JP2009209728A

JP2009209728A - 振動制御装置

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Publication number: JP2009209728A
Application number: JP2008052231A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Sone; 孝行曽根; Masahiko Tono; 雅彦東野; Masafumi Yamamoto; 雅史山本; Kazuo Otake; 和夫大竹
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-03
Also published as: JP5150306B2

Abstract

【課題】風力を利用して発電すると共に、建築物の振動を抑制する。
【解決手段】建築物１２の壁面１３には風を受けて発電する風車１４Ａ〜１４Ｈが取り付けられている。風車１４Ａは羽根車部５０と、羽根車部５０の回転で発電する発電機４０と、羽根車部５０の回転速度を変化させる調速器２０を有している。建築物１２には振動センサ１６が取付けられ建築物１２の振動が検出される。振動センサ１６の検出結果はコントローラ１８に出力され、振動分析部４８で振動の方向、強さ及び周期を算出し、風車選択部４４で回転速度を変化させる風車を選択し、回転速度決定部４６で選択された風車の回転速度と回転速度変化パターンを決定する。決定された内容が選択された風車１４Ａ〜１４Ｈの調速器２０に出力され、調速器２０で各風車の回転速度を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物に設けられ、風力を受けて発電する風車を利用した振動制御装置に関する。

建築物が強風を受けた時、風の向きと直角方向に振動が生じる場合がある。これは、風を受けている建築物の両側の壁面から交互に周期的に発生する風の剥離と、剥離した風の下流に生じるカルマン渦に起因すると言われている。この振動は、入居者に船酔いと同様の嫌悪感を抱かせるものであり、解消が求められている。

そこで、建築物に風力発電装置を設け、建築物の周囲に生じるビル風を利用して発電を行うと共に、強風時には風力発電装置で建築物の振動を抑制する技術が提案されている（特許文献１）。

特許文献１によれば、図１４（Ａ）に示すように、建築物１２の隅角部に風力発電装置１４を設置しない場合には、建築物１２で遮られた風Ｗは、建築物１２の両側に分かれて風Ｗａとなり流れてゆく。このとき、両側の壁面１３には負圧が生じ、建築物１１の後方には流れの弱い領域が形成され、両側の壁面１３には風Ｗと直交方向に揚力Ｆが作用する。さらに、この直交方向に交互に作用する揚力Ｆの周期と建築物１２の振動の固有周期が一致したときに建築物１２の横方向の振動（Ｍ）は大きく増大する。

一方、図１４（Ｂ）に示すように、風力発電装置１４を建築物１２の隅角部に設置した場合には、建築物１２で遮られた風Ｗは、風力発電装置１４によるロータ効果で、両側の壁面１３に再付着するように風Ｗｂとなって流れ、両側の壁面１３からの剥離が抑制される。これにより、風Ｗと直交方向に作用する揚力Ｆが低減され、建築物１２の横方向の振動Ｍが抑制される。

しかし、建築物１２の振動Ｍは、上述のように、建築物１２の両側の壁面１３から交互に周期的に発生する揚力Ｆに基づくものであり、建築物１２の隅角部に風力発電装置１４を設置して自然に回転させたのみの特許文献１の構成では、交互に周期的に作用する揚力Ｆを効果的に低減することはできず、建築物１２の振動Ｍを十分には抑制できない。
特開２００２−９８０３７号公報

本発明は、上記事実に鑑み、風力発電装置で風力を利用して発電を行うと共に、建築物の振動を抑制することを目的とする。

請求項1に記載の発明に係る振動制御装置は、建築物に設置され、風力を受けて発電する複数の風車と、前記建築物に設置され、前記建築物の振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段の検出結果に基づき前記風車の回転速度を変化させる風車制御手段と、を有することを特徴としている。

請求項1に記載の発明によれば、建築物に設置された風車が風力を受けて発電し、振動検出手段で建築物の振動を検出して風車制御手段に出力する。風車制御手段は振動検出手段の検出結果に基づき風車の回転速度を変化させる。

つまり、建築物が強風を受けたとき、風の方向と直角方向（両側の壁面の外側方向）に振動するが、この建築物の振動に対応させて風車の回転速度を変化させ、両側の壁面から交互に剥離する風の流れを変化させる。この結果、建築物の両側の壁面を流れる風の流れが均一化され、両側の壁面に加わる風圧力をバランスさせることで、両側の壁面に交互に作用する揚力が減少し、建築物の振動が抑制される。

請求項２の発明は、請求項１に記載の振動制御装置において、前記風車は、回転軸が縦軸の縦軸型風車であることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、風力発電装置の風車として縦軸型風車を使用している。
これにより、建築物の周囲を流れる風を効果的に発電に利用できると共に、風車で、建築物の壁面に沿って流れる風を広い面積に渡り壁面から剥離させ、又は剥離を抑制することができる。また、建物に対する収まりがよい。

請求項３の発明は、請求項１又は２のいずれか１項に記載の振動制御装置において、前記振動検出手段は、前記建築物の振動を検出する振動センサであり、前記風車制御手段は、前記振動センサの検出結果から前記建築物の振動の方向、強さ及び周期を算出する振動分析手段と、算出された前記建築物の振動の方向により回転速度を変化させる風車を選択する風車選択手段と、前記建築物の振動の強さと周期により選択した前記風車の回転速度と回転速度変化パターンを決定する回転速度決定手段と、選択した前記風車の回転速度を、前記回転速度変化パターンに従って変化させる回転速度調整手段と、を有することを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、振動センサが建築物の振動を検出し、振動分析手段が建築物の振動の方向、強さ及び周期を算出し、風車選択手段が建築物の振動の方向から回転速度を変化させる風車を選択し、回転速度調整手段が建築物の振動の強さと周期から選択した風車の回転速度と回転速度変化パターンを決定し、回転速度調整手段が選択した風車の回転速度を回転速度変化パターンに従って変化させる。

つまり、選択した風車の回転速度を回転速度変化パターンに従って変化させることで、建築物の両側の壁面から交互に周期的に剥離していた風の流れを均一化させ、両側の壁面に加わる風圧力をバランスさせる。若しくは、風の剥離の周期性を乱し、振動の成長を抑制する。これにより、両側の壁面に交互に作用する揚力を減少させ、建築物の振動を抑制する。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動制御装置において、前記建築物に設置され、風速を検出する風速検出手段と、前記建築物に設置され、風向を検出する風向検出手段と、前記風速と前記風向の検出結果から前記建築物の振動の方向、強さ及び周期を予測する振動予測手段と、を有し、前記振動予測手段の予測結果に基づき、前記風車選択手段が回転速度を変化させる風車を選択し、前記回転速度決定手段が選択した前記風車の回転速度及び回転速度変化パターンを決定し、前記回転速度調整手段が選択した前記風車の回転速度を前記回転速度変化パターンに従って変化させることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、振動予測手段が、風速検出手段と風向検出手段で検出された風速と風向の検出結果から、建築物の振動の方向、強さ及び周期を予測する。

これにより、強風を受けて建築物が振動を開始する前に、風車を選択して回転速度を変化させ、建築物の振動を抑制する。

本発明は、上記構成としてあるので、風力を利用して発電できると共に建築物の振動を抑制できる。

（第１の実施の形態）
図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１の実施の形態に係る振動制御装置１０は、風を受けて発電する風車１４Ａ〜１４Ｈ（１４Ｇ、１４Ｈは図示せず）を備えている。

風車１４Ａ〜１４Ｈはいずれも同じ構成であり、風車１４Ａ〜１４Ｄは建築物１２の壁面１３の４つの隅角部の上部に、また、風車１４Ｅ〜１４Ｈ（１４Ｇ、１４Ｈは図４に記載）は建築物１２の壁面１３の４つの隅角部の下部に、それぞれ取り付けられている。ここで、代表例として風車１４Ａについて説明する。

風車１４Ａは、風を受けて回転する羽根車部５０を有している。この羽根車部５０は、サボニウス型で、回転軸２１は縦型とされている。

羽根車部５０の回転軸２１には、回転軸２１の回転速度を制御し羽根車部５０の回転速度を変化させる回転速度調整手段である調速器２０が設けられている。調速器２０で回転軸２１の回転速度を変化させる具体的な方法については後述する。

また、回転軸２１の下端部は、調速器２０を介して発電機４０の駆動軸と連結されている。発電機４０は壁面１３に固定された取付金具７６に取付けられている。そして、調速器２０と発電機４０は外カバー７８で覆われ、風雨から保護されている。

このように構成された風車１４Ａは、図２に示すように、壁面１３の近くを流れる風Ｗ１を受けて羽根車部５０が回転し、羽根車部５０の回転を利用して発電機４０が発電する。発電した電力を利用する電力系統については後述する。

図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、建築物１２の屋上には振動検出手段である振動センサ１６が取付けられている。振動センサ１６は水平２成分（Ｘ軸、Ｙ軸方向）の加速度が検出可能な構成とされている。

検出された加速度は、建築物１２の振動を抑制するために羽根車部５０の回転速度をコントロールする中央処理部５２に、電圧出力の形で出力される。

また、コントローラ１８には、中央処理部５２からの指令に従い、振動センサ１６から入力されたＸ軸とＹ軸の加速度の大きさの比較から建築物１２の振動の方向を算出すると共に、Ｘ軸及びＹ軸の加速度の大きさ及び変化周期から建築物１２の振動の強さ及び周期を算出する振動分析部４８が設けられている。

更に、コントローラ１８には、振動分析部４８で算出された建築物１２の振動の方向から、回転速度を変化させる羽根車部５０を選択する風車選択部４４が設けられている。

また、コントローラ１８には、振動分析部４８で算出された建築物１２の振動の強さ及び周期から、選択した羽根車部５０の回転速度と回転速度変化パターンを決定する、回転速度決定部４６が設けられている。

上述した調速器２０は、コントローラ１８からの指令に基づき、それぞれの風車１４Ａ〜１４Ｈの羽根車部５０の回転速度を、回転速度変化パターンに従って変化させる。
このコントローラ１８と調速器２０で風車制御手段が構成されている。

次に、風車制御手段の作用について説明する。
先ず、コントローラ１８の中央処理部５２は、振動センサ１６から入力されたＸ軸、Ｙ軸の加速度を振動分析部４８に送り、振動分析部４８が建築物１２の振動の方向、強さ及び周期を算出する。

次に、中央処理部５２は、建築物１２の振動の方向の算出結果を風車選択部４４に送り、風車選択部４４が、風車１４Ａ〜１４Ｈの中から羽根車部５０の回転速度を変化させる風車を選択する。

例えば、風車選択部４４は、図４（Ｃ）に示すように、建築物１２がＹ軸方向に振動している場合には、Ｙ軸方向に配置されている風車１４Ａと１４Ｂ及び風車１４Ｃと１４Ｄとを、それぞれ一対として選択する。

一方、図示は省略するが、建築物１２がＸ軸方向に振動している場合には、Ｘ軸方向に配置されている風車１４Ａと１４Ｄ及び風車１４Ｂと１４Ｃとを、それぞれ一対として選択する。

次に中央処理部５２は、建築物１２の振動の強さと周期の算出結果を回転速度決定回路４６に送り、回転速度決定部４６が、それぞれ一対として選択された風車の回転速度と回転速度変化パターンを決定する。なお、選択した４つの風車１４Ａ〜１４Ｄを、それぞれ別個に回転速度と回転速度変化パターンを決定してもよい。

次に、制御概念について説明する。
例えば、図３（Ａ）は、建築物１２の壁面Ｗ１に作用する力Ｆｗ１を縦軸に、時間経過を横軸に示している。特性Ｚ１は何ら制御をしない場合、特性Ｚ２は振動抑制を行った時の特性である。ここに、建築物１２に作用する力Ｆ、Ｆｗ１、Ｆｗ２の方向は図３（Ｄ）に示している。

図３（Ａ）に示すように、建築物１２の壁面Ｗ１に作用する力Ｆｗ１が、壁面Ｗ２に作用する力Ｆｗ２より大きくなる範囲Ｐでは、壁面Ｗ１側の風車１４Ｃ、１４Ｄの回転速度を、それまでの回転速度より速くなるように変化させ（範囲Ｐ）、剥離を壁面Ｗ１に引き寄せることで、特性Ｚ１で示す何ら制御をしない場合の力Ｆｗ１より、特性Ｚ２で示す制御を行った場合の力Ｆｗ１を小さくできる。

このとき、建築物１２の壁面Ｗ１に作用する力Ｆｗ１、Ｆｗ２は、予め算出している建築物１２の振動特性と、連続して検出される振動センサの振動検出結果から、推定して求めることができる。

図３（Ｂ）は、建築物１２の壁面Ｗ２に作用する力Ｆｗ２を縦軸に、時間経過を横軸に示している。
図３（Ｂ）に示すように、壁面Ｗ２に作用する力Ｆｗ２が、壁面Ｗ１に作用する力Ｆｗ１より大きくなる範囲Ｑでは、壁面Ｗ２側の風車１４Ａ、１４Ｂの回転速度を、それまでの回転速度より速くなるように変化させ（範囲Ｑ）、剥離を壁面Ｗ２に引き寄せることで、特性Ｚ１で示す何ら制御をしない場合の力Ｆｗ２より、特性Ｚ２で示す制御を行った場合の力Ｆｗ２を小さくできる。

図３（Ｃ）は、建築物１２の壁面Ｗ１、Ｗ２に作用する力を合計した最終的な作用力Ｆを示している。

図３（Ｃ）に示すように、特性Ｚ１で示す何ら制御をしない場合の力Ｆより、特性Ｚ２で示す制御を行った場合の力Ｆを小さくできる。こういった制御を時々刻々行うことで、建築物１２に作用するＹ方向の力Ｆを小さくでき、建築物１２のＹ方向の振動が抑制される。

このように、建築物１２のＹ方向の振動を抑制すためには、風車１４Ａ〜Ｄの羽根車部５０の回転速度を、建築物１２の振動特性と振動センサの振動特性から決定して特性Ｚ２に示すように変化させる必要がある。この特性Ｚ２で示す特性を、以後回転速度変化パターンと呼ぶ。

なお、風下側の風車１４Ｃ、１４Ｄの羽根車部５０も、風上側の風車１４Ａ、１４Ｂの羽根車部５０と同じ要領で変化させれば、建築物１２の振動を効果的に抑制できる。
最後に中央処理部５２は、これらの決定された結果を風車１４Ａ〜１４Ｈの調速器２０に出力し、調速器２０が風車１４Ａ〜１４Ｈの羽根車部５０の回転速度を変化させる。

ここで、風車１４Ａによる建築物１２の振動の制御メカニズムについて説明する。
図４（Ａ）の破線で示すように、建築物１２に風車１４Ａ〜１４Ｄが取付けられていない場合には、建築物１２で流れを遮られたＸ軸方向からの風Ｗは、分かれて風Ｗ１と風Ｗ２となり、交互に強さと流れの方向を交代させながら両側の壁面１３から剥離して流れ、風下にはカルマン渦Ｗ３、Ｗ４が形成される。

この風Ｗ１と風Ｗ２の剥離とそれに続くカルマン渦の発生に起因して、建築物１２の両側の壁面１３には交互に揚力Ｆが作用し、建築物１２にＹ軸方向の振動Ｍが生じる。

一方、図４（Ｂ）に示すように、建築物１２の隅角部に風車１４Ａ〜１４Ｄが取付けられている場合において、正面から風Ｗを受けたとき、風車１４Ａ〜１４Ｄを何ら制御しないと、風車１４Ａ〜１４Ｄの羽根車部５０は、風Ｗ１と風Ｗ２で回転力を与えられ、風Ｗ１と風Ｗ２の流れの強さと方向に応じた回転速度で、それぞれ回転する。

羽根車部５０に回転力を与えた風Ｗ１と風Ｗ２は減速され、両側の壁面１３から剥離して流れる流れが壁面に引き寄せられる。この結果、壁面１３からの剥離が小さい風Ｗ１は、一点鎖線で示す壁面１３に沿った風Ｗ５となる。一方、壁面１３から大きく離れて流れていた風Ｗ２は、壁面１３に沿った流れには至らず、一点鎖線で示す壁面１３に近づいた風Ｗ６となる。

この風Ｗ６は、壁面１３にＹ軸方向の揚力Ｆを作用させる。このように、風車１４Ａ〜１４Ｄを何ら制御しない場合には、引き続き、建築物１２の壁面１３には交互に揚力Ｆが作用する。この結果、Ｘ軸方向の風Ｗと直交する建築物１２のＹ軸方向の振動Ｍは十分には抑制できない。

これに対し、図４（Ｃ）に示す第１の実施の形態では、振動の方向がＹ軸方向であるため、風車１４Ａ、１４Ｄと風車１４Ｂ、１４Ｃがそれぞれ対として選択される。次に、選択された風車１４Ａ〜１４Ｄの羽根車部５０の回転速度を、コントローラ１８からの指示に従い変化させる。

このとき、風の強さが弱い風Ｗ１側は、風車１４Ｄの羽根車部５０を何ら制御しなくても、上記のように、風Ｗ５は壁面１３に沿って流れているので、制御はしない。

一方、風の強さが強い風Ｗ２側は、何ら制御をしないと風Ｗ６で示すように、壁面１３に沿った流れとはならないので、風車１４Ａ、１４Ｂの羽根車部５０の回転速度を調速器２０で加速させる。

これにより、壁面１３の近傍を流れていた風Ｗ６は、羽根車部５０で更に流れの方向を変えられて、建築物１２の両側の壁面１３に沿った、実線で示す風Ｗ７となる。

この結果、風Ｗ５と風Ｗ７は建築物１２に対して対称な流れとなり、両側の壁面１３に交互に作用する、揚力Ｆによる風圧力のアンバランスは解消する。これにより建築物１２のＹ軸方向の振動Ｍが抑制される。

このとき、下流側の風車１４Ｂ、１４Ｃも上流側の風車１４Ａ、１４Ｄと同じ要領で回転数を変化させれば、風下の風Ｗ３、Ｗ４で発生するカルマン渦を抑えることができ、建築物１２のＹ軸方向の振動Ｍの抑制に寄与する。

次に、調速器２０で風車１４Ａの回転速度を変化させる方法について説明する。
図５に示すように、調速器２０のハウジング９９には、羽根車部５０の回転軸２１が上から挿入され、回転軸２１の端部には径の大きい羽根側歯車８６と、径の小さい歯車８７が取付けられている。また、調速器２０のハウジング９９には、発電機４０の駆動軸４１が下から挿入され、駆動軸４１の端部には駆動側歯車８８が取付けられている。

回転軸２１と駆動軸４１は同軸上に設けられており、回転軸２１と駆動軸４１と平行に中間歯車を取付ける中間歯車軸９１が設けられている。

中間歯車軸９１には、羽根側歯車８６、８７と噛み合う中間歯車９６、９７がクラッチ１００、１０２を介して取付けられている。また、中間歯車軸９１には、駆動側歯車８８と噛み合う中間歯車９８が取付けられている。

中間歯車軸９１の上端はハウジングに設けられた軸受け９２に、下端はハウジングに設けられた軸受け９３に、それぞれ回転自在に支持されている。

これにより、クラッチ１００を接続し、クラッチ１０２を切り離したとき、径の大きい羽根側歯車８６から、中間歯車９６を介して中間歯車軸９１に回転が伝達され、中間歯車９８を介して駆動側歯車８８、駆動軸４１に駆動力が伝達される。

一方、クラッチ１００を切り離し、クラッチ１０２を接続したときは、径の小さい羽根側歯車８７から中間歯車９７を介して中間歯車軸９１に回転が伝達され、中間歯車９８を介して駆動側歯車８８、駆動軸４１に駆動力が伝達される。

これにより、風車１４Ａの羽根車部５０から発電機４０への軸動力の伝達経路における抵抗が変化し、羽根車部５０の回転速度を変化させることができる。なお、クラッチ１００、１０２を接続し、若しくは切り離す信号は、コントローラ１８から調速器２０に出力される信号である。

羽根車部５０の回転速度を変化させる方法として、上述した、駆動力を伝達する歯車のギヤ比を変更する方法以外に、羽根車部５０の回転軸２１に、回転軸２１と一体となり回転する円盤状の抵抗板を取付け、この抵抗板に周囲から外力を加え、抵抗板の回転を変化させる方法がある。

即ち、図示は省略するが、調速器２０のハウジング内部で、羽根車部５０の回転軸２１と発電機４０の駆動軸４１とを連接し、この連接部に羽根車部５０の回転軸２１と一体となり回転する円盤状の抵抗板を設ける。そして、この抵抗板に、例えば、周囲から摩擦抵抗を加えて抵抗板の回転を変化させる。若しくは、周囲から粘性抵抗を加えて抵抗板の回転を変化させてもよい。
これにより、羽根車部５０のブレード５１が同じ風力を受けても、羽根車部５０の回転軸２１の回転速度を変化できる。

以上説明したように、建築物１２の振動の方向、強さ及び周期に対応させて、風車１４Ａ〜１４Ｄの羽根車部５０の回転速度を変化させ、建築物１２の両側の壁面１３から交互に周期的に剥離する風を制御する。これにより、建築物１２の両側の壁面１３に作用する揚力Ｆをバランスさせて建築物１２の振動Ｍを抑制できる。

なお、風車１４Ａ〜１４Ｄの下部に設けられた、風車１４Ｅ〜１４Ｈも同様に、羽根車部５０の回転速度を変化させ、建築物１２の両側の壁面１３から交互に周期的に剥離する風を制御することで、風車１４Ｅ〜１４Ｈの位置における建築物１２の両側の壁面１３に作用する揚力Ｆをバランスさせ、建築物１２の振動Ｍを抑制できる。

次に、風車１４Ａ〜１４Ｈの発電部４０で発電した電力について説明する。

図６に示すように、風車１４Ａ〜１４Ｈの、それぞれの発電機４０で発電された電力ＱＡ〜ＱＨは、電力合成部２６で１つ（ＱＴ）に合成される。合成された電力ＱＴは、トランス２８で定格電圧に維持された状態（ＱＶ）で、建築物１２で使用される照明等の負荷３４に供給される。

このとき、風車１４Ａ〜１４Ｈの発電機４０で発電されたそれぞれの電力ＱＡ〜ＱＨを、電力合成部２６で合成する前にコントローラ１８に入力すれば、風車１４Ａ〜１４Ｈの発電量の把握や回転速度の制御に利用できる。
また、環境に配慮し、コントローラ１８の電源ＰＷとしても利用できる。

なお、風が弱くて、風車１４Ａ〜１４Ｈで発電した電力では発電量が不足する場合に備え、保護装置３０を介して商用電源（ＡＣ）と接続している。これにより、コントローラ１８に安定して電力が供給される。

次に、風車１５の建築物への取付け位置について説明する。なお、風車１５は上述した風車１４Ａと同じ構成である。

図７に示すように、建築物５８には、正面から見て、隅角部とコーナー部に、風車１５が取付けられている。なお、建築物５８への複数の風車１５の取り付け位置については、建築物５８の高さ方向及び水平方向共に制約はなく、風車１５が回転し発電できる風が得られる位置であればよい。

しかし、より強い風を受けるという見地からは高い位置に配置するのが望ましい。また、風車１５の風を受ける範囲をより広くするという見地からは、建築物５８の隅角部に配置するのが望ましい。また、１つの建築物５８に取付けることのできる、風車１５の最大取付け数についても特に制約はなく、建築物５８の振動が制御できる数量以上であればよい。

さらに、図８（Ａ）に示すように、矩形断面の建築物６２では、建築物６２を平面視した場合の取り付け位置については、既述したように、風車１５が、風を受ける範囲を広くできる隅角部に取付けるのが望ましい。

なお、図８（Ｂ）に示す円形断面の建築物６４の場合には、隅角部がないため、風車１５は、隣の風車１５と所定の間隔を開けて外壁に並べて取付けるのが望ましい。

一方、図８（Ｃ）に示す三角形断面の建築物６６の場合には、風車１５は隅角部の３ヶ所に取付けるのが望ましい。なお、図８（Ｄ）に示すように、隅角部に凹部を形成した矩形断面の建築物６８の場合には、凹部に風車１５を取付ければよい。

また、図９に示すように、風車１５を、建築物７０の屋上の全体に並べて取り付けることも可能である。屋上の位置では風速が最も速くなるため、強い風力を風力発電に利用できる。また、屋上の有効活用ができる。

上記の風車１４Ａと風車１５の説明は、回転軸が縦型のサボニウス形の風車を例にとり説明したが、これに限定されるものではなく、回転軸が縦型の風車であれば他の構造の風車、例えばダリウス型、ジャイロミル型、クロスフロー型などでもよい。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の振動制御装置８０は、第１の実施の形態における調速器２０を、異なる構成としたものである。変更部分のみについて説明する。

図１０、１１に示すように、風車８２Ａは風を受けて回転する羽根車部８３を有している。羽根車部８３の上下の端部には、縦型の回転軸２１と同軸上に、２つの調速器８４、８５が設けられ、羽根車部５０と一緒に回転している。

回転軸２１の下端部は、発電機４０の駆動軸と連結されている。発電機４０は壁面１３に固定された取付金具７６に取付けられている。そして、発電機４０は外カバー７７で覆われ、風雨から防護されている。

羽根車部８３を構成するブレード８６は、外周側の先端部８６Ｓが弾性変形可能な材質（例えば、板ばね）とされ、ブレード８６の迎え角を大きくするＳ１方向、及び迎え角を小さくＳ２方向に移動させることができる。

この先端部８６ＳのＳ１方向及びＳ２方向への移動は、先端部８６Ｓの上下方向の両端部に調速器８４、８５に設けられた偏心カム（図示せず）で行う。即ち、この偏心カムを先端部８６Ｓに押し当て、モータで偏心カムを回転させることで先端部８６Ｓを移動させる。

先端部８６Ｓの移動の方向と移動量はコントローラ１８から指示される羽根車部５０の回転速度と回転速度変化パターンに従って決定される。
これにより、羽根車部５０が同じ風を受けていても、風を受ける受圧面積が変わるので、ブレード８６に生じる回転力が変化し、羽根車部５０の回転速度を変化できる。

調速器８４、８５で風車８２Ａの回転速度を変化する他の方法として、ブレード８６の先端部８６Ｓの一部をスライド可能な二重構造とし、調速器８４、８５でスライド部をスライドさせ、スライドの前後でブレード８６の受圧面積を変更させる方法や、ブレード８６の中心部に支持軸を設け、支持軸でブレード８６を回転可能に支持し、調速器８４、８５に設けたモータで支持軸を回転させてブレード８６の方向を変える方法がある。これにより、ブレード８６の受圧面積を変化させることで、羽根車部５０の回転速度を変化させることができる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、風車１４Ａ〜１４Ｈにより、建築物１２の両側の壁面１３を流れる流れの方向を、第１の実施の形態における流れの方向と異ならせたものである。その他の内容は第１の実施の形態と同じである。異なる点のみについて説明する。

図１２（Ａ）は、既述した、建築物１２に風車１４Ａ〜１４Ｄを取付けていないときの、風Ｗ１〜Ｗ４の流れを示し、図１２（Ｂ）は、風車１４Ａ〜１４Ｄを取付けた場合で、何ら制御をしないときの、風Ｗ５、Ｗ６の流れを示している。

第３の実施の形態では、図１２（Ｃ）に示すように、ある瞬間に風の強さが強い風Ｗ６側の風車１４Ａの回転速度は制御せず、そのまま壁面１３から剥離して流れる状態とする。一方、風の強さが弱い風Ｗ５側の風車１４Ｄ、１４Ｃの回転速度を小さくする。

これにより、建築物１２の壁面１３を流れていた風Ｗ５が、風車１４Ｄによる風を壁面に引き寄せる効果が抑えられ、壁面１３から大きく剥離する方向に流れる。

これを時々刻々、交互に行うことで、建築物１２の両側の壁面１３を流れる風Ｗ６と風Ｗ８の流れの強さを、同じ強さとすることができる。風Ｗ６と風Ｗ８を同じ強さとし、バランスさせることで、風Ｗ６と風Ｗ８により生じる揚力Ｆがバランスし、風圧力のアンバランスが解消される。これにより、建築物１２のＹ軸方向の振動Ｍを抑制できる。

なお、風車１４Ａ〜１４Ｄの羽根車部５０の回転速度は、発電機４０の発電特性から、発電効率の最も高くなる回転速度を例えば標準回転速度とし、建築物１２の振動Ｍを抑制するときには、必要に応じて発電機４０の負荷を重くすることで、羽根車部５０の回転速度を小さくすることができる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、第１の実施の形態に風速センサ２２と風向センサ２４を追加した構成である。第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

図１３に示すように、振動制御装置６０は、風速検出手段である風速センサ２２と、風向検出手段である風向センサ２４を有している。
風速センサ２２と風向センサ２４は建築物７２の屋上に設けられ、風速センサ２２で検出された風速と、風向センサ２４で検出された風向の検出結果は、コントローラ４２の中央処理部５６に出力される。

コントローラ４２には、検出された風向から建築物７２の振動の方向を予測すると共に、検出された風向と風速及び予め記録されている建築物１２の振動特性から、建築物１２の振動の強さ及び周期を予測する、振動予測部５４が設けられている。

次に、第４の実施の形態の作用について説明する。
先ず、中央処理部５６は、風速センサ２２と風向センサ２４から入力された検出結果を振動予測部５４に送り、振動予測部５４が建築物７２の振動の方向、強さ及び周期を予測する。

次に、中央処理部５６は、振動の方向の予測結果を風車選択部４４に送り、風車選択部４４が予測結果に基づき回転速度を変化させる風車を選択する。

また、中央処理部５６は、振動の強さ及び周期の予測結果を回転速度決定部４６に送り、回転速度決定部４６が選択された風車１４Ａ〜１４Ｄの回転速度と回転速度変化パターンを決定する。

最後に、中央処理部５６は、選択された風車１４Ａ〜１４Ｄの調整器２０に、決定された回転速度と回転速度変化パターンを送る。
調整器２０は送られた指令に従って風車１４Ａ〜１４Ｄの回転速度と回転速度変化パターンを変化させる。

これにより、建築物７２が振動を開始する前から振動を抑制する予測制御ができ、建築物７２の振動を抑制できる。
なお、風速センサ２２と風向センサ２４は建築物７２の屋上に設けた例について説明したが、設置場所に制限はなく、風車１４Ａ〜１４Ｄの近傍に設けてもよい。

また、第１の実施の形態で説明した振動センサ１６の検出結果を用いる制御と、第４の実施の形態で説明した、風速センサ２２と風向センサ２４の検出結果を用いる制御とを組み合わせ、建築物７２が振動を開始した後の、選択された風車の回転速度と回転速度変化パターンの制御に利用してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る振動制御装置の基本構成を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る風車の取付け状態を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る風車による振動の抑制原理を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る振動制御装置の制御概念を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る風車の回転速度の可変手段を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る風車の電力系統の基本構成を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る風車の取付け状態を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る風車の取付け状態を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る風車の取付け状態を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る振動制御装置の基本構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る風車の回転速度の可変手段を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る振動制御装置の制御概念を示す図である。本発明の第４の実施の形態に係る振動制御装置の基本構成を示す図である。従来例の振動制御装置の制御概念を示す図である。

符号の説明

１０振動制御装置
１２建築物
１４風車（風力発電装置）
１６振動センサ（振動検出手段）
１８コントローラ（風車制御手段）
２０調速器（回転速度調整手段）
２２風速センサ（風速検出手段）
２４風向センサ（風向検出手段）
４４風車選択部（風車選択手段）
４６回転速度決定部（回転速度決定手段）
４８振動分析部（振動分析手段）
５４振動予測部（振動予測手段）

Claims

建築物に設置され、風力を受けて発電する複数の風車と、
前記建築物に設置され、前記建築物の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の検出結果に基づき前記風車の回転速度を変化させる風車制御手段と、
を有する振動制御装置。
前記風車は、回転軸が縦軸の縦軸型風車であることを特徴とする請求項１に記載の振動制御装置。
前記振動検出手段は、前記建築物の振動を検出する振動センサであり、
前記風車制御手段は、前記振動センサの検出結果から前記建築物の振動の方向、強さ及び周期を算出する振動分析手段と、算出された前記建築物の振動の方向により回転速度を変化させる風車を選択する風車選択手段と、前記建築物の振動の強さと周期により選択した前記風車の回転速度と回転速度変化パターンを決定する回転速度決定手段と、選択した前記風車の回転速度を、前記回転速度変化パターンに従って変化させる回転速度調整手段と、
を有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の振動制御装置。
前記建築物に設置され、風速を検出する風速検出手段と、
前記建築物に設置され、風向を検出する風向検出手段と、
前記風速と前記風向の検出結果から前記建築物の振動の方向、強さ及び周期を予測する振動予測手段と、
を有し、
前記振動予測手段の予測結果に基づき、前記風車選択手段が回転速度を変化させる風車を選択し、前記回転速度決定手段が選択した前記風車の回転速度及び回転速度変化パターンを決定し、前記回転速度調整手段が選択した前記風車の回転速度を前記回転速度変化パターンに従って変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動制御装置。