JP2024019391A

JP2024019391A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2024019391A
Application number: JP2022122393A
Authority: JP
Inventors: 健児島崎; Kenji Shimazaki; 康正島崎; Yasumasa Shimazaki; 哲伸島崎; Tetsunobu Shimazaki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-07-30
Filing date: 2022-07-30
Publication date: 2024-02-09

Abstract

【課題】強風からの損傷を防ぐ風力発電装置を提供する。【解決手段】通常の風力時は、抗力羽根６が回転軸２及び防風体４と共に支柱１を中心として回転すると共に揚力羽根８が抗力羽根６の回転に対し補助として働くように回転する。そして、強風時には、強風から受ける揚力羽根８の揚力で下側腕部７が支点２５を中心として実線で示す位置から仮想線で示す位置の側へと上方に持ち上げられるに伴い、上側腕部５が支点２２を中心として実線で示す位置から仮想線で示す位置の側へと上方に持ち上げられ、抗力羽根６が防風体４の外部から開口部１０を経由して内部空間１７に収容され、抗力羽根６が強風に晒されず回転力を減速し、抗力羽根６の過回転を防止しかつ損傷を防ぐことができる。揚力羽根８は微回転となり強風による適切な回転を得ることになる。従って、強風時も特に回転軸２の回転を止めることなく適切な回転を受けて発電をすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、風の流れに対し垂直な回転軸を有する風力発電装置に関する。

特許文献１には、揚力羽根にスポイラと錘とねじりバネとを備え、通常の風力の場合はスポイラがねじりバネの弾性により揚力羽根に収納され、強風の場合はスポイラがねじりバネの張力や錘の遠心力に抗して開き、揚力羽根の外側表面の気流を乱すことで、ブレードの揚力を減じて風車の過回転を防止する構造が開示されているが、揚力羽根にスポイラと錘とねじりバネとが等の回転部分の全体が強風に晒されるという問題がある。

特開２０１２－２２９６８５号公報

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、強風からの損傷を防ぐ風力発電装置の提供を目的とする。

本発明は、風の流れに対し垂直に設置される支柱と、前記風の流れに対し水平に回転し得るように前記支柱に装着された回転軸と、この回転軸の下部に発電可能に連結された発電機と、前記回転軸と一緒に回転するように当該回転軸に固定されかつ前記回転軸の周囲を覆う内部空間を有する防風体と、前記内部空間における前記回転軸に支点を中心として上下動可能に取り付けられた上側腕部と、この上側腕部の外端部に固定にされた抗力羽根と、前記回転軸の前記上側腕部と前記発電機との間に位置する部分に支点を中心として上下動可能に取り付けられた下側腕部と、この下側上部の外端部に固定にされた揚力羽根と、前記上側腕部と前記下側腕部部とを上下動可能に連結した連結体と、前記防風体の周壁に前記抗力羽根を前記防風体の外部と内部空間とに通過可能とするように設けられた開口部と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、通常の風力時は、抗力羽根が回転軸及び防風体と共に支柱を中心として回転すると共に揚力羽根が抗力羽根の回転に対し補助として働くように回転する。そして、強風時には、揚力羽根が強風から受ける揚力で下側腕部が回転軸の側の支点を中心として上方に持ち上げられるに伴い、上側腕部が回転軸の側の支点を中心として上方に持ち上げられ、抗力羽根が防風体の外部から開口部を経由して内部空間に収容され、抗力羽根が強風に晒されず回転力を減速し、抗力羽根の過回転を防止しかつ損傷を防ぐことができるうえ、揚力羽根は微回転となり強風による適切な回転を得ることになる。従って、強風時も特に回転軸の回転を止めることなく適切な回転を受けて発電をすることができる。

図３の１０１－１０１線に沿う縦断面図。図３の１０２－１０２線に沿う横断面図。発明を実施するための形態に係る風力発電装置を示す正面図。

図１～図３を用いて、発明を実施するための形態に係る風力発電装置の構造を説明する。図１に示すように、この発明を実施するための形態に係る風力発電装置は、支柱１と回転軸２と発電機３と防風体４と上側腕部５と抗力羽根６と下側腕部７と揚力羽根８と連結体９と開口部１０とを備えた、全方向の風向きに対応可能な構造になっている。

支柱１は、風の流れ１１に対し垂直となるように、装置本体１２で設置場所に設置される。回転軸２は、風の流れ１１に対し平行な水平方向に回転し得るように支柱１に外嵌装着され、例えば、支柱１の下部で支柱１より外側に突出した突部１３又は図示にされていない止輪で下方に移動しないようにかつ回転可能に支持されている。

発電機３は、回転軸２の下部に発電可能に連結されている。例えば、発電機３のケーシングが装置本体１２に固定され、発電機３の発電機軸１４に固定された歯車１５と回転軸２に固定された歯車１６とが互いに回転可能に連結されたことにより、回転軸２が回転するに伴い、発電機３の発電機軸１４が回転し、発電機３が発電可能となる。

防風体４は、回転軸２と一緒に回転するように回転軸２の上部に回転可能に被せられかつ回転軸２の周囲を覆う内部空間１７を形成している。具体的には、防風体４は、筒状の下端が開口され、筒状の上端が閉じられた構造であって、筒状の下端が回転軸２の上部から被せられて装置本体１２の周辺部に配置された環状のベアリング１８の上に搭載され、筒状の閉じられた上端の中央部が回転軸２の上部に回転可能に被せられ、筒状の閉じられた上端及び筒状の周壁が回転軸２の周囲を覆う内部空間１７を形成している。筒状の閉じられた上端の中央部が回転軸２の上部に被せられて固定されることで、防風体４が回転軸２と一緒に回転するように構成しても適用可能である。

上側腕部５は、回転軸２から直径方向外側に直線的に延びた形状になっている。上側腕部５の回転軸２の側の内端部は、回転軸２の中間部に形成された上面の開放された凹部２１に上下移動可能に収容されて支点２２を中心として上下動可能に取り付けられている。上側腕部５の支点２２の周りの下面が凹部２１の底部２３に受け止められることで、上側腕部５がそれより下方に移動することがないようになっている。上側腕部５における回転軸２の直径方向外側に延びた外端部には抗力羽根６が固定されている。

図２に示す上下方向で対峙する一対の抗力羽根６において、上の抗力羽根６が上方から見て風の流れ１１に対し凹形になっており、下の抗力羽根６が上方から見て風の流れ１１に対し凸型なっていることから、左方よりより風が吹いてくると、上の抗力羽根６の受け取る力つまり抗力が下の抗力羽根６の受け取る力つまり抗力より強く、この上の抗力羽根６と下の抗力羽根６との抗力差により、上から見て、矢印A方向に回転する。抗力羽根６の凹型及び凸型は、図示したＶ字形に限定されるものではなく、竹を割ったような弧形、中空な球形を割った半円形又は欠球でも適用可能である。図３に示すように、抗力羽根６の横幅Ｈ１が抗力羽根６の高さＨ２より小さく（Ｈ１＜Ｈ２）、抗力羽根６が縦長な形状であれば、抗力羽根６が半円形又は欠球で形成された場合よりも、開口部１０の横幅を小さくすることができる。また、抗力羽根６の凹型及び凸型が、上から見て、図２に示したようなＶ字形であれば、左方よりより風が吹いてきた場合において、下の抗力羽根６の受け取る抵抗が少なくつまり抗力が小さくなり、上の抗力羽根６と下の抗力羽根６との抗力差が大きくなり、抗力羽根６が円滑に回転することができる。

図１に戻り、下側腕部７は、上側腕部５の真下に位置し、回転軸２から直径方向外側に直線的に延びた形状になっている。下側腕部７の回転軸２の側の内端部は、回転軸２の抗力羽根６と発電機３との間に位置する部分に形成された下面の開放された凹部２４に上下移動可能に収容されて支点２５を中心として上下動可能に取り付けられている。下側腕部７が支点２５を中心として実線で示す位置から仮想線で示す位置の側に上昇するのに伴い、下側腕部７の支点２５の周りの上面が凹部２４の頭部２６に受け止められることで、下側腕部７の上昇が停止し、揚力羽根８が防風体４の外側に衝突しないよう停止する。下側腕部７における回転軸２の直径方向外側に延びた外端部には、揚力羽根８が固定されている。

図３に示すように、揚力羽根８は、風の流れ１１の上流側が高く下流側が低くなるよう斜めになっており、風の流れ１１を受けることにより、抗力と揚力とを発生して回転するようになっている。

図１に示すように、連結体９は上側腕部５と上側腕部５とを上下動可能に連結している。具体的には、連結体９は防風体４の内部空間１７に配置されて防風体４の外部の風の流れ１１の影響を受けにくくなっており、連結体９の上端部が軸２７で上側腕部５に回転可能に連結され、連結体９の下端部が軸２８で上側腕部５に回転可能に連結されたことにより、上側腕部５と下側腕部７とが連結体９を介して一体となって上下動可能になっている。

開口部１０は、防風体４の周壁に、上側腕部５と抗力羽根６と下側腕部７とを防風体４の外部と内部空間１７とに通過可能とする形に設けられている。

次に、図１及び図２を用いて、発明を実施するための形態に係る風力発電装置の動作を説明する。図１に実線で示す状態において、通常の風力の場合は、抗力羽根６が風の流れ１１による風力を受けて回転軸２及び防風体４と共に支柱１を中心として第２図の矢印Ａ方向に回転すると共に揚力羽根８が抗力羽根６の回転に対し補助として働くように第２図の矢印Ａ方向に回転する。

図２において、抗力羽根６が最上部の位置３１から最下部の位置３２の側に回転するに伴い、風が抗力羽根６の背中から斜め部分を流れて、最下部の位置３２の側に回転した抗力羽根６が支柱１を中心として矢印Ａ方向に円滑に回転する。

そして、強風が吹くと揚力羽根８が強風から揚力を受け、下側腕部７が回転軸２に連結された支点２５を中心として図１の実線で示す位置から仮想線で示す位置の側へと上方に持ち上げられるに伴い、上側腕部５が回転軸２に連結された支点２２を中心として図１の実線で示す位置から仮想線で示す位置の側へと上方に持ち上げられ、抗力羽根６が防風体４の外部から開口部１０を経由して内部空間１７に収容されて、抗力羽根６の過回転を防止しかつ損傷を防ぐことができる。

そして、揚力羽根８が図１に仮想線で示す位置まで上昇すると、揚力羽根８の下側腕部７が凹部２４の頭部２６に受け止められ、揚力羽根８が防風体４の外側に衝突しないよう停止する。これにより、抗力羽根６と揚力羽根８とが一緒に上昇しても、揚力羽根８が防風体４の外側に停止し、抗力羽根６が防風体４の内部空間１７に収容されるだけである。

また、図２に示すように、抗力羽根６の横幅Ｌ１が揚力羽根８の横幅Ｌ２よりも小寸法になっているので、開口部１０の横幅が狭くでき、防風体４の強度が高くなる。

揚力羽根８が図１に実線で示す位置から仮想線で示す位置の側へと上方に移行するに伴い、抗力羽根６が防風体４の中に入り、抗力羽根６の回転力が次第に弱まり、揚力羽根８が強風でも適切な回転を維持して、発電機３が発電を継続する。

図２に示すように、抗力羽根６及び揚力羽根８は、４個ずつ設けられ、回転軸２を周方向に四等分する位置で放射状となるように配置されたが、五等分又は六等分又はそれ以上の個数であっても適用できる。なお、図２では右側の１個の上側腕部５の一部及び抗力羽根が図示されいない状態である。防風体４の周壁と回転軸２とには複数の梁２９が抗力羽根６及び揚力羽根８の上下移動に邪魔にならない位置に掛け渡されたことにより、防風体４が回転軸２と一緒に回転するように回転軸２に固定されたので、防風体４の強度が高くなる。なお、図１において防風体４が回転軸２の上部に被せられて固定される構造、図１及び図２において防風体４が梁２９を介して回転軸２に固定される構造の何れか一方の構造又は双方の構造を採用しても適用可能である。防風体４が梁２９を介して回転軸２に固定される構造を採用すれば、防風体４の強度を向上すると共に回転軸２の回転を防風体４に伝達することができる。防風体４は、はずみ車としての役目を備えている。

図３に示すように、揚力羽根８は風上から風下に行くにしたがって上り勾配となるように構成されている。

図１及び図２において、支柱１と回転軸２との間に図示のされていないベアリングを設けてもよい。

１支柱
２回転軸
３発電機
４防風体
５上側腕部
６抗力羽根
７下側腕部
８揚力羽根
９連結体
１０開口部
１１風の流れ
１２装置本体
１３突部
１４発電機軸
１５歯車
１６歯車
１７内部空間
１８ベアリング
２１凹部
２２支点
２３底部
２４凹部
２５支点
２６頭部
２７軸
２８軸
２９梁
３１位置
３２位置

Claims

風の流れに対し垂直に設置される支柱と、前記風の流れに対し水平に回転し得るように前記支柱に装着された回転軸と、この回転軸の下部に発電可能に連結された発電機と、前記回転軸と一緒に回転するように当該回転軸に固定されかつ前記回転軸の周囲を覆う内部空間を有する防風体と、前記内部空間における前記回転軸に支点を中心として上下動可能に取り付けられた上側腕部と、この上側腕部の外端部に固定にされた抗力羽根と、前記回転軸の前記上側腕部と前記発電機との間に位置する部分に支点を中心として上下動可能に取り付けられた下側腕部と、この下側上部の外端部に固定にされた揚力羽根と、前記上側腕部と前記下側腕部部とを上下動可能に連結した連結体と、前記防風体の周壁に前記抗力羽根を前記防風体の外部と内部空間とに通過可能とするように設けられた開口部と、を備えたことを特徴とする風力発電装置。
前記防風体の周壁と前記回転軸とには梁が前記上側腕部と前記抗力羽根と前記下側上部並びに前記揚力羽根の上下移動に邪魔にならない位置に掛け渡されて、前記防風体が前記回転軸と一緒に回転するように前記回転軸に固定されたことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。