JP4090809B2

JP4090809B2 - 風車

Info

Publication number: JP4090809B2
Application number: JP2002222274A
Authority: JP
Inventors: 禎章北村; 次郎塚原; 功片山
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP2004060576A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電などに用いられる風車に関する。
【０００２】
【従来の技術及び課題】
風向き方向に対して回転軸を垂直に向けて用いられる例えばサボニウス型などの垂直軸型風車では、突風や強風により、大きな荷重を受けて破損したり、回転体の高回転による振動で破損したりすることが起こりうる。
【０００３】
また、垂直軸型風車を風力発電に用いる場合は、強風が長時間継続すると、発電機コイルの負担が大きくなって発電機を損傷させてしまう危険性がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、突風や強風による破損を防ぐことができ、また、風力発電に用いた場合でも発電機の負担を軽くすることができる風車を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、風を受けることによってその風力で回転軸が風向きに従うよう傾斜するものとなされていることを特徴とする垂直軸型風車によって解決される。
【０００６】
この垂直型風車では、突風や強風を受けると、回転軸がその風向きに従うよう傾斜することで、受ける荷重が小さく抑えられ、また、回転体の高回転が抑えられ、それによって、突風や強風による破損が防がれる。
【０００７】
しかも、風力という自然エネルギーを利用して回転軸を傾斜させるようになされているから、風センサーや駆動機構、制御機構等を必要とせず、簡素なメカニズムでコスト的に有利にそれを実現することができる。
【０００８】
上記の垂直型風車において、回転軸が傾斜したとき元位置に復帰するよう付勢する付勢手段が備えられている場合は、風が弱まると回転軸が元の位置に復帰していき、回転体を効率良く回転させることができる。
【０００９】
上記の垂直型風車を風力発電に用いる場合は、強風が長時間継続するようなときでも、上記のように回転軸の傾斜によって回転体の高回転が抑えられ、発電機の負担を小さくすることができる。上記の付勢手段が備えられている場合は、風が弱まると回転軸が元の位置に復帰していき、回転体を効率良く回転させて効率良く発電することができる。
【００１０】
また、水平軸型風車についても、風を受けることによってその風力で回転軸が風向きに対して傾斜するようになされている場合には、同様にして風車の破損を防ぐことができ、しかもそれを簡素なメカニズムでコスト的に有利に実現でき、また、発電用として用いる場合は、発電機への負担も軽くすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１及び図２に示す第１実施形態の垂直型風車７は、サボニウス型風車によるもので、回転体である羽根車１が、その回転軸６を上下方向に向けるようにして、方形枠２の上枠２ａと下枠２ｂとに回転自在に保持されている。そして、この方形枠２は、その上端側が、左右の脚部３，３に振り子運動可能に枢支されている。また、４は発電部、５は蓄電部であり、羽根車１が風を受けて回転すると、発電部４が発電し、電気が蓄電部５に蓄えられるようになされている。なお、発電部４及び蓄電部５は方形枠２に備えられていてもよいし、他所に備えられていてもよい。
【００１３】
この垂直型風車７では、図３（イ）に示すように、突風や強風Ｗ１を受けると、羽根車１の回転軸６がその風向きに従うよう傾斜する。それにより、羽根車１が風Ｗ１から受ける荷重が小さく抑えられ、また、羽根車１の高回転も抑えられ、それによって、突風や強風Ｗ１による垂直型風車７の破損が防がれる。また、上記のように突風や強風Ｗ１により回転軸６が傾斜し羽根車１の高回転が抑えられることで、発電部４の負担も小さくなる。
【００１４】
そして、羽根車１の回転軸６が上記のように傾斜したとき、羽根車１と方形枠２の自重Ｇが付勢手段となって、羽根車１と方形枠２に、傾斜のない垂直状態に復帰しようとする付勢力Ｆが働き、突風や強風Ｗ１が止み、図２（ロ）に示すように、通常の風Ｗ２に戻ると、羽根車１と方形枠２は傾斜のない垂直状態あるいは傾斜の小さい状態に復帰し、羽根車１は通常の効率良い回転を行い、発電部４も効率良い発電を行うようになる。
【００１５】
なお、通常の風Ｗ２では図３（ロ）に示すように回転軸６がほとんど傾斜せず、突風や強風Ｗ１で図３（イ）に示すように回転軸６が傾斜するようにする手段として、方形枠２と羽根車１の合計重量を特定重量に設定したり、方形枠２の回動抵抗等を特定の抵抗値に設定したりする方法などが採られてよい。
【００１６】
また、上記の垂直型風車７では、羽根車１と方形枠２の自重Ｇを付勢手段としたが、この自重による付勢手段と併せて、あるいは、その自重では復帰しない構造において、バネを付勢手段として備えさせるようにしてもよい。
【００１７】
図４（イ）に示す第２実施形態は、同じくサボニウス型風車によるもので、羽根車１の上端が釣り鐘状に回転自在に吊られて、回転軸６が全方向の風に応答してその風向き方向に傾斜するようになされている。また、羽根車１の下端は受け皿９の球面凹所９ａに受けられ、球面凹所９ａの周囲には全周にわたるストッパー９ｂ部が備えられ、図４（ロ）に示すように、突風や強風Ｗ１が吹いて羽根車１が支柱１０や周囲設置物等に衝接しないよう、羽根車１の傾斜できる角度範囲が規制されるようになされている。なお、羽根車１の下端は受け皿９の凹所の球面部９ａに接触していてもよいし、非接触であってもよい。
【００１８】
図５に示す第３実施形態は、同じくサボニウス型風車によるもので、羽根車１を回転自在に保持した方形枠２の下端部がバネ脚１１の上端に連結され、回転軸６が全方向の風に応答してその風向き方向に傾斜するようになされている。１６は下ベースである。本実施形態では、バネ脚１１が付勢手段の役割も担っており、このバネ脚１１は、コイル状線材からなっていてもよいし、直線状線材からなっていてもよいし、一方向傾斜タイプに構成するような場合には板バネからなっていてもよいし、その形態に特段の制限はない。
【００１９】
図６（イ）に示す第４実施形態は、風向きに対して回転軸６を平行に向ける水平軸型風車に適用した場合にもので、この風車１２は、プロペラ型風車からなり、上方に延ばされたアーム１３の上端が上ベース１４に回動可能に連結されて吊り状態にされている。突風や強風Ｗ１が吹くと、同図仮想線で示すように、風車１２が後方に回動し、回転軸６が風向きに対して傾斜するようになされている。この傾斜によって、回転体としてのプロペラ１５が風Ｗ１から受ける荷重が小さく抑えられ、また、プロペラ１５の高回転も抑えられ、それによって、突風や強風Ｗ１による風車１２の破損が防がれる。また、上記のように突風や強風Ｗ１により回転軸６が傾斜しプロペラ１５の高回転が抑えられることで、発電部４の負担も小さくなる。なお、風車１２の回転軸６が上記のように傾斜したとき、風車１２及びアーム１３の自重Ｇが付勢手段となり、突風や強風Ｗ１が止み付勢力Ｆによって水平状態に戻ると、プロペラ１５は通常の効率良い回転を行い、発電部４も効率良い発電を行うようになる。
【００２０】
図６（ロ）に示す第５実施形態は、同じくプロペラ型風車１２についてのもので、上記の第３実施形態の場合と同様に、付勢手段としての役割も持つバネ脚１１が下方に延ばされ、それが下ベース１６に連結されているものである。
【００２１】
以上に、実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で、各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、発電用の風車に構成した場合を示しているが、その他の目的でも用いた場合であっても突風や強風による風車の破損を防ぎうるものであり、本発明の風車は発電用のものである否かを問わない。また、上記の実施形態では、突風や強風Ｗ１を受けて傾斜した回転体が風の停止ないしは弱まりで付勢手段により垂直状態に復帰するように構成した場合を示しているが、突風や強風Ｗ１を受けて傾斜した回転体が風の停止ないしは弱まり後もその傾斜角を摩擦力や係止力などによって維持するような構成とするのもよい。また、上記の実施形態では、垂直型風車としてサボニウス型風車を用いた場合を示しているが、それに限らず、クロスフロー型風車やダリウス型風車、ジャイロミル型風車、各種垂直軸抗力型風車等に広く適用しうるものである。また、水平軸型風車についてもプロペラ型以外の風車に広く適用しうるものである。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、以上のとおりのものであるから、突風や強風による破損を防ぐことができ、しかも、それを風センサーや駆動機構、制御機構等を必要とせず、簡素なメカニズムでコスト的に有利に実現することができる。また、風力発電に用いることによって発電機の負担を軽くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の垂直軸型風車を示す斜視図である。
【図２】図（イ）は同正面図、図（ロ）は同側面図である。
【図３】図（イ）（ロ）はそれぞれ、風車の動作を示す側面図である。
【図４】図（イ）は第２実施形態の垂直軸型風車を示す側面図、図（ロ）はその動作を示す側面図である。
【図５】図（イ）は第３実施形態の垂直軸型風車を示す側面図、図（ロ）はその動作を示す側面図である。
【図６】図（イ）は第４実施形態の水平軸型風車を示す側面図、図（ロ）は第５実施形態の水平軸型風車を示す側面図である。
【符号の説明】
１…羽根車（回転体）
４…発電部
６…回転軸
７…サボニウス型風車（垂直軸型風車）
１１…バネ脚（付勢手段）
１２…プロペラ型風車（水平軸型風車）
１５…プロペラ（回転体）
Ｇ…自重（付勢手段）
Ｗ１…突風や強風
Ｗ２…通常の風

Claims

風を受けることによってその風力で回転軸（６）が風向きに従うよう傾斜するものとなされている垂直軸型風車であって、
羽根車（１）が、その回転軸（６）を上下方向に向けるようにして、方形枠（２）の上枠（２ａ）と下枠（２ｂ）とに回転自在に保持されると共に、
該方形枠（２）は、その上端が振り子運動可能に枢支され、
該方形枠（２）と羽根車（１）とが、風を受けて風向きに従うよう一体となって傾斜するようになされていることを特徴とする垂直軸型風車。
風を受けることによってその風力で回転軸（６）が風向きに従うよう傾斜するものとなされている垂直軸型風車であって、
羽根車（１）の上端が、釣り鐘状に回転自在に吊られて、回転軸（６）が全方向の風に応答してその風向きに傾斜することができるようになされていると共に、
羽根車（１）の下端が、受け皿（９）の球面凹所（９ａ）に接触状態で回転自在に受けられていることを特徴とする垂直軸型風車。
サボニウス型風車である請求項１又は２に記載の垂直軸型風車。