JP2018031316A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 風車により多くの風を案内でき、強風を逃がすことができ、風を案内する部材の支持も強固にできるようにする。
【解決手段】 基台２に立設された縦軸３、風車４、発電機５、支持枠６、第１案内板７及び第２案内板８及び風向応答手段９を備える。第１案内板７は、風上側端部が第１枢支軸１１に揺動自在に支持されていて、風車４の戻りＱ側に入ろうとする風を風受けＰ側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされ、第２案内板８は、風上側端部が第２枢支軸１２に揺動自在に支持され、風車４の風受けＰ側より外側Ｒの風を風受けＰ側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされており、第１枢支軸１１及び第２枢支軸１２の各下方に支持体１３が設けられ、基台２上に支持体１３を移動自在に支持する軌道１４が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、縦軸風車の風力発電装置に関する。

この種の従来技術として、風車の片側半分を覆う遮風カバーと、風の向きに対応して装置全体の向きを調節させる風向追従手段とを備え、風向追従手段は、遮風カバーが逆風を遮るように風車の逆風側半部分を覆って順風側半部分にだけ順風が当るように、装置全体の向きを調節させている（特許文献１）。
また、発電装置を備えた風車と、自然風を受け入れて風車にその駆動力として送る風路とからなり、風路は、風の受入口から排出口に向けて徐々に狭めて形成することにより、風車を駆動する排出口から放出される風の勢いが加速されるよう構成してある（特許文献２）。

特開２０１０−０７７９４６号公報 特開２０１４−１０１７５６号公報

前記特許文献１の技術は、風の向きに対応して装置全体の向きを調節させ、簡単な設備を用いながら風車の逆風側半部分には風が当らないようにさせ、他方の順風側半部分にだけ風が当るようにさせ、以って、風車を確実かつ効率よく一定方向に安定回転させることができるが、風導入口が小さくかつ大きくし難い構造となっており、風導入効率が低いものである。

また、前記特許文献２の技術は、特許文献１の技術よりも風車の横を素通りするような風を取り込むことが可能であるが、風路の風受入口は大きくし難い構造となっている。
前記特許文献１、２の技術では、風導入口あるいは風受入口は大きく形成すると、強風時に風を逃がすことができず、また、風を案内する部材の支持が困難になる。
前記従来技術は、本発明は、このような従来技術の問題点を解決できるようにした風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明は、風車により多くの風を案内でき、強風を逃がすことができ、風を案内する部材の支持も強固にできるようにした風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明における課題解決のための具体的手段は、次の通りである。
第１に、基台２に立設された縦軸３と、この縦軸３に回転自在に支持された風車４と、この風車４の回転力が伝達される発電機５と、前記縦軸３に回動自在に支持された支持枠６と、この支持枠６に支持されていて風車４の風受けＰの両側で風を風受けＰに案内する第１案内板７及び第２案内板８と、これら第１案内板７及び第２案内板８を風車４の風上側に位置させるべく支持枠６を縦軸３廻りに回動させる風向応答手段９とを備えた風力発電装置であって、
前記第１案内板７は、風上側端部が第１枢支軸１１に揺動自在に支持されていて、風車４の戻りＱ側に入ろうとする風を風受けＰ側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされており、
前記第２案内板８は、風上側端部が第２枢支軸１２に揺動自在に支持されていて、風車４の風受けＰ側より外側Ｒの風を風受けＰ側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされており、
前記第１枢支軸１１及び第２枢支軸１２の各下方に支持体１３が設けられ、前記基台２上に支持体１３を移動自在に支持する軌道１４が設けられていることを特徴とする。

第２に、前記第１枢支軸１１及び第２枢支軸１２の各直下に車輪１３ａを有する支持体１３が設けられ、前記基台２上に車輪１３ａが転動する軌道１４が縦軸３を中心とする円
形に敷設されていることを特徴とする。
第３に、前記風向応答手段９は、第１枢支軸１１及び第２枢支軸１２の風下側または縦軸３の風下側で支持枠６に縦板部材９ａを固定して形成されており、この縦板部材９ａには軌道１４に移動自在に支持される支持体１３が設けられていることを特徴とする。

第４に、第１案内板７及び第２案内板８と支持枠６との間に、強風時に風力によって第１案内板７及び第２案内板８を案内姿勢Ｘから退避姿勢Ｙに変更する姿勢変更手段１６が設けられていることを特徴とする。
第５に、風導入方向と直行する方向において、第１案内板７の第１枢支軸１１は、縦軸３からの距離Ｌ１が風車４の半径の１〜２倍に設定され、第２案内板８の第２枢支軸１２は、縦軸３からの距離Ｌ２が風車４の半径の略２〜３倍に設定され、第１案内板７と第２案内板８の案内姿勢Ｘでの風導入方向に対する傾斜角度は略同じに設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、風車により多くの風を案内でき、強風を逃がすことができ、風を案内する部材の支持も強固にできる。
即ち、請求項１に係る発明は、第１案内板７及び第２案内板８は、大きい板で形成でき、風を風受けＰ側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更でき、かつそれぞれ支持体１３で基台２上の軌道１４で支持することができる。

請求項２に係る発明は、支持体１３の車輪１３ａを軌道１４で円滑に案内することができる。
請求項３に係る発明は、風向応答手段９は、第１枢支軸１１及び第２枢支軸１２の風下側または縦軸３の風下側で支持枠６に縦板部材９ａを固定しかつ支持体１３で支持でき、第１案内板７及び第２案内板８に対してバランスよく配置できる。

請求項４に係る発明は、第１案内板７及び第２案内板８を強風時に風力によって姿勢変更できる。
請求項５に係る発明は、第１案内板７及び第２案内板８は、風車４の風受けＰの幅の１〜２倍の風を捕捉して風受けＰへ案内することができる。

本発明の第１実施形態を示す風力発電装置の断面平面図である。 図１のＳ−Ｓ線断面図である。 同風力発電装置の一部断面側面図である。 本発明の第２実施形態を示す風力発電装置の断面平面図である。 同一部断面側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜３において、第１実施形態の風力発電装置１Ａを示しており、風力発電装置１Ａは、基台２と、この基台２に立設された縦軸３と、この縦軸３に回転自在に支持された風車４と、この風車４の回転力が伝達される発電機５と、前記縦軸３に回動自在に支持された支持枠６と、この支持枠６に支持されていて風車４の風受けＰの両側で風を風受けＰに案内する第１案内板７及び第２案内板８と、これら第１案内板７及び第２案内板８を風車４の風上側に位置させるべく支持枠６を縦軸３廻りに回動させる風向応答手段９とを備えている。

基台２は、風力発電装置１Ａの設置場所で型枠にコンクリートを流し込んで方形状又は円形状に形成される。この基台２を形成する際に縦軸３が立設される。この縦軸３は金属で円柱又は円筒に形成されており、風車４及び支持枠６を回転自在にしている。
風車４は、縦軸３に軸受を介して回転自在に嵌合した円筒４ａの周囲に複数枚（図例では１２枚）の羽根４ｂを固定しており、下部には回転伝動体としてリングギヤ２０を設けており、このリングギヤ２０が発電機５の入力軸に回転力を伝動可能にしている。

前記風車４及びリングギヤ２０等の荷重は、縦軸３の下部で軸受２１等を介して支持している。前記荷重は基台２に支持装置を設けて支持するようにしてもよい。
支持枠６は板材で形成され、風車４の上下に一対配置されかつ連結部材により所定間隔を有するように連結されている。この支持枠６は平面視円形、四角形等に形成できるが、図１に示すように、支持に必要な箇所を繋げた形状となっている。

前記風車４は風が入ってくる片側半分が風受けＰ側であり、反対側の片側半分が戻りＱ側であり、第１案内板７及び第２案内板８と風向応答手段９とを設けることにより、風車４における風受けＰと戻りＱとは確定する。
第１案内板７と第２案内板８とは、風車４より風上側で支持枠６に第１枢支軸１１及び第２枢支軸１２を介して回動可能に支持されている。

第１案内板７及び第２案内板８は、それぞれ略四角形の板状部７ａ、８ａの一側端に筒芯材７ｂ、８ｂを設け構成されている。前記板状部７ａ、８ａは金属、樹脂で板にしてもよいが、四角枠に帆布を取り付けたものでもよい。
前記第１枢支軸１１及び第２枢支軸１２は第１案内板７及び第２案内板８の筒芯材７ｂ、８ｂを貫通しているが、短軸にして上下支持枠６に固定して各筒芯材７ｂ、８ｂの上下端のみを支持してもよい。第１枢支軸１１と第２枢支軸１２とはピアノ線２５で連結して相互補強されている。

前記第１枢支軸１１及び第２枢支軸１２は、各上下端のすくなくとも一方にはコイルスプリング（姿勢変更手段１６）が嵌装されており、このコイルスプリングの一端は支持枠６に係止され、他端は第１案内板７、第２案内板８の筒芯材７ｂ、８ｂ又は板状部７ａ、８ａに係止されており、第１案内板７、第２案内板８をそれぞれ案内姿勢Ｘに弾力的に付勢している。

前記コイルスプリングは、第１案内板７、第２案内板８が受ける風力によって弾性変形するものであり、風力が弱いときは第１案内板７及び第２案内板８をそれぞれ案内姿勢Ｘに付勢し、強風時に風力が強いときは第１案内板７及び第２案内板８を案内姿勢Ｘから退避姿勢Ｙに変更することができ、第１案内板７及び第２案内板８と支持枠６との間に設けられた姿勢変更手段１６となっている。

前記第１案内板７は、風上側端部が第１枢支軸１１に揺動自在に支持されていて、風車４の戻りＱ側に入ろうとする風を風受けＰ側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされている。第１案内板７の案内姿勢Ｘは支持枠６に設けたストッパ２６で設定されている。
前記第２案内板８は、風上側端部が第２枢支軸１２に揺動自在に支持されていて、風車４の風受けＰ側より外側Ｒの風を風受けＰ側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされている。第２案内板８の案内姿勢Ｘは支持枠６に設けたストッパ２７で設定されている。

図１において、風導入方向と直行する方向において、第１案内板７の第１枢支軸１１は、縦軸３からの距離Ｌ１が風車４の半径の略２倍であり、第１案内板７は風車４の風受けＰの略２倍の幅で風を捕捉して風受けＰへ案内し、第２案内板８の第２枢支軸１２は、縦軸３からの距離Ｌ２が風車４の半径の略３倍であり、第２案内板８は風車４の風受けＰの略２倍の幅で風を捕捉して風受けＰへ案内する。

第１案内板７と第２案内板８の案内姿勢Ｘでの風導入方向に対する傾斜角度を略同じにすることにより、両者が受ける風力は略等しくなり、第１案内板７及び第２案内板８が縦軸３廻りに回動する力を受けることなく、安定した風収集作用ができる。
前記第１枢支軸１１及び第２枢支軸１２の各直下、下支持枠６の下面には支持体１３が設けられ、基台２上には支持体１３を移動自在に支持する軌道１４が設けられている。

支持体１３はＶ型溝又はコ型溝を有する車輪１３ａをホルダ１３ｂで回転自在に支持したレール車輪であり、軌道１４は車輪１３ａが係合して転動するＩ型レールであり、この軌道１４は縦軸３を中心とする円形に敷設されている。
支持枠６は縦軸３を中心と旋回するので、第１枢支軸１１及び第２枢支軸１２の各直下の支持体１３は、常に軌道１４上を転動し、縦軸３から離れた位置で支持枠６にかかる荷重を支持できる。

風向応答手段９は風見鶏機能を有する縦板部材９ａで構成されており、第１枢支軸１１
及び第２枢支軸１２の風下側で、上下支持枠６の間に配置されている。
縦板部材９ａは、第１案内板７及び第２案内板８と同様に、略四角形の板状部９ｂの一側端に筒芯材９ｃを設けて構成され、留め具２３を介して上下支持枠６に連結している。前記板状部９ｂは金属、樹脂で板にしてもよいが、四角枠に帆布を取り付けたものでもよい。

第１案内板７の後方の風向応答手段９Ｌは縦板部材９ａの風流れ方向後端の下部に、第２案内板８の後方の風向応答手段９Ｒは縦板部材９ａの風流れ方向中途部の下部に、それぞれ支持体１３が設けられており、軌道１４に支持されている。支持体１３は案内板７、８支持用のものと同様で、車輪１３ａをホルダ１３ｂで回転自在に支持したレール車輪であり、共通のＩ型レール製軌道１４に係合して転動する。風向応答手段９Ｌ、９Ｒは支持体１３同士をピアノ線２８で連結して補強されている。

風向応答手段９Ｌ、９Ｒは、対向する内面が第１案内板７及び第２案内板８の風下側に位置すると、風見鶏機能が低下するが、対向外面が十分な風見鶏機能を発揮する。この風向応答手段９Ｌ、９Ｒは上支持枠６の上面に設けることもでき、その場合は、風向応答手段９Ｌ、９Ｒの内外両面が風見鶏機能を発揮する。
図４、５において、第２実施形態の風力発電装置１Ｂを示しており、風力発電装置１Ｂは、風向応答手段９を縦軸３の風下側で上の支持枠６の上面に縦板部材９ａを固定して形成されており、この縦板部材９ａを２本のピアノ線２８を支持枠６に連結することにより補強している。

この縦板部材９ａの後端にもステー２９を介して、円形軌道１４上を転動する車輪１３ａを有する支持体１３が設けられている。
なお、本発明は前記実施形態における各部材の形状及びそれぞれの前後・左右・上下の位置関係は、図１〜５に示すように構成することが最良である。しかし、前記実施形態に限定されるものではなく、部材、構成を種々変形したり、組み合わせを変更したりすることもできる。

例えば、姿勢変更手段１６において、風力検出器で風力を検出し、モータや油圧シリンダで第１案内板７及び第２案内板８を弱風時に案内姿勢Ｘに揺動させ、強風時に退避姿勢Ｙに揺動させるようにしてもよい。また、第１案内板７及び第２案内板８を手動で姿勢変更させてもよい。
発電機５は縦軸３の下部又は上端に入力軸を同心状に配置してもよい。

案内板７、８の大きさは、風導入方向と直行する方向において、縦軸３から第１案内板７の第１枢支軸１１までの距離Ｌ１を風車４の半径の１倍以上にし、第２案内板８の第２枢支軸１２までの距離Ｌ２を風車４の半径の２倍以上にしてもよい。

１ 風力発電装置
２ 基台
３ 縦軸
４ 風車
５ 発電機
６ 支持枠
７ 第１案内板
８ 第２案内板
９ 風向応答手段
９ａ 縦板部材
１１ 第１枢支軸
１２ 第２枢支軸
１３ 支持体
１４ 軌道
１６ 姿勢変更手段
Ｐ 風受け
Ｑ 戻り
Ｘ 案内姿勢
Ｙ 退避姿勢

Claims (5)

1. 基台（２）に立設された縦軸（３）と、この縦軸（３）に回転自在に支持された風車（４）と、この風車（４）の回転力が伝達される発電機（５）と、前記縦軸（３）に回動自在に支持された支持枠（６）と、この支持枠（６）に支持されていて風車（４）の風受け（Ｐ）の両側で風を風受け（Ｐ）に案内する第１案内板（７）及び第２案内板（８）と、これら第１案内板（７）及び第２案内板（８）を風車（４）の風上側に位置させるべく支持枠（６）を縦軸（３）廻りに回動させる風向応答手段（９）とを備えた風力発電装置であって、
   前記第１案内板（７）は、風上側端部が第１枢支軸（１１）に揺動自在に支持されていて、風車（４）の戻り（Ｑ）側に入ろうとする風を風受け（Ｐ）側に案内する案内姿勢（Ｘ）と風案内を解除する退避姿勢（Ｙ）とに姿勢変更自在とされており、
   前記第２案内板（８）は、風上側端部が第２枢支軸（１２）に揺動自在に支持されていて、風車（４）の風受け（Ｐ）側より外側（Ｒ）の風を風受け（Ｐ）側に案内する案内姿勢（Ｘ）と風案内を解除する退避姿勢（Ｙ）とに姿勢変更自在とされており、
   前記第１枢支軸（１１）及び第２枢支軸（１２）の各下方に支持体（１３）が設けられ、前記基台（２）上に支持体（１３）を移動自在に支持する軌道（１４）が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
2. 前記第１枢支軸（１１）及び第２枢支軸（１２）の各直下に車輪（１３ａ）を有する支持体（１３）が設けられ、前記基台（２）上に車輪（１３ａ）が転動する軌道（１４）が縦軸（３）を中心とする円形に敷設さ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. 前記風向応答手段（９）は、第１枢支軸（１１）及び第２枢支軸（１２）の風下側または縦軸（３）の風下側で支持枠（６）に縦板部材（９ａ）を固定して形成されており、この縦板部材（９ａ）には軌道（１４）に移動自在に支持される支持体（１３）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置。
4. 第１案内板（７）及び第２案内板（８）と支持枠（６）との間に、強風時に風力によって第１案内板（７）及び第２案内板（８）を案内姿勢（Ｘ）から退避姿勢（Ｙ）に変更する姿勢変更手段（１６）が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電装置。
5. 風導入方向と直行する方向において、第１案内板（７）の第１枢支軸（１１）は、縦軸（３）からの距離（Ｌ１）が風車（４）の半径の１〜２倍に設定され、第２案内板（８）の第２枢支軸（１２）は、縦軸（３）からの距離（Ｌ２）が風車（４）の半径の略２〜３倍に設定され、第１案内板（７）と第２案内板（８）の案内姿勢（Ｘ）での風導入方向に対する傾斜角度は略同じに設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の風力発電装置。

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