JP2006329106A - Wind power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風車ユニットと、風車ユニットの回転により発電する発電機を有する風力発電装置に関するものである。 The present invention relates to a wind turbine generator having a windmill unit and a generator that generates electric power by the rotation of the windmill unit.
かかる風力発電装置として、下記非特許文献のWebサイトに公開される照明灯がある。この風力発電装置は、サボニウス型風車とこの風車により発電される発電機とを備え、発電機により蓄電されたエネルギーを用いて灯りを点灯するものである。この照明灯の本体部の側面に1つの風車ユニット(サボニウス型風車)が取り付けられている。 As such a wind power generator, there is an illuminating lamp that is disclosed on the following non-patent literature website. This wind power generator includes a Savonius-type windmill and a generator that is generated by the windmill, and lights a lamp using energy stored by the generator. One windmill unit (Savonius type windmill) is attached to the side surface of the main body of the illuminating lamp.
一方、複数の風車ユニットを回転軸が同軸となるように配置し、個々の発電ユニットで個別に発電機を有するような風力発電装置が現在知られていない。例えば、同軸で発電ユニットを連結し、建造物の壁面に設置する場合には、壁面から風力発電装置があまり突出しないような形で設置する必要がある。複数の風車ユニットを設置する場合には、同軸で配置し、外観的にも見栄えのする製品とする必要がある。更に、同じ理由により、発電機を設ける場合にも、発電機の回転軸と風車ユニットの回転軸とは、同軸になるようにする必要がある。
ここで、発電機としてインナーローター型の発電機を使用すると、軸支構造が複雑となるのを回避するため、風車ユニットの回転軸からずらした位置に発電機の回転中心を配置し、プーリー等により、発電機と風車ユニットとを連結する必要があった。従って、風車ユニットと同軸にできない分、発電機が突出した位置に配置されてしまうと共に、プーリーを使用することで発電効率の低下も招くことになる。 Here, if an inner rotor type generator is used as the generator, the rotation center of the generator is arranged at a position shifted from the rotation axis of the wind turbine unit in order to avoid complication of the shaft support structure, a pulley, etc. Therefore, it was necessary to connect the generator and the wind turbine unit. Therefore, the generator is disposed at a position where it protrudes to the extent that it cannot be coaxial with the wind turbine unit, and the use of pulleys also causes a decrease in power generation efficiency.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、複数の風車ユニットを同軸に複数連結できると共に、発電機も同軸に配置し、見栄えのよい風力発電装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a good-looking wind power generation apparatus in which a plurality of wind turbine units can be coaxially connected and a generator is also coaxially arranged. .
上記課題を解決するため本発明に係る風力発電装置は、
固定軸と、
この固定軸の軸心周りに回転可能な翼部材を有する風車ユニットと、
前記翼部材の軸方向両端側を固定軸に対して回転可能に支持するための第1軸受及び第2軸受と、
風車ユニットの回転に連動して発電し、固定軸と同軸に配置される発電機とを備え、
前記第1軸受は、発電機の回転部分に設けられると共に、この回転部分が風車ユニットと一体的に結合されていることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, a wind turbine generator according to the present invention is
A fixed shaft;
A wind turbine unit having a blade member rotatable around the axis of the fixed shaft;
A first bearing and a second bearing for rotatably supporting both axial ends of the wing member with respect to a fixed shaft;
A power generator that is linked to the rotation of the windmill unit, and a generator that is arranged coaxially with the fixed shaft;
The first bearing is provided in a rotating portion of the generator, and the rotating portion is integrally coupled with the wind turbine unit.
この構成による風力発電装置の作用・効果を説明する。この風力発電装置は、固定軸と、この固定軸周りに回転可能な翼部材を有する風車ユニットを備えている。風車ユニットの固定軸に対する支持は、翼部材の軸方向両端側に配置される第1軸受と第2軸受により行われる。これにより、風車ユニットは固定軸に対して回転することが可能になる。また、第1軸受は、発電機の回転部分に設けられ、さらに、この回転部分は風車ユニットと一体的に結合されている。従って、風車ユニットは発電機を介して固定軸に回転可能に支持されることになり、風車ユニットと発電機を同軸で支持可能となる。かかる構成によれば、複数の風車ユニットを固定軸に沿って複数並べて設置することが可能になる。また、発電機も同軸で配置できるので、固定軸からの突出量も抑制することができる。その結果、複数の風車ユニットを同軸に複数連結できると共に、発電機も同軸に配置し、見栄えのよい風力発電装置を提供することができる。 The operation and effect of the wind turbine generator with this configuration will be described. This wind power generator includes a windmill unit having a fixed shaft and a blade member rotatable around the fixed shaft. Support for the fixed shaft of the wind turbine unit is performed by the first bearing and the second bearing disposed on both axial ends of the blade member. As a result, the wind turbine unit can rotate with respect to the fixed shaft. The first bearing is provided in a rotating portion of the generator, and this rotating portion is coupled integrally with the wind turbine unit. Therefore, the windmill unit is rotatably supported on the fixed shaft via the generator, and the windmill unit and the generator can be supported coaxially. According to this configuration, a plurality of wind turbine units can be installed side by side along the fixed axis. Moreover, since the generator can also be arranged coaxially, the amount of protrusion from the fixed shaft can also be suppressed. As a result, it is possible to connect a plurality of wind turbine units coaxially, and also to arrange a generator coaxially, thereby providing a good-looking wind power generator.
本発明において、翼部材の軸方向両端側に配置される第1翼支持体と第2翼支持体とを備え、
第1翼支持体に回転部分が固定される前記発電機と、
この回転部分に外輪が取り付けられ、内輪が固定軸に嵌合する前記第1軸受と、
第2翼支持体に設けられる軸受ハウジングと、
この軸受ハウジングに外輪が取り付けられ、内輪が固定軸に嵌合する前記第2軸受とを備えていることが好ましい。
In the present invention, the wing member comprises a first wing support and a second wing support disposed on both axial ends of the wing member,
The generator whose rotating part is fixed to the first wing support;
An outer ring is attached to the rotating portion, and the first bearing has an inner ring fitted to a fixed shaft;
A bearing housing provided on the second blade support;
Preferably, an outer ring is attached to the bearing housing, and the inner ring includes the second bearing that fits on the fixed shaft.
この構成によると、翼部材の軸方向両端側に第1翼支持体と第2翼支持体が設けられる。第1翼支持体に発電機が固定され、この発電機の回転部分に第1軸受の外輪が取り付けられる。従って、翼部材が風力により回転すると、第1翼支持体が回転し、発電機の回転部分が回転する。第1軸受の内輪は固定軸に嵌合して取り付けられる。また、他方の第2翼支持体には、第2軸受の外輪が取り付けられ、第2軸受の内輪は固定軸に嵌合する。これにより、風車ユニットの両端部を軸受により確実に支持することができ、発電機も固定軸と同軸に支持することができる。 According to this configuration, the first blade support and the second blade support are provided on both axial ends of the blade member. A generator is fixed to the first blade support, and an outer ring of the first bearing is attached to a rotating portion of the generator. Therefore, when the wing member is rotated by wind power, the first wing support is rotated and the rotating portion of the generator is rotated. The inner ring of the first bearing is fitted and attached to the fixed shaft. In addition, an outer ring of the second bearing is attached to the other second blade support, and the inner ring of the second bearing is fitted to the fixed shaft. Thereby, the both ends of a windmill unit can be reliably supported by a bearing, and a generator can also be supported coaxially with a fixed shaft.
本発明において、前記固定軸は、中空の円筒軸であり、その内部に発電機の配線が収容されることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said fixed shaft is a hollow cylindrical shaft, and the wiring of a generator is accommodated in the inside.
固定軸が中空に形成され、この内部に発電機の配線を通すことで、配線を外観に出すことなく収容することができ、風車ユニットの回転により配線のねじれを生じさせることもない。 The fixed shaft is formed hollow, and the wiring of the generator is passed through this, so that the wiring can be accommodated without appearing the appearance, and the twist of the wiring is not caused by the rotation of the windmill unit.
本発明において、前記発電機の回転部分にマグネットが搭載され、固定部分に発電用コイルと回路基板が搭載されることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that a magnet is mounted on the rotating portion of the generator, and a power generation coil and a circuit board are mounted on the fixed portion.
これにより、風力により風車ユニットが回転すると、回転部分のマグネットが回転する。また、回転部分と対向する固定部分には、発電コイルが搭載されており、マグネットの回転により発電させることができる。また、固定部分に発電用コイルと回路基板が搭載されているので、風車ユニットの回転により、配線がねじれることはない。 Thereby, when a windmill unit rotates with wind power, the magnet of a rotation part rotates. In addition, a power generation coil is mounted on the fixed portion facing the rotating portion, and power can be generated by rotating the magnet. Further, since the power generating coil and the circuit board are mounted on the fixed portion, the wiring is not twisted by the rotation of the wind turbine unit.
本発明に係る風車ユニットが固定軸に沿って複数取り付けられていることが好ましい。 It is preferable that a plurality of wind turbine units according to the present invention are attached along the fixed shaft.
風車ユニットを同軸に複数設けることで、必要とされる電力を獲得することができる。また、個々の風車ユニットに夫々発電機を設けることができる。従って、種々の目的を有する発電機を同軸に配置することもできる。 Necessary electric power can be obtained by providing a plurality of wind turbine units coaxially. Moreover, a generator can be provided for each wind turbine unit. Therefore, generators having various purposes can be arranged coaxially.
本発明において、前記翼部材の表面に文字情報を形成したことが好ましい。例えば、広告文字や看板などとして利用することもできるようになり、例えば、建造物の壁面に自然な形で設置することができる。 In the present invention, it is preferable that character information is formed on the surface of the wing member. For example, it can also be used as an advertising character, a signboard, etc., and can be installed in a natural form on the wall surface of a building, for example.
本発明に係る風力発電装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図1は、多連型小型風力発電装置1(以下、単に風力発電装置という)の構成を示す外観斜視図である。 A preferred embodiment of a wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view showing a configuration of a multiple small wind power generator 1 (hereinafter simply referred to as a wind power generator).
<風力発電装置の構成>
この風力発電装置1は、上下(縦)方向に3連の風車ユニット2A,2B,2Cを有し、一番上の風車ユニット2Aと一番下の風車ユニット2Cが、支持フレーム3に支持されている。支持フレーム3は、上下に延びる垂直部分3aと、この垂直部分3aの両端に形成される水平部分3bとを有している。この風力発電装置1は、図2に示すように、好適には、建造物(ビル、マンション等)の壁面に設置される。壁面に設置するときは、垂直部分3aが壁面に固定されるように施工される。図2の例では、壁面の端部に配置され、図1に示す風力発電装置1が上下に3機ほど設置されている。
<Configuration of wind power generator>
This
図1に戻り、各風車ユニット2は、第1翼部材4と第2翼部材5を備えている。第1・第2翼部材4,5の軸方向両端側には、第1支持プレート6(第1翼支持体に相当)と第2支持プレート7(第2翼支持体に相当)が設けられており、円板状のプレートとなっている。下側の第1支持プレート6の下方には、発電機8が取り付けられている。
Returning to FIG. 1, each
<風車の形状>
次に、風車ユニット2を構成する第1翼部材4と第2翼部材5の形状を図3により説明する。図3は、第1・第2翼部材4,5を水平方向に切断した断面図を示している。この風車は、サボニウス型と呼ばれるものであり、プロペラ型の風車に比べると、高速回転時のエネルギー変換効率は低いが、低速回転領域では大きなトルクが出る特性を有する。都市部のように、強い風が吹かないような地域において好適なタイプの風車であり、騒音や振動が低く、設置が容易であるという利点を有している。
<Shape of windmill>
Next, the shapes of the
図3に示すように、第1翼部材4は、凹面に形成された風受け面4aを有し、凹面はサイクロイド曲線(幅方向中央部と両端部の一部を除く)により形成されている。さらに、凸面に形成された風逃がし面4bを有し、この凸面もサイクロイド曲線(幅方向中央部と両端部の一部を除く)により形成されている。これら2つのサイクロイド曲線により、第1翼部材4には肉厚の等しい部分(あるいは、ほぼ等しい部分)が形成される。
As shown in FIG. 3, the
風逃がし面4bには、その幅方向両端部に小凹部4cが形成されている。風逃がし面4bに当る風は回転に対して抵抗になるが、小凹部4cを形成することで、その抵抗を軽減することができる。これにより、風車の回転性能を向上させることができる。小凹部4cは、図3の紙面に垂直な方向に沿って形成されており、溝形状を有している。また、小凹部4cの更に外側の部分は、肉厚となるように凸部4dが形成されている。これにより、第1翼部材4全体の強度を保持することができる。また、風受け面4aの側には、切り欠き状に形成された取り付け穴4eが3箇所(両端部と中央部)に形成されている。第1翼部材4は、好ましくは、押し出し成型により製造され、長手方向(回転軸方向)にわたって同じ断面形状を有する。
On the
第2翼部材5は、第1翼部材4とほとんど同じ形状を有する。同じように、風受け面5a、風逃がし面5b、小凹部5c、凸部5d、取り付け穴5eとが設けられる。機能は、第1翼部材4の場合と同じである。第1・第2翼部材4,5の長手方向(回転軸方向)の両側には、支持プレート6,7が夫々設けられ、取り付け穴4e,5eを用いて、ネジ等により支持プレート6,7に取り付けられる。また、支持プレート6,7の中央には、回転中心R(固定軸10の軸心に一致する)が設定され、第1翼部材4と第2翼部材5とは、この回転中心Rに対して点対称又はほぼ点対称に配置される。これにより、風受け面4a,5aが風を受けることで、第1・第2翼部材4,5は、回転中心Rを中心として回転することができる。
The
以上のようなサボニウス型風車によれば、サイクロイド曲線により風受け面、風逃がし面が形成されるので、風の流れる速度や量を多くすることができ、回転性能が向上する。また、風車の厚みも小さくなり小型化を図ることができ、これにより、回転性能が向上する。 According to the Savonius type windmill as described above, since the wind receiving surface and the wind escape surface are formed by the cycloid curve, the speed and amount of wind flow can be increased, and the rotational performance is improved. Further, the thickness of the windmill can be reduced and the size can be reduced, thereby improving the rotation performance.
<風力発電装置の内部構成>
次に、風力発電装置の内部構成について、図4の断面図及び図5、図6の要部拡大図により説明する。図4は、図1に示す3つの風車ユニット2のうち、下の2つの風車ユニット2B,2Cについてのみ図示している。ちなみに、本実施形態では、3つの風車ユニット2は全て同じ構成を有しているが、異なる構造を有する風車ユニット2を同軸に配置してもよい。
<Internal configuration of wind turbine generator>
Next, the internal configuration of the wind turbine generator will be described with reference to a cross-sectional view of FIG. 4 and enlarged views of main parts of FIGS. FIG. 4 shows only the lower two
風車ユニット2の回転中心Rには、固定軸10が設置される。この固定軸10は、複数の軸部材により形成される。翼部材4,5が配置される領域には、主固定軸10aが配置され、この主固定軸10aの下端には、補助固定軸10bがネジにより連結される。この補助固定軸10bの下端は、更に連結固定軸10cにより結合され、この連結固定軸が支持フレーム3の水平部分3bに結合される。固定軸10は、このように複数の軸部材により構成されるが、全体として1つの固定された固定軸10として機能するものである。主固定軸10aは、翼部材4,5が回転する際に干渉しないように、主固定軸10aの外径や、翼部材4,5の形状が設定されている。
A fixed
第1翼部材4と第2翼部材5の軸方向下端部は、第1支持プレート6に対してネジで結合されている。この第1支持プレート6の下面側に発電機8が配置される。発電機8は、外観を構成する部材として第1ケース8aと第2ケース8bとを備えており、これらケース8a,8bは回転部分に相当し、ネジにより連結されている。また、上側にある第1ケース8aは、ネジにより第1支持プレート6に連結される。また、発電用のマグネットが、第1ケース8a及び/又は第2ケース8bに載置される。従って、風力により風車ユニット2Cが回転すると、これら第1・第2ケース8a,8b、マグネットが共に回転させられることになる。
Lower ends in the axial direction of the
また、補助固定軸10bの周囲には第1ラジアル軸受11(第1軸受に相当)が配置されている。第1ラジアル軸受11の内輪は補助固定軸10bの外周に嵌合された形で固定される。第1ラジアル軸受11は全部で3個配置され、そのうちの2つについては、外輪が第1ケース8aに結合され、残りの1つは第2ケース8bに結合される。従って、第1・第2ケース8a,8bは、軸受ハウジングとして機能している。
A first radial bearing 11 (corresponding to the first bearing) is disposed around the auxiliary fixed
第1ケース8aと第2ケース8bとで形成される内部空間には、発電用コイルと回路基板を搭載する基板支持体8c(固定部分に相当)が設けられている。この基板支持体8cは、補助固定軸10bに対して結合されている。従って、風力により第1・第2翼部材4,5が回転すると、マグネットが回転するため、発電用コイルにより発電する。配線12は、中空に形成される固定軸10の内部に収容される。配線12は、不図示の蓄電部へと接続される。
In an internal space formed by the
以上の通り、発電機8はアウターローター型の発電機であり、固定軸10を中空軸に形成することで、配線12をスムーズに通すことができ、風車ユニット2の回転により配線12がねじれるなどの不都合も生じない。また、配線12は固定軸10の内部を通るので、外観に現れることがなく、見栄えも良いものとなる。
As described above, the
次に、主固定軸10bの上端側の構成を説明する。第1翼部材4と第2翼部材5の軸方向上端部は、第2支持プレート7に対してネジで結合されている。この第2支持プレート7の上面側には、軸受ハウジング13がネジにより結合されている。主固定軸10aの上端部は、小径部10dとして一体的に形成されており、第2ラジアル軸受14(第2軸受に相当)が取り付けられる。すなわち、第2ラジアル軸受14の内輪は小径部10dに嵌合され、外輪は軸受ハウジング13に結合される。以上のように、風車ユニット2の軸方向上下は、第1・第2ラジアル軸受11,14により、固定軸10に対して支持されることになる。
Next, the configuration of the upper end side of the main fixed
小径部10dの上端には、別の補助固定軸16がネジにより連結され、その上部に風車ユニット2Bが配置される。なお、風車ユニット2Bの支持構造については、既に説明した風車ユニット2Cと同じであるので、説明を省略する。なお、風車ユニット2Bの発電機8からの配線16も同じように固定軸10の内部を通り、風車ユニット2Cの発電機8からの配線12と同じ場所へと引き出される。これは風車ユニット2Aについても同様である。
Another auxiliary fixed
以上の構成によれば、固定軸と同軸に複数の風車ユニット2と発電機8を配置することができる。風車ユニット2の設置数は、本実施形態では3台であるが、これを何台にするかは任意に決めることができる。また、各風車ユニット2と発電機8は、独立して作動させることができ、異なる種類、性能の風車ユニット2を同軸に配置してもよい。この場合、風車の風力による回転トルクと発電機8の回転トルクを最もバランスのよい組み合わせとすることができ、設置される風車ユニット2に適切な発電機8を設置することができる。例えば、高出力発電機8を使用すると大きな回転トルクが必要となり、起動性(始動性)が悪くなる。逆に、風車の持つ回転トルクよりも小さな回転トルクの発電機8を使用すると、風車によるエネルギーを無駄にしてしまうことになる。本発明によれば、適切な組み合わせの風車ユニット2と発電機8で風力発電装置を構成することができる。
According to the above structure, the
また、1つの固定軸10に対して複数の風車ユニット2を順次結合していく構成であり、複数の風車ユニット2の回転中心の芯出し作業を行う必要がなくなり、生産性を高めることができる。風車ユニット2により発電された電力は蓄電することができ、例えば、夜間の看板照明の電源とすることができる。
Moreover, it is the structure which couple | bonds
<使用例の別実施形態>
次に、本発明に係る風力発電装置1の使用例の別実施形態を図7に示す。図7において、風車ユニット2を3連で接続した風力発電装置1が建造物の壁面に設置されている。風車ユニット2の翼部材4,5の表面には、文字情報が形成されており、広告表示や看板として機能させることができる。また、動きのある看板の場合、キャッチアイ効果を得ることができる。また、多種にわたる風車を同一軸上に設置することができ、意匠性に優れると共に、モニュメントとしての利用も可能になる。
<Another embodiment of usage example>
Next, another embodiment of a usage example of the
<別実施形態>
本実施形態では、翼部材4,5としてサボニウス型風車を説明したが、翼部材4,5の翼の具体的な形状については、種々の変形例が可能である。
<Another embodiment>
In the present embodiment, the Savonius type windmill has been described as the
本実施形態では、風車ユニット2の下側に発電機8を配置しているが、上側に配置してもよい。
In the present embodiment, the
1 風力発電装置
2,2A,2B,2C 風車ユニット
3 支持フレーム
4 第1翼部材
5 第2翼部材
6 第2支持プレート
7 第2支持プレート
8 発電機
8a 第1ケース
8b 第2ケース
8c 基板支持体
10 固定軸
10a 主固定軸
10b 補助固定軸
11 第1ラジアル軸受
12,15 配線
13 軸受ハウジング
14 第2ラジアル軸受
DESCRIPTION OF
Claims (6)
この固定軸の軸心周りに回転可能な翼部材を有する風車ユニットと、
前記翼部材の軸方向両端側を固定軸に対して回転可能に支持するための第1軸受及び第2軸受と、
風車ユニットの回転に連動して発電し、固定軸と同軸に配置される発電機とを備え、
前記第1軸受は、発電機の回転部分に設けられると共に、この回転部分が風車ユニットと一体的に結合されていることを特徴とする風力発電装置。 A fixed shaft;
A wind turbine unit having a blade member rotatable around the axis of the fixed shaft;
A first bearing and a second bearing for rotatably supporting both axial ends of the wing member with respect to a fixed shaft;
A power generator that is linked to the rotation of the windmill unit, and a generator that is arranged coaxially with the fixed shaft;
The said 1st bearing is provided in the rotation part of a generator, and this rotation part is integrally couple | bonded with the windmill unit, The wind power generator characterized by the above-mentioned.
第1翼支持体に回転部分が固定される前記発電機と、
この回転部分に外輪が取り付けられ、内輪が固定軸に嵌合する前記第1軸受と、
第2翼支持体に設けられる軸受ハウジングと、
この軸受ハウジングに外輪が取り付けられ、内輪が固定軸に嵌合する前記第2軸受とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。 A first wing support body and a second wing support body disposed on both axial ends of the wing member,
The generator whose rotating part is fixed to the first wing support;
An outer ring is attached to the rotating portion, and the first bearing has an inner ring fitted to a fixed shaft;
A bearing housing provided on the second blade support;
The wind turbine generator according to claim 1, wherein an outer ring is attached to the bearing housing, and the inner ring is provided with the second bearing fitted into a fixed shaft.
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