JP2009185823A - 断面が、ｘ型、をした羽で回る風車による、風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高出力の風力発電を望む場合、ある程度の高速回転と、それによる回転の慣性力が必要である、なぜなら発電機の出力は回転数に比例するからである、しかし、この蝶番型の羽をもつ風力発電機では、現場の風速以上に羽の先端の移動速度を速くする事は望めなかった。この欠点を何とか克服しようとするのが課題である。
【解決手段】図１，、において、複数の蝶番型の各羽の断面を、Ｘ型、にする事により、羽を開く時の逆風圧を軽減しようとするのである、これを、図４で説明すれば、軸を中心に、本羽と補助羽の重さを同一に近ずけて、一個の回転体とすることで、斜めに垂れ下がった羽を開く時の力を軽減することが出来る、更に補助羽は細いけれども、羽の開く力を補ってくれるのである、この羽セットを風車の上部先端で板状にし、他の角度では格子状にするという構造の発電装置である。
【選択図】図１

Description

この発明は、細長いＸ型の断面をもつ羽を多数縦に並べ、これを１枚の大羽として、この大羽６組を、水平主軸に取り付け、風力を最大に受ける上部空域で板状になる様にして、他の角度では、回転による逆風圧の抵抗が最小になる様、格子状にした風車による発電装置である。

プロペラ型のオランダ風車の様に、風が羽を斜めに押す力で回転する向力型風車よりも、航空機の翼のような揚力を利用した羽を持つ風車のほうが、高速回転に適していて、高出力の発電が得られ有利であると言われている。
関西特許情報センターにて、昭和６０年−平成２０年までの公報を閲覧した。 パワー社 小型風車ハンドブック 牛山 泉 山野正洋 著 パワー社 風力発電入門 清水 幸丸 著 パワー社 風 風車の Ｑ＆Ａ １２０ 松本 文雄 著 三和工業商報 ２００６年度版

それは、揚力を利用した翼を持つ風車の方が有利であるといっても、翼の直径による円面積に対し、３枚の翼自体のもつ総面積が極めて小さく、風エネルギーがあまりにも無駄に使われている。そこで、風車の受ける風総面積のエネルギーをそっくり、風力発電に変換できないものかと、まず、現場の風速以上に、風車の先端が自然に移動出来る様にすれば解決できるのではと考え、この追求を課題とするのである。

課題を解決する為の手段

今回の出願と良く似た型の風車の、特願２００８−１１９２４７、では、蝶番型の羽が現場の風速の力を借りて開くということで問題は無かったのであるが、これが高速回転になると、垂れ下がった羽の重量と、回転による逆風圧をうけ、数が多いだけに相当な抵抗を受ける、この抵抗を減らす手段として、各羽の断面をＸ型にしたのである。

これは、図４に示す様に、主羽の反対側に補助羽を付ける事により、軸を中心に１つの独立した回転体として成り立ち、羽を開く力が軽減されること、更に補助羽が、わずかではあるが開く力を補足できるものであり、この案に至ったのである。

発明の効果

本案は、従来の風車より風圧を受ける面積が大きくなり、トルクも増大する、また、羽も従来に比べ短い為、山頂などへの運搬が容易なこと、更に、本体の上部のみで風圧を利用する為、タワーも低く設定出来ること、これにより基礎工事費が節約できること、また、極端な高空での取りつけ作業が不要になる、その他、景観に対する苦情も緩和される。

発明を実施する為の最良の形態

図３、図５において本来なら、トップチェーンの付いた摺動棒を往復させるのに、三相交流ギヤ−モーターで、正転、逆転させればいいのだが、ここでもっと高速を望むならば仮に風車が一回転するのに２秒かかったとすると、羽の上空での開閉の時間は約１／６、つまり ０・３３秒という瞬間的なものになる。
一方、電磁石には、ヒステリシス現象、という磁化されるのに僅かではあるが時間がかかるという理論があり、モーターを動かすのに必要なマグネットスイッチの電磁石と、モーターの電磁石の磁化時間を加えれば、とてもこの瞬間的な往復運動に適応出来ないと考え、図５の様な機械的手法を選んだのである。

図Ｉ、の１は、風速と風向のセンサーであり、風速計は強風襲来時に、曲線ドラムをギヤ−モーター４で前方へ押しまわし、全開した羽を水平にすることで強風を逃がし、風向センサーは、ギヤ−モーター３で風向を追尾するのであるる。

図Ｉ、の２は、遮風プレートであり、主軸より下部の羽は、いかに格子状といえども逆風圧の影響を受ける、これを防ぐ為に設けたのである。さらに、このプレートで風を斜め上方へ逃すことにより、風車の回転力を増強させるのである。
また、台風時には、ギャーモーター６で各プレートを水平にして、破損を防ぐのである。

図Ｉ、の５は、本体が屋外施設である為、太陽熱による歪みが発生する、これにより主軸の軸受け間の距離が変化して、ベアリングへの抵抗となり風車への抵抗となる、これを防ぐ為に図の様に、パイプ状の主軸の内側に別の軸を通して、これを両端で固定することで歪みを防止するのである。

図３の、摺動棒の摺動距離は、図５のギヤーの歯数比で調整するのである。

本体低部のコンクリート台で高さを保ったのは、出力線、避雷接地線、制御線の束等の風向追尾による、ねじれに対応する為であり、また、獣の侵入防止、蛇返し、豪雪対策、防砂対策の為である。

各軸やベアリングの水切り対策、凍結対策、防雪対策、は省略する。

図１、において、各羽を先端部に寄せたのは、主軸近くは風車の回転力にあまり貢献していないこと、また、羽自体を短くすることで、曲げ強度、材料費，、羽の軽量化、が有利になるからである。

メンテナンス時の安全の為、ブレーキ部、安全停止ピン部が必要である。
その他，、逆転防止用カム部も必要である。

砂漠化が心配される地帯で、地下水汲み上げ用ポンプへの電源が遠すぎると、電線を引く経費が膨大なものになるので、この風力発電が役に立つ。また、他の水系から揚水して、水不足の地帯へ流すことが出来るのである。

風力発電機の正面図である。 風力発電機の側面図である。 羽開閉の、構造と動作の説明図である。 Ｘ型、羽の構造図である。 曲線溝付きドラムと、ローラー付きカムの説明図である。

１ 風向、風速センサー
２ 遮風プレート
３ 風向追尾用ギヤ−モーター
４ 曲線溝付きドラムの、操作用ギヤ−モーター
５ 主軸、軸受間の、距離固定用装置
６ 遮風プレートの、角度操作用ギヤ−モーター

Claims (2)

1. 断面がＸ型をした羽を、複数縦に並べたものを１組の大羽として、水平に設けた主軸に６組取りつけた構造をもつ、風力発電装置
2. 曲線溝付きドラムの溝で、ローラー付きカムを周回させ、カムに直結したギヤ−を介して摺動棒を往復させ、風車の複数のＸ型羽を開閉させる構造。

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