JP2000291528A

JP2000291528A - 傾斜軸型風力発電装置

Info

Publication number: JP2000291528A
Application number: JP13758499A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Iwata; 収平岩田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2000-10-17

Abstract

(57)【要約】【目的】建造物（住宅、ビル、マイクロタワー等）の
屋上や頂部など風況に適した地点の空間スペースを利用
して小型の風力発電装置を設置し、これと太陽光発電装
置とを電気的に結合して複合発電し、自然エネルギーに
よる低廉な電力を供給することにより地球温暖化防止な
ど自然環境保全対策に寄与貢献する。【構成】十字形の羽根３を持った回転子２と発電機４
が直結する風車原動機機構３０の駆動回転軸１を４５度
傾斜した状態で、持設機構４０架台に装着された垂直シ
ャフト１０と発電機４の固定バンド７とを継手８とカッ
プリング９により継合、支承して旋回自在とし、回転子
２の翼板３に発生する揚力と抗力の両特性を具有する風
力発電装置を構成する。また、風力発電装置を建造物２
２上に設置した架台１１に装着し、これと太陽光発電装
置とを電気的に結合して、これを補完し、分散あるいは
独立完結型のハイブリッド発電システムを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建造物の屋上等に設置
する小型の風力発電装置で、これと太陽光発電装置とを
電気的に結合し、自然エネルギーにより発電供給する複
合発電システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の風力発電装置は、風の方向に回転
軸をもつ風車原動機（水平軸型風車）と風の方向に直角
な回転軸をもつ風車原動機（垂直軸型風車）とに大別さ
れ、水平軸型ではオランダ風車、プロペラ型風車が、垂
直軸型ではバトル、ダリウス、サボニウス風車などが知
られているが、回転軸が傾斜した構造の風車原動機装置
（風力発電装置）は、未だ開示も実用化もされていな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の水平軸型風車の
主流をなすプロペラ型風車装置は、羽根の揚力により高
回転効率が得られるが、風速が２５ｍ以上（台風）にな
ると高速回転により翼板が破損するため回転を停止する
必要があるほか風向変移にともなう減速あるいは逆回転
等の防止のため、アップウインド型風車では回転制御と
方位（風向）制御装置の設置が必要なため支持物の構造
の複雑化、強靱化などに問題があった。

【０００４】一方、垂直軸型の風車装置は、風杯の風抗
力による偏向特性は得られるが、回転効率が低いため、
高速回転化のための変速ギアーの使用のほか風杯面積の
拡大にともなう構造物の大型化などに問題があった。

【０００５】本発明は、上記の問題点である風車原動機
の受風機能、回転機能、偏向機能等のメカニズムの諸機
構を見直し改善することにより風力発電装置の簡素化、
軽量化とともにエネルギー変換効率の向上を図ることを
目的としている。

【０００６】

【発明が解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の風力発電装置においては、水平軸型風車の
利点である揚力による高回転特性と垂直軸型風車の利点
である抗力による偏向特性の両特性を具備する装置とす
るとともに建造物上に容易に設置できる装置とするため
以下の構成とした。

【０００７】プロペラ型風車の羽根の前縁部にテーパー
を付けることにより、揚力による回転子の高速回転性能
の保持を図った。

【０００８】また、羽根の後縁部にキャンバー（反り）
を付けることにより、抗力による回転子の偏向性能（水
平回転）の保持を図った。

【０００９】また、回転子の駆動回転軸と発電機の駆動
回転軸とを直結することにより回転効率の向上を図っ
た。

【００１０】さらに、直結した駆動回転軸を４５度傾斜
することにより水平軸型風車の揚力による高速回転性能
の保持とともに変速ギア装置を不要とした。

【００１１】また、羽根の後縁部にキャンバー（反り）
を付けることにより垂直軸風車の抗力による偏向性能
（水平回転）の保持とともに風向追従装置（尾翼等）を
不要とした。

【００１２】そして、駆動軸が傾斜した風車原動機機構
と持設機構の垂直シャフトとを継手（Ｉ型）により継
合、支承し、回転子の偏向変位（水平旋回）により垂直
シャフトが容易に追従回転する機構とすることにより方
位制御装置（追尾翼等）を不要とした。

【００１３】また、強風時の高速回転によるローター損
傷防止対策として、風車原動機機構と持設機構をＩＩ型
継手により継合、支承し、風抗力により回転子が上方に
偏向、変位する機構とすることにより回転制御装置を不
要とした。

【００１４】さらに、建造物上に設置された太陽光発電
装置と電気的に結合して、これを補完する小規模（３０
０Ｗ〜２ＫＷ）の複合発電装置とするため、太陽光発電
装置の隣接場所に架台を設置し、これに風車原動機機構
を装着する。

【００１５】

【作用】

【００１６】駆動回転軸の傾斜角θを４５度傾斜するこ
とによって回転子の回転数が、水平軸風車の回転数の約
８０％が確保されるので適正な回転力が得られる。

【００１７】また、羽根の前縁部のテーパーの迎え角α
を翼根部で２９度、中間部で３５度、翼端部で４１度と
することによってプロペラ風車と同じ揚力効果が得られ
る。

【００１８】また、羽根の後縁部にキャンバー（反り）
を付けることによって垂直軸風車の風杯と同じ風抗力が
得られ回転子の偏向（水平回転）効果が得られる。

【００１９】さらに、継手により風車原動機機構と持設
装置の垂直シャフト（架台に装着）とを継合、支承し、
風車原動機機構の回動（偏向性）を容易にした。

【００２０】なお、Ｉ型継手は、通常の風況地域に適用
するものであり、ＩＩ型継手は、台風等が通過する強風
地域に適用するもので、回転子が風抗力により偏向変位
するよう継手金具の締着はボルト、ナットのほか皿ばね
座金等を使用する。

【００２１】

【実施例】実施例について以下、図面を参照して説明す
ると、図１のように、４枚の羽根３を持つ回転子２の駆
動回転軸１と小型の発電機４（ＤＣ１２Ｖ，３００〜６
００ＷまたはＤＣ２４Ｖ，８００Ｗ〜２ＫＷ）の駆動回
転軸１をカップリング９により直結した風車原動機機構
３０の傾斜軸１を４５度傾斜させる。

【００２２】傾斜状態の風車原動機機構３０を保持する
ため、発電機４の本体に固定バンド７を２個取付け、こ
れと垂直シャフト１０とを継手８（Ｉ型）とカップリン
グ９とボルト（２本）を使用して継合、支承する。

【００２３】また、強風が発生する地域では図２のよう
に、発電機４の本体に固定バンド７を１個取付け、これ
と垂直シャフト１０とを継手８（ＩＩ型）とカップリン
グ９とボルト（１本）のほか皿ばね座金などを使用して
枢着する。

【００２４】垂直シャフト１０の架台１１への装着は、
ベアリング１２を使用し、垂直シャフト１０の回転性能
とともに風車原動機機構３０の旋回性能の向上を図っ
た。

【００２５】図３は、本発明の傾斜型回転子２の羽根３
の形状を示すもので、材質は、アルミニウム、ＦＲＰ
（ファイバーグラス材）などのプラスチックを使用し、
１枚板を削り出すか、押し出し成形する。（ａ）は、羽
根３が十字に形成された回転子２の平面図で、前縁部１
９がテーパー１６を持つ揚力面、後縁部２０がキャンバ
ー１５を持つ抗力面を形成している。（ｂ）は、回転子
２の側面図で、中心部のハブ１３より羽根３の翼端部１
８が前方に出た形状となっている。（ｃ）は、回転子２
の駆動回転軸１から見た中心線を基準とした各翼素６の
断面形状を示すもので、前縁部１９のテーパー１６の迎
え角αは翼根部１７が２９度、中間部が３５度、翼端部
１８が４１度と先端ほど大きくなっているのに対し、後
縁部２０のキャンバー（反り）１５の角度は一律、４５
度となっている。

【００２６】風力発電装置を建造物上に設置するため、
架台１１を建造物上に構設し、これに垂直シャフト１０
をベアリング１２を使用して装着し、継手８を使用して
風車原動機機構３０を支承する。

【００２７】発電機４よりのコード５（２本）をカップ
リング９に穿孔したリード線穴１４に挿入し、回転シャ
フト１０を通して下部より引き出して配線する。

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。水平軸型風車（プロ
ペラ型）に必要な回転制御装置と方向制御装置が不要の
ため機構がシンプルとなり軽量化するとともに製造、組
立てが容易となる。

【００２８】また、垂直軸型風車（サボニウス型等）に
必要な変速装置（デフ機構）が不要のため機構がシンプ
ルとなり、組立ても容易で安価となる。

【００２９】さらに、既存の建造物上に容易に設置でき
るよう架台を構築し、これに装着することにより小規模
風力発電装置の建設工事費の低廉化が可能となる。

【００３０】そして、太陽光発電装置の補完装置とし
て、クリーン・エネルギーを利用した小規模の複合発電
装置として、分散型または完結型発電システムを構成す
ることによる民間中小企業ならびに一般家庭住宅等への
利用、普及によって環境保全対策事業の促進に寄与する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】傾斜軸風力発電装置（Ｉ型継手）の側面図と
部分断面図

【図２】傾斜軸風力発電装置（ＩＩ型継手）の側面図

【図３】回転子の形状図（ａ）回転子の平面図。（ｂ）回転子の側面図。（ｃ）羽根（翼板）の翼素断面図。

【符号の説明】

１傾斜軸（駆動回転軸）２回転子３羽根（翼板）４発電機（交流または直流）５コード６翼素（羽根断面の型）７固定バンド８継手（Ｉ型、ＩＩ型）９カップリング１０垂直シャフト（回転シャフト）１１架台１２ベアリング（フレンジ付）１３ハブ１４リード線穴１５キャンバー（反り）１６テーパー（傾斜面）１７翼根部１８翼端部１９前縁部２０後縁部３０風車原動機機構（回転子と発電機）４０持設機構（垂直シャフトと架台） θ 傾斜角（駆動回転軸） α 迎え角（ひねり角）

【手続補正書】

【提出日】平成１１年７月５日（１９９９．７．５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転子２と発電機４が直結し、回転子２
が垂直シャフト１０の風上側で支持されて旋回するアッ
プウインド型の風力発電装置において（イ）回転子２の羽根３が４枚よりなり（ロ）各羽根の前縁部１９にテーパー１６が、後縁部
２０にキャンバーが１５付き（ハ）回転子２と発電機４の駆動回転軸１が直結した
風車原動機機構３０を４５度傾斜し（ニ）傾斜した風車原動機機構３０を支承する持設機
構４０の垂直シャフト１０とを継手８金具によって継合
し（ホ）垂直シャフト１０をベアリング１２を使用して
持設機構４０の架台１１に支承、装着し（ヘ）風速逓増にともない風車原動機機構３０が上方
変位する継手機構を具備するなどを特徴とする傾斜回転
軸型の風力発電装置。
【請求項２】太陽光発電装置の補完装置として建造物
（住宅、ビル、タワー等）上に設置する小型風力発電装
置で、太陽光発電装置と電気的に結合して、複合発電す
る上記、請求項１に記載の風力発電装置。