JP2017145698A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率の低下を防止しつつ、構成部材の劣化も防止する。
【解決手段】風力発電装置１は、風車３と、その下方に配された発電機５と、を備えている。発電機５は、筐体１５内に収納され、その側壁１９には、開口３１が形成されている。この風力発電装置１は、開口３１から熱を逃がすことにより、発電機５の発熱による温度上昇を抑制して発電効率の低下を防ぐことができる。しかも、発電機５は、筐体１５内に収納されているから、発電機５が自然環境に晒されることによる性能劣化を可能な限り抑制することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は風力発電装置に関するものである。

従来、この種の風力発電装置として特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１の風力発電装置は、複数の揚力型羽根を用いたものである。縦主軸の下部は、軸配設部の中央に設けた基台で支持され、基台の内部には、軸受、発電機、変圧器、自動制御器、回転速度センサ、自動ブレーキ手段、その他必要な機器装置等が配設されている。

ところで、風力発電装置は、風が発生する比較的厳しい自然環境で用いられるため、その構成部材を自然環境による劣化から可能な限り守る必要がある。
そこで、風力発電装置の基台周辺の構成部材を筐体により覆うことで保護することが考えられる。

特許第４９０７０７３号公報

しかしながら、筐体により覆うと、発電機の発熱による熱がこもり、発電効率が低下してしまうおそれがあった。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、発電効率の低下を防止しつつ、構成部材の劣化も防止することを解決すべき課題としている。

本発明の風力発電装置は、
風車と、
前記風車の回転軸の回転によって発電する発電機と、
前記発電機を収容する筐体と、を備え、
前記筐体には、前記発電機が発する熱を外部へ放出する開口が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る風力発電装置は、発電機を収容する筐体を備え、筐体には、発電機が発する熱を外部へ放出する開口が設けられているから、以下の作用効果を奏する。すなわち、本発明に係る風力発電装置は、開口から熱を逃がすことにより、発電機の発熱による温度上昇を抑制して発電効率の低下を防ぐことができる。しかも、発電機は、筐体内に収納されているから、自然環境に晒されることによる性能劣化を可能な限り抑制することができる。

実施例の風力発電装置を概念的に例示する斜視図である。 実施例の風力発電装置を概念的に例示する平面図である。 実施例の風力発電装置の筐体を概念的に例示する斜視図である。 実施例の風力発電装置の筐体を概念的に例示する断面図である。 実施例の風力発電装置の筐体を概念的に例示する底面図である。

本発明における好ましい実施の形態を説明する。

本発明の風力発電装置において、前記筐体内には、内部空間を区画する仕切り板が設けられており、前記仕切り板にて区画された複数の空間のうちの前記発電機が配置された空間を構成する外壁に、前記開口が備えられうる。この構成では、発電機の熱を開口から効率的に逃がし、発熱による影響の少ない部材は開口から隔てられて水や潮風等による錆の発生を防止することができる。

本発明の風力発電装置において、前記風車の回転軸と、前記発電機の回転軸とを連結するためのカップリングと、前記風車の回転軸を停止させるためのブレーキ手段は、前記複数の空間のうちの前記発電機が配置された空間以外に配されることができる。この構成では、発電機の熱を開口から効率的に逃がし、熱を逃がす必要のないカップリング及びブレーキ手段は開口から隔てられて雨水や潮風等による錆の発生を防止することができる。

本発明の風力発電装置において、前記筐体には、前記風車の回転軸を回転可能に受ける軸受が取り付けられていてもよい。この構成では、発電機に軸受が備えられている場合と比べて、発電機を小型化することができる。また、軸受けが劣化した場合に、発電機を取り替えることなく、軸受のみを交換すれば良いからメンテナンスが容易となる。

次に、本発明の風力発電装置を具体化した実施例について、図面を参照しつつ説明する。

＜実施例＞
風力発電装置１は、風車３と、その下方に配された発電機５と、発電装置全体を支えるための支柱７とを備えている。この風力発電装置１は、いわゆるジャイロミル型の垂直軸型風力発電装置である。風車３は、中心に垂直方向の回転軸９を備える。この回転軸９の周囲に複数のブレード１１が円周方向等間隔に配置されている。実施例では、３枚のブレード１１が回転軸９と平行に配置されている。ブレード１１は、回転軸９に直交する面内で同一半径の円周方向に沿って略等角度間隔に配置されている。実施例では、１２０度間隔とされている。

ブレード１１は、アルミニウム合金等の軽金属の薄板状の素材から形成されている。３枚のブレード１１は、同一形状をしており、ともに、上下方向（垂直方向）に延びる縦長の形態である。また、ブレード１１の翼形は、流線形であり、特に、対称翼の軽飛行機の主翼に使用される形状が好ましい。翼型の膨らみが大きな面（外周側の面）が、ブレード１１の外側面１１Ａであり、翼型の膨らみが小さい面（内周側の面）が、ブレード１１の内側面１１Ｂである。内側面１１Ｂは、回転軸９側の面となっている。

各ブレード１１は、軽量化のために中空構造を有しており、アルミニウム合金の押し出しによって製造された複数の形材を組み付けて構成されている。

風車３の下方には、発電機５が設置されている。発電機５は、風車３の回転軸９の回転によって得られる回転力を電気エネルギーに変換して電力を発電するものである。発電機５は、回転軸９の下端にカップリング(軸継手)１０によって連結されている。この構成により、風車３が回転すると、風車３の回転軸９が回転し、その回転が直接、発電機５の回転軸を回転させることになる。発電機５には、風車３の回転軸９とともに回転するマグネットロータと、マグネットロータの外周側を取り囲むように配設されたコイルステータと、を備えている。このような構成により、風車３が風を受けて回転軸９を中心軸回りに回転すると、回転軸９に連結されたマグネットロータも中心軸回りに回転する。つまり、マグネットロータが風車３の回転軸９と同軸上で回転する。マグネットロータがコイルステータに対して中心軸回りに回転することにより、マグネットロータとコイルステータとの間で電磁誘導が発生して、電力が発電される。

風力発電装置１全体を支えるための支柱７は、４本備えられており、いずれも垂直方向に延びるように設置されている。これらの支柱７は四角形の４隅に位置するように配置されている。支柱７の中程には、水平な十字状のフレーム１３が設けられており、十字状のフレーム１３の上に、上述の発電機５を収納した筐体１５が設置され、筐体１５の上方に風車３が回転可能に取り付けられている。
十字状のフレーム１３の下方には風力発電装置１を制御する制御装置が備えられており、発電機５と電気的に接続されている。

筐体１５は、発電機５を取り囲むような円筒状の側壁１９と、円状の上壁２１と、円状の底壁２３とを備えており、フレーム１３上に取り付けられている。筐体１５の内部には、仕切り板２５が備えられ、この仕切り板２５により、筐体１５の内部の空間が上下の２室に分割されている。すなわち、仕切り板２５により、下側の第１室２７と、上側の第２室２９とに区画されている。下側の第１室２７には、発電機５が回転軸を上に向けた状態で設置されている。また、発電機５は、円筒状の側壁１９からの距離が略等しくなるように、側壁１９が描く円の略中央に取り付けられている。第１室２７の側壁１９Ａ（本発明の外壁相当）には、筐体１５の上下方向の下寄りの位置に、略円形の開口３１が８つ略等間隔で形成されている。すなわち、８つの開口３１が、発電機５の軸を中心とした円において、略等角度間隔に形成されている。本実施例では、４５度間隔である。第１室２７の底壁２３には、排水用の略円形の開口３２が４つ略等間隔で形成されている。すなわち、４つの開口３２が、発電機５の軸を中心とした円において、略等角度間隔に形成されている。本実施例では、９０度間隔である。開口３２から、第１室２７に進入した雨水が落下するようにされている。また、開口３２から、発電機５の熱も逃がすことができる。

第２室２９には、カップリング（軸継手）１０及びブレーキディスク３３（ブレーキロータ）が配置されている。仕切り板２５には、発電機５の回転軸よりも、やや大きな貫通孔が形成されており、この貫通孔からは、第１室２７に設置された発電機５の回転軸が、第２室２９側へ突出している。ブレーキディスク３３は、発電機５の回転軸に環装された円盤である。本実施例では、ブレーキディスク３３を一対のブレーキパッドで挟み、その摩擦力で回転を制動する空圧のディスクブレーキを用いている。このディスクブレーキが本発明のブレーキ手段に相当する。

第２室２９の側壁１９Ｂには、開口は形成されていない。第２室２９内には、発電機５は設置されておらず、熱を逃がす必要がないからである。

筐体１５の上部には、風車３の回転軸９を回転可能に支持するための軸受３５が設けられる。軸受３５は、風車３が微弱な風速の風を受けた場合であっても、回転軸９が回転するように十分な定格荷重を有する一方で、回転トルクが小さいものが採用されている。

このような構成を有する風力発電装置１は、発電機５を収容する筐体１５を備え、筐体１５には、発電機５が発する熱を外部へ放出する複数の開口３１が設けられているから、以下の作用効果を奏する。すなわち、実施例に係る風力発電装置１は、開口３１から発電機５の熱を逃がすことにより、発電機５の発熱による温度上昇を抑制して発電効率の低下を防ぐことができる。しかも、発電機５は、筐体１５内に収納されているから、発電機５が自然環境に晒されることによる性能劣化を可能な限り抑制することができる。

風力発電装置１は、陸上に設置されるのみならず、洋上にも設置される。また、海に近い地域では一般的に風も強いので、海に近い地域に設置することが効果的である。洋上または洋上付近では、発電機５が潮風により劣化するおそれが高く、特に洋上では、水によりその傾向が顕著である。本実施例の風力発電装置１では、発電効率の低下を抑制しつつ、発電機５が自然環境に晒されることを極力避けることができる。よって、洋上での発電にきわめて有利である。

また、発電機５は、円筒状の側壁１９の略中央に位置するとともに、側壁１９Ａには、複数の開口３１が略等間隔で形成されているから、発電機５周りの熱を略均等に放射状に外部空間へ逃がすことができる。よって、発電機５の冷却効率が高くなる。

また、開口３１は、筐体１５の上下方向の下寄りの位置に、形成されており、この位置は、発電機５寄りの位置（発電機５の近傍）であるから、発電機５周りの熱を効果的に外部空間へ逃がすことができる。

本実施例の風力発電装置１では、第１室２７の底壁２３には、排水用の開口３２が設けられている。よって、第１室２７内に水が浸入したとしても、この開口３２を通じて外へ水を排出できるから、発電機５の性能劣化を極力避けることができる。また、開口３２から、発電機５の熱も逃がすことができる。

本実施例の風力発電装置１において、筐体１５内には、内部空間を区画する仕切り板２５が設けられており、仕切り板２５にて第１室２７と第２室２９に区画されている。そして、発電機５が配置された第１室２７を構成する側壁１９Ａに、開口３１が形成されている。この構成では、発電機５の熱を開口３１から効率的に逃がすことができる。

また、本実施例の風力発電装置１では、発電機５が配置されていない第２室２９の側壁１９Ｂには、開口は形成されていない。この構成では、熱を逃がす必要のないカップリング１０やのディスクブレーキは、開口３１から隔てることができるから、これらの部材の錆の発生を極力防止することができる。

本実施例の風力発電装置１において、筐体１５の上には、風車３の回転軸９を回転可能に受ける軸受３５が取り付けられている。本実施例のような垂直軸型風力発電装置では、風車３の軸受を発電機５に直接取り付ける場合がある。この場合には、風車３の荷重に耐えうる大きな軸受を発電機５が備えている必要があり、発電機５が大型化する傾向にある。本実施例の構成では、筐体１５の上に軸受３５が備えられているから、発電機５自体には大きな軸受は不要となる。よって、発電機５を小型化することができる。また、本実施例の風力発電装置１では、軸受３５が劣化した場合に、発電機５を取り替えることなく、軸受３５のみを交換すれば良いからメンテナンスが容易となり、コストの面でも有利である。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施例では、ブレード１１の数を３つとしたが、ブレード１１の数は限定されず、２つでも、４つ以上であってもよい。
（２）実施例では、ブレード１１は、回転軸９に直交する面内で同一半径の円周方向に沿って１２０度の等角度間隔に配置されているものとしたが、ブレード１１の数に合わせて、その角度を適宜変更してもよい。例えば、ブレードの数をｎとした場合に、角度は３６０／ｎ度とすることができる。また、実施例では、等角度間隔としたが、必ずしも等角度間隔としなくてもよい。
（３）実施例では、ブレード１１は、アルミニウム合金等の軽金属の薄板状の素材から形成されているものとしたが、チタニウム合金等の他の軽金属や、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の複合材を素材として用いてもよい。

（４）実施例では、特定の構成の発電機５を例に説明したが、風車３の回転を電力に変換しうる構成であれば公知の様々な発電機を用いることができる。
（５）実施例では、ブレーキ手段として空圧のディスクブレーキを用いた例を示したが、ブレーキ手段としては、これに限られず、回転を止めることができる公知のブレーキを用いることができる。
（６）実施例では、開口３１の個数は８つとしたが、個数はこれに限られず、１〜７であっても、９以上であってもよい。

（７）実施例では、開口３１の形状は円状としたが、その形状は特に限定されず、多角形等の様々な形状を採用することができる。
（８）実施例では、開口３１は、４５度の等角度間隔に配置されているものとしたが、開口３１の個数に応じて、その角度を適宜変更してもよい。例えば、開口の個数をｎ（自然数）とした場合に、角度は３６０／ｎ度とすることができる。また、実施例では、等角度間隔としたが、必ずしも等角度間隔としなくてもよい。
（９）実施例では、開口３２の個数は４つとしたが、個数はこれに限られず、１〜３であっても、５以上であってもよい。

（１０）実施例では、開口３２の形状は円状としたが、その形状は特に限定されず、多角形等の様々な形状を採用することができる。
（１１）実施例では、開口３２は、９０度の等角度間隔に配置されているものとしたが、開口３２の個数に応じて、その角度を適宜変更してもよい。例えば、開口の個数をｎ（自然数）とした場合に、角度は３６０／ｎ度とすることができる。また、実施例では、等角度間隔としたが、必ずしも等角度間隔としなくてもよい。
（１２）実施例では、筐体１５は、円筒状の側壁１９を有するものとしたが、筐体１５の形状は特に限定されず、様々な形状を適宜選択できる。
（１３）実施例では、支柱７からなる構造体では、支柱７は４本備えられているものとしたが、その本数は必要に応じて適宜選択できる。また、風力発電装置全体を支えるために支柱以外の部材からなる構造体を用いてもよい。
（１４）実施例では、ジャイロミル型で説明したが、請求項１〜３の発明では、これに限らず、その他のサボニクス型などの垂直軸型、いわゆるプロペラタイプの水平軸のものでも良い。

１…風力発電装置
３…風車
５…発電機
１５…筐体
１９…側壁
３１…開口
３２…開口

Claims (4)

1. 風車と、
   前記風車の回転軸の回転によって発電する発電機と、
   前記発電機を収容する筐体と、を備え、
   前記筐体には、前記発電機が発する熱を外部へ放出する開口が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
2. 前記筐体内には、内部空間を区画する仕切り板が設けられており、
   前記仕切り板にて区画された複数の空間のうちの前記発電機が配置された空間を構成する外壁に、前記開口が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記風車の回転軸と、前記発電機の回転軸とを連結するためのカップリングと、
   前記風車の回転軸を停止させるためのブレーキ手段は、前記複数の空間のうちの前記発電機が配置された空間以外に配されることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
4. 前記筐体には、前記風車の回転軸を回転可能に受ける軸受が取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の風力発電装置。

Images