JP4324294B2 - Small wind power generator - Google Patents
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- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Description
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a small wind power generator that is portable and that generates power by rotating a windmill with wind power.
[0002]
[Prior art]
There is utility model registration No. 3054811 as an example of this wind power generator. The generator described in the publication includes a windmill having blades and a hub, a power shaft directly connected to the windmill, a speed increaser, a bearing, and a generator, and a support that fixes and supports these on the ground. The output shaft of the gearbox is attached to the rotor of the generator. The generator coil is fixed to the main body of the gearbox.
[0003]
The windmill rotates by receiving wind on the blades, and this rotation is transmitted to the gearbox through the power shaft. In the speed increaser, the rotation of the power shaft is further increased to rotate the rotor of the generator. As the rotor rotates, electric power is induced in the coil of the generator to generate power.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the wind power generator has a large rotor for high output, and a speed increaser and a generator are connected to the power shaft. It is difficult to carry and move by human power, which can be supported unless it is a fixed solid support.
[0005]
In addition, since a speed increaser that requires a predetermined torque or more to start rotating is connected to the power shaft, the windmill does not rotate unless the wind power is more than a certain level, so power generation is not possible with weak wind, We cannot plan effective use of weak wind.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of highly efficient power generation with reduced transmission loss, is small and lightweight, and effectively uses natural energy without wasting energy of weak winds. An object of the present invention is to provide a small wind power generator that can generate electricity.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The small wind power generator according to
[0008]
The small wind power generator according to claim 2 is characterized in that the wind power generation unit includes a secondary battery for storing electric power.
[0009]
The small wind power generator according to claim 3 is characterized in that the wind power generation unit includes output means for outputting electric power.
[0010]
The small wind power generator according to claim 4 is characterized in that the wind power generation unit includes output means for outputting electric power.
[0011]
The small wind power generator according to
[0012]
The small wind power generator according to claim 6 is characterized in that the secondary battery is detachably attached to the wind power generation unit.
[0013]
The small wind power generator according to claim 7 is characterized in that the blades are detachably provided on the yoke.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a small wind power generator according to the present invention. 2 is an electrical wiring diagram of the same, and FIG. 3 is a schematic sectional view taken along the line III-III in FIG. 4 is an explanatory view showing a method of assembling the windmill shown in FIG. 1, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the windmill. FIG. 6 is a perspective view of the stator core, and FIG. 7 is a top view of the stator core. FIG. 8 is an enlarged sectional view taken along line VIII of FIG. 3, and FIG. 9 is an electric circuit diagram thereof.
[0015]
1 to 9, a small
[0016]
Four support arms 11a extend from the
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
A
[0020]
The assembly method of the small
[0021]
Next, a method for assembling the
[0022]
Next, the attachment of the
[0023]
When the wind passing through the
[0024]
The amount of power generated by this power generation means is about 4V in voltage and about 30mA in current. Moreover, the magnitude | size and electric power generation amount of the housing |
[0025]
According to the small
Wind can be received effectively by the
[0026]
Further, since no additional device such as an increase / decrease device is required, power generation is possible even with weak winds by suppressing the rotational torque of the
Further, since the power generation means and the rectification means are provided in the wind
[0027]
Further, since the
[0028]
Although not provided in the wind
[0029]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the inside of the windmill is a rotating magnet because a magnet having a cylindrical shape and alternating S poles and N poles formed in the circumferential direction is provided inside the yoke having blades. . Further, since the stator core is provided inside the windmill, the windmill itself is a part of the power generation means. For this reason, the length of the shaft, which is the rotation transmission means, can be kept short, and power can be directly generated by the wind force received by the blades without using an additional device such as an increase / decrease device, thereby reducing transmission loss and high efficiency. Power generation is possible.
Because it is possible to effectively obtain torque by receiving wind with the blades provided in the part far from the rotation center of the windmill, and to generate power with the magnet and coil provided in the part near the rotation center of the windmill, It became possible to obtain a small and lightweight wind power generator.
In addition, since no additional devices such as speed increase / decrease devices are required, power generation is possible even with weak winds by suppressing the rotational torque of the windmill, and natural energy can be used effectively without wasting the energy of weak winds. It is.
Further, since the power generation means and the rectification means are provided in a single unit, transportation and installation are easy.
[0030]
According to the second aspect of the present invention, since the secondary battery is provided, by storing the electric power generated when the wind is blowing in the secondary battery, the electric power can be supplied even in the absence of the wind. Is possible.
[0031]
According to the invention of
Also, secondary batteries with different charging voltages can be charged.
[0032]
According to the invention of claim 6, since the secondary battery is detachable, the secondary battery that has been charged and taken out can be used as a battery for other electrical devices, and an energizing means such as a cable is used. In addition, it is possible to easily supply power to other electric devices.
[0033]
According to the seventh aspect of the present invention, since the blades are detachable from the yoke, the efficiency can be improved by selecting and attaching appropriate blades according to the required power level and the wind strength during power generation. Power generation is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a small wind power generator according to the present invention.
FIG. 2 is the same electrical wiring diagram.
3 is a schematic cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is an explanatory view showing a method of assembling the windmill shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a sectional view of the wind turbine.
FIG. 6 is a perspective view of the stator core.
FIG. 7 is a top view of the stator core.
8 is an enlarged cross-sectional view taken along line VIII in FIG.
FIG. 9 is an electric circuit diagram thereof.
[Explanation of symbols]
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