JP2013160115A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛直方向に回転軸を持つ垂直軸型の風車が搭載された風力発電装置において、弱風かつ風向が安定しない条件下においても、効率良く発電することが可能であると共に、占有面積が小さい風力発電装置を提供する。
【解決手段】風力発電装置Ｇ１は、風車１と、風車１の羽根１２の回転外側端の回転軌道上で最も風上側に位置する最風上点Ｐ１から少なくとも回転軌道上を１／４回転軌道分後退した後退側境界点Ｐ４までを回転軌道に沿って覆うと共に、風車１の回転軸１３を中心として風車１に対して相対回転するハウジング２と、ハウジング２に一体的に設けられ風車１の回転軸１３よりも風下側でかつ風車１の上方に配置される垂直尾翼４とを備えている。ハウジング２が回転したときに、ハウジング２の後退側側壁２３（防風部材）の最も風上側に位置する風上側端部Ｅ１が描く円内にハウジング２及び垂直尾翼４が収まるように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、風を利用して発電する風力発電装置に関するものである。

従来より、風を利用して風車を回転させ、この風車の回転力を発電機に伝達して該発電機を作動させ、この発電機の作動により発電を行う風力発電装置が知られている。風力発電装置により得られた電気は、各種電気機器を作動させるための電力として直接用いられたり、この電力を蓄えるためのバッテリに充電されたりしている。

風力発電装置に用いられる風車は、風向に対する回転軸の方向によって水平軸型と垂直軸型とに大別される。水平軸型風車（例えば、プロペラ型）は、風向に平行な回転軸をもつ風車であり、高回転・高発電効率であるものの、弱風での起動性が悪いため、強風が得られる頻度が高い設置環境において利用されている。一方、垂直軸型風車（例えば、サボニウス型、クロスフロー型、Ｓロータ型、パドル型）は、風向に垂直な回転軸をもつ風車であり、強風時の発電効率が低いものの、構造が単純で設置及びメンテナンスが容易であり、回転トルクが大きいことにより弱風での起動性がよく、また、風向に対する依存性がないという利点を持っている。このため、垂直軸型風車は、弱風となる頻度が高くかつ風向が定まりにくい自然風を利用して発電する風力発電装置の風車として、近年、普及が進んでいる。

垂直軸型風車を搭載した風力発電装置は、水平軸型風車を搭載した風力発電装置に比べて小型化が図れ、立地や風況などの設置環境の適用範囲が広いため、中小企業や商店、個人住宅などの比較的小規模な建物の電源として利用されている。また、垂直軸型風車を搭載した風力発電装置は、長い送電線が不要で独立して電力を得られることから、山小屋や無線中継基地の電源として、また、農場の灌漑ポンプや井戸水揚水ポンプの電源として、また、都市部においては、非常電源や、街灯、公衆電話、道路保安用の電気機器の電源として利用されている。

このような垂直軸型風車を搭載した風力発電装置は、風車への風の取り込み方次第で、弱風での起動性や発電効率をさらに高めることができる。その一例として、特許文献１に開示されている風力発電装置を図５に示す。図５に示すように、この風力発電装置９０は、鉛直方向に回転軸９１ａを持つクロスフロー型の風車９１と、鉛直方向に長い矩形状に開口した吸気口９２ａ及び排気口９２ｂを有する筒状のハウジング９２と、ハウジング９２の上部に固定され上方及び風下側に向かって張り出した垂直尾翼９３とを備えている。風車９１は、ハウジング９２内の吸気口９２ａと排気口９２ｂとの間の中間部に、ハウジング９２に対して相対回転可能に保持されている。ハウジング９２は、風車９１の回転軸９１ａと同軸上に配置された外部回転軸９４によって、図略の取付部材に対して水平方向に相対回転可能に支持されている。

この風力発電装置９０に対して、風向Ｄの風Ｗｉが作用すると、垂直尾翼９３に風が作用して垂直尾翼９３の面方向が風向Ｄと平行になり、ハウジング９２が図５に示す位置に回転する。この状態において、吸気口９２ａ及び排気口９２ｂの各開口面は、風向Ｄに対して垂直となっており、吸気口９２ａからハウジング９２内に最も効率良く風Ｗｉを取り込んで排気口９２ｂから風Ｗｏを排出することが可能となっている。ハウジング９２内の風路面積は、吸気口９２ａから風車９１に向かって縮小されているため、風車９１には、風Ｗｉよりも風力が強くなった風が作用する。そして、この風力が強くなった風が、風車９１を風上側から見た投影面のうちの風車９１の正回転の回転トルクが得られる一方の半面側（風車９１の正回転の前進側）のみに作用する。これにより、風力発電装置９０は、弱風かつ風向Dが安定しない条件下においても、効率良く発電することができる。

特開昭５７−３２０７５号公報

垂直軸型風車を搭載した風力発電装置を、例えば、個人住宅の塀の上に設置する場合には、風力発電装置が住宅敷地境界からはみ出さないようにする必要がある。また、風力発電装置を道路のガードレール上に設置する場合には、風力発電装置が自動車や自転車や歩行者の通行の障害とならないようにする必要がある。また、複数個の風力発電装置を公衆電話のような狭い設置スペースに設置する場合には、個々の風力発電装置を上方から見たときの占有面積を小さくする必要がある。

ところが、上述した風力発電装置９０のハウジング９２は、風車９１から吸気口９２ａに向かってラッパ状に風路面積が拡大する風上側の風路、及び風車９１から排気口９２ｂに向かってラッパ状に風路面積が拡大する風下側の風路を有しているため、風車９１の径の割にハウジング９２の占有面積（図５中の円Ｃ１内）が大きい。また、風力発電装置９０は、風下側に向かって張り出した垂直尾翼９３を有しているため、風車９１の径の割に風力発電装置９０の占有面積（図５中の円Ｃ２内）が大きい。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、鉛直又は略鉛直方向に回転軸を持つ垂直軸型の風車が搭載された風力発電装置において、弱風かつ風向が安定しない条件下においても、効率良く発電することが可能であると共に、占有面積が小さい風力発電装置を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

（１）本発明の風力発電装置は、鉛直又は略鉛直方向に回転軸を持つ垂直軸型の風車と、前記風車の羽根の回転外側端の回転軌道上で最も風上側に位置する最風上点から少なくとも該回転軌道上を１／４回転軌道分後退した後退側境界点までを該回転軌道に沿って覆うと共に、該風車の前記回転軸を中心として該風車に対して相対回転する防風部材と、前記風車の回転によって発電する発電機と、前記防風部材に一体的に設けられ前記風車の前記回転軸よりも風下側でかつ該風車の上方及び／又は下方に配置される垂直尾翼と、を備え、前記防風部材の最も風上側に位置する風上側端部、前記風車の前記回転軸の中心、及び前記垂直尾翼の厚さ方向の中心が同一又は略同一の鉛直平面内に配置されていると共に、該防風部材の回転により該風上側端部が描く円内に該防風部材及び該垂直尾翼が収まるように配置されている。

このような構成によると、防風部材の最も風上側に位置する風上側端部、風車の回転軸の中心、及び垂直尾翼の厚さ方向の中心が同一又は略同一の鉛直平面内に配置されている。よって、ある風向の風が風力発電装置に吹き付けたときに、垂直尾翼に風が作用して垂直尾翼の面方向が風向と平行になり、防風部材の風上側端部が風力発電装置の最も風上側に位置するように防風部材が回転する。よって、防風部材は、風車の羽根の回転軌道上の最風上点から後退側境界点までを正確に覆うことができる。これにより、風車を風上側から見た投影面のうちの風車の正回転の回転トルクが得られる一方の半面側（風車の正回転の前進側）のみに風を作用させ、風車に逆回転の回転トルクが発生する他方の半面側（風車の正回転の後退側）に風が作用することを防止できる。よって、本発明の風力発電装置は、風車に作用する回転トルクが大きいことにより、弱風かつ風向が安定しない条件下においても、効率良く発電することができる。

また、このような構成によると、防風部材の回転により風上側端部が描く円内に防風部材及び垂直尾翼が収まるように配置されている。すなわち、この円内の面積が風力発電装置を上方から見たときの占有面積となっている。よって、本発明によれば、風力発電装置の占有面積が、風車の羽根の回転外側端の回転軌道に沿って配置された防風部材によって決定されるため、風車の径の割に風力発電装置の占有面積を小さくすることができる。

（２）前記（１）で述べた本発明の風力発電装置において、好ましくは、風上側に向かって開口する吸気口及び風下側に向かって開口する排気口を有する筒状を呈すると共に、前記風車の前記回転軸を中心として該風車に対して相対回転するハウジングを備え、前記風車は、前記ハウジング内に配置され、前記防風部材は、前記ハウジングと一体的に形成され、前記防風部材の回転により前記風上側端部が描く前記円内に前記ハウジングが収まるように配置されている。

このような構成によると、防風部材の回転により風上側端部が描く円内に、防風部材と、防風部材が形成されたハウジングと、垂直尾翼とが収まるように配置されている。よって、本発明によれば、上記（１）における効果と同様に、風車の径の割に風力発電装置の占有面積を小さくすることができる。また、風車が筒状を呈するハウジング内に配置されている。よって、本発明の風力発電装置によれば、風車に作用した風が風車の上下方向や径外方向に漏れ出すことを防止して風車の羽根により多くの風を作用させることができる。これにより、風車に効率良く回転トルクが作用して、効率良く発電することができる。また、例えば、歩行者が回転している風車に接触することがないため、歩行者に対する安全性が向上する。また、例えば、小石等の飛来物に対して風車が破損しにくくなる。

（３）前記（２）で述べた本発明の風力発電装置において、好ましくは、前記鉛直平面の面方向が風向と平行になったときに、前記ハウジングは、風向に平行な方向の長さが風向に直交する方向の長さよりも長い流線形の平面形状を呈している。

このような構成によると、ハウジングが風を流しやすい流線形の平面形状を呈している。よって、本発明の風力発電装置は、防風部材の風上側端部、風車の回転軸の中心、及び垂直尾翼の厚さ方向の中心が配置された鉛直平面の面方向が風向と平行になった状態を安定して保持することができる。また、風力発電装置に作用する風荷重を小さくできるため、風力発電装置の耐久性が向上する。

本発明によれば、鉛直又は略鉛直方向に回転軸を持つ垂直軸型の風車が搭載された風力発電装置において、弱風かつ風向が安定しない条件下においても、効率良く発電することが可能であると共に、占有面積が小さい風力発電装置を提供することができる。

第一実施形態の風力発電装置の斜視図である。 第一実施形態の風力発電装置の平面図である。 第二実施形態の風力発電装置の斜視図である。 第二実施形態の風力発電装置の平面図である。 従来の風力発電装置の斜視図である。

＜第一実施形態＞
以下、図１及び２に基づき、本発明の第一実施形態による風力発電装置について説明する。なお、以下の説明において用いる上、下、前、後、左、右は、図面に記載されている上、下、前、後、左、右である。前方は、風上側、後方は、風下側に相当している。図１は、本実施形態の風力発電装置Ｇ１の斜視図を示しており、図２は、本実施形態の風力発電装置Ｇ１の平面図を示している。

図１及び２に示すように、風力発電装置Ｇ１は、風車１と、ハウジング２と、ＤＣモータ３（発電機）と、垂直尾翼４と、取付部材５とを備えている。図１及び２において、一点鎖線Ｄは、風向を示している。風Ｗｉは、ハウジング２内に流入する風、風Ｗｏは、ハウジング２から流出する風を示している。図１及び２は、ある風向Ｄの風Ｗｉが風力発電装置Ｇ１に吹き付けたときに、風Ｗｉに応じてハウジング２が適正な方向に水平回転（以下、単に「回転」という）している状況を示している。

風車１は、垂直軸型風車の一つであるサボニウス型風車であり、回転軸１３を上下方向（鉛直方向）に向けて配置されている。風車１は、上下方向に長く半円弧状の断面形状を有する３枚の合成樹脂製の羽根１２と、各羽根１２の上端及び下端のそれぞれに接合される２枚の円板１１と、上方の円板１１の上部中心に接合される回転軸１３と、下方の円板１１の下部中心に接合される回転軸１３とを備えている。３枚の各羽根１２は、羽根１２の回転軌道の全周を３等分した１２０°刻みに配置されている。各回転軸１３は、ハウジング２に形成された後述する軸受部２７、２８によってそれぞれ回転可能に支持されており、下部の回転軸１３にＤＣモータ３の回転軸が連結されている。Ｒは、風車１の回転方向（正回転方向、羽根１２の前進方向）を示している。

なお、サボニウス型風車とは、厳密には、中空円筒を縦半分に切って、これら半分割された円筒をその分割面に沿って互い違いにずらした２枚の羽根を有する風車のことであるが、本実施形態においては、３枚の羽根１２を有する風車１についてもサボニウス型風車に含めている。

ハウジング２は合成樹脂製であり、風上側に向かって開口する吸気口２１及び風下側に向かって開口する排気口２２を有する筒状を呈している。吸気口２１は矩形の開口形状を呈しており、吸気口２１の開口面は、風向Ｄに対して風下側に傾斜している。排気口２２は矩形の開口形状を呈しており、排気口２２の開口面は、風向Ｄに対して風上側に傾斜している。ハウジング２の吸気口２１と排気口２２との間の中間部は、上方から見て、風車１の直径よりも僅かに大きい略円形の内空形状を呈している（図２参照）。このハウジング２の中間部に風車１が配置されている。ハウジング２の筒状の風路は、後退側側壁２３（防風部材）、前進側側壁２４、上壁２５及び下壁２６により形成されている。

後退側側壁２３と前進側側壁２４とは、風車１の回転軸１３を中心に軸対称な平面形状を呈している。後退側側壁２３及び前進側側壁２４の上下方向の長さは、風車１の各羽根１２の上下方向の長さよりも若干長い。後退側側壁２３は、本発明の防風部材に相当し、風車１の羽根１２の回転外側端の回転軌道上で最も風上側に位置する最風上点Ｐ１からこの回転軌道上を１／４回転軌道分後退した後退側境界点Ｐ４までを回転軌道に沿って覆っている。また、後退側側壁２３は、後退側境界点Ｐ４から後方に風向Ｄと平行に延びている。前進側側壁２４は、最風上点Ｐ１から風車１の羽根１２の回転軌道上を１／４回転軌道分前進した前進側境界点Ｐ２からこの回転軌道上で最も風下側に位置する最風下点Ｐ３までを回転軌道に沿って覆っている。また、前進側側壁２４は、前進側境界点Ｐ２から前方に風向Ｄと平行に延びている。

上壁２５と下壁２６とは、上下方向に互いに対向して配置されている。上壁２５は、後退側側壁２３及び前進側側壁２４の各上端に一体化されており、上壁２５の中心には、風車１の上側の回転軸１３を回転可能に支持する軸受部２７が形成されている。下壁２６は、後退側側壁２３及び前進側側壁２４の各下端に一体化されており、下壁２６には、風車１の径よりも若干径が大きい円形開口２６ａが形成されている。風車１は、この円形開口２６ａからハウジング２内に挿入される。円形開口２６ａは、下壁２６と同一の平面形状を呈する蓋部材２９によって下方から塞がれる。蓋部材２９の中心には、風車１の下側の回転軸１３を回転可能に支持する軸受部２８が形成されている。風車１の下側の回転軸１３は、軸受部２８を上方から下方に貫通している。

軸受部２８は、下方に突設しており、後述する取付部材５により回転可能に支持されている。したがって、ハウジング２は、風車１の回転軸１３を中心として風車１に対して相対回転可能となっている。図２に示すように、ハウジング２を風車１に対して相対回転させると、ハウジング２の後退側側壁２３の最も風上側に位置する風上側端部Ｅ１（吸気口２１の風上側開口端Ｅ１と同位置）の回転軌跡として円Ｃが描かれる。ハウジング２の各部は、この円Ｃ内に収まっている。すなわち、吸気口２１の風上側開口端Ｅ１、吸気口２１の風下側開口端Ｅ２、排気口２２の風下側開口端Ｅ３、及び排気口２２の風上側開口端Ｅ４は、円Ｃ内に収まっている。ハウジング２は、風向Ｄに平行な方向の長さが風向Ｄに直交する方向の長さよりも長い流線形の平面形状を呈している。

垂直尾翼４は、ハウジング２の上壁２５の上部にハウジング２と一体的に設けられている。垂直尾翼４は、ハウジング２の回転中心（風車１の回転軸１３）よりも風下側に上述した円Ｃ内に収まるように配置されている。すなわち、垂直尾翼４の最も風下側に位置する風下側端部Ｅ３（排気口２２の風下側開口端Ｅ３と同位置）は、円Ｃ内に収まっている。したがって、図２に示すように、上方から見て風力発電装置Ｇ１の全体が円Ｃ内に収まっている。垂直尾翼４は、均一厚さの薄い板部材であり、左方から見て台形状の側面形状を呈している（図１参照）。図２に示すように、ハウジング２の風上側端部Ｅ１、風車１の回転軸１３の中心、及び垂直尾翼４の厚さ方向の中心は、同一の鉛直平面内に配置されている。

取付部材５は、筒状を呈しており、風Ｗｉの作用に対して動かない固定部材である。取付部材５の内部には、ＤＣモータ３が固定されている。取付部材５の上部には、上述したハウジング２の軸受部２８を回転可能に支持する軸受部が形成されている。したがって、風車１及びハウジング２は、取付部材５に対して、それぞれ独立して相対回転することが可能となっている。

このような本実施形態の構成によると、ハウジング２の後退側側壁２３（防風部材）の風上側端部Ｅ１、風車１の回転軸１３の中心、及び垂直尾翼４の厚さ方向の中心が同一の鉛直平面内に配置されている。よって、ある風向Ｄの風Ｗｉが風力発電装置Ｇ１に吹き付けたときに、垂直尾翼４に風が作用して垂直尾翼４の面方向が風向Ｄと平行になり、風上側端部Ｅ１が風力発電装置Ｇ１の最も風上側に位置するようにハウジング２が回転する。よって、ハウジング２の後退側側壁２３は、風車１の羽根１２の回転軌道上の最風上点Ｐ１から後退側境界点Ｐ４までを正確に覆うことができる。これにより、風車１を風上側から見た投影面のうちの風車１の正回転の回転トルクが得られる一方の半面側（風車１の正回転の前進側）のみに風を作用させ、風車１に逆回転の回転トルクが発生する他方の半面側（風車１の正回転の後退側）に風が作用することを防止できる。よって、本実施形態の風力発電装置Ｇ１は、風車１に作用する回転トルクが大きいことにより、弱風かつ風向が安定しない条件下においても、効率良く発電することができる。

また、本実施形態の構成によると、ハウジング２の回転により後退側側壁２３の風上側端部Ｅ１が描く円Ｃ内に、ハウジング２及び垂直尾翼４を含んだ風力発電装置Ｇ１の全体が収まるように配置されている。すなわち、この円Ｃ内の面積が風力発電装置Ｇ１を上方から見たときの占有面積となっている。よって、本実施形態によれば、風力発電装置Ｇ１の占有面積が、風車１の羽根１２の回転外側端の回転軌道に沿って配置されたハウジング２の後退側側壁２３によって決定されるため、風車１の径の割に風力発電装置Ｇ１の占有面積を小さくすることができる。

また、本実施形態の構成によると、風車１が筒状を呈するハウジング２内に配置されている。よって、本実施形態の風力発電装置Ｇ１によれば、風車１に作用した風が風車１の上下方向や径外方向に漏れ出すことを防止して風車１の羽根１２により多くの風を作用させることができる。これにより、風車１に効率良く回転トルクが作用して、効率良く発電することができる。また、例えば、歩行者が回転している風車１に接触することがないため、歩行者に対する安全性が向上する。また、例えば、小石等の飛来物に対して風車１が破損しにくくなる。

また、本実施形態の構成によると、ハウジング２が風を流しやすい流線形の平面形状を呈している。よって、本実施形態の風力発電装置Ｇ１は、ハウジング２の後退側側壁２３（防風部材）の風上側端部Ｅ１、風車１の回転軸１３の中心、及び垂直尾翼４の厚さ方向の中心が配置された鉛直平面の面方向が風向Ｄと平行になった状態を安定して保持することができる。また、風力発電装置Ｇ１に作用する風荷重を小さくできるため、風力発電装置Ｇ１の耐久性が向上する。

＜第二実施形態＞
本実施形態は、第一実施形態の風力発電装置Ｇ１におけるハウジング２を防風部材６に変更した実施形態である。図３は、本実施形態の風力発電装置Ｇ２の斜視図を示しており、図４は、本実施形態の風力発電装置Ｇ２の平面図を示している。なお、図３及び４において、第一実施形態と同一の符号が付けられている部材等については、本実施形態と第一実施形態とで共通する部材等であるため、これらの部材等の説明を一部省略する。

図３及び４に示すように、風力発電装置Ｇ２は、風車１と、防風部材６と、ＤＣモータ３（発電機）と、垂直尾翼４と、取付部材５とを備えている。風車１は、風力発電装置Ｇ２の外部に露出している。風車１、ＤＣモータ３及び取付部材５については、第一実施形態で述べたとおりであるため説明を省略する。

防風部材６は合成樹脂製であり、後退側側壁６１、上壁６２及び下壁６３を備えている。後退側側壁６１の上下方向の長さは、風車１の各羽根１２の上下方向の長さよりも若干長い。後退側側壁６１は、第一実施形態において説明した後退側側壁２３と同様に、風車１の羽根１２の回転外側端の回転軌道上で最も風上側に位置する最風上点Ｐ１からこの回転軌道上を１／４回転軌道分後退した後退側境界点Ｐ４までを回転軌道に沿って覆っている。図３及び４に示すように、後退側側壁６１の外観形状は、略１／４円筒状を呈している。

上壁６２及び下壁６３は、いずれも略１／４円板状を呈しており、上下方向に互いに対向して配置されている。上壁６２は、後退側側壁６１の上端に一体化されており、下壁６３は、後退側側壁６１の下端に一体化されている。上壁６２の略１／４円板状の径方向の二辺により形成された直角部には、風車１の上側の回転軸１３を回転可能に支持する軸受部６４が形成されている。下壁６３の略１／４円板状の径方向の二辺により形成された直角部には、風車１の下側の回転軸１３を回転可能に支持する軸受部６５が形成されている。風車１の下側の回転軸１３は、軸受部６５を上方から下方に貫通している。

軸受部６５は、下方に突設しており、取付部材５により回転可能に支持されている。したがって、防風部材６は、風車１の回転軸１３を中心として風車１に対して相対回転可能となっている。図４に示すように、防風部材６を風車１に対して相対回転させると、防風部材６の後退側側壁６１の最も風上側に位置する風上側端部Ｅ１の回転軌跡として円Ｃが描かれる。防風部材６の各部は、この円Ｃ内に収まっている。

垂直尾翼４は、第一実施形態における垂直尾翼４と同様に、均一厚さの薄い板部材であり、左方から見て台形状の側面形状を呈している（図３参照）。垂直尾翼４の下部の台形状の底辺には、断面矩形の連結棒部材４１が接合されている。連結棒部材４１は、垂直尾翼４の底辺から風上側に向けて突出しており、この突出部を防風部材６の上壁６２の軸受部６４に設けられた取付孔に挿入することによって、垂直尾翼４が防風部材６に固定されている。垂直尾翼４は、風車１の回転軸１３よりも風下側に上述した円Ｃ内に収まるように配置されている。すなわち、垂直尾翼４の最も風下側に位置する風下側端部Ｅ３は、円Ｃ内に収まっている。したがって、図４に示すように、上方から見て風力発電装置Ｇ２の全体が円Ｃ内に収まっている。

図４に示すように、防風部材６の風上側端部Ｅ１、風車１の回転軸１３の中心、及び垂直尾翼４の厚さ方向の中心は、同一の鉛直平面内に配置されている。また、風車１及び防風部材６は、取付部材５に対して、それぞれ独立して相対回転することが可能となっている。

このような本実施形態の構成によると、防風部材６の風上側端部Ｅ１、風車１の回転軸１３の中心、及び垂直尾翼４の厚さ方向の中心が同一の鉛直平面内に配置されている。よって、ある風向Ｄの風Ｗｉが風力発電装置Ｇ２に吹き付けたときに、垂直尾翼４に風が作用して垂直尾翼４の面方向が風向Ｄと平行になり、風上側端部Ｅ１が風力発電装置Ｇ２の最も風上側に位置するように防風部材６が回転する。よって、防風部材６の後退側側壁６１は、風車１の羽根１２の回転軌道上の最風上点Ｐ１から後退側境界点Ｐ４までを正確に覆うことができる。これにより、風車１を風上側から見た投影面のうちの風車１の正回転の回転トルクが得られる一方の半面側（風車１の正回転の前進側）のみに風を作用させ、風車１に逆回転の回転トルクが発生する他方の半面側（風車１の正回転の後退側）に風が作用することを防止できる。よって、本実施形態の風力発電装置Ｇ２は、風車１に作用する回転トルクが大きいことにより、弱風かつ風向が安定しない条件下においても、効率良く発電することができる。

また、本実施形態の構成によると、防風部材６の回転により防風部材６の風上側端部Ｅ１が描く円Ｃ内に、防風部材６及び垂直尾翼４を含んだ風力発電装置Ｇ２の全体が収まるように配置されている。すなわち、この円Ｃ内の面積が風力発電装置Ｇ２を上方から見たときの占有面積となっている。よって、本実施形態によれば、風力発電装置Ｇ２の占有面積が、風車１の羽根１２の回転外側端の回転軌道に沿って配置された防風部材６の後退側側壁６１によって決定されるため、風車１の径の割に風力発電装置Ｇ２の占有面積を小さくすることができる。

＜その他の実施形態＞
なお、本発明の風力発電装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができることは言うまでもない。

例えば、第一及び第二実施形態においては、風車１の羽根１２を３枚羽根としているが、羽根は２枚又は４枚以上としてもよい。また、風車１として、サボニウス型風車を採用しているが、本発明の風力発電装置に搭載される風車として、例えば、クロスフロー型やＳロータ型等の他の形式の垂直軸型風車を採用することもできる。

また、第一及び第二実施形態においては、垂直尾翼４を風車１の上方のみに配置しているが、垂直尾翼を風車１の下方のみに配置したり、風車１の上方及び下方の両方に配置したりすることもできる。この場合、風車１の下方に配置される垂直尾翼は、風車１の上方に配置される垂直尾翼４と同一の鉛直平面内に配置される。また、風車１の下方に垂直尾翼を配置する場合には、第一及び第二実施形態において説明した軸受部２８及び６５を延長して、この垂直尾翼に風が作用しやすくするとよい。

また、第一及び第二実施形態においては、風力発電装置Ｇ１及びＧ２を設置対象構造物の上方に設置することを想定しているが、風力発電装置Ｇ１及びＧ２を設置対象構造物の下方に吊り下げる構成に変更することもできる。この場合、風力発電装置の構造を、風力発電装置Ｇ１及びＧ２を上下逆転した構造とすることができる。そして、この風力発電装置を、例えば、個人住宅の軒下やトンネルの天井などに吊り下げることができる。

１ … 風車 １２ … 羽根
１３ … 回転軸 ２ … ハウジング
２１ … 吸気口 ２２ … 排気口
２３ … 後退側側壁（防風部材） ３ … ＤＣモータ（発電機）
４ … 垂直尾翼 ６ … 防風部材
Ｃ … 円 Ｄ … 風向
Ｅ１ … 風上側端部 Ｇ１ … 風力発電装置
Ｇ２ … 風力発電装置 Ｐ１ … 最風上点
Ｐ４ … 後退側境界点

Claims (3)

1. 鉛直又は略鉛直方向に回転軸を持つ垂直軸型の風車と、
   前記風車の羽根の回転外側端の回転軌道上で最も風上側に位置する最風上点から少なくとも該回転軌道上を１／４回転軌道分後退した後退側境界点までを該回転軌道に沿って覆うと共に、該風車の前記回転軸を中心として該風車に対して相対回転する防風部材と、
   前記風車の回転によって発電する発電機と、
   前記防風部材に一体的に設けられ前記風車の前記回転軸よりも風下側でかつ該風車の上方及び／又は下方に配置される垂直尾翼と、を備え、
   前記防風部材の最も風上側に位置する風上側端部、前記風車の前記回転軸の中心、及び前記垂直尾翼の厚さ方向の中心が同一又は略同一の鉛直平面内に配置されていると共に、該防風部材の回転により該風上側端部が描く円内に該防風部材及び該垂直尾翼が収まるように配置されている風力発電装置。
2. 風上側に向かって開口する吸気口及び風下側に向かって開口する排気口を有する筒状を呈すると共に、前記風車の前記回転軸を中心として該風車に対して相対回転するハウジングを備え、
   前記風車は、前記ハウジング内に配置され、
   前記防風部材は、前記ハウジングと一体的に形成され、
   前記防風部材の回転により前記風上側端部が描く前記円内に前記ハウジングが収まるように配置されている請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記鉛直平面の面方向が風向と平行になったときに、前記ハウジングは、風向に平行な方向の長さが風向に直交する方向の長さよりも長い流線形の平面形状を呈している請求項２に記載の風力発電装置。

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