JP4472981B2 - 抗力式垂直軸型風車及びそれを用いた風力発電機 - Google Patents

Description

本発明は、例えばサボニウス型風車などの抗力式垂直軸型風車、及び、該風車を用いた風力発電機に関する。

抗力式垂直軸型風車として、サボニウス型風車が知られているが、従来のサボニウス型風車は、回転部が、横断面円弧状の対のブレードと、該ブレードの上下両端部に固着された上下の円板と、これら円板の軸心部に設けられた上下の回転軸部とで構成され、この回転部の上下の軸部を固定側で回転自在に受ける構造となっている。

そして、この風車を用いた風力発電機では、発電部としてインナーローター式のものが用いられ、回転部の軸部で発電部のインナーローターを回転させることで発電を行うようになされている。

しかしながら、上記のような構造の風車では、回転側の高速回転でブレードに変形を生じさせないようにするため、ブレードの強度を補強などによって高めようとすると、回転側の重量が大きくなって、回転側の軸部と、該軸部を支える固定側とに力学的負荷が局部集中的にかかってしまい、それに耐えられるように設計するのが難しく、そのため、ブレードの強度を一定以上に高くすることができない場合があるという問題があった。

また、発電部がインナーローター式では、風車の回転による力学的負荷が発電部のインナーローターに局部集中的にかかりやすく、発電部としてそれに耐えうるものを使用しなければならないという問題もあった。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、回転側の軸部と該軸部を支える固定側とに力学的負荷が局部集中的にかかるのを防いで、ブレードの強度を高くすることができる、抗力式垂直軸型風車を提供することを課題とする。

また、本発明は、風車の回転側の回転によって発電部側に力学的負荷が局部集中的にかかるのを防ぐことができ、しかも、それを簡素な構造で実現することができる、抗力式垂直軸型風車を用いた風力発電機を提供することを課題とする。

上記の課題は、風車の回転軸線方向の両端部のそれぞれにおいて、各ブレードに、少なくとも二つの回転用軸部が、横断面周方向における位置を異ならせるようにして設けられると共に、
固定側に、同心状の内外少なくとも二つの環状ガイド部が設けられ、
各ブレードが、前記回転用軸部をそれぞれ固定側の内外異なる前記環状ガイド部に案内させることで風車の回転軸線回りで回転するようになされており、かつ、
回転中のブレード同士の相対位置関係を固定する位置関係固定手段が備えられていることを特徴とする抗力式垂直軸型風車によって解決される。

この風車では、ブレードを含む回転側の端部において、ブレードの数の二倍ないしはそれ以上の回転用軸部が分散状態に備えられ、固定側は二つないしはそれ以上の環状ガイド部によってそれらの回転用軸部を受けるようになされているので、力学的負荷が回転側の各回転用軸部と該軸部を支える固定側とに分散してかかり、各部の負担する力学的負荷を小さくすることができる。従って、ブレードの重量が大きくても、それに耐えることができ、ブレードの強度を高くして、回転側の高速回転でブレードに変形を生じさせない強固な抗力式垂直軸型風車を実現することができる。

また、上記の課題は、上記の抗力式垂直軸型風車を用いた風力発電機であって、発電部がアウターローター式のものからなると共に、前記位置関係固定手段が、各ブレードの一端側の各回転用軸部を連結するディスクからなり、該ディスクに前記発電部のアウターローターが取着されていることを特徴とする風力発電機によって解決される。

この風力発電機では、発電部がアウターローター式のものからなっているので、風車の回転側の回転によって発電部の側にかかる力学的負荷が、径大なアウターローターに分散してかかり、そのため、発電部側に力学的負荷が局部集中的にかかるのを防ぐことができる。しかも、各ブレードの相対位置関係を固定する位置関係固定手段をディスクで構成し、該ディスクに発電部のアウターローターを取り付ける構造としているので、発電部に力学的負荷が局部集中的にかかるのを簡素な構造で防ぐことができる。

本発明の抗力式垂直軸型風車は、以上のとおりのものであるから、回転側の軸部と該軸部を支える固定側とに力学的負荷が局部集中的にかかるのを防いで、ブレードの強度を高くすることができる。

また、本発明の風力発電機は、風車の回転側の回転によって発電部側に力学的負荷が局部集中的にかかるのを防ぐことができ、しかも、それを簡素な構造で実現することができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４に示す実施形態は、抗力式垂直軸型風車としてサボニウス型風車を用いた風力発電機についてのもので、図２に示すように、同風力発電機１において、２はサボニウス型風車、３は発電部である。

サボニウス型風車２は、図１〜図３に示すように、回転側４と、回転側４の上下に備えられた固定側９，１０で構成されており、回転側４には、横断面円弧状のブレード６が二つ備えられている。各ブレード６には、横断面周方向の両端部において、回転軸線７方向に延びる補強兼用の軸部８，８が備えられており、各軸部８は、その両端が、ブレード６の両端位置よりも外方に突出し、該突出部８ａ，８ｂを回転用軸部とし、ブレード６の端部間部分をブレード補強用軸部８ｃとしている。なお、軸部８は、ブレード６に対し、溶接あるいは一体成形などによって一体化されている。

そして、上下の固定側９，１０にはそれぞれ、同心状の内外二つの円環状ガイド部１１，１２が備えられ、各ブレード６は、同じ端部側の二つの回転用軸部８ａ，８ａ：８ｂ，８ｂをそれぞれ固定側９，１０の内外異なる環状ガイド部１１，１２に案内させることで、図４に示すように、風車２の回転軸線７回りで回転するようになされている。なお、図示しないが、ブレード６側の回転用軸部と環状ガイド部との間にベアリングが介設されるのはいうまでもない。

更に、図３等に示すように、回転側４において、ブレード６，６の上下両端部にはそれぞれ、位置関係固定手段としてのディスク１３，１４が備えられ、ブレード６，６の同じ端部側に備えられている回転用軸部８ａ…；８ｂ…がディスク１３，１４を貫通するようにして固定側９，１０に延ばされ、これのディスク１３，１４によって回転中のブレード６，６同士の相対位置関係が固定されるようになされている。なお、各ディスク１３，１４は、ブレード６，６の端部、あるいは、回転用軸部８ａ…；８ｂ…に固着しておくとよい。

発電部３は、アウターローター式のものからなり、アウターローター１５が下側のディスク１４の下面側の回転中心部に取着されている。なお、１６はインナー側の固定子であり、１７は発電で得られた電気を送る電線である。

上記のサボニウス型風車２では、ブレード６，６を含む回転側４の各端部において、ブレード６，６の数の二倍、即ち四つの回転用軸部８ａ…；８ｂ…が分散状態に備えられ、上下の固定側９，１０は、それぞれ二つの環状ガイド部１１，１２によってそれらの回転用軸部８ａ…；８ｂ…を受けるようになされているので、力学的負荷が回転側４の各回転用軸部８ａ…；８ｂ…と該軸部８ａ…；８ｂ…を支える固定側９，１０とに分散してかかり、各部の負担する力学的負荷を小さくすることができる。従って、各ブレード６の強度を、本実施形態のように補強用軸部８ｃ，８ｃで補強することで、ブレード６，６の重量が大きくしたとしても、回転用軸部８ａ…；８ｂ…や固定側９，１０はそれに耐えることができ、回転側４の高速回転でブレード６，６に変形を生じさせない強固なサボニウス型風車２を実現することができる。

また、発電部として、アウターローター式を採用し、アウターローター１５を、ブレード６，６同士の相対位置関係を固定する一方のディスク１４に取着して発電を行うようになされているので、風車２の回転側４の回転によって発電部３の側にかかる力学的負荷が、径大なアウターローター１５に分散してかかり、そのため、発電部３側に力学的負荷が局部集中的にかかるのを防ぐことができ、しかも、それを簡素な構造で実現することができる。

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、各ブレードの端部に二つの回転用軸部８，８を備えさせた場合を示したが、三つ以上の回転用軸部を備えさせるようにしてもよく、それに応じて、各固定側９，１０に内外三つの以上の環状ガイド部を備えさせるようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、ブレード６の強度アップを補強用軸部８ｃで行うようにした場合を示しているが、補強用軸部８ｃは、回転用軸部８ａ，８ｂと同じ直線上に位置していなくてもよいし、また、補強用軸部８ｃなどのような骨による補強に限らず、ブレードの全体あるいは局部の肉厚寸法を大きくするなどの方法で強度アップをするようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、発電部３を風車２の下端側に備えさせた場合を示しているが、上端側に備えさせるようにしてもよいし、上下の各側に備えさせるようにしてもよい。更に、本発明の抗力式垂直軸型風車は、サボニウス型風車のほか、クロスフロー型風車などに用いることもできる。

実施形態の風車の分解斜視図である。 図（イ）は同風車を用いた風力発電機を示す一部断面側面図、図（ロ）は部分拡大断面側面図である。 図（イ）は同風力発電機における風車の回転側を示す側面図、図（ロ）は部分拡大側面図である。 図（イ）は風車のブレード部分の平面図、図（ロ）はブレードの回転の動きを示す平面図である。

符号の説明

１…風力発電機
２…サボニウス型風車（抗力式垂直軸型風車）
３…発電部
４…回転側
６…ブレード
７…回転軸線
８ａ，８ｂ…回転用軸部
９，１０…固定側
１１，１２…環状ガイド部
１３，１４…ディスク
１５…アウターローター

Claims (2)

1. 風車の回転軸線方向の両端部のそれぞれにおいて、各ブレードに、少なくとも二つの回転用軸部が、横断面周方向における位置を異ならせるようにして設けられると共に、
   前記両端部のそれぞれの側に備えられた固定側に、同心状の内外少なくとも二つの環状ガイド部が設けられ、
   各ブレードが、前記回転用軸部をそれぞれ前記固定側の内外異なる前記環状ガイド部に案内させることで風車の回転軸線回りで回転するようになされており、かつ、
   回転中のブレード同士の相対位置関係を固定する位置関係固定手段が備えられていることを特徴とする抗力式垂直軸型風車。
2. 請求項１に記載の抗力式垂直軸型風車を用いた風力発電機であって、発電部がアウターローター式のものからなると共に、前記位置関係固定手段が、各ブレードの一端側の各回転用軸部を連結するディスクからなり、該ディスクに前記発電部のアウターローターが取着されていることを特徴とする風力発電機。

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