JP2000205105A

JP2000205105A - 縦軸式風力発電装置

Info

Publication number: JP2000205105A
Application number: JP11001824A
Authority: JP
Inventors: Mitsuteru Kishi; 光輝岸; Katsumi Tsukamoto; 本克美塚; Kenichi Takemura; 村健一竹; Toshiyuki Satou; 藤歳幸佐; Yasuhiro Katano; 野泰弘交; Noboru Iizuka; 塚昇飯; Hideya Shimada; 田英也島; Hiromasa Seki; 博政関
Original assignee: Kajima Corp; Tomoe Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Tomoe Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-01-07
Filing date: 1999-01-07
Publication date: 2000-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな設置スペースを必要とせず、また、メ
ンテナンス時の安全確保や強風に対する対策が容易、か
つエネルギー変換効率のよい風力発電装置を提供する。【解決手段】発電機（２１）を駆動する風車ロータ
（１）を直立した回転軸（２）まわりに回転自在に設
け、該風車ロータ（１）の回転する周囲を囲んで複数の
遮蔽板（３）を前記風車ロータ（１）の回転軸（２）に
平行な支持軸（４）によって回動自在に設け、該遮蔽板
（３）の開閉によって風車ロータ（１）への風の流入を
遮蔽するように構成し、風速検知手段（１５）を設け、
その信号によって強風時に前記遮蔽板（３）を閉じるよ
うに制御する制御装置（２５）を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、縦軸式風力発電装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建設工事用機械や設備に対して適
当な電源装置が無く不自由するという場合が多々みられ
た。例えば、ケーブルクレーンは、自動化・リモコン化
が進められているが、その横行トロリーには、吊荷監視
用工業テレビカメラ、同用画像データ伝送用無線器、Ｇ
ＰＳ受信機、同用データ伝送用無線器、コンクリートバ
ケット姿勢監視装置、コンクリート打設目標位置設置装
置等の電源の必要な機器が搭載されており、これらに対
する適当な電源装置が求められている。

【０００３】その他に、・軌索式ケーブルクレーン用走行三角ブロック・山間地や海辺に設置したＧＰＳ受信アンテナと無線送
信機・自動測量用トータルステーション・宅地造成工事や埋め立て工事等の広範囲な作業現場の
通信電源・山間地の土砂崩れ監視設備等のような小容量の電源を必要とするケースは多数あ
る。

【０００４】このようなケースでは、その多くは、エン
ジン式発電機、バッテリー、あるいは太陽光（ソーラ）
発電等を設置して対処しているが、エンジン式発電機で
は、燃料補給・メンテナンス・騒音等の問題、バッテリ
ーでは、補充電や交換が必要、また、ソーラ発電では、
必要容量の確保に相当な大きさが必要で実用的でなく、
しかも天候・時間に左右されて連続使用できない、等そ
れぞれ問題点を有している。

【０００５】一方、風力発電機の使用も考えられるが、
従来の一般的に市販されている風力発電機は、図１３に
示すようなプロペラ３２を用いた発電機３０であって、
垂直尾翼３３によって風向きに応じて旋回するものであ
る。

【０００６】かかる風力発電機３０を、建設機械や、前
記用途等に使用する場合には、・大きい設置スペースが必要。すなわち、プロペラの先
端までの高さ、そして、据付架台またはポールを中心に
垂直尾翼までの旋回径が必要である。・機械の点検・給油作業時の安全確保のために、保護金
網等の囲いが必要。・強風時の安全対策が複雑な構成である。・水平方向の風向き変化に対して垂直尾翼で旋回追従す
るためにエネルギー変換効率が良くない。といった問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
の問題点に対処し、大きな設置スペースを必要とせず、
また、メンテナンス時の安全確保や強風に対する対策が
容易、かつエネルギー変換効率のよい風力発電装置を提
供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、発電機
を駆動する風車ロータを直立した回転軸まわりに回転自
在に設け、該風車ロータの回転する周囲を囲んで複数の
遮蔽板を前記風車ロータの回転軸に平行な支持軸によっ
て回動自在に設け、それらの遮蔽板を連動して回動し開
閉することによって風車ロータへの風の流入を遮蔽する
ように構成している。

【０００９】また、風速検知手段を設け、その信号によ
って強風時に前記遮蔽板を閉じるように制御する制御装
置を設けている。

【００１０】したがって、本発明によれば、風速検知手
段で風速を検知し、所定風速以上の強風時には風車ロー
タの周囲に設けた複数の遮蔽板を閉じて風車ロータへの
強風の流入を遮蔽する様に制御して縦軸式風力発電装置
を運転する。

【００１１】また、縦軸式風車であるので、風の方向に
関わらず運転することができ、装置全体がコンパクトに
構成されて狭いスペースへの設置や移動が容易であり、
かつメンテナンスが容易で作業時の安全が確保できる。
したがって、従来、発電機の設置が困難であった用途・
場所にも設置でき、環境に優しく省エネルギーの風力発
電が適用できる。

【００１２】本発明に実施に際しては、例えばダムの建
設工事において前記縦軸式風力発電装置をケーブルクレ
ーンの横行トロリーに搭載するのが好ましい。この様に
構成した場合においては、走行塔及び固定塔を設け、そ
の間に張設されたケーブルを横行するトロリーにコンク
リートバケットが吊り下げられ、風力発電装置が搭載さ
れているのが好ましい。

【００１３】この様に構成すれば、トロリー横行中には
その横行速度に見合った風速が得られ、また、停止中も
自然風により、風向きに関係なく常時発電が継続できる
からである。なお、横行トロリーはケーブルに乗ってい
るので、本発明にかかる風力発電装置を１箇所に搭載す
るとバランスが悪く、不安定になる場合も存在する可能
性が有る。しかし、その様な場合には、配置を工夫する
か本発明の風力発電装置を２台以上設置して、横行トロ
リーのバランスを取るように構成すれば良い。

【００１４】また本発明によれば、例えば定点観測用の
無人の機器に最適である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図１において、全体を符号１０で
示す風力発電機１０は、直立した中心軸まわりに回転自
在に風車ロータ１が設けられたロータ部１０ａと、後記
する制御装置等を配設した補機部１０ｂとで大略構成さ
れている。

【００１６】風車ロータ１は、同時に異方向からの風力
が入力しても有効にエネルギー変換できるジャイロミル
タイプであり、そのロータ１を支持するロータ回転軸２
は、下端部が補機部１０ｂ側に軸支されている。そし
て、ロータ部１０ａのロータ１が回転する周囲を囲んで
複数（図示例では１２）の遮蔽板３がロータ回転軸２に
平行な支持軸４によって回動自在に設けられている。こ
れらの支持軸４は、上端部がロータ部１０ａの上部を構
成する天板１１に、下端部が補機部１０ｂ側にそれぞれ
軸支されており、また、各支持軸４の遮蔽板上部にはそ
れぞれスプロケット６が固設され、それらのスプロケッ
ト６を巡って伝達チェーン７が巻装され、遮蔽板３を回
動して開閉が行えるように構成されている。

【００１７】そしてこの遮蔽板３の開閉は、天板１１に
吊設された電動シリンダ８で操作される。また、天板１
１の上部には、風速検知手段である風速検知風車１５が
設けられている。

【００１８】補機部１０ｂには、前記ロータ回転軸２の
一端に増速機２２を介装して発電機２１が連結されて配
設されており、また、バッテリ２７、レギュレータ２
６、及び遮蔽板３の開閉を制御する制御装置２５が設け
られている。

【００１９】そして、図２には、強風時に遮蔽板３を閉
じてロータ１への風の流入を遮蔽した状態が、また、そ
の状態から電動シリンダ８で回転軸４を約９０度回動し
て遮蔽板３を開いた運転時が図３に示されている。

【００２０】次に、図４及び図５に、風車ロータ１Ａに
図６に示す様なスリットサポニウス型の風車を使用した
実施形態が示されている。この実施形態では、回転軸２
Ａは、上下両端部で軸支されており、その回転軸２Ａの
ロータ１Ａ上方にはスプロケット２３が固設され、その
スプロケット２３からチェーン２４で天板１１に吊設さ
れた発電機２１Ａが増速されて駆動されている（図７参
照）。

【００２１】また、図８に示す様に、この例では８枚の
遮蔽板３が用いられ、その支持軸４の一本に固設された
レーバ９を電動シリンダ８の伸縮により回動させ、その
動きをスプロケット６からチェーン７を介して他のスプ
ロケット６にも伝えられている。なお、図中のＳＷ１、
ＳＷ２は遮蔽版３の開閉を検出するリミットスイッチで
ある。

【００２２】図９には、遮蔽板３を作動させる電動シリ
ンダ８及びそれを制御する制御装置２５を含む電気回路
が示されている。ロータ１で駆動される発電機２１の出
力回路は、バッテリ２７に接続されて充電すると共にイ
ンバータ２９を介してＡＣ１００Ｖとして出力されてい
る。そして、その出力回路から分岐して制御装置２５の
電源入力端子２５ａに入力されており、また、リレーＲ
を介して電動シリンダ８に出力されている。さらに、風
速計１５ａにも接続され、その出力信号は制御装置２５
の信号入力端子２５ｃに入力されている。その信号入力
端子２５ｃには、遮蔽板３の開閉を検出するリミットス
イッチＳＷ１、ＳＷ２からも入力されている。そして、
制御装置２５の信号出力端子２５ｂからはリレーＲ１、
Ｒ２に出力され、前記リレーＲを作動して電動シリンダ
８のＯＮ／ＯＦＦ、及び正転／逆転の切換えを行ってい
る。

【００２３】次に、図１０に示すフローチャートによっ
てその制御の態様を説明する。まず、ステップＳ１にて
風速計１５ａで風速を検出し、その信号を制御装置２５
に送り、制御装置２５ではステップＳ２でその信号から
規定風速以上か否か判断する。それがＹｅｓであれば、
ステップＳ３でリレーＲ１／Ｒ２に出力して電動シリン
ダ８を収縮して遮蔽板３を開き、Ｎｏであれば、ステッ
プＳ４でリレーＲ１／Ｒ２を作動して電動シリンダ８を
伸張して遮蔽板３を閉じ、共にリターンする。

【００２４】一方、発電機２１の出力電圧は、制御装置
２５に入力されてステップＳ５で検出され、異常回転あ
るいは過充電の防止のためにステップＳ６で規定電圧以
上か否か判断される。ＮｏであればステップＳ３でリレ
ーＲ１／Ｒ２に出力して電動シリンダ８を収縮して遮蔽
板３を開き、Ｙｅｓであれば、ステップＳ４でリレーＲ
１／Ｒ２を作動して電動シリンダ８を伸張して遮蔽板３
を閉じ、共にリターンする。

【００２５】図１１には、ダムＤの建設工事において縦
軸式風力発電装置１０をケーブルクレーン４０の横行ト
ロリー４１に搭載した実施形態が示されている。走行塔
４５、固定塔４６間に張設されたケーブルを走行するト
ロリー４１にはコンクリートバケット４２が吊り下げら
れ、風力発電装置１０が搭載されている。トロリー４１
は、横行中にはその横行速度に見合った風速が得られ、
また、停止中も自然風により、風向きに関係なく常時発
電が継続できる。

【００２６】なお、横行トロリー４１は、ケーブルに乗
っており、風力発電装置１０を１箇所に搭載するとバラ
ンスが悪く、不安定になることも考えられるが、その様
な場合には、配置を工夫するか風力発電装置１０を２台
以上設置してもよい。

【００２７】また、図１２には、太陽光発電Ｓを併用し
た家庭用自家発電装置５０に適用した実施形態が示され
ている。屋根上に縦軸式風力発電装置１０及び太陽光発
電Ｓが設置され、それぞれ制御装置２５Ａで制御されて
インバータ２９を介して屋内分電盤Ｐに接続されてい
る。そして、負荷に接続され、不足電力は、商用電力か
ら（売／買）メータＭ、Ｍ及びブレーカＢを介して供給
され、発電力が消費電力を上回った場合は、その余剰電
力は売電される。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、以上説明した様に構成され以
下の効果を奏する。（１）一体構造のため移動や設置が簡単で、大掛かり
な基礎工事を必要としない。（２）安全確保のために従来の風車のように架台やポ
ール上の高所に設置する必要がない。（３）設置やメンテナンスが容易であるので、建設工
事用機械・設備のみでなく、一般産業・家庭用自家発電
装置としても採用できる。（４）コンパクトな風力発電であるので、災害時等の
電力確保、あるいは情報伝達に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図。

【図２】図１の強風時（遮蔽板閉）を示す横断面図。

【図３】図１の運転時（遮蔽板開）を示す横断面図。

【図４】本発明の別の実施形態を示す縦断面図。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図。

【図６】図４のロータを示す斜視図。

【図７】図４の発電機駆動部分の詳細を示す図。

【図８】図４の遮蔽板の開閉機構を示す図。

【図９】制御装置の配線図。

【図１０】制御の態様を示すフローチャート図。

【図１１】本発明の縦軸式風力発電装置をケーブルクレ
ーンに搭載した概念図。

【図１２】本発明の縦軸式風力発電装置を家庭用自家発
電装置に適用した概念図。

【図１３】従来の風力発電機の一例を示す斜視図。

【符号の説明】

１・・・風車ロータ２・・・風車ロータ回転軸３・・・遮蔽板４・・・遮蔽板支持軸６・・・スプロケット７・・・伝達チェーン８・・・電動シリンダ１１・・・天板１５・・・風速検知風車２１・・・発電機２２・・・増速機２５・・・制御装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１月１３日（２０００．１．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】一方、風力発電機の使用も考えられるが、
従来の一般的に市販されている風力発電機は、図１２に
示すようなプロペラ３２を用いた発電機３０であって、
垂直尾翼３３によって風向きに応じて旋回するものであ
る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ケーブ
ルクレーンの横行トロリーに搭載した発電装置であっ
て、発電機を駆動する風車ロータを直立した回転軸まわ
りに回転自在に設け、その風車ロータの回転する周囲を
囲んで複数の遮蔽板を前記風車ロータの回転軸に平行な
支持軸によって回動自在に設け、それらの遮蔽板を連動
して回動し開閉することによって風車ロータへの風の流
入を遮蔽するように構成している。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】また、本発明は、風速検知手段を設けてそ
の信号から規定風速以上か否か判断すると共に、発電機
の出力電圧を検出して規定電圧以上か否か判断し、前記
遮蔽板の開閉を制御する制御手段を設けている。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】削除

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図。

【図２】図１の強風時（遮蔽板閉）を示す横断面図。

【図３】図１の運転時（遮蔽板開）を示す横断面図。

【図４】本発明の別の実施形態を示す縦断面図。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図。

【図６】図４のロータを示す斜視図。

【図７】図４の発電機駆動部分の詳細を示す図。

【図８】図４の遮蔽板の開閉機構を示す図。

【図９】制御装置の配線図。

【図１０】制御の態様を示すフローチャート図。

【図１２】従来の風力発電機の一例を示す斜視図。

【符号の説明】１・・・風車ロータ２・・・風車ロータ回転軸３・・・遮蔽板４・・・遮蔽板支持軸６・・・スプロケット７・・・伝達チェーン８・・・電動シリンダ１１・・・天板１５・・・風速検知風車２１・・・発電機２２・・・増速機２５・・・制御装置

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１３

【補正方法】削除

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塚本克美東京都港区元赤坂１丁目２番７号鹿島建設株式会社内 (72)発明者竹村健一東京都港区元赤坂１丁目２番７号鹿島建設株式会社内 (72)発明者佐藤歳幸新潟県新潟市万代一丁目３番４号鹿島建設株式会社北陸支店内 (72)発明者交野泰弘新潟県新潟市万代一丁目３番４号鹿島建設株式会社北陸支店内 (72)発明者飯塚昇東京都品川区南大井六丁目28番６号トモエ電機工業株式会社内 (72)発明者島田英也東京都品川区南大井六丁目28番６号トモエ電機工業株式会社内 (72)発明者関博政東京都品川区南大井六丁目28番６号トモエ電機工業株式会社内Ｆターム(参考） 3H078 AA05 AA26 BB07 BB11 BB17 BB20 CC13 CC22 CC54 CC78

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電機を駆動する風車ロータを直立した
回転軸まわりに回転自在に設け、該風車ロータの回転す
る周囲を囲んで複数の遮蔽板を前記風車ロータの回転軸
に平行な支持軸によって回動自在に設け、それらの遮蔽
板を連動して回動し開閉することによって風車ロータへ
の風の流入を遮蔽するように構成したことを特徴とする
縦軸式風力発電装置。
【請求項２】風速検知手段を設け、その信号によって
強風時に前記遮蔽板を閉じる様に制御する制御装置を設
けたことを特徴とする請求項１の縦軸式風力発電装置。