JP2008128001A

JP2008128001A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2008128001A
Application number: JP2006310437A
Authority: JP
Inventors: Kazumichi Kato; 一路加藤; Toshio Miki; 利夫三木; Kazunari Kitachi; 一成北地; Nobuhiro Saito; 伸浩斉藤
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】反射光、風きり音および影の動きによる人の知覚に与える影響を抑制して、より快適な環境を構築することができる風力発電装置を提供することである。
【解決手段】本発明に係る風力発電装置５００においては、計時回路１５０により時刻が計時され計時信号が出力される。時間設定回路１５１により予め設定された時刻が記録され設定時刻信号が出力される。そして、制御器１３０により計時信号と設定時刻信号とが比較され、オン／オフ信号が発電機１２０に与えられる。オン／オフ信号に従って発電機１２０により風力発電装置５００の風車４００の動作が停止される。
【選択図】図２

Description

本発明は、風力エネルギーを回転運動エネルギーに変換するとともに、回転運動エネルギーを用いて発電を行なう風力発電装置に関する。

従来、自然エネルギーを回転運動エネルギーに変換する装置として、風力発電装置が開発されている。

特許文献１には、垂直軸型風力発電装置が開示されている。特許文献１記載の垂直軸型風力発電装置によれば、羽根回りの風の流れを整え、羽根の回転を安定させることができる。具体的に特許文献１記載の垂直軸型風力発電装置においては、羽根回りの整流板を設けることにより羽根回りの風の流れを整え、羽根の回転を安定させることができる。

特開２００５−６１２１８号公報

この特許文献１に記載された風力発電装置は、小型化が可能であり、一般に市街地または住宅地等に設けられることが多い。そのため、太陽光が羽根によって反射され、その反射光が頻繁に移動することとなる。また、風車の羽根が回転することにより風きり音および影の動きが生じる。したがって、風力発電装置が設置される周囲の市街地または住宅地の人に対して、反射光、風きり音および影の動き等が与える影響を抑制しつつ、より快適な環境を構築することが望ましい。

本発明の目的は、反射光、風きり音および影の動きによる人の知覚に与える影響を抑制して、より快適な環境を構築することができる風力発電装置を提供することである。

課題を解決するための手段および効果

（１）
本発明に係る風車発電装置は、風車を用いて風力エネルギーを回転運動エネルギーに変換するとともに、回転運動エネルギーを用いて発電を行なう風力発電装置であって、時刻を計時する計時手段と、予め設定した時刻を記録する設定時刻記録手段と、計時手段により出力される計時信号と、設定時刻記録手段により出力される設定時刻信号とを比較し、比較結果に応じてオン／オフ信号を出力する制御手段と、制御手段からのオン／オフ信号に応じて風力発電装置の風車の動作を停止させる停止手段とを含むものである。

本発明に係る風力発電装置においては、計時手段により時刻が計時され計時信号が出力される。設定時刻記録手段により予め設定された時刻が記録され設定時刻信号が出力される。そして、制御手段により計時信号と設定時刻信号とが比較され、オン／オフ信号が停止手段に与えられる。オン／オフ信号に従って停止手段により風力発電装置の風車の動作が停止される。

この場合、設定時刻記録手段に任意の時刻を設定することにより風力発電装置の風車の動作を停止させることができる。例えば、設定する時刻を人の活動時間（７時から２３時まで）に設定することにより人の知覚に与える風力発電装置の影の動きまたは風切り音などを抑制し、よりよい環境を構築することができる。

また、例えば、設定する時刻を夜間（１９時から翌日の６時まで）に設定することにより人の知覚に与える風力発電装置の風きり音などを抑制し、人の睡眠を妨害しないよう、よりよい環境を構築することができる。

（２）
風力発電装置は、太陽光の有無を検出する日照検出手段をさらに含み、制御手段は、日照検出手段により出力される日照信号に応じてオン／オフ信号を出力するものである。

この場合、日照検出手段により太陽光の有無を検出することができるので、例えば、太陽光が回転している風車の羽根に照射され反射光が生じることを防止したり、太陽光による風車の影の動きを防止することができる。また、日照検出手段により出力される日照信号のみならず、計時手段により出力される計時信号に基づいて太陽光の有無の情報が正しいか否かの判定を出力することができるので、確実に太陽光のある時間、または太陽光のない時間を明確に判定でき、風力発電装置の誤動作を防止することができる。

（３）
停止手段は、風力発電装置の回転エネルギーを電力に変換する発電機の逆起電力を用いて停止させてもよい。

この場合、風力発電装置の発電機の働きにより軸の回転を確実にかつ強固に停止させることができるので、風車を停止させ、かつ風車の羽根により生じる風切り音および太陽光により生じる影の動きを停止させることができる。また、風車を支持する軸の回転を停止させることができるので、新たに部材を追加することなく容易に軸の回転を停止させることができる。

（４）
風力発電装置は、発電された電力を蓄積することができる蓄電手段をさらに含み、制御手段は、蓄電手段に蓄電された電力を商用電源に変換することができる変換装置を含むことが好ましい。

この場合、風力発電装置により発電された電力が蓄電手段により蓄電され、蓄電手段に蓄電された電力を商用電源に変換することができる。この場合、商用電源、例えば、交流１００ボルトに変換することができ、家庭内の機器の電源に利用することができる。

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。まず、本発明に係る風力発電装置の一例として、風力発電装置５００に本発明を適用した場合について説明する。

（第１の実施の形態）

図１は、風力発電装置５００の一例を示す模式的側面図である。
図１に示すように風力発電装置５００は、主に発電装置１００、主柱２００、保持板２１０、支持梁２２０、支持柱２３０、複数の翼形状の羽根を有する風車３００、風車支持パイプ３２０、風車保持パイプ３１０およびシャフト４００からなる。

図１に示す風力発電装置５００は、主柱２００が４隅に設けられ、その上端部およびその下方にそれぞれ保持板２１０が設けられる。さらにその下方に、主柱２００を互いに支持するために支持梁２２０が主柱２００と垂直方向に設けられ、主柱２００が傾斜しないように地中から支持柱２３０が設けられている。これらの主柱２００等により構成された櫓内に縦方向に風車３００が４段で設けられている。

主柱２００等により構成された櫓内の中心にシャフト４００が垂直に設けられる。このシャフト４００の下端部には、発電装置１００が設けられている。

また、シャフト４００の上部で、かつ主柱２００および２枚の保持板２１０により囲まれた空間内に、上下２段に複数の翼形状を有する風車３００が設けられ、シャフト４００の下部で、かつ主柱２００、支持梁２２０および保持板２１０により囲まれた空間内に、上下２段に複数の翼形状を有する風車３００が設けられる。

この風車３００は、翼形状の羽根が１段毎に４枚ずつ設けられ、それぞれ水平方向に９０度毎にずらして設けられる。そして、この翼形状の羽根が２本の支持パイプ３１０および２本の保持パイプ３２０によりシャフト４００に固定される。このような風車３００は、直線翼垂直軸型風車と呼ばれる。

なお、図示していないが、２本の支持パイプ３１０および２本の保持パイプ３２０と、シャフト４００との間に接続部材を設けてもよい。

この風力発電装置５００は、翼形状の羽根により風力エネルギーを享受し、羽根に揚力が生じて時計回りに回転する。翼形状の羽根を有する風車３００が時計回りに回転することにより、２本の支持パイプ３１０および２本の保持パイプ３２０を介してシャフト４００が時計回りに回転する。そして、シャフト４００の下部に設けられた発電装置１００により発電が行なわれる。

次に、図２は、図１の風力発電装置５００の発電装置１００および風車３００の構成の一例を示す模式図である。

図２に示すように、発電装置１００は、連結器１１０、発電機１２０、制御器１３０、蓄電池１４０および計時回路１５０を含む。計時回路１５０は、内部に時間設定回路１５１、時計回路１５２および比較回路１５３を含む。

図２に示すように、風車３００は、シャフト４００を介して発電装置１００に接続されている。シャフト４００は、発電装置１００内の連結器１１０に接続され、連結器１１０からシャフト４０１を介して発電機１２０に接続される。発電機１２０は制御器１３０に接続され、蓄電池１４０は制御器１３０に接続され、計時回路１５０は制御器１３０に接続される。また、計時回路１５０の比較回路１５３は制御器１３０に接続される。計時回路１５０の時間設定回路１５１および時計回路１５２は比較回路１５３に接続される。

以下、本発明に係る風力発電装置５００の動作について説明する。まず、風車３００により変換された回転運動エネルギーが連結器１１０に与えられる。

連結器１１０は、後述する制御器１３０からのオン／オフ信号に基づいてシャフト４００の回転運動エネルギーを発電機１２０に与える。例えば、連結器１１０は、制御器１３０からオン信号を受け取った場合、シャフト４００の回転運動エネルギーを発電機１１０に与え、制御器１３０からオフ信号を受け取った場合、シャフト４００の回転運動エネルギーを発電機１１０に与えない。

発電機１２０は、連結器１１０から与えられた回転運動エネルギーを利用して発電をおこなう。発電機１２０は、発電した三相交流出力を制御器１３０に与える。

制御器１３０は、発電機１２０から受け取った三相交流電圧を交流１００ボルト（Ｖ）に変換し、商用電源として外部に出力するか、または、蓄電池１４０に与える。蓄電池１４０は、制御器１３０からの電力を貯える。また、制御器１３０は、蓄電池１４０から電力を取り出し、外部の商用電源として外部に出力する。また、制御器１３０は、計時回路１５０からの時間経過信号または時間未経過信号を受け取る。計時回路１５０は、タイマ、カウンタ、フィリップフロップ等で構成される。以下、計時回路１５０の動きについて説明する。

計時回路１５０の時間設定回路１５１には、所定の時刻が設定される。例えば、午後８時から午前４時までの時間が設定される。時間設定回路１５１は、設定された設定時間情報を比較回路１５３に与える。時計回路１５２は現在の時間情報を比較回路１５３に与える。比較回路１５３は、設定時間情報および時間情報を比較し、時間情報が設定時間情報と一致した場合に、制御器１３０に時間経過信号を与え、時間情報が設定時間情報外の場合に、制御器１３０に時間未経過信号を与える。例えば、午後８時を経過した直後に、比較回路１５３から制御器１３０に時間経過信号が出力され、午前４時を経過した直後に比較回路１５３から制御器に１３０に時間未経過信号が出力される。

制御器１３０は、時間経過信号が出力された場合に連結器１１０にオン信号を出力し、時間未経過信号を受け取った場合に連結器１１０にオフ信号を出力し、同時に発電機１２０にも、停止信号を与える。発電機１２０は、逆起電力による制動ブレーキを与え、シャフト４０１の回転を停止させる。

なお、本実施の形態においては、計時回路１５０により与えられる情報を風力発電装置５００の回転を開始するか、または停止させるかの判定情報としたが、これに限定されず、他の任意の情報であってもよい。

以上のように、第１の実施の形態に係る風力発電装置５００の発電装置１００は、時間設定回路１５１に任意の時刻を設定することにより風力発電装置５００の風車４００の動作を停止させることができる。例えば、設定する時刻を７時から２３時に設定することにより周囲に与える風力発電装置５００の風車４００の回転により生じる影の動きまたは風切り音を削減することができる。

また、例えば、設定する時刻を１９時から翌日の６時に設定することにより周囲に対して与える風力発電装置５００の風車４００の回転により生じる風きり音を削減することができる。

さらに、発電機１２０の働きによりシャフト４００の回転を確実にかつ強固に停止させることができるので、風車４００の羽根により生じる風切り音および太陽光により生じる影の動きを停止させることができる。また、発電機１２０により風車４００を支持するシャフト４００の回転を停止させることができるので、新たに部材を追加することなく容易にシャフト４００の回転を停止させることができる。

さらに、風力発電装置５００により発電された電力が蓄電池１４０により蓄電され、蓄電池１４０に蓄電された電力を商用電源に変換することができる。この場合、商用電源、例えば、交流１００ボルトに変換することができ、家庭内の機器の電源に利用することができる。

（第２の実施の形態）
次に、図３は第２の実施の形態に係る発電装置１００ａおよび風車３００の構成の一例を示す模式図である。第２の実施の形態に係る発電装置１００ａが第１の発明に係る発電装置１００と異なるのは、以下の点である。

第２の実施の形態に係る発電装置１００ａは、第１の発明に係る風力発電装置１００の構成にさらに検出器３３０ａを含む。

検出器３３０ａは、シャフト４００の上端部の保持板２１０に設けられる。本実施の形態に係る検出器３３０ａは、例えば、太陽光の有無を検出する日照観測機等である。なお、本実施の形態においては、検出器３３０ａは、日照観測機としたが、これに限定されず、他の任意の装置、例えば、太陽電池パネル等を用いてもよい。すなわち、太陽光が照射されているか否かの判定を行なうことができる装置であれば代用することができる。

以下、検出器３３０ａおよび制御器１３０ａの動作について説明する。検出器３３０ａは、太陽光を受光した情報を制御器１３０ａに与える。制御器１３０ａは、太陽光を受光した情報を受け取り、発電機１２０に停止指示を与える。ここでの停止指示とは、発電機１２０に対して逆起電力による制動ブレーキを用いてシャフト４００，４０１の回転を停止させる指示である。

一方、検出器３３０ａは、太陽光を受光できなくなった情報を制御器１３０ａに与える。制御器１３０ａは、太陽光を受光できなくなった情報を受け取り、発電機１２０に回転指示を与える。ここでの回転指示とは、停止指示とは逆の動作を行なわせるためのものであり、例えば、発電機１２０に対して逆起電力による制動ブレーキを解除させてシャフト４００，４０１の回転を開始させる指示である。

以上のように、第２の実施の形態に係る発電装置１００ａは、検出器３３０ａにより太陽光の有無を検出することができるので、例えば、太陽光が回転している風車４００の羽根に照射され反射光が生じることを防止したり、太陽光による風車４００の影の動きを防止することができる。また、検出器３３０ａにより出力される日照信号のみならず、計時回路１５０により出力される計時信号に基づいて太陽光の有無の情報が正しいか否かの判定を出力することができるので、確実に太陽光のある時間、例えば、夏冬における太陽光の時間差等に対しても対応することができる。

（第３の実施の形態）
次に、図４は第３の実施の形態に係る発電装置１００ｂおよび風車３００の構成の一例を示す模式図である。第３の実施の形態に係る発電装置１００ｂが第１または第２の発明に係る発電装置１００，１００ａと異なるのは、以下の点である。

第３の実施の形態に係る発電装置１００ｂは、第１の発明に係る風力発電装置１００の構成にさらに検出器３３０ｂを含む。

検出器３３０ｂは、シャフト４００に沿って設けられる。本実施の形態に係る検出器３３０ｂは、例えば、回転速度計等である。なお、本実施の形態においては、検出器３３０ｂは、回転速度計としたが、これに限定されず、他の任意の装置を用いてもよい。すなわち、シャフト４００の回転速度が検出できる装置であれば代用することができる。

以下、検出器３３０ｂおよび制御器１３０ｂの動作について説明する。検出器３３０ｂは、シャフト４００の回転速度の情報を制御器１３０ｂに与える。制御器１３０ｂは、シャフト４００の回転速度の情報を受け取り、シャフト４００の回転速度が所定の回転速度以上である場合、発電機１２０に停止指示を与える。ここでの停止指示とは、発電機１２０に対して逆起電力による制動ブレーキを用いてシャフト４００，４０１の回転を停止させる指示である。

一方、制御器１３０ｂは、シャフト４００の回転速度が所定の回転速度未満である場合、発電機１２０に回転指示を与える。ここでの回転指示とは、停止指示とは逆の動作を行なわせるためのものであり、例えば、発電機１２０に対して逆起電力による制動ブレーキを解除させてシャフト４００，４０１の回転を開始させる指示である。

以上のように、第３の実施の形態に係る発電装置１００ｂにおいては、シャフト４００の回転速度が所定の速度以上になった場合に、風力発電装置５００の風車４００の動きを停止させることができる。したがって、風車４００の羽根の速度の速い回転による速度の速い反射光や影の動きを遅くすることができる。

（第４の実施の形態）
次に、図５は第４の実施の形態に係る発電装置１００ｃおよび風車３００の構成の一例を示す模式図である。第４の実施の形態に係る発電装置１００ｃが第１、第２または第３の発明に係る発電装置１００，１００ａ，１００ｂと異なるのは、以下の点である。

第４の実施の形態に係る発電装置１００ｃは、第１の発明に係る風力発電装置１００の構成の計時回路１５０の代わりに計時回路１５０ｃを含む。

計時回路１５０ｃは、ＯＦＦ時間設定回路１５１、時計回路１５２、ＯＦＦ回路１５３を含む。ＯＦＦ時間設定回路１５１は時計回路１５２に接続され、時計回路１５２はＯＦＦ回路１５３に接続され、ＯＦＦ回路１５３は制御器１３０ｃに接続される。

計時回路１５０ｃのＯＦＦ時間設定回路１５１においては、ＯＦＦするための時間を予め設定する。その設定時間を時計回路１５２に与える。時計回路１５２は設定されたＯＦＦ時間を経過した時に、ＯＦＦ回路１５３に制御器１３０ｃに停止指示を与える。制御器１３０ｃは、停止指示を受け取り発電機１２０に停止指示を与える。ここでの停止指示とは、発電機１２０に対して逆起電力による制動ブレーキを用いてシャフト４００，４０１の回転を停止させる指示である。

なお、第４の実施の形態においては、ＯＦＦ回路１５３を用いることとしたが、これに限定されず、ＯＮ回路を用いてもよい。また、第４の実施の形態に係る発電装置１００ｃにおいて検出器３３０ａおよび検出器３３０ｂのいずれか一方または両方を備えてもよい。

以上のように、第４の実施の形態に係る発電装置１００ｃにおいては、ＯＦＦ時間を設定することにより風力発電装置５００の風車４００の動きを停止させることができる。したがって、風車４００の羽根の回転により反射光や影の動きを防止することができる。また、ＯＦＦ時間を設定することにより手動で停止する手間を省くことができる。さらに、風力発電装置５００から得られる電力を予測することができるので、効率のよい発電を実現することができる。

上記第１から第４の実施の形態においては、風車４００が風車に相当し、風力発電装置５００および発電装置１００が風力発電装置に相当し、計時回路１５０，１５０ｃが計時手段に相当し、時間設定回路１５１またはＯＦＦ時間設定回路１５１が設定時刻記録手段に相当し、制御器１３０，１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃが制御手段に相当し、発電機１２０が停止手段に相当し、検出器３３０ａが日照検出手段に相当し、蓄電池１４０が蓄電手段および変換装置に相当する。

本発明は、上記の好ましい第１から第４の実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

風力発電装置の一例を示す模式的側面図図１の風力発電装置の発電装置および風車の構成の一例を示す模式図第２の実施の形態に係る発電装置および風車の構成の一例を示す模式図第３の実施の形態に係る発電装置および風車の構成の一例を示す模式図第４の実施の形態に係る発電装置および風車の構成の一例を示す模式図

符号の説明

１００発電装置
１２０発電機
１３０，１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ制御器
１４０蓄電池
１５０，１５０ｃ計時回路
１５１時間設定回路
１５１ＯＦＦ時間設定回路
３３０ａ検出器
４００風車
５００風力発電装置

Claims

風車を用いて風力エネルギーを回転運動エネルギーに変換するとともに、前記回転運動エネルギーを用いて発電を行なう風力発電装置であって、
時刻を計時する計時手段と、
予め設定した時刻を記録する設定時刻記録手段と、
前記計時手段により出力される計時信号と、前記設定時刻記録手段により出力される設定時刻信号とを比較し、比較結果に応じてオン／オフ信号を出力する制御手段と、
前記制御手段からのオン／オフ信号に応じて前記風力発電装置の風車の動作を停止させる停止手段とを含むことを特徴とする風力発電装置。
太陽光の有無を検出する日照検出手段をさらに含み、
前記制御手段は、
前記日照検出手段により出力される日照信号に応じて前記オン／オフ信号を出力することを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
前記停止手段は、
前記風力発電装置の回転エネルギーを電力に変換する発電機の逆起電力を用いて停止させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の風力発電装置。
前記発電された電力を蓄積することができる蓄電手段をさらに含み、
前記制御手段は、
前記蓄電手段に蓄電された電力を商用電源に変換することができる変換装置を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の風力発電装置。