JP2019138295A - 集風装置、風力回転装置および風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風向きがいずれの方向であっても回転部材を効率的に回転させることができる集風装置、およびこの集風装置を備えた風力回転装置または風力発電装置を提供する。【解決手段】径方向外側に設けられた取込口３２から風を取り込むとともに、径方向内側に設けられた排出口３３から収容部３７に風を排出する集風部３１を備え、集風部３１は、周方向に沿って複数形成されており、隣り合う集風部３１の間を仕切る仕切り板３４の方向が、回転部材５１の接線方向となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、集風装置、風力回転装置および風力発電装置に関する。

近年、環境に対する意識の高まりから、風力発電装置が注目を集めている。小型の風力発電装置は、風のある場所であれば、基本的にどこでも設置することができる。風力発電装置は、電力需要の多いビル等の建物において、共有部分の照明等の付帯設備に電力を供給する役割や、停電等の際に補完的に電力を供給する役割を担う設備として設置され、活用されることが期待されている。風力発電装置は、例えば、ビル等の建物の周囲や屋上等に設置される。このような風力発電装置に用いられる装置の一例として、特許文献１には集風型風車が開示されている。

特許文献１に開示された集風型風車は、前方風胴体と、風車が内部に設置されている中間風胴体と、後方風胴体とから一体的に構成されている。前記前方風胴体は、風流入口を有し、かつその横断面積が前記風流入口から前記中間風胴体との接続部分までの間で縮小するように構成されており、前記中間風胴体は、前記前方風胴体の縮小した横断面積が、前記後方風胴体との接続部分までの間で拡大するか又は同じ横断面積を保持するように構成されている。そして前記後方風胴体は、風流出口を有し、かつその横断面積が前記中間風胴体との接続部分から前記風流出口までの間で拡大するように構成されている。

特開２０１６−１００１号公報

ところで、前記従来の集風型風車は、風を集めて風車が回転するように構成されているものであるが、風車が回転する風向きは特定の風向きに限定されている。このため、風向きによっては風車の回転速度が低く、風車を効率的に回転させることができないという課題があった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、風向きがいずれの方向であっても回転部材を効率的に回転させることができる集風装置、およびこの集風装置を備えた風力回転装置または風力発電装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る集風装置は、円形状を有する回転部材を収納するための収容部が内側に設けられ、前記回転部材と同軸に形成された環状の集風装置であって、径方向外側に設けられた取込口から風を取り込むとともに、径方向内側に設けられた排出口から前記収容部に風を排出する集風部を備え、前記集風部は、周方向に沿って複数形成されており、隣り合う前記集風部の間を仕切る仕切り板の方向が、前記回転部材の接線方向となっていることを特徴とする。

このような構成によれば、周方向に沿って複数形成された集風部を備えているため、風向きがいずれの方向であっても、風を集めることができる。これにより、風向きに左右されず風を集め、回転部材を回転させることができる。
また、本発明に係る集風装置では、隣り合う集風部の間を仕切る仕切り板の方向が、回転部材の接線方向となっている。このため、集めた風を最も効率的に回転部材の回転に利用することができる。これにより、風が微風の場合であっても、回転部材を回転させることができる。

また、本発明に係る集風装置の前記構成において、前記集風部は、前記取込口から前記排出口に向かうほど流路断面積が小さくなっていることが好ましい。

このような構成によれば、取込口から排出口に向かうほど集風部の流路断面積が小さくなっているため、取り込んだ風の流速を上げたうえで、排出口から排出できる。これにより、回転部材の回転速度を上げることができる。また、この回転部材の回転を発電に利用した場合には、効率的に発電することができる。

また、本発明に係る風力回転装置は、前記集風装置と、前記収容部に収容された回転装置とを備えた風力回転装置であって、前記回転装置は、前記排出口から排出される風によって軸回りに回転する前記回転部材と、前記回転部材と同軸に設けられ、軸回りに回転可能な回転軸と、前記回転部材の回転をその回転速度を増速して前記回転軸に伝達する回転伝達機構とを備えていることを特徴とする。

このような構成によれば、回転部材の回転をその回転速度を増速して回転軸に伝達する回転伝達機構を備えているため、集風部の排出口から排出される空気によって軸回りに回転する回転部材の回転速度が、回転伝達機構によって増速されて回転軸に伝達される。これにより、風が微風であって回転部材の回転速度が低くても、回転軸の回転速度を増速させることができる。また、回転軸の回転を発電に利用した場合には、効率的に発電することができる。

また、本発明に係る風力回転装置の前記構成において、前記回転部材は、径方向外側の側面に、周方向に沿って所定の間隔ごとに立設された薄板状の羽根を備え、前記羽根は、前記回転部材の軸方向に対する寸法である幅の中央部が、前記回転部材の回転方向に向かって突出した湾曲形状となっていることを特徴とする。
また、本発明に係る風力回転装置の前記構成において、前記回転部材は、径方向外側の側面に、周方向に沿って所定の間隔ごとに立設された薄板状の羽根を備え、前記羽根は、前記回転部材の軸方向に対する寸法である幅の中央部が、前記回転部材の回転方向に向かって突出したＶ字形状となっていることを特徴とする。

このような構成によれば、羽根に当たった風が幅方向に逃げるのが阻止されるため、風がより効率的に回転部材の回転に利用され、回転部材がより高速で回転する。回転軸の回転を発電に利用した場合には、効率的に発電することができる。

また、本発明に係る風力回転装置の前記構成において、前記回転伝達機構は、遊星歯車機構によって構成され、前記遊星歯車機構のリングギアが前記回転部材に取り付けられ、前記遊星歯車機構のサンギアが前記回転軸に取り付けられ、前記遊星歯車機構のプラネタリギアが前記リングギアおよび前記サンギアに噛合していることが好ましい。

このような構成によれば、リングギア、プラネタリギアおよびサンギアの歯数や径を調整することによって、回転軸の増速量を容易に調整することができる。

本発明に係る風力発電装置は、前記風力回転装置を備えた風力発電装置であって、前記回転軸が前記回転部材より軸方向に突出しており、突出している前記回転軸の外側に第１固定部材が設けられ、前記回転軸と前記第１固定部材とのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、風力回転装置の回転伝達機構によって増速されて回転軸に伝達されるので、微風等の場合に回転部材の回転速度が低くても、回転軸の回転速度が増速される。そして、回転軸と第１固定部材とのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられているので、永久磁石とコイルとの協働によって効率的に発電できる。

また、本発明に係る風力発電装置の前記構成において、前記風力回転装置の前記回転部材の内側に第２固定部材が設けられ、前記回転部材と前記第２固定部材とのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、回転軸の回転による発電に加えて、回転部材の回転による永久磁石とコイルとの協働によって発電できる。つまり、２系統で発電できる。

また、本発明に係る風力回転装置の前記構成において、前記回転軸の軸方向と直交する方向を軸とし、軸回りに回転可能なシャフトと、前記回転軸の回転を前記シャフトの回転に変換する傘歯車機構とを備え、前記シャフトの一端が前記集風装置の外部に露出していることが好ましい。

このような構成によれば、シャフトの回転を、発電機、コンプレッサー、ポンプ等の
動力源として利用することができる。このように、風力によって得られたクリーンなエネルギーを動力源とすることで、例えば、環境汚染等を抑制することができる。

本発明に係る風力発電装置は、前記風力回転装置を備えた風力発電装置であって、外部に露出している前記シャフトの一端に連結され、前記シャフトの回転を利用して発電する発電機を備えていることを特徴とする。

このような構成によれば、外部に露出したシャフトの端部に発電機を接続することによって、効率的に発電することができる。

本発明によれば、風向きがいずれの方向であっても回転部材を効率的に回転させることができる集風装置、およびこの集風装置を備えた風力回転装置または風力発電装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る風力回転装置を示すもので、正面側から見た斜視図である。 同、上面側から見た図である。 本発明の第１の実施の形態に係る集風装置を示すもので、正面側から見た斜視図である。 同、仕切り板について説明するための図である。 同、流路における風の流れを説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る回転装置を示すもので、正面側から見た斜視図である。 同、軸方向断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る風力回転装置を示すもので、正面側から見た斜視図である。 同、上面側から見た図である。 本発明の第２の実施の形態に係る集風装置を示すもので、流路における風の流れを説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係る回転装置を示すもので、正面側から見た斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る風力回転装置を示すもので、軸方向断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る回転装置を示すもので、軸方向断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る風力回転装置を示すもので、正面側から見た斜視図である。 同、上面側から見た図である。 同、底面側から見た図である。 本発明の回転装置の変形例を示すもので、正面側から見た斜視図である。 羽根に対する風の当たり方について説明する図である。

以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る風力回転装置１０を示すもので、正面側から見た斜視図である。図２は、風力回転装置１０を上面側から見た図である。なお、図２は、カバー２という部材を取り外した状態を示している。図３は、集風装置３０を正面側から見た斜視図である。図１および図２に示すように、風力回転装置１０は、集風装置３０と、集風装置３０の内部に収容された回転装置５０とを備えている。集風装置３０の底面および回転装置５０の底面は、それぞれ設置面に固定されている。設置面とは、地面や床等である。

図１に示したカバー２は、集風装置３０の上端に取り付け可能に形成されている部材であり、中央から外周側に向かって下方に傾斜した形状となっている。カバー２を取り付けることで、集風装置３０の内部に雨水等が侵入するのを防ぐことができる。なお、図１に示した金網３は、集風装置３０の排出口３３に取り付け可能に形成されている部材である。金網３を排出口３３に取り付けることで、排出口３３から昆虫や鳥が侵入するのを防ぐことができる。

図３を用いて、集風装置３０について説明する。集風装置３０は、回転装置５０を収容するための円形状の空間である収容部３７が内側に設けられた環状の部材である。集風装置３０は、上面から見た外形が多角形状となっている。集風装置３０の軸と、内部に収容される回転装置５０の軸とは同軸となっている。集風装置３０には、周方向に沿って集風部３１が複数形成されている。集風部３１は、径方向外側に形成された取込口３２から風を取り込むとともに、径方向内側に形成された排出口３３から風を排出する。取込口３２は、風を取り込むために設けられた四角形状の開口である。排出口３３は、取込口３２から取り込んだ風（空気）を排出するために設けられた四角形状の開口である。排出口３３は、集風装置３０の高さ（上下方向）の略中央となる位置に設けられている。また、排出口３３の大きさは、取込口３２の大きさより十分小さく形成されている。集風部３１は、隣り合う集風部３１の間を仕切る仕切り板３４を備えている。

図４は、仕切り板３４について説明するための図である。仕切り板３４は、上面から見て放射状に配置されている。図４では、収容部３７の中心を中心Ｏとし、仕切り板３４の径方向内側の端部を端部Ｓとし、中心Ｏと端部Ｓとを結ぶ線分を線分Ｔとている。仕切り板３４は、その向きが線分Ｔと垂直となるように配置されている。すなわち、仕切り板３４は、その向きが円形状である収容部３７の接線方向と同一となるように形成されている。なお、ここでいう同一とは完全同一のみを指すものではなく、略同一を含むものとする。また、仕切り板３４の向きは、後述する回転装置５０におけるファン５１の外周の接線方向と略同一となっているともいえる。また、図４では、すべての仕切り板３４の向きが一様に当該接線方向と略同一となっているものを示しているが、これに限定されるものではなく、任意の仕切り板３４の角度が異なっていてもよい。

図３に示すように、集風部３１は、上方板３５および下方板３６を備えている。上方板３５は、上下方向に対して、径方向外側から径方向内側に向かう方向に、斜め下方に傾斜している。下方板３６は、上下方向に対して、径方向外側から径方向内側に向かう方向に、斜め上方に傾斜している。集風部３１では、仕切り板３４、上方板３５、および下方板３６によって風を取り込む流路が形成されており、流路の断面積は取込口３２から排出口３３に向かうほど小さくなっている。
図５は、集風装置３０の流路における風の流れを説明するための図である。図５に示すように、集風装置３０は、大量の風（平圧空気）を取込口３２から取り込み、仕切り板３４、上方板３５、および下方板３６によって曲げて（絞って）、高密度の高圧風として排出口３３から排出するようになっている。

図６は、回転装置５０を正面側から見た斜視図である。図７は、回転装置５０の軸方向断面図である。
図６および図７を用いて、回転装置５０について説明する。回転装置５０は、ファン５１を備えている。ファン５１（回転部材）は、円板状の回転板５１ａと羽根５１ｂとを備えている。
回転板５１ａにおける径方向外側の側面には、周方向に沿って所定の間隔ごとに複数の羽根５１ｂが立設されている。羽根５１ｂは薄板状の部材であり、回転板５１ａの回転中心から径方向外側に向かう方向に突出するように形成されている。ここで、ファン５１（回転板５１ａ）の軸方向に対する羽根５１ｂの寸法を幅とすると、羽根５１ｂは、幅方向の略中央部が、ファン５１の回転方向に向かって突出した湾曲形状となっている。また、ファン５１の外周の接線方向と集風装置３０の仕切り板３４が設けられている方向とは略同一となっている。ここで、ファン５１の外周とは、図２に示すように、羽根５１ｂを含む状態でのファン５１の外周を指すが、これに限定されるものではなく、後述する図９に示すように、羽根５１ｂを含まない状態でのファン５１の外周（すなわち回転板５１ａの外周）であってもよい。
集風装置３０の排出口３３から排出される高圧の風（空気）は、ファン５１の外周側に位置する複数の羽根５１ｂに効率的に当たる。これにより、ファン５１がスムーズに回転するようになっている。また、羽根５１ｂに湾曲形状を採用することで、羽根５１ｂに当たった風が幅方向外側に逃げるのが阻止され、風の流れが、より効率的にファン５１の回転に利用されることとなる。また、図５に示すように、ファン５１の回転に利用された風は上下方向に排出されるため、ファン５１の回転の妨げとならない。

図７に示すように、ファン５１の内側には、略円筒状の上ケーシング７０が設けられている。上ケーシング７０の下端部にはフランジ部７０ａが形成されている。フランジ部７０ａは、上ケーシング７０の下方に位置し、上ケーシング７０と同軸に設けられた円筒状の下ケーシング７１の上端部に固定されている。
上ケーシング７０の内側には回転軸７２が、ファン５１の軸と同軸にかつ軸回りに回転可能に設けられている。回転軸７２の上端部と中央部とにはそれぞれフランジ部７２ａ，７２ｂが設けられている。フランジ部７２ａは、上ケーシング７０の上板に回転可能に支持されており、フランジ部７２ｂは、上ケーシング７０の下部のフランジ部７０ａに回転可能に支持されている。

また、回転軸７２はフランジ部７０ａを貫通してファン５１より軸方向でかつ下方に突出しており、当該回転軸７２の下端部にフランジ部７２ｃが設けられている。このフランジ部７２ｃが下ケーシング７１の下端部に設けられた円板状の基板７３の中央部に回転可能に支持されている。すなわち、基板７３の中央部には孔が形成され、この孔にフランジ部７２ｃが回転可能に設けられ、さらに、回転軸７２の下端部およびフランジ部７２ｃと、基板７３の中央部に設けられた孔との間にはアンギュラ軸受７４が設けられている。

また、ファン５１の内側でかつ上ケーシング７０の外側には、円筒状の回転体７５がファン５１と同軸にかつ同期して回転可能に設けられている。上ケーシング７０の外周面と回転体７５の内周面との間には、上下一対の軸受７６，７６が設けられ、さらに、上ケーシング７０の下端部とフランジ部７０ａと回転体７５の下端部との間にはアンギュラ軸受７７が設けられている。これにより、回転体７５は上ケーシング７０に回転可能に支持されている。

そして、上ケーシング７０の上側には、ファン５１の回転をその回転速度を増速して回転軸７２に伝達する回転伝達機構８０が設けられている。
回転伝達機構８０は、遊星歯車機構によって構成されている。回転伝達機構８０は、上ケーシング７０と回転板５１ａの上板との間に設けられており、リングギア８１と、このリングギア８１の回転中心に設けられたサンギア８２と、複数のプラネタリギア８３とを備えている。なお、リングギア８１の回転中心は回転軸７２の回転中心と一致している。
回転板５１ａの上板の下面にリングギア８１の上面が固定され、このリングギア８１の下面と外周面とに回転体７５が固定されている。したがって、ファン５１が回転することによりリングギア８１および回転体７５が同期して回転するようになっている。
また、回転軸７２の上端部はサンギア８２に挿入されて固定されており、サンギア８２が回転することによって回転軸７２が回転するようになっている。
さらに、プラネタリギア８３は、リングギア８１およびサンギア８２に噛合しており、リングギア８１が回転することによって、自転しつつサンギア８２の周囲を公転するようになっている。したがって、リングギア８１が回転すると、プラネタリギア８３がリングギア８１の内側を自転しながら公転して回転移動し、これによってサンギア８２が軸回りに回転するようになっている。

そして、リングギア８１がファン５１によって１回転すると、サンギア８２が１０回転するように、リングギア８１、プラネタリギア８３およびサンギア８２の歯数や径が設定されている。したがって、このような回転伝達機構８０では、ファン５１の回転速度を１０倍に増速してサンギア８２が回転し、この回転によって回転軸７２がファン５１より１０倍の回転速度で回転するようになっている。

次に、風力回転装置１０が風力発電装置として利用される場合について説明する。
回転軸７２は上ケーシング７０から下方に突出して、下端部が下ケーシング（第１固定部材）７１に位置している。下ケーシング７１の内周面にはコイル８５が固定されており、一方、回転軸７２の下端部には永久磁石８６がコイル８５との間に所定の隙間をもって固定されている。そして、コイル８５と永久磁石８６との協働によって発電され、発電された電気はバッテリーに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。なお、下ケーシング７１に永久磁石８６を固定し、回転軸７２にコイル８５を固定してもよい。
また、永久磁石８６の外周面には、図示は省略するが、回転軸７２に対して傾斜する傾斜溝が周方向に所定間隔で複数互いに平行に形成されている。そして、永久磁石８６が回転軸７２によって回転すると、傾斜溝によって、永久磁石８６より下方にある空間から空気を吸い込んで、下ケーシング７１の内部に吹き出して、当該内部を冷却するようになっている。つまり、永久磁石８６は発電機能に加えて冷却機能を備えている。

また、回転体７５の内側には、上述したように上ケーシング（第２固定部材）７０が設けられており、この上ケーシング７０の外周面に円筒状のコイル８７が固定され、一方、回転体７５の内周面には永久磁石８８がコイル８７との間に所定の間隔をもって固定されている。そして、コイル８７と永久磁石８８との協働によって発電され、発電された電気はバッテリーに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。なお、上ケーシング７０に永久磁石８８を固定し、回転体７５にコイル８７を固定してもよい。

第１の実施形態に係る風力回転装置１０は、例えばビルの屋上、住宅の屋根等に設置される。集風装置３０では、取込口３２から風が取り込まれると、集風装置３０は取込口３２から排出口３３に向かうほど流路断面積が小さくなっているので、取り込んだ風（空気）は、高密度の高圧風としてその流速を上げられたうえで、排出口３３から排出される。排出口３３から排出された空気は、ファン５１の一部（数枚）の羽根５１ｂに次々に当たり、ファン５１を回転させる。ファン５１が回転することによって、回転伝達機構８０のリングギア８１が回転し、当該リングギア８１とともに回転体７５が回転する。

回転体７５には永久磁石８８が固定されているので、当該永久磁石８８も回転体７５とともに回転する。一方、回転体７５の内側に設けられている上ケーシング７０にはコイル８７が固定されているので、コイル８７と永久磁石８８との協働によって発電され、発電された電気はバッテリーに蓄電されたり、直接使用される。

また、ファン５１の回転によって回転伝達機構８０のリングギア８１が回転すると、プラネタリギア８３を介してサンギア８２が回転する。サンギア８２が回転すると、サンギア８２とともに回転軸７２が回転する。この回転軸７２の回転速度は回転伝達機構８０によってリングギア８１の回転速度、つまりファン５１の回転速度の１０倍に増速される。

回転軸７２の下端部には永久磁石８６が固定されているので、当該永久磁石８６は回転軸７２とともに回転する。一方、回転軸７２の外側に設けられている下ケーシング７１にはコイル８５が固定されているので、コイル８５と永久磁石８６との協働によって発電され、発電された電気はバッテリーに蓄電されたり、直接使用される。コイル８５はコイル８７より回転速度が１０倍速いので、コイル８５と永久磁石８６との協働による発電力は、コイル８７と永久磁石８８の協働による発電力より大きくなる。

以上のように、第１の実施の形態によれば、集風装置３０は、周方向に沿って複数形成された集風部３１を備えている。このため、風向きがいずれの方向であっても、風を集めることができる。これにより、風向きに左右されず風を集め、集めた風を回転部材５１の回転に利用することができる。また、隣り合う集風部３１の間を仕切る仕切り板の方向が、回転部材５１の接線方向となっているため。このため、集めた風を最も効率的に回転部材５１の回転に利用することができる。これにより、風が微風の場合であっても、回転部材５１を回転させることができる。

また、集風装置３０の集風部３１は、取込口３２から排出口３３に向かうほど流路断面積が小さくなっている。このため、取り込んだ風の流速を上げたうえで、排出口３３から排出できる。これにより、回転部材５１の回転速度を上げることができ、発電効率を向上させることができる。

また、回転装置５０は、回転部材５１の回転をその回転速度を増速して回転軸７２に伝達する回転伝達機構８０を備えているので、集風部３１の排出口３３から排出される風（空気）によって軸回りに回転する回転部材５１の回転速度が、回転伝達機構８０によって増速されて回転軸７２に伝達される。このため、風が微風であって回転部材５１の回転速度が低くても、回転軸７２の回転速度が増速させることができ、発電効率を向上させることができる。

また、回転部材５１における径方向外側の側面には羽根５１ｂが立設されており、羽根５１ｂは湾曲形状を有している。このため、羽根５１ｂに当たった風が幅方向外側に逃げるのが阻止され、風の流れがより効率的に回転部材５１の回転に利用されて、回転部材５１がより高速で回転する。これにより、発電効率を向上させることができる。

また、回転装置５０において、回転伝達機構８０のリングギア８１が回転部材５１に取り付けられ、サンギア８２が回転軸７２に取り付けられ、プラネタリギア８３がリングギア８１およびサンギア８２に噛合しているので、リングギア８１、プラネタリギア８３およびサンギア８２の歯数や径を調整することによって、回転軸７２の増速量を容易に調整できる。

また、回転軸７２が回転部材５１より軸方向に下方に突出しており、この突出している回転軸７２の外側に第１固定部材としての下ケーシング７１が設けられ、この下ケーシング７１にコイル８５が設けられ、回転軸７２の下端部に永久磁石８６が設けられており、さらに、回転伝達機構８０によって回転部材５１の回転が増速されて回転軸７２に伝達されるので、微風等の場合に回転部材５１の回転速度が低くても、永久磁石８６とコイル８５との協働によって効率的に発電できる。

さらに、回転部材５１にリングギア８１を介して回転体７５が設けられ、この回転体７５に永久磁石８８が設けられ、第２固定部材としての上ケーシング７０にコイル８７が設けられているので、永久磁石８８とコイル８７との協働によって効率的に発電できる。つまり、回転軸７２の回転による、永久磁石８６とコイル８５との協働によって発電できるとともに、回転体７５の回転による永久磁石８８とコイル８７との協働によって発電できるので、２系統で発電できる。

なお、第１の実施の形態では、回転部材５１の回転をその回転速度を増速して回転軸７２に伝達する回転伝達機構８０として遊星歯車機構を採用したが、回転部材５１の回転をその回転速度を増速して回転軸７２に伝達できる機構であれば、他の回転伝達機構を採用してもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図８は、第２の実施の形態に係る風力回転装置１１を示すもので、正面側から見た斜視図である。図９は、第２の実施の形態に係る風力回転装置１１を上面側から見た図である。以下、第１の実施の形態で説明した構成と同一または相当する機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

図８および図９に示すように、風力回転装置１１は、集風装置４０と回転装置６０とを備えている。回転装置６０は、集風装置４０の内部に収容されている。図示を省略しているが、集風装置４０の上端には、図１と同様にカバー２を取り付けることができる。
図８に示すように、集風装置４０における排出口３３は、集風装置４０の下部側に設けられており、下方板３６は設置面と水平となるように形成されている。

仕切り板３４、上方板３５、および下方板３６によって風を取り込む流路が形成されており、流路の断面積は取込口３２から排出口３３に向かうほど小さくなっている。
図１０は、集風装置４０の流路における風の流れを説明するための図である。図１０に示すように、集風装置４０は、大量の風（平圧空気）を取込口３２から取り込み、仕切り板３４、上方板３５、および下方板３６によって曲げて（絞って）、高密度の高圧風として排出口３３から排出するようになっている。

図１１は、回転装置６０を正面側から見た斜視図である。図１２は、風力回転装置１１の軸方向断面図である。図１２に示すように、ファン５１は、回転装置６０の下部側であって、集風装置４０における排出口３３の高さに対応する位置に設けられている。これにより、排出口３３から排出された空気がファン５１の羽根５１ｂに次々に当たり、ファン５１が回転する。また、回転装置６０には、軸方向に対して直交するように配置されたシャフト６１が連結されている。当該連結については後述する。シャフト６１は、仕切り板３４および上方板３５に設けられた孔に挿通されており、端部６１ａが風力回転装置１１（集風装置４０）の外部に露出している。

図１３は、回転装置６０の軸方向断面図である。ファン５１の内側には、略円筒状の下ケーシング９１が設けられている。下ケーシング９１の内側には下回転軸９２が、ファン５１の軸と同軸にかつ軸回りに回転可能に設けられている。下回転軸９２と下ケーシング９１との間には、上下一対の軸受９３，９３が設けられている。これにより、下回転軸９２は下ケーシング９１に回転可能に支持されている。また、ファン５１の内側でかつ下ケーシング９１の外側には、円筒状の回転体９５がファン５１と同軸にかつ同期して回転可能に設けられている。下ケーシング９１の外周面と回転体９５の内周面との間には、上下一対の軸受９６，９６が設けられ、さらに、下ケーシング９１の下部側に形成されたフランジ部と回転体９５の下端部との間にはアンギュラ軸受９７が設けられている。これにより、回転体９５は下ケーシング９１に回転可能に支持されている。

下ケーシング９１の上側には、ファン５１の回転をその回転速度を増速して下回転軸９２に伝達する回転伝達機構８０が設けられている。
回転伝達機構８０は、遊星歯車機構によって構成されている。回転伝達機構８０は、下ケーシング９１と回転板５１ａの上板との間に設けられており、リングギア８１と、このリングギア８１の回転中心に設けられたサンギア８２と、複数のプラネタリギア８３とを備えている。なお、リングギア８１の回転中心は下回転軸９２の回転中心と一致している。
回転板５１ａの上板の下面にリングギア８１の上面が固定され、このリングギア８１の下面と外周面とに回転体９５が固定されている。したがって、ファン５１が回転することによりリングギア８１および回転体９５が同期して回転するようになっている。
また、下回転軸９２の上端部はサンギア８２に挿入されて固定されており、サンギア８２が回転することによって下回転軸９２が回転するようになっている。
さらに、プラネタリギア８３は、リングギア８１およびサンギア８２に噛合しており、リングギア８１が回転することによって、自転しつつサンギア８２の周囲を公転するようになっている。したがって、リングギア８１が回転すると、プラネタリギア８３がリングギア８１の内側を自転しながら公転して回転移動し、これによってサンギア８２が軸回りに回転するようになっている。

そして、リングギア８１がファン５１によって１回転すると、サンギア８２が１０回転するように、リングギア８１、プラネタリギア８３およびサンギア８２の歯数や径が設定されている。したがって、このような回転伝達機構８０では、ファン５１の回転速度を１０倍に増速してサンギア８２が回転し、この回転によって下回転軸９２がファン５１より１０倍の回転速度で回転するようになっている。

下回転軸９２は下ケーシング９１およびサンギア８２を貫通してファン５１より軸方向でかつ上方に突出している。下回転軸９２の上端部には、上回転軸１０２が連結されている。上回転軸１０２は、略円筒状の上ケーシング１０１の内側に収容され、下回転軸９２と連結される下端部が上ケーシング１０１より下方に突出している。
上回転軸１０２と上ケーシング１０１との間には、上下一対の軸受１０３，１０３が設けられている。これにより、上回転軸１０２は上ケーシング１０１に回転可能に支持されている。上回転軸１０２は、下回転軸９２と同軸にかつ同期して回転可能な状態となっている。

上ケーシング１０１の側方には、シャフト６１を支持する略円筒状の側方ケーシング１１１が連結されている。シャフト６１は、側方ケーシング１１１を水平方向に貫通し、シャフト６１と側方ケーシング１１１との間には、左右一対の軸受１１２，１１２が設けられている。これにより、シャフト６１は側方ケーシング１１１に回転可能に支持されている。また、シャフト６１の端部は、上ケーシング１０１の側壁を貫通して上ケーシング１０１の内側に収容されている。

上回転軸１０２の軸方向とシャフト６１の軸方向とは直交しており、上ケーシング１０１の内側には、上回転軸１０２の回転をシャフト６１に伝達する傘歯車機構１２０が設けられている。傘歯車機構１２０は、第一コーンギア１２１と第二コーンギア１２２とからなる。
上ケーシング１０１の内側に収容されている上回転軸１０２には、第一コーンギア１２１が挿入されて固定されている。また、上ケーシング１０１の内側に収容されているシャフト６１の端部には、第一コーンギア１２１と噛合する第二コーンギア１２２が挿入されて固定されている。これにより、第一コーンギア１２１が１回転すると第二コーンギア１２２が１回転し、上回転軸１０２の回転がシャフト６１に伝達されて、シャフト６１が回転するようになっている。

図１２に示すように、シャフト６１は、回転装置６０に連結されている側とは反対側の端部６１ａが外部に露出している。端部６１ａには、不図示の発電機が連結されている。この発電機には、例えば、シャフト６１とともに回転する永久磁石と、所定の間隔を設けて当該永久磁石の周囲に固定配置されたコイルとが設けられており、永久磁石とコイルとの協働によって発電されるようになっている。発電された電機はバッテリーに蓄電されたり、直接使用される。
上記では、端部６１ａに発電機が連結されるものとしたが、これに限定されるものではなく、端部６１ａにコンプレッサー、ポンプ等が連結されるようにしてもよい。端部６１ａにコンプレッサーが連結されている場合、例えば、シャフト６１の回転がピストンの往復運動に変換され、高圧に圧縮された冷媒が排出される。また、端部６１ａにポンプが連結されている場合、例えば、シャフト６１の回転がピストンの往復運動に変換され、水を汲み上げることができる。

集風装置４０と回転装置６０とを備えた風力回転装置１１は、例えばビルの屋上、住宅の屋根等に設置される。集風装置４０では、取込口３２から風が取り込まれると、集風装置３０は取込口３２から排出口３３に向かうほど流路断面積が小さくなっているので、取り込んだ風（空気）は、高密度の高圧風としてその流速を上げられたうえで、排出口３３から排出される。排出口３３から排出された空気は、ファン５１の一部（数枚）の羽根５１ｂに次々に当たり、ファン５１を回転させる。ファン５１が回転することによって、回転伝達機構８０のリングギア８１が回転し、当該リングギア８１とともに回転体９５が回転する。

以上のように、第２の実施の形態によれば、風力回転装置１１が、下回転軸９２の軸方向と直交する方向を軸とし、軸回りに回転可能なシャフト６１と、下回転軸９２の回転をシャフト６１の回転に変換する傘歯車機構１２０とを備え、シャフト６１の一端が集風装置４０の外部に露出しているので、シャフト６１の回転を、発電機、コンプレッサー、ポンプ等の動力源として利用することができる。このように、風力によって得られたクリーンなエネルギーを動力源とすることで、例えば、環境汚染等を抑制することができる。

また、風力回転装置１１において、外部に露出しているシャフト６１の一端である端部６１ａに、シャフト６１の回転を利用して発電する発電機が連結されている場合、効率的に発電することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図１４は、第３の実施の形態に係る風力回転装置１２を示すもので、正面側から見た斜視図である。図１５は、第３の実施の形態に係る風力回転装置１２を上面側から見た図である。図１６は、第３の実施の形態に係る風力回転装置１２を底面側から見た図である。
以下、第１の実施の形態および第２の実施の形態で説明した構成と同一または相当する機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

風力回転装置１２は、集風装置１１０と回転装置１３０とを備えている。回転装置１３０は、集風装置１１０の内部に収容されている。集風装置１１０の上端には、カバー２が取り付けられている。回転装置１３０は、例えば、カバー２によって支持されている。また、集風装置１１０における排出口３３は、集風装置１１０の上部側に設けられており、上方板３５は設置面と水平となるように形成されている。また、下方板３６は、上下方向に対して、径方向外側から径方向内側に向かう方向に、斜め上方に傾斜している。

仕切り板３４、上方板３５、および下方板３６によって風を取り込む流路が形成されており、流路の断面積は取込口３２から排出口３３に向かうほど小さくなっている。集風装置１１０は、大量の風（平圧空気）を取込口３２から取り込み、仕切り板３４、上方板３５、および下方板３６によって曲げて（絞って）、高密度の高圧風として排出口３３から排出するようになっている。

回転装置１３０のファン５１は、回転装置１３０の上部側であって、集風装置１１０における排出口３３の高さに対応する位置に設けられている。これにより、排出口３３から排出された空気がファン５１の羽根５１ｂに次々に当たり、ファン５１が回転する。また、図１６に示すように、回転装置１３０には、ファン５１の回転軸方向に対して直交するように配置されたシャフト６１が連結されている。シャフト６１は、下方板３６に設けられた孔に挿通されており、端部６１ａが風力回転装置１２（集風装置１１０）の外部に露出するように、仕切り板３４における径方向外側の端部に取り付けられている。回転装置１３０は、第２の実施の形態と同様に、回転伝達機構８０および傘歯車機構１２０を備えており、ファン５１の回転に伴ってシャフト６１が回転するようになっている。

以上のように、第３の実施の形態によれば、集風装置１１０が集めた風によって回転するファン５１の回転をシャフト６１の回転に変換するとともに、当該回転を発電機、コンプレッサー、ポンプ等の動力源として利用することができる。このように、風力によって得られたクリーンなエネルギーを動力源とすることで、例えば、環境汚染等を抑制することができる。また、シャフト６１の端部６１ａに発電機が連結されている場合、効率的な発電を実現することができる。

図１７は、図１１で示した回転装置６０の変形例を示す図である。図１７に示すように、ファン５１（回転板５１ａ）の軸方向に対する羽根５１ｂの寸法を幅とした場合、羽根５１ｂは、幅方向の略中央部が、ファン５１の回転方向に向かって突出したＶ字形状であってもよい。

図１８は、羽根５１ｂに対する風の当たり方について説明するための図である。集風装置４０における８箇所の排出口３３のうち、３箇所の排出口３３から排出された風が羽根５１ｂに当たり、ファン５１が回転する様子を示している。このとき、残り５箇所の排出口３３からは風が排出されないため、ファン５１の回転の妨げとならない。
ここで、図１７に示すように、ファン５１における回転板５１ａの外周側面を側面Ｗとする。排出口３３から排出された風は、側面Ｗに当たり、回転板５１ａの内部側に侵入することはなくファン５１の回転推進に利用されるようになっている。
なお、排出口３３から排出され、羽根５１ｂに当たる流体は、風に限定されるものではなく、水であってもよい。

１０，１１ 風力回転装置
３０，４０ 集風装置
３１ 集風部
３２ 取込口
３３ 排出口
３４ 仕切り板
３７ 収容部
５０，６０ 回転装置
５１ ファン（回転部材）
５１ｂ 羽根
６１ シャフト
７０ 上ケーシング（第２固定部材）
７１ 下ケーシング（第１固定部材）
７２，９２，１０２ 回転軸
８０ 回転伝達機構
８１ リングギア
８２ サンギア
８３ プラネタリギア
８５，８７ コイル
８６，８８ 永久磁石
１２０ 傘歯車機構

Claims (10)

1. 円形状を有する回転部材を収納するための収容部が内側に設けられ、前記回転部材と同軸に形成された環状の集風装置であって、
   径方向外側に設けられた取込口から風を取り込むとともに、径方向内側に設けられた排出口から前記収容部に風を排出する集風部を備え、
   前記集風部は、周方向に沿って複数形成されており、隣り合う前記集風部の間を仕切る仕切り板の方向が、前記回転部材の接線方向となっていることを特徴とする集風装置。
2. 前記集風部は、前記取込口から前記排出口に向かうほど流路断面積が小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の集風装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の集風装置と、前記収容部に収容された回転装置とを備えた風力回転装置であって、
   前記回転装置は、
   前記排出口から排出される風によって軸回りに回転する前記回転部材と、
   前記回転部材と同軸に設けられ、軸回りに回転可能な回転軸と、
   前記回転部材の回転をその回転速度を増速して前記回転軸に伝達する回転伝達機構とを備えていることを特徴とする風力回転装置。
4. 前記回転部材は、径方向外側の側面に、周方向に沿って所定の間隔ごとに立設された薄板状の羽根を備え、
   前記羽根は、前記回転部材の軸方向に対する寸法である幅の中央部が、前記回転部材の回転方向に向かって突出した湾曲形状となっていることを特徴とする請求項３に記載の風力回転装置。
5. 前記回転部材は、径方向外側の側面に、周方向に沿って所定の間隔ごとに立設された薄板状の羽根を備え、
   前記羽根は、前記回転部材の軸方向に対する寸法である幅の中央部が、前記回転部材の回転方向に向かって突出したＶ字形状となっていることを特徴とする請求項３に記載の風力回転装置。
6. 前記回転伝達機構は、遊星歯車機構によって構成され、
   前記遊星歯車機構のリングギアが前記回転部材に取り付けられ、
   前記遊星歯車機構のサンギアが前記回転軸に取り付けられ、
   前記遊星歯車機構のプラネタリギアが前記リングギアおよび前記サンギアに噛合していることを特徴とする請求項３から請求項５のうちのいずれか１項に記載の風力回転装置。
7. 請求項３から請求項６のうちのいずれか１項に記載の風力回転装置を備えた風力発電装置であって、
   前記回転軸が前記回転部材より軸方向に突出しており、
   突出している前記回転軸の外側に第１固定部材が設けられ、
   前記回転軸と前記第１固定部材とのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられていることを特徴とする風力発電装置。
8. 前記風力回転装置の前記回転部材の内側に第２固定部材が設けられ、
   前記回転部材と前記第２固定部材とのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられていることを特徴とする請求項７に記載の風力発電装置。
9. 前記回転軸の軸方向と直交する方向を軸とし、軸回りに回転可能なシャフトと、
   前記回転軸の回転を前記シャフトの回転に変換する傘歯車機構とを備え、
   前記シャフトの一端が前記集風装置の外部に露出していることを特徴とする請求項３から請求項６のうちのいずれか１項に記載の風力回転装置。
10. 請求項９に記載の風力回転装置を備えた風力発電装置であって、
    外部に露出している前記シャフトの一端に連結され、前記シャフトの回転を利用して発電する発電機を備えていることを特徴とする風力発電装置。

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