(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力により回転する羽根に連結した伝達軸を回転自在に設けた装置本体と、
この装置本体内に設けられている伝達軸に固定される円盤状の基盤と、
この基盤の周辺部近傍の片面に設けられるドーナツ状の第１の継鉄部と、
この第１の継鉄部の平面部に設けられる複数個の永久磁石と、
この永久磁石に対向し前記装置本体内に設けられるドーナツ状の第２の継鉄部と、
この第２の継鉄部上に設けられる複数個のコイルとを設け、
前記永久磁石に対面するコイル間に空間を設け、
前記基盤は、伝達軸に取り付ける取付けボスと、
取付けボスに取り付け、第1の継鉄部を周辺部に設ける基盤片とで構成され、
取付けボスと基盤片とは薄板のスペーサ−を介して取り付けられ、
前記永久磁石を２の整数倍のユニットに分割し、
このユニットは、コイル側にＮ極を向けた永久磁石と、コイル側にＳ極を向けた永久磁石の２個の磁石を組にし、
各ユニットごとに高さ調整を行って前記コイルとの空間距離を調整し、
前記永久磁石の回動により前記コイルに誘導電圧を発生させて発電する構成とした風力発電装置。
【請求項２】
第１の継鉄部と第２の継鉄部の両方または片方を巻鉄心で形成した請求項１記載の風力発電装置。
【請求項３】
コイルの空心部を扇形状に形成し、前記コイルに対面する永久磁石の形状を径方向は前記空心部と同一とし、周方向は前記空心部より拡げ巻線部の略中間に延在する大きさの扇形状に形成した請求項１記載の風力発電装置。
【請求項４】
第２の継鉄部に絶縁フィルム層を設け、絶縁フィルム層の上にコイルを設けた請求項１記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風のエネルギーを電気に変換して自然エネルギーを有効利用する風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自然エネルギーを利用することが見直されてきており、風力を利用する風力発電装置についても、微風で風力エネルギーを利用できるようにすることに対する要望が高まってきている。
【０００３】
従来、この種の風力発電装置の一例として図１３に示されるものが知られている。以下、その構成について図１３を参照しながら説明する。
【０００４】
図に示すように、風力により回転する羽根１０１の伝達軸１０２に増速機１０３を設け、増速機１０３で増速した回転力で交流発電機１０４を回転していた。
【０００５】
そして、交流発電機１０４の回転数が回転計１０５で計測され、回転計１０５により計測される回転数が一定以上になると、制御器１０６により交流発電機１０４に蓄電器１０７から電力を供給して励磁を行い発電するように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の風力発電装置では、羽根１０１により回転する伝達軸１０２の回転数を増速する増速機１０３を用いて交流発電機１０４を回転するため構造が複雑になると共に、励磁のための蓄電器１０７とそれを制御する制御器１０６も必要であり、また一定回転数以上においてのみ発電するようにされているため、微風におけるエネルギー利用および微風時の交流発電機の起動ができないという課題があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、増速機を使用しないで微風でも発電が可能で低速回転時における発電効率が高く構造の簡単な風力発電装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の風力発電装置においては、風力により回転する羽根に連結した伝達軸を回転自在に設けた装置本体と、この装置本体内に設けられている伝達軸に固定される円盤状の基盤と、この基盤の周辺部近傍の片面に設けられるドーナツ状の第１の継鉄部と、この第１の継鉄部の平面部に設けられる複数個の永久磁石と、この永久磁石に対向し前記装置本体内に設けられるドーナツ状の第２の継鉄部と、この第２の継鉄部上に設けられる複数個のコイルとを備え、前記永久磁石に対面するコイル間に空間を設け、前記永久磁石の回動により前記コイルに誘導電圧を発生させて発電する構成としたものである。
【０００９】
この本発明によれば、増速機を使用しないで微風でも発電が可能で低速回転時における発電効率が高い構造の簡単な風力発電装置を提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、風力により回転する羽根により回転される伝達軸を回転自在に設けた装置本体と、この装置本体内に設けられている伝達軸に固定される円盤状の基盤と、この基盤の周辺部近傍の片面に設けられるドーナツ状の第１の継鉄部と、この第１の継鉄部の平面部に設けられる複数個の永久磁石と、この永久磁石に対向し前記装置本体内に設けられるドーナツ状の第２の継鉄部と、この第２の継鉄部上に設けられる複数個のコイルとを備え、前記永久磁石に対面するコイル間に空間を設け、前記永久磁石の回動により前記コイルに誘導電圧を発生させて発電する構成としたものであり、風力による回転エネルギーを増速機を使用せず直接伝達軸に取付けられた基盤を回転させることにより、微風でも発電が可能となると共に、永久磁石を使用することにより低速回転時における発電効率が高くなるという作用を有する。
【００１１】
以下、本発明の実施例について図１〜図１２を参照しながら説明する。
【００１２】
【実施例】
（実施例１）
図１〜図３に示すように、風力により回転する羽根１により回転される伝達軸２を椀状に形成された下フレーム３と上フレーム４により形成された装置本体５に設けられた軸受部６により回動自在に設け、装置本体５に設けられている伝達軸２に円盤状の基盤７を設け、基盤７の周辺部近傍の片面にドーナツ状の第１の継鉄部８を設け、第１の継鉄部８の平面部に着磁方向を伝達軸２と平行した複数個の永久磁石９を設ける。
【００１３】
そして、本体装置５の下フレーム３側の永久磁石９の対向する位置にドーナツ状の第２の継鉄部１０を設け、第２の継鉄部１０の上面にコイル１１を第１の継鉄部８に設けた永久磁石９と同数の複数個設け、永久磁石９とコイル１１との間に空間１２を設け対面させて構成する。
【００１４】
上記構成において、羽根１が風力を受けて回転し、羽根１を取付けた伝達軸２が回転すると、伝達軸２に設けた基盤７を介して複数個の永久磁石９が回転し、永久磁石９と対面して装置本体５に設けたコイル１１と永久磁石９の磁束が作用することとなりコイル１１に誘導電圧が発生し発電される。
【００１５】
そして、コイル１１に発生する誘導電圧の大きさは、コイル１１を直列に接続する個数によって変えることができる。大きさを変えるには単相の場合は最小２個、三相の場合は６個のコイル１１が必要である。
【００１６】
そのため、コイル１１の個数を６の整数倍にすれば、単相、三相の別なく、自由に直列個数を変えられ、それに伴う複数の並列回路を形成できる。
【００１７】
単相の場合    コイルの個数＝直列個数×並列回路数
三相の場合    コイルの個数＝３×直列個数×並列回路数
となる。
【００１８】
また、コイル１１に取付けている第２の継鉄部１０は突起物のない平面状に形成されているため永久磁石９とコイル１１を取付けている第２の継鉄部１０との空隙部１３に生じる磁気抵抗が脈動しなくなる。
【００１９】
このように本発明の実施例１の風力発電装置によれば、風力により羽根１を介して回転する伝達軸２に円盤状の基盤７を設け、基盤７には複数個の永久磁石９を設け、永久磁石９に対面してコイル１１を設けたので、伝達軸２の途中に増速機（図示せず）を設け、増速比をｒとした場合のような発電機の必要トルクのｒ倍のトルクが風力として必要とすることがなくなると共に、空隙部１３に生じる磁気抵抗が脈動しなくなり、静止時における吸引トルクの発生も生じることなく微風でも容易に起動することができ、また、永久磁石９を使用しているため低速回転時における発電効率が高い風力発電装置が得られる。
【００２０】
また、永久磁石９と永久磁石９と対面するコイル１１の個数を同一としたのでコイル１１に発生する誘導電圧の周期がすべてのコイル１１に対して同時に起こるため単相交流として電力を取出すことができる。
【００２１】
また、永久磁石９の着磁方向を伝達軸２の軸方向としたので、永久磁石９と対面するコイル１１に受ける磁束を最大にすることができると共に、永久磁石９の着磁方向と直角となる面の形状を平面にすることができ製作が容易となる。
【００２２】
また、コイル１１の個数を６の整数倍に設け、複数の並列回路を形成したので、単相、三相の別なく自由に直列回路を変えられ、それに伴う複数の並列回路を形成できる。
【００２３】
（実施例２）
図４に示すように、ドーナツ状の第１の継鉄部８Ａおよび第２の継鉄部１０Ａを積層された巻鉄心で形成した構成とする。
【００２４】
上記構成において、第１の継鉄部８Ａおよび第２の継鉄部１０Ａを巻鉄心で形成することにより、永久磁石９の回転で第１の継鉄部８Ａおよび第２の継鉄部１０Ａを通る磁束変化によって生じるうず電流損失を小さくすることができる。
【００２５】
このように本発明の実施例２の風力発電装置によれば、第１の継鉄部８Ａおよび第２の継鉄部１０Ａを巻鉄心としたので、板の厚みの二乗に比例するうず電流損失を低くすることができる。
【００２６】
なお、実施例２においては、第１の継鉄部８Ａおよび第２の継鉄部１０Ａの両方を巻鉄心としたが、第１の継鉄部８Ａまたは第２の継鉄部１０Ａの何れか一方を巻鉄心にしてうず電流損失を低くすることができることはいうまでもない。
【００２７】
（実施例３）
図５に示すように、コイル１１Ａの空心部１４を扇形状に形成し、コイル１１Ａに対面する永久磁石９Ａの形状を、径方向は空心部１４と同一とし、周方向は空心部１４より拡げ、巻線部１５の略中間に延在する大きさの扇形状に形成した構成とする。
【００２８】
上記構成において、永久磁石９Ａからの磁束を有効にコイル１１Ａに作用させることができる。
【００２９】
このように本発明の実施例３の風力発電装置によれば、コイル１１Ａおよび永久磁石９Ａを扇形状に形成すると共に、永久磁石９Ａを大きく形成したので、方形状に形成されていたコイルおよび永久磁石より面積が大きくなり、永久磁石９Ａからの磁束がコイル１１Ａに有効に作用し、風力発電装置の発電効率が高められることとなる。
【００３０】
（実施例４）
図６および図７に示すように、永久磁石９ＢをＮ極１６とＳ極１７の２個の磁石を組にしたユニット１８に分割して形成する。
【００３１】
上記構成において、永久磁石９Ｂは２の整数倍個を組にしたユニット１８に分割されることにより吸引力が小さくなる。
【００３２】
このように本発明の実施例４の風力発電装置によれば、永久磁石９Ｂを２の整数倍のユニット１８に分割したので、吸引力が弱くなり組立時に吸引力が大きいと組立が困難であったことが解消され組立性が向上する。
【００３３】
また、ユニット１８毎に高さ調整ができ、コイル（図示せず）との空間の調整も容易にできることとなる。
【００３４】
（実施例５）
図８に示すように、第２の継鉄部１０Ｂに薄肉の絶縁フィルム層１９を設け、フィルム層１９の上にコイル１１Ｂを接着した構成とする。
【００３５】
上記構成において、コイル１１Ｂを支持する第２の継鉄部１０Ｂとの間は電気的絶縁を行う必要があることに対して、第２の継鉄部１０Ｂとコイル１１Ｂの絶縁に薄肉の絶縁フィルム層１９を用いることにより、厚みの厚い絶縁物を用いた場合のような磁気抵抗が大きくなり誘導電圧が小さくなることがなくなる。
【００３６】
このように本発明の実施例５の風力発電装置によれば、コイル１１Ｂと第２の継鉄部１０Ｂとの間の電気的絶縁を薄肉の絶縁フィルム層１９で行っているので、磁気抵抗を小さくして、コイル１１Ｂの誘導電圧を大きくすることができることとなる。
【００３７】
（実施例６）
図９および図１０に示すように、伝達軸２に取付けられる基盤７Ａを、伝達軸２に取付けられる取付けボス２０と基盤片２１に分割し、基盤片２１を取付けボス２０に取付けるときに空間調整装置となる薄板のスペーサー２２を介して取付ける構成とする。
【００３８】
上記構成において、コイル１１と基盤片２１に設けられる第１の継鉄部８を介して設けられる永久磁石９との空間１２が小さくなると磁気抵抗を小さくすることができるが、小さすぎて永久磁石９とコイル１１が接触すればコイル１１が破損することとなるので、このような恐れのあるときに、スペーサー２２を取付けボス２０と基盤片２１間に介在させることにより空間１２が拡げられて空間１２が調整され所望の空間を形成することができる。
【００３９】
このように本発明の実施例６の風力発電装置によれば、永久磁石９とコイル１１間の空間１２が空間調整装置により調整されるので、永久磁石９がコイル１１に接触してコイル１１が損傷するのが防止できると共に、空間１２の大小による磁気抵抗も調整できることとなる。
【００４０】
なお、実施例６の風力発電装置によれば、空間調整装置をスペーサー２２として説明したが空間調整装置はスペーサー２２に限定されるものではなく、要は永久磁石９とコイル１１間の空間の間隔が調整できるものであれば良いことはいうまでもない。
【００４１】
（実施例７）
図１１に示すように、１個の永久磁石９Ｃに対しコイル１１Ｃを３個対応させた、永久磁石９ＣのＮ個に対しコイル１１Ｃを３Ｎ個とする構成とする。
【００４２】
上記構成において、コイル１１Ｃは３個ずつ組にして設けられ、永久磁石９Ｃとコイル１１Ｃの個数を変えていることにより、永久磁石９Ｃの磁束を鎖交するコイル１１Ｃの位置の差で発生する誘導電圧の同期の位相に差が生じ、１組の３個ずつのコイル１１Ｃについてはお互いに２π／３の位相差を生じ三相交流として電力を取出せることができることとなる。
【００４３】
また、図１２に示すように、４個の永久磁石９Ｄに対しコイル１１Ｄを３個対応させた、永久磁石９Ｄの４Ｎ個に対し、コイル１１Ｄを３Ｎ個とすることにより、図１１に示すように永久磁石９ＣがＮ個に対し、コイル１１Ｃを３Ｎ個とした場合と同様の作用により三相交流として電力を取出せることができることとなる。
【００４４】
このように本発明の実施例７の風力発電装置によれば、永久磁石９Ｃの個数をＮ、コイル１１Ｃの個数を３Ｎを対応させたので、三相交流として電力を取出せることができる。
【００４５】
また、永久磁石９Ｄの個数４Ｎに対し、コイル１１Ｄの個数を３Ｎにした場合においても三相交流として電力を取出すことができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明によれば風力により回転する羽根により回転される伝達軸を回転自在に設けた装置本体と、この装置本体内に設けられている伝達軸に固定される円盤状の基盤と、この基盤の周辺部近傍の片面に設けられるドーナツ状の第１の継鉄部と、この第１の継鉄部の平面部に設けられる複数個の永久磁石と、この永久磁石に対向し前記装置本体内に設けられるドーナツ状の第２の継鉄部と、この第２の継鉄部上に設けられる複数のコイルとを備え、前記永久磁石に対面するコイル間に空間を設け、前記永久磁石の回動により前記コイルに誘導電圧を発生させて発電する構成としたので、微風でも容易に起動することができ、低速回転時における発電効率が高い風力発電装置を提供することができる。
【００４７】
また、永久磁石とコイルを同一個数で配設したので、単相交流として電力を取出すことができる。
【００４８】
また、永久磁石の着磁方向を軸方向としたので、コイルに受ける磁束を最大にすることができ、製作も容易となる。
【００４９】
また、コイルの個数を６の整数倍に設け、複数の並列回路を形成したので、単相、三相の別なく自由に直列回路を変えることができる。
【００５０】
また、第１の継鉄部と第２の継鉄部の両方または片方を巻鉄心で形成したので、うず電流損失を低くすることができる。
【００５１】
また、コイルの空心部を扇形状に形成し、前記コイルに対面する永久磁石の形状を径方向は前記空心部と同一とし、周方向は前記空心部より拡げ巻線部の略中間に延在する大きさの扇形状に形成したので、永久磁石から磁束がコイルに有効に作用し発電効率が高められる。
【００５２】
また、永久磁石を２の整数倍のユニットに分割したので、組立性が向上する。また、第２の継鉄部に絶縁フィルム層を設け、絶縁フィルム層の上にコイルを設けたので、磁気抵抗を小さくしてコイルの誘導電圧を大きくすることができる。
【００５３】
また、永久磁石とコイルとの空間距離を調整するための空間調整装置を設けたので、コイルに永久磁石が接触しコイルが損傷するのが防止できる。
【００５４】
また、永久磁石の個数Ｎに対しコイルの個数３Ｎまたは永久磁石の個数４Ｎに対しコイルの個数３Ｎを対応させたので、三相交流として電力を取出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の風力発電装置の内部構成を示す断面図
【図２】同風力発電装置の概略図
【図３】同風力発電装置の永久磁石とコイルの関係を示す断面図
【図４】本発明の実施例２の風力発電装置の永久磁石とコイルの関係を示す断面図
【図５】本発明の実施例３の風力発電装置の永久磁石とコイルの関係を示す平面図
【図６】本発明の実施例４の風力発電装置の永久磁石部分の平面図
【図７】同風力発電装置の永久磁石の取付け状態を示す断面図
【図８】本発明の実施例５の風力発電装置のコイルの取付け状態を示す断面図
【図９】本発明の実施例６の風力発電装置の空間調整装置を示す断面図
【図１０】同風力発電装置の内部構成を示す断面図
【図１１】本発明の実施例７の風力発電装置の永久磁石Ｎ個の場合の状態を示す断面図
【図１２】同風力発電装置の永久磁石４Ｎの場合の状態を示す断面図
【図１３】従来の風力発電装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１      羽根
２      伝達軸
５      装置本体
７      基盤
７Ａ    基盤
８      第１の継鉄部
８Ａ    第１の継鉄部
９      永久磁石
９Ａ    永久磁石
９Ｂ    永久磁石
９Ｃ    永久磁石
９Ｄ    永久磁石
１０    第２の継鉄部
１０Ａ  第２の継鉄部
１０Ｂ  第２の継鉄部
１１    コイル
１１Ａ  コイル
１１Ｂ  コイル
１１Ｃ  コイル
１１Ｄ  コイル
１２    空間
１４    空心部
１５    巻線部
１８    ユニット
１９    絶縁フィルム層
２２    スペーサー
【図１】
0004152476.tif 000002
【図２】
0004152476.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004152476.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004152476.tif 000008
【図８】
0004152476.tif 000009
【図９】
0004152476.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004152476.tif 000012
【図１２】
0004152476.tif 000013
【図１３】
0004152476.tif 000014