JP2004076715A

JP2004076715A - 発電用翼直結型輪状増速装置

Info

Publication number: JP2004076715A
Application number: JP2002294289A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Choshoin; 長松院　泰久
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】風力発電機等は、風圧が一定でなく、翼の回転数も少ない為、９８％以上が回転増速機が使用されている。この増速機使用の課題は、ギャー比により音が出やすい、製作費が高くなり、風力発電の普及の困難な最大の原因となっていた、この為、安全かつ、耐久性があり安価な増速機を提供する。
【解決手段】従来の増速機のかわりに、風力の翼の部分に鉄製等の輪状の物をボルト締めか、溶接で、取付、この輪状の内側のヤスリ目の位置に発電機の上部の回転ゴムローラーを押し、接続させ、ギャー等の増速機を使用する事なく、直接発電機を回転させる画期的な発電方法を発明、製作コスト安、耐久性、安全性もすぐれ、メンテナンス費用も削減され、風力発電の普及が進むと期待され、更に、垂直、翼型、プロペラ型、その他の風力発電機にも応用が可能とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
〈発明の属する技術分野〉
本発明は、ただ、単に、部品の寄せ集めではなく、風力発電の、基本である、風力による回転力を２０〜３０倍にあげる為、特別な機構の高価で復雑な増速機を使用せず、負荷もあまりかけず、直接、発電機の回転軸に伝える方法に係り、風力の翼に直接、回転輪状の物を取り付、鉄柱の中心より取付けた発電機の回転ローラーを押し当て、音もほとんど出ず、負荷にも充分、対処でき風力発電の大幅なコスト削減に寄与できるようにした発電用翼直結型輪状増速装置に関するものである。
【０００２】
〈発明の背景〉
近時、原子力発電や石油、石炭等の化石エネルギーの燃焼による発電は、地球温暖化や環境の破壊を引き起す要因となるばかりか、これらの施設費用や、維持費の増大は、電力利用者にとっては、電力使用料金の経済的負担が強いられるため、風力、水力、太陽光、同熱等の自然エネルギーの利用による発電に関する開発が急務となっている。
その中にあって、風力発電は、特に実用電源として普及が期待されているが、風圧が一定でないのと、回転増速ギャー等の復雑な機構の為、コストが高く、工業用や民生用の電源としては、まだ、利用される量は少ない。
そこで、回転増速ギャーにかわる、低価格で、高効率の装置の開発と低風速をいかに高回転に引き上げるか等の課題の解決が望まれている。
【０００３】
〈従来の技術〉
基本的には、従来より、風力の回転増速には、５倍から〜８０倍と増速ギャーによるものが大半で、種類は、一般ギャーの組合せから遊星ギャー方式がある。
【０００４】
最近は、回転増速ギャーを使用せず、発電モーターの内部のコイルの巻き数の改善や、磁力の多極化で、発電機の直径が２〜３ｍの大型化で直接、発電する構造も３〜４社であるが、発明されている。
しかし、この方法も翼の長さ等はかわらず、更に製作方法が１ｍ／ｍ単位以下の多極型の発電機を直径２ｍ〜３ｍ以上で作る方法は、大手メーカー等、特殊技術が要求される為、コスト高となり、風力発電の普及に欠かせない、大幅な製作方法の改善や、簡素化、更には中小のメーカーにも作りやすい方法、大幅なコスト削減等の改善には、至っていない。
【０００５】
又、最近では、翼（羽根又はブレード）の長さを、更に長く８０ｍ〜１００ｍ（直径）以上の物を作り、海上に作る計画が進められているが、設置場所が少ない、環境問題、送電線等海中の作業のため、コスト高となっており、大型化で発電コストを下げる方法も風力発電の効率化にはまだ至っていない。
【０００６】
〈発明が解決しようとする課題〉
風力発電の普及がしない理由には、１つには、自然エネルギーである為、風が一定して吹かず、安定した電力が得られない事。
二つ目は、特殊な翼（羽根又はブレード）や、回転力をあげる、増速機の復雑化、発電機の特別機能化で、コストが高く、大手電力メーカーより１ｋｗの単価が５〜６倍と高い事。
三つ目は、大型風力発電機が主力であり、又、３枚羽根のプロペラ式の設置する場所が少ない事、等がある。
従って、年間を通じ風力が平均３ｍ程度であり、それ以上の風力をいかに効率よく回転力に変換し、発電機を回し、発電させるか、又、増速機及発電機の性能を落すことなく、いかに簡素化し、全体の製作コストを低くするか、更には、３枚の翼（羽根）ではなく、市街地や、住宅地でも設置できる、風力発電用の効率化の全く新しい方法の開発が望まれる。
【０００７】
〈発明が解決しようとする手段〉
請求項１の発明は、風力発電機の（垂直翼型、プロペラ型、オランダ型、ダリウス型タイプ、サボニウス型タイプ）すべての機種に共通して応用使用できる、各種風力発電機の翼（羽根又はブレードともいう）の部分に、直接、強度のある輪状の回転増速用の物を取付け、これに発電機の回転ゴムローラー等を押し当て高速回転させ発電する構造の発電用翼直結型輪状増速装置を提供するものである。
【０００８】
この発明においては、翼直結で輪状物を回転し、回転力を増速、これで直接発電する方法で、従来の増速機は、翼よりシャフト（軸）を通り、増速ギャーを介して発電機を回転する方法が、定着しているが、この方法は、必ず、別の作りの増速ギャーセットが必要となり、製作費及、オイル又はグリス等のメンテナンス費用等の増費になり、更に発電機もメーカー独自のものが多く、一般に普及している発電機が使えない等、結果的に風力発電機の販売価格高となり、風力発電機は採算があわない原因となっている。
しかし、今回の発明では、翼に取付ける輪状は直径が２〜３ｍあっても加工がしやすく、取付けも簡単で、発電機も３ｋｗ〜４０ｋｗであっても一般に出回っている機種が取付可能で、価格も指定品より５分の１以下で買え、発電機の回転ゴムローラーは、合成ゴムで耐久性もあり４年〜６年間で５ｍ／ｍ程度の摩耗しかせず交換もだれにでもできる作りで、音も全くと言ってよい程出ない。
増速は輪状の直径が２ｍで、発電用の回転ゴムローラーが、直径５０ｍ／ｍであれば、２，０００÷５０で４０倍の回転増速となり、翼自体の回転が１分間に３０回転で１，２００となり、発電機が定格回転数１，１５０回転であれば十分、発電が可能である。
これにより、ギャーによる別の増速機が不要、取付、メンテナンス費も必要とせず、かなり、割安な風力発電機を製作する、最も重要な部分が提供できる。
【０００９】
請求項２の発明においては、風力発電機の翼（羽根、又はブレードともいう、次項から省略）に取付ける輪状の回転増速の取付位置は自由で、材質は、鉄、アルミ、プラスチック、その他強度を保持できる作りで、直径や縦て幅も、風力発電の容量に合うサイズとし、又、その方法も、ゴムローラー用、ギャー方式、スプロケットのチェーン方式、Ｖベルト等、特に限定するものではなく、発電機の回転数を得る構造で特別な回転増速機を使用することなく、安全で耐久性に富み、安価で、発電を可能にする、前記請求項１記載の発電用翼直結型輪状増速装置を提供するものである。
【００１０】
この発明においては、風力発電機の翼に取付ける輪状の方法で、ヤスリ目を施した輪状の物から、大型のギャー（歯車）方式、チェーン方式、Ｖベルト方式、等と方法には、特別指定しない、又、発電機側も輪状と同じ仕様となり、安全で、耐久性に富み、安価な風力発電機を提供するものである。
【００１１】
請求項３の発明においては、風力発電機は、一般に市販されているＤ．ＣかＡ．Ｃ、等の、発電機でよく、台数に制限なく、回転軸には、風力の翼に取り付けた輪状の回転方法に合う、ウレタンゴム、ギャー・チェーン用スプロケット、Ｖベルト用ローラー等を取付、中心、鉄柱に固定、更に発電機はバネにより１０〜２０ｍｍ押し当て、移動する構造とし、振動や風圧、雨等にも左右されず、翼の輪状の回転力が、空回りする事なく、長期に安定して、伝わる作りとした前記、請求項１〜２記載の発電用翼直結型輪状増速装置、を提供するものである。
【００１２】
この発明においては、翼に取付けた輪状の回転装置を取付けた事により、一定の風力以上の場合、２台〜３台の発電機を取付けておき、風力の強度に応じ、２台目、３台目の発電機が、自動的に作動可能にでき、更に、発電機の回転やスベリを防止する為、発電機を左右に１０〜２０ｍｍ移動できるバネを使用した作りで安定して、高効率の風力発電機を提供するものである。
【００１３】
請求項４の発明においては、３の一部に重復するが、発電機は、風力の強弱で回転スピードが上がれば復数個、自動的に、翼の回転、輪に接続し、回転が弱まれば数を減らす、自動コントロールができ、更に、翼の回転輪と発電機のローラーの間に遊星ローラーを置く事により高倍率の回転数が得られ、ローラー等の交換も特別の技術者でなくても交換できるようにした、前記請求項１〜３記載の発電用翼直結型輪状増速装置を提供するものである。
【００１４】
この発明においては、発電機の増減を自動コントロールし、発電機の回転数を１，６００〜２，０００回転以上と高回転を必要とする場合、翼の輪状の回転板（物）と発電機側のゴムロール（又はギャー）の間に遊星ローラー（又はギャー）を１ケ置く事により、若千の抵抗力は増すが、高倍率の回転数を提供できる構造で、製作、利用する側においても選定幅が広く、利用、普及しやすい。
【００１５】
〈実施例〉
本発明の実施例を図面に基ずき説明する。図１は、本発明の一実施例を示す、発電用翼直結型輪状増速装置の全体視図である。今回の発明の実施例を表示するには、風力発電に実際に使用されている全体図を表示して説明すれば、全体の垂直翼型の風力発電機は中心の支持パイプ４により翼（羽根又はブレードともいう）３が支持され、この翼の下部に、発電用翼直結型輪状増速装置７が取り付けられ、その中に発電機８が接続され、下部より主柱１により全体を保持し、メンテナンス開閉口が１１となっている。
【００１６】
図１を上部から説明すれば、５は、シンボルタワー兼避雷針で、防水カバー６がボルトナットにより取付けられ、３が垂直翼（羽根又はブレードともいう…以下省略）、復数ケ所、取付けられ、４は垂直翼と固定された中心の軸で、この中には、１２の支持柱から取付けられたシャフト（軸）が設けられ、回転の軸がズレない様にしっかり固定されている。７は、垂直翼に取付けられた（ボルトナットで固定）発電用翼直結型輪状増速装置で、８は発電機で、輪状の内側で接続され、１４は電流の入、切れのスイッチで、２は、メンテナンスの為の円形、作業棚で、９は主柱のフランジ、１３は照明器具で、１は主柱のパイプ、１１はメンテナンス開閉口、１０はメンテナンスハシゴで、実用の風力発電で、照明設備として利用、市街地にも調和できる全く新しいタイプの風力発電機の作り方である。
【００１６】
図２は、上部から見た、全体視図であるが、全く復雑な構造ではなく、翼３の４枚は全体の円形の１５と連結され強度もあり、７の、今回、発明品である発電用翼直結型輪状増速装置は、１６の４ケの鋼材で４のパイプからそれぞれ支持され、１７のボルトナットでしっかり固定されている。翼３の４枚は１５、が上部を、下部を１８で固定し、更に２０の上下の連結支持柱４本〜６本で固定全体のバランスある強度を保持している。８の発電機は上部の１９のゴムローラーと７の翼直結型輪状増速装置が内側でバネで押された状態で接続し、上部の翼の回転を８の発電機で発電させ、そのまま配線を通じ、直接、投光器１３で光を発生させて街路灯として提供できるものである。
【００１７】
図３は、歯車（ギャー）方式の増速方法の視図である。
図３は、仕様と、図２で示す通りの全体の効果は、同じで、図２は７の翼直結型輪状増速装置が、内側にヤスリ目入りの鋼材の輪状を取付け、発電機の回転ローラーが、ゴムのローラーとなっているのに対し、翼の直結型が、輪状の歯車（ギャー）方式で、発電側の回転ローラーも歯車をバネで押し当て８の発電機で発電しているもので代表的な二方法を図で示している。ギャーは、アルミ材と銅と混合するなとで作れば、強度は、ゴムローラーより５年が８年程の耐用年数があり、音もゴムローラーがほとんど出ないのに対し、混合材で、鉄の２分の１以下に抑えることができる。
【００１８】
図４は、輪状と、発電機とパイプとの拡大視図である。翼の輪状板（物）７は、ヤスリ目ある内側と発電機８の上部の１９のローラーと接続し、主柱上部の１２から、３２の突出し鉄板で、その

固定され、又、２６のバネにより常時押されており、発電機の回転ローラーが、多少摩耗したり、振動があっても、滑ることはなく、その他補強リブ２８もあり、又、ナットの先は２７のピンで止めてあり、かなりの無理な自然条件で耐える作りとなっている。
【００１９】
図５は、図４の翼の回転輪状装置板（物）の平面図を表わしている。
７の輪状板は翼と３０の取付位置にて固定され、発電機８の上部ローラー１９は、内側で接続され、３２と２２の受鉄板も

１０〜２０ｍｍ左右に長穴となっており、２６のバネで押せば、動く作りで、主柱１２と２９のリブで３２のボックス板を保持し、耐久性のある作りとなっている。
【００２０】
図６では、７の翼に取り付けられた、回転輪状増速装置の視図で、下部より全体が判明できる図で、主柱上部の１２から８の発電機及１９のローラーがあり、３３のコロは、鉄主柱１２との回転を保持している。２は作業棚で１３は投光器である。
【００２１】
図７は、風力発電機の中心部分で、翼の回転が、７の輪状の増速板を中心がズレる事がない様に説明する為の断面図である。
上部、風力発電機の翼はしっかりと１６と７の輪状増速機とは固定され、支持柱１２から出た鉄柱４は、ラジアルベアリング３４と調心ベアリング３５で支持され、３６はグリス（オイル）受けで、安全の為、３３のゴムローラーで、外部から再度支持、風力発電機が、中心よりズレない様な作りとなっている。
【００２２】
図８は、７の輪状増速装置の応用列を示した視図である。
【００２３】
図８の（イ）はドーム式、風力発電機で、３７の固定パイプの中に４１の回転パイプに固定された３の翼があり、７の輪状増速機と８の発電機が連結し発電、３８のライトが点灯し、３９はガラスケースで４０は支柱である。
【００２４】
図８の（ロ）は、プロペラ式で７の輪状の増速装置が、横に付けられ、８の２台の発電機を施した図である。
図８の（ハ）は、オランダ型風車を発電機と、組合わせたもので７の輪状増速機は横付けで、（ロ）と同じく８の発電機が２台、設置、４２は風向プロペラ機である。
以上の様に、いろ々な風力発電機に応用ができる。
【００２４】
〈発明の効果〉
以上の如く、本発明による、発電用翼直結型輪状増速装置は、単純な作りであるが、風力発電や水力発電機で欠かす事が出来ない、回転増速装置で、製作もしやすく、取付も手間がかからず、安全性、耐久性にもすぐれる構造である。
従って、価格も安く、更にいろ々な風力発電に応用もでき、市街地向けも作りやすく、生産性、地域性や最近の環境の改善の高まり等社会的な背景上の必要性もあり、今後、経済効果は期待できる。
【００２５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す、発電用翼直結型輪状増速装置を使用した垂直型風力発電の全体斜視図
【図２】上部から見た、全体視図で輪状鉄板型
【図３】上部から見た、全体視図で歯車（ギャー）型
【図４】輪状鉄板型と発電機の正面図
【図５】輪状鉄板型と発電機の平面図
【図６】輪状増速装置と発電機の取付下部視図
【図７】風力発電機と輪状増速装置の中心内断面図
【図８−イ】輪状増速装置のドーム式風力発電応用例
【図８−ロ】〃　　　プロペラ式　　〃
【図８−ハ】〃　　　オランダ式　　〃
【符号の説明】
１．第１．主鉄柱
２．円形足場（作業場）
３．翼（羽根又はブレード）
４．翼の中心パイプ
５．シンボルタワー兼避雷針
６．上ふた
７．輪状増速装置
８．発電機
９．フランジ
１０．ハシゴ
１１．メンテナンス用開閉口
１２．第２上部主柱
１３．投光器（ライト）
１４．入、切、スイッチ
１５．翼上、支持パイプ
１６．翼下部と翼の中心パイプ
１７．輪状増速板固定ボルトナット
１８．翼下部支持パイプ
１９．発電機用ゴムローラー
２０．翼のたての支持パイプ
２１．配線

２６．バネ
２７．割ピン
２８．リブ（補強鉄板）
２９．　〃
３０．輪状増速板固定平鉄板
３１．大型ボルトナット
３２．箱形鉄板（ボックス形）
３３．ゴムローラー（又は、コロ）
３４．ラジアルベアリング
３５．調心スラストベアリング
３６．オイル（グリス）溜り
３７．固定パイプ
３８．ライト
３９．ガラス
４０．支持パイプ
４１．回転ドーム（支持パイプ）
４２．風向プロペラ機（風向指示機）

Claims

風力発電機の（垂直翼型、プロペラ型、オランダ型、ダリウス型タイプ、サボニウス型タイプ）すべての機種に共通して応用使用できる、各種風力発電機の翼（羽根又はブレードともいう）の部分に、直接、強度のある輪状の回転増速用の物を取付け、これに発電機の回転ゴムローラー等を押し当て高速回転させ発電する構造にした発電用翼直結型輪状増速装置。
風力発電機の翼（羽根又はブレードともいう、次項から省略）に取付ける輪状の回転増速の取付位置は自由で、材質は、鉄、アルミ、プラスチック、その他強度を保持できる作りで、直径や縦て幅も、風力発電の容量に合うサイズとし、又、その方法も、ゴムローラー用、ギャー方式、スプロケットのチェーン方式、Ｖベルト等、特に限定するものではなく、発電機の回転数を得る構造で、特別な回転増速機を使用することなく、安全で耐久性に富み、安価で、発電を可能にする、前記請求項１記載の発電用翼直結型輪状増速装置。
風力発電機は、一般に市販されているＤ．ＣかＡ．Ｃ、発電機でよく、台数に制限なく、回転軸には、風力の翼に取り付けた輪状の回転方法に合う、ウレタンゴム、ギャー、チェーン用スプロケット、Ｖベルト用ローラー等を取付、中心、鉄柱に固定、更に発電機はバネにより１０〜２０ｍｍ押し当て、移動する構造とし、振動や風圧、雨等にも左右されず、翼の輪状の回転力が、空回りする事なく、長期に安定して、伝わる作りとした前記請求項１〜２記載の発電用翼直結型輪状増速装置。
発電機は、風力の強弱で回転スピードが上がれば復数個、自動的に、翼の回転、輪に接続し、回転が弱まれば数を減らす自動コントロールができ、更に、翼の回転輪と発電機のローラーの間に遊星ローラーを置く事により高倍率の回転数が得られ、ローラー等の交換も特別の技術者でなくても交換できるようにした、前記請求項１〜３記載の発電用翼直結型輪状増速装置。