JP2006348871A - 風力発電ユニットおよびそれを利用したハイブリッド発電システム、およびハイブリッド発電街路灯、およびハイブリッド発電ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】風力発電部と電気機器の設置において、設置スペースの削減と広範囲への設置による設置性の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】複数枚の風車翼１を回転軸２の中心に同心円上で等分になるように配置しまた水平方向に対して高さ方向が同位置になるように配置し、風車翼１は連結手段３で固定されるが、この時連結手段３の下に配置される軸受け４や発電機５を風車翼１の間に入るように固定される。連結手段３の下面で回転軸２が軸受け４により支持され、軸受け４の下にカップリング６により発電機５が連結され、発電機５の下に電気機器７が配置固定され、軸受け４とカップリング６と発電機５と電気機器７がカバー８で覆われひとつのかたまりになる。前記各部が一体化されることにより高さが低くなり設置性の向上と広範囲への設置を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、垂直軸風車を用いて自然エネルギーを有効活用する風力発電と、発電した電力を利用する電気機器に関する。

従来、この種の垂直軸風車を備えた風力発電は、設置を容易にするために図１１に示す構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下風力発電部の例として図を参照にしながら説明する。

図１１に示すように、風車翼１０１を備えた回転軸１０２を鉛直方向に配置し、この風車翼１０１より上側及び下側の回転軸１０２所定の位置に軸受け１０３を加えた羽根車１０４と、前記羽根車１０４が軸受け１０３を介して取り付く支持枠構造体部１０５と前記回転軸１０２の鉛直下端に備えた増速部１０６および発電部１０７を備え、各部を一つごとの単位として形成し、前記各部を一体化する構造を設け設置場所での施工を向上することで、設置を簡易化することができる。
特開２００１−２９５７５０号公報

以上のような従来の技術では、風車を上下２箇所の軸受けにより支えるため風車より大きい支持枠構造体部が必要になり、発電量の大きい発電装置を地面や建物屋上等の平面部に設置する場合は有効であるが、支柱や壁面に設置する場合は風力発電部の高さが高く近接する電気機器部も高さが必要であり、狭い場所への設置性が悪く、支柱に取付ける場合は製品高さが高くなり材料コストと強風対策のために製品コストが高くなる課題があり、風力発電部と電気機器部を低くすることが要求されている。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、風力発電部と電気機器部を一体化し高さを低くすることにより狭い場所への設置や取付けた製品全体を低くし、また一体化することにより１箇所の簡単な取付けで広範囲に設置することができる設置性が良い電気機器部を備えた垂直型風力発電装置を提供することを目的としたものである。

本発明の風力発電ユニットは、上記目的を達成するために、風力発電部と電気機器部を備え、前記風力発電部と前記電気機器部を組み合わせ一体化したものである。

この手段により、風力発電部と電気機器部を小さくすることができ、狭い場所への設置や取付けた製品全体の高さを低くすることができる。

また、一体化することにより風力発電部と電気機器部をこれまで別々に取付けていたものが１箇所で取付けることができる。

また、風車翼の間に回転軸を受ける軸受けを備え、その下に発電機を備えることにより、軸受けより下部の一部の高さを風車翼の間で吸収することにより風力発電ユニットの高さを低くすることができる。

また、本発明の垂直軸風車は上記目的を達成するためにパドル形またはジャイロミル形としたものである。

また、重量の大きい発電機を風力発電ユニットの高さ方向の中心付近に取付けることにより風力発電ユニット全体のバランスが良くなり支柱や壁面への取付け部分の補強を軽減することができ設置性を向上できる。

また、発電機の下側に速度を制動する遠心風車を連結することにより、発電機の上に連結している風車とのバランスがよくなり支柱や壁面への取付け部分の補強を軽減することが設置性を向上できる。

また、遠心風車の凹み部分に照明部の一部を入れることにより風力発電ユニットユニットの高さを低くすることができる。

また、保持具を利用することにより建物への設置性を向上できる。

また他の手段は、風力発電ユニットと太陽電池と蓄電装置を電線にて接続したハイブリッド発電システムとしたものである。

この手段により風力発電ユニットを電気機器の機能を利用したいところに設置しても、風力発電ユニットの設置場所の日照が悪ければ太陽電池は太陽光が当たるところに設置ができ、設置場所が高い位置であれば蓄電装置はバッテリーや制御回路のメンテナンスがしやすいところに設置することがで、設置環境の条件にとらわれることなく広範囲に設置が可能になる。

また他の手段は、風力発電ユニットを支柱に取付け上部に太陽電池を連結したハイブリッド発街路灯としたものである。

この手段により風力発電ユニットを支柱に設置しても製品高さが従来よりも低くなり材料コストと強風対策のために製品コストを低減することができる。

また他の手段は、風力発電ユニットに太陽電池を取付けたハイブリッド発電ユニットとしたものである。

この手段により風力発電ユニットと太陽電池が同時に一箇所で取付けられることができ設置性を良くすることができる。

また、蓄電池をハイブリッド発電ユニットに収納することによりすべての機能を一箇所で取付けられることができ設置性を良くすることができる。

また、人感知センサーで人を感知して電気機器を一定時間動作させ必要な時間だけ電気を使用することにより納める蓄電池の容量を小さくすることができる。

また、人を感知して風車の回転を止める安全手段を備えることにより人間の手の届く範囲に設置することが可能になる。

また、蓄電池が消耗したことを知らせる表示手段を備えることにより手の届かない高い位置に設置しても表示により確認した時のみメンテナンスを行えばよいものである。

また、人を感知したことを知らせる無線通信手段を備えることにより配線することなく他のシステムと連携することが可能になる。

本発明によれば、軒下や窓上や塀等の設置場所の高さが寸法が狭い場所でも一箇所で簡単に設置できる風力発電ユニットを提供できる。

また、本発明によれば電気機器の利用条件と日照条件と蓄電池のメンテナンス条件の、それぞれの条件に適した場所に設置が可能な風力発電ユニットを接続したハイブリッド発電システムを提供できる。

また、本発明によれば従来よりも低い高さで支柱に設置することができ、そして、定尺材の利用やより少ない風圧に対する強化対策によりコストが安い風力発電ユニットを取付けたハイブリッド発電街路灯を提供できる。

また、本発明によれば人の手の届く高さで安全設置ができ、高い位置でのメンテナンス時期を把握でき、容易な設置で他のシステムと連携できるハイブリッド発電ユニットを提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、風力発電部と電気機器部を一体化しユニット化した風力発電ユニットであり、一体化したことでユニットの高さが低くなりまた一箇所で取付けられることにより、これまで別々のものを個々に取付けられていたものよりユニットの高さを低くし簡単に取付けることができる作用を有する。

本発明の請求項２記載の発明は、前記風力発電部に複数の風車翼と前記風車翼を固定する連結手段と前記風車翼を前記連結手段で固定した羽根車と前記羽根車の中心に貫通して配置した回転軸と前期連結手段の下に前記回転軸を支持する軸受けと前記軸受けの下に前記回転軸と連結した発電機を備え、前記羽根車部の前記風車翼は前記回転軸の上から見たときに前記回転軸を中心に同心円上に等分に配置しかつ水平方向に対して高さ方向が同位置に配置し前記連結手段により固定され、前記風車翼の間に前記軸受けを備えた、風力発電ユニットであり、風車翼の間に軸受けまたは発電機を収めることにより軸受けや発電機の高さを吸収でき風力発電ユニットの高さを低くすることができる作用を有する。

本発明の請求項５記載の発明は、支持棒の下方に発電機を連結し、前記発電機を前記発電ユニットの高さ方向の中心付近に取付け請求項１から４のいずれかに記載の風力発電ユニットであり、風力発電ユニット全体のバランスをより良くする作用を有する。

本発明の請求項６記載の発明は、発電機の下に速度を制動する遠心風車を連結した請求項１から５のいずれかに記載の風力発電ユニットであり、風車とのバランスを良くする作用を有する。

本発明の請求項７記載の発明は、前記遠心風車の凹み部分に前記照明部の一部を入れた請求項１から６のいずれかに記載の風力発電ユニットであり、風力発電ユニットの高さを低くすることができる作用を有する。

本発明の請求項８記載の発明は、前記風力発電ユニットに取付け保持具により建物に設置できる請求項１から７のいずれかに記載の風力発電ユニットであり、形態の違う建物へ設置できる作用を有する。

本発明の請求項９記載の発明は、請求項８記載の風力発電ユニットと太陽電池と蓄電装置を備え、前記風力発電ユニットと前記太陽電池と前記蓄電装置を電線にて接続したハイブリッド発電システムであり、風力発電ユニットと太陽電池とそれぞれを設置したい場所に設置できる作用を有する。

本発明の請求項１０記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の風力発電ユニットを取付けた支柱の上部に太陽電池を備えたハイブリッド発電街路灯であり、全体の高さを従来よりも低くできる作用を有する。

本発明の請求項１１記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の風力発電ユニットに小型太陽電池を取付けたハイブリッド発電ユニットであり、風力発電ユニットと太陽電池が同時に一箇所で取付けられることができる作用を有する。設置性を良くすることができる。

本発明の請求項１２記載の発明は、蓄電池を収納した請求項１１記載のハイブリッド発電ユニットであり、すべての機能を一箇所で取付けられることができ設置性を良くすることができる。

本発明の請求項１３記載の発明は、人感知センサーで人を感知して電気機器を一定の時間動作させる請求項１１または１２記載のハイブリッド発電ユニットであり、使用時間を限定して消費電力を小さくする作用がある。

本発明の請求項１４記載の発明は、人間の手の届く範囲に設置する場合に人を感知する安全手段を備えた請求項１１から１３のいずれかに記載のハイブリッド発電ユニットであり、人が一定の距離に近づくと風車の回転を止める作用がある。

本発明の請求項１５記載の発明は、蓄電池が消耗したことを知らせる表示手段を備えた請求項１１から１４のいずれかに記載のハイブリッド発電ユニットであり、蓄電池が残り少なくなったら表示により知らせる作用を有する。

本発明の請求項１６記載の発明は、人を感知したことを知らせる通信手段を備えた請求項１１から１５のいずれかに記載のハイブリッド発電ユニットであり、通信により他のシステムを動作させる作用がある。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照にしながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、風力発電ユニットは、複数枚の風車翼１を回転軸２の中心に同心円上で等分になるように配置し、また水平方向に対して高さ方向が同位置になるように配置し、風車翼１は連結手段３で固定されるが、この時連結手段３の下に配置される軸受け４や発電機５を風車翼１の間に入るように固定される。連結手段３の下面で回転軸２が軸受け４により支持され、軸受け４の下にカップリング６により発電機５が連結され、発電機５の下に電気機器７が配置固定され、軸受け４とカップリング６と発電機５と電気機器７が風雨を防ぐカバー８で覆われひとつのかたまりになる。風力により、複数枚の風車翼１が回転し、回転軸２を回転させその回転力により発電機５を動かし発電させ、その発電機５と電気的に接続している電気機器７に通電する。通電により、電気機器７が例えば照明器具の場合は、ランプ等の照明灯が点灯することとなる。風力発電を蓄電する蓄電池を接続しても良い。

なお、連結手段としては連結棒や連結板が風車翼の材質と大きさにより強度を保てるように適宜使用される。

カバー８は、軸受け４やカップリング６、発電機５、電気機器７等の構造物をひとかたまりとして設置しやすくするもので、２枚割のカバー８でも複数のかたまりを連結してかたまりにしたものでも、複数のかたまりを空間を空けて連結したものでもよくその形状は問わないものである。

発電機５は、風の力で発電する風力発電部と発電した電気を利用する電気機器部を一体化するために風車翼の連結手段３の下側で回転軸２と接続する。風力発電部は、風車翼１と回転軸２と連結手段３と軸受け４と発電機５を備え、風力により風車翼１が回転し、回転軸２と連結手段３を介して、発電機５を動かし発電する。電気機器部は、照明等の電気機器を指す。

風車翼１の形態は、パドル形かジャイロミル形の垂直軸形風車翼が適宜使用される。

電気機器７とは、蛍光灯やＬＥＤ等の照明やスピーカーやカメラやセンサー等の屋外で使用される電気機器を示す。

上記構成において、軸受け４と発電機５を風車翼１の間に収納することができ風力発電ユニットの高さを低減できることとなる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施形態１において風車翼が複数の連結手段で固定され回転軸が複数の軸受けで支持される方法を示す図である。実施の形態１と同一部分は、同一番号を示し詳細な説明は省略する。

図２に示すように、複数枚の風車翼１を回転軸２の中心に同心円上で等分になるように配置しまた水平方向に対して高さ方向が同位置になるように配置し、風車翼１は上部連結手段３ａと下部連結手段３ｂで固定されるが、この時下部連結手段３ｂの下に配置される上部軸受け４ａや発電機５を配置できる空間を設けて固定される。下部連結手段３ｂの下面で回転軸２が上部軸受け４ａと下部軸受け４ｂにより支持され、下部軸受け４ｂの下にカップリング６により発電機５が連結され、発電機５の下に電気機器７が配置固定され、軸受け４とカップリング６と発電機５と電気機器７がカバー８で覆われひとつのかたまりになる。なお、連結手段３、上部連結手段３ａ、下部連結手段３ｂとしては連結棒や連結板が風車翼の材質と大きさにより強度を保てるように適宜使用される。

上記構成において、軸受け４と発電機５を風車翼１の間に収納することができ風力発電ユニットの高さを低減できることとなる。

（実施の形態３）
実施の形態１または２と同一部分については同一番号を附し詳細な説明は省略する。

図３に示すように、複数枚の風車翼１を回転軸２の中心に同心円上で等分になるように配置しまた水平方向に対して高さ方向が同位置になるように配置し、風車翼１は連結手段３で固定されるが、この時連結手段３の下に配置される軸受け４や発電機５を風車翼１の間に入るように固定される。連結手段３の下面で回転軸２が軸受け４により支持され、軸受け４の下にカップリング６により発電機５が連結され、発電機５が連結され連結されその下に風車翼１が回転し過ぎないように制動用の遠心風車１５が連結され遠心風車１５の下に電気機器７が配置固定され、軸受け４とカップリング６と発電機５と電気機器７と遠心風車１５がカバー８で覆われひとつのかたまりになる。

なお、この時発電機を配置する位置は、風力発電ユニットの高さ方向の中央付近に取付ける。

なお、中央付近とは、風力発電ユニットの高さの下から３分の１以上で３分の２以下の位置を示す。

上記構成において、重量の重い発電機部分を中央付近に配置し、遠心風車を発電機に対して羽根車の反対方向の下方に連結することにより、重量バランスが安定する構成となり支柱や壁面へ設置する場合の取付け部の補強を軽減することができ設置を容易にすることとなる。

（実施の形態４）
実施の形態１乃至３のいずれかと同一部分については同一番号を附し詳細な説明は省略する。図４は、風車翼１が回転し過ぎないように風車翼１の制動用の遠心風車１５の下に電気機器が配置を示す図である。

発電機５の下に遠心風車１５を風車の凹み部分が下になるように連結され、照明などの電気機器７はその一部が遠心風車１５の凹み部分に入り込むように配置固定される。

なお、遠心風車は風車の回転数が必要以上に上がった場合速度を制動する目的で連結しているが、ブレーキ機構により代替する場合がありこの場合もブレーキ機構の凹み部分を利用することとなる。

電機機器７の一部とは、インバーターやコントローラー等の制御や固定機構の凸部等のことである。

上記構成において、風車翼１の制動用の遠心風車１５の凹み部分に電気機器７の凸部分が入り込むことにより風力発電ユニットの高さを低減できることとなる。

（実施の形態５）
実施の形態１乃至４のいずれかと同一部分については同一番号を附し詳細な説明は省略する。図５は、本発明の実施形態１に対して保持具を取付けた図である。

カバー８に保持具１６を取付け壁面に設置されたものである。

上記構成において、風力発電ユニットに保持具を取付けることにより建物の壁面や塀や門扉などに容易に設置できることとなる。

（実施の形態６）
実施の形態１乃至５のいずれかと同一部分については同一番号を附し詳細な説明は省略する。図６は、風力発電ユニット１１とバッテリーとコントローラー等の制御を収納した蓄電装置１２が電力線１３で接続され、太陽電池１４と蓄電装置１２が電力線１３で接続される。

なお、風力発電ユニットは、電気機器の図７に示す保持具により建物に設置される。建物は、建物の壁面や塀や門柱等の建造物のことを示す。

太陽電池は、一般的な取付け金具により屋根や壁などの日照条件の良い場所へ設置される。

蓄電装置は、地面や低い位置でメンテナンスがしやすい場所へ設置される。

電気機器とは、蛍光灯やＬＥＤ等の照明やスピーカーやカメラやセンサー等を示す。

上記構成において、太陽電池を日照条件のよい場所に設置でき、蓄電池をメンテナンスしやすい場所に設置できることにより、太陽電池と蓄電池の設置条件にとらわれることなく風力発電ユニットは広範囲に設置が可能になる。

（実施の形態７）
実施の形態１乃至６のいずれかと同一部分については同一番号を附し詳細な説明は省略する。図７は、バッテリーとコントローラー等の蓄電装置を収納した支柱２２に風力発電ユニット２１が連結され、風力発電ユニット２１より上部の支柱２２に連結された太陽電池２３により構成される。

図８は、一般的な実施の形態でありバッテリーとコントローラー等の蓄電装置を懸架した支柱２４に照明機器２５が連結され、その上部にサボニウス形風力発電２６が上部接続部２７と下部接続部２８の２箇所で連結され、サボニウス形風力発電２６より上部の支柱２４に連結された太陽電池２９により構成される。

なお、風力発電ユニットの電気機器は主に照明機器である。

図７及び図８はハイブリッド街路灯であり、これに照明機器を支柱に連結する時の高さは、一般的に設置地面より３メートル付近に設置することが慣例である。

上記構成において、図７の本発明と図８の一般的な形態を比較して明らかなように照明機器の仕様から照明機器の設置高さが決まっているハイブリッド街路灯においてはその上に風力発電を設置すると太陽電池の高さが高くなり、材料コストや強風対策のためのコストがかかり製品コストが高くなってしまう。本発明の風力発電ユニットを支柱に設置することにより製品高さが従来よりも低くなり材料コストと強風対策のために製品コストを低減することができる。

（実施の形態８）
図９は、本発明の実施形態１において小型太陽電池と小型蓄電池と人感知センサーと表示手段の取付けを示す図であり、実施形態１と同一部分は同一番号を示し詳細な説明は省略する。

小型太陽電池３１がカバー８に一体化され、小型蓄電池３２がカバー８に収納され、人感知センサー３３と表示手段３４と安全手段３５がカバー８に取付けされる。

なお、人感知センサー３３は人を感知して電気機器を一定時間さどうさせるためのセンサーである。

表示手段３４とは、ＬＥＤ等による視覚的な表示方法を示す。

安全手段３５は、風力発電ユニットに人が近づくと人を感知して発電機５の回転を止めることにより風車翼１の回転を止めるセンサーのことを示す。

なお、発電機の回転を止める手段は、一般的な電気的手段によるブレーキ機構のことを示す。

上記構成において風力発電ユニットと小型太陽電池と人感知センサーと小型蓄電池を備えたハイブリッド発電ユニットによりすべての機能を一箇所で取付け可能となり、また安全手段により人の手が届く範囲でも取付け可能であり、また表示手段により蓄電池状況がわかることにより高い位置でも取付けが可能になり、設置性が向上し設置範囲が拡大する。

（実施の形態９）
実施の形態１乃至８のいずれかと同一部分については同一番号を附し詳細な説明は省略する。図１０は、本発明の実施形態８において通信手段３６の取付けを示す図である。

通信手段３６とセンサー３７がカバー８に収納される。なお、通信手段は、無線機等によりセンサーが感知したことを他システムへ通信するの手段のことを示す。通信方法は、無線により他のシステムへ通信するが、電波状況が悪い時は、有線でも行うことができる。

センサーとは、一般的なセンサーであり人や温度湿度と空気汚染と雨量等の環境状況等の感知をするセンサーのことを示す。他システムとは、防犯システムや防災システムや環境演出システム等の一般的なシステムを示す。

上記構成においてハイブリッド発電ユニットにより電力供給が可能になるため電力線を配線することなく通信手段に電力供給ができ、電力線の配線することなく他システムとの接続が図れ、他システムの使用範囲が拡大する。

本発明は、風力発電装置に複数の太陽電池を接続することにより、消費電力の大きい電気機器への電力供給の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における風力発電ユニットの内部を示した図 本発明の実施の形態２における風力発電ユニットの内部を示した図 本発明の実施の形態３における風力発電ユニットの内部を示した図 本発明の実施の形態４における風力発電ユニットの、風車翼の制動用の遠心風車の下に電気機器を配置した図 本発明の実施の形態５における風力発電ユニットの側面全体図 本発明の実施の形態６における風力発電システムのシステムを示した図 本発明の実施の形態７におけるハイブリッド街路灯の側面全体図 本発明の実施の形態８における従来のハイブリッド街路灯側面全体図 本発明の実施の形態８におけるハイブリッド発電ユニットの内部を示した図 本発明の実施の形態９におけるハイブリッド発電ユニットの内部を示した図 従来の風力発電装置の内部を示した図

符号の説明

１ 風車翼
２ 回転軸
３ 連結手段
３ａ 上部連結手段
３ｂ 下部連結手段
４ 軸受け
４ａ 上部軸受け
４ｂ 下部軸受け
５ 発電機
６ カップリング
７ 電気機器
８ カバー
１１ 風力発電ユニット
１２ 蓄電装置
１３ 電力線
１４ 太陽電池

Claims (16)

1. 風の力で発電する風力発電部と発電した電気を利用する電気機器を一体化した風力発電ユニット。
2. 前記風力発電部に複数の風車翼と前記風車翼を固定する連結手段と前記風車翼を前記連結手段で固定した羽根車と前記羽根車の中心に貫通して配置した回転軸と前期連結手段の下に前記回転軸を支持する軸受けと前記軸受けの下に前記回転軸と連結した発電機を備え、前記羽根車部の前記風車翼は前記回転軸の上から見たときに前記回転軸を中心に同心円上に等分に配置しかつ水平方向に対して高さ方向が同位置に配置し前記連結手段により固定され、前記風車翼の間に前記軸受けを備えた、請求項１記載の風力発電ユニット。
3. 前記羽根車部は、パドル形である請求項１または２記載の風力発電ユニット。
4. 前記羽根車部は、ジャイロミル形である請求項１または２記載の風力発電ユニット。
5. 支持棒の下方に発電機を連結し、前記発電機を前記発電ユニットの高さ方向の中心付近に取付けた請求項１乃至４のいずれかに記載の風力発電ユニット。
6. 発電機の下に速度を制動する遠心風車を連結した請求項１乃至５のいずれかに記載の風力発電ユニット。
7. 前記遠心風車の凹み部分に前記照明部の一部を入れた請求項１乃至６のいずれかに記載の風力発電ユニット。
8. 前記風力発電ユニットに取付けた保持具により建物に設置できる請求項１乃至７のいずれかに記載の風力発電ユニット。
9. 請求項８記載の風力発電ユニットと太陽電池と蓄電装置を備え、前記風力発電ユニットと前記太陽電池と前記蓄電装置を電線にて接続したハイブリッド発電システム。
10. 請求項１乃至７のいずれかに記載の風力発電ユニットを取付けた支柱の上部に太陽電池を備えたハイブリッド発電街路灯。
11. 請求項１乃至８のいずれかに記載の風力発電ユニットに小型太陽電池を取付けたハイブリッド発電ユニット。
12. 蓄電池を収納した請求項１１記載のハイブリッド発電ユニット。
13. 人感知センサーで人を感知して電気機器を一定の時間動作させる請求項１１または１２記載のハイブリッド発電ユニット。
14. 人間の手の届く範囲に設置する場合に人を感知する安全手段を備えた請求項１１乃至１３のいずれかに記載のハイブリッド発電ユニット。
15. 蓄電池が消耗したことを知らせる表示手段を備えた請求項１１乃至１４のいずれかに記載のハイブリッド発電ユニット。
16. 人を感知したことを知らせる通信手段を備えた請求項１１乃至１５のいずれかに記載のハイブリッド発電ユニット。

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