JP2002327677A

JP2002327677A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2002327677A
Application number: JP2001132827A
Authority: JP
Inventors: Tadao Doge; 忠男道下
Original assignee: DOGE KAZUHIKO; DOGE TADAHIKO
Current assignee: DOGE KAZUHIKO; DOGE TADAHIKO
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】垂直ロータを大型翼板で駆動する装置におい
て、風向きに左右されず安定した発電効果を得るように
する。【解決手段】発電機を駆動するロータと、ロータに固
定した複数の翼板を備える風力発電装置を技術的前提と
して、翼板は、翼板本体と、翼板本体に配した複数の可
動板とを備えるよう構成し、風向きによって可動板が開
閉働するようにした。翼板本体は、湾曲成形する場合が
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、風力発電装置に係
り、とくに大規模な風力発電を可能とする翼板の構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】風力発電装置は、ロータの回転によって
電力を発生させる発電機と、ロータを風力に応じて回転
させる翼板とからなる。風力発電装置の基本構造には、
ロータを垂直方向に配する方式と、水平方向に配する方
式がある。一般的に云えば、垂直方向にロータを立設す
る方式は比較的大型の発電装置に利用され、プロペラ状
の翼板を利用して水平方向に配したロータを回転させる
方式は小規模発電に多くみられる構造である。勿論、こ
のような区分けは風力と翼板との原理的な裏付けに基づ
くものではない。設置コストや研究のための設備もある
からである。大型のプロペラ状翼板を用いた、垂直ロー
タ発電も行われている。

【０００３】ところで、ロータを水平配置する発電方式
は、大規模な発電を企図する場合にはプロペラ状の翼板
の長さを相当程度大きく設計しなければならず、これに
伴って種々の技術的問題が生ずる。翼板の重量の肥大
化、それに伴う応答性の鈍化という点が主たる問題とな
る。海岸地域のように一般に風が強いといわれる場所で
も、安定した発電量を確保するためには風向きの変化等
に敏感に反応できる構造が要求されるところ、従来の風
力発電装置は平均風力に基づいて設計されることが少な
くなく、電力の安定供給という点で難がある。

【０００４】一方、ロータを垂直に立設した場合は、か
なり大きな翼板を設置することが可能となる。長さや面
積、つまり翼板重量の問題を比較的容易に解消できるか
らである。この結果、垂直式ロータを想定する風力発電
装置では、かなり大型の翼板をもった設備でも応答性を
落とさずに設計できる。

【０００５】問題は、大型の翼板を使用すると、設定想
定外の強風時や、風向きが頻繁に変化する天候のときに
懸念される諸点である。

【０００６】まず、設定想定外の強風時について云え
ば、このような場合でも設備そのものが即時に破損する
ことは考えにくい。しかしながら、滑らかに回転させる
よう設計したロータに過度の負担がかかることは否めな
い。また経年劣化時のロータや翼板へのダメージも、初
期設計段階では未知数である。

【０００７】一方、風力発電装置の設置ポイントは、概
ね一定方向から強い風を受けると想定される箇所である
が、風は必ずしも一定方向から吹くとは限らない。天候
変化が激しいいわゆる気圧の谷の影響が出るときには、
風向きはランダムに変化する。このとき、応答性を向上
させるためスムースな回転を期待して設計した風力発電
装置ほど、風向きの変化による影響を強く受け、ロータ
回転の安定を妨げる。

【０００８】従来、このような風向きの変化による発電
ロスに対応する提案としては、特開２０００−２０５１
０５がある。これは図１３に示すように、ロータ１に固
定した翼板２の外周部に角度調整可能な複数の遮蔽板３
を設け、センサによって感知された強風時に、遮蔽板３
の向きを整列させることによって翼板２への負荷を低減
させ、風向き変化による発電ロスを防止する技術であ
る。また強風時に、翼板２を遮蔽し装置本体を保護でき
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】かかる技術は、たしか
に大型の風力発電装置における問題を解消する点で価値
がある。しかしながら、翼板２の外周部に遮蔽板３を設
置するためのスペースを確保する問題、風力センサに連
動してモータ駆動する遮蔽板３を設置するための設備コ
ストなど、従来の各種問題を解消する技術としては構造
が複雑になりすぎる難があり、また設備費用も膨大にな
るという問題がある。

【００１０】そこで本発明の目的は、垂直ロータを駆動
する大型翼板を用いつつ、風向きに左右されずに安定し
た発電を可能とする点にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る風力発電装置は、発電機を駆動するロ
ータと、当該ロータに固定した複数の翼板を備える風力
発電装置を技術的前提として、前記翼板は、翼板本体
と、翼板本体に配した複数の可動板とを備えるよう構成
し、当該可動板は、その上端部を回動可能に軸着する一
方、翼板本体および可動板のうち少なくともいずれか一
方に、可動板の回動を一方向に規制するストッパを備え
る。また前記翼板は、湾曲成形する場合がある。

【００１２】

【作用】本発明に係る風力発電装置は、ロータを駆動す
る翼板本体を、上端部を軸着させた可動板を複数配設し
て構成する。可動板は、一方向から風を受けると閉じた
状態となり、翼板本体が一枚パネルで成形した翼板と同
じ機能を営む。一方、風向きが変わってロータの回転を
弱める（減ずる）方向から風が吹いたときは、可動板が
開き、風を逃がしてロータにかかる制動力を最小限に減
ずる。

【００１３】この結果、翼板の設計寸法を相当程度に大
きくしても、順風時の回転力を従前通りに期待できる一
方で、逆風時に翼板がロータの回転にブレーキをかける
ことを最大限に抑制することが出来る。

【００１４】尚、翼板本体は、開口を備える板材または
管材を用いたフレーム材を利用して適宜形状に設計し、
大きさや形状に応じて可動板をパターン配設することが
望ましい。翼板の形状は、垂直ロータを回転駆動すると
いう性質上、縦長の長方形に設計することが望ましい。
しかしながら、順風時の稼働効率を考慮すると翼板の全
体形状は湾曲（例えばプロペラ状の捻り）をもたせる方
が、平板形状よりも効率が高い（請求項２）。この場
合、複数配する可動板は、翼板本体の湾曲面に設けた開
口を効率的に塞ぐことが出来るよう、所定の湾曲構造を
もたせることが望ましい。但し、湾曲させた翼板本体
に、平板で成形した可動板を配しても一定以上の効果を
期待できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る風力発電装
置の一実施形態を示す図である。符号１０は翼板、１１
は翼板本体、２１は可動板である。この実施形態では、
翼板本体１１は湾曲面をもたない平板状のものとして例
示する。また翼板本体１１は、図２に示すように、垂直
ロータ１を回転させるため、ロータ１に沿って上下に大
きな寸法を想定することが好ましく、従ってその形状を
上下方向に長い長方形としてある。また可動板２１は、
例えば図３に示すように、平板状の可動板本体２２と、
この可動板本体２２の上部（好ましくは上端部）に配し
た軸部２４とを備えるよう構成する。軸部２４は、地面
に対して略水平となるよう配慮する。

【００１６】図４は、翼板本体１１の適宜位置に開設し
た開口部１８と、可動板２１との関係を例示するもので
ある。可動板２１は、風向きに応じて開口部１８を開閉
させるものであるから、この例では、開口部１８の上下
左右寸法よりも可動板２１（可動板本体２２）の寸法を
大きくとり、例えば図５に示すように順風時（矢印Ｘ）
には開口部１８を閉じ、図６に示すように逆風時（矢印
Ｙ）には開口部１８を開放するよう機能させる。尚、図
５、図６では軸部２４を開口部１８の上部略中央に配し
てあるが、同様の機能を営む限り軸部２４の配設位置は
限定されない。例えば図５、図６の状態において、開口
部１８の左側上部に軸部２４を配しても同じである。２
８は、可動板本体１１と軸部２４とを連結する折曲部で
ある。

【００１７】また、開口部１８と可動板２１との関係
は、例えば図７に示すような構造であっても良い。つま
り、開口部１８の上方に軸部２４を配し、当該軸部２４
の略真下に可動板本体２２を配する構造である。符号２
９は、軸部２４と可動板本体２２との連結部である。連
結部２９は、可動板本体２２と一体成形でも良いし適宜
手段によって可動板本体２２に固定した別部材を用いて
も良い。

【００１８】可動板本体２２の上下または左右寸法が、
開口部１８よりも小さい図７のような場合には、開口部
１８の適宜箇所、例えば左右縁部あるいは下端縁部にス
トッパ４１を設ける。ストッパ４１は、順風時に可動板
２１の閉動を保証するためのものであるからその配設位
置は限定されない。

【００１９】従って、かかる構成によれば、順風時（矢
印Ｘ）には可動板２１が開口部１８を塞ぎ、翼板１０は
全体として一枚パネルと同一構造となって風を受け、ロ
ータ１を回転駆動する一方、逆風時には、可動板２１が
開口部１８を開放する（図２参照）。可動板２１は、上
部を軸止してあるので、風向きが順風に戻れば可動板本
体の重力落下によって開口部１８を閉じる。この結果、
とくに風向きが不順なときは、翼板１０には開口部の数
に見合った面積の隙間が生じて風を逃がすため、ロータ
１にかかるべき逆回転方向の力（制動力）を確実に減ず
ることが出来る。

【００２０】天候不順時は風向きが頻繁に逆転し、しか
も強風である場合が多いが、本発明によれば可動板２１
の開閉により、順風／逆風に応じて敏速な駆動対応が可
能となる。このような機械的な開閉動作は、タイムラグ
を伴うセンサ駆動制御以上に応答性に優れ、信頼性が高
い。

【００２１】図８は、例示した翼板１０、つまり上下方
向に長尺の寸法設定をした長方形の翼板１０に対して、
プロペラ類似の捻り（湾曲）を加えた状態を例示するも
のである。本発明に係る翼板１０は、縦方向に長い寸法
をもつことが望ましいが、この場合でも流体を高効率で
推進させる翼形状（プロペラ形状）を呈しているなら
ば、順風時における翼板１０の稼働効率は最大限に高ま
る。

【００２２】この場合の難点は、翼板本体１１が緩やか
な湾曲面を呈するため、開口部（１８）を閉じる可動板
本体２２の形状が位置によって微妙に変化し、平板のよ
うな統一規格品を採用しにくくなる点である。しかし、
開口部（１８）を完全に閉じるという最大効率を狙わ
ず、若干の隙間が発生する可能性を許容すれば、平板状
の可動板本体２２を用いても実効性はある。また図９に
示すように、開口部１８の上に断面逆Ｌ字状の庇５０を
設け、順風時の効率を高めてもよい。庇５０によって、
開口部１８と可動板本体２２との間に生ずる隙間の影響
を少なく出来るからである。

【００２３】尚、本発明において想定される他の問題
は、可動板２１が開閉するときの音である。しかし、こ
のような大型の風力発電装置が設置される場所は、もと
もと人家の少ない海浜地区のように騒音が問題になりに
くい場所である。しかしながら、騒音の問題は設置の可
否を左右する社会問題であるという認識に立てば、複数
の可動板２１が閉動するときの音を低減させるため、可
動板２１の外周縁部またはストッパ４１（開口部１８の
外周縁部の適宜箇所を含む）の適宜箇所に、ゴムその他
の吸音材を配しておくことが望ましい。また図１０に示
すように、可動板２１の下方を湾曲形成することによ
り、可動板２１の上と下の復帰タイミングをずらし、タ
イムラグによって騒音を解消することも出来る。

【００２４】図１１は、パイプ材７１を利用して湾曲し
た翼板のフレーム７２と多数の領域７３を作り、領域７
３に例えば枠材７４を配して、各領域７３に可動板（２
１）を配する構造を例示するものである。

【００２５】パイプ材７１を利用することにより略Ｃ字
状に湾曲させた大型軽量のフレーム７２の成形が容易と
なり、湾曲した領域７３に見合う形状の可動板（２１）
を配することによって、より効率の高い発電が可能とな
る。

【００２６】領域７３を塞ぐ可動板（２１）は、その上
端部を横方向のパイプ材７１に固定し、その外周部を略
Ｕ字状の枠材７４に接触させるよう構成することが望ま
しい。枠材７４は、設置個所によって曲率が異なる可動
板（２１）を略同一の形に揃える上で効果がある。もち
ろん幾種類かの曲率で可動板（２１）を成形すれば、枠
材７４を用いなくてもフレーム７２に直接可動板（２
１）を配することは可能である。

【００２７】図１２は、本発明に係る大型の翼板１０に
よって回転する垂直ロータ１を、外側から安定支持する
構造を例示するもので、８１、８２は、それぞれ垂直ロ
ータ１を上下で回転可能に支持する軸受部、８４は、垂
直ロータ１の下端部に配した発電装置、８７は、上の軸
受部８１を支持することによって垂直ロータ１の回転ブ
レを防止するハウジングである。ハウジング８７は、例
えば、鋼材を用い、地面に立設させた垂直部８７−１
と、この垂直部８７−１に掛け渡した水平部８７−２と
からなる。必要な条件は、垂直ロータ１の回転ブレを確
実に防止できる構造強度をもつこと、および十分な風通
しの良さを備えることである。これらの条件を満たす限
り、ハウジング８７の具体的構造は特に限定されない。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る風力発
電装置よれば、垂直ロータを駆動する大型翼板を用い、
風向きに左右されず安定した発電効果を得ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る翼板を例示する図である。

【図２】本発明に係る風力発電装置の作用を例示する平
面図である。

【図３】本発明に係る可動板を例示する図である。

【図４】本発明に係る可動板と開口部の関係を例示する
図である。

【図５】本発明に係る可動板の配設例を示す断面図であ
る。

【図６】逆風時における図５の可動板の作用を例示する
図である。

【図７】本発明に係る可動板の他の配設例を示す断面図
である。

【図８】本発明に係る他の翼板形状を例示する図であ
る。

【図９】本発明に係る開口部の庇を例示する図である。

【図１０】本発明に係る可動板の他の形状を例示する図
である。

【図１１】本発明に係る翼板の他の形状を例示する図で
ある。

【図１２】本発明に係るロータの支持構造を例示する図
である。

【図１３】従来の風力発電装置を例示する平面図であ
る。

【符号の説明】

１垂直ロータ１０翼板１１翼板本体１８開口部２１可動板２２可動板本体２４軸部２９連結部４１ストッパ５０庇７１パイプ材７２フレーム７３領域７４枠材８１、８２軸受部８４発電装置８７ハウジング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H078 AA06 AA26 BB11 BB13 BB15 BB19 CC05 CC22 CC52 CC78

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電機を駆動するロータと、当該ロータに
固定した複数の翼板を備える風力発電装置において、前記翼板は、翼板本体と、翼板本体に配した複数の可動
板とを備えるよう構成し、当該可動板は、その上部を回動可能に軸着する一方、翼板本体および可動板のうち少なくともいずれか一方
に、可動板の回動を規制するストッパ部を備えることを
特徴とする風力発電装置。
【請求項２】前記翼板は、湾曲成形することを特徴とす
る請求項１記載の風力発電装置。