JP2014037804A - 垂直軸型風車及び風力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】垂直軸型風車について、羽根車の支持負担を低減して耐久性を改善すること。
【解決手段】本発明の垂直軸型風車は、羽根車と、前記羽根車が風力を受けて回転するよう、前記羽根車を垂直軸周りに回転自在に支持する支持部と、前記羽根車に設けられ、前記羽根車と共に回転して垂直方向の揚力を生じさせる揚力発生部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は垂直軸型風車及び風力発電システムに関する。

風力発電に使用される風車には、羽根車の回転軸が水平方向である水平軸型風車と羽根車の回転軸が垂直方向である垂直軸型風車とが知られている（例えば特許文献１）。垂直軸型風車は風向きを問わない点や設置スペースの点で水平軸型風車よりも有利である。

特許第３４５１０８５号公報

風力発電用の風車は高所に設置される場合が多く、耐久性が低いとメンテナンス頻度が多くなってメンテナンス費用が高くなる。

本発明の目的は、垂直軸型風車について、羽根車の支持負担を低減して耐久性を改善することにある。

本発明によれば、羽根車と、前記羽根車が風力を受けて回転するよう、前記羽根車を垂直軸周りに回転自在に支持する支持部と、前記羽根車に設けられ、前記羽根車と共に回転して垂直方向の揚力を生じさせる揚力発生部と、を備えたことを特徴とする垂直軸型風車が提供される。

また、この垂直軸型風車を用いた風力発電システムが提供される。

本発明によれば、垂直軸型風車について、羽根車の支持負担を低減して耐久性を改善することができる。

本発明の一実施形態に係る風力発電システムの概略図。 本発明の一実施形態に係る垂直軸型風車の断面図。 図２の部分拡大図。

図１乃至図３を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る風力発電システムＡの概略図、図２は本発明の一実施形態に係る垂直軸型風車１の断面図、図３は図２の部分拡大図である。

風力発電システムＡは、垂直軸型風車１と、発電機２と、蓄電装置３と、を備える。垂直軸型風車１は、羽根車１０と、羽根車１０が風力を受けて回転するよう、羽根車１０を垂直軸Ｌ周りに回転自在に支持する支持部２０と、を備える。

羽根車１０は、本実施形態の場合、回転部１１と、羽根部１２と、を備える。回転部１１は、本実施形態の場合、垂直軸Ｌと同軸の円筒状の中空体をなしており、その周壁に羽根部１２が固定されている。回転部１１を中空体とすることで羽根車１０の軽量化を図れる。

羽根部１２は回転部１１の周方向に等角度で、複数設けられており、本実施形態の場合、３つである。各羽根部１２は、ブレード部１２ａと、ブレード部１２ａと回転部１１とを連結する複数のアーム部材１２ｂと、を備えて垂直回転翼を構成している。本実施形態の場合、揚力型の風車を想定しているが、抗力型の風車であってもよい。揚力型の風車の場合、羽根車１０の回転方向は風向きによらずブレード部１２ａの形状によって一方向となり、本実施形態の場合、矢印Ｄ方向に回転する。

支持部２０は、本実施形態の場合、垂直方向に延びて垂直軸Ｌを規定する円柱状の軸体をなしており、その下端部が不図示の土台等に支持させれて立設される。支持部２０の上側部分は下部よりも小径の軸部２１となっており、軸部２１は回転部１１内に延設している。軸部２１の下端の径変化部分は、軸受部２２を支持する段差部２１ａを構成している。軸部２１の上端部には、軸受部２２を支持する支持部材２１ｂが固定されている。

本実施形態の場合、軸受部２２が転がり軸受である場合を想定しており、２つの軸受部２２の各内輪に、下側の軸受部２２については軸部２１が、上側の軸受部２２については支持部材２１ｂが、それぞれ嵌合している。回転部１１の内周壁には、２つの軸受部２２の各外輪に嵌合する嵌合部１１ａ、１１ｂが形成されており、外輪のフランジによって、下方への移動が規制されている。このようにして、回転部１１は軸受部２２に回転自在に支持されている。

本実施形態では、このように軸受部２２が回転部１１内に収容された構成となっており、空気中のごみ等が軸受部２２へ付着することを抑制することができる。なお、本実施形態では軸受部２２を転がり軸受としたが、滑り軸受等、他の形式の軸受でもよい。

発電機２は支持部２０の下部に支持されており、回転部１１の回転力が伝達されるように構成されている。しかして、羽根車１０の回転力によって発電機２は駆動して発電する。発電機２が発電した電気は蓄電装置３で蓄電される。

ここで、軸受部２２、２２は羽根車１０の重量を負担し、この荷重が大きければ大きいほど、摩耗によって、その耐久性が劣ることになる。そこで、本実施形態では、羽根車１０と共に回転して垂直方向の揚力を生じさせる揚力発生部３０を羽根車１０に設けている。

揚力発生部３０は、回転部１１の上端部に設けられており、回転部１１から立設された、垂直軸Ｌと同軸の軸部３１と、軸部３１の周面に設けられた羽根部３２と、を備える。羽根部３２は軸部３１の周方向に等角度で、放射状に複数設けられており、本実施形態の場合、５つである。羽根部３２は、羽根車１０が矢印Ｄ方向に回転した場合に、垂直方向の揚力を生じるように構成されている。

本実施形態では、揚力発生部３０を回転部１１の上端部に設けたが、例えば、羽根部３２を回転部１１の途中部位においてその周壁に設けた構成や、或いは、羽根部３２をブレード部１２ａに設けた構成とすること可能である。しかし、羽根部１２の回転による気流の影響を少なくして、より効率よく揚力を得る点で、本実施形態のように揚力発生部３０を回転部１１の上端部に設けることが好ましい。

係る構成からなる本実施形態の垂直軸型風車１は、ブレード部１２ａが風力を受けることで羽根車１０が矢印Ｄ方向に回転する。羽根車１０が回転することで発電機２が発電し、その電気は蓄電装置３で蓄電される。羽根車１０が回転している間、羽根車１０に設けられている揚力発生部３０も回転し、羽根車１０に垂直方向の揚力が作用する。これにより、２つの軸受部２２が羽根車１０から受ける荷重が減少する。こうして、本実施形態では、羽根車１０の支持負担を低減して支持部２０（特に軸受部２２）の耐久性を向上でき、メンテナンス頻度を減らすことができる。揚力発生部３０は羽根車１０の回転を利用して揚力を発生するので、実質的にメンテナンスが不要な簡単な構成で揚力を発生できる。

なお、羽根車１０が上昇してしまうと、軸受部２２に逆方向の荷重が発生してしまい、好ましくない。よって、揚力発生部３０による最大揚力は、羽根車１０及び揚力発生部３０の総重量以下であることが好ましい。例えば、羽根部３２の形状は、羽根車１０が設計上の最大回転数で回転した場合でも、羽根車１０及び揚力発生部３０の総重量を超える揚力を生じない形状とすることが好ましい。

また、本実施形態では、垂直軸型風車１が風力発電用の垂直軸型風車である場合について説明したが、他の用途に用いることも可能である。

Claims (8)

1. 羽根車と、
   前記羽根車が風力を受けて回転するよう、前記羽根車を垂直軸周りに回転自在に支持する支持部と、
   前記羽根車に設けられ、前記羽根車と共に回転して垂直方向の揚力を生じさせる揚力発生部と、
   を備えたことを特徴とする垂直軸型風車。
2. 前記羽根車は、
   前記支持部に前記垂直軸周りに回転自在に支持された回転部と、
   前記回転部の周方向に複数設けられた羽根部と、を備え、
   前記揚力発生部は、
   前記回転部の上端部に設けられた、
   ことを特徴とする請求項１に記載の垂直軸型風車。
3. 前記揚力発生部は、
   前記垂直軸と同軸の軸部と、
   前記軸部の周方向に複数設けられた羽根部と、
   を備えたことを特徴とする請求項２に記載の垂直軸型風車。
4. 前記揚力発生部による最大揚力が、前記羽根車及び前記揚力発生部の総重量以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の垂直軸型風車。
5. 前記羽根車は、
   円筒状の回転部と、
   前記回転部の周方向に複数設けられた羽根部と、を備え、
   前記支持部は、
   前記回転部内に延設された軸部と、
   前記軸部に設けられ、前記回転部を支持する軸受部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の垂直軸型風車。
6. 前記垂直軸型風車は、風力発電用の垂直軸型風車である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の垂直軸型風車。
7. 請求項１に記載の垂直軸型風車と、
   前記羽根車の回転力により駆動される発電機と、
   を備えたことを特徴とする風力発電システム。
8. 前記発電機が発電した電気を蓄電する蓄電装置を備えた、
   ことを特徴とする請求項７に記載の風力発電システム。

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