JP6181276B1 - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電能力が向上した風力発電装置を提供する。【解決手段】風力発電装置１は、回転部２と、円盤部３と、発電部４と、風洞部５と、支持回転部６とを備える。回転部２は、第１の回転構成体２１と第２の回転構成体２２とで構成される。第１の回転構成体２１は、第１の軸体２１１および第１の風力受体２１２を有する。第２の回転構成体２２は、第２の軸体２２１および第２の風力受体２２２を有する。第１の風力受体２１２に風が当たることで第１の軸体２１１がその長手方向を中心に回転する。第２の風力受体２２２に風が当たることで第２の軸体２２１がその長手方向を中心に回転する。円盤部３が第２の軸体２２１に取付けられているので、円盤部３も第２の軸体２２１の長手方向と同じ方向を中心に回転する。発電部４が、第１の軸体２１１の回転および第２の軸体２２１の回転に基づいて発電する。【選択図】図１

Description

本発明は風力発電装置に関する。詳しくは、例えば垂直型の風力発電装置に係るものである。

エネルギーの供給を、石油や天然ガスなどの化石燃料が大きく占めている場合、化石燃料の市場価格の乱高下の影響を受けて、エネルギーの供給が不安定化してしまうという問題がある。
また、化石燃料を利用することで発生する温室効果ガスの削減も重要な課題となっている。

このような状況においてエネルギーを安定的に供給するために、資源の枯渇のおそれが少なく、環境への負荷も少ない太陽光やバイオマスなどの再生可能エネルギーの利用が一層注目を浴びている。

再生可能エネルギーの中で、世界的には風力とバイオマスが多く利用されている。特に風力は、太陽光と異なり風さえあれば夜間でも利用することができるので、世界的に一番多く利用されている。

風力発電の原理は、風の力を設備の羽根で受け、羽根の回転によるエネルギーを電気エネルギーに変換するというものである。また、風力発電の長所として次の点が挙げられる。

１点目の長所は、資源が枯渇しないという点である。風という自然現象を利用するため、化石燃料のように資源が枯渇するおそれがない。

２点目の長所は、有害物質を排出しないという点である。火力発電では化石燃料を燃焼することで二酸化炭素が発生し、原子力発電では、放射性廃棄物という毒性の強い物質を処理しなければならない。

３点目の長所は、夜間でも発電が可能であるという点である。太陽光発電では、太陽の光を電気エネルギーに変換するという原理から、太陽の出ていない夜間に発電できない。

４点目の長所は、発電効率が比較的高いという点である。風力発電は、風が持つエネルギーの４０％近くを電気へ変換でき。他の発電方式に比べて高いと言える。

また、風力発電の短所として、風速が不安定であれば発電量にばらつきが生じ、台風のような暴風時には設備の機能が停止してしまう点や設置場所が限定されてしまう点が挙げられる。
しかし、風力発電の短所は長所で補うことが可能であるため、風力発電に対する期待は高く、様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、図８に示す風力発電装置が記載されている。
すなわち、特許文献１に記載された風力発電装置５０１は、風車ロータ５０３を備えており、風車ロータ５０３は、ハブ５０４およびハブ５０４に取付けられた少なくとも一本のブレード５０２から構成されている。

また、風車ロータ５０３および風車ロータ５０３に連結された回転シャフト５０６ブレード５０２で受けた風力エネルギーによって回転するよう構成されている。
また、風車ロータ５０３には、回転シャフト５０６を介して油圧ポンプ５０８が連結されている。また、油圧ポンプ５０８には、低圧油ライン５１４および高圧油ライン５１２を介して油圧モータ５１０が接続されている。

油圧ポンプ５０８は、回転シャフト５０６によって駆動され、そして作動油を昇圧し、高圧の作動油（高圧油）を生成する。油圧ポンプ５０８で生成された高圧油は高圧油ライン５１２を介して油圧モータ５１０へ供給され、高圧油によって油圧モータ５１０が駆動される。

また、油圧モータ５１０で仕事をした後の低圧の作動油（低圧油）は、低圧油ライン５１４を経由して、油圧ポンプ５０８に戻される。
また、油圧モータ５１０に発電機５１６が連結されている。また、回転シャフト５０６の少なくとも一部は、タワー５１９上に設置されたナセル５１８によって覆われている。

また、風車ロータ５０３の回転エネルギーは、油圧ポンプ５０８および油圧モータ５１０を含む油圧機械としての油圧トランスミッション５０５を介して発電機５１６に入力され、発電機５１６において電力が生成される。

特開２０１６‐１０９１４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、風力エネルギーに基づく回転シャフトの回転を増大させるという考え方に基づいた発明ではないため、発電能力の向上という点において充分ではなく、発電能力を向上できる風力発電装置が求められていた。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、発電能力が向上した風力発電装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の風力発電装置は、長手方向を含み、かつ、同長手方向を中心に回転可能な軸体と、該軸体に突出した状態で取付けられた風力受体とを有する回転部と、該回転部から突出した前記軸体に取付可能であり、かつ、同軸体の前記長手方向と同じ方向を中心に回転可能であり、かつ、複数の球体を内部に移動可能に収容可能な回転安定化部と、前記回転部から突出した前記軸体の回転に基づいて発電可能な発電部とを備える。

ここで、長手方向を含み、かつ、同長手方向を中心に回転可能な軸体と、軸体に突出した状態で取付けられた風力受体とを有する回転部によって、風力受体に風が当たって加えられた風力が軸体へと伝わり、軸体を回転させることができる。

また、回転部から突出した前記軸体の回転に基づいて発電可能な発電部によって、軸体へ伝わった風力に基づく軸体の回転に基づいて発電することができる。

また、回転部から突出した軸体に取付可能であり、かつ、軸体の長手方向と同じ方向を中心に回転可能であり、かつ、複数の球体を内部に移動可能に収容可能な回転安定化部は、軸体へ伝わった風力に基づく軸体の回転で回転する。

また、回転安定化部の回転で生じた遠心力で複数の球体が回転安定化部の縁へ押し当てられて回転安定化部の縁における回転トルクが増大し、軸体の回転速度を増大させることができる。

また、本発明の風力発電装置において、回転部は、第１の回転構成体と第２の回転構成体とで構成されており、第１の回転構成体は、長手方向を含み、かつ、長手方向を中心に回転可能な軸体である第１の軸体および、第１の軸体に対して略直交する方向へ突出した状態で第１の軸体に取付けられた第１の突出板と、第１の突出板に長手方向と同じ方向へ突出した状態で取付けられた第１の棒体を中心に回転可能であり、かつ、第１の棒体の突出方向と同じ方向へ延びた長さ方向を有し、かつ、長さ方向の一方側から他方側にわたって長さ方向に対して斜めに、複数の第１の羽根部材が外側面に突出した状態で取付けられた第１の円柱体とを含む風力受体である第１の風力受体を有し、第２の回転構成体は、長手方向を含み、かつ、長手方向を中心に回転可能であり、かつ、第１の回転構成体の第１の軸体と同心状に第１の軸体の外側に配置された軸体である第２の軸体および、第２の軸体に対して略直交する方向へ突出した状態で第２の軸体に取付けられた第２の突出板と、第２の突出板に長手方向と同じ方向へ突出した状態で取付けられた第２の棒体を中心に回転可能であり、かつ、第２の棒体の突出方向と同じ方向へ延びた長さ方向を有し、かつ、長さ方向の一方側から他方側にわたって長さ方向に対して第１の羽根部材とは逆向きの斜めに、複数の第２の羽根部材が外側面に突出した状態で取付けられた第２の円柱体とを含む風力受体である第２の風力受体を有する構成とすることができる。

この場合、第１の円柱体および第２の円柱体それぞれに風が当たって第１の円柱体および第２の円柱体が回転することで、第１の軸体および第２の軸体を回転させることができる。

また、第２の円柱体の長さ方向に対して第１の羽根部材とは逆向きの斜めに、複数の第２の羽根部材が第２の円柱体の外側面に突出した状態で取付けられているので、第１の円柱体の回転方向と第２の円柱体の回転方向が互いに逆方向となり、その結果、第１の軸体の回転方向すなわち第１の回転構成体の回転方向と第２の軸体の回転方向すなわち第２の回転構成体の回転方向が互いに逆方向となって、相対回転速度が２倍である軸体の回転を発電部において行うことができる。

また、本発明の風力発電装置において、回転安定化部は、球体を支持すると共に球体を支持する面が軸体に近づくにつれて鉛直方向下側へ傾斜した支持板を有する構成とすることができる。

この場合、傾斜しているので、回転部の回転開始時点と回転安定化部の回転開始時点とで複数の球体は軸体付近に位置して重量の抵抗を少なくすることができる。

また、本発明の風力発電装置において、回転安定化部は、回転安定化部の一方の縁と軸体を挟んでこの縁とは反対側の他方の縁とを結んで延びると共に対向して配置された一対のガイド板を有し、球体は、一対のガイド板の間に移動可能に配置された構成とすることができる。

この場合、回転安定化部のバランスを取り易くなる。

また、本発明の風力発電装置は、軸体の鉛直方向上側に配置可能な天面板と、該天面板に対向すると共に前記回転部と前記回転安定化部との間に配置可能であり、かつ、前記軸体を挿通可能な貫通孔が形成された底面板と、前記天面板の一方の縁部と同天面板の一方の縁部に対向する前記底面板の一方の縁部とを連結しており、かつ、前記風力受体よりも前記軸体から離れた位置に配置可能な第１の側面板と、前記天面板の一方の縁部に対向する他方の縁部と同天面板の他方の縁部に対向する前記底面板の他方の縁部とを連結しており、かつ、前記風力受体よりも前記軸体から離れた位置に配置可能な第２の側面板とを有し、かつ、前記第１の側面板と前記第２の側面板それぞれに接続された前記天面板の縁部に対して略直交する縁部である一対の天面自由縁部と、前記第１の側面板と前記第２の側面板それぞれに接続された前記底面板の縁部に対して略直交する縁部である一対の底面自由縁部とで挟まれた領域に内部と外部とを連通する一対の開口部が形成された風洞部を備える構成とすることができる。

この場合、開口部を通って、天面板と底面板と第１の側面板と第２の側面板とで囲まれた空間すなわち風洞部の内部空間を通過する風の速度を増大させることができる。
その結果、この空間内に位置する回転部の軸体の回転速度を増大させることができる。

また、本発明の風力発電装置は、風洞部を支持可能であり、かつ、軸体と同軸状に風洞部を回転可能な支持回転部を備え、風洞部は、底面板とは反対方向へ突出した状態で天面板に取付けられた風向板を有する構成とすることができる。

この場合、風洞部を支持可能であり、かつ、軸体と同軸状に風洞部を回転可能な支持回転部によって、風洞部を通過する風の向きに応じて風洞部の開口部の向きを変えることができる。

また、本発明の風力発電装置において、風洞部は、天面自由縁部と底面自由縁部とで挟まれた領域と同一面内で、一方の天面自由縁部と一方の底面自由縁部と第１の側面板の一方の縁部と第１の側面板の一方の縁部に対向する第２の側面板の一方の縁部とから、開口部とは反対方向へ突出した張出板を有する構成とすることができる。

この場合、張出板が突出した各縁部で挟まれた領域に形成された開口部から吹き出る風が渦を巻くので、風洞部を通過する風の速度を増大させることができる。
その結果、この空間内に位置する回転部の軸体の回転速度を増大させることができる。

本発明に係る風力発電装置は、発電能力を向上できる。

本発明を適用した風力発電装置の第１の実施態様を示す概略図である。 本発明の第１の実施態様の風力発電装置が備える回転部の概略平面図である。 本発明の第１の実施態様の風力発電装置が備える第１の風力受体の概略図である。 本発明の第１の実施態様の風力発電装置が備える第２の風力受体の概略図である。 本発明の第１の実施態様の風力発電装置が備える円盤部の概略断面図である。 本発明の第１の実施態様の風力発電装置が備える発電部の拡大断面図である。 本発明の第１の実施態様の風力発電装置の一部を省略した概略平面図である。 本発明を適用した風力発電装置の第２の実施態様を示す概略図である。 従来の風力発電装置の概略図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は、本発明を適用した風力発電装置の第１の実施態様を示す概略図である。また、図２は、本発明の第１の実施態様の風力発電装置が備える回転部の概略平面図である。
ここで、図１に示す円盤部と、支持回転部と、基台部は、その内部が判るように断面図が示されている。

また、図３Ａは、本発明の第１の実施態様の風力発電装置が備える第１の風力受体の概略図である。また、図３Ｂは、本発明の第１の実施態様の風力発電装置が備える第２の風力受体の概略図である。
また、図中の上下は鉛直方向の上下に相当するものとする。

図１に示す本発明の風力発電装置１は、回転部２を備える。また、回転部２は、長手方向を含み、かつ、長手方向を中心に回転可能な軸体と、この軸体に突出した状態で取付けられた風力受体とを有する。

ここで、回転部２は、第１の回転構成体２１と第２の回転構成体２２とで構成されている。
また、図１に示すように、第１の回転構成体２１と第２の回転構成体２２は上下二段に配置されている。

また、第１の回転構成体２１は、第１の軸体２１１および第１の風力受体２１２を有する。
ここで、第１の軸体２１１は、長手方向を含み、かつ、この長手方向を中心に回転可能な軸体である。また、第１の風力受体２１２は、第１の軸体２１１に突出した状態で取付けられた風力受体である。

また、第１の風力受体２１２は、第１の軸体２１１に対して略直交する方向へ突出した状態で第１の軸体２１１に取付けられた一対の第１の突出板２１２Ａを含む。

また、図２に示すように、第１の突出板２１２Ａは第１の軸体２１１を中心として四方向へ突出しており、第１の軸体２１１に対して直交する方向における形状は十字形状である。

また、第１の風力受体２１２は第１の円柱体２１２Ｃを含む。
第１の円柱体２１２Ｃは、第１の突出板２１２Ａに第１の軸体２１１の長手方向と同じ方向へ突出した状態で取付けられた第１の棒体２１２Ｂを中心に回転可能である。

すなわち、第１の棒体２１２Ｂは第１の円柱体２１２Ｃを貫通しており、第１の棒体２１２Ｂの両端は第１の円柱体２１２Ｃの両端から突出している。
また、第１の棒体２１２Ｂに対して略直交する方向における、第１の円柱体２１２Ｃの形状は略円形である。

また、図２に示すように第１の棒体２１２Ｂは、十字形状の第１の突出板２１２Ａの４つの先端領域にそれぞれ取付けられている。
また、第１の円柱体２１２Ｃは、十字形状の第１の突出板２１２Ａの４つの先端領域にそれぞれ配置されているので、互いに離れている。

また、第１の軸体２１１の外側面には軸体用軸受１０が取付けられている。また、第１の棒体２１２Ｂの両端それぞれの外側面には棒体用軸受１１が取付けられている。

また、図１に示すように、棒体用軸受１１は、第１の突出板２１２Ａの対向する上下の面に接している。
また、軸体用軸受１０は、第１の突出板２１２Ａの対向する上下の面のうち上側の面に接している。
また、第１の棒体２１２Ｂおよび第１の円柱体２１２Ｃは、一対の第１の突出板２１２Ａの間の空間に配置されている。

また、第１の円柱体２１２Ｃは、第１の棒体２１２Ｂの突出方向と同じ方向へ延びた長さ方向を有する。
また、第１の円柱体２１２Ｃの長さ方向の一方側から他方側にわたって、この長さ方向に対して斜めに、複数の第１の羽根部材２１２Ｄが第１の円柱体２１２Ｃの外側面に突出した状態で取付けられている。

また、図３Ａに示すように、第１の円柱体２１２Ｃの外側面には、ゴルフボールなどと同様に複数の円形状の窪みである第１の窪み２１２Ｅが形成されている。

また、第２の回転構成体２２は、第２の軸体２２１および第２の風力受体２２２を有する。
ここで、第２の軸体２２１は、長手方向を含み、かつ、この長手方向を中心に回転可能である。また、第２の軸体２２１は、第１の回転構成体２１の第１の軸体２１１と同心状に第１の軸体２１１の外側に配置された軸体である。

また、第２の風力受体２２２は、第２の軸体２２１に突出した状態で取付けられた風力受体である。
また、第２の風力受体２２２は、第２の軸体２２１に対して略直交する方向へ突出した状態で第２の軸体２２１に取付けられた一対の第２の突出板２２２Ａを含む。

また、図示していないが、第２の突出板２２２Ａは第２の軸体２２１を中心として四方向へ突出しており、第２の軸体２２１に対して直交する方向における形状は十字形状である。

また、第２の風力受体２２２は第２の円柱体２２２Ｃを含む。
第２の円柱体２２２Ｃは、第２の突出板２２２Ａに第２の軸体２２１の長手方向と同じ方向へ突出した状態で取付けられた第２の棒体２２２Ｂを中心に回転可能である。

すなわち、第２の棒体２２２Ｂは第２の円柱体２２２Ｃを貫通しており、第２の棒体２２２Ｂの両端は第２の円柱体２２２Ｃの両端から突出している。
また、第２の棒体２２２Ｂに対して略直交する方向における、第２の円柱体２２２Ｃの形状は略円形である。

また、第２の棒体２２２Ｂは、十字形状の第２の突出板２２２Ａの４つの先端領域にそれぞれ取付けられている。
また、第２の円柱体２２２Ｃは、十字形状の第２の突出板２２２Ａの４つの先端領域にそれぞれ配置されているので、互いに離れている。

また、第２の軸体２２１の外側面には軸体用軸受１０が取付けられている。また、第２の棒体２２２Ｂの両端それぞれの外側面には棒体用軸受１１が取付けられている。

また、図１に示すように、棒体用軸受１１は、第２の突出板２２２Ａの対向する上下の面に接している。
また、軸体用軸受１０は、第２の突出板２２２Ａの対向する上下の面のうち下側の面に接している。
また、第２の棒体２２２Ｂおよび第２の円柱体２２２Ｃは、一対の第２の突出板２２２Ａの間の空間に配置されている。

また、第２の円柱体２２２Ｃは、第２の棒体２２２Ｂの突出方向と同じ方向へ延びた長さ方向を有する。
また、第２の円柱体２２２Ｃの長さ方向の一方側から他方側にわたって、この長さ方向に対して第１の羽根部材２１２Ｄとは逆向きの斜めに、複数の第２の羽根部材２２２Ｄが第２の円柱体２２２Ｃの外側面に突出した状態で取付けられている。

また、図３Ｂに示すように、第２の円柱体２２２Ｃの外側面には、ゴルフボールなどと同様に複数の円形状の窪みである第２の窪み２２２Ｅが形成されている。

また、図１に示すように、第２の軸体２２１は、第２の回転構成体２２から下方へ突出して、本発明の風力発電装置１の底部にまで延びている。

また、第２の軸体２２１は第１の軸体２１１と同心状に第１の軸体２１１の外側に配置された軸体なので、図１には示していないが、第１の軸体２１１も同様に第１の回転構成体２１から下方へ突出して、本発明の風力発電装置１の底部にまで延びている。

また、本発明の風力発電装置１は、円盤部３を備える。図４は、本発明の第１の実施態様の風力発電装置が備える円盤部の概略断面図である。
ここで、円盤部３は、回転部２よりも下方に配置されており、回転部２から突出した軸体すなわち、第２の回転構成体２２から下方へ突出した第２の軸体２２１に取付けられている。

また、円盤部３は第２の軸体２２１の長手方向と同じ方向を中心に回転可能である。
また、円盤部３は、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１の長手方向に対して直交する方向の形状が略円形状である。

また、円盤部３は、複数の鉄球３Ａを内部に収容している。
すなわち、円盤部３は、鉄球３Ａを支持する支持板３Ｂと、支持板３Ｂに対して略直交する方向に延びた状態で支持板３Ｂの縁部に取付けられた側板３Ｄと、側板３Ｄの、支持板３Ｂに取付けられた側とは反対側に、支持板３Ｂに対向した状態で取付けられた上部板３Ｅを有する。
その結果、支持板３Ｂと、側板３Ｄと、上部板３Ｅとに囲まれた空間が、円盤部３の内部に形成されている。

また、図１に示すように、支持板３Ｂと上部板３Ｅとを貫通する貫通穴が、円盤部３の略中央に形成されており、この貫通穴に挿通された第２の軸体２２１に円盤部３が取付けられている。

また、支持板３Ｂの、鉄球３Ａを支持する面は、第２の軸体２２１に近づくにつれて鉛直方向下側へ傾斜している。

また、図４に示すように、円盤部３は、円盤部３の一方の縁と、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１を挟んで一方の縁とは反対側の他方の縁とを結んで延びると共に互いに離れており対向して配置された一対のガイド板３Ｃを有する。

また、図４に示すように、鉄球３Ａは一対のガイド板３Ｃの間に形成された空間内に移動可能に配置されており、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１を挟んで一方側のガイド板３Ｃの間と他方側のガイド板３Ｃの間にそれぞれ２個の鉄球３Ａが配置されている。

また、図４に示すように、ガイド板３Ｃは十字状に配置され、ガイド板３Ｃ間の空間は連通している。
また、ガイド板３Ｃは、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１が配置された略中央領域において交差しているが、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１に当たって鉄球３Ａはそれ以上移動することはできない。

また、円盤部は回転安定化部の一例である。
また、回転安定化部の、第２の軸体の長手方向に対して直交する方向の形状は必ずしも略円形状でなくてもよく、内部の球体が縁へ移動して縁における回転トルクを増大させることができれば、例えば十字形状とすることもできる。

また、本発明の風力発電装置１は、回転部２から突出した軸体すなわち、第１の軸体２１１の回転、および第１の軸体２１１と同心状に第１の軸体２１１の外側に配置された第２の軸体２２１の回転に基づいて発電可能な発電部４を備える。

また、発電部４は、Ｎ極磁石４Ａと、Ｎ極磁石４Ａから離されており、かつ、Ｎ極磁石４Ａに対向して配置されたＳ極磁石４Ｂとを有する。

また、円盤部３が取付けられた第２の軸体２２１は、図１に示すように円盤部３を貫通して円盤部３からも突出し、円盤部３の下方に延びており、発電部４のＮ極磁石４ＡとＳ極磁石４Ｂの間に配置されている。

また、Ｎ極磁石４ＡとＳ極磁石４Ｂの間に位置する第２の軸体２２１の外側面に、導電性を有するコイル線である第２のコイル線２２１Ａが螺旋状に取付けられている。

また、図５は本発明の第１の実施態様の風力発電装置が備える発電部の拡大断面図であるが、図５に示すように第２の軸体２２１の内側に同心状に配置された第１の軸体２１１の外側面に、導電性を有するコイル線である第１のコイル線２１１Ａが螺旋状に取付けられている。

すなわち、第１のコイル線２１１Ａが取付けられた第１の軸体２１１も、Ｎ極磁石４ＡとＳ極磁石４Ｂの間に位置している。

また、図１は、円盤部３の下方に発電部４が配置された様子を示しているが、必ずしもこのような配置関係でなくてもよく、例えば発電部４の上方に円盤部３が配置された構成とすることができる。

また、本発明の風力発電装置１は、風洞部５を備える。
また、風洞部５は、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１の鉛直方向上側に配置された天面板５Ａを有する。

また、風洞部５は底面板５Ｂを有する。ここで、底面板５Ｂは、天面板５Ａに対向すると共に回転部２と円盤部３との間に配置されており、かつ、図示していないが第１の軸体２１１および第２の軸体２２１が挿通された貫通穴が形成されている。

また、風洞部５は第１の側面板５Ｃを有する。ここで、第１の側面板５Ｃは、天面板５Ａの一方の縁部と天面板５Ａの一方の縁部に対向する底面板５Ｂの一方の縁部とを連結しており、かつ、第１の風力受体２１２および第２の風力受体２２２よりも、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１から離れた位置に配置されている。

また、風洞部５は第２の側面板５Ｄを有する。ここで、第２の側面板５Ｄは、天面板５Ａの一方の縁部に対向する他方の縁部と天面板５Ａの他方の縁部に対向する底面板５Ｂの他方の縁部とを連結しており、かつ、第１の風力受体２１２および第２の風力受体２２２よりも第１の軸体２１１および第２の軸体２２１から離れた位置に配置されている。

また、風洞部５は中間板５Ｅを有する。ここで、中間板５Ｅは、第１の側面板５Ｃと第２の側面板５Ｄを連結しており、かつ、第１の回転構成体２１と第２の回転構成体２２との間に配置されている。
また、中間板５Ｅの略中央に、図示していないが第１の軸体２１１および第２の軸体２２１が挿通された貫通穴が形成されている。

また、第１の側面板５Ｃと第２の側面板５Ｄそれぞれに接続された天面板５Ａの縁部に対して略直交する縁部である一対の天面自由縁部と、第１の側面板５Ｃと第２の側面板５Ｄそれぞれに接続された底面板５Ｂの縁部に対して略直交する縁部である一対の底面自由縁部とで挟まれた領域に、内部と外部とを連通する一対の開口部１２が形成されている。

また、４つの第１の円柱体２１２Ｃは互いに離れており、また、４つの第２の円柱体２２２Ｃも互いに離れているので、一対の開口部１２の一方側から他方側へ向けて風が通り抜けることができる。

また、風洞部５は張出板５Ｇを有する。ここで、張出板５Ｇは、一方の天面自由縁部と、一方の底面自由縁部と、第１の側面板５Ｃの一方の縁部と、第１の側面板５Ｃの一方の縁部に対向する第２の側面板５Ｄの一方の縁部とから、一対の開口部１２の中の一方の開口部１２とは反対方向へ突出している。

また、張出板５Ｇは、天面自由縁部と底面自由縁部とで挟まれた領域と同一面内に位置する。
また、各縁部から突出した張出板５Ｇの突出長さは、互いに同じである。

また、風洞部５は風向板５Ｆを有する。ここで、風向板５Ｆは、底面板５Ｂとは反対方向へ突出した状態で天面板５Ａに取付けられている。

また、本発明の風力発電装置１は支持回転部６を備える。図６は、本発明の第１の実施態様の風力発電装置の一部を省略した概略平面図である。なお、図６において、風洞部５の天面板５Ａと、回転部２と、風洞部５の底面板５Ｂを省略している。

ここで、支持回転部６は、風洞部５を支持可能であり、かつ、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１と同軸状に風洞部５を回転可能である。

また、支持回転部６は環状板６Ａを有する。ここで、環状板６Ａは、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１の長手方向に対して直交する方向の形状が略円形状であると共に平板状であり、かつ、周縁から中心へ向けて一定範囲が実体を有する実体領域であり、他の領域が貫通した孔領域である、いわゆる「ドーナツ形状」を有する。

また、環状板６Ａの中心を通って、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１が下方へ延びている。

また、環状板６Ａの実体領域が、４つの支持脚部６Ｂで滑走可能に支持されている。すなわち、環状板６Ａは、支持脚部６Ｂ上において、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１と同軸状に、すなわち第１の軸体２１１および第２の軸体２２１を中心として回転できる。

また、支持回転部６は、環状板６Ａの周縁の一部に取付けられた、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１の長手方向と同じ方向に延びる、第１の側板６Ｃを有する。

また、支持回転部６は、第１の側板６Ｃが取付けられた環状板６Ａの周縁の一部とは反対側の周縁の一部に取付けられた、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１の長手方向と同じ方向に延びる、第２の側板６Ｄを有する。

また、第１の側板６Ｃが風洞部５の第１の側面板５Ｃと接続されており、第１の側板６Ｃが風洞部５の第１の側面板５Ｃを支持している。
また、第２の側板６Ｄが風洞部５の第２の側面板５Ｄと接続されており、第２の側板６Ｄが風洞部５の第２の側面板５Ｄを支持している。

従って、環状板６Ａが支持脚部６Ｂ上において、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１を中心として回転することで、風洞部５も第１の軸体２１１および第２の軸体２２１を中心として回転する。

また、本発明の風力発電装置１は、基台部７を備える。
図１に示すように、基台部７の上面には支持回転部６が載置されており、支持回転部６に支持された風洞部５や、風洞部５内に配置された回転部２は、基台部７の外側すなわち基台部７の上方に配置されている。

一方、円盤部３および発電部４は、図１に示すように、基台部７の内部に配置されている。
すなわち、基台部７の上面の略中央には外部と内部とを連通する貫通穴が形成されており、第１の軸体２１１および第２の軸体２２１がこの貫通孔に挿通されている。

また、本発明の風力発電装置１は、基台部７の内部に配置されたコンバータ８を備える。
ここで、コンバータ８は、発電部４が発電した交流電力を直流電力に変換可能である。

また、本発明の風力発電装置１は、基台部７の内部に配置されたパワーコンディショナ９を備える。
ここで、パワーコンディショナ９は、コンバータ８が変換した直流電力を、商用周波数の交流電力へ変換可能である。

ここで、必ずしも、第２の円柱体の長さ方向に対して第１の羽根部材とは逆向きの斜めに、複数の第２の羽根部材が第２の円柱体の外側面に突出した状態で取付けられていなくてもよい。

しかし、複数の第２の羽根部材がこのように取付けられていれば、第１の円柱体の回転方向と第２の円柱体の回転方向が互いに逆方向となり、その結果、第１の軸体の回転方向すなわち第１の回転構成体の回転方向と第２の軸体の回転方向すなわち第２の回転構成体の回転方向が互いに逆方向となって、相対回転速度が２倍である軸体の回転を発電部において行うことができるので好ましい。

また、円盤部すなわち回転安定化部の支持板は、必ずしも鉄球すなわち球体を支持する面が、第２の軸体すなわち軸体に近づくにつれて鉛直方向下側へ傾斜していなくてもよい。
しかし、支持板がこのように傾斜していれば、回転部の回転開始時点と回転安定化部の回転開始時点とで複数の球体は軸体付近に位置して重量の抵抗を少なくすることができるので好ましい。

また、円盤部すなわち回転安定化部は、必ずしもガイド板を有していなくてもよい。
しかし、回転安定化部がガイド板を有していれば、回転安定化部のバランスを取り易くなるので好ましい。

また、本発明の風力発電装置は、必ずしも風洞部を備えていなくてもよい。
しかし、本発明の風力発電装置が風洞部を備えていれば、開口部を通って、天面板と底面板と第１の側面板と第２の側面板とで囲まれた空間すなわち風洞部の内部空間を通過する風の速度を増大させることができ、その結果、この空間内に位置する回転部の軸体の回転速度を増大させることができるので好ましい。

また、本発明の風力発電装置は、必ずしも支持回転部を備えていなくてもよい。
しかし、本発明の風力発電装置が支持回転部を備えていれば、風洞部を通過する風の向きに応じて風洞部の開口部の向きを変えることができるので好ましい。

また、風洞部は、必ずしも張出板を有していなくてもよい。
しかし、風洞部が張出板を有していれば、張出板が突出した各縁部で挟まれた領域に形成された開口部から吹き出る風が渦を巻くので、風洞部を通過する風の速度を増大させることができ、その結果、この空間内に位置する回転部の軸体の回転速度を増大させることができるので好ましい。

次に、本発明の風量発電装置１の動作について説明する。
図６に示すように、吹き込み風１５が、張出板５Ｇが周縁に設けられた一方の開口部とは反対側の開口部から風洞部内に入り込み、張出板５Ｇが周縁に設けられた一方の開口部から吹き出し風１７が吹き出す。
このとき、渦巻き状の風１６も発生する。そのため、風洞部を通過する風の速度が増大する。

一方、図１に示すように風洞部５内には、上下二段に第１の回転構成体２１と第２の回転構成体２２が配置されているため、第１の回転構成体２１の第１の風力受体２１２および第２の回転構成体２２の第２の風力受体２２２に吹き込み風１５が当たる。

すなわち、第１の風力受体２１２の第１の円柱体２１２Ｃの外側面に突出した状態で取付けられた第１の羽根部材２１２Ｄと、第１の円柱体２１２Ｃの外側面に形成された第１の窪み２１２Ｅに吹き込み風１５が当たることで、第１の円柱体２１２Ｃが第１の棒体２１２Ｂを中心に回転する。

そして、第１の円柱体２１２Ｃが回転することで、マグナス効果により、第１の円柱体２１２Ｃと第１の突出板２１２Ａを介して連結された第１の軸体２１１がその長手方向を中心に回転する。

一方、第２の風力受体２２２の第２の円柱体２２２Ｃの外側面に突出した状態で取付けられた第２の羽根部材２２２Ｄと、第２の円柱体２２２Ｃの外側面に形成された第２の窪み２２２Ｅに吹き込み風１５が当たることで、第２の円柱体２２２Ｃが第２の棒体２２２Ｂを中心に回転する。

そして、第２の円柱体２２２Ｃが回転することで、マグナス効果により、第２の円柱体２２２Ｃと第２の突出板２２２Ａを介して連結された第２の軸体２２１がその長手方向を中心に回転する。

ここで、第２の羽根部材２２２Ｄは、第２の円柱体２２２Ｃの長さ方向に対して第２の羽根部材２１２Ｄとは逆向きの斜めに取付けられているので、第１の円柱体２１２Ｃの回転方向と第２の円柱体２２２Ｃの回転方向が互いに逆方向となる。
その結果、第１の軸体２１１の回転方向すなわち第１の回転構成体２１の回転方向と第２の軸体２２１の回転方向すなわち第２の回転構成体２２の回転方向が互いに逆方向となって、相対回転速度が２倍になる。

さらに、円盤部３が第２の軸体２２１に取付けられているので、円盤部３も第２の軸体２２１の長手方向と同じ方向を中心に回転する。
円盤部３の回転で遠心力が生じ、この遠心力で円盤部３の内部に収容された鉄球３Ａが、円盤部３の縁へ押し当てられて円盤部３の縁における回転トルクが増大し、第２の軸体２２１の回転速度を増大させる。

また、このように回転する、第１の軸体２１１および、第１の軸体２１１と同心状に第１の軸体２１１の外側に配置された第２の軸体２２１が、発電部４のＮ極磁石４ＡとＳ極磁石４Ｂの間に位置しており、さらに、Ｎ極磁石４ＡとＳ極磁石４Ｂの間に位置する、第１の軸体２１１の外側面および第２の軸体２２１の外側面それぞれに、第１のコイル線２１１Ａおよび第２のコイル線２２１Ａが螺旋状に取付けられているので、発電部４が、第１の軸体２１１の回転および第２の軸体２２１の回転に基づいて発電する。

図７は、本発明を適用した風力発電装置の第２の実施態様を示す概略図である。
図７に示す本発明の第２の実施態様の風力発電装置３１は、図１に示す本発明の第１の実施態様の風力発電装置１と回転部の構造が異なる。

すなわち、図７に示す本発明の風力発電装置３１は、上下二段に配置された第１の回転構成体と第２の回転構成体とで構成された回転部ではなく、サボニウス型の回転部３２を備える。
従って、図７に示す風洞部５は、中間板５Ｅを有していない。

ここで、サボニウス型の回転部３２は、長手方向を含み、かつ、長手汚方向を中心に回転可能な軸体３２Ａと、この軸体３２Ａに突出した状態で取付けられた風力受体とを有する。

また、風力受体は、軸体３２Ａに対して略直交する方向へ突出した状態で軸体３２Ａに取付けられた一対の突出板３２Ｅを含む。

また、風力受体は第１の羽根３２Ｃと第２の羽根３２Ｄを含む。
第１の羽根３２Ｃおよび第２の羽根３２Ｄは、互いに離れた一対の突出板３２Ｅの間に配置されており、かつ、軸体３２Ａから互いに反対方向へ突出した状態で軸体３２Ａに取付けられている。

また、軸体３２Ａに対して略直交する方向における、第１の羽根３２Ｃの形状および第２の羽根３２Ｄの形状は略半円形である。
また、第１の羽根３２Ｃの曲面部分と第２の羽根３２Ｄの曲面部分は、互いに反対方向へ湾曲している。

すなわち、図７に示す第１の羽根３２Ｃは曲面部分が示されており、第２の羽根３２Ｄは平坦部分が示されている。

また、図７に示す本発明の風力発電装置３１は、上下二段に配置された第１の回転構成体と第２の回転構成体とで構成された回転部を備えていないので、発電部４まで延びる軸体は二重構造ではない。

図７に示すように、回転部３２から突出した軸体３２Ａは、円盤部３を貫通して円盤部３からも突出し、円盤部３の下方に延びており、発電部４のＮ極磁石４ＡとＳ極磁石４Ｂの間に配置されている。

また、Ｎ極磁石４ＡとＳ極磁石４Ｂの間に位置する軸体３２Ａの外側面に、導電性を有するコイル線３２Ｂが螺旋状に取付けられている。
その他の点は、図１に示す本発明の第１の実施態様の風力発電装置１と同じなので説明を省略する。

以上のように、本発明の風力発電装置は、円盤部すなわち回転安定化部を備えているので、回転安定化部の回転で生じた遠心力で複数の球体が回転安定化部の縁へ押し当てられて回転安定化部の縁における回転トルクが増大し、軸体の回転速度を増大させることができる。

従って、発電部は軸体の回転に基づいて発電可能であるから、本発明の風力発電装置は、発電能力を向上できる。

１ 風力発電装置
２ 回転部
２１ 第１の回転構成体
２１１ 第１の軸体
２１１Ａ 第１のコイル線
２１２ 第１の風力受体
２１２Ａ 第１の突出板
２１２Ｂ 第１の棒体
２１２Ｃ 第１の円柱体
２１２Ｄ 第１の羽根部材
２１２Ｅ 第１の窪み
２２ 第２の回転構成体
２２１ 第２の軸体
２２１Ａ 第２のコイル線
２２２ 第２の風力受体
２２２Ａ 第２の突出板
２２２Ｂ 第２の棒体
２２２Ｃ 第２の円柱体
２２２Ｄ 第２の羽根部材
２２２Ｅ 第２の窪み
３ 円盤部
３Ａ 鉄球
３Ｂ 支持板
３Ｃ ガイド板
３Ｄ 側板
３Ｅ 上部板
４ 発電部
４Ａ Ｎ極磁石
４Ｂ Ｓ極磁石
５ 風洞部
５Ａ 天面板
５Ｂ 底面板
５Ｃ 第１の側面板
５Ｄ 第２の側面板
５Ｅ 中間板
５Ｆ 風向板
５Ｇ 張出板
６ 支持回転部
６Ａ 環状板
６Ｂ 支持脚部
６Ｃ 第１の側板
６Ｄ 第２の側板
７ 基台部
８ コンバータ
９ パワーコンディショナ
１０ 軸体用軸受
１１ 棒体用軸受
１２ 開口部
１３ 第１の軸体の回転方向
１４ 第２の軸体の回転方向
１５ 吹き込み風
１６ 渦巻き状の風
１７ 吹き出し風
３１ 風力発電装置
３２ 回転部
３２Ａ 軸体
３２Ｂ コイル線
３２Ｃ 第１の羽根
３２Ｄ 第２の羽根
３２Ｅ 突出板

Claims (6)

1. 長手方向を含み、かつ、同長手方向を中心に回転可能な軸体と、該軸体に突出した状態で取付けられた風力受体とを有する回転部と、
   該回転部から突出した前記軸体に取付可能であり、かつ、同軸体の前記長手方向と同じ方向を中心に回転可能であり、かつ、複数の球体を内部に移動可能に収容可能な回転安定化部と、
   前記回転部から突出した前記軸体の回転に基づいて発電可能な発電部とを備え、
   前記回転部は、第１の回転構成体と第２の回転構成体とで構成されており、
   前記第１の回転構成体は、長手方向を含み、かつ、同長手方向を中心に回転可能な軸体である第１の軸体および、該第１の軸体に対して略直交する方向へ突出した状態で同第１の軸体に取付けられた第１の突出板と、該第１の突出板に前記長手方向と同じ方向へ突出した状態で取付けられた第１の棒体を中心に回転可能であり、かつ、同第１の棒体の突出方向と同じ方向へ延びた長さ方向を有し、かつ、該長さ方向の一方側から他方側にわたって同長さ方向に対して斜めに、複数の第１の羽根部材が外側面に突出した状態で取付けられた第１の円柱体とを含む風力受体である第１の風力受体を有し、
   前記第２の回転構成体は、長手方向を含み、かつ、同長手方向を中心に回転可能であり、かつ、前記第１の回転構成体の前記第１の軸体と同心状に同第１の軸体の外側に配置された軸体である第２の軸体および、該第２の軸体に対して略直交する方向へ突出した状態で同第２の軸体に取付けられた第２の突出板と、該第２の突出板に前記長手方向と同じ方向へ突出した状態で取付けられた第２の棒体を中心に回転可能であり、かつ、同第２の棒体の突出方向と同じ方向へ延びた長さ方向を有し、かつ、該長さ方向の一方側から他方側にわたって同長さ方向に対して前記第１の羽根部材とは逆向きの斜めに、複数の第２の羽根部材が外側面に突出した状態で取付けられた第２の円柱体とを含む風力受体である第２の風力受体を有する
   風力発電装置。
2. 前記回転安定化部は、前記球体を支持すると共に同球体を支持する面が前記軸体に近づくにつれて鉛直方向下側へ傾斜した支持板を有する
   請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記回転安定化部は、同回転安定化部の一方の縁と前記軸体を挟んで同縁とは反対側の他方の縁とを結んで延びると共に対向して配置された一対のガイド板を有し、
   前記球体は、一対の前記ガイド板の間に移動可能に配置された
   請求項１または請求項２に記載の風力発電装置。
4. 長手方向を含み、かつ、同長手方向を中心に回転可能な軸体と、該軸体に突出した状態で取付けられた風力受体とを有する回転部と、
   該回転部から突出した前記軸体に取付可能であり、かつ、同軸体の前記長手方向と同じ方向を中心に回転可能であり、かつ、複数の球体を内部に移動可能に収容可能な回転安定化部と、
   前記回転部から突出した前記軸体の回転に基づいて発電可能な発電部と、
   前記軸体の鉛直方向上側に配置可能な天面板と、該天面板に対向すると共に前記回転部と前記回転安定化部との間に配置可能であり、かつ、前記軸体を挿通可能な貫通孔が形成された底面板と、前記天面板の一方の縁部と同天面板の一方の縁部に対向する前記底面板の一方の縁部とを連結しており、かつ、前記風力受体よりも前記軸体から離れた位置に配置可能な第１の側面板と、前記天面板の一方の縁部に対向する他方の縁部と同天面板の他方の縁部に対向する前記底面板の他方の縁部とを連結しており、かつ、前記風力受体よりも前記軸体から離れた位置に配置可能な第２の側面板とを有し、かつ、前記第１の側面板と前記第２の側面板それぞれに接続された前記天面板の縁部に対して略直交する縁部である一対の天面自由縁部と、前記第１の側面板と前記第２の側面板それぞれに接続された前記底面板の縁部に対して略直交する縁部である一対の底面自由縁部とで挟まれた領域に内部と外部とを連通する一対の開口部が形成された風洞部とを備える
   風力発電装置。
5. 前記風洞部を支持可能であり、かつ、前記軸体と同軸状に同風洞部を回転可能な支持回転部を備え、
   前記風洞部は、前記底面板とは反対方向へ突出した状態で前記天面板に取付けられた風向板を有する
   請求項４に記載の風力発電装置。
6. 前記風洞部は、前記天面自由縁部と前記底面自由縁部とで挟まれた領域と同一面内で、一方の同天面自由縁部と一方の同底面自由縁部と前記第１の側面板の一方の縁部と同第１の側面板の一方の縁部に対向する前記第２の側面板の一方の縁部とから、前記開口部とは反対方向へ突出した張出板を有する
   請求項４または請求項５に記載の風力発電装置。

Images