JP2010196669A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率を十分に高めることのできる風力発電装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る風力発電装置１０，３０，５０，７０は、軸１１，３１，５１，７１の周りを回転可能な風車１２，３２，５２，７２と、風車１２，３２，５２，７２の回転を利用して振動する振動板１４，３４，５４，７４と、振動板１４，３４，５４，７４の振動を利用して発電する圧電素子１５、３５，５５，７５とを備えていることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力を利用して電気エネルギーを取り出す風力発電装置に関し、特に、風車の回転を利用して振動する振動板と、該振動板の振動を利用して発電する圧電素子を備えた風力発電装置に関する。

近年における環境問題に対する関心の高まりに伴い、自然エネルギーを利用した風力発電装置が注目されている。

従来の風力発電装置としては、例えば、プロペラ形風車を用いて発電するものや（例えば、特許文献１参照）、或いは、サボニウス形風車を用いて発電するものや（例えば、特許文献２参照）、或いは、クロスフロー形風車とダリウス形風車の両方を用いて発電するものや（例えば、特許文献３参照）、或いは、形状を改善した羽根車を有する風車を用いて発電するもの（例えば、特許文献４、５参照）などが公知である。

特開平９−７９１２７号公報 特開平１１−３４３９５９号公報 特開２００６−１６１７９７号公報 特開２００４−５２７２１号公報 特開２００４−１２４９２６号公報

しかしながら、上記した従来の風力発電装置はいずれも風車の羽根形状を変更したり、風車の回転を制御したりすることにより発電効率を改善しようとするものであるが、風車の羽根形状の変更や風車の回転制御だけでは発電効率の向上に限界があり、発電効率を十分に高めることができないといった問題があった。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、発電効率を十分に高めることのできる風力発電装置を提供することを目的とするものである。

上記した目的を達成するため、本発明に係る風力発電装置は、軸の周りを回転可能な風車と、該風車の回転を利用して振動する振動板と、該振動板の振動を利用して発電する圧電素子とを備えていることを特徴とする。

そして、本発明に係る風力発電装置において、前記圧電素子は、前記風車の外周に配置された円筒形状の内筒体の内周面に設けられ、前記振動板は、前記内筒体の内周面に設けられた圧電素子を覆うように設けられ、前記風車は、風を受けて回転する複数の風受翼と、該各風受翼の先端同士を連結する連結体と、該連結体に設けられ、前記内筒体の内周面に設けられた前記振動板に接触可能な接触体とを備えているのが好ましい。

また、本発明に係る風力発電装置において、前記圧電素子は、前記風車の外周に配置された円筒形状の内筒体の内周面に設けられ、前記振動板は、前記内筒体の内周面に設けられた圧電素子を覆うように設けられ、前記風車は、風を受けて回転する風受翼と、該風受翼と共に回転する羽根車と、該羽根車の先端に設けられ、前記内筒体の内周面に設けられた前記振動板に接触可能な接触体とを備えているのが好ましい。

また、本発明に係る風力発電装置において、前記圧電素子は、さらに、前記内筒体の外周面に設けられていると共に、該内筒体の外周に円筒状の空間を隔てて配置された円筒形状の外筒体の内周面に設けられており、前記振動板は、さらに、前記内筒体の外周面に設けられた圧電素子と前記外筒体の内周面に設けられた圧電素子とを覆うように設けられていると共に、前記内筒体の外周面と前記外筒体の内周面とを連結するように前記円筒状の空間に放射状に設けられており、前記円筒状の空間内の放射状に設けられた振動板の間には多数の球体が転動可能に設けられているのが好ましい。

さらにまた、本発明に係る風力発電装置において、前記風車は、軸の周りを回転可能な円筒体と、該円筒体の外周壁に風受け可能に多数設けられた羽根とを備え、前記圧電素子は、前記円筒体の内周面に設けられ、前記振動板は、前記内筒体の内周面に設けられた圧電素子を覆うように設けられ、前記円筒体の内部には多数の球体が転動可能に設けられているのが好ましい。

また、本発明に係る風力発電装置において、前記圧電素子は、さらに、前記風車の外周に配置された半円筒形状の外筒体の内周面に設けられ、前記振動板は、さらに、前記外筒体の内周面に設けられた圧電素子を覆うように設けられ、前記風車の羽根は前記外筒体の内周面に設けられた振動板に接触するように設けられているのが好ましい。

また、本発明に係る風力発電装置において、前記風車は、風を受けて垂直軸の周りを回転する風受翼と、該風受翼から垂下され、前記振動板に接触可能な接触体とを備え、前記圧電素子は前記風車の下方に設けられており、前記振動板は前記圧電素子を覆うように設けられているのが好ましい。

また、本発明に係る風力発電装置において、前記振動板は、さらに、前記垂直軸の外周に突設され、前記圧電素子は、さらに、前記垂直軸の外周に突設された前記振動板の外周に設けられているのが好ましい。

また、本発明に係る風力発電装置において、前記圧電素子は、さらに、前記垂直軸と共に回転する円筒体の内周面に設けられており、前記振動板は、さらに、前記円筒体の内周面に設けられた圧電素子を覆うように設けられていると共に、該円筒体の内部を水平に仕切るように設けられ、前記円筒体の内部を水平に仕切る前記振動板の間には多数の球体が転動可能に設けられているのが好ましい。

また、本発明に係る風力発電装置において、前記風車の風受翼には太陽電池が設けられているのが好ましい。

また、本発明に係る風力発電装置において、前記振動板は床上に垂直に立設され、前記圧電素子は該振動板の外周に設けられ、前記風車は前記振動板の上端に設けられ、風を受けて水平軸の周りを回転可能な風受翼を備えているのが好ましい。

本発明によれば、風車だけでなく、振動板及び圧電素子を利用して発電しているため、発電効率を十分に高めることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る風力発電装置を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る風力発電装置の風車を示す斜視図である。 図１のＢ−Ｂ矢視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る風力発電装置の変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る風力発電装置を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る風力発電装置を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る風力発電装置を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

先ず、図１〜図３を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態に係る風力発電装置について説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る風力発電装置を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は同風力発電装置の風車を示す斜視図、図４は図１のＢ−Ｂ矢視図である。なお、以下の説明では、本実施の形態に係る風力発電装置を自動車に設置した場合について例示して説明する。

本実施の形態に係る風力発電装置１０は、水平軸１１の周りを回転可能な風車１２と、水平軸１１上に設けられる発電機１３と、風車１２の回転を利用して振動する振動板１４と、振動板１４の振動を利用して発電する圧電素子１５とを主体に構成されており、自動車(図示省略)の前方部分に取り付けられる。

風車１２は、風を受けて回転する３枚のプロペラ羽根１６から成る複数（図２では３個）の風受翼１７と、各風受翼１７のプロペラ羽根１６の先端同士をそれぞれ連結する帯状の連結体１８と、各連結体１８に外側に突出するように設けられた羽根形状の接触体１９とを備えている。なお、連結体１８を鉄線として接触体１９を該鉄線に通したパイプとしたり、或いは、連結体１８に締結した糸に数個の鉄球を取り付けて接触体１９を構成したりする等、各種変更が可能である。

風車１２の外周には円筒形状の内筒体２０が風車１２と同心状に設けられ、さらに内筒体２０の外周には円筒形状の空間２１を隔てて円筒形状の外筒体２２が内筒体２０と同心状に設けられている。

圧電素子１５は、内筒体２０の内周面及び外周面と、外筒体２２の内周面とに敷き詰めて設けられている。

振動板１４は、内筒体２０の内周面及び外周面と外筒体２２の内周面とにおいて圧電素子１５を覆うように設けられていると共に、空間２１において内筒体２０の外周面と外筒体２２の内周面とを連結するように放射状に設けられている。

図４に良く示されているように、空間２１の振動板１４は軸方向に蛇行して形成され、各振動板１４の間には多数の球体（例えば、鉄球）２３が転動可能に設けられている。なお、この場合、空間２１の振動板１４は圧電素子を挟み込むように設けられていてもよい。

このような構成を備えた風力発電装置１０において、自動車の走行中にプロペラ羽根１６が風を受けて風受翼１７が水平軸１１の周りを回転すると、発電機１３によって発電され、電力が取り出される。

一方、風受翼１７の回転に伴い、接触体１９が内筒体２０の内周面の振動板１４に接触することにより振動板１４が振動し、この振動を受けて圧電素子１５が発電する。さらに、走行中の自動車が振動すると、空間２１の球体２３が転動し、内筒体２０の外周面、外筒体２２の内周面、及び空間２１の各振動板１４に衝撃を与えて振動させ、この振動を受けて圧電素子１５が発電する。

このように発電機１３及び圧電素子１５の発電によって取り出された電力は、蓄電池（図示省略）に蓄電された後、自動車の各種動力源として利用される。

なお、風車１２は、各風受翼１７の先端同士を帯状の連結体１８で連結する代わりに、図５に示すように、風受翼１７と共に回転する羽根車２４を風受翼１７と同軸上に設置し、この羽根車２４の先端に設けた接触体１９が内筒体２０の内周面の振動板１４に接触可能なように構成してもよい。さらに、この接触体１９は、羽根車２４と共に、或いは、羽根車２４に取り付ける代わりに、各風受翼１７の先端に取り付けてもよい。

次に、図６を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態に係る風力発電装置について説明する。ここで、図６は本発明の第２の実施の形態に係る風力発電装置を示す断面図である。なお、以下の説明では、本実施の形態に係る風力発電装置を自動車に設置した場合について例示して説明する。

本実施の形態に係る風力発電装置３０は、水平軸３１の周りを回転可能な風車３２と、水平軸３１上に設けられる発電機（図示省略）と、風車３２の回転を利用して振動する振動板３４と、振動板３４の振動を利用して発電する圧電素子３５とを主体に構成されており、自動車(図示省略)の前方部分に取り付けられる。

風車３２は、水平軸３１の周りを回転可能な円筒体３６と、円筒体３６の外周壁に風受け可能に多数設けられた羽根３７とを備えている。

風車３２の外周には半円筒形状の外筒体３８が所定の隙間３９を隔てて風車３２と同心状に設けられている。

圧電素子３５は、円筒体３６の内周面と外筒体３８の内周面とに敷き詰められて設けられている。

振動板３４は、内筒体３６の内周面と外筒体３８の内周面とにおいて圧電素子３５を覆うように設けられている。

また、円筒体３６の内部には多数の球体（例えば、鉄球）４０が転動可能に設けられている。

このような構成を備えた風力発電装置３０において、自動車の走行中に羽根３７が風を受けて風車３２が水平軸３１の周りを回転すると、前記発電機によって発電され、電力が取り出される。

一方、風車３２の回転に伴い、羽根３７が外筒体３８の内周面の振動板３４に接触することにより振動板３４が振動し、この振動を受けて圧電素子３５が発電する。さらに、風車３２の回転に伴い、球体４０が転動し、円筒体３６の内周面の振動板３４に衝撃を与えて振動させ、この振動を受けて圧電素子３５が発電する。

このように前記発電機及び圧電素子３５の発電によって取り出された電力は、蓄電池（図示省略）に蓄電された後、自動車の各種動力源として利用される。

次に、図７を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態に係る風力発電装置について説明する。ここで、図７は本発明の第３の実施の形態に係る風力発電装置を示す斜視図である。

本実施の形態に係る風力発電装置５０は、垂直軸５１の周りを回転可能な風車５２と、垂直軸５１上に設けられる発電機（図示省略）と、風車５２の回転を利用して振動する振動板５４と、振動板５４の振動を利用して発電する圧電素子５５とを主体に構成されている。

風車５２は、風を受けて回転する３枚の太陽電池パネル５６から成る第１の風受翼５７と、第１の風受翼５７の下方に設けられる風杯形の第２の風受翼５８と、第２の風受翼５８から垂下された紐の下端に設けられる接触体５９とを備えている。なお、この場合、第１の風受翼５７は、サポニウス形風車やジャイロミル形風車、又はＳ形風車等の羽根の表裏両面に薄膜太陽電池を貼付することにより形成されていてもよい。また、第２の風受翼５８の設置を省略し、接触体５９を第１の風受翼５７から垂下してもよい。

風車５２の下方には円形皿形状の受け部材６０が設けられている。この受け部材６０には圧電素子５５が敷き詰められていると共に該圧電素子５５を覆うように振動板５４が設けられており、この振動板５４に接触体５９が接触するようになっている。

垂直軸５１には有天有底の円筒体６１が設けられており、垂直軸５１と共に回転可能なようにこの円筒体６１の中心を垂直軸５１が貫通している。円筒体６１の周壁部６２の内面には圧電素子５５が敷き詰められており、振動板５４はこの圧電素子５５を覆うように設けられていると共に円筒体６１の天板６２及び底板６３に設けられている。また、円筒体６１の内部空間は、複数段に設けられた水平な振動板５４により複数の小空間６４に仕切られており、各小空間６４にそれぞれ複数の球体（例えば、鉄球や銅球）６５が収容されている。

なお、円筒体６１の構成は上記した構成に限定されるものではなく、例えば、円筒体６１を垂直軸５１と一緒に回転しないように取り付ける共に、円筒体６１の内部に垂直軸５１と一緒に回転するプロペラ状の羽根を取り付け、該プロペラ状の羽根の先端に取り付けた接触体が垂直軸５１の回転に伴って円筒体６１の内面の振動板５４に接触するように構成する等、各種変更が可能である。

さらに、垂直軸５１の下部の外周には振動板５４が突設されており、この振動板５４の外周には圧電素子５５が設けられている。

このような構成を備えた風力発電装置５０において、第１の風受翼５７が風を受けて垂直軸５１の周りを回転すると、前記発電機によって発電され、電力が取り出される。また、第１の風受翼５７の太陽電池パネル５６が太陽光に照射されることによっても電力が取り出される。

一方、第２の風受翼５８の回転に伴い、接触体５９が受け部材６０の振動板５４に接触することにより振動板５４が振動し、この振動を受けて圧電素子５５が発電する。さらに、第１の風受翼５７及び第２の風受翼５８の回転に伴い、球体６５が転動し、円筒体６１の内周面及び内部の振動板５４に衝撃を与えて振動させ、この振動を受けて圧電素子５５が発電すると共に、垂直軸５１の下部の振動板５４が振動し、この振動を受けて圧電素子５５が発電する。

このように前記発電機、太陽電池パネル５６及び圧電素子５５の発電によって取り出された電力は、蓄電池（図示省略）に蓄電された後、各種動力源として利用される。

次に、図８を参照しつつ、本発明の第４の実施の形態に係る風力発電装置について説明する。ここで、図８は本発明の第４の実施の形態に係る風力発電装置を示す斜視図である。

本実施の形態に係る風力発電装置７０は、水平軸７１の周りを回転可能な風車７２と、水平軸７１上に設けられる発電機（図示省略）と、風車７２の回転を利用して振動する振動板７４と、振動板７４の振動を利用して発電する圧電素子７５とを主体に構成されている。

振動板７４は床上に垂直に立設され、圧電素子７５は振動板７４の外周に設けられている。また、風車７２は振動板７４の上端に設けられ、風を受けて回転可能な風受翼７６を備えている。

このような構成を備えた風力発電装置７０において、風車７２の風受翼７６が風を受けて水平軸７１の周りを回転すると、前記発電機によって発電され、電力が取り出される。

一方、風車７２の風受翼７６の回転に伴い、或いは、風力発電装置７０の周囲を車両等の重量物が通過するのに伴い、振動板７４が振動し、この振動を受けて圧電素子７５が発電する。

このように前記発電機及び圧電素子７５の発電によって取り出された電力は、蓄電池（図示省略）に蓄電された後、各種動力源として利用される。

このように上記した第１〜第４の実施の形態に係る風力発電装置１０，３０，５０，７０によれば、風車１２，３２，５２，７２だけでなく、振動板１４，３４，５４，７４及び圧電素子１５、３５，５５，７５を利用して発電しているため、発電効率を十分に高めることができる。

１０ 風力発電装置
１１ 水平軸
１２ 風車
１４ 振動板
１５ 圧電素子
１７ 風受翼
１８ 連結体
１９ 接触体
２０ 内筒体
２１ 空間
２２ 外筒体
２３ 球体
３０ 風力発電装置
３１ 水平軸
３２ 風車
３４ 振動板
３５ 圧電素子
３６ 円筒体
４０ 球体
５０ 風力発電装置
５１ 垂直軸
５２ 風車
５４ 振動板
５５ 圧電素子
５７ 第１の風受翼
５８ 第２の風受翼
５９ 接触体
６１ 円筒体
６５ 球体
７０ 風力発電装置
７１ 水平軸
７２ 風車
７４ 振動板
７５ 圧電素子
７６ 風受翼

Claims (12)

1. 軸の周りを回転可能な風車と、
   該風車の回転を利用して振動する振動板と、
   該振動板の振動を利用して発電する圧電素子と、
   を備えていることを特徴とする風力発電装置。
2. 前記圧電素子は、前記風車の外周に配置された円筒形状の内筒体の内周面に設けられ、
   前記振動板は、前記内筒体の内周面に設けられた圧電素子を覆うように設けられ、
   前記風車は、風を受けて回転する複数の風受翼と、該各風受翼の先端同士を連結する連結体と、該連結体に設けられ、前記内筒体の内周面に設けられた前記振動板に接触可能な接触体とを備えている請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記圧電素子は、前記風車の外周に配置された円筒形状の内筒体の内周面に設けられ、
   前記振動板は、前記内筒体の内周面に設けられた圧電素子を覆うように設けられ、
   前記風車は、風を受けて回転する風受翼と、該風受翼と共に回転する羽根車と、該羽根車の先端に設けられ、前記内筒体の内周面に設けられた前記振動板に接触可能な接触体とを備えている請求項１に記載の風力発電装置。
4. 前記圧電素子は、前記風車の外周に配置された円筒形状の内筒体の内周面に設けられ、
   前記振動板は、前記内筒体の内周面に設けられた圧電素子を覆うように設けられ、
   前記風車は、風を受けて回転する風受翼と、該風受翼の先端に設けられ、前記内筒体の内周面に設けられた前記振動板に接触可能な接触体とを備えている請求項１に記載の風力発電装置。
5. 前記圧電素子は、さらに、前記内筒体の外周面に設けられていると共に、該内筒体の外周に円筒状の空間を隔てて配置された円筒形状の外筒体の内周面に設けられており、
   前記振動板は、さらに、前記内筒体の外周面に設けられた圧電素子と前記外筒体の内周面に設けられた圧電素子とを覆うように設けられていると共に、前記内筒体の外周面と前記外筒体の内周面とを連結するように前記円筒状の空間に放射状に設けられており、
   前記円筒状の空間内の放射状に設けられた振動板の間には多数の球体が転動可能に設けられている請求項２〜４のいずれか１の請求項に記載の風力発電装置。
6. 前記風車は、軸の周りを回転可能な円筒体と、該円筒体の外周壁に風受け可能に多数設けられた羽根とを備え、
   前記圧電素子は、前記円筒体の内周面に設けられ、
   前記振動板は、前記内筒体の内周面に設けられた圧電素子を覆うように設けられ、
   前記円筒体の内部には多数の球体が転動可能に設けられている請求項１に記載の風力発電装置。
7. 前記圧電素子は、さらに、前記風車の外周に配置された半円筒形状の外筒体の内周面に設けられ、
   前記振動板は、さらに、前記外筒体の内周面に設けられた圧電素子を覆うように設けられ、
   前記風車の羽根は前記外筒体の内周面に設けられた振動板に接触するように設けられている請求項６に記載の風力発電装置。
8. 前記風車は、風を受けて垂直軸の周りを回転する風受翼と、該風受翼から垂下され、前記振動板に接触可能な接触体とを備え、
   前記圧電素子は前記風車の下方に設けられており、
   前記振動板は前記圧電素子を覆うように設けられている請求項１に記載の風力発電装置。
9. 前記振動板は、さらに、前記垂直軸の外周に突設され、
   前記圧電素子は、さらに、前記垂直軸の外周に突設された前記振動板の外周に設けられている請求項８に記載の風力発電装置。
10. 前記圧電素子は、さらに、前記垂直軸と共に回転する円筒体の内周面に設けられており、
    前記振動板は、さらに、前記円筒体の内周面に設けられた圧電素子を覆うように設けられていると共に、該円筒体の内部を水平に仕切るように設けられ、
    前記円筒体の内部を水平に仕切る前記振動板の間には多数の球体が転動可能に設けられている請求項８又は９に記載の風力発電装置。
11. 前記風車の風受翼には太陽電池が設けられている請求項８〜１０のいずれか１の請求項に記載の風力発電装置。
12. 前記振動板は床上に垂直に立設され、
    前記圧電素子は該振動板の外周に設けられ、
    前記風車は前記振動板の上端に設けられ、風を受けて水平軸の周りを回転可能な風受翼を備えている請求項１に記載の風力発電装置。
    
    

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