(57)【要約】【課題】風力が小さくても所望の発電量を確保することができる風力発電装置を提供する。【解決手段】側部フレーム２に取り付けられた３台の風車６の回転軸にそれぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して連結シャフト１１が連結され、側部フレーム３に取り付けられた３台の風車７の回転軸にそれぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して連結シャフト１２が連結され、側部フレーム２と側部フレーム３との間に取り付けられた風車８及び９の回転軸を兼用している連結シャフト１３及び１４の両端部に、それぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して連結シャフト１１及び１２が連結され、連結シャフト１３の一端部に発電機１０の駆動軸が連結されている。風車６〜９の回転軸の回転力が集約して発電機１０の駆動軸２３に伝達され、発電機１０が駆動する。【選択図】図３
2010001747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる回転軸を有する複数の風車と、
１本の出力軸と、
前記複数の風車の回転軸の回転力を前記出力軸に伝達するための回転伝達機構と、
前記出力軸に連結された１台の発電機と
を備えたことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記複数の風車のうちの少なくとも一つは、他の風車の回転軸とは異なる方向に向けられた回転軸を有する請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記回転伝達機構は、磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を含む請求項１または２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記複数の風車と前記出力軸と前記発電機を支持すると共にアルミプロファイルからなる支持構造体をさらに備えた請求項１〜３のいずれか一項に記載の風力発電装置。
【請求項５】
周囲が防風壁で囲まれると共に上方が開放された本体部と、
前記複数の風車を支持すると共に前記本体部に対して起伏可能に取り付けられた風車支持部とをさらに備え、
駆動時には前記風車支持部を起立させて前記複数の風車を前記本体部の上方に位置させ、暴風時には前記風車支持部を倒して前記複数の風車を前記本体部の内部に収納する請求項１〜３のいずれか一項に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電装置に係り、特に複数台の風車を回転させて発電を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンエネルギーの利用として風力発電が注目されている。いわゆるプロペラ型、ダリウス型等の風車により風を受けて出力軸を回転させ、出力軸に連結された発電機を駆動して発電が行われる。
このような風力発電においては、自然の風力を有効に利用して所望の発電量を確保することが要求されている。
例えば、特許文献１には、複数の風車を直線状に配置すると共にこれら複数の風車にそれぞれ専用の発電機を直結して発電量を確保する風力発電装置が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２７４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の装置では、各風車によりそれぞれ対応する発電機を駆動することとなるが、風力のエネルギー密度が小さいと、１台の風車で生成し得る発電量が極めて小さくなり、所望の発電量を確保することが困難となる。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、風力が小さくても所望の発電量を確保することができる風力発電装置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】
【０００５】
この発明に係る風力発電装置は、互いに異なる回転軸を有する複数の風車と、１本の出力軸と、複数の風車の回転軸の回転力を出力軸に伝達するための回転伝達機構と、出力軸に連結された１台の発電機とを備えたものである。
【０００６】
好ましくは、複数の風車のうちの少なくとも一つが、他の風車の回転軸とは異なる方向に向けられた回転軸を有している。
回転伝達機構は、磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を含むことが好ましい。
また、アルミプロファイルからなる支持構造体をさらに備え、この支持構造体によって複数の風車と出力軸と発電機を支持することもできる。
また、周囲が防風壁で囲まれると共に上方が開放された本体部と、複数の風車を支持すると共に本体部に対して起伏可能に取り付けられた風車支持部とをさらに備え、駆動時には風車支持部を起立させて複数の風車を本体部の上方に位置させ、暴風時には風車支持部を倒して複数の風車を本体部の内部に収納するように構成してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、複数の風車の回転軸の回転力を回転伝達機構で出力軸に伝達するので、複数の風車により得られる回転力を集約して発電機を駆動することができ、風力が小さくても所望の発電量を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に実施の形態１に係る風力発電装置の全体構成を示す。風力発電装置は、ほぼ筺体状の枠形状に組み込まれた支持構造体１を有している。支持構造体１は、互いに対向する一対の側部フレーム２及び３と、これら側部フレーム２及び３の下部を互いに連結する連結部材４及び５から構成されている。側部フレーム２は、一対の水平部材２ａ及び２ｂと一対の鉛直部材２ｃ及び２ｄを有しており、同様に、側部フレーム３は、一対の水平部材３ａ及び３ｂと一対の鉛直部材３ｃ及び３ｄを有している。
【０００９】
側部フレーム２には、それぞれ鉛直方向の回転軸を有する３台の風車６が所定の間隔を隔てて回転可能に取り付けられており、側部フレーム３にも、それぞれ鉛直方向の回転軸を有する３台の風車７が所定の間隔を隔てて回転可能に取り付けられている。
また、連結部材４及び５の上方には、それぞれ側部フレーム２の上端角部と側部フレーム３の上端角部との間に水平方向の回転軸を有する風車８及び９が回転可能に取り付けられている。
これら風車６〜９はそれぞれ翼形状の羽根を有するもので、風車６〜９の回転軸は、後述する回転伝達機構により互いに接続されている。
さらに、側部フレーム２の一方の上端角部の外側に１台の発電機１０が配置されている。
【００１０】
なお、連結部材４及び５、水平部材２ａ、２ｂ、３ａ及び３ｂ、鉛直部材２ｃ、２ｄ、３ｃ及び３ｄは、それぞれ例えば図２に示されるような断面形状を有するアルミプロファイルから形成されている。このアルミプロファイルは中空部を有するために軽量であり、また、長手方向に沿って形成された複数の溝Ｄを利用することにより、アルミプロファイル同士の組み付け、アルミプロファイルへの各種部材の取り付け等を容易に且つ確実に行うことができる。
【００１１】
ここで、回転伝達機構について説明する。図３に示されるように、側部フレーム２に取り付けられた３台の風車６の回転軸にそれぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して連結シャフト１１が連結され、同様に、側部フレーム３に取り付けられた３台の風車７の回転軸にそれぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して連結シャフト１２が連結されている。
さらに、側部フレーム２と側部フレーム３との間に取り付けられた風車８の回転軸を兼用している連結シャフト１３の両端部に、それぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して連結シャフト１１及び１２が連結されると共に、側部フレーム２と側部フレーム３との間に取り付けられた風車９の回転軸を兼用している連結シャフト１４の両端部に、それぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して連結シャフト１１及び１２が連結されている。そして、連結シャフト１３がこの実施の形態１における出力軸を形成し、連結シャフト１３の一端部に発電機１０の駆動軸が連結されている。
【００１２】
図４に示されるように、側部フレーム２の水平部材２ａにホルダ１５を介して玉軸受１６が固定されており、この玉軸受１６に連結シャフト１１がその軸の周りに回転可能に支持されている。また、水平部材２ａの下部に玉軸受１７が固定され、玉軸受１７に風車６の回転軸１８がその軸の周りに回転可能に支持されている。
水平方向に延びる連結シャフト１１に対して同軸上に円筒形状の磁気部材１９が固定されると共に、鉛直方向に延びる風車６の回転軸１８に対して同軸上に円筒形状の磁気部材２０が固定されており、これら磁気部材１９及び２０により磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構が形成されている。すなわち、磁気部材１９と磁気部材２０が互いに近接しながらも非接触に配置され、一方の磁気部材の回転トルクが他方の磁気部材へと伝達される。
同様にして３台の風車６の回転軸と連結シャフト１１がそれぞれ非接触型の駆動伝達機構を介して連結されると共に、３台の風車７の回転軸と連結シャフト１２がそれぞれ非接触型の駆動伝達機構を介して連結されている。
【００１３】
図５に示されるように、側部フレーム２の水平部材２ａに玉軸受２１が固定されており、この玉軸受２１に風車８の回転軸を兼用している連結シャフト１３がその軸の周りに回転可能に支持されている。また、側部フレーム２の鉛直部材２ｃにブラケット２２を介して発電機１０が取り付けられ、発電機１０の駆動軸２３がカップリング２４を介して連結シャフト１３の一端部に連結されている。
連結シャフト１３に近接する連結シャフト１１の一端部に対して同軸上に円筒形状の磁気部材２５が固定されると共に、連結シャフト１１に近接する部分の連結シャフト１３に対して同軸上に円筒形状の磁気部材２６が固定されており、これら磁気部材２５及び２６により磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構が形成されている。すなわち、磁気部材２５と磁気部材２６が互いに近接しながらも非接触に配置され、一方の磁気部材の回転トルクが他方の磁気部材へと伝達される。
同様にして、連結シャフト１３の両端部にそれぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して連結シャフト１１及び１２が連結されると共に、連結シャフト１４の両端部にそれぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して連結シャフト１１及び１２が連結されている。
【００１４】
上述した連結シャフト１１〜１４、玉軸受１６及び２１、磁気部材１９、２０、２５及び２６により回転伝達機構が構成されている。
この回転伝達機構により、側部フレーム２に取り付けられた３台の風車６と、側部フレーム３に取り付けられた３台の風車７と、部フレーム２と側部フレーム３との間に取り付けられた風車８及び９の回転軸の回転力が、出力軸である連結シャフト１３に伝達されることとなる。
【００１５】
そこで、風車６〜９が風を受けて回転軸の周りに回転すると、風車６〜９の回転軸の回転力が集約して連結シャフト１３に伝達され、さらに連結シャフト１３から発電機１０の駆動軸２３に回転力が伝達されて発電機１０が駆動し、発電が行われる。このため、風力が小さくても、大きな発電量を得ることが可能となる。
また、鉛直方向の回転軸を有する風車６及び７と、水平方向の回転軸を有する風車８及び９とを備えているので、いずれの方向からの風に対しても、いずれかの風車が風を受けて回転し始め、回転伝達機構を介してすべての風車６〜９が回転することとなる。
【００１６】
この実施の形態１では、支持構造体１をアルミプロファイルから形成すると共に１台の発電機１０のみを用いるため、風力発電装置全体の軽量化並びに製造コストの低減化を図ることができる。
【００１７】
風車６〜９は、一旦停止してしまうと、回転させるために所定以上の風力を要するので、無風時には、発電機１０にバッテリ等からわずかな電力を供給することにより発電機１０を電動機として回転駆動し、回転伝達機構を介して風車６〜９を低速回転させることが好ましい。
一方、台風等による暴風時には、装置の破損を防止するため、風車６〜９を強制的に回転禁止状態とすることが望ましい。例えば、図６に示されるように、側部フレーム２に腕部２７を介してロッド状の回転規制部材２８を回動自在に取り付け、暴風時には回転規制部材２８を各風車６に当接させることで風車６を回転禁止状態とすることができる。他の風車７〜９に対しても、同様の回転規制部材を取り付けることが好ましい。
【００１８】
なお、上記の実施の形態１においては、鉛直方向の回転軸を有する６台の風車６及び７と水平方向の回転軸を有する２台の風車８及び９を有する風力発電装置について述べたが、これに限るものではなく、互いに異なる回転軸を有する２台以上の風車の回転力を回転伝達機構で出力軸に伝達して１台の発電機を駆動するものであればよい。このとき、複数の風車のうちの少なくとも一つの風車が、他の風車の回転軸とは異なる方向に向けられた回転軸を有していれば、風向きに依らずに、より安定した発電を行うことができる。
【００１９】
実施の形態２
図７に実施の形態２に係る風力発電装置の構成を示す。筺体状の本体部３１に風車支持部３２が取り付けられ、風車支持部３２に複数の風車３３がそれぞれ回転可能に取り付けられている。本体部３１は、周囲が防風壁３４で囲まれると共に上方が開放され、さらに前方に設置された太陽電池パネル３５を具備している。風車支持部３２は、ほぼ平面的な枠形状に形成され、４段５列に配列され且つ互いに平行な回転軸を有する計２０台の風車３３を支持している。
【００２０】
図７において、最上段の５台の風車３３と２段目の５台の風車３３の回転軸にそれぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して水平方向の連結シャフト３６が連結され、同様に、３段目の５台の風車３３と４段目の５台の風車３３の回転軸にそれぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して水平方向の連結シャフト３７が連結されている。さらに、風車支持部３２の一側部に鉛直方向に配置された連結シャフト３８に、それぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を介して連結シャフト３６及び３７が連結されている。そして、連結シャフト３８がこの実施の形態２における出力軸を形成し、連結シャフト３８の一端部に発電機３９の駆動軸が連結されている。
【００２１】
図８に示されるように、風車支持部３２に玉軸受４０を介して水平方向の連結シャフト３６がその軸の周りに回転可能に支持され、最上段の風車３３の回転軸４１に対して同軸上に固定された円筒形状の磁気部材４２と連結シャフト３６に対して同軸上に固定された円筒形状の磁気部材４３とにより磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構が形成されている。同様に、２段目の風車３３の回転軸４４に対して同軸上に固定された円筒形状の磁気部材４５と連結シャフト３６に対して同軸上に固定された円筒形状の磁気部材４６とにより磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構が形成されている。
【００２２】
さらに、風車支持部３２に玉軸受４７を介して鉛直方向の連結シャフト３８がその軸の周りに回転可能に支持され、連結シャフト３６の一端部に同軸上に固定された円筒形状の磁気部材４８と連結シャフト３８に対して同軸上に固定された円筒形状の磁気部材４９とにより磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構が形成されている。
同様にして、３段目の風車３３の回転軸と４段目の風車３３の回転軸がそれぞれ磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構により水平方向の連結シャフト３７に連結されると共に連結シャフト３７の一端部が磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構により鉛直方向の連結シャフト３８に連結される。
【００２３】
上述した連結シャフト３６〜３８、玉軸受４０及び４７、磁気部材４２、４３、４５、４６、４８及び４９により回転伝達機構が構成されている。
この回転伝達機構により、２０台の風車３３のすべての回転軸の回転力が、出力軸である連結シャフト３８に伝達されることとなる。
【００２４】
図９に示されるように、風車支持部３２は、本体部３１に対して起伏可能に取り付けられている。このため、風車支持部３２を起立させると、２０台の風車３３がすべて本体部３１の上方に位置して風を受ける体勢となるが、風車支持部３２を倒すと、図１０に破線で示されるように、２０台の風車３３はすべて本体部３１の内部に収納される。
【００２５】
この風力発電装置の駆動時には、図７及び図９に示されるように、風車支持部３２を起立させて２０台の風車３３で風を受ける。これにより、２０台の風車３３の回転軸の回転力が集約して連結シャフト３８に伝達され、さらに連結シャフト３８から発電機３９の駆動軸に回転力が伝達されて発電機３９が駆動し、発電が行われる。このため、風力が小さくても、大きな発電量を得ることが可能となる。
一方、暴風時には、図１０に破線で示されるように、風車支持部３２を倒して２０台の風車３３を本体部３１の内部に収納する。これにより、防風壁３４によって風車３３を風から保護することができる。
【００２６】
この実施の形態２に係る風力発電装置は、本体部３１に配置された太陽電池パネル３５を具備しているので、必要に応じて風車３３による風力発電と太陽電池パネル３５による太陽光発電とを選択的に、あるいは、同時に行って、図示しないバッテリに充電を行うことが可能となる。
なお、風車支持部３２は、アルミプロファイル等から形成することができる。
また、上記の実施の形態２においては、風車支持部３２が４段５列に配列された計２０台の風車３３を支持していたが、これに限るものではなく、互いに異なる回転軸を有する２台以上の風車を支持していればよい。
【００２７】
上記の実施の形態１及び２における回転伝達機構は、磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を含んでいたが、代わりに機械的な歯車等による駆動伝達機構を含むものでもよい。ただし、実施の形態１及び２のように磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を利用すれば、摩擦によるエネルギー損失を未然に回避して、高効率の発電を行うことができる。また、磁力を利用した非接触型の駆動伝達機構を用いれば、強風時等において各風車に過度の回転負荷が作用した場合には、対となっている磁気部材が互いに空転することで、トルクリミッタの機能を有し、破損の防止がなされる。
【００２８】
また、上記の実施の形態１及び２においては、風車６〜９及び３３として、翼形状の羽根を有するダリウス型あるいはジャイロミル型の風車を用いたが、これに限るものではなく、プロペラ型、多翼型、パドル型、サボニウス型、クロスフロー型等、各種の風車を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る風力発電装置を示す斜視図である。
【図２】支持構造体に用いられたアルミプロファイルの構造を示す断面図である。
【図３】実施の形態１における回転伝達機構を概略的に示す平面図である。
【図４】実施の形態１に係る風力発電装置の要部を示す部分側断面図である。
【図５】実施の形態１に係る風力発電装置の要部を示す部分平面断面図である。
【図６】実施の形態１の変形例に係る風力発電装置を示す部分斜視図である。
【図７】実施の形態２に係る風力発電装置を示す正面図である。
【図８】実施の形態２における回転伝達機構を概略的に示す部分正面図である。
【図９】実施の形態２に係る風力発電装置を示す側面図である。
【図１０】実施の形態２に係る風力発電装置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  支持構造体、２，３  側部フレーム、４，５  連結部材、６〜９，３３  風車、１０，３９  発電機、１１〜１４，３６〜３８  連結シャフト、１５  ホルダ、１６，１７，２１，４０，４７  玉軸受、１８，４１，４４  回転軸、１９，２０，２５，２６，４２，４３，４５，４６，４８，４９  磁気部材、２２  ブラケット、２３  駆動軸、２４  カップリング、２７  腕部、２８  回転規制部材、３１  本体部、３２  風車支持部、３４  防風壁、３５  太陽電池パネル、２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ  水平部材、２ｃ，２ｄ，３ｃ，３ｄ  鉛直部材、Ｄ  溝。
【図１】
2010001747.tif 000003
【図２】
2010001747.tif 000004
【図３】
2010001747.tif 000005
【図４】
2010001747.tif 000006
【図５】
2010001747.tif 000007
【図６】
2010001747.tif 000008
【図７】
2010001747.tif 000009
【図８】
2010001747.tif 000010
【図９】
2010001747.tif 000011
【図１０】
2010001747.tif 000012