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(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】P2024020803
(43)【公開日】2024-02-15
(54)【発明の名称】風力発電装置
(51)【国際特許分類】
F03D 3/04 20060101AFI20240207BHJP
【ＦＩ】
F03D3/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022123266
(22)【出願日】2022-08-02
(71)【出願人】
【識別番号】322003651
【氏名又は名称】岩村 努
(74)【代理人】
【識別番号】100155158
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 仁
(72)【発明者】
【氏名】岩村 努
【テーマコード（参考）】
3H178
【Ｆターム（参考）】
3H178AA12
3H178AA40
3H178AA43
3H178BB31
3H178BB73
3H178DD30X
(57)【要約】 （修正有）
【課題】プロペラ型の回転子を有する風力発電装置であって、回転トルクを大きくするのが容易な構成の風力発電装置を提供する。
【解決手段】風力発電装置１を、軸方向が垂直に配置された回転軸３０と、回転軸３０を軸受２５ｂ及び４５ｂを介して回転自在に支持するフレーム２と、回転軸３０に回転軸３０とともに回転可能に且つ同軸に取り付けられた各４枚のブレード３２からなるプロペラ型の推進部３１Ａ及び３１Ｂと、回転中心軸線と直交する仮想線を境に一方の側に存在するブレード３２に対して側方から吹き付ける風を導く側方開口部を側方に有し、側方開口部以外の部分は推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲を覆うように配置された略筒状の風向制御板５３を有する風向制御部５と、回転軸３０に回転子４７ａが連結された発電機４７とを備える構成とした。
【選択図】図１
【解決手段】風力発電装置１を、軸方向が垂直に配置された回転軸３０と、回転軸３０を軸受２５ｂ及び４５ｂを介して回転自在に支持するフレーム２と、回転軸３０に回転軸３０とともに回転可能に且つ同軸に取り付けられた各４枚のブレード３２からなるプロペラ型の推進部３１Ａ及び３１Ｂと、回転中心軸線と直交する仮想線を境に一方の側に存在するブレード３２に対して側方から吹き付ける風を導く側方開口部を側方に有し、側方開口部以外の部分は推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲を覆うように配置された略筒状の風向制御板５３を有する風向制御部５と、回転軸３０に回転子４７ａが連結された発電機４７とを備える構成とした。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ブレードを有するプロペラ型の推進部を備える風力発電装置であって、
軸方向が垂直に配置される回転軸と、
前記回転軸に回転可能に取り付けられた１又は複数の前記推進部と、
回転中心軸線と直交する仮想線を境に一方の側に存在する前記ブレードに対して側方から吹き付ける風を導く開口部を側方に形成するとともに、当該開口部以外の前記１又は複数の推進部の周囲を覆うように構成された側壁部を備える風向制御部と、
前記回転軸の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を備えることを特徴とする風力発電装置。
軸方向が垂直に配置される回転軸と、
前記回転軸に回転可能に取り付けられた１又は複数の前記推進部と、
回転中心軸線と直交する仮想線を境に一方の側に存在する前記ブレードに対して側方から吹き付ける風を導く開口部を側方に形成するとともに、当該開口部以外の前記１又は複数の推進部の周囲を覆うように構成された側壁部を備える風向制御部と、
前記回転軸の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項2】
請求項１において、
前記風向制御部を前記回転軸とは独立して当該回転軸周りに回転可能に支持する回転支持部と、
前記回転支持部の上部に配設され、側方から吹き付ける風を受けて前記風向制御部を回転する動力を前記回転支持部に付与するとともに前記開口部が風向き方向を向くように前記回転支持部の回転を制御する回転制御部と、を備えることを特徴とする風力発電装置。
前記風向制御部を前記回転軸とは独立して当該回転軸周りに回転可能に支持する回転支持部と、
前記回転支持部の上部に配設され、側方から吹き付ける風を受けて前記風向制御部を回転する動力を前記回転支持部に付与するとともに前記開口部が風向き方向を向くように前記回転支持部の回転を制御する回転制御部と、を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項3】
請求項１又は２において、
前記風向制御部は、前記側壁部の全部又は一部が、下端から上端に向かって内側へと傾斜する傾斜壁となっていることを特徴とする風力発電装置。
前記風向制御部は、前記側壁部の全部又は一部が、下端から上端に向かって内側へと傾斜する傾斜壁となっていることを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、風力により回転子を回転駆動して発電する風力発電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、風力によりプロペラ型の回転子を回転駆動して発電する風力発電装置として、例えば、特許文献１記載の風力発電装置が開示されている。
かかる風力発電装置は、タワーと、タワーに回転可能に設置されているナセルと、ナセルの前方で回転可能な少なくとも１枚以上のブレードと、ナセルに互いに離れて設置された複数の風速風向計とを備えている。
かかる風力発電装置は、タワーと、タワーに回転可能に設置されているナセルと、ナセルの前方で回転可能な少なくとも１枚以上のブレードと、ナセルに互いに離れて設置された複数の風速風向計とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１１０２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１の技術では、プロペラ型の回転子を水平軸周りに回転駆動する構成となっているため、回転トルクを大きくし難く強風や乱流下での安定動作が困難である。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、プロペラ型の回転子を有する風力発電装置であって、回転トルクを大きくするのが容易な構成の風力発電装置を提供することを目的としている。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、プロペラ型の回転子を有する風力発電装置であって、回転トルクを大きくするのが容易な構成の風力発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
〔発明１〕 上記目的を達成するために、発明１の風力発電装置は、ブレードを有するプロペラ型の推進部を備える風力発電装置であって、軸方向が垂直に配置される回転軸と、前記回転軸に回転可能に取り付けられた１又は複数の前記推進部と、回転中心軸線と直交する仮想線を境に一方の側に存在する前記ブレードに対して側方から吹き付ける風を導く開口部を側方に形成するとともに、当該開口部以外の前記１又は複数の推進部の周囲を覆うように構成された側壁部を備える風向制御部と、前記回転軸の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を備える。
〔発明２〕 さらに、発明２の風力発電装置は、発明１の風力発電装置において、前記風向制御部を前記回転軸周りに回転可能に支持する回転支持部と、前記回転支持部の上部に配設され、側方から吹き付ける風を受けて前記風向制御部を回転する動力を当該回転支持部に付与するとともに前記開口部が風向き方向を向くように前記回転支持部の回転を制御する回転制御部と、を備える。
〔発明２〕 さらに、発明２の風力発電装置は、発明１の風力発電装置において、前記風向制御部を前記回転軸周りに回転可能に支持する回転支持部と、前記回転支持部の上部に配設され、側方から吹き付ける風を受けて前記風向制御部を回転する動力を当該回転支持部に付与するとともに前記開口部が風向き方向を向くように前記回転支持部の回転を制御する回転制御部と、を備える。
【0006】
〔発明３〕 さらに、発明３の風力発電装置は、発明１又は２の風力発電装置において、前記風向制御部は、前記側壁部の全部又は一部が、下端から上端に向かって内側へと傾斜する傾斜壁となっている。
【発明の効果】
【0007】
以上説明したように、発明１の風力発電装置によれば、プロペラ型の推進部を垂直軸周りに回転駆動する構成としたので、推進部の高さ方向の寸法を短くすることができ複数の推進部を鉛直方向に並べて配置することが容易であり、推進部の段数を増やすことで容易に回転トルクを大きくすることができる。
さらに、発明２の風力発電装置によれば、回転制御部によって、開口部を風向き方向に自動で向けることができるので、開口部の向きを風向き方向に合わせて手動で変えるといった煩わしい作業を不要にできる。
さらに、発明３の風力発電装置によれば、側壁部を傾斜させることで容易に回転数を向上することができる。
さらに、発明２の風力発電装置によれば、回転制御部によって、開口部を風向き方向に自動で向けることができるので、開口部の向きを風向き方向に合わせて手動で変えるといった煩わしい作業を不要にできる。
さらに、発明３の風力発電装置によれば、側壁部を傾斜させることで容易に回転数を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本実施の形態に係る風力発電装置１の一構成例を示す図であり、同図では軸受の配置されている箇所の一部を断面表示しているとともに風向制御部５の一部を省略している。
【図2】本実施の形態に係る風力発電装置１の一構成例を示す部分構成図であり、（ａ）は、平面側から視た図であり、（ｂ）は、底面側から視た図であり、同図（ａ）では風向制御板５３が簡略化されている。
【図3】本実施の形態に係る風向制御部５の一構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図4】（ａ）は、（ｂ）のＡ－Ａ’線断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ矢視図であってブレード３２の平面図である。
【図5】（ａ）は、推進部３１の平面図であり、（ｂ）は、ブレード３２の取付構造の一例を示す図である。
【図6】（ａ）は、直立構成の風向制御板５３を示す図であり、（ｂ）は、一部傾斜構成の風向制御板５３Ａを示す図であり、（ｃ）は、全傾斜構成の風向制御板５３Ｂを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
〔構成〕
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１乃至図５は、実施の形態を示す図である。
図１は、本実施の形態に係る風力発電装置１の一構成例を示す図であり、同図では軸受の配置されている箇所の一部を断面表示しているとともに風向制御部５の一部を省略している。図２は、本実施の形態に係る風力発電装置１の一構成例を示す部分構成図であり、図２（ａ）は、平面側から視た図であり、図２（ｂ）は、底面側から視た図であり、同図（ａ）では風向制御板５３が簡略化されている。図３は、本実施の形態に係る風向制御部５の一構成例を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。図４（ａ）は、同図（ｂ）のＡ－Ａ’線断面図であり、図４（ｂ）は、同図（ａ）のＸ矢視図である。図５（ａ）は、推進部３１の平面図であり、図５（ｂ）は、ブレード３２の取付構造の一例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１乃至図５は、実施の形態を示す図である。
図１は、本実施の形態に係る風力発電装置１の一構成例を示す図であり、同図では軸受の配置されている箇所の一部を断面表示しているとともに風向制御部５の一部を省略している。図２は、本実施の形態に係る風力発電装置１の一構成例を示す部分構成図であり、図２（ａ）は、平面側から視た図であり、図２（ｂ）は、底面側から視た図であり、同図（ａ）では風向制御板５３が簡略化されている。図３は、本実施の形態に係る風向制御部５の一構成例を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。図４（ａ）は、同図（ｂ）のＡ－Ａ’線断面図であり、図４（ｂ）は、同図（ａ）のＸ矢視図である。図５（ａ）は、推進部３１の平面図であり、図５（ｂ）は、ブレード３２の取付構造の一例を示す図である。
【0010】
以下、図１中に矢印で示した方向に基づいて構成を説明する。すなわち、左右側面はその方向のままで、正面を前面、背面を後面、平面を上面、底面を下面とする。そして、左側面から右側面を向く方向を右方、その逆を左方、後面から前面を向く方向を前方、その逆を後方、底面から平面を向く方向を上方、その逆を下方と定義する。
まず、風力発電装置１の概略構成を説明する。
本実施の形態の風力発電装置１は、垂直軸型の風車（回転子）の回転により発電する風力発電装置である。風力発電装置１は、図１乃至図３に示すように、フレーム２と、回転子３と、発電部４と、風向制御部５とを備えている。
フレーム２は、円形厚板状のベーステーブル２０と、ベーステーブル２０に取り付けられた４本の角柱状の下部支柱２１と、４本の下部支柱２１に取り付けられた４本の角柱状の縦支柱２２と、４本の縦支柱２２に取り付けられた２本の角柱状の上部支柱２３とを備える。加えて、２本の上部支柱２３を接合する上支柱接合板２４と、上支柱接合板２４の上面に設けられた軸受部２５とを備える。
まず、風力発電装置１の概略構成を説明する。
本実施の形態の風力発電装置１は、垂直軸型の風車（回転子）の回転により発電する風力発電装置である。風力発電装置１は、図１乃至図３に示すように、フレーム２と、回転子３と、発電部４と、風向制御部５とを備えている。
フレーム２は、円形厚板状のベーステーブル２０と、ベーステーブル２０に取り付けられた４本の角柱状の下部支柱２１と、４本の下部支柱２１に取り付けられた４本の角柱状の縦支柱２２と、４本の縦支柱２２に取り付けられた２本の角柱状の上部支柱２３とを備える。加えて、２本の上部支柱２３を接合する上支柱接合板２４と、上支柱接合板２４の上面に設けられた軸受部２５とを備える。
【0011】
発電部４は、架台４０と、架台４０を構成する２本の縦支柱部４１及び天板部４３と、天板部４３の下面に設けられた軸受部４５と、架台４０の内側のベーステーブル２０上に設置された発電機４７とを備える。
回転子３は、フレーム２に軸受部２５及び４５を介して回転自在に支持された回転軸３０と、回転軸３０に回転軸３０と軸を一致させて同軸に取り付けられたプロペラ型の推進部３１Ａ及び３１Ｂとを備える。
風向制御部５は、回転台５０と、４本の角柱状の下部支柱５１と、４本の下部支柱５１に取り付けられた４本の円柱状の縦支柱５２と、４本の縦支柱５２に取り付けられ、推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲を覆うように配置された略円筒形状の風向制御板５３と、側方から吹き付ける風を受けて回転台５０の回転及び回転位置を制御する回転制御部５４とを備える。
回転子３は、フレーム２に軸受部２５及び４５を介して回転自在に支持された回転軸３０と、回転軸３０に回転軸３０と軸を一致させて同軸に取り付けられたプロペラ型の推進部３１Ａ及び３１Ｂとを備える。
風向制御部５は、回転台５０と、４本の角柱状の下部支柱５１と、４本の下部支柱５１に取り付けられた４本の円柱状の縦支柱５２と、４本の縦支柱５２に取り付けられ、推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲を覆うように配置された略円筒形状の風向制御板５３と、側方から吹き付ける風を受けて回転台５０の回転及び回転位置を制御する回転制御部５４とを備える。
【0012】
次に、フレーム２の詳細な構成を説明する。
フレーム２を構成するベーステーブル２０の側面には、周方向に等間隔に４つの下部支柱２１の取付用の丸穴（不図示）が設けられている。ベーステーブル２０が円形であるため、各丸穴は側面に設けられた下部支柱２１の外形よりもわずかに大きい矩形状の凹部の中央に設けられている。
４本の下部支柱２１は、それぞれの一端部が他部よりも小径の円柱状に構成された取付部（不図示）を備えており、それぞれの取付部がベーステーブル２０の側面に設けられた丸穴に例えば「圧入」、「嵌入」、「嵌入＋接着」等されて取り付けられている。これにより、４本の下部支柱２１はベーステーブル２０を中心に放射状に且つ周方向に等間隔に配置される。各下部支柱２１の他端側の上部には、それぞれ縦支柱２２の取付用の丸穴（不図示）が設けられている。
フレーム２を構成するベーステーブル２０の側面には、周方向に等間隔に４つの下部支柱２１の取付用の丸穴（不図示）が設けられている。ベーステーブル２０が円形であるため、各丸穴は側面に設けられた下部支柱２１の外形よりもわずかに大きい矩形状の凹部の中央に設けられている。
４本の下部支柱２１は、それぞれの一端部が他部よりも小径の円柱状に構成された取付部（不図示）を備えており、それぞれの取付部がベーステーブル２０の側面に設けられた丸穴に例えば「圧入」、「嵌入」、「嵌入＋接着」等されて取り付けられている。これにより、４本の下部支柱２１はベーステーブル２０を中心に放射状に且つ周方向に等間隔に配置される。各下部支柱２１の他端側の上部には、それぞれ縦支柱２２の取付用の丸穴（不図示）が設けられている。
【0013】
４本の縦支柱２２は、それぞれの上端部及び下端部が他部よりも小径の円柱状に構成された取付部（不図示）を備えており、それぞれの下端側の取付部が各下部支柱２１の他端側の上部に設けられた丸穴に例えば「圧入」、「嵌入」、「嵌入＋接着」等されて取り付けられている。
２本の上部支柱２３は、それぞれの長手方向中央部に互いの上面及び下面が面一となるように互いを嵌め合わせるための凹部（不図示）が設けられており、面一且つ十字となるように嵌め合わされている。なお、嵌め合わせるだけでなく接着や、ネジ穴を設けてネジ止め等してもよい。また、それぞれの凹部の中央には回転軸３０を挿通するための回転軸３０の径よりも大径の貫通孔（不図示）が設けられている。十字に嵌め合わされた２本の上部支柱２３の中央部は、上支柱接合板２４の下部に例えば接着、ネジ止め等により取り付けられている。また、２本の上部支柱２３のそれぞれの長手方向の両端部はそれぞれの対応する位置にある縦支柱２２の上端部に取り付けられている。具体的に、各上部支柱２３の両端部の下部には、それぞれ上部支柱２３の取付用の丸穴（不図示）が設けられており、各上部支柱２３の両端部は、各丸穴に縦支柱２２の上端部の取付部を例えば「圧入」、「嵌入」、「嵌入＋接着」等して取り付けられている。
２本の上部支柱２３は、それぞれの長手方向中央部に互いの上面及び下面が面一となるように互いを嵌め合わせるための凹部（不図示）が設けられており、面一且つ十字となるように嵌め合わされている。なお、嵌め合わせるだけでなく接着や、ネジ穴を設けてネジ止め等してもよい。また、それぞれの凹部の中央には回転軸３０を挿通するための回転軸３０の径よりも大径の貫通孔（不図示）が設けられている。十字に嵌め合わされた２本の上部支柱２３の中央部は、上支柱接合板２４の下部に例えば接着、ネジ止め等により取り付けられている。また、２本の上部支柱２３のそれぞれの長手方向の両端部はそれぞれの対応する位置にある縦支柱２２の上端部に取り付けられている。具体的に、各上部支柱２３の両端部の下部には、それぞれ上部支柱２３の取付用の丸穴（不図示）が設けられており、各上部支柱２３の両端部は、各丸穴に縦支柱２２の上端部の取付部を例えば「圧入」、「嵌入」、「嵌入＋接着」等して取り付けられている。
【0014】
上支柱接合板２４は、矩形板状を成しその中央部には回転軸３０を挿通するための回転軸３０の径よりも大径の貫通孔（不図示）が設けられている。さらに、上支柱接合板２４の上部には、軸受部２５が設けられている。
軸受部２５は、上支柱接合板２４の上部に例えば上方からネジ止め等されて取り付けられた有天且つ無底の円筒状の軸受保持部２５ａと、軸受保持部２５ａの内周面に外輪の外周面が固定されることで軸受保持部２５ａの内側に保持された軸受２５ｂとを備える。
なお、フレーム２の各部材は、風力発電装置１の規模や用途等に応じて、例えば、金属材料、プラスチック等の樹脂材料、木材などから構成されている。
次に、発電部４の詳細な構成を説明する。
発電部４の架台４０は、２本の矩形板状の縦支柱部４１と、２本の縦支柱部４１の上端に支持された矩形板状の天板部４３とから構成されている。また、軸受部４５は、例えば、天板部４３の下部に下方からネジ止め等されて取り付けられた無天且つ有底の円筒状の軸受保持部４５ａと、軸受保持部４５ａの内周面に外輪の外周面が固定されることで軸受保持部４５ａの内側に保持された軸受４５ｂとを備える。また、軸受保持部４５ａの底部中央部には、回転軸３０を挿通するための回転軸３０の径よりも大径の貫通孔（不図示）が設けられている。
軸受部２５は、上支柱接合板２４の上部に例えば上方からネジ止め等されて取り付けられた有天且つ無底の円筒状の軸受保持部２５ａと、軸受保持部２５ａの内周面に外輪の外周面が固定されることで軸受保持部２５ａの内側に保持された軸受２５ｂとを備える。
なお、フレーム２の各部材は、風力発電装置１の規模や用途等に応じて、例えば、金属材料、プラスチック等の樹脂材料、木材などから構成されている。
次に、発電部４の詳細な構成を説明する。
発電部４の架台４０は、２本の矩形板状の縦支柱部４１と、２本の縦支柱部４１の上端に支持された矩形板状の天板部４３とから構成されている。また、軸受部４５は、例えば、天板部４３の下部に下方からネジ止め等されて取り付けられた無天且つ有底の円筒状の軸受保持部４５ａと、軸受保持部４５ａの内周面に外輪の外周面が固定されることで軸受保持部４５ａの内側に保持された軸受４５ｂとを備える。また、軸受保持部４５ａの底部中央部には、回転軸３０を挿通するための回転軸３０の径よりも大径の貫通孔（不図示）が設けられている。
【0015】
発電機４７は、回転軸３０の下端部に連結された回転子４７ａを有し、回転軸３０の回転とともに回転子４７ａが回転することで、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。なお、発電機４７は、整流子発電機（ダイナモ）、オルタネータ等から構成される。また、回転軸３０と回転子４７ａとは、直結に限らず増速機構を介して連結する構成としてもよい。
次に、回転子３の詳細な構成を説明する。
回転子３の回転軸３０は、フレーム２の軸受部２５の各貫通孔、上部支柱２３及び上支柱接合板２４の貫通孔、風向制御部５の内輪保持部５０ａの貫通孔並びに発電部４の天板部４３の貫通孔及び軸受保持部４５ａの底部の貫通孔に挿通され、上端部の外周面が軸受２５ｂの内輪の内周面に固定され、下端部の外周面が軸受４５ｂの内輪の内周面に固定されている。これにより、回転軸３０は、その中心軸線が鉛直方向（垂直方向）を向くように配置されている。また、回転軸３０の下端部は、一部が軸受保持部４５ａよりも下側に突き出ており、その突き出た部分が発電機４７の回転子４７ａに連結している。
次に、回転子３の詳細な構成を説明する。
回転子３の回転軸３０は、フレーム２の軸受部２５の各貫通孔、上部支柱２３及び上支柱接合板２４の貫通孔、風向制御部５の内輪保持部５０ａの貫通孔並びに発電部４の天板部４３の貫通孔及び軸受保持部４５ａの底部の貫通孔に挿通され、上端部の外周面が軸受２５ｂの内輪の内周面に固定され、下端部の外周面が軸受４５ｂの内輪の内周面に固定されている。これにより、回転軸３０は、その中心軸線が鉛直方向（垂直方向）を向くように配置されている。また、回転軸３０の下端部は、一部が軸受保持部４５ａよりも下側に突き出ており、その突き出た部分が発電機４７の回転子４７ａに連結している。
【0016】
推進部３１Ａ及び３１Ｂは、それぞれ４枚のブレード３２、円板状のハブ３３及び十字状のブレード支持部３４を備える。各ハブ３３の円中心及びブレード支持部３４の十字の中心位置には、それぞれ板面を貫通して回転軸３０を挿通するための貫通穴が設けられている。推進部３１Ａ及び３１Ｂは、鉛直方向に推進部３１Ｂを上側にして所定間隔を空けて同じ姿勢で並べて配置するとともに、貫通穴を介して回転軸３０に同軸に固定されている。すなわち、推進部３１Ａ及び３１Ｂは、それぞれの４枚のブレード３２の周方向の位置が同じ位置となるように配置されている。
以下、推進部３１Ａ及び３１Ｂを、区別しない場合に「推進部３１」と称する。
ブレード３２は、例えば、木材、金属材料、プラスチック等の樹脂材料などから構成されている。例えば、炭素繊維複合材料などの軽くて強くて硬い材料から構成することができる。
以下、推進部３１Ａ及び３１Ｂを、区別しない場合に「推進部３１」と称する。
ブレード３２は、例えば、木材、金属材料、プラスチック等の樹脂材料などから構成されている。例えば、炭素繊維複合材料などの軽くて強くて硬い材料から構成することができる。
【0017】
また、ブレード３２は、図４（ａ）に示すように、最大厚みｔ１の部分の上面側の点Ｐ１と点Ｐ１から先端方向に距離ｄ２の位置にある上面側の点Ｐ２との間に形成された曲面部Ｒａと、点Ｐ１と点Ｐ１から後端方向に距離ｄ３の位置にある上面側の点Ｐ３との間に形成された曲面部Ｒｂとを備える。加えて、点Ｐ３と点Ｐ３から距離ｄ４の後端位置にある点Ｐ４との間に形成された曲面部Ｒｃと、点Ｐ４と点Ｐ４から先端方向に距離ｄ４の位置にある下面側の点Ｐ５との間に形成された曲面部Ｒｄとを有している。さらに、点Ｐ２と先端部の点Ｐ６との間に形成された斜面部Ｓａと、点Ｐ５と点Ｐ６との間に形成された平坦状の底面部Ｓｂとを備える。
数値的な具体例を挙げると、曲面部ＲａはＲ４５の丸角を有する曲面を成し、曲面部ＲｂはＲ２０の丸角を有する曲面を成し、曲面部ＲｃはＲ５の丸角を有する曲面を成し、曲面部ＲｄはＲ１０の丸角を有する曲面を成す構成とすることができる。また、ブレード３２の最大厚みｔ１は９［ｍｍ］、距離ｄ１は３０［ｍｍ］、距離ｄ２は１０［ｍｍ］、距離ｄ３は５［ｍｍ］、距離ｄ４は５［ｍｍ］、底面部Ｓｂの長さは３５［ｍｍ］とすることができる。
数値的な具体例を挙げると、曲面部ＲａはＲ４５の丸角を有する曲面を成し、曲面部ＲｂはＲ２０の丸角を有する曲面を成し、曲面部ＲｃはＲ５の丸角を有する曲面を成し、曲面部ＲｄはＲ１０の丸角を有する曲面を成す構成とすることができる。また、ブレード３２の最大厚みｔ１は９［ｍｍ］、距離ｄ１は３０［ｍｍ］、距離ｄ２は１０［ｍｍ］、距離ｄ３は５［ｍｍ］、距離ｄ４は５［ｍｍ］、底面部Ｓｂの長さは３５［ｍｍ］とすることができる。
【0018】
また、図４（ｂ）に示すように、ブレード３２の前後方向の幅ｄ５は例えば４０［ｍｍ］とすることができ、ブレード３２の長さｄ６は例えば１５０［ｍｍ］とすることができる。
一方、推進部３１の４枚のブレード３２は、図５（ａ）に示すように、周方向に等間隔に配置されている。すなわち、ハブ３３上にブレード支持部３４を介して延長線が十字に交差するように配置されている。ブレード支持部３４は、角棒状の４本のアーム部３４ａを備えており、これら４本のアーム部３４ａが十字を成すように構成されている。
各ブレード３２は、図５（ｂ）に示すように、ハブ３３の上面に対して角度αを成す姿勢（前端部が斜め下を向く姿勢）でブレード支持部３４の各アーム部３４ａに取り付けられる。ここで、角度αは、図５（ｂ）に示す例では３０°となっているが、この構成に限らず、設置場所での風の傾向等に合わせて他の角度に構成してもよい。各ブレード３２の長手方向の一端部には、各ブレード３２を各アーム部３４ａの先端部に角度αで取り付けるための溝部３２ｇが設けられている。なお、各ブレード３２は、溝部３２ｇを介して接着剤による接着等によって各アーム部３４ａの先端部に取り付けられている。
一方、推進部３１の４枚のブレード３２は、図５（ａ）に示すように、周方向に等間隔に配置されている。すなわち、ハブ３３上にブレード支持部３４を介して延長線が十字に交差するように配置されている。ブレード支持部３４は、角棒状の４本のアーム部３４ａを備えており、これら４本のアーム部３４ａが十字を成すように構成されている。
各ブレード３２は、図５（ｂ）に示すように、ハブ３３の上面に対して角度αを成す姿勢（前端部が斜め下を向く姿勢）でブレード支持部３４の各アーム部３４ａに取り付けられる。ここで、角度αは、図５（ｂ）に示す例では３０°となっているが、この構成に限らず、設置場所での風の傾向等に合わせて他の角度に構成してもよい。各ブレード３２の長手方向の一端部には、各ブレード３２を各アーム部３４ａの先端部に角度αで取り付けるための溝部３２ｇが設けられている。なお、各ブレード３２は、溝部３２ｇを介して接着剤による接着等によって各アーム部３４ａの先端部に取り付けられている。
【0019】
次に、風向制御部５の詳細な構成を説明する。
風向制御部５の回転台５０は、内輪保持部５０ａと、外輪保持部５０ｂと、軸受５０ｃと、外輪押さえ部５０ｄと、内輪押さえ部５０ｅとを備える。
内輪保持部５０ａは、下端に円形のフランジ部を有し且つ上部外周面が下部外周面よりも内径側に凹んだ構成の軸受保持用の段差部を有する略円筒形状に構成され、下端のフランジ部が発電部４の架台４０の上面にネジ止め等によって固定されている。また、内輪保持部５０ａの内周面によって形成される貫通孔は、回転軸３０の外径よりも大きい径に構成されている。
外輪保持部５０ｂは、上端に円形のフランジ部を有し且つ上部内周面が下部内周面よりも外径側に凹んだ構成の軸受保持用の段差部を有する略円筒形状に構成され、上端のフランジ部の外径側の一部が下部支柱５１の下面にネジ止め等によって固定されている。なお、外輪保持部５０ｂの内径は、内輪保持部５０ａの径よりも大径で且つ軸受５０ｃの設置幅を考慮した径に構成されている。
風向制御部５の回転台５０は、内輪保持部５０ａと、外輪保持部５０ｂと、軸受５０ｃと、外輪押さえ部５０ｄと、内輪押さえ部５０ｅとを備える。
内輪保持部５０ａは、下端に円形のフランジ部を有し且つ上部外周面が下部外周面よりも内径側に凹んだ構成の軸受保持用の段差部を有する略円筒形状に構成され、下端のフランジ部が発電部４の架台４０の上面にネジ止め等によって固定されている。また、内輪保持部５０ａの内周面によって形成される貫通孔は、回転軸３０の外径よりも大きい径に構成されている。
外輪保持部５０ｂは、上端に円形のフランジ部を有し且つ上部内周面が下部内周面よりも外径側に凹んだ構成の軸受保持用の段差部を有する略円筒形状に構成され、上端のフランジ部の外径側の一部が下部支柱５１の下面にネジ止め等によって固定されている。なお、外輪保持部５０ｂの内径は、内輪保持部５０ａの径よりも大径で且つ軸受５０ｃの設置幅を考慮した径に構成されている。
【0020】
軸受５０ｃは、内輪保持部５０ａ及び外輪保持部５０ｂの上部低段部の間に配置されている。具体的に、軸受５０ｃの内輪の内周面は内輪保持部５０ａの低段部の外周面に固定され、軸受５０ｃの外輪の外周面は外輪保持部５０ｂの低段部の内周面に固定されている。すなわち、風向制御部５の回転台５０よりも上部は回転軸３０とは独立して回転軸３０周りに回転可能となっている。
外輪押さえ部５０ｄは軸受５０ｃの外輪と略同径の円環形状を成し、内輪押さえ部５０ｅは、軸受５０ｃの内輪と略同径の円環形状を成している。外輪押さえ部５０ｄ及び内輪押さえ部５０ｅは、軸受５０ｃの外輪上部及び内輪上部を上から押さえるように外輪保持部５０ｂ及び内輪保持部５０ａの上面に設けられている。すなわち、外輪押さえ部５０ｄ及び内輪押さえ部５０ｅによって軸受５０ｃの上方への抜けを防いでいる。
外輪押さえ部５０ｄは軸受５０ｃの外輪と略同径の円環形状を成し、内輪押さえ部５０ｅは、軸受５０ｃの内輪と略同径の円環形状を成している。外輪押さえ部５０ｄ及び内輪押さえ部５０ｅは、軸受５０ｃの外輪上部及び内輪上部を上から押さえるように外輪保持部５０ｂ及び内輪保持部５０ａの上面に設けられている。すなわち、外輪押さえ部５０ｄ及び内輪押さえ部５０ｅによって軸受５０ｃの上方への抜けを防いでいる。
【0021】
ここで、軸受２５ｂ、４５ｂ及び５０ｃは、転動体の形状が球状の玉軸受から構成されているが、玉軸受に限らず、転動体の形状が、円錐形状、円筒形状、針状、たる状などのころ軸受から構成してもよい。
風向制御板５３は、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、無天且つ無底の略円筒形状の内側風向制御板５３ａ及び内側風向制御板５３ａよりも大径の外側風向制御板５３ｂを備えている。内側風向制御板５３ａ及び外側風向制御板５３ｂは、それぞれ厚さｔ２の板状体から構成されており、これらの間に各縦支柱５２を挟み込むようにして各縦支柱５２に取り付けられている。
具体的に、風向制御板５３は、推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲を一部を除いて包囲するように構成され、回転軸３０の中心軸線と直交する仮想線ＶＬ（図２（ａ）中の一点鎖線）を境に一方側（片側）に配置されたブレード３２のみに側方から吹き付ける風が直接当たるように側方に側方開口部５３ｃ（すなわち包囲されていない部分）が設けられている。但し、推進部３１Ａ及び３１Ｂの上部側及び下部側は覆わない構成となっており、上方及び下方からの風は侵入可能となっている。
風向制御板５３は、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、無天且つ無底の略円筒形状の内側風向制御板５３ａ及び内側風向制御板５３ａよりも大径の外側風向制御板５３ｂを備えている。内側風向制御板５３ａ及び外側風向制御板５３ｂは、それぞれ厚さｔ２の板状体から構成されており、これらの間に各縦支柱５２を挟み込むようにして各縦支柱５２に取り付けられている。
具体的に、風向制御板５３は、推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲を一部を除いて包囲するように構成され、回転軸３０の中心軸線と直交する仮想線ＶＬ（図２（ａ）中の一点鎖線）を境に一方側（片側）に配置されたブレード３２のみに側方から吹き付ける風が直接当たるように側方に側方開口部５３ｃ（すなわち包囲されていない部分）が設けられている。但し、推進部３１Ａ及び３１Ｂの上部側及び下部側は覆わない構成となっており、上方及び下方からの風は侵入可能となっている。
【0022】
側方開口部５３ｃは、円筒状の側壁部分の一部を所定角度範囲で切り取った構成となっている。すなわち、側壁部分の一部が切り取られることで形成される周方向の一方の端部５３ｄ及び他方の端部５３ｅとの間の側壁の無い範囲が側方開口部５３ｃとなる。
側方開口部５３ｃの開口範囲は９０°～１４０°の範囲とすることが望ましく、図２（ａ）及び図３（ａ）の例では９０°となっている。すなわち、風向制御板５３は、推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲２２０°～２７０°の範囲を包囲する側壁部を有するように構成される。また、風向制御板５３並びに推進部３１Ａ及び３１Ｂは、風向制御板５３の下端と推進部３１Ａのブレード３２の下端との間の距離がＬ１となる位置関係に設けられている。なお、このＬ１が短いほど回転子３の回転数が上がることが実験で解っている。
側方開口部５３ｃの開口範囲は９０°～１４０°の範囲とすることが望ましく、図２（ａ）及び図３（ａ）の例では９０°となっている。すなわち、風向制御板５３は、推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲２２０°～２７０°の範囲を包囲する側壁部を有するように構成される。また、風向制御板５３並びに推進部３１Ａ及び３１Ｂは、風向制御板５３の下端と推進部３１Ａのブレード３２の下端との間の距離がＬ１となる位置関係に設けられている。なお、このＬ１が短いほど回転子３の回転数が上がることが実験で解っている。
【0023】
このような構成とする理由は、通常は水平軸型で用いられるプロペラ型の推進部を垂直軸型で用いているためである。すなわち、推進部３１Ａ及び３１Ｂは、図２（ａ）及び図５（ａ）に示すように、４枚羽のプロペラ形状に構成されている。そのため、風向制御板５３が無い状態で側方の一方からの風を受けると、仮想線ＶＬを境に一方側に存在するブレード３２と他方側に存在するブレード３２とに同時に側方からの風が当たるため時計回り方向の回転力を生む推力と反時計回り方向の回転力を生む推力とが均衡してしまい略静止した状態となる。
したがって、推進部３１Ａ及び３１Ｂの側方開口部５３ｃ以外の周囲を包囲して片側のブレード３２にのみ直接側方からの風が当たるようにすることで、相殺する推力をほぼ生じさせずに一方向へと回転させる推力を発生させることができる。これにより、回転子３を風力によって回転駆動することができる。
なお、図２（ａ）及び図３（ａ）の例では、それぞれ平面視で仮想線ＶＬの左側に側方開口部５３Ｃを設けた例を示している。この場合、推進部３１Ａ及び３１Ｂは、図２（ａ）及び図３（ａ）の風向き方向の風に対して反時計回りの方向の回転力を生む推力を発生する。また、この構成に限らず、側方開口部５３Ｃを仮想線ＶＬの右側に設けることも可能である。この場合、推進部３１Ａ及び３１Ｂは、図２（ａ）及び図３（ａ）の風向き方向の風に対して時計回りの方向の回転力を生む推力を発生する。
したがって、推進部３１Ａ及び３１Ｂの側方開口部５３ｃ以外の周囲を包囲して片側のブレード３２にのみ直接側方からの風が当たるようにすることで、相殺する推力をほぼ生じさせずに一方向へと回転させる推力を発生させることができる。これにより、回転子３を風力によって回転駆動することができる。
なお、図２（ａ）及び図３（ａ）の例では、それぞれ平面視で仮想線ＶＬの左側に側方開口部５３Ｃを設けた例を示している。この場合、推進部３１Ａ及び３１Ｂは、図２（ａ）及び図３（ａ）の風向き方向の風に対して反時計回りの方向の回転力を生む推力を発生する。また、この構成に限らず、側方開口部５３Ｃを仮想線ＶＬの右側に設けることも可能である。この場合、推進部３１Ａ及び３１Ｂは、図２（ａ）及び図３（ａ）の風向き方向の風に対して時計回りの方向の回転力を生む推力を発生する。
【0024】
回転制御部５４は、風見鶏の原理を利用した構成となっており、側方からの風を受けてその風向き方向（図２（ａ）及び図３（ａ）を参照）に側方開口部５３ｃが向くように回転台５０の回転及び回転位置を制御するように構成されている。
具体的に、回転制御部５４は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、風向制御板５３上に設置されており、矩形板状の第１方向制御板５４ａ及び第２方向制御板５４ｂと、第１及び第２方向制御板５４ａ及び５４ｂよりも短い長さの矩形板状の第３方向制御板５４ｃとを備える。加えて、矩形板状で且つ第１方向制御板５４ａよりも幅狭の第４方向制御板５４ｄ及び第５方向制御板５４ｅと、矩形の板を円弧状に湾曲した形状の後方風カット板５４ｆと、立方体形状の２個の重り５４ｇ及び５４ｈとを備えている。さらに、矩形板状で且つ第４方向制御板５４ｄと同じ構成の第６方向制御板５４ｉを備えている。
具体的に、回転制御部５４は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、風向制御板５３上に設置されており、矩形板状の第１方向制御板５４ａ及び第２方向制御板５４ｂと、第１及び第２方向制御板５４ａ及び５４ｂよりも短い長さの矩形板状の第３方向制御板５４ｃとを備える。加えて、矩形板状で且つ第１方向制御板５４ａよりも幅狭の第４方向制御板５４ｄ及び第５方向制御板５４ｅと、矩形の板を円弧状に湾曲した形状の後方風カット板５４ｆと、立方体形状の２個の重り５４ｇ及び５４ｈとを備えている。さらに、矩形板状で且つ第４方向制御板５４ｄと同じ構成の第６方向制御板５４ｉを備えている。
【0025】
第１～第３方向制御板５４ａ～５４ｃのそれぞれは、風向制御板５３の上端及び縦支柱５２の上端に、短手方向の一端部が当接するように立設されている。第１及び第２方向制御板５４ａ及び５４ｂは、長手方向の一端部が側方開口部５３ｃを形成する位置にある同じ縦支柱５２上に一端部同士が接する状態で固定されている。加えて、第１及び第２方向制御板５４ａ及び５４ｂは、回転軸３０を間に挟んで両者の成す角度が角度γとなるように他端部側が外側に広がりながら風向制御板５３を横断して設置されている。ここで、角度γは、図３（ａ）の例では、１５°に構成しているが、この構成に限らず、側方開口部５３ｃの角度範囲に応じて別の角度に構成してもよい。これらの他端部は一部が風向制御板５３よりも径方向外側に突出しており、第２方向制御板５４ｂの突出部は後方風カット板５４ｆの第４方向制御板５４ｄ側の周方向端部に接続され、第２方向制御板５４ｂの突出部は後方風カット板５４ｆの第５方向制御板５４ｅ側の周方向端部に接続されている。この構成により、一端部から回転軸３０までの長さよりも回転軸３０から他端部までの長さが長くなるように構成している。
【0026】
また、第１方向制御板５４ａの他端突出部の周方向外側の面には第４方向制御板５４ｄの上端部が固定されており、第２方向制御板５４ｂの他端突出部の周方向外側の面には第５方向制御板５４ｅの上端部が固定されている。加えて、第４及び第５方向制御板５４ｄ及び５４ｅは風向制御板５３に沿って上下方向に延在しており、延在部の風向制御板５３と対向する部分は風向制御板５３の外周面に固定されている。さらに、第１方向制御板５４ａの他端突出部の周方向内側の面には重り５４ｇが固定されており、第２方向制御板５４ｂの他端突出部の周方向内側の面には重り５４ｈが固定されている。これら重り５４ｇ及び５４ｈによって、空力を受ける中心（力点）が重心より後ろとなり風見安定が確保される。
【0027】
後方風カット板５４ｆは、第１及び第２方向制御板５４ａ及び５４ｂと同じ高さを有するとともに、第１及び第２方向制御板５４ａ及び５４ｂの他端部間の周方向の長さと略同じ周方向の長さを有しており、回転制御部５４の後方側からの風の侵入をカットする。
第３方向制御板５４ｃは、側方開口部５３ｃによる影響を吸収するための補助板であり、第２方向制御板５４ｂの一端部から距離Ｌ２の位置に一端部が接続されており接続位置から第２方向制御板５４ｂとの間の角度が角度Δとなるように外側に開きながら伸びて他端部が風向制御板５３の上端に固定されている。ここで、角度Δは、図３（ａ）の例では、３０°に構成しているが、この構成に限らず、側方開口部５３ｃの角度範囲に応じて別の角度に構成してもよい。なお、第３方向制御板５４ｃの他端部も風向制御板５３よりも径方向外側に突出しており、その突出部分の側面に第６方向制御板５４ｉの上端部が固定されている。加えて、第６方向制御板５４ｉも風向制御板５３に沿って上下方向に延在しており、延在部の風向制御板５３と対向する部分は風向制御板５３の外周面に材料に応じて溶接、接着等によって固定されている。
第３方向制御板５４ｃは、側方開口部５３ｃによる影響を吸収するための補助板であり、第２方向制御板５４ｂの一端部から距離Ｌ２の位置に一端部が接続されており接続位置から第２方向制御板５４ｂとの間の角度が角度Δとなるように外側に開きながら伸びて他端部が風向制御板５３の上端に固定されている。ここで、角度Δは、図３（ａ）の例では、３０°に構成しているが、この構成に限らず、側方開口部５３ｃの角度範囲に応じて別の角度に構成してもよい。なお、第３方向制御板５４ｃの他端部も風向制御板５３よりも径方向外側に突出しており、その突出部分の側面に第６方向制御板５４ｉの上端部が固定されている。加えて、第６方向制御板５４ｉも風向制御板５３に沿って上下方向に延在しており、延在部の風向制御板５３と対向する部分は風向制御板５３の外周面に材料に応じて溶接、接着等によって固定されている。
【0028】
なお、風向制御部５の各構成部は、例えば、木材、金属材料、プラスチック等の樹脂材料などから構成されている。
〔動作〕
次に、上記構成の風力発電装置１の動作を説明する。
風力発電装置１は、風向制御板５３の側方開口部５３ｃを介して導かれた側方からの風が、回転子３の推進部３１Ａ及び３１Ｂの片側のブレード３２に当たることでプロペラ型の推進部３１Ａ及び３１Ｂに回転方向の一方向の推力が生じる。この推力によって、推進部３１Ａ及び３１Ｂとともに回転軸３０が回転し、この回転によって発電機４７の回転子４７ａが回転して発電される。なお、図２（ａ）に示す例では、図２中の矢印方向の風を受けて推進部３１Ａ及び３１Ｂが反時計回りに回転する。
一方、側方開口部５３ｃが風向き方向を向いていない状態では、側方から吹く風が回転制御部５４の各方向制御板に当たって、回転制御部５４が側方開口部５３ｃが風向き方向を向く方向に推力を発生する。この推力により回転台５０が回転して風向制御板５３がその側方開口部５３ｃが風向き方向を向く方向に回転する。これにより、回転子３が回転して発電機４７にて発電が行われる。
〔動作〕
次に、上記構成の風力発電装置１の動作を説明する。
風力発電装置１は、風向制御板５３の側方開口部５３ｃを介して導かれた側方からの風が、回転子３の推進部３１Ａ及び３１Ｂの片側のブレード３２に当たることでプロペラ型の推進部３１Ａ及び３１Ｂに回転方向の一方向の推力が生じる。この推力によって、推進部３１Ａ及び３１Ｂとともに回転軸３０が回転し、この回転によって発電機４７の回転子４７ａが回転して発電される。なお、図２（ａ）に示す例では、図２中の矢印方向の風を受けて推進部３１Ａ及び３１Ｂが反時計回りに回転する。
一方、側方開口部５３ｃが風向き方向を向いていない状態では、側方から吹く風が回転制御部５４の各方向制御板に当たって、回転制御部５４が側方開口部５３ｃが風向き方向を向く方向に推力を発生する。この推力により回転台５０が回転して風向制御板５３がその側方開口部５３ｃが風向き方向を向く方向に回転する。これにより、回転子３が回転して発電機４７にて発電が行われる。
【0029】
〔実施の形態の効果〕
次に、実施の形態の効果を説明する。
本実施の形態では、風力発電装置１を、軸方向が垂直に配置された回転軸３０と、回転軸３０を軸受２５ｂ及び４５ｂを介して回転自在に支持するフレーム２と、回転軸３０に当該回転軸３０とともに回転可能に且つ同軸に取り付けられた各４枚のブレード３２からなるプロペラ型の推進部３１Ａ及び３１Ｂと、回転中心軸線と直交する仮想線ＶＬを境に一方の側に存在するブレード３２に対して側方から吹き付ける風を導く側方開口部５３ｃを側方に有し、側方開口部５３ｃ以外の部分は推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲を覆うように配置された略筒状の風向制御板５３を有する風向制御部５と、回転軸３０に回転子４７ａが連結された発電機４７とを備える構成とした。
次に、実施の形態の効果を説明する。
本実施の形態では、風力発電装置１を、軸方向が垂直に配置された回転軸３０と、回転軸３０を軸受２５ｂ及び４５ｂを介して回転自在に支持するフレーム２と、回転軸３０に当該回転軸３０とともに回転可能に且つ同軸に取り付けられた各４枚のブレード３２からなるプロペラ型の推進部３１Ａ及び３１Ｂと、回転中心軸線と直交する仮想線ＶＬを境に一方の側に存在するブレード３２に対して側方から吹き付ける風を導く側方開口部５３ｃを側方に有し、側方開口部５３ｃ以外の部分は推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲を覆うように配置された略筒状の風向制御板５３を有する風向制御部５と、回転軸３０に回転子４７ａが連結された発電機４７とを備える構成とした。
【0030】
このような構成であれば、高さ寸法の比較的短いプロペラ型の推進部３１を縦軸型の構成としたので、複数の推進部を鉛直方向に並べて配置することが容易であり、推進部の段数を増やすことで容易に回転トルクを大きくすることができる。
また、本実施の形態では、風力発電装置１の風向制御部５を、風向制御板５３と、風向制御板５３を回転軸３０とは独立して当該回転軸３０周りに回転可能に支持する回転台５０と、風向制御板５３の上部に設けられ、側方から吹き付ける風を受けて風向制御板５３を回転する動力を回転台５０に付与するとともに側方開口部５３ｃが風向き方向を向くように回転台５０の回転を制御する回転制御部５４とを備える構成とした。
このような構成であれば、回転制御部５４によって、側方開口部５３ｃを風向き方向に自動で向けることができるので、側方開口部５３ｃの向きを風向き方向に合わせて手動で変えるといった煩わしい作業を不要にできる。
また、本実施の形態では、風力発電装置１の風向制御部５を、風向制御板５３と、風向制御板５３を回転軸３０とは独立して当該回転軸３０周りに回転可能に支持する回転台５０と、風向制御板５３の上部に設けられ、側方から吹き付ける風を受けて風向制御板５３を回転する動力を回転台５０に付与するとともに側方開口部５３ｃが風向き方向を向くように回転台５０の回転を制御する回転制御部５４とを備える構成とした。
このような構成であれば、回転制御部５４によって、側方開口部５３ｃを風向き方向に自動で向けることができるので、側方開口部５３ｃの向きを風向き方向に合わせて手動で変えるといった煩わしい作業を不要にできる。
【0031】
〔実施例１〕
風力発電装置１と同様の構成の実験装置にて、推進部３１の段数を１段～４段にそれぞれした場合の風速４．２［ｍ／ｓ］及び５．２［ｍ／ｓ］の風を当てたときの発電量を測定する実験をした。但し、風向制御部５の代わりに木板によって、仮想線ＶＬより片側に向かう風を遮断する構成とした。すなわち、片側への前面側の風をカットするがそれ以外の周囲には何も遮断するものが無い状態となる。
実験の結果、１段のときは風速４．２［ｍ／ｓ］で８．５［ｍＡ］、風速５．２［ｍ／ｓ］で１０．０［ｍＡ］となった。同様に２段のときは８．５［ｍＡ］及び１０．５［ｍＡ］となり、３段のときは８．５［ｍＡ］及び１１．０［ｍＡ］となり、４段のときは９．０［ｍＡ］及び１１．０［ｍＡ］となった。
風力発電装置１と同様の構成の実験装置にて、推進部３１の段数を１段～４段にそれぞれした場合の風速４．２［ｍ／ｓ］及び５．２［ｍ／ｓ］の風を当てたときの発電量を測定する実験をした。但し、風向制御部５の代わりに木板によって、仮想線ＶＬより片側に向かう風を遮断する構成とした。すなわち、片側への前面側の風をカットするがそれ以外の周囲には何も遮断するものが無い状態となる。
実験の結果、１段のときは風速４．２［ｍ／ｓ］で８．５［ｍＡ］、風速５．２［ｍ／ｓ］で１０．０［ｍＡ］となった。同様に２段のときは８．５［ｍＡ］及び１０．５［ｍＡ］となり、３段のときは８．５［ｍＡ］及び１１．０［ｍＡ］となり、４段のときは９．０［ｍＡ］及び１１．０［ｍＡ］となった。
【0032】
また、発電機４７を外した状態で風速４．２［ｍ／ｓ］及び５．２［ｍ／ｓ］の風を当てたときの回転子の回転数を測定したところ、１段のときは風速４．２［ｍ／ｓ］で１１７［ｒｐｍ］、風速５．２［ｍ／ｓ］で１３９［ｒｐｍ］となった。同様に２段のときは１３５［ｒｐｍ］及び１７０［ｒｐｍ］となり、３段のときは１３７［ｒｐｍ］及び１７２［ｒｐｍ］となり、４段のときは１３５［ｒｐｍ］及び１７４［ｒｐｍ］となった。
以上のことから、回転数と発電量とは比例しており、推進部の段数を増やすことで発電量（回転数）が増加することが解った。また、推進部３１の段数を増やすほど発電量及び回転数が上昇することが解った。
〔実施例２〕
風力発電装置１と同様の構成の実験装置にて、推進部３１の段数を１段とし且つフレーム２を外した状態の回転子３が静止した状態の重量と、回転子３が回転した状態の重量とを比較する実験を行った。
実験装置を重量計に載せた状態で実験を行った。回転子３が静止状態のときの重量は「７７９［ｇ］」であった。次に、回転子３を風速５．２［ｍ／ｓ］で反時計回り方向に回転させたときの重量は「７８６［ｇ］」となった。この実験結果から、プロペラ型の推進部３１が反時計回り方向に回転することによって、下向きの揚力が発生することが解った。次に、回転子３を風速５．２［ｍ／ｓ］で時計回り方向に回転させたときの重量は「７７４［ｇ］」となった。この実験結果から、プロペラ型の推進部３１が時計回り方向に回転することによって、上向きの揚力が発生することが解った。
以上のことから、回転子３を反時計回り方向に回転させるように構成することで、例えば回転時の回転子３の脱落等を低減することができ、回転子３を時計回り方向に回転させるように構成することで、例えば回転時の重量負荷を軽減することができる。
〔変形例〕
なお、上記実施の形態において、風向制御板５３を略円筒状の構成とするとともに直立する構成としたが、この構成に限らず、以下の図６（ｂ）及び（ｃ）に示す構成としてもよい。図６（ａ）は、直立構成の風向制御板５３を示す図であり、図６（ｂ）は、一部傾斜構成の風向制御板５３Ａを示す図であり、図６（ｃ）は、全傾斜構成の風向制御板５３Ｂを示す図である。
以上のことから、回転数と発電量とは比例しており、推進部の段数を増やすことで発電量（回転数）が増加することが解った。また、推進部３１の段数を増やすほど発電量及び回転数が上昇することが解った。
〔実施例２〕
風力発電装置１と同様の構成の実験装置にて、推進部３１の段数を１段とし且つフレーム２を外した状態の回転子３が静止した状態の重量と、回転子３が回転した状態の重量とを比較する実験を行った。
実験装置を重量計に載せた状態で実験を行った。回転子３が静止状態のときの重量は「７７９［ｇ］」であった。次に、回転子３を風速５．２［ｍ／ｓ］で反時計回り方向に回転させたときの重量は「７８６［ｇ］」となった。この実験結果から、プロペラ型の推進部３１が反時計回り方向に回転することによって、下向きの揚力が発生することが解った。次に、回転子３を風速５．２［ｍ／ｓ］で時計回り方向に回転させたときの重量は「７７４［ｇ］」となった。この実験結果から、プロペラ型の推進部３１が時計回り方向に回転することによって、上向きの揚力が発生することが解った。
以上のことから、回転子３を反時計回り方向に回転させるように構成することで、例えば回転時の回転子３の脱落等を低減することができ、回転子３を時計回り方向に回転させるように構成することで、例えば回転時の重量負荷を軽減することができる。
〔変形例〕
なお、上記実施の形態において、風向制御板５３を略円筒状の構成とするとともに直立する構成としたが、この構成に限らず、以下の図６（ｂ）及び（ｃ）に示す構成としてもよい。図６（ａ）は、直立構成の風向制御板５３を示す図であり、図６（ｂ）は、一部傾斜構成の風向制御板５３Ａを示す図であり、図６（ｃ）は、全傾斜構成の風向制御板５３Ｂを示す図である。
【0033】
図６（ａ）に示すように、上記実施の形態の風向制御板５３は、同図（ａ）の上図のＡ－Ａ’線断面図である同図（ａ）の下図に示すように、推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲２２０°～２７０°を覆う側壁が直立した構成となっている。
この構成に対して、例えば、図６（ｂ）の風向制御板５３Ａは、上図のＡ－Ａ’線断面図である図６（ｂ）の下図に示すように、推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲を覆う側壁部の途中から側方開口部５３ｃまでの傾斜部分５３０Ａを傾斜角度βで傾斜させた構成となっている。なお、傾斜角度βの範囲は１５°～５０°の範囲とすることが望ましい。また、傾斜部分３５０Ａの側方開口部５３ｃ側とは反対側の端部は、傾斜角度βから急激に直立姿勢に戻すのではなく角度を徐々に減らしながら滑らかに傾斜をなくすように構成されている。
この構成に対して、例えば、図６（ｂ）の風向制御板５３Ａは、上図のＡ－Ａ’線断面図である図６（ｂ）の下図に示すように、推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲を覆う側壁部の途中から側方開口部５３ｃまでの傾斜部分５３０Ａを傾斜角度βで傾斜させた構成となっている。なお、傾斜角度βの範囲は１５°～５０°の範囲とすることが望ましい。また、傾斜部分３５０Ａの側方開口部５３ｃ側とは反対側の端部は、傾斜角度βから急激に直立姿勢に戻すのではなく角度を徐々に減らしながら滑らかに傾斜をなくすように構成されている。
【0034】
また、例えば、図６（ｃ）の風向制御板５３Ｂは、図６（ｃ）の上図のＡ－Ａ’線断面図である図６（ｃ）の下図に示すように、推進部３１Ａ及び３１Ｂの周囲を覆う側壁部の全体を傾斜角度βで傾斜させた構成となっている。
また、図６（ａ）～（ｃ）中の角度Ｃは、側方開口部５３ｃの範囲（９０°～１４０°）を決める際の、側方開口部５３ｃの端部位置を決める角度である。ここで、角度Ｃは、０°～３０°の範囲とすることが望ましい。すなわち、角度Ｃで決まる端部位置を基準に周囲２２０°～２７０°を覆うように側壁部が構成される。図６（ａ）～（ｃ）に例示する側方開口部５３ｃの開口範囲は、同図中の矢印に示す風向き方向に対して設定するのに適切な開口範囲を示している。
このように、側壁部の一部又は全部を傾斜させる構成とすることで、図６（ａ）の直立構成よりも回転子３の回転数を向上することができる。
また、図６（ａ）～（ｃ）中の角度Ｃは、側方開口部５３ｃの範囲（９０°～１４０°）を決める際の、側方開口部５３ｃの端部位置を決める角度である。ここで、角度Ｃは、０°～３０°の範囲とすることが望ましい。すなわち、角度Ｃで決まる端部位置を基準に周囲２２０°～２７０°を覆うように側壁部が構成される。図６（ａ）～（ｃ）に例示する側方開口部５３ｃの開口範囲は、同図中の矢印に示す風向き方向に対して設定するのに適切な開口範囲を示している。
このように、側壁部の一部又は全部を傾斜させる構成とすることで、図６（ａ）の直立構成よりも回転子３の回転数を向上することができる。
【0035】
具体的に、推進部３１Ａのみの１段構成と、推進部３１Ａ及び３１Ｂの２段構成とについて、図６（ａ）の直立構成と、図６（ｃ）の全傾斜構成とで回転数を測定する実験を行った。この実験において、図６（ａ）及び（ｃ）中の矢印の方向の風速４．２［ｍ／ｓ］及び５．２［ｍ／ｓ］の風をそれぞれ当てたときの回転数を測定した。
実験の結果、１段且つ直立構成のときは風速４．２［ｍ／ｓ］で１２０［ｒｐｍ］、風速５．２［ｍ／ｓ］で１５５［ｒｐｍ］となった。同様に２段のときは１４０［ｒｐｍ］及び１７６［ｒｐｍ］となった。一方、１段且つ全傾斜構成のときは風速４．２［ｍ／ｓ］で１４８［ｒｐｍ］、風速５．２［ｍ／ｓ］で１６０［ｒｐｍ］となった。同様に２段のときは１５６［ｒｐｍ］及び１８０［ｒｐｍ］となった。
実験の結果、１段且つ直立構成のときは風速４．２［ｍ／ｓ］で１２０［ｒｐｍ］、風速５．２［ｍ／ｓ］で１５５［ｒｐｍ］となった。同様に２段のときは１４０［ｒｐｍ］及び１７６［ｒｐｍ］となった。一方、１段且つ全傾斜構成のときは風速４．２［ｍ／ｓ］で１４８［ｒｐｍ］、風速５．２［ｍ／ｓ］で１６０［ｒｐｍ］となった。同様に２段のときは１５６［ｒｐｍ］及び１８０［ｒｐｍ］となった。
【0036】
以上のことから、推進部３１の段数を増やすほど回転数が上昇するとともに、風向制御板５３を傾斜させることでも回転数が上昇することが解った。
また、上記実施の形態及びその変形例において、ブレード３２の取付角度（羽根角）を固定の角度とする固定ピッチ構成としたが、この構成に限らず、ブレード３２の羽根角を手動で変更できる可変ピッチ機構を設ける構成としてもよい。または、風速計とコントローラとを設け、さらにブレード３２の羽根角をモータ等によって自動で可変できる構成とし、風速に応じて羽根角を制御する構成としてもよい。
また、上記実施の形態及びその変形例において、推進部３１の段数を２段とした構成を例に挙げて説明したが、この構成に限らず、例えば、１段の構成としてもよいし、高さ寸法、耐久性、回転数、回転トルク等の仕様の許す範囲内で３段以上の構成としてもよい。
また、上記実施の形態及びその変形例において、ブレード３２の取付角度（羽根角）を固定の角度とする固定ピッチ構成としたが、この構成に限らず、ブレード３２の羽根角を手動で変更できる可変ピッチ機構を設ける構成としてもよい。または、風速計とコントローラとを設け、さらにブレード３２の羽根角をモータ等によって自動で可変できる構成とし、風速に応じて羽根角を制御する構成としてもよい。
また、上記実施の形態及びその変形例において、推進部３１の段数を２段とした構成を例に挙げて説明したが、この構成に限らず、例えば、１段の構成としてもよいし、高さ寸法、耐久性、回転数、回転トルク等の仕様の許す範囲内で３段以上の構成としてもよい。
【符号の説明】
【0037】
１…風力発電装置、 ２…フレーム、 ３，４７ａ…回転子、 ４…発電部、 ５…風向制御部、 ２１，５１…下部支柱、 ２２，５２…縦支柱、 ２３…上部支柱、 ２４…上支柱接合板、 ２５，４５…軸受部、 ２５ａ，４５ａ…軸受保持部、 ２５ｂ，４５ｂ，５０ｃ…軸受、 ３０…回転軸、 ３１Ａ，３１Ｂ…推進部、 ３２…ブレード、 ３３…ハブ、 ３４…ブレード支持部、 ３４ａ…アーム部、 ４０…架台、 ４１…縦支柱部、 ４３…天板部、 ４７…発電機、 ５０…回転台、 ５０ａ…内輪保持部、 ５０ｂ…外輪保持部、 ５０ｄ…外輪押さえ部、 ５０ｅ…内輪押さえ部、 ５３，５３Ａ，５３Ｂ…風向制御板、 ５３ａ…内側風向制御板、 ５３ｂ…外側風向制御板、 ５３ｃ…側方開口部、 ５３ｄ，５３ｅ…端部、 ５４…回転制御部、 ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅ，５４ｉ…第１，第２，第３，第４，第５，第６方向制御板、 ５４ｆ…後方風カット板、 ５３０Ａ…傾斜部分
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】