JP2005528558A - 多方向風力発電機 - Google Patents

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Abstract

本発明は、風力発電機に関し、より詳しくは、日常生活で発生する風を最大限活用して発電に用いると共に、風の方向によらず効率良く発電をすることができる多方向風力発電機に関する。本発明の目的は、さまざまな方向から吹いてくる風を活用して発電することができ、また、発電時、風の抵抗を最大限低減させることで、発電機の効率を向上させることができる多方向風力発電機を提供することにある。

Description

本発明は、風力発電機に関し、より詳しくは、日常生活で発生する風を最大限活用して発電に用いると共に、風の方向によらず効率良く発電をすることができる多方向風力発電機に関する。
一般に、電気を得るための発電の形態としては、水の落差を活用した水力発電、燃料を燃やして得られる火力発電、核分裂を用いた原子力発電、風を活用した風力発電などに分けられ、季節や地形的な影響に応じて適切な発電装置を設置して電力を得ている。
その中、風力発電は、自然現象である風を活用して電力を得る装置であって、他の発電施設とは異なり、設置費用が安価になり、家庭や地域単位で個別発電をすることが容易であるというメリットを持っている。
図８は、一般の風力発電機を示す正面図である。
同図に示されたように、一般の風力発電機は、風により回転される回転翼５０１と、前記回転翼５０１の回転力により電力を生産する発電機５００と、前記発電機５００および回転翼５０１を支持する支持フレーム６００とで構成される。
しかし、前述の風力発電機は、前記発電機の回転軸から放射状に所定の長さを有する回転翼を複数有しているが、前記回転翼の一部分に風が当たって回転する場合、前記回転翼の他部分は、自重により前記回転翼の回転を妨げ、即ち、回転軸から前記回転翼の一端に行くほど前記回転翼の回転距離には差が出てしまい、同様な角度を回転する一体型の回転翼は、その一側と他側において回転力が互いに相殺され、風力発電機の効率を減少するという問題点があった。
また、風が前記回転翼の正面に当たらなければ前記回転翼が回転できなくなり、風の特性上、風向が一定でないため、前記回転翼を風の方向に応じて回転させるための別の装置が必要となるなど、製造上の問題点があった。
本発明は、前述の問題点を解決するために創案されたものであって、本発明の目的は、さまざまな方向から吹いてくる風を活用して発電することができ、また、発電時、風の抵抗を最大限低減させることで、発電機の効率を向上させることができる、多方向風力発電機を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の構成は、所定の風力により発電する風力発電機において、中央に中心軸を有し、前記中心軸を中心に所定の半径を有する空間を形成して地面に支持されるベースフレームと、前記ベースフレームの中心軸に挿入されると共に回転する回動軸と、前記回転軸の外周面の上下端部に所定の半径を有し、前記回動軸の外周面に沿って設けられた複数の上下支持フレームと、前記上下支持フレームの一端に両端がヒンジ結合され、風により回動される回動翼板と、前記上下支持フレームの所定位置に設けられ、前記回動翼板の回動を防止して前記上下支持フレームと平衡を保つようにする回動防止バーと、前記上下支持フレーム上に設けられ、前記回動翼板の回動を制御する回動制御手段と、前記ベースフレームの中心軸下部に設けられ、前記回転軸の回転力を所定のギア組み合わせで伝達する回転力伝達手段と、前記回転力伝達手段により回転力を伝達されて発電する発電機とを備えてなることを特徴とする。
また、好ましくは、前記回動翼板の一側に設けられ、前記上下支持フレームの一端に両端がヒンジ結合されて風により回動される補助回動翼板を備え、前記補助回動翼板の回動時、前記補助回動翼板の一側が干渉するように前記上下支持フレームの一端に突出形成される補助回動停止突起をさらに備えてなることを特徴とする。
また、前記回動制御手段は、前記回動防止バーの一側に連結固定されると共に前記回動翼板の一側に連結され、前記回動翼板の回動角度を制御するワイヤであり、また、前記上下支持フレームの一端両側に形成され、前記回動翼板の回動時、前記回動翼板の一側が干渉される回動停止突起であることを特徴とする。
また、前記回転力伝達手段は、前記中心軸の下部に設けられ、内部に所定の空間を形成したギアケースと、前記ギアケースの底部面の一側に所定の調節ボルトが挿入されるように所定の高さで形成される雌ネジ部と、前記調節ボルトの上部面に設けられ、前記中心軸を支持する中心軸支持具と、前記回動軸が前記中心軸に嵌められ、前記ギアケース内に延長され、前記回動軸の一端に設けられた駆動ギアと、前記駆動ギアに噛み合う従動ギアを有して前記ギアケース内で回転する従動ギア軸と、前記ギアケースの下部一側を貫通して前記従動ギア軸の一端に設けられた伝達ギアと、前記伝達ギアと噛み合って発電機に回転力を伝達する発電ギアとを備えてなることを特徴とする。
さらに好ましくは、前記回動軸に順次挿入される第１、第２、第３の回動軸と、前記第１、第２、第３の回動軸の上下端部にそれぞれの回転半径を有しながら複数設けられる第１、第２、第３の上下支持フレームと、前記第１、第２、第３の上下支持フレームの一端に両端がヒンジ結合され、風により回動される回動翼板と、前記回動翼板の回動を所定位置で防止するように前記第１、第２、第３の上下支持フレームの一側に設けられる回動防止バーと、前記回動防止バーの一側に連結固定され、前記回動翼板の一側に連結され、前記回動翼板の回動角度を制御するワイヤと、前記第１、第２、第３の回動軸を前記ギアケース内に延長させて前記第１、第２、第３の回動軸の一端にそれぞれ設けられた第１、第２、第３の駆動ギアと、前記第１、第２、第３の駆動ギアにそれぞれ噛み合う第１、第２、第３の従動ギアとをさらに備えてなることを特徴とする。
また、好ましくは、前記上下支持フレームおよび回動防止バーは、横断面がＶ字形である型鋼からなることを特徴とする。
なお、前記駆動ギアおよび第１、第２、第３の駆動ギアと、前記従動ギアおよび第１、第２、第３の従動ギアのギア比は、２．５（駆動ギア）：１．７（第１の駆動ギア）：１．２５（第２の駆動ギア）：１（第３の駆動ギア）＝１（従動ギア）：１（第１の従動ギア）：１（第２の従動ギア）：１（第３の従動ギア）であることを特徴とする。
以下、添付の図面を参照して本発明の多方向風力発電機について詳述する。
図１は、本発明に係る多方向風力発電機を示す斜視図であり、図２は、本発明に係る多方向風力発電機を示す分解組立斜視図であり、図３は、本発明に係る多方向風力発電機を示す縦断面図であり、図４は、本発明に係る多方向風力発電機を示す横断面図であり、図５は、本発明に係る多方向風力発電機を示す一部斜視図であり、図６は、本発明に係る多方向風力発電機の回動翼板の他の実施例を示す斜視図であり、図７は、本発明に係る多方向風力発電機の回動翼板のまた他の実施例を示す斜視図である。
図面に示されたように、本発明は、中央に中心軸１１を有し、前記中心軸１１を中心に所定半径の空間を形成して地面に支持されるベースフレーム１０を備える。
なお、前記ベースフレーム１０の中心軸１１下部には、所定のギアケース２０が設けられ、前記ギアケース２０の底部面の一側に所定の調節ボルト３０が挿入されるように雌ネジ部４０を所定の高さで形成し、前記調節ボルト３０の上部面に中心軸支持具５０を収容して前記中心軸１１の一端が前記中心軸支持具５０面に点接触して支持されるようにする。
前記ベースフレーム１０の中心軸１１に挿入されると共に回転する回動軸６０を備え、前記回動軸６０の外周面の上下端部には、所定の半径を有する上下支持フレーム７０を前記回動軸６０の外周面に沿って複数設けられている。
また、前記上下支持フレーム７０の一端に両端がヒンジ結合され、風により回動する回動翼板８０が設けられている。
前記上下支持フレーム７０の一側には、前記回動翼板８０の回動を所定の位置で防止する回動防止バー９０が設けられているが、前記回動防止バー９０は、前記上下支持フレーム７０の間に垂直に連結して取り付ける。
なお、前記上下支持フレーム７０および回動防止バー９０を横断面が「Ｖ」状の型鋼で構成することで風が前記回動翼板８０の他に前記上下支持フレーム７０および回動防止バー９０にも当たるようにすることで回転力の発生を大きくすることがさらに好ましい。
また、前記回動防止バー９０の一側に連結固定され、前記回動翼板８０の一側に連結され、前記回動翼板８０の回動角度を制御するワイヤ１００が設けられている。
また、好ましくは、上下支持フレーム７０の一端両側には、前記回動翼板８０の回動角度を制御するように、前記回動翼板８０の回動時、前記回動翼板８０の一側に当たって回動が停止するようにする回動停止突起１７０が設けられる。
前記回動停止突起１７０に前記回動翼板８０の一側が干渉されるようにすると共に回動翼板８０の面積を大きくして風の影響をさらに受けるように前記回動翼板８０を前記上下支持フレーム７０の一端より突出して形成することが好ましい。
また、好ましくは、前記回動翼板８０の一端にさらに１つの補助回動翼板８０ａを前記上下支持フレーム７０の一端に両端がヒンジ結合されて回動されるように設けられるが、前記補助回動翼板８０ａの一側が前記回動翼板８０の一側に干渉するようにすることで、前記補助回動翼板８０ａの回動が前記回動翼板８０の一側により所定の位置で止まるようにし、回動角度の制御のためには補助回動停止突起１７０ａを前記上下支持フレーム７０上に設けることで、前記補助回動翼板８０ａの回動角度を制御するようにする。
なお、前記回動軸６０が前記中心軸１１に挿入され、前記ギアケース２０内に延長し、前記回動軸６０の一端には、駆動ギア１１０が設けられ、前記駆動ギア１１０に接する従動ギア１２０が前記ギアケース２０内に設けられている。
前記従動ギア１２０を有し、前記ギアケース２０内で回転する従動ギア軸１３０は、前記ギアケース２０の下部一側を貫通して前記従動ギア軸１０３の一端に伝達ギア１４０を備え、前記伝達ギア１４０と噛み合う発電ギア１５０を有する発電機１６０を備える。
また、さらに好ましくは、前記中心軸１１に挿入される回動軸６０に複数の第１、第２、第３の回動軸６０ａ、６０ｂ、６０ｃを順次挿入すると共に前記第１、第２、第３の回動軸６０ａ、６０ｂ、６０ｃの上下端部に所定半径の第１、第２、第３の上下支持フレーム７０ａ、７０ｂ、７０ｃを前記第１、第２、第３の回動軸６０ａ、６０ｂ、６０ｃの外周面に沿って複数設ける。
また、前記第１、第２、第３の上下支持フレーム７０ａ、７０ｂ、７０ｃの一端に両端がヒンジ結合されて風により回動される回動翼板８０、前記回動翼板８０の回動を所定の位置で防止する回動防止バー９０および前記回動防止バー９０の一側に連結固定され、前記回動翼板８０の一側に連結され、前記回動翼板８０の回動角度を制御するワイヤ１００を備える。
このとき、第１、第２、第３の上下支持フレーム７０ａ、７０ｂ、７０ｃの長さを、前記第１、第２、第３の上下支持フレーム７０ａ、７０ｂ、７０ｃの回転時にその回転半径を異にして前記第１、第２、第３の上下支持フレーム７０ａ、７０ｂ、７０ｃに設けられたそれぞれの回動翼板８０が水平上に位置するようにする。
なお、前記第１、第２、第３の回動軸６０ａ、６０ｂ、６０ｃを前記ギアケース２０内に延長させ、前記第１、第２、第３の回動軸６０ａ、６０ｂ、６０ｃの一端にそれぞれの第１、第２、第３の駆動ギア１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを設けると共に、従動ギア軸１３０には、前記第１、第２、第３の駆動ギア１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにそれぞれ噛み合う第１、第２、第３の従動ギア１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを設ける。
前述のような構成を有する本発明では、所定の方向から風が吹いてくると、回動防止バーに連結固定されたワイヤに一側が連結された複数の回動翼板は、風の影響を受けるようになる。
なお、風の影響の他に、海水の流れによっても影響を受けることができるため、海水を用いた発電にも使用可能である。
前記複数の回動翼板は、風および海水の影響を受ける時、前記回動翼板が回動軸の外周面に沿って設けられているが、前記回動軸を中心に一側の回動翼板に風が当たると、回動翼板は、回動防止バーに支持され、回動せずに風の影響をそのまま受けるようになる。
即ち、前記回動翼板が風の影響を受けて回動軸を回転させるようになる。
また、前記回動翼板が前記回動防止バーに連結固定されたワイヤに一側が連結固定され、前記回動翼板の回動角を制御するようになる。
なお、回動翼板の回動角を制御する他の実施例として、回動停止突起および補助回動停止突起を備えた場合、前記回動翼板は、上下支持フレームの一端に設けられた回動停止突起により前記回動翼板の回動時に前記回動翼板の一側が前記回動停止突起に干渉され、所定の角度だけ回動してから停止し、補助回動翼板は、補助回動停止突起により所定の角度だけ回動した後、停止する。
前記補助回動翼板が風の影響を受けると、補助回動翼板の一側は、前記回動翼板の一側に干渉されることで、回動せずに風の影響を受けて回動軸を回転させることが可能となる。
なお、前記回動軸の他側の回動翼板に風が当たると、前記回動翼板が回動されるが、これは、前記回動防止バーが前記回動翼板の前面、即ち、風が吹く方向に位置することで、前記回動翼板が回動されて風の影響を受けないためである。
従って、前記回動軸が回動する時、一側の回動翼板は、風の影響を受けて前記回動軸の回転力を加え、他側の回動翼板は、風の抵抗を抱いて回転するが、このとき、前記回動翼板が回動することで風の影響を受けないため、前記回動軸の回転力を減少させることなく、より大きな回転力が得られる。
即ち、図４に示されたように、風が吹く方向から時計方向に１回転するが、風が吹く方向に前記回動翼板が位置する場合、前記回動翼板の位置角度を０°とすると、前記回動翼板が０°〜１８０°の間では風の影響を受けて回転力を加え、前記回動翼板が１８０°を超えると、風の影響を受けて回動するようになる。
しかし、前記回動翼板が１８０°〜２７０°の間では、前記回動翼板が風の吹いてくる方向に対して傾斜して形成され、吹いてくる風が前記回動翼板の傾斜面に沿って流動し、回動軸に回転力を加えるようになる。
また、前記回動翼板が２７０°〜３６０°の間では、前記回動翼板が風の吹いてくる方向に平行になり、風の影響を受けないため、回動軸の回転力が減少しない。
従って、回動翼板が風の影響を受けて回転力を発生させ得る区間は、１回転時、２７０°の半径となり、この区間で大きな回転力を得ることができる。
なお、前記回動軸の大きな回転力により回転すると、ギアケース内の駆動ギアは、回動軸の回転力を従動ギアに伝達するようになり、従動ギア軸は、伝達ギアにより発電機に伝達して発電を行うようになる。
また、前記回動軸に挿入される第１、第２、第３の回動軸をさらに設けることで、回動軸に回転力をさらに加えることができる。
前記第１、第２、第３の回動軸の回転力を前記ギアケース内で従動ギア軸に伝達する場合、前記第１、第２、第３の回動軸の一端にそれぞれ第１、第２、第３の駆動ギアを備え、前記従動ギア軸には、前記第１、第２、第３の駆動ギアにそれぞれ噛み合う第１、第２、第３の従動ギアを備える。
前記駆動ギアおよび第１、第２、第３の駆動ギアと、前記従動ギアおよび第１、第２、第３の従動ギアが噛み合う時、前記回動軸の回転半径が一番小さく、第３の回動軸の回転半径が一番大きいため、ギア比を、２．５（駆動ギア）：１．７（第１の駆動ギア）：１．２５（第２の駆動ギア）：１（第３の駆動ギア）＝１（従動ギア）：１（第１の従動ギア）：１（第２の従動ギア）：１（第３の従動ギア）の範囲内にすることが好ましい。
以上のように、本発明は、風向によらずに発電をすることができると共に、風の抵抗を極力少なくして発電機の効率を高くすることができる効果を奏する。
本発明に係る多方向風力発電機を示す斜視図である。 本発明に係る多方向風力発電機を示す分解組立斜視図である。 本発明に係る多方向風力発電機を示す縦断面図である。 本発明に係る多方向風力発電機を示す横断面図である。 本発明に係る多方向風力発電機を示す一部斜視図である。 本発明に係る多方向風力発電機の回動翼板の他の実施例を示す斜視図である。 本発明に係る多方向風力発電機の回動翼板のまた他の実施例を示す斜視図である。 一般の風力発電機を示す正面図である。
符号の説明
１０：ベースフレーム
１１：中心軸
２０：ギアケース
３０：調節ボルト
４０：雌ネジ部
５０：中心軸支持具
６０：回動軸
７０：上下支持フレーム
８０：回動翼板
９０：回動防止バー
１００：ワイヤ
１１０：駆動ギア
１２０：従動ギア
１３０：従動ギア軸
１４０：伝達ギア
１５０：発電ギア
１６０：発電機
１７０：回動停止突起

Claims (3)

  1. 所定の風力により発電する風力発電機であって、
    中央に中心軸を有し、前記中心軸を中心に所定の半径を有する空間を形成して地面に支持されるベースフレームと、
    前記ベースフレームの中心軸に挿入されると共に回転する回動軸と、
    前記回転軸の外周面の上下端部に所定の半径を有し、前記回動軸の外周面に沿って設けられた複数の上下支持フレームと、
    前記上下支持フレームの一端に両端がヒンジ結合され、風により回動される回動翼板と、
    前記上下支持フレームの所定位置に設けられ、前記回動翼板の回動を防止して前記回動翼板が前記上下支持フレームと平衡を保つようにする回動防止バーと、
    前記上下支持フレーム上に設けられ、前記回動翼板の回動を制御する回動制御手段と、
    前記ベースフレームの中心軸下部に設けられ、前記回転軸の回転力を所定のギア組み合わせで伝達する回転力伝達手段と、
    前記回転力伝達手段により回転力を伝達されて発電する発電機と、
    を備えてなることを特徴とする多方向風力発電機。
  2. 前記回動軸に順次挿入される第１、第２、第３の回動軸と、前記第１、第２、第３の回動軸の上下端部にそれぞれの回転半径を有しながら複数設けられる第１、第２、第３の上下支持フレームと、前記第１、第２、第３の上下支持フレームの一端に両端がヒンジ結合され、風により回動される回動翼板の所定位置で回動を防止するように前記第１、第２、第３の上下支持フレームの一側に設けられる回動防止バーと、前記上下支持フレーム上に設けられ、前記回動翼板の回動を制御する回動制御手段と、前記第１、第２、第３の回動軸を前記ギアケース内に延長させて前記第１、第２、第３の回動軸の一端にそれぞれ設けられた第１、第２、第３の駆動ギアと、前記第１、第２、第３の駆動ギアに回転が異なるようにそれぞれ噛み合う第１、第２、第３の従動ギアとをさらに備えてなることを特徴とする請求項１記載の多方向風力発電機。
  3. 前記上下支持フレームの一端両側に形成され、前記回動翼板の回動時、前記回動翼板の一側が干渉される回動停止突起であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の多方向風力発電機。
JP2004509273A 2002-05-31 2003-01-24 多方向風力発電機 Pending JP2005528558A (ja)

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