JP2009543982A

JP2009543982A - 風力発電装置

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Publication number: JP2009543982A
Application number: JP2009520689A
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: 2006-07-14
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2026-09-25
Also published as: EP2048358A4; US20090191059A1; JP5175283B2; EA200800959A1; CA2666048A1; CN101589228B; WO2008007934A1; EA018388B1; CN101589228A; EP2048358A1

Abstract

本発明は風力発電工学に関する。本発明の風力発電装置は、羽根を有しており、各羽根の内縁及び外縁は、羽根の端面においてロッドによって弦方向で結合されており、ロッドは、中央と外縁との間において、カンチレバーに枢着されており、カンチレバーは、固定された軸に軸受によって設置されている。各羽根は、中央と外縁との間の突き合わせ端部において、隣接する羽根に、ステムによって枢着されており、ステムの一方の端部は、突き合わせ端部において中央と外縁との間において羽根に結合されているのに対し、ステムの他方の端部は、羽根の中央と外縁との間において隣接する羽根のロッドに枢着されており、羽根のうちの１つの羽根のロッドにはウェイトが設けられている。別の実施形態において、羽根は、中央と外縁との間において突き合わせ端部においてカンチレバーに枢着されており、突き合わせ端部における各羽根の内縁及び外縁は弦方向でステムによって相互結合されており、ステムの一方の端部が、外縁の近傍でロッドに枢着されており、他方の端部が、ロッド中央と内縁との間において、隣接する羽根に結合されているか又は中央と内縁との間において、隣接する羽根に結合されており、羽根のうちの１つの羽根の１つのロッドにウェイトが設けられている。本発明は、風の方向及び速度とは無関係な風力の使用を増大し、嵐の風における信頼性を改良することを可能にする。

Description

本発明は、風力発電産業に関し、施設の独立した電源、及び電力システムのための発電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、単純化された設計、改良された性能、減じられた製造コスト及び運転費用、及び風力発電装置出力を増大しながらのより高い信頼性である。これは、発電装置が、ウェイトと、ブラケットと、２つ又は３つ以上の管セグメント（中空の円筒）の形式の羽根とを有することにより達成される。ブラケットは軸受に堅く取り付けられている。軸受は定置の軸に装着されている。面において、各羽根の内縁及び外縁はリンクによって弦に沿って結合されている。外縁と中央との間において、各リンクはブラケットに枢着されている。中央と外縁との間の面において、各羽根は、ロッドによって、隣接する羽根のリンクに枢着されている。一方のロッド端部は、中央と外縁との間において羽根に枢着されており、他方のロッド端部は、羽根の中央と外縁との間において、隣接する羽根のリンクに枢着されている。１つの羽根のリンクは、Ｌ字形のレバーブラケットに枢着されている。ウェイトは、レバーブラケットの反対側の端部に取り付けられている。レバーブラケットはブラケットに枢着されている。駆動歯車は、下部ブラケットに堅く取り付けられており、より小さな直径の被駆動歯車を介して、ユニバーサルシャフト又は、ボールソケットを備えたシャフトに係合させられている。定置の軸は駆動歯車内に配置されている。底部において、ユニバーサルシャフト（又はボールソケットを備えたシャフト）は、電気機械的ユニットに接続されている。

上部において、定置の軸は、支持ポール又はケーブルに取り付けられている。支持ポール又はケーブルの下端部は、地面又は基礎に取り付けられている。中央において、支持ポール（又はケーブル）は、別のケーブルによって、地面に及び／又は互いに連結されている。

風力発電装置の別の実施形態が可能である。その場合、発電装置は、ウェイトと、ブラケットと、内縁及び外縁を備えた、２つ以上の管セグメント（中空の円筒）の形式の、羽根（風力ピックアップ、風受け面）とを有している。ブランケットは、定置の軸に装着された軸受に堅く取り付けられている。２つ又は３つ以上の羽根は、中央と外縁との間においてブラケットに枢着されている。面において、各羽根の内縁及び外縁は、リンクによって弦に沿って互いに結合されている。各羽根のリンクは、ロッドによって、隣接する羽根のリンクに枢着されている。ロッドの一方の端部は、外縁とリンク中央との間においてリンクに枢着されているのに対し、他方の端部は、リンク中央と羽根の内縁との間において、隣接する羽根のリンクに枢着されている。

１つの羽根のリンクは、Ｌ字形のレバーブラケットに枢着されている。ウェイトはレバーブラケットの反対側の端部に取り付けられている。レバーブラケットは、ブラケットに枢着されている。駆動歯車は、下部ブラケットに堅く取り付けられており、より小さな直径の被駆動歯車を介して、ユニバーサルシャフト、又はボールソケットを備えたシャフトと係合させられている。定置の軸は駆動歯車内に配置されている。底部において、ユニバーサルシャフト（又はボールソケットを備えたシャフト）は電気機械的ユニットに接続されている。上部において、定置の軸は支持ポール又はケーブルに取り付けられている。支持ポール又はケーブルの下端部は地面又は基礎に取り付けられている。中央において、支持ポール（又はケーブル）は、別のケーブルによって、地面に及び／又は互いに連結されている。

本発明は、発電産業の分野、特に風力発電装置に関し、施設の独立した電源、及び電力システムのための発電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-ShKhV（特許ＰＫ第５５９５号）が知られている。このロータ発電装置は、案内装置を有する風力ロータモジュールと、円形の羽根式垂直風力ロータとを有する。羽根の数及び直径は、ヘルマンの公式に従って高さに沿って変化する。発電機グループは、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、及び高い風速における発電装置運転の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、これは、著しくより高いコスト、及び低い風速における動作不能を生じる。

サボニウス（Savonius）システム風力タービン（特許ＲＫ第３２３０号）も知られており、このサボニウスシステム風力タービンは、２つの半円筒状の羽根を有しており、これらの羽根は、プレートの間に配置されておりかつ内縁及び外縁を有しており、内縁及び外縁は、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結合されている。羽根は、外縁においてウェイトを有している。

この風力タービンの顕著な欠点は、電力を増大するために、直径を０．５ｍよりも大きく増大しかつ羽根縁部を風に向けることが必要であるということである。このことを行う場合、風圧を受けている時の半円筒の制御されないシフトと、ブラケットによる衝突とが生じる。このことは、設計を複雑にし、装置の信頼性を減じる。半円筒の直径を減じることは、減じられた電力、及びより狭い風速作動範囲を生じる。

本発明の目的は、使用時間率を増大し（風速作動範囲を拡大し）、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、発電装置電力を著しく増大しながら作動信頼性を増大することを可能にする風力発電装置（ＷＰＰ）を開発することであり、これは、作動コストを含むより低いコストを生ぜしめる。

技術的結果は、ウェイトと、ブラケットと、内縁及び外縁を有する羽根（風力ピックアップ）とを有する風力発電装置において、羽根が、２つの半円筒又は中空の円筒のより多くのセグメントの形式で形成されていることによって達成される。面において、各羽根の内縁及び外縁は、リンクによって弦に沿って接続されている。中央と外縁との間において、各リンクはブラケットに枢着されている。ブラケットは、定置の軸に装着された軸受に取り付けられている。中央と外縁との間の面において、各羽根はロッドによって、隣接する羽根のリンクに枢着されている。一方のロッド端部は、中央と外縁との間の面において羽根に結合されている。他方のロッド端部は、羽根の中央と外縁との間において、隣接する羽根のリンクに枢着されている。１つの羽根のリンクはＬ字形のレバーブラケットに枢着されている。ウェイトはレバーブラケットの反対側の端部に取り付けられている。レバーブラケットはブラケットに枢着されている。

駆動歯車が下部ブラケットに堅く取り付けられており、定置の軸が歯車内に配置されている。より小さな直径の被駆動歯車が、駆動歯車と噛み合わされている。底部において、被駆動歯車は、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電気機械的ユニットに接続されている。底部において、ユニバーサルシャフト（又はボールソケットを備えたシャフト）は電気機械的ユニットに接続されている。上部において、定置の軸は、ケーブル又はアーチ状トラスによって地面に取り付けられている。これに対して、トラスの下端部は、地面に取り付けられており、ケーブルによって互いに及び／又は地面に連結されている。

技術的結果は別の実施形態においても達成されることができ、この別の実施形態において、発電装置は、ウェイトと、ブラケットと、内縁及び外縁を備えた、２つ以上の管セグメントの形式の羽根（風力ピックアップ、風受け面）とを有している。ブラケットは、定置の軸に装着された軸受に堅く取り付けられている。中央と外縁との間において、２つ以上の羽根がブラケットに枢着されている。面において、各羽根の内縁及び外縁は、リンクによって弦に沿って接続されている。各羽根リンクは、ロッドによって、隣接する羽根に枢着されている。ロッドの一方の端部は、外縁においてリンクに枢着されているのに対し、他方の端部は、羽根中央と羽根内縁との間において、隣接する羽根に枢着されている。

駆動歯車は下部ブラケットに堅く取り付けられており、定置の軸は歯車内に配置されている。より小さな直径の被駆動歯車は駆動歯車と噛み合っている。底部において、被駆動歯車は、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電気機械的ユニットに結合されている。底部において、ユニバーサルシャフト（又はボールソケットを備えたシャフト）は電気機械的ユニットに結合されている。上部において、定置の軸はケーブル又はアーチ状トラスによって地面に取り付けられている。これに対して、トラスの下端部は、地面に取り付けられており、ケーブルによって互いに及び／又は地面に連結されている。

本発明の本質的な特徴と達成される結果との因果関係は、これらの特徴が使用される場合、風力エネルギ使用時間率が増大する、すなわち風力発電装置が１−３から９０ｍ／ｓまでの速度範囲で作動するということである。その結果、風力発電装置が作動する日数が、３倍以上に増加する。これにより、電力出力も３倍以上に増大する。その上、電力ユニットの容量を著しく増大することが可能である。このことは、低い風速において風受け面が増大し、逆に風速が増大すると、ブラケットへの枢着取付部を中心に羽根が閉じることにより、風受け面が減少することにより達成される。台風の突風の場合、ウェイトは遠心力により羽根を閉じ、風力発電装置は管（中空の円筒）の形状を取る。信頼できる作動は、単純な設計と、軸が回転しないこととによって、並びに、風力発電装置シャフトのボールソケット取付けの存在及び／又は電気機械的ユニットへのユニバーサルシャフトにより、達成される。小出力風力発電装置のためのケーブル取付け及び、それ自体がケーブルによって地面に及び／又は互いに連結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での信頼できる作動、及び風力発電装置単位電力の著しい増大を保証する。

発明の本質は図面によって説明される。

風力発電装置の概略図及び上面図である。中空円筒セグメントの形式の４羽根型風力ピックアップの断面図であり、羽根の縁部は面においてリンクによって結合されており、リンクは、中央と外縁との間においてブラケットに枢着されている。中空円筒セグメントの形式における４羽根型風力ピックアップの断面図を示しており、セグメント面は、中央と外縁との間においてブラケットに枢着されている。中空円筒セグメントの形式における３羽根型風力ピックアップの断面図を示しており、セグメント面は、中央と外縁との間においてブラケットに枢着されているのに対し、ロッドは、外縁においてリンクに結合されておりかつ、中央と内縁との間において、隣接する羽根に結合されている。中空円筒セグメントの形式における３羽根型風力ピックアップの断面図を示しており、セグメント面はブラケットに枢着されているのに対し、ロッドは、外縁においてリンクに結合されておりかつ、隣接する羽根の中央と内縁との間においてリンクに結合されている。中空円筒セグメントの形式の３羽根型風力ピックアップの断面図を示しており、セグメント縁部は、面において、リンクによって結合されているのに対し、リンクは、中央と外縁との間においてブラケットに枢着されている。風速が変化した場合に羽根（風力ピックアップ）の開閉を保証する、ウェイトを備えたＬ字形のレバーブラケットの取付けを概略的に示している。

風力発電装置（図１）は、軸受２（図２）を備えた定置の軸１を有している。ブラケット３は軸受に取り付けられている。リンク５は外縁と中央との間においてブラケット３に枢着されている（図２及び図６）。リンクは、羽根の内縁と外縁とを、面において結合している。羽根４は管（中空円筒）セグメントの形式で形成されている。ロッド６の一方の端部は、羽根４の外縁と、リンク５の中央との間において、リンク５に枢着されている。ロッドの他方の端部は、隣接する羽根４に、面において枢着されている（図２及び図６）。Ｌ字形のレバーブラケット７はブラケット３に枢着されている（図７）。レバーブラケットの上端部は、内縁と中央との間においてリンク５のうちの１つに枢着されている。ウェイト８がレバーブラケット７の下端部に取り付けられている。

定置の軸１（図１）の上端部は、支持ポール又はケーブル９に結合されている。支持ポール（又はケーブル）９は、水平方向のリンク１０によって互いに結合されており、リンク１１（図１）によって地面（又は基礎）に接続されている。定置の軸１の下端部は、地面又は基礎に堅く取り付けられている。

駆動歯車１２が底部において下部ブラケット３に堅く取り付けられており、定置の軸１は、駆動歯車１２の内部に配置されている。駆動歯車１２は、より小さな直径の被駆動歯車１３と噛み合わされている。被駆動歯車１３は、ユニバーサルシャフト又はボールソケット１４を介して電気機械的装置１５に接続されている。

第２の実施形態（図３）において、羽根４は、中央と外縁との間の面においてブラケット３に枢着されている。ロッド６は、羽根４の外縁と内縁とを結合したリンク５の中央と外縁との間に枢着されている。ロッド６の他方の端部は、隣接する羽根４の中央と外縁との間に枢着されている（図３）。ロッド６を、羽根４の外縁と、隣接する羽根の中央と内縁との間に取り付けるか（図４）、又は羽根４の外縁と、隣接する羽根のリンクの中央と内縁との間とに取り付けることができる（図５）。

定置の軸１の取付け、レバーブラケット７の取付け、電気機械的ユニットへの結合は、第１の実施形態と同様である。

風力発電装置は以下のように作動する。風流が羽根４に衝突し、羽根４と、ブラケット３と、駆動歯車１２とが、軸受２において、定置の軸１を中心に回転する。駆動歯車１２の回転は、被駆動歯車１３及びユニバーサルシャフト（又はボールソケット）１４によって電気機械的ユニットに伝達される。風速が増大すると、遠心力により、ウェイト８が回転軸から離れ始め、レバーブラケット７が枢着部を中心に拡開する。レバーブラケット７はリンク５を引っ張り、羽根４が枢着部を中心にシフトする。台風の突風の場合には、羽根４は閉鎖し、円筒の形状になる。

無風の場合、ウェイト８は重力により落下し、レバーブラケット７によって羽根４を完全に開放する。風力発電装置の第２の実施形態の運転も同様である。

１軸、２軸受、３ブラケット、４羽根、５リンク、６ロッド、７レバーブラケット、８ウェイト、９ケーブル、１０，１１リンク、１２駆動歯車、１３被駆動歯車、１４ユニバーサルシャフト又はボールソケット、１５電気機械的装置

Claims

風力発電装置において、ウェイトと、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、羽根の面において各羽根の内縁及び外縁が弦に沿ってリンクによって結合されており、各リンクが、中央と外縁との間においてブラケットに取り付けられており、ブラケットが軸受に取り付けられており、軸受が定置の軸に装着されており、各羽根が、中央と外縁との間の面において、隣接する羽根にロッドによって枢着されており、ロッドの一方の端部が、中央と外縁との間において面において羽根に結合されているのに対し、ロッドの他方の端部が、隣接する羽根のリンクの中央と外縁との間に枢着されており、１つの羽根のリンクがＬ字形のレバーブラケットに枢着されており、ウェイトが、ブラケットに枢着されたレバーブラケットの反対側の端部に取り付けられており、駆動歯車がブラケットに堅く取り付けられており、定置の軸が、より小さな被駆動歯車と噛み合わされた歯車の内部に配置されており、より小さな直径の被駆動歯車が、底部において、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電気機械的ユニットに結合されており、定置の軸が、上部においてケーブル又はアーチ状トラスによって地面又は基礎に取り付けられており、トラスが、中間においてケーブルによって地面に及び／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、ウェイトと、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、２つ以上の羽根が、中央と外縁との間の面においてブラケットに枢着されており、各羽根の内縁及び外縁が弦に沿ってリンクによって互いに結合されており、各羽根のリンクが、隣接する羽根のリンクにロッドによって枢着されており、ロッドの一方の端部が、外縁においてリンクに取り付けられているのに対し、第２の端部が、隣接する羽根に、リンクの中央と羽根の内縁との間において枢着されているか又は、隣接する羽根に、中央と内縁との間において枢着されており、１つの羽根のリンクがＬ字形のレバーブラケットに枢着されており、ウェイトが、ブラケットに枢着されたレバーブラケットの反対側の端部に取り付けられており、駆動歯車がブラケットに堅く取り付けられており、定置の軸が、より小さな直径の被駆動歯車と噛み合わされた駆動歯車の内部に配置されており、底部において、より小さな直径の被駆動歯車が、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電気機械的ユニットに接続されており、上部において、定置の軸が、ケーブル又はアーチ状のトラスによって地面又は基礎に取り付けられており、中央において、トラスがケーブルによって地面に及び／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。