(57)【要約】【課題】風車装置において、単位面積当たりの風車装置の設置台数を増大することにより、最小限の設置面積で以って大出力の風車装置を得るとともに、強風や地震等による倒れを確実に回避し得る高い支持剛性を有して風車装置の安全運転を可能とした風車装置の設置構造を提供する。【解決手段】支柱に回転可能に嵌挿される風車軸の周方向に沿って複数個配置した棒状の翼を風車軸に固着してなる翼構造体を風車軸に取り付けてなる風車組立体を備えた風車装置の設置構造において、前記風車装置を３台以上地面上に垂直に立設した縦式風車組立体の頂部間に、風車組立体を横置きにして構成された横式風車組立体を介装し、該縦式風車組立体の風車軸と横式風車組立体の風車軸とを回転可能に連結するとともに該縦式風車組立体の支柱及び横式風車組立体の支柱の端部同士を固定してなる連結機構を備えたことを特徴とする。【選択図】      図１
2004150314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流により揚力を発生可能な翼プロフィルを有する棒状の翼を、支柱に回転可能に嵌挿される風車軸の周方向に沿って複数個配置して各翼の両端部を前記風車軸に固着してなる翼構造体を有し、該翼構造体を前記風車軸に１個あるいは該風車軸の軸方向に沿って複数個取り付けてなる風車組立体を備えた風車装置の設置構造において、前記風車装置を３台以上地面上に垂直に立設し、垂直に立設された前記風車装置を構成する縦式風車組立体の頂部間に、前記風車組立体を横置きにして構成された横式風車組立体を介装し、該縦式風車組立体の風車軸と横式風車組立体の風車軸とを回転可能に連結するとともに該縦式風車組立体の支柱及び横式風車組立体の支柱の端部同士を固定してなる連結機構を備えたことを特徴とする風車装置の設置構造。
【請求項２】
前記横式風車組立体を３台単位で、各横式風車組立体の風車軸を平面配置において三角形状のトラス構造になるような連結形態で以って前記連結機構により連結してなることを特徴とする請求項１記載の風車装置の設置構造。
【請求項３】
平面配置において最外側に位置する前記縦式風車組立体の頂部を地面連結索により地面に連結してなることを特徴とする請求項１記載の風車装置の設置構造。
【請求項４】
前記連結機構は、前記縦式風車組立体の風車軸の軸端部に装着されたべベルギヤと横式風車組立体の軸端部に装着されたべベルギヤとを噛み合わせるとともに、前記縦式風車組立体の支柱と横式風車組立体の支柱とを連結継手を介して連結してなることを特徴とする請求項１記載の風車装置の設置構造。
【請求項５】
前記縦式風車組立体を有する風車装置は、該縦式風車組立体の下部に直結駆動される発電機を備えてなることを特徴とする請求項１記載の風車装置の設置構造。
【請求項６】
前記縦式風車組立体の支柱内に中空部を形成し、前記発電機からの送電線を該中空部を通して外部に導出してなることを特徴とする請求項５記載の風車装置の設置構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風車発電装置等に適用され、棒状に形成された翼を垂直に立設された風車軸の周方向に沿って複数個配置して各翼の両端部を前記風車軸に固着してなる翼構造体を有し、前記風車軸に前記翼構造体を１個あるいは複数個取り付けて構成された風車組立体を備えた風車装置、特に該風車組立体に直結される発電機を備えた風車装置を地面上に設置してなる風車装置の設置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風車発電装置等に適用される風車装置にあっては、風力のエネルギーを有効に利用して風車装置の出力を増大する手段が種々提案されている。図５は、かかる手段の１つとして非特許文献１（小型風車ハンドブック（株式会社  パワー社発行））に開示されているダリウス型風車装置の概略側面図である。
【０００３】
図５において、２は垂直に立設された風車軸、１は棒状に形成された翼で、該翼１を前記風車軸２の周方向に沿って複数個（この例では３個）配置して各翼１の上端部及び下端部を前記風車軸２に固着している。前記棒状の翼１は図示のようにその中央部を風車軸２の半径方向に張り出してトロポスキエン（縄跳びの縄）状に形成するとともに、その翼プロフィルを図５（Ａ）のＺ―Ｚ断面図である図５（Ｂ）に示すように、空気流Ｕにより腹面１ｂから背面１ａに向けて（その逆でもよい）揚力Ｌが発生するような翼プロフィルとしている。
６は前記風車軸２の出力端に連結された発電機、７０は前記風車軸２内に貫設された支柱（図示省略）の上端に設けられた連結部７１と地面７２の複数箇所とを結合する倒れ防止用の支持索である。
【０００４】
かかるダリウス型風車装置の運転時において、空気流Ｕが翼１に作用すると、該翼１の翼プロフィルの形状により背面１ａに沿う流速が腹面１ｂに沿う流速よりも大きくなり（その逆でもよい）、かかる流速の差により前記腹面１ｂから背面１ａに向かう（その逆でもよい）揚力Ｌが発生する。かかる揚力Ｌは夫々の翼１に発生し、この揚力Ｌにより図の矢印で示すような回転力が発生して風車軸２が回転駆動せしめられる。
【０００５】
【非特許文献１】
小型風車ハンドブック（株式会社  パワー社発行）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示されるダリウス型風車装置にあっては、下部を地中に固定されて垂直に立設された比較的細径長尺で片持ち梁状の支柱の外周に、翼１が固定された風車軸２を嵌挿する構造になっており、支柱（図示省略）の上端に設けられた連結部７１と地面７２とを支持索７０により結合して、強風等の横荷重に対する倒れを回避している。
【０００７】
このため、かかる従来技術にあっては、風車装置毎に複数の支持索７０により地面７２に支持する支持構造であることから、風車装置１台当たりの設置面積が大きくなって単位面積当たりの風車装置の設置台数が少なく、大出力の風車装置プラント得るには膨大な設置面積を必要とする。
また、かかるダリウス型風車装置にあっては、風車装置上端の連結部７１と地面７２の複数箇所とを結合する支持索７０により倒れを防止しているため、複数台の風車装置を設置する場合には、前記のように膨大な設置面積を要する割には複数台の風車装置全体の支持剛性が低い。
等の問題点を有している、
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、棒状に形成された翼を風車軸に固着してなる翼構造体を垂直に立設された風車軸に複数個取り付けて構成された風車組立体を複数個立設してなる風車装置において、単位面積当たりの風車装置の設置台数を増大することにより、最小限の設置面積で以って大出力の風車装置を得るとともに、強風や地震等による倒れを確実に回避し得る高い支持剛性を有して風車装置の安全運転を可能とした風車装置の設置構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、空気流により揚力を発生可能な翼プロフィルを有する棒状の翼を、支柱に回転可能に嵌挿される風車軸の周方向に沿って複数個配置して各翼の両端部を前記風車軸に固着してなる翼構造体を有し、該翼構造体を前記風車軸に１個あるいは該風車軸の軸方向に沿って複数個取り付けてなる風車組立体を備えた風車装置の設置構造において、前記風車装置を３台以上地面上に垂直に立設し、垂直に立設された前記風車装置を構成する縦式風車組立体の頂部間に、前記風車組立体を横置きにして構成された横式風車組立体を介装し、該縦式風車組立体の風車軸と横式風車組立体の風車軸とを回転可能に連結するとともに該縦式風車組立体の支柱及び横式風車組立体の支柱の端部同士を固定してなる連結機構を備えたことを特徴とする風車装置の設置構造を提案する。
【００１０】
請求項１において、好ましくは請求項２、３、４のように構成するのがよい。即ち請求項２においては、前記横式風車組立体を３台単位で、各横式風車組立体の風車軸を平面配置において三角形状のトラス構造になるような連結形態で以って前記連結機構により連結してなる。
請求項３においては、平面配置において最外側に位置する前記縦式風車組立体の頂部を地面連結索により地面に連結してなる。
【００１１】
請求項４においては、前記連結機構は、具体的には、前記縦式風車組立体の風車軸の軸端部に装着されたべベルギヤと横式風車組立体の軸端部に装着されたべベルギヤとを噛み合わせるとともに、前記縦式風車組立体の支柱と横式風車組立体の支柱とを連結継手を介して連結して構成される。
【００１２】
かかる発明によれば、支柱に回転可能に嵌挿される風車軸の周方向に沿って複数個配置された棒状の翼の両端部を該風車軸に固着した翼構造体を前記風車軸に１個あるいは該風車軸の軸方向に沿って複数個取り付けてなる風車組立体を、地面上に複数台立設して縦式風車組立体を構成し、３台以上の該縦式風車組立体の頂部間に、前記風車組立体を横置きにして構成された横式風車組立体を設置して、連結機構により該縦式風車組立体及び横式風車組立体の風車軸同士を回転可能に連結するとともに前記両風車組立体の支柱の端部同士を固定して連結し、かつ請求項２のように各横式風車組立体の風車軸及び支柱を平面配置において３台単位で三角形状のトラス構造になるような連結形態で以って連結して、３台単位での横式風車組立体同士の連結によって高剛性のトラス構造体を構成したので、かかる横式風車組立体からなる高剛性のトラス構造体を地面上に立設された３台以上の縦式風車組立体の頂部に連結機構を介して支持した支持構造となって、複数の風車装置間の結合を弛みの生ずることのない強固な結合体構造とすることができる。
加えて請求項３のように、平面配置において最外側に位置する前記縦式風車組立体の頂部を地面連結索により地面に連結すれば、前記風車装置間の結合がさらに強固な結合体構造となる。
これにより、多数の風車装置を突風等の大きな横荷重に対しても倒れを生ずることなく強固に地面上に設置することができる。
【００１３】
また、地面上に三角形状に配置され立設された３台の縦式風車組立体の頂部間を３台のトラス構造体からなる横式風車組立体を介して連結することにより、縦式風車組立体３台分の設置面積で該縦式風車組立体３台及び横式風車組立体３台の計６台の風車組立体を設置することができ、つまり該縦式風車組立体の数の２倍の風車組立体を設置することができる。
さらには、地面上に立設された縦式風車組立体の頂部間に横式風車組立体を介して連結するように構成しているので、該横式風車組立体を風力エネルギーの大きい高所に設置できて、該横式風車組立体の出力を増大できる。
【００１４】
これにより、単位設置面積当たりの風車装置の出力を、前記非特許文献１を含む従来技術のような風車装置を該風車装置毎に複数の地面連結索で地面に固定する方式に比べて大幅に増大することができ、従って単位面積当たりの風車装置の設置台数を増大が容易となり、最小限の設置面積で以って大出力の風車装置プラントを得ることができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は請求項１において、前記縦式風車組立体を有する風車装置に、該縦式風車組立体の下部に直結駆動される発電機を設けてなることを特徴とする。
請求項５において、好ましくは請求項６のように、前記縦式風車組立体の支柱内に中空部を形成し、前記発電機からの送電線を該中空部を通して外部に導出してなるのがよい。
このように構成すれば、横式風車組立体の回転力を連結機構を介して縦式風車組立体に伝達し、該横式風車組立体の回転力に縦式風車組立体自体の回転力を重畳して、該縦式風車組立体の下部に設置された発電機を駆動することができる。従って、前記横式風車組立体には直結駆動の発電機を必要とせず、発電機の設置台数が低減できて、構造を簡単化できるとともに、装置コストも低減できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
図１は本発明の実施例に係る風車装置の設置構造を示し、（Ａ）はその側面構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ線断面図である。図２は前記風車装置の平面配置構成図である。図３は連結機構の詳細を示す図１のＹ部拡大断面図である。図４は発電機及び風車組立体の要部概略断面図である。
【００１８】
本発明の第１実施例を示す図１〜２において、０１はダリウス型風車からなる縦式風車組立体であり、次のように構成されている。
２は垂直に立設された風車軸であり、該風車軸２には棒状に形成された翼１を該風車軸２の周方向に沿って複数個（この例では３個）配置して各翼１の上端部及び下端部を前記風車軸２に固着してなる翼構造体００１が、該風車軸２の軸方向に沿って２個（１個でも３個以上でもよい）取り付けられている。
６は前記風車軸２の出力端である下端部に連結された発電機、３は前記風車組立体０１を支持する支持基台である。
前記翼構造体００１を備えた縦式風車組立体０１あるいは後述する横式風車組立体０１１及び該縦式風車組立体０１に直結される発電機６及び支持基台３等により、風車装置を構成する。
【００１９】
前記翼構造体００１を構成する翼１は、その翼プロフィルを図１（Ｂ）に示すように、空気流Ｕにより腹面１ｂから背面１ａに向けて（その逆方向でもよい）揚力Ｌが発生するような翼プロフィルを有し、その中央部を風車軸２の半径方向に張り出してトロポスキエン（縄跳びの縄）状に形成している。尚該翼構造体００１自体の構造は図５に示されるダリウス型風車と同様である。
【００２０】
かかる実施例においては、前記縦式風車組立体０１あるいは後述する横式風車組立体０１１及び該縦式風車組立体０１に直結される発電機６及び支持基台３等からなる風車装置を、次のような配置構造で設置している。
図１〜２において、０１１は横式風車組立体で、前記のように構成された縦式風車組立体０１と同様な構造の風車組立体を横置きにして構成されている。
そして、地面１５上に立設された前記縦式風車組立体０１の３台単位で、該縦式風車組立体０１と前記横式風車組立体０１１との風車軸２同士を、後述する連結機構１１で以って回転可能に連結するとともに前記両風車組立体０１、０１１の支柱０３０（図３参照）の端部同士を固定して、各横式風車組立体０１１の風車軸２及び支柱０３０を、図２に示されるように平面配置において三角形状のトラス構造になるような連結形態で以って連結する。
これにより、横式風車組立体０１１からなる三角形状のトラス構造体の頂点を地面１５上に立設された縦式風車組立体０１で支持するように構成された高剛性の構造体が得られる。
【００２１】
さらに、前記三角形状のトラス構造の頂点になる縦式風車組立体０１のうち、平面配置において最外側に位置する縦式風車組立体０１の頂部の複数箇所を地面連結索１６により地面１５に連結する。
この地面連結部１３は、最外側の周方向に沿って配置される縦式風車組立体０１の頂点に連結される地面連結索１６の張力が均一になるように配置する。
また図１において、前記発電機６及び支持基台３はこの実施例のように、地面１５から上部に露出させてもよく、あるいは地中に埋設してもよい。
【００２２】
また、前記連結機構１１の詳細を示す図３において、２は中空の風車軸、０３は該風車軸２の内側を貫通して設けられた支柱である。１１１は前記縦式風車組立体０１における風車軸２の軸端部外周に固着されたべベルギヤ、１１２は前記横式風車組立体０１１における風車軸２の軸端部外周に固着されたべベルギヤで、該縦式風車組立体０１側のべベルギヤ１１１の両側に横式風車組立体０１１側のべベルギヤ１１２が直交する（必ずしも直交でなく、９０°に近い角度であればよい）ように噛み合い、横式風車組立体０１１における風車軸２の回転力をべベルギヤ１１２を介して縦式風車組立体０１のべベルギヤ１１１、及びに風車軸２に伝達するようになっている。
【００２３】
前記縦式風車組立体０１の支柱０３の上部外周と前記風車軸２の上部内周との間には軸受１１４が介装され、該風車軸２は支柱０３に軸受１１４を介して回転可能に支持されている。また前記横式風車組立体０１１の支柱０３の上部外周と前記風車軸２の上部内周との間には軸受１１３が介装され、該風車軸２は支柱０３に軸受１１３を介して回転可能に支持されている。
また、１１５は三方に嵌合穴１１５ｂ、１１５ａ、１１５ａが穿孔されたＴ字状のコネクタで、該コネクタ１１５の垂直方向嵌合穴１１５ｂには前記縦式風車組立体０１の支柱０３の先端部０３ｃがストッパ１１８まで圧挿され、対向する水平方向嵌合穴１１５ａ、１１５ａには前記横式風車組立体０１１の先端部０３０ｃ，０３０ｃが所定長さ圧挿されて、該コネクタ１１５により、前記縦式風車組立体０１の支柱０３、及び対をなす前記横式風車組立体０１１の支柱０３０、０３０が固定形態で連結されている。
１１６は前記コネクタ１１５を縦式風車組立体０１の支柱先端部０３ｃに締め付けるためのナットである。また、０３ｂは前記発電機６からの送電線２０が挿通される中空部、１１７は該中空部０３ｂに連通される孔である。
【００２４】
図４において、６は前記縦式風車組立体０１の風車軸２の下端部に直結された発電機であり、該発電機６からの送電線２０は支柱０３内の中空部０３ｂを貫通して前記連結機構１１を経て外部に導出される。図４において、２２，２３は翼１が固定された風車軸２を支柱０３に支持する軸受である。
【００２５】
かかる構成からなるダリウス型風車装置の運転時において、図１（Ｂ）に示されるように、空気流Ｕが翼１に作用すると、該翼１の翼プロフィルの形状により背面１ａに沿う流速が腹面１ｂに沿う流速よりも大きくなり（その逆でもよい）、かかる流速の差により前記腹面１ｂから背面１ａに向かう（その逆でもよい）揚力Ｌが発生する。かかる揚力Ｌは夫々の翼１に発生し、この揚力Ｌにより回転力が発生して風車軸２が回転駆動せしめられる。
前記翼１はトロポスキエン（縄跳びの縄）状に形成されているため、回転時に翼自体に曲げモーメントがかからず、また風向きに関係なく回転力を得ることができる。
【００２６】
かかる実施例によれば、３台単位での横式風車組立体０１１同士の連結による高剛性のトラス構造体を構成し、かかる横式風車組立体０１１からなる高剛性のトラス構造体の頂点部を、地面１５上に立設された縦式風車組立体０１の頂部に連結機構１１を介して支持した支持構造となって、複数の風車装置間の結合を強固な結合体構造とすることができる。
さらに、前記のような、横式風車組立体０１１からなるトラス構造体を地面１５上に立設された縦式風車組立体０１で支持した高剛性の構造体の頂部を地面連結索１６により地面１５に連結することによって、風車装置間の結合が弛みを生ずることのない、さらに強固な結合体構造となり、多数の風車装置を突風等の大きな横荷重に対しても倒れを生ずることなく強固に地面１５上に設置することが可能となる。
【００２７】
また、地面１５上に三角形状に配置され立設された３台の縦式風車組立体０１の頂部間を３台のトラス構造体からなる横式風車組立体０１１を介して連結することにより、縦式風車組立体０１の３台分の設置面積で該縦式風車組立体０１を３台及び横式風車組立体０１１を３台の、計６台の風車組立体を設置することができ、つまり該縦式風車組立体０１の数の２倍の風車組立体を設置することができる。
さらにかかる実施例によれば、地面１５上に立設された縦式風車組立体０１の頂部間に横式風車組立体０１１を介して連結するように構成しているので、該横式風車組立体０１１を風力エネルギーの大きい高所に設置できて、該横式風車組立体０１１の出力を増大できる。
【００２８】
また、前記縦式風車組立体０１を有する風車装置に、該縦式風車組立体０１の下部に直結駆動される発電機６を設けたので、横式風車組立体０１１の回転力を連結機構１１を介して縦式風車組立体０１に伝達し、該横式風車組立体０１１の回転力に縦式風車組立体自体０１の回転力を重畳して、該縦式風車組立体０１の下部に設置された発電機６を駆動することができる。
従って、前記横式風車組立体０１には直結駆動の発電機６を必要とせず、発電機６の設置台数が低減できて、構造を簡単化できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、３台単位での横式風車組立体同士の連結によって高剛性のトラス構造体を構成し、かかる横式風車組立体からなる高剛性のトラス構造体を地面上に立設された縦式風車組立体の頂部に連結機構を介して支持した支持構造となって、複数の風車装置間の結合を弛みの生ずることのない強固な結合体構造とすることができる。
加えて請求項３のように、平面配置において最外側に位置する前記縦式風車組立体の頂部を地面連結索により地面に連結すれば、前記風車装置間の結合がさらに強固な結合体構造となる。
これにより、多数の風車装置を突風等の大きな横荷重に対しても倒れを生ずることなく強固に地面上に設置することができる。
【００３０】
また、地面上に三角形状に配置され立設された３台の縦式風車組立体の頂部間を３台のトラス構造体からなる横式風車組立体を介して連結することにより、該縦式風車組立体の数の２倍の風車組立体を設置することができる。
さらには、地面上に立設された縦式風車組立体の頂部間に横式風車組立体を介して連結するように構成しているので、該横式風車組立体を風力エネルギーの大きい高所に設置できて、該横式風車組立体の出力を増大できる。
これにより、単位設置面積当たりの風車装置の出力を、前記非特許文献１を含む従来技術のような風車装置を該風車装置毎に複数の地面連結索で地面に固定する方式に比べて大幅に増大することができ、従って単位面積当たりの風車装置の設置台数を増大が容易となり、最小限の設置面積で以って大出力の風車装置プラントを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る風車装置の設置構造を示し、（Ａ）はその側面構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ線断面図である。
【図２】前記風車装置の平面配置構成図である。
【図３】連結機構の詳細を示す図１のＹ部拡大断面図である。
【図４】発電機及び風車組立体の要部概略断面図である。
【図５】従来技術を示すダリウス型風車の側面図である。
【符号の説明】
０１  縦式風車組立体
０１１  横式風車組立体
１  翼
００１  翼構造体
２  風車軸
３  支持基台
０３、０３０  支柱
６  発電機
１１  連結機構
１５  地面
１６  地面連結索
２０  送電線
１１１、１１２  べベルギヤ
１１５  コネクタ
【図１】
2004150314.tif 000003
【図２】
2004150314.tif 000004
【図３】
2004150314.tif 000005
【図４】
2004150314.tif 000006
【図５】
2004150314.tif 000007