JP2006188969A - 風車及びそれを組み込んだ風力発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は，ガイド通路部材間にガイドベーンと回転翼を配置し，ガイドベーンによる固定翼で風の速度を大幅にアップさせる風車及び風力発電機を提供する。
【解決手段】 風車５１は，主軸５６に設けた支持棒５４に取り付けた回転翼５５，主軸５６に取り付けたガイド通路部材５７，５８，及びガイド通路部材間の絞り通路３７にガイドベーン５３を配置する。固定翼のガイドベーン５３は，外側の集風部３４，内側の整流部３５及び最内側のディフューザ状流路部３６から形成し，取り込んだ風の流速を大幅にアップする。
【選択図】図２

Description

この発明は，主軸に回転翼を取り付け，前記回転翼に対して空気を導入するガイド通路部材を有するガイドベーンから成る風車及びそれを組み込んだ風力発電機に関する。

近年，省エネルギーや環境汚染の防止に対応するため，風力発電機の普及が叫ばれている。エネルギー危機が叫ばれる社会情勢の中で，我が国には風力ほど豊富に存在するものはなく，風力ほど環境汚染の少ないエネルギー源は他に無い。そこで，我が国では，風力エネルギーの利用を促進するため，風力発電機を一般家庭用として設置できる大きさに構成し，風力発電機に対する設備投資の少ない発電機を開発することが求められている。

従来，風力発電機は，その構造がプロペラ式が多く普及しているが，この方式はプロペラが風の向きに対して常に正面を向くように構成する必要があり，多くの実用例では風向計が取り付けられ，風向きによってプロペラ位置を変える構造に構成されている。例えば，風力発電装置として，風力の変動に係わらず一定の電力を発電することが可能な永久磁石型交流発電機を使用したものが知られている。該風力発電装置では，永久磁石型交流発電機はプロペラによって回転駆動される。発電機で発電された電力はインバータに供給される。インバータは，プロペラの回転数に比例した周波数の信号に対して所定の位相差を有する信号によって制御されるため，風力の変動によらず一定の電力を出力することができる（例えば，特許文献１参照）。

また，風力発電装置として，羽根体の形状を翼状に構成し，かつ簡潔な構成にて回転効率を向上させるクロスフロー風車を搭載したタイプが知られている。該クロスフロー風車は，上下一対の円板形状の回転板間における外側部に，互いに間隔をもって複数の羽根体を立設し，各羽根体の横断面形状を飛行機の翼と同様の翼形にして，風力を受けて回転板の周方向への揚力を発生する形状にする。羽根体の内端側である回転板の中央部分に，何も設置せずに空気流を妨げることのない空間部を形成し，空間部の上下側をそれぞれ回転板により閉鎖することによって，回転板内部及び羽根体における空気流の乱れを防ぐものである（例えば，特許文献２参照）。

また，クロスフロー風車を使用した風力発電機が知られている。該風力発電機におけるクロスフロー風車は，大幅な風の流入効率を向上させることを図ったものであり，回転自在に支持された風車本体を有し，風車本体を覆ってケーシングが設けられ，該ケーシングに風車本体に対して風を流入案内する流入口が設けられ，該流入口に対向した風向きの風のケーシング外周に沿って流れによって発生する揚力により生じる最大負圧発生領域付近に面して，風車本体を通過する風を流出案内する流出口が設けられている（例えば，特許文献３参照）。
特開２００１−１９００９６号公報（第１頁，図２） 特開２００３−１２０５０１号公報（第１頁，図１） 特開２００４−１１５９９号公報（第１頁，図２）

ところで，風力発電機に設けられている垂直翼形風車は，垂直に立つ軸に流線型の垂直翼を複数個，放射状の支柱の先端に取り付ける構造になっている。風力発電機における放射状垂直翼は，回転方向に対し，外側に僅かに迎え角をつけると，駆動力が作用して回転する。放射状垂直翼は，迎え角が大きければ大きい程，回転駆動力は大きいが，回転が大きい時には発電効率が悪くなる。しかしながら，上記タイプの風力発電機は，風の向きがどの方向から吹いていても，放射状垂直翼が回転するので，風向きが変化する風土では最適の風車といえる。

風力発電機については，風速が小さい場合には，風のエネルギが大きくないので，風車の回転半径を大きくしなければならない。
風力発電機の発電力は，以下の式で表される。
Ｗ＝（１／２）・ρ・Ｃｐ・Ａ・Ｖ³
但し，Ｗ：出力，ρ：空気密度，Ｃｐ：風車の効率係数，Ａ：風車の回転面積，及び，Ｖ：風速
上記の式にそれぞれの数値を当てはめてみると，風速が２〜３ｍ／ｓのときには，出力がほとんど発生しないことが分かる。即ち，風力発電機では，風速は３乗で出力に影響するものであり，風速が大きい時には大きな出力が得られ，また，風速が小さい時にはほとんど出力が得られない。

この発明の目的は，上記の問題を解決するため，向かってくる風を内側に取り込んで増速させるため，向かってくる風を外側の断面ラッパ状に拡がるガイド通路部材に沿ってガイドベーンの集風部，整流部及びディフューザ状流路の内側へと取り込んで風の速度を大幅に増速させる風車を提供すると共に，前記風車を発電機に組み込んで，取り込む風を大幅に増速させて発電電力を風速の３乗の寄与率で比例して発電させ，発電電力を大幅にアップさせる風力発電機を提供することである。

この発明は，垂直に立てられた主軸，前記主軸の外周上に隔置して設けられた複数個の支持棒，前記支持棒の先端にそれぞれ固定された円周上に延びる回転運動する流線型の回転翼，前記主軸に取り付けられ且つ外周側に外側から内側に空気を導入する拡開状の固定通路を形成する一対のガイド通路部材，及び前記ガイド通路部材間で且つ前記回転翼の外周側で外側から内側に空気を導入する放射状の固定翼を形成するガイドベーンを有し， 前記ガイドベーンは，最外周が外側に拡開状の集風部，前記集風部の内側が平行流を形成する整流部，及び最内周が前記平行流から拡大するディヒューザ状流路部を形成していることを特徴とする風車に関する。

前記ガイド通路部材は，前記回転翼と前記ガイドベーンの両端側をそれぞれ覆って延び，前記ガイドベーンの前記集風部，前記整流部及び前記ディヒューザ状流路部に導入される前記空気に対して絞り通路を形成するものである。

前記ガイドベーンの前記固定翼は，前記内側から前記外側に向かって前記集風部の開口部が放射状に徐々に拡がり，前記ガイドベーンの前記最外周は，鋭角状で外周が円形の流線型に形成されている。

前記ガイドベーンは，流線ベクトルが前記回転翼の回転方向に沿うように僅かに捻じられて取り付けられている。更に，前記ガイドベーンは，前記回転翼の軸心から外側開口部の中点を結ぶ中心線に対し，流線が外側開口部の中点に位置して回転方向に対して５度〜３０度斜めに捻じられた通路を形成している。

この発明は，ハウジングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定されたロータ，及び前記ハウジングに固定されて巻線が櫛部に巻き込まれたステータを備えた発電機において，前記風車は，前記風車における前記主軸を前記回転軸に連結して取り付けられていることを特徴とする風力発電機に関する。

この風力発電機は，前記ロータが周方向に隔置して配設された永久磁石部材を備えており，前記ステータに対して移動可能に前記ハウジングに取り付けられ且つ前記ステータを通る磁束を磁路空隙の増減により制御する磁束制御リングが設けられている。

この風力発電機は，前記永久磁石部材の外周に取り付けられた磁路形成可能な補強部材，前記補強部材の端部に接離可能に配置された磁性材でなる磁力漏洩リング，及び前記ロータの所定の回転速度に応答して前記磁力漏洩リングを前記補強部材に対して接離させる接離駆動手段を有するものである。

この風車は，上記のように，回転翼が回転する外周に固定翼のガイドベーンとガイドベーンへの案内翼であるガイド通路部材とを備え，ガイド通路部材が外側が開口面積が広く形成され，ガイドベーンが集風部，整流部及びディフューザ状流路部から構成されているので，風車の集風部から導入される風が集まって流れ込み，流れ込んだ速度アップした風が中間部の整流部で整流され，径が短くなる内側のディフューザ状流路部でさらに緩やかに絞られているので，流入した風が大幅に速度を増し，外周から流入する風の速度が乱れを起こすことなく増速され，増速された風が垂直翼の回転翼に衝突作用し，回転翼に大きな回転推進力を与える。風車に推進力を与えた風は，逆側のガイドベーンへと流れるが，ガイドベーンがディフューザの機能を果たし，風は風車から吸い出されるため，風車が風に対して抵抗体となることはなく，また，風車が高速になると，風車内の空気を遠心力により外側に押し出すので，風の下流では風が押し出されることにより，効率が大幅に向上する。また，この風車は，風の中に設置されると，装置の外側ではガイドベーンが風の抵抗体となり，外側に強い乱流を形成させ，外側に防護流を作るので，風の流れに対し，逆側では負の空気圧が形成され，風車内の空気がその領域に吸い出される。

また，この風力発電機は，上記のように，上下に設けた一対のガイド通路部材と多数のガイドベーンを備えた風車が取り付けられ，風車の風速を増加させる効果によって出力を大きくすることができ，発電効率の向上に寄与することになる。例えば，発電機については，風車回転面積を５ｍ² とし，風速が３ｍ／ｓの時に３００Ｗの風車の風速を２倍にした場合に，発電出力が８倍の２．４Ｋｗになる。しかしながら，この場合には，風力発電機について，風車の回転が大きくなるので，強度対策のため，風車の受風面積を２分の１にした場合に，４倍の１．２ｋｗの出力が得られ，通常の発電機と比較してその利用率が５倍以上に向上する。わが国の風力発電機の普及が遅れている理由の１つに，各地の風が余り大きくものではなく，平均風速が５ｍ／ｓの地域が圧倒的に多い。従来の風力発電機では，上記の風力で通常の風車を使うと，１．４ｋｗの出力が得られるが，この発明による風力発電機を用いると，受風面積が５ｍ² とした場合に，１１．１ｋｗの出力，面積を１／２にすると，５．６ｋｗの出力となり，極めて効率的なもの完成することになる。

また，この風力発電機は，例えば，ロータの回転軸の回転速度に応答して磁力漏洩部材を補強部材に対して接離可能に構成したり，また，ステータに対して磁路空隙を作る磁束制御リングを設けることができ，その場合には，エンジンに連結された回転軸が所定の回転数以上の高速回転時には磁力漏洩部材を補強部材に接触させ，隣接する永久磁石片間で閉磁路を形成させ，ステータ側への磁力の流れを低減して所定の一定電圧にすると共に，ロータの回転数に応答して磁束制御リングを移動させてステータとの空隙を増減させて前記ステータを通る磁束を制御して予め決められた所定の一定電圧を発電させることができ，例えば，エンジンが高回転になってロータが高速回転すると，磁力漏洩部材を補強部材に接触させて回転軸を空周りさせて負荷の軽減をし，耐久性を向上させ，常に所定の一定電圧を発電させることができる。

以下，図面を参照して，この発明による風車及び風力発電機の実施例を説明する。この発明により風車５１は，図１及び図２に示すように，垂直に立てられた主軸５６，主軸５６の外周上に隔置して設けられた複数個の支持棒５４，支持棒５４の先端に固定された円周上に延びる流線型の回転翼５５，主軸５６に取り付けられ且つ外周側に外側から内側に空気を導入する拡開状の固定通路４０を形成する一対のガイド通路部材５７，５８，及びガイド通路部材５７，５８間で且つ回転翼５５の外周側で外側から内側に空気を導入する放射状の固定翼を形成するガイドベーン５３を有するものである。風車５１は，特に，ガイド通路部材５７，５８及びガイドベーン５３の構成に特徴を有している。ガイド通路部材５７，５８は，外周部の拡開面４９及び内周部の平行面４８とで絞り通路３７を形成し，また，ガイドベーン５３は，絞り通路３７において最外周が外側に拡開状の集風部３４，集風部３４の内側が平行流を形成する整流部３５，及び最内周が平行流から拡大するディヒューザ状流路部３６を形成するように構成されていることを特徴としている。

また，ガイド通路部材５７，５８は，回転翼５５の両端部４１側と固定翼を構成するガイドベーン５３の両端部側とをそれぞれ覆って延びており，特に，ガイドベーン５３の集風部３４，整流部３５，及びディヒューザ状流路部３６に導入される空気に対して，絞り通路３７を形成するように主軸５６に取り付けられている。風車５１は，例えば，土台，設置場所等のベースに載置して設定されるものであり，この実施例ではベースには，永久磁石式発電機５０のハウジングが設置され固定されている。上側のガイド通路部材５７及び下側のガイド通路部材５８は，例えば，支持フレーム等によって永久磁石式発電機５０のハウジングに固定されてもよく，軸受５２を介して永久磁石式発電機５０の出力軸である回転軸１０の上端５９側と下端６０側とに旋回自在に取り付けられてもよい。回転軸１０には，風車５１の主軸５６が一体に連結されている。また，ガイド通路部材５７，５８には，ガイドベーン５３が適宜な手段で固定状態に取り付けられ，ガイドベーン５３は，回転翼５５の回転外周からガイド外側に放射状に延びる流線型の垂直な固定翼に構成されている。

一対のガイド通路部材５７，５８は，回転翼５５に対して一種の案内固定翼を形成しており，回転翼５５の回転軌跡ＲＴの円周から外側に向かって断面ラッパ状即ち拡開状に拡がり，断面ラッパ状のガイド面４９に沿って流入する風に対して絞り通路３７を形成するように互いに対向して配設されている。ガイド通路部材５７，５８に適宜の手段で取り付けられたガイドベーン５３の固定翼は，内側から外周に向かって集風部３４の開口部が放射状に徐々に拡がり，それらの形状が最外周側が鋭角状の先端部４６であり，最内周側が断面円形状あって，最外周側と最内周側とを結ぶ両外面が円形の流線型をなしている。従って，風車５１に流入する風は，ガイドベーン５３の集風部３４を通って流入することによって風速がアップし，その風力が回転翼５５に強力に衝突作用し，回転翼５５を強力に回転させ，風車５１を永久磁石式発電機５０の回転軸１０に固定した場合に，永久磁石式発電機５０の発電効率を大幅にアップすることができる。また，多数のガイドベーン５３は，回転翼５５の回転軌跡ＲＴの領域において集風部３４に続いて流入する風に対して平行通路の整流部３５を形成するようにガイド面が互いに平行に配設されている。また，ガイドベーン５３は，ガイド通路部材５７，５８のガイド面４８，４９の形状に対応させて，内側から外周に向かって開口部が上下に放射状に徐々に拡がった形状を有する。

ガイドベーン５３は，空気の流入通路の集風部３４が外側に開口している。ガイドベーン５３は，その上下部がガイド通路部材５７，５８の壁面の拡開面４９に沿って内径方向に徐々に絞られた形状の絞り通路３７に設置されている。ガイドベーン５３は，絞り通路３７において，最外周が外側に拡開状の集風部３４，集風部３４の内側が平行流を形成する整流部３５及び最内周が平行流から拡大するディヒューザ状流路部３６を形成しており，外側に向かって放射状に徐々に拡がり，最外周が鋭角状で外周が円形の流線型に形成されている。次いで，空気流は，回転翼５５に衝突作用して回転翼５５を回転させた後に，ガイド通路部材５７，５８の壁面の平行面４８に沿って流れて風車５１の外部へ放出される。従って，風車５１に流入した風は，まず，拡開面４９間の集風部３４に沿って内径方向に徐々に絞られて風速をアップして流入し，次いで，整流部３５で整流されて平行流になって進行し，更に，ディフューザ状流路部３６の内方への径の縮小に従って風速がアップされて流れ，そこで，回転翼５５に作用して回転翼５５を回転させる。また，ガイドベーン５３は，流線ベクトルが回転翼５５の回転方向に沿うように僅かに捻じられて取り付けられている。更に，ガイドベーン５３は，回転翼５５の軸心から外側開口部の中点を結ぶ中心線に対し，その流線が外側開口部の中点を固定し，回転翼５５の回転方向に向かって５度〜３０度斜めに捻じられた通路に形成されている。ガイドベーン５３は，風車５１の回転方向に向かって斜めに捻じる角度が５度以下であると，捻じっていない通路に比較して捻じりによる流線ベクトルの効果が少なく，また，斜めに捻じる角度が３０度以上であると，流入通路の集風部３４への空気の吹き込み量が絞られるようになり，捻じりによる流線ベクトルの効果が低下する。従って，風車５１に吹き込まれる風は，風車５１にスムーズに流入して風速をアップし，回転翼５５に対して良好に作用して回転を増速することになる。

次に，図３〜図７を参照して，この発明による風力発電機について説明する。この風力発電機は，例えば，永久磁石式発電機５０に風車５１を組み込んで構成されている。風力発電機電機は，主軸５６に連結された回転軸１０に固定されたロータ２とハウジング４に固定されて巻線１３が櫛部１５に巻き込まれたステータ１を有する永久磁石式発電機５０であって，永久磁石式発電機５０の回転軸１０に主軸５６が取り付けられた風力で回転する風車５１を備えている。即ち，この風力発電機は，永久磁石式発電機５０の回転軸１０に主軸５６を連結して風車５１を取り付け，主軸５６の風力による回転を回転軸１０を通じてロータ２を回転駆動して発電させる。永久磁石式発電機５０は，ロータ２とステータ１とを収容するハウジング４，ハウジング４に一対の軸受１１を介して回転可能にそれぞれ支持されている回転軸１０，回転軸１０に固定された永久磁石部材２０を持つロータ２，及びロータ２の外周から隔置してハウジング４に固定されているステータ１を有している。ステータ１は，ステータコア１２とステータコア１２における櫛部１５間のスロット１４に巻き上げられたコイル即ち巻線１３を備えている。ロータ２は，周方向に隔置して配置された複数の永久磁石片２５を持つ永久磁石部材２０を備えている。

また，永久磁石式発電機５０は，ステータ１とロータ２との間の隙間３９に配置されてステータ１に対して相対回転可能な磁束制御リング３と，磁束制御リング３をロータ２の駆動状態に応じてステータ１に対して相対移動させるアクチュエータ２１とを備え，磁束制御リング３の機能によってステータ１への磁束を抑制して一定電圧を発電するように構成されている。ステータコア１２は，例えば，積層薄板等から形成されたインナステータコアを構成する櫛状円筒部材４３と，櫛状円筒部材４３の櫛部１５の外周部に嵌合固定されたアウタステータコアを構成するリング状継鉄部材４２とから構成されている。櫛状円筒部材４３は，外周部に櫛歯状に周方向に隔置状態で位置する櫛部１５，櫛部１５間に形成されたスロット１４，隣接する櫛部１５を連結するため周方向に延びるブリッジ部１６，及びブリッジ部１６から内向きに延びる周方向に凹部３３を形成して隔置した櫛状先端部３０から形成されている。また，ロータ２は，例えば，回転軸１０の外周に配置された継鉄１９，継鉄１９の外周面に配置された永久磁石部材２０，及び永久磁石部材２０の外周面に固定された一種の保持パイプである補強部材５を備えている。永久磁石部材２０は，周方向に隔置状態に配置され且つ軸方向に延びる永久磁石片２５と，隣接する永久磁石片２５間に介在された非磁性材２６とから構成されている。永久磁石部材２０を構成する永久磁石片２５は，周方向に隣接する永久磁石片２５が交互に異なった磁極即ちＮ極とＳ極とが交互に配置されるように配列されている。

磁束制御リング３は，例えば，絶縁材から成る絶縁軸受１７を介してハウジング４に回転自在に支持され，ステータ１に対して回転移動可能に支持され，ステータ１に対して相対回転して磁束を制御する。磁束制御リング３には，周方向に隔置してブリッジ部２７で接続してステータ１の櫛部１５と相対する突出した歯部２８が設けられ，歯部２８の角部にチャンファ３１が形成され，歯部２８の凹部２９の底部間にチャンファ３１間の空隙より小さい空隙が設けられている。また，永久磁石式発電機５０は，ステータ１における先端部３０のチャンファ３２と磁束制御リング３の歯部２８のチャンファ３１との間の空隙，ステータ１の先端部３０と歯部２８の底部との間の空隙，及び磁束制御リング３の歯部２８の先端とステータ１のブリッジ部１６との間の空隙は，磁路空隙を形成するものである。永久磁石式発電機５０は，回転軸１０の回転速度に応答して磁束制御リング３を移動させてステータ１との空隙を増減させてステータ１を通る磁束を制御し，予め決められた所定の一定電圧を発電させるものである。

また，永久磁石式発電機５０は，ロータ２の永久磁石部材２０の外周面に接して設け且つロータ２の補強を兼ねた磁性材から成る補強部材５，補強部材５の端部４４に接離可能に配置された磁性材でなる磁力漏洩リング６，及びロータ２の所定の回転速度に応答して磁力漏洩リング６を補強部材５に対して接離させる接離駆動手段を有するように構成し，風力に小さい時や大き過ぎる時に永久磁石部材２０の磁力を磁力漏洩リング６を通じて漏洩させ，コギングや暴走を防止することもできるように構成できる。補強部材５は，永久磁石片２５の部分の外周に接して配設された周方向に隔置した円弧状磁性板材２２と，隣接する永久磁石片２５の境界部分に接して配設された介在した非磁性材２３とが周方向に交互に配設接合されている。接離駆動手段は，例えば，図３及び図４に示すように，ハウジング４に固定された支持リング２４，支持リング２４に摺動自在に取り付けられた非磁性材でなる移動リング８，磁力漏洩リング６を移動リング８に回転自在に支持する移動軸受９，及び移動リング８を支持リング２４に対して摺動させる移動手段を有するものである。移動手段は，例えば，移動リング８に大きなリードで形成された螺旋ねじ４５に螺入している移動スクリュー７を持ったモータ等から形成されている。

永久磁石式発電機５０は，回転軸１０が回転開始即ちスタート時から予め決められた回転速度に達するまで磁力漏洩リング６を補強部材５に接触させて，永久磁石部材２０の永久磁石片２５からの磁力を補強部材５の磁性板材２２を通って磁力漏洩リング６へ通し，次いで他の磁性板材２２から他の永久磁石片２５へ通して磁力を漏洩させ，永久磁石片２５の吸着力を発生させずに，ロータ２をスムーズに回転させて起動時のロータ２のコギングの発生を防止する。永久磁石式発電機５０は，例えば，風力が微風であると，起動トルクを乗り越えて始動できないが，永久磁石片２５の吸着力を漏洩させることによって，永久磁石片２５の吸着力が減じて微風であってもロータ２をスムーズに回転させることができる。回転軸１０の回転速度が上昇すると，ロータ２の起動トルク以上になるので，その時点で磁力漏洩リング６を補強部材５から引き離し，永久磁石片２５の磁力をステータ１側に通し，発電させることができる。また，永久磁石式発電機５０は，例えば，風力が強風である時には，ロータ２が高速回転して暴走し，予め決められた所定の一定電圧以上に上昇し，一定電圧に制御できないので，その時には磁力漏洩リング６を補強部材５に接触させ，永久磁石片２５からの磁力を上記のように漏洩させ，発電機能を停止させ，回転軸１０の回転速度が低下すれば，再び磁力漏洩リング６を補強部材５から引き離して磁束制御リング３と共働して電圧制御を行う。

更に，永久磁石式発電機５０は，磁束制御リング３をステータ１に対して回転移動させて磁束制御リング３とステータ１との間の空隙量を制御し，予め決められた一定の発電電圧を得るように制御できることを特徴としている。磁束制御リング３を回転駆動するアクチュエータは，電磁弁又は図示のようにモータ２１で構成されるが，例えば，モータ２１の場合には，モータ２１の出力軸に伝達ギヤ１８を介して磁束制御リング３の一端に設けられた揺動用レバー４７を揺動させれば，磁束制御リング３をステータ１に対して揺動させることができる。永久磁石式発電機５０は，図５及び図６に示すように，磁力漏洩リング６の機能に加えて，磁束制御リング３のステータ１に対する移動によって磁束制御リング３の歯部２８とステータ１の先端部３０との間に形成される空隙が増減し，ステータ１に流れる磁束が制御される機能を兼ね備えたものである。永久磁石式発電機５０は，ステータ１における先端部３０が磁束制御リング３の歯部２８に整合するように位置している時には，ステータ１側への磁束は抑制されることがなく，ロータ２の回転によって予め決められた所定の一定電圧が発電する。図７に示すように，磁束制御リング３がステータ１に対して揺動移動し，磁束制御リング３の歯部２８がステータ１の先端部３０間の凹部３３に位置するように移動した時には，歯部２８がステータ１のスロット１４に対応する位置ではチャンファ３１と３２との間に予め決められた所定量のクリアランス即ち磁路空隙が形成され，ステータ１側への磁束が抑制されることになる。磁束制御リング３，アクチュエータによって回転移動が制御される時には，磁束制御リング３に移動方向の上下流の一方のクリアランスと他方のクリアランスとは同程度のクリアランス量に制御されるように設定されている。磁束制御リング３の外周面は，ステータ１の櫛部１５の内周面に密接して摺動可能であり，ステータ１に対して相対回転可能に配置され，磁束制御リング３をアクチュエータによってステータ１に対して相対的に僅かに回転させて磁束制御リング３のステータ１に対する位置を変更させてステータ１の櫛部１５を通過する磁束を変化させ，発電電力を制御するものである。

この発明による風力発電機は，例えば，個人用，産業用等に利用でき，発電された電力を各種機器の駆動，電灯，照明等の一般消費電力として，或いは電子機器，補機等で消費するのに適用できる。

この発明による風力発電機の一実施例を示す断面図である。 図１の風力発電機を示すＡ−Ａ断面図である。 図１の風力発電機に組み込まれた永久磁石式発電・電動機を示し，磁力漏洩リングを補強部材に接触させて磁力を磁力漏洩リングへ流し，例えば，微風でもロータをスムースに回転させる状態を示す軸方向の断面図である。 図３の永久磁石式発電機において，磁力漏洩リングを補強部材から離して磁力をステータ側に流して所定の電圧を発電させる状態を示す軸方向の断面図である。 図３の永久磁石式発電機におけるＢ−Ｂ断面をハウジングを除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部とを対応させて磁束を抑制していない状態を示す軸方向の断面図である。 図３の永久磁石式発電機におけるＣ−Ｃ断面をハウジング，移動軸受，移動リング及び支持部材を除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部とを対応させて磁束を抑制していない状態を示す軸方向の断面図である。 図３の永久磁石式発電機におけるＣ−Ｃ断面をハウジング，移動軸受，移動リング及び支持部材を除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部との間に空隙を形成し，磁束を抑制している状態を示す軸方向の断面図である。

符号の説明

１ ステータ
２ ロータ
３ 磁束制御リング
４ ハウジング
５ 補強部材
６ 磁力漏洩リング
７ 移動スクリュー（接離駆動手段）
８ 移動リング（接離駆動手段）
１０ 回転軸
１３ 巻線
１４ スロット
１５ 櫛部
２０ 永久磁石部材
２１ アクチュエータ
３４ 集風部
３５ 整流部
３６ ディフーザ状流路部
３７ 絞り通路
４１ 端部
４６ 先端部
５１ 風車
５３ ガイドベーン
５４ 支持棒
５５ 回転翼
５６ 主軸
５７，５８ ガイド通路部材

Claims (8)

1. 垂直に立てられた主軸，前記主軸の外周上に隔置して設けられた複数個の支持棒，前記支持棒の先端にそれぞれ固定された円周上に延びる回転運動する流線型の回転翼，前記主軸に取り付けられ且つ外周側に外側から内側に空気を導入する拡開状の固定通路を形成する一対のガイド通路部材，及び前記ガイド通路部材間で且つ前記回転翼の外周側で外側から内側に空気を導入する放射状の固定翼を形成するガイドベーンを有し， 前記ガイドベーンは，最外周が外側に拡開状の集風部，前記集風部の内側が平行流を形成する整流部，及び最内周が前記平行流から拡大するディヒューザ状流路部を形成していることを特徴とする風車。
2. 前記ガイド通路部材は，前記回転翼と前記ガイドベーンの両端側をそれぞれ覆って延び，前記ガイドベーンの前記集風部，前記整流部及び前記ディヒューザ状流路部に導入される前記空気に対して絞り通路を形成することを特徴とする請求項１に記載の風車。
3. 前記ガイドベーンの前記固定翼は，前記内側から前記外側に向かって前記集風部の開口部が放射状に徐々に拡がり，前記ガイドベーンの前記最外周は，鋭角状で外周が円形の流線型に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の風車。
4. 前記ガイドベーンは，流線ベクトルが前記回転翼の回転方向に沿うように僅かに捻じられて取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の風車。
5. 前記ガイドベーンは，前記回転翼の軸心から外側開口部の中点を結ぶ中心線に対し，流線が外側開口部の中点に位置して回転方向に対して５度〜３０度斜めに捻じられた通路を形成していることを特徴とする請求項４に記載の風車。
6. ハウジングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定されたロータ，及び前記ハウジングに固定されて巻線が櫛部に巻き込まれたステータを備えた発電機において，
   請求項１〜５に記載の前記風車は，前記風車における前記主軸を前記回転軸に連結して取り付けられていることを特徴とする風力発電機。
7. 前記ロータは周方向に隔置して配設された永久磁石部材を備えており，前記ステータに対して移動可能に前記ハウジングに取り付けられ且つ前記ステータを通る磁束を磁路空隙の増減により制御する磁束制御リングが設けられていることを特徴とする請求項６に記載の風力発電機。
8. 前記永久磁石部材の外周に取り付けられた磁路形成可能な補強部材，前記補強部材の端部に接離可能に配置された磁性材でなる磁力漏洩リング，及び前記ロータの所定の回転速度に応答して前記磁力漏洩リングを前記補強部材に対して接離させる接離駆動手段を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の風力発電機。

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