JP2015071987A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で発電効率を高めることができる風力発電装置を提供する。
【解決手段】本装置は、風力を利用して発電する風力発電装置１であって、円筒状の本体３と、本体の外周側に配された第１外周部４と、第１外周部の外周側に、ベアリング１３を介して本体の軸回りに回転可能に配された第２外周部５と、第２外周部に備えられたブレード６と、第１外周部に備えられた固定子１７、及び固定子と対向するように第２外周部に備えられた回転子１８を有する発電機７と、を備える。そして、上記発電機は、ブレードが風を受けて第２外周部が第１外周部の周りを回転することで発電する。
【選択図】図２

Description

本発明は、風力発電装置に関し、さらに詳しくは、簡易な構造で発電効率を高めることができる風力発電装置に関する。

従来の発電装置として、風力を利用して発電する風力発電装置が一般に知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の風力発電装置１０１では、例えば、図５に示すように、主軸１０３の一端側に複数のブレード１０６が取り付けられ、これらブレード１０６が風を受けて主軸１０３が回転し、その回転を増速機１０９で増速して発電機１０７で発電する。

特開２００２−２２１２６３号公報

しかし、上記従来の風力発電装置１０１では、主軸１０３の軸方向に沿って増速器１０９及び発電機１０７が並設されているので、構造が複雑である。さらに、上記従来の風力発電装置１０１では、主軸１０３の一端側にブレード１０６が片持ち支持されているので、ブレード１０６を大きくして発電効率を上げようとすると主軸に大きな負荷がかかってしまう。そのため、ブレード１０６の大きさの上限が決まってしまう。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で発電効率を高めることができる風力発電装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、風力を利用して発電する風力発電装置であって、円筒状の本体と、前記本体の外周側に配された第１外周部と、前記第１外周部の外周側に、ベアリングを介して前記本体の軸回りに回転可能に配された第２外周部と、前記第２外周部に備えられたブレードと、前記第１外周部に備えられた固定子、及び該固定子と対向するように前記第２外周部に備えられた回転子を有する発電機と、を備え、前記発電機は、前記ブレードが風を受けて前記第２外周部が前記第１外周部の周りを回転することで発電することを要旨とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載において、前記本体の軸方向の一端側は、先端に向かって径が拡大する拡径部に形成されていることを要旨とする。
上記問題を解決するために、請求項３に記載の発明は、風力を利用して発電する風力発電装置であって、円筒状の本体と、前記本体の軸方向の中間部に配されて、前記本体を支持する柱と、前記本体の軸方向の前記柱よりも一方側の外周側に配された第１外周部と、前記第１外周部の外周側に、ベアリングを介して前記本体の軸回りに回転可能に配された第２外周部と、前記第２外周部に備えられた第１ブレードと、前記第１外周部に備えられた固定子、及び該固定子と対向するように前記第２外周部に備えられた回転子を有する第１発電機と、前記本体の軸方向の前記柱よりも他方側の外周側に配された第３外周部と、前記第３外周部の外周側に、ベアリングを介して前記本体の軸回りに回転可能に配された第４外周部と、前記第４外周部に備えられた第２ブレードと、前記第３外周部に備えられた固定子、及び該固定子と対向するように前記第４外周部に備えられた回転子を有する第２発電機と、を備え、前記第１発電機は、前記第１ブレードが風を受けて前記第２外周部が前記第１外周部の周りを回転することで発電し、前記第２発電機は、前記第２ブレードが風を受けて前記第４外周部が前記第３外周部の周りを回転することで発電することを要旨とする。

本発明の風力発電装置によると、円筒状の本体と、本体の外周側に配された第１外周部と、第１外周部の外周側に、ベアリングを介して本体の軸回りに回転可能に配された第２外周部と、第２外周部に備えられたブレードと、第１外周部に備えられた固定子、及び固定子と対向するように第２外周部に備えられた回転子を有する発電機と、を備える。そして、発電機は、ブレードが風を受けて第２外周部が第１外周部の周りを回転することで発電する。このように、円筒状の本体の外周側にブレード及び発電機を配することで、ブレードを支持するためのベアリングとして大径で軸受け強度の高いベアリングを使用できる。よって、より大きなブレードを使用して発電効率を高めることができる。また、発電機が中空状となり、中実状の発電機に比べて、質量効率（すなわち、発電効率）を高めることができる。さらに、構造が簡易で耐久性に優れる。
さらに、前記本体の軸方向の一端側が、先端に向かって径が拡大する拡径部に形成されている場合は、拡径部により本体内に風を導入し易くでき、本体を風向調整に利用して発電効率を更に高めることができる。

本発明の風力発電装置によると、円筒状の本体と、本体の軸方向の中間部に配されて、本体を支持する柱と、本体の軸方向の柱よりも一端側の外周側に配された第１外周部と、第１外周部の外周側に、ベアリングを介して本体の軸回りに回転可能に配された第２外周部と、第２外周部に備えられた第１ブレードと、第１外周部に備えられた固定子、及び固定子と対向するように第２外周部に備えられた回転子を有する第１発電機と、本体の軸方向の柱よりも他端側の外周側に配された第３外周部と、第３外周部の外周側に、ベアリングを介して本体の軸回りに回転可能に配された第４外周部と、第４外周部に備えられた第２ブレードと、第３外周部に備えられた固定子、及び固定子と対向するように第４外周部に備えられた回転子を有する第２発電機と、を備える。そして、第１発電機は、第１ブレードが風を受けて第２外周部が第１外周部の周りを回転することで発電し、第２発電機は、第２ブレードが風を受けて第４外周部が第３外周部の周りを回転することで発電する。このように、円筒状の本体の外周側にブレード及び発電機を配することで、ブレードを支持するためのベアリングとして大径で軸受け強度の高いベアリングを使用できる。よって、より大きなブレードを使用して発電効率を高めることができる。また、発電機が中空状となり、中実状の発電機に比べて、質量効率（すなわち、発電効率）を高めることができる。さらに、構造が簡易で耐久性に優れる。さらに、本体の軸方向の柱よりも一方側に第１ブレード及び第１発電機が配されるとともに、本体の軸方向の柱よりも他方側に第２ブレード及び第２発電機が配される。これにより、柱に対する重量バランスを考慮して本体にブレード及び発電機を配することができる。

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
実施例１に係る風力発電装置の斜視図である。 上記風力発電装置の要部縦断面図である。 実施例２に係る風力発電装置の斜視図である。 上記風力発電装置の要部縦断面図である。 従来の風力発電装置の斜視図である。

ここで示される事項は例示的なものおよび本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

＜風力発電装置＞
本実施形態に係る風力発電装置は、風力を利用して発電する風力発電装置（１、２１）であって、円筒状の本体（３）と、本体の外周側に配された第１外周部（４）と、第１外周部の外周側に、ベアリング（１３）を介して本体の軸回りに回転可能に配された第２外周部（５）と、第２外周部に備えられたブレード（６）と、第１外周部に備えられた固定子（１７）、及び固定子と対向するように第２外周部に備えられた回転子（１８）を有する発電機（７）と、を備える（例えば、図２及び図４等参照）。そして、上記発電機（７）は、ブレード（６）が風を受けて第２外周部（５）が第１外周部（４）の周りを回転することで発電する。

なお、上記「固定子」は、発電機を構成する固定された電機子又は界磁である限り、その種類、形状等は特に問わない。この固定子は、例えば、巻線（直流機・同期機・誘導機）、又は永久磁石（直流機）を備えることができる。また、上記「回転子」は、発電機を構成する回転する電機子、界磁又は構造物である限り、その種類、形状等は特に問わない。この回転子は、例えば、かご（誘導機）、巻線（直流機・同期機・誘導機）、又は永久磁石（直流機・同期機）を備えることができる。

本実施形態に係る風力発電装置としては、例えば、上記本体（３）の軸方向の一端側は、先端に向かって径が拡大する拡径部（３ｂ）に形成されている形態（例えば、図２及び図４等参照）を挙げることができる。この場合、例えば、その軸方向が略水平となるように本体（３）を支持する柱（８）を備え、柱により本体が略垂直軸回りに回転可能に支持されていることができる。

＜風力発電装置＞
本実施形態に係る風力発電装置は、風力を利用して発電する風力発電装置（２１）であって、円筒状の本体（３）と、本体の軸方向の中間部に配されて、本体を支持する柱（８）と、本体の軸方向の柱よりも一方側の外周側に配された第１外周部（４）と、第１外周部の外周側に、ベアリング（１３）を介して本体の軸回りに回転可能に配された第２外周部（５）と、第２外周部に備えられた第１ブレード（６）と、第１外周部に備えられた固定子（１７）、及び固定子と対向するように第２外周部に備えられた回転子（１８）を有する第１発電機（７）と、本体の軸方向の柱よりも他方側の外周側に配された第３外周部（２４）と、第３外周部の外周側に、ベアリング（３３）を介して本体の軸回りに回転可能に配された第４外周部（２５）と、第４外周部に備えられた第２ブレード（２６）と、第３外周部に備えられた固定子（３７）、及び固定子と対向するように第４外周部に備えられた回転子（３８）を有する第２発電機（２７）と、を備える（例えば、図４等参照）。そして、上記第１発電機（７）は、第１ブレード（６）が風を受けて第２外周部（５）が第１外周部（４）の周りを回転することで発電し、第２発電機（２７）は、第２ブレード（２６）が風を受けて第４外周部（２５）が第３外周部（２４）の周りを回転することで発電する。

なお、上記実施形態で記載した各構成の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的構成との対応関係を示すものである。

以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。なお、図中の矢印Ｆは、風向きを示す。

＜実施例１＞
（１）風力発電装置の構成
本実施例に係る風力発電装置１は、図１及び図２に示すように、以下に述べる本体３、第１外周部４、第２外周部５、ブレード６及び発電機７を備えている。

上記本体３は、図２に示すように、円筒状に形成されており、軸方向に連通する中空部３ａを備えている。この本体３は、その軸方向が略水平となるように柱８で支持されている。この柱８は、本体３の軸方向の中間部に配されている。また、柱８の上端側には、本体３を略垂直軸回りに回転可能に支持するベアリング（図示省略）を有する回転機構１０が設けられている。また、本体３の軸方向の一端側は、先端に向かって径が拡大する拡径部３ｂに形成されている。そして、本体３は、その拡径部３ｂが風向きＦと対向して風を受ける側となるように配されている。

上記第１外周部４は、本体３の軸方向の柱８よりも一方側の外周側に配されている。この第１外周部４は、本体３の一部と、本体３の外周側に取り付けられたリング状の支持部１１と、からなされている。また、上記第２外周部５は、第１外周部４の外周側に、ベアリング１３を介して本体３の軸回りに回転可能に配されている。この第２外周部５は、筒状の外周壁１４ａと、この外周壁１４ａの軸方向の両端側から求心方向に延びる側壁１４ｂと、を有する外筒１４からなされている。この側壁１４ｂの内周側と支持部１１の外周側との間に上記ベアリング１３が配設されている。

上記ブレード６は、第２外周部５に備えられている。具体的に、上記外周壁１４ａには、円周方向に所定間隔で複数枚（図中３枚）のブレード６の基端側がピッチ調整機構１５を介して取り付けられている。このピッチ調整機構１５は、風速に応じてブレード６のひねり角を調整するものである。また、上記発電機７は、第１外周部４及び第２外周部５により構成されるハウジング内に収容されている。この発電機７は、第１外周部４に備えられたコイル１７ａを有する固定子１７と、第２外周部５に備えられた永久磁石１８ａを有する回転子１８と、を備えている。この固定子１７の外周面は、回転子１８の内周面に対向している。

（２）風力発電装置の作用
次に、上記構成の風力発電装置１の作用について説明する。各ブレード６が風を受けて第２外周部５が第１外周部４の周りを回転する。すると、発電機７において、回転子１８（永久磁石１８ａ）の回転とともに回転する磁界により電気が発生する。また、風向きＦが変わると、拡径部３ｂを介して本体３内に風が導入されることで、本体３が回転機構１０により垂直軸回りに回転してブレード６で効果的に風を受ける。

（３）実施例の効果
以上より、本実施例の風力発電装置１によると、円筒状の本体３と、本体３の外周側に配された第１外周部４と、第１外周部４の外周側に、ベアリング１３を介して本体３の軸回りに回転可能に配された第２外周部５と、第２外周部５に備えられたブレード６と、第１外周部４に備えられた固定子１７、及び固定子１７に対向するように第２外周部５に備えられた回転子１８を有する発電機７と、を備える。そして、発電機７は、ブレード６が風を受けて第２外周部５が第１外周部４の周りを回転することで発電する。このように、円筒状の本体３の外周側にブレード６及び発電機７を配することで、ブレード６を支持するためのベアリングとして大径で軸受け強度の高いベアリング１３を使用できる。よって、より大きなブレード６を使用して発電効率を高めることができる。また、発電機７が中空状となり、中実状の発電機に比べて、質量効率（すなわち、発電効率）を高めることができる。さらに、構造が簡易で耐久性に優れる。特に、本実施例では、増速器を用いずに発電効率を高めることができ、構造を極めて簡素化できる。

さらに、本実施例では、本体３の軸方向の一端側は、先端に向かって径が拡大する拡径部３ｂに形成されているので、拡径部３ｂにより本体３内に風を導入し易くでき、本体３を風向調整に利用して発電効率を更に高めることができる。

＜実施例２＞
次に、実施例２に係る風力発電装置について説明するが、上記実施例１に係る風力発電装置１と略同じ構成部位には同符号を付けて詳説を省略し、両者の主な相違点について詳説する。

（１）風力発電装置の構成
本実施例に係る風力発電装置２１は、図３及び図４に示すように、以下に述べる本体３、柱８、第１外周部４、第２外周部５、第１ブレード６、第１発電機７、第３外周部２４、第４外周部２５、第２ブレード２６、及び第２発電機２７を備えている。

上記第３外周部２４は、図４に示すように、本体３の軸方向の柱よりも他方側（すなわち、第１外周部４の反対側）の外周側に配されている。この第３外周部２４は、本体３の一部及び本体３の外周側に取り付けられたリング状の支持部３１からなされている。また、上記第４外周部２５は、第３外周部２４の外周側に、ベアリング３３を介して本体３の軸回りに回転可能に配されている。この第４外周部２５は、筒状の外周壁３４ａと、この外周壁３４ａの軸方向の両端側から求心方向に延びる側壁３４ｂと、を有する外筒３４からなされている。この側壁３４ｂの内周側と支持部３１の外周側との間に上記ベアリング３３が配設されている。

上記第２ブレード２６は、第４外周部２５に備えられている。具体的には、上記外周壁３４ａには、円周方向に所定間隔で複数枚（図中３枚）の第２ブレード２６の基端側がピッチ調整機構３５を介して取り付けられている。このピッチ調整機構３５は、風速に応じて第２ブレード２６のひねり角を調整するものである。また、上記第２発電機２７は、第３外周部２４及び第４外周部２５により構成されるハウジング内に収容されている。この発電機２７は、第３外周部２４に備えられたコイル３７ａを有する固定子３７と、第４外周部２５に備えられた永久磁石３８ａを有する回転子３８と、を備えている。この固定子３７の外周面は、回転子３８の内周面に対向している。

（２）風力発電装置の作用
次に、上記構成の風力発電装置２１の作用について説明する。第１ブレード６が風を受けて第２外周部５が第１外周部４の周りを回転するとともに、第２ブレード２６が風を受けて第４外周部２５が第３外周部２４の周りを回転する。すると、第１発電機７及び第２発電機２７において、回転子１８、３８（永久磁石１８ａ、３８ａ）の回転とともに回転する磁界により電気が発生する。また、風向きＦが変わると、拡径部３ｂを介して本体３内に風が導入されることで、本体３が回転機構１０により垂直軸回りに回転してブレード６、２６で効果的に風を受ける。

（３）実施例の効果
以上より、本実施例の風力発電装置２１によると、上記実施例の風力発電装置１と略同様の作用・効果を奏するとともに、本体３の軸方向の柱８よりも一方側に第１ブレード６及び第１発電機７が配されるとともに、本体３の軸方向の柱８よりも他方側に第２ブレード２６及び第２発電機２７が配される。これにより、柱８に対する重量バランスを考慮して本体３にブレード６、２６及び発電機７、２７を配することができる。

尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。すなわち、上記実施例では、軸方向に真っ直ぐに延びる直線状の本体３を例示したが、これに限定されず、例えば、湾曲状部や屈曲状部を有する本体としてもよい。また、拡径部３ｂを備えない本体としてもよい。

また、上記実施例では、本体３の一部と、本体３に取り付けられる後付材（支持部１１、３１）と、からなる第１外周部４（又は第３外周部２４）を例示したが、これに限定されず、例えば、本体３の一部のみから構成される外周部としたり、本体３に取り付けられる後付材のみから構成される外周部としたりしてもよい。

また、上記実施例では、第２外周部５（又は第４外周部２５）の外周側から放射状に延びる３枚のブレード６（又はブレード２６）を例示したが、これに限定されず、例えば、１枚、２枚又は４枚以上のブレードとしてもよい。

また、上記実施例では、発電機７、２７として同期発電機（永久磁石式）を例示したが、これに限定されず、例えば、かご型誘導発電機、二次巻線（回転子）抵抗可変式誘導発電機、二次巻線（回転子）励磁量制御方式誘導発電機、同期発電機（巻線式）などを採用してもよい。

さらに、上記実施例では、水平軸風車からなる風力発電装置１、２１を例示したが、これに限定されず、例えば、垂直軸風車からなる風力発電装置としてもよい。

前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本発明の記述および図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的および例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本発明の範囲または精神から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料および実施例を参照したが、本発明をここにおける開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。

本発明は上記で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形または変更が可能である。

風力を利用して発電する技術として広く利用される。

１，２１；風力発電装置、３；本体、４；第１外周部、５；第２外周部、６，２６；ブレード、７，２７；発電機、８；柱、１３，３３；ベアリング、１７，３７；固定子、１８，３８；回転子。

Claims (3)

1. 風力を利用して発電する風力発電装置であって、
   円筒状の本体と、
   前記本体の外周側に配された第１外周部と、
   前記第１外周部の外周側に、ベアリングを介して前記本体の軸回りに回転可能に配された第２外周部と、
   前記第２外周部に備えられたブレードと、
   前記第１外周部に備えられた固定子、及び該固定子と対向するように前記第２外周部に備えられた回転子を有する発電機と、を備え、
   前記発電機は、前記ブレードが風を受けて前記第２外周部が前記第１外周部の周りを回転することで発電することを特徴とする風力発電装置。
2. 前記本体の軸方向の一端側は、先端に向かって径が拡大する拡径部に形成されている請求項１記載の風力発電装置。
3. 風力を利用して発電する風力発電装置であって、
   円筒状の本体と、
   前記本体の軸方向の中間部に配されて、前記本体を支持する柱と、
   前記本体の軸方向の前記柱よりも一方側の外周側に配された第１外周部と、
   前記第１外周部の外周側に、ベアリングを介して前記本体の軸回りに回転可能に配された第２外周部と、
   前記第２外周部に備えられた第１ブレードと、
   前記第１外周部に備えられた固定子、及び該固定子と対向するように前記第２外周部に備えられた回転子を有する第１発電機と、
   前記本体の軸方向の前記柱よりも他方側の外周側に配された第３外周部と、
   前記第３外周部の外周側に、ベアリングを介して前記本体の軸回りに回転可能に配された第４外周部と、
   前記第４外周部に備えられた第２ブレードと、
   前記第３外周部に備えられた固定子、及び該固定子と対向するように前記第４外周部に備えられた回転子を有する第２発電機と、を備え、
   前記第１発電機は、前記第１ブレードが風を受けて前記第２外周部が前記第１外周部の周りを回転することで発電し、前記第２発電機は、前記第２ブレードが風を受けて前記第４外周部が前記第３外周部の周りを回転することで発電することを特徴とする風力発電装置。

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