JP5260786B1 - 発電用磁界として地磁気を利用した風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも軽量化及び低コストの風力発電装置を提供すること。
【解決手段】誘導コイル１と、誘導コイル１に回転を与える風車２と、風車２の回転数を高め、該高められた回転数を誘導コイル１に伝達する増速機３と、誘導コイル１の回転軸及び風車２の回転軸を中心軸とする回転シャフト４と、回転シャフト４をほぼ水平に保持する複数の支持柱５と、支持柱５を固定し水平方向に回動可能な可動台座６と、可動台座６の中心付近に設けられた回転軸を介して可動台座６と連結される固定台座７と、可動台座６の水平状態を示す水平器８と、水平器８に従って可動台座６を水平状態に調整するための水平調整用ツマミ９と、可動台座６の方位を示す方位磁石１０とを備えるとともに、方位磁石１０を方位磁石１０の針が示す南北方向と回転シャフト４の中心軸が直交する方向に設置する。
【選択図】図１

Description

この発明は、風力発電装置に関するもので、特に、発電用の磁界に地磁気を利用し、誘導コイルの回転に風力を用いたことを特徴とする風力発電装置に関する。

一般に、発電機は、誘導コイルを通る磁束を変化させたときに、誘導コイルに起電力が発生するという、ファラデーの電磁誘導の法則を利用したものであり、磁束は永久磁石（場合によっては電磁石）を用いて発生させ、誘導コイルを通る磁束の変化を生じさせる手段としては、誘導コイルをタービン等によって回転させることによって行うのが一般的である。
風力発電装置は、空気という流体の運動（風）エネルギーを、風車（タービンの１種）によって回転エネルギーに変え、その回転エネルギーによって誘導コイルを回転させて磁束を変化させることによって発電を行うものである。また、一般的な風力発電装置では、永久磁石を用いて磁束を発生させている。

しかしながら、従来の風力発電装置は、永久磁石等を用いて磁束を発生させているために、装置が大型化し、重量も大きくなるため、それを支える土台も大掛かりなものとなる。また、それに伴い、本体及び設置コストも嵩むことになるという問題があった。
一方、地球上には、北極（Ｓ極）と南極（Ｎ極）の間に地磁気による磁界が生じており、この地磁気が作る磁界を利用して、発電が可能なことはよく知られている。

本発明は、上述にような事情に鑑み為されたものであり、従来よりも軽量化及び低コストの風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明は、発電用磁界として地磁気を利用した風力発電装置に関し、本発明の上記目的は、導線を巻回してループ状に構成した誘導コイル１と、誘導コイル１に回転を与える風車２と、誘導コイル１と風車２の間に配置され、風車２の回転数を高め、該高められた回転数を誘導コイル１に伝達する増速機３と、誘導コイル１の回転軸及び風車２の回転軸を中心軸とする回転シャフト４と、回転シャフト４をほぼ水平に保持する複数の支持柱５と、支持柱５を固定し水平方向に回動可能な可動台座６と、可動台座６の中心付近に設けられた回転軸を介して可動台座６と連結される固定台座７と、可動台座６に設けられ、可動台座６の水平状態を示す水平器８と、可動台座６に設けられ、水平器８に従って可動台座６を水平状態に調整するための水平調整用ツマミ９と、可動台座６に設けられ、可動台座６の方位を示す方位磁石１０とを備えるとともに、方位磁石１０が、方位磁石１０の針が示す南北方向と回転シャフト４の中心軸が直交する方向に設置されていることを特徴とする風力発電装置によって達成される。

また、本発明の上記目的は、可動台座６の上に回転シャフト４の中心軸と直角な方向を示す方位確認線１１を設け、方位確認線１１の延長線と、方位磁石１０の針が示す南北方向が重なるような位置に方位磁石１０を設置することにより、或いは、可動台座６の回転軸にベアリング１２を備えることによって、さらに効果的に達成される。

本発明に係る風力発電装置によれば、発電用磁界として地磁気を利用しているので、磁石、電磁コイルなどの材料が不要となり、風力発電装置の製作コストが低減出来、装置の重さも軽量化できるという効果がある。
また、小規模の電力を簡単に発電で出来るので、各種電力設備の補助電力として利用価値も非常に優れている。

本発明に係る風力発電装置の一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は立面図である。 誘導コイルの一例を示す図である。

本発明に係る風力発電装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明に係る風力発電装置の一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は立面図である。
本発明に係る風力発電装置は、導線を巻回してループ状に構成した誘導コイル１と、誘導コイル１に回転を与える風車２と、誘導コイル１と風車２の間に配置され、風車２の回転数を高め、該高められた回転数を誘導コイル１に伝達する増速機３が備えられ、風車２の回転シャフト４が増速機３に入力され、出力された高められた回転数が誘導コイル１の回転シャフト４に伝えられて、誘導コイル１が高速で回転する。増速機としては、一般的な風力発電機に内蔵されている、「ギアボックス」と呼ばれるギア（歯車）を組み合わせて回転数を高めるタイプのものが利用可能である。メーカーとしては、例えば株式会社益製作所や株式会社石橋製作所などが知られている。
また、回転シャフト４は、図１（Ｂ）に示すように、支持柱５によって回動台座６にほぼ水平になるように固定されている。回動台座６は、その中心付近に設けられた回転軸を介して固定台座７に連結されている。さらに、回転軸にベアリング１２（軸受）を使用することにより回動台座６をスムーズに回転させることができる。
またさらに、可動台座６には、可動台座６の水平状態を示す水平器８が設けられている。水平器８は一般的な気泡式のものが利用可能である。この水平器の表示を見ながら、可動台座６が水平状態になるように調整するための水平調整用ツマミ９が３箇所設けられている。

また、可動台座６には、可動台座６の方位を示す方位磁石１０が備えられており、誘導コイル１の磁束透過方向が、地磁気のＮ極−Ｓ極方向（方位磁石の針の示す方向）になるように調整される。すなわち、方位磁石１０の針を正しく磁北方向に合わせると、誘導コイル１の回転軸の方向が地磁気の水平分力の方向と直角になるように調整される。
また、可動台座６の上に、予め回転シャフト４の回転軸と直角になるような方向を示す方位確認線１１を設け、方位磁石の磁北方向と方位確認線１１の方向を合わせておけば、方位磁石１０の針を磁北に合わせるだけで、誘導コイル１の回転軸の方向が地磁気の水平分力の方向と直角になるように調整することができるので便利である。
なお、水平分力、方位角、その地点の俯角から、その地点の地磁界の大きさが決まる。地磁界の３要素を決めて、使用する場所の地磁界の状態を管理する。なお、東京付近では、水平分力が約２４（ＡＴ／ｍ）である。

図２は、誘導コイル１の具体例を示す図であり、例えば、円筒状あるいは矩形状の非磁性体のコアに導線を螺旋状に巻回することによって形成することができる。誘導コイル１を図の矢印方向（実際には紙面に垂直な方向）に磁束が透過するような状態で回転させたとき、誘導コイル１を透過する磁束の変化に応じて、コイル内に誘導起電力が発生し、それをブラシを通して取り出し、負荷に接続することによって電力として使用することができる。

発電用の磁界として地磁気を利用するので、大容量の発電装置としての使用には適さないが、一般家庭の電力の供給、自動車のＥＶ車の供給電源、街灯用電源、その他航空機、船舶、医療等の補助電源としての利用価値があり、発電装置の製作コストなども低減できる。

１ 誘導コイル
２ 風車
３ 増速機
４ 回転シャフト
５ 支持柱
６ 可動台座
７ 固定台座
８ 水平器
９ 水平調整用つまみ
１０ 方位磁石
１１ 方位確認線
１２ ベアリング（軸受）

Claims (3)

1. 発電用磁界として地磁気を利用した風力発電装置であって、該風力発電装置は、
   導線を巻回してループ状に構成した誘導コイルと、
   前記誘導コイルに回転を与える風車と、
   前記誘導コイルと前記風車の間に配置され、前記風車の回転数を高め、該高められた回転数を前記誘導コイルに伝達する増速機と、
   前記誘導コイルの回転軸及び前記風車の回転軸を中心軸とする回転シャフトと、
   前記回転シャフトをほぼ水平に保持する複数の支持柱と、
   前記支持柱を固定し、水平方向に回動可能な可動台座と、
   前記可動台座の中心付近に設けられた回転軸を介して、前記可動台座と連結される固定台座と、
   前記可動台座に設けられ、前記可動台座の水平状態を示す水平器と、
   前記可動台座に設けられ、前記水平器に従って前記可動台座を水平状態に調整するための水平調整用ツマミと、
   前記可動台座に設けられ、前記可動台座の方位を示す方位磁石と
   を備えるとともに、
   前記方位磁石は、前記方位磁石の針が示す南北方向と前記回転シャフトの中心軸が直交する方向に設置されていることを特徴とする風力発電装置。
2. 前記可動台座に前記回転シャフトの中心軸と直角な方向を示す方位確認線を設け、該方位確認線の延長線と、前記方位磁石の針が示す南北方向が重なるような位置に前記方位磁石を設置したことを特徴とする、請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記可動台座の回転軸にベアリングが備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置。