(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
持ち運び可能な小型風力発電装置において、風力を電力に変換する発電手段と、該電力を整流するための整流手段とを単一ユニット内に設け、該発電手段は、円柱状の鉄心と、該鉄心の中心を貫通して穿設された軸孔と、該鉄心の外周方向にコ字状に開口する複数のスロットと、該スロットに巻設されたコイルとを有する固定子鉄心と、椀状のヨークと、該ヨークの内底中央から起立するシャフトと、該固定子鉄心の外周に配置可能な円筒で周方向にＳ極とＮ極が交互に形成され該ヨークの内壁に挿嵌された磁石と、該ヨークの外周に設けられた羽根とを有する風車と、支持腕が突設された基台とを備え、該固定子鉄心の端部が該支持腕に固定されており、該風車のシャフトが該固定子鉄心の軸孔を貫通した状態で該支持腕に回動自在に軸支され、該風車が風を受けて回転することにより該磁石が回動して電力を生じることを特徴とする小型風力発電装置。
【請求項２】
前記電力を蓄積するための二次電池を備えることを特徴とする請求項１記載の小型風力発電装置。
【請求項３】
前記電力を出力するための出力手段を備えることを特徴とする請求項１記載の小型風力発電装置。
【請求項４】
前記電力を出力するための出力手段を備えることを特徴とする請求項２記載の小型風力発電装置。
【請求項５】
前記電力を昇圧又は降圧するための変圧手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４記載の小型風力発電装置。
【請求項６】
前記二次電池が着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項２又は請求４記載の小型風力発電装置。
【請求項７】
前記羽根が前記ヨークに着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項６記載の小型風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、持ち運び可能で、風力により風車を回転させて発電を行う小型風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この風力発電装置の一例として実用新案登録第３０５４８１１号がある。同号公報記載の発電機は、羽根とハブを有する風車と、該風車に直結される動力軸、増速機、軸受及び発電機と、これらを地上に固定支持する支柱とを備えている。増速機の出力軸は、発電機のロータに取り付けられている。また、発電機のコイルは増速機の本体に固定されている。
【０００３】
羽根に風を受けることにより風車が回転し、この回転が動力軸を介して増速機に伝えられる。増速機では、動力軸の回転をさらに増速させて発電機のロータを回転させる。ロータが回転することにより、発電機のコイルに電力が誘起され発電が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記風力発電装置では、高出力を目的とした大型のロータを有し、更に動力軸に増速機及び発電機が接続されていることから、装置自体が大きく且つ重たくなっており、地上固定型の強固な支柱でないと支持できす、人力で運搬移動することは困難である。
【０００５】
また、回転が始まるのに所定以上の回転トルクを必要とする増速機が動力軸に接続されていることから、一定以上の風力でないと風車が回転しないことから弱い風では発電ができず、弱い風の有効利用が図れない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、伝達損失を抑え高効率な発電が可能であり、小型で且つ軽量で、弱い風のエネルギーを無駄にすることなく自然エネルギーを有効利用して発電できる小型風力発電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の小型風力発電装置は、風力を電力に変換する発電手段と、電力を整流するための整流手段とを単一ユニット内に設け、発電手段は、円柱状の鉄心と、鉄心の中心を貫通して穿設された軸孔と、鉄心の外周方向にコ字状に開口する複数のスロットと、スロットに巻設されたコイルとを有する固定子鉄心と、椀状のヨークと、ヨークの内底中央から起立するシャフトと、固定子鉄心の外周に配置可能な円筒で周方向にＳ極とＮ極が交互に形成されヨークの内壁に挿嵌された磁石と、ヨークの外周に設けられた羽根とを有する風車と、支持腕が突設された基台とを備え、固定子鉄心の端部が支持腕に固定されており、風車のシャフトが固定子鉄心の軸孔を貫通した状態で支持腕に回動自在に軸支され、風車が風を受けて回転することにより磁石が回動して電力を生じることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の小型風力発電装置は、風力発電ユニットが電力を蓄積するための二次電池を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の小型風力発電装置は、風力発電ユニットが電力を出力するための出力手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の小型風力発電装置は、風力発電ユニットが電力を出力するための出力手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の小型風力発電装置は、風力発電ユニットが電力を昇圧又は降圧するための変圧手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の小型風力発電装置は、二次電池が風力発電ユニットに着脱自在に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の小型風力発電装置は、羽根がヨークに着脱自在に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明に係る小型風力発電機の正面図である。図２は同電気配線図、図３は図１のIII−III線矢視概略断面図である。図４は図１に示す風車の組立方法を示す説明図、図５は同風車の断面図である。図６は同固定子鉄心の斜視図、図７は同固定子鉄心の上面図である。図８は図３のVIII線部分拡大断面図、図９は同電気回路図である。
【００１５】
図１〜図９において、小型風力発電装置１は、持ち運び可能で、風力を電力に変換することで発電を行う発電装置である。風力発電ユニット５は、縦横約１２０ｍｍで厚み約２５ｍｍの直方体の筐体１０，１１で形成された風力発電を行うためのユニットである。風力発電ユニット５の重量は、約３００ｇである。風力発電ユニット５は、正面から背面に開口して貫通する筒体１０ａを備えている。この筒体１０ａは風の通路として形成されている。風力発電ユニット５は、単一ユニットからなり、後述する二次電池１７や基板１８や出力コネクタ１６を備えると共に、後述する風車２０や固定子鉄心２１等の発電手段を備えることにより、発電・充電・出力の機能を一体的に具備している。言い換えると、風力発電ユニット５のみで、発電・充電・出力が可能であり、他の装置を必要としない。
【００１６】
筐体１１から筒体１０ａの中心方向に向けて４本の支持腕１１ａが伸び、筒体１０ａの中心で連結されている。即ち、筐体１１は支持腕１１ａの基台となっている。支持腕１１ａが連結された中心には、円環状の支持突起１１ｂが設けられている。支持腕１１ａの上面は、筒体１０ａから中心方向に突出する支持腕カバー１０ｂにより覆われている。後述するコイル２２から伸びる電線２２ａは、この支持腕１１ａと支持腕カバー１０ｂとの間を通って、筐体１０，１１内の空間に導かれている。
【００１７】
風車２０は、椀状のヨーク２３と、ヨーク２３の内底中央から起立するシャフト２４と、円筒状で周方向にＳ極とＮ極とが交互に形成されヨーク２３の内壁に挿嵌された磁石２５を備え、ヨーク２３の外側に、椀状の支持椀２８の外周に面積の合計が約６０ｃｍ２の４枚の羽根２９を有する羽根部材２７が嵌着されている。
【００１８】
固定子鉄心２１は、円盤状の鉄板２１ａを数枚重ね合わせて作られている。鉄板２１ａは、中心を貫通するように穿設された軸孔２１ｃと外周方向にコ字状に開口する複数のスロット２１ｂを有している。そして、固定子鉄心２１を形成する鉄板２１ａのスロット２１ｂには電線２２ａが巻設されコイル２２が形成されている。
【００１９】
風力発電ユニット５の内部には、基板１８及び二次電池１７が納められている。基板１８には、発電した電気を整流するための整流手段であるダイオードＤ１〜Ｄ６や、コンデンサＣ１が実装されている。二次電池１７（図９の回路図に置いては符号をＢＴと記載）は、発電した電力を蓄えるためのものである。二次電池１７は、風力発電ユニット５の内部に着脱自在に設けられており、筐体１１の電池蓋１１ｃを開いて風力発電ユニット５内に装着する。また、風力発電ユニット５の左側面に設けられた出力コネクタ１６は、他の風力発電ユニット５以外に電力を出力するための出力手段である丸ピン形状のコネクタである。尚、二次電池１７は、ニッカド電池のように充放電可能な電池に限られるものではなく、充放電機能を有する素子であればよく、例えばスーパーキャパシタ等であっても構わない。
【００２０】
本実施例における小型風力発電装置１の組立方法を説明する。最初に、風車２０の組立方法を説明する。まず、図４の矢印ａに示すように、円筒状で周方向にＳ極とＮ極とが交互に形成された磁石２５を、椀状で内底中央からシャフト２４が起立するヨーク２３の内壁に挿嵌する。そして、ヨーク２３を図４の矢印ｂに指示するような形状とする。そして、図５に示すように、ヨーク２３の外側に羽根部材２７を嵌着する。これにより、風車２０が完成する。尚、本実施例においては、円筒状で周方向にＳ極とＮ極とが交互に形成された磁石２５を用いたが、これに限らせるものではなく、例えば、複数の磁石２５をヨーク２３の内壁に張り付け、内壁の周方向にＳ極とＮ極とが交互に現れるように配置してもよい。
【００２１】
次に、固定子鉄心２１の組立方法を説明する。まず、鉄板をプレス機で型抜きして、円盤状で、中心に軸孔２１ｃと外周方向にコ字状に開口した複数のスロット２１ｂとを備える鉄板２１ａを作る。そして、鉄板２１ａを重ね合わせて、厚み約６ｍｍの鉄心を形成する。続いて、図７に示すように、スロット２１ｂに電線２２ａを巻設してコイル２２を形成する。コイル２２の回路は、図９に示すように、３相状である。
【００２２】
次に、図８をもとに固定子鉄心２１及び風車２０の取付を説明する。まず、固定子鉄心２１の軸孔２１ｃの内周と支持突起１１ｂの外周とを密接させて、固定子鉄心２１を支持突起１１ｂに固定する。また、支持突起１１ｂが到らない軸孔２１ｃ及び支持突起１１ｂの内周にベアリング２６ａ，２６ｂを挿嵌する。そして、風車２０を、シャフト２４がベアリング２６ａ，２６ｂに密接するように挿嵌する。ベアリング２６ｂから突出したシャフト２４の端部に止め輪２４ａを嵌着することにより、風車２０は支持突起１１ｂに回転自在に軸支される。磁石２５が固定子鉄心２１の外周を回動可能に配置され、風車２０と固定子鉄心２１とにより発電手段が構成される。上記のように本実施例においては、シャフト２４の軸受としてベアリング２６ａ，２６ｂを用いたがこれに限られるものではなく、例えば含油合金等で形成された金属軸受であってもかまわない。
【００２３】
筒体１０ｂを通過した風が、羽根２９に当たり風車２０が回転すると、磁石２５が固定子鉄心２１の外周を回動し、コイル２２に電力が誘起され発電が行われる。発電された電力は、ダイオードＤ１〜Ｄ６によって整流され、二次電池１７に蓄積される。出力コネクタ１６にラジオや電灯などの電気機器を接続することにより、それらの電気機器は、小型風力発電装置１で発電された電力により動作する。本実施例の風力発電ユニット５には、二次電池１７と出力手段である出力コネクタ１６とを共に備えている。そして、風のある状態で発電した電力を二次電池１７に蓄え、風のないときには、蓄えた電力を出力コネクタ１６を介して外部に出力可能である。また、二次電池１７を着脱自在に設けたことで、風力発電ユニット５内で充電して取り出した二次電池１７を他の電気機器のバッテリーとして使用することができ、ケーブルなどの通電手段を用いることなく、容易に他の電気機器に電力を供給することが可能である。しかしながら、本実施例の風力発電ユニット５は、二次電池１７と出力コネクタ１６の双方がないと機能しないわけではなく、二次電池１７を有しなくともよく、また、出力コネクタ１６を備えていなくとも、二次電池１７を介して、他の電気機器に電力を供給することは可能である。
【００２４】
尚、この発電手段による発電量は、電圧約４Ｖ、電流約３０ｍＡである。また、本実施例で示す筐体１０，１１、羽根２９、固定子鉄心２１の大きさ及び発電量は、あくまでも一例であり、本実施例で示すような携帯可能な大きさは当然であるが、人力で運搬移動可能な範囲の大きさのものであれば、本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはいうまでもない。
【００２５】
本実施例による小型風力発電装置１によれば、羽根２９を有するヨーク２３の内部に円筒状で周方向にＳ極とＮ極が交互に形成された磁石２５が設けられることにより風車２０の内部が回転磁石となっている。また、風車２０の内側に固定子鉄心２１が設けられていることから風車２０自体が発電手段の一部となっている。このため、回転伝達手段であるシャフト２４の長さを短く抑えることができると共に、増減速機等の付加的装置を介すことなく羽根で受けた風力で直接発電でき、伝達損失を抑え高効率な発電が可能である。
風車２０の回転中心から遠い部分に設けられた羽根２９で風を受け有効にトルクを得ることができ、また、風車２０の回転中心に近い部分に設けられた磁石２５とコイル２２で発電を行うようにしたので、小型で且つ軽量な風力発電装置を得ることが可能となった。
【００２６】
また、増減速機等の付加的装置を必要としないことから、風車２０の回転トルクを抑え弱い風であっても発電ができ、弱い風のエネルギーを無駄にすることなく自然エネルギーの有効利用が可能である。
また、発電手段と整流手段とを単一ユニットである風力発電ユニット５内に設けたことで、運搬・設置が容易である。
【００２７】
また、ヨーク２３と羽根部材２７とが別部材となっていることから、必要な電力の大きさや発電時の風の強さに応じて、適切な羽根２９を有する羽根部材２７を選択して取り付けることで効率的な発電が可能である。
【００２８】
尚、本実施例の風力発電ユニット５には設けられていないが、例えばＤＣ−ＤＣコンバータのような、電圧を昇圧又は降圧するための変圧手段を風力発電ユニット５内に設けることも可能である。変圧手段を備えることで、任意の電圧の電力を得ることが可能であり、充電電圧の異なる二次電池１７でも使用可能となるし、また、電源電圧に制限されることなく各種の電気機器を駆動可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、羽根を有するヨークの内部に円筒状で周方向にＳ極とＮ極が交互に形成された磁石が設けられているため風車の内部が回転磁石となっている。また、風車の内側に固定子鉄心が設けられていることから風車自体が発電手段の一部となっている。このため、回転伝達手段であるシャフトの長さを短く抑えることができると共に、増減速機等の付加的装置を介すことなく羽根で受けた風力で直接発電でき、伝達損失を抑え高効率な発電が可能である。
風車の回転中心から遠い部分に設けられた羽根で風を受け有効にトルクを得ることができ、また、風車の回転中心に近い部分に設けられた磁石とコイルで発電を行うようにしたので、小型で且つ軽量な風力発電装置を得ることが可能となった。
また、増減速機等の付加的装置を必要としないことから、風車の回転トルクを抑え弱い風であっても発電ができ、弱い風のエネルギーを無駄にすることなく自然エネルギーの有効利用が可能である。
また、発電手段と整流手段とを単一ユニット内に設けたことで、運搬・設置が容易である。
【００３０】
請求項２の発明によれば、二次電池を設けたことから、風が吹いているときに発電した電力を二次電池に蓄積しておくことで、風がない状態でも、電力の供給が可能である。
【００３１】
請求項５の発明によれば、変圧手段を有していることから、任意の電圧の電力を得ることが可能であり、電源電圧に制限されることなく各種の電気機器を駆動可能である。
また、充電電圧の異なる二次電池の充電も可能である。
【００３２】
請求項６の発明によれば、二次電池が着脱自在であることから、充電して取り出した二次電池を他の電気機器のバッテリーとして使用することができ、ケーブルなどの通電手段を用いることなく、容易に他の電気機器に電力を供給することが可能である。
【００３３】
請求項７の発明によれば、羽根がヨークに着脱自在となっていることから、必要な電力の大きさや発電時の風の強さに応じて、適切な羽根を選択して取り付けることで効率的な発電が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る小型風力発電機の正面図である。
【図２】同電気配線図である。
【図３】図１のIII−III線矢視概略断面図である。
【図４】図１に示す風車の組立方法を示す説明図である。
【図５】同風車の断面図である。
【図６】同固定子鉄心の斜視図である。
【図７】同固定子鉄心の上面図である。
【図８】図３のVIII線部分拡大断面図である。
【図９】同電気回路図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・小型風力発電装置
５・・・・・・・・・・風力発電ユニット
１０，１１・・・・・・筐体
１０ａ・・・・・・・・筒体
１０ｂ・・・・・・・・支持腕カバー
１１ａ・・・・・・・・支持腕
１１ｃ・・・・・・・・電池蓋
１７・・・・・・・・・二次電池
１８・・・・・・・・・基板
２０・・・・・・・・・風車
２１・・・・・・・・・固定子鉄心
２１ａ・・・・・・・・鉄板
２１ｂ・・・・・・・・スロット
２１ｃ・・・・・・・・軸孔
２２・・・・・・・・・コイル
２３・・・・・・・・・ヨーク
２４・・・・・・・・・シャフト
２５・・・・・・・・・磁石
【図１】
0004324294.tif 000002
【図２】
0004324294.tif 000003
【図３】
0004324294.tif 000004
【図４】
0004324294.tif 000005
【図５】
0004324294.tif 000006
【図６】
0004324294.tif 000007
【図７】
0004324294.tif 000008
【図８】
0004324294.tif 000009
【図９】
0004324294.tif 000010