(57)【要約】【課題】支柱と支柱に対して回転自在の風車本体との電気的接続を簡単な構造で実現する風力発電用風車を提供する。【解決手段】発電機を有する風車本体と、上記風車本体が回転可能に取り付けられる支柱と、上記風車本体又は上記支柱の一方に設けられ、上記風車本体の回転をガイドするガイド片と、上記風車本体又は上記支柱の他方に設けられ、上記ガイド片が挿入された際、上記風車本体の回転をガイドするガイド溝とを備え、上記風車本体又は上記支柱の一方には弾性を有する摺動端子が設けられ、上記支柱又は上記風車本体の他方には上記摺動端子が弾接される環状の固定電極が設けられている。【選択図】図２
2015010503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を有する風車本体と、
上記風車本体が回転可能に取り付けられる支柱と、
上記風車本体又は上記支柱の一方に設けられ、上記風車本体の回転をガイドするガイド片と、
上記風車本体又は上記支柱の他方に設けられ、上記ガイド片が挿入された際、上記風車本体の回転をガイドするガイド溝とを備え、
上記風車本体又は上記支柱の一方には弾性を有する摺動端子が設けられ、
上記支柱又は上記風車本体の他方には上記摺動端子が弾接される環状の固定電極が設けられ、
上記摺動端子が上記固定電極に弾接した状態で、上記支柱に対して上記風車本体が上記ガイド片又は上記ガイド溝でガイドされながら回転することを特徴とする風力発電用風車。
【請求項２】
上記固定電極は、上記摺動端子が弾接する面が導電性の部材で構成され、
その他の部分は非導電性の部材からなり、
上記固定電極を２個以上有することを特徴とする請求項１に記載の風力発電用風車。
【請求項３】
上記固定電極と同数の摺動端子を有し、
上記摺動端子は、弾性力を有する板ばね状の部材からなり、
上記弾性力により上記板ばね状の部材を上記固定電極に弾接していることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電用風車。
【請求項４】
上記固定電極と同数の摺動端子を有し、
上記摺動端子は、導電性を有するブラシ部材と、上記ブラシ部材を付勢する巻ばねとからなり、
上記巻ばねの付勢力により、上記ブラシ部材を上記固定電極に弾接していることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電用風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支柱と、支柱に対して回転自在の風車本体との電気的接続を簡単な構造で実現する風力発電用風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電用風車は、風をブレードで受けハブを回転させることで発電機を回し発電させるものである。このため、風を正面から受けることがより効率がよいが、山間部などにおいては風向が安定しない場合もある。乱風判断装置や制御装置を用いてブレードの角度等を調整することはあるが（特許文献１）、構成が複雑であり家庭用の小型な風力発電用風車には適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０９０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のように複雑な機構を用いることなく、風車本体が支柱に対して回転可能であり、どの向きからの風も受けることができる風力発電用風車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】
【０００５】
本発明にかかる風力発電用風車は、発電機を有する風車本体と、上記風車本体が回転可能に取り付けられる支柱と、上記風車本体又は上記支柱の一方に設けられ、上記風車本体の回転をガイドするガイド片と、上記風車本体又は上記支柱の他方に設けられ、上記ガイド片が挿入された際、上記風車本体の回転をガイドするガイド溝とを備える。上記風車本体又は支柱の一方には弾性を有する摺動端子が設けられ、上記支柱又は上記風車本体の他方には上記摺動端子が弾接される環状の固定電極が設けられ、上記摺動端子が上記固定電極に弾接した状態で、上記支柱に対して上記風車本体が回転する。
【０００６】
また、固定電極は、上記摺動端子が弾接する面が導電性の部材で構成され、その他の部分は非導電性の部材からなり、固定電極の数は２個以上である。
【０００７】
さらに、固定電極と同数の摺動端子を有し、上記摺動端子は、弾性力を有する板ばね状の部材からなり、上記弾性力により上記板ばね状の部材を上記固定電極に弾接している。
【０００８】
あるいは、固定電極と同数の摺動端子を有し、上記摺動端子は、導電性を有するブラシ部材と、上記ブラシ部材を付勢する巻ばねとからなり、上記巻ばねの付勢力により、上記ブラシ部材を上記固定電極に弾接している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る風力発電用風車は、摺動端子が固定電極に弾接した状態で、支柱に対して風車本体が回転可能であるため、風車内部の配線が絡まったりねじ切れたりするのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】風力発電用風車の斜視図である。
【図２】実施例にかかる風力発電用風車の内部の構造を表した図である。
【図３】実施例にかかる風力発電用風車の簡単な分解斜視図である。
【図４】実施例にかかる風力発電用風車を表した断面図である。
【図５】実施例にかかる摺動端子を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した風力発電用風車について、図面を参照して説明する。図１は本発明に係る風力発電用風車の斜視図であり、図２は本発明の実施例にかかる風力発電用風車の内部の構造を表した図である。また、図３は本発明の実施例にかかる風力発電用風車の簡単な分解斜視図であり、図４は本発明の実施例にかかる風力発電用風車を表した断面図である。図５は本発明の実施例に係る摺動端子を表した図である。
【００１２】
図１に示すように、風力発電用風車１は、増速機及び発電機を有する風車本体１ａと、増速機と接続された回転軸に設けられたハブ２と、ハブ２に複数取り付けられるブレード３，３，３、及び風向きの変化に応じて風車本体１ａの向きを変えるための尾翼２５とを備えている。
【００１３】
風力発電用風車１のハブ２は、一定の風圧を受けることによりブレード３と連動して回転する。この回転力が増速機において増速され、発電機１５（図２参照）において発電される。発電機１５は増速機と一体としてハブ２の近傍に備えられている。発電機１５において発電された電気は、配線により風車本体１ａから支柱５を通って送電される。以上のような風力発電用風車１は、一般に、風速１．５〜３ｍ／秒程度でカットインし、風車が回転しだし、風速１０〜２５ｍ／秒程度でカットアウトし、風車が低速回転する仕様となっている。
【００１４】
また、本発明を適用した風力発電用風車１は尾翼２５を備えているため、風向きが変化した場合、尾翼２５に対して横方向の風があたり、それにより風車本体１ａが回転する力が加わる。風車本体１ａが風向きに対して正面の位置になったとき、風の横方向による力は加わらなくなるため、風車本体１ａの回転は止まる。
【００１５】
従来の風力発電用風車の場合、支柱に対する本体の取り付け方や、内部の配線を守る観点から、回転する角度には制約があるため、風向きに対して正面を向くことができない場合がある。しかし、本発明に係る風力発電用風車１は制約なく３６０度以上回転することが可能な構成をとることができる。
【００１６】
以下、図２〜図５に沿って上記効果を得るための風車本体１ａ及び支柱５の構成について説明する。
【００１７】
風車本体１ａはその内部に底板４ｃと、底板４ｃの両側に立設された側板４ａ、４ｂとからなる上向きコ字状に形成されたフレーム部材４を備えている。また、フレーム部材４は底板４ｃに設けられた土台固定孔２４に挿通されたボルト２３により、風車本体１ａの一部を構成する土台２０に固定される。フレーム部材４はステンレス鋼（ＳＵＳ）のような耐食性に優れた金属が望ましく、土台２０は樹脂や木材のような軽い材料からなるものがよい。樹脂はある程度の強度を持ったものであればその種類を問わない。土台２０には風力発電用風車１の外装部分が載せられて風車本体１ａを形成する。
【００１８】
ハブ２と隣接する発電機１５には本体側導線１４が挿通されたパイプ状の固定部材１２が取り付けられており、固定部材１２はフレーム部材４の側板４ａに穿設された前方孔１８から側板４ｂに穿設された後方孔１９にかけて挿入固定されている。フレーム部材４の側板４ａ、４ｂを貫通するように固定部材１２を固定するのは、発電機１５やハブ２により重心が前方へと偏るのを防止するためである。なお、固定部材１２は前方孔１８及び後方孔１９に挿入後、側板４ａ、４ｂに対して溶接やネジなどを用いて固定される。
【００１９】
フレーム部材４の底板４ｃには、柱状の端子保持部材２２が設けられ、端子保持部材２２には第１の摺動端子８ａ及び第２の摺動端子８ｂが固定される。発電機１５に接続された本体側導線１４は固定部材１２内を通り、その端部から導線導入孔２１を通って風車本体１ａ内の第１の摺動端子８ａ及び第２の摺動端子８ｂに電気的に接続される。なお、第１の摺動端子８ａ及び第２の摺動端子８ｂは、例えば黄銅や黄銅にニッケルめっきを施したもので板ばね状の弾性片の性質を有するものが望ましい。これは、摺動端子を固定電極に常に弾接した状態にし、電気を途切れることなく送電するためである。また、本体側導線１４は、固定部材１２の途中からそのまま第１の摺動端子８ａ及び第２の摺動端子８ｂに接続される構成としてもよい。
【００２０】
第１の固定電極６ａ及び第２の固定電極６ｂは、支柱５の上部に内側管１７を介して固定されており、上記第１の摺動端子８ａ及び第２の摺動端子８ｂは、第１の固定電極６ａ及び第２の固定電極６ｂにそれぞれ弾接される。支柱５の上部はフレーム部材４の底板４ｃに穿設された孔１０ａ及び土台２０の下部に穿設された土台孔２０ａから風車本体１ａ内部へと導かれる。風車本体１ａと支柱５は、風車本体１ａ側となるフレーム部材４の端子保持部２２に取り付けられた第１の摺動端子８ａ及び第２の摺動端子８ｂがそれぞれ支柱５側の第１の固定電極６ａ及び第２の固定電極６ｂに弾接する高さで位置決めされる。なお、固定電極６は摺動端子８の接地面が導電性の部材で構成され、上記導電性の部材以外の部分は非導電性部材７で構成される。これは、固定電極間でのショートを防止するためである。導電性の部材としては鉄や銅などの金属が挙げられ、非導電性の部材としては樹脂などが挙げられる。
【００２１】
なお、通常の交流電流の場合は固定電極の数は２個であるが、図４の二点鎖線で示すように、三相交流送電の場合には第３の固定電極６ｃ及び第３の摺動端子８ｃを加えることも可能である。固定電極及び摺動端子の数については、例えば着脱可能とすることで必要とする送電線の数に応じて随時設計変更をすることが可能である。
【００２２】
一方で、支柱５の内壁側にはガイド溝１１が設けられている。このガイド溝１１に、フレーム部材４の底板４ｃに穿設された孔１０ａの外周に沿って設けられたガイド片１０が挿入され、風車本体１ａは支柱５の軸周りに回転可能な状態となっている。このとき、風車本体１ａと支柱５とは接触部２６で接することとなる。なお、ガイド片１０はガイド溝１１に挿入可能な直径を有する環状の金属部材である。または、前記環状に配設された１以上の金属片から構成されるものであってもよい。ガイド片１０とガイド溝１１の間は摩擦が少ない程よく、例えばステンレスなどの素材が用いられる。さらに、ガイド溝１１にボールベアリングを設けたり、潤滑油を用いたりするなど、回転をより滑らかにする機構を設けてもよい。接触部２６も風車本体１ａの回転を促すためにメタルかベアリング等を入れても良い。
【００２３】
また、フレーム部材４のガイド片１０が支柱５のガイド溝１１から外れるのを防止するとともに上記摺動端子８ａ，８ｂが弾接する高さを調節するために、上記固定電極６ａ，６ｂ下部の支柱５には抜け止め部材１３が設置される。抜け止め部材１３はその一部がカットされ、外径はフレーム部材４下部の孔１０ａより大きく内径が内側管１７とほぼ同径のリング部材であり、支柱５を風車本体１ａ内に導入後適切な高さにおいてネジなどにより内側管１７に嵌められ固定される。これにより、風車本体１ａが支柱５から抜け落ちるのを防止するとともに高さ調節も行える。
【００２４】
第１の固定電極６ａおよび第２の固定電極６ｂにはそれぞれ支柱側導線１６が接続されており、支柱側導線１６は支柱５内部の内側管１７を通っており、内側管１７は支柱５内部で固定されている。発電機１５から各摺動端子８ａ，８ｂへと送られた電気は各摺動端子８ａ，８ｂから対応するそれぞれの固定電極６ａ，６ｂへと伝わり、各固定電極６ａ，６ｂから支柱５内に配された支柱側導線１６を通って外部へと送電される。なお、支柱５は地面又は地面上の土台に固定されており、支柱側導線１６及び固定電極６ａ、６ｂも固定されており、これらの部材は回転しない。
【００２５】
以上の構成により、風向きの変化に伴って風車本体１ａが回転した場合、風車本体１ａのフレーム部材４の底板４ｃ下部に取り付けられたガイド片１０が、支柱５に設けられたガイド溝１１にガイドされることで回転する。同時に、風車本体１ａ内部のフレーム部材４に設けられる各摺動端子８ａ，８ｂは支柱５側の各固定電極６ａ、６ｂに弾接した状態でその周りを回転するため、風車本体１ａは内部の各部材によって規制されることなく３６０度以上回転することができる。これにより、回転する風車本体１ａと固定された支柱５の間で配線が絡まったりねじ切れたりすることを防止できる。特に、家庭用の小型風力発電用風車に適した構成である。
【００２６】
以上が、本発明に係る風力発電用風車の主要な構成であるが、本発明に係る風力発電用風車は上記実施例のみには限定されない。
【００２７】
摺動端子としては、図５の（Ａ）に示すように、黄銅や黄銅にニッケルめっきを施したもので板ばね状の弾性片の性質を有するものを挙げたが、第２の実施例として図５（Ｂ）に示すような形態を用いることもできる。
【００２８】
第２の実施例に係る摺動端子は、導電性を有するブラシ部材２７と、ブラシ部材２７を付勢する巻ばね２８とからなり、これらの部材は非導電性の筒状部材２９の中に保持されている。この、巻ばね２８の付勢力により、ブラシ部材２７を固定電極６に弾接させることができる。なお、ブラシ部材２７としてはカーボンブラシなどが挙げられ、非導電性の部材としては樹脂などが挙げられる。
【００２９】
その他にも例えば、上記実施例においては風車本体１ａ内部のフレーム部材４下部にガイド片１０が設けられ、支柱５側にガイド溝１１が設けられていたが、逆に風車本体１ａ内部のフレーム部材４下部にガイド溝を有する円筒状の突出部を設け、そこに支柱５の外壁をガイド片として挿入するという構成にすることも可能である。
【００３０】
また、上記実施例においては各摺動端子８ａ，８ｂが風車本体１ａ内部のフレーム部材４に、各固定電極６ａ、６ｂが支柱５側に設けられていたが、逆に風車本体１ａ内部のフレーム部材４に各固定電極６ａ、６ｂを設け、支柱５側に各摺動端子８ａ，８ｂを設けることもできる。この場合、各摺動端子８ａ，８ｂは各固定電極６ａ、６ｂの内側に弾接され、各固定電極６ａ、６ｂは支柱５の中心を軸として位置がずれることなく各摺動端子８ａ，８ｂが弾接した状態で回転する。
【００３１】
さらに、付加的な構成として蓄電部を設けるようにしてもよい。その際は適宜、コンバータやインバータを通して交流電力から直流電力への変換や、直流電力から交流電力への変換などを行う。これらの装置は風車本体１ａ内部に備えてもよいが、風車本体１ａの軽量化の観点からは支柱５やその外側に備えることが望ましい。なお蓄電部として用いる二次電池としては例えば、ニッケル水素蓄電池用充電器やリチウムイオン充電器などがあげられる。
【００３２】
なお、本発明は水平軸風車の中でもプロペラ型に好適に適用可能であり、上記実施例もプロペラ型を想定したものではあるが、本発明が適用可能な形態であれば風車の種類は問わない。またブレードの枚数も特に図面の３枚に限定されるものではなく、２枚でも４枚でも、それ以上の多数のブレードからなるものでもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  風力発電用風車、１ａ  風車本体、２  ハブ、３  ブレード、４  フレーム部材、４ａ，４ｂ  側板、４ｃ  底板、５  支柱、６  固定電極、６ａ  第１の固定電極、６ｂ  第２の固定電極、６ｃ  第３の固定電極、７  非導電性部材、８  摺動端子、８ａ  第１の摺動端子、８ｂ  第２の摺動端子、８ｃ  第３の摺動端子、１０  ガイド片、１０ａ  孔、１１  ガイド溝、１２  固定部材、１３  抜け止め部材、１４  本体側導線、１５  発電機、１６  支柱側導線、１７  内側管、１８  前方孔、１９  後方孔、２０  土台、２０ａ  土台孔、２１  導線導入孔、２２  端子保持部材、２３  ボルト、２４  土台固定孔、２５  尾翼、２６  接触部、２７  ブラシ部材、２８  巻ばね、２９  筒状部材
【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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