(57)【要約】【課題】弱風の場合でも、風車の回転速度を高めることができ、強風の場合には、風車の回転が速くなり過ぎるのを防止できて、風車の羽根が破損したり発電機の発電効率が悪くなったりするのを防ぐことができる風力発電装置を提供する。【解決手段】  第１案内板５は、風車３の戻り側に入ろうとする風を風受け側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされ、第２案内板６は、風車３の風受け側より外側の風を風受け側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされ、第１案内板５及び第２案内板６と支持枠４との間に第１案内板５及び第２案内板６を強風時に退避姿勢Ｙにしかつ弱風時に案内姿勢Ｘにする姿勢変更手段６１が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸（１０）に回転自在に支持されていて回転力を発電機（２２）に伝達する風車（３）と、前記縦軸（１０）に回動自在に支持された支持枠（４）と、この支持枠（４）に支持されていて風車（３）の風受け（Ｐ）の両側で風を風受け（Ｐ）に案内する第１案内板（５）及び第２案内板（６）と、これら第１案内板（５）及び第２案内板（６）を風上側に位置させるべく支持枠（４）を縦軸（１０）廻りに回動させる風向応答手段（７）とを備えた風力発電装置であって、
前記第１案内板（５）は、風車（３）の戻り（Ｑ）側に入ろうとする風を風受け（Ｐ）側に案内する案内姿勢（Ｘ）と風案内を解除する退避姿勢（Ｙ）とに姿勢変更自在とされ、第２案内板（６）は、風車（３）の風受け（Ｐ）側より外側（Ｒ）の風を風受け（Ｐ）側に案内する案内姿勢（Ｘ）と風案内を解除する退避姿勢（Ｙ）とに姿勢変更自在とされ、
第１案内板（５）及び第２案内板（６）と支持枠（４）との間に第１案内板（５）及び第２案内板（６）を強風時に退避姿勢（Ｙ）にしかつ弱風時に案内姿勢（Ｘ）にする姿勢変更手段（６１）が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記第１案内板（５）は、風上側端部が第１枢支軸（３１）に揺動自在に支持され、第２案内板（６）は、風上側端部が第２枢支軸（３２）に揺動自在に支持されており、
前記姿勢変更手段（６１）は、前記第１案内板（５）を第１枢支軸（３１）廻りに案内姿勢（Ｘ）に付勢する第１付勢部材（６３）と、前記第２案内板（６）を第２枢支軸（３２）廻りに案内姿勢（Ｘ）に付勢する第２付勢部材（６４）とを備え、強風時の風力で第１案内板（５）及び第２案内板（６）を退避姿勢（Ｙ）に揺動させるようにした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】
前記支持枠（４）は、前記縦軸（１０）の上下に回転自在に支持した一対の支持板（２５，２６）と、上下の支持板（２５，２６）を３箇所以上で連結した連結部材（２７，２８，２９）とを有し、縦軸（１０）よりも風上の２連結部材（２７，２８）が第１案内板（５）を支持する第１枢支軸（３１）と第２案内板（６）を支持する第２枢支軸（３２）とに構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
縦軸（１０）よりも風下の連結部材（２９）が、縦軸（１０）から径外方向に延設した縦板（７３）で形成されて前記風向応答手段（７）を構成していることを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
上側の支持板（２５）上に縦軸（１０）から風下に向けて延長突出した縦板（７７）を取り付けて前記風向応答手段（７）を構成していることを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項６】
第１案内板（５）の枢支されている風上側端部が風車（３）の戻り（Ｑ）側の外側に位置し、案内姿勢（Ｘ）の第１案内板（５）の風下側端部が縦軸（１０）の風上側に位置していることを特徴とする請求項１〜５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する風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置には、風で風車を回転させこの回転力を発電機に伝達して発電するようにしたものがある。この種の従来の風力発電装置には、縦軸に回転自在に支持されていて回転力を発電機に伝達する風車と、前記縦軸に回動自在に支持された支持枠と、この支持枠に支持されていて風車の風受けの両側で風を風受けに案内する第１案内板及び第２案内板を有する風路部材と、この風路部材を風上側に位置させるべく支持枠を縦軸廻りに回動させる風向板等を有する風向応答手段とを備えたものがある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１０１７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の場合、第１案内板は、風車の戻り側に入ろうとする風を十分に風受け側に案内することができず、このため、風を風車の風受け側に十分に集めることができず。また、風車の戻り側に不要な風が入ってしまい風車の回転を妨げた。従って、弱風の場合に風車を高速で回転させることができなかった。
また、第１案内板を風車の戻り側に入ろうとする風の全部を風受け側に案内するように構成すると、暴風等の強風のときに、風車の回転が高速になり過ぎて、風車の羽根が破損したり、発電機の発電効率が悪くなったりするという問題が生じた。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑み、弱風の場合でも、風車の回転速度を高めることができ、しかも、強風の場合には、風車の回転が速くなり過ぎるのを防止できて、風車の羽根が破損したり発電機の発電効率が悪くなったりするのを防ぐことができる風力発電装置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】
本発明における課題解決のための具体的手段は、次の通りである。
この技術的課題を解決する本発明の技術的手段は、縦軸１０に回転自在に支持されていて回転力を発電機２２に伝達する風車３と、前記縦軸１０に回動自在に支持された支持枠４と、この支持枠４に支持されていて風車３の風受けＰの両側で風を風受けＰに案内する第１案内板５及び第２案内板６と、これら第１案内板５及び第２案内板６を風上側に位置させるべく支持枠４を縦軸１０廻りに回動させる風向応答手段７とを備えた風力発電装置であって、
前記第１案内板５は、風車３の戻りＱ側に入ろうとする風を風受けＰ側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされ、第２案内板６は、風車３の風受けＰ側より外側Ｒの風を風受けＰ側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされ、
第１案内板５及び第２案内板６と支持枠４との間に第１案内板５及び第２案内板６を強風時に退避姿勢Ｙにしかつ弱風時に案内姿勢Ｘにする姿勢変更手段６１が設けられている点にある。
【０００７】
また、本発明の他の技術的手段は、前記第１案内板５は、風上側端部が第１枢支軸３１に揺動自在に支持され、第２案内板６は、風上側端部が第２枢支軸３２に揺動自在に支持されており、
前記姿勢変更手段６１は、前記第１案内板５を第１枢支軸３１廻りに案内姿勢Ｘに付勢する第１付勢部材６３と、前記第２案内板６を第２枢支軸３２廻りに案内姿勢Ｘに付勢する第２付勢部材６４とを備え、強風時の風力で第１案内板５及び第２案内板６を退避姿勢Ｙに揺動させるようにした点にある。
【０００８】
また、本発明の他の技術的手段は、前記支持枠４は、前記縦軸１０の上下に回転自在に
支持した一対の支持板２５，２６と、上下の支持板２５，２６を３箇所以上で連結した連結部材２７，２８，２９とを有し、縦軸１０よりも風上の２連結部材２７，２８が第１案内板５を支持する第１枢支軸３１と第２案内板６を支持する第２枢支軸３２とに構成されている点にある。
【０００９】
また、本発明の他の技術的手段は、縦軸１０よりも風下の連結部材２９が、縦軸１０から径外方向に延設した縦板７３で形成されて前記風向応答手段７を構成している点にある。
また、本発明の他の技術的手段は、上側の支持板２５上に縦軸１０から風下に向けて延長突出した縦板７７を取り付けて前記風向応答手段７を構成している点にある。
【００１０】
また、本発明の他の技術的手段は、第１案内板５の枢支されている風上側端部が風車３の戻りＱ側の外側に位置し、案内姿勢Ｘの第１案内板５の風下側端部が縦軸１０の風上側に位置している点にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、弱風の場合には、姿勢変更手段によって第１案内板及び第２案内板を案内姿勢にする姿勢変更するので、第１案内板が風車の戻り側に入ろうとする風を風受け側に案内し、第２案内板が風車の風受け側より外側の風を風受け側に案内するようになり、戻り側の風と風受け側の外側の風を風車の風受け側に集めて、風車の回転速度を高めて、発電機の発電効率を高めることができる。
【００１２】
また、強風の場合、姿勢変更手段によって第１案内板及び第２案内板を退避姿勢に姿勢変更し、風が風車の風戻し側や風受けの外側にそのまま流れるようになる。これにより、強風時に風車の回転速度を効果的に減速できるようになり、風車の回転が速くなり過ぎるのを防止して、風車の羽根が破損したり発電機の発電効率が悪くなったりするのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態を示す風力発電装置の平面断面図である。
【図２】同風力発電装置の正面断面図である。
【図３】同図２のＡ矢視部分の拡大断面図である。
【図４】同図２のＢ矢視部分の拡大断面図である。
【図５】同図２のＣ矢視部分の拡大断面図である。
【図６】同図２のＤ矢視部分の拡大断面図である。
【図７】第２実施形態を示す風力発電装置の平面断面図である。
【図８】同風力発電装置の正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図６は本発明の第１実施形態を示している。図１及び図２において、風力発電装置１は、風車３と支持枠４と第１案内板５及び第２案内板６と風向応答手段７とを備えている。第１案内板５及び第２案内板６は、支持枠４に支持されていて風車３の風受けＰの両側で風を風受けＰに案内し、風向応答手段７は第１案内板５及び第２案内板６を風上側に位置させるべく支持枠４を縦軸１０廻りに回動させるものである。
【００１５】
風車３は複数枚（図例では４枚）の羽根１２を有し、各羽根１２は上下方向に長い長方形板状に形成され、複数の支持筒１５を介して縦軸１０に回転自在に支持されている。図３及び図４にも示すように、支持筒１５は上下方向に複数設けられていてニードルベアリング等の軸受１６を介してそれぞれ縦軸１０に回転自在に外嵌され、これらに複数の羽根１２が放射状に連結されている。
【００１６】
縦軸１０は支持台１８に上方突出されている。支持台１８に縦軸１０の外周を取り囲むように複数の支持脚１９が上方突設され、これら複数の支持脚１９上に縦軸１０の下部外周を取り囲む支持リング２０が載置固定されている。
支持台１８の縦軸１０の近傍に発電機２２が設置されている。風車３の下部の支持筒１５に駆動用リングギヤ２３が外嵌固定され、この駆動用リングギヤ２３に噛合した受動用リングギヤ２４が発電機２２の入力軸に外嵌固定されており、風車３の回転力がリングギ
ヤ２３，２４を介して発電機２２に伝達するように構成されている。
【００１７】
前記支持枠４は、縦軸１０の上下に回転自在に支持した一対の支持板２５，２６と、上下の支持板２５，２６を３箇所で連結した連結部材２７，２８，２９とを有している。縦軸１０よりも風上の２つ連結部材２７，２８が第１案内板５を支持する第１枢支軸３１と第２案内板６を支持する第２枢支軸３２とに構成されている。
下支持板２６は三角形の板状に形成され、図３にも示すように、中央部に貫通孔を有する円筒形の取付筒部３４が設けられており、下支持板２６は縦軸１０の下部に水平状に配置され、取付筒部３４が軸受３５を介して風車３の下部の支持筒１５に回動自在に外嵌され、下支持板２６の取付筒部３４よりも外周が支持リング２０上に軸受３６を介して縦軸１０廻りに回動自在に載置されている。而して、下支持板２６はその中央部が縦軸１０廻りに回動自在に支持されている。
【００１８】
上支持板２５は下支持板２６と同様に三角形の板状に形成され、図４にも示すように、中央部に貫通孔を有する円筒状の取付筒部３８が設けられ、上支持板２５は縦軸１０の上部に水平状に配置されていて、取付筒部３８が軸受３９を介して縦軸１０の上部に回動自在に外嵌され、上支持板２５の取付筒部３４の下面とその外周部の下面に亘って受け板４１に軸受４２を介して縦軸１０廻りに回動自在に載置されている。受け板４１は円板形状に形成され、縦軸１０の上部に外嵌固定されている。而して、上支持板２５はその中央部が縦軸１０廻りに回動自在に支持されている。
【００１９】
図４に示すように、上支持板２５の中央部にキャップ体４４が取付筒部３４及び縦軸１０の上端を上側から塞ぐように設けられ、キャップ体４４はボルト等の締結具４５で上支持板２５に固定されている。
図５及び図６に示すように、第１枢支軸３１の上下にねじ部４７，４８が突設されており、上ねじ部４７を上支持板２５の角部に挿通してその挿通端部にナット５０を螺合して締め付け、下ねじ部４８を下支持板２６の角部に挿通してその挿通端部にナット５０を螺合して締め付けることにより、第１枢支軸３１が上下の支持板２５，２６の角部間に連結固定され、第１枢支軸３１で上下の支持板２５，２６を連結している。
【００２０】
前記第１案内板５は、長方形の板状に形成され、上支持板２５と下支持板２６との間に垂直状に配置され、その一端部（風上側端部）に枢支筒部５３が設けられている。枢支筒部５３はその上部及び下部の軸受５４を介して第１枢支軸３１に回動自在に外嵌されている。
枢支筒部５３の下部に載置フランジ５５が突設され、載置フランジ５５が軸受５６を介して下支持板２６に第１枢支軸３１廻りに回動自在に載置されており、枢支筒部５３は下支持板２６に第１枢支軸３１廻りに回動自在に受けられている。
【００２１】
而して、第１案内板５はその風下側端部が第１枢支軸３１廻りに揺動自在に支持され、第１枢支軸３１廻りの揺動によって風車３の戻りＱ側に入ろうとする風を風受けＰ側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされている。また、第１案内板５の枢支されている風上側端部が風車３の戻りＱ側の外側に位置し、案内姿勢Ｘの第１案内板５の風下側端部が縦軸１０の風上側に位置している。
【００２２】
第２枢支軸３２は、図示省略しているが、第１枢支軸３１の場合の場合と同様に、上支持板２５と下支持板２６との他の角部間に連結固定され、第２枢支軸３２で上下の支持板２５，２６を連結している。第２案内板６は、第１案内板５と同様に長方形の板状に形成され、上支持板２５と下支持板２６との間に垂直状に配置され、その一端部（風上側端部）に枢支筒部５９が設けられている。この枢支筒部５９は、図示省略しているが、第１案内板５の枢支筒部５３と同様に、軸受を介して第２枢支軸３２に回動自在に外嵌されると共に、下支持板２６に第２枢支軸３２廻りに回動自在に受けられている。
【００２３】
而して、第２案内板６は、風上側端部が第２枢支軸３２に揺動自在に支持されており、第２枢支軸３２廻りの揺動によって風車３の風受けＰ側より外側Ｒの風を風受けＰ側に案内する案内姿勢Ｘと風案内を解除する退避姿勢Ｙとに姿勢変更自在とされている。また、第２案内板６の枢支されている風上側端部が風車３の風受けＰ側の外側Ｒに位置し、案内姿勢Ｘの第２案内板６の風下側端部が風車３の風受けＰ側に位置している。
【００２４】
第１案内板５及び第２案内板６と支持枠４との間に姿勢変更手段６１が設けられている。
姿勢変更手段６１は、第１案内板５を第１枢支軸３１廻りに案内姿勢Ｘに付勢する第１付勢部材６３と、第２案内板６を第２枢支軸３２廻りに案内姿勢Ｘに付勢する第２付勢部材６４とを備え、強風時の風力で第１案内板５及び第２案内板６を退避姿勢Ｙに揺動させるようにしている。
【００２５】
図１、図６に示すように、第１付勢部材６３はコイルバネにより構成されている。第１枢支軸３１の上部は第１案内板５の枢支筒部５３よりも上方突出しており、第１付勢部材６３がこの第１枢支軸３１の上部に外嵌され、第１付勢部材６３の一端部が上支持板２５に下方突設した係合突部６７に係合され、他端部が第１案内板５に突設した係合突部６８に係合されて、第１付勢部材６３は第１案内板５を第１枢支軸３１廻りに案内姿勢Ｘに付勢するように構成されている。第１付勢部材６３の付勢に抗して第１案内板５を案内姿勢Ｘで止める第１ストッパー６９が下支持板２６に突設されている。
【００２６】
第２付勢部材６４は第１付勢部材６３と同様にコイルバネにより構成されて、第２付勢部材６４は第２案内板６を第２枢支軸３２廻りに案内姿勢Ｘに付勢するように構成されている。第２付勢部材６４の付勢に抗して第２案内板６を案内姿勢Ｘで止める第２ストッパー７０が下支持板２６に突設されている。
而して、姿勢変更手段６１は、強風時には第１案内板５及び第２案内板６が強風を受けることによって退避姿勢Ｙになり、弱風（強風でない風を含む）時には第１案内板５及び第２案内板６が第１付勢部材６３又は第２付勢部材６４の付勢によって退避姿勢Ｘに戻るように構成されている。
【００２７】
縦軸１０よりも風下の連結部材２９が、縦軸１０から径外方向に延設した縦板７３で形成されている。縦板７３は長方形の板状に形成され、上支持板２５と下支持板２６との間に垂直状に配置され、上端部がボルト等の締結具７４で上支持板２５に固着され、下端部がボルト等の締結具７４で下支持板２６に固着されて、風向応答手段７が構成され、連結部材２９で上支持板２５と下支持板２６とを連結している。従って、風によって縦板７３（風向応答手段７）が風車３の風下に位置し、第１案内板５及び第２案内板６を風上に位置させるように支持枠４を縦軸１０廻りに回動させるようになっている。
【００２８】
上記第１実施形態によれば、縦板７３（風向応答手段７）が風を受けることによって支持枠４が縦軸１０廻りに回動して、風向応答手段７が風車３の風下に位置し、第１案内板５及び第２案内板６を風上に位置させる。
弱風の場合、第１付勢部材６３が第１案内板５を第１枢支軸３１廻りに案内姿勢Ｘに付勢し、第１案内板５が案内姿勢Ｘで第１ストッパー６９に当接して止まる。また、第２付勢部材６４が第２案内板６を第２枢支軸３２廻りに案内姿勢Ｘに付勢し、第２案内板６が案内姿勢Ｘで第２ストッパー７０に当接して止まる。
【００２９】
従って、第１案内板５は案内姿勢Ｘによって風車３の戻りＱ側に入ろうとする風を風受けＰ側に案内し、第２案内板６は案内姿勢Ｘによって風車３の風受けＰ側より外側Ｒの風を風受けＰ側に案内し、風車３は風受けＰ側に３倍程度の風を受けることができるようになる。しかも、第１案内板５により風車３の戻りＱ側に入ろうとする大部分の風を風受けＰ側に案内して戻りＱ側にはほとんど風が入らなくなり、風が風車３を逆回転させる力になるのを確実に抑えることができる。従って、弱風でも風車３を縦軸１０廻りに効率よく高速で回転させることができ、風車３の回転力が発電機２２に伝達され、ここで発電が効率よくなされる。
【００３０】
暴風等で強風になると、強風によって、第１付勢部材６３の付勢に抗して第１案内板５は退避姿勢Ｙに揺動し、第２付勢部材６４の付勢に抗して第２案内板６は退避姿勢Ｙに揺動する。その結果、戻りＱ側の風がそのまま風車３の戻りＱ側に送出され、風受けＰ側の外側Ｒの風がそのまま風車３の外側Ｒに送出されるようになり、風車３の回転が抑制され、風車３が過度に高速で回転しなくなる。従って、強風の場合、風車３の回転が速くなり過ぎるのを防止でき、風車３の羽根１２が破損したり発電機２２の発電効率が悪くなったりするのを防ぐことができる。
【００３１】
図７及び図８は第２実施形態を示し、上側の支持板２５，２６上に縦軸１０から第１枢支軸３１及び第２枢支軸３２とは反対側の風下に向けて延長突出した縦板７７を上方突設して前記風向応答手段７を構成している。
また、縦軸１０よりも風下の連結部材２９が、前記第１実施形態における風向応答手段７に代えて、軸部材７８により構成され、この軸部材７８は第１枢支軸３１と同様に上支持板２５と下支持板２６とに上下のねじ部とナット５０で連結固定されている。
【００３２】
なお、前記実施形態では、姿勢変更手段６１は、第１案内板５を案内姿勢Ｘに付勢する第１付勢部材６３と、第２案内板６を案内姿勢Ｘに付勢する第２付勢部材６４とを備え、強風時の風力で第１案内板５及び第２案内板６を退避姿勢Ｙに揺動させるようにしているが、これに代え、風力検出器で風力を検出し、モータやダンパーや油圧シリンダその他で第１案内板５及び第２案内板６を弱風時に案内姿勢Ｘに揺動させ、強風時に退避姿勢Ｙに揺動させるようにしてもよい。
【００３３】
また、前記実施形態では、支持枠４を縦軸１０廻りに回動させる風向応答手段７を、縦板７３又は縦板７７で構成し、風の力で縦板７３又は縦板７７を動かして第１案内板５及び第２案内板６を風上側に位置させるべく支持枠４を縦軸１０廻りに回動させるようにしているが、これに代え、風向計を設け、風向計で検出した風向に対応して第１案内板５及び第２案内板６を風上側に位置させるべくモータや油圧シリンダその他で支持枠４を縦軸１０廻りに回動させるようにしてもよい。
【００３４】
また、前記実施形態では、縦軸１０よりも風上の２連結部材２７，２８が第１案内板５を支持する第１枢支軸３１と第２案内板６を支持する第２枢支軸３２とに構成されているが、これに代え、上下の支持板２５，２６を連結する連結部材２７，２８と、第１案内板５を支持する第１枢支軸３１及び第２案内板６を支持する第２枢支軸３２とをそれぞれ別個に構成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１      風力発電装置
３      風車
４      支持枠
５      第１案内板
６      第２案内板
７      風向応答手段
１０    縦軸
２２    発電機
２５    上支持板
２６    下支持板
２７    風上の連結部材
２８    風上の連結部材
２９    風下の連結部材
３１    第１枢支軸
３２    第２枢支軸
６１    姿勢変更手段
６３    第１付勢部材
７３    縦板
７７    縦板
Ｘ      案内姿勢
Ｙ      退避姿勢
Ｐ      戻り
Ｑ      戻り
Ｒ      外側
【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】
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【図７】
2016156334.tif 000009
【図８】
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