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【考案の名称】風力発電装置 【実用新案権者】 【識別番号】595000519 【氏名又は名称】清原 貞治 【住所又は居所】神奈川県横浜市金沢区並木一丁目１番３−１０８号 【代理人】 【識別番号】110000039 【氏名又は名称】特許業務法人アイ・ピー・エス 【考案者】 【氏名】清原 貞治 【住所又は居所】神奈川県横浜市金沢区朝比奈町２４２ 【要約】（修正有） 【課題】 効果的な発電と、強風による破損の防止とを両立することができる風力発電装置を提供する。 【解決手段】 風速が増加し所定の風速以上になると、制御部４４は、風速センサの検出値が所定の値未満となる位置まで風胴体１２を下降させるよう昇降部４２を制御する。さらに風速が増加すると、制御部４４は、さらに風胴体１２を下降させるよう昇降部４２を制御する。一方、風速が減少すると、制御部４４は、風胴体１２を上昇させるよう昇降部４２を制御する。 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 風方向に対峙して回転する風車と、 前記風車の回転により発電する発電機と、 前記風車を昇降させる昇降手段と、 を有し、 前記昇降手段は、前記発電機から電力を得て動作する 風力発電装置。 【請求項２】 風方向に対峙して回転する風車と、 前記風車の回転により発電する発電機と、 前記発電機が発電する電気を蓄電する蓄電手段と、 前記風車を昇降させる昇降手段と、 を有し、 前記昇降手段は、前記蓄電手段から電力を得て動作する 風力発電装置。 【請求項３】 風速を検出する風速検出器と、 前記風速検出器の検出結果に基づいて前記昇降手段を制御する制御部と、 をさらに有する請求項１又は２記載の風力発電装置。 【請求項４】 前記制御部は、前記風速検出器が検出する風速が所定の値以上である場合に、前記風車を下降させるように前記昇降手段を制御する請求項３記載の風力発電装置。 【請求項５】 前記制御部は、前記風速検出器が検出する風速が所定の値未満である場合に、前記風車を上昇させるように前記昇降手段を制御する請求項３又は４記載の風力発電装置。 【考案の詳細な説明】 【技術分野】 【０００１】 本考案は、風力発電装置に関する。 【背景技術】 【０００２】 自然エネルギーを活用する発電方法の一つとして、風により風車が回転することで発電する風力発電がある。しかし、風力発電は天候に左右され、微風のときは、風車の回転が弱く効果的に発電することができない。一方、強風のときは、風車が回転し過ぎることによる破損のおそれがある。このため、強風によって風車が破損することを防止する構成が用いられている。 【０００３】 引用文献１では、集風フードの開口部に蓋体を揺動自在に設け、この蓋体は開口部を塞ぐ方向に弾条体で付勢されており、この集風フードに吹き込む風が強力である時は弾条体に抗して蓋体が揺動され開口部から風が逃がされる構成の風力原動機が開示されている。 【０００４】 引用文献２では、集風胴の開口部を開閉する蓋板を設け、この蓋板は錐により開口部を閉鎖しているが、一定圧以上になると、錐の重さに抗して蓋体を持ち上げて開口部を開口し風を逃がす構成の風力原動機が開示されている。 【０００５】 引用文献３では、筒の内部に４枚の台形板からなる錐体を設け、この各台形板の底辺を筒の前面の各辺に取り付け、所定の風速以上になれば、風圧により台形板が移動して風の抵抗を減らす構成の風力発電装置が開示されている。 【先行技術文献】 【特許文献】 【０００６】 【特許文献１】 特開昭５９−８２５８４号公報 【特許文献２】 特開昭５６−１０７９７５号公報 【特許文献３】 特開２００４−１００６７２号公報 【考案の概要】 【考案が解決しようとする課題】 【０００７】 しかしながら、従来の技術においては、効果的な発電と、強風による破損の防止とを両立することができないという問題があった。 【０００８】 本考案は、効果的な発電と、強風による破損の防止とを両立することができる風力発電装置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】 【０００９】 上記目的を達成するために、本考案の第１の特徴とするところは、風方向に対峙して回転する風車と、前記風車の回転により発電する発電機と、前記風車を昇降させる昇降手段と、を有し、前記昇降手段は、前記発電機から電力を得て動作する風力発電装置にある。これにより、効果的な発電と、強風による破損の防止とを両立することができる。 【００１０】 本考案の第２の特徴とするところは、風方向に対峙して回転する風車と、前記風車の回転により発電する発電機と、前記発電機が発電する電気を蓄電する蓄電手段と、前記風車を昇降させる昇降手段と、を有し、前記昇降手段は、前記蓄電手段から電力を得て動作する風力発電装置にある。 【００１１】 好適には、風速を検出する風速検出器と、前記風速検出器の検出結果に基づいて前記昇降手段を制御する制御部と、をさらに有する。これにより、本構成を有さない場合と比較して、より効果的な発電と、強風による破損の防止とを両立することができる。 【００１２】 好適には、前記制御手段は、前記風速検出器が検出する風速が所定の値以上である場合に、前記風車を下降させるように前記昇降手段を制御する。これにより、本構成を有しない場合と比較して、より一層、効果的な発電と、強風による破損の防止とを両立することができる。 【００１３】 好適には、前記制御手段は、前記風速検出器が検出する風速が所定の値未満である場合に、前記風車を上昇させるように前記昇降手段を制御する。これにより、本構成を有しない場合と比較して、より一層、効果的な発電と、強風による破損の防止とを両立することができる。 【考案の効果】 【００１４】 本考案によれば、効果的な発電と、強風による破損の防止とを両立することができる風力発電装置を提供することができる。 【図面の簡単な説明】 【００１５】 【図１】本考案の一実施形態が適用される風力発電装置の斜視図である。 【図２】本考案の一実施形態が適用される風力発電装置の概略図である。 【図３】本考案の一実施形態が適用される風力発電装置の骨組の概略図である。 【図４】本考案の一実施形態が適用される風力発電装置の側面側からの断面図である。 【図５】本考案の一実施形態に用いられる第１風車６２及びその周辺構造の説明図である。図５（ａ）は、第１風車６２及びその周辺構造の側面図であり、図５（ｂ）は、第１風車６２（及び第２風車６６）の正面図である。 【図６】本考案の一実施形態に用いられる前端部６４による風の変向を説明する説明図である。 【図７】本考案の一実施形態に用いられる第１集風盤１４の正面図である。 【図８】本考案の一実施形態に用いられる羽根１０８の正面図である。 【図９】風速に応じた昇降第４０による風胴体１２の昇降動作を説明する図である。図９（ａ）は、風胴体１２が最高の位置にある状態を示し、図９（ｂ）は、風胴体１２が下降途中の位置にある状態を示し、図９（ｃ）は、風胴体が最低の位置にある状態を示す。 【図１０】風速「ｖ１」未満の場合の、本考案の一実施形態が適用される風力発電装置を説明する説明図である。 【図１１】風速「ｖ１」以上の場合の、本考案の一実施形態が適用される風力発電装置を説明する説明図である。 【図１２】本考案の第２実施形態に用いられる第１風車６２の説明図である。図１２（ａ）は、第１風車６２（及び第２風車６６）の正面図であり、図１２（ｂ）は、風車羽根８６と外輪１３０の連結部の側面図である。 【考案を実施するための形態】 【００１６】 [第１実施形態] 本考案の実施形態について図面に基づいて説明する。 図１及び図２は、本考案の一実施形態である風力発電装置１０の概略を示す。図１は、風力発電装置１０の斜視図を示し、図２は風力発電装置１０の概略図を示す。 【００１７】 風力発電装置１０は、風胴体１２を有する。この風胴体１２の前部には、第１集風盤１４が配置されている。風胴体１２の後部には、第２集風１６が配置され、この第２集風盤１６の前側に風取入口１８が設けられている。風胴体１２の最後部には、２枚の垂直尾翼２０が設けられている。 【００１８】 風胴体１２の略中央には、第１の扉２２が開閉自在に設けられている。風胴体１２の内側には、風速を検出する風速検出器としての風速センサ２４が設けられている。また、風胴体１２内には中心軸２６が配置されており、この中心軸２６内に発電機３０が設けられている。発電機３０が風胴体１２及び中心軸２６の内部に設けられているため、発電機３０からの音漏れが防止される。風胴体１２及び中心軸２６内を、例えば炭素繊維等で覆うことで、より音漏れが防止される。さらに、風胴体１２と中心軸２６の間を風が通過する構成となっているため、発電機３０が効果的に冷却される。 中心軸２６には第２の扉３２が設けられており、第１の扉２２及び第２の扉３２を開くことで、中心軸２６内の発電機３０等の点検や修理時等を容易に行うことができる。 【００１９】 風胴体１２は、基台３４に主軸３６を介して水平方向で回転自在なように支持されている。基台３４の材料には、例えば鉄等が用いられる。 基台３４と主軸３６との間には、軸受けとして永久磁石３８が設けられており、この永久磁石３８同士の反発により磁気浮上し、垂直尾翼２０と相まって風胴体１２、第１集風盤１４及び第２集風盤１６が容易に風向きに対向する構成となっている。永久磁石３８により磁気浮上しているため、本構成を有さない場合と比較して、動作音を低減することができる。 【００２０】 基台３４は、昇降手段としての昇降機構４０に支持されている。昇降機構４０は、昇降部４２と、制御部４４とで構成されている。昇降部４２は、伸縮する伸縮部４６と、この伸縮部４６を垂直姿勢（立位）から水平姿勢（水平位）の位置で調整する調整部４８と、を有する。伸縮部４６が垂直姿勢で伸びた状態のとき、風胴体１２は最高の位置に設置され、伸縮部４６が水平姿勢で縮んだ状態のとき、風胴体１２は最低の位置に設置される。制御部４４は、風速センサ２６が検出する風速（検出値）を受け付け、この検出値に応じて、風胴体１２の設置高さを調整するように昇降部４２を制御する。 【００２１】 また、蓄電手段としての蓄電池５０が、外部の電気機構（非図示）とともに、発電機３０と昇降機構４０に電気的に接続されている。蓄電池５０には発電機３０で発電された電気が蓄電され、この蓄電池５０に蓄電された電気の一部が昇降機構４０に送電される。このように、昇降機構４０は蓄電池５０から電力を得て動作する構成となっている。 なお、昇降機構４０を動作させるための蓄電池５０を、外部の電気機構（非図示）に送電するためのものと別個設けるようにしてもよい。 【００２２】 図３は風力発電装置１０の骨組を示す。 図３に示すように、風胴体１２の骨組は、胴枠５２及び銅リング５４より構成され、支持枠５６によって支持されている。風胴体１２、第１集風盤１４及び第２集風盤１６の表面及び枠組みの材料には、例えばアルミ合金、ジュラルミン合金、チタン合金、硬質プラスチックまたは強化炭素繊維等が用いられる。 【００２３】 次に、中心軸２６及びその周辺構造について説明する。 図４は、風力発電装置１０の側面方向からの断面図を示す。 中心軸２６の前部には、第１風車６２が配置され、この第１風車６２の前方には、前端部６４が設けられている。中心軸２６の後部には、第２風車６６が配置されている。中心軸２６内の略中央に設けられた発電機３０には、自動変速機７０が設けられている。 【００２４】 自動変速機７０は、例えば第１歯車７２、第２歯車７４、第３歯車７６及び第４歯車７８により構成されている。自動変速機７０は、第１風車６２（及び第２風車６６）の回転数に応じて第１〜第４歯車７２、７４、７６、７８の歯車比を変更して、発電機３０の回転速度を調整する。このように、自動変速機７０を介して、発電機３０が、第１風車６２（及び第２風車６６）に連結されている構成となっている。 【００２５】 次に、第１風車６２及びその周辺構造について説明する。 図５は、第１風車６２及びその周辺構造を示す。図５（ａ）は、第１風車６２及びその周辺構造の側面図を示し、図５（ｂ）は、第１風車６２の正面図を示す。また、図６は、前端部６４によって変向される風の流れの概略を示す。 なお、第１風車６２の前方に前端部６４が設けられているという点を除いて、第２風車６６は第１風車６２と同様の構成となっている。 【００２６】 前端部６４は、例えば円錐状であり、この前端部６４の円錐面には、円錐面に沿って斜めに形成された薄板状（衝立状）の風誘導筋８０が設けられている。このように前端部６４は、風誘導筋８０に沿って風を後方に流すように構成されている。つまり、風誘導筋８０は、前端部６４が受けた風を、第１風車６２の回転方向に角度をもつようにして第１風車６２へ流れるように誘導する。このようにして変向された風は、第１風車６２を通過し、この変向された風向きで第２風車６６へ向かって風胴体１２内を通り抜ける（図６参照）。 【００２７】 第１風車６２（及び第２風車６６）は、制動盤８２、軸受け８４及び風車羽根８６から構成され、自動変速機７０の第１歯車７２と連結している。第１風車６２（及び第２風車６６）は、制動盤８２の略中心に設けられた軸受け８４を介して、支持軸９０に回転自在に支持されている。風車羽根８６は制動盤８２の周方向に例えば４枚設けられている。 【００２８】 また、電動モータで駆動する規制部としての電動ブレーキ９２が、制動盤８２に対し、例えば支持軸９０を挟んで対向する位置２か所に設けられている。電動ブレーキ９２は、制動盤８２を前後方向から抑え、第１風車６２（及び第２風車６６）の回転を制止する。このため、風力発電装置１０の修理や点検等の際、第１風車６２（及び第２風車６６）の回転を規制することができる。 【００２９】 また、電動ブレーキ９２は、ブレーキが開放される方向（制動盤８２から離れる方向）へ、例えばばね等の弾性部材（非図示）により付勢されている。これにより、風力発電装置１０が発電する通常時において、電動ブレーキ９２によって、第１風車６２（及び第２風車６６）の回転が阻害されるのを防止することができる。第１風車６２（及び第２風車６６）の回転を止めるときは、電動ブレーキ９２の電気モータに対して、弾性部材の弾性力に抗するモータ回転トルクを発生するための電流を通電する。 【００３０】 次に、第１集風盤１４及び第２集風盤１６の構成について説明する。第２集風盤１６は、第１集風盤１４と同様の構成となっているため、以下、第１集風盤１４を代表例として説明する。 図７は、第１集風盤１４の正面図を示し、図８は、第１集風盤１４の羽根１０８の正面図を示す。 【００３１】 図７、８に示すように、第１集風盤１４は、円形の外枠１００を有する。外枠１００の内側には、１２角からなる内枠１０２が設けられており、この内枠１０２の内側に、風胴枠１０４が配置されている。風胴枠１０４は、１２本の軸枠１０６により、外枠１００と連結されている。 【００３２】 内枠１０２には、羽根１０８が周方向に１２枚設けられており、この羽根１０８は取付部１０８ａによって内枠１０２に回動可能に取り付けられている。取付部１０８ａの両側にはスプリング１１０が設けられ、このスプリング１１０の一端１１０ａは軸枠１０６に掛けられ、スプリング１１０の他端１１０ｂは羽根１０８の裏側に止められている。このため、羽根１０８は、通常は閉じた状態であり、所定の風速「ｖ１」以上の風を受けると、スプリング１１０の付勢に抗して、羽根１０８が開かれた状態となる。所定の風速「ｖ１」は、設計により適宜変更することができ、発電機３０が最も効果的に発電する風速に合わせて設計する。 なお、第１集風盤１４は上記構成に限られず、第１集風盤１４の径の変更にともない、内枠１０２を１６角、２４角等とし、それに合わせて羽根１０８の枚数を適宜変更することができる。 【００３３】 羽根１０８の軸枠１０６側及び風胴枠１０４側には、ゴムシート加工されたゴムシート部１１２が備えられている。ゴムシート部１１２は、羽根１０８が閉じている場合、軸枠１０６及び風胴枠１０４に密着している。また、羽根１０８の軸枠１０６側の一方（図７において右側）には、周方向で隣り合う一方の他の羽根１０８と重なり、風が漏れるのを防止する重なり部１１４が備えられている。なお、重なり部１１４は上記構成に限らず、羽根１０８の両方の軸枠１０６側に備えるようにすることもできる。 【００３４】 次に、風力発電装置１０の動作について説明する。 【００３５】 まず、昇降機構４０による風胴体１２の昇降動作について説明する。図９は、風速に応じた昇降第４０による風胴体１２の昇降動作を説明する図である。 図９（ａ）に示すように、昇降機４０の制御部４４はまず、風胴体１２に風を取り込み易くするために、風胴体１２を最高の位置に上昇させるよう昇降部４２を制御する。風速が増加し所定の風速「ｖ１」以上になると、羽根１０８が開かれる。これにより風力発電装置１０が受ける風力が緩和される。 【００３６】 羽根１０８が開かれた状態で、さらに風速が増加し、風速センサ６８の検出値が所定の値「ｖ２（ｖ２＞ｖ１）」以上になると、制御部４４は、風速センサ６８の検出値が所定の値「ｖ２」未満となる位置（図９（ｂ））まで風胴体１２を下降させるよう昇降部４２を制御する。なお、所定の値「ｖ２」は、風力発電装置１０の設置個所等に応じて適宜設定することができ、風力発電装置１０が破損するおそれのある風速に合わせて設定する。 【００３７】 風速が増加し、この下降された設置位置（図９（ｂ））においても風速センサ６８の検出値が所定の値「ｖ２」以上になると、制御部４４は、風速センサ６８の検出値が所定の値「ｖ２」未満となる位置（図９（ｃ））までさらに風胴体１２を下降させるよう昇降部４２を制御する。 【００３８】 一方、風速が減少し、所定時間以上、風速センサ６８の検出値が所定の値「ｖ１」未満になると、制御部４４は、風胴体１２を上昇させるよう昇降部４２を制御する。 【００３９】 このように、風力発電装置１０は、羽根１０８と昇降機構４０により風胴体１２を通過する風の風速を調整することで、上記構成を有さない場合と比較して、風胴体１２が風速「ｖ１」以上「ｖ２」未満の風を効率的に受け付けることができるので、効果的に発電するとともに、強風による破損を防止することができる。 【００４０】 次いで、風速「ｖ１」未満及び風速「ｖ１」以上である場合の、風胴体１２内を通過する風の動きについて説明する。 図１０及び図１１は、風力発電装置１０の側面図であり、図１０は、風速「ｖ１」未満の場合を示し、図１１は、風速「ｖ１」以上の場合を示す。 【００４１】 図１０に示すように、風速が「ｖ１」未満（微風１２０）である場合、羽根１０８は閉じた状態にある。この場合、第１集風盤１４が受けた微風１２０は、風胴体１２内へ導かれ、第１風車６２を回転させる。第１風車６２を通過した微風１２０は、風胴体１２内を通り、第２風車６６を回転させる。前端部６４が受けた微風１２０は、風誘導筋８０によって、第１風車６２の回転方向に角度をもつようにして第１風車６２を回転させ通過し、変向された風向きで風胴体１２内を通り第２風車６６を回転させる。 【００４２】 また、第２集風盤１６が受けた微風１２０は、風取入口１８から風胴体１２内に取り入れられ、第２風車６６を回転させる。第２風車６６を通過した微風１２０は、垂直尾翼２０に向かう。このようにして回転した第１風車６２及び第２風車６６の回転力が、自動変速機７０を介して発電機３０に伝えられ、発電機３０が発電する。微風１２０は、風胴体１２内をこのように通過し、その勢いが増される。このため、微風であっても効果的に発電される。 【００４３】 図１１に示すように、風速が「ｖ１」以上（強風１２０ａ）である場合、強風１２０ａによって羽根１０８が開かれる。羽根１０８を開いた強風１２０ａは風胴体１２外を通過する。このようにして、所定の風力以上の風を風力発電装置１０の後方へ逃がし、転倒等の風害を防止する。 【００４４】 風胴体１２内へ進入する強風１２０ａは、第１風車６２を回転させる。第１風車６２を通過した強風１２０ａは、風胴体１２内を通り、第２風車６６を回転させる。前端部６４が受けた強風１２０ａは、風誘導筋８０によって、第１風車６２の回転方向に角度をもつようにして第１風車６２を回転させ通過し、変向された風向きで風胴体１２内を通り第２風車６６を回転させる。このようにして回転した第１風車６２及び第２風車６６の回転力が、自動変速機７０を介して発電機３０に伝えられ、発電機３０が発電する。 【００４５】 上記実施形態においては、昇降機構４０は、蓄電池５０から電力を得て動作する構成について説明したが、これに限らず、発電機３０から直接電力を得て動作するようにしてもよい。 【００４６】 制御部４４は、所定時間以上、風速センサ６８の検出値が所定の値「ｖ２」（上記実施形態では「ｖ１」）未満となった場合に、風胴体１２を上昇させるよう昇降部４２を制御するようにしてもよい。 【００４７】 風速が著しく速く、風胴体１２が最低の位置まで下降した場合は、例えば四方を囲むケース等に収容されるようにして、風力発電装置１０を風から防ぐ構成としてもよい。 【００４８】 風力発電装置１０は、小型であるため、風を多く受ける漁船、客船または軍艦等の船舶、あるいは、ビル等の建物の屋上等に設置できるものである。 【００４９】 風力発電装置１０は、発電機３０により発電した電気を、深夜や早朝など、電気の使用の少ない時間帯に蓄電池５０に蓄電しておくようにし、これを昇降機構４０による風胴体１２の昇降に使用するようにすると効果的である。 【００５０】 [第２実施形態] 次に、本考案の第２実施形態について説明する。図１２は、第２実施形態に用いられる第１風車６２を示す。図１０（ａ）は、第１風車６２の正面図を示し、図１０（ｂ）は、風車羽根８６と外輪１３０との結合部分の側面図を示す。なお、第２風車６６は、第１風車６２と同様の構成となっているため、以下、第１風車６２を代表例として説明する。 【００５１】 本実施形態では、制動盤８２の外周に外輪１３０が配置されており、この外輪１３０には、風車羽根８６の差し込み部８６ａを差し込む隙間としての差し込み穴１３０ａが設けられている。風車羽根８６の差し込み部８６ａには、風車羽根８６の前後方向に貫通する風車羽根ねじ穴８６ｂが設けられている。また、外輪１３０の差し込み穴１３０ａには、外輪１３０の前後方向に貫通する外輪ねじ穴１３０ｂが設けられている。風車羽根ねじ穴８６ｂ及び外輪ねじ穴１３０ｂは、差し込み部８６ａを差し込み穴１３０ａに差し込んだときに一直線に連通し、ねじ１３２によって固定されるように構成されている。 【００５２】 このように、ねじ１３２を装脱着することで、制動盤８２（外輪１３０）に対し風車羽根８６の取付け及び取外しが自在な構成となっている。なお、ねじ１３２の他に閂等を用いて固定することもできる。 【符号の説明】 【００５３】 １０ 風力発電装置 １２ 風胴体 １４ 第１の集風盤 １６ 第２の集風盤 １８ 風取入口 ２０ 垂直尾翼 ２４ 風速センサ ２６ 中心軸 ３０ 発電機 ３４ 基台 ４０ 昇降機構 ４２ 昇降部 ４４ 制御部 ５０ 蓄電池 ６２ 第１の風車 ６４ 前端部 ６６ 第２の風車 ７０ 自動変速機 ８０ 風誘導筋 ８６ 風車羽根 ９２ 電動ブレーキ １００ 外枠 １０２ 内枠 １０４ 風胴枠 １０６ 軸枠 １０８ 羽根 １２０ 微風 １２０ａ 強風

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

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