(57)【要約】【課題】増速機構および発電機の構成を改良することにより、設置スペースの低減およびメンテナンス作業の容易化を実現できる風力発電装置を提供する。【解決手段】風力発電装置（ＷＴ）において、風車（１）と、前記風車（１）によって駆動されるアウタロータ型の発電機（３）と、前記風車（１）の回転主軸（５）の回転動力を前記発電機（３）に伝達する増速機構（７）と、前記発電機（３）および前記増速機構（７）を収容する共通のハウジング（９）とを設ける。前記風車（１）は垂直軸式風車であってもよい。【選択図】図２
2020159306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、
前記風車によって駆動されるアウタロータ型の発電機と、
前記風車の回転主軸の回転動力を前記発電機に伝達する増速機構と、
前記発電機および前記増速機構を収容する共通のハウジングと、
を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、前記増速機構が、
前記回転主軸の回転動力が入力される入力軸と、
前記入力軸に設けられた第１プーリと、
前記発電機のロータに設けられた第２プーリと、
前記第１プーリと第２プーリとの間に巻き掛けられた伝達ベルトと、
を備える風力発電装置。
【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、前記伝達ベルトがタイミングベルトである風力発電装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の風力発電装置において、前記増速機構が、前記伝達ベルトの張力を調整するベルトテンショナを備えている風力発電装置。
【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、前記発電機のケーシングに冷却フィンが設けられ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発電機および増速機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識の高まりを受け、環境に優しい自然エネルギーの需要が高まっており、中でも、昼夜に関係なく利用できる風力を動力とする風力発電の活用が期待されている。
【０００３】
風力発電装置では、一般的に、回転動力を出力する風車の回転主軸の軸心方向にほぼ沿って増速機および発電機が配置される（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２２４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、大型の風車を採用した風力発電装置は山頂や海上に設置される場合が多いのに対して、例えば垂直軸式風車のような小型の風車を採用した風力発電装置は、市街地の居住地域に設置される場合が多い。このような小型の風力発電装置については、さらなる小型化による設置スペースの低減や、メンテナンス作業の容易化による維持コストの低減が必要とされている。
【０００６】
しかし、特許文献１に開示された風力発電装置では、上述のように、増速機および発電機が風車の回転主軸の軸心方向にほぼ沿って配置されることから、設置スペースの低減が困難であるとともに、部品点数が多いことから、メンテナンス作業も複雑なものとなる。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題を解決するために、増速機構および発電機の構成を改良することにより、設置スペースの低減およびメンテナンス作業の容易化を実現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、
前記風車によって駆動されるアウタロータ型の発電機と、
前記風車の回転主軸の回転動力を前記発電機に伝達する増速機構と、
前記発電機および前記増速機構を収容する共通のケーシングと、
を備えている。
【０００９】
この構成によれば、増速機構と発電機を、風車の回転主軸の軸心に対して並列的に配置することが容易となる。すなわち、アウタロータ型の発電機を採用した場合、容易に発電機のケースの外面にプーリ溝を設けることができるので、ロータを支持する２つの軸受ユニットの中央位置にプーリ溝を配置することも容易となる。これにより、２つの軸受によってバランスよく支持することが可能となる。また、増速機構の一部品であるプーリを発電機と一体的に形成することも容易となるので、部品点数の削減や発電機の駆動機構の小型化を実現することができる。これにより、設置スペースの低減を図ることができる。また、発電機および増速機構を共通のケーシングに収容してユニット化できるので、これらを地上に設置することも容易となるので、メンテナンス性も向上する。
【００１０】
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、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設置される場合が多い。このような垂直軸式風車を使用する風力発電装置に上記の構成を採用することにより、さらなる小型化による設置スペースの低減や、メンテナンス作業の容易化による維持コストの低減を図ることが可能になる。
【００１１】
本発明の一実施形態において、前記増速機構が、前記回転主軸の回転動力が入力される入力軸と、前記入力軸に設けられた第１プーリと、前記発電機のロータに設けられた第２プーリと、前記第１プーリと第２プーリとの間に巻き掛けられた伝達ベルトとを備えていてもよい。この構成によれば、増速機構を構成するプーリを発電機と一体的に形成することにより、部品点数が削減され、発電機の駆動系統を一層小型化することができる。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記伝達ベルトがタイミングベルトであってもよい。この構成によれば、伝達ベルトとしてタイミングベルトを使用することにより、両プーリと伝達ベルトとの間の滑りが抑制されるので、高い発電効率を実現できる。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記増速機構が、前記伝達ベルトの張力を調整するベルトテンショナを備えていてもよい。この構成によれば、メンテナンス時において、増速機構を構成する部品取り外しが容易となり、メンテナンス性がさらに向上する。
【００１４】
本発明の一実施形態において、前記発電機のケーシングに冷却フィンが設けられていてもよい。この構成によれば、効果的に発電機を冷却することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る風力発電装置によれば、上述したとおり、設置スペースの低減およびメンテナンス作業の容易化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る風力発電装置の概略構成の例を示す正面図である。
【図２】図１の風力発電装置のハウジング内部の概略構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、風車１の回転主軸５の回転動力を発電機３に伝達する増速機構７と、発電機３および増速機構７を収容する共通のハウジング９とを備えている。
【００１８】
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。具体的には、風車１は、複数（この例では２枚）の翼１１と、これら翼１１を支持する翼支持体１３とを有する。各翼１１は上下方向に延び、翼支持体１３は、図示しない軸受を介して支柱１５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１１は、支柱１５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。
【００１９】
図２に示す本実施形態で使用する発電機３は、アウタロータ型発電機として構成されている。すなわち、発電機３の軸心上に固定配置されたステータ（図示せず）の外周を覆うようにほぼ円筒状のロータ１７が設けられており、風車１の回転主軸５の回転に伴って、ハウジング９の内部において増速機構７を介して発電機３のロータ１７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。
【００２０】
本実施形態の増速機構７は、風車１の回転主軸５の回転動力が入力される入力軸１９と、入力軸１９に設けられた第１プーリ２１と、発電機３のロータ１７に設けられた第２プーリ２３と、第１プーリ２１と第２プーリ２３との間に巻き掛けられた伝達ベルト２５とを備えている。第１プーリ２１の伝達ベルト係合面２１ａの外径は、第２プーリ２３の伝達ベルト係合面２３ａの外径よりも大きく設定されている。
【００２１】
入力軸１９は、風車１の位置する側（図示の例では上側）に位置するハウジング壁２７（ハウジング９を形成する壁）を貫通してハウジング９内部に延設されている。入力軸１９は、（図示の例では）ハウジング９の内部において、対向する一対のハウジング壁２７，２７（図示の例では上側のハウジング壁２７と下側のハウジング壁２７）にそれぞれ設けられた第１軸受ユニット２９，２９によって回転自在に支持されている。
【００２２】
発電機３は、ハウジング９内部において、入力軸１９の長手方向に直交する方向（図示の例では水平方向）に偏位した位置に配置されている。具体的には、発電機３は、その回転中心位置において入力軸１９と平行に配置された固定軸３１を介してハウジング９に支持されている。発電機３の固定軸３１は、その両端が、上記対向する一対のハウジング壁２７，２７（図示の例では上側のハウジング壁２７と下側のハウジング壁２７）に、ブラケット３３，３３を介してそれぞれ固定されている。固定軸３１の軸心方向中央部分に発電機３の前記ステータ（図示せず）が形成されている。固定軸３１の外周側に、発電機３のロータ１７を形成する円筒状の回転ケース３５が設けられている。回転ケース３５は、その軸心方向の両端部近傍にそれぞれ配置された第２軸受ユニット３７，３７を介して、固定軸３１に対して回転自在に支持されている。回転ケース３５は、固定軸３１の軸心方向のほぼ中央部分に配置されている。
【００２３】
第１プーリ２１は、入力軸１９の外周面に入力軸１９と一体回転するように固定されている。第２プーリ２３は、図示の例では、発電機３の回転ケース３５の外周面に設けられた円周状に延びるプーリ溝として形成されている。
【００２４】
プーリ溝である第２プーリ２３は、回転ケース３５における、２つの第２軸受ユニット３７，３７間の軸心方向ほぼ中央位置に設けられている。また、図示の例では、固定軸３１に対しても、軸心方向のほぼ中央位置に設けられている。したがって、第１プーリ２１も、入力軸１９を支持する２つの第１軸受ユニット２９，２９間の軸心方向ほぼ中央位置に設けられている。
【００２５】
このように、アウタロータ１７型の発電機３を採用することにより、増速機構７と発電機３を、風車１の回転主軸５の軸心に対して並列的に配置することが容易となる。すなわち、アウタロータ１７型の発電機３を採用した場合、上記のように発電機３のケース（回転ケース３５）の外面に第２プーリ２３を設けることができるので、ロータ１７を支持する２つの軸受ユニットの中央位置に第２プーリ２３を配置することが容易となる。これにより、２つの軸受（この例では第２軸受ユニット３７，３７）によってバランスよく支持することが可能となり、回転トルクを小さくできる。さらには、このような状態で軸受が使用されることにより、軸受の寿命が向上する。また、増速機構７の一部品であるプーリを発電機３と一体的に形成することができるので、部品点数の削減や発電機３の駆動機構の小型化を実現することができる。これにより、設置スペースの低減を図ることができる。
【００２６】
また、発電機３および増速機構７を共通のハウジング９に収容してユニット化すること
により、これらを地上に設置することも容易となるので、メンテナンス性も向上する。
【００２７】
これに対して、仮に従来のインナロータ型の発電機を採用して増速機構と並列的に配置した場合には、第２プーリはロータである回転軸の端部に設けることになる。したがって、回転軸およびこれを支持する軸受の軌道面に傾きが生じ、回転トルクの増大や軸受寿命の低下を招く可能性がある。また、第２プーリの支持部分を含む発電機の軸心方向寸法が増大し、発電機の駆動機構全体の寸法の増大を招く。
【００２８】
本実施形態では、伝達ベルト２５としてタイミングベルトを使用している。伝達ベルト２５としてタイミングベルトを使用することにより、両プーリ２１，２３と伝達ベルト２５との間の滑りが抑制されるので、高い発電効率を実現できる。もっとも、伝達ベルト２５は他の種類のベルト、例えばＶベルトであってもよい。
【００２９】
また、図示はしないが、増速機構７が、伝達ベルト２５の張力を調整するベルトテンショナを備えていてもよい。ベルトテンショナを設けることにより、メンテナンス時において、増速機構７を構成する部品取り外しが容易となり、メンテナンス性が向上する。
【００３０】
また、図示はしないが、ハウジング９には発電機３を冷却するための空気の導入口およびその排出口が設けられていてもよい。その場合、発電機３のケーシング（この例では回転ケース３５）の内面に冷却フィンを設け、回転ケース３５の回転によって空気を吸気するように構成することができる。このような構成によって効果的に発電機３を冷却することが可能になる。
【００３１】
また、本実施形態では、図１に示すように、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。垂直軸式風車は、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設置される場合が多い。このような垂直軸式風車を使用する風力発電装置ＷＴに上記の構成を採用することにより、さらなる小型化による設置スペースの低減や、メンテナンス作業の容易化による維持コストの低減を図ることが可能になる。もっとも、風車１は水平軸式風車であってもよい。
【００３２】
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、増速機構７と発電機３を、風車１の回転主軸５の軸心Ｃに対して並列的に配置することが容易となり、これによって設置スペースの低減およびメンテナンス性の向上を実現することができる。
【００３３】
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】
【００３４】
１…風車
３…発電機
５…回転主軸
７…増速機構
９…ハウジング
１７…発電機のロータ
１９…入力軸
２１…第１プーリ
２３…第２プーリ
２５…伝達ベルト
ＷＴ…風力発電装置
【図１】
2020159306.tif 000003
【図２】
2020159306.tif 000004