JP2009047030A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サボニウスロータの一箇所に集中する金属疲労をなくし、取付け部分の耐久性の向上を図る。
【解決手段】発電部５及び風車部３を備え、前記風車部３を、本体ケース９によって回転自在に支持された垂直な回転シャフト１１に設けられたサボニウスロータ１３とダリウスロータ１５とで構成する。前記風車部３のサボニウスロータ１３を、前記回転シャフト１１に固着された上下一対の水平な取付け板１７によって上下両端が固定支持され１８０度向きが異なる風受け口１９ａを有する上段サボニウスブレード１９と、前記上段サボニウスブレード１９の下位に所定の隙間ｄをあけて配置されると共に前記回転シャフト１１に固着された上下一対の水平な取付け板２１によって上下両端が固定支持され１８０度向きが異なる風受け口２３ａを有する下段サボニウスブレード２３とで構成し、隙間ｄによって集中荷重の起きない独立した取付け構造とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダリウスロータとサボニウスロータの組合せによって風車部を構成する風力発電装置に関する。

一般に風力発電は、風を利用して風車を回転させ発電に必要な回転動力を確保している。

風車はプロペラタイプの外に、垂直な回転シャフトに取付けられたサボニウスロータ及びダリウスロータの組合せからなるタイプが知られている。

風車部を構成する一方のダリウスロータは、上下に長い断面が中空の翼状の形状で垂直な回転シャフトに対して外側へ張り出すように円弧状に屈曲され、上下両端は回転シャフトにそれぞれ取付けられた構造となっている。

他方のサボニウスロータは、筒を半分に割った断面半円弧状の形状に作られた上下に長いサボニウスブレードの上下両端が前記回転シャフトに固着された水平な取付け板によって固定支持された構造となっている。

上下に長いサボニウスブレードは、上段サボニウスブレードと下段サボニウスブレードの組合せによって発電能力に見合うサイズの長さが確保されている。

上段サボニウスブレードは、回転シャフトの上部、中間部、下部に配置固着された上部と中間部の水平な取付け板によって、下段サボニウスブレードは中間部と下部の水平な取付け板によってブレードの上下両端がそれぞれ固定支持されている。

風車部を構成するサボニウスロータの上段サボニウスブレードと下段サボニウスブレードは、上部、中間部、下部に配置された三点の水平な取付け板によって上下両端がそれぞれ固定支持される。

サボニウスロータは、風を受けて回転するようになるが、ブレードを支持する上部、中間部、下部の三点の内、中間部の取付け板の金属疲労が一番早く起きる問題があった。

特に、金属疲労は、取付け部分の寿命を短くする一方、取付け部の破損につながると共に振動騒音の要因ともなる。

中間部の取付け板が一番早く金属疲労を起こす理由として、
例えば、中間部の取付け板には上段サボニウスブレードのブレード下端が、下段サボニウスブレードのブレード上端がそれぞれ一緒に取付けられる取付け手段を兼ねる構造になっている点、
また、風を受けて回転する時に上段及び下段サボニウスブレードの全長は大型のものになるとメートル単位の長さとなるため、捩れが発生し易く、繰り返し発生する捩れが上部、下部の取付け板より多く集中するためと考えられる。

この場合、金属疲労からくる劣化を阻止し耐久性の向上を図るには取付け部を含めて各ブレードを肉厚にする等の対応策が考えられるが、風車部の重量増につながる新たな問題をかかえると共にコストの面でも望ましくない。

そこで、本発明にあってはサボニウスロータの一箇所に集中する金属疲労をなくし長期間にわたり安定した風車部が得られる風力発電装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明にあっては、本体ケースによって回転自在に支持された垂直な回転シャフトと、その回転シャフトに設けられたサボニウスロータ及びダリウスロータの組合せからなる風車部と、前記本体ケース内に配置固定されたステータと前記回転シャフトと一緒に回転するロータとからなる発電部とを備え、前記風車部のサボニウスロータは、少なくとも前記回転シャフトに固着された上下一対の水平な取付け板と取付け板とによって上下両端が固定支持され１８０度向きが異なる風受け口を有する上段サボニウスブレードと、前記上段サボニウスブレードの下位に所定の隙間をあけて配置されると共に前記回転シャフトに固着された上下一対の水平な取付け板と取付け板とによって上下両端が固定支持され１８０度向きが異なる風受け口を有する下段サボニウスブレードとで構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、上段サボニウスブレードを上下一対の水平な取付け板によって、下段サボニウスブレードを上下一対の水平な取付け板によってそれぞれ隙間を有して独立して取付けることができるため、風を受ける上下に長いサボニウスロータとしての機能を確保しながら捩れが一箇所に集中する部位をなくすことができる。この結果、各取付け板全体の耐久性が向上すると共に金属疲労からくる振動騒音の低減が図れる。

以下、図１乃至図６の図面を参照しながら本発明の実施形態について具体的に説明する。

図１は本発明に係る風力発電装置の概要説明図を示している。風力発電装置１は、風を受けることで回転する風車部３と風車部３からの回転動力によって発電する発電部５とを有し、支持塔７（下半分は省略）によって地表面から所定の高さの位置に設置されるようになっている。

風車部３は本体ケース９に回転自在に支持された垂直な回転シャフト１１にサボニウスロータ１３及びダリウスロータ１５が設けられた組合せ構造となっている。

ダリウスロータ１５は、図１、図３に示す如く前記回転シャフト１１を弦と仮定した時に弧となるよう上下に長い断面中空の翼状の形状で円弧状に屈曲している。

円弧状のダリウスロータ１５は１２０度の間隔で３個所に配置されると共に、上下両端は取付け部材２５を介して前記回転シャフト１１に取付けられている。

ダリウスロータ１５を１２０度の間隔で３個所に配置するにあたって正確に１２０度の位置に取付けられることが望ましい。これは、配置角度にずれ、狂いが起きると回転時に振動騒音となって現れるため、本実施形態では取付け部材２５を一対の位置決めピン２６によって正確な１２０度の位置に位置決めできるようになっている。

取付け部材２５は、図３、図４に示す如く前記位置決めピン２６によって１２０度の位置に正確に位置決めした状態で回転シャフト１１のフランジ部２７にボルト２９、ナット３１によって取付ける取付け部３３と断面中空の翼状の形状に作られた保持筒部３５とからなり、取付け部３３と保持筒部３５とは溶接により一体に固着された構造となっている。

保持筒部３５には前記ダリウスロータ１５の端末部が挿入され、その挿入代領域は多数のリベット３７によりリベット止めされた固着手段となっている。

サボニウスロータ１３は、円筒状の筒を軸方向に沿って半分に割った断面半円弧状の形状に形成された一対の上段サボニウスブレード１９と一対の下段サボニウスブレード２３とで構成されている。

上段サボニウスブレード１９は、前記回転シャフト１１に固定支持された上下一対の上位側水平板１７と水平板１７の間に配置されると共に上下両端がそれぞれ固定され、図２に示すように風受け口１９ａが１８０度向きが異なる方向に設けられた形状となっている。

下段サボニウスブレード２３は、前記上段サボニウスブレード１９に対して９０度ずれた下位に所定の隙間ｄ（図１参照）を有して配置され、前記回転シャフト１１に固定支持された上下一対の下位側水平板２１と水平板２１の間に配置されると共に上下両端がそれぞれ固定され、図２の如く風受け口２３ａが１８０度向きが異なる方向に設けられた形状となっている。

したがって、いずれの方向からの風に対して各風受け口１９ａ，２３ａには風があたり回転動力が得られるようになっている。

上段サボニウスブレード１９と下段サボニウスブレード２３の隙間ｄは、上段サボニウスブレード１９と下段サボニウスブレード２３を切り離すことで一部分の取付け板に負荷が集中するのを阻止するためで、発電部５の定格出力によっても異なるが９ｍｍ〜１２ｍｍの範囲内であることが望ましい。

一方、発電部５は本体ケース９内に固定支持されたステータ４５と前記回転シャフト１１と一緒に回転するロータ４７とからなり、ステータ４５及びロータ４７は、径及びロータ４５の回転数に比例して大きい発電能力が得られるようになっている。

なお、図６において５１は制動装置を示している。

このように構成された風力発電装置１によれば、風がサボニウスロータ１３にあたると回転シャフト１１が回転し始め、その回転でダリウスロータ１５が働き、回転シャフト１１は本格稼動の回転に入る。

回転シャフト１１の回転動力は発電部５に伝達され回転数に対応した発電が確保される。

この発電時において、上段サボニウスブレード１９は上下一対の水平な取付け板１７によって、下段サボニウスブレード２３は上下一対の水平な取付け板２１によってそれぞれ独立して取付けられているため捩れが集中して作用する部分がなくなる結果、肉厚等にする強度アップを図るような事をしなくても取付け部全体の耐久性が向上する。また、金属疲労からくる騒音を低減できる。

本発明にかかる風力発電装置を示した概要正面図。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図。 図１のＢ方向からみた一部分の概要平面図。 図１Ｃ部の拡大断面図。 図１のＡ−Ａからみた断面概要斜視図。 発電部を示した概要説明図。

符号の説明

１ 風力発電装置
３ 風車部
５ 発電部
９ 本体ケース
１１ 回転シャフト
１３ サボニウスロータ
１５ ダリウスロータ
１７，２１ 取付け板
１９ 上段サボニウスブレード
１９ａ，２３ａ 風受け口
２３ 下段サボニウスブレード
ｄ 隙間

Claims (1)

1. 本体ケースによって回転自在に支持された垂直な回転シャフトと、その回転シャフトに設けられたサボニウスロータ及びダリウスロータの組合せからなる風車部と、前記本体ケース内に配置固定されたステータと前記回転シャフトと一緒に回転するロータとからなる発電部とを備え、
   前記風車部のサボニウスロータは、少なくとも前記回転シャフトに固着された上下一対の水平な取付け板と取付け板とによって上下両端が固定支持され１８０度向きが異なる風受け口を有する上段サボニウスブレードと、前記上段サボニウスブレードの下位に所定の隙間をあけて配置されると共に前記回転シャフトに固着された上下一対の水平な取付け板と取付け板とによって上下両端が固定支持され１８０度向きが異なる風受け口を有する下段サボニウスブレードとで構成されていることを特徴とする風力発電装置。

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