(57)【要約】【課題】自然エネルギーのみを利用することで環境に配慮するとともに、ランニングコストを低く抑えることのできる風力発電装置及び発電機の始動装置を提供することを目的とする。【解決手段】風力発電装置を、下部に気体導入口、上部に気体排出口を設けた透明ケースと、前記透明ケース内部に設けた太陽光により気体を加温して上昇気流を発生させる上昇気流発生手段と、前記上昇気流発生手段の上方に設けた上記上昇気流のエネルギーを回転エネルギーに変換する回転翼と、前記回転翼により得られた回転エネルギーにより発電を行う発電手段とを備えた構成する。また、本発明の始動装置は、上記発電手段で発電して蓄電手段に蓄電したエネルギーで上記発電手段を駆動して動力を発生し、発電機の回転子に始動トルクを与える。【選択図】  図１
2004162668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部に気体導入口を設けるとともに上部に気体排出口を設けた透明ケースと、
上記透明ケース内部に設けた、太陽光により気体を加温して上昇気流を発生させる上昇気流発生手段と、
上記上昇気流発生手段の上方に設けた、上記上昇気流のエネルギーを回転エネルギーに変換する回転翼と、
上記回転翼により得られた回転エネルギーにより発電を行う発電手段と、
を備えたことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
上記上昇気流発生手段が、黒色の錐体である請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の風力発電装置と、
上記発電手段により発電したエネルギーを蓄電する蓄電手段を備えるとともに、
上記蓄電手段に蓄電したエネルギーにより上記発電手段を駆動して動力を発生し、別の発電機を始動させることを特徴とする発電機の始動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電装置及び発電機の始動装置に関し、特に、温度差により発生する上昇気流を利用して発電を行う風力発電装置及び該装置を使用した発電機の始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の風力発電装置としては、柱体の頂上に設けた回転翼を風力で回転させて、この回転力により発電を行うものが一般的である。しかし、自然の風力を利用するのではなく、人工的に作り出した風力を利用するものも提案されている。例えば、起立して設けた筒体の下端部に発電用の回転翼を設け、該回転翼の上方にある筒体内の空気を加熱することで発生させた上昇気流により、前記回転翼を回転させて発電を行う風力発電装置が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２７６５３１号（第２−３頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の上昇気流を利用した風力発電装置では、空気を加熱するための燃料が必要であった。このため、発電を行うために燃料補給などの作業と燃料購入のための費用が必要となっていた。
【０００５】
一方、大型の発電機は、回転体静止時の始動トルクが大きく、自発的に始動することが困難である。例えば、上記の一般的な風力発電装置では、回転翼を回転させようとする風の力が回転翼の始動トルクより小さい場合、回転翼を始動することができず発電することができない。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に基づいて提案されたものであって、自然エネルギーのみを利用することで環境に配慮するとともに、ランニングコストを低く抑えることのできる風力発電装置及び発電機の始動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る風力発電装置は、下部に気体導入口を設けるとともに上部に気体排出口を設けた透明ケースと、前記透明ケース内部に設けた太陽光により気体を加温して上昇気流を発生させる上昇気流発生手段と、前記上昇気流発生手段の上方に設けた上記上昇気流のエネルギーを回転エネルギーに変換する回転翼と、前記回転翼により得られた回転エネルギーにより発電を行う発電手段とを備えた構成である。
【０００８】
本構成によれば、透明ケース内に設けた上昇気流発生手段の表面が太陽光により加温されることにともなって、上昇気流発生手段近傍の空気が加温されて上昇気流が発生する。この上昇気流が、上記上昇気流発生手段の上方に設けた回転翼を回転させるとともに、回転翼に連結した発電手段を回転させる。すなわち、太陽光が照射する場所に設置するだけで電力を発生させることが可能となる。
【０００９】
なお、上記上昇気流発生手段は、太陽光の吸収効率を向上させるために、黒色の錐体であることが好ましく、錐体の高さは錐体の影が錐体表面にかからない高さであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る発電機の始動装置は、上記風力発電装置と上記発電手段により発電したエネルギーを蓄電する蓄電手段を備える。この上記蓄電手段に蓄電したエネルギーで上記発電手段を駆動して動力を発生し、別の発電機を始動させる。
【００１１】
なお、上記始動装置は、発電動作時には上記回転翼だけを発電手段と連結し、動力発生時（始動動作時）には始動対象の発電機だけを発電手段に連結するように、発電手段の連結先を切り替える切替手段を備えており、発電動作時と動力発生時は、それぞれが独立に動作する構成とする。
【００１２】
本構成によれば、発電手段を発電動作と動力発生動作の双方に用いるためコンパクトである。また、上昇気流を利用して発電したエネルギーを蓄電手段に蓄電した後、蓄積したエネルギーにより発電手段を駆動して発生した動力を伝達して始動を行うので、始動時の負荷を軽減でき効率的に発電を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって詳細に説明する。なお、以下では本発明を風力発電機の始動に適用した場合について説明する。また、図１は本発明を適用した風力発電装置の概略斜視図である。
【００１４】
アクリル等の硬質プラスチックまたはガラス等からなる円筒形の透明ケース１の底面に、該底面の直径より小さい直径を底面にもつ円錐体である上昇気流発生手段２を、中心軸を同一として頂点が上方となるように設置する。
【００１５】
上記上昇気流発生手段２は、太陽光が照射されたときに表面の温度が上昇するのにともない、近傍の空気を加温して上昇気流１０を発生するものである。このため、表面は太陽光による温度上昇を効率的に行うために黒色であることが好ましい。また、円錐体の高さは、太陽光による円錐体の影を円錐体表面に生じない高さとすることが好ましい。例えば、直径９００ｍｍ、高さ４５０ｍｍとすればよい。なお、上昇気流発生手段２の形状は、円錐体に限るものではなく、太陽光を受け表面が加温されればよいので、例えば、多角錐や半球であってもよい。
【００１６】
また、上記透明ケース１の底面には気体導入口１１として上昇気流発生手段２の外周を囲むように複数のスリットを備えるとともに、該透明ケース１の上面には、気体排出口１２として複数のスリットを備えている。なお、上記気体導入口１１であるスリットの形状及び配置は上昇気流１０の流れを妨げない限りは任意に設計すればよい。また、上記気体排出口１２であるスリットの形状も気体導入口１１と同様に任意に設計すればよいが、上記上昇気流１０は上昇気流発生手段２の表面に沿った流れとなるため、透明ケース１上面の中心付近の開口を多くすると、上昇気流１０をスムーズに透明ケース１から外部に排出することができる。
【００１７】
上記上昇気流発生手段２の上方には、透明ケース１に支持されたシャフト４を介して回動可能に設けた回転翼３を備えている。前記シャフト４は、図２の断面図に示すように、その内部に動力伝達を行う同軸状に配置した２つのシャフト（内側から始動シャフト４１、発電シャフト４２の順）を回動可能に備えており、上記回転翼３は上記発電シャフト４２に連結されている。また、上記シャフト４は透明ケース１及び上昇気流発生手段２の中心軸に配置されており、上下端は透明ケース１の外部に突出している。
【００１８】
上記シャフト４の下端部において、発電シャフト４２及び始動シャフト４１はシャフト４から突出してそれぞれの表面を露出しており、両シャフトが露出した部分には回転力を伝達する歯車を設けている。そして、該発電シャフト４２の歯車には、該歯車に噛合する歯車を介して発電手段５が連結される。
【００１９】
したがって、上昇気流発生手段２が太陽光に照射されて発生した上昇気流１０による回転翼３の回転は、発電シャフト４２を介して発電手段５に伝達され、発電手段５において発電が行われることになる。すなわち、上記構成によれば、太陽光により上昇気流１０を発生することで発電ができるため環境を害することがない。また、燃料等も不要でありランニングコストを低く抑えることができる。
【００２０】
また、上記発電手段５には、透明ケース１外部の任意の位置に設けた蓄電手段６が接続されており、上記発電手段５で発電したエネルギーを蓄電することができる。
【００２１】
一方、透明ケース１から上方に突出した上記シャフト４の上端部においては、始動シャフト４１がシャフト４から突出して表面を露出しており、始動シャフト４１が露出した部分には、上記下端部と同様に回転力を伝達する歯車（図示せず）を設けている。そして、始動シャフト４１は、該歯車に噛合する歯車を介して始動対象となる風力発電機７の回転子に連結されており、始動シャフト４１を回転させることにより風力発電機７を始動できる。
【００２２】
また、上記発電シャフト４２下端の歯車に連結された上記発電手段５は、以下に詳述する構成により、上記始動シャフト４１下端の歯車とも連結できるように、連結先が切替可能となっている。
【００２３】
図１の拡大斜視図である図３に示すように、発電手段５の回転軸４５には、上記始動シャフト４１の下端に備えた始動シャフト歯車５１に噛合する始動用歯車５３と、上記発電シャフト４２の下端に備えた発電シャフト歯車５２に噛合する発電用歯車５４を備えている。また、回転軸４５は発電手段５に対して上下方向に、かつ、シャフト４に対して平行に摺動可能となっている。
【００２４】
発電用歯車５３の上方には回転軸４５を上方に移動させる磁力を断続して発生する切替手段５５（例えば、電磁石等）が設置されており、磁力の有無により回転軸４５が上下に移動する。
【００２５】
上記それぞれの歯車は、回転軸４５が上方位置にあるときに、始動用歯車５３と始動シャフト歯車５１が噛合し、発電用歯車５４と発電シャフト歯車５２は噛合しない配置、かつ、回転軸４５が下方位置にあるときに、発電用歯車５４と発電シャフト歯車５２が噛合し、始動用歯車５３と始動シャフト歯車５１は噛合しない配置としている。
【００２６】
上記切替手段５５には、風力発電機７を始動するときに始動動作が必要な風力であるか否かを検出する風力検出手段６０（例えば、ロータリーエンコーダ等）から検出信号が入力されており、該風力検出手段６０が、始動動作が必要と判断した場合には、切替手段５５が磁力を発生して回転軸４５を上方位置に保持し、始動シャフト４１と発電手段５を連結する構成となっている。また、始動動作終了後（一定時間経過後）は、切替手段５５の磁力の発生を停止して回転軸４５を下方位置とし、発電シャフト４２と発電手段５を連結する。
【００２７】
なお、発電手段５の連結先の切替は、発電動作時には上記回転翼３（発電シャフト４２）のみを発電手段５と連結し、始動動作時には始動対象の発電機（始動シャフト４１）のみを発電手段５に連結できればよく、上記構成に限るものではない。
【００２８】
上記構成により、始動動作を行う場合に、蓄電装置６に蓄えたエネルギーにより発電手段５を駆動して発生した動力を、始動シャフト４１を介して始動対象となる風力発電機７に始動トルクとして伝達し、風力発電機７の回転子を始動させることができる。これにより、風力発電機７の始動時の負荷を軽減できるとともに、自力で始動できない弱風時でも始動可能となるため効率的に発電を行うことができる。
【００２９】
なお、本発明の始動装置で始動した風力発電機７の回転子が風力により自発的に回転を始めたときには、発電手段５と連結している始動シャフト４１は、風力発電機７の回転子の回転を妨げる負荷となり発電効率を低下させることになるため、発電手段５を回転子から分離することが好ましい。例えば、始動トルクの伝達開始から一定時間経過後に上記切替手段５５の磁力発生を停止して回転軸４５を下方位置とし、始動シャフト４１から発電手段５を分離すればよい。
【００３０】
また、上記実施の形態では、始動対象を風力発電機としているが、始動トルクを伝達する対象となる発電機の形態に特に制限はなく、本願発明を限定するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の風力発電装置は、太陽光により上昇気流を発生することで発電を行うため環境を害することがない。また、燃料等も不要でありランニングコストを低く抑えることができる。
【００３２】
また、本発明の始動装置は、発電手段を発電動作と動力発生動作の双方に用いるためコンパクトである。また、上昇気流を利用して発電したエネルギーを蓄電手段に蓄電した後、蓄積したエネルギーにより発電手段を駆動して発生した動力を用いて始動を行うので、始動時の負荷を軽減でき効率的に発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略斜視図である。
【図２】シャフトの断面図である。
【図３】切替手段の概略斜視図である。
【符号の説明】
１  透明ケース
２  上昇気流発生手段
３  回転翼
４  シャフト
５  発電手段
６  蓄電手段
７  風力発電装置
１０  上昇気流
１１  気体導入口
１２  気体導出口
４１  発電シャフト
４２  始動シャフト
４５  発電手段回転軸
５１  始動シャフト歯車
５２  発電シャフト歯車
５３  始動用歯車
５４  発電用歯車
５５  切替手段
６０  風力検出手段
【図１】
2004162668.tif 000003
【図２】
2004162668.tif 000004
【図３】
2004162668.tif 000005