(57)【要約】【課題】  太陽歯車及び遊星歯車を用いて羽根板を最適な向きに回転させながら風を受けることができ、簡易な構造で効率よく回転軸を回転させて発電を行うことが可能な風力発電用風車を提供することにある。【解決手段】  発電機の軸に連結される回転軸と、回転軸の端部に回転軸と同軸で且つ回転軸とは独立して固定された太陽歯車と、回転軸の両端部付近から軸芯に直角に放射状に突出する複数の腕を有する腕材と、回転軸の両側の腕材の同方向に伸びた腕の先端付近に軸架された羽根軸と、羽根軸の軸芯から外周方向に突出して設けられた羽根板と、羽根軸の端部に設けられ、太陽歯車と直接的又は間接的に歯合する遊星歯車とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
2010216367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸が回転することにより発電を行う発電機の該軸を回転させるための風力発電用風車において、
該発電機の軸に連結される回転軸と、
該回転軸の端部に、該回転軸と同軸で且つ該回転軸とは独立して固定された太陽歯車と、
該回転軸の両端部付近から軸芯に直角に放射状に突出する複数の腕を有する腕材と、
該回転軸の両側の腕材の同方向に伸びた該腕の先端付近に軸架された羽根軸と、
該羽根軸の軸芯から外周方向に突出して設けられた羽根板と、
該羽根軸の端部に設けられ、該太陽歯車と直接的又は間接的に歯合する遊星歯車とを備えることを特徴とする風力発電用風車。
【請求項２】
前記太陽歯車と前記遊星歯車との歯数比が、１対２であることを特徴とする請求項１記載の風力発電用風車。
【請求項３】
風向に対し、該回転軸が９０度回った位置の前記羽根板の向きが、風向に対し直角に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の風力発電用風車。
【請求項４】
前記羽根板に風を導くための風道を形成する風道板を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の風力発電用風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電に用いる風力発電用風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、風力により発電機を回して発電を行うために、各種の風車が用いられている。風車としては、例えば、プロペラ式のものや、発電機に接続される回転軸の軸方向に延びる複数枚の羽根板を有するもの等がある。後者の例としては、例えば特許文献１に示されるものがある。この特許文献１に示される風車は、軸方向に延びる複数枚の羽根板を環状に配列した羽根車と、羽根車の外周に沿って渦巻状に配置した軸方向に延びる３枚以上の案内羽根とを備えたものである。
【０００３】
また、特許文献２の風車は、回転軸の周囲に回転軸の軸方向に延びて自転する複数枚の羽根板を設け、多数の歯車やクランク機構により、羽根板が自転しながら回転軸の周囲を公転するものであり、回転軸を羽根板の自転方向と反対方向に常に回転トルクを発生させるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２４０１４１号公報
【特許文献２】特開２００１−５９４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の風車では、所定以上の風力が無いと回転を開始しなかったり、構造が複雑だという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、太陽歯車及び遊星歯車を用いて羽根板を最適な向きに回転させながら風を受けることができ、簡易な構造で効率よく回転軸を回転させて発電を行うことが可能な風力発電用風車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の風力発電用風車は、発電機の軸に連結される回転軸と、回転軸の端部に回転軸と同軸で且つ回転軸とは独立して固定された太陽歯車と、回転軸の両端部付近から軸芯に直角に放射状に突出する複数の腕を有する腕材と、回転軸の両側の腕材の同方向に伸びた腕の先端付近に軸架された羽根軸と、羽根軸の軸芯から外周方向に突出して設けられた羽根板と、羽根軸の端部に設けられ、太陽歯車と直接的又は間接的に歯合する遊星歯車とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の風力発電用風車は、太陽歯車と遊星歯車との歯数比が、１対２であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の風力発電用風車は、風向に対し回転軸が９０度回った位置の羽根板の向きが、風向に対し直角に配設されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の風力発電用風車は、羽根板に風を導くための風道を形成する風道板を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、太陽歯車及び遊星歯車を用いて羽根板を最適な向きに回転させながら風を受けることができ、効率よく回転軸を回転させて発電を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る風力発電用風車の一例を示す側面図である。
【図２】同風力発電用風車の正面図である。
【図３】同風力発電用風車の他の例を示す側面図である。
【図４】本発明に係る風力発電用風車の他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。本発明の形態における風力発電用風車は、風力発電に用いるもので、軸が回転することにより発電を行う発電機の軸を回転させるためのものである。図１は、本発明に係る風力発電用風車の一例を示す側面図である。図２は、同風力発電用風車の正面図である。図３は、同風力発電用風車の他の例を示す側面図である。図４は、本発明に係る風力発電用風車の他の例を示す説明図である。
【００１４】
図にいて、風力発電用風車１は、基台６、回転軸１０、腕材１２、太陽歯車１６ａ〜１６ｄ、羽根板２０ａ〜２０ｄ、羽根軸２２ａ〜２２ｄ、遊星歯車２６ａ〜２６ｄ、チェーン２８ａ〜２８ｄ等から構成されている。まず、軸が回転することにより発電を行う発電機（図示せず）の軸と連結され、その軸を回転させるものが回転軸１０であり、回転軸１０は、水平に設けられ、その両端付近をロ字状の基台６に設けられた軸受１４で回動自在に保持されている。尚、左右の基台６は、バー８で連結保持されている。
【００１５】
回転軸１０の両脇の軸受１４の内側には、十字状で、回転軸１０の軸芯に直角に放射状に突出する複数の腕１２ａ〜１２ｄを有する腕材１２が固定されている。本実施例においては、回転軸１０から突出するように設けられた腕１２ａ〜１２ｄは４本であり、左右の腕材１２から突出する腕１２ａ〜１２ｄの角度は、左右で同一である。尚、各腕１２ａ〜１２ｄの間には、樹脂製の板材であるカバー１８（本実施例では半透明材）が設けられている。
【００１６】
左右の腕材１２の同方向に伸びたそれぞれの腕１２ａ〜１２ｄの先端付近の間には、羽根軸２２ａ〜２２ｄが、軸架されている。羽根軸２２ａ〜２２ｄの左右の腕材１２の間には、板材である羽根板２０ａ〜２０ｄが、羽根軸２２ａ〜２２ｄの軸芯から外周方向に突出して留め具２４でそれぞれ固定されている。また、羽根軸２２ａ，２２ｂの腕１２ａ，１２ｂから突出した外側には、遊星歯車２６ａ，２６ｂが固定されている。また、羽根軸２２ｃ，２２ｄの腕１２ｃ，１２ｄから突出した外側には、遊星歯車２６ｃ，２６ｄが固定されている。腕１２ａと腕１２ｂとが回転軸１０を中心に対向する位置で、腕１２ａ及び腕１２ｂと直交するかたちで腕１２ｃと腕１２ｄとが回転軸１０を中心に対向しており、羽根軸２２ａ〜２２ｄや遊星歯車２６ａ〜２６ｄも同様な位置関係である。但し、遊星歯車２６ａ及び遊星歯車２６ｂは、風力発電用風車１の正面視（図２）で羽根軸２２ａ，２２ｂの右側に設けられている。また、遊星歯車２６ｃ及び遊星歯車２６ｄは、風力発電用風車１の正面視（図２）で羽根軸２２ｃ，２２ｄの左側に設けられている。
【００１７】
回転軸１０の腕材１２と軸受１４との間には、回転軸１０と同軸で且つ回転軸１０とは独立して固定された太陽歯車１６ａ〜１６ｄが、左右それぞれ２枚設けられている。太陽歯車１６ａ〜１６ｄと遊星歯車２６ａ〜２６ｄとの歯数比は、１対２である。また、太陽歯車１６ａと遊星歯車２６ａ、太陽歯車１６ｂと遊星歯車２６ｂ、太陽歯車１６ｃと遊星歯車２６ｃ、太陽歯車１６ｄと遊星歯車２６ｄのそれぞれに間には、チェーン２８ａ〜２８ｄが架け渡されている。そして、チェーン２８ａ〜２８ｄが架け渡された時の羽根板２０ａ〜２０ｄの向きは、羽根板２０ａ〜２０ｄが一番下の位置（図１及び図２で羽根板２０ｄの位置）で、風向（図１の矢印方向）に対し直角な（直交する）向き、すなわち、風向に対し、回転軸１０が９０度回った位置の羽根板２０ｄの向きが、風向に対し直角である。尚、本実施の形態では、太陽歯車１６ａ〜１６ｄと遊星歯車２６ａ〜２６ｄとの歯数比が１対２であることから、羽根板２０ｄとは対向する位置に来る羽根板２０ｃの向きは、風向（図１の矢印方向）に対し水平な向きとなる。それ以外の位置では、風向に対して所定の角度を成して風に対向する向きとなる。
【００１８】
次に、このような構造の風力発電用風車１の動作を説明する。まず、風力発電用風車１の羽根板２０ａ〜２０ｄの向きが、風向に向くように基台６を動かし、風力発電用風車１を配置する。尚、風力発電用風車１全体を風向に対して回動自在にすることで、風見鶏的に羽根板２０ａ〜２０ｄが風向に向かうような構造にしてもよい。そして、風が羽根板２０ａ〜２０ｄに当たると、風の力で羽根板２０ａ〜２０ｄが押されて、腕材１２が回転し、回転軸１０が回転することにより、発電が行われる。尚、羽根板２０ａ〜２０ｄが、図に示す羽根板２０ｄの位置に来た時は、風が羽根板２０ｄの全面に直角に当たり、風力を最大に受けることになる。一方、羽根板２０ａ〜２０ｄが、図に示す羽根板２０ｃの位置に来た時は、風向に対向する向きに羽根板２０ｃが向かうことになるが、風が羽根板２０ｃに水平になり風はほとんど当たらず、回転軸１０の回転の妨げにはなりにくい。その他の位置においては、それぞれの羽根板２０ａ〜２０ｄがそれぞれの角度で風を受け、回転軸１０を回す方向で力を生むことになる。
【００１９】
回転軸１０と羽根板２０ａ〜２０ｄ（遊星歯車２６ａ〜２６ｄ）の回転の様子を詳説すると、太陽歯車１６ａ〜１６ｄが回転せず固定され、太陽歯車１６ａ〜１６ｄと遊星歯車２６ａ〜２６ｄとの歯数比が１対２であることから、回転軸１０が１回転する間に、羽根板２０ａ〜２０ｄ（遊星歯車２６ａ〜２６ｄ）は２回転することになる。羽根板２０ａ〜２０ｄ（遊星歯車２６ａ〜２６ｄ）の回転の向きは、回転軸１０と同じ方向である。
【００２０】
このように、本実施の形態の風力発電用風車１によれば、太陽歯車１６ａ〜１６ｄ及び遊星歯車２６ａ〜２６ｄを用いて羽根板２０ａ〜２０ｄを最適な向きに回転させながら風を受けることができ、簡易な構造で効率よく回転軸１０を回転させて発電を行うことが可能である。また、太陽歯車１６ａ〜１６ｄと遊星歯車２６ａ〜２６ｄとの歯数比が１対２であり、羽根板２０ａ〜２０ｄが、風向に対し回転軸１０が９０度回った位置の羽根板２０ａ〜２０ｄの向きが、風向に対し直角になっていることから、図２の羽根板２０ｄの位置では絶えず風の力を羽根板で最大に受けることができ、より効率的に回転軸１０を回すことができる。
【００２１】
尚、本実施の形態は、回転軸１０を水平に配置した場合で説明しているが、水平に配置した場合に限らず、回転軸１０を垂直にしたり傾斜させて用いることも可能である。また、腕材１２の腕の数（羽根板）の数によって限定されるものではない。さらに、回転効率を考慮し、太陽歯車１６ａ〜１６ｄと遊星歯車２６ａ〜２６ｄとの歯数比を１対２としているが、この比率に限られるものでもない。さらに、本実施の形態の風力発電用風車１では、太陽歯車１６ａ〜１６ｄと遊星歯車２６ａ〜２６ｄとの間にチェーン２８ａ〜２８ｄを架け渡して間接的に回転させているが、太陽歯車１６ａ〜１６ｄと遊星歯車２６ａ〜２６ｄとを直接かみ合わせてもよい。また、より軽量化を図る観点で、タイミングベルト等を用いてもよい。尚、本実施の形態では、太陽歯車１６ａ〜１６ｄと遊星歯車２６ａ〜２６ｄとを左右２枚ずつに振り分けて配置したが、位置により限定されるものではない。
【００２２】
さらに、図４に示す風力発電用風車２のように、基台４２に設けられた軸受４４に回動自在に設けられた回転軸４０の軸受４４と腕材４６との間に、回転軸４０と同軸で且つ独立して固定された傘歯車５２を設け、羽根軸６０の端部にも傘歯車５８を設け、傘歯車５２と傘歯車５８との間に伝動軸５０を設けるようにしてもよい。伝動軸５０は、腕材４６に保持部材４８で回動自在に保持され、傘歯車５２と傘歯車５８とのそれぞれの端部に、傘歯車５４及び傘歯車５６を備え、傘歯車５４と傘歯車５２、傘歯車５６と傘歯車５８が、それぞれ歯合している。そして、回転軸４０が回ることにより、固定された傘歯車５２の歯に沿って傘歯車５４が回転することで、伝動軸５０及び傘歯車５６が回転し、傘歯車５８が回転することで羽根軸６０が回転することになる。
【００２３】
尚、風をより効率的に羽根板２０ａ〜２０ｄに導くために、図３に示すように、風力発電用風車１の上下を覆い、風向に対して開放された風道板３０，３２を設けることも可能である。特に、風向と同じ向きに移動する位置にある羽根板２０ａ〜２０ｄに風を積極的に導入し（風道板３０）、風向と逆の向きに移動する位置にある羽根板２０ａ〜２０ｄには風が当たりにくくする（風道板３２）ように配設するのが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上のように、太陽歯車及び遊星歯車を用いて羽根板を最適な向きに回転させながら風を受けることができ、簡易な構造で効率よく回転軸を回転させて発電を行うことが可能な風力発電用風車を提供することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１・・・・・・・・・風力発電用風車
２・・・・・・・・・風力発電用風車
６・・・・・・・・・基台
８・・・・・・・・・バー
１０・・・・・・・・回転軸
１２・・・・・・・・腕材
１２ａ〜１２ｄ・・・腕
１４・・・・・・・・軸受
１６ａ〜１６ｄ・・・太陽歯車
１８・・・・・・・・カバー
２０ａ〜２０ｄ・・・羽根板
２２ａ〜２２ｄ・・・羽根軸
２４・・・・・・・・留め具
２６ａ〜２６ｄ・・・遊星歯車
２８ａ〜２８ｄ・・・チェーン
３０・・・・・・・・風道板
３２・・・・・・・・風道板
４０・・・・・・・・回転軸
４２・・・・・・・・基台
４４・・・・・・・・軸受
４６・・・・・・・・腕材
４８・・・・・・・・保持部材
５０・・・・・・・・伝動軸
５２・・・・・・・・傘歯車
５４・・・・・・・・傘歯車
５６・・・・・・・・傘歯車
５８・・・・・・・・傘歯車
６０・・・・・・・・羽根軸
【図１】
2010216367.tif 000003
【図２】
2010216367.tif 000004
【図３】
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【図４】
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