JP5969154B1 - ハイブリット発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微風でも発電することができ、また太陽光によっても発電することができるシンプルな構造のハイブリット発電装置を提供する。【解決手段】風及び太陽光により発電できるハイブリット発電装置Ｄであって、太陽光発電部材５を備えるブレード本体４１と、前記ブレード本体に備えられたブレードシャフト４２であって、風により前記ブレード本体が前記ブレードシャフトを支点に振り子運動が可能である、ブレードシャフトと、前記ブレードシャフトに接続されており、前記ブレード本体の振り子運動を伝達するための風力伝達部３と、前記風力伝達部により伝達された運動により起電力を発生させる電力発生部と、を備えるハイブリット発電装置。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光及び風力により発電することができるハイブリット発電装置に関するものである。

従来から使用されている風力発電機は、支柱に固定された回転型の発電機の回転軸に回転翼を固定した構成であり、プロペラ型をした前記回転翼は、風によって回転し、発電機を駆動して発電を行うものである。

しかし、従来の構成のものは、回転翼が露出しているため、人などが触れる危険性があり、また、騒音も比較的大きい。さらには、強風によって破損し、飛散してしまう恐れもある。

近年、回転翼を有しない風力発電機としては、単振り子を用いた風力発電装置の検討がなされているようだが（特許文献１参照）、実現性の乏しいものであると推測される。

特開２００８−１８４９５７号公報

本発明は、微風でも発電することができ、また、太陽光によっても発電することができるシンプルな構造のハイブリット発電装置を提供することを目的とする。すなわち、本発明は、周りの環境から微小なエネルギーを収穫（ハーベスト）して、電力に変換する技術である、エネルギーハーベスティング技術（環境発電技術）を利用するハイブリット発電装置を提供することを目的とする。

本発明は、風及び太陽光により発電できるハイブリット発電装置であって、太陽光発電部材を備えるブレード本体と、前記ブレード本体に備えられたブレードシャフトであって、風により前記ブレード本体が前記ブレードシャフトを支点に振り子運動が可能である、ブレードシャフトと、前記ブレードシャフトに接続されており、前記ブレード本体の振り子運動を伝達するための風力伝達部と、前記風力伝達部により伝達された運動により起電力を発生させる電力発生部と、を備えるハイブリット発電装置に関する。

本発明のハイブリット発電装置は、微風でも発電することができ、また、太陽光によっても発電することができるシンプルな構造を有するものである。特に、降雪の多い地方の冬は、晴天の日が少なく、太陽光による発電だけでは、発電量が十分ではないが、本発明のハイブリット発電装置は、風力発電装置も備えているため、曇り空の天気が多い雪国でも、看板を照らすほどの電力量を生み出すことができる。

図１は、実施例１のハイブリット発電装置の斜視図である。 図２は、実施例１のハイブリット発電装置において、風によりブレード部が動いた状態を示す図である。 図３は、実施例１のハイブリット発電装置のブレード部の斜視図である。 図４は、実施例１のハイブリット発電装置のブレード部の裏面を示す斜視図である。 図５は、実施例２のハイブリット発電装置の斜視図である。 図６は、実施例２のハイブリット発電装置において、風によりブレード部が動いた状態を示す図である。

本発明のハイブリット発電装置は、風及び太陽光により発電できるハイブリット発電装置であって、太陽光発電部材を備えるブレード本体と、前記ブレード本体に備えられたブレードシャフトであって、風により前記ブレード本体が前記ブレードシャフトを支点に振り子運動が可能である、ブレードシャフトと、前記ブレードシャフトに接続されており、前記ブレード本体の振り子運動を伝達するための風力伝達部と、前記風力伝達部により伝達された運動により起電力を発生させる電力発生部と、を備えるハイブリット発電装置であるが、具体的に実施例を挙げて説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１のハイブリット発電装置Ｄについて図１を用いて説明する。

図１の枠１は、実施例１のハイブリット発電装置Ｄの各構成要素を配置することができるものである。枠１は、後述するブレード本体４１のその振り子運動を阻害しないように形成される必要がある。また、枠１は、強風でも倒れないように、しっかりと地面に設置してある必要がある。具体的には、図１のように枠１の二本の脚を、設置場所に固定する。

実施例１のハイブリット発電装置Ｄは、風力による起電力発生部を備える。風力による起電力発生部は、具体的には、図１に示すように、永久磁石設置部２１、コイル設置部２２及びコイル保持部２３を含む。

永久磁石設置部２１は、弓型に曲がる棒状部材の一部に永久磁石が備えられている。また、永久磁石設置部２１は、パイプ状であって弓型に曲がるコイル設置部２２の中を通過するように配置される。コイル設置部２２は、弓側に曲がるパイプの内部にコイルが配置されているか、又はパイプの外部にコイルが巻かれているような構成を有し（コイルは図示しない）、コイル設置部２２のコイルの中を永久磁石設置部２１の永久磁石が動くことで、起電力が生じる構成になっている。

永久磁石設置部２１と、コイル設置部２２のいずれも弓側に曲がっているが、その湾曲率は同一である必要がある。湾曲率が同一でなければ、スムーズにコイル設置部２２の中を永久磁石設置部２１が動くことができず、適切に起電力を発生させることができない。

コイル設置部２２は、枠１の上方に設けられているコイル保持部２３により、保持される。すなわち、コイル保持部２３により保持されているコイル設置部２２の中で、永久磁石設置部２１が動くことにより、永久磁石設置部２１に設置される永久磁石が動くことができる構成になっている。コイル保持部２３は、コイル設置部２２と交差するように配置され、コイル設置部２２を固定している。

永久磁石設置部２１は、ブレード部（ブレードシャフト４２）に設置された２本の棒状の風力伝達部３，３に保持される。風力伝達部３，３は、ブレード本体４１に備えられているブレードシャフト４２と一体化されているため、ブレード本体４１の動きに連動している。すなわち、ブレード本体４１が風により振り子運動が生じたときに、その振り子運動は、風力伝達部３，３により永久磁石設置部２１に伝わり、永久磁石設置部２１が振り子運動できるような構成になっている。そして、永久磁石設置部２１が振り子運動をすることにより、永久磁石設置部２１に備えられている永久磁石が、コイル設置部２２のコイルの中を振り子運動することにより、起電力が生じる。

次に、ブレード部の説明をする。ブレード部は、ブレード本体４１と、ブレード本体４１に設置された太陽光発電部材５と、ブレード本体４１の上方に設置されたブレードシャフト４２と、ブレード上方カバー４３とを含む。

ブレード本体４１は、図３に示すように、曲面を有する一枚のブレードになっており、その曲面の上部は、ブレード上方カバー４３を備えている。あるいは、ブレード本体４１は、かまぼこ状の部材（側面が曲面と平面とから構成され、上面と下面が平面である部材であって、蒲鉾のように、半月状に盛り上がった形状）であってもよい。ブレード本体４１は、横方向の風向きの場合であっても、揚力が生じ、ブレード本体４１自体が動くような形状である。ブレード本体４１の曲面の部分に、太陽光発電部材５を備える。太陽光発電部材５は、太陽光により起電力を生じるものであれば、特に限定されるものではないが、ブレード本体４１の曲面に沿うように太陽光発電部材５を備えるため、太陽光発電部材５は、フレキシブルな太陽光発電フィルム等を用いることが好ましい。別の態様としては、ブレード本体４１は透明体であり、ブレード本体４１の内部に太陽光発電部材５を設けるような構成であってもよい。

ブレード本体４１は、ブレード本体４１を枠１に設置するブレードシャフト４２を備えている。ブレードシャフト４２は、軸受けなどを介して枠１に設置されており、ブレード本体４１がブレードシャフト４２を支点に振り子運動できるような構成になっている。そして、２本の風力伝達部３，３は、円筒状のブレードシャフト４２の側面の長さ方向の略中心部に接続されている。

ブレード本体４１、ブレードシャフト４２、風力伝達部３，３、永久磁石設置部２１は、一体化されている。２本の直線状の風力伝達部３，３と、弓型に曲がっている永久磁石設置部２１とで、扇型を形成しており、ブレード本体４１が風により振り子運動をした時は、風力伝達部３，３と永久磁石設置部２１とで構成される扇型の要（すなわち、ブレードシャフト４２）の部分を中心に、風力伝達部３，３と、永久磁石設置部２１とが振り子運動をする（図２を参照）。

ハイブリット発電装置Ｄには、図面には図示しないが、蓄電池を別途備えることができる。蓄電池は、風力及び太陽光により発生した電力を蓄えることができる。

風力により生じた起電力及び太陽光により生じた起電力により、ハイブリット発電装置Ｄの枠に設けられたＬＥＤ照明７，７を発光させ、枠１に備える広告看板等の表示部６を照らすことができる。すなわち、ハイブリット発電装置Ｄは、外部から電気を導入せずに、ＬＥＤライト等で広告看板を照らすことができる。また、ＬＥＤ照明７，７及び表示部６の代わりに、液晶表示装置を備えることもでき、液晶表示装置は、本発明のハイブリット発電装置により生じた電力を用いて、広告等を表示することができる。

［ハイブリット発電装置Ｄの作用］
ハイブリット発電装置Ｄは、風力による発電及び太陽光による発電を行うことができる。ブレード本体４１に風があたることにより、図２のように、ブレード本体４１はブレード本体４１に備えられたブレードシャフト４２を支点に、振り子運動を行う。ブレード本体４１の振り子運動により、ブレードシャフト４２と一体化されている永久磁石設置部２１及び風力伝達部３，３においても、永久磁石設置部２１及び風力伝達部３，３から構成される扇型の要部分を支点に振り子運動が生じ、永久磁石設置部２１に備えられた永久磁石が、コイル設置部２２のパイプの中を振り子運動することにより、起電力が生じる。

ブレード本体４１の面積が大きい部分で風を受けた時、すなわち、図１において、Ａ方向又はＡ’方向から風を受けた時は、ブレード本体４１は図２のように振り子運動を行うことができるが、ブレード本体４１の面積が小さい部分、すなわち、図１に示すＢ方向又はＢ’方向（すなわち、横方向）から風を受けた場合でも、振り子運動が可能である。これは、ブレード本体４１の１つの面が曲面であるため、揚力が生じ、その揚力によりブレード本体４１が動くからである。

また、ブレード本体４１の表面は、曲面であるため、ブレード本体４１の表面に設けた太陽光発電部材５も曲面状である。曲面状であれば、様々な角度の太陽光でも発電しやすいというメリットもある。

［実施例２］
実施例２のハイブリット発電装置Ｄ’は、ハイブリット発電装置Ｄ’とは、主に、風力発電部及び風力伝達部３のところで異なる。

ハイブリット発電装置Ｄ’では、風力発電部は、シャフトモーター等のリニアモーターによる発電装置２４（リニアモーター発電装置２４と称する場合もある）を備える。リニアモーター発電装置は、磁石のＮ極同士、Ｓ極同士を接合した構造を有するシャフト軸と、前記シャフト軸が通過するコイルとを有する装置であり、株式会社ジーエムシーヒルストンより購入可能である。シャフト軸の摩擦が発生せず、騒音がなく、実施例１の通常の電磁誘導を利用した発電よりも、高効率の電磁誘導を期待することができる。

また、風力伝達部３は、クランク機構を含む。ブレードシャフト４２の端に接続されたクランク機構により、ブレード本体４１の振り子運動を直線状の往復運動に変換し、シャフト型リニアモーターユニット２４に直線状の往復運動を伝え、発電する仕組みである（図６参照）。

実施例２のブレード本体４１、ブレードシャフト４２は、実質的に実施例１と同じものである。すなわち、ハイブリット発電装置Ｄ’のブレード本体４１の曲面に対して横からの微風（すなわち、ハイブリット発電装置Ｄ’に対して横からの微風）であっても、揚力により、ブレード本体４１は振り子運動し、発電することが可能となる。

なお、実施例２のハイブリット発電装置Ｄ’には、ブレードストップ８が設けてある。ブレードストップ８を設けることにより、強風であっても危険な位置までブレード本体４１が持ち上がることがない。

実施例の効果について説明する。
［効果］
［１］風及び太陽光により発電できるハイブリット発電装置Ｄ、Ｄ’であって、太陽光発電部材５を備えるブレード本体４１と、前記ブレード本体４１に備えられたブレードシャフト４２であって、風により前記ブレード本体４１が前記ブレードシャフト４２を支点に振り子運動が可能である、ブレードシャフト４２と、前記ブレードシャフト４２に接続されており、前記ブレード本体４１の振り子運動を伝達するための風力伝達部３と、前記風力伝達部３により伝達された運動により起電力を発生させる起電力発生部と、を備えるハイブリット発電装置は、振り子運動を利用した発電装置であるため、微風でも発電することができる。また、風がない場合であっても、太陽光によっても発電することができる。降雪の多い地方の冬は、晴天の日が少なく、太陽光による発電だけでは、発電量が十分ではないが、本発明のハイブリット発電装置は、風力発電装置も備えているため、曇り空の天気が多い雪国でも、看板を照らすほどの電力量を生み出すことができる。
［２］前記ブレード本体４１は、ブレード本体４１の横方向からの風であっても揚力により振り子運動が可能になるような形状を有している、［１］に記載のハイブリット発電装置は、風向きが特定の方向でなくても、起電力が生じる。このため、このようなハイブリット発電装置は、様々な方向の微風でも起電力が生じるため、町中の看板の照明等に適している。また、広範囲にわたって、太陽光を受けることが可能となる。
［３］前記ブレードシャフト４２は、前記風力伝達部３と一体化されており、前記ブレード本体４１の振り子運動が、前記電力発生装置に伝達される、［１］又は［２］に記載のハイブリット発電装置であれば、ブレード本体４１の振り子運動が、起電力発生部に伝わり、その力学的エネルギーが、電気的エネルギーに変換され起電力を生じることができる。
［４］前記風力伝達部３が、クランク機構を含み、前記クランク機構により前記ブレード本体４１の振り子運動は直線状の往復運動に変換される、［１］又は［２］に記載のハイブリット発電装置であれば、ハイブリット発電装置の発電部が直線状の往復運動によって発電できる場合に利用することができる。
［５］前記起電力発生部が、リニアモーター発電装置を含む、［４］に記載のハイブリット発電装置であれば、微風であっても高効率で風力による発電を行うことができる。

Ｄ、Ｄ’：ハイブリット発電装置
１：枠
２１：永久磁石設置部
２２：コイル設置部
２３：コイル保持部
２４：リニアモーターユニット（リニアモーター発電装置）
３：風力伝達部
４１：ブレード本体
４２：ブレードシャフト
４３：ブレード上方カバー
５：太陽光発電部材
６：表示部
７：ＬＥＤライト
８：ブレードストップ
Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’：風の向き

Claims (3)

1. 風及び太陽光により発電できるハイブリット発電装置であって、
   太陽光発電部材を備えるブレード本体と、
   前記ブレード本体に備えられたブレードシャフトであって、風により前記ブレード本体が前記ブレードシャフトを支点に振り子運動が可能である、ブレードシャフトと、
   前記ブレードシャフトに接続されており、前記ブレード本体の振り子運動を伝達するための風力伝達部と、
   前記風力伝達部により伝達された運動により起電力を発生させる電力発生部と、を備え、
   前記風力伝達部が、クランク機構を含み、前記クランク機構により前記ブレード本体の振り子運動は直線状の往復運動に変換される、ハイブリット発電装置。
2. 前記ブレード本体は、前記ブレード本体の横方向からの風であっても揚力により振り子運動が可能になるような形状を有している、請求項１に記載のハイブリット発電装置。
3. 前記電力発生部が、リニアモーター発電装置を含む、請求項１に記載のハイブリット発電装置。