JP2012172676A

JP2012172676A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2012172676A
Application number: JP2011054742A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Takao; 信博鷹尾; Yuka Kanamori; 裕加金森; Masafumi Takahashi; 将文高橋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】固定の集風装置では、斜面に設置することが困難で、設置間隔も広げる必要がある。回転する集風装置では、発電機から電力を直接出力することが出来ない。
【解決手段】風が流入する第１開口部と、第１開口部より小面積で、かつ第１開口部から流入した風が流出する第２開口部と、第１開口部の近傍に設けられた支持体の回転中心軸の周囲を回転して第１開口部を風の方向に向ける集風部と、入力軸が支持体の回転中心軸に一致するように支持体に固定された発電機または発電機を増速する増速機と、第２開口部から流出する風で入力軸を回転させる風車を備える。第２開口部から流出する風速は第１開口部から流入する風速より高くなり、低い風速でも風車を回転させ、発電機から電力を直接出力することが出来る。
【選択図】図１０

Description

本発明は、風力発電装置に関し、風の方向に関係なく作動し、狭いスペースでも設置が可能な風力発電装置に関するものである。

近年、地球の温暖化防止の一つの手段として、風力発電装置が世界的に普及している。

例えば、特開２００１−１９３６３２号公報では、四方いずれの方向からの風でも風車を回転させることが出来る風力発電装置が開示されている。箱体は四方に開口部を有し、開口部につながる通路へ導かれた風は中心に向かって集中し、風車の下より流入して風車を回転させ、上部の開口部より吸引されて流出する。開口部の周囲にはランドが設けられ、周囲の風を剥離させて開口部の圧力を下げて風を吸引する。箱体の中心部には、風車が軸に固定され、発電機を回転させる。

また、特開平１１−２２６２５号公報では、円錐台形状フレームをポールに吹き流しのように軸支し、上底付近に、風車のブレードを配置した風車が開示されている。円錐台形状フレームを覆うフードは、風を集め、狭められた円錐台形上底の出口から、増幅された流速の風が流出する。ブレードの後方には，負圧が働き、回転トルクを増幅させて、発電機の回転軸に固定したブレードを回転させる。

特開２００１−１９３６３２号公報特開平１１−２２６２５号公報

ところで、風力発電装置をさらに普及させるためには、設置場所や設置間隔の制約が少なく、風の方向で発電量が小さくなることが無いことが望まれる。また、発電機から電力を、スリップリングとブラシなどを使用せずに、直接出力出来ることも望まれる。

したがって、特開２００１−１９３６３２号公報の箱体の構造では、斜面に設置することが困難で、風通しを良くするためには、設置間隔も広げる必要がある。また、開口部につながる通路と同じ方向の風では、発電量が小さくなる問題がある。また、特開平１１−２２６２５号公報の構造では、発電機から電力を、スリップリングとブラシなどを使用して出力することが必要である。

本発明は、設置場所や設置間隔の制約が少なく、風の方向で発電量が影響されず、発電機から電力を直接出力することが可能な風力発電装置を提供することを、主な目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明は、風が流入する第１開口部と、第１開口部より小面積でかつ第１開口部から流入した風が流出する第２開口部と、第１開口部の近傍に設けられ地面と略垂直の支持体に直接または間接的に回転自在に支持された支持部と、支持部に支持されかつ風力で支持体の回転中心軸の周囲を回転して第１開口部を風が流入する方向に向ける集風部と、入力軸が集風部の回転中心軸に一致するように支持体に固定された発電機または発電機を増速する増速機と、第２開口部から流出する風で入力軸を直接または動力を伝達する手段を介して回転させる風車と、を備えている。

また、本発明は、支持部が発電機または発電機を増速する増速機の近傍に設けられた第１支持部と、支持体を支持する基礎の近傍に設けられた第２支持部と、を備えている。

また、本発明は、第１支持部が発電機と支持体の間に設けられた軸受によって支持された構成をしている。

また、本発明は、第１支持部が発電機または発電機を増速する増速機の入力軸の側に設けられた軸受によって支持された構成をしている。

また、本発明は、発電機または発電機を増速する増速機の入力軸に固定された風車の周囲に、第２開口部を備えている。

また、本発明は、第１支持部が発電機と支持体の間の軸受によって支持され、入力軸の周囲に、第２開口部につながる集風部の非開口面の一部を備えている。

また、本発明は、第１支持部が発電機と支持体の間の軸受によって支持され、発電機を内包するように、第２開口部につながる集風部の非開口面の一部を備えている。

また、本発明は、第１支持部が発電機または発電機を増速する増速機の入力軸の側の軸受によって支持され、入力軸の周囲に、第２開口部につながる集風部の非開口面の一部を備えている。

また、本発明は、動力を伝達する手段としての、風車の回転軸に固定された第１回転体と、発電機または増速機の入力軸に設けられ、第１回転体から直接または動力伝達部を介して、回転させられる第２回転体と、を備えている。

また、本発明は、第１回転体と第２回転体がそれぞれプーリまたはタイミングプーリまたはスプロケットから構成され、各々のプーリまたはタイミングプーリまたはスプロケットをそれぞれ結合するベルトまたはタイミングベルトまたはチェーンから構成された動力伝達部を備えている。

また、本発明は、動力伝達部の張力または緩みを調整するためのテンショナを、第１回転体と第２回転体の間に備えている。

また、本発明は、第１回転体と第２回転体が、それぞれ歯車から構成され、動力伝達部として各々の歯車を結合させる１つ以上の歯車を備えている。

また、本発明は、第１回転体と第２回転体が、それぞれ直接結合する歯車から構成されている。

また、本発明は、第１回転体と第２回転体が、それぞれ直接結合する傘歯車から構成されている。

また、本発明は、第１回転体と第２回転体の周囲に、風車の近傍の集風部に固定され、回転中心軸の周りを回転する筐体を備えている。

また、本発明は、第１開口部の左右の面が略平面で、左右の面を除く面が略円弧状および略円状の集風部を備えている。

また、本発明は、前記回転中心軸からの距離が遠い前記集風部の面は、下方に向かうほど前記回転中心軸からの距離が近くなるような前記集風部を備えている。

また、本発明は、風車の回転によって生じる反力を相殺するように、第１開口部の左右の面の水平方向の長さが異なる集風部を備えている。

また、本発明は、集風部の第１開口部から流入した風を分流して第２開口部へ流出するように、集風部の左右の面に固定された１つ以上の仕切り板を備えている。

また、本発明は、集風部の一部に一定以上の風圧で開口する保護手段を備えている。

また、本発明は、集風部が風向きの変化で高速に回転することを防止する回転防止手段を、支持体または支持体の近傍に備えている。

本出願に係る発明のうち、請求項１と請求項２に記載の発明によれば、設置場所や設置間隔の制約が少なく、風の方向で発電量が影響されず、発電機から直接電力を出力することが可能な風力発電装置を得ることが出来る。また、集風部の第２開口部の面積は第１開口部の面積より小さいため、第２開口部から流出する風速は、第１開口部から流入する風速より高くなり、低い風速でも風車を回転させることが出来る。そのため、発電機を電動機として駆動する駆動回路を省略することが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項３に記載の発明によれば、集風部の荷重や遠心力が発電機や増速機に直接加わることが無いため、通常の発電機や増速機を使用することが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項４に記載の発明によれば、第１支持部と第２支持部の間隔が広がるため、第１支持部から見て第２支持部と反対側の集風部の強度を弱くすることが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項５に記載の発明によれば、発電機または発電機を増速する増速機の入力軸に風車を固定して、動力を伝達する手段を使用しないため、発電効率が向上し原価を低減させることが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項６に記載の発明によれば、発電機または発電機を増速する増速機の入力軸に風車を固定するため、集風部の荷重や遠心力が発電機に直接加わることが無いため、通常の発電機や増速機を使用することが出来る。また、発電効率が向上し原価を低減させることが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項７に記載の発明によれば、発電機または発電機を増速する増速機の入力軸に風車を固定することにより、集風部の荷重や遠心力が発電機に直接加わることが無いため、通常の発電機や増速機を使用することが出来る。また、風車近傍の通風抵抗が小さくなるため、発電効率が更に向上し原価を低減させることが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項８に記載の発明によれば、風が流入する第１開口部の開口面積が大きくなるため、集風効率が高くなり、発電能力が向上し単位出力当たりの原価を、低減させることが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項９に記載の発明によれば、風が流入する第１開口部と風が流出する第２開口部の間の距離が短くなって通風抵抗が小さくなるため、発電効率を向上させることが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項１０に記載の発明によれば、動力伝達部の長さの範囲が広いため、第１回転体と第２回転体を容易に結合することが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項１１に記載の発明によれば、テンショナの取り付け位置を移動することで、第１回転体と第２回転体の間の距離の多少のばらつきを許容することが出来る。また、ベルトやチェーンの経時変化による伸びにも、対応することが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項１２に記載の発明によれば、グリスなどを介して歯車が接触するため、磨耗する部分が少なく、動力を伝達する手段の寿命を長くすることが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項１３に記載の発明によれば、歯車が直接結合しているため、動力を伝達する手段の効率を高くすることが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項１４に記載の発明によれば、第２開口部から流出する風の方向と風力発電装置の周囲の風の方向とが略同じのため、集風部の第２開口部の外部が負圧になり、風車の効率を高くすることが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項１５に記載の発明によれば、筐体が第１回転体と第２回転体の周囲を覆うため、第１回転体と第２回転体などを雨や雪から保護することが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項１６に記載の発明によれば、集風部の形状が第１開口部の左右の面は略平面で、左右の面を除く面は略円弧状または略円状のため、集風部の第１開口部を常に風が流入する方向に向けることが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項１７に記載の発明によれば、集風部の第１開口部の下部から流入した風を滑らかに第２開口部へと導くことが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項１８に記載の発明によれば、集風部の第１開口部の左右の面の水平方向の長さが異なるため、風車の回転によって生じる回転力と反対方向の回転力を生じるようになり、両方の回転力が相殺されて、集風部を安定して風が流入する方向に向けることが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項１９に記載の発明によれば、集風部の第１開口部から流入した風が仕切り板で分流するため、第１開口部の異なる位置から流入した風の干渉が少なくなり通風抵抗を小さくすることが出来る。また、仕切り板によって集風部の強度が大きくなり、集風部の内部にかかる風圧によって、集風部が変形しにくいため、集風部の大部分は、薄い金属などで製作することが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項２０に記載の発明によれば、強風時に保護手段が開口するため、集風部が変形したり、風車が高速回転したりすることを防止することが出来る。

本出願に係る発明のうち、請求項２１に記載の発明によれば、風向きの変化で集風部が高速に回転しようとすると、支持体または支持体の近傍に備えられた回転防止手段が制動力を発生するため、集風部が高速回転することを防止することが出来る。

第１の実施形態に係る風力発電装置の部分断面側面図である。図１の集風部のＡ−Ａ矢視の部分断面正面図である。第２の実施形態に係る風力発電装置の部分断面側面図である。第３の実施形態に係る風力発電装置の部分断面側面図である。第４の実施形態に係る風力発電装置の部分断面側面図である。第５の実施形態に係る風力発電装置の部分断面側面図である。第６の実施形態に係る風力発電装置の部分断面側面図である。第７の実施形態に係る風力発電装置の部分断面側面図である。第８の実施形態に係る風力発電装置の部分断面側面図である。第９の実施形態に係る風力発電装置の部分断面側面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
この発明の第１の実施形態を図１と図２に基づいて説明する。図１と図２に示すように風力発電装置１は、第１開口部２と、第２開口部３ａと、支持体としての円柱４と、集風部５と、風車６と、発電機７と、を備える。図１の上下方向は地面に対する垂直方向と一致し、図１の左右方向は地面に対する水平方向と一致する。集風部５のそれぞれ前側の面を「前側面５ａ」と言い、後側の面を「後側面５ｂ」と言い、上側の面を「上側面５ｃ」と言い、下側の面を「下側面５ｄ」と言い、左側の面を「左側面５ｅ」と言い、右側の面を「右側面５ｆ」と言う。

図１と図２に示すように、円柱４は基礎８に固定され、円柱４の上下には、軸受９ａ、１０が設けられている。集風部５の上下には、集風部５を支持する第１支持部１１と第２支持部１２が設けられ、集風部５は、軸受９ａと第１支持部１１、軸受１０と第２支持部１２とによって支持され、円柱４の回転中心軸１３の周囲を回転出来るように構成されている。集風部５には、風１４ａが流入する第１開口部２と、第１開口部２から流入した風１４ａが、流出する第２開口部３ａが設けられている。第１開口部２の開口面１５は略垂直方向で、第２開口部３ａの開口面１６ａは略水平方向に設けられている。第１開口部２の開口面１５は、上下に長い略長方形状で、第２開口部３ａの開口面１６ａは、第１開口部２の開口面１５より、面積がかなり小さい略円形状である。

第２開口部３ａは、複数個の開口部１７ａと複数個の非開口部１８ａから成り、非開口部１８ａの面積は開口部１７ａよりはるかに小さく、第２開口部３ａから流出する風１４ｃで回転する風車６は、非開口部１８ａに設けられた軸受支持部１９ａに設けられた軸受２０、２１により回転自在に支持された回転軸２２に固定されている。軸受２０、２１に対して、風車６の反対側には、第１回転体としてのプーリ、好ましくは第１タイミングプーリ２３が回転軸２２に固定されている。発電機７の円柱４の回転中心軸１３と一致する図示しない入力軸と増速機２４の図示しない出力軸は結合し、増速機２４の入力軸２５が円柱４の回転中心軸１３に一致するように、軸受９ａの円柱４の延長部２６にボルト２７で固定されている。増速機２４の入力軸２５には、第２回転体としてのプーリ、好ましくは第２タイミングプーリ２８が固定されている。第１タイミングプーリ２３と、第２タイミングプーリ２８間には、動力伝達部としてのベルト、好ましくはタイミングベルト２９が結合し、第１タイミングプーリ２３と第２タイミングプーリ２８間の距離の多少のばらつきを許容し、タイミングベルト２９の張力や経時変化による伸びにも対応するためのテンショナ３０が、第１タイミングプーリ２３と第２タイミングプーリ２８の間に設けられている。この第１タイミングプーリ２３と、第２タイミングプーリ２８とタイミングベルト２９で、動力を伝達する手段を構成している。風車６が回転すると、第１タイミングプーリ２３が回転し、タイミングベルト２９に結合された第２タイミングプーリ２８が回転し増速機２４の入力軸２５が回転し、発電機７の図示しない入力軸が回転して、発電機７は電力を発生する。

第１タイミングプーリ２３、第２タイミングプーリ２８、タイミングベルト２９、テンショナ３０などを雨や雪から保護するため、軸受支持部１９ａの延長部３１には、保護板３２の一方３３がボルト３４で固定され、保護板３２の上には防水カバー３５ａがねじ３６で固定されている。保護板３２の他方３７には、穴３８が設けられ、穴３８の中心は増速機２４の入力軸２５の回転中心軸１３と略一致している。増速機２４のインロー部３９には、柔軟性のあるシール部材４０がはめ込み固定されている。インロー部３９から突出したシール部材４０の端面４１と、保護板３２の穴３８の中心付近の面４２で、防水カバー３５ａと保護板３２の内部４３への雨や雪などの侵入を防止する。穴３８の中心付近の面４２とシール部材４０の端面４１は軽く接触していて、かつ、穴３８の中心と増速機２４の入力軸２５の中心が多少ずれていても、問題は発生しない。保護板３２の一方３３の端部４４には、水４５の排出用の小穴４６が設けられている。防水カバー３５ａと保護板３２の内部４３で結露により生じた水４５は、小穴４６から排出される。この水４５は、集風部５が回転している場合、遠心力が働くため、さらに排出しやすくなる。また、この小穴４６は、風力発電装置１の周囲温度の変化によって、防水カバー３５ａと保護板３２の内部４３の気圧変化により、特に防水カバー３５ａが変形するのを防止する。

集風部５の形状は、上側面５ｃと下側面５ｄの一部分が平面状に、右側面５ｆと左側面５ｅの大部分が平面状に、後側面５ｂが略円弧状に構成され、後側面５ｂの下方に向かうほど回転中心軸からの距離が近くなるように構成されている。集風部５の内部４７には、第１開口部２の異なる位置から流入した風１４ａの干渉を少なくして、通風抵抗を小さくするため、仕切板４８ａ、４８ｂ、４８ｃが右側面５ｆと左側面５ｅにねじ留めまたは溶接されている。さらに、仕切板４８ａ、４８ｂ、４８ｃは、風１４ｂの通風抵抗を小さくするため、曲面状に構成されている。また、風１４ｂ間の圧力差を少なくするため、仕切板４８ａ、４８ｂ、４８ｃは、風車６の近傍には設けられていない。仕切板４８ａ、４８ｂ、４８ｃは通風抵抗を小さくするためだけでなく、集風部５の内部４７にかかる風圧によって、集風部５が変形しない役割も担う。そのため、集風部５の大部分は、薄い金属などで製作することが出来る。集風部５の右側面５ｆと左側面５ｅの幅は、風車６の回転によって生じる回転力を、相殺する反対方向の回転力を生じるように、集風部５の右側面５ｆと左側面５ｅの幅は、右側面５ｆより左側面５ｅの方が広くなっている。このようにすれば、風１４ａが、第１開口部２から右側面５ｆと左側面５ｅに平行して流入するため、集風部５を安定して風１４ａが流入する方向に向けることが出来る。集風部５の開口面１５の面積は、風速や発電機７の出力条件で自由に設定することが出来る。集風部５の開口面１５の高さと幅と深さの比は、集風部５が安定して風１４ａが流入する方向に向く範囲で、自由に設定することが出来る。

風向きの変化で、集風部５が高速に回転することが無いように、円柱４の下部の基礎８の周りには、集風部５の下側面５ｄと近距離に、Ｎ極とＳ極が交互に配置された回転防止手段としての永久磁石または電磁石４９が固定されている。集風部５が高速に回転しようとすると、下側面５ｄには渦電流が流れるため、集風部５が高速回転することを防止する。電磁石４９の場合は、図示しない位置検出器で、集風部５の回転速度を検出し、回転速度に応じて電磁石４９に流す電流を調節しても良い。また回転防止手段は機械的な構成でも良い。

強風時に集風部５が変形したり、風車６が高速回転したりしないように、集風部５の一部、好ましくは風車６の近傍の集風部５の後側面５ｂの一部に、一定以上の風圧で、開口する保護手段５０が設けられている。保護手段５０の具体的な構成例として、後側面５ｂに穴５１を開け、集風部５の構成材料より強度の小さい部材を後側面５ｂの穴５１にねじ５２で固定しても良く、集風部５の構成材料と同じ強度の部材を、一定の力で後側面５ｂの穴５１にはめ込んでも良い。

第１回転体と第２回転体としての第１タイミングプーリ２３、第２タイミングプーリ２８は、スプロケットに、動力伝達部としてタイミングベルト２９は、チェーンに置き換えても良い。タイミングベルト２９より、チェーンの方が切れにくく、チェーンの経時変化による伸びを、テンショナ３０で再調整することで、タイミングベルト２９より長い時間、使用することが出来る。

集風部５の第１開口部２の開口面１５の面積と、第２開口部３ａの開口面１６ａの面積との比が大きくなるに従い、同じ風速でも、風車６の回転速度が早くなるので、増速機２４は省略して、第２回転体は発電機７の図示しない入力軸に固定しても良い。

図示の例では、第１回転体と第２回転体の直径または歯数は同じあるが、第１回転体の直径または歯数を第２回転体の直径または歯数より大きくして、第１回転体より第２回転体が高速で回転するようにしても良い。

発電機７から出力された電力は、円柱４に設けられた電線通過穴４ａと、基礎８に設けられた電線通過穴８ａとを通過する図示しない電線によって、外部の図示しない機器に入力される。

上記実施形態にて説明した構造から導かれる作用効果は、以下の他の実施形態における同様の構造からも導かれる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る風力発電装置１の部分断面側面図である。第１の実施形態に係る風力発電装置１では、第１支持部１１を支持する軸受９ａが、円柱４と発電機７の間に設けられているのに対し（図１参照）、第２の実施形態に係る風力発電装置１では、第１支持部１１を支持する軸受９ｂが、発電機７または発電機７を増速する増速機２４の入力軸２５の側に設けられている。他の構造は第１の実施形態に係る風力発電装置１と同様であり、同符号を付して説明する。

第１タイミングプーリ２３、第２タイミングプーリ２８、タイミングベルト２９、テンショナ３０などを雨や雪から保護するため、軸受支持部１９ａの延長部３１には、保護板３２の一方３３がボルト３４で固定され、保護板３２の上には防水カバー３５ａがねじ３６で固定されている。保護板３２の他方３７には、穴３８が設けられ、穴３８の中心は増速機２４の入力軸２５の回転中心軸１３と略一致している。保護板３２のインロー部５３には、柔軟性のあるシール部材４０がはめ込み固定されている。インロー部５３から突出したシール部材４０の端面４１と、第１支持部１１の穴５４の中心付近の面５５で、防水カバー３５ａと保護板３２の内部４３への雨や雪などの侵入を防止する。穴５４の中心付近の面５５とシール部材４０の端面４１は軽く接触していて、かつ、穴５４の中心と増速機２４の入力軸２５の中心が多少ずれていても、問題は発生しない。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係る風力発電装置１の部分断面側面図である。第２の実施形態に係る風力発電装置１では、風車６から増速機２４の入力軸２５への回転力の伝達を、第１タイミングプーリ２３、第２タイミングプーリ２８とタイミングベルト２９で行っているのに対し（図３参照）、第３の実施形態に係る風力発電装置１では、図示しない風車から増速機２４の入力軸２５への回転力の伝達を、平歯車またははすば歯車で行う。他の構造は第２の実施形態に係る風力発電装置１と同様であり、同符号を付して説明する。

図示しない風車の回転軸２２には、第１回転体として第１平歯車５６が固定されている。増速機２４の入力軸２５には、第２回転体としての第２平歯車５７が固定されている。第１平歯車５６と、第２平歯車５７間には、軸５８に支持された動力伝達部としての遊び平歯車５９が結合している。遊び平歯車５９は、図示しない風車の回転軸２２と増速機２４の入力軸２５の間の距離のばらつきの解消のため、バックラッシ調整用に紙面と直角方向に移動して固定する。図示しない風車が回転すると、第１平歯車５６が回転し、遊び平歯車５９に結合された第２平歯車５７が回転し、増速機２４の入力軸２５が回転し、発電機７の図示しない入力軸が回転して、発電機７は電力を発生する。

図示の例では、第１平歯車５６と遊び平歯車５９と第２平歯車５７の歯数は同じであるが、第１平歯車５６の歯数＞遊び平歯車５９の歯数＞第２平歯車５７の歯数として、第１平歯車５６より第２平歯車５７が高速で回転するようにしても良い。

第１平歯車５６と、第２平歯車５７の間の遊び平歯車５９を省略して、第１平歯車５６と第２平歯車５７が直接結合するようにしても良い。第１平歯車５６と第２平歯車５７の歯数は同じでも良く、第１平歯車５６の歯数＞第２平歯車５７の歯数として、第１平歯車５６より第２平歯車５７が高速で回転するようにしても良い。

（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態に係る風力発電装置１の部分断面側面図である。第３の実施形態に係る風力発電装置１では、第１支持部１１を支持する軸受９ａが、円柱４と発電機７の間に設けられているのに対し（図４参照）、第４の実施形態に係る風力発電装置１では、第１支持部１１を支持する軸受９ｂが、発電機７または発電機７を増速する増速機２４の入力軸２５の側に設けられている。他の構造は第３の実施形態に係る風力発電装置１と同様であり、同符号を付して説明する。

第１平歯車５６と、第２平歯車５７と、動力伝達部としての遊び平歯車５８などを雨や雪から保護するため、軸受支持部１９ａの延長部３１には、保護板３２の一方３３がボルト３４で固定され、保護板３２の上には防水カバー３５ａがねじ３６で固定されている。保護板３２の他方３７には、穴３８が設けられ、穴３８の中心は増速機２４の入力軸２５の回転中心軸１３と略一致している。保護板３２のインロー部５３には、柔軟性のあるシール部材４０がはめ込み固定されている。インロー部５３から突出したシール部材４０の端面４１と、第１支持部１１の穴５４の中心付近の面５５で、防水カバー３５ａと保護板３２の内部４３への雨や雪などの侵入を防止する。穴５４の中心付近の面５５とシール部材４０の端面４１は軽く接触していて、かつ、穴３８の中心と増速機２４の入力軸２５の中心が多少ずれていても、問題は発生しない。

（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態に係る風力発電装置１の部分断面側面図である。第３の実施形態に係る風力発電装置１では、図示しない風車から増速機２４の入力軸２５への回転力の伝達を、平歯車またははすば歯車で行っているのに対し（図４参照）、第５の実施形態に係る風力発電装置１では、風車６から増速機２４の入力軸２５への回転力の伝達を、傘歯車で行う。第３の実施形態に係る風力発電装置１と同じ部分または相当部分には、同符号を付して説明する。

図６に示すように、集風部５には、風１４ａが流入する第１開口部２と、第１開口部２から流入した風１４ａが流出する略円形状の第２開口部３ｂが設けられている。第１開口部２の開口面１５（図２参照）は略垂直方向で、略円形状の第２開口部３ｂの開口面１６ｂも略垂直方向に設けられている。

第２開口部３ｂは、複数個の開口部１７ｂと複数個の非開口部１８ｂから成り、非開口部１８ｂの面積は開口部１７ｂよりはるかに小さく、第２開口部３ｂから流出する風１４ｃで回転する風車６は、非開口部１８ｂに設けられた軸受支持部１９ｂに設けられた軸受６０と、集風部５の前側面５ａの非開口部６１に設けられた軸受６２により回転自在に支持された回転軸６３に固定されている。軸受６０に対して、風車６の反対側には、第１回転体としての第１傘歯車６４が回転軸６３に固定されている。増速機２４の入力軸２５には、第２回転体としての第２傘歯車６５が固定されている。この第１傘歯車６４と第２傘歯車６５で、動力を伝達する手段を構成している。風車６が回転すると、第１傘歯車６４が回転し、第１傘歯車６４に結合した第２傘歯車６５が回転し、増速機２４の入力軸２５が回転し、発電機７の図示しない入力軸が回転して、発電機７は電力を発生する。第２開口部３ｂから流出する風１４ｃの方向と、風力発電装置１の周囲の風１４ａの方向とが略同じであるため、集風部５の第２開口部３ｂの外部が負圧になる。集風部５の第１開口部２から流入した風１４ａは、図示しない仕切板の間を通過して、第２開口部３ｂから風１４ｃとして流出しやすいため、風車６の効率を高くすることが出来る。

第１傘歯車６４、第２傘歯車６５などを雨や雪から保護するため、非開口部６１の延長部６６には保護板６７が固定され、保護板６７の上には防水カバー３５ｂがねじ３６で固定されている。保護板６７には、穴６８が設けられ、穴６８の中心は増速機２４の入力軸２５の回転中心軸１３と略一致している。増速機２４のインロー部３９には、柔軟性のあるシール部材４０がはめ込み固定されている。インロー部３９から突出したシール部材４０の端面４１と、保護板６７の穴６８の中心付近の面６９で、防水カバー３５ｂと保護板６６の内部４３への雨や雪などの侵入を防止する。穴６８の中心付近の面６９とシール部材４０の端面４１は軽く接触していて、かつ、穴６８の中心と増速機２４の入力軸２５の中心が多少ずれていても、問題は発生しない。

（第６の実施形態）
図７は、第６の実施形態に係る風力発電装置１の部分断面側面図である。第５の実施形態に係る風力発電装置１では、第１支持部１１を支持する軸受９ａが、円柱４と発電機７の間に設けられているのに対し（図６参照）、第６の実施形態に係る風力発電装置１では、第１支持部１１を支持する軸受９ｂが、発電機７または発電機７を増速する増速機２４の入力軸２５の側に設けられている。他の構造は第５の実施形態に係る風力発電装置１と同様であり、同符号を付して説明する。

第１傘歯車６４、第２傘歯車６５などを雨や雪から保護するため、非開口部６１の延長部６６には第１支持部１１が固定され、第１支持部１１の上には防水カバー３５ｂがねじ３６で固定されている。第１支持部１１には、穴６９が設けられ、穴６９の中心は増速機２４の入力軸２５の回転中心軸１３と略一致している。第６の実施形態に係る風力発電装置１では、防水カバー３５ｂと保護板６６の内部４３への雨や雪などの侵入を防止するシール部材などを、省略することが出来る。

（第７の実施形態）
図８は、第７の実施形態に係る風力発電装置１の部分断面側面図である。第１から第６の実施形態に係る風力発電装置１では、風車６から増速機２４の入力軸２５への回転力の伝達を、動力を伝達する手段を介して行っているのに対し（図１から図７参照）、第７の実施形態に係る風力発電装置１では、風車６から増速機２４の入力軸２５への回転力の伝達を直結で行う。また、第１支持部１１が発電機７と円柱４の間の軸受９ａによって支持され、入力軸２５の周囲に、略円形状の第２開口部３ｃにつながる集風部５の非開口面の一部７０が設けられている。第１から第６の実施形態に係る風力発電装置１と同じ部分または相当部分には、同符号を付して説明する。

風車６は、増速機２４の入力軸２５に固定されている。風車６が回転すると増速機２４の入力軸２５が回転し、発電機７の図示しない入力軸が回転して、発電機７は電力を発生する。第７の実施形態に係る風力発電装置１では、風車６は、増速機２４の入力軸に固定されているため、第１から第６の実施形態に係る風力発電装置１より、風１４ａの入力エネルギーが同じ場合でも、発電機７からの出力は大きくなる。また、集風部５に動力を伝達する手段がないため、集風部５の左右の面の水平方向の長さは同じで良く、集風部５の強度や機械精度も低く出来、原価を低減させることが出来る。また、雨や雪から保護するための保護板３２、６７や防水カバー３５ａ、３５ｂも不要となる。

増速機２４のインロー部３９には、柔軟性のあるシール部材４０がはめ込み固定されている。インロー部３９から突出したシール部材４０の端面４１と、集風部５の非開口面の一部７０の穴７１の中心付近の面７２で、風１４ｂの流出を防止する。穴７１の中心付近の面７２とシール部材４０の端面４１は軽く接触しており、かつ、穴７１の中心と増速機２４の入力軸２５の中心が多少ずれていても、問題は発生しない。

集風部５の内部４７には、風圧によって集風部５が変形しないように、丸棒またはワイヤ７２が、右側面５ｆと左側面５ｅにねじ留めまたは溶接されている。

集風部５の先端部７３は、図示のように、風上の方が風下の方より高くなるように構成されているため、風１４ａが剥離して第２開口部３ｃの外部が負圧になる。集風部５の第１開口部２から流入した風１４ａは、仕切板４８ａ、４８ｂ、４８ｃを通過して風１４ｂとなり、第２開口部３ｃの開口面１６ｃから風１４ｃとして流出しやすいため、風車６の効率を高くすることが出来る。

（第８の実施形態）
図９は、第８の実施形態に係る風力発電装置１の部分断面側面図である。第７の実施形態に係る風力発電装置１では、入力軸２５の周囲に、略円形状の第２開口部３ｃにつながる集風部５の非開口面の一部７０が設けられているが（図８参照）、第８の実施形態に係る風力発電装置１では、発電機７を内包するように、略円形状の第２開口部３ｃにつながる集風部５の非開口面の一部７０か設けられている。他の構造は第７の実施形態に係る風力発電装置１と同様であり、同符号を付して説明する。

集風部５の第１開口部２から流入した風１４ａは、仕切板４８ａ、４８ｂ、４８ｃの間を通過して風１４ｂとなるが、風１４ｂは発電機７の周囲にも流れるため、風車６の近傍の通風抵抗が小さくなり、風車６の効率をさらに高くすることが出来る。また、図示しない軸受を風車６側に内蔵した軸受ホルダ７４を、増速機２４または発電機７に設ければ、入力軸２５の軸径を小さくすることも出来る。

（第９の実施形態）
図１０は、第９の実施形態に係る風力発電装置１の部分断面側面図である。第８の実施形態に係る風力発電装置１では、第１支持部１１を支持する軸受９ａが、円柱４と発電機７の間に設けられ、発電機７を内包するように、略円形状の第２開口部３ｃにつながる集風部５の非開口面の一部７０が設けられているのに対し（図９参照）、第９の実施形態に係る風力発電装置１では、第１支持部１１を支持する軸受９ｂが、発電機７または発電機７を増速する増速機２４の入力軸２５の側に設けられ、入力軸の周囲に第２開口部３ｃにつながる集風部５の非開口面の一部７０が設けられている。他の構造は第８の実施形態に係る風力発電装置１と同様であり、同符号を付して説明する。

風１４ａが流入する集風部５の第１開口部２の開口面積は大きくなって、集風効率が高くなり、発電能力が向上し原価を低減させることが出来る。

本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。

本発明は、地上や海上用の風力発電だけでなく、密集配置が可能なため、ビルの屋上にも設置が可能で、小型から大型の風力発電装置として広く利用することが出来る。

１風力発電装置
２第１開口部
３ａ、３ｂ、３ｃ第２開口部
４円柱（支持体）
４ａ、８ａ電線通過穴
５集風部
５ａ前側面
５ｂ後側面
５ｃ上側面
５ｄ下側面
５ｅ左側面
５ｆ右側面
６風車
７発電機
８基礎
９ａ、９ｂ、１０軸受
１１第１支持部
１２第２支持部
１３回転中心軸
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ風
１５、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ開口面
１７ａ、１７ｂ開口部
１８ａ、１８ｂ非開口部
１９ａ、１９ｂ軸受支持部
２０、２１軸受
２２回転軸
２３第１タイミングプーリ
２４増速機
２５入力軸
２６、３１、６６延長部
２７ボルト
２８第２タイミングプーリ
２９タイミングベルト
３０テンショナ
３２保護板
３３保護板の一方
３４ボルト
３５ａ、３５ｂ防水カバー
３６、５２ねじ
３７他方
３８、５１、５４、６８、７１穴
３９、５３インロー部
４０シール部材
４１端面
４２、５５、６９、７２中心付近の面
４３内部
４４端部
４５水
４６小穴
４７集風部の内部
４８ａ、４８ｂ、４８ｃ仕切板
４９永久磁石または電磁石
５０保護手段
５６第１平歯車
５７第２平歯車
５８軸
５９遊び歯車
６０、６２軸受
６１非開口部
６３回転軸
６４第１傘歯車
６５第２傘歯車
６７保護板
７０非開口面の一部
７２丸棒またはワイヤ
７３先端部
７４軸受ホルダ

Claims

風が流入する第１開口部と、前記第１開口部より小面積でかつ前記第１開口部から流入した風が流出する第２開口部と、前記第１開口部の近傍に設けられ地面と略垂直の支持体に直接または間接的に回転自在に支持された支持部と、前記支持部に支持されかつ風力で前記支持体の回転中心軸の周囲を回転して前記第１開口部を風が流入する方向に向ける集風部と、入力軸が前記集風部の回転中心軸に一致するように前記支持体に固定された発電機または前記発電機を増速する増速機と、前記第２開口部から流出する風で前記入力軸を直接または動力を伝達する手段を介して回転させる風車と、を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項１に記載の風力発電装置において、前記支持部は前記発電機または前記発電機を増速する前記増速機の近傍に設けられた第１支持部と、前記支持体を支持する基礎の近傍に設けられた第２支持部と、を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項２に記載の風力発電装置において、前記第１支持部は前記発電機と前記支持体の間に設けられた軸受によって支持された構成であることを特徴とする風力発電装置。
請求項２に記載の風力発電装置において、前記第１支持部は前記発電機または前記発電機を増速する前記増速機の前記入力軸の側に設けられた軸受によって支持された構成であることを特徴とする風力発電装置。
請求項１から請求項４に記載の風力発電装置において、前記発電機または前記発電機を増速する前記増速機の前記入力軸に固定された前記風車の周囲に、前記第２開口部を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項３と請求項５に記載の風力発電装置において、前記入力軸の周囲に、前記第２開口部につながる前記集風部の非開口面の一部を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項３と請求項５に記載の風力発電装置において、前記発電機を内包するように、前記第２開口部につながる前記集風部の非開口面の一部を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項４と請求項５に記載の風力発電装置において、前記入力軸の周囲に、前記第２開口部につながる前記集風部の非開口面の一部を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項１から請求項４に記載の風力発電装置において、前記動力を伝達する手段としての前記風車の回転軸に固定された前記第１回転体と、前記発電機または前記増速機の前記入力軸に設けられ、前記第１回転体から直接または動力伝達部を介して、回転させられる第２回転体と、を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項９に記載の風力発電装置において、前記第１回転体と前記第２回転体はそれぞれプーリまたはタイミングプーリまたはスプロケットから構成され、各々の前記プーリまたは前記タイミングプーリまたは前記スプロケットをそれぞれ結合するベルトまたはタイミングベルトまたはチェーンから構成された動力伝達部を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項１０に記載の風力発電装置において、前記動力伝達部の張力または緩みを調整するためのテンショナを、前記第１回転体と前記第２回転体の間に備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項９に記載の風力発電装置において、前記第１回転体と前記第２回転体は、それぞれ歯車から構成され、前記動力伝達部として各々の前記歯車を結合する、１つ以上の歯車を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項９に記載の風力発電装置において、前記第１回転体と前記第２回転体は、それぞれ直接結合する歯車から構成されることを特徴とする風力発電装置。
請求項１３に記載の風力発電装置において、前記第１回転体と前記第２回転体は、それぞれ直接結合する傘歯車から構成されることを特徴とする風力発電装置。
請求項９から請求項１４に記載の風力発電装置において、前記第１回転体と前記第２回転体の周囲に、前記風車の近傍の前記集風部に固定され、前記回転中心軸の周りを回転する筐体を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項１から請求項１５に記載の風力発電装置において、前記第１開口部の左右の面が略平面で、前記左右の面を除く面が略円弧状およぴ略円状の前記集風部を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項１から請求項１６に記載の風力発電装置において、前記回転中心軸からの距離が遠い前記集風部の面は、下方に向かうほど前記回転中心軸からの距離が近くなるような前記集風部を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項１から請求項４と請求項９から請求項１７に記載の風力発電装置において、前記風車の回転によって生じる反力を相殺するように、前記第１開口部の左右の面の水平方向の長さが異なる前記集風部を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項１から請求項１８に記載の風力発電装置において、前記集風部の前記第１開口部から流入した風を分流して前記第２開口部へ流出するように、前記集風部の左右の面に固定された１つ以上の仕切り板を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項１から請求項１９に記載の風力発電装置において、前記集風部の一部に一定以上の風圧で開口する保護手段を備えることを特徴とする風力発電装置。
請求項１から請求項２０に記載の風力発電装置において、前記集風部が風向きの変化で高速に回転することを防止する回転防止手段を、支持体または支持体の近傍に備えることを特徴とする風力発電装置。