JPH04237877A

JPH04237877A - 揚力体を用いた風力発電装置

Info

Publication number: JPH04237877A
Application number: JP3004197A
Authority: JP
Inventors: Junichi Miyashita; 純一宮下
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-01-18
Filing date: 1991-01-18
Publication date: 1992-08-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】　　本発明は、風力発電装置に関
する。特に本発明は、これに限定されるものではないが
、３０００ｍないし１００００ｍという高空の風力を利
用して発電を行うことができる風力発電装置に関する。

【０００２】

【従来技術】　　自然エネルギを利用する発電装置は、
従来種々の形式のものが提案されているが、これら従来
の装置のほとんどは、地表近傍の風力を利用する方式で
ある。しかし、この地表の風力を利用する方式は、風力
が弱いために発電能力が劣り、小規模の発電しか行えな
い、という問題がある。また、地表では風の方向が安定
しないため、風の方向変化に対応する手段の開発が必要
になる。たとえば３０００ｍないし１００００ｍの高空
では、いわゆるジェットストリームと呼ばれる偏西風が
存在するので、この偏西風による発電が可能になれば、
大風速で方向の安定した風のエネルギを利用できること
になる。

【０００３】従来、高空の風力を利用する発電装置とし
て、幾つかの形式のものが提案されている。その一つは
、固定翼を備えた浮揚体を地表に係留し、この浮揚体に
風車を装備する形式である。また、他の形式として、地
表に係留した飛行船に風車を装備するものがある。これ
らの形式の発電装置は、浮揚体の性質上、強風のもとで
は吹き流されて高度を失う、という問題があり、高度を
確保するためにヘリウム等のガスを用いる場合には、大
量の浮揚ガスを必要とするため、その補給および価格が
問題になる。さらに他の形式として、ラム空気により膨
らまされて翼型形状をとる、いわゆるパラグライダーと
呼ばれる揚力体に風車を懸垂させ、この揚力体を地表に
係留するようにした装置もある。このパラグライダー方
式の揚力体は揚力制御が可能であるため、風の状況に応
じて揚力制御を適切に行うことにより高度を確保するこ
とが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】　　高空の風力を利用
することを意図した従来の装置は、いずれも高空で風力
を回転動力に変換して発電を行うものであり、得られた
電力をケーブルに通して地上に送ることが必要になる。したがって、ケーブルの絶縁が必要になり、ケーブル自
体の重量が増加して、高空に浮揚させることが実用上困
難になる。また、送電損失も生じる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】　　上記問題を解決する
ため、本発明においては、揚力の制御が可能な揚力体を
複数組使用する。これら、複数組の揚力体は、連結ケー
ブル手段の両端部にそれぞれ連結され、該連結ケーブル
手段は、中間部が地表面近傍においてケーブル案内手段
により案内される。さらに、これら複数組の揚力体は、
交互に上下動するように、制御手段により揚力制御され
る。そして、複数組の揚力体の交互の上下動によりケー
ブル案内手段の近傍において連結ケーブル手段に生じる
往復動を取り出して発電を行う発電手段が設けられる。

【０００６】本発明の一態様においては、上述した連結
ケーブル手段が、揚力体を地表に係留するように働く。本発明の他の態様においては、連結ケーブル手段とは別
に係留用ケーブル手段が設けられる。

【０００７】

【作用】　　本発明の上記した構成によれば、制御手段
が各組の揚力体の揚力を適宜制御する。したがって、揚
力体を高空に浮揚させることが可能である。さらに、こ
の揚力の制御は、各組の揚力体が交互に上下動をするよ
うに行われる。したがって、各組の揚力体を連結する連
結ケーブル手段は、ケーブル案内手段のところで往復動
を行う。発電手段は連結ケーブル手段の往復動を回転動
力等に変換して発電を行う。

【０００８】

【実施例】　　以下、本発明の実施例を図について説明
する。先ず図１を参照すると、この図に示された風力発
電装置は、各組２個ずつで構成される２組のパラグライ
ダー形式の揚力体１ａ、１ｂを有する。各組の揚力体１
ａ、１ｂは、それぞれ連結ケーブル２の各端部に結合さ
れており、これら揚力体１ａ、１ｂは連結ケーブル２を
介して互いに連結される。連結ケーブル２の中間部は、
地表において案内滑車３によりほぼ水平方向に案内され
ている。地表面には発電装置５が配置される。この発電
装置５は、軸４ａの先端に取り付けられた駆動滑車４を
備えており、この駆動滑車４は２個の案内滑車３の間に
あって、該駆動滑車４にケーブル２が巻き付けられてい
る。

【０００９】図２に揚力体１の詳細を示す。揚力体１は
、細長い小室８を横方向に多数並べて連結した構成を有
する。この揚力体１は、軟性プラスチックシートのよう
な柔軟な材料により構成され、各小室８の前縁部には、
図３に示すように空気取り入れ口８ａが形成されている
。したがって、図３に矢印で示す方向の風を受けたとき
、各小室８はラム空気の作用で膨らまされる。図３に示
すように、各小室８は膨らまされた状態で翼型を形成す
る。したがって、揚力体１は、各小室８により形成され
る翼型のまわりを流れる空気流により揚力を発生する。

【００１０】図２および図３に示すように、揚力体１の
前縁部は、前方懸垂ケーブル９により制御装置を内蔵す
る制御箱１２に連結される。揚力体１の前後方向中間部
は、後方懸垂ケーブル１０により制御箱１２に連結され
る。揚力体１の後縁部の左右端は、左右操縦ケーブル１
１ａ、１１ｂにより制御箱１２に連結される。本実施例
では、前方懸垂ケーブル９と後方懸垂ケーブル１０とは
、それぞれ制御リール１３に巻かれており、該制御リー
ル１３が図３で左方向に回転したとき、前方懸垂ケーブ
ル９の長さが減少し、後方懸垂ケーブル１０の長さが増
加する。制御リール１３が逆方向に回転すると、前方懸
垂ケーブル９の長さが増加し、後方懸垂ケーブル１０の
長さが減少する。この制御リール１３の操作により揚力
体１の迎え角を制御することができる。また、図２およ
び図３には示していないが、制御箱１２内には制御ケー
ブル１１ａ、１１ｂを巻き込むように該制御ケーブル１
１ａ、１１ｂに連結された巻き込みリールが設けられ、
この巻き込みリールを個別に制御することにより、制御
ケーブル１１ａ、１１ｂの長さを調節することができる
。制御ケーブル１１ａ、１１ｂの長さを同時に変化させ
ることにより、揚力体１の迎え角を変化させ、個別に変
化させることにより、横揺れや方向の制御を行うことが
できる。

【００１１】図には示していないが、制御リール１３お
よび巻き込みリールには、これらリールを動力駆動する
ためのモーターが組み合わされており、これらのモータ
ーは遠隔制御される。制御箱１２には、この遠隔制御の
ための制御信号を受信するアンテナ１４が設けられる。本実施例では、モーター駆動のための電力は連結ケーブ
ル２を介して供給される。このために、地表には、電力
供給装置６が設けられる。また、制御箱１２に制御信号
を送るために、地上局として、送信器７が設けられる。

【００１２】この実施例は、揚力体１を３０００ｍない
し１００００ｍの高空に浮揚させて偏西風のエネルギを
取り出すことを意図したものである。しかし、地表での
風速が弱いときには、ケーブルの重量のために揚力体１
を高空まで浮揚させることができなくなる恐れがある。したがって、揚力体１を確実に高空に浮揚させることが
できるようにするために、揚力体１の気室８内には、図
３に示すようにヘリウム気嚢１５を設ける。

【００１３】再び図１を参照すると、２組の揚力体１ａ
、１ｂは高空に浮揚させられ、送信器７からの信号によ
りケーブル９、１０、１１ａ、１１ｂの長さを制御して
、揚力を調整される。図３の状態では、揚力体１ａが高
い高度たとえば７０００ｍに浮揚し、揚力体１ｂが低い
高度たとえば５０００ｍに浮揚している。この状態から
、揚力体１ａの揚力が減少するようにケーブル長の調整
を行い、揚力体１ｂの揚力が増加するようにケーブル長
の調整を行うことにより、揚力体１ａが高度を低下させ
、揚力体１ｂが高度を増加するように移動する。その結
果、連結ケーブル２は図１に矢印で示す方向に移動し、
駆動滑車４が矢印の方向に回転する。揚力体１ａ、１ｂ
の移動の結果、揚力体１ａが低い限界高度たとえば５０
００ｍに達し、揚力体１ｂが高い限界高度に達したとき
、ケーブル長の調整を逆方向に行い、揚力体１ａの揚力
を増加させ、揚力体１ｂの揚力を減少させる。その結果
、揚力体１ａが高度を増加させ、揚力体１ｂが高度を減
少するように移動して、連結ケーブル２は図１の矢印と
反対の方向に移動し、駆動滑車４が矢印と反対の方向に
回転する。このように、連結ケーブル２は、案内滑車３
の間において周期的に往復運動を行う。

【００１４】発電装置５は、連結ケーブル２のこの往復
運動を取り出して発電を行う。図４にこの発電装置５の
構造の一例を示す。軸４ａの端は入力歯車５ａが設けら
れ、この入力歯車５ａに、中間軸５ｂの一端に設けた歯
車５ｃが噛み合っている。中間軸５ｂには一方向クラッ
チ５ｄが設けられ、かつ他端には中間駆動歯車５ｅが設
けられている。この中間駆動歯車５ｅは、発電機５ｆの
駆動歯車ｇに噛み合っている。また、入力歯車５ａは、
中間歯車５ｈを介して、第２の中間軸５ｉの一端に設け
た歯車５ｊに噛み合っている。中間軸５ｉは、一方向ク
ラッチ５ｋを有し、かつ他端に発電機５ｆの駆動歯車５
ｇに噛み合う歯車５ｍを備えている。軸４ｆが図４に矢
印で示す方向に回転すると、中間軸５ｂが駆動され、そ
の回転が歯車５ｅ、５ｇを介して発電機５ｆに伝達され
、該発電機５ｆを駆動する。このとき、第２の中間軸５
ｉの一方向クラッチ５ｋは空転する。軸５ａが反対方向
に回転するときは、動力は第２の中間軸５ｉを介して発
電機５ｆに伝達される。このときは、第１の中間軸５ｂ
の一方向クラッチ５ｄは空転する。このようにして連結
ケーブル２の往復運動により発電機５ｆの駆動がなされ
る。

【００１５】図５に本発明の他の実施例を示す。この実
施例では、２組の揚力体１ａ、１ｂは前実施例における
と同様に連結ケーブル２により連結される。連結ケーブ
ル２は、地表に設けた一対の案内滑車３によりほぼ水平
方向に安定され、案内滑車３の間で連結ケーブル２の往
復運動を取り出して発電を行う発電装置５が、前実施例
におけると同様に設けられる。本実施例は、この連結ケ
ーブル２とは別に、係留用ケーブル１６が、それぞれの
組の揚力体１ａ、１ｂに対して設けられる。係留用ケー
ブル１６は、一端がそれぞれの組の揚力体１ａ、１ｂに
取り付けられ、他端が地上に係留される。本実施例では
、各係留用ケーブル１６は巻き取りリール１７を介して
地上に係留される。したがって、揚力体の浮揚高度を大
幅に変更する場合には、この巻き取りリール１７を駆動
して、係留用ケーブル１６の巻き取りまたは巻き戻しを
行えばよい。

【００１６】この実施例の構成は、風向きの変化に対す
る順応性が先の実施例におけるより劣るが、方向の安定
した風に対しては、発電効率が前実施例におけるよりも
倍増する、という利点を備える。なお、前実施例では、
揚力体の制御のためのリール駆動を行う電力は、連結ケ
ーブル２を介して供給したが、本実施例でも同様な供給
方法を用いることができるのは勿論、係留用ケーブル１
６を介して電力の供給を行ってもよい。さらに、いずれ
の実施例においても、揚力体１に制御用電力を発電する
ための小さな風車発電機を備えてもよい。

【００１７】

【効果】　　本発明においては、複数組の揚力制御可能
な揚力体を連結ケーブル手段により連結し、各組の揚力
体が交互に上下動を行うように制御手段により揚力体の
揚力を制御するようにしたので、高空の風力を利用して
地表での発電を行うことが可能になる。また、連結ケー
ブル手段の他に係留用ケーブル手段を設けることにより
、発電の効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例を示す風力発電装置の斜
視図。

【図２】　　図１の実施例に使用される揚力体の一例を
示す斜視図。

【図３】　　図２に示す揚力体の断面図。

【図４】　　発電装置の内部構造の一例を示す断面図。

【図５】　　本発明の他の実施例を示す風力発電装置の
斜視図。

【符号の説明】

１　　揚力体２　　連結ケーブル３　　案内滑車４　　駆動滑車５　　発電装置１２　　制御箱

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　揚力の制御が可能な複数組の揚力体と
、前記複数組の揚力体に両端部のそれぞれが連結された
連結ケーブル手段と、前記連結ケーブル手段の中間部を
地表面近傍において案内するケーブル案内手段と、前記
複数組の揚力体が交互に上下動するように該揚力体の揚
力の制御を行う制御手段と、前記複数組の揚力体の交互
の上下動により前記ケーブル案内手段の近傍において前
記連結ケーブル手段に生じる往復動を取り出して発電を
行う発電手段とからなることを特徴とする揚力体を用い
た風力発電装置。
【請求項２】　　請求項１に記載した風力発電装置にお
いて、前記複数組の揚力体の各々を地上に係留する係留
用ケーブル手段が前記連結ケーブル手段とは別に設けら
れたことを特徴とする風力発電装置。