JP3179856U

JP3179856U - 風力発電装置

Info

Publication number: JP3179856U
Application number: JP2012005511U
Authority: JP
Inventors: 俊能鍾
Original assignee: 鴻金達能源科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: KR101387669B1; EP2604852A3; TW201326545A; MY162671A; EP2604852A2; ZA201206325B; TWI453337B; BR102012023659A8; KR20130069334A; EP2604852B1; BR102012023659A2; US20130156581A1

Abstract

【課題】羽根ユニットに導かれる風量を調整することができる風力発電装置を提供する。
【解決手段】ベース４と、ベース４に回転可能に設置される直立軸５１と、直立軸５１に固定されている羽根ユニット５と、互いに間隔をおいて羽根ユニット５を囲むようにベース４に回動可能に設置される複数の導風板６１と、直立軸５１に繋がる発電機９と、直立軸５１の回転速度を検出し信号を生成し該信号に応じて各導風板６１の少なくとも一部分を第１の位置と第２の位置との間で回動させるコントロールユニット８とを備える。さらに、隣り合う導風板６１によって内側に向かっている第１の通風口と外側に開放している第２の通風口とを有する導風路６２が画成され、第１の位置では第２の通風口の幅が対応する第１の通風口の幅よりも大きく、第２の位置では第２の通風口の幅が対応する第１の通風口の幅より大きくないことを特徴として風力発電装置を形成する。
【選択図】図３

Description

本考案は、発電装置に関し、特に風力を利用して発電機を駆動する風力発電装置に関する。

環境意識の高まりを受けて、エネルギー資源の利用節減が重要視されており、例えば太陽光や風力といったいわゆる再生可能エネルギーが注目されている。

図１は、従来用いられている風力発電装置の一例である。支柱１１の上端には、複数の翼１２１を有する風車１２および発電機１３が取り付けられており、風力により風車１２が回ると、発電機１３にて電気が発生する。

しかし、このような装置は、往々にして大型なものであり、広い設置面積が必要なことから、電力需要地である都市部から離れた場所に設置せざるを得ず、設置コストが高くなり、また送電経路での電力損失が大きくなる。また、風力は一定ではないので、発電出力も不随意に変動する。

そこで、考案されたのが図２に示した特許文献１に係る風力発電装置である。この装置は、それぞれベース部２４に備え付けられた導風ユニット２１と、羽根ユニット２２と、発電ユニット２３と、からなっている。羽根ユニット２２は、ベース部２４に回転可能に設置された直立軸２２１と、直立軸２２１に固定された複数の羽根２２２と、を有している。導風ユニット２１は、羽根ユニット２２を囲むように互いに一定の角度間隔をおいてベース部２４に所定のカーブに沿って放射状に固定されている複数の直立板２１１を有しており、隣り合う２つの直立板２１１により導風路が画成されている。導風路はそれぞれ外側から内側に向かって狭まり、中央で一点に集中するように画成されている。これにより異なる方向から吹いてくる風をすべて羽根ユニット２２の羽根２２２に当たるように導くことができる。このように風力により羽根ユニット２２を回転させ、羽根ユニット２２の一端に備え付けられている発電機２３で運動エネルギーを電力に変換する。

台湾登録実用新案第Ｍ３３８２７８号明細書

上記のような装置では、多方向からの風を利用できるので発電効率が向上されているが、一方、例えば台風や竜巻などにより強風を受けた際にも、同様に導風ユニット２１は多方向からの風を集めてしまい、羽根ユニット２２に過大な風圧がかかり、羽根ユニット２２および発電機２３が損傷される虞がある。

そこで本考案は、このような問題点を解決するべく、羽根ユニットに導かれる各方向からの風の量を適宜調整することができる風力発電装置の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本考案は、
ベースと、前記ベースに回転可能に取り付けられ且つ前記ベースの上面から立ち上がる所定の軸線に沿って延伸する直立軸および、前記直立軸の周縁に固定されている複数の羽根からなる少なくとも一つの羽根組を有する羽根ユニットと、
互いに一定の角度間隔をおいて前記羽根ユニットを周囲から囲むようにそれぞれ前記ベースに回動可能に取り付けられている複数の導風板を有する導風ユニットと、
前記直立軸の回転運動を電力に変換するように前記直立軸に連結されている発電機と、
前記直立軸の回転速度を検出し、該回転速度に応じたコントロール信号を生成する検出器、および、前記コントロール信号を受信するようにそれぞれ前記検出器に接続されており、前記コントロール信号に応じて、各前記導風板の少なくとも一部分を第１の位置と第２の位置との間で回動させることができる少なくとも一つの駆動器を有するコントロールユニットと、を備えており、
前記複数の導風板における各互いに隣り合う２枚の前記導風板によって、内側にある前記羽根ユニットに向かっていて導風板同士の間の空気を前記羽根ユニットへ導く第１の通風口と、その反対側の、外側に開放していて外側の空気を導風板同士の間に導く第２の通風口と、をそれぞれ有する導風路が画成され、
各互いに隣り合う２枚の前記導風板が前記第１の位置にあるときは、対応する導風路における前記第２の通風口の幅が、対応する前記第１の通風口の幅よりも大きく、
各互いに隣り合う２枚の前記導風板が前記第２の位置にあるときは、対応する導風路における前記第２の通風口の幅が、対応する前記第１の通風口の幅より大きくないことを特徴とする風力発電装置を提供する。

また、前記コントロールユニットは、各互いに隣り合う２枚の前記導風板の回動を、共にそれぞれの前記第１の位置と前記第２の位置との間で回動されるように制御することも、前記第１の位置と前記第２の位置との間で回動されるばかりでなく、各方向からの風力によってそれぞれの前記第２の位置が別々に加減に調整されるように制御することもできるように配置されることが好ましい。そうすると、発電装置は、各方向からの風力が過度に異なる場合、各方向からの風圧を均一にさせ、発電機を安定的に運転させることができる。

なお、前記第２の位置は、第２の通風口の幅も第１の通風口の幅もゼロになり、完全に閉じられる位置にあっても良く、そうすると、台風などの過大な風圧の場合であっても、導風路を完全に閉じることで、羽根ユニットを台風から守ることができる。

上記構成により、各導風路に導かれる風量が比較的大となる前記第１の位置と、比較的小あるいはゼロとなる前記第２の位置と、の間で対応する導風板が制御的に回動されるので、前記羽根ユニットに導かれる各方向からの風の量を適宜調整することができる。

従来の風力発電装置の一例を示す斜視図である。従来の風力発電装置の他の一例を示す分解斜視図である。本考案に係る風力発電装置の第１の実施形態を示す分解斜視図である。第１の実施形態を示す縦断面図である。第１の実施形態における第１の位置を示す概略平面図である。第１の実施形態における第２の位置を示す概略平面図である。第１の実施形態における他の位置を示す概略平面図である。第２の実施形態を示す分解斜視図である。第３の実施形態を示す分解斜視図である。第３の実施形態における第１の位置を示す概略平面図である。第３の実施形態における第２の位置を示す概略平面図である。第３の実施形態における他の位置を示す概略平面図である。第４の実施形態を示す分解斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、４つの実施形態を具体例に挙げて本考案を詳しく説明する。なお、以下の説明においては、略同一の機能および構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１の実施形態）
第１の実施形態においては、本考案に係る風力発電装置３は、図３および図４に示したように、内部空間を有するベース４、羽根ユニット５、発電機９、導風ユニット６、上壁７およびコントロールユニット８からなっている。

羽根ユニット５は、ベース４に回転可能に取り付けられ且つベース４の上面から立ち上がる軸線Ａに沿って延伸する直立軸５１と、直立軸５１の周縁に固定されている複数の羽根５２１からなる羽根組５２と、を有している。これにより、羽根組５２が風力を受けると直立軸５１と共に軸線Ａを中心として回転することができ、つまり風力を羽根ユニット５の回転運動エネルギーに変換することができる。

発電機９は、ベース４内に設けられており、直立軸５１の回転運動を電力に変換するように直立軸５１に連結されている。

導風ユニット６は、互いに一定の角度間隔をおいて羽根ユニット５を周囲から囲むようにそれぞれベース４に回動可能に取り付けられている複数の導風板６１を有している。

図５に示されているように、複数の導風板６１はそれぞれ、内側つまり羽根ユニット５に近い側に位置し且つ羽根ユニット５に近づくにつれて厚みが漸減している第１の節部６１３と、これに繋がり且つ外側に向かって放射状に延伸している第２の節部６１４と、軸線Ａと平行となるように、つまり直立軸５１と平行となるように前記ベースに回動可能に取り付けられている駆動軸６１１と、を有しており、それぞれ対応する駆動軸６１１によって導風板６１は回動可能にベース４に取り付けられている。なお、本実施形態では、第１の節部６１３および第２の節部６１４は一体に成形されている。

また、複数の導風板６１における各互いに隣り合う２枚の導風板６１によってそれらの間に導風路６２が画成されており、各導風路６２は、対応する隣り合う２枚の導風板６１、６１における各第１の節部６１３により画成され内側にある羽根ユニット５に向かっている第１の通風口６２２と、対応する隣り合う２枚の導風板６１における各第２の節部６１４により画成され外側に開放している第２の通風口６２１と、を有している。ここで、第１の通風口６２２は対応する隣り合う導風板６１、６１の間の空気を羽根ユニット５へ導くためのものであり、第２の通風口６２１は外側の空気を対応する隣り合う導風板６１、６１の間に導くためのものである。

上壁７は、羽根ユニット５と導風ユニット６とを上から覆うように直立軸５１と駆動軸６１１との上端に設置されている。これにより、直立軸５１および駆動軸６１１は、上壁７とベース４との間に回転可能に軸支されている。

コントロールユニット８は、検出器８１と、数量が導風板６１と対応する駆動器８２と、を有している。

検出器８１は、羽根ユニット５の直立軸５１の回転速度を検出すると共に、検出された回転速度に応じたコントロール信号を生成する。

駆動器８２は、上記コントロール信号を受信するようにそれぞれが検出器８１に電気的に接続されており、上記コントロール信号に応じて、それぞれ対応する導風板６１の駆動軸６１１を回転させることにより、導風板６１を第１の位置（図５参照）と第２の位置（図６参照）との間で回動させることができる。

具体的にいうと、駆動器８２には駆動軸６１１の一端が固定されており、駆動器８２が駆動軸６１１を回転駆動させることで対応する導風板６１を第１の位置と第２の位置との間で回動させることができる。なお、駆動器８２として本実施形態ではモーターを用いた。

第１の位置に導風板６１がある際には、図５に示されているように、各導風路６２において、第２の通風口６２１の幅は対応する第１の通風口６２２の幅よりも大きい。つまり、各導風路６２は外側から内側に向かって収束するように第２の通風口６２１側から第１の通風口６２２側へと狭まっており、第１の通風口６２２は羽根ユニット５に面している。つまり、第１の位置においては、各方向からの風を導風路６２を経て羽根５２１に当たるように導くことができる。

第２の位置に導風板６１がある際には、例えば図６に示されているように、各導風路６２において、第２の通風口６２１の幅は対応する第１の通風口６２２の幅より大きくなく、または、図７に示されているように、第２の通風口６２１の幅も第１の通風口６２２の幅もゼロになり、完全に閉じられるようになる。

つまり、各導風板６１の第２の位置が図６の位置にある場合、各導風路６２は第２の通風口６２１側から第１の通風口６２２側へと狭まってはおらず、且つ第１の通風口６２２と羽根ユニット５との間隔は、第１の位置における同間隔よりも大きい。即ち、このような第２の位置においては、導風路６２を経て羽根５２１に当たる風の量を第１の位置における場合よりも少なくすることができる。また、各導風板６１の第２の位置が図７の位置にある場合、対応する第２の通風口６２１の幅は対応する第１の通風口６２２の幅より大きくないばかりでなく、第１および第２の通風口６２２および６２１双方が閉じられて外側からの風を遮っている。

またさらに、複数の導風板６１における各互いに隣り合う２枚の導風板６１は、風向きによってそれぞれが個別に第１の位置と第２の位置との間でその位置を調整できるように回動されてもよい。

なお、図５に示されているように、各導風板６１が第１の位置にあるときは、各第１の節部６１３はその先端が直立軸５１に向かい且つ直立軸５１に隣接しており、一方、各第２の節部６１４は外側に向かって互いに平行となるように放射状に延伸している。

このような構成により、本実施形態に係る風力発電装置によって得られる効果を以下に挙げる。

まず、時により異なる方向から吹いてくる風を、導風板６１により画成された導風路６２において、外側に位置する第２の通風口６２１側から内側に位置する第１の通風口６２２側へと、羽根ユニット５の羽根５２１に当たるように効率的に導くことができる。つまり多方向からの風を利用できるので発電効率が安定している。

加えて、羽根ユニット５が回転している際に、コントロールユニット８の検出器８１（図３、図４参照）によって、例えば強風などにより直立軸５１の回転速度が所定の値を上回ったことが検出されると、検出器８１は駆動器８２にコントロール信号を送信する。該コントロール信号を受信した駆動器８２は、駆動軸６１１を回動させることにより導風板６１を第１の位置（図５参照）から第２の位置（図６および図７参照）に、または各方向からの風力により第２の位置へある程度回動させる。これにより、例えば強風が吹いている際でも、導風路６２を経て羽根５２１に当たる風の量を第１の位置における場合よりも少なくし、羽根ユニット５に過大な風圧がかかることを防ぐことができるばかりでなく、各方向からの風圧を均一にさせることで、羽根ユニット５における直立軸５１に横からの応力がかかることを避けることもできる。

またさらには、各導風板６１の第２の位置が図７の位置である場合、各導風板６１は、駆動器８２により回動されることで、複数の導風板６１が周方向に連なって輪を成すように、つまり導風板６１同士の間隔が塞がり羽根ユニット５に風が導かれないように回動されることができる。各導風板６１がすべてこのような第２の位置にあると、例えば台風や竜巻などによる極めて強い風を受けた際にも、過大な風圧を受けて羽根ユニット５や発電機９が損傷されることを防ぐことができる。

（第２の実施形態）
図８は、本考案の風力発電装置の第２の実施形態を示している。本実施形態では、第１の実施形態と類似する構成を有しており、異なる点は、羽根ユニット５が羽根組５２を複数（図８では例示として３つ）有しており、複数の羽根組５２、５２、・・・は、直立軸５１の軸線方向に間隔を置いて並ぶように設けられており、且つ、各隣接する羽根組５２同士はそれぞれの羽根５２１、５２１、・・・の位置が直立軸５１の周方向において重ならないように設けられている。

このような構成により、本実施形態では、第１の実施形態で得られる効果に加えて、羽根５２１が直立軸５１からそれぞれ異なる方向に延伸していることにより、異なる方向から吹いてくる風の風圧をさらに効率的に受けることができる。

（第３の実施形態）
図９から図１２は、本考案の風力発電装置の第３の実施形態を示している。本実施形態では、各導風板６１の第１の節部６１３と第２の節部６１４とは別々に設けられている。

各第１の節部６１３は、羽根ユニット５に隣接するようにベース４に固設され、羽根ユニット５に近い側、つまり内側の先端６３６が常に直立軸５１に向かっており、その反対側、つまり外側の先端６３５が常にそれぞれ対応する第２の節部６１４に隣接している。また、各第１の節部６１３は、羽根ユニット５に近づくにつれて厚みが漸減しており、つまり内側の先端６３６が先細りになっている。

各第２の節部６１４は、第１の節部６１３から外側に向かって放射状に延伸するように且つ第１の節部６１３に対して枢動可能に設けられており、直立軸５１の軸線と平行となるようにベース４に回動可能に取り付けられている駆動軸６１１により軸支されている。

駆動軸６１１は、一端が駆動器８２に固定されていると共に、第２の節部６１４をベース４に対して回動可能に軸支しており、駆動器８２により回転駆動されることで対応する第２の節部６１４を回動させ、これにより前記導風板６１を、上記第１の位置（図１０参照）と第２の位置（図１１および図１２参照）との間で回動させることができる。なお、このような第１の位置と第２の位置との間の回動は、第１の実施形態と同様に、駆動軸６１１の回転速度に応じた検出器８１からのコントロール信号に応じてなされることができる。

また、本実施形態においては、導風ユニット６はさらに、複数の導風板６１において各互いに隣り合う２つの導風板６１における各第１の節部６１３を繋いでいる複数の（図示による例示では３つの）補強部材６４を有している。

このような構成により、本実施形態では、第１の実施形態で得られる効果に加えて、それぞれの導風板６１の第１の節部６１３が補強部材６４により互いに連結されていることから、構造強度を強化することができる。

またさらには、各導風板６１の第２の位置が図１２の位置である場合、各導風板６１は駆動器８２により回動されることで、複数の第２の節部６１４が周方向に連なって輪を成すように、つまり導風板６１同士の間隔が塞がり羽根ユニット５に風が導かれないように回動されることができる。各第２の節部６１４がすべてこのような第２の位置にあると、例えば台風や竜巻などによる極めて強い風を受けた際にも、過大な風圧を受けて羽根ユニット５や発電機９が損傷されることを防ぐことができる。

（第４の実施形態）
図１３は、本考案の風力発電装置の第４の実施形態を示している。

本実施形態では、第３の実施形態と類似する構成を有しており、異なる点は、第２の実施形態と同様に、羽根ユニット５が羽根組５２を複数（図１３では例示として３つ）有しており、複数の羽根組５２、５２、・・・は、直立軸５１の軸線方向に間隔を置いて並ぶように設けられており、且つ、各隣接する羽根組５２同士はそれぞれの羽根５２１、５２１、・・・の位置が直立軸５１の周方向において重ならないように設けられている。

このような構成により、本実施形態では、第３の実施形態で得られる効果に加えて、第２の実施形態と同様に、羽根５２１が直立軸５１からそれぞれ異なる方向に延伸していることにより、異なる方向から吹いてくる風の風圧をさらに効率的に受けることができる。

以上、本考案の好ましい実施形態を説明したが、本考案はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

３風力発電装置
４ベース
５羽根ユニット
５１直立軸
５２羽根組
５２１羽根
６導風ユニット
６１導風板
６１１駆動軸
６１３第１の節部
６１４第２の節部
６２導風路
６２１第２の通風口
６２２第１の通風口
６３６内側の先端
６３５外側の先端
６４補強部材
７上壁
８コントロールユニット
８１検出器
８２駆動器
９発電機

Claims

ベースと、
前記ベースに回転可能に取り付けられ且つ前記ベースから立ち上がる所定の軸線に沿って延伸する直立軸および、前記直立軸の周縁に固定されている複数の羽根からなる少なくとも一つの羽根組を有する羽根ユニットと、
互いに一定の角度間隔をおいて前記羽根ユニットを周囲から囲むようにそれぞれ前記ベースに回動可能に取り付けられている複数の導風板を有する導風ユニットと、
前記直立軸の回転運動を電力に変換するように前記直立軸に連結されている発電機と、
前記直立軸の回転速度を検出し、該回転速度に応じたコントロール信号を生成する検出器、および、前記コントロール信号を受信するようにそれぞれ前記検出器に接続されており、前記コントロール信号に応じて、各前記導風板の少なくとも一部分を第１の位置と第２の位置との間で回動させることができる少なくとも一つの駆動器を有するコントロールユニットと、を備えており、
前記複数の導風板における各互いに隣り合う２枚の前記導風板によって、内側にある前記羽根ユニットに向かっていて導風板同士の間の空気を前記羽根ユニットへ導く第１の通風口と、その反対側の、外側に開放していて外側の空気を導風板同士の間に導く第２の通風口と、をそれぞれ有する導風路が画成され、
各互いに隣り合う２枚の前記導風板が前記第１の位置にあるときは、対応する前記導風路における前記第２の通風口の幅が、対応する前記第１の通風口の幅よりも大きく、
各互いに隣り合う２枚の前記導風板が前記第２の位置にあるときは、対応する前記導風路における前記第２の通風口の幅が、対応する前記第１の通風口の幅より大きくないことを特徴とする風力発電装置。
各前記導風板は、前記羽根ユニットに近い側に位置し且つ羽根ユニットに近づくにつれて厚みが漸減している第１の節部と、該第１の節部に繋がっており且つ外側に向かって放射状に延伸する第２の節部と、からなっていると共に、前記軸線と平行となるように前記ベースに回動可能に取り付けられている駆動軸により軸支されており、
前記駆動軸は、一端が前記駆動器に固定されており、前記駆動器により回転駆動されることで対応する前記導風板を前記第１の位置と前記第２の位置との間で回動させることができ、
各前記導風板が前記第１の位置にあるときは、各前記第１の節部は、先端が前記直立軸に向かい且つ前記直立軸に隣接しており、各前記第２の節部は、外側に向かって放射状に延伸している
ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
各前記導風板は、前記羽根ユニットに隣接するように前記ベースに固設され且つ前記羽根ユニットに近づくにつれて厚みが漸減している第１の節部と、前記第１の節部から外側に向かって放射状に延伸するように且つ前記第１の節部に対して枢動可能に設けられている第２の節部と、からなっていると共に、前記軸線と平行となるように前記ベースに回動可能に取り付けられている駆動軸により軸支されており、
前記駆動軸は、一端が前記駆動器に固定されていると共に、前記第２の節部を前記ベースに対して回動可能に軸支しており、前記駆動器により回転駆動されることで対応する前記第２の節部を回動させることで前記導風板を前記第１の位置と前記第２の位置との間で回動させることができる
ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
前記導風ユニットは、各互いに隣り合う２つの導風板における各前記第１の節部を繋いでいる複数の補強部材をさらに有している
ことを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
各互いに隣り合う２枚の前記導風板におけるそれぞれの前記第１の節部によって前記第１の通風口が画成され、
各互いに隣り合う２枚の前記導風板におけるそれぞれの前記第２の節部によって前記第２の通風口が画成されている
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の風力発電装置。
前記羽根ユニットは、前記羽根組を複数有しており、
前記複数の羽根組は、軸線方向に間隔をおいて並ぶように設けられており、且つ各隣接する前記羽根組同士はそれぞれの前記羽根の位置が前記直立軸の周方向において重ならないように設けられている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の風力発電装置。
前記羽根ユニットと前記導風ユニットとを覆うように前記直立軸と駆動軸との上端に設置されている上壁を有し、前記直立軸と前記駆動軸とが前記上壁と前記ベースとに回転可能に軸支されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の風力発電装置。