JP2017089653A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、回転軸がスムーズに運転することができ、且つ使用寿命が長い風力発電装置に関する。【解決手段】本発明における空気の流れにより回転駆動される風力発電装置は、支持座１と、空気の流れ方向Ｆと略一致する軸線Ｌに沿って延伸し、且つ軸線Ｌを中心軸として第１の回転方向Ｃ１で回転可能に支持座１に保持されている第１の回転軸２と、軸線Ｌにおいて互いに離間するように、第１の回転軸２に配置されている複数の第１のフィン手段３と、を備え、第１のフィン手段３それぞれは、それぞれの第１のフィン手段３が第１の回転軸２に配置されている位置から、軸線Ｌと略直交するように放射状に延伸し、且つ第１の回転軸２と共に第１の回転方向２で回転する複数のフィン３１を有している。【選択図】図２

Description

本発明は発電装置に関し、特に風力を応用した風力発電装置に関する。

従来の風力発電装置として、例えば特許文献１に記載されているものがあり、図１は従来の風力発電装置の構成を簡略化して示すものである。

図示されているように、従来の風力発電装置は、発電部９０と、発電部９０に回転可能に取付けられていて風の方向と略一致する回転軸９１と、回転軸９１と直交するように延伸する３つのフィン９２とを備え、フィン９２それぞれで風力を受けて回転軸９１を回転駆動して発電部９０でその回転エネルギーを電力に変換するようになっている。

台湾特許出願公開第２０１４２５７２４号

上記構成を有する従来の風力発電装置は、フィン９２それぞれで風力を受けて回転軸９１を回転駆動する構成になっており、回転軸９１を回転駆動して発電するためには十分な風力を受ける必要があり、そのためフィン９２それぞれの受風面を広げるために長く形成する必要がある。実際、フィンの長さが４０メートルを超える製品も現れている。しかし、高低差によって風力が異なる場合も多く、フィンが回転する際高い場所に位置する時に受ける風の強さと、低い場所に位置する時に受ける風の強さとの差が激しくなると、回転軸９１の回転方向が風が吹く方向と略一致すると言っても、実際に掛かる力の方向が一致しなくなり、そのためスムーズに回転できない欠点がある。

一方、フィン９２で強大な風力を受け止めるのでその分フィン９２や回転軸９１に掛かるトルクも強く、長時間の運転を経てフィン９２と回転軸９１とが接続される箇所に故障が起こり易く、即ち使用寿命が短い欠点がもる。

本発明は上記問題点に鑑みて、本発明は、回転軸がスムーズに運転することができ、且つ使用寿命が長い風力発電装置の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の風力発電装置は、空気の流れにより回転駆動される風力発電装置であって、支持座と、前記空気の流れ方向と略一致する軸線に沿って延伸し、且つ当該軸線を中心軸として所定の第１の回転方向で回転することができるように前記支持座に保持されている第１の回転軸と、前記軸線において互いに離間するように、前記第１の回転軸に配置されている複数の第１のフィン手段と、を備え、前期第１のフィン手段それぞれは、それぞれの当該第１のフィン手段が前記第１の回転軸に配置されている位置から、前記軸線と略直交するように放射状に延伸し、且つ前記第１の回転軸と共に前記第１の回転方向で回転する複数のフィンを有していることを特徴する風力発電装置を提供する。

上記構成によれば、本発明の風力発電装置は、第１の回転軸の軸線において互いに離間するように、前記第１の回転軸に配置されている複数の第１のフィン手段を備えているので、風下側にある第１のフィン手段を駆動する空気の流れは風上側にある第１のフィン手段による整流を受けるようになり、高低差による風力の強弱を緩和して実際に回転軸に掛かる力の方向を前記軸線方向に近付けさせて回転軸の運転をスムーズにすることができると共に、複数の第１のフィン手段で風力を受け止めることによって使用寿命を延ばすこともできる。

従来の風力発電装置が示されている斜視図である。 本発明における風力発電装置の第１の実施形態の構成を示す斜視図である。 本発明における風力発電装置の第１の実施形態の構成を示す断面図である。 本発明における風力発電装置の第１の実施形態についての第１のフィン手段それぞれの構成を示す斜視図である。 本発明における風力発電装置の第２の実施形態の構成を示す斜視図である。 本発明における風力発電装置の第２の実施形態の構成を示す断面図である。 本発明における風力発電装置の第２の実施形態についての第１のフィン手段及び第２のフィン手段それぞれの構成を示す斜視図である。 本発明における風力発電装置の第３の実施形態の構成を示す断面図である。

以下、図２〜図４を参照しながら、本発明の風力発電装置の第１の実施形態について詳しく説明する。図２は本発明の風力発電装置の第１の実施形態の構成が示されている斜視図であり、図３はその断面図であり、図４はこの実施形態において第１のフィン手段３（後述する）それぞれの構成が示されている斜視図である。

図２に示されているように、本発明の風力発電装置は、空気の流れにより回転駆動される風力発電装置であって、支持座１と、空気の流れ方向Ｆと略一致する軸線Ｌに沿って延伸し、且つ軸線Ｌを中心軸として所定の第１の回転方向Ｃ１に回転することができるように支持座１に保持されている第１の回転軸２と、軸線Ｌにおいて互いに離間するように、第１の回転軸２に配置されている複数（この実施形態では３つ）の第１のフィン手段３と、を備えている。

第１のフィン手段３それぞれは、それぞれの第１のフィン手段３が第１の回転軸２に配置されている位置から、軸線Ｌと略直交するように放射状に延伸し、且つ第１の回転軸２と共に第１の回転方向Ｃ１で回転する複数（この実施形態では３つ）のフィン３１を有している。そしてフィン３１それぞれは空気の流れ方向Ｆの風を受けて第１の回転方向Ｃ１へ回転するように形成される受風面３１１を有している。

なお、支持座１は第１の回転軸２を保持するハウジング１２と、ハウジング１２を下から支持する支持柱１１とを有するように構成されている。

この構成により、本発明の風力発電装置は、第１の回転軸２の軸線Ｌにおいて互いに離間するように、第１の回転軸２に配置されている複数の第１のフィン手段３を備えているので、風下側（図中の左上側）にある第１のフィン手段３を駆動する空気の流れは風上側（図中の右下側）にある第１のフィン手段３による整流を受けるようになり、高低差による風力の強弱を緩和して実際に回転軸に掛かる力の方向を軸線Ｌ方向に近付けさせて第１の回転軸２の運転をスムーズにすることができると共に、複数の第１のフィン手段３で風力を受け止めることによって使用寿命を延ばすこともできる。

また、図２及び図３に示されているように、この第１の実施形態において、第１のフィン手段３それぞれが有する複数のフィン３１は、風下側（図２における左上側／図３における左側）にある第１のフィン手段３が有するフィン３１の長さＲが、風上側（図２における右下側／図３における右側）にある第１のフィン手段３が有するフィン３１の長さＲよりも長くなっているように形成されている。

更に、図４に示されているように、第１のフィン手段３それぞれが有する複数のフィン３１は、フィン３１それぞれの軸線Ｌと直交する投影面における投影箇所が互いに重ならないように、互いにずれて形成されている。また、図２及び図４に示されているように、第１のフィン手段３それぞれが有する複数のフィン３１は、それぞれ同数である上、フィン３１それぞれの軸線Ｌと直交する投影面における投影箇所が、第１の回転方向Ｃ１に沿って、より風下側にある第１のフィン手段３が有する比較的長いフィン３１から、より風上側にある第１のフィン手段３が有する比較的短いフィン３１へと並べられて配置されるように形成されている。

なお、図２に示されている本発明の風力発電装置の第１の実施形態では、発電モジュール４（図３）を更に有している。発電モジュール４はハウジング１２の内側にある収容空間１３において第１の回転軸２に面している箇所に固定されている第１のロータ４１と、第１の回転軸２の外表面において第１のロータ４１に対応する箇所に固定されている第２のロータ４２とを有し、第１のロータ４１と第２のロータ４２との相対的な回転により誘導電流を生成して出力することができる。

このように、風上側に位置して先に風力を受ける第１のフィン手段３が有するフィン３１を短く形成することで第１のフィン手段３が有するフィン３１に掛かる負荷を減らし、そして風下側に位置して風上側の第１のフィン手段３により整流された空気の流れを受ける第１のフィン手段３が有するフィン３１を比較的に長く形成することで第１のフィン手段３が有するフィン３１に掛かる負荷を風上側の第１のフィン手段３と同じレベルに調整することで、高低差による風力の強弱の緩和効果や、装置全体の使用寿命を延長する効果の更に向上することができる。

図５〜図７に本発明の風力発電装置の第２の実施形態の構成が示されており、図５はその斜視図であり、図６はその断面図であり、図７はこの第２の実施形態において第１のフィン手段及び第２のフィン手段（後述する）それぞれの構成が示されている斜視図である。

図示されているように、この第２の実施形態は支持柱１１及び支持柱１１により支持されるハウジング１２を有する支持座１と、空気の流れ方向Ｆと略一致する軸線Ｌに沿って延伸し、且つ軸線Ｌを中心軸として所定の第２の回転方向Ｃ２に回転することができるように支持座１のハウジング１２に保持されている第２の回転軸５と、第２の回転軸５に配置されている第２のフィン手段６と、第２のフィン手段６の風上側（図中の右下側）において、軸線Ｌを中心軸として第２の回転方向Ｃ２と逆になっている第１の回転方向Ｃ１に回転することができるように第２の回転軸２に取付けられている第１の回転軸２と、軸線Ｌにおいて互いに離間するように、第１の回転軸２に配置されている複数（この実施形態では２つ）の第１のフィン手段３と、を備えている。

即ち、この第２の実施形態は、軸線Ｌに沿って延伸し、第１の回転軸２と軸を同じくして第１の回転方向Ｃ１とは逆の第２の回転方向Ｃ２に回転することができるように支持座１に保持されている第２の回転軸５と、軸線Ｌと略直交するように第２の回転軸５から放射状に延伸する複数（この実施形態では３つ）のフィン６１を有している第２のフィン手段６と、を更に備えている。

なお、この第２の実施形態において、第１の回転軸２は第２の回転軸５を介して支持座１により保持されている。

図６に示されているように、この第２の実施形態では第１の回転軸２と第２の回転軸５との間に介在している第１の発電モジュール７を備えており、第１の発電モジュール７は第１の回転軸２と共に回転するように第１の回転軸２に配置されている第１のロータ７１と、第２の回転軸５と共に回転するように第２の回転軸５に配置されている第２のロータ７２と、を有し、第１のロータ７１と第２のロータ７２との相対的な回転により誘導電流を生成して出力することができる。

また、図５〜図７に示されているように、この第２の実施形態において、第１のフィン手段３及び第２のフィン手段６それぞれが有する複数のフィン３１及びフィン６１は、風下側（図５における左上側／図６における左側）にあるフィン３１やフィン６１の長さＲが、風上側（図５における右下側／図６における右側）にあるフィン３１の長さＲよりも長くなっているように形成されている。

更に、図７に示されているように、第１のフィン手段３及び第２のフィン手段６それぞれが有する複数のフィン３１やフィン６１は、フィン３１やフィン６１のそれぞれの軸線Ｌと直交する投影面における投影箇所が互いに重ならないように、互いにずれて形成されている。また、図５及び図７に示されているように、第１のフィン手段３それぞれが有する複数のフィン３１及び第２のフィン手段６が有する複数のフィン６１は、それぞれ同数である上、フィン３１やフィン６１のそれぞれの軸線Ｌと直交する投影面における投影箇所が、第１の回転方向Ｃ１に沿って、より風下側にある第２のフィン手段６や第１のフィン手段３が有する比較的長いフィン６１、フィン３１から、より風上側にある第１のフィン手段３が有する比較的短いフィン３１へと並べられて配置されるように形成されている。

この第２の実施形態では、上記第１の実施形態の利点を全部備えている上、回転方向が異なる第１の回転軸２と第２の回転軸５との間に介在している第１の発電モジュール７が用いられているので、第１の回転軸２と第２の回転軸５の回転量が同じときに第１の実施形態の２倍となる第１のロータ７１と第２のロータ７２との相対的な回転により誘導電流を生成して出力することができる。

更に、図８は本発明の風力発電装置の第３の実施形態の構成が示されている断面図である。図示されているように、この第３の実施形態は支持柱１１及び支持柱１１により支持されるハウジング１２を有する支持座１と、空気の流れ方向Ｆと略一致する軸線Ｌに沿って延伸し、且つ軸線Ｌを中心軸として所定の第１の回転方向Ｃ１に回転することができるように支持座１のハウジング１２に保持されている第３の回転軸８０と、第３の回転軸８０に配置されている第３のフィン手段８１と、第２のフィン手段６の風上側（図中の右側）において、軸線Ｌを中心軸として第１の回転方向Ｃ１と逆になっている第２の回転方向Ｃ２で回転することができるように第３の回転軸８０に取付けられている第２の回転軸５と、第２の回転軸５に配置されている第２のフィン手段６と、軸線Ｌを中心軸として第１の回転方向Ｃ１で回転することができるように第２の回転軸５に取付けられている第１の回転軸２と、軸線Ｌにおいて互いに離間するように、第１の回転軸２に配置されている複数（図中では１つのみ示されている）の第１のフィン手段３と、を備えている。

即ち、この第３の実施形態において、第２の回転軸５は第３の回転軸８０を介して支持座１により保持されており、そして第１の回転軸２は第２の回転軸５及び第３の回転軸８０を介して支持座１により保持されている。

この第３の実施形態では第１の回転軸２と第２の回転軸５との間に介在している第１の発電モジュール７と、第２の回転軸５と第３の回転軸８０との間に介在している第２の発電モジュール８２と、を備えており、第１の発電モジュール７は第１の回転軸２と共に回転するように第１の回転軸２に配置されている第１のロータ７１と、第２の回転軸５と共に回転するように第２の回転軸５に配置されている第２のロータ７２とを有し、そして第２の発電モジュール８２も第２の回転軸５と共に回転するように第２の回転軸５に配置されているロータ、第３の回転軸８０と共に回転するように第３の回転軸８０に配置されているロータ７２とを有しているので、第１の発電モジュール７と第２の発電モジュール８２とがそれぞれ有するロータの間の相対的な回転により誘導電流を生成して出力することができる。

この第３の実施形態では、上記第２の実施形態の利点を全部備えている上、回転方向が異なる第１の回転軸２と第２の回転軸５との間に介在している第１の発電モジュール７と、回転方向が異なる第２の回転軸５と第３の回転軸８０との間に介在している第２の発電モジュール８２とが用いられているので、風受面を広げ又はフィンを長くすることで回転量を調整することにより第２の実施形態の更に２倍となる誘導電流を生成して出力することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

上記構成によれば、本発明の風力発電装置は、本発明の風力発電装置は、第１の回転軸の軸線において互いに離間するように、前記第１の回転軸に配置されている複数の第１のフィン手段を備えているので、風下側にある第１のフィン手段を駆動する空気の流れは風上側にある第１のフィン手段による整流を受けるようになり、高低差による風力の異なりを緩和して実際に回転軸に掛かる力の方向を前記軸線方向に近付けさせて回転軸の運転をスムーズにすることができると共に、複数の第１のフィン手段で風力を受け止めることによって使用寿命を延ばすこともできる。

１ 支持座
１１ 支持柱
１２ ハウジング
１３ 収容空間
２ 第１の回転軸
３ 第１のフィン手段
３１ フィン
３１１ 受風面
４ 発電モジュール
４１ 第１のロータ
４２ 第２のロータ
５ 第２の回転軸
６ 第２のフィン手段
６１ フィン
７ 第１の発電モジュール
７１ 第１のロータ
７２ 第２のロータ
８０ 第３の回転軸
８１ 第３のフィン手段
８２ 第２の発電モジュール
Ｃ１ 第１の回転方向
Ｃ２ 第２の回転方向
Ｆ 空気の流れ方向
Ｌ 軸線
Ｒ 長さ

Claims (6)

1. 空気の流れにより回転駆動される風力発電装置であって、
   支持座と、
   前記空気の流れ方向と略一致する軸線に沿って延伸し、且つ前記軸線を中心軸として所定の第１の回転方向で回転することができるように前記支持座に保持されている第１の回転軸と、
   前記軸線において互いに離間するように、前記第１の回転軸に配置されている複数の第１のフィン手段と、を備え、
   前記第１のフィン手段それぞれは、それぞれの前記第１のフィン手段が前記第１の回転軸に配置されている位置から、前記軸線と略直交するように放射状に延伸し、且つ前記第１の回転軸と共に前記第１の回転方向で回転する複数のフィンを有していることを特徴する風力発電装置。
2. 前記第１のフィン手段それぞれが有する複数の前記フィンは、
   風下側にある前記第１のフィン手段が有する前記フィンの長さが、風上側にある前記第１のフィン手段が有する前記フィンの長さよりも長くなっているように形成されていることを特徴する請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記第１のフィン手段それぞれが有する複数の前記フィンは、
   前記フィンそれぞれの前記軸線と直交する投影面における投影箇所が互いに重ならないようにずれて形成されていることを特徴する請求項２に記載の風力発電装置。
4. 前記第１のフィン手段それぞれが有する複数の前記フィンは、それぞれ同数である上、
   前記フィンそれぞれの前記軸線と直交する投影面における投影箇所が、前記第１の回転方向に沿って、より風下側にある前記第１のフィン手段が有する比較的長い前記フィンから、より風上側にある前記第１のフィン手段が有する比較的短い前記フィンへと並べられて配置されるように形成されていることを特徴する請求項３に記載の風力発電装置。
5. 前記軸線に沿って延伸し、且つ前記第１の回転軸と軸を同じくして前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に回転することができるように前記支持座に保持されている第２の回転軸と、
   前記軸線と略直交するように前記第２の回転軸から放射状に延伸する複数の前記フィンを有している第２のフィン手段と、を更に備えていることを特徴する請求項１〜４のいずれか一項に記載の風力発電装置。
6. 前記第１の回転軸と共に回転するように前記第１の回転軸に配置されている第１のロータと、
   前記第２の回転軸と共に回転するように前記第２の回転軸に配置されている第２のロータと、を有し、
   前記第１のロータと前記第２のロータとの相対的な回転により誘導電流を生成して出力する第１の発電モジュールを更に備えていることを特徴する請求項５に記載の風力発電装置。

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