(57)【要約】【課題】スペースを有効利用してコンパクトに設置でき、少ない設置スペースで所望の発電量を実現できるとともに、風を効率良く利用して発電効率を上げることができる強度が高い風力発電用フレームユニット、風力発電ユニットおよび風力発電設備を提供する。【解決手段】  本発明に係る風力発電用フレームユニット３０は、コネクタを介して複数のフレームシャフト６を連結することにより六角形の枠体として形成されて成る前側および後側フレーム１０，１２と、前側フレーム１０の六角形の各頂点と後側フレーム１２の六角形の各頂点とをコネクタを介して連結することにより、これらの前側および後側フレームと共に風力発電装置５２を収容するための収容空間Ｓを内側に画定する連結シャフト８とを備える。コネクタは第１および第２のコネクタ２，４のみからなる。【選択図】図１
2020084837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コネクタを介して複数のフレームシャフトを連結することにより六角形の枠体として形成されて成る前側および後側フレームと、
前記前側フレームの六角形の各頂点と前記後側フレームの六角形の各頂点とをコネクタを介して連結することにより、これらの前側および後側フレームと共に風力発電装置を収容するための収容空間を内側に画定する連結シャフトと、
を備え、
前記コネクタは、
中心を有するとともに、前記フレームシャフトと結合するために互いに周方向に１２０°の角度間隔を隔てて前記中心から放射状に延びる３つのフレームシャフト結合部と、前記連結シャフトと結合するために前記中心を通る共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の連結シャフト結合部とを備える第１のコネクタと、
前記フレームシャフトまたは前記連結シャフトと結合するために共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の第１の結合部と、これらの第１の結合部間で該第１の結合部と直交して延びる第２の結合部とを有する第２のコネクタと、
を含むことを特徴とする風力発電用フレームユニット。
【請求項２】
前記風力発電装置を前記フレームユニットに対して保持させるための環状のホルダを更に有し、このホルダは、前記風力発電装置の中心軸部が挿通される中心軸孔と、前記第２のコネクタの前記第２の結合部から前記収容空間の内側へ向けて前記六角形の内接円の径方向に延びるラジアルシャフトと結合するために前記中心軸孔を中心に互いに周方向に１２０°の角度間隔を隔てて放射状に延びる３つのラジアルシャフト結合部とを有することを特徴とする請求項１に記載の風力発電用フレームユニット。
【請求項３】
前記ホルダと連結されるとともに、受けた風を放射状に拡散して前記収容空間内の前記風力発電装置のブレードへと案内する略円錐状のコーンカバーを更に備えることを特徴とする請求項２に記載の風力発電用フレームユニット。
【請求項４】
コネクタを介して複数のフレームシャフトを連結することにより六角形の枠体として形成されて成る前側および後側フレームと、前記前側フレームの六角形の各頂点と前記後側フレームの六角形の各頂点とをコネクタを介して連結することにより、これらの前側および後側フレームと共に風力発電装置を収容するための収容空間を内側に画定する連結シャフトとを備えるフレームユニットと、
前記フレームユニットの前記収容空間内に保持される風力発電装置と、
を備え、
前記コネクタは、
中心を有するとともに、前記フレームシャフトと結合するために互いに周方向に１２０°の角度間隔を隔てて前記中心から放射状に延びる３つのフレームシャフト結合部と、前記連結シャフトと結合するために前記中心を通る共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の連結シャフト結合部とを備える第１のコネクタと、
前記フレームシャフトまたは前記連結シャフトと結合するために共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の第１の結合部と、これらの第１の結合部間で該第１の結合部と直交して延びる第２の結合部とを有する第２のコネクタと、
を含むことを特徴とする風力発電ユニット。
【請求項５】
前記風力発電装置を前記フレームユニットに対して保持させるための環状のホルダを更に有し、このホルダは、前記風力発電装置の中心軸部が挿通される中心軸孔と、前記第２のコネクタの前記第２の結合部から前記収容空間の内側へ向けて前記六角形の内接円の径方向に延びるラジアルシャフトと結合するために前記中心軸孔を中心に互いに周方向に１２０°の角度間隔を隔てて放射状に延びる３つのラジアルシャフト結合部とを有することを特徴とする請求項４に記載の風力発電ユニット。
【請求項６】
前記ホルダと連結されるとともに、受けた風を放射状に拡散して前記収容空間内の前記風力発電装置のブレードへと案内する略円錐状のコーンカバーを更に備えることを特徴とする請求項５に記載の風力発電ユニット。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一項に記載の複数の風力発電ユニットを、前記フレームユニットの少なくとも六角形の辺を互いに共有させつつ、前記シャフトおよび前記コネクタを介して積み重ねるように連結状態で配列することにより構成されることを特徴とする風力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の風力発電装置を上下左右に積み重ねるように配列するための風力発電用フレームユニット、風力発電用フレームユニット内に風力発電装置を保持して成る風力発電ユニット、および、風力発電ユニットを組み合わせて成る風力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識の高まりから、再生エネルギー型発電装置として風力発電装置が注目されている。風力発電装置の一例として特許文献１に記載のものが知られている。
この風力発電装置は、複数の羽根がハブに取り付けられたロータを有する。ロータは、陸上または洋上に立設されたタワー上に位置するナセルに搭載される。この種の風力発電装置では、羽根が風を受けてロータが回転し、この回転がナセル内に収納された発電機に伝達され、発電機において電力が生成されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８１４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の風力発電装置においては、ロータに大型の羽根を取り付けてそれをタワー上に位置するナセルに搭載する構造であるため、スペースを多くとる必要があるばかりか、周りの風の影響も受易い。特に、強風の際には、大きな風荷重を受けて振動し、振動による騒音や構造物の破損も懸念される。また、羽根に当たった風を効率良く利用できるとは言い難く、発電効率も十分とは言えない。更に、所望の発電量を得るためには、タワーを新たに設置しなければならず、大きな設置スペースおよび多大な設置コストを要する。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、スペースを有効利用してコンパクトに設置でき、少ない設置スペースで所望の発電量を実現できるとともに、風を効率良く利用して発電効率を上げることができる強度が高い風力発電用フレームユニット、風力発電ユニットおよび風力発電設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の風力発電用フレームユニットは、
コネクタを介して複数のフレームシャフトを連結することにより六角形の枠体として形成されて成る前側および後側フレームと、
前記前側フレームの六角形の各頂点と前記後側フレームの六角形の各頂点とをコネクタを介して連結することにより、これらの前側および後側フレームと共に風力発電装置を収容するための収容空間を内側に画定する連結シャフトと、
を備え、
前記コネクタは、
中心を有するとともに、前記フレームシャフトと結合するために互いに周方向に１２０°の角度間隔を隔てて前記中心から放射状に延びる３つのフレームシャフト結合部と、前記連結シャフトと結合するために前記中心を通る共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の連結シャフト結合部とを備える第１のコネクタと、
前記フレームシャフトまたは前記連結シャフトと結合するために共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の第１の結合部と、これらの第１の結合部間で該第１の結合部と直交して延びる第２の結合部とを有する第２のコネクタと、
を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明おいては、特徴的な形態を有する第１および第２のコネクタの協働により、言い換えると、２種類のコネクタのみにより、六角形のフレームの内側の断面積を最大限利用しつつ設置環境のスペースを有効利用して少ない設置スペースで風力発電装置を任意に増設することができる（したがって所望の発電量を実現できる）とともに、ユニット全体のコンパクト化も図ることができる。また、最密構造であるハニカム構造を形成するようにユニットを平面方向に並べて一体化できる（上下左右に積層できる）ため、すなわち、フレームの横断面の六角形の辺が２辺以上、３辺以上、４辺以上、５辺以上、更には６辺も接するようにユニットを隣接させて配置できるため、あらゆる方向から強風を受けても高い構造上の強度を維持することができる。そして、積層して組み合わせるユニットの数に応じて、発電量を任意に調整することができる。
【０００８】
また、上記構成では、風力発電装置をフレームユニットに対して保持させるための環状のホルダを更に有し、このホルダは、風力発電装置の中心軸部が挿通される中心軸孔と、第２のコネクタの第２の結合部から収容空間の内側へ向けて六角形の内接円の径方向に延びるラジアルシャフトと結合するために中心軸孔を中心に互いに周方向に１２０°の角度間隔を隔てて放射状に延びる３つのラジアルシャフト結合部とを有することが好ましい。このような環状のホルダによれば、前述した作用効果を有するフレームユニットの内側の収容空間内に風力発電装置を効率的にコンパクトに収容することができる。
【０００９】
また、上記構成では、ホルダと連結されるとともに、受けた風を放射状に拡散して収容空間内の風力発電装置のブレードへと案内する略円錐状のコーンカバーを更に備えることが好ましい。このようなコーンカバーによれば、受けた風を放射状に拡散して収容空間内の風力発電装置のブレードへと効率的に案内でき、したがって、受けた風を効率良く利用して発電効率を上げることができる。
【００１０】
また、本発明は、上記構成を特徴とする風力発電ユニットおよび風力発電設備も提供する。これによれば、前述した風力発電用フレームユニットと同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スペースを有効利用してコンパクトに設置でき、少ない設置スペースで所望の発電量を実現できるとともに、風を効率良く利用して発電効率を上げることができる強度が高い風力発電用フレームユニット、風力発電ユニットおよび風力発電設備を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る風力発電設備の組み付け形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の風力発電設備の正面図である。
【図３】図１の風力発電設備の背面図である。
【図４】図１の風力発電設備の上面図である。
【図５】図１の風力発電設備の下面図である。
【図６】図１の風力発電設備の側面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る風力発電用フレームユニットの単体の斜視図である。
【図８】（ａ）本発明の一実施の形態に係る風力発電用フレームユニットを構成するコーンカバーの正面側斜視図、（ｂ）はコーンカバーの背面側斜視図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る風力発電用フレームユニットを構成する第１のコネクタの斜視図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る風力発電用フレームユニットを構成する第２のコネクタの斜視図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る風力発電用フレームユニットを構成するホルダの斜視図である。
【図１２】風力発電装置の構造を示す斜視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明の一実施の形態に係る風力発電設備は、例えば、地面、建物の屋上や屋根等に設置される。この場合、後述するコーンカバー２５を風が吹いてくる方向に向けて設置する。
【００１４】
図７に明確に示されるように、本発明の一実施の形態に係る風力発電ユニット５０は、風力発電用フレームユニット３０の内側の収容空間Ｓ内に風力発電装置５２が収容保持されることによって構成される。
【００１５】
図７に示されるように、風力発電用フレームユニット３０は、第１および第２のコネクタ２，４を介して複数のフレームシャフト６を連結することにより六角形の枠体として形成されて成る前側フレーム１０と、コネクタ２，４を介して複数のフレームシャフト６を連結することにより六角形の枠体として形成されて成る後側フレーム１２と、前側フレーム１０の六角形の各頂点と後側フレーム１２の六角形の各頂点とをコネクタ２，４を介して連結することにより、前側フレーム１０および後側フレーム１２と共に風力発電装置５２を収容するための収容空間Ｓを内側に画定する連結シャフト８とを備える。
【００１６】
図９に明確に示されるように、第１のコネクタ２は、中心Ｏを有するとともに、フレームシャフト６と結合するために互いに周方向に１２０°の角度間隔を隔てて中心Ｏから放射状に延びる３つのフレームシャフト結合部３と、連結シャフト８と結合するために中心Ｏを通る共通の中心軸Ａを有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の連結シャフト結合部５とを備える。なお、フレームシャフト結合部３同士の間およびフレームシャフト結合部３と連結シャフト結合部５との間にはそれぞれ補強リブ２３が形成されている。
【００１７】
また、図１０に示されるように、第２のコネクタ４は、フレームシャフト６または連結シャフト８と結合するために共通の中心軸ＡＡを有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の第１の結合部７，７と、これらの第１の結合部７，７間で該第１の結合部７と直交して延びる第２の結合部９とを有する。
【００１８】
また、風力発電用フレームユニット３０は、図７に示されるように、風力発電装置５２をフレームユニット３０に対して保持させるための環状のホルダ２０を更に有する。このホルダ２０は、図１１に明確に示されるように、風力発電装置５２の中心軸部８０（図１２参照）が挿通される中心軸孔２１と、第２のコネクタ４の第２の結合部９から収容空間Ｓの内側へ向けてフレーム１０，１２の六角形の内接円の径方向に延びるラジアルシャフト１１と結合するために中心軸孔２１を中心に互いに周方向に１２０°の角度間隔を隔てて放射状に延びる３つのラジアルシャフト結合部１３とを有する。
【００１９】
また、風力発電用フレームユニット３０は、その受風側端部に設置されるホルダ２０（すなわち、フレームシャフト６に結合された第２のコネクタ４の第２の結合部９から延びるラジアルシャフト１１と結合するホルダ２０）と連結されるとともに、受けた風を放射状に拡散して収容空間Ｓ内の風力発電装置５２のブレード６１へと案内する図８に示されるような略円錐状のコーンカバー２５を更に備える。なお、コーンカバー２５およびホルダ２０には、これらを連結するための連結体が嵌合する嵌合穴２９が設けられる。また、コーンカバー２５の背面には、風力発電装置５２の中心軸部８０の端部が嵌入される嵌入孔２５ａが設けられる。また、ホルダ２０の嵌合穴２９は、風力発電装置５２の後述する支持部材（ステータ）８２と接続するために使用されてもよい。
【００２０】
図１２にも明確に示されるように、風力発電用フレームユニット３０の収容空間内に設置される風力発電装置５２は、ホルダ２０の中心軸孔２１に挿通されるようになっている前述した中心軸部８０と、この中心軸部８０と同軸的に中心軸部８０の軸方向に沿って設けられる複数のブレード（羽根車）６１とを有する。ブレード６１は、中心軸部８０が挿通されることにより該中心軸部８０に支持される円筒状の支持部材（ステータ）８２と、この支持部材８２に軸受８４，８４を介して回転可能に設けられた円筒状の回転体（ロータ）８５と、この回転体８５の外周部に設けられた複数の羽根６１ａとを備える。羽根６１ａは、回転体８５の軸に対して傾斜しつつ周方向に等間隔で配置されており、回転体８５の先端側から風を受けることによって回転体８５と共に回転するようになっている。
【００２１】
また、回転体８５の内周面には永久磁石８７が設けられている。一方、支持部材８２の外周面には凹部８２ａが周方向に沿って延在して形成されており、この凹部８２ａに円筒状のコイル８８が永久磁石８７と所定の隙間をもって設けられている。そして、風によって羽根車６１ａとともに回転体８５が回転することで、永久磁石８７が回転し、この永久磁石８７とコイル８８との協働によって発電するようになっている。すなわち、ブレード６１が風を受けると、各ブレード６１とこれに連結されたロータ８５とが回転する。ロータ８５が回転すると、その回転に伴って、ロータ８５に保持された永久磁石８７がステータ８２のＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線と順次に対向し、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に電磁誘導による交流電流が流れ、風力による発電が達成される。なお、発電された電気はコイル８８から取り出されてバッテリに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。
【００２２】
このように風力発電用フレームユニット３０と風力発電装置５２とを組み合わせて成る風力発電ユニット５０は、フレームユニット２０の少なくとも六角形の辺を互いに共有させつつ、シャフト６，８，１１およびコネクタ２，４を介して積み重ねるように連結状態で所定の数だけ配列することによって図１〜図６に示されるような風力発電設備７０を構成する。
【００２３】
以上説明したように、本実施の形態おいては、特徴的な形態を有する第１および第２のコネクタ２，４の協働により、言い換えると、２種類のコネクタ２，４のみにより、六角形のフレーム１０，１２の内側の断面積を最大限利用しつつ設置環境のスペースを有効利用して少ない設置スペースで風力発電装置５２を任意に増設することができる（したがって所望の発電量を実現できる）とともに、ユニット３０，５０全体のコンパクト化（ひいては風力発電設備７０全体のコンパクト化）も図ることができる。また、最密構造であるハニカム構造を形成するようにユニット５０を平面方向に並べて一体化できる（上下左右に積層できる）ため、すなわち、フレーム１０，１２の横断面の六角形の辺が２辺以上、３辺以上、４辺以上、５辺以上、更には６辺も接するようにユニット５０を隣接させて配置できるため、あらゆる方向から強風を受けても高い構造上の強度を維持することができる。そして、積層して組み合わせるユニット５０の数に応じて、発電量を任意に調整することができる。
【００２４】
また、本実施の形態成では、風力発電装置５２をフレームユニット３０に対して保持させるための環状のホルダ２０が更に設けられ、このホルダ２０は、風力発電装置５２の中心軸部が挿通される中心軸孔２１と、第２のコネクタ４の第２の結合部９から収容空間Ｓの内側へ向けてフレーム１０，１２の六角形の内接円の径方向に延びるラジアルシャフト１１と結合するために中心軸孔２１を中心に互いに周方向に１２０°の角度間隔を隔てて放射状に延びる３つのラジアルシャフト結合部１３とを有する。したがって、このような環状のホルダ２０によれば、前述した作用効果を有するフレームユニット３０の内側の収容空間Ｓ内に風力発電装置５２を効率的にコンパクトに収容することができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、ホルダ２０と連結されるとともに、受けた風を放射状に拡散して収容空間Ｓ内の風力発電装置５２のブレード６１へと案内する略円錐状のコーンカバー２５が更に設けられている。このようなコーンカバー２５によれば、受けた風を放射状に拡散して収容空間Ｓ内の風力発電装置５２のブレード６１へと効率的に案内でき、したがって、受けた風を効率良く利用して発電効率を上げることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  風力発電ユニット
２  第１のコネクタ
３  フレームシャフト結合部
４  第２のコネクタ
５  連結シャフト結合部
６  フレームシャフト
７  第１の結合部
８  連結シャフト
９  第２の結合部
１０  前側フレーム
１１  ラジアルシャフト
１２  後側フレーム
１３  ラジアルシャフト結合部
２０  ホルダ
２１  中心軸孔
２５  コーンカバー
３０  風力発電用フレームユニット
５０  風力発電ユニット
５２  風力発電装置
７０  風力発電設備
Ａ，ＡＡ  中心軸
Ｏ  中心
Ｓ  収容空間
【図１】
2020084837.tif 000003
【図２】
2020084837.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020084837.tif 000010
【図９】
2020084837.tif 000011
【図１０】
2020084837.tif 000012
【図１１】
2020084837.tif 000013
【図１２】
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