(57)【要約】      （修正有）【課題】自然の微風、あるいは人工的な風など定量的に吹く風や非定常的に吹く風が存在する場所に設置することができる小形風力発電用羽根車、およびケーシングを提供する。【解決手段】ねじ状のように軸方向に対して螺旋状に羽根２が組込まれている。この羽根は、Ｎ，Ｓ極の磁石を持ち、ケーシング１側には、コイル４と永久磁石５Ｎ，Ｓ極がそれぞれ交互に取り付けられている。一方、ケーシング側のコイルは円周方向に対して対称に取り付けられ、永久磁石のＮ，Ｓ極は円周方向に対して非対称に取り付けられている。さらに、永久磁石の面はある角度を持って取り付けられている。羽根車のＮ極とケーシング側のＮ極とが対面したときは、反発して回転力を増強するが、反対側の永久磁石Ｎ，Ｓ極は吸収し合う。このため、円周方向の角度を非対称に取り付けることにより吸引力を弱めることが可能となる。羽根車の回転が低速回転であっても、十分発電が可能となる。【選択図】図１
2013151929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ状のように軸方向に対して螺旋状に羽根が組み込まれている。この羽根の先端には永久磁石のＮ極とＳ極とが対称に取り付けられている。
羽根を覆うケーシングの円周方向には、発電用のコイル（以下コイルと呼ぶ）と回転力を強める永久磁石とが交互に取り付けられている。この場合、コイルは対称に、永久磁石は非対称に取り付けられていることを特徴とする羽根車に発電機構を備えた小形風力発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の小形風力発電装置に取り付けた羽根車が回転する際、羽根の先端の永久磁石Ｎ極とＳ極、ケーシング側の永久磁石Ｎ極とＳ極との間には反発力の効果を最大限に取り入れることと、吸引力を最小限にするようにＮ極、Ｓ極は、ある角度θを持って取り付けられていることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１記載の小形風力発電装置の羽根は、羽根１枚１枚の端部が折り重なるように取り付けられている。この場合の羽根の取り付け角度をリード角νと呼び、リード角νを持って螺旋状に設置されていることを特徴とする。
【請求項４】
請求項１記載の小形風力発電装置の羽根に設けられた弾力性の弱い窓部分の羽根が風を受け、下流の方向に曲げられることにより、曲げられた窓部分から風を逃がし、羽根に当たる風圧を弱める働きをする。さらに、羽根に当たる風が強風の場所では、羽根の一部が開く為、回転力に対して抵抗となる。これにより、回転力にブレーキをかけることとなり、回転力を下げる。この自動ブレーキを働かせることを特徴とする。
【請求項５】
請求項１記載の小形風力発電装置にケーシングと羽根車を提供することで、円周方向のＹ極数と軸方向のＸ列との極数を数多く取り付けることを特徴とする。
【請求項６】
請求項１記載の小形風力発電装置の羽根車の材料は、磁石を帯びた軽い材料、あるいは永久磁石を設けることを特徴とする。
【請求項７】
請求項１記載の小形風力発電装置のケーシング上流側は、曲線状のベンチゥリー管が取り付けられ、ケーシング内に流れ込む風を一様流れにする。さらに、ケーシング側には、円周方向と軸方向とに対して、コイルと永久磁石とが交互に配列されていて、発電力と回転力を高める工夫がされていることを特徴とする。
【請求項８】
請求項１記載の小形風力発電装置は、円周方向に取り付けられているコイルは、円周方向に対して対称に取り付けられている、これに対して、円周方向に取り付けられている永久磁石は、Ｎ極とＳ極とがある角度θとθ´とが非対称に設置されている。
ケーシング側に取り付けられたＮ極とＳ極とがある角度θの場合、羽根車側およびケーシング側の永久磁石の表面とケーシング側のコイルの表面は、ある角度αの傾きをもっている。これは、羽根車に施された磁石Ｎ極とＳ極とが回転した場合、ケーシング側のＮ極に対して羽根車のＮ極とが回転によって触れ合う場合には、磁石同士が反発するために、羽根車の回転力を押す方向に働く。
ケーシング側に取り付けられたＮ極とＳ極とがある角度θ´の場合、羽根車に施された磁石Ｎ極とＳ極とが回転し、ケーシング側のＮ極に対して羽根車のＳ極とが回転によって触れ合う場合には、磁石同士が吸引するために、羽根車の回転力を弱める方向に働く。
したがって、このＮ極とＳ極との角度を非対称としてずらすことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、小形風力羽根車と発電機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  風力発電の種類には、水平軸風車と垂直軸風車とがあり、小形風力発電用の羽根車として実用化されている。【０００３】  従来の代表的な小型風力発電装置は、水平軸風車の羽根車にはプロペラ型羽根車がある。（例えば、特許文献１）。【０００４】
【特許文献１】  特許公開２００８−６３９６１
【０００５】  垂直型羽根車には、ジャイロミル形羽根車がある。（例えば、特許文献２）。【０００６】
【特許文献２】  特許公開２０１０−１５０９９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】    しかしながら、これらの小形風力発電の羽根車は欠点となる問題点が多く、一般的な欠点を要約して示すと次の通りである。
１）風力が弱いと、羽根車が回らない。
２）羽根車の回転に伴い、音を発生する。
３）羽根車が回転しているようなときは、接触等の危険を伴う。
４）風の強弱に対応するために、付属部品を用いたり、流れの上下方向に対して羽根車の設置角度を変える必要がある。
以上のほかに、例えば文献１によると直径の異なるプロペラを２基使用し、直径の小さい風車を上流側に取り付け、直径の大きい風車を下流側に設け、風の流れを有効に取り入れること。このために、２基一組の垂直回転軸の外側回転軸と内側回転軸にそれぞれ回転方向が逆のワンウェイクラッチベアリングあるいはラチェトを用い、その２組の同軸回転軸の一方に発電機の回転子、他方の回転軸に固定子を備え、それらの相対回転により１から２倍の流速と等価な発電エネルギーを得る。
この場合、ワンウェイクラッチベアリングでは、使用条件に問題があり、例えば、耐久性が低く、回転数の急激な環境条件の変化を負荷できない事やすべりが発生するなどがあり、使用条件が過激な風力発電装置のような場合には、ある程度短期間に定期的に交換が必要である。また、ラチェットにおいても、比較的軽負荷でなければ仕様が困難であるとか、外れやすいとか、ラチェット音が発生するなど、組み立て上の制約がる。これらの部品に問題が生じた場合には、全面分解・組立てが必要となり、メンテナンスの費用がかかる。
また、文献２によると羽根車において、回転翼の位置、速度、風向きの変化に回転翼の仰角を適切に対応させることが必要となる。また、回転翼の仰角が適切となるように回転翼の向きが自動的に変化するように設定されるなどの対策が取られているが、風の瞬時の変化に対する遅れによる乱れによって、回転体の不安定さを増長させるなどの問題を発生させる。【０００８】  本発明は、このような従来の問題を解決しようとするもので、小形風力発電の羽根車及び、発電機構はいたってシンプルである為、すべての制約が解除できることが大きな理由である。すなわち、風の強弱や方向にとらわれなく、羽根車の下流側は、流れを乱すものがなく、それらを回避するための設備も必要ないなど「０００７」に示した問題点を解決することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明によれば、風を受ける羽根を軸方向に螺旋状に設置することで、風の力を有効に羽根車表面に当てることが可能となる。したがって、微風状態においても十分に羽根車を回転させることができる。
さらに、羽根車の先端には磁石Ｎ極とＳ極とを帯びた羽根車、あるいは永久磁石のＮ極とＳ極とが取り付けられた羽根車が対称に取り付けられ、羽根を覆うケーシングの円周方向にも発電用のコイルと永久磁石が交互に取り付けられている。
この場合、羽根車が回転すると、羽根車の磁石、あるいは永久磁石Ｎ極とＳ極、ケーシング側の永久磁石Ｎ極とＳ極との間には反発力の効果を最大限に取り入れと、吸引力を最小限にするよう工夫されている。この場合、ケーシング側の永久磁石Ｎ極とＳ極とは、ある角度θおよびθ´とは、非対称に設置されている。ここで、θおよびθ´の角度は３６０°をｎ等分した角度とする。また、永久磁石Ｎ．Ｓ極、およびコイルの表面角αは、０〜１５°の範囲で変化させる。
このため風の力と磁石の力との相乗効果により、ごく微風でも羽根車を効率よく回転させることができる。このような発電機と磁石を羽根車とケーシングに設置した風力発電システムを提供することにより上記課題を解決したものである。【００１０】  本発明によれば、風が上流側から下流側に向かって流れる際、羽根車内の流れは剥離を起こし乱流流れとなる。これは音を発生させる要因となる。この乱流の流れを層流流れにするため、羽根車の表面に微小な凹凸の加工を施す。
これにより、羽根の表面流れの剥離の発生を押さ、層流の流れにすることが可能となる。したがって、ケーシングに覆われた羽根車内の流を乱れのないスムースな流を作り出すことにより羽根車の回転効率をより向上させるとともに音の発生を抑えることが可能となる。
さらに、この羽根は、羽一枚一枚の端部が折り重なるように取付けられ、リード角νの角度は１０°〜８５°の範囲を持って螺旋状に設置されている。この場合、羽根車は、使用場所によって適用する羽根車を用いる。すなわち、ほぼ一定の風が吹く場所での羽の構造や風の変動が多い場所、あるいは強風の風が多く吹く場所に用いれなれるように工夫されている。
これにより、風速が一定以上に大きくなる場所では、羽根に設けられた弾力性の弱い窓部分の羽根が、風を受け下流側の方向に折り曲げられる。これによって、折り曲げられた空間部から風が吹き抜けるため、羽根車は一定の回転数以上になら無いように工夫されている。
さらに、風が強風の場所では、羽根の一部が回転方向に逆らって開く。これにより、羽根車の回転を弱めるブレーキの働きをする。これらは、従来において使用されている小形風力発電装置のように、風速が大きい場合に取り付けられているブレーキ装置や減速機を取り付けなくても発電装置を破壊することなく安全に発電が行える。このような羽根車を提供することにより上記課題を解決したものである。【００１１】  本発明によれば、小形風力発電装置の羽根はむき出しのものが大半であり、回転中の羽根に接触するなどのトラブルが多いい。本装置は羽根車の周囲をケーシングで覆うことにより接触等のトラブルを防ぐことが可能となる。さらに、本装置のケーシングと羽根車を提供することで発電に必要な極数を多く取り付けることが可能となり、羽根車の回転が低速回転であっても十分発電効果が得られる。このような小形風力発電装置を提供することにより上記課題を解決したものである。
【発明の効果】  小形風力発電装置の羽根車のように直径が小さい場合には、羽根車の回転数をあげなければ、高い発電力が得られないが欠点であるが、羽根車の回転数を上げるために、一般的に増速機を用いている。本発明では、ケーシングの円周部分と軸方向に多数のコイルと永久磁石とを多数設けることにより、発電力と永久磁石の反発力を利用し、羽根車がより低速回転でも、高い発電力が得られることを提供したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  以下、例として掲げる本発明の最良の実施例と図面に基づき、本発明についてより詳細に説明し、更なる理解を促す。【００１３】  本発明によれば、小形風力発電装置の羽根車は、図１に示されるように、ケーシング▲１▼内に羽根車が軸に取り付けられている。この羽根車は、ねじのようにリード角νを持った螺旋状となり、羽根車の数は２条、４条、・・・Ｚ条の羽根を持つ、また、羽根車は磁石を帯びており、この材料は軽い磁気を帯びた材料（例えば、プラスチック磁石材）、あるいは、永久磁石を取り付けた羽根車である。一方、ケーシングの上流は、ベンド状のパイプが取り付けられ、羽根車に流れ込む風が一様に流れ込むように工夫されている。さらに、ケーシング側は、周方向と軸方向に対して、コイルと永久磁石とが表面角αを持って交互に配列されている。この場合の回転方向Ｎは、右・左回転でも対応できるように組み立てられる。
図２は、ケーシングの円周上に取り付けられた発電用コイルと回転力を促進させるための永久磁石が取り付けられている。この場合、図４で示されるように、円周方向に取り付けられているコイル▲４▼は円周方向に対して対称に設置されている。これに対して円周方向に取り付けられている永久磁石は、Ｎ極とＳ極とがθおよびθ´の角度で非対称に設置されている。これは、羽根に施された永久磁石▲５▼のＮ極とＳ極が風の力によって回転した場合、ケーシング側のＮ極に対して羽根車のＮ極との両面がすきまを隔てて触れ合うと磁石同士は反発する為に、羽根車の回転を強める方向に働く。
一方、非対称側のケーシング側のＮ極と羽根側のＳ極とは吸引し合う為に回転力を弱める働きとなる。このＮ極とＳ極との角度θおよびθ´を図２で示されるようにずらすことにより吸引力を弱めることになる。これらの作用により、反発力の全表面がすきまを持って合わさるときに対して、Ｎ極とＳ極とが１／４〜１／５程度の表面積が合わさるように角度をずらすことにより、反発力に対して吸引力は１／４〜１／５程度になるため、常に反発力がまさることになる。
図３は、コイル設置角が対称であるのに対して永久磁石のＮ極、Ｓ極との角度が非対称である場合を中心線で示した例である。【００１４】  本発明の、小形風力発電装置の羽根は、図５に示されるように、羽根▲２▼の表面には、微小な溝の凹凸が加工されている。この溝を設けることにより羽根表面の近傍では、流れが剥離を起こさず層流の流となる。このために上流側から下流側へと流れ出る際、羽根の風切り音を抑えることができる。
図６に示されている羽根は、羽根の中に実線でしました囲いは、弾力性の弱い材質である。これに対して、外側は弾力性に強い材質となっている。このために、一定以上の風速の場合には、弾力性に弱い材質部分▲６▼は下流側に撓み、羽根の表面に当たる風の量を下流側に素通りさせる。これにより、羽根車の回転は、一定以上上がらない仕組となっている。
図７は、風速が強風（例えば、台風や季節風）となる場所には、弾力性の弱い羽根部分が回転方向に逆らって開く。これにより、羽根から飛び出た羽根の一部は自動ブレーキの役割を果たし、回転力の勢いを弱めるブレーキとなり回転数が上がらないように自動的に制御させることができる。【００１５】  本発明の、小形風力発電装置は、図１に示されるように、羽根車をケーシングで囲うことにより、羽根車の回転に伴う接触事故を防ぐことが可能となる。これにより、使用時の安全性が保たれる。これに加え、羽根の下流側に発電機等の付属装置を取り付けることがないので、風が下流側で乱れることがないため、下流側で発生する風の乱れ音を防ぐことが可能となる。これは、上述に加えて風の発生音を弱める働きとなる。また、ケーシング側にコイルを設置することにより、図８で示されるように電極の数を周方向に６極、軸方向にＸ列設置することが可能となる。このように電極の数を増やせるように工夫されたものである。
例えば、極数を７２極とした場合の発電に必要な回転数を示す。
2013151929.tif 000003
ここで、Ｎ：回転数、ｆ：サイクル、ｎ：極数
である。
この（１）式の回転数を低速でも発電を可能にするためには、本装置のような構造を作り出すことにより、より小さな風でも発電が可能となる。
【産業用の利用可能性】
【００１６】  上述の発明は、従来の風力発電用に用いられていない羽根車を用いることで、小形風力発電装置の効率向上が図られる。これにより、人工的に風が発生する場所や自然界の風を利用する風力発電装置の利用が可能となり、地球温暖化の削減に一石を投じる事となる。
【００１７】  上述の例および開示は例示を意図しており、網羅を意図したものではない。これらの例および説明は、当技術分野における通常の技術の一つに対し多くの変化や代替を提案するものである。これらの代替および変化はすべて本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。問う技術分野を熟知した人物が、ここで説明される特定の実施例の他の同等物に気付いた場合、それら同等物も本発明の特許請求の範囲によって包含されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】  本発明に基づく最良の実施例のケーシング・羽根車の概要図である。
【図２】  本発明に基づく最良の実施例のケーシング・羽根車内のＡ−Ａ断面から見た側面図である。
【図３】  本発明に基づく最良の実施例のコイル・永久磁石の取り付け中心位置で▲４▼はコイルの中心線、▲５▼は永久磁石の中心線を示したものである。
【図４】  本発明に基づく最良の実施例のケーシング・羽根車に設置されたコイル・磁石の取付状態を示した断面図である。
【図５】  本発明に基づく最良の実施例の羽根車の詳細図である。
【図６】  本発明に基づく最良の実施例の吹き抜けを備えた羽根車の詳細図である。
【図７】  本発明に基づく最良の実施例の自動ブレーキ付き羽根車の詳細図である。
【図８】  本発明に基づく最良の実施例の円周上の発電コイル位置を示した概要図である。
【符号の説明】
【００１９】▲１▼  本体ケーシング
▲２▼  羽根車
▲３▼  ベンチュリー管
▲４▼  発電コイル
▲５▼  永久磁石Ｎ極・Ｓ極
▲６▼  自動吹抜け付羽根車
▲７▼  自動ブレーキ付羽根車
▲８▼  方向舵
Ｎ：  羽根車回転数
θ、θ´：  コイルおよび永久磁石取り付け角度
α：  コイルおよび永久磁石の表面角度
ν：  羽根車取り付けリード角度
【図１】
2013151929.tif 000004
【図２】
2013151929.tif 000005
【図３】
2013151929.tif 000006
【図４】
2013151929.tif 000007
【図５】
2013151929.tif 000008
【図６】
2013151929.tif 000009
【図７】
2013151929.tif 000010
【図８】
2013151929.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月9日(2012.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
ねじ状のように軸方向に対して螺旋状に羽根が組み込まれている。この羽根の先端には永久磁石の表面側がＮ極とＳ極となるように対称に取り付けられている。
ねじ状のように軸方向に対して螺旋状に羽根がケーシングの中に組み込まれている。この羽根及びケーシングとの間で発電力と回転力を同時に強めるための組み合わせが特徴とされる。それらの方法は、
１）ケーシングには鉄芯入りコイル（以下コイルと呼ぶ）と磁石とか円周方向に交互に取り付けられている。羽根車の先端にも磁石が取り付けられている。したがって、羽根車が回ると永久磁石Ｎ・Ｓ極とコイルあるいは磁石同士との間で発電力と回転力を強めることを特徴とする。
２）ケーシングの円周方向にコイル、永久磁石とか軸方向に対して交互に取り付けられている。したがって、発電と回転力をより強めることを特徴とする。これらの羽根車及び発電機構を備えた小型風力発電装置。
羽根を覆うケーシングの円周方向には、発電用のコイル（以下コイルと呼ぶ）と回転力を強める永久磁石とが交互に取り付けられている。この場合、コイルは対称に、永久磁石は非対称に取り付けられていることを特徴とする羽根車に発電機構を備えた小形風力発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
請求項１記載の小形風力発電装置に取り付けた羽根車が回転する際、羽根の先端の永久磁石Ｎ極とＳ極、ケーシング側の永久磁石Ｎ極とＳ極との間には反発力の効果を最大限に取り入れることと、吸引力を最小限にするようにＮ極、Ｓ極は、ある角度θを持って取り付けられている。
さらに、発電力を高めるために
１）Ｎ極−コイルーＳ極との組み合わせ
２）羽根車先端にＮ極、Ｓ極が取り付けられ、ケーシングにはコイルが取り付けられた組み合わせ
３）Ｎ極−コイルの組み合わせ
の３通りを特徴とする風力発電装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
請求項１記載の小形風力発電装置は、円周方向に取り付けられているコイルは、円周方向に対して対称に取り付けられている、これに対して、円周方向に取り付けられている永久磁石は、Ｎ極とＳ極とがある角度θとθ´とが非対称に設置されている。
ケーシング側に取り付けられたＮ極とＳ極とがある角度θの場合、羽根車側およびケーシング側の永久磁石の表面とケーシング側のコイルの表面は、ある角度αの傾きをもっている。これは、羽根車に施された磁石Ｎ極とＳ極とが回転した場合、ケーシング側のＮ極に対して羽根車のＮ極とが回転によって触れ合う場合には、磁石同士が反発するために、羽根車の回転力を押す方向に働く。
ケーシング側に取り付けられたＮ極とＳ極とがある角度θ´の場合、羽根車に施された磁石Ｎ極とＳ極とが回転し、ケーシング側のＮ極に対して羽根車のＳ極とが回転によって触れ合う場合には、磁石同士が吸引するために、羽根車の回転力を弱める方向に働く。
したがって、このＮ極とＳ極との角度を非対称としてずらすことを特徴とする。
さらに、コイル及び永久磁石の取り付け方法には、ケーシングの軸方向に対して一列目はコイルを円周方向に複数取り付ける。次の２列目は永久磁石を複数取り付ける。以下軸方向に対して、コイルと磁石とが交互に取り付けられている。この様な取り付けは、発電力と羽根車の回転力を増加させることが可能となることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】  本発明によれば、風を受ける羽根を軸方向に螺旋状に設置することで、風の力を有効に羽根車表面に当てることが可能となる。したがって、微風状態においても十分に羽根車を回転させることができる。
さらに、羽根車の先端には磁石Ｎ極とＳ極とを帯びた羽根車、あるいは永久磁石のＮ極とＳ極とが取り付けられた羽根車が対称に取り付けられ、羽根を覆うケーシングの円周方向ならびに軸方向にも発電用のコイルと永久磁石が交互に取り付けられている。
この場合、羽根車が回転すると、羽根車に取り付けた磁石表面Ｎ極、あるいはＳ極とケーシング側の磁石表面Ｎ極またはＳ極との間には反発力の効果を最大限にするよう工夫されている。この場合、一つは、ケーシング側の永久磁石Ｎ極とＳ極とは、ある角度θおよびθ´とは、非対称に設置されている。ここで、θおよびθ´の角度は３６０°をｎ等分した角度とする。また、永久磁石Ｎ．Ｓ極、およびコイルの表面角αは、０〜１５°の範囲で変化させる。
このため風の力と磁石の力との相乗効果により、ごく微風でも羽根車を効率よく回転させることができる。このような発電機と磁石を羽根車とケーシングに設置した風力発電システムを提供する。さらに、発電力及び回転力を増強させるために、二つ目は、羽根車の先端に永久磁石が取り付けられ、磁石の表面がＮ極、ありいはＳ極となるように取り付けられている。そして、羽根車を覆うケーシングの円周方向には、コイルを取り付け、コイルの一方にはＳ極を取付ける。これにより、永久磁石を取り付けた羽根車が回転することにより、羽根車の永久磁石Ｎ極とコイルの間に磁場が発生し、反対側に取り付けたＳ極との間で磁場を収速させる。これらが一体となってより強力な発電力を得ることができる。さらに、三つ目は、羽根車にＮ・Ｓ極を取り付け、ケーシングに取り付けられたコイルは、対称的に取り付けられている。この対称同士のコイルとをコイル線によって接続することにより、上述と同様な発電力が得られる。また、四つ目は、羽根車の先端に取り付けた磁石の表面がＮ極またはＳ極どちらかになるように取り付ける。
そして、ケーシング側の円周方向にコイルを取り付ける。この場合にも強力な発電力を得ることができる。これらの組合せによって、上記課題を解決することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明によれば、小形風力発電装置の羽根はむき出しのものが大半であり、回転中の羽根に接触するなどのトラブルが多いい。本装置は羽根車の周囲をケーシングで覆うことにより接触等のトラブルを防ぐことが可能となる。さらに、本装置のケーシングと羽根車を提供することで発電に必要な極数を多く取り付けることが可能となり、羽根車の回転が低速回転であっても十分発電効果が得られる。このような小形風力発電装置を提供することにより上記課題を解決したものである。
【発明の効果】
小形風力発電装置の羽根車のように直径が小さい場合には、羽根車の回転数をあげなければ、高い発電力が得られないが欠点であるが、羽根車の回転数を上げるために、一般的に増速機を用いている。本発明では、ケーシングの円周部分と軸方向に多数のコイルと永久磁石とを多数設けることにより、発電力と永久磁石の反発力を利用し、羽根車がより低速回転でも、高い発電力が得られることを提供したものである。このことから、本発明は、発電力を得るための増速機が不要となる。これにより、増速機の使用による機械損失ならびに歯車等からの音の発生などが回避されることを提供したものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】  本発明によれば、小形風力発電装置の羽根車は、図１に示されるように、ケーシング▲１▼内に羽根車が軸に取り付けられている。この羽根車は、ねじのようにリード角νを持った螺旋状となり、羽根車の数は２条、３条、４条、・・・Ｚ条の羽根を持つ、また、羽根車は磁石を帯びており、この材料は軽い磁気を帯びた材料（例えば、プラスチック磁石材）、あるいは、永久磁石を取り付けた羽根車である。一方、ケーシングの上流は、ベンド状のパイプが取り付けられ、羽根車に流れ込む風が一様に流れ込むように工夫されている。さらに、ケーシング側は、周方向と軸方向に対して、コイルと永久磁石とが表面角αを持って交互に配列されている。この場合の回転方向Ｎは、右・左回転でも対応できるように組み立てられる。
図２は、ケーシングの円周上に取り付けられた発電用コイルと回転力を促進させるための永久磁石が取り付けられている。この場合、図４で示されるように、円周方向に取り付けられているコイル▲４▼は円周方向に対して対称に設置されている。これに対して円周方向に取り付けられている永久磁石は、Ｎ極とＳ極とがθおよびθ´の角度で非対称に設置されている。これは、羽根に施された永久磁石▲５▼のＮ極とＳ極が風の力によって回転した場合、ケーシング側のＮ極に対して羽根車のＮ極との両面がすきまを隔てて触れ合うと磁石同士は反発する為に、羽根車の回転を強める方向に働く。
一方、非対称側のケーシング側のＮ極と羽根側のＳ極とは吸引し合う為に回転力を弱める働きとなる。このＮ極とＳ極との角度θおよびθ´を図２で示されるようにずらすことにより吸引力を弱めることになる。これらの作用により、反発力の全表面がすきまを持って合わさるときに対して、Ｎ極とＳ極とが１／４〜１／５程度の表面積が合わさるように角度をずらすことにより、反発力に対して吸引力は１／４〜１／５程度になるため、常に反発力がまさることになる。
図３は、コイル設置角が対称であるのに対して永久磁石のＮ極、Ｓ極との角度が非対称である場合を中心線で示した例である。
図９の（ａ）は、羽根車の先端に永久磁石表面がＮ極、ケーシングにコイル、そして永久磁石Ｓ極を複数取り付け、発電力をより強力にした発電機構を示した例である。
図９の（ｂ）は、羽根車の先端に永久磁石表面がＮ極とＳ極とが対称に取り付けられ、ケーシングには、コイルが複数円周に取り付けられている。この場合、コイルは対称同士がコイルの線が接続されている。これにより、発電力をより強力にした発電機構を示した例である。
図９の（ｃ）は、羽根車先端に永久磁石の表面がＮ極またはＳ極となるように取り付けられ、ケーシングの円周にコイルが複数取り付けられている。これにより、発電力をより強力にした発電機構を示した例である。
図１０の（ａ）は、羽根車先端に永久磁石の表面がＮ極またはＳ極となるように取り付けられ、ケーシングの円周面に帯状またはリング状の永久磁石Ｎ極かＳ極が取り付けられている。これにより、羽根車の回転力をより強固にした例である。
図１０の（ｂ）は、羽根車先端に永久磁石の表面がＮ極またはＳ極となるように取り付けられ、ケーシングの円周面に永久磁石の表面がＮ極またはＳ極となるように取り付けられている。これにより、羽根車の回転力をより強固にした例である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
【図１】本発明に基づく最良の実施例のケーシング・羽根車の概要図である。
【図２】本発明に基づく最良の実施例のケーシング・羽根車内のＡ−Ａ断面から見た側面図である。
【図３】本発明に基づく最良の実施例のコイル・永久磁石の取り付け中心位置で▲４▼はコイルの中心線、▲５▼は永久磁石の中心線を示したものである。
【図４】本発明に基づく最良の実施例のケーシング・羽根車に設置されたコイル・磁石の取付状態を示した断面図である。
【図５】本発明に基づく最良の実施例の羽根車の詳細図である。
【図６】本発明に基づく最良の実施例の吹き抜けを備えた羽根車の詳細図である。
【図７】本発明に基づく最良の実施例の自動ブレーキ付き羽根車の詳細図である。
【図８】本発明に基づく最良の実施例の円周上の発電コイル位置を示した概要図である。
【図９（ａ）】本発明に基づく最良の実施例で、羽根車先端に永久磁石Ｎ極とケーシング円周にコイル、そしてケーシング円周に取り付けたコイルの次に永久磁石の表面がＳ極が取り付けた発電機構を示した概要図である。
【図９（ｂ）】本発明に基づく最良の実施例で、羽根車先端に永久磁石Ｎ極またはＳ極とケーシングの円周にコイルが複数取り付けた発電機構を示した概要図である。
【図９（ｃ）】本発明に基づく最良の実施例で、羽根車先端に永久磁石Ｎ極またはＳ極とケーシングの円周にコイルが複数取り付けた発電機構を示した概要図である。
【図１０（ａ）】本発明に基づく最良の実施例で、羽根車の先端に永久磁石の表面がＮ極あるいはＳ極が取り付けられ、ケーシングの円周には、帯状の永久磁石Ｎ極またはＳ極が取り付けた、磁石の反発力を示した概要図である。
【図１０（ｂ）】本発明に基づく最良の実施例で、羽根車の先端に永久磁石の表面がＮ極あるいはＳ極が取り付けられ、ケーシングの円周には、永久磁石Ｎ極またはＳ極がある角度で取り付けた、磁石の反発力を示した概要図である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９（ａ）
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図９（ａ）】
2013151929.tif 000012
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９（ｂ）
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図９（ｂ）】
2013151929.tif 000013
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９（ｃ）
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図９（ｃ）】
2013151929.tif 000014
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０（ａ）
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図１０（ａ）】
2013151929.tif 000015
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０（ｂ）
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図１０（ｂ）】
2013151929.tif 000016