(57)【要約】【課題】本発明は、縦軸風車を用いた縦軸風力発電機に係わり、特に回転体の羽根を縦２本又は縦３本の角（つの）型に取付けた自走回転推力の高い縦軸角型風力発電機に関する。【解決手段】縦軸角型風力発電機であって、内側の上下に突起が形成され、上下に長い角型垂直翼と、該角型垂直翼に支持アームを介して取り付けられ、内部に発電機を備える回転主体と、該回転主体が前記角型垂直翼に付与される揚力によって回転し、前記発電機によって発電した電力を負荷に供給する制御装置とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2011012566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側の上下に突起が形成され、上下に長い角型垂直翼と、
該角型垂直翼に支持アームを介して取り付けられ、内部に発電機を備える回転主体と、
該回転主体が前記角型垂直翼に付与される揚力によって回転し、前記発電機によって発電した電力を負荷に供給する制御装置と、
を有することを特徴とする縦軸角型風力発電機。
【請求項２】
前記角型垂直翼の長さは、風力によって設定されることを特徴とする請求項１に記載の縦軸角型風力発電機。
【請求項３】
前記角型垂直翼の内側の上下に形成される前記突起は、２個以上であることを特徴とする請求項１記載の縦軸角型風力発電機。
【請求項４】
前記角型垂直翼の内側の上下に形成される前記突起の長さは、初期起動の条件によって設定されることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の縦軸角型風力発電機。
【請求項５】
前記角型垂直翼及び回転主体は基礎に立設された支柱に設けられ、該支柱には太陽光発電装置が配設されていることを特徴とする請求項１、２、３、又は４に記載の縦軸角型風力発電機。
【請求項６】
前記太陽光発電装置の裏面は防護板であることを特徴とする請求項５に記載の縦軸角型風力発電機。
【請求項７】
前記太陽光発電装置、及び防護板は傘形に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の縦軸角型風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦軸風車を用いた縦軸風力発電機に係わり、特に回転体の羽根を縦２本又は縦３本の角（つの）型に取付けた自走回転推力の高い縦軸角型風力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風力発電機の風車には横軸プロペラ式の風車が使用されていた。しかし、近年開発されつつある縦軸風車は、横軸プロペラ式に比較して、風向きを選ばず、接地面積が狭く、且つ高さも極めて低い形態で設置できるという利点がある。しかし、風力回収率が低いということで実用化がなかなか実現できないという問題を有していた。
【０００３】
この問題を解決するために、回転時に外側面に沿って通過する風の速度よりも、内側面に沿って通過する風の速度を、より早くすることにより、その内側面域に負圧を生じさせて、回転推力を得ることのできる羽根と、この羽根を使用した風車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１の風車は、水平面を回転する環縁体と、この環縁体の外側に取り付けられた５枚の羽根とからなる回転体と、この回転体を支持するためにケース体の周囲軸部から輻射状に水平に延びる５本の支持アームと、上記のケース体を下から保持する縦主軸とからなる回転車で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４６７９９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の縦軸風車は、風車に用いられる羽数が５枚と多く、このように枚数の多い羽を環縁体の円周部において支持するために、全体の構成が複雑になっている。当然ながら重量の過大な風車であることが推定さされる。このように構成が複雑で重量のある風車を用いる縦軸風力発電機は、組立作業においても、保守作業においても手数が掛かって面倒であるという課題がある。
【０００７】
また、従来の縦軸角型風力発電機では、風力が増し、風車が高速回転した場合、回転を抑制する必要があり、複雑な制御を必要としている。
そこで、本発明は初期起動が容易であると共に、風車の高速回転時ブレーキ効果も有する縦軸角型風力発電機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】
上記課題は第１の発明によれば、内側の上下に突起が形成され、上下に長い角型垂直翼と、該角型垂直翼に支持アームを介して取り付けられ、内部に発電機を備える回転主体と、該回転主体が前記角型垂直翼に付与される揚力によって回転し、前記発電機によって発電した電力を負荷に供給する制御装置とを有する縦軸角型風力発電機を提供することによって達成できる。
【０００９】
上記課題は第２の発明によれば、前記角型垂直翼の長さは、風力によって設定されることを特徴とする縦軸角型風力発電機を提供することによって達成できる。
【００１０】
上記課題は第３の発明によれば、前記角型垂直翼の内側の上下に形成される前記突起は、２個以上である縦軸角型風力発電機を提供することによって達成できる。
【００１１】
上記課題は第４の発明によれば、前記角型垂直翼の内側の上下に形成される前記突起の長さは、初期起動の条件によって設定される縦軸角型風力発電機を提供することによって達成できる。
【００１２】
上記課題は第５の発明によれば、前記角型垂直翼及び回転主体は基礎に立設された支柱に設けられ、該支柱には太陽光発電装置が配設されている縦軸角型風力発電機を提供することによって達成できる。
【００１３】
上記課題は第６の発明によれば、前記太陽光発電装置の裏面は防護板である縦軸角型風力発電機を提供することによって達成できる。
【００１４】
上記課題は第７の発明によれば、前記太陽光発電装置、及び防護板は傘形に形成されている縦軸角型風力発電機を提供することによって達成できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、角型垂直翼の内側に形成された突起によって初期駆動を行い、垂直に長く延びた角型垂直翼によって高速回転の抑制を行い、製作が容易な縦軸角型風力発電機を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１の縦軸角型風力発電機の全体構成図である。
【図２】実施形態１の縦軸角型風力発電機の側面図である。
【図３】角型風車の模式的な上面図である。
【図４】縦軸角型風力発電機の発電制御を行う制御システムのブロック図である。
【図５】実施形態２の縦軸角型風力発電機の全体構成図である。
【図６】実施形態２の縦軸角型風力発電機の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
（実施形態1）
図１は、実施形態１における縦軸角型風力発電機の全体構成を示す正面図であり、図２はその側面図である。縦軸角型風力発電機１は、基礎２に立設された支柱３と、支柱３に回転自在に取り付けられた回転軸４、及び回転軸４の取り付けられた回転体である角型風車５で構成されている。
【００１８】
基礎２は土中に打設されたコンクリートであり、鉄筋７をアンカーボルト８で固定し、上記支柱３を取り付けている。また、支柱３はパイプ状の炭素鋼管（ＳＴＫ）で構成され、例えば高さ５，５ｍで構成されている。回転軸４は支柱３内に配設され、角型風車５の回転に従って回転駆動する。
【００１９】
角型風車５は回転主体１０と、この回転主体１０に支持アーム１１によって取り付けられた２つの角型垂直翼１２、１３で構成されている。また、角型風車５内には後述する発電機が配設されており、回転主体１０の回転により発電を行う。
支持アーム１１による角型垂直翼１２、１３の取り付けは、支持アーム１１に取りつけられたブラケット１４、１５によって行われる。例えば、角型垂直翼１２はブラケット１４に螺子１６を締着し、角型垂直翼１３はブラケット１５に不図示の螺子を締着し、角型垂直翼１２、１３をそれぞれ支持アーム１１に取り付けている。
【００２０】
また、上記角型垂直翼１２、１３にはそれぞれ内側（回転主体１０の配設側）の上下に突起が設けられている。例えば、角型垂直翼１２の内側上部には突起１２ａが設けられ、内側下部には突起１２ｂが設けられ、角型垂直翼１３の内側上部には突起１３ａが設けられ、内側下部には突起１３ｂが設けられている。
【００２１】
また、上記角型垂直翼１２、１３の断面は、図３に示す形状であり、何れの方向からの風によっても水平方向に揚力を発生し、回転可能に構成されている。
【００２２】
一方、図４は本例の縦軸角型風力発電機１の発電制御を行う制御システムのブロック図である。同図において、本例の発電制御システムは、主に制御コントローラ２０とパワーコンディショナー２１で構成され、制御コントローラ２０には上記角型風車５の回転によって発電機（例えば、永久磁石式三相交流発電機）１９で発電した電力が供給される。
【００２３】
制御コントローラ２０は角型風車５の駆動制御を行い、例えば角型風車５の回転が断続することを防止するため、風速が所定以上に達するまで角型風車５の回転を停止し、また太陽光発電２２からの発電出力と上記発電機１９（風力発電）からの発電出力の切り換え制御を行う。尚、太陽光発電２２の具体的な構成については、実施形態２において説明する。
【００２４】
一方、パワーコンディショナー２１はバッテリー２３を介して制御コントローラ２０に接続され、制御コントローラ２０を介して供給された電力が蓄積されたバッテリー２３の出力を負荷２４に供給する際の制御を行う。尚、パワーコンディショナー２１にはデータ解析用のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２５が接続されている。
【００２５】
以上の構成において、本例の縦軸角型風力発電機１に流れる風の風速が所定以上（例えば、５ｍ/ｓ以上）に達すると、角型垂直翼１２は回転を開始する。すなわち、角型垂直翼１２、１３が風を受けると、角型垂直翼１２、１３の断面は側面前縁部が膨出しているため回転推力を発生し、回転を開始する。すなわち、側面前縁部１２ｃ、１３ｃが膨出し、例えば飛行機の翼と同形状をしており、翼周辺で風の速度が異なるというベルヌイの定理より一方向のみに回転する。
【００２６】
回転主体１０の回転によって、回転主体１０内に配設された発電機１９は発電を開始し、発電機１９内の巻線に発生する電流を制御コントローラ２０に供給し、前述のバッテリー２３を充電する。風速が増し、回転主体１０の回転が速くなると、発電機１９による発電電力は、一定レベルまで上昇し、バッテリー２３に充電された電力はパワーコンディショナー２１の制御に従って負荷２４に供給される。
【００２７】
一方、回転主体１０の回転が速くなり、風速が所定以上（例えば、１５ｍ/ｓ以上）になると、垂直に長く延びた角型垂直翼１２、１３は回転主体１０の回転を抑制するように作用する。すなわち、垂直軸風車の知られている特徴として高回転域のトルクは減少することが知られている。風の抵抗を受けても回転トルクが大きければ回転を維持することは可能であるが、抵抗より少ないトルクの場合にはブレーキとなる。
尚、角型垂直翼１２、１３の長さＬは、風速との関係で決定され、例えば上記風速１５ｍ/ｓ以上において、回転主体１０の回転力を抑制するような長さに設定する。本例においては、例えば角型垂直翼１２、１３の長さを３ｍに設定している。
【００２８】
また、上記角型垂直翼１２に形成される突起１２ａ、１２ｂ、及び角型垂直翼１３に形成される突起１３ａ、１３ｂの形成や位置については、風を捉える機構として適切な形状、及び位置とする。
【００２９】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。
図５は実施形態２における縦軸角型風力発電機の全体構成を示す図であり、図６はその側面図である。尚、本例の縦軸角型風力発電機３１は、前述の縦軸角型風力発電機１を小型化した構成であり、基本的に前述の縦軸角型風力発電機１に対応する構造である。
【００３０】
縦軸角型風力発電機３１は、前述の実施形態１と同様、基礎３２に立設された支柱３３と、支柱３３に回転自在に取り付けられた回転軸３４、及び回転軸３４の取り付けられた回転体である角型風車３５で構成されている。また、基礎３２は、前述と同様、土中に打設されたコンクリートで構成され、鉄筋３７をアンカーボルト３８で固定し、上記支柱３３を取り付けている。
【００３１】
角型風車３５は回転主体４０と、この回転主体４０に支持アーム４１によって取り付けられた２つの角型垂直翼４２、４３で構成され、回転主体４０内には発電機１９が配設されており、回転主体１０の回転に従って発電を行う。また、角型垂直翼４２、４３はブラケット４４、４５によって支持アーム４１に取り付けられている。
【００３２】
また、上記角型垂直翼４２、４３にはそれぞれ内側（回転主体４０側）の上下に突起４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂが設けられている。
【００３３】
一方、本例の縦軸角型風力発電機３１には、上記支柱３３にソーラパネル４６が配設され、前述の太陽光発電２２を行う。尚、ソーラパネル４６の下面に強度な鋼板等を形成し、下方からの防護板４７として、ソーラパネル４６の下面を活用してもよい。また、上記目的のため、ソーラパネル４６（防護板４７）を所謂傘形の形状としてもよい。
【００３４】
以上の構成において、前述と同様、風速が所定以上（例えば、５ｍ/ｓ以上）に達すると、角型風車５に流れる風によって角型垂直翼３２、３３に回転推力が発生し、回転主体４０が回転を開始する。そして、回転主体４０に配設された発電機１９によって発電が行われ、発電機１９内の巻線に発生する電流を制御コントローラ２０に出力し、バッテリー２３を充電する。
【００３５】
一方、風速が増し、風速が所定以上（例えば、１５ｍ/ｓ以上）になると、角型垂直翼４２、４３は、垂直に長く延びた垂直翼によって回転主体４０の回転を抑制し、回転数を低下させる。
【００３６】
尚、本例においても、角型垂直翼３２、３３の長さＬ２は、風速との関係で設定され、例えば上記風速１５ｍ/ｓ以上において、回転主体３０の回転に抑制を加える長さに設定されている。本例においては、例えば１ｍに設定されている。
【００３７】
また、上記角型垂直翼４２、４３に形成される突起４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂの形成位置や長さも、前述の初期起動、及び上記回転主体４０の回転力の抑制を考慮して設定される。
【００３８】
尚、本実施形態１及び２において説明した角型垂直翼１２、１３の長さ３ｍや、角型垂直翼３２、３３の長さ１ｍは、一例であり、本発明の角型垂直翼は上記長さに限定されるものではない。
【００３９】
また、本発明は上記実施形態１及び２に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、本発明は、前述した実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明をなすことができる。例えば、本発明は、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・縦軸角型風力発電機
２・・・基礎
３・・・支柱
４・・・回転軸
５・・・角型風車
７・・・鉄筋
８・・・アンカーボルト
１０・・回転主体
１１・・支持アーム
１２、１３・・角型垂直翼
１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ・・突起
１４、１５・・ブラケット
１９・・発電機
２０・・制御コントローラ
２１・・パワーコンディショナー
２２・・太陽光発電
２３・・バッテリー
２４・・負荷
２５・・パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
３１・・・縦軸角型風力発電機
３２・・・基礎
３３・・・支柱
３４・・・回転軸
３５・・・角型風車
３７・・・鉄筋
３８・・・アンカーボルト
４０・・回転主体
４１・・支持アーム
４２、４３・・角型垂直翼
４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ・・突起
４４、４５・・ブラケット
４６・・ソーラパネル
４７・・防護板
【図３】
2011012566.tif 000003
【図１】
2011012566.tif 000004
【図２】
2011012566.tif 000005
【図４】
2011012566.tif 000006
【図５】
2011012566.tif 000007
【図６】
2011012566.tif 000008