(57)【要約】【課題】小型風力発電機には弱風でも発電する多翼型ブレードが最適であるが、ブレード数が多い為、強風時に風車全体の破損と安全保持が困難で、又ブレードの回転数も少なく、更に製作コスト高もあって、風力発電機には不向きとの課題があったが、これを大幅に改善した取替式、ブレードに関するものである。【解決手段】風車を回す主ブレード（１）とこれを取付けるそれぞれの根元に強度を要したベースブレード（２）とで構成され、主ブレード（１）は一定の許容内までは、ブレードのサイズ、材質に限定されず、発電量により取替が自由で、更にブレード（１）の大型化には支柱を取付けられる作りで、安全を確保。この為、風力発電機の全体をかえる事なく、大半の部品を共通化し、大幅なコスト低減とシャフトの回転数の増減で発電効率の向上を高める構造を特徴とした、強度を要した取替式多翼型ブレードで解決できた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機の多翼型ブレード（プロペラともいう、以下省略）において、風車を回す主ブレード（１）とこれを取付けるそれぞれの根元に強度を要した複数の穴付ベースブレード（２）とで構成され、主ブレード（１）は一定の許容内なではブレードのサイズ、材質に限定されず、発電量により取替えが自由で、更にブレード（１）の大型化には、主柱を取付けられる作りで、安全を確保。この為、風力発電機の全体をかえる事なく、大半の部品を共通化し、大幅なコスト低減とシャフトの回転数の増減で発電効率の向上を高める構造を特徴とした、強度を要した取替式多翼型ブレード。
【請求項２】
複数の穴付ベースブレード（２）は、中心に回転軸を通すパイプに２枚の厚めの円盤型材を使用、一定間隔を置いて作り、強度を保持。これに主ブレード（１）を重ね合わせてボルト締めで取付、更に主ブレード（１）が大型化すれば、中心に迫加の補強材と支柱で支え、ブレード全体の強度を向上させた構造を特徴とする請求項１に記載した強度を要した取替式多翼型ブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電機の多翼型ブレードにおいて、風車を回す主ブレード（１）とこれを取付けるそれぞれの根元に強度を要した複数の穴付ベースブレード（２）とで構成され、主ブレード（１）は一定の許容内まではブレードのサイズ、材質に限定されず、発電量により取替が自由で、更にブレード（１）の大型化には支柱を取付けられる作りで、安全を確保。この為、風力発電機の全体をかえる事なく、大半の部品を共通化し、大幅なコスト低減とシャフトの回転数の増減で発電効率の向上を高める構造を特徴とした、強度を要した取替式多翼型ブレードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、従来から、多く実用化されている３枚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の回転力が悪く、実用機種に不向きなどの欠点があった。
【０００３】
実用的小型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、できれば風速6m以下で負荷発電し、価格的にも安価で市街地でも設置可能な多翼型ブレードを使用した風力発電機の開発が望まれる。
【０００４】
従来から小型風力発電機には、３枚ブレードが主流であるが、最近はブレードを４枚、５枚と多翼化されたものも多く、そのブレードは大半、回転軸に取付けられた固定円盤にボルト締めする方法である。
【０００５】
しかし、回転軸に取付けられたブレード取付用の固定円盤は、定められた多翼ブレードの材質やサイズに限定されたもので、３枚ブレードに対し、コスト高と強風に対する風圧対策が取りにくく、一定以上の大型の多翼型風力発電機として実用化が困難という欠点があった。
【０００６】
この改善策として多翼式回転軸に２枚の円型固定板を一定間隔を置いて取付け、ここに必要なブレード数のベースブレード（２）を設け、このベースブレードに取付ける主ブレード（１）を取り替える事で、前述の欠点をクリアーできる方法がある。
【０００７】
図２は主ブレード（１）をボルト締めして、取付けた正面図で、全体のハウジングケース、回転軸など、半数以上の部品を利用。一定の許容発電量以下は、主ブレードの材質やサイズに限定せず取替ができる。
【０００８】
図１０は主ブレード（１）を取付ける前の回転シャフト（軸）と主ブレードを取付ける固定ベースブレード（２）の断面参考図で、ベースブレードの強度は主ブレード（１）を許容荷重まで取り替えられる強度を保持した材を使用する。
【０００９】
参考文献は次の通りである。
【特許文献１】特開２００３−００１８９７号公報
【特許文献２】特開２００２−１５３０３６号公報
【特許文献３】特開２００２−２９２８９号公報
【特許文献４】特開２００４−４６５７２号公報
【特許文献５】特願２００４−９３９５５号本願特許申請と同一人が出願中の特願２００４−３４３６５１号（提出日平成１６年１１月２９日）より大幅に改善し、低コストと高効率の向上が出来た。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
小型風力発電機を設置場所を限定せず、風速３〜６ｍの弱風で利用でき早急に実用化し、装置を普及させる為には次のような課題があった。小型の風力発電機には、多翼型ブレードが最適であるが、次の欠点をどうするか。
イ、弱風には３枚以上の多翼型ブレードが最適であるが、強風時には風車全体が破損し、安全性にかけるがどうするか。
ロ、回転力はあるが、回転数が少ないがどうするか。
ハ、多翼型の為、製作コストが割高となるがどうするか。
ニ、海岸地区は平均風速は強く、内陸地は、風が弱いが、ブレードのサイズの変更ができないか。
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】
【００１１】
請求項１の発明は、風力発電機の多翼型ブレード（プロペラともいう、以下省略）において、風車を回す主ブレード（１）とこれを取付けるそれぞれの根元に強度を要した複数の穴付ベースブレード（２）とで構成され、主ブレード（１）は一定の許容内までは、ブレードのサイズ、材質に限定されず、発電量により取替えが自由で、更にブレード（１）の大型化には、支柱を取付けられる作りで、安全を確保。この為、風力発電機の全体をかえる事なく、大半の部品を共通化し、大幅なコスト低減とシャフトの回転数の増減で、発電効率の向上を高める構造を特徴とした、強度を要した取替式多翼型ブレードを提供するものである。
【００１２】
請求項２の発明は、複数の穴付ベースブレード（２）は、中心に回転軸を通すパイプに２枚の厚めの円盤型材を使用、一定間隔を置いて作り、強度を保持。これに主ブレード（１）を重ね合わせてボルト締めで取付。更に主ブレード（１）が大型化すれば、中心に迫加の補強材と支柱で支え、ブレード全体の強度を向上させた構造を特徴とする請求項１に記載した強度を要した取替式多翼型ブレード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。
イ．発電機ハウジング１台で本体の交換なく主ブレードが取替が出来る為、風力の強い地区や弱い地区に合ったブレードを選べ、効率が向上、風力発電機が利用しやすい。
ロ．多翼ブレードは回転力が強く、増速機の利用ができ弱風でも発電する為、プロペラ音もなく、設置場所が自由で、住宅地や市街地での利用が可能となる。
ハ．主ブレードの交換ができる事で、製作コストが低減され、市場価格安で、普及がしやすい。
ニ．古くは、ヘリコプターのプロペラには木製が利用されていたが、本品ブレードにも杉、ひのき、樫の木、竹、アルミ、鉄板、ベニヤなど山林や生産地にある材料で主ブレードが使用可能である。
【００１４】
最近では、風力発電機で発電機の増速をしない方法もなされているが、１基ブレードが２m以内で風速も１０ｍ以上必要で、発電も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３枚プロペラ式より多少高くなっても、風速６m/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、市街地でも従来型の２倍以上の発電ができる。更に、従来型と異なるのは回転数が１分間１５０回転以下で、風切り音が出ず、主ブレードの長さが拡大でき、発電機が１０KW〜１００KWと大型ができるため、応用が広く、主ブレードに木や竹も利用でき、地域の産業の発展にもつながる。
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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、風速５ｍ〜６ｍ台では、負荷発電（電気を使用する）がしない為、本願発明では円の８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倍の回転力を得る事ができ、更に主ブレード（１）とベースブレード（２）と分離、ブレードを取替式にする事でコストも下げ、風速６ｍ以下でも小型で実用性の高い小型の風力発電機を提供できる目的が達成できた。
【００１６】
以下、本発明の一実施例を図によって説明する。
図１は本発明の実施例を示す強度を要した取替式の多翼ブレードの使用姿図である。本発明は風力発電機の内、ブレードに関する発明であり、ブレードに主力を置いて以下説明する。
【００１７】
図２は正面図である。特許の請求の項１に当たるところで、主ブレード（１）は、図２の１に当り、固定ベースブレード（２）は２にボルト締めで止められ、３は発電機ハウジング本体で風力発電機を含む風車全体を正面から見た図である。
【００１８】
図３は風車全体の背面図である。この場合ボルト４は５ヶあり、主ブレード１を締めて固定、５は発電機ハウジングの回転軸である。
【００１９】
図４は左側面図である。３の発電機ハウジングケースに風車全体を装着した全体図で、１，２，４，５は図２、図３、の通りである。
【００２０】
図５は右側面図で数字１，２，３，４，５は図２、図３の通りである。
【００２１】
図６は平面図で数字１，２，３，４，５、は図２、３、４の通りである。
【００２２】
図７は底面図で、６は風力発電機を鉄柱に固定するフランジで、数字１，２，３，４は
図２、３、４の通りである。
【００２３】
図８は、内部機構とA-A断面参考図である。固定ベースブレード２に、主ブレード１をボルト４でしっかり固定され、７は中心軸（シャフト）である。数字３、５、６は図２、３、７の通りである。
【００２４】
図９は内部機構とB-B断面参考図である。数字３、５、７は図２、３、８の通りである。
【００２５】
図１０は、主ブレード（１）取付前固定ベースブレード２断面図で、図はわかりやすく固定ベースブレード２を上下２枚で表わしてる。特許請求項２に記入の通りで、厚めの円盤型材の１と同じく、８−１の円盤型材の２は９のシャフトを通すパイプに固定され、その中にシャフト７が貫通し、９の割ピンが施し、１１のカバーがある。
【００２６】
図１１が、図１０の背面図で、この図はベースブレード８枚を固定した図で表わしている。９がシャフト通しパイプで８−１は厚めの円盤型材である。２，４は図２と３の通りである。
【００２７】
図１２は、多翼型ブレードの主ブレードの参考図で、材質はアルミ、鋼材、木製、板、プラスチック、竹材でも取付は出来る為、特定物に限定しない。１主ブレード、４は穴である。
【００２８】
図１３は固定ベースブレードに主ブレードを取付けた断面参考図で、図１０に図１２のブレードを装着した図である。主ブレード１はベースブレード２にボルトナット締めで固定する。
【００２９】
図１４の１は、発電機ハウジングで図１４の２は主ブレード（１）とベースブレード（２）の一体ブレード回転装置で、図１４の１の７のシャフトに挿入し、図１４の３のシャフト７には１２のキー溝と１３のシャフト穴が施してあり、図１４の４の止め金具（キー）を差し込み、図１４の５の割ピン１０で落下防止の為止める。
【００３０】
図１５は特許請求項２に該当するが、ベースブレード２にボルトで固定された主ブレード１が大型サイズの物になった時は、安定性を増す為、縦型支柱を先に添えて、横支柱１５を添え、共にボルトナットで締め、一方を８−１の厚めの円盤にボルト締めにして安定させる。この方法は、他の風力発電機にはない方法で、かなりの補強効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
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形で多翼型の幅広ブレードを考案した事により価格が割高になるが、多翼型でも多取替式ブレードを発明した事で、かなり安価となった。更に風力が６m/s台でも負荷発電し、風切り音もなく発電機も10KW〜100KWまでは製作が出来、従来の３枚プロペラ式は音が出る為３KW以上の市街地取付は無理といわれているが、本発明風車は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。その他本発明品は、木製、竹製、プラスチック製、といろいろなブレードとサイズも小、中、大と許容内は取り替えられ、風力発電機とハウジング部を安価で購入され、ブレードは地域の特産品で加工して取付けられれば、地域の活性化と工業製品で販売もできる。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に利用できるブレードである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例を示す強度を要した取替自由な多翼型ブレードの姿図
【図２】正面図
【図３】背面図
【図４】左側面図
【図５】右側面図
【図６】平面図
【図７】底面図
【図８】内部機構とＡ−Ａ断面参考図
【図９】内部機構とＢ−Ｂ断面参考図
【図１０】主ブレード（１）取付前、固定ベースブレード（２）断面参考図
【図１１】主ブレード（１）取付前、固定ベースブレード半面参考図
【図１２】多翼型ブレードの主ブレード（１）の一部参考図
【図１３】固定ベースブレード（２）を取付けた断面参考図
【図１４−１】発電機ハウジング本体
【図１４−２】主ブレード（１）と固定ベースブレード（２）の一体ブレード回転装置
【図１４−３】発電機回転軸（シャフト）
【図１４−４】止め金具（キー）
【図１４−５】割ピン
【図１５】主ブレード（１）の大型サイズ時の補強取付参考図
【符号の説明】
【００３３】
１．主ブレード（１）
２．固定ベースブレード（２）
３．発電機ハウジング本体
４．ボルト
５．回転軸
６．フランジ
７．中心軸（シャフト）
８−１．厚めの円盤型材の１
８−２．厚めの円盤型材の２
９．シャフトを通すパイプ
10．割ピン
11．カバー
12．キー溝（みぞ）
13．シャフト穴
14．縦形支柱
15．横支柱
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４−１】
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【図１４−２】
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【図１４−３】
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【図１４−４】
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【図１４−５】
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【図１５】
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