JP2006077753A - 回転加算駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 地球環境とエネルギー問題を総合的に考えた場合、家庭での風力発電の普及が望まれるが、広く普及するためには多くの課題がある。先ず実際の利用環境で最も多い弱風域でも発電機を駆動でき、台風等、過酷な自然条件下でも安定して稼動し、構造が簡単且つ製造容易で安価で安全性も高く、長期間メンテナンス不要等である。
【解決手段】 弱風域での回転力を向上させるため、親子遊星歯車と内歯車の組み合わせにより、２台の風車の回転エネルギーを加算して取り出せ、強風や不安定な風力に対しては、遠心力でも外れるラチェットとフライホイールの制御機構で安定した回転力を得ることが出来る。更に垂直軸風車と組み合わせることにより、風向きと風力が頻繁に変化する住宅街等でも稼働率を向上させることができ、しかも構造が簡単で耐久性に優れた風力発電用駆動装置を提供することが出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主として、風力発電装置等で使用される風力発電機駆動方式に関する。

従来の風力発電機において、弱風での発電効率を向上させる簡単な方法のひとつとして、風車を並べ発電効率を高める特許がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

以下、図４、図５により従来の風車について説明する。特許文献１では図４に示すように風の取り入れ口を一方向（図４では上部）に固定して、その風でそれぞれ逆回転する２台の風車３，４を発電機２の左右に置き、それぞれ界磁側と電機子側に、プーリー９ａ、９ｂ、ベルト１１ａ等で回転力を伝え、界磁と電機子の相対速度を上げることにより発電効率を向上させる。そして回転する電機子側の大きな電力をスリッピング１２とブラシ１３で取り出す構造である。

次に特許文献２では、図５に示すように、それぞれ逆回転する風車１、２と連結したワンウエイクラッチ１ｂ、２ｂを左右に置き、プーリー１ｃ、２ｃ、７、８と傘歯車７ａ、８ａ、１０と、プーリー１０ａ、１１ａを介して、発電機１１に回転力を伝える仕組みであるが、２台の風車の回転速度が異なった場合は遅い方の風車の回転数に合わせて発電機を回す仕組みとなっている。更に参考特許文献１との差異は、この２台の風車と駆動装置及び発電機全体を風向きに合わせて回転させる構造等である。
特開２００１−２５４６６６ 特許公開平０９−２４２６５８

従来の特許文献の例では図４、図５に示すように風車の並び方向からの風を利用できないため、本来は風に対して無指向性であるはずの垂直型風車の特徴が生かせず稼働率が低下する。しかも図５の例では回転の早いほうの風車の力が十分生かせない。更に図４の例では電気が発生する電機子側も回転するため、大きな電力を取り出す回転スリッピングとブラシのスパークによる磨耗等、耐久性や、構造の複雑さ等、難点が多い。

以上述べたように従来の風力発電機はどれも効率が悪く構造的に複雑で全体が大きくなり、過酷な自然条件下での長期間運転が前提の風力発電装置としての耐久性や製造コスト的にも課題が多く広く普及するレベルには至っていない。

本発明では、本来の垂直軸風車の特徴である風に対する無指向性を生かし、住宅街等の複雑な地形や建物による風向・風力の頻繁な変化に対しても回転効率を落とさず、しかも回転ブラシ等の磨耗部が無く耐久性に富み、構造が簡単で、製造コストが安い、風力発電機の駆動装置の提供を目的とするものである。

本発明の請求項１では、上記目的を達成するために、お互いに異なる速度と異なる方向で回転する上下２台の垂直軸型風車の回転エネルギーを、本発明の回転加算装置により、同じ回転方向に加算して取り出すことが事ができる。

また、請求項２により、強風時や急激な風力の変化に対しても、回転制御駆動装置により安定した回転力を取り出すことが事ができる。

上述したように、本発明の風力発電用回転加算駆動制御装置により、上下段の風車全体の高さ幅の、水平方向、全３６０度の風力エネルギーを、効率よく集めることができる。

更に、この回転加算駆動制御装置は連結する発電機の電機子側を固定できるため、回転スリッピングやブラシ等、磨耗する部分が無く耐久性に富み、長期間安定して電気エネルギーを取り出す仕組みができる。また、構造も簡単なので製造及び維持コストも安い。

従って、小型・中型の風力発電機の駆動装置を安価に製造でき、家庭用の発電機から、学校、工場、事業所等、電気エネルギーの消費地の近傍や、公園、草原、山間、離島など、電力供給コストがかかる場所でも簡単に設置できる。しかも昼夜を問わない発電が可能となるので、環境コストまで含めた総合的なエネルギー問題等、課題解決にも効果がある。

なお、ここで、先に発明した改良型垂直軸型風車（特願２００４−２４７５４８）と組み合わせて使えば、更に弱風域でも発電効率の良い風力発電用駆動装置の提供が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図１、図２に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例に係る風力発電装置全体の外観を示し、図２は、本発明の請求項２の実施例に係るラチェット内臓型フライホイール回転制御駆動装置の平面図を、図３は本発明の請求項１の実施例に係る回転加算駆動装置を示す。

図１において、回転加算駆動装置は図中央の１の部分である。先ず、上部の風車１３の回転力は、回転軸１３ａに連結された遊星歯車４の軸支え板５を回す。

下部の風車１４の反対方向に回転する回転力は回転軸１４ａにより、回転加算駆動装置１の下部の歯車２を回す。

この結果、逆転している２台の風車の回転エネルギーは、親子遊星歯車４の外側に回転加算され、ボールベアリング１５で回転を独立させた上部の内歯車３を回す。

次に、内歯車３はラチェット６と連結して回転しており、フライホイールに内蔵されたラチェット部、図２の連結爪８は通常閉じているので、ラチェット６の回転力によってフライホイール７を回転させることが出来る。

このフライホイール７は発電機の駆動軸１２ａと連結しており、発電機１２を駆動する。この結果、発電機１２は風車１３、１４の合計のエネルギーで回転することになり、弱風でも起動力と効率の良い発電機の駆動が可能となる。

なおここで風が急激に弱まり、風車の回転力が落ち内歯車３の合計の回転数も落ちて、フライホイール７側の回転速度が相対的に速くなった場合、図２のラチェットの爪８が外れ、フライホイール７側は、蓄えられた回転運動エネルギーにより連結された発電機側と一緒に、その回転運動エネルギーが無くなるまで回転を持続することができる。

更に、強風時の高速回転時には、図２のラチェットの爪の引っ張りバネ１０の力以上にラチェットの爪の重り９の遠心力が増し、爪８が外れ、内歯車３の過剰な回転力の伝達が断たれるので、発電機側への駆動力を抑制することができる。そして、フライホイール７側の回転速度が落ちれば、ラチェットは再び繋がる。この繰り返しにより発電機側の回転速度の安定化が図れる。

なお、このラチェット機構部は、丈夫なフライホイール内に格納されているので衝撃に強く、しかも高速回転に対しても部品の飛び出し等が生じない安全な構造となっている。

更に、装置全体を大型化する時は、駆動部分の耐久性等考慮して、歯の形状が螺旋状のヘリカル歯車等を使うことにより同時に高速回転時の騒音も減らすことができる。また、風車の大きさや発電機の出力に応じて、歯車比を適切に変えることも可能である。

回転加算駆動装置と風力発電機の斜視図である。 ラチェット内臓型フライホイール回転制御装置の下から見た平面図。 回転加算駆動装置の下から見た平面図。 特許文献１の従来の附設風力発電装図である。 特許文献２の従来のツイン風車式発電装置図である。

符号の説明

１ 回転加算駆動装置
２ 回転加算駆動装置内の下部歯車
３ 回転加算駆動装置内の上部内歯車
４ 回転加算駆動装置内の親子遊星歯車
５ 回転加算駆動装置内の親子遊星歯車軸支え板
６ ラチェット部
７ ラチェット内蔵型フライホイール
８ ラチェット部の連結爪
９ ラチェット部の連結爪の重り
１０ ラチェット部の連結維持引っ張りバネ
１１ フライホイールに固定されたラチェット部の連結爪の支点
１２ 発電機
１２ａ 発電機駆動軸
１３ 縮小した上部の垂直軸風車
１３ａ 風車１３の回転軸
１４ 縮小した下部の垂直軸風車
１４ａ 風車１４の回転軸
１５ 軸受けボールベアリング

Claims (2)

1. 風力発電装置の弱風域における起動力と発電能力を高めるため、異なる２台の風車の回転エネルギーを、親子遊星歯車と内歯車の組み合わせにより、同じ回転方向にまとめて加算して高速回転力を得ることを特徴とする回転加算駆動装置。
2. 風力発電装置における発電機の出力を安定化させるため、フライホイールと、遠心力でも外れるラチェットの組み合わせにより、急激な風力の変化や、台風・暴風等における風車の過剰な高速回転時に回転力の伝達を遮断して、回転を抑制することを特徴とする回転制御装置。

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