JP4541282B2 - Wind power generator - Google Patents
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Description
本発明は、海岸線や山間地等に設置されて風力によりブレード(回転翼)を回転させて発電する風力発電機に関する。 The present invention relates to a wind power generator that is installed on a coastline, a mountainous area, or the like and generates power by rotating blades (rotary blades) with wind power.
従来の風力発電機は、定格出力とブレードの長さにあわせ、主軸と主軸の軸受けの強度を決めた設計になっていて、取付け可能なブレードの長さが制限されている。また、回転軸がナセルの内部に回転可能に支承されているもので、つまりブレードと連結される主軸が回転する構造のものであり、上記回転軸の軸線方向に増速機等が連結配置されているものである(特許文献1)。
従来の風力発電機で取得エネルギー量を増やすためには定格出力が大きく、長いブレードがつけられた機種を選択することになるが、風力発電機は設置される場所の風速で取得可能なエネルギー量は決まってしまうため、風速と関係なく大きな定格出力の風力発電機を設置することは設備利用率が低下し、無駄な設備投資にとなる。ここで、風力発電機の取得エネルギー量を説明しておくと、取得エネルギー量は、ブレードの回転面積に比例し、風速の3乗に比例する。 In order to increase the amount of energy acquired with a conventional wind power generator, a model with a large rated output and a long blade must be selected. Therefore, installing a wind power generator with a large rated output regardless of the wind speed reduces the equipment utilization rate and is a wasteful equipment investment. Here, the amount of acquired energy of the wind power generator will be described. The amount of acquired energy is proportional to the rotational area of the blade and proportional to the cube of the wind speed.
定格出力を変えることなく、取得エネルギー量を増やすためには、ブレードの回転面積を増やせばよいが、そのために長いブレードを取り付けようとすると、ブレードの取り付けられているハブの重量が増加するほか、それを支持する主軸に働く力が大きくなる分、従来の風力発電機の構造では、結果大きな定格出力の風力発電機と同じ構造になってしまう。 In order to increase the amount of energy acquired without changing the rated output, it is necessary to increase the rotation area of the blade, but if you try to install a long blade for that purpose, the weight of the hub to which the blade is attached will increase, As the force acting on the main shaft supporting it increases, the structure of the conventional wind power generator results in the same structure as a wind power generator with a large rated output.
また、従来の上記回転軸の軸線方向に増速機等が連結配置されているもので、ブレードの回転や渦、乱流による振動が主軸を通じて増速機の軸に直接伝わってしまう問題や、メンテナンスがし難い等の問題も有していた。 In addition, a speed increaser or the like is connected and arranged in the axial direction of the conventional rotating shaft, and the problem that the vibration caused by the rotation, vortex, and turbulent flow of the blade is directly transmitted to the shaft of the speed increasing device through the main shaft, There were also problems such as difficulty in maintenance.
そこで、本発明の目的は、上述の通り風力発電機の取得エネルギー量を増やそうとするときに起こる問題点を解決し、定格出力が同じで設備利用率が高い風力発電機を実現するとともに、ブレードの回転や渦、乱流によるによる振動が主軸を通じて増速機の軸に直接伝わらず、メンテナンスも容易な風力発電機を提供するものである。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems that occur when trying to increase the amount of energy acquired by a wind power generator as described above, to realize a wind power generator that has the same rated output and high equipment utilization rate, and blades Therefore, it is possible to provide a wind turbine generator that is easy to maintain because vibrations caused by rotation, vortex, and turbulence are not transmitted directly to the shaft of the gearbox through the main shaft.
本発明の請求項1記載の風力発電機は、ブレードが取り付けられたハブと、ハブに取り付けられた主軸と、主軸に連結されて主軸の回転力を増速して出力する増速機と、増速機の出力によって駆動される発電機と、主軸と発電機を支持してナセルに連結された支持フレームと、ナセルが取り付けられたタワーとを備え、前記支持フレームは、ブレードが取り付けられているハブに相対する部分が環状であり、この環状部分の外周側面とハブの内側との間に、回転軸受けがハブの先方側と後方側に配されることで、ハブ及びハブに取り付けられた主軸が支持フレームに回転可能に取り付けられ、ブレードが取り付けられたハブの回転力だけがハブに取り付けられた主軸に伝わる構造とされているとともに、前記支持フレームの下側が前記増速機の下方側まで及ぶように延設されて前記ナセルのタワー側に連結固定されており、かつ、前記支持フレームの上側が前記増速機の上方側まで及ばない構造とされていることを特徴とする。
A wind power generator according to
ブレードの長さの最大化を図ると、ブレードが取り付けられたハブの重量が重くなるが、本発明によれば、ハブを支持フレームに回転可能に取り付けることによりヨーベース(台座)を通してタワーに直接伝えることができる。すなわち、前記支持フレームは、ブレードが取り付けられているハブに相対する部分が環状であり、この環状部分の外周側面とハブの内側との間に、回転軸受けがハブの先方側と後方側に配されることで、主軸にかかる力をハブの回転力だけにできる。 When maximizing blade length, although the weight of the hub blade is attached becomes heavier, according to the present invention, directly to the tower through Yobesu (base) by rotatably mounting the hub to the supporting lifting frame I can tell you. That is, the support frame has an annular portion facing the hub to which the blade is attached, and the rotary bearings are arranged on the front side and the rear side of the hub between the outer peripheral side surface of the annular portion and the inner side of the hub. As a result, the force applied to the main shaft can be limited to the rotational force of the hub.
また、ブレードの長さを最大化することで発生する定格出力に比べ必要以上の回転力は、ブレードの制御によりかからなくすることができる。 Further, the rotational force more than necessary compared to the rated output generated by maximizing the blade length can be eliminated by controlling the blade.
主軸と主軸から動力発生装置の回転軸上に取り付けられた制御装置は、ブレードとハブの重量に影響されることなく、保守、交換、修理ができる。なお、制動装置は、ハブに対するブレーキと連動する形で発電機に備わっている。 The main shaft and the control device mounted on the rotating shaft of the power generation device from the main shaft can be maintained, replaced, and repaired without being affected by the weight of the blade and the hub. The braking device is provided in the generator so as to interlock with the brake for the hub.
本発明の風力発電機としては、前記ベアリングは、ハブの先方側と後方側に少なくとも2個使用されて、先方側のベアリングを取り外すと後方側のベアリングを取り外すことができる。 In the wind power generator of the present invention, at least two bearings are used on the front side and the rear side of the hub, and the rear bearing can be removed by removing the front bearing.
本発明によれば、前記ベアリングは、大小2個使用されて、小さい方のベアリングを取り外すと、これよりも径の大きなベアリングを取り外すことができるので、解体するときや点検作業、保守作業や清掃作業の容易化が図られる。 According to the present invention, since the two large and small bearings are used and the smaller bearing is removed, the bearing having a larger diameter can be removed. Work can be facilitated.
本発明の風力発電機としては、前記ハブに取り付けられた主軸の側のスプロケットにブレーキ機構を取り付けることができる。 As wind power generator of the present invention, the brake mechanism mounting can Rukoto the sprocket side of the main shaft attached to said hub.
本発明によれば、上記スプロケットと同列にブレーキ機構が取り付けられることにより、ブレーキによる熱負荷の軽減と制動性の向上が図られる。 According to the present invention, by the brake mechanism is mounted on the same level and the sprocket, Ru been attempted to improve the relief and the braking of the thermal load by the brake.
本発明の請求項1記載の風力発電機によれば、ブレードが取り付けられているハブのラジアル荷重、スラスト荷重を支持フレームで支持する構造とすることで、これまでのような過大な発電機や増速機を設備することなく、ブレードの長さを最大化し、取得エネルギー量を増やすことができ、設備利用率の高い風力発電機を提供することができる。また、風力発電機の構成要素のうち、装置内に増速機を持たない構造とする場合、ブレードの長さと発電機の定格出力はそれぞれ任意に選定可能となる。 According to the wind power generator according to the first aspect of the present invention, by the structure for supporting radial load of the hub where the blade is attached, the thrust load in the supporting frame, so far such excessive generators Ya Without installing a gearbox, the blade length can be maximized, the amount of energy acquired can be increased, and a wind power generator with a high equipment utilization rate can be provided. Moreover, when it is set as the structure which does not have a gearbox in a device among the components of a wind generator, the length of a braid | blade and the rated output of a generator can each be selected arbitrarily.
以下、本発明の一実施形態に係る風力発電機を、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, a wind power generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施の形態)
本実施の形態は、図1に示すように、タワー10の上にナセル11が取り付けられ、風で回転するブレード(回転翼)2は、ハブ3に取り付けられ、ハブ3は、支持フレーム4に軸受け5を介して取り付けられている。主軸1は、ハブ3に取り付けられ、増速機7にカップリング9を介して接続されており、さらに発電機8へとつながっている。支持フレーム4は、少なくともブレード2の取り付けられている部分は環状であり、回転可能に取り付けられたハブ3の支持にベアリング等の回転軸受け(ころ軸受け)5を2箇所以上前記環状部分に用いている。つまり、回転軸受け5は、主軸1の先端側と増速機7側に2個取り付けられているが、この2個以上で受けることも可能である。
(First embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a nacelle 11 is attached on a
上記構成により、風の力を受け複数のブレード2がハブ3を中心に回転すると、上記ハブ3は、軸受け5により支持フレーム4に支持されていることから、複数のブレード2とハブ3の重量は支持フレーム4に支えられ、主軸1には、ハブ3の回転力だけが伝わる。したがって、主軸1と動力発生装置である増速機7、発電機8は定格出力を発生させるために必要な大きさのものでなくとも、ブレード2は取得エネルギーを増やすため長さを最大化でき、設備利用率の高い風力発電機を提供することができる。
With the above configuration, when the plurality of
(第2の実施の形態)
この風力発電機は、図2と図3に示すように、ブレード2と連結される主軸1と、主軸1の回転力を増速して出力する増速機7と、増速機7の出力によって駆動される発電機8と、主軸1を支持する支持フレーム4等とを備える。そして、第1の実施の形態と同様、上記ブレード2はハブ3を介して主軸1と連結させるとともに、ハブ3が支持フレーム4に対し回転可能に取り付けられている。すなわち、支持フレーム4は、ナセル11のヨーベース(台座)に連結され、上記主軸1も支持スレーム4を介してヨーベースに取り付けられる。
(Second Embodiment)
As shown in FIGS. 2 and 3, the wind power generator includes a
本実施の形態では、更に、前記ハブ3に取り付けられた主軸1にスプロケットS1が一体的に取り付けられる一方、前記増速機7の軸7jにスプロケットS2が取り付けられ、これらのスプロケットS1,S2に巻き回されるチェーンTにより連結され、ハブ3に取り付けられた主軸1が増速機7に連結される構造になっている。具体的には、上記ハブ3の支持フレーム4側には、上記スプロケットS1が一体的に取り付けられ、その中心に上記主軸1がベアリングB2を介して取り付けられている。上記スプロケットS1は、ドラム(図示せず)の外周に一体的に取り付けられている。一方、増速機7の軸7jには、上記スプロケットS1よりも径の小さなスプロケットS2が取り付けられると共に、衝撃緩衝装置(衝撃緩衝継ぎ手)Kが取り付けられ、そしてナセル11に連結されるベアリングBが取り付けられている。本実施の形態では、上記主軸1側のスプロケットS1の方が増速機7の軸7j側のスプロケットS2よりも大きく、ここでは増速比を1:3にして、増速機7のギヤの段数を減少させて、増速機7と衝撃緩衝装置Kの負荷の軽減と軽量化を図っている。ここで、増速比を1:3にした理由は、ブレード等の大きさやチェーンやスプロケットS1,S2の耐久性等を考慮し、最も現実的な増速比を選定したにすぎず、1:5や1:10等にすることも理論的には可能である。これらのギヤ段数の増減は、自動的にギヤの段数を増減させる構造を採用しても良いが、ここでは、増速機7の軸7j側のスプロケットS2の大きさを交換することで、任意の増速比を得ることとなっている。
In the present embodiment , the sprocket S1 is integrally attached to the
前記ハブ3と主軸1とは、ベアリングB1,B2を介して連結されている。このベアリングB1,B2は、大小2個使用されて、先端側の小さい方のベアリングB2を取り外すと、これよりも径の大きな後方側のベアリングB2を取り外すことができ、これによりメンテナンスが容易になっている。ここで、先端側の方が小さなベアリングになっているが、これは後方側よりも先端側の荷重が少ないからであり、先方側と後方側とで同じ大きさにしたりすることは実施に応じ任意である。また、ブレーキ機構BkがスプロケットS1と同列に取り付けられている。このブレーキ機構Bkは、ディスクブレーキであるが、上記ドラム状のスプロケットS1と同列に取り付けられることにより、ブレーキ負荷の軽減と制動性の向上が図られる。また、ドラム状のスプロケットS1は、金属製のものであり、放熱性の向上も図られるようになっている。なお、符号Bpは、ブレーキキャリパーである(図3)。なお、第1の実施の形態と同様に、支持フレーム4は、少なくともブレード2が取り付けられているハブに相対する部分は環状であり、回転可能に取り付けられたハブ3の支持がベアリング等の回転軸受け(ころ軸受け)5を2箇所、前記環状部分に用いている構成である。
The
したがって、上記構成により、風の力を受けると、複数のブレード2がハブ3に取り付けられた主軸1を中心に回転するが、上記ハブ3は、ベアリングB1,B2を介して支持フレーム4に支持されており、複数のブレード2とハブ3の重量は支持フレーム4に支えられ、主軸1には、ハブ3の回転力だけが伝わる。このため、主軸1と動力発生装置である増速機7、発電機8は定格出力を発生させるために必要な大きさのものでなくとも、ブレード2は取得エネルギーを増やすため長さを最大化でき、設備利用率の高い風力発電機を提供することができる。
Therefore, according to the above configuration, when the wind force is received, the plurality of
そして、主軸1の軸芯と増速機7の軸芯とがずれることとなり、ブレード2の回転や渦、乱流による振動が主軸1を通じて増速機7の軸7jに直接伝わる事態を防止できると共に、増速機7のギヤ段数を減少させることができる。また、衝撃緩衝装置Kの取付けを容易にし、増速機7に対する衝撃を無くすることができる。
Then , the axis of the
上記構成の第1と第2の実施の形態のような風力発電機は、日本の海岸線や山間地等に設置されて好適な風力発電機であり、例えば中風速と言われる4m/s〜5.5m/sに対しても低コストでブレード2を最大化した風力発電機となるとともに、台風による突風被害に対しても、また、それらに対応したメンテナンスの上でも好適である。
The wind power generators according to the first and second embodiments having the above-described configuration are wind power generators that are suitable for installation on Japanese coastlines, mountainous areas, and the like. It is a wind power generator that maximizes the
1 主軸、
2 ブレード、
3 ハブ、
4 支持フレーム、
5 軸受け(ころ軸受け、ベアリング)、
6 制動装置(ブレーキディスク)、
7 増速機、7j 増速機の軸、
8 発電機、
9 カップリング、
10 タワー、
11 ナセル、
B,B1,B2 ベアリング、
Bk ブレーキ機構(ディスクブレーキ)、
K 衝撃緩衝装置(衝撃緩衝継ぎ手)、
S1,S2 スプロケット、
T チェーン
1 spindle ,
2 blades,
3 Hub,
4 Support frame,
5 Bearing (roller bearing, bearing),
6 Brake device (brake disc),
7 gearbox, 7j shaft of gearbox,
8 generator,
9 Coupling,
10 tower,
11 Nasser,
B, B1, B2 bearings,
Bk brake mechanism (disc brake),
K shock absorber (shock buffer joint),
S1, S2 sprocket,
T chain
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