JP2010077946A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 風の向きに対応して装置全体の向きを調節させ、簡単な設備を用いながら風車の逆風側半部分には風が当らないようにさせ、他方の順風側半部分にだけ風が当るようにさせ、以って、風車を確実かつ効率よく一定方向に安定回転させることができる風力発電装置の提供。
【解決手段】 風車４の片側半分を覆う遮風カバー８ａと、風の向きに対応して装置全体の向きを調節させる風向追従手段とを備え、風向追従手段は、遮風カバーが逆風を遮るように風車の逆風側半部分４ｂを覆って順風側半部分４にだけ順風が当るように、装置全体の向きを調節させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風力により風車を回転させ、その回転により発電機を回転させて電力を得る風力発電装置に関する。

従来、風力発電装置として、風車を垂直に立設された垂直中心軸（又は水平に支持した水平中心軸）に回転自在に支持させたものが知られている（特許文献１参照）。

この風力発電装置は、複数枚の羽根を有する風車が垂直中心軸に回転自在に支持され、この垂直中心軸と直交する方向から風を当てることによって風車を回転させ、その回転により発電機を回転させて電力を得るようになっている。
そして、順風を受けるときは羽根が閉じて風を受け、逆風を受けるときは羽根が開いて風を逃がすもので、これにより風向きが変化した際にも回転方向は安定して一定方向に維持できるとされている。

しかしながら、垂直中心軸と直交する方向からの風によって風車を垂直中心軸の回りで回転させるものでは、風が複数の羽根に対して同じ向きで当るため風車の回転力が得られず、また、従来のように、羽根の開閉によって風車を一定方向に安定回転させるのは難しい。
特許公開２００８−１０６６２２号公報

中心軸（垂直中心軸、水平中心軸）と直交する方向からの風によって風車を中心軸の回りで回転させる場合、中心軸を境として風車の逆風側半部分には風が当らないようにさせ、順風側半部分にだけ風が当るようにさせることで、最も効力よく回転させることができる。

本発明は、上記の点に着目し、風の向きに対応して装置全体（遮風カバー）の向きを調節させ、これで簡単な設備を用いながら風車の逆風側半部分には風が当らないようにさせ、他方の順風側半部分にだけ風が当るようにさせ、以って、風車を確実かつ効率よく一定方向に安定回転させることができる風力発電装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明（請求項１）の風力発電装置は、
ベース上（１）に水平方向に回転自在に支持された旋回基板（２）と、その旋回基板の旋回中心に垂直に立設された垂直中心軸（３）と、前記垂直中心軸に回転自在に支持された風車（４）と、この風車を構成する複数枚の羽根（４１）と、各羽根の風受け面として張設された帆布（４３）と、前記風車に連結された発電機（６１）と、前記垂直中心軸を境として風車の片側半分を覆う帆布による遮風カバー（８ａ）と、風の向きに対応して装置全体の向きを調節させる風向追従手段とを備え、
前記風向追従手段は、前記遮風カバーが逆風を遮るように風車の逆風側半部分（４ｂ）を覆って順風側半部分（４ａ）にだけ順風が当るように、前記旋回基板を回転させて装置全体の向きを調節させるように形成されている構成とした。

また、本発明（請求項２）の風力発電装置は、
ベース上（１）に水平方向に回転自在に支持された旋回基板（２）と、その旋回基板に水平に支持された水平中心軸（３ａ）と、前記水平中心軸（３ａ）に回転自在に支持された風車（４）と、この風車を構成する複数枚の羽根（４１）と、各羽根の風受け面に張設された帆布（４３）と、前記風車に連結された発電機（６１）と、前記水平中心軸を境として風車の片側半分を覆う帆布による遮風カバー（８ａ）と、風の向きに対応して装置全体の向きを調節させる風向追従手段とを備え、
前記風向追従手段は、前記遮風カバーが逆風を遮るように風車の逆風側半部分（４ｂ）を覆って順風側半部分（４ａ）にだけ順風が当るように、前記旋回基板を回転させて装置全体の向きを調節させるように形成されていることを特徴とする風力発電装置。

また、本発明（請求項３）の風力発電装置は、請求項１又は２記載の風力発電装置において、風車の順風側半部分に順風を導入させるための風導入フード（８ｂ）が設けられている構成とした。

また、本発明（請求項４）の風力発電装置は、請求項１又は２又は３記載の風力発電装置において、前記帆布がそれぞれ巻取り繰出し可能に形成されて風受け面積を増減できると共に、前記遮風カバーが巻取り繰出し可能に形成されて風当面積を増減できるように形成されている構成とした。

また、本発明（請求項５）の風力発電装置は、請求項１又は２又は３又は４記載の風力発電装置において、前記ベースが陸上に設けた支柱（１５）上、又は水上に浮設させたフロート（９）上に形成されている構成とした。

本発明（請求項１、２）の風力発電装置は、風向追従手段によって風の向きに対応して装置全体の向きを調節させることができ、かつ中心軸（垂直中心軸、水平中心軸）を境として風車の片側半分を遮風カバーによって覆うことができる。
即ち、風向追従手段により風の向きに対応して装置全体の向きを調節させることで遮風カバーの向きを調節できるため、遮風カバーにより風車の逆風側半部分には風が当らないようにさせ、他方、順風側半部分にだけ風を当てることができる。
これにより、風車を確実かつ効率よく一定方向に安定回転させることができる。

また、風車を構成する各羽根の風受け面に帆布を張設させているため、風車の軽量化及び製造コストの低減を図ることができる。

本発明（請求項３）の風力発電装置では、風車の順風側半部分に順風を導入させるための風導入フードを設けているため、風の逃げを抑えることができ、順風を風車に確実に取り込んで効率よく風車を回転させることができる。

本発明（請求項４）の風力発電装置では、風車の羽根に張設された帆布がそれぞれ巻取り繰出し可能に形成されて風受け面積を増減できる。
これにより、帆布を一杯に繰出して風受け面積を増大すれば、風を効率よく取り込みながら風車を回転させることができる。

台風や強風時には、帆布を巻取って風受け面積を減小さくさせ、かつ遮風カバーを巻き取って風当面積を減小させることにより、台風や強風を逃がすことができ、台風や強風をまともに受けることによる破損等を防止できる。

また、本発明の風力発電装置は、陸上に設置してもよいし、海上や湖上等の水上に設置することもできる（請求項５）。

図１は請求項１に対応した本発明の第１実施例にかかる風力発電装置を示す一部切欠側面図、図２はその風力発電装置の要部を示す横断面図である。
なお、この第１実施例は陸上に設置した場合の例である。

図において、１はベースで、陸上地面Ｇ１に立設させた支柱（１５）上に設置され、上面に形成したピットの底に水平板１０が設置され、この水平板１０上に旋回基板２が水平方向に回転自在に支持されている。

前記旋回基板２は、その下面に取り付けた複数個のローラ２０により支えられ、また、この旋回基板２の下面には環状歯車２１が形成され、この環状歯車２１に駆動モータ５ａの歯車５０が噛み合わされている。
従って、駆動モータ５ａを駆動（正逆転）させることで、旋回基板２を軸支部２２を中心として右回転と左回転の何れの方向にも回転させることができる。

前記旋回基板２の中心に垂直中心軸３が垂直に立設され、この垂直中心軸３に風車４が回転自在に支持されている。
風車４は垂直中心軸３に嵌合させた管軸４０に複数枚（実施例では５枚）の羽根４１を等間隔で放射状に取り付けた構造になっている。

前記各羽根４１は方形に枠組みしたフレーム４２の内部に風受け面としての帆布４３が張設され、その上下及び内外の周囲四方に風受け板４４，４５が内向きに傾斜して取り付けられている。
このように、風受け面に帆布４３を使用することで風車４の軽量化及び製造コストの低減を図ることができるし、風受け板４４，４５を設けることによって風を確実に風受け面（帆布４３）内に向かせることができる。

前記帆布４３はそれぞれ巻取り繰出し可能に形成されて風受け面積を増減可能に形成されている。
この場合、巻取りモータ７０により回転する巻取り軸７１が羽根４１の基端側に軸支され、一方、繰出しモータ７２により回転する繰出し軸７３が羽根４の先端側に軸支され、風受け面積を減少させるときは、巻取りモータ７０の駆動で帆布４３を巻取り軸７１に巻き取っていくことで風受け面積を減少させる。このとき、繰出し軸７３（繰出しモータ７２）はフリー回転する。
一方、風受け面積を増大させるときは、繰出しモータ７２の駆動で帆布４３の先端に連結したワイヤ７４を繰出し軸７３に巻き取っていくことで帆布４３を繰出し、風受け面積を増大させる。このとき、巻取り軸７１（巻取りモータ７０）はフリー回転する。

このように、帆布４３を一杯に繰出して風受け面積を増大すれば、風を効率よく取り込みながら風車４を回転させることができるし、台風や強風時には、帆布７３を巻き取って風受け面積を減小さくさせることにより、台風や強風を逃がすことができる。

また、各羽根４１は、その外周端の間を連結ワイヤ４６により連結させることで羽根４１，４１同士の間隔を維持させ、かつ管軸４０の上端部から吊りワイヤ４７により吊持させることで片持ち状態を支えている。
なお、風車４の回転方向は図２において矢印Ｂ方向である。

前記管軸４０の上端に歯車６０が固定され、一方、前記垂直中心軸３に固定した発電機６１に歯車６２が取り付けられ、両歯車６０，６２を噛み合せることで、風車４の回転を発電機６１に伝達させて回転させ、電力を得るようになっている。

前記垂直中心軸３の上端には、風向センサ５ｂが回転自在に設けられ、この風向センサ５ｂと、前記駆動モータ５ａとで風向追従手段（明細書内において符号５で表す）が形成される。
この風向追従手段５は、風の向きに対応して装置全体の向きを調節させるもので、風の向きが変化するのを風向センサ５ｂにより検出し、これに基づき前記駆動モータ５ａを駆動させて旋回基板２を回転調節させ、これにより装置全体の向きを調節させることができる。

前記垂直中心軸３には、この垂直中心軸３を境として風車４の片側半分を覆うように帆布による遮風カバー８ａが取り付けられている。
この遮風カバー８ａは、風向きに対し順風になる風車４の順風側半部分４ａと、風向きに対し逆風になる風車４の逆風側半部分４ｂのうち、前記逆風側半部分４ｂにおける風対向側正面から側面にかけての部分を覆う状態に湾曲して形成されている。
これにより、逆風側半部分４ｂには風を当てずに、前記順風側半部分４ａにだけ順風を当てることができる。

また、前記遮風カバー８ａに一体に連結して帆布による風導入フード８ｂが設けられている。
この風導入フード８ｂは風車４の順風側半部分４ａに順風を導入させるためのもので、風対向側正面に風導入口８０が形成され、この風導入口８０から順風側半部分４ａの側面にかけての部分を覆い、かつ背面側に風流出口８１が形成されている。

従って、風の向きが変わったとしても、その風の向きに対応して風向追従手段５により装置全体の向きを調節させることができ、これに伴い遮風カバー８ａ及び風導入フード８ｂの向きも調節できる。
これにより遮風カバー８ａにより風車４の逆風側半部分４ｂには風が当らないようにさせ、他方、順風側半部分４ａにだけ風を当てることができ、風車４を確実かつ効率よく一定方向に安定回転させることができる。

また、風車の順風側半部分４ａに順風を導入させるための風導入フード８ｂを設けたので、風の逃げを抑えることができ、順風を風車４に確実に取り込んで効率よく風車４を回転させることができる。
なお、この風導入フード８ｂは必ずしも必要でない。

また、前記遮風カバー８ａ、及び風導入フード８ｂについても、それぞれ巻取り繰出し可能に形成されて風当面積を増減可能に形成されている。
この場合も巻取りモータ８５により回転する巻取り軸８６が軸支され、一方、繰出しモータ８７により回転する繰出し軸８８が軸支され、風当面積を減少させるときは、巻取りモータ８５の駆動で遮風カバー８ａ、及び風導入フード８ｂを巻取り軸８６に巻き取っていくことで風当面積を減少させる。このとき、繰出し軸８８（繰出しモータ８７）はフリー回転する。
一方、風当面積を増大させるときは、繰出しモータ８７の駆動で遮風カバー８ａ、及び風導入フード８ｂの先端に連結したワイヤ８９を繰出し軸８８に巻き取っていくことで遮風カバー８ａ、及び風導入フード８ｂを繰出し、風当面積を増大させる。このとき、巻取り軸８６（巻取りモータ８５）はフリー回転する。
これにより、台風や強風を逃がすことができる。

次に、図３は請求項５に対応した本発明の第２実施例にかかる風力発電装置を示す一部切欠側面図である。
この風力発電装置は海上（湖上でもよい）に設置させた例である。
海面Ｗ（湖面でもよい）にフロート９を浮設させ、このフロート９の上面に形成したピットの底にベース１となる水平板１０を設置させ、このベース１の上に前記第１実施例と同様の風力発電装置を設置させている。

前記フロート９は、海底面Ｇ２に固定したアンカー９１にワイヤロープ９２を介して係留され、波による動揺を抑えるため、その周囲にバランサー９３が設けられ、このバランサー９３に垂直中心軸３を支えるためのフレーム９４が連結されている。
その他の構成及び作用は前記第１実施例と同様である。

次に、図４は請求項２に対応した本発明の第３実施例にかかる風力発電装置を示す一部切欠側面図である。
この風力発電装置は風車４が水平中心軸３ａの回りを回転する構造に形成された例である。
ベース１の水平板１０上に旋回基板２が水平方向に回転自在に支持され、この旋回基板２上に立設させた左右のフレーム２５，２５間に水平中心軸３ａが渡され、この水平中心軸３ａに風車４が回転自在に支持されている。
その他の構成及び作用は前記第１実施例と同様である。

なお、本発明において、第１実施例及び第２実施例で示したような風車を垂直中心軸に上下方向に数段に設けたり、第３実施例で示したような風車を水平中心軸に左右方向に数列に設けたりすることも可能であり、この場合には装置が高くなったり、横長くなったりするため、安定性を確保した設計が必要になる。

本発明の第１実施例にかかる風力発電装置を示す一部切欠側面図である。 その風力発電装置の要部を示す横断面図である。 本発明の第２実施例にかかる風力発電装置を示す一部切欠側面図である。 本発明の第３実施例にかかる風力発電装置を示す一部切欠側面図である。

符号の説明

１ ベース
１０ 水平板
２ 旋回基板
２５ フレーム
３ 垂直中心軸
３ａ 水平中心軸
４ 風車
４ａ 順風側半部分
４ｂ 逆風側半部分
４０ 管軸
４１ 羽根
４３ 帆布
４４ 風受け板
４５ 風受け板
４６ 連結ワイヤ
４７ 吊りワイヤ
５ａ 駆動モータ
５ｂ 風向センサ
６１ 発電機
７０ 巻取りモータ
７１ 巻取り軸
７２ 繰出しモータ
７３ 繰出し軸
７４ ワイヤ
８ａ 遮風カバー
８ｂ 風導入フード
８０ 風導入口
８１ 風流出口
９ フロート
９３ バランサー
Ｇ１ 地面
Ｇ２ 海底面

Claims (5)

1. ベース上（１）に水平方向に回転自在に支持された旋回基板（２）と、その旋回基板の旋回中心に垂直に立設された垂直中心軸（３）と、前記垂直中心軸に回転自在に支持された風車（４）と、この風車を構成する複数枚の羽根（４１）と、各羽根の風受け面として張設された帆布（４３）と、前記風車に連結された発電機（６１）と、前記垂直中心軸を境として風車の片側半分を覆う帆布による遮風カバー（８ａ）と、風の向きに対応して装置全体の向きを調節させる風向追従手段とを備え、
   前記風向追従手段は、前記遮風カバーが逆風を遮るように風車の逆風側半部分（４ｂ）を覆って順風側半部分（４ａ）にだけ順風が当るように、前記旋回基板を回転させて装置全体の向きを調節させるように形成されていることを特徴とする風力発電装置。
2. ベース上（１）に水平方向に回転自在に支持された旋回基板（２）と、その旋回基板に水平に支持された水平中心軸（３ａ）と、前記水平中心軸（３ａ）に回転自在に支持された風車（４）と、この風車を構成する複数枚の羽根（４１）と、各羽根の風受け面に張設された帆布（４３）と、前記風車に連結された発電機（６１）と、前記水平中心軸を境として風車の片側半分を覆う帆布による遮風カバー（８ａ）と、風の向きに対応して装置全体の向きを調節させる風向追従手段とを備え、
   前記風向追従手段は、前記遮風カバーが逆風を遮るように風車の逆風側半部分（４ｂ）を覆って順風側半部分（４ａ）にだけ順風が当るように、前記旋回基板を回転させて装置全体の向きを調節させるように形成されていることを特徴とする風力発電装置。
3. 請求項１又は２記載の風力発電装置において、風車の順風側半部分に順風を導入させるための風導入フード（８ｂ）が設けられている風力発電装置。
4. 請求項１又は２又は３記載の風力発電装置において、前記帆布がそれぞれ巻取り繰出し可能に形成されて風受け面積を増減できると共に、前記遮風カバーが巻取り繰出し可能に形成されて風当面積を増減できるように形成されている風力発電装置。
5. 請求項１又は２又は３又は４記載の風力発電装置において、前記ベースが陸上に設けた支柱（１５）、又は水上に浮設させたフロート（９）上に形成されている風力発電装置。
   

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