図で、10のケーシング内に11逆L字型永久磁石が取り付けられ、この部分が風車１と連結されて回転する。
【００２０】
図６の２は11のL字型永久磁石の中に位置する固定子で、巻線コイル12で円周の表面と円周の左側面でコイルが巻かれ、発電を多くしやすい作りである。
【００２１】
図７の１は逆L字型永久磁石で−と＋を同じサイズで加工、ビス止がしやすい作りとした。磁石の強度は普通から３〜４倍の磁力がある物が作れる為、多少のコイルとの間が開いても発電力の調整はできる。
【００２２】
図７の２は12の巻線コイルの姿図で、図７の３はその巻線コイル12の断面図である。四面すべてにコイルを巻いている。図７の４の図は巻線コイルの平面図であるが、上部を長めに下部を短くつくられているが、これは巻線コイルを巻く時、自動化しやすい作りとする為で、37のボルト穴で固定する。図７の５はコイルの左側面図であるが、四面均等にコイルが巻きやすい作りとした。38はコイルを巻くベースで突極という。
【００２３】
図８はＡ−Ａ断面展開図である。39の界磁はケーシングと兼用する。中心シャフト13とベアリング14があるが、11の逆L字型永久磁石が回転し、コイル側38突極とコイル12は回転しない。
【００２４】
図９の１図は回転子による電流取出し装置の平面図で、40の支持柱の左右２本に支えられ、43の銅厚板がバネ41により押さえられた状態で、風車の向きに応じて発電された電流を42の真鋳合金との接合により回転しながら、44の配線穴を通じて30−電極、31の＋電極、32の三相電極の配線を通って、図２の46外部接続スイッチBOXを通じて電気の利用ができる。図９の２は回転子電流取出し装置正面図である。
【００２５】
図10は風速と発電量の推移を表したもので、風速5.5ｍで第１発電が終わり、風速6mで第２番目の発電が開始する。一応7.5ｍで２倍の発電量となるが、風速では４〜５m/sで回転力は増し、特に小型の風力発電では7〜8m/sで回転力は２〜３倍と増す為、この間の発電量は急上昇する。小型では１分間に70〜100回転し、大型のブレードの風力発電に従って、１分間に46〜27回と大幅に回転数は低下する。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
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。風力発電機とは風車の性能＋発電機を含めての総称で呼ぶが、製作メーカー側からは風車と発電機は別々の物である。従って、風車の性能が40％・発電機の性能が60％程度の重要性で発電機の性能アップが風力発電機全体の性能向上には不可欠である。本願発明品は大幅に発電効率と小型風力発電機には、あまり必要ないディスクブレーキなしの構造を考案した事により、大幅な性能向上とコスト削減が可能となり、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（電力をしようする意味）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、強風７m/s以下での実用小型風力発電機として１KW〜KW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に利用ができ、産業上においても大きくプラス効果となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】姿図
【図２】斜視図
【図３】第1発電展開図
【図４】第２発電展開図
【図５】発電中止中の展開図
【図６】６の１  逆L字型永久磁石展開図（立体図）            ６の２  巻線コイル展開図（立体図）
【図７】７の１  逆L字型永久磁石の姿図            ７の２  巻線コイルの姿図            ７の３  巻線コイルの断面図            ７の４  巻線コイルの平面図            ７の５  巻線コイルの左側面図
【図８】Ａ−Ａ断面展開図
【図９】９の１  回転子による電流取出し装置平面図            ９の２  回転子による電流取出し装置正面図
【図１０】風速と発電量図表
【符号の説明】
【００２８】
１  風車
２  回転ハウジング
３  つり金具
４  メンテ金フタ
５  プロペラ式方向蛇（自動式）
６  風力発電機方向回転モーターBOX
７  メンテフタ
８  縦型ハウジング
９  固定パイプ
１０  横向ハウジング
１１  逆L字型永久磁石
１２  四角型巻線コイル
１３  中心シャフト（軸）
１４  ラジアルベアリング（イ）
１５  ラジアルベアリング（ロ）
１６  スラストベアリング
１７  高感度バネ
１８  中空軸型強力モーター
１９  ダイオード・センサーBOX
２０  熱センサースイッチ
２１  方向蛇配線ライン
２２  バッテリー
２３  強力・ネジ型ジャッキ
２４  風車方向指示モーター
２５  ヨー大型ギヤー
２６  スラストベアリング
２７  ラジアルベアリング（小）
２８  ラジアルベアリング（大）
２９  回転子による電流取出し装置
３０  −電極配線
３１  ＋電極配線
３２  三相電極配線
３３  コイルから回転子への配線（−）
３４  コイルから回転子への配線（＋）
３５  磁気センサー
３６  コイルからの熱センサーライン
３７  ボルト穴
３８  突極
３９  界磁
４０  支持柱
４１  バネ（小）
４２  真鋳合金
４３  銅厚板
４４  配線穴
４５  電線
４６  外部接続スイッチBOX
【図１】
2005304243.tif 000003
【図２】
2005304243.tif 000004
【図３】
2005304243.tif 000005
【図４】
2005304243.tif 000006
【図５】
2005304243.tif 000007
【図６】
2005304243.tif 000008
【図７】
2005304243.tif 000009
【図８】
2005304243.tif 000010
【図９】
2005304243.tif 000011
【図１０】
2005304243.tif 000012