(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けて回転する風車と、
前記風車とともに回転する回転軸と、
前記風車及び前記回転軸を支持する支柱と、
前記回転軸の回転によって発電を行う発電機とを備え、
前記支柱が、
鉛直方向に延びた、複数の棒部材と、
複数の前記棒部材を結束させる１又は複数の結束部材とを備え、
複数の前記棒部材のうちの少なくとも１本が設置面に固定されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記支柱が、
前記支柱の中心を含む領域に配置された複数の前記棒部材からなる内側棒部材集合体と、
前記内側棒部材集合体を取り囲むように配置されるとともに前記設置面に固定された複数の前記棒部材からなる固定棒部材集合体と、
前記内側棒部材集合体を取り囲み、前記結束部材により前記内側棒部材集合体とともに結束された複数の前記棒部材と、前記固定棒部材集合体に取り囲まれ、前記結束部材により前記固定棒部材集合体とともに結束された複数の前記棒部材とを含み、前記内側棒部材集合体と前記固定棒部材集合体とを連結させる連結棒部材集合体とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
複数の前記内側棒部材集合体が鉛直方向に沿って互いに離隔して配列されており、
前記連結棒部材集合体を構成する複数の前記棒部材のうちの少なくとも一部が、互いに異なる位置において、前記結束部材により複数の前記内側棒部材集合体のうちの２以上とともに結束されており、
最も上方に位置する前記内側棒部材集合体が前記連結棒部材集合体に取り囲まれていない領域において前記結束部材又は前記回転軸を前記支柱に固定するための固定部材により結束されていることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記連結棒部材集合体を構成する複数の棒部材は、前記支柱の中心に対して内側に位置しているもののほど上端が上方に位置するように配置されており、前記連結棒部材集合体を構成する複数の前記棒部材の一部が、前記結束部材によりこれら複数の前記棒部材よりも前記支柱の中心に対して内側に位置する前記連結棒部材集合体を構成する複数の前記棒部材の一部、及び、前記内側棒部材集合体とともに結束されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
最も下方に位置する前記内側棒部材集合体を構成する複数の前記棒部材のうち少なくとも１本の下端が前記設置面に固定されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項６】
複数の前記棒部材が中空のパイプにより構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記支柱が、前記内側棒部材集合体を支持する支持部材をさらに備えていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項８】
前記内側棒部材集合体を構成する複数の前記棒部材のうち、少なくとも１本が前記設置面に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車の回転により発電を行う風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車の回転により発電を行う風力発電装置において、風車を固定するために支柱が設けられているものがある。例えば、特許文献１に記載の風力発電装置においては、風車はタワー（支柱）上に設置されており、タワーにより風車が支持されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４４６２６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の風力発電装置では、風車の回転により風車に振動が発生し、この振動がタワーに伝達されるため、この振動に耐えられるようにタワーを大型にする必要がある。タワーが大型になると、その重量も大きくなってしまうため、設置する場所によってはその設置が困難となる。また、例えば、風力発電装置を建物の上などに設置した場合には、タワーに伝達した風車の振動がさらに建物に伝達し、建物内に低周波が発生するなどの問題が生じる虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、容易に設置することができ、支柱に伝達した風車の振動を吸収することが可能な風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
本発明の風力発電装置は、風を受けて回転する風車と、風車とともに回転する回転軸と、風車及び回転軸を支持する支柱と、回転軸の回転によって発電を行う発電機とを備え、支柱が、鉛直方向に延びた、複数の棒部材と、複数の棒部材を結束させる１又は複数の結束部材とを備え、複数の棒部材のうちの少なくとも１本が設置面に固定されている。
【０００７】
これによると、比較的軽量な棒部材を結束部材で結束させることにより支柱を構成しているので、支柱の設置を容易に行うことができる。また、支柱に風車の振動が伝達しても、隣接する棒部材の間に生じる摩擦により振動が吸収されるので、振動が支柱から設置面に伝達するのを抑制することができる。逆に、設置面が振動し、その振動が支柱に伝達した場合にも、隣接する棒部材の間の摩擦により振動が吸収されるので、振動が回転軸及び風車に伝達し、回転軸及び風車の故障要因となることを防止することができる。
【０００８】
また、本発明の風力発電装置においては、支柱が、支柱の中心を含む領域に配置された複数の棒部材からなる内側棒部材集合体と、内側棒部材集合体を取り囲むように配置されるとともに設置面に固定された固定棒部材集合体と、内側棒部材集合体を取り囲み、結束部材により内側棒部材集合体とともに結束された複数の棒部材と、固定棒部材集合体に取り囲まれ、結束部材により固定棒部材集合体とともに結束された複数の棒部材とを含み、内側棒部材集合体と固定棒部材集合体とを連結させる連結棒部材集合体とを備えていてもよい。これによると、内側棒部材集合体と固定棒部材集合体とを連結棒部材集合体により連結させて支柱を構成することにより、内側棒部材集合体、固定棒部材集合体及び連結棒部材集合体を構成する複数の棒部材の間に生じる摩擦により振動を効率よく吸収することができる。
【０００９】
また、本発明の風力発電装置においては、複数の内側棒部材集合体が鉛直方向に沿って互いに離隔して配列されており、連結棒部材集合体を構成する複数の棒部材のうちの少なくとも一部が、互いに異なる位置において、結束部材により複数の内側棒部材集合体のうちの２以上とともに結束されており、最も上方に位置する内側棒部材集合体が連結棒部材集合体に取り囲まれていない領域において結束部材又は回転軸を支柱に固定するための固定部材により結束されていてもよい。これによると、複数の内側棒部材集合体の間に隙間ができるので、支柱を軽量化することができる。
【００１０】
また、本発明の風力発電装置においては、連結棒部材集合体を構成する複数の棒部材は、支柱の中心に対して内側に位置しているものほど上端が上方に位置するように配置されており、連結棒部材集合体を構成する複数の棒部材の一部が、結束部材によりこれら複数の棒部材よりも支柱の中心に対して内側に位置する連結棒部材集合体を構成する複数の棒部材の一部、及び、内側棒部材集合体とともに結束されていてもよい。これによると、連結棒部材集合体を構成する複数の棒部材同士が互いに結束させることにより、支柱を高くすることができる。
【００１１】
また、本発明の風力発電装置においては、最も下方に位置する内側棒部材集合体を構成する複数の棒部材のうち少なくとも１本の下端が設置面に固定されていてもよい。これによると、固定棒部材集合体とともに、最も下方に位置する内側棒部材集合体を構成する棒部材によっても支柱が支持されることになるため、設置面に固定された棒部材と設置面に固定されていない棒部材との摩擦面が支柱の内側と外側とにできる、つまり、このような摩擦面の面積が大きくなる。このような摩擦面においては設置面に固定されていない棒部材同士の摩擦面よりも大きな摩擦が発生するので、振動を効率よく吸収することができる。
【００１２】
また、本発明の風力発電装置においては、複数の棒部材が中空状のパイプにより構成されていてもよい。これによると、棒部材が中空のパイプにより構成されていることにより棒部材がさらに軽量になるので、支柱の設置をさらに容易に行うことができる。
【００１３】
また、本発明の風力発電装置においては、支柱が、内側棒部材集合体を支持する支持部材をさらに備えていてもよい。これによると、内側棒部材集合体が支持部材により支持されているので、内側棒部材集合体が連結棒部材集合体から抜け落ちてしまうのが防止される。
【００１４】
また、本発明の風力発電装置においては、内側棒部材集合体を構成する複数の棒部材のうち、少なくとも１本が設置面に固定されていてもよい。これによると、固定棒部材集合体とともに、内側棒部材集合体を構成する棒部材の少なくとも１本によっても支柱が支持されることになるため、設置面に固定された棒部材と設置面に固定されていない棒部材との摩擦面が支柱の内側と外側とにできる、つまり、このような摩擦面の面積が大きくなる。このような摩擦面においては設置面に固定されていない棒部材同士の摩擦面よりも大きな摩擦が発生するので、振動を効率よく吸収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明における実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に係る風力発電装置の概略構成図である。
【００１６】
図１に示すように風力発電装置１は、風を受けて回転する風車２と、風車２とともに回転する回転軸３と、風車２及び回転軸３を支持する支柱４と、回転軸３の回転により発電を行う発電機５とを備えている。風車２は、鉛直方向に延びた回転軸３の上端部付近に設置された垂直軸型の風車である。回転軸３は、固定部材（ユーボルト）６を介して支柱４に支持されている。発電機５は例えば三相交流発電機などである。
【００１７】
次に、支柱４について、図１〜図３を用いてより詳細に説明する。図２は、図１の支柱４を矢印IIの方向から見たとき（平面視で）の平面図である。図３は、図２のIII−III線断面図である。図１〜図３に示すように、支柱４は、２つの内側棒部材集合体１１、１２、固定棒部材集合体１３、連結棒部材集合体１４を構成する複数の鉄棒（棒部材）２１〜２４及び複数の鉄棒２１〜２４を結束させるスチールバンド（結束部材）２５〜２７を有している。
【００１８】
内側棒部材集合体１１は、鉛直方向に延び、平面視で支柱４の中心付近（中心を含む領域）に配置された７本の鉄棒２１により構成されている。７本の鉄棒２１は同じ長さであり、鉛直方向に関して互いに同じ位置に配置されている。また、７本の鉄棒２１は、平面視で、１本が支柱４の略中心に配置され、残りの６本がこの鉄棒２１を取り囲むように配置されている。７本の鉄棒２１は、その上端部付近がスチールバンド２７により結束されている。さらに、内側棒部材集合体１１のスチールバンド２７で結束された部分に近接する部分には、固定部材６が取り付けられており、固定部材６が回転軸３を支持している。つまり、内側棒部材集合体１１は固定部材６を介して回転軸３を支持している。ここで、固定部材６もスチールバンド２７とともに内側棒部材集合体１１を構成する７本の鉄棒２１の上端部付近を結束させている。
【００１９】
内側棒部材集合体１２は、内側棒部材集合体１１の下方に内側棒部材集合体１１と離隔して配置されている。内側棒部材集合体１２は鉛直方向に延びた７本の鉄棒２２からなる。７本の鉄棒２２は同じ長さであり、鉛直方向に関して同じ位置に配置されている。また７本の鉄棒２２は、平面視で７本の鉄棒２１と同じ位置に配置されている。
【００２０】
固定棒部材集合体１３は、鉛直方向に延びた１２本の鉄棒２３を有している。１２本の鉄棒２３は同じ長さであり、鉛直方向に関して同じ位置に形成されている。また１２本の鉄棒２３は、平面視で内側棒部材集合体１１、１２及び固定棒部材集合体１３を取り囲むように配置されている。さらに、１２本の鉄棒２３の下端は設置面Ｇに固定されている。
【００２１】
連結棒部材集合体１４は、鉛直方向に延びた１２本の鉄棒２４により構成されている。１２本の鉄棒２４はその上端部付近において、内側棒部材集合体１１の下端部付近を取り囲んでおり、この部分において、スチールバンド２５が７本の鉄棒２１とともに１２本の鉄棒２４とを結束させている。また、１２本の鉄棒２４は、その鉛直方向に関する途中部において内側棒部材集合体１２を取り囲んでいるとともに、この部分は固定棒部材集合体１３を構成する鉄棒２３に取り囲まれている。そしてこの部分において、結束部材２６が、７本の鉄棒２２及び１２本の鉄棒２４とともに、１２本の鉄棒２３を結束させている。つまり、１２本の鉄棒２４は、互いに異なる位置において、２つ内側棒部材集合体１１、１２とともにそれぞれ結束部材２５、２６により結束されている。ここで、１２本の鉄棒２４は、その下端が設置面Ｇ付近まで延びているが、鉄棒２４の下端は設置面Ｇに当接しており、又は、設置面との間に僅かな隙間を形成しており、鉄棒２４の下端は設置面Ｇに固定されていない。これにより、鉄棒２４の振動が直接設置面Ｇに伝達しにくくなっている。なお、１２本の鉄棒２４が、本発明の内側棒部材集合体１１、１２を取り囲み、結束部材２５、２６により内側棒部材集合体１１、１２とともに結束された複数の棒部材と、固定棒部材集合体１３に取り囲まれ、結束部材２５、２６により固定棒部材集合体１３とともに結束された複数の棒部材とを兼ねている。
【００２２】
ここで、内側棒部材集合体１１、１２は、図示しない針金など（支持部材）によって支持されている。これにより連結棒部材集合体１４から抜け落ちてしまうのが防止されている。
【００２３】
このように、支柱４は、比較的軽量な鉄棒２１〜２４がスチールバンド２５〜２７により結束されて構成された、内側棒部材集合体１１、１２、固定棒部材集合体１３及び連結棒部材集合体１４により形成されているので、支柱４の設置を容易に行うことができる。
【００２４】
このような風力発電装置１においては、風車２が回転することによって風車２に水平方向に振動が生じ、その振動が支柱４に伝達すると、鉄棒２１〜２４が僅かにその周方向にずれ、隣接する鉄棒２１〜２４の間にねじり方向の摩擦が発生する。この摩擦により振動が吸収され、振動がさらに設置面Ｇに伝達するのが抑制される。あるいは、風車２が回転することによって風車２に振動が生じ、その振動が支柱４に伝達すると、鉄棒２１〜２４が僅かにその延在方向（図３の上下方向）にずれ、隣接する鉄棒２１〜２４の間に、その延在方向の摩擦が発生する。
【００２５】
逆に、地震が発生するなどして、設置面Ｇに振動が発生し、その振動が支柱４に伝達した場合にも、前述と同様、隣接する鉄棒２１〜２４の間に発生する摩擦により振動が吸収されるため、振動がさらに回転軸３及び風車２に伝達されるのが抑制され、回転軸３及び風車２に悪影響を与えてしまうことを防止することができる。
【００２６】
このとき、内側棒部材集合体１１と内側棒部材集合体１２とが互いに離隔して配置されているので、内側棒部材集合体１１から内側棒部材集合体１２に直接振動が伝達されず、支柱４において振動を効率よく吸収することができる。
【００２７】
以上に説明した実施の形態によると、比較的軽量な鉄棒２１〜２４がスチールバンド２５〜２７で結束されることにより構成された内側棒部材集合体１１、１２、固定棒部材集合体１３及び連結棒部材集合体１４により支柱４が形成されているので、バラバラの棒部材により、支柱４を容易に設置することができる。また、支柱４に風車２の振動が伝達しても、隣接する鉄棒２１〜２４の間に発生する摩擦により振動が吸収されるため、振動が支柱４から設置面Ｇに伝達するのを抑制することができる。逆に、設置面Ｇが振動し、その振動が支柱４に伝達した場合にも、隣接する鉄棒２１〜２４の間の摩擦により振動が吸収されるので、振動が回転軸３及び風車２に悪影響を与えることを防止することができる。
【００２８】
また、内側棒部材集合体１１と内側棒部材集合体１２とが互いに離隔して配置されているので、支柱を軽量化することができる。
【００２９】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００３０】
一変形例では、図４に示すように、内側棒部材集合体１２の下方に内側棒部材集合体５２が配置されている。内側棒部材集合体５２は、複数の鉄棒６３により構成されており、複数の鉄棒６３は平面視で複数の鉄棒２１及び複数の鉄棒２４と同じ支柱５０の中央の空間部に配置されている。また、連結棒部材集合体５１が複数の鉄棒２４に加え、複数の鉄棒２４よりも支柱５０の中心に対して外側に配置されるともにその上端が複数の鉄棒２４の上端よりも下方に位置する複数の鉄棒６１を備えており、複数の鉄棒６１の上端部付近は、複数の鉄棒２２及び複数の鉄棒２４の下端部付近とともにスチールバンド６６によって結束されている。さらに、複数の鉄棒６１の鉛直方向に関する途中部は、複数の鉄棒６３と固定棒部材集合体５４を構成する複数の鉄棒６２との間に挟まれ、複数の鉄棒６２が、複数の鉄棒６１、６３とともにスチールバンド６５により結束されている。そして、複数の鉄棒６２の下端は設置面Ｇに固定されている（変形例１）。この場合には、支柱５０の高さを高くすることができるとともに、鉄棒６１〜６３が設けられた分だけ鉄棒間の摩擦が生じる部分の面積が増加するので、支柱において振動をさらに効率よく吸収することができる。なお、変形例１においては、複数の鉄棒２４が、本発明の３つの内側棒部材集合体１１、１２、５２のうちの２つ（内側棒部材集合体１１、１２）を取り囲み、結束部材２５、６６により内側棒部材集合体１１、１２とともに結束された複数の棒部材である。また、複数の鉄棒６１が、本発明の内側棒部材集合体５２を取り囲み、結束部材６５により内側棒部材集合体５２とともに結束された複数の棒部材と、固定棒部材集合体５４に取り囲まれ、結束部材６５により固定棒部材集合体５４とともに結束された複数の棒部材とを兼ねている。
【００３１】
別の一変形例では、図５に示すように、最も下方に位置する内側棒部材集合体７２を構成する７本の鉄棒８１のうち中央に配置された一本（鉄棒８１ａ）が下方に延び、その下端が設置面Ｇに固定されている（変形例２）。この場合には、１２本の鉄棒２３に加え、鉄棒８１ａによっても支柱７０が支持されるため、設置面Ｇに固定された鉄棒と設置面Ｇに固定されていない鉄棒との摩擦面が、支柱７０の内側と外側にできる、具体的には設置面Ｇに固定された支柱７０の外側の鉄棒２３及び支柱７０の内側の鉄棒８１ａと、設置面Ｇに固定されていない他の鉄棒との間に摩擦面ができる。このような摩擦面においては設置面Ｇに固定されていない棒部材同士の摩擦面よりも大きな摩擦が発生するので、振動を効率よく吸収することができる。なお、変形例２では７本の鉄棒８１のうちの１本（鉄棒８１ａ）の下端のみが設置面Ｇに固定されていたが７本の鉄棒８１のうち２本以上の下端が設置面Ｇに固定されていてもよい。また、鉄棒８１ａがさらに上方に延び、内側棒部材集合体１１を構成する鉄棒２１のうちの１本と一体となっていてもよい。ここで、変形例１のような場合には、内側棒部材集合体５２を構成する鉄棒６３のうちの１本が下方に延びて設置面Ｇに固定されるとともに、上方に延びて、内側棒部材集合体１２を構成する鉄棒２２のうちの１本と一体となっていてもよく、これよりもさらに上方に延び、内側棒部材集合体１１を構成する鉄棒２１と一体となっていてもよい。以上のように、内側棒部材集合体を構成する複数の棒部材のうちの少なくとも１本が設置面に固定されていればよい。また、複数の内側棒部材集合体を上下方向に貫通する鉄棒は、他の鉄棒よりも細いものであってもよい。
【００３２】
別の一変形例では、図６に示すように、支柱９０を、鉄棒２１〜２４の代わりに中空の鉄パイプ９１〜９４を用いて構成している（変形例３）。この場合でも、隣接する鉄パイプ９１〜９４の間に摩擦により、風車２おいて発生して支柱９０に伝達した振動、及び、設置面Ｇにおいて発生して支柱９０に伝達した振動を吸収することができる。さらに、鉄パイプ９１〜９４は中空であり、実施の形態の鉄棒２１〜２４よりもさらに軽量であるので、支柱９０をさらに容易に設置することができる。
【００３３】
本実施の形態及び変形例１〜３においては、７本の鉄棒２１（７本の鉄パイプ９１）の上端部付近がスチールバンド２７により結束されていたが、これらがスチールバンド２７によって結束されておらず、固定部材６によってのみ結束されていてもよい。
【００３４】
また、本実施の形態では、鉄棒２１、２２を７本、鉄棒２３、２４を１２本用いて支柱４を構成したが、鉄棒の本数はこれには限られない。
【００３５】
また、本実施の形態では、７本の鉄棒２１と７本の鉄棒２２とが別々であり、それぞれが内側棒部材集合体１１、１２を構成しているが、７本の鉄棒２１が下方に延びて７本の鉄棒２２と一体となり、１つの内側棒部材集合体を構成していてもよい。
【００３６】
また、本実施の形態では、風車２は垂直軸型の風車であったが、これには限られず、プロペラ型の風車などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明における実施の形態に係る風力発電装置の概略構成図である。
【図２】図１を矢印IIの方向から見たときの平面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】変形例１の図３相当の断面図である。
【図５】変形例２の図３相当の断面図である。
【図６】変形例３の図２相当の平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  風力発電装置
２  風車
３  回転軸
４  支柱
５  発電機
１１、１２  内側棒部材集合体
１３  固定棒部材集合体
１４  連結棒部材集合体
２１〜２４  鉄棒
２５〜１７  スチールバンド
５０  支柱
５１  連結棒部材集合体
５２  内側棒部材集合体
５４  固定棒部材集合体
６１〜６３  鉄棒
７０  支柱
８１  鉄棒
９０  支柱
９１〜９４  鉄パイプ
【図１】
0004779766.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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