第1回 全5回 風力発電の計画について

1. 1 建設予定地の平均風速を決定する。経済的かつ効率的に発電するためには、風力発電機には少なくとも時速7〜10マイル（時速11〜16km）の風が必要です。ほとんどの風力タービンは、時速12〜20マイル（時速19〜32km）で最も性能が発揮されます。お住まいの地域の年間平均風速を調べるには、オンラインで風速マップを表示することができます。また、風速計と呼ばれる風を測る道具を購入し、それを使ってタービンの設置予定場所の風速を測定することも可能です。これを毎日一定時間行う。季節の変化で風速が大きく変わることがありますが、お住まいの地域の風速がほぼ一定であれば、1ヶ月分の測定値で十分です。そして、読み取った値を平均して、タービンがあなたの場所にとって妥当なものであるかどうかを確認します。

2. 2 風車に関連する建築基準法を理解する。建築基準法は地域によって異なるので、タービンが条例違反にならないよう、お住まいの地域の自治体に確認する必要があります。タービン間の最小距離や、タービンと建物の赤線との距離などを規定している規約もあります。地域の条例で高さ制限がある場合がありますので、建築の際にはそれらを考慮する必要があります。また、風力発電の計画や建設に多くの時間を費やす前に、近隣の住民と風力発電の建設について話し合っておくとよいでしょう。こうすることで、風力発電に対する懸念や、騒音、電波障害、テレビ受信に関する誤解を解消することができます。

3. 3 風力タービンの間隔を評価する。タービン自体はそれほど大きなスペースを必要としませんが、近隣とのトラブルを避けるため、一般的に3kWまでのタービンでは最低でも0.2ヘクタール、10kWまでのタービンでは1ヘクタールのスペースが必要とされています。また、ビルや木に風を遮られないよう、タービンを高い位置に設置できるよう、垂直方向のスペースも十分に確保する必要があります。

4. 4タービンブレードはプレハブ式とDIY式から選択可能。使用するブレードの種類やブレードの配置は、タービンの設計に影響を与える可能性があります。昔の農家の風車は小さな帆を回転軸に取り付けたものですが、風力発電機は巨大な涙型の羽根を持つ巨大なプロペラのようなものです。このブレードは、タービンが効率よく動作するために適切なサイズとピッチでなければなりません。ブレードを作る場合は、木材や塩ビパイプの断面から作ることができます。ブレードを作るにせよ、購入するにせよ、風車には3枚のブレードを取り付けることになるでしょう。ブレードの枚数が偶数（2枚や4枚など）の場合、風車が回転する際に振動しやすくなります。羽根の枚数を増やすとトルクは増えますが、タービンの回転が遅くなります。ブレードは、スコップを改造したものなど、家庭用品から作ることも可能です。もし、このルートで頑丈なシャベルを選ぶのであれば、木製のハンドルを金属製など、より耐久性のあるものに交換するとよいでしょう。

5. 5.ジェネレーターを選択します。風力発電を行うには、発電機と接続する必要があります。発電機のほとんどは直流（DC）です。つまり、発電機で家庭用電流を供給するには、発電機を電力インバータに接続し、家電製品で使用する交流（AC）を生成する必要があるのです。ACモーターを発電機として使うこともできますが、十分な電界を発生させるだけの残留磁気がない可能性があります。発電機は、動き、この場合は羽根の動きと磁力を利用して電気を発生させる。直流発電機を購入する場合は、高電圧、大電流、低速（数千回転ではなく数百回転）のものを選びましょう。少なくとも12ボルトを持続的に発生させる必要があります。発電機とインバータの間にディープサイクルバッテリーバンクとチャージコントローラーを接続し、インバータとバッテリーを電力スパイクから保護する必要があります。これにより、風の弱い時間帯にもインバータに電力を供給することができます。自動車用オルタネーターは、ジェネレーターとしての使用は推奨していません。発電するためには、風力発電機よりも速い速度で回転させる必要があります。

第2回（全5回）：垂直軸型風力発電機の主軸とスポークの組み立て

1. 1 スピンドルを組み立てます。スピンドルをスピンドルプレートに溶接する必要があるかもしれませんが、多くの風力発電機キットにはこの部分がすでに溶接されています。購入した部品や余分な部品を溶接してタービンを作る場合は、溶接マスク、溶接手袋、溶接シールド、作業靴など適切な安全装置を着用するようにしてください。スピンドルを先に組み立てることで、部品を1つずつ追加していくことでタービンを組み立てていくことができます。自分で組み立てる場合は、この方法が最も効率的でしょう。

2. 2 ハブをスピンドルにスライドさせる。摩擦の蓄積やスピンドル・ハブの損傷を防ぐため、2つの部品の間にベアリングを入れる必要があります。スピンドルのテーパー部、スピンドルプレートから上に突き出た部分にベアリングを取り付け、スピンドルの太い部分でベアリングが止まるまで、スピンドルプレートに向かってスライドさせます。そして、ハブのスタッドが上を向くように、ハブをスライドさせて、ベアリングの上に乗せるようにします。スピンドルとベアリングの間には、約10.2cmの隙間が必要です。強風時にはタービンが曲がり、ブレードがスピンドルにダメージを与える可能性があります。キットがなく、ハブを一から作る場合は、4×4トレーラーのハブを使うことを検討するとよいでしょう。これは、お近くの自動車部品店など、牽引用品を扱っているほとんどのお店で購入することができます。

3. 3 下側スポークフランジをハブに取り付けます。フランジには、ハブのスタッドがスライドするための穴があり、突起したラグが各スポークを接続することになります。フランジをハブのスタッドに合わせ、所定の位置に移動させます。フランジがハブに均等に配置されたら、ラグナットで固定し、最初は手で、次にソケットスパナでナットを締め付けます。

4. 4 スポークを接続する。タービンのスポークは各ブレードに2組ずつあり、3枚ブレードのタービンは合計6組のスポークを持つ。スポークを下フランジのラグにボルトで取り付け、スペーサーで下スポークと上スポークを分離する必要があります。そして、フランジのラグにある穴にボルトを通し、スポークをボルトにはめ、スペーサーをボルトにはめ、2本目のスポークをボルトにはめ、スポークとスペーサーを上フランジにクランプするのです。下フランジと上フランジは、同じ形をしていて、同じ数のスポークがタブに取り付けられているはずです。上側のフランジにボルトを手でねじ込んでフランジを固定し、1セット目のスポークのために他のボルトを締めます。この作業をすべてのスポークについて繰り返します。すべてのスポークを上下のフランジで挟んだら、ソケットスパナでボルトを締め付けます。ボルトを締め付けると、上下のフランジとスポークがしっかりし、ハブをベアリングに乗せたまま簡単に回転できるようになるはずです。タービン組立は、風などの環境に常にさらされるため、スポークをしっかりと固定するためのボルトが必要になります。接続を確実にするために、ネジロック接着剤を使用する必要があります。

5. 5 上部フランジにスタッド 4 個を取り付ける。これらのスタッドはネジ式で、それぞれ長さ23/8"（6cm）、厚さ1/4"（0.635cm）であることが必要です。この太さのネジ棒を適切な長さに切断するために、金鋸を使う必要があるかもしれません。次に、スタッドを上部フランジに手でねじ込み、各ねじがスピンドルの周りに均等になるようにします。スタッドが直立し、強度が増すように、フランジに十分な深さまでスタッドをねじ込んでください。すべてのスタッドはフランジから同じ距離だけ突出している必要があります。ネジ付き金属棒をハクソーで切断する場合は、ネジ山を傷つけないように注意してください。ネジ山を損傷すると、部品が正しく保持されないことがあります。このスタッドは、スポークに使うボルトと同じように、しっかりと固定したい。このため、スタッドにはネジロック用接着剤を使用する必要があります。

第3回/第5回：垂直軸型風車搭載用マグネット

1. 1 下部マグネットローターをスタッドにセットします。ロータープレート、エポキシ樹脂、2インチ×1インチ×1/2インチのネオジム磁石を使って上下の磁石ローターを作ることもできますし、この部品は風車キットの一部としてあらかじめ作られているか、風車部品メーカーから購入することも可能です。マグネットを上向きにし、フランジに固定された4つのスタッドにマグネットローターのベースプレートを取り付ける。自作する場合も、キット化されたマグネットローターを使用する場合も、個々のマグネットやマグネットロータープレートの取り扱いには注意が必要です。磁力は非常に強く、取り扱いに注意しないと大怪我をする恐れがあります。ネオジム磁石はかなり壊れやすい。上側マグネットローター用12個、下側マグネットローター用12個の計24個が必要ですが、プレートの製作中に1個壊れたときのために余分に買っておくとよいでしょう。このマグネットは、オンラインで購入することができます。

2. 2 必要に応じて、マグネットローターを作る。マグネットロータープレート付属のキットを使用する場合は、前述のようにスタッドにプレートを取り付けるだけです。自作マグネットローターでは、ローターの端に磁石を均等に配置することが望まれます。磁石の配置を間違えてローターを破損することがないように、カードや紙に磁石配置のテンプレートを描いてください。テンプレートはローターの真ん中を占め、マグネットはそこにありません。テンプレートの中心から端までの線は、ローターのどこにマグネットを配置すべきかを示しています。テープで固定することもできますし、ネットでテンプレートの例も見ることができます。配置を始める前に、磁石の極性をマークしておくとよいでしょう。これはマーカーを使えば可能です。磁石が混在していて極性がわからない場合は、弱い磁石をポプシクルスティックに貼り付けてテスターを作ります。ネオジム極性テスター」をあそこに置いてください。磁石の極性が同じだと感じた場合。張力を感じる場合は、テストしている磁石の極性が逆になっています。磁石の取り付けには、豆粒大のエポキシ樹脂を使用します。磁石の底面に塗布してから配置します。磁石とローターの間に指を挟まないように注意しながら、ゆっくりと磁石をロータープレートの隅に移動させます。マグネットでプレートをつかみ、テンプレートを使って正しい位置にスライドさせることができるはずです。

3. 3 スタッドにスペーサを配置する。3/8インチ（0.375cm）の金属チューブを1¼インチ（3.175cm）の長さにカットして空間を作ることができます。これをできるだけ正確にカットする必要があります。マグネットローターから突き出ているスタッドにパッドをスライドさせる。パッドの長さが不揃いの場合、アッパーディスクが傾くことがあります。これは危険であり、またタービンの効率にも悪い影響を与える可能性があります。パッド上のスタッドクリアランスは、1インチ（2.5 cm）より少し多めにする。これにより、六角ナットで上部マグネットローターとその間にあるすべての部品を固定することができます。

4. 4 下部マグネットローターの上にステーターを置きます。ステーターコイルは、発電機の重要な部品である。風車部品メーカーから風車キットの一部として購入することも、自社で製造することも可能です。センタースピンドルの周りのスタッドはステータの中心を通り、ステータの中心はセンタースピンドルに対して中心である必要があります。ステーターには、24ゲージの銅線を320ターン巻いたコイルが3セット必要です。これは時間がかかるし、難しいかもしれない。自作する場合は、「風力発電機用ステーターの作り方」をネットで検索すると、その方法が紹介されています。

5. 5 自作サブのステーター巻き取り機を作る。廃材と釘でステーターワインダーを作ることができます。2枚の合板の間に1インチ（2.5cm）程度の隙間ができるように、4本の釘で接合します。爪はマグネットの大きさに合わせ、長方形になるように並べてください。そうすれば、ステーターの銅線をより簡単に巻くことができるようになります。ステーターを自作する場合は、ステーターコイルの始点と終点を必ず記録してください。各コイルは同じ方向に巻かなければならない。各コイルの両端の始点に、色のついた電気テープを貼ることを検討するとよいでしょう。完成したときにコイルが外れないように、電気テープで固定し、エポキシ樹脂を2分割して固定する必要があります。エポキシのラベルに記載されている時間、エポキシ（とステーター）をワックスペーパーの上で硬化させます。

6. 6 上部マグネットローターの配置。風力発電の建設では最も危険な作業の一つであるため、十分な注意が必要です。ステーターの中央のスピンドルの左右に4枚のプレートを重ね、下のプレートは厚く、上のプレートは薄くします。上のプレートに対して2×4のプレートが効果的です。積み重ねたプレートの隙間に指が入るようにトップローターを持ち、トップローターをボトムローターに向けてゆっくりと下ろします。その際、アッパーローターとスタッドの位置を合わせてみてください。磁界がトップディスクをつかみ、置いてあるプレートの上に引きずり込むはずです。次に、上部マグネットローターを1枚ずつスライドさせてスタッドに下ろします。上側のプレートを先に外し、次にもう一方のプレートを外します。この作業を下側のプレートでも繰り返し、上側のマグネットローターを所定の位置に移動させます。その後、六角ナットをスタッドにねじ込み、ローターを固定する。アッパーローターがパッドの上に乗って、スタッドが少し出ている状態です。上部のマグネットローターから各ボードを外すために、ボードを前後に振る必要がある場合があります。磁力は非常に強くなります。

第4部 5.タービンの完全組立

1. 1スピンドルからアセンブリを取り外す。次のステップでは、スピンドルとタワーを接続します。タービンASSYをスピンドルに取り付けたままこの作業を行うのは非常に困難な場合があります。その後、アセンブリハブを上に反転させればタービンは完成です。アセンブリ（ハブ、スポーク、マグネットローター、ステーター、および関連するすべての部品を含む）を引き上げ、スピンドルから取り出します。次に、ハブ側を上にして、作業場所にアセンブリを置きます。

2. 2 スピンドルフランジをウインドタワーに溶接する。キットであれば、これらの部品は付属している可能性が高いですが、太くて丈夫な金属パイプの上部に金属板を取り付ければ、タワーとしては十分でしょう。風が風車に与える力にパイプが耐えられることを確認する。タワーは頑丈な場所に設置する必要があります。より安定させるために、コンクリートスラブを打ち、その中にタワーを設置するとよいでしょう。

3. 3は、スピンドルとステーターの取り付けブラケットです。ブラケットは、スピンドルの上に襟のようにフィットする必要があります。その後、ブラケットをボルトで固定し、ウインドタワーに固定します。3/8インチ（0.375cm）のネジ付きロッドを4½インチにカットします。最初にネジロック接着剤を使用し、ナットとワッシャを上向きにしてブラケットの外側に貼り付けてください。ナットは、3/8" (375 cm) のネジスタッドに、ネジの上から約 3/4" のところに置いてください。このナットで、ロッドで固定しながらステーターの位置を調整することができます。

4. 4 テーパーローラーベアリングをスピンドルにセットします。その前に、ユニバーサルベアリンググリースをたっぷりと塗布しておく必要があります。注油後、テーパーベアリングをスピンドルにスライドさせて、スピンドルベースに収まるようにするだけです。潤滑の作業は、指で行うのが最も簡単です。ベアリングに注油し、所定の位置に配置したら、ペーパータオルやウエスで指をきれいに拭いてください。

5. 5 タービンのメインアセンブリを接続します。ハブが上を向くようにメインアッセンブリーを持ち上げ、下にあるテーパーベアリングでメインシャフトに固定します。ステーターの取り付け穴は、ブラケットに固定されている3/8 "ネジスタッドと一致する必要があります。この状態で、もう一方のテーパーベアリングをハブキャップにセットします。ベアリングにユニバーサルベアリンググリースを塗布します。ベアリングでは、キャッスルナットを固定する必要があります。キャッスルナットは、指でねじ込んでください。ナットが容易に回らない場合は、スロットナットのクリアランスがスピンドルシャフトの穴と一致するまでナットを緩めてください。この穴にコッターピンをスライドさせ、ペンチでピンの足を曲げ、スロットナットを固定します。

6. 6 固定具を締め、グリースキャップでタービンを完成させる。ロッド1本につき六角ナット1個を使用して、ステータをアセンブリにしっかりと固定します。ステーターの中央にある六角ナットをスパナ2本で調整し、マグネットローターの間に直接入るようにします。ステーターを取り付けたら、ハブの上部にグリスキャップを付けるだけでタービンは完成です。

Part 5 of 5: タービン用電気部品の設置

1. 1 バッテリーまたは回路にチャージコントローラーを接続します。風力発電機に接続する前に、バッテリーにチャージコントローラーを接続することで、電力スパイクの発生を防ぐことができます。その結果、機器の破損を防ぐことができます。

2. 2 絶縁電線をチャージコントローラーに接続する。発電機からチャージコントローラーに電気を送る線です。そこから電源はバッテリーや回路に送られます。コードは、電源コードと同様の絶縁体で2分割して結ばれているはずです。ご希望であれば、古い延長コードのプラグを抜いて使用することも可能です。

3. 3 絶縁電線をベースとタワーシャフトに通してください。風車にワイヤーをタービンアッセンブリーまで挿入する。ワイヤーをタワーに通す際に、細いロープや釣り糸の紐が必要になる場合があります。そして、ジェネレーターにワイヤーを接続します。

4. 4 バッテリーまたは回路を接続します。これでタワーの根元を挟んで発電機とチャージコントローラーが接続されたので、タービンの配線を接続する準備が整いました。家庭用主回路に外部電源を接続する場合は、必ず専門の電気工事士にご相談ください。多くの地域では、この配線を行うには免許を持った専門家が必要です。

• チャージコントローラーを湿気から守るために包むと同時に、電圧計を接続して出力を監視する必要があります。
• 鳥の渡りについて調べ、その地域を渡り歩く種がいる場合は、そこにタービンを建てることを避けましょう。