WO2013073385A1 - 風力発電装置 - Google Patents

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WO2013073385A1
WO2013073385A1 PCT/JP2012/078371 JP2012078371W WO2013073385A1 WO 2013073385 A1 WO2013073385 A1 WO 2013073385A1 JP 2012078371 W JP2012078371 W JP 2012078371W WO 2013073385 A1 WO2013073385 A1 WO 2013073385A1
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WO
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tail
wind
shaft
support
main body
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/078371
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English (en)
French (fr)
Inventor
宏友 水池
Original Assignee
日本電産株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a wind power generator that generates power using wind power.
  • Some wind power generators have a tail at the rear of a main body having a generator.
  • the main body is rotatably supported by a pole.
  • the pole is arranged so as to deviate from the central axis of the windmill portion.
  • a groove extending from the outer edge toward the vicinity of the center is provided on the back surface of the main body.
  • the edge part of a groove part inclines below as it goes to a center from an outer edge part.
  • the tail part is fixed to a lower part of the groove part in the direction of gravity. When there is no wind, the tail section extends along the direction of the central axis of the windmill section.
  • the object of the present invention is to efficiently rotate the windmill portion.
  • a wind turbine generator includes a windmill shaft extending in the front-rear direction and a plurality of blades provided at a front end of the windmill shaft and extending radially outward with respect to the windmill shaft.
  • a wind turbine part having a main body part having a generator that generates electric power by rotation of the wind turbine shaft, a main body support part that rotatably supports the main body part about a support center axis facing in the vertical direction, and the main body A tail wing portion disposed rearward with respect to the main body portion and swingable in a left-right direction with respect to the main body portion, wherein the support center axis is a support shaft from a shaft center axis that is a rotation axis of the windmill shaft
  • the support shaft separation direction is a right direction or a left direction when viewed from the front, and the tail blade portion is rearward from the main body portion in parallel to the shaft central axis when there is no wind.
  • the tail blade portion Inclined from the direction toward the support shaft separation direction, and when the wind is strong, the tail blade portion is directed backward from the main body portion in parallel to the shaft central axis in a direction opposite to the support shaft separation direction. Inclination is greater than during no wind.
  • the windmill portion can be efficiently rotated.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the main body portion and the tail portion.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the wind power generator.
  • FIG. 4 is a rear view of the tail support part and the swing support part.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the tail support part and the swing support part.
  • FIG. 6 is a side view of the tail support part and the swing support part.
  • FIG. 7 is a plan view of the tail support part and the swing support part.
  • FIG. 8 is a diagram showing a wind power generator.
  • FIG. 9 is a plan view of the tail support part and the swing support part.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a wind turbine generator.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a wind turbine generator.
  • FIG. 11 is a plan view of the tail support part and the swing support part.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a tail part according to another example.
  • FIG. 13 is a diagram showing a tail part.
  • FIG. 14 is a view showing a tail part according to still another example.
  • FIG. 1 is a diagram showing a wind turbine generator 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the wind turbine generator 10 is a so-called horizontal deflection method, and includes a windmill unit 11, a main body unit 12, a tail unit 13, and a pole 14.
  • the windmill portion 11 is fixed to the front side of the main body portion 12, that is, the right side in FIG.
  • the tail portion 13 is disposed on the rear side of the main body portion 12, that is, on the left side in FIG.
  • the main body 12 is supported by a pole 14.
  • the windmill unit 11 includes a plurality of blades 111 and a blade fixing unit 112.
  • FIG. 2 shows only the main body 12 and the tail 13.
  • the main body 12 includes a windmill shaft 121, a generator 122, a cover 123, and a main body support portion 124.
  • the windmill shaft 121 extends in the front-rear direction of the wind turbine generator 10.
  • the rotation axis of the windmill shaft 121 is referred to as “shaft center axis J1”.
  • a blade fixing portion 112 shown in FIG. 1 is attached to the front end of the windmill shaft 121.
  • the blade 111 extends radially outward from the outer edge portion of the blade fixing portion 112 around the shaft central axis J1.
  • the front portion of the generator 122 protrudes from the cover 123 toward the wind turbine unit 11.
  • the rear part is located in the cover 123.
  • the windmill shaft 121 is a member that is connected to the shaft provided in the rotating portion of the generator 122.
  • a speed increaser may be provided between the windmill shaft 121 and the shaft of the rotating part.
  • the blade 111 in FIG. 1 is rotated by the airflow, the windmill shaft 121 is rotated, and electric power is generated by the generator 122 by the power from the windmill shaft 121.
  • a main body support portion 124 is fixed to the lower portion of the cover 123. As shown in FIG. 1, the upper portion of the pole 14 is attached to the main body support portion 124. The main body 12 and the windmill 11 are rotatably supported by the pole 14 around a central axis (hereinafter referred to as “support central axis J2”) facing the vertical direction of the main body support 124.
  • support central axis J2 a central axis
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the wind power generator 10.
  • the support center axis J2 is disposed away from the shaft center axis J1. That is, in the wind power generator 10, the center of gravity of the windmill portion 11 and the main body portion 12 is deviated from the support center axis J2.
  • the direction from the shaft center axis J1 to the support center axis J2 indicated by the arrow 91 in FIG. 3, that is, the right direction when viewed from the front of the wind turbine generator 10 is referred to as “support axis separation direction”.
  • the tail unit 13 includes a tail unit body 131 and a swing support unit 132.
  • the tail wing body 131 includes a rod-shaped connecting portion 133, a tail wing 134, and a tail wing support portion 21.
  • the tail support 21 is attached to the swing support 132.
  • the front part of the connection part 133 is connected to the tail support part 21.
  • a tail wing 134 is fixed to the rear portion of the connection portion 133.
  • FIG. 4 is a view of the tail support portion 21 and the swing support portion 132 as viewed from the rear of the wind power generator 10.
  • the swing support part 132 is attached in an inclined state with respect to the main body part 12 of FIG. That is, a swing shaft J3 described later is inclined with respect to the vertical direction.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the tail support part 21 and the swing support part 132. Exactly, a cross section in a plane including the swing axis J3 and the shaft center axis J1 is shown.
  • the tail support part 21 includes an upper bearing holding part 211 and a lower bearing holding part 212.
  • the upper bearing holding portion 211 extends forward from the upper portion of the tail support portion 21.
  • the upper bearing holding portion 211 has a non-penetrating hole portion 211a extending upward.
  • the lower bearing holding part 212 extends forward from the lower part of the tail support part 21.
  • the lower bearing holding portion 212 has a hole portion 212a penetrating in the vertical direction.
  • the swing support part 132 includes a main body fixing part 22, a shaft 23, an upper ball bearing 241, a lower ball bearing 242, and a plurality of collars 25.
  • the main body fixing portion 22 includes a plate-like front portion 222 that is parallel to a plane perpendicular to the shaft central axis J1, and a rear portion 221 that extends from the center of the front portion 222 along the shaft central axis J1. .
  • the front part 222 is fixed to the rear part of the cover 123 of FIG.
  • the outer ring of the upper ball bearing 241 is fixed to the hole 211 a of the upper bearing holding portion 211 by press-fitting or bonding. Note that both press-fitting and adhesion may be used.
  • the outer ring of the lower ball bearing 242 is fixed to the hole 212a of the lower bearing holding portion 212 by press-fitting or bonding.
  • FIG. 6 is a side view of the tail support 21 and the swing support 132. Exactly, it is the figure seen from the side of rocking axis J3.
  • the bolt 233 is inserted into the hole formed in the side portion of the rear portion 221 of the main body fixing portion 22, and the shaft 23 is fixed to the rear portion 221 by the bolt 233.
  • the annular resin collar 25 is provided on the lower side of the lower ball bearing 242, between the lower ball bearing 242 and the lower part of the rear part 221 of the main body fixing part 22, and on the rear part 221. Arranged between the upper and upper ball bearings 241. Providing the collar 25 prevents dust and water from entering the upper ball bearing 241 and the lower ball bearing 242.
  • the entire tail body 131 shown in FIG. 2 is supported so as to be swingable with respect to the swing support part 132 and the main body part 12 about the swing axis J3.
  • the tail body 131 swings in the left-right direction as viewed from the front of the wind power generator 10, that is, in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
  • FIG. 7 is a plan view of the tail support portion 21 and the swing support portion 132 as viewed from above along the swing axis J3.
  • a contact portion 32 which is a resin member, is provided on the upper portion of the back surface of the front portion 222 of the main body fixing portion 22.
  • the contact portion 32 is shaded in parallel.
  • the tail support part 21 has a metal contact part 31.
  • the contact portion 31 has a plate shape perpendicular to the swing axis J3.
  • the contact portion 31 is referred to as a “first contact portion 31”.
  • the contact portion 32 is referred to as a “second contact portion 32”.
  • the edge portion of the first contact portion 31 has three straight portions 311 to 313.
  • the tail support part 21 and the swing support part 132 shown in FIG. 4 are inclined with respect to the direction of gravity in a plane perpendicular to the shaft central axis J1, and therefore, shown in FIG.
  • the tail body 131 inclines with respect to the shaft center axis J1 in plan view due to its own weight. More specifically, the tail body 131 inclines from the body part 12 in the direction away from the direction parallel to the shaft center axis J1 to the support shaft separation direction.
  • the straight contact portion 311 on the left side in FIG. 7 of the first contact portion 31 shown in FIG. 7 comes into contact with the second contact portion 32, so that the tail body 131 and the swing support portion 132, as shown in FIG. Centering on the connection position between the two, the central tilt angle ⁇ 1 of the tail body 131 with respect to the shaft center axis J1 is 20 °.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the wind power generator 10 in a light wind.
  • the windmill portion 11 and the main body portion 12 have a force in the clockwise direction due to the wind because the support center axis J2 is away from the shaft center axis J1.
  • a clockwise force is also received by the inclination of the swing axis J3 and the gravity acting on the tail body 131.
  • the windmill portion 11 and the main body portion 12 face the windward so that the shaft center axis J1 substantially follows the airflow.
  • the tail unit 13 rotates around the swinging support unit 132 as shown by the two-dot chain line to Facing the direction.
  • the swinging of the windmill portion 11 and the main body portion 12 is suppressed.
  • the direction of the windmill part 11 and the main-body part 12 may change frequently because the tail part 13 will rock
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the wind turbine generator 10 in a strong wind.
  • the windmill portion 11 and the main body portion 12 are shown in FIG. From the state, it rotates largely clockwise in FIG. 8 around the support center axis J2.
  • the tail part 13 extends substantially parallel to the airflow.
  • the tail portion 13 is greatly inclined with respect to the main body portion 12 from the direction toward the rear in parallel with the shaft center axis J1 in the direction opposite to the support shaft separation direction indicated by the arrow 91.
  • the component perpendicular to the main surface of the blade 111 can be reduced by rotating the windmill unit 11, and the blade 111 rotates excessively at high speed or wind strongly from the front.
  • a large load is prevented from being applied to the base of the blade 111.
  • damage to the wind turbine unit 11 is prevented.
  • the straight portion 313 on the right side in FIG. 11 of the first contact portion 31 is in contact with the second contact portion 32.
  • the inclination angle ⁇ 2 of the center of the tail body 131 with respect to the shaft center axis J1 is 60 ° with the connection position with the dynamic support portion 132 as the center.
  • the windmill part 11 inclines more largely in the direction opposite to a support shaft separation direction than the time of no wind.
  • “at the time of strong wind” refers to an air current state that allows the tail body 131 to swing off as shown in FIG.
  • the first contact portion 31 and the second contact portion 32 come into contact with each other when there is no wind and when the wind is strong.
  • the inclination angle of the tail body 131 with respect to the shaft center axis J1 is easily determined.
  • the tail section 13 tilts in the direction away from the main body 12 with respect to the main body 12 when there is no wind. extend. Even if the wind direction suddenly changes during a light breeze, the windmill portion 11 and the main body portion 12 may frequently rotate greatly because the tail portion 13 swings in the left-right direction of the shaft central axis J1 in accordance with the wind direction. Is prevented. As a result, the blade 111 of the windmill unit 11 can be efficiently rotated.
  • the main body part 12 can be changed when changing the inclination angle of the tail body 131 with respect to the shaft center axis J ⁇ b> 1 during no wind and strong wind. There is no need to change the design. In addition, by changing the inclination of the straight portion of the first contact portion 31, the inclination angle of the tail body 131 during no wind and strong wind can be easily changed.
  • the tail body 131 can be tilted with a simple structure when there is no wind. As a result, the wind power generator 10 can be manufactured at low cost.
  • the second contact portion 32 of the swing support portion 132 from a resin member, it is possible to reduce noise when the second contact portion 32 contacts the first contact portion 31 of the tail support portion 21. it can.
  • the angle at which the windmill unit 11 rotates around the support center axis J2 from the windward direction is suppressed to less than 90 °, so that power can be generated by rotating the blade 111.
  • the inclination angle of the tail body 131 with respect to the shaft center axis J1 in a strong wind is 30 ° or more in order to sufficiently incline the main body 12 with respect to the air current, and 80 ° in order to rotate the blade 111 in a strong wind. The following is preferable.
  • the inclination angle of the tail body 131 is within the above range, power generation can be performed even when the wind speed is about 15 m / s. More preferably, the inclination angle is not less than 45 ° and not more than 65 °.
  • the inclination angle of the tail body 131 with respect to the shaft center axis J1 when there is no wind sufficiently separates the second contact portion 32 of the swing support portion 132 and the first contact portion 31 of the tail support portion 21 when there is a slight wind. Therefore, the angle is preferably 5 ° or more, and preferably 30 ° or less in order to allow the tail portion 13 to be approximately along the direction of the shaft central axis J1 when the wind is weak.
  • the inclination angle of the tail body 131 is within the above range, so that the tail body 131 can be appropriately adapted to the air flow. More preferably, the inclination angle is not less than 10 ° and not more than 25 °.
  • the support center axis J ⁇ b> 2 shown in FIG. 3 may be spaced apart in the left direction of the shaft center axis J ⁇ b> 1 when viewed from the front of the wind power generator 10. That is, the support shaft separation direction may be the left direction when viewed from the front of the wind turbine generator 10.
  • the swing support part 132 has a horizontally reversed shape from FIG. 4, and the inclination of the tail body 131 at the time of light wind and strong wind is also reversed left and right.
  • FIG. 12 is a diagram showing another example of the tail part 13.
  • the tail part 13 further includes an elastic member 41 that is a coil spring and a hydraulic or pneumatic damper 42 with respect to the tail part 13 shown in FIG.
  • the swing axis J3 need not be inclined.
  • One end portion of the elastic member 41 is fixed to the tail support portion 21 of the tail main body 131, and the other end portion is fixed to the swing support portion 132.
  • the damper 42 is provided between the tail support part 21 and the swing support part 132.
  • the other structure of the tail part 13 is the same as that of FIG. When there is no wind, as in FIG. 3, the tail body 131 inclines backward in the support shaft separation direction.
  • FIG. 13 is a diagram showing the tail part 13 during a strong wind.
  • the windmill portion 11 and the main body portion 12 rotate clockwise from the state shown in FIG.
  • the tail main body 131 rotates relatively counterclockwise with respect to the main body 12 about the swing axis J3 by the force of wind.
  • the elastic member 41 is curved, and the elastic force that presses the tail body 131 toward the tailless body 131 at the time of no wind, that is, toward the position of the tail body 131 shown in FIG. 12.
  • the windmill portion 11 and the main body portion 12 face the windward side, and the tail body 131 extends straight from the main body portion 12 to the rear.
  • the elastic member 41 causes the elastic force 41 to act in a direction from the position of the tail body 131 when the wind is strong toward the position of the tail body 131 when there is no wind. Similarly to the case, it is possible to efficiently generate power during a light wind and to generate power even during a strong wind. Further, by providing the damper 42, it is possible to prevent the tail body 131 from excessively vibrating due to the elastic force of the elastic member 41.
  • FIG. 14 is a view showing still another example of the tail part 13.
  • FIG. 14 shows the state of the tail unit 13 when there is no wind.
  • an elastic support 43 is provided between the tail wing body 131 and the body 12 instead of the swing support.
  • the tail wing body 131 is supported by the elastic support portion 43.
  • the elastic support portion 43 is elastically deformed, so that the tail body 131 moves from the position at the time of no wind toward the position at the time of strong wind indicated by a two-dot chain line on the right side of FIG. Move relatively. Also in the case shown in FIG.
  • the 1st contact part 31 is formed with a resin member, you may form with other buffer materials, such as a cushion material and a spring.
  • the second contact portion 32 may also be formed of various buffer materials.
  • the elastic member 41 another spring member such as a leaf spring or rubber may be used.
  • the elastic support portion 43 the same applies to the elastic support portion 43.
  • the upper ball bearing 241 and the lower ball bearing 242 may be held by the main body fixing portion 22 of the swing support portion 132.
  • the upper ball bearing 241 and the lower ball bearing 242 are positioned above and below the tail support portion 21 extending straight forward, and the shaft 23 is inserted into the through hole of the tail support portion 21.
  • the shaft 23 and the tail support 21 are rotatably supported by the upper ball bearing 241 and the lower ball bearing 242.
  • the tail part 13 may be swingably supported by various other methods.
  • dampers having various structures may be used for the tail section 13 shown in FIG.
  • a damper may be provided in the tail part 13 shown in FIG.
  • only the tail 134 of the tail body 131 may swing. Oscillation may be performed from the middle of the connecting portion 133. In these cases, the portion that swings is the tail body, and the portion that does not swing is a part of the swing support.
  • the entire generator 122 may be accommodated in the cover 123.
  • the present invention can be used as a wind power generator that generates power using wind power.

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Abstract

　風力発電装置は、前後方向に延びる風車シャフトと、前記風車シャフトの前方端に設けられ、複数のブレードを有する風車部と、前記風車シャフトの回転により電力を生成する発電機を有する本体部と、上下方向を向く支持中心軸を中心として前記本体部を回転可能に支持する本体支持部と、前記本体部に対して後方に配置され、前記本体部に対して左右方向に揺動可能である尾翼部と、を備え、前記支持中心軸は、前記風車シャフトのシャフト中心軸から支持軸離間方向へと離間して配置され、前記支持軸離間方向は、前方から見て右方向または左方向であり、無風時に、前記尾翼部が、前記本体部から前記シャフト中心軸に平行に後方へと向かう方向から前記支持軸離間方向へと傾斜し、強風時に、前記尾翼部が、前記本体部から前記シャフト中心軸に平行に後方へと向かう方向から前記支持軸離間方向とは反対方向へと、前記無風時よりも大きく傾斜する。

Description

風力発電装置
　本発明は、風力を利用して発電を行う風力発電装置に関する。
　風力発電装置には、発電機を有する本体部の後方部に尾翼を有するものがある。中国実用新案公告第２０１４７４８６５号明細書に開示される風力発電装置では、本体部が、ポールに回転可能に支持される。ポールは、風車部の中心軸からずれて配置される。本体部の背面上には、外縁部から中央近傍に向かって延びる溝部が設けられる。溝部のエッジ部は、外縁部から中央に向かうに従って下方に傾斜する。尾翼部は、溝部の重力方向における下側の部位に固定される。無風時には、尾翼部が風車部の中心軸方向に沿って延びる。強風時には、風車部および本体部がポールの回転軸を中心として大きく回転する。風車部および本体部が回転すると、尾翼部は本体部に対して９０度回転し、本体部の背面上を溝部に沿って下方から上方へと傾斜して延びる。
中国実用新案公告第２０１４７４８６５号明細書
　ところで、中国実用新案公告第２０１４７４８６５号明細書に開示される風力発電装置では、微風時に、尾翼部が風車部の中心軸に沿って延びた状態が維持されるため、風向きが変化した場合には、尾翼が気流を受けることにより風力発電装置全体が容易に回転してしまう。その結果、風車部の羽根を効率よく回転することができない。また、強風時に、風車部が回転軸を中心として大きく回転し、平面視において、風車部の中心軸が気流に対して垂直な方向を向くため、羽根が気流を受けることができない。
　本発明は、風車部を効率よく回転することを目的としている。
　本発明の例示的な一の側面に係る風力発電装置は、前後方向に延びる風車シャフトと、前記風車シャフトの前方端に設けられ、前記風車シャフトに対して径方向外方へと延びる複数のブレードを有する風車部と、前記風車シャフトの回転により電力を生成する発電機を有する本体部と、上下方向を向く支持中心軸を中心として前記本体部を回転可能に支持する本体支持部と、前記本体部に対して後方に配置され、前記本体部に対して左右方向に揺動可能である尾翼部と、を備え、前記支持中心軸は、前記風車シャフトの回転軸線であるシャフト中心軸から支持軸離間方向へと離間して配置され、前記支持軸離間方向は、前方から見て右方向または左方向であり、無風時に、前記尾翼部が、前記本体部から前記シャフト中心軸に平行に後方へと向かう方向から前記支持軸離間方向へと傾斜し、強風時に、前記尾翼部が、前記本体部から前記シャフト中心軸に平行に後方へと向かう方向から前記支持軸離間方向とは反対方向へと、前記無風時よりも大きく傾斜する。
　本発明によれば、風車部を効率よく回転することができる。
図１は、本発明の一の実施形態に係る風力発電装置を示す図である。 図２は、本体部および尾翼部を示す図である。 図３は、風力発電装置を示す図である。 図４は、尾翼支持部および揺動支持部の背面図である。 図５は、尾翼支持部および揺動支持部の断面図である。 図６は、尾翼支持部および揺動支持部の側面図である。 図７は、尾翼支持部および揺動支持部の平面図である。 図８は、風力発電装置を示す図である。 図９は、尾翼支持部および揺動支持部の平面図である。 図１０は、風力発電装置を示す図である。 図１１は、尾翼支持部および揺動支持部の平面図である。 図１２は、他の例に係る尾翼部を示す図である。 図１３は、尾翼部を示す図である。 図１４は、さらに他の例に係る尾翼部を示す図である。
　図１は、本発明の一の実施形態に係る風力発電装置１０を示す図である。風力発電装置１０は、いわゆる、水平偏向方式であり、風車部１１と、本体部１２と、尾翼部１３と、ポール１４と、を備える。風車部１１は、本体部１２の前方側、すなわち、図１における右側に固定される。尾翼部１３は本体部１２の後方側、すなわち、図１における左側に配置される。本体部１２はポール１４に支持される。風車部１１は、複数のブレード１１１と、ブレード固定部１１２と、を備える。
　図２は、本体部１２および尾翼部１３のみを示す図である。本体部１２は、風車シャフト１２１と、発電機１２２と、カバー１２３と、本体支持部１２４と、を備える。風車シャフト１２１は、風力発電装置１０の前後方向に延びる。以下、風車シャフト１２１の回転軸線を「シャフト中心軸Ｊ１」と呼ぶ。風車シャフト１２１の前方端には、図１に示すブレード固定部１１２が取り付けられる。ブレード１１１は、シャフト中心軸Ｊ１を中心としてブレード固定部１１２の外縁部から径方向外方に延びる。
　図２に示すように、発電機１２２の前方部分はカバー１２３から風車部１１側に突出する。後方部分は、カバー１２３内に位置する。本実施形態では、風車シャフト１２１は、発電機１２２の回転部に設けられるシャフトと一繋がりの部材である。なお、風車シャフト１２１と回転部のシャフトとの間に増速器が設けられてもよい。
　風力発電装置１０では、気流により図１のブレード１１１が回転して風車シャフト１２１が回転し、風車シャフト１２１からの動力により発電機１２２にて電力が生成される。
　カバー１２３の下部には、本体支持部１２４が固定される。図１に示すように、本体支持部１２４には、ポール１４の上部が取り付けられる。本体支持部１２４の上下方向を向く中心軸（以下、「支持中心軸Ｊ２」と呼ぶ。）を中心として本体部１２および風車部１１がポール１４により回転可能に支持される。
　図３は、風力発電装置１０を模式的に示す図である。平面視において、支持中心軸Ｊ２は、シャフト中心軸Ｊ１から離間して配置される。すなわち、風力発電装置１０では、風車部１１および本体部１２の重心が、支持中心軸Ｊ２からずれている。以下、図３中に矢印９１にて示すシャフト中心軸Ｊ１から支持中心軸Ｊ２へと向かう方向、すなわち、風力発電装置１０の前方から見て右方向を「支持軸離間方向」と呼ぶ。
　図２に示すように、尾翼部１３は、尾翼本体１３１と、揺動支持部１３２と、を備える。尾翼本体１３１は、棒状の接続部１３３と、尾翼１３４と、尾翼支持部２１と、を備える。尾翼支持部２１は、揺動支持部１３２に取り付けられる。接続部１３３の前方部は、尾翼支持部２１に接続される。接続部１３３の後方部には、尾翼１３４が固定される。
　図４は、尾翼支持部２１および揺動支持部１３２を風力発電装置１０の後方から見た図である。揺動支持部１３２は、図２の本体部１２に対して傾斜した状態にて取り付けられる。すなわち、後述の揺動軸Ｊ３が上下方向に対して傾斜する。図５は、尾翼支持部２１および揺動支持部１３２の縦断面図である。正確には、揺動軸Ｊ３およびシャフト中心軸Ｊ１を含む面における断面を示す。尾翼支持部２１は、上側軸受保持部２１１と、下側軸受保持部２１２と、を備える。上側軸受保持部２１１は、尾翼支持部２１の上部から前方に延びる。上側軸受保持部２１１は、上方に向かって延びる非貫通の穴部２１１ａ、を有する。下側軸受保持部２１２は、尾翼支持部２１の下部から前方に延びる。下側軸受保持部２１２は上下方向に貫通する孔部２１２ａ、を有する。
　揺動支持部１３２は、本体固定部２２と、シャフト２３と、上側玉軸受２４１と、下側玉軸受２４２と、複数のカラー２５と、を備える。図４に示すように、本体固定部２２は、シャフト中心軸Ｊ１に垂直な面に平行な板状の前方部２２２と、前方部２２２の中央からシャフト中心軸Ｊ１に沿って延びる後方部２２１と、を備える。前方部２２２は、図２のカバー１２３の後方部に固定される。図５に示すように、上側玉軸受２４１の外輪は、上側軸受保持部２１１の穴部２１１ａに圧入または接着にて固定される。なお、圧入および接着の両方が用いられてもよい。下側玉軸受２４２の外輪は、下側軸受保持部２１２の孔部２１２ａに圧入または接着にて固定される。
　上側軸受保持部２１１と下側軸受保持部２１２との間には、本体固定部２２の後方部２２１が配置される。後方部は、上下方向に延びる貫通孔２２１ａ、を有する。下側玉軸受２４２、貫通孔２２１ａおよび上側玉軸受２４１には、シャフト２３が下方から挿入される。図４に示すように、シャフト２３の中心軸である揺動軸Ｊ３は、上方に向かうに従って支持軸離間方向（図３参照）へと傾斜する。図６は、尾翼支持部２１および揺動支持部１３２の側面図である。正確には、揺動軸Ｊ３の側方から見た図である。図４および図６に示すように、本体固定部２２の後方部２２１の側部に形成された孔部にボルト２３３が挿入され、シャフト２３がボルト２３３により後方部２２１に固定される。
　図５に示すように、環状の樹脂のカラー２５は、下側玉軸受２４２の下側、下側玉軸受２４２と本体固定部２２の後方部２２１の下部との間、および、後方部２２１の上部と上側玉軸受２４１との間に配置される。カラー２５が設けられることにより、上側玉軸受２４１および下側玉軸受２４２内に埃や水が進入することが防止される。
　風力発電装置１０では、図２に示す尾翼本体１３１全体が揺動軸Ｊ３を中心として揺動支持部１３２および本体部１２に対して揺動可能に支持される。微風時に風向きが急に変化すると、尾翼本体１３１が、風力発電装置１０の前方から見て左右方向、すなわち、図２の紙面に垂直な方向に揺動する。
　図７は、揺動軸Ｊ３に沿って尾翼支持部２１および揺動支持部１３２を上方から見た平面図である。図４および図７に示すように、本体固定部２２の前方部２２２の背面の上部には、樹脂部材である接触部３２が設けられる。図７では、接触部３２に平行斜線を付している。尾翼支持部２１は、金属の接触部３１、を有する。接触部３１は、揺動軸Ｊ３に垂直な板状である。以下、接触部３１を「第１接触部３１」という。接触部３２を「第２接触部３２」という。図７に示すように、第１接触部３１のエッジ部は、３つの直線部３１１～３１３、を有する。
　既述のように、図４に示す尾翼支持部２１および揺動支持部１３２は、シャフト中心軸Ｊ１に垂直な面内において、重力方向に対して傾斜することから、無風時には、図３に示すように、尾翼部１３の自重により、平面視において、尾翼本体１３１がシャフト中心軸Ｊ１に対して傾斜する。より詳細には、尾翼本体１３１は、本体部１２からシャフト中心軸Ｊ１に平行に後方へと向かう方向から支持軸離間方向へと傾斜する。無風時には、図７に示す第１接触部３１の図７における左側の直線部３１１が第２接触部３２に接触することにより、図３に示すように、尾翼本体１３１と揺動支持部１３２との間の接続位置を中心として、シャフト中心軸Ｊ１に対する尾翼本体１３１の中央の傾斜角θ１が、２０°となる。
　図８は、微風時における風力発電装置１０を示す模式図である。図８中の実線の矢印にて示す方向に気流が生じている場合、風車部１１および本体部１２は、支持中心軸Ｊ２がシャフト中心軸Ｊ１から離れているため、風により時計回り方向の力を受けるが、揺動軸Ｊ３の傾斜および尾翼本体１３１に作用する重力により時計回りの力も受ける。その結果、風車部１１および本体部１２は、シャフト中心軸Ｊ１が気流におよそ沿うように風上を向く。風車部１１が適度な速度で回転する状態では、図９に示すように、第１接触部３１の図９における中央の直線部３１２が、揺動支持部１３２の前方部とおよそ平行となる。なお、本実施形態では、風速がおよそ３ｍ／ｓ以上となると、風車部１１のブレード１１１が回転し、尾翼本体１３１の揺動が開始する。
　ところで、図８中の破線の矢印にて示すように、風向きが一時的に変化した場合、二点鎖線にて示すように、尾翼部１３が、揺動支持部１３２を中心として回転して気流に沿う方向を向く。その結果、風車部１１および本体部１２の揺動が抑制される。このように、風力発電装置１０では、微風時の風向きの急な変化に応じて、尾翼部１３が大きく揺動することにより、風車部１１および本体部１２の向きが頻繁に変わってしまうことが防止される。これにより、発電効率の低下が抑制される。
　図１０は、強風時における風力発電装置１０を示す模式図である。既述のように、平面視において、風車部１１および本体部１２の重心が支持中心軸Ｊ２からずれていることから、強風時には、気流により、風車部１１および本体部１２が、図８に示す状態から支持中心軸Ｊ２を中心として図８における時計回りに大きく回転する。尾翼部１３は、気流に略平行に延びる。その結果、尾翼部１３は、本体部１２に対してシャフト中心軸Ｊ１に平行に後方へと向かう方向から矢印９１にて示す支持軸離間方向とは反対方向へと大きく傾斜する。
　風力発電装置１０では、風車部１１が回転することにより、気流のうち、ブレード１１１の主面に垂直な成分を小さくすることができ、ブレード１１１が過度に高速に回転したり、正面から強く風を受けることによってブレード１１１の根元に大きな負荷が加わることが防止される。その結果、風車部１１の損傷が防止される。
　図１１に示すように、強風時には、第１接触部３１の図１１における右側の直線部３１３が、第２接触部３２と接触することにより、平面視において、図１０に示す尾翼本体１３１と揺動支持部１３２との間の接続位置を中心として、シャフト中心軸Ｊ１に対する尾翼本体１３１の中央の傾斜角θ２が、６０°となる。これにより、風車部１１が支持軸離間方向とは反対方向へと無風時よりも大きく傾斜する。なお、以下の説明において、「強風時」とは、図１０のように尾翼本体１３１が振り切れる程度の気流状態を指すものとする。
　図７および図１１に示すように、風力発電装置１０では、無風時および強風時のそれぞれにおいて、第１接触部３１と第２接触部３２とが互いに接触することにより、無風時および強風時の尾翼本体１３１のシャフト中心軸Ｊ１に対する傾斜角が容易に決定される。
　以上に説明したように、風力発電装置１０では、無風時に尾翼部１３が本体部１２に対して支持軸離間方向に傾斜することにより、微風時に、尾翼部１３がシャフト中心軸Ｊ１におよそ沿って伸びる。微風時に風向きが急に変化しても、尾翼部１３が風向きに合わせてシャフト中心軸Ｊ１の左右方向に揺動することにより、風車部１１および本体部１２が頻繁に大きく回転してしまうことが防止される。その結果、風車部１１のブレード１１１を効率よく回転することができる。
　揺動支持部１３２により尾翼本体１３１を揺動可能とする構造が実現されることから、無風時および強風時における尾翼本体１３１のシャフト中心軸Ｊ１に対する傾斜角を変更する際に、本体部１２を設計変更する必要がない。また、第１接触部３１の直線部の傾きを変更することにより、無風時および強風時における尾翼本体１３１の傾斜角を容易に変更することができる。
　重力を利用することにより、無風時に簡単な構造にて尾翼本体１３１を傾けることができる。その結果、風力発電装置１０を安価に製造することができる。揺動支持部１３２の第２接触部３２が樹脂部材にて形成されることにより、第２接触部３２と尾翼支持部２１の第１接触部３１とが接触する際の騒音を低減することができる。
　強風時において、風車部１１が、風上方向から支持中心軸Ｊ２を中心として回転する角度が９０°未満に抑えられるため、ブレード１１１を回転させて発電を行うことができる。平面視において、強風時における尾翼本体１３１のシャフト中心軸Ｊ１に対する傾斜角は、本体部１２を気流に対して十分に傾けるために３０°以上であり、強風時にブレード１１１を回転するために８０°以下であることが好ましい。尾翼本体１３１の傾斜角が上記範囲内であることにより、風速が１５ｍ／ｓ程度となる場合であっても、発電を行うことが可能となる。より好ましくは、上記傾斜角は、４５°以上６５°以下である。
　平面視において、無風時における尾翼本体１３１のシャフト中心軸Ｊ１に対する傾斜角は、微風時に揺動支持部１３２の第２接触部３２と尾翼支持部２１の第１接触部３１とを十分に離間させるために５°以上であり、微風時に尾翼部１３がシャフト中心軸Ｊ１方向におよそ沿うために３０°以下であることが好ましい。微風時に、尾翼本体１３１の傾斜角が上記範囲内であることにより、尾翼本体１３１を適切に気流に沿わせることができる。より好ましくは、上記傾斜角は、１０°以上２５°以下である。
　風力発電装置１０では、図３に示す支持中心軸Ｊ２が、風力発電装置１０の前方から見てシャフト中心軸Ｊ１の左方向に離間して配置されてもよい。すなわち、支持軸離間方向は、風力発電装置１０の前方から見て左方向でもよい。もちろんこの場合、揺動支持部１３２は図４から左右反転した形状となり、微風時および強風時の尾翼本体１３１の傾斜も左右反転した状態となる。
　図１２は、尾翼部１３の他の例を示す図である。尾翼部１３は、図２に示す尾翼部１３に対して、コイルばねである弾性部材４１と、油圧式または空圧式のダンパ４２と、をさらに備える。ただし、図示しないが、揺動軸Ｊ３は傾斜する必要はない。弾性部材４１の一方の端部は、尾翼本体１３１の尾翼支持部２１に固定され、他方の端部は、揺動支持部１３２に固定される。ダンパ４２は、尾翼支持部２１と揺動支持部１３２との間に設けられる。尾翼部１３の他の構造は、図２と同様である。無風時は、図３と同様に、尾翼本体１３１は、後方に向かって支持軸離間方向へと傾斜する。
　図１３は、強風時の尾翼部１３を示す図である。気流が発生すると、図１２に示す状態から風車部１１および本体部１２が時計回りに回転する。一方、尾翼本体１３１は、風の力により、揺動軸Ｊ３を中心として本体部１２に対して反時計回りに相対的に回転する。その結果、図１３に示すように、弾性部材４１が湾曲し、尾翼本体１３１に対して無風時の位置、すなわち、図１２に示す尾翼本体１３１の位置に向かって尾翼本体１３１を押圧する弾性力が作用する。微風時は、図８と同様に、風車部１１および本体部１２が風上を向き、尾翼本体１３１が本体部１２からおよそ後方へと真っ直ぐに延びる。
　このように、尾翼部１３では、弾性部材４１により、強風時の尾翼本体１３１の位置から無風時の尾翼本体１３１の位置に向かう方向に弾性力が作用することにより、図２の尾翼部１３の場合と同様に、微風時に効率よく発電を行うことができ、強風時においても発電を行うことができる。また、ダンパ４２を設けることにより、弾性部材４１の弾性力により尾翼本体１３１が過剰に振動することが防止される。
　図１４は、尾翼部１３のさらに他の例を示す図である。図１４では、尾翼部１３の無風時の状態を示している。尾翼部１３では、揺動支持部に代えて、尾翼本体１３１と本体部１２との間に弾性支持部４３が設けられる。尾翼本体１３１は、弾性支持部４３により支持される。気流を受けると、本体部１２が時計回りに回転する。図１３の弾性部材４１と同様に、弾性支持部４３が弾性変形することにより、尾翼本体１３１は、無風時の位置から、二点鎖線にて示す強風時の位置に向かって図１４の右側に相対的に移動する。図１４に示す場合においても、弾性支持部４３が湾曲することにより、強風時の尾翼本体１３１の位置から無風時の尾翼本体１３１の位置に向かう方向に弾性力が作用するため、微風時の本体部１２の揺動を抑制することによる発電効率の向上が実現される。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施形態では、第１接触部３１が、樹脂部材にて形成されるが、クッション材やばね等の他の緩衝材にて形成されてもよい。第２接触部３２も様々な緩衝材にて形成されてよい。第１接触部３１および第２接触部３２の少なくとも一方が、緩衝材にて形成されることにより、第１接触部３１と第２接触部３２が接触する際の騒音を低減することができる。
　弾性部材４１には、板ばね等の他のばね部材やゴムが利用されてもよい。弾性支持部４３においても同様である。
　尾翼部１３では、上側玉軸受２４１および下側玉軸受２４２が揺動支持部１３２の本体固定部２２に保持されてもよい。この場合、例えば、真っ直ぐ前方へと延びる尾翼支持部２１の上方および下方に上側玉軸受２４１および下側玉軸受２４２が位置し、シャフト２３が尾翼支持部２１の貫通孔に挿入されることにより、シャフト２３および尾翼支持部２１が上側玉軸受２４１および下側玉軸受２４２により回転可能に支持される。尾翼部１３は、他の様々な手法により、揺動可能に支持されてよい。
　図１２に示す尾翼部１３には、尾翼本体１３１の振動を防止することができるのであれば、様々な構造のダンパが利用されてよい。図１４に示す尾翼部１３にダンパが設けられてもよい。上記実施形態では、尾翼本体１３１のうち、尾翼１３４のみが揺動してもよい。接続部１３３の途中から揺動が行われてもよい。これらの場合、揺動する部位が尾翼本体であり、揺動しない部位が揺動支持部の一部である。風力発電装置１０では、発電機１２２全体がカバー１２３内に収容されてもよい。
　上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
　本発明は、風力を利用して発電を行う風力発電装置として利用することができる。
　１０　　風力発電装置
　１１　　風車部
　１２　　本体部
　１３　　尾翼部
　３１　　第１接触部
　３２　　第２接触部
　４１　　弾性部材
　４２　　ダンパ
　４３　　弾性支持部
　９１　　支持軸離間方向
　１１１　　ブレード
　１２１　　風車シャフト
　１２２　　発電機
　１２４　　本体支持部
　１３１　　尾翼本体
　１３２　　揺動支持部
　θ１，θ２　　傾斜角
　Ｊ１　　シャフト中心軸
　Ｊ２　　支持中心軸
　Ｊ３　　揺動軸

Claims (9)

  1. 　前後方向に延びる風車シャフトと、
    　前記風車シャフトの前方端に設けられ、前記風車シャフトに対して径方向外方へと延びる複数のブレードを有する風車部と、
    　前記風車シャフトの回転により電力を生成する発電機を有する本体部と、
    　上下方向を向く支持中心軸を中心として前記本体部を回転可能に支持する本体支持部と、
    　前記本体部に対して後方に配置され、前記本体部に対して左右方向に揺動可能である尾翼部と、を備え、
    　前記支持中心軸は、前記風車シャフトの回転軸線であるシャフト中心軸から支持軸離間方向へと離間して配置され、
    　前記支持軸離間方向は、前方から見て右方向または左方向であり、
    　無風時に、前記尾翼部が、前記本体部から前記シャフト中心軸に平行に後方へと向かう方向から前記支持軸離間方向へと傾斜し、強風時に、前記尾翼部が、前記本体部から前記シャフト中心軸に平行に後方へと向かう方向から前記支持軸離間方向とは反対方向へと、前記無風時よりも大きく傾斜する、風力発電装置。
  2. 　前記尾翼部が、
    　尾翼本体と、
    　前記本体部に取り付けられ、前記尾翼本体を揺動可能に支持する揺動支持部と、
    を備え、
    　前記揺動支持部の揺動軸が、上方に向かうに従って前記支持軸離間方向へと傾斜する、請求項１に記載の風力発電装置。
  3. 　前記無風時および前記強風時のそれぞれにおいて、前記尾翼本体の接触部と前記揺動支持部の接触部とが互いに接触することにより、前記無風時および前記強風時の前記尾翼本体の前記シャフト中心軸に対する傾斜角が決定される、請求項２に記載の風力発電装置。
  4. 　前記尾翼本体の前記接触部と前記揺動支持部の前記接触部の少なくとも一方が、緩衝材により形成される、請求項３に記載の風力発電装置。
  5. 　平面視において、強風時における前記尾翼本体の前記シャフト中心軸に対する傾斜角が３０°以上８０°以下である、請求項３または４に記載の風力発電装置。
  6. 　平面視において、無風時における前記尾翼本体の前記シャフト中心軸に対する傾斜角が５°以上３０°以下である、請求項３ないし５のいずれかに記載の風力発電装置。
  7. 　前記尾翼部が、
    　尾翼本体と、
    　前記本体部に取り付けられ、前記尾翼本体を左右方向に揺動可能に支持する揺動支持部と、
    　強風時の前記尾翼本体の位置から無風時の前記尾翼本体の位置に向かって、前記尾翼本体を押圧する弾性部材と、
    を備える、請求項１に記載の風力発電装置。
  8. 　前記尾翼部が、前記尾翼本体と前記揺動支持部との間に設けられたダンパ、をさらに備える、請求項７に記載の風力発電装置。
  9. 　前記尾翼部が、
    　尾翼本体と、
    　前記本体部と前記尾翼本体との間に設けられ、前記尾翼本体を支持する弾性支持部と、
    を備え、
    　前記弾性支持部が弾性変形することにより、前記尾翼本体が、無風時の位置から強風時の位置へと移動する、請求項１に記載の風力発電装置。
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