(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に設けた回転軸と、この回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根と、前記回転軸が連結された発電機を備えた垂直軸型風力発電装置であって、前記羽根の回転領域を外から囲う筒状の防風壁を設置し、一方、前記回転軸には風力検出器を取り付けるとともに、この風力検出器からの信号に基づき羽根を回転軸の軸方向に沿って上下動させる高さ調整機構を取り付け、風力に応じて前記高さ調整機構を作動させることにより羽根を防風壁内に収納するようにした垂直軸型風力発電装置において、前記高さ調整機構は、回転軸と平行に垂設された棒状の送りネジと、この送りネジに螺合されている羽根の支持ブラケットを有し、前記送りネジが風力検出器からの信号に基づいて駆動するモータに連結され、このモータの駆動により支持ブラケットが羽根とともに送りネジ上を上下動する構造であり、また、前記回転軸の外周面には軸方向に沿って多角筒状ケースが取り付けられており、この多角筒状ケース内に送りネジと支持ブラケットが収納してあることを特徴とする垂直軸型風力発電装置。
【請求項２】
基台上には回転円板が水平回転自在に載置され、この回転円板の中心に回転軸が一体に垂設されている請求項１に記載の垂直軸型風力発電装置。
【請求項３】
基台上面と回転円板下面の間には、互いに反発する磁石が設置されている請求項２に記載の垂直軸型風力発電装置。
【請求項４】
回転円板の外周縁と基台の立縁部内周面の間の間には、互いに反発する磁石が設置されている請求項２に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、台風などの強風の場合には羽根を破損しないように自動的に防風壁内に収納するようにした垂直軸型風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、風の力を利用して発電する風力発電装置が多く設置されている。この風力発電装置は、自然の風の力により羽根を回転させ、この回転エネルギーを電力に変換するものである。また、前記羽根としては１ｍ程度のものから数十ｍという大きなものまで種々の大きさ、形状等のものが実用化されている。
【０００３】
このような風力発電装置の設置場所としては、当然に風通りよい海辺や高原などが選定されていて、効率よく発電するように考えられている。しかしながら、台風などの強風の場合には風当たりが強過ぎて羽根を破損する場合があった。そこで、基本的には台風などの強風にも十分に耐え得る強度の材質によって羽根を製作し破損の防止を図っているが、非常にコスト高になるという問題があった。
【０００４】
一方、高価な材質を用いる代わりに、強風時には羽根を折り畳んで格納するようにした風車（例えば、特許文献１を参照）や、羽根の周囲に防風カバーを設けて羽根の破損を防止するようにした風車（例えば、特許文献２、３を参照）も提案されている。しかしながら、特許文献１〜３に記載された風車は、いずれも羽根を防風カバー内に完全に収納できないため羽根の破損を確実に防止するのは難しいという問題や、収納操作をマニュアルで行うため面倒であり、また収納の判断にもバラツキが生じるという問題があった。
特に、羽根が風の進行方向に対して垂直方向に立設した回転軸に固定されている垂直軸型風力発電装置では、羽根を保護できる有効な機構は実用化されておらず、提案が待たれているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３２１８６号公報
【特許文献２】特開平７−２５９７２２号公報
【特許文献３】特開２００３−２６２１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解決して、台風などの強風の場合には自動的に防風壁内に収納して羽根の破損を防止することができる垂直軸型風力発電装置を提供することを目的として完成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明の垂直軸型風力発電装置は、垂直方向に設けた回転軸と、この回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根と、前記回転軸が連結された発電機を備えた垂直軸型風力発電装置であって、前記羽根の回転領域を外から囲う筒状の防風壁を設置し、一方、前記回転軸には風力検出器を取り付けるとともに、この風力検出器からの信号に基づき羽根を回転軸の軸方向に沿って上下動させる高さ調整機構を取り付け、風力に応じて前記高さ調整機構を作動させることにより羽根を防風壁内に収納するようにした垂直軸型風力発電装置において、前記高さ調整機構は、回転軸と平行に垂設された棒状の送りネジと、この送りネジに螺合されている羽根の支持ブラケットを有し、前記送りネジが風力検出器からの信号に基づいて駆動するモータに連結され、このモータの駆動により支持ブラケットが羽根とともに送りネジ上を上下動する構造であり、また、前記回転軸の外周面には軸方向に沿って多角筒状ケースが取り付けられており、この多角筒状ケース内に送りネジと支持ブラケットが収納してあることを特徴とするものである。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
また、基台上には回転円板が水平回転自在に載置され、この回転円板の中心に回転軸が一体に垂設されていることが好ましく、これを請求項２に係る発明とする。
【００１１】
更に、基台上面と回転円板下面の間、および回転円板の外周縁と基台の立縁部内周面の間の間には、互いに反発する磁石が設置されていることが好ましく、これをそれぞれ請求項３、４に係る発明とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る本発明では、垂直軸型風力発電装置において、羽根の回転領域を外から囲う筒状の防風壁を設置し、一方、前記回転軸には風力検出器を取り付けるとともに、この風力検出器からの信号に基づき羽根を回転軸の軸方向に沿って上下動させる高さ調整機構を取り付け、風力に応じて前記高さ調整機構を作動させることにより羽根を防風壁内に収納するようにしたので、台風などの強風の場合には羽根を自動的に防風壁内に収納して風による羽根の破損を防止できることとなる。
【００１３】
また、前記高さ調整機構は、回転軸と平行に垂設された棒状の送りネジと、この送りネジに螺合されている羽根の支持ブラケットを有し、前記送りネジが風力検出器からの信号に基づいて駆動するモータに連結され、このモータの駆動により支持ブラケットが羽根とともに送りネジ上を上下動する構造としたので、複雑な構造とすることなく、かつ低廉な装置で羽根の上下動を実現できることとなる。
【００１４】
更に、回転軸の外周面には、軸方向に沿って多角筒状ケースが取り付けられており、この多角筒状ケース内に送りネジと支持ブラケットが収納してあるので、風力に応じて高さ調整機構を正確かつ確実に作動させることが可能となる。
【００１５】
請求項２に係る発明では、基台上には回転円板が水平回転自在に載置され、この回転円板の中心に回転軸が一体に垂設されているので、羽根の回転が安定かつスムーズであり効率よく発電が行えることとなる。
【００１６】
請求項３、４に係る発明では、基台上面と回転円板下面の間、あるいは回転円板の外周縁と基台の立縁部内周面の間の間に、互いに反発する磁石が設置されているので、摩擦力を軽減し、回転円板を小さい力で円滑に回転できることとなる。また、請求項３では回転円板の上下方向のブレを防止することができ、請求項４では回転円板の水平方向のブレを防止することができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略正面図である。
【図２】図１の斜視図である。
【図３】羽根を収納した状態を示す概略正面図である。
【図４】図３の斜視図である。
【図５】高さ調整機構の要部を示す斜視図である。
【図６】その他の高さ調整機構の要部を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態を示す概略平面図である。
【図８】その他の実施の形態を示す概略平面図である。
【図９】その他の実施の形態を示す概略平面図である。
【図１０】磁石の配置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は、本発明の垂直軸型風力発電装置を示す概略正面図、図２は、その斜視図である。図において、１は風の進行方向に対して垂直となるように垂直方向に設けた回転軸、２はこの回転軸１の周方向に放射状となるよう複数枚取り付けた縦向きの羽根、３は前記回転軸１が連結された発電機である。
図１に示すものでは、前記羽根２は回転軸１の周方向に２枚設けたものを示す（図７を参照）が、図８に示すように、放射状に４枚設けたものや、その他の複数枚設けたものでもよく、また図９に示すように、羽根を回転方向へ湾曲させたものとして回りやすくすることもできる。
【００１９】
図中、４は円筒状の基台であり、この基台４上には回転円板５が水平回転自在に載置されている。また、この回転円板５の中心には前記回転軸１が上部に向け一体に垂設され、一方、回転円板５の下面側には回転軸１が下に向け延びていて発電機３に連結されている。更に、基台４の外周を囲うように、即ち前記羽根２の回転領域を外から囲うように筒状の防風壁６が設置されている。
前記羽根２は布や合成樹脂板、回転円板５は軽量なアウミニウムやアルミ合金、カーボン等で形成されており、また防風壁６の直径は５〜５０ｍ、高さは３〜２０ｍ程度のものである。
【００２０】
また、前記回転軸１には、軸の回転から風力を検出する風力検出器７が取り付けられており、この風力検出器７からの信号に基づき羽根２を回転軸１の軸方向に沿って上下動させる高さ調整機構８が取り付けられている。これにより、風力に応じて高さ調整機構８を作動させて羽根２を防風壁６内に収納し、強風による羽根２の破損を確実に防止するよう構成されている。
即ち、風力検出器７の信号は制御器（図示せず）に入力され、この制御器から風力に対応した制御信号が出力されて、これに基づき高さ調整機構８を任意の量だけ作動させるよう構成されている。なお、高さ調整機構８は各羽根２に１個ずつ取り付けられており、後述するモータ１１も回転円板５上に１個ずつ取り付けられている。
【００２１】
図５に示すように、前記高さ調整機構８は、回転軸１と平行に垂設された棒状の送りネジ９と、この送りネジ９に螺合されている羽根２の支持ブラケット１０を有し、前記送りネジ９が風力検出器７からの信号に基づいて駆動するモータ１１に連結され、このモータ１１の駆動により支持ブラケット１０が羽根２とともに送りネジ９上を上下動する構造となっている。つまり、羽根の破損のおそれのない所定の風力値の範囲では高さ調整機構８は作動せず、台風のような強風の場合は高さ調整機構８が作動して羽根２を完全に防風壁６内に収納するまで自動的に下降させるのである。
なお、この中間の風力値に対しては破損の可能性を小さくするように、羽根２を段階的に下降させて任意の位置で止めるよう制御することが好ましい。
【００２２】
前記回転軸１の外周面には、軸方向に沿って多角筒状ケース１２（図示のものでは四角筒状であるが、これ以上の多角でもよい）が取り付けられており、この多角筒状ケース１２内に送りネジ９と支持ブラケット１０が収納した構造となっている。なお、筒状ケース１２の背面側は回転軸１の外周面に固定されており、一方、前面側は開口部１３となっていて羽根２が上下に可動できるよう構成されている。この開口部１３は、スリット状の縦溝とすることもできる。また、支持ブラケット１０の外形は６角ナットのように平面部を有しており、多角筒状ケース１２内で回転せずに上下動だけするようになっている。
【００２３】
なお、前記支持ブラケット１０は、図５に示すように、上下に２個設けて羽根２を支持するタイプの他、図６に示すように、上下にある程度の長さを有する１個のタイプや、その他、３個以上のタイプでもよい。更には、羽根２が大型化して重くなった場合は、羽根２の外周部下端に支持棒とモータを設け（図示せず）、高さ調整機構８と同期して支持棒を上下動させ羽根２を支える構造とすることもできる。
【００２４】
なお、以上の説明では高さ調整機構８の作動をモータ１１と送りネジ９で行う場合について説明したが、油圧モータとシリンダ（図示せず）により羽根２の高さを調整するようにすることもできる。
【００２５】
また、前記基台４の上面と回転円板５の下面の間には、両者を磁力により反発させて摩擦力を軽減し、回転板５を小さい力で円滑に回転できるように互いに反発する磁石１４ａ、１４ｂを設置しておくのが好ましい。また、同様の目的で、回転円板５の外周縁と基台４の立縁部４ａの内周面との間に、磁石１５ａ、１５ｂを設置しておくこともできる。
図１０は磁石の配置を示す説明図であり、基台４の上面と回転円板５の下面に磁石１４ａ、１４ｂを、放射線状に一定間隔を隔てて均等に配置することで回転円板５の上下方向のブレを防止できる。また、回転円板５の外周縁と基台４の立縁部４ａの内周面との間に磁石１５ａ、１５ｂを均等に配置することで回転円板５の水平方向のブレを防止できる。
【００２６】
次に、このように構成された本発明の垂直軸型風力発電装置の作動について説明する。
羽根の破損のおそれのない所定の風力値の範囲内である通常運転の場合は、図１に示すように、高さ調整機構は作動しておらず羽根は最も上昇して防風壁より上部側へ飛び出した高い位置にあり、防風壁の影響を受けることはない。従って、この状態では羽根全体に風を受けて羽根が回転し、回転軸に回転力を与えて効率よく発電機を回すこととなる。
【００２７】
一方、台風のような強風の場合は、回転軸の回転数が上がり、風力検出器からは大きな風力値の信号が出力され、制御器（図示せず）に入力される。次に、制御器からは風力に対応した制御信号が出力され、これに基づき高さ調整機構のモータを所定量だけ作動する。この場合は、図３に示すように、調整機構が作動して羽根を完全に防風壁内に収納するまで下降させる。この結果、羽根は防風壁によって保護されるので風に煽られて折損したり、飛んできた物に衝突して破壊される等の破損が確実に防止されることになる。
なお、この中間の風力値に対しては破損の可能性を小さくするように、羽根を防風壁から何割か突出した状態で段階的に下降させ、任意の位置で止めるよう制御できることは勿論である。
【００２８】
以上のように、本発明は台風などの強風の場合には風力を感知して羽根を自動的に防風壁内に収納し、羽根の破損を確実に防止することができるものである。また、構造が簡単で部品点数も少なく低コストで製作することができ、メンテナンス作業も容易に行うことができるという利点も有するものである。
【符号の説明】
【００２９】
１  回転軸
２  羽根
３  発電機
４  基台
４ａ  立縁部
５  回転円板
６  防風壁
７  風力検出器
８  高さ調整機構
９  送りネジ
１０  支持ブラケット
１１  モータ
１２  多角筒状ケース
１３  開口部
14ａ  磁石
14ｂ  磁石
15ａ  磁石
15ｂ  磁石
【要約】
【課題】台風などの強風の場合には羽根を破損しないように自動的に防風壁内に収納するようにした垂直軸型風力発電装置を提供する。
【解決手段】垂直方向に設けた回転軸１と、この回転軸１の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根２と、前記回転軸１が連結された発電機３を備えた垂直軸型風力発電装置である。前記羽根２の回転領域を外から囲う筒状の防風壁６を設置する。一方、前記回転軸１には風力検出器７を取り付けるとともに、この風力検出器７からの信号に基づき羽根２を回転軸１の軸方向に沿って上下動させる高さ調整機構８を取り付ける。これにより、風力に応じて前記高さ調整機構８を作動させることにより羽根２を防風壁６内に収納するようにした。
【選択図】図１【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】
0004748746.tif 000006
【図６】
0004748746.tif 000007
【図７】
0004748746.tif 000008
【図８】
0004748746.tif 000009
【図９】
0004748746.tif 000010
【図１０】
0004748746.tif 000011