JP2007107496A - Wind power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は風力によって回転する風車を備えた風力発電装置に関するものであり、特に、垂直に起立する電柱を利用して取付けることで据付工事の容易性を図ると共に大幅なコストダウンを達成することが出来るサボニウス式風力発電装置、及びクロスフロー式風力発電装置に関するものである。 The present invention relates to a wind turbine generator equipped with a wind turbine that is rotated by wind power, and in particular, it can be installed using a vertically standing power pole to facilitate installation work and achieve a significant cost reduction. The present invention relates to a Savonius wind power generator and a cross-flow wind power generator.
風力発電機は風車に風が当たることで回転し、この回転を利用して回る発電装置により発電される。ところで、風力発電装置において、風車の回転速度は風速とその風車形状が有す周速特性により決まる為に、トルクを増大する為に風車の径が大きくなるほど低く成り、風車回転軸と発電機装置との間に高価な増速機が必要となる。 The wind power generator rotates when the wind turbine hits the wind turbine, and is generated by a power generation device that rotates using this rotation. By the way, in the wind turbine generator, since the rotational speed of the windmill is determined by the wind speed and the peripheral speed characteristics of the windmill shape, it decreases as the diameter of the windmill increases to increase the torque. An expensive gearbox is required between the two.
風車には水平軸風車と垂直軸風車が存在し、水平軸風車にはプロペラ型、セイルウイング型が、垂直軸風車にはパドル型、サボニウス型、ダリウス型、クロスフロー型などが存在している。本発明が対象とする風力発電装置はサボニウス型及びクロスフロー型であり、サボニウス式風力発電装置は、起動トルクは高いが周速比が0.8〜1.0と低く、他方式と比べて極端に風速に対しての風車の回転数が低くて効率も悪い。 There are horizontal axis wind turbines and vertical axis wind turbines for wind turbines, propeller type and sail wing types for horizontal axis wind turbines, and paddle type, Savonius type, Darius type, and cross flow type for vertical axis wind turbines. . The wind power generators targeted by the present invention are the Savonius type and the cross flow type, and the Savonius type wind power generator has a high starting torque but a low peripheral speed ratio of 0.8 to 1.0, compared to other systems. The efficiency of wind turbines is extremely low and the efficiency is low.
サボニウス型風車は一般的に半円筒形の羽根2枚で構成され、またこの風車を上下に重ねた多段式にものも知られている。効率は最大でも10%に過ぎないが、低速域でのトルクは大きく、水平軸風車のプロペラと異なり、どの方向からの風に対しても回転することが出来る利点はある。 A Savonius type windmill is generally composed of two semi-cylindrical blades, and a multistage type in which the windmills are vertically stacked is also known. The efficiency is only 10% at the maximum, but the torque in the low speed region is large, and unlike the propeller of the horizontal axis wind turbine, there is an advantage that it can rotate with respect to the wind from any direction.
しかし、高出力設定になるにしたがって装置を大型化しなくてはなず、一方では回転径の増大に伴う低回転化により増速が必要になる。そして、風車の回転主軸となるローター軸、風車を支える支持フレーム、及び増速装置などが必要になり、また所定の強度を確保しなくてはならず、トータル的な製造コストは高くなる。しかし、それに見合う発電容量が小さくてコスト的に釣り合わない。従って、サボニウス型風力発電装置では500W未満の小型発電装置が主流になっているのが現状である。 However, the size of the apparatus has to be increased as the output becomes higher, and on the other hand, the speed must be increased due to the reduction in the rotation with the increase of the rotation diameter. In addition, a rotor shaft serving as a rotating spindle of the windmill, a support frame that supports the windmill, a speed increasing device, and the like are required, and a predetermined strength must be ensured, resulting in an increase in total manufacturing cost. However, the power generation capacity commensurate with it is small and it is not balanced in cost. Therefore, in the Savonius-type wind power generators, small power generators of less than 500 W are currently mainstream.
特開2004−60577号に係る「サボニウス型風車」は、羽根車に備えられた対の円弧状断面羽根がそれぞれ偏心位置から回転中心位置の側に移動できるようになっている。従って、強風下でも風車が破損することはなく、発電装置を保護することが出来る。 In the “Savonius type windmill” according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-60577, a pair of arc-shaped cross-section blades provided in the impeller can move from the eccentric position to the rotation center position. Therefore, the wind turbine is not damaged even under strong winds, and the power generation device can be protected.
特開2002−317749号に係る「サボニウス型風力発電装置」は、複数枚のブレードを放射状に固定した鉛直軸に発電機を連接し、これらブレードは鉛直軸に固定された上下回転板間に固定されて各ブレードに風抜穴を形成すると共に、上下回転板間の外周に突設羽根を設け、突設羽根は上下回転板間において上下位置と風を受ける角度を調整可能としている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-317749 discloses a “Savonius type wind power generator” in which a generator is connected to a vertical shaft in which a plurality of blades are radially fixed, and these blades are fixed between upper and lower rotating plates fixed to the vertical shaft. In addition, air vent holes are formed in each blade, and projecting blades are provided on the outer periphery between the upper and lower rotating plates, and the projecting blades can adjust the vertical position and the angle of receiving wind between the upper and lower rotating plates.
特開平11−62813号に係る「サボニウス型風車及びサボニウス型風車を利用した風力発電装置」は、サボニウス型風車の効率を上げて高出力の発電を行うことが出来るものであり、回転翼の外側に回転翼の外側の風を回転翼に導入するように、固定枠から外に向かうように設置された複数の固定翼を備えたサボニウス型風車である。
このように、サボニウス型風車を利用した風力発電装置は色々存在し、サボニウス風車の効率向上が図られている。本発明は、効率の向上ではなく低コストで簡単に設置することが出来るサボニウス型風力発電装置を提供する。また、基本的構造を共通するクロスフロー型風力発電装置を提供する。 As described above, there are various wind turbine generators using the Savonius type windmill, and the efficiency of the Savonius windmill is improved. The present invention provides a Savonius-type wind power generator that can be easily installed at low cost rather than improved efficiency. Moreover, the crossflow type wind power generator which shares a basic structure is provided.
本発明に係るサボニウス式風力発電装置のサボニウス式風車はローター軸に半円筒状のサボニウス翼が複数枚取付けられ、各サボニウス翼は上記ローター軸を中心として等角度で配置されている。半円筒状のサボニウス翼の一方側端はローター軸との距離を小さくし、他方側端までの距離を大きくして取付けられることで、風が当って回転することが出来る。 In the Savonius wind turbine of the Savonius wind power generator according to the present invention, a plurality of semi-cylindrical Savonius blades are attached to a rotor shaft, and each Savonius blade is disposed at an equal angle around the rotor shaft. One side end of the semi-cylindrical Savonius blade is attached with a small distance to the rotor shaft and a large distance to the other side end, so that it can be rotated by wind.
そして、上記ローター軸は軸穴を中心軸に沿って形成し、下端には中空軸アウターローター形発電機が備わっている。そして、軸穴の上端部には軸受けを設けている。ところで、電柱又は支柱(ポール)は上記軸穴に嵌り、サボニウス風力発電装置が該電柱の上端部に装着される。ローター軸は電柱の上端に設ける軸受けと中空軸アウターローター形発電機の軸受けとで支持される。従って、垂直に起立している電柱の上端部にローター軸を嵌めることで簡単に取付けられる。 The rotor shaft is formed with a shaft hole along the central axis, and a hollow shaft outer rotor generator is provided at the lower end. And the bearing is provided in the upper end part of the shaft hole. By the way, a utility pole or pole (pole) is fitted into the shaft hole, and a Savonius wind power generator is attached to the upper end of the utility pole. The rotor shaft is supported by a bearing provided at the upper end of the utility pole and a bearing of a hollow shaft outer rotor generator. Therefore, it can be easily mounted by fitting the rotor shaft to the upper end of the vertically standing power pole.
本発明はサボニウス式風車を用いて構成しているが、該サボニウス式風車の代わりに基本構造を共通するクロスフロー式風車を使用することもある。又、上記中空軸アウターローター形発電機の代わりに、中空軸インナーローター形発電機を用いることも出来る。この場合には、電柱又は支柱は中空軸インナーローター形発電機の軸穴に嵌るが回転しない外輪部を支持し、ローター軸がインナーローターと連結して回転することが出来る連結構造と成っている。 Although the present invention is configured using a Savonius type windmill, a crossflow type windmill having a common basic structure may be used instead of the Savonius type windmill. Further, instead of the hollow shaft outer rotor generator, a hollow shaft inner rotor generator can be used. In this case, the utility pole or support column has a connecting structure that supports the outer ring portion that fits into the shaft hole of the hollow shaft inner rotor type generator but does not rotate, and the rotor shaft can be connected to the inner rotor to rotate. .
本発明のサボニウス式風力発電装置は、地上に垂直に起立する電柱又は支柱をローター軸に設けている軸穴に嵌めることで取付けることが出来、据付け工事が極めて簡単と成る。従って、大幅に安いサボニウス式風力発電装置が提供できる。そして、ローター軸は電柱上端に設けた軸受けと中空軸アウターローター形発電機の軸受けとで支持されるために、サボニウス翼は風が当ることでローター軸と共に回転することが出来る。 The Savonius-type wind power generator of the present invention can be installed by fitting a power pole or column that stands vertically on the ground into a shaft hole provided in the rotor shaft, and the installation work becomes extremely simple. Therefore, a significantly cheaper Savonius wind power generator can be provided. Since the rotor shaft is supported by a bearing provided at the upper end of the utility pole and the bearing of the hollow shaft outer rotor generator, the Savonius blade can rotate together with the rotor shaft when the wind strikes it.
また、本発明のサボニウス風力発電装置は、低回転式発電機を用いていることで増速機は不要と成り、発電装置全体の製作コストも安くなり、1Kw〜10Kwの電力を手軽に起こすことが可能と成り、利用価値は大きい。 Further, the Savonius wind power generator of the present invention uses a low-rotation generator, so that a speed increaser is not required, the manufacturing cost of the entire power generator is reduced, and 1 Kw to 10 Kw of power can be easily generated. Is possible, and its utility value is great
図1は本発明に係るサボニウス式風力発電装置の概略図であり、同図の1はサボニウス式風車、2は電柱を表している。サボニウス式風車1はローター軸3の周りにはサボニウス翼4a,4b、5a,5b、6a,6bが取付けられ、これらサボニウス翼4a,4b・・に風が当るならば、ローター軸3と共に回転することが出来る。
FIG. 1 is a schematic view of a Savonius type wind power generator according to the present invention, in which 1 represents a Savonius type wind turbine and 2 represents a utility pole. The Savonius
上記サボニウス翼4a,4bは半円筒状に滑らかに湾曲した形状とし、その一方側端7aはローター軸3に固定され、他方側端7bはローター軸3から離れている。従って、両サボニウス翼4a,4bはローター軸3を中心として軸対称を成して取付けられている。同じくサボニウス翼5a,5bは上記サボニウス翼4a,4bより大きな半円筒形を成して、一方側端7aはローター軸3から延びるアーム(図示なし)を介して該ローター軸3に取付けられている。この両サボニウス翼5a,5bも該ローター軸3に対して軸対称を成している。
The Savonius
さらに、サボニウス翼6a,6bは上記サボニウス翼5a,5bよりさらに大きな半円筒形をなして、ローター軸3から離れて取付けられている。しかし、一方の側端7aはローター軸3に近い距離に配置され、他方側端7bはローター軸3から大きく離れた位置に配置されている。そして、両サボニウス翼6a,6bはローター軸3に対して軸対称と成っている。サボニウス翼6a,6bはサボニウス翼5a,5bの場合と同じくローター軸3にアーム(図示なし)を介して取付けられている。
Further, the Savonius blades 6a and 6b are formed in a semi-cylindrical shape larger than the Savonius blades 5a and 5b, and are attached away from the
そして、該ローター軸3の下端には中空軸アウターローター形発電機8が設けられ、該中空軸アウターローター形発電機8はローター軸3と共に回転することが出来る。中空軸アウターローター形発電機8の固定フレーム11は電柱2に固定されて、ローター軸3を支持している。
A hollow shaft
ところで、上記ローター軸3には軸穴が中心軸に沿って設けられ、該軸穴の上端部には軸受け9が取着されている。電柱2は軸穴の内径より僅かに小さく成っている為に、該軸穴に挿入され、その上端は軸受け9に嵌って固定される。一方、ローター軸3の下端に設けている上記中空軸アウターローター形発電機8のコテーフレーム11に設けている電柱穴13にも電柱3が嵌って位置決め・固定される。
By the way, the
図2は別形態のサボニウス式風車1を備えたサボニウス式風力発電装置である。該サボニウス式風車1は3枚のサボニウス翼10a,10b,10cがローター軸3に等間隔を成して取付けられている。各サボニウス翼10a,10b,10cに風が当るならば、ローター軸3は矢印方向に回転し、同時に中空軸アウターローター形発電機8にて発電することが出来る。
FIG. 2 shows a Savonius wind power generator equipped with another embodiment of the Savonius
図3は本発明に係る低速回転アウターローター型発電機を示す実施例である。同図の11は固定フレーム、12は環状ローターホイールを表し、上記固定ホイール11の中心には電柱穴13が貫通して設けられている。固定フレーム11には軸受け14が取付けられ、この軸受け14を介して上記環状ローターホイール12が回転可能に軸支されている。固定フレーム11は中心の電柱穴13に電柱2が嵌って支持され、同じく環状ローターホイール12は軸受け14を介して電柱2を中心として回転することが出来る。
FIG. 3 is an embodiment showing a low-speed rotating outer rotor generator according to the present invention. In the figure,
固定フレーム11の外周には環状ステータ15が固定され、この環状ステータ15の外周に等間隔で外方向へ延びるステータ17,17・・には巻線コイル16が巻かれている。そして、このように構成された固定フレーム11は電柱2に設けられている台座19に下面18が載って支持され、ネジ穴20,20・・にネジ締めして電柱台座19に固定される。従って、固定フレーム11及び各ステータ17,17・・、及び各ステータ17,17・・に巻かれた巻線コイル16,16・・は回転することなく静止している。
An
一方、環状ローターホイール12はリング体を形成し、外周部21には複数の永久磁石22,22・・が等間隔で取着されている。勿論、隣り合う磁石22,22・・はS極とN極が交互に入れ替わるように配列されている。この環状ローターホイール12は軸受け14に直接支持されている内輪23と上記磁石22,22・・を備えた外輪24から成り、外輪24は内輪23に形成している台座25に載ってネジ止め・連結されている。
On the other hand, the
リング状の環状ローターホイール12の下側には環状ローターホイールカバー26が取付けられて固定フレーム11との間を塞ぎ、同じく環状ローターホイール12の上側にはローターカバー27が取付けられて、固定フレーム11との間を塞いでいる。すなわち、環状ステータ15を内蔵する環状ローターホイール12の内部、並びに軸受けにゴミやチリが侵入しないようにカバーした構造としている。
An annular
一方、環状ローターホイール12の外輪24には冷却フイン28a,28a・・が形成され、同じく環状ローターホイールカバー26の外周にも冷却フイン28b,28b・・が形成されている。従って、環状ローターホイール12が回転することで、冷却フイン28a,28b・・によって発熱に基づく温度の上昇を抑えることが出来る。
On the other hand, cooling fins 28a, 28a,... Are formed on the
ところで、上記環状ローターホイール12に取付けられる磁石22,22・・の個数は計画発電容量と計画入力回転数によって算出され、巻線コイル16,16・・は、交互に配置されるN極とS極の磁石22,22・・との間に僅かな間隙を有して対設されている。
By the way, the number of
ローター軸3の下端に固定されているローター軸連結板29は軸受け14にて回転自在に支持されている内輪23の台座30に載ってネジ止めされる。すなわち、ローター軸3は中空軸アウターローター形発電機8の環状ローターホイール12と連結し、ローター軸3がサボニウス式風車1と共に回転するならば、上記環状ローターホイール12が回転して発電することが出来る。
The rotor
1 サボニウス式風車
2 電柱
3 ローター軸
4 サボニウス翼
5 サボニウス翼
6 サボニウス翼
7 側端
8 中空軸アウターローター形発電機
9 軸受け
10 サボニウス翼
11 固定フレーム
12 環状ローターホイール
13 電柱穴
14 軸受け
15 環状ステータ
16 巻線コイル
17 テータ
18 下面
19 電柱台座
20 ネジ穴
21 外周部
22 永久磁石
23 内輪
24 外輪
25 台座
26 環状ローターホイールカバー
27 ローターカバー
28 冷却ファン
29 ローター軸連結板
30 台座
DESCRIPTION OF
10 Savonius wing
11 Fixed frame
12 Annular rotor wheel
13 Telephone pole hole
14 Bearing
15 Annular stator
16 winding coil
17 theta
18 Bottom
19 Telephone pole base
20 Screw holes
21 Outer part
22 Permanent magnet
23 Inner ring
24 outer ring
25 pedestal
26 Annular rotor wheel cover
27 Rotor cover
28 Cooling fan
29 Rotor shaft connecting plate
30 pedestal
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005301598A JP2007107496A (en) | 2005-10-17 | 2005-10-17 | Wind power generation device |
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