CN117280115A - 风力发电装置 - Google Patents

Abstract

风力发电装置(1)包括：支承轴(10)；旋转体(20)，其由介电体形成，以能够绕所述支承轴的中心轴线旋转的方式支承于所述支承轴；多个电极(30)，其以沿着绕所述中心轴线的周向隔开间隔地排列的方式设于所述旋转体的表面；电源(50)，其对所述多个电极中的各电极以预定的时间间隔施加预定的电压；以及发电机(60)，其与所述旋转体连结。

Description

风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置。

背景技术

以往，已知日本特开2021-32239号公报(专利文献1)等所公开那样的所谓的水平轴型的风力发电装置、所谓的垂直轴型的风力发电装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2021-32239号公报

发明内容

发明要解决的问题

水平轴型或垂直轴型的风力发电装置由于具备叶片的旋转体以高速旋转而产生噪音，因此难以设置于市区等。

本发明的目的在于提供一种能够降低噪音的风力发电装置。

用于解决问题的方案

根据本发明的一技术方案的风力发电装置包括：支承轴；旋转体，其由介电体形成，以能够绕所述支承轴的中心轴线旋转的方式支承于所述支承轴；多个电极，其以沿着绕所述中心轴线的周向隔开间隔地排列的方式设于所述旋转体的表面；电源，其对所述多个电极中的各电极以预定的时间间隔施加预定的电压；以及发电机，其与所述旋转体连结。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够降低噪音的风力发电装置。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的风力发电装置的立体图。

图2是概略地表示风力发电装置的旋转体的截面的图。

图3是概略地表示电极与电压施加部之间的关系的图。

图4是用于说明旋转体旋转的机构的图。

图5是表示旋转体的变形例的图。

图6是表示旋转体的变形例的图。

图7是概略地表示由多个风力发电装置构成的风力发电装置组的图。

图8是本发明的第2实施方式的风力发电装置的旋转体和电极的局部放大图。

图9是图8所示的电极的立体图。

图10是图8中的X-X线处的剖视图。

图11是概略地表示第2电极的变形例的剖视图。

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下参照的附图中，对相同或与其相当的构件标注相同的附图标记。

(第1实施方式)

图1是本发明的第1实施方式的风力发电装置的立体图。风力发电装置1包括支承轴10、旋转体20、多个电极30、涂层40、电源50以及发电机60。该风力发电装置1与所谓的水平轴型或垂直轴型的风力发电装置不同，不具备叶片。此外，以下，将图1中的上下方向作为铅垂方向而进行说明。不过，风力发电装置1的设置姿势不限于图1所示的姿势。此外，图1是示意图，各构件的尺寸、比率、电极30彼此的间隔等与实际的装置不同。这在其他图中也是同样的。

支承轴10例如形成为筒状。支承轴10设置于地面等设置面。此外，支承轴10相对于设置面的姿势没有特别限定。

旋转体20以能够绕支承轴10的中心轴线10A旋转的方式支承于支承轴10。旋转体20由介电体形成。旋转体20由树脂、被绝缘包覆的金属构件等形成。优选的是，旋转体20由纤维强化塑料形成。旋转体20形成为空心状。在本实施方式中，旋转体20由空心状的球体构成。旋转体20的直径例如是1m～5m左右。不过，旋转体20的大小能够任意地设定。

多个电极30以沿着绕中心轴线10A的周向隔开间隔地排列的方式设于旋转体20的表面。优选的是，多个电极30以在周向的整个区域的范围等间隔地排列的方式设于旋转体20的表面。不过，也可以在旋转体20的表面的局部设置未设置电极30的区域(缺少电极30的区域)，也可以具有电极30的周向上的间隔不同的部位。如图2所示，各电极30具有沿着包含中心轴线10A的平面与旋转体20的表面交叉的部位延伸的形状。优选的是，与中心轴线10A正交且通过旋转体20的中心20A的平面P与将所述中心20A和电极30的上端部30a连结的直线L1所成的角θ1设定成45度左右。同样，优选的是，所述平面P与将所述中心20A和电极30的下端部30b连结的直线L2所成的角θ2设定成45度左右。彼此相邻的电极30彼此的间隔例如处于1.7μm～90μm的范围。各电极30的宽度(各电极30的周向上的尺寸)例如处于20μm～100μm的范围。不过，关于电极30彼此的间隔和电极30的宽度，能够鉴于效率、制造的容易程度而决定。不需要电极30的宽度是一样的，也可以根据旋转体20的表面的形状而相应地设置宽度不同的部分。在本实施方式中，也可以是，为了使彼此相邻的一对电极30间的距离在上下方向上大致相同，各电极30的宽度随着在上下方向上从各电极30的中间部靠近各电极30的上端部和下端部而变细。此外，在图2中，示出旋转体20和多个电极30中的一个电极30。

涂层40包覆包含各电极30的表面在内的旋转体20的表面的整个区域。涂层40由树脂、硅酸玻璃等绝缘材料形成。优选的是，涂层40形成得较薄。优选的是，涂层40由有色的材料形成，以避免能够从外部视觉辨认电极30。根据该结构，抑制电极30的氧化、硫化而长期维持稳定的特性。此外，涂层40也可以不包覆旋转体20的表面的整个区域，而是仅包覆电极30的部分。

电源50对各电极30以预定的时间间隔施加预定的电压。电源50以利用电场梯度力(介电梯度力)沿着所述周向在旋转体20的表面形成气流的方式对各电极30施加电压。该电压的施加方法，即，沿着多个电极30的排列方向的气流的形成方法(气体的输送方法)与日本特许第5633373号公报所记载的原理同样。总之，如图3所示，多个电极30按照其排列顺序例如每4根共通连接，并且与电源50的输出端子分别连接，电源50输出随着时间的经过而周期性地变化的4相的脉冲电压V₁～V₄。由此，形成沿着多个电极30的排列方向的气流。在本实施方式中，多个电极30以沿着在绕中心轴线10A的周向上连续地相连的旋转体20的表面的方式配置，因此形成沿着旋转体20的表面在周向上流动的气流AR41(参照图4)。脉冲电压是330V～950V的范围内的值，脉冲的上升时间是1μs以下。此外，气流AR41的强度能够通过电压的大小和电压的周期来调整。

图3表示配置于平面的直线状的电极。这相当于放大本实施方式的旋转体20和电极30的一部分而成的图。考虑到旋转体20的大小、电极30的宽度以及彼此相邻的一对电极30的间隔，相对于几根～十几根电极30而言的旋转体20能够视作大致平面，因此在图3中为了便于说明而这样图示。

在图3中，以4根为一组而相互地平行配置的电极30中的与第1相～第4相对应的电极30分别由E₁ ^(j)～E₄ ^(j)表示。另外，(j)是4相的重复周期的周期编号。此外，一组电极30的根数和脉冲电压的相数不限于4，能够设定成任意的整数n。另外，在图3中从电源的输出端子经由电容器而与电极连接，但也可以不经由电容器。从电源的输出端子连接的连接方向也不限于图3所示的方向。

发电机60与旋转体20连接。发电机60通过旋转体20的旋转而生成电力。发电机60具有磁体62和定子64。

磁体62以与旋转体20一体地旋转的方式固定于旋转体20的内表面。磁体62直接地固定于旋转体20，或者，借助其他构件而间接地固定于旋转体20。

定子64被磁体62包围。定子64直接地固定于支承轴10，或者，借助其他构件而间接地固定于支承轴10。

接着，参照图4，对旋转体20绕中心轴线10A旋转的机构进行说明。

首先，电源50以上述的方法对各电极30施加电压。由此，在旋转体20的表面形成沿着周向流动的气流AR41。此外，在图4中，气流AR41由双点划线表示。另外，在脉冲电压下不流通实际电流，因此消耗电力较小。

在该状态下，若具有与中心轴线10A正交的方向的分量的风W接触到旋转体20，则旋转体20不从沿着气流AR41的风(在图4中是接触到旋转体20的左侧的部位的风)特别受到阻力，但从与气流AR41相反的方向的风(在图4中是接触到旋转体20的右侧的部位的风)受到阻力。因此，旋转体20向与气流AR41的方向相反的方向AR42绕中心轴线10A旋转。利用该旋转来生成电力。

此外，如上述那样，不仅在风W接触到形成有气流AR41的状态的旋转体20的情况下，在风W接触到停止的旋转体20的状态下，在由于电源50向各电极30的电压的施加而形成有气流AR41的情况下也是，旋转体20向与气流AR41的方向相反的方向AR42绕中心轴线10A旋转。

如以上说明的那样，本实施方式的风力发电装置1不具备水平轴型或垂直轴型的风力发电装置所具备的叶片，因此降低噪音。而且，叶片的旋转给人带来的恐怖感实质上消失，因此能够将风力发电装置1设置于市区等。

在该风力发电装置1中，优选的是，根据接触到旋转体20的风W的风速而相应地调整旋转体20的转速。旋转体20的转速能够通过风W与气流AR41之间的摩擦力来调整。即，电源50基于接触到旋转体20的风W的风速而调整对各电极30施加的电压的大小、周期。由此，能够进行与接触到旋转体20的风W的风速相应的高效的电力的生成。此外，接触到旋转体20的风W的风速由设于支承轴10等的风速传感器检测。或者，也能够利用旋转体20的每分钟的转速本身来检测风力。电源50以旋转体20的转速不成为规定转速以上的方式调整对各电极30施加的电压的大小、周期。

另外，在使旋转体20的旋转停止的情况下，电源50使向各电极30的电压的施加停止。

在上述实施方式中，如图5所示，旋转体20也可以由在使椭圆以其短轴为旋转轴线而旋转时获得的扁球构成。在该情况下，旋转体20以其旋转轴线(短轴)与中心轴线10A一致的方式支承于支承轴10。

或者，旋转体20也可以由在使椭圆以其长轴为旋转轴线旋转时获得的长球构成。另外，如图6所示，旋转体20也可以形成为圆筒状。

这样的形状的风力发电装置1与螺旋桨、风车旋转的类型相比，噪音极低，同时不给人在感觉上带来对旋转体的恐怖。在设计上具有不可思议的感觉，如图7所示，在带有大小、高度、形状的变化地使多个风力发电装置1林立的情况下，也作为纪念建筑物发挥功能。旋转体20的表面也可以是素色，也可以如图7所示那样设有人物、广告设计等的显示部20D。此外，在图7中，显示部20D由斜线表示。设有该显示部20D的范围能够任意地设定。另外，也可以在旋转体20描绘通过旋转而外观改变的几何学图案。而且，也可以在旋转体20的内部放入光源而使旋转体20自身微弱地发光，也能够利用自旋转体20的内部投射的投影或自旋转体20的外部投射的投影而在旋转体20的表面显示动画、静止画面。该风力发电装置1也能够设置于站前广场、各种公共设施的停车场、主题公园等。

另外，与中心轴线10A正交的平面处的旋转体20的外周面的截面也可以形成为多边形。另外，旋转体20也可以由多面体构成。

另外，风力发电装置1也可以包括安装于旋转体20的上部(未形成电极30的部位)的太阳能发电板，也可以包括储存通过旋转体20的旋转而产生的电力的电池。

另外，在发电机60中，也可以不是磁体62旋转，而是线圈旋转。另外，发电机60也可以配置于与支承轴10分开的位置。

(第2实施方式)

接着，参照图8～图10，对本发明的第2实施方式的风力发电装置1进行说明。此外，在图8中，省略涂层40的图示。另外，在第2实施方式中，仅对与第1实施方式不同的部分进行说明，不重复进行与第1实施方式相同的构造、作用以及效果的说明。图8～图10相当于放大本实施方式的旋转体20和电极30的一部分而成的图。考虑到旋转体20的大小、电极30的宽度以及彼此相邻的一对电极30的间隔，相对于几根～十几根的电极30而言的旋转体20能够视作大致平面，因此在图8～图10中为了便于说明而这样图示。

在本实施方式中，多个电极30具有多个第1电极31和多个第2电极32。各第1电极31和各第2电极32以在绕中心轴线10A的周向上交替地排列的方式配置。

各第1电极31形成为平板状。各第1电极31设于旋转体20的表面。各第1电极31与电源50的例如正极的输出端子连接。

各第2电极32在周向上配置于与第1电极31相邻的位置。各第2电极32与电源50的例如负极的输出端子连接。第2电极32具有第1部分32a、第2部分32b以及连结部32c。

第1部分32a位于旋转体20的表面。第1部分32a具有与第1电极31相同的形状。

如图10所示，第2部分32b位于旋转体20内。第2部分32b形成为平板状。第2部分32b实质上与第1部分32a平行。

连结部32c将第1部分32a和第2部分32b连结。连结部32c与第1部分32a及第2部分32b正交。

多个第1电极31中的特定的第1电极31与多个第2电极32中的在周向上位于特定的第1电极31的一侧的第2电极32之间的电场强度设定得比特定的第1电极31与多个第2电极32中的在周向上位于特定的第1电极31的另一侧的第2电极32之间的电场强度强。具体而言，在周向上彼此相邻的第1电极31和第1部分32a间的电场强度设定得比第1电极31和第2部分32b间的电场强度强。在本实施方式中，在周向上彼此相邻的第1电极31和第1部分32a间的最短距离D1设定得比旋转体20的径向上的第1电极31和第2部分32b间的最短距离D2大。

电源50周期性地反复进行向各电极31、32的电压的施加和停止。即，在本实施方式中，与第1实施方式不同，不针对每个电压的施加替换各电极31、32的正负。在图10中，在由电源50对各电极31、32施加电压时产生的电场由箭头表示。

如图10所示，若对各电极31、32施加电压，则在从第1电极31朝向第2部分32b的方向AR92上产生相对较小的电场，在从第1电极31朝向第1部分32a的方向AR91上产生相对较大的电场。也就是说，若对各电极31、32施加电压，则在旋转体20的表面形成始终沿着周向上的一方向的电场梯度力。

在本实施方式中，电源50的控制、电路结构等比第1实施方式简单。

在第2实施方式中，如图11所示，也可以是，第2电极32形成为平板状，以其局部暴露于旋转体20的表面且其剩余部分埋没于旋转体20内的方式配置。为了便于说明，图11也与图10等同样地作为平面而图示。

以上说明的风力发电装置1的结构和由此实现的效果的总结如以下这样。

风力发电装置包括：支承轴；旋转体，其由介电体形成，以能够绕所述支承轴的中心轴线旋转的方式支承于所述支承轴；多个电极，其以沿着绕所述中心轴线的周向隔开间隔地排列的方式设于所述旋转体的表面；电源，其对所述多个电极中的各电极以预定的时间间隔施加预定的电压；以及发电机，其与所述旋转体连结。

在该风力发电装置中，通过对各电极以预定的时间间隔施加预定的电压，从而在旋转体的表面形成沿着周向的气流。若风接触到形成有该气流的状态的旋转体，则旋转体不从沿着气流的风特别受到阻力，但从与气流相反的方向的风受到阻力。因此，旋转体向与气流的方向相反的方向绕中心轴线旋转。利用该旋转来生成电力。

也可以是，所述各电极具有沿着包含所述中心轴线的平面与所述旋转体的表面交叉的部位延伸的形状，所述电源对所述各电极施加随着时间的经过而周期性地变化的n相的脉冲电压。

在该情况下，优选的是，所述多个电极以在所述周向上等间隔地排列的方式配置。

或者，也可以是，所述多个电极包括在所述周向上交替地配置的多个第1电极和多个第2电极，所述多个第1电极中的特定的第1电极与所述多个第2电极中的在所述周向上位于所述特定的第1电极的一侧的第2电极之间的电场强度比所述特定的第1电极与所述多个第2电极中的在所述周向上位于所述特定的第1电极的另一侧的第2电极之间的电场强度强，所述电源周期性地反复进行向所述多个第1电极和所述多个第2电极的电压的施加和停止。

另外，优选的是，所述旋转体由球体、在使椭圆以其短轴为旋转轴线旋转时获得的扁球、在使椭圆以其长轴为旋转轴线旋转时获得的长球、或者圆筒构成。这样的形状的风力发电装置与螺旋桨、风车旋转的风力发电装置相比，噪音极低，同时不给人在感觉上带来对旋转体的恐怖。

另外，优选的是，所述风力发电装置还包括包覆所述多个电极的涂层。

另外，优选的是，所述涂层由绝缘材料形成。

此外，应该认为本次公开的实施方式在所有的方面是例示而并非限制。本发明的范围由权利要求书表示而不由上述的实施方式的说明表示，而且包含在与权利要求书同等的含义和范围内的所有的变更。

附图标记说明

1、风力发电装置；10、支承轴；10A、中心轴线；20、旋转体；30、电极；31、第1电极；32、第2电极；32a、第1部分；32b、第2部分；32c、连结部；40、涂层；50、电源；60、发电机；62、磁体；64、定子。

Claims (7)

1.一种风力发电装置，其中，

该风力发电装置包括：

支承轴；

旋转体，其由介电体形成，以能够绕所述支承轴的中心轴线旋转的方式支承于所述支承轴；

多个电极，其以沿着绕所述中心轴线的周向隔开间隔地排列的方式设于所述旋转体的表面；

电源，其对所述多个电极中的各电极以预定的时间间隔施加预定的电压；以及

发电机，其与所述旋转体连结。

2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，

所述各电极具有沿着包含所述中心轴线的平面与所述旋转体的表面交叉的部位延伸的形状，

所述电源对所述各电极施加随着时间的经过而周期性地变化的n相的脉冲电压。

3.根据权利要求2所述的风力发电装置，其中，

所述多个电极以在所述周向上等间隔地排列的方式配置。

4.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，

所述多个电极包括在所述周向上交替地配置的多个第1电极和多个第2电极，

所述多个第1电极中的特定的第1电极与所述多个第2电极中的在所述周向上位于所述特定的第1电极的一侧的第2电极之间的电场强度比所述特定的第1电极与所述多个第2电极中的在所述周向上位于所述特定的第1电极的另一侧的第2电极之间的电场强度强，

所述电源周期性地反复进行向所述多个第1电极和所述多个第2电极的电压的施加和停止。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的风力发电装置，其中，

所述旋转体由球体、在使椭圆以其短轴为旋转轴线旋转时获得的扁球、在使椭圆以其长轴为旋转轴线旋转时获得的长球、或者圆筒构成。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的风力发电装置，其中，

该风力发电装置还包括包覆所述多个电极的涂层。

7.根据权利要求6所述的风力发电装置，其中，

所述涂层由绝缘材料形成。