(57)【要約】【課題】複数の風車ユニットを同軸に複数連結できると共に、発電機も同軸に配置し、見栄えのよい風力発電装置を提供する。【解決手段】  固定軸１０と、固定軸１０周りに回転可能な翼部材４，５を有する風車ユニット２と、翼部材４，５の軸方向両端側を支持する第１・第２ラジアル軸受１１，１４と、風車ユニット２の回転に連動して発電し、固定軸１０と同軸に配置される発電機８とを備え、第１ラジアル軸受１１は、発電機８の回転部分に設けられ、この回転部分が風車ユニット２と一体的に結合される。翼部材４，５の軸方向両端側に配置される第１・第２支持プレート６，７とを備え、第１支持プレート６に固定される発電機８と、発電機８の回転部分に外輪が取り付けられ、内輪が固定軸に嵌合する第１ラジアル軸受１１と、第２支持プレート７に設けられる軸受ハウジング１３と、軸受ハウジング１３に外輪が取り付けられ、内輪が固定軸に嵌合する第２ラジアル軸受１４とを備えている。【選択図】図４
2006329106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定軸と、
この固定軸の軸心周りに回転可能な翼部材を有する風車ユニットと、
前記翼部材の軸方向両端側を固定軸に対して回転可能に支持するための第１軸受及び第２軸受と、
風車ユニットの回転に連動して発電し、固定軸と同軸に配置される発電機とを備え、
前記第１軸受は、発電機の回転部分に設けられると共に、この回転部分が風車ユニットと一体的に結合されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
翼部材の軸方向両端側に配置される第１翼支持体と第２翼支持体とを備え、
第１翼支持体に回転部分が固定される前記発電機と、
この回転部分に外輪が取り付けられ、内輪が固定軸に嵌合する前記第１軸受と、
第２翼支持体に設けられる軸受ハウジングと、
この軸受ハウジングに外輪が取り付けられ、内輪が固定軸に嵌合する前記第２軸受とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記固定軸は、中空の円筒軸であり、その内部に発電機の配線が収容されることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記発電機の回転部分にマグネットが搭載され、固定部分に発電用コイルと回路基板が搭載されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記風車ユニットが固定軸に沿って複数取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記翼部材の表面に文字情報を形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項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、風車ユニットと、風車ユニットの回転により発電する発電機を有する風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
かかる風力発電装置として、下記非特許文献のＷｅｂサイトに公開される照明灯がある。この風力発電装置は、サボニウス型風車とこの風車により発電される発電機とを備え、発電機により蓄電されたエネルギーを用いて灯りを点灯するものである。この照明灯の本体部の側面に１つの風車ユニット（サボニウス型風車）が取り付けられている。
【０００３】
一方、複数の風車ユニットを回転軸が同軸となるように配置し、個々の発電ユニットで個別に発電機を有するような風力発電装置が現在知られていない。例えば、同軸で発電ユニットを連結し、建造物の壁面に設置する場合には、壁面から風力発電装置があまり突出しないような形で設置する必要がある。複数の風車ユニットを設置する場合には、同軸で配置し、外観的にも見栄えのする製品とする必要がある。更に、同じ理由により、発電機を設ける場合にも、発電機の回転軸と風車ユニットの回転軸とは、同軸になるようにする必要がある。
【非特許文献１】ＩＮＡＢＡ、“風あかり製品一覧”、［平成１７年５月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www2.ocn.ne.jp/~inabalit/kazeakari_top.htm＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、発電機としてインナーローター型の発電機を使用すると、軸支構造が複雑となるのを回避するため、風車ユニットの回転軸からずらした位置に発電機の回転中心を配置し、プーリー等により、発電機と風車ユニットとを連結する必要があった。従って、風車ユニットと同軸にできない分、発電機が突出した位置に配置されてしまうと共に、プーリーを使用することで発電効率の低下も招くことになる。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、複数の風車ユニットを同軸に複数連結できると共に、発電機も同軸に配置し、見栄えのよい風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明に係る風力発電装置は、
固定軸と、
この固定軸の軸心周りに回転可能な翼部材を有する風車ユニットと、
前記翼部材の軸方向両端側を固定軸に対して回転可能に支持するための第１軸受及び第２軸受と、
風車ユニットの回転に連動して発電し、固定軸と同軸に配置される発電機とを備え、
前記第１軸受は、発電機の回転部分に設けられると共に、この回転部分が風車ユニットと一体的に結合されていることを特徴とするものである。
【０００７】
この構成による風力発電装置の作用・効果を説明する。この風力発電装置は、固定軸と、この固定軸周りに回転可能な翼部材を有する風車ユニットを備えている。風車ユニットの固定軸に対する支持は、翼部材の軸方向両端側に配置される第１軸受と第２軸受により行われる。これにより、風車ユニットは固定軸に対して回転することが可能になる。また、第１軸受は、発電機の回転部分に設けられ、さらに、この回転部分は風車ユニットと一体的に結合されている。従って、風車ユニットは発電機を介して固定軸に回転可能に支持されることになり、風車ユニットと発電機を同軸で支持可能となる。かかる構成によれば、複数の風車ユニットを固定軸に沿って複数並べて設置することが可能になる。また、発電機も同軸で配置できるので、固定軸からの突出量も抑制することができる。その結果、複数の風車ユニットを同軸に複数連結できると共に、発電機も同軸に配置し、見栄えのよい風力発電装置を提供することができる。
【０００８】
本発明において、翼部材の軸方向両端側に配置される第１翼支持体と第２翼支持体とを備え、
第１翼支持体に回転部分が固定される前記発電機と、
この回転部分に外輪が取り付けられ、内輪が固定軸に嵌合する前記第１軸受と、
第２翼支持体に設けられる軸受ハウジングと、
この軸受ハウジングに外輪が取り付けられ、内輪が固定軸に嵌合する前記第２軸受とを備えていることが好ましい。
【０００９】
この構成によると、翼部材の軸方向両端側に第１翼支持体と第２翼支持体が設けられる。第１翼支持体に発電機が固定され、この発電機の回転部分に第１軸受の外輪が取り付けられる。従って、翼部材が風力により回転すると、第１翼支持体が回転し、発電機の回転部分が回転する。第１軸受の内輪は固定軸に嵌合して取り付けられる。また、他方の第２翼支持体には、第２軸受の外輪が取り付けられ、第２軸受の内輪は固定軸に嵌合する。これにより、風車ユニットの両端部を軸受により確実に支持することができ、発電機も固定軸と同軸に支持することができる。
【００１０】
本発明において、前記固定軸は、中空の円筒軸であり、その内部に発電機の配線が収容されることが好ましい。
【００１１】
固定軸が中空に形成され、この内部に発電機の配線を通すことで、配線を外観に出すことなく収容することができ、風車ユニットの回転により配線のねじれを生じさせることもない。
【００１２】
本発明において、前記発電機の回転部分にマグネットが搭載され、固定部分に発電用コイルと回路基板が搭載されることが好ましい。
【００１３】
これにより、風力により風車ユニットが回転すると、回転部分のマグネットが回転する。また、回転部分と対向する固定部分には、発電コイルが搭載されており、マグネットの回転により発電させることができる。また、固定部分に発電用コイルと回路基板が搭載されているので、風車ユニットの回転により、配線がねじれることはない。
【００１４】
本発明に係る風車ユニットが固定軸に沿って複数取り付けられていることが好ましい。
【００１５】
風車ユニットを同軸に複数設けることで、必要とされる電力を獲得することができる。また、個々の風車ユニットに夫々発電機を設けることができる。従って、種々の目的を有する発電機を同軸に配置することもできる。
【００１６】
本発明において、前記翼部材の表面に文字情報を形成したことが好ましい。例えば、広告文字や看板などとして利用することもできるようになり、例えば、建造物の壁面に自然な形で設置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る風力発電装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、多連型小型風力発電装置１（以下、単に風力発電装置という）の構成を示す外観斜視図である。
【００１８】
＜風力発電装置の構成＞
この風力発電装置１は、上下（縦）方向に３連の風車ユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃを有し、一番上の風車ユニット２Ａと一番下の風車ユニット２Ｃが、支持フレーム３に支持されている。支持フレーム３は、上下に延びる垂直部分３ａと、この垂直部分３ａの両端に形成される水平部分３ｂとを有している。この風力発電装置１は、図２に示すように、好適には、建造物（ビル、マンション等）の壁面に設置される。壁面に設置するときは、垂直部分３ａが壁面に固定されるように施工される。図２の例では、壁面の端部に配置され、図１に示す風力発電装置１が上下に３機ほど設置されている。
【００１９】
図１に戻り、各風車ユニット２は、第１翼部材４と第２翼部材５を備えている。第１・第２翼部材４，５の軸方向両端側には、第１支持プレート６（第１翼支持体に相当）と第２支持プレート７（第２翼支持体に相当）が設けられており、円板状のプレートとなっている。下側の第１支持プレート６の下方には、発電機８が取り付けられている。
【００２０】
＜風車の形状＞
次に、風車ユニット２を構成する第１翼部材４と第２翼部材５の形状を図３により説明する。図３は、第１・第２翼部材４，５を水平方向に切断した断面図を示している。この風車は、サボニウス型と呼ばれるものであり、プロペラ型の風車に比べると、高速回転時のエネルギー変換効率は低いが、低速回転領域では大きなトルクが出る特性を有する。都市部のように、強い風が吹かないような地域において好適なタイプの風車であり、騒音や振動が低く、設置が容易であるという利点を有している。
【００２１】
図３に示すように、第１翼部材４は、凹面に形成された風受け面４ａを有し、凹面はサイクロイド曲線（幅方向中央部と両端部の一部を除く）により形成されている。さらに、凸面に形成された風逃がし面４ｂを有し、この凸面もサイクロイド曲線（幅方向中央部と両端部の一部を除く）により形成されている。これら２つのサイクロイド曲線により、第１翼部材４には肉厚の等しい部分（あるいは、ほぼ等しい部分）が形成される。
【００２２】
風逃がし面４ｂには、その幅方向両端部に小凹部４ｃが形成されている。風逃がし面４ｂに当る風は回転に対して抵抗になるが、小凹部４ｃを形成することで、その抵抗を軽減することができる。これにより、風車の回転性能を向上させることができる。小凹部４ｃは、図３の紙面に垂直な方向に沿って形成されており、溝形状を有している。また、小凹部４ｃの更に外側の部分は、肉厚となるように凸部４ｄが形成されている。これにより、第１翼部材４全体の強度を保持することができる。また、風受け面４ａの側には、切り欠き状に形成された取り付け穴４ｅが３箇所（両端部と中央部）に形成されている。第１翼部材４は、好ましくは、押し出し成型により製造され、長手方向（回転軸方向）にわたって同じ断面形状を有する。
【００２３】
第２翼部材５は、第１翼部材４とほとんど同じ形状を有する。同じように、風受け面５ａ、風逃がし面５ｂ、小凹部５ｃ、凸部５ｄ、取り付け穴５ｅとが設けられる。機能は、第１翼部材４の場合と同じである。第１・第２翼部材４，５の長手方向（回転軸方向）の両側には、支持プレート６，７が夫々設けられ、取り付け穴４ｅ，５ｅを用いて、ネジ等により支持プレート６，７に取り付けられる。また、支持プレート６，７の中央には、回転中心Ｒ（固定軸１０の軸心に一致する）が設定され、第１翼部材４と第２翼部材５とは、この回転中心Ｒに対して点対称又はほぼ点対称に配置される。これにより、風受け面４ａ，５ａが風を受けることで、第１・第２翼部材４，５は、回転中心Ｒを中心として回転することができる。
【００２４】
以上のようなサボニウス型風車によれば、サイクロイド曲線により風受け面、風逃がし面が形成されるので、風の流れる速度や量を多くすることができ、回転性能が向上する。また、風車の厚みも小さくなり小型化を図ることができ、これにより、回転性能が向上する。
【００２５】
＜風力発電装置の内部構成＞
次に、風力発電装置の内部構成について、図４の断面図及び図５、図６の要部拡大図により説明する。図４は、図１に示す３つの風車ユニット２のうち、下の２つの風車ユニット２Ｂ，２Ｃについてのみ図示している。ちなみに、本実施形態では、３つの風車ユニット２は全て同じ構成を有しているが、異なる構造を有する風車ユニット２を同軸に配置してもよい。
【００２６】
風車ユニット２の回転中心Ｒには、固定軸１０が設置される。この固定軸１０は、複数の軸部材により形成される。翼部材４，５が配置される領域には、主固定軸１０ａが配置され、この主固定軸１０ａの下端には、補助固定軸１０ｂがネジにより連結される。この補助固定軸１０ｂの下端は、更に連結固定軸１０ｃにより結合され、この連結固定軸が支持フレーム３の水平部分３ｂに結合される。固定軸１０は、このように複数の軸部材により構成されるが、全体として１つの固定された固定軸１０として機能するものである。主固定軸１０ａは、翼部材４，５が回転する際に干渉しないように、主固定軸１０ａの外径や、翼部材４，５の形状が設定されている。
【００２７】
第１翼部材４と第２翼部材５の軸方向下端部は、第１支持プレート６に対してネジで結合されている。この第１支持プレート６の下面側に発電機８が配置される。発電機８は、外観を構成する部材として第１ケース８ａと第２ケース８ｂとを備えており、これらケース８ａ，８ｂは回転部分に相当し、ネジにより連結されている。また、上側にある第１ケース８ａは、ネジにより第１支持プレート６に連結される。また、発電用のマグネットが、第１ケース８ａ及び／又は第２ケース８ｂに載置される。従って、風力により風車ユニット２Ｃが回転すると、これら第１・第２ケース８ａ，８ｂ、マグネットが共に回転させられることになる。
【００２８】
また、補助固定軸１０ｂの周囲には第１ラジアル軸受１１（第１軸受に相当）が配置されている。第１ラジアル軸受１１の内輪は補助固定軸１０ｂの外周に嵌合された形で固定される。第１ラジアル軸受１１は全部で３個配置され、そのうちの２つについては、外輪が第１ケース８ａに結合され、残りの１つは第２ケース８ｂに結合される。従って、第１・第２ケース８ａ，８ｂは、軸受ハウジングとして機能している。
【００２９】
第１ケース８ａと第２ケース８ｂとで形成される内部空間には、発電用コイルと回路基板を搭載する基板支持体８ｃ（固定部分に相当）が設けられている。この基板支持体８ｃは、補助固定軸１０ｂに対して結合されている。従って、風力により第１・第２翼部材４，５が回転すると、マグネットが回転するため、発電用コイルにより発電する。配線１２は、中空に形成される固定軸１０の内部に収容される。配線１２は、不図示の蓄電部へと接続される。
【００３０】
以上の通り、発電機８はアウターローター型の発電機であり、固定軸１０を中空軸に形成することで、配線１２をスムーズに通すことができ、風車ユニット２の回転により配線１２がねじれるなどの不都合も生じない。また、配線１２は固定軸１０の内部を通るので、外観に現れることがなく、見栄えも良いものとなる。
【００３１】
次に、主固定軸１０ｂの上端側の構成を説明する。第１翼部材４と第２翼部材５の軸方向上端部は、第２支持プレート７に対してネジで結合されている。この第２支持プレート７の上面側には、軸受ハウジング１３がネジにより結合されている。主固定軸１０ａの上端部は、小径部１０ｄとして一体的に形成されており、第２ラジアル軸受１４（第２軸受に相当）が取り付けられる。すなわち、第２ラジアル軸受１４の内輪は小径部１０ｄに嵌合され、外輪は軸受ハウジング１３に結合される。以上のように、風車ユニット２の軸方向上下は、第１・第２ラジアル軸受１１，１４により、固定軸１０に対して支持されることになる。
【００３２】
小径部１０ｄの上端には、別の補助固定軸１６がネジにより連結され、その上部に風車ユニット２Ｂが配置される。なお、風車ユニット２Ｂの支持構造については、既に説明した風車ユニット２Ｃと同じであるので、説明を省略する。なお、風車ユニット２Ｂの発電機８からの配線１６も同じように固定軸１０の内部を通り、風車ユニット２Ｃの発電機８からの配線１２と同じ場所へと引き出される。これは風車ユニット２Ａについても同様である。
【００３３】
以上の構成によれば、固定軸と同軸に複数の風車ユニット２と発電機８を配置することができる。風車ユニット２の設置数は、本実施形態では３台であるが、これを何台にするかは任意に決めることができる。また、各風車ユニット２と発電機８は、独立して作動させることができ、異なる種類、性能の風車ユニット２を同軸に配置してもよい。この場合、風車の風力による回転トルクと発電機８の回転トルクを最もバランスのよい組み合わせとすることができ、設置される風車ユニット２に適切な発電機８を設置することができる。例えば、高出力発電機８を使用すると大きな回転トルクが必要となり、起動性（始動性）が悪くなる。逆に、風車の持つ回転トルクよりも小さな回転トルクの発電機８を使用すると、風車によるエネルギーを無駄にしてしまうことになる。本発明によれば、適切な組み合わせの風車ユニット２と発電機８で風力発電装置を構成することができる。
【００３４】
また、１つの固定軸１０に対して複数の風車ユニット２を順次結合していく構成であり、複数の風車ユニット２の回転中心の芯出し作業を行う必要がなくなり、生産性を高めることができる。風車ユニット２により発電された電力は蓄電することができ、例えば、夜間の看板照明の電源とすることができる。
【００３５】
＜使用例の別実施形態＞
次に、本発明に係る風力発電装置１の使用例の別実施形態を図７に示す。図７において、風車ユニット２を３連で接続した風力発電装置１が建造物の壁面に設置されている。風車ユニット２の翼部材４，５の表面には、文字情報が形成されており、広告表示や看板として機能させることができる。また、動きのある看板の場合、キャッチアイ効果を得ることができる。また、多種にわたる風車を同一軸上に設置することができ、意匠性に優れると共に、モニュメントとしての利用も可能になる。
【００３６】
＜別実施形態＞
本実施形態では、翼部材４，５としてサボニウス型風車を説明したが、翼部材４，５の翼の具体的な形状については、種々の変形例が可能である。
【００３７】
本実施形態では、風車ユニット２の下側に発電機８を配置しているが、上側に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】風力発電装置の構成を示す外観斜視図
【図２】風力発電装置の設置例を示す図
【図３】翼部材の形状を示す断面図
【図４】風力発電装置の内部構成を示す断面図
【図５】図４の要部を示す部分拡大図
【図６】図４の要部を示す部分拡大図
【図７】風力発電装置の使用例の別実施形態を示す図
【符号の説明】
【００３９】
１        風力発電装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ      風車ユニット
３        支持フレーム
４        第１翼部材
５        第２翼部材
６        第２支持プレート
７        第２支持プレート
８        発電機
８ａ      第１ケース
８ｂ      第２ケース
８ｃ      基板支持体
１０      固定軸
１０ａ    主固定軸
１０ｂ    補助固定軸
１１      第１ラジアル軸受
１２，１５      配線
１３      軸受ハウジング
１４      第２ラジアル軸受
【図１】
2006329106.tif 000003
【図２】
2006329106.tif 000004
【図３】
2006329106.tif 000005
【図４】
2006329106.tif 000006
【図５】
2006329106.tif 000007
【図６】
2006329106.tif 000008
【図７】
2006329106.tif 000009