(57)【要約】  【課題】風車を高空域に上げ易いように、より小型化を追求実現する事により、高度が上がれば風速や風力が低地よりも得易く、効果的に風力発電できる。  【解決手段】横風が翼の傾斜板に当たって、風車の周回力に変換するので、この周回力で風車が回転して発電機を駆動する。前記の傾斜板は、主翼の間に設けてあるか、又は前記主翼の間において前記の主翼よりも回転中心寄りに設けてあるので、主翼の間を素通りする風圧を無駄にしないで有効利用して、微風でも風車が回転して発電できる。高空域に上げるには、街灯電柱やポール、高層櫓型又は屋上バルコニー上に風車を設ける。【選択図】図６
2018204584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直の中心軸の周りに主翼が周回する風車であって、この風車の側面に到来する横風が当たる傾斜板を前記主翼を避けた位置に設けて、横風の風力が風車の周回力に変換される構造であることを特徴とする風力発電機。
【請求項２】
前記の傾斜板は、前記主翼の間に設けてあるか、又は前記主翼の間において前記の主翼よりも回転中心寄りに設けてあることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機。
【請求項３】
街灯の電柱上端、ポール上端、高層櫓型又は屋上バルコニー上に設けた設置部に前記の風力発電機の風車を設置してあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電機。
【請求項４】
前記風車の少なくとも外周を取り囲む、平面形状が偶数の多角形のシャッターを設け、しかも前記シャッターは、強風の到来時に閉鎖できる構造であることを特徴とする特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の風力発電機。
【請求項５】
前記シャッターは風車の中心軸の周りに周回でき、前記多角形の一並びに１８０度の角部位置、及び／又は風車上部に設けた１８０度方向の風向板を有し、到来する風が二分される構造としたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高層ルーフや屋上バルコニーなどに設置して使用するのに好適な風力発電機であり、通常仕様の風車を、小型化・効率化する事により高所での使用を可能とした風力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
高層ルーフや屋上バルコニーなどに適合させる事を目的として開発された高層ルーフ式風力発電機とは、風力発電機の動力源である風速が得られず風力発電機の設置を希望しても活用できない地域又は、生活圏内にて風力発電機を活用したくても適切な空地が見込めない場所並びに、商業施設・集合住宅・病院施設・学校・役所・交通ターミナル・製造環境等々の人込みや、地下駐車場等の共用部分の電気を自家発電、それも再生可能エネルギーで補いたくても設置するスペースの確保が難しく設置を諦めている者の期待に応えるべく、長年の風力発電機の開発の経験と知識から開発された風力発電機であり、風力を効果的に利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第5731048 号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
風力を効果的に利用した発明として、特許文献１の技術は、図１のように、中心軸１から延びた放射状の水平アームａの外端に、平面図で見た場合におたまじゃくし状の羽根２を設けた風車Ｗの回転で発電機を回転させる発明が提案されている。
しかしながら、このような構造では、前記のように、風通しの悪い場所では十分な風力発電が出来ない。
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、地上に設置して使用するノーマルタイプと同出力、同サイズの大きさの風力発電機を高空域に上げて使用する事は技術的にも環境的にも問題が多く実現不可能であるため、通常仕様のノーマルタイプと同出力を維持し、より小型化を追求実現する事により高度が上がれば風速が低地よりも得易いと言う利点、あるいは風力を効果的に利用できる効率的な風力発電機を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の技術的課題は次のような手段によって解決される。請求項１は、鉛直の中心軸の周りに主翼が周回する風車であって、この風車の側面に到来する横風が当たる傾斜板を隣接する主翼の間に設けて、横風の風力が風車の周回力に変換される構造であることを特徴とする風力発電機である。
【０００６】
請求項２は、前記の傾斜板は、隣接主翼の間に設けてあるか、又は前記隣接主翼の間において前記の主翼よりも回転中心寄りに設けてあることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機である。
【０００７】
請求項３は、街灯の電柱上端、ポール上端、高層櫓型又は屋上バルコニー上に設けた設置部に前記の風力発電機の風車を設置してあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電機である。
【０００８】
請求項４は、前記風車の少なくとも外周を取り囲む、平面形状が偶数の多角形のシャッターを設け、しかも前記シャッターは、強風の到来時に展開して閉鎖できる構造であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の風力発電機である。
【０００９】
請求項５は、前記のシャッターは風車の中心軸の周りに回動でき、前記多角形の一並びに１８０度の角部位置、及び／又は風車上部に設けた１８０度方向の風向板を有し、到来する風が二分される構造としたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の風力発電機である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１のように、鉛直の中心軸の周りに主翼が周回する風車であって、この風車の側面に到来する横風が当たる１以上の傾斜板を隣接する主翼の間に設けて、横風の風力が風車の周回力に変換されので、この周回力で風車が回転して発電機を駆動する。
【００１１】
請求項２のように、前記の傾斜板は、前記主翼の間に設けてあるか、又は前記主翼の間において前記の主翼よりも回転中心寄りに設けてあるので、主翼の間を素通りする風圧を無駄にしないで有効利用して、微風でも風車が回転して発電できる。
【００１２】
請求項３のように、街灯電柱上端、ポール上端、高層櫓型又は屋上バルコニー上に設けた設置部に前記の風力発電機の風車を設置してあるので、風車の設置位置が高く、風通しが良くなるので、微風でも捕捉して回転力に変換する風車の構造と相まって、風車の回転が円滑確実となる。
【００１３】
請求項４のように、前記風車の少なくとも外周を取り囲む、平面形状が偶数の多角形のシャッターを設け、しかも前記シャッターは、強風の到来時に開いて閉鎖できる構造であるので、台風などの強風が到来する際は、予めシャッターを閉鎖しておくことにより、内部の風車などを防護して破損を防止できる。
【００１４】
請求項５のように、前記のシャッターは風車の中心軸の周りに回動でき、前記多角形の一並びに１８０度の角部位置、及び／又は風車上部に設けた１８０度方向の風向板を有し、到来する風が二分される構造としたので、台風などの強風が到来しても、前記シャッターが自動的に回転して風向板が到来風に向き、かつ到来風を二分して逸らすので、前記シャッターの受ける風圧は最小となり、損傷を免れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】おたまじゃくし状の主翼を外端に有する従来の風車の一部を示す斜視図である。
【図２】地上に設けるノーマルタイプの風車を示す正面図である。
【図３】ポール上に風車を設けたタイプの正面図である。
【図４】ポール上に風車を設けたタイプの別の実施例を示す正面図である。
【図５】高層櫓の上に風車を設けたタイプの正面図である。
【図６】おたまじゃくし状の主翼の角度可変機構と横風捕捉凹部を示す風車の平面図である。
【図７】おたまじゃくし状の主翼の角度可変機を拡大して示す平面図である。
【図８】おたまじゃくし状の主翼の間に横風前進機構を設けた平面図である。
【図９】おたまじゃくし状の主翼の間に横風前進機構を設けた斜視図である。
【図１０】おたまじゃくし状の主翼より回転中心寄りに横風前進機構を設けた平面図である。
【図１１】おたまじゃくし状の主翼より回転中心寄りに横風前進機構を設けた斜視図である。
【図１２】隣接する２つの主翼羽根間に小型のおたまじゃくし状横風羽根を設けた実施例の平面図である。
【図１３】水平アームの後側に伸縮ロッドを設けた主翼羽根の実施例である。
【図１４】図１４〜図１７はシャッターで風車を防護する例であり、図１４はシャッターを開放した側面図である。
【図１５】シャッターを開いて開口を閉じた風車の側面図である。
【図１６】シャッターを巻き取って開放した風車の平面図である。
【図１７】シャッターを展開して上面を閉じた風車の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に本発明による風力発電機が実際上どのように具体化されるか実施形態を説明する。図２は地上に設けるノーマルタイプの風車Ｗを示す正面図であり、中心軸１から延びた放射状の水平アームａの外端に、平面図で見た場合におたまじゃくし状の羽根２を設けてある。このような形状をした鉛直軸型の風車Ｗで、図示されない発電機を回転駆動して発電する。
【００１７】
このような、ノーマルタイプの風車を小型化したり微弱な風力でも効果的に捕捉して回転できる風車を風の有る高所に揚げて設置する。図３は、ポールＰ上に風車Ｗを設けたタイプであり、200w〜５kwまでのタイプが使用される。ポールＰとは、大径の円筒状であり、上端に風車Ｗを設置したうえで、補強用の筋かい３をポールＰと風車設置床との間に斜めに設けてある。
図４は、前記ポールＰ２上に風車Ｗを設けたタイプの別の実施例を示す正面図であり、大径の円筒状のポールＰ２をより高くして高層対応にしてある。主な仕様は、10kwと20kwのタイプを選択できる。
図５は、４本の支柱Ｐ３…から成る高層櫓の上に風車Ｗを設けたタイプの正面図であり、屋上バルコニー等で組立てて完成する。主な仕様は、ポール仕様や高層ポール仕様で使用する本体躯体を使用せず、分解状態で揚げてから組み立てる。従って、利用する用途や規模に合わせての利用が可能となり、全ての機種で使用可能である。
【００１８】
前記の各タイプの垂直軸型風力発電機の数値を比較した表１を参考に記載してある。
【表１】
2018204584.tif 000003
このように使用する環境毎に、最適な組合せを選択でき、用途の変更も容易である。
【００１９】
又、同出力垂直軸型風力発電機小型仕様（高層ルーフ＆屋上バルコニー）タイプ垂直軸型風力発電機に関して、特長を挙げると次の通りである。
(1) 一般的な垂直軸型風力発電機で使用する風車と、高層ルーフ& 屋上バルコニー仕様で使用する風車数値を比較すると、同出力の通常型垂直軸型風車サイズを100%とすると、高層ルーフ＆屋上バルコニー仕様の垂直軸型は40% 〜60% の小型化が可能である。
その一つの要因は、通常型仕様の垂直軸型風力発電機は低空区域に設置して使用するため風速の強弱に大きく左右され不安定な出力となるが、可能な限り高空区域に風車を設置する事により、低空区域よりも比較的に安定した風速が得られる確率が高い事と、低空区域の風と、高空区域の風に含められている風の密度も濃くなるため、低空区域に設置して使用する一般的なノーマルタイプの風車サイズよりも小型でよい事に繋がる利点がある。
当然、低空区域に設置して使用するノーマルタイプのサイズの大きさの物を高空区域に設置する事は不可能であると共に危険性も増し、設置する場所にも限界が伴うため、同出力で小型化ができる事により垂直軸型風力発電機の市場性も更に拡大していく。
【００２０】
(2) 同出力の通常型垂直軸型風力発電機よりも小型にして使用が可能な高層ルーフ＆屋上バルコニー仕様の垂直軸型風力発電機を開発するにあたり発生した一つの課題は、直接風を受ける羽根の必要面積も小型化する事により当然限られてしまうため、(1) の主となる羽根は設置する場所に合わせて角度を調整する事を目的とした可変式主翼とし、更に主と成る垂直軸型の羽根は風を受けて回転をする事により縦横上下と羽根が変化する欠点が有るため、可変式主翼が回転時に横ブレを起こし垂直軸の命である垂直バランスが崩される危険性を、可能な限り低減させる目的で、主と成る可変式主翼羽根と羽根の間には (3)の横ブレ防止対策用として補助棒を取付ける方法が採用されている為、この補助棒を只の横ブレ防止対策用だけで使用するのではなくて、同出力の通常型垂直軸型風力で必要とする羽根の面積不足を補う目的を兼ねて、上下二段に設置されている主羽根横ブレ防止対策用の棒の中心部には、(2) の固定式補助翼( 幅200 〜400mm)を設置する事で、小型化の開発に際しての一つの課題をクリアーされているのが、同出力垂直軸型風力発電機の小型化高層ルーフ仕様＆屋上バルコニー仕様の垂直軸型風力発電機である。当然、(1) の主と成る可変式主翼の横ブレを防御するために取付けられている、(2) の横ブレ防止対策用の棒であるため、その棒の中心に設置取付け(2) の補助翼は(1) の可変式主翼羽根とは異なり、固定式とされている。
【００２１】
図６以下は、微風でも捕捉して回転可能な風車であり、図６は主翼羽根２の角度を可変できる実施例である。中心軸１から延びた放射状の水平アームａの外端に、平面図で見た場合におたまじゃくし状の羽根２を支軸で連結した風車Ｗの回転で発電機を回転させる。そして、図７のように、主翼羽根２は前側と水平アームａとの間に斜めに配設した伸縮ロッドＲを伸縮させることで、数度の範囲で角度を変更できる。
隣接する水平アームａ・ａの先端間を連結している連結バー４の位置で風車側面を塞ぐように設けた副翼板５の先端に、風圧捕捉用の凹鍵６を形成し、尾端７は傾斜させてある。従って、羽根２による風車Ｗの回転に加えて、副翼板５の凹鍵６や傾斜板７による風車Ｗの回転が起きることで、微風でも風車Ｗが回転可能となり、高層への移動が容易になる。
【００２２】
図６は、凹鍵６と傾斜板７間しか副翼板５が存在しないが、図８は幅をより広くした横風受け壁５′が存在する。なお、図６の副翼板５も横風受け壁５′と同様に曲面にしてもよく、また羽根２と同じ高さである。図９は斜視図であり、羽根２の尾端２１より多少後部にＶ字状の風圧捕捉用の凹鍵６を横風受け壁５′の先端に形成し、後端は、横風の風力を前進力に変換すべく傾斜板７にしてある。この傾斜尾端７の縁部は、横風が通過できる窓穴ｈ中に突き出ている。そのため、前記凹鍵６に横風が入って風車Ｗを回転させ、また尾端の傾斜板７による押圧力が加わって、前記の主翼羽根２による風車Ｗの回転がより円滑となり、微風でも風車が回転可能となる。
【００２３】
横風受け壁５′の実施例は各種が可能であるので、次に例示する。(1).傾斜板７は１枚だけでもよいが、２枚や３枚などの複数枚にすると、押圧力も２倍、３倍となり、風車の回転パワーも大きくなる。Ｖ字状の風圧捕捉用の凹鍵６は設けない構造も可能である。これらの各実施例は図８に図示してある。
【００２４】
図８、図９は、水平アームａの外端と同じ円周上に横風捕捉壁５が位置しているのに対し、図10、図11は、水平アームａの先端より中心軸１寄りに幾分移動した位置に横風捕捉壁５をずらしてある。図11は、斜視図であり、主翼羽根２や横風受け壁５の面積が大きいので、再生可能自然エネルギーである風力を利用していることを表示する広告面としても利用できる。例えば、地球温暖化を防止する取り決めを定めたパリ協定の文字や風力発電などの文字を表記できる。
図８や図10のように、主翼羽根２の尾端２１とＶ状凹鍵６の外面とで、横風が主翼羽根２の後端の凹部２２中にガイドされるので、主翼羽根２を押す風圧が強くなる。このように、風圧が間欠的に強くなると風車の円滑な回転に支障を来すように思われるが、常に慣性が作用しているので、スムーズな回転となる。
【００２５】
図１２の平面図のように、主翼羽根２と同様におたまじゃくし状をした横風羽根２′を主翼羽根２・２間において、水平アームａの先端に設けてある。また、図７では、水平アームａの前側に伸縮ロッドＲが有るのに対して、図１３の実施例では、水平アームａの後側に伸縮ロッドＲが有る。
【００２６】
台風などの強風が到来する場合は、予め風車を保護できるシャッターを開閉する構造が望ましい。図１４〜図１７はシャッターＳで風車を防護する例であり、シャッターＳは市販のブランドで足りる。図１４は、シャッターを巻き取るモータを遠隔操作して、シャッターを巻き上げて開放した状態の側面図であり、強風の吹かない平時は開放状態にしておく。強風が来る場合は、予め巻き上げモータを遠隔操作して図１５のようにシャッターＳを開いて開口を閉じておき、内部の風車が破損されないように防護する。他の側面も全部、このようにしてシャッターＳで強風から防護可能にしておく。風圧は弱いが、上面から吹き込む場合も有るので、上面もシャッターＳで閉鎖可能にしておく。すなわち、平時は図１６のように、モータを遠隔操作してシャッターＳを巻き取って開放しておく。強風が吹く恐れが有る場合は、図１７のように、モータの遠隔操作でシャッターＳを閉じて、内部の風車に強風が当たるのを防止する。
【００２７】
強風耐用防護シャッターとは、風力発電機の弱点である羽根の損傷を如何にして回避するか、風力発電機の命である羽根の破損事故は、80％は自然の強風によるものである。
本強風耐用防護シャッターは、比較的風速が安定して吹いている高空域の10ｍ以上の高度に設置する「高層ルーフ式垂直軸型風力発電機」又は、60ｍ以内の高空域に設置して使用される「屋上バルコニー式垂直軸型風力発電機」の羽根を保護する目的で開発されている。
また、本強風耐用防護シャッターは、強風を伴う台風の接近を事前にキャッチした場合並び、接近する確立が増すに従い遠隔地より風車の稼働停止操作と共に、外枠躯体フレームに事前に設置されている強風耐用防護シャッターの開閉スイッチを入れる事により、自動的にシャッターは閉ざされ強風から大切な風力の命である羽根を破損から守る事を可能としている。
当然、設置されている現地での手動による開閉操作も可能であると共に、本強風耐用防護シャッターの開閉動作は、風力発電機の操作システムの心臓であるPLC 制御システムに組み込む事により、遠隔地にいても緊急対応も可能と成っている。無論、強風が去った後のシャッターの開閉操作も自動的且つ、手動的操作も可能であるため、強風到来時に態々現地に出向き強風対策等の養生作業の手間を省く事も可能としている。
【００２８】
前記の各シャッターＳをガイドし支持する枠体を一体化した偶数多角形の枠体が風車の中心軸の周りに回転できる構造とする。回転機構は、車輪を多角形の枠体の下部に取付けてもよいし、円形のレールの上を溝車が走行する構造でもよい。そして、前記多角形の一並びに１８０度の角部位置、及び／又は風車上部に設けた１８０度方向の風向板を有し、到来する風が二分される構造とする。すなわち、多角形のシャッター枠がジャンボ風見鶏として機能するので、台風などの強風が到来しても、前記シャッターが自動的に回転して風向板が到来風に向き、かつ到来風を二分して逸らすので、前記シャッターの受ける風圧は最小となり、損傷を免れる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように  風の有る高空領域に風車を設置できるように、風車が小型化されている。しかも、小型化されているにも係わらず、横風も捕捉して、風車の回転力に替えて効率的な風力発電を実現している。また、前記風車を囲うシャッターを設けて、台風が来るとシャッターを閉じて、風車を保護するので、風車の羽根が損傷する問題も解消される。
【符号の説明】
【００３０】
１  中心軸
ａ  水平アーム
２  羽根
21  尾端
Ｗ  風車
Ｐ・Ｐ１・Ｐ３  ポール
３  筋かい
Ｐ３…  支柱
Ｒ  伸縮ロッド
５  副翼板
６  風圧捕捉用のＶ状凹鍵
５′横風受け壁
７  傾斜板（傾斜翼）
９  逆Ｖ状の尾根状隆起部
ｈ  窓穴
22  主翼羽根の後端の凹部
Ｓ  シャッター
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2018204584.tif 000015
【図１３】
2018204584.tif 000016
【図１４】
2018204584.tif 000017
【図１５】
2018204584.tif 000018
【図１６】
2018204584.tif 000019
【図１７】
2018204584.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月2日(2017.10.2)
【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】
鉛直の中心軸から放射方向に延びた複数の水平アームの外端にそれぞれ設けた平面形状がおたまじゃくし状の主翼が周回する風車において、前記風車を取り囲む、平面形状が偶数の正多角形の各辺にシャッターを設配し、しかも前記各シャッターは、強風の到来時に閉鎖して中の風車に強風が当たらない構造としたことを特徴とする風力発電機。
【請求項２】
前記シャッターは風車の中心軸の周りに周回でき、前記正多角形の一角部位置並びに１８０度の角部位置及び／又は風車上部に設けた１８０度方向の風向板を有し、到来する風が二分される構造としたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電機。
【請求項３】
前記主翼の側面に到来する中心軸方向の横風が当たる少なくとも傾斜板を前記主翼と主翼間又は前記主翼と主翼との間において前記の主翼よりも中心軸寄りに設けて、前記風車と連結し、前記横風が前記傾斜板の傾斜面を通過する際の前記横風の風力が風車の周回力に変換される構造としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電機。
【請求項４】
前記主翼の前寄り又は後寄りと前記水平アームの前側又は後側との間に斜めに配設した伸縮ロッドで連結したことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の風力発電機。
【請求項５】
街灯の電柱上端、ポール上端、高層櫓型又は屋上バルコニー上に設けた設置部に前記の風力発電機の風車を設置してあることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の風力発電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高層ルーフや屋上バルコニーなどに設置して使用するのに好適な風力発電機であり、通常仕様の風車を、小型化・効率化する事により高所での使用を可能とした風力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
高層ルーフや屋上バルコニーなどに適合させる事を目的として開発された高層ルーフ式風力発電機とは、風力発電機の動力源である風速が得られず風力発電機の設置を希望しても活用できない地域又は、生活圏内にて風力発電機を活用したくても適切な空地が見込めない場所並びに、商業施設・集合住宅・病院施設・学校・役所・交通ターミナル・製造環境等々の人込みや、地下駐車場等の共用部分の電気を自家発電、それも再生可能エネルギーで補いたくても設置するスペースの確保が難しく設置を諦めている者の期待に応えるべく、長年の風力発電機の開発の経験と知識から開発された風力発電機であり、風力を効果的に利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第5731048 号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
風力を効果的に利用した発明として、特許文献１の技術は、図１のように、中心軸１から延びた放射状の水平アームａの外端に、平面図で見た場合におたまじゃくし状の羽根２を設けた風車Ｗの回転で発電機を回転させる発明が提案されている。このおたまじゃくし状の羽根２の正面から向かい風が来ると揚力が発生し、後方から追い風が来ると前記羽根２が前方に押される。しかし、羽根２に中心軸１方向の横風が来たときは風車の周回力は発生しない。
しかしながら、このような構造では、前記のように、風通しの悪い場所では十分な風力発電が出来ない。
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、地上に設置して使用するノーマルタイプと同出力、同サイズの大きさの風力発電機を高空域に上げて使用する事は技術的にも環境的にも問題が多く実現不可能であるため、通常仕様のノーマルタイプと同出力を維持し、より小型化を追求実現する事により高度が上がれば風速が低地よりも得易いと言う利点、あるいは風力を効果的に利用できる効率的な風力発電機を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の技術的課題は次のような手段によって解決される。請求項１は、鉛直の中心軸から放射方向に延びた複数の水平アームの外端にそれぞれ設けた平面形状がおたまじゃくし状の主翼が周回する風車において、前記風車を取り囲む、平面形状が偶数の正多角形の各辺にシャッターを設配し、しかも前記シャッターは、強風の到来時に閉鎖して中の風車に強風が当たらない構造としたことを特徴とする風力発電機である。
【０００６】
請求項２は、前記シャッターは風車の中心軸の周りに周回でき、前記正多角形の一角部位置並びに１８０度の角部位置及び／又は風車上部に設けた１８０度方向の風向板を有し、到来する風が二分される構造としたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電機である。
【０００７】
請求項３は、前記主翼の側面に到来する中心軸方向の横風が当たる少なくとも傾斜板を前記主翼と主翼間又は前記主翼と主翼との間において前記の主翼よりも中心軸寄りに設けて、前記風車と連結し、前記横風が前記傾斜板の傾斜面を通過する際の前記横風の風力が風車の周回力に変換される構造としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電機である。
【０００８】
請求項４は、前記主翼の前寄り又は後寄りと前記水平アームの前側又は後側との間に斜めに配設した伸縮ロッドで連結したことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の風力発電機である。
【０００９】
請求項５は、街灯の電柱上端、ポール上端、高層櫓型又は屋上バルコニー上に設けた設置部に前記の風力発電機の風車を設置してあることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の風力発電機である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１のように、前記風車の外周を取り囲む、平面形状が偶数の正多角形の各辺にシャッターを設配し、しかも前記各シャッターは、強風の到来時に開いて閉鎖できる構造であるので、台風などの強風が到来する際は、シャッターを閉鎖しておくことにより、内部の風車などを防護して破損を防止できる。
【００１１】
請求項２のように、前記のシャッターは風車の中心軸の周りに回動でき、前記多角形の一角部位置並びに１８０度の角部位置及び／又は風車上部に設けた１８０度方向の風向板を有し、到来する風が二分される構造としたので、台風などの強風が到来しても、前記シャッターが自動的に回転して風向板が到来風に向き、かつ到来風を二分して逸らすので、前記シャッターの受ける風圧は最小となり、損傷を免れる。
【００１２】
請求項３のように、前記主翼の側面に到来する中心軸方向の横風が当たる少なくとも傾斜板を前記主翼と主翼間又は前記主翼と主翼との間において前記の主翼よりも中心軸寄りに設けて、前記風車と連結し、前記横風が前記傾斜板の傾斜面を通過する際の前記横風の風力が風車の周回力に変換される構造としたので、この周回力で風車が回転して発電機を駆動する。
【００１３】
請求項４のように、前記主翼の前寄り又は後寄りと前記水平アームの前側又は後側との間に斜めに配設した伸縮ロッドで連結したので、このロッドを伸縮させることで、数度の範囲で前記主翼の角度を変更できる。
【００１４】
請求項５のように、街灯電柱上端、ポール上端、高層櫓型又は屋上バルコニー上に設けた設置部に前記の風力発電機の風車を設置してあるので、風車の設置位置が高く、風通しが良くなるので、微風でも捕捉して回転力に変換する風車の構造と相まって、風車の回転が円滑確実となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】おたまじゃくし状の主翼を外端に有する従来の風車の一部を示す斜視図である。
【図２】地上に設けるノーマルタイプの風車を示す正面図である。
【図３】ポール上に風車を設けたタイプの正面図である。
【図４】ポール上に風車を設けたタイプの別の実施例を示す正面図である。
【図５】高層櫓の上に風車を設けたタイプの正面図である。
【図６】おたまじゃくし状の主翼の角度可変機構と横風捕捉凹部を示す風車の平面図である。
【図７】おたまじゃくし状の主翼の角度可変機を拡大して示す平面図である。
【図８】おたまじゃくし状の主翼の間に横風前進機構を設けた平面図である。
【図９】おたまじゃくし状の主翼の間に横風前進機構を設けた斜視図である。
【図１０】おたまじゃくし状の主翼より回転中心寄りに横風前進機構を設けた平面図である。
【図１１】おたまじゃくし状の主翼より回転中心寄りに横風前進機構を設けた斜視図である。
【図１２】隣接する２つの主翼羽根間に小型のおたまじゃくし状横風羽根を設けた実施例の平面図である。
【図１３】水平アームの後側に伸縮ロッドを設けた主翼羽根の実施例である。
【図１４】図１４〜図１７はシャッターで風車を防護する例であり、図１４はシャッターを開放した側面図である。
【図１５】シャッターを開いて開口を閉じた風車の側面図である。
【図１６】シャッターを巻き取って開放した風車の平面図である。
【図１７】シャッターを展開して上面を閉じた風車の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に本発明による風力発電機が実際上どのように具体化されるか実施形態を説明する。図２は地上に設けるノーマルタイプの風車Ｗを示す正面図であり、中心軸１から延びた放射状の水平アームａの外端に、平面図で見た場合におたまじゃくし状の羽根２を設けてある。このような形状をした鉛直軸型の風車Ｗで、図示されない発電機を回転駆動して発電する。
【００１７】
このような、ノーマルタイプの風車を小型化したり微弱な風力でも効果的に捕捉して回転できる風車を風の有る高所に揚げて設置する。図３は、ポールＰ上に風車Ｗを設けたタイプであり、200w〜５kwまでのタイプが使用される。ポールＰとは、大径の円筒状であり、上端に風車Ｗを設置したうえで、補強用の筋かい３をポールＰと風車設置床との間に斜めに設けてある。
図４は、前記ポールＰ２上に風車Ｗを設けたタイプの別の実施例を示す正面図であり、大径の円筒状のポールＰ２をより高くして高層対応にしてある。主な仕様は、10kwと20kwのタイプを選択できる。
図５は、４本の支柱Ｐ３…から成る高層櫓の上に風車Ｗを設けたタイプの正面図であり、屋上バルコニー等で組立てて完成する。主な仕様は、ポール仕様や高層ポール仕様で使用する本体躯体を使用せず、分解状態で揚げてから組み立てる。従って、利用する用途や規模に合わせての利用が可能となり、全ての機種で使用可能である。
【００１８】
前記の各タイプの垂直軸型風力発電機の数値を比較した表１を参考に記載してある。
【表１】
2018204584.tif 000021
このように使用する環境毎に、最適な組合せを選択でき、用途の変更も容易である。
【００１９】
又、同出力垂直軸型風力発電機小型仕様（高層ルーフ＆屋上バルコニー）タイプ垂直軸型風力発電機に関して、特長を挙げると次の通りである。
(1) 一般的な垂直軸型風力発電機で使用する風車と、高層ルーフ& 屋上バルコニー仕様で使用する風車数値を比較すると、同出力の通常型垂直軸型風車サイズを100%とすると、高層ルーフ＆屋上バルコニー仕様の垂直軸型は40% 〜60% の小型化が可能である。
その一つの要因は、通常型仕様の垂直軸型風力発電機は低空区域に設置して使用するため風速の強弱に大きく左右され不安定な出力となるが、可能な限り高空区域に風車を設置する事により、低空区域よりも比較的に安定した風速が得られる確率が高い事と、低空区域の風と、高空区域の風に含められている風の密度も濃くなるため、低空区域に設置して使用する一般的なノーマルタイプの風車サイズよりも小型でよい事に繋がる利点がある。
当然、低空区域に設置して使用するノーマルタイプのサイズの大きさの物を高空区域に設置する事は不可能であると共に危険性も増し、設置する場所にも限界が伴うため、同出力で小型化ができる事により垂直軸型風力発電機の市場性も更に拡大していく。
【００２０】
(2) 同出力の通常型垂直軸型風力発電機よりも小型にして使用が可能な高層ルーフ＆屋上バルコニー仕様の垂直軸型風力発電機を開発するにあたり発生した一つの課題は、直接風を受ける羽根の必要面積も小型化する事により当然限られてしまうため、(1) の主となる羽根は設置する場所に合わせて角度を調整する事を目的とした可変式主翼とし、更に主と成る垂直軸型の羽根は風を受けて回転をする事により縦横上下と羽根が変化する欠点が有るため、可変式主翼が回転時に横ブレを起こし垂直軸の命である垂直バランスが崩される危険性を、可能な限り低減させる目的で、主と成る可変式主翼羽根と羽根の間には (3)の横ブレ防止対策用として補助棒を取付ける方法が採用されている為、この補助棒を只の横ブレ防止対策用だけで使用するのではなくて、同出力の通常型垂直軸型風力で必要とする羽根の面積不足を補う目的を兼ねて、上下二段に設置されている主羽根横ブレ防止対策用の棒の中心部には、(2) の固定式補助翼( 幅200 〜400mm)を設置する事で、小型化の開発に際しての一つの課題をクリアーされているのが、同出力垂直軸型風力発電機の小型化高層ルーフ仕様＆屋上バルコニー仕様の垂直軸型風力発電機である。当然、(1) の主と成る可変式主翼の横ブレを防御するために取付けられている、(2) の横ブレ防止対策用の棒であるため、その棒の中心に設置取付け(2) の補助翼は(1) の可変式主翼羽根とは異なり、固定式とされている。
【００２１】
図６以下は、微風でも捕捉して回転可能な風車であり、図６は主翼羽根２の角度を可変できる実施例である。中心軸１から延びた放射状の水平アームａの外端に、平面図で見た場合におたまじゃくし状の羽根２を支軸で連結した風車Ｗの回転で発電機を回転させる。そして、図７のように、主翼羽根２は前側と水平アームａとの間に斜めに配設した伸縮ロッドＲを伸縮させることで、数度の範囲で角度を変更できる。
隣接する水平アームａ・ａの先端間を連結している連結バー４の位置で風車側面を塞ぐように設けた副翼板５の先端に、風圧捕捉用の凹鍵６を形成し、尾端７は傾斜させてある。従って、羽根２による風車Ｗの回転に加えて、副翼板５の凹鍵６や傾斜板７による風車Ｗの回転が起きることで、微風でも風車Ｗが回転可能となり、高層への移動が容易になる。
【００２２】
図６は、凹鍵６と傾斜板７間しか副翼板５が存在しないが、図８は幅をより広くした横風受け壁５′が存在する。なお、図６の副翼板５も横風受け壁５′と同様に曲面にしてもよく、また羽根２と同じ高さである。図９は斜視図であり、羽根２の尾端２１より多少後部にＶ字状の風圧捕捉用の凹鍵６を横風受け壁５′の先端に形成し、後端は、横風の風力を前進力に変換すべく傾斜板７にしてある。この傾斜尾端７の縁部は、横風が通過できる窓穴ｈ中に突き出ている。そのため、前記凹鍵６に横風が入って風車Ｗを回転させ、また尾端の傾斜板７による押圧力が加わって、前記の主翼羽根２による風車Ｗの回転がより円滑
となり、微風でも風車が回転可能となる。
【００２３】
横風受け壁５′の実施例は各種が可能であるので、次に例示する。(1).傾斜板７は１枚だけでもよいが、２枚や３枚などの複数枚にすると、押圧力も２倍、３倍となり、風車の回転パワーも大きくなる。Ｖ字状の風圧捕捉用の凹鍵６は設けない構造も可能である。これらの各実施例は図８に図示してある。
【００２４】
図８、図９は、水平アームａの外端と同じ円周上に横風捕捉壁５が位置しているのに対し、図10、図11は、水平アームａの先端より中心軸１寄りに幾分移動した位置に横風捕捉壁５をずらしてある。図11は、斜視図であり、主翼羽根２や横風受け壁５の面積が大きいので、再生可能自然エネルギーである風力を利用していることを表示する広告面としても利用できる。例えば、地球温暖化を防止する取り決めを定めたパリ協定の文字や風力発電などの文字を表記できる。
図８や図10のように、主翼羽根２の尾端２１とＶ状凹鍵６の外面とで、横風が主翼羽根２の後端の凹部２２中にガイドされるので、主翼羽根２を押す風圧が強くなる。このように、風圧が間欠的に強くなると風車の円滑な回転に支障を来すように思われるが、常に慣性が作用しているので、スムーズな回転となる。
【００２５】
図１２の平面図のように、主翼羽根２と同様におたまじゃくし状をした横風羽根２′を主翼羽根２・２間において、水平アームａの先端に設けてある。また、図７では、水平アームａの前側に伸縮ロッドＲが有るのに対して、図１３の実施例では、水平アームａの後側に伸縮ロッドＲが有る。
【００２６】
台風などの強風が到来する場合は、予め風車を保護できるシャッターを開閉する構造が望ましい。図１４〜図１７はシャッターＳで風車を防護する例であり、シャッターＳは市販のシャッターで足りる。図１４は、シャッターを巻き取るモータを遠隔操作して、シャッターを巻き上げて開放した状態の側面図であり、強風の吹かない平時は開放状態にしておく。強風が来る場合は、予め巻き上げモータを遠隔操作して図１５のようにシャッターＳを開いて開口を閉じておき、内部の風車が破損されないように防護する。他の側面も全部、このようにしてシャッターＳで強風から防護可能にしておく。風圧は弱いが、上面から吹き込む場合も有るので、上面もシャッターＳで閉鎖可能にしておく。すなわち、平時は図１６のように、モータを遠隔操作してシャッターＳを巻き取って開放しておく。強風が吹く恐れが有る場合は、図１７のように、モータの遠隔操作でシャッターＳを閉じて、内部の風車に強風が当たるのを防止する。
【００２７】
強風耐用防護シャッターとは、風力発電機の弱点である羽根の損傷を如何にして回避するか、風力発電機の命である羽根の破損事故は、80％は自然の強風によるものである。
本強風耐用防護シャッターは、比較的風速が安定して吹いている高空域の10ｍ以上の高度に設置する「高層ルーフ式垂直軸型風力発電機」又は、60ｍ以内の高空域に設置して使用される「屋上バルコニー式垂直軸型風力発電機」の羽根を保護する目的で開発されている。
また、本強風耐用防護シャッターは、強風を伴う台風の接近を事前にキャッチした場合並び、接近する確率が増すに従い遠隔地より風車の稼働停止操作と共に、外枠躯体フレームに事前に設置されている強風耐用防護シャッターの開閉スイッチを入れる事により、自動的にシャッターは閉ざされ強風から大切な風車の命である羽根を破損から守る事を可能としている。
当然、設置されている現地での手動による開閉操作も可能であると共に、本強風耐用防護シャッターの開閉動作は、風力発電機の操作システムの心臓であるPLC 制御システムに組み込む事により、遠隔地にいても緊急対応も可能と成っている。無論、強風が去った後のシャッターの開閉操作も自動的且つ、手動的操作も可能であるため、強風到来時に態々現地に出向き強風対策等の養生作業の手間を省く事も可能としている。
【００２８】
前記の各シャッターＳをガイドし支持する枠体を一体化した偶数多角形の枠体が風車の中心軸の周りに回転できる構造とする。回転機構は、車輪を多角形の枠体の下部に取付けてもよいし、円形のレールの上を溝車が走行する構造でもよい。そして、前記多角形の一並びに１８０度の角部位置、及び／又は風車上部に設けた１８０度方向の風向板を有し、到来する風が二分される構造とする。すなわち、多角形のシャッター枠がジャンボ風見鶏として機能するので、台風などの強風が到来しても、前記シャッターが自動的に回転して風向板が到来風に向き、かつ到来風を二分して逸らすので、前記シャッターの受ける風圧は最小となり、損傷を免れる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように  風の有る高空領域に風車を設置できるように、風車が小型化されている。しかも、小型化されているにも係わらず、横風も捕捉して、風車の回転力に替えて効率的な風力発電を実現している。また、前記風車を囲うシャッターを設けて、台風が来るとシャッターを閉じて、風車を保護するので、風車の羽根が損傷する問題も解消される。
【符号の説明】
【００３０】
１  中心軸
ａ  水平アーム
２  羽根
21尾端
Ｗ  風車
Ｐ・Ｐ１・Ｐ３  ポール
３  筋かい
Ｐ３…  支柱
Ｒ  伸縮ロッド
５  副翼板
６  風圧捕捉用のＶ状凹鍵
５′横風受け壁
７傾斜板（傾斜翼）
９  逆Ｖ状の尾根状隆起部
ｈ窓穴
22主翼羽根の後端の凹部
Ｓ  シャッター
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月28日(2017.11.28)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
鉛直の中心軸から放射方向に延びた複数の水平アームの外端にそれぞれ設けた主翼が周回する風車を取り囲む、平面形状が偶数の正多角形の枠体の各辺にシャッターを設配し、しかも前記各シャッターは、強風の到来時に閉鎖して中の風車に強風が当たらない構造とし、
さらにシャッター枠体は風車の中心軸の周りに周回でき、前記正多角形の一角部位置並びに１８０度の角部位置及び／又は前記枠体上部に設けた１８０度方向の風向板を有し、到来する風が二分される構造としたことを特徴とする風力発電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記枠体の上面を閉鎖するシャッターを配設した構造としたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電機。」
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の技術的課題は次のような手段によって解決される。請求項１は、鉛直の中心軸から放射方向に延びた複数の水平アームの外端にそれぞれ設けた主翼が周回する風車を取り囲む、平面形状が偶数の正多角形の枠体の各辺にシャッターを設配し、しかも前記各シャッターは、強風の到来時に閉鎖して中の風車に強風が当たらない構造とし、
さらにシャッター枠体は風車の中心軸の周りに周回でき、前記正多角形の一角部位置並びに１８０度の角部位置及び／又は前記枠体上部に設けた１８０度方向の風向板を有し、到来する風が二分される構造としたことを特徴とする風力発電機である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
請求項２は、前記枠体の上面を閉鎖するシャッターを配設した構造としたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電機である
。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項１のように、前記風車の外周を取り囲む、平面形状が偶数の正多角形の枠体の各辺にシャッターを設配し、しかも前記各シャッターは、強風の到来時に開いて閉鎖できる構造であるので、台風などの強風が到来する際は、シャッターを閉鎖しておくことにより、内部の風車を防護して破損を防止できる。しかも、前記の枠体に配設された各シャッターは風車の中心軸の周りに回動でき、前記多角形の枠体の一角部位置並びに１８０度の角部位置及び／又は前記枠体の上部に設けた１８０度方向の風向板を有し、到来する風が二分される構造としたので、台風などの強風が到来しても、シャッター枠体が風向に追従して回転し、かつ風向板が到来風に向いて、到来風を二分して逸らすので、前記シャッターの受ける風圧は最小となり、損傷を免れる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項２のように、前記枠体の上面を閉鎖するシャッターを配設してある。風圧は弱いが、上面から吹き込む場合も有るので、上面もシャッターＳで閉鎖可能にしておく。すなわち、平時は図１６のように、モータを遠隔操作してシャッターＳを巻き取って開放しておく。強風が吹く恐れが有る場合は、図１７のように、モータの遠隔操作でシャッターＳを閉じて、内部の風車に強風が当たるのを防止する。