JP2015203329A - 風力発電用風車 - Google Patents

Abstract

【課題】強さにむらのある風が吹いた場合も安定して回転することが可能な風力発電用風車を提供すること。【解決手段】本発明は、鉛直方向に延びる回転軸を中心として、風力により回転可能な回転体を備えた風力発電用風車であって、回転体が回転中に鉛直方向から所定角度より大きく傾くことを防止するための規制手段を、備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、風力発電用風車に係り、詳細には、鉛直方向に延びる回転軸を中心として、風力により回転可能な回転体を備えた風力発電用風車に関する。

再生可能エネルギーの一つとして近年、風力発電の重要度が増している。風力発電に用いられる風力発電機の風車としては、水平方向に延びる回転軸を有する水平軸型風車と、鉛直方向に延びる回転軸を有する垂直軸型風車が知られている。

垂直軸型風車は、水平軸型風車と異なり、３６０度どちらの方向から吹く風についても回転駆動源とすることが可能であり、かつ、比較的狭い敷地内にも配置することができるという利点を有する。このような垂直軸型風車の一例が特許文献１に開示されている。

国際公開第２０１２／０７３３２０号

風力発電機は、回転軸を有する発電機と、この発電機の回転軸を回転させるための風車を備えている。例えば、上記特許文献１の垂直軸型風車は、鉛直方向に延びる円筒状の回転体とこの回転体の周囲に配置された複数枚の鉛直方向に細長い翼を有している。これら複数の翼は、それぞれ翼支持腕によって回転体に連結され、この回転体は翼の鉛直方向の中心付近に設置された軸受を介して、発電機を内蔵した中心軸に接続されている。通常の風は、鉛直方向に細長い翼の上部と下部とでほぼ同じ強さで吹くため、翼および回転体は、接続された回転体が中心軸に対して傾くことなく滑らかに回転する。

しかし、風力発電用風車に向けて吹き付けられる風にむらがあった場合、つまり翼の上部と下部とで翼に吹き付けられる風の強さが異なる場合、回転体に対し、回転体を鉛直方向から傾けるようなモーメントが発生する。従来の風力発電用風車は、このようなモーメントに関する配慮が十分にはなされていなかったため、翼が受けた風によって、中心軸に対して、風車の円筒状の回転体が大きく傾いてしまうおそれがあった。
このように発電機の中心軸に対して、風車の円筒状の回転体が傾くと、軸受に対して大きな負荷がかかり、風車の滑らかな回転が妨げられ、ついには風車の回転が停止してしまうおそれがある。風車が頻繁に回転・停止を繰り返すと、風力発電機から得られる電力が安定しないだけでなく、風力発電機の軸受にかかる負荷により、風力発電機の耐久性を低下させる可能性がある。

また、翼に吹き付けられる風の強さの差は、翼の上下方向長さが長くなるほど大きくなるため、翼の大型化、すなわち風力発電機の大型化に対する大きな障害となっている。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、風力発電機の翼に吹き付けられる風の強さが翼の上部と下部とで差が生じ、翼が連結される回転体を傾けるモーメントが発生しても、回転体が中心軸に対して所定角度以上に傾くことを抑制することができる風力発電機を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明は、鉛直方向に延びる回転軸を中心として、風力により回転可能な回転体を備えた風力発電用風車であって、回転体が回転中に鉛直方向から所定角度より大きく傾くことを防止するための規制手段を、備えていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、通常の風に対して滑らかな回転を妨げずに、上下でむらのある風により風力発電用風車の回転体を鉛直方向から傾けるようなモーメントが発生しても、回転体が回転可能な状態を保つことが可能となる。また、風力発電用風車の大型化が容易となる。

本発明において、好ましくは、回転体を回転可能に支持する支持体を更に備え、規制手段は、回転体および支持体の一方に設けられ、回転体が鉛直方向から所定角度傾いたときに、規制手段が回転体および支持体の他方に当接するように、他方との間に所定の隙間を空けて設けられていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、通常の風に対して滑らかな回転を妨げることなく、むらのある風に対して回転体が鉛直方向から所定角度を超えて傾かないようにすることが可能となる。

本発明において、好ましくは、規制手段は、回転可能に設けられたローラーであることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、回転体が鉛直方向から所定角度まで傾いても、回転体が回転可能な状態を保つことが可能となる。

本発明において、好ましくは、回転体は円筒形状の回転筒を有し、支持体は、回転筒と所定間隔をおいて同軸状に連結された断面円形の支柱であり、規制手段は回転筒と支柱の間の環状部に少なくとも３つ設けられていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、風力発電用風車に対するどの方向から吹く風に対しても、回転体が回転可能な状態を保つことが可能となる。

また、本発明は、少なくとも３つの規制手段は、等しい角度間隔で配置されていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、風力発電用風車に対するどの方向から吹く風に対しても、回転体が回転可能な状態を保つことが可能となる。

また、本発明において、ローラーの回転軸が回転体の回転軸と平行に配向されていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、回転体が鉛直方向から所定角度まで傾いても、回転体が回転可能な状態を保つことが可能となる。

また、本発明において、好ましくは、支持体は、設置面と平行な面を更に備え、規制手段は、回転体に設けられ、回転体が鉛直方向から所定角度傾いたときに規制手段が面に当接するように、面と所定の隙間を空けて設けられていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、通常の風に対して滑らかな回転を妨げずに、強さにむらのある風に対して回転体が鉛直方向から所定角度を超えて傾かないようにすることが可能となる。

また、本発明において、好ましくは、規制手段は、回転体に設けられ、回転体が鉛直方向から所定角度傾いたとき、規制手段が当該風力発電用風車が設置されている設置面に当接するように、設置面と所定の隙間を空けて設けられていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、通常の風に対して滑らかな回転を妨げずに、強さにむらのある風に対して回転体が鉛直方向から所定角度を超えて傾かないようにすることが可能となる。

本発明の風力発電用風車によれば、通常の風に対して滑らかな回転を妨げずに、強さにむらのある風により風力発電用風車の回転体を鉛直方向から傾けるようなモーメントが発生しても、回転体が回転可能な状態を保ち、安定した回転を継続させるようにすることが可能となる。

本発明の一実施形態の風力発電用風車の外観を概略的に示す正面図である。 本発明の一実施形態の風力発電用風車の正面部分の断面図である。 本発明の一実施形態の風力発電用風車の下部外装カバーを外した状態を概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態の風力発電用風車の下部外装カバーを外した状態において、ローラー部分を拡大して概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態の風力発電用風車の正面部分断面図である。 本発明の他の実施形態を概略的に示す斜視図である。 本発明の他の実施形態を概略的に示す斜視図である。 本発明の他の実施形態を概略的に示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の好ましい実施形態の風力発電用風車の一例の外観を概略的に示す正面図である。
本実施形態において、風力発電用風車１は、設置面に対して鉛直方向に延びる回転軸を中心として風力により回転可能な回転体１０を備えている。この回転体１０は、後述するシャフト１６及び軸受部４を介して、円柱または円筒形の支柱２により回転可能に支持されている。円柱または円筒形の支柱２の下端部は固定部３により設置面に固定される。支柱２は、金属等の耐久性の高い素材により製造されることが好ましい。

回転体１０は、円筒部１２と、風を受けるための翼１３と、この翼１３を支持して円筒部１２に固定する翼支持腕１４とを備えている。これら円筒部１２、翼１３、および翼支持腕１４はアルミニウム等の金属やカーボンファイバー、プラスチック樹脂などの軽量かつ強度および耐久性が高い素材により製造されることが好ましい。

円筒部１２は、支柱２より大径の中空円筒状部であり、円筒形の支柱２と同軸に配置され、後述するシャフト１６及び軸受部４により、回転可能に支柱２に連結されている。
円筒部１２は図２を参照して後述する円筒部フレーム１２’を備え、更に、円筒部フレーム１２’の中央部を覆うように設けられた中央カバー１２０と、円筒部フレーム１２’の上部にかぶせるように設けられた上部カバー１２１、円筒部フレーム１２’の下部にかぶせるように設けられた下部カバー１２２を備えている。上部カバー１２１及び下部カバー１２２は、この風力発電用風車１に吹く風に対する抵抗を抑えるために、その輪郭が略半球状に形成されている。下部カバー１２２は、その中心部を支柱２が貫通するように、中心部付近に開口部が設けられている。
中央カバー１２０、上部カバー１２１、下部カバー１２２の素材として、アルミニウム等の金属やカーボンファイバー、プラスチック樹脂などの軽量かつ強度および耐久性の高い素材を用いることが好ましいが、上部カバー１２１、下部カバー１２２等、中央カバー１２０ほど高い強度が要求されない部分については、アクリル樹脂や、ＡＢＳ樹脂等の加工しやすく軽量なプラスチック素材を用いることも可能である。

翼１３は、この風力発電用風車１に向けて、図における横方向に吹く風を受けて、揚力を発生させる機能を有しており、この揚力によって回転体１０の回転方向にトルクを発生させるためのものである。翼１３の形状は、従来の垂直軸型風車の翼の形状と同様であり、一方の面が前縁から後縁にかけて緩やかに湾曲し、もう一方の面が前縁から後縁にかけて略平面的になっている。また、翼１３の前縁部分は丸みを帯びており、後縁部分はとがった形状となっている。本実施形態の風力発電用風車１は、このような形状を有する翼１３を３枚備えており、この３枚の翼１３を円筒部１２の周囲に等間隔に配置することで、３６０度どちらの方向から吹く風についても、これを的確にとらえて回転体１０を回転駆動することが可能となっている。翼１３の素材として、繊維強化プラスチック、カーボンファイバー等の軽量かつ強度の高い素材を用いることが好ましい。

翼支持腕１４は、上述した翼１３を円筒部１２に接続し固定する機能を有している。本実施形態においては、１枚の翼１３を２本の翼支持腕１４により上下２箇所で支持している。上方の翼支持腕１４は、上部カバー１２１の下側付近で円筒部１２に接続されている。また、下側の翼支持腕１４は、下部カバー１２２の上側付近で円筒部１２に接続されている。図１に示す翼支持腕１４は図２を参照して後述する翼支持腕フレーム１４’を流線型の輪郭を有するカバー部材で覆ったものであり、この風力発電用風車１に向けて吹く風に対する翼支持腕１４の抵抗を抑えるようにしている。このような風力発電用風車１を上から見た場合、ちょうど円筒部１２から径方向外側に向けて、翼支持腕１４がそれぞれ１２０度間隔をおいて３方向に広がった形となり、それぞれの先に翼１３が接続されている。
翼支持腕１４の長さは、中央カバー１２０の周りを流れる空気の流量の観点から、中央カバー１２０の直径と同程度とすることが好ましい。このように、翼支持腕１４の長さを中央カバー１２０の直径と同程度とすることで、中央カバー１２０周りの空気の流量を確保しつつ、翼１３と中央カバー１２０との間を流れる空気の圧縮率を適切なものとすることができる。翼支持腕１４の素材として、アルミニウム、カーボンファイバー等の軽量かつ耐久性の高い素材を用いることが好ましい。

図２は本発明の好ましい実施形態の風力発電用風車の一例から中央カバー１２０および、上部カバー１２１、下部カバー１２２、翼支持腕１４のカバー部材を外したものを正面から見た正面図である。上述した構成と同じ符号が付された構成については説明を省略する。円筒部フレーム１２’は中央カバー１２０、上部カバー１２１、下部カバー１２２の内側にあり、円筒部１２の主要構造を形成するフレーム部材である。円筒部フレーム１２’は上部に円形の頂板１２３を有しており、上側の翼支持腕フレーム１４’がそれぞれ頂板１２３に固定されている。翼支持腕フレーム１４’はカバー部材の内側にあり、翼支持腕１４の主要構造を形成するフレーム部材である。これら円筒部フレーム１２’及び翼支持腕フレーム１４’も、アルミニウム等の金属やカーボンファイバー、プラスチック樹脂などの軽量かつ強度および耐久性が高い素材により製造されることが好ましい。

円筒部フレーム１２’は鉛直方向に関して中央付近に中板１２４を有しており、シャフト１６が中板１２４の中央部に円筒部フレーム１２’と同軸に固定されている。支柱２、円筒部フレーム１２’、シャフト１６、の鉛直方向に延びる中心軸をＡで示す。シャフト１６が中板１２４の下方に延びた先には軸受部４が設けられている。軸受部４はボールベアリングなどにより、シャフト１６を回転可能に軸受けするものであり、円筒部１２の内部空間の下方に挿入された支柱２の上端部に設けられている。シャフト１６は、この軸受部４を介して図示しない発電機に接続されている。発電機は支柱２の内部に配置されており、円筒部１２が回転することにより、軸受部４により軸受されたシャフト１６が回転し、その結果、発電機で発電が行なわれる。

円筒部フレーム１２’は下部に円形の底板１２５を有しており、下側の翼支持腕１４がそれぞれ底板１２５に固定されている。底板１２５の中央部には、支柱２の直径よりもやや大きい直径を有する穴が開けられており、この穴を通って支柱２が円筒部１２の内部に挿入されている。また、この底板１２５には、円筒部１２が回転可能な状態を保ちながら、円筒部１２が鉛直方向から所定角度を超えて傾くことを防止するための規制手段として、後述するガイドローラー１５０が３つ取り付けられている。

図３は本発明の好ましい実施形態の風力発電用風車の一例から下部カバー１２２を外した状態での、斜め下方向からの斜視図である。図３に示すように、各翼１３の下方から延びた翼支持腕１４がそれぞれ底板１２５に固定される。また、支柱２が、底板１２５の中央部に設けられた穴を通して、円筒部１２の内部に挿入されている。３つのガイドローラー１５０（図３では２つのみを示す）が底板１２５に設けられている。

図４は、図３に示された底板１２５に設けられたガイドローラー１５０付近を拡大した斜視図である。ガイドローラー１５０は、硬質ゴムや樹脂製のローラーであり、底板１２５の３箇所に回転可能に取付けられている。（図４においては２つのみを図示。）
ガイドローラー１５０は円周方向に関して、翼支持腕フレーム１４’同士の中間部の真ん中付近に配置されている。底板１２５を底面方向から見た場合、１２０度の等しい角度間隔で３箇所に配置されることになる。ガイドローラー１５０の外周面と支柱２の外周面との間には数ミリ程度の隙間が設けられている。風の無く回転体１０が静止している状態、及びむらの無い風を受けて回転体１０が回転している状態においては、支柱２と円筒部１２の鉛直方向中心軸が一致しているため、この隙間により、ガイドローラー１５０と支柱２の外周面とが離間している。この結果、ガイドローラー１５０と支柱２の外周面とが接触することなく、回転体１０は滑らかに回転することが可能である。

しかし、回転体１０の上部と下部とで回転体１０へと吹き付ける風の強さに差がある場合、すなわち回転体１０が、むらの有る風を受けた場合、支柱２の鉛直方向の中心軸に対して、回転体１０、すなわち円筒部１２及びシャフト１６が傾くようなモーメントが生じる。このモーメントによって円筒部１２及びシャフト１６が傾き始めた場合、ごく微小の傾きであれば、シャフト１６を軸受する軸受部４も大きな影響を受けず、回転体１０の回転状態は維持される。

回転体１０、すなわち円筒部１２及びシャフト１６がさらに傾き、軸受部４によるシャフト１６の軸受に影響が及ぶおそれが生じる直前の角度を所定角度とすると、円筒部１２が傾いて所定角度に達したときに、ガイドローラー１５０と支柱２の外周面との間の隙間が無くなり、ガイドローラー１５０が支柱２の外周面に接触するようになっている。ガイドローラー１５０は回転自在であるため、回転体１０が回転をしながら傾き始め、所定角度に達したときも、ガイドローラー１５０は支柱２の外周面に接触しながら回転し、円筒部１２を含む回転体１０が回転可能な状態を保ち、安定した回転を継続させることが可能となる。

上述したように、３つのガイドローラー１５０は、底板１２５を底面方向から見た場合、ちょうど１２０度の等しい角度間隔で３箇所に配置されているため、回転体１０に吹き付ける風の方向や、回転体の回転位置に関わらず、回転体１０が所定角度だけ傾いた場合には支柱２の外周面に確実に接触することができる。

また、上述したように、ガイドローラー１５０は硬質ゴムや樹脂製のローラー、すなわち弾性体であるため、回転体１０に突風が吹きつけて回転体１０が急激に傾いた場合も、支柱２との接触の衝撃を和らげることが可能である。

なお、この本実施形態においては、ガイドローラー１５０と支柱２の外周面との間の隙間を数ミリ程度としたが、この数値は風力発電用風車の寸法によって適宜改変される。

次に、図５を参照して、隙間の値の設定方法について説明する。
図５は、図２と同様に、本発明の好ましい実施形態の風力発電用風車の一例から中央部カバー１２０および上部カバー１２１、下部カバー１２２、翼支持腕１４のカバー部材を外したものを正面から見た正面図である。
図５に示したように、軸受部４の設置高さとガイドローラー１５０の設置高さとの差を、軸受部４とガイドローラー１５０との間の距離Ｌとする。ガイドローラー１５０と支柱２の外周面との間の隙間をｄとすると、隙間ｄは、
ｄ＜０．０５×Ｌ
の関係を満たすようにすることが好ましい。この関係を満たすようにすることで、支柱２の鉛直方向中心軸に対する回転体１０の傾きを約３°以下に抑制することが可能となる。
このように通常の風に対して回転体１０の滑らかな回転を妨げることなく、強さにむらのある風により風力発電用風車１の回転体１０を鉛直方向から傾けるようなモーメントが発生しても、回転体１０が回転可能な状態を保ち、安定した回転を継続させるようにすることが可能となる。

なお、ガイドローラー１５０の数は３つとしたが、４つ以上設けても構わない。その場合、４つ以上のガイドローラー１５０はそれぞれ回転対称となるように、円周上に等しい角度間隔で配置されることが好ましい。このように配置することで、強さにむらの有る風がどの方向から吹いたとしても対応することが可能となり、また、回転体１０の重心に偏りが生じないようにすることができる。

また、本実施形態において、ガイドローラー１５０を回転体１０の側に設けているが、ガイドローラー１５０を支柱２の側に設けてもよい。この場合においても、支柱２側に設けたガイドローラー１５０と、回転体１０の円筒部１２の内壁面との間に数ミリ程度の所定の隙間を設ける。
上述した実施形態と同様に、強さにむらの有る風が吹いたとしても、回転体１０が所定角度傾いた時点で、支柱２の側に設けられたガイドローラー１５０が回転体１０の円筒部１２の内壁と当接する。
この場合も、軸受部４の設置高さとガイドローラー１５０の設置高さとの差を、軸受部４とガイドローラー１５０との間の距離Ｌとし、ガイドローラー１５０と支柱２の外周面との間の隙間をｄとすると、上述した実施形態と同様に、隙間ｄは、
ｄ＜０．０５×Ｌ
の関係を満たすようにすることが好ましい。
この関係を満たすことで、支柱２の鉛直方向中心軸に対する回転体１０の傾きを約３°以下に抑制することが可能となる。この結果、回転体１０が回転可能な状態を保ち、安定した回転を継続させるようにすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態の風力発電用風車について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る風力発電用風車を概略的に示す斜視図である。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
第２の実施形態の風力発電用風車１ａは、第１の実施形態とは異なり、回転体１０ａは円筒部を備えておらず、各翼１３ａは２本の翼支持腕１４ａを介してそれぞれシャフト１６ａに接続されている。各翼支持腕１４ａはカバー部材を有していないため、第１の実施形態における翼支持腕フレーム１４’の形状に類似しているが、各翼支持腕１４ａは直接シャフト１６ａに接続されている点で、第１の実施形態における翼支持腕フレーム１４’の構成とは異なっている。シャフト１６ａは鉛直方向に延びており、その下方が軸受部４ａで回転可能に支持されている。

各下側の翼支持腕１４ａには、更に下方に伸びるガイドローラー支持部１６０が連結されている（図６には２本のみを図示）。ガイドローラー支持部１６０は２本の棒状部材の下端を鋭角に接続した形をしており、一方の棒状部材が下側の翼支持腕１４ａの基端部から下方へと延び、他方の棒状部材が下側の翼支持腕１４ａの略中央部から支柱２ａに向けて斜め下方へと延び一方の棒状部材と連結されている。ガイドローラー支持部１６０は１本の翼支持腕１４ａに２箇所で結合されている。ガイドローラー支持部１６０は、翼支持腕１４ａと同様の素材で製造されることが好ましい。

このガイドローラー支持部１６０の下端部には、ガイドローラー１５０ａが回転自在に固定されている。ガイドローターは、外周面が、支柱２ａの外周面との間に、数ミリ程度の所定の隙間が設けられるように配置されている。軸受部４ａの設置高さとガイドローラー１５０ａの設置高さとの差を、軸受部４ａとガイドローラー１５０ａとの間の距離Ｌとする。第１の実施形態と同様に、ガイドローラー１５０ａと支柱２ａの外周面との間の隙間をｄとすると、隙間ｄは、
ｄ＜０．０５×Ｌ
の関係を満たすようにすることが好ましい。
第１の実施形態と同様に、この関係を満たすようにすることで、支柱２の鉛直方向中心軸に対する回転体１０ａの傾きを約３°以下に抑制することが可能となる。こうして通常の風に対して回転体１０ａの滑らかな回転を妨げることなく、強さにむらのある風により風力発電用風車１ａの回転体１０ａを鉛直方向から傾けるようなモーメントが発生しても、回転体１０ａが回転可能な状態を保ち、安定した回転を継続させるようにすることが可能となる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は本発明の第３の実施形態に係る風力発電用風車を概略的に示す斜視図である。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
第３の実施形態に係る風力発電用風車１ｂも、第２の実施形態の風力発電用風車と同様に、回転体１０ｂの円筒部１２ｂの下方にガイドローラー１５０ｂが設けられている。円筒部１２ｂの図示しない底板から下方に延びる３つのガイドローラー支持部１６２が設けられ（図７には１つのみを図示）、ガイドローラー支持部１６２のそれぞれ先端部に回転自在にガイドローラー１５０ｂが設けられている。ガイドローラー支持部１６２は円周方向に関して、翼支持腕１４ｂ同士の中間部の真ん中付近に配置されている。

このガイドローラー１５０ｂは、回転軸が水平方向に向けられた状態でガイドローラー支持部１６２に支持されている。回転体１０ｂの円筒部１２ｂの下方、支柱２ｂを取り囲むようにガイドプレート１７０が設けられている。ガイドプレート１７０は環状の板であり、支柱２ｂに対して、溶接・接着・ネジ止め等の手段によって固定されている。ガイドプレート１７０は、支柱２ｂと同様の素材を使用することが可能であり、少なくとも上面が滑らかな平面であることが好ましい。

ガイドローラー１５０ｂの下端とガイドプレート１７０の上面との間には数ミリ程度の所定の隙間が設けられている。風の無く回転体１０ｂが静止している状態、及びむらの無い風を受けて回転体１０ｂが回転している状態においては、支柱２ｂと円筒部１２ｂの鉛直方向中心軸が一致しているため、この隙間により、ガイドローラー１５０ｂとガイドプレート１７０の上面とが離間している。この結果、ガイドローラー１５０ｂとガイドプレート１７０の上面とが接触することなく、回転体１０ｂは滑らかに回転することが可能である。

第１の実施形態と同様に、回転体１０ｂ、すなわち円筒部１２ｂ及び図示しないシャフト１６ｂがさらに傾き、図示しない軸受部４ｂによるシャフト１６ｂの軸受に影響が及ぶおそれが生じる直前の角度を所定角度とすると、円筒部１２ｂが傾いて所定角度に達したときに、ガイドローラー１５０ｂとガイドプレート１７０の上面との間の隙間が無くなり、ガイドローラー１５０ｂがガイドプレート１７０の上面に接触するようになっている。ガイドローラー１５０ｂは回転自在であるため、回転体１０ｂが回転をしながら傾き始め、所定角度に達したときも、ガイドローラー１５０ｂはガイドプレート１７０の上面に接触しながら回転し、円筒部１２ｂを含む回転体１０ｂが回転可能な状態を保ち、安定した回転を継続させることが可能となる。

図７に示したように、支柱２ｂの中心軸及び回転体１０ｂの回転軸からガイドローラー１５０ｂまでの距離をＬとし、ガイドローラー１５０ｂとガイドプレート１７０の上面との間の隙間をｄとすると、隙間ｄは、
ｄ＜０．０５×Ｌ
の関係を満たすようにすることが好ましい。この関係を満たすようにすることで、支柱２ｂの鉛直方向中心軸に対する回転体１０ｂの傾きを約３°以下に抑制することが可能となる。他の実施形態と同様に、通常の風に対して回転体１０ｂの滑らかな回転を妨げることなく、強さにむらのある風により風力発電用風車１ｂの回転体１０ｂを鉛直方向から傾けるようなモーメントが発生しても、回転体１０ｂが回転可能な状態を保ち、安定した回転を継続させるようにすることが可能となる。

本発明の第４の実施形態の風力発電用風車について説明する。図８は本発明の第４の実施形態に係る風力発電用風車を概略的に示す斜視図である。
第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。第４の実施形態に係る風力発電用風車１は設置面２００に設置されている。
第４の実施形態に係る風力発電用風車は第３の実施形態と同様に、回転体１０の下方にガイドローラー１５０を設ける。しかしながら、第４の実施例では、第３の実施形態と異なりガイドローラー１５０を各翼１３の下方に設け、ガイドプレート１７０に代えて設置面２００にガイドローラーを接触させ、傾きを抑制する構成としている。

第４の実施形態に係る風力発電用風車では、図８に示すように、各翼１３ｃの下端に、更に下方に延びるガイドローラー支持部１６４を設け、各ガイドローラー支持部１６４の先端にガイドローラー１５０ｃが回転可能に設けられている。ガイドローラー１５０ｃは、回転軸が水平方向に向けられた状態でガイドローラー支持部１６２に支持されている。なお、第４の実施形態においては、翼１３ｃが大型化した場合、ガイドローラー１５０ｃとして小型のタイヤを用いることも可能である。

ガイドローラー１５０ｃの下端と設置面との間には数ミリ程度の所定の隙間が設けられている。風の無いときに回転体１０ｃが静止している状態、及びむらの無い風を受けて回転体１０ｃが回転している状態においては、支柱２ｃと円筒部１２ｃの鉛直方向中心軸が一致しているため、この隙間により、ガイドローラー１５０ｃと設置面２００とが離間している。この結果、ガイドローラー１５０と設置面２００とが接触することなく、回転体１０ｃは滑らかに回転することが可能である。

第３の実施形態と同様に、回転体１０ｃ、すなわち円筒部１２ｃ及び図示しないシャフト１６ｃがさらに傾き、図示しない軸受部４ｃによるシャフト１６ｃの軸受に影響が及ぶおそれが生じる直前の角度を所定角度とすると、円筒部１２ｃ及び翼１３ｃが傾いて所定角度に達したときに、ガイドローラー１５０ｃと設置面２００との間の隙間が無くなり、ガイドローラー１５０ｃが設置面２００に接触するようになっている。ガイドローラー１５０ｃは回転自在であるため、回転体１０ｃが回転をしながら傾き始め、所定角度に達したときも、ガイドローラー１５０ｃは設置面２００に接触しながら回転し、翼１３ｃを含む回転体１０ｃが回転可能な状態を保ち、安定した回転を継続させることが可能となる。

図８に示したように、支柱２ｃの中心軸及び回転体１０ｃの回転軸からガイドローラー１５０ｃまでの距離をＬとし、ガイドローラー１５０ｃと設置面２００との間の隙間をｄとすると、隙間ｄは、
ｄ＜０．０５×Ｌ
の関係を満たすようにすることが好ましい。この関係を満たすようにすることで、支柱２の鉛直方向中心軸に対する回転体１０ｃの傾きを約３°以下に抑制することが可能となる。他の実施形態と同様に、通常の風に対して回転体１０ｃの滑らかな回転を妨げることなく、強さにむらのある風により風力発電用風車１ｃの回転体１０ｃを鉛直方向から傾けるようなモーメントが発生しても、回転体１０ｃが回転可能な状態を保ち、安定した回転を継続させるようにすることが可能となる。

以上説明したように、本発明の各実施形態によると、通常の風に対して回転体の滑らかな回転を妨げることなく、強さにむらのある風により風力発電用風車の回転体を鉛直方向から傾けるようなモーメントが発生しても、回転体が回転可能な状態を保ち、安定した回転を継続させるようにすることが可能となる。また、風力発電用風車の大型化が容易となる。
本発明は、前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 風力発電用風車
２、２ａ、２ｂ、２ｃ 支柱
３、３ａ、３ｂ、３ｃ 固定部
４、４ａ、４ｂ、４ｃ 軸受部
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 回転体
１２、１２ｂ、１２ｃ 円筒部
１２’ 円筒部フレーム
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 翼
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 翼支持腕
１４’ 翼支持腕フレーム
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ シャフト
１２０ 中央部カバー
１２１ 上部カバー
１２２ 下部カバー
１２３ 頂板
１２４ 中板
１２５ 底板
１５０、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ ガイドローラー
１６０ ガイドローラー支持部
１６２ ガイドローラー支持部
１６４ ガイドローラー支持部
１７０ ガイドプレート
２００ 設置面

Claims (8)

1. 鉛直方向に延びる回転軸を中心として、風力により回転可能な回転体を備えた風力発電用風車であって、
   前記回転体が回転中に前記鉛直方向から所定角度より大きく傾くことを防止するための規制手段を、備えている、
   ことを特徴とする、風力発電用風車。
2. 前記回転体を回転可能に支持する支持体を更に備え、
   前記規制手段は、前記回転体および前記支持体の一方に設けられ、前記回転体が前記鉛直方向から前記所定角度傾いたときに、前記規制手段が前記回転体および前記支持体の他方に当接するように、前記他方との間に所定の隙間を空けて設けられている、
   請求項１記載の風力発電用風車。
3. 前記規制手段は、回転可能に設けられたローラーである、
   請求項１又は２に記載の風力発電用風車。
4. 前記回転体は円筒形状の回転筒を有し、前記支持体は、前記回転筒と所定間隔をおいて同軸状に連結された断面円形の支柱であり、
   前記規制手段は、前記回転筒と前記支柱の間の環状部に少なくとも３つ設けられている、
   請求項２又は３記載の風力発電用風車。
5. 前記少なくとも３つの規制手段は、等しい角度間隔で配置されている、
   請求項４記載の風力発電用風車。
6. 前記ローラーの回転軸が前記回転体の回転軸と平行に配向されている、
   請求項５記載の風力発電用風車。
7. 前記支持体は、前記設置面と平行な面を更に備え、
   前記規制手段は、前記回転体に設けられ、前記回転体が前記鉛直方向から所定角度傾いたときに前記規制手段が前記面に当接するように、前記面と所定の隙間を空けて設けられている、
   請求項１記載の風力発電用風車。
8. 前記規制手段は、前記回転体に設けられ、
   前記回転体が前記鉛直方向から所定角度傾いたとき、前記規制手段が当該風力発電用風車が設置されている設置面に当接するように、前記設置面と所定の隙間を空けて設けられている、
   請求項１記載の風力発電用風車。

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