JP2007263087A - 垂直軸風力発電機の懸架 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直軸風力発電機の信頼性を高めかつメンテナンスを容易なものとする。
【解決手段】屋外における発電システムの維持には運動部分の力学的安定性を常に管理する必要がある。このため風力発電機を、タービンと発電機が一体となった構造物として取り扱えるように構成した。また風力タービンに対し発電機本体を上部に配置し全体を上下両端支持の回転体とする。このことにより軸封部の雨仕舞を改善した。軸端の一方を固定支持とし、他端をつり掛け式として支持することで据付やメンテナンスを容易にした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、送電線網と送電線鉄塔中心部空間を利用した風力発電システムに関するものである。

風力は水力とともに古くから利用されてきたが、発電に限ってみればダム式、水路式の水力発電に遠く及ばない。

近年水平軸プロペラ風車はもちろん垂直軸風車でも翼型が改善され、ダリウス型風車ではパワー係数が０．３〜０．４に及ぶとされている。

設置場所においては洋上風力発電の大きな賦存量が予測されている。陸上においても送電線網と送電線鉄塔中心部空間を利用した風力発電システムは、構造簡単な垂直軸風力発電機にとって有利なシステムといえる。
特開２００５−２０７３５５公報 実開平成０７−０２０１００公報

発電量が水力なみに確認されると電力系統としては予備のためのキャパシティ問題を解決しなければならないが、風力発電の普及が待たれる。

風力発電機はいったん設置されると半永久的に稼動することが求められる。また風雨にさらされる環境での運転になるので信頼性が必要である。

いっぽう回転体であることから定期的に点検しメンテナンスをすることを前提にしなければならない。高圧送電塔に設置する場合、メンテナンスは僻地や高所での作業となるので複雑な現場組立は極力避けなければならない。

一般に高圧送電塔などの屋外構造物は、取りつけ部の一端を固定すると他方の端の位置を保証することが困難になる。特に回転体に対しての現物合わせ的据付は不可能に近い。

この発明は前述の機器信頼性を達成するため力学的に最も安定とされ実績のある両端支持形式の軸受配置とした。

軸封部分の環境を改善するためアウターローター式を採用し発電機を風力タービンに対して上部に配置した。

メンテナンスのための取りつけ取り外しを考慮し自転車のハブなどと同じ貫通式ボルトで軸受を介してローター部を支持する構造とした。

軸端の支持に関して片方は調整可能な従構造の支持部を採用した。

この風力発電機は風力タービンと発電機が一体としてまとめられた構造をもっている。このため上下の端面におけるナットを外すことで容易に着脱することが出来る。このことにより回転体であることに伴うメンテナンスを専門の工場で実施することが可能である。

発電機を上に配置したことにより、取りつけた状態で軸封部の開口部が下向きとなり雨などの液滴に対して安定である。厳密なシールは必要なくそのための損失やメンテナンスからフリーである。

上下２台の風力発電機を設置した場合、取りつけのための固定支持部は共通のレベルとすることが出来る。これに対して各々上下に可動支持部材を用いて容易に懸架可能である。

垂直軸風力発電機は比較的小型なものが多く片持ち式が多い。しかし大型になり耐久性が重視されると両端支持が必要である。そのための支柱も大掛かりなものとなってくる。このようなことを考えて高圧送電塔の支柱を利用することを前提に実施例を示す。

図１は異なるタイプの垂直軸風力発電機２台を、固定支持部４をはさんで上下に懸架した高圧送電塔である。風力発電機(１)のようなダリウス型風車は、パワー係数は高くても起動性に劣る。起動性に優れたサポニス風車などを風力発電機(２)として組み合わせることによりダリウス型風車を起動することも出来る。

図２は風力発電機(１)、(２)の懸架方式の透視図である。固定支持部は共通である。風力発電機は可動支持部材５，６でつり掛けられた形で懸架される。可動支持部材としては長さ調節部７をそなえたワイヤーロープあるいは棒鋼などが考えられる。

図３は貫通ボルト１４が上下の支持部材４，６によってつり掛け懸架された風力発電機の基本構造図である。風力タービン部ローター１７と発電機部ローター１６は軸継手１８を介して分離されている。このことにより一体構造をとったことによる製作、整備上の不都合が緩和される。風力タービン９はダリウス型、サポニス型、クロスフロー型、ジャイロミル型などが可能である。発電機部分が風力タービンに対して上部に位置しているのは軸封上の理由による。上部軸受１２は発電機フレーム８によって囲まれたようになる。同様に下部軸受１３は風力タービン部ローター１７がカバーとして上部からかぶさっている。風力タービン部と発電機部ローター部の重量はスラスト力として下部軸受１３を介してスラスト受スリーブ１９に伝えられる。そして全体が貫通ボルト１４によってつりあげられることを図３は示している。上下の支持部４，６は部材１５，８および１５，１９により各々ダブルナットとして締付けられる。

風力は再生可能エネルギーであるが、電力として利用するにはコスト高であるしエネルギーの形態そのものがランダムである。しかし風力を本格的に産業上のエネルギーとして利用するのであれば、次の２点が解決されることが重要である。第一に発電システムに対するメンテナンス体制が経済的に確立すること。第二に風力等再生可能エネルギーだけで処理できる工程が部分的にでも産業界に育っていること。これらの課題にたいして本発明が関わる技術分野は相補的、先導的役割を果たすと思われる。

高圧送電線鉄塔中心部空間にダリウス型、サポニス型等の垂直軸風力発電機を設置した説明図である。 図１の上下各風力発電機の懸架方式を示した説明図である。 風力タービンに対し発電機本体を上部に配置した風力発電機の構造を示す説明図である。

符号の説明

１ 高圧送電線支柱
２ 風力発電機(１)
３ 風力発電機(２)
４ 固定支持部材
５ 可動支持部材(１)
６ 可動支持部材(２)
７ 長さ調節部
８ 発電機フレーム
９ 風力タービン
１０ 発電機ステーターコイル
１１ 発電機ローターコイル
１２ 上部軸受
１３ 下部軸受
１４ 貫通ボルト
１５ ナット
１６ 発電機部ローター
１７ 風力タービン部ローター
１８ 軸継手
１９ スラスト受スリーブ
２０ 軸封部(１)
２１ 軸封部(２)

Claims (3)

1. 図３に示すように発電機を風力タービンに対して上部に配置した。このことにより軸封部の雨仕舞を改善した垂直軸風力発電機。
2. 垂直軸風力発電機回転部の支持は、回転軸を軸受によって外側から支えるのではなく、図３に示すように固定された貫通ボルト１４を中心にして回転するアウターローター式とする。貫通ボルト１４を図２に示すように固定支持部材４、可動支持部材５や６によってつり掛け式に支持する。垂直軸風力発電機の懸架方式。
3. ２枚羽根ダリウス型風力発電機を分解することなく搬出することを可能とする開口部ＡＢＣＤ（図２）を備え固定支持部４を含む構造体。
   

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