JP2014074381A - Wind-power generation device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind-power generation device capable of generating electric power with lower wind speed, obtaining relatively large electric energy and miniaturizing an entire device.SOLUTION: A wind-power generation device 1 which can generate electric power by converting wind power into the electric power comprises: a small-diameter blade 2 which can rotate about a shaft member L by catching wind; a large-diameter blade 3 which has a larger diameter than the small-diameter blade 2, includes the small-diameter blade 2 inside the same and rotates together with the small-diameter blade 2 by being connected to the shaft member L; and power generation means 4 which has a rotor 4a rotating together with the shaft member L and a stator 4b fixed with the rotor 4a arranged opposite thereto and generates the electric power through relative rotation between the rotor 4a and the stator 4b on the basis of the rotations of the small-diameter blade 2 and the large-diameter blade 3. The small-diameter blade 2 can start rotating with a lower wind speed than the large-diameter blade 3.

Description

本発明は、風力を電力に変換することにより発電し得る風力発電装置に関するものである。   The present invention relates to a wind turbine generator that can generate power by converting wind power into electric power.

近時において、自然エネルギーを利用した発電装置が注目されるに至っており、例えば風力を電力に変換することにより発電し得る風力発電装置について種々提案されるに至っている。かかる風力発電装置は、例えば特許文献１にて開示されているように、風を受けて軸部材を中心として回転し得るブレードと、ロータ及びステータを有した発電機とを具備しており、ブレードが風を受けて回転するのに伴い軸部材が回転すると、発電機による発電が行われ得るよう構成されていた。   Recently, power generation devices using natural energy have attracted attention. For example, various wind power generation devices that can generate power by converting wind power into electric power have been proposed. For example, as disclosed in Patent Document 1, such a wind power generator includes a blade that can receive wind and rotate around a shaft member, and a generator having a rotor and a stator. When the shaft member rotates as it rotates in response to the wind, the generator can generate power.

特開２０１２−０５０１８１号公報JP 2012-0501181 A

しかしながら、上記従来の風力発電装置においては、以下の如き問題があった。
風力発電装置は、その設置される外部環境又は発電した電気の利用目的若しくは用途等に応じてブレードの種類や大きさ等が決定されていた。これにより、例えば微風からブレードが回転開始（カットイン）し得るものの発電量が限られたもの、或いは比較的強風になってからブレードが回転開始するものの比較的大きな発電量を得られるものの何れかを外部環境に応じて任意に選択する必要があった。 However, the conventional wind power generator has the following problems.
In the wind turbine generator, the type and size of the blades are determined according to the external environment in which the wind turbine generator is installed or the purpose or use of the generated electricity. Thus, for example, either a blade that can start rotating (cut-in) from a breeze but a limited amount of power generation, or a blade that starts rotating after a relatively strong wind but a relatively large power generation amount can be obtained. It was necessary to select arbitrarily according to the external environment.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、より低い風速から発電可能とされるとともに比較的大きな発電量を得ることができ、かつ、装置全体の小型化を図ることができる風力発電装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to generate power from a lower wind speed, obtain a relatively large amount of power generation, and reduce the size of the entire apparatus. It is to provide a power generation device.

請求項１記載の発明は、風力を電力に変換することにより発電し得る風力発電装置において、風を受けて軸部材を中心として回転し得る小径ブレードと、該小径ブレードより大きな径に設定されて当該小型ブレードを内側に包含し得るとともに、前記軸部材に連結されて前記小径ブレードと共に回転し得る大径ブレードと、前記軸部材と共に回転するロータ、及び当該ロータと対向した状態で固定されたステータを有し、前記小径ブレード及び大径ブレードの回転に基づきロータとステータとの間で相対回転させて発電する発電手段とを有し、前記小径ブレードの方が前記大径ブレードよりも低い風速で回転開始し得ることを特徴とする。   The invention described in claim 1 is a wind power generator capable of generating electric power by converting wind power into electric power, and has a small diameter blade that can receive wind and rotate around a shaft member, and has a larger diameter than the small diameter blade. The small blade can be included inside, the large diameter blade connected to the shaft member and rotating together with the small diameter blade, the rotor rotating together with the shaft member, and the stator fixed in a state facing the rotor And a power generation means for generating electric power by relatively rotating between the rotor and the stator based on the rotation of the small-diameter blade and the large-diameter blade, and the small-diameter blade has a lower wind speed than the large-diameter blade. Rotation can be started.

請求項２記載の発明は、請求項１記載の風力発電装置において、前記発電手段は、前記大径ブレードの内側に包含されて取り付けられたことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the wind turbine generator according to the first aspect, the power generation means is included and attached inside the large-diameter blade.

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の風力発電装置において、前記発電手段のロータは、前記軸部材に固定された永久磁石から成り、当該永久磁石の外周に沿って前記ステータを構成するコイルが配設されたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the wind turbine generator according to the first or second aspect, the rotor of the power generation means is composed of a permanent magnet fixed to the shaft member, and the outer periphery of the permanent magnet A coil constituting the stator is provided.

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１つに記載の風力発電装置において、前記小径ブレード及び大径ブレードが風を受けて前記軸部材が所定の回転数に達したことを条件に、外部に対する送電を遮断する遮断手段を具備したことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the wind turbine generator according to any one of the first to third aspects, the small-diameter blade and the large-diameter blade receive wind, and the shaft member has reached a predetermined rotational speed. On the condition of the above, it is characterized by having a shut-off means for shutting off power transmission to the outside.

請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか１つに記載の風力発電装置において、前記小径ブレードは、サボニウス型のブレードから成るとともに、前記大径ブレードは、ダリウス型のブレードから成ることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the wind turbine generator according to any one of the first to fourth aspects, the small-diameter blade is a Savonius-type blade, and the large-diameter blade is a Darrieus-type blade. It is characterized by comprising.

請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れか１つに記載の風力発電装置において、前記小径ブレード、大径ブレード及び発電手段を具備したユニットを複数連結させるとともに、当該ユニット毎に独立に回転自在とされた軸部材を中心としてそれぞれのユニットの小径ブレード及び大径ブレードが回転可能とされたことを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the wind power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein a plurality of units each including the small-diameter blade, the large-diameter blade, and the power generation means are connected, and for each unit. A small-diameter blade and a large-diameter blade of each unit are rotatable around a shaft member that is independently rotatable.

請求項１の発明によれば、風を受けて軸部材を中心として回転し得る小径ブレードと、小径ブレードより大きな径に設定されて当該小型ブレードを内側に包含し得るとともに、軸部材に連結されて小径ブレードと共に回転し得る大径ブレードとを有し、小径ブレードの方が大径ブレードよりも低い風速で回転開始し得るので、小径ブレードの回転によって、より低い風速から発電可能とされるとともに、大径ブレードの回転によって、比較的大きな発電量を得ることができ、かつ、装置全体の小型化を図ることができる。   According to the first aspect of the present invention, the small-diameter blade that can receive wind and rotate around the shaft member and the diameter of the small-diameter blade that is larger than that of the small-diameter blade can be included inside and connected to the shaft member. A large-diameter blade that can rotate together with the small-diameter blade, and the small-diameter blade can start rotating at a lower wind speed than the large-diameter blade, so that the rotation of the small-diameter blade enables power generation from a lower wind speed. By rotating the large-diameter blade, a relatively large amount of power generation can be obtained, and the entire apparatus can be reduced in size.

請求項２の発明によれば、発電手段は、大径ブレードの内側に包含されて取り付けられたので、装置全体の小型化をより一層図ることができるとともに、大型ブレードの内側に発電手段が位置するので、風と共に異物等が飛来した場合、当該発電手段に当たって破損してしまうのを抑制することができる。   According to the invention of claim 2, since the power generation means is included and attached inside the large-diameter blade, the entire apparatus can be further reduced in size, and the power generation means is positioned inside the large blade. Therefore, when a foreign object etc. fly with a wind, it can suppress that it hits the said electric power generation means and is damaged.

請求項３の発明によれば、発電手段のロータは、軸部材に固定された永久磁石から成り、当該永久磁石の外周に沿ってステータを構成するコイルが配設されたので、発電効率をより向上させることができる。   According to the invention of claim 3, the rotor of the power generation means is composed of a permanent magnet fixed to the shaft member, and the coils constituting the stator are disposed along the outer periphery of the permanent magnet. Can be improved.

請求項４の発明によれば、小径ブレード及び大径ブレードが風を受けて軸部材が所定の回転数に達したことを条件に、外部に対する送電を遮断する遮断手段を具備したので、外部の電気系統に過大な電気的負荷が生じてしまうのを抑制することができる。   According to the invention of claim 4, since the small-diameter blade and the large-diameter blade are subjected to wind and the shaft member has reached a predetermined rotational speed, the shut-off means for interrupting power transmission to the outside is provided. It is possible to suppress an excessive electric load from being generated in the electric system.

請求項５の発明によれば、小径ブレードは、サボニウス型のブレードから成るとともに、大径ブレードは、ダリウス型のブレードから成るので、小型ブレードの回転開始をより低い風速から行わせることができるとともに、大径ブレードによる大きな発電量を確実に得ることができる。   According to the invention of claim 5, the small-diameter blade is composed of a Savonius-type blade, and the large-diameter blade is composed of a Darrieus-type blade, so that the rotation of the small blade can be started from a lower wind speed. A large amount of power generated by the large-diameter blade can be obtained with certainty.

請求項６の発明によれば、小径ブレード、大径ブレード及び発電手段を具備したユニットを複数連結させるとともに、当該ユニット毎に独立に回転自在とされた軸部材を中心としてそれぞれのユニットの小径ブレード及び大径ブレードが回転可能とされたので、外部環境や必要とされる発電量に応じて任意個数のユニットを連結させることができる。   According to the sixth aspect of the present invention, a plurality of units each having a small-diameter blade, a large-diameter blade, and power generation means are connected, and the small-diameter blade of each unit is centered on a shaft member that is independently rotatable for each unit. Since the large-diameter blade is rotatable, any number of units can be connected in accordance with the external environment and the required power generation amount.

本発明の実施形態に係る風力発電装置を示す全体斜視図1 is an overall perspective view showing a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention. 同風力発電装置を示す正面図Front view showing the wind turbine generator 同風力発電装置の内部構造を模式的に示す縦断面図A longitudinal sectional view schematically showing the internal structure of the wind turbine generator 同風力発電装置における発電手段の内部構造を模式的に示す縦断面図A longitudinal sectional view schematically showing the internal structure of the power generation means in the wind turbine generator 同風力発電装置における発電手段のロータ及びステータを模式的に示す平面図The top view which shows typically the rotor and stator of the electric power generation means in the wind power generator 同風力発電装置における磁力支持手段の内部構造を模式的に示す縦断面図A longitudinal sectional view schematically showing the internal structure of the magnetic force support means in the wind turbine generator 同風力発電装置における磁力支持手段の可動側磁石及び固定側磁石を模式的に示す平面図及び正面図The top view and front view which show typically the movable side magnet and fixed side magnet of the magnetic force support means in the same wind power generator 本発明の他の実施形態に係る風力発電装置であってフレームに収容された状態を示す斜視図The perspective view which shows the state accommodated in the flame | frame, which is a wind power generator which concerns on other embodiment of this invention. 同他の実施形態に係る風力発電装置を複数連結させた状態を模式的に示す斜視図The perspective view which shows typically the state which connected the several wind power generator which concerns on the other embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る風力発電装置は、風力を電力に変換することにより発電し得るもので、図１〜３に示すように、小径ブレード２と、大径ブレード３と、発電手段４と、磁力支持手段５と、小径ブレード２及び大径ブレード３の回転軸を成す軸部材Ｌとから主に構成されており、所定長さのポール状部材Ｐの上端に取り付けられている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
The wind power generator according to the present embodiment can generate power by converting wind power into electric power. As shown in FIGS. 1 to 3, the small-diameter blade 2, the large-diameter blade 3, the power generation means 4, and the magnetic force. It is mainly composed of a support means 5 and a shaft member L that forms a rotation shaft of the small-diameter blade 2 and the large-diameter blade 3, and is attached to the upper end of a pole-shaped member P having a predetermined length.

小径ブレード２は、風を受けて軸部材Ｌを中心として回転し得るもので、サボニウス型（所謂、垂直型及び抗力型に属する風車の形式の一つ）と称されるブレードにて構成されている。すなわち、小径ブレード２は、風を受ける受け部（２ａａ、２ｂａ）が形成されるとともに軸部材Ｌに取り付けられた円筒状部材から成り、当該受け部（２ａａ、２ｂａ）にて風を受けて回転すると軸部材Ｌも同方向に回転させ得るようになっている。かかる小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂのそれぞれ）は、異なる方向から吹く風をそれぞれ受け得る受け部（２ａａ、２ｂａ）が形成されており、左右何れの方向からの風も受けてその方向に回転し得るものとされている。   The small-diameter blade 2 receives wind and can rotate around the shaft member L. The small-diameter blade 2 is constituted by a blade called a Savonius type (a so-called vertical type and one type of wind turbine belonging to a drag type). Yes. That is, the small-diameter blade 2 is formed of a cylindrical member attached to the shaft member L while receiving portions (2aa, 2ba) for receiving wind, and is rotated by receiving wind at the receiving portions (2aa, 2ba). Then, the shaft member L can also be rotated in the same direction. The small-diameter blade 2 (each of the first small-diameter blade 2a and the second small-diameter blade 2b) is formed with receiving portions (2aa, 2ba) that can receive winds blown from different directions, respectively. And can be rotated in that direction.

また、本実施形態においては、径が互いに異なる第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂにて構成されている。しかるに、本実施形態においては、第１小径ブレード２ａの方が第２小径ブレード２ｂより径が大きいものとされているが、第１小径ブレード２ａの方が第２小径ブレード２ｂより径が小さいものとしてもよい。さらに、本実施形態においては、径が互いに異なる２つの小径ブレード２を直列に取り付けているが、単一の小径ブレードのみを取り付けたもの、或いは互いに径が異なる３つ以上の小径ブレードを直列に取り付けたものとしてもよい。   In the present embodiment, the first small-diameter blade 2a and the second small-diameter blade 2b having different diameters are used. However, in this embodiment, the first small-diameter blade 2a is larger in diameter than the second small-diameter blade 2b, but the first small-diameter blade 2a is smaller in diameter than the second small-diameter blade 2b. It is good. Furthermore, in this embodiment, two small-diameter blades 2 having different diameters are attached in series. However, only a single small-diameter blade is attached, or three or more small-diameter blades having different diameters are attached in series. It may be attached.

大径ブレード３は、ダリウス型（所謂、垂直型及び揚力型に属する風車の形式の一つ）と称されるブレードにて構成されたもので、小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）より大きな径に設定されて当該小型ブレード２を内側に包含し得るとともに、軸部材Ｌに連結されて小径ブレード２と共に回転し得るものである。より具体的には、本実施形態に係る大径ブレード３は、弧状に延設された複数（本実施形態においては３本）の羽根部材から成り、それぞれの端部が軸部材Ｌと連結されるとともに、内側に小径ブレード２が位置するよう配設されているのである。なお、本実施形態に係る大径ブレード３は、小径ブレード２と同様、左右何れの方向からの風も受けてその方向に回転し得るものとされている。   The large-diameter blade 3 is constituted by a blade called a Darius type (one of the types of wind turbines belonging to the so-called vertical type and the lift type), and the small-diameter blade 2 (the first small-diameter blade 2a and the second small-diameter blade 2). The small blade 2b) is set to have a larger diameter and can include the small blade 2 inside, and can be connected to the shaft member L and rotate together with the small diameter blade 2. More specifically, the large-diameter blade 3 according to the present embodiment includes a plurality of (three in the present embodiment) blade members extending in an arc shape, and each end portion is coupled to the shaft member L. At the same time, the small-diameter blade 2 is disposed inside. The large-diameter blade 3 according to the present embodiment, like the small-diameter blade 2, can receive wind from either the left or right direction and rotate in that direction.

発電手段４は、小径ブレード２の下方（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂの下方であって軸部材Ｌの延設方向に対して並びの位置）に配設されたもので、図４、５に示すように、軸部材Ｌと共に回転するロータ４ａ、及び当該ロータ４ａと対向した状態で固定されたステータ４ｂを有し、小径ブレード２及び大径ブレード３の回転に基づきロータ４ａとステータ４ｂとの間で相対回転させて発電するためのものである。   The power generation means 4 is disposed below the small-diameter blade 2 (a position below the first small-diameter blade 2a and the second small-diameter blade 2b and aligned with the extending direction of the shaft member L). 4 and 5, the rotor 4 a that rotates together with the shaft member L, and the stator 4 b that is fixed in a state of facing the rotor 4 a, and based on the rotation of the small diameter blade 2 and the large diameter blade 3, This is for generating electric power by rotating relative to the stator 4b.

すなわち、本実施形態に係る発電手段４は、ケースＣ１を筐体とするとともに、軸部材Ｌの中心部挿通して固定されたロータ４ａと、そのロータ４ａの外周縁面と対向しつつ外周を円環状に囲んだステータ４ｂとが当該ケースＣ１内に収容されており、軸部材Ｌがロータ４ａと共に回転すると、当該ロータ４ａがケースＣ１に固定されたステータ４ｂに対して相対的に回転し得るよう構成されている。   That is, the power generation means 4 according to the present embodiment uses the case C1 as a casing, the rotor 4a fixed through the central portion of the shaft member L, and the outer periphery while facing the outer peripheral surface of the rotor 4a. When the shaft member L rotates together with the rotor 4a, the rotor 4a can rotate relative to the stator 4b fixed to the case C1. It is configured as follows.

本実施形態においては、発電手段４のロータ４ａは、軸部材Ｌに固定された永久磁石から成り、当該永久磁石の外周に沿ってステータ４ｂを構成するコイルが配設されている。そして、永久磁石から成るロータ４ａは、その外周縁面においてＮ極とＳ極とが交互に形成されるよう着磁されており、ステータ４ｂに対して相対的に回転することで、当該ステータ４ｂを構成するコイルに電流を生じさせ得るようになっている。   In the present embodiment, the rotor 4a of the power generation means 4 is composed of a permanent magnet fixed to the shaft member L, and a coil constituting the stator 4b is disposed along the outer periphery of the permanent magnet. The rotor 4a made of a permanent magnet is magnetized so that N poles and S poles are alternately formed on the outer peripheral surface thereof, and rotates relative to the stator 4b. An electric current can be generated in the coil constituting the.

特に、本実施形態に係る発電手段４は、ステータ４ｂが３組のコイルを有する三相交流発電機と称されるものから成り、磁石から成るロータ４ａがステータ４ｂに対して相対的に回転することによって、位相の異なる３つの波の電流を発生させ、外部に送電し得るよう構成されている。さらに、本実施形態においては、小径ブレード２及び大径ブレード３が風を受けて軸部材Ｌが所定の回転数に達したことを条件に、外部に対する送電を遮断する遮断手段７（図４参照）を具備している。かかる遮断手段７は、過回転防止制御方式のものから成り、ステータ４ｂから外部に延設された配線Ｈの途中に接続されている。   In particular, the power generation means 4 according to the present embodiment includes a so-called three-phase AC generator in which the stator 4b has three sets of coils, and the rotor 4a made of magnets rotates relative to the stator 4b. Thus, currents of three waves having different phases can be generated and transmitted to the outside. Further, in the present embodiment, on the condition that the small-diameter blade 2 and the large-diameter blade 3 receive wind and the shaft member L has reached a predetermined rotational speed, the interruption means 7 that interrupts power transmission to the outside (see FIG. 4). ). The blocking means 7 is composed of an over-rotation prevention control type, and is connected in the middle of the wiring H extending outside from the stator 4b.

しかるに、本実施形態においては、発電手段４は、小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）と共に、大径ブレード３の内側に包含されて取り付けられている。すなわち、弧状に形成された大径ブレード３にて周囲が囲まれた位置に発電手段４が取り付けられており、風力発電装置１全体の小型化をより一層図ることができるとともに、大型ブレード３の内側に発電手段４が位置するので、風と共に異物等が飛来した場合、当該発電手段４に当たって破損してしまうのを抑制することができる。   However, in this embodiment, the power generation means 4 is included and attached inside the large diameter blade 3 together with the small diameter blade 2 (the first small diameter blade 2a and the second small diameter blade 2b). That is, the power generation means 4 is attached at a position surrounded by the arcuately formed large-diameter blade 3, and the entire wind power generator 1 can be further reduced in size. Since the power generation means 4 is located on the inner side, when a foreign object or the like flies along with the wind, the power generation means 4 can be prevented from being damaged by being hit.

なお、本実施形態においては、軸部材Ｌと略同心状に延びるカバー部材Ｂが組み付けられており、かかるカバー部材Ｂの上端部に発電手段４のケースＣ１が取り付けられている。また、風力発電装置１の下端部側には、フランジＡが形成されており、当該フランジＡをポール状部材Ｐの上端面に固定させることで、風力発電装置１全体が固定されるようになっている。   In the present embodiment, a cover member B extending substantially concentrically with the shaft member L is assembled, and a case C1 of the power generation means 4 is attached to the upper end portion of the cover member B. Moreover, the flange A is formed in the lower end part side of the wind power generator 1, By fixing the said flange A to the upper end surface of the pole-shaped member P, the wind power generator 1 whole comes to be fixed. ing.

さらに、本実施形態に係る軸部材Ｌは、磁力支持手段５により支持されている。かかる磁力支持手段５は、軸部材Ｌを磁力にて浮上させて当該軸部材Ｌ及び小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）及び大径ブレード３を回転自在に支持し得るもので、図６、７に示すように、ケースＣ２を筐体とするとともに、当該ケースＣ２内に、軸部材Ｌの所定部位に形成されて当該軸部材Ｌと共に回転可能な可動側磁石Ｍ１と、該可動側磁石Ｍ１の一方の面（本実施形態においては下面）と対向しつつケースＣ２に固定された固定側磁石Ｍ２とを有して構成されている。   Furthermore, the shaft member L according to the present embodiment is supported by the magnetic force support means 5. The magnetic force support means 5 can float the shaft member L with a magnetic force and rotatably support the shaft member L, the small-diameter blade 2 (the first small-diameter blade 2a and the second small-diameter blade 2b), and the large-diameter blade 3. As shown in FIGS. 6 and 7, a case C2 is used as a housing, and a movable side magnet M1 formed in a predetermined portion of the shaft member L and rotatable with the shaft member L in the case C2. The fixed-side magnet M2 is fixed to the case C2 while facing one surface (the lower surface in the present embodiment) of the movable-side magnet M1.

より具体的には、可動側磁石Ｍ１及び固定側磁石Ｍ２は、図６、７に示すように、それぞれ円板状の永久磁石から成り、可動側磁石Ｍ１における中央孔ａの内径寸法が軸部材Ｌの外径寸法と略同一に設定されているとともに、固定側磁石Ｍ２における中央孔ｂの内径寸法が軸部材Ｌの外径寸法より若干大きく設定されている。そして、軸部材Ｌを可動側磁石Ｍ１の中央孔ａに挿通させて固定させる一方、固定側磁石Ｍ２をケースＣ２に固定させ、その中央孔ｂに軸部材Ｌを挿通させて組み付けると、当該軸部材Ｌは、中央孔ｂの内周面との間にクリアランスが生じた状態とされて回転自在とされる。   More specifically, as shown in FIGS. 6 and 7, the movable side magnet M1 and the fixed side magnet M2 are each made of a disk-like permanent magnet, and the inner diameter dimension of the central hole a in the movable side magnet M1 is a shaft member. The outer diameter dimension of L is set to be substantially the same, and the inner diameter dimension of the central hole b in the fixed-side magnet M2 is set slightly larger than the outer diameter dimension of the shaft member L. When the shaft member L is inserted and fixed in the central hole a of the movable side magnet M1, the fixed side magnet M2 is fixed to the case C2, and the shaft member L is inserted into the central hole b and assembled. The member L is in a state in which a clearance is generated between the member L and the inner peripheral surface of the central hole b, and is rotatable.

しかるに、可動側磁石Ｍ１及び固定側磁石Ｍ２は、互いに対向する面が同極（Ｓ極又はＮ極）となるよう取り付けられており、これら可動側磁石Ｍ１と固定側磁石Ｍ２との間の反発力により軸部材Ｌを浮上させ支持し得るようになっている。なお、軸部材Ｌは、磁力支持手段５に加え、ローラベアリングやニードルベアリング等から成る汎用の支承手段６にて回転自在に支持されている。これにより、軸部材Ｌは、磁力支持手段５による磁力によって軸方向に浮上して支持されるとともに、小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）及び大径ブレード３が風を受けると、浮上状態を維持しつつ回転し得るよう構成されている。   However, the movable side magnet M1 and the fixed side magnet M2 are attached so that the surfaces facing each other have the same polarity (S pole or N pole), and the repulsion between the movable side magnet M1 and the fixed side magnet M2 The shaft member L can be lifted and supported by force. The shaft member L is rotatably supported by general-purpose support means 6 including a roller bearing and a needle bearing in addition to the magnetic force support means 5. As a result, the shaft member L is lifted and supported in the axial direction by the magnetic force of the magnetic force support means 5, and the small-diameter blade 2 (the first small-diameter blade 2a and the second small-diameter blade 2b) and the large-diameter blade 3 blow wind. When it receives, it is comprised so that it can rotate, maintaining a floating state.

ここで、本実施形態においては、上述したように、小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）がサボニウス型のブレードから成るとともに、大径ブレード３がダリウス型のブレードから成り、小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）の方が大径ブレード３よりも低い風速で回転開始し得るものとされている。これにより、微風（弱風）時から小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）が回転開始し、軸部材Ｌと共に大径ブレード３を回転させることができるので、低い風速時においてもカットインさせることができる。   Here, in this embodiment, as described above, the small-diameter blade 2 (the first small-diameter blade 2a and the second small-diameter blade 2b) is composed of a Savonius-type blade, and the large-diameter blade 3 is composed of a Darrieus-type blade. The small-diameter blade 2 (the first small-diameter blade 2 a and the second small-diameter blade 2 b) can start rotating at a lower wind speed than the large-diameter blade 3. As a result, the small-diameter blade 2 (first small-diameter blade 2a and second small-diameter blade 2b) can start rotating from the time of light wind (weak wind), and the large-diameter blade 3 can be rotated together with the shaft member L. Can also be cut in.

なお、小径ブレード２は、サボニウス型の他、パドル型、クロスフロー型又はＳ型ロータ型等の他の形態（但し、抗力型が好ましい）のブレードとしてもよく、大径ブレード３は、ダリウス型の他、ジャイロミル型又は直線翼型等の他の形態（但し、揚力型が好ましい）のブレードとしてもよい。   The small-diameter blade 2 may be a Savonius type, or a blade of another form (preferably a drag type) such as a paddle type, a cross-flow type, or an S-type rotor type. The large-diameter blade 3 is a Darrieus type. Besides, a blade of another form such as a gyromill type or a straight wing type (however, a lift type is preferable) may be used.

さらに、本実施形態においては、図９に示すように、小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）、大径ブレード３及び発電手段４を具備したユニット（Ｙ１〜Ｙ４）を複数（本実施形態においては４個）連結させるとともに、当該ユニット（Ｙ１〜Ｙ４）毎に独立に回転自在とされた軸部材Ｌを中心としてそれぞれのユニット（Ｙ１〜Ｙ４）の小径ブレード２及び大径ブレード３が回転可能とされている。   Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 9, units (Y1 to Y4) each including a small-diameter blade 2 (first small-diameter blade 2a and second small-diameter blade 2b), a large-diameter blade 3 and power generation means 4 are provided. A plurality of (four in the present embodiment) are connected, and the small-diameter blade 2 and the large blades of each unit (Y1 to Y4) are centered on a shaft member L that is independently rotatable for each unit (Y1 to Y4). The diameter blade 3 is rotatable.

すなわち、各ユニットにおいては、図８に示すように、小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）、大径ブレード３及び発電手段４を金属製のフレームＦにて収容するとともに、かかるフレームＦの下部及び上部には、それぞれ支持フレームＦａ、Ｆｂが十字状に固定されており、これら支持フレームＦａと支持フレームＦｂとの間に軸部材Ｌが支持されているのである。   That is, in each unit, as shown in FIG. 8, the small-diameter blade 2 (the first small-diameter blade 2a and the second small-diameter blade 2b), the large-diameter blade 3 and the power generation means 4 are accommodated in a metal frame F. The support frames Fa and Fb are fixed to the lower and upper parts of the frame F in a cross shape, and the shaft member L is supported between the support frame Fa and the support frame Fb.

また、フレームＦは、その下部の所定位置に４つの位置決め孔ｈが形成されているとともに、上部の所定位置に４つの位置決めボルトｄが上方に向けて突出形成されている。そして、フレームＦを上下方向に複数段重ね合わせるとともに、上部のフレームＦにおける位置決め孔ｈに下部のフレームＦにおける位置決めボルトｄをそれぞれ挿通して位置決めさせ、ユニット（Ｙ１〜Ｙ４）を上下方向に連結させることにより、複数の風力発電装置１を直列（上下方向）に連結させているのである。   The frame F is formed with four positioning holes h at a predetermined position on the lower portion thereof, and four positioning bolts d projecting upward at a predetermined position on the upper portion thereof. Then, the frames F are stacked in a plurality of stages in the vertical direction, and the positioning bolts d in the lower frame F are inserted into the positioning holes h in the upper frame F so as to be positioned, thereby connecting the units (Y1 to Y4) in the vertical direction. By doing so, the plurality of wind turbine generators 1 are connected in series (vertical direction).

特に、本実施形態においては、一定の方向から風が吹いた場合、隣り合うユニット（Ｙ１〜Ｙ４）のブレード（小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）並びに大径ブレード３）が互いに逆向きに回転し得るようになっている。例えば、一定の方向の風が吹いた際、最上段のユニットＹ４のブレード（小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）並びに大径ブレード３：以下同じ）は右回転、上から２番目に位置するユニットＹ３のブレードは左回転、上から３番目に位置するユニットＹ２のブレードは右回転、最下段のユニットＹ１のブレードは左回転の如く、ブレードの回転方向を左右で交互に異ならせているのである。これにより、連結したユニット全体が共振して激しく左右に振れてしまうのを回避でき、安定して風力発電装置を設置することができる。   In particular, in the present embodiment, when the wind blows from a certain direction, the blades (small diameter blade 2 (first small diameter blade 2a and second small diameter blade 2b)) and large diameter blade 3 of adjacent units (Y1 to Y4). ) Can rotate in opposite directions. For example, when the wind in a certain direction blows, the blade of the uppermost unit Y4 (the small diameter blade 2 (the first small diameter blade 2a and the second small diameter blade 2b) and the large diameter blade 3; The blade of unit Y3 located second from the left rotates left, the blade of unit Y2 located third from the right rotates right, and the blade of the lowest unit Y1 rotates left and right alternately Is different. Thereby, it can avoid that the whole connected unit resonates and shakes violently right and left, and can install a wind power generator stably.

上記実施形態によれば、風を受けて軸部材Ｌを中心として回転し得る小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）と、小径ブレード２（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ）より大きな径に設定されて当該小型ブレード２を内側に包含し得るとともに、軸部材Ｌに連結されて小径ブレード２と共に回転し得る大径ブレード３とを有し、小径ブレード２の方が大径ブレード３よりも低い風速で回転開始し得るので、小径ブレード２の回転によって、より低い風速から発電可能とされるとともに、大径ブレード３の回転によって、比較的大きな発電量を得ることができ、かつ、装置全体の小型化を図ることができる。   According to the embodiment, the small-diameter blade 2 (first small-diameter blade 2a and second small-diameter blade 2b) that can receive wind and rotate around the shaft member L and the small-diameter blade 2 (first small-diameter blade 2a and second small-diameter blade 2a). The small-diameter blade 2b) has a larger diameter and can include the small-sized blade 2 inside, and has a large-diameter blade 3 that is connected to the shaft member L and can rotate together with the small-diameter blade 2. Since the rotation can start at a lower wind speed than the large-diameter blade 3, the rotation of the small-diameter blade 2 makes it possible to generate power from a lower wind speed, and the rotation of the large-diameter blade 3 obtains a relatively large amount of power generation. And the size of the entire apparatus can be reduced.

また、発電手段４のロータ４ａは、軸部材Ｌに固定された永久磁石から成り、当該永久磁石の外周に沿ってステータ４ｂを構成するコイルが配設されたので、発電効率をより向上させることができる。さらに、小径ブレード２及び大径ブレード３が風を受けて軸部材Ｌが所定の回転数に達したことを条件に、外部に対する送電を遮断する遮断手段７を具備したので、外部の電気系統に過大な電気的負荷が生じてしまうのを抑制することができる。   Further, the rotor 4a of the power generation means 4 is made of a permanent magnet fixed to the shaft member L, and the coils constituting the stator 4b are disposed along the outer periphery of the permanent magnet, so that the power generation efficiency is further improved. Can do. Further, since the small-diameter blade 2 and the large-diameter blade 3 receive the wind and the shaft member L has reached a predetermined rotational speed, it is provided with a blocking means 7 for blocking power transmission to the outside. It is possible to suppress the occurrence of an excessive electrical load.

またさらに、本実施形態によれば、小径ブレード２は、サボニウス型のブレードから成るとともに、大径ブレード３は、ダリウス型のブレードから成るので、小型ブレード２の回転開始をより低い風速から行わせることができるとともに、大径ブレード３による大きな発電量を確実に得ることができる。   Furthermore, according to this embodiment, the small-diameter blade 2 is composed of a Savonius-type blade, and the large-diameter blade 3 is composed of a Darrieus-type blade, so that the rotation of the small blade 2 is started from a lower wind speed. In addition, a large amount of power generated by the large-diameter blade 3 can be obtained with certainty.

また、小径ブレード２、大径ブレード３及び発電手段４を具備したユニット（Ｙ１〜Ｙ４）を複数連結させるとともに、当該ユニット（Ｙ１〜Ｙ４）毎に独立に回転自在とされた軸部材を中心としてそれぞれのユニット（Ｙ１〜Ｙ４）の小径ブレード２及び大径ブレード３が回転可能とされたので、外部環境や必要とされる発電量に応じて任意個数のユニットを連結させることができる。   In addition, a plurality of units (Y1 to Y4) each having a small diameter blade 2, a large diameter blade 3, and a power generation means 4 are connected, and a shaft member that is independently rotatable for each unit (Y1 to Y4) is used as a center. Since the small-diameter blade 2 and the large-diameter blade 3 of each unit (Y1 to Y4) can be rotated, any number of units can be connected according to the external environment and the required power generation amount.

なお、本実施形態によれば、軸部材Ｌを磁力にて浮上させて当該軸部材Ｌ及びブレード（本実施形態においては、ブレード（第１小径ブレード２ａ及び第２小径ブレード２ｂ、並びに大径ブレード３）を回転自在に支持し得る磁力支持手段５を備えたので、効率的な発電を図ることができるとともに、ブレードの回転時に生じる騒音を著しく低減することができる。すなわち、軸部材Ｌを磁気浮上させることで、ブレードの回転時の摺動抵抗を低減することができ、発電効率の向上及び騒音の低下を図ることができるのである。   According to the present embodiment, the shaft member L is levitated by a magnetic force, and the shaft member L and the blade (in this embodiment, the blades (the first small-diameter blade 2a and the second small-diameter blade 2b, and the large-diameter blade). 3) Since the magnetic force supporting means 5 capable of rotatably supporting 3) is provided, efficient power generation can be achieved, and noise generated when the blade rotates can be remarkably reduced. By floating, the sliding resistance during the rotation of the blade can be reduced, and the power generation efficiency can be improved and the noise can be reduced.

また、本実施形態に係る磁力支持手段５は、軸部材Ｌの所定部位に形成された可動側磁石Ｍ１と、当該可動側磁石Ｍ１と対向させて固定された固定側磁石Ｍ２とを有して構成され、当該可動側磁石Ｍ１と固定側磁石Ｍ２との間の反発力により軸部材Ｌを浮上させ得るので、より簡素な構成にて軸部材Ｌを浮上させつつ支持することができる。特に、本実施形態においては、磁力支持手段５による磁力にて軸部材Ｌ及びブレード等の重力に抗して支持させているとともに、補助的に支承手段６によっても回転自在に支持させているので、ブレードの回転時の抵抗をより小さくしつつ円滑な回転を保持させることができる。   Further, the magnetic force support means 5 according to the present embodiment includes a movable side magnet M1 formed at a predetermined portion of the shaft member L, and a fixed side magnet M2 fixed to face the movable side magnet M1. Since the shaft member L can be floated by the repulsive force between the movable side magnet M1 and the fixed side magnet M2, the shaft member L can be supported while being floated with a simpler configuration. In particular, in this embodiment, the shaft member L and the blade are supported against the gravity by the magnetic force of the magnetic force support means 5 and are also rotatably supported by the support means 6. Smooth rotation can be maintained while reducing the resistance during rotation of the blade.

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばポール状部材Ｐの上端に取り付ける形態に代え、任意の場所（風通りがよい屋根上等）に固設させるものとしてもよい。また、本実施形態においては、磁力支持手段５によって軸部材Ｌを磁力にて浮上させて当該軸部材Ｌ及びブレード（小径ブレード２及び大径ブレード３）を回転自在に支持しているが、磁気にて浮上させず軸部材Ｌを支持するものとしてもよい。さらに、発電手段４にて発電した電力を蓄電する蓄電手段を具備させるようにしてもよい。なお、本実施形態に係る発電手段４は、ロータ４ａが永久磁石から成るものとされているが、電磁石から成るものとしてもよい。   Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to this. For example, instead of the form attached to the upper end of the pole-shaped member P, it is fixed to an arbitrary place (such as on a roof with good wind passage). It is good also as what makes it. In this embodiment, the shaft member L is lifted by magnetic force by the magnetic force support means 5 and the shaft member L and the blades (the small diameter blade 2 and the large diameter blade 3) are rotatably supported. It is good also as what supports the shaft member L without making it float. Furthermore, a power storage means for storing the power generated by the power generation means 4 may be provided. In the power generation means 4 according to the present embodiment, the rotor 4a is made of a permanent magnet, but may be made of an electromagnet.

風を受けて軸部材を中心として回転し得る小径ブレードと、小径ブレードより大きな径に設定されて当該小型ブレードを内側に包含し得るとともに、軸部材に連結されて小径ブレードと共に回転し得る大径ブレードとを有し、小径ブレードの方が大径ブレードよりも低い風速で回転開始し得る風力発電装置であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付与されたもの等にも適用することができる。   A small-diameter blade that can rotate around the shaft member in response to wind, and a large-diameter blade that is set to a larger diameter than the small-diameter blade and can include the small blade inside, and can be connected to the shaft member and rotate with the small-diameter blade. If it is a wind power generator that has a blade and the small diameter blade can start rotating at a lower wind speed than the large diameter blade, it should also be applied to those with different external shapes or those with other functions Can do.

１ 風力発電装置
２ 小径ブレード
３ 大径ブレード
４ 発電手段
５ 磁力支持手段
６ 支承手段
７ 遮断手段
Ｌ 軸部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind power generator 2 Small diameter blade 3 Large diameter blade 4 Electric power generation means 5 Magnetic force support means 6 Support means 7 Blocking means L Shaft member

Claims (6)

風力を電力に変換することにより発電し得る風力発電装置において、
風を受けて軸部材を中心として回転し得る小径ブレードと、
該小径ブレードより大きな径に設定されて当該小型ブレードを内側に包含し得るとともに、前記軸部材に連結されて前記小径ブレードと共に回転し得る大径ブレードと、
前記軸部材と共に回転するロータ、及び当該ロータと対向した状態で固定されたステータを有し、前記小径ブレード及び大径ブレードの回転に基づきロータとステータとの間で相対回転させて発電する発電手段と、
を有し、前記小径ブレードの方が前記大径ブレードよりも低い風速で回転開始し得ることを特徴とする風力発電装置。 In a wind turbine generator that can generate power by converting wind power into electric power,
A small-diameter blade that can rotate around a shaft member in response to wind;
A large-diameter blade that is set to have a larger diameter than the small-diameter blade and can include the small blade inside, and that is connected to the shaft member and can rotate with the small-diameter blade;
A power generator that includes a rotor that rotates together with the shaft member, and a stator that is fixed in a state of being opposed to the rotor, and that generates power by relatively rotating between the rotor and the stator based on the rotation of the small-diameter blade and the large-diameter blade. When,
And the small-diameter blade can start rotating at a lower wind speed than the large-diameter blade. 前記発電手段は、前記大径ブレードの内側に包含されて取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。   The wind power generator according to claim 1, wherein the power generation means is included and attached to the inside of the large-diameter blade. 前記発電手段のロータは、前記軸部材に固定された永久磁石から成り、当該永久磁石の外周に沿って前記ステータを構成するコイルが配設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の風力発電装置。   The rotor of the power generation means is made of a permanent magnet fixed to the shaft member, and a coil constituting the stator is disposed along the outer periphery of the permanent magnet. The wind power generator described. 前記小径ブレード及び大径ブレードが風を受けて前記軸部材が所定の回転数に達したことを条件に、外部に対する送電を遮断する遮断手段を具備したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の風力発電装置。   4. The apparatus according to claim 1, further comprising a blocking unit configured to block power transmission to the outside on condition that the small-diameter blade and the large-diameter blade receive wind and the shaft member has reached a predetermined number of rotations. The wind power generator as described in any one. 前記小径ブレードは、サボニウス型のブレードから成るとともに、前記大径ブレードは、ダリウス型のブレードから成ることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の風力発電装置。   The wind turbine generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the small-diameter blade is a Savonius-type blade, and the large-diameter blade is a Darrieus-type blade. 前記小径ブレード、大径ブレード及び発電手段を具備したユニットを複数連結させるとともに、当該ユニット毎に独立に回転自在とされた軸部材を中心としてそれぞれのユニットの小径ブレード及び大径ブレードが回転可能とされたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の風力発電装置。   A plurality of units including the small-diameter blade, the large-diameter blade, and the power generation means are connected, and the small-diameter blade and the large-diameter blade of each unit are rotatable around a shaft member that is independently rotatable for each unit. The wind power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein
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