(57)【要約】【課題】発生する空気抵抗をできるだけ抑えて、導入した風を効率よく発電に利用することができる風力発電装置を提供する。【解決手段】円筒状で内部にその軸方向の始端部１ａと終端部１ｂとに連通する一連の空洞部６を形成させた外框体１の空洞部へ、支持部材により該外框体の軸方向と平行させて、外框体１の内壁とその外周部とに空気の流路１１を形成させた中芯体２を取り付け、この中芯体２の前側部へ該中芯体の軸方向と平行させて回転自在に回転軸３を取り付けて、この回転軸３へ放射状に羽根体４を突設させると共に、中芯体２に設けて回転軸３に発電機５を接続させる。【選択図】　　図１
2004144001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状で内部にその軸方向の始端部と終端部とに連通する一連の空洞部を形成させた外框体と、この外框体の空洞部へ支持部材により該外框体の軸方向と平行させて取り付け、前記外框体の内壁とその外周部とに空気の流路を形成させた中芯体と、この中芯体の前側部へ該中芯体の軸方向と平行させて回転自在に取り付けた回転軸と、この回転軸へ放射状に突設させた羽根体と、前記中芯体に設けて前記回転軸に接続させた発電機とを備えさせ、
前記外框体は、その中間部における外周部の外周面が並行する平滑状周面を形成してあって、前記外框体の始端部側は、前記平滑状周面から外框体の軸方向前方へ向かいかつ外方へ向かって広がる傾斜面を形成する第一そり上がり面を有し、前記外框体の終端部側は、前記平滑状周面から外框体の軸方向後方へ向かいかつ外方へ向かって広がる傾斜面を形成する第二そり上がり面を有していることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
外框体は、その内壁を、該外框体の軸方向において始端部側を、該始端部から軸方向の後方へ及ぶにしたがって内径がつぼまるテーパー状の前傾斜面を形成し、前記内壁の中間部から軸方向の後方へ及ぶにしたがって内径が広がるテーパー状の後傾斜面を形成させてあり、
前記外框体の壁厚は、第一そり上がり面先端部から外框体中間部に至るまで徐々に厚く形成させ、前記外框体中間部から第二そり上がり面先端部に至るまで徐々に薄く形成させたことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
【請求項３】
外框体は、中芯体に取り付けられた羽根体の回転軌跡の外周部に位置する部分に、破損のために飛散した前記羽根体を吸収する保持体を設けたことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発生する空気抵抗をできるだけ抑えて、導入した風を効率よく発電に利用することができる風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、風力エネルギーを風車によって機械的エネルギーに変換し、発電機を回して発電する装置として、例えば、風を受けて回転するロータと、このロータを支持するタワーとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６５０３２号公報
【０００４】
しかしながら、この装置は、発電し得る回転力を発生させる風車の回転作動には、常に一定量および一定強さ以上の安定した風力が必要となるため、その設置場所などに多くの制約があって、十分利用できないものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記した問題点を解決するためになされたもので、円筒状で内部にその軸方向の始端部と終端部とに連通する一連の空洞部を形成させた外框体の空洞部へ、支持部材により該外框体の軸方向と平行させて、外框体の内壁とその外周部とに空気の流路を形成させた中芯体を取り付け、この中芯体の前側部へ該中芯体の軸方向と平行させて回転自在に回転軸を取り付けて、この回転軸へ放射状に羽根体を突設させると共に、中芯体に設けて回転軸に発電機を接続させることにより、発生する空気抵抗をできるだけ抑えて、導入した風を効率よく発電に利用することができる風力発電装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した問題点を解決するための本発明の手段は、
円筒状で内部にその軸方向の始端部と終端部とに連通する一連の空洞部を形成させた外框体と、この外框体の空洞部へ支持部材により該外框体の軸方向と平行させて取り付け、前記外框体の内壁とその外周部とに空気の流路を形成させた中芯体と、この中芯体の前側部へ該中芯体の軸方向と平行させて回転自在に取り付けた回転軸と、この回転軸へ放射状に突設させた羽根体と、前記中芯体に設けて前記回転軸に接続させた発電機とを備えさせ、
前記外框体は、その中間部における外周部の外周面が並行する平滑状周面を形成してあって、前記外框体の始端部側は、前記平滑状周面から外框体の軸方向前方へ向かいかつ外方へ向かって広がる傾斜面を形成する第一そり上がり面を有し、前記外框体の終端部側は、前記平滑状周面から外框体の軸方向後方へ向かいかつ外方へ向かって広がる傾斜面を形成する第二そり上がり面を有している風力発電装置の構成にある。
【０００７】
外框体は、その内壁を、該外框体の軸方向において始端部側を、該始端部から軸方向の後方へ及ぶにしたがって内径がつぼまるテーパー状の前傾斜面を形成し、前記内壁の中間部から軸方向の後方へ及ぶにしたがって内径が広がるテーパー状の後傾斜面を形成させてあり、
前記外框体の壁厚は、第一そり上がり面先端部から外框体中間部に至るまで徐々に厚く形成させ、前記外框体中間部から第二そり上がり面先端部に至るまで徐々に薄く形成させる。
【０００８】
外框体は、中芯体に取り付けられた羽根体の回転軌跡の外周部に位置する部分に、破損のために飛散した前記羽根体を吸収する保持体を設ける。
【０００９】
【実施例】
次に本発明に係る風力発電装置の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図２および図４においてＡは風力発電装置で、図１に示すように、外框体１と、中芯体２と、回転軸３と、羽根体４と、発電機５とにより基本的に構成される。
【００１０】
前記した外框体１は、円筒状で内部にその軸方向の始端部１ａと終端部１ｂとに連通する一連の空洞部６を形成させてある。
なお、前記外框体１の軸方向とは、外框体１の長さ方向を横断した面（略円形）の前記始端部１ａの中心と終端部１ｂの中心とを結んだ直線方向である。
【００１１】
更に、この外框体１は、その内壁を、該外框体１の軸方向において始端部１ａ側を該始端部１ａから軸方向の後方へ及ぶにしたがって内径がつぼまるテーパー状の前傾斜面７を形成し、内壁の中間部から軸方向の後方（終端部１ｂ側）へ及ぶにしたがって内径が広がるテーパー状の後傾斜面８を形成させてある。
また、この外框体１の外周面はその軸方向の中間部において、平滑状となる平滑状周面９ａに形成してあり、この平滑状周面９ａは、その相対する他側の外周面とが略平行（直径サイズが変わらないよう）に形成される。
【００１２】
また、この外框体１は、該外框体１の始端部１ａ側は、平滑状周面９ａから外框体１の軸方向前方へ向かいかつ外方へ向かって広がる傾斜面（円弧面も含む）を形成する第一そり上がり面９ｂを有し、外框体１の終端部１ｂ側は、平滑状周面９ａから外框体１の軸方向後方へ向かいかつ外方へ向かって広がる傾斜面（円弧面も含む）を形成する第二そり上がり面９ｃを有している
【００１３】
したがって、外框体１の壁厚は、第一そり上がり面９ｂの先端部から外框体１の中間部（平滑状周面９ａ）に至るまで徐々に厚く形成させる（外框体１の中間部（平滑状周面９ａ）から第一そり上がり面９ａの先端部に至るまで徐々に薄く形成させ、）ラッパ形状とし、外框体１の中間部（平滑状周面９ａ）から第二そり上がり面９ｃの先端部に至るまで徐々に薄く形成させる（第二そり上がり面９ｂの先端部から外框体１の中間部（平滑状周面９ａ）に至るまで徐々に厚く形成させる。）ラッパ形状としてある。
そして、図１に示すように、これら外框体１の始端部１ａ側の内径より外框体１の終端部１ｂ側との内径を大きく形成（ｘ＜ｙ）してある。
【００１４】
前記した中芯体２は、その軸方向を外框体１の空洞部６へ支持部材１０により該外框体１の軸方向と平行させて、かつ、外框体１における空洞部６の略中心部に外框体１と同心状に取り付けてあって、外框体１の内壁と中芯体２の外周部とに空気の流路１１を形成させてある。
なお、前記中芯体２の軸方向とは、中芯体２の長さ方向を横断した面（略円形）の前部側の中心と後部側の中心とを結んだ直線方向である。
【００１５】
また、この中芯体２の外周面は、その軸方向における前端部から略中間部までを直径差が変わらない平滑面の平行状態に形成させ、この略中間部から終端側を該中芯体の軸方向の後方（終端部１ｂ側）へ及ぶにしたがってつぼまる方向へ傾斜させた中傾斜面１２を形成させてある。
そして、後傾斜面８と中傾斜面１２との対面状態を、外框体１の軸方向に対して該軸方向の後端側へ及ぶにしたがって広がるテーパー状の開放部３０を形成させてある。
【００１６】
更に、この中芯体２は、その後端部２ｂが外框体１の終端部１ｂより内方に位置する、いわゆる、外框体１の空洞部６内に所定寸法ｚ分が納まった状態で設けられている。
【００１７】
前記した回転軸３は、中芯体２の前側部へ該中芯体２の軸方向と平行させて回転自在に取り付けてある。
【００１８】
前記した羽根体４は、回転軸３へ複数枚を放射状に突設させてあって、その外端部を外框体１の内壁へ干渉しない状態で該内壁の近傍まで延出させてある。
また、この羽根体４は、外框体１における前傾斜面７側、いわゆる、外框体１の始端部１ａに位置させてある。
更に、この羽根体４の回転軸３への取付基部において該回転軸３の外端部へ、砲弾型の整流体１３が取り付けられていて、外框体１の始端部１ａにおいて取り入れた空気を羽根体４へ円滑に当たるように導く。
【００１９】
前記した発電機５は、中芯体２の内部に設けて回転軸３の内端部に接続させてあって、風力エネルギーを羽根体４の回転によって電気エネルギーに変換する。
この発電機５は、羽根体４を取り付けた回転軸３へ直接接続させてあるもので、すなわち、羽根体４の近傍に配設されていて、発電効率を向上させるようにしてある。
【００２０】
更に、この発電機５は、図３に示すように、中芯体２の内部において、回転軸３の軸方向へ並列状態で複数個を回転軸３へ同軸状に取り付けることもできる。
この複数個の発電機５，５…は、この複数個が同時に一体的に稼働したり、各発電機５，５…間を接続した回転軸３ａ，３ｂ…に、二つの軸（例えば、３ａや３ｂ）の一方から他方へ、任意に断続して動力を伝える連軸手段１４ａ，１４ｂ…を介在させてあって、これら連軸手段１４ａ，１４ｂ…を図示してない外部の制御手段により個別に断続操作を行って、これら複数個の発電機５，５…を選択的に稼働させる、いわゆる、発電機５，５…の全部をあるいはそのうちの幾つかの発電機５を作動させる操作を行う。
この操作により、風力エネルギーの量や強さに対応した電気エネルギーが得られる。すなわち、吹く風力が弱い場合は、一基または二基の発電機５のみを稼働させるように配し、大きな風力が得られる場合には、その全基の発電機５，５…を稼働させて、より多くの電気エネルギーを得るように配する。
【００２１】
更に、この発電機５には、図示しないが、発電機５の回転数を制御するインバータが内蔵されていて、風力エネルギーの量や強さに応じて適宜制御し発電効率の向上を図ることもできる。
【００２２】
なお、外框体１には、図１および図２に示すように、中芯体２に取り付けられた羽根体４の回転軌跡の外周部に位置する部分に、突然の事故などにより生じた破損のために飛散した前記羽根体４を吸収する保持体１５を設けてある。
この保持体１５は、枠部材１６の内部へ充填したウレタン等の弾性部材が用いられるもので、破損して砕片化した羽根体４がこの保持体１５に刺さって他へ飛び散らないようにする。これにより、羽根体４の破損による二次災害を防止することができる。
また、この保持体１５の枠部材１６は、図４に示すように、柱体２１への取付用として強固な素材により成形してある。
【００２３】
したがって、本発明実施例に係る風力発電装置Ａは、以下に述べる作用を奏する。
この風力発電装置Ａを柱体２１により野外の適所に載置しておくもので、外框体１の空洞部６における始端部１ａを風上側に位置するように設けられる。
なお、この風向きへ始端部１ａを正確に向けなくても、外框体１の空洞部６からの風の取り入れはできる。
【００２４】
外框体１の空洞部６における始端部１ａから該空洞部６内に入り込んだ風は、該外框体１が、その内壁を、該外框体１の軸方向において始端部１ａ側を該始端部１ａから軸方向の後方へ及ぶにしたがって内径がつぼまるテーパー状の前傾斜面７を形成しあり、更には、外框体１の外周部にあっては、第一そり上がり面９ｂを形成してあることで、口が大きく開いた状態となって、多くの空気の取り込みを行うことができ、これにより、該空気（風力エネルギー）は羽根体４へ向かって求心状に効率よく誘導される。
そして、この風力エネルギーは、外框体１の空洞部６における中間部において終端部１ｂ側へ向かう大きな吸引力を誘発させるもので、この吸引力が、外框体１の空洞部６における始端部１ａからの外気の誘導を促進させる。
【００２５】
また、外框体１の空洞部６における内壁の中間部から軸方向の後方（終端部１ｂ側）へ及ぶにしたがって内径が広がるテーパー状の後傾斜面８を形成させてあり、中芯体２の外周面は、その軸方向における終端側を該中芯体の軸方向の後方（終端部１ｂ側）へ及ぶにしたがってつぼまる方向へ傾斜させた中傾斜面１２を形成させてあって、これら後傾斜面８と中傾斜面１２との対面状態を、外框体１の軸方向に対して該軸方向の後端側へ及ぶにしたがって広がるテーパー状の開放部３０を形成させてあるので、口が大きく開いた状態となって、この開放部３０域に発生しようとする渦流をできるだけ抑えることができ、空洞部６における流路１１の空気の停滞を抑えると共に、むしろ、この流路１１における空気の流速を加速させることで、この流速を羽根体４に対する大きな回転エネルギーに変換させることができる。
【００２６】
外框体１の空洞部６における空気の入口（始端部１ａ側）と出口（終端部１ｂ側）とは、図１に示すように、外框体１の始端部１ａ側の内径より外框体１の終端部１ｂ側との内径を大きく形成（ｘ＜ｙ）してあるので、空洞部６および流路１１を誘導する空気の流れが良好となり、該空気の開放部３０域においての排出が促進される。
【００２７】
特に、外框体１の外周中間部部にあって、その軸方向において平滑状周面９ａを形成させてあるため、風の流れる外框体１の外側部の流速より外框体１の空洞部６内を流動する気体の流速を速くすることができて、これに起因して、外框体１の空洞部６内を流動する気体を、外框体１の終端部１ｂ側へ引っ張る力を発生させるので、この区域において風速が増し、羽根体４への回転エネルギーが大きく得られる。
【００２８】
更に、羽根車２が外框体１の空洞部における始端部１ａ側から中間部（流路１１部）の間に設けられることで、羽根車２を効率の良い風速が増した風力エネルギーを受けて、該羽根体２を最大限に回転させることができるので、高い効率の発電が得られる。
【００２９】
また、中芯体２は、その後端部２ｂが外框体１の終端部１ｂより内方に位置する、いわゆる、外框体１の空洞部６内に所定寸法ｚ分が納まった状態で設けられているので、外框体１の空洞部における終端部１ｂにおける開放部３０域において、空気の排出抵抗が可及的抑えられて、空洞部６内の空気流出が良好となり、それに相応して、外框体１の空洞部６における始端部１ａからの空気の取り入れ量が増大する。
【００３０】
なお、この風力発電装置Ａは、図４に示すように、定められた高さに位置させる柱体２１に取り付けられる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、外框体の空洞部へ効率よく風を取り入れて、例え、風力が弱い場合であっても確実に電気エネルギーに変換することができるので、高い発電能力を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する風力発電装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】図１における風力発電装置の羽根体部において縦断して示す側面図である。
【図３】図１における風力発電装置の羽根体に接続した発電基部を概略的に示す説明図である。
【図４】図１における風力発電装置の柱体への取付状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ａ‥風力発電装置．ｅ‥風力発電装置群．１‥外框体．１ａ‥始端部．１ｂ‥終端部．２‥中芯体．３‥回転軸．４‥羽根体．５‥発電機．７‥前傾斜面．８‥後傾斜面．９ａ‥平滑状周面．９ｂ‥第一そり上がり面．９ｃ‥第二そり上がり面．１０‥支持部材．１２‥中傾斜面．
【図１】
2004144001.tif 000003
【図２】
2004144001.tif 000004
【図３】
2004144001.tif 000005
【図４】
2004144001.tif 000006