(57)【要約】【課題】風力発電の大規模化に伴い、プロペラ風車の大型化が要求される風力発電業界において、大重量物の発電機をこれまでは高所に設けられているが、簡単な原理でこれを低位置に設けることのできる風力発電装置を提供する。【解決手段】本発明の風力発電装置は略水平に設けたプロペラ風車の回転軸の回転力を、曲管内で自在継手をつなぎ合わせた簡単な原理で、タワー内に設けた縦軸回転軸に伝え、低位置のタワー基部近傍の発電機に伝えることにより、大重量物の発電機を高所から低所に移して発電させる。【選択図】図１
2013119843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略鉛直に立設したタワー上部に、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレードを集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸を設けた風車と、前記タワー内に略鉛直に設けた縦軸回転軸と、前記略水平に設けたローター回転軸の回転を前記縦軸回転軸に伝える自在継手と、タワー基部近傍に発電機とを設けた風力発電装置において、前記風車の回転を、前記自在継手を介して前記縦軸回転軸からタワー基部近傍に設けた発電機に伝え、発電機を回転させて発電する風力発電装置。
【請求項２】
前記自在継手は曲管内に複数個連結したことを特徴とする請求項1記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記曲管は管の切りまげにて曲管を構成した請求項2記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記曲管内部に連結した前記自在継手と自在継手が、連結軸を介して接続させるとともに、曲管内面より全記連結軸を軸受けにて支持した請求項2乃至3のいずれか一項記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記曲管内部に連結した前記自在継手と自在継手が、連結軸を介して接続させるとともに、前記連結軸の外部に環を設けたことを特徴とする項２乃至４のいずれか一項記載の風力発電装置。
【請求項６】
略鉛直に立設したタワー上部に、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレードを集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸を設けた風車と、前記タワー内に略鉛直に設けた縦軸回転軸と、前記略水平に設けたローター回転軸の回転を前記縦軸回転軸に伝える自在継手と、前記ローター回転軸の出力部と自在継手を収納したナセルと、タワー基部近傍に発電機とを設けた風力発電装置において、前記風車の回転を、前記自在継手を介して前記縦軸回転軸からタワー基部近傍に設けた発電機に伝え、発電機を回転させて発電することを特徴とし、前記ナセル内部にクレーンを設けた請求項1乃至５のいずれか一項記載の風力発電装置。
【請求項７】
略鉛直に立設したタワー上部に、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレードを集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸を設けた風車と、前記タワー内に略鉛直に設けた縦軸回転軸と、前記略水平に設けたローター回転軸の回転を前記縦軸回転軸に伝える自在継手と、前記風車を風の来る方向に向ける方向制御翼と、タワー基部近傍に発電機とを設けた風力発電装置において、前記風車の回転を、前記自在継手を介して前記縦軸回転軸からタワー基部近傍に設けた発電機に伝え、発電機を回転させて発電することを特徴とし、前記風車を、風の来る方向に向ける方向制御翼を設けて発電する請求項１乃至６のいずれか一項記載の風力発電装置。
【請求項８】
風を受けて風力エネルギーを吸収するブレードを集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸を設けた風車を、風の来る方向に向ける方向制御翼を設けた風力発電装置において、前記方向制御翼の内部にクレーンを設けたことを特徴とする請求項７に記載の風力発電装置。
【請求項９】
略鉛直に立設したタワーの上部に、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレードを集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸を設けた風車と、前記タワー内に略鉛直に設けた縦軸回転軸と、前記略水平に設けたローター回転軸の回転を前記縦軸回転軸に伝える自在継手と、タワー基部近傍に発電機とを設けた風力発電装置において、前記風車の回転を、前記自在継手を介して前記縦軸回転軸からタワー基部近傍に設けた発電機に伝え、発電機を回転させて発電することを特徴とし、前記風車の略水平に設けたローター回転軸の上下方向風向きの傾斜角度ならびに風車の上下方向風向きの傾斜角度を風向きに合せて調整するため、前記ローター回転軸の軸受部左右両側で軸受部を支持する支持台に案内溝を設けると共に、前記軸受部の左右両側に案内ピンを設けて案内溝に案内ピンを挿入し、スライド作用により、前記風車の傾斜角度を風向きに合せて調整して発電する風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は陸上もしくは海洋上に着床或いは水面上に浮かばせた浮体に風力発電装置を搭載して発電する風力発電装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から地球温暖化や様々な地球環境破壊などが叫ばれてきたが、これらの問題は近年になってますます大きくなっている。これらは、化石エネルギー資源の使用による二酸化炭素排出問題とも密接に関連している。その化石エネルギー資源には、枯渇問題などエネルギー資源そのものの量的問題等がある。これらの問題に対して省エネルギー、省資源が叫ばれる一方で、二酸化炭素排出のないクリーンな自然エネルギーの早期導入、早期実用化が全世界的な課題になっている。
【０００３】
また、原子力発電による電気エネルギーの供給が行われているが、原子力利用に関する問題としては、原子力発電所などの原子炉の老朽化や地震、津波、天災、人災などに伴って発生し得る放射能漏れ事故がある。周知のように放射能は生態環境への悪影響が大きく、放射能漏れ事故が発生したときには、福島原発事故等の例を見ても、地域住民の生活環境への悪影響が大きく、被害も甚大になる虞がある。
【０００４】
我が国の陸上における風力発電装置では装置の大規模化に伴い、低周波騒音問題など公害問題がある。国土の狭い我が国ではこれらの問題を踏まえ、これ以上陸上では新規立地が困難な状況にあるが、福島原発事故などの影響で電力不足に陥り、早急に新たなエネルギー開発を推進しなくてはならない状況にある。騒音、公害問題などを配慮しつつ、安全性、安定性、効率化、メンテナンス性などの分野で、これまでの装置を大幅な改善と推進が緊急に求められている。
【０００５】
地球表面積の７１パーセントが海であり、我が国は四方海に囲まれた海洋国である。また、我が国は海の面積を入れると世界有数の大国であるため、海を有効に利用して、海洋上に着床式、或いは浮体式の洋上風力発電装置を設けるならば、低周波騒音など公害問題も解決するばかりか、大規模化が可能であるため、原子力発電の代替エネルギーとして役立たせる必要がある。
【０００６】
また、離島などにおける風力発電開発は、陸上、洋上を問わず現在は人の住めないような無人島、例えば尖閣諸島や沖ノ鳥島、小笠原諸島などの島々への居住を可能にし、釣り場や観光地としての可能性を高めるために、離島における石油などの運搬費とエネルギー資源の節約や観光、水産業などの拡大による島民の生活向上や利便性の向上、或いは国民の広域活動と都市集中型人口の分散化などを図るためにも、その海を有効に利用する必要がある。
【０００７】
海洋には波エネルギーや風力、太陽光、海流、潮汐などの海洋エネルギー資源が多く存在するにもかかわらず、これらを安価に効率よく発電し、安定電源として有効利用できる装置が今一歩足りない状況にある。そのため、これを早急に開発し、人間生活に有効に利用することが社会的にも経済的にも必要であり、その第一歩として身近な風力発電装置の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許願第２０１０−６７３６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これまでの風力発電装置は、陸上もしくは海洋上で強烈な風力や波エネルギーならびにその振動を受けた場合には、風力発電装置が十分に作動できないばかりか破壊される虞があった。これまでの技術として、カーブアウト領域ならびにカットアウト装置などにより風速２５ｍを超えると風車の回転を止めなくてはならない問題があった。また、装置の傾きや転倒破壊を防止するためにも、発電機や増速機など重量物はできえる限りタワー基部近傍の低位置に設け、装置全体の重心を下げ、装置の安定性、安全性、機構の簡略化、メンテナンス性、効率化を図らなくてはならない問題があった。
【００１０】
また、装置の大規模化に伴い機構を簡略化し、装置は出来る限りドックなど陸地の工場で製作、組み立て、一体化し、コンパクトで安価に製造、設置して、メンテナンス費、運転コストなどすべてをコスト低下に導くことが、発電原価の低下につながるため、現地作業を極力減じなくてはならない問題もあった。
【００１１】
特に洋上風力発電装置などの曳航時において、予期せぬ低気圧の到来や、突風の遭遇においても、簡単に対応できて、装置を安全に守り、装置上部での高所作業は出来得る限り避けることのできる装置の機構、構成でなくてはならない問題もあった。  
【００１２】
本発明は、陸上ならびに海洋上においてこのような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、曳航距離や、現場の気象条件などさまざまな問題点を解決し、風車による低速回転、高トルクの動力を効率よく、比較的簡単に、合理的安全に発電機に伝えて発電するとともに、台風時などの大風や大波に耐え、装置の重心を低くすることで装置の転倒作用を極力抑え、安全性、安定性を高め、強風によるカーブアウトの範囲を有効利用し、カットアウト操作の範囲を縮小し、稼働率を高め、高効率で安価な発電原価の発電装置を開発することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］略鉛直に立設したタワー（２）の上部に、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（４）を集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸（５）を設けた風車（６）と、前記タワー（２）内に略鉛直に設けた縦軸回転軸（７）と、前記略水平に設けたローター回転軸（５）の回転を前記縦軸回転軸（７）に伝える自在継手（８）と、タワー基部（９）近傍に発電機（１０）とを設けた風力発電装置において、前記風車（６）の回転を、前記自在継手（８）を介して前記縦軸回転軸（７）からタワー基部（９）近傍に設けた発電機（１０）に伝え、発電機（１０）を回転させて発電する風力発電装置。
【００１４】
［２］前記自在継手（８）は曲管（２１）内に複数個連結したことを特徴とする項1記載の風力発電装置。
【００１５】
［３］前記曲管（２１）は管の切りまげにて曲管（２２）を構成した項２記載の風力発電装置。
【００１６】
［４］前記曲管（２２）内部に前記自在継手（８）と自在継手（８）が、連結軸（２５）を介して接続させるとともに、曲管内面（２４）より前記連結軸（２５）を軸受（２６）にて支持した項２乃至項3のいずれか一項記載の風力発電装置。
【００１７】
［５］前記曲管（２２）内部に前記自在継手（８）と自在継手
（８）が、連結軸（２５）を介して接続させるとともに、前記連結軸（２５）
の外部に環（２７）を設けたことを特徴とする項２乃至項４のいずれか一項記載の風力発電装置
【００１８】
［６］略鉛直に立設したタワー（２）の上部に、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（４）を集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸（５）を設けた風車（６）と、前記タワー（２）内に略鉛直に設けた縦軸回転軸（７）と、前記略水平に設けたローター回転軸（５）の回転を前記縦軸回転軸（７）に伝える自在継手（８）と、前記ローター回転軸（５
）の出力部と自在継手（８）を収納したナセル（１１）と、タワー基部（９）近傍に発電機（１０）とを設けた風力発電装置において、前記風車（６）の回転を、前記自在継手（８）を介して前記縦軸回転軸（７）からタワー基部（９）近傍に設けた発電機（１０）に伝え、発電機（１０）を回転させて発電することを特徴とし、前記ナセル（１１）内部にクレーン（３１）を設けた項1乃至項５のいずれか一項記載の風力発電装置。
【００１９】
［７］略鉛直に立設したタワー（２）上部に、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（４）を集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸（５）を設けた風車（６）と、前記タワー（２）内に略鉛直に設けた縦軸回転軸（７）と、前記略水平に設けたローター回転軸（５）の回転を前記縦軸回転軸（７）に伝える自在継手（８）と、前記風車（６）を風の来る方向に向ける方向制御翼（４１）と、タワー基部（９）近傍に発電機（１０）とを設けた風力発電装置において、前記風車（６）の回転を、前記自在継手（８）を介して前記縦軸回転軸（７）からタワー基部（９）近傍に設けた発電機（１０）に伝え、発電機（１０）を回転させて発電することを特徴とし、前記風車（６）を、風の来る方向に向ける方向制御翼（４１）を設けて発電する項１乃至項６のいずれか一項記載の風力発電装置。
【００２０】
［８］風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（４）を集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸（５）を設けた風車（６）を、風の来る方向に向ける方向制御翼（４１）を設けた風力発電装置において、前記方向制御翼（４１）の内部にクレーン（４２）を設けたことを特徴とする項７に記載の風力発電装置。
【００２１】
[９］略鉛直に立設したタワー（２）の上部に、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（４）を集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸（５）を設けた風車（６）と、前記タワー（２）内に略鉛直に設けた縦軸回転軸（７）と、前記略水平に設けたローター回転軸（５）の回転を前記縦軸回転軸（７）に伝える自在継手（８）と、タワー基部（９）近傍に発電機（１０）とを設けた風力発電装置において、前記風車（６）の回転を、前記自在継手（８）を介して前記縦軸回転軸（７）からタワー基部（９）近傍に設けた発電機（１０）に伝え、発電機（１０）を回転させて発電することを特徴とし、前記風車（６）の略水平に設けたローター回転軸（５）の上下方向風向きの傾斜角度ならびに風車（６）の上下方向風向きの傾斜角度を風向きに合せて調整するため、前記ローター回転軸（５）の軸受（１３）部左右両側で軸受（１３）部を支持する支持台（１６）に案内溝（１７）を設けると共に、前記軸受（１３）部の左右両側に案内ピン（１８）を設けて案内溝に案内ピンを挿入し、スライド作用により風車(６)の傾斜角度を風向きに合せて調整して発電する項１乃至項８のいずれか一項記載の風力発電装置。
【００２２】
前記本発明は次のように作用する。
略鉛直に立設したタワー（２）の上部に、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（４）を集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸（５）を設けた風車（６）と、前記タワー（２）内に略鉛直に設けた縦軸回転軸（７）と、前記略水平に設けたローター回転軸（５）の回転を前記縦軸回転軸（７）に伝える自在継手（８）と、タワー基部（９）近傍に発電機（１０）とを設けた風力発電装置において、前記風車（６）の回転を、前記自在継手（８）を介して前記縦軸回転軸（７）からタワー基部（９）近傍に設けた発電機（１０）に伝え、発電機（１０）を回転させて発電する。
【００２３】
また、前記自在継手（８）は曲管（２１）内で複数個連結することにより、略水平に設けられたローター回転軸（５）の回転を、略鉛直に設けた縦軸回転軸（７）に伝えることができる。このとき自在継手（８）の連結したものを曲管（２１）内で回転させることにより、曲管（２１）はガイド役を果たし、予測外の変形、捩れ、破壊などを免れるばかりでなく、金属部等の摩擦部に潤滑剤としてグリース油等潤滑油を付着させても外部に漏れたり、人体などに触れることがなく、カバーとしての役目が十分に果せるとともに、潤滑効果が大きいため、円滑に縦軸回転軸（７）に回転を伝えることができる。
【００２４】
さらに、装置が大規模化した場合には、前記曲管（２１）は管の切りまげにて曲管（２２）を構成することにより、非常に安価に製作できるため、発電原価を引き下げる大きな要因となる。また、その切りまげ部分の折れ線部分に自在継手（８）を配置することにより、自在継手（８）と切り曲げ部の曲管内面（２４）の摩擦を減じることができるため、ローター回転軸（５）の出力部、或いは増速機（１５）の出力軸（ａ）の回転を円滑に自在継手（８）に伝え、またそれが自在継手（８）の出力軸（ｂ）に伝えられる。そして、その切り曲げ部分にフランジ（２３）等を設けることにより、製作、組立、メンテナンスなどの作業性にも便利である。
【００２５】
さらに、前記曲管（２２）内部に複数個連結した前記自在継手（８）と自在継手（８）が連結軸（２５）を介して接続させるとともに、前記曲管内面（２４）より前記連結軸（２５）を軸受（２６）にて支持することにより、連結軸（２５）と軸受（２６）部の円滑な回転が行われ、切り曲げ曲管（２２）内部での予測外の自在継手（８）の動き、配置のずれ、捩れ、変形などが少ないため、自在継手（８）の入力回転を、円滑に出力回転に伝えることができる。
【００２６】
また、前記連結軸(２５)の外部に環(２７)を設け、環（２７）の外形を自在継手（８）の外形より大きくすることにより、前記環（２７）の外面は、前記曲管内面(２４)に触れるが、前期自在継手(８)の外面は触れないため、効率アップと耐久性を増すことができる。
【００２７】
また、風力発電装置Ａのナセル（１１）内部にクレーン（３１）を設け、運転時はナセル（１１）内部に収納すると共に、メンテナンスなど作業時にはクレーン（３１）のビームを延出させて使用することにより、装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどに非常に便利良く作業が行える。外部より大型レッカーなど重機、クレーン船の持ち込みの必要がないため、トータル的に大幅な経費の節減が行われ、発電原価を大幅に引き下げることができる。
【００２８】
また、大重量の発電機(１０)がタワー(２)上部からタワー基部(９) 近傍に移したバランスくずれの対策を兼ねて、風を受けるブレード（４）の鉛直荷重とクレーン（３１）の鉛直荷重を略吊り合せて装置のバランスを取ることにより、装置の転倒、破壊などの事故を未然に防止するだけでなく、風車(６)の回転をスモーズに回転させることができるため、発電効率の上昇にもつながる。
【００２９】
一方、風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（４）を集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸（５）を設けた風車（６）を、風の来る方向に向ける方向制御翼（４１）を設けることにより、装置の効率上昇を図ることができる。近年の風力発電装置には方向制御翼（４１）の取り付けはあまり見られず、風の来る方向に向ける装置としてヨー駆動装置等が搭載されている。しかし、海洋等の浮体式洋上風力発電装置などにおいては、潮風等による塩害が故障の原因となりやすく、システムの簡略化などの面で自然の操作に頼れるものは頼る必要がある。
【００３０】
また、大重量の発電機(１０)がタワー(２)上部からタワー基部(９) 近傍に移したバランスくずれの対策を兼ねて、風車（６）の鉛直荷重ならびにそのモーメントと、方向制御翼（４１）の鉛直荷重ならびにそのモーメントのバランスを取ることにより、前記した通り、転倒、破壊などの事故を未然に防止するだけでなく、風車(６)の回転をスムーズに回転させることができるため、発電効率の上昇につながる。
【００３１】
さらに、上記風を受けて風力エネルギーを吸収するブレード（４）を集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸（５）を設けた風車（６）を、風の来る方向に向ける方向制御翼（４１）を設けた風力発電装置において、上記方向制御翼（４１）の内部にクレーン（４２）を設けたことにより、これも前記した通り、装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどにも作業の簡略化が行われ、風車（６）とのバランスを取ることにより効率上昇が行われ、トータルシステムとして大幅な発電原価の引き下げが行われる。
【００３２】
また、風車（６）の略水平に設けたローター回転軸（５）の傾斜角度ならびに風車（６）の傾斜角度を修正するため、前記ローター回転軸（５）の軸受（１３）部左右両側で軸受（１３）部を支持する支持台（１６）に案内溝（１７）を設けると共に、前記軸受（１３）部左右両側に案内ピン（１８）を設け、前記案内溝（１７）内で前記案内ピン（１８）をスライドさせて、上記風車（６）の風の来る上下方向の傾斜角度を風向きに合せて」調整することにより、風向きの上下方向の傾斜角度と風車（６）の風の来る上下方向の傾斜角度を一致させて効率上昇を図る場合と、その反面、台風時等の強風には、わざとこれを変化させ、効率悪化に導きながら運転し、装置の破壊を防止するとともに、強風時の膨大なエネルギーを吸収可能限界近くまで吸収することもあるものとする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明にかかる風力発電装置によれば、自在継手を比較的簡単につなぎ合わせ、略水平軸の回転を略鉛直の縦軸回転軸の回転に伝えることができるため、発電機や増速機の一部などの重量物部分がタワー上部に設ける必要もなくタワー基部の近傍に設置できるため、装置重心の位置を低く抑え、運搬、曳航時、地震や津波、台風時などの風圧、動揺、振動などにも安定性が良いため、効率上昇につながり、強度的にも部材の削減が行われ、発電原価の引き下げができる。
【００３４】
また、保守、点検メンテナンスなどにおいても、地上もしくは水面近くの浮体内、或いは浮体上に設けられるため、高所作業を減じ、足場、作業性等の作業の簡略化が行えるためその効果は大きい。
【００３５】
これまでのプロペラ風車における縦軸型式の動力伝達は笠歯車やウオームギヤーなどによるものが多いが、歯車は部分的摩耗が大きく長期間運転できない等機構上信頼性に乏しいばかりでなくギヤーホックス等重量を減ずることができない致命的な問題があった。また、油圧等を用いた場合には装置が複雑化することと、タワー上部に複雑で大掛かりな油圧ポンプ、オイルモーターなどを設けなくてはならないため、これらが大重量物となる恐れがあり、装置の重心が下がらない等の問題もあったため、その効果は大きい。
【００３６】
そこで本発明は自動車産業等では豊富な実績を有し、比較的簡単な自在継手の組み合わせにより、台風時等の過剰運転や長期間の運転に耐えられることの効果は大きい。また、前記した曲管、自在継手は機構が単純なため、製造が簡単で材質的にも炭素繊維、或いはアルミ、アルミ合金、チタン、セラミック等の軽量材料が使用可能であるために、高所での軽量化をさらに進めることができることから安全性、安定性、経済性の効果が更によくなるため、発明の効果は大きい。
【００３７】
また、装置内にうまくクレーンを組み込ませることにより、装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどに有効に利用できるため、外部の大がかりなレッカー、重機、クレーン船等調達の必要もなく、風のある海域には必ず波が（風波）があると言われるだけあって、波浪海域での現地工事の削減はトータルシステムとして、安全性、安定性、経済性等において発電原価の大幅な引き下げができるために、本発明の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る風力発電装置Ａおよびその構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態に係る風力発電装置Ａにおける曲管と曲管内における自在継手の組み合わせを示す縦断面図である。
【図３】図２における別形式の曲管構成と自在継手の組み合わせを示す縦断面図である。
【図４】図３における曲管内の別型式の自在継手の組み合わせを示す縦断面図である。
【図５】本発明の第一の実施の形態に係る風力発電装置Ａにクレーンを設けたその構成を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態に係る風力発電装置Ｂおよびその構成を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態に係る風力発電装置Ｂにクレーンを設けたその構成を示す縦断面図である。
【図８】図１及び図５、図６、図7におけるＸ-Ｘ矢視図である。
【図９】図８におけるＺ−Ｚ矢視図である。
【図１０】図７におけるＹ-Ｙ矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図面に基づき本発明の好適な各種実施の形態を説明する。  
図１から図１０は本発明の実施の形態を示している。  
図１は、本発明の第一の実施の形態に係る風力発電装置Ａおよびその構成を示す図であり、図２は、本発明の第一の実施の形態に係る風力発電装置Ａにおける曲管と曲管内における自在継手の組み合わせを示す縦断面図である。
図３は、図２における別形式の曲管構成と自在継手の組み合わせを示す縦断面図である。
図４は図３における曲管内の別型式における組み合わせを示す縦断面図である。
図５は、本発明の第一の実施の形態に係る風力発電装置Ａにクレーンを設けたその構成を示す縦断面図である。
図８は図１及び図５、図６、図７におけるＸ-Ｘ矢視図である。
図９は図８におけるＺ−Ｚ矢視図であり、図１、図５、図６、図７における軸受け１３部付近の拡大図である。
図１０は図７におけるＹ-Ｙ矢視断面図である。
【００４０】
風力発電装置Ａおよび風力発電装置Ｂは陸上や海岸域、或いは大陸棚等に設置して風力エネルギーを有効に利用して発電するものである。
以下の説明では本発明の発電装置Ａを海洋上における浮体式洋上風力発電装置として海に使用するものとして説明する。
【００４１】
図１に示したように、本発明は海洋上で海面Ｓ上の浮体１の上部に  略鉛直に立設したタワー２の上部に設けた回転台座３に、風Ｆを受けて風力エネルギーを吸収するブレード４を集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸５を設けた風車６と、前記タワー２内に略鉛直に設けた縦軸回転軸７と、前記略水平に設けたローター回転軸５の回転を前記縦軸回転軸７に伝える自在継手８と、タワー基部９近傍に発電機１０とを設けた風力発電装置Ａにおいて、前記風車６の回転を、前記自在継手８を介して前記縦軸回転軸７からタワー基部９の近傍に設けた発電機１０に伝え、発電機１０を回転させて発電するように構成されている。
【００４２】
タワー２の上部に設けた回転台座３には風車６ならびにそのローター回転軸５などを搭載したナセル１１とナセル１１の基盤１２が風車６を風の方向に向けるための回転台ならびにヨー駆動装置等が設けられ、タワー２内の縦軸回転軸７の中心線を中心としてナセル１１ならびにナセル１１の基盤１２は安全に回転できるものとする。
【００４３】
また、風Ｆを受けて風力エネルギーを吸収するブレード４を集合し、ハブなどを介して略水平に設けたローター回転軸５を設けた風車６のローター回転軸５は、軸受１３に支えられ、ナセル１１の基盤１２の上面に、ネジ式或いは、油圧シリンダーなどを用いたジャッキ装置１４を介して支えられている。
【００４４】
ジャッキ装置１４の下方はナセル１１の基盤１２にラグ等を設けて、ピン１９で支持されるとともに、ジャッキ装置１４の上方は軸受１３にラグ等を設けてピン２０で支持されている。軸受１３にはローター回転軸５の回転が増速される増速機１５が連結され、ローター回転軸５の回転が増速され、増速機１５の出力軸ａを介して自在継手８に伝えられるものとする。ただし、設計次第によっては増速機１５は設けないでローター回転軸５の出力部を直接自在継手８に接続する場合もある。
【００４５】
軸受１３の左右両側には支持台１６が設けられ、これに案内溝１７が支持台１６の内側に設けられ、自在継手の２段目の接続点（図２、図３、図４参照）で半径Ｒの中心点ｃより、Ｒを半径とした円弧状に設けられている。また、軸受１３の左右両側には支持台１６の内側の案内溝１７に案内スライドされる案内ピン１８が前記Ｒを半径とした円弧状に軸受１３に突起した状態で固着されている。ナセル１１の基盤１２に設けたジャッキ装置１４を作動させることにより、軸受１３は案内溝１７の案内作用により、軸受け１３に突起した状態で固着した案内ピン１８が、前記Ｒを半径とした円弧状に案内スライドするものとする。
【００４６】
また、発電機１０を回転させるにはタワー基部９の近傍で、タワー２内に略鉛直に設けた縦軸回転軸７より、タワー基部９の近傍でＶベルト用Ｖプーリー、或いはチェーン用チエーンスプロケット、歯車など動力伝達機構ならびに増速機構を用いて、縦軸回転軸７の回転を発電機１０に伝え発電機１０を回転させて発電するものとする。
【００４７】
また、縦軸回転軸７は座屈、変形、脱落等回転に支障を来たさないようにタワー２よりスラスト軸受、ラジアル軸受等を用いて支持されているものとする。
【００４８】
これまでの風力発電装置のほとんどは、タワー２の上部の高所に風力発電装置１基に対し、発電機は１基で搭載されている。しかし、発電機１基で自然界の大幅な出力、回転数の変化などを広範囲に対応するには、発電機はおのずと大重量物とならざるを得ない。本発明では、発電機１０は低位置に移すことで設置エリアが広く、足場、作業性の良いタワー基部９の近傍に配置されるため、発電機１０を複数個に分割することも、それぞれの仕様を変えて別々に運転することもできる。風Ｆが弱いときには発電機の運転基数を減じて調整するなどコントロール操作し、トータル的に発電効率を上昇させる対策もとられているものとする。
【００４９】
また、浮体１のメンテナンスや曳航時にはタワー２の上部からワイヤーをかけて抵抗板を吊り上げるなどの都合上、縦軸回転軸７ならびのその軸受部等は7‘、７“の位置程度まで移動できるよう軸受支持部等にも移動（スライド）機構が設けられているものとする。
【００５０】
図２に示すように、前記自在継手８は曲管２１内で複数個連結することにより、略水平に設けられたローター回転軸５の出力部、或いは増速機１５の出力軸ａの回転を、（設計次第によっては増速機１５は設けないこともある）略鉛直に設けた縦軸回転軸７に伝えることができる。このとき自在継手８の連結したものを曲管内で回転させることにより、曲管の内面でガイドされ、予測外の変形、捩れ、破壊などを免れるばかりでなく、金属などの摩擦部に潤滑剤としてグリース油等潤滑油を付着させても曲管の外部に漏れたり、作業者に触れることがなくカバーとしての役目が十分に果たせるために、作動効果を上昇させ、円滑にローター回転軸５の出力部、或いは増速機１５の出力軸ａの回転を自在継手８の出力軸ｂに伝えることができるものとする。
【００５１】
さらに図３に示すように、装置が大規模化した場合には、前記曲管２１は管の切りまげにて曲管２２を構成することにより、管の製造、加工、製作などは非常に安価にできるため、発電原価を引き下げる大きな要因となる。また、その切りまげ部分に自在継手８を配置することにより、切り曲げ部での自在継手８の外面と曲管２２の内面２４の接触をさけ、摩擦を減じることができるため、ローター回転軸５の出力部、或いは増速機１５の出力軸ａの回転を円滑に自在継手８の出力軸ｂに伝えられるものとする。
【００５２】
そして、その切り曲げ部分にフランジ２３等を設けることにより、製作、組立、メンテナンスなどにも非常に便利である。また、フランジの位置は管の切りまげ部分より少し離れた位置などに設けてもよし、組立、メンテナンスなどの都合上、手穴、マンホールの取り付けや、縦割りフランジ等を設けて分割化することもできるものとする。
【００５３】
さらに図３では、前記曲管２２の内面２４に複数個連結した前記自在継手８と自在継手８が連結軸２５を介して接続させるとともに、前記曲管２２の内面２４より前記連結軸２５を軸受２６にて支持することにより、連結軸２５と軸受２６部の円滑な回転により、切り曲げ曲管内面２４での予測外の自在継手８の動き、縦横の配置のずれ、捩れ、変形などが少なく押さえられるため、ローター回転軸５の出力部、或いは増速機１５の出力軸ａの回転を、円滑に自在継手８の出力軸ｂに伝えることができるものとする。
【００５４】
また、図４に示すように前記連結軸２５の外部に環２７を設け連結軸２５と環２７、前記曲管２２の曲管内面２４は互に接触部においてスムースに回転、スライドが自由にできるものとする。
【００５５】
また、図５に示すように、風力発電装置Ａのナセル１１の内部にクレーン３１を設けることにより、装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどに非常に便利良く作業が行える。外部より大型レッカー、重機やクレーン船等の調達の必要がないため、大幅な経費の節減が行われ、安全で安定性、経済的であるため、発電原価を大幅に引き下げることができるものとする。
【００５６】
そして、本発明の装置にクレーンを設けない場合には保守、点検、メンテナンスなどにおいて、本発明の風力発電装置Ａと、別途台船等に搭載したクレーン等において、風や波浪などによる動揺が相互間で干渉し、事故発生につながることも十分考えられるため、クレーンは出来る限り本発明の装置本体に設け、事故を未然に防止する必要がある。
【００５７】
また、クレーンが高所に設けられるため、高所での重量物の搭載は転倒を招くために、出来るだけ避けなければならない問題もあるが、近年のトラックなどに設けられる小型クレーンを搭載したユニック車等の例を見ても、アルミ材質などで非常に安価に軽量化されていることと、前記発電機の高所設置と比べれば１桁以上小さい数値であるために、風車とのバランス効果をみればトータルシステムとして大きな問題ではないためにクレーンの利便性を重視する必要がある。
【００５８】
また、クレーン３１はクレーン３１のビーム上面（背面）にピンの軸受け部が固着され、ナセル１１内で支持された支持ピン３２で支持され、ここでクレーン３１は自由に回転できるものとする。次にこれもクレーン３１のビーム上面（背面）に支持ピン３３に支持された油圧シリンダー装置３４を介してナセル１１に支持ピン３５で支持されている。油圧シリンダー装置３４を伸縮操作することにより、クレーン３１は支持ピン３２を中心として上下方向の角度を自由に変えることができるものとする。
【００５９】
また、風Ｆを受ける風車６の鉛直荷重と、ナセル１１ならびにクレーン３１の鉛直荷重ならびにそのモーメントを略吊り合せて装置のバランスを取ることにより、装置の転倒、破壊等の事故を未然に防止し、自然界の過酷な条件に耐え、装置寿命の長期化、長期運転ならびに台風時等の運転もある程度可能となる。
【００６０】
一方、図６に示すように、風Ｆを受けて風力エネルギーを吸収するブレード４を集合し、その中心部に略水平にローター回転軸５を設けた風車６を、風Ｆの方向に向ける方向制御翼４１を設けることにより、装置の効率上昇を図ることができる。大規模風力発電装置には方向制御翼４１の取り付けは近年あまり見られず、風の方向に向ける装置としてヨー駆動装置が搭載されている。
【００６１】
しかし、海洋の浮体式洋上風力発電装置等においては、潮風等による塩害が故障の原因となりやすく、システムの簡略化等の面で自然の力に頼れるものは自然の力に頼る方が正確である。また、風車６の鉛直荷重と方向制御翼４１の鉛直荷重ならびにそのモーメントを釣り合せ、バランスを取ることにより、前記した通り転倒、破壊など事故を未然に防止し、自然界の過酷な条件に耐え、装置寿命の長期化、長期運転ならびに台風時等の運転もある程度可能となる。
【００６２】
さらに図７に示すように、前記風Ｆを受けて風力エネルギーを吸収するブレード４を集合してローターをなし、その中心部に略水平にローター回転軸５を設けた風車６を、風Ｆの方向に向ける方向制御翼４１を設けた風力発電装置Ｂにおいて、上記方向制御翼４１の内部にクレーン４２を設けたことにより、これも前記した通り、装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどにも作業の簡略化が行われ、トータルシステムとして大幅な発電原価の引き下げ要因となる。
【００６３】
また、風力発電装置Ａの説明と同様に、風力発電装置Ｂにおいても、本発明の風力発電装置Ｂと、別途台船等に搭載したクレーン等において、風や波浪などによる動揺が本装置Ｂと台船のクレーン等との相互間で干渉し、事故発生につながることもあるため、クレーンは出来る限り本発明の装置本体に設けることが好ましい。
【００６４】
そして、クレーン４２は方向制御翼４１に支持ピン４３で支持されるとともに、ここでクレーン４２は自由に回転できるものとする。また、クレーン４２の側面には支持ピン４４に支持された油圧シリンダー装置４５を介してナセル１１に支持ピン４６にて支持されているため、油圧シリンダー装置４５を伸縮操作することにより、クレーン４２は上下方向の角度を自由に変えることができるものとする。
【００６５】
また図８は図１および図５、図６、図７のＸ-Ｘ矢視図である。本図に示すように、風車６の略水平に設けたローター回転軸５の上下方向の傾斜角度ならびに風車６の傾斜角度を修正するため、前記ローター回転軸５の軸受１３を支持する支持台１６の左右両側に案内溝１７を設けると共に、前記軸受１３の左右両側に案内ピン１８を設け、上記略水平に設けたローター回転軸５ならびに風車６の上下方向の傾斜角度を調整することにより、風の上下方向の傾斜角度と、風車６の上下方向の傾斜角度を一致させて効率上昇を図る場合と、台風時等の大風には、わざとこれを変化させて効率悪化に導き装置の破壊を防止させる場合がある。
【００６６】
図９は図８におけるＺ-Ｚ矢視図である。
【００６７】
図１０は図７におけるＹ-Ｙ矢視断面図である。方向制御翼４１の中にクレーン４２があり、クレーン４２の側面にスライド台座４７が設けられている。方向制御翼４１の内面４８にスライドビーム４９が設けられ、スライドビーム４９と前記スライド台座４７はスライドできるようになっている。また、スライド台座４７には風圧などによるスライドビーム４９とスライド台座４７が離れない手段として、止め材５０が設けられている。
このような構成の下で方向制御翼は強風などを受ける場合でもクレーン42は補強骨材となって破壊を免れることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る風力発電装置は風の吹くところであればどこでも一般に広く使用できる。
【符号の説明】
【００６９】
Ａ…第一の実施の形態に係る風力発電装置
Ｂ…第二の実施の形態に係る風力発電装置
Ｆ…風
ａ…増速機１５の出力軸
ｂ…自在継手８の出力軸
ｃ…半径Ｒの中心点
１…浮体
２…タワー
３…回転台座
４…ブレード
５…ローター回転軸
６…風車
７…縦軸回転軸
８…自在継手
９…タワー基部
１０…発電機
１１…ナセル
１２…ナセルの基盤
１３…軸受
１４…ジャッキ装置
１５…増速機
１６…支持台
１７…案内溝
１８…案内ピン
１９…ピン
２０…ピン
２１…曲管
２２…曲管
２３…フランジ
２４…曲管内面
２５…連結軸
２６…軸受
２７…環
２８…オイルシール
２９…フランジ
３０…カバー
３１…クレーン
３２…支持ピン
３３…支持ピン
３４…油圧シリンダー装置
３５…支持ピン
４１…方向制御翼
４２…クレーン
４３…支持ピン
４４…支持ピン
４５…油圧シリンダー装置
４６支持ピン
４７…スライド台座
４８…方向制御翼４１の内面
４９…スライドビーム
５０…止め材
【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】
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【図６】
2013119843.tif 000008
【図７】
2013119843.tif 000009
【図８】
2013119843.tif 000010
【図９】
2013119843.tif 000011
【図１０】
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