(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支柱の下部に設けた発電機と支柱の頂部において水平方向に回転可能に設けた差動装置とを伝動回転軸を介して接続し、
前記差動装置に、同一線上で相対抗する方向に短い前方回転軸と当該前方回転軸よりも長い後方回転軸とを接続し、
前記前方回転軸の他端に大径の第１風車を取り付け、
前記後方回転軸の他端に小径の第２風車を取り付け、
前記後方回転軸の上方に、当該後方回転軸の全長に亘る上部垂直翼を取り付け、
前記後方回転軸の下方に、当該後方回転軸の全長に亘る下部垂直翼を取り付け、
以上の構成により前記第１風車と前記第２風車との間において重量的にバランスがとれるように構成し、
前記第１風車から伝達される回転動力及び第２風車から伝達される回転動力により発電機を回転させることにより発電するようにした、
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、風車により発電を行う風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図４に示すような風車により発電を行う風力発電装置が知られている。この従来の風力発電装置は、風力を有効に受けるために地上に設置された支柱１の上部に風車架台２が設けられ、この風車架台２上の風上側に位置して風力を受けて回転する風車３が取付けられている。風車３は翼動力伝達軸４を介して発電機５に連結され、風車３が風力を受けて回転すると、その回転動力が発電機５を回して発電を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の風力発電装置は、風車の向きが常に風上に対向するように構成されていないため、風力が十分に活用されない欠点があった。
【０００４】
そこで、本発明者は、鋭意研究を重ね、風車の向きが常時に風上に対向する方向に自動的に向く風力発電装置を開発した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る風力発電装置は、支柱の下部に設けた発電機と支柱の頂部において水平方向に回転可能に設けた差動装置とを伝動回転軸を介して接続し、前記差動装置に、同一線上で相対抗する方向に短い前方回転軸と当該前方回転軸よりも長い後方回転軸とを接続し、前記前方回転軸の他端に大径の第１風車を取り付け、前記後方回転軸の他端に小径の第２風車を取り付け、前記後方回転軸の上方に、当該後方回転軸の全長に亘る上部垂直翼を取り付け、前記後方回転軸の下方に、当該後方回転軸の全長に亘る下部垂直翼を取り付け、以上の構成により前記第１風車と前記第２風車との間において重量的にバランスがとれるように構成し、前記第１風車から伝達される回転動力及び第２風車から伝達される回転動力により発電機を回転させることにより発電するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
上記のように構成したため、差動装置の使用により支柱の下部に重量物である発電機を設置することができる。また、第２風車を設けたことにより、重量的なバランスがとれると共に、第２風車の回転が補助的な回転動力となる。さらに、絶えず変化する風向きに対し、該差動装置の風下側に取り付けた上部垂直翼及び下部垂直翼及び第２風車が風向計の機能を果たし、第１風車が差動装置を中心として風上側に回転し、かつ、常に風上側に向くようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る風力発電装置の好適な実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は本実施例に係る風力発電装置の概略図であり、図２及び図３は前記風力発電装置に使用する差動装置の内部機構を説明する断面図である。
【０００８】
図１において、Ａは風力発電装置を示し、１０は地上に固設された支柱であり、支柱１０の下部には軸が回転すれば電気を発生する発電機１１が設置されている。支柱１０の頂部には後述する機構を有する差動装置１２（いわゆるディファレンシャルギア）が設けられており、差動装置１２はその下方に配されているスラスト軸受１３により水平方向に回転可能に設計されている。
【０００９】
前記差動装置１２は発電機１１と伝動回転軸１４にて接続されており、差動装置１２からの回転動力を発電機１１に伝え電気が発生するようになっている。なお、図示を省略するがその間に増速機が介在している。
【００１０】
１５は風上側に設けた第１風車であって、直径が大なる複数の翼を備えてなり、風力により回転するようになっている。この第１風車１５は本風力発電装置Ａにおける主回転動力発生源であり、前方回転軸１６を介して差動装置１２に接続され、後述する差動装置１２のしくみにより伝動回転軸１４に第１風車の回転が伝わるようになっている。
【００１１】
１７は風下側に設けた第２風車であって、直径が小なる複数の翼を備えてなり、風力により回転するようになっている。この第２風車１７は本風力発電装置Ａにおける補助回転動力発生源としての機能を果たし、後方回転軸１８を介して差動装置１２に接続され、後述する差動装置１２のしくみにより伝動回転軸１４に第１風車の回転が伝わるようになっている。また、この第２風車１７は、第１風車に比較して小径であるため軽量であって僅かの風でも回転するので、第１風車１５の向きが風上側から逸れて、回転が低下した場合でも、第２風車１７は回転を継続し、この回転により風向計の役目を果たして第１風車１５を風上側に戻す機能を果たす。
【００１２】
１９は差動装置１２の上部に固定して設けた上部垂直翼であり、２０は差動装置１２の下部に固定して設けた下部垂直翼である。これらの垂直翼１９、２０は、第１風車１５の向きが風上側から逸れた場合、すなわち、該垂直翼１９、２０の翼面に風が当たる場合には、その風力により垂直翼に対して抵抗の少ない方向、すなわち風上側に回転するので、風向計の役目を果たして第１風車１５を風上側に戻す機能を果たす。
【００１３】
次に図２及び図３に基づいて、差動装置１２の内部機構、及び、伝動回転軸１４、前方回転軸１６、後方回転軸１８との接続構造について詳述する。
【００１４】
差動装置１２の内部には、前方回転軸１６及び後方回転軸１８の先端にそれぞれ差動ギア２１、２２が取付けられ、その軸推力を受ける軸受２３、２４が設けられている。差動ギア２１、２２には差動ピニオン２６、２７及び駆動リングギヤ２８が組込まれている。駆動リングギヤ２８は駆動ピニオン２９を介して伝動回転軸１４に連結されている。伝動回転軸１４にはスラスト軸受１３が設けられている。
【００１５】
風上側の第１風車１５及び風下側の第２風車１７が風力を受けて回転すると、その動力が差動装置１２に組込まれた伝動回転軸１４を介して発電機１１を回して発電させる。差動装置１２内部においては前方回転軸１６及び後方回転軸１８それぞれの先端に取付けられた差動ギア２１、２２に伝達される回転動力は、図２に示すように前方回転軸１６と後方回転軸１８との回転数に差がない場合には、差動ピニオン２６、２７は回転しないが、図３に示すように前方回転軸１６と後方回転軸１８との回転数に差が生じ場合には、差動ピニオン２６、２７を回転させることにより両者の伝達動力に応じてバランスをとり、駆動リングギヤ２８及び駆動ピニオン２９を介して伝動回転軸１４に出力される。このように、本風力発電装置Ａにおいては風下側の風力を受けて回転する第２風車１７が追加して設けられ、風上側の風力を受けて回転する第１風車１５とともに差動装置１２に組込まれて合成され、差動装置１２内で両者の伝達動力に応じて回転動力のバランスがとれるようになっている。このようにして合成されて増大した回転動力は、伝動回転軸１４を介して増速機で増速された後、発電機１１に伝達されて発電量の出力増大が図られる。
【００１６】
このように本実施例に係る風力発電装置Ａは、差動装置１２の使用により支柱１０の下部に重量物である発電機１１を設置することができるので、安全性が向上し、また設置工事が容易となる。また、第２風車１７を設けたことにより、第１風車１５との間において重量的なバランスがとれると共に、第２風車１７の回転が補助的な回転動力となり、発電量を増加させる。さらに、絶えず変化する風向きに対し、第１風車１５の向きが風上側から逸れても、該差動装置１２の風下側に取り付けた上部垂直翼１９及び下部垂直翼２０及び第２風車１７が風向計の機能を果たすことにより、第１風車１５が差動装置を中心として風上側に回転し、かつ、常に風上側に向くようになるため、風力を有効に使用できる発電装置の提供が可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係る風力発電装置は、支柱の下部に設けた発電機と支柱の頂部において水平方向に回転可能に設けた差動装置とを伝動回転軸を介して接続し、風上側に位置する大径の第１風車と風下側に位置する小径の第２風車とを、それぞれ回転軸を介して差動装置に接続し、前記第１風車から伝達される回転動力及び第２風車から伝達される回転動力により発電機を回転させ、該差動装置の風下側に上部垂直翼及び下部垂直翼を取り付けた構成としたため、差動装置の使用により支柱の下部に重量物である発電機を設置することができるので、安全性が向上し、また設置工事が容易となる。また、第２風車を設けたことにより、重量的なバランスがとれて安定性が良好であると共に、第２風車の回転が補助的な回転動力となり、発電量を増加させる効果がある。さらに、絶えず変化する風向きに対し、該差動装置の風下側に取り付けた上部垂直翼及び下部垂直翼及び第２風車が風向計の機能を果たすことにより第１風車が差動装置を中心として風上側に回転し、かつ、常に風上側に向くようになるため、風力を有効に使用できる発電装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施例に係る風力発電装置の概略図である。
【図２】  差動装置の内部機構を示すものであって、前方回転軸と後方回転軸の回転数が同じ場合の断面図である。
【図３】  差動装置の内部機構を示すものであって、前方回転軸と後方回転軸の回転数が異なる場合の断面図である。
【図４】  従来の風力発電装置の概略図である。
【符号の説明】
Ａ  風力発電装置
１０  支柱
１１  発電機
１２  差動装置（ディファレンシャルギア）
１３  スラスト軸受
１４  伝動回転軸
１５  第１風車
１６  前方回転軸
１７  第２風車
１８  後方回転軸
１９  上部垂直翼
２０  下部垂直翼
２１、２２  差動ギア
２３、２４  スラスト軸受
２６、２７  差動ピニオン
２８  駆動リングギア
２９  駆動ピニオン
【図１】
0004080176.tif 000002
【図２】
0004080176.tif 000003
【図３】
0004080176.tif 000004
【図４】
0004080176.tif 000005