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(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の風力発電機の主流は横軸プロペラ風車であるが、建設費や設置費用が高い割には利用率が２０％〜３０％と低く、ナセル内では増速に歯車を使用しており、機構上故障し易い。また、羽根の風切り音で騒音被害が発生することやバードストライクが起きるという課題があり、これらを解決する風力発電装置を提供する。【解決手段】これらの課題を解決するため、風洞付きＷタービン発電機を開発した。その目標は、小形・軽量・高性能・設置面積が少なく・工事が簡単・故障が少なく・修理が簡単・カットオフ無し・安価・利用率が高く・初期投資金の回収が早い、風切り音が出ない、鳥類にもよく見える、などである。その手段は、前タービン６と後タービン７を設けた事、風洞で覆うた事、歯車を使わず構造をシンプルにした事、風車全体を丈夫にした事、価格を安くした事である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機において、前タービンと後タービンのＷタービンを備えた発電機。
【請求項２】
風力発電機において、前タービンと後タービンの羽根の取付け角度を前後逆向きに取付けた風力発電機。
【請求項３】
風力発電機において、ローターの永久磁石部分をステータ―のコイル部分が、内側と外側で挟む構造の発電機。
【請求項４】
風力発電機において、タービン全体を覆った風洞の一端が、ラッパ状に開いた構造の風洞を備えた発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は風力発電機において、小形、軽量、高性能、設置面積が少なく、工事が簡単、故障が少なく、修理が簡単、カットオフ無し、安価で、利用率が高く、初期投資金の回収が早い、風切り音が出ない、鳥類にもよく見える、などの特徴を有する風洞付きＷタービン発電機を提供する。
【背景技術】
【０００２】従来より、横軸プロペラ風力発電機は、小形、中型、大型など世界中で多く使われている。
しかし、実際使用現場においては、強風時の故障や破損、風速２０ｍ〜２５ｍ／秒でのカットオフなど、利用率が低いのが現実である。
例えば定格１ＭＷの風力発電機では、初期投資金約３億円かかるが、実際の利用率は２０％〜３０％発電量で２００ｋＷ〜３００ｋＷと低く、初期投資金を回収するのに長期間掛かっている。
加えて、風切り音による騒音被害・バードストライクなど環境にも問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】従来の横軸プロペラ風力発電機と風洞付きＷタービン発電機との違いは、３枚羽根の場合、従来型では風の捕捉率は４５％で５５％の風は羽根の隙間から後方へ逃がしていた。更に、羽根の先端では風が外側に拡散し、羽根に風のエネルギーが充分伝わっていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】この問題を解決するため、前タービンは左向き回転のピッチとし、後タービンは右向き回転のピッチとしたＷタービンを取り入れた。
これにより風の捕捉率は２倍の９０％に向上した。【０００５】タービンを風洞で覆うと、羽根の先端で風が外側に逃げ拡散するのを防ぎ、風のエネルギーを充分タービンに取込むことができ、風速は風洞外側より風洞内側で約１．５倍速くなり風速の３乗に比例して発電量が増大するのが定理である。【０００６】前タービンの左回転と後タービンの右回転により、発電機のローターとステータ―が逆回転となり、相対速度が２倍に増える。発電効率は速度の３乗に比例して増大するのが定理なので、従来型と比べて数倍の発電効率が向上する。【０００７】しかし、風洞付きＷタービン発電機は、設計上強度の問題で大型の機種は制作できない。現実的には、タービンの直径５ｍ程度が限界である。
【発明の効果】
【０００８】タービン直径５ｍの風洞付きＷタービン発電機は、従来型横軸プロペラ風力発電気の直径１５ｍ〜２０ｍクラス相当の発電量は可能である。【０００９】風洞付きＷタービン発電機の特徴は、小形、軽量、高性能、設置面積が少なく、工事が簡単、故障が少なく、修理が簡単、カットオフ無し、安価で、利用率が高く、初期投資金の回収が早い、騒音問題や鳥類の衝突が無い、等長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】  タービン正面図
【図２】  発電機側面断面図
【図３】  風洞正面図
【図４】  風洞側面図
【符号の説明】
【００１１】１      シャフト
２      ローター
３      ステータ―
４      永久磁石
５      巻き線コイル
６      前タービン
７      後タービン
８      シャフト支柱
９      風洞
１０    風洞支柱
１１    風向ベアリング
１２    発電機
１３    シャフト軸受
１４    ロータ・ステータベアリング
１５    風の流れ
【発明を実施するための形態】
【００１２】１５より風が風洞に流れ込み、前タービン３枚６に当たり左回転が生じる。
前タービン６の隙間を抜けた風は、後タービン３枚７に当たり右回転が生じる。
前と後のタービンは、羽根の取付け角度を前後逆向きの角度で取付けてある。
【００１３】羽根の先端から外側に拡散しようとする風は、風洞９の内壁に遮られ逃げ場がなく、羽根に当たりタービンの回転速度とトルクの向上に寄与する。
風洞９の後部はラッパ状に広がっており、風洞９外側を通過する風はこれに遮られて後方で空気の渦が発生する。これにより気圧が下がり、風洞９内側の空気の流れが約１．５倍速くなる。
【００１４】前タービン６に直結したローター２は左回転する。後タービン７に直結したステータ―３は右回転する。ローター２には永久磁石４が取り付けてある。
ステータ―３には巻線コイル５が永久磁石４を挟む形で取り付けてある。
【００１５】永久磁石４と巻線コイル５は互いに反対方向に回転し、相対速度は２倍になる。
発電効率は速度の３乗に比例して向上するのが定理である。
【００１６】シャフト１とローター２、シャフト１とステータ―３の間にはベアリング１４が設けてあり、歯車は使用していない。ローター２とステータ―３は全く制限なく自由に左回転も右回転も作動できる。すべて風力のみにより逆回転するので自然体であり故障が少ない。
【００１７】風洞９の風下側はラッパ状に開いており風の抵抗を受け易くしてある。又風向きベアリング１１により３６０度全方向に回転可能である。従って風向きの変化に対応して自由に風洞９の向を変えることが出来る。
【００１８】風洞付きＷタービン発電機は、小形、軽量、取付作業が簡単なので、独自に櫓や支柱を設置して取付けるよりも、むしろ既存の建築物や工作物を利用して、風の強いところを選び付帯設備として併設し利用するのが良い。建設費も安く、高性能で発電効率も他の機種と比較して格段に良いので、初期投資金の回収も短期間で終了する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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