(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストかつ簡素な構造でケーブルの捩れを防止する。【解決手段】前後方向に伸びる第一軸に沿って伸びる風車シャフトと、風車シャフトの前方の端部に設けられ、第一軸に対して径方向外方に向かって伸びる複数のブレードを有する風車部１１と、ステータと、ステータに対して回転し、風車シャフトと直接または変速機構を介して接続されるロータと、を有する発電機と、発電機が取り付けられる本体部１２と、本体部を、第一軸に対して垂直な、上下方向に伸びる第二軸に対して周方向に回転可能に支持する軸受部と、第二軸に沿って伸び、軸受部を保持する支持部材１４と、ステータと接続され、支持部材に沿って配置されるリード線と、本体部と支持部材とを接続する縄状の接続索１９と、を備え、接続索は、ケーブル部材１９３と、該ケーブル部材と接続される弾性部材１９４と、を有する風力発電装置である。【選択図】図３
2013163976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後方向に伸びる第一軸に沿って伸びる風車シャフトと、
前記風車シャフトの前方の端部に設けられ、前記第一軸に対して径方向外方に向かって伸びる複数のブレードを有する風車部と、
ステータと、前記ステータに対して回転し、前記風車シャフトと直接または変速機構を介して接続されるロータと、を有する発電機と、
前記発電機が取り付けられる本体部と、
前記本体部を、前記第一軸に対して垂直な、上下方向に伸びる第二軸に対して周方向に回転可能に支持する軸受部と、
前記第二軸に沿って伸び、前記軸受部を保持する支持部材と、
前記ステータと接続され、前記支持部材に沿って配置されるリード線と、
前記本体部と前記支持部材とを接続する縄状の接続索と、
を備え、
前記接続索は、ケーブル部材と、該ケーブル部材と接続される弾性部材と、を有する、風力発電装置。
【請求項２】
前記接続索は、前記ケーブル部材が前記支持部材と接続され、前記弾性部材が前記本体部と接続される、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記接続索と前記本体部との接続部は、前記接続索と前記支持部材との接続部よりも上方かつ後方に位置する、請求項１または２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記接続索は、前記支持部材の外周面における後側の部位と接続される、請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記弾性部材に対する負荷が最も小さい状態における、前記接続索の長さは、前記接続索と前記本体部との接続部から、前記接続索と前記支持部材との接続部までの前記第一軸方向の距離および前記接続索と前記本体部との接続部から前記接続索と前記支持部材との接続部までの前記第二軸方向の距離の和よりも短い、請求項３または４に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記弾性部材が弾性変形の許容範囲の限界まで伸びた状態における前記接続索の長さは、前記第二軸から、前記接続索と前記本体部との接続部までの前記第一軸方向の距離を半径とする仮想円の円周長さよりも長い、請求項３または４に記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記支持部材における、前記接続索と前記支持部材との接続部よりも上方の部位は、ゴム製または樹脂製の筒状の筒部材に覆われている、請求項３ないし６のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項８】
前記接続索は、ゴム製または樹脂製の管状のホースに覆われている、請求項１ないし６のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項９】
前記弾性部材が引張ばねである、請求項１ないし８のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１０】
前記本体部よりも後方に配置される尾翼部と、
前記尾翼部と前記本体部とを接続する尾翼支持部と、
をさらに備え、
前記接続索は、前記尾翼部および前記尾翼支持部よりも前方において、前記本体部と接続される、請求項１ないし９のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１１】
前記支持部材は略円柱状であり、
前記リード線は前記支持部材の内部に配置される、請求項１ないし１０のいずれか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、風力を利用して発電を行う風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、風力発電装置では、発電した電力を輸送するケーブルの捩れを防止しつつ、回転体と静止体との間で信号や電力を伝達するために、スリップリング装置を採用するものが知られている。例えば、特開２０００−２７４３４７号公報に開示される風力発電装置では、発電した電力を輸送するケーブルの途中にスリップリング装置を設けている。スリップリング装置は、スリップリングとブラシから構成され、スリップリングにブラシが接触することにより、回転体と静止体との間で信号や電力を伝達する。
【特許文献１】特開２０００−２７４３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特開２０００−２７４３４７号公報に開示されるようなスリップリング装置を採用すると、風力発電装置の構造が複雑になる上、コストが高くなってしまう。
【０００４】
本発明は、低コストかつ簡素な構造でケーブルの捩れを防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な一の側面に係る風力発電装置は、前後方向に伸びる第一軸に沿って伸びる風車シャフトと、風車シャフトの前方の端部に設けられ、第一軸に対して径方向外方に向かって伸びる複数のブレードを有する風車部と、ステータと、ステータに対して回転し、風車シャフトと直接または変速機構を介して接続されるロータと、を有する発電機と、発電機が取り付けられる本体部と、本体部を、第一軸に対して垂直な、上下方向に伸びる第二軸に対して周方向に回転可能に支持する軸受部と、第二軸に沿って伸び、軸受部を保持する支持部材と、ステータと接続され、支持部材に沿って配置されるリード線と、本体部と支持部材とを接続する縄状の接続索と、を備え、接続索は、ケーブル部材と、該ケーブル部材と接続される弾性部材と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、低コストかつ簡素な構造でケーブルの捩れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態に係る風力発電装置を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る風力発電装置の断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る支持部材の上部近傍の拡大断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る接続索と本体部との接続部近傍および接続索と支持部材との接続部近傍の拡大断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る支持部材の上部近傍の拡大断面図である。
【図６】図６は、第３実施形態に係る支持部材の上部近傍の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参考にしつつ説明する。なお、以下では、第一軸Ｊ１に沿う方向を前後方向として、風車シャフト１５に対して、風車部１１が配置される側を「前側」、前後方向におけるその逆側を「後側」とする。すなわち、図１の左側を「前側」、右側を「後側」とする。また、第二軸Ｊ２の沿う方向を上下方向とし、支持部材１４に対して、軸受部１７を保持する側を「上側」、上下方向におけるその逆側を「下側」とする。すなわち、図１の上側を「上側」、下側を「下側」とする。なお、前後方向および上下方向は、風力発電装置が設置されたときの位置関係や方向を示すものではない。
【０００９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る風力発電装置１０を示す図である。風力発電装置１０は、風車部１１と、本体部１２と、尾翼部１３と、尾翼支持部１３１と、支持部材１４と、を備える。
【００１０】
図２は、風力発電装置１０の断面図である。風力発電装置１０は、風車シャフト１５と、発電機１６と、軸受部１７と、リード線１８と、接続索１９と、をさらに備える。風車シャフト１５は、前後方向に伸びる第一軸Ｊ１に沿って伸びる。風車シャフト１５の前方の端部には、風車部１１が設けられる。風車部１１は、本体部１２よりも前方に配置される。また、尾翼部１３は、本体部１２よりも後方に配置される。
【００１１】
風車部１１は、複数のブレード１１１と、円板状のブレード固定部１１２と、キャップ部１１３と、を有する。ブレード１１１は、ブレード固定部１１２に固定される。キャップ部１１３は、ブレード固定部１１２の前方に取り付けられる。複数のブレード１１１は、第一軸Ｊ１に対して径方向外方に向かって伸びる。風車シャフト１５の後方の端部は、変速機構２０に接続される。本実施形態では、変速機構２０は、増速機である。
【００１２】
本体部１２は、ナセル１２１と、フレーム部１２２と、を有する。フレーム部１２２は、第１支持板１２３と、第２支持板１２４と、固定板１２５と、を有する。第１支持板１２３および第２支持板１２４は、風車部１１よりも後方にて第一軸Ｊ１に沿って配列される。また、第１支持板１２３および第２支持板１２４は第一軸Ｊ１に対して垂直である。固定板１２５は、第一軸Ｊ１方向に略平行な板状である。第２支持板１２４の後方にて、変速機構２０は風車シャフト１５と発電機１６とを接続する。
【００１３】
第１支持板１２３および第２支持板１２４のそれぞれは、貫通孔を有する。第１支持板１２３および第２支持板１２４それぞれの貫通孔は、同軸上に配置される。それぞれの貫通孔内には、玉軸受が固定される。第１支持板１２３および第２支持板１２４は、玉軸受を介して風車シャフト１５の前方の部位および後方の部位を回転可能に支持する。第２支持板１２４では、前方側の主面１２４ａに発電機１６が固定される。
【００１４】
尾翼支持部１３１は、前後方向に伸びる。尾翼１３が、尾翼支持部１３１の後方の部位に固定される。また、固定板１２５が、尾翼支持部１３１の前方の部位に固定される。すなわち、尾翼支持部１３１は、尾翼部１３と本体部１２の固定板１２５とを接続する。
【００１５】
発電機１６は、風車シャフト１５の下方に位置する。発電機１６は、風車シャフト１５近傍に存在することが好ましい。これにより、発電機１６の存在が風車部１１を通過する空気の流れに影響を与えることが防止される。
【００１６】
支持部材１４は、第一軸Ｊ１に対して略垂直な、上下方向に伸びる第二軸Ｊ２に沿って伸びる。支持部材１４は略円柱状の部材である。軸受部１７は、支持部材１４の上部に配置される。支持部材１４は、軸受部１７を保持する。軸受部１７は、本体部１２を第二軸Ｊ２に対して周方向に回転可能に支持する。
【００１７】
風力発電装置１０では、ナセル１２１の前方の部位が第１支持板１２３により閉塞され、ナセル１２１の下方の部位が固定板１２５により閉塞される。その結果、ナセル１２１、第１支持板１２３および固定板１２５により、発電機１６、第２支持板１２４および変速機構２０を収容する収容空間９が構成される。これにより、本体部１２内への塵や水等の進入が抑えられる。
【００１８】
発電機１６は、ステータ１６１と、ステータ１６１に対して回転し、風車シャフト１５と変速機構２０を介して接続されるロータ１６２と、を有する。発電機１６のステータ１６２は、前側の主面１２４ａに固定される。
【００１９】
また、リード線１８は、支持部材１４に沿って配置される。本実施形態では、リード線１８は、支持部材１４の内部に配置される。リード線１８の一方の端部は、ステータ１６１に接続される。リード線１８の他方の端部は、支持部材１４の内部を通ってコントローラ（制御装置）等に接続される。
【００２０】
風力発電装置１０では、気流により風車部１１および風車シャフト１５が回転し、風車シャフト１５からの動力が変速機構２０を介して発電機１６に伝達される。そして、発電機１６にて生成された電力が、リード線１８を介して送電される。
【００２１】
本体部１２と支持部材１４とは、縄状の接続索１９によって接続される。接続索１９で、本体部１２と支持部材１４とを接続することにより、本体部１２における基準位置からの回転量を一定の範囲に制限することができる。すなわち、接続索１９が張った状態になると、本体部１２の回転が止まる。これにより、低コストかつ簡素な構造でケーブルの過度な捩れを防止することができる。
【００２２】
なお、本明細書では、無風状態において本体部１２が最も安定する。ここで安定とは、支持部材１４に対して本体部１２が回転しない状態を維持することを指す。本体部１２の第二軸Ｊ２における周方向位置を「基準位置」と定義する。すなわち、「基準位置」は、接続索１９に対する負荷が最も小さい状態での、本体部１２の第二軸Ｊ２における周方向位置である。
【００２３】
また、接続索１９は、尾翼部１３および尾翼支持部１３１よりも前方において、本体部１２と接続される。これにより、本体部１２の回転により、接続索１９が、尾翼部１３および尾翼支持部１３１に絡まることが防止でき、接続索１９の切断や尾翼部１３および尾翼支持部１３１の破損等を防止できる。
【００２４】
図３は、第１実施形態に係る支持部材１４の上部近傍の拡大断面図である。接続索１９と本体部１２との接続部２１は、接続索１９と支持部材１４との接続部２２よりも上方かつ後方に位置する。接続部２１が、接続部２２よりも後方に位置するため、接続索１９が風車部１１に干渉することを容易に防止できる。これにより、接続索１９の切断や風車部１１の破損等を防止できる。
【００２５】
接続索１９は、鋼索であるケーブル部材１９３と、該ケーブル部材１９４と接続される弾性部材１９４と、を有する。本実施形態では、弾性部材１９４は、コイル状の引張ばねである。接続索１９が弾性部材１９４を有することにより、風向きに追従して回転した本体部１２に対して基準位置に戻る方向の力を作用させることができる。
【００２６】
接続索１９のケーブル部材１９３は、支持部材１４に接続される。具体的には、ケーブル部材１９３は、支持部材１４の外周面における後側の部位と接続される。また、接続索１９の弾性部材１９４は、本体部１２に接続される。具体的には、弾性部材１９４は、本体部１２の固定板１２５の下面に接続される。
【００２７】
ケーブル部材１９３は、弾性部材１９４よりも長い。ケーブル部材１９３は、弾性部材１９４が弾性変形の許容範囲の限界まで伸びた状態よりも長い。
【００２８】
図３および図４で示すように、弾性部材１９４に対する負荷が最も小さい状態における、弾性部材１９４の長さは、ケーブル部材１９３の長さよりも短い。
【００２９】
また、弾性部材１９４に対する負荷が最も小さい状態における、接続索１９の長さは、
接続索１９と本体部１２との接続部２１から接続索１９と支持部材１４との接続部２２までの第一軸Ｊ１方向の距離Ｘおよび接続索１９と本体部１２との接続部２１から接続索１９と支持部材１４との接続部２２までの第二軸Ｊ２方向の距離Ｙの和よりも長い。これにより、本体部１２における基準位置からの回転量を容易に設定できる。
【００３０】
さらに、本実施形態では、弾性部材１９４が弾性変形の許容範囲の限界まで伸びた状態における接続索１９の長さは、第二軸Ｊ２から接続索１９と本体部１２との接続部２１までの第一軸Ｊ１方向の距離Ｘ１を半径とする仮想円の円周長さよりも長い。これにより、第二軸Ｊ２の周方向において、どのような風向きにも本体部１２が追従できる。
【００３１】
図５は、第２実施形態に係る支持部材１４の上部近傍の拡大断面図である。支持部材１４の上部、具体的には、支持部材１４における、接続索１９と支持部材１４との接続部２２よりも上方の部位は、ゴム製または樹脂製の筒状の筒部材２４に覆われている。これにより、本体部１２の回転により、接続索１９が支持部材１４に巻きついた場合であっても、支持部材１４および接続索１９の損傷を低減できる。また、支持部材１４および接続索１９の損傷を、筒部材２４という安易な構成により低減できる。
【００３２】
図６は、第３実施形態に係る支持部材１４の上部近傍の拡大断面図である。接続索１９は、ゴム製または樹脂製の管状のホース２３に覆われている。これにより、本体部１２の回転により、接続索１９が支持部材１４に巻きついた場合であっても、支持部材１４および接続索１９の損傷を低減できる。また、支持部材１４および接続索１９の損傷を、ホース２３という安易な構成により低減できる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００３４】
上記実施形態では、変速機構２０は、増速機であるが、減速機であってもよい。また、発電機１６のロータ１６２は、変速機構２０を介さずに、風車シャフト１５に直接接続されてもよい。
【００３５】
発電機１６を安定して支持することができるのであれば、発電機１６は風車シャフト１５の上方にて第２支持板１２４に固定されてもよい。
【００３６】
発電機として、回転部が静止部の外側に位置するアウタロータ型が利用されてもよい。
【００３７】
上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、風力を利用して発電を行う風力発電装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０    風力発電装置
１１    風車部
１２    本体部
１２１  ナセル
１３    尾翼部
１３１  尾翼支持部
１４    支持部材
１５    風車シャフト
１６    発電機
１６１  ステータ
１６２  ロータ
１７    軸受部
１８    リード線
１９    接続索
１９１  ケーブル部材
１９２  弾性部材
２０    変速機構
２１    接続部
２２    接続部
２３    ホース
２４    筒部材
【図１】
2013163976.tif 000003
【図２】
2013163976.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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