WO2007108075A1

WO2007108075A1 - 風力発電装置

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Publication number: WO2007108075A1
Application number: PCT/JP2006/305427
Authority: WO
Inventors: Reishiro Sakashita
Original assignee: WIN SAKANE KK
Current assignee: WIN SAKANE KK
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2008-09-17
Also published as: JPWO2007108075A1

Abstract

　中心軸Ｃ廻りに回転自在な回転軸体５と、回転軸体５に固定されるブレード９と、回転軸体５の回転で電気を発生させる発電部３とを具備する風力発電装置であって、回転軸体５の外周面の上側部分に装着される上ベアリング部１３を介して回転軸体５を回転自在に支持する上支持体１２と、回転軸体５の外周面の下側部分に装着される下ベアリング部１６を介して回転軸体５を回転自在に支持する下支持体１５と、上支持体１２と下支持体１５を連結させて装置全体のフレーム構造２を形成する上下連結体１１とを具備する。

Description

明細書

風力発電装置

技術分野

[0001] 本発明は、垂直軸風車を備えて成る風力発電装置に関する。

背景技術

[0002] 従来から、垂直軸風車を備えて成る風力発電装置が知られている。垂直軸風車は、飛行機のプロペラのような水平軸風車とは異なり回転の中心軸が風向きに対して直交していることから、風向きが多少変化しても問題なく発電可能であるという利点がある。

[0003] 例えば日本公開特許第 2003— 239847号公報には、垂直軸風車を回転自在に立設して成る風力発電装置が開示されている。この垂直軸風車はいわゆるダリウス型の風車であって、中心軸廻りに回転自在な回転軸体から水平方向にアームを複数本突設するとともに該アーム先端にブレードを連結支持させた構造になっている。

[0004] ところで上記風力発電装置の垂直軸風車は、回転軸体の下端を回転自在に支持させて、るだけの構造であるから、ある程度の回転数を超えると回転軸体ひ、ては垂直軸風車全体に共振が発生し、耐久性が著しく低下してしまう。また、ここで生じる共振音は周辺住民に対して非常に不快感を与えるので、特に住宅街に設置しようとする場合には上記垂直軸風車の回転数が高くなると運転を停止させなくてはならない。

[0005] 即ち上記従来の風力発電装置は、耐久性が低!、と、つた問題や、異音が発生する t 、つた問題を有するものであった。

発明の開示

[0006] 本発明は上記問題点を解決するために為されたものであって、回転数が大きくなつても回転軸体が共振を生じることがなぐしたがって耐久性低下や異音発生を招くことのな!/ヽ風力発電装置を提供することを目的とする。

[0007] 本発明に係る風力発電装置は、中心軸 C廻りに回転自在な回転軸体 5と、回転軸体 5の外周面から延設されるアーム 8と、アーム 8の先端に固定されるブレード 9と、回転軸体 5の回転運動に連動して電気を発生させる発電部 3とを具備する風力発電装置であって、回転軸体 5の外周面のアーム基端部分 8aよりも上側部分に装着される上ベアリング部 13と、上ベアリング部 13を介して回転軸体 5を中心軸 C廻りに回転自在に支持する上支持体 12と、回転軸体 5の外周面のアーム基端部分 8aよりも下側部分に装着される下ベアリング部 16と、下ベアリング部 16を介して回転軸体 5を中心軸 C廻りに回転自在に支持する下支持体 15と、上支持体 12と下支持体 15を連結させて装置全体のフレーム構造 2を形成する上下連結体 11とを具備することを特徴としている。

[0008] このような構成を具備する風力発電装置にあっては、下支持体 15によって回転軸体 5の外周面の下側部分が下べァリング部 16を介して回転自在に支持されるとともに、この下支持体 15に上下連結体 11を挟んで連結される上支持体 12によって、回転軸体 5の外周面の上側部分が上ベアリング部 13を介して回転自在に支持される。これにより、ブレード 9が風を受けて回転軸体 5の回転数が増していっても、該回転軸体 5は上下両側を安定的に支持されているので共振を生じることが防止される。した力 Sつて耐久性低下や異音発生を招くことが防止される。また、前記フレーム構造 2を所定姿勢で固定することで、装置全体の姿勢を自在に設定することが可能である。

[0009] 前記上ベアリング部 13及び下ベアリング部 16は、それぞれ上下一対以上のベアリング 10, 14から成るものであることが好適である。このようにすることで、固定軸体 4を更に安定的に支持することができるとともに、各ベアリング 10, 14—つ当りにかかる負荷は低減されて耐久性が向上するものである。

[0010] そして、このような構成の風力発電装置にあっては更に、筒状を成す回転軸体 5内に挿通される固定軸体 4と、固定軸体 4の外周面と回転軸体 5の内周面との間に介在するとともに該回転軸体 5を該固定軸体 4に回転自在に支持させる内側べァリング部 7とを具備することが好適である。これにより、筒状を成す回転軸体 5をその外周面側力だけでなく内周面側からも安定的に支持することが可能となる。しかも各べアリング部 7, 13, 16—つ当りにかかる負荷は小さくて済むので耐久性が更に向上するものである。

[0011] ここで、前記内側ベアリング部 7は、上ベアリング部 13及び下ベアリング部 16を成す各ベアリング 10, 14と対応する箇所にそれぞれ設置される複数のベアリング 6から成るものであることが好適である。前記の各ベアリング 10, 14と対応する箇所とは、例えば回転軸体 5の表裏の関係にある箇所である。このようにすることで、筒状を成す回転軸体 5をその外周面側及び内周面側力更に安定的に支持することが可能となる。し力も、これらベアリング部 7, 13, 16を形成する各ベアリング 6, 10, 14一つ当りに力かる負荷は更に低減されて耐久性が向上するものである。

[0012] また前記上支持体 12は、固定軸体 4及び回転軸体 5の上方を覆うとともに該固定軸体 4を回転不能に支持するキャップ状の外筒 18を備えたものであることも好適である。このような外筒 18を上方力も被せることで、上支持体 12と回転軸体 5との隙間や、回転軸体 5と固定軸体 4との隙間に雨や雪、又は粉塵等の異物が侵入することを防止すると同時に、キャップ状を成す外筒 18により固定軸体 4を支持させてあることで、固定軸体 4に生じる振動を効果的に消すことができる。

[0013] また前記ブレード 9は、風を受けて回転方向への揚力を生じる直線翼であることが好適である。これによりコンパクトな形状で大きな回転力を発生させることが可能である。

[0014] また、装置全体のフレーム構造 2を所定の載置面 S上に載置するための支持脚部 1 7を具備することも好適である。この支持脚部 17により装置全体を載置面 S上に安定的に支持することができる。

[0015] 更にこの支持脚部 17を具備する場合には、前記発電部 3は複数の支持脚部 17内にそれぞれ設置してあるとともに、各発電部 3に回転軸体 5の回転運動を伝達して電気を発生させる動力伝達機構 19を備えていることが好適である。このようにすることで、複数の発電部 3をそれぞれ邪魔にならない場所にコンパクトに収納しておくとともに、これら発電部 3を用いて電気を効率的に発生させることができる。

[0016] 更に、このような構成の風力発電装置にあっては、互いに直交する三方向のうち少なくとも一方向に別の風力発電装置を連結させるための連結部 30を備えていることも好適である。前記の互いに直交する三方向とは、例えば上下、左右、前後方向である。連結させようとする一対の風力発電装置の連結部 30同士を固着させることで、多数の風力発電装置を簡単に且つコンパクトに順次連結させていくことが可能となる [0017] 前記連結部 30は、上支持体 12と下支持体 15の一方又は両方に備えたフランジ片であることが好適である。このようにすれば、連結させようとする一対の風力発電装置の上支持体 12同士、及び又は下支持体 15同士を左右方向や前後方向に連結させることや、連結させようとする一方の風力発電装置の上支持体 12と他方の風力発電装置の下支持体 15とを上下方向に連結させることが容易となる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の実施形態における一例の風力発電装置を示す一部破断概略正面図である。

[図 2]図 1中における装置上部の要部拡大図である。

[図 3]図 1中における装置下部の要部拡大図である。

[図 4]同上の風力発電装置を連設した場合を示す概略側面図である。

[図 5]同上の風力発電装置を連設した場合を示す概略平面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 本発明を詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。本発明の実施形態における一例の風力発電装置は図 1に示すようなものであって、垂直軸風車 1と、この垂直軸風車 1を囲むとともに中心軸 C廻りに回転自在に支持する矩形状のフレーム構造 2と、垂直軸風車 1の回転力が伝達されて電気を発生させる発電部 3 とで主体を形成している。

[0020] 前記垂直軸風車 1にあっては、図中の鉛直方向を軸方向として少なくとも一端側が開口した筒状の回転軸体 5と、この回転軸体 5内に挿通される円柱状の固定軸体 4と、固定軸体 4の外周面と回転軸体 5の内周面との間の上下複数個所に介在するリング状のベアリング 6とを備えている。この上下複数のベアリング 6は、回転軸体 5を固定軸体 4に中心軸 C廻りに回転自在に支持させる内側ベアリング部 7を形成するものである。なお前記中心軸 Cは、固定軸体 4及び回転軸体 5の中心を通る鉛直軸である。また前記ベアリング 6は内輪と外輪の間にボールを介在させたものであり、この内輪側を固定軸体 4に固定させ、外輪側を回転軸体 5に固定させている。

[0021] 回転軸体 5の外周面からは、上下で対を成す複数対のアーム 8を水平方向に延設させてあり、各対のアーム 8先端にはそれぞれ鉛直方向に伸びるブレード 9を固定させてある。このブレード 9は、風を受けることで回転方向への揚力を発生させるような断面翼形状を有するいわゆる直線翼である力風を受けることで回転方向への力を発生させるものであれば他の形態であっても構わない。図示例にあっては回転軸体 5を軸方向に（即ち図中の上下方向に）三分割するとともに、これら分割した回転軸体 5間に各アーム 8のアーム基端部分 8aを挟持させるように連結固定し、これにより回転軸体 5とアーム 8とブレード 9とを一体に設けている。

[0022] 図 2にも示すように、筒状を成す回転軸体 5の外周面であって上側のアーム基端部分 8aよりも更に上側の部分には複数 (本例では上下一対)のリング状を成すベアリング 10を装着しており、このベアリング 10を介して、フレーム構造 2の上端部分を成す梁状の上支持体 12と回転軸体 5とを中心軸 C廻りに回動自在に連結させてある。この回転軸体 5は上支持体 12の中央に設けてある貫通穴に嵌入されており、回転軸体 5の外周面と上支持体 12の前記貫通穴の内周面との間に介在する上下一対のベァリング 10が、回転軸体 5の上端側部分を上支持体 12に対して中心軸 C廻りに回転自在に支持させる上ベアリング部 13を形成する構造である。なお前記ベアリング 10 は内輪と外輪の間にボールを介在させたものであり、この内輪側を回転軸体 5に固定させ、外輪側を上支持体 12に固定させている。

[0023] 前記上支持体 12には上側のベアリング 10を装着させるためのリング型の突壁 12a を上方に突設してあり、この突壁 12aの上端にはキャップ状を成す外筒 18を固定してある。この外筒 18は、円形状の天板 18aと、該天板 18aの周縁部から下方に延設される側周板 18bとから成り、該側周板 18bの下端縁を突壁 12aの上端縁に固定する構造である。そしてこの外筒 18によって固定軸体 4及び回転軸体 5の上方を覆うとともに、固定軸体 4の上端を天板 18a下面の中央部にねじ等で固着させて回転不能に吊下支持するようになって、る。なお図示例では固定軸体 4の上端のみを固定させてあるが、上端及び下端を回転不能に固定させてあってもよい。

[0024] また図 3にも示すように、回転軸体 5の外周面であって下側のアーム基端部分 8aよりも更に下側の部分には、前記ベアリング 10と同様の複数 (本例では上下一対)のべァリング 14を装着しており、このベアリング 14を介して、フレーム構造 2の下端部分を成す梁状の下支持体 15と回転軸体 5とを中心軸 C廻りに回動自在に連結させてある。回転軸体 5は下支持体 15の中央に設けてある貫通穴に嵌入されており、この回転軸体 5の外周面と下支持体 15の前記貫通穴の内周面との間に介在する上下一対のベアリング 14が、回転軸体 5の下端側部分を下支持体 15に対して中心軸 C廻りに回転自在に支持させる下ベアリング部 16を形成する構造である。なお前記ベアリング 1 4は内輪と外輪の間にボールを介在させたものであり、この内輪側を回転軸体 5に固定させ、外輪側を下支持体 15に固定させている。

[0025] ここで、前記フレーム構造 2は、梁状を成す上支持体 12の水平方向端部側と、同じく梁状を成す下支持体 15の水平方向端部側とを、鉛直方向に伸びる一対の柱状の上下連結体 11により連結させたものであって、この上支持体 12と下支持体 15と上下連結体 11とで囲まれる矩形状の空間内に前記垂直軸風車 1が回転自在に配置され、外部力の風が前記垂直軸風車 1のブレード 9に直接当たるようになつている。

[0026] 前記下支持体 15の水平方向端部からは、柱状を成す一対の支持脚部 17を下方に向けて延設してある。この支持脚部 17の下端に形成してある平坦面を所定の載置面 S上に載置して固着させることで、前記フレーム構造 2ひ、ては風力発電装置全体を所定載置面 S上に安定的に固定させることが可能である。図示例では、左右両側において支持脚部 17と上下連結体 11は別体に設けているが、支持脚部 17と上下連結体 11を一体に設けて左右一対の門柱状に形成してあっても構わない。

[0027] 前記支持脚部 17は中空を成すものであり、各支持脚部 17内の収納空間には回転力を電気に変換させる発電部 3を収納させて、る。この発電部 3に回転力を伝達させる動力伝達機構 19は、回転軸体 5の外周面であって下支持体 15から下方に突出する部分に固定してある大プーリ 20と、発電部 3の入力軸 21に固定してある小プーリ 2 2と、回転軸体 5の回転力を一対の発電部 3にまで二手に分岐させて伝達すべく大プーリ 20とこれを挟む両側の小プーリ 22とに上下交互に引掛け係止させてある伝達べルト 23とで形成している。なお図示していないが、発電部 3で発電した電気を外部に送り出す送電手段や、電気をためる蓄電手段を備えることは勿論である。

[0028] ここで、既述した如く本例の風力発電装置にあっては、上ベアリング部 13と下べァリング部 16をそれぞれ上下一対のベアリング 10, 14により形成するとともに、内側ベアリング部 7を、前記各ベアリング 10, 14とは表裏の位置にある都合四箇所のベアリング 6により形成してあり、外周面側の各ベアリング 10, 14とこれに 1対 1で対応する内周面側の各ベアリング 6との間で回転軸体 5を挟み込むように設けている。

[0029] 即ち、筒状を成すとともにその軸方向中央部分にアーム 8を介してブレード 9を固定してある本例の回転軸体 5にあっては、このブレード 9を設けてある中央部分よりも上側となる部分力その外周面に装着される上下一対のベアリング 10及びその内周面に装着される上下一対のベアリング 6によって外周面側及び内周面側から回転自在に支持されるとともに、ブレード 9を設けてある中央部分よりも下側となる部分においても、その外周面に装着される上下一対のベアリング 14及びその内周面に装着される上下一対のベアリング 6によって外周面側及び内周面側から回転自在に支持される構造となっている。

[0030] このように各所のベアリング 6, 10, 14によって、前記回転軸体 5をその上端側部分と下端側部分において共に、外周面側と内周面側の両側から挟持する形で中心軸 C廻りに回転自在に支持させてあることで、回転軸体 5は安定的に支持されることとなる。し力もベアリング 6, 10, 14は回転軸体 5の上端側部分の外周面側、同じく上端側部分の内周面側、下端側部分の外周面側、同じく下端側部分の内周面側においてそれぞれ上下一対の都合八箇所に配置してあるので、各ベアリング 6, 10, 14一つ当りに力かる負荷は最小限に抑えられて耐久性も高、ものである。

[0031] 前記構成から成る本例の風力発電装置にあっては、左右一対の支持脚部 17により下支持体 15が載置面 S上に安定的に設置されるとともに、更にこの下支持体 15上に上下連結体 11を介して上支持体 12が安定的に支持され、そしてこれら載置面 S上に安定的に支持される上支持体 12及び下支持体 15によって、前記ベアリング 6, 10 , 14を介して回転軸体 5を安定的に回転自在に支持させる構造である。したがって、回転軸体 5の回転数が大きくなつても該回転軸体 5が共振を生じて耐久性低下ゃ異音発生を招くことは確実に防止される。し力も、固定軸体 4の上端はキャップ状を成す外筒 18の天板 18aに固定させてあるから、固定軸体 4の振動は該外筒 18の高強度な側周板 18b部分で効果的に消されることとなる。

[0032] そして、ブレード 9が風を受けて前記回転軸体 5が回転すると、これと連動して大プーリ 20が中心軸 C廻りに回転駆動され、この回転力が伝達ベルト 23通じて左右両側の支持脚部 17内の小プーリ 22にまで伝達されることで、各支持脚部 17内に設置してある発電部 3の入力軸 21が回転されて電力を発生させるものである。

[0033] なお、本例にあっては回転軸体 5内に固定軸体 4を貫通させた二軸構造としている力回転軸体 5から固定軸体 4を抜き取った構造としても、回転軸体 5は問題なく中心軸 C廻りに回転自在である。この一軸構造の場合には、回転軸体 5はその上端側部分を、上ベアリング部 13を成す一対のベアリング 10により外周側から回転自在に支持され、且つその下端側部分を、下ベアリング部 16を成す一対のベアリング 14により外周側から回転自在に支持されることとなり、回転数が大きくなつても回転軸体 5が共振を生じることは確実に防止される。

[0034] 次に、前記構成から成る本例の風力発電装置を複数備えるとともに、それぞれの風力発電装置を上下、左右、前後方向といった互いに直交する三方向に順次連結させていくための構成について、図 4、図 5に基づいて説明する。図示例は風力発電装置を前後方向に連結させた場合であり、図 4はこれを側方から見た状態、図 5はこれを上方から見た状態である。各風力発電装置が具備する垂直軸風車 1は一点鎖線により簡略的に示してある。

[0035] 本例にあっては上支持体 12と下支持体 15にそれぞれフランジ状の連結部 30を設けておき、連結させるようとする二つの風力発電装置の対応する前記連結部 30同士を、直接或いは所定の中間連結体 31を介して連結させる構成としている。前後方向の連結部 30としては具体的には、上支持体 12及び下支持体 15の前後方向両端に前後連結用フランジ片 30a (図 1中には示して、な、）が設けてあり、前後両側の風力発電装置における上支持体 12の対向する前後連結用フランジ片 30a同士、及び、下支持体 15の対向する前後連結用フランジ片 30a同士を、梁状の中間連結体 31 を介して固着させるようになって!/、る。

[0036] また、左右方向の連結部 30として、上支持体 12及び下支持体 15の左右方向両端には同様に左右連結用フランジ片 30b (図 4中には示して、な、）が設けてある。図示例では連結させてはいないが、左右に連結させる場合には、左右両側の風力発電装置における上支持体 12の対向する左右連結用フランジ片 30b同士、及び、下支持体 15の対向する左右連結用フランジ片 30b同士を、直接或いは間接的に固着させればよい。

[0037] 更に上下方向の連結部 30として、上支持体 12の上端と下支持体 15の各支持脚部 17の下端とには、上下連結用フランジ片 30c (図 5中には示して、な、）がそれぞれ設けてある。そして図示例では連結させていないが、上下に連結させる場合には、下側となる風量発電装置の上支持体 12に設けてある上下連結用フランジ片 30cと、上側となる風力発電装置の下支持体 15の支持脚部 17下端に設けてある上下連結用フランジ片 30cとを、直接或いは間接的に固着させればよい。

[0038] 前記各連結部 30をフレーム構造 2に備えてあることで、多数の風力発電装置を前後、左右、上下の各方向に自在に連結させて、三次元的に多様な形態の風力発電装置群を形成することが可能である。

[0039] なお、連結部 30としては前後、左右、上下連結用フランジ片 30a, 30b, 30cのうち少なくとも一つを設けてあればよい。また、前後連結用フランジ片 30aと左右連結用フランジ片 30bについては、上支持体 12と下支持体 15の一方にのみ設けてあっても構わない。

[0040] また、本例の風力発電装置の設置姿勢は図示例に限定されるものではなぐ上支持体 12と下支持体 15と上下連結体 11とで形成される装置全体のフレーム構造 2を適宜固定手段で所定姿勢に固定さえすれば、図示例を上下逆転させた姿勢や、横に倒した姿勢等の任意の姿勢で設置可能である。例えば装置全体を横に倒した姿勢で設置するような場合には、図示例の支持脚部 17は備える必要がない。この場合には発電部 3を支持脚部 17以外の適当な箇所に設置する。

[0041] 本文中に用いた上下方向は、中心軸 Cの一端側を上側として他端側を下側とした説明用の呼称であり、例えば装置全体を左右どちらかに倒した姿勢で設置する場合には、本文中で用いた上下方向は左右方向を意味することとなる。

[0042] 上記のように、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、添付クレームにおいて限定した以外は、その特定の実施形態に制約されるものではない。

Claims

請求の範囲

[1] 中心軸廻りに回転自在な回転軸体と、回転軸体の外周面から延設されるアームと、アームの先端に固定されるブレードと、回転軸体の回転運動に連動して電気を発生させる発電部とを具備する風力発電装置であって、回転軸体の外周面のアーム基端部分よりも上側部分に装着される上ベアリング部と、上ベアリング部を介して回転軸体を中心軸廻りに回転自在に支持する上支持体と、回転軸体の外周面のアーム基端部分よりも下側部分に装着される下ベアリング部と、下ベアリング部を介して回転軸体を中心軸廻りに回転自在に支持する下支持体と、上支持体と下支持体を連結させて装置全体のフレーム構造を形成する上下連結体とを具備することを特徴とする風力発電装置。

[2] 前記上ベアリング部及び下ベアリング部は、それぞれ上下一対以上のベアリングから成るものであることを特徴とする請求項 1に記載の風力発電装置。

[3] 筒状を成す回転軸体内に挿通される固定軸体と、固定軸体の外周面と回転軸体の内周面との間に介在するとともに該回転軸体を該固定軸体に回転自在に支持させる内側ベアリング部とを具備することを特徴とする請求項 1又は 2に記載の風力発電装置。

[4] 前記内側ベアリング部は、上ベアリング部及び下ベアリング部を成す各ベアリングと対応する箇所にそれぞれ設置される複数のベアリングから成るものであることを特徴とする請求項 3に記載の風力発電装置。

[5] 前記上支持体は、固定軸体及び回転軸体の上方を覆うとともに該固定軸体を回転不能に支持するキャップ状の外筒を備えたものであることを特徴とする請求項 3又は

4に記載の風力発電装置。

[6] 前記ブレードは、風を受けて回転方向への揚力を生じる直線翼であることを特徴とする請求項 1〜5のいずれか一項に記載の風力発電装置。

[7] 装置全体のフレーム構造を所定の載置面上に載置するための支持脚部を具備することを特徴とする請求項 1〜6のいずれか一項に記載の風力発電装置。

[8] 前記発電部は複数の支持脚部内にそれぞれ設置してあるとともに、各発電部に回転軸体の回転運動を伝達して電気を発生させる動力伝達機構を備えていることを特徴とする請求項 7に記載の風力発電装置。

[9] 互いに直交する三方向のうち少なくとも一方向に別の風力発電装置を連結させるための連結部を備えていることを特徴とする請求項 1〜8のいずれか一項に記載の風力発電装置。

[10] 前記連結部は、上支持体と下支持体の一方又は両方に備えたフランジ片であることを特徴とする請求項 9に記載の風力発電装置。