(57)【要約】【課題】  ＬＥＤ表示の視認性を大幅に改善した新規な垂直軸型風力発電装置を提供する。【解決手段】  本発明の垂直軸型風力発電装置１は、回転羽根２が受けた風力によって回転する垂直軸型風車と、当該風車の回転力によって発電する発電機３と、発電機３の電力の一部を利用して作動するＬＥＤ４を備え、回転羽根２のうち少なくとも１つの回転羽根にはその上下方向にＬＥＤ４がアレイ配列されており、風力レベルに応じてＬＥＤ４が作動する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転羽根が受けた風力によって回転する垂直軸型風車と、当該風車の回転力によって発電する発電機と、前記発電機の電力の一部を利用して作動するＬＥＤであって前記回転羽根のうち少なくとも１つの回転羽根に配されたＬＥＤを備え、その回転羽根の少なくとも上下方向には前記ＬＥＤがアレイ配列されており、風力レベルに応じて前記ＬＥＤが作動することを特徴とする垂直軸型風力発電装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤが前記回転羽根の受風面とは反対側に配列されていることを特徴とする請求項１記載の垂直軸型風力発電装置。
【請求項３】
前記風車がサボニウス型であり、風力が強くなると前記ＬＥＤが上に向かって点灯個数が増加し、風力が弱くなると前記ＬＥＤが下に向かって点灯個数が減少することを特徴とする請求項１または２記載の垂直軸型風力発電装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤは上と下では異なる発光色ＬＥＤが配列されており、これらのＬＥＤが風力レベルに応じて発光することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の垂直軸型風力発電装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤには警報用の赤色ＬＥＤが含まれており、風力レベルが回転制御の上限となったときに、前記赤色ＬＥＤが発光することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の垂直軸型風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直軸型風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、自然エネルギーを利用したクリーンな発電装置である。近年、さまざまな原理の風力発電装置が提案し実用化され、改良が進んでいる。風力によって回転軸周りに回転する回転羽根などの風車は、地面に対する回転軸の方向によって、水平軸型と垂直軸型に大別することができる。垂直軸型風車は、どの方向の風も利用可能で風向きに対する依存性がないという特徴がある。垂直軸型風車には、ダリウス型、ジャイロミル型、直線翼型、サボニウス型、パドル型、クロスフロー型、S型ロータ型などがある。
【０００３】
これら風力発電装置において、発電した電力の一部を利用して、ＬＥＤやランプなどの発光手段で表示すると、標識としての機能が追加され、風車の作動状態や風力レベルを視認するのに都合がよい。
【０００４】
特許文献１には、垂直軸型風力発電装置に関し、筒状の支持体と、前記支持体に内蔵され、筒の長手方向に羽根の長手方向を持つ垂直軸型風力発電機と、前記支持体に結合されたＬＥＤ表示部が備わっていること（その請求項２）、前記表示部は、赤、黄、青（緑）の３色、又は赤、青（緑）の２色のランプを有すること（その請求項３）、が記載されている。特許文献１では、ＬＥＤ表示部は、筒状の支持体に結合されており、その位置は固定されている。
【０００５】
特許文献２には、垂直軸型風車に関し、風車羽根が透明であり、シャフト及び軸受筒が透明ないし半透明であり、かつ該シャフトに、少なくとも１個のＬＥＤ発光体が配置されていて、前記風車羽根の上縁が、前記発光体の上端よりも上方に位置するとともに、該風車羽根の下縁が、前記ＬＥＤ発光体の下端よりも下方に位置していること（その請求項２）、前記ＬＥＤの設置個数が複数個であって、複数種類の色調を表すＬＥＤが配列されており、風速に応じて複数種類の色調を有する複数個のＬＥＤの内の特定のＬＥＤを発光させる機能を有していること（その請求項７）、風速に応じて、予め定められたサイクルで前記ＬＥＤを点滅させる機能を有していること（その請求項８）、が記載されている。特許文献２では、ＬＥＤ発光体は、透明なシャフトに内蔵されており、その位置は固定されている。
【０００６】
特許文献３には、垂直軸型風力発電装置に関し、列状に並べて連結された多数のサボニウス型風車と、このサボニウス型風車により発電された電力を蓄積する蓄電部と、前記電力を使用して点灯標示される標示部とを備えたこと（その請求項１）、が記載されている。特許文献３では、点灯標示される標示部は、標識柱に取り付けられており、その位置は固定されている。
【０００７】
特許文献４には、垂直軸型風車に関し、前記風車の受風に伴い供給される前記発電電力が風力の増加に伴い予め定められた駆動電力レベルを上回った場合に表示駆動して、強風に対する警告表示を行うとともに、当該警告表示において、その強風が、前記受風阻止板により受風が妨げられる受風阻止方向とは異なる受風可能方向の風であることを明示する一方、入力される発電電力が前記駆動電力レベルを上回らない場合には非駆動状態となって前記警告表示が非表示となる強風警告表示手段を備えること（その請求項１）、前記警告表示手段は、表示用光源としてＬＥＤを用いること（その請求項６）、が記載されている。特許文献４では、ＬＥＤ表示部は、標識柱に取り付けられており、その位置は固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−０４２６９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５１５８号公報（特許第４５６５１３２号）
【特許文献３】特開２００６−００９５１７号公報
【特許文献４】特開２０１１−２５２４０８号公報（特許第５１２４８８８号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜４に記載の装置は、いずれも、ＬＥＤ表示部は、シャフトや支柱や標識柱など固定された構造物に取り付けられており、ＬＥＤ表示部の位置は固定されている。このため、人が見る位置や角度によっては、ＬＥＤ表示が視認し難い。特に、回転羽根が大型である場合や、回転羽根が高い位置に設置されている場合には、人が見る位置や角度の影響を受けてＬＥＤ表示が視認し難くなる。
【００１０】
そこで本発明の目的は、ＬＥＤ表示の視認性を大幅に改善した新規な垂直軸型風力発電装置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】
【００１１】
本発明の垂直軸型風力発電装置は、回転羽根が受けた風力によって回転する垂直軸型風車と、当該風車の回転力によって発電する発電機と、前記発電機の電力の一部を利用して作動するＬＥＤであって前記回転羽根のうち少なくとも１つの回転羽根に配されたＬＥＤを備え、その回転羽根の少なくとも上下方向には前記ＬＥＤがアレイ配列されており、風力レベルに応じて前記ＬＥＤが作動することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、前記回転羽根にはその上下方向に前記ＬＥＤがアレイ配列されており、風力レベルに応じて前記ＬＥＤが作動する構成であるから、回転羽根が大型である場合や、回転羽根が高い位置に設置されている場合においても、人が見る位置や角度の影響を受けずに前記ＬＥＤ表示が視認し易くなる。すなわち、本発明によれば、前記ＬＥＤが配列された前記回転羽根が垂直軸周りに回転することで、見掛け上は前記ＬＥＤが前記回転羽根の横方向に所定長さの線光源または所定サイズの面光源として見えるので、前記ＬＥＤがダイナミックで臨場感のある動作をすることとなる。そして、装置の外にいる人は皆、前記ＬＥＤを見ることができる。
【００１３】
前記発電機のからの出力は、ブリッジダイオードなど整流回路によって直流電圧に変換され、前記発電機の電力の一部が前記ＬＥＤの動作に利用される。
【００１４】
前記ＬＥＤは、インジケータ回路や電圧レベルメータ回路によって前記発電機からの出力電圧に応じた動作をする。または、前記ＬＥＤを下から上に向かって、ＬＥＤの直列数を増大させる配置とすることで前記発電機からの出力電圧に応じた動作をするようにしてもよい。
【００１５】
前記ＬＥＤは点灯または消灯動作する。前記ＬＥＤは上下方向に複数配置されている。前記ＬＥＤは上下方向に複数配置されており、尚且つ、左右方向に複数配置されている場合がある。
【００１６】
本発明は、前記ＬＥＤが前記回転羽根の受風面とは反対側に配列されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、前記ＬＥＤの配列によって前記回転羽根が受ける風力に影響を及ぼすことがないうえ、さらには、前記ＬＥＤが風力の影響で損傷する虞がない。
【００１８】
前記垂直軸型風車としては、例えば、サボニウス型、ジャイロミル型、ダリウス型、直線翼型、パドル型、クロスフロー型、S型ロータ型が挙げられる。特に、サボニウス型が好ましい。弱い風でもよく回るからである。また、前記ＬＥＤを見易い位置に配置し易い。
【００１９】
本発明は、前記風車がサボニウス型であり、風力が強くなると前記ＬＥＤが上に向かって点灯個数が増加し、風力が弱くなると前記ＬＥＤが下に向かって点灯個数が減少することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、前記風車がサボニウス型であるので、弱い風でもよく回り、尚且つ、前記ＬＥＤを上下に多数配列することが容易となる。また、風力が強くなると前記ＬＥＤが上に向かって点灯個数が増加し、風力が弱くなると前記ＬＥＤが下に向かって点灯個数が減少するので、風力の強弱がわかり易い。
【００２１】
前記ＬＥＤのサイズは、同じサイズとしてもよいし、サイズを異ならせてもよい。例えば、下から上に向かって、前記ＬＥＤのサイズを大きくする場合がある。
【００２２】
本発明は、前記ＬＥＤは上と下では異なる発光色ＬＥＤが配列されており、これらのＬＥＤが風力レベルに応じて発光することを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、前記アレイ配列されたＬＥＤが風力レベルに応じて異なる発光色で発光するので、レベルインジケータのような動作をすることとなり、風力の強弱が一目瞭然である。
【００２４】
前記ＬＥＤの発光色としては、例えば、青（緑）、黄、橙、赤、白、その他既知の有色が挙げられる。前記ＬＥＤは、例えば、下から上に向かって、青、黄、橙、赤の順に配される。
【００２５】
本発明は、前記ＬＥＤには警報用の赤色ＬＥＤが含まれており、風力レベルが回転制御の上限となったときに、前記赤色ＬＥＤが発光することを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、風力レベルが回転制御の上限となったときに、警報用の赤色ＬＥＤが発光するので、警戒しなければならない風力か否かが瞬時に把握できる。前記回転制御の上限は、風力発電装置の運用者が設定することができ、また、上限付近をも含んで上限と表記している。そして本発明は、前記回転制御の上限になったときに前記回転羽根の回転速度を抑制する制御、または前記回転制御の上限になったときに前記回転羽根の回転を停止させる制御をすることが好ましい。このときの制御電流についても前記発電装置から得ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の垂直軸型風力発電装置によれば、人が見る位置や角度の影響を受けずに前記ＬＥＤ表示が視認し易くなるうえ、さらに、前記ＬＥＤがダイナミックで臨場感のある動作をすることとなる。
【００２８】
本発明によれば、前記ＬＥＤの配列によって前記回転羽根が受ける風力に影響を及ぼすことがないうえ、さらには、前記ＬＥＤが風力の影響で損傷する虞がない。本発明によれば、前記ＬＥＤを上下に多数配列することが容易となり、また、前記ＬＥＤがレベルインジケータのような動作をすることとなり、風力の強弱が一目瞭然である。
【００２９】
本発明によれば、風力レベルが回転制御の上限となったときに、警報用の赤色ＬＥＤが発光するので、警戒しなければならない風力か否かが瞬時に把握できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態の垂直軸型風力発電装置を示す構成図である。
【図２】上記実施形態の垂直軸型風力発電装置のＬＥＤの発光動作を示す図である。
【図３】上記実施形態に係るＬＥＤ機器を例示する図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は正面図である。
【図４】上記実施形態に係るＬＥＤ機器の回路構成を例示する回路図である。
【図５】上記実施形態に係るＬＥＤ機器の回路構成の他の例を示す回路図である。
【図６】本発明を適用した第２の実施形態の垂直軸型風力発電装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
【００３２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明を適用した第１の実施形態の垂直軸型風力発電装置を示す構成図である。本実施形態の垂直軸型風力発電装置１は、垂直軸５と、垂直軸５周りに回転する回転羽根２とが備わっている垂直軸型風車と、当該風車の回転力によって発電する発電機３と、発電機３の電力の一部を利用して作動するＬＥＤ４を備える（図１）。本実施形態は、サボニウス型風車となっており、回転羽根２が周角度が１８０度で２つ配されている。符号ｆ１で示す風力が回転羽根２の受風面２ａに当たると、符号Ｃ１で示す回転方向に回転羽根２が回転し、発電機３が発電する（図１）。前記回転羽根２のうちひとつの回転羽根には、その背面２ｂ側にＬＥＤ４が上下にアレイ配列されている（図１）。ＬＥＤ４は、インジケータ回路６によって風力レベルに応じて作動する。制御回路７は、出力制御を行う。図１の例では、インジケータ回路６と制御回路７とが別体となっているが、インジケータ回路６が制御回路７に内蔵される構成としてもよいし、回転羽根２や垂直軸５に内蔵されている構成としてもよい。
【００３３】
本実施形態によれば、回転羽根の受風面２ａとは反対側となる回転羽根の背面２ｂ側にＬＥＤ４が配列されているので、ＬＥＤ４の配列によって回転羽根２が受ける風力に影響を及ぼすことがないうえ、さらには、ＬＥＤ４が風力の影響で損傷する虞がない。そして、サボニウス型の場合、回転羽根の背面２ｂの頂点ラインは最も風力が小さくなる位置であるから、特に好ましい（図１）。
【００３４】
本明細書では、便宜上、ＬＥＤ素子の集合体のみならず、ＬＥＤ素子の集合体が配されているＬＥＤ回路基板や、さらに、カバー等の筐体が組み込まれたＬＥＤ装置を含んでＬＥＤ４と表記している。
図３は、本実施形態に係るＬＥＤ機器４（ＬＥＤ４）を例示する図である。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は正面図である。例えば、既存のサボニウス型風車２の背面２ｂに本実施形態に係るＬＥＤ機器４を後付けすることができる。
【００３５】
図４は、本実施形態に係るＬＥＤ機器４の回路構成を例示する回路図である。発電機３は、交流発電機であり、その固定子が垂直軸５に固定されており、回転数にほぼ比例した出力電圧が得られる発電機である。発電機３からの出力は、ブリッジダイオードなど整流回路２によって全波整流される（図３）。符号３は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、出力電圧を一定に保つ。符号４は、電圧レベルメータ４であり、端子Ａがプラス極に接続され、端子Ｃがマイナス極に接続され、電源電圧が印加されて作動し、端子Ｂがブリッジダイオード２のプラス端子に接続されて、ＬＥＤ４に電流を送出し、発電機３の回転数が高くなるとＬＥＤ４の作動数が多くなり、発電機３の回転数が低くなるとＬＥＤ４の作動数が少なくなる構成である（図４）。前記ＬＥＤ４は点灯または消灯動作をする。
【００３６】
前記ＬＥＤ４は上下方向に複数配置されている。図１の例では、下から上に向かって順に、緑色ＬＥＤ４ｍが３つ、黄色ＬＥＤ４ｋが２つ、橙色ＬＥＤ４ｄが２つ、赤色ＬＥＤ４ａが３つ並んで配されている。
【００３７】
図２は、本実施形態の垂直軸型風力発電装置のＬＥＤの発光動作を示す図である。風力が弱いと、図２（ｂ）のように、緑色ＬＥＤ４ｍと黄色ＬＥＤ４ｋが点灯する。風力がさらに強くなると、図２（ｃ）のように、緑色ＬＥＤ４ｍと黄色ＬＥＤ４ｋと橙色ＬＥＤ４ｄが点灯する。風力レベルが回転制御の上限に近い程度まで風力が強くなると、緑色ＬＥＤ４ｍと黄色ＬＥＤ４ｋと橙色ＬＥＤ４ｄと赤色ＬＥＤ４ａが点灯する。
【００３８】
本実施形態によれば、ＬＥＤ４が配列された回転羽根２が垂直軸５周りに回転することで、見掛け上はＬＥＤ４が回転羽根２の横方向に所定長さの線光源または所定サイズの面光源として見えるので、ＬＥＤ４がダイナミックで臨場感のある動作をすることとなる。そして、風力発電装置１の外周面全域からＬＥＤ４を見ることができる。
【００３９】
本実施形態によれば、前記風車がサボニウス型であるので、ＬＥＤ４を上下に多数配列することが容易となる。また、風力が強くなるとＬＥＤ４が上に向かって点灯個数が増加し、風力が弱くなるとＬＥＤ４が下に向かって点灯個数が減少するので、風力の強弱がわかり易い。さらに、本実施形態によれば、前記アレイ配列されたＬＥＤ４が風力レベルに応じて異なる発光色で発光するので、レベルインジケータのような動作をすることとなり、風力の強弱が一目瞭然である。
【００４０】
図５は、上記実施形態に係るＬＥＤ機器４の回路構成の他の例を示す回路図である。図５の例では、ブリッジダイオード６１の出力側に平滑コンデンサ６２が配されており、その出力が低電流ダイオードアレイ６４を介して、マトリクス配列されたＬＥＤ４と接続される。図５の例では、ＬＥＤ４を下から上に向かって、ＬＥＤ４の直列数を増大させる配置としており、比較的単純な回路構成としつつ、風力レベルに応じてＬＥＤ４が作動する構成となっている。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明を適用した第６の実施形態の垂直軸型風力発電装置を示す構成図である。ここで、同一の符号は同じ機能を表しており、その説明を適宜省略する。図６の例では、上述のＬＥＤアレイ（符号４ｍ、４ｋ、４ｄ、４ａ）の上に間隔をあけて、警報用の赤色ＬＥＤ４ｒが３つ配されている。
【００４２】
本実施形態によれば、風力レベルが回転制御の上限となったときに、警報用の赤色ＬＥＤ４ｒが発光するので、警戒しなければならない風力か否かが瞬時に把握できる。前記回転制御の上限は、風力発電装置の運用者が設定することができる。
【００４３】
本発明は、上述の実施形態に限定されず、各種バリエーションに応じて仕様を変更することができる。例えば、上述の実施形態では、回転羽根２の背面２ｂ側にＬＥＤ４を配する例で説明したが、回転羽根２の受風面２ａ側にＬＥＤ４を配する場合もあるし、両方の面２ａ、２ｂにそれぞれ異ならせた発色ＬＥＤ４を配して、風力の状況に応じて使い分けてもよい。
上述の実施形態では、サボニウス型風車の例で説明したが、これに限定されるものではなく、ジャイロミル型、ダリウス型、直線翼型、パドル型、クロスフロー型、S型ロータ型など既知の垂直軸型風車が適用可能である。このように本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４４】
１                    本発明の垂直軸型風力発電装置、
２                    回転羽根、２ａ  受風面、２ｂ  背面、
３                    発電機、
４                    ＬＥＤ、
５                    垂直軸、
６                    インジケータ回路、
７                    制御回路
【図１】
2015145642.tif 000003
【図２】
2015145642.tif 000004
【図３】
2015145642.tif 000005
【図４】
2015145642.tif 000006
【図５】
2015145642.tif 000007
【図６】
2015145642.tif 000008