発電装置
【課題】電機子コイルを設けたステータに対して、永久磁石を設けた回転子を回転させて発電を行なう発電装置において、電機子コイルを取り付けたステータの耐久性を向上させることができる発電装置を提供する。
【解決手段】発電装置における発電部５０は、磁石を回転子６０と、ステータ７０と、回転子８０と、スペーサ９０とを有していて、ブレード本体部１０４が回転することにより、回転子６０、８０がステータ７０に対して回転し、発電を行なう。ステータ７０は、電機子コイルと、電機子コイルを埋設するステータ本体部７４とを有し、ステータ本体部７４は、コンクリート又はモルタル、特に、耐熱コンクリート又は耐熱モルタルにより形成されている。
【解決手段】発電装置における発電部５０は、磁石を回転子６０と、ステータ７０と、回転子８０と、スペーサ９０とを有していて、ブレード本体部１０４が回転することにより、回転子６０、８０がステータ７０に対して回転し、発電を行なう。ステータ７０は、電機子コイルと、電機子コイルを埋設するステータ本体部７４とを有し、ステータ本体部７４は、コンクリート又はモルタル、特に、耐熱コンクリート又は耐熱モルタルにより形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体等の外部からの力により発電する発電装置に関するものであり、特に、風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流体による発電装置としての風力発電機として、電機子コイルを設けたステータに対して、永久磁石を設けた回転子を回転させて、発電するものが知られている。例えば、特許文献１の風力発電機に示すように、コイル固定盤１２に固定された電機子コイル１１の両側に、磁石固定盤１３、１４に固定された永久磁石１５を配置し、風力により風車６が回転すると、コイル固定盤１２に対して磁石固定盤１３、１４が回転し、これにより発電するものが知られている。特許文献１の風力発電機において、電機子コイル１１の外延部分は硬化樹脂により固定化されている。
【特許文献１】特開２０００−２８７４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１の構成においてコイル固定盤１２が回転して電機子コイル１１に電流が流れると、電機子コイル１１が発熱し、電機子コイル１１を固定する樹脂にひびが入ってしまい、電機子コイルを含むステータの耐久性に問題があった。
【０００４】
そこで、本発明が解決しようとする問題点は、電機子コイルを設けたステータに対して、永久磁石を設けた回転子を回転させて発電を行なう発電装置において、電機子コイルを取り付けたステータの耐久性を向上させることができる発電装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するために創作されたものであって、第１には、発電装置であって、外部からの力により所定の軸芯を中心に回転する回転部で、一対の回転子で、複数の磁石が放射状に配設された板状の第１回転子と、複数の磁石が放射状に配設された板状の第２回転子とを有し、第１回転子と第２回転子とが互いに平行に設けられ、一対の回転子において、一方の回転子における磁石が他方の回転子における磁石と対向し、互いに異なる磁極が向き合うように配設された回転子と、を有する回転部と、該回転部を回転自在に支持する支持部と、該支持部に固定され、第１回転子と第２回転子の間の位置に設けられた板状のステータで、放射状に配設された複数の電機子コイルと、該電機子コイルを埋設し、コンクリート又はモルタルにより形成されたステータ本体部とを有するステータと、を有することを特徴とする。
【０００６】
この第１の構成の発電装置においては、外部からの力により、回転部全体が支持部に対して回転する。ステータは支持部に固定されているので、ステータの電機子コイルに対して磁石が回転することになり、発電が行われる。電機子コイルに電流が流れることにより電機子コイルが発熱するが、ステータ本体部はコンクリート又はモルタルにより形成されているので、ステータ本体部にひびが入ることがなく、ステータの耐久性を十分に向上させることができる。
【０００７】
また、第２には、上記第１の構成において、上記回転部が、流体の力により回転する羽根部を有し、羽根部が回転することにより回転部全体が支持部に対して回転することを特徴とする。つまり、流体の力（例えば、風力や水力）を外部からの力として回転部が回転する。
【０００８】
また、第３には、上記第２の構成において、上記流体が風力であることを特徴とする。
【０００９】
また、第４には、上記第２の構成において、上記流体が水力であることを特徴とする。
【００１０】
また、第５には、風力により発電を行なう発電装置であって、所定の軸心を中心に回転する回転部で、風力により回転する羽根部と、一対の回転子で、複数の磁石が放射状に配設された板状の第１回転子と、複数の磁石が放射状に配設された板状の第２回転子とを有し、第１回転子と第２回転子とが互いに平行に設けられ、一対の回転子において、一方の回転子における磁石が他方の回転子における磁石と対向し、互いに異なる磁極が向き合うように配設された回転子と、を有する回転部と、該回転部を回転自在に支持する支持部と、該支持部に固定され、第１回転子と第２回転子の間の位置に設けられた板状のステータで、放射状に配設された複数の電機子コイルと、該電機子コイルを埋設し、コンクリート又はモルタルにより形成されたステータ本体部とを有するステータと、を有し、上記羽根部に隣接して第１回転子が設けられ、第１回転子における羽根部側とは反対側にステータが設けられ、ステータにおける第１回転子側とは反対側に第２回転子が設けられ、第２回転子のステータ側とは反対側に支持部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
この第５の構成の発電装置においては、羽根部に流体が当たると羽根部が回転し、羽根部の回転に伴い、回転部全体が支持部に対して回転する。ステータは支持部に固定されているので、ステータの電機子コイルに対して磁石が回転することになり、発電が行われる。電機子コイルに電流が流れることにより電機子コイルが発熱するが、ステータ本体部はコンクリート又はモルタルにより形成されているので、ステータ本体部にひびが入ることがなく、ステータの耐久性を十分に向上させることができる。
【００１２】
また、第６には、上記第１から第５までのいずれかの構成において、上記ステータ本体部が、耐熱コンクリート又は耐熱モルタルにより形成されていることを特徴とする。よって、電機子コイルが発熱しても、よりステータの耐久性を十分に向上させることができる。
【００１３】
また、第７には、上記第１から第６までのいずれかの構成において、上記ステータ本体部が、ポルトランドセメントと、アルミナセメントと、骨材と、繊維状のグラスファイバーとから構成され、ステータ本体部における配合割合が、ポルトランドセメント４８〜５８重量％、アルミナセメント３０〜４０重量％、骨材５〜１０重量％、繊維状のグラスファイバー５〜１０重量％であることを特徴とする。よって、電機子コイルが発熱しても、よりステータの耐久性を十分に向上させることができる。
【００１４】
また、第８には、上記第１から第７までのいずれかの構成において、上記回転部が、上記第１回転子と第２回転子の間に、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するための円柱状又は円筒状の金属製のスペーサを有し、ステータには、該スペーサを挿通するための円形の開口部が形成され、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする。よって、ステータと一対の回転子間に隙間を形成することにより、電機子コイルの発熱によりステータに蓄積された熱を放熱することができ、ステータの耐久性を向上させることができる。
【００１５】
なお、上記第８の構成において、上記第１回転子の第２回転子側の面と、第２回転子の第１回転子側の面には、スペーサが嵌合するための凹部が形成されているものとするのが好ましい。
【００１６】
また、第９には、上記第１から第７までのいずれかの構成において、上記回転部が、上記第１回転子と第２回転子の間に、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するための金属製のスペーサを有し、該スペーサは、軸心方向に吸引して遠心方向に送風する遠心ファンにより構成されており、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする。これにより、積極的に外部から空気をスペーサ内に流入させて、一対の回転子とステータの隙間に送るので、電機子コイルの発熱によりステータに蓄積された熱を放熱することができ、ステータの耐久性を向上させることができる。
【００１７】
また、上記第９の構成を以下のようにしてもよい。すなわち、「上記回転部が、上記第１回転子と第２回転子の間に、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するための金属製のスペーサを有し、該スペーサは、中央に開口部を有した円環板状の第１板状部と、中央に開口部を有した円環板状の第２板状部と、第１板状部と第２板状部間に設けられた複数の羽根部とを有し、回転することにより第１板状部の開口部と第２板状部の開口部から吸い込んだ空気を遠心方向に送風する遠心ファンの機能を有するものであり、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする。」ものとしてもよい。
【００１８】
また、第１０の構成として、以下のような構成としてもよい。すなわち、「上記第８の構成において、上記スペーサは、内側に回転部の軸心に沿って形成された貫通穴を有する円筒状を呈し、貫通穴の内側からスペーサの外側の周面に貫通する開口部が放射状に複数設けられ、一対の回転子には、該貫通穴と連通する開口部が設けられ、該開口部の少なくとも１つは外部から空気が流入可能に形成され、流入した空気が開口部を介して一対の回転子とステータ間の隙間に送出されることを特徴とする。」ものとしてもよい。これにより、電機子コイルの発熱によりステータに蓄積された熱を放熱することができ、ステータの耐久性を向上させることができる。
【００１９】
また、第１１の構成として、以下の構成としてもよい。すなわち、「上記第１０の構成において、貫通穴の内周面における放射状に設けられた開口部の位置に軸心方向に吸引して遠心方向に送風する遠心ファンが設けられていることを特徴とする。」ものとしてもよい。これにより、積極的に外部から空気をスペーサ内に流入させて、一対の回転子とステータの隙間に送るので、電機子コイルの発熱によりステータに蓄積された熱を放熱することができ、ステータの耐久性を向上させることができる。
【００２０】
また、第１２には、以下の構成としてもよい。すなわち、「風力により発電を行なう発電装置であって、所定の軸心を中心に回転する回転部で、風力により回転する羽根部で、羽根状の羽根本体部と、羽根本体部を支持する羽根取付部とを有するブレード部と、一対の回転子で、複数の磁石が放射状に配設された板状で中央に円形の開口部が形成され、第２回転子側の面に凹部が形成された第１回転子と、複数の磁石が放射状に配設された板状で中央に円形の開口部が形成され、第１回転子側の面に凹部が形成された第２回転子とを有し、第１回転子と第２回転子とが互いに平行に設けられ、一対の回転子において、一方の回転子における磁石が他方の回転子における磁石と対向し、互いに異なる磁極が向き合うように配設された回転子と、第１回転子と第２回転子の間に第１回転子の凹部と第２回転子の凹部に嵌合して、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するためスペーサで、内側に回転部の軸心に沿って形成された貫通穴を有する円筒状のスペーサと、該ブレード部と第１回転子とスペーサと第２回転子とを支持する回転支持部と、を有する回転部と、該回転支持部を回転自在に支持する支持部と、該支持部に固定され、第１回転子と第２回転子の間の位置に設けられた板状中央に円形の開口部が形成されたステータで、放射状に配設された複数の電機子コイルと、該電機子コイルを埋設し、耐熱コンクリート又は耐熱モルタルにより形成されたステータ本体部とを有するステータと、を有し、上記羽根取付部に隣接して第１回転子が設けられ、第１回転子における羽根部側とは反対側にステータが設けられ、ステータにおける第１回転子側とは反対側に第２回転子が設けられ、第２回転子のステータ側とは反対側に支持部が設けられ、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする発電装置。」としてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に基づく発電装置によれば、羽根部に流体が当たると羽根部が回転し、羽根部の回転に伴い、回転部全体が支持部に対して回転する。ステータは支持部に固定されているので、ステータの電機子コイルに対して磁石が回転することになり発電が行われ、その際、電機子コイルに電流が流れることにより電機子コイルが発熱するが、ステータ本体部はコンクリート又はモルタルにより形成されているので、ステータ本体部にひびが入ることがなく、ステータの耐久性を十分に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明においては、電機子コイルを設けたステータに対して、永久磁石を設けた回転子を回転させて発電を行なう発電装置において、電機子コイルを取り付けたステータの耐久性を向上させることができる発電装置を提供するという目的を以下のようにして実現した。
【００２３】
本発明に基づく流体による発電装置としての風力発電装置Ａは、図１〜図１０に示すように構成され、支柱１０と、本体部２０と、尾翼部４０と、発電部５０と、ブレード部１００とを有している。なお、風力発電装置Ａにおいて、ブレード部１００が設けられている側を正面側とし、尾翼部４０が設けられている側を背面側とする。
【００２４】
ここで、支柱１０は、柱状（具体的には、円柱状）を呈し、鉛直方向に立設して設けられ、具体的には、地面や建築物の屋上等に立設して設けられる。
【００２５】
また、本体部２０は、支柱１０に対して水平方向に回転自在に支柱１０に支持されていて、その正面側に発電部５０を支持するとともに、その背面側に尾翼部４０を支持しており、筐体部２２と、柱状部２４と、棒状部２６ａ、２６ｂ、２６ｃと、ステータ支持部２８とを有している。
【００２６】
ここで、筐体部２２は、ケース状を呈し、板状の右側面部２２ａと、板状の底面部２２ｂと、板状の正面部２２ｃと、板状の上面部（図示せず）と、板状の左側面部（図示せず）とを有し、右側面部２２ａと底面部２２ｂと左側面部と上面部とで筒状を呈し、正面部２２ｃは、該筒状の一方を被覆する構成となっている。この正面部２２ｃの正面側には、後述する回転支持部５２を軸支するための軸部３４（図４参照）が設けられている。また、柱状部２４は、柱状を呈し、底面部２２ｂの底面に固着されているとともに、支柱１０に回転自在に軸支されている。つまり、柱状部２４は、軸線方向を中心に回転自在に構成されている。また、棒状部２６ａ、２６ｂ、２６ｃは棒状を呈し、棒状部２６ａは、正面部２２ｃの正面側の右端側に固着され鉛直方向に設けられ、棒状部２６ｂは、正面部２２ｃの正面側の左端側に固着され鉛直方向に設けられている。つまり、棒状部２６ａと棒状部２６ｂとは互いに平行に設けられている。また、棒状部２６ｃは、棒状部２６ａ、２６ｂの正面側に固着して設けられ、水平方向に設けられている。棒状部２６ａ、２６ｂは、筐体部２２の正面部２２ｃに対して上方及び下方に突出して設けられ、上方の端部と下方の端部とに指示棒３０を挿通するための穴部が設けられている。また、棒状部２６ｃは、筐体部２２の正面部２２ｃに対して左右の方向に突出して設けられ、左右の端部のそれぞれにに支持棒３０を挿通するための穴部が設けられている。また、ステータ支持部２８は、支持棒３０と、取付け具３２とを有し、支持棒３０は、棒状を呈し、棒状部２６ａ〜２６ｃに設けられた穴部に挿通して固定され、横方向（前後方向）に設けられている。また、取付け具３２は、支持棒３０の正面側の端部に取り付けられ、略コ字状を呈し、ステータ７０の端部に嵌合するための切欠きを有している。この本体部２０は、上記「回転部を回転自在に支持する支持部」に当たる。
【００２７】
また、尾翼部４０は、筐体部２２に取り付けられ、板状の尾翼本体４２と、棒状の尾翼棒４４とを有している。つまり、尾翼本体４２は、台形形状を２つ接続した形状の板状を呈しており、尾翼棒４４の後端部分に取り付けられている。また、尾翼棒４４は、筐体部２２の筒状部分に挿通されて、筐体部２２に固定されている。
【００２８】
また、発電部５０は、ブレード部１００が回転することにより発電を行なうものであり、主として、回転支持部５２と、回転子６０と、ステータ７０と、回転子８０と、スペーサ９０とを有している。
【００２９】
ここで、回転支持部５２は、軸部３４に対して回転自在に軸部３４に取り付けられており、円環状の板状の基部５６と、基部５６の背面側に設けられ筒状を呈し軸部３４が挿通される筒状部５４とを有し、筒状部５４は、軸部３４の軸受けとして機能する。また、基部５６の正面側には、ネジ溝が形成された円柱状の棒状部５８が設けられ、回転子６０、８０と、スペーサ９０、１０６と、ブレード取付部１０２に挿通するように構成されている。なお、当然軸部３４は、軸受けとしての筒状部５４から容易には抜けない構造となっている。この回転支持部５２は、回転子６０、８０とスペーサ９０と、上記ブレード部１００とを支持しており、回転支持部５２と、回転子６０、８０とスペーサ９０と、上記ブレード部１００とで構成される回転部が、回転支持部５２の筒状部５４の軸心を中止に一体となって回転するように構成されている。
【００３０】
また、回転子（第２回転子）６０は、回転支持部５２の正面側の面に接して設けられ、全体に円盤状を呈し、中央に円形の開口部６２ａが設けられ、正面側の面に複数の磁石６６が放射状に配設されている。この回転子６０の構成について詳述すると、回転子６０は、板状部６２と、磁石固定部６４と、磁石６６とを有し、板状部６２は、金属製（例えば、鉄製）で円形の板状を呈し、中央に円形の開口部６２ａを有している。つまり、板状部６２は、円環状の板状を呈している。また、磁石固定部６４は、全体に円形の板状を呈し、中央に円形の開口部６４ａを有し、内部に磁石６６を固定している。開口部６４ａの径は開口部６２ａの径よりも大きく形成されている。この磁石固定部６４は、合成樹脂により形成されている。これにより、磁石固定部６４の内周部と板状部６２の磁石固定部６４側の面とで凹部が構成され、この凹部に、スペーサ９０が嵌合することになる。また、磁石６６は、永久磁石（例えば、ネオジウムにより形成された永久磁石）であり、板状部６２における磁石固定部６４側の面に放射状に配設されている。図４、図５の例では、計２０個の磁石６６が設けられている。また、各磁石６６は、略扇状（又は台形状）の板状を呈し、磁石６６における板状部６２側の面を除いて磁石固定部６４に被覆されている。また、磁石６６においては、正面側の面と背面側の面（板状部６２側の面）における一方がＮ極で他方がＳ極に形成されていて、回転子６０に配設された複数の磁石６６においては、隣接する磁石６６の磁極は逆になるように配置されている。つまり、ステータ７０側の面がＮ極の磁石６６の周方向の隣にはステータ７０側の面がＳ極の磁石６６が配置され、さらにその隣には、ステータ７０側の面がＮ極の磁石６６が配置されている。以上のように、磁石６６における板状部６２側の面は、板状部６２に接し、磁石６６の他の面は、磁石固定部６４に接している。また、板状部６２における磁石固定部６４の内径よりも内側の領域には、棒状部５８を挿通するための円形の開口部６１ｂが形成されている。
【００３１】
また、ステータ（固定子としてもよい）７０は、回転子６０の正面側に設けられ、図４、図７、図８に示すように、全体に円盤状を呈し、中央の円形の開口部７０ａを有しており、内部に複数の電機子コイル７２を有している。このステータ７０の構成について詳述すると、ステータ７０は、電機子コイル７２と、ステータ本体部７４と、ケーブル７６とを有し、ステータ本体部７４の内部に複数（図７の例では１５個）の電機子コイル７２が埋設されている。この電機子コイル７２は、銅線によりコイル状に形成され、複数の電機子コイル７２がステータ本体部７４内に放射状に配設されていて、図９に示すように、三相交流電流が出力されるように複数の電機子コイル７２が結線され、ケーブル７６内に接続されている。より具体的には、電機子コイル７２は、図７に示すように、扇状に形成され、放射方向（ステータ７０の外形である円形の中心を通る方向）に形成された放射方向部７２ａと、周方向（円弧の方向）に形成された周方向部７２ｂとを有している。各電機子コイル７２は、巻き線状態を保持するために、図７、図８、図１０に示すように、帯状のシート状部７２−１により束ねられている。また、この電機子コイル７２は、コアレス構造となっている。また、ステータ本体部７４は、円環状の板状を呈し、コンクリートにより形成されている。具体的には、ステータ本体部７４は、耐熱コンクリートにより形成され、より具体的には、ステータ本体部７４を構成する耐熱コンクリートは、ポルトランドセメントと、アルミナセメントと、骨材と、繊維状のグラスファイバーとから構成され、ステータ本体部７４全体に対する配合割合は、ポルトランドセメント４８〜５８重量％、アルミナセメント３０〜４０重量％、骨材５〜１０重量％、繊維状のグラスファイバー５〜１０重量％となっている。骨材は、セラミック（例えば、粒状のセラミック）により形成されている。また、化学式で示すと、ＳｉＯ２が４８〜５８重量％、Ａｌ２Ｏ３が３０〜４０重量％含まれている。なお、コンクリートにおいては、骨材の粒径は５ｍｍ以上であるのが一般的であるので、上記骨材の粒径も５ｍｍ以上となる。
【００３２】
なお、上記骨材の粒径を５ｍｍ未満の細骨材としてもよく、その場合には、コンクリートではなくモルタルとなり、耐熱モルタルであるといえる。
【００３３】
なお、コンクリート及びモルタルは、ポルトランドセメントと、アルミナセメントと、骨材と、繊維状のグラスファイバーとを有するコンクリート又はモルタルであれば、他の配合割合でもよく、また、繊維状のグラスファイバーを有さない構成であってもよい。また、他の耐熱コンクリート又は耐熱モルタルでもよく、さらには、耐熱コンクリートや耐熱モルタル以外のコンクリートやモルタルでもよい。
【００３４】
なお、ステータ支持部２８によりステータ７０を支持しつつ、回転子６０、８０の回転に支障がないようにするために、ステータ７０の外径Ｓ１は、回転子６０、８０の外径Ｋ１よりも大きく形成されている。また、後述するように、ステータ７０の開口部７０ａ内にはスペーサ９０が設けられ、このスペーサ９０の外径は、回転子６０、８０における磁石固定部６４の内径と同一であり、スペーサ９０が回転する際にステータ７０と接触しないように、ステータ７０の開口部７０ａの径Ｓ２は、回転子６０、８０の磁石固定部６４の内径Ｋ２及びスペーサ９０の外径よりも大きく形成されている。
【００３５】
各電機子コイル７２は、ステータ本体部７４内に埋設されており、各電機子コイル７２の周囲には、ステータ本体部７４が密着している。
【００３６】
また、回転子（第１回転子）８０は、ステータ７０の正面側に設けられており、その構成は、上記回転子６０と同様の構成であるので詳しい説明を省略する。
【００３７】
また、スペーサ９０は、回転子６０と回転子８０の間隔を規定するための部材であり、回転子６０と回転子８０の間で、ステータ７０の開口部７０ａの内側に設けられ、金属製（具体的には、鉄製）の円筒状を呈している。つまり、スペーサ９０は、前後方向に所定幅を有する円環状部材であり、中央に円柱状の貫通穴９２を有している。また、互いに対称となる位置に棒状部５８を挿通するための穴部９４が設けられている。このスペーサ９０の前後方向の幅Ｔは、発電部５０を組み立てた際に、ステータ７０と回転子６０、８０との間に隙間Ｗ（図１０参照）ができるように、ステータ７０の厚みＳ３と、回転子６０、８０の磁石固定部６４の厚みＫ３（この厚みＫ３が、スペーサ９０が回転子６０、８０に入り込む厚みとなる）の２つ分とを加算した長さよりも長く形成されている。つまり、Ｔ＞Ｓ３＋２×Ｋ３となる。また、ステータ７０と回転子６０、８０との間の隙間は、回転子６０、８０が回転する際にステータ７０に接しないようにすればよく、また、ステータ７０と回転子６０、８０間の隙間をあまり大きくしてしまうと発電効率が落ちるので、１．０〜３．０ｍｍとするのが好ましい。また、スペーサ９０の外径は、回転子６０、８０の凹部に嵌合するように、磁石固定部６４の内径と同一に形成されている。なお、スペーサ９０は、円筒状ではなく、内部に貫通穴が設けられていない円柱状でもよい。
【００３８】
また、ブレード部（羽根部）１００は、回転子８０の正面側に設けられ、ブレード取付部（羽根部取付部）１０２と、羽根状のブレード本体部（羽根部本体部）１０４とを有している。
【００３９】
ここで、ブレード取付部１０２は、２枚の円形の板状部材により構成されていて、各板状部材には、４つの棒状部５８を挿通するための穴部１０２ｂが設けられている。
【００４０】
また、ブレード本体部１０４は、ブレード取付部１０２に取り付けられ、３つのブレード本体部１０４がブレード取付部１０２を構成する２枚の板状部材に挟まれた状態で設けられている。なお、ブレード取付部１０２と回転子８０との間には、棒状部５８が挿通して管状のスペーサ１０６が設けられている。つまり、スペーサ１０６は、正面側はブレード取付部１０２と接し、背面側は回転子８０と接して取り付けられる。
【００４１】
また、ブレード取付部１０２の正面側には、棒状部５８に螺着されたナット部１１０が設けられる。
【００４２】
また、ブレード本体部１０４は、風力発電装置Ａの正面側から風を受けると、正面側から見て右方向に回転するように構成されている。なお、左方向に回転するような構成であってもよい。
【００４３】
なお、発電部５０の組立て状態においては、棒状部５８が、回転子６０の開口部６１ｂ、スペーサ９０の穴部９４、回転子８０の開口部６１ｂ、スペーサ１０６、ブレード取付部１０２の順に挿通され、棒状部５８にはナット部１１０が螺着されて、回転支持部５２と、回転子６０と、スペーサ９０と、回転子８０と、ブレード部１００とが一体に固定される。また、ステータ７０は、回転子６０と回転子８０の間に設けられ、ステータ支持部２８により支持されて本体部２０側に固定されている。なお、図１０に示すように、回転子６０、８０においては、磁石６６が設けられている側の面（板状部６２が設けられている側とは反対側の面）がステータ７０側に向いている。つまり、一対の回転子６０、８０は、ステータ７０を挟んで互いに対向した構成となっている。
【００４４】
また、上述したように、ステータ７０と回転子６０との間と、ステータ７０と回転子８０との間には、隙間Ｗが設けられる。
【００４５】
また、回転子６０と回転子８０とが対向した状態では、互いに対向する一対の磁石６６においては、互いに異なる磁極が対向するように設けられ、ステータ７０側の面がＮ極の磁石６６とステータ７０側の面がＳ極の磁石６６とが対向するように配設されている。つまり、回転子６０においてステータ７０側の面がＮ極の磁石６６には、回転子８０においてはステータ７０側の面がＳ極の磁石６６が対向し、また、回転子６０においてステータ７０側の面がＳ極の磁石６６には、回転子８０においてはステータ７０側の面がＮ極の磁石６６が対向して、互いに異なる磁極の磁石が対向している。
【００４６】
また、ステータ７０における電機子コイル７２は、回転子６０と回転子８０において互いに対向する磁石６６の間の位置となるように設けられている。つまり、電機子コイル７２における放射方向部７２ａの領域が互いに対向する磁石６６の間の位置となるように設けられている。
【００４７】
また、スペーサ９０は、ステータ７０の開口部７０ａに挿通され、回転子６０と回転子８０の間に設けられ、回転子６０、８０の凹部に嵌合された状態となり、正面側の端面は回転子８０の板状部６２と接し、背面側の端面は回転子６０の板状部６２と接した状態となる。
【００４８】
また、ケーブル７６には、制御装置（図示せず）が接続され、該制御装置には、バッテリー（図示せず）が接続される。該制御装置には、発電量を監視するための電流計と、発電装置に電磁ブレーキをかけるためのブレーキ用スイッチと、保護用ヒューズと、過充電・過放電防止回路が設けられている。また、該制御回路とバッテリー間には、余分な電力を廃棄するためのレギュレータが接続されている。
【００４９】
なお、上記発電部５０における回転支持部５２と、回転子６０、８０とスペーサ９０と、上記ブレード部１００とで上記回転部が構成され、この回転部は、回転部を構成する各部が一体となって所定の軸心、つまり、回転部を構成する各部の回転中心を中心に回転する。回転部を構成する各部の軸心は一致している。
【００５０】
なお、図１１に示すように、上記回転子６０、８０において、磁石６６の板状部６２とは反対側の面にシート状部６８を設けるようにしてもよい。つまり、シート状部６８は、円環状のシート状を呈し、磁石６６の板状部６２とは反対側の面に接して設けられている。このシート状部材６８は、シート状のグラスファイバーにより形成され、磁石６６を回転子６０に対してより強固に固定している。つまり、この場合、磁石６６における板状部６２側の面は、板状部６２に接し、板状部６２と反対側の面は、シート状部６８に接し、他の面は、磁石固定部６４に接している。
【００５１】
なお、上記回転子６０、８０の製造工程を簡単に説明すると、図１２に示すような製造用部材Ｂを用いる。製造用部材Ｂは、板状基部２００と、枠状部２１０と、磁石配置用枠状部２２０と、円形板状部２３０とを有している。
【００５２】
板状基部２００は、正方形状の板状を呈し、角部にボルト２４０を挿通するための穴部２００ａが設けられ、その中央領域には、図示しないボルトを挿通するための穴部２００ｂが設けられている。
【００５３】
また、枠状部２１０は、正方形状の板状に円形の開口部２１２を形成した形状を呈し、角部にボルト２４０を挿通するための穴部２１０ａが設けられている。この枠状部２１０の外形は板状基部２００と同じ大きさであり、開口部２１２の径は、回転子６０、８０の径Ｋ１と同じに形成されている。この枠状部２１０の厚みは、回転子６０、８０の厚みＫ４と同じに形成されている。
【００５４】
また、磁石配置用枠状部２２０は、円形の外形を有する板状部材で、放射状に磁石６６の配置位置に対応した開口部２２０ａが形成され、また、その中央領域には、図示しないボルトを挿通するための穴部２２０ｂ（つまり、穴部２００ｂと同じ位置に設けられた穴部）が設けられている。この磁石配置用枠状部２２０の外形は、枠状部２１０の開口部２１２の径と同じに形成されていて、開口部２１２内に配置可能に形成されている。
【００５５】
また、円形板状部２３０は、円形の板状部材であり、穴部２００ｂ、２２０ｂと同じ位置に設けられた穴部２３０ａが形成されている。この円形板状部２３０の径は、磁石固定部６４の内径Ｋ２と同じに形成されている。
【００５６】
回転子６０、８０を製造するには、上記の製造用部材Ｂを用いて、板状基部２００の穴部２００ａにボルト２４０を挿通するとともに、穴部２００ｂにもボルトを挿通した状態で、枠状部２１０の穴部２１０ａにもボルト２４０を挿通し、板状基部２００の上面に枠状部２１０を配置するその状態で、金属製（例えば、鉄製）の板状部６２を開口部２１２内に配置し、その後、磁石配置用枠状部２２０を開口部２１２内に配置する。つまり、穴部２２０ｂに穴部２００ｂに挿通されたボルトを挿通する。そして、磁石配置用枠状部２２０内の開口部２２０ａに磁石を配置する。磁石６６を配置し終わったら、磁石配置用枠状部２２０を取外し、その後、穴部２３０ａに穴部２００ｂに挿通されたボルトを挿通して、円形板状部２３０を開口部２１２内に配置し、その後、液状の樹脂を流し込む。樹脂が硬化することにより、磁石固定部６４が形成されて、回転子６０、８０が製造される。なお、上記シート状部材６８を取り付ける場合には、樹脂を流し込む前に、磁石６６の上面にシート状部６８を配置することになる。
【００５７】
次に、ステータ７０の製造工程を簡単に説明すると、図１３に示すような製造用部材Ｃを用いる。製造用部材Ｃは、板状基部３００と、枠状部３１０と、円形板状部３２０とを有している。
【００５８】
板状基部３００は、正方形状の板状を呈し、角部にボルト３３０を挿通するための穴部３００ａが設けられ、その中央領域には、図示しないボルトを挿通するための穴部３００ｂが設けられている。また、板状基部３００の上面には、電機子コイル７２の配置位置を示すイラストが表示されている。
【００５９】
また、枠状部３１０は、正方形状の板状に円形の開口部３１２を形成した形状を呈し、角部にボルト３３０を挿通するための穴部３１０ａが設けられている。この枠状部３１０の外形は板状基部３００と同じ大きさであり、開口部３１２の径は、ステータ７０の径Ｓ１と同じに形成されている。この枠状部３１０の厚みは、ステータ７０の厚みＳ３と同じに形成されている。
【００６０】
また、円形板状部３２０は、円形の板状部材であり、穴部３００ｂと同じ位置に設けられた穴部３２０ａが形成されている。この円形板状部３２０の径は、ステータ７０の開口部７０ａの内径Ｓ２と同じに形成されている。
【００６１】
ステータ７０を製造するには、上記の製造用部材Ｃを用いて、板状基部３００の穴部３００ａにボルト３３０を挿通するとともに、穴部３００ｂにもボルトを挿通した状態で、枠状部３１０の穴部３１０ａにもボルト３３０を挿通し、板状基部３００の上面に枠状部３１０を配置する。また、穴部３００ｂに挿通されたボルトを円形板状部３２０の穴部３２０ａにも挿通し、板状基部３００の上面に円形板状部３２０を配置する。その状態で、板状基部３００に表示されたイラストに従い、電機子コイル７２を配置し、複数の電機子コイル７２同士を結線する。その後、セメント（具体的には、耐熱セメント）に水を加えて液状としたものを枠状部３１０の開口部３１２内に流し込む。セメントが硬化することにより、ステータ７０が製造される。
【００６２】
上記構成の風力発電装置Ａの使用状態について説明する。風力発電装置Ａの正面側から風が当たると、外部からの力としての該風の力によりブレード部１００が回転し、ブレード部１００の回転に伴い、回転子６０、８０と、スペーサ９０と、回転支持部５２とが回転する。ステータ７０は、本体部２０側に固定されているので回転はしない。すると、電機子コイル７２に対して磁石６６が回転することになり、回転子６０と回転子８０において互いに対向する磁石６６の間を対向する一対の磁石間の磁力線の方向に対して直角に電機子コイルが相対的に通過するので、ケーブル７６から三相交流電流が取り出され、制御回路を介してバッテリーに充電される。
【００６３】
その際、電機子コイル７２に電流が流れることにより電機子コイル７２が発熱するが、ステータ本体部７４はコンクリート又はモルタル、特に、耐熱コンクリート又は耐熱モルタルにより形成されているので、ステータ本体部７４にひびが入ることがなく、ステータ７０の耐久性を十分に向上させることができる。
【００６４】
また、上記スペーサ９０は、鉄製であるので、回転子６０と回転子８０において互いに対向する一対の磁石６６において、磁力線は、ステータ７０側がＮ極である磁石６６（これを第１磁石とする）のＮ極からステータ７０を通ってステータ７０側がＳ極である磁石６６（これを第２磁石とする）のＳ極に至り、該磁石６６のＳ極からＮ極に至り、さらには、スペーサ９０を介して第１磁石のＳ極に至るので、良好に磁力線を形成することができ、発電効率を向上させることができる。
【００６５】
なお、スペーサ９０の代わりに、図１４に示すスペーサ１９０を用いてもよい。すなわち、このスペーサ１９０は、軸心方向に空気を吸い込み遠心方向に送風を行なう遠心ファンであり、具体的には、ターボファンにより構成されている。すなわち、スペーサ１９０は、中央に円形の開口部１９２ａを有する円環状の板状の板状部１９２と、同じく中央に円形の開口部１９４ａを有する円環状の板状の板状部１９４と、板状部１９２と板状部１９４間に設けられた羽根部１９６とを有していて、スペーサ１９０が回転することにより、開口部１９２ａ、１９４ａから空気を吸い込み、遠心方向に送風するものである。また、板状部１９２には、棒状部５８を挿通するための穴部１９２ｂが設けられ、同様に、板状部１９４には、棒状部５８を挿通するための穴部１９４ｂが設けられている。各穴部１９２ｂと各穴部１９４ｂとは、前後方向に対応する位置に設けられている。また、スペーサ１９０の前後方向の幅は、上記スペーサ９０の幅Ｔと同様であり、ステータ７０と回転子６０、８０との間に隙間ができるように、ステータ７０の厚みと、回転子６０、８０の磁石固定部６４の厚みとを加算した長さよりも長く形成されている。また、スペーサ１９０の外径は、回転子６０、８０の凹部に嵌合するように、磁石固定部６４の内径と同一に形成されている。このスペーサ１９０は、金属製（例えば、鉄製）である。
【００６６】
上記構成のスペーサ１９０を用いた場合の回転子６０、８０とステータ７０とスペーサ１９０の組立て状態は、図１５に示すようになり、スペーサ１９０は、ステータ７０の開口部７０ａに挿通され、回転子６０と回転子８０の間に設けられ、回転子６０、８０の凹部に嵌合された状態となる。
【００６７】
上記構成のスペーサ１９０を用いることにより、回転支持部５２と、回転子６０、８０とスペーサ１９０と、上記ブレード部１００とで構成される回転部が回転すると、スペーサ１９０が回転することにより、スペーサ１９０の正面側の開口部１９２ａと背面側の開口部１９４ａから空気が吸い込まれ、遠心方向（つまり、周方向）に送風され、回転子６０、８０とステータ７０間の隙間を通って外部に放出される。このように、積極的に外部から空気をスペーサ内に流入させて、一対の回転子とステータの隙間に送ることにより、電機子コイル７２が発熱してもステータ７０に蓄積された熱を放熱することができ、ステータ本体部７４の耐久性をより高めることができる。
【００６８】
また、上記のようにステータ７０に蓄積された熱を放熱することにより、電機子コイル７２を構成する銅線の許容温度内に電機子コイル７２の発熱を抑えることができ、また、電機子コイル７２の抵抗損が小さくなるので、発電効率を向上させることができる。
【００６９】
また、磁石６６にネオジウムを用いる場合には、磁力は強いが熱に弱く磁力が低下するという特性があるので、上記のようにステータ７０に蓄積された熱を放熱すると、熱による磁石の磁力の低下を防ぐことができる。
【００７０】
また、スペーサとして、図１６に示す構成のスペーサ２９０を用いてもよい。このスペーサ２９０は、スペーサ本体２９２と、遠心ファン３００と、遠心ファン３１０とを有し、スペーサ本体２９２は、金属製（具体的には、鉄製）で円筒状を呈し円柱状の貫通穴２９４を有するとともに、貫通穴２９４の内周面とスペーサ本体２９２の外周面とを貫通する複数の開口部２９６を有している。この開口部２９６は、貫通穴２９４の内周面とスペーサ本体２９２の外周面に向けて放射状に複数設けられていて、前後方向には、回転子６０とステータ７０間の隙間の位置と、回転子８０とステータ７０間の隙間の位置にそれぞれ設けられている。スペーサ本体２９２の軸心は、回転部を構成する他の部材の軸心と一致している。
【００７１】
また、遠心ファン３００と遠心ファン３１０とは、軸心方向に空気を吸い込み遠心方向に送風を行なうファンであり、例えば、ターボファンにより構成され、スペーサ１９０と同様の構成となっている。遠心ファン３００は、前後方向には、背面側の開口部２９６（すなわち、回転子６０とステータ７０間の隙間の位置に対応して設けられた開口部２９６）の位置に設けられていて、遠心方向に送風された空気が該開口部２９６内に送られるように構成されている。また、遠心ファン３１０は、前後方向には、正面側の開口部２９６（すなわち、回転子８０とステータ７０間の隙間の位置に対応して設けられた開口部２９６）の位置に設けられていて、遠心方向に送風された空気が該開口部２９６内に送られるように構成されている。
【００７２】
上記構成のスペーサ２９０を用いることにより、回転支持部５２と、回転子６０、８０とスペーサ２９０と、上記ブレード部１００とで構成される回転部が回転すると、スペーサ２９０が回転することにより遠心ファン３００、３１０が回転し、スペーサ本体２９２の貫通穴２９４の正面側と背面側から空気が吸い込まれ、遠心ファン３００、３１０はその軸心方向から空気を吸い込み、遠心方向（つまり、周方向）に送風し、回転子６０、８０とステータ７０間の隙間を通って外部に放出される。このように、積極的に外部から空気をスペーサ内に流入させて、一対の回転子とステータの隙間に送ることにより、電機子コイル７２が発熱してもステータ７０に蓄積された熱を放熱することができ、ステータ本体部７４の耐久性をより高めることができる。
【００７３】
また、上記のようにステータ７０に蓄積された熱を放熱することにより、電機子コイル７２を構成する銅線の許容温度内に電機子コイル７２の発熱を抑えることができ、また、電機子コイル７２の抵抗損が小さくなるので、発電効率を向上させることができる。
【００７４】
また、磁石６６にネオジウムを用いる場合には、磁力は強いが熱に弱く磁力が低下するという特性があるので、上記のようにステータ７０に蓄積された熱を放熱すると、熱による磁石の磁力の低下を防ぐことができる。
【００７５】
また、特にスペーサ２９０においては、スペーサ本体２９２を有するので、スペーサ９０の場合と同様に、回転子６０と回転子８０において互いに対向する一対の磁石６６において、磁力線は、ステータ７０側がＮ極である磁石６６（これを第１磁石とする）のＮ極からステータ７０を通ってステータ７０側がＳ極である磁石６６（これを第２磁石とする）のＳ極に至り、該磁石６６のＳ極からＮ極に至り、さらには、スペーサ２９０を介して第１磁石のＳ極に至るので、良好に磁力線を形成することができ、発電効率を向上させることができる。上記スペーサ１９０も金属製であるので、良好な磁力線を形成することはできるが、スペーサ２９０は、スペーサ本体２９２を有するので、より良好な磁力線を形成することができる。
【００７６】
また、スペーサ１９０、２９０を使用する場合には、ブレード部１００におけるブレード取付部１０２の中央には開口部を設けて、スペーサ１９０、２９０内に空気を流入しやすいようにするのが好ましい。
【００７７】
また、回転子６０と回転支持部５２間に他のスペーサを設けて、回転子６０と回転支持部５２の間に隙間を形成し、スペーサ１９０、２９０の背面側からも空気が流入しやすくなるように構成してもよい。
【００７８】
なお、スペーサ２９０において、遠心ファン３００、３１０を除いた構成としても開口部２９６が設けられているので、一対の回転子とステータの隙間に空気を流入させて、放熱することができる。
【００７９】
なお、上記の例では、遠心ファンとして、ターボファンの例をとったが、他の遠心ファンでもよく、例えば、シロッコファンを用いてもよい。シロッコファンの場合には、軸線方向の開口側を正面側にして設置する。
【００８０】
また、上記説明においては、風力発電装置を例にとって説明したが、上記構成のステータの両面に上記構成の回転子を回転可能に取り付け、該回転子を流体の力（外部からの力）によって回転させるものであればよく、例えば、ブレード部１００の代わりに水車を取り付け、外部からの力としての水力により回転子を回転させる構成としてもよい。また、ブレード部１００の代わりに蒸気タービンを設け、流体としての蒸気の力により回転部を回転させる構成としてもよい。
【００８１】
また、上記風力発電装置Ａの上記構成において、ブレード部１００を設けない構成として、回転部を回転支持部５２と、回転子６０、８０とスペーサ９０と、原動機の回転出力軸を接続するための接続部（この接続部の軸心は回転部の軸心と当然一致する）とで構成し、該接続部に原動機の回転出力軸を接続することにより回転部を回転させて、発電を行なう構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施例に基づく風力発電装置の構成を示す前方斜視図である。
【図２】本発明の実施例に基づく風力発電装置の構成を示す前方要部斜視図である。
【図３】本発明の実施例に基づく風力発電装置の構成を示す後方要部斜視図である。
【図４】本発明の実施例に基づく風力発電装置の要部の構成を示す分解斜視図である。
【図５】回転子の構成を示す正面図である。
【図６】図５におけるＰ−Ｐ断面図である。
【図７】ステータの構成を示す正面図である。
【図８】図７におけるＱ−Ｑ断面図である。
【図９】複数の電機子コイルにおける結線の例を示す説明図である。
【図１０】回転子とステータとスペーサの位置関係を示す断面図である。
【図１１】回転子の他の例を示す断面図である。
【図１２】回転子を製造するための製造用部材を示す分解斜視図である。
【図１３】ステータを製造するための製造用部材を示す分解斜視図である。
【図１４】スペーサの他の例を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示すスペーサを用いた場合の回転子とステータとスペーサの位置関係を示す断面図である。
【図１６】スペーサの他の例を示すとともに、回転子とステータとスペーサの位置関係を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
Ａ 風力発電装置
１０ 支柱
２０、９１ 本体部
４０ 尾翼部
５０ 発電部
５２ 回転支持部
６０、８０ 回転子
６２ 板状部
６４ 磁石固定部
６６ 磁石
７０ ステータ
７２ 電機子コイル
７４ ステータ本体部
９０、１０６、１９０、２９０ スペーサ
９２ 貫通穴
１００ ブレード部
１０２ ブレード取付部
１０４ ブレード本体部
６２ａ、６４ａ、６１ｂ、７０ａ、９６、１９２ａ、１９４ａ、２９６ 開口部
９７、１９６ 羽根部
３００、３１０ 遠心ファン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体等の外部からの力により発電する発電装置に関するものであり、特に、風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流体による発電装置としての風力発電機として、電機子コイルを設けたステータに対して、永久磁石を設けた回転子を回転させて、発電するものが知られている。例えば、特許文献１の風力発電機に示すように、コイル固定盤１２に固定された電機子コイル１１の両側に、磁石固定盤１３、１４に固定された永久磁石１５を配置し、風力により風車６が回転すると、コイル固定盤１２に対して磁石固定盤１３、１４が回転し、これにより発電するものが知られている。特許文献１の風力発電機において、電機子コイル１１の外延部分は硬化樹脂により固定化されている。
【特許文献１】特開２０００−２８７４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１の構成においてコイル固定盤１２が回転して電機子コイル１１に電流が流れると、電機子コイル１１が発熱し、電機子コイル１１を固定する樹脂にひびが入ってしまい、電機子コイルを含むステータの耐久性に問題があった。
【０００４】
そこで、本発明が解決しようとする問題点は、電機子コイルを設けたステータに対して、永久磁石を設けた回転子を回転させて発電を行なう発電装置において、電機子コイルを取り付けたステータの耐久性を向上させることができる発電装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するために創作されたものであって、第１には、発電装置であって、外部からの力により所定の軸芯を中心に回転する回転部で、一対の回転子で、複数の磁石が放射状に配設された板状の第１回転子と、複数の磁石が放射状に配設された板状の第２回転子とを有し、第１回転子と第２回転子とが互いに平行に設けられ、一対の回転子において、一方の回転子における磁石が他方の回転子における磁石と対向し、互いに異なる磁極が向き合うように配設された回転子と、を有する回転部と、該回転部を回転自在に支持する支持部と、該支持部に固定され、第１回転子と第２回転子の間の位置に設けられた板状のステータで、放射状に配設された複数の電機子コイルと、該電機子コイルを埋設し、コンクリート又はモルタルにより形成されたステータ本体部とを有するステータと、を有することを特徴とする。
【０００６】
この第１の構成の発電装置においては、外部からの力により、回転部全体が支持部に対して回転する。ステータは支持部に固定されているので、ステータの電機子コイルに対して磁石が回転することになり、発電が行われる。電機子コイルに電流が流れることにより電機子コイルが発熱するが、ステータ本体部はコンクリート又はモルタルにより形成されているので、ステータ本体部にひびが入ることがなく、ステータの耐久性を十分に向上させることができる。
【０００７】
また、第２には、上記第１の構成において、上記回転部が、流体の力により回転する羽根部を有し、羽根部が回転することにより回転部全体が支持部に対して回転することを特徴とする。つまり、流体の力（例えば、風力や水力）を外部からの力として回転部が回転する。
【０００８】
また、第３には、上記第２の構成において、上記流体が風力であることを特徴とする。
【０００９】
また、第４には、上記第２の構成において、上記流体が水力であることを特徴とする。
【００１０】
また、第５には、風力により発電を行なう発電装置であって、所定の軸心を中心に回転する回転部で、風力により回転する羽根部と、一対の回転子で、複数の磁石が放射状に配設された板状の第１回転子と、複数の磁石が放射状に配設された板状の第２回転子とを有し、第１回転子と第２回転子とが互いに平行に設けられ、一対の回転子において、一方の回転子における磁石が他方の回転子における磁石と対向し、互いに異なる磁極が向き合うように配設された回転子と、を有する回転部と、該回転部を回転自在に支持する支持部と、該支持部に固定され、第１回転子と第２回転子の間の位置に設けられた板状のステータで、放射状に配設された複数の電機子コイルと、該電機子コイルを埋設し、コンクリート又はモルタルにより形成されたステータ本体部とを有するステータと、を有し、上記羽根部に隣接して第１回転子が設けられ、第１回転子における羽根部側とは反対側にステータが設けられ、ステータにおける第１回転子側とは反対側に第２回転子が設けられ、第２回転子のステータ側とは反対側に支持部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
この第５の構成の発電装置においては、羽根部に流体が当たると羽根部が回転し、羽根部の回転に伴い、回転部全体が支持部に対して回転する。ステータは支持部に固定されているので、ステータの電機子コイルに対して磁石が回転することになり、発電が行われる。電機子コイルに電流が流れることにより電機子コイルが発熱するが、ステータ本体部はコンクリート又はモルタルにより形成されているので、ステータ本体部にひびが入ることがなく、ステータの耐久性を十分に向上させることができる。
【００１２】
また、第６には、上記第１から第５までのいずれかの構成において、上記ステータ本体部が、耐熱コンクリート又は耐熱モルタルにより形成されていることを特徴とする。よって、電機子コイルが発熱しても、よりステータの耐久性を十分に向上させることができる。
【００１３】
また、第７には、上記第１から第６までのいずれかの構成において、上記ステータ本体部が、ポルトランドセメントと、アルミナセメントと、骨材と、繊維状のグラスファイバーとから構成され、ステータ本体部における配合割合が、ポルトランドセメント４８〜５８重量％、アルミナセメント３０〜４０重量％、骨材５〜１０重量％、繊維状のグラスファイバー５〜１０重量％であることを特徴とする。よって、電機子コイルが発熱しても、よりステータの耐久性を十分に向上させることができる。
【００１４】
また、第８には、上記第１から第７までのいずれかの構成において、上記回転部が、上記第１回転子と第２回転子の間に、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するための円柱状又は円筒状の金属製のスペーサを有し、ステータには、該スペーサを挿通するための円形の開口部が形成され、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする。よって、ステータと一対の回転子間に隙間を形成することにより、電機子コイルの発熱によりステータに蓄積された熱を放熱することができ、ステータの耐久性を向上させることができる。
【００１５】
なお、上記第８の構成において、上記第１回転子の第２回転子側の面と、第２回転子の第１回転子側の面には、スペーサが嵌合するための凹部が形成されているものとするのが好ましい。
【００１６】
また、第９には、上記第１から第７までのいずれかの構成において、上記回転部が、上記第１回転子と第２回転子の間に、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するための金属製のスペーサを有し、該スペーサは、軸心方向に吸引して遠心方向に送風する遠心ファンにより構成されており、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする。これにより、積極的に外部から空気をスペーサ内に流入させて、一対の回転子とステータの隙間に送るので、電機子コイルの発熱によりステータに蓄積された熱を放熱することができ、ステータの耐久性を向上させることができる。
【００１７】
また、上記第９の構成を以下のようにしてもよい。すなわち、「上記回転部が、上記第１回転子と第２回転子の間に、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するための金属製のスペーサを有し、該スペーサは、中央に開口部を有した円環板状の第１板状部と、中央に開口部を有した円環板状の第２板状部と、第１板状部と第２板状部間に設けられた複数の羽根部とを有し、回転することにより第１板状部の開口部と第２板状部の開口部から吸い込んだ空気を遠心方向に送風する遠心ファンの機能を有するものであり、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする。」ものとしてもよい。
【００１８】
また、第１０の構成として、以下のような構成としてもよい。すなわち、「上記第８の構成において、上記スペーサは、内側に回転部の軸心に沿って形成された貫通穴を有する円筒状を呈し、貫通穴の内側からスペーサの外側の周面に貫通する開口部が放射状に複数設けられ、一対の回転子には、該貫通穴と連通する開口部が設けられ、該開口部の少なくとも１つは外部から空気が流入可能に形成され、流入した空気が開口部を介して一対の回転子とステータ間の隙間に送出されることを特徴とする。」ものとしてもよい。これにより、電機子コイルの発熱によりステータに蓄積された熱を放熱することができ、ステータの耐久性を向上させることができる。
【００１９】
また、第１１の構成として、以下の構成としてもよい。すなわち、「上記第１０の構成において、貫通穴の内周面における放射状に設けられた開口部の位置に軸心方向に吸引して遠心方向に送風する遠心ファンが設けられていることを特徴とする。」ものとしてもよい。これにより、積極的に外部から空気をスペーサ内に流入させて、一対の回転子とステータの隙間に送るので、電機子コイルの発熱によりステータに蓄積された熱を放熱することができ、ステータの耐久性を向上させることができる。
【００２０】
また、第１２には、以下の構成としてもよい。すなわち、「風力により発電を行なう発電装置であって、所定の軸心を中心に回転する回転部で、風力により回転する羽根部で、羽根状の羽根本体部と、羽根本体部を支持する羽根取付部とを有するブレード部と、一対の回転子で、複数の磁石が放射状に配設された板状で中央に円形の開口部が形成され、第２回転子側の面に凹部が形成された第１回転子と、複数の磁石が放射状に配設された板状で中央に円形の開口部が形成され、第１回転子側の面に凹部が形成された第２回転子とを有し、第１回転子と第２回転子とが互いに平行に設けられ、一対の回転子において、一方の回転子における磁石が他方の回転子における磁石と対向し、互いに異なる磁極が向き合うように配設された回転子と、第１回転子と第２回転子の間に第１回転子の凹部と第２回転子の凹部に嵌合して、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するためスペーサで、内側に回転部の軸心に沿って形成された貫通穴を有する円筒状のスペーサと、該ブレード部と第１回転子とスペーサと第２回転子とを支持する回転支持部と、を有する回転部と、該回転支持部を回転自在に支持する支持部と、該支持部に固定され、第１回転子と第２回転子の間の位置に設けられた板状中央に円形の開口部が形成されたステータで、放射状に配設された複数の電機子コイルと、該電機子コイルを埋設し、耐熱コンクリート又は耐熱モルタルにより形成されたステータ本体部とを有するステータと、を有し、上記羽根取付部に隣接して第１回転子が設けられ、第１回転子における羽根部側とは反対側にステータが設けられ、ステータにおける第１回転子側とは反対側に第２回転子が設けられ、第２回転子のステータ側とは反対側に支持部が設けられ、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする発電装置。」としてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に基づく発電装置によれば、羽根部に流体が当たると羽根部が回転し、羽根部の回転に伴い、回転部全体が支持部に対して回転する。ステータは支持部に固定されているので、ステータの電機子コイルに対して磁石が回転することになり発電が行われ、その際、電機子コイルに電流が流れることにより電機子コイルが発熱するが、ステータ本体部はコンクリート又はモルタルにより形成されているので、ステータ本体部にひびが入ることがなく、ステータの耐久性を十分に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明においては、電機子コイルを設けたステータに対して、永久磁石を設けた回転子を回転させて発電を行なう発電装置において、電機子コイルを取り付けたステータの耐久性を向上させることができる発電装置を提供するという目的を以下のようにして実現した。
【００２３】
本発明に基づく流体による発電装置としての風力発電装置Ａは、図１〜図１０に示すように構成され、支柱１０と、本体部２０と、尾翼部４０と、発電部５０と、ブレード部１００とを有している。なお、風力発電装置Ａにおいて、ブレード部１００が設けられている側を正面側とし、尾翼部４０が設けられている側を背面側とする。
【００２４】
ここで、支柱１０は、柱状（具体的には、円柱状）を呈し、鉛直方向に立設して設けられ、具体的には、地面や建築物の屋上等に立設して設けられる。
【００２５】
また、本体部２０は、支柱１０に対して水平方向に回転自在に支柱１０に支持されていて、その正面側に発電部５０を支持するとともに、その背面側に尾翼部４０を支持しており、筐体部２２と、柱状部２４と、棒状部２６ａ、２６ｂ、２６ｃと、ステータ支持部２８とを有している。
【００２６】
ここで、筐体部２２は、ケース状を呈し、板状の右側面部２２ａと、板状の底面部２２ｂと、板状の正面部２２ｃと、板状の上面部（図示せず）と、板状の左側面部（図示せず）とを有し、右側面部２２ａと底面部２２ｂと左側面部と上面部とで筒状を呈し、正面部２２ｃは、該筒状の一方を被覆する構成となっている。この正面部２２ｃの正面側には、後述する回転支持部５２を軸支するための軸部３４（図４参照）が設けられている。また、柱状部２４は、柱状を呈し、底面部２２ｂの底面に固着されているとともに、支柱１０に回転自在に軸支されている。つまり、柱状部２４は、軸線方向を中心に回転自在に構成されている。また、棒状部２６ａ、２６ｂ、２６ｃは棒状を呈し、棒状部２６ａは、正面部２２ｃの正面側の右端側に固着され鉛直方向に設けられ、棒状部２６ｂは、正面部２２ｃの正面側の左端側に固着され鉛直方向に設けられている。つまり、棒状部２６ａと棒状部２６ｂとは互いに平行に設けられている。また、棒状部２６ｃは、棒状部２６ａ、２６ｂの正面側に固着して設けられ、水平方向に設けられている。棒状部２６ａ、２６ｂは、筐体部２２の正面部２２ｃに対して上方及び下方に突出して設けられ、上方の端部と下方の端部とに指示棒３０を挿通するための穴部が設けられている。また、棒状部２６ｃは、筐体部２２の正面部２２ｃに対して左右の方向に突出して設けられ、左右の端部のそれぞれにに支持棒３０を挿通するための穴部が設けられている。また、ステータ支持部２８は、支持棒３０と、取付け具３２とを有し、支持棒３０は、棒状を呈し、棒状部２６ａ〜２６ｃに設けられた穴部に挿通して固定され、横方向（前後方向）に設けられている。また、取付け具３２は、支持棒３０の正面側の端部に取り付けられ、略コ字状を呈し、ステータ７０の端部に嵌合するための切欠きを有している。この本体部２０は、上記「回転部を回転自在に支持する支持部」に当たる。
【００２７】
また、尾翼部４０は、筐体部２２に取り付けられ、板状の尾翼本体４２と、棒状の尾翼棒４４とを有している。つまり、尾翼本体４２は、台形形状を２つ接続した形状の板状を呈しており、尾翼棒４４の後端部分に取り付けられている。また、尾翼棒４４は、筐体部２２の筒状部分に挿通されて、筐体部２２に固定されている。
【００２８】
また、発電部５０は、ブレード部１００が回転することにより発電を行なうものであり、主として、回転支持部５２と、回転子６０と、ステータ７０と、回転子８０と、スペーサ９０とを有している。
【００２９】
ここで、回転支持部５２は、軸部３４に対して回転自在に軸部３４に取り付けられており、円環状の板状の基部５６と、基部５６の背面側に設けられ筒状を呈し軸部３４が挿通される筒状部５４とを有し、筒状部５４は、軸部３４の軸受けとして機能する。また、基部５６の正面側には、ネジ溝が形成された円柱状の棒状部５８が設けられ、回転子６０、８０と、スペーサ９０、１０６と、ブレード取付部１０２に挿通するように構成されている。なお、当然軸部３４は、軸受けとしての筒状部５４から容易には抜けない構造となっている。この回転支持部５２は、回転子６０、８０とスペーサ９０と、上記ブレード部１００とを支持しており、回転支持部５２と、回転子６０、８０とスペーサ９０と、上記ブレード部１００とで構成される回転部が、回転支持部５２の筒状部５４の軸心を中止に一体となって回転するように構成されている。
【００３０】
また、回転子（第２回転子）６０は、回転支持部５２の正面側の面に接して設けられ、全体に円盤状を呈し、中央に円形の開口部６２ａが設けられ、正面側の面に複数の磁石６６が放射状に配設されている。この回転子６０の構成について詳述すると、回転子６０は、板状部６２と、磁石固定部６４と、磁石６６とを有し、板状部６２は、金属製（例えば、鉄製）で円形の板状を呈し、中央に円形の開口部６２ａを有している。つまり、板状部６２は、円環状の板状を呈している。また、磁石固定部６４は、全体に円形の板状を呈し、中央に円形の開口部６４ａを有し、内部に磁石６６を固定している。開口部６４ａの径は開口部６２ａの径よりも大きく形成されている。この磁石固定部６４は、合成樹脂により形成されている。これにより、磁石固定部６４の内周部と板状部６２の磁石固定部６４側の面とで凹部が構成され、この凹部に、スペーサ９０が嵌合することになる。また、磁石６６は、永久磁石（例えば、ネオジウムにより形成された永久磁石）であり、板状部６２における磁石固定部６４側の面に放射状に配設されている。図４、図５の例では、計２０個の磁石６６が設けられている。また、各磁石６６は、略扇状（又は台形状）の板状を呈し、磁石６６における板状部６２側の面を除いて磁石固定部６４に被覆されている。また、磁石６６においては、正面側の面と背面側の面（板状部６２側の面）における一方がＮ極で他方がＳ極に形成されていて、回転子６０に配設された複数の磁石６６においては、隣接する磁石６６の磁極は逆になるように配置されている。つまり、ステータ７０側の面がＮ極の磁石６６の周方向の隣にはステータ７０側の面がＳ極の磁石６６が配置され、さらにその隣には、ステータ７０側の面がＮ極の磁石６６が配置されている。以上のように、磁石６６における板状部６２側の面は、板状部６２に接し、磁石６６の他の面は、磁石固定部６４に接している。また、板状部６２における磁石固定部６４の内径よりも内側の領域には、棒状部５８を挿通するための円形の開口部６１ｂが形成されている。
【００３１】
また、ステータ（固定子としてもよい）７０は、回転子６０の正面側に設けられ、図４、図７、図８に示すように、全体に円盤状を呈し、中央の円形の開口部７０ａを有しており、内部に複数の電機子コイル７２を有している。このステータ７０の構成について詳述すると、ステータ７０は、電機子コイル７２と、ステータ本体部７４と、ケーブル７６とを有し、ステータ本体部７４の内部に複数（図７の例では１５個）の電機子コイル７２が埋設されている。この電機子コイル７２は、銅線によりコイル状に形成され、複数の電機子コイル７２がステータ本体部７４内に放射状に配設されていて、図９に示すように、三相交流電流が出力されるように複数の電機子コイル７２が結線され、ケーブル７６内に接続されている。より具体的には、電機子コイル７２は、図７に示すように、扇状に形成され、放射方向（ステータ７０の外形である円形の中心を通る方向）に形成された放射方向部７２ａと、周方向（円弧の方向）に形成された周方向部７２ｂとを有している。各電機子コイル７２は、巻き線状態を保持するために、図７、図８、図１０に示すように、帯状のシート状部７２−１により束ねられている。また、この電機子コイル７２は、コアレス構造となっている。また、ステータ本体部７４は、円環状の板状を呈し、コンクリートにより形成されている。具体的には、ステータ本体部７４は、耐熱コンクリートにより形成され、より具体的には、ステータ本体部７４を構成する耐熱コンクリートは、ポルトランドセメントと、アルミナセメントと、骨材と、繊維状のグラスファイバーとから構成され、ステータ本体部７４全体に対する配合割合は、ポルトランドセメント４８〜５８重量％、アルミナセメント３０〜４０重量％、骨材５〜１０重量％、繊維状のグラスファイバー５〜１０重量％となっている。骨材は、セラミック（例えば、粒状のセラミック）により形成されている。また、化学式で示すと、ＳｉＯ２が４８〜５８重量％、Ａｌ２Ｏ３が３０〜４０重量％含まれている。なお、コンクリートにおいては、骨材の粒径は５ｍｍ以上であるのが一般的であるので、上記骨材の粒径も５ｍｍ以上となる。
【００３２】
なお、上記骨材の粒径を５ｍｍ未満の細骨材としてもよく、その場合には、コンクリートではなくモルタルとなり、耐熱モルタルであるといえる。
【００３３】
なお、コンクリート及びモルタルは、ポルトランドセメントと、アルミナセメントと、骨材と、繊維状のグラスファイバーとを有するコンクリート又はモルタルであれば、他の配合割合でもよく、また、繊維状のグラスファイバーを有さない構成であってもよい。また、他の耐熱コンクリート又は耐熱モルタルでもよく、さらには、耐熱コンクリートや耐熱モルタル以外のコンクリートやモルタルでもよい。
【００３４】
なお、ステータ支持部２８によりステータ７０を支持しつつ、回転子６０、８０の回転に支障がないようにするために、ステータ７０の外径Ｓ１は、回転子６０、８０の外径Ｋ１よりも大きく形成されている。また、後述するように、ステータ７０の開口部７０ａ内にはスペーサ９０が設けられ、このスペーサ９０の外径は、回転子６０、８０における磁石固定部６４の内径と同一であり、スペーサ９０が回転する際にステータ７０と接触しないように、ステータ７０の開口部７０ａの径Ｓ２は、回転子６０、８０の磁石固定部６４の内径Ｋ２及びスペーサ９０の外径よりも大きく形成されている。
【００３５】
各電機子コイル７２は、ステータ本体部７４内に埋設されており、各電機子コイル７２の周囲には、ステータ本体部７４が密着している。
【００３６】
また、回転子（第１回転子）８０は、ステータ７０の正面側に設けられており、その構成は、上記回転子６０と同様の構成であるので詳しい説明を省略する。
【００３７】
また、スペーサ９０は、回転子６０と回転子８０の間隔を規定するための部材であり、回転子６０と回転子８０の間で、ステータ７０の開口部７０ａの内側に設けられ、金属製（具体的には、鉄製）の円筒状を呈している。つまり、スペーサ９０は、前後方向に所定幅を有する円環状部材であり、中央に円柱状の貫通穴９２を有している。また、互いに対称となる位置に棒状部５８を挿通するための穴部９４が設けられている。このスペーサ９０の前後方向の幅Ｔは、発電部５０を組み立てた際に、ステータ７０と回転子６０、８０との間に隙間Ｗ（図１０参照）ができるように、ステータ７０の厚みＳ３と、回転子６０、８０の磁石固定部６４の厚みＫ３（この厚みＫ３が、スペーサ９０が回転子６０、８０に入り込む厚みとなる）の２つ分とを加算した長さよりも長く形成されている。つまり、Ｔ＞Ｓ３＋２×Ｋ３となる。また、ステータ７０と回転子６０、８０との間の隙間は、回転子６０、８０が回転する際にステータ７０に接しないようにすればよく、また、ステータ７０と回転子６０、８０間の隙間をあまり大きくしてしまうと発電効率が落ちるので、１．０〜３．０ｍｍとするのが好ましい。また、スペーサ９０の外径は、回転子６０、８０の凹部に嵌合するように、磁石固定部６４の内径と同一に形成されている。なお、スペーサ９０は、円筒状ではなく、内部に貫通穴が設けられていない円柱状でもよい。
【００３８】
また、ブレード部（羽根部）１００は、回転子８０の正面側に設けられ、ブレード取付部（羽根部取付部）１０２と、羽根状のブレード本体部（羽根部本体部）１０４とを有している。
【００３９】
ここで、ブレード取付部１０２は、２枚の円形の板状部材により構成されていて、各板状部材には、４つの棒状部５８を挿通するための穴部１０２ｂが設けられている。
【００４０】
また、ブレード本体部１０４は、ブレード取付部１０２に取り付けられ、３つのブレード本体部１０４がブレード取付部１０２を構成する２枚の板状部材に挟まれた状態で設けられている。なお、ブレード取付部１０２と回転子８０との間には、棒状部５８が挿通して管状のスペーサ１０６が設けられている。つまり、スペーサ１０６は、正面側はブレード取付部１０２と接し、背面側は回転子８０と接して取り付けられる。
【００４１】
また、ブレード取付部１０２の正面側には、棒状部５８に螺着されたナット部１１０が設けられる。
【００４２】
また、ブレード本体部１０４は、風力発電装置Ａの正面側から風を受けると、正面側から見て右方向に回転するように構成されている。なお、左方向に回転するような構成であってもよい。
【００４３】
なお、発電部５０の組立て状態においては、棒状部５８が、回転子６０の開口部６１ｂ、スペーサ９０の穴部９４、回転子８０の開口部６１ｂ、スペーサ１０６、ブレード取付部１０２の順に挿通され、棒状部５８にはナット部１１０が螺着されて、回転支持部５２と、回転子６０と、スペーサ９０と、回転子８０と、ブレード部１００とが一体に固定される。また、ステータ７０は、回転子６０と回転子８０の間に設けられ、ステータ支持部２８により支持されて本体部２０側に固定されている。なお、図１０に示すように、回転子６０、８０においては、磁石６６が設けられている側の面（板状部６２が設けられている側とは反対側の面）がステータ７０側に向いている。つまり、一対の回転子６０、８０は、ステータ７０を挟んで互いに対向した構成となっている。
【００４４】
また、上述したように、ステータ７０と回転子６０との間と、ステータ７０と回転子８０との間には、隙間Ｗが設けられる。
【００４５】
また、回転子６０と回転子８０とが対向した状態では、互いに対向する一対の磁石６６においては、互いに異なる磁極が対向するように設けられ、ステータ７０側の面がＮ極の磁石６６とステータ７０側の面がＳ極の磁石６６とが対向するように配設されている。つまり、回転子６０においてステータ７０側の面がＮ極の磁石６６には、回転子８０においてはステータ７０側の面がＳ極の磁石６６が対向し、また、回転子６０においてステータ７０側の面がＳ極の磁石６６には、回転子８０においてはステータ７０側の面がＮ極の磁石６６が対向して、互いに異なる磁極の磁石が対向している。
【００４６】
また、ステータ７０における電機子コイル７２は、回転子６０と回転子８０において互いに対向する磁石６６の間の位置となるように設けられている。つまり、電機子コイル７２における放射方向部７２ａの領域が互いに対向する磁石６６の間の位置となるように設けられている。
【００４７】
また、スペーサ９０は、ステータ７０の開口部７０ａに挿通され、回転子６０と回転子８０の間に設けられ、回転子６０、８０の凹部に嵌合された状態となり、正面側の端面は回転子８０の板状部６２と接し、背面側の端面は回転子６０の板状部６２と接した状態となる。
【００４８】
また、ケーブル７６には、制御装置（図示せず）が接続され、該制御装置には、バッテリー（図示せず）が接続される。該制御装置には、発電量を監視するための電流計と、発電装置に電磁ブレーキをかけるためのブレーキ用スイッチと、保護用ヒューズと、過充電・過放電防止回路が設けられている。また、該制御回路とバッテリー間には、余分な電力を廃棄するためのレギュレータが接続されている。
【００４９】
なお、上記発電部５０における回転支持部５２と、回転子６０、８０とスペーサ９０と、上記ブレード部１００とで上記回転部が構成され、この回転部は、回転部を構成する各部が一体となって所定の軸心、つまり、回転部を構成する各部の回転中心を中心に回転する。回転部を構成する各部の軸心は一致している。
【００５０】
なお、図１１に示すように、上記回転子６０、８０において、磁石６６の板状部６２とは反対側の面にシート状部６８を設けるようにしてもよい。つまり、シート状部６８は、円環状のシート状を呈し、磁石６６の板状部６２とは反対側の面に接して設けられている。このシート状部材６８は、シート状のグラスファイバーにより形成され、磁石６６を回転子６０に対してより強固に固定している。つまり、この場合、磁石６６における板状部６２側の面は、板状部６２に接し、板状部６２と反対側の面は、シート状部６８に接し、他の面は、磁石固定部６４に接している。
【００５１】
なお、上記回転子６０、８０の製造工程を簡単に説明すると、図１２に示すような製造用部材Ｂを用いる。製造用部材Ｂは、板状基部２００と、枠状部２１０と、磁石配置用枠状部２２０と、円形板状部２３０とを有している。
【００５２】
板状基部２００は、正方形状の板状を呈し、角部にボルト２４０を挿通するための穴部２００ａが設けられ、その中央領域には、図示しないボルトを挿通するための穴部２００ｂが設けられている。
【００５３】
また、枠状部２１０は、正方形状の板状に円形の開口部２１２を形成した形状を呈し、角部にボルト２４０を挿通するための穴部２１０ａが設けられている。この枠状部２１０の外形は板状基部２００と同じ大きさであり、開口部２１２の径は、回転子６０、８０の径Ｋ１と同じに形成されている。この枠状部２１０の厚みは、回転子６０、８０の厚みＫ４と同じに形成されている。
【００５４】
また、磁石配置用枠状部２２０は、円形の外形を有する板状部材で、放射状に磁石６６の配置位置に対応した開口部２２０ａが形成され、また、その中央領域には、図示しないボルトを挿通するための穴部２２０ｂ（つまり、穴部２００ｂと同じ位置に設けられた穴部）が設けられている。この磁石配置用枠状部２２０の外形は、枠状部２１０の開口部２１２の径と同じに形成されていて、開口部２１２内に配置可能に形成されている。
【００５５】
また、円形板状部２３０は、円形の板状部材であり、穴部２００ｂ、２２０ｂと同じ位置に設けられた穴部２３０ａが形成されている。この円形板状部２３０の径は、磁石固定部６４の内径Ｋ２と同じに形成されている。
【００５６】
回転子６０、８０を製造するには、上記の製造用部材Ｂを用いて、板状基部２００の穴部２００ａにボルト２４０を挿通するとともに、穴部２００ｂにもボルトを挿通した状態で、枠状部２１０の穴部２１０ａにもボルト２４０を挿通し、板状基部２００の上面に枠状部２１０を配置するその状態で、金属製（例えば、鉄製）の板状部６２を開口部２１２内に配置し、その後、磁石配置用枠状部２２０を開口部２１２内に配置する。つまり、穴部２２０ｂに穴部２００ｂに挿通されたボルトを挿通する。そして、磁石配置用枠状部２２０内の開口部２２０ａに磁石を配置する。磁石６６を配置し終わったら、磁石配置用枠状部２２０を取外し、その後、穴部２３０ａに穴部２００ｂに挿通されたボルトを挿通して、円形板状部２３０を開口部２１２内に配置し、その後、液状の樹脂を流し込む。樹脂が硬化することにより、磁石固定部６４が形成されて、回転子６０、８０が製造される。なお、上記シート状部材６８を取り付ける場合には、樹脂を流し込む前に、磁石６６の上面にシート状部６８を配置することになる。
【００５７】
次に、ステータ７０の製造工程を簡単に説明すると、図１３に示すような製造用部材Ｃを用いる。製造用部材Ｃは、板状基部３００と、枠状部３１０と、円形板状部３２０とを有している。
【００５８】
板状基部３００は、正方形状の板状を呈し、角部にボルト３３０を挿通するための穴部３００ａが設けられ、その中央領域には、図示しないボルトを挿通するための穴部３００ｂが設けられている。また、板状基部３００の上面には、電機子コイル７２の配置位置を示すイラストが表示されている。
【００５９】
また、枠状部３１０は、正方形状の板状に円形の開口部３１２を形成した形状を呈し、角部にボルト３３０を挿通するための穴部３１０ａが設けられている。この枠状部３１０の外形は板状基部３００と同じ大きさであり、開口部３１２の径は、ステータ７０の径Ｓ１と同じに形成されている。この枠状部３１０の厚みは、ステータ７０の厚みＳ３と同じに形成されている。
【００６０】
また、円形板状部３２０は、円形の板状部材であり、穴部３００ｂと同じ位置に設けられた穴部３２０ａが形成されている。この円形板状部３２０の径は、ステータ７０の開口部７０ａの内径Ｓ２と同じに形成されている。
【００６１】
ステータ７０を製造するには、上記の製造用部材Ｃを用いて、板状基部３００の穴部３００ａにボルト３３０を挿通するとともに、穴部３００ｂにもボルトを挿通した状態で、枠状部３１０の穴部３１０ａにもボルト３３０を挿通し、板状基部３００の上面に枠状部３１０を配置する。また、穴部３００ｂに挿通されたボルトを円形板状部３２０の穴部３２０ａにも挿通し、板状基部３００の上面に円形板状部３２０を配置する。その状態で、板状基部３００に表示されたイラストに従い、電機子コイル７２を配置し、複数の電機子コイル７２同士を結線する。その後、セメント（具体的には、耐熱セメント）に水を加えて液状としたものを枠状部３１０の開口部３１２内に流し込む。セメントが硬化することにより、ステータ７０が製造される。
【００６２】
上記構成の風力発電装置Ａの使用状態について説明する。風力発電装置Ａの正面側から風が当たると、外部からの力としての該風の力によりブレード部１００が回転し、ブレード部１００の回転に伴い、回転子６０、８０と、スペーサ９０と、回転支持部５２とが回転する。ステータ７０は、本体部２０側に固定されているので回転はしない。すると、電機子コイル７２に対して磁石６６が回転することになり、回転子６０と回転子８０において互いに対向する磁石６６の間を対向する一対の磁石間の磁力線の方向に対して直角に電機子コイルが相対的に通過するので、ケーブル７６から三相交流電流が取り出され、制御回路を介してバッテリーに充電される。
【００６３】
その際、電機子コイル７２に電流が流れることにより電機子コイル７２が発熱するが、ステータ本体部７４はコンクリート又はモルタル、特に、耐熱コンクリート又は耐熱モルタルにより形成されているので、ステータ本体部７４にひびが入ることがなく、ステータ７０の耐久性を十分に向上させることができる。
【００６４】
また、上記スペーサ９０は、鉄製であるので、回転子６０と回転子８０において互いに対向する一対の磁石６６において、磁力線は、ステータ７０側がＮ極である磁石６６（これを第１磁石とする）のＮ極からステータ７０を通ってステータ７０側がＳ極である磁石６６（これを第２磁石とする）のＳ極に至り、該磁石６６のＳ極からＮ極に至り、さらには、スペーサ９０を介して第１磁石のＳ極に至るので、良好に磁力線を形成することができ、発電効率を向上させることができる。
【００６５】
なお、スペーサ９０の代わりに、図１４に示すスペーサ１９０を用いてもよい。すなわち、このスペーサ１９０は、軸心方向に空気を吸い込み遠心方向に送風を行なう遠心ファンであり、具体的には、ターボファンにより構成されている。すなわち、スペーサ１９０は、中央に円形の開口部１９２ａを有する円環状の板状の板状部１９２と、同じく中央に円形の開口部１９４ａを有する円環状の板状の板状部１９４と、板状部１９２と板状部１９４間に設けられた羽根部１９６とを有していて、スペーサ１９０が回転することにより、開口部１９２ａ、１９４ａから空気を吸い込み、遠心方向に送風するものである。また、板状部１９２には、棒状部５８を挿通するための穴部１９２ｂが設けられ、同様に、板状部１９４には、棒状部５８を挿通するための穴部１９４ｂが設けられている。各穴部１９２ｂと各穴部１９４ｂとは、前後方向に対応する位置に設けられている。また、スペーサ１９０の前後方向の幅は、上記スペーサ９０の幅Ｔと同様であり、ステータ７０と回転子６０、８０との間に隙間ができるように、ステータ７０の厚みと、回転子６０、８０の磁石固定部６４の厚みとを加算した長さよりも長く形成されている。また、スペーサ１９０の外径は、回転子６０、８０の凹部に嵌合するように、磁石固定部６４の内径と同一に形成されている。このスペーサ１９０は、金属製（例えば、鉄製）である。
【００６６】
上記構成のスペーサ１９０を用いた場合の回転子６０、８０とステータ７０とスペーサ１９０の組立て状態は、図１５に示すようになり、スペーサ１９０は、ステータ７０の開口部７０ａに挿通され、回転子６０と回転子８０の間に設けられ、回転子６０、８０の凹部に嵌合された状態となる。
【００６７】
上記構成のスペーサ１９０を用いることにより、回転支持部５２と、回転子６０、８０とスペーサ１９０と、上記ブレード部１００とで構成される回転部が回転すると、スペーサ１９０が回転することにより、スペーサ１９０の正面側の開口部１９２ａと背面側の開口部１９４ａから空気が吸い込まれ、遠心方向（つまり、周方向）に送風され、回転子６０、８０とステータ７０間の隙間を通って外部に放出される。このように、積極的に外部から空気をスペーサ内に流入させて、一対の回転子とステータの隙間に送ることにより、電機子コイル７２が発熱してもステータ７０に蓄積された熱を放熱することができ、ステータ本体部７４の耐久性をより高めることができる。
【００６８】
また、上記のようにステータ７０に蓄積された熱を放熱することにより、電機子コイル７２を構成する銅線の許容温度内に電機子コイル７２の発熱を抑えることができ、また、電機子コイル７２の抵抗損が小さくなるので、発電効率を向上させることができる。
【００６９】
また、磁石６６にネオジウムを用いる場合には、磁力は強いが熱に弱く磁力が低下するという特性があるので、上記のようにステータ７０に蓄積された熱を放熱すると、熱による磁石の磁力の低下を防ぐことができる。
【００７０】
また、スペーサとして、図１６に示す構成のスペーサ２９０を用いてもよい。このスペーサ２９０は、スペーサ本体２９２と、遠心ファン３００と、遠心ファン３１０とを有し、スペーサ本体２９２は、金属製（具体的には、鉄製）で円筒状を呈し円柱状の貫通穴２９４を有するとともに、貫通穴２９４の内周面とスペーサ本体２９２の外周面とを貫通する複数の開口部２９６を有している。この開口部２９６は、貫通穴２９４の内周面とスペーサ本体２９２の外周面に向けて放射状に複数設けられていて、前後方向には、回転子６０とステータ７０間の隙間の位置と、回転子８０とステータ７０間の隙間の位置にそれぞれ設けられている。スペーサ本体２９２の軸心は、回転部を構成する他の部材の軸心と一致している。
【００７１】
また、遠心ファン３００と遠心ファン３１０とは、軸心方向に空気を吸い込み遠心方向に送風を行なうファンであり、例えば、ターボファンにより構成され、スペーサ１９０と同様の構成となっている。遠心ファン３００は、前後方向には、背面側の開口部２９６（すなわち、回転子６０とステータ７０間の隙間の位置に対応して設けられた開口部２９６）の位置に設けられていて、遠心方向に送風された空気が該開口部２９６内に送られるように構成されている。また、遠心ファン３１０は、前後方向には、正面側の開口部２９６（すなわち、回転子８０とステータ７０間の隙間の位置に対応して設けられた開口部２９６）の位置に設けられていて、遠心方向に送風された空気が該開口部２９６内に送られるように構成されている。
【００７２】
上記構成のスペーサ２９０を用いることにより、回転支持部５２と、回転子６０、８０とスペーサ２９０と、上記ブレード部１００とで構成される回転部が回転すると、スペーサ２９０が回転することにより遠心ファン３００、３１０が回転し、スペーサ本体２９２の貫通穴２９４の正面側と背面側から空気が吸い込まれ、遠心ファン３００、３１０はその軸心方向から空気を吸い込み、遠心方向（つまり、周方向）に送風し、回転子６０、８０とステータ７０間の隙間を通って外部に放出される。このように、積極的に外部から空気をスペーサ内に流入させて、一対の回転子とステータの隙間に送ることにより、電機子コイル７２が発熱してもステータ７０に蓄積された熱を放熱することができ、ステータ本体部７４の耐久性をより高めることができる。
【００７３】
また、上記のようにステータ７０に蓄積された熱を放熱することにより、電機子コイル７２を構成する銅線の許容温度内に電機子コイル７２の発熱を抑えることができ、また、電機子コイル７２の抵抗損が小さくなるので、発電効率を向上させることができる。
【００７４】
また、磁石６６にネオジウムを用いる場合には、磁力は強いが熱に弱く磁力が低下するという特性があるので、上記のようにステータ７０に蓄積された熱を放熱すると、熱による磁石の磁力の低下を防ぐことができる。
【００７５】
また、特にスペーサ２９０においては、スペーサ本体２９２を有するので、スペーサ９０の場合と同様に、回転子６０と回転子８０において互いに対向する一対の磁石６６において、磁力線は、ステータ７０側がＮ極である磁石６６（これを第１磁石とする）のＮ極からステータ７０を通ってステータ７０側がＳ極である磁石６６（これを第２磁石とする）のＳ極に至り、該磁石６６のＳ極からＮ極に至り、さらには、スペーサ２９０を介して第１磁石のＳ極に至るので、良好に磁力線を形成することができ、発電効率を向上させることができる。上記スペーサ１９０も金属製であるので、良好な磁力線を形成することはできるが、スペーサ２９０は、スペーサ本体２９２を有するので、より良好な磁力線を形成することができる。
【００７６】
また、スペーサ１９０、２９０を使用する場合には、ブレード部１００におけるブレード取付部１０２の中央には開口部を設けて、スペーサ１９０、２９０内に空気を流入しやすいようにするのが好ましい。
【００７７】
また、回転子６０と回転支持部５２間に他のスペーサを設けて、回転子６０と回転支持部５２の間に隙間を形成し、スペーサ１９０、２９０の背面側からも空気が流入しやすくなるように構成してもよい。
【００７８】
なお、スペーサ２９０において、遠心ファン３００、３１０を除いた構成としても開口部２９６が設けられているので、一対の回転子とステータの隙間に空気を流入させて、放熱することができる。
【００７９】
なお、上記の例では、遠心ファンとして、ターボファンの例をとったが、他の遠心ファンでもよく、例えば、シロッコファンを用いてもよい。シロッコファンの場合には、軸線方向の開口側を正面側にして設置する。
【００８０】
また、上記説明においては、風力発電装置を例にとって説明したが、上記構成のステータの両面に上記構成の回転子を回転可能に取り付け、該回転子を流体の力（外部からの力）によって回転させるものであればよく、例えば、ブレード部１００の代わりに水車を取り付け、外部からの力としての水力により回転子を回転させる構成としてもよい。また、ブレード部１００の代わりに蒸気タービンを設け、流体としての蒸気の力により回転部を回転させる構成としてもよい。
【００８１】
また、上記風力発電装置Ａの上記構成において、ブレード部１００を設けない構成として、回転部を回転支持部５２と、回転子６０、８０とスペーサ９０と、原動機の回転出力軸を接続するための接続部（この接続部の軸心は回転部の軸心と当然一致する）とで構成し、該接続部に原動機の回転出力軸を接続することにより回転部を回転させて、発電を行なう構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施例に基づく風力発電装置の構成を示す前方斜視図である。
【図２】本発明の実施例に基づく風力発電装置の構成を示す前方要部斜視図である。
【図３】本発明の実施例に基づく風力発電装置の構成を示す後方要部斜視図である。
【図４】本発明の実施例に基づく風力発電装置の要部の構成を示す分解斜視図である。
【図５】回転子の構成を示す正面図である。
【図６】図５におけるＰ−Ｐ断面図である。
【図７】ステータの構成を示す正面図である。
【図８】図７におけるＱ−Ｑ断面図である。
【図９】複数の電機子コイルにおける結線の例を示す説明図である。
【図１０】回転子とステータとスペーサの位置関係を示す断面図である。
【図１１】回転子の他の例を示す断面図である。
【図１２】回転子を製造するための製造用部材を示す分解斜視図である。
【図１３】ステータを製造するための製造用部材を示す分解斜視図である。
【図１４】スペーサの他の例を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示すスペーサを用いた場合の回転子とステータとスペーサの位置関係を示す断面図である。
【図１６】スペーサの他の例を示すとともに、回転子とステータとスペーサの位置関係を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
Ａ 風力発電装置
１０ 支柱
２０、９１ 本体部
４０ 尾翼部
５０ 発電部
５２ 回転支持部
６０、８０ 回転子
６２ 板状部
６４ 磁石固定部
６６ 磁石
７０ ステータ
７２ 電機子コイル
７４ ステータ本体部
９０、１０６、１９０、２９０ スペーサ
９２ 貫通穴
１００ ブレード部
１０２ ブレード取付部
１０４ ブレード本体部
６２ａ、６４ａ、６１ｂ、７０ａ、９６、１９２ａ、１９４ａ、２９６ 開口部
９７、１９６ 羽根部
３００、３１０ 遠心ファン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置であって、
外部からの力により所定の軸芯を中心に回転する回転部で、
一対の回転子で、複数の磁石が放射状に配設された板状の第１回転子と、複数の磁石が放射状に配設された板状の第２回転子とを有し、第１回転子と第２回転子とが互いに平行に設けられ、一対の回転子において、一方の回転子における磁石が他方の回転子における磁石と対向し、互いに異なる磁極が向き合うように配設された回転子と、
を有する回転部と、
該回転部を回転自在に支持する支持部と、
該支持部に固定され、第１回転子と第２回転子の間の位置に設けられた板状のステータで、放射状に配設された複数の電機子コイルと、該電機子コイルを埋設し、コンクリート又はモルタルにより形成されたステータ本体部とを有するステータと、
を有することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
上記回転部が、流体の力により回転する羽根部を有し、羽根部が回転することにより回転部全体が支持部に対して回転することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
上記流体が風力であることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
上記流体が水力であることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項５】
風力により発電を行なう発電装置であって、
所定の軸心を中心に回転する回転部で、
風力により回転する羽根部と、
一対の回転子で、複数の磁石が放射状に配設された板状の第１回転子と、複数の磁石が放射状に配設された板状の第２回転子とを有し、第１回転子と第２回転子とが互いに平行に設けられ、一対の回転子において、一方の回転子における磁石が他方の回転子における磁石と対向し、互いに異なる磁極が向き合うように配設された回転子と、
を有する回転部と、
該回転部を回転自在に支持する支持部と、
該支持部に固定され、第１回転子と第２回転子の間の位置に設けられた板状のステータで、放射状に配設された複数の電機子コイルと、該電機子コイルを埋設し、コンクリート又はモルタルにより形成されたステータ本体部とを有するステータと、
を有し、
上記羽根部に隣接して第１回転子が設けられ、第１回転子における羽根部側とは反対側にステータが設けられ、ステータにおける第１回転子側とは反対側に第２回転子が設けられ、第２回転子のステータ側とは反対側に支持部が設けられていることを特徴とする発電装置。
【請求項６】
上記ステータ本体部が、耐熱コンクリート又は耐熱モルタルにより形成されていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５に記載の発電装置。
【請求項７】
上記ステータ本体部が、ポルトランドセメントと、アルミナセメントと、骨材と、繊維状のグラスファイバーとから構成され、ステータ本体部における配合割合が、ポルトランドセメント４８〜５８重量％、アルミナセメント３０〜４０重量％、骨材５〜１０重量％、繊維状のグラスファイバー５〜１０重量％であることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又は６に記載の発電装置。
【請求項８】
上記回転部が、上記第１回転子と第２回転子の間に、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するための円柱状又は円筒状の金属製のスペーサを有し、ステータには、該スペーサを挿通するための円形の開口部が形成され、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７に記載の発電装置。
【請求項９】
上記回転部が、上記第１回転子と第２回転子の間に、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するための金属製のスペーサを有し、該スペーサは、軸心方向に吸引して遠心方向に送風する遠心ファンにより構成されており、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７に記載の発電装置。
【請求項１】
発電装置であって、
外部からの力により所定の軸芯を中心に回転する回転部で、
一対の回転子で、複数の磁石が放射状に配設された板状の第１回転子と、複数の磁石が放射状に配設された板状の第２回転子とを有し、第１回転子と第２回転子とが互いに平行に設けられ、一対の回転子において、一方の回転子における磁石が他方の回転子における磁石と対向し、互いに異なる磁極が向き合うように配設された回転子と、
を有する回転部と、
該回転部を回転自在に支持する支持部と、
該支持部に固定され、第１回転子と第２回転子の間の位置に設けられた板状のステータで、放射状に配設された複数の電機子コイルと、該電機子コイルを埋設し、コンクリート又はモルタルにより形成されたステータ本体部とを有するステータと、
を有することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
上記回転部が、流体の力により回転する羽根部を有し、羽根部が回転することにより回転部全体が支持部に対して回転することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
上記流体が風力であることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
上記流体が水力であることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項５】
風力により発電を行なう発電装置であって、
所定の軸心を中心に回転する回転部で、
風力により回転する羽根部と、
一対の回転子で、複数の磁石が放射状に配設された板状の第１回転子と、複数の磁石が放射状に配設された板状の第２回転子とを有し、第１回転子と第２回転子とが互いに平行に設けられ、一対の回転子において、一方の回転子における磁石が他方の回転子における磁石と対向し、互いに異なる磁極が向き合うように配設された回転子と、
を有する回転部と、
該回転部を回転自在に支持する支持部と、
該支持部に固定され、第１回転子と第２回転子の間の位置に設けられた板状のステータで、放射状に配設された複数の電機子コイルと、該電機子コイルを埋設し、コンクリート又はモルタルにより形成されたステータ本体部とを有するステータと、
を有し、
上記羽根部に隣接して第１回転子が設けられ、第１回転子における羽根部側とは反対側にステータが設けられ、ステータにおける第１回転子側とは反対側に第２回転子が設けられ、第２回転子のステータ側とは反対側に支持部が設けられていることを特徴とする発電装置。
【請求項６】
上記ステータ本体部が、耐熱コンクリート又は耐熱モルタルにより形成されていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５に記載の発電装置。
【請求項７】
上記ステータ本体部が、ポルトランドセメントと、アルミナセメントと、骨材と、繊維状のグラスファイバーとから構成され、ステータ本体部における配合割合が、ポルトランドセメント４８〜５８重量％、アルミナセメント３０〜４０重量％、骨材５〜１０重量％、繊維状のグラスファイバー５〜１０重量％であることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又は６に記載の発電装置。
【請求項８】
上記回転部が、上記第１回転子と第２回転子の間に、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するための円柱状又は円筒状の金属製のスペーサを有し、ステータには、該スペーサを挿通するための円形の開口部が形成され、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７に記載の発電装置。
【請求項９】
上記回転部が、上記第１回転子と第２回転子の間に、第１回転子と第２回転子との間の間隔を規定するための金属製のスペーサを有し、該スペーサは、軸心方向に吸引して遠心方向に送風する遠心ファンにより構成されており、ステータと第１回転子間には隙間が形成され、ステータと第２回転子間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７に記載の発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−２１９３２７（Ｐ２００９−２１９３２７Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６３３７２（Ｐ２００８−６３３７２）
【出願日】平成２０年３月１２日（２００８．３．１２）
【出願人】（５０１１８１１４５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１２日（２００８．３．１２）
【出願人】（５０１１８１１４５）
【Ｆターム（参考）】
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