JP2001032761A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】風の強さに応じて翼面積を調節しえる風力発電
装置を提供する。 【解決手段】支柱体２の上部に回転軸体を回転自在に支
持し、この回転軸体の一端部に発電機５を連結するとと
もに他端部に回転翼体４を設け、この回転翼体４を、正
方形状のものを対角線に沿って区画して二等辺直角三角
形を４個形成するとともに、各二等辺直角三角形の一方
の短辺の先端部を、その中心部に折り返して得られる４
個の翼体１４よりなる風車形状にしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、風車型の風力発電
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、風車型の風力発電装置としては、
図１８に示すようなものがある。この風力発電装置は、
支柱体１０１と、この支柱体１０１の上端部に鉛直面内
で回転自在に設けられるとともに放射状に配置された３
本の翼体１０２を有する回転翼体１０３と、この回転翼
体１０３の回転軸部に連結された発電機１０４とから構
成され、風力により上記回転翼体１０３が回転し発電機
１０４が駆動されて、電力を得るものである。

【０００３】そして、上記回転翼体１０３の各翼体１０
２は、支柱体１０１に回転自在に設けられた回転軸体の
先端部に取り付けられた取付体１０５に、単に、放射状
に突設されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、上記
回転翼体１０３の各翼体１０２は、取付体１０５に固定
された構造であるため、例えば風が弱い場合には、十分
な発電量が得られないという問題があった。そこで、本
発明は、風が弱い場合でも、十分な発電量が得られる風
力発電装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の風力発電装置は、支柱体の上部に回転軸体
を回転自在に支持し、この回転軸体の一端部に発電機を
連結するとともに他端部に回転翼体を設け、この回転翼
体を、正方形状のものを対角線に沿って区画して二等辺
直角三角形を４個形成するとともに、各二等辺直角三角
形の一方の短辺の先端部を、その中心部に折り返して得
られる４個の翼体よりなる風車形状にしたものであり、
さらに上記構成における各翼体の先端寄り部分を折曲自
在に構成し、また支柱体の長さを調節し得るように構成
したものである。

【０００６】上記の構成によると、回転翼体を、各翼体
を折り曲げて風車形状に構成したので、風の力を十分に
受けることができ、したがって風の力が弱い場合であっ
ても、発電効率の向上を図ることができる。また、翼体
の先端寄り部分を折り曲げるようにしたので、風が強い
場合には、折り曲げておけば、回転翼体が受ける風によ
る力を減少させることができる。

【０００７】さらに、支柱体の長さを調節して回転翼体
の高さを調節し得るようにしたので、風が弱い場合に
は、回転翼体を高くすることにより、より強い風を受け
ることができ、したがって発電量の向上を図ることがで
きる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る風力発電装置を、図１〜図１７に基づき説明する。図
１に示すように、この風力発電装置１は、地上に立設さ
れた支柱体２と、この支柱体２の上端部に設けられた支
持体３に回転自在に支持された回転翼体４と、上記支持
体３側に配置されて上記回転翼体４により駆動される発
電機５とから構成されている。

【０００９】上記回転翼体４は、図２および図３に示す
ように、支持体３側に設けられた軸受材１１により回転
自在に支持されるとともに一端側が発電機５に連結され
た回転軸体１２と、この回転軸体１２の他端側の先端部
に取り付けられた円柱形状の取付体（例えば、中空にさ
れている）１３と、この取付体１３の回転軸心に対して
直交する鉛直面（平面）内で、放射状に四方に設けられ
た４個（４枚）の翼体１４とから構成されている。

【００１０】この回転翼体４は、正方形状の平面材を対
角線に沿って区画して二等辺直角三角形を４個形成する
とともに、各二等辺直角三角形の一方の短辺の先端部
を、その中心部に折り返して得られる４個の翼体１４よ
りなる風車（かざぐるま）形状にされており、また各翼
体１４の半径方向の長辺（後縁に相当）である側縁部１
４ａには、先端が広くされた細長い直角三角形状の補助
翼部１５がそれぞれ取り付けられるとともに、この補助
翼部１５の先端には、前方に折返し状に形成された先端
翼部１６が設けられている。

【００１１】さらに、各翼体１４は、ほぼ中央から先端
側部分（以下、先端寄り部分という）が９０度前方（以
下、表面側という）に折り曲げられるように構成されて
いる。これら各翼体１４の側縁部１４ａには、骨組とし
てのガイド棒（例えば、軽量パイプなどが使用される）
２１が取り付けられるとともに、このガイド棒２１を介
して、各翼体１４が折り曲げられるようにされている。

【００１２】すなわち、図４および図５に示すように、
上記ガイド棒２１は中央で２分割されるとともに、この
先端側の分割ガイド部（以下、外周側分割ガイド部とい
う）２１ａと基端側の分割ガイド部（以下、内周側分割
ガイド部という）２１ｂとは、互いに、連結軸体２２に
より回転可能に連結され、また上記外周側分割ガイド棒
２１ａを表面側に折曲させる折曲装置２３が具備されて
いる。

【００１３】また、上記両分割ガイド棒２１ａ，２１ｂ
の対向端部には、それぞれ左右一対のブラケット２４
ａ，２４ｂが突設されて、中央部に所定幅の空間部２５
ａ，２５ｂが形成されるとともに、上記両ブラケット部
２４ａ，２４ｂ同士に連結軸体２２が挿通されて互いに
回転可能に連結され、またこれら両分割ガイド棒２１
ａ，２１ｂ同士が、後方（以下、裏面側という）に反り
返るのを防止するストッパ部材２６が具備されている。

【００１４】このストッパ部材２６は、各分割ガイド棒
２１ａ，２１ｂの裏面側にそれぞれ取り付けられた二等
辺直角三角形状の一対のストッパ板２７ａ，２７ｂとか
ら構成されており、翼体１４が風を受け得る広がった状
態、すなわち両分割ガイド棒２１ａ，２１ｂが一直線に
なる状態では、両ストッパ板２７ａ，２７ｂが互いに当
接して、翼体１４が裏面側に曲がらないようにされる。
勿論、外周側分割ガイド棒２１ａは表面側に曲がるよう
にされている。なお、図６に示すように、これら両スト
ッパ板２７ａ，２７ｂは、両分割ガイド棒２１ａ，２１
ｂのブラケット２４ａ，２４ｂに合わせた形状にされる
とともに、互いの当接面が広くなるようにされている。
なお、上記ストッパ板２７ａ，２７ｂについては、空気
の抵抗ができるだけ少なくなるように、当接部を除く部
分を切り欠いた形状にすることもできる。

【００１５】そして、上述した折曲装置２３は、両分割
ガイド棒２１ａ，２１ｂの連結部分に配置されて、外周
側分割ガイド棒２１ａを表面側に揺動させて、翼体１４
の先端寄り部分を表面側に折り曲げるためのものであ
る。この折曲装置２３は、上記両分割ガイド棒２１ａ，
２１ｂの連結軸体２２が挿通される溝部３１ａが形成さ
れて両空間部２５ａ，２５ｂ間に表裏面方向で移動可能
に挿通して配置され、かつその両外面にラック歯３２が
形成された移動棒状体３１と、各分割ガイド棒２１ａ，
２１ｂ側に設けられるとともに上記各ラック歯３２に噛
合するピニオン３３を回転させる一対の回転駆動機例え
ば電動機３４と、上記移動棒状体３１の先端と各分割ガ
イド棒２１ａ，２１ｂの所定位置とを連結する一対の連
結棒３５とから構成されている。なお、３６は各電動機
３４、ピニオン３３などのケーシングである。

【００１６】したがって、両分割ガイド棒２１ａ，２１
ｂが一直線にされて翼体１４が広がっている状態におい
て、上記両電動機３４によりピニオン３３を介して移動
棒状体３１を表面側に移動させれば、一対の連結棒３５
により両分割ガイド棒２１ａ，２１ｂは表面側に引き出
される。すなわち、図７〜図９並びに図１０および図１
１に示すように、翼体１４の先端寄り部分が表面側に折
り曲げられることになる。

【００１７】勿論、各翼体１４の折曲部分（図２の斜線
部分）は布などの可撓性部材が用いられて、折り曲げ可
能に構成されている。そして、さらに図１２および図１
３に示すように、支柱体２は、外筒４１と内筒４２とか
ら構成されるとともに、内筒４２が外筒４１に対して上
下方向で出退自在に構成されて、回転翼体４全体の高さ
を調節し得るようにされている。

【００１８】上記外筒４１の下端部は、地下に形成され
た機械室４３側に固定支持されるとともに、この外筒４
１内には、外周面に板状のねじ部４４ａが螺旋状に形成
されたねじ軸体４４が上下方向で配置されるとともに、
その底面が軸受部材４５を介して支持され、しかも回転
駆動装置４６により回転し得るように構成されている。

【００１９】すなわち、外筒４１を支持する機械室４３
内に対応するねじ軸体４４の下端部には、周縁部にリン
グ状歯車４７が形成された円形状の駆動板体４８が取り
付けられるとともに、この機械室４３内には、上記リン
グ状歯車４７に噛合する駆動歯車４９を回転させる電動
機５０が複数個設けられている。なお、リング状歯車４
７を有する駆動板体４８、駆動歯車４９および電動機５
０により、回転駆動装置４６が構成されている。

【００２０】そして、さらに上記外筒４１内には、上記
ねじ軸体４４を覆うように内筒４２が外嵌（遊嵌）して
配置されるとともに、この内筒４２の内面には、上記ね
じ軸体４４のねじ部４４ａに係合して案内される係合部
材５１が、所定間隔おきに、例えば９０度おきにかつ上
下方向の適所で複数個設けられている。これら各係合部
材５１は、内筒４２の内面の適所に、取り付けられた保
持部５２に回転自在に保持されて、上記ねじ部４４ａを
上下から挟持する複数個（例えば、上下にそれぞれ２個
づつ）のガイドローラ５３を有するものである。

【００２１】また、上記外筒４１と内筒４２との間に
は、内筒４２を外筒４１に対して上下方向で案内するた
めのガイド部材５５が設けられている。このガイド部材
５５は、外筒４１の内面に、例えば１８０度対称位置
（勿論、所定角度おきに、例えば９０度おきに設けても
よい）で上下方向で設けられたガイドレール５６と、こ
のガイドレール５６の三方の表面に接触するように、内
筒４２側に回転自在に設けられたガイドローラ５７とか
ら構成されている。なお、ガイドレール５６を内筒４２
側に、ガイドローラ５７を外筒４１側に設けても良い。

【００２２】したがって、上記電動機５０を回転させて
ねじ軸体４４を回転させれば、そのねじ部４４ａに係合
している係合部材５１を介して、内筒４２が上下方向で
移動し、回転翼体４の設置高さを調節することができ
る。上記構成において、風の強さがある程度ある場合に
は、図１４に示すように、各翼体１４は広げられて通常
の発電が行われる。なお、この場合、回転翼体４の中心
高さについても、通常の高さに設定される。

【００２３】また、風が弱くなった場合には、図１５に
示すように、内筒４２を上昇させて回転翼体４の位置を
高くして、より強い風を受けることにより、発電量を増
大させることができる。さらに、台風などが接近して風
が強すぎるような場合には、図１６に示すように、電動
機３４により移動棒状体３１を移動させて、翼体１４の
先端寄り部分を９０度表面側に折り曲げることにより、
風の抵抗を半分近くまで減少させるとともに、内筒４２
を下降させて、回転翼体４が強い風をできるだけ受けな
いようにされる。

【００２４】ここで、回転翼体４の各翼体１４を、風車
形状にした場合の作用効果について説明する。なお、図
１７に示すように、翼体１４の作用については、折り曲
げられる先端寄り部分（翼中央から先端までの部分）
（イ）と、基端寄り部分（翼中央から中心までの部分）
（ロ）と、トンネル状の根元部分（ハ）とに分けて説明
する。

【００２５】まず、先端寄り部分（イ）については揚力
部分であり、各半径位置の翼断面において、基本的には
ピッチが零であるものの、翼形状は、巻き込むような形
状であるから、各断面形状は放物線形の翼［図１７の右
側（ａ）に示す］となつており、先端から翼中央にかけ
て連続的に変化している。すなわち、任意の回転数に対
応し得るキャンバフォイルとなっており、また翼先端で
は、非キャンバフォイルであるから、高速回転に適して
いる。

【００２６】次に、基端寄り部分（ロ）については、翼
断面［図１７の右側（ｂ）に示す］の曲率が大きくかつ
前縁の大きい翼を形成しているから、前縁吸引力が発生
して、回転力の発生に寄与している。さらに、根元部分
（ハ）については、翼断面［図１７の右側（ｃ）に示
す］は中央が開口された巻込み形状となっているため、
入射流の一部が根元方向（矢印ｄにて示す）に流れ込む
際に、この巻込み部の内側の圧力が減少し、これによっ
て、回転力が発生する。

【００２７】また、図２に示すように、任意の翼体１４
（１４Ａ）の巻込み部を、根元側に向かって通過する空
気ｄはそのまま根元方向に流れ、これが、隣接する翼体
１４（１４Ｂ）の基端寄り部分（ロ）に当たり、したが
ってこの時の風圧によって、翼体１４Ｂの回転力がさら
に発生することになる。上記各部分（イ）（ロ）および
（ハ）において、発生する空気流の作用によって、回転
翼体４は大きいトルクでもって回転する。

【００２８】特に、基端寄り部分（ロ）および根元部分
（ハ）で発生する作用力は、他の形式の風車装置では見
られないものであり、しかも根元部分（ハ）における隣
接する翼体に流れ込む影響は、風が弱い（風速が低い）
場合に、非常に有効である。また、上記各翼体１４の、
スパン中央から先端に向かう部分（図３のｅ部）では、
傾斜（レーキ）が付けられて、風が弱い場合に対処し得
るようにしている。

【００２９】なお、上述したように、翼体１４の先端に
は小さい垂直翼部１６が設けられており、翼先端からの
渦流（チップボルテックス）の発生による揚力低下が防
止されている。このように、回転翼体４における各翼体
１４を折り曲げて風車形状に構成したので、風を十分に
受けることができ、したがって風が弱い場合であって
も、発電効率の向上を図ることができる。

【００３０】また、内筒４２を外筒４１に対して出退自
在にして、すなわち支柱体の長さを調節し得るようにし
て、回転翼体４の高さを調節し得るようにしたので、や
はり風が弱い場合には、回転翼体４を高くすることによ
り、より強い風を受け得るようにして、発電量の増大を
図ることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明の風力発電装置の構
成によると、回転翼体における各翼体を折り曲げて風車
形状に構成したので、風を十分に受けることができ、し
たがって風が弱い場合であっても、発電効率の向上を図
ることができる。また、支柱体の長さを調節することに
より、回転翼体の高さを調節し得るようにしたので、風
が弱い場合には、回転翼体を高くすることにより、より
強い風を受けることができ、したがって発電量の向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における風力発電装置の概
略構成を示す正面図である。

【図２】同風力発電装置における回転翼体の正面図であ
る。

【図３】同回転翼体の側面図である。

【図４】同回転翼体の折曲装置を示す要部側面図であ
る。

【図５】図４の要部切欠Ａ−Ａ矢視図である。

【図６】図４の一部省略Ｂ−Ｂ矢視図である。

【図７】同回転翼体における翼体の折曲げ状態を説明す
る模式図である。

【図８】同回転翼体における翼体の折曲げ状態を説明す
る模式図である。

【図９】同回転翼体における翼体の折曲げ状態を説明す
る模式図である。

【図１０】同回転翼体における翼体の折曲げ状態の平面
図である。

【図１１】同回転翼体における翼体の折曲げ状態の側面
図である。

【図１２】同風力発電装置における支柱体の断面図であ
る。

【図１３】図１２のＣ−Ｃ断面図である。

【図１４】同風力発電装置の発電状態を示す全体正面図
である。

【図１５】同風力発電装置の発電状態を示す全体正面図
である。

【図１６】同風力発電装置の発電状態を示す全体正面図
である。

【図１７】同回転翼体における翼体の作用を説明するた
めの平面図である。

【図１８】従来例の風力発電装置の概略構成を示す正面
図である。

【符号の説明】

１ 風力発電装置 ２ 支柱体 ３ 支持体 ４ 回転翼体 ５ 発電機 １２ 回転軸体 １３ 取付体 １４ 翼体 １４ａ 側縁部 １５ 補助翼部 １６ 先端翼部 ２１ ガイド棒 ２１ａ 外周側分割ガイド棒 ２１ｂ 内周側分割ガイド棒 ２２ 連結軸体 ２３ 折曲装置 ２６ ストッパ部材 ３１ 移動棒状体 ３２ ラック歯 ３３ ピニオン ３４ 電動機 ４１ 外筒 ４２ 内筒 ４４ ねじ軸体 ４６ 回転駆動装置 ５１ 係合部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 三千雄 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB07 CC03 CC12 CC22 CC47 CC62

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支柱体の上部に回転軸体を回転自在に支持
   し、この回転軸体の一端部に発電機を連結するとともに
   他端部に回転翼体を設け、 この回転翼体を、正方形状のものを対角線に沿って区画
   して二等辺直角三角形を４個形成するとともに、各二等
   辺直角三角形の一方の短辺の先端部を、その中心部に折
   り返して得られる４個の翼体よりなる風車形状にしたこ
   とを特徴とする風力発電装置。
2. 【請求項２】各翼体の先端寄り部分を、折曲自在に構成
   したことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 【請求項３】支柱体の長さを調節し得るように構成した
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電装
   置。