JP2017129148A

JP2017129148A - 抗力型開閉式発電機

Info

Publication number: JP2017129148A
Application number: JP2017055520A
Authority: JP
Inventors: 義英土橋; Yoshihide Dobashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2017-07-27

Abstract

【課題】高い抗力差を生むことで回転し発電する、抗力型発電機を提案する。【解決手段】支柱（５）を軸に旋回する回転軸受け（３）を備え、回転軸受け（３）の両側に回転軸（２）を有する。また、それぞれの回転軸（２）に羽根（４）を３枚以上備え、負荷分散のために隣り合う羽根（４）の先端や側面をケーブル（６）で連結し合う。羽根（４）は、レール（７）が設置された羽根枠（８）に、布などで作られた開閉幕（１）を取り付けられたもので構成されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は抗力型の風力発電機に関する物である。

従来の抗力型発電機は、羽根の裏表の形状で抵抗を変化させるものであり、回転効率は高くなく、また、プロペラ型発電機にも共通することであるが、羽根をハブの一点だけで支える構造なので、強度的に弱く、大型化すればするほど台風などの強風では回転させられないものであった

従来の抗力型発電機には次のような解決すべき課題があった。
１．羽根の裏表の形状で抵抗を変化させるものであるため、それほどの抵抗力の差をつけることが出来ず、回転力が低い。
２．羽根に当たる流体の流れる力を直接回転力にするため、大型化するには羽根の強度が必要である。
３．プロペラ型に比べ効率で劣る。

請求項１に係るものは、一本のみで起立する支柱に旋回可能な回転軸受けを設け、回転軸受けの両側に回転軸を有したものである。また、羽根枠内の空間を開閉できる機能を備えた羽根を両側の回転軸に設け、それぞれの回転軸の羽根同士をケーブルで連結したものである。

請求項２に係るものは、請求項１に係るものにおいて、回転軸の外周側の両端に、それぞれ旋回する支柱を２本以上備えものである。

請求項３に係るものは、請求項１に係るものにおいて、開閉幕の両サイドに多数の車輪を設け、開閉幕の車輪の設けられていない一片を羽根枠に固定する。羽根枠にはレールを設け、開閉幕の車輪をレールに取り付けたものである。

請求項４に係るものは、請求項１に係るものにおいて、軸によって回転する開閉片を備え、開閉片の下の片を他の開閉片の軸に重ねたものである。

本発明は、以上説明したように構成されており、以下に記載されるような効果を有する。請求項１に係る仕組みを用いた場合、流体の抗力を受けたい側で羽根枠内の空間を開閉幕や開閉片を使って閉じ、流体の抗力を受け流したい側で開くことにより、抗力差が発生し回転する。プロペラ型の風力発電機と違い下側への風の乱流は気にする必要がないので支柱は高くなくてもよく、羽根はどんなに長くても現地で組み立て可能なので、これまで建設に適さなかった場所にも建設することができる。ケーブルで羽根を連結することにより羽根の強度が確保できる。また、１本の支柱のみでも流体の流入方向が変化した場合羽根を旋回して対応することができる。川の流れなど流体の流れる方向が一定である水力発電機として使う場合は、回転軸受けを支柱に対して旋回させる必要はないが、風力発電機として使う場合は、風向きによって回転軸受けを支柱に対して旋回させなければならない。このとき、もし回転軸受けの片側のみにしか回転軸および羽根が備わってなかったとしたら、支柱を軸とした回転力が発生してしまい羽根が風に対して最適な角度を保つのに何かしらの力が必要になる。そこでそれを打ち消すために、回転軸受けの両側に回転軸および羽根を対称に取り付ける。こうすることで風向に対応して旋回できるばかりでなく、風の力を受けた時に支柱に対して回転軸受けが無用に旋回することを防ぐことができる。両側の回転軸は必ずしも繋がっている必要はないが、繋がっていた方が強度は確保できる。

請求項２に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、支柱と旋回する支柱により、回転軸が外周側でも支えられるので、羽根の大型化や、回転軸を長くすることが可能になる。また、それぞれの回転軸の外周側の端に旋回する支柱を２本設けることにより、３点接地がなされ倒壊しにくい構造になる。地面には車輪のためにレールを敷いてもよい。プロペラ型と違い横方向に伸ばすことができる。縦方向に伸ばすと各部に自重に対する強度が必要になり建設コストは増大するが、横方向に伸ばす場合、縦に伸ばすほど各部に強度は必要ないので、ある高さを超えると横に伸ばした方が発電力に対する建設コストは安くすむようになる。広い平地の場合いくつも発電機を設置するよりも、横方向に伸ばした抗力型開閉式発電機１台を設置した方が、部品代や設置費用、メンテナンス費用など安くすむ。

請求項３に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、開閉幕の両サイドに多数の車輪を設け開閉幕の車輪を羽根枠のレールに取り付けることにより、重力や浮力を利用した開閉が可能になる。また、長い開閉幕を広げた時、多数の車輪により羽根枠の両サイドから支持することになるので、隙間が少なくなり抗力のロスが少なくなる。仮に開閉幕に設けられた車輪が角の２か所のみだったとしたら、折りたたまれた時に、開閉幕の半分の長さが羽根枠からはみ出てしまう。はみ出た分は回転時の抵抗になり、回転効率を落とすばかりか、何かに巻きついた場合、機能不全を起こしてしまう。

請求項４に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、軸によって回転する開閉片を複数以上備え、開閉片の下の片を他の開閉片の軸に重ねたものである。開閉片を軸による回転で開閉させる。開閉片の下の片を他の開閉片の軸に重ねれば、回転方向に力がかかっているときは閉じ、抵抗方向に力がかかった場合は開くようにすることが可能となる。

発明を実施するための形態を示す斜視図である。実施例１を示す斜視図である。実施例２を示す羽根（４）の一部を拡大した斜視図である。実施例２を示す羽根（４）の一部を拡大した斜視図である。実施例３を示す開閉幕（１）の斜視図である。実施例４を示す羽根枠（８）を透過した斜視図である。実施例５を示す羽根枠（８）を透過した斜視図である。実施例６を示す、羽根（４）の一部を拡大した斜視図である。実施例６を示す、開閉片（１６）の斜視図である。実施例７を示す、回転制限軸（１８）の末端を拡大した斜視図である。実施例７を示す、軸受け（１９）を拡大した斜視図である。実施例７を示す、開閉片（１６）が閉まっている時の羽根枠（８）の断面と斜視図である。実施例７を示す、開閉片（１６）が開いている時の羽根枠（８）の断面と斜視図である。実施例８を示す羽根枠（８）の透過した羽根（４）の一部の斜視図である。実施例９を示す羽根枠（８）を透過した羽根（４）の一部の側面図である。実施例１０を示す斜視図である。実施例１１を示す開閉片（１６）の軽量化の斜視図である。実施例１２を示す斜視図である。実施例１２を示す斜視図である。実施例１３を示す斜視図である。実施例１３を示す羽根枠（８）を透過した側面図である。実施例１４を示す斜視図である。実施例１５を示す羽根（４）の一部を拡大した斜視図である。

本発明を実施するための形態を図１に基づいて説明する。支柱（５）を軸に旋回する回転軸受け（３）を備え、回転軸受け（３）の両側に回転軸（２）を有する。また、それぞれの回転軸（２）に羽根（４）を３枚以上備え、負荷分散のために隣り合う羽根（４）の先端や側面をケーブル（６）で連結し合う。羽根（４）は、レール（７）が設置された羽根枠（８）に、布などで作られた開閉幕（１）を取り付けられたもので構成される。また、一枚の羽根（４）を中ほどで区切り、２枚の開閉幕（１）で開閉を行うようにしているのは、素早い開閉を行うためである。開閉幕（１）の素材は布の他に棒状の物体を糸などで連結したものを使用してもよいし、板状の物体を連結して蛇腹状に折りたたむようにしてもよい。一般にプロペラ型発電機において回転軸受け（３）の位置はナセルと呼称され、発電機が設置されているが、本発明においては、プロペラ型発電機と違い、羽根（４）の重量バランスを発電機で相殺する必要がなく、回転軸（２）の回転をシャフトを通じて伝達し、発電機を地表付近に置くことを考慮して、あえて回転軸受け（３）と呼称する。また、抗力型開閉式発電機の回転軸の高さまで塀で囲むことにより、戻り回転時の羽根に風が当たらないようになり効率的に回転させることができる。

実施例１を図２を基に説明する。先述した図１にケーブル（６）を張ってないタイプである。羽根（４）の強度が保たれる中型以下ならケーブル（６）は不要であるが、やはり強度面で大型化には適さないし、大型化しなければ生産コストはプロペラ型より劣る。

実施例２を図３、および図４を基に説明する。これらは羽根（４）を拡大したもので、羽根枠（８）の両サイドの内側にレール（７）を設置、開閉幕（１）の一端を羽根枠（８）の先端で固定し、開閉幕（１）には両サイドのレール（７）を自由に移動するため、カーテンのようにランナーを取り付ける。図３は開閉幕（１）を広げた状態であり、図４は開閉幕（１）をたたんだ状態である。

実施例３を図５を基に説明する。開閉幕（１）が摩擦なくスムーズに開閉できるように、ランナーを車輪（９）にし、開閉幕（１）を素早く開閉できるように先端部に重り（１３）を設けたものである。

実施例４を図６を基に説明する。開閉幕（１）の両サイドに開けられた穴をベルト（１２）の突起にかみ合わせる。開閉幕（１）の一端を鋲（１５）や接着剤など使い、ベルト（１２）に固定し、反対側の端を幕の巻軸（１１）に巻き付ける。ベルトの軸（１４）と幕の巻軸（１１）の両端は羽根枠（８）に取り付ける。ベルト（１２）に重り（１３）を付けることで、羽根（４）の位置によりベルト（１２）が回転し開閉幕（１）が開閉する。また、重り（１３）をベルト（１２）の内側に付けるとストッパーの役割にもなる。また、重り（１３）を開閉幕（１）と逆側に取り付ければ、重り（１３）が下がった時に開閉幕（１）が上がるので、重量物を羽根（４）の中心方向に配置することができる。

実施例５を図７を基に説明する。開閉幕（１）の両サイドに開けられた穴をベルト（１２）の突起にかみ合わせる。開閉幕（１）の一端を鋲（１５）や接着剤など使い、ベルト（１２）に固定し、反対側の端を幕の巻軸（１１）に巻き付ける。ベルトの軸（１４）と幕の巻軸（１１）の両端は羽根枠（８）に取り付ける。ベルト軸（１４）をモーター（２９）で回転するようにする。幕の巻軸（１１）はモーターを利用するかゼンマイバネなどで常に引っ張る力をかけておけば、開閉幕（１）を開閉を自由にコントロールすることができる。モーター（２９）は各羽根（４）にごとに設置せず回転軸受け（３）に一つ配置してすべての羽根（４）のベルト（１２）をコントロールしてもよい。

実施例６を図８および図９を基に説明する。羽根枠（８）に開閉幕（１）ではなく開閉片（１６）を配置する。開閉片（１６）は図９のように軸（１７）を設け回転するようにするとよい。図８のように開閉片（１６）を下の開閉片（１６）の軸（１７）に重ねていけば片側にしか開かない構造となり、流体の力を受けたい側で閉じ、受け流したい側で開くことができる。

実施例７を図１０〜１３を基に説明する。図１０のように先端の半分を切り欠いた回転制限軸（１８）と、図１１のように穴の終端を四分の一埋めた軸受け（１９）をはめ合わせると、図１２のように開閉片（１６）が閉じる方向の回転は制限しないが、図１３のように開閉片（１６）が開く方向の回転は羽根枠（８）に対して９０度で止まるようにできる。

実施例８を図１４を基に説明する。開閉片（１６）の軸（１７）に歯車ａ（２０）を取り付けたもので、ラック（２１）を動力などで動かすことにより、羽根（４）の位置にかかわらず、開閉片（１６）の開閉が可能になる。ラック（２１）の代わりにチェーンを用いても構わない。また図１４において軸（１７）は開閉片（１６）の辺に位置しているが、中央部であっても構わない。

実施例９を図１５を基に説明する。羽根枠（８）の内部に設けられたラック（２１）によって歯車ｂ（２３）は回転し、羽根枠（８）に設けられたアーム（２２）が連動し、軸（１７）を支軸として、開閉片（１６）を持ち上げる。開閉片（１６）を強制的に開いて羽根（４）の回転を止めたい場合に役立つ。ラック（２１）はチェーンであっても構わない。

実施例１０を図１６を基に説明する。図１の抗力型開閉式の風力発電機を発展させたもので、回転軸受け（３）の両端に、長い回転軸（２）と長い羽根（４）を備え、回転軸の外周側の両端に旋回する支柱を２本以上備えものである。広い平地に設置するのに適している。車輪（２４）は線路を敷いてその上を周回させてもよい。また線路を盛り土の上に作ることにより、塀の代わり及び、戻り回転時の羽根に風が当たらないようにもなり効率的に回転させることができる。

実施例１１を図１７を基に説明する。枠（２８）に布（２７）を張り、枠（２８）の内側の空間を塞ぐことで、開閉片（１６）を軽量化したものである。

実施例１２を図１８および図１９を基に説明する。羽根枠（８）にレール（７）を遮るように動作するストッパー（３０）を取り付けたものである。これにより図１８のようにストッパー（３０）が上がっている時は開閉幕（１）は羽根枠（８）内の空間を閉じることができるが、図１９のようにストッパー（３０）が下がっているときは開閉幕（１）は羽根枠（８）内の空間を閉じることができない。メンテナンスなど、回転させたくない時に有用である。

実施例１３を図２０および図２１を基に説明する。軸を使って開閉片（１６）を回転せる方法として、蝶番（３２）を利用したものである。図２０のように固定片（３１）に垂直に位置する開閉片（１６）を蝶番（３２）でつなぐ。こうしてできた物を図２１のように固定片（３１）を羽根枠（８）に固定すれば、片側にしか開かない構造となり、流体の力を受けたい側で閉じ、受け流したい側で開くことができる。

実施例１４を図２２を基に説明する。開閉片（１６）の代わりに蛇腹式開閉片（３３）を使用したもので、開閉片を連結して蛇腹状に折りたたんだり伸ばしたりする仕組みの蛇腹式開閉片（３３）の両側を羽根枠（８）に設けられたレール（７）に取り付け、羽根枠（８）の先端部に蛇腹式開閉片（３３）の端を固定する。ただし、蛇腹式開閉片（３３）を一直線に伸ばすと容易に折りたためなくなるので、一直線に伸ばす手前で止めておく。こうすることで、開閉幕（１）に使用した場合と同じく羽根枠（８）の内側の空間を開閉可能になる。

実施例１５を図２３を基に説明する。羽根枠（８）に設けたケーブル取り付け部（１０）にケーブル連結金具（２６）を取り付け、ケーブル連結金具（２６）にケーブル（６）を取り付けたものである。取り付けたケーブル（６）の先は隣の羽根（４）のケーブル連結金具（２６）にケーブルを取り付けるようにする。なお、羽根枠（８）の辺に一本の棒を通して左右のケーブル取り付け部（１０）として利用すると、強度的に優れたものになる。また、ケーブル（６）に掛かる負荷を抑えたい場合は、羽根（４）の枚数を多くするか、羽根（４）と羽根（４）の間に設けた柱にケーブル（６）を経由させるといった、ケーブル（６）を分割する方法がある。

１開閉幕
２回転軸
３回転軸受け
４羽根
５支柱
６ケーブル
７レール
８羽根枠
９車輪
１０ケーブル取り付け部
１１幕の巻軸
１２ベルト
１３重り
１４ベルトの軸
１５鋲
１６開閉片
１７軸
１８回転制限軸
１９軸受け
２０歯車ａ
２１ラック
２２アーム
２３歯車ｂ
２４車輪
２５旋回する支柱
２６ケーブル連結金具
２７布
２８枠
２９モーター
３０ストッパー
３１固定片
３２蝶番
３３蛇腹式開閉片

Claims

一本のみで起立する支柱に旋回可能な回転軸受けを設け、回転軸受けの両側に回転軸を有し、羽根枠内の空間を開閉できる機能を備えた羽根を両側の回転軸に設け、それぞれの回転軸の羽根同士をケーブルで連結した、請求項１記載の抗力型開閉式発電機。
回転軸の外周側の両端に、それぞれ旋回する支柱を２本以上備えた、請求項１記載の抗力型開閉式発電機。
開閉幕の両サイドに多数の車輪を設け、開閉幕の車輪の設けられていない一片を羽根枠に固定し、羽根枠にレールを設け、開閉幕の車輪をレールに取り付けた、請求項１記載の抗力型開閉式発電機。
軸によって回転する開閉片を複数以上備え、開閉片の下の片を他の開閉片の軸に重ねた、請求項１の記載の抗力型開閉式発電機。