JP2002317749A

JP2002317749A - サボニウス型風力発電装置

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Publication number: JP2002317749A
Application number: JP2001161457A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Choshoin; 泰久長松院
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】複数のブレードを放射状に固定した鉛直軸に発
電機を連接し、各ブレードに風を受けて鉛直軸を回転さ
せることにより発電機に発電出力を得るようにしたサボ
ニウス型風力発電装置の提供。【解決手段】複数のブレード１を放射状に固定した鉛直
軸３に発電機Ｇを連接し、これらブレードは鉛直軸に固
定された上下回転板４，５間に固定されて各ブレードに
風抜穴１ａを形成すると共に、上下回転板間の外周に突
設羽根６を設け、突設羽根は上下回転板間において上下
位置と風を受ける角度を調整可能とした。また、このよ
うなサボニウス型風力発電装置を複数個連接し、突設羽
根が直近の装置において風を受ける方向にかさならない
ように交互に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のブレードを
放射状に固定した鉛直軸に発電機を連接し、各ブレード
に風を受けて鉛直軸を回転させることにより発電機に発
電出力を得るようにしたサボニウス型風力発電装置の改
良に関するものである。

【０００２】

【発明の背景】近時、原子力発電や石油、石炭等の化石
エネルギーの燃焼による発電は、地球の温暖化や環境破
壊をひき起こす要因となるばかりか、電力利用者にとっ
ては電力使用料金の経済的負担が強いられるため、風
力、水力、太陽熱等の自然エネルギーの利用による発電
に関する開発が盛んになされている。中でもサボニウス
型風力発電装置は、プロペラ式風力発電装置に比べ、設
置場所が限定されず小型で容易にどこにでも配置するこ
とができ風力発電装置として注目されている。

【０００３】

【従来の技術】従来に例えば、特開平８−１２８３８
３号公報には、柱によって作られた構造体の中に羽根と
発電機が内蔵され、柱は断面形状が翼状をして導風面が
形成されて、発電機は回転軸の下段部の周囲にＮ極とＳ
極とを交互に円筒状に配置され、回転軸と連動して回転
する磁石と、磁石の外周に磁石の長さ方向に対向する導
線を蛇行させたコイルとから構成され、風は柱の導風面
に沿って構造体内に導かれ、内部に渦状の気流を発生さ
せて羽根を回転させることにより、風向きに関係なく、
しかも微風でも発電できるようにしたサボニウス型風力
発電装置が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
サボニウス型風力発電装置においては、ブレードの回転
時複数のブレード間で気流が圧縮され、そのためにブレ
ード面に負荷される空気圧により抵抗が発生してブレー
ドの高速回転を妨げる原因となっている。また、このよ
うなサボニウス型風力発電装置においては、微風時には
風を受けるように、強風時には風を逃がすように風の強
弱に対応してブレードの向きを調整する必要がある。微
風時には風をより受けて回転させ、強風時には風を逃が
して機器の破損を防止しなければならない。

【０００５】さらに、サボニウス型風力発電装置はプロ
ペラ式風力発電装置に比べ、トルクは大きいものの、大
きな回転力が得られないためより多くの発電量を得るこ
とができない。したがって、多量の電力を一度に確保で
きるようにするため、１つの鉛直軸に多数の発電機を形
成できるような装置の開発が望まれる。

【０００６】しかしながら、例えば上記特開平８−１２
８３８３号公報に記載された発明においては、上記課題
を解決することができない。

【０００７】

【発明が解決する手段】請求項１の発明は、複数のブレ
ードを放射状に固定した鉛直軸に発電機を連接し、複数
のブレードは鉛直軸に固定された上下回転板間に固定さ
れて各ブレードに風抜穴を形成しすると共に、上下回転
板間の外周に突設羽根を設けたサボニウス型風力発電装
置を提供するものである。

【０００８】この発明においては、ブレードの回転時体
面する複数のブレード間で圧縮される気流を各ブレード
に形成した風抜穴から逃がすことによりブレード面に負
荷される空気圧の抵抗を減らして高速に回転を容易にす
ることができると共に、上下回転板間の外周に突設羽根
を設けることにより、より高速に回転させることができ
る。

【０００９】請求項２の発明は、前記突設羽根は上下回
転板間において上下位置と風を受ける角度を調整可能と
した前記請求項１記載のサボニウス型風力発電装置を提
供するものである。

【００１０】この発明においては、微風時にはより風を
受けるように、強風時には風を逃がすように風の強弱に
対応して突設羽根の角度を調整することができ、微風時
には風をより受けて回転させ、強風時には風を逃がして
機器の破損を防止することができる。

【００１１】請求項３の発明は、前記サボニウス型風力
発電装置を複数個連接し、突設羽根が直近の装置におい
て風を受ける方向にかさならないように交互に設けた前
記請求項１〜２記載のサボニウス型風力発電装置を提供
するものである。

【００１２】この発明においては、発電装置を複数個設
けることにより、発電量を倍増できることは勿論、突設
羽根が直近の装置において風を受ける方向にかさならな
いように交互に設けることにより風を無駄なく効率的に
利用することができる。

【００１３】請求項４の発明は、複数のブレードを固定
した鉛直軸に永久磁石と電磁石とを回転子する複数の発
電機を構成し、一定風速以下のとき永久磁石を回転子と
する発電機により発電すると共に、一定風速以上となっ
たとき永久磁石を回転子とする発電機の発電出力により
励磁される電磁石を回転子とする発電機を駆動するよう
にし、さらに前記電磁石を回転子とする発電機は、一定
風速以上となったことを感知するスイッチ機構により駆
動するようにした前記請求項１〜３記載のサボニウス型
風力発電装置を提供するものである。

【００１４】この発明においては、回転子に電磁石を併
用することにより不安定な永久磁石の欠点を補い安定し
た回転子の磁力を確保でき、一定風速以上となったとき
これを感知するスイッチ機構を介して永久磁石を回転子
とする発電機の発電出力により、電磁石を回転子とする
発電機を励磁して回転させることができるので、磁力の
大きな高価な永久磁石を多数使用する必要がないと共
に、これら回転子等を一定の回転力に抑制することがで
き発電装置の破損を防止することができる。また、１つ
の鉛直軸へ多数の発電機を形成して多くの多量の電力を
一度に得ることができると共に、複数の発電機をコンパ
クトに形成できる。

【００１５】請求項５の発明は、前記スイッチ機構は、
鉛直軸に固定しいてこの回転による遠心力で上下動する
移動部材と、この移動部材の上下動に追随する導電部材
と、この導電部材の移動により弾性的に接触する端子と
からなる前記請求項１〜４記載のサボニウス型風力発電
装置を提供するものである。

【００１６】この発明においては、鉛直軸の回転を直接
感知するので、風圧により感知するスイッチ機構などよ
りもより正確である。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を図面に基ずき説明する。図
１はサボニウス型風力発電装置の垂直断面図、図２はこ
の装置の平面図である。複数のブレード１・・・は、中
心軸２に回転自在設けた鉛直軸３に放射状に固定してお
り、下方にこの鉛直軸の回転により発電する発電機Ｇを
設けている。前記複数のブレード１・・・は鉛直軸３に
固定された上下回転板間４、５に固定され、各ブレード
に風抜穴１ａ・・・を形成しすると共に、前記上下回転
板間４、５の外周に突設羽根６・・・を設けている。突
設羽根６・・・は上下回転板間４、５に垂直に架設する
２本の支持軸７・・・、８・・・に上下調整自在に、且
つ風を受ける方向に対し角度調整できるように固定され
ている。

【００１８】すなわち、図３〜図５に示す如く、支持軸
７・・・は上下回転板間４、５に固定され、突設羽根６
・・・がこの支持軸７・・・を中心に回転自在となって
おり、支持軸８・・・は上下回転板間４、５とこれに溶
着する固定部材９・・・に設けた開口部１０・・・内で
移動できるようになっている。支持軸８・・・は上下回
転板間４、５に設ける固定部材９・・・にワッシャー１
１・・・及びナット１２・・・によって、突設羽根６・
・・の角度を調整するように固定する。固定部材９・・
・は一方面にやすり目９ａ・・・を、ワッシャー１１・
・・にはこのやすり目９ａ・・・に圧接するやすり目１
１ａ・・・を形成していて、固定を強固にすることによ
り強風時を受けたときの突設羽根６・・・の回転を防止
する。図４に示すごとく、突設羽根６・・・は支持軸７
・・・、８・・・に上下調整自在に設けられ、固定ネジ
１３・・・により支持軸７・・・に固定される。

【００１９】このようにして、ブレードの回転時体面す
る複数のブレード１・・・間で圧縮される気流を各ブレ
ードに形成した風抜穴１ａ・・・から逃がすことによ
り、ブレード面に負荷される空気圧の抵抗を減らして高
速回転を容易にすることができると共に、上下回転板間
の外周に突設羽根６・・・を設けることにより、より高
速に回転させることができる。

【００２０】また、突設羽根６・・・は上下回転板４、
５間において上下位置と風を受ける角度の調整を可能と
したので、微風時には風を受けるように、強風時には風
を逃がすように風の強弱に対応して突設羽根の角度を調
整することができ、微風時には風をより受けて回転さ
せ、強風時には風を逃がして機器の破損を防止すること
ができる。

【００２１】図６は、前記サボニウス型風力発電装置を
３台連接した状態を示し、図７はその側面図である。各
装置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は上部及び側面がほとんど開放Ｏ
・・・し、各ブレードに充分風が受けられるように、枠
体１４、１５に固定されている。これら装置Ｓ１、Ｓ
２、Ｓ３の突設羽根Ｓ１−６・・、Ｓ２−６・・、Ｓ３
−６・・は、図２に示すように３つの放射方向に上下２
個ずつ設けられており、装置Ｓ１においては上部、装置
Ｓ２においては中間部、装置Ｓ３においては下部に配置
され、図７に示すように、突設羽根Ｓ１−６・・、Ｓ２
−６・・、Ｓ３−６・・が直近の装置において風を受け
る方向にかさならないように交互に設けている。ブレー
ド及び突設羽根の数は上記に限定されない。

【００２２】このようにして、発電装置を複数個設ける
ことにより、発電量を倍増させると共に、突設羽根が風
を受ける方向にかさならないように交互に設けることに
より風を無駄なく効率的に利用することができる。

【００２３】次に本実施例に採用する発電機について説
明する。図１に示すように、前記複数のブレード１・・
・及び突設羽根６・・・によって回転する鉛直軸３はケ
ーシングＣ内に貫挿され、この鉛直軸３に固定される内
部ドラムＤ１とケーシングＣに固定される外部ドラムＤ
２とからなる。また、一定風速以上となったことを感知
するスイッチ機構を下部に設けている

【００２４】図８は発電機の詳細図、図９はその回路説
明図であり、鉛直軸３に固定される内部ドラムＤ１の外
周には永久磁石ＰＲと電磁石ＥＬとの回転子を形成して
いる。また、ケーシングＣに固定される外部ドラムＤ２
の内周には前記永久磁石ＰＲと電磁石ＥＬとの回転子の
それぞれに対応するコイルＣａ、Ｃｂが形成されてい
る。

【００２５】図９に示すように、永久磁石ＰＲの回転に
よりコイルＣａに発生する発電出力の＋側はスイッチ機
構ＳＷ（図１及び図１０にも示す）を介してブラシ電極
ＢＰ、プラス側リング電極ＬＰを介して電磁石ＥＬに接
続され、さらに電磁石ＥＬのマイナス側はマイナス側リ
ング電極ＬＭ、ブラシ電極ＢＭを介してコイルＣａのマ
イナス側に接続されている。

【００２６】このようにして、回転子に電磁石ＥＬを併
用することにより不安定な永久磁石ＰＲの欠点を補い安
定した回転子の磁力を確保でき、一定風速以上となった
ときこれを感知するスイッチ機構ＳＷを介して永久磁石
ＰＲを回転子とする発電機の発電出力により、電磁石Ｅ
Ｌを回転子とする発電機を励磁して回転させることがで
きるので、磁力の大きな高価な永久磁石を多数使用する
必要がないと共に、これら回転子等を一定の回転力に抑
制することができ発電装置の破損を防止することができ
る。また、１つの鉛直軸に多数の発電機を形成して多く
の多量の電力を一度に得ることができると共に、複数の
発電機をコンパクトに形成できる。本実施例では２個の
発電機となっているが、２個以上設ければより大きな発
電量を得ることができる。

【００２７】さらに前記電磁石ＥＬを回転子とする発電
機は、一定風速以上となったことを感知するスイッチ機
構ＳＷにより駆動するようにしいる。図１０及び図１１
はそのスイッチ機構ＳＷの詳細図である。

【００２８】前記スイッチ機構ＳＷは、鉛直軸３に固定
しいてこの回転による遠心力で上下動する移動部材１６
と、この移動部材１６の上下動に追随する導電部材１７
と、この導電部材１７の上動により弾性的に接触する端
子１８、１８とから構成されている。

【００２９】移動部材１６は上部に鉛直軸３に固定する
固定板１９と下部に上記中心軸２に上下摺動自在に設け
られかつ導電部材１７に係合する押上部材２０とからな
り、固定板１９と押上部材２０とは中心に重り２１を設
け、それぞれ回動自在に枢着Ｐ・・・したアーム２２・
・・により連結されている。

【００３０】これにより前記ブレード１・・・及び突設
羽根６・・・が一定風速以上を受けて鉛直軸３が回転し
始めると重り２１に抗してアーム２２・・・が遠心力に
より外方へ広がると同時に、押上部材２０が導電部材１
７内周に係合してこれを持ち上げる。この時、導電部材
１７外周と端子１８、１８とにはテーパー面１７ａ、１
８ａ、１８ａが形成されていて、これらが端子１８、１
８のスプリング１８ｂ、１８ｂに抗して圧着することに
より導通させることができる。逆に一定風速以下になる
とアーム２２・・・が重り２１と押上部材２０の自重に
より内方へとじると共に導電部材１７が下がり、導電部
材１７外周と端子１８、１８との接触が離れ非導通状態
となる。

【００３１】図１１に示すごとく、重り２１はアーム２
２、２２の両側にナット２３により枢着するようにして
いる。これにより鉛直軸の回転力を直接感知するので、
風圧などにより感知する他のスイッチ機構よりもより正
確に感知することができる。

【００３２】

【発明の効果】この発明においては、ブレードの回転時
体面する複数のブレード間で圧縮される気流を各ブレー
ドに形成した風抜穴から逃がすことによりブレード面に
負荷される空気圧の抵抗を減らして高速回転を容易にす
ることができると共に、上下回転板間の外周に突設羽根
を設けることにより、より高速に回転させることができ
る。また、突設羽根の角度を調整して、微風時には風を
より受けて回転させ、強風時には風を逃がして機器の破
損を防止することができる。また、突設羽根が直近の装
置において風を受ける方向にかさならないように交互に
設けることにより風を無駄なく効率的に利用することが
できる。また、一定風速以上となったときこれを感知す
るスイッチ機構を介して永久磁石を回転子とする発電機
の発電出力により、電磁石を回転子とする発電機を励磁
して回転させることができるので、磁力の大きな高価な
永久磁石を多数使用する必要がないと共に、これら回転
子等を一定の回転力に抑制することができ発電装置の破
損を防止することができる。さらに、１つの鉛直軸に多
数の発電機を形成して多くの多量の電力を一度に得るこ
とができると共に、複数の発電機をコンパクトに形成で
きるサボニウス型風力発電装置を提供することができ
る。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すサボニウス型風力発電
装置の垂直断面図

【図２】図１の平面図

【図３】突設羽根の風受け方向調整状態を示す要部拡大
説明図

【図４】突設羽根の斜視図

【図５】突設羽根の固定手段を示す図３の要部拡大断面
図

【図６】サボニウス型風力発電装置を複数連接した状態
図

【図７】図６の右側面図

【図８】発電機の要部拡大説明図

【図９】図８の回路説明図

【図１０】スイッチ機構の拡大説明図

【図１１】重りとアームとの連結手段を示す拡大断面図

【符号の説明】

１・・・ブレード１ａ・・・風抜穴３・・・鉛直軸Ｇ発電機４上回転板５下回転板６・・・突設羽根Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３サボニウス型風力
発電装置ＰＲ永久磁石ＥＬ電磁石ＳＷスイッチ機構１６移動部材１７導電部材１８、１８端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のブレードを放射状に固定した鉛直軸
に発電機を連接し、前記複数のブレードは鉛直軸に固定
された上下回転板間に固定されて各ブレードに風抜穴を
形成しすると共に、前記上下回転板間の外周に突設羽根
を設けたサボニウス型風力発電装置。
【請求項２】前記突設羽根は上下回転板間において上下
位置と風を受ける角度を調整可能とした前記請求項１記
載のサボニウス型風力発電装置。
【請求項３】前記サボニウス型風力発電装置を複数個連
接し、突設羽根が直近の装置において風を受ける方向に
かさならないように交互に設けた前記請求項１〜２記載
のサボニウス型風力発電装置。
【請求項４】複数のブレードを固定した鉛直軸に永久磁
石と電磁石とを回転子する複数の発電機を構成し、一定
風速以下のとき永久磁石を回転子とする発電機により発
電すると共に、一定風速以上となったとき永久磁石を回
転子とする発電機の発電出力により励磁される電磁石を
回転子とする発電機を駆動するようにし、さらに前記電
磁石を回転子とする発電機は、一定風速以上となったこ
とを感知するスイッチ機構により駆動するようにした前
記請求項１〜３記載のサボニウス型風力発電装置。
【請求項５】前記スイッチ機構は、鉛直軸に固定しいて
この回転による遠心力で上下動する移動部材と、この移
動部材の上下動に追随する導電部材と、この導電部材の
移動により弾性的に接触する端子とからなる前記請求項
１〜４記載のサボニウス型風力発電装置。