JP3224427U

JP3224427U - 垂直型回転体

Info

Publication number: JP3224427U
Application number: JP2019003939U
Authority: JP
Inventors: 純正中熊
Original assignee: 株式会社Ccp; 株式会社Ｃｃｐ
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2029-09-27

Abstract

【課題】簡単な構造でありながら風を受ける帆の面積を簡単に大きくでき、微風でも一定量の風力を受ける事ができ、また、風を受けたときの帆部材の振動を抑える垂直型回転体を提供する。【解決手段】帆部材１４は、図面手前方向から風を受けると、開口部Ｓ１を閉じる方向に回転してストッパ１１１に当接部１４３が当接する。これにより主軸フレーム１２１、１３１および主軸シャフト１１に回転力を与え、垂直型回転体１０全体が回転する。帆部材１４の帆羽１４２は、ほぼ三角形状を有しているので、開口部Ｓ１の大部分を塞ぐことができ、微風でも一定量の風力を受ける事ができる。当接部１４３がストッパ１１１と一点で当接する形状なので、四角形状のものと比較して風を受けたときの帆部材１４の振動を抑えることができる。【選択図】図１

Description

本考案は、風や水などの流体の力を受けて回転する垂直型回転体に関するものである。

従来、風力発電システムとして、風を受ける面に窓をつけ、風が回転を妨げる方向では窓が開くようにした技術がある（先行文献１）。

しかし、上記先行文献１では、窓が開いている状態でも窓以外の部分では風を受けてしまうので、回転効率が悪いという問題がある。

一方、先行文献２には、枠体のロータと、その一部を塞ぐ風受け板を有する技術が記載されている。しかし、風受け板は四角形状のため、風を受けたときに角部分が振動してスムーズな回転ができないという問題があった。

実用新案登録第３００６３０７号実用新案登録第３０９８７６１号

本考案では、微風の風でも一定量の風力を受ける事ができ、また、風を受けたときの帆部材の振動を抑えることで回転効率の良い垂直型回転体を提供することを目的とする。

本考案は、流体の力を受けて回転する垂直型回転体において、軸心がほぼ鉛直に設けられる回転自在な主軸シャフトと、一端部が前記主軸シャフトの上部に設けられ、ほぼ水平面に沿って回転自在に設けられる第１の主軸フレームと、一端部が前記主軸シャフトの前記第１の主軸フレームより下方に設けられ、前記第１の主軸フレームと対向しかつ一体に回転自在に設けられる第２の主軸フレームと、前記主軸シャフトの一部に設けられるストッパと、前記流体の力を受けることにより、前記第１の主軸フレームの他端部に設けられる第１の支持部と前記第２の主軸フレームの他端部に設けられる第２の支持部とを結ぶ軸心周りに回転可能に設けられ、かつ前記ストッパと当接できる位置に頂点を持つ形状を有する帆部材と、前記頂点に設けられ、前記主軸シャフトおよび前記主軸フレームで形成される開口部の一部を前記帆部材が所定方向から塞いだときに前記ストッパに当接することで前記帆部材の回転を止める当接部と、を有することを特徴とする。

本考案によれば、主軸シャフトの一部にストッパを設けることで帆部材の回転を止めるようにしたので、簡単な構造でありながら風を受ける帆の面積を簡単に大きくでき、微風でも一定量の風力を受ける事ができる。また、帆部材を受け止めるストッパと当接する当接部を帆部材の頂点に設けることで、風を受けたときの帆部材の振動を抑えることができ、回転効率がよくなる。

本考案の第１の実施例の垂直型風力発電機を風上側から見た概略側面図である。図１の矢印Ａ１方向から見た概略側面図である。垂直型風力発電機の構成および動作を示す平面図である。主軸シャフトの支持台への取り付け構造を示す一部断面図である。帆部材の取り付け構造を示す一部断面図である。当接部の具体的な構成を示す図である。図６のＡ２−Ａ２線に沿う断面図である。本考案の第２の実施例の垂直型風力発電機を風上側から見た概略側面図である。第２の実施例の帆部材の取り付け構造を示す一部断面図である。第２の実施例のストッパの構成を示す図である。第３の実施例の帆部材の取り付け構造を示す一部断面図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について、垂直型回転体を有する垂直型風力発電機を例にとり説明する。但し、本考案は風力発電機に限定されるものではなく、水流発電機等の他の動力源にも適用可能である。

図１は本考案の第１の実施例の垂直型風力発電機を風上側から見た概略側面図、図２は図１の矢印Ａ１方向から見た概略側面図、図３は垂直型風力発電機の構成および動作を示す平面図、図４は主軸シャフトの支持台への取り付け構造を示す一部断面図である。

図１に示すように、垂直型風力発電機１は、垂直型回転体１０と、それを支持する支持台２０とを有する。垂直型回転体１０は、支持台２０に鉛直に取り付けられた主軸シャフト１１を有する。円柱状の主軸シャフト１１の下端部１１１は、図４に示すように、支持台２０の円筒状の支持部２１１内に挿入され、ベアリング２１２およびベアリング２１３を介して回転自在に取り付けられている。この主軸シャフト１１の下端部１１１は、図１に示すように、支持台２０内に設けられたギア２１と連結され、さらにギア２１を介してトルクコンバータ２２および発電機２３と連結されている。

主軸シャフト１１の上端には第１の主軸フレーム部１２が、下端には第２の主軸フレーム部１３が設けられている。主軸フレーム部１２は、４本の主軸フレーム１２１、１２２、１２３、１２４を有している。４本の主軸フレーム１２１、１２２、１２３、１２４は、主軸シャフト１１を軸として、水平面内で互いに９０度の向きとなるように一体に設けられている。

一方、主軸フレーム部１３は、４本の主軸フレーム１３１、１３２、１３３、１３４を有している。４本の主軸フレーム１３１、１３２、１３３、１３４は、主軸シャフト１１を軸として、水平面内で互いに９０度の向きとなるように一体に設けられている。このとき主軸フレーム１３１は上側の主軸フレーム１２１と、主軸フレーム１３２は主軸フレーム１２２と、主軸フレーム１３３は主軸フレーム１２３と、さらに主軸フレーム１３４は主軸フレーム１２４とそれぞれ対向するように形成されている。

図１に示すように、主軸フレーム１２１端部の支持部１２１ａおよび主軸フレーム１３１端部の支持部１３１ａの間には、帆部材１４が設けられている。帆部材１４は、シャフト１４１に固定された２本のフレーム１４４、１４５と、これらフレーム１４４、１４５に取り付けられた帆羽１４２と、当接部１４３とを有している。帆部材１４は、シャフト１４１とフレーム１４４、１４５によって、風を受ける部分がほぼ三角形状に形成されている。ここで、フレーム１４４、１４５は、ほぼ同じ長さに形成されているが、異なる長さであっても問題はない。

図５は帆部材の取り付け構造を示す一部断面図である。支持部１２１ａおよび支持部１３１ａ間には、帆部材固定用シャフト１２１ｂが連結されており、この帆部材固定用シャフト１２１ｂにベアリング１４１ａ等を介して帆部材１４の円筒状のシャフト１４１が回転自在に設けられている。

シャフト１４１とフレーム１４４、１４５の間には、帆羽１４３が、例えばシャフト１４１とフレーム１４４、１４５の内側部に形成された穴１４４ａなどに図示しない紐等を介して結び付けられている。ここで、帆羽１４２は、ビニール、プラスチック繊維、布等からなる。また、フレーム１４４、１４５は、軽量鋼、ロープもしくは帯鋼等で構成される。

フレーム１４４、１４５の接続部分であり、三角形状の一つの頂点となる部分には、当接部１４３が形成されている。図６は当接部１４３の具体的な構成を示す図であり、図７は図６のＡ２−Ａ２線に沿う断面図である。主軸シャフト１１の側面には、ストッパ１１１が設けられている。ストッパ１１１は、その内側面１１１ａが凹状に形成されている。ストッパ１１１は、帆部材１４が所定方向から風を受けて回転したときに、帆部材１４のストッパ１４３が内側面１１１ａに当接する位置および形状に形成されている。このような垂直型回転体１０には、主軸シャフト１１、主軸フレーム１２１、１３１、およびシャフト１４１によって、開口部Ｓ１が形成される。

他の帆部材１５、１６、１７は、帆部材１４と同じ形状を有しており、シャフト１５１が主軸フレーム１２２および１３２間に、シャフト１６１が主軸フレーム１２３および１３３間、シャフト１７１が主軸フレーム１２４および１３４間にそれぞれ回転自在に取り付けられている。また、帆部材１５は帆羽１５２および当接部１５３、帆部材１６は帆羽１６２および当接部１６３、帆部材１７は帆羽１７２および当接部１７３をそれぞれ有している。主軸シャフト１１の側面には、等間隔をおいてストッパ１１２、１１３および１１４が設けられており、それぞれ対応する当接部１５３、１６３および１７３が当接する位置および形状に構成されている。

このような垂直型回転体１０には、主軸シャフト１１、主軸フレーム１２２、１３２、およびシャフト１５１によって開口部Ｓ２が、主軸シャフト１１、主軸フレーム１２３、１３３、およびシャフト１６１によって開口部Ｓ３が、主軸シャフト１１、主軸フレーム１２４、１３４、およびシャフト１７１によって開口部Ｓ４がそれぞれ形成される。なお、帆部材１５、１６および１７の具体的な構造は帆部材１４とほぼ同じなので、詳しい説明は省略する。

次に、このような構成の垂直型風力発電機１の動作について説明する。図３に示すように、例えば風が正面側から奥に向かって吹いた場合、当接部１４３がストッパ１１１に当接している帆部材１４の帆羽１４２が風を受けることにより、垂直型回転体１０全体は図面の反時計回りに回転する。そして、帆部材１５の位置に来ると、帆羽１５２の風から受ける力の向きが変わるので、帆部材１５はシャフト１５１を軸にして反時計回りに回転を開始し、風と平行になった状態で停止する。そして、帆部材１６のように風に抵抗する向きに移動している間は、帆羽１６２が風と平行の向きを維持したまま回転する。

このとき、開口部Ｓ３は完全に開放されるため、風の抵抗を受けることがない。よって、より効率の良い回転動作が可能となる。また、主軸シャフト１１の一部に設けられたストッパ１１１によって帆部材１４の回転を止めるようにしたので、帆部材１４の横幅を開口部Ｓ３の横幅とほぼ同じにできる。これにより、簡単な構造でありながら風を受ける帆の面積を簡単に大きくでき、微風でも一定量の風力を受けるができる。また、帆部材１４の回転の周端部分を、当接部１４３を頂点とする三角形状に形成したので、従来の四角形状のものと比較して風による振動が防止できる。これにより、さらに効率の良い回転動作が可能となり、高い発電効率を得ることができる。

なお、本実施例では、４枚の帆部材を設ける構成を示したが、これに限られることなく、例えば３枚帆〜６枚帆構造としてもよい。

次に本考案の第２の実施例について説明する。図８は第２の実施例の垂直型風力発電機を風上側から見た概略側面図である。また、図９は第２の実施例の帆部材の取り付け構造を示す一部断面図である。なお、第１の実施例と同じ構成部分については同一番号を付し、説明を省略する。

図８に示すように、本実施例の縦型風力発電機３０は三角形状の帆部材３１、３２、３３および３４を有する。帆部材３１は、底辺部に設けられるフレーム３１１と、このフレーム３１１および図示されていない軽量鋼、ロープもしくは帯鋼等で構成されるフレームに取り付けられた帆羽３１２と、当接部３１３とを有する。帆羽３１２は、ビニール、プラスチック繊維、布等からなる。また、主軸シャフトの下端部の側面には、等間隔をおいてストッパ１１５、１１６、１１７および１１８が設けられている。

図９に示すように、主軸フレーム１２１の支持部１２１ａには、ベアリング３１４ａおよびベアリング３１４ｂを介して軸３１４が回転自在に設けられている。一方、主軸フレーム１３１の支持部１３１ａには、ベアリング３１５ａおよびベアリング３１５ｂを介して軸３１５が回転自在に設けられている。軸３１４の下端には、帆部材３１の頂点３１ａが固定されている。一方、軸３１５の上端には、帆部材３１のフレーム３１１の一部が固定されている。これにより、帆部材３１は、軸３１４と軸３１５を結ぶ軸線周りに回転可能に取り付けられている。

帆部材３１の辺３１２ａおよび辺３１２ｂは、互いに長さが異なり、ここでは、辺３１２ａのほうが長くなるように形成されている。長い方の辺３１２ａ側の頂点３１ｂとフレーム３１１との連結部分は、当接部３１３として構成されている。

図１０はストッパ１１５の構成を示す図である。ストッパ１１５は、主軸シャフト１１の下端部の側面に設けられている。ストッパ１１５は、その内側面１１５ａが徐々に狭くなるように形成されており、帆部材３１が所定方向から風を受けて回転したときに、帆部材３１の当接部３１３が内側面１１５ａに当接するように形成されている。

このような構成により、本実施例の帆部材３１の上側の頂点３１ａを回転軸３１４に固定したので、辺３１２ｂ側を軸３１４、３１５より外側に張り出すことができる。このため、主軸フレーム１２１等の主要構成要素のサイズを変えることなく帆羽３１２を大きくできる。よって、低コストで効率よく風を受けることが可能となる。

次に本考案の第３の実施例について説明する。図１１は第３の実施例の垂直型風力発電機を風上側から見た概略側面図である。なお、第１および第２の実施例と同じ構成部分については同一番号を付し、説明を省略する。

図１１に示すように、帆部材４１には、そのフレーム４１１の上側に帆羽４１２が、下側に帆羽４１３が設けられている。帆羽４１２は、その辺４１２ａおよび４１２ｂがフレーム４１１の各端部付近から張られた図示されていない軽量鋼、ロープもしくは帯鋼等取り付けられ、その頂点４１ａが支持部１２１ａの軸３１４に固定されている。また、辺４１２ａおよび４１２ｂは互いに長さが異なり、ここでは、辺４１２ａのほうが長くなるように形成されている。

一方、帆羽４１３は、その辺４１３ａおよび４１３ｂがフレーム４１１の各端部付近から張られた図示されていない軽量鋼、ロープもしくは帯鋼等取り付けられ、その頂点４１ｂが支持部１３１ａの軸３１５に固定されている。また、辺４１３ａおよび４１３ｂは互いに長さが異なり、ここでは、辺４１２ａのほうが長くなるように形成されている。このような帆羽４１２および４１３を有する帆部材４１は、全体がひし形形状となっている。

帆部材４１の長い辺側の頂点４１ｃが固定されているフレーム４１１の端部は、当接部４１４として構成されている。この当接部４１４は、主軸シャフト１１に設けられた図示しないストッパに当接することで、帆部材４１の所定方向の回転を停止できる。

このように、帆部材４１全体の形状をひし形にすることにより、第２の実施例の帆部材３１よりもさらに帆羽の面積を大きくでき、さらに低コストで効率よく風を受けることが可能となる。

風力発電機に限定されるものではなく、水流発電機等の他の動力源にも適用可能である。

１垂直型風力発電機
１０垂直型回転体
１１主軸シャフト
１４帆部材
１１１ストッパ
１２１主軸フレーム
１３１主軸フレーム
１４１シャフト
１４２帆羽
１４３当接部

Claims

流体の力を受けて回転する垂直型回転体において、
軸心がほぼ鉛直に設けられる回転自在な主軸シャフトと、
一端部が前記主軸シャフトの上部に設けられ、ほぼ水平面に沿って回転自在に設けられる第１の主軸フレームと、
一端部が前記主軸シャフトの前記第１の主軸フレームより下方に設けられ、前記第１の主軸フレームと対向しかつ一体に回転自在に設けられる第２の主軸フレームと、
前記主軸シャフトの一部に設けられるストッパと、
前記流体の力を受けることにより、前記第１の主軸フレームの他端部に設けられる第１の支持部と前記第２の主軸フレームの他端部に設けられる第２の支持部とを結ぶ軸心周りに回転可能に設けられ、かつ前記ストッパと当接できる位置に頂点を持つ形状を有する帆部材と、
前記頂点に設けられ、前記主軸シャフトおよび前記主軸フレームで形成される開口部の一部を前記帆部材が所定方向から塞いだときに前記ストッパに当接することで前記帆部材の回転を止める当接部と、
を有することを特徴とする垂直型回転体。
前記帆部材は、全体がほぼ三角形状を有していることを特徴とする請求項１記載の垂直型回転体。
前記帆部材は、全体がほぼひし形形状を有していることを特徴とする請求項１記載の垂直型回転体。