JP2023062292A - Blade for windmill, windmill, and wind power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、垂直回転軸型の風車、この風車に用いられる風車用羽根、及びこの風車を用いる風力発電機に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vertical rotating shaft type wind turbine, a wind turbine blade used for this wind turbine, and a wind power generator using this wind turbine.
近年、環境負荷が小さいことや変換効率が高いこと、洋上でも発電可能であること等の風力発電の様々なメリットから、風力発電機の導入が世界的に広がっている。 BACKGROUND ART In recent years, the introduction of wind power generators has spread worldwide due to various advantages of wind power generation, such as low environmental load, high conversion efficiency, and ability to generate power on the sea.
また、風力発電機に用いられる風車には、垂直回転軸型と水平回転軸型とがあり、現在、主として水平回転軸型が用いられている。 There are two types of wind turbines used in wind power generators: a vertical rotating shaft type and a horizontal rotating shaft type. Currently, the horizontal rotating shaft type is mainly used.
この水平回転軸型の風車は、垂直回転軸型と比較して、風のエネルギー回収率が高いという利点があるが、回転軸及び羽根が風の向きに対向しなければ回転効率が落ちるという難点もある。
特に、水平回転軸型の風車は、羽根の上下間の高度差による風向きの違いや、急激な風向きの変化により、失速してしまう。
Compared to the vertical rotating shaft type, this horizontal rotating shaft type wind turbine has the advantage of a high wind energy recovery rate, but has the disadvantage that the rotating shaft and blades must face the direction of the wind, resulting in lower rotational efficiency. There is also
In particular, a horizontal rotating shaft type wind turbine stalls due to a difference in wind direction due to a difference in altitude between the upper and lower blades, or due to a sudden change in wind direction.
一方、垂直回転軸型の風車は、水平回転軸型と比較して、風向きに左右されずに回転可能であり、この垂直回転軸型の風車を有する風力発電機に関する発明が、種々提案されている。 On the other hand, a vertical rotary shaft type wind turbine can rotate without being affected by the wind direction compared to a horizontal rotary shaft type, and various inventions related to wind power generators having this vertical rotary shaft type wind turbine have been proposed. there is
例えば、特許文献1には、垂直回転型の風車を利用した、発電効率の高い風力発電機に関する発明が記載されている。
For example,
この風力発電機は、共通の回転中心を有する第1風車及び第2風車を備えており、第1風車は、発電ユニット内の磁石の回転軸となる第1下軸を軸として回転し、第2風車は、発電ユニット内の電機子コイルの回転軸となる第2下軸を軸として回転する。
また、第2風車が、第1風車に対して上下反転させた態様で配置されているため、所定の方向から風が吹くことで、各風車は、異なる方向に回転することとなる。
This wind power generator includes a first wind turbine and a second wind turbine having a common center of rotation. The second windmill rotates about the second lower shaft that serves as the rotation axis of the armature coil in the power generation unit.
In addition, since the second windmill is arranged in an upside-down manner with respect to the first windmill, each windmill rotates in a different direction when the wind blows from a predetermined direction.
このような構成により、この風力発電機が風を受けると、第1風車と第2風車は、互いに逆方向にほぼ同じ速度で回転し、磁石と電機子コイルとの相対回転速度は、磁石又は電機子コイルの一方が停止している場合の2倍の回転速度となる。
このため、この風力発電機によれば、電機子コイルの交流発電電圧を、磁石又は電機子コイルの一方が停止している場合の2倍の電圧とすることができ、発電効率を向上させることができる。
With such a configuration, when the wind power generator receives wind, the first windmill and the second windmill rotate in opposite directions at substantially the same speed, and the relative rotational speed between the magnet and the armature coil is equal to that of the magnet or the armature coil. The rotational speed is double that when one of the armature coils is stopped.
Therefore, according to this wind power generator, the AC power generation voltage of the armature coil can be doubled as compared to when either the magnet or the armature coil is stopped, thereby improving power generation efficiency. can be done.
しかしながら、特許文献1に記載の風力発電機を含め、垂直回転型の風車を利用した風力発電機は、風車の受ける空気抵抗により、特に低風速時において発電効率が悪化するという問題があった。
However, wind power generators using vertical rotating wind turbines, including the wind power generator described in
本発明は上記のような実状に鑑みてなされたものであり、空気抵抗を低減することで、低風速時であってもスムーズに回転可能な風車、この風車に用いられる風車用羽根、及びこの風車を用いる風力発電機を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described actual situation, and a wind turbine that can rotate smoothly even at low wind speeds by reducing air resistance, a wind turbine blade used for this wind turbine, and this An object of the present invention is to provide a wind power generator using a windmill.
上記課題を解決するための本発明は、風車用羽根であって、鉛直方向の回転中心軸周りに配置され、風受面が設けられた羽根本体と、前記羽根本体を支持する羽根支持部と、を備え、
前記風受面には、前記鉛直方向から見て、回転方向における進行方向の前側に向かって凸状に湾曲された前側面と、前記前側面の背面側に配置され、前記進行方向の後側に向かって凹状に湾曲された後側面と、が形成され、
前記羽根本体は、前記風受面が水平方向に分割されることで形成された、複数の羽根構成体を有し、
前記羽根支持部は、前記各羽根構成体それぞれを、前記鉛直方向を軸に回転可能に支持する回転軸部を有し、
前記後側面で風を受けた前記羽根本体は、前記各羽根構成体の回転により、前記各羽根構成体間の風の通過を遮断する閉状態となり、前記前側面で風を受けた前記羽根本体は、前記各羽根構成体の回転により、前記各羽根構成体間に風を通過させる開状態となる。
The present invention for solving the above problems is a wind turbine blade, comprising: a blade main body arranged around a vertical rotation center axis and provided with a wind receiving surface; and a blade support portion supporting the blade main body. , and
The wind receiving surface includes a front side surface that is convexly curved toward the front side in the direction of travel in the rotation direction when viewed from the vertical direction, and a rear side of the front side surface that is disposed on the back side of the front side surface and is located on the rear side of the direction of travel. a posterior side curved concavely toward the
The blade main body has a plurality of blade constituent bodies formed by dividing the wind receiving surface in the horizontal direction,
The blade supporting portion has a rotating shaft portion that supports each of the blade constituent bodies so as to be rotatable about the vertical direction,
The blade main body receiving the wind on the rear side comes into a closed state in which the passage of the air between the blade forming bodies is blocked by the rotation of each blade structure, and the blade main body receiving the wind on the front side. is opened by the rotation of each blade structure, allowing air to pass between the blade structures.
本風車用羽根は、このような構成により、風が後側面に向かって吹いた場合、この風を凹状の面全体で効率よく捉え、揚力を発生させることができる。
一方、本風車用羽根は、風が前側面に向かって吹いた場合、この風を各羽根構成体間から逃がすことで、揚力の発生を抑制することができる。
Due to such a configuration, when the wind blows toward the rear side surface of the wind turbine blade, the present wind turbine blade can efficiently catch the wind over the entire concave surface and generate lift.
On the other hand, when the wind blows toward the front side surface, the wind turbine blade allows the wind to escape from between the blade constituent bodies, thereby suppressing the generation of lift.
そして、本風車用羽根を回転中心軸周りに複数備えた風車は、所定の方向からの風を受けることで、回転動作の中で、閉状態となされた本風車用羽根と、開状態となされた本風車用羽根と、を共存させることができる。
即ち、本風車用羽根を複数備えた風車は、閉状態となされた本風車用羽根の揚力で回転しつつ、開状態となされた本風車用羽根で回転の抵抗となる風を逃がすことができる。
これにより、本風車用羽根を複数備えた風車は、風の抵抗による回転効率の悪化を抑制することができ、低風速時であっても、高い回転効率を維持することが可能となる。
The wind turbine provided with a plurality of the wind turbine blades around the central axis of rotation receives the wind from a predetermined direction, so that the wind turbine blades are closed and opened during the rotation. can coexist with the original wind turbine blades.
That is, the wind turbine provided with a plurality of the wind turbine blades can be rotated by the lift force of the closed wind turbine blades, and the open wind turbine blades can release the wind that resists the rotation. .
As a result, the wind turbine provided with a plurality of the wind turbine blades can suppress deterioration of rotation efficiency due to wind resistance, and can maintain high rotation efficiency even when the wind speed is low.
本発明の好ましい形態では、前記各羽根構成体の水平方向の全長は、最内側に配置された前記羽根構成体から、最外側に配置された前記羽根構成体に向かうに伴って、漸次長くなるように構成されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the total horizontal length of each blade structure gradually increases from the innermost blade structure toward the outermost blade structure. is configured as
このような構成とすることで、開状態の羽根本体が後側面で風を受けた際、最内側の羽根構成体から順次各羽根構成体間の間隙が閉じていく流れで、羽根本体が閉状態となる。
これにより、後側面で受けた風を逃がしにくくなり、回転効率の向上に寄与する。
With such a configuration, when the blade body in the open state receives the wind on the rear side, the blade body closes due to the flow that sequentially closes the gaps between the blade structures, starting with the innermost blade structure. state.
As a result, it becomes difficult for the wind received by the rear side surface to escape, contributing to an improvement in rotational efficiency.
また、最も大きな回転抵抗を生じさせる最外側の羽根構成体の可動領域が大きくなるため、閉状態の羽根本体が前側面で風を受けた際、効率的に風を逃がして、回転抵抗を極力減少させることができる
さらに、垂直回転型の風車では、羽根本体の厚みを最内側に向かうに伴って増大させ、一定の強度を確保することが通常であるため、上記構成とすることで、各羽根構成体を適切な重量バランスとすることができる。
In addition, since the movable area of the outermost blade structure, which generates the greatest rotational resistance, becomes large, when the blade main body in the closed state receives wind on the front side, the wind can escape efficiently and the rotational resistance is minimized. Furthermore, in a vertical rotation wind turbine, it is normal to increase the thickness of the blade body toward the innermost side to ensure a certain strength. The blade structure can be properly weight balanced.
本発明の好ましい形態では、前記各羽根構成体の、前記回転方向と逆方向の最大回転角は、最内側に配置された前記羽根構成体から、最外側に配置された前記羽根構成体に向かうに伴って、漸次大きくなるように構成されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the maximum rotation angle of each blade structure in the direction opposite to the direction of rotation is from the innermost blade structure toward the outermost blade structure. It is configured to gradually increase as the
このような構成とすることで、後側面で風を受けた際の、最内側の羽根構成体から順次閉じて閉状態となる流れ、前側面で風を受けた際の、最外側の羽根構成体から効率的に風を逃がす流れ、それぞれをより確実に実行させることができる。
このため、上記構成により、回転効率をさらに向上させることが可能となる。
With such a configuration, when the wind is received on the rear side, the flow is closed sequentially from the innermost blade structure to the closed state, and when the wind is received on the front side, the outermost blade structure. A flow that efficiently escapes the wind from the body, each can be executed more reliably.
Therefore, with the above configuration, it is possible to further improve the rotation efficiency.
本発明の好ましい形態では、前記各羽根構成体に設けられた前記各回転軸部は、前記鉛直方向から見て、前記各羽根構成体の前記回転中心軸側端部から、その全長の略1/3の位置に設けられている。 In a preferred embodiment of the present invention, each of the rotating shafts provided in each of the blade constituent bodies extends from the end of the respective blade constituent body on the side of the central axis of rotation when viewed from the vertical direction by about 1 of its total length. /3.
このような構成とすることで、各羽根構成体の、開状態と閉状態とを行き来する回転動作を、よりスムーズに行うことが可能となる。 By adopting such a configuration, it becomes possible to perform the rotational movement of each blade structure to go back and forth between the open state and the closed state more smoothly.
本発明の好ましい形態では、前記羽根本体は、CFRPを用いて形成されている。 In a preferred form of the invention, the blade body is formed using CFRP.
このような構成とすることで、本風車用羽根に一定以上の強度を持たせつつ、軽量とすることができるため、本風車用羽根は、小型に構成された場合であっても、高い回転効率を維持することが可能となる。 By adopting such a configuration, the wind turbine blade can have a certain level of strength, and at the same time, can be made lightweight. Efficiency can be maintained.
本発明は、風車であって、鉛直方向に回転中心軸を有し、前記回転中心軸周りに、前記風車用羽根を複数備えている。 The present invention is a wind turbine, which has a rotation center axis in a vertical direction, and includes a plurality of the wind turbine blades around the rotation center axis.
本発明によれば、上記の通り、風の抵抗による回転効率の悪化を抑制することができ、低風速時であっても、効率良く回転し続けることが可能となる。 According to the present invention, as described above, deterioration of rotation efficiency due to wind resistance can be suppressed, and efficient rotation can be continued even when the wind speed is low.
本発明は、風力発電機であって、前記風車と、前記風車を回転可能に支持する支持ユニットと、前記風車の回転に基づいて発電を行う発電ユニットと、を備える。 The present invention is a wind power generator comprising the wind turbine, a support unit that rotatably supports the wind turbine, and a power generation unit that generates power based on the rotation of the wind turbine.
本発明によれば、低風速時であっても、高い発電効率を維持することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to maintain high power generation efficiency even when the wind speed is low.
本発明によれば、空気抵抗を低減することで、低風速時であってもスムーズに回転可能な風車、この風車に用いられる風車用羽根、及びこの風車を用いる風力発電機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wind turbine that can rotate smoothly even at low wind speeds by reducing air resistance, a wind turbine blade used for this wind turbine, and a wind power generator using this wind turbine. can.
以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係る風力発電機について説明する。
なお、以下に示す実施形態は本発明の一例であり、本発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、これらの図において、符号Xは、本実施形態に係る風力発電機を示す。
A wind power generator according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In addition, the embodiment shown below is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, in these figures, the code|symbol X shows the wind power generator which concerns on this embodiment.
<<構成要素>>
以下、図1~図9を用いて、風力発電機Xを構成する各構成要素について詳述する。
<<Components>>
Each component constituting the wind power generator X will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 9. FIG.
図1に示す風力発電機Xは、鉛直方向に回転中心軸Z(図15参照)を有し、この回転中心軸Z周りに風車用羽根Aが設けられた風車1と、風車1を回転可能に支持する支持ユニット2と、風車1の回転に基づいて発電を行う発電ユニット3(図9参照)と、風車1が受ける風量を調整する風量調整ユニット4と、発電ユニット3と分離して設けられたソーラーモジュール5と、を備えている。
なお、以下、回転中心軸Zを、単に主軸Zと称する。
The wind power generator X shown in FIG. 1 has a rotation center axis Z (see FIG. 15) in the vertical direction. a power generation unit 3 (see FIG. 9) that generates power based on the rotation of the
Note that the rotation center axis Z is simply referred to as the main axis Z hereinafter.
ここで、上記各ユニットの内、風車1、発電ユニット3及びソーラーモジュール5は、それぞれが、略一体的なユニットである。
一方、支持ユニット2及び風量調整ユニット4は、それぞれが、さらに複数の構成要素(以下、パーツと称する)に分解可能に構成されたユニットである。
このため、以下、支持ユニット2及び風量調整ユニット4については、これらを分解した状態で示し、各パーツの構成について詳述する。
Here, among the units described above, the
On the other hand, each of the
For this reason, the
<風車>
以下、図2及び図3を用いて、風車1の構成について詳述する。
図2(a)は、後述する各羽根本体A1を閉状態とした風車1の上面図、図2(b)は、各羽根本体A1を開状態とした風車1の上面図である。
図3(a)は、風車1の斜視図、図3(b)は、図3(a)のPP´線断面図、図3(c)は、風車1の上部拡大斜視図である。
なお、図2では、後述する支持板A22及び軸支部A23の図示を省略している。
<Windmill>
The configuration of the
FIG. 2(a) is a top view of the
3(a) is a perspective view of the
In addition, in FIG. 2, illustration of a support plate A22 and a shaft support portion A23, which will be described later, is omitted.
風車1は、主軸Z周りに配置された4つの風車用羽根Aと、風車用羽根Aが連結され、後述する回転シャフトSが着脱可能に嵌合する嵌合部11と、を有している。
なお、風車用羽根Aの数はこれに限られず、2つや3つであっても良いし、5つ以上であっても良い。
The
The number of wind turbine blades A is not limited to this, and may be two, three, or five or more.
各風車用羽根Aは、風受面Rが設けられた羽根本体A1と、羽根本体A1を支持する羽根支持部A2と、を備えている。
また、各風車用羽根Aは、特に図2に示すように、鉛直方向から見て、主軸Zを中心に90度ずつ間隔を置いて、嵌合部11に連結されている。
なお、以下では、一の風車用羽根Aの構成についてのみ詳述するが、他の風車用羽根Aも略同一の構成を有している。
Each wind turbine blade A includes a blade main body A1 provided with a wind receiving surface R, and a blade support portion A2 that supports the blade main body A1.
2, each wind turbine blade A is connected to the
In the following, only the configuration of one wind turbine blade A will be described in detail, but the other wind turbine blades A also have substantially the same configuration.
風受面Rには、特に図2に示すように、鉛直方向から見て、回転方向rにおける進行方向の前側に向かって凸状に湾曲された前側面R1と、前側面R1の背面側に配置され、進行方向の後側に向かって凹状に湾曲された後側面R2と、が形成されている。 As shown particularly in FIG. 2, the wind receiving surface R includes a front side surface R1 that is convexly curved forward in the traveling direction in the rotation direction r when viewed from the vertical direction, and a front side surface R1 that is curved on the back side of the front side surface R1. A rear side surface R2 is formed which is arranged and curved in a concave shape toward the rear side in the direction of travel.
羽根本体A1は、風受面Rが水平方向に分割されることで形成された、複数の羽根構成体A11~A13と、嵌合部11から羽根構成体A13に向かって突設された基端部A14と、を有している。
また、羽根本体A1は、特に図2(a)に示すように、鉛直方向から見て、基端部A14から最外側の羽根構成体A11に向かうに伴って山なりに湾曲しながら鋭利となる形状(以下、ブレード形状と称する)を呈している。
さらに、羽根本体A1は、CFRPを用いて形成されている。
The blade main body A1 includes a plurality of blade constituent bodies A11 to A13 formed by dividing the wind receiving surface R in the horizontal direction, and a base end projecting from the
Further, as shown in FIG. 2A, the blade main body A1 becomes sharper as it curves in a mountain shape from the base end A14 toward the outermost blade structure A11 when viewed from the vertical direction. It has a shape (hereinafter referred to as blade shape).
Furthermore, the blade main body A1 is formed using CFRP.
羽根構成体A11~A13の水平方向の全長は、最内側に配置された羽根構成体A13から、最外側に配置された羽根構成体A11に向かうに伴って、漸次長くなるように構成されている。 The overall horizontal length of the blade constituents A11 to A13 is configured to gradually increase from the innermost blade constituent A13 toward the outermost blade constituent A11. .
ここで、図2(a)に示す羽根構成体A11~A13は、それぞれの分割面が、隣接する分割面に当接することで、上記したブレード形状を呈している状態であり、この状態を以下、閉状態と称する。
また、図2(b)に示す羽根構成体A11~A13は、後述する各回転軸部A21と共に回転することで、それぞれの分割面が隣接する分割面から離間し、それぞれの間に間隙が生じている状態であり、この状態を以下、開状態と称する。
なお、羽根構成体A11~A13の分割面は、閉状態において、上面視で、回転方向rに向かうに伴って主軸Zに接近するように傾斜している。これにより、羽根構成体A11~A13は、閉状態における、回転方向rと同方向への回転動作が抑制されている。
Here, the blade constituent bodies A11 to A13 shown in FIG. 2(a) are in a state in which the respective divided surfaces abut against the adjacent divided surfaces, thereby exhibiting the above-described blade shape. This state will be described below. , is called the closed state.
2(b) rotates together with each rotation shaft A21, which will be described later, so that the respective divided surfaces are separated from the adjacent divided surfaces, and gaps are generated between them. This state is hereinafter referred to as an open state.
In the closed state, the divided surfaces of the blade constituent bodies A11 to A13 are inclined in a top view so as to approach the main axis Z in the rotation direction r. As a result, the blade constituents A11 to A13 are restrained from rotating in the same direction as the rotational direction r in the closed state.
羽根支持部A2は、特に図2に示すように、羽根構成体A11~A13を、鉛直方向を軸に回転可能に支持する回転軸部A21と、各羽根本体A1の上下端部にそれぞれ設けられた支持板A22と、支持板A22に設けられ、各回転軸部A21の両端が挿通される軸支部A23と、を有している。 As shown particularly in FIG. 2, the blade supporting portion A2 includes a rotating shaft portion A21 that supports the blade structures A11 to A13 so as to be rotatable about the vertical direction, and is provided at the upper and lower ends of each blade main body A1. and a support plate A22 provided on the support plate A22, and a shaft support portion A23 through which both ends of each rotation shaft portion A21 are inserted.
各回転軸部A21は、羽根構成体A11~A13の内部を鉛直方向に貫通する、細長の略円柱棒状体である。
また、各回転軸部A21は、鉛直方向から見て、羽根構成体A11~A13の主軸Z側端部から、その全長の略1/3の位置に設けられている。
Each rotating shaft portion A21 is an elongated, substantially cylindrical rod-shaped body that vertically penetrates the interior of the blade constituent bodies A11 to A13.
Further, each rotating shaft portion A21 is provided at a position approximately 1/3 of the total length from the main shaft Z side end portion of each of the blade constituent bodies A11 to A13 when viewed in the vertical direction.
各支持板A22は、その面方向が水平方向と略平行となるように配置された略薄板状体であり、上方の支持板A22は、嵌合部11(ブッシュL)の外周面に連結している。
また、本実施形態においては、各羽根支持部A2の各支持板A22が連接されることで、各羽根本体A1の上下端部には、中央に貫通孔pが設けられた略円盤状体が形成されている。
なお、上方に形成された略円盤状体の貫通孔pには、後述するブッシュLが挿通された態様となされている。
Each support plate A22 is a substantially thin plate-like body arranged so that its surface direction is substantially parallel to the horizontal direction, and the upper support plate A22 is connected to the outer peripheral surface of the fitting portion 11 (bush L). ing.
Further, in the present embodiment, by connecting the support plates A22 of the blade support portions A2, the upper and lower ends of the blade main bodies A1 form substantially disk-shaped bodies having through holes p in the center. formed.
A bush L, which will be described later, is inserted into the through hole p of the substantially disk-shaped body formed in the upper part.
各軸支部A23は、各回転軸部A21と同軸上に配置されるように、上下の支持板A22にそれぞれに設けられた、略円筒状体である。 Each shaft support portion A23 is a substantially cylindrical body provided on each of the upper and lower support plates A22 so as to be arranged coaxially with each rotation shaft portion A21.
また、各軸支部A23には、特に図3(c)に示すように、その上面に第一突起h1が設けられている。
さらに、各回転軸部A21の、各軸支部A23から突出している上端部には、その外周面に第二突起h2が設けられている。
そして、各第二突起h2は、各回転軸部A21と共に回転することで、第一突起h1に当接し、各回転軸部A21の回転動作が抑制される。
Moreover, as shown particularly in FIG. 3(c), each shaft support portion A23 is provided with a first protrusion h1 on its upper surface.
Further, a second protrusion h2 is provided on the outer peripheral surface of the upper end portion of each rotating shaft portion A21 protruding from each shaft support portion A23.
By rotating together with each rotating shaft portion A21, each second protrusion h2 comes into contact with the first protrusion h1, and the rotating motion of each rotating shaft portion A21 is suppressed.
ここで、各回転軸部A21を中心として、閉状態における各第二突起h2の位置から各第一突起h1までの、回転方向rと逆方向周りの周方向の距離は、羽根構成体A13から羽根構成体A11に向かう伴って、漸次大きくなるように構成されている。
これにより、各羽根構成体の、回転方向rと逆方向の最大回転角は、羽根構成体A13から羽根構成体A11に向かうに伴って、漸次大きくなる。
Here, the distance in the circumferential direction from the position of each second projection h2 in the closed state to each first projection h1 around each rotating shaft portion A21 in the direction opposite to the rotation direction r is It is configured to gradually increase toward the blade structure A11.
As a result, the maximum rotation angle of each blade structure in the direction opposite to the rotation direction r gradually increases from the blade structure A13 toward the blade structure A11.
嵌合部11は、鉛直方向に延びる略円筒状体である。
また、嵌合部11は、羽根本体A1(基端部A14)の下端を除く部分が連結される主部11aと、主部11aの両端に設けられたブッシュLと、により構成されている。
なお、ブッシュLの構成については、図4を用いて後述する。
The
The
In addition, the structure of the bush L is later mentioned using FIG.
<回転シャフト>
以下、図4を用いて、回転シャフトS(及びブッシュL)の構成について詳述する。
なお、図4(a)は、回転シャフトSの斜視図、図4(b)は、ブッシュLの斜視図、図4(c)は、図4(b)のQQ´線断面図である。
<Rotating shaft>
The configuration of the rotary shaft S (and the bush L) will be described in detail below with reference to FIG.
4(a) is a perspective view of the rotary shaft S, FIG. 4(b) is a perspective view of the bush L, and FIG. 4(c) is a cross-sectional view taken along line QQ' of FIG. 4(b).
回転シャフトSは、支持ユニット2を構成するパーツであり、鉛直方向に沿って延び、主軸Zと同軸上に配置される、略円柱棒状体である。
また、回転シャフトSは、風車1の回転軸となり、その回転に基づいて発電ユニット3を駆動させる。
さらに、回転シャフトSは、その外周面に案内溝sが形成された回転シャフト本体S1と、回転シャフト本体S1の上端に設けられ、回転シャフト本体S1よりもやや小径に形成された、略円柱状体の頭部S2と、により構成されている。
The rotary shaft S is a part that constitutes the
Further, the rotating shaft S serves as a rotating shaft of the
Further, the rotating shaft S includes a rotating shaft main body S1 having a guide groove s formed on its outer peripheral surface, and a substantially cylindrical shape provided at the upper end of the rotating shaft main body S1 and having a slightly smaller diameter than the rotating shaft main body S1. and the head S2 of the body.
案内溝sは、嵌合部11や後述する副嵌合部33と嵌合する長溝であり、回転シャフト本体S1の全長に亘って形成されている。
また、案内溝sは、主軸Zを中心に90度ずつ間隔を置いて、回転シャフト本体S1の外周面に4つ設けられている。
The guide groove s is a long groove that is fitted with the
Four guide grooves s are provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft main body S1 at intervals of 90 degrees around the main axis Z. As shown in FIG.
ブッシュLは、外筒L1と、内筒L2と、これらの間に介在する転動ボールL3と、により構成されている。
転動ボールL3は、鉛直方向に沿って複数個配置されることで列を形成しており、この列が、主軸を中心として4列設けられている。
The bush L is composed of an outer cylinder L1, an inner cylinder L2, and rolling balls L3 interposed therebetween.
A plurality of rolling balls L3 are arranged in the vertical direction to form rows, and four rows are provided around the main shaft.
そして、回転シャフトSが内筒L2に挿通されることで、各案内溝sと各転動ボールL3とが嵌合し、回転シャフトSの滑らかな直線運動及びブッシュLへのトルク伝達が可能な、所謂ボールスプラインが構成される。
なお、図3等においてブッシュLを示す縦断面図は、シンプルな円筒状体として、概略的に図示している。
By inserting the rotary shaft S into the inner cylinder L2, the guide grooves s and the rolling balls L3 are fitted, and smooth linear motion of the rotary shaft S and torque transmission to the bush L are possible. , a so-called ball spline is constructed.
In addition, longitudinal sectional views showing the bush L in FIG. 3 and the like are schematically illustrated as a simple cylindrical body.
<上方部及びソーラーモジュール>
以下、図5を用いて、上方部21及びソーラーモジュール5の構成について詳述する。
図5(a)は、上方部21の上面からみた斜視図、図5(b)は、上方部21の下面からみた斜視図、図5(c)は、図5(a)のRR´線断面図である。
なお、図5(c)において、ソーラーモジュール5及び後述するモータ部Mは断面図ではないが、構成の境界を明確にするために、ハッチングが施されている。
<Upper part and solar module>
The configuration of the
5(a) is a perspective view of the
In FIG. 5(c), the
上方部21は、風車1の上方に設けられる、支持ユニット2を構成するパーツである。
また、上方部21は、略円柱状の上方部本体21aと、後述する固定シャフト23の上端が着脱可能に嵌合する固定シャフト嵌合部21bと、回転シャフトSの端を回転可能に支持する回転シャフト軸受21c(図6参照)と、により構成されている。
The
The
上方部本体21aの下面には、その外周縁近傍に、主軸Zを中心に45度ずつ間隔を置いて、8つの埋設孔mが設けられており、各埋設孔mに、固定シャフト嵌合部21bが埋設されている。
また、上方部本体21aの内部には、部分的に空洞hが形成されている。
In the lower surface of the upper
A cavity h is partially formed inside the
空洞hは、特に図5(b)に示すように、上方部本体21aの下面略中央で円形に開口しており、特に図5(c)に示すように、一の固定シャフト嵌合部21bの内部と連通している。
また、空洞hの開口端周縁には、玉軸受等のスラスト軸受であり、後述する切替ユニット41を構成する、円筒体軸受41bが設けられている。
さらに、空洞hには、後述する切替ユニット41を構成するモータ部Mが、そのモータ軸が空洞hの開口に向かってに突出するように設けられている。
なお、モータ部Mとしては、高トルク性や、小型且つ軽量である点等から、超音波モータが好適に用いられる。
As shown in FIG. 5(b), the cavity h has a circular opening at substantially the center of the lower surface of the upper main body 21a. is in communication with the interior of the
A
Further, in the cavity h, a motor part M constituting a
As the motor portion M, an ultrasonic motor is preferably used because of its high torque, small size and light weight.
ここで、モータ部Mからは、導電ケーブルcが延びており、導電ケーブルcは、一の固定シャフト嵌合部21bを介して、外部に引出されている。
また、導電ケーブルcの先端には、後述する風力発電コントローラWに接続するための、カプラu1が設けられている。
Here, a conductive cable c extends from the motor portion M, and the conductive cable c is pulled out to the outside via one fixed shaft
A coupler u1 is provided at the tip of the conductive cable c for connection to a wind power generation controller W, which will be described later.
各固定シャフト嵌合部21bは、外輪及び内輪を有し、くさびの原理によって軸体を締結する、ナット型の所謂キーレスブッシングである。
Each fixed shaft
回転シャフト軸受21cは、玉軸受等のスラスト軸受であり、後述する切替ユニット本体41aにおける円筒体k1の内部に設けられている。
The rotary shaft bearing 21c is a thrust bearing such as a ball bearing, and is provided inside a cylindrical body k1 of the switching unit
ソーラーモジュール5は、上方部本体21aの上面の一部を構成するソーラーパネル51と、太陽光発電コントローラ52と、太陽光発電コントローラ52を介してソーラーパネル51と接続された副蓄電池53と、を有している。
なお、太陽光発電コントローラ52及び副蓄電池53は、ソーラーパネル51の下面且つ空洞h内部に設けられている。
The
The photovoltaic
太陽光発電コントローラ52は、ソーラーパネル51と副蓄電池53とを、相互に電気的に接続させ、太陽光発電による発電状態の制御を行う。
例えば、太陽光発電コントローラ52は、副蓄電池53の過充電や、ソーラーパネル51への電流の逆流を防止する。
The photovoltaic
For example, the photovoltaic
副蓄電池53は、上方部21に設けられたオプション機器oに電力を供給する。
The
ここで、本実施形態におけるオプション機器oは、上方部21の上面に設けられたLEDランプである。
また、上記のLEDランプに隣接して、ON/OFFスイッチも設けられており、これらが太陽光発電コントローラ52に接続されることで、ON/OFFスイッチによるLEDランプの点灯状態の制御が可能となされている。
なお、オプション機器oは、LEDランプに限られず、防犯カメラ等、風力発電機Xを持ち運ぶ際に、その利便性を高める機器であれば特に限定されない。
Here, the optional device o in this embodiment is an LED lamp provided on the upper surface of the
An ON/OFF switch is also provided adjacent to the LED lamp, and by connecting these to the solar
Note that the optional device o is not limited to an LED lamp, and is not particularly limited as long as it is a device such as a security camera that enhances the convenience of carrying the wind power generator X.
<切替ユニット>
以下、図6を用いて、切替ユニット41の構成について詳述する。
図6(a)は、切替ユニット本体41aの上面からみた斜視図、図6(b)は、切替ユニット本体41aの下面からみた斜視図、図6(c)は、図6(a)のSS´線断面図、図6(d)は、上方部21と切替ユニット41とをアセンブリした状態でのSS´線断面図である。
<Switching unit>
The configuration of the switching
6(a) is a perspective view of the
切替ユニット41は、風量調整ユニット4を構成するパーツである。
また、切替ユニット41は、切替ユニット本体41aと、円筒体軸受41bと、モータ部Mと、により構成されており、円筒体軸受41b及びモータ部Mの構成については、上記した通りである。
以下では、切替ユニット本体41aの構成について詳述する。
The switching
The switching
Below, the configuration of the switching unit
切替ユニット本体41aは、その中央に配置され、下方が開口された円筒体k1と、円筒体k1の側面から放射状に延びる複数のアームk2と、円筒体k1と同軸上に配置され、各アームk2の先端が連結される円環体k3と、円環体k3に形成され、各アームk2の延長線上に設けられた嵌合突起k4と、円筒体k1の内部底面に固着され、円筒体k1の回転動作を補助する補助軸受k5と、補助軸受k5と回転シャフト軸受21cとが連結されるブラケットk6と、により構成されている。
The switching unit
円筒体k1には、その上面略中央に、モータ部Mのモータ軸が挿通される軸孔jが形成されている。
アームk2は、主軸Zを中心に45度ずつ間隔を置いて、8つ設けられている。
円環体k3における、各アームk2の延長線上の外周縁は、主軸Zに向かって略半円状に窪んでいる。
各嵌合突起k4は、上記の略半円状の窪みに突設され、上面視で略T字状を呈する突起である。
補助軸受k5は、針軸受等のスラスト軸受である。
ブラケットk6は、補助軸受k5の下面に固着された、略円筒状のブロックである。
A shaft hole j through which a motor shaft of the motor portion M is inserted is formed in the cylindrical body k1 at substantially the center of its upper surface.
Eight arms k2 are provided around the main axis Z at intervals of 45 degrees.
The outer peripheral edge of the torus k3 on the extension line of each arm k2 is recessed toward the main axis Z in a substantially semicircular shape.
Each fitting projection k4 is a projection that protrudes from the substantially semicircular recess and has a substantially T shape when viewed from above.
The auxiliary bearing k5 is a thrust bearing such as a needle bearing.
The bracket k6 is a substantially cylindrical block fixed to the lower surface of the auxiliary bearing k5.
上記した上方部21と切替ユニット41とを、モータ部M(モータ軸)と軸孔jとを介してアセンブリすることで、図6(c)に示す状態となる。
なお、以下、アセンブリされた上方部21と切替ユニット41とをまとめて、上部構成ユニットUと称する。
また、本実施形態においては、上方部21と切替ユニット41とを分解可能な態様で示したが、モータ部Mと軸孔jとを固着する等して、予め一体化された上部構成ユニットUとして構成しても良い。
By assembling the
The assembled
In addition, in the present embodiment, the
<抵抗棒ユニット>
以下、図7及び図8を用いて、抵抗棒ユニット42の構成について詳述する。
<Resistance bar unit>
The configuration of the
抵抗棒ユニット42は、風量調整ユニット4を構成するパーツである。
また、抵抗棒ユニット42は、略円環状の抵抗棒支持部42aと、抵抗棒支持部42aの外周縁に配置された複数の抵抗棒42bと、により構成されている。
The
The
抵抗棒支持部42aは、主軸Zと同軸上に、後述する土台部22上に配置される。
The resistance
抵抗棒42bは、鉛直方向に延びる略半円柱状体であり、その平面部分が、風車1の周方向に沿って配置される風防面Gとして形成され、上端部には、嵌合突起k4が嵌合する嵌合溝tが形成されている。
また、抵抗棒42bは、主軸Zを中心に45度ずつ間隔を置いて、抵抗棒支持部42a上に8つ配置されている。
さらに、各抵抗棒42bは、各風防面Gと主軸Zとを結ぶ水平線が、各風防面Gの垂線となるように、抵抗棒支持部42a上に配置されている。
The
Further, eight
Furthermore, each
ここで、切替ユニット本体41aの各嵌合突起k4を、各抵抗棒42bの嵌合溝tに嵌合させることで、図8に示すように、切替ユニット本体41aと抵抗棒ユニット42とが連結され、略フレーム状の円筒体が形成される。
Here, the switching unit
<土台部、検知部及び発電ユニット>
以下、図9を用いて、土台部22、検知部43及び発電ユニット3の構成について詳述する。
図9(a)は、土台部22の斜視図、図9(b)は、図9(a)のTT´線断面図である。
なお、図9(b)では、発電ユニット3(ブッシュLを除く)、蓄電池B、検知部43及びカプラc2以外を断面図で示している。
<Base part, detection part and power generation unit>
Hereinafter, the configurations of the
9(a) is a perspective view of the
In addition, in FIG.9(b), the electric power generation unit 3 (excluding the bush L), the storage battery B, the
土台部22は、風車1の下方に設けられる、支持ユニット2を構成するパーツである。
また、土台部22は、略円柱状の土台部本体22aと、後述する固定シャフト23の下端が着脱可能に嵌合する固定シャフト嵌合部22bと、により構成されている。
The
The
土台部本体22aの上面には、その外周縁近傍に、主軸Zを中心に45度ずつ間隔を置いて、8つの埋設孔mが設けられており、各埋設孔mに、固定シャフト嵌合部22bが埋設されている。
また、土台部本体22aには、発電ユニット3、検知部43及び蓄電池Bを収容する収容空間d1と、収容空間d1と外部とを連通する、略円形の連通孔d2と、連通孔d2の開口端に固定された、玉軸受等のスラスト軸受けである抵抗棒ユニット軸受d3と、収容空間d1の側壁を補強する補強リブd4と、が設けられている。
Eight burying holes m are provided on the upper surface of the base portion
In addition, in the base portion
収容空間d1を形成する側面には、電力の供給を必要とする所望の外部機器と蓄電池Bとを接続可能な、外部端子Eが設けられている。
なお、外部端子Eは、種々の外部機器に対応するために、例えば、DC出力を行うUSB端子やAC出力を行うコンセント、シガーソケット等により構成されることが好ましく、各端子は、複数口設けられていても良い。
また、収容空間d1を形成する側面には、外部端子Eの他、蓄電池Bの充電状態を示すLEDランプ等が設けられていても良い。
An external terminal E that can connect the storage battery B to a desired external device that requires power supply is provided on a side surface forming the housing space d1.
In addition, in order to correspond to various external devices, the external terminal E is preferably composed of, for example, a USB terminal for DC output, an outlet for AC output, a cigar socket, etc. Each terminal is provided with a plurality of outlets. It's okay to be.
In addition to the external terminal E, an LED lamp or the like indicating the state of charge of the storage battery B may be provided on the side surface forming the housing space d1.
各固定シャフト嵌合部22bは、各固定シャフト嵌合部21bと同様、ナット型の所謂キーレスブッシングである。
Each fixed shaft
検知部43は、風車1の回転数を検出する、所謂ロータリエンコーダであり、風量調整ユニット4を構成するパーツである。
また、検知部43は、後述する発電ユニット本体31の下方に設けられ、後述する副嵌合部33(及び発電ユニット本体31の回転子)と共に、その内部が回転することで、風車1の回転数を検出する。
The
The
発電ユニット3は、収容空間d1に収容された発電ユニット本体31と、土台部本体22aの上部と連結することで、発電ユニット本体31を中空上に支持する段付きフランジ部32と、段付きフランジ部32から上方に突設されることで、連通孔d2を介して外部に突出する副嵌合部33と、風力発電コントローラWと、を有している。
The
発電ユニット本体31は、従来の垂直型風力発電機と同様に、その内部に、所謂DCモータのように、磁石及びコイルによる回転子・固定子が設けられている。
なお、発電ユニット本体31には、風力発電機Xの軽量化や発電効率の観点から、コアレスモータ(登録商標)が好適に用いられる。
Like a conventional vertical wind power generator, the power generation unit
A coreless motor (registered trademark) is preferably used for the power generation unit
段付きフランジ部32は、各段が略円環状に構成され、副嵌合部33が、段付きフランジ部32を介して、発電ユニット本体31の内部と連通している。
Each step of the stepped
副嵌合部33は、略円筒状体であり、発電ユニット本体31の回転子と連結する主部33aと、主部33aの上端部に設けられたブッシュLと、により構成されている。
また、副嵌合部33は、発電ユニット本体31の回転子の回転軸であり、副嵌合部33の回転に伴う回転子の回転により、発電ユニット本体31が、電磁誘導による発電動作を行う。
なお、副嵌合部33のブッシュLは、嵌合部11のブッシュLと同様の構成である。
The
The
The bush L of the
風力発電コントローラWは、発電ユニット本体31や蓄電池B、検知部43、モータ部Mを、相互に電気的に接続させ、風力発電による発電状態の制御を行う。
例えば、風力発電コントローラWは、蓄電池Bの過充電や、発電ユニット本体31への電流の逆流を防止する。
The wind power generation controller W electrically connects the power generation unit
For example, the wind power generation controller W prevents overcharging of the storage battery B and reverse current flow to the power generation unit
なお、風力発電コントローラWは、検知部43の下面に連結されることで、検知部43と電気的に接続されている。
また、風力発電コントローラWは、発電ユニット本体31及び蓄電池Bと、導電ケーブルcを介して、電気的に接続されている。
さらに、風力発電コントローラWは、収容空間d1を形成する側面に設けられ、カプラu1と連結可能なカプラu2と、導電ケーブルcを介して電気的に接続されている。
The wind power generation controller W is electrically connected to the
Further, the wind power generation controller W is electrically connected to the power generation unit
Furthermore, the wind power generation controller W is provided on the side surface forming the housing space d1 and electrically connected to the coupler u2 connectable to the coupler u1 via a conductive cable c.
<固定シャフト>
以下、図10を用いて、固定シャフト23の構成について詳述する。
図10(a)は、固定シャフト23の斜視図、図10(b)は、図10(a)のUU´線断面図、図10(c)は、ケーブル溝gを有する固定シャフト23の斜視図である。
<Fixed shaft>
The configuration of the fixed
10(a) is a perspective view of the fixed
固定シャフト23は、上方部21と土台部22とを連結する、支持ユニット2を構成するパーツであり、本実施形態においては、8本設けられている。
また、固定シャフト23は、鉛直方向に延びる固定シャフト本体23aと、固定シャフト本体23aの上端に設けられ、固定シャフト嵌合部21bに嵌め込まれる被嵌合部23bと、固定シャフト本体23aの下端に設けられ、固定シャフト嵌合部22bに嵌め込まれる被嵌合部23cと、により構成されている。
The fixed
The fixed
固定シャフト本体23aは、鉛直方向に延びる略半円柱状体であり、その平面部分が、風車1の周方向に沿って配置される被覆面Cとして形成されている。
The fixed shaft
被嵌合部23b及び被嵌合部23cは、略円柱状体である。
また、後述する風防状態において、固定シャフト23と抵抗棒42bとで、外観上、一本の略円柱状体が構成されることとなる。
The fitted
In addition, in the windshield state, which will be described later, the fixed
ここで、図10(c)に示すように、8本の内の一の固定シャフト23には、被覆面Cと対向する側に、固定シャフト本体23a及び被嵌合部23bの全長に亘って形成された、ケーブル溝gが設けられている。
ケーブル溝gには、風力発電機Xを組上げた状態で、カプラu1が設けられた導電ケーブルcが嵌合される。
Here, as shown in FIG. 10(c), one of the eight fixed
A conductive cable c provided with a coupler u1 is fitted in the cable groove g in a state where the wind power generator X is assembled.
<<アセンブリ>>
以下、図11~図14を用いて、上記した各ユニット(各パーツ)をアセンブリし、風力発電機X全体を組上げる手順について説明する。
<<Assembly>>
11 to 14, a procedure for assembling each unit (each part) described above and assembling the entire wind power generator X will be described.
<手順1>
まず、使用者は、図11に示すように、各固定シャフト嵌合部22bに、被嵌合部23cをねじ込み、土台部22と固定シャフト23とをアセンブリする。
このとき、使用者は、各被覆面Cと主軸Zとを結ぶ水平線が、各被覆面Cの垂線となるように、固定シャフト23の向きを調整する。
なお、図11及び図12では、アセンブリの視認性から、最も手前の固定シャフト23の図示を省略している。
<
First, as shown in FIG. 11, the user assembles the
At this time, the user adjusts the direction of the fixed
11 and 12, illustration of the fixed
<手順2>
次に、使用者は、図12に示すように、回転シャフト本体S1を副嵌合部33に挿通し、回転シャフトSと発電ユニット3とをアセンブリする。
このとき、案内溝sと転動ボールL3とが嵌合し、回転シャフトSと副嵌合部33とは、一体回転可能となる。
<
Next, as shown in FIG. 12, the user inserts the rotating shaft main body S1 into the
At this time, the guide groove s and the rolling ball L3 are fitted, and the rotating shaft S and the
<手順3>
次に、使用者は、図13に示すように、回転シャフトSを抵抗棒支持部42aに挿通させることで、抵抗棒支持部42aを抵抗棒ユニット軸受d3に載置する態様で、抵抗棒ユニット42と土台部22とをアセンブリする。
このとき、使用者は、各固定シャフトの被覆面Cが、各抵抗棒42bの風防面Gを被覆しないように、各抵抗棒42bの位置を調整する。
<
Next, as shown in FIG. 13, the user inserts the rotating shaft S into the resistance
At this time, the user adjusts the position of each
<手順4>
次に、使用者は、図14に示すように、下方の各支持板A22により形成された貫通孔pを介して、嵌合部11を回転シャフトSに挿通させることで、風車1と回転シャフトSとをアセンブリする。
このとき、案内溝sと転動ボールL3とが嵌合し、回転シャフトSと嵌合部11とは、一体回転可能となる。
なお、上記した手順1~手順4までの順番は、任意に変更可能である。
<
Next, as shown in FIG. 14, the user inserts the
At this time, the guide groove s and the rolling ball L3 are fitted, and the rotating shaft S and the
The order of
<手順5>
次に、使用者は、上部構成ユニットU(及びソーラーモジュール5)を、風車1の上方に配置することで、上部構成ユニットUと、回転シャフトS及び固定シャフト23と、をアセンブリする。
即ち、使用者は、各固定シャフト嵌合部21bに、各被嵌合部23bをねじ込む。
このとき、回転シャフトSと回転シャフト軸受21cとが同軸上に配置されるため、上記の通り、使用者が、各固定シャフト嵌合部21bに各被嵌合部23bをねじ込むと同時に、頭部S2が、回転シャフト軸受21cに自然に挿通される。
また、使用者は、各嵌合突起k4を、各嵌合溝tに嵌合させることで、図8に示したように、切替ユニット本体41aと抵抗棒ユニット42とを連結させた後、これらを回転させ、各風防面Gの全面を各被覆面Cに対向させる。
なお、使用者は、導電ケーブルcが引出されている固定シャフト嵌合部21bに、ケーブル溝gが設けられた固定シャフト23を嵌合する。
<
Next, the user assembles the upper structural unit U (and the solar module 5 ) with the rotating shaft S and the fixed
That is, the user screws each fitted
At this time, since the rotating shaft S and the rotating shaft bearing 21c are coaxially arranged, as described above, the user can screw the fitted
Further, the user connects the switching unit
The user fits the fixed
<手順6>
最後に、使用者は、カプラu1が設けられた導電ケーブルcをケーブル溝gに嵌合させつつ、カプラu1とカプラu2とを連結することで、モータ部Mを、風力発電コントローラWに接続する。
<Step 6>
Finally, the user connects the motor section M to the wind power generation controller W by connecting the coupler u1 and the coupler u2 while fitting the conductive cable c provided with the coupler u1 into the cable groove g. .
以上の手順により、図1に示す風力発電機Xが組上げられる。
そして、風力発電機Xが風を受けると、風車1が回転し、これに伴い、回転シャフトS等を介して、発電ユニット3による発電が行われる。
また、発電された電力は、風力発電コントローラWを介して、蓄電池Bに供給される。
これにより、使用者は、所定の外部機器を外部端子Eに接続することで、外部機器への給電を行うことができる。
By the above procedure, the wind power generator X shown in FIG. 1 is assembled.
Then, when the wind power generator X receives wind, the
Also, the generated electric power is supplied to the storage battery B through the wind power generation controller W.
Thereby, the user can supply power to the external device by connecting the predetermined external device to the external terminal E. FIG.
図15は、図1に示す風力発電機XのVV´線断面図である。
図15に示すように、風力発電機Xが組上げられると、回転シャフトSが挿通される円筒状部材(嵌合部11や副嵌合部33等)や円環状部材(各軸受や抵抗棒ユニット42等)、モータ部Mのモータ軸は、全て主軸Zと同軸上に配置されることとなる。
FIG. 15 is a cross-sectional view of the wind power generator X shown in FIG. 1 taken along line VV'.
As shown in FIG. 15, when the wind power generator X is assembled, cylindrical members (fitting
<<動作態様>>
以下、図16~図18を用いて、風力発電機Xの特徴的な動作態様について説明する。
なお、以下では、図16に示す左方の羽根本体A1を羽根本体A1aと称し、他の羽根本体A1を、羽根本体A1aから回転方向r周りに、羽根本体A1b、羽根本体A1c、羽根本体A1d、と称する。
また、図17は、切替ユニット本体41a、抵抗棒42b及び固定シャフト本体23aの、アセンブリされた状態での上面図である。
<<Operating mode>>
A characteristic operation mode of the wind power generator X will be described below with reference to FIGS. 16 to 18. FIG.
In the following description, the left blade body A1 shown in FIG. 16 is referred to as blade body A1a. , is called.
FIG. 17 is a top view of the switching unit
<風切羽作用>
風車1が風を受けていないとき、図16(a)に示すように、全ての羽根本体A1は、閉状態である。
そして、風車1が所定の方向から風を受けると、図16(b)に示すように、羽根本体A1aは、後側面R2全体で風を受け、閉状態を維持したまま、風車1を回転させるための揚力を発生させる。
一方、羽根本体A1cは、前側面R1で風を受け、開状態となる。
<Flight feather action>
When the
Then, when the
On the other hand, the blade main body A1c receives the wind on the front side surface R1 and becomes an open state.
詳述すれば、羽根本体A1aが後側面R2で風を受けることで、その羽根構成体A11~A13は、回転方向rと同方向に回転する。
このとき、羽根構成体A11~A13の分割面同士が当接し、ブレード形状が安定的に維持される。
これにより、羽根本体A1aは、羽根構成体A11~A13間の風の通過を遮断する閉状態となる。
More specifically, when the blade body A1a receives the wind on the rear side surface R2, the blade constituents A11 to A13 rotate in the same direction as the rotation direction r.
At this time, the divided surfaces of the blade constituent bodies A11 to A13 are brought into contact with each other, and the shape of the blade is stably maintained.
As a result, the blade main body A1a is brought into a closed state that blocks passage of the air between the blade constituent bodies A11 to A13.
一方、羽根本体A1cが前側面R1で風を受けることで、その羽根構成体A11~A13は、回転方向rと逆方向に回転する。
これにより、羽根構成体A11~A13が、その分割面同士が離間し、また、各第二突起h2が各第一突起h1に当接するまで回転することで、羽根本体A1cは、羽根構成体A11~A13間に風を通過させる開状態となる。
On the other hand, when the blade main body A1c receives the wind on the front side surface R1, the blade constituents A11 to A13 rotate in the direction opposite to the rotation direction r.
As a result, the blade constituent bodies A11 to A13 are rotated until the divided surfaces thereof are separated from each other and the respective second projections h2 come into contact with the respective first projections h1. It will be in an open state in which the wind passes between ~A13.
また、閉状態の羽根本体A1bは、風車1の回転が継続されることで、次第に前側面R1で風を受ける状態となり、徐々に開状態に切替わる。
また、開状態の羽根本体A1cは、風車1の回転が継続されることで、次第に後側面R2で風を受ける状態となり、徐々に閉状態に切替わる。
また、閉状態の羽根本体A1dは、風車1の回転が継続されることで、次第に後側面R2全体で風を受ける状態となり、羽根本体A1aに替わって、閉状態を維持したまま、風車1を回転させるための揚力を発生させる。
Further, as the
Further, as the
In addition, as the
このように、風を受けた風車1は、上記した各羽根本体A1の開状態と閉状態の切替えを繰り返しながら、回転方向rに沿って効率的に回転する。
なお、図16において、白抜きの矢印或いは破線の矢印で、仮想的に風の流れを示している。
In this way, the
In FIG. 16, white arrows or dashed arrows virtually indicate the flow of wind.
<風量調整作用>
風車1が風を受けていないときや、検知部43により回転数の異常が検知されないとき、各風防面Gは、図17(a)に示すように、通気状態である。
これに対し、風車1が強風を受け、検知部43により回転数の異常が検知されると、各風防面Gは、風量調整ユニット4により、図17(b)に示すように、風防状態となる。
<Air volume adjustment action>
When the
On the other hand, when the
詳述すれば、検知部43により回転数の異常が検知されると、風力発電コントローラWを介してモータ部Mが動作し、切替ユニット本体41aを回転方向rと逆方向に回転させる。
すると、切替ユニット本体41aに連結された抵抗棒ユニット42が回転し、各被覆面Cに被覆されていた各風防面Gは、主軸Z周りに同時に移動し、隣接する被覆面C(固定シャフト23)の間に配置される態様で、外部に露出する。
これにより、各風防面Gが、図17(b)に示す風防状態となり、風車1に向かう強風は、各風防面Gに衝突することで分散し、風車1が受ける風量が減少する。
なお、上記動作における切替ユニット本体41aの回転方向は、回転方向rと同方向であっても良い。
Specifically, when the
Then, the
As a result, each windshield surface G enters the windshield state shown in FIG. 17(b), and the strong wind directed toward the
Note that the rotation direction of the switching unit
また、強風が弱まり、検知部43により回転数の減少が検知されると、風力発電コントローラWを介してモータ部Mが動作し、切替ユニット本体41aを回転方向rに沿って回転させる。
これにより、再度、風防面Gの全面が各被覆面Cと対向し、各風防面Gが、図17(a)に示す通気状態となる。
Further, when the strong wind weakens and the
As a result, the entire surface of the windshield surface G again faces each covering surface C, and each windshield surface G is in the ventilation state shown in FIG. 17(a).
このように、風量調整ユニット4が、風の強さ(風車1の回転数)に基づいて、各風防面Gの風防状態と通気状態とを切替えることで、風車1は、回転方向rに沿って効率的に回転する。
In this manner, the air
ここで、風量調整ユニット4は、風車1の回転数に基づいて、風防状態における、各風防面Gと各被覆面Cとの周方向(回転方向)の距離を調整可能に構成されている。
Here, the air
詳述すれば、モータ部Mの動作に基づく切替ユニット本体41aの回転角は、検知部43により検知される回転数に基づいて、風力発電コントローラWにより、自在に調整される。
図17(b)に示す切替ユニット本体41aの回転角は、20度程度であるが、各風防面Gの一部が外部に露出する程度の小さな回転角とすることもでき、所定の閾値を超える回転数が検知された場合、最大で22.5度の回転角とすることもできる。
即ち、風量調整ユニット4は、本実施形態においては、検知部43により検知される回転数に基づいて、切替ユニット本体41aの回転角を0度~22.5度の範囲で、自在に調整することができる。
Specifically, the rotation angle of the switching unit
The rotation angle of the switching unit
That is, in this embodiment, the air
なお、図18は、各風防面Gが、風量調整ユニット4により、図17(b)に示す風防状態となされた際の斜視図である。 FIG. 18 is a perspective view of each windshield surface G brought into the windshield state shown in FIG.
本実施形態によれば、風力発電機Xは、複数のユニット或いは複数のパーツに分解可能であり、上記したように、少ない手順で各ユニット或いは各パーツをアセンブリすることで、容易に全体を組上げることが可能となる。
また、風力発電機Xは、上記した風切羽作用や風量調整作用により、設置環境の風力に応じて、高い回転効率を維持し、これに伴う高い発電効率を維持することが可能となる。
According to this embodiment, the wind power generator X can be disassembled into a plurality of units or parts. can be raised.
In addition, the wind power generator X can maintain high rotational efficiency according to the wind force in the installation environment due to the above-described wind face action and air volume adjustment action, and accordingly can maintain high power generation efficiency.
従って、風力発電機Xは、特に、全体の小型化を実現でき、分解・アセンブリを容易とした工夫、小型化しても極力高い発電効率を維持する工夫により、運搬性・実用性を両立させた、極めて有用なものである。
このため、風力発電機Xは、昨今の自然災害の多発やアウトドアの流行といった背景から、極めて高い需要が見込まれるものである。
Therefore, the wind power generator X has achieved both portability and practicality by making it possible to reduce the overall size of the wind power generator, making it easy to disassemble and assemble, and maintaining the highest possible power generation efficiency even when the size is reduced. , is extremely useful.
Therefore, the wind power generator X is expected to be in extremely high demand against the backdrop of the recent frequent occurrence of natural disasters and the popularity of outdoor activities.
なお、上述の実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。 It should be noted that the shapes, dimensions, etc., of the constituent members shown in the above-described embodiment are merely examples, and can be changed in various ways based on design requirements and the like.
例えば、風力発電機Xは、上記したように、小型化が可能であることを述べたが、海沿い等に設置される従来の風力発電機のように、大型の建設物であっても良い。
また、ソーラーモジュール5は、蓄電池Bに接続されることで、発電ユニット3と共に、蓄電池Bに電力を供給する構成であっても良い。
For example, although it has been stated that the wind power generator X can be downsized as described above, it may also be a large-scale building such as a conventional wind power generator installed along the coast. .
Further, the
X 風力発電機
1 風車
2 支持ユニット
3 発電ユニット
4 風量調整ユニット
5 ソーラーモジュール
A 風車用羽根
S 回転シャフト
R 風受面
G 風防面
C 被覆面
U 上部構成ユニット
W 風力発電コントローラ
B 蓄電池
E 外部端子
M モータ部
L ブッシュ
Z 回転中心軸(主軸)
X
Claims (7)
前記風受面には、前記鉛直方向から見て、回転方向における進行方向の前側に向かって凸状に湾曲された前側面と、前記前側面の背面側に配置され、前記進行方向の後側に向かって凹状に湾曲された後側面と、が形成され、
前記羽根本体は、前記風受面が水平方向に分割されることで形成された、複数の羽根構成体を有し、
前記羽根支持部は、前記各羽根構成体それぞれを、前記鉛直方向を軸に回転可能に支持する回転軸部を有し、
前記後側面で風を受けた前記羽根本体は、前記各羽根構成体の回転により、前記各羽根構成体間の風の通過を遮断する閉状態となり、前記前側面で風を受けた前記羽根本体は、前記各羽根構成体の回転により、前記各羽根構成体間に風を通過させる開状態となる、風車用羽根。 A blade main body arranged around a vertical rotation center axis and provided with a wind receiving surface, and a blade support portion supporting the blade main body,
The wind receiving surface includes a front side surface that is convexly curved toward the front side in the direction of travel in the rotation direction when viewed from the vertical direction, and a rear side of the front side surface that is disposed on the back side of the front side surface and is located on the rear side of the direction of travel. a posterior side curved concavely toward the
The blade main body has a plurality of blade constituent bodies formed by dividing the wind receiving surface in the horizontal direction,
The blade supporting portion has a rotating shaft portion that supports each of the blade constituent bodies so as to be rotatable about the vertical direction,
The blade main body receiving the wind on the rear side comes into a closed state in which the passage of the air between the blade forming bodies is blocked by the rotation of each blade structure, and the blade main body receiving the wind on the front side. A blade for a wind turbine, wherein rotation of each of the blade constituents results in an open state in which wind passes between each of the blade constituents.
A wind power generator comprising: the wind turbine according to claim 6; a support unit that rotatably supports the wind turbine; and a power generation unit that generates power based on rotation of the wind turbine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021172177A JP2023062292A (en) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | Blade for windmill, windmill, and wind power generator |
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