JP2015068329A - 羽根車支持装置、羽根車支持装置対、垂直軸型流体発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性向上とコスト低減をともに実現できる羽根車支持装置を提供する。【解決手段】流体に対して交差する方向に中心軸を有する羽根車を回転可能に支持する羽根車支持装置２０であって、羽根車が取り付けられる支持部２２及び中心軸に沿って延びる軸部２３が一体に形成された支持シャフト２１と、軸部２３の外周面に形成された転動体転走溝２３を転走する複数の転動体３２及び複数の転動体３２の外周側に配置される外輪３１を有する軸受３０と、外輪３１を保持するハウジング２６と、を備える。【選択図】図３
Description
本発明は、羽根車支持装置、羽根車支持装置対、垂直軸型流体発電装置に関する。
現在、温室効果ガスの排出量の増加や化石燃料の枯渇などの問題から、自然エネルギーを利用した発電装置が注目されている。特に、風力を利用した風力発電装置が注目されている。
風力発電装置は、一般的な構造として、支柱の先端部に取り付けられたローター部（羽根車）が回転することで生じる動力（回転力）によって発電機を駆動する。風力発電装置は、動力の発生に燃料を使用しないので、化石燃料の使用量を削減できる。つまり、二酸化炭素の排出量を低減することが可能である。さらに、風力発電装置の構造が比較的簡単なので、据付が容易であるという特徴を有する。
風力発電装置は、一般的な構造として、支柱の先端部に取り付けられたローター部（羽根車）が回転することで生じる動力（回転力）によって発電機を駆動する。風力発電装置は、動力の発生に燃料を使用しないので、化石燃料の使用量を削減できる。つまり、二酸化炭素の排出量を低減することが可能である。さらに、風力発電装置の構造が比較的簡単なので、据付が容易であるという特徴を有する。
例えば、特許文献１には、サボニウス型風車を用いた垂直軸型風力発電装置が記載されている。このような垂直軸型風車（風力発電装置）では、羽根車に連結されたシャフトは、地面に対して鉛直方向に延設されて、複数のベアリング（軸受）を介してハウジング（支持体）に対して回転可能に支持される。
垂直軸型風車（風力発電装置）においては、羽根車を回転可能に支持する羽根車支持装置の信頼性を向上させることが要請されている。また、垂直軸型風車（風力発電装置）においては、羽根車支持装置のコスト低減、軽量化が要請されている。
図７は、従来の羽根車支持装置９０を示す図である。
羽根車支持装置９０は、支持フランジ９１、シャフト９２、軸受９３、ハウジング９４、押え蓋９５、ロックナット９６等を備える。
しかし、ローター部に連結されるシャフト９２には繰り返し大きな応力が掛かり、定常的に振動が発生する。このため、支持フランジ９１とシャフト９２の固定機構やロックナット９６等が脱落したり、破損したりする危険性があり、信頼性が十分でないという問題がある。
また、羽根車支持装置９０は、部品点数が多いため、コストが高くなったり、組み立て工数が増大してしまったりする。さらに、部品点数が多いため、羽根車支持装置９０の重量や高さ寸法が大きくなってしまう。このため、コスト低減、軽量化の要請に応えることができないという問題がある。
羽根車支持装置９０は、支持フランジ９１、シャフト９２、軸受９３、ハウジング９４、押え蓋９５、ロックナット９６等を備える。
しかし、ローター部に連結されるシャフト９２には繰り返し大きな応力が掛かり、定常的に振動が発生する。このため、支持フランジ９１とシャフト９２の固定機構やロックナット９６等が脱落したり、破損したりする危険性があり、信頼性が十分でないという問題がある。
また、羽根車支持装置９０は、部品点数が多いため、コストが高くなったり、組み立て工数が増大してしまったりする。さらに、部品点数が多いため、羽根車支持装置９０の重量や高さ寸法が大きくなってしまう。このため、コスト低減、軽量化の要請に応えることができないという問題がある。
本発明は、信頼性向上とコスト低減をともに実現できる羽根車支持装置、羽根車支持装置対及び垂直軸型流体発電装置を提供することを目的とする。
本発明の実施態様に係る羽根車支持装置は、流体に対して交差する方向に中心軸を有する羽根車を回転可能に支持する羽根車支持装置であって、前記羽根車が取り付けられる支持部及び前記羽根車の中心軸に沿って延びる軸部が一体に形成された支持シャフトと、前記軸部の外周面に形成された転動体転走溝を転走する複数の転動体及び前記複数の転動体の外周側に配置される外輪を有する軸受と、前記軸受の外輪を保持するハウジングと、を備える。
本発明の実施態様に係る羽根車支持装置対は、流体に対して交差する方向に中心軸を有する羽根車を回転可能に両持ち支持する羽根車支持装置対であって、本発明の実施態様に係る羽根車支持装置を有する第一羽根車支持部と、本発明の実施態様に係る羽根車支持装置を有する第二羽根車支持部と、を備える。
本発明の実施態様に係る垂直軸型流体発電装置は、本発明の実施態様に係る羽根車支持装置と、前記羽根車の回転により発電を行う発電部と、を備える。
本発明の実施態様に係る垂直軸型流体発電装置は、本発明の実施態様に係る羽根車支持装置対と、前記羽根車の回転により発電を行う発電部と、を備える。
本発明は、信頼性向上とコスト低減をともに実現した羽根車支持装置、羽根車支持装置対及び垂直軸型流体発電装置を提供できる。
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
図１は、本発明の実施形態に係る垂直軸型風力発電装置１を示す外観図である。図２は、本発明の実施形態に係る垂直軸型風力発電装置１の側面図である。
垂直軸型風力発電装置１の立設方向（風車５の中心軸Ｃに沿う方向）をＺ方向と呼ぶ。また、Ｚ方向のうち、風車５側（上側）を＋Ｚ方向、発電部７側（下側）を−Ｚ方向とする。Ｚ方向は、地面などの水平面Ｆに鉛直な方向に一致する。
垂直軸型風力発電装置１の立設方向（風車５の中心軸Ｃに沿う方向）をＺ方向と呼ぶ。また、Ｚ方向のうち、風車５側（上側）を＋Ｚ方向、発電部７側（下側）を−Ｚ方向とする。Ｚ方向は、地面などの水平面Ｆに鉛直な方向に一致する。
垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）１は、風（流体）Ｗを受けて回転する風車５、風車５で得た機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部７等を備える。
これら風車５及び発電部７は、ビルの屋上や家屋の屋根又は高台等の水平面Ｆに設置される。
これら風車５及び発電部７は、ビルの屋上や家屋の屋根又は高台等の水平面Ｆに設置される。
風車５は、ローター部１０、第一羽根車支持部２０、第二羽根車支持部４０及び支持フレーム６０等を備える。
ローター部（羽根車）１０は、風Ｗを受けて中心軸Ｃ回りに回転する。
第一羽根車支持部２０は、ローター部１０の上端に連結される。第二羽根車支持部４０は、ローター部１０の下端に連結される。つまり、ローター部１０は、両端（上端及び下端）を第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０により支持（両持ち支持）される。
支持フレーム６０は、第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０を介してローター部１０を支持する。
ローター部（羽根車）１０は、風Ｗを受けて中心軸Ｃ回りに回転する。
第一羽根車支持部２０は、ローター部１０の上端に連結される。第二羽根車支持部４０は、ローター部１０の下端に連結される。つまり、ローター部１０は、両端（上端及び下端）を第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０により支持（両持ち支持）される。
支持フレーム６０は、第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０を介してローター部１０を支持する。
ローター部１０は、例えばサボニウス型風車が用いられる。ローター部１０は、矩形板状又は帯板状を円弧形状に湾曲させた複数枚のブレード１１を備える。
複数のブレード１１は、水平面Ｆに鉛直な方向に延びるように配置される。複数のブレード１１は、回転軸１２の中心軸Ｃ回りに、周方向均等に間隔をあけて、配設される。複数のブレード１１の基端は、回転軸１２に連結される。回転軸１２は、中心軸Ｃが水平面Ｆに対して垂直となるように、鉛直方向に延びて配設される。
複数のブレード１１と回転軸１２の上端及び下端には、支持円板１３がそれぞれ配置される。
ブレード１１は、風Ｗを受けると抗力を発生する形状に形成される。この抗力によって、複数のブレード１１が回転軸１２の中心軸Ｃ回りに回転する。
複数のブレード１１は、水平面Ｆに鉛直な方向に延びるように配置される。複数のブレード１１は、回転軸１２の中心軸Ｃ回りに、周方向均等に間隔をあけて、配設される。複数のブレード１１の基端は、回転軸１２に連結される。回転軸１２は、中心軸Ｃが水平面Ｆに対して垂直となるように、鉛直方向に延びて配設される。
複数のブレード１１と回転軸１２の上端及び下端には、支持円板１３がそれぞれ配置される。
ブレード１１は、風Ｗを受けると抗力を発生する形状に形成される。この抗力によって、複数のブレード１１が回転軸１２の中心軸Ｃ回りに回転する。
ローター部１０は、風向きに対して依存性がない。すなわち、どの方向からの風Ｗに対しても、ローター部１０を回転軸１２の中心軸Ｃ回りに回転可能な形状に設定される。
図３は、第一羽根車支持部２０を示す縦断面図である。
第一羽根車支持部（羽根車支持装置、羽根車支持装置対）２０は、ローター部１０の上端と支持フレーム６０の天面の間に配置されて、ローター部１０を支持フレーム６０に対して回転可能に支持する。
第一羽根車支持部２０は、支持シャフト２１、ハウジング２６及び深溝玉軸受３０等を備える。
第一羽根車支持部（羽根車支持装置、羽根車支持装置対）２０は、ローター部１０の上端と支持フレーム６０の天面の間に配置されて、ローター部１０を支持フレーム６０に対して回転可能に支持する。
第一羽根車支持部２０は、支持シャフト２１、ハウジング２６及び深溝玉軸受３０等を備える。
支持シャフト２１は、ローター部１０の回転軸１２の上端に連結される部材であって、支持フランジ２２、シャフト２３及び嵌合軸部２４が一体的に形成される。
支持フランジ（支持部）２２は、回転軸１２の中心軸Ｃに対して垂直な円板形状の部位である。支持フランジ２２の下面には、ローター部１０の上端面が密着固定される。
シャフト（軸部）２３は、支持フランジ２２の上方において中心軸Ｃに沿って延びる円柱形状の部位である。シャフト２３の回転中心は、中心軸Ｃに一致する。シャフト２３の外周面には、後述する転動体転走溝３３が形成される。
嵌合軸部（嵌合部）２４は、支持フランジ２２の下方において、中心軸Ｃに沿って延びる円柱形状の部位である。嵌合軸部２４は、ローター部１０の上面に形成された不図示の嵌合穴部に嵌合する。この嵌合穴部は、ローター部１０の中心軸Ｃの同軸上に形成される。このため、嵌合軸部２４は、支持シャフト２１（シャフト２３）の回転中心をローター部１０の中心軸Ｃに一致させる。
支持フランジ（支持部）２２は、回転軸１２の中心軸Ｃに対して垂直な円板形状の部位である。支持フランジ２２の下面には、ローター部１０の上端面が密着固定される。
シャフト（軸部）２３は、支持フランジ２２の上方において中心軸Ｃに沿って延びる円柱形状の部位である。シャフト２３の回転中心は、中心軸Ｃに一致する。シャフト２３の外周面には、後述する転動体転走溝３３が形成される。
嵌合軸部（嵌合部）２４は、支持フランジ２２の下方において、中心軸Ｃに沿って延びる円柱形状の部位である。嵌合軸部２４は、ローター部１０の上面に形成された不図示の嵌合穴部に嵌合する。この嵌合穴部は、ローター部１０の中心軸Ｃの同軸上に形成される。このため、嵌合軸部２４は、支持シャフト２１（シャフト２３）の回転中心をローター部１０の中心軸Ｃに一致させる。
ハウジング２６は、支持シャフト２１を支持する部材であって、固定フランジ２７と収容円筒部２８が一体的に形成される。
固定フランジ２７は、支持シャフト２１の中心軸Ｃに対して垂直な円板形状の部位である。固定フランジ２７は、支持フレーム６０に対して密着固定される。
収容円筒部２８は、固定フランジ２７の下方において、中心軸Ｃに沿って延びる円筒形状の部位である。収容円筒部２８には、支持シャフト２１のシャフト２３が収容される。収容円筒部２８の内周面には、シャフト２３に連結された深溝玉軸受３０の外輪３１が嵌合、保持される。このため、支持シャフト２１は、深溝玉軸受３０を介してハウジング２６に対して回転可能に支持される。
固定フランジ２７は、支持シャフト２１の中心軸Ｃに対して垂直な円板形状の部位である。固定フランジ２７は、支持フレーム６０に対して密着固定される。
収容円筒部２８は、固定フランジ２７の下方において、中心軸Ｃに沿って延びる円筒形状の部位である。収容円筒部２８には、支持シャフト２１のシャフト２３が収容される。収容円筒部２８の内周面には、シャフト２３に連結された深溝玉軸受３０の外輪３１が嵌合、保持される。このため、支持シャフト２１は、深溝玉軸受３０を介してハウジング２６に対して回転可能に支持される。
深溝玉軸受３０は、支持シャフト２１とハウジング２６の間に介在して、支持シャフト２１をハウジング２６に対して回転可能にする。
深溝玉軸受３０は、外輪３１と複数のボール（転動体）３２を備える。深溝玉軸受３０は、ボール３２を保持するリテーナ（不図示）も備える。
外輪３１は、ハウジング２６の収容円筒部２８の内周面に配置される。複数のボール３２は、外輪３１に形成された転動体転走溝に沿って転走する。つまり、外輪３１は、複数ボール３２の外周側に配置される。
深溝玉軸受３０は、内輪を有しない。内輪に代えて、支持シャフト２１のシャフト２３の外周面に直接形成された転動体転走溝３３を有する。複数のボール３２は、シャフト２３に直接形成された転動体転走溝３３に沿って転走する。
つまり、複数のボール３２は、外輪３１の転動体転走溝とシャフト２３の転動体転走溝３３に沿って転走する。
深溝玉軸受３０は、外輪３１と複数のボール（転動体）３２を備える。深溝玉軸受３０は、ボール３２を保持するリテーナ（不図示）も備える。
外輪３１は、ハウジング２６の収容円筒部２８の内周面に配置される。複数のボール３２は、外輪３１に形成された転動体転走溝に沿って転走する。つまり、外輪３１は、複数ボール３２の外周側に配置される。
深溝玉軸受３０は、内輪を有しない。内輪に代えて、支持シャフト２１のシャフト２３の外周面に直接形成された転動体転走溝３３を有する。複数のボール３２は、シャフト２３に直接形成された転動体転走溝３３に沿って転走する。
つまり、複数のボール３２は、外輪３１の転動体転走溝とシャフト２３の転動体転走溝３３に沿って転走する。
収容円筒部２８の下端には、円環平板形状のカバー３５が配置される。カバー３５は、収容円筒部２８に収容されたシャフト２３及び深溝玉軸受３０を外部から遮蔽する。
図４は、第二羽根車支持部４０を示す縦断面図である。
第二羽根車支持部（羽根車支持装置、羽根車支持装置対）４０は、ローター部１０の下端と支持フレーム６０の底面の間に配置されて、ローター部１０を支持フレーム６０に対して回転可能に支持する。
第二羽根車支持部４０は、支持シャフト４１、ハウジング４６、アンギュラ玉軸受５０及び外輪付蓋５５等を備える。
第二羽根車支持部（羽根車支持装置、羽根車支持装置対）４０は、ローター部１０の下端と支持フレーム６０の底面の間に配置されて、ローター部１０を支持フレーム６０に対して回転可能に支持する。
第二羽根車支持部４０は、支持シャフト４１、ハウジング４６、アンギュラ玉軸受５０及び外輪付蓋５５等を備える。
支持シャフト４１は、ローター部１０の回転軸１２の下端に連結される部材であって、支持フランジ４２、シャフト４３、嵌合軸部４４及び連結軸部４５が一体的に形成される。
支持フランジ（支持部）４２は、回転軸１２の中心軸Ｃに対して垂直な円板形状の部位である。支持フランジ４２の上面には、ローター部１０の下端面が密着固定される。
シャフト（軸部）４３は、支持フランジ２２の下方において中心軸Ｃに沿って延びる円柱形状の部位である。シャフト４３の回転中心は、中心軸Ｃに一致する。シャフト４３の外周面には、後述する二つの転動体転走溝５３が形成される。
嵌合軸部（嵌合部）４４は、支持フランジ４２の上方において、中心軸Ｃに沿って延びる円柱形状の部位である。嵌合軸部４４は、ローター部１０の下面に形成された不図示の嵌合穴部に嵌合する。この嵌合穴部は、ローター部１０の中心軸Ｃの同軸上に形成される。このため、嵌合軸部４４は、支持シャフト４１（シャフト４３）の回転中心をローター部１０の中心軸Ｃに一致させる。
連結軸部４５は、シャフト４３の下方において、中心軸Ｃに沿って延びる円柱形状の部位である。連結軸部４５は、ハウジング４６よりも下方に突出する。連結軸部４５には、発電部７がカップリング６５を介して連結される。
支持フランジ（支持部）４２は、回転軸１２の中心軸Ｃに対して垂直な円板形状の部位である。支持フランジ４２の上面には、ローター部１０の下端面が密着固定される。
シャフト（軸部）４３は、支持フランジ２２の下方において中心軸Ｃに沿って延びる円柱形状の部位である。シャフト４３の回転中心は、中心軸Ｃに一致する。シャフト４３の外周面には、後述する二つの転動体転走溝５３が形成される。
嵌合軸部（嵌合部）４４は、支持フランジ４２の上方において、中心軸Ｃに沿って延びる円柱形状の部位である。嵌合軸部４４は、ローター部１０の下面に形成された不図示の嵌合穴部に嵌合する。この嵌合穴部は、ローター部１０の中心軸Ｃの同軸上に形成される。このため、嵌合軸部４４は、支持シャフト４１（シャフト４３）の回転中心をローター部１０の中心軸Ｃに一致させる。
連結軸部４５は、シャフト４３の下方において、中心軸Ｃに沿って延びる円柱形状の部位である。連結軸部４５は、ハウジング４６よりも下方に突出する。連結軸部４５には、発電部７がカップリング６５を介して連結される。
ハウジング４６は、支持シャフト４１を支持する部材であって、固定フランジ４７と収容円筒部４８が一体的に形成される。
固定フランジ４７は、支持シャフト４１の中心軸Ｃに対して垂直な円板形状の部位である。固定フランジ２７は、支持フレーム６０に対して密着固定される。
収容円筒部４８は、固定フランジ４７の上方において、中心軸Ｃに沿って延びる円筒形状の部位である。収容円筒部４８には、支持シャフト４１のシャフト４３が収容される。収容円筒部４８はＺ方向に貫通しており、支持シャフト４１の連結軸部４５は収容円筒部４８よりも下方に突出する。
収容円筒部４８の内周面には、シャフト４３に連結された一対のアンギュラ玉軸受５０の外輪５１，５７が嵌合、保持される。このため、支持シャフト４１は、一対のアンギュラ玉軸受５０を介してハウジング４６に対して回転可能に支持される。
固定フランジ４７は、支持シャフト４１の中心軸Ｃに対して垂直な円板形状の部位である。固定フランジ２７は、支持フレーム６０に対して密着固定される。
収容円筒部４８は、固定フランジ４７の上方において、中心軸Ｃに沿って延びる円筒形状の部位である。収容円筒部４８には、支持シャフト４１のシャフト４３が収容される。収容円筒部４８はＺ方向に貫通しており、支持シャフト４１の連結軸部４５は収容円筒部４８よりも下方に突出する。
収容円筒部４８の内周面には、シャフト４３に連結された一対のアンギュラ玉軸受５０の外輪５１，５７が嵌合、保持される。このため、支持シャフト４１は、一対のアンギュラ玉軸受５０を介してハウジング４６に対して回転可能に支持される。
一対のアンギュラ玉軸受５０（５０Ａ，５０Ｂ）は、支持シャフト４１とハウジング４６の間に介在して、支持シャフト４１をハウジング４６に対して回転可能にする。
アンギュラ玉軸受５０（５０Ａ，５０Ｂ）は、外輪５１，５７と複数のボール（転動体）５２を備える。アンギュラ玉軸受５０（５０Ａ，５０Ｂ）は、ボール５２を保持するリテーナ（不図示）も備える。
外輪５１，５７は、ハウジング４６の収容円筒部４８の内周面に配置される。複数のボール５２は、外輪５１，５７に沿って転走する。つまり、外輪５１，５７は、複数ボール５２の外周側に配置される。
アンギュラ玉軸受５０は、内輪を有しない。内輪に代えて、支持シャフト４１のシャフト４３の外周面に直接形成された転動体転走溝５３を有する。複数のボール５２は、シャフト４３に直接形成された転動体転走溝５３に沿って転走する。
つまり、複数のボール５２は、外輪５１，５７の転動体転走溝とシャフト５３の転動体転走溝５３に沿って転走する。
上方側に配置されたアンギュラ玉軸受５０Ａの外輪５７と下方側に配置されたアンギュラ玉軸受５０の外輪５１の間には、円筒形状のカラー５４が配置される。
アンギュラ玉軸受５０（５０Ａ，５０Ｂ）は、外輪５１，５７と複数のボール（転動体）５２を備える。アンギュラ玉軸受５０（５０Ａ，５０Ｂ）は、ボール５２を保持するリテーナ（不図示）も備える。
外輪５１，５７は、ハウジング４６の収容円筒部４８の内周面に配置される。複数のボール５２は、外輪５１，５７に沿って転走する。つまり、外輪５１，５７は、複数ボール５２の外周側に配置される。
アンギュラ玉軸受５０は、内輪を有しない。内輪に代えて、支持シャフト４１のシャフト４３の外周面に直接形成された転動体転走溝５３を有する。複数のボール５２は、シャフト４３に直接形成された転動体転走溝５３に沿って転走する。
つまり、複数のボール５２は、外輪５１，５７の転動体転走溝とシャフト５３の転動体転走溝５３に沿って転走する。
上方側に配置されたアンギュラ玉軸受５０Ａの外輪５７と下方側に配置されたアンギュラ玉軸受５０の外輪５１の間には、円筒形状のカラー５４が配置される。
外輪付蓋５５は、ハウジング４６の収容円筒部４８の上端に配置される。外輪付蓋５５は、ハウジング４６をＺ方向に貫く貫通孔に挿通されたボルト４９を用いて収容円筒部４８の上端に固定される。
外輪付蓋５５は、一対のアンギュラ玉軸受５０に対して与圧を掛ける部材であって、略円筒形状に形成される。また、外輪付蓋５５は、収容円筒部４８に収容されたシャフト４３及び一対のアンギュラ玉軸受５０を外部から遮蔽する部材である。
外輪付蓋５５は、円環形状の蓋部５６とアンギュラ玉軸受５０Ａの外輪５７が一体的に形成された部材である。
外輪付蓋５５は、一対のアンギュラ玉軸受５０に対して与圧を掛ける部材であって、略円筒形状に形成される。また、外輪付蓋５５は、収容円筒部４８に収容されたシャフト４３及び一対のアンギュラ玉軸受５０を外部から遮蔽する部材である。
外輪付蓋５５は、円環形状の蓋部５６とアンギュラ玉軸受５０Ａの外輪５７が一体的に形成された部材である。
蓋部（外輪押え）５６は、一対のアンギュラ玉軸受５０に対して与圧を掛ける部位である。
外輪５７は、一対のアンギュラ玉軸受５０のうち、上方側に配置されたアンギュラ玉軸受５０Ａの外輪である。蓋部５６のうち、収容円筒部４８に嵌合する円筒形部位の内周面に転動体転走溝５８が形成される。
一対のアンギュラ玉軸受５０に対する与圧は、カラー５４の高さ（Ｚ方向の長さ）を変更することにより調整される。カラー５４の高さを変更すると、アンギュラ玉軸受５０Ａ，５０Ｂの距離（間隔）も変更されるので、外輪付蓋５５を収容円筒部４８の上端に固定することにより、一対のアンギュラ玉軸受５０に対して最適な与圧が掛かる。
外輪５７は、一対のアンギュラ玉軸受５０のうち、上方側に配置されたアンギュラ玉軸受５０Ａの外輪である。蓋部５６のうち、収容円筒部４８に嵌合する円筒形部位の内周面に転動体転走溝５８が形成される。
一対のアンギュラ玉軸受５０に対する与圧は、カラー５４の高さ（Ｚ方向の長さ）を変更することにより調整される。カラー５４の高さを変更すると、アンギュラ玉軸受５０Ａ，５０Ｂの距離（間隔）も変更されるので、外輪付蓋５５を収容円筒部４８の上端に固定することにより、一対のアンギュラ玉軸受５０に対して最適な与圧が掛かる。
支持フレーム６０は、第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０等を介してローター部１０を支持する。
支持フレーム６０は、ほぼ正方形で水平に配置された天板６１及び底板６２と、天板６１及び底板６２の四隅同士を連結する四つの垂直コラム６３とを備える。
支持フレーム６０の内部空間には、ローター部１０、第一羽根車支持部２０、第二羽根車支持部４０及び発電部７が配置される。天板６１と底板６２に挟まれ、かつ、四つの垂直コラム６３に囲まれた空間に、ローター部１０、第一羽根車支持部２０、第二羽根車支持部４０及び発電部７が配置される。
天板６１の下面の中央には、第一羽根車支持部２０のハウジング２６の固定フランジ２７が固定される。
底板６２の上面の中央には、発電部７と略円筒形状のブラケット６６を介して、第二羽根車支持部４０のハウジング４６の固定フランジ４７が固定される。
支持フレーム６０は、ほぼ正方形で水平に配置された天板６１及び底板６２と、天板６１及び底板６２の四隅同士を連結する四つの垂直コラム６３とを備える。
支持フレーム６０の内部空間には、ローター部１０、第一羽根車支持部２０、第二羽根車支持部４０及び発電部７が配置される。天板６１と底板６２に挟まれ、かつ、四つの垂直コラム６３に囲まれた空間に、ローター部１０、第一羽根車支持部２０、第二羽根車支持部４０及び発電部７が配置される。
天板６１の下面の中央には、第一羽根車支持部２０のハウジング２６の固定フランジ２７が固定される。
底板６２の上面の中央には、発電部７と略円筒形状のブラケット６６を介して、第二羽根車支持部４０のハウジング４６の固定フランジ４７が固定される。
発電部７は、風車５で得た機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。発電部７は、発電機７１、ケーシング７２等を備える。発電機７１は、マグネットロータ及びコイルステータ（不図示）を備える。
マグネットロータは、ブラケット６６に収容されたカップリング６５を介して第二羽根車支持部４０の支持シャフト４１の連結軸部４５に連結される。
コイルステータは、マグネットロータの外周側に僅かな隙間を隔てて、マグネットロータを取り囲むように配置される。
これにより、発電機７１は、ローター部１０が周方向（中心軸Ｃ回り）に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電する。
ケーシング７２は、発電機７１を収容する箱体である。ケーシング７２は、ブラケット６６と支持フレーム６０の底板６２の間に配設される。
マグネットロータは、ブラケット６６に収容されたカップリング６５を介して第二羽根車支持部４０の支持シャフト４１の連結軸部４５に連結される。
コイルステータは、マグネットロータの外周側に僅かな隙間を隔てて、マグネットロータを取り囲むように配置される。
これにより、発電機７１は、ローター部１０が周方向（中心軸Ｃ回り）に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電する。
ケーシング７２は、発電機７１を収容する箱体である。ケーシング７２は、ブラケット６６と支持フレーム６０の底板６２の間に配設される。
図５は、第二羽根車支持部４０の組立手順を示す図である。図６は、図５に続く組立手順を示す図である。
第二羽根車支持部４０の組立手順は、図５及び図６の（ａ）〜（ｇ）の順に行われる。
第二羽根車支持部４０の組立手順は、図５及び図６の（ａ）〜（ｇ）の順に行われる。
まず、支持シャフト４１を、支持フランジ４２を下方にして、作業台に載置する（（ａ）参照）。そして、支持シャフト４１のシャフト４３に外輪付蓋５５を通して、外輪付蓋５５をシャフト４３の根本部分に配置する（（ｂ）参照）。
次に、シャフト４３に形成した二つの転動体転走溝５３のうち、アンギュラ玉軸受５０Ａの転動体転走溝５３にボール５２等を配置する（（ｃ）参照）。
次に、シャフト４３に形成した二つの転動体転走溝５３のうち、アンギュラ玉軸受５０Ａの転動体転走溝５３にボール５２等を配置する（（ｃ）参照）。
次に、外輪付蓋５５を上方に移動させて、外輪付蓋５５の外輪５７の転動体転走溝５８に、アンギュラ玉軸受５０Ａの転動体転走溝５３に配置されたボール５２等を配置する（（ｄ）参照）。これにより、アンギュラ玉軸受５０Ａが組み立てられる。
そして、支持シャフト４１の支持フランジ４２と外輪付蓋５５の蓋部５６の間に支持治具を挿入して、外輪付蓋５５の落下を抑止する。
なお、支持フランジ４２と外輪付蓋５５の間隔は、ボール５２の直径以上の寸法に設定される。アンギュラ玉軸受５０Ａの転動体転走溝５３にボール５２を配置するときに、外輪付蓋５５の外輪５７が転動体転走溝５３よりも下方に位置するようにするためである。
そして、支持シャフト４１の支持フランジ４２と外輪付蓋５５の蓋部５６の間に支持治具を挿入して、外輪付蓋５５の落下を抑止する。
なお、支持フランジ４２と外輪付蓋５５の間隔は、ボール５２の直径以上の寸法に設定される。アンギュラ玉軸受５０Ａの転動体転走溝５３にボール５２を配置するときに、外輪付蓋５５の外輪５７が転動体転走溝５３よりも下方に位置するようにするためである。
次に、シャフト４３に形成した二つの転動体転走溝５３のうち、アンギュラ玉軸受５０Ｂの転動体転走溝５３にボール５２等を配置する（（ｅ）参照）。そして、カラー５４及び外輪５１を配置して、アンギュラ玉軸受５０Ｂの転動体転走溝５３に配置されたボール５２等に対して外輪５１を被せる（（ｆ）参照）。これにより、アンギュラ玉軸受５０Ｂが組み立てられる。
最後に、支持シャフト４１のシャフト４３にハウジング４６を通して、収容円筒部４８に外輪５１，５７を嵌め入れる。そして、ハウジング４６をＺ方向に貫く貫通孔にボルト４９を挿通して、収容円筒部４８の上端に外輪付蓋５５を固定する（（ｇ）参照）。
そして、支持フランジ４２と外輪付蓋５５の間に挿入した支持治具を取り外す。このようにして、第二羽根車支持部４０が組み立てられる。
そして、支持フランジ４２と外輪付蓋５５の間に挿入した支持治具を取り外す。このようにして、第二羽根車支持部４０が組み立てられる。
本発明の実施形態に係る垂直軸型風力発電装置１によれば、信頼性を向上させつつ、コスト低減を図ることができる。
具体的には、第一羽根車支持部２０，第二羽根車支持部４０は、二つの部材を一体形成した支持シャフト２１，４１を備える。支持シャフト２１，４１は、ローター部１０の両端を支持する支持フランジ２２，４２と、ローター部１０の回転を伝達するシャフト２３，４３とを一体形成した部材である。
このため、第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０は、固定機構が存在しないので信頼性が向上する。また、部品点数及び組立工数を削減、低減できる。
具体的には、第一羽根車支持部２０，第二羽根車支持部４０は、二つの部材を一体形成した支持シャフト２１，４１を備える。支持シャフト２１，４１は、ローター部１０の両端を支持する支持フランジ２２，４２と、ローター部１０の回転を伝達するシャフト２３，４３とを一体形成した部材である。
このため、第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０は、固定機構が存在しないので信頼性が向上する。また、部品点数及び組立工数を削減、低減できる。
また、第一羽根車支持部２０，第二羽根車支持部４０は、内輪を有しない深溝玉軸受３０，アンギュラ玉軸受５０Ａ，５０Ｂを備える。深溝玉軸受３０，アンギュラ玉軸受５０Ａ，５０Ｂは、内輪に代えて、シャフト２３，４３の外周面に直接形成された転動体転走溝３３，５３を有する。
このため、第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０は、部品点数及び組立工数を削減、低減できる。
このため、第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０は、部品点数及び組立工数を削減、低減できる。
第二羽根車支持部４０は、二つの部材を一体形成した外輪付蓋５５を備える。外輪付蓋５５は、一対のアンギュラ玉軸受５０に対して与圧を掛ける蓋部５６と、アンギュラ玉軸受５０Ａの外輪５７を一体形成した部材である。
このため、第二羽根車支持部４０は、ロックナットが存在しないので信頼性が向上する。また、部品点数及び組立工数を削減、低減できる。
このため、第二羽根車支持部４０は、ロックナットが存在しないので信頼性が向上する。また、部品点数及び組立工数を削減、低減できる。
第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０は、支持フランジ２２，４２の回転中心に、ローター部１０に嵌合する嵌合軸部２４，４４を有する。このため、ローター部１０と第一羽根車支持部２０，第二羽根車支持部４０との軸合わせを容易かつ確実に行うことができる。
第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０は、ローター部１０を挟んで、ほぼ対称形状である。
支持シャフト２１，４１は、シャフト２３，４３の外周面の形状や、連結軸部４５の有無が異なるに過ぎない。その他の形状等はほぼ同一である。このため、素材（切削等の加工前の部品）の共有化を図ることができる。
ハウジング２６，４６は、収容円筒部２８，４８における貫通孔の有無や、ボルト穴等の形状が異なるに過ぎない。その他の形状等はほぼ同一である。このため、素材（切削等の加工前の部品）の共有化を図ることができる。
したがって、第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０は、部品点数を削減、低減できる。
支持シャフト２１，４１は、シャフト２３，４３の外周面の形状や、連結軸部４５の有無が異なるに過ぎない。その他の形状等はほぼ同一である。このため、素材（切削等の加工前の部品）の共有化を図ることができる。
ハウジング２６，４６は、収容円筒部２８，４８における貫通孔の有無や、ボルト穴等の形状が異なるに過ぎない。その他の形状等はほぼ同一である。このため、素材（切削等の加工前の部品）の共有化を図ることができる。
したがって、第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０は、部品点数を削減、低減できる。
上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
垂直軸型風力発電装置１は、第一羽根車支持部２０及び第二羽根車支持部４０によりローター部１０を両持ち支持するものに限らない。
二つの第一羽根車支持部２０によりローター部１０を両持ち支持するものであってもよい。二つの第二羽根車支持部４０によりローター部１０を両持ち支持するものであってもよい。
第一羽根車支持部２０のみによりローター部１０を片持ち支持するものであってもよい。第二羽根車支持部４０のみによりローター部１０を片持ち支持するものであってもよい。
二つの第一羽根車支持部２０によりローター部１０を両持ち支持するものであってもよい。二つの第二羽根車支持部４０によりローター部１０を両持ち支持するものであってもよい。
第一羽根車支持部２０のみによりローター部１０を片持ち支持するものであってもよい。第二羽根車支持部４０のみによりローター部１０を片持ち支持するものであってもよい。
ローター部１０を回転させる作動流体として風Ｗを用いた垂直軸型風力発電装置１について説明したが、これに限らない。
作動流体として水を用いて水車（羽根車）を回転させる垂直軸型水力発電装置であってもよい。ローター部１０を用水路の水中に沈めて、発電部７等を水上に設ける水力発電装置であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
作動流体として水を用いて水車（羽根車）を回転させる垂直軸型水力発電装置であってもよい。ローター部１０を用水路の水中に沈めて、発電部７等を水上に設ける水力発電装置であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
アンギュラ玉軸受５０Ａ，５０Ｂ同士は、背面合わせ以外の正面合わせや並列合わせであってもよい。
深溝玉軸受３０，アンギュラ玉軸受５０（５０Ａ，５０Ｂ）の転動体は、ボール３２，５２に限らない。転動体としてローラ等を用いてもよい。リテーナを有しない場合であってもよい。
カラー５４は、外輪付蓋５５の外輪５７と一体的に形成してもよい。この場合には、外輪５７の先端（外輪５１に当接する部位）を研削加工して、アンギュラ玉軸受５０Ａ，５０Ｂに対する与圧を微調整する。また、外輪５７と外輪５１の間にシムを配置して、与圧を微調整してもよい。
発電部７が支持フレーム６０に収容される場合に限らない。発電部７が支持フレーム６０の下方等に配置される場合であってもよい。
垂直軸型風力発電装置１は、ビルの屋上等に設置される場合に限らない。垂直軸型風力発電装置１は、地面等に立設されて鉛直方向に延びる支柱の上部に設置されてもよい。つまり、支持フレーム６０が支柱に支持される場合であってもよい。
また、複数の垂直軸型風力発電装置１（支持フレーム６０）を垂直方向等に積み重ねて設置してもよい。
垂直軸型風力発電装置１は、横倒し設置や吊り下げ設置等してもよい。
また、複数の垂直軸型風力発電装置１（支持フレーム６０）を垂直方向等に積み重ねて設置してもよい。
垂直軸型風力発電装置１は、横倒し設置や吊り下げ設置等してもよい。
ローター部１０は、サボニウス型に限らない。例えば、ジャイロミル型、ダリウス型、直線翼型、パドル型、クロスフロー型、Ｓ型ローター型等であってもよい。
１ 垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置） ７ 発電部 １０ ローター部（羽根車） ２０ 第一羽根車支持部（羽根車支持装置、羽根車支持装置対） ２１ 支持シャフト ２２ 支持フランジ（支持部） ２３ シャフト（軸部） ２４ 嵌合軸部（嵌合部） ２６ ハウジング ３０ 深溝玉軸受 ３１ 外輪 ３２ ボール（転動体） ３３ 転動体転走溝 ４０ 第二羽根車支持部（羽根車支持装置、羽根車支持装置対） ４１ 支持シャフト ４２ 支持フランジ（支持部） ４３ シャフト（軸部） ４４ 嵌合軸部（嵌合部） ４６ ハウジング ５０ アンギュラ玉軸受 ５１ 外輪 ５２ ボール（転動体） ５３ 転動体転走溝 ５５ 外輪付蓋 ５６ 蓋部（外輪押え） ５７ 外輪 ５８ 転動体転走溝 ６０ 支持フレーム Ｗ 風（流体） Ｃ 中心軸
Claims (7)
- 流体に対して交差する方向に中心軸を有する羽根車を回転可能に支持する羽根車支持装置であって、
前記羽根車が取り付けられる支持部及び前記羽根車の中心軸に沿って延びる軸部が一体に形成された支持シャフトと、
前記軸部の外周面に形成された転動体転走溝を転走する複数の転動体及び前記複数の転動体の外周側に配置される外輪を有する軸受と、
前記軸受の外輪を保持するハウジングと、
を備える羽根車支持装置。 - 前記支持部の回転中心に、前記羽根車に嵌合する嵌合部を有する請求項１に記載の羽根車支持装置。
- 前記軸受が深溝玉軸受である請求項１又は２に記載の羽根車支持装置。
- 前記軸受が一対のアンギュラ玉軸受であり、
前記一対のアンギュラ玉軸受の一方の外輪と前記ハウジングに配置されて前記一対のアンギュラ玉軸受に与圧をかける外輪押えが一体に形成された外輪付蓋を備える請求項１又は２に記載の羽根車支持装置。 - 流体に対して交差する方向に中心軸を有する羽根車を回転可能に両持ち支持する羽根車支持装置対であって、
請求項３に記載の羽根車支持装置を有する第一羽根車支持部と、
請求項４に記載の羽根車支持装置を有する第二羽根車支持部と、
を備える羽根車支持装置対。 - 請求項１から５のいずれか一項に記載の羽根車支持装置と、
前記羽根車の回転により発電を行う発電部と、
を備える垂直軸型流体発電装置。 - 請求項５に記載の羽根車支持装置対と、
前記羽根車の回転により発電を行う発電部と、
を備える垂直軸型流体発電装置。
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| JP2018096340A (ja) * | 2016-12-16 | 2018-06-21 | 株式会社ヤマダ | 建築資材及び構造物及び建築資材の組み立て方法 |
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2013
- 2013-10-01 JP JP2013206118A patent/JP6418477B2/ja active Active
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2014
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