特開 2024-106565 風車の支持構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024106565

(43)【公開日】2024-08-08

(54)【発明の名称】風車の支持構造

(51)【国際特許分類】

   F03D 13/20 20160101AFI20240801BHJP

   E04H 12/00 20060101ALI20240801BHJP

【ＦＩ】

F03D13/20

E04H12/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023010892

(22)【出願日】2023-01-27

(71)【出願人】

【識別番号】502444733

【氏名又は名称】日軽金アクト株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504150461

【氏名又は名称】国立大学法人鳥取大学

(74)【代理人】

【識別番号】100096644

【弁理士】

【氏名又は名称】中本 菊彦

(74)【代理人】

【識別番号】100083998

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 丈夫

(72)【発明者】

【氏名】樋上 博幸

(72)【発明者】

【氏名】小池 洋光

(72)【発明者】

【氏名】石川 博光

(72)【発明者】

【氏名】朴 玉丹

(72)【発明者】

【氏名】原 豊

(72)【発明者】

【氏名】小野 猛

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA12

3H178AA40

3H178AA43

3H178BB35

3H178BB77

3H178CC22

3H178DD67Z

3H178DD70X

(57)【要約】

【課題】支持脚の設置位置や支持脚角度のずれに対応した補強材の固定位置の変更を容易にすると共に、より高強度と高い安定性が得られる風車の支持構造を提供する。
【解決手段】風車を支持する少なくとも３本以上の支持脚５と、上記各支持脚同士を連結する補強材８０とを具備し、上記各支持脚は、該支持脚の長手方向に沿う狭隘開口の凹溝５ａを有し、上記補強材は、隣接する上記支持脚の対向する位置に固定される水平材８１と、一端が上記水平材の一方の固定位置の下方近接位置に固定され、他端が上記支持脚の下端側に固定される斜材８２とで構成され、上記水平材及び上記斜材は、上記凹溝内に摺動のみ可能な固定ボルト９０とナット９１によって固定位置が変更可能に固定される。
【選択図】 図８Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

風車を支持する少なくとも３本以上の支持脚と、上記各支持脚同士を連結する補強材とを具備し、
上記各支持脚は、該支持脚の長手方向に沿う狭隘開口の凹溝を有し、
上記補強材は、隣接する上記支持脚の対向する位置に固定される水平材と、一端が上記水平材の一方の固定位置の下方近接位置に固定され、他端が上記支持脚の下端側に固定される斜材とで構成され、
上記水平材及び上記斜材は、上記凹溝内に摺動のみ可能な固定部材によって固定位置が変更可能である、
ことを特徴とする風車の支持構造。

【請求項2】

請求項１に記載の風車の支持構造であって、
上記支持脚は、断面が多角形に形成され、多角形を構成する一面を挟んで対向する一対の面がなす角度と、上記各補強材同士が平面視でなす角度とが同じに形成され、上記一対の面に上記凹溝が設けられている、ことを特徴とする風車の支持構造。

【請求項3】

請求項１に記載の風車の支持構造であって、
上記水平材及び上記斜材は、断面中空矩形状の基部と、該基部の一辺から外方に延在する一対のフランジ部とを有し、上記両フランジ部が上記固定部材によって固定される、ことを特徴とする風車の支持構造。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれかに記載の風車の支持構造であって、
上記固定部材は、上記凹溝内に摺動のみ可能な頭部を有する固定ボルトと、上記補強材を構成する上記水平材及び上記斜材に設けられた貫通孔を貫通する上記固定ボルトに螺合するナットとで構成されている、ことを特徴とする風車の支持構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、風車の支持構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、再生可能エネルギーの導入促進において発電コストに優れる発電用風車が期待されている。発電用風車には、風力を受けて発電機を回転させるプロペラ等を有する発電装置と、これを所定高さに保持するための支持装置とを備えた風車が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、風を受ける方向に対して垂直軸周りに回転する回転軸と、上記回転軸に軸受部を介して連結される発電部と、上記回転軸に連結されて垂直軸周りに回転する複数の風車翼とを具備する垂直軸風車が知られている（例えば、特許文献２参照）。

【0003】

発電用風車として発電コストを安くするために風車自体の大型化が考えられることから、風車を支持する構造として、より高強度と高い安定性が求められている。

【0004】

特許文献１に記載の支持装置においては、風車を支持する３本以上のレグ（以下に支持脚という）と、隣接する支持脚の中間部分を連結するストラット（以下に補強材という）とを有し、補強材は、外管及び内管を備えて長手方向に伸縮可能な二重管構造に形成されると共に、支持脚に対してジョイントを介して回動可能に連結される構造が開示されている。

【0005】

特許文献１に記載の支持装置によれば、支持脚が傾斜している際に、補強材の連結位置を上下に調整する場合、支持脚の勾配に応じて補強材の長さ調整を容易に行うことができる。

【0006】

また、特許文献２に記載の垂直軸風車においては、風車を支持する複数の脚と補強材がラチス構造に形成される点が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１３－２４１９１１号公報

【特許文献2】特表平１１－５０２５８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１に記載の支持装置においては、支持脚同士を連結する補強材は、支持脚に固定されているため、支持脚の設置位置や支持脚角度のずれに対して、補強材の連結位置の変更ができない。したがって、支持脚の設置位置や支持脚角度のずれに対応した十分な強度が得られない懸念がある。

【0009】

特許文献２に記載の垂直軸風車においては、ラチス構造であるため、支持脚の設置位置や支持脚角度のずれに対して、補強材の連結位置の変更ができない。したがって、支持脚の設置位置や支持脚角度のずれに対応した十分な強度が得られない懸念がある。

【0010】

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、支持脚の設置位置や支持脚角度のずれに対応した補強材の固定位置の変更を容易にすると共に、より高強度と高い安定性が得られる風車の支持構造を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を達成するために、この発明は、風車を支持する少なくとも３本以上の支持脚と、上記各支持脚同士を連結する補強材とを具備し、上記各支持脚は、該支持脚の長手方向に沿う狭隘開口の凹溝を有し、上記補強材は、隣接する上記支持脚の対向する位置に固定される水平材と、一端が上記水平材の一方の固定位置の下方近接位置に固定され、他端が上記支持脚の下端側に固定される斜材とで構成され、上記水平材及び上記斜材は、上記凹溝内に摺動のみ可能な固定部材によって固定位置が変更可能である、ことを特徴とする（請求項１）。

【0012】

このように構成することにより、支持脚の設置位置や支持脚角度のずれに対して補強部材を構成する水平材と斜材の固定位置を変更することができる。

【0013】

この発明において、上記支持脚は、断面が多角形に形成され、多角形を構成する一面を挟んで対向する一対の面がなす角度と、上記各補強材同士が平面視でなす角度とが同じに形成され、上記一対の面に上記凹溝が設けられているのが好ましい（請求項２）。

【0014】

このように構成することにより、隣接する支持脚と各補強材を構成する水平材及び斜材との固定を同様にすることができる。

【0015】

また、この発明において、上記水平材及び上記斜材は、断面中空矩形状の基部と、該基部の一辺から外方に延在する一対のフランジ部とを有し、上記両フランジ部が上記固定部材によって固定されるのが好ましい（請求項３）。

【0016】

このように構成することにより、補強材を構成する水平材自体及び斜材自体に強度をもたせることができると共に、各水平材及び斜材と支持脚の固定を２箇所で行うことで強固にすることができる。

【0017】

加えて、この発明において、上記固定部材は、上記凹溝内に摺動のみ可能な頭部を有する固定ボルトと、上記補強材を構成する上記水平材及び上記斜材に設けられた貫通孔を貫通する上記固定ボルトに螺合するナットとで構成されているのが好ましい（請求項４）。

【0018】

このように構成することにより、支持脚の長手方向に沿う狭隘開口の凹溝内に固定ボルトを摺動可能に配置し、固定ボルトを水平材及び斜材に設けられた貫通孔を貫通させた状態でナットを螺合して固定することができる。

【発明の効果】

【0019】

この発明によれば、支持脚の設置位置や支持脚角度のずれに対して補強部材を構成する水平材と斜材の固定位置を変更することができるので、支持脚の設置位置や支持脚角度のずれに対応した補強材の固定位置の変更を容易にすると共に、より高強度と高い安定性が得られる。

【0020】

また、隣接する支持脚と各補強材を構成する水平材及び斜材との固定を同様にすることで、施工を容易にすることができる共に、更に高強度と高い安定性が得られる。

【0021】

また、補強材を構成する水平材自体及び斜材自体に強度をもたせることができると共に、各水平材及び斜材と支持脚の固定を２箇所で行うことで強固にすることができるので、支持脚全体に更に高強度と高い安定性が得られる。

【0022】

また、支持脚の凹溝内に固定ボルトを摺動可能に配置し、水平材及び斜材に設けられた貫通孔を貫通させた状態でナットを螺合して固定することができるので、補強材を構成する水平材と斜材の固定位置の変更を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】この発明に係る風車の一例の使用状態を示す概略側面図である。

【図2】上記風車の翼固定部及び支持脚固定部の一部を断面で示す側面図である。

【図3】上記風車の支持脚固定部の一部を断面で示す要部拡大側面図である。

【図4】上記風車の支持脚固定部を示す正面図である。

【図5】この発明における支持脚に締結部材を固定した状態を示す側面図である。

【図6】この発明における支持脚の正面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。

【図7】図６（ｂ）のＤ部矢視図（ａ）、図６（ａ）のＩ－Ｉ線に沿う断面図（ｂ）及び図６（ａ）のII－II線に沿う断面図（ｃ）である。

【図8A】図１のＡ部拡大図である。

【図8B】図１のＢ部拡大図である。

【図8C】図１のＣ部拡大図である。

【図9】この発明における支持脚と、水平材との固定状態を示す概略平面図である。

【図10】この発明における支持脚と、水平材との固定状態を示す断面図である。

【図11】図１０のIII－III線に沿う拡大断面図である。

【図12】この発明における水平材の一部を断面で示す斜視図（ａ）及び斜材の一部を断面で示す斜視図（ｂ）である。

【図13】この発明における支持脚と、水平材及び斜材との固定位置を変更する例を示す概略側面図であって、（ａ）は杭位置が正規の場合、（ｂ）は杭位置がプラスの場合、（ｃ）は杭位置がマイナスの場合である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に、この発明を実施するための形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。

【0025】

この発明に係る風車１は、図１に示すように、風を受ける方向に対して垂直、換言すると、地表に対して垂直な軸Ｚ（以下に、垂直軸Ｚという）周りに回転する回転軸２と、回転軸２に軸受部３を介して連結される発電部６と、回転軸２に連結されて垂直軸Ｚ周りに回転する複数（例えば、３枚）の風車翼１０（以下に翼１０という）と、風車１を支持する支持脚５とを備えている。

【0026】

軸受部３は、図２及び図３に示すように、内部に回転軸２を回転自在に支承するベアリング３ｃを保持する円筒状のハウジング３ｄを具備し、ハウジング受け材４０と支持脚受け材５０を介して取り付けられる支持脚５によって風車１の翼１０を設置面４から所定の高さに位置させるために所定の高さに設置されている。なお、軸受部３の下方に突出する回転軸２に発電部６を構成する増速機６ａと発電機６ｂが連結されている。

【0027】

翼１０は、回転軸２に固定される翼取付部材２０を構成する第１ブラケット２１と、第１ブラケット２１に固定される第２ブラケット２２を介して回転軸２に固定されている。翼１０は、翼１０の垂直軸Ｚに略平行な方向に沿って延びる主翼１２と、一端が主翼１２に鋭角に連結されると共に、他端が回転軸２に翼取付部材２０を介して連結される一対の斜翼１１と、斜翼１１と主翼１２とを湾曲状に連結する連結部１３とを有する。具体的には、翼１０は、側面視で、水平軸Ｘに対して略対称に形成された略三角形状に形成されている。なお、ここでいう略三角形状とは、翼１０の全体形状が三角形に近い形状であることをいい、三角形の角部が湾曲したものや、三辺のいずれかが湾曲したものを含む。

【0028】

また、翼１０は、第１ブラケット２１と第２ブラケット２２を介して回転軸２に一端が固定され、他端が主翼１２に連結される水平方向に延びる固定アーム１４を具備する。なお、固定アーム１４は、回転軸２と主翼１０とを結ぶ水平軸Ｘの軸周りに回転可能な可動アーム１５を有し、可動アーム１５に、風車１の回転時に生じる遠心力の作用によって可動アーム１５を上記水平軸周りに傾斜させ、風車１の回転停止時には可動アーム１５を初期状態に戻す過回転抑制用の補助翼１６が設けられている。

【0029】

上記のように構成される軸受部３のハウジング３ｄの外周面には、ハウジング３ｄを囲むように回転軸２の長手方向に沿って３分割されたハウジング受け材４０が、ハウジング３ｄに嵌合された状態で固定される。また、ハウジング受け材４０の外周面に、回転軸２の周方向に沿って支持脚受け材５０が固定ボルト５５及びナット５５ａによって固定され、支持脚受け材５０に支持脚５の端面が当接された状態で固定される。

【0030】

上記支持脚受け材５０は、図３に示すように、ハウジング受け材４０の締結部の先端面に当接する固定片５１と、固定片５１の長手方向の上端部に鍔部５２ａを残して斜め下方に延在する傾斜片５３と、固定片５１の長手方向の下端部に鍔部５２ｂを残して斜め上方に延在し、傾斜片５３と交差した先端側に鍔部５２ｃを有する脚締結片５４とを有するアルミニウム製押出形材にて形成されている。

【0031】

このように形成される支持脚受け材５０は、図３に示すように、固定ボルト５５と中空部４３ａ内に配置されるナット５５ａによってハウジング受け材４０の外周面に固定される。

【0032】

また、支持脚受け材５０の脚締結片５４には、後述する主ボルト締結部材６１及び補助ボルト締結部材６２を介して支持脚５の端部が当接した状態で固定されている。支持脚受け材５０と支持脚５の固定は、支持脚５に固定ボルト６５及びナット６５ａによって固定された主ボルト締結部材６１及び補助ボルト締結部材６２に設けられたボルト挿通部６４，６７を貫通する締結ボルト６９を支持脚受け材５０の脚締結片５４に設けられた締結孔（図示せず）に貫通させ、ナット６９ａを螺合して固定する。

【0033】

支持脚５は、図７及び図８に示すように、略六角筒状のアルミニウム製押出形材にて形成され、正面を挟んで対向する一対の面に、支持脚５の長手方向に沿う狭隘開口の凹溝５ａを有し、凹溝５ａを有する辺以外の４辺に複数の取付孔５ｂが設けられている。

【0034】

主ボルト締結部材６１は、支持脚５の正面側辺と凹溝５ａを有する辺に当接する基部６３と、基部６３の正面側の中央と両側の３箇所に長手方向に沿って隆起するボルト挿通部６４とを有するアルミニウム製押出形材にて形成されている。この主ボルト締結部材６１は、支持脚５に設けられた取付孔５ｂと主ボルト締結部材６１に設けられた取付孔（図示せず）を貫通する固定ボルト６５及びナット６５ａによって固定されると共に、凹溝５ａ内に挿入され、主ボルト締結部材６１に設けられた取付孔（図示せず）を貫通する固定ボルト６５及びナット６５ａによって固定される。

【0035】

補助ボルト締結部材６２は、支持脚５の裏面側に隣接する辺に当接する板状基部６６と、板状基部６６の中央部に長手方向に沿って隆起するボルト挿通部６７とを有するアルミニウム製押出形材にて形成されている。この補助ボルト締結部材６２は、支持脚５の内方から座金６８を介して支持脚５に設けられた取付孔５ｂと補助ボルト締結部材６２に設けられた取付孔（図示せず）を貫通するボルト６５及びナット６５ａによって固定される。

【0036】

支持脚５を支持脚受け材５０に固定する場合は、支持脚５の端部を支持脚受け材５０の締結片５４に当接した状態で、支持脚５の正面と正面に隣接する左右側面の上部側に固定された主ボルト締結部材６１に設けられた３個のボルト挿通部６４と、支持脚５の裏面に隣接する左右側面の下部側に固定された一対の補助ボルト締結部材６２にそれぞれに設けられたボルト挿通部６７を貫通する締結ボルト６９及びナット６９ａによって固定する。このように、支持脚受け材５０に支持脚５の端部を当接した状態で、支持脚５の正面及び正面に隣接する左右側面の上部側と支持脚５の裏面に隣接する左右側面の下部側の６箇所を締結ボルト６９及びナット６９ａによって固定することで、支持脚５と支持脚受け部材５０との固定を強固にすることができる。

【0037】

上記のようにして、翼１０を連結した回転軸２の軸受部３は回転軸２の周方向の３箇所に固定された支持脚５によって保持される。なお、支持脚５は設置面４に打ち込まれた杭９に接続部材９ａを介して固定されている。また、隣接する杭９同士は繋ぎ材９ｂによって連結されている。

【0038】

支持脚５の強度を保持するために、各支持脚５同士は補強材８０によって連結されている。図１、図８Ａないし図８Ｃに示すように、補強材８０は、隣接する支持脚５の対向する中間位置に固定される水平材８１と、一端が水平材８１の一方の固定位置の下方側近傍に固定され、他端が支持脚５の下端側に固定される斜材８２とで構成されている。

【0039】

水平材８１と斜材８２を支持脚５に固定する固定部材は、支持脚５に設けられた狭隘開口の凹溝５ａ内に摺動のみ可能な頭部９０ａを有する固定ボルト９０と、水平材８１及び斜材８２に設けられた貫通孔８３ａ，８３ｂを貫通する固定ボルト９０に螺合するナット９１とで構成されている（図１０，図１１参照）。

【0040】

水平材８１と斜材８２は、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、同様の形状をしており、断面中空矩形状の基部８４と、該基部８４の一辺から外方に延在する一対のフランジ部８５とを有し、両フランジ部８５には、固定ボルト９０が挿通可能な貫通孔８３ａ，８３ｂが設けられている。この場合、一方のフランジ部８５に設けられる貫通孔８３ａと他方のフランジ部８５に設けられる貫通孔８３ｂは支持脚５の傾斜に対応させた位置に設けられている。なお、貫通孔８３ａ，８３ｂは、円形以外に水平材８１及び斜材８２の長手方向に沿う長孔であってもよい。

【0041】

また、図９及び図１０に示すように、支持脚５の正面５ｅを挟んで対向する一対の面５ｃ，５ｄがなす角度θは、各補強材８０（水平材８１，斜材８２）同士が平面視でなす角度とが同じに形成されている。このように形成することにより、隣接する支持脚５と各補強材８０を構成する水平材８１及び斜材８２との固定を同様にすることができる。

【0042】

上記のように構成することにより、傾斜する各支持脚５同士を補強材８０（水平材８１と斜材８２）によって連結する場合、支持脚５の長手方向に沿って設けられた狭隘開口の凹溝５ａ内に摺動のみ可能な固定ボルト９０を、補強材８０（水平材８１，斜材８２）に設けられた貫通孔８３ａ，８３ｂに貫通させ、その突出部に座金９２を介してナット９１を螺合することで、固定位置を変更可能に固定することができる。

【0043】

上記のように、各補強材８０（水平材８１と斜材８２）は、固定位置が変更可能に固定されるので、図１３（ａ）に示すように、支持脚５が正規の位置に設置される場合に対して、隣接する支持脚５がプラスすなわち広がる方向に設置される場合は、図１３（ｂ）に示すように、水平材８１及び斜材８２の固定位置を上方に変更して固定する。また、これとは逆に隣接する支持脚５がマイナスすなわち狭まる方向に設置される場合は、図１３（ｃ）に示すように、水平材８１及び斜材８２の固定位置を下方に変更して固定する。

【0044】

上記のように構成される実施形態の支持構造によれば、支持脚５の設置位置や支持脚角度のずれに対して補強材８０を構成する水平材８１と斜材８２の固定位置を変更することができるので、支持脚５の設置位置や支持脚角度のずれに対応した補強材８０（水平材８１と斜材８２）の固定位置の変更を容易にすると共に、より高強度と高い安定性が得られる。

【0045】

また、隣接する支持脚５と各補強材８０（水平材８１と斜材８２）との固定を同様にすることで、施工を容易にすることができる共に、更に高強度と高い安定性が得られる。

【0046】

また、補強材８０（水平材８１と斜材８２）自体に強度をもたせることができると共に、各水平材及び斜材と支持脚の固定を２箇所で行うことで強固にすることができるので、支持脚全体に更に高強度と高い安定性が得られる。

【0047】

また、支持脚５の長手方向に沿って設けられた狭隘開口の凹溝５ａ内に固定ボルト９０を摺動可能に配置し、水平材８１及び斜材８２に設けられた貫通孔８３ａ，８３ｂを貫通させた状態でナット９１を螺合して固定することができるので、補強材８０（水平材８１と斜材８２）の固定位置の変更を容易にすることができる。

【0048】

なお、上記実施形態では支持脚５が略六角筒状に形成される場合について説明したが、支持脚５の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、支持脚５を略四角筒状に形成してもよい。この場合は、主ボルト締結部材６１を支持脚５の正面及び正面に隣接する左右側面の上部側に固定し、補助ボルト締結部材６２を支持脚５の裏面に隣接する左右側面の下部側に固定して、上記と同様に、支持脚受け材５０に支持脚５の端部を当接した状態で、支持脚５の正面及び正面に隣接する左右側面の上部側と支持脚５の裏面に隣接する左右側面の下部側の６箇所を締結ボルト６９及びナット６９ａによって固定することができる。

【符号の説明】

【0049】

１ 風車
２ 回転軸
３ 軸受部
５ 支持脚
５ａ 凹溝
５ｃ 正面（一面）
５ｄ，５ｅ 一対の面
６ 発電部
１０ 風車翼
８０ 補強材
８１ 水平材
８２ 斜材
８３ａ，８３ｂ 貫通孔
８４ 基部
８５ フランジ部
９０ 固定ボルト（固定部材）
９０ａ 頭部
９１ ナット（固定部材）
θ 支持脚の一対の面と補強材同士が平面視でなす角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】