(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周囲に設けられた複数のブレードが揚力を受けて回転軸を回転させるストレートダリウス型風車と、
前記ブレードの回転軌道外で前記回転軸と平行に設けられ、前記回転軸と平行の軸部材を中間部に有して前記軸部材を中心として回転可能な２枚の板から成り、各板の前記回転軸から遠い側の一端を互いに閉じるとき前記回転軸に向かう風を風向に対して前記回転軸の両側に向ける制御板と、
前記回転軸の回転により発電する発電機と、
各板の前記一端を互いに開く方向に付勢する付勢部材と、
各板の前記一端に設けられ、制御板側から前記ストレートダリウス型風車に向かう風を受けてその風が所定の風力以上のとき前記付勢部材に抗して前記一端を閉じる受風器と、
各板の間に前記一端の間から吹き込む風により回転可能に各板の間に設けられた補助風車と、
前記補助風車の回転により発電する接続用発電機と、
前記補助風車の回転力を前記回転軸に伝達する回転伝達機構と、
前記回転伝達機構に設けられ、前記接続用発電機の電力が所定以上の電力のときその電力により前記回転伝達機構を介して前記補助風車の回転力を前記回転軸に伝達し、所定以下の電力のとき前記補助風車と前記回転軸との接続を切断する電磁クラッチとを、
有することを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストレートダリウス型風車を用いた風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風力発電装置には、プロペラ型風車、サボニウス型風車、セイルウィング型風車、ダリウス型風車など種々の風車を用いたものがある。このうち、ダリウス型風車は、風向に依存せずに回転できるという利点を有する。特に、直線ブレードを用いたストレートダリウス型風車は、工作が容易であるという利点を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ストレートダリウス型風車は、回転軸が縦方向になるよう配置されるため、景観を損なうという課題があった。また、ストレートダリウス型風車は揚力で回転するタイプの風車であるために風が吹き始めても自ら回転することができず、何らかの方法でブレードを加速して起動しなければならないという課題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、ストレートダリウス型風車を用いながら容易に起動させる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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る風力発電装置は、回転軸の周囲に設けられた複数のブレードが揚力を受けて回転軸を回転させるストレートダリウス型風車と、前記ブレードの回転軌道外で前記回転軸と平行に設けられ、前記回転軸と平行の軸部材を中間部に有して前記軸部材を中心として回転可能な２枚の板から成り、各板の前記回転軸から遠い側の一端を互いに閉じるとき前記回転軸に向かう風を風向に対して前記回転軸の両側に向ける制御板と、前記回転軸の回転により発電する発電機と、各板の前記一端を互いに開く方向に付勢する付勢部材と、各板の前記一端に設けられ、制御板側から前記ストレートダリウス型風車に向かう風を受けてその風が所定の風力以上のとき前記付勢部材に抗して前記一端を閉じる受風器と、各板の間に前記一端の間から吹き込む風により回転可能に各板の間に設けられた補助風車と、前記補助風車の回転により発電する接続用発電機と、前記補助風車の回転力を前記回転軸に伝達する回転伝達機構と、前記回転伝達機構に設けられ、前記接続用発電機の電力が所定以上の電力のときその電力により前記回転伝達機構を介して前記補助風車の回転力を前記回転軸に伝達し、所定以下の電力のとき前記補助風車と前記回転軸との接続を切断する電磁クラッチとを、有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る風力発電装置は、回転軸に向かう風を制御板により風向に対して回転軸の両側に向ける。回転軸に向かう風はブレードの揚力には利用されにくいが、その風を回転軸の両側に向けることによりブレードの揚力に利用することができる。このため、ストレートダリウス型風車を用いながら容易に起動させることができるとともに回転力を高めることができる。本発明に係る風力発電装置は、ストレートダリウス型風車の回転により発電機で発電し、発電した電気を利用することができる。
【００１１】
本発明に係る風力発電装置は、起動の際には、制御板の各板が付勢部材により付勢されて回転軸から遠い側の一端を互いに開いている。各板の間にその一端の間から吹き込む風により、補助風車が回転する。補助風車の回転により接続用発電機が発電し、その電力が所定以上の電力のときその電力により電磁クラッチが回転伝達機構を介して補助風車の回転力を回転軸に伝達する。こうして回転軸を回転させ、ストレートダリウス型風車を容易に起動させることができる。
【００１２】
制御板側からストレートダリウス型風車に向かう風が所定の風力以上のとき、受風器が付勢部材に抗して回転軸から遠い側の一端を閉じる。これにより、補助風車の回転力が弱まり、接続用発電機が発電する電力が所定以下の電力となると、電磁クラッチが補助風車と回転軸との接続を切断する。このとき、制御板は回転軸に向かう風を風向に対して回転軸の両側に向ける。回転軸の両側に向けられた風は、ブレードの揚力に利用することができるため、ストレートダリウス型風車の回転力を高めることができる。このように、この構成では、ストレートダリウス型風車を用いながら容易に起動させることができるとともに回転力を高めることができる。なお、補助風車は、花弁風車、サボニウス風車、クロスフロー風車などの抗力型風車から成ることが好ましいが、その他の風車から成ってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２は、本発明の実施の形態を示している。
図１および図２に示すように、風力発電装置１０は、ストレートダリウス型風車１１と、制御板１２と、発電機１３と、付勢部材１４と、受風器１５と、補助風車１６と、接続用発電機１７と、回転伝達機構１８と、電磁クラッチ１９とを有して構成されている。
【００１４】
ストレートダリウス型風車１１は、回転軸２１の周囲に放射状に４本のアーム２２が固定されている。各アーム２２は、それぞれ同一の長さを有し、隣り合うアーム２２と直角をなして配置されている。各アーム２２の先端には、ブレード２３が固定されている。各ブレード２３は、回転軌道の円周上にその接線方向と翼弦線が一致するよう取り付けられている。各ブレード２３は、風により揚力を受けて回転軸２１を回転させるようになっている。
【００１５】
制御板１２は、２枚の平らな板３１から成る。各板３１は、回転軸２１と平行の軸部材３２を中間部に有して軸部材３２を中心として回転可能となっている。制御板１２は、ブレード２３と干渉しないブレード２３の回転軌道外で回転軸２１と平行に設けられている。制御板１２は、各板３１の回転軸２１から遠い側の一端３１ａを互いに閉じるとき傾斜して、回転軸２１に向かう風を風向に対して回転軸２１の両側に向けるようになっている。回転軸２１の両側に向かう風は、ブレード２３の回転軌道の円周に対する接線方向に流れる。
【００１６】
発電機１３は、回転軸２１の内部に組み込まれ、回転軸２１の回転により発電するようになっている。
付勢部材１４は、各板３１の回転軸２１から遠い側の一端３１ａに対する反対端３１ｂに設けられている。各付勢部材１４は、永久磁石から成り、互いに引き合って各板３１の一端３１ａを互いに開く方向に付勢している。このため、各付勢部材１４は、常態では各板３１の一端３１ａを開き、反対端３１ｂを狭めている。
【００１７】
受風器１５は、アーム４１とカップ４２とから成っている。アーム４１は、一端４１ａが各板３１の一端３１ａに設けられ、他方の板３１の外側に伸びている。カップ４２は、各アーム４１の反対端に設けられている。受風器１５は、カップ４２により制御板１２側からストレートダリウス型風車１１に向かう風を受けてその風が所定の風力以上のとき付勢部材１４に抗して各板３１の一端３１ａを閉じるようになっている。
【００１８】
補助風車１６は、花弁風車などの抗力型風車から成る。補助風車１６は、正面側を各板３１の一端３１ａ側に向けて各板３１の間に設けられている。補助風車１６は、各板３１の間に一端３１ａの間から吹き込む風により回転可能となっている。
【００１９】
接続用発電機１７は、補助風車１６の回転軸１６ａに取り付けられ、補助風車１６の回転により発電するようになっている。回転伝達機構１８は、伝達軸５１と、ストレートダリウス型風車１１の回転軸２１の両端に設けられた笠歯車５２と、伝達軸５１の先端に設けられて回転軸２１の笠歯車５２と噛合する笠歯車５３とを備えている。回転伝達機構１８は、伝達軸５１が電磁クラッチ１９を介して補助風車１６の回転軸２１に取り付けられ、補助風車１６の回転力を回転軸２１に伝達するようになっている。
【００２０】
電磁クラッチ１９は、伝達軸５１に設けられて、補助風車１６の回転軸２１と伝達軸５１とを接続または切断可能となっている。電磁クラッチ１９は、接続用発電機１７から電力を供給されて作動する。電磁クラッチ１９は、接続用発電機１７の電力が所定以上の電力のときその電力により回転伝達機構１８を介して補助風車１６の回転力を回転軸２１に伝達し、所定以下の電力のとき補助風車１６と回転軸２１との接続を切断するようになっている。
【００２１】
図３に示すように、風力発電装置１０は、建物の屋上６０の縁６１付近に縁６１に沿って設けられる。このとき、ストレートダリウス型風車１１の回転軸２１は、水平方向に配置する。この風力発電装置１０は、ストレートダリウス型風車１１が回転軸２１を水平方向に配置して設けられるため、ストレートダリウス型風車１１を用いながらも回転軸２１を縦方向に配置した場合に比べて景観を損なわない。
【００２２】
図４に示すように、高層建築物の屋上６０などでは、風により屋上６０の縁６１付近に渦６２を生じて局部的に大きな風圧が発生し、強風時に被害を引き起こすおそれがある。また、屋上６０に、再付着した風の流れによる強風域が存在するために、屋上空間の有効利用ができないという問題がある。しかしながら、図３に示すように、風力発電装置１０を建物の屋上６０の縁６１付近に縁６１に沿って設けた場合、屋上６０に向かって吹く風の気流がストレートダリウス型風車１１により乱されて渦６２が形成されず、強風時の被害を抑えることができ、それにより屋上空間を庭園などに活用することができるようになる。なお、屋上６０に庭園を設けることは、ヒートアイランド防止のため望ましい。
【００２３】
風力発電装置１０は、低風速で起動の際には、図１に示すように、制御板１２の各板３１が付勢部材１４により付勢されて回転軸２１から遠い側の一端３１ａを互いに開いている。制御板１２は、一端３１ａが開いていることにより内部に風を取り入れやすくなっている。各板３１の間にその一端３１ａの間から吹き込む風により、補助風車１６が回転する。補助風車１６の回転により接続用発電機１７が発電し、その電力が所定以上の電力のときその電力により電磁クラッチ１９が回転伝達機構１８を介して補助風車１６の回転力を回転軸２１に伝達する。こうして回転軸２１を回転させ、ストレートダリウス型風車１１を容易に起動させることができる。
【００２４】
制御板１２側からストレートダリウス型風車１１に向かう風が所定の風力以上のとき、図２に示すように、受風器１５が付勢部材１４に抗して回転軸２１から遠い側の一端３１ａを閉じる。これにより、補助風車１６の回転力が弱まり、接続用発電機１７が発電する電力が所定以下の電力となると、電磁クラッチ１９が補助風車１６と回転軸２１との接続を切断する。このとき、制御板１２は回転軸２１に向かう風を風向に対して回転軸２１の両側に向ける。回転軸２１に向かう風はブレード２３の揚力には利用されにくいが、回転軸２１の両側に向けられた風は、ブレード２３の揚力に利用することができるため、ストレートダリウス型風車１１の回転力を高めることができる。
【００２５】
このように、この構成では、ストレートダリウス型風車１１を用いながら容易に起動させることができるとともに回転力を高めることができる。風力発電装置１０は、ストレートダリウス型風車１１の回転により発電機１３で発電し、発電した電気を利用することができる。
【００２６】
なお、制御板１２は、回転軸２１に向かう風を風向に対して回転軸２１の両側に向けるよう固定されていてもよい。この場合、回転軸２１に向かう風を常に風向に対して回転軸２１の両側に向け、簡易な構成により、回転力を高めるとともに、起動を容易にすることができる。また、付勢部材14は、バネから成ってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る風力発電装置によれば、ストレートダリウス型風車を用いながら容易に起動させることができる風力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の風力発電装置の低風速時の（Ａ）正面図および（Ｂ）側面図である。
【図２】図１に示す風力発電装置の高風速時の（Ａ）正面図および（Ｂ）側面図である。
【図３】図１に示す風力発電装置を設置した建物の屋上の風の流れを示す説明図である。
【図４】図１に示す風力発電装置が設置される前の建物の屋上の風の流れを示す説明図である。
【符号の説明】
１０  風力発電装置
１１  ストレートダリウス型風車
１２  制御板
１３  発電機
１４  付勢部材
１５  受風器
１６  補助風車
１７  接続用発電機
１８  回転伝達機構
１９  電磁クラッチ
【図１】
0004095304.tif 000002
【図２】
0004095304.tif 000003
【図３】
0004095304.tif 000004
【図４】
0004095304.tif 000005