特許 6774172 風力発電方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6774172

(24)【登録日】2020年10月6日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】風力発電方法

(51)【国際特許分類】

   F03D 7/06 20060101AFI20201012BHJP

【ＦＩ】

   F03D7/06 C

【請求項の数】1

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-179425(P2015-179425)

(22)【出願日】2015年9月11日

(65)【公開番号】特開2017-53305(P2017-53305A)

(43)【公開日】2017年3月16日

【審査請求日】2018年8月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100060759

【弁理士】

【氏名又は名称】竹沢 荘一

(74)【代理人】

【識別番号】100083389

【弁理士】

【氏名又は名称】竹ノ内 勝

(74)【代理人】

【識別番号】100198317

【弁理士】

【氏名又は名称】横堀 芳徳

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 政彦

【審査官】 小岩 智明

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００３／０７４８６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１９９７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１１８３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３２２２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１５１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０９２００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４４６４５７９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ ３／００− ３／０６， ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端部に傾斜部を形成した揚力型ブレードを備えたロータの支持枠体における基盤に配設された、発電機モードとモータモードとに切替可能な電力再生型モータの回転軸に、ロータの縦主軸を接続して、該ロータの近傍に、風速計を備えた平均風速判定部、回転速度検出センサを備えたロータ周速判定部、切替回路と接続した発電機・モータ切換判定部、中央処理装置を含む制御手段を、前記切替回路を介して前記電力再生型モータと電気的に接続し、前記回転速度検出センサを前記縦主軸に近接しておき、低風速でロータが回転している状態において、
前記風速計等制御手段が、予め定めた基準平均風速２ｍ/ｓを検知したとき、前記制御手段における発電機・モータ切換判定部により前記切替回路を切替えて、前記電力再生型モータをモータモードとし、前記ロータの周速または回転速度が、特定の上限値５ｍ/ｓに達するまで加速回転させ、前記電力再生型モータを発電機モードに切替えて風力で発電させるようにし、かつ前記風速計等制御手段が、再度予め定めた基準平均風速２ｍ/ｓを検知したとき、前記電力再生型モータを前記制御手段により再度モータモードに切替えて、前記ロータの周速または回転速度が、特定の上限値５ｍ/ｓに達するまで加速回転させて、再度前記電力再生型モータを発電機モードに切替えて風力で発電させることを繰返させることを特徴とする風力発電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、低風速下においても、発電効率を高めうるようにした風力発電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

風力発電装置は、一般的に機械的ロスが大きく、かつ低風速下では、ロータは発電機のコギングトルクのために、円滑に回転しにくく、発電効率は低い。この問題を解決するために、本願の発明者は、揚力型ブレードを有する風車を備える縦軸風力発電装置を開発している(例えば特許文献１、２参照)。

【0003】

特許文献１、２に記載されている縦軸風力発電装置は、縦主軸を中心として互いに対向する１対の縦長揚力型ブレードを有するロータを備え、各揚力型ブレードの上下両端部に、縦主軸方向へ向かう内向き傾斜部を形成することにより、ブレードの内側面に沿って上下方向に拡散する気流を、内向傾斜部で受止めて、回転力を高めるとともに、揚力(推力)を増大させ、低風速下においても、ロータが効率よく回転して、発電効率を高めうるようにしたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４９０７０７３号公報

【0005】

【特許文献2】特開２０１１−１６９２９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前記特許文献に記載の縦軸風車は、縦軸風車の起動性を改善して、１〜１.５ｍ／ｓ程度の微風速でも、ロータの回転を開始させることができ、かつ平均風速が、例えば２ｍ／ｓ程度の低風速下でも、効率よく発電しうるという特長を有している。

【0007】

また、ロータの周速または回転速度が一定の値に達すると、コアンダ効果により、ブレードに生じる揚力が増大するため、ブレードの回転は加速され、かつ発電負荷による失速が起こりにくくなり、発電効率は高められるという特徴も有している。

【0008】

しかし、風向きは常に変化するため、ロータに適する風速が長時間継続することはなく、低風速下で回転しているロータの回転速度を、ロータが自力により効率よく回転しうる周速となるまで加速することができれば、発電効率をさらに高めることができる。

【0009】

本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、低風速下において、ロータを加速回転させることにより、発電効率を大幅に高めことができるようにした風力発電方法を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の具体的な内容は、以下の通りである。

【0011】

本発明の風力発電方法によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１） 先端部に傾斜部を形成した揚力型ブレードを備えたロータの支持枠体における基盤に配設された、発電機モードとモータモードとに切替可能な電力再生型モータの回転軸に、ロータの縦主軸を接続して、該ロータの近傍に、風速計を備えた平均風速判定部、回転速度検出センサを備えたロータ周速判定部、切替回路と接続した発電機・モータ切換判定部、中央処理装置を含む制御手段を、前記切替回路を介して前記電力再生型モータと電気的に接続し、前記回転速度検出センサを前記縦主軸に近接しておき、先端部に傾斜部を形成した揚力型ブレードを備えたロータの支持枠体における基盤に配設された、発電機モードとモータモードとに切替可能な電力再生型モータの回転軸に、ロータの縦主軸を接続して、該ロータの近傍に、風速計を備えた平均風速判定部、回転速度検出センサを備えたロータ周速判定部、切替回路と接続した発電機・モータ切換判定部、中央処理装置を含む制御手段を、前記切替回路を介して前記電力再生型モータと電気的に接続し、前記回転速度検出センサを前記縦主軸に近接しておき、低風速でロータが回転している状態において、低風速でロータが回転している状態において、
前記風速計等制御手段が、予め定めた基準平均風速２ｍ/ｓを検知したとき、前記制御手段における発電機・モータ切換判定部により前記切替回路を切替えて、前記電力再生型モータをモータモードとし、前記ロータの周速または回転速度が、特定の上限値５ｍ/ｓに達するまで加速回転させ、前記電力再生型モータを発電機モードに切替えて風力で発電させるようにし、かつ前記風速計等制御手段が、再度予め定めた基準平均風速２ｍ/ｓを検知したとき、前記電力再生型モータを前記制御手段により再度モータモードに切替えて、前記ロータの周速または回転速度が、特定の上限値５ｍ/ｓに達するまで加速回転させて、再度前記電力再生型モータを発電機モードに切替えて風力で発電させることを繰返させる風力発電方法。

【0012】

この方法によると、風速検知手段が、予め定めた基準平均風速を検知したときに、電力再生型モータをモータモードに切り替え、ロータの周速または回転速度が特定の上限値に達するまで加速回転させてから、モータを発電機モードに切替えて回転させるので、ロータの回転速度が低い低風速下で発電量が少ない条件下においても、発電効率を大幅に高めることができる。

【0013】

電力再生型モータをモータモードに切替えると、縦主軸には、発電機によるコギングトルクが作用しなくなり、ロータは慣性で回転し続けるので、モータによりロータを速やかに加速回転させることができ、かつ、ロータの周速または回転速度が特定の値に達するまで加速回転させると、モータによる助力が無くても、揚力によってロータは加速されて回転するので、モータモードとして作動させている時間は短かくて済み、モータモードで作動させる電力消費量は少なくて済む。
また、先端部に傾斜部を形成した複数の揚力型ブレードを備えるロータを有する縦軸風車または横軸風車は、ブレードに当って先端方向へ拡散する気流を傾斜部で受け止めることにより、回転力を高めて揚力(推力)を増大させることができるので、ロータは低風速時から回転し、かつ風速が速くなるほど、コアンダ効果によりブレードに生じる揚力(推力)は増大し、ロータは加速されて効率よく回転する。そのため、ロータの周速または回転速度を、ブレードの揚力により加速して回転する値に設定することにより、発電効率を高く維持することができる。

【0014】

前記予め定めた基準平均風速は２ｍ/ｓとし、前記特定の上限値は５ｍ/ｓとしてなることとすると、基準平均風速２ｍ/ｓ以下の風速で回転しているロータでは、発電量も僅かであるが、ロータが既に回転している時、風速が基準平均風速２ｍ/ｓに達すると所定の発電をすることができるが、ここで電力再生型モータをモータモードに切替えて第２蓄電池から電力を供給することにより、ロータの回転周速が特定の上限値５ｍ/ｓになるまで回転させると、ブレードの揚力により平均風速２ｍ/ｓの風力の中でも、風速５ｍ/ｓ前後の風速で回転するような状態を維持することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の風力発電方法によると、風速検知手段が、予め定めた基準平均風速を検知した時に、電力再生型モータをモータモードに切替え、ロータの周速または回転速度が特定の上限値に達するまで加速回転させてから、モータを発電機モードに切替えて回転させるので、ロータの回転速度が低い低風速下で発電量が少ない場合においても、発電効率を大幅に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の方法の実施に用いられる風力発電装置の正面図である。

【図2】ロータとアームの拡大平面図である。

【図3】図１のIII−III線における拡大横断平面図である。

【図4】本発明の方法を実施するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態においては、ブレードの回転半径１ｍ、ブレードの翼長１．２ｍのロータを備える場合について説明するが、これに限定されないことは勿論である。

【0018】

図１は、本発明の方法を実施するようになっている、縦軸風車を備える風力発電装置を示し、風力発電装置１は、縦軸型のロータ２と、電力再生型モータ３と、風車の回転速度を制御する制御手段４とを備えている。

【0019】

ロータ２の縦主軸５の上下複数箇所が、基礎Ｇの上面に立設された支持枠体６の中央部に、軸受６Ａを介して回転自在に支持されている。縦主軸５の上部の径方向の対称位置には、上下２本ずつの水平のアーム７Ａ、７Ｂの内端部が固着され、各上下のアーム７Ａ、７Ｂの外端部には、垂直方向を向く左右１対の揚力型ブレード(以下ブレードと略称する)８、８の上下端部の内側面が固着されている。アーム７Ａ、７Ｂ及びブレード８は、例えば繊維強化合成樹脂により形成されている。なお、アーム７Ａ、７Ｂとブレード８とは、一体成形が可能である。

【0020】

ブレード８の形状は、本願の発明者が開発した、特許第４９０７０７３号公報、特開２０１１−１６９２９２号公報に記載されているブレードと実質的に同形をなしている。
すなわち、ブレード８の弦長は、ブレード８の回転半径の２０％〜５０％とされ、翼面積は大きく設定されている。

【0021】

ブレード８における上下両端部を除く主部８Ａの横断面の形状は、図３に拡大して示すように、主部８Ａの翼厚中心線Ｃの内方と外方における翼厚は、互いに対称的にほぼ等寸とされ、かつ翼厚中心線Ｃは、ブレード８の翼厚中心の回転軌跡Ｏとほぼ重なるように設定されている。

【0022】

主部８Ａ全体の平面形は、図２に示すように、翼厚中心の回転軌跡Ｏに沿うように円弧状に湾曲され、その内側面は、前縁の膨らみ部分から後縁にかけて、遠心方向へ傾斜しており、後方から内側面に風が当たると、前方へ押されるようになっている。

【0023】

主部８Ａの横断面の形状は、回転方向である前側の翼厚が厚く、後方に向かって漸次薄くなる標準翼型に近いものとされている。

【0024】

ブレード８が回転すると、ブレード８の内外の回転半径の差によって、内側面に比して外側面の周速度が大となり、外側面に沿って後方へ通過する気流の方が、内側面におけるそれよりも高速となる。

【0025】

そのため、ブレード８の後縁部において、外側面を通過する気流の圧力は、内側面を通過する気流のそれよりも小となり、外側面におけるコアンダ効果によって、ブレード８の後縁部の外側面が、後方から前縁部方向に押されて、ブレード８に回転方向の推力が作用し、ブレード８は回転する。

【0026】

図１及び図２に示すように、ブレード８の上下両端部には、内方、すなわち縦主軸５方向に向かって、円弧状に傾斜する内向傾斜部８Ｂ、８Ｂが形成されている。ブレード８の上下の端部に、内向傾斜部８Ｂを形成してあるため、ブレード８の回転に伴い、主部８Ａの内外の側面に沿って上下方向へ流れようとする気流は、コアンダ効果により、上下の内向傾斜部８Ｂ、８Ｂの内面及び外面に沿って、後方、すなわち図２におけるＷ方向に向かって通過するようになり、低風速下においても、ロータ２は、高い回転効率をもって回転する。

【0027】

前述した電力再生型モータ３は、基礎Ｇに設置され、そのロータ軸に縦主軸５の下端部が連結されている。
電力再生型モータ３としては、例えば、公知の永久磁石界磁式直流モータが使用され、詳細な説明は後述するが、ロータ２の縦主軸５の回転により発電するようになっている発電機と、縦主軸５を回転させるようになっているモータとに、電力再生型モータ３に接続された切替回路９をもって切替え可能となっている。なお、電力再生型モータ３として、永久磁石型交流同期モータを使用することも可能である。

【0028】

切替回路９は、コントローラ１０を介して第１蓄電池１１に接続され、かつ、太陽光発電パネル１２により発電された電力を蓄電する第２蓄電池１３に接続されている。切替回路９は、電力再生型モータ３を発電機として使用する場合の発電回路と、同じくモータとして使用する場合のモータ回路(いずれも図示略)とを有するもので、それらの回路を介して電力再生型モータ３へ流れる電流方向を切替えることにより(図１の矢印参照)、電力再生型モータ３を発電機モードに切替えて、発電された電力を第１蓄電池１１に蓄電したり、電力再生型モータ３をモータモードに切替えて、このモータを第２蓄電池１３の電力により作動させたりするようになっている。

【0029】

切替回路９は、制御手段４における後述する発電機・モータ切替判定部１６に電気的に接続され、発電機・モータ切替判定部１６より出力される判定信号に基づいて、発電回路とモータ回路とに選択的に切替えられるようになっている。

【0030】

電力再生型モータ３を発電機モードに切替えて発電し、第１蓄電池１１に蓄電された電力は、外部の直流負荷電源に給電されるか、またはＤＣ−ＡＣインバータを介して、外部の交流負荷電力系統に給電される。

【0031】

コントローラ１０は、電力再生型モータ３を発電機モードに切替えて発電させた出力電流量を調節して、第１蓄電池１１または外部の負荷電源へ出力する電流や電圧を制御する機能を有し、例えば、ロータ２の起動直後や、ロータ２の回動速度が遅くなる低風速時のときに、出力電流量が少なくなるように制御することにより、発電機に加わる発電負荷を軽減させて、ロータ２の失速を防止しうるようになっている。

【0032】

制御手段４は、平均風速判定部１４と、風車周速判定部１５と、発電機・モータ切替判定部１６とを備えている。
平均風速判定部１４は、ロータ２に向かう風の一定時間毎の平均風速を検知するための、風速検知手段である風速計１７に接続され、風速計１７により検出された平均風速は、平均風速判定部１４に入力され、制御手段４の中央処理装置(CPU)１８により演算処理されて、風速が予め定めた基準平均風速に達したと判定されたとき、発電機・モータ切替判定部１６に判定信号を出力する。なお、風速計１７による平均風速の検知時間は、低風速下でも発電量が大きく変動しないように、例えば１０秒以下の比較的短い間隔で行うのが好ましい。

【0033】

詳細な説明は後述するが、発電機・モータ切替判定部１６は、風速計１７が、予め定めた基準平均風速、例えば２ｍ/ｓを検知した場合に、切替回路９に判定信号を出力し、切替回路９を発電回路からモータ回路に切替えて、電力再生型モータ３をモータモードで作用させるようになっている。
また、発電機・モータ切替判定部１６へは、後述する回転速度検出センサ２０から風車周速判定部１５に入力されるデータに基づいても、判定信号が出力される。

【0034】

縦主軸５の中間部の適所には、ロータ２の回転速度を測定するための歯車１９が取付けられており、この歯車１９の回転数を、回転速度検出センサ２０をもって検出することにより、縦主軸５を介してロータ２の回転速度を検出しうるようになっている。なお、歯車１９に代えて、縦主軸５の外周面に、例えば１個または複数個の凸部を設けてもよい。
回転速度検出センサ２０には、例えば磁気回転速度検出センサ、超音波回転速度検出センサ、ロータリエンコーダ等の非接触型センサが用いられる。

【0035】

回転速度検出センサ２０により検出された縦主軸５の回転速度は、制御手段４の風車周速判定部１５に入力され、入力された回転速度に基づいて、制御手段４の中央処理装置１８がロータ２の平均周速を演算する。すなわち、ロータ２のブレード８の回転半径(ｒ)から、ロータ２の外周の長さ(２πr)が確定されるので、その外周の長さ(２πr)に縦主軸５の回動速度(ｒｐｍ)を乗じれば、周速(ｍ/ｓ)が得られる。上記の回転速度検出センサ２０とロータ周速判定部１５は、本発明に係る回転速度検知手段に相当する。

【0036】

なお、ロータ２の周速は、ブレード８の角速度を、センサにより検出することによっても求めることができる。すなわち、ブレード８の角速度(rad/s)に、その回転半径(ｒ)を乗じた値が、ロータ２の周速となる。

【0037】

風車周速判定部１５より、ロータ２の平均周速が特定の上限値、例えば５ｍ/ｓに達したと判定された場合には、発電機・モータ切替判定部１６から切替回路９に出力される判定信号に基づいて、切替回路９をモータ回路から発電回路に切替え、電力再生型モータ３を発電機モードで作用させるようになっている。

【0038】

次に、上記実施形態に係る風力発電装置１を用いた風力発電方法を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、ロータ２が回転し、発電機・モータ切替判定部１６が発電機モードとして作動しているときの平均風速を、風速計１７により測定し(Ｓ１)、制御手段４の中央処理装置１８の演算処理結果に基づいて、平均風速判定部１４が、予め定めた基準平均風速である例えば２ｍ/ｓ以上か否かを判定する(Ｓ２)。

【0039】

平均風速判定部１４において、平均風速が基準平均風速である２ｍ/ｓ以上と判定した場合には、制御手段４の発電機・モータ切替判定部１６から、切替回路９に判定信号が出力され、その判定信号により、切替回路９をモータ回路に切替える(Ｓ３)。

【0040】

これにより、それまで発電機モードで作動していた電力再生型モータ３を、モータモードに切替えて、第２蓄電池１３より給電される電力をもって自動的に始動させ(Ｓ４)、縦主軸５を強制的に回転させて、風車すなわちロータ２を加速回転させる(Ｓ５)。平均風速が基準平均風速である２ｍ/ｓに達していないと判定した場合は、ステップＳ１に戻り、引続き平均風速を測定する。

【0041】

電力再生型モータ３を発電機モードからモータモードに切替えると、縦主軸５には、発電機によるコギングトルクが作用しなくなり、ロータ２は慣性で回転し続けるので、モータによりロータ２を速やかに加速回転させることができる。従って、モータモードで作動させている時間は短かく、モータモードで作動させる第２蓄電池１３の電力消費量は少なくて済む。

【0042】

平均風速が２ｍ/ｓ以上か否かを判定する理由は、前述した形状の揚力型ブレード８を備える縦軸型のロータ２において、例えばブレード８の回転半径を１ｍ、ブレード８の翼長１．２ｍとした場合、平均風速が２ｍ/ｓ以上となると、ブレードに生じる揚力によりロータ２の回転が加速され、発電機からの発電電力を出力可能な速度で回転するからである。

【0043】

従って、平均風速が２ｍ/ｓ程度の低風速下でロータ２が回転している時に、電力再生型モータ３をモータモードに切替えて、ロータ２の回転を速やかに加速させると、ブレードに揚力が生じて更に加速され、その後、モータモードから発電機モードに切替えて発電するときの発電効率は高まる。

【0044】

ロータ２の回転をモータモードで加速したのち、回転速度検出センサ２０により縦主軸５の平均回転数を検出し、その回転数に基づいて、中央処理装置１８が風車すなわちロータ２の周速に換算して、その結果をロータ周速判定部１５に出力し(Ｓ６)、ロータ周速判定部１５が、ロータ２の周速が基準平均風速２ｍ/ｓを超える特定の上限値、例えば５ｍ/ｓに達したか否かを判定する(Ｓ７)。

【0045】

ロータ２の周速が５ｍ/ｓに達したか否かを判定する理由は、上述した形状の揚力型ブレード８を備える縦軸型のロータ２においては、ロータ２の周速が５ｍ/ｓに達すると、ブレード８の上下両端部の内向き傾斜部８Ｂの作用とコアンダ効果により、ブレード８に生じる揚力(推力)が増加し、ロータ２は、モータによる助力がなくても、風速を超える周速度に加速しながら効率よく回転して発電し、かつ発電負荷による失速が起きにくくなるからである。

【0046】

なお、周速が５ｍ/ｓの場合のロータ２の回転速度を例示すると、周速、回転速度及び外周の長さには、前述したような関係があるので、例えばブレード８の回転半径(ｒ)を１ｍとした場合、ロータ２の外周の長さ(２πｒ)は６.２８ｍとなる。従って、周速５ｍ/ｓを、外周の長さ６.２８ｍで割り、６０を乗じて分速に換算すれば、ロータ２の回転速度は約４８ｒｐｍとなる。

【0047】

ロータ周速判定部１５において、ロータ２の周速が特定の上限値５ｍ/ｓに達したと判定した場合には、制御手段４の発電機・モータ切替判定部１６から、切替回路９に判定信号が送信され、その判定信号により、切替回路９を発電回路に切替える(Ｓ８)。これにより、電力再生型モータ３は、モータモードから発電機モードに切替えられて始動し(Ｓ９)、発電された電力は、第１蓄電池１１に蓄電される。

【0048】

ロータ周速判定部１５が、ロータ２の周速が特定の上限値５ｍ/ｓに達していないと判定した場合には、ステップＳ５に戻り、電力再生型モータ３をモータモードに切替えたまま、ロータ２の周速が特定の上限値５ｍ/ｓに達するまで加速し続ける。

【0049】

電力再生型モータ３を発電機モードに切替えた後、風速計１７により再度平均風速を測定し(Ｓ１０)、平均風速判定部１４が基準平均風速２ｍ/ｓ以下を検知した場合(Ｓ１１)には、ステップＳ３に戻り、前述と同様に、切替回路９をモータ回路に切替え、電力再生型モータ３を再度モータモードに切替えて、ロータ２を加速回転させる。このステップＳ３〜Ｓ１１までをループ状に繰返して、ロータ２の回転速度を制御することにより、発電効率を大幅に高めることができる。

【0050】

以上説明したように、前記実施形態に係る風力発電方法においては、ロータ２の縦主軸５に、発電機モードとモータモードとに切替え可能な電力再生型モータ３を接続しておき、ロータ２が平均風速２ｍ/ｓ程度の低風速下で回転している場合に、ロータ２が自力で加速しながら効率よく回転しうる周速である特定の上限値５ｍ/ｓに達するように、電力再生型モータ３をモータモードに切替えて速やかに加速し、ロータ２の周速が特定の上限値５ｍ/ｓに達した時は、電力再生型モータ３を発電機モードに切替えて発電しうるように、ロータ２の回転速度を繰り返し制御するようにしているので、ロータ２の回転速度が低い低風速下で、発電量が少ない条件下においても、発電電力を大きく変動させることなく、発電効率を高めることができる。

【0051】

また、電力再生型モータ３をモータモードから発電機モードに切替える場合のロータ２の平均周速を、例えばロータ２が自力で加速しながら効率よく回転しうる値である５ｍ/ｓに設定しておくと、平均周速が特定の上限値５ｍ/ｓに達したとき、モータを停止しても、発電負荷による失速が起きにくくなるとともに、電力再生型モータ３を頻繁にモータモードに切替える必要がなくなるので、モータ駆動用電源である第２蓄電池１３の電力消費量を少なくすることができる。

【0052】

さらに、電力再生型モータ３を縦主軸５に接続しておき、このモータ３を切替回路９によりモータモードに切替えて、ロータ２の回転を加速するようにしてあるので、ロータ２を加速回転させるための専用のモータを別途設置して、それを制御する必要はなく、経済的となる。

【0053】

本発明は、上記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内で、次のような種々の変形や変更を施すことが可能である。

【0054】

上記実施形態では、平均風速が基準平均風速２ｍ/ｓとなったことを検知したとき、電力再生型モータ３をモータモードに切替えて始動させ、ロータ２の回転を加速するようにしたが、平均風速が２ｍ/ｓの時の縦主軸５の平均回転速度を検知するか、または平均風速が２ｍ/ｓのときのロータ２の周速を検知したときに、電力再生型モータ３をモータモードに切替えて、ロータ２を加速させるようにしてもよい。

【0055】

また、上記実施形態では、ロータ２の周速が特定の上限値５ｍ/ｓに達するまでモータモードにより加速して、モータモードを発電機モードに切替えるようにしたが、前述したように、ロータ２の周速は回転速度に換算できるため、周速が特定の上限値５ｍ/ｓに達した時のロータ２の回転速度を回転速度センサ２０が検出した時に、モータモードを発電機モードに切替えるようにすることもできる。

【0056】

上記実施形態では、電力再生型モータ３をモータモードに切替えて、ロータ２を加速回転させる基準平均風速を２ｍ/ｓとしたが、この際の平均風速は、ブレード８の回転半径の大小に対応して適宜に設定される。
すなわち、例えば、ブレード８の回転半径が上記実施形態の１ｍより小さい場合には、ロータ２の回転トルクが小さくなって、発電負荷により失速し易くなるので、基準平均風速を２ｍ／ｓ以上に設定して、ロータ２の回転速度が高いときに、モータモードに切替えてロータ２を加速回転させるようにすればよい。

【0057】

また、ブレード８の回転半径が１ｍより大きい場合には、ロータ２の回転速度が低くても、回転トルクが大となって発電可能となるので、２ｍ／ｓ以下の基準平均風速に設定し、ロータ２の回転速度が低い時に、モータモードに切替えてロータ２を加速回転させるようにすればよい。

【0058】

また、上記実施形態では、ロータ２の回転周速が５ｍ/ｓに達した時に、電力再生型モータ３をモータモードから発電機モードに切替えるようにしたが、モータモードから発電機モードに切替える場合のロータ２の回転周速は、ブレード８の回転半径の大小に応じて適宜に設定される。

【0059】

上記実施形態では、モータモードで作動させる電源として、太陽光発電パネル１２により蓄電された第２蓄電池１３を使用しているが、太陽光発電パネル１２及び第２蓄電池１３を省略し、第１蓄電池１１の電力を利用してモータを作動させるようにしてもよい。この際、前述したように、モータモードで作動している時間は短いので、第１蓄電池１１の電力消費量を最小限に抑えることができる。

【0060】

本発明の風力発電方法は、特許第４９０７０７３号公報の図４に記載されているように、揚力型ブレード８を縦主軸５に多段状に固定した風力発電装置や、特許第４７４０５８０公報、すなわちブレードの先端部が主軸方向(受風方向)に傾斜された横軸風車を備える風力発電装置にも適用可能である。

【符号の説明】

【0061】

１ 風力発電装置
２ ロータ
３ 電力再生型モータ
４ 制御手段
５ 縦主軸
６ 支持枠体
６Ａ 軸受
７Ａ、７Ｂ アーム
８ 揚力型ブレード
８Ａ 主部
８Ｂ 内向傾斜部
９ 切替回路
１０ コントローラ
１１ 第１蓄電池
１２ 太陽光発電パネル
１３ 第２蓄電池
１４ 平均風速判定部
１５ ロータ周速判定部
１６ 発電機・モータ切替判定部
１７ 風速計(風速検知手段)
１８ 中央処理装置
１９ 歯車
２０ 回転速度検出センサ
Ｃ 翼厚中心線
Ｇ 基礎
Ｏ 回転軌跡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】