JP3182330U - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風向きの変化に迅速に対応できる機構を設えた風力発電装置を提供する。
【解決手段】ベース部１００は、垂直に伸びる中心軸１７０と、中心軸１７０が回転するとき発電する２台の発電機１４０とを備える。羽根車部２００は、羽根車２５０が取り付けられた羽根車フレーム２１０を備える。羽根車２５０は、水平な回転軸である羽根車軸２５１と、羽根車軸２５１から放射状に伸びる複数の羽根２６２、２６４とを有する。羽根２６２、２６４は、風を受けると、羽根車軸２５１とともに回転する。羽根車軸２５１が回転するとき、その回転が中心軸１７０に伝達され、中心軸１７０が回転する。カバー３１０は、羽根車２５０の上半分を覆い、羽根車２５０の下半分にのみ風を当てる。平板の風向板３３０は、カバー３１０に取り付け、風が吹くとき風下側に配置する。
【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（中心軸）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、風向きの変化に迅速に対応し、風向きに合わせて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、風向きの変化に迅速に対応するための機構が単純な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、
垂直に伸びる中心軸と、当該中心軸が回転するとき発電する発電機とを有するベース部と、
水平な回転軸である羽根車軸と、当該羽根車軸から放射状に伸びる複数の羽根と、当該各羽根が風を受けることによって生じる前記羽根車軸の回転を前記中心軸に伝達して前記中心軸を回転させる回転伝達部とを有する羽根車が取り付けられた羽根車フレームを備えており、前記ベース部の上方に配置される羽根車部と、
前記羽根車部の上部において前記羽根車フレームに取り付けられており、前記羽根車の上半分を覆い、当該上半分の風を遮って前記羽根車の下半分にのみ風を当てるカバーと、
風向きに応じて、前記羽根車が効率良く回転する位置に前記カバーと前記羽根車フレームとを水平に回転させる風向き調整部と、
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、
前記ベース部の上部を覆い、前記羽根車より下方の風を前記羽根車に当てる整流カバー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、前記カバーに取り付けられており、風が吹くとき風下側に位置する平板の風向板であ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、
前記カバーと前記羽根車フレームとを回転させる第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、前記羽根車カバーと前記羽根車フレームと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、風向きの変化に迅速に対応するための機構を単純化することができる。

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。 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側面図である。 ベースフレームの構造の一例を示す図である。 羽根車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、羽根車カバーと整流カバーを外した状態の風力発電装置の構造の一例を示す。 羽根車カバーと整流カバーを外した状態の風力発電装置の構造の一例を示す上面図である。 第１の実施形態に係る風力発電装置の羽根車カバーの構造の一例を示す図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図であり、発電機駆動部の構造の一例を示す。 図１のＣ−Ｃ線断面図であり、整流カバー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側面図であるである。 図１０のＤ−Ｄ線断面図であり、風向き調整部の一部の構造の一例を示す。 第２の実施形態に係る風力発電装置の羽根車カバーの構造の一例を示す図である。

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と図２は、それぞれ本考案の第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と側面図である。
風力発電装置１は、ベース部１００と、羽根車部２００と、羽根車カバー３００Ａと、整流カバー４００とで構成される。
ベース部１００は例えば水平な地面５００の上に設置される。ベース部１００はベースフレーム１１０を備える。ベースフレーム１１０には、垂直に伸びる中心軸１７０と、２台の発電機１４０とが取り付けられている。２台の発電機１４０は中心軸１７０が回転するとき発電する。
羽根車部２００はベース部１００の上方に配置される。羽根車部２００は羽根車フレーム２１０を備える。羽根車フレーム２１０には羽根車２５０が取り付けられている。羽根車２５０は、水平な回転軸である羽根車軸２５１と、複数の羽根２６２、２６４とを有する。複数の羽根２６２、２６４は羽根車軸２５１から放射状に伸びる。羽根２６２、２６４は、風を受けると、羽根車軸２５１とともに回転する。羽根車軸２５１が回転するとき、その回転が中心軸１７０に伝達され、中心軸１７０が回転する。
羽根車カバー３００Ａは、カバー３１０を備える。カバー３１０は、羽根車部２００の上部において羽根車フレーム２１０に取り付けられており、羽根車２５０の上半分を覆う。カバー３１０は、羽根車２５０の上半分の風を遮って羽根車２５０の下半分にのみ風を当てる。また、羽根車カバー３００Ａは平板の風向板３３０を備える。風向板３３０は、風向きに応じて、羽根車２５０が効率良く回転する位置にカバー３１０と羽根車フレーム２１０とを水平に回転させる。
整流カバー４００は、ベース部１００の上部を覆う。整流カバー４００は、羽根車２５０より下方の風を羽根車２５０に当てる。

図３は、ベースフレーム１１０の構造の一例を示す。
ベースフレーム１１０は、環状の下フレーム部材１２０と上フレーム部材１５０とが、垂直に延びる４本の四角柱１８０でつながれた構造である。
下フレーム部材１２０の環の内側には、下パネル１２１と、下パネル１２１に直交する４本の角棒１２２、１２３、１２４、１２５とが配置されている。下パネル１２１の上面には下フレーム部材１２０の円周の中心に対応する位置に軸受１３０が固定されている。
上フレーム部材１５０の環の内側には、上パネル１５１と、上パネル１５１に直交する４本の角棒１５２、１５３、１５４、１５５とが配置されている。上フレーム部材１５０の円周の中心に対応する位置に軸受１６０が上パネル１５１を貫通した状態で固定されている。
また、対向する２本の四角柱１８０には中パネル１９０が固定されている。２つの中パネル１９０には、それぞれ発電機１４０が取り付けられる。
４本の四角柱１８０の接地部１８１は地面５００に接する。

図４は、羽根車フレーム２１０の構造の一例を示す。
羽根車フレーム２１０は、羽根車パネル２１１と、軸受２１２と、軸受２１７と、軸受２２２とを有する。羽根車パネル２１１の中央には上下に貫通した状態で軸受２３０が固定されている。
軸受２１２は、羽根車パネル２１１の一方の端部から上方に向けて垂直に伸びる２本の平行な角棒２１３、２１４と、これら２本の角棒２１３、２１４の上端で支持されてそれぞれ水平に伸びる角棒２１５、２１６によって保持される。
軸受２１７は、羽根車パネル２１１の中央部から上方に向けて垂直に伸びる２本の平行な角棒２１８、２１９と、これら２本の角棒２１８、２１９の上端で支持されてそれぞれ水平に配置された角棒２２０、２２１によって保持される。
軸受２２２は、羽根車パネル２１１の他方の端部から上方に向けて垂直に伸びる２本の平行な角棒２２３、２２４と、これら２本の角棒２２３、２２４の上端で支持されてそれぞれ水平に伸びる角棒２２５、２２６によって保持される。
なお、両端部の角棒２１５、２１６および角棒２２５、２２６は、羽根車カバー３００Ａが取り付けられるため、中央部の角棒２２０、２２１よりも長くなっている。
また、図１に示すように、ベースフレーム１１０の上パネル１５１中央の軸受１６０と、羽根車パネル２１１中央の軸受２３０の間には間隔を開けるために、座金２３１が配置されている。

風力発電装置１が地面５００上に設置された状態で軸受２１２と軸受２１７と軸受２２２とは水平に並んでおり、図１に示すように、これらは羽根車軸２５１を水平に回転自在に保持する。なお、羽根車軸２５１は羽根車２５０の回転軸である。
また、垂直に並んだ軸受１３０と軸受１６０と軸受２３０とは、垂直に伸びる中心軸１７０を回転自在に保持する。
羽根車軸２５１の真ん中付近にはベベルギア２５２が取り付けられている。また、中心軸１７０の上端部にはベベルギア１７１が取り付けられている。ベベルギア２５２とベベルギア１７１とは噛み合っており、羽根車軸２５１が回転すると、中心軸１７０が回転する。中心軸１７０が回転するとき、２台の発電機１４０が発電する。ベベルギア２５２とベベルギア１７１とは、羽根車軸２５１の回転を中心軸１７０に伝達して中心軸１７０を回転させる回転伝達部の一例である。
なお、軸受２１２、軸受２１７、軸受２２２、軸受１３０、軸受１６０、および軸受２３０は、各種ベアリング、Ｃ形止め輪、および必要に応じてシール等の部品で構成されている。

図５は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、羽根車カバー３００Ａと整流カバー４００を外した状態の風力発電装置１の構造の一例を示す。また、図６は、羽根車カバー３００Ａと整流カバー４００を外した状態の風力発電装置１の構造の一例を示す上面図である。
羽根車２５０は、羽根車軸２５１と、側板２６１と、羽根２６２と、側板２６３と、羽根２６４とを有する。
側板２６１と側板２６３とは、例えば円形であり、羽根車軸２５１の両端にそれぞれ固定されている。側板２６１には、羽根車軸２５１から放射状に伸び、等角度間隔で配置された８枚の羽根２６２が取り付けられている。側板２６３にも、同様に羽根車軸２５１から放射状に伸び、等角度間隔で配置された８枚の羽根２６４が取り付けられている。
図２中の矢印で示す向きの風を羽根２６２と羽根２６４とが受けると、羽根車２５０は羽根車軸２５１を回転の中心として垂直（縦方向）に回転する。
なお、羽根２６２と羽根２６４は、それぞれ８枚ではなく３枚以上の適数枚を側板２６１と側板２６３に取り付けてもよい。

図７は、羽根車カバー３００Ａの構造の一例を示す。
羽根車カバー３００Ａは、カバー３１０と、風切り３２０と、風向板３３０とを有する。
カバー３１０は、ドラム缶を縦半分に切断したような半円筒状の形状である。カバー３１０は、羽根車２５０の上半分を覆う。カバー３１０の両方の底面３１１には、それぞれ軸受２１２と軸受２２２に嵌合する嵌合部３１２が設けられている。カバー３１０の両底面３１１の嵌合部３１２をそれぞれ軸受２１２および軸受２２２に嵌合させ、羽根車フレーム２１０の一方の端部と他方の端部においてそれぞれ水平に伸びる角棒２１５、２１６および角棒２２５、２２６にカバー３１０の両底面３１１を固定することによって、羽根車カバー３００Ａは羽根車フレーム２１０に取り付けられる。
風切り３２０はカバー３１０の前方（風上）に位置する。風切り３２０の上面３０５は例えば二等辺三角形の形状であり、その頂点３２２はカバー３１０の前方（風上）を向いている。風切り３２０の一方の側面３２３と他方の側面３２４はカバー３１０の両底面３１１から前方（風上）に向かって突き出す。風切り３２０は、羽根車カバー３００Ａの前方から吹く風を横に流し、風向板３３０によって生じる力以外の力を軽減することを目的とする。
風向板３３０はカバー部３０１の後方（風下）に位置する。風向板３３０は平板である。風向板３３０は、羽根２６２と羽根２６４の主面が風を強く受けるように、風向きに応じて羽根車２５０の向きを変えることを目的とする。

羽根車２５０は、風向板３３０によって中心軸１７０を回転の中心として水平に回転する回転力を得ると同時に、羽根２６２と羽根２６４とによって羽根車軸２５１を回転の中心として垂直（縦方向）に回転する回転力を得る。
羽根車軸２５１の回転力は、ベベルギア２５２を介してベベルギア１７１に伝達され、中心軸１７０の回転力に変換される。
風力発電装置１の右側面から見て左回転（反時計回り）の羽根車軸２５１（羽根２６２と羽根２６４）は正面から見て中心軸１７０を右回転（時計周り）させる。その反作用として羽根車２５０と羽根車カバー３００Ａは左回転（反時計回り）に回転しようとするが、風向板３３０がその左回転を防止する反対方向の回転力を発生する。これら両方の回転力が釣り合った状態で羽根車２５０と羽根車カバー３００Ａの水平回転は停止する。風向板３３０の向きと風の向きとが少しでもずれると大きな回転力が発生するように風向板３３０を構成することにより、羽根２６２と羽根２６４の主面が風を強く受けるように、風向きに応じて羽根車２５０の向きを変えることができる。
なお、風向板３３０は、風向きに応じて羽根車２５０の向きを変える風向き調整部の一例である。

図８は、図１のＢ−Ｂ線断面図であり、発電機駆動部の構造の一例を示す。
ベースフレーム１１０の２つの中パネル１９０には、それぞれ発電機１４０が取り付けられている。発電機駆動部は、羽根車２５０とともに中心軸１７０が回転するとき、２つの発電機１４０の回転子を回転させ、発電機１４０に発電させる。
発電機駆動部は、スプロケット１４１と、スプロケット１７２と、チェーン１７３とで構成される。各発電機１４０の回転子の上端部にはスプロケット１４１が取り付けられており、中心軸１７０には各スプロケット１４１に対応するスプロケット１７２が取り付けられている。各スプロケット１４１とそれに対応するスプロケット１７２とは、同一の水平面上に位置し、チェーン１７３を介して連動する。
なお、図１と図８にはベース部１００に２個の発電機１４０を配置した例を示したが、これに限らず、例えば１個または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個数に制限はない。また、ベース部１００に発電機１４０を１個のみ配置する場合には、発電機１４０の回転子と中心軸１７０を直結する構造とすることができる。この場合、スプロケット１４１とスプロケット１７２とチェーン１７３とは不要となる。

図９は、図１のＣ−Ｃ線断面図であり、整流カバー４００の構造の一例を示す。
整流カバー４００は、円盤４１０と、集風板４２０とを有する。
円盤４１０は断面が台形状である。集風板４２０は、例えば８枚であり、円盤４１０の斜面上に放射状に取り付けられている。
整流カバー４００は、ベース部１００の上方に配置され、円盤４１０と集風板４２０によって風を上方に流し、羽根車２５０より下の風を羽根車２５０に当てる。
なお、図９には円盤４１０に８枚の集風板４２０が取り付けられた例を示したが、これに限らず、例えば１２枚等異なる枚数の集風板４２０を円盤４１０に取り付けてもよい。

図１０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側面図である。図１１は、図１０のＤ−Ｄ線断面図であり、風向き調整部の一部の構造の一例を示す。
風力発電装置２は、ベース部１００と、羽根車部２００と、羽根車カバー３００Ｂと、整流カバー４００とで構成される。
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。図１２に示すように、羽根車カバー３００Ｂは、カバー３１０と、風切り３２０とを有するが、風向板３３０は有していない。

風力発電装置２の風向き調整部は、パネル６００と、第１のギア６０１と、モータ６０２と、第２のギア６０３と、風向計６１１と、回転角度センサ６１２と、コントローラ６２０とで構成される。
第１のギア６０１は、軸受２３０の下方で羽根車パネル２１１の下面に固定されている。
パネル６００は、例えば、ベースフレーム１１０の上パネル１５１に直交する２本の角棒１５４と角棒１５５の間に固定されている。モータ６０２はパネル６００の上面に固定されている。モータ６０２の回転軸には第２のギア６０３が取り付けられており、第２のギア６０３はモータ６０２によって駆動される。
第１のギア６０１と第２のギア６０３は噛み合っており、モータ６０２が第２のギア６０３を回転させると、第１のギア６０１が回転する。第１のギア６０１は羽根車パネル２１１に固定されているため、第１のギア６０１が回転すると、羽根車部２００および羽根車カバー３００Ｂが回転する。

風向計６１１と、回転角度センサ６１２と、コントローラ６２０とはベースフレーム１１０の下パネル１２１の上面あるいは適宜な位置に取り付けられている。
コントローラ６２０は制御盤６２１とバッテリー６２２とで構成される。２つの発電機１４０で発電された電力の一部はコントローラ６２０に供給され、バッテリー６２２に蓄えられる。バッテリー６２２は、モータ６０２と回転角度センサ６１２と制御盤６２１の電源として使用される。
風向計６１１と、回転角度センサ６１２と、羽根車２５０および羽根車カバー３００Ｂ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６１１は、風を受けると、風の方向を向く。回転角度センサ６１２は風向計６１１の動き（角度変位）を検知する。制御盤６２１は、回転角度センサ６１２によって検知された角度変位に応じてモータ６０２を制御し、第１のギア６０１とともに羽根車部２００および羽根車カバー３００Ｂを羽根車２５０が効率よく回転する位置まで回転させる。

以上説明したように、本考案によれば、風向きの変化に迅速に対応するための機構を単純化することができる。

以上、本考案の実施形態について説明したが、設計上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている考案や考案の実施形態に記載されている具体例に対応する考案の範囲に含まれる。

１、２…風力発電装置、１００…ベース部、１１０…ベースフレーム、１２０…下フレーム部材、１２１…下パネル、１３０…下パネル中央の軸受、１４０…発電機、１４１…スプロケット、１５０…上フレーム部材、１５１…上パネル、１６０…上パネル中央の軸受、１７０…中心軸、１７１…ベベルギア、１７２…スプロケット、１７３…チェーン、１８０…四角柱、１８１…接地部、１９０…中パネル、２００…羽根車部、２１０…羽根車フレーム、２１１…羽根車パネル、２１２、２１７、２２２…軸受、２３０…羽根車パネル中央の軸受、２５０…羽根車、２５１…羽根車軸、２５２…ベベルギア、２６１、２６３…羽根車の側板、２６２、２６４…羽根、３００Ａ、３００Ｂ…羽根車カバー、３１０…カバー、３１１…カバーの底面、３１２…カバーの嵌合部、３２０…風切り、３３０…風向板、４００…整流カバー、４１０…円盤、４２０…集風板、５００…地面、６００…パネル、６０１…第１のギア、６０２…モータ、６０３…第２のギア、６１１…風向計、６１２…回転角度センサ、６２０…コントローラ、６２１…制御盤、６２２…バッテリー

Claims (4)

1. 垂直に伸びる中心軸と、当該中心軸が回転するとき発電する発電機とを有するベース部と、
   水平な回転軸である羽根車軸と、当該羽根車軸から放射状に伸びる複数の羽根と、当該各羽根が風を受けることによって生じる前記羽根車軸の回転を前記中心軸に伝達して前記中心軸を回転させる回転伝達部とを有する羽根車が取り付けられた羽根車フレームを備えており、前記ベース部の上方に配置される羽根車部と、
   前記羽根車部の上部において前記羽根車フレームに取り付けられており、前記羽根車の上半分を覆い、当該上半分の風を遮って前記羽根車の下半分にのみ風を当てるカバーと、
   風向きに応じて、前記羽根車が効率良く回転する位置に前記カバーと前記羽根車フレームとを水平に回転させる風向き調整部と、
   を備えることを特徴とする風力発電装置。
2. 前記ベース部の上部を覆い、前記羽根車より下方の風を前記羽根車に当てる整流カバー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。
3. 前記風向き調整部が、前記カバーに取り付けられており、風が吹くとき風下側に位置する平板の風向板であることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電装置。
4. 前記風向き調整部が、
   前記カバーと前記羽根車フレームとを回転させる第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、前記羽根車カバーと前記羽根車フレームと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または２に記載の風力発電装置。

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