(57)【要約】【課題】自然風を捉えて回転する風車において、前記風車に接続される発電装置の接続または切り離しを行なう際に、風速または回転数などを検知する機構が必要となり、また前記検知する機構を駆動させるための動力が必要となるという課題がある。【課題手段】自然風を捉えて回転する風車と、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を備えた風力発電装置において、前記回転エネルギーを伝達するために風車回転軸と発電装置回転軸を繋ぐように設けられた軸継手に、前記風車回転軸と前記発電装置回転軸が軸の回転方向に任意のずれが発生できる形状として構成されたものである。それにより、前記風車が自然風を捉えて回転するときに空転距離ができることで、より大きい回転エネルギーを蓄え、前記風車の低風速時の起動を良くする風力発電装置用軸継手を提供する。【選択図】図２
2007113452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然風を捉えて回転する風車と、
その回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を備えた風力発電装置において、前記回転エネルギーを伝達するために風車回転軸と発電装置回転軸を繋ぐように設けられた軸継手に、前記風車回転軸と前記発電装置回転軸が軸の回転方向に任意のずれが発生できる形状としたことを特徴とする風力発電装置用軸継手。
【請求項２】
前記軸継手の構造を、風車側軸継手と、発電装置側軸継手と、前記風車側軸継手と前記発電装置側軸継手の内部で上下にスライド動作を行なうスライド軸継手からなる構成とし、前記スライド軸継手の側面に任意の回数を巻いた螺旋の溝を有する形状としたことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置用軸継手。
【請求項３】
前記スライド軸継手の側面に任意の回数を巻いた前記螺旋の溝の上端部と下端部を上下方向に繋ぐスライド溝を配置したことを特徴とする請求項２記載の風力発電装置用軸継手。
【請求項４】
前記スライド軸継手を中空パイプ構造として、前記風車側軸継手と前記発電装置側軸継手の側面の外側に配置し、前記スライド軸継手が上下にスライド動作を行なう構造としたことを特徴とする請求項２から請求項３のいずれかに記載の風力発電装置用軸継手。
【請求項５】
前記風車側軸継手と前記発電装置側軸継手が前記スライド軸継手に接触し、上下にスライド動作を行なう面にコーティングを施したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の風力発電装置用軸継手。
【請求項６】
前記スライド軸継手の材質を樹脂にて製作したことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の風力発電装置用軸継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然エネルギーを利用した風力発電装置において、自然風を捉えて回転する風車と、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を備える風力発電装置の風車の回転軸と発電装置の回転軸を繋ぐ軸継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の風力発電装置の風車の回転軸と発電装置の回転軸を繋ぐ軸継手に関するものは、クラッチで軸の接続を制御する装置がよく知られている。この方式は、図６に示すように、風車軸１０１にクラッチ１０２を介して接続され、風車１０３の回転エネルギーを蓄積するゼンマイ装置１０４と、ゼンマイ装置１０４にクラッチ１０５を介して駆動される発電装置を備えたものであり、低風速時は風車１０３の回転エネルギーをゼンマイ装置１０４に所定量蓄積した段階で発電装置を駆動させる（例えば、特許文献１参照）。また、風車が受ける風速に応じて風車軸と発電装置軸を流体カップリングで接続するように制御する装置等もある。この方式は、図７に示すように、風を受けて回転するモニュメント２０１の回転軸２０２に増速機２０３を設け、この増速機２０３で駆動される発電装置２０４との間に流体カップリング２０５を有する構造とし、回転速度により発電装置２０４を接続させるように制御をおこなわせるものである（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−５６４５１号公報
【特許文献２】特開平１１−１５９４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような従来の風力発電装置用軸継手では、発電装置に回転エネルギーを伝達する際に、風速または回転数などを検知する機構が必要となり、また前記検知する機構を駆動させるための動力が必要となるという課題がある。そのため従来から多くの対策がなされ、風車が回転する際に発生する遠心力を利用し、回転エネルギーを伝達する方式もあるが、これには遠心力を発生させる機構等の多くの付帯設備を要する。また、電磁クラッチにより初期は風車軸と発電装置軸が接続されていない状態で風車が一定回転数以上で回転を行い発電可能な状態となる場合に風車軸と発電装置軸を接続し、回転エネルギーを伝えることで動力の消費を削減する方式もあるが、これにも電磁クラッチおよび制御装置等の付帯設備を要する。
【０００４】
このような従来の方式では、構造が複雑で、それにより設備費も高価であり、複雑な構造のため機能確保に定期メンテを要する等多くの工数を必要とする課題があった。また、電磁クラッチで制御する場合、バッテリーに故障がある時には、制御ができない等の確実性にも問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、簡単で確実かつ安価で、しかもメンテサイクルの長い風力発電装置用軸継手を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の本発明の、自然風を捉えて回転する風車と、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を備えた風力発電装置において、前記回転エネルギーを伝達するために風車回転軸と発電装置回転軸を繋ぐように設けられた軸継手に、前記風車回転軸と前記発電装置回転軸が軸の回転方向に任意のずれが発生できる形状としたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の本発明は請求項１記載の風力発電装置用軸継手において、前記軸継手の構造を、風車側軸継手と、発電装置側軸継手と、前記風車側軸継手と前記発電装置側軸継手の内部で上下にスライド動作を行なうスライド軸継手からなる構成とし、前記スライド軸継手の側面に任意の回数を巻いた螺旋の溝を有する形状としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の本発明は請求項２記載の風力発電装置用軸継手において、前記スライド軸継手の側面に任意の回数を巻いた前記螺旋の溝の上端部と下端部を上下方向に繋ぐスライド溝を配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の本発明は請求項２から請求項３のいずれかに記載の風力発電装置用軸継手において、前記スライド軸継手を中空パイプ構造として、前記風車側軸継手と前記発電装置側軸継手の側面の外側に配置し、前記スライド軸継手が上下にスライド動作を行なう構造としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の本発明は請求項１から請求項４のいずれかに記載の風力発電装置用軸継手において、前記風車側軸継手と前記発電装置側軸継手が前記スライド軸継手に接触し、上下にスライド動作を行なう面にコーティングを施したことを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の本発明は請求項２から請求項５のいずれかに記載の風力発電装置用軸継手において、前記スライド軸継手の材質を樹脂にて製作したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、発電装置に回転エネルギーを伝達する際に、風速または回転数などを検知する機構が不要となり、また検知する機構を駆動させるための動力および関連する付帯設備も不要で、しかも簡単な構造のため安価でメンテナンス回数を少なくできる風力発電装置用軸継手を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の実施の形態は、自然風を捉えて回転する風車と、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を備えた風力発電装置において、前記回転エネルギーを伝達するために風車回転軸と発電装置回転軸を繋ぐように設けられた軸継手に、前記風車回転軸と前記発電装置回転軸が軸の回転方向に任意のずれが発生できる形状として構成されたものである。それにより、前記風車が自然風を捉えて回転するときに空転距離ができることで、より大きい回転エネルギーを蓄え、前記風車の低風速時の起動を良くしている。
【００１４】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態における風力発電装置用軸継手において、前記軸継手の構造を、風車側軸継手と、発電装置側軸継手と、前記風車側軸継手と前記発電装置側軸継手の内部で上下にスライド動作を行なうスライド軸継手からなる構成とし、前記スライド軸継手の側面に任意の回数を巻いた螺旋の溝を有する形状として構成されたもので、前記空転距離を任意の長さにすることで、より大きい回転エネルギーを蓄え、前記風車の低風速時の起動を良くしている。
【００１５】
本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態における風力発電装置用軸継手において、前記スライド軸継手の側面に任意の回数を巻いた前記螺旋の溝の上端部と下端部を上下方向に繋ぐスライド溝を配置した構成としたもので、前記風車が前記発電装置を回している状態で、自然風が前記風車を回転させることができない低風速となった場合に前記風車が停止し、同時に前記スライド軸継手が自重により鉛直下方にスライド溝を通り、スライド動作を行なうことで前記風車と前記発電装置の接続を切り離し、前記空転距離を常に確保することができ、前記風車の低風速時の起動を良くしている。
【００１６】
本発明の第４の実施の形態は、第２の実施の形態から第３の実施の形態における風力発電装置用軸継手において、前記スライド軸継手を中空パイプ構造として、前記風車側軸継手と前記発電装置側軸継手の側面の外側に配置し、前記スライド軸継手が上下にスライド動作を行なう構造として構成したものであり、前記風車軸と前記発電装置軸の間の距離を小さくすることができ、また前記軸継手の全長が短くなることで装置全体の長さを抑えている。
【００１７】
本発明の第５の実施の形態は、第１の実施の形態から第４の実施の形態における風力発電装置用軸継手において、前記風車側軸継手と前記発電装置側軸継手が前記スライド軸継手に接触し、スライド動作を行なう面にコーティングを施された構成としたものであり、接触面の摩擦抵抗を低減させスライド動作を容易にしている。
【００１８】
本発明の第６の実施の形態は、第１の実施の形態における風力発電装置において、前記スライド軸継手の材質を樹脂で構成したものである。
【００１９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の風力発電装置用軸継手を利用した風力発電装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施例による風力発電装置用軸継手構成部分の斜視図、図２（Ａ）は本発明実施例１の風力発電装置用軸継手の正面図、図２（Ｂ）は本発明実施例１の風力発電装置用軸継手の上面図、図２（Ｃ）は本発明実施例１の風力発電装置用軸継手の上面の軸継手の部分断面図、図２（Ｄ）は本発明実施例１の風力発電装置用軸継手の主要な構成部品図、図３（Ａ）は本発明実施例２の風力発電装置用軸継手の正面図、図３（Ｂ）は本発明実施例２の風力発電装置用軸継手の上面図、図３Ｃは本発明実施例２の風力発電装置用軸継手の上面の軸継手の部分断面図、図３（Ｄ）は本発明実施例２の風力発電装置用軸継手の主要な構成部品図、図４（Ａ）は本発明実施例３の風力発電装置用軸継手の正面図、図４（Ｂ）は本発明実施例３の風力発電装置用軸継手の上面図、図４（Ｃ）は本発明実施例３の風力発電装置用軸継手の上面の軸継手の部分断面図、図４（Ｄ）は本発明実施例３の風力発電装置用軸継手の主要な構成部品図、図５（Ａ）は本発明実施例４の風力発電装置用軸継手の正面図、図５（Ｂ）は本発明実施例４の風力発電装置用軸継手の上面図、図５（Ｃ）は本発明実施例４の風力発電装置用軸継手の上面の軸継手の部分断面図、図５（Ｄ）は本発明実施例４の風力発電装置用軸継手の主要な構成部品図である。
【００２２】
（実施例１）
図１に示すように、本実施例の風力発電装置用軸継手の全体構成は、風車１０が発生する回転エネルギーを伝達する軸継手１と同軸に固定され、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置２０とを備えている。そして、風車１０と軸継手１と発電装置２０は、２本のポール３０の間に挟み込まれるようにして保持されている。またポール３０は、アンカーボルトなどの固定具によって地上に設置されている。
【００２３】
また風車１０は、風車軸２の周りに配置される複数枚の風車羽根によって構成されており、風車軸２の上部と下部には、それぞれベアリング４０が設けられ、それぞれのベアリング４０によって風車軸２を保持しており、ベアリング４０は上部ケーシング５０の内部、および下部ケーシング６０の内部にそれぞれ設けられている。
【００２４】
下部ケーシング６０の下部には、内部に照明を備えた照明装置７０を備えた構造としている。
【００２５】
発電装置２０と照明装置７０とは、制御ボックスを介して蓄電装置と電気的に接続され、風車１０の回転エネルギーにより発生する電力を蓄電装置に蓄電し、この蓄電された電力を照明装置７０に供給して点灯する。
【００２６】
軸継手１は、図２に示すように、風車軸２の下端に固定される風車側軸継手１ａと発電装置２０の発電装置軸３の軸端に固定される発電装置側軸継手１ｂから形成され、各軸継手は各軸に六角穴付き止めねじなどで固定されている。
【００２７】
本実施例では、軸継手１の外観の構造を図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す。図２（Ｃ）では、断面図に示すように、風車側軸継手１ａの下面内側にΦ１９ｍｍ、深さ１０ｍｍの円柱形状の加工が施されている。一方、発電装置側軸継手１ｂの上面内側にΦ１５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱形状の突起が設けられている。風車側軸継手１ａと発電装置側軸継手１ｂは、前記円柱状の加工と前記円柱状の突起の間隔を２ｍｍ保持するように挿入される。発電装置側軸継手１ｂの円柱形状の突起側面部には、溝４が周囲に加工されている。溝４は、円柱形状の周囲に設けられているが、完全なリング状ではなく、必ず終端部分を設けておく。その溝４にプランジャ５の先端がはまり込むように取り付けられ、、各軸継手を六角穴付き止めねじにて固定する構成としている。
【００２８】
上記構成において、風車１０が自然風を捉えて回転を始め、発電装置側軸継手１ｂの円柱形状の突起側面部に加工された溝４に沿ってプランジャ５の先端が移動する。溝４の加工終端部分でプランジャ５の先端が停止して風車側軸継手１ａと発電装置側軸継手１ｂが固定されると、同時に発電装置側軸継手１ｂが回転を始める。
【００２９】
このように、風車１０と発電装置２０が回転を開始するタイミングに差を持たせる構造としたことで、風車の回転トルクを大きくすることが可能であり、発電装置２０またはベアリング４０などが持つ静止トルクを超え、風車１０が回転を開始する風速を低くしている。
【００３０】
以下、本発明の風力発電装置用軸継手の他の実施例を図面に基づいて説明する。なお、上記実施例と同一機能を有する構成には同一符号を付して説明を省略する。また下記の実施例で図示しないその他の構成については上記実施例と同様の構成をしている。
【００３１】
なお、プランジャ５はボールプランジャの他、ローラまたはベアリングも利用することができる。以下の実施例でも同様である。
【００３２】
また、本発明の風車１０の羽根はサボニウス、プロペラ以外でもよく、自然風で回転するものならば羽根の形状にこだわらない。以下の実施例でも同様である。
【００３３】
（実施例２）
図３（Ｃ）、図３（Ｄ）に示すように、本実施例による風力発電装置用の軸継手１は、風車側軸継手１ａと発電装置側軸継手１ｂ、および風車側軸継手１ａと発電装置側軸継手１ｂの内部で上下にスライド動作を行なうスライド軸継手１ｃから構成される。
【００３４】
上記構成において、風車１０が回転するとスライド軸継手１ｃに加工された螺旋の溝４ａを沿ってプランジャ５の先端が移動し、スライド軸継手１ｃが上側にスライド動作を行なう。螺旋の溝４ａの加工終端部分でプランジャ５の先端が停止し、風車側軸継手１ａと発電装置側軸継手１ｂが固定されると、同時に発電装置側軸継手１ｂが回転を始める。
【００３５】
このように、本実施例においては、スライド軸継手１ｃに螺旋の溝４ａを加工することで、風車１０と発電装置２０が回転を開始するタイミングに、より大きな差を持たせる構造としたため、風車の回転トルクを大きくすることが可能であり、発電装置２０またはベアリング４０などが持つ静止トルクを超え、風車１０が回転を開始する風速を低くしている。
【００３６】
スライド動作を行なう面には、コーティングを施すことによって、接触部分の摩擦抵抗を低減させスライド動作を容易にすることが可能である。
【００３７】
また、スライド軸継手１ｃの材質を樹脂で構成することによって、スライド軸継手１ｃの質量を軽減し、プランジャ５にかかる荷重を減少させることで、接触部分の摩擦抵抗を低減させスライド動作を容易にすることが可能である。
【００３８】
（実施例３）
図４（Ｃ）、図４（Ｄ）に示すように、本実施例による風力発電装置用軸継手は、軸継手１を構成するスライド軸継手１ｃに加工された螺旋の溝４ａの上端部と下端部の上下方向に繋ぐスライド溝４ｂを配置している。
【００３９】
上記構成において、風車１０が回転するとスライド軸継手１ｃに加工された螺旋の溝４ａを沿ってプランジャ５の先端が移動し、スライド軸継手１ｃが上側にスライド動作を行う。螺旋の溝４ａの加工終端部分でプランジャ５の先端が停止し、風車側軸継手１ａと発電装置側軸継手１ｂが固定されると、同時に発電装置側軸継手１ｂが回転を始める構成としている。また、風車１０が発電装置２０を回している状態で、無風になり、風車１０が停止すると同時にスライド軸継手１ｃが自重により鉛直下方にスライド溝４ｂを通りスライド動作する。従って風車側軸継手１ａと発電装置側軸継手１ｂの接続を切り離し、空転距離を常に確保することができる。
【００４０】
このように、スライド軸継手１ｃに螺旋の溝４ａを加工することで、風車１０と発電装置２０が回転を開始するタイミングに差を持たせた構造である。また、スライド溝４ｂによりスライド軸継手１ｃが常に空転距離を確保できる。よって安定して風車の回転トルクを大きくすることが可能であり、発電装置２０またはベアリング４０などが持つ静止トルクを超え、風車１０が回転を開始する風速を低くしている。
【００４１】
（実施例４）
図５（Ｃ）、図５（Ｄ）に示すように、本実施例による風力発電装置用軸継手は、スライド軸継手１ｃを中空パイプ構造として、風車側軸継手１ａと発電装置側軸継手１ｂの側面の外側に配置されている。風車側軸継手１ａは、螺旋の溝４ａおよび螺旋の溝４ａの上端部と下端部を上下方向に繋ぐスライド溝４ｂを備えた構造である。
【００４２】
上記構成において、風車１０が回転するとスライド軸継手１ｃに設けたプランジャ５の先端が螺旋の溝４ａを移動するため、スライド軸継手１ｃが上側にスライド動作を行う。螺旋の溝４ａの加工終端部分でプランジャ５の先端が停止し、風車側軸継手１ａと発電装置側軸継手１ｂが固定されると、同時に発電装置側軸継手１ｂが回転を始める構成としている。また、風車１０が発電装置２０を回している状態で、無風になり、風車１０が停止すると同時にスライド軸継手１ｃが自重により鉛直下方にスライド溝４ｂを通りスライド動作する。従って風車側軸継手１ａと発電装置側軸継手１ｂの接続を切り離し、空転距離を常に確保することができる。
【００４３】
このように、スライド軸継手１ｃを上下にスライド動作をさせることで、風車１０と発電装置２０が回転を開始するタイミングに差を持たせる構造である。また、スライド溝４ｂによりスライド軸継手１ｃが常に空転距離を確保できる。よって安定して風車の回転トルクを大きくすることが可能であり、発電装置２０またはベアリング４０などが持つ静止トルクを超え、風車１０が回転を開始する風速を低くしている。またスライド軸継手１ｃを風車側軸継手１ａと発電装置側軸継手１ｂの内部から外側へ配置することで、軸継手１の全長を短くしている。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、自然風を受けた場合の風車と発電装置の軸継手に関するものとしたが、水流またはその他の流体により回転するものにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例による風力発電装置用軸継手構成部分の斜視図
【図２】（Ａ）は本発明実施例１の風力発電装置用軸継手の正面図、（Ｂ）は同上面図、（Ｃ）は同上面の軸継手の部分断面図、（Ｄ）は同主要構成部品図
【図３】（Ａ）は本発明実施例２の風力発電装置用軸継手の正面図、（Ｂ）は同上面図、（Ｃ）は同上面の軸継手の部分断面図、（Ｄ）は同主要構成部品図
【図４】（Ａ）は本発明実施例３の風力発電装置用軸継手の正面図、（Ｂ）は同上面図、（Ｃ）は同上面の軸継手の部分断面図、（Ｄ）は同主要な構成部品図
【図５】（Ａ）は本発明実施例４の風力発電装置用軸継手の正面図、（Ｂ）は同上面図、（Ｃ）は同上面の軸継手の部分断面図、（Ｄ）は同主要な構成部品図
【図６】従来の風力発電装置（その１）の概略図
【図７】従来の風力発電装置（その２）の概略図
【符号の説明】
【００４６】
１    軸継手
１ａ  風車側軸継手
１ｂ  発電装置側軸継手
１ｃ  スライド軸継手
２    風車軸
３    発電装置軸
４    溝
４ａ  螺旋の溝
４ｂ  スライド溝
５    プランジャ
１０  風車
２０  発電装置
３０  ポール
４０  ベアリング
５０  上部ケーシング
６０  下部ケーシング
７０  照明装置
【図１】
2007113452.tif 000003
【図２】
2007113452.tif 000004
【図３】
2007113452.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007113452.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007113452.tif 000009