JP2011017293A

JP2011017293A - ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置

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Publication number: JP2011017293A
Application number: JP2009162842A
Authority: JP
Inventors: Koji Arima; 浩司有馬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-27

Abstract

【課題】この発明は、風上に向かって回転するブレードへの風力の負荷を減少させて回転数の上昇を図り、発電効率を向上することができるジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置を実現することを目的とする。
【解決手段】この発明は、垂直な回転軸の周りに配置した縦方向に延びる複数のブレードにより風を受けて回転する風車を設け、この風車により風力を回転力に変換して発電を行うジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置において、前記ブレードの回転軌跡が描く円筒面の一部を覆う形状のカバーを前記回転軸に対して回転可能に支持し、風力を受けて前記回転軸に対して風下側に回転移動し、風上に向かって回転する前記ブレードの風上側に前記カバーを回転移動させる翼を前記カバーに連結したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明はジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置に係り、特に、ブレードへの風力の負荷を減少させて回転数の上昇を図り、発電効率を向上することができるジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置に関する。

風力発電装置には、垂直な回転軸の周りに配置した縦方向に延びる複数のブレードにより風を受けて回転する風車を設け、この風車により風力を回転力に変換して発電を行うジャイロミル式風力発電装置がある。図１７・図１８に示すように、ジャイロミル式風力発電装置４０１は、地盤４０２に立設した支柱４０３の上部に風車４０４を設けている。風車４０４は、支柱４０３の上端に垂直な回転軸４０５を回転可能に軸支し、回転軸４０５の周りに複数の支持アーム４０６を周方向等間隔に半径方向に突出させ、支持アーム４０６の先端に縦方向に延びるブレード４０７を周方向等間隔で半径方向等距離に取り付けている。

ジャイロミル式風力発電装置４０１は、風車４０４のブレード４０７に風力を受けて回転軸４０５を回転させ、この回転軸４０５の回転力を支柱４０３に設けた発電機４０８に伝達して駆動することで、発電を行っている。

従来のジャイロミル式風力発電装置には、翼型断面のブレードの下面に、後縁を基点として前縁に向けて形成した空間からなる凹部と、この凹部とブレードの上面とが相互に連通する開口部とを備え、低い風速での自己起動を可能としたものがある。（特許文献１）

また、従来のジャイロミル式風力発電装置には、設定した風速になると風車の回転軸を電動機で回転始動させてブレードを回転させ、風車の回転軸の回転数が設定値に上昇すると電動機を停止して回転軸を空転させ、ブレードの周速比が２〜３になるように負荷を制御することで、自己起動可能とし、風車効率を利用して発電能力を高めたものがある。（特許文献２）

特開２００９−１１４８９７号公報特開２００８−１０６７００号公報

ところで、図１７・図１８に示すように、ジャイロミル式風力発電装置４０１は、全方位からの風の力を回転力に変換して発電できる点で有利であるが、風車４０４の垂直な回転軸４０５の周りでブレード４０７が回転しているため、ブレード４０７が風向に対して風下に向かって回転する状態（図１７において右側のブレード４０７）と風上に向かって回転する状態（図１７において左側のブレード４０７）とが存在する。

このため、ジャイロミル式風力発電装置４０１は、ブレード４０７が風下に向かって回転するとき（図１７において右側）は風力によって回転軸４０５を回転させることができる一方で、ブレード４０７が風上に向かって回転するとき（図１７において左側）は風力が負荷となって回転軸４０５の回転を抑制することになり、発電効率の向上に対して妨げとなる問題があった。

この発明は、風上に向かって回転するブレードへの風力の負荷を減少させて回転数の上昇を図り、発電効率を向上することができるジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置を実現することを目的とする。

この発明は、垂直な回転軸の周りに配置した縦方向に延びる複数のブレードにより風を受けて回転する風車を設け、この風車により風力を回転力に変換して発電を行うジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置において、前記ブレードの回転軌跡が描く円筒面の一部を覆う形状のカバーを前記回転軸に対して回転可能に支持し、風力を受けて前記回転軸に対して風下側に回転移動し、風上に向かって回転する前記ブレードの風上側に前記カバーを回転移動させる翼を前記カバーに連結したことを特徴とする。

この発明のジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置は、風上に向かって回転するブレードの風上側をカバーで覆うことができるので、ブレードに負荷となる風が当たらないようにすることができる。このため、このブレード負荷減少装置は、風上に向かって回転するブレードへの風力による負荷を減少させて回転数の上昇を図ることができ、発電効率を向上することができる。

ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置の平面図である。（実施例１）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置の正面図である。（実施例１）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置の斜視図である。（実施例１）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置の平面図である。（実施例２）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置の正面図である。（実施例２）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置の斜視図である。（実施例２）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置のシステム構成図である。（実施例２）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置の平面図である。（実施例３）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置の正面図である。（実施例３）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置のカバーを開いてブレードを全て覆った状態の平面図である。（実施例３）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置のシステム構成図である。（実施例３）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置の平面図である。（実施例４）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置の正面図である。（実施例４）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置のカバーを開いてブレードを全て覆った状態の平面図である。（実施例４）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置のカバーを開いて直線的に展開した状態の斜視図である。（実施例４）ジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置のシステム構成図である。（実施例４）ジャイロミル式風力発電装置の平面図である。（従来例）ジャイロミル式風力発電装置の正面図である。（従来例）

この発明のジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置は、風上に向かって回転するブレードの風上側をカバーで覆うことで、ブレードへの風力による負荷を減少させて回転数の上昇を図り、発電効率を向上するものである。
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。図１〜図３において、ジャイロミル式風力発電装置１は、地盤２に立設した支柱３の上部に風車４を設けている。風車４は、支柱３の上端に垂直な回転軸５を回転可能に軸支し、回転軸５の周りに複数の支持アーム６を周方向等間隔に半径方向に突出させ、支持アーム６の先端に縦方向に延びるブレード７を周方向等間隔で半径方向等距離に取り付けている。

ジャイロミル式風力発電装置１は、風車４のブレード７に風力を受けて回転軸５を矢印で示す回転方向に回転させ、この回転軸５の回転力を支柱３に設けた発電機８に伝達して駆動することで、発電を行っている。

このジャイロミル式風力発電装置１には、ブレード負荷減少装置９を設けている。ブレード負荷減少装置９は、図１に示すように、ブレード７の外側の回転軌跡が描く円筒面Ｓの一部を覆う形状のカバー１０を設けている。カバー１０には、上下端にブレード７を上下から挟むように上部支持部材１１、下部支持部材１２の一端側を取り付けている。上部支持部材１１、下部支持部材１２の他端側は、上部軸受１３、下部軸受１４に取り付けている。上部軸受１３、下部軸受１４は、回転軸５を上下から挟むように、支柱３に設けられている。これにより、カバー１０は、ブレード７の回転軌跡が描く円筒面Ｓの一部を覆うように、回転軸５に対して回転可能に支持している。

ブレード負荷減少装置９は、カバー１０に翼として、第１翼１５、第２翼１６を連結している。第１翼１５、第２翼１６は、図１・図３に示すように、風向に対して前後及び左右にずれた位置に平行に配設した状態で、上部連結部材１７、下部連結部材１８の一端側を連結している。上部連結部材１７、下部連結部材１８は、他端側を前記上部軸受１３、下部軸受１４に連結している。

このとき、ブレード負荷減少装置９は、第１翼１５、第２翼１６が風力を受けて回転軸５に対して風下側に回転移動した状態で、カバー１０が風上に向かって回転するブレード７の風上側に位置した状態となるように、カバー１０に第１翼１５、第２翼１６を連結している。このように、ブレード負荷減少装置９は、風力を受けて回転軸５に対して風下側に回転移動し、風上に向かって回転するブレード７の風上側にカバー１０を回転移動させる第１翼１５、第２翼１６を、カバー１０に連結している。

次に作用を説明する。
ジャイロミル式風力発電装置１のブレード負荷減少装置９は、ジャイロミル式風力発電装置１が風車４の回転で発電機８を駆動して発電を行っている時に、例えば、風が図１の下側から吹いている場合に、第１翼１５、第２翼１６が風力を受けて回転軸５に対して風下側である図１の右上側に回転移動することで、風上に向かって回転するブレード７（図１における左側のブレード７）の風上側である図１の左下側の位置にカバー１０を回転移動させる。

また、ブレード負荷減少装置９は、風向が変化して、例えば、風が図１の右側から吹いた場合に、第１翼１５、第２翼１６が風力を受けて回転軸５に対して風下側である図１の左上側に回転移動することで、風上に向かって回転するブレード７（図１における下側のブレード７）の風上側である図１の右下側の位置にカバー１０を回転移動させる。

このように、ブレード負荷減少装置９は、風上に向かって回転するブレード７の風上側をカバー１０で覆うことができるので、ブレード７に負荷となる風が当たらないようにすることができる。このため、このブレード負荷減少装置９は、風上に向かって回転するブレード７への風力による負荷を減少させて回転数の上昇を図ることができ、ジャイロミル式風力発電装置１の発電効率を向上することができる。

図４〜図７は、この発明の別の実施例を示すものである。ジャイロミル式風力発電装置１０１は、図４〜図６に示すように、地盤１０２に立設した支柱１０３の上部に風車１０４を設けている。風車１０４は、支柱１０３の上端に垂直な回転軸１０５を回転可能に軸支し、回転軸１０５の周りに複数の支持アーム１０６を周方向等間隔に半径方向に突出させ、支持アーム１０６の先端に縦方向に延びるブレード１０７を周方向等間隔で半径方向等距離に取り付けている。

ジャイロミル式風力発電装置１０１は、風車１０４のブレード１０７に風力を受けて回転軸１０５を矢印に示す回転方向に回転させ、この回転軸１０５の回転力を支柱１０３に設けた発電機１０８に伝達して駆動することで、発電を行っている。

このジャイロミル式風力発電装置１０１には、ブレード負荷減少装置１０９を設けている。ブレード負荷減少装置１０９は、図４に示すように、ブレード１０７の外側の回転軌跡が描く円筒面Ｓの一部を覆う形状のカバー１１０を設けている。カバー１１０には、上下端にブレード１０７を上下から挟むように上部支持部材１１１、下部支持部材１１２の一端側を取り付けている。上部支持部材１１１、下部支持部材１１２の他端側は、上部軸受１１３、下部軸受１１４に取り付けている。上部軸受１１３、下部軸受１１４は、回転軸１０５を上下から挟むように、支柱１０３に設けられている。これにより、カバー１１０は、ブレード１０７の回転軌跡が描く円筒面Ｓの一部を覆うように、回転軸１０５に対して回転可能に支持している。

前記ブレード負荷減少装置１０９は、カバー１１０を回転軸１０５に対して回転移動させる駆動手段１１５を設けている。駆動手段１１５は、モータ１１６と伝達機構１１７とから構成される。モータ１１６及び伝達機構１１７は、支柱１０３に対して固定され、回転軸１０５及び上部軸受１１３、下部軸受１１４に対して相対回転可能に設けている。駆動手段１１５は、駆動源であるモータ１１６の駆動力を伝達機構１１７により上部支持部材１１１に伝達し、カバー１１０を回転させる。

また、ブレード負荷減少装置１０９は、風向及び風速を検出する風向風速センサ１１８を設けている。前記駆動手段１１５のモータ１１６、風向風速センサ１１８は、図７に示すように、制御手段１１９に接続している。制御手段１１９には、カバー１１０の回転位置を検出する角度センサ１２０を接続している。

制御手段１１９は、風向風速センサ１１８の検出する風向に基づいて、風上に向かって回転するブレード１０７の風上側にカバー１１０を回転移動させるように駆動手段１１５のモータ１１６を動作制御する。また、制御手段１１９は、角度センサ１２０の検出するカバー１１０の回転位置に基づいて、カバー１１０が風上に向かって回転するブレード１０７の風上側に回転移動したかを判定し、駆動手段１１５のモータ１１６を停止させるように動作制御する。

次に作用を説明する。
ジャイロミル式風力発電装置１のブレード負荷減少装置１０９は、ジャイロミル式風力発電装置１０１が風車１０４の回転で発電機１０８を駆動して発電を行っている時に、例えば、風が図４の下側から吹いている場合に、制御手段１１９によって、風向風速センサ１１８の検出する風向に基づいて駆動手段１１５のモータ１１６を駆動制御し、風上に向かって回転するブレード１０７（図４における左側のブレード１０７）の風上側である図４の左下側の位置にカバー１１０を回転移動させる。ブレード負荷減少装置１０９は、制御手段１１９によって、角度センサ１２０の検出するカバー１１０の回転位置に基づいて、カバー１１０が風上に向かって回転するブレード１０７の風上側である図４の左下側の位置に回転移動すると、駆動手段１１５のモータ１１６を停止させるように動作制御する。

また、ブレード負荷減少装置１０９は、風向が変化して、例えば、風が図４の右側から吹いた場合に、制御手段１１９によって、風向風速センサ１１８の検出する風向に基づいてモータ１１６を駆動することで、風上に向かって回転するブレード１０７（図４における下側のブレード１０７）の風上側である図４の右下側の位置にカバー１１０を回転移動させる。ブレード負荷減少装置１０９は、カバー１１０が風上に向かって回転するブレード１０７の風上側である図４の右下側の位置に回転移動すると、制御手段１１９によって、角度センサ１２０の検出するカバー１１０の回転位置に基づいてモータ１１６を停止させる。

これにより、ブレード負荷減少装置１０９は、風上に向かって回転するブレード１０７の風上側をカバー１１０で覆うことができるので、ブレード１０７に負荷となる風が当たらないようにすることができる。このため、このブレード負荷減少装置１０９は、風上に向かって回転するブレード１０７への風力による負荷を減少させて回転数の上昇を図ることができ、ジャイロミル式風力発電装置１の発電効率を向上することができる。

図８〜図１１は、この発明のさらに別の実施例を示すものである。ジャイロミル式風力発電装置２０１は、図８〜図１１に示すように、地盤２０２に立設した支柱２０３の上部に風車２０４を設けている。風車２０４は、支柱２０３の上端に垂直な回転軸２０５を回転可能に軸支し、回転軸２０５の周りに複数の支持アーム２０６を周方向等間隔に半径方向に突出させ、支持アーム２０６の先端に縦方向に延びるブレード２０７を周方向等間隔で半径方向等距離に取り付けている。

ジャイロミル式風力発電装置２０１は、風車２０４のブレード２０７に風力を受けて回転軸２０５を矢印で示す回転方向に回転させ、この回転軸２０５の回転力を支柱２０３に設けた発電機２０８に伝達して駆動することで、発電を行っている。

このジャイロミル式風力発電装置２０１には、ブレード負荷減少装置２０９を設けている。ブレード負荷減少装置２０９は、図８に示すように、ブレード２０７の外側の回転軌跡が描く円筒面Ｓの一部を覆う形状のカバーを複数、例えば、第１カバー２１０〜第５カバー２１４を設けている。これら第１〜第５カバー２１０〜２１４は、層状に重ねた状態（図８・図９）ではブレード２０７の外側の回転軌跡が描く円筒面Ｓの一部を覆う形状になり、開いた状態（図１０）ではブレード２０７の外側の回転軌跡が描く円筒面Ｓの全部を覆う形状になる。

第１〜第５カバー２１０〜２１４には、それぞれ上下端にブレード２０７を上下から挟むように、上部第１支持部材２１５〜第５支持部材２１９、下部第１支持部材２２０〜第４支持部材２２４の各一端側をそれぞれ取り付けている。上部第１〜第５支持部材２１５〜２１９、下部第１〜第５支持部材２２０〜２２４の各他端側は、上部第１軸受２２５〜上部第５軸受２２９、下部第１軸受２３０〜下部第５軸受２３４にそれぞれ取り付けている。上部第１〜第５軸受２２５〜２２９、下部第１〜第５軸受２３０〜２３４は、回転軸２０５を上下から挟むように、支柱２０３に設けられている。

これにより、第１〜第５カバー２１０〜２１４は、層状に重ねた状態ではブレード２０７の回転軌跡が描く円筒面Ｓの一部を覆い、開いた状態ではブレード２０７の外側の回転軌跡が描く円筒面Ｓの全部を覆うように、回転軸２０５に対して相互に回転可能に支持している。

ブレード負荷減少装置２０９は、層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４の、最外層の第１カバー２１０を回転軸２０５に対して回転移動させる駆動手段２３５を設けている。駆動手段２３５は、モータ２３６と伝達機構２３７とから構成される。モータ２３６及び伝達機構２３７は、支柱２０３に対して固定され、回転軸２０５及び上部第１〜第５軸受２２５〜２２９、下部第１〜第５軸受２３０〜２３４に対して相対回転可能に設けている。駆動手段２３５は、駆動源であるモータ２３６の駆動力を伝達機構２３７により上部第１支持部材２２０に伝達し、第１カバー２１０を回転させる。

また、ブレード負荷減少装置２０９は、最外層の第１カバー２１０から最内層の第５カバー２１４までの隣接するカバー同士を連結するとともに、隣接するカバー同士を開閉する第１開閉手段２３８〜第４開閉手段２４１を設けている。第１開閉手段２３８〜第４開閉手段２４１は、圧力により伸縮可能な圧力シリンダからなる。圧力シリンダからなる第１開閉手段２３８〜第４開閉手段２４１は、図１１に示すように、第１制御弁２４２〜第４制御弁２４５により圧力を調整されて伸長・短縮される。

第１開閉手段２３８は、最外層の第１カバー２１０の上部第１支持部材２１５と、内側に隣接する第２カバー２１１の上部第２支持部材２１６とに跨るように取り付けている。第２開閉手段２３９は、第２カバー２１１の上部第２支持部材２１６と、内側に隣接する第３カバー２１２の上部第３支持部材２１７とに跨るように取り付けている。第３開閉手段２４０は、第３カバー２１２の上部第３支持部材２１７と、内側に隣接する第４カバー２１３の上部第４支持部材２１８とに跨るように取り付けている。第４開閉手段２４１は、第４カバー２１３の上部第４支持部材２１８と、内側に隣接する最内層の第５カバー２１４の上部第５支持部材２１９とに跨るように取り付けている。第１開閉手段２３８〜第４開閉手段２４１は、図１０に示すように、上部第１〜第５支持部材２１５〜２１９の周方向一側縁であって、隣接する上部第１〜第５支持部材２１５〜２１９同士の外側部分と内側部分とに跨るように取り付けている。

これにより、第１開閉手段２３８〜第４開閉手段２４１は、最外層の第１カバー２１０から最内層の第５カバー２１４までの隣接するカバー同士を連結するとともに、第１〜第４制御弁２４２〜２４５の調整する圧力により伸縮して隣接するカバー同士を開閉する。また、前記駆動手段２３５は、モータ２３６により上部第１支持部材２１５を介して第１カバー２１０を回転させるが、第１開閉手段２３８〜第４開閉手段２４１が隣接するカバー同士を連結しているので、第１カバー２１０とともに連結された第２〜第５カバー２１１〜２１４を回転させる。

さらに、ブレード負荷減少装置２０９は、風向及び風速を検出する風向風速センサ２４６を設けている。前記駆動手段２３５のモータ２３６、第１制御弁２４２〜第４制御弁２４５、風向風速センサ２４６は、図１１に示すように、制御手段２４７に接続している。制御手段２４７には、第１カバー２１０の回転位置を検出する角度センサ２４８を接続している。

制御手段２４７は、風向風速センサ２４６の検出する風向に基づいて、風上に向かって回転するブレード２０７の風上側に、層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４を回転移動させるように駆動手段２３５のモータ２３６を動作制御する。また、制御手段２４７は、角度センサ２４８の検出する第１カバー２１０の回転位置に基づいて、層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４が風上に向かって回転するブレード２０７の風上側に回転移動したかを判定し、駆動手段２３５のモータ２３６を停止させるように動作制御する。

さらに、制御手段２４７は、風向風速センサ２４６の検出する風速が設定値（例えば、ブレード２０７に損傷を与えるおそれがある強い風速）を超えた場合に、層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４を開いてブレード２０７の回転軌跡が描く円筒面Ｓの全部を覆うように、第１制御弁２４２〜第４制御弁２４５により圧力を調整して第１開閉手段２３８〜第４開閉手段２４１を伸長させるように動作制御する。

次に作用を説明する。
ジャイロミル式風力発電装置２０１のブレード負荷減少装置２０９は、ジャイロミル式風力発電装置２０１が風車２０４の回転で発電機２０８を駆動して発電を行っている時に、例えば、風が図８の下側から吹いている場合に、制御手段２４７によって、風向風速センサ２４６の検出する風向に基づいて駆動手段２３５のモータ２３６を駆動制御し、風上に向かって回転するブレード２０７（図８における左側のブレード２０７）の風上側である図８の左下側の位置に、層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４を回転移動させる。ブレード負荷減少装置２０９は、制御手段２４７によって、角度センサ２４８の検出する第１カバー２１０の回転位置に基づいて、第１カバー２１０が風上に向かって回転するブレード２０７の風上側である図８の左下側の位置に回転移動すると、駆動手段２３５のモータ２３６を停止させるように動作制御する。

また、ブレード負荷減少装置２０９は、風向が変化して、例えば、風が図８の右側から吹いた場合に、制御手段２４７によって、風向風速センサ２４６の検出する風向に基づいてモータ２３６を駆動することで、風上に向かって回転するブレード２０７（図８における下側のブレード２０７）の風上側である図８の右下側の位置に、層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４を回転移動させる。ブレード負荷減少装置２０９は、層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４が風上に向かって回転するブレード２０７の風上側である図８の右下側の位置に回転移動すると、制御手段２４７によって、角度センサ２４８の検出する層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４の回転位置に基づいてモータ２３６を停止させる。

これにより、ブレード負荷減少装置２０９は、風上に向かって回転するブレード２０７の風上側を層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４で覆うことができるので、ブレード２０７に負荷となる風が当たらないようにすることができる。このため、このブレード負荷減少装置２０９は、風上に向かって回転するブレード２０７への風力による負荷を減少させて回転数の上昇を図ることができ、ジャイロミル式風力発電装置２０１の発電効率を向上することができる。

さらに、このブレード負荷減少装置２０９は、制御手段２４７によって、風向風速センサ２４６の検出する風速が設定値（例えば、ブレード２０７に損傷を与えるおそれがある強い風速）を超えた場合に、第１制御弁２４２〜第４制御弁２４５により圧力を調整し、第１開閉手段２３８〜第４開閉手段２４１を伸長させて層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４を開き、ブレード２０７の回転軌跡が描く円筒面Ｓの全部を覆うように、第１開閉手段２３８〜第４開閉手段２４１を動作制御する。

これにより、ブレード負荷減少装置２０９は、ブレード２０７に損傷を与えるおそれがある強風時に、風車２０４のブレード２０７の全周面を第１〜第５カバー２１０〜２１４で覆うことができるので、ブレード２０７を保護することができる。

さらにまた、このブレード負荷減少装置２０９は、制御手段２４７によって、層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４の位置を、風が強くなるほど図８に２点鎖線で示すように風下側に回転するブレード２０７をも覆うように回転移動させることで、ブレード２０７に作用する風力を調整して発電機２０８の出力を安定させることができる。ブレード負荷減少装置２０９は、層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４の位置の変化のみによって、ブレード２０７に作用する風力を調整して発電機２０８の出力を安定させることができない状況となった場合には、制御手段２４７によって、層状に重ねた第１〜第５カバー２１０〜２１４を順次に開き、ブレード２０７の回転軌跡が描く円筒面Ｓを次第に大きく覆うことで、ブレード２０７の保護を果たしつつ、発電機２０８の出力を安定させることができる。

図１２〜図１６は、この発明の別の実施例を示すものである。ジャイロミル式風力発電装置３０１は、地盤３０２に立設した支柱３０３の上部に風車３０４を設けている。風車３０４は、支柱３０３の上端に垂直な回転軸３０５を回転可能に軸支し、回転軸３０５の周りに複数の支持アーム３０６を周方向等間隔に半径方向に突出させ、支持アーム３０６の先端に縦方向に延びるブレード３０７を周方向等間隔で半径方向等距離に取り付けている。

ジャイロミル式風力発電装置３０１は、風車３０４のブレード３０７に風力を受けて回転軸３０５を矢印で示す回転方向に回転させ、この回転軸３０５の回転力を支柱３０３に設けた発電機３０８に伝達して駆動することで、発電を行っている。

このジャイロミル式風力発電装置３０１には、ブレード負荷減少装置３０９を設けている。ブレード負荷減少装置３０９は、図１２に示すように、ブレード３０７の外側の回転軌跡が描く円筒面Ｓの一部を覆う形状のカバーを複数、例えば、第１カバー３１０〜第５カバー３１４を設けている。これら第１〜第５カバー３１０〜３１４は、層状に重ねた状態（図１２・図１３）ではブレード３０７の外側の回転軌跡が描く円筒面Ｓの一部を覆う形状になり、開いた状態（図１４・図１５）ではブレード３０７の外側の回転軌跡が描く円筒面Ｓの全部を覆う形状になる。

第１カバー３１０には、上下端にブレード３０７を上下から挟むように、上部支持部材３１５、下部支持部材３１６の各一端側をそれぞれ取り付けている。上部支持部材３１５、下部支持部材３１６の各他端側は、上部軸受３１７、下部軸受３１８にそれぞれ取り付けている。上部軸受３１７、下部軸受３１８は、回転軸３０５を上下から挟むように、支柱３０３に設けられている。

上部軸受３１７の下方で回転軸３０５の上部の支柱３０３には、複数の上部連結部材３１９を周方向等間隔に半径方向に突出させ、複数の上部連結部材３１９の先端に円環形状の上部ガイド部３２０を半径方向等距離に取り付けている。円環形状の上部ガイド部３２０には、外周に２本の上部レール３２１を平行に設けている。また、下部軸受３１８の上方で回転軸３０５の下部の支柱３０３には、複数の下部連結部材３２２を周方向等間隔に半径方向に突出させ、複数の下部連結部材３２２の先端に円環形状の下部ガイド部３２３を半径方向等距離に取り付けている。円環形状の下部ガイド部３２３には、外周に２本の下部レール３２４を平行に設けている。

第１カバー３１０の上部には、図１５に示すように、前記本の上部レール３２１とそれぞれ係合して移動可能な２つの上部第１移動体３２５を設けている。２つの上部第１移動体３２５は、２本の上部レール３２１と同じ間隔で上下に離れ、かつ周方向（開閉方向）に離れた状態で、第１カバー３１０の上部に設けられている。また、第１カバー３１０の下部には、前記２本の下部レール３２４とそれぞれ係合して走行する２つの下部第１移動体３２６を設けている。２つの下部第１移動体３２６は、２本の下部レール３２４と同じ間隔で上下に離れ、かつ周方向（開閉方向）に離れた状態で、第１カバー３１０の下部に設けられている。

前記第２カバー３１１には、第１カバー３１０と同様の構成で、上部に２つの上部第２移動体３２７を設け、下部に２つの下部第２移動体３２８を設けている。また、第３カバー３１２には、同様の構成で、上部に２つの上部第３移動体３２９を設け、下部に２つの下部第３移動体３３０を設けている。さらに、第４カバー３１３には、同様の構成で、上部に２つの上部第４移動体３３１を設け、下部に２つの下部第４移動体３３２を設けている。また、第５カバー３１４には、同様の構成で、上部に２つの上部第５移動体３３３を設け、下部に２つの下部第５移動体３３４を設けている。

第１〜第５カバー３１０〜３１４は、各２つの上部第１〜第５移動体３２５・３２７・３２９・３３１・３３３と、各２つの下部第１〜第５移動体３２６・３２８・３３０・３３２・３３４とを、それぞれ上下かつ周方向（開閉方向）に離れた状態で、２本の上部レール３２１と２本の下部レール３２４とに係合することによって、周方向に独立して移動可能となっている。

これにより、第１〜第５カバー３１０〜３１４は、層状に重ねた状態ではブレード３０７の回転軌跡が描く円筒面Ｓの一部を覆い、開いた状態ではブレード３０７の外側の回転軌跡が描く円筒面Ｓの全部を覆うように、回転軸３０５に対して相互に回転可能に支持している。

ブレード負荷減少装置３０９は、層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４の、最外層の第１カバー３１０を回転軸３０５に対して回転移動させる駆動手段３３５を設けている。駆動手段３３５は、モータ３３６と伝達機構３３７とから構成される。モータ３３６及び伝達機構３３７は、支柱３０３に対して固定され、回転軸３０５及び上部軸受３１７、下部軸受３１８に対して相対回転可能に設けている。駆動手段３３５は、駆動源であるモータ３３６の駆動力を伝達機構３３７により上部支持部材３１５に伝達し、第１カバー３１０を回転させる。

また、ブレード負荷減少装置３０９は、最外層の第１カバー３１０から最内層の第５カバー３１４までの隣接するカバー同士を連結するとともに、隣接するカバー同士を開閉する第１開閉手段３３８〜第４開閉手段３４１を設けている。第１開閉手段３３８〜第４開閉手段３４１は、圧力により伸縮可能な圧力シリンダからなる。圧力シリンダからなる第１開閉手段３３８〜第４開閉手段３４１は、図１６に示すように、第１制御弁３４２〜第４制御弁３４５により圧力を調整されて伸長・短縮される。

第１開閉手段３３８は、最外層の第１カバー３１０の上部支持部材３１５と、内側に隣接する第２カバー３１１の上部周方向一側縁から上部ガイド部３２０を越えて支柱３０３に向かって延長した第２延長部材３４６とに跨るように取り付けている。第２開閉手段３３９は、第２カバー３１１の第２延長部材３４６と、内側に隣接する第３カバー３１２の上部周方向一側縁から上部ガイド部３２０を越えて支柱３０３に向かって延長した第３延長部材３４７とに跨るように取り付けている。第３開閉手段３４０は、第３カバー３１２の第３延長部材３４７と、内側に隣接する第４カバー３１３の上部周方向一側縁から上部ガイド部３２０を越えて支柱３０３に向かって延長した第４延長部材３４８とに跨るように取り付けている。第４開閉手段３４１は、第４カバー３１３の第４延長部材３４８と、内側に隣接する第５カバー３１４の上部周方向一側縁から上部ガイド部３２０を越えて支柱３０３に向かって延長した第５延長部材３４９とに跨るように取り付けている。第１開閉手段３３８〜第４開閉手段３４１は、図１４に示すように、第１〜第５カバー３１０〜３１４の上部周方向一側縁であって、隣接する第１カバー３１０の上部支持部材３１５及び第２〜第５カバー３１１〜３１４の第２〜第５延長部材３４６〜３４９同士の外側部分と内側部分とに跨るように取り付けている。

これにより、第１開閉手段３３８〜第４開閉手段３４１は、最外層の第１カバー３１０から最内層の第５カバー３１４までの隣接するカバー同士を連結するとともに、第１〜第４制御弁３４２〜３４５の調整する圧力により伸縮して隣接するカバー同士を上部レール３２１、下部レール３２４に沿って開閉する。また、前記駆動手段３３５は、モータ３３６により上部支持部材３１５を介して第１カバー３１０を回転させるが、第１開閉手段３３８〜第４開閉手段３４１が隣接するカバー同士を連結しているので、第１カバー３１０とともに連結された第２〜第５カバー３１１〜３１４を上部レール３２１、下部レール３２４に沿って回転させる。

さらに、ブレード負荷減少装置３０９は、風向及び風速を検出する風向風速センサ３５０を設けている。前記駆動手段３３５のモータ３３６、第１〜第４制御弁３４２〜３４５、風向風速センサ３５０は、図１６に示すように、制御手段３５１に接続している。制御手段３５１には、第１カバー３１０の回転位置を検出する角度センサ３５２を接続している。

制御手段３５１は、風向風速センサ３５０の検出する風向に基づいて、風上に向かって回転するブレード３０７の風上側に、層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４を回転移動させるように駆動手段３３５のモータ３３６を動作制御する。また、制御手段３５１は、角度センサ３５０の検出する第１カバー３１０の回転位置に基づいて、層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４が風上に向かって回転するブレード３０７の風上側に回転移動したかを判定し、駆動手段３３５のモータ３３６を停止させるように動作制御する。

さらに、制御手段３５１は、風向風速センサ３５０の検出する風速が設定値（例えば、ブレード３０７に損傷を与えるおそれがある強い風速）を超えた場合に、層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４を開いてブレード３０７の回転軌跡が描く円筒面Ｓの全部を覆うように、第１制御弁３４２〜第４制御弁３４５により圧力を調整して第１開閉手段３３８〜第４開閉手段３４１を伸長させるように動作制御する。

次に作用を説明する。
ジャイロミル式風力発電装置３０１のブレード負荷減少装置３０９は、ジャイロミル式風力発電装置３０１が風車３０４の回転で発電機３０８を駆動して発電を行っている時に、例えば、風が図１２の下側から吹いている場合に、制御手段３５１によって、風向風速センサ３５０の検出する風向に基づいて駆動手段３３５のモータ３３６を駆動制御し、風上に向かって回転するブレード３０７（図１２における左側のブレード３０７）の風上側である図１２の左下側の位置に、層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４を回転移動させる。ブレード負荷減少装置３０９は、制御手段３５１によって、角度センサ３５２の検出する第１カバー３１０の回転位置に基づいて、第１カバー３１０が風上に向かって回転するブレード３０７の風上側である図１２の左下側の位置に回転移動すると、駆動手段３３５のモータ３３６を停止させるように動作制御する。

また、ブレード負荷減少装置３０９は、風向が変化して、例えば、風が図１２の右側から吹いた場合に、制御手段３５１によって、風向風速センサ３５０の検出する風向に基づいてモータ３３６を駆動することで、風上に向かって回転するブレード３０７（図１２における下側のブレード３０７）の風上側である図１２の右下側の位置に、層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４を回転移動させる。ブレード負荷減少装置３０９は、層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４が風上に向かって回転するブレード３０７の風上側である図１２の右下側の位置に回転移動すると、制御手段３５１によって、角度センサ３５２の検出する層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４の回転位置に基づいてモータ３３６を停止させる。

これにより、ブレード負荷減少装置３０９は、風上に向かって回転するブレード３０７の風上側を層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４で覆うことができるので、ブレード３０７に負荷となる風が当たらないようにすることができる。このため、このブレード負荷減少装置３０９は、風上に向かって回転するブレード３０７への風力による負荷を減少させて回転数の上昇を図ることができ、ジャイロミル式風力発電装置３０１の発電効率を向上することができる。

さらに、このブレード負荷減少装置３０９は、制御手段３５１によって、風向風速センサ３５０の検出する風速が設定値（例えば、ブレード３０７に損傷を与えるおそれがある強い風速）を超えた場合に、第１制御弁２３２〜第４制御弁３４５により圧力を調整し、第１開閉手段３３８〜第４開閉手段３４１を伸長させて層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４を開き、ブレード３０７の回転軌跡が描く円筒面Ｓの全部を覆うように、第１開閉手段３３８〜第４開閉手段３４１を動作制御する。

これにより、ブレード負荷減少装置３０９は、ブレード３０７に損傷を与えるおそれがある強風時に、風車３０４のブレード３０７の全周面を第１〜第５カバー３１０〜３１４で覆うことができるので、ブレード３０７を保護することができる。

さらにまた、このブレード負荷減少装置３０９は、制御手段３５１によって、層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４の位置を、風が強くなるほど図１２に２点鎖線で示すように風下側に回転するブレード３０７をも覆うように回転移動させることで、ブレード３０７に作用する風力を調整して発電機３０８の出力を安定させることができる。ブレード負荷減少装置３０９は、層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４の位置の変化のみによって、ブレード３０７に作用する風力を調整して発電機３０８の出力を安定させることができない状況となった場合には、制御手段３５１によって、層状に重ねた第１〜第５カバー３１０〜３１４を順次に開き、ブレード３０７の回転軌跡が描く円筒面Ｓを次第に大きく覆うことで、ブレード３０７の保護を果たしつつ、発電機３０８の出力を安定させることができる。

この発明のジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置は、風上に向かって回転するブレードへの風力による負荷を減少させて発電効率を向上することができるものであり、風力発電装置以外の風車の回転力を利用する機器に応用することができる。

１ジャイロミル式風力発電装置
２地盤
３支柱
４風車
５回転軸
６支持アーム
７ブレード
８発電機
９ブレード負荷減少装置
１０カバー
１１上部支持部材
１２下部支持部材
１３上部軸受
１４下部軸受
１５第１翼
１６第２翼
１７上部連結部材
１８下部連結部材

Claims

垂直な回転軸の周りに配置した縦方向に延びる複数のブレードにより風を受けて回転する風車を設け、
この風車により風力を回転力に変換して発電を行うジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置において、
前記ブレードの回転軌跡が描く円筒面の一部を覆う形状のカバーを前記回転軸に対して回転可能に支持し、
風力を受けて前記回転軸に対して風下側に回転移動し、風上に向かって回転する前記ブレードの風上側に前記カバーを回転移動させる翼を前記カバーに連結したことを特徴とするジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置。
垂直な回転軸の周りに配置した縦方向に延びる複数のブレードにより風を受けて回転する風車を設け、
この風車により風力を回転力に変換して発電を行うジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置において、
前記ブレードの回転軌跡が描く円筒面の一部を覆う形状のカバーを前記回転軸に対して回転可能に支持し、
前記カバーを回転軸に対して回転移動させる駆動手段を設け、
風向及び風速を検出する風向風速センサを設け、
前記風向風速センサの検出する風向に基づいて、風上に向かって回転する前記ブレードの風上側に前記カバーを回転移動させるように前記駆動手段を動作制御する制御手段を設けたことを特徴とするジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置。
垂直な回転軸の周りに配置した縦方向に延びる複数のブレードにより風を受けて回転する風車を設け、
この風車により風力を回転力に変換して発電を行うジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷減少装置において、
前記ブレードの回転軌跡が描く円筒面の一部を覆う形状のカバーを複数設けるとともに複数のカバーを層状に重ねて前記回転軸に対して相互に回転可能に支持し、
最外層のカバーを前記回転軸に対して回転移動させる駆動手段を設け、
最外層のカバーから最内層のカバーまでの隣接するカバー同士を連結するとともに隣接するカバー同士を開閉する開閉手段を設け、
風向及び風速を検出する風向風速センサを設け、
前記風向風速センサの検出する風向に基づいて、風上に向かって回転する前記ブレードの風上側に前記層状に重ねた複数のカバーを回転移動させるように前記駆動手段を動作制御するとともに、前記風向風速センサの検出する風速が設定値を超えた場合に、前記層状に重ねた複数のカバーを開いて前記ブレードの回転軌跡が描く円筒面の全部を覆うように前記開閉手段を動作制御する制御手段を設けたことを特徴とするジャイロミル式風力発電装置のブレード負荷軽減装置。