JP2013060942A - 風車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風車が水平軸、垂直軸のいずれであっても、発電装置のほか、風車を原動機として使用する風車装置全般に使用され、風車が水平軸、垂直軸のいずれであっても、風車を３６０度以上旋回させ、傾倒する支柱とともに風見安定性を得る風下や下流側に自律的に旋回させることができる風車装置を提供することを目的とする。
【解決手段】風車と、風車を支える支柱と、支柱の土台となって、旋回歯車と旋回台軸とが設けられた旋回台とからなり、旋回歯車を３６０度以上旋回させることで、風車のみを、もしくは支柱とともに風車を、旋回歯車の回転軸周方向に３６０度以上旋回させることができることを特徴とする風車装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置のほか、風車を原動機として使用する風車装置全般に使用され、風車が水平面上で３６０度以上旋回し、傾倒する支柱とともに風見安定性を得る風下や下流側に風車が自律的に旋回する風力装置に関する。

従来から、プロペラ型やオランダ型などの羽根を有する水平軸型の風車を備える風力発電装置には、時々刻々と変化する風向きに応じて風車を風の向きに正対させるためにヨー制御装置が用いられているが、このヨー制御装置は一定範囲にしか風車を旋回させることができず、３６０度あらゆる方向から吹く風に風車を正対させることはできない。
また、風車が旋回することで装置内部に配されている電線類が捻れないように旋回できる範囲が一定の範囲に限られ、電線類の捻れを戻すために逆方向に風車を旋回させなければならない場合もある。

これに対し、ダリウス型やサボニウス型などの垂直軸型の風車を備える風車装置は、風車を旋回させずに、３６０度あらゆる方向から吹く風を受けて風車を回転させることができる利点を有する。
しかし、垂直軸型の風車は、風の進行方向と同じ方向に回転する翼は、風を受けて風の進行方向に回転できるが、反対側の翼は、風の進行方向に対向する向きに回転するため、回転力を弱めてしまうという問題がある。
そこで、この問題を解消するため、風の進行方向に対向するように回転する側の翼に風が当たらずに、風の進行方向と同じ方向に回転する側の翼に風が当たるように風を集めることができる導風板が設けられることが多い。
しかし、導風板自体が固定されて動かないようになっている場合には、風の向きによっては導風板が全く訳にたたず、前記の問題を解消できない。

そこで、例えば、特許文献１には、垂直軸型の風車において、風向きに従って受風用のローターの回りを周回移動する風見翼を設け、導風板を風見翼と連動可能に連結し、風向きが変化するのに合わせて導風板を常に適正な位置へ回転変位でき、風向きが頻繁に変化する状況下にあっても導風板を風向きの変化に追随して自動的に回転させてローターの回転力を効果的に増加できる発明が開示されている。
これによれば、導風板が風向きに合わせて動くため、前記の問題を解消できる。

特開２００３−０４２０５５号公報

しかし、そもそも水平軸型の風車を備える風力発電装置では、逆戻りせずに、３６０度あらゆる方向から吹く風に正対するように風車を旋回させることはできない。
また、垂直軸型の風車を備える風力発電装置では、水平軸型の風車のように風車を旋回させる必要はないものの、上記特許文献１に係る発明のように、風向きに従って受風用のローターの回りを周回移動する風見翼を設け、風向きが頻繁に変化する状況下にあっても導風板を風向きの変化に追随して自動的に回転させるために、風見翼を導風板と連動可能に連結して設ける必要がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発電装置のほか、風車を原動機として使用する風車装置全般に使用され、風車が水平軸、垂直軸のいずれであっても、風車を３６０度以上旋回させ、傾倒する支柱とともに風見安定性を得る風下や下流側に自律的に旋回させることができる風車装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を、以下の手段によって解決することができる。

本発明に係る風車装置は、
風車と、
風車を支える支柱と、
支柱の土台となって、
鉛直軸とその上下両端に円盤状の歯車２枚（上端側歯車、下端側歯車）が形成され、歯車と共に鉛直軸の軸心に貫通孔が設けられた第１旋回歯車と、
第１旋回歯車の貫通孔を貫通する鉛直軸とその上下両端に円盤状の歯車２枚（上端側歯車、下端側歯車）が形成された第２旋回歯車と、
からなる旋回歯車と、
旋回歯車と噛合する歯車をそれぞれ備え、同一軸心上で差動装置によって連結する２本の旋回台軸（第１旋回台軸、第２旋回台軸）と、
が設けられた旋回台と、
からなり、
風車からの回転運動を伝える第１回転軸が第１旋回歯車の上端側歯車と噛合し、第１旋回歯車の下端側歯車が第１旋回台軸上の歯車と噛合することで、第１旋回歯車の回転によって風車からの回転運動を第１旋回台軸に伝え、第１旋回台軸を回転させるとともに、
風車からの回転運動を伝える第２回転軸が第２旋回歯車の上端側歯車と噛合し、第２旋回歯車の下端側歯車が第２旋回台軸上の歯車と噛合することで、第２旋回歯車の回転によって風車からの回転運動を第２旋回台軸に伝え、第２旋回台軸を回転させる旋回歯車が、
第１旋回歯車及び第２旋回歯車の各上端側歯車と、第１回転軸及び第２回転軸との噛合部を接点にして、
または、
第１旋回歯車及び第２旋回歯車の各下端側歯車と、第１旋回台軸及び第２旋回台軸の各軸上の歯車との噛合部を接点にして、
旋回歯車の回転軸周方向に３６０度以上旋回することで、
風車のみを、もしくは支柱とともに風車を、旋回歯車の回転軸周方向に３６０度以上旋回させることができる
ことを特徴とする。

本発明に係る風車装置は、風車と、風車を支える支柱と、支柱の土台となる旋回台とからなる。
本発明は、旋回台内に設けられた旋回歯車を回転させることで、風車を３６０度以上旋回できる。
これにより、風向きに合わせて常に風車を風に正対させることができる。

３６０度以上の旋回は、次に記載する旋回歯車と回転軸とによって実現できる。
旋回歯車は、第１旋回歯車と、第２旋回歯車とからなる。
第１旋回歯車は、鉛直軸とその上下両端に円盤状の歯車２枚（上端側歯車、下端側歯車）が形成され、円盤状の２枚の歯車と共に鉛直軸の軸心に貫通孔が設けられている。
第２旋回歯車は、第１旋回歯車の貫通孔を貫通する鉛直軸とその上下両端に円盤状の歯車２枚（上端側歯車、下端側歯車）が形成されている。
第１旋回歯車と第２旋回歯車は、その各上端側歯車に、風車から延びる２本の回転軸が１本ずつ噛合する。
風車から延びる２本の回転軸が第１旋回歯車と第２旋回歯車の各上端側歯車に１本ずつ噛合することで、風車の回転運動が第１旋回歯車と第２旋回歯車とに伝わり、第１旋回歯車と第２旋回歯車とを回転させる仕組みになっており、この第１旋回歯車と第２旋回歯車の各上端側歯車と、風車から延びる２本の回転軸との噛合部において、風車が旋回する。
すなわち、風車から延びる２本の回転軸が、第１旋回歯車と第２旋回歯車の各上端側歯車と噛合しながら上端側歯車の縁を周方向に回転することで、風車が旋回する。

また、３６０度以上の旋回は、旋回歯車と次に記載する旋回台軸とによっても実現できる。
旋回台軸は、第１旋回台軸と、第２旋回台軸とからなる。
第１旋回台軸と第２旋回台軸とは、同一軸心上で差動装置によって連結される。
第１旋回台軸と第２旋回台軸の各軸上には歯車が設けられ、各歯車は、第１旋回歯車と第２旋回歯車の各下端側歯車とそれぞれ噛合する。
第１旋回歯車と第２旋回歯車の各下端側歯車が、第１旋回台軸と第２旋回台軸の各軸上に設けられた歯車とそれぞれ噛合することで、風車の回転運動を受けて回転する第１旋回歯車と第２旋回歯車の各下端側歯車が第１旋回台軸と第２旋回台軸を回転させる仕組みになっており、この第１旋回歯車と第２旋回歯車の各下端側歯車と、第１旋回台軸と第２旋回台軸の各軸上に設けられた各歯車との噛合部において、風車が旋回する。
すなわち、第１旋回歯車と第２旋回歯車の各下端側歯車が、第１旋回台軸と第２旋回台軸の各軸上に設けられた各歯車と噛合しながら旋回歯車の軸周方向に回転することで、風車が旋回する。

本発明は、上記２箇所の噛合部分において、風車の旋回を可能にしている。
また、旋回した風車は、逆回転して旋回前の位置まで戻る必要が無く、同じ旋回方向に何周でも旋回できる。
例えば、本発明に係る風車装置を風力発電装置に使用する場合、発電機は、地上に設置された状態で旋回台の差動装置に連結するシャフトを通じて接続する構造になるため、風車の旋回によって電線類が捻られるようなことが無い。

なお、旋回歯車は、必ずしも旋回台内に設ける必要は無く、旋回台軸の歯車と噛合すれば、支柱内に設けることもできる。
例えば、旋回歯車を縦長に延伸した形状にすることもできる。

第１旋回歯車及び第２旋回歯車の各上端側歯車には、平歯車と傘歯車のどちらでも使用できる。
第１旋回歯車及び第２旋回歯車の各上端側歯車が平歯車の場合、風車から延びる２本の回転軸も平歯車が使用され、第１旋回歯車及び第２旋回歯車の各上端側歯車が傘歯車の場合、風車から延びる２本の回転軸も傘歯車が使用される。
第１旋回歯車及び第２旋回歯車の各下端側歯車は、傘歯車が使用される。
第１旋回歯車及び第２旋回歯車の各下端側歯車に噛合される第１旋回台軸及び第２旋回台軸に設けられる歯車も、傘歯車が使用される。、

以上の構成で、風車装置は、３６０度以上旋回できる。
風車の回転運動は、風車から延びる２本の回転軸から、第１旋回台軸と第２旋回台軸に伝えられる。
そして、各旋回台軸の回転を、差動装置を介してシャフトに伝え、風車装置を原動機として、各装置がシャフトから得られる回転エネルギーを利用する。
例えば、風車装置を発電装置として使用する場合、シャフトを発電機に接続し、シャフトから得られる回転運動によって発電させる。

差動装置は、第１旋回台軸と第２旋回台軸の回転数に差が生じたときに、一方の旋回台軸の回転を抑えて、両方の軸の回転数を一定にする装置であり、デファレンシャルギアやデフロック、リミテッド・スリップ・デフなどが使用できる。
なお、第１及び第２の旋回台軸と差動装置とを用いた構成の代わりに、オイルポンプを用いた構成にすることもできる。
例えば、オイルが充填された第１ポンプ室と第２ポンプ室からなり、それぞれのポンプ室から延びるポンプＡとポンプＢとを、第１旋回歯車及び第２旋回歯車のそれぞれの下端側歯車に噛合させる。
そして、下端側歯車の回転を受けてポンプＡとＢが回転し、第１及び第２ポンプ室内で回転数を一定にしたのち、シャフトに回転運動を伝える。
このような構成にすることで差動装置を使わずに、風車の回転運動をシャフトに伝えることができる。

風車は、水平軸型、垂直軸型のどちらでも使用できる。
水平軸型の風車は、プロペラ型、オランダ型、多翼型、セルウィング型などがあり、また、垂直軸型の風車は、パドル型、サボニウス型、ジャイロミル型、クロスフロー型、ダリウス型などがあるが、これらは全て使用でき、また、これ以外の型の風車も使用できる。
風車の回転軸を旋回歯車に噛合させることができれば良く、風車の種類が異なっても使用できる。
なお、回転軸は、必ずしも風車から旋回歯車までの間が１本の回転軸で構成されている必要は無く、複数の回転軸を自在継手などで接続することもできるし、ベルトやチェーンを介在させることもできる。

特に、水平軸型の風車では、旋回できることで次のメリットがある。
従来からある水平軸型の風車は、時々刻々と変動する風向きに正対できるようにヨー制御を備えているものもあるが、装置内に配線されている電線類が捻れてしまうため、３６０度以上の旋回はできず、同一旋回方向に延々と旋回し続けることもできない。
つまり、旋回できる範囲が限られており、旋回しても逆回転して電線の捻れを戻さなければならない。
そこで、本発明によれば、風車を３６０度以上旋回できて、同一旋回方向に連続して旋回できるので、時々刻々と変動する風向きに対して、素早く的確な方角に風車を向け、効率良く回転力を得ることができる。

また、垂直軸型の風車でも、旋回できることで次のメリットがある。
垂直軸型の風車は、もともと全方位型で、３６０度どこから風が吹いても回転できる構造になってはいるが、風の進行方向と同じ方向に回転する側の翼は、風を受けて風の進行方向に回転できる反面、反対側の翼は、風の進行方向に対向する向きに回転するため、この反対側の翼によって風車の回転力を弱めてしまうという問題がある。
この問題を解消するため、風の進行方向に対向する方向に回転する側の翼に風が当たらず、風の進行方向と同じ方向に回転する側の翼に風が当たるように風を集めることができる導風板が設けられることが多い。
しかし、この導風板を設けたところで、導風板自体が固定されてしまっては、前記の問題を解消できない。
結局、垂直軸型の風車を本来の意味で全方位型として使用するためには、導風板自体を３６０度旋回できるようにする必要がある。
そこで、本発明によれば、導風板自体を３６０度旋回させる必要が無く、導風板を固定した風車を３６０度以上旋回させ、同一旋回方向に連続して旋回できる。
また、時々刻々と変動する風向きに対して、素早く的確な方角に導風板を配置して、効率良く翼を回転させることができる。

風車から延びる回転軸は、水平軸型、垂直軸型のいずれの風車を使用しても、２本使用する。
例えば、水平軸型の風車を１基のみで使用する場合、風車に接続する水平軸の軸上に、相反する向きに並べた２つの傘歯車を設け、各傘歯車が２本の回転軸にそれぞれ噛合するようにしても良いし、風車に接続する水平軸の軸上に、２つの傘歯車の周の長い面が隣り合うように結合した形状の歯車の設け、各歯車の傾斜部分が２本の回転軸にそれぞれ噛合するようにしても良い。
２本の回転軸は、１本ずつ、第１旋回歯車及び第２旋回歯車の各上端側歯車と噛合する。

風車は、２基使用することもできる。
この場合、回転軸は、１基の風車から１本の回転軸を延ばすことで、２本の回転軸が１本ずつ、第１旋回歯車及び第２旋回歯車の各上端側歯車と噛合する。
風車を２基使用する場合、水平軸型、垂直軸型のいずれの風車でも使用できるし、回転数を同一にすることができれば、水平軸型と垂直軸型とを１基ずつ使用することもできる。

本発明に係る風車装置は、
前記の支柱が、
旋回台軸を基軸とした軸周方向に傾倒自在に旋回台上に立設されており、
支柱が旋回台の鉛直軸線上を外れて傾倒することで、
風車が風見安定性を得る風下に自律的に旋回する
ことを特徴とする。

本発明に係る風車装置は、旋回台内に設けられている旋回台軸を基軸として、風車ごと支柱が傾倒する。
傾倒する支柱上に載置されている風車は、風圧を受けることで風見安定性を得られる風下に自律的に旋回できる。
風車は、支柱よりも風下側に位置し、風の向きに正対するのではなく、風下側に位置したまま風を受けて回転する。
風が弱いときは支柱を直立状態にして風を受け、風が強いときは支柱を傾倒状態にして風車に当たる風の圧力を逃がす。
また、水平軸を有するプロペラ型の風車の場合、風が強いときには、羽根を萎ませるように水平軸の軸心側に羽根を集めて風車が受ける風圧を少なくし、風が弱いときは、羽根を広げて風車が受ける風圧を大きくする。

支柱の傾倒角度の調節は、シリンダーダンパーなどを使うことができるが、電気的に角度調節することもできる。
例えば、エアーシリンダーを利用する場合、風車の回転数に応じてシリンダー内の空気の供給や排出が行われるようにすることで、支柱の傾倒角度を調節することができる。
具体的には、風車装置内の適当な位置の歯車に、風車の回転数に応じてシリンダー内の空気の供給や排出の調整を行う機構に連結するギアを接続し、風車装置内の歯車の回転に応じてシリンダー内の空気の供給と排出を行うようにする。
この場合の、風車の回転数に応じてシリンダー内の空気の供給や排出の調整を行う機構に連結するギアを接続する風車装置内の歯車は、回転軸、旋回歯車、旋回台軸の歯車、デフギアのいずれでも良い。

本発明に係る風車装置は、
前記の支柱が、
旋回台上に立設された旋回支柱と、
旋回支柱との連結軸を基軸とした軸周方向に傾倒自在に旋回支柱上に立設された可動支柱と、
からなり、
可動支柱が旋回支柱の鉛直軸線上を外れて傾倒することで、
風車が風見安定性を得る風下に自律的に旋回する
ことを特徴とする。

本発明に係る風車装置は、支柱が旋回支柱と可動支柱とで構成され、旋回支柱と可動支柱との連結軸を基軸として、風車ごと可動支柱が傾倒する。
傾倒する可動支柱上に載置されている風車は、風圧を受けることで風見安定性を得られる風下に自律的に旋回できる。
風車は、可動支柱よりも風下側に位置し、風の向きに正対するのではなく、風下側に位置したまま風を受けて回転する。
風が弱いときは可動支柱を直立状態にして風を受け、風が強いときは可動支柱を傾倒状態にして風車に当たる風の圧力を逃がす。
また、水平軸を有するプロペラ型の風車の場合、風が強いときには、羽根を萎ませるように水平軸の軸心側に羽根を集めて風車が受ける風圧を少なくし、風が弱いときは、羽根を広げて風車が受ける風圧を大きくする。
なお、風車から延びる回転軸は、自在継手などによって旋回歯車まで延ばすことで、可動支柱の傾倒によっても折れ曲がることがない。

可動支柱の傾倒角度の調節は、シリンダーダンパーなどを使うことができるが、電気的に角度調節することもできる。
例えば、エアーシリンダーを利用する場合、風車の回転数に応じてシリンダー内の空気の供給や排出が行われるようにすることで、可動支柱の傾倒角度を調節することができる。
具体的には、風車装置内の適当な位置の歯車に、風車の回転数に応じてシリンダー内の空気の供給や排出の調整を行う機構に連結するギアを接続し、風車装置内の歯車の回転に応じてシリンダー内の空気の供給と排出を行うようにする。
この場合の、風車の回転数に応じてシリンダー内の空気の供給や排出の調整を行う機構に連結するギアを接続する風車装置内の歯車は、回転軸、旋回歯車、旋回台軸の歯車、デフギアのいずれでも良い。

本発明に係る風車装置は、
前記の支柱が、
旋回台軸を基軸とした軸周方向に傾倒自在に旋回台上に立設された旋回支柱と、
旋回支柱との連結軸を基軸とした軸周方向に傾倒自在に旋回支柱上に立設された可動支柱と、
からなり、
旋回支柱のみが旋回台の鉛直軸線上を外れて傾倒し、もしくは旋回支柱が旋回台の鉛直軸線上を外れて傾倒すると同時に更に可動支柱が旋回支柱の延長線上を外れて傾倒することで、
風車が風見安定性を得る風下に自律的に旋回する
ことを特徴とする。

本発明に係る風車装置は、支柱が旋回支柱と可動支柱とで構成され、旋回台軸を基軸として、もしくは、旋回支柱と可動支柱との連結軸を基軸として、風車ごと旋回支柱と可動支柱が傾倒する。
旋回台軸を基軸として、旋回支柱と可動支柱とを一本の支柱と同じ状態のまま傾倒させることもできるし、旋回台軸の基軸と、旋回支柱と可動支柱との連結軸の基軸との２つの基軸によって、旋回支柱と可動支柱とを個別に傾倒させることもできる。
傾倒する可動支柱上に載置されている風車は、風圧を受けることで風見安定性を得られる風下に自律的に旋回できる。
風車は、可動支柱よりも風下側に位置し、風の向きに正対するのではなく、風下側に位置したまま風を受けて回転する。
風が弱いときは可動支柱を直立状態にして風を受け、風が強いときは可動支柱を傾倒状態にして風車に当たる風の圧力を逃がす。
また、水平軸を有するプロペラ型の風車の場合、風が強いときには、羽根を萎ませるように水平軸の軸心側に羽根を集めて風車が受ける風圧を少なくし、風が弱いときは、羽根を広げて風車が受ける風圧を大きくする。
なお、風車から延びる回転軸は、自在継手などによって旋回歯車まで延ばすことで、可動支柱の傾倒によっても折れ曲がることがない。

旋回支柱や可動支柱の傾倒角度の調節は、シリンダーダンパーなどを使うことができるが、電気的に角度調節することもできる。
例えば、エアーシリンダーを利用する場合、風車の回転数に応じてシリンダー内の空気の供給や排出が行われるようにすることで、旋回支柱や可動支柱の傾倒角度を調節することができる。
具体的には、風車装置内の適当な位置の歯車に、風車の回転数に応じてシリンダー内の空気の供給や排出の調整を行う機構に連結するギアを接続し、風車装置内の歯車の回転に応じてシリンダー内の空気の供給と排出を行うようにする。
この場合の、風車の回転数に応じてシリンダー内の空気の供給や排出の調整を行う機構に連結するギアを接続する風車装置内の歯車は、回転軸、旋回歯車、旋回台軸の歯車、デフギアのいずれでも良い。

本発明に係る風車装置は、
前記の第１旋回台軸及び第２旋回台軸に、
ブレーキ手段が設けられており、
一方もしくは他方のブレーキを利かせて旋回角度を調整する
ことを特徴とする。

本発明に係る風車装置は、第１旋回台軸と第２旋回台軸とにそれぞれブレーキ手段を設ける。
ブレーキ手段は、ディスクブレーキを使うことができる。
ブレーキ手段は、風車が故障したり、強風時に風車を傾倒させる必要があるときに、風車を旋回させない目的で使用することができる。
また、ブレーキ手段は、風車の向きを風向きに合わせるために風車の旋回角度を調整する目的で使用することもできる。
例えば、旋回角度の調整は、第１旋回台軸に設けられたブレーキを利かせれば第２旋回台軸上の歯車が回転する方向へ旋回し、第２旋回台軸に設けられたブレーキを利かせれば第１旋回台軸上の歯車が回転する方向へ旋回する、などの方法で行うことができる。

本発明に係る風車装置は、
前記の支柱もしくは可動支柱に、
風車の風上側に制風板が設けられており、
風車の回転数を上げるときは、前記の支柱もしくは可動支柱を直立状態にして、風車に風が集まるように制風板を風車の風上側に配置し、
風車の回転数を下げるときは、前記の支柱もしくは可動支柱を傾倒状態にして、風を遮るように制風板を風車の風上側に配置する
ことを特徴とする。

本発明に係る風車装置は、支柱もしくは可動支柱に、風車の風上側に位置するように制風板が設けられている。
制風板は、支柱もしくは可動支柱が直立状態にあるときは、風車の風上側に位置して風車に風が流れるように風を集め、支柱もしくは可動支柱が傾倒状態にあるときは、風車が制風板の風下に隠れるように風車の風上側に位置して風を遮り、風車に風が当たらないようにする。

本発明に係る風車装置は、
前記の風車が、
２基の風車からなり、
水平軸型の風車であれば、水平軸の軸方向が同一方向を指向し、且つ、風車の正面が同じ方向を向くように隣接して並設され、
垂直軸型の風車であれば、鉛直軸の軸方向が同一方向を指向するように隣接して並設され、
各風車の回転軸が互いに相反する方向に回転する
ことを特徴とする。

本発明に係る風車装置は、２基の風車からなる。
風車は、水平軸型、垂直軸型のいずれの風車でも使用できる。
水平軸型の風車を２基使用する場合は、風車の水平軸の軸方向が同一方向を指向し、且つ、風車の正面が同じ方向を向くように隣接して風車を並設する。
垂直軸型の風車を２基使用する場合は、風車の鉛直軸の軸方向が同一方向を指向するように隣接して風車を並設する。
２基の風車が、風向きや風圧が異なる風を受ければ、それぞれの風車から得られる回転力に差が生じてしまい、回転運動の伝達経路で捻れが生じるおそれもある。
そこで、２基の風車を近接した位置で、同じ方角に向けて設けることで、同じ風向きの同じ風圧の風を受けることができ、それぞれの風車から同じ回転力を得ることができる。
並設された２基の風車は、それぞれ互いに相反する方向に回転する。
これにより、それぞれの風車の回転軸から伝達される回転方向の捻れを、相反する２つの回転によって打ち消すことができる。
それぞれの風車から延びる回転軸は、それぞれ第１回転軸、第２回転軸として、第１及び第２旋回歯車の各上端側歯車と噛合する。
なお、風車は、偶数基（２×ｎ基）であれば４基以上使用することもできる。
風車の型は、回転率や回転モーメントが同一の方が、発電効率が良く、壊れにくいため、同一の型であることが望ましいが、水平軸型や垂直軸型などの異なる型の風車を組み合わせて使用することもできる。

本発明に係る風車装置は、
前記の風車装置を２以上使用して、
これら各装置のデファレンシャルギアに連結するそれぞれのシャフトを１の発電機に連結した構成にすることもできる。
１の発電機の周囲に放射状にシャフトを配設して風車装置を連結することもできるし、複数のシャフトを連結したうえで１本のシャフトを発電機に連結することもできる。
これにより、複数の風車からの回転運動を得て、より大きな電力を発電させる発電装置として利用することができる。

本発明に係る風車装置は、
旋回台軸を基軸として、支柱または旋回支柱を水平位置まで傾倒させることで、支柱や可動支柱に載置された風車を地上付近にまで下ろすことができる。
これにより、風車のメンテナンスを地上付近で行うことができるため、メンテナンス作業が容易になり、メンテナンスに要する費用を低減できる。
なお、海中や川底に設置して使用する場合には、地上の適切な位置に風車を傾倒させることで、同様の効果を得られる。

本発明では、以下に示すような効果がある。

１）風車のみを、もしくは支柱とともに風車を、旋回歯車の回転軸周方向に３６０度以上旋回させることができる。

２）水平軸型と垂直軸型のどちらの風車でも使用できる。

３）傾倒する支柱とともに風車が風見安定性を得られる風下や下流側に自律的に旋回できる。

風車装置の旋回の機構を示す概略図 風車が風見安定性を得て風下に旋回している状態の風車装置の側方概略図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、風車装置の旋回の機構を示す概略図である。
風車装置は、風車１、風車１を支える可動支柱２、可動支柱２と連結する旋回支柱３、地上に設置されて旋回支柱３の土台となる旋回台４とからなる。

風車１は、プロペラ型の風車を２基使用している。
２基の風車１は、プロペラ軸の軸方向が同一方向を指向し、且つ、正面方向を向くようにして、隣接して並設されている。
並設された２基の風車１は、それぞれ互いに相反する方向に回転する。
これにより、それぞれの風車１の回転軸５から伝達される回転方向の捻れを、相反する２つの回転によって打ち消すことができる。

可動支柱２と旋回支柱３とは、連結軸６によって連結されている。
可動支柱２の内部には、風車１から延びる回転軸５が配設され、旋回支柱３の内部には、連結軸６から延びる回転軸７が配設されている。
２基の風車１から延びる回転軸５は、連結軸６に噛合し、連結軸６から延びる回転軸が、それぞれ第１回転軸７ａ、第２回転軸７ｂとして第１旋回歯車８及び第２旋回歯車９の各上端側歯車８ａ、９ａと噛合する。

旋回台４の内部には、旋回歯車と旋回台軸が設けられている。
旋回歯車は、第１旋回歯車８と、第２旋回歯車９とからなる。
第１旋回歯車８は、鉛直軸とその上下両端に円盤状の歯車２枚（上端側歯車８ａ、下端側歯車８ｂ）が形成され、円盤状の２枚の歯車と共に鉛直軸の軸心に貫通孔が設けられている。
第２旋回歯車９は、第１旋回歯車８の貫通孔を貫通する鉛直軸とその上下両端に円盤状の歯車２枚（上端側歯車９ａ、下端側歯車９ｂ）が形成されている。
第１旋回歯車８と第２旋回歯車９は、それぞれの上端側歯車８ａ、９ａにおいて、第１回転軸７ａ、第２回転軸７ｂと噛合する。
これにより、風車１の回転運動が第１旋回歯車８と第２旋回歯車９とに伝わり、第１旋回歯車８と第２旋回歯車９とを回転させる仕組みになっている。

第１旋回歯車８と第２旋回歯車９は、それぞれの下端側歯車８ｂ、９ｂにおいて旋回台軸の軸上に設けられた歯車とそれぞれ噛合する。
旋回台軸は、第１旋回台軸１０と、第２旋回台軸１１とからなる。
第１旋回台軸１０と第２旋回台軸１１の各軸上には歯車１０ａ、１１ａが設けられており、各歯車１０ａ、１１ａは、第１旋回歯車８と第２旋回歯車９の各下端側歯車８ｂ、９ｂと噛合する。
これにより、第１旋回歯車８と第２旋回歯車９の回転が、第１旋回台軸１０と第２旋回台軸１１を回転させる仕組みになっている。

第１旋回台軸１０と第２旋回台軸１１とは、同一軸心上でデファレンシャルギア１２によって連結されている。
デファレンシャルギア１２は、第１旋回台軸１０と第２旋回台軸１１の回転数に差が生じたときに、一方の旋回台軸の回転を抑えて、両方の軸の回転数を一定にすることができる。
デファレンシャルギア１２のほか、デフロック、リミテッド・スリップ・デフなどの種々の差動装置を使用できる。

このような構成において、風車１の回転エネルギーは、風車１から延びる回転軸５からデファレンシャルギア１２を介してシャフト１３に伝えられ、風車装置を原動機として種々の装置に利用できる。
例えば、風車装置を発電装置として使用する場合、シャフト１３を発電機に接続して、シャフト１３を介して発電機に風車１の回転エネルギーを伝え、発電させることができる。

風車装置は、第１旋回歯車８と第２旋回歯車９の各上端側歯車８ａ、９ａと回転軸７ａ、７ｂとの噛合部において風車１を旋回させることができる。
つまり、第１旋回歯車８と第２旋回歯車９の各上端側歯車８ａ、８ａと、２本の回転軸７ａ、７ｂとの噛合部において、回転軸７ａ、７ｂが、第１旋回歯車８と第２旋回歯車９の各上端側歯車８ａ、９ａと噛合しながら各上端側歯車８ａ、９ａの縁を周方向に回転することで、風車１が旋回する。

また、風車装置は、第１旋回歯車８と第２旋回歯車９の下端側歯車８ｂ、９ｂと旋回台軸上の歯車１０ａ、１１ａとの噛合部において風車１を旋回させることができる。
つまり、第１旋回歯車８と第２旋回歯車９の各下端側歯車８ｂ、９ｂが、第１旋回台軸１０と第２旋回台軸１１の各軸上に設けられた各歯車１０ａ、１１ａと噛合しながら旋回歯車（８、９）の軸周方向に回転することで、風車１が旋回する。

風車１は、可動支柱２に固定された状態で、可動支柱２、旋回支柱３とともに旋回する。
本発明に係る風車装置によれば、地上において旋回台４と発電機とが連結されており、各支柱内部には電線類が配線されていないため、に風車１が旋回しても、電線類が捻られるようなことがない。
そのため、旋回した風車１は、逆回転して旋回前の位置まで戻る必要が無く、同じ方向に何周でも旋回できる。

第１旋回台軸１０及び第２旋回台軸１１の端部には、ディスクブレーキが設けられている。
ディスクブレーキは、第１旋回台軸１０及び第２旋回台軸１１の端部が円盤状に形成されたブレーキローター１４と、ブレーキローター１４を挟み込むブレーキキャリパー１５とからなる。
ブレーキキャリパー１５に組み込まれたブレーキパッドをブレーキローター１４に押付け、その摩擦力によってブレーキの制動を行う。
ディスクブレーキは、風車１が故障したり、強風時に風車１を傾倒させる必要があるときに、風車１を旋回させないようにする目的で使用でき、また、風車１の向きを風向きに合わせるために風車１の旋回角度を調整する目的でも使用できる。

図２は、風車が風見安定性を得て風下に旋回している状態の風車装置の側方概略図である。

地上に設置された旋回台４上に、可動支柱２及び旋回支柱３が立設されている。
可動支柱２は、旋回支柱３との連結軸６を基軸として風下側（図２の右側）に傾倒している。
風車１は、可動支柱２ごと傾倒する。
図２の実施例では、風車１は、水平軸を有するプロペラ型を使用しているため、風車１が水平状態を維持したまま可動支柱２を傾倒させられるように、可動支柱２が２本設けられている。
２本の可動支柱２のうち、１本の可動支柱２と旋回支柱３との間にシリンダーダンパー１６が接続されている。

風車１は、可動支柱２よりも風下側（図２の右側）に位置し、風上側（図２の左側）から吹いてくる風に対して回転する。
可動支柱２が傾倒状態にあることで、風車１が風圧を受けて風見安定性を得られる風下に自律的に旋回する。
風車１は、風向きに合わせて風下に自律的に旋回し、その後も時々刻々と変化する風向きに合わせて３６０度以上旋回できる。

可動支柱２は、風が弱いときには直立状態になって風車１が風を受けるようにし、風が強いときは傾倒状態になって風車１に当たる風の圧力を逃がす。
なお、風力が弱く、風車１の回転が停止しているようなときは、突風などの強い風圧によって風車装置が損壊してしまうのを避けるために、可動支柱２を水平位置にまで傾倒させて風車１を倒しておくこともできる。
可動支柱２の傾倒角度の調節は、シリンダーダンパー１６によって行う。

シリンダーダンパー１６による可動支柱２の傾倒角度の調節は、風車の回転数に応じてシリンダーダンパー１６内の空気の供給や排出が行われるようにすることで行う。
具体的には、風車装置内の適当な位置の歯車に、シリンダーダンパー１６内で風車の回転数に応じてシリンダーダンパー１６内の空気の供給や排出の調整を行う機構に連結するギアを接続し、風車の回転数に応じてギアが回転することによって、シリンダーダンパー１６内の空気の供給や排出の調整を行うようにすることができる。

可動支柱２には、風車１の風上側に制風板を設けることもできる。
風車１の回転数を上げたければ、可動支柱２を直立状態にして、風車１に風が集まるように制風板を風車１の風上側に配置する。
逆に、風車１の回転数を下げたければ、可動支柱２を傾倒状態にして、風を遮るように制風板を風車１の風上側に配置する。
また、水平軸を有するプロペラ型の風車の場合、風が強いときには羽根をしぼませるように水平軸の軸心側に羽根を集めて風車が受ける風圧を少なくし、風が弱いときは、羽根を広げて風車が受ける風圧を大きくすることもできる。

風車１から延びる回転軸５や、連結軸６から旋回歯車に延びる回転軸７は、自在継手を使って接続するなどして、複数の回転軸に分けることもできる。
これにより、回転軸の配設場所に拘束されずに、可動支柱２や旋回支柱３を自由に設計できる。

旋回台４からは、シャフト１３が延びており、風車装置を原動機として種々の装置に風車１の回転エネルギーを利用できる。
例えば、シャフト１３に発電機を接続し、発電装置として利用することもできる。
また、２以上の風車装置を使い、各風車装置から延びるそれぞれのシャフト１３を、発電機１基に連結した構成にすることもできる。
これにより、複数の風車装置からの回転運動を得て、より大きな電力を発電させることができる。

本発明に係る風車装置は、風力発電装置以外にも、潮力発電や波力発電などの海洋発電装置や揚水発電などの水力発電装置などの発電装置における風車装置全般に使用することができる。
例えば、潮力発電装置では、海中に沈めた風車装置が、潮の流れに応じて傾倒しながら旋回し、潮流によって回転する風車の回転運動をシャフトを通じて地上に設置する発電機へ伝え、発電させることができる。
また、揚水発電装置では、川底に沈めた風車装置が、川の流れに応じて傾倒しながら旋回し、水流によって回転する風車の回転運動をシャフトを通じて地上に設置する発電機へ伝え、発電させることができる。
これらの発電装置に風車装置を使用する場合でも、風車は、プロペラ型、オランダ型、多翼型、セルウィング型、パドル型、サボニウス型、ジャイロミル型、クロスフロー型、ダリウス型など、どの風車でも使用できることから、効率の良い最適な風車を選択することが可能である。
また、発電装置以外にも、風車を原動機として使用する風車装置全般に使用することができ、様々な用途に利用が可能である。

１ 風車
２ 可動支柱
３ 旋回支柱
４ 旋回台
５ 回転軸
６ 連結軸
７ 回転軸
７ａ 第１回転軸
７ｂ 第２回転軸
８ 第１旋回歯車
８ａ 第１旋回歯車の上端側歯車
８ｂ 第１旋回歯車の下端側歯車
９ 第２旋回歯車
９ａ 第２旋回歯車の上端側歯車
９ｂ 第２旋回歯車の下端側歯車
１０ 第１旋回台軸
１０ａ 第１旋回台軸上の歯車
１１ 第２旋回台軸
１１ａ 第２旋回台軸上の歯車
１２ デファレンシャルギア
１３ シャフト
１４ ブレーキローター
１５ ブレーキキャリパー
１６ シリンダーダンパー

Claims (7)

1. 風車と、
   風車を支える支柱と、
   支柱の土台となって、
   鉛直軸とその上下両端に円盤状の歯車２枚（上端側歯車、下端側歯車）が形成され、歯車と共に鉛直軸の軸芯に貫通孔が設けられた第１旋回歯車と、
   第１旋回歯車の貫通孔を貫通する鉛直軸とその上下両端に円盤状の歯車２枚（上端側歯車、下端側歯車）が形成された第２旋回歯車と、
   からなる旋回歯車と、
   旋回歯車と噛合する歯車をそれぞれ備え、同一軸心上で差動装置によって連結する２本の旋回台軸（第１旋回台軸、第２旋回台軸）と、
   が設けられた旋回台と、
   差動装置に連結するシャフトを通じて風車の回転運動を得て発電する発電機と、
   からなり、
   風車からの回転運動を伝える第１回転軸が第１旋回歯車の上端側歯車と噛合し、第１旋回歯車の下端側歯車が第１旋回台軸上の歯車と噛合することで、第１旋回歯車の回転によって風車からの回転運動を第１旋回台軸に伝え、第１旋回台軸を回転させるとともに、
   風車からの回転運動を伝える第２回転軸が第２旋回歯車の上端側歯車と噛合し、第２旋回歯車の下端側歯車が第２旋回台軸上の歯車と噛合することで、第２旋回歯車の回転によって風車からの回転運動を第２旋回台軸に伝え、第２旋回台軸を回転させる旋回歯車が、
   第１旋回歯車及び第２旋回歯車の各上端側歯車と、第１回転軸及び第２回転軸との噛合部を接点にして、
   または、
   第１旋回歯車及び第２旋回歯車の各下端側歯車と、第１旋回台軸及び第２旋回台軸の各軸上の歯車との噛合部を接点にして、
   旋回歯車の回転軸周方向に３６０度以上旋回することで、
   風車のみを、もしくは支柱とともに風車を、旋回歯車の回転軸周方向に３６０度以上旋回させることができる
   ことを特徴とする風車装置。
   
2. 前記の支柱が、
   旋回台軸を基軸とした軸周方向に傾倒自在に旋回台上に立設されており、
   支柱が旋回台の鉛直軸線上を外れて傾倒することで、
   風車が風見安定性を得る風下に自律的に旋回する
   ことを特徴とする請求項１に記載の風車装置。
   
3. 前記の支柱が、
   旋回台上に立設された旋回支柱と、
   旋回支柱との連結軸を基軸とした軸周方向に傾倒自在に旋回支柱上に立設された可動支柱と、
   からなり、
   可動支柱が旋回支柱の鉛直軸線上を外れて傾倒することで、
   風車が風見安定性を得る風下に自律的に旋回する
   ことを特徴とする請求項１に記載の風車装置。
   
4. 前記の支柱が、
   旋回台軸を基軸とした軸周方向に傾倒自在に旋回台上に立設された旋回支柱と、
   旋回支柱との連結軸を基軸とした軸周方向に傾倒自在に旋回支柱上に立設された可動支柱と、
   からなり、
   旋回支柱のみが旋回台の鉛直軸線上を外れて傾倒し、もしくは旋回支柱が旋回台の鉛直軸線上を外れて傾倒すると同時に更に可動支柱が旋回支柱の延長線上を外れて傾倒することで、
   風車が風見安定性を得る風下に自律的に旋回する
   ことを特徴とする請求項１に記載の風車装置。
   
5. 前記の第１旋回台軸及び第２旋回台軸には、
   ブレーキ手段が設けられており、
   一方もしくは他方のブレーキを利かせて旋回角度を調整する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の風車装置。
   
6. 前記の支柱もしくは可動支柱は、
   風車の風上側に制風板が設けられており、
   風車の回転数を上げるときは、前記の支柱もしくは可動支柱を直立状態にして、風車に風が集まるように制風板を風車の風上側に配置し、
   風車の回転数を下げるときは、前記の支柱もしくは可動支柱を傾倒状態にして、風を遮るように制風板を風車の風上側に配置する
   ことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の風車装置。
   
7. 前記の風車が、
   ２基の風車からなり、
   水平軸型の風車であれば、水平軸の軸方向が同一方向を指向し、且つ、風車の正面が同じ方向を向くように隣接して並設され、
   垂直軸型の風車であれば、鉛直軸の軸方向が同一方向を指向するように隣接して並設され、
   各風車の回転軸が互いに相反する方向に回転する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の風車装置。