JP2009047031A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化することなく効率のよい回転動力が得られる発電部とする。
【解決手段】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及びダリウスロータ１５の組合せからなる風車部３と、前記本体ケース９内に配置されたステータ４１と前記回転シャフト１１と一緒に回転するロータ４３とからなる発電部５とを備えた構成とし、前記ステータ４１を、回転シャフト１１の下位で、回転シャフト軸心線上Ｘの本体ケース９内に固定支持する一方、前記ロータ４３を、前記ステータ４１を取囲むようにリング状に配置し回転シャフト１１の下部に一体に取付けた構造とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、風を受けて回転する風車部とロータ及びステータとからなる発電部とを備えた風力発電装置に関する。

一般に風力発電は、風を受けて回転する風車部と風車部からの回転動力によって発電する発電部とを有している。

発電部は、発電ケース内にロータ軸が回転自在に支持され、回転自在に支持されたロータ軸にはロータが一体に設けられている。ロータの外周には取囲むようにステータが配置され発電ケース内壁に沿って支持された独立したユニット構造に作られている。

発電ケースは、風車部の回転シャフトを回転自在に支持する本体ケース内に回転シャフトと一緒に並列配置され、発電ケースからは下方へ向かってロータ軸が延長突出している。

下方へ延長突出したロータ軸と回転シャフトは各ギヤの組合せからなるギヤ伝導機構を介して伝導連結しており、風車部からの回転動力が回転シャフト→ギヤ伝導機構→ロータ軸に伝達される手段となっている。

風力発電装置の発電部は、風車部と一緒に支持塔によって支持される所から小型で軽いことが望ましいが、発電部となる本体ケースは、風車部の回転シャフトと一緒に独立して作られた発電ケースが並列配置される点に加えて、しかも、発電ケースのロータ軸に回転シャフトの回転動力を伝達するギヤ伝導機構を必要とするため大型化する問題をかかえる。また、ギヤ伝導機構は伝導ロスにつながると共に組付け面、コストの面において望ましくない。

そこで、本発明においては大型化することなく効率のよい回転動力が得られる発電部を備えた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、前記ステータは、前記回転シャフトの下位で、回転シャフト軸心線上の本体ケース内に固定支持される一方、前記ロータは、前記ステータを取囲むようにリング状に配置され前記回転シャフトの下部に一体に取付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、回転シャフトの軸心線上の下位にステータが配置される一方、ステータを取囲むロータが回転シャフトに直接取付けられているため本体ケース全体の小型化を図ることができる。また、ギヤ伝導機構の省略によって軽量化が図れると共に、伝達ロスのない効率のよい伝達を確保できる。この結果、ステータの外側をロータが回転するアウターロータと相俟って定格出力を低い回転数で達成できるメリットが得られる。

本発明を実施するにあたって前記ロータにはロータと一緒に水平に回転するブレーキ装置のブレーキディスクを装着することで、ロータをブレーキディスク取付け手段として使用できるようにすることが望ましい。

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。

サボニウスロータ１３は図２、図３に示す如く円筒状の筒を軸方向に沿って半分に割った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の間に配置固定され、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の間に配置固定されると共に、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。

ダリウスロータ１５は、図２、図６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は図４に示す如く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。

この場合、ダリウスロータ１５の数は必ずしも３本でなくてもよく、少なくとも２つ以上あればよい。

取付け部材２５は、図４、図５に示す如く位置決めピン２６によって一決めされた回転シャフト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。

一方、発電部５は図１に示す如く本体ケース９内に固定支持されたステータ４１と前記回転シャフト１１と一緒に回転するロータ４３とからなり、本体ケース９が発電ケースを構成している。

回転シャフト１１は、前記本体ケース９内に固定支持された上下に長い支持筒４５内にベアリング等の上下の軸受４７、４８によって回転自在に支持されている。支持筒４５の上位側軸受４７は回転シャフト１１を回転自在に支持する外に、前記ダリウスロータ１５の取付け部材２５を取付けるフランジ部２７を回転自在に支持する支持手段を兼ねる構造となっている。

ステータ４１は、前記回転シャフト１１の軸心線Ｘ上の下位で、ステータ軸４９に固着されている。ステータ軸４９は下端部が前記本体ケース９に固定された台座５１に一体に取付けられている。ステータ軸４９の上端部は前記回転シャフト１１の下部空間内でベアリング等の軸受５３によって支持されている。

これにより、回転シャフト１１は固定されたステータ軸４９に何等影響されることなく回転が可能となっている。

一方、ロータ４３は、前記ステータ４１を取囲むようにリング状に配置され、前記回転シャフト１１の下部に一体に取付けられ、回転シャフト１１と一緒の回転が可能となるアウタロータタイプとなっている。

ロータ４３には水平に回転するブレーキ装置５５のブレーキディスク５７が一体に取付けられ、ロータ４３はブレーキディスク５７の取付け手段を兼ねた構造となっている。

ブレーキ装置５５は、支持ブラケット５９によって本体ケース９内に支持されると共に前記ブレーキディスク５７とそのブレーキディスク５７に対して上下から強く接触し摺動抵抗を与える上下一対のブレーキパッド(図示していない）とからなっている。ブレーキパッドは手動操作ワイヤ６１を操作することで油圧作動機構（図示していない）が働きブレーキディスク５７に対して上下からブレーキパッドが強く接触し合うことで回転シャフト１１及び風車部３に制動作用が働くようになっている。

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、回転シャフト１１の回転動力が直接ロータ４３に伝達されるため伝達ロスのない効率のよい伝達が得られる。同時に、ロータ４３はステータ４１の外側を回転するアウターロータと相俟って定格出力を低い回転数で達成できるメリットが得られる。

一方、回転シャフト１１の軸心線Ｘ上の下位にステータ４１が、そのステータ４１を取囲むロータ４３が回転シャフト１１に直接取付けられた構造によって本体ケース全体の小型化と、ギヤ伝導機構の省略による軽量化がそれぞれ図れるようになる。

本発明にかかる風力発電装置の発電部を示した概要断面図。 本発明にかかる風力発電装置を示した概要正面図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 図２のＢ方向からみた一部分の概要平面図。 図２のＤ部の拡大断面図。 図２のＡ−Ａからみた断面概要斜視図。

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
４１ ステータ
４３ ロータ
Ｘ 回転シャフト軸心線

Claims (2)

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、
   前記ステータは、前記回転シャフトの下位で、回転シャフト軸心線上の本体ケース内に固定支持される一方、前記ロータは、前記ステータを取囲むようにリング状に配置され前記回転シャフトの下部に一体に取付けられていることを特徴とする風力発電装置。
2. 前記ロータには、ロータと一緒に水平に回転するブレーキ装置のブレーキディスクが装着れさていることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。

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