JPH0960573A

JPH0960573A - 風力発電装置

Info

Publication number: JPH0960573A
Application number: JP7212240A
Authority: JP
Inventors: Takeo Matsumoto; 武雄松本
Original assignee: HAKKO ELECTRIC; Hakko Electronics Co Ltd
Current assignee: HAKKO ELECTRIC; Hakko Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-08-21
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 1997-03-04

Abstract

(57)【要約】【課題】羽根１２、１２…の有効面積を大きくし、大
容量機を容易に実現する。【解決手段】複数枚の羽根１２、１２…を有する水平
回転形の風車１０と、風車１０の回転不能な軸１１に装
着する発電機２０とを設け、各羽根１２の開口部１２
ｂ、１２ｂ…に対応してシャッタ１３、１３…を付設す
る。各シャッタ１３は、羽根１２が風下方向に回転する
とき開口部１２ｂを閉じ、風上方向に回転するとき開口
部１２ｂを開き、風車１０に対し、全体として大きな回
転トルクを発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、垂直方向の軸を
有する水平回転形の風車を利用する風力発電装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】風力発電装置の風車は、水平軸を有する
垂直回転形と、垂直軸を有する水平回転形とが知られて
いる。

【０００３】垂直回転形の風車は、プロペラ形に形成さ
れており、風向きに対応して羽根を風上方向に対向さ
せ、羽根が回転することにより発電機を駆動することが
できる。また、水平回転形の風車は、全方向からの風に
よって羽根を回転させるために、たとえば帯状の部材を
スパイラル状に形成して構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術の前者
によるときは、垂直回転する羽根を風上方向に対向させ
るために、軸構造が複雑になる上、大容量機を実現しよ
うとすると、プロペラ形の羽根の全長を長くする必要が
あるため、羽根の先端速度が大きくなり、過大な風切音
を発生するという問題があった。また、後者によるとき
は、スパイラル状の羽根は、風の抗力を受ける有効面積
が小さく、大容量機を実現することが困難であるという
問題がある。

【０００５】そこで、この発明の目的は、かかる従来技
術の問題に鑑み、水平回転形の風車の羽根にシャッタ付
きの開口部を設けることにより、羽根の有効面積を大き
くし、過大な風切音を発生することなく、大容量機を容
易に実現することができる風力発電装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めのこの発明の構成は、複数枚の板状の羽根を有する水
平回転形の風車と、風車に連結する発電機と、羽根の開
口部に付設するシャッタとを備えてなり、シャッタは、
羽根が風下方向に回転するとき開口部を閉じ、羽根が風
上方向に回転するとき開口部を開くことをその要旨とす
る。

【０００７】なお、羽根は、シャッタの衝撃を吸収する
緩衝材を備えることができる。

【０００８】また、各羽根は、風下方向に回転するとき
と風上方向に回転するときとにおいて抗力の差を発生さ
せるストッパ部を有してもよい。

【０００９】さらに、発電機は、風車の回転不能な軸に
装着するステータと、ステータに対応するロータとを組
み合わせ、羽根は、ロータに固定してもよく、または、
風車の回転自在な軸に連結するロータと、ロータに対応
するステータとを組み合わせ、羽根は、軸に固定しても
よい。

【００１０】

【作用】かかる発明の構成によるときは、風車は、板状
の羽根の開口部にシャッタが付設されており、シャッタ
は、羽根が風下方向に回転するとき開口部を閉じ、風上
方向に回転するとき開口部を開くから、羽根は、風下方
向に回転するとき、シャッタを含む全面積に対して風の
抗力を受ける一方、風上方向に回転するときは、開口部
を除く小さな面積のみが有効となり、全体として大きな
回転トルクを発生することができる。

【００１１】羽根に緩衝材を設ければ、緩衝材は、シャ
ッタが閉じるときの衝撃を吸収し、騒音の発生を抑える
ことができる。

【００１２】各羽根がストッパ部を有するときは、スト
ッパ部は、風下方向に回転する羽根と風上方向に回転す
る羽根との間に抗力の差を発生させることにより、羽根
に発生する回転トルクを一層大きくすることができる。
ただし、ここでいうストッパ部とは、羽根が風下方向に
回転するとき、羽根の表面における空気の流れを妨げ、
風の抗力を増大させる部材をいう。

【００１３】回転不能な軸に装着するステータと、羽根
を固定するロータとを組み合わせる発電機は、風車に一
体に組み込むことができ、全体を極めてコンパクトに構
成することができる。

【００１４】回転自在な軸に連結するロータと、ロータ
に対応するステータとを組み合わせる発電機は、風車か
ら分離して設置することができ、羽根を軸に固定するこ
とにより、風車自体の構造を簡素化することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を以って発明の実施の
形態を説明する。

【００１６】風力発電装置は、水平回転形の風車１０
と、風車１０の回転不能な軸１１に装着する発電機２０
とを備えてなる（図１）。なお、風車１０は、垂直方向
に設置され、軸１１の上端部、下端部は、図示しないフ
レームに対し、回転不能に固定されている。

【００１７】風車１０は、発電機２０、軸１１に対して
放射状に装着する複数枚の羽根１２、１２…を備えてい
る。各羽根１２は、縦長の板状に形成され、ベアリング
１４、１４を介し、軸１１に対して回転自在に装着する
とともに、発電機２０の外側のロータ２２に固定されて
いる。各羽根１２の先端部には、一方向に屈曲するスト
ッパ部１２ａが形成されている。また、各羽根１２に
は、窓状の開口部１２ｂ、１２ｂ…が開口されており
（図１、図２）、開口部１２ｂ、１２ｂ…に対応して、
シャッタ１３、１３…が取り付けられている。

【００１８】シャッタ１３は、開口部１２ｂに対応する
大きさの板状に形成されている。シャッタ１３は、羽根
１２に対し、上部のヒンジ１３ａ、１３ａを介してスト
ッパ部１２ａが屈曲する側の面に揺動自在に付設されて
いる。なお、開口部１２ｂの下部には、シャッタ１３の
下端部に対応するようにして、緩衝材１３ｂ、１３ｂが
装着されている。緩衝材１３ｂ、１３ｂは、たとえばコ
イルばねであって、シャッタ１３が開口部１２ｂを閉じ
るとき、シャッタ１３の衝撃を吸収し、シャッタ１３に
よる騒音を防止する。

【００１９】シャッタ１３は、ヒンジ１３ａ、１３ａを
介して上部が支持されているため、図２の矢印Ａ方向か
らの風を受け、羽根１２が風下方向（同図の矢印Ｋ1 方
向）に回転するとき、開口部１２ｂを閉じることができ
る（同図の二点鎖線）。無風状態において、羽根１２が
静止しているときも同様である。一方、シャッタ１３
は、同図の矢印Ｂ方向からの風に抗し、羽根１２が風上
方向に回転するとき、上方に開くことができる（同図の
実線）。

【００２０】発電機２０は、軸１１に固定する内側のス
テータ２１と、ステータ２１に対応する外側のロータ２
２とを組み合わせてなる（図１）。ステータ２１には、
たとえば、三相巻線状の電機子コイルが組み込まれてお
り、ロータ２２には、マグネットからなる磁極が組み込
まれている。すなわち、発電機２０は、羽根１２、１２
…が回転してロータ２２が回転することにより、ステー
タ２１の電機子コイルに電力を発生して発電することが
できる。

【００２１】かかる風車１０は、全方向からの風を受け
て回転し、効率よく作動することができる（図３）。同
図において、矢印Ｃ方向からの風があると、風向に平行
な羽根（同図において上下に位置する羽根）１２、１２
は、回転トルクを発生しないが、風上方向にシャッタ１
３、１３…を有する羽根（同図において左側に位置する
羽根）１２は、シャッタ１３、１３…が閉じ、ストッパ
部１２ａが風上方向に向うことと相俟って、大きな風の
抗力を受ける。これに対し、風下方向にシャッタ１３、
１３…を有する羽根（同図において右側に位置する羽
根）１２は、シャッタ１３、１３…が開くとともに、ス
トッパ部１２ａが風下方向に向うために、極く小さな抗
力を受けるに過ぎない。そこで、風車１０は、左右の羽
根１２、１２が受ける抗力の差に基づき、大きな回転ト
ルクを発生し、同図の矢印Ｋ1 方向に回転することによ
り、発電機２０を回転駆動することができる。

【００２２】なお、シャッタ１３、１３…は、羽根１２
が風下方向に回転しても、風車１０を同図の矢印Ｋ1 方
向に回転させる抗力を受ける限り、開くことがないが
（同図の二点鎖線）、羽根１２が逆方向の抗力を受ける
と、直ちに開き、風車１０の全体としての回転トルクが
減殺されることがない。

【００２３】以上の説明において、ストッパ部１２ａ
は、羽根１２と別部材とし、羽根１２の先端部に付設し
てもよい。また、ストッパ部１２ａは、羽根１２が風下
方向に回転するときと風上方向に回転するときとにおい
て抗力の差を発生することができればよく、たとえば、
羽根１２の全体断面形状を一方向側に湾曲させることに
より形成してもよい。

【００２４】なお、羽根１２、１２…は、大きさや枚数
を図示以外の任意に設定することができる。また、各羽
根１２の形状は、縦長にする他、横長や半円形等に形成
してもよい。

【００２５】

【他の実施の形態】風車１０の軸１１は、回転自在にし
てもよい（図４）。ただし、このときの羽根１２、１２
…は、支持材１２ｃ、１２ｃ…を介して軸１１に固定さ
れている。

【００２６】発電機２０は、内側のロータ２２と外側の
ステータ２１とからなり、ロータ２２は、ギヤボックス
２３を介して軸１１に連結されている。そこで、風車１
０は、羽根１２、１２…とともに軸１１が回転し（同図
の矢印Ｋ2 方向）、ギヤボックス２３を介して発電機２
０のロータ２２を駆動することができる。ただし、この
ときの発電機２０は、ロータ２２に磁極を組み込み、ス
テータ２１に電機子コイルを組み込むことが好ましい。

【００２７】なお、図４の発電機２０は、軸１１の下端
または上端にロータ２２を直接連結してもよい。また、
羽根１２、１２…は、支持材１２ｃ、１２ｃ…を介する
ことなく、軸１１に直接固定してもよい。

【００２８】回転自在な単一の軸１１上に、発電機２０
を含む図１の風車１０と、図４の風車１０とを共通に組
み付けてもよい（図５）。ただし、風車１０、１０は、
それぞれの羽根１２、１２…のストッパ部１２ａ、１２
ａ…の形成方向、図示しないシャッタの設置方向を互い
に逆にすることにより、逆方向に回転するようになって
いる（同図の矢印Ｋ3 、Ｋ4 方向）。

【００２９】一方の風車１０は、発電機２０のロータ２
２を駆動し、他方の風車１０は、軸１１を介してステー
タ２１を逆方向に駆動する。そこで、発電機２０は、双
方の風車１０、１０の回転エネルギを電力に変換するこ
とができる。

【００３０】以上の各実施例において、羽根１２に設け
る開口部１２ｂ、シャッタ１３は、上下方向の寸法を小
さくすることが好ましい（図６）。かかる小形のシャッ
タ１３は、上方に開き易く、風車１０の効率を一層向上
させることができるからである。

【００３１】なお、シャッタ１３は、下部に膨出部１３
ｃを形成してもよい（図７、図８）。膨出部１３ｃは、
シャッタ１３の揺動量が小さくても、開口部１２ｂを実
質的に全開に開くことができる。

【００３２】また、緩衝材１３ｂ、１３ｂは、ばねに代
えてゴム等の弾性材にしてもよく（同図）、羽根１２側
に代えて、シャッタ１３側に付設してもよい。

【００３３】シャッタ１３は、放射状の分割片１３ｄ、
１３ｄ…として形成することができる（図９、図１
０）。羽根１２の開口部１２ｂは、円形に開口し、開口
部１２ｂには、網１２ｃが付設されている。また、分割
片１３ｄ、１３ｄ…は、開口部１２ｂの周囲に開閉自在
に固定されている。

【００３４】分割片１３ｄ、１３ｄ…は、羽根１２が風
下方向に回転するとき、開口部１２ｂの網１２ｃに密着
するように倒伏して開口部１２ｂを閉じ（図１０の二点
鎖線）、羽根１２が風上方向に回転するとき、開口部１
２ｂの周囲に花弁状に起立することにより、開口部１２
ｂを開くことができる（同図の実線、図９）。

【００３５】すなわち、シャッタ１３は、容易に開閉す
るように、小形にし、形状を工夫し、全体重量を小さく
することにより、風車１０の作動効率を向上させること
ができる。

【００３６】発電機２０の出力は、電圧コントローラ３
１、バッテリＢ、コンバータ３２を含む電力制御装置３
０を介して負荷Ｌに接続するとともに（図１１）、双方
向の電力量計ＷＨを介して商用電源ラインＡＣに接続す
ることができる。

【００３７】電力制御装置３０は、発電機２０に接続す
る電圧コントローラ３１と、整流器Ｄ、コンバータ３２
とを縦続してなり、バッテリＢは、整流器Ｄの出力側に
接続されている。なお、発電機２０の出力電圧は、電圧
検出センサ３３を介して検出された上、充電制御器３４
に入力されており、充電制御器３４の出力は、電圧コン
トローラ３１に接続されている。

【００３８】発電機２０は、風車１０によって駆動され
るから、その出力電圧や発電電力を一定に制御すること
は極めて困難である。しかし、充電制御器３４は、発電
機２０の出力電圧に基づいて電圧コントローラ３１の入
出力電圧比を最適に制御することにより、発電機２０の
発電電力の大小に拘らず、発電電力の全量をバッテリＢ
に効率よく充電させることができ、コンバータ３２は、
バッテリＢに充電された電力を負荷Ｌに給電し、さら
に、余剰電力を商用電源ラインＡＣに売電することがで
きる。なお、負荷Ｌは、バッテリＢの充電電力が不足す
るときは、商用電源ラインＡＣによって給電される。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、板状の羽根を有する水平回転形の風車に発電機を連
結し、羽根の開口部にシャッタを付設することによっ
て、風下方向に回転するときの羽根は、シャッタが閉じ
てシャッタを含む全面積が風の抗力を受け、風上方向に
回転するときは、シャッタが開いて開口部を除く小さな
面積のみが風の抗力を受け、全体として大きな回転トル
クを発生することができる上、板状の羽根は、有効面積
を容易に大きくすることができるから、過大な風切音を
発生することなく、大容量機を容易に実現することがで
きるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】全体構成斜視図

【図２】要部拡大斜視説明図

【図３】図１のＸ−Ｘ線矢視相当断面説明図

【図４】他の実施の形態を示す全体構成概略図（１）

【図５】他の実施の形態を示す全体構成概略図（２）

【図６】他の実施の形態を示す図２相当図（１）

【図７】他の実施の形態を示す図２相当図（２）

【図８】図７のＹ−Ｙ線矢視相当断面図

【図９】他の実施の形態を示す図２相当図（３）

【図１０】図９のＺ−Ｚ線矢視相当断面説明図

【図１１】使用状態系統図

【符号の説明】

１０…風車１１…軸１２…羽根１２ａ…ストッパ部１２ｂ…開口部１３…シャッタ１３ｂ…緩衝材２０…発電機２１…ステータ２２…ロータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数枚の板状の羽根を有する水平回転形
の風車と、該風車に連結する発電機と、前記羽根の開口
部に付設するシャッタとを備えてなり、該シャッタは、
前記羽根が風下方向に回転するとき前記開口部を閉じ、
前記羽根が風上方向に回転するとき前記開口部を開くこ
とを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】前記羽根は、前記シャッタの衝撃を吸収
する緩衝材を備えることを特徴とする請求項１記載の風
力発電装置。
【請求項３】前記各羽根は、風下方向に回転するとき
と風上方向に回転するときとにおいて抗力の差を発生さ
せるストッパ部を有することを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の風力発電装置。
【請求項４】前記発電機は、前記風車の回転不能な軸
に装着するステータと、該ステータに対応するロータと
を組み合わせ、前記羽根は、前記ロータに固定すること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の
風力発電装置。
【請求項５】前記発電機は、前記風車の回転自在な軸
に連結するロータと、該ロータに対応するステータとを
組み合わせ、前記羽根は、前記軸に固定することを特徴
とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の風力発
電装置。