車の部品で風力発電機を作りたいのですが

質問

車の部品で風力発電機を作りたいのですが

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質問者：tottukyoman
投稿日時：2002/09/20 07:59
困り度：

廃車する車から部品をはずして，風力発電機を作りたいのですが，そしてそれを安定した形で使いたいのです。
車からどの部品をはずして、どのような組み立てたら良いか，必要な回転数等、専門的知識を教えて下さい。
たぶんかなり長い文章になるかと思いますが是非、是非教えて下さい、
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　よろしくお願いします。

この質問への回答は締め切られました。

確実な方法ならatoritaitiさんが紹介してくださった本を見られるのがよろしいでしょうね。

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で、それを無視して極々簡単に。

ポイントは色々有りますが

１．発電電力量の不安定さを補うシステム
２．設置場所平均風速に対する最適風車の製作
　　（回転体のバランシング。特に過回転時）
３．風向変化や風圧に対する架台
４．防水・防振処理

が代表的なものです。

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まずはシステム全体から。

車の部品ということなので、発電機は恐らく直流発電機になるでしょうね。
で、ここに交流機器をつなぎたいなら、直流→交流の変換が必要ですから、インバータが先ず必要になります。

次に、風力発電（に限らず、太陽光等もですが）の出力は不安定ですから、これを安定させるために、システムの途中にバッテリーが必要となります。

つまり

　１．発電機本体
　↓
　２．バッテリー（電力量の揺れを吸収）
　↓
　３．インバータ（直流→交流変換。直流機器の場合は不要
　↓
　４．負荷機器

となります。

ここで注意が必要なのは「バッテリーに対する過充電をどうするか？」です。
発電能力が不安定ですから、不足時のバックアップとしてバッテリーは必須となりますが、このために過充電にも対策が必要となります。
最も、車についても同じこと（アクセルの開閉は不安定ですから）が言えますから、「発電機～バッテリー」までの機構をゴソッっと抜いてくる事で対応も可能でしょうね。（車がどのような対策を採っているのかは、不勉強ゆえ正確には知りません。）

また、充電放電制御用機能を持たせたインバータ（現在は大半がこれでしょうが）を使えば、過充電については解決できます。

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次に機器の仕様に関連する部分です。

まずは発電機本体から。
ここでのポイントは「設置場所での想定風力で定格出力が出る（過不足ない）様に作る....です。

発電機については、ばらして考えると風車部分と発電機本体に分けることが出来ますが、このうちの発電機本体の定格回転数と定格負荷が先ず必要となります。

この回転数と設置場所の平均風力が羽の枚数・長さ・形状に関わって来ます。

本来なら、あらかじめ計算して製作するのが良いのですが、バクッっと考えるなら、羽（ロータ）直径は１．５ｍ以内、羽は３枚にすると良いでしょう。

１．５ｍの理由ですが、大きくなると過回転時のバランシングが難しくなる、固有振動数での破壊の可能性なんかから来ます。
また３枚羽は、バランシングが結果として楽になるからです。

で、このロータを発電機に直結するもよし、トルクが足りないようなら、回転数を若干犠牲にして、ギアを介して発電機を回すと良いでしょう。
本来なら、タイミングベルトなんかが使いやすいですが、海上等で使うなら、回転数制御もある程度しっかりと行わないと行けないでしょうから、自転車の変速機構辺りのほうが現実的かもしれません。

繰り返しますが、ポイントは「回転時のバランシング」です。
下手をすると、あっという間にブレードが飛散して周囲に飛び散り、大怪我の原因となります。
避けるためには、「ブレードの長さを短くする」「素材を軽くて強いものにする（カーボンorアルミ）」「バランシングをする」です。

バランシングについては、羽を太い棒に植え込み、その根元にウェイトを埋め込んで行えば良いでしょうし、羽の枚数が少ないほどバランシングやし易いです。
ですから、例えば直径１０ｃｍくらいのシャフトに２枚の羽を埋め込み、無負荷（発電機をつながない）状態で色々と回転数を変え、そのときの振動を見て、バラツキが出ているならシャフト部分に極細釘でも打ち込んでバランスを取るのが良いでしょう。

誤解してはいけないのは、静止状態と回転状態ではバランスが変ると言うことです。
回転状態ではモーメントが掛かりますから、バランスも変ります。
モーメントは回転数・重量・中心からの距離によって変りますから、必ず何種類かの回転数（特に過回転）で確認すると共に、ここを簡単に省略したいなら、羽の直径を小さくする（中心からの距離を短くする）か、回転数を抑えるか、重量を減らす（軽くて丈夫な羽）の何れかが逃げ道となります。

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架台について。
これもロータ設計と関わって来ます。

ロータは正面から受ける風を回転エネルギーに換えるんですが、一部はどうしても抵抗として架台に掛けてしまいます。
ですから、ロータを作ってから架台を製作する必要があります

ここでのポイントは「回転する風車本体からスムーズに電力をバッテリーに送れる架台」で、発電機本体が頻繁に回転するであろう海上を想像するなら、車のように単純に両者をケーブルでつなぐわけには行かないのが難儀なところです。

ですから、ここは専門のケーブルが必要になりますが、これは電気街を漁れば出てくるでしょう。
ただし、絶縁には十分ご注意を。

架台のもう一つのポイントは、ピッチングとローリング（って云うんですかね？　船の揺れです）に負けずに発電機本体を保持できる「ロータと架台の接合部：回転部」です。

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防水・振動（揺れ）について。

電線類の絶縁については、設置当初は結構楽に出来るんですが、問題は紫外線・塩分等による害です。
これは、船の上なら結構早く進行するでしょうし、後で補修することも困難ですから、あらかじめ十分に行う事がポイントになるでしょう。

振動については、バッテリーの液漏れ等の心配もありますが、船舶用バッテリーも売っているでしょうから、これで乗り越えられるかも知れません。

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最期に。

老婆心ながら、船舶上に設置する風力って、自作は相当苦しいと思うんですよ。

問題は「揺れ」でして、私もヨットがどの程度揺れるか良く知らないんですが、この揺れがロータバランスから架台から変速機構から、全てのシステムに深刻な影響があるように思うんですね。

ですから、長期間の航海（例えば１週間とか）でないのなら、これはあらかじめバッテリーを積み込んでおいて、ノートパソコンで耐え忍ぶのが現実的で安価かも知れません。

また、風力で色々と試すと（発電機等を廃物利用で賄うとしても）結果としては大きな出費になるでしょうし、それなら太陽電池に流れるほうが安定しているかもしれません。
（太陽電池なら、揺れの問題の大半は解決できますし、何よりメンテナンスが楽ですからね。）

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参考URLに一つ入れておきます。

システム設計の部分などは太陽光が参考になるでしょうし、風力についても触れられています。