JP5904352B2 - 該遊星マグネットギアドライブ式発電機を用いた風力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は遊星マグネットギアドライブ式発電機を用いた風力発電装置に関するものである。

例えば、近年注目されている風力発電装置においては、自然エネルギーである風力を利用して風車を回転させ、風車の回転力を利用して発電機により発電し、自然エネルギーである風力に基づく電力を得て各種負荷設備に電力供給を行っていることは周知の通りである。

このような風力発電装置のうち、特に垂直軸・垂直翼型の風車を用いる風力発電装置においては、支柱の上部に風車を配置しその直下に円盤型発電機を同軸に配置して、風車の回転力を円盤型発電機に伝達し、円盤型発電機内において一方を固定し他方を回転可能とした磁石、コイル間に生じる相対速度に基づく発電出力を得る構造のものが多い。

そして、風力エネルギーを効率良く利用し、より大きい発電出力を得るためには、磁石、コイル間に生じる相対速度を大きくすることが要請されるところである。

さらに、風力発電装置に用いる発電機としては、風力発電装置が市街地等、多くの住民が居住する地域に設置されることも多いことから、可能な限り低騒音であり、かつ、保守性にも優れることも要請されるところである。

特許文献１には、ダリウス翼の風車と、サボニウス翼の風車とを組み合わせるとともに、これら二つの風車と発電機との間に通常のギアを用いた遊星伝動機構を設け、遊星伝動機構によりダリウス翼及びサボニウス翼の回転を効率的に電気エネルギーに変換することを狙った風力発電装置が提案されている。

しかし、特許文献１の風力発電装置における発電機を駆動する遊星伝動機構は通常のギアを用いた構成であり、騒音の点、保守性の点が危惧されるところであり、この特許文献１を含め、風力発電装置に用いて好適な電力への変換効率が高く、かつ、低騒音を実現でき、保守性にも優れるような遊星マグネットギアドライブ式の発電機は見当たらないのが現状である。

特開２００７−１１３５６２号公報

本発明が解決しようとする問題点は、上述したように自然エネルギーから電力への変換効率が高く、かつ、低騒音を実現でき、保守性にも優れるような遊星マグネットギアドライブ式の発電機が存在しない点である。

本発明に係る遊星マグネットギアドライブ式発電機を用いた風力発電装置は、設置箇所に垂直に立設される中空の支持用支柱と、この支持用支柱の上端部に取り付け軸筒部を介して配置される発電機と、この発電機上に配置されるジャイロミル係（垂直軸・垂直翼型）の風車とを有するとともに前記取り付け軸筒部は、アンダーケースに同軸配置にかつ一体的に取り付けた回転軸筒部と、この回転軸筒部を回転可能に支持する固定軸筒部とを具備し、固定軸筒部を前記支持用支柱の上端から内方に嵌装し、支持用支柱の外側から固定ボルトをねじ込んで固定軸筒部を支持用支柱と同軸配置に固定して構成し、さらに前記風車は前記発電機のマグネットケースに下部が連結される風車軸としての回転軸と、この回転軸から側方に所定の間隔の放射状配置で突設した上下一組ずつ複数組のアームと、上下一組ずつの各アームの突出端より各々支持した垂直配置で、かつ長さ方向と直交する方向の断面又は端面形状を流線型状として複数のブレードを有するとともに各ブレードの裏面には風力エネルギーを裏面側から効率よく捉えるための複数の開口部を設け、かつ当該各開口部は各ブレードの中央部に配置の開口部より上下方向間に設ける開口部の形状及び開口数を対称に配置して複数個設けることにより構成した風力発電装置において、自然力により回転駆動される回転軸の回転力を受け、前記回転軸と同軸に配置した発電機軸により回転可能に軸支したサンマグネットギアの回転を前記回転軸の回転より高速となるように駆動するマグネットギアを用いた遊星マグネットギア増速機構と、前記発電機軸により回転可能に軸支され、かつ、一定の間隔をもって平行状態に対向配置され、前記サンマグネットギアの回転に連動して回転する円環状のアッパーマグネット及び円環状のアンダーマグネットと、前記発電機軸により固定支持されるとともに、前記アッパーマグネット、アンダーマグネットの間に非接触で対向配置した円板状でコイルを搭載したコイル体と、を有し、前記サンマグネットギアとともに高速駆動される前記アッパーマグネット、アンダーマグネットによる磁束と前記コイルとの鎖交により前記コイルに発電出力を誘起させる発電機構と、を有し、前記遊星マグネットギア増速機構と、前記発電機構とを、マグネットギアケース及びケース体内に上下連設配置に収納したことを最も主要な特徴とする。

請求項１乃至３記載の発明によれば、自然力により回転駆動される回転軸を駆動源とし、前記回転軸と同軸に配置した発電機軸に取り付けた遊星マグネットギア増速機構により回転軸の回転を非接触で増幅した回転出力を得て発電機構に伝達して、発電機構のアッパーマグネット、アンダーマグネットとコイル体との相対速度を大きくしてコイル体のコイルに発電出力を誘起するように構成し、かつ、前記遊星マグネットギア増速機構と、前記発電機構とを、マグネットギアケース及びケース体内に上下連設配置に収納し一体化した構成の基に、自然エネルギーから電力への変換効率が高く、かつ、通常のギアを用いた遊星歯車機構を使用する場合に比べ機械的損失低減、低騒音を実現でき、保守性にも優れる遊星マグネットギアドライブ式発電機を用いた風力発電装置を提供することができる。

また、本発明によれば、円盤型同軸反転式発電機における機械的損失低減、低騒音構造の実現、保守性の向上を図れるとともに、発電出力が極めて大きく（すなわち、風力エネルギーの電力への変換効率が大きく）、実用価値の高い垂直軸・垂直翼型の風車構造で、遊星マグネットギアドライブ式発電機を用いた風力発電装置を提供することができる。

図１は本発明の実施例に係る遊星マグネットギアドライブ式発電機の外観を示す概略斜視図である。 図２は本実施例に係る遊星マグネットギアドライブ式発電機の概略分解斜視図である。 図３は本実施例に係る遊星マグネットギアドライブ式発電機の動作説明図である。 図４は本実施例に係る遊星マグネットギアドライブ式発電機における遊星マグネットギア増速機構のプラネタリーマグネットギア、ピニオンマグネットギア、サンマグネットギアの非接触による回転状態を底面側から見た概略説明図である。 図５は本実施例に係る遊星マグネットギアドライブ式発電機を用いた風力発電装置の部分切欠正面図である。

本発明は、自然エネルギーから電力への変換効率が高く、かつ、低騒音を実現でき、保守性にも優れ、さらには、遊星マグネットギア増速機構と、発電機構とを連設配置に一体化した遊星マグネットギアドライブ式発電機を提供するという目的を、設置箇所に垂直に立設される中空の支持用支柱と、この支持用支柱の上端部に取り付け軸筒部を介して配置される発電機と、この発電機上に配置されるジャイロミル係（垂直軸・垂直翼型）の風車とを有するとともに前記取り付け軸筒部は、アンダーケースに同軸配置にかつ一体的に取り付けた回転軸筒部と、この回転軸筒部を回転可能に支持する固定軸筒部とを具備し、固定軸筒部を前記支持用支柱の上端から内方に嵌装し、支持用支柱の外側から固定ボルトをねじ込んで固定軸筒部を支持用支柱と同軸配置に固定して構成し、さらに前記風車は前記発電機のマグネットケースに下部が連結される風車軸としての回転軸と、この回転軸から側方に所定の間隔の放射状配置で突設した上下一組ずつ複数組のアームと、上下一組ずつの各アームの突出端より各々支持した垂直配置で、かつ長さ方向と直交する方向の断面又は端面形状を流線型状として複数のブレードを有するとともに各ブレードの裏面には風力エネルギーを裏面側から効率よく捉えるための複数の開口部を設け、かつ当該各開口部は各ブレードの中央部に配置の開口部より上下方向間に設ける開口部の形状及び開口数を対称に配置して複数個設けることにより構成した風力発電装置において、自然力により回転駆動される回転軸を駆動源とするとともに、前記回転軸と同軸に配置した発電機軸に取り付けた遊星マグネットギア増速機構と、前記遊星マグネットギア増速機構により駆動されて発電出力を誘起する発電機構と、を有する遊星マグネットギアドライブ式発電機であって、前記遊星マグネットギア増速機構は、前記回転軸と同軸に配置した発電機軸により回転可能に軸支され、前記回転軸の回転力を受けて回転駆動される円盤状のマグネットギアケースと、前記マグネットギアケース内でその下面に添着した円環状で内周部に多数の磁石を配列したプラネタリーマグネットギアと、前記マグネットギアケース内で、前記発電機軸に対してプラネタリーキャリアーを介して回転可能に取り付けられ、前記プラネタリーマグネットギアの磁石による磁力により非接触で回転駆動される外周部に多数の磁石を配列した複数個の円形のピニオンマグネットギアと、前記マグネットギアケース内で、前記発電機軸により回転可能に軸支され、前記各ピニオンマグネットギアの磁石の磁力により非接触で回転駆動される外周部に多数の磁石を配列した円形のサンマグネットギアとを具備し、前記プラネタリーマグネットギア、ピニオンマグネットギア、サンマグネットギアのマグネットギア比を、前記回転軸が１回転するときサンマグネットギアが２回転する値とし、前記発電機構は、前記マグネットギアケースの下部において、前記発電機軸により各々回転可能に軸支された円盤状のアッパーケース、アンダーケースを接合し中空円盤状に形成され、アッパーケースを前記サンマグネットギアに連結したケース体と、前記ケース体内において、一定の間隔をもって平行状態に対向配置され、前記サンマグネットギアの回転に応じて前記ケース体とともに連動して回転する円環状のアッパーマグネット及び円環状のアンダーマグネットと、前記ケース体内において、前記発電機軸により固定支持されるとともに、前記アッパーマグネット、アンダーマグネットの間に非接触で対向配置した円板状で発電用のコイルを搭載したコイル体と、前記コイルに一端を接続し前記発電機軸内を経て外部に導出した電力ケーブルと、を有し、前記サンマグネットギアとともに前記回転軸の回転数の２倍の回転数で駆動される前記アッパーマグネット、アンダーマグネットによる磁束と前記コイルとの鎖交により前記コイルに発電出力を誘起させ、前記電力ケーブルを経て発電出力を外部に送電する構成とし、前記遊星マグネットギア増速機構と、前記発電機構とを、マグネットギアケース及びケース体内に上下連設配置に収納したことにより実現した。

以下に本発明の実施例に係る遊星マグネットギアドライブ式発電機及びこの遊星マグネットギアドライブ式発電機を用いた風力発電装置について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施例に係る遊星マグネットギアドライブ式発電機（以下「発電機」という）１は、図１、図２に示すように、自然力により回転駆動される回転軸１０２を駆動源とするとともに、前記回転軸１０２と同軸に、かつ、固定状態に配置した発電機軸２に取り付けた遊星マグネットギア増速機構３と、前記遊星マグネットギア増速機構３により駆動されて発電出力を誘起する発電機構４と、を有している。

前記遊星マグネットギア増速機構３は、前記回転軸１０２と同軸に配置した発電機軸２により上部ベアリング５を介して回転可能に軸支され、前記回転軸１０２の回転力を受けてこの回転軸１０２と一体的に回転駆動される下方が開口した円形皿状で全体として円盤状に形成したマグネットギアケース１１と、前記マグネットギアケース１１内でその下面に添着した円環状で内周部に多数の磁石をＮ極、Ｓ極が交互となるように全周にわたって円形に配列した円環状のプラネタリーマグネットギア１２と、前記マグネットギアケース１１内で、前記発電機軸２に中心部を取り付けた略十字形状のプラネタリーキャリアー１３の４個の突出端部１３ａに各々軸支ピン１３ｂを介して回転可能に取り付けられ、前記プラネタリーマグネットギア１２の磁石による磁力により非接触（例えば間隔０．５〜１ｍｍ等）で回転駆動される外周部に多数の磁石をＮ極、Ｓ極が交互となるように配列した複数個、例えば４個の円形のピニオンマグネットギア１４と、前記マグネットギアケース１１内で、前記発電機軸２により後述する円盤状のアッパーケース２１とともに中間部ベアリング６を介して回転可能に軸支され、前記各ピニオンマグネットギア１４の磁石の磁力により非接触（例えば間隔０．５〜１ｍｍ等）で回転駆動される外周部に多数の磁石をＮ極、Ｓ極が交互となるように全周にわたって配列した円形のサンマグネットギア１５とを具備している。

前記プラネタリーマグネットギア１２、ピニオンマグネットギア１４、サンマグネットギア１５のマグネットギア比を、例えば、前記回転軸１０２が１回転、従って前記プラネタリーマグネットギア１２が１回転するとき、サンマグネットギア１５が２回転する値に設定している。

すなわち、遊星マグネットギア増速機構３のマグネットギア比を、１：２に設定している。

前記マグネットギアケース１１の上端部には、上部ベアリング５を収納する上部軸受筒部１１ａが設けられ、この上部軸受筒部１１ａに対して前記回転軸１０２の下端部に設けた円形フランジ部１０２ａを接合し、ボルト８を用いて前記回転軸１０２をマグネットギアケース１１に一体に連結している。

前記発電機構４は、前記マグネットギアケース１１の下部において、前記発電機軸２に対して中間部ベアリング６を用いて回転可能に軸支された下方が開口した円形皿状で全体として円盤状のアッパーケース２１と、前記発電機軸２に対して下部ベアリング７を用いて回転可能に軸支された上方が開口した円形皿状で全体として円盤状のアンダーケース２２とを具備し、前記アッパーケース２１、アンダーケース２２を互いに接合し、中空円盤状としたケース体２３を有している。
そして、図１に示すように、前記マグネットギアケース１１、ケース体２３内に、前記遊星マグネットギア増速機構３及び前記発電機構４を上下連設配置に収納している。

前記ケース体２３内には、一定の間隔をもって上下平行状態に対向配置され、前記サンマグネットギア１５の回転に応じて前記ケース体２３とともに連動して回転する円環状のアッパーマグネット２４、円環状のアンダーマグネット２６を配置している。

また、前記ケース体２３内には、前記発電機軸２により固定支持されるとともに、前記アッパーマグネット２４、アンダーマグネット２６の間にこれらに非接触で、かつ、平行に対向配置した円板状で発電用のコアレス型のコイルを搭載したコイル体３０を前記発電機軸２により中心部を固定支持する状態で配置している。

前記アッパーマグネット２４は、アッパーマグネット支持円板２５に多数のマグネットＭｇをＮ極、Ｓ極が円周全体にわたって交互に並ぶ配列で固着し、アッパーマグネット支持円板２５を前記アッパーケース２１の内底面に接着等により同心配置に添着し、多数のマグネットＭｇをコイル体３０の上面側に臨ませている。

前記アンダーマグネット２６は、アンダーマグネット支持円板２７に多数のマグネットＭｇをＮ極、Ｓ極が円周全体にわたって交互に並ぶ配列で固着し、アンダーマグネット支持円板２７を前記アンダーケース２２の内底面に接着等により同心配置に添着し、多数のマグネットＭｇをコイル体３０の下面側に臨ませている。

また、前記アッパーマグネット２４の多数のマグネットＭｇと、前記アンダーマグネット２６の多数のマグネットＭｇとは、前記コイル体３０を挟んで異磁極（Ｎ極とＳ極）が円周方向に交互に上下対向する配置としている。

さらに、前記発電機構４は、前記コイル体３０のコイルに一端を接続し、前記発電機軸２内を経て外部に導出した電力ケーブル３１を備えている。
前記ケース体２３を構成する前記アンダーケース２２の下部には、円筒状の取り付け軸筒部３２がアンダーケース２２と同心でかつ一体に設けられ、この取り付け軸筒部３２を詳細は後述する支持用支柱１０５の上端部に回転可能に嵌装している。

尚、図２に点線で示す発電機軸２は、説明の便宜上、実際よりも軸方向の長さを大きく表示しているが、発電機１内の実際の長さは、図１に示すマグネットギアケース１１、ケース体２３及び取り付け軸筒部３２の中心部を垂直方向に貫く長さであることは言うまでもない。

次に、上述した本実施例に係る発電機１の発電動作について、図３、図４を参照して説明する。

本実施例に係る発電機１において、前記回転軸１０２が例えば図３に示す矢印ａ方向（反時計回り方向）に回転駆動されると、この回転軸１０２に一体に連結した遊星マグネットギア増速機構３を構成するマグネットギアケース１１及びその内部のプラネタリーマグネットギア１２も上部ベアリング５に軸支されて矢印ａ方向に回転駆動される。

前記プラネタリーマグネットギア１２が、矢印ａ方向に回転駆動されると、マグネットギアケース１１内において前記プラネタリーマグネットギア１２と非接触に配置した４個のピニオンマグネットギア１４は、前記プラネタリーマグネットギア１２の磁力（反発力又は吸引力）により各々軸支ピン１３ｂの回りをやはり矢印ａ方向（反時計回り方向）に回転駆動される。

前記マグネットギアケース１１内の中心部に、前記各ピニオンマグネットギア１４と非接触に配置した前記サンマグネットギア１５は、前記中間部ベアリング６に軸支されて前記各ピニオンマグネットギア１４の磁力（反発力又は吸引力）により前記矢印ａ方向（反時計回り方向）とは反対の矢印ｂ方向（時計回り方向）に回転駆動され、同時に発電機構４を構成するアッパーケース２１、アンダーケース２２からなるケース体２３も前記サンマグネットギア１５とともに矢印ｂ方向（時計回り方向）に回転駆動される。

このとき、既述したように、前記遊星マグネットギア増速機構３のマグネットギア比を１：２に設定しているので、前記回転軸１０２に対して前記サンマグネットギア１５及び前記ケース体２３は、２倍の回転速度で矢印ｂ方向（時計回り方向）に回転駆動される。

尚、図４は、前記プラネタリーマグネットギア１２、ピニオンマグネットギア１４、サンマグネットギア１５の非接触による回転状態を遊星マグネットギア増速機構３の底面側から見た状態を示すものである。

このようにして、前記ケース体２３内のアッパーマグネット２４、アンダーマグネット２６も前記回転軸１０２に対して２倍の回転速度で矢印ｂ方向（時計回り方向）に回転駆動される（２倍増速）。

これにより、前記アッパーマグネット２４、アンダーマグネット２６と、固定配置したコイル体３０のコイルとの相対速度は、単にコイル体３０に対向させた円盤状配置のマグネットを前記回転軸１０２と同じ回転速度で回転駆動する場合に比べ２倍となり、前記アッパーマグネット２４、アンダーマグネット２６間の磁束が鎖交する前記コイル体３０のコイルに４倍の発電出力を生成することができる（発電出力は、マグネットとコイルとの相対速度の２乗に比例する）。

前記コイル体３０のコイルに生成した発電出力は、前記電力ケーブル３１を経て発電機１の外部に送電される。

本実施例に係る発電機１によれば、前記遊星マグネットギア増速機構３により、前記回転軸１０２の回転をサンマグネットギア１５を経て２倍に増速し、発電機構４のアッパーマグネット２４、アンダーマグネット２６に伝達することで、コイル体３０のコイルに４倍の発電出力を生成するように構成しているので、発電出力が極めて大きい（すなわち、自然エネルギーの電力への変換効率が大きい）発電機１を得ることができる。

尚、前記遊星マグネットギア増速機構３のマグネットギア比としては、上述したような１：２に設定する場合の他、前記プラネタリーマグネットギア１２、ピニオンマグネットギア１４、サンマグネットギア１５のマグネット配列個数の変更により、マグネットギア比を、例えば１：１．１〜１：２０のように種々に変更して、これらのマグネットギア比に対応した発電出力をコイル体３０のコイルに生成し、前記電力ケーブル３１を経て発電機１の外部に送電することも可能である。

また、本実施例に係る発電機１によれば、前記遊星マグネットギア増速機構３において、前記プラネタリーマグネットギア１２からピニオンマグネットギア１４への回転力伝達、及び、ピニオンマグネットギア１４からサンマグネットギア１５への回転力伝達をいずれも磁力を利用した非接触で行う構成としているので、従来公知の通常のギアを用いた遊星歯車機構により前記回転軸１０２の回転を増速する場合に比べ、機械的接触部分が減少し、摩耗等の機械的損失低減を図り、かつ、機械的接触部分低減による低騒音構造の実現を図ることができるという顕著な効果を奏する。

さらには、前記遊星マグネットギア増速機構３の機構部分に潤滑油を含ませることも不要となり、発電機１自体の保守性の向上を図ることもできる。

次に、図５を参照して本実施例に係る発電機１を用いた風力発電装置１００について説明する。

前記風力発電装置１００は、例えば市街地、市街地の郊外、山間部、海岸部等の各所の設置箇所に垂直に立設される中空の支持用支柱１０５と、この支持用支柱１０５の上端部に前記取り付け軸筒部３２を介して配置される前記発電機１と、この発電機１上に配置される例えばジャイロミル形（垂直軸・垂直翼型）の風車１０１と、を有している。

前記取り付け軸筒部３２は、前記アンダーケース２２に同軸配置にかつ一体に取り付けた回転軸筒部３２ａと、この回転軸筒部を回転可能に支持する固定軸筒部３２ｂとを具備し、固定軸筒部３２ｂを前記支持用支柱１０５の上端から内方に嵌装し、支持用支柱１０５の外周側から固定ボルト３３をねじ込んで固定軸筒部３２ｂを支持用支柱１０５と同軸配置に固定するように構成している。

また、前記発電機軸２は、支持用支柱１０５の上端中央部において固定軸筒部３２ｂにより垂直配置に固定支持するように構成している。

前記風車１０１は、前記発電機１のマグネットギアケース１１に下部が連結される風車軸としての回転軸１０２と、この回転軸１０２から側方に所定の間隔（回転軸１０２から１２０度間隔の放射状配置で突設した上下一組ずつ、３組のアーム１０３と、上下一組ずつの各アーム１０３の突出端により各々支持した垂直配置で、かつ、長さ方向と直交する方向の断面又は端面形状を流線形状とした３枚のブレード１０４と、を有している。

前記各ブレード１０４の裏面には、風力エネルギーを裏面側から効率よく捉えるための開口部１０４ａを設けている。
また、各開口部１０４ａは、図５に示すようにブレード１０４の中央部に開口配置の開口部１０４ａ−１より上方に開口配置の各開口部１０４ａ−２〜１０４ａ−４の開口形状、開口数に対して下方に開口配置の各開口部１０４ｂ−１〜１０４ｂ−４は、前記上方の各開口部１０４ａ−１〜１０４ａ−４に対称の開口形状、開口数を開口配置することにより構成してある。

前記ブレード１０４は、その大型化及び強風時における強度確保、及び、重量軽減のため、ブレード１０４自体の外形部をアルミニウム合金、チタン合金、炭素繊維素材、ＦＲＰ（強化プラスチック）素材等から選ばれる素材で形成し、その内部に発泡ウレタン、強化発泡スチロール等を注入して、前記ブレード１０４内部の強化を図っている。さらに、前記ブレード１０４の外径部の成形には、ベンダー等による折り曲げ加工、型枠等による一体成型の技術を採用している。

また、前記風力発電装置１００においては、前記発電機１から導出した電力ケーブル３１を、支持用支柱１０５内に挿通し、適宜箇所から引き出して図示しないコントローラに接続し、前記発電機１の発電出力をコントローラに送電するように構成している。

次に、本実施例に係る発電機１を用いた風力発電装置１００の発電動作について説明する。

前記風力発電装置１００は、自然エネルギーである風力による前記風車１０１の回転力を、前記回転軸１０２を介して遊星マグネットギア増速機構３を構成するマグネットギアケース１１及びプラネタリーマグネットギア１２に伝達し、既述したように、前記回転軸１０２の回転をサンマグネットギア１５を経て２倍に増速し、発電機構４における前記ケース体２３内のアッパーマグネット２４、アンダーマグネット２６に伝達し、これらアッパーマグネット２４、アンダーマグネット２６を前記回転軸１０２に対して２倍の回転速度で矢印ｂ方向（時計回り方向）に回転駆動することで、コイル体３０のコイルに既述した如く通常の４倍の発電出力を生成し、電力ケーブル３１を経て外部に送電するように構成しているので、自然エネルギーである風力エネルギーの電力への変換効率が大きい風力発電装置１００を得ることができる。

また、本実施例に係る発電機１を用いた風力発電装置１００によれば、前記発電機１において既述したような機械的損失低減、低騒音構造の実現、保守性の向上をも図ることができる利点も存する。
尚、前記風力発電装置１００において、前記風車１０１のブレード１０４として３枚構造の場合を説明したが、これに限らず、２枚構造としたり、４枚、６枚、・・・等、さらに多数枚構造とした風車１０１を使用することも可能である。

尚、前記遊星マグネットギアドライブ式発電機１におけるマグネットギア比は、マグネット配列個数の変更により例えば１：ｎ（ｎは正の数、例えば１：１．１〜１：２０等、さらにはｎは理論的に可能範囲の正の数）のように種々に変更して、これらのマグネットギア比に対応したその２乗倍に相当する発電出力を外部に送電するよう構成することも可能である。
また、このように構成した遊星マグネットギアドライブ式発電機１を用いて、マグネットギア比の２乗倍に相当する発電出力を得る風力発電装置１００を構成することも可能である。

本発明の遊星マグネットギアドライブ式発電機は、上述したような風力発電装置に適用する場合の他、自然エネルギーである水力により回転する水車の回転力を利用して、大きな発電出力を得る水車発電装置等にも適用可能である。また、自転車、バイク自動車のダイナモ、水力のタービン発電機、蒸気タービン発電機、プロペラ式発電機等、回転エネルギーから電力エネルギーに変換する発電機としても応用可能である。

１ 遊星マグネットギアドライブ式発電機
２ 発電機軸
３ 遊星マグネットギア増速機構
４ 発電機構
５ 上部ベアリング
６ 中間部ベアリング
７ 下部ベアリング
８ ボルト
１１ マグネットギアケース
１１ａ 上部軸受筒部
１２ プラネタリーマグネットギア
１３ プラネタリーキャリアー
１３ａ 突出端部
１３ｂ 軸支ピン
１４ ピニオンマグネットギア
１５ サンマグネットギア
２１ アッパーケース
２２ アンダーケース
２３ ケース体
２４ アッパーマグネット
２５ アッパーマグネット支持円板
２６ アンダーマグネット
２７ アンダーマグネット支持円板
３０ コイル体
３１ 電力ケーブル
３２ 取り付け軸筒部
３２ａ 回転軸筒部
３２ｂ 固定軸筒部
３３ 固定ボルト
１００ 風力発電装置
１０１ 風車
１０２ 回転軸
１０２ａ 円形フランジ部
１０３ アーム
１０４ ブレード
１０４ａ 開口部
１０５ 支持用支柱
Ｍｇ マグネット

Claims (3)

1. 設置箇所に垂直に立設される中空の支持用支柱と、この支持用支柱の上端部に取り付け軸筒部を介して配置される発電機と、この発電機上に配置されるジャイロミル形の風車とを有するとともに前記取り付け軸筒部は、アンダーケースに同軸配置にかつ一体的に取り付けた回転軸筒部と、この回転軸筒部を回転可能に支持する固定軸筒部とを具備し、固定軸筒部を前記支持用支柱の上端から内方に嵌装し、支持用支柱の外側から固定ボルトをねじ込んで固定軸筒部を支持用支柱と同軸配置に固定して構成し、さらに前記風車は前記発電機のマグネットケースに下部が連結される風車軸としての回転軸と、この回転軸から側方に所定の間隔の放射状配置で突設した上下一組ずつ複数組のアームと、上下一組ずつの各アームの突出端より各々支持した垂直配置で、かつ長さ方向と直交する方向の断面又は端面形状を流線型状として複数のブレードを有するとともに各ブレードの裏面には風力エネルギーを裏面側から効率よく捉えるための複数の開口部を設け、かつ当該各開口部は各ブレードの中央部に配置の開口部より上下方向間に設ける開口部の形状及び開口数を対称に配置して複数個設けることにより構成した風力発電装置において、
   自然力により回転駆動される回転軸の回転力を受け、前記回転軸と同軸に配置した発電機軸により回転可能に軸支したサンマグネットギアの回転を前記回転軸の回転より高速となるように駆動するマグネットギアを用いた遊星マグネットギア増速機構と、
   前記発電機軸により回転可能に軸支され、かつ、一定の間隔をもって平行状態に対向配置され、前記サンマグネットギアの回転に連動して回転する円環状のアッパーマグネット及び円環状のアンダーマグネットと、前記発電機軸により固定支持されるとともに、前記アッパーマグネット、アンダーマグネットの間に非接触で対向配置した円板状でコイルを搭載したコイル体と、を有し、前記サンマグネットギアとともに高速駆動される前記アッパーマグネット、アンダーマグネットによる磁束と前記コイルとの鎖交により前記コイルに発電出力を誘起させる発電機構と、
   を有し、前記遊星マグネットギア増速機構と、前記発電機構とを、マグネットギアケース及びケース体内に上下連設配置に収納したことを特徴とする遊星マグネットギアドライブ式発電機を用いた風力発電装置。
2. 設置箇所に垂直に立設される中空の支持用支柱と、この支持用支柱の上端部に取り付け軸筒部を介して配置される発電機と、この発電機上に配置されるジャイロミル形の風車とを有するとともに前記取り付け軸筒部は、アンダーケースに同軸配置にかつ一体的に取り付けた回転軸筒部と、この回転軸筒部を回転可能に支持する固定軸筒部とを具備し、固定軸筒部を前記支持用支柱の上端から内方に嵌装し、支持用支柱の外側から固定ボルトをねじ込んで固定軸筒部を支持用支柱と同軸配置に固定して構成し、さらに前記風車は前記発電機のマグネットケースに下部が連結される風車軸としての回転軸と、この回転軸から側方に所定の間隔の放射状配置で突設した上下一組ずつ複数組のアームと、上下一組ずつの各アームの突出端より各々支持した垂直配置で、かつ長さ方向と直交する方向の断面又は端面形状を流線型状として複数のブレードを有するとともに各ブレードの裏面には風力エネルギーを裏面側から効率よく捉えるための複数の開口部を設け、かつ当該各開口部は各ブレードの中央部に配置の開口部より上下方向間に設ける開口部の形状及び開口数を対称に配置して複数個設けることにより構成した風力発電装置において、
   自然力により回転駆動される回転軸を駆動源とするとともに、前記回転軸と同軸に配置した発電機軸に取り付けた遊星マグネットギア増速機構と、前記遊星マグネットギア増速機構により駆動されて発電出力を誘起する発電機構と、を有する遊星マグネットギアドライブ式発電機であって、
   前記遊星マグネットギア増速機構は、
   前記回転軸と同軸に配置した発電機軸により回転可能に軸支され、前記回転軸の回転力を受けて回転駆動される円盤状のマグネットギアケースと、前記マグネットギアケース内でその下面に添着した円環状のプラネタリーマグネットギアと、前記マグネットギアケース内で、前記発電機軸に対してプラネタリーキャリアーを介して回転可能に取り付けられ、前記プラネタリーマグネットギアにより非接触で回転駆動される円形のピニオンマグネットギアと、前記マグネットギアケース内で、前記発電機軸により回転可能に軸支され、前記ピニオンマグネットギアにより非接触で回転駆動される円形のサンマグネットギアとを具備し、前記サンマグネットギアの回転を前記回転軸の回転より高速となるように駆動し、
   前記発電機構は、
   前記マグネットギアケースの下部において、前記発電機軸により各々回転可能に軸支された円盤状のアッパーケース、アンダーケースを接合し中空円盤状に形成され、アッパーケースを前記サンマグネットギアに連結したケース体と、前記ケース体内において、一定の間隔をもって平行状態に対向配置され、前記サンマグネットギアの回転に応じて前記ケース体とともに連動して回転する円環状のアッパーマグネット及び円環状のアンダーマグネットと、前記ケース体内において、前記発電機軸により固定支持されるとともに、前記アッパーマグネット、アンダーマグネットの間に非接触で対向配置した円板状で発電用のコイルを搭載したコイル体と、前記コイルに一端を接続し前記発電機軸内を経て外部に導出した電力ケーブルと、を有し、前記サンマグネットギアとともに高速駆動される前記アッパーマグネット、アンダーマグネットによる磁束と前記コイルとの鎖交により前記コイルに発電出力を誘起させ、前記電力ケーブルを経て発電出力を外部に送電する構成とし、
   前記遊星マグネットギア増速機構と、前記発電機構とを、マグネットギアケース及びケース体内に上下連設配置に収納したことを特徴とする遊星マグネットギアドライブ式発電機を用いた風力発電装置。
3. 設置箇所に垂直に立設される中空の支持用支柱と、この支持用支柱の上端部に取り付け軸筒部を介して配置される発電機と、この発電機上に配置されるジャイロミル形の風車とを有するとともに前記取り付け軸筒部は、アンダーケースに同軸配置にかつ一体的に取り付けた回転軸筒部と、この回転軸筒部を回転可能に支持する固定軸筒部とを具備し、固定軸筒部を前記支持用支柱の上端から内方に嵌装し、支持用支柱の外側から固定ボルトをねじ込んで固定軸筒部を支持用支柱と同軸配置に固定して構成し、さらに前記風車は前記発電機のマグネットケースに下部が連結される風車軸としての回転軸と、この回転軸から側方に所定の間隔の放射状配置で突設した上下一組ずつ複数組のアームと、上下一組ずつの各アームの突出端より各々支持した垂直配置で、かつ長さ方向と直交する方向の断面又は端面形状を流線型状として複数のブレードを有するとともに各ブレードの裏面には風力エネルギーを裏面側から効率よく捉えるための複数の開口部を設け、かつ当該各開口部は各ブレードの中央部に配置の開口部より上下方向間に設ける開口部の形状及び開口数を対称に配置して複数個設けることにより構成した風力発電装置において、
   自然力により回転駆動される回転軸を駆動源とするとともに、前記回転軸と同軸に配置した発電機軸に取り付けた遊星マグネットギア増速機構と、前記遊星マグネットギア増速機構により駆動されて発電出力を誘起する発電機構と、を有する遊星マグネットギアドライブ式発電機であって、
   前記遊星マグネットギア増速機構は、
   前記回転軸と同軸に配置した発電機軸により回転可能に軸支され、前記回転軸の回転力を受けて回転駆動される円盤状のマグネットギアケースと、前記マグネットギアケース内でその下面に添着した円環状で内周部に多数の磁石を配列したプラネタリーマグネットギアと、前記マグネットギアケース内で、前記発電機軸に対してプラネタリーキャリアーを介して回転可能に取り付けられ、前記プラネタリーマグネットギアの磁石による磁力により非接触で回転駆動される外周部に多数の磁石を配列した複数個の円形のピニオンマグネットギアと、前記マグネットギアケース内で、前記発電機軸により回転可能に軸支され、前記各ピニオンマグネットギアの磁石の磁力により非接触で回転駆動される外周部に多数の磁石を配列した円形のサンマグネットギアとを具備し、前記プラネタリーマグネットギア、ピニオンマグネットギア、サンマグネットギアのマグネットギア比を、前記回転軸が１回転するときサンマグネットギアが２回転する値とし、
   前記発電機構は、
   前記マグネットギアケースの下部において、前記発電機軸により各々回転可能に軸支された円盤状のアッパーケース、アンダーケースを接合し中空円盤状に形成され、アッパーケースを前記サンマグネットギアに連結したケース体と、前記ケース体内において、一定の間隔をもって平行状態に対向配置され、前記サンマグネットギアの回転に応じて前記ケース体とともに連動して回転する円環状のアッパーマグネット及び円環状のアンダーマグネットと、前記ケース体内において、前記発電機軸により固定支持されるとともに、前記アッパーマグネット、アンダーマグネットの間に非接触で対向配置した円板状で発電用のコイルを搭載したコイル体と、前記コイルに一端を接続し前記発電機軸内を経て外部に導出した電力ケーブルと、を有し、前記サンマグネットギアとともに前記回転軸の回転数の２倍の回転数で駆動される前記アッパーマグネット、アンダーマグネットによる磁束と前記コイルとの鎖交により前記コイルに発電出力を誘起させ、前記電力ケーブルを経て発電出力を外部に送電する構成とし、
   前記遊星マグネットギア増速機構と、前記発電機構とを、マグネットギアケース及びケース体内に上下連設配置に収納したことを特徴とする遊星マグネットギアドライブ式発電機を用いた風力発電装置。

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