Wind turbine generator and assembly with it

本発明は風力発電機に関し、より具体的には、比較的小さな電気機器に給電するのに適した風力発電機に関する。

例えば電力網（power grid）に接続されていない地域では、或いは停電した場合には、代替電源、特に照明用の電源が望まれることが多い。 このような状況において、フラッシュライトのバッテリーが手元にないか、或いはバッテリー切れになっていることも多い。

しかしながら、発電機は比較的大型であるため、このような小さな電気機器に対して使用するのは不便である。
本発明の目的は、上述した状況において有用な、比較的小さな電気機器に給電するのに適した風力電動アセンブリを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、特許請求の範囲に記載した構成を特徴とする。 具体的には以下の通りである。

本発明の一実施形態では、以下の風力電動アセンブリが提供される。 すなわち、
電気機器と、
前記電気機器に電気的に接続されて当該電気機器を作動可能に構成され、ロータを有する発電機と、
作動風力を受けて回転可能に構成される風力アクチュエータアセンブリと、
前記発電機を運転するために当該発電機に設けられ、複数の伝動ギヤを有するギヤ系とを備え、
前記ギヤ系において、
第１ギヤがスプリングアセンブリと連動可能に設けられ、
前記スプリングアセンブリが前記第１ギヤの軸に取り付けられたリールと、前記リールを戻り方向に回転付勢するテープスプリングとを備え、
前記第１ギヤの軸が作動方向に回転すると前記リールが正転方向に回転するように、かつ、前記テープスプリングが復帰力を発揮して前記正転方向と逆方向の前記戻り方向に前記リールと前記第１ギヤの軸とを回転させるように、前記テープスプリングが前記リールに連動可能に巻き上げられ、
第２ギヤが前記風力アクチュエータアセンブリと連動可能に設けられ、
第３ギヤが発電機の前記ロータに取り付けられていることを特徴とする風力電動アセンブリ。

別の一実施形態では、本発明がライトアセンブリの形態をとる。 このライトアセンブリは、光源と発電機と風力アクチュエータアセンブリとを含む。 発電機は、光源に電気的に接続されており、運転時に光源に電流を提供して光を生じさせる。 発電機はロータを備える。 風力アクチュエータアセンブリが発電機に取り付けられ、風力により発電機を運転させる。 風力アクチュエータアセンブリは、回転軸に固定される少なくとも１つの羽根と、発電機のロータを回転させるように、軸と発電機に接続されている駆動機構を含む。 駆動機構が複数のギヤを含み、その内、１つのギヤが風力アクチュエータアセンブリの軸に取り付けられ、別の１つのギヤが発電機のロータに取り付けられる。 一実施形態では、風力発電機が空気力学的ケーシングを含み、風力アクチュエータアセンブリがハウジングから突出している。 他の複数の実施形態では、本発明が他の電気機器（例えば携帯電話やファン）に給電するのに有用なものである。

本発明の特徴構成については、当業者が理解できるよう、添付図面を参照しつつ以下に説明する。

図１〜図５を参照すると、本発明によるライトアセンブリ５０は、風力発電機アセンブリ５２（ケーシング（空気力学的ハウジングの一例）５４にカバーされている発電装置６０（図４）を含む）と風力アクチュエータアセンブリ５６と光源５８とを含む。 図４のようにケーシング５４を開けると、発電装置６０を外に現せる。 この図に示すように、風力発電機アセンブリ５２は、発電機６４とギヤ系６６とスプリングハウジング６８と風力アクチュエータアセンブリ５６とを含み、この風力アクチュエータアセンブリ５６は、複数の羽根７０、７２、７４と軸７６と枠材７８と充電バッテリー８０と、を含む。

図６のように、風力アクチュエータアセンブリ７６の羽根７０、７２、７４はロータ８２を介して軸７６に接続されおり、軸７６を作動方向に回転させる。 軸７６はギヤ系６６と連動するように接続される。 スプリング歯止め機構（spring pawl mechanism）８６がギヤ系６６に埋め込まれ、これによってギヤ系６６がアクチュエータセクション８８と発電機セクション９０に分かれる。

図７のように、スプリング歯止め機構８６が第５伝動ギヤ（第１ギヤの一例）９２の軸９６に連動可能に設けられ、この第５伝動ギヤ９２はギヤ系６６のアクチュエータセクション８８側の一部である。 風力アクチュエータアセンブリ７６の軸７６が作動方向の逆方向に回転できないように、ギヤ系６６のアクチュエータセクション８８を介して、スプリング歯止め機構８６が風力アクチュエータアセンブリ５６の軸７６に連動連結されている。 スプリングハウジング６８を第５伝動ギヤ９２の軸９６に接続することにより、スプリングハウジング６８内のテープスプリング２１０（図１８）が軸９６の作動方向の回転運動に伴って巻き上げられる。 このスプリングハウジング６８はギヤ系６６の発電機セクション９０にも連動され、テープスプリング２１０が巻き出された時に発電機セクション９０の回転運動を提供する。 ギヤ系６６の発電機セクション９０が発電機６４に連動されることによって、ギヤ系６６の回転運動が発電機６４を通して電気エネルギーに転換される。

図４のように、発電機６４はケーブル２２２を介して充電バッテリー８０に電気的に接続される。 この充電バッテリー８０がケーブル２２４を介して光源に接続され、光源に電力を提供する。 枠材７８は、発電装置６０のこれらの部材を取り付け、支持するために設けられる。

図１のように、ケーシング５４は、発電装置６０の各部材の収納と保護をするために設けられる。 ケーシング５４は空気力学原理に基づいてシャープなエッジをなくすように設けられ、作動風力の流路に障害のないように構成される。 作動風力は、風力アクチュエータアセンブリ５６を通って流れる空気のうち、ケーシング５４の先端１００から後端１０２まで、方向１０４に沿ってケーシング５４に亘って流れるものを含む。 風力アクチュエータアセンブリ５６は、作動風力を受けるために、ケーシング５４の先端１００から突設されている。 ケーシング５４は略円柱形の本体１０６を備え、かつ後端１０２が略平坦な円形である。

図２のように、ケーシング５４の先端１００はアッパーセクション１０３とミドルセクション１０５とロワーセクション１０７とから構成されている。 先端１００は実質的にテーパーした形状であり、ここから、ケーシング５４の最前面部分であるミドルセクション１０５に移行する。 アッパーセクション１０３は、まず本体１０６から鉛直に下降し、その後ミドルセクション１０５まで凹形曲面に沿って前下方向に延びる。 ミドルセクション１０５からロワーセクション１０７までは略円錐形状になっている。 風力アクチュエータアセンブリ５６がアッパーセクション１０３から前に突出することによって、ロータ８２が全体的にアッパーセクション１０３の前方に位置する。 ケーシング５４は、分割可能なアッパーハーフ又はトップハーフ１１２とロワーハーフ又はボトムハーフ１１４とから構成されている。

図４のようにトップハーフ１１２をボトムハーフ１１４から取り除くと、発電装置６０が外に現れる。 ボトムハーフ１１４は、発電装置６０とバッテリー８０を支持することができる。

他の実施形態では、風力発電機アセンブリが他のタイプのケーシングを備えることができる。 さらに他の実施形態では、作動風力をさらに利用しやすくするために、ケーシングに数本のレッグを設けるか、或いはケーシングを塔又は建築物のトップ部に取り付けることができる。 さらに他の実施形態では、風力発電機がケーシングを備えないものにすることができる。 さらに他の実施形態では、風力発電機アセンブリを支持材に回転可能に取り付けられることよって、その先端面を風に面するように位置決め可能に構成することができる。

図８のように、風力アクチュエータアセンブリ５６は、方向１０４に沿って風力アクチュエータアセンブリ５６に向かう作動風力によって作動する。 風力発電機アセンブリ５２は、先端１００が風力に面するように設けられる。 風力アクチュエータアセンブリ５６の羽根７０、７２、７４（図８では羽根７４は見えない）は、これらが方向１０４に沿う風により作動方向に強制回転することによってロータ１０８と軸７６も作動方向に強制回転するように構成されている。 他の複数の実施形態では、風力アクチュエータアセンブリが数の異なる羽根や構成の異なる羽根を有することができる。 別の実施形態では風力アクチュエータアセンブリが縦軸風力アクチュエータであり、これは例えばダリウス（Darrieus）タイプの風力アクチュエータとすることができる。 風力アクチュエータアセンブリ５６によって生じた回転力は、軸７６からギヤ系６６を介して発電機６４に伝えられ、電力を発生させる。 ケーシング５４の空気力学に沿ったデザインによって風力発電機アセンブリ５２を介した作動風の流通が容易になり、風力アクチュエータアセンブリ５６を利用して発電機６４に伝える風力が増加する。

図７は、風力アクチュエータアセンブリ５６とギヤ系６６と発電機６４の連動構成を示す。 風力アクチュエータアセンブリ５６は、ロータ１０８に接続される三つの羽根７０、７２、７４を含む。 風力アクチュエータアセンブリ５６は、さらに、ロータ１０８を風力アクチュエータギヤ１１０に接続させる軸７６を含む。 風力アクチュエータギヤ１１０はギヤ系６６に連動連結されている。 このギヤ系６６は、８個の伝動ギヤ（第１伝動ギヤ（第２ギヤの一例）１１６、第２伝動ギヤ１１８、第３伝動ギヤ１２０、第４伝動ギヤ１２２、第５伝動ギヤ９２、第６伝動ギヤ１２４、第７伝動ギヤ１２６、第８伝動ギヤ（第３ギヤの一例）１２８）と、１つのスプリングハウジングギヤ１３０とを含む。 伝動ギヤ１１６、１１８、１２０、１２２、９２、１２４、１２６、１２８とスプリングハウジングギヤ１３０が、風力伝動ギヤ１１０からの回転力を発電機６４に伝える。 それぞれの伝動ギヤ１１６、１１８、１２０、１２２、９２、１２４、１２６、１２８は、軸１３２、１３４、１３６、１３８、９６、１４０、１４２、１４２、１４４と、回転力を受けるための従動ギヤ１４６、１４８、１５０、１５２、１５４、１５６、１５８、１６０とを含む。 それぞれの伝動ギヤ１１６、１１８、１２０、１２２、９２、１２４、１２６、１２８は、第５ギヤ９２を除いて、下流側に回転力を伝達するための駆動ギヤ１６２、１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、１７４を含む。 いずれの伝動ギヤにおいても、その従動ギヤおよび駆動ギヤをスパーギヤ又はロッドコンビネーションギヤユニットに構成することができる。

風力アクチュエータギヤ１１０はギヤ系６６のアクチュエータセクション８８と噛み合い連動しており、このアクチュエータセクション８８には第１伝動ギヤ１１６、第２伝動ギヤ１１８、第３伝動ギヤ１２０、第４伝動ギヤ１２２および第５伝動ギヤ９２が含まれる。 ギヤ系６６のアクチュエータセクション８８は、回転力を作動方向に沿ってスプリングハウジング６８に伝える。 第５伝動ギヤ９２の従動ギヤ１５４は第４伝動ギヤ１２２の駆動ギヤ１６８と噛み合い連動し、第５伝動ギヤ９２の軸９６は第１プレート１８０を介してスプリングハウジング６８に連動連結されている。 スプリングラチェット１８２は、第１プレート１８０のアクチュエータ側で第５伝動ギヤ９２の軸９６に取り付けられている。 スプリング歯止め機構８６は、第１プレート１８０のアクチュエータ側に取り付けられ、スプリングラチェット１８２と噛み合い連動している。 スプリングハウジング６８はスプリングハウジングギヤ１３０に連動可能に取り付けられており、このスプリングハウジングギヤ１３０は、第６伝動ギヤ１２４、第７伝動ギヤ１２６および第８伝動ギヤ１２８とともに、ギヤ系６６の発電機セクション９０を構成している。 ギヤ系６６の発電機セクション９０は作動方向の回転力を発電機６４に伝える。 発電機６４はロータ１９０と従動ギヤ１９２を含む。 ロータ１９０の従動ギヤ１９２がギヤ系６６から回転力を受けると、回転のエネルギーを利用して発電機６４が発電を行う。

発電装置６０は伝動機構部材４５を含み、この伝動機構部材４５は、スプリングハウジング６８、スプリングハウジングギヤ１３０、第１プレート１８０、軸９６、第５伝動ギヤ９２、スプリング歯止め機構８６、スプリングラチェット１８２、および付勢部材２１４を含む。 伝動機構部材４５は、アクチュエータセクション８８を介して、風力アクチュエータアセンブリ５６に利用される風のエネルギーを受けるとともに、ギヤ系６６の発電機セクション９０を介して、エネルギーを発電機６４に伝え、発電機６４を発電させる。

図４のように、枠材７８は、互いに間隔をあけて設けた第１プレート１８０と第２プレート１９４を含み、これらプレート１８０、１９４に、スプリングハウジング６８、ギヤ系６６および発電機６４が支持される。 図９に示す第１プレート１８０は、図１０に示す第２プレート１９４に似ている。 図９と図１０のように、４本の接続ロッド２００、２０２、２０４、２０６がプレート１８０、１９４に固定されている。 接続ロッド２００、２０２、２０４、２０６により、プレート１８０、１９４は互いに固定される。 接続ロッド２００、２０２、２０４、２０６は、プレート１８０、１９４の孔を通して、そのいずれかの端部がナットで第１と第２プレート１８０、１９４に固定される。 図４のように、スプリングハウジング６８と発電機６４は、全体的にプレート１８０、１９４の間に位置する。

図１１のように、各伝動ギヤは、その軸がプレート１８０、１９４の少なくとも一方に回転可能に取り付けられることによって、プレート１８０、１９４に対して各軸線上で遊転する。 図７のように、第１伝動ギヤ１１６の従動ギヤ１４６は風力アクチュエータギヤ１１０に連動し、風力アクチュエータギヤ１１０が回転すると第１伝動ギヤ１１６も回動する。 第１伝動ギヤ１１６の駆動ギヤ１６２は第２伝動ギヤ１１８の従動ギヤ１１８に連動し、第１伝動ギヤ１１６の回転によって第２伝動ギヤ１１８も回動する。 第２伝動ギヤ１１８の駆動ギヤ１６４は第３伝動ギヤ１２０の従動ギヤ１５０に連動し、第２伝動ギヤ１１８の回転によって第３伝動ギヤ１２０も回動する。 第３伝動ギヤ１２０の駆動ギヤ１６６は第４伝動ギヤ１２２の従動ギヤ１５２に連動し、第３伝動ギヤ１２０の回転によって第４伝動ギヤ１２２も回動する。 第４伝動ギヤ１２２の駆動ギヤ１６８は第５伝動ギヤ９２の従動ギヤ１５４に連動し、第４伝動ギヤ１２２の回転によって第５伝動ギヤ９２も回動する。 第５伝動ギヤ９２の軸９６はスプリングハウジング６８に連動し、第５伝動ギヤ９２の回転によってスプリングハウジングギヤ１３２も回動する。 尚、この第５伝動ギヤ９２は、スプリング歯止め機構８６とスプリングラチェット１８２によって、作動方向のみに回転することが確保されている。 スプリングハウジングギヤ１３０は第６伝動ギヤ１２４の従動ギヤ１５６に連動し、スプリングハウジングギヤ１３０の回転によって第６伝動ギヤ１２４も回動する。 第６伝動ギヤ１２４の駆動ギヤ１７０は第７伝動ギヤ１２６の従動ギヤ１５８に連動し、第６伝動ギヤ１２４の回転によって第７伝動ギヤ１２６も回動する。 第７伝動ギヤ１２６の駆動ギヤ１７２は第８伝動ギヤ１２８の従動ギヤ１６０に連動し、第７伝動ギヤ１２６の回転によって第８伝動ギヤ１２８も回動する。 そして、第８伝動ギヤ１２８の駆動ギヤ１７４は発電機６４の従動ギヤ１９２に連動し、第８伝動ギヤ１２８が回転すると発電機６４が電力を発生させる。

図１８のように、スプリングハウジング６８は、リール２０９と、リール２０９に巻き上げられるテープスプリング２１０と、リール２０９に固定されるスプリングハウジングギヤ１３０と、スプリングハウジングギヤ１３０から突設した延長部材２１２とを含む。 図１９のように、第５伝動ギヤ９２の軸９６はスプリングハウジング６８に連動可能に設けられる。

図１１のように、スプリングハウジング６８は、第５伝動ギヤ９２の軸９６を介して第１プレート１８０に支持される。 軸９６は、プレート１８０の取り付け孔内に回転的に支持され、プレート１８０に対して自由に回転できる。 スプリングハウジング６８が延長部材２１２を介して、第２プレート１９４に支持される。 延長部材２１２がプレート１９４の取り付け孔内に回転的に支持され、スプリングハウジングギヤ１３２がプレート１９４に対して自由に回転できる。

図７のように、スプリング歯止め機構８６は、スプリングラチェット１８２に噛み合うスプリング歯止めから構成されている。 このスプリングラチェット１８２は、第５伝動ギヤ９２の軸９６に取り付けられる。 スプリング歯止め機構８６は第１プレート１８０のアクチュエータ側に枢着されている。 スプリング歯止め８６とスプリングラチェット１８２を噛み合い連動させるために、付勢部材２１４が設けられている。 この付勢部材２１４も、第１プレート１８０のアクチュエータ側に取り付けられる。 第１プレート１８０には戻り止め部材が取り付けられ、これにはスプリングラチェット１８２が設けられる。

第５伝動ギヤ９２の軸９６が作動方向に回転することによって、テープスプリング２１０が軸９６のリール部分に巻き上げられる。 テープスプリング２１０を巻き上げると、軸９６のリール部分に逆方向に作用するスプリング力が発生する。 スプリング歯止め機構８６が軸９６にこのように作用する力に抵抗する結果、テープスプリング２１０は、巻き出される時に、スプリングハウジング６８とスプリングハウジングギヤ１３０を正転作動方向に回転させる。

図２３のように、発電機６４の形状は略円筒形である。 この発電機６４は本体２１６と軸２１８と従動ギヤ１９２とブラケット２２０とを含み、軸２１８が本体２１６から突出し、本体２１６と反対側の端部に従動ギヤ１９２を有する。 図７のように第８伝動ギヤ１２８の駆動ギヤ１７４が発電機６４の従動ギヤ１９２と連動状態になることによって、第８伝動ギヤ１２８が回転すると従動ギヤ１９２によって軸２１８が回動し、発電機６４に電気エネルギーが発生する。 図２３のように、ブラケット２２０は、発電機６４を第２プレートに取り付けるために設けられる。 この図面に示すように、従動ギヤ１９２はロッドコンビネーションである。 図２４に示す、別の実施形態の発電機３００では、従動ギヤ３０２はスパーギヤである。

図２５のように、充電バッテリーやバッテリーパック８０を発電機に接続し、発電機の電力を蓄積され、この電力を後で非作動時に使えるようにしてもよい。 ケーブル２２２は、バッテリー８０を発電機に接続するために設けられる。

本発明によれば、様々なタイプの電気機器に給電可能である、例えば、風力発電機アセンブリ５２は、光源５８（図１）、携帯電話２２４（図２６）や、ファン２２６（図２７）などに給電できる。 また、図２８のように、風力発電機アセンブリ５２は、光源５８とファン２２６と携帯電話２２４などの複数の装置に同時に接続することもできる。 さらに別の複数の実施形態では、手動発電機がいずれかの適当な電気機器装置に給電することができる。

本発明による、風力発電機と光源を含むライトアセンブリの側方斜視図。

風力発電機の側面図および図１のライトアセンブリにおける光源の斜視図。

図１の風力発電機の正面図

図１の風力発電機の別の斜視図であって、説明のためにケーシングのトップハーフを除去して示す図

図１の風力発電機のさらに別の斜視図であって、説明のためにケーシングのトップハーフを除去して示す図

ケーシング除去状態で示した、図１の風力発電機の前方斜視図

図１の風力発電機における風力アクチュエータアセンブリとギヤ系と発電機運転装置の連動構成を示す分解斜視図

図３の線８−８断面図

図２の線９−９断面図

図２の線１０−１０断面図

図３の線１１−１１断面図

図１の風力発電機のアクチュエータアセンブリの斜視図

図１の風力発電機の第１伝動ギヤの斜視図

図１の風力発電機第２伝動ギヤの斜視図

図１の風力発電機の第３伝動ギヤの斜視図

図１の風力発電機の第４伝動ギヤの斜視図

図１の風力発電機の第５伝動ギヤの斜視図

図１の風力発電機のスプリングケーシングの前方斜視図

図１８のスプリングケーシングの後方斜視図

図１の風力発電機の第６伝動ギヤの斜視図

図１の風力発電機の第７伝動ギヤの斜視図

図１の風力発電機の第８伝動ギヤの斜視図

ロッドコンビネーション従動ギヤを外部に突設した、図１の風力発電機の発電機の斜視図

本発明の風力発電機に適用可能な、スパーギヤを外部に突設した別形態の発電機の斜視図

図１のライトアセンブリの充電バッテリーパックの斜視図

本発明による風力発電機の斜視図であって、発電機が携帯電話と電気的に接続されている状態で示す図。

本発明による風力発電機の拡大斜視図であって、ファンがこの発電機に電気的に接続されている状態で示す図

図１のライトアセンブリのさらに別の拡大斜視図であって、ファンと携帯電話がこのアセンブリに電気的に接続されている状態で示す図

符号の説明

５６ 風力アクチュエータアセンブリ ６０ 発電機 ６６ ギヤ系 ９２ 第５伝動ギヤ（「第１ギヤ」）
１１６ 第１伝動ギヤ（「第２ギヤ」）
１２８ 第８伝動ギヤ（「第３ギヤ」）
１９０ 発電機のロータ２０９ リール２１０ テープスプリング