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【発明の名称】 風力発電装置
【発明者】 【氏名】大久保 和夫

【要約】 【課題】クラッチを有する風力発電装置を提供する。

【解決手段】風力発電装置は、風車及び風車回転軸3が回転することによりクラッチ6を介して風車回転軸3に接続された発電機軸5が回転することによって発電機で発電が行われる。クラッチ6においては、風車回転軸3の回転数が所定の値以上のときにはツース34とツース44とがかみ合い、第1回転接続部材21と第2回転接続部材とが連結されている。風車回転軸3の回転数が所定の値よりも小さいときには電動アクチュエータ23の押圧部50がアウタープレート43の作用領域43aを下方に押圧する。すると、複数のリブ40が半径方向外側の端が下方に下がるように変形し、アウタープレート43が下方に変位する。これにより、ツース34とツース44とのかみ合いが外れ、第1回転接続部材21と第2回転接続部材22とが切り離される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数枚の羽根を有する風車を設けた風車回転軸と、
前記風車回転軸に接続され、前記風車回転軸とともに回転し、発電機に接続された発電機軸と、
前記風車回転軸と前記発電機軸との連結及び切り離しを切り替えるクラッチとを備え、
前記クラッチが、
前記風車回転軸とともに回転する第1回転接続部材と、
前記発電機軸とともに回転する第2回転接続部材と、
前記第1回転接続部材及び前記第2回転接続部材のいずれか一方を駆動させて前記第1回転接続部材と前記第2回転接続部材との連結及び切り離しを行うアクチュエータとを備え、
前記第1回転接続部材は、第2回転接続部材との連結を行うための第1接続部材と、弾性を有する第1バネ部材とを有し、前記風車回転軸に接続されており、
前記第2回転接続部材は、第1回転接続部材との連結を行うための第2接続部材と弾性を有する第2バネ部材とを有し、前記発電機軸に接続されており、
前記アクチュエータは、前記第1及び第2回転接続部材の一方に当接する当接面を有し、前記第1及び第2回転接続部材の一方を他方から離れるように押圧することが可能となっており、
前記アクチュエータにより前記第1回及び第2回転接続部材の一方が押圧されていないときには、前記第1接続部材と前記第2接続部材とがかみ合って前記第1回転接続部材と第2回転接続部材とが連結され、
前記アクチュエータにより前記第1及び第2回転接続部材の一方が押圧されているときには、前記第1接続部材と前記第2接続部材とのかみ合いが外れて前記第1回転接続部材と前記第2回転接続部材とが切り離されるように構成されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項2】
前記第1回転接続部材は、
前記風車回転軸に取り付けられ、前記風車回転軸とともに回転する第1回転子と、
前記風車回転軸に関して同心円状に前記第1回転子よりも外側に形成された環状の第1フレームと、
前記第1回転子と前記第1フレームとに接続された複数の第1バネ部材と、
前記第1フレームの前記第2回転接続部材との対向面に形成され、前記第2回転接続部材との接続を行うための複数の第1接続部材とを備え、
前記第2回転接続部材は、
前記発電機軸に取り付けられ、前記発電機軸とともに回転する第2回転子と、
前記発電機軸に関して同心円状に前記第2回転子よりも外側に形成された環状の第2フレームと、
前記第2回転子と前記第2フレームとに接続された複数の第2バネ部材と、
前記第2フレームの前記第1回転接続部材との対向面に形成され、前記第1回転接続部材との接続を行うための第2接続部材とを備え、
前記複数のアクチュエータは、前記第1及び前記第2フレームの一方に当接する当接面を有し、前記第1及び第2回転接続部材に対向し、前記第1及び前記第2接続部材よりも前記第1及び第2フレーム及びの半径方向の外側に設けられ、前記当接面を前記第1及び第2フレームの一方に当接させて前記第1及び第2フレームの他方から離れるように押圧することが可能となっており、
前記アクチュエータにより前記第1及び第2フレームの一方が他方から離れるように押圧されていないときには、前記第1接続部材と前記第2接続部材とがかみ合い、前記第1回転接続部材と前記第2回転接続部材とが連結され、
前記アクチュエータにより前記第1及び第2フレームの一方が他方から離れるように押圧されているときには、前記第1接続部材と前記第2接続部材とのかみ合いが外れ、前記第1回転接続部材と前記第2回転接続部材とが切り離されるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。
【請求項3】
前記第1バネ部材及び前記第2バネ部材は、複数の矩形状の平板が階段状に積層されることによって形成されていることを特徴とする請求項2に記載の風力発電装置。
【請求項4】
前記第1回転子、前記第1バネ部材及び前記第1フレームが一体的に形成されて前記風車回転軸に接続されており、
前記第2回転子、前記第2バネ部材及び前記第2フレームが一体的に形成されて前記発電機軸に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の風力発電装置。
【請求項5】
前記第1バネ部材の第1回転子から第1フレームに向かう方向の長さ及び前記第2バネ部材の前記第2回転子から前記第2フレームに向かう方向の長さが、前記アクチュエータにより前記第1及び第2フレームの一方が他方から離れるように押圧されたときに、前記第1及び第2フレームの一方が、前記第1接続部材と前記第2接続部材とのかみ合いが外れるだけ変位するような長さであることを特徴とする請求項4に記載の風力発電装置。
【請求項6】
前記風車回転軸の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記回転数検出手段が検出した前記回転数が所定の値よりも小さいときに、前記第1及び第2フレームの一方を他方から離れるように押圧するように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の風力発電装置。
【請求項7】
前記アクチュエータが前記風車回転軸の半径方向に平行な回転軸を有し、前記当接面は、前記回転軸を中心として回転可能になっていることを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の風力発電装置。
【請求項8】
複数枚の羽根を有する風車を設けた風車回転軸と、
前記風車回転軸に接続され、前記風車回転軸とともに回転し、発電機に接続された発電機軸と、
前記風車回転軸と前記発電機軸との連結及び切り離しを切り替えるクラッチとを備え、
前記クラッチが、
前記風車回転軸とともに回転する第1回転接続部材と、
前記発電機軸とともに回転する第2回転接続部材と、
前記第2回転接続部材を駆動させて前記第1回転接続部材と前記第2回転接続部材との連結及び切り離しを行う駆動装置とを備え、
前記第1回転接続部材が、
前記風車回転軸に取り付けられ、前記風車回転軸とともに回転する第1回転板と、
前記第1回転板の前記第2回転接続部材との対向面に形成され、前記第2回転接続部材との接続を行うための複数の第1接続部材とを備え、
前記第2回転接続部材は、
前記第1回転板と平行に配置された第2回転板と、
前記第2回転板を前記第1回転板に向かって押圧するバネ部材と、
前記発電機軸に取り付けられ、前記発電機軸とともに回転するとともに前記バネ部材を介して前記第2回転板に接続された第3回転板と、
前記第2回転板の前記第1回転接続部材との対向面に形成され、前記第1回転接続部材との接続を行うための第2接続部材とを備え、
前記駆動装置は、
前記第1回転板と前記第2回転板との間に配置されるとともに前記第2回転板と平行な軸を中心に揺動可能になっており、当接部において前記第2回転板を前記第3回転板に向かって押圧可能なレバーを備え、
前記レバーが前記第2回転板を押圧しているときには、前記第1接続部材と前記第2接続部材とのかみ合いが外れ、前記第1回転接続部材と前記第2回転接続部材とが切り離され、
前記レバーが前記第2回転板を押圧していないときには、前記第1接続部材と前記第2接続部材とがかみ合い、前記第1回転接続部材と前記第2回転接続部材とが連結されることを特徴とする風力発電装置。
【請求項9】
前記レバーが、前記第2回転板と直交する方向から見て、前記第1回転板よりも外側の部分に形成され、前記当接部が形成された略矩形状の枠部と、前記枠部の一辺から突出した突出部とを有し、
前記突出部を押圧することによって、前記枠部を前記第2回転板と平行な面に対して傾斜させて前記レバーに前記第2回転板を押圧させる第1状態、及び、前記枠部を前記第2回転板と平行に保持させる第2状態をとることが可能なカムをさらに備えていることを特徴とする請求項8に記載の風力発電装置。
【請求項10】
前記カムが、前記第2状態において前記第2回転板に平行になる平面を有しており、前記カムが前記第2状態のときに、前記突出部が前記平面に当接することを特徴とする請求項9に記載の風力発電装置。
【請求項11】
前記カムが前記第2状態のときに前記レバーが前記第2回転板と平行になるように、前記レバーに力を加える調整部材をさらに有することを特徴とする請求項9又は10に記載の風力発電装置。
【請求項12】
前記カムが前記第2状態のときに、前記当接部が前記第2回転板に当接することによって前記レバーを支持しており、前記当接部が、前記第2回転板に当接し、前記第2回転板の径方向に平行な軸を中心として回転可能な回転部材を備えていることを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の風力発電装置。
【請求項13】
前記第2回転板と前記第3回転板との間に、前記バネ部材の伸縮とともに伸縮可能な支持部材をさらに備え、
前記支持部材を介して、前記第3回転板が前記第2回転板を支持することを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載の風力発電装置。
【請求項14】
前記風車回転軸の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記回転数検出手段が検出した前記回転数が所定の値よりも小さいときに、前記駆動装置が前記第2回転板を前記第1回転板から離れるように前記駆動装置を制御する駆動装置制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、風車の回転により発電を行う風力発電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
風が吹いて風車が回転することによって回転軸を介して風車に接続された発電機が回転して発電を行う風力発電装置では、風車周辺の風速が小さく風車に発生するトルクが発電機を回転させるのに必要なトルクよりも小さいときには、風車及び発電機が回転しない。このように風車及び発電機が回転していない状態から風車及び発電機を回転させるためには大きなトルクが必要であるため、風車及び発電機が回転し始める際には動作が不安定になるゴギング現象が生じる。
【0003】
このような問題を解決するために、風車とともに回転する回転軸(風車回転軸)と発電機とともに回転する回転軸(発電機軸)との間にクラッチを設けたものがある。例えば、特許文献1に記載の風力発電装置においては、入力軸とともに回転する中間軸(風車回転軸)と発電機とともに回転する中間軸(発電機軸)との間に摩擦式クラッチが設けられ、風車回転軸の回転数が所定の値よりも小さいときには調整装置により油圧シリンダを制御して摩擦式クラッチを押し付ける力を小さくして、風車回転軸と発電機軸との接続を切断して風車回転軸を空転させ、風車回転軸の回転数が所定の値に達したときに調整装置により油圧シリンダを制御して摩擦式クラッチを押し付ける力を大きくし摩擦式クラッチを介して風車回転軸と発電機軸とが接続される。これによると、風車回転軸を空転させることにより回転エネルギーが蓄えられているため、風車回転軸と発電機軸とを接続したときに発電機軸がスムーズに回転し始める。これによりゴギング現象が生じるのを防止することができる。
【0004】
【特許文献1】特開平8−312523号公報(図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に記載の風力発電装置では、摩擦式クラッチの表面の摩擦力によってのみ風車回転軸と発電機軸とを接続しているため、摩擦式クラッチの表面にすべりが生じないように風車回転軸と発電機軸とを接続する際に摩擦式クラッチを大きな力で押し付ける必要がある。すなわち、摩擦式クラッチを動作させるのに大きな力が必要となる。
【0006】
本発明の目的は、摩擦式クラッチのように動作させるのに大きな力を必要としないクラッチを備えた風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【0007】
本発明の風力発電装置は、複数枚の羽根を有する風車を設けた風車回転軸と、風車回転軸とともに回転し、発電機に接続された発電機軸と、風車回転軸と発電機軸との連結及び切り離しを切り替えるクラッチとを備えており、クラッチが、風車回転軸とともに回転する第1回転接続部材と、発電機軸とともに回転する第2回転接続部材と、第1回転接続部材及び第2回転接続部材のいずれか一方を駆動させて第1回転接続部材と第2回転接続部材との連結及び切り離しを行うアクチュエータとを備えている。第1回転接続部材は、第2回転接続部材との連結を行うための第1接続部材と、弾性を有する第1バネ部材とを有し、風車回転軸に接続されており、第2回転接続部材は、第1回転接続部材との連結を行うための第2接続部材と弾性を有する第2バネ部材とを有し、発電機軸に接続されており、
アクチュエータは、第1及び第2回転接続部材の一方に当接する当接面を有し、第1及び第2回転接続部材の一方を他方から離れるように押圧することが可能となっている。アクチュエータにより第1回及び第2回転接続部材の一方が押圧されていないときには、第1接続部材と第2接続部材とがかみ合って第1回転接続部材と第2回転接続部材とが連結され、アクチュエータにより第1及び第2回転接続部材の一方が押圧されているときには、第1接続部材と第2接続部材とのかみ合いが外れて第1回転接続部材と第2回転接続部材とが切り離されるように構成されている。
【0008】
これによると、アクチュエータにより第1回転接続部材及び第2回転接続部材の一方を押圧していないときには、第1接続部材と第2接続部材とがかみ合い、風車回転軸と発電機軸とが連結され、アクチュエータにより第1回転接続部材及び第2回転接続部材の一方を押圧したときには、第1接続部材と第2接続部材とのかみ合いがはずれ、風車回転軸と発電機軸とが切り離される。また、弾性の大きい第1バネ部材及び第2バネ部材が設けられているので、アクチュエータにより押圧する力を大きくすることなく効率よく風車回転軸と発電機軸とを切り離すことができる。つまり、クラッチを動作させるのに大きな力を必要としない。
【0009】
また、本発明の風力発電装置においては、第1回転接続部材は、風車回転軸に取り付けられ、風車回転軸とともに回転する第1回転子と、風車回転軸に関して同心円状に第1回転子よりも外側に形成された環状の第1フレームと、第1回転子と第1フレームとに接続された複数の第1バネ部材と、第1フレームの第2回転接続部材との対向面に形成され、第2回転接続部材との接続を行うための複数の第1接続部材とを備えていてもよい。第2回転接続部材は、発電機軸に取り付けられ、発電機軸とともに回転する第2回転子と、発電機軸に関して同心円状に第2回転子よりも外側に形成された環状の第2フレームと、第2回転子と第2フレームとに接続された複数の第2バネ部材と、第2フレームの第1回転接続部材との対向面に形成され、第1回転接続部材との接続を行うための第2接続部材とを備えていてもよい。複数のアクチュエータは、第1及び第2フレームの一方に当接する当接面を有し、第1及び第2回転接続部材に対向し、第1及び第2接続部材よりも第1及び第2フレームの半径方向の外側に設けられ、当接面を第1及び第2フレームの一方に当接させて第1及び第2フレームの一方他方から離れるように押圧することが可能となっていてもよい。そして、アクチュエータにより第1及び第2フレームの一方が他方から離れるように押圧されていないときには、第1接続部材と第2接続部材とがかみ合い、第1回転接続部材と第2回転接続部材とが連結され、アクチュエータにより第1及び第2フレームの一方が他方から離れるように押圧されているときには、第1接続部材と第2接続部材とのかみ合いが外れ、第1回転接続部材と第2回転接続部材とが切り離されるように構成されていてもよい。
【0010】
これによると、第1バネ部材及び第2バネ部材を形成しているため、第1バネ部材が第1フレームを第2フレームに向けて押し、第2バネ部材が第2フレームを第1フレームに向けて押すため、第1接続部材と第2接続部材とがかみ合い、風車回転軸と発電機軸とが連結される。また、第2バネ部材を形成しているため、アクチュエータにより第1及び第2フレームを押圧して第1接続部材と第2接続部材とのかみ合いを外すときに第1及び第2バネ部材の一方が効率よく変形する。これにより、大きな力を加えることなく第1接続部材と第2接続部材とのかみ合いを効率よく外すことができる。つまり、クラッチを動作させるのに大きな力を必要としない。さらに、第1及び第2バネ部材は所定の間隔をあけて設けられているため、第1及び第2バネ部材の一方はさらに効率よく変形する。また、このようなクラッチには構成部材に複雑なものがなく、容易に製造することもできる
【0011】
また、本発明の風力発電装置においては、第1バネ部材及び第2バネ部材は、複数の矩
形状の平板が階段状に積層されることによって形成されていてもよい。これによると、これによると、複数の矩形状の平板を積層させることにより第1バネ部材及び第2バネ部材を容易に形成することができる。
【0012】
また、本発明の風力発電装置においては、第1回転子、第1バネ部材及び第1フレームが一体的に形成されて風車回転軸に接続されており、第2回転子、第2バネ部材及び第2フレームが一体的に形成されて発電機軸に接続されていてもよい。これによると、第1回転子、第1バネ部材及び第1フレームを一体的に形成したものを風車回転軸に接続し、第2回転子、第2回転子及び第2フレームを一体的に形成したものを発電機軸に接続することにより、クラッチを容易に製造することができる。
【0013】
このとき、第1バネ部材の第1回転子から第1フレームに向かう方向の長さ及び第2バネ部材の第2回転子から第2フレームに向かう方向の長さが、アクチュエータにより第1及び第2フレームの一方を他方から離れるように押圧したときに、第1及び第2フレームの一方が、第1接続部材と第2接続部材とのかみ合いが外れるだけ変位するような長さであってもよい。これによると、アクチュエータにより第1及び第2フレームの一方を押圧したときに、第1接続部材と第2接続部材とのかみ合いが確実に外れる。
【0014】
また、本発明の風力発電装置においては、風車回転軸の回転数を検出する回転数検出手段と、回転数検出手段が検出した回転数が所定の値よりも小さいときに、第1及び第2フレームの一方を他方から離れるように押圧するようにアクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とをさらに備えていてもよい。これによると、回転数検出手段により回転数を検出し、回転数が所定の値よりも小さく発電機により発電できないときに、第1接続部材と第2接続部材とのかみ合いを外して第1回転接続部材と第2回転接続部材とを切り離し、風車を発電機から切り離して空転させることにより風車に回転エネルギーを蓄えておくことができる。これにより、次に第1回転接続部材と第2回転接続部材とが連結されたときに、蓄えられた回転エネルギーを利用して発電機軸を回転させることにより、スムーズに発電機軸を回転させ始めることができ、ゴギング現象が発生するのを防止することができる。また、風車回転軸と発電機軸とを切り離すことにより、風速が小さく発電機により発電を行うことができない場合にも風車の空転させて回転している風車を動的なモニュメントとして見せることができる。
【0015】
また、本発明の風力発電装置においては、アクチュエータが風車回転軸の半径方向に平行な回転軸を有し、当接面は、回転軸を中心として回転可能になっていてもよい。これによると、当接面を第1及び第2フレームの一方に当接させたとき、第1及び第2回転接続部材が回転していても、当接面が回転軸を中心として回転するので、当接面、第1及び第2回フレームに大きな負担がかかるのを防止することができる。
【0016】
本発明の風力発電装置は、複数枚の羽根を有する風車を設けた風車回転軸と、風車回転軸に接続され、風車回転軸とともに回転し、発電機に接続された発電機軸と、風車回転軸と発電機軸との連結及び切り離しを切り替えるクラッチとを備え、クラッチが、風車回転軸とともに回転する第1回転接続部材と、発電機軸とともに回転する第2回転接続部材と、第2回転接続部材を駆動させて第1回転接続部材と第2回転接続部材との連結及び切り離しを行う駆動装置とを備えている。第1回転接続部材は、風車回転軸に取り付けられ、風車回転軸とともに回転する第1回転板と、第1回転板の第2回転接続部材との対向面に形成され、第2回転接続部材との接続を行うための複数の第1接続部材とを備え、第2回転接続部材は、第1回転板と平行に配置された第2回転板と、第2回転板を第1回転板に向かって押圧するバネ部材と、発電機軸に取り付けられ、発電機軸とともに回転するとともにバネ部材を介して第2回転板に接続された第3回転板と、第2回転板の第1回転接続部材との対向面に形成され、第1回転接続部材との接続を行うための第2接続部材とを備え、駆動装置は、第1回転板と第2回転板との間に配置されるとともに第2回転板と平行な軸を中心に揺動可能になっており、当接部において第2回転板を第3回転板に向かって押圧可能なレバーを備え、レバーが第2回転板を押圧しているときには、第1接続部材と第2接続部材とのかみ合いが外れ、第1回転接続部材と第2回転接続部材とが切り離され、レバーが第2回転板を押圧していないときには、第1接続部材と第2接続部材とがかみ合い、第1回転接続部材と第2回転接続部材とが連結されていてもよい。
【0017】
これによると、バネ部材が設けられているため、レバーが第2回転板を押圧していないときは、バネ部材により第2回転板が第1回転板に向かって押され、第1接続部材と第2接続部材とがかみ合い、レバーが第2回転板を押圧している場合には、バネ部材の弾性により第2回転板が第1回転板から離れやすく、第1接続部材と前記第2接続部材とのかみ合いを容易に外すことができる。つまり、クラッチを動作させるのに大きな力を必要としない。
【0018】
また、本発明の風力発電装置においては、レバーが、第2回転板と直交する方向から見て、第1回転板よりも外側の部分に形成され、当接部が形成された略矩形状の枠部と、枠部の一辺から突出した突出部とを有し、突出部を押圧することによって、枠部を第2回転板と平行な面に対して傾斜させてレバーに第2回転板を押圧させる第1状態、及び、枠部を第2回転板と平行に保持させる第2状態をとることが可能なカムをさらに備えていてもよい。これによると、レバーが傾斜したときに枠部が第1回転板に当たってしまうのを防止することができる。また、突出部をカムで押圧することによりレバーを容易に動作させることができる。
【0019】
このとき、カムが、第2状態において第2回転板に平行になる平面を有しており、カムが第2状態のときに、突出部が平面に当接してもよい。これによると、突出部をカムの平面に当接させることによりレバーを確実に第2回転板と平行に保持することができる。
【0020】
また、本発明の風力発電装置は、カムが第2状態のときにレバーが第2回転板と平行になるように、レバーに力を加える調整部材をさらに有していてもよい。これによると、カムが第2状態になっている場合おいて、レバーには調整部材により第2回転板と平行になるように力が加えられる。これにより、レバーを確実に第2回転板と平行な状態に保持することができる。
【0021】
また、本発明の風力発電装置においては、カムが前記第2状態のときに、当接部が第2回転板に当接することによってレバーを支持しており、当接部が、第2回転板に当接し、第2回転板の径方向に平行な軸を中心として回転可能な回転部材を備えていてもよい。これによると、カムが第2状態になっている場合において、当接部においてレバーを支持することによりレバーを確実に第2回転板に平行にすることができる。さらに、第2回転板の回転とともに第2回転板に当接した回転部材が回転するため、第2回転板の回転が阻害されない。
【0022】
また、本発明の風力発電装置においては、第2回転板と第3回転板との間に、バネ部材の伸縮とともに伸縮可能な支持部材をさらに備え、支持部材を介して、第3回転板が第2回転板を支持していてもよい。これによると、第2回転板を確実に支持することができる。
【0023】
また、本発明の風力発電装置においては、風車回転軸の回転数を検出する回転数検出手段と、回転数検出手段が検出した回転数が所定の値よりも小さいときに、駆動装置が第2回転板を第1回転板から離れるように駆動装置を制御する駆動装置制御手段をさらに備えていてもよい。これによると、回転数検出手段により回転数を検出し、回転数が所定の値よりも小さく発電機により発電できないときに、第1接続部材と第2接続部材とのかみ合いを外して第1回転接続部材と第2回転接続部材とを切り離し、風車を発電機から切り離して空転させることにより風車に回転エネルギーを蓄えておくことができる。これにより、次に第1回転接続部材と第2回転接続部材とが連結されたときに、蓄えられた回転エネルギーを利用して発電機軸を回転させることにより、スムーズに発電機軸を回転させ始めることができ、ゴギング現象が発生するのを防止することができる。また、風車回転軸と発電機軸とを切り離すことにより、風速が小さく発電機により発電を行うことができない場合にも風車の空転させて回転している風車を動的なモニュメントとして見せることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の好適な第1の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明における実施の形態に係る風力発電装置の正断面図である。図1に示すように、風力発電装置100は、基礎1、風車2、風車回転軸3、発電機4、発電機軸5、クラッチ6、筒状体7、部材支持用枠体8及びワイヤ固定手段9とを有する。このような風力発電装置100においては、風車2が回転することによって発電機4が回転して発電が行われる。
【0025】
基礎1は、地面にコンクリートにより形成されており、基礎1の上に部材支持用枠体8が配置される。風車2は、垂直軸型風車であり、風を受けることによって風車回転軸3を中心として回転して風力発電の動力を生み出す。風車回転軸3は鉛直方向に延びており、風車2とともに回転する。また、風車回転軸3の風車2と反対側の端にはクラッチ6の第1回転接続部材21が取り付けられている。発電機4は、発電機軸5が回転しているときに発電を行う。発電機軸5は、発電機4から鉛直方向に延びており、発電機4と反対側の端にはクラッチ6の第2回転接続部材22が取り付けられている。
【0026】
クラッチ6は風車回転軸3と発電機軸5との連結及び切り離しを行い、クラッチ6により風車回転軸3と発電機軸5とが連結されているときには、風車回転軸3の回転とともに発電機軸5が回転し、クラッチ6により風車回転軸3と発電機軸5とが切り離されているときには、風車回転軸3が回転しても発電機軸5は回転せず、風車回転軸3が空転する。クラッチ6については後で詳細に説明する。
【0027】
筒状体7は、その内部に風車回転軸3を位置させ、上下内面に位置する軸受け7a、7bにより風車回転軸3を回転自在に保持している。部材支持用枠体8は基礎1に固定され、筒状体7を支持している。ワイヤ固定手段9はワイヤ9aとワイヤ9aの張力を調整するワイヤ張力調整機構9bとを有し、ワイヤ固定手段9の両端は筒状体7の固定部位7cと地面に設けられた固定部材10とに接続されている。そして、ワイヤ固定手段9は、風車2が受ける風圧により応力を受けて変位しようとする風車回転軸3を鉛直方向に延びた状態に保持する。
【0028】
次に、クラッチ6の詳細について図2〜図5を用いて説明する。図2は、図1のクラッチ6を拡大した部分拡大図である。図3は、図2のIIIの方向から見たときのアウタープレート(第1フレーム)33、複数のツース(第1接続部材)34、アウタープレート(第2フレーム)43及び複数のツース(第2接続部材)44を表す図である。図4は第1回転接続部材21の平面図、図5は第2回転接続部材22の平面図である。
【0029】
図2〜図5に示すように、クラッチ6は、第1回転接続部材21、第2回転接続部材22及び電動アクチュエータ23を有する。第1回転接続部材21は、インナープレート(第1回転子)31、アウタープレート(第1フレーム)33、複数のリブ(第1バネ部材)30及び複数のツース(第1接続部材)34を有している。インナープレート31は、風車回転軸3の風車2と反対側の端に取り付けられており風車回転軸3とともに回転する。アウタープレート33は、風車回転軸3を中心とする環状の板状体である。リブ30は図2、図4に示すように、複数の矩形のリブプレート32が階段状に積層されて構成されており、両端部がそれぞれインナープレート31及びアウタープレート33に接続されている。また、リブ30は図4に示すように、円周方向に沿って一定の間隔毎に形成されている。ツース34は、ウレタンゴムなどからなり、アウタープレート33の図2の下面(第2回転接続部材22との対向面)にアウタープレート33の円周方向に所定の間隔毎に形成されており、図2の下方に3〜4mm程度突出している。また、図3に示すように、各ツース34の図2のIIIの方向からみた断面形状は略矩形になっている。
【0030】
第2回転接続部材22は、インナープレート(第2回転子)41、アウタープレート(第2フレーム)43、複数のリブ(第2バネ部材)40及び複数のツース(第2接続部材)44を有している。インナープレート41は、発電機軸5の発電機4と反対側の端に取り付けられており、発電機軸5とともに回転する。アウタープレート43は、発電機軸5を中心とするアウタープレート33よりも一回り大きい環状の板状体であり、平面視で外周部分がアウタープレート33よりもアウタープレート33の半径方向の外側にはみ出している。リブ40は図2、図5に示すように、複数の矩形のリブプレート42が階段状に積層された構造になっており、その両端がそれぞれインナープレート41及びアウタープレート43に接続されている。また、リブ40は、図5に示すようにアウタープレート43の円周方向に沿って所定の間隔で複数形成されている。
【0031】
ツース44は、ウレタンゴムなどからなり、アウタープレート43の図2の上面(第1回転接続部材21との対向面)にアウタープレート43の円周方向に所定の間隔毎に形成されており、図2の上方に3〜4mm程度突出している。また、図3に示すように、各ツース44の図2のIIIの方向からみた断面形状は略矩形になっている。そして、複数のツース34と複数のツース44とは、図3に示すように、互いにかみ合っており、複数のツース34と複数のツース44とがかみ合うことにより、第1回転接続部材21が回転したときに第2回転接続部材22も回転する。つまり、第1回転接続部材21と第2回転接続部材22とが連結される。このとき、各リブ30、40はそれぞれ複数のリブプレート32、42が積層された構造となっているためバネとして作用し、リブ30がアウタープレート33を図2の下方に押し、リブ40がアウタープレート43を図2の上方に押す。したがって、複数のツース34と複数のツース44とが確実にかみ合う。また、アウタープレート43の平面視でアウタープレート33の半径方向外側にはみ出している部分は、電動アクチュエータ23により押圧される作用領域43aとなっている。
【0032】
電動アクチュエータ23は、押圧部50と駆動部54とを有する。押圧部50は、当接部51、回転軸52及びベアリング53を有し、当接部51は、回転軸52を中心として回転可能なベアリング53とともに回転軸52を中心として回転可能に構成されている。駆動部54はアクチュエータ制御部63(図6参照)によって制御され、押圧部50を図2の上下方向に移動させることができるように構成されている。駆動部54により押圧部50を図2の下方に移動させることにより、当接部51の図2の下面である当接面51aがアウタープレート43の作用領域43aに当接し、アウタープレート43を図2の下方に押圧する。
【0033】
次に、クラッチ6の動作を制御するクラッチ制御装置61について図6を用いて説明する。図6は、クラッチ制御装置61のブロック図である。図6に示すように、クラッチ制御装置61は、風車回転軸3の回転数を検出する回転数検出部62と、回転数検出部62が検出した回転数に応じて電動アクチュエータ23の動作を制御するアクチュエータ制御部63を有する。アクチュエータ制御部63は、回転数検出部62が検出した回転数が所定の値よりも小さいときには、押圧部50の当接面51aがアウタープレート43の作用領域43aに当接し、アウタープレート43を図2の下方向に押圧するように駆動部54を動作させる。また、回転数検出部62が検出した回転数が所定の値以上であるときには、押圧部50がアウタープレート43の作用領域43aから離れるように駆動部54を動作させる。
【0034】
次に、クラッチ6の動作について図2、図3及び図7を用いて説明する。図7は、電動アクチュエータ23によりアウタープレート43の作用領域43aを押圧したときのクラッチ6の断面図である。
【0035】
通常の発電が行われているときには、風車回転軸3の回転数は所定の値以上になっており、電動アクチュエータ23の当接面51aはアウタープレート43の作用領域43aには当接していない。したがって、図2、図3に示すように、複数のツース34と複数のツース44とがかみ合った状態になっており、風車2及び風車回転軸3が回転したときに発電機軸5も回転し、発電機4において発電が行われる。
【0036】
このように発電が行われている状態で、風速の低下などにより風車回転軸3の回転数が所定の値よりも小さくなると、回転数検出部62がそれを検出し、アクチュエータ制御部63により図7に示すように、押圧部50の当接面51aがアウタープレート43の作用領域43aに当接し、アウタープレート43を図7の下方に押圧するように駆動部54を動作させる。
【0037】
すると、図7に示すように、複数のリブ40が半径方向外側の端が図7の下方に下がるように変形し、アウタープレート43とともにツース44が図7の下方に変位する。このため、複数のツース34と複数のツース44とのかみ合いが外れ、第1回転接続部材21と第2回転接続部材22とが切り離される。このとき、各リブ40は複数のリブプレート42が階段状に積層された構造で弾性が大きくなっており、さらに、リブ40は所定の間隔を空けて形成されているため、リブ40は効率よく変形する。
【0038】
このように複数のツース34と複数のツース44とのかみ合いが外れた状態では、風車2及び風車回転軸3の回転が発電機軸5に伝わらなくなる。したがって、発電機軸5の回転が止まり、発電機4において発電が行われなくなる。なお、複数のツース34と複数のツース44とのかみ合いが外れてから発電機軸5の回転が止まるまでアウタープレート43がしばらく回転するが、アウタープレート43が回転しているときには当接面51aが回転軸53を中心として回転するため、電動アクチュエータ23及びアウタープレート43に大きな負担がかからない。そして、風車2及び風車回転軸3は空転している状態になり、風車2及び風車回転軸3にかかるトルクは小さくなっているので、風車2及び風車回転軸3は風速が小さくなっても回転する。
【0039】
そして、再び風速が上昇し、風車2及び風車回転軸3の回転数が所定の値に達すると、回転数検出部61がそれを検出し、アクチュエータ制御部62により図2に示すように、アウタープレート43の作用領域43aを押圧している押圧部50を図7の上方に移動し、アウタープレート43から離れるように駆動部54を動作させる。すると、リブ40によりアウタープレート43が図2の上方に押し上げられ、複数のツース34と複数のツース44とが再びかみ合う。
【0040】
ここで、ツース34及びツース44の位置によっては、ツース34とツース44とが対向し、両者がかみ合わない場合もあるが、この場合は、風車回転軸2が回転し、複数のツース34が複数のツース44とかみ合う位置にきたときに、複数のツース34と複数のツース44とがかみ合う。
【0041】
このように複数のツース34と複数のツース44とがかみ合うことにより第1回転接続部材21と第2回転接続部材22とが連結され、風車2及び風車回転軸3が回転したときに、発電機軸5も回転し、発電機4により発電が行われる。ここで、発電機軸5が回転していない状態から回転し始める際には大きなトルクが必要となるが、風車2及び風車回転軸3が回転していることにより蓄えられた回転エネルギーを用いて発電機軸5が回転し始めるため、ゴギング現象が生じず、スムーズに発電機軸5が回転し始める。
【0042】
以上説明した実施の形態によると、複数の矩形状のリブプレート32を階段状に積層させてリブ30を形成し、複数の矩形状のリブプレート42を階段状に積層させてリブ40を形成しているため、リブ30がアウタープレート33をアウタープレート43に向けて押し、リブ40がアウタープレート43をアウタープレート33に向けて押すため、複数のツース34と複数のツース44とがかみ合い、第1回転接続部材21と第2回転接続部材22とが連結される。また、複数の矩形状のリブプレート42を積層させてリブ40を形成しているため、電動アクチュエータ23によりアウタープレート43を押圧して複数のツース34と複数のツース44とのかみ合いを外して第1回転接続部材21と第2回転接続部材22とが切り離されるときに複数のリブ40が効率よく変形する。これにより、大きな力を加えることなく複数のツース34と複数のツース44とのかみ合い外すことができる。つまり、クラッチ6を動作させるのに大きな力を必要としない。このとき、リブ40は所定の間隔をあけて設けられているため、リブ40はさらに効率よく変形する。
【0043】
また、回転数検出部62により風車回転軸3の回転数を検出し、その回転数が所定の値よりも小さく発電機4により発電できないときに、電動アクチュエータ23により作用領域43aを押圧することによってアウタープレート43を変位させて複数のツース34と複数のツース44とのかみ合いを外して、風車2を空転させて回転エネルギーを蓄えさせる。そして、風車回転軸3の回転数が所定の値に達したときに電動アクチュエータ23を作用領域43aから離してアウタープレート43の変位を元に戻し、複数のツース34と複数のツース44とをかみ合わせて第1回転接続部材21と第2回転接続部材22とを連結する。すると、蓄えられた回転エネルギーを利用して発電機軸5が回転し始めるため、発電機軸5が回転していない状態からスムーズに発電機軸5を回転させることができる。これにより、ゴギング現象が発生するのを防止することができる。また、風車回転軸3と発電機軸5とを切り離すことにより、風速が小さく発電機4により発電を行うことができない場合にも風車2を空転させることにより、空転している風車2を動的なモニュメントとして見せることができる。
【0044】
また、発電機軸5が回転している状態で当接面51aをアウタープレート43の表面に当接させたとき、発電機軸5とともにアウタープレート43がしばらく回転するが、当接面51aが回転軸52を中心として回転するので、当接面51a及びアウタープレート43に大きな負担がかかるのを防止することができる。
【0045】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。
【0046】
インナープレート31、複数のリブ30及びアウタープレート33のかわりに、図8(a)に示すような、風車回転軸3に接続される接続部70a、接続部70aよりも外側に設けられた環状の外枠70b、及び、それぞれが接続部70aから外枠70bまで外枠70aの半径方向に延び、外枠70bの円周方向に沿って所定の間隔で配置された複数のバネ部70cが一体となった板状のプレート70を用いてもよい。また、インナープレート41、複数のリブ40及びアウタープレート43のかわりに、図8(b)に示すような発電機軸5に接続される接続部80a、接続部80aよりも外側に設けられた環状の外枠80b、及び、それぞれが接続部80aから外枠80bまで外枠80aの半径方向に延び、外枠80bの円周方向に沿って所定の間隔で配置された複数のバネ部80cが一体となった板状のプレート80を用いてもよい(変形例1)。ここで、プレート70においては、接続部70aがインナープレート31、外枠70bがアウタープレート33、複数のバネ部70cが複数のリブ30にそれぞれ相当し、プレート80においては、接続部80aがインナープレート41、外枠80bがアウタープレート43、複数のバネ部80cが複数のリブ40にそれぞれ相当する。また、プレート70において外枠70bとバネ部70cとにより形成される角及び隣接するバネ部70cにより形成される角、並びに、プレート80において外枠80bとバネ部80cとにより形成される角及び隣接するバネ部80cにより形成される角は応力が集中しないように曲面状になっている。
【0047】
この場合、複数のバネ部70c及び複数のバネ部80cは断面が階段状になっていないが、バネ部70c及びバネ部80cが円周方向に沿って所定の間隔で配置されているため、風車回転軸3と発電機軸5とが連結されているときには、バネ部70cにより外枠70bが外枠80bに向かって押圧され、バネ部80cにより外枠80bが外枠70bに向かって押圧されて、風車回転軸3と発電機軸5とが確実に連結される。また、風車回転軸3と発電機軸5とを切り離す際に、外枠80bを変位させるのに大きな力を必要としない。また、バネ部材70c及びバネ部材80cの半径方向の長さは、電動アクチュエータにより押圧したときに、外枠80bがツース34(図4参照)とツース44(図5参照)とのかみ合いが外れる程度変位するような長さになっている。なお、プレート70とプレート80とは、組み付け時にはツース34とツース44とがかみ合うよう、図8(a)、(b)に示すように、バネ部70cとバネ部80cとが重ならないように配置される。
【0048】
また、本実施の形態においては、ツース34及びツース44の断面形状をそれぞれ矩形にしたが、複数のツース34と複数のツース44とが互いにかみ合うような形状であれば三角形など他の形状であってもよい(変形例2)。複数のツース34と複数のツース44の材質は、かみ合い時の衝撃を和らげるために、硬質ゴムやウレタンゴムなどの材料から構成されていることが好ましく、いずれか一方のみがこのような材料により構成されていてもよい。また、対磨耗性を持たせるために、ツース34とツース44とに硬度差を持たせてもよい。
【0049】
また、電動アクチュエータ23がアウタープレート33の下方にあり、アウタープレート33を上方に押圧することによってツース34とツース44とのかみ合いを外すように
構成されていてもよい(変形例3)。
【0050】
また、本実施の形態においては、風車が垂直軸型のものである場合について説明したが、水平軸型の風車であってもよい(変形例4)。
【0051】
[第2の実施の形態]
次に第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態に係る風力発電装置は、第1の実施の形態に係るクラッチ6を以下に説明するクラッチ106に置き換えたものである。
【0052】
クラッチ106の構造について図9、図11〜図13を用いて説明する。図9は、クラッチ106の断面図であり、(a)が後述する第1回転接続部材107と第2回転接続部材108とが切り離されている状態、(b)が第1回転接続部材107と第2回転接続部材108とが連結されている状態を示している。図11は、図9のうち、第1回転接続部材107の第1回転板111と歯117、及び、第2回転接続部材108の第2回転板112と歯118の斜視図である。図12はクラッチ106を図9の左方から見た断面図であり、(a)が図9の(a)に対応する図であり、(b)が図9の(b)に対応する図である。図13は、図9及び図12のクラッチ106の平面図であり、(a)が第1回転接続部材107、(b)が第2接続部材108及び駆動装置109を示している。なお、説明の都合上、図9では、駆動装置109の図示を省略している。図9、図11〜図13に示すように、クラッチ106は、風車回転軸3とともに回転する第1回転接続部材107、発電機軸5とともに回転する第2回転接続部材108、及び、第1回転接続部材107と第2回転接続部材108との間に設けられた駆動装置109を備えている。
【0053】
第1回転接続部材107は、図9、図11〜図13に示すように、第1回転板111と2つの歯(第1接続部材)117とを有する。第1回転板111は、略円形の板状体であり、平面視でその中心と風車回転軸3の中心とが重なり、その表面が風車回転軸3と直交するように風車回転軸3に取り付けられている。これにより第1回転板111は風車回転軸3とともに回転する。2つの歯117は、第1回転板111の下面にその中心に対して点対称になるように配置されている。そして、図9に示すように、その下面の約半分(図9の略右半分)が第1回転板111に平行な平面状に構成されており、残りの半分(図9の略左半分)が、図9において左側ほど第1回転板111に近づくように傾斜した平面状になっている。
【0054】
第2回転接続部材108は、図9、図11〜図13に示すように、第2回転板112、2つの歯(第2接続部材)118、第3回転板113、ボス114、角スプライン115及び2つのスプリング(バネ部材)116を有する。第2回転板112は、第1回転板111よりも大きい略円形の板状体であり、第1回転板111の下方に第1回転板111と平行になるように配置されている。
【0055】
2つの歯118は、第2回転板112の上面にその中心に対して点対称になるように配置されている。そして、図9に示すように、その上面の約半分(図9の略左半分)が第2回転板112に平行な平面状に構成されており、残りの半分(図9の略右半分)が、図9において右側ほど第2回転板112に近づくように傾斜した平面状になっている。そして、図9(b)に示すように、歯117と歯118の側面同士が当接することによって両者が互いにかみ合う。なお、前述の歯117及び歯118の代わりに、図10に示すように、第1回転板111の下面に、その下面の約半分(図10の略左半分)が第1回転板111に平行な平面状に構成されており、残りの半分(図10の略右半分)が図10において右側ほど第1回転板111から離れるように傾斜した平面状に構成された歯161が設けられており、第2回転板の上面に、その上面の約半分(図10の略左半分)が第2回転板112に平行な平面状に構成されており、残りの半分(図10の略右半分)が図10において右側ほど第2回転板112に近づくように傾斜した平面状に構成された歯162が設けられていてもよい。この場合には、図10(b)に示すように、歯161の下面と歯162の上面とが当接することにより両者がかみ合う。
【0056】
第3回転板113は、略円形の板状体であり、平面視でその中心と発電機軸5の中心とが重なり、その表面が発電機軸5と直交するように発電機軸5に取り付けられており、発電機軸5とともに回転する。また、第2回転板112と第3回転板113とは、互いに平行に平面視でその中心が重なるように配置されている。
【0057】
ボス114は、第2回転板112の下面に固定されている、又は、第2回転板112と一体になっている。そして、ボス114の中央部には、図12の上下方向に延びた穴114aが形成されておりその下面が開口している。穴114aの壁面は、図12、図13に示すように、平面視で円からその周方向に沿って所定の間隔毎に内側に突出した突起114bが形成された形状になっている。角スプライン115は穴114aに嵌合する柱状体であり、平面視で円から突起114bが形成されていない部分に対応して、所定の間隔ごとに突起115aが形成された形状になっている。そして、角スプライン115と穴114aとが嵌合した状態で穴114aが角スプライン115に沿って上下方向に移動することによって、ボス114及び第2回転板112が図12の上下方向に移動可能となっている。なお、ボス114と角スプライン115が本発明に係る支持部材であり、角スプライン115と穴114aとが嵌合した状態で、第3回転板113が角スプライン115及びボス114を介して第2回転板112を支持している。また、穴114aの突起114bと角スプライン115の突起115aとがかみ合うため、第2回転板112は第3回転板113とともに回転する。
【0058】
2つのスプリング116は、その両端がそれぞれ第2回転板112の下面及び第3回転板113の上面に取り付けられており、第2回転板112及び第3回転板113の中心に対して点対称になるように配置されている。2つのスプリング116は、第2回転板112を第1回転板111に向かって上方に押圧している。
【0059】
駆動装置109は、図12、図13に示すように、レバー120、固定部材121、カム130、スプリング(調整部材)122及びガイド135を有する。
【0060】
レバー120は、図11に示すように、枠部120a、突出部120b及び支持部120cを有する。枠部120aは、第1回転板111よりも外側に形成された略矩形状の枠である。突出部120bは、枠部120aの図11の左端部から左側に突出した部分であり、後述するカム130に押圧される。支持部120cは、枠部120aの図11の左右方向に平行な1組の対向辺の中点付近において枠部120aを支持しており、その下端部には、第2回転板112の上面に当接するとともに第2回転板112の径方向に平行な軸120eを中心として回転可能な回転部材120dが設けられている。また、レバー120は、図12の枠部120aの左端部付近において、固定部材121に固定軸121aを中心として揺動可能に固定されている。そして、図12(a)に示すように、その左端が下になるように位置しているときには、支持部120c(回転部材120d)により第2回転板112を押圧する。なお、回転部材120dが本発明に係る当接部に相当する。
【0061】
カム130は、図12に示すように、楕円からその一部(図12(a)の左下部分)が除かれた断面形状を有しており、回転軸130aを中心として揺動可能になっている。また、図12(a)のカム130の左下部分には平面130bが形成されており、平面130bに平行な方向がカム130を画定する楕円の長尺方向となっている。カム130は、図12(a)に示すように、平面130bを第2回転板112と直交するよう位置させた場合には、その長尺方向の端部においてレバー120の突出部120bを押圧し(第1状態)、図12(b)に示すように、平面130bを第2回転板112と平行になるように位置させた場合には、平面130bにより突出部120bを押圧する(第2状態)。
【0062】
スプリング122は、一端がレバー120の枠部120aの右端部付近の上面に取り付けられているとともに他端が外部に固定されており、レバー120が第2回転板112と平行になるように力を加えている。これにより、図12(b)に示すように、カム130が第2状態になっている場合において、レバー120を確実に第2回転板112と平行な状態に保持することができる。このとき、支持部120cが、第2回転板112に当接してレバー120を支持しているため、レバー120は確実に第2回転板112と平行な状態に保持される。ガイド135は、略矩形の板状体であり、図12の上下方向に延びた貫通状の溝135aが形成されている。そして、溝135aにおいて、レバー120の突出部120bがガイド135を貫通しており、突出部120bは溝135aに沿って移動可能となっている。
【0063】
次に、クラッチ106の動作を制御するクラッチ制御装置140について図14を用いて説明する。図14はクラッチ制御装置140のブロック図である。クラッチ制御装置140は、図14に示すように、風車回転軸3の回転数を検出する第1の実施の形態と同様の回転数検出部62と、回転数検出部62が検出した回転数に基づいてカム130の動作を制御するカム制御部(駆動装置制御手段)141とを有する。カム制御部141は、回転数検出部62が検出した回転数が所定の値よりも小さいときには、図12(a)に示すように、カム130を第1状態にし、回転数検出部62が検出した回転数が所定の値以上のときには、図12(b)に示すように、カム130を第2状態にする。
【0064】
次に、クラッチ106の動作について説明する。回転数検出部62で検出された風車回転軸3の回転数が所定の値よりも小さい場合、カム制御部141は、図12(a)に示すように、カム130を第1状態にする。これにより、カム130によって突出部120bが図9、図12の下方に押圧され、レバー120が固定軸121aを中心として揺動して突出部120b側の端部が下になるように傾斜する。すると、レバー120の回転部材120dにより第2回転板112が下方に押圧されるので、スプリング116が縮み、第2回転板112は図9の下方に移動する。このとき、穴114aは角スプライン115に沿って下方に移動する。この状態では、図9(a)、図12(a)に示すように、歯117と歯118とはかみ合わず、第1回転接続部材107と第2回転接続部材108との連結は切り離されている。したがって、風車回転軸3の回転は発電機軸5には伝わらず、発電機軸5は回転しないため、発電機4(図1参照)において発電が行われない。このとき、風車2及び風車回転軸3は空転している状態になり、風車2及び風車回転軸3にかかるトルクは小さくなっているので、風車2及び風車回転軸3は風速が小さくても回転する。これにより、風車2及び風車回転軸3には回転エネルギーが蓄えられる。また、空転している風車2を動的なモニュメントとして見せることができる。
【0065】
このような状態から、回転数検出部62において検出された風車回転軸3の回転数が所定の値以上になると、カム制御部141が図12(b)に示すようにカム130を第2状態にする。すると、突出部120bが図9、図12の上方に移動することによってレバー120は固定軸121aを中心として揺動する。そして、レバー120は突出部120bが平面130bに当接するまで揺動し、突出部120bが平面130bに当接した状態では、レバー120は第2回転板112と平行になる。このとき、平面130bが第2回転板112と平行になっているため、レバー120は確実に第2回転板112と平行になる。さらに、スプリング122がレバー120を第2回転板112と平行にするように力を加えているとともに、支持部120c(回転部材120d)が第2回転板112に当接してレバー120を支持しているため、レバー120は第2回転板112と平行な状態が確実に保持される。
【0066】
これにより、第2回転板112はスプリング116に押圧されて上方に移動し、第1回転板111に近づく。第1回転板111と第2回転板112とが近づくと、図9(b)、図12(b)に示すように、歯117及び歯118の側面同士とが当接することにより両者が互いにかみ合い、第1回転接続部材107と第2回転接続部材108とが連結される。したがって、風車回転軸3の回転は発電機軸5に伝わり、発電機軸5が回転することにより発電機4により発電が行われる。このとき、発電機軸5が回転していない状態から回転し始める際には大きなトルクが必要となるが、風車2及び風車回転軸3が空転していることにより蓄えられた回転エネルギーを用いて発電機軸5が回転し始めるため、ゴギング現象が生じず、スムーズに発電機軸5が回転し始める。また、第2回転板112の上面には、回転部材120dが当接しているが、第2回転板112の回転とともに回転部材120dも回転するため、第2回転板112の回転が回転部材120dによって阻害されない。
【0067】
以上に説明した第2の実施の形態によると、レバー120が第2回転板112と平行になっているときには、スプリング116により第2回転板112が第1回転板111に向かって押圧され、歯117と歯118とがかみ合い、レバー120が第2回転板112を押圧している場合には、スプリング116が縮むことによって第2回転板112が第1回転板111から離れるため、歯117と歯118とのかみ合いを容易に外すことができる。つまり、クラッチ106を動作させるのに大きな力を必要としない。
【0068】
また、レバー120においては、枠部120aが第1回転板111よりも外側の部分に形成されているため、枠部120aが第1回転板に当たってしまうのを防止することができる。さらに、突出部120bが設けられているため、カム130により突出部120bを押圧することによりレバー120を容易に動作させることができる。
【0069】
また、カム130の平面130bが第2状態において第2回転板112と平行になるため、平面130bに突出部120bが当接することによってレバー120を確実に第2回転板112と平行にすることができる。
【0070】
また、スプリング122が設けられ、レバー120にはスプリング122により第2回転板112と平行になるように力が加えられているので、カム130が第2状態になっている場合において、レバー120を確実に第2回転板112と平行な状態に保持することができる。さらに、レバー120に支持部120cが設けられており、カム130が第2状態のときに、支持部120cが第2回転板112に当接してレバー120を支持しているため、レバー120は確実に第2回転板112と平行な状態に保持される。加えて、第2回転板112の回転とともに第2回転板112の上面に当接した回転部材120dが回転するため、第2回転板112の回転が阻害されない。
【0071】
また、第2回転板112は、ボス114及び角スプライン115を介して第3回転板113により支持されているので、第2回転板112を確実に支持することができる。
【0072】
また、回転数検出部62により風車回転軸3の回転数を検出し、その回転数が所定の値よりも小さく発電機4により発電できないときに、カム130を第1状態にし、レバー120で第2回転板112を下方に押圧することによって歯117と歯118とのかみ合いを外して、風車2を空転させて回転エネルギーを蓄えさせる。そして、風車回転軸3の回転数が所定の値に達したときにカムを第2状態にし、レバー120を第2回転板112と平行にすることにより歯117と歯118とをかみ合わせて第1回転接続部材107と第2回転接続部材108とを連結する。すると、蓄えられた回転エネルギーを利用して発電機軸5が回転し始めるため、発電機軸5が回転していない状態からスムーズに発電機軸5を回転させることができる。これにより、ゴギング現象が発生するのを防止することができる。また、風車回転軸3と発電機軸5とを切り離すことにより、風速が小さく発電機4により発電を行うことができない場合にも風車2を空転させることにより、空転している風車2を動的なモニュメントとして見せることができる。
【0073】
次に、第2の実施の形態に変更を加えた変形例について説明する。
【0074】
図15に示すように、レバー120に支持部120cが設けられていなくてもよい。(変形例5)。この場合には、図15(a)に示すように、カム130が第1状態になったときには、図15(a)の枠部120aの左端部付近において第2回転板112を押圧し(この部分が本発明に係る押圧部に相当する)、図15(b)に示すように、カム130が第2状態になったときに、レバー120と第2回転板112とは離れ、レバー120は、固定軸121a及びスプリング122により第2回転板112と平行に保持される。
【0075】
図16に示すように、レバー120が枠部120aの図16の略中央部分において固定部材152に軸153を中心として揺動可能に固定されていてもよい(変形例6)。この場合には、一端が枠部120aの図16の右端部付近に取り付けられ、他端が外部に固定されたスプリング151が設けられている。そして、スプリング122、151により、図16(b)に示すように、カムが第2状態となっているときに、レバー120が第2回転板112と平行になるようにレバー120に力を加えている。
【0076】
また、レバー120は、枠部120aの全体が第2回転板112の上方に配置されていることには限られず、例えば、枠部の突出部120b側の端部付近のみが平面視で第2回転板112と重なるように配置されており、枠部120aの他の部分は平面視で第2回転板112と重ならない位置にあるなど、カム130を第1状態にしたときにレバー120が第2回転板112を下方に押圧し、カム130を第2状態にしたときにレバー120が第2回転板112と平行になるような構成であればよい。
【0077】
また、第2の実施の形態では、固定部材121を用いて、レバー120を固定軸121aを中心として揺動可能としたが、固定部材121の代わりに、ヒンジなどを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0078】
【図1】本発明における実施の形態に係る風力発電装置の正断面図である。
【図2】図1のクラッチ部分の拡大断面図である。
【図3】図2のIIIから見たときのツース及びアウタープレートを表す側面図である。
【図4】図2の第1回転接続部材の平面図である。
【図5】図2の第2回転接続部材の平面図である。
【図6】図2のクラッチの動作を制御するクラッチ制御装置のブロック図である。
【図7】図2の電動アクチュエータによりアウタープレートを押圧したときの状態を表す断面図である。
【図8】(a)は変形例1の風車回転軸に接続されるプレートの平面図であり、(b)は変形例1の発電機軸に接続されるプレートの平面図である。
【図9】第2の実施の形態に係るクラッチの断面図であり、(a)は第1回転接続部材と第2回転接続部材とが切り離されている状態、(b)は第1回転接続部材と第2回転接続部材とが連結されている状態である。
【図10】図9の歯を別の形状のものに置き換えた場合の図である。
【図11】図9の第1回転接続部材の第1回転板と歯、及び、第2回転接続部材の第2回転板と歯の斜視図である。
【図12】図9のクラッチを別の角度から見たときの断面図であり、(a)が図9(a)に対応する図であり、(b)が図9(b)に対応する図である。
【図13】図9のクラッチ平面図であり、(a)が第1回転接続部材の平面図、(b)が第2回転接続部材の平面図である。
【図14】図9のクラッチの動作を制御するクラッチ制御装置のブロック図である。
【図15】変形例5の図11相当の断面図である。
【図16】変形例6の図11相当の断面図である。
【符号の説明】
【0079】
2 風車
3 風車回転軸
4 発電機
5 発電機軸
21 第1回転接続部材
22 第2回転接続部材
23 電動アクチュエータ
30 リブ
31 インナープレート
33 アウタープレート
34 ツース
40 リブ
41 インナープレート
43 アウタープレート
62 回転数検出部
63 アクチュエータ制御部
70 プレート
80 プレート
106 クラッチ
107 第1回転接続部材
108 第2回転接続部材
109 駆動装置
111 第1回転板
112 第2回転板
113 第3回転板
114 ボス
115 角スプライン
116 スプリング
117、118 歯
120 レバー
120a 枠部
120b 突出部
121 固定部材
122 スプリング
130 カム
130b 平面
141 カム制御部
161、162 歯
【出願人】 【識別番号】000002059
【氏名又は名称】神鋼電機株式会社
【出願日】 平成18年1月5日(2006.1.5)
【代理人】 【識別番号】100089196
【弁理士】
【氏名又は名称】梶 良之

【識別番号】100104226
【弁理士】
【氏名又は名称】須原 誠


【公開番号】 特開2007−64200(P2007−64200A)
【公開日】 平成19年3月15日(2007.3.15)
【出願番号】 特願2006−320(P2006−320)