①羽根
回転軸 羽根押さえ欝押さえ
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3．1．5 風力発電演示用模型製作の予備実験
＊予備実験1：風源の風速分布を調べる実験
風源として使用した大型扇風機（東芝扇風機F580B羽根直径400mm）の
速度分布を図3．17に示す。速度分布の測定は，風速計（KANOMAX
ANEMOMASTER MODEL24−6111）を用いて，扇風機の羽根の中心を通る水平 面において100mmメッシュで行った。Y
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扇風機直径（400）
図3．17 大型扇風機の速度分布
大型扇風機の速度分布を調べた結果，中央部分に風速の小さい部分が あり，扇風機からの距離が同じであっても風速が一様でないごとが明ら かとなった。
・49・
＊予備実験H：発電機の選定に関わる実験
ここで，模型に使用した発電機をマブチモーターRE−280RAに決定した 理由にっいて述べる。本研究では，一般に手に入りやすい材料を用いて 教材の製作を行った。トルクが小さく回転数が比較的高いという小型プ
ロペラ型風車の特性を生かすために，発電機として使用するモーターに は，広く販売されているプラモデル用の直流モーターを使用した．種類
の選定にあたっては表3．3に示した6種類のモーターを用いて予備実
験を行った。モーターの種類にある頭のTはタミヤモーター製を，Mはマブチモーター製を表す。方法は，風源とした大型扇風機から1mのと ころにプロペラ型風車を置き，風を当てて十分に回転数が上がったとこ ろで，風車回転軸にそれぞれのモーターの回転軸を接触させて接続し，
そのときの開放起電圧を測定した。また，LED（1．7V以上で点灯）1個と 豆電球（2．2W）1−3個の点灯の様子を◎，○，△，×の4段階で比較し た。実験時に，それぞれの負荷がかかった状態での風車の回転数を測定
し，増速率として10倍してモーターの回転数を推定した。このときの 風速は大型扇風機の強風（秒速約5m）の速さで，使用したプロペラ型 風車は図3．9に示したものの改良前のものである。開放起電圧とは抵 抗を挟まずに電圧計で直接測定したときの値である。
表3．3 発電機を決定するための予備実験の結果
種類 モーター規格
強風（無抵抗＝8000rpm）
開放起電圧 LED点灯 豆冨球、、灯
適正冨圧消 ＝流 回一数 1個 2個 3個
T−SMO2 0．4〜1．5v 25〜
0mA 280rpm380〜 6．6v7200rpm） O
7200rpm） O
4800rpm） △
3600rpm） × T−SMO1 0．4〜1．5v 100〜
20mA 1430〜500rpm
2．1v
7600rpm） O
7600rpm） O
6800rpm） O
6400rpm）
△ 6000rpm）
M−RE260 1．5〜3．Ov 900mA 8650rpm 1．6v 8000rpm）
△
8000rpm） O
7200rpm） O
6400rpm）
×
6400rpm）
M−RE280RA 1，5〜3．Ov 650mA 6600rpm 2．25v
8000rpm） O
8000rpm）
◎
7200rpm） O
6400rpm）
△ 6000rpm）
M−RE38 一 一 一 2．1v7200rpm） O
7200rpm） O
6400rpm） O
6000rpm）
△ 5200rpm）
M−RE56 1．5〜6．Ov 1350mA 7300rpm 2．35v
7200rpm） O
7600rpm）
◎
6400rpm） O
5600rpm） △
5200rpm）
この予備実験の結果，開放起電圧が最も高かったのはT−SMO2の太陽
電池モーターであった。しかし豆電球の点灯成績が低く，特徴として電 圧は高く出るが電流がほとんど発生しないことが考えられる。また，
M−RE38やM−RE56のように発電によって風車の回転数が落ちやすいもの は，発電に必要なトルクが不足していることが考えられる。従って，回 転数とトルクと発生する電力の兼ね合いから考え，風力発電演示用模型 の発電機として適当であるのは，この6種類の中ではM−RE280RAモータ
ーだと判断した。尚，回転数はYOKOGAWAPOCKETTACHOMETERMODEL3632
で言十浜qした。
3．1。6 風力発電演示用模型の性能
製作した模型の性能を調べるために次の実験を行った。
★実験1：製作したプロペラ型風車の無負荷時の回転数を調べる実験 製作したプロペラ型風車の羽根の数と羽根の羽根取付角を変えて，無
負荷時の回転数を調べた。実験は室内の無風空間で行い，風源からlm の所に模型を置いて，風を受けて定常の回転数となってから測定した。
図3．18には初めに製作した羽根の結果を示す。理論では，羽根の数が 少ない方が風の抵抗も小さくなり，回転数は高くなる。しかし，結果は それに反するものであった。これは，羽根の抵抗が大きいことが原因と して考えられるため，羽根に改良を加えた。改良の内容は，抵抗になっ ていると考えられる回転軸に近いボルト取りっけ部を薄く削りなおし，
ラッカー塗装を行って表面の摩擦を減らすものである。先に示した図3．
9はこの改良後の形である。羽根の改良後に同様の実験を行ったところ，
図3．19に示した結果が得られた。
改良の結果，最大回転数は大幅に上昇した。しかし，羽根取付角が 一10。から一5。で最大となるなど一般のものよりも羽根取付角が小さ
くなる傾向が見られた。これは扇風機を風源とした影響だと考えられる。
図3．17に示したように，扇風機から1m離れた地点での風の速度分布
は中心から両側100mm辺りで最大の5m／sとなっている．しかし，羽根 の設計は中心から0．7R（約175mm）で5m／sの風を受けることを仮定して いるため，一般よりも羽根取付角をっけることで最大回転数が得られた ものと考えられる。・51・
1200 1000
パ∈ 800
9
ロ
蝋600 辟400
回200 0
一回転数（rpm）
・ 回転数（rpm）
1枚
枚三
、、
、▲ 一一
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▲ 回転数（rpm） 3枚3
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▲、
1
匹 一一、
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1
根根根月月司マつコつマつ枚枚枚
123
一15 −10 −5 0 5 10 15
羽根取付角（deg）
図3．18 羽根の羽根取付角と回転数（改良前）
1600 i
l 1400
1200 巨1000 占 氣800 辟 回600 400 200 0
−15 −10 −5 0 5 10 15
羽根取付角（deg）
図3．19 羽根の羽根取付角と回転数（改良後）
＊実験11：製作したブロペラ型風車の発電量を調べる実験
製作した風車の発電量を調べる実験を行った。条件は，羽根が3枚で，
上記図3．16の実験で回転数が最大となった羽根取付角一8。に設定し 大型扇風機（風源）から1mの距離に模型を置いた。そして，風を受けて 風車の回転数が十分に上がったところで発電させ，抵抗にっなぎ，安定
して回転するところの電圧を測定した。抵抗の値は4Ωから1kΩまで
8種類を設け，また，そのときの羽根の回転数も測定した。この実験の 結果を図3．20に示す。実験の結果，最大発電量は0．44wであった。こ の結果を（3・1・5）式に代入して出力係数CLの値を求めたところ，0．031 であった。これは理論値にほど遠い値である。この原因としては次のことが考えられる。
根根根羽羽羽枚枚枚1 2 3︻ ≡ ︻ 1 サ 1 1 ﹃ r
1
mP ︶ ︶ ︶ mm P P叶数数数転転転回回回
＋＋
一一一‡
風源の扇風機の風速分布が一様でないこと 軸受けの損失が大きいこと
増速機の接触抵抗が大きいこと
発電機として使用したモーターの効率が低いこと …△一電流 一e一電カ ー◇一一電圧
0．50 3．5
（0，45
く 3．0
）0．40