(57)【要約】      （修正有）【課題】風車の回転に起因する支柱の振動を簡易な構造によって抑制できる風力発電装置を提供する。【解決手段】風車と発電機とを有する風力発電ユニットと、前記風力発電ユニットが載置されて前記風力発電ユニットを支持する支持台７と、前記支持台７に下方から連結されて前記支持台７を支持する中空の支柱９とを備える風力発電装置において、前記支柱９に前記支持台７を連結する連結部材３３と前記支持台７との間の少なくとも一部に介装された第１防振材４１と、前記支持台７と前記支柱９との間に介装された第２防振材４３、および／または、前記支柱９の内方に配置され、その上端が前記支柱９の天壁２１または前記支持台７に固定された棒状部材２３と、前記支柱９と前記棒状部材２３との間に介装された第３防振材４５を設ける。【選択図】図３
2020172915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、この風車によって駆動される発電機とを有する風力発電ユニットと、
前記風力発電ユニットが載置されて前記風力発電ユニットを支持する支持台と、
前記支持台に下方から連結されて前記支持台を支持する中空の支柱と、
を備える風力発電装置であって、
前記支柱に前記支持台を連結する連結部材と前記支持台との間の少なくとも一部に介装された第１防振材と、前記支持台と前記支柱との間に介装された第２防振材、および／または、
前記支柱の内方に配置された棒状部材であって、その上端が前記支柱の天壁または前記支持台に固定された棒状部材と、前記支柱と前記棒状部材との間に介装された第３防振材、
をさらに備える風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電装置において、前記風車が垂直軸式風車である風力発電装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の風力発電装置において、前記棒状部材の横断面形状が多角形である風力発電装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の風力発電装置において、前記棒状部材が中空の管状部材である風力発電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の風力発電装置において、前記風車が水平軸式風車であり、前記第１防振材と前記第２防振材とを備える風力発電装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の風力発電装置において、前記支柱に取り付けられた太陽光発電ユニットを備える風力発電装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の風力発電装置において、前記支柱に取り付けられて、前記風力発電ユニットおよび／または前記太陽光発電ユニットから供給された電力を電源として稼働する負荷機器を備えている風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置、特には風力発電装置の防振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置の風車は、効率的に風を受けるために、高い支柱によって支持されることが一般的である。通常この支柱には、風車の他に風車によって駆動される発電機が取付けられる。また、近年、風力発電装置に太陽光発電等の他の発電装置や、これらの発電装置から電力供給を受けて作動する照明機器のような装置を組み合わせた複合システムが実用化されており、このような複合システムでは太陽光発電装置や照明機器といった他の装置も支柱に取り付けられることになる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
他方、風力発電装置の風車が強風時に高速回転した場合、風車の振動が支柱に伝達される。支柱に大きな振動が繰り返し加えられれば、支柱の強度低下を招くおそれがある。また、上記のような複合システムにおいては、支柱の振動が支柱に取り付けられた他の装置の動作や寿命に影響を及ぼすおそれがある。
【０００４】
風力発電装置に関する防振構造として、例えば、建物の屋上や屋根に設置する風力発電装置に適用される防振構造が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１９０７５１号公報
【特許文献２】特許第４４６８７３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２に開示された風力発電装置の防振構造は、風車の回転に起因する支柱の振動が、さらにその下部の支持構造物や建物へ伝達されることを抑制することを目的とするものであり、支柱自体の振動を防止するための構造は開示されていない。また、特許文献２の防振構造は、従来の支持構造に対して、外部に複雑な構造を有する防振手段を追加することによって実現されている。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題を解決するために、風車の回転に起因する支柱の振動を簡易な構造によって抑制することができる風力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の風力発電装置は、
風車と、この風車によって駆動される発電機とを有する風力発電ユニットと、
前記風力発電ユニットが載置されて前記風力発電ユニットを支持する支持台と、
前記支持台に下方から連結されて前記支持台を支持する中空の支柱と、
を備える風力発電装置であって、
前記支柱に前記支持台を連結する連結部材と前記支持台との間の少なくとも一部に介装された第１防振材と、前記支持台と前記支柱との間に介装された第２防振材、および／または、
前記支柱の内方に配置された棒状部材であって、その上端が前記支柱の天壁または前記支持台に固定された棒状部材と、前記支柱と前記棒状部材との間に介装された第３防振材、
をさらに備えている。
【０００９】
風力発電装置が前記第１防振材と前記第２防振材とを備えている場合は、剛性の高い連結部材と支持台、および支持台と支柱とが直接接触しないので、風車の回転に起因する支持台に生じた振動の支柱への伝達が抑制される。
【００１０】
他方、風力発電装置が前記棒状部材と前記第３防振材とを備えている場合は、支柱が水平方向に搖動した場合、棒状部材は慣性によって逆方向に搖動しようとするので、これらの間に介在する第３防振材により支柱の振動が減衰される。
【００１１】
このように、上記構成によれば、第１防振材と第２防振材との組合せ、および棒状部材と第３防振材との組合せの少なくとも一方が設けられることにより、風車の回転に起因する支柱の振動を簡易な構造によって効果的に抑制することができる。また、風力発電装置がこれらの組合せの両方を備えることによって、一層効果的に支柱の振動を抑制することができる。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記風車が垂直軸式風車であってもよい。垂直軸式風車は、水平軸式風車と異なり風向きに対する制御が不要であるため、制御系を簡素化できる。また、垂直軸式風車を採用した場合、比較的小型であっても風を受けて発電可能であるため、例えば、市街地、公園、遊歩道、工場敷地内等の設置スペースが限られている場所にも設置することができる。もっとも、前記風車は水平軸式風車であってもよい。風車が水平軸式風車である場合は、支柱に水平方向の振動はほとんど生じないため、前記第１防振材と前記第２防振材との組合せのみによっても十分効果的な防振効果を得ることができる。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記棒状部材の横断面形状が多角形であってもよい。この構成によれば、棒状部材の回転を防止することができる。
【００１４】
本発明の一実施形態において、前記棒状部材が中空の管状部材であってもよい。この構成によれば、風力発電ユニット等で生成された電力の伝送や、風力発電ユニット等の制御などに使用するケーブル類を管状部材（棒状部材）の中空部に挿通させることにより、装置全体の配線を簡素化することができる。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る風力発電装置は、前記支柱に取り付けられた太陽光発電ユニットを備えていてもよい。また、当該風力発電装置は、前記支柱に取り付けられて、前記風力発電ユニットおよび／または前記太陽光発電ユニットから供給された電力を電源として稼働する負荷機器を備えていてもよい。この構成によれば、当該風力発電装置を、風力発電ユニットおよび太陽発電ユニットを備える複合発電システムとして構成した場合や、さらにこれらの発電ユニットで生成された電力を利用する照明機器といった負荷機器を設けた場合にも、支柱の振動を抑制することによってこれらの追加機器の動作不具合や寿命低下を抑えることが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る風力発電装置によれば、上述したとおり、風車の回転に起因する支柱の振動を簡易な構造によって抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る風力発電装置を示す斜視図である。
【図２】図１の風力発電装置を示す正面図である。
【図３】図１の風力発電装置における支柱周辺の内部構造を示す縦断面図である。
【図４】図１の風力発電装置における支持台と支柱との連結部分を示す縦断面図である。
【図５】図１の風力発電装置における支柱の下端部と第３防振材を示す縦断面図である。
【図６】図５の一変形例における支柱の下端部と第３防振材を示す縦断面図である。
【図７】図５の他の変形例における支柱の下端部と第３防振材を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態を図面と共に説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る風力発電装置ＷＴを示す。この風力発電装置ＷＴは、図２に示すように、風車１と、この風車１によって駆動される発電機３とを有する風力発電ユニット５と、風力発電ユニット５が載置されて風力発電ユニット５を支持する支持台７と、支持台７に下方から連結されてこの支持台７を支持する中空の支柱９とを備えている。
【００１９】
より具体的には、本実施形態に係る風力発電装置ＷＴは、風力発電ユニット５の他に太陽光発電ユニット１１をも備え、これらの発電ユニット５，１１で生成された電力によって照明機器１３を点灯させるハイブリッド街路灯として構成されている。
【００２０】
風力発電ユニット５の風車１は、複数（この例では２枚）の翼１５と、これら翼１５を支持する翼支持体１７とを有する。本実施形態における風車１は垂直軸式風車として構成されている。すなわち、各翼１５は上下方向に延び、翼支持体１７は、図示しない軸受を介して支柱９の上端に垂直軸心Ｃ回りに回転自在に支持されている。２枚の翼１５は、支柱９の軸心Ｃを中心として１８０度位相の異なる位置に設けられている。
【００２１】
風力発電ユニット５の発電機３は、支柱９に取り付けられたハウジング１９の内部に設けられている。ハウジング１９に前記軸受の固定輪が取り付けられ、翼支持体１７に前記軸受の回転輪が連結されている。風車１の回転に伴って、前記回転輪と共にハウジング１９の内部において発電機３の回転子が回転することにより、発電機３が発電する。発電機３としては、例えば誘導発電機または同期発電機を用いることができる。
【００２２】
風力発電ユニット５の発電機３は、支持台７に載置されることにより支持台７によって支持されている。図３に示すように、支持台７は支柱９の上端部を形成する天壁２１に連結されている。さらに、支柱９の内方には、その上端が支柱９の天壁２１または支持台７に固定された棒状部材２３が配設されている。本実施形態では、棒状部材２３として管状部材２３Ａが使用されている。支持台７と支柱９との連結構造、および管状部材２３Ａの固定構造については後述する。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態の支柱９は、この風力発電装置ＷＴの設置面（この例では地面）Ｇから上方に立設された支柱下部９ａと、この支柱下部９ａの上端からさらに上方に突設された支柱上部９ｂとを有する。これら支柱下部９ａおよび支柱上部９ｂは、それぞれ柱状の中空円筒部材である。この風力発電装置ＷＴにおいて使用されるケーブル類（図示せず）は、支柱下部９ａや支柱上部９ｂの内部を通して配設されている。
【００２４】
支柱下部９ａは、図示の例では、支柱上部９ｂよりも大径で且つ支柱上部９ｂと同心に設けられている。支柱下部９ａの内方には、風力発電ユニット５や太陽光発電ユニット１１によって生成された電力で負荷機器を作動させるための補助機器（図示せず）を収容することができる。本実施形態における補助機器とは、例えば、風力発電ユニット５や太陽光発電ユニット１１によって生成された電力を蓄える蓄電池、蓄電池から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ、これらの動作を制御するコントローラ等である。
【００２５】
太陽光発電ユニット１１は、日照を受けて光電変換する太陽光パネル２５と、この太陽光パネル２５を支持するパネル架台２７とを有する。太陽光パネル２５は、例えば、シリコン多結晶セルから構成される。もっとも、太陽光パネル２５はシリコン多結晶セルに限定されず、他の種類の太陽光発電素子であってよい。
【００２６】
支柱９の支柱上部９ｂにおける風車１よりもやや下方に、太陽光発電ユニット１１のパネル架台２７が取り付けられている。パネル架台２７は、例えば、支柱９の外周面に嵌合固定される円筒部材と、太陽光パネル２５が取付けられるプレート状のパネル支持部と、パネル支持部を円筒部材に連結するブラケットとを有する。円筒部材は、半円筒状に分割可能な二つ割りの分割構造体として形成されている。円筒部材の分割構造体をボルト，ナットのような締結部材を用いて互いに連結することにより、パネル架台２７が支柱９に嵌合固定されている。もっとも、太陽光パネル２５を支柱９に取り付ける構造はこの例に限定されない。
【００２７】
支柱９の支柱上部９ｂにおける太陽光パネル２５よりもやや下方に、負荷機器として照明機器１３が配置されている。本実施形態における照明機器１３は、照明素子２９と、照明素子を支柱９に支持する照明支持体３１とを有する。本実施形態では、照明素子２９としてＬＥＤ素子を用いているが、蛍光灯や白熱電球などの他の照明素子を用いてもよい。
【００２８】
支柱９に取り付けられることによって風力発電装置ＷＴに設けられ、風力発電ユニット５および／または太陽光発電ユニット１１で生成された電力によって駆動される負荷機器は、上述の照明機器１３に限定されない。例えば、負荷機器として通信機器が支柱９に取り付けられていてもよい。通信機器は、例えば、外部からの遠隔操作や、風力発電装置ＷＴの制御、メンテナンス等に有用なデータを外部へ送信するために使用される。
【００２９】
以下、本実施形態に係る風力発電装置ＷＴの防振構造を、風力発電ユニット５の支持構造と共に説明する。
【００３０】
図３に示すように、支持台７は、その下方に位置する支柱９に連結部材３３によって連結されている。図示の例では、支持台７は中空の筒状部材であり、その下端部が径方向外側に突出するフランジ部７ａとして形成されている。支持台７のフランジ部７ａには軸心Ｃに平行な方向（上下方向）に貫通するねじ挿通孔３５が、周方向に等間隔に複数設けられている。他方、支柱９（この例では支柱上部９ｂ）の天壁２１に、支持台７のねじ挿通孔３５に対応する各位置にねじ孔３７が形成されている。上記連結部材３３であるボルトのようなねじ部材３３Ａを支持台７のねじ挿通孔３５を挿通させ、ねじ孔３７に螺合させることにより、支持台７が支柱９に連結されている。なお、ねじ部材３３Ａは、例えば段付きボルトであってもよく、この場合、ねじ部材３３Ａの軸力を保つことができる。
【００３１】
本実施形態では、図４に示すように、連結部材３３と支持台７との間に第１防振材４１が介装されている。具体的には、図示の例では、ねじ部材３３Ａの頭部３３Ａａと、この頭部３３Ａａに対向する支持台７のフランジ部７ａの上面との間、およびねじ部材３３Ａの軸部３３Ａｂの外周面と支持台７のねじ挿通孔３５の内周面との間に第１防振材４１が介装されている。さらに、支持台７と支柱９との間に第２防振材４３が介装されている。第１防振材４１、第２防振材４３は、いずれもゴムのような弾性素材から形成されている。第１防振材４１および第２防振材４３を形成する弾性素材は、互いに同じでも異なっていてもよい。
【００３２】
このように、第１防振材４１および第２防振材４３を設けることにより、剛性の高い連結部材３３と支持台７、および支持台７と支柱９とが直接接触せず、弾性素材で形成され
たこれら防振材４１，４３によって支持台に生じる振動が吸収されるので、風車１の回転に起因する支持台７に生じた振動の支柱９への伝達が抑制される。
【００３３】
なお、第１防振材４１は、連結部材３３と支持台７との間の少なくとも一部に介装されていればよい。具体的には、例えば、振動によってもねじ部材３３Ａとねじ挿通孔３５の内周面とが接触しない程度にねじ挿通孔３５の孔径を十分大きく設定して、ねじ部材３３Ａの軸部３３Ａｂの外周面と支持台７のねじ挿通孔３５の内周面との間の第１防振材４１を省略してもよい。
【００３４】
また、図３に示すように、本実施形態では、支柱９と管状部材２３Ａとの間に第３防振材４５が介装されている。第３防振材４５は、ゴムのような弾性素材から形成されている。第３防振材４５を形成する弾性素材は、上述の第１防振材４１，第２防振材４３と同じでも異なっていてもよい。
【００３５】
管状部材２３Ａは、その上端部２３ａが支柱９の上端部または支柱９の上端部に連結された支持台７に固定されている。また、管状部材２３Ａは、その軸心が支柱９の軸心と一致するように配置されている。具体的には、本実施形態では、管状部材２３Ａは、その上端部２３Ａａを支柱９の天壁２１から上方に突出させた状態で、支柱９の天壁２１に溶接によって固定されている。管状部材２３Ａの天壁２１から突出した上端部２３Ａａは、支持台７の中央貫通孔７ｂに嵌合されている。
【００３６】
もっとも、管状部材２３Ａを固定する構造はこの例に限定されない。例えば、管状部材２３Ａを支柱９の天壁２１の中央貫通孔２１ａに挿通させ、天壁２１から突出した上端部２３Ａａを支持台７の中央貫通孔７ｂに嵌合させた状態で、管状部材２３Ａと支持台７の底部とを溶接してもよい。
【００３７】
ここで説明したように、管状部材２３Ａを支持台７の中央貫通孔７ｂに嵌合させた状態で固定することにより、管状部材２３Ａを介して支柱９と支持台７（つまり風力発電ユニット５）とがより強固に連結される。
【００３８】
もっとも、後述する管状部材２３Ａおよび第３防振材４５による防振効果を得るためには、管状部材２３Ａの上端部２３Ａａを支柱９の天壁２１から突出させて支持台７の中央貫通孔７ｂに取り付けることは必須ではなく、単に管状部材２３Ａの上端部２３Ａａが支柱９の天壁２１に固定されていてもよい。
【００３９】
第３防振材４５は、管状部材２３Ａの下端部２３Ａｂ近傍と支柱９との間に介装されている。図５に示すように、本実施形態では、管状部材２３Ａの下端は、支柱上部９ｂの下端付近まで延びている。もっとも、管状部材２３Ａの下端位置はこの例に限定されないが、いずれの場合も、管状部材２３Ａの下端部２３ｂは、第３防振材４５を介して支柱９の内壁面に固定されている以外、支柱９やその他の部材に対して固定されていない。
【００４０】
図５に示すように、第３防振材４５は、中央部分に管状部材２３Ａを挿通させる挿通孔４５ａが形成された円筒状に形成されている。図示の例では、管状部材２３Ａの下端付近に、第３防振材４５の下端位置を規制する下方位置決め部材４７が設けられている。この例では、管状部材２３Ａをその径方向に貫通し、かつその両端部が管状部材２３Ａの外周面から外方に突出するボルト４７Ａおよびその先端部に螺合したナット４７Ｂが下方位置決め部材４７として使用されている。さらに、支柱９の内周面における、下方位置決め部材４７の上方に、径方向内側に突出して第３防振材４５の上端位置を規制する上方位置決め突起４９が設けられている。第３防振材４５は下方位置決め部材４７と上方位置決め突起４９との間で、その内周面が管状部材２３Ａの外周面に接し、外周面が支柱９の内周面
に接するように設けられている。
【００４１】
なお、第３防振材４５を取付ける態様はこの例に限定されない。例えば、図６に示すように、下方位置決め部材４７として、管状部材２３Ａの下端部の外周面に取り付けられたフランジ部材４７Ｃを使用してもよい。フランジ部材の下端から径方向外方に突出するフランジ部によって、第３防振材４５の下端位置が規制される。この例では、管状部材２３Ａの下端部の外周面と、フランジ部材４７Ｃの円筒部の内周面にそれぞれねじ溝を設けて、フランジ部材４７Ｃを管状部材２３Ａの外周面に螺合させている。この例においても、支柱９の内周面に上方位置決め突起４９が設けられている。
【００４２】
あるいは、図７に示すように、下方位置決め部材４７として、管状部材２３Ａの下端部２３Ａｂの内周面に取り付けられた中空フランジ部材４７Ｄを使用してもよい。中空フランジ部材４７Ｄの下端から径方向外方に突出するフランジ部によって、第３防振材４５の下端位置が規制される。この例では、管状部材２３Ａの下端部の内周面と、中空フランジ部材４７Ｄの円筒部の外周面にそれぞれねじ溝を設けて、中空フランジ部材４７Ｄを管状部材２３Ａの内周面に螺合させている。この例においても、支柱９の内周面に上方位置決め突起４９が設けられている。これらいずれの例においても、上方位置決め突起４９は、支柱９内周面の周方向に等間隔に複数（例えば３つ）設けられる。
【００４３】
図６および図７のいずれの例においても、フランジ部材４７Ｃまたは中空フランジ部材４７Ｄのねじ部を支柱９に対して下方から上方へ締め上げることにより、上方位置決め突起４９によって上方への移動を規制され、圧縮された第３防振材４５が径方向に膨張し、支柱９の内周面に密着させることができる。もっとも、上方位置決め突起４９を設けることは必須ではない。
【００４４】
このように、風力発電装置ＷＴが管状部材２３Ａ（棒状部材２３）と第３防振材４５とを備えていることにより、支柱９が水平方向に搖動した場合、棒状部材２３は慣性によって逆方向に搖動しようとするので、これらの間に介在する第３防振材４５により支柱９の振動が減衰される。
【００４５】
なお、本実施形態における管状部材２３Ａの横断面形状は円形であるが、横断面形状を多角形（例えば５角形）としてもよい。この場合、管状部材２３Ａの上端部を挿通させる支柱９の天壁２１の中央貫通孔２１ａおよび支持台７の中央貫通孔７ｂの横断面形状も、管状部材２３Ａの横断面外形に合致させる。このように構成することにより、管状部材２３Ａの回転を抑えることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、前記棒状部材２３として管状部材２３Ａを使用する例のみを示した。棒状部材２３として管状部材２３Ａを使用することにより、風力発電ユニット５や太陽光発電ユニット１１で生成された電力の伝送や、これら発電ユニットの制御などに使用するケーブル類を管状部材２３Ａの中空部に挿通させて、装置全体の配線を簡素化することができる。もっとも、上述した第３防振材４５との組合せによる防振効果を得るためには、棒状部材２３は中空の管状部材２３Ａである必要はなく、中実の部材であってもよい。
【００４７】
なお、本実施形態では、風力発電装置ＷＴが第１防振材４１と第２防振材４３との組合せ、および棒状部材２３と第３防振材４５との組合せの両方を備えている例を示したが、いずれか一方のみが設けられていてもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、風車１として垂直軸式風車を使用した例について説明した。垂直軸式風車１は、水平軸式風車と異なり風向きに対する制御が不要であるため、制御系を
簡素化できる。また、垂直軸式風車を採用した場合、比較的小型であっても風を受けて発電可能であるため、例えば、市街地、公園、遊歩道、工場敷地内等の設置スペースが限られている場所にも設置することができる。もっとも、風車１は水平軸式風車であってもよい。風車１が水平軸式風車である場合は、支柱９に水平方向の振動はほとんど生じないため、第１防振材４１と前記第２防振材４３との組合せのみによっても十分効果的な防振効果を得ることができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態に係る風力発電装置ＷＴによれば、風車１の回転に起因する支柱９の振動を簡易な構造によって効果的に抑制することができる。
【００５０】
以上、実施形態に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５１】
１…風車
３…発電機
５…風力発電ユニット
７…支持台
９…支柱
１１…太陽光発電ユニット
２１…支柱の天壁
２３…棒状部材
２３Ａ…管状部材
３３…連結部材
４１…第１防振材
４３…第２防振材
４５…第３防振材
ＷＴ…風力発電装置
【図１】
2020172915.tif 000003
【図２】
2020172915.tif 000004
【図３】
2020172915.tif 000005
【図４】
2020172915.tif 000006
【図５】
2020172915.tif 000007
【図６】
2020172915.tif 000008
【図７】
2020172915.tif 000009