JP2021134700A - 垂直軸式風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動可能に設けられた導風板を用いることにより発電効率の向上を図る上で有利な垂直軸式発電装置を提供する。【解決手段】回転軸１４の半径方向において羽根体１６から離間した箇所で、かつ、回転軸１４の周方向に間隔をおいた複数箇所で回転軸１４と平行に延在する中心軸１８０１回りに揺動可能に導風板１８を設け、風向風速検出部２４で検出された風向および風速に基づいて導風板揺動部２０により導風板１８を揺動させ導風板１８の中心軸１８０１回りの所望の回転角度位置に停止保持させるようにした。導風板１８によって風を羽根体１６に効率よく当たるように導くことにより回転軸１４の回転速度を増加させ、発電機１２による発電効率の向上を図る上で有利となる。【選択図】図２

Description

本発明は、垂直軸式風力発電装置に関する。

風力発電装置として、発電機本体と発電機本体から上方に突出する回転軸を有する発電機と、回転軸に取着され風を受けることにより回転軸を回転させる羽根体とを設け、風力によって羽根体を回転させることで発電機を駆動して発電を行なう垂直軸式風力発電装置が提案されている（特許文献１参照）。
ところで、羽根体を回転させる風の風向や風速は、常時変化しているため、羽根体が常に効率よく回転されるとは限らない。
そこで、固定式の集風翼を用いて羽根体に向かって風を集める固定式集風装置が提案されている(特許文献２参照)。

特許第４７６９２３６号 特許第５４４１４３９号

しかしながら、固定式集風装置では、集風翼が固定式であることから、羽根体に対する風エネルギーの伝達効率の向上を図る上で改善の余地がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、揺動可能に設けられた導風板を用いることにより発電効率の向上を図る上で有利な垂直軸式発電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、発電機本体と前記発電機本体から上方に突出する回転軸を有する発電機と、前記回転軸に取着され風を受けることにより前記回転軸を回転させる羽根体とを備える垂直軸式風力発電装置であって、前記回転軸の半径方向において前記羽根体から離間した箇所で、かつ、前記回転軸の周方向に間隔をおいた複数箇所で前記回転軸と平行に延在する中心軸回りに揺動可能に設けられ厚さ方向の両面がガイド面とされた導風板と、前記導風板毎に設けられ前記導風板を前記中心軸回りに揺動させる導風板揺動部と、前記羽根体に吹き付ける風の風向および風速を検出する風向風速検出部と、前記風向風速検出部で検出された前記風向および前記風速に基づいて前記導風板揺動部により前記導風板を揺動させ前記導風板の前記中心軸回りの所望の回転角度位置に停止保持させる導風制御部とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、隣り合う前記導風板の前記ガイド面の間に形成される空間を導風空間とし、前記導風空間を流れる風の風上から風下に向かう方向を導風方向としたとき、前記導風制御部による前記導風板の回転角度位置の制御は、前記導風方向が前記羽根体に向かう方向となり、かつ、前記導風方向に沿って前記導風空間の断面積が次第に縮小するようになされることを特徴とする。
また、本発明は、前記導風制御部は、前記風向風速検出部で検出された風速が予め定められた第１しきい値を上回った場合、前記風向風速検出部で検出された風速が前記第１しきい値以下である場合に比較して、前記導風方向の上流から下流に至るにつれて前記導風空間の断面積が次第に縮小する度合いを低くするか、または、前記導風方向の上流から下流に至る前記導風空間の断面積が一定となるように前記導風板の回転角度位置を制御することを特徴とする。
また、本発明は、前記導風板揺動部は、モータと、前記モータの回転力を前記導風板に伝達する動力伝達機構とを備え、前記動力伝達機構は、前記モータと前記羽根体とを断接可能に接続するクラッチを含んで構成され、前記導風制御部は、前記風向風速検出部で検出された風速が予め定められた第２しきい値以下の場合に前記クラッチを接続し、前記風速が前記第２しきい値を上回った場合に前記クラッチを切断して前記導風板が前記中心軸回りに自由回転できるようにすることを特徴とする。
また、本発明は、前記第１しきい値は前記第２しきい値よりも低い値であることを特徴とする。
また、本発明は、前記導風板は、上下方向の長さが前記羽根体の上下方向の長さ以上であり、水平方向から見て、前記導風板の長さ方向の両端の範囲内に前記羽根体の長さ方向の全長部分が位置していることを特徴とする。
また、本発明は、前記導風板の前記回転角度位置を検出する回転角度位置検出部をさらに備え、前記導風制御部による前記導風板の前記回転角度位置の制御は、前記回転角度位置検出部で検出された前記回転角度位置に基づいてなされることを特徴とする。
また、本発明は、前記複数の導風板は、それぞれ支軸により揺動可能に支持された筒状の軸受部の外周部に設けられ、前記複数の支軸の上端により前記羽根体の上方で天板が支持され、前記天板に、前記回転軸の上端を回転可能に支持する回転軸支持部が設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記回転軸支持部は、前記回転軸に作用するスラスト荷重を支持していることを特徴とする。

本発明によれば、風向風速検出部で検出された風向および風速に基づいて導風板揺動部により導風板を揺動させ導風板の中心軸回りの所望の回転角度位置に停止保持させるようにした。
したがって、導風板によって風を羽根体に効率よく当たるように導くことにより回転軸の回転速度を増加させ、発電機による発電効率の向上を図る上で有利となる。
また、導風板の回転角度位置の制御を、導風方向が羽根体に向かう方向となり、かつ、導風方向に沿って導風空間の断面積が次第に縮小するように行なうと、導風空間から羽根体に当たる風の風速を増加させることができるので、回転軸の回転速度を増加させ、発電機による発電効率の向上を図る上で有利となる。
また、風向風速検出部で検出された風速が予め定められた第１しきい値を上回った場合、風向風速検出部で検出された風速が第１しきい値以下である場合に比較して、導風方向の上流から下流に至るにつれて導風空間の断面積が次第に縮小する度合いを低くするか、または、導風方向の上流から下流に至る導風空間の断面積が一定となるように導風板の回転角度位置を制御するようにすると、台風接近時などのような強風時に、導風空間を流れる風の風速が過剰に増加することを抑制し、羽根体に加わる風の風圧を低減することで、回転軸から発電機本体に加わる荷重を抑制できるため、発電機の耐久性を高める上で有利となる。
また、風向風速検出部で検出された風速が予め定められた第２しきい値以下の場合にクラッチを接続し、風速Ｖが第２しきい値Ｖ２を上回った場合にクラッチを切断して導風板が中心軸回りに自由回転できるようにすると、台風接近時などのような強風時に、導風板のガイド面による導風作用を無効とすることで、導風空間を流れる風の風速が過剰に増加することを抑制し、羽根体に加わる風の風圧を低減することで、回転軸から発電機本体に加わる荷重を抑制できるため、発電機の耐久性を高める上で有利となる。また、導風板が自由回転することで導風板に加わる風圧を低減させることができ、導風板の耐久性を高める上で有利となる。
また、第１しきい値を第２しきい値よりも低い値とし、風速が第１しきい値を上回り第２しきい値以下の場合には導風板の回転角度位置を制御し、風速が第２しきい値を上回った場合には導風板を自由回転させるように制御すると、強風発生時においては、風速に応じて導風板の制御を２段階に切り替えることで発電機の発電効率の確保と発電機の耐久性の確保とを両立する上で有利となる。
また、導風板は、上下方向の長さが羽根体の上下方向の長さ以上であり、水平方向から見て、導風板の長さ方向の両端の範囲内に羽根体の長さ方向の全長部分が位置していると、導風板のガイド面で導かれた風を効率よく羽根体に当てることができ、回転軸の回転速度を増加させ、発電機による発電効率の向上を図る上で有利となる。
また、導風板の回転角度位置の制御を回転角度位置検出部で検出された回転角度位置に基づいて行なうようすると、導風板の回転角度位置の制御を確実に行なう上で有利となる。
また、複数の支軸の上端により羽根体の上方で天板を支持し、天板に、回転軸の上端を回転可能に支持する回転軸支持部を設けると、回転軸支持部で回転軸を安定して支持でき、回転軸を介して発電機本体に作用する荷重を軽減する上でより有利となり、垂直軸型式風力発電装置の耐久性の向上を図る上でより有利となる。また、支軸を利用して天板および回転軸支持部を支持するので、部品点数の抑制を図れコスト低減を図る上で有利となる。また、複数の支軸の上端を天板で連結しているため、複数の支軸の強度を高めることができ、強風時に導風板を介して加わる風圧の荷重に対する支軸の耐久性を高める上で有利となる。
また、回転軸支持部が回転軸に作用するスラスト荷重を支持するようにすると、回転軸の下端から発電機本体に加わる荷重が軽減されるので、風力により回転軸を介して発電機本体に作用する荷重を軽減できることから、垂直軸型式風力発電装置の耐久性の向上を図る上で有利となる。

第１の実施の形態に係る垂直軸式風力発電装置の側面断面図である。 第１の実施の形態に係る垂直軸式風力発電装置の要部を示す平面図である。 第１の実施の形態に係る垂直軸式風力発電装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る垂直軸式風力発電装置による導風板の制御動作を説明するフローチャートである。 第２の実施の形態に係る垂直軸式風力発電装置の側面断面図である。 第２の実施の形態に係る垂直軸式風力発電装置の要部を示す平面図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１、図２、図３に示すように、本実施の形態の垂直軸式風力発電装置１０Ａは、発電機１２と、発電機１２の回転軸１４と、羽根体１６と、導風板１８と、導風板揺動部２０と、回転角度位置検出部２２と、風向風速検出部２４と、制御装置２６とを含んで構成されている。

垂直軸式風力発電装置１０Ａは、山間部や海岸沿いといったようにある程度以上の風速の風が安定して発生する場所に設置される。
発電機１２は、そのような場所の地盤に設けられた基礎２８に設置されている。
発電機１２は、発電機本体１２０２と発電機本体１２０２から上方に突出する回転軸１４を有している。
発電機本体１２０２は、筐体１２０４と、筐体１２０４の内部で支持され回転軸１４の下端に取着されたロータの外周に配置されるステータとを含んで構成されている。
発電機１２は、回転軸１４が回転されることで、ステータの内側でロータが回転することで発電を行なう。

羽根体１６は、回転軸１４に取着され風を受けることにより回転軸１４を回転させるものである。
羽根体１６は、回転軸１４の周方向に間隔をおいて複数設けられ、各羽根体１６は回転軸１４の上端から発電機本体１２０２寄りの箇所にわたって延在する上下方向に縦長の矩形状を呈している。
なお、羽根体１６として、従来公知の様々な垂直軸式風力発電装置の羽根体が使用可能である。

導風板１８は、回転軸１４の半径方向において羽根体１６から離間した箇所で、かつ、回転軸１４の周方向に間隔をおいた複数箇所で回転軸１４と平行に延在する中心軸１８０１回りに回転可能に設けられ、本実施の形態では、導風板１８が４つ設けられている。
各導風板１８は、水平方向の幅と上下方向の長さと厚さとを有し、各導風板１８の幅方向の中央に上下方向に延在する筒状の軸受部１８０２が設けられている。
図２に示すように、導風板１８の厚さ方向の両面が風を導くガイド面１８０４として形成されている。
図１に示すように、導風板１８は、上下方向の長さが羽根体１６の上下方向の長さ以上であり、水平方向から見て、導風板１８の長さ方向の両端の範囲内に羽根体１６の長さ方向の全長部分が位置している。
そして、基礎２８で支持された支軸３０が軸受部１８０２に挿通され、各導風板１８は、軸受部１８０２の上下で支軸３０に結合されたナットＮにより支軸３０の上下方向に移動不能に支持されると共に、支軸３０の周囲に揺動可能に支持されている。言い換えると、各導風板１８は、それぞれ支軸３０により揺動可能に支持された筒状の軸受部１８０２の外周部に設けられている。
軸受部１８０２の下端は導風板１８よりも下方に突出しており、軸受部１８０２の下端に軸受部１８０２と一体に回転する従動ギア部３２が設けられている。

導風板揺動部２０は、導風板１８毎に設けられ導風板１８を中心軸１８０１回りに揺動させるものである。
図１、図３に示すように、導風板揺動部２０は、モータ３４と、動力伝達機構３６とを含んで構成されている。
モータ３４は、不図示の駆動軸を備え、後述する制御装置２６により駆動軸が回転駆動されるとともに、駆動軸の回転方向および回転量が制御される。
このようなモータ３４として停止時に駆動軸の回転位置を保持することができるパルスモータやサーボモータを用いることができる。また、回転位置の保持ができないモータの場合には、駆動軸の回転位置を保持するための機械的ブレーキを設ければよい。
モータ３４は、駆動軸を上方に向けて基礎２８に取り付けられている。

動力伝達機構３６は、モータ３４の回転駆動力を導風板１８に伝達するものであり、クラッチ３８と、ギア列４０を構成する駆動ギア４２および上記従動ギア部３２とを含んで構成され、駆動ギア４２は従動ギア部３２と噛合している。
クラッチ３８は、モータ３４の駆動軸と羽根体１６とを断接可能に接続するものであり、駆動軸と駆動ギア４２との間に設けられており、クラッチ３８の入力軸はモータ３４の駆動軸と連結され、クラッチ３８の出力軸３８０２は駆動ギア４２に連結され、クラッチ３８の断接は、後述する制御装置２６によって制御される。
したがって、クラッチ３８が接続された状態で、モータ３４の駆動軸が正逆方向に回転することでモータ３４の回転駆動力がクラッチ３８、ギア列４０を介して軸受部１８０２に伝達され、導風板１８が中心軸１８０１回りに揺動される。
また、モータ３４の回転が停止することで導風板１８の中心軸１８０１回りの回転角度位置が停止保持される。したがって、モータ３４の回転方向および回転量を制御することによって導風板１８の中心軸１８０１回りの回転角度位置が所望の値に設定されることになる。
また、クラッチ３８が切断されると、導風板１８は動力伝達機構３６から切り離されるため、中心軸１８０１回りに自由回転できるようになる。
なお、本実施の形態では、動力伝達機構３６をギア列４０を含んで構成した場合について説明したが、動力伝達機構３６として従来公知の様々な構成のものが使用可能である。

回転角度位置検出部２２は、導風板１８の回転角度位置を検出し、検出結果を後述する制御装置２６に供給するものである。
本実施の形態では、回転角度位置検出部２２は、従動ギア部３２の回転方向、回転量を検出するエンコーダ２２０２と、エンコーダ２２０２で検出された回転方向、回転量に基づいて導風板１８の回転角度位置を算出する算出部２２０４とを備えている。
なお、図１において符号２２０６はエンコーダ２２０２の回転軸１４に設けられ、従動ギア部３２に噛合する検出用のギアを示す。
この場合、導風板１８の中心軸１８０１回りの回転角度位置は、予め定められた原点を基準とした角度で定義され、例えば、北を原点の０度とし、東を９０度、南を１８０度、西を２７０度として定義される。
このようなエンコーダ２２０２として、原点からの絶対位置としての回転角度位置を検出するアブソリュート型のロータリーエンコーダを用いることができる。
なお、算出部２２０４は、後述する制御装置２６によって実現してもよい。
また、回転角度位置検出部２２は、導風板１８の回転角度位置を検出できればよく、モータ３４の駆動軸に直結されたエンコーダーと、エンコーダから検出された回転方向、回転量に基づいて導風板１８の回転角度位置を算出する算出部とによって回転角度位置検出部２２を構成してもよい。
あるいは、モータ３４がステッピングモータであれば、回転角度位置検出部２２は、ステッピングモータを駆動するためのパルス信号のパルス数に基づいて導風板１８の回転角度位置を検出するようにしてもよい。

風向風速検出部２４は、導風板１８あるいは羽根体１６の近傍の箇所に設けられており、羽根体１６に吹き付ける風の風向Ｄおよび風速Ｖを検出し、検出結果を後述する制御装置２６に供給するものである。
風向風速検出部２４として、従来公知の様々な風向風速計を用いることができる。

図３に示すように、制御装置２６はコンピュータで構成されており、コンピュータは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク装置（あるいはＲＡＭディスク装置）、マウス、キーボード、ディスプレイ装置、入出力インターフェースなどを有している。
ＲＯＭは例えばフラッシュメモリなどで構成され、制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭはワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置は種々の情報を記憶する記憶部を構成するものである。
マウス、キーボードはオペレータによる操作を受け付けるものである。
ディスプレイ装置は各種情報を表示するものである。
入出力インターフェースは、風向風速検出部２４、回転角度位置検出部２２、各モータ３４、各クラッチ３８と接続されている。
ＣＰＵが制御プログラムを実行することで、導風制御部４４が実現される。

導風制御部４４は、風向風速検出部２４で検出された風向Ｄおよび風速Ｖに基づいて導風板揺動部２０により導風板１８を回転させ導風板１８の中心軸１８０１回りの所望の回転角度位置に停止保持させるものである。
また、導風制御部４４は、回転角度位置検出部２２で検出された回転角度位置に基づいて導風板１８の回転角度位置の制御を行なう。

詳細に説明すると、図２に示すように、隣り合う導風板１８のガイド面１８０４の間に形成される空間を導風空間Ｓとし、導風空間Ｓを流れる風の風上から風下に向かう方向を導風方向Ｆとする。
導風制御部４４は、導風方向Ｆが羽根体１６に向かう方向となり、かつ、導風方向Ｆに沿って導風空間Ｓの断面積Ｃｓが次第に縮小するように導風板１８の回転角度位置の制御を行なう。
このようにすることで、風が導風空間Ｓを流れる過程でベンチュリー効果が発生し、導風空間Ｓを流れる風の風速Ｖが増加されて羽根体１６に当たることになる。
すなわち、導風板１８が存在しない場合に比較して羽根体１６に当たる風の風速Ｖが増加するため、回転軸１４の回転速度を増加させ、したがって、垂直軸式風力発電装置１０Ａによる発電効率の向上が図られる。

導風制御部４４による各導風板１８の回転角度位置の制御に際しては、予め、風向Ｄおよび風速Ｖを異ならせて発生させた風を各導風板１８の導風空間Ｓを介して羽根体１６に当て、発電効率が最大となる導風板１８の回転角度位置を実測する実験を行なう。
このような実験結果に基づいて、風向Ｄおよび風速Ｖと、回転角度位置との関係を示すデータベースを作成しておく。
そして、導風制御部４４は、このデータベースを用いて風向Ｄおよび風速Ｖから特定した回転角度位置となるように導風板１８の回転角度位置の制御を行なう。
なお、データベースに代えて、風向Ｄおよび風速Ｖと、回転角度位置との関係を示す制御マップを作成しておき、この制御マップを用いて風向Ｄおよび風速Ｖから特定した回転角度位置となるように導風板１８の回転角度位置の制御を行なうようにしてもよい。
あるいは、実験結果に基づいて、風向Ｄおよび風速Ｖと、回転角度位置との関係を示す相関式を求めておき、この相関式を用いて風向Ｄおよび風速Ｖから特定した回転角度位置となるように導風板１８の回転角度位置の制御を行なうようにしてもよい。

また、導風制御部４４は、風向風速検出部２４で検出された風速Ｖが予め定められた第１しきい値Ｖ１を上回った場合、風向風速検出部２４で検出された風速Ｖが第１しきい値Ｖ１以下である場合に比較して、導風方向Ｆの上流から下流に至るにつれて導風空間Ｓの断面積Ｃｓが次第に縮小する度合いを低くするか、または、導風方向Ｆの上流から下流に至る導風空間Ｓの断面積Ｃｓが一定となるように導風板１８の回転角度位置を制御する。以下、上記の制御を第１風圧抑制制御という。
第１風圧抑制制御を実施することで、台風接近時などのような強風時に、導風空間Ｓを流れる風の風速が過剰に増加することを抑制し、羽根体１６に加わる風の風圧を低減することで、回転軸１４から発電機本体１２０２に加わる荷重を抑制している。

また、導風制御部４４は、風向風速検出部２４で検出された風速Ｖが予め定められた第２しきい値Ｖ２以下の場合にクラッチ３８を接続し、風速Ｖが第２しきい値Ｖ２を上回った場合にクラッチ３８を切断して導風板１８が中心軸１８０１回りに自由回転できるようにする。以下、上記の制御を第２風圧抑制制御という。
本実施の形態では、第１しきい値Ｖ１＜第２しきい値Ｖ２となっている。
第２風圧抑制制御を実施することで、台風接近時などのような強風時に、導風板１８のガイド面１８０４による導風作用を無効とすることで、導風空間Ｓを流れる風の風速が過剰に増加することをより大きく抑制し、羽根体１６に加わる風の風圧をより大きく低減することで、回転軸１４から発電機本体１２０２に加わる荷重を抑制している。
また、この際、導風板１８が自由回転することで導風板１８に加わる風圧が低減することになる。

次に、図４のフローチャートを参照して垂直軸式風力発電装置１０Ａの動作について説明する。
なお、予め各クラッチ３８は接続されているものとする。
まず、風向風速検出部２４により風向Ｄ、風速Ｖの検出がなされ、検出された風向Ｄ、風速Ｖが導風制御部４４に供給される（ステップＳ１０）。
導風制御部４４は、風速Ｖが第１しきい値Ｖ１を上回ったか否かを判定する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２が肯定ならば、導風制御部４４は、風速Ｖが第２しきい値Ｖ２（＞第１しきい値Ｖ１）を上回ったか否かを判定する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４が肯定ならば、導風制御部４４は、第２風圧抑制制御を実行し、各クラッチ３８を切断し、各導風板１８が自由回転できるようにして羽根体１６に加わる風圧の抑制を図り（ステップＳ１６）、ステップＳ１０に戻る。
ステップＳ１４が否定ならば、風速Ｖが第１しきい値Ｖ１を上回りかつ第２しきい値Ｖ２以下であるため、導風制御部４４は、第１風圧抑制制御を実行して羽根体１６に加わる風圧の抑制を図り（ステップＳ１８）、ステップＳ１０に戻る。
ステップＳ１２が否定ならば、風速Ｖが第１しきい値Ｖ１以下であるため、導風制御部４４は、モータ３４を制御して風向Ｄおよび風速Ｖに対応して各導風板１８を揺動させ、所望の回転角度位置に停止保持させ（ステップＳ２０）、ステップＳ１０に戻る。
このような処理を繰り返して実行することにより、発電機１２による発電がなされ、発電機１２で発電された電力は、不図示の送電線を介して送電設備に電力を供給する。あるいは、発電機１２で発電された電力を不図示の充電装置を介して不図示のバッテリ（二次電池）に充電してもよい。

以上説明したように本実施の形態によれば、回転軸１４の半径方向において羽根体１６から離間した箇所で、かつ、回転軸１４の周方向に間隔をおいた複数箇所で回転軸１４と平行に延在する中心軸１８０１回りに揺動可能に導風板１８を設け、風向風速検出部２４で検出された風向Ｄおよび風速Ｖに基づいて導風板揺動部２０により導風板１８を揺動させ導風板１８の中心軸１８０１回りの所望の回転角度位置に停止保持させるようにした。
したがって、導風板１８によって風を羽根体１６に効率よく当たるように導くことにより回転軸１４の回転速度を増加させ、発電機１２による発電効率の向上を図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、導風板１８の回転角度位置の制御を、導風方向Ｄが羽根体１６に向かう方向となり、かつ、導風方向Ｄに沿って導風空間Ｓの断面積Ｃｓが次第に縮小するように行なうため、風が導風空間Ｓを流れる過程でベンチュリー効果が発生し、導風空間Ｓから羽根体１６に当たる風の風速を増加させることができる。
したがって、回転軸１４の回転速度を増加させ、発電機１２による発電効率の向上を図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、風向風速検出部２４で検出された風速Ｖが予め定められた第１しきい値Ｖ１を上回った場合、風向風速検出部２４で検出された風速Ｖが第１しきい値Ｖ１以下である場合に比較して、導風方向の上流から下流に至るにつれて導風空間Ｓの断面積Ｃｓが次第に縮小する度合いを低くするか、または、導風方向の上流から下流に至る導風空間Ｓの断面積Ｃｓが一定となるように導風板１８の回転角度位置を制御するようにした（第１風圧抑制制御）。
したがって、台風接近時などのような強風時に、導風空間Ｓを流れる風の風速が過剰に増加することを抑制し、羽根体１６に加わる風の風圧を低減することで、回転軸１４から発電機本体１２０２に加わる荷重を抑制できるため、発電機１２の耐久性を高める上で有利となる。

また、本実施の形態では、風向風速検出部２４で検出された風速Ｖが予め定められた第２しきい値Ｖ２以下の場合にクラッチ３８を接続し、風速Ｖが第２しきい値Ｖ２を上回った場合にクラッチ３８を切断して導風板１８が中心軸１８０１回りに自由回転できるようにした（第２風圧抑制制御）。
したがって、台風接近時などのような強風時に、導風板１８のガイド面１８０４による導風作用を無効とすることで、導風空間Ｓを流れる風の風速が過剰に増加することをより大きく抑制し、羽根体１６に加わる風の風圧を低減することで、回転軸１４から発電機本体１２０２に加わる荷重を抑制できるため、発電機１２の耐久性を高める上で有利となる。
また、導風板１８が自由回転することで導風板１８に加わる風圧を低減させることができ、導風板１８の耐久性を高める上で有利となる。

また、本実施の形態では、第１しきい値Ｖ１を第２しきい値Ｖ２よりも低い値とし、風速Ｖが第１しきい値Ｖ１を上回り第２しきい値Ｖ２以下の場合には導風板１８の回転角度位置を制御（第１風圧抑制制御）し、風速Ｖが第２しきい値Ｖ２を上回った場合には導風板１８を自由回転させるように制御（第２風圧抑制制御）するようにした。
したがって、強風発生時においても、風速がある程度低い場合には、羽根体１６に当たる風圧を抑制しつつ導風板１８によって風を羽根体１６に当てることで回転軸１４の回転速度を確保し、発電機１２の発電効率を確保することができる。
また、風速がさらに高い場合には、導風板１８による導風の機能を無効とすることで、羽根体１６に当たる風圧を最大限抑制して発電機１２の耐久性の向上を図ることができる。
すなわち、強風発生時においては、風速に応じて導風板１８の制御を２段階（第１風圧抑制制御、第２風圧抑制制御）に切り替えることで発電機１２の発電効率の確保と発電機１２の耐久性の確保とを両立する上で有利となる。
なお、本実施の形態では、第１風圧抑制制御と第２風圧抑制制御との２つの制御を切り替えるようにしたが、第１風圧抑制制御と第２風圧抑制制御の何れか一方のみを実施するようにしてもよいことは無論である。
しかしながら、本実施の形態のようにすると、上述したように強風発生時において発電機１２の発電効率の確保と発電機１２の耐久性の確保とを両立する上で有利となる。

また、本実施の形態では、導風板１８は、上下方向の長さが羽根体１６の上下方向の長さ以上であり、水平方向から見て、導風板１８の長さ方向の両端の範囲内に羽根体１６の長さ方向の全長部分が位置しているので、導風板１８のガイド面１８０４で導かれた風を効率よく羽根体１６に当てることができ、回転軸１４の回転速度を増加させ、発電機１２による発電効率の向上を図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、導風板１８の回転角度位置の制御を回転角度位置検出部２２で検出された回転角度位置に基づいて行なうようにしたので、導風板１８の回転角度位置の制御を確実に行なう上で有利となる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について図５、図６を参照して説明する。
なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分、部材については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について重点的に説明する。
第２の実施の形態の垂直軸式風力発電装置１０Ｂは、回転軸１４をその上端で支持する回転軸支持部４６を設けた点が第１の実施の形態と異なっている。

図５、図６に示すように、回転軸支持部４６は、羽根体１６の上方の箇所で回転軸１４の上端を回転可能に支持するものである。
第１の実施の形態と異なり、回転軸１４の上端には他の回転軸１４の部分よりも直径が大きい寸法で形成されたフランジ１４０２が設けられている。
回転軸支持部４６の周囲で周方向に間隔をおいた基礎２８の複数箇所から脚部４８が立設され、それら脚部４８の上端を連結する天板５０が設けられている。
本実施の形態では、導風板１８を揺動可能に支持する支軸３０が各脚部４８を構成している。すなわち、複数の支軸３０の上端により羽根体１６の上方で天板５０が支持されている。

回転軸支持部４６は、天板５０の天板ボス部５２で支持されたラジアル軸受５４とスラスト軸受５６とを含んで構成されている。
スラスト軸受５６は、その上面５６０２がフランジ１４０２の下面１４０４に当接して配設されると共に、その下面５６０４が天板ボス部５２の環状段部５２０２に当接して配設されている。
回転軸支持部４６を構成するスラスト軸受５６により回転軸１４に作用するスラスト荷重を受け、また、ラジアル軸受５４により回転軸１４の半径方向への移動を阻止した状態で回転軸１４を回転可能に支持しており、回転軸支持部４６により回転軸１４に作用するスラスト荷重とラジアル荷重の双方が支持されている。

第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様に導風制御部４４による導風板１８の回転角度位置の制御がなされる。
すなわち、図６に示すように、導風制御部４４により、導風方向Ｆが羽根体１６に向かう方向となり、かつ、導風方向Ｆに沿って導風空間Ｓの断面積Ｃｓが次第に縮小するように導風板１８の回転角度位置の制御がなされ、ベンチュリー効果により導風空間Ｓから羽根体１６に当たる風の風速を増加させることができる。
また、強風発生時における第１、第２風圧抑制制御も第１の実施の形態と同様になされる。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏される他、以下の効果が奏される。
回転軸１４に作用するスラスト荷重およびラジアル荷重の双方の荷重が回転軸支持部４６で支持されるので、回転軸１４の下端から発電機本体１２０２に加わる荷重が軽減される。
そのため、風力により回転軸１４を介して発電機本体１２０２に作用する荷重を軽減できることから、発電機本体１２０２の劣化を抑制し、垂直軸型式風力発電装置１０Ｂの耐久性の向上を図る上で有利となる。
また、回転軸支持部４６を基礎２８から立設された複数の脚部４８（支軸３０）を介して支持するようにしたので、回転軸支持部４６で回転軸１４を安定して支持でき、回転軸１４を介して発電機本体１２０２に作用する荷重を軽減する上でより有利となり、垂直軸型式風力発電装置１０Ｂの耐久性の向上を図る上でより有利となる。
また、支軸３０を天板５０および回転軸支持部４６を支持する脚部４８として利用したので、部品点数の抑制を図れコスト低減を図る上で有利となる。
また、複数の脚部４８（支軸３０）の上端を天板５０で連結しているため、複数の脚部４８（支軸３０）の強度を高めることができ、強風時に導風板１８を介して加わる風圧の荷重に対する脚部４８（支軸３０）の耐久性を高める上で有利となる。

なお、実施の形態では、垂直軸式風力発電装置が山間部や海岸沿いの場所に設置される場合について説明したが、垂直軸式風力発電装置は、建物の屋上、海上に浮かぶ船舶や浮体、あるいは、トラックやバスなどのように地上を移動する車両、あるいは、空中を飛行する飛行機に設置してもよく、垂直軸式風力発電装置の設置場所は限定されない。

１０Ａ、１０Ｂ 垂直軸式風力発電装置
１２ 発電機
１２０２ 発電機本体
１２０４ 筐体
１４ 回転軸
１４０２ フランジ
１４０４ 下面
１６ 羽根体
１８ 導風板
１８０２ 軸受部
１８０４ ガイド面
２０ 導風板揺動部
２２ 回転角度位置検出部
２４ 風向風速検出部
２６ 制御装置
２８ 基礎
３０ 支軸
３４ モータ
３６ 動力伝達機構
３８ クラッチ
４０ ギア列
４４ 導風制御部
４６ 回転軸支持部
４８ 脚部
５０ 天板
５４ ラジアル軸受
５６ スラスト軸受
５６０２ 上面
５６０４ 下面

Claims (9)

1. 発電機本体と前記発電機本体から上方に突出する回転軸を有する発電機と、
   前記回転軸に取着され風を受けることにより前記回転軸を回転させる羽根体とを備える垂直軸式風力発電装置であって、
   前記回転軸の半径方向において前記羽根体から離間した箇所で、かつ、前記回転軸の周方向に間隔をおいた複数箇所で前記回転軸と平行に延在する中心軸回りに揺動可能に設けられ厚さ方向の両面がガイド面とされた導風板と、
   前記導風板毎に設けられ前記導風板を前記中心軸回りに揺動させる導風板揺動部と、
   前記羽根体に吹き付ける風の風向および風速を検出する風向風速検出部と、
   前記風向風速検出部で検出された前記風向および前記風速に基づいて前記導風板揺動部により前記導風板を揺動させ前記導風板の前記中心軸回りの所望の回転角度位置に停止保持させる導風制御部と、
   を備えることを特徴とする垂直軸式風力発電装置。
2. 隣り合う前記導風板の前記ガイド面の間に形成される空間を導風空間とし、前記導風空間を流れる風の風上から風下に向かう方向を導風方向としたとき、
   前記導風制御部による前記導風板の回転角度位置の制御は、前記導風方向が前記羽根体に向かう方向となり、かつ、前記導風方向に沿って前記導風空間の断面積が次第に縮小するようになされる、
   ことを特徴とする請求項１記載の垂直軸式風力発電装置。
3. 前記導風制御部は、前記風向風速検出部で検出された風速が予め定められた第１しきい値を上回った場合、前記風向風速検出部で検出された風速が前記第１しきい値以下である場合に比較して、前記導風方向の上流から下流に至るにつれて前記導風空間の断面積が次第に縮小する度合いを低くするか、または、前記導風方向の上流から下流に至る前記導風空間の断面積が一定となるように前記導風板の回転角度位置を制御する、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の垂直軸式風力発電装置。
4. 前記導風板揺動部は、モータと、前記モータの回転力を前記導風板に伝達する動力伝達機構とを備え、
   前記動力伝達機構は、前記モータと前記羽根体とを断接可能に接続するクラッチを含んで構成され、
   前記導風制御部は、前記風向風速検出部で検出された風速が予め定められた第２しきい値以下の場合に前記クラッチを接続し、前記風速が前記第２しきい値を上回った場合に前記クラッチを切断して前記導風板が前記中心軸回りに自由回転できるようにする、
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の垂直軸式風力発電装置。
5. 前記第１しきい値は前記第２しきい値よりも低い値である、
   ことを特徴とする請求項３を引用する請求項４記載の垂直軸式風力発電装置。
6. 前記導風板は、上下方向の長さが前記羽根体の上下方向の長さ以上であり、水平方向から見て、前記導風板の長さ方向の両端の範囲内に前記羽根体の長さ方向の全長部分が位置している、
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の垂直軸式風力発電装置。
7. 前記導風板の前記回転角度位置を検出する回転角度位置検出部をさらに備え、
   前記導風制御部による前記導風板の前記回転角度位置の制御は、前記回転角度位置検出部で検出された前記回転角度位置に基づいてなされる、
   ことを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の垂直軸式風力発電装置。
8. 前記複数の導風板は、それぞれ支軸により揺動可能に支持された筒状の軸受部の外周部に設けられ、
   前記複数の支軸の上端により前記羽根体の上方で天板が支持され、
   前記天板に、前記回転軸の上端を回転可能に支持する回転軸支持部が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から７の何れか１項記載の垂直軸式風力発電装置。
9. 前記回転軸支持部は、前記回転軸に作用するスラスト荷重を支持している、
   ことを特徴とする請求項８記載の垂直軸式風力発電装置。

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