JP2006037740A - 風力発電装置の風車 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量かつ風のエネルギーを効率よく発電機に伝達することができる装置を開示する。
【解決手段】 円筒状の回転軸と、この回転軸の外周に放射状に設けられた風受の羽根とからなる風車を用いる。風車の羽根は中空の厚みを有し、中空部分には厚み方向に開口するハニカムを設けると共に、羽根の受圧面側にはハニカムが露出する開口部を設ける。羽根は、直線状の羽根だけでなく、放射状方向に向かって途中で開口部側に折れ曲がった折曲部、あるいは途中で開口部側に湾曲した湾曲部を有するものを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、小型あるいは中型の風力発電装置に関するものである。

風力発電装置としては、さまざまな構造が公知である。一般的な構造としては、２枚あるいは３枚の大型のプロペラを風力によって回転させ、その回転エネルギーをダイナモによって電力に変換するものがある。また、回転軸に対して垂直に支持腕を張り出し、この支持腕に羽根を設ける構造も公知である。

特開２００３−２８６９３８号 特開２００３−３４３４１５号

ところで、周知のように風力発電は風力を受けることによって羽根などを回転させ、その軸力によってダイナモのローターを回転させて発電する構成であるから、ローターに回転駆動力を与えるためには軸力は大きいほどよい。即ち、羽根には風力を効率よく受けることができるのが好ましい。また、軸力を大きくするためには、慣性が大きいことが好ましく、回転部分の総重量が大きいほど良好な結果を得ることができるが、このようにするためには装置が大きくなり、小型の風力発電装置には不向きである。

本発明は上述した従来の風力発電装置における課題を解決するもので、軽量かつ風のエネルギーを効率よく発電機に伝達することができる装置を開示することを目的とするものである。また、本発明装置をさらに効率よく稼動させるための装置も開示する。

上記目的を達成するために、本発明では円筒状の回転軸と、この回転軸の外周に放射状に設けられた風受の羽根とからなる風車を用いた。そして、この風車の羽根は中空の厚みを有し、前記中空部分には厚み方向に開口するハニカムを設けると共に、前記羽根の受圧面側には前記ハニカムが露出する開口部を設けるという手段を採用した。ここで、風車は中空であるから、全体の重量が軽量化され、微風でも風車を駆動することができる。また、羽根の中空部にはハニカムを配したので、圧縮に対する耐久力は増大する。本発明におけるハニカムとは、正面視が六角形状のハニカムに限定するものではなく、四角形の格子状でも三角形状であってもよい。必要な技術的条件としては、定型的な形状の連続であって、かつ羽根が厚み方向に容易に潰れない構造であれば、本発明ではハニカムであると定義する。

さらに、羽根の構成として、直線状の羽根だけでなく、放射状方向に向かって途中で開口部側に折れ曲がった折曲部、あるいは途中で開口部側に湾曲した湾曲部を有することとした。折曲部によって折り曲げられ、または湾曲部によって開口部側に倒れた態様の先端部分は、風を誘導する機能を発揮し、効率よく羽根の受圧面に対して風を衝突させる。さらにまた、風車の両側には風向きを整流するための整流板を設ける。整流板は風車の羽根に対しての風を効率よく導入させるものであり、これによって微風であっても風力エネルギーを損失なく確保することができる。

本発明では、上述した構成を採用したので、風車は中空であるから、全体の重量が軽量化され、微風でも風車を駆動することができる。また、羽根の中空部にはハニカムを配したので、圧縮に対する耐久力は増大する。さらに、折曲部によって折り曲げられた先端部分は風を誘導する機能を発揮し、効率よく羽根の受圧面に対して風を衝突させる。さらにまた、風車の両側に設けた整流板はは風車の羽根に対しての風を効率よく導入させることができるので、微風であっても風力エネルギーを損失なく確保することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は本発明の風力発電装置の一例を示すものであって、１は風車、２は円筒状の風車の回転軸、３・３は回転軸２の周囲に均等間隔で設けられた羽根である。羽根３は回転軸２の軸方向に沿って基部４が取り付けられ、基部４から放射状に延長されている。また、羽根３は風力を効率よく受けるために、全体を平面視において円弧状に形成される。あるいは、別の形態として、羽根３は途中で折り曲げて２つの平面を角度を持たせて接続した形状としてもよい。そして、風車１はベアリングなどの摩擦を軽減する装置によって取付部５から浮かせており、微風でも回転を容易としている。

次に、図２は羽根３のより具体的な構成を示したものである。風車全体の重量が大きい場合には、取付部からベアリングを介して支持されても微風程度では容易に回転しない。したがって、風車は軽量化を施すことが好ましい。本実施形態では、羽根の中空部内部をハニカム構造とした。図において、羽根３は受圧面６と背圧面７からなっているが、その内部にはハニカム８を設けている。９は受圧面６に設けられた開口であり、内部のハニカム８が露出している。このようにすることによって、受圧面６に風を受けた場合には複雑な構造のハニカム８に風を受けることになり、受圧総面積が大きくなるので、微風によっても風車が回転する。このように構成することによって、羽根３の重量は軽量化を図ることができる。なお、開口９には外部からの衝撃や飛来する石などによってハニカム８を破壊することがないように、金属ネットやパンチングメタル（図示せず）を設けることがある。なお、実施形態では羽根の内部構造をハニカムとしたが、ハニカムの構成は上記定義のとおりである。

このようにして構成された風車が風力によって回転することにより、エネルギーを獲得するが、この回転は軸力として公知のダイナモに伝達される。伝達の手段は特に限定するものではないが、たとえば風車の回転軸にダイナモのロータを接続し、このロータの外周にステータを設けることにより、起電力を得ることができる。ロータは回転軸に直結しても、適宜ギアによって伝達させてもよい。さらなる変形例としては、発電装置全体を小型化するために、羽根３が設けられた回転軸２自体によってダイナモのロータを構成し、その内部に非回転のステータを設けることによって、風車から直接交流電力を取り出すことも可能である。ロータとステータの構成については省略するが、ロータの回転によってステータ側から交流を得るものであれば全て適用は可能であり、限定されるものではない。

図３は本発明の風力発電装置の変形例であって、風車の上面に太陽電池のパネルを設け、補助的に電力を得るようにしている。

図４は本発明の風力発電装置を適用した例を示したもので、高速道路などの側壁１０に適宜間隔で設けたものである。この場合には、側壁１０の高さにもよるが、異種の車によって発生する風の高さに広く対応するためにも風車１１は回転軸に沿って長くすることが好ましい。なお、１２は図３と同様の太陽電池のパネルであり、１３は照明灯である。

図５は、さらに本発明の風力発電装置を道路に適用した例を示したもので、中央分離壁２０の上に風力発電装置２１を設けたものである。２２は各風力発電装置２１の車の進行方向に沿った両側に設けた整流板であり、車の走行によって発生する風を効率よく風車に与えるためのものである。整流板２２は図示したように中央分離壁２０に沿って設けるだけでなく、図６のように斜めに設けることによって、さらに効率よく発生した風を風車に与えることができる。なお、図５および図６の整流板自体を太陽電池パネルとすると、より効率よく電力を得ることができる。

本実施形態では、羽根の中空部をハニカム構造としているが、図７に示したように例えばアルミニウムの押し出し成形によって背圧面３１から複数のリブ３２が立設されたようにする技術も可能である。この場合には、リブ３２の先端部３３を風向きと逆方向に屈曲させることによって、より確実に風を受けることができる。図７の羽根の形態は、１つのユニットを嵌合部３４などによって継ぎ足してより広幅とすることも可能である。

本発明の風車の一実施形態を示す斜視図 同、羽根の一形態を示す斜視図 本発明の風車を適用したところを示す斜視図 本発明の風車を別の形態で適用したところを示す斜視図 図４の変形例を示す斜視図 図５における整流板の変形例を示す平面図 羽根の別例を示す斜視図

符号の説明

１ 風車
２ 回転軸
３ 羽根
４ 基部
５ 取付部
６ 受圧面
７ 背圧面
８ ハニカム
９ 開口
１０ 側壁
１１ 風車
１２ パネル
１３ 照明灯
２０ 中央分離壁
２１ 風力発電装置
２２ 整流板

Claims (4)

1. 円筒状の回転軸と、この回転軸の外周に放射状に設けられた風受の羽根とからなり、この羽根は中空の厚みを有し、前記中空部分には厚み方向に開口するハニカムを設けると共に、前記羽根の受圧面側には前記ハニカムが露出する開口部を設けたことを特徴とする風力発電装置の風車。
2. 羽根は、放射状方向に向かって途中で開口部側に折れ曲がった折曲部を有する請求項１記載の風力発電装置の風車。
3. 羽根は、放射状方向に向かって途中で開口部側に湾曲する湾曲部を有する請求項１記載の風力発電装置の風車。
4. 請求項１の風車の両側には、風向きを整流するための整流板が設けられた請求項１記載の風力発電装置の風車。