JP2015102029A - 風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
第1実施形態の風力発電装置は、一例としてその軸方向に吹き抜ける風力により軸流型の風車を回転させ、その回転軸の軸出力で発電機を回転させることで発電を行う形態のものである。図1(a)は、本実施形態の風力発電装置の風車近傍における要部を風車の軸方向に沿った側断面で表し、図1(b)は、同要部を風車の正面から見た外観で表している。この図1において、風力発電装置1は主に、風車2と、ナセル3と、タワー4と、発電機5と、継手100を有している。
まず、継手100を直線上に伸展させた状態で示す図2乃至図4を用いて、継手100全体の概要を説明する。
上述したように、継手100においては、複数のばねユニット102(第1ばねユニットに相当)が軸心方向に沿って連結されている。ばねユニット102は、図5(a)、図5(b)、及び図6に示すように、それぞれ板ばねとして機能する第1ばね要素103及び第2ばね要素104の結合体により構成されている。第1ばね要素103及び第2ばね要素104の詳細構造を図7(a)〜(c)に示す。
第2ばね要素104は、図7(b)及び図7(c)に示すように、径方向中心部に貫通孔144を有する円環状の基板部141と、基板部141の周囲から当該基板部141の面方向に対し傾斜しつつ径方向に突出する、複数(この例では6つ)の脚部142と、を有している。
そして、上記構成の第1ばね要素103及び第2ばね要素104が、基板部131と基板部141とが結合され重ね合わされることによって、上記ばねユニット102が構成される。このとき、上述した図6及び図5(b)に示すように、第1ばね要素103の上記基板部131と第2ばね要素104の上記基板部141との結合は、基板部131のボルト挿通孔135と基板部141のボルト挿通孔145とに挿通したボルト110aと、ボルト110aに締め付けたナット110bとにより行われる(なお、図5(a)ではボルト110a及びナット110bの図示を省略している)。なお、ボルト110aをボルト挿通孔135側からボルト挿通孔145に挿通した後に基板部141側でナット110bを締め付けるのに限られず、逆にボルト挿通孔145側からボルト挿通孔135にボルト110a挿通した後に基板部131側でナット110bを締め付けてもよい。また、基板部131と基板部141との結合は、かしめによることも可能である。
既に述べたように、継手100は、上記構成のばねユニット102を軸心方向に沿って複数個(上記の例では30個)連結することにより、構成されている。このばねユニット102の連結態様を、図8及び図9により説明する。なお、以下では、構成の明確化と理解の容易のために、継手100において(上記複数の一例として)2つのばねユニット102L,102Rが連結されている場合を例にとって説明する。なお、ばねユニット102L,102Rはいずれも上記ばねユニット102と同一の構成であり、継手100内に組み込まれるときの周方向位置が互いに異なるものである(後述)。
図8及び図9に示すように、継手100に備えられる2つのばねユニット102L,102Rは、いずれも、第2ばね要素104が上記入力側(軸心方向に沿った第2側に相当)に位置しつつその上記脚部142を上記基板部141に対し上記入力側へ向け、第1ばね要素103が上記出力側(軸心方向に沿った第1側に相当)に位置しつつその上記脚部142を上記基板部141に対し上記出力側へ向けている態様となっている。そして、入力側のばねユニット102Lの第1ばね要素103のすべての脚部132と、出力側のばねユニット102Rの第2ばね要素104のすべての脚部142とが軸心方向(図8及び図9中の左右方向)に対向している。そして、各脚部142の先端部143のユニット連結用のボルト挿通孔146から各脚部132の先端部133のユニット連結用のボルト挿通孔136へボルト111aがそれぞれ挿通された後、脚部132側でボルト111aにナット111bを締め付けることにより、それら2つのばねユニット102L,102Rが連結されている。なお、ボルト111a及びナット111bは、上述のように第1ばね要素103の脚部132と第2ばね要素104の脚部142とを結合する。
このとき、ボス105の入力側(図8及び図9中の左側)には、上記同様の第1ばね要素103が取り付けられている。すなわち、入力側のボス105に設けられた基板連結用のボルト挿通孔135にボルト112(上記ボルト111aと同様のボルトである)が挿通された後、当該ボルト112がボス105の出力側の端面のねじ穴112aにねじ込まれることで、第1ばね要素103がボス105の出力側に取り付けられる。
ボス106の出力側(図8及び図9中の右側)には、上記同様の第2ばね要素104が取り付けられている。すなわち、出力側のボス106に設けられた基板連結用のボルト挿通孔145にボルト112(上記ボルト111aと同様なボルトである)が挿通された後、当該ボルト112がボス106の入力側の端面のねじ穴(図示せず)にねじ込まれることで、第2ばね要素104がボス106の入力側に取り付けられる。
以上説明した構成の継手100は、複数のばねユニット102が軸心に沿って連結されることで構成されている。各ばねユニット102には、ばね要素103及びばね要素104が備えられており、各ばね要素103,104は、基板部131,141と複数の脚部132,142とを備えている。そして、上記のように軸心に沿って複数のばねユニット102が連結されるとき、隣接する2つのばねユニット102,102のうち一方のばねユニット102のばね要素103の上記複数の脚部132と、他方のばねユニット102のばね要素104の上記複数の脚部142とが、結合されている。
次に、本実施形態の風力発電装置1と異なる構成の比較例を挙げ、その問題点を説明する。図11は、ナセル3内部に発電機5を設置した第1比較例の構成を上記図1(a)に対応した側断面図で示している(タワーの図示は省略)。この第1比較例において、発電機5はナセル3の内部で風車2の回転軸2bより後方側(風の流通方向下流側)に配置され、発電機5の入力軸5aと風車2の回転軸2bが通常のカップリング11を介して同一直線上に接続されている。しかし、上述したように風車2の回転数が比較的低い場合でも十分な発電量(発電効率)を確保できるよう、発電機5には多極化されて直径が大径化されものを利用する場合が多い。このため、図示する第1比較例の構成では、ナセル3自体も風の流通方向と直交する方向に大径化してしまい、風の吹き抜けが阻害されて風車2の回転数が低下してしまう。
以上説明したように、本実施形態の風力発電装置1は、ナセル3で支持する風車2の回転軸2bとタワー4に設ける発電機5の入力軸5aとを、継手100で軸接続する。継手100は、その軸心の撓みを弾性的に許容可能であるため、交差する軸間の配置に多少の偏心があってもそれを吸収して効率的に軸出力を伝達できる。また機械的な接触がないため騒音や振動も少なく、長寿命で交換作業が容易なためメンテナンス性もよく信頼性も高い。この結果、かさ歯車を用いずに高い効率で発電が可能で組み立て作業が容易な風力発電装置1を実現できる。
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。
2 風車
2a 羽根
2b 回転軸
3 ナセル
3a 回動軸
4 タワー
5 発電機
5a 入力軸
11 カップリング
12 給電線
13 スリップリング
14 ブラシ
15 シャフト
100 継手
102 ばねユニット(第1ばねユニット)
103 第1ばね要素
104 第2ばね要素
105 入力側のボス
106 出力側のボス
131 基板部
132 脚部
133 先端部
134 貫通孔
141 基板部
142 脚部
143 先端部
144 貫通孔
Claims (9)
- 軸流型の風車と、
前記風車の回転軸を支持するナセルと、
前記風車の回転軸と略交差する配置の前記ナセルの回動軸を頂部で支持するタワーと、
前記タワーに設けられた発電機と、
軸心の撓みを弾性的に許容可能であって、前記風車の回転軸と前記発電機の入力軸とを軸接続する継手と、
を有する
ことを特徴とする風力発電装置。 - 前記発電機は、前記入力軸が前記ナセルの回動軸と略平行に配置されていることを特徴とする請求項1記載の風力発電装置。
- 前記発電機は、前記タワーの内部に設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の風力発電装置。
- 前記発電機は、前記タワーの上部に設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 前記発電機は、前記タワーの下部に設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 前記継手は、
軸心に沿って複数個連結されたばねユニットを有し、
各ばねユニットは、複数のばね要素を有し、
各ばね要素は、
基板部と、
前記基板部から傾斜して径方向に突出する複数の脚部と、
を備えており、
前記軸心に沿って隣接する2つの前記ばねユニットは、
互いの前記ばね要素の前記複数の脚部同士が結合されることにより、
連結されている
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の風力発電装置。 - 前記複数のばねユニットは、
前記複数の脚部が周方向に互いに等間隔な第1位相で配置された1つの第1ばね要素の前記基板部と、前記複数の脚部が互いに等間隔な第2位相で配置された1つの第2ばね要素の前記基板部とを、
前記第1ばね要素が前記軸心方向に沿った第1側に位置しつつ前記複数の脚部を前記第1側へ向けるとともに、前記第2ばね要素が前記軸心方向に沿った第2側に位置しつつ前記複数の脚部を前記第2側へ向ける態様で重ね合わせた、少なくとも1つの第1ばねユニットを含む
ことを特徴とする請求項6記載の風力発電装置。 - 前記複数のばねユニットは、
前記複数の脚部が周方向に互いに等間隔な第1位相で配置された1つの第1ばね要素の前記基板部と、前記複数の脚部が互いに等間隔な第2位相で配置された1つの第2ばね要素の前記基板部とを、
前記第1ばね要素が前記軸心方向に沿った第1側に位置しつつ前記複数の脚部を前記第2側へ向けるとともに、前記第2ばね要素が前記軸心方向に沿った第2側に位置しつつ前記複数の脚部を前記第1側へ向ける態様で重ね合わせた、少なくとも1つの第2ばねユニットを含む
ことを特徴とする請求項6記載の風力発電装置。 - 前記複数のばねユニットは、
前記複数の脚部が周方向に所定の第3位相で配置された1つの第3ばね要素の前記基板部と、前記複数の脚部が周方向に所定の第4位相で配置された1つの第4ばね要素の前記基板部とを、
前記第3ばね要素及び前記第4ばね要素のうち一方が前記軸心方向に沿った第1側に位置しつつ他方が前記軸心方向に沿った第2側に位置し、かつ、前記第3ばね要素及び前記第4ばね要素の両方が、前記複数の脚部のうち一部の脚部を前記第1側に向けつつ残りの脚部を前記第2側に向ける態様で重ね合わせた、少なくとも1つの第3ばねユニットを含む
ことを特徴とする請求項6記載の風力発電装置。
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