JP4945819B2 - 風力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置に関する。

従来から、風を受けてその効力により回転する方式の風力発電装置が知られている。例えば日本公開特許第２００２−１３０１１０号公報には、いわゆるサボニウス型の風力発電装置が記載されている。このサボニウス型の風力発電装置は、風を受けて効力を生じるための一対の受風板の受風面側を向かい合わせるとともに、回転軸を中心として受風面を互いに逆方向にずらすことで回転翼部を構成している。この構成により、一方の受風板の受風面に当たった風は、該受風面に沿って曲がりながら他方の受風板の受風面に流れ、その後は他方の受風板の受風面に沿って逆側に曲がりながら（全体としてＳ字状に曲がりながら）回転翼部を通過することとなる。

したがって、上記回転翼部を有する風力発電装置にあっては、風の抗力によって微風でも回転を始め易いという利点はあるものの、回転翼部を通過する風は上記Ｓ字状の軌跡を通る必要があるために、通過時の風速が大幅に低下してしまう。このために回転翼部の回転速度が上がり難いという問題がある。

本発明は上記問題点を解決するために為されたものであって、微風でも回転を始めるとともに回転速度を容易に上げることのできる風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明の風力発電装置は、対向して位置し且つ同一の回転軸Ｃ廻りに回転自在に支持される一対の支持板６と、一面側が凹状に湾曲形成された受風面９である複数枚の受風板８と、一対の支持板６間に各受風板８を固定して一体に形成される回転翼部１と、回転翼部１の回転力を電力に変換する発電部４とを具備する風力発電装置であって、回転軸Ｃの軸方向から視たとき、各受風板８の回転軸Ｃに近い内側端縁１１と該回転軸Ｃとの間に、所定幅Ｗ１の通風空間Ｓを設けるとともに、各受風板８の内側端縁１１と外側端縁１２を結ぶ線Ｌ２を、該内側端縁１１と回転軸Ｃを結ぶ線Ｌ１に対して、受風面９が凹状に湾曲する方向に所定傾斜角度αだけ傾斜させて設けたものである。

上記構成としたことで、回転翼部１を通過する風全体としては、各受風板８と回転軸Ｃとの間の通風空間Ｓを通して風速を極力落とすことなく通過することとなる。そして、この風速を保持しつつ流れる風を、各受風板８の傾斜角度αだけ外側に傾いて設置される受風面９にて、風向きに関わらず効率的に（即ち、高い受風効率で）受けることができる。つまり、この回転翼部１は、風の抗力で回転するので微風であっても回転を始めることができ、しかも、回転翼部１をｎ。高速で通過する風を、風向きに関わらず高い受風効率で受けることで、回転速度を容易に上げることができる。

上記構成の風力発電装置にあっては、各受風板８の傾斜角度αを、２０〜５５°の範囲内に設けることが好ましく、更に好ましくは、４０〜５０°の範囲内に設けることである。このような傾斜角度αに設定することで、風を更に効率よく受けて回転力を生じることができる。

また、上記構成の風力発電装置にあっては、半割円筒状を成すとともにその凹状に湾曲した内周面を受風面９とする受風板８を、回転軸Ｃを囲む円周方向に等間隔を介した位置にて、回転軸Ｃと平行に３枚乃至６枚備えることが好ましい。このようにしたとき、回転翼部１全体の重量、受風板８の受風効率、回転翼部１中央の通風量、経済性等のバランスが良好に保たれる。

更に詳しくは、３枚又は４枚の受風板８を、回転軸Ｃを囲む円周方向に等間隔を介して備え、通風空間Ｓの所定幅Ｗ１と各受風板８の受風面９側の幅Ｗ２との比Ｗ１：Ｗ２を、１：１〜１：３の範囲内に設けることが好ましい。

また、５枚又は６枚の受風板を、回転軸Ｃを囲む円周方向に等間隔を介して備え、通風空間Ｓの所定幅Ｗ１と各受風板８の受風面９側の幅Ｗ２との比Ｗ１：Ｗ２を３：２〜２：３の範囲内に設けることも好ましい。

また更に詳しくは、４枚の受風板８を、回転軸Ｃを囲む円周方向に等間隔を介して備え、通風空間Ｓの所定幅Ｗ１と各受風板８の受風面９側の幅Ｗ２との比Ｗ１：Ｗ２を１：１〜１：２の範囲内に設けるとともに、各受風板８の傾斜角度αを４０〜５０°の範囲内に設けることが好ましい。

本発明の実施形態における一例の風力発電装置を示す正面図である。 同上の風力発電装置を示す平面図である。 同上の風力発電装置を連結させた状態を示す斜視図である。

本発明を詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。本発明の実施形態における一例の風力発電装置は図１〜図３示すようなものであって、風を受けることで所定の回転軸Ｃ廻りに回転する抗力を生じる回転翼部１と、該回転翼部１をその中心を通る回転軸Ｃ廻りに回転自在に支持するフレーム構造２と、回転翼部１の回転力を外部に伝達する動力伝達機構３と、この動力伝達機構３を介して伝達される回転力を電気力に変換する発電部４とで、主体を形成している（図２参照）。

上記回転翼部１は、円柱状の軸部５と、軸部５上の軸方向に所定距離を隔てた箇所に固定される一対の円板状の支持板６と、対向して位置する一対の支持板６間を繋ぐように互いの対向面に固定される複数枚の受風板８とで、一体に形成される。なお、軸部５については、一対の支持板６間を欠いた構造であってもよく、この場合には、各支持板６から互いに離れる方向に向けて同軸上に延設される一対の軸部５により、各支持板６（延いては回転翼部１全体）を回転自在に支持する構造となる。

上記受風板８は、回転軸Ｃに近い側の内側端縁１１から遠い側の外側端縁１２に至るまで、凹状に湾曲形成された受風面９を有するものである。本実施例にあっては受風板８を、両端の貫通した円筒を軸方向に沿って半割りにした形状（即ち、半割円筒状）に形成することで、この半割円筒状の受風板８の断面半円状を成す内周面を、風を受けて抗力を生じる受風面９とし、各受風板８を回転軸Ｃと平行に設置している。上記軸部５は、その両端部に設けてあるベアリング１０を介してフレーム構造２に両端側から回転自在に支持される。これにより、回転翼部１は軸部５の中心を通る回転軸Ｃ廻りに一体に回転自在となる。受風板８の配置等の詳細な構成については後述する。

発電部４に回転力を伝達させる上記動力伝達機構３は、フレーム構造２から図２中下方に突出する軸部５に固定してあるプーリ２０と、発電部４の入力軸に固定してあるプーリ２１と、両プーリ２０，２１に引掛け係止してある伝達ベルト２２とで形成している。

また、本例にあってはフレーム構造２にフランジ状の連結部３０が設けてあり、連結させるようとする風力発電装置のフレーム構造２の連結部３０同士を、直接或いは所定の中間連結体（図示せず）を介して連結させる構成としている。図３には、三つの風力発電装置を軸方向に連結させた場合を示している。この場合、三つの風力発電装置の各回転翼部１の軸部５を連結固定し、三本の軸部５が同一回転軸Ｃ廻りに一体に回転自在に支持されるように設けている。

なお、本例の風力発電装置の設置姿勢は図示例に限定されるものではなく、装置全体のフレーム構造２が適宜の固定手段で所定姿勢に固定さえすれば、これを横に倒した姿勢等の、任意の姿勢で設置可能である。また、車、鉄道、船舶、飛行機等の各種移動体に適宜姿勢で設置することも容易である。

次に、回転翼部１の更に詳細な構成（特に、受風板８の配置）について述べる。図１には、回転軸Ｃの軸方向から（図示例の設置姿勢にあっては上方から）回転翼部１を視た状態を示しているが、このように本発明においては、半割円筒状を成す各受風板８の内側端縁１１と軸部５との間に、風を通過させるための所定幅Ｗ１（＝１４０ｍｍ）の通風空間Ｓを設けている。なお、一対の支持板６間に軸部５を配置させない構成とした場合には、内側端縁１１と回転軸Ｃとの間に通風空間Ｓが形成されることとなる。

加えて、各受風板８が効率よく風を受けるようにするために、その凹状を成す受風面９を斜め外側に向けて設置している。つまり、各受風板８において内側端縁１１と外側端縁１２を結ぶ線Ｌ２を、該内側端縁１１と回転軸Ｃを結ぶ線Ｌ１に対して、受風板８の受風面９が凹状に湾曲する方向に向けて（図１中にあっては、回転軸Ｃを中心とした時計回りの方向に）所定傾斜角度αだけ傾斜させた配置としている。なお、図１中には一つの受風板８についてのみ傾斜角度αを描いているが、全ての受風板８について同一の傾斜角度αを設定してあることは勿論である。

更に具体的には、本実施例にあっては半割円筒状を成す４枚の受風板８を、回転軸Ｃを囲む円周方向に等間隔を介して備えてある。この受風板８の内側端縁１１と軸部５との間の通風空間Ｓの幅Ｗ１と、受風板８の受風面９側の幅Ｗ２（即ち、受風板８の内側端縁１１と外側端縁１２の間の幅）との比は、Ｗ１：Ｗ２＝１：１〜１：２の範囲内で設定している。また、受風板８を外方に傾ける上記傾斜角度αは、４０〜５０°の範囲内で設定される角度とし、最も好ましくは４５°である。

上記設定（即ち、受風板８の枚数ｎ＝４、Ｗ１：Ｗ２＝１：１〜１：２、α＝４０〜５０°）で回転翼部１を構成したことで、この回転翼部１を通過する風全体としては、各受風板８と軸部５との間の通風空間Ｓを通じて風速を極力落とすことなく通過することとなる。そして、この風速を保持しつつ流れる風を、各受風板８の外方に傾斜角度αだけ傾けて設けてある受風面９により効率的に受け、回転方向の抗力を生じることとなる。この回転翼部１は風の抗力で回転するので微風であっても回転を始めることができ、しかも、どの風向きであってもいずれかの受風板８の受風面９が確実に受風して回転速度を上げることができる。

ところで、単に作業上設置可能という観点から見れば、枚数ｎ＝４のときのＷ１：Ｗ２の比や傾斜角度αの設定としては多様なものが考えられる。これに対して本発明者は、回転翼部１全体の重量、受風板８の受風効率、回転翼部１中央の通風量、経済性、作業性等を最も高いバランスで達成する設定として上記の最適な設定に想到したものであるが、受風板８の傾斜角度αとしては更に２０〜５５°の範囲内で設定することも可能である。

なお、受風板８の枚数ｎについても４枚に限定される訳ではないが、上記バランスの達成を考慮すれば、ｎ＝３，４，５，６の範囲内で設定することが適当である。ｎ＝３，４となる場合には、中央の通風空間Ｓの幅Ｗ１と、受風板８の受風面９側の幅Ｗ２との比は、１：１〜１：３の範囲内で設定し、ｎ＝５，６となる場合には、中央の通風空間Ｓの幅Ｗ１と、受風板８の受風面９側の幅Ｗ２との比は、３：２〜２：３の範囲内で設定する。いずれの枚数ｎにあっても、傾斜角度αは４０〜５０°の範囲内で設定される角度とし、最も好ましくは４５°である。傾斜角度αが４５度を超えると受風板８の受風効率は大幅に低下を始めるが、傾斜角度αが２０〜５５°の範囲内であれば効率よく風を受けることができる。

しかして、上記構成から成る風力発電装置とすることで、微風でも回転を始めるとともに容易に回転速度を上げることのできる風力発電装置となる。しかも、この風力発電装置の回転翼部１は、製造が容易な半割円筒状の受風板８を用いてコンパクトに且つ高い発電効率を達成するように組立てられる。したがって、限られた設置スペースであっても容易に取付可能であるといった利点や、製造、設置費用も抑えられて施工日数も短縮されるといった利点がある。

Claims (7)

1. 対向して位置し且つ同一の回転軸廻りに回転自在に支持される一対の支持板と、一面側が凹状に湾曲形成された受風面である複数枚の受風板と、一対の支持板間に各受風板を固定して一体に形成される回転翼部と、回転翼部の回転力を電力に変換する発電部とを具備する風力発電装置であって、回転軸の軸方向から視たとき、各受風板の回転軸に近い内側端縁と該回転軸との間に、所定幅の通風空間を設けるとともに、各受風板の内側端縁と外側端縁を結ぶ線を、該内側端縁と回転軸を結ぶ線に対して、受風面が凹状に湾曲する方向に所定傾斜角度だけ傾斜させて設けることを特徴とする風力発電装置。
2. 各受風板の傾斜角度を、２０〜５５°の範囲内に設けることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 各受風板の傾斜角度を、４０〜５０°の範囲内に設けることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
4. 半割円筒状を成すとともにその凹状に湾曲した内周面を受風面とする受風板を、回転軸を囲む円周方向に等間隔を介した位置にて、回転軸と平行に３枚乃至６枚備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の風力発電装置。
5. ３枚又は４枚の受風板を、回転軸を囲む円周方向に等間隔を介して備え、通風空間の所定幅と各受風板の受風面側の幅との比を、１：１〜１：３の範囲内に設けることを特徴とする請求項４に記載の風力発電装置。
6. ５枚又は６枚の受風板を、回転軸を囲む円周方向に等間隔を介して備え、通風空間の所定幅と各受風板の受風面側の幅との比を３：２〜２：３の範囲内に設けることを特徴とする請求項４に記載の風力発電装置。
7. ４枚の受風板を、回転軸を囲む円周方向に等間隔を介して備え、通風空間の所定幅と各受風板の受風面側の幅との比を１：１〜１：２の範囲内に設けるとともに、各受風板の傾斜角を４０〜５０°の範囲内に設けることを特徴とする請求項４に記載の風力発電装置。

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