JP2005094881A - Cage rotor and wind power generation system using it - Google Patents

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Kazuyoshi Tabata
和義 田畑
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cage rotor which has a bearing structure for avoiding the obstruction of a bearing due to differential slip while retaining a sufficient strength, relating to a cage rotor which is suitable for a generator where a permanent magnet and a coil mutually shift. <P>SOLUTION: This rotor 1 is equipped with a housing 2, a rotating shaft 8 which is arranged in the housing 2, a rotating chassis 3 which rotates reversely to the rotating shaft 8, being arranged in the housing 2. Furthermore, the rotating chassis 3 is supported at both ends in its rotational direction by double bearings 9 and 9. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、磁石とコイルが相対運動可能な籠型回転体、及びこの回転体を用いる風力発電装置に関するものである。   The present invention relates to a saddle type rotating body in which a magnet and a coil can move relative to each other, and a wind power generator using the rotating body.
一般的な発電機は、発電機内のコイル又は永久磁石を回転させ発電するものであり、図7に示して後述するが、その基本的構造は発電機が発明されて以来変わっていない。
様々な発電方式のうちで風力発電は、他の発電方式と比べて発電コストが高いために、その普及が遅れている。総合資源エネルギー調査会/需給部会において2010年度の風力発電導入目標が300万kWに上方修正された(2001年6月の報告)が、1999年時点での発電コストは、設置コスト24〜37万円/kW、規模が1000kWで総額2.4〜3.7億円であり、電力の利用にかかるコストは、発電コスト10〜24円/kWhの平均値であり、火力発電単価7.3円/kWhと比べて約1.5〜3.0倍となっている。
A general generator is a device that generates electricity by rotating a coil or a permanent magnet in a generator, which will be described later with reference to FIG. 7, but its basic structure has not changed since the generator was invented.
Among various power generation methods, wind power generation has been slow to spread due to higher power generation costs than other power generation methods. The target for wind power generation in FY2010 was revised upward to 3 million kW at the General Resources and Energy Research Committee / Supply and Demand Subcommittee (reported in June 2001), but the power generation cost as of 1999 was 24 to 370,000. Yen / kW, the scale is 1000 kW, and the total cost is 2.4-3.7 billion yen. The cost of using electricity is the average power generation cost of 10-24 yen / kWh, and the thermal power generation unit price is 7.3 yen It is about 1.5 to 3.0 times that of / kWh.
風力発電装置の設置に当たっては、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)などの助成金(設置費用の1/2〜1/3)が交付されており、現在国の誘導政策により風力発電の普及を図っている状況である。風車を大型化して高出力の発電を行うことでコストの低減が図れるため、日本でも1500〜2000kW級の発電が可能な大型風車を有する風力発電装置の導入が急速に進んでいる。   For the installation of wind power generation equipment, subsidies (1/2 to 1/3 of the installation cost) such as New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) have been issued. This is a situation where it is spreading. Since the cost can be reduced by increasing the size of the windmill and generating high output, wind power generators having large windmills capable of generating power of 1500 to 2000 kW are being rapidly introduced in Japan.
しかし、日本で大型化した風力発電設備を設置するためのコストは欧米に比べて費用が高いと言われている。その理由は設置に用いる大型クレーンのレンタル費用の違いと言われ、例えば、450tクラスのクレーンでは、13〜15万円/日だがクレーンの搬送、組み立て費用が別途数百万円かかり、レンタル費用が1000万円以上となることが普通である。風力発電設備の重量は、三菱重工業株式会社300kWのもので、塔重量約20 t、総重量約44tとなっている。   However, it is said that the cost of installing larger wind power generation facilities in Japan is higher than in Europe and the United States. The reason for this is said to be the difference in rental costs for large cranes used for installation. For example, in the case of a 450t class crane, it costs 1 to 150,000 yen per day, but the crane transportation and assembly costs are separately several million yen. Usually it will be over 10 million yen. The weight of the wind power generation equipment is 300 kW from Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. The tower weight is about 20 t and the total weight is about 44 t.
ヴェスタス社(デンマーク)製の定格発電量850kWの風力発電機では、全体の重さが80tあり、450tクラスのクレーンでの安全な吊り上げ荷重は約40tと言われている。   The wind power generator with a rated power generation of 850 kW manufactured by Vestas (Denmark) has an overall weight of 80 t, and the safe lifting load of a 450 t class crane is said to be about 40 t.
一方、「本体を除く建設コストを比較してみると、海外が数百万円/基に対して国内では数千万円以上/基と、この格差はさらに拡大する。」と言う、日本総合研究所のJapan Research Review 1996年7月号の発表もあるが、このコストの差の大部分は上述したようにクレーンのレンタル費用の差と考えられ、風力発電設備の小型化、特に出力を維持した発電機の小型化による軽量化が必要とされている。   On the other hand, “Comparing the construction costs excluding the main unit, the disparity will further widen, with overseas being several million yen / group, and domestic tens of million yen / group or more”, says Japan General. The Japan Research Review July 1996 issue was announced, but most of this cost difference is considered to be the difference in crane rental costs, as mentioned above. Therefore, it is necessary to reduce the weight by reducing the size of the generator.
ドイツのマグデブルグにあるエネルコン社(ドイツ)製の風力発電装置E-112は、出力4.5MW、ロータ径112m、高さ176m、ナセルの重さは440tと巨大であり、2MWクラスのナセルの重量でも100tを超える重量である。   The wind power generator E-112 manufactured by Enercon (Germany) in Magdeburg, Germany, has an output of 4.5 MW, a rotor diameter of 112 m, a height of 176 m, and a nacelle weighing 440 tons. The weight of a 2 MW class nacelle But it is over 100t.
別の資料によれば、エネルコン社製の風力発電装置は、タワー重量42.0t(L44.2m×直径3.5m×直径1.22m)、ナセル重量6.0t(L3.4m×W2.4m×H3.1m)、発電機重量 25.0t(L4.5m×W4.5m×H3.2m)、ブレード重量1.1t/枚(L20.7m×W1.0m×H2.0m)である。ヤコブスエネルギー社(ドイツ)の定格出力600KWの場合で、ナセル重量23t、ローター重量14t、タワー重量48tである。   According to another document, the wind power generation equipment manufactured by Enercon Co., Ltd. has a tower weight of 42.0t (L44.2m x diameter 3.5m x diameter 1.22m), nacelle weight 6.0t (L3.4m x W2.4m x H3.1m) ), Generator weight 25.0t (L4.5m x W4.5m x H3.2m), blade weight 1.1t / sheet (L20.7m x W1.0m x H2.0m). In the case of a rated output of 600 KW of Jacobs Energy (Germany), the nacelle weight is 23 t, the rotor weight is 14 t, and the tower weight is 48 t.
図7に従来の籠型発電機101の一般的な構造を示す。このように一般的な発電機は籠型と呼ばれる構造であり、ハウジング102には、軸受103を介して回転可能に配設された回転軸104と、この回転軸104に取り付けられた電機子(コイル)105と、ハウジング102に固定された固定子(永久磁石)106とから構成されている。発電機101の発電出力は電機子105の回転速度に比例する。   FIG. 7 shows a general structure of a conventional vertical generator 101. In this way, a general generator has a structure called a saddle type, and a housing 102 is provided with a rotating shaft 104 rotatably disposed via a bearing 103, and an armature attached to the rotating shaft 104 ( Coil) 105 and a stator (permanent magnet) 106 fixed to the housing 102. The power generation output of the generator 101 is proportional to the rotation speed of the armature 105.
発電機の永久磁石と電機子を互いに逆回転させれば永久磁石と電機子の相対速度が向上するため、その相対速度に比例して発電効率が向上すると言う発想は既に提案されている。例えば、下記特許文献1乃至4等々があるが、現在までに実用化されている例をみても、装置の規模が小型であり低出力である場合が大半である。従って、電機子、永久磁石を、互いに逆回転させて相対速度を増すことができれば、発電出力を向上させることが容易となる。   Since the relative speed between the permanent magnet and the armature is improved if the permanent magnet and the armature of the generator are rotated in reverse, the idea that the power generation efficiency is improved in proportion to the relative speed has already been proposed. For example, there are the following Patent Documents 1 to 4, etc., but even in the examples that have been put to practical use up to now, the scale of the apparatus is small and the output is mostly low. Accordingly, if the relative speed can be increased by rotating the armature and the permanent magnet in the reverse direction, it is easy to improve the power generation output.
特開平10−201197号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-201197 特開2002−233117号公報JP 2002-233117 A 特開2003−65204号公報JP 2003-65204 A 特開2001−153024号公報JP 2001-153024 A
このように電機子と永久磁石を逆回転させるタイプの発電装置において、装置規模が小型で低出力となる理由は、この電機子と永久磁石双方が片側支持構造のため、これらの支持構造を大型化すると、強度と回転精度に問題が発生するため実用化が困難であることが原因である。このタイプの風力発電装置でこれまで実用化された例としては、株式会社石田製作所のダブルクロスフロー型風力発電機(特許文献4参照)があるが、やはり発電出力が数十ワットと低いものとなっている。   In this way, in the type of power generator that reversely rotates the armature and the permanent magnet, the reason why the device scale is small and the output is low is that both the armature and the permanent magnet are single-sided support structures. This causes a problem in strength and rotational accuracy, which is difficult to put into practical use. An example of this type of wind power generator that has been put to practical use so far is the double crossflow type wind power generator of Ishida Manufacturing Co., Ltd. (see Patent Document 4), but the power generation output is as low as several tens of watts. It has become.
従来からの発電機の大半が籠型構造であるように、籠型の構造は構造的に強度があり、小型から大型まで応用可能な構造であるが、籠型構造の内部に配置された永久磁石とコイルを相対運動させる技術が開発されたことがこれまで無かった。   As most conventional generators have a saddle type structure, the saddle type structure is structurally strong and can be applied from small to large, but it is a permanent structure placed inside the saddle type structure. To date, no technology has been developed to move the magnet and coil relative to each other.
その理由は、単純に一重の軸受(ベアリング)を使用して内輪と外輪とを相対運動をさせると、内輪と外輪の周速度の差により、差動滑り等の軸受の障害(焼き付き等)が発生するという問題が発生して実用化が困難となっていた。特許文献3に示されるように、一重の軸受(ベアリング)を使用して、内輪と外輪とを相対運動可能な構造としても、結果として片側支持構造のため、大型化するとハウジングの強度と回転精度に問題が発生する。   The reason for this is that if a single bearing (bearing) is used to move the inner ring and outer ring relative to each other, there is a bearing failure (such as seizure) due to the difference in peripheral speed between the inner ring and outer ring. It has been difficult to put it into practical use due to the problem that it occurs. As shown in Patent Document 3, even if a single bearing is used and the inner ring and the outer ring can be moved relative to each other, the result is a one-sided support structure. Problems occur.
本発明は第一に発電に使用する自然エネルギーを効率よく電力に変換でき、より小型化大出力で製造が容易な発電装置の構造体を提供し、発電コストの低減に寄与することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a structure of a power generation device that can efficiently convert natural energy used for power generation into power efficiently, can be manufactured more compactly and has a large output, and contributes to a reduction in power generation cost. To do.
さらに、本発明は、永久磁石とコイルを相互に移動可能とした発電装置に好適な籠型回転体において、軽量でありながら十分な強度を保持しつつ差動滑り等による軸受の障害を回避する軸受構造を有する回転体及び発電装置を提供することを目的とする。   Furthermore, the present invention is a saddle-type rotating body suitable for a power generator capable of moving a permanent magnet and a coil relative to each other, and avoids a bearing failure due to differential slip or the like while maintaining sufficient strength while being lightweight. It aims at providing the rotary body and electric power generating apparatus which have a bearing structure.
本発明の籠型回転体は、上記課題を解決するため、ハウジングと、該ハウジングに配設される回転軸と、該ハウジングに配設され該回転軸に対して逆方向に回転可能な回転シャーシとを備える籠型回転体において、該回転シャーシは二重軸受を介して該回転軸に支持されていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a vertical rotating body according to the present invention includes a housing, a rotating shaft disposed in the housing, and a rotating chassis disposed in the housing and capable of rotating in a direction opposite to the rotating shaft. The rotary chassis is supported by the rotary shaft via a double bearing.
また、上記回転シャーシは、その両端で二重軸受により回転軸に支持されていることを特徴とすることもできる。上記二重軸受は、外輪と、該外輪の内側に配設される中間輪と、該中間輪の内側に配設される内輪とを備え、該外輪と該中間輪との間及び該中間輪と該内輪との間には複数の転動体がそれぞれ配設されることを特徴とすることもできる。上記転動体が、上記該外輪と該中間輪との間及び該中間輪と該内輪にそれぞれ二列づつ配置されることを特徴とすることもできる。   The rotating chassis may be characterized in that both ends thereof are supported on a rotating shaft by double bearings. The double bearing includes an outer ring, an intermediate ring disposed inside the outer ring, and an inner ring disposed inside the intermediate ring, and between the outer ring and the intermediate ring and the intermediate ring. A plurality of rolling elements may be disposed between the inner ring and the inner ring. The rolling elements may be arranged in two rows respectively between the outer ring and the intermediate ring and between the intermediate ring and the inner ring.
上記回転シャーシは、その回転方向の両端部で一重軸受により上記ハウジングに対して回転可能に支持されることを特徴とすることもできる。上記回転軸及び上記回転シャーシの一方には永久磁石が配置され、他方には該永久磁石と対向するように電機子が配置されていることを特徴とすることもできる。   The rotating chassis may be rotatably supported with respect to the housing by single bearings at both ends in the rotating direction. A permanent magnet may be arranged on one of the rotating shaft and the rotating chassis, and an armature may be arranged on the other side so as to face the permanent magnet.
上記回転シャーシを回転する回転シャーシ駆動シャフトを備えることを特徴とすることもできる。
上記回転シャーシ駆動シャフトは上記ハウジングの一端から突出するよう配置され、この突出部分で回転シャーシ駆動シャフトは管状に形成されており、さらに上記回転軸が該回転シャーシ駆動シャフトの管状部を貫くように配設されることを特徴とすることもできる。上記ハウジングの他端側に、上記回転軸を支持するスラスト軸受を備えることを特徴とすることもできる。上記回転軸の回転を逆方向の回転に変換して上記回転シャーシに伝達する遊星ギアを備え、該回転方向の回転駆動力が該回転シャーシに伝達されることを特徴とすることもできる。
A rotating chassis drive shaft for rotating the rotating chassis may be provided.
The rotating chassis drive shaft is disposed so as to protrude from one end of the housing. The protruding portion of the rotating chassis drive shaft is formed in a tubular shape, and the rotating shaft penetrates the tubular portion of the rotating chassis drive shaft. It can also be arranged. A thrust bearing for supporting the rotating shaft may be provided on the other end side of the housing. A planetary gear that converts rotation of the rotation shaft into rotation in the reverse direction and transmits the rotation to the rotation chassis may be provided, and a rotation driving force in the rotation direction may be transmitted to the rotation chassis.
さらに、本発明の風力発電装置は、上記籠型回転体に、上記回転シャーシを回転する第1回転翼と、上記回転軸を回転する第2回転翼とを備え、該第1位回転翼と該第2回転翼の回転を逆方向とすることを特徴とする。   Furthermore, the wind turbine generator according to the present invention further includes a first rotary blade that rotates the rotary chassis and a second rotary blade that rotates the rotary shaft on the saddle type rotary body, The second rotor blade is rotated in the reverse direction.
本発明の籠型回転体によって、従来からの同出力の発電装置に対して、小型化が図れるため設置費用の低減が可能となる結果、発電コストを下げることができる。自然エネルギーを使用した環境負荷の無い風力発電の普及につながる。   With the vertical rotating body of the present invention, it is possible to reduce the installation cost because it is possible to reduce the size of the conventional power generation apparatus having the same output, and as a result, the power generation cost can be reduced. This will lead to the spread of wind power generation that uses natural energy and has no environmental impact.
また、二重軸受を使用することで、発電装置等に用いる回転体の設計の自由度が向上するため、風力発電装置等に応用した場合、発電効率の向上と小型化が図れる。さらに、本発明の回転体は、複雑な構造を必要としないため、生産が容易であり、発電コストを下げることに寄与できる。   In addition, the use of double bearings improves the degree of freedom in designing a rotating body used in a power generation device or the like. Therefore, when applied to a wind power generation device or the like, the power generation efficiency can be improved and the size can be reduced. Furthermore, since the rotating body according to the present invention does not require a complicated structure, it is easy to produce and can contribute to lower power generation costs.
本発明の回転体を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。以下に示す形態では、相対速度を増し発電出力を向上させる手段として、二重軸受を使用して、永久磁石とコイルが互いに逆回転できる構造にすることで構造的に強固で軸受に無理の無い構造とするものである。   The best mode for carrying out the rotating body of the present invention will be described with reference to the drawings. In the form shown below, as a means for increasing the relative speed and improving the power generation output, a double bearing is used so that the permanent magnet and the coil can rotate in the reverse direction. It is a structure.
図1は本発明の籠型回転体1を示す断面図である。回転体1のハウジング2は筒状であり、ハウジング2の内面に、永久磁石又はコイル(図示省略)の取付け部となる筒状の回転シャーシ3が配設されている。回転シャーシ3の両端側において、ハウジング2の内面と回転シャーシ3の側面との間には、一重軸受4がそれぞれ環状に配設されており、ハウジング2によって回転シャーシ3の側面両端が回転可能に支持されている。   FIG. 1 is a sectional view showing a saddle type rotary body 1 of the present invention. The housing 2 of the rotating body 1 has a cylindrical shape, and a cylindrical rotating chassis 3 serving as a mounting portion for a permanent magnet or a coil (not shown) is disposed on the inner surface of the housing 2. A single bearing 4 is annularly arranged between the inner surface of the housing 2 and the side surface of the rotary chassis 3 at both ends of the rotary chassis 3, and both side surfaces of the rotary chassis 3 can be rotated by the housing 2. It is supported.
図1に示すように、回転シャーシ3の左端面が回転シャーシ駆動シャフト5と接続されている。回転シャーシ3と回転シャーシ駆動シャフト5の回転軸は両者の軸が同一軸線上に位置するように配設されている。回転シャーシ駆動シャフト5の先端は、ハウジング1の左側面に形成された円形の左側開口部6からハウジング1の外側に突出している。この左側開口部6には、回転シャーシ駆動シャフト5をハウジング1に対して回転可能に支持するために、一重軸受7が回転シャーシ駆動シャフト5を取り囲むように環状に配置されている。   As shown in FIG. 1, the left end surface of the rotary chassis 3 is connected to the rotary chassis drive shaft 5. The rotation axes of the rotary chassis 3 and the rotary chassis drive shaft 5 are arranged so that both axes are located on the same axis. The tip of the rotating chassis drive shaft 5 protrudes outside the housing 1 from a circular left opening 6 formed on the left side surface of the housing 1. A single bearing 7 is annularly disposed in the left opening 6 so as to surround the rotary chassis drive shaft 5 in order to rotatably support the rotary chassis drive shaft 5 with respect to the housing 1.
一方、回転シャーシ3の内部には、永久磁石又はコイルの取付け部となる回転軸8が配設されており、回転シャーシ3の回転軸8とは両者軸が同一軸線上に位置するように配設されている。また、図1に示すように、回転シャーシ3の左右両端において、回転シャーシ3と回転軸8との間には後述する二重軸受9が環状に配設されている。さらに、回転軸8の右端は、回転シャーシ3の右端からハウジング2に形成された右側開口部10を介してハウジング2の外側まで突出するよう配置されている。右側開口部10と回転軸8との間には一重軸受11が環状に配設され、回転軸8を回転可能にハウジング2に支持している。   On the other hand, a rotating shaft 8 serving as a permanent magnet or coil mounting portion is disposed inside the rotating chassis 3, and the rotating shaft 8 of the rotating chassis 3 is arranged so that both axes are located on the same axis. It is installed. As shown in FIG. 1, double bearings 9 to be described later are annularly arranged between the rotating chassis 3 and the rotating shaft 8 at both left and right ends of the rotating chassis 3. Furthermore, the right end of the rotating shaft 8 is disposed so as to protrude from the right end of the rotating chassis 3 to the outside of the housing 2 through a right opening 10 formed in the housing 2. A single bearing 11 is annularly disposed between the right opening 10 and the rotary shaft 8, and the rotary shaft 8 is rotatably supported by the housing 2.
そして、外部から回転シャーシ駆動シャフト5と、回転軸8とをそれぞれ逆方向に回転させることにより、回転シャーシ3と回転軸8とが逆方向に回転する構造となる。
図2は、図1の二重軸受9を回転軸5方向から見た図である。二重軸受9は、回転シャーシ3に固定される環状の外輪9aと、この外輪9aの内側に配設される環状の中間輪9bと、この中間輪9bの内側に配設され回転軸8に固定される環状の内輪9cとから構成され、外輪9aと中間輪9bとの間に複数のボール(転動体)9dが適宜配置され、中間輪9bと内輪9cとの間に複数のボール9eが適宜配置されている。
Then, by rotating the rotating chassis drive shaft 5 and the rotating shaft 8 in the opposite directions from the outside, the rotating chassis 3 and the rotating shaft 8 are rotated in the opposite directions.
FIG. 2 is a view of the double bearing 9 of FIG. 1 as viewed from the direction of the rotating shaft 5. The double bearing 9 includes an annular outer ring 9a fixed to the rotating chassis 3, an annular intermediate ring 9b disposed inside the outer ring 9a, and an inner ring 9b disposed on the inner side of the intermediate ring 9b. A plurality of balls (rolling elements) 9d are appropriately disposed between the outer ring 9a and the intermediate ring 9b, and a plurality of balls 9e are disposed between the intermediate ring 9b and the inner ring 9c. Arranged appropriately.
図3は、図2に示した二重軸受9のA−A方向の断面図である。図3(a)では、外輪9aの内面には複数のボール9dを収容するためその全周にわたって溝部90aが形成され、外輪9aの内面と対向する中間輪9bの外面には当該複数のボール9dを収容するためにその全周にわたって溝部90bが形成され、外輪9cの内面と対向する中間輪9bの外面には複数のボール9eを収容するためにその全周にわたって溝部90cが形成され、内輪9cの外面には当該複数のボール9eを収容するためにその全周にわたって溝部90dが形成されている。   3 is a cross-sectional view of the double bearing 9 shown in FIG. 2 in the AA direction. In FIG. 3 (a), a groove 90a is formed on the entire inner surface of the outer ring 9a to accommodate the plurality of balls 9d, and the plurality of balls 9d are formed on the outer surface of the intermediate ring 9b facing the inner surface of the outer ring 9a. A groove portion 90b is formed over the entire circumference of the inner ring 9c, and a groove portion 90c is formed on the outer surface of the intermediate ring 9b opposite to the inner surface of the outer ring 9c to accommodate a plurality of balls 9e. A groove portion 90d is formed on the entire outer surface to accommodate the plurality of balls 9e.
図3(b)に示すように、外輪9aと中間輪9bとの間に、複数のボール9dを2列に配置すると共に中間輪9bと内輪9cとの間に、複数のボール9eを2列に配置してもよい。なお、このボールの配置に対応してそれぞれ外輪9aの内側、中間輪9bの両側、内輪9cの外側には溝部が2列づつ形成されている。この場合にはボール9dやボール9eに加わる荷重が分散される。図3(b)においては、中間輪9bの外面には2列の溝部90bがそれぞれ形成され、中間輪9bの内面には2列の溝部90cがそれぞれ形成されていたが、図3(c)に示すように、図3(b)に示した中間輪9bの2列の溝部を一体として、2列のボール9dをそれぞれ収容する溝部90b’を中間輪9bの外面に設け、2列のボール9eをそれぞれ収容する溝部90d’を中間輪9bの内面に設けてもよい。   As shown in FIG. 3B, a plurality of balls 9d are arranged in two rows between the outer ring 9a and the intermediate ring 9b, and a plurality of balls 9e are arranged in two rows between the intermediate ring 9b and the inner ring 9c. You may arrange in. Corresponding to the arrangement of the balls, two rows of grooves are formed on the inner side of the outer ring 9a, on both sides of the intermediate ring 9b, and on the outer side of the inner ring 9c. In this case, the load applied to the balls 9d and 9e is dispersed. In FIG. 3B, two rows of groove portions 90b are formed on the outer surface of the intermediate wheel 9b, and two rows of groove portions 90c are formed on the inner surface of the intermediate wheel 9b. As shown in FIG. 3, two rows of groove portions of the intermediate wheel 9b shown in FIG. 3 (b) are integrated, and groove portions 90b 'for respectively accommodating the two rows of balls 9d are provided on the outer surface of the intermediate wheel 9b. You may provide groove part 90d 'which each accommodates 9e in the inner surface of the intermediate ring 9b.
このような二重軸受9の動作を説明する。図2に示す中心の内輪9cが時計回りに回転すると、内輪9cの溝部90cに接触しているボール9eが反時計方向に回転し、ボール9eは中間輪9bの内面側の溝部90bと接触しているため、中間輪9bも反時計方向に回転する。   The operation of such a double bearing 9 will be described. When the central inner ring 9c shown in FIG. 2 rotates clockwise, the ball 9e in contact with the groove 90c of the inner ring 9c rotates counterclockwise, and the ball 9e contacts the groove 90b on the inner surface side of the intermediate ring 9b. Therefore, the intermediate wheel 9b also rotates counterclockwise.
なお、本発明において用いる二重軸受には、ブッシュ等を利用して軸受を二重構造にした構造や、中間輪を有さず転動体の収容部が一つで内輪と外輪とが相対運動をする構造を意味するものではない。   The double bearing used in the present invention has a structure in which the bearing is made into a double structure by using a bush or the like, or a single rolling element housing portion without an intermediate ring, and the inner ring and the outer ring are in relative motion. It does not mean a structure that does
一般的に軸受(ベアリング)は、外輪と内輪の間に配される転動体は一つか、複数であっても環状に配され、その使用に当たっては、内輪か外輪どちらか一方を固定して使用するものであるが、本発明の二重軸受は内輪と外輪の間に中間輪を持ち、中間輪と内輪、中間輪と外輪の間に転動体を配置したものである。   Generally, a bearing (bearing) has one or more rolling elements arranged between an outer ring and an inner ring, and is arranged in an annular shape, and either one of the inner ring or outer ring is fixed for use. However, the double bearing of the present invention has an intermediate ring between the inner ring and the outer ring, and a rolling element is arranged between the intermediate ring and the inner ring and between the intermediate ring and the outer ring.
さらに、本発明に使用する二重軸受9は、転動体を複列に配した自動調芯軸受とすることがより好ましい。具体的には、内輪や外輪が中間輪に対してある程度自由に傾いて回転することができるような自動調芯軸受を採用することにより、回転軸、回転シャーシ駆動シャフト、ハウジングの加工誤差や軸受の取付けなどによって生じる軸心の狂いが自動的に調整されることとなる。また、転動体の種類は発電機の重さ、回転数により適切な形状と潤滑方式を選択することが望ましい。本実施形態では、玉軸受を用いた形態を示したが、大型の発電機の場合にはころ軸受を用いてもよい。なお、差動滑りの問題は、内輪側転動体の径で差動差分を補正し、合わせて十分な潤滑で差動差の影響である差動滑りを抑えることが可能である。   Furthermore, the double bearing 9 used in the present invention is more preferably a self-aligning bearing in which rolling elements are arranged in double rows. Specifically, by adopting self-aligning bearings that allow the inner and outer rings to rotate with a certain degree of freedom relative to the intermediate wheels, the processing error and bearings of the rotating shaft, rotating chassis drive shaft, housing The shaft misalignment caused by the mounting of the shaft is automatically adjusted. In addition, it is desirable to select an appropriate shape and lubrication system for the type of rolling element according to the generator weight and rotation speed. In this embodiment, although the form using the ball bearing was shown, in the case of a large sized generator, you may use a roller bearing. Note that the differential slip problem can be corrected by correcting the differential difference with the diameter of the inner ring-side rolling element and suppressing the differential slip, which is the influence of the differential difference, with sufficient lubrication.
次に本発明の他の実施形態について説明する。なお、図1と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
図4に示す実施形態は、回転軸5の右端でハウジング2右端内面に、スラスト軸受12を配設したものである。回転シャーシ3とハウジング2との間における軸受4の配置、及び、回転シャーシ3と回転軸5との間における二重軸受9の配置は、図1と同じである。しかし、本実施形態においては、回転軸5と、回転シャーシ駆動シャフト8’との端部が共に、ハウジング2の左側開口部6から、ハウジング2の外に突出している点で異なる。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the description is abbreviate | omitted.
In the embodiment shown in FIG. 4, a thrust bearing 12 is provided on the inner surface of the right end of the housing 2 at the right end of the rotating shaft 5. The arrangement of the bearing 4 between the rotating chassis 3 and the housing 2 and the arrangement of the double bearing 9 between the rotating chassis 3 and the rotating shaft 5 are the same as those in FIG. However, the present embodiment is different in that both ends of the rotating shaft 5 and the rotating chassis drive shaft 8 ′ protrude from the left opening 6 of the housing 2 to the outside of the housing 2.
左側開口部6の前後において、回転シャーシ駆動シャフト8’は管状に形成されると共に、回転軸5が回転シャーシ駆動シャフト8’の管状部を貫くように配設されている。回転シャーシ駆動シャフト8’の左端部はハウジング2の外に突出しており、さらに回転シャーシ駆動シャフト8’の左端部から、回転軸8が外に突出するように配設されている。   Before and after the left opening 6, the rotary chassis drive shaft 8 ′ is formed in a tubular shape, and the rotary shaft 5 is disposed so as to penetrate the tubular portion of the rotary chassis drive shaft 8 ′. The left end portion of the rotating chassis drive shaft 8 ′ protrudes outside the housing 2, and the rotating shaft 8 is disposed so as to protrude outward from the left end portion of the rotating chassis drive shaft 8 ′.
一方、回転軸5の右端部は、ハウジング2の右端側面の内側に設けられたスラスト軸受12を介してハウジング2に支持されている。スラスト軸受12によって、回転軸方向の荷重を支えるため、回転軸の軸方向のぶれを防止することができる。   On the other hand, the right end portion of the rotating shaft 5 is supported by the housing 2 via a thrust bearing 12 provided inside the right end side surface of the housing 2. Since the thrust bearing 12 supports the load in the rotation axis direction, it is possible to prevent the rotation axis from shaking in the axial direction.
このように一方向(図4の左側)からの入力で回転シャーシ3と回転軸5を回転できると共にスラスト軸受12を備えたため、本実施形態の回転体は、回転軸を縦方向に配置した縦型風力発電装置に適する。例えば、縦型風力発電装置とした場合には、回転方向を異ならせたクロスフロー型の風車を、回転軸5、回転シャーシ駆動シャフト8’に取り付けることができる。   As described above, since the rotating chassis 3 and the rotating shaft 5 can be rotated by input from one direction (left side in FIG. 4) and the thrust bearing 12 is provided, the rotating body of the present embodiment has a vertical axis in which the rotating shaft is arranged in the vertical direction. Suitable for type wind power generators. For example, in the case of a vertical wind power generator, a cross-flow type windmill having different rotation directions can be attached to the rotary shaft 5 and the rotary chassis drive shaft 8 '.
図5に示す実施形態では、回転力が入力する回転軸を一軸としたものである。回転軸5はハウジング2の左右両端で環状に配設された軸受7、11によりハウジング2に回転可能に支持されている。ハウジング2の内部で、回転軸5にはローター13が取り付けられており、ローター13は回転軸5と一体となって回転する。さらに、ハウジング2の内部で、回転軸5には環状に配設された二重軸受9を介して円筒状のステーター14が配設されており、回転軸5とステーター14とが遊星ギア15を介して接続されている。このような構造により、回転軸5を回転すると遊星ギア15によって回転軸5の回転方向が逆方向に変換されてステーター14に伝達される結果、ローター13とステーター14が逆方向に回転することになる。   In the embodiment shown in FIG. 5, the rotational axis to which the rotational force is input is a single axis. The rotating shaft 5 is rotatably supported by the housing 2 by bearings 7 and 11 that are annularly disposed at both left and right ends of the housing 2. Inside the housing 2, a rotor 13 is attached to the rotating shaft 5, and the rotor 13 rotates integrally with the rotating shaft 5. Further, inside the housing 2, a cylindrical stator 14 is disposed on the rotating shaft 5 via a double bearing 9 disposed in an annular shape, and the rotating shaft 5 and the stator 14 support the planetary gear 15. Connected through. With such a structure, when the rotating shaft 5 is rotated, the rotating direction of the rotating shaft 5 is converted to the reverse direction by the planetary gear 15 and transmitted to the stator 14. As a result, the rotor 13 and the stator 14 rotate in the reverse direction. Become.
次に、本発明の回転体1を風力発電装置1’に応用した実施形態を、図6に基づき説明する。ハウジング2内部には、図1と同様の構造で、回転軸8、回転シャーシ3が配設されているが、回転軸8には変速機及びブレーキ部16が取り付けられ、回転シャーシ駆動シャフト5には変速機及びブレーキ部17が取り付けられている。ハウジング2の左端から外側に突出する回転シャーシ駆動シャフト5には第1回転翼18が取り付けられ、ハウジング2の右端面から外側に突出する回転軸8には第2回転翼19が取り付けられている。また、ハウジング2下面にはハウジング2を支持するために支柱20の上端部が取り付けられており、この支柱20の下端部(図示しない)は地面に設置されている。なお、ハウジング2はナセルとなるため、実際には空気抵抗を削減するような流線型の形状とすることができる。   Next, an embodiment in which the rotating body 1 of the present invention is applied to a wind power generator 1 'will be described with reference to FIG. In the housing 2, the rotary shaft 8 and the rotary chassis 3 are arranged in the same structure as in FIG. 1, but a transmission and a brake unit 16 are attached to the rotary shaft 8, and the rotary chassis drive shaft 5 is attached to the rotary shaft 8. The transmission and the brake part 17 are attached. A first rotating blade 18 is attached to the rotating chassis drive shaft 5 protruding outward from the left end of the housing 2, and a second rotating blade 19 is attached to the rotating shaft 8 protruding outward from the right end surface of the housing 2. . Further, an upper end portion of a support column 20 is attached to the lower surface of the housing 2 to support the housing 2, and a lower end portion (not shown) of the support column 20 is installed on the ground. In addition, since the housing 2 becomes a nacelle, it can actually be a streamlined shape that reduces air resistance.
さらに、回転軸8には電機子21が配設され、電機子21は回転軸8と一体となって回転する。一方、回転シャーシ3の内面には電機子21と対向するように永久磁石22が配設されており、永久磁石22は回転シャーシ3と一体となって回転する。また、永久磁石22と電機子21とを逆に配置してもよい。なお、電機子21には図示しないスリップリングが取り付けられており、スリップリングを介して電力が取り出される。   Further, an armature 21 is disposed on the rotating shaft 8, and the armature 21 rotates integrally with the rotating shaft 8. On the other hand, a permanent magnet 22 is disposed on the inner surface of the rotating chassis 3 so as to face the armature 21, and the permanent magnet 22 rotates integrally with the rotating chassis 3. Moreover, you may arrange | position the permanent magnet 22 and the armature 21 reversely. Note that a slip ring (not shown) is attached to the armature 21, and electric power is taken out through the slip ring.
本実施形態の風力発電装置1’は、第1回転翼18と第2回転翼19を有し、第1回転翼18は風力を回転運動に変えて回転シャーシ3を回転させ、第2回転翼19は風力を回転運動に変え回転軸8を回転シャーシ3と逆方向に回転させる。この時、二重軸受9の内輪側の転動体9eは、回転軸8の回転をスムースに回転させ、外輪側の転動体9eは回転シャーシ3をスムースに回転させる働きを有すると同時に、本装置の回転構造を籠型に支持する役割を有する。   The wind power generator 1 ′ of the present embodiment has a first rotary blade 18 and a second rotary blade 19, and the first rotary blade 18 changes the wind force into a rotational motion to rotate the rotary chassis 3, and the second rotary blade. 19 changes the wind force into a rotational motion and rotates the rotary shaft 8 in the opposite direction to the rotary chassis 3. At this time, the rolling element 9e on the inner ring side of the double bearing 9 smoothly rotates the rotation shaft 8, and the rolling element 9e on the outer ring side functions to smoothly rotate the rotating chassis 3 and at the same time It has a role to support the rotating structure of this in a saddle shape.
さらに、上記したように電機子21及び永久磁石22を配設することにより、第1回転翼18の回転が回転シャーシ駆動シャフト5を経由して伝達されて回転シャーシ3が回転すると共に、第2回転翼19の回転により回転軸8が回転シャーシ3と逆方向に回転すると、永久磁石22と電機子21とは互いに逆方向に回転することとなり、両者の相対速度が増大して発電効率が向上する。   Further, by disposing the armature 21 and the permanent magnet 22 as described above, the rotation of the first rotating blade 18 is transmitted via the rotating chassis drive shaft 5 to rotate the rotating chassis 3, and the second When the rotating shaft 8 rotates in the opposite direction to the rotating chassis 3 due to the rotation of the rotary blade 19, the permanent magnet 22 and the armature 21 rotate in the opposite directions, and the relative speed between the two increases and the power generation efficiency is improved. To do.
図6に示した実施形態は、中大型の風力発電に応用したものであるが、回転シャーシ3と回転軸8とが相対運動するために、回転翼の速度を変速機で増速する場合、従来の発電機より低速でよいため、機械寿命が長くなり、メンテナンスのコスト面で有利である。   The embodiment shown in FIG. 6 is applied to medium-sized and large-scale wind power generation. However, since the rotary chassis 3 and the rotary shaft 8 move relative to each other, the speed of the rotary blade is increased by the transmission. Since a lower speed is required than the conventional generator, the machine life is extended, which is advantageous in terms of maintenance costs.
なお、上記した本発明の回転体は撹拌機にも応用でき、この場合には、回転シャーシ及び回転軸にそれぞれ攪拌翼を一体に設け、回転シャーシ及び回転軸を逆回転させることにより、小型で撹拌能力の高い攪拌機を提供できる。   The rotating body of the present invention described above can also be applied to a stirrer. In this case, the rotating chassis and the rotating shaft are integrally provided with the stirring blades, respectively, and the rotating chassis and the rotating shaft are rotated in the reverse direction. A stirrer with high stirring ability can be provided.
本発明の回転体の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows embodiment of the rotary body of this invention. 図1の回転体に用いる二重軸受の正面図である。It is a front view of the double bearing used for the rotary body of FIG. 図2の二重軸受のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of the double bearing of FIG. 本発明の回転体の他の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows other embodiment of the rotary body of this invention. 遊星ギアを有する回転体の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows embodiment of the rotary body which has a planetary gear. 風力発電装置に適用した実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows embodiment applied to the wind power generator. 従来の籠型発電機の一般的な構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the general structure of the conventional vertical generator.
符号の説明Explanation of symbols
1 回転体
2 ハウジング
3 回転シャーシ
4,6 一重軸受
5 回転シャーシ駆動シャフト
8 回転軸
9 二重軸受
9a 外輪
9b 中間輪
9c 内輪
9d、9e ボール(転動体)
12 スラスト軸受
15 遊星ギア
16、17 変速機及びブレーキ部
18 第1回転翼
19 第2回転翼
21 電機子
22 永久磁石
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating body 2 Housing 3 Rotating chassis 4, 6 Single bearing 5 Rotating chassis drive shaft 8 Rotating shaft 9 Double bearing 9a Outer ring 9b Intermediate wheel 9c Inner ring 9d, 9e Ball (rolling element)
12 Thrust bearing 15 Planetary gears 16, 17 Transmission and brake unit 18 First rotary blade 19 Second rotary blade 21 Armature 22 Permanent magnet

Claims (11)

  1. ハウジングと、該ハウジングに配設される回転軸と、該ハウジングに配設され該回転軸に対して逆方向に回転可能な回転シャーシとを備える籠型回転体において、
    該回転シャーシは二重軸受を介して該回転軸に支持されていることを特徴とする籠型回転体。
    In a saddle type rotating body comprising a housing, a rotating shaft disposed in the housing, and a rotating chassis disposed in the housing and rotatable in a direction opposite to the rotating shaft,
    The vertical rotating body is characterized in that the rotating chassis is supported by the rotating shaft via a double bearing.
  2. 上記回転シャーシは、その両端で二重軸受により回転軸に支持されていることを特徴とする請求項1記載の籠型回転体。 The vertical rotating body according to claim 1, wherein the rotary chassis is supported on a rotary shaft by double bearings at both ends thereof.
  3. 上記二重軸受は、外輪と、該外輪の内側に配設される中間輪と、該中間輪の内側に配設される内輪とを備え、該外輪と該中間輪との間及び該中間輪と該内輪との間には複数の転動体がそれぞれ配設されることを特徴とする請求項1又は2記載の籠型回転体。 The double bearing includes an outer ring, an intermediate ring disposed inside the outer ring, and an inner ring disposed inside the intermediate ring, and between the outer ring and the intermediate ring and the intermediate ring. The vertical rotating body according to claim 1 or 2, wherein a plurality of rolling elements are respectively disposed between the inner ring and the inner ring.
  4. 上記転動体が、上記該外輪と該中間輪との間及び該中間輪と該内輪にそれぞれ二列づつ配置されることを特徴とする請求項3記載の籠型回転体。 4. The vertical rotating body according to claim 3, wherein the rolling elements are arranged between the outer ring and the intermediate ring and in two rows respectively on the intermediate ring and the inner ring.
  5. 上記回転シャーシは、その回転方向の両端部で一重軸受により上記ハウジングに対して回転可能に支持されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の籠型回転体。 The saddle type rotating body according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotating chassis is rotatably supported with respect to the housing by single bearings at both ends in a rotating direction thereof.
  6. 上記回転軸及び上記回転シャーシの一方には永久磁石が配置され、他方には該永久磁石に対向するように電機子が配置されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の籠型回転体。 6. A permanent magnet is arranged on one of the rotating shaft and the rotating chassis, and an armature is arranged on the other side so as to face the permanent magnet. A saddle type rotating body.
  7. 上記回転シャーシを回転する回転シャーシ駆動シャフトを備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の籠型回転体。 The saddle type rotating body according to any one of claims 1 to 6, further comprising a rotating chassis drive shaft for rotating the rotating chassis.
  8. 上記回転シャーシ駆動シャフトは上記ハウジングの一端から突出するよう配置され、この突出部分で回転シャーシ駆動シャフトは管状に形成されており、さらに上記回転軸が該回転シャーシ駆動シャフトの管状部を貫くように配設されることを特徴とする請求項7に記載の籠型回転体。 The rotating chassis drive shaft is disposed so as to protrude from one end of the housing. The protruding portion of the rotating chassis drive shaft is formed in a tubular shape, and the rotating shaft penetrates the tubular portion of the rotating chassis drive shaft. The saddle type rotating body according to claim 7, wherein the saddle type rotating body is disposed.
  9. 上記ハウジングの他端側に、上記回転軸を支持するスラスト軸受を備えることを特徴とする請求項8記載の籠型回転体。 The vertical rotating body according to claim 8, further comprising a thrust bearing that supports the rotating shaft on the other end side of the housing.
  10. 上記回転軸の回転を逆方向の回転に変換して上記回転シャーシに伝達する遊星ギアを備え、該逆方向の回転駆動力が該回転シャーシに伝達されることを特徴とする請求項1乃至5に記載の籠型回転体。 6. A planetary gear for converting rotation of the rotary shaft into rotation in the reverse direction and transmitting the rotation to the rotation chassis, wherein the rotation driving force in the reverse direction is transmitted to the rotation chassis. A vertical rotating body as described in 1.
  11. 請求項1乃至9のいずれかに記載の籠型回転体において、上記回転シャーシを回転する第1回転翼と、上記回転軸を回転する第2回転翼とを備え、該第1位回転翼と該第2回転翼の回転を逆方向とすることを特徴とする風力発電装置。 The saddle type rotating body according to any one of claims 1 to 9, comprising: a first rotary blade that rotates the rotary chassis; and a second rotary blade that rotates the rotary shaft; A wind turbine generator characterized in that the rotation of the second rotor blades is reversed.
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KR101742223B1 (en) * 2014-06-09 2017-05-31 정길룡 A generator
KR101858568B1 (en) 2017-11-07 2018-05-17 성상준 High efficient and torque motor having multi type stator structure

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