JP2011149413A - Wind turbine generator system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自然風の力を利用して発電を行う風力発電装置に関するものである。 The present invention relates to a wind power generator that generates power using the force of natural wind.
近年、環境保護に対する意識が高まっており、自然の力を利用した発電装置が注目されている。そのようなクリーンエネルギーの一つとして風力が挙げられる。従来の風力発電装置は、発電機にプロペラの回転軸を直接あるいはギアを介して取り付け、風力でプロペラを回転させて発電機を駆動し、風力を電気エネルギーに変換している。 In recent years, awareness of environmental protection has increased, and power generation devices using natural power have attracted attention. One such clean energy is wind power. In a conventional wind power generator, a rotating shaft of a propeller is attached to a generator directly or via a gear, and the propeller is rotated by wind force to drive the generator, thereby converting wind power into electric energy.
しかしながら、従来の風力発電装置を建設するためには莫大なコストがかかる。自然風はその風力の変動の幅が大きく、台風などの非常に強い風にも耐え得る構造の風力発電装置とする必要がある。したがって、頑丈なプロペラが必要であり、このようなプロペラを支える支軸なども頑丈にする必要がある。このため、高価な材料が必要となり、風力発電装置を建設するためのコストが非常に高くなってしまう。例えば、500kW以下の小型の風力発電装置を建設するためのコストは約30万円/kW〜約65万円/kW、20000kW以上の大型の風力発電装置を建設するためのコストは約20万円/kWと言われている。 However, enormous costs are required to construct a conventional wind power generator. Natural wind needs to be a wind power generator with a structure that can withstand extremely strong winds such as typhoons because of its wide range of wind power fluctuations. Therefore, a sturdy propeller is required, and a support shaft that supports such a propeller must also be robust. For this reason, an expensive material is required, and the cost for constructing the wind power generator becomes very high. For example, the cost for constructing a small wind power generator of 500 kW or less is about 300,000 yen / kW to about 650,000 yen / kW, and the cost for constructing a large wind power generator of 20000 kW or more is about 200,000 yen. / KW.
また、このような従来の風力発電装置では、建設コストが高くなってしまうことによりその発電コストも高くなってしまう。石炭火力発電の発電コストが約5円/kWhであるのに対し、風力発電の発電コストは、約20円/kWhと4倍にもなっている。このような発電コストの高さが風力発電の普及を妨げる要因となっている。 Moreover, in such a conventional wind power generator, the construction cost becomes high, and thus the power generation cost becomes high. The power generation cost of coal-fired power generation is about 5 yen / kWh, whereas the power generation cost of wind power generation is about 20 yen / kWh, which is four times as high. Such high power generation cost is a factor that hinders the spread of wind power generation.
さらに、従来の風力発電装置は、微風では発電することができない。上述したように、従来の風力発電装置においては、プロペラに強度が要求されるため、プロペラの材料として高強度の重い材料が用いられる。このため、プロペラが重くなってしまい、微風ではプロペラを回転させることができず、発電を行うことができない。したがって、従来の風力発電装置は、風速の低い場所には設置することができなかった。 Furthermore, the conventional wind power generator cannot generate power with a breeze. As described above, in the conventional wind power generator, since the propeller requires strength, a heavy material having high strength is used as the propeller material. For this reason, the propeller becomes heavier, and the propeller cannot be rotated by a breeze and power generation cannot be performed. Therefore, the conventional wind power generator cannot be installed in a place where the wind speed is low.
また、従来のプロペラを利用した風力発電装置は、長さ数十メートルにもなるプロペラを有しているが、このプロペラは分解することできないため、運搬することが難しいという問題がある。さらに、巨大なプロペラが回転することによって騒音も生じる。さらにまた、野鳥などの動物がプロペラに衝突して死傷することもある。 Further, a conventional wind power generator using a propeller has a propeller that is several tens of meters in length, but this propeller cannot be disassembled, and thus has a problem that it is difficult to carry. Furthermore, noise is also generated by the rotation of a huge propeller. Furthermore, wild birds and other animals can collide with a propeller and be killed or injured.
近年では、上述したプロペラを利用した風力発電装置に代えて、圧電素子を利用して風力を直接に電気エネルギーに変換する風力発電装置も提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、現在の圧電素子は発電効率が低いため、これらの圧電素子を用いて実用的な風力発電装置を構成することは難しい。 In recent years, a wind turbine generator that directly converts wind power into electrical energy using a piezoelectric element has been proposed instead of the wind turbine generator using the propeller described above (see, for example, Patent Document 1). However, since the current piezoelectric elements have low power generation efficiency, it is difficult to construct a practical wind power generator using these piezoelectric elements.
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、微風であっても発電することができ、かつ高価な材料や複雑な部品を必要とすることなく強風に耐え得る安価な風力発電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and can generate power even in a breeze and can withstand strong winds without requiring expensive materials or complicated parts. An object is to provide a simple wind power generator.
本発明の一態様によれば、微風であっても発電することができ、かつ高価な材料や複雑な部品を必要とすることなく強風に耐え得る安価な風力発電装置が提供される。上記風力発電装置は、水平方向に延びる回転軸と、上記回転軸に固定された受風部と、上記受風部に当たる風の力により上記回転軸が回転できるように上記回転軸を支持する支持部と、上記受風部に当たる風の力により上記回転軸とともに上記支持部が水平面内で旋回できるように上記支持部を支持する支軸と、駆動軸を有する第1の風圧変動発電機と、上記回転軸の回転のうち第1回転方向の回転を上記第1の風圧変動発電機の駆動軸に伝達する第1の回転伝達機構とを備えている。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide an inexpensive wind power generator that can generate power even in a light wind and can withstand strong winds without requiring expensive materials or complicated parts. The wind power generator includes a rotation shaft extending in a horizontal direction, a wind receiving portion fixed to the rotation shaft, and a support that supports the rotation shaft so that the rotation shaft can be rotated by a wind force that strikes the wind receiving portion. A first wind pressure fluctuation generator having a drive shaft, a support shaft that supports the support portion so that the support portion can swivel in a horizontal plane together with the rotation shaft by a wind force that strikes the wind receiving portion, A first rotation transmission mechanism configured to transmit rotation of the rotation shaft in the first rotation direction to the drive shaft of the first wind pressure fluctuation generator;
本発明によれば、風圧の変動によって受風部を介して回転軸を回転させ、この回転軸の回転によって第1の風圧変動発電機を駆動して発電を行う。このように、本発明に係る風力発電装置は、風の強さを利用するのではなく、風圧の変動を利用するものであるため、微風であっても受風部を動かして発電することができる。したがって、風速の低い場所であっても風力発電装置を設置することができる。 According to the present invention, the rotating shaft is rotated via the wind receiving portion due to the fluctuation of the wind pressure, and the first wind pressure fluctuation generator is driven by the rotation of the rotating shaft to generate electric power. As described above, the wind power generator according to the present invention does not use the strength of the wind but uses the fluctuation of the wind pressure. it can. Therefore, the wind power generator can be installed even in a place where the wind speed is low.
また、強風の場合には、受風部が吹き上げられることにより、風の当たる受風部の面積が自動的に小さくなるため、回転軸にはそれほど大きな力がかからない。したがって、高価な材料や複雑な部品を必要としない。この結果、建設コストおよび発電コストを大幅に低減することができる。 In the case of strong winds, the area of the wind receiving portion that is exposed to the wind is automatically reduced by blowing up the wind receiving portion, so that a large force is not applied to the rotating shaft. Therefore, expensive materials and complicated parts are not required. As a result, construction costs and power generation costs can be significantly reduced.
さらに、本発明によれば、プロペラのような回転翼を必要としないため、運搬する上での問題もなく、大きな騒音が生じることもない。また、野鳥などが衝突して死傷することもなく、自然環境への影響が少ない。 Furthermore, according to the present invention, a rotating blade such as a propeller is not required, so there is no problem in transportation and no loud noise is generated. In addition, there is no impact on the natural environment without wild birds colliding and being injured.
ここで、上記受風部の重心は、水平面内で上記支軸の中心とは異なる位置にあり、上記受風部は、上記支軸の中心と上記受風部の重心とを結ぶ線に関して対称となるように構成されていることが好ましい。このような構成により、受風部を風が吹く方向に自動的に正対させることが可能となる。 Here, the center of gravity of the wind receiving portion is at a position different from the center of the support shaft in a horizontal plane, and the wind receiving portion is symmetrical with respect to a line connecting the center of the support shaft and the center of gravity of the wind receiving portion. It is preferable that it is comprised so that. With such a configuration, it is possible to automatically face the wind receiving portion in the direction in which the wind blows.
さらに、上記風力発電装置は、上記回転軸の回転角に応じて伝達比を変化させて上記回転軸の回転を上記第1の回転伝達機構に伝達する伝達比制御機構をさらに備えていることが好ましい。このように、回転軸の回転角に応じて第1の風圧変動発電機の駆動軸への伝達比を変化させることで、駆動軸にかかる回転トルクおよびその回転速度を最適に制御することができる。 The wind turbine generator may further include a transmission ratio control mechanism that changes the transmission ratio according to the rotation angle of the rotation shaft and transmits the rotation of the rotation shaft to the first rotation transmission mechanism. preferable. In this way, by changing the transmission ratio of the first wind pressure fluctuation generator to the drive shaft in accordance with the rotation angle of the rotary shaft, the rotational torque applied to the drive shaft and the rotational speed thereof can be optimally controlled. .
ここで、上記伝達比制御機構は、半径の異なる複数の扇形歯車により構成することができる。また、上記第1の回転伝達機構は、上記伝達比制御機構の複数の扇形歯車に対応して設けられた複数の回転伝達部により構成することができる。この複数の回転伝達部は、上記対応する扇形歯車と係合することにより上記回転軸の第1回転方向の回転を上記第1の風圧変動発電機の駆動軸に伝達する。 Here, the transmission ratio control mechanism can be constituted by a plurality of sector gears having different radii. The first rotation transmission mechanism can be constituted by a plurality of rotation transmission units provided corresponding to the plurality of sector gears of the transmission ratio control mechanism. The plurality of rotation transmission units are engaged with the corresponding sector gears to transmit the rotation of the rotation shaft in the first rotation direction to the drive shaft of the first wind pressure fluctuation generator.
上記複数の扇形歯車のうち半径の小さな扇形歯車は、上記回転軸の回転角が小さいときに上記対応する回転伝達部に係合するように構成されていることが好ましい。また、上記複数の扇形歯車のうち半径の大きな扇形歯車は、上記回転軸の回転角が大きいときに上記対応する回転伝達部に係合するように構成されていることが好ましい。 Of the plurality of sector gears, the sector gear having a small radius is preferably configured to engage with the corresponding rotation transmission portion when the rotation angle of the rotation shaft is small. Moreover, it is preferable that a sector gear with a large radius among the plurality of sector gears is configured to engage with the corresponding rotation transmission portion when the rotation angle of the rotation shaft is large.
また、上記風力発電装置は、駆動軸を有する第2の風圧変動発電機と、上記回転軸の回転のうち第2回転方向の回転を上記第2の風圧変動発電機の駆動軸に伝達する第2の回転伝達機構とをさらに備えていてもよい。このような構成により、回転軸の第1回転方向と第2回転方向の両方向の回転を発電に利用することができるので、発電効率が向上する。 The wind power generator includes a second wind pressure fluctuation generator having a drive shaft, and a second wind pressure fluctuation generator that transmits rotation of the rotation shaft in the second rotation direction to the drive shaft of the second wind pressure fluctuation generator. 2 rotation transmission mechanisms may be further provided. With such a configuration, rotation in both the first rotation direction and the second rotation direction of the rotation shaft can be used for power generation, so that power generation efficiency is improved.
さらに、上記風力発電装置は、上記第1の回転伝達機構の作動領域で上記第1の回転伝達機構と係合することにより上記回転軸の第1回転方向の回転を上記第1の回転伝達機構に伝達し、上記第2の回転伝達機構の作動領域で上記第2の回転伝達機構と係合することにより上記回転軸の第2回転方向の回転を上記第1の回転伝達機構に伝達する中間伝達機構を備えていてもよい。この中間伝達機構は、上記回転軸が初期位置から上記第1回転方向に回転した状態においては、上記第2の回転伝達機構の作動領域の外部に位置するとともに、その一部が上記第1の回転伝達機構の作動領域に位置する。また、中間伝達機構は、上記回転軸が上記初期位置から上記第2回転方向に回転した状態においては、上記第1の回転伝達機構の作動領域の外部に位置するとともに、その一部が上記第2の回転伝達機構の作動領域に位置する。この上記中間伝達機構は、上記回転軸を中心とする半円形の歯車により構成することができる。このような中間伝達機構により、受風部が軽くても、風により吹き上げられた受風部をその自重によって初期位置に戻すことが可能となる。 Further, the wind power generator engages with the first rotation transmission mechanism in the operating region of the first rotation transmission mechanism, thereby rotating the rotation shaft in the first rotation direction. And transmitting the rotation of the rotation shaft in the second rotation direction to the first rotation transmission mechanism by engaging with the second rotation transmission mechanism in the operating region of the second rotation transmission mechanism. A transmission mechanism may be provided. The intermediate transmission mechanism is located outside the operating region of the second rotation transmission mechanism in a state where the rotation shaft rotates in the first rotation direction from the initial position, and a part thereof is the first transmission mechanism. Located in the operating area of the rotation transmission mechanism. The intermediate transmission mechanism is located outside the operating region of the first rotation transmission mechanism in a state where the rotation shaft rotates in the second rotation direction from the initial position, and a part thereof is the first 2 is located in the operating region of the rotation transmission mechanism. The intermediate transmission mechanism can be constituted by a semicircular gear centered on the rotating shaft. With such an intermediate transmission mechanism, even if the wind receiving portion is light, the wind receiving portion blown up by the wind can be returned to the initial position by its own weight.
また、上記風力発電装置は、上記第2の風圧変動発電機に代えて、上記回転軸の回転のうち第2回転方向の回転を反転させて上記第1の風圧変動発電機の駆動軸に伝達する第3の回転伝達機構をさらに備えていてもよい。この場合には、1つの風圧変動発電機で回転軸の両方向の回転を利用して発電することが可能となる。 Further, the wind power generator replaces the second wind pressure fluctuation generator and reverses the rotation of the rotation shaft in the second rotation direction and transmits the rotation to the drive shaft of the first wind pressure fluctuation generator. A third rotation transmission mechanism may be further provided. In this case, it is possible to generate power using the rotation in both directions of the rotating shaft with one wind pressure fluctuation generator.
さらに、上記風力発電装置は、駆動軸を有する第1の風向変動発電機と、上記支持部の旋回のうち第1旋回方向の旋回を上記第1の風向変動発電機の駆動軸に伝達する第1の旋回伝達機構とをさらに備えていてもよい。このような構成により、風向の変動を利用して発電することが可能となる。 Further, the wind power generator includes a first wind direction variation generator having a drive shaft, and a first rotation direction of the rotation of the support portion transmitted to the drive shaft of the first wind direction variation generator. 1 turning transmission mechanism may be further provided. With such a configuration, it is possible to generate power using fluctuations in wind direction.
また、上記風力発電装置は、駆動軸を有する第2の風向変動発電機と、上記支持部の旋回のうち第2旋回方向の旋回を上記第2の風向変動発電機の駆動軸に伝達する第2の旋回伝達機構とをさらに備えていてもよい。このような構成により、支持部の第1旋回方向と第2旋回方向の両方向の旋回を発電に利用することができるので、発電効率が向上する。 The wind power generator includes a second wind direction fluctuation generator having a drive shaft and a second turn direction of the turning of the support portion that is transmitted to the drive shaft of the second wind direction fluctuation generator. Two turning transmission mechanisms may be further provided. With such a configuration, both the first turning direction and the second turning direction of the support portion can be used for power generation, so that power generation efficiency is improved.
また、上記第2の風向変動発電機に代えて、上記支持部の旋回のうち第2旋回方向の旋回を反転させて上記第1の風向変動発電機の駆動軸に伝達する第3の旋回伝達機構を設けてもよい。この場合には、1つの風向変動発電機で支持部の両方向の回転を利用して発電することが可能となる。 Moreover, it replaces with the said 2nd wind direction fluctuation | variation generator, 3rd turning transmission which reverses the turning of a 2nd turning direction among the turnings of the said support part, and transmits to the drive shaft of a said 1st wind direction fluctuation | variation generator. A mechanism may be provided. In this case, it is possible to generate electric power by utilizing the rotation in both directions of the support portion with one wind direction fluctuation generator.
また、上記受風部は、風を受ける帆布と、上記回転軸に取り付けられたフレームと、上記帆布を上記フレームに連結する複数の連結部とを有していてもよい。この場合において、上記複数の連結部は、所定の大きさの力より大きな力が加わると上記帆布を上記フレームから切り離すように構成されていることが好ましい。このような構成とすることで、例えば、瞬間的に強い突風が吹いたときなどには、帆布がフレームから切り離されるので、突風により風力発電装置全体が破壊されてしまうことを防止することができる。 The wind receiving portion may include a canvas for receiving wind, a frame attached to the rotating shaft, and a plurality of connecting portions for connecting the canvas to the frame. In this case, it is preferable that the plurality of connecting portions are configured to separate the canvas from the frame when a force larger than a predetermined magnitude is applied. By adopting such a configuration, for example, when a strong gust of wind blows instantaneously, the canvas is separated from the frame, so that the entire wind power generator can be prevented from being destroyed by the gust of wind. .
本発明によれば、風圧の変動を利用して発電を行うので、微風であっても発電することができる。したがって、風速の低い場所にも風力発電装置を設置することができる。また、高価な材料や複雑な部品を必要とすることなく強風に耐え得る構造となっているので、風力発電装置の建設コストおよび発電コストを大幅に低減することができる。 According to the present invention, since power generation is performed using fluctuations in wind pressure, power can be generated even with a light wind. Therefore, it is possible to install a wind power generator in a place where the wind speed is low. Moreover, since it has a structure that can withstand strong winds without requiring expensive materials or complicated parts, the construction cost and power generation cost of the wind turbine generator can be greatly reduced.
以下、本発明に係る風力発電装置の実施形態について図1から図12を参照して詳細に説明する。概して、本発明に係る風力発電装置は、従来の自然風の風力を直接利用する風力発電装置と異なり、自然風の強さ(風圧)の変動と風向の変動を利用する新規な風力発電装置である。なお、図1から図12において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of a wind turbine generator according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 12. Generally, the wind power generator according to the present invention is a novel wind power generator that uses fluctuations in the strength (wind pressure) and wind direction of natural wind, unlike conventional wind power generators that directly use natural wind power. is there. In FIG. 1 to FIG. 12, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1の実施形態における風力発電装置1を示す斜視図である。図1に示すように、本実施形態における風力発電装置1は、地面2に設置されたベース10と、ベース10から略垂直方向に延びる中空の支軸20と、支軸20の上部に設置された支持ブロック30と、支持ブロック30を貫通して略水平方向に延びる回転軸40と、回転軸40の下方に固定された2つの受風部50とを備えている。
FIG. 1 is a perspective view showing a
支持ブロック30内には軸受(図示せず)が設けられており、回転軸40はこの軸受を介して支持ブロック30に保持されている。これにより、回転軸40は支持ブロック30内で回転できるようになっている。このため、回転軸40に固定された受風部50に風が当たって受風部50に力が加わると、回転軸40が支持ブロック30内で回転するようになっている。このように、本実施形態における支持ブロック30は、受風部50に当たる風の力により回転軸40が回転できるように回転軸40を保持する支持部として機能する。
A bearing (not shown) is provided in the
さらに、支持ブロック30内には別の軸受(図示せず)が設けられており、支持ブロック30はこの軸受を介して支軸20に支持されている。これにより、支持ブロック30は支軸20を中心として水平面内で旋回できるようになっている。このため、受風部50に当たる風の向きが変わると、支持ブロック30に支軸20周りのトルクが発生し、回転軸40とともに支持ブロック30が支軸20を中心として旋回するようになっている。この支持ブロック30の旋回により支軸20は支持ブロック30に対して相対的に回転することとなる。
Further, another bearing (not shown) is provided in the
図1に示すように、本実施形態における風力発電装置1は、支持ブロック30に設置された2つの発電機60,70を有している。発電機60は風圧の変動を利用して発電を行う風圧変動発電機であり、発電機70は風向の変動を利用して発電を行う風向変動発電機である。これら2つの発電機60,70からそれぞれ延びるリード線(図示せず)は、支軸20の中空部を通って支軸20の内部に設けられた結合器(図示せず)を介して外部に接続される。
As shown in FIG. 1, the
風圧変動発電機60は、回転軸40と平行に延びる駆動軸62を有しており、この駆動軸62には爪車機構80が取り付けられている。回転軸40にはこの爪車機構80に対応して歯車42が設けられている。回転軸40は、歯車42および爪車機構80を介して風圧変動発電機60の駆動軸62に連結されている。
The wind
爪車機構80は、回転軸40の回転のうち一方の向き(第1回転方向)の回転に対しては歯車42と噛合して回転軸40の回転を駆動軸62に伝達するが、他方の向き(第2回転方向)の回転に対しては歯車42を空回転させ回転軸40の回転を駆動軸62に伝達しないように(駆動軸62から切り離すように)構成されている。本実施形態においては、爪車機構80は、回転軸40の反時計回りの回転(図1で矢印A1で示す)を駆動軸62に伝達し、回転軸40の時計回りの回転(図1で矢印A2で示す)を駆動軸62に伝達しないように構成されている。このような爪車機構80の構造は、例えば自転車の後輪に用いられるラチェット歯車と略同一である。このように、爪車機構80は、回転軸40の回転のうち第1回転方向(反時計回り)の回転を風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達する回転伝達機構(第1の回転伝達機構)として機能する。
The
図1に示すように、風向変動発電機70は、支軸20と平行に延びる駆動軸72を有しており、この駆動軸72には爪車機構90が取り付けられている。支軸20にはこの爪車機構90に対応して歯車22が設けられている。このように、支軸20は、歯車22および爪車機構90を介して風向変動発電機70の駆動軸72に連結されている。
As shown in FIG. 1, the wind
爪車機構90は、上述した爪車機構80と同様に、支持ブロック30の旋回のうち一方の向き(第1旋回方向)の旋回に対しては歯車22と噛合して支軸20の相対回転を駆動軸72に伝達するが、他方の向き(第2旋回方向)の旋回に対しては歯車22を空回転させて支軸20の相対回転を駆動軸72に伝達しないように(駆動軸72から切り離すように)構成されている。本実施形態における爪車機構90は、支持ブロック30の時計回りの旋回(図1で矢印B1で示す)によって生じる支軸20の相対回転を駆動軸72に伝達し、支持ブロック30の反時計回りの旋回(図1で矢印B2で示す)によって生じる支軸20の相対回転を駆動軸72に伝達しないように構成されている。このような爪車機構90の構造は、例えば自転車の後輪に用いられるラチェット歯車と略同一である。このように、爪車機構90は、支持ブロック30の旋回のうち第1旋回方向(時計回り)の旋回(支軸20の反時計回りの相対回転)を風向変動発電機70の駆動軸72に伝達する旋回伝達機構(第1の旋回伝達機構)として機能する。
The
図1に示すように、受風部50は、支軸20を中心として左右対称に設けられている。それぞれの受風部50は、風を受ける帆布52と、回転軸40の下方に固定されたフレーム54と、帆布52の四隅をフレーム54に連結する4つの連結部56とを含んでいる。フレーム54は、アルミニウムなどの軽量金属から形成されている。
As shown in FIG. 1, the
このような構成の風力発電装置1において、受風部50の帆布52に当たる風の風圧が変動すると、受風部50が回転軸40を中心として前後に揺れ、これに伴い回転軸40は時計回りおよび反時計回りに反復回転運動をする。そして、上述した爪車機構80によって、回転軸40の反復回転運動のうち、回転軸40の反時計回りの回転のみが風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達され、風圧変動発電機60が駆動されて発電が行われる。
In the
また、受風部50の帆布52に当たる風の向きが変動すると、帆布52に当たった風の力により支持ブロック30に支軸20周りのトルクが発生し、回転軸40および支持ブロック30が一体となって支軸20を中心として水平面内で時計回りまたは反時計回りに旋回する。この支持ブロック30の旋回によって支軸20の相対回転が生じる。そして、上述した爪車機構90によって、支持ブロック30の旋回のうち、支持ブロック30の時計回りの旋回のみ(支軸20の反時計回りの相対回転のみ)が風向変動発電機70の駆動軸72に伝達され、風向変動発電機70が駆動されて発電が行われる。
Further, when the direction of the wind hitting the
上述したように、本実施形態では受風部50に軽量の帆布52と軽量のフレーム54を用いている。これにより、受風部50の軽量化を図ることができる。したがって、微風の際に、より効果的に受風部50を動かして発電することができる。
As described above, in this embodiment, the
ここで、受風部50の連結部56は、所定の力以上の力が帆布52に加わると帆布52をフレーム54から切り離すように構成されていることが好ましい。例えば、所定の力以上の力が加わると切れてしまう紐を連結部56として用いることができる。このような連結部56を用いることで、例えば、瞬間的に強い突風が吹いたときなどには、帆布52がフレーム54から切り離されるので、突風により風力発電装置1全体が破壊されてしまうことを防止することができる。
Here, the connecting
本実施形態の風力発電装置1は、上述したように微風であっても発電することが可能である一方で、強風にも耐えられる構造を有している。図2A〜図2Cは、風力発電装置1の模式的側面図であり、受風部50と風圧との関係を示している。図2Aは受風部50に弱風が当たる場合、図2Bは中風が当たる場合、図2Cは強風が当たる場合を示している。図2Aに示すように、受風部50に当たる風が弱いときは、風を受ける面の鉛直面への投影面の面積S1が大きいため、弱風であっても受風部50を動かすことができる。一方、図2Cに示すように、受風部50に当たる風が強いときは、風を受ける面の鉛直面への投影面の面積S3が小さくなるため、回転軸40にかかる力も小さくなる。したがって、本実施形態の風力発電装置1は、頑丈な支軸や支柱などを特に必要としない。この結果、風力発電装置を建設するためのコストを大幅に低減することができる。
The
ここで、本実施形態における風力発電装置1は、受風部50を風が吹く方向に自動的に正対させる機能を有している。図3Aおよび図3Bは、風力発電装置1の模式的平面図であり、受風部50と風向との関係を示している。
Here, the
図3Aは、風の向きDWが受風部50(回転軸40)に対して斜行している状態を示している。図3Aに示す状態において、受風部50を風の向きDWと垂直な面に投影する。風の向きDWに沿って見たときに支軸20の左側にある領域の投影面積をSL、右側にある領域の投影面積をSRとすると、SL<SRである。支軸20の左側の領域にかかる力FLは投影面積SLに比例し、右側の領域にかかる力FRは投影面積SRに比例する。したがって、FL<FRとなり、図3Aの矢印で示すように、受風部50は反時計回りに旋回する。
FIG. 3A shows a state in which the wind direction DW is skewed with respect to the wind receiving portion 50 (rotating shaft 40). In the state shown in FIG. 3A, the
図3Bは、風の向きDWが受風部50(回転軸40)に正対している状態を示している。図3Bに示す状態においては、SL=SRであり、FL=FRとなる。したがって、図3Aの状態から反時計回りに旋回した受風部50は、図3Bに示す風の向きDWと正対する位置で自動的に停止することとなる。
FIG. 3B shows a state where the wind direction DW faces the wind receiving portion 50 (rotating shaft 40). In the state shown in FIG. 3B, S L = S R and F L = F R. Therefore, the
すなわち、本実施形態において、2つの受風部50は左右対称に設けられており、図3Aおよび図3Bに示すように、受風部50全体としての重心Gは、回転軸40の長手方向の中央に位置している。この重心Gは、水平面内で支軸20の中心からずれた位置にある。そして、2つの受風部50は、重心Gと支軸20の中心とを結ぶ線Lに関して対称となるように構成されている。したがって、風の向きDWが受風部50に正対していないときは、受風部50に当たる風により支軸20を中心とするモーメントが発生し、受風部50が旋回する。そして、受風部50が風の向きDWに正対する位置に移動すると、支軸20を中心とするモーメントがなくなり、その位置で停止する。このように、受風部50は、風が吹く方向に自動的に正対するようになっている。
That is, in this embodiment, the two
なお、上述した自動正対機能に代えて、または上述した自動正対機能に加えて、図4に示すように、支持ブロック30に風向舵32を取り付けてもよい。風の向きが受風部50に対して斜行しているとき、風が風向舵32に当たり支軸20を中心とするモーメントが発生する。これにより受風部50が支軸20を中心として旋回する。そして、受風部50が風の向きに正対する位置に移動すると、風向舵32が風の向きと平行になるため、風向舵32に風による力がかからず支軸20を中心とするモーメントもなくなり、その位置で停止する。このような風向舵32を用いても、受風部50を風が吹く方向に自動的に正対させることができる。
Instead of the automatic facing function described above or in addition to the automatic facing function described above, a
以上述べたように、本実施形態の風力発電装置1は、風の強さを利用するのではなく、風圧の変動を利用するものであるため、微風であっても受風部50を動かして発電することができる。したがって、風速の低い場所であっても風力発電装置1を設置することができる。
As described above, the
従来のプロペラを利用する風力発電装置は、風が強いほど発電量が多いため、常に風の吹く場所に設置する必要がある。このため、従来の風力発電装置は、風速および風向が安定しているヨーロッパやアメリカには適しているが、日本のように風速と風向の変動が大きい場所にはあまり適していない。これに対して、本実施形態の風力発電装置1は風の強さを問題とせず、風圧の変化率と風向の変化率が大きいほどその発電量が多くなる。このように、本実施形態の風力発電装置1は、風圧と風向の変動を利用して発電することができるので、日本のように風速と風向の変動が大きい場所には好適なものである。
Since the wind power generator using a conventional propeller has a larger amount of power generation as the wind is stronger, it must always be installed in a place where the wind blows. For this reason, conventional wind power generators are suitable for Europe and the United States where the wind speed and direction are stable, but are not so suitable for places with large fluctuations in wind speed and direction, such as Japan. On the other hand, the
また、強風の場合には、受風部50が吹き上げられることにより、風の当たる受風部50の面積が自動的に小さくなるため、回転軸40にはそれほど大きな力がかからない。したがって、高価な材料や複雑な部品を必要としない。この結果、建設コストおよび発電コストを大幅に低減することができる。
In the case of strong wind, the
さらに、本実施形態の風力発電装置1は、従来のプロペラを利用した風力発電装置に比べて構造がシンプルである。このため、故障が発生しにくく、またメンテナンス性や信頼性が高い。さらに、本実施形態の風力発電装置1は、プロペラのような回転翼を必要としないため、小さな部品に分解して運搬することができ、大きな騒音が生じることもない。また、野鳥などが衝突して死傷することもなく、自然環境への影響が少ない。
Furthermore, the
本実施形態では、回転軸40の回転のうち一方の向きの回転を風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達する回転伝達機構として爪車機構80を用いたが、このような回転伝達機構を風圧変動発電機60に組み込んでもよい。この場合には、爪車機構80を省略することができ、回転軸40の回転を直接利用することができる。
In the present embodiment, the
同様に、本実施形態では、支持ブロック30の旋回のうち一方の向きの旋回を風向変動発電機70の駆動軸72に伝達する旋回伝達機構として爪車機構90を用いたが、このような旋回伝達機構を風向変動発電機70に組み込んでもよい。この場合には、爪車機構90を省略することができ、支持ブロック30の旋回を直接利用することができる。
Similarly, in the present embodiment, the
図5は、本発明の第2の実施形態における風力発電装置101を示す斜視図である。上述した第1の実施形態では、爪車機構80が回転軸40の第1回転方向の回転を風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達し、爪車機構90が支持ブロック30の第1旋回方向の旋回を風向変動発電機70の駆動軸72に伝達している。このような構成は非常にシンプルであり、部品数も少ないため、安価に製造することができる。しかしながら、第1の実施形態では、回転軸40の回転のうち一方の向きの回転のみが発電に利用され、支持ブロック30の旋回のうち一方の向きの旋回のみが発電に利用されるものであるため、発電の効率が良くない。そこで、本実施形態では、回転軸40の両方向の回転および支持ブロック30の両方向の旋回を発電に利用するように構成している。
FIG. 5 is a perspective view showing a
具体的には、風力発電装置101は、上述した風圧変動発電機60(第1の風圧変動発電機)に加えて、さらに風圧変動発電機160(第2の風圧変動発電機)を備えている。この風圧変動発電機160は、回転軸40と平行に延びる駆動軸162を有している。風圧変動発電機160は、風圧変動発電機60と同様に支持ブロック30に設置されており、風圧変動発電機60と平行に配置されている。この風圧変動発電機160の駆動軸162には爪車機構180が取り付けられている。この爪車機構180は、回転軸40の歯車42に対応して設けられている。これにより、回転軸40は、歯車42および爪車機構80を介して風圧変動発電機60の駆動軸62に連結され、歯車42および爪車機構180を介して風圧変動発電機160の駆動軸162に連結される。
Specifically, the
ここで、爪車機構180は、回転軸40の第2回転方向(時計回り)の回転(図5で矢印A2で示す)に対して歯車42と噛合して回転軸40の回転を駆動軸162に伝達するが、第1回転方向(反時計回り)の回転(図5で矢印A1で示す)に対しては歯車42を空回転させ回転軸40の回転を駆動軸162に伝達しないように(駆動軸162から切り離すように)構成されている。このような爪車機構180の構造は、例えば自転車の後輪に用いられるラチェット歯車と略同一である。このように、爪車機構180は、回転軸40の回転のうち第2回転方向(時計回り)の回転を風圧変動発電機160の駆動軸162に伝達する回転伝達機構(第2の回転伝達機構)として機能する。
Here, the
また、風力発電装置101は、上述した風向変動発電機70(第1の風向変動発電機)に加えて、さらに風向変動発電機170(第2の風向変動発電機)を備えている。この風向変動発電機170は、支軸20と平行に延びる駆動軸172を有している。風向変動発電機170は、風向変動発電機70と同様に支持ブロック30に設置されており、風向変動発電機70と平行に配置されている。この風向変動発電機170の駆動軸172には爪車機構190が取り付けられている。この爪車機構190は、支軸20の歯車22に対応して設けられている。これにより、支軸20は、歯車22および爪車機構90を介して風向変動発電機70の駆動軸72に連結され、歯車22および爪車機構190を介して風向変動発電機170の駆動軸172に連結される。
The
ここで、爪車機構190は、支持ブロック30の第2旋回方向(反時計回り)の旋回(図5で矢印B2で示す)に対しては歯車22と噛合して支軸20の相対回転を駆動軸172に伝達するが、第1旋回方向(時計回り)の旋回(図5で矢印B1で示す)に対しては歯車22を空回転させて支軸20の相対回転を駆動軸172に伝達しないように(駆動軸172から切り離すように)構成されている。このような爪車機構190の構造は、例えば自転車の後輪に用いられるラチェット歯車と略同一である。このように、爪車機構190は、支持ブロック30の旋回のうち第2旋回方向(反時計回り)の旋回(支軸20の時計回りの相対回転)を風向変動発電機170の駆動軸172に伝達する旋回伝達機構(第2の旋回伝達機構)として機能する。
Here, the
このような構成の風力発電装置101において、受風部50の帆布52に風が当たることによって生じた回転軸40の反復回転運動のうち、回転軸40の反時計回りの回転は、歯車42および爪車機構80を介して風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達され、風圧変動発電機60が駆動されて発電が行われる。一方、回転軸40の時計回りの回転は、歯車42および爪車機構180を介して風圧変動発電機160の駆動軸162に伝達され、風圧変動発電機160が駆動されて発電が行われる。このように、本実施形態では、回転軸40の両方向の回転が発電に利用されるため、上述した第1の実施形態に比べ発電効率が向上する。
In the
また、受風部50の帆布52に風が当たることによって生じた支持ブロック30の旋回のうち、支持ブロック30の時計回りの旋回は、歯車22および爪車機構90を介して風向変動発電機70の駆動軸72に伝達され、風向変動発電機70が駆動されて発電が行われる。一方、支持ブロック30の反時計回りの旋回は、歯車22および爪車機構190を介して風向変動発電機170の駆動軸172に伝達され、風向変動発電機170が駆動されて発電が行われる。このように、本実施形態では、支持ブロック30の両方向の旋回が発電に利用されるため、上述した第1の実施形態に比べ発電効率が向上する。
Of the turning of the
なお、本実施形態では、風圧変動発電機として2つの発電機60,160を設けたが、これらを1つの発電機に統合することもできる。例えば、回転軸40のうち第2回転方向(時計回り)の回転を反転させて風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達する回転伝達機構(第3の回転伝達機構)を設ければ、風圧変動発電機160をなくすことができる。このような回転伝達機構は、例えば複数の歯車を組み合わせることにより構成することができる。この場合には、回転軸40の反時計回りの回転は、歯車42および爪車機構80を介して風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達され、回転軸40の時計回りの回転は、歯車42および上記回転伝達機構を介して反転されて風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達される。したがって、回転軸40の両方向の回転が発電に利用される。ただし、このように風圧変動発電機を1つに統合する場合には、上記回転伝達機構として複雑な機構が必要となり、動力伝動のロスが比較的大きくなる。したがって、図5に示す風力発電装置101に比べて発電効率は低くなると考えられる。
In the present embodiment, the two
また、風向変動発電機として2つの発電機70,170を設けたが、風圧変動発電機と同様に、これらを1つの発電機に統合することもできる。例えば、支持ブロック30の旋回のうち第2旋回方向(反時計回り)の旋回を反転させて風向変動発電機70の駆動軸72に伝達する旋回伝達機構(第3の旋回伝達機構)を設ければ、風向変動発電機170をなくすことができる。このような旋回伝達機構は、例えば複数の歯車を組み合わせることにより構成することができる。この場合には、支持ブロック30の時計回りの旋回は、歯車22および爪車機構90を介して風向変動発電機70の駆動軸72に伝達され、支持ブロック30の反時計回りの旋回は、歯車22および上記旋回伝達機構を介して反転されて風向変動発電機70の駆動軸72に伝達される。したがって、支持ブロック30の両方向の旋回が発電に利用される。ただし、このように風向変動発電機を1つに統合する場合には、上記旋回伝達機構として複雑な機構が必要となり、動力伝動のロスが比較的大きくなる。したがって、図5に示す風力発電装置101に比べて発電効率は低くなると考えられる。
In addition, although the two
ところで、上述したような風力発電装置の発電効率は受風部50の重量に関係している。すなわち、受風部50が風により上方に吹き上げられるときに風の力の一部が電気に変換されるので、受風部50がより上方に吹き上げられやすいほど、すなわち受風部50が軽ければ軽いほど、発電効率が良くなる。
By the way, the power generation efficiency of the wind power generator as described above is related to the weight of the
一方で、受風部50が軽いと、以下のような問題が生じる。風が止むと、受風部50は、その自重により初期位置(回転軸40の垂直下方の静止位置)に戻ろうとする。このとき、受風部50には風圧変動発電機60または160の回転トルクがかかる。受風部50が重ければ、自重による回転トルクが風圧変動発電機60または160の回転トルクよりも大きくなるので、受風部50は初期位置に戻ることができる。しかしながら、受風部50が軽いと、受風部50の自重による回転トルクが風圧変動発電機60または160の回転トルクに打ち勝つことができない場合も考えられる。このような場合には、受風部50が一度上方に吹き上がってしまうと初期位置に戻ることができないことになる。
On the other hand, when the
本発明の第3の実施形態における風力発電装置は、受風部50が軽くても、風により吹き上げられた後にその自重によって初期位置に戻ることが可能な構造を有している。図6は、本発明の第3の実施形態における風力発電装置201を示す斜視図である。
The wind turbine generator according to the third embodiment of the present invention has a structure capable of returning to the initial position by its own weight after being blown up by wind even if the
図6に示すように、本実施形態における風力発電装置201は、第1の実施形態における風圧変動発電機60(第1の風圧変動発電機)に加えて、さらに風圧変動発電機260(第2の風圧変動発電機)を備えている。この風圧変動発電機260は、回転軸40と平行に延びる駆動軸262を有している。風圧変動発電機260は、支持ブロック30に風圧変動発電機60と平行に設置されており、回転軸40を挟んで風圧変動発電機60の反対側に配置されている。この風圧変動発電機260の駆動軸262には爪車機構280が取り付けられている。風圧変動発電機260、駆動軸262、および爪車機構280は、上述した第2の実施形態における風圧変動発電機160、駆動軸162、および爪車機構180とそれぞれ同一の構造を有しており、これらについての詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 6, in addition to the wind pressure fluctuation generator 60 (first wind pressure fluctuation generator) in the first embodiment, the wind
回転軸40には、第1の実施形態における歯車42に代えて、回転軸40を中心とする半円形の歯車242(中間伝達機構)が設けられている。この半円形歯車242は上半分に歯244を有している。この半円形歯車242の歯244は、爪車機構80の作動領域で爪車機構80と噛合し、回転軸40の第1回転方向(反時計回り)の回転を爪車機構80に伝達するように構成され、また、爪車機構280の作動領域で爪車機構280と噛合し、回転軸40の第2回転方向(時計回り)の回転を爪車機構280に伝達するように構成されている。
The
図7Aは、風力発電装置201の半円形歯車242の近傍を示す模式的側面図である。図7Aは、風が吹いておらず受風部50に力がかかっていない状態(静止状態)を示している。この状態では、受風部50はその自重により回転軸40の垂直下方の初期位置に静止する。
FIG. 7A is a schematic side view showing the vicinity of the
図7Aに示す状態で、例えば風が左から右に吹き受風部50に当たったとすると、この風の力によって受風部50は図7Bに示すように回転軸40を中心として反時計回りに回転する。このとき、半円形歯車242も回転軸40を中心として反時計回りに回転し、半円形歯車242の歯244の一部が爪車機構80の作動領域82で爪車機構80と噛合する。これにより、回転軸40の反時計回りの回転が風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達され、風圧変動発電機60が駆動されて発電が行われる。
In the state shown in FIG. 7A, if, for example, wind hits the
ここで、半円形歯車242は下半分に歯を有していないため、半円形歯車242が回転軸40を中心として初期位置から反時計回りに回転した状態においては、半円形歯車242の歯244は爪車機構280の作動領域の外部に位置している。
Here, since the
図7Bに示す状態で風が止むと、図7Cに示すように、受風部50は自重により時計回りに回転し始める。このとき、上述した爪車機構80のラチェット構造により半円形歯車242は空回転し、風圧変動発電機60の回転トルクは受風部50にかからない。
When the wind stops in the state shown in FIG. 7B, as shown in FIG. 7C, the
ここで、上述した第2の実施形態のように円形の歯車を用いたとすると、爪車機構280の作動領域に歯車の歯が位置するため、受風部50には風圧変動発電機260の回転トルクがかかることになる。これに対し、本実施形態では、半円形歯車242の歯244が爪車機構280の作動領域の外部に位置するため、風圧変動発電機260の回転トルクは受風部50にかからない。
Here, assuming that a circular gear is used as in the second embodiment described above, the gear teeth are located in the operating region of the
このように、受風部50には風圧変動発電機60および風圧変動発電機260のいずれからも回転トルクがかからないため、受風部50は自重により自動的に初期位置(図7Aに示す位置)に戻る。
As described above, since the rotational torque is not applied to the
一方、図7Aに示す状態で、風が右から左に吹き受風部50に当たったとすると、この風の力によって受風部50は図7Dに示すように回転軸40を中心として時計回りに回転する。このとき、半円形歯車242も回転軸40を中心として時計回りに回転し、半円形歯車242の歯244の一部が爪車機構280の作動領域282で爪車機構280と噛合する。これにより、回転軸40の時計回りの回転が風圧変動発電機260の駆動軸262に伝達され、風圧変動発電機260が駆動されて発電が行われる。このとき、半円形歯車242の歯244は爪車機構80の作動領域の外部に位置している。
On the other hand, if the wind hits the
図7Dに示す状態で風が止むと、図7Eに示すように、受風部50は自重により反時計回りに回転し始める。このとき、上述した爪車機構280のラチェット構造により半円形歯車242は空回転し、風圧変動発電機260の回転トルクは受風部50にかからない。また、半円形歯車242の歯244が爪車機構80の作動領域の外部に位置するため、風圧変動発電機60の回転トルクも受風部50にかからない。このように、受風部50には風圧変動発電機60および風圧変動発電機260のいずれからも回転トルクがかからないため、受風部50は自重により自動的に初期位置(図7Aに示す位置)に戻る。
When the wind stops in the state shown in FIG. 7D, as shown in FIG. 7E, the
本実施形態の半円形歯車242は、初期位置においてその上半分に歯244を有しているが、爪車機構80と爪車機構280とを入れ替えることにより、下半分に歯を有する半円形歯車を用いることもできる。
The
また、本実施形態では、風圧変動発電機として2つの発電機60,260を設けたが、これらを1つの発電機に統合することもできる。例えば、回転軸40のうち第2回転方向(時計回り)の回転を反転させて風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達する回転伝達機構(第3の回転伝達機構)を設ければ、風圧変動発電機260をなくすことができる。このような回転伝達機構は、例えば複数の歯車を組み合わせることにより構成することができる。この場合には、回転軸40の反時計回りの回転は、半円形歯車242および爪車機構80を介して風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達され、回転軸40の時計回りの回転は、半円形歯車242および上記回転伝達機構を介して反転されて風圧変動発電機60の駆動軸62に伝達される。
Moreover, in this embodiment, although the two
図8は、本発明の第4の実施形態における風力発電装置の回転軸40の周辺を示す模式的側面図、図9は、図8の平面図である。本実施形態では、回転軸40の回転角θに応じて風圧変動発電機60の駆動軸62への伝達比を変化させ、駆動軸62にかかる回転トルクおよびその回転速度が最適になるように制御している。
FIG. 8 is a schematic side view showing the periphery of the
図8に示すように、本実施形態における風力発電装置は、第1の実施形態における歯車42に代えて、半径の異なる複数の扇形歯車を組み合わせた複合歯車342を備えている。本実施形態の複合歯車342は、3つの扇形歯車342a,342b,342cを有しており、扇形歯車342aの半径が一番小さく、扇形歯車342bの半径が二番目に小さく、扇形歯車342cの半径が一番大きくなっている。それぞれの扇形歯車342a,342b,342cの外周部には歯が設けられている。
As shown in FIG. 8, the wind turbine generator according to this embodiment includes a
また、本実施形態における風力発電装置は、第1の実施形態における爪車機構80に代えて、複数の爪車を組み合わせた複合爪車機構380を備えている。図9に示すように、複合爪車機構380は、上述した扇形歯車342a,342b,342cに対応する3つの回転伝達部380a,380b、380cを備えている。3つの爪車部のうち回転伝達部380aは回転軸40から最も近い位置に配置されており、回転伝達部380cは回転軸40に最も遠い位置に配置されている。回転伝達部380bは、回転伝達部380aと回転伝達部380cとの間に配置されている。
In addition, the wind turbine generator according to the present embodiment includes a
回転伝達部380cは、複合歯車342の扇形歯車342cに噛合可能な爪車384cと、爪車384cおよび風圧変動発電機60の駆動軸62に連結される軸386cと、軸386cに設けられた歯車388cとを有している。このような構成により、回転伝達部380cは、回転軸40の第1回転方向の回転に対しては扇形歯車342cと噛合して回転軸40の回転を駆動軸62に伝達するが、第2回転方向の回転に対しては扇形歯車342cを空回転させ回転軸40の回転を駆動軸62に伝達しないようになっている。
The
回転伝達部380bは、複合歯車342の扇形歯車342bに噛合可能な爪車384bと、爪車384bに連結される軸386bと、軸386bに設けられ回転伝達部380cの歯車388cに噛合する歯車388bとを有している。このような構成により、回転伝達部380bは、回転軸40の第1回転方向の回転に対しては扇形歯車342bと噛合して回転軸40の回転を駆動軸62に伝達するが、第2回転方向の回転に対しては扇形歯車342bを空回転させ回転軸40の回転を駆動軸62に伝達しないようになっている。
The
回転伝達部380aは、複合歯車342の扇形歯車342aに噛合可能な爪車384aと、爪車384aに連結される軸386aと、軸386aに設けられ回転伝達部380bの歯車388bに噛合する歯車388aとを有している。このような構成により、回転伝達部380aは、回転軸40の第1回転方向の回転に対しては扇形歯車342aと噛合して回転軸40の回転を駆動軸62に伝達するが、第2回転方向の回転に対しては扇形歯車342aを空回転させ回転軸40の回転を駆動軸62に伝達しないようになっている。
The
ここで、扇形歯車342a,342b,342cの中心角はそれぞれ30°となっており、半径が一番小さい扇形歯車342aは、回転軸40の回転角θが0°から30°であるときに爪車384aと噛合できるように構成されている。また、半径が二番目に小さい扇形歯車342bは、回転軸40の回転角θが30°から60°であるときに爪車384bと噛合できるように構成されている。半径が一番大きい扇形歯車342cは、回転軸40の回転角θが60°から90°であるときに爪車384cと噛合できるように構成されている。
Here, the central angles of the sector gears 342a, 342b, and 342c are each 30 °, and the
本実施形態の複合歯車342は、回転軸40の回転角θに応じて伝達比を変化させて回転軸の回転を複合爪車機構380に伝達する伝達比制御機構として機能する。この機能について図8、図10、および図11を参照して説明する。なお、以下では、回転軸40が第1回転方向(反時計回り)に回転するものとして説明する。
The
回転軸40の回転角θが0°から30°であるときは、図8に示すように、扇形歯車342aが爪車384aと噛合する。回転軸40がさらに回転し、回転角θが30°から60°になると、図10に示すように、扇形歯車342bが爪車384bと噛合する。このとき、扇形歯車342bの半径は扇形歯車342aの半径よりも大きいため、爪車384bの回転速度は、回転角θが0°から30°の場合に比べて速くなる。したがって、風圧変動発電機60の駆動軸62の回転速度も速くなり発電量が増える。
When the rotation angle θ of the
回転軸40がさらに回転し、回転角θが60°から90°になると、図11に示すように、扇形歯車342cが爪車384cと噛合する。このとき、扇形歯車342cの半径は扇形歯車342bの半径よりも大きいため、爪車384cの回転速度は、回転角θが30°から60°の場合に比べてさらに速くなる。したがって、風圧変動発電機60の駆動軸62の回転速度も速くなり発電量がさらに増える。
When the
このように、本実施形態によれば、回転軸40の回転角θに応じて風圧変動発電機60の駆動軸62への伝達比を変化させることができる。したがって、駆動軸62にかかる回転トルクおよび回転速度を最適化することができ、風圧変動発電機60の発電効率を向上させることができる。
Thus, according to the present embodiment, the transmission ratio of the wind
なお、本実施形態では、風圧変動発電機として1つの発電機60のみを設けた例について説明したが、上述した第2の実施形態や第3の実施形態のように2つの発電機を設けてもよい。その場合においては、追加する発電機に対応させて上述した複合歯車342の形状を設計するとともに上述した複合爪車機構380と同様の機構を追加すればよい。また、この場合においても、上述した第3の実施形態のように、受風部50が自重により自動的に初期位置が戻るように風力発電装置を構成することができる。
In this embodiment, the example in which only one
図12は、本発明の第5の実施形態における風力発電装置401を示す斜視図である。本実施形態においては、受風部450が回転軸40の上方に固定されている。この受風部450に対応して、回転軸40の下方には受風部450のバランスをとるための錘458が固定されている。その他の構造は上述した第1の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
FIG. 12 is a perspective view showing a
一般的に地面から高い位置になればなるほど風が強くなるため、本実施形態のように受風部450を回転軸40の上方に設けることで、より効率的に風の力を利用して発電を行うことができる。なお、この受風部450を回転軸40の上方に設ける構造は、上述した第1の実施形態から第4の実施形態のいずれにも適用できるものである。
Generally, the higher the position from the ground, the stronger the wind. Therefore, by providing the
なお、上述した各実施形態においては、1つまたは2つの風向変動発電機が設けられているが、これらの風向変動発電機および風向変動発電機に関連する伝達機構を省略して風力発電装置の構造を簡略化してもよい。 In each of the embodiments described above, one or two wind direction fluctuation generators are provided. However, these wind direction fluctuation generators and the transmission mechanism related to the wind direction fluctuation generator are omitted, and The structure may be simplified.
また、上述した各実施形態においては、支軸20が地面2に固定され、支持ブロック30が支軸20に対して旋回するものとして説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、回転軸40とともに支持ブロック30(支持部)が水平面内で旋回できればよい。例えば、支軸20を回転可能に支持するようにベース10を構成し、支軸20と支持ブロック30とを固定してもよい。
Moreover, in each embodiment mentioned above, although the
上述した各実施形態の回転伝達機構、旋回伝達機構、中間伝達機構、および伝達比制御機構は、歯車の噛合を用いて回転ないし旋回を伝達しているが、本発明はこれに限られるものではなく、何らかの係合により回転ないし旋回を伝達するものであればよい。 The rotation transmission mechanism, the rotation transmission mechanism, the intermediate transmission mechanism, and the transmission ratio control mechanism of each embodiment described above transmit rotation or rotation using meshing of gears, but the present invention is not limited to this. There is no limitation as long as it transmits rotation or turning by some kind of engagement.
また、発条や重力などを利用したエネルギー貯蔵装置を設け、上述した各実施形態における発電機によって発電された電気エネルギーをこのエネルギー貯蔵装置に蓄積しておくことも可能である。 Moreover, it is also possible to provide an energy storage device that uses ridges, gravity, or the like, and to store the electrical energy generated by the generator in each of the above-described embodiments in this energy storage device.
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that the present invention may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.
1,101,201,401 風力発電装置
2 地面
10 ベース
20 支軸
22 歯車
30 支持ブロック(支持部)
32 風向舵
40 回転軸
42 歯車
50,450 受風部
52 帆布
54 フレーム
56 連結部
60,160,260 風圧変動発電機
62,72,162,172,262 駆動軸
70,170 風向変動発電機
80,180,280 爪車機構(回転伝達機構)
90,190 爪車機構(旋回伝達機構)
242 半円形歯車(中間伝達機構)
342 複合歯車
342a,342b、342c 扇形歯車
380 複合爪車機構
380a,380b,380c 回転伝達部
384a,384b,384c 爪車
386a,386b,386c 軸
388a,388b,388c 歯車
458 錘
1, 101, 201, 401
32
90, 190 Claw mechanism (turning transmission mechanism)
242 Semi-circular gear (intermediate transmission mechanism)
342
Claims (9)
前記回転軸に固定された受風部と、
前記受風部に当たる風の力により前記回転軸が回転できるように前記回転軸を支持する支持部と、
前記受風部に当たる風の力により前記回転軸とともに前記支持部が水平面内で旋回できるように前記支持部を支持する支軸と、
駆動軸を有する第1の風圧変動発電機と、
前記回転軸の回転のうち第1回転方向の回転を前記第1の風圧変動発電機の駆動軸に伝達する第1の回転伝達機構と、
を備えたことを特徴とする風力発電装置。 A rotating shaft extending in the horizontal direction;
A wind receiving portion fixed to the rotating shaft;
A support portion that supports the rotating shaft so that the rotating shaft can be rotated by the force of the wind that strikes the wind receiving portion;
A support shaft that supports the support portion so that the support portion can swivel in a horizontal plane together with the rotating shaft by the force of the wind that strikes the wind receiving portion;
A first wind pressure fluctuation generator having a drive shaft;
A first rotation transmission mechanism for transmitting rotation in a first rotation direction of rotation of the rotation shaft to a drive shaft of the first wind pressure fluctuation generator;
A wind power generator characterized by comprising:
前記受風部は、前記支軸の中心と前記受風部の重心とを結ぶ線に関して対称となるように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。 The center of gravity of the wind receiving portion is at a position different from the center of the support shaft in a horizontal plane,
2. The wind power generator according to claim 1, wherein the wind receiving portion is configured to be symmetric with respect to a line connecting a center of the support shaft and a center of gravity of the wind receiving portion.
前記第1の回転伝達機構は、前記伝達比制御機構の複数の扇形歯車に対応して設けられた複数の回転伝達部であって、該対応する扇形歯車と係合することにより前記回転軸の第1回転方向の回転を前記第1の風圧変動発電機の駆動軸に伝達する複数の回転伝達部を備えた
ことを特徴とする請求項3に記載の風力発電装置。 The transmission ratio control mechanism includes a plurality of sector gears having different radii,
The first rotation transmission mechanism is a plurality of rotation transmission portions provided corresponding to the plurality of sector gears of the transmission ratio control mechanism, and is engaged with the corresponding sector gears to thereby The wind turbine generator according to claim 3, further comprising a plurality of rotation transmission units that transmit rotation in the first rotation direction to a drive shaft of the first wind pressure fluctuation generator.
前記回転軸の回転のうち第2回転方向の回転を前記第2の風圧変動発電機の駆動軸に伝達する第2の回転伝達機構と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の風力発電装置。 A second wind pressure fluctuation generator having a drive shaft;
A second rotation transmission mechanism for transmitting rotation in the second rotation direction of rotation of the rotation shaft to the drive shaft of the second wind pressure fluctuation generator;
The wind turbine generator according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記回転軸が初期位置から前記第1回転方向に回転した状態においては、前記第2の回転伝達機構の作動領域の外部に位置するとともに、その一部が前記第1の回転伝達機構の作動領域に位置し、
前記回転軸が前記初期位置から前記第2回転方向に回転した状態においては、前記第1の回転伝達機構の作動領域の外部に位置するとともに、その一部が前記第2の回転伝達機構の作動領域に位置する、
中間伝達機構をさらに備えたことを特徴とする請求項5に記載の風力発電装置。 Engagement with the first rotation transmission mechanism in the operation region of the first rotation transmission mechanism transmits rotation of the rotation shaft in the first rotation direction to the first rotation transmission mechanism, and the second rotation transmission mechanism. An intermediate transmission mechanism for transmitting rotation in the second rotational direction of the rotation shaft to the second rotation transmission mechanism by engaging with the second rotation transmission mechanism in an operation region of the rotation transmission mechanism;
In a state where the rotation shaft rotates in the first rotation direction from the initial position, the rotation shaft is located outside the operation region of the second rotation transmission mechanism, and a part thereof is the operation region of the first rotation transmission mechanism. Located in
In a state where the rotation shaft is rotated in the second rotation direction from the initial position, the rotation shaft is located outside the operation region of the first rotation transmission mechanism, and a part thereof is the operation of the second rotation transmission mechanism. Located in the area,
The wind turbine generator according to claim 5, further comprising an intermediate transmission mechanism.
前記支持部の旋回のうち第1旋回方向の旋回を前記風向変動発電機の駆動軸に伝達する旋回伝達機構と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の風力発電装置。 A wind direction generator having a drive shaft;
A turning transmission mechanism for transmitting the turning in the first turning direction to the drive shaft of the wind direction fluctuation generator among the turning of the support portion;
The wind turbine generator according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
風を受ける帆布と、
前記回転軸に取り付けられたフレームと、
前記帆布を前記フレームに連結する複数の連結部であって、所定の大きさの力より大きな力が加わると前記帆布を前記フレームから切り離す連結部と、
を備えたことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の風力発電装置。
The wind receiving part is
Canvas that receives the wind,
A frame attached to the rotating shaft;
A plurality of connecting portions for connecting the canvas to the frame, and a connecting portion for separating the canvas from the frame when a force greater than a predetermined magnitude is applied;
The wind power generator according to any one of claims 1 to 8, wherein the wind power generator is provided.
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