(57)【要約】【課題】小型化が可能で、設置自由度に優れ、運転管理が容易な風力発電装置を提供する。【解決手段】本発明の風力発電装置は、風力を回転力に変換する風車（１０）と、風車の回転力により駆動されるポンプ（４０）と、ポンプから圧送された作動液が流入するシリンダー（５１）と、シリンダーに嵌入されシリンダー内を往復動し得るピストン（５２）と、シリンダーとピストンにより構成される液室（ｃ）内に貯留された作動液をピストンを介して加圧し得る加圧バネ（５４）と、加圧された作動液の供給を受けて駆動される液圧モーター（６０）と、液圧モーターにより駆動される発電機（８０）とを備えることを特徴とする。この風力発電装置によれば、風力エネルギーを一旦、油圧エネルギーや弾性エネルギーに変換してから発電しているため、不安定な風力も有効に活用でき、安定した電力供給が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力を回転力に変換する風車と、
該風車の回転力により駆動されるポンプと、
該ポンプから圧送された作動液が流入するシリンダーと、
該シリンダーに嵌入され該シリンダー内を往復動し得るピストンと、
該シリンダーと該ピストンにより構成される液室内に貯留された作動液を該ピストンを介して加圧し得る加圧バネと、
該加圧された作動液の供給を受けて駆動される液圧モーターと、
該液圧モーターにより駆動される発電機と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記風車は、回転軸が上下方向に延在する縦型風車である請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記風車を揺動を許容しつつ支持する揺動支持部材を備える請求項１または２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記発電機で生じた電力を蓄電する蓄電池と、
該蓄電池から入力される直流電力を交流電力に変換して出力するインバーターと、
を備える請求項１に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型化が可能で、設置自由度に優れ、運転管理が容易な風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な風力発電装置は、風車により風力を回転力に変換し、その回転力により発電機を駆動して発電する装置である。この発電機で生じた交流電力を直接供給する場合、その周波数を一定にするために、風車の回転をディスクブレーキやクラッチ等により調整して、発電機の回転を制御する必要が生じる。このため従来の風力発電装置では、システムが複雑化、大型化する傾向にあった。
【０００３】
また従来の風力発電装置は、弱風時に発電量が少なくなる一方、強風時には装置保護のために発電の停止を余儀なくされるため、安定した電力を得ることが難しく、風力を十分に活用できるものではなかった。
【０００４】
このような風力発電装置に対して、風車を介して得た風力エネルギーを一旦油圧エネルギー等に変換・蓄積し、その油圧エネルギーを電気エネルギーに変換する新しいタイプの風力発電装置が下記の特許文献で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４４６２６号公報
【特許文献２】特開２００５−３４８５８２号公報
【特許文献３】特開２０１２−１２９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献で提案されている風力発電装置はいずれも、複雑で大型化する傾向にあり、設置や運転管理等を簡単に行えるものではなかった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、小型化を図れ、多くの場所や地域で簡易に設置できると共に運転管理も容易な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】
【０００８】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、油圧を利用して風力エネルギーをバネの弾性エネルギーとして蓄積した後、また油圧を利用して、その蓄積した弾性エネルギーを随時、電気エネルギーに変換（つまり発電）することを思いついた。この着想を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【０００９】
《風力発電装置》
（１）本発明の風力発電装置は、風力を回転力に変換する風車と、該風車の回転力により駆動されるポンプと、該ポンプから圧送された作動液が流入するシリンダーと、該シリンダーに嵌入され該シリンダー内を往復動し得るピストンと、該シリンダーと該ピストンにより構成される液室内に貯留された作動液を該ピストンを介して加圧し得る加圧バネと、該加圧された作動液の供給を受けて駆動される液圧モーターと、該液圧モーターにより駆動される発電機と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
（２）本発明の風力発電装置によれば、風力を受けて風車が回転すると、それによりポンプが駆動され、ポンプから圧送された作動液はシリンダーおよびピストンで区画された液室内に充填される。このピストンは加圧バネにより付勢されており、液室内の液圧およびピストンの面積に応じた反力が加圧バネに作用し得る。逆に言えば、その反力に応じて加圧バネは変位（伸び、撓み等）し、その変位とバネ定数に応じた弾性エネルギーが加圧バネに蓄積される。このポンプからの圧送と加圧バネによる付勢によって、作動液はほぼ常時加圧された状態となる。この加圧された作動液が液圧モーターに導かれることにより、液圧モーターは、弾性エネルギーが残存する間、発電機を安定して駆動することが可能となる。
【００１１】
本発明の風力発電装置は、構造が簡単であり、小型化が容易であるため、工場や家庭などの多くの場所や地域に設置し易い。また、製作、設置、運転管理等も容易であり、低コスト発電が可能となる。さらに、設置環境や要求仕様等に応じて、加圧バネのバネ定数、ピストンのストローク量、液室の容量等を調整することにより、風力エネルギーを適切に蓄積でき、安定した発電が可能となる。
【００１２】
また本発明の風力発電装置によれば、強風時さらには暴風時でも、風力エネルギーを弾性エネルギーとして蓄えることができるため、風車の回転速度調整や停止等を行う必要がなく、その際に蓄積した弾性エネルギーを弱風時の発電に有効利用できる。このように本発明の風力発電装置では、風速と独立して発電できるため、従来よりも風力エネルギーを遥かに有効に活用した発電が可能となる。
【００１３】
さらに本発明の風力発電装置では、風車を風速に応じて回転させ得るため、風車の羽根とその周囲を流れる風との間に生じる速度差が小さくなり、その速度差に起因した騒音（風切音）も抑制される。
【００１４】
（３）本発明の風力発電装置は、回転軸が上下方向に延在する縦型風車を備えると好適である。これより装置全体を大幅に小型化でき、風向きに応じて風車を回転させる必要もないため、構造の簡素化を図りつつ風力エネルギーを有効に取り込める。また、プロペラを備え回転軸が水平方向（風方向）である横型風車では、その回転軸の中心付近と外周付近で周速が大きく異なるため、前述した風切音が発生し易い。これに対して縦型風車の場合、上下方向（縦方向）に配置された羽根は、中心からほぼ一定の距離にある円筒領域内を回転するため、通過する風との間で生じる速度差が小さく、風切音の発生も大幅に抑制される。
【００１５】
本発明の風力発電装置は、風車の揺動を許容しつつ風車を支持する揺動支持部材を備えると好適である。この揺動支持部材により本発明に係る風車、その風車を支持する支柱、支持台等は、適当に傾斜、揺動等するようになり、暴風時や地震時等により過大な力を受けた場合でも破損し難くなる。このような揺動支持部材として、バネ、ゴムなどの弾性体が考えられる。
【００１６】
本発明の風力発電装置は、より安定した電力を供給するために、発電機で生じた電力を蓄電する蓄電池を備えると好適である。発電機が交流発電機であるときは、発電機と蓄電池の間に、交流電力を所定電圧の直流電力に変換するコンバーターを介在させるとよい。さらに、この蓄電池を介して交流電力を供給する場合は、蓄電池から供給される直流電力を交流電力に変換して出力するインバーターを下流側に設けるとよい。
【００１７】
《その他》
本発明に係る作動液は、その種類を問わない。作動液は水でもよいが、通常は作動油が用いられる。本発明に係るバネも、その種類を問わず、コイルバネ、皿バネ等が適宜用いられる。もっとも、ピストンの変位量を大きく確保する場合、加圧バネはコイルバネであると好ましい。本発明に係るポンプ、液圧モーター、発電機等の種類も問わない。発電機は直流発電機でも良いが、維持管理が容易は交流発電機が好ましい。
【００１８】
なお、上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の風力発電装置の一形態を示す概要図である
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一形態である風力発電装置１の概要を図１に示した。風力発電装置１は、風車１０と、風車１０を支持するベース２０と、風車１０の回転力を伝達する回転伝達装置３０と、油圧ポンプ４０と、油圧ポンプ４０から圧送された作動油（作動液）を貯留するアキュムレータ５０と、アキュムレータ５０から供給された作動油により駆動する油圧モーター６０（液圧モーター）と、油圧モーター６０により駆動される交流発電機８０と、交流発電機８０から供給される交流電力を所定周波数の交流電力として出力する電源装置９０とからなる。
【００２１】
風車１０は、縦型風車であり、円周方向に均等配置された３枚の上下方向に延在するブレード１１（羽根）と、各ブレード１１を支持する水平方向に平行な上アーム１２および下アーム１３と、上アーム１２の内周端側が固定される回転ディスク１４と、下アーム１３の内周端側が固定される回転リング１５とからなる。
【００２２】
ベース２０は、筐体２１と、筐体２１の上面側から上方に延在する円筒パイプからなる支柱２２と、筐体２１の下面側と地面等の接地面Ｇの間に設けられて筐体２１および支柱２２を支持するコイルバネからなる支持バネ２２（揺動支持部材）とからなる。支持バネ２２により風車１０を支持する筐体２１および支柱２２は、接地面Ｇに対して揺動可能となっている。また支柱２２の上端部には、回転ディスク１４を支承するフランジ２３が形成されている。
【００２３】
回転伝達装置３０は、支柱２２の内側を上下方向に貫く伝達軸３１と、伝達軸３１の下端部に取り付けられたウォームギア３４と、このウォームギア３４に噛合するホイールギア３５とからなる。伝達軸３１の上端部は、回転ディスク１４と連結されている。これにより風車１０に風力が作用すると、フランジ２３上に設けられたスラストベアリング３２により支承された回転ディスク１４が回転し、その回転が伝達軸３１に伝達され、ウォームギア３４およびホイールギア３５が回転する。なお、風車１０は、回転リング１５と支柱２２の間に設けたベアリング３３によっても支承されている。これにより風車１０は支柱２２のまわりに安定して回転できるようになっている。
【００２４】
油圧ポンプ４０は、駆動軸がホイールギア３５に連結されており、ホイールギア３５の回転に伴って、オイルタンク７０から導管ｆ１に沿って作動油を汲上げると共にアキュムレータ５０へ導管ｆ２に沿って作動油を圧送する。
【００２５】
アキュムレータ５０は、油室ｃ（液室）を形成する有底円筒状のシリンダー５１およびシリンダー５１の内側に往復動可能に嵌入されたピストン５２と、ピストン５２の他面側（シリンダー５１の開口側）から延在するロッド５３と、ロッド５３を付勢するコイルバネからなる加圧バネ５４とからなる。
【００２６】
油圧ポンプ４０から圧送されて油室ｃに充填された作動油には、その加圧バネ５４のバネ定数、縮み量およびピストン５２の円面積に応じた油圧が作用する。なお、シリンダー５１の閉端側と加圧バネ５４の他端側はそれぞれ、高剛性で高強度な固定壁５５と固定壁５６に連結されている。また油室ｃからシリンダー５１内に漏洩等した作動油は導管ｂ１に沿ってオイルタンク７０へ戻される。また、油室ｃの許容容積を超えて作動油が油圧ポンプ４０から圧送される場合は、油室ｃに設けられたリリーフバルブ（図略）が開き、余剰となった作動油も導管ｂ１に沿ってオイルタンク７０へ戻される。
【００２７】
油圧モーター６０は、出力軸６１と、油室ｃから導管ｆ３に沿って圧送された高圧の作動油が流入することにより出力軸６１を駆動する駆動部６２とからなる。駆動部６２を通過した低圧の作動油は、導管ｂ２に沿ってオイルタンク７０へ戻される。
【００２８】
交流発電機８０は、三相誘導機からなり、その入力軸は油圧モーター６０の出力軸６１と連結されている。従って、アキュムレータ５０から高圧の作動油が圧送されて油圧モーター６０が稼動すると、交流発電機８０は三相交流を発電する。
【００２９】
電源装置９０は、交流発電機８０から供給された三相交流を整流して所定電圧の直流にするコンバーター９１と、コンバーター９１から出力された直流電力を蓄電するバッテリー９２（蓄電池）と、バッテリー９２から出力された直流電力を所定周波数の交流電力に変換して出力するインバーター９３とからなる。インバーター９３から出力された交流電力は各種の電気負荷Ｌへ供給される。
【００３０】
本発明に係る風力発電装置１は、構造が簡単でコンパクトであるため、種々の場所に設置可能である。また風力発電装置１は、風力エネルギーを一旦、油圧エネルギーや弾性エネルギーに変換してから発電しているため、不安定な風力も有効に活用でき、安定した電力供給が可能となる。さらに、風車１０は支持バネ２２により揺動可能な状態となっており、強風時等に大きな力を受けても破損等し難いため、厳しい環境下にある地域等にも設置可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１    風力発電装置
１０  風車
４０  油圧ポンプ
５０  アキュムレータ
５１  シリンダー
５２  ピストン
６０  油圧モーター
８０  交流発電機
【図１】
2014145258.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月13日(2014.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力を回転力に変換する風車と、
該風車の回転力により駆動されるポンプと、
該ポンプから圧送された作動液が流入するシリンダーと、
該シリンダーに嵌入され該シリンダー内を往復動し得るピストンと、
該シリンダーと該ピストンにより構成される液室内に貯留された作動液を該ピストンを介して加圧し得る加圧バネと、
該加圧された作動液の供給を受けて駆動される液圧モーターと、
該液圧モーターにより駆動される発電機と、
該風車を支持する筐体または支柱を、接地面に対して傾斜し得る揺動を許容しつつ支持する揺動支持部材と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記風車は、回転軸が上下方向に延在する縦型風車である請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記揺動支持部材はコイルバネからなる請求項１または２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記発電機で生じた電力を蓄電する蓄電池と、
該蓄電池から入力される直流電力を交流電力に変換して出力するインバーターと、
を備える請求項１に記載の風力発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
《風力発電装置》
（１）本発明の風力発電装置は、風力を回転力に変換する風車と、該風車の回転力により駆動されるポンプと、該ポンプから圧送された作動液が流入するシリンダーと、該シリンダーに嵌入され該シリンダー内を往復動し得るピストンと、該シリンダーと該ピストンにより構成される液室内に貯留された作動液を該ピストンを介して加圧し得る加圧バネと、該加圧された作動液の供給を受けて駆動される液圧モーターと、該液圧モーターにより駆動される発電機と、該風車を支持する筐体または支柱を、接地面に対して傾斜し得る揺動を許容しつつ支持する揺動支持部材と、を備えることを特徴とする。