(57)【要約】本発明は、風力とモーター（２）のハイブリッド発電機であり、風車（１）のラジアル式タービン（６）を回して発電させる領域では、風力発電機として稼働し発電を行い、また無風又はそれに近い状態では、常時電力供給可能な鉛２次バッテリー（１５）を電源とするモーター（２）が発電機（４）の回転子と直接連結して発電を行うことにより、絶えず電力の供給が可能な風力発電システムである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車（１）のタービン（６）とモーター（２）が発電機（４）に連動して絶えず自動的に発電する風力と電気のハイブリッド発電機。
【請求項２】
風車（１）のタービン（６）を横軸のベルトン水車状のラジアル式ブレード（５）にし，ブレード（５）に沿って自由にスライドする錘（７）を嵌めて，遠心力に慣性力の維持機能を持たせると同時に，タービン（６）の回転数を制御させるガバナーの機能を兼ねさせる。
【請求項３】
前方にスリット（８）が付いていて，屋根の後端が外側に折れ曲って壁（９）を形成し、同時に、タービン（６）の上半身の直ぐ後にも衝立（１０）を立て，又，底板が後方から前方にかけて競り上がっていて，先端（１１）がスリット（８）の入口の直ぐ後に曲って少し突出ている底板とでタービン（６）をケーシング（１２）で取囲み、侵入した風を壁（９）及び衝立（１０）の後に圧力差が出来て渦を発生させ，その渦の引張力に引張られて風速が加速し、その風力でタービン（６）を回転させて発電するメカニスム。
【請求項４】
衝立（１０）の後に出来る渦で気流の方向が逆転されて，タービン（６）の下半身の回転を助長することによりケーシング（１２）内に渦の回帰による気流の回転負荷を発生させないメカニズム。
【請求項５】
モーター（２）の電源の２次バッテリーシステム（１５）はバッテリーセルを挟んで上部電解液が入ったケースとケースと下部に化学反応後の生成物を収容するケースが３段に積重ねられ．細孔で連結されていて，上から電解液が点滴されるので，電極の活物質が溶け去る迄，発電効率が高い儘化学反応が維持される。そして，３段に積重ねられたケースに各々隣接するスペースを併せて計６個のケース用スペースを１ボックスとして，スペアー用のバッテリーセルと電解液のケースを加えて，ボックス内で順繰りに充放電を繰返す自動のモーター（２）駆動による発電を可能にするメカニズム。
【請求項６】
タービン（６）とモーター（２）による発電を自動的に切替えるメカニズムは各々の回転軸のオーバーランニングクラッチがタービンの回転数のセンサーの信号を受けてピニオンを押すことによって，発電機（４）の回転子と合体して発電するメカニズム。
【請求項７】
ケーシング（１２）の両脇に風に靡く布状の物体（１６）を付ける事によって、スリット（８）と相俟って回転台座（１７）の上で風の抵抗を最小にする性質を利用してケーシングの方向を風向きに対し，常に垂直にする方向舵。
【請求項８】
発電機（４）にイグニッションコイル（１３）を連結して，相互電磁誘導によって電圧を昇圧して電力を利用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は，モーターと風力のハイブリッド発電機です。即ち，モーターはタービンの回転数のセンサーが発電に達しない風力しか風が吹いていない事を示している間，代ってモーターが発電機の回転子をモーターのピニオンで直接連結して発電させ，風が吹いて風車の回転数が発電可能に達すると今度はタービンのピニオンが回転子の他端に連結して発電する発電機です。従って，当該発電機の特徴は風の状態に関わらず常に発電して電力を供給する発電機であることと，これ迄の風力発電機と較べて各段に発電性能が良く，コンパクト且つ製造コストが格安なことです。それは前方にスリットの付いたケイシングに内蔵するベルトン水車状のラジアル式タービンのブレードにほぼ１００％の侵入した風が当たって押すことにより回転させて発電させるのと，ケーシング内の風速を約十倍以上も構造的に風を加速させて，その風力でタービンを回転させて発電する為です。従って，当該発電システムは微風でも風力発電が可能であり，街中でも年間を通して高性能な風力発電が可能です。その間，全く無風かそれに近い状態では自動的に代って継続使用可能のバッテリーを電源とするモーターが発電する発電機です。
【背景技術】  従来からの風力発電機は自然の風力をその儘動力とするタービンにした発電方式です。従って，自然の風の確保が重要であり，その為の装置の設置場所の選定条件が厳しく，次に微風でも発電出来るように発電装置の大型化の必要に迫られそれに伴う多くの部品と複雑な構造を生む結果となっています。特に大型発電の場合は，風力負荷となる向かい風が発生しないように多くの場合，３枚羽のプロペラ型タービンが用いられ，その為の構成は翼，ローターヘッド，主軸，ナセル，タワー及び基礎からなり，風のエネルギーは翼により回転エネルギーに変換された後，翼連動軸，ローターヘッド，主軸を介して増速機に伝達される。ナセルには増速機，発電機等内蔵されており，増速機ではギアーで翼の回転を発電機の定格回転数迄増速する。発電機は伝達された回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。発電機には誘導もしくは同期発電機が用いられ何れの場合も，風力発電機全体の安全性の為にフェザーリング運転で一定以上の風速に達すると発電を中止する仕組であり著しく発電効率を下げる結果になる。この為，年間を通じての発電効率は２０％を割ることもしばしばである。更に，設置の為の大掛かりな工事が必要であり，又，設置場所の確保が困難な状況で，その為，検討を始められた洋上発電を含めて多額の費用を必要としているのが実情です。
【発明の開示】
本発明は，モーターと風力のハイブリッド発電機で，ケイシングのスリットから侵入した気流を構造的に１０倍以上も加速した風速でラジアル式のタービン・ブレードを押して回転させる回転力で連動する発電機の回転子を回転して発電させる為，約１ｍ／ｓ以上の風速であれば充分に発電出来るので，自然風で街中で簡単に大発電可能な風力発電発電システムです。その為には騒音を防止する機能としてケーシングの内部でのタービンの回転であり、無風状態でのモーター駆動による電源の確保が弊社が開発した常時継続使用可能な鉛２次バッテリーを使用することにより電力の供給を可能にし，併せて，必要なだけ直列に連結して電源とするモーターの駆動を維持する為，発電を行うことによって電力を終始絶やさず供給する。この場合，発生した電力をイグニッションコイルと連結させて使用目的に合わせた電圧に昇圧して使用する。上記スリットから侵入した気流を約１０倍以上も構造的に加速する原理とは，ケイシングの屋根の後端が外側に折曲り，又，前記タービンの上半分の直ぐ後に衝立を立てて共に仕切りを境に差圧により発生する渦流によって気流が引張られて加速される現象で，その風力でタービンブレードを押して回転させ発電機の回転子を回転させて発電するメカニズムです。この場合，タービンの後の衝立の後で発生する渦流は，ケーシング内の気流を引張る作用だけでなく，気流の方向を逆転させて，前記タービンブレードの下半身の回転ブレードを押して回転を加速させ，ケーシングの底面の仕切り板に沿って上昇した来た気流が，前記スリットの入口付近に少し内側に曲って突出ている仕切板の端に方向付けられ再びスリットから侵入する新しい風と合流してブレードを押して回転させる構図となる。又，前記継続使用可能なバッテリーとは鉛２次電池のバッテリーセルを真中に容器を三段に組み，細い穴で連結して上段の容器には電解液の希硫酸を満たして上からバッテリーセルに点滴する。これによって放電を伴う化学反応の生成物が三段目の空の容器に収容される為，電解液濃度が希釈されないので電極の活物質が無くなる迄電圧降下なしに電力をモーターに供給することが出来，モーターは絶え間なく駆動して発電機を発電させる。一方，放電を終えた容器はバッテリーセル以外の容器中に各々活物質の付着していない電極板が設置してあり，活物質が溶融している化学反応の生成溶液で満たされると自動的に容器が位置を循還して逆の電流が働いて充電する場所に移動するので，一つの容器が充電されている間，他のバッテリーセルが順に放電してモーターを駆動する仕組です。ここで，充電する電力は風力発電の結果生成された余剰の電力を利用するか，夜間余剰の送電された電力も使用可能です。又，当該風力発電機のラジアル式タービンブレードにブレードに沿って自由にスライドする錘を嵌めて錘が遠心力となって慣性力を利用するフライホィールの機能を果たすと共にタービンの回転力を制御するガバナーの役割も兼務する。例えば，強風の折等，錘の先端がゴム等の被膜を被せてハウジングの天井の内壁に接触して摩擦力が働きタービンの回転を制御し，フェザーリング運転の必要性を取除きイグニッションコイルの作用と相俟って質の良い電力を絶えず供給することを可能にする。又これ迄３枚のプロペラの風車の場合は，１枚のプロペラの見込む角が約１０度以内と仮定すると，３枚のプロペラの合計角は３０度以内となり，全周３６０度の内，３０／３６０でプロペラの羽と羽の間から風が擦抜けることによって，約１０倍もの風のエネルギーを発電に利用する事なく捨ててしまっているのに対し，当該横軸のベルトン水車状のラジアル式タービン・ブレイドにすることによって前記ケーシングの前方のスリットから侵入する風は全てタービン・ブレイドに当たって押すことによって回転エネルギーから電気エネルギーえの転換を行う結果全風力エネルギーを発電に貢献させることになる。一方，自然風がスリットを通ってケーシングに侵入する際の風速は下記の関係式が成立する。即ち，
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各々の文字は      Ｕ：風速，        ν：スリットを通過する風速，
Σζ：スリット部の収縮とケーシング内えの急拡大に伴う損失係数で，
スリット部の収縮は，  ｛（１／Ｃｃ）−１｝２：Ｃｃ＝１．０（コーナーを丸めた場合），急拡大の損失は、ξ｛１−（ａ／Ａ）｝      ξ＝１．０
ａ：スリット断面積，    Ａ：ケーシング断面積．    Ｐ１−Ｐ２：ケーシング前面と内面との圧力差，  Ｃｄ：ケーシングの抵抗係数，Ｃｄ＝２．０（２次元矩形の場合であり，小さな値になるかも知れません）
これによって，（１）式，（２）式から風速の増大率は，
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の風速の３０パーセント風速が速まる。従って，自然風がスリットを通過するとケーシング内の気流の風速は自然風の風速の３０％風速を増大して，尚且つ，各々の壁の後にできる差圧で発生する渦流の引張張力が作用してスクロールで気流を引張って加速した風力でラジアル式タービン・ブレイドを回転させて発電する。これに就いて，風力発電では，起電力はローターの羽の長さの２乗に比例し，風速の３乗に比例することが立証されていますが，当該風力発電の実測値では起電力がプロペラ型の風力発電機の１０倍以上もの電力を発生させる結果が出ています。
【図面の簡単な説明】  第一図は，この発明のモーター駆動風力発電システムの断面図の一例です。先ず，発電のメカニズムを図面に従って説明すると，当該発電機は風力とモーターのハイブリッド発電機で風車（１）と，モーター（２）とその動力源である弊社開発の継続電力供給バッテリーシステム（１５）及びその交互の共通使用の発電機（４）から成立っていて，絶えず発電による電力供給を自動的に継続して行う発電システムです。そこで，風力発電を行う風車（１）は，横軸のベルトン水車状のラジアル式タービンの複数のブレード（５）をタービンの回転軸（６）に放射状に固定し，ブレード（５）に沿って自由に移動する錘（７）を嵌めてフライホィールの機能のように遠心力を利用した慣性力とタービン（６）を内蔵する前方にスリット（８）が開き，天井の後端が外側に折れ曲がっている壁（９）のケーシング（１２）の内壁に強風時に接触して，その摩擦力でタービンの回転軸（６）の回転数を制御するガバナーとしての役割を兼ねさせている。又，タービンの回転軸（６）の上半分の後に衝立（１０）を立てることによって，ケーシング（１２）内のスクロールによる気流の速度が増加される。又，発電機（４）の回転子（１１）とオーバーランニングクラッチに押されて自動的に直結するピニオンと連結して発電をするメカニズムです。そして発電した電力をイグニッションコイル（１３）に繋いで目的に合わせて昇圧して質の良い電力を供給する風力発電機です。そこで先ず，自然風がスリット（８）を侵入する際，前記計算により若干加速された気流がケーシング（１２）の天井の後端を折曲げた板（９）とタービン（６）の上半身の後の板（１０）の後側に共に差圧で発生する渦流によって作用する引張力によって１０倍以上に加速された風力でタービンを回転させ同時に，板（１０）の後の渦流で方向を逆転させた気流が今度はタービンの下半身の回転ブレードを押して回転力を助長すると共に，ケーシング（１２）の底板に沿って上昇する気流がスリット（８）の直ぐ後に内側に曲がって突出ている先端（１４）に方向づけられて，新しくスリット（８）を通って侵入する風と合流して，タービン・ブレード（５）を押して発電するメカニズムです。次に，自然風がタービン（６）の回転数を計測するセンサーが発電するのに必要な回転数に達しない間，代ってモーター（２）の駆動による発電に自動的に切替わるメカニズムは，その電力源として自動継続使用可能な鉛２次電池（１５）を使用しますと，三段に積まれた各々のケースに電極を設置しておき，隣り合う移動スペースを１ボックスの単位として４個のケースを内蔵し，各々右回転で左右上下に循還して自動的に移動するようにミニモーターを箱内に設置して置く。そして，最初に，バッテリーセルを挟んで上下にケースを縦に積み，互いに，小さな穴で貫通し，電解液の希硫酸の入った上部のケースより点滴でバッテリーセルに電解液を滴下する。バッテリーセルでは，発電する化学反応が進行するに連れて生成液が発生するが，下部のケースに収容されて上からの点滴による電解液と相俟って濃度を希釈する事なく放電を伴う化学反応を電極の活物質が溶け去る迄効率的に発電する。そして，発電し終わるとボックス内の隣接す���室にケースが移動し，風力発電による余剰の電力か送電された夜間の余った電力で逆の電流が流されて充電され元のバッテリーセルに還り，ケース自体が循還して元の位置に復する。他のケースに就いても各々の機能を取戻して同時に元の位置に循還して返る。そして，バッテリーとして継続して電力を供給しモーターの連続駆動による発電を可能にする。このボックスを直列に１０個並べても大したスペースを取らずコスト的にも従来のプロペラ型の風力発電機の１／１０位しかかからないで発電性能はほぼ同等です。それを一台の当該発電機のセットとして仮に組込むとして，４セット一か所に設置したとすると，従来型のプロペラ発電機の１，０００ｋＷＨの最高発電性能に匹敵し，コストは１／４で長期の発電量の合計は約４倍です。そして，全くのメンテナンスフリーで主要電源として従来の外部送電と全く別回線の専用回線として工場又はビル等に新たな専用発電所として開設できます。又，ケーシングによる騒音防止と旗とスリットで方向舵の役割を果たします。
【図１】
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【国際調査報告】
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