JP2006329004A - 発電用風車 - Google Patents

Abstract

【課題】
一定の風量が得られないため風力により発電ができないような場合には、いつでも、磁力に切り替えて発電を行うことにより、所望の発電量を得ることができるようにした発電用風車を提供する。
【解決手段】
風力を受けて回転するブレードの回転力を回転軸から取り出して発電する風力発電用風車の前記回転軸に回転体を取り付けると共に、この回転体の外周縁部に磁極を径方向外側に向けた永久磁石を配置固定する一方、前記永久磁石が周期的に近接対向する位置に前記永久磁石と同極の電磁石を配置固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は発電用風車に関し、さらに詳細には、風力による発電ができない場合には、いつでも、磁力に切り替えて発電ができるようにした発電用風車に関する。

従来、風力発電用の風車としては、例えば図１３に立断面図で示すような水平軸型風力発電用風車１０が一般に知られている。すなわち、この水平軸型風力発電用風車１０は、ハブ１１に複数枚のブレード１２を放射状に取り付け支持したローター１３と、このローター１３と直交する水平方向に延び、一端側がローター１３に連結され他端側が発電装置１４に連結された回転軸１５と、この回転軸１５を回転自在に支持する軸受１６及び前記発電装置１４を内蔵したナセル１７から成り、このナセル１７をタワー１８で支持して風力の得られる高所に設置し、風力をブレード１２に受けてローター１３を回転させ、この回転力を回転軸１５を介して発電装置１４に伝達して発電するように構成されている。

また、従来、前記回転軸１５を垂直方向に設ける一方、ハブ１１に複数枚のブレード１２を放射状に取り付け支持したローター１３をこの回転軸１５と直交する方向に取付けて成る垂直軸型風力発電用風車１０Ａ（図示せず）も公知である。

ところで、上述したような水平軸型風力発電用風車１０あるいは垂直軸型風力発電用風車１０Ａのいずれも、風力発電を行う場合には一定の風量が必要であるが、日本では山野が多いため年間の平均風速が１０ｍ／秒以下の領域がほとんどであり、十分な風量が得られないのが実情である。このため、当分野では、例えばブレードの形状や大きさを色々と変更し、あるいは補助ブードを設ける等により、低速域であっても、風速範囲を極力拡大する工夫がなされている。

しかしながら、いずれにしても、年間を通じて無風の日もあれば無風の時間帯もあり、また風があっても一定の風量が得られない等の理由により、従来の発電用風車では所望の発電量を常時得ることはできなかった。

本発明は、上述したような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、一定の風量が得られないため風力により発電ができないような場合には、いつでも、磁力に切り替えて発電を行うことにより、所望の発電量を得ることができるようにした発電用風車を提供することにある。

本発明の上記目的は、風力を受けて回転するブレードの回転力を回転軸から取り出して発電する風力発電用風車の前記回転軸に回転体を取り付けると共に該回転体の外周縁部に磁極を径方向外側に向けた永久磁石を配置固定する一方、前記永久磁石が周期的に近接対向する位置に前記永久磁石と同極の電磁石を配置固定して成り、風力の外、前記永久磁石と前記電磁石との反発力により前記回転軸を回転させるようにしたことを特徴とする発電用風車を提供することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、風力を受けて回転するブレードの回転力を回転軸から取り出して発電する風力発電用風車の前記ブレードの最外端部に磁極を径方向外側に向けた永久磁石を配置固定する一方、前記永久磁石が周期的に近接対向する位置に前記永久磁石と同極の電磁石を配置固定して成り、風力の外、前記永久磁石と前記電磁石との反発力により前記回転軸を回転させるようにしたことを特徴とする発電用風車を提供することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、風力を受けて回転するブレードの回転力を回転軸から取り出して発電する風力発電用風車の前記ブレードの最外端部に磁極を径方向外側に向けた第１永久磁石を配置固定すると共に該ブレードの中央部に磁極を水平向内側に向けた第２の永久磁石を配置固定する一方、前記第１の永久磁石と周期的に近接対向する位置に前記第１の永久磁石と同極の第１の電磁石を配置固定すると共に前記第２の永久磁石と周期的に近接対向する位置に前記第２の永久磁石と同極の第２の電磁石を配置固定して成り、風力の外、前記第１の永久磁石と前記第１の電磁石及び前記第２の永久磁石と前記第２の電磁石との反発力により前記回転軸を回転させるようにしたことを特徴とする発電用風車を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記永久磁石は複数枚の永久磁石板により構成されていることを特徴とする発電用風車を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記複数の永久磁石板の中で最大磁力を有する永久磁石板が前記ブレードの回転方向に対し最後部位置に配置されていることを特徴とする発電用風車を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記永久磁石と前記電磁石とは複数個配置されていることを特徴とする発電用風車を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記永久磁石が回転により前記電磁石と対向する位置に侵入する時点で前記電磁石に通電を開始して前記回転軸に反発力を付勢し、前記永久磁石が前記電磁石と対向する位置から離脱する時点で前記電磁石への通電を停止して前記回転軸への反発力を消勢する電磁石制御装置を具備していることを特徴とする発電用風車を提供することにより、より効果的に達成される。

さらにまた、本発明の上記目的は、前記電磁石制御装置による前記電磁石への通電は風力測定値により制御されることを特徴とする発電用風車を提供することにより、より効果的に達成される。

本発明に係る発電用風車は、永久磁石と電磁石から成る、いわゆる直接駆動式磁力回転装置を具備し、風力と磁力のいずれによっても回転軸を介して発電量が得られるように構成されているので、所望の風量が得られない場合には、いつでも、磁力発電に切り替えることにより所望の発電量を得ることができる。

とくに、前記永久磁石を複数枚の永久磁石板によって構成し、前記複数枚の永久磁石板の中で最大磁力を有する永久磁石板を回転方向に対し最後部位置に配置して成る発電用風車によれば、最大反発力から発生した最大回転トルクと慣性力を利用して回転をし続けることができるので、電磁石の消費電力を増加することなく（すなわち安価な電力で）効率的な発電を行うことができる。この場合、永久磁石と電磁石とを複数かつ同数設けた発電用風車によれば、より強力な反発力（すなわち回転力）を得ることができ、また装置を小型かつ安価に実現することができる。

また、前記永久磁石が回転により前記電磁石と対向する位置に侵入する時点でこの電磁石に通電を開始して反発力を付勢し、前記永久磁石が前記電磁石と対向する位置から離脱する時点でこの電磁石への通電を停止して反発力を消勢するようにした電磁石制御装置を具備した発電用風車によれば、常時通電する場合に較べ消費電力を大幅に節減することができる。

さらにまた、設置場所の風力を測定し、この値が所定値に満たない（すなわち所定の風量が得られない）場合には磁力発電に切り替えるように構成された発電用風車によれば、風のない場合には磁力発電に自動的に切り替えることができ、これにより、常時、発電を行うことができる。

以下、本発明の内容を、好ましい実施例に基づき説明する。なお、本発明は必ずしも以下の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において、その構成を適宜変更できることはいうまでもない。

図１は、本発明の第１実施例である水平軸型風力発電用風車（以下、「本発電用風車１００」という）を前述した従来の水平軸型風力発電用風車１０に対応させて示した立断面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ断面矢視図である。なお、これらの図において、水平軸型風力発電用風車１０と対応する構成要素には１００番台の同一番号が付されている。

本発電用風車１００は、ハブ１１１に複数枚のブレード１１２を放射状に取り付け支持したローター１１３と、このローター１１３と直交する水平方向に延び、一端側がローター１１３に連結され他端側が軸受１１６を介して発電装置１１４に連結された回転軸１１５と、この回転軸１１５に装備されて永久磁石と電磁石の反発力により回転駆動を行うようにした後述する直接駆動式磁力回転装置１２０と、本発電用風車１００の駆動を制御する制御装置１３０と、フレーム１１７ｆによって箱状に形成され前記ローター１１３を除く全構成部品を内蔵したナセル１１７より成っている。このナセル１１７はタワー１１８によって支持され風力の得られる高所に設置される。なお、ナセル１１７の外側にはパドル形風車から成る風力計１４０が取り付けられており、後述するように、この出力（すなわち風力）信号Ｓ１が制御装置１３０に入力されるように構成されている。

このように、本発電用風車１００は、風力により回転軸１１５を回転させて発電を行う従来の風力発電機能を有する一方、永久磁石と電磁石の反発力により回転軸１１５を回転させて発電を行う磁力発電機能を有している。

上述した直接駆動式磁力回転装置１２０は、図２に示すように、４枚のブレード１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄで構成されたプロペラを内部に有する円環状の回転体１２１が回転軸１１５に装着され、この回転体１２１の対向する外周端部、すなわちブレード１２１ａ、１２１ｃの外周端部には永久磁石１２２ａ、１２２ｂが固着され、回転体１２１が回転すると周期的に近接対向するフレーム１１７ｆの内壁の位置には電磁石１２３ａ、１２３ｂが配設されて成っている。このように、永久磁石１２２ａ、１２２ｂと電磁石１２３ａ、１２３ｂとを複数、かつ同数設けると、バランスがとれてより強力な反発力（すなわち回転力）を得ることができ、また装置構成が容易となる利点がある。

ここに、永久磁石１２２ａ、１２２ｂは、夫々、回転体１２１の半径軸線に対して一定の角度Ｄをなすように傾斜して配設された３枚の永久磁石板１２２ａ−１、１２２ａ−２、１２２ａ−３及び１２２ｂ−１、１２２ｂ−２、１２２ｂ−３によって構成されている。なお、この角度Ｄは、実験例では３０度あるいは５０度が確認されているが、回転体１２１の半径及びこの回転体１２１上に配置される永久磁石板の数によって適切に定められる。

本実施例では、図２に示すように、各永久磁石板１２２ａ−１、１２２ａ−２、１２２ａ−３及び１２２ｂ−１、１２２ｂ−２、１２２ｂ−３はＮ極を外側に向けて（Ｓ極を内側に向けて）配置され、一方の各電磁石１２３ａ、１２３ｂはＮ極を対向する側に向けて（Ｓ極を反対向側に向けて）配置されている。なお、これらの永久磁石板１２２ａ−１、１２２ａ−２、１２２ａ−３及び１２２ｂ−１、１２２ｂ−２、１２２ｂ−３は、夫々ブレード１１２の回転方向（すなわち矢印Ｚで示す回転体１２１の回転方向）にこの順で配置され、図２に示すように、回転方向の最後部に配置された永久磁石板１２２ａ−３及び１２２ｂ−３は他の永久磁石板１２２ａ−１、１２２ａ−２及び１２２ｂ−１、１２２ｂ−２に較べ長さの長い形状とされ、これにより他のものより磁力の強い磁石板が形成されている。なお、永久磁石板１２２ａ−３及び１２２ｂ−３はこのように形状を大きくする代わりに、例えばこれを強磁性体材料で構成するようにしてもよい。永久磁石１２２ａ、１２２ｂを以上のとおり構成することにより、後述するように、最大回転トルクと慣性力を利用して回転体１２１の回転を継続することができる。

電磁石１２３ａ、１２３ｂには夫々磁化するための電線１２３ａ−１及び１２３ｂ−１が巻き付けられている。この電線１２３ａ−１及び１２３ｂ−１には制御装置１３０の内部に組み込まれた後述する電磁石制御回路１３１からパルス状の電流が通電され、永久磁石１２２ａ及び１２２ｂと協働して回転体１２１を矢印Ｚ方向に回転するように構成されている。

フレーム１１７ｆの内壁には、回転体１２１の回転位置を非接触で計測するための、発光ダイオードとフォトトランジスタの組み合わせで構成された位置検出センサ１２４が設けられている。なお、この位置検出センサ１２４は例えばフォトカプラ等で構成することも可能である。この位置検出センサ１２４は、回転体１２１が回転中に永久磁石１２２ａ及び１２２ｂが電磁石１２３ａ及び１２３ｂに対して相対的にどの位置にあるかを検出し、この位置検出信号Ｔにより電磁石１２３ａ及び１２３ｂに通電するパルス電流の発生及び停止のタイミングが決定される。すなわち、電磁石１２３ａ及び１２３ｂに通電されるパルス電流は、回転体１２１のブレード１２１ａ及び１２１ｂに夫々取り付けられた永久磁石１２２ａ及び１２２ｂが夫々電磁石１２３ａ及び１２３ｂの各位置に侵入し始めるときにパルス電流の通電が開始され、電磁石１２３ａ及び１２３ｂから離脱するときにその通電が停止されるように、この位置検出センサ１２４の位置検出信号Ｔにより制御される。

このように回転体１２１と同期をとって電磁石１２３ａ及び１２３ｂにパルス電流を通電する電磁石制御回路１３１は、図３に示すように、電磁石１２３ａを構成する電線１２３ａ−１の端子１２３ａ−ｔ１が直流電源１３１−１に、端子１２３ａ−ｔ２がトランジスタスイッチ１３１−２ａに夫々接続され、同様に、電磁石１２３ｂを構成する電線１２３ｂ−１の端子１２３ｂ−ｔ１が直流電源１３１−１に、端子１２３ｂ−ｔ２がトランジスタスイッチ１３１−２ｂに夫々接続され、さらにまた、トランジスタスイッチ１３１−２ａ、１３１−２ｂの各ベースが位置検出センサ１２４の位置検出信号Ｔに同期してベース信号Ｕ１、Ｕ２を発生するベース信号発生回路１２５に接続されて成っている。

このベース信号発生回路１２５は、位置検出センサ１２４からの位置検出信号Ｔに基づき、永久磁石１２２ａ及び１２２ｂが夫々電磁石１２３ａ及び１２３ｂに進入し始めたときにトランジスタスイッチ１３１−２ａ及び１３１−２ｂをオンし、永久磁石１２２ａ及び１２２ｂが夫々電磁石１２３ａ及び１２３ｂを離脱するときにトランジスタスイッチ１３１−２ａ及び１３１−２ｂをオフするようなベース信号を発生する。

回転体１２１が１８０度回転すると、ベース信号発生回路１２５は、今度は、永久磁石１２２ａ及び１２２ｂが夫々電磁石１２３ｂ及び１２３ａに進入し始めたときにトランジスタスイッチ１３１−２ａ及び１３１−２ｂをオンし、永久磁石１２２ａ、１２２ｂが夫々電磁石１２３ｂ及び１２３ａを離脱するときにトランジスタスイッチ１３１−２ａ及び１３１−２ｂをオフするようなベース信号を発生する。

この結果、パルス電流が電磁石１２３ａ及び１２３ｂに夫々通電され、電磁石１２３ａと永久磁石１２２ａとの反発力、及び、電磁石１２３ｂと永久磁石１２２ｂとの反発力によって発生した回転トルクにより回転体１２１が回転し、これに伴い回転軸１１５が回転する。

本実施例においては、電磁石制御回路１３１の作動、すなわち電磁石１２３ａ及び１３ｂへの通電は電源スイッチ１３１ｓをオンすることにより開始される。図３に示すように、この電源スイッチ１３１ｓは、風力計１４０によって測定された風力測定値Ｓ１が制御器１３２内に予め設定された設定値と比較され、これが所定値以下である場合、すなわち風力発電に必要な所望の風力が得られない場合には制御器１３２より指令信号Ｓ２が電源スイッチ１３１ｓに出力されて電源スイッチ１３１ｓが閉じるようになっている。なお、本実施例では風力測定値Ｓ１を風力計１４０から得るように構成されているが、これを例えば風力によって回転する回転軸１１５の回転トルクを検出することにより得ることも可能である。このように、本発電用風車１００によれば、風力発電に必要な所望の風力が得られない場合には、いつでも、磁力による発電に切り替えることができ、これにより連続して発電量を得ることができる。

上述したように、本発電用風車１００では、回転体１２１の回転に伴い回転する永久磁石１２２ａ及び１２２ｂの各最後部位置に最大磁力を有する永久磁石板１２２ａ−３及び１２２ｂ−３が配置されているので、最大反発力から発生した最大回転トルクと慣性力により回転体１２１の回転、すなわち回転軸１１５の回転を継続させることができる。

図４はその説明図で、具体的には、図２の上方部のみを拡大して示したものである。図示するように、永久磁石１２２ａを構成する各永久磁石板１２２ａ−１、１２２ａ−２、１２ａ−３は磁極（本実施例ではＮ極）を外側に向け回転体１２１の径方向に対し一定角度Ｄをもって配置されており、回転体１２１のＺ方向への回転力は永久磁石１２２ａと電磁石１２３ａとの反発力により得られることは上述したとおりである。そこで、今、この反発力をＰとすると、反発力Ｐは回転方向（Ｚ方向）のベクトルＰ１と、これと直交する方向（径方向と角度Ｄをなす方向）のベクトルＰ２に分解されるが、ベクトルＰ１の回転モーメントが最大になるのは、最大磁力を有する永久磁石板１２２ａ−３が電磁石１２３ａと対向したときであることから、回転する永久磁石１２２ａの最後部における反発力が大きければ大きいほど大きな回転トルクを得ることができる。

また、このように、電磁石１２３ａ（及び１２３ｂ）の最後部に最大磁力を有する永久磁石板１２２ａ−３（及び１２２ｂ−３）を配置する構成は、電磁石１２３ａ（及び１２３ｂ）の電力を増加させることもなく、したがって消費電力が少なくて済み、また、シンプルな装置構成で実現できるので、本発電用風車１００を安価に作ることができる。

以上、本発明の内容を第１実施例に基づき説明したが、本発明は必ずしも前記実施例に限定されるものではなく、その構成を例えば次のように変更することができる。

図５は、前記第１実施例における直接駆動式磁力回転装置１２０の変更例である直接駆動式磁力回転装置１２０Ａの要部を図２に準じて示したものである。すなわち、本直接駆動式磁力回転装置１２０Ａは、１枚の永久磁石板１２２ａ−１を配置して成る１個の永久磁石１２２ａを回転体１２１の外周縁部に配設する一方、この永久磁石１２２ａと近接対向するフレーム１１７ｆの内壁位置に１個の電磁石１２３ａを配置して構成されている。

このように、本直接駆動式磁力回転装置１２０Ａは少ない部品により装置が構成されるので安価に作ることができる。反面、１個の永久磁石１２２ａと１個の電磁石１２３ａとの間の反発力で回転体１２１を回転させる関係上、あまり大きな回転トルクは期待できず、このため、本直接駆動式磁力回転装置１２０Ａは、少量の発電量を得る目的の発電用風車に適用することが好ましい。

図６は、さらに他の変更例に係る直接駆動式磁力回転装置１２０Ｂの要部を示す斜視図である。図示するように、本直接駆動式磁力回転装置１２０Ｂは、Ｎ極とＳ極の向きが互いに逆とされ、且つ間隔をあけて平行に配置された２個の電磁石１２３ａ１及び１２３ａ２の外側の異極端部を導磁性体の金属片１２３ｐで連結する一方、回転体１２１の外周端部の前記電磁石１２３ａ１と対向近接する位置に、永久磁石板１２２ｃ−１、１２２ｃ−２、１２２ｃ−３（この永久磁石板１２２ｃ−３は形状が他のものより大きく設定されている）を配置して成る永久磁石１２２ｃを配設し、同様に、回転体１２１の外周端部の前記電磁石１２３ａ２と対向近接する位置に、永久磁石板１２２ｄ−１、１２２ｄ−２、１２２ｄ−３（この永久磁石板１２２ｄ−３は形状が他のものより大きく設定されている）を配置して成る永久磁石２１２ｄを配設して構成されている。

このように構成された本直接駆動式磁力回転装置１２０Ｂによれば、磁束が金属片１２３ｐの内部に閉じ込められて空中に発散することがないので、磁束を無駄なく反発力として利用でき、これによりさらに効率よく大きな回転トルクを得ることができる。よって、本直接駆動式磁力回転装置１２０Ｂを発電用風車に適用すれば、短時間に大量の発電量を得ることができる。

図７は、本発明の第２実施例である水平軸型風力発電用風車（以下、「本発電用風車２００」という）を前述した第１実施例に係る水平軸型風力発電用風車１００に対応させて示した立面図、図８は図７の左側面図、図９は図７において点線円Ｒ１で示す部分の拡大図である。なお、これらの図において、前記発電用風車１００と対応する構成要素には２００番台の同一番号が付されている。

本発電用風車２００は、ハブ２１１に複数枚（本実施例では３枚）のブレード２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを放射状に取り付け支持して成るローター２１３に一端側が連結され、他端側が水平方向に延びて発電装置２１４に連結された回転軸２１５と、この回転軸２１５の回転を制御する制御装置２３０をナセル２１７内に有している点で前記発電用風車１００と共通しているが、後述するように磁力回転装置を構成する永久磁石と電磁石とがナセル２１７内ではなく、ブレード２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ側に設けられている点で構成が異なっている。すなわち、本発電用風車２００では、Ｚ方向に回転されるブレード２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃの各最外端部に夫々永久磁石２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃが磁極を径方向外側に向けて配置固定されており、一方、これらの永久磁石２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃと周期的に近接対向する外側の位置に電磁石２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃが設けられている。これらの電磁石２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃはナセル２１７の前方側外周に設けられたブラケット２６０から外方に等間隔をもって延設された３本のアーム２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃの最外端部に配置固定されている。

図９に示すように、永久磁石２２２ａ（永久磁石２２２ｂ、２２２ｃも同様）は、ネジ２１２ａｓを介してブレード２１２ａの最外端部に固定されたフレーム２２２ｆに、磁極（すなわちＮ極とＳ極）の向きが互いに逆とされた２枚の永久磁石板２２２ａ１、２２２ａ２を間をあけて平行に埋設して成っている。一方、電磁石２２３ａ（電磁石２２３ｂ、２２３ｃも同様）は、前記永久磁石板２２２ａ１、２２２ａ２と同様に磁極の向きが互いに逆とされ、間をあけて平行に配置された２個の電磁石２２３ａ１及び２２３ａ２の外側の異極端部を導磁性体の金属片２２３ｐで連結して成り、電磁石２２３ａ１は永久磁石２２２ａ１と、電磁石２２３ａ２は永久磁石２２２ａ２と夫々同極で対向するようにしてＬ字状に屈曲されたアーム２６１ａの最外端部にネジ２６１ａｓを介して固定されている。なお、電磁石２２３ａ１、２２３ａ２は夫々電線２２３ａ１−１、２２３ａ２−１を介して電磁石制御回路（図示せず）に接続されており、これらの永久磁石２２２ａ（永久磁石２２２ｂ、２２２ｃも同様）及び電磁石２２３ａ（電磁石２２３ｂ、２２３ｃも同様）により前記同様の直接駆動式磁力回転装置２２０が構成されている。なお、このような構成において、永久磁石板２２２ａ１、２２２ａ２の配列は、前記同様にブレード２１２ａの回転方向（Ｚ方向）の半径軸線に対して一定の角度Ｄをなすように傾斜して設けることが好ましく、また、図６に基づき説明したように、最大磁力を有する永久磁石板を回転するブレード２１２ａの回転方向の最後部位置に配置することが好ましい。

本発電用風車２００は以上のとおり構成されているので、ブレード２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃによって十分な風量が得られないような場合には、前記同様に、これを検知する等により、風力発電から磁力発電に切り替え、電磁石２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃと永久磁石２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃの反発力によりローター２１１を介して回転軸２１５を回転させることにより所望の発電を行うことができる。なお、本実施例では電磁石と永久磁石とを夫々対応する３箇所に設けたが、この設置数は必要に応じて増減し得るものである。

図１０は、本発明の第３実施例である水平軸型風力発電用風車（以下、「本発電用風車３００」という）を前述した第２実施例に係る水平軸型風力発電用風車２００に対応させて示した立面図、図１１は図１０の左側面図、図１２は図１０において点線円Ｒ２で示す部分の拡大図である。なお、これらの図において、前記発電用風車２００と対応する構成要素には３００番台の同一番号が付されている。

本発電用風車３００では、前記発電用風車２００と同様に、ハブ３１１に複数枚（本実施例では３枚）のブレード３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃを支持したローター３１３に一端側が連結され、他端側が水平方向に延びて発電装置（図示せず）に連結された回転軸３１５と、この回転軸３１５の回転を制御する制御装置（図示せず）をナセル３１７内に有し、かつブレード３１２ｃの最外端部に第１の永久磁石３２２ｃ１が径方向外側に磁極を向けて配置固定され、この第１の永久磁石３２２ｃ１と周期的に近接対向する位置に第１の電磁石３２３ｃ１が設けられている。さらに、本発電用風車３００では、ブレード３１２ｃの中央部に第２の永久磁石３２２ｃ２が磁極を水平方向内側に向けて配置され、この第２の永久磁石３２２ｃ２と周期的に近接対向する位置に第２の電磁石３２３ｃ２がアーム３６１ｃを介して設けられている。本発電用風車３００では、前記発電用風車２００と同様に、第１の永久磁石３２２ｃ１と第１の電磁石３２３ｃ１とにより第１の直接駆動式磁力回転装置３２０Ａ（図示せず）が構成される一方、第２の永久磁石３２２ｃ２と第２の電磁石３２３ｃ２とにより第２の直接駆動式磁力回転装置３２０Ｂが構成され、この両者により発電が行われる。

図１２に示すように、永久磁石３２２ｃ２は、ブレード３１２ｃにネジ３１２ｃｓを介して固定されたフレーム３２２ｆに２枚の永久磁石板３２２ｃ２１、３２２ｃ２２を間をあけて平行に埋設して成っている。なお、永久磁石板３２２ｃ２１はＮ極を外側に（Ｓ極を内側に）向けて配置されているのに対し、永久磁石板３２２ｃ２２はＳ極を外側に（Ｎ極を内側に）向けて配置されている。一方、電磁石３２３ｃ２は、磁極の向きが互いに逆とされ、間をあけて平行に配置された２個の電磁石３２３ｃ２１及び３２３ｃ２２の外側の異極端部を導磁性体の金属片３２３ｐで連結して成り、電磁石３２３ｃ２１は永久磁石３２２ｃ２１と、電磁石３２３ｃ２２は永久磁石３２２ｃ２２と夫々同極で対向するようにしてアーム３６１ｃの中央部内側にネジ３６１ｃｓを介して固定されている。第２の直接駆動式磁力回転装置３２０Ｂはこのように配設された永久磁石板３２２ｃ２と電磁石３２３ｃ２とにより構成されている。

ここに、永久磁石板３２２ｃ２１、３２２ｃ２２は第１実施例と同様に配置されることが好ましい。なお、第１直接駆動式磁力回転装置３２０Ａ及び第２の直接駆動式磁力回転装置３２０Ｂの作用は前述した第１実施例のものと実質的に同一であるので、この説明は省略する。また、本実施例ではブレード３１２ｃにのみ第１の永久磁石３２２ｃ１を設け、この第１の永久磁石３２２ｃ１と周期的に近接対向する位置にアーム３６１ｃを介して第１の電磁石３２３ｃ１を設けているが、この永久磁石と電磁石の組み合わせを前記第２実施例と同様に３箇所に設定することも可能である。

以上のとおり、本発電用風車３００は第１及び第２の直接駆動式磁力回転装置を具備して成る風車であるので、本発電用風車３００によれば、より強力な反発力が得られ、この反発力から発生した回転トルクと慣性力を利用して短時間に多量の電力を得ることができる。

本発明に係る発電用風車は、上述した水平軸型風力発電用風車のみならず、垂直軸型風力発電用風車にも適用できることはいうまでもない。

本発明の第１実施例に係る発電用風車の立断面図である。 図１のＸ−Ｘ断面矢視図である。 第１実施例における制御回路図である。 第１実施例における要部の作動説明図である。 第１実施例における要部の変更例を示す図である。 第１実施例における要部の他の変更例を示す図である。 本発明の第２実施例に係る発電用風車の立面図である。 図７の左側面図である。 図７に点線円Ｒ１で示す第２実施例における要部の拡大構成図である。 本発明の第３実施例に係る発電用風車の立面図である。 図１０の左側面図である。 図１０に点線円Ｒ２で示す第３実施例における要部の拡大構成図である。 従来の水平軸型風力発電用風車の一例を示す立断面図である。

符号の説明

１０、１００、２００，３００ （水平軸型風力）発電用風車
１１、１１１、２１１、３１１ ハブ
１２、１１２ａ〜ｃ、３１２ａ〜ｃ ブレード
１３、１１３、２１３、３１３ ローター
１４、１１４、２１４ 発電装置
１５、１１５、２１５、３１５ 回転軸
１７、１１７、２１７、３１７ ナセル
１８、１１８、２１８、３１８ タワー
１２０（Ａ、Ｂ）、２２０、３２０（Ａ、Ｂ） 直接駆動式磁力回転装置
１２１ 回転体
１２２ａ〜ｄ、２２２ａ〜ｃ、３２２ｃ１〜２ 永久磁石
１２３ａ〜ｂ、２２３ａ、３２３ｃ２ 電磁石
１２４ 位置検出センサ
１２５ ベース信号発生回路
１３０ 制御装置
１３１ 電磁石制御回路
１３２ 制御器
１４０ 風力計

Claims (8)

1. 風力を受けて回転するブレードの回転力を回転軸から取り出して発電する風力発電用風車の前記回転軸に回転体を取り付けると共に該回転体の外周縁部に磁極を径方向外側に向けた永久磁石を配置固定する一方、前記永久磁石が周期的に近接対向する位置に前記永久磁石と同極の電磁石を配置固定して成り、風力の外、前記永久磁石と前記電磁石との反発力により前記回転軸を回転させるようにしたことを特徴とする発電用風車。
2. 風力を受けて回転するブレードの回転力を回転軸から取り出して発電する風力発電用風車の前記ブレードの最外端部に磁極を径方向外側に向けた永久磁石を配置固定する一方、前記永久磁石が周期的に近接対向する位置に前記永久磁石と同極の電磁石を配置固定して成り、風力の外、前記永久磁石と前記電磁石との反発力により前記回転軸を回転させるようにしたことを特徴とする発電用風車。
3. 風力を受けて回転するブレードの回転力を回転軸から取り出して発電する風力発電用風車の前記ブレードの最外端部に磁極を径方向外側に向けた第１永久磁石を配置固定すると共に該ブレードの中央部に磁極を水平向内側に向けた第２の永久磁石を配置固定する一方、前記第１の永久磁石と周期的に近接対向する位置に前記第１の永久磁石と同極の第１の電磁石を配置固定すると共に前記第２の永久磁石と周期的に近接対向する位置に前記第２の永久磁石と同極の第２の電磁石を配置固定して成り、風力の外、前記第１の永久磁石と前記第１の電磁石及び前記第２の永久磁石と前記第２の電磁石との反発力により前記回転軸を回転させるようにしたことを特徴とする発電用風車。
4. 前記永久磁石は複数枚の永久磁石板により構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発電用風車。
5. 前記複数の永久磁石板の中で最大磁力を有する永久磁石板が前記ブレードの回転方向に対し最後部位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の発電用風車。
6. 前記永久磁石と前記電磁石とは複数個配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の発電用風車。
7. 前記永久磁石が回転により前記電磁石と対向する位置に侵入する時点で前記電磁石に通電を開始して前記回転軸に反発力を付勢し、前記永久磁石が前記電磁石と対向する位置から離脱する時点で前記電磁石への通電を停止して前記回転軸への反発力を消勢する電磁石制御装置を具備していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の発電用風車。
8. 前記電磁石制御装置による前記電磁石への通電は風力測定値により制御されることを特徴とする請求項７に記載の発電用風車。

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