(57)【要約】【課題】  回転するローター軸にサボニウス翼を取付けたサボニウス式風力発電装置であって、低コストで簡単に設置することが出来るサボニウス型風力発電装置の提供。【解決手段】  ローター軸３には中心軸に沿って軸穴を下端から所定の長さ設けると共に、該ローター軸３の下端には中空軸アウターローター形発電機８を取付け、また軸穴の上端部には軸受け９を設け、そして垂直に起立する電柱２又は支柱を上記中空軸アウターローター形発電機８の固定フレーム１１の電柱穴１３から軸穴に嵌めて上端を軸受け９にて支持する。【選択図】    図１
2007107496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するローター軸にサボニウス翼を取付けたサボニウス式風力発電装置において、上記ローター軸には中心軸に沿って軸穴を下端から所定の長さ設けると共に、該ローター軸の下端には中空軸アウターローター形発電機を取付け、また軸穴の上端部には軸受けを設け、そして垂直に起立する電柱又は支柱を上記中空軸アウターローター形発電機の固定フレームの電柱穴から軸穴に嵌めて上端を軸受けにて支持したことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
回転するローター軸にクロスフロー翼を取付けたクロスフロー式風力発電装置において、上記ローター軸には中心軸に沿って軸穴を下端から所定の長さ設けると共に、該ローター軸の下端には中空軸アウターローター形発電機を取付け、また軸穴の上端部には軸受けを設け、そして垂直に起立する電柱又は支柱を上記中空軸アウターローター形発電機の固定フレームの電柱穴から軸穴に嵌めて上端を軸受けにて支持したことを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
上記中空軸アウターローター形発電機の固定フレームを電柱又は支柱に設けた電柱台座に載せて固定し、また、ローター軸の下端に設けたローター軸連結板を環状ローターホイールと連結・固定した請求項１、又は請求項２記載の風力発電装置。
【請求項４】
回転するローター軸にサボニウス翼を取付けたサボニウス式風力発電装置において、上記ローター軸には中心軸に沿って軸穴を下端から所定の長さ設けると共に、該ローター軸の下端には中空軸インナーローター形発電機を取付け、また軸穴の上端部には軸受けを設け、そして垂直に起立する電柱又は支柱を上記中空軸インナーローター形発電機の固定フレームの電柱穴から軸穴に嵌めて上端を軸受けにて支持したことを特徴とする風力発電装置。
【請求項５】
回転するローター軸にクロスフロー翼を取付けたクロスフロー式風力発電装置において、上記ローター軸には中心軸に沿って軸穴を下端から所定の長さ設けると共に、該ローター軸の下端には中空軸インナーローター形発電機を取付け、また軸穴の上端部には軸受けを設け、そして垂直に起立する電柱又は支柱を上記中空軸インナーローター形発電機の固定フレームの電柱穴から軸穴に嵌めて上端を軸受けにて支持したことを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力によって回転する風車を備えた風力発電装置に関するものであり、特に、垂直に起立する電柱を利用して取付けることで据付工事の容易性を図ると共に大幅なコストダウンを達成することが出来るサボニウス式風力発電装置、及びクロスフロー式風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電機は風車に風が当たることで回転し、この回転を利用して回る発電装置により発電される。ところで、風力発電装置において、風車の回転速度は風速とその風車形状が有す周速特性により決まる為に、トルクを増大する為に風車の径が大きくなるほど低く成り、風車回転軸と発電機装置との間に高価な増速機が必要となる。
【０００３】
風車には水平軸風車と垂直軸風車が存在し、水平軸風車にはプロペラ型、セイルウイング型が、垂直軸風車にはパドル型、サボニウス型、ダリウス型、クロスフロー型などが存在している。本発明が対象とする風力発電装置はサボニウス型及びクロスフロー型であり、サボニウス式風力発電装置は、起動トルクは高いが周速比が０．８〜１．０と低く、他方式と比べて極端に風速に対しての風車の回転数が低くて効率も悪い。
【０００４】
サボニウス型風車は一般的に半円筒形の羽根２枚で構成され、またこの風車を上下に重ねた多段式にものも知られている。効率は最大でも１０％に過ぎないが、低速域でのトルクは大きく、水平軸風車のプロペラと異なり、どの方向からの風に対しても回転することが出来る利点はある。
【０００５】
しかし、高出力設定になるにしたがって装置を大型化しなくてはなず、一方では回転径の増大に伴う低回転化により増速が必要になる。そして、風車の回転主軸となるローター軸、風車を支える支持フレーム、及び増速装置などが必要になり、また所定の強度を確保しなくてはならず、トータル的な製造コストは高くなる。しかし、それに見合う発電容量が小さくてコスト的に釣り合わない。従って、サボニウス型風力発電装置では５００Ｗ未満の小型発電装置が主流になっているのが現状である。
【０００６】
特開２００４−６０５７７号に係る「サボニウス型風車」は、羽根車に備えられた対の円弧状断面羽根がそれぞれ偏心位置から回転中心位置の側に移動できるようになっている。従って、強風下でも風車が破損することはなく、発電装置を保護することが出来る。
【０００７】
特開２００２−３１７７４９号に係る「サボニウス型風力発電装置」は、複数枚のブレードを放射状に固定した鉛直軸に発電機を連接し、これらブレードは鉛直軸に固定された上下回転板間に固定されて各ブレードに風抜穴を形成すると共に、上下回転板間の外周に突設羽根を設け、突設羽根は上下回転板間において上下位置と風を受ける角度を調整可能としている。
【０００８】
特開平１１−６２８１３号に係る「サボニウス型風車及びサボニウス型風車を利用した風力発電装置」は、サボニウス型風車の効率を上げて高出力の発電を行うことが出来るものであり、回転翼の外側に回転翼の外側の風を回転翼に導入するように、固定枠から外に向かうように設置された複数の固定翼を備えたサボニウス型風車である。
【特許文献１】特開２００４−６０５７７号に係る「サボニウス型風車」
【特許文献２】特開２００２−３１７７４９号に係る「サボニウス型風力発電装置」
【特許文献３】特開平１１−６２８１３号に係る「サボニウス型風車及びサボニウス型風車を利用した風力発電装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、サボニウス型風車を利用した風力発電装置は色々存在し、サボニウス風車の効率向上が図られている。本発明は、効率の向上ではなく低コストで簡単に設置することが出来るサボニウス型風力発電装置を提供する。また、基本的構造を共通するクロスフロー型風力発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るサボニウス式風力発電装置のサボニウス式風車はローター軸に半円筒状のサボニウス翼が複数枚取付けられ、各サボニウス翼は上記ローター軸を中心として等角度で配置されている。半円筒状のサボニウス翼の一方側端はローター軸との距離を小さくし、他方側端までの距離を大きくして取付けられることで、風が当って回転することが出来る。
【００１１】
そして、上記ローター軸は軸穴を中心軸に沿って形成し、下端には中空軸アウターローター形発電機が備わっている。そして、軸穴の上端部には軸受けを設けている。ところで、電柱又は支柱(ポール)は上記軸穴に嵌り、サボニウス風力発電装置が該電柱の上端部に装着される。ローター軸は電柱の上端に設ける軸受けと中空軸アウターローター形発電機の軸受けとで支持される。従って、垂直に起立している電柱の上端部にローター軸を嵌めることで簡単に取付けられる。
【００１２】
本発明はサボニウス式風車を用いて構成しているが、該サボニウス式風車の代わりに基本構造を共通するクロスフロー式風車を使用することもある。又、上記中空軸アウターローター形発電機の代わりに、中空軸インナーローター形発電機を用いることも出来る。この場合には、電柱又は支柱は中空軸インナーローター形発電機の軸穴に嵌るが回転しない外輪部を支持し、ローター軸がインナーローターと連結して回転することが出来る連結構造と成っている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のサボニウス式風力発電装置は、地上に垂直に起立する電柱又は支柱をローター軸に設けている軸穴に嵌めることで取付けることが出来、据付け工事が極めて簡単と成る。従って、大幅に安いサボニウス式風力発電装置が提供できる。そして、ローター軸は電柱上端に設けた軸受けと中空軸アウターローター形発電機の軸受けとで支持されるために、サボニウス翼は風が当ることでローター軸と共に回転することが出来る。
【００１４】
また、本発明のサボニウス風力発電装置は、低回転式発電機を用いていることで増速機は不要と成り、発電装置全体の製作コストも安くなり、１Ｋｗ〜１０Ｋｗの電力を手軽に起こすことが可能と成り、利用価値は大きい。
【実施例】
【００１５】
図１は本発明に係るサボニウス式風力発電装置の概略図であり、同図の１はサボニウス式風車、２は電柱を表している。サボニウス式風車１はローター軸３の周りにはサボニウス翼４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂ、６ａ，６ｂが取付けられ、これらサボニウス翼４ａ，４ｂ・・に風が当るならば、ローター軸３と共に回転することが出来る。
【００１６】
上記サボニウス翼４ａ，４ｂは半円筒状に滑らかに湾曲した形状とし、その一方側端７ａはローター軸３に固定され、他方側端７ｂはローター軸３から離れている。従って、両サボニウス翼４ａ，４ｂはローター軸３を中心として軸対称を成して取付けられている。同じくサボニウス翼５ａ，５ｂは上記サボニウス翼４ａ，４ｂより大きな半円筒形を成して、一方側端７ａはローター軸３から延びるアーム(図示なし)を介して該ローター軸３に取付けられている。この両サボニウス翼５ａ，５ｂも該ローター軸３に対して軸対称を成している。
【００１７】
さらに、サボニウス翼６ａ，６ｂは上記サボニウス翼５ａ，５ｂよりさらに大きな半円筒形をなして、ローター軸３から離れて取付けられている。しかし、一方の側端７ａはローター軸３に近い距離に配置され、他方側端７ｂはローター軸３から大きく離れた位置に配置されている。そして、両サボニウス翼６ａ，６ｂはローター軸３に対して軸対称と成っている。サボニウス翼６ａ，６ｂはサボニウス翼５ａ，５ｂの場合と同じくローター軸３にアーム(図示なし)を介して取付けられている。
【００１８】
そして、該ローター軸３の下端には中空軸アウターローター形発電機８が設けられ、該中空軸アウターローター形発電機８はローター軸３と共に回転することが出来る。中空軸アウターローター形発電機８の固定フレーム１１は電柱２に固定されて、ローター軸３を支持している。
【００１９】
ところで、上記ローター軸３には軸穴が中心軸に沿って設けられ、該軸穴の上端部には軸受け９が取着されている。電柱２は軸穴の内径より僅かに小さく成っている為に、該軸穴に挿入され、その上端は軸受け９に嵌って固定される。一方、ローター軸３の下端に設けている上記中空軸アウターローター形発電機８のコテーフレーム１１に設けている電柱穴１３にも電柱３が嵌って位置決め・固定される。
【００２０】
図２は別形態のサボニウス式風車１を備えたサボニウス式風力発電装置である。該サボニウス式風車１は３枚のサボニウス翼１０ａ，１０ｂ，１０ｃがローター軸３に等間隔を成して取付けられている。各サボニウス翼１０ａ，１０ｂ，１０ｃに風が当るならば、ローター軸３は矢印方向に回転し、同時に中空軸アウターローター形発電機８にて発電することが出来る。
【００２１】
図３は本発明に係る低速回転アウターローター型発電機を示す実施例である。同図の１１は固定フレーム、１２は環状ローターホイールを表し、上記固定ホイール１１の中心には電柱穴１３が貫通して設けられている。固定フレーム１１には軸受け１４が取付けられ、この軸受け１４を介して上記環状ローターホイール１２が回転可能に軸支されている。固定フレーム１１は中心の電柱穴１３に電柱２が嵌って支持され、同じく環状ローターホイール１２は軸受け１４を介して電柱２を中心として回転することが出来る。
【００２２】
固定フレーム１１の外周には環状ステータ１５が固定され、この環状ステータ１５の外周に等間隔で外方向へ延びるステータ１７，１７・・には巻線コイル１６が巻かれている。そして、このように構成された固定フレーム１１は電柱２に設けられている台座１９に下面１８が載って支持され、ネジ穴２０，２０・・にネジ締めして電柱台座１９に固定される。従って、固定フレーム１１及び各ステータ１７，１７・・、及び各ステータ１７，１７・・に巻かれた巻線コイル１６，１６・・は回転することなく静止している。
【００２３】
一方、環状ローターホイール１２はリング体を形成し、外周部２１には複数の永久磁石２２，２２・・が等間隔で取着されている。勿論、隣り合う磁石２２，２２・・はＳ極とＮ極が交互に入れ替わるように配列されている。この環状ローターホイール１２は軸受け１４に直接支持されている内輪２３と上記磁石２２，２２・・を備えた外輪２４から成り、外輪２４は内輪２３に形成している台座２５に載ってネジ止め・連結されている。
【００２４】
リング状の環状ローターホイール１２の下側には環状ローターホイールカバー２６が取付けられて固定フレーム１１との間を塞ぎ、同じく環状ローターホイール１２の上側にはローターカバー２７が取付けられて、固定フレーム１１との間を塞いでいる。すなわち、環状ステータ１５を内蔵する環状ローターホイール１２の内部、並びに軸受けにゴミやチリが侵入しないようにカバーした構造としている。
【００２５】
一方、環状ローターホイール１２の外輪２４には冷却フイン２８ａ，２８ａ・・が形成され、同じく環状ローターホイールカバー２６の外周にも冷却フイン２８ｂ，２８ｂ・・が形成されている。従って、環状ローターホイール１２が回転することで、冷却フイン２８ａ，２８ｂ・・によって発熱に基づく温度の上昇を抑えることが出来る。
【００２６】
ところで、上記環状ローターホイール１２に取付けられる磁石２２，２２・・の個数は計画発電容量と計画入力回転数によって算出され、巻線コイル１６，１６・・は、交互に配置されるＮ極とＳ極の磁石２２，２２・・との間に僅かな間隙を有して対設されている。
【００２７】
ローター軸３の下端に固定されているローター軸連結板２９は軸受け１４にて回転自在に支持されている内輪２３の台座３０に載ってネジ止めされる。すなわち、ローター軸３は中空軸アウターローター形発電機８の環状ローターホイール１２と連結し、ローター軸３がサボニウス式風車１と共に回転するならば、上記環状ローターホイール１２が回転して発電することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るサボニウス式風力発電装置の実施例。
【図２】本発明に係るサボニウス式風力発電装置の他の実施例。
【図３】中空軸アウターローター形発電機の内部構造。
【符号の説明】
【００２９】
１  サボニウス式風車
２  電柱
３  ローター軸
４  サボニウス翼
５  サボニウス翼
６  サボニウス翼
７  側端
８  中空軸アウターローター形発電機
９  軸受け
10  サボニウス翼
11  固定フレーム
12  環状ローターホイール
13  電柱穴
14  軸受け
15  環状ステータ
16  巻線コイル
17  テータ
18  下面
19  電柱台座
20  ネジ穴
21  外周部
22  永久磁石
23  内輪
24  外輪
25  台座
26  環状ローターホイールカバー
27  ローターカバー
28  冷却ファン
29  ローター軸連結板
30  台座
【図１】
2007107496.tif 000003
【図２】
2007107496.tif 000004
【図３】
2007107496.tif 000005