JP2009540191A

JP2009540191A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2009540191A
Application number: JP2009514220A
Authority: JP
Inventors: ブツコフニコライ; ブツコフベイセン; モルダバエヴァグルナツ; ジャキプアイトムハメド
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2009-11-19
Also published as: EA018387B1; WO2007142498A1; EA200800958A1

Abstract

本発明は、風力発電エンジニアリングに関し、目的の自律的な電力供給のため及び電力系統における電力を発生するために使用されることができる。前記発明は風向及び風速にかかわらず時間の経過において風力電力使用ファクタを増大し、構造的設計を単純化し、作動特性を改良し、製造及び維持コストを低減し、信頼性を増大することを可能にする。本発明による発電装置は、２つ以上のチューブセグメントの形式の羽根（２）（風受け体、ディスク領域）を有する。各羽根（２）は、ブラケット（４）によって、セグメントの内縁と中心との間の端面において軸線に沿って回動可能に固定されており、羽根の他方の端部はシャフト（４）に堅く結合されている。各羽根（２）の各外縁は、フレキシブルロッド（５）（又はアームブラケット）に配置された荷重（１３）に、端面において結合されている。シャフト（１）は、ボールファスナ及び／又はユニバーサルジョイントシャフトを介して、底部から減速歯車に結合されている。低電力風力発電装置において、シャフト（１）の上部はケーブルによって大地に回動可能に結合されているのに対し、中電力及び高電力風力発電装置において、シャフト（１）の上部はアーチ状フレーム（８）に回動可能に結合されており、このアーチ状フレーム（８）自体は、下端部によって大地又は基部に結合されており、中間部において連結されている及び／又はケーブルによって大地に固定されている。

Description

本発明は、風力発電産業に関し、施設の独立した電力供給のために及び電力系統のための電力発生のために使用されることができる。

技術的結果は、風向及び風速とは無関係な増大した風力エネルギ使用時間率、単純な設計、改良された性能、低減された製造コスト、及びより高い信頼性である。これは、発電装置が、シャフト、ウェイト、シャフトに堅く取り付けられたブラケット、内縁及び外縁を備えた２つ以上のパイプセグメントの形式の羽根（風ピックアップ、風流れ面）を有することにより達成される。各羽根は、内縁と中心との間においてブランケットに面においてヒンジ式に取り付けられている。各羽根の内縁及び外縁は、面において、アイドルプーリ上を移動するフレキシブルリンクによってウェイトに結合されている。プーリ軸はシャフトに堅く取り付けられており、各羽根の外縁は、プーリ上を移動するフレキシブルリンクによって、向き合った端部に取り付けられたウェイトを有するＬ字形のレバーブランケットに結合されている。底部において、シャフトはボールソケット及び／又はユニバーサルシャフトによってギヤボックスに結合されている。上部において、下端部が地面又は基礎に取り付けられているアーチ状のトラス又はケーブルに取り付けられており、ケーブルは、トラスを中間部において地面へ及び／又は互いに引っ張る。

各羽根がヒンジ式に面において内縁と外縁との間においてブラケットに取り付けられている異なる実施形態を用いて結果を達成することが可能である。各羽根の外縁は面においてＬ字形レバーブラケットによってウェイトに結合されている。底部においてシャフトはボールソケット及び／又はユニバーサルシャフトによってギヤボックスに結合されている。上部においてシャフトは、下端部が地面又は基礎に取り付けられているアーチ状トラス又はケーブルに取り付けられており、ケーブルはトラスを中間部において地面及び／又は互いに結合している。

本発明は、発電の分野、特に風力発電装置に関し、施設の独立した電力供給のために及び電力系統のための電力発生のために使用されることができる。風力ロータ発電装置Boni-SHXB（特許PK第５５９５号）が知られている。これは、案内装置と、円形状を有する垂直羽根式風力ロータとを有する風力ロータモジュールを有しており、この場合、羽根の数及び直径は、ヘルマン方程式に従って高さに沿って変化しているのに対し、発電装置グループは、風力ロータシャフトに結合された１つ又は複数の層（tier）を有している。

この風力ロータ発電装置は、高い金属含有量、発電装置が高い風速で作動するための高精度の製造の必要性等の多数の欠点を有しており、このことは、著しく高いコスト、及び低い風食における作動不能を生ぜしめる。

プレートの間に配置された２つの半円筒状の羽根を有しておりかつ、運動学的にシャフトに堅く結合されておりかつボールソケットジョイントによって羽根に堅く結合された内縁及び外縁を有するSavoniusシステム風力タービン（特許PK第３２３０号）も知られている。羽根は、外縁においてウェイトを有する。

この風力タービンの大きな欠点は、電力を増大するために、直径を０．５ｍよりも大きく増大し、羽根縁部を風に対して回転させることが必要であることである。この場合、風圧の下で半円筒の制御されないシフト及び、ブラケットによる衝突が生じる。これは、複雑な設計を要求し、装置信頼性を低下させる。半円筒の直径の減少は、低減した電力及びより狭い風速範囲を生じる。

本発明の目的は、使用時間率を増大すること（風速作動範囲を拡大すること）を可能にし、風速及び風向に拘わらず発電装置の安定した電力を保証し、設計を単純化し、作動安定性を向上させ、作動コストを含むより低いコストを生じる、風力発電装置（ＷＰＰ）を開発することである。技術的結果は、シャフト、ウェイト、シャフトに堅く取り付けられたブラケット、内縁及び外縁を備えた羽根（風ピックアップ）を有する風力発電装置において、各羽根が、面において、内縁と中心との間においてブラケットにヒンジ式に取り付けられていることにより達成される。各羽根の内縁及び外縁は、面において、アイドルプーリ上を移動するフレキシブルリンクによってウェイトに結合されている。プーリ軸はシャフトに堅く取り付けられており、各羽根の外縁は、プーリ上を移動するフレキシブルリンクによって、向き合った端部に取り付けられたウェイトを有するＬ字形レバーブラケットに結合されている。

底部においてシャフトはボールソケット及び／又はユニバーサルシャフトによってギヤボックスに結合されている。停電力ＷＰＰにおいてシャフトは上部においてケーブルによって大地に取り付けられている。中電力及び高電力ＷＰＰにおいてシャフトは上部においてアーチ状トラスに取り付けられており、トラス下端部は、大地に取り付けられておりかつ互いに結合されている及び／又はケーブルを用いて大地に結合されている。

技術的結果は、別の実施形態を用いて達成されることもできる。シャフト、ウェイト、シャフトに堅く取り付けられたブラケット、内縁及び外縁を備えた羽根を有する風力発電装置において、各羽根は、面において、内面と中心との間においてブラケットにヒンジ式に取り付けられている。各羽根の外縁は、面において、Ｌ字形レバーブラケットによってウェイトに結合されている。底部において、シャフトは、ボールソケット及び／又はユニバーサルシャフトによってギヤボックスに結合されている。上部において、シャフトはアーチ状トラス又はケーブルに取り付けられており、この場合、下端部は大地又は基礎に取り付けられているのに対し、ケーブルはトラスを中間部において大地及び／又は互いに結合している。

発明の本質的特徴と結果との因果関係は、これらの特徴を使用した場合に、風力エネルギ時間使用率が増大する、すなわち、ＷＰＰが３〜７０ｍ／ｓの速度範囲において作動するということである。その結果、ＷＰＰの日数が３倍大きくなる。その結果、発電量も３倍大きくなる。これは、低い風速において風流れ面の面積が増大することによって達成される。逆に、風速が増大すると、面積は減少する。なぜならば、羽根は、ブラケットに対するヒンジ式取付部を中心に開閉するからである。台風のような突風の場合、遠心力によりウェイトが羽根を閉鎖し、ＷＰＰはパイプの形状を取る。信頼できる作動は、設計の単純さと、ＷＰＰシャフトのボールソケットアタッチメントの存在とにより、及び／又はギヤボックスを備えたユニバーサルシャフト（マルチプレクサ）により、達成される。低電力ＷＰＰのためのケーブルアタッチメント、及びそれ自体はケーブルによって大地及び／又は互いに結合されたアーチ状トラスによる取付けは、あらゆる風速及び突風において信頼できる動作を保証する。

発明の本質は図面によって説明されている。

ＷＰＰの全体図と、上面図と、内縁とセグメント中心との間にヒンジによって取り付けられた２羽根式風ピックアップの断面図とを示している。内縁とセグメント中心との間にヒンジによって取り付けられた３羽根式風ピックアップの断面図を示している。風速が増大した場合に羽根（風ピックアップ）が閉鎖することを保証するウェイトアタッチメントを概略的に示している。風がない場合に羽根が開放することを保証するウェイトアタッチメントを概略的に示している。

風力発電装置（図１）は、運動学的に取り付けられた羽根２（風ピックアップ）を備えたシャフト１を有しており、羽根の面は、ブラケット４にヒンジ式に取り付けられている。ブラケット４はシャフト１に堅く取り付けられている（図１、断面Ａ−Ａ）。２羽根式（図１）及び３羽根式（図２）風ピックアップ２の内縁とセグメント（半円筒）中心との間の面は、ブラケットにヒンジ式に取り付けられている。羽根の外縁は、フレキシブルリンク５によってプーリ１１（図３）を介してレバーブラケット１４に結合されている。ウェイト１３は、レバーブラケットの他方の端部に取り付けられている。レバーブラケットはヒンジマウント１２によってシャフト１に結合されている。上端部において、シャフト１はトラス８（図１）にヒンジ式に取り付けられており、トラス自体は、水平リンク７によって互いに結合されておりかつリンク９（図１）によって大地（又は基礎）に結合されている。シャフト１の下端部は、ユニバーサルシャフトによって、ギヤボックス及び発電機を含む電子機械的ユニット１０に結合されている。外縁に沿った面において、羽根２はフレキシブルリンク５（図１、図３）によってプーリ１１を介してレバーブラケット１４に結合されている。面において、内縁に沿った面において、羽根２は、フレキシブルリンク１７（図４）によってプーリ１１を介してウェイト１５に結合されている。ウェイト１５の垂直方向の移動は、リミッタ１６（図４）によって制限されている。第２の実施形態において、各羽根の外縁は、レバーブラケット１４に結合されている。ウェイト１３は、レバーブラケットの他方の端部に取り付けられている。レバーブラケット１４はヒンジマウント１２によってシャフト１に結合されている。上端部において、シャフト１はトラス８（図１）にヒンジ式に取り付けられており、トラス自体は水平リンク７によって互いに結合されておりかつリンク９（図１）によって大地（又は基礎）に結合されている。シャフト１の下端部は、ユニバーサルシャフトによって、ギヤボックス及び発電機を含む電子機械的ユニット１０に結合されている。

風力発電装置は以下のように運転する。風流が羽根２に衝突し、シャフト１を回転させ、回転を電子機械的ユニット１０に伝達する。風速が増大すると、遠心力によりウェイト１３がシャフト１から離れ始め、レバーブラケット１４がヒンジマウント１２を中心に回転する。レバーブラケット１４がプーリ１１を介してリンク５を引っ張り、羽根２はヒンジマウント３を中心にシャフト１に対して回転する。台風の突風の場合、羽根２は閉鎖し、円筒６の形状を取る（図２）。羽根２の開放は、ウェイト１５がリミッタ１６（図４）に当接することにより、ウェイト１５に結合されたリンク１７によって制限される。ウェイト１５は垂直方向にのみ移動することができる。風がない場合、ウェイト１５は重力により垂れ下がり、リンク１７によって羽根２を完全に開放させる。

風力発電装置は同様に第２の実施形態において作動する。風流が羽根２に衝突し、シャフト１を回転させ、回転を電子機械的ユニット１０に伝達する。風速が増大すると、遠心力によりウェイト１３はシャフト１から離れはなじめ、レバーブラケット１４をヒンジマウント１２を中心に回転させる。レバーブラケット１４は羽根の外縁を引っ張り、羽根２をヒンジマウント３を中心にシャフト１に対して回転させる。台風の突風の場合、羽根２は閉鎖し、円筒６の形状を取る（図２）。

１シャフト、２羽根、４ブラケット、５フレキシブルリンク、８トラス、９リンク、１１プーリ、１２ヒンジマウント、１３ウェイト、１４レバーブラケット、１５ウェイト、１６リミッタ、１７フレキシブルリンク

Claims

風力発電装置において、シャフトと、ウェイトと、シャフトに堅く取り付けられたブラケットと、内縁及び外縁を備えた羽根とを有しており、各羽根が、面において、内縁と中心との間においてブラケットにヒンジ式に取り付けられており、各羽根の内縁及び外縁が、面において、軸が堅くシャフトに取り付けられたアイドルプーリ上を移動するフレキシブルリンクによってウェイトに結合されており、各羽根の外縁が、プーリ上を移動するフレキシブルリンクによって、Ｌ字形レバーブラケットに結合されており、該Ｌ字形レバーブラケットの反対側の端部にウェイトが取り付けられており、シャフトが底部においてボールソケットマウント及び／又はユニバーサルシャフトによってギヤボックスに結合されており、シャフトが上部においてアーチ状トラス又はケーブルに取り付けられており、該アーチ状トラス又はケーブルの下端部が大地又は基礎に取り付けられており、トラスが中間部においてケーブルによって大地に又は互いに連結されていることを特徴とする、風力発電装置。
風力発電装置において、シャフトと、ウェイトと、シャフトに堅く取り付けられたブラケットと、内縁及び外縁を備えた羽根とが設けられており、各羽根が、面において、内縁と中心との間においてブラケットにヒンジ式に取り付けられており、各羽根の外縁が、面において、Ｌ字形レバーブラケットによってウェイトに取り付けられており、シャフトが底部においてボールソケットマウント及び／又はユニバーサルシャフトによってギヤボックスに結合されており、シャフトが上部においてアーチ状トラス又はケーブルに取り付けられており、該アーチ状トラス又はケーブルの下端部が大地又は基礎に取り付けられており、トラスが中間部においてケーブルによって大地に又は互いに連結されていることを特徴とする、風力発電装置。