JPS61247876A - 全方位貫流型風車発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は風車回転軸が垂直状に配置された燈籠形風車発
電装置に関する。

〔従来の技術〕

風車を利用する発電装置は古くから多数提案され実用に
も供されて来たが、その多くは複数枚の翼を具備する水
平軸回転形式のものであシ、更には垂直回転軸方式を採
用するものとして、す４ニウム形成はグリウス形が提案
された。しかしこれらはいずれも構築費が嵩み設備管理
が容易でない上に、その耐用寿命に問題があった。特に
台風時においてその被害を回避するために風車頭部を９
０度傾斜させるとか、場合によっては垂直支柱を水平状
に倒伏させるとかの手段がとられた。

本発明は熱論台風時を含め強風時に風車装置の被害を極
小化することをその目的としている。これについては本
発明者が関与する先の出願である特願昭５９−１５８６
９８号があシ、本発明はその改良に関する。前記先行発
明は地上に構築した基盤上に中空支柱管を立設し、その
上部に燈籠形風車本体部を搭載し、その下部に発電機を
連設した全方位貫流型風車発電装置を開示している。即
ち従来水平回転主軸を内蔵かつ垂直軸線のまわシに回動
自在に取着された風車胴体を付設の方向舵により風向方
向にその都度指向回転せしめるこれま：　　での水平軸
形風車装置とは異なり、前記先行発明の風車本体部は上
方と下方が固定の天板と底板により遮蔽されその全周外
側面が常時開放状態に形成した作動空間内部に縦軸形回
転翼車を回転自在に取付は該翼車の外周部に環状配置の
静止翼形ゲートを設けて、任意方向から流入する風速を
グーにしている。この風車装置における強風時に対する
安全策は風速に対応する発電機の発生電圧を基準として
翼形ゲートの開閉度を調節し、規食以上の風速に対しサ
ーゲモータを介して全ゲートを閉鎖位置に旋回して前記
作動空間局面を円筒状に封鎖せしめるものであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した先行発明はゲートの全閉操作が風力発電機の異
常電圧上昇を基本とし、駆動源であるサーカ、モータに
よって行なうようにしていたから突風等に対し時間的な
遅れを生ずる。更に重要なことは発電機回路に断線事故
が発生した場合に全ゲートを閉鎖し作動空間内部を外部
から遮断し、風雨等の浸入を防止する安全策を考慮する
必要がある。いずれにしても利用風速帯３〜２５　ｍ　
／　ｓｓｅ以外の風車不使用時は全ｆ−）を円筒状に閉
鎖することは装置の耐用寿命を高めることにつながる。

本発明はこのような観点に立って提供される。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は地面等に構築した基盤上に支柱管を立設しその
上部に風車本体部が搭載される。風車装置の本体部は上
方と下方が天板と底板によって遮蔽され、これら画板を
上下に隔てた間隔連結棒により結合されその内部に側面
四周が解放した作動空間が形成される。前記作動空間内
には放射状動翼を有する風車回転軸が垂直状に支承して
配置され、該回転軸の下部には増速回転機構を介して発
電機が連設される。前記風車動翼を取巻く全周には一定
の中心角度置きに多数の前置案内翼即ち旋回して静止可
能な翼形ｒ−）が動翼に対面して環状に配置される。こ
の所定の流入角をもってセットされたｒ−）は所望時に
その閉鎖位置へ瞬時に旋回復帰するように構成される。

即ちｆ−）取付軸下端に固定した歯付伝動輪を無端ベル
ト又はチェ７によりループ状に巻き掛けて全ゲートを連
動可能に連結し、任意のゲート取付軸をサーボモータ出
力軸に回転伝動可能に連結する伝動機構は摩擦力利用の
ベルトとプーリ並びに該ベルトの緊張と解除作用を電気
的制御機構を介して緊張および書装着して、該ベルトの
緊張力解除操作に同期して瞬時に全ゲートを円筒形状に
旋回閉鎖するように構成されたものである。好ましくは
前記ベルト緊張装置に付属した電気的制御機構は規定風
速帯以上の風速を感知して電気的信号を発するセンサお
よびロータリンレノイド形アクチェエータによって構成
することができる。

〔実施例〕

第２図は支柱管上部に搭載した本発明に係わる燈籠型風
車発電機の風車本体部の外観を示す。説明の便宜上風車
回転翼の周囲に環状に配列された立設ｒ−）はその左側
に１個だけ示し、他は省略されている。１は地面の基礎
構築基盤上に垂直に立設した支柱管で下部は省略される
。支柱管１の上部に底板２と天板３を間隔連結棒４によ
り結合した風車本体の外枠組が剛固に形成される。この
間隔連結棒４は画板間の周辺外側に間隔をおいて連結さ
れ籠状に形成される。底板２と天板３とＫはそれぞれ放
射状の補強リプ２１および３１が一体的に形成され強度
の増加と軽量化が図られている。

天板３の上部中央区域に翼車回転軸の上部軸受を設ける
と共に該上部軸受を包囲して潤滑材充填のグリース箱１
０が設置されている。天蓋９は天板３の上方を蔽う上部
保護カバーで、その局部は／母ッキン材を介し天板３の
周辺にデルトナットで固着される。同様に底板２の下面
側も椀状の下部保護カバー８で蔽われ、そのカッ４−内
部空間には本発明に係るｆ−）の旋回駆動制御系が内蔵
される。

底板２は支柱管１の上端に堅固に固着され、そ、の底板
中央部に翼車回転軸５の下部軸受部が設置される。１１
は該下部軸受部を内包する支柱管１の頂端部継手管であ
る。翼車回転軸５の下端は継ぎ足された複数本の中間軸
５１を介して下方に延ばされ、発電機の入力軸部に連結
される。この発電機には通常回転増速機が付属し、翼車
回転軸の回転を高速化し発電機回転子を高速回転する。

天板３と底板２の軸受部に垂直状に軸受された翼車回転
。

軸５には多数の放射状動翼例えば２９枚の動翼が翼取付
板６！乃至６４の外側端相互間に垂直状に固着され、天
板と底板間の遮蔽空間の上下を−ばいに占有して回転可
能に設けられ、これらは風車のランナ一部を構成する。

７は該ランナ一部の周囲に設けた案内前置翼で、風速流
入時は所定の設定角度例えば翼断面が翼車回転中心を結
ぶ半径方向に対し３０°にセットされ、動翼に対し有効
に風を導びく断面翼形の案内ゲートである。該ゲート７
は前記動翼７に対面し多数個例えば２２枚のゲートが立
設されているが、第２図にはその１個のみを示す。翼形
ゲート７の水平断面は円弧状に形成され、前記２２枚の
全ゲートが閉鎖位置に旋回されたときこれらの全ゲート
は一円周上に円筒状に付勢ばね力とストッパにより位置
決めされ、風車内部を外部から遮断する如く構成される
。ｆ−）７の上部取付軸７１は天板３上に回転可能に取
着され、その下部取付軸７！も底板２上に回転可能に取
付られる。全ｒ−）７の一斉同時旋回運動を許すために
、各ゲート７の下部取付軸７ｇの下端にはスゲロケット
ホイル４０が取付けられ、これらの凡てのスゲロケット
ホイルは無端チェ／によって巻き掛けされ、無端チェノ
の一部にチェノ緊張装置を付属させて全ゲートの旋回動
作をガタなく操作できるようにする。５０は下部カバー
８の１部を下方に突出して形成したサーボモータ収容ハ
ウジングを示し、該収容ハウジング内にはゲート旋回駆
動用のサーボモータ設備が収容され、該サーゲモータ出
力部に設けたＶ溝形プーリは後述するように解除可能な
ベルト緊張装置を介してｆ−）取付軸上のＶ溝形プーリ
に連結される。１２は控えロープで、支柱管１を中心に
して底板２の前後両側の４個所から地上に向けて張られ
た補強控索である。控えロープ１２を採用する支柱管建
設は発電容量３　ｋＷ以下の可搬組立可能な小型設備に
適用され、３　ｋＷ〜２０　ｋＷ容量に対しては、支柱
間を取り囲んでアングル材を利用した枠組み櫓を構築す
ることを要する。１３は組立或は解体時に使用する天蓋
懸吊用のアイデルトである。

第１図は前記底板２の下部に装備されたｒ−）駆動解除
装置６０の全体的外観を示し、底板２の下方から視た平
面図である。前記装置６０は本発明の要部を構成する。

４１は無端チェノで、各ゲートの下部取付軸に固着され
た計２２個のスズロケットホイル４０の外周に噛合して
巻掛けられる。

無端チェノ４１の一部には、緊張用ホイル４２と緊張ば
ね４３から成るチェノ緊張機構を設けて、スゲロケット
ホイルの一斉連動操作にガタを生じないようにする。６
１は任意１個のｆ−ト取付軸端に一体的に結合した摩擦
利用の伝動輪例えばＶ溝形大径プーリで、サーゲモータ
の出力軸に固着したＶ溝形小径プーリ６２と対をなしそ
の間にＶベルト６８が張シ渡され緊張プーリ６３の緊張
力を介して回転駆動可能に連結されている。緊張プーリ
６３による緊張力は底板２上に固定した固定台板８０と
ベルクランクを形成する長腕レバー６４間に結合した緊
張はねの引張力によって常時は図示の反時計方向に長腕
レバー６４を引寄せ前記両Ｖ溝プーリ間に回転駆動力を
効果的に生じさせている。また前記長腕レバー６４の反
対側には短腕し／＃　−５５が形成され、該短腕レバー
６６上に緊張力除去用の保合ピン７２が接触状態に保持
される。７１は取付台８０上に設置したロータリンレノ
イドユニットであシ、該ユニットの作動出力軸に前記係
合ピン７２が取付けられている。ロータリンレノイドユ
ニット７１は風速センサから作動信号をうけたとき付勢
され、保合ピン７２を４５度だけ回転し、前記ベルクラ
ンクの短腕レバー６６を時計方向に回転してＶベルト６
８を弛緩させ、サーゲモータ出力軸、■ベルト６８．ゲ
ート取付軸間の機械的なリン、り連結連動作用を解き、
ゲートを無拘束状態にする。更に後に説明するように複
数個のゲートの上部取付軸７１には旋回復帰ばねが巻き
つけられ、ゲートの無拘束状態作動時に旋回復帰ばね７
０（第５図）の付勢力によりグートは瞬時にして円筒状
に閉鎖される。従って回転翼車に対への流入は遮断され
、風車は不作動状態となる。第３図（ａ）は風車の作動
状態を示し、第３図（ｂ）はゲートが円筒形状に全閉し
、風はその外周を素通りし風車本体内部は台風から保護
される状態を示している。第４図は第１図のゲート駆動
解除装置６０を拡大して示した垂直断面図である。

同図においてＶベルト緊張プーリ６３を具えたベルクラ
ンクの長短レバー６４．６６が点線と実線とで左側と右
側に描かれているが、点線が実際の形成位置で、右側実
線のものはベルクランクとロータリンレノイド７１との
配置関係を取出し展開図的に示している。サーボモータ
８１は風力発電機、充電用蓄電池を含むマイコン内蔵の
電気制御回路系に接続され、規定の利用風速帯例えば風
速３ｍ／ｓ＠ｅ　〜２５ｍ／ｓ＠ｅ　において該電気回
路は風速センナを通じて自動的に稼動状態に入る。その
丸め、サーボモータ８１には導線８６を通じて蓄電池を
含む電気制御回路系から電力を供給され、ハーモニック
型高減速装置８２を介してその出力軸を低速回転する。

次いで緊張ゾーリ６３の作動下に、■溝形小径プーリ６
２からＶベルト６８を介しＶ溝形大径プーリ６１を徐々
に回転する。前述したｍｆ−）７の下部取付軸７２には
スプロの開放位置に静止状態にセットされる。

第６図は垂直支柱管１の下方内部に内蔵した風力発電機
の取付は構造を拡大して示す。前記発電機９０は支柱管
１の内壁局面に溶接により固定した環状台板９８からそ
の入力回転軸９１を上方に向けて懸垂状に垂下し固定化
されている。翼車回　□転軸の下端に連結された中間軸
５１・の下端は遊星歯車形増速機１００を介して発電機
入力軸９１に連結される。前記増速機１００は遊星歯車
９４．太陽歯車９３．固定の環状歯車９５から成る単列
遊星歯車機構でその増速比は約１＝８である。これはタ
ービン翼車の毎分回転数に応じて１：１２位迄拡大され
る。中間軸５１に直結された増速様入力軸９２はｎ個の
遊星歯車９４を回転自在に担持するｎ個（図では２個）
のキャリヤ支軸を有し、太陽歯車９３は発電機入力軸９
１に固定されている。

回転増速機箱１０１内に常時所定レベルの潤滑油を満す
ために、潤滑油補給口９６があり、また９７は潤滑油の
回収口となる。９２は発電機から蓄電池と電気的制御回
路に連続される導電線を示す。

９９は組立時に利用する吊下用アイゲルトである。

本例は一応風力→電力変換を重点として説明したが、ジ
ェール熱応用の風力→温水変換にも適用される。

〔効果〕

本発明は組立容易で、耐久性がありかつ管理費を節約し
うる全方位貫流屋風力発電装置に係り、前掲した先願発
明に係る燈籠型風車装置の改良構成を提供する。該装置
は風速が規定範囲例えば３ｍ／　ｓｅｅ　〜２５ｍ／　
ｓ＠ｅにおいて自動的に稼動し、利用風速帯２５ｍ／ｓ
ｅｃ以上になれば風速センナが作動し、ゲートの取付軸
に連結されたサーボモータ駆動系のベルト緊張装置を弛
緩解除し無拘束状態におかれた全ｆ−）を旋回復帰はね
により直ちに閉鎖位置に旋回させ、不使用時特に台風時
の被害を自動的に回避するようにしたものである。更に
発電機に接続された電気的制御回路に断線事故が発生し
た場合をも考慮し、この場合にもゲートは円筒状に全閉
され、風車発電の不作動時における安全対策が講じられ
る。力お前記ベルト緊張装置の電気的作動回路にタイマ
ーを設けて一定時間後に再びベルト緊張装置を緊張下に
セットし風力発電機を随時任意期間作動せしめることも
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は燈籠型風力発電装置に係る本発明のゲート駆動
解除装置を示し、該図は風車本体部の底板下方からみた
平面図であシ、 第２図は本発明に係る燈籠型風車本体部分を側面からみ
た概略的立面図で、ｆ−）は１個だけ示される、 第３図ａは風車本体部分の中間部水平断面図で、ゲート
が開放位置にあるときの風の貫流経路を示し、 第３図すはゲートが円筒状に閉鎖されたときの、風の流
路を示す、 第４図は第１図のゲート駆動解除装置を拡大した垂直断
面図で、一部が重複して描かれている、第５図はゲート
の旋回復帰ばねの取付は構造を示し、天板の局部垂直断
面図であシ、 第６図は支柱管下部に内装された風力発電機の取付は構
造を示し、支柱管中心軸線を含む垂直部分断面図である
。 １・・・支柱管、２・・・底板、３・・・天板、４・・
・間隔連結棒、５・・・翼車回転軸、６・・・風車動翼
、７・・・ゲート、７１・・・ゲートの上部取付軸、７
！・・・ゲートの下部取付軸、８・・・下部保護カバー
、９・・・天蓋、２１・・・補強リブ、４０・・・スゲ
ロケットホイル、４１・・・無端チェ７．４５・・・ス
トツノ母ピン、６１・・・Ｖ溝形大径プーリ、６２・・
・Ｖ溝形小径プーリ、６３・・・緊張用プーリ、６４．
６６・・・ベルクランクの長腕レバーと短腕レバー、６
５・・・緊張ばね、６８・・・ベルト、７１・・・ロー
タリンレノイドユニット、７０・・・旋回復帰はね。 風車本体部 風車作動状態 第３図 ゲート閉鎖状態 ／、　　ＦＲ 第５図 ゲート旋回復帰ばね →　固 連結解除装置 第６図 発電機設置部 手続補正書（自発） 昭和６０年６月ｅ日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 垂直支柱管上部に搭載された風車本体は天板と底板によ
   り上下面が遮蔽され、該両板間に側面四周から風を流入
   可能にした作動空間が形成され、該空間内に放射状動翼
   を有する直立形風車回転軸を立設し該動翼外周に対面し
   て環状配列の導風用ゲートが設けられ、該ゲートの取付
   軸に固着した各伝導輪を無端ベルト又はチェンにより連
   動可能に巻き掛けると共に任意のゲート取付軸をサーボ
   モータ出力軸に駆動可能に連結して全ゲートの一斉開閉
   操作を可能にし、更に前記風車回転軸下部に発電機を連
   結設置した燈籠型風車発電装置において、前記ゲート取
   付軸とサーボモータ出力軸間は摩擦力利用のベルトとプ
   ーリ並びにベルトの緊張と解除作用を電気的制御機構を
   介して操作可能にしたベルト緊張装置とによって構成さ
   れると共に、ゲート取付軸と静止部分間にゲート旋回復
   帰ばねを装着せしめて、前記ベルト緊張の解除操作と同
   時に全ゲートを円筒状に旋回閉鎖できるようにしたこと
   を特徴とする全方位貫流型風車発電装置。