(57)【要約】【課題】低速型のクロスフロー型風車と高速型のダリウス型風車との両者を用い、大型にならずに、低風力状態から高風力状態まで高効率な発電を可能にする風力発電装置を提供する。【解決手段】ダリウス型風車１とクロスフロー型風車２とを上下に設置し、前記一方の風車の回転中心軸１１を前記他方の風車の中空回転軸１２に挿入し、前記クロスフロー型風車２の回転力を伝達部材により前記ダリウス型風車１に対して回転起動力として伝達し、前記ダリウス型風車１が所定の回転状態になったときには、前記クロスフロー型風車２の回転力が前記ダリウス型風車１に伝達されないようにクラッチによって伝達遮断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダリウス型風車とクロスフロー型風車とを同軸的に設置し、前記一方の風車の回転中心軸を前記他方の風車の中空回転軸に挿入し、前記クロスフロー型風車の回転力を伝達部材により前記ダリウス型風車に対して回転起動力として伝達し、前記ダリウス型風車が所定の回転状態になったときには、前記クロスフロー型風車の回転力が前記ダリウス型風車に伝達されないように断続部材によって伝達遮断することを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記断続部材として電磁クラッチあるいはワンウェイクラッチを用いることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記クロスフロー型風車の回転力を前記ダリウス型風車に対して伝達する伝達部材に、トルクを大きくするための減速部材を設けたことを特徴とする請求項１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、クロスフロー型風車とダリウス型風車とを使用する風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  昨今の環境問題への意識の高まりから、自然エネルギの活用として、風力を利用した風力発電が注目されてきている。【０００３】  現在、大出力（大発電）の風力発電機には、パワー効率が高いプロペラ型風車が多く使用されており、このプロペラ型風車は、パワー効率がよいが、回転時の風切り音が大きく、設置場所が規制される。【０００４】  一方、低出力の風力発電機にはクロスフロー型風車を使用したものがあり、このクロスフロー風車は、パワー効率が比較的悪く、小型／小出力向きのものといえるが、低風力で始動し、かつ回転時の騒音が小さいという点で有利である。【０００５】  また、ダリウス型風車も風力発電機に使用されているが、ダリウス型風車は、高出力向きではあるが、高風力でないと始動しないという問題がある。【０００６】  その他にも種々の構造の風車があり、その応用例が多数特許出願されており、風力の有効利用を図る工夫がなされてきている。【０００７】  例えば特許文献１には、全方向からの風に即応した抗力，揚力、および双方の力を有効利用するようにした垂直軸型風車を備えた風力発電装置が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１９９４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  従来では、それぞれ特徴を有する各種風車が、発電装置の使用目的によって独立して使用されている。【０００９】  上述した低風速で起動かつ回転する低速型のクロスフロー型風車と、自起動が困難な高速型のダリウス型風車の使用例はあるが、前記のように、それぞれが独立して使用されている。そこで、これらを１つの風力発電機に搭載して低風速乃至高風速にて発電可能にすることが考えられる。【００１０】  しかしながら、例えば各風車を共通の回転軸で運用しようとした場合、単に風車を結合しただけでは、それぞれの負の特徴が互いの障害となって、効率の良い発電が得られないという問題がある。【００１１】  本発明の目的は、前記課題に鑑み、低速型のクロスフロー型風車と高速型のダリウス型風車との両者を用い、大型にならずに、低風力状態から高風力状態まで高効率な発電を可能にす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】
【００１２】  前記目的を達成するため、本発明の風力発電装置は、ダリウス型風車とクロスフロー型風車とを同軸的に設置し、前記一方の風車の回転中心軸を前記他方の風車の中空回転軸に挿入し、前記クロスフロー型風車の回転力を伝達部材により前記ダリウス型風車に対して回転起動力として伝達し、前記ダリウス型風車が所定の回転状態になったときには、前記クロスフロー型風車の回転力が前記ダリウス型風車に伝達されないように断続部材によって伝達遮断する構成のものであり、低風速域では起動が容易なクロスフロー風車でダリウス風車の起動補助を行いながら発電し、高風速域では発電効率の低いクロスフロー風車に代わって、ダリウス風車が効率の良い発電を担うことになる。【００１３】  また本発明において、前記断続部材として電磁クラッチあるいはワンウェイクラッチを用いることができる。【００１４】  また本発明において、前記クロスフロー型風車の回転力を前記ダリウス型風車に対して伝達する伝達部材に、トルクを大きくするための減速部材を設けることにより、慣性モーメントが大きく始動しずらいダリウス型風車を確実に始動させることができる。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、各風車の特徴を生かして組み合わせることにより、低風速域では起動が容易なクロスフロー風車によりダリウス風車の起動補助を行いながら発電し、高風速域では発電効率の低いクロスフロー風車に代わって、ダリウス風車が効率の良い発電を担う理想的なシステムができる。【００１６】  また、クロスフロー風車がダリウス風車の起動補助を行うための回転力伝達部に断続部材（クラッチ）を使用し、かつ減速部材を組み入れることにより、高風速域においてクロスフロー風車がダリウス風車の回転に支障を与えないように、適当な回転数での接続／切り離しが可能となるため、装置全体としての効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための風力発電装置の全体を示す正面図であり、１はダリウス風車、２はダリウス風車１の下部に配設されたクロスフロー風車、３は発電装置、４は太陽電池装置、５は電気系をコントロールする制御ボックス、６は支柱、７は設置部８の基部に取り付けられる取付台、９は支持用ワイヤである。【００１８】  図２は本風力発電装置の要部を示す一部断面図であり、１１はダリウス風車１に固定された回転中心軸、１２は、クロスフロー風車２の中央に固定され、回転中心軸１１が同軸として回転可能に挿入されている中空回転軸、１３は回転中心軸１１と中空回転軸１２との適所を支持するベアリング、１４は回転中心軸１１および中空回転軸１２の中心線と平行に回転軸１５が配設されている断続部材としてのクラッチ（後述する電磁クラッチ、あるいはワンウェイクラッチ）、１６は回転軸１５を支持するベアリングである。【００１９】  さらに、１７は中空回転軸１２に設けられたプーリ１８と回転軸１５の一端に設けられたプーリ１９とに架設されたベルト、２０は回転中心軸１１に設けられたプーリ２１と回転軸１５の他端に設けられたプーリ２２とに架設されたベルトであって、これらにより、回転中心軸１１と中空回転軸１２との回転力の伝達を行う伝達部材を構成している。【００２０】  前記各プーリ１８，１９，２１，２２の径は、クロスフロー型風車２の回転力を減速し、かつトルクを大きくして、ダリウス型風車１に対して回転起動力として伝達するための減速部材を構成するように設定されている。【００２１】  また、２３は、プーリ２４，２５およびベルト２６を介して、中空回転軸１２から回転駆動力を受けて発電するクロスフロー風車用発電機、２７は、プーリ２８，２９およびベルト３０を介して、回転中心軸１１から回転駆動力を受けて発電するダリウス風車用発電機、３１は、クロスフロー風車用発電機２３のロータ（図示せず）に対応して設置され、クロスフロー風車２の回転数を検知するためのクロスフロー風車用エンコーダ、３２は、ダリウス風車用発電機２７のロータ（図示せず）に対応して設置され、ダリウス風車１の回転数を検知するためのダリウス風車用エンコーダである。【００２２】  図３は本実施形態における制御ボックス５の制御系を説明するためのブロック図であり、中央制御部（ＣＰＵ）３５は、太陽電池装置４からの太陽光発電電力４１，クロスフロー風車用発電機２３からのクロスフロー風車発電電力４２，ダリウス風車用発電機２７からのダリウス風車発電電力４３、およびクロスフロー風車用エンコーダ３１からのクロスフロー風車２の回転数信号４４，ダリウス風車用エンコーダ３２からのダリウス風車１の回転数信号４５を得て、クラッチ１４の動作制御信号を出力し、また、蓄電池３６の蓄電制御、および外部負荷への電力供給４５の制御を行う。【００２３】  次に、本実施形態におけるダリウス風車１とクロスフロー風車２との駆動制御について図４のフローチャートを参照して説明する。本例ではクラッチ１４として電磁クラッチを使用している。【００２４】  初期始動時、ダリウス風車１よりクロスフロー風車２の方が低風速で起動を開始する（Ｓ１）。したがって、ＣＰＵ３５は、前記回転数信���４４を受けて、クロスフロー風車２の回転数があらかじめ設定されている規定回数数以上になったと判断し（Ｓ２のＹ）、かつダリウス風車１の回転数があらかじめ設定されている規定回数数以下であると判断したとき（Ｓ３のＹ）、電磁クラッチ１４を駆動して回転力伝達経路を接続し、前記伝達部材を介してクロスフロー風車２の回転駆動力をダリウス風車１に伝達する（Ｓ４）。これにより、低風速であってもダリウス風車１を回転駆動することができる。【００２５】  ここで、ＣＰＵ３５は、回転力伝達経路の接続後のクロスフロー風車２の回転数が、まだ規定回数数以上であれば（Ｓ５のＹ）、あらかじめ設定されているクラッチ接続時間をタイマ機能にてカウントし（Ｓ６）、所定時間経過後に電磁クラッチ１４による回転力伝達経路の接続を離す（Ｓ７）。前記ステップ（Ｓ５）にて、クロスフロー風車２の回転数が規定回数数未満であれば（Ｓ５のＮ）、即座に電磁クラッチ１４による回転力伝達経路の接続を離す（Ｓ７）。ステップ（Ｓ７）にて電磁クラッチ１４による回転力伝達経路の接続を離す際、電磁クラッチ１４におけるチャタリング防止、および負荷軽減のため、所定のインターバルをとって動作させている（Ｓ８）。【００２６】  図５は本実施形態におけるダリウス風車１とクロスフロー風車２との駆動制御に係るフローチャートであって、本例ではクラッチ１４としてワンウェイクラッチを使用している。【００２７】  上述したように、初期始動時、ダリウス風車１よりクロスフロー風車２の方が低風速で起動を開始する（Ｓ１１）。したがって、低風速で回転しているクロスフロー風車２の回転駆動力をダリウス風車１に伝達して駆動させるのであるが、ダリウス風車１の慣性モーメントがクロスフロー風車２よりも大きいため、前記減速部材を介して回転力を伝達する（Ｓ１２）。すなわち、クロスフロー風車２の回転数が、ダリウス風車１の回転数以上であれば（Ｓ１３のＹ）、ワンウェイクラッチ１４の結合動作し（Ｓ１４）、回転を減速して、ダリウス風車１の回転中心軸１１にクロスフロー風車２の回転力を伝達する（Ｓ１５）。このことによって、ダリウス風車１の起動の補助が行われることになる（Ｓ１６）。そして、ダリウス風車１が自力回転するまでクロスフロー風車２の回転力で回転補助を行う（Ｓ１７）。【００２８】  ここで、クロスフロー風車２の回転数が、ダリウス風車１の回転数未満であるか、また未満になったときには（Ｓ１３のＮ）、ワンウェイクラッチ１４が切り離されて（ワンウェイクラッチ１４の機械的な自動動作）、回転力の伝達はなされない（Ｓ１８）。
【産業上の利用可能性】
【００２９】  本発明は、各種電源として利用され、特に、低風力状態から高風力状態まで高効率な発電が要求される小型構造の風力発電装置に実施して有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態を説明するための風力発電装置の全体を示す正面図である。
【図２】本実施形態である風力発電装置の要部を示す一部断面図である。
【図３】本実施形態における制御ボックスの制御系を説明するためのブロック図である。
【図４】本実施形態におけるダリウス風車とクロスフロー風車との駆動制御に係るフローチャートである（電磁クラッチ使用の場合）。
【図５】本実施形態におけるダリウス風車とクロスフロー風車との駆動制御に係るフローチャートである（ワンウェイクラッチ使用の場合）。
【符号の説明】
【００３１】１  ダリウス風車
２  クロスフロー風車
３  発電装置
５  制御ボックス
１１  回転中心軸
１２  中空回転軸
１４  クラッチ（電磁クラッチあるいはワンウェイクラッチ）
１５  回転軸
１７，２０  ベルト
１８，１９，２１，２２  プーリ
２３  クロスフロー風車用発電機
２７  ダリウス風車用発電機
３１  クロスフロー風車用エンコーダ
３２  ダリウス風車用エンコーダ
【図１】
2006161797.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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