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公開番号2024114392
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-23
出願番号2023020138
出願日2023-02-13
発明の名称風力発電装置
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類F03D 3/02 20060101AFI20240816BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】揚力型風車と抗力型風車を備えた風力発電装置において、高回転域における発電効率を向上する。
【解決手段】本明細書における風力発電装置では、ジャイロミル風車(揚力型風車)は、発電機を駆動する主軸に連結されており風力により主軸と共に一の方向に回転する。サボニウス風車(抗力型風車)は、ワンウェイクラッチに連結されており風力によりワンウェイクラッチと共に一の方向に回転する。ワンウェイクラッチは、サボニウス風車が一の方向に主軸よりも高速に回転することを禁止し、一の方向で主軸よりも遅く回転することを許容する。サボニウス風車は低回転域でジャイロミル風車の始動を補助する。高回転域ではサボニウス風車は主軸の回転負荷にはならないため、サボニウス風車が主軸とともに回転する場合と比較して発電効率が向上する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
発電機を駆動する主軸に連結されており風力により前記主軸と共に一の方向に回転する揚力型風車と、
前記主軸に同軸に回転可能に設けられており、風力により前記一の方向に回転する抗力型風車と、
前記主軸と前記抗力型風車の間に介在しており、前記抗力型風車が前記一の方向に前記主軸よりも高速に回転することを禁止し、前記一の方向で前記主軸よりも遅く回転することを許容するクラッチと、
を備えている、風力発電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、風力発電装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、揚力型と抗力型の２つの異なるタイプの風車を備える複合型の風力発電装置に関する技術が開示されている。揚力型風車は、ある程度の風速以上でなければ自力では回転の始動が難しい。一方、抗力型風車は、微風でも始動が容易である。特許文献１の風力発電装置は、揚力型風車と抗力型風車を組み合わせることによって、より広範囲な風速での運転を可能にしている。また、特許文献２には、揚力型風車のブレードの一部が動いて揚力を変更することのできる垂直型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】
【０００３】
中国実用新案公告第２０１９２５０９８号明細書
特開２００７－２７０７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に例示された複合型の風力発電装置では、抗力型風車は低速回転域で主軸（発電機につながっている軸）を回転させるので、低速回転域でも発電する。主軸には揚力型風車が固定されている。それゆえ、抗力型風車は、低速回転域において揚力型風車の回転始動を補助する。従来の風車複合型の風力発電装置は、抗力型風車と揚力型風車が一体になって回転する。そのため、本来であれば揚力型風車だけで主軸を回転させるのに十分なパワー（トルク）が風から得られる高回転域では、抗力型風車が主軸回転の抵抗となり、十分な発電効率が得られないという課題がある。本明細書は高回転域における発電効率を向上する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する風力発電装置は、揚力型風車、抗力型風車、及びクラッチを備えている。揚力型風車は、発電機を駆動する主軸に連結されており風力によって主軸と共に一の方向に回転する。抗力型風車は、主軸に同軸に回転可能に設けられており、風力によって一の方向に回転する。クラッチは、主軸と抗力型風車の間に介在しており、抗力型風車が一の方向に主軸よりも高速に回転することを禁止し、一の方向で主軸よりも遅く回転することを許容する。別言すれば、クラッチは、抗力型風車が一の方向に主軸よりも高速回転するパワーがある場合には主軸と抗力型風車を係合し、抗力型風車は主軸とともに回転する。クラッチは、抗力型風車の回転が主軸の回転に追いつかなくなると主軸と抗力型風車の係合を解除する。クラッチの典型はワンウェイクラッチである。
【０００６】
なお、揚力型風車は、そのブレードに沿って流れる空気流によってブレードの内側（風車の半径方向におけるブレードの内側）と外側（風車の半径方向におけるブレードの外側）の間で生じる圧力差により発生する揚力を利用して風車を回転させるものである。抗力型風車は、そのブレードに当たる空気流がブレードを押す力を利用して風車を回転させるものである。主軸は、典型的には、設置面に対して垂直に立設される垂直軸である。
【０００７】
本明細書が開示する風力発電装置では、揚力型風車がトルクを発生しない低回転域でも抗力型風車は風からエネルギを得てトルクを発生して主軸を回転させる。加えて、抗力型風車が発生するトルクは主軸と連結された揚力型風車の回転始動の補助となる。揚力型風車が風から得るエネルギが増す高回転域において、抗力型風車の回転が主軸（および揚力型風車）の回転に追いつかなくなるとクラッチが外れ、抗力型風車は揚力型風車と主軸の回転の邪魔をしない。すなわち、高回転域にて揚力型風車が発生するトルクで主軸が回転している間、抗力型風車は主軸回転の抵抗とならない。したがって、高回転域における発電効率を向上させることができる。
【０００８】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例の風力発電装置の構成例を示す模式的な断面図である。
実施例の風力発電装置の構成例を示す模式的な平面図である。
揚力型風車と抗力型風車の特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して実施例の風力発電装置を説明する。図１に実施例の風力発電装置１０の構成例を表した模式的な断面図を示す。図２に風力発電装置１０の構成例を表した模式的な平面図を示す。なお、図１は、図２に表されているＩ－Ｉ線断面図である。また、図１においては、紙面上側を「上方」や「上」、紙面下側を「下方」や「下」、と夫々称する場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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