JP2007154780A - Wind power generating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自然エネルギーのひとつである風力エネルギーを、風向きに関係なくどの方向からの風も受け回転運動に変えることができる垂直軸型の風車を持つ風力発電装置に関する。 The present invention relates to a wind turbine generator having a vertical axis type windmill that can receive wind energy from one direction regardless of the wind direction and change it into a rotational motion.
近年、エネルギー利用の多様化および発電技術の向上により、環境に配慮したクリーンな発電システムとして、太陽光や風力などの自然エネルギーを利用する発電システムが注目されており、大型のものではプロペラ型に代表される水平軸型風車が、また小型のものではサポニウス型やダリウス型に代表される垂直軸型風車が実用化されている。特に小型風力発電装置では単純な構造で、どの方向からの風でも回転することのできる垂直軸型の風車が広告塔や街路照明などへ実用的に使用されている。 In recent years, due to the diversification of energy use and improvement of power generation technology, power generation systems that use natural energy such as sunlight and wind power have attracted attention as environmentally friendly clean power generation systems. A horizontal axis type wind turbine represented by a typical type, and a vertical axis type wind turbine represented by a Saponius type or a Darrieus type is put into practical use for a small type. In particular, small wind power generators have a simple structure, and vertical axis type wind turbines that can rotate from any direction are practically used for advertising towers and street lighting.
従来この種の垂直軸型風力発電装置は、大出力を得るために風車を大型化しようとするとその風車を支えるための機構がプロペラ型風車より大掛かりになるため、比較的小型の風車での発電装置となるため、小型でも効率良く発電する必要があった(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of vertical axis wind power generator has a larger mechanism for supporting the wind turbine than the propeller type wind turbine when trying to increase the size of the wind turbine in order to obtain a large output. Since it becomes an apparatus, it was necessary to generate power efficiently even with a small size (for example, see Patent Document 1).
以下、その風力発電装置について図6を参照しながら説明する。図6(a)は従来の風力発電装置の鳥瞰図、図6(b)は従来の風力発電装置の断面図である。 Hereinafter, the wind power generator will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a bird's-eye view of a conventional wind power generator, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the conventional wind power generator.
図に示すように、垂直方向に立設された回転軸101と、この回転軸に同芯状に回転する回転筒軸102のそれぞれに、反対方向に回転するように羽根が取り付けられており、それぞれの軸の一方に巻線103が、また他方には界磁磁石104が設けられ発電機が形成されており、巻線103の出力は整流子105の外周に接触するブラシ106で取り出される。この回転軸101の上端と下端、および回転筒軸102の下端は共に支柱107で支えられた軸受フレーム108に内蔵された磁石の反発力で常時浮上させ、かつ放射方向に非接触となるように構成された磁気軸受109にて支持されることで、微弱な風速でも発電機を反転駆動させることで効率的に発電でき、軸受に摩擦がなく風力を有効に回転運動に変換できる。
このような従来の垂直軸型風力発電装置では、風車上方および中央部の軸受を支える支柱に制限されてこれより大きな風車とすることができないため、低風速でも風車を回転起動してエネルギーを有効に取り出すために風車を大きくすることができないという課題があり、支柱による風車の大きさの制限が無く、低風速でも回転エネルギーが有効に取り出せる、簡単な構造の風車とすることが要求されている。 In such a conventional vertical axis type wind turbine generator, the wind turbine is limited to the support supporting the bearings above and in the center of the wind turbine and cannot be made larger than this. There is a problem that the windmill cannot be made large in order to take it out, and there is no limitation on the size of the windmill by the support, and it is required to have a simple structure that can effectively extract rotational energy even at low wind speeds. .
また、発電機の部分では、発電機を構成する2つの要素すなわち巻き線および界磁磁石が共に回転してしまうので、電力を取り出すためにはブラシなどによる電気的接触に頼らなければならず、必然的に機械的摩擦が発生するため、摩擦のない非接触の風車とすることができないという課題があり、さらに摩擦抵抗を低減させ風のエネルギーを有効に利用することが要求されている。 Also, in the generator part, the two elements constituting the generator, that is, the winding and the field magnet, rotate together, so in order to take out the electric power, you must rely on electrical contact with a brush or the like, Since mechanical friction is inevitably generated, there is a problem that a non-contact windmill without friction cannot be obtained. Further, it is required to reduce frictional resistance and effectively use wind energy.
また、台風などで高風速となった場合、摩擦の少ない風車では過剰な回転数になり遠心力などで破損してしまうという課題があり、高風速でも回転数の上昇を抑え破損しない構造とすることが要求されている。 In addition, when the wind speed is high due to a typhoon or the like, there is a problem that the wind turbine with less friction causes excessive rotation speed and damage due to centrifugal force, etc. It is requested.
また、磁気浮上の軸受とするためには多数の磁石を複雑に配置しなければならず、かつ超電導磁石や超電導コイルはその特性を維持するために超低温にしなければならないため、発電するエネルギー以上のエネルギーを消費するという課題があり、簡単な構造でエネルギーが有効に取り出せることが要求されている。 In order to make a magnetic levitation bearing, a large number of magnets must be arranged in a complicated manner, and superconducting magnets and superconducting coils must be kept at a very low temperature in order to maintain their characteristics. There is a problem of consuming energy, and it is required that energy can be effectively extracted with a simple structure.
本発明は、このような従来の課題を解決するもので、風車の形状を容易に設計して低風速でも回転でき、回転部分の機械的な接触すなわち摩擦抵抗が無く、台風など高風速状態でも回転数を抑え破損しない簡単な構造で風力エネルギーを取り出せる垂直軸型風力発電装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and the shape of the wind turbine can be easily designed to rotate even at a low wind speed, there is no mechanical contact of the rotating part, that is, no frictional resistance, even in a high wind speed state such as a typhoon It is an object of the present invention to provide a vertical axis wind power generator that can extract wind energy with a simple structure that suppresses rotation speed and does not break.
前記課題を解決するために、本発明の風力発電装置は、垂直軸型風車において、垂直に立てられた支柱を中心とし、その外側に同心円状で回転する円筒形回転体を備え、前記円筒形回転体に風力を受け回転力に変える受風手段と回転力から電気を発生する発電手段を取り付けた構成としたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a wind turbine generator according to the present invention is a vertical shaft type wind turbine, and includes a cylindrical rotating body that rotates concentrically around a vertically-arranged prop, and has the cylindrical shape. The rotating body is configured to have wind receiving means for receiving wind power to convert it into rotational force and power generation means for generating electricity from the rotational force.
この構成によれば、円筒形回転体は風力を受ける受風手段と回転力から電気を発生する発電手段を搭載して回転できる強度を持てば良く、風車全体の支持と強度は中心の支柱が支える構造とすることができ、支柱の外形形状による風車の大きさの制限が無い、低風速でも回転エネルギーが有効に取り出せる垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, the cylindrical rotating body only needs to have strength to be able to rotate by mounting wind receiving means for receiving wind force and power generating means for generating electricity from the rotational force. It is possible to obtain a vertical-axis type wind power generation apparatus that can be configured to be supported and that can effectively extract rotational energy even at a low wind speed without any limitation on the size of the windmill due to the outer shape of the support.
また、前記円筒形回転体の底部と頂部に環状の磁気浮上手段を取り付けた構成としたものである。 Further, an annular magnetic levitation means is attached to the bottom and top of the cylindrical rotating body.
この構成によれば、回転部分の機械的接触すなわち摩擦抵抗を無くし風のエネルギーを有効に利用することができる垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, it is possible to obtain a vertical axis type wind power generator capable of effectively utilizing wind energy by eliminating mechanical contact, that is, frictional resistance of the rotating part.
また、前記円筒形回転体の中間部に環状に磁気発生手段を配置し、対向する位置の前記支柱内部に発電電力抽出手段を内蔵する構成としたものである。 Further, the magnetism generating means is arranged annularly in the middle part of the cylindrical rotating body, and the generated power extracting means is built in the struts at the opposed positions.
この構成によれば、回転する風車の磁気発生手段に対して発電電力抽出手段は中心部分に固定された状態となるため、風車を機械的に非接触の状態とすることができ、摩擦抵抗を無くし風のエネルギーを有効に利用できる垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, since the generated power extraction means is fixed to the central portion with respect to the magnetism generating means of the rotating windmill, the windmill can be brought into a mechanical non-contact state, and the frictional resistance can be reduced. A vertical axis wind power generator capable of effectively using lost wind energy can be obtained.
また、前記円筒形回転体の中間部に環状に磁気発生手段を備え、前記磁気発生手段を複数組み、その磁気の相をずらして取り付けた構成としたものである。 In addition, a magnetism generating means is annularly provided in an intermediate portion of the cylindrical rotating body, a plurality of the magnetism generating means are assembled, and their magnetic phases are shifted and attached.
この構成によれば、ひとつの回転体に複数の発電機を取り付けた状態とすることができ、その出力を組み合わせて制御することで、出力電圧や電力を調整でき、かつ磁気の相をずらすことで発電機特有のコギングトルクを低減でき、より微風速でも回転起動して発電できる垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, a plurality of generators can be attached to a single rotating body, and the output voltage and power can be adjusted and the magnetic phase can be shifted by controlling the output in combination. Thus, the cogging torque peculiar to the generator can be reduced, and a vertical axis type wind power generator capable of generating power by rotating and starting at a lower wind speed can be obtained.
また、前記円筒形回転体の頂部から上方の位置の支柱側に摩擦減速手段を備え、回転時に発電する電力の一部を、全体の発電電力に比例して増加するように前記円筒形回転体の下側の磁気浮上手段に追加供給することで、回転数が増加するに応じて前記円筒形回転体をその軸に沿って上方に移動し、前記摩擦減速手段に接触させることで回転数を減速する構成としたものである。 In addition, a friction reduction means is provided on the column side at an upper position from the top of the cylindrical rotating body, and the cylindrical rotating body increases so that a part of the electric power generated during the rotation increases in proportion to the total generated electric power. By additionally supplying to the lower magnetic levitation means, the cylindrical rotating body is moved upward along its axis as the rotational speed increases, and the rotational speed is adjusted by contacting the friction reduction means. It is configured to decelerate.
この構成によれば、台風などで高風速となった場合でも、風車を取り付けた円筒形回転体が回転軸に沿って上方に移動して摩擦減速手段に接触し、風車の回転を抑えることで遠心力などで破損しない垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, even when the wind speed is high due to a typhoon or the like, the cylindrical rotating body to which the windmill is attached moves upward along the rotation axis and comes into contact with the friction reduction means, thereby suppressing the rotation of the windmill. A vertical axis wind power generator that is not damaged by centrifugal force or the like can be obtained.
また、前記円筒形回転体の頂部から上方の位置の支柱側に摩擦減速手段を備え、前記円筒形回転体の回転数が上昇すると共に軸に沿って上方向に空気力学的揚力を発生する揚力発生手段を備え、回転数が増加するに応じて前記円筒形回転体をその軸に沿って上方に移動し、前記摩擦減速手段に接触させることで回転数を減速する構成としたものである。 Also, a friction reduction means is provided on the column side at an upper position from the top of the cylindrical rotating body, and the lifting force increases the rotational speed of the cylindrical rotating body and generates an aerodynamic lift upward along the axis. A generating means is provided, and the rotational speed is reduced by moving the cylindrical rotating body upward along its axis and bringing it into contact with the friction reduction means as the rotational speed increases.
この構成によれば、台風などで高風速となった場合でも、風車を取り付けた円筒形回転体が回転軸に沿って上方に移動して摩擦減速手段に接触し、風車の回転を抑えることで遠心力などで破損しない垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, even when the wind speed is high due to a typhoon or the like, the cylindrical rotating body to which the windmill is attached moves upward along the rotation axis and comes into contact with the friction reduction means, thereby suppressing the rotation of the windmill. A vertical axis wind power generator that is not damaged by centrifugal force or the like can be obtained.
また、前記円筒形回転体の頂部から上方の位置の支柱側に摩擦減速手段を備え、前記円筒形回転体の底部を対向する下部支柱側より上方に押し上げる手動の機構を備え、手動操作にて前記円筒形回転体を上方に押し上げて前記摩擦減速手段に接触させることで回転数を減速および停止できる構成としたものである。 In addition, a friction reduction means is provided on the column side at an upper position from the top of the cylindrical rotating body, and a manual mechanism for pushing the bottom of the cylindrical rotating body upward from the opposed lower column side is provided. The rotational speed can be reduced and stopped by pushing up the cylindrical rotating body and bringing it into contact with the friction reduction means.
この構成によれば、装置全体を整備や輸送する場合や台風などで高風速となることが予測される場合などに、風車を取り付けた円筒形回転体を回転軸に沿って上方に移動して摩擦減速手段に接触させ風車を減速および固定することができる垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, when the entire device is maintained or transported, or when a high wind speed is predicted due to a typhoon or the like, the cylindrical rotating body to which the windmill is attached is moved upward along the rotation axis. A vertical axis type wind power generator capable of decelerating and fixing the windmill by bringing it into contact with the friction reduction means is obtained.
また、前記円筒形回転体の内側に円周方向に複数個の金属突起を等間隔に配置し、対向する支柱側に磁気的検知手段を備える構成としたものである。 Further, a plurality of metal protrusions are arranged at equal intervals in the circumferential direction inside the cylindrical rotating body, and a magnetic detection means is provided on the opposing strut side.
この構成によれば、風車回転にともなう金属突起による磁気的変化を磁気的検知手段により検出することで、非接触にて風車の回転数を認識できる垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, a vertical axis wind power generator capable of recognizing the rotational speed of the windmill in a non-contact manner can be obtained by detecting the magnetic change caused by the metal projection accompanying the rotation of the windmill by the magnetic detection means.
また、前記円筒形回転体に風力を受け回転力に変える受風手段と回転力から電気を発生する発電手段からなる風車部を持ち、前記支柱を延長して前記風車部の上方に太陽パネルを取り付けた構成としたものである。 In addition, the cylindrical rotating body has a windmill portion comprising wind receiving means for receiving wind force and converting it into a rotational force, and a power generation means for generating electricity from the rotational force, and the solar panel is extended above the windmill portion by extending the column. It is an attached configuration.
この構成によれば、支柱や風車の影を太陽パネルに落とすことが無く、簡単な構造で風車の上方の空間をより有効に利用できる垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, it is possible to obtain a vertical-axis type wind power generator that can effectively use the space above the windmill with a simple structure without dropping the shadow of the pillar or the windmill on the solar panel.
また、前記円筒形回転体に風力を受け回転力に変える受風手段と回転力から電気を発生する発電手段からなる風車部を持ち、前記支柱を延長して前記風車部の上方に複数の同様な前記円筒形回転体を取り付けた構成としたものである。 In addition, the cylindrical rotating body has a wind turbine unit comprising wind receiving means for receiving wind force to convert it into rotational force and power generation unit for generating electricity from the rotational force, and a plurality of similar parts are provided above the wind turbine unit by extending the struts. The cylindrical rotating body is attached.
この構成によれば、支柱を軸として複数の風車を設置でき、簡単な構造で風車の上方の空間をより有効に利用できる垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, it is possible to install a plurality of wind turbines using the support as an axis, and it is possible to obtain a vertical axis wind power generator that can use the space above the wind turbine more effectively with a simple structure.
また、前記円筒形回転体の中間部に環状に電気磁気結合手段を配置し、対向する位置の前記支柱内部に同様の電気磁気結合手段を内蔵する構成としたものである。 Further, the electromagnetic coupling means is arranged in an annular shape in the middle part of the cylindrical rotating body, and the same electromagnetic coupling means is built in the struts at the opposed positions.
この構成によれば、支柱側に内蔵した電気磁気結合手段に電力を供給することで非接触にて、回転する円筒形回転体に設置した電気磁気結合手段を通して電力エネルギーを伝達できる垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, the vertical axis type can transmit electric power energy through the electromagnetic coupling means installed in the rotating cylindrical rotating body in a non-contact manner by supplying electric power to the electromagnetic coupling means built in the column side. A wind power generator is obtained.
また、前記円筒形回転体の中間部に環状に磁気発生手段を配置し、対向する位置の前記支柱内部に回転磁界発生手段を備える構成としたものである。 In addition, the magnetism generating means is annularly arranged in the middle part of the cylindrical rotating body, and the rotating magnetic field generating means is provided inside the support column at the opposite position.
この構成によれば、支柱内部の回転磁界発生手段にエネルギーを供給することで、強制的に風車を取り付けた円筒形回転体を回転させることができる垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, a vertical axis wind power generator capable of forcibly rotating the cylindrical rotating body to which the windmill is attached is obtained by supplying energy to the rotating magnetic field generating means inside the support column.
また、前記円筒形回転軸の底部と頂部に環状の反磁性体材料を配置し、対向する支柱側に電磁力発生手段を取り付けた構成としたものである。 In addition, an annular diamagnetic material is disposed on the bottom and top of the cylindrical rotating shaft, and electromagnetic force generating means is attached to the opposing strut side.
この構成によれば、磁気浮上のために反発する磁石をきちんと配置する必要が無く、より自由な磁気配列による磁気浮上方式の垂直軸型の風力発電装置が得られる。 According to this configuration, there is no need to properly arrange a repulsive magnet for magnetic levitation, and a magnetic levitation type vertical axis wind power generator with a more free magnetic arrangement can be obtained.
本発明によれば、風車全体の支持と強度は中心の支柱が支える構造とすることができ、支柱の外形形状による風車の大きさの制限が無い、低風速でも回転エネルギーが有効に取り出せる垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 According to the present invention, the support and strength of the entire wind turbine can be supported by a central support column, and there is no restriction on the size of the wind turbine due to the outer shape of the support column, and the vertical axis can effectively extract rotational energy even at low wind speeds. Type wind power generator can be provided.
また、本発明によれば、回転部分の機械的接触すなわち摩擦抵抗を無くし風のエネルギーを有効に利用することができる垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 Further, according to the present invention, it is possible to provide a vertical axis type wind power generator capable of effectively utilizing wind energy by eliminating mechanical contact, that is, frictional resistance of the rotating portion.
また、本発明によれば、回転する風車の磁気発生手段に対して発電電力抽出手段は中心部分に固定された状態となるため、風車を機械的に非接触の状態とすることができ、摩擦抵抗を無くし風のエネルギーを有効に利用できる垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 Further, according to the present invention, the generated power extraction means is fixed to the central portion with respect to the magnetism generating means of the rotating windmill, so that the windmill can be brought into a mechanical non-contact state and friction It is possible to provide a vertical axis type wind power generation apparatus that can effectively use wind energy without resistance.
また、本発明によれば、ひとつの回転体に複数の発電機を取り付けた状態とすることができ、その出力を組み合わせて制御することで、出力電圧や電力を調整でき、かつ磁気の相をずらすことで発電機特有のコギングトルクを低減でき、より微風速でも回転起動して発電できる垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 Further, according to the present invention, a plurality of generators can be attached to a single rotating body, and the output voltage and power can be adjusted by controlling the combination of the outputs, and the magnetic phase can be adjusted. By shifting, the cogging torque peculiar to the generator can be reduced, and a vertical axis type wind power generator capable of generating power by rotating and starting even at a lower wind speed can be provided.
また、本発明によれば、台風などで高風速となった場合でも、風車を取り付けた円筒形回転体が回転軸に沿って上方に移動して摩擦減速手段に接触し、風車の回転を抑えることで遠心力などで破損しない垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 Further, according to the present invention, even when the wind speed is high due to a typhoon or the like, the cylindrical rotating body to which the windmill is attached moves upward along the rotation axis and comes into contact with the friction reduction means, thereby suppressing the rotation of the windmill. Thus, it is possible to provide a vertical axis wind power generator that is not damaged by centrifugal force or the like.
また、本発明によれば、装置全体を整備や輸送する場合または台風などで高風速となることが予測される場合などに、風車を取り付けた円筒形回転体を回転軸に沿って上方に移動して摩擦減速手段に接触させ風車を減速および固定することができる垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 In addition, according to the present invention, when the entire apparatus is maintained or transported, or when a high wind speed is predicted due to a typhoon or the like, the cylindrical rotating body to which the windmill is attached is moved upward along the rotation axis. Thus, it is possible to provide a vertical axis wind power generator that can be brought into contact with the friction reduction means and decelerate and fix the windmill.
また、本発明によれば、風車回転にともなう金属突起による磁気的変化を磁気的検知手段により検出することで、非接触にて風車の回転数を認識できる垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 In addition, according to the present invention, it is possible to provide a vertical axis wind power generator capable of recognizing the rotational speed of the windmill in a non-contact manner by detecting the magnetic change caused by the metal projection accompanying the rotation of the windmill by the magnetic detection means. .
また、本発明によれば、支柱や風車の影を太陽パネルに落とすことが無く、簡単な構造で風車の上方の空間をより有効に利用できる垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 Further, according to the present invention, it is possible to provide a vertical axis type wind power generator that can effectively use the space above the windmill with a simple structure without dropping the shadow of the column or the windmill on the solar panel.
また、本発明によれば、支柱を軸として複数の風車を設置でき、簡単な構造で風車の上方の空間をより有効に利用できる垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 Further, according to the present invention, it is possible to provide a vertical axis type wind power generator that can install a plurality of wind turbines with a support as an axis, and that can use the space above the wind turbine more effectively with a simple structure.
また、本発明によれば、支柱側に内蔵した電気磁気結合手段に電力を供給することで非接触にて、回転する円筒形回転体に設置した電気磁気結合手段を通して電力エネルギーを伝達できる垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 In addition, according to the present invention, a vertical axis capable of transmitting power energy through the electromagnetic coupling means installed on the rotating cylindrical rotating body without contact by supplying electric power to the electromagnetic coupling means built in the column. Type wind power generator can be provided.
また、本発明によれば、支柱内部の回転磁界発生手段にエネルギーを供給することで、強制的に風車を取り付けた円筒形回転体を回転させることができる垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 Further, according to the present invention, it is possible to provide a vertical axis wind power generator capable of forcibly rotating a cylindrical rotating body to which a windmill is attached by supplying energy to the rotating magnetic field generating means inside the column. .
また、本発明によれば、磁気浮上のために反発する磁石をきちんと配置する必要が無く、より自由な磁気配列による磁気浮上方式の垂直軸型の風力発電装置を提供できる。 In addition, according to the present invention, it is not necessary to properly arrange a repulsive magnet for magnetic levitation, and it is possible to provide a magnetic levitation type vertical axis wind power generator with a more free magnetic arrangement.
本発明の請求項1記載の発明は、垂直軸型風車において、垂直に立てられた支柱を中心とし、その外側に同心円状で回転する円筒形回転体を備え、前記円筒形回転体に風力を受け回転力に変える受風手段と回転力から電気を発生する発電手段を取り付けた構成としたものであり、円筒形回転体は風力を受ける受風手段と回転力から電気を発生する発電手段を搭載して回転できる強度を持てば良く、風車全体の支持と強度は中心の支柱が支える構造とすることができ、風車全体を中心の支柱のみで支持しているので、支柱の外形形状による風車の大きさの制限が無く、低風速でも回転エネルギーが有効に取り出すことができるという作用を有する。 According to a first aspect of the present invention, in the vertical axis type wind turbine, a cylindrical rotating body that rotates concentrically around a vertically standing support is provided, and wind power is supplied to the cylindrical rotating body. A wind receiving means for changing to a receiving rotational force and a power generating means for generating electricity from the rotational force are attached, and the cylindrical rotating body includes a wind receiving means for receiving wind force and a power generating means for generating electricity from the rotational force. It is only necessary to have strength that can be mounted and rotated, and the support and strength of the entire wind turbine can be supported by the central support column, and the entire wind turbine is supported only by the central support column. The rotation energy can be effectively extracted even at a low wind speed.
本発明の請求項2記載の発明は、前記円筒形回転体の底部と頂部に環状の磁気浮上手段を取り付けた構成としたものであり、回転部分の機械的接触すなわち摩擦抵抗を無くし風のエネルギーを有効に利用することができるという作用を有する。 According to a second aspect of the present invention, an annular magnetic levitation means is attached to the bottom and top of the cylindrical rotating body, and mechanical energy, that is, frictional resistance of the rotating portion is eliminated, and wind energy is eliminated. Can be effectively used.
本発明の請求項3記載の発明は、前記円筒形回転体の中間部に環状に磁気発生手段を配置し、対向する位置の前記支柱内部に発電電力抽出手段を内蔵する構成としたものであり、 回転する風車の磁気発生手段に対して発電電力抽出手段は中心部分に固定された状態となるため、風車を機械的に非接触の状態とすることができ、摩擦抵抗を無くし風のエネルギーを有効に利用することができるという作用を有する。 According to a third aspect of the present invention, the magnetism generating means is annularly arranged in the middle part of the cylindrical rotating body, and the generated power extracting means is built in the struts at the opposite positions. Since the generated power extraction means is fixed to the central portion with respect to the magnetism generating means of the rotating windmill, the windmill can be brought into a mechanical non-contact state, eliminating frictional resistance and reducing wind energy. It has the effect that it can be used effectively.
本発明の請求項4記載の発明は、前記円筒形回転体の中間部に環状に磁気発生手段を備え、前記磁気発生手段を複数組み、その磁気の相をずらして取り付けた構成としたものであり、ひとつの回転体に複数の発電機を取り付けた状態とすることができ、その出力を組み合わせて制御することで、出力電圧や電力を調整でき、かつ磁気の相をずらすことで発電機特有のコギングトルクを低減でき、より微風速でも回転起動して発電することができるという作用を有する。
The invention according to
本発明の請求項5記載の発明は、前記円筒形回転体の頂部から上方の位置の支柱側に摩擦減速手段を備え、回転時に発電する電力の一部を、全体の発電電力に比例して増加するように前記円筒形回転体の下側の磁気浮上手段に追加供給することで、回転数が増加するに応じて前記円筒形回転体をその軸に沿って上方に移動し、前記摩擦減速手段に接触させることで回転数を減速する構成としたものであり、台風などで高風速となった場合でも、風車を取り付けた円筒形回転体が回転軸に沿って上方に移動して摩擦減速手段に接触し、風車の回転を抑えることで遠心力などで破損しないという作用を有する。
The invention according to
本発明の請求項6記載の発明は、前記円筒形回転体の頂部から上方の位置の支柱側に摩擦減速手段を備え、前記円筒形回転体の回転数が上昇すると共に軸に沿って上方向に空気力学的揚力を発生する揚力発生手段を備え、回転数が増加するに応じて前記円筒形回転体をその軸に沿って上方に移動し、前記摩擦減速手段に接触させることで回転数を減速する構成としたものであり、台風などで高風速となった場合でも、風車を取り付けた円筒形回転体が回転軸に沿って上方に移動して摩擦減速手段に接触し、風車の回転を抑えることで遠心力などで破損しないという作用を有する。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a friction reduction means on the column side at an upper position from the top of the cylindrical rotating body, and the rotational speed of the cylindrical rotating body increases and moves upward along the axis. Is provided with a lift generating means for generating aerodynamic lift, and as the rotational speed increases, the cylindrical rotating body is moved upward along its axis and brought into contact with the friction reduction means to reduce the rotational speed. Even when the wind speed is high due to a typhoon or the like, the cylindrical rotating body to which the windmill is attached moves upward along the rotation axis and contacts the friction reduction means, thereby rotating the windmill. By suppressing, it has the effect of not being damaged by centrifugal force.
本発明の請求項7記載の発明は、前記円筒形回転体の頂部から上方の位置の支柱側に環状の摩擦減速手段を備え、前記円筒形回転体の底部を前記支柱側より上方に押し上げる手動の機構を備え、手動操作にて前記円筒形回転体を上方に押し上げて前記摩擦減速手段に接触させることで回転数を減速および停止できる構成としたものであり、装置全体を整備や輸送する場合や台風などで高風速となることが予測される場合などに、風車を取り付けた円筒形回転体を回転軸に沿って上方に移動して摩擦減速手段に接触させ風車を減速および固定することができるという作用を有する。
The invention according to
本発明の請求項8記載の発明は、前記円筒形回転体の内側に円周方向に複数個の金属突起を等間隔に配置し、対向する支柱側に磁気的検知手段を備える構成としたものであり、風車回転にともなう金属突起による磁気的変化を磁気的検知手段により検出することで、非接触にて風車の回転数を認識することができるという作用を有する。 According to an eighth aspect of the present invention, a plurality of metal protrusions are arranged at equal intervals in the circumferential direction on the inner side of the cylindrical rotating body, and magnetic detection means is provided on the opposite strut side. By detecting the magnetic change caused by the metal projection accompanying the rotation of the windmill by the magnetic detection means, the rotation speed of the windmill can be recognized without contact.
本発明の請求項9記載の発明は、前記円筒形回転体に風力を受け回転力に変える受風手段と回転力から電気を発生する発電手段からなる風車部を持ち、前記支柱を延長して前記風車部の上方に太陽パネルを取り付けた構成としたものであり、支柱や風車の影を太陽パネルに落とすことが無く、簡単な構造で風車の上方の空間をより有効に利用することができるという作用を有する。 The invention according to claim 9 of the present invention has a windmill portion comprising wind receiving means for receiving wind force on the cylindrical rotating body and converting it into rotational force, and power generation means for generating electricity from the rotational force, and extending the column. The solar panel is mounted above the windmill unit, and the shadow of the pillar and windmill is not dropped on the solar panel, and the space above the windmill can be used more effectively with a simple structure. It has the action.
本発明の請求項10記載の発明は、前記円筒形回転体に風力を受け回転力に変える受風手段と回転力から電気を発生する発電手段からなる風車部を持ち、前記支柱を延長して前記風車部の上方に複数の同様な前記円筒形回転体を取り付けた構成としたものであり、支柱を軸として複数の風車を設置でき、簡単な構造で風車の上方の空間をより有効に利用することができるという作用を有する。 According to a tenth aspect of the present invention, the cylindrical rotating body has a windmill portion comprising wind receiving means for receiving wind power and converting it into rotational force, and power generation means for generating electricity from the rotational force, and extending the support column. A configuration in which a plurality of similar cylindrical rotating bodies are mounted above the windmill portion, and a plurality of windmills can be installed around a support column, and the space above the windmill can be used more effectively with a simple structure. It has the effect of being able to.
本発明の請求項11記載の発明は、前記円筒形回転体の中間部に環状に電気磁気結合手段を配置し、対向する位置の前記支柱内部に同様の電気磁気結合手段を内蔵する構成としたものであり、支柱側に内蔵した電気磁気結合手段に電力を供給することで非接触にて、回転する円筒形回転体に設置した電気磁気結合手段を通して電力エネルギーを伝達することができるという作用を有する。 According to an eleventh aspect of the present invention, an electromagnetic coupling means is annularly arranged in an intermediate portion of the cylindrical rotating body, and the same electromagnetic coupling means is built in the struts at opposite positions. The power energy can be transmitted through the electromagnetic coupling means installed on the rotating cylindrical rotating body in a non-contact manner by supplying electric power to the electromagnetic coupling means built in the column. Have.
本発明の請求項12記載の発明は、前記円筒形回転体の中間部に環状に磁気発生手段を配置し、対向する位置の前記支柱内部に回転磁界発生手段を備える構成としたものであり、支柱内部の回転磁界発生手段にエネルギーを供給することで、強制的に風車を取り付けた円筒形回転体を回転させることができるという作用を有する。 The invention according to claim 12 of the present invention is configured such that magnetism generating means is arranged in an annular shape in an intermediate portion of the cylindrical rotating body, and rotating magnetic field generating means is provided inside the struts at opposite positions. By supplying energy to the rotating magnetic field generating means inside the column, the cylindrical rotating body to which the windmill is attached can be forcibly rotated.
本発明の請求項13記載の発明は、前記円筒形回転軸の底部と頂部に環状の反磁性体材料を配置し、対向する支柱側に電磁力発生手段を取り付けた構成としたものであり、磁気浮上のために反発する磁石をきちんと配置する必要が無く、より自由な磁気配列にすることができるという作用を有する。 The invention according to claim 13 of the present invention is configured such that an annular diamagnetic material is disposed at the bottom and top of the cylindrical rotating shaft, and electromagnetic force generating means is attached to the opposite strut side, There is no need to properly arrange magnets that repel due to magnetic levitation, and a more free magnetic arrangement can be achieved.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1および図2に示すように、垂直に立てられた支柱1を中心とし、その外側に同心円状で回転する円筒形回転体2を備え、この円筒形回転体2に、風力を受け回転力に変える受風手段たとえばカップ型風車羽根3と、回転力から電気を発生する発電手段の片方である磁気発生手段たとえば発電用環状磁石4を取り付け、発電用環状磁石4に対向する位置の支柱1内部に発電手段のもう片方である発電電力抽出手段たとえば発電コイル5を取り付けた構成としたものである。図2(a)は全体構成の俯瞰図である。
As shown in FIGS. 1 and 2, a cylindrical
この構成によれば、円筒形回転体2はカップ型風車羽根3と回転力から電気を発生する発電用環状磁石4を搭載して回転できる強度を持てば良く、風車全体の支持と強度は中心の支柱1が支える構造とすることができ、支柱の外形形状による風車の大きさの制限が無く、低風速でも回転エネルギーが有効に取り出せることとなる。
According to this configuration, the cylindrical
また、図3に示すように支柱1を上方に延長することで、そこに太陽光パネル18または別な風車または両方を取り付けた構成としたものである。
Moreover, as shown in FIG. 3, the support |
この構成によれば、支柱や風車の影を太陽パネル18に落とすことが無く、また支柱を軸として複数の風車を設置でき、簡単な構造で風車の上方の空間をより有効に利用できることとなる。
According to this configuration, the shadow of the pillar and the windmill is not dropped on the
また、発電用環状磁石4は図2に示すように、円周方向に複数の磁区を持つ構造で、回転することにより対向する発電コイル5に磁界の変化を与えるように構成され、電磁誘導の原理により発電することができる。
Further, as shown in FIG. 2, the power generation
なお、受風手段のひとつにカップ型風車羽根3を用いたが、カップ型風車羽根に代えてダリウス型風車、サボニウス型風車を用いても良く、その作用効果に差異を生じない。
Although the cup
また、円筒形回転体2の底部と頂部に環状の磁気浮上手段たとえば回転部環状磁石6を備え、対向する支柱1に向き合う極が同じ磁極となるように浮上用環状磁石7を設置するように構成される。図2(c)は浮上用磁石の模式図である。
Further, annular magnetic levitation means, for example, a rotary part
上記構成において、回転部環状磁石6および浮上用環状磁石7は、図2に示すように上下の面に単一の磁極を持つ構造で、円周方向に回転しても常に同一の極を保つため、同じ磁極を向き合わせることで、磁気的反発力をもって円筒形回転体2を浮上させ、機械的接触すなわち摩擦抵抗なく回転することとなる。
In the above configuration, the rotating portion
なお、回転部環状磁石6に代わって、反磁性体材料たとえばグラファイトなどを用いても良く、その作用効果に差異を生じない。
In place of the rotating portion
また、回転部環状磁石6の内側の面と同じ極を持つ水平保持環状磁石8を設置するように構成される。
Moreover, it is comprised so that the horizontal holding | maintenance annular magnet 8 which has the same pole as the inner surface of the rotation part
上記構成において、水平保持環状磁石8は、内外の面に単一の磁極を持つ構造で、円周方向に回転しても常に同一の極を保つため、同じ磁極を向き合わせることで、磁気的反発力をもって円筒形回転体2を中心の支柱1から浮上させ、機械的接触すなわち摩擦抵抗なく回転することとなる。
In the above configuration, the horizontal holding annular magnet 8 has a structure having a single magnetic pole on the inner and outer surfaces, and always maintains the same pole even when rotated in the circumferential direction. The cylindrical
また、図2に示すように円筒形回転体2に複数の発電用環状磁石4を、その磁気の相をずらして取り付け、対向する位置の支柱1内部に設置された発電コイル5の磁気の相はそろえるように構成される。図2(b)は磁気の相のずれ模式図である。
Further, as shown in FIG. 2, a plurality of power generation
上記構成において、どれかひとつの発電用環状磁石4の磁極が、対向する発電コイル5の磁気の相に合致して磁気的に吸引して固定しようとしても、他の発電用環状磁石4の磁気の相が異なるため別の磁気的な吸引力が発生することで、全体的に固定状態すなわちコギングとなるような回転角が無くなり、発電機特有のコギングトルクを低減できる。
In the above configuration, even if the magnetic pole of any one of the power generating
また、図1に示すように円筒形回転体2の頂部から上方の位置の支柱側に摩擦減速手段たとえばブレーキ接触板9を備え、風車回転時に発生した電力の一部を全体の発電量に比例して増加するように円筒形回転体2の底部から下方の位置の支柱側に設置した磁気浮上手段たとえば浮上コイル10に追加供給することように構成される。
In addition, as shown in FIG. 1, friction reduction means, for example, a brake contact plate 9 is provided on the column side above the top of the cylindrical
上記構成において、台風などで高風速となった場合、発生電力の一部が浮上コイル10に追加供給されて円筒形回転体2を浮上させる磁力を増加することにより円筒形回転体2が回転軸に沿って上方に移動してブレーキ接触板9に接触し、風車の回転を抑えることとなる。
In the above configuration, when the wind speed becomes high due to a typhoon or the like, a part of the generated power is additionally supplied to the
また、図1に示すように円筒形回転体2の頂部から上方の位置の支柱側にブレーキ接触板9と、揚力発生手段たとえば図4に示すように風車の羽根に角度を付け揚力を発生できる揚力発生風車11を備え、円筒形回転体2の回転数が上昇すると共に支柱1に沿って上方向に空気力学的揚力を発生するように構成される。
Further, as shown in FIG. 1, the brake contact plate 9 and lift generating means, for example, as shown in FIG. A lift generating windmill 11 is provided, and the number of rotations of the cylindrical
上記構成において、台風などで高風速となった場合、揚力発生風車11により回転数が上昇すると共に円筒形回転体2を浮上させる揚力を増加することにより円筒形回転体2が回転軸に沿って上方に移動してブレーキ接触板9に接触し、風車の回転を抑えることとなる。
In the above configuration, when the wind speed becomes high due to a typhoon or the like, the rotational speed is increased by the lift generating wind turbine 11 and the lift force that causes the cylindrical
また、図1に示すように円筒形回転体2の頂部から上方の位置の支柱側にブレーキ接触板9と、図5に示すような円筒形回転体2の底部を対向する下部支柱側より上方に押し上げる手動の機構たとえば手動ブレーキ12を備え、支柱1の下方より手動操作にて円筒形回転体2を上方に押し上げるように構成される。図5(a)は手動ブレーキ全体の俯瞰図、図5(b)は手動ブレーキの透視模式図である。
Further, as shown in FIG. 1, the brake contact plate 9 is disposed on the support column at a position above the top of the cylindrical
この構成によれば、装置全体を整備や輸送する場合や台風などで高風速となることが予測される場合などに、円筒形回転体2を支柱1に沿って上方に移動してブレーキ接触板9に接触させ風車を減速および固定することとなる。
According to this configuration, when the entire apparatus is maintained or transported, or when a high wind speed is predicted due to a typhoon or the like, the cylindrical
また、円筒形回転体2の内側に円周方向に複数個の金属突起13を等間隔に配置し、対向する支柱側に磁気的検知手段たとえば検出コイル14を備えるように構成する。
Further, a plurality of metal protrusions 13 are arranged at equal intervals in the circumferential direction inside the cylindrical
この構成によれば、風車回転にともなう金属突起13による磁気的変化を検出コイル14により検出することで、非接触にて風車の回転数を認識できる。
According to this configuration, the rotational speed of the windmill can be recognized in a non-contact manner by detecting the magnetic change caused by the metal projection 13 accompanying the rotation of the windmill by the
また、円筒形回転体2の中間部に環状に電気磁気結合手段たとえば2次励磁コイル15を備え、対向する位置の支柱1内部に同様の電気磁気結合手段たとえば1次励磁コイル16を内蔵するように構成する。
In addition, an electromagnetic coupling means such as a
この構成によれば、支柱1側に内蔵した1次励磁コイル16に電力を供給することで非接触にて、円筒形回転体2に設置した2次励磁コイル15を通して電力エネルギーを円筒形回転体2に伝達でき、円筒形回転体2への電力供給ができる。この電力は風車のイルミネーションなどに利用可能である。
According to this configuration, the power is supplied to the primary excitation coil 16 built in the
また、円筒形回転体2の中間部に環状に磁気発生手段たとえば発電用環状磁石4を配置し、対向する位置の前記支柱内部に回転磁界発生手段たとえば駆動コイル17を設置する構成としたものである。
In addition, a magnetism generating means such as a power generation
この構成によれば、支柱1内部の駆動コイル17にエネルギーすなわち3相回転電流を供給することで、強制的に風車を取り付けた円筒形回転体2を回転させることができ、無風状態でも風車を回転することで衆目を集めることができる。
According to this configuration, by supplying energy, that is, a three-phase rotation current, to the
なお、実施の形態では、発電用環状磁石4に永久磁石を用いたが、支柱1側に内蔵した1次励磁コイル16を通じて、円筒形回転体2に設置した2次励磁コイル15に供給された電力を用いた電磁石を用いても良く、その作用効果に差異を生じない。
In the embodiment, a permanent magnet is used as the power generation
本発明による風力発電装置は、自然エネルギーである風力エネルギーから効率良く電力を作り出すことができ、太陽光など複数の自然エネルギーによる発電手段を持つ物への応用も容易であり、小型で設置の容易な独立電源や街路灯、風力発電電力の大きいプロペラ型風車の起動補助の用途にも適用できる。また、単純に広告を取り付けた広告塔に対して、自然にやさしく衆目を集めるモニュメントとしての用途にも適用できる。 The wind power generator according to the present invention can efficiently generate electric power from wind energy, which is natural energy, and can be easily applied to objects having a plurality of natural energy generating means such as sunlight, and is small and easy to install. It can also be applied to start-up assistance for independent independent power supplies, street lights, and propeller type wind turbines with large wind power generation. In addition, it can be applied to a use as a monument that attracts people's eyes easily and naturally with respect to an advertising tower simply attached with an advertisement.
1 支柱
2 円筒形回転体
3 カップ型風車羽根
4 発電用環状磁石
5 発電コイル
6 回転部環状磁石
7 浮上用環状磁石
8 水平保持環状磁石
9 ブレーキ接触板
10 浮上コイル
11 揚力発生風車
12 手動ブレーキ
13 金属突起
14 検出コイル
15 2次励磁コイル
16 1次励磁コイル
17 駆動コイル
18 太陽パネル
DESCRIPTION OF
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