(57)【要約】【要  約】【課  題】小型化ができかつ大電力を発生可能な縦軸型風車発電機を提供。【解決手段】縦軸型風車発電機１は、複数の羽根を固定軸７に平行にかつ環状に配置された円筒状羽根車９と、円筒状羽根車９の外側に、複数の導風板５１，…を固定軸７の軸方向に平行にかつ一定の角度に配置して円筒状に形成してなるガイドベーン５とを備え、円筒状羽根車９は、固定軸７に回転可能に固定され、複数の羽根９４，…を、回転方向側前端９４ａを半円形状に、後端９４ｂを平坦にしてバケットに形成し、一つの羽根９４の回転方向側前端９４ａが当該羽根９４の一つ前の羽根９４の後端９４ｂにそれぞれ連接されてなり、ガイドベーン５は、複数の導風板５１，…の取り付け角度が、円筒状羽根車９のバケットの後端９４ｂの角度と一致させ導風板５１，…の数を羽根９４，…の数と一致させ、円筒状羽根車９の内部に発電機１１を設けたものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に設置される軸と、
複数の羽根を前記軸に平行にかつ環状に配置した円筒状羽根車と、
前記円筒状羽根車の外側に、複数の導風板を軸方向に平行にかつ一定の角度に傾け配置して円筒状に形成してなるガイドベーンとを備えた縦軸型風車において、
前記円筒状羽根車は、前記軸回りに回転可能に固定されて、複数の羽根は、回転方向側前端を半円形状に、後端側を平坦にしてバケットに形成するとともに、一つの羽根の回転方向側前端が当該羽根の一つ前の羽根の後端にそれぞれ連接され、
前記ガイドベーンは、一対の導風板支持部の斜面に設けられた複数の導風板の取り付け角度が、前記円筒状羽根車のバケットの後端側羽根板の角度と一致するように配置され、かつ、導風板の数を前記円筒状羽根車の羽根の数と一致させて設けられ、
前記軸には固定子捲線を備えたステータが複数、固定され、
前記円筒状回転羽根の内周面には磁極を備えたロータが固定されることを特徴とする縦軸型風車発電機。
【請求項２】
二つの板を一定間隔で隔て、それら板の所定位置に支柱を固定して箱型形状の基台を形成し、前記基台の支柱を垂直に配置し、上側の板を上板とし、下側の板を下板とし、上板と下板との間に前記ガイドベーンを固定し、かつ、前記上板の各辺に高速耐風シャッターを設けたことを特徴とする請求項１記載の縦軸型風車発電機。
【請求項３】
高速耐風シャッター駆動装置は、風速を検出して風速に比例した電気信号を出力する風速検出計と、
風速検出計からの電気信号を取り込み、一定風速以上の電気信号のときにバッテリからの電力を高速耐風シャッターのモータに対して高速耐風シャッターが閉まる方向に与え、一定風速よりも所定量だけ低い風速の電気信号となったときにバッテリからの電力を高速耐風シャッターのモータに対して高速耐風シャッターが開く方向に与えるシャッター開閉制御回路と、
を備えたことを特徴とする請求項２記載の縦軸型風車発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状羽根車の羽根をバケットに形成し、ガイドベーンの作用と併せて円筒状羽根車の半径の直角方向に風を作用させるようにした縦軸型風車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の縦軸型風車は、基台に垂直に設置される回転軸と、前記回転軸に固定され複数の羽根を前記回転軸に平行にかつ環状に配置された円筒状羽根車と、前記円筒状羽根車の外側に、複数の導風板を回転軸に平行にかつ一定の角度に配置して円筒状に形成してなるガイドベーンとを備えたものが知られている（特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
この縦軸型風車によれば、風がガイドベーンで整流されて円筒状羽根車の羽根に導かれることにより円筒状羽根車が効率よく回転し、回転軸より強力な動力を得ることができる。
【特許文献１】実用新案登録第３１２４５１７号
【特許文献２】特開２０００−１６１１９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような縦軸型風車によれば、基本的に反動により動作であるため、円筒状羽根車の部分に風の通路を確保しなければならない関係から、風車部分と発電装置部分とを別体に構成しなければならず、装置が大型化し、また、場合によっては動力伝達に工夫をする必要があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、小型化ができ、かつ大電力を発生可能な縦軸型風車発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、垂直に設置される軸と、複数の羽根を前記軸に平行にかつ環状に配置した円筒状羽根車と、前記円筒状羽根車の外側に、複数の導風板を軸方向に平行にかつ一定の角度に傾け配置して円筒状に形成してなるガイドベーンとを備えた縦軸型風車において、
前記円筒状羽根車は、前記軸回りに回転可能に固定されて、複数の羽根は、回転方向側前端を半円形状に、後端側を平坦にしてバケットに形成するとともに、一つの羽根の回転方向側前端が当該羽根の一つ前の羽根の後端にそれぞれ連接されており、
前記ガイドベーンは、一対の導風板支持部の斜面に設けられた複数の導風板の取り付け角度が、前記円筒状羽根車のバケットの後端側羽根板の角度と一致するように配置され、かつ、導風板の数を前記円筒状羽根車の羽根の数と一致させて設けられており、
前記軸には固定子捲線を備えたステータが複数、固定され、
前記円筒状回転羽根の内周面には磁極を備えたロータが固定されることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の縦軸型風車発電機において、二つの板を一定間隔で隔て、それら板の所定位置に支柱を固定して箱型形状の基台を形成し、前記基台の支柱を垂直に配置し、上側の板を上板とし、下側の板を下板とし、上板と下板との間に前記ガイドベーンを固定し、かつ、前記上板の各辺に高速耐風シャッターを設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の縦軸型風車発電機において、高速耐風シャッター装置は、風速を検出して風速に比例した電気信号を出力する風速検出計と、風速検出計からの電気信号を取り込み、一定風速以上の電気信号のときにバッテリからの電力を高速耐風シャッターのモータに対して高速耐風シャッターが閉まる方向に与え、一定風速よりも所定量だけ低い風速の電気信号となったときにバッテリからの電力を高速耐風シャッターのモータに対して高速耐風シャッターが開く方向に与えるシャッター開閉制御回路とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る縦軸型風車発電機によれば、次のような利点がある。
【００１０】
（１）発電機を円筒状羽根車の内部に設けたので、装置全体を小型化できる。
【００１１】
（２）発電機を円筒状羽根車の内部に数段に設けることができるので、大きな発電能力が発揮できる。
【００１２】
（３）風の吹く方向が変化しても、常に回転力を得ることができるので、常に電力を得ることができ、自然エネルギーの有効活用を図ることができる。
【００１３】
（４）一定以上の風速のときには、高速耐風シャッターで風を遮断できるので、円筒状羽根車の過回転を防止でき、故障等を防止することができる。
【００１４】
（５）ガイドベーンの直径掛けるガイドベーンの長さからなる平面で風を受けるので、風を受ける面が多くとれ、微風でも回転力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１ないし図９は本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機を説明するための図である。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機の外観を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機の正面図である。図３は、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機の側面図である。図４は、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機の中央部の横断面図である。
【００１８】
本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機１は、図１ないし図４に示すように、縦長な箱型形状に形成された基台３と、その基台３の内部に固定された複数の導風板５１，…を配置して円筒形状に構成されたガイドベーン５と、そのガイドベーン５の内部に回転可能に設けられた円筒状羽根車９とで主に構成されている。前記ガイドベーン５の中心位置には固定軸７が設けられている。円筒状羽根車９は、後述する図５に示すスラスト軸受け９１を介して固定軸７に回転可能に取り付けられている。
【００１９】
前記基台３は、例えば四角形の二つの板３２、３３を所定間隔に隔てて、それらの板３２、３３の四隅に支柱３１，３１，３１，３１を固定して箱型形状に形成されている。上板３２と下板３３との間に前記ガイドベーン５が固定されるとともに、前記ガイドベーン５の内部に円筒状羽根車９が回転可能に設けられている。
【００２０】
また、前記固定軸７には、固定子捲線１１ｃを備えたステータ１１ａが固定されている。前記円筒状羽根車９の内周面には磁極を備えたロータ１１ｂが固定されている。これらステータ１１ａとロータ１１ｂと固定子捲線１１ｃとで発電機１１が構成されている。
【００２１】
前記基台３の上板３２の上側四面であってガイドベーン５の外側位置には、図１ないし図３に示すように、高速耐風シャッター１３の収納部１３ａがそれぞれ設けられている。支柱３１，３１，３１，３１には、高速耐風シャッター１３用のレール１３ｂがそれぞれ設けられている。
【００２２】
前記高速耐風シャッター１３の収納部１３ａの上側には、ソーラパネル１５が配置されている。このソーラパネル１５は、高速耐風シャッター１３を駆動するモータの電源であるバッテリを充電するためのものである。後述する風速検出計によって、風速は、常時検出されており、風速が一定以上の値になったとき、モータが駆動されて高速耐風シャッター１３が下ろされる。高速耐風シャッター１３、円筒状羽根車９が過回転することを防止するための装置である。
【００２３】
なお、二つの板３２、３３は四角形に限定されるものではなく、六角形、八角形などの角形形状、或いは円形等である。二つの板３２、３３が円形の場合、上板３２に高速耐風シャッター１３の収納部１３ａを適宜設ける。
【００２４】
図５は、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機における円筒状ガイドベーンと円筒状羽根車との関係を示す図である。図６は、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機における円筒状ガイドベーンと円筒状羽根車との関係を示し、図５のＡ−Ａ線断面図である。図７は、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機における円筒状羽根車を示す分解斜視図である。図８は、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機における円筒状羽根車の一部を切り欠き拡大して示す平面図である。図９は、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機における円筒状ガイドベーンの構成を説明する斜視図である。
【００２５】
縦軸型風車発電機１における円筒状ガイドベーン５は、図５に示すように、円筒状羽根車９の外側に、複数の導風板５１，…を固定軸７の軸方向に対して平行で、かつ一定の角度に配置して、円筒状になるように上板３２及び下板３３に固定されている。このように円筒状で、円筒状羽根車９より縦長に構成したガイドベーン５によれば、ガイドベーン５の直径×ガイドベーン５の長さからなる平面で風を受けることができるので、風を受ける面が多くとれる。
【００２６】
図５、図９に示すように円筒状ガイドベーン５は、複数の導風板５１と、一対の導風板支持部５２とで構成されている。導風板支持部５２は、円錐筒形状であって、大径側が開口で構成され、頂部側は大径平面に平行に切断された形状の面５２ａを有している。即ち、導風板支持部５２は、前記面５２ａと、略円錐状の斜面５２ｂとを有している。
【００２７】
複数の導風板５１は、斜面５２ｂに沿って配置され、例えば、溶接によって導風板支持部５２に一体に固定されて、水平方向に吹く風を、円筒状羽根車９に導く構成になっている。つまり、導風板５１は、一端側と他端側との幅寸法が異なり、一端と他端とを結ぶ辺が斜面５２ｂに密着するように構成された薄板である。
【００２８】
なお、導風板支持部５２は、その大径側がそれぞれ上板３２、下板３３に固定されている。また、導風板支持部５２の面５２ａには、その中央にスラスト軸受９１が配置可能な貫通孔が形成されている。
【００２９】
固定軸７は、図５に示すように、基台３の上板３２と下板３３との間に垂直に設置され、かつ基台３を構成する上板３２と下板３３とに固定されている。
【００３０】
円筒状羽根車９は、図５に示すように、前記固定軸７にスラスト軸受９１，９１により回転可能に固定されている。
【００３１】
円筒状羽根車９の複数の羽根９４は、図７、図８に示すように回転方向側前端９４ａが半円形状で、後方端側９４ｂを平板状に形成して構成されている。図７に示すように、複数の羽根９４の上端９４ｕを上側円盤９２に固定し、複数の羽根９４の下端９４ｄを下側円盤９３に固定してバケットに形成する。複数の羽根９４を円盤９２、９３に固定する際、図７及び図８に示すように一つの羽根９４の回転方向側前端９４ａと当該羽根９４の一つ前に配置された羽根９４’の後端９４ｂ’とはそれぞれ連接されて、連なった形状に構成されている。また、上側円盤９２と下側円盤９３との中心部には、スラスト軸受９１，９１が配置されている。
【００３２】
そして、図６に示すように、前記ガイドベーン５の複数の導風板５１，…の取り付け角度と、前記円筒状羽根車９の各バケットの各羽根９４の後方端側９４ｂの角度と一致するように配置されている。また、ガイドベーン５の導風板５１，…は、円筒状羽根車９の羽根９４の枚数と同じだけ配置されている。
【００３３】
発電機１１は、ステータ１１ａとロータ１１ｂとから構成されることは既に説明した。ステータ１１ａは、固定軸７に一定間隔で固定されている鉄心１１ｄと，鉄心１１ｄに巻回された固定子捲線１１ｃとから構成されている。ロータ１１ｂは、図４から図６に示すように、円筒状羽根車９の内周面に例えばコ字形状の永久磁石１１ｅが極性を考慮して、複数、固設されている。
【００３４】
図１０は、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機に用いられる高速耐風シャッターを動作させるための駆動回路装置を示すブロック図である。
【００３５】
高速耐風シャッター１３の駆動装置は、ソーラパネル１５と、バッテリ１４と、ソーラパネル１５からの電力をバッテリ１４に与える際に充電を制御する充電制御器１４ａと、風速を検出してその風速に比例した電気信号を出力する風速検出計１３ｃと、この風速検出計１３ｃからの電気信号を取り込み、一定風速以上の電気信号のときにバッテリ１４からの電力を高速耐風シャッター１３のモータ１３ｄに対して高速耐風シャッター１３が閉まる方向に与え、一定風速よりも所定量だけ低い風速の電気信号となったときにバッテリ１４からの電力を高速耐風シャッター１３のモータに対して高速耐風シャッター１３が開く方向に与えるシャッター開閉制御回路１３ｅとを備えて構成されている。
【００３６】
このように構成された縦軸型風車発電機の動作を図１から図９と、図１１を参照して説明する。
【００３７】
図１１は、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機の動作を説明するための説明図である。
【００３８】
風が図１１に示すように図面の上側からか図面の下側に吹いていたとする。これらの風は、ガイドベーン５の風取り入れ部を構成する導風板５１，…によって、図１１に示すように整流されて円筒状羽根車９に導かれる。
【００３９】
すると、風が円筒状羽根車９の回転方向側前端９４ａに導かれ、円筒状羽根車９の半径の直角方向に風の力が作用することになり、円筒状羽根車９が図示矢印Ｃのように時計回りに回転することになる。
【００４０】
円筒状羽根車９が回転すると、ロータ１１ｂの永久磁石１１ｅが回転することになり、ステータ１１ａの固定子捲線１１ｃから電力が発生することになる。
【００４１】
なお、地面に平行な風は、３６０度、何れの方向から吹いてきても、ガイドベーン５の整流作用により、円筒状羽根車９が回転することになる。
【００４２】
これに対して、上向きの風は、ガイドベーン５の導風板５１と斜面５２ｂとによって風向きを変えて円筒状羽根車９の回転方向側前端９４ａに導かれるので、円筒状羽根車９は上向きの風であっても、円筒状羽根車９は回転することになる。
【００４３】
一方、下向きの風は、ガイドベーン５の導風板５１と斜面５２ｂとによって風向きを変えて円筒状羽根車９の回転方向側前端９４ａに導かれるので、円筒状羽根車９は下向きの風であっても、円筒状羽根車９は回転することになる。
【００４４】
したがって、本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機によれば、全方向からの風力を利用して発電させることができる。
【００４５】
また、風の強さは、常に風速検出計１３ｃで検出されていて、検出された電気信号はシャッター開閉制御回路１３ｅに入力されている。ここで、シャッター開閉制御回路１３ｅは、例えば台風のような強風が吹いて、入力された電気信号が一定風速以上であることを示す電気信号となると、バッテリ１４からの電力を高速耐風シャッター１３のモータ１３ｄに対して高速耐風シャッター１３が閉まる方向に与える。これにより、縦軸型風車発電機１に設置されている高速耐風シャッター１３が降りて、ガイドベーン５の風取り入れ部が高速耐風シャッター１３で閉鎖される。すなわち、円筒状羽根車９に風が供給されなくなって、円筒状羽根車９が強風で高速回転することなく、安全に保たれる。
【００４６】
一方、台風などの強風が収まり、風速検出計１３ｃからの電気信号が、一定風速よりも所定量だけ低い風速であることを示す電気信号となったときに、シャッター開閉制御回路１３ｅは、バッテリ１４からの電力を高速耐風シャッター１３のモータ１３ｄに対して高速耐風シャッター１３が開く方向に与えるので、高速耐風シャッター１３が開く。これにより、風がガイドベーン５に供給されるようになり、再び、円筒状羽根車９が回転し、発電機１１から電力を得ることができるようになる。
【００４７】
本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機によれば、発電機を円筒状羽根車の内部に設けたので、装置全体を小型化できる。また、発電機を数段に設けることができるので、大きな発電能力が発揮できる。さらに、風の吹く方向が変化しても、常に回転力を得ることができるので、常に電力を得ることができ、自然エネルギーの有効活用を図ることができる。また、一定以上の風速のときには、高速耐風シャッターで風を遮断できるので、円筒状羽根車の過回転を防止でき、故障等を防止することができる。また、ガイドベーンの直径掛けるガイドベーンの長さからなる平面で風を受けるので、風を受ける面が多くとれ、微風でも回転力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機の正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機の側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機の中央部の横断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機における円筒状ガイドベーンと円筒状羽根車との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機における円筒状ガイドベーンと円筒状羽根車との関係を示し、図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機における円筒状羽根車を示す分解斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機における円筒状羽根車の一部を切り欠き拡大して示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機における円筒状ガイドベーンの構成を説明する斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機に用いられる高速耐風シャッターを動作させるための駆動回路装置を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る縦軸型風車発電機の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  縦軸型風車発電機    
３  基台
５  ガイドベーン
７  固定軸
９  円筒状羽根車
１１  発電機
１１ａ  ステータ
１１ｂ   ロータ
１１ｃ  固定子捲線
１１ｅ  永久磁石
１３  高速耐風シャッター
３１  支柱
３２  上板
３３  下板
５１  導風板
５２  導風板支持部
９４  羽根
９４ａ  回転方向側前端
９４ｂ  後方端側
【図１】
2009287516.tif 000003
【図２】
2009287516.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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2009287516.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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