JP2012067724A - Windmill - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電に用いられる風車に関する。 The present invention relates to a windmill used for wind power generation.
従来より、風力発電は、発電効率を上げる観点から大型化が求められており、風車の場合は、風車翼、軸系、発電装置等の各構成部品の軽量化が図られている。しかし、大型化に伴う重量増を解消することは容易でなく、軽量化による強度低下、さらには大型化による製造コストの上昇など、実現には困難を極めていた。 Conventionally, wind power generation has been required to increase in size from the viewpoint of increasing power generation efficiency, and in the case of a windmill, each component such as a windmill blade, a shaft system, and a power generation device has been reduced in weight. However, it is not easy to eliminate the increase in weight due to the increase in size, and it has been extremely difficult to realize such as a decrease in strength due to weight reduction and an increase in manufacturing cost due to increase in size.
そこで、発電機と、これに連結連動させる回転軸と、回転軸と同軸の所定径周上に所定間隔で配置された複数の風杯と、各風杯と回転軸とを連結するスポークにて成る風車体を備え、周方向に隣接する風杯間を連結する可撓性の張力体を有するとした風力発電装置が提案されている(例えば特許文献1)。 Therefore, a generator, a rotating shaft connected to and linked to the generator, a plurality of cups arranged at predetermined intervals on a predetermined diameter circumference coaxial with the rotating shaft, and spokes connecting each cup and the rotating shaft. There has been proposed a wind turbine generator having a flexible body that includes a wind vehicle body and that connects between adjacent cups in the circumferential direction (for example, Patent Document 1).
また、風車の構成部品の一つである風車翼を軽量化するために、プラスチック発泡体を強化繊維プラスチックで挟んだサンドイッチ構造を特徴とする外皮により強度向上を図るとした風車翼が提案されている(例えば、特許文献2)。 Also, in order to reduce the weight of wind turbine blades, which are one of the components of wind turbines, wind turbine blades have been proposed that aim to improve strength by an outer skin characterized by a sandwich structure in which a plastic foam is sandwiched between reinforcing fiber plastics. (For example, Patent Document 2).
上記特許文献1に記載された風力発電装置によれば、各風杯に働く力が均等化され、風車体の軽量化が実現し、小さい風力においてもスムーズに回転し、発電を得ることができる風力発電装置を得ることができるが、各風杯に働く力を均等にするために、隣接する風杯間を張力体で連結しなければならず、張力体をスポークに巻き付けるなどする必要があるため、設置作業が煩雑となる。また、回転軸の周方向からの風向きに対応するものであり、他方向からの風力に風向検出手段がないと対応できないという問題がある。
According to the wind turbine generator described in
また、上記特許文献2に記載された風車翼では、構成中に強度材料となる主桁を用いているために、主桁の厚肉化は抑えられているものの、発電効率の向上には依然として軽量化が必要である。
Further, in the wind turbine blade described in
本発明は上記問題点に鑑み、軽量でありながら高い強度を確保することで発電効率を向上し、安定して電力を供給できる風車を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a windmill capable of improving power generation efficiency and ensuring stable power supply by ensuring high strength while being lightweight.
本発明の請求項1の発明は、発電機と連結される回転軸と、この回転軸の軸周りに取付けられるハブ部と、前記ハブ部と連結部材により連結され前記回転軸の軸方向に一対で設けたリム部と、前記回転軸の軸方向に隣合う前記連結部材間に張設される受風部とを備える風車において、前記連結部材が、前記ハブ部から前記リム部にかけて放射状に配置されるスポーク部により形成されることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a rotating shaft connected to the generator, a hub portion attached around the rotating shaft, a pair connected to the hub portion by a connecting member in the axial direction of the rotating shaft. And a wind receiving portion stretched between the connecting members adjacent to each other in the axial direction of the rotating shaft, wherein the connecting members are arranged radially from the hub portion to the rim portion. It is characterized by being formed by spoke parts.
本発明の請求項2の発明は、前記スポーク部が、前記回転軸の軸方向と直交する水平軸に対して所定角度に傾いて設けられることを特徴とする。
The invention of
本発明の請求項3の発明は、前記受風部が、柔軟性を有するシート部材からなることを特徴とする。
The invention of
請求項1の発明によれば、構成部材の荷重や、風を受けることにより発生する抗力に対抗して、放射状に配置されたスポーク部の引張りが作用し、これらを分散させることができるので、軽量化の図られた細い線材により構成されてあっても、強度面に何ら問題もなく大型化することができる。
According to the invention of
請求項2の発明によれば、受風部が効率よく風を受けることができ、風向きが変わった場合であっても安定して対応できるので、発電効率の向上を図ることができる。 According to the second aspect of the present invention, the wind receiving portion can receive wind efficiently, and even when the wind direction changes, it is possible to cope with it stably, so that the power generation efficiency can be improved.
請求項3の発明によれば、従来の風車翼と比べて簡素な構成となるためコスト削減を図ることができると共に、金属板で形成される受風部よりも軽量化され、更には受風部の破損等による部品交換を現場にて簡便に行うことができる。
According to the invention of
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1乃至図7は、本発明の実施例を示すものである。 1 to 7 show an embodiment of the present invention.
先ず、本実施例における風車1の構成について説明すると、本実施例における風車1は、支柱たるタワー2と、このタワー2の頂部に軸支されるナセル3と、このナセル3に接続される回転軸4と、回転軸4を回転自在に支持する軸受け5と、回転軸4の軸周りに取付けられるハブ部6と、ハブ部6と連結部材を介して連結するリム部7,7Aと、回転軸4を中心にハブ部6からリム部7にかけて放射状に配置される連結部材たるスポーク部8,8Aと、軸方向に隣合うスポーク部8,8A間に張設される布製部材等からなる受風部9とを備えて成るものである。
First, the configuration of the
これらのうち、本実施例におけるナセル3は、発電機、増速機、およびブレーキ等の動力伝達装置(図示しない)を収納した発電機ユニット10から成る。また、ハブ部6は、外周に所定間隔をおいて挿通孔11が形成されており、この挿通孔11には、スポーク部8,8Aの他端13が挿通されることで連結するものとしている。尚、このハブ部6は、スポーク部8,8Aの取付け具として機能するほか、回転軸4を支持する軸受けとしても機能しているものとする。
Among these, the
また、ハブ部6とリム部7を連結するスポーク部8,8Aは、耐腐食性を有し高強度なステンレス鋼材や炭素繊維複合材、又は軽量なアルミ材等からなり、一端12をリム部7と接続し、他端13をハブ部6と接続するよう構成されている。具体的には、リム部7と連結されるスポーク部8,8Aの一端12側が、スポーク部本体たる胴部14と、スポーク部8の先端15をリム部7側へ向けるように曲げて形成されるエルボ部16と、先端15に設けられたヘッド部17とを備えて成り、また、ハブ部6と連結されるスポーク部8,8Aの他端13側が、スポーク部本体たる胴部14と、胴部14よりも大径に形成されて先端に螺子が切られたヘッド部18を備えて成るものとする。そして、スポーク部8,8Aは、ハブ部6の周面であって回転軸4の軸方向前後に夫々配置されて取付けられる。このうち、前側に配置されるスポーク部8は、ハブ部6の前側端部19付近に位置し、ハブ部6の後側に配置されるスポーク部8Aは、ハブ部6の後側端部20付近に位置している。すなわち、本実施例では、スポーク部8,8Aの他端13側を回転軸4の軸方向Xであってハブ部6の両端部19,20付近に夫々設け、これらが回転軸4を中心としたハブ部6の周面に放射状となるよう配置される。また、回転軸4の軸方向Xに隣合うスポーク部8,8Aの他端13,13は、ハブ部6の円周方向における略同一位置に連結されるものとする。
The
また、リム部7は、外周に薄板状のリブ部21が形成されており、このリブ部21にはスポーク部8,8Aの一端12が挿通される挿通孔22が形成されている。本実施例におけるリム部7の挿通孔22は、スポーク部8,8Aの一端12に形成されるヘッド部17が通る大きさの径で形成される大径孔28と、スポーク部8,8Aの一端12が有する胴部14が通る大きさの径で形成される小径孔29とが連結されて成るものである。また、リム部7には、スポーク部8,8Aの一端12が挿通される挿通孔22のほかに、引張部材23が挿通される挿通孔24が形成されている。これは、引張部材23の胴部25が通る大きさの径で形成されているものとする。また、リム部7は、回転軸4の軸方向Xに前後して前側リム部7と後側リム部7Aの前後一対で設けられると共に、この前後一対で設けられたリム部7,7A間の前後幅H1が、ハブ部6の前側端部19から後側端部20の前後幅H2よりも広く設けられるものとする。こうした、リム部7,7A間の前後幅H1により、スポーク部8,8A間に張設される受風部9の受風面積が変化するものとなる(H1>H2)。すなわち、一対のリム部7,7Aによる前後幅H1が広がれば、リム部7,7Aと連結されるスポーク部8,8Aの一端12側も広がるので、これに伴い、スポーク部8,8A間に張設される受風部9は上方側にいくに従い受風面積が広がっていくものとなる。
The
そして、前述した一対のリム部7,7A間には、前後幅H1を規制するための引張部材23が設けられる。この引張部材23は、スポーク部8,8A間に張設された受風部9が風Fを受けたことにより発生する抗力に対抗するために設けられるもので、各スポーク部8,8Aに働くモーメントを分散させて低減することができるので、細いスポーク部8,8Aでハブ部6とリム部7,7Aを連結した場合であっても、モーメントによる変形等が起こり難くなり、風車構造としての強度を高めている。また、本実施例では、この引張部材23に、ハブ部6とリム部7,7Aを連結するスポーク部8,8Aと同様のスポークを用いているが、これに限らず引張りに強い部材であればよい。
And between the pair of
ここで、上記構成部材の連結構造について説明する。 Here, the connection structure of the above-described constituent members will be described.
まず、一対のリム部7,7A間を略水平となるように引張部材23により連結する。この時、引張部材23は、端部26をリブ部21の挿通孔22に挿入して、ナット27,27でリブ部21の両側面を挟みつけるように締めることで連結固定される。
First, the
次に、スポーク部8,8Aをハブ部6からリム部7にかけて連結する。ハブ部6の前側端部19付近に配置されるスポーク部8は、一対のリム部7,7Aのうち前側のリム部7に連結され、ハブ部6の後側端部20に配置されるスポーク部8Aは、一対のリム部7,7Aのうち後側のリム部7Aに連結されるものである。こうした各スポーク部8,8Aは、一端12側のヘッド部17をリム部7の挿通孔22が有する大径孔28に挿入し、このヘッド部17を小径孔29側へと移動させることで嵌合し、リム部7と連結される。
Next, the
また、各スポーク部8,8Aは、他端13側のヘッド部18をハブ部6の挿通孔11に挿入し、これを内螺子が切られたニップル30で締めることでハブ部6と連結される。この時、スポーク部8,8Aに初期張力を与えるために、ニップル30によりスポーク部8,8Aの張りを調節するものとする。
Further, each of the
また、図6の平面図に示すように、軸方向に隣合う各スポーク部8,8Aは回転軸の軸方向Xと直交する水平方向Yに対して所定角度α1をなすようにハブ部6とリム部7との間で連結される。詳しくは、前側のスポーク部8がリム部7の周方向左側に略40度〜略50度に傾くように連結され、後側のスポーク部8Aがリム部7Aの周方向右側に略40度〜略50度に傾くように連結されるものとし、好ましくは前側のスポーク部8と後側のスポーク部8Aが共に略45度に傾くように連結されるものとして、風向きが変わった場合にあっても発電効率を落とすことのないよう設けられるものとする。
Further, as shown in the plan view of FIG. 6, the
さらに、図7に示すように、本実施例では、受風部9が張設された前後一対のスポーク部8,8Aと隣合う前後一対のスポーク部8,8Aとの間隔が、回転軸4の軸芯4Aとスポーク8,8A間に張設された受風部9の中心線Tを結んだ角度α2を基準にしており、例えば、受風部を九枚設けた構成では、この間隔が略40度となるように配置するものとする。尚、本実施例で示すように、受風部9は複数枚でなるものとし、その枚数は限定されないものであるが、受風部9は八枚以上が好ましく、更には偶数枚でなるものとするのがより好ましい。
Further, as shown in FIG. 7, in this embodiment, the distance between the pair of front and rear spoke
このようにすることで、本実施例の風車1は、ハブ部6からリム部7にかけて受風部9で風Fを受ける受風面積が大きくなるので効率よく抗力を利用することができると共に、抗力の伝達が円滑となる。
By doing in this way, while the
そして、ハブ部6からリム部7,7Aにかけてスポーク部8,8Aを連結した後、前後一対のスポーク部8,8A間に受風部9を張設する。この受風部9は、キャンバス等の柔軟性のある布製部材等からなるシート部材を用いるものとし、シート部材とすることで金属板で形成される受風部よりも軽量化することができる。尚、このシート部材は、風車1が設置される場所に応じて耐候性、耐久性を高めるためにコーティング剤を塗布したものを用いることが好ましい。
And after connecting the
こうしたことで本実施例では、構成部材の荷重や、風Fを受けることにより発生する抗力に対抗して、放射状に配置されたスポーク部8,8Aの引張りが作用し、これらを分散させることができるので、軽量化の図られた細い線材により構成されてあっても、強度面に何ら問題もなく大型化することができる。
In this way, in this embodiment, the tensile force of the
このように本実施例では、請求項1に対応して、発電機を有する発電機ユニット10と連結される回転軸4と、この回転軸4の軸周りに取付けられるハブ部6と、ハブ部6と連結部材により連結され回転軸4の軸方向Xに一対で設けたリム部7と、回転軸4の軸方向Xに隣合う連結部材間に張設される受風部9とを備える風車1において、連結部材が、ハブ部6からリム部7にかけて放射状に配置されるスポーク部8,8Aにより形成されるから、構成部材の荷重や、風Fを受けることにより発生する抗力に対抗して、放射状に配置されたスポーク部8,8Aの引張りが作用し、これを分散させることができるので、軽量化の図られた細い線材により構成されてあっても、強度面に何ら問題もなく大型化することができる。
Thus, in this embodiment, corresponding to claim 1, the
このように本実施例では、請求項2に対応して、スポーク部8,8Aが、回転軸4の軸方向Xと直交する水平軸Yに対して所定角度に傾いて設けられるから、受風部9が効率よく風を受けることができ、風向きが変わった場合であっても安定して対応できるので、発電効率の向上を図ることができる。
As described above, in this embodiment, the
このように本実施例では、請求項3に対応して、受風部9が、柔軟性を有するシート部材からなるから、従来の風車翼と比べて簡素な構成となるためコスト削減を図ることができると共に、金属板で形成される受風部9よりも軽量化され、更には受風部9の破損等による部品交換を現場にて簡便に行うことができる。
Thus, in the present embodiment, corresponding to claim 3, since the
尚、本発明は、本実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施例におけるスポーク部8,8Aは、風車1全体が同一方向から抗力を受けるものとした観点から点対称としているが、これに限らず、他方向からの抗力に対抗できるように非対称であってもよい。
The present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, the
1 風車
4 回転軸
6 ハブ部
7 リム部
8 スポーク部
9 受風部
10 発電機ユニット
21 リブ部
23 引張部材
X 回転軸の軸方向
Y 水平方向
DESCRIPTION OF
10 Generator unit
21 Ribs
23 Tensile member X Rotating shaft axial direction Y Horizontal direction
Claims (3)
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- 2010-09-27 JP JP2010215323A patent/JP5325860B2/en not_active Expired - Fee Related
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