(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電用モータに回転力を伝える垂直回転軸と、この垂直回転軸から放射状に等間隔で設けられる複数の支持アームと、各々の前記支持アームの先端に接続された受風パドルとを有する風力発電装置であって、
前記受風パドルが平面視で外面側を凹状に湾曲または屈曲してなる凹状パネル部と、この凹状パネル部の回転方向における前縁部に沿って外面側に突出しかつその先端部が後縁部側に湾曲または屈曲してなる前縁気流貯留部が設けられており、
前記受風パドルにおける前記支持アームとの接続部から前記後縁部までの長さが前記支持アームより長く形成されている、風力発電装置。
【請求項２】
前縁気流貯留部が、軸線に沿って内側が開口された気流止め穴を備えたパイプによって形成されている、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記受風パドルが、前記凹状パネル部の上縁部および下縁部に沿って前記外面側に設けられた上縁気流止め部および下縁気流止め部を備えている、請求項１または請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記垂直回転軸が磁力の反発力により浮遊状態で回転自在に支持されている請求項１、請求項２および請求項４のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記受風パドルは、上下の縦長さが前縁部と後縁部とを結ぶ長さよりも大きい縦長形状に形成されているとともに、前記凹状パネル部の内外両面またはいずれか一面に太陽光発電素子が設けられ、前記太陽光発電素子の電極と、前記垂直回転軸を支持する軸支持台に設けられた電極との通電を行う通電機構を有しており、
前記通電機構が、前記垂直回転軸に固定されているとともに前記太陽光発電素子のプラス極と通電可能に接続されている素子側プラス極ギヤと、
前記垂直回転軸に固定されているとともに前記太陽光発電素子のマイナス極と通電可能に接続されている素子側マイナス極ギヤと、
前記軸支持台に回転可能に固定され、かつ前記素子側プラス極ギヤと噛み合わされているとともに前記軸支持台のプラス極と通電可能に接続されている軸支持台側プラス極ギヤと、
前記軸支持台に回転可能に固定され、かつ前記素子側マイナス極ギヤと噛み合わされているとともに前記軸支持台のマイナス極と通電可能に接続されている軸支持台側マイナス極ギヤと
を備えている請求項１、請求項２、請求項４および請求項５のいずれか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、再生可能エネルギーを用いた風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電設備や送電線の無い地域に居住する人や遊牧民等の固定した居住地がない人等、世界中には電気による恩恵を受けられない人々が大勢いる。このため、従来、小型の太陽光発電パネルなど、設置が容易な発電機により電力を得てきた。しかし、太陽光発電パネルによる発電は、太陽光が出ている日中にしか発電を行うことができず、照明等のために最も電力の必要な夜間には電力が得られないという問題がある。【０００３】
そこで、近年では、構造が簡単で壊れにくく設置が容易であり、かつ夜間であっても発電可能な小型の風力発電装置が提案されている。【０００４】
例えば、特許第３４５１０８５号公報では、垂直回転軸に直交する面内で、前記回転軸を中心として一定角度ごとに複数のブレードが設けられた風力発電用の風車において、前記ブレードが翼型であって、翼の回転軸側が翼弦長に対して前縁から３５％〜４５％の位置を基点として、後縁まで切り欠かれている風力発電用の風車が提案されている（特許文献１）。この特許文献１によれば、前記風力発電用の風車では、ブレードの翼下面の切欠部によって、ブレードに大きな空気抵抗が生じ、起動時や風の弱い低速風域でも、抗力型風車の特性と揚力型風車の特性とを効果的に組みあわせることにより、風車を効率よく回転させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４５１０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、風車の形状が揚力をメインに設計されたものであるため、空気抵抗を受ける切欠部の幅は、ブレードの厚さ以上にはできない。そのため、切欠部が風を受ける面積は非常に狭く、揚力が殆ど生じないような風の弱い低速風域においては、実際にブレードを起動させるほどの回転モーメントが発生しないおそれがある。【０００７】
また、従来のプロペラを用いた風力発電機では、３ｍ／ｓ以下の低速風域で起動可能な発電機が開発されているが、風速３ｍ／ｓ以下で起動させるにはプロペラに対して略直角方向から風が吹かなければならず、実際に風速３ｍ／ｓ以下で起動させることは困難である。【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、回転方向の抗力を受けやすい構造によって起動時における始動の確実性を高めるとともに、装置全体における自然エネルギーによる発電量を増やすことのできる風力発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る風力発電装置は、風力発電用モータに回転力を伝える垂直回転軸と、この垂直回転軸から放射状に等間隔で設けられる複数の支持アームと、各々の前記支持アームの先端に接続された受風パドルとを有する風力発電装置であって、前記受風パドルが平面視で外面側を凹状に湾曲または屈曲してなる凹状パネル部と、この凹状パネル部の回転方向における前縁部に沿って外面側に突出しかつその先端部が後縁部側に湾曲または屈曲してなる前縁気流貯留部が設けられている。【００１０】
また、本発明の一態様として、前記受風パドルと前記支持アームとが前記受風パドルの前縁部と後縁部との中間点より前記前縁部側で接続されていてもよい。【００１１】
さらに、本発明の一態様として、前記受風パドルにおける前記支持アームとの接続部から前記後縁部までの長さが前記支持アームより長く形成されていてもよい。【００１２】
また、本発明の一態様として、前記受風パドルが、前記凹状パネル部の上縁部および下縁部に沿って前記外面側に設けられた上縁気流止め部および下縁気流止め部を備えていてもよい。【００１３】
さらに、前記垂直回転軸が磁力の反発力により浮遊状態で回転自在に支持されていてもよい。【００１４】
また、本発明の一態様として、前記受風パドルは、上下の縦長さが前縁部と後縁部とを結ぶ長さよりも大きい縦長形状に形成されているとともに、前記凹状パネル部の内外両面またはいずれか一面に太陽光発電素子が設けられ、前記太陽光発電素子の電極と、前記垂直回転軸を支持する軸支持台に設けられた電極との通電を行う通電機構を有しており、前記通電機構が、前記垂直回転軸に固定されているとともに前記太陽光発電素子のプラス極と通電可能に接続されている素子側プラス極ギヤと、前記垂直回転軸に固定されているとともに前記太陽光発電素子のマイナス極と通電可能に接続されている素子側マイナス極ギヤと、前記軸支持台に回転可能に固定され、かつ前記素子側プラス極ギヤと噛み合わされているとともに前記軸支持台のプラス極と通電可能に接続されている軸支持台側プラス極ギヤと、前記軸支持台に回転可能に固定され、かつ前記素子側マイナス極ギヤと噛み合わされているとともに前記軸支持台のマイナス極と通電可能に接続されている軸支持台側マイナス極ギヤとを備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転方向の抗力を受けやすい構造によって起動時における始動の確実性を高めるとともに、装置全体における自然エネルギーによる発電量を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る風力発電装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本実施形態における軸支持台の内部を示す縦断面図である。
【図３】本実施形態の風力発電装置を示す平面図である。
【図４】本実施形態における受風パドルを示す正面図である。
【図５】受風パドル４Ａ側から風を受けた場合の風力発電装置に対する空気の流れを示す平面図である。
【図６】受風パドル４Ａと受風パドル４Ｃとの間から風を受けた場合の風力発電装置に対する空気の流れを示す平面図である。
【図７】本発明に係る風力発電装置の他の実施形態を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る風力発電装置の他の実施形態を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る風力発電装置の他の実施形態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る風力発電装置１の一実施形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態の風力発電装置１は、図１に示すように、風力発電用モータ７に回転力を伝える垂直回転軸２と、この垂直回転軸２から放射状に等間隔で設けられる複数の支持アーム３と、各々の前記支持アーム３の先端に接続される受風パドル４と、この受風パドル４の表面に設けられる太陽光発電素子５と、前記垂直回転軸２を回転自在に支持する軸支持台６とを有している。
【００１９】
以下、本実施形態の風力発電装置１における各構成について詳細に説明する。
【００２０】
垂直回転軸２は、スチールパイプ等で構成されており、図１に示すように、軸支持台６に垂直方向に回転自在に支持されている。本実施形態における垂直回転軸２は、図２に示すように、回転摩擦の低減のためのボールベアリング６３や回転時の軸ブレを防止のためのソケット６７を介して前記軸支持台６の上下２箇所で回転自在に支持されている。
【００２１】
また、垂直回転軸２および軸支持台６には、図２に示すように、同極（例えば、Ｓ極とＳ極またはＮ極とＮ極）が相対するように一組の磁石６６，６６が設けられており、これら磁石６６，６６同士の反発力によって垂直回転軸２が前記軸支持台６に対して浮揚させた状態で支持できるようになっている。また、本実施形態では、磁石６６として、強磁力を備えるネオジウム磁石を用いている。
【００２２】
また、垂直回転軸２の下端には、後述するとおり、垂直回転軸２の回転力を風力発電用モータ７に伝達する回転伝達機構８を備えている。さらに、垂直回転軸２の表面には、光の反射率の高い鏡面仕上げが施されたクロームメッキシート等が貼付されており、より多くの太陽光を受風パドル４側へ反射するようになっている。
【００２３】
支持アーム３は、受風パドル４を支持するものであり、垂直回転軸２から放射状に等間隔で固定されている。本実施形態では、受風パドル４の上端および下端を接続するために、図１および図３に示すように、３本の支持アーム３が垂直回転軸２の上端および下端にそれぞれ円周方向に対して１２０度間隔で設けられている。また、上端の各支持アーム３１は、アクリル樹脂等の透明な材料によって形成されているとともに、下端の支持アーム３２の表面には、光の反射率の高い鏡面仕上げが施されており、より多くの太陽光を受風パドル４へ導光するようになっている。
【００２４】
なお、支持アーム３の本数や円周方向の間隔等は、特に限定されるものではなく、支持する受風パドル４の形状や重さ、あるいは太陽光の受光量等を考慮して、適宜選択されるものである。
【００２５】
受風パドル４は、風を受けて垂直回転軸２に対して回転力を生じさせるものであり、受けた風を前縁側へと案内する凹状パネル部４１と、凹状パネル部４１によって案内された風を受けて回転力へと変換する前縁気流貯留部４２とを有している。また、本実施形態における受風パドル４は、図１に示すように、凹状パネル部４１によって受けた風が上下方向から逃げ難くするための上縁気流止め部４３および下縁気流止め部４４を有している。つまり、本実施形態における受風パドル４は、パドル形の風力発電装置におけるパドル部を新規の形状としたものである。
【００２６】
凹状パネル部４１は、本実施形態では、図１および図３に示すように、略矩形状のパネルを平面視において湾曲させたものである。よって、凹状パネル部４１は、図５に示すように、凹面を外側に向けた状態で支持されることにより、外側から吹く風を受け、受けた風を前縁方向に案内し易いようになっている。なお、凹状パネル部４１は、平面視において湾曲したものに限定されるものではなく、図９に示すように、平面視において直線状のパネルを屈曲させたものとしてもよい。
【００２７】
また、本実施形態における凹状パネル部４１は、図３に示すように、支持アーム３との接続部から後縁部４６までの長さが前記支持アーム３より長く形成されている。このように、支持アーム３との接続部から後縁部４６までの長さを長くすることにより、図５に示すように、風向面に対して追尾する他の凹状パネル部４１を覆い隠す面積を増やしている。
【００２８】
さらに、本実施形態における凹状パネル部４１は、内外両面に太陽光発電素子５が設けられており、太陽光発電素子５を設ける面積を大きくするために、その上下の縦長さがその前縁部４５とその後縁部４６とを結ぶ長さよりも大きい縦長形状に形成されている。なお、本実施形態では、太陽光発電素子５として、アモルファスを用いたソーラーセルを使用しているが、太陽光の光エネルギーを電力に変換するものであれば他の材料を用いてもよい。また、本実施形態では、凹状パネル部４１の外面４１１および内面４１２の両面に太陽光発電素子５が設けられているが、いずれか一面であってもよい。
【００２９】
また、凹状パネル部４１の素材は、特に限定されるものではなく、金属や合成樹脂等から適宜選択されるものであり、パネル自体が太陽光発電パネルでもよく、太陽光発電素子５を有するフィルム等を表面に貼り付けるようにしてもよい。
【００３０】
次に、前縁気流貯留部４２は、凹状パネル部４１で受けた風を前縁部４５で受け止める部分であり、前記凹状パネル部４１の回転方向における前縁部４５に沿って外面側に突出され、かつその先端部が後縁側に湾曲または屈曲されている。本実施形態における前縁気流貯留部４２では、軽量化のためにアルミ製のパイプから構成されており、図１および図３に示すように、その外周面が平面視で前記凹状パネル部４１に沿ってなだらかに連続した円状または円弧状に形成されているとともに、軸線に沿って内側が開口された気流止め穴４９が形成されている。
【００３１】
なお、前縁気流貯留部４２は、パイプから構成されるものに限定されるものではなく、図９に示すように、矩形状のパネル部材等から適宜選択してもよい。
【００３２】
上縁気流止め部４３は、凹状パネル部４１の上縁部４７に沿って凹状パネル部４１の外面４１１側に設けられている。本実施形態における上縁気流止め部４３は、図１および図３に示すように、上縁部４７から前縁気流貯留部４２にかけて凹状パネル部４１の上縁部４７を覆うように設けられた透明のアクリル板によって形成されている。このため、凹状パネル部４１で受けた風の気流を止めるとともに、より多くの太陽光を凹状パネル部４１の外面４１１側に透過させられるようになっている。
【００３３】
また、下縁気流止め部４４は、凹状パネル部４１の下縁部４８に沿って凹状パネル部４１の外面４１１側に設けられている。本実施形態における下縁気流止め部４４は、図１および図３に示すように、下縁部４８から前縁気流貯留部４２にかけて凹状パネル部４１の下縁部４８を覆うように設けられたアクリル板によって形成されている。また、下縁気流止め部４４の上面は、光の反射率の高い鏡面仕上げが施されており、凹状パネル部４１で受けた風の気流を止めるとともに、受けた太陽光を凹状パネル部４１の外面４１１に向けて反射するようになっている。
【００３４】
前記受風パドル４は、図３に示すように、後縁側での受風面積を増やすため、前記受風パドルの前縁部４５と後縁部４６との中間点より前記前縁部４５側に設けられた接続部によって前記支持アーム３に接続されている。また、受風パドル４は、後縁部４６から前縁部４５へ向けて風を流れやすくするため、前縁気流止め部４２側を内方向に傾斜させた状態で前記支持アーム３に支持されている。本実施形態では、回転軌道の接線に対して、約７°〜８°の角度で傾斜させている。この角度が小さ過ぎると、風の流れが作りにくくなる一方、角度が大き過ぎると、風から受ける抗力が低減するためである。
【００３５】
次に、軸支持台６およびその内部の構成について説明する。軸支持台６は、図１に示すように、下端の台座部６１と、この台座部６１の上に設けられた軸支持部６２とを有する。本実施形態における台座部６１は、風力発電装置１を立設状態で固定するためのものであり、矩形状の板にボルトを通すための下孔が四隅に設けられている。
【００３６】
また、軸支持部６は、円筒状に形成されており、図２に示すように、その内部に、風力発電用モータ７と、垂直回転軸２の回転力を前記風力発電用モータ７に伝達する回転伝達機構８と、前記太陽光発電素子５によって発電された電力を充電する太陽光発電用充電器９と、前記太陽光発電素子５の電極と前記太陽光発電用充電器９の電極との通電を行う通電機構１０とを有している。
【００３７】
風力発電用モータ７は、回転軸７１を有する一般的な発電モータであり、図２に示すように、軸支持台６の内部に固定されている。
【００３８】
回転伝達機構８は、垂直回転軸２の回転力を風力発電用モータ７の回転軸７１に伝達する機構であり、本実施形態では、前記風力発電用モータ７の回転軸７１に設けられたモータ側ギヤ８１と、垂直回転軸２の下端に設けられた回転軸側ギヤ８２とを有する。つまり、本実施形態における回転伝達機構８は、モータ側ギヤ８１と回転軸側ギヤ８２とが相互に噛み合うことで、垂直回転軸２の回転力を風力発電用モータ７の回転軸７１に伝達するようになっている。
【００３９】
太陽光発電用充電器９は、湾曲パネル部４１の両面に設けられた太陽光発電素子５によって発電された電力を充電する一般的な充電器であり、図２に示すように、軸支持台６の内部に設置されている。
【００４０】
通電機構１０は、垂直回転軸２が回転してもコード等が絡まることなく、太陽光発電素子５の電極と太陽光発電用充電器９の電極との通電を行う機構である。本実施形態では、図２に示すように、垂直回転軸２に固定されている素子側プラス極ギヤ１０１および素子側マイナス極ギヤ１０２と、軸支持台６に回転可能に固定されている軸支持台側プラス極ギヤ１０３および軸支持台側マイナス極ギヤ１０４とを有する。
【００４１】
素子側プラス極ギヤ１０１は、通電性を有する金属等の素材によって形成された平歯車等のギヤであり、垂直回転軸２の下端部に固定されているとともに、太陽光発電素子５のプラス極５１と通電可能に配線接続されている。
【００４２】
素子側マイナス極ギヤ１０２は、素子側プラス極ギヤ１０１と同様に、通電性を有する金属等の素材によって形成された平歯車等のギヤであり、垂直回転軸２の下端部に固定されているとともに、太陽光発電素子５のマイナス極５２と通電可能に配線接続されている。また、素子側マイナス極ギヤ１０２と素子側プラス極ギヤ１０１とは、電気的な絶縁状態であり、相互には通電しないようになっている。
【００４３】
軸支持台側プラス極ギヤ１０３は、通電性を有する金属等の素材によって形成されたギヤであり、軸支持台６に対して素子側プラス極ギヤ１０１と噛み合わされる位置に回転可能に固定されている。よって、軸支持台側プラス極ギヤ１０３は、素子側プラス極ギヤ１０１と噛み合わされることで相互に接触し、相互に通電するようになっている。また、前記軸支持台側プラス極ギヤ１０３は、軸支持台６に設けられた太陽光発電用充電器９のプラス極９１と通電可能に接続されている。
【００４４】
軸支持台側マイナス極ギヤ１０４は、軸支持台側プラス極ギヤ１０３と同様に、通電性を有する金属等の素材によって形成されたギヤであり、軸支持台６に対して素子側マイナス極ギヤ１０２と噛み合わされる位置に回転可能に固定されている。よって、軸支持台側マイナス極ギヤ１０４は、素子側マイナス極ギヤ１０２と噛み合わされることで相互に接触し、相互に通電するようになっている。また、軸支持台側マイナス極ギヤ１０４は、軸支持台６に設けられた太陽光発電用充電器９のマイナス極９１と通電可能に接続されている。さらに、軸支持台側マイナス極ギヤ１０４と軸支持台側プラス極ギヤ１０３とは、電気的な絶縁状態であり、相互には通電しないようになっている。
【００４５】
次に、本実施形態の風力発電装置１における各構成の作用について説明する。
【００４６】
まず、本実施形態の風力発電装置１に対して、図５に示すように、受風パドル４Ａ側から風（図５における下から上方向へ向かう風）を受けた場合について説明する。
【００４７】
この場合、受風パドル４Ａは、主に凹状パネル部４１の外面４１１によって風を受ける。受けた風は、湾曲されているとともに、回転軌道の接線に対して傾斜している凹状パネル部４１に沿って後縁部４６から前縁部４５へ案内される。また、本実施形態における受風パドル４Ａでは、後縁側が長く形成されているため多くの気流を前縁部４５側に案内することができる。さらに、上縁気流止め部４３および下縁気流止め部４４は、凹状パネル部４１の外面４１１に当たった風の上下方向の気流を止めるとともに、その風を前縁部４５側へと流れるように案内している。
【００４８】
受風パドル４Ａにおける前縁気流貯留部４２は、流れてきた風を受け止め、その力に対する反作用によって、垂直回転軸２を中心とした回転トルクを生じさせる。このとき、前縁気流貯留部４２の先端部が後縁側に湾曲または屈曲しているため、後縁側から案内されてきた気流を効率よく回転トルクにすることができる。この回転トルクは、支持アーム３を介して垂直回転軸２に伝えられ、垂直回転軸２を回転させる力となる。なお、受風パドル４の回転方向は、図５において、反時計回り方向である。
【００４９】
このとき、受風パドル４Ｂでは、図５に示すように、凹状パネル部４１の内面４１２側に風を受け、風向き方向へと押す力を生じさせる。よって、受風パドル４Ｂは、風に押される力によって、垂直回転軸２を、図５において、反時計回りに回転させる。本実施形態では、前記受風パドル４Ａと前記支持アーム３との接続部から前記前縁部４５までの長さが短いため、受風パドル４Ｂが風を受けやすくなっている。
【００５０】
一方、受風パドル４Ｃは、回転方向に対して対向する風を受けて、回転方向（反時計回り）とは逆方向（時計回り）の回転力を生じさせる。但し、受風パドル４Ａの後縁側が長く形成されていることにより、追尾する受風パドル４Ｃが受ける風は前記受風パドル４Ａによって遮られているため逆方向の回転力は弱い。また、受風パドル４Ｃは、支持アーム３の先端に凹状パネル部４１の外面４１１が外側に向くように設けられている。そのため、受風パドル４Ｃは、図５に示すように、風向きに対する投影面積が小さくなり、風から受ける抗力により生じる反対方向（時計回り）の回転力を小さくすることできる。
【００５１】
さらに、本実施形態における各受風パドル４は、翼形状に形成しているため、前縁気流止め部４２で生じるよどみ点を減らすように前縁部４５周辺の流れを整流することで、より抵抗を小さくすることができる。
【００５２】
よって、図５に示すように、受風パドル４Ａ側から風を受けた場合には、受風パドル４Ａおよび受風パドル４Ｂが、抗力によって反時計回りの回転モーメントを発生させ易くなる。一方、受風パドル４Ｃは、回転方向と風方向とが対向する位置となるが、受ける風量が少なく、投影面積が小さいため風から受ける抗力は小さいため、回転を妨げる回転モーメントの発生が抑制されている。
【００５３】
次に、図６に示すように、受風パドル４Ａと受風パドル４Ｃとの中間側から風を受けた場合（図６における下から上方向へ向かう風）について説明する。
【００５４】
図６に示すように、受風パドル４Ａは、主に凹状パネル部４１の外面４１１によって風を受ける。受けた風は、凹状パネル部４１に沿って後縁部４６から前縁部４５へ流れる。前縁気流貯留部４２は、流れてきた風を受け止め、その力に対する反作用によって、垂直回転軸２を中心とした反時計回りの回転トルクを生じさせる。この受風パドル４Ａが受ける風量は、凹状パネル部４１の外面４１１側が風に対して正面に受ける場合に対して受ける量よりも少ないが、支持アーム３が垂直回転軸２との距離を長くするため、少ない風量でも強いトルクを生じさせることができる。
【００５５】
受風パドル４Ｂは、図６に示すように、風向と凹状パネル部４１の内面４１２とが向かい合うため、回転方向に対しては正負いずれの方向に対しても回転力は殆ど生じさせない。よって、回転に対しては、殆ど力が作用していない状態である。
【００５６】
一方、受風パドル４Ｃは、図６に示すように、風向きに対して、前縁側を内方向に傾斜させた状態となる。そのため、風は前縁気流貯留部４２により外側と内側とに分かれる。そして、翼形状の凹状パネル部４１の内面４１２と前縁気流貯留部４２とが、受風パドル４Ｃの外側と内側とに圧力差を生じさせ、いわゆる内側へと向かう揚力を生じさせる。一般的に、翼の揚力は、前縁側でかつ凸面側に引っ張られるような力であるため、図６に示すように、垂直回転軸２を正の方向（反時計回り）に回転させる力となる。また、本実施形態では、前記受風パドル４の上下の縦長さを前縁部４５と後縁部４６とを結ぶ長さよりも大きい縦長形状に形成したことにより、揚力が効率的に生じやすくなっている。
【００５７】
よって、図６に示すように、受風パドル４Ａと受風パドル４Ｃとの中間側から風を受けた場合には、受風パドル４Ａが垂直回転軸２へのトルクを生じさせ易い位置で風を受け、抗力による反時計回りの回転モーメントを生じさせる。一方、受風パドル４Ｃは、回転方向と風方向とが対向する位置となるが、そのトルクは受風パドル４Ａによって生じるトルクよりも弱い。また、受風パドル４Ｃでは、内側への揚力を生じさせ、回転力を補助するようになっている。
【００５８】
従って、本実施形態における風力発電装置１では、各受風パドル４によって生じる回転力の大きさや方向に違いはあるものの、図５および図６に示す力の状態を交互に繰り返し、効率よく回転することができる。よって、受ける風の向きに関係なく、起動時の回転を確実にするとともに、回転中も回転し易いようになっている。例えば、３ｍ／ｓ以下の僅かな風でも始動を開始することができる。
【００５９】
さらに、垂直回転軸２は、軸支持台に対して磁石により浮揚されているため、軸支持台６との摩擦抵抗が少なく、さらに起動し易くなっている。
【００６０】
垂直回転軸２は、図２に示すように、回転伝達機構８を介して風力発電用モータ７の回転軸７１に伝達する。そして、風力発電用モータ７は、回転軸７１が回転されることにより発電する。
【００６１】
次に、本実施形態の風力発電装置１における太陽光発電機能に関する構成について説明する。
【００６２】
凹状パネル部４１の表面に設けられている太陽光発電素子５では、太陽光を受けることにより発電が行われる。また、本実施形態では、上縁気流止め部４３を透明にしたため光が前記上縁気流止め部４３を透過して凹状パネル部４１の外面４１１に届く。また、垂直回転軸２および下縁気流止め部４４の表面が鏡面反射により、太陽光を凹状パネル部４１の外面４１１や内面４１２へと反射させることで太陽光発電素子５における受光量が増えるようになっている。
【００６３】
よって、本実施形態の風力発電装置１は、太陽光発電素子５に無駄なく、より多くの太陽光を受けさせることができ、効率よく太陽光による発電を行うことができる。
【００６４】
また、本実施形態では、受風パドル４を縦長に形成することで、揚力が得られ易くするのみならず、太陽光発電素子５を設けられる面積が大きくなり、発電量も増える。
【００６５】
太陽光発電素子５により発電された電力は、通電機構１０を介して太陽光発電用充電器９へと送られる。具体的には、素子側プラス極ギヤ１０１と軸支持側プラス極ギヤ１０３とは、相互に噛み合って接触することにより通電可能となる。また、素子側マイナス極ギヤ１０２へと軸支持台側マイナス極ギヤ１０４とも、同様に、相互に噛み合って接触することにより通電可能となる。よって、太陽光発電素子５のプラス極５１とマイナス極５２とは、図２に示すように、１つに繋がったループ状の電気回路となり、前記太陽光発電素子５によって発電された電流は、その電気回路を介して太陽光発電用充電器９に蓄えられる。
【００６６】
また、軸支持台６側の各ギヤ１０３，１０４は回転可能となっているため、素子側の各ギヤ１０１，１０２とともに回転可能であり、垂直回転軸２の回転の妨げとはならない。すなわち、仮に、太陽光発電素子５と太陽光発電用充電器９とをコード配線で接続すると、垂直回転軸２の回転に伴ってコードが巻き付いてしまうが、本実施形態では、そのような問題を発生させることがない。
【００６７】
以上のような本実施形態の風力発電装置１によれば、以下の効果を得ることができる。
１．回転方向の抗力を受けやすい構造によって起動時における始動の確実性を高めるとともに、風力および太陽光をエネルギー源とする発電量を増加することができる。
２．前縁気流貯留部４２に風を集中させるとともに、風向きに対して投影面積を減らすことで抵抗を減らし、回転しやすくすることができる。
３．受風パドルの内面４１２に生じる揚力により、回転を後押しする力とすることができる。
４．受風パドル４を大型化することにより、揚力とともに発電量を増やすことができる。
５．垂直回転軸２が回転しても、接点にギヤを用いることにより、コード等が回転してねじ切れることがない。
６．受風パドル４の外面４１１が外側を向くように支持するため、受風パドル４の長手方向を放射方向に沿って配置する場合と比較して省スペース化され、オフィスビルの屋上や建物の傍の空きスペース等にも手軽に設置することができる。
７．軽量な部材で構成することができ、自重による回転抵抗を低減することができる。
【００６８】
なお、本発明に係る風力発電装置は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００６９】
例えば、通電機構１０における各ギヤと回転伝達機構８の各ギヤとを別々の構成としたが、共通するギヤを用いるようにしてもよい。
【００７０】
また、図７に示すように、本実施形態における湾曲パネル部４１を縦長形状に形成するため、受風パドル４を上下に複数連結するようにしてもよい。
【００７１】
さらに、図８に示すように、垂直回転軸２の上端部に企業の広告等を表示する看板６４を設置してもよい。これにより、当該看板６４の照明６５に要する電力を十分に供給するのみならず、余剰電力を電力会社に買い取らせることで利益を上げることも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  風力発電装置
２  垂直回転軸
３  支持アーム
４  受風パドル
５  太陽光発電素子
６  軸支持台
７  風力発電用モータ
８  回転伝達機構
９  太陽光発電用充電器
１０  通電機構
３１  上端支持アーム
３２  下端支持アーム
４１  凹状パネル部
４２  前縁気流貯留部
４３  上縁気流止め部
４４  下縁気流止め部
４５  前縁部
４６  後縁部
４７  上縁部
４８  下縁部
４９  気流止め穴
５１  プラス極
５２  マイナス極
６１  台座部
６２  軸支持部
６３  ボールベアリング
６４  看板
６５  照明
６６  磁石
６７  ソケット
７１  回転軸
８１  モータ側ギヤ
８２  回転軸側ギヤ
９１  プラス極
９２  マイナス極
１０１  素子側プラス極ギヤ
１０２  素子側マイナス極ギヤ
１０３  軸支持台側プラス極ギヤ
１０４  軸支持台側マイナス極ギヤ
４１１  外面
４１２  内面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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