JP3981143B1 - Power generator - Google Patents
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Abstract
【課題】ブレーキ兼有の発電装置を備え、強風時にも安全に発電可能な、且つ低コストで実現可能な風力発電装置を提供すること。
【解決手段】支持盤18の上方には軸受17とスラスト軸受20によって回転自在に支承される回転盤19が設けられ、支持盤18の下方には、回転数を制御するブレーキ兼有の発電装置101が継ぎ手115を介し連結され、また公転軸21の上下端から上下スポーク22、23がそれぞれ水平方向に延設され、その端部には上部下部副軸受24、25が設けられて公転枠体26を形成している。さらに該公転枠体26の上下の副軸受24、25に、自転軸27を有し回転自在の2枚の羽根28a、28bがそれぞれ支承されると共に、自転軸27の下端に連結して羽根28a、28bの回転角度を、主導路31などによって規制する一対の摺動部29a、29Bが設けられて自転羽根体30を形成している。
【選択図】 図5A wind power generator including a power generator that also serves as a brake, capable of generating power safely even in strong winds, and that can be realized at low cost.
A rotating plate 19 rotatably supported by a bearing 17 and a thrust bearing 20 is provided above the support plate 18. Below the support plate 18, a power generation device having a brake that controls the number of rotations. 101 is connected via a joint 115, and upper and lower spokes 22 and 23 are horizontally extended from the upper and lower ends of the revolving shaft 21, and upper and lower sub-bearings 24 and 25 are provided at the ends thereof to provide a revolving frame body. 26 is formed. Further, two rotatable blades 28a and 28b having a rotation shaft 27 are supported on the upper and lower auxiliary bearings 24 and 25 of the revolution frame 26, respectively, and are connected to the lower end of the rotation shaft 27 to be connected to the blade 28a. , 28b is provided with a pair of sliding portions 29a, 29B that regulate the rotation angle by the main path 31 or the like to form the rotating blade body 30.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、回転する出力軸に連結して機能する発電装置に関し、更に詳しくは、発電装置がブレーキング機能を兼有していることにより、風力発電装置として使用するときに過回転が防止されると共に、構造がシンプルな上、低コストで実現できる発電装置に関する。 The present invention relates to a power generation equipment to function coupled to an output shaft which rotates, and more specifically, by the power generation device is Ken'yu braking function, the overspeed when used as a wind power generator while being prevented, on the structure is simple, relates to power generation apparatus that can realize at a low cost.
近年、安全でクリーンな発電システムとして風力を利用して発電するプロペラ型風車が実用化されている。このプロペラ型風車は風力発電機としては最もポピュラーな存在であり、また水平軸風車を代表するものであるが、これ以外にも垂直軸風車として、ダリウス型風車、サボニウス型風車、さらに直線翼垂直軸型風車などの数多くの風力発電システムが開発されている。 In recent years, propeller type wind turbines that generate power using wind power have been put to practical use as a safe and clean power generation system. This propeller type wind turbine is the most popular wind power generator and represents a horizontal axis wind turbine, but other vertical axis wind turbines include Darius type wind turbines, Savonius type wind turbines, and straight blade vertical wind turbines. A number of wind power generation systems, such as axial wind turbines, have been developed.
上記のような発電システムあるいは発電装置には、例えば、台風時のような強風発生の状況下での運転に備えて、羽根回転装置が所定回転数を超えると、自動的にこれを抑制するためのブレーキが作用し、羽根回転装置の過回転を防止すると共に過電力発生を制御し発電装置を保護している。そして、この過回転を防止するブレーキの種類としては種々あるが、その中でもディスクをパッドによって挟持し回転軸の回転を規制する油圧式のディスクブレーキが良く知られている。 In the above power generation system or power generation device, for example, when the blade rotation device exceeds a predetermined number of rotations in preparation for operation under a strong wind generation situation such as a typhoon, this is automatically suppressed. Acts to prevent over-rotation of the blade rotation device and control the generation of over-power to protect the power generation device. There are various types of brakes that prevent this over-rotation. Among them, hydraulic disc brakes that hold the disc between pads and restrict the rotation of the rotating shaft are well known.
一方、後述する本発明の風力発電装置に使用される羽根回転装置は、直線翼垂直軸型風車のジャンルに入るものであるが、発電規模からいうとプロペラ型風車が大型高出力発電システム向きであるのに対して、低風速環境にも対応した小型低出力発電システムに向いている。 On the other hand, the blade rotating device used in the wind power generator of the present invention to be described later is in the genre of the straight blade vertical axis type wind turbine, but in terms of power generation scale, the propeller type wind turbine is suitable for a large high power power generation system. On the other hand, it is suitable for a small low-power generation system that can cope with low wind speed environments.
従来のこの種の風力発電装置に使用される羽根回転装置としては、主回転軸の中心に固定ギアを設置し、この固定ギアはギアの一方向が風向きに回転できるようにすることで、どの風向でも対応できるようにしたシステムがあり、具体的には、固定ギアから翼の回転軸の中心に固定ギアの2倍の枚数のギアを取り付けた物にタイミングベルトを張り、各翼を理想の角度へ調整したのち、翼の回転軸同志をタイミングギアとタイミングベルトを使用し、同じ1対1の減速比でリンクするようにした風力発電用ファンがある( 例えば、特許文献1、図1参照) 。
しかしながら、これらの風力発電用ファンに搭載される上記従来のような油圧式のディスクブレーキの場合には、折角得られた回転エネルギーを熱エネルギーに変換しては放散させるというエネルギー損失が伴い、また、パッドが磨耗するために一定期間毎に必ず交換しなければならないという煩わしさがあった。 However, in the case of the above-described conventional hydraulic disc brakes mounted on these wind power generation fans, there is an energy loss in which the rotational energy obtained at the turning point is converted into heat energy and dissipated. In order to wear the pad, there is a trouble that it must be replaced every certain period.
また、上記従来の風力発電用ファンは、主回転軸の中心に設置された固定ギアと主回転軸の周囲に配設された固定ギアの2倍の枚数のギアとは、この間に張設されたタイミングベルトを介して回転力が伝達されるように形成されるとともに、主回転軸の周囲に複数個配設された固定ギアの2倍の枚数のギアの隣りあう翼シャフトタイミングプーリー間にはタイミクグベルトが張られた構成であり、また、翼シャフトタイミングプーリーやタイミクグベルトが主回転軸から離れた円周上に配設されるという形態であって、その全体構成は極めて複雑である。 In the conventional fan for wind power generation, the fixed gear installed at the center of the main rotating shaft and the gear twice as many as the fixed gear arranged around the main rotating shaft are stretched between them. Between the blade shaft timing pulleys adjacent to each other with twice the number of fixed gears arranged around the main rotation shaft. The configuration is such that the timing belt is stretched, and the blade shaft timing pulley and the timing gear belt are arranged on the circumference away from the main rotation shaft, and the overall configuration is extremely complicated.
また、特にタイミングプーリー、タイミングベルト等が回転外周上に配置されているため、回転時の慣性モーメントが大きくなり、したがって低風速時には回転しにくいので初動特性が低く、また、風力エネルギーが主回転軸に伝達されるまでにこれらの伝達機構によるエネルギーロスが生じ、主回転軸から得られるエネルギー効率を高くできないという課題があり、さらに、全体構成が複雑なことから安価に実現できにくいという課題を孕んでいる。 In particular, since timing pulleys, timing belts, etc. are arranged on the outer periphery of the rotation, the moment of inertia during rotation increases, so it is difficult to rotate at low wind speeds, so the initial motion characteristics are low, and the wind energy is the main rotating shaft. Energy transmission due to these transmission mechanisms occurs before being transmitted to the motor, and there is a problem that the energy efficiency obtained from the main rotating shaft cannot be increased. Further, since the overall configuration is complicated, there is a problem that it is difficult to realize at low cost. It is.
本発明は上記課題に鑑み、回転数を制御するブレーキ兼有の発電装置を提供することを主目的としている。 In view of the above problems, to provide a power generating equipment of the brake Ken'yu for controlling the rotational speed as a main objective.
上記目的を達成するために、本発明の第1は、回転する出力軸に連結される回転軸と、該回転軸の周囲に放射状に設けられた摺動軸受と、前記摺動軸受に嵌通する摺動軸と、前記回転軸から離れた側の前記摺動軸の一端に固設されコの字形に形成された永久磁石を有するローターと、該ローターが回転した際、その磁力作用によって電力を誘発する、前記ローターのコの字形の成形部に挿脱可能な大きさに形成されたステーターと、前記回転軸に近い側の前記摺動軸の他端と前記回転軸とを連結するように設けた伸縮部材とを備え、該伸縮部材は、前記回転軸が回転して前記ローターに遠心力が作用した際、該遠心力の大きさに比例して前記ステーターに接近する前記ローターを前記回転軸側に引き寄せるように作用すると共に、前記遠心力と均衡を保つように機能する発電装置を内容とする(請求項1)。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention includes a rotating shaft connected to a rotating output shaft, a sliding bearing provided radially around the rotating shaft, and fitted into the sliding bearing. And a rotor having a permanent magnet fixed in one end of the sliding shaft on the side away from the rotating shaft and formed into a U-shape, and when the rotor rotates, the magnetic force acts to A stator formed in a size that can be inserted into and removed from the U-shaped molded portion of the rotor, and the other end of the sliding shaft closer to the rotating shaft and the rotating shaft are connected to each other. An expansion / contraction member provided on the rotor, wherein the expansion / contraction member rotates the rotor that approaches the stator in proportion to the magnitude of the centrifugal force when the rotating shaft rotates and centrifugal force acts on the rotor. together acts to pull the rotary shaft side, before Symbol centrifugal force The power generation device which functions to maintain the equilibrium and the content (claim 1).
また、本発明の第2は、回転する出力軸に連結される回転軸と、該回転軸の周囲に放射状に設けられた摺動軸受と、前記摺動軸受に嵌通する摺動軸と、前記回転軸から離れた側の前記摺動軸の一端に固設され永久磁石を有するローターと、前記回転軸から離れた側の前記摺動軸の一端に固設されコイルを有する第2のローターと、前記ローター及び第2のローターが回転した際、その磁力作用によって電力を誘発するステーターと、前記回転軸に近い側の前記摺動軸の他端と前記回転軸とを連結するように設けた伸縮部材とを備え、該伸縮部材は、前記回転軸が回転して前記ローター及び第2のローターに遠心力が作用した際、該遠心力の大きさに比例して前記ステーターに接近する前記ローター及び第2のローターを前記回転軸側に引き寄せるように作用すると共に、前記遠心力と均衡を保つように機能する発電装置を内容とする(請求項2)。 A second aspect of the present invention is a rotating shaft connected to a rotating output shaft, a sliding bearing provided radially around the rotating shaft, a sliding shaft fitted into the sliding bearing, A rotor having a permanent magnet fixed to one end of the sliding shaft on the side away from the rotating shaft, and a second rotor having a coil fixed to one end of the sliding shaft on the side remote from the rotating shaft And a stator that induces electric power when the rotor and the second rotor rotate, and the other end of the sliding shaft closer to the rotating shaft and the rotating shaft are connected to each other. The expansion and contraction member, and the expansion and contraction member approaches the stator in proportion to the magnitude of the centrifugal force when the rotating shaft rotates and centrifugal force acts on the rotor and the second rotor. Pull the rotor and second rotor closer to the rotating shaft Together acting so that the power generating device which functions to balance with the centrifugal force and the content (claim 2).
好ましい態様としての請求項3は、伸縮部材が引張スプリングである請求項1又は2記載の発電装置を内容とする。
好ましい態様としての請求項4は、発電部材としてのローター、ステーターを複数対備え、対毎に引張スプリングのバネ定数を異なるように形成した請求項3記載の発電装置を内容とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a power generation device according to the third aspect in which a plurality of pairs of rotors and stators as power generation members are provided and the spring constants of the tension springs are different for each pair.
本発明の発電装置は、回転軸の周囲に放射状に設けられた摺動軸受に摺動軸を嵌通させた上、該摺動軸の先端側に磁石を有するローター固設させ、またローターの外周には該ローターが回転した際、その磁力作用によって電力を誘発するステーターを配設すると共に、摺動軸と回転軸とをスプリング等の伸縮部材によって連結して形成したことにより、回転軸が過回転した際、その遠心力によってローターがステーターに接近して発電を可能にすると共に、ローターがステーターに接近するほど回転抵抗が増大するので、ブレーキとしても作用する。したがって過回転時に際してのエネルギーを無駄にすることがなく、且つ装置の故障、破壊などを未然に防止することが可能である。 In the power generation device of the present invention, a sliding shaft is fitted into a sliding bearing provided radially around the rotating shaft, and a rotor having a magnet is fixed to the tip side of the sliding shaft. A stator that induces electric power when the rotor rotates is arranged on the outer periphery, and the sliding shaft and the rotating shaft are connected by an elastic member such as a spring so that the rotating shaft is When the rotor rotates excessively, the centrifugal force causes the rotor to approach the stator to allow power generation, and the closer the rotor is to the stator, the greater the rotational resistance increases, thus acting as a brake. Therefore, energy at the time of over-rotation can be prevented from being wasted, and failure or destruction of the apparatus can be prevented in advance.
本発明の発電装置は、回転する出力軸に回転軸を連結させ、また回転軸の周囲には、内部に摺動軸を嵌通した摺動軸受を放射状に設けている。そして、回転軸から離れた側の摺動軸の一端にはコの字形に形成された永久磁石を有するローターを固設すると共に、このローターの外周にはローターが回転した際、その磁力作用によって電力を誘発する、前記ローターのコの字形の成形部に挿脱可能な大きさに形成されたステーターを配設し、さらに、回転軸に近い側の摺動軸の他端と回転軸とを引張スプリングなどの伸縮部材で連結し、回転軸が過回転してローターに所定値以上の遠心力が作用した際は、その遠心力の大きさに比例して引張スプリングが伸び、該引張スプリングの引張り強さと遠心力とがバランスするまでステーターに接近するように形成している。 In the power generator of the present invention, a rotating shaft is connected to a rotating output shaft, and a sliding bearing having a sliding shaft fitted therein is radially provided around the rotating shaft. A rotor having a U-shaped permanent magnet is fixed to one end of the sliding shaft on the side away from the rotating shaft, and when the rotor rotates on the outer periphery of the rotor, A stator formed in a size that can be inserted into and removed from the U-shaped molded portion of the rotor that induces electric power is disposed, and the other end of the sliding shaft closer to the rotating shaft and the rotating shaft connected by elastic members, such as tension springs, the rotating shaft when the centrifugal force of a predetermined value or more rotor to overspeed is applied, the spring tensile elongation in proportion to the magnitude of the centrifugal force, of the tension spring It is formed so as to approach the stator until the tensile strength and the centrifugal force are balanced.
本発明の発電装置に供給される機械エネルギーは特に制限されず、水力、火力、風力等いずれでもよいが、特に風力羽根回転装置を利用した風力発電装置として好適である。このような風力羽根回転装置は特に制限されないが、本出願人が先に出願した風力発電用羽根回転装置(特願2006−155677)が好適に用いられる。 The mechanical energy supplied to the power generator of the present invention is not particularly limited and may be any of hydropower, thermal power, wind power, etc., but is particularly suitable as a wind power generator using a wind blade rotating device. Such a wind blade rotating device is not particularly limited, but a wind power blade rotating device (Japanese Patent Application No. 2006-155777) previously filed by the present applicant is preferably used.
本発明の発電装置とともに用いられる好適な羽根回転装置は、まず装置の基台となる軸受を有する支持盤が設けられ、そして、この支持盤の上方には軸受によって回転自在に支承される回転盤が設けられる。また、回転盤の中央には軸受によって支承される公転軸が設けられ、該公転軸の上端と下端から上スポーク、下スポークがそれぞれ水平方向に延設され、その端部には上部副軸受と下部副軸受がそれぞれ設けられて公転枠体を形成している。 A suitable blade rotating device used together with the power generator of the present invention is provided with a supporting plate having a bearing as a base of the device, and a rotating plate rotatably supported by the bearing above the supporting plate. Is provided. In addition, a revolving shaft supported by a bearing is provided in the center of the rotating disk, and upper spokes and lower spokes extend in the horizontal direction from the upper end and lower end of the revolving shaft, respectively. Lower auxiliary bearings are provided to form a revolving frame.
また、この公転枠体の上・下部副軸受に、自転軸を有し回転自在の羽根が支承され、さらに自転軸の下端に連結して羽根の回転角度を規制する一対の摺動部が設けられ自転羽根体を形成している。 The upper and lower sub-bearings of the revolving frame body are provided with a pair of sliding portions for supporting a rotatable blade having a rotation shaft and connecting the lower end of the rotation shaft to restrict the rotation angle of the blade. A rotating blade body is formed.
さらに、上記した回転盤上には、自転羽根体の一方の摺動部を誘導するための主導路と、該主導路を摺動する摺動部を、一方の摺動部から他方の摺動部に切り替えるための補助導路A1 A2 が設けられ、主導路は、交差部分を切り欠いたトロコイド曲線状の曲線軌道に形成されるとともに、補助導路A1 A2 は、主導路の切り欠いた部分の両側に配置された曲線軌道に形成されている。そして、主導路の切り欠いた部分の反対側には羽根の向きを切り替える切替手段を兼ねた補助導路B が曲線軌道に形成されている。 Furthermore, on the above-mentioned rotating disk, a main path for guiding one sliding part of the rotating blade body and a sliding part sliding on the main path are arranged from one sliding part to the other. Auxiliary guideway A1 A2 is provided for switching to the section, and the main road is formed in a trochoidal curved track with the intersection notched, and the auxiliary guideway A1 A2 is a notch of the main road It is formed in the curved orbit arranged on both sides of. Further, on the opposite side of the notch portion of the main path, an auxiliary guide path B that also serves as switching means for switching the direction of the blades is formed in a curved track.
この場合、主導路の切り欠いた部分の反対側付近において、羽根が最大の風圧を受ける位置の直前で、羽根の向きを内側に傾斜させ、次いで該位置の直後で外側に傾斜させる手段が設けられているのが好ましい。このようにすることにより、羽根の揚力を一層効率的に発生させることができる。傾斜角度は、5度以下程度の僅かな角度でよく、このような角度を傾斜させる手段としては、例えば、道路に一時的にスムーズな通過を妨げる抵抗となるものを設ける等の機械的手段により羽根の傾きを変えたり、又は電気的手段により羽根の傾きを変えることが挙げられる。 In this case, in the vicinity of the opposite side of the notch portion of the main road, there is provided means for inclining the direction of the blade inward immediately before the position where the blade receives the maximum wind pressure, and then inclining outward immediately after the position. It is preferred that By doing in this way, the lift of a blade | wing can be generated much more efficiently. The inclination angle may be a slight angle of about 5 degrees or less, and as a means for inclining such an angle, for example, mechanical means such as providing a resistance that temporarily prevents smooth passage on the road is provided. Examples include changing the inclination of the blade or changing the inclination of the blade by electric means.
また、自転羽根体の羽根の形状としては、矩形状の平板でも機能するが、風力によって羽根に揚力を発生させるために、羽根の中央部を矩形状の風孕体で構成し、またこの風孕体の周囲にフレーム設けた上、該風孕体とフレームとをスプリングなどの伸縮部材を介して取り付けられる形態が好適である。風孕体としては、風を孕み易い帆布等の可撓性に富んだ素材からなるのが好ましい。 In addition, as a shape of the blade of the rotating blade body, a rectangular flat plate also functions. A form in which a frame is provided around the casing and the wind casing and the frame are attached via an elastic member such as a spring is preferable. The wind tunnel body is preferably made of a highly flexible material such as canvas that can easily wind.
さらにまた、主導路と補助導路A1 A2 は内側レールと外側レールにより形成されるのが安定性の面から好ましいが、1本のレールとして、摺動部を逆凹状としてレール上を跨がせることも可能である。補助導路B も内側レールと外側レールにより形成されるのが好ましいが、内側レールのみで形成されても良い。 Furthermore, it is preferable from the standpoint of stability that the main guide path and the auxiliary guide path A1 A2 are formed by the inner rail and the outer rail. However, as one rail, the sliding portion is formed in a reverse concave shape and straddles the rail. It is also possible. The auxiliary guiding path B is also preferably formed by the inner rail and the outer rail, but may be formed only by the inner rail.
以下、本発明の発電装置の基本構成を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらにより何等限定されるものではない。
尚、本発明を構成する軸受や摺動部、その他の摺動する部分にはラジアル方向、スラスト方向を問わずベアリングを採用したり、また、これらの部分の材質に樹脂製軸受を採用するなど機械工学関連の公知技術を適宜利用することができる。
Will be described below with reference to the basic configuration of a power generating equipment of the present invention with reference to the drawings, the present invention is not be limited thereby these.
It should be noted that the bearings and sliding parts constituting the present invention adopt bearings regardless of the radial direction and thrust direction, and adopt resin bearings as the material of these parts, etc. Known techniques related to mechanical engineering can be used as appropriate.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1について図1〜図2を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態1における発電装置の部分断面上面図、図2は同装置の部分断面側面図である。
(Embodiment 1)
図1、2に示すように、本発明の発電装置101は、回転する出力軸に回転軸102を連結させ、また、この回転軸102の略中央の周囲には、内部に摺動軸103を嵌通した摺動軸受104を放射状に設けている。そして、回転軸102から離れた側の摺動軸103の一端には断面コの字状の永久磁石を有するローター105を固設すると共に、このローター105の外周にはローターが過回転した際、珪素鋼板やコイルなどから形成され、ローター105の作用を受けて電力を誘発するステーター106及び106Aが取付片107を介してハウジング108に固定されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、回転軸102の両端は段付き形状に形成され、ハウジング108の上下に配設した上下のベアリング109によって支承され、さらに、回転軸102に近い側の摺動軸103の他端と回転軸102とは引張スプリング110で連結され、回転軸102が予め定められた所定の回転数を超えて過回転領域になると、引張スプリング110に抗してローター105と一体の摺動軸103が摺動軸受104に沿って半径外側方向に移動し、最大ストロークSの範囲内で且つ遠心力とバランスしながらステーターに接近するように形成している。
Further, both ends of the
摺動軸103が摺動軸受104に沿って外周方向に移動する最大ストロークSは、摺動軸103に設けたストッパー111が、摺動軸受104に設けた長孔状の切欠部112によって規制されると共に、これによってローター105の摺動軸周りの回転も規制している。即ち、ローター105が最大ストロークS前進したきにはステーター106の高さ寸法に断面コの字状のローター105が丁度所定間隙をもって係合した形となる。
The maximum stroke S in which the sliding
また、図1には、上下左右に4個づつ、計二対のステーター106、ローター105と、上下左右の中間の位置に4個のステーター106Aの構成要素の配置状態を示しているが、図1の左右に配設された一対の構成要素A1 、A2と、上下に配設された一対の構成要素B1、B2の引張スプリング110のバネ定数は対毎に異なるように形成されている。
In addition, FIG. 1 shows the arrangement state of the four pairs of
図1に示したように、構成要素B1、B2の引張スプリング110のバネ定数は、構成要素A1 、A2より小さく設定されており、したがって、同一の遠心力が作用した場合、一対の構成要素B1、B2の方が、引張スプリング110が早く延長して早く発電を開始すると共に、逆に早くブレーキング作用を開始することになる。そして、さらに遠心力が増大すれば、構成要素A1 、A2の引張スプリング110も延長し、同様に発電を開始すると共に、ブレーキング作用をすることになる。
As shown in FIG. 1, the spring constants of the tension springs 110 of the components B1 and B2 are set to be smaller than those of the components A1 and A2. Therefore, when the same centrifugal force is applied, the pair of components B1 , B2, the
また、図1、図2には引張スプリング110を除いて、同一の発電部材を二対配設した場合を示しているが、二対以上の構成要素を設けても良く、例えば、引張スプリング110のバネ定数を順次弱めて、一対の構成要素A1 、A2と他の一対の構成要素B1、B2との間に、即ち、図1中のステーター106Aの位置に、構成要素C1、C2( 図示せず) と構成要素D1、D2( 図示せず) を増設して計四対の発電部材で形成しても良い。
さらにまた、これらの各要素の間に、ステーター106Aのみを配設して、過回転時の電力とブレーキングの能力を更に増大することも可能である。
1 and 2 show a case where two pairs of the same power generation member are provided except for the
Furthermore, it is possible to further increase the power and braking capability during over-rotation by arranging only the
なお、前述では対毎に引張スプリング110のバネ定数が異なる場合を説明したが、用途によっては、引張スプリング110のバネ定数を全て同一にしても良く、この場合には、急ブレーキがかかるという作用がある。
In the above description, the case where the spring constant of the
さらになお、前述では発電ブレーキの作用を段階的に動作させる手段として、発電部材には、対毎に異なるバネ定数を有する引張スプリングを取り付けた場合について説明したが、他の手段としては、一定のバネ定数を有する引張スプリングを用いてその長さを変え、短くして取り付けた側を堅い方( 構成要素A1 、A2側) のスプリング材110として利用することも可能である。
Furthermore, in the above description, the case where a tension spring having a different spring constant for each pair is attached to the power generation member as a means for operating the operation of the power generation brake stepwise has been described. It is also possible to use a tension spring having a spring constant as a
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2について図1及び図3を参照して説明する。図3は前述の実施の形態1に示した発電の構成要素A1 、A2側の永久磁石を有するローター105に代わって、コイルを有する第2のローター105Aとした形態( 発電の構成要素K1 、K2と呼称する) を示す部分断面側面図である。なお、これを除いた他の発電に係る構成要素及びその動作、作用などは実施の形態1の場合と同様である。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a configuration in which a second rotor 105A having coils is used instead of the
この構成要素K1 、K2の第2のローター105Aのコイルには、バッテリー113から回転軸102に設けた整流子・ブラシ114を介して所定の電力が供給され、実施の形態1に示した発電の構成要素A1 、A2側の永久磁石を有するローター105と同様の作用をするものであり、バッテリー113への電力の供給が、図1に示した発電が最初に開始する側の構成要素B1、B2からできるように電気回路等を構成しておけば、より合理的である。
Predetermined power is supplied from the
また、本実施の形態2においても、構成要素B1、B2と構成要素K1 、K2の二対の発電部材による発電装置以外に、バネ定数を適宜考慮した上、構成要素A1 、A2や構成要素B1、B2と組み合わせて、例えば、計三対、四対のようにその数を増やすことにより、さらに広い用途に応じた合理的な発電装置を実現することが可能である。 Also in the second embodiment, in addition to the power generation device using the two pairs of power generation members of the constituent elements B1 and B2 and the constituent elements K1 and K2, the spring constants are appropriately taken into account, and the constituent elements A1 and A2 and the constituent element B1 are considered. In combination with B2, for example, it is possible to realize a rational power generator according to a wider range of applications by increasing the number of three pairs or four pairs.
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3について図4を参照して説明する。
前述までの発電装置1 では、回転軸102は、ハウジング108の上面からのみ突設して他の装置の出力軸と連結した形態であったが、図4に示すように、回転軸102をハウジング108の上、下面の両面から突設させて形成した別の発電装置1Aを新たに設けて、回転軸102どうしを継ぎ手115によって連結し発電装置を二層に形成すれば、発電装置及びブレーキの容量を更に増大して利用することができる。したがって、前述した発電の構成要素を回転軸の周囲に放射状に設けた形態の発電装置と組み合わせれば、要求仕様にあった種々の発電装置を容易に実現することが可能である。
なお、本発明の発電装置が連結される出力軸に、ブレーキ機能のない公知の発電装置が直結または、増速機などのギアを介して連結されてもよいことは勿論である。
(Embodiment 3)
In the
Needless to say, a known power generation device having no brake function may be directly connected to the output shaft to which the power generation device of the present invention is connected or connected via a gear such as a speed increaser.
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4について図5〜図7を参照して説明する。図5は本発明の発電装置を使用した実施の形態4における風力発電装置の部分断面正面図、図6は同装置の上面図、図7は同装置の自転羽根体が曲線軌道に沿って自転・公転する際の羽根の傾き及び公転・自転の軌跡を概念的に示す上面図である。
(Embodiment 4)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 is a partial cross-sectional front view of a wind turbine generator according to Embodiment 4 using the power generator of the present invention, FIG. 6 is a top view of the device, and FIG. 7 is a rotating blade body of the device rotating along a curved track. -It is a top view which shows notionally the inclination of the blade | wing at the time of revolution, and the locus | trajectory of revolution / spinning.
図5、6に示すように、本発明の発電装置を使用した風力発電装置は、本装置の基台となる軸受17を有する支持盤18が設けられ、また、この支持盤18の上方には軸受17によって回転自在に支承される回転盤19が設けられるとともに、支持盤18との間に配設したスラスト軸受20によって支承される。
As shown in FIGS. 5 and 6, the wind power generator using the power generator of the present invention is provided with a
また、支持盤18の同軸受17の中央には公転軸21が支承され、該公転軸21の上端と下端から上スポーク22、下スポーク23がそれぞれ水平方向に延設され、その左右端部には上部副軸受24と下部副軸受25がそれぞれ設けられて公転枠体26を形成している。
A revolving
更に、支持盤18の下部に、発電装置101が収納されたベース体116が取り付けられると共に、該発電装置101は、軸受17に支承された公転軸21の端部に継ぎ手115を介し連結される。
Further, a
そして、この公転枠体26の左右上下の副軸受24、25に、自転軸27を有し回転自在の2枚の羽根28a、28bがそれぞれ支承されるとともに、自転軸27の下端に連結して羽根28a、28bの回転角度を規制する一対の摺動部29a、29Bが左右それぞれに設けられて自転羽根体30を形成している。
Their to, the left and right upper and
なお、公転枠体26の左右に支承された2枚の羽根28aと羽根28bの面角度についての詳細は後述するが、仮に、図6に示す2枚の羽根28a、28bの位置を回転のスタートの時の位置とすれば、風向Wの方向に対し、一方の羽根28aが直角の位置関係にあれば、反時計回りに公転軸21の周りを180度回転が進んだ位置にある他方の羽根28bの面は風向Wと平行の位置関係にある。
Although details of the surface angles of the two
また、回転盤19上には、自転羽根体30の一方の摺動部29aを誘導するための内側レール31aと外側レール31bから成る主導路31と、該主導路31を最初に摺動する一方の摺動部29aを、他方の摺動部29bに切り替えるための内側レール31aと外側レール31bから成る補助導路(A1)32と補助導路(A2)33が設けられ、さらに、主導路31は、交差部分K2を切り欠いたトロコイド曲線状の曲線軌道に形成されるとともに、補助導路(A1) (A2) 32、33は、主導路31の切り欠いた部分の両側に配置された曲線軌道に形成されている。
Further, on the
さらにまた、主導路31の切り欠いた部分K1の反対側には摺動部を誘導するために少なくとも内側レール31aのみ設けた補助導路(B) 34が曲線軌道に形成されるとともに、その終端には補助導路(B) 34と連携して羽根28a、28bの向きを切り替える調節部35を有する切替手段36を備えている。
Furthermore, on the opposite side of the cut-out portion K1 of the
次に、上記構成における風力発電装置の動作について説明する。なお、図6に示したように、風はWで示す一方向から吹いているものとし、また、分かりやすいように羽根28aが図6の位置にあった状態からスタートするものとして説明する。
Next, the operation of the wind turbine generator in the above configuration will be described. Note that, as shown in FIG. 6, it is assumed that the wind is blowing from one direction indicated by W, and that the
図5、6に示したように、Wで示す一方向からの風が羽根28a、28bに当たると、羽根の面が風向Wと平行の位置関係にある羽根28bに対しては風力は作用しないが、羽根28aの面に対しては風は直角方向から作用するので、その風圧により自転羽根体30は公転半径Rで反時計回りに回転を開始する。
As shown in FIGS. 5 and 6, when the wind from one direction indicated by W hits the
また、自転羽根体30の一方の摺動部29aは、主導路31により、また他方の摺動部29bは補助導路(B) 34の曲線軌道によって規制され、補助導路(B) 34の切替手段36に到達すると、他方の摺動部29b側に僅かなブレーキが掛かった状態に制御され、一方の摺動部29aが該切替手段36よって主導路31の外側レール31b側に風力によって当接するように制御される。
Further, one sliding
そして、自転羽根体30の羽根28aは一方の摺動部29aと主導路31による規制と風力により逐次その羽根の面角度を変化しながら進行し180度回転した位置に到達した時点では、図6に示した羽根28bの面角度になると共に、一方の摺動部29aは主導路31の切り欠いた部分から外れて補助導路(A2)33に風圧によって誘導され、また他方の摺動部29bは補助導路(A1)32に誘導された後、主導路31に側に誘導される。そして他方の摺動部29bが風圧と主導路31によって規制を受け一回転した時点では羽根28aの一方の摺動部29aと他方の摺動部29bとの位置は入れ替わる。
Then, when the
以上のことから明らかのように、羽根の自転0.5回転に対し公転1回転の割合で回転していることになる。換言すれば、一方の摺動部29a又は他方の摺動部29bが、主導路31の曲線軌道と、補助導路(A1) (A2) 32、33の曲線軌道との周りを一回転ずつ、合わせて2回転して、羽根28a、28bは自転1回転、公転2回転の1サイクルが完了する。
As is apparent from the above, the blade rotates at a rate of one revolution per 0.5 rotation of the blade. In other words, one sliding
次に、羽根28a、28bが自転、公転する時の風向Wに対する羽根の角度について図7に示した概念図を参照して説明する。なお、羽根の角度は自転軸27を中心にして連続的に変化するものであるが、わかり易くする意味で公転軸21を中心に半径Rで回転する羽根28a、28bの自転軸27の位置を8等分して説明する。
Next, the angle of the blade with respect to the wind direction W when the
概念図の図7には図6に示した自転羽根体30の羽根28a、28bの自転軸27、一方の摺動部29a及び他方の摺動部29bが動くそれぞれの軌跡を示したものであって、内側の破線で示した軌跡37は、主導路31の曲線軌道、外側の破線で示した軌跡38は、補助導路(A1) (A2) 32、33の曲線軌道及び補助導路(B) 34、また一点鎖線で示した軌跡39は自転軸27が半径Rで公転する軌跡である。
FIG. 7 of the conceptual diagram shows the trajectories of the
ここで図5、6に示した羽根28a、28bのうち、公転一回転する際の一方の羽根28aのみに着目してその面の傾斜度合いを図7を参照に観察すると、まず、自転軸27については当然ながら半径Rで公転する軌跡であり、羽根28aは、スタートの位置を仮に1−9の位置として、自転軸27が角度45度ずつ反時計周りに回転した時点の2−10の位置では22.5度左側に傾き、順次この割合で傾いて5−13の位置では90度の傾きとなる。さらにこの位置からスタートの1−9の位置までは、前半の回転角度と水平中心線対象の傾斜角度で、且つ羽根28aの反対面で風圧を受け風向Wから同様に順回転力を得て回転し、自転軸27の半回転が終了する。
Here, of the
そしてこの後、”羽根28aは、スタート時の一方の摺動部29aと他方の摺動部29bの位置を入れ換えた状態で同様に半回転し”、羽根28a、28bの自転1回転、公転2回転の1サイクルが完了する。
Then, after that, “the
なお、上記した”羽根28aは、スタート時の一方の摺動部29aと他方の摺動部29bの位置を入れ換えた状態で同様に半回転し”という文言は、図7に示したスタート時の摺動部29bの位置から、即ちスタートの1番の位置から45度回転するごとに付記した摺動部29bの進む軌跡の位置番号を順次2、3、4------と位置番号の順に進み、そして----- 15、16、1 まで進んでいって1回転の自転が終了することを示す内容であり、これによっても羽根28a、28bの自転1回転に対し公転が2回転であることが分かる。
It should be noted that the phrase “the
(実施の形態5)
前述の実施の形態4では羽根の形状を矩形状平板として説明したが、この形態に限らず、図8に示したように、羽根の中央部を矩形状の風孕体40で構成し、またこの風孕体40の周囲に自転軸27に連結してフレーム41を設けた上、該風孕体40とフレーム41とを前後左右からスプリング42などの伸縮部材を介して係合した形態が好適である。
(Embodiment 5)
In Embodiment 4 described above, the shape of the blade has been described as a rectangular flat plate. However, the present invention is not limited to this shape, and as shown in FIG. It is preferable that a
このような構成にすれば、図7における羽根の位置を示す5−13の位置を除き、1−9を初めとして2−10、3−11と順次進み8−16の位置、及びこれら位置の間の全てにわたって連続的に風孕体40は風圧によって膨らみ、これによって既に公知の航空機の翼やヨットの帆に発生すると同様の揚力を発生させることができるので、その揚力の回転方向成分によって回転力が増強するという効果が得られる。
With such a configuration, except for the position of 5-13 indicating the position of the blade in FIG. 7, the position advances sequentially from 2-10, 2-11, 3-11 starting from 1-9, and the positions of 8-16, and these positions. The
なお、羽根の数を2枚として説明したが、羽根の形状、サイズ( 特に幅寸法) 、材質、慣性モーメント、経済性等を考慮した上で3〜6枚が好適であるが、これ以上の枚数にして形成することも可能であり、これらの仕様は公転軸( 出力軸) から得られる低回転出力性能などの要求性能と合わせて自由に定めることができる。 Although the number of blades has been described as two, 3 to 6 blades are preferable in consideration of the shape, size (especially width dimension), material, moment of inertia, economy, etc. of the blades. It is also possible to form them in the number of sheets, and these specifications can be freely determined together with required performance such as low rotation output performance obtained from the revolution shaft (output shaft).
(実施の形態6)
本実施の形態では、図9に示したように、主導路の切り欠いた部分の反対側付近において、羽根が最大の風圧を受ける位置の直前で、羽根の向きを内側に傾斜させ、該位置の直後で外側に傾斜させる手段が設けられている風力発電用の羽根回転装置である。
即ち、本例では、羽根28aが最大の風圧を受ける位置( 図7中の1−9の位置) の直前で、主道路31の内側レール31aの内側に摺動部29aのスムーズな通過を妨げる抵抗体43aを設置し、抵抗体43が設置されていない場合の一点鎖線で示した位置よりも5度程度矢示した進行方向に傾斜させ( +、α度) 、次いで、1−9の位置を通過した直後で、補助道路B34( 31a) に抵抗体43bを設置し、抵抗体43bが設置されていない場合の一点鎖線で示した位置よりも5度程度進行方向と逆の方向に傾斜させ( −α度) 、羽根の揚力を一層大きくしたものである。
(Embodiment 6)
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, in the vicinity of the opposite side of the notched portion of the main road, immediately before the position where the blade receives the maximum wind pressure, the direction of the blade is inclined inward, This is a blade rotating device for wind power generation provided with means for inclining outward immediately after.
That is, in this example, immediately before the position where the
如上のとおり、本発明の発電装置は、風力発電装置など、回転数の上限が定められる装置・機械などに容易に使用することが可能で、回転数がオーバーするような際には、その回転エネルギーを電力に変換すると共に、そのブレーキング作用によって過回転が抑制される。したがって、エネルギーの有効活用を図ると共に装置・機械の故障、破損を防止するという効果があるため、画期的に優れた風力発電システム等を実現することができ、エネルギー問題の解決に貢献するところ頗る大である。 As described above, the power generator of the present invention can be easily used for wind turbine generators and other devices / machines that have an upper limit on the number of rotations. While converting energy into electric power, over-rotation is suppressed by the braking action. Thus, failure of equipment and machinery with make effective use of energy, the effect there because of preventing damage, it is possible to realize a remarkably excellent wind power generation system, etc., which contribute to solving energy problems However, it is a great deal.
1〜16 摺動部の位置番号
17 軸受
18 支持盤
19 回転盤
20 スラスト軸受
21 公転軸
22 上スポーク
23 下スポーク
24 上部副軸受
25 下部副軸受
26 公転枠体
27 自転軸
28 羽根
29a一方の摺動部
29b他方の摺動部
30 自転羽根体
31 主導路
31a 内側レール
31b 外側レール
32 補助導路(A1)
33 補助導路(A2)
34 補助導路(B)
35 調節部
36 切替手段
37 内側破線軌跡
38 外側破線軌跡
39 一点鎖線軌跡
40 風孕体
41 フレーム
42 スプリング( 伸縮部材)
43a、43b 抵抗体
101、101A 発電装置
102 回転軸
103 摺動軸
104 摺動軸受
105 永久磁石を有するローター
105A コイルを有するローター
106、106A ステーター
107 取付片
108 ハウジング
109 ベアリング
110 引張スプリング(伸縮部材)
111 ストッパー
112 切欠部
113 バッテリー
114 整流子・ブラシ
115 継ぎ手
116 ベース体
K1 主導路の切り欠いた部分
K2 交差部分
1 to 16 Position number of sliding
29b
33 Auxiliary guideway (A2)
34 Auxiliary Guide (B)
35 Adjusting
43a,
111
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