JPH07279816A - 風力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用地域に制約を受けることがなく、風のエ
ネルギーを有効最大限に取り込むことができるととも
に、風速や風圧が大きく変動しても、常時安定した動作
を行うことができる。 【構成】 風向きに対して垂直方向に設けた垂直軸２１
と、この垂直軸２１に回転自在に取りつけた羽根車２
と、この羽根車２の半周分を覆う移動自在の保護カバー
３と、羽根車２の羽根２２が受ける風向と風速とを逐次
検出する検出手段４と、この検出手段４から出力される
信号に基づき保護カバー３を風上方向に対して適宜移動
させる移動機構５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、風によるエネルギー
を取り出して各種の機械的エネルギー或いは電気的エネ
ルギーに変換することが出来る風力変換装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、風のエネルギーを機械的エネル
ギーに変換する手段として各種の風車が古くから考案さ
れ使用されている。またこの風のエネルギーを特に電気
的エネルギーに変換して取り出すことができる、クリー
ンで経済的な風力発電装置も各種提案され開発されてい
る。

【０００３】このような従来の風力発電装置としては、
例えば、図１０に示すように、片側に保護カバー１００
を設けたものや、翼を使用した所謂ダリウス形が知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えばこの
風力発電装置では、風を受けて回転する羽根の部分の面
積が一定であり、その結果強い風に煽られて羽根が破損
したり、極端な場合には強風で羽根が吹き飛ばされる虞
れもある。このため、例えば台風等の強い風が頻繁に襲
う地域や常時強風が吹き荒れる地域での使用が難しい。

【０００５】また、このような台風が頻繁に襲来する地
域や強風地域でなくとも、例えば図１０に示すタイプの
ものでは、片側に設けた保護カバー１００で覆われる羽
根１０１の風遮蔽領域が常時一定であり、そのため風速
や風圧が時間的に大きく変化する場所や時期的な（或い
は季節的な）変化の著しい場所では発電量が大きく変動
し、このような地域では常時安定した発電能力を望むの
が難しいので、風力発電装置として使用するのに不都合
を生じている。

【０００６】このような事情は、特にこの風力装置を発
電用として使用する場合に限らず、各種分野における様
々な機械的駆動手段として使用する場合にも同様であ
り、あらゆる地域での使用が可能であって、常に安定し
た動力を得られるものが切望されている。

【０００７】そこで、この発明は、上記した事情に鑑
み、使用地域に制約を受けることがなく、風のエネルギ
ーを最大限に有効に取り込むことができるとともに、風
速や風圧が大きく変動しても、常時安定した動作を行う
ことができる風力変換装置を提供することを目的とする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、この請求項１にか
かる発明は、風によるエネルギーを取り出して各種の機
械的エネルギー或いは電気的エネルギーに変換する風力
変換装置であって、静止した地面若しくは水面に対して
回動自在の基台と、この基台上に設けられ、風向きに対
して同方向に配置した水平軸若しくは風向きに対して垂
直方向に配置した垂直軸と、前記水平軸若しくは垂直軸
に回転自在に取りつけた羽根車と、この羽根車の半周分
を覆う移動自在の保護カバーと、前記羽根車の羽根が受
ける風向と風速及び／又は風圧とを逐次検出する検出手
段と、この検出手段から出力される信号に基づき前記保
護カバーを風上方向に対して適宜移動させる移動機構と
を備え、風速及び／又は風圧に応じて前記保護カバーで
覆う羽根車の風遮蔽領域を調節するように構成したもの
である。

【０００９】またこの請求項２にかかる発明は、風によ
るエネルギーを取り出して各種の機械的エネルギー或い
は電気的エネルギーに変換する風力変換装置であって、
静止した地面若しくは水面に対して回動自在の基台と、
この基台上に設けられ、風向きに対して同方向に配置し
た水平軸若しくは風向きに対して垂直方向に配置した垂
直軸と、前記水平軸若しくは垂直軸に回転自在に取りつ
けた二個の羽根車と、これらの羽根車の風上側でこれら
の羽根車のうち少なくとも互いに隣かい合う各半周分の
領域を同時に覆う移動自在の保護カバーと、前記羽根車
の羽根が受ける風向と風速及び／又は風圧とを逐次検出
する検出手段と、この検出手段から出力される信号に基
づき前記保護カバーを風上方向に対して適宜移動させる
移動機構とを備え、風速及び／又は風圧に応じて前記カ
バーで覆う羽根車の風遮蔽領域を調節するように構成し
たものである。

【００１０】

【作用】この請求項１に記載の発明では、風速若しくは
風圧が変化すると、この変化を検出手段が検出してその
風速若しくは風圧の変化量に応じた信号を制御部へ出力
し、この信号を入力した制御部が保護カバーを適宜移動
制御し、例えば風速が大きく（小さく）なると、それに
合わせて羽根を覆う領域を拡大（縮小）させ、常時最適
かつ効率のよい状態で、しかも常時安定した状態で駆動
機構を作動させることができる。また、特に一定速度を
越える強風が吹く場合には、風を受ける羽根の部分を完
全に保護カバーで覆うことができるので、強風によって
羽根が破損するのを防止できる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例について添付図面を
参照しながら説明する。図１はこの発明の第１実施例に
係る風力変換装置を示す縦断面図であり、この風力変換
装置は、基台１の上部に直立させた回転軸１１に取りつ
けた羽根車２と、この羽根車２を覆う保護カバー３と、
羽根車２の羽根２２が受ける風向及び風速を検出する検
出手段４と、保護カバー３を風速に応じて適宜移動させ
る移動機構５とを備えている。

【００１２】基台１は、図２に示すように、地面Ｇ側に
対して適宜の軸受１２を介して３６０度回動自在に設置
されており、中心部に直立させた回転軸１１の頂部に設
けた検出手段４の一部を構成する風向検出手段（風見鶏
と同様の原理で作動する）によって、常時基台１の先端
側を風上方向に向けることができるようになっている。
なお、この実施例の基台１は軸受１２を介して地面Ｇ上
に設置されているが、特に基台１に設置する各種部材等
の重量が嵩む場合には適宜の倍力機構を介して先の軸受
１２と機械的に接続させておくのが好ましい。また、後
に説明する各種装置が設置されるこの基台としては、特
にこの実施例のものに限定されるものではなく、例えば
海上や湖沼或いは河川等の船舶、更には空中を浮かぶ飛
行船や気球その他のものであってもよい。

【００１３】羽根車２は、回転軸１１と同心状であっ
て、軸受を介して回転自在に設置された垂直軸２１に取
りつけられている。この実施例では流体力学的に説明す
ると、風速は地上から離れるにつれて早くなり、定性的
には、地面から高さｈ。での風速をｖ。、これよりも高
さｈだけ高所での風速をｖとすると、一般に、次式 ｖ＝ｖ。・ｈ^1/3 が成立するから、羽根車２の上部側の風を受ける面積が
下部側よりも広くなるように形成されており、効率良く
風をうけることができるようになっている。なおこの実
施例では、羽根車を風向きに対して垂直方向に設けた垂
直軸に取りつけてあるが、このほか例えば風向きに対し
て同方向に設ける水平軸に取りつけてもよい。なおこの
垂直軸２１の一部にはこの回転力を取り出して各種の動
力として使用するためのギア２１Ａが軸着されており、
このギア２１Ａと噛合する適宜のギア２１Ｂを介して各
種の機械や発電機等の駆動機構（図略）を駆動すること
ができるようになっている。

【００１４】保護カバー３は、この実施例では羽根車２
と同心状であって、その半周分だけ風を遮蔽することが
できるような大きさに形成された半円筒状のものが使用
されており、基台１の上面及び回転軸１１の上部に設け
たガイド部材３１、３２の溝に沿ってスライド自在とな
っている。

【００１５】検出手段４は、羽根２２が受ける風向と風
速とを逐次検出するものであり、特に風速については適
宜の電気的手段でその風速を検出した後、図３に示すよ
うに、制御部６に風速に応じた信号が出力されるように
なっている。なお、この実施例の検出手段は、特にこの
風向とともに風速を検出させる構成としたが、勿論これ
に限定されるものではなく、例えば風向とともに風圧を
検出させてもよい。またこの制御部６は、検出手段４か
らの信号を入力すると、風速に応じた制御信号を移動機
構５のモータ５１に出力するように構成されている。

【００１６】移動機構５は、検出した風速に応じ、保護
カバー３を風上方向に対して適宜移動させるものであ
り、この実施例では、保護カバー３の一部に周方向に形
成したラック５２と、このラック５２に噛合するギア５
３、５４と、このギア５４を回転駆動するモータ５１と
から構成されており、先に説明したように、制御部６に
よって羽根車２の風遮蔽領域が最適となるようにその位
置が制御されている。

【００１７】従って、この実施例によれば、例えば無風
状態から１２乃至１３ｍ／ｓｅｃ（自由に設定できる）
までの風速の場合には、図１に示すように、丁度羽根車
２の半分だけ風を遮断するように保護カバーの位置が調
節される。また、１２乃至１３ｍ／ｓｅｃ以上の風速で
風が吹き出すときには、この風速を検出した風速検出手
段からの信号により、制御部６が所定の信号を出力し、
これによって移動機構５が作動して保護カバー３が図４
に点線で示すように時計方向へ移動する。このため、風
速（風圧）が増加しても、その増加分を減殺するように
羽根２２が受ける風量を一部除去し、風のエネルギーを
略一定状態で取込むことができるのである。

【００１８】さらにまた、風速が増えこれを検出手段が
検出すると、移動機構５が作動して風遮断領域を増大す
る方向に保護カバー３を移動させる。例えば風速２５ｍ
／ｓｅｃ以上になると、これを検出した検出手段４から
の信号で移動機構５が作動して保護カバー３がさらに時
計方向に移動し、ついには図５に示す状態まで移動し
て、風を完全に避ける状態になり、強風による羽根車２
の破損等を防止できるようにする。

【００１９】次に、この発明にかかる第２実施例につい
て添付図面を参照しながら説明する。尚この実施例で
は、先の第１実施例と同様の部分には同様の符号を付し
て重複説明を避ける。図６はこの発明にかかる風力変換
装置を示す概略構成図であり、この風力変換装置は、２
個の羽根車２Ａ，２Ｂと、これらの羽根車２Ａ，２Ｂの
各半周分を風から遮断する固定式の保護カバー３３との
ほかに、この保護カバー３３の両側に移動式の保護カバ
ー３４Ａ，３４Ｂを備えている。

【００２０】羽根車２Ａ，２Ｂは、先のものと同様のも
のが使用されており、基台１の先端側に左右対称に設け
た垂直軸２３Ａ，２３Ｂに夫々設置されている。また、
これらの垂直軸２３Ａ，２３Ｂの下部には、図７に示す
ように夫々ギア２４Ａ，２４Ｂが設置されている。また
さらにギア２４Ａに噛合するアイドルギア２５を介して
駆動ギア２６（同時にギア２４Ｂからの回転力も与えら
れている）が設けられており、この駆動ギア２６により
増力されて取り出された回転力が適宜の機械や発電機等
の駆動手段（図略）を駆動させるように構成されてい
る。尚この駆動手段への動力伝達機構としては特にこの
ギア列のものに限定されるものではなく、例えば図９に
示すように、各垂直軸２３Ａ，２３Ｂに固設したプーリ
２４Ａ′，２４Ｂ′からの回転力をベルト２５Ａ，２５
Ｂを介して夫々別々伝達する２段の駆動プーリ２６を使
用してもよい。

【００２１】保護カバー３３は、基台１の先端側に固定
されており、この基台１の先端側が１常時風上側に位置
するので、双方の羽根車２Ａ，２Ｂを風圧から半周分だ
け遮断することができるようになっている。また、保護
カバー３４Ａ，３４Ｂは、図８において示すように、普
段風が最も少ない状態では保護カバー３３の内側に完全
に収まるようになっているとともに、最大風速（２５ｍ
／ｓｅｃ）を越える場合には基台１のガイド孔１Ａに沿
って移動し、羽根車２Ａ，２Ｂを強風から完全に遮断す
ることができる位置まで広がるように移動可能となって
いる。なおこの実施例でもこれらの保護カバー３４Ａ，
３４Ｂの移動機構には、先の実施例と同様のラック・ピ
ニオンが使用されており、検出手段４からの信号に基づ
き各モータ５５の作動が制御部（図略）で制御されてい
る。

【００２２】従って、この実施例によれば、風速が所定
値以下であるときには、図６において、例えば保護カバ
ー３３へ向かう風のうち、中央から右半分領域に衝突す
るものは全て右側の羽根車２３Ｂに流れ込み（左側の羽
根車２３Ａも同様）、その右側の羽根車２３Ｂを回転す
るためのエネルギとして使用されるので、保護カバー３
３で被われていない右半分に直接吹き込む風とともに重
畳され、保護カバー３３がない場合に比べて凡そ２倍の
効率で風のエネルギーを取込むことができるのである。
勿論例えば２５ｍ／ｓｅｃ（最大風速）以上の強風が吹
き検出手段（図略）がこれを検出すると、制御部６から
の制御により、各モータ５５が作動して保護カバー３４
Ａ，３４Ｂが前進する。このようにして、保護カバー３
４Ａ，３４Ｂが完全に開き双方の羽根車２Ａ，２Ｂを強
風から遮断・保護することができる。

【００２３】なおこれらの実施例では、風速値を検出
し、この風速値に応じて保護カバーを移動制御するよう
に構成したが、勿論これに限定されるものではなく、例
えば風圧値を検出し、この風圧値に応じて保護カバーを
移動制御するように構成してもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、風速若しくは風圧が変化すると、この変化を検出
手段が検出してその風の変化量に応じた信号を制御部へ
出力し、この信号を入力した制御部が保護カバーを適宜
移動制御し、例えば風速が大きく（小さく）なると、そ
れに合わせて羽根車を覆う領域を縮小（拡大）させ、常
時最適かつ効率のよい状態で、しかも常時安定した状態
で駆動機構を作動させることができる効果が得られるの
で、設置場所に特に制約がなく幅広い地域での使用が可
能である。

【００２５】また、この発明によれば、特に一定速度を
越える強風が吹く場合には、風を受ける羽根の部分を完
全に保護カバーで覆うことができるので、強風によって
羽根が破損するのを防止でき、その分耐久性や信頼度が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例に係る風力変換装置を示
す概略横断面図。

【図２】この発明の第１実施例に係る風力変換装置を示
す縦断面図。

【図３】この発明の第１実施例に係る風力変換装置の電
気的接続を示す構成ブロック図。

【図４】羽根車の作用を示す説明図。

【図５】羽根車の作用を示す説明図。

【図６】この発明の第２実施例に係る風力変換装置を示
す概略横断面図。

【図７】この発明の第２実施例に係る風力変換装置を示
す縦断面図。

【図８】この発明の第２実施例に係る風力変換装置の機
械的機構を示す説明図。

【図９】この発明の第２実施例に係る風力変換装置の機
械的機構の変形例を示す説明図。

【図１０】従来の風力発電装置の羽根車を示す概略図。

【符号の説明】 １ 基台 ２，２Ａ，２Ｂ 羽根車 ３，３３，３４Ａ，３４Ｂ 保護カバー ４ 検出手段 ５ 移動機構 ２１ 垂直軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風によるエネルギーを取り出して各種の
   機械的エネルギー或いは電気的エネルギーに変換する風
   力変換装置であって、 静止した地面若しくは水面に対して回動自在の基台と、 この基台上に設けられ、風向きに対して同方向に配置し
   た水平軸若しくは風向きに対して垂直方向に配置した垂
   直軸と、 前記水平軸若しくは垂直軸に回転自在に取りつけた羽根
   車と、 この羽根車の半周分を覆う移動自在の保護カバーと、 前記羽根車の羽根が受ける風向と風速及び／又は風圧と
   を逐次検出する検出手段と、 この検出手段から出力される信号に基づき前記保護カバ
   ーを風上方向に対して適宜移動させる移動機構とを備
   え、 風速及び／又は風圧に応じて前記保護カバーで覆う羽根
   車の風遮蔽領域を調節するように構成したことを特徴と
   する風力変換装置。
2. 【請求項２】 風によるエネルギーを取り出して各種の
   機械的エネルギー或いは電気的エネルギーに変換する風
   力変換装置であって、 静止した地面若しくは水面に対して回動自在の基台と、 この基台上に設けられ、風向きに対して同方向に配置し
   た水平軸若しくは風向きに対して垂直方向に配置した垂
   直軸と、 前記水平軸若しくは垂直軸に回転自在に取りつけた二個
   の羽根車と、 これらの羽根車の風上側でこれらの羽根車のうち少なく
   とも互いに隣かい合う各半周分の領域を同時に覆う移動
   自在の保護カバーと、 前記羽根車の羽根が受ける風向と風速及び／又は風圧と
   を逐次検出する検出手段と、 この検出手段から出力される信号に基づき前記保護カバ
   ーを風上方向に対して適宜移動させる移動機構とを備
   え、 風速及び／又は風圧に応じて前記カバーで覆う羽根車の
   風遮蔽領域を調節するように構成したことを特徴とする
   風力変換装置。