JP2001153024A

JP2001153024A - 鑑賞用風力発電装置

Info

Publication number: JP2001153024A
Application number: JP33876299A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Fujikawa; 進一藤川; Shokichiro Okazaki; 正吉郎岡崎
Original assignee: Ishida Co Ltd
Current assignee: Ishida Co Ltd
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-05

Abstract

(57)【要約】【課題】風が弱い場合にも上段風車と下段風車とを互
いに逆方向に同期回転させることができ、鑑賞用の構築
物としての役目をも十分に果たすことができるようにす
る。【解決手段】上段風車２１と下段風車１１とを同期回
転させる同期回転手段（同期回転用摩擦車８１,同期回
転用歯車８４,同期回転用磁気車輪８７）を設ける。電
機子ロータ３０のコイル（３３）を、その巻き芯を空芯
としかつ合成樹脂で全体が覆われるように成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば河川敷の公
園などにおいて照明用の電力を発生するとともに鑑賞用
の構築物としての役目も果たす鑑賞用風力発電装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】風力発電装置は、風の力を利用して発電
する装置であるが、最近では鑑賞用の構築物としても注
目されつつある。例えば、電線をひくのが困難な河川敷
の公園などにおいて、照明用の電力を発生するとともに
人の目も楽しませる構築物として風力発電装置が設置さ
れることがある。

【０００３】ここにおいて、風力発電装置の風車として
はプロペラ型が一般的であるが、強風時にプロペラが破
損するおそれがあるとともに、風の吹く方向に合わせて
プロペラの向きを変えなければならず、安全面や取扱い
容易性等の観点から鑑賞用の風力発電装置に適用するに
は問題がある。

【０００４】そのため、鑑賞用の風力発電装置の風車と
しては、破損しにくく風の吹く方向に関係なく効率よく
回転するクロスフロー形やダリウス形などの垂直軸型の
風車が使用されることが多い。

【０００５】ここで、垂直軸型の風車を有する風力発電
装置では、風車の回転が発電機の電機子ロータに伝達さ
れ、当該ロータが永久磁石からなるステータに対して回
転することにより、電機子ロータのコイルに起電力が発
生する。こうして得られた電力は、バッテリー等に蓄え
られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した鑑
賞用風力発電装置では、風が弱い場合（例えば、風速
１．５ｍ／ｓ前後）には電機子ロータの回転数が少なく
発電が十分になされないことになる。

【０００７】そこで、風力を受けて互いに逆回転するよ
うに形成された上下２段の風車を同軸上に配設し、上段
風車および下段風車のうちのいずれか一方を発電機の電
機子ロータに連結するとともに、他方を発電機のステー
タに連結した風力発電装置が提案されている（特開平７
−１７４０６７号等）。

【０００８】かかる構成の風力発電装置では、ステータ
が電機子ロータの回転方向とは逆方向に回転する。すな
わち、ステータもロータ（磁石ロータ）になるので、電
機子ロータだけが回転する場合に比べて両者の相対回転
数が約２倍になり発電量を大幅に増加させることができ
る。また、上下２段の風車が互いに逆方向に回転するの
で、見る人の目を一段と楽しませることができる。

【０００９】しかし、かかるツインロータ式の風力発電
装置において、風が弱い場合に上下２段の風車が２つと
も回転しなかったり、１つだけしか回転しない事態が発
生することがある。かかる事態が発生すると、この風力
発電装置を見た人の中には装置が故障してしまったと誤
解するおそれがあり、風力発電装置に対する信頼性低下
にもつながりかねないことになる。

【００１０】なお、上記誤解がなされない場合にも、鑑
賞用の構築物としての役目をも果たすべき鑑賞用風力発
電装置としては、上下２段の風車が全然回転しなかった
り１つしか回転しない事態は看過できない。

【００１１】本発明の目的は、風が弱い場合にも上下２
段の風車が互いに逆方向に回転することができる鑑賞用
風力発電装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は風力
を受けて互いに逆回転するように形成された上下２段の
風車を同軸上に配設し、上段風車および下段風車のうち
のいずれか一方を発電機の電機子ロータに連結するとと
もに、他方を発電機の磁石ロータに連結した鑑賞用風力
発電装置において、前記上段風車と前記下段風車とを同
期回転させる同期回転手段を設けたことを特徴とする。

【００１３】かかる発明の場合、風が弱い場合にも同期
回転手段によって上段風車と下段風車とは同期回転され
る。ここにおいて、「同期回転させる」とは、互いに逆
方向に回転する上段風車と下段風車との回転数を同一化
させることを意味する。

【００１４】請求項２の発明は、前記同期回転手段が、
前記電機子ロータ側のガイド面および当該ガイド面と対
向する前記磁石ロータ側のガイド面と摩擦接触しつつ前
記同軸と直交する軸線を中心として回転可能な同期回転
用摩擦車から形成されている鑑賞用風力発電装置であ
る。

【００１５】かかる発明の場合、風が弱い場合にも同期
回転用摩擦車によって上段風車と下段風車とは同期回転
される。したがって、請求項１の発明と同様な作用・効
果を奏し得る他、構造を一段と簡単化できる。

【００１６】請求項３の発明は、前記同期回転手段が、
前記電機子ロータ側のガイド歯車部および当該ガイド歯
車部と対向する前記磁石ロータ側のガイド歯車部と噛合
しつつ前記同軸と直交する軸線を中心として回転可能な
同期回転用歯車から形成されている鑑賞用風力発電装置
である。

【００１７】かかる発明の場合、風が弱い場合にも同期
回転用歯車によって上段風車と下段風車とは一段と確実
に同期回転される。したがって、請求項１の発明と同様
な作用・効果を奏し得る他、上下２段の風車を一段と確
実に同期回転させることができる。

【００１８】請求項４の発明は、前記同期回転手段が、
前記電機子ロータ側のガイド磁石面および当該ガイド磁
石面と対向する前記磁石ロータ側のガイド磁石面と磁気
係合しつつ前記同軸と直交する軸線を中心として回転可
能な同期回転用磁気車輪から形成されている鑑賞用風力
発電装置である。

【００１９】かかる発明の場合、風が弱い場合にも同期
回転用磁気車輪によって上段風車と下段風車とは同期回
転される。この際、上下２段の風車と同期回転用磁気車
輪とは無接触であるので、回転抵抗を一段と減少させる
ことができる。したがって、請求項１の発明と同様な作
用・効果を奏し得る他、上下２段の風車を一段と円滑に
同期回転させることができる。

【００２０】請求項５の発明は、前記電機子ロータのコ
イルが、その巻き芯が空芯とされかつ合成樹脂で全体が
覆われるように成形されてなる鑑賞用風力発電装置であ
る。

【００２１】かかる発明の場合、電機子ロータのコイル
の巻き芯が空芯（すなわち、鉄芯無し）であるので、磁
石ロータの永久磁石と電機子ロータとが磁気的に引き合
って回転開始の妨げになるようなことはない。したがっ
て、請求項１の発明と同様な作用・効果を奏し得る他、
上下２段の風車を風が一段と弱い場合でも円滑かつ確実
に同期回転させることができる。

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。

【００２２】本発明に係る鑑賞用風力発電装置は、図１
〜図３に示すように、同軸（支軸３）上に配設された上
下２段の風車（１１，２１）と、発電機３０と、上下２
段の風車（１１，２１）を同期回転させる同期回転手段
８０とを設けた構成とされている。

【００２３】具体的には、支軸３は、図２に示すよう
に、支柱２を介して設置面９上に立設されている。な
お、支柱２の上部には、太陽電池５と照明灯７とが設け
られている。ここに、太陽電池５は、太陽光をも有効利
用するものとして設けられている。これら風力発電装置
や太陽電池５で発生した電力はバッテリ（６）に蓄えら
れ、夜間に照明灯７を灯すための電力として使用され
る。

【００２４】次に、上下２段の風車（１１，２１）は、
図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、それぞれクロスフロ
ー形とされ、支軸３に回転自在に取り付けられている。
上段の風車２１は、複数枚のブレード２３と、各ブレー
ド２３を取付け固定するための円板２４と、下部に設け
られたフランジ部２２とを含み、風力を受けて矢印Ｎ方
向に回転するように形成されている。

【００２５】同様に、下段の風車１１は、複数枚のブレ
ード１３と、各ブレード１３を取付け固定するための円
板１４と、上部に設けられたフランジ部１２とを含み、
風力を受けて上段歯車２１とは逆方向（矢印Ｒ方向）に
回転するように形成されている。発電機３０は、上下２
段の風車（１１，２１）の間に配設されており、図１に
示すように、電機子ロータ３１と、磁石ロータ４１と、
ブラシ７１と、スリップリング７２等とから形成されて
いる。

【００２６】電機子ロータ３１は、支軸３に各種ベアリ
ングを介して回転自在に取り付けられたコイルホルダ３
２と、コイルホルダ３２に固着されたコイル（３３）と
を含み、回転伝達部５０を介して下段風車１１と連結さ
れている。

【００２７】ここで、コイルは、その巻き芯が空芯とさ
れ合成樹脂で全体を覆われた樹脂被覆コイル３３から成
る。樹脂被覆コイル３３は、型を利用して成形される。
すなわち、図４（Ｂ）に示すように、コイル（図示省
略）および当該コイルを保持するコイルホルダ３２を成
形用型（外型１００、内型１０２）にセットし、その状
態でモールド材（合成樹脂）を外型１００のモールド材
投入口１０１から流し込んで固化させることにより、全
体が合成樹脂によって覆われた樹脂被覆コイル３３がコ
イルホルダ３２に固着された状態で形成される。

【００２８】次に、回転伝達部５０は、図１に示すよう
に、下段風車１１のフランジ部１２の上縁に設けられた
凹部５１と、コイルホルダ３２の外周部に突設され外側
端部が下段風車１１の凹部５１に挿入された突起部材５
２とから形成されている。したがって、下段風車１１が
支軸３の軸線３ｙを中心として回転すると、その回転が
回転伝達部５０を介してコイルホルダ３２に伝達され樹
脂被覆コイル３３は下段風車１１と同一方向〔図３
（Ｂ）で矢印Ｒ方向〕に同一速度で回転する。

【００２９】一方、磁石ロータ４１は、支軸３に各種ベ
アリングを介して回転自在に取り付けられた磁石支持体
４２と、この磁石支持体４２に内側ヨーク４６を介して
電機子ロータ３１の樹脂被覆コイル３３よりも内側に配
設された内側永久磁石４４と、磁石支持体４２に外側ヨ
ーク４５を介して当該樹脂被覆コイル３３よりも外側に
配設された外側永久磁石４３とを含み、回転伝達部６０
を介して上段風車２１と連結されている。

【００３０】なお、回転伝達部６０は、磁石支持体４２
の上面に形成された連結用穴６１と、上段風車２１のフ
ランジ部２２に設けられ下端部が連結用穴６１に嵌挿さ
れた連結用ピン６２とから形成されている。したがっ
て、上段風車２１が支軸３の軸線３ｙを中心として回転
すると、その回転が回転伝達部６０を介して磁石支持体
４２に伝達され外側および内側永久磁石（４３，４４）
は上段風車２１と同一方向〔図３（Ｂ）で矢印Ｎ方向〕
に同一速度で回転する。

【００３１】こうして、上段風車２１と下段風車１１と
が互いに逆方向に回転すると、電機子ロータ３１と磁石
ロータ４１とは逆方向に回転し、当該ロータ３１側の樹
脂被覆コイル３３が磁石ロータ４１の外側永久磁石４３
と内側永久磁石４４との間の磁力線を切ることになり、
樹脂被覆コイル３３には起電力が発生する。この発生し
た電力はブラシ７１とスリップリング７２とを介してバ
ッテリ（６）に蓄えられる。

【００３２】次に、本発明の特徴部である同期回転手段
８０は、図１に示すように、電機子ロータ３１側のガイ
ド面８３Ａおよび当該ガイド面８３Ａと対向する磁石ロ
ータ４１側のガイド面８３Ｂと摩擦接触しつつ同軸（支
軸３）と直交するアーム８２の軸線８２ａを中心として
回転可能な同期回転用摩擦車８１から形成されている。

【００３３】より具体的には、電機子ロータ３１側のガ
イド面８３Ａは、コイルホルダ３２の上面の平面部分を
利用して形成されている。また、磁石ロータ４１側のガ
イド面８３Ｂは、磁石支持体４２の下面の平面部分を利
用して形成されている。同期回転用摩擦車８１は、支軸
３に固着されたアーム８２にボルトを介して回転自在に
取り付けられている。この同期回転用摩擦車８１の外周
には、ガイド面（８３Ａ，８３Ｂ)との間で十分な摩擦
力が発生するように、ゴム製のリング８１ａが装着され
ている。

【００３４】したがって、例えば上段の風車２１（磁石
ロータ４１）が回転すると、ガイド面８３Ｂとの間に生
じる摩擦力によって同期回転用摩擦車８１が追従回転す
る。そして、摩擦車８１とガイド面８３Ａとの間に生じ
る摩擦力によって電機子ロータ３１（下段風車１１）が
逆方向に回転する。

【００３５】なお、この実施形態では、本鑑賞用風力発
電装置および太陽電池５で発生した電力を蓄えるバッテ
リ６の電圧が設定値よりも低下した場合には、警告を発
するとともに負荷（照明灯７）へ給電されないように給
電路を遮断するバッテリ監視手段９０が設けられてい
る。

【００３６】バッテリ監視手段９０は、図５に示すよう
に、不足電圧監視回路９１と，電力供給制御部９２と、
充電電圧監視回路９３と、寿命監視回路９４と、当該各
回路（９１,９３,９４）に駆動電力を供給する安定化電
源９５等とから形成されている。

【００３７】不足電圧監視回路９１は、バッテリ６の電
圧（通常は１２Ｖ）が不足電圧設定値（例えば、１０
Ｖ）以下となった場合には、警告ランプ９６を点灯する
とともに電力供給制御部９２に電圧不足信号を出力す
る。電力供給制御部９２は、電圧不足信号が入力される
と、負荷（７）への給電路が遮断されるように制御す
る。これにより、バッテリ６の寿命が短期間のうちに尽
きてしまうのが防止される。

【００３８】また、充電電圧監視回路９３は、不足電圧
設定値以下まで低下したバッテリ６の電圧が設定値（例
えば、１２．７Ｖ）以上となった場合には、電力供給制
御部９２をリセットするものとされている。これによ
り、夜間、照明灯７へ電力が供給されて灯されるように
なる。

【００３９】また、寿命監視回路９４は、バッテリ６の
電圧が不足電圧設定値よりも低下して下限電圧値（例え
ば８Ｖ）に達した場合に警告ランプ９７を点灯して警告
を発するものとされている。なお、安定化電源９５にも
電圧低下を知らせるためのランプ９８が接続されてい
る。

【００４０】次に、この実施形態の作用について説明す
る。

【００４１】風が吹くと上下２段の風車（１１，２１）
は、互いに逆方向に回転する。これにより、下段風車１
１と回転伝達部５０を介して連結された電機子ロータ３
１と、上段風車２１と回転伝達部６０を介して連結され
た磁石ロータ４１とは、互いに逆方向に回転する。

【００４２】ここで、電機子ロータ３１の樹脂被覆コイ
ル３３の巻き芯が空芯であるので、当該コイル３３と磁
石ロータ４１の永久磁石（４３，４４）とが磁気的に引
き合って両ロータ（３１,４１）の回転開始の妨げにな
るようなことはない。また、下段風車１１には、ブラシ
７１とスリップリング７２との接触抵抗が作用している
ので、上段風車２１よりも回転抵抗が大きく回りにくい
傾向があるが、上段風車２１が回転を開始すれば同期回
転手段８０（同期回転用摩擦車８１）によって下段風車
１１も逆方向に回転する。

【００４３】したがって、風が弱い場合でも、上段風車
２１と下段風車１１とは逆方向に確実に回転し発電を開
始するので、見る人の目を楽しませることができる。ま
た、弱い風でも上下２段の風車（１１，２１）が回るこ
とにより、風力発電に対する信頼性低下を防止できる。

【００４４】而して、上段風車２１と下段風車１１とを
同期回転させる同期回転手段８０（同期回転用摩擦車８
１）を設けたので、風が弱い場合にも上段風車２１と下
段風車１１とを互いに逆方向に回転させることができ、
鑑賞用の構築物としての役目を十分に果たすことができ
る。また、同期回転手段８０を同期回転用摩擦車８１か
ら形成したので、一段と構造の簡単化を図れる。

【００４５】また、電機子ロータ３１の樹脂被覆コイル
３３が、その巻き芯が空芯（鉄芯無し）とされかつ合成
樹脂で全体を覆われるように成形されているので、磁石
ロータ４１と電機子ロータ３１とが磁気的に引き合って
回転開始の妨げになるようなことはない。また、鉄芯が
無い分だけ軽量化を図ることができる。したがって、上
下２段の風車（１１,２１）を風が非常に弱い場合でも
円滑かつ確実に同期回転させることができる。また、樹
脂被覆コイル３３は、コイルの線径や巻き数なども鉄芯
入りのものに比べて自由に選定でき、型によって外形寸
法が正確に決定されるので、加工しやすく寸法精度も高
水準に維持できる。

【００４６】なお、上記実施形態では、同期回転手段８
０を同期回転用摩擦車８１から形成したが、これに限定
されるものではない。

【００４７】例えば、同期回転手段を、図６に示すよう
に、電機子ロータ３１側のガイド歯車部８６Ａおよび当
該ガイド歯車部８６Ａと対向する磁石ロータ４１側のガ
イド歯車部８６Ｂと噛合しつつ支軸３と直交するアーム
８５の軸線８５ａを中心として回転可能な同期回転用歯
車８４から形成してもよい。かかる構成により、風が弱
い場合にも同期回転用歯車８４によって上段風車２１と
下段風車１１とを一段と確実に同期回転できる。

【００４８】また、同期回転手段８０を、図７に示すよ
うに、電機子ロータ３１側のガイド磁石面８９Ａおよび
当該ガイド磁石面８９Ａと対向する磁石ロータ３１側の
ガイド磁石面８９Ｂと磁気係合しつつ支軸３と直交する
アーム８８の軸線８８ａを中心として回転可能な同期回
転用磁気車輪８７から形成してもよい。かかる構成によ
り、上下２段の風車（１１，２１）と同期回転用磁気車
輪８７とは無接触であるので、回転抵抗を一段と減少さ
せることができる。したがって、上下２段の風車（１
１，２１）を一段と円滑に同期回転させることができ
る。

【００４９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば上段風車と下
段風車とを同期回転させる同期回転手段を設けたので、
風が弱い場合にも同期回転手段によって上段風車と下段
風車とを互いに逆方向に同期回転させることができ、鑑
賞用の構築物としての役目を十分に果たすことができ
る。

【００５０】請求項２の発明によれば、同期回転手段
が、電機子ロータ側のガイド面および当該ガイド面と対
向する磁石ロータ側のガイド面と摩擦接触しつつ同軸と
直交する軸線を中心として回転可能な同期回用摩擦車か
ら形成されているので、請求項１の発明と同様な効果を
奏し得る他、一段と構造を簡素化できる。

【００５１】請求項３の発明によれば、同期回転手段
が、電機子ロータ側のガイド歯車部および当該ガイド歯
車部と対向する磁石ロータ側のガイド歯車部と噛合しつ
つ同軸と直交する軸線を中心として回転可能な同期回転
用歯車から形成されているので、請求項１の発明と同様
な効果を奏し得る他、上下２段の風車を一段と確実に同
期回転させることができる。

【００５２】請求項４の発明によれば、同期回転手段
が、電機子ロータ側のガイド磁石面および当該ガイド磁
石面と対向する磁石ロータ側のガイド磁石面と磁気係合
しつつ同軸と直交する軸線を中心として回転可能な同期
回転用磁気車輪から形成されているので、請求項１の発
明と同様な効果を奏し得る他、上下２段の風車を一段と
円滑に同期回転させることができる。

【００５３】請求項５の発明によれば、電機子ロータを
形成するコイルが、その巻き芯が空芯とされかつ合成樹
脂で全体が覆われるように成形されているので、磁石ロ
ータと電機子ロータとが磁気的に引き合って回転開始の
妨げになるようなことはない。また、鉄芯が無い分だけ
軽量化を図ることができる。したがって、上下２段の風
車を風が弱い場合でも一段と円滑かつ確実に同期回転さ
せることができる。また、コイルの線径や巻き数なども
鉄芯入りのものに比べて自由に選定でき、型によって外
形寸法が正確に決定されるので、加工しやすく寸法精度
も高水準に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するための縦断面図で
ある。

【図２】同じく、全体構成を説明するための図である。

【図３】同じく、上段風車と下段風車とを説明するため
の図である。

【図４】同じく、樹脂成形コイルの製造方法を説明する
ための図である。

【図５】同じく、バッテリ監視手段を説明するための図
である。

【図６】同じく、同期回転手段の変形例（１）を説明す
るための図である。

【図７】同じく、同期回転手段の変形例（２）を説明す
るための図である。

【符号の説明】

３支軸１１下段風車２１上段風車３０発電機３１電機子ロータ３３樹脂被覆コイル４１磁石ロータ８０同期回転手段８１同期回転用摩擦車８４同期回転用歯車８７同期回転用磁気車輪９０バッテリ監視手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】風力を受けて互いに逆回転するように形
成された上下２段の風車を同軸上に配設し、上段風車お
よび下段風車のうちのいずれか一方を発電機の電機子ロ
ータに連結するとともに、他方を発電機の磁石ロータに
連結した鑑賞用風力発電装置において、前記上段風車と前記下段風車とを同期回転させる同期回
転手段を設けたことを特徴とする鑑賞用風力発電装置。
【請求項２】前記同期回転手段が、前記電機子ロータ
側のガイド面および当該ガイド面と対向する前記磁石ロ
ータ側のガイド面と摩擦接触しつつ前記同軸と直交する
軸線を中心として回転可能な同期回転用摩擦車から形成
されている請求項１記載の鑑賞用風力発電装置。
【請求項３】前記同期回転手段が、前記電機子ロータ
側のガイド歯車部および当該ガイド歯車部と対向する前
記磁石ロータ側のガイド歯車部と噛合しつつ前記同軸と
直交する軸線を中心として回転可能な同期回転用歯車か
ら形成されている請求項１記載の鑑賞用風力発電装置。
【請求項４】前記同期回転手段が、前記電機子ロータ
側のガイド磁石面および当該ガイド磁石面と対向する前
記磁石ロータ側のガイド磁石面と磁気係合しつつ前記同
軸と直交する軸線を中心として回転可能な同期回転用磁
気車輪から形成されている請求項１記載の鑑賞用風力発
電装置。
【請求項５】前記電機子ロータのコイルが、その巻き
芯が空芯とされかつ合成樹脂で全体が覆われるように成
形されてなる請求項１から請求項４までのいずれか１項
に記載の鑑賞用風力発電装置。