JP3204736U - 緩衝装置を有する風力発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の風力発電機において中心回転軸及び羽根の回転速度が速くなりすぎて故障又は破損するのを防ぎ、メンテナンスが容易な緩衝装置を有する風力発電機を提供する。【解決手段】本考案の緩衝装置を有する風力発電機は、ベース１上に、回転軸１２によって駆動されて発電を行う発電機１１が設けられる。回転軸１２の外周には、風車２の複数の羽根２１が設置される。回転軸１２と各羽根２１との間には、支持ロッド２３がそれぞれ連結される。また、ベース１の回転軸１２と風車２の各羽根２１との間には、座体３１及び伸縮ロッド３２を有する緩衝装置３がそれぞれ連結される。伸縮ロッド３２の一方の端部上には、座体３１内部に位置するピストンヘッドが設けられ、伸縮ロッド３２の他方の端部は、羽根２１の内側面２１１上に枢着される。また、座体３１の伸縮ロッド３２と反対側の側部には、回転軸１２上に枢着される連動ロッド３３が設けられる。【選択図】図１

Description

本考案は、緩衝装置を有する風力発電機に関し、特に、ベース上の回転軸と風車の各羽根との間に座体及び伸縮ロッドを有する緩衝装置が連結され、座体内部の油液又は弾性部材によって制動効果が発生することにより、羽根が展開した際の回転速度を減速させるのを補助することができ、これにより、風力発電機の構造が損傷又は破壊されるのを防止することができる緩衝装置を有する風力発電機に関する。

世界各地では、電気使用量が増加するに伴い、省エネを強調するスローガンが推進され続けている。また、電気を節約する以外に、新たな電源供給が開拓されており、原子力発電、火力発電の他、水力発電、太陽光発電、風力発電など、自然エネルギーを利用した発電が行われている。その中で、風力発電は、風力が羽根を回転させることによって発電機を駆動し、発電及び電気エネルギーの貯蔵を行うものである。

風力発電の羽根は、受風面が風向に対向する必要があり、これにより、羽根が風力を受けて回転し、発電機を駆動させる。しかし、風向は、気候、季節、環境などの要素によって変化する。一般に、風力発電を行う大型の風力発電機は、１本の直立した柱の上部に、風力を受けて回転する十字形のブレード状の羽根が設置される。
しかし、大型の風力発電機は、体積が大きく、コストが高く、設置が困難であり、方向を回転できないため、未だに普遍的に使用されていない。また、風力発電に使用される羽根は、回転軸外部に固定式で環状に設置され、羽根の角度を調整することができない。即ち、風力又は風向が変化しても、羽根を風力及び風向の変化に対応させることができないため、使用機能及び効果が制限される。

図９を参照して説明するが、図９は、従来の風力発電機の一部を示す側面図である。図９から分かるように、風力発電機Ａが有する中心回転軸Ａ１の外周には、複数の羽根Ａ２が設けられる。中心回転軸Ａ１と羽根Ａ２との間は、２つの対向する連動ロッドＡ１２によって連結される。２つの連動ロッドＡ１２の対向する内側には、釣合錘ジョイントＡ１３が設けられる。羽根Ａ２と連動ロッドＡ１２とが接続される部分には、連動ロッドＡ１２が回転した際に当接し、連動ロッドＡ１２が反対方向に押し出されるのを防止するストッパ体Ａ１４が設けられる。
羽根Ａ２が風力を受けて回転すると、各連動ロッドＡ１２が引っ張られて釣合錘ジョイントＡ１３を上昇させる上、羽根Ａ２を外部に展開することにより、風力の強弱に基づいて羽根Ａ２が回転する際の揺動角度を調整することができ、羽根Ａ２及び中心回転軸Ａ１の回転速度を制御することができる。

しかし、風力発電機Ａの各連動ロッドＡ１２と釣合錘ジョイントＡ１３とが可動枢着方式で連結されるため、羽根Ａ１２が強風を受けて回転する場合、連動ロッドＡ１２が釣合錘ジョイントＡ１３を上昇させる速度が速くなりすぎ、中心回転軸Ａ１を減速させることができず、全体構造が不安定となる上、中心回転軸Ａ１及び羽根Ａ２の回転速度が速くなりすぎ、風力発電機Ａが故障又は損壊する。
また、連動ロッドＡ１２が釣合錘ジョイントＡ１３を迅速に上昇させる際、釣合錘ジョイントＡ１３がストッパ体Ａ１４上に当接する際の衝突力が大きくなりすぎ、構造が損傷又は破損する上、連動ロッドＡ１２が羽根Ａ２に引っ張られにくくなり、羽根Ａ２が展開又は収束する際に抵抗力が発生しやすいため、羽根Ａ２又は連動ロッドＡ１２が損壊する。
また、全体構造が複雑でメンテナンスしにくいため、新たな設計によって解決することが求められていた。

本考案の考案者は、従来の風力発電機の問題及び欠点に鑑み、関連資料を収集し、長年の経験、幾度にも渡る試作及び改善を経て本考案の緩衝装置を有する風力発電機を案出した。

実用新案登録第３１７２０６１号公報

本考案の目的は、従来の風力発電機において中心回転軸及び羽根の回転速度が速くなりすぎて故障又は損壊するのを防ぎ、メンテナンスが容易な緩衝装置を有する風力発電機を提供することにある。

上述の課題を解決するために、請求項１の考案は、ベース、風車及び緩衝装置を備える緩衝装置を有する風力発電機であって、ベース上には、回転軸によって駆動されて発電を行う発電機が設けられ、回転軸の外周には、複数の羽根を有する風車が設置され、各羽根と回転軸との間には、少なくとも１つの支持ロッドが連結され、支持ロッドの一方の側部は、羽根の内側面上に揺動可能に枢着され、支持ロッドの他方の側部は、回転軸上に固定され、ベースの回転軸と風車の各羽根との間には、座体及び伸縮ロッドを有する緩衝装置がそれぞれ連結され、伸縮ロッドの一方の端部上には、座体内において変位することにより、羽根が展開した際の回転速度を減速させるのを補助するピストンヘッドが設けられ、伸縮ロッドのピストンヘッドと反対側の他方の端部は、羽根の内側面上に枢着され、座体の伸縮ロッドと反対側の側部には、回転軸上に枢着される少なくとも１つの連動ロッドが設けられ、風車の羽根上の内側面の側辺に近い位置には、内側に湾曲した少なくとも１つの側翼板が設けられ、各側翼板と羽根の内側面との間には、挟角が形成されることを特徴とする緩衝装置を有する風力発電機である。

請求項２の考案は、緩衝装置の座体内部には、収容室が形成され、収容室には、伸縮ロッドのピストンヘッドの変位を制動する効果を提供する油液が貯蔵されることを特徴とする請求項１に記載の緩衝装置を有する風力発電機である。

請求項３の考案は、緩衝装置の座体内部には、収容室が形成され、座体の収容室と伸縮ロッドのピストンヘッドとの間には、弾性部材が設けられ、弾性部材の一方の端部は、収容室の内壁面部分に当接され、弾性部材の他方の端部は、伸縮ロッドのピストンヘッド上に当接されて弾性変形することを特徴とする請求項１に記載の緩衝装置を有する風力発電機である。

従来技術と比較して本考案の緩衝装置を有する風力発電機は、以下（１）〜（３）に示す長所を有する。
（１）本考案の風車が強風を受けると、羽根が伸縮ロッドを引っ張ってピストンヘッドを変位させ、座体内部の油液又は弾性部材によって生成される制動効果により、羽根が展開した際の回転速度を有効に減速させることができるため、羽根の回転速度が速すぎて構造が損傷又は破損するのを防止することができる上、構造同士が衝突して騒音が発生する問題を改善し、全体の使用機能及び効果を高めることができる。
（２）本考案の風車が強風を受けると、複数の羽根の回転を回転軸の外周部分で停止させることができ、風が弱くなると、緩衝装置の伸縮ロッドが座体内部の油液又は弾性部材の影響を受けて収縮変位することにより、羽根を引っ張って支持ロッドを軸心として揺動させて放射状に展開した状態となり、風力によって羽根の内側面を受風面として回転軸の回転を回復させ、回転軸を駆動して発電を行う。
この機械原理によって回転速度を自動制御することにより、他の従来の風力発電のように、ブレーキシステムが必要なく、ブレーキがないため、再起動する必要がない。また、静止時間が短いため、迅速に起動又は停止を行うことができ、発電機の発電効率を高めることができる。
（３）本考案の風車が強風を受けると、風車の回転速度が徐々に加速されることによって発生する遠心力により、羽根が収束して密閉状態が形成され、強風によって駆動されなくなり、回転軸が減速する。これにより、回転軸の回転速度が速すぎて発電機が損壊又は故障する状況が発生するのを防止することができる。
また、緩衝装置によって風車の複数の羽根の回転速度を減速させるのを補助することができるため、発電機及び風車全体の使用寿命を有効に延長することができる。

本考案の実施例を示す斜視図である。 本考案の羽根が展開した状態を示す平面図である。 本考案の羽根が収束した状態を示す平面図である。 本考案の羽根が展開した状態を示す側面図である。 本考案の羽根が収束した状態を示す側面図である。 本考案の羽根が収束した状態を示す斜視図である。 本考案の緩衝装置に弾性部材が使用された状態を示す側面図である。 本考案の他の実施形態を示す平面図である。 従来の風力発電機の一部を示す側面図である。

本考案の目的、特徴及び効果を示す実施形態を図面に沿って詳細に説明する。

図１〜図４を参照する。図１は、本考案を示す斜視図である。図２は、本考案の羽根が展開した状態を示す平面図である。図３は、本考案の羽根が収束した状態を示す平面図である。図４は、本考案の羽根が展開した状態を示す側面図である。図１〜図４に示すように、本考案は、ベース１、風車２及び緩衝装置３を含む。

ベース１上には、発電機１１が設けられる。発電機１１上には、外部に延伸する回転軸１２が設けられ、回転軸１２が発電機１１を駆動することによって機械エネルギーが電気エネルギーに変換された後、蓄電池、充電電池などの蓄電装置内に貯蔵されるか、或いは、機械設備に直接供給されて使用される。
ここで、回転軸１２が発電機１１を駆動して電気エネルギーを生成する方式は、従来技術の範疇である上、発電機１１の細部構成は、本考案の重点ではないため、ここでは贅言しない。

風車２は、ベース１の回転軸１２上に設置され、複数の羽根２１を含む。羽根２１の回転軸１２に対向する部分に形成される内側面２１１上には、少なくとも１つの軸台２２が設けられる。各羽根２１と回転軸１２との間には、少なくとも１つの支持ロッド２３がそれぞれ連結される。
支持ロッド２３の一方の側部は、羽根２１の内側面２１１の軸台２２上に枢着される。支持ロッド２３の他方の側部は、回転軸１２上に固定される。これにより、複数の羽根２１は、支持ロッド２３の一方の側部部分において揺動する。

風車２の複数の羽根２１は、円弧状の板体であり、各羽根２１は、ベース１の回転軸１２の外周部分に位置する。複数の羽根２１が強風を受けて高速回転すると、外部に揺動して収束し、球状の密封状態になって抵抗力が小さくなることにより、複数の羽根２１の回転速度が徐々に遅くなるため、強風に耐えられるようになる。

緩衝装置３は、ベース１の回転軸１２と風車２の各羽根２１との間にそれぞれ連結され、座体３１及び伸縮ロッド３２を含む。一実施形態中、座体３１は、油圧シリンダである。座体３１内部に形成される密封された収容室３１０には、制動効果を有する油液３１１が貯蔵される。座体３１の収容空間３１０内部には、外部に直線変位する伸縮ロッド３２が設けられる。
伸縮ロッド３２の一方の端部上には、収容室３１０内に位置するピストンヘッド３２１が設けられる。伸縮ロッド３２のピストンヘッド３２１と反対の他方の端部は、羽根２１の内側面２１１上の側辺に近い位置に枢着される。座体３１の伸縮ロッド３２と反対の側部には、回転軸１２上に枢着される少なくとも１つの連動ロッド３３が設けられる。

図１及び図４〜図６を参照して説明する。図１は、本考案を示す斜視図である。図４は、本考案の羽根が展開した状態を示す側面図である。図５は、本考案の羽根が収束した状態を示す側面図である。図６は、本考案の羽根が収束した状態を示す斜視図である。図１及び図４〜図６から分かるように、本考案の風力発電機は、風量が大きな屋上、空地、高地、海岸などの位置に固定することができる。
本考案の風力発電機は、緩衝装置３の座体３１内部に貯蔵された油液３１１の制動効果により、伸縮ロッド３２が座体３１方向に収縮変位し、伸縮ロッド３２が風車２の羽根２１の内側面２１１の側辺に近い位置を引っ張ることにより、複数の羽根２１が軸台２２を介して支持ロッド２３を軸心として所定の角度揺動し、ベース１の回転軸１２の外周に放射状に展開した状態となる。

自然風が風車２の展開した複数の羽根２１間に形成される空間部分に吹き込むと、風力が羽根２１の受風面を押圧する。また、羽根２１は、軸台２２を介して各支持ロッドを駆動し、回転軸１２を同期回転させ、回転軸１２が発電機１１を駆動して運転させる。複数の羽根２１が運転（回転）及び停止（静止）する時間が短いため、発電機を迅速に起動して発電を行うことができる。

しかし、風車２の複数の羽根２１が強風を受けてベース１の回転軸１２の回転速度が高まると、羽根２１に発生する遠心力によって伸縮ロッド３２が引っ張られて座体３１の外部方向に延伸変位する。また、伸縮ロッド３２のピストンヘッド３２１が座体３１の収容室３１０内において変位し、収容室３１０内に流通する油液３１１の圧力が高まって制動効果が発生する。
これにより、羽根２１が展開した際の回転速度を有効に減速させるのを補助するため、複数の羽根２１が強風を受けて回転速度が速くなりすぎ、構造が損傷又は破損するのを防止し、構造同士が衝突して騒音が発生する問題を改善し、全体の使用機能及び効果を高めることができる。

また、風車２の複数の羽根２１が強風を受けると、風車２の回転速度が高まることによって発生する遠心力により、羽根２１が徐々に揺動して収束され、密閉状態が形成されるため、強風によって駆動されなくなり、回転軸１２の回転速度が減速する。
これにより、回転軸１２の回転速度が速すぎて発電機１１が損壊又は故障するのを防止することができる。また、緩衝装置３によって風車２の複数の羽根２１が回転する際の速度が減速されるのが補助されるため、発電機１１及び風車２全体の使用寿命を有効に延長することができる。

また、風車２が強風を受けると、回転軸１２の外周部分において複数の羽根２１の回転を停止させることができるが、静止時間が短い。風が弱くなると、緩衝装置３の伸縮ロッド３２が座体３１内部の油液３１１の影響を受けて座体３１方向に伸縮変位し、複数の羽根２１を引っ張って支持ロッド２３を軸心として揺動させ、放射状の展開状態にする。これにより、風力が各羽根２１の内側面２１１上を押圧し、内側面２１１を受風面として回転軸１２の回転が回復する。
これと同時に、回転軸１２が発電機１１を駆動して発電を行う。この機械原理によって回転速度を自動制御することにより、他の従来の風力発電のように、ブレーキシステムが必要なく、ブレーキがないため、再起動する必要がない。また、静止時間が短く、迅速に起動又は停止を行うことができるため、発電機１１の発電効率を高めることができる。

図２〜図４及び図７を参照して説明する。図２は、本考案の羽根が展開した状態を示す平面図である。図３は、本考案の羽根が収束した状態を示す平面図である。図４は、本考案の羽根が展開した状態を示す側面図である。図７は、本考案の緩衝装置に弾性部材が使用された状態を示す側面図である。図２〜図４及び図７から分かるように、緩衝装置３の座体３１は、シリンダであり、一実施形態中、座体３１内部の収容室３１０には、油液３１１が貯蔵される。
また、他の実施形態中、座体３１の収容室３１０と伸縮ロッド３２のピストンヘッド３２１との間には、弾性部材３１２が設けられる。弾性部材３１２の一方の端部は、収容室３１０の内壁面部分に当接され、弾性部材３１２の他方の端部は、伸縮ロッド３２のピストンヘッド３１２に弾性当接されて弾性変形し、収容室３１０内部の油液３１１を省略してもよい。

風車２の羽根２１が強風を受けると、羽根２１に発生する遠心力によって伸縮ロッド３２を引っ張り、ピストンヘッド３２を変位させ、弾性部材３１２が弾性変形することによって発生する制動効果により、羽根２１が展開した際の回転速度を減速させるのを補助することができる。羽根２１の回転が停止した後、緩衝装置３の伸縮ロッド３２は、弾性部材３１２の有する弾性復帰力の影響を受けて収縮変位し、複数の羽根２１を引っ張って支持ロッド２３を軸心として揺動させ、放射状の展開状態にする。
これにより、風力が各羽根２１の内側面２１１上を押圧し、内側面２１１を受風面として回転軸１２の回転が回復する。これと同時に、回転軸１２が発電機１１を駆動して発電を行う。この機械原理によって回転速度を自動制御することにより、他の従来の風力発電のように、ブレーキシステムが必要なく、ブレーキがないため、再起動する必要がない。また、静止時間が短く、迅速に起動又は停止を行うことができるため、発電機１１の発電効率を高めることができる。

図１〜図３及び図８を参照して説明する。図１は、本考案を示す斜視図である。図２は、本考案の羽根が展開した状態を示す平面図である。図３は、本考案の羽根が収束した状態を示す平面図である。図８は、本考案の他の実施形態を示す平面図である。図１〜図３及び図８から分かるように、風車２の各羽根２１上の内側面２１１の側辺に近い位置には、内側に湾曲した少なくとも１つの側翼板２１２を設けてもよい。一実施形態中、側翼板２１２は、弧曲面を有するが、実際に応用する際、平面でもよい。
また、側翼板２１２と羽根２１の内側面２１１との間には、挟角が形成される。羽根２１に側翼板２１２が結合される方式は限定されず、側翼板２１２の設置数量、角度及び長さは、必要に応じて変更してもよい。
自然風が風車２の展開した複数の羽根２１間に形成される空間部分に吹き込むと、風車２の内側部分の気圧が風車２の外側部分より低いことによって発生する気圧差により、自然風が側翼板２１２部分まで吹き込まれて還気効果が形成される。これにより、風車２の複数の羽根２１が微風を受けた場合でもベース１の回転軸１２の回転速度が徐々に加速され、発電機１１の発電効率が高められる。

以上の説明は、本考案を説明するためのものであり、本考案を限定するものではない。即ち、当業者は、本考案の主旨を逸脱しない範囲において修正及び変更を行うことができ、それらは、何も本考案の保護範囲に含まれる。

１ ベース
１１ 発電機
１２ 回転軸
２ 風車
２１ 羽根
２１１ 内側面
２１２ 側翼板
２２ 軸台
２３ 支持ロッド
３ 緩衝装置
３１ 座体
３１０ 収容室
３１１ 油液
３１２ 弾性部材
３２ 伸縮ロッド
３２１ ピストンヘッド
３３ 連動ロッド
Ａ 風力発電機
Ａ１ 中心回転軸
Ａ１１ 支持ロッド
Ａ１２ 連動ロッド
Ａ１３ 釣合錘ジョイント
Ａ１４ ストッパ体
Ａ２ 羽根

Claims (3)

1. ベース、風車及び緩衝装置を備える緩衝装置を有する風力発電機であって、
   前記ベース上には、回転軸によって駆動されて発電を行う発電機が設けられ、前記回転軸の外周には、複数の羽根を有する風車が設置され、前記各羽根と前記回転軸との間には、少なくとも１つの支持ロッドが連結され、前記支持ロッドの一方の側部は、前記羽根の内側面上に揺動可能に枢着され、前記支持ロッドの他方の側部は、前記回転軸上に固定され、
   前記ベースの回転軸と前記風車の各羽根との間には、座体及び伸縮ロッドを有する緩衝装置がそれぞれ連結され、前記伸縮ロッドの一方の端部上には、前記座体内において変位することにより、前記羽根が展開した際の回転速度を減速させるのを補助するピストンヘッドが設けられ、前記伸縮ロッドの前記ピストンヘッドと反対側の他方の端部は、前記羽根の内側面上に枢着され、前記座体の前記伸縮ロッドと反対側の側部には、前記回転軸上に枢着される少なくとも１つの連動ロッドが設けられ、
   前記風車の羽根上の内側面の側辺に近い位置には、内側に湾曲した少なくとも１つの側翼板が設けられ、前記各側翼板と前記羽根の内側面との間には、挟角が形成されることを特徴とする緩衝装置を有する風力発電機。
2. 前記緩衝装置の座体内部には、収容室が形成され、前記収容室には、前記伸縮ロッドのピストンヘッドの変位を制動する効果を提供する油液が貯蔵されることを特徴とする請求項１に記載の緩衝装置を有する風力発電機。
3. 前記緩衝装置の座体内部には、収容室が形成され、前記座体の収容室と前記伸縮ロッドのピストンヘッドとの間には、弾性部材が設けられ、前記弾性部材の一方の端部は、前記収容室の内壁面部分に当接され、前記弾性部材の他方の端部は、前記伸縮ロッドのピストンヘッド上に当接されて弾性変形することを特徴とする請求項１に記載の緩衝装置を有する風力発電機。

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