JP2008121663A

JP2008121663A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2008121663A
Application number: JP2007271141A
Authority: JP
Inventors: Masao Sawazaki; 征夫澤崎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】簡単な構造で、組み立ても容易な風力発電装置を提供する。
【解決手段】箱形に形成された金属製のフレーム１２と、上下に対向した複数のホイール２６と、ホイール２６の中心軸を各々連結した回転軸１６と、ホイール２６に等間隔で固定された複数枚のブレード３０を備える。回転軸１６の一端に連結された変速機３４と、変速機３４に連結され回転軸１６の回転を受けて発電する発電機３６と、発電機３６に接続され発電機３６により発電された電力を蓄えるバッテリと４２を備える。発電機３６は、自動車用オルタネータ等であり、ブレード３０は、雨樋等の樹脂製品を利用したものである。フレーム１２と一対のホイール２６、及びホイール２６を連結する回転軸１６を１ユニットとして、フレーム１２及び回転軸１６が連結されて、複数のユニットを積み重ねてもよい。
【選択図】図１

Description

この発明は、ブレードを伴った回転軸が鉛直方向を向くように配置されている縦軸型の風力発電装置に関する。

従来、風力発電装置には、ブレードがプロペラ状に形成され、水平方向に延びる回転軸に設けられた横軸型が知られている。横軸型は、ブレード幅が狭く、枚数を少なくしたものが一般的であり、ブレードの断面は、飛行機の翼に似た形にして揚力を発生させ、発電機を高速回転可能に形成されている。また、水平軸方向で、プロペラと反対の端部近傍には、ブレード面を風向きに合わせる方位制御機構として、垂直尾翼状の方向板などが設けられている。しかし、大きなプロペラを風力で回転させる横軸型の風力発電装置は、規模が大きくコストが掛かり、また風も比較的強い風力でないと有効に発電できないと言う課題があった。

そのため、弱い風でも回転可能な風車として、回転軸が鉛直方向に形成され、縦長のブレードが設けられた縦軸型が知られている。縦軸型は、風の向きに関わらず回転可能に形成され、ブレードの揚力を利用したダリウス型やジャイロミル型が知られている。また、ブレードに生じる抗力を利用したサボニウス型やクロスフロー型なども知られている。

例えば、特許文献１では、縦軸型に形成された風車に、発電機が連結された風力発電装置が開示されている。また、特許文献２では、円板の円周部間にガイド板を放射状に樹立固定し、中央に空間を有する風受ドラムを設けたドラム形風車により発電する風力発電装置が開示されている。
特開２００５−３３７２４５号公報特開２００５−５４６９５号公報

しかし、特許文献１では、風力発電装置を形成する構成部材が、専用に形成された材料を使用するため、コストがかかるものであった。また、特許文献２では、風受ドラムの構造が複雑で、構成部材も専用の特殊な部材により形成されるため、コストがかかるものであった。また、複雑な構造から、重量が重く運搬が面倒であり、組み立ても簡単でないため、組み立て工数も掛かるものであった。

この発明は、上記従来の技術に鑑みて成されたもので、簡単な構造で組み立ても容易な風力発電装置を提供することを目的とする。

この発明は、箱形に形成されたフレームと、互いに対向した自転車用等の複数のホイールと、前記ホイールの中心軸を各々連結した回転軸と、前記各ホイールに跨り等間隔に固定された複数枚のブレードと、前記回転軸の一端に連結された変速機と、前記変速機に連結され前記回転軸の回転を受けて発電する発電機と、前記発電機に接続され前記発電機により発電された電力を蓄えるバッテリとを備えた風力発電装置である。

前記発電機は、整流用レギュレータ回路を備えた直流出力型の発電機、例えば自動車用オルタネータである。

さらに、前記フレームと複数の前記ホイール、及び前記ホイールを連結する回転軸を備え、各ホイール間に、前記ブレードを保持する補強環を設けたものである。前記フレームと複数の前記ホイール、及び前記ホイールを連結する回転軸を１ユニットとして、前記フレーム及び回転軸が連結されて、複数のユニットを積み重ねた風力発電装置でも良い。

また、前記フレームと上下一対の前記ホイール及び前記ホイールを連結する回転軸を１ユニットとして、前記ユニットを載置可能な移動台車を備え、前記ユニットを1または複数載置して、移動自在に発電可能とした風力発電装置としても良い。前記ホイールは、自転車のホイールを用い、前記ホイールの外側に前記複数のブレードを固定したものである。

この発明の風力発電装置によれば、自転車のホイールや、自動車のオルタネータから形成されるため、コストがかからず、組み立ても簡単なものである。さらに、軽量なため運搬も容易で、既製品や中古品、廃材等を利用可能であるため、資源を有効利用することができ、環境にもやさしいものである。また、この発明の風力発電装置は、構造が簡単であり、移動が任意であることから、テスト的に接地してみるような使用が可能となり、適切な設置を容易に可能にするものである。

以下、この発明の風力発電装置の第一実施形態について、図１〜図３に基づいて説明する。この実施形態の風力発電装置１０は、図１に示すように、例えば、断面がＬ型の鋼材や木材、樹脂棒材などを箱形に形成したフレーム１２が、地面などに設置された基部１４に立設されている。フレーム１２には、図２に示すように、フレーム１２の上面支持部材１８に設けられた軸受け部２０と、フレーム１２下方の下側支持部材２２に設けられた軸受け部２４が取り付けられ、金属製の回転軸１６の両端部が軸受け部２０，２４に回転可能に各々軸支されている。そして、例えば、自転車のホイール２６が、回転軸１６の両端部付近に、ハブ２６ａを介して各々取り付けられている。

各ホイール２６は、各々所定の間隔で部分的にスポーク２８が外され、ブレード３０が固定されている。ブレード３０は、例えば、円弧状断面の雨樋等を所定に長さに切り揃えて形成されている。ブレード３０の表面には補強用に、ポリエステル樹脂を塗布しても良い。そして、スポーク２８が外されたリム２６ｂの図示しない孔に、ブレード３０の両端部が、ネジなどで各々固定され、縦軸型の風車３２が形成されている。

また、ブレード３０の凹面は、回転軸１６を中心として半径方向に沿って開口面が位置し、各々所定の回転角度毎に回転対称に固定されている。ブレード３０の取付間隔は、例えば、自転車のホイール２６に設けられるスポーク２８の本数は３６本であるので、４本毎にスポーク２８が抜かれて、代わりに９枚のブレード３０が固定されている。

下側支持部材２２に設けられた軸受け部２４に軸支された回転軸１６の下端部は、下側支持部材２２に設けられた固定部材３４ａに固定された増速用の変速機３４の回転軸に連結されている。変速機３４の下方には、発電機３６が連結されている。発電機３６は、フレーム１２に形成された支持部材３８に取付部材４０を介して支持されている。発電機３６は、例えば自動車用のオルタネータを用いることができる。自動車用のオルタネータは、一般に接点式またはＩＣ式の整流用レギュレータ回路３６ａを備え、発電された交流電流がレギュレータ回路３６ａにより直流電流に変換されて出力される。この発電機３６近傍には、バッテリ４２が据え置かれ、電線４４により発電機３６とバッテリ４２が充電可能に接続されている。なお、図２は、ブレード３０を対称に２枚取り付けた状態を示している。

次に、この実施形態の風力発電装置１２の動作について説明する。風力発電装置１２に風が吹き付けると、風車３２の各ブレード３０が風圧を受けて、風上にブレード３０の凹面が向いているブレード３０がより風の抵抗を強く受け、図１においては、時計回りに回転する。風車３２の回転は、回転軸１６を通して、変速機３４に伝達され、増速された回転力が発電機３６に伝達される。発電機３６が自動車に使用されるオルタネータの場合所定回転数以下、例えば８００ｒｐｍ以下では発電しないため、約８００ｒｐｍ回転以上となるように、変速機で増速させる。そして、発電機３６により発電された電気は、レギュレータ回路３６ａを介して整流されて、バッテリ４２へ充電される。

この実施形態の風力発電装置１０によれば、量産品である自転車のホイール２６や、自動車のオルタネータなどの発電機３６を利用して形成されるため、部材コストが安価であり、構造がシンプルで軽量なため運搬も容易である。さらに、使用する部品は、中古品や廃材のホイール２６や発電機３６を利用することもでき、資源を有効利用するものであり、環境にもやさしいものである。また、風力は常に変動するが、発電機３６に自動車のオルタネータを用いるため、回転数の変動に対しても強く、レギュレータ回路３６ａにより発電の変動が吸収され、安定的にバッテリ４２に充電されるものである。また、ホイール２６に、自転車の後輪用を使用すると、ハブ２６ａにフリーホイール機構が内蔵されているため、ブレード３０の向きにより決定される一方向にだけ回転力が伝えられ、何らかの理由で逆方向の回転力が加わっても空転するだけである。

また、バッテリ４２は、使用可能な状態であれば、自動車に使用された廃材を再利用すると、資源を有効に活用でき、さらに良い。

また、図３に示すように、フレーム１２内に設けられた風車３２を１つのユニットとして、縦に積み重ねるように形成しても良い。このとき、フレーム１２は、図示しない連結部材で一体に連結され、回転軸１６も、連結具１６ａで一体に連結されている。さらに、雨樋から形成された各風車３２のブレード３０は、雨樋を連結する連結部材３０ａなどを用いて連結することもできる。これにより、コストも低減され、廃材を再利用すると、資源の有効活用になり、さらに良い。また、回転軸１６、フレーム１２及び各ブレード３０は、一体に形成されていても良い。なお、図３は、ブレード３０を対称に２枚取り付けた状態を示している。

次に、この発明の第二実施形態について、図４、図５に基づいて説明する。なお、ここで、上記実施形態と同様の部材は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態の風力発電装置１０は、図４に示すように、移動台車５０に載置されて、移動可能に形成されている。この移動台車５０は、図５に示すように、金属製の構材から長方形の枠状に形成され、短手両端辺には、構造材を３本並べて一体に形成されて、台車部５２が形成されている。台車部５２の下側となる面の四隅には、自在輪５４が各々設けられて、台車部５２の長手方向の中央位置には、短手方向に補強材５６が設けられ、台車部５２の内側に位置する各角部に、三角形の金属板５７が溶接などで取り付けられ、第一積載部５８ａ及び第二積載部５８ｂが形成されている。また、三角形の金属板５７が取り付けられた第一積載部５８ａ及び第二積載部５８ｂの各角部近傍の上面には、断面がコの字状の金属製の係止部６０が、開口側を台車部５２の内側に向けて溶接などで各々立設されている。さらに、長手方向の一方の端縁外側には、矩形の開口部を有した牽引部６２が金属製の構造材などで形成され、台車部５２とほぼ面一で自動車により牽引可能に設けられている。

この風力発電装置１０の使用方法は、まず、移動台車５０の第一積載部５８ａ、または第二積載部５８ｂに風力発電装置１０を載置する。このとき、風力発電装置１０のフレーム１２の脚部が、係止部６０内側に当接する位置に載置する。また、１台のみ風力発電装置１０を載置する場合は、第一積載部５８ａに載置すると、移動時に安定して良い。続いて、牽引部６２に牽引用のロープなどの一端を結びつけて、他端を牽引する車などに結び、風力発電装置１０を使用する目的地へ移動する。目的地に到着後、移動台車５０に載置した状態で移動台車５０を固定し、発電を行う。また、２基の風力発電装置１０を移動台車５０に載置して、目的地で図３に示すように積み重ねて発電することも可能である。

この実施形態の風力発電装置１０によれば、風力発電装置１０を移動台車５０に載置して、車などで簡単に移動でき、災害時の避難場所や催し物会場など、電気を必要とする場所で発電可能なものである。

次に、この発明の第三実施形態について、図６〜図８を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態の風力発電装置７０は、図６，図７に示すように、フレーム１２内に、フレーム１２の上面支持部材に設けられた軸受け部２０と、フレーム１２下方の基盤部７２に設置された軸受け部２４が設けられ、回転軸１６の両端部が軸受け部２０，２４に回転可能に各々軸支されている。そして、例えば、自転車のホイール２６が、回転軸１６に所定間隔で４つ、ハブ２６ａを介して各々取り付けられている。軸受け部２４には、大径プーリ６４が設けられ、発電機３６の小径プーリ６６とベルト６８により駆動可能に連結されている。なお、図６，図７は、ブレード３０を対称に２枚取り付けた状態を示している。

各ホイール２６の外側には、図８（ａ）に示すように、等間隔で例えば６本のブレード３０が固定されている。ブレード３０は、例えば、円弧状断面の雨樋等を所定の長さに切り揃えて形成されている。雨樋から形成された各風車３２のブレード３０は、各ホイール２６間に設けられたリムのみからなる補強環２７により互いに連結されている。補強環２７は、図８（ｂ）に示すように、スポークのないもので、ブレード３０を互いに等間隔に固定する。各ブレード３０の固定は、図８に示すように、雨樋の連結具７４を用いるとよい。連結具７４は、ビスによりリム２６ｂに固定し、連結具７４とブレード３０もビスにより固定する。これにより、雨樋から形成されたブレード３０は、確実に連結固定され、コストも低減される。

この実施形態によれば、ブレード３０の取付が容易であり、より大きなトルクを得ることができ、枚数の増加も容易に可能なものである。さらに、高さの設定も任意に可能であり、強度も高くすることができることから、小型から大型の風力発電装置まで容易に適宜設計することができるものである。

なお、この発明の風力発電装置は上記実施形態に限定されるものではなく、ブレードを形成する素材及び形状は、適宜設定可能なものであり、例えばブレードは３６枚程度取り付けられる。また、フレームやブレードの大きさ、発電機の定格出力などは、発電量や風力に合わせて、適宜選択可能である。また、移動台車の大きさは、使用する風力発電装置に合わせて、適宜設定可能なものである。

この発明の第一実施形態の風力発電装置を示す概略平面図である。この実施形態の風力発電装置を示す概略側面図である。この実施形態の風力発電装置の風車を２つに増設した状態を示す概略側面図である。この発明の第二実施形態の風力発電装置を移動させる移動代車を示す概略側面図である。この実施形態の風力発電装置を移動させる移動台車を示す概略平面図である。この発明の第三実施形態の風力発電装置を示す概略正面図である。この実施形態の風力発電装置を示す概略側面図である。この実施形態の風力発電装置のホイールを示す平面図（ａ）と、補強環を示す平面図（ｂ）である。

符号の説明

１０風力発電装置
１２フレーム
１６回転軸
２６ホイール
２８スポーク
３０ブレード
３２風車
３４変速機
３６発電機
４２バッテリ

Claims

箱形に形成されたフレームと、互いに対向した複数のホイールと、前記ホイールの中心軸を各々連結した回転軸と、前記各ホイールに跨り等間隔に固定された複数枚のブレードと、前記回転軸の一端に連結された変速機と、前記変速機に連結され前記回転軸の回転を受けて発電する発電機と、前記発電機に接続され前記発電機により発電された電力を蓄えるバッテリとを備えたことを特徴とする風力発電装置。
前記発電機は、整流用レギュレータ回路を備えた直流出力型の発電機であることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
前記フレームと複数の前記ホイール、及び前記ホイールを連結する回転軸を備え、各ホイール間に、前記ブレードを保持する補強環を設けたことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
前記フレームと複数の前記ホイール及び前記ホイールを連結する回転軸を１ユニットとして、前記ユニットを載置可能な移動台車を備え、前記ユニットを1または複数載置して発電可能としたことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
前記ホイールは、自転車のホイールを用い、前記ホイールの外側に前記複数のブレードを固定したことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。