JP3180914U - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風向きによらず動作する簡易な構造の風力発電装置を提供する。
【解決手段】パイプ２５１は、中心軸２３０の周りを回転可能である。羽根車２５０は、パイプ２５１と、水平に回転可能な上部平板２５３および下部平板２５２と、８個の自転羽根２６０とを有する。各自転羽根２６０は、パイプ２５１の周りに円形に配置されており、羽根軸２６１に固定された一対の羽根を備える。筒２１２は、スプロケット２７１が一体的に形成されており、パイプ２５１から突き出た中心軸２３０を覆い、中心軸２３０の周りを回転可能である。Ｌ字形状の風受板２８３を有する風向き調整部は、風向きに応じて筒２１２を回転させる。自転駆動部は、スプロケット２７２と、チェーン２７３と、８個のスプロケット２７４と、チェーン２７５とで構成されており、羽根車２５０が回転（公転）するとき、各自転羽根２６０を自転させる。発電機１５０は、パイプ２５１が回転するとき発電する。
【選択図】図１

Description

本考案は、風向きによらずに動作する風力発電装置に関する。

特許文献１は、風向きによらずに動作し、また風向きの変化に迅速に対応することができる風力発電装置を開示する。
特許文献１に記載の風力発電装置では、垂直に延びた発電機の回転駆動軸に水平回転板が固定されており、水平回転板の外周に沿って複数の自転羽根が垂直に立設されている。自転羽根は、風を受けると、風向きに合わせて自転しながら水平回転板を回転させる。水平回転板が回転すると、回転駆動軸が回転し、発電機が発電する。

特開２００６−５２６６９号公報

しかし、特許文献１に記載の風力発電装置は、自転羽根を自転させる機構が複雑である。
本考案の目的は、自転羽根を自転させる機構が単純な構造である風力発電装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本考案の風力発電装置は、
垂直に延びる中心軸と、
前記中心軸が貫通しており、前記中心軸を回転の中心として回転可能なパイプと、当該パイプとともに水平に回転可能な上部平板および下部平板と、当該上部平板と当該下部平板の間に前記パイプを中心として円形に配置されており、羽根軸に固定された一対の羽根で構成される複数の自転羽根とを有する羽根車と、
第１のスプロケットが形成されており、前記パイプから突き出た前記中心軸を覆い、前記中心軸を回転の中心として回転可能である筒と、
風向きに応じて前記筒を回転させる風向き調整部と、
前記第１のスプロケットと同一の水平面上に位置しており、前記第１のスプロケットに対して１／２の減速比に設定され、前記自転羽根の羽根軸のいずれか一つに固定された第２のスプロケットと、前記第１のスプロケットと当該第２のスプロケットとを連動させる第１のチェーンと、前記各自転羽根の羽根軸に固定されており、同一の歯数を有する第３のスプロケットと、当該各第３のスプロケットを連動させる第２のチェーンとを有する自転駆動部と、
前記パイプが回転するとき発電する発電機と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、本考案の風力発電装置は、
前記風向き調整部が、前記筒に取り付けられたＬ字形状の風受板を備え、
前記風受板が風に応じて前記筒を回転させる、
ことを特徴とする。

好ましくは、本考案の風力発電装置は、
前記風向き調整部が、
前記筒を回転させる第１のギアと、
前記第１のギアと噛み合う第２のギアと、
前記第２のギアを駆動するモータと、
風を受けると、風の方向を向く風向計と、
前記風向計の角度変位を検知する回転角度センサと、
前記回転角度センサによって検知された角度変位に応じて前記モータを制御し、前記筒を回転させる制御部と、
を備えることを特徴とする。

本考案によれば、自転羽根を自転させる機構を単純な構造とすることができる。

本考案の第１の実施形態に係る風力発電装置の構造の一例を示す正面図である。 風力発電装置のフレームの構造の一例を示す図である。 図１のＡ−Ａ線断面図であり、自転羽根と整流板の構造の一例を示す。 風力発電装置の上面図であり、風受板の構造の一例を示す。 自転羽根の公転と自転の一例を示す図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図であり、自転駆動部の構造の一例を示す。 図１のＣ−Ｃ線断面図であり、発電機駆動部の構造の一例を示す。 本考案の第２の実施形態に係る風力発電装置の構造の一例を示す正面図である。 図８のＤ−Ｄ線断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本考案の実施形態に係る風力発電装置について詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１は、本考案の第１の実施形態に係る風力発電装置１の構造の一例を示す正面図である。図２は、風力発電装置１のフレームの構造の一例を示す。
風力発電装置１のフレームは、環状の下フレーム部材１０と中フレーム部材２０と上フレーム部材３０とが、垂直に延びる４本の四角柱４０でつながれた構造である。下フレーム部材１０の環の内側では、２本の平行な角棒１１、１２と２本の平行な角棒１３、１４とが交差しており、これらが交差する中央部に下パネル１１０が取り付けられている。上フレーム部材３０の環の内側でも、２本の平行な角棒３１、３２と２本の平行な角棒３３、３４とが交差しており、これらが交差する中央部に上パネル２１０と軸受２１１が取り付けられている。また、対向する２本の四角柱４０には下フレーム部材１０と中フレーム部材２０との間に中パネル１２０が固定されている。
風力発電装置１のフレームは、例えば地面４００に設置される。４本の四角柱４０の接地部４１は地面４００に接する。

図１に示すように、下フレーム部材１０と中フレーム部材２０との間に２つの発電機１５０が配置されており、中フレーム部材２０と上フレーム部材３０との間には羽根車２５０が配置されている。２つの発電機１５０は、２本の四角柱４０に固定された中パネル１２０に取り付けられている。
図１中の矢印は風の向きを示す。羽根車２５０は風を受けて水平に回転する。この回転が２つの発電機１５０に伝えられ、発電機１５０が発電する。

下フレーム部材１０の中央の下パネル１１０から、中心軸２３０が上に向かって垂直に延びる。中心軸２３０の下部は下パネル１１０に固定されている。
羽根車２５０は、パイプ２５１と、下部平板２５２と、上部平板２５３とを有する。パイプ２５１は中空であり、中心軸２３０がパイプ２５１を貫通する。下部平板２５２の中心部はパイプ２５１に固定されている。パイプ２５１の上部と下部にはそれぞれ内側に軸受２１７と軸受１１１が配置されている。軸受２１７と軸受１１１は中心軸２３０を回転の中心としてパイプ２５１を回転可能に保持している。このため、羽根車２５０は中心軸２３０の周りを回転することができる。

中心軸２３０の上部はパイプ２５１から上に突き出ており、下側に開口を有する筒２１２が中心軸２３０の上部を覆っている。筒２１２の内側には軸受２１３と軸受２１４が配置されている。軸受２１３と軸受２１４は中心軸２３０を回転の中心として筒２１２を回転可能に保持している。また、筒２１２の上部は、上フレーム部材３０に固定された軸受２１１によって回転可能に保持されている。このため、筒２１２は中心軸２３０の周りを回転することができる。
筒２１２の真ん中付近には、スプロケット２７１が一体的に形成されている。
また、筒２１２の下部には、軸受２１６によって上部平板２５３が回転可能に保持されている。そして、上部平板２５３の下側で、内部平板２８０が筒２１２の下端に固定されている。内部平板２８０は上部平板２５３と平行である。図３に示すように、内部平板２８０の下面には４枚の整流板２８１が下部平板２５２と上部平板２５３に接触しない状態で固定されている。整流板２８１は、内部平板２８０に対して垂直方向に立設した面を有し、風の流れを整える。
なお、下部平板２５２、上部平板２５３、および内部平板２８０は、外周が円形または六角形等の平板である。

図１と図４に示すように、筒２１２の天井には軸２８２が固定されており、軸２８２にはＬ字形状の風受板２８３が取り付けられている。風受板２８３は、風を受けると回転する。筒２１２と内部平板２８０と整流板２８１も、風受板２８３とともに回転する。
なお、風受板２８３は、風向きに応じて筒２１２を回転させる風向き調整部の一例である。

羽根車２５０は、図３に示すように、下部平板２５２と上部平板２５３の間に８個の自転羽根２６０を有する。８個の自転羽根２６０はパイプ２５１を中心として円形に配置されている。
各自転羽根２６０は、羽根軸２６１に固定された一対の羽根で構成される。一対の羽根は、下部平板２５２と上部平板２５３に対して垂直方向に立設した面を有する。羽根軸２６１は、下部平板２５２に取り付けられた軸受２６２と、上部平板２５３に取り付けられた軸受２６３とによって回転可能に保持されている。各自転羽根２６０の角度が図３に示す状態であるとき、矢印で示すように風が左から右に吹くと、羽根車２５０は時計周り（右回り）に回転する。このとき、各自転羽根２６０は、自転しつつ下部平板２５２および上部平板２５３と共に中心軸２３０の周りを公転する。

一方、各自転羽根２６０の角度が図５に示す状態であるとき、矢印で示すように風が左から右に吹くと、羽根車２５０は反時計周り（左回り）に回転する。このとき、各自転羽根２６０は、自転しつつ下部平板２５２および上部平板２５３と共に中心軸２３０の周りを公転する。各自転羽根２６０は、下部平板２５２および上部平板２５３が一方の向きに一周（３６０度回転）する間に、逆の向きに半周（１８０度回転）だけ自転する。このため、これら８箇所の自転羽根２６０が回転の中心（中心軸２３０）を通る垂直面となす角度は、それぞれ異なっており、順次２２．５度ずつずれた角度となっている。例えば、図５中の起点（０°）から４５度左回りに公転した位置の自転羽根２６０は２２．５度右回りに自転している。起点から９０度左回りに公転した位置の自転羽根２６０は４５度右回りに自転している。
このため、図５中に矢印で示す向きに風が吹くとき、起点において、自転羽根２６０の面が風の向きに対して垂直となって風のエネルギーを受けやすい角度となる。一方、基点と反対側の位置（１８０°の位置）において、自転羽根２６０の面が風の向きに対して平行となって風のエネルギーを受けにくい角度となる。そして、その他の位置においてはそれらの中間の角度となる。
なお、自転羽根２６０を、８箇所ではなく、４箇所または６箇所に等角度間隔で設けてもよい。４箇所の場合は、各自転羽根２６０の角度が順次９０度、６箇所の場合は、各自転羽根２６０の角度が順次３０度ずつずれた角度で設置される。

図６は、図１のＢ−Ｂ線断面図であり、自転駆動部の構造の一例を示す。
自転駆動部は、スプロケット２７２と、チェーン２７３と、８個のスプロケット２７４と、チェーン２７５とで構成される。自転駆動部は、羽根車２５０が回転（公転）するとき、各自転羽根２６０を自転させる。
スプロケット２７２は、羽根軸２６１のいずれか一つの上端部に固定されている。スプロケット２７２は、筒２１２と一体的に形成されたスプロケット２７１と同一の水平面上に位置する。スプロケット２７１とスプロケット２７２は、チェーン２７３を介して連動する。スプロケット２７２の減速比は、スプロケット２７１に対して１／２に設定されている（スプロケット２７１が１に対してスプロケット２７２が２である。）。
風受板２８３および整流板２８１は、風を受けると、羽根車２５０の回転方向とは反対方向の力を受ける。風向きが一定であるとき、羽根車２５０の回転により受ける力と風受板２８３および整流板２８１により受ける力とが釣り合った状態でスプロケット２７１は静止している。このとき、羽根車２５０が１回転（３６０°）すると、スプロケット２７２が逆方向に１／２（１８０°）回転し、羽根軸２６１もスプロケット２７２とともに逆方向に１／２（１８０°）回転する。従って、羽根車２５０が１回転するとき、羽根軸２６１に固定されている自転羽根２６０は逆方向に１／２回転する。

各羽根軸２６１の上端部には、それぞれスプロケット２７４が固定されている。全てのスプロケット２７４は同一の水平面上に位置する。スプロケット２７４は、全て同一の歯数であり、チェーン２７５を介して連動する。スプロケット２７２と同一の羽根軸２６１に取り付けられているスプロケット２７２が羽根軸２６１の回転と逆方向に１／２回転するとき、その他の各スプロケット２７２も同時に逆方向に１／２回転する。このため、羽根車２５０が１回転するとき、各羽根軸２６１に固定されている自転羽根２６０は全て逆方向に１／２回転する。

風向きが変化すると、羽根車２５０の回転により受ける力と風受板２８３および整流板２８１により受ける力とが釣り合うまでスプロケット２７１が回転する。この状態で羽根車２５０は回転することができる。従って、風向きにかかわらず発電機１５０は発電することができる。

図７は、図１のＣ−Ｃ線断面図であり、発電機駆動部の構造の一例を示す。
下フレーム部材１０と中フレーム部材２０との間に２つの発電機１５０が配置されている。発電機駆動部は、羽根車２５０とともにパイプ２５１が回転するとき、２つの発電機１５０の回転子を回転させ、発電機１５０に発電させる。
発電機駆動部は、スプロケット１５１と、スプロケット１２１と、チェーン１２２とで構成される。各発電機１５０の回転子の上端部にはスプロケット１５１が取り付けられており、パイプ２５１には各スプロケット１５１に対応するスプロケット１２１が取り付けられている。各スプロケット１５１とそれに対応するスプロケット１２１とは、同一の水平面上に位置し、チェーン１２２を介して連動する。
なお、図１と図７には２個の発電機１５０が配置された例を示したが、これに限らず、例えば４個の発電機を配置してもよく、設置することができる発電機の台数に制限はない。

図８は、本考案の第２の実施形態に係る風力発電装置２の構造の一例を示す。また、図９は、図８のＤ−Ｄ線断面図である。
風力発電装置２は、第１の実施形態に係る風力発電装置１と風向き調整部の構成が異なる。風力発電装置２の風向き調整部は、ギア２９０と、モータ２９１と、ギア２９２と、風向計２９３と、回転角度センサ２９４と、コントローラ２９５とで構成される。
ギア２９０は、筒２１２の天井の軸２８２に取り付けられており、軸２８２を回転の中心として筒２１２を回転させる。
モータ２９１と、風向計２９３と、回転角度センサ２９４と、コントローラ２９５とは上フレーム部材３０に固定されている。ギア２９０は、モータ２９１によって駆動されるギア２９２と噛み合っている。
コントローラ２９５は制御盤２９６とバッテリー２９７とで構成される。２つの発電機１５０で発電された電力の一部はコントローラ２９５に供給され、バッテリー２９７に蓄えられる。バッテリー２９７は、モータ２９１と回転角度センサ２９４と制御盤２９６の電源として使用される。
回転角度センサ２９４と各自転羽根２６０とは、羽根車２５０が効率よく回転するために最適な状態に初期設定される。風向計２９３は、風を受けると、風の方向を向く。回転角度センサ２９４は風向計２９３の動き（角度変位）を検知する。制御盤２９６は、回転角度センサ２９４によって検知された角度変位に応じてモータ２９１を制御し、ギア２９０とともに筒２１２を回転させ、各自転羽根２６０の角度を羽根車２５０が効率よく回転するために最適な状態（図５に示す状態）に保つ。

以上説明したように、本考案によれば、自転羽根を自転させる機構を単純な構造とすることができる。

１、２…風力発電装置、１０…下フレーム部材、１１、１２、１３、１４…下フレーム部材の環の内側の角棒、２０…中フレーム部材、３０…上フレーム部材、３１、３２、３３、３４…上フレーム部材の環の内側の角棒、４０…四角柱、４１…接地部、１１０…下パネル、１１１…軸受、１２０…中パネル、１２１…スプロケット、１２２…チェーン、１５０…発電機、１５１…スプロケット、２１０…上パネル、２１１…軸受、２１２…筒、２１３、２１４、２１６、２１７…軸受、２３０…中心軸、２５０…羽根車、２５１…パイプ、２５２…下部平板、２５３…上部平板、２６０…自転羽根、２６１…羽根軸、２６２、２６３…軸受、２７１、２７２…スプロケット、２７３…チェーン、２７４…スプロケット、２７５…チェーン、２８０…内部平板、２８１…整流板、２８２…軸、２８３…風受板、２９０…ギア、２９１…モータ、２９２…ギア、２９３…風向計、２９４…回転角度センサ、２９５…コントローラ、２９６…制御盤、２９７…バッテリー、４００…地面

Claims (3)

1. 垂直に延びる中心軸と、
   前記中心軸が貫通しており、前記中心軸を回転の中心として回転可能なパイプと、当該パイプとともに水平に回転可能な上部平板および下部平板と、当該上部平板と当該下部平板の間に前記パイプを中心として円形に配置されており、羽根軸に固定された一対の羽根で構成される複数の自転羽根とを有する羽根車と、
   第１のスプロケットが形成されており、前記パイプから突き出た前記中心軸を覆い、前記中心軸を回転の中心として回転可能である筒と、
   風向きに応じて前記筒を回転させる風向き調整部と、
   前記第１のスプロケットと同一の水平面上に位置しており、前記第１のスプロケットに対して１／２の減速比に設定され、前記自転羽根の羽根軸のいずれか一つに固定された第２のスプロケットと、前記第１のスプロケットと当該第２のスプロケットとを連動させる第１のチェーンと、前記各自転羽根の羽根軸に固定されており、同一の歯数を有する第３のスプロケットと、当該各第３のスプロケットを連動させる第２のチェーンとを有する自転駆動部と、
   前記パイプが回転するとき発電する発電機と、
   を備えることを特徴とする風力発電装置。
2. 前記風向き調整部が、前記筒に取り付けられたＬ字形状の風受板を備え、
   前記風受板が風に応じて前記筒を回転させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記風向き調整部が、
   前記筒を回転させる第１のギアと、
   前記第１のギアと噛み合う第２のギアと、
   前記第２のギアを駆動するモータと、
   風を受けると、風の方向を向く風向計と、
   前記風向計の角度変位を検知する回転角度センサと、
   前記回転角度センサによって検知された角度変位に応じて前記モータを制御し、前記筒を回転させる制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。

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