JPH11299202A - 風力発電装置 - Google Patents

風力発電装置

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JPH11299202A
JPH11299202A JP10104459A JP10445998A JPH11299202A JP H11299202 A JPH11299202 A JP H11299202A JP 10104459 A JP10104459 A JP 10104459A JP 10445998 A JP10445998 A JP 10445998A JP H11299202 A JPH11299202 A JP H11299202A
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Kazunori Matsumoto
一則 松本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 風力エネルギーを電気エネルギーに変換する
風力発電装置において、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。 【解決手段】 風力により回転する伝達軸２に円盤状の
基盤３を設け、基盤３の周辺部下面に第１の継鉄部８を
介して複数個の永久磁石９を設け、永久磁石９の対向部
分に第２の継鉄部１０を介してコイル１１を設け、永久
磁石９の回動によりコイル１１に誘導電圧を発生させて
発電させることにより、微風でも発電が可能で発電効率
を高めることができる。

Description

【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１
０３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１
０４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１
２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１
０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１
１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１０
Ａ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１
１Ａ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１
１Ａ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２
１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３
Ｎ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

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【請求項２】 永久磁石とコイルを同一個数で配設した
    請求項１記載の風力発電装置。
  3. 【請求項３】 永久磁石の着磁方向を軸方向とした請求
    項１記載の風力発電装置。
  4. 【請求項４】 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請求項１記載の風力発電装置。
  5. 【請求項５】 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。
  6. 【請求項６】 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。
  7. 【請求項７】 永久磁石を２の整数倍のユニットに分割
    した請求項１記載の風力発電装置。
  8. 【請求項８】 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。
  9. 【請求項９】 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請求項１記載の風力発電
    装置。
  10. 【請求項１０】 永久磁石の個数Ｎに対しコイルの個数
    ３Ｎを対応させた請求項１記載の風力発電装置。
  11. 【請求項１１】 永久磁石の個数４Ｎに対しコイルの個
    数３Ｎを対応させた請求項１記載の風力発電装置。
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