JP4539072B2 - Vertical axis wind power generator - Google Patents
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Description
本発明は、風向に対し垂直な回転軸に沿って縦方向の羽根を有し、この羽根が風によって回転軸の回転方向に回転する垂直翼ダリウス型風車を供えた垂直軸型風力発電装置の改良に関するものである。 The present invention relates to a vertical axis wind power generator provided with a vertical blade Darius type windmill having blades in the vertical direction along a rotation axis perpendicular to the wind direction, and the blades are rotated in the rotation direction of the rotation shaft by the wind. It is about improvement.
発電に利用できる風水車として、例えば、下記特許文献1に開示されるものがある。この特許文献1のものは、垂直軸の周りに直線翼を配置して、この直線翼を支持翼で軸側に連結した直線翼型風水車であり、効率や自己始動性や騒音などを考慮して、ソリディティ、取付角、翼厚などの適正化を図ったものである。
しかし、特許文献1のものは、横風などを受けたときに、非常に大きい曲げモーメントが回転軸にかかるので、回転軸を相当太いものにする必要があり、また、これに伴って回転軸の軸受などの径も大きくする必要があるので、発電装置に使用するには装置が大型化してしまう。 However, in the case of Patent Document 1, a very large bending moment is applied to the rotating shaft when subjected to a cross wind or the like, so that the rotating shaft needs to be considerably thick. Since it is necessary to increase the diameter of the bearing or the like, the apparatus becomes large for use in the power generation apparatus.
そこで、本発明の目的は、横風などを受けたときの曲げモーメントを低減して、小型で軽量の垂直軸型風力発電装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a small and lightweight vertical axis wind power generator by reducing a bending moment when subjected to a crosswind or the like.
本発明の垂直軸型風力発電装置は、垂直に設けた回転軸と、前記回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根と、前記回転軸の中心軸と同心上であって、上下方向中心が前記羽根の上下方向中心と一致された筒状回転体と、前記筒状回転体内部に平面が水平となるように設けられる板状部材と、前記回転軸を回転自在に支持する複数の軸受を、上下方向の異なる位置で内部に固定し、前記羽根を支持する筒と、を有し、前記筒状回転体は、前記回転軸の上端に前記筒状回転体内の上下方向中心付近で前記板状部材を介して接続され、前記複数の軸受けの内の最上部に位置された軸受は、前記接続された位置の直下付近に配置され、前記筒は、上端部が前記筒状回転体の内部に位置されていると共に、該上端部の内部において前記最上部に位置された軸受けを固定しているものである。上記構成により、筒状回転体の重心位置と軸受の設置位置との距離を小さくするので、簡易なものでありながら、横風などを受けたときの曲げモーメントを低減することができる。その結果、回転軸を太くしなくともよいため、軸受の径を小さくできるので、メカロスを抑止することができ、効率のよい発電が可能であり、しかも小型で軽量の垂直軸型風力発電装置を提供できる。 Vertical axis type wind power generator of the present invention includes a rotating shaft provided vertically with vertical vanes mounted plural in a circumferential direction of the rotary shaft, a on the central axis concentric with said rotary shaft, the upper and lower and direction center of which is coincident with the vertical center of the blade hollow rotating body, and the cylindrical rotating body inside a plane is provided such that the horizontal plate member, a plurality of rotatably supporting the rotary shaft And a cylinder that supports the blades at different positions in the vertical direction, and the cylindrical rotating body is near the vertical center of the cylindrical rotating body at the upper end of the rotating shaft. The bearing connected via the plate-like member and positioned at the uppermost part of the plurality of bearings is disposed in the vicinity immediately below the connected position , and the upper end of the cylinder rotates in the cylindrical shape. Located in the body and on the top in the upper end. Those that secure the location by a bearing. With the above configuration, since the distance between the center of gravity of the cylindrical rotating body and the installation position of the bearing is reduced, it is possible to reduce the bending moment when receiving a crosswind or the like while being simple. As a result, since it is not necessary to make the rotating shaft thicker, the bearing diameter can be reduced, so that mechanical loss can be suppressed, efficient power generation is possible, and a small and lightweight vertical axis wind power generator is provided. Can be provided.
本発明の垂直軸型風力発電装置は、前記板状部材の位置が前記筒状回転体の上下方向中心位置にあることが好ましい。
上記構成により、板状部材の位置を筒状回転体の重心位置とすることで、回転軸を太くしなくとも確実に曲げモーメントの負荷を低減することができる。その結果、小型で軽量の垂直軸型風力発電装置を提供できる。
In the vertical axis wind power generator of the present invention, it is preferable that the position of the plate-like member is at the center in the vertical direction of the cylindrical rotating body.
With the above configuration, by setting the position of the plate-like member as the position of the center of gravity of the cylindrical rotating body, it is possible to reliably reduce the bending moment load without increasing the rotation axis. As a result, a small and lightweight vertical axis wind power generator can be provided.
本発明の垂直軸型風力発電装置は、前記軸受の配置される位置が前記筒状回転体の上下方向中心位置にあることが好ましい。
上記構成により、軸受の位置を筒状回転体の重心位置とすることで、回転軸を太くしなくとも確実に曲げモーメントの負荷を低減することができる。その結果、小型で軽量の垂直軸型風力発電装置を提供できる。
In the vertical axis wind power generator of the present invention, it is preferable that the position at which the bearing is disposed is at the center in the vertical direction of the cylindrical rotating body.
With the above configuration, the load of the bending moment can be reliably reduced without making the rotation shaft thicker by setting the position of the bearing to the position of the center of gravity of the cylindrical rotating body. As a result, a small and lightweight vertical axis wind power generator can be provided.
次に、図面を参照しながら、本発明に係る垂直軸型風力発電装置の実施の形態について説明する。図1は、本発明に係る垂直軸型風力発電装置の全体概略図である。 Next, an embodiment of a vertical axis wind power generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall schematic view of a vertical axis wind power generator according to the present invention.
(第1実施形態)
図2は、本発明の第1実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の筒状回転体周辺部の断面図である。
本発明の第1実施形態に係る垂直軸型風力発電装置1は、図1及び図2に示すように、垂直に設けた回転軸2と、回転軸2の周方向に取り付けられる縦向きの2枚の羽根3と、回転軸2に円板状のフランジ5、6を介して取り付けられる円筒状の筒状回転体4と、この筒状回転体4と各羽根3とを連結する支持部材7と、回転軸2を軸受9、10、11を介して回転自在に支持する筒8と、回転軸2下部に配置される発電装置12と、装置全体を支持する土台13とを備えてなる。
(First embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the periphery of the cylindrical rotating body of the vertical axis wind power generator according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the vertical axis wind power generator 1 according to the first embodiment of the present invention includes a
回転軸2は、垂直軸型風力発電装置1の中心に配置され、回転体4の回転力を発電装置12に伝達するものである。
The rotating
羽根3は、その断面が図4に示すような飛行機の翼の断面形状又は飛行機の翼の断面形状に近似している形状である。また、図5に示すように、羽根3は、垂直軸型風力発電装置1を上から見たとき、筒状回転体4を中心として、対称に配置されるよう構成されている。なお、本実施形態においては、羽根3の枚数は2枚のものを示しているが、3枚以上のものでもよい。また、図5に示す2枚の羽根3の一方の面3aと他方の面3bとを、それぞれ逆向きにしてもよい。
The
筒状回転体4は、断面が円の筒であり、中心部に板状のフランジ5を水平に備えている。また、筒状回転体4、フランジ5及び羽根3のそれぞれの上下方向の中心線が一致する(図2における一点鎖線参照)ように、筒状回転体4、フランジ5及び羽根3が配置されている。つまり、図2に示すように、長さLの筒状回転体4の一端からL/2の距離にある位置を中心線として筒状回転体4、フランジ5及び羽根3が配置されている。
なお、筒状回転体4は、断面が多角形の筒、骨組み構造の筒状のもの又は上下方向に錘形状の筒などのものでもよい。
The cylindrical rotating
The cylindrical rotating
フランジ6は、フランジ5を回転軸2に確実に固定するために設けられているものである。
The flange 6 is provided to securely fix the
支持部材7は、羽根3と筒状回転体4とを固定支持するものであり、図2における一点鎖線を中心として上下対照となるように配置されている。支持部材7は、棒状やパイプ状のものでもよいし、板状のものでもよい。パイプ状のものである場合、断面方向を押圧することにより、断面を楕円形のものとして、空気抵抗を抑止するような向きに取り付けてもよい。また、細い支持部材と太い支持部材との組合せとすることにより強度と軽量化のバランスをとるような構成としてもよい。
The
垂直に設けられた筒8の内部には、ラジアル玉軸受9、10と、回転軸2と、スラスト玉軸受11とが配置されている。
ラジアル玉軸受9、10は、回転軸方向に直角な方向の荷重を受けるものであり、筒8内壁上方及び途中において固定されていて、回転軸2を回転自在に支持しているものである。なお、ラジアル玉軸受10の代わりに、回転軸2が横方向に揺れたときのみ、その荷重を一時的に受ける、いわゆるタッチダウン玉軸受を用いてもよい。
スラスト玉軸受11は、回転軸2の長さ方向の荷重を受けるものであり、筒8内壁においてラジアル玉軸受10下部近傍に配置されている。
The
The thrust ball bearing 11 receives a load in the length direction of the rotating
なお、ラジアル玉軸受9、10に代えて、ラジアルころ軸受などを用いてもよい。
また、スラスト玉軸受11に代えて、スラストころ軸受やスラスト磁気軸受などを用いてもよい。
さらに、タッチダウン玉軸受を用いる場合には、タッチダウン玉軸受に代えて、タッチダウンころ軸受などを用いてもよい。また、この場合、タッチダウン玉軸受の位置は、スラスト玉軸受11の下方近傍でもよい。
In place of the
Further, instead of the thrust ball bearing 11, a thrust roller bearing or a thrust magnetic bearing may be used.
Furthermore, when a touchdown ball bearing is used, a touchdown roller bearing or the like may be used instead of the touchdown ball bearing. In this case, the position of the touch-down ball bearing may be near the lower side of the thrust ball bearing 11.
次に、垂直軸型風力発電装置1の作用について説明する。
風を受けた羽根3は、支持部材7を介して風力による動力を筒状回転体4に伝達する。筒状回転体4に取り付けられた支持部材7や羽根3は、図2における一点鎖線を中心として、重心のバランスをとって配置され、かつ、筒状回転体4の重心位置と軸受の設置位置との距離が小さいので、筒状回転体4は、周方向にバランスよく回転する。そして、筒状回転体4は、筒状回転体4内部中央に設けられたフランジ5、6を介して、回転力を回転軸2に伝達する。回転軸2は、筒8内部の軸受9、10、11によって回転自在に支持されながら回転し、発電装置12に回転力を伝達する。その結果、発電装置12によって発電される。
Next, the operation of the vertical axis wind power generator 1 will be described.
The
本実施形態によれば、筒状回転体4に取り付けられた支持部材7や羽根3は、図2における一点鎖線を中心として、重心のバランスをとって配置され、かつ、筒状回転体4の重心位置と軸受の設置位置との距離を小さくするので、筒状回転体4は、周方向にバランスよく回転し、回転軸2に横風などによる水平方向の曲げモーメントを低減できる。その結果、回転軸を太くしなくともよいため、軸受の径を小さくできるので、メカロスを抑止することができ、効率のよい発電が可能であり、しかも小型で軽量の垂直軸型風力発電装置を提供できる。
According to the present embodiment, the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る垂直軸型風力発電装置について説明する。図3は、本発明の第2実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の筒状回転体周辺部の断面図である。なお、本発明の第1実施形態に係る垂直軸型風力発電装置1と同様の部分については説明を省略することがある。
(Second Embodiment)
Next, a vertical axis wind power generator according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of the peripheral portion of the cylindrical rotating body of the vertical axis wind power generator according to the second embodiment of the present invention. In addition, description may be abbreviate | omitted about the part similar to the vertical axis type wind power generator 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention.
本発明の第2実施形態に係る垂直軸型風力発電装置は、本発明の第1実施形態に係る垂直軸型風力発電装置1とほぼ同様の構成であるが、筒状回転体4、ラジアル玉軸受9及び羽根3のそれぞれの上下方向の中心線が一致する(図3における一点鎖線参照)ように、筒状回転体4、ラジアル玉軸受9及び羽根3が配置されている点が異なる。具体的には、図3に示すように、長さLの筒状回転体4の一端からL/2の距離にある位置を中心線として筒状回転体4、ラジアル玉軸受9及び羽根3が配置されている。
The vertical axis wind power generator according to the second embodiment of the present invention has substantially the same configuration as that of the vertical axis wind power generator 1 according to the first embodiment of the present invention, but the cylindrical
次に、本発明の第2実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の作用について説明する。
風を受けた羽根3は、支持部材7を介して風力による動力を筒状回転体4に伝達する。筒状回転体4に取り付けられた支持部材7や羽根3は、図3における一点鎖線を中心として、重心のバランスをとって配置され、かつ、筒状回転体4の重心位置と軸受の設置位置との距離が小さいので、筒状回転体4は、周方向にバランスよく回転する。そして、筒状回転体4は、筒状回転体4内部中央に設けられたフランジ5、6を介して、回転力を回転軸2に伝達する。回転軸2は、筒8内部の軸受9、10、11によって回転自在に支持されながら回転し、発電装置12に回転力を伝達する。その結果、発電装置12によって発電される。
Next, the operation of the vertical axis wind power generator according to the second embodiment of the present invention will be described.
The
本実施形態によれば、本発明の第1実施形態に係る垂直軸型風力発電装置1と同様の効果を得ることができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the vertical axis wind power generator 1 according to the first embodiment of the present invention can be obtained.
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。 The present invention can be modified in design without departing from the scope of the claims, and is not limited to the above embodiment.
1 垂直軸型風力発電装置
2 回転軸
3 羽根
4 筒状回転体
5、6 フランジ
7 支持部材
8 筒
9、10 ラジアル玉軸受
11 スラスト玉軸受
12 発電装置
13 土台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vertical axis type
Claims (3)
前記回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根と、
前記回転軸の中心軸と同心上であって、上下方向中心が前記羽根の上下方向中心と一致された筒状回転体と、
前記筒状回転体内部に平面が水平となるように設けられる板状部材と、
前記回転軸を回転自在に支持する複数の軸受を、上下方向の異なる位置で内部に固定し、前記羽根を支持する筒と、
を有し、
前記筒状回転体は、前記回転軸の上端に前記筒状回転体内の上下方向中心付近で前記板状部材を介して接続され、
前記複数の軸受けの内の最上部に位置された軸受は、前記接続された位置の直下付近に配置され、
前記筒は、上端部が前記筒状回転体の内部に位置されていると共に、該上端部の内部において前記最上部に位置された軸受けを固定していることを特徴とする垂直軸型風力発電装置。 A rotating shaft provided vertically;
Vertical blades attached in the circumferential direction of the rotating shaft ;
A on a central axis concentric with the previous SL rotation axis, a vertical direction centered the matched hollow rotating body in the vertical direction center said vanes,
A plate-like member provided so that a plane is horizontal inside the cylindrical rotating body;
A plurality of bearings that rotatably support the rotating shaft are fixed inside at different positions in the vertical direction, and a cylinder that supports the blades;
Have
The cylindrical rotating body is connected to the upper end of the rotating shaft via the plate-shaped member near the center in the vertical direction of the cylindrical rotating body,
The bearing located at the top of the plurality of bearings is disposed in the vicinity immediately below the connected position ,
A vertical axis wind power generator characterized in that an upper end portion of the cylinder is positioned inside the cylindrical rotating body, and a bearing positioned at the uppermost portion is fixed inside the upper end portion. apparatus.
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