JP5190545B1 - Vertical axis wind power generator - Google Patents

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Abstract

【課題】
垂直軸型風力発電装置において、スタートアップ性能を維持又は向上しながら、且つ発電量を増加することのできる垂直軸型風力発電装置を提供する。
【解決手段】
風車と発電部を有しており、風車が鉛直方向に延伸した回転軸と、回転軸から外周方向に延伸した少なくとも1つのアームと、アームに固定した少なくとも1つの羽根を有した垂直軸型風力発電装置において、垂直軸型風力発電装置1が、少なくとも第1風車10及び第2風車20を有しており、第1風車10及び第2風車20が、異なる回転半径を有し且つ独立して回転する。
【選択図】図1
【Task】
In a vertical axis wind power generator, a vertical axis wind power generator capable of increasing power generation while maintaining or improving start-up performance is provided.
[Solution]
A vertical axis wind turbine having a wind turbine and a power generation unit, and having a rotating shaft extending in the vertical direction, at least one arm extending from the rotating shaft in the outer peripheral direction, and at least one blade fixed to the arm. In the power generation apparatus, the vertical axis wind power generation apparatus 1 includes at least the first windmill 10 and the second windmill 20, and the first windmill 10 and the second windmill 20 have different turning radii and independently. Rotate.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、垂直な回転軸を有する風車を利用した、垂直軸型風力発電装置に関する。   The present invention relates to a vertical axis wind power generator using a windmill having a vertical rotating shaft.

従来、風力発電の装置として、垂直軸型風車又は水平軸型風車と、発電部を組み合わせた風力発電装置が利用されている(例えば特許文献1及び2参照)。図9に垂直軸型風力発電装置の1例を示す。この垂直軸型風力発電装置1Xは、発電部2Xと風車10Xを有している。風車10Xは、発電部2Xに連結した回転軸3Xと、回転軸3Xから水平方向に延伸したアーム4Xと、アーム4Xに固定した羽根5Xを有している。一般的な垂直軸型風力発電装置は、羽根の長さhが3.0m、幅dが0.3m、アーム4Xの水平方向の長さrが1.5m程度の大きさである。   Conventionally, as a wind power generation device, a wind power generation device in which a vertical axis type wind turbine or a horizontal axis type wind turbine and a power generation unit are combined is used (for example, see Patent Documents 1 and 2). FIG. 9 shows an example of a vertical axis wind power generator. The vertical axis wind power generator 1X includes a power generator 2X and a windmill 10X. The windmill 10X includes a rotating shaft 3X connected to the power generation unit 2X, an arm 4X extending in the horizontal direction from the rotating shaft 3X, and a blade 5X fixed to the arm 4X. A typical vertical axis wind power generator has a blade length h of 3.0 m, a width d of 0.3 m, and a horizontal length r of the arm 4X of about 1.5 m.

次に、垂直軸型風力発電装置1Xの動作について説明する。風車10Xは羽根5Xに風を受けて図9の矢印に示す様に回転を開始する。風車10Xは、例えば風速1.0m/s程度の風で回転を開始する(スタートアップという)。そして風速2.0m/s以上になったときに、発電部2Xによる発電を開始する(カットインという)。この垂直軸型風力発電装置1Xは、風速12m/sで3kw程度の発電を行なうことができる。   Next, the operation of the vertical axis wind power generator 1X will be described. The windmill 10X receives wind from the blades 5X and starts rotating as indicated by the arrows in FIG. The windmill 10X starts to rotate with a wind having a wind speed of about 1.0 m / s (referred to as startup). When the wind speed becomes 2.0 m / s or higher, power generation by the power generation unit 2X is started (referred to as cut-in). This vertical axis wind power generator 1X can generate about 3 kw at a wind speed of 12 m / s.

この垂直軸型の風車10Xは、以下の特徴を有している。水平軸型の風車に比べスタートアップに必要な風速が小さい(スタートアップ性能が高い)。そのため、微風であっても風車が回転し、且つ発電を開始することができる。また、水平軸型の風車に比べ、回転軸3Xの回転数が小さいため、騒音を防止することができる。なお、回転軸3Xの回転速度の理想理論値は、垂直軸型の風車が風速の1.7倍程度、水平軸型の風車が風速の7.0倍程度である。   This vertical axis type wind turbine 10X has the following characteristics. The wind speed required for startup is lower than that of a horizontal axis type wind turbine (high startup performance). Therefore, even if it is a breeze, a windmill can rotate and electric power generation can be started. Further, since the rotational speed of the rotary shaft 3X is smaller than that of the horizontal axis type windmill, noise can be prevented. The ideal theoretical value of the rotational speed of the rotary shaft 3X is about 1.7 times the wind speed for the vertical axis type windmill and about 7.0 times the wind speed for the horizontal axis type windmill.

上記の垂直軸型風力発電装置1Xは、垂直軸型の風車のメリットであるスタートアップ性能を維持しながら、発電量を増加させることが困難であるという問題を有している。ここで、発電量を増加するためには、回転軸3Xの回転数を増加させる、又は回転トルクを増加させるように羽根の枚数及び風車の回転半径を設計することが望ましい。   The vertical axis wind power generator 1X has a problem that it is difficult to increase the amount of power generation while maintaining the start-up performance that is the merit of the vertical axis wind turbine. Here, in order to increase the amount of power generation, it is desirable to design the number of blades and the rotation radius of the windmill so as to increase the rotational speed of the rotary shaft 3X or increase the rotational torque.

風車10Xの回転数を増加させるために、風車10Xの回転半径(アーム4Xの長さ)が短くなるように設計する方法がある。しかし、風車10Xの回転半径が短くなると、スタートアップ性能が著しく低下し、回転トルクも低下するという問題が発生してしまう。   In order to increase the rotational speed of the windmill 10X, there is a method of designing so that the radius of rotation of the windmill 10X (the length of the arm 4X) is shortened. However, when the turning radius of the windmill 10X is shortened, there arises a problem that the start-up performance is remarkably lowered and the rotational torque is also lowered.

また、風車10Xの回転トルクを増加させるために、風車10Xの羽根5Xの枚数を増やすように設計する方法がある。この羽根5Xの枚数の増加により、スタートアップ性能も向上する。しかし、風車10Xの羽根5Xの枚数が増えると、回転数が著しく低下するという問題を有している。   Further, there is a method of designing to increase the number of blades 5X of the windmill 10X in order to increase the rotational torque of the windmill 10X. By increasing the number of blades 5X, the start-up performance is also improved. However, when the number of blades 5X of the windmill 10X is increased, there is a problem that the rotational speed is remarkably reduced.

つまり、スタートアップ性能の維持と、発電量の増加を同時に実現することが困難であった。   In other words, it was difficult to simultaneously maintain startup performance and increase power generation.

例えば、回転半径の小さい小型風車と、回転半径の大きい大型風車を比較すると、大型風車の方が、スタートアップ性能が高く、回転トルクも大きいが、回転数が小さくなってしまう。そのため、発電量の増加を実現することが困難となる。また、例えば4枚羽根の風車と2枚羽根の風車を比較すると、4枚羽根の風車の方が、スタートアップ性能が高く、回転トルクも大きいが、回転数が小さくなってしまう。そのため、発電量の増加を実現することが困難となる。   For example, when comparing a small windmill with a small turning radius and a large windmill with a large turning radius, the large windmill has a higher start-up performance and a larger rotational torque, but the rotational speed is reduced. This makes it difficult to increase the amount of power generation. Further, for example, when comparing a 4-blade wind turbine and a 2-blade wind turbine, the 4-blade wind turbine has a higher start-up performance and a larger rotational torque, but the rotational speed is reduced. This makes it difficult to increase the amount of power generation.

特開2008−261288号公報JP 2008-261288 A 特開2005−2848号公報JP 2005-2848 A

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、垂直軸型風力発電装置において、スタートアップ性能を維持又は向上しながら、且つ発電量を増加することのできる垂直軸型風力発電装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to achieve vertical axis wind power that can increase the amount of power generation while maintaining or improving start-up performance in a vertical axis wind power generator. It is to provide a power generation device.

上記の目的を達成するための本発明に係る垂直軸型風力発電装置は、風車と発電部を有しており、前記風車が鉛直方向に延伸した回転軸と、前記回転軸から外周方向に延伸した少なくとも1つのアームと、前記アームに固定した少なくとも1つの羽根を有した垂直軸型風力発電装置において、前記垂直軸型風力発電装置が、少なくとも第1風車及び第2風車を有しており、前記第1風車及び前記第2風車が、異なる回転半径を有し且つ独立して回転することを特徴とする。この構成により、スタートアップ性能を維持又は向上しながら、発電量を増加することができる。   In order to achieve the above object, a vertical axis wind power generator according to the present invention has a wind turbine and a power generation unit, and the wind turbine extends in the vertical direction, and extends from the rotation shaft in the outer circumferential direction. In the vertical axis wind power generator having at least one arm and at least one blade fixed to the arm, the vertical axis wind power generator has at least a first windmill and a second windmill, The first windmill and the second windmill have different radii of rotation and rotate independently. With this configuration, the amount of power generation can be increased while maintaining or improving the startup performance.

上記の垂直軸型風力発電装置において、前記第1風車が、第1回転軸と、前記第1回転軸に第1アームを介して設置した第1羽根を有しており、前記第2風車が、第2回転軸と、前記第2回転軸に第2アームを介して設置した第2羽根を有しており、前記第1アームと前記第2アームの長さが異なることを特徴とする。この構成により、前述と同様の作用効果を得ることができる。   In the vertical axis wind power generator described above, the first windmill has a first rotating shaft and first blades installed on the first rotating shaft via a first arm, and the second windmill is And a second rotating shaft and a second blade installed on the second rotating shaft via a second arm, wherein the first arm and the second arm have different lengths. With this configuration, the same effects as described above can be obtained.

上記の垂直軸型風力発電装置において、互いに独立して回転する前記第1回転軸及び前記第2回転軸の回転力を、前記発電部で合成し、発電を行なう構成を有することを特徴とする。この構成により、前述と同様の作用効果を得ることができる。   The vertical axis wind power generator described above is characterized in that the power generation unit combines the rotational forces of the first rotating shaft and the second rotating shaft that rotate independently of each other to generate power. . With this configuration, the same effects as described above can be obtained.

上記の垂直軸型風力発電装置において、記第1風車及び前記第2風車の内、回転半径の大きい方の風車が、回転半径の小さい方の風車に比べ、前記羽根の枚数が多くなるように構成されたことを特徴とする。この構成により、回転半径が大きく、羽根の枚数が多い風車は、高いスタートアップ性能を有することができる。   In the vertical axis type wind turbine generator described above, among the first wind turbine and the second wind turbine, the wind turbine having the larger rotation radius has a larger number of blades than the wind turbine having the smaller rotation radius. It is structured. With this configuration, a windmill having a large turning radius and a large number of blades can have high start-up performance.

上記の垂直軸型風力発電装置において、前記第1風車及び前記第2風車の内、回転半径の大きい方の風車が、回転半径の小さい方の風車に比べ、少なくとも前記羽根の質量又は面積のいずれかが大きくなるように構成されたことを特徴とする。この構成により、回転半径が大きく、少なくとも羽根の質量又は面積のいずれか一方が大きい風車は、高いスタートアップ性能を有することができる。   In the vertical axis type wind turbine generator described above, of the first wind turbine and the second wind turbine, the wind turbine having the larger rotation radius is at least one of the mass or area of the blades as compared with the wind turbine having the smaller rotation radius. It is characterized in that it is configured to be large. With this configuration, a windmill having a large turning radius and at least one of the mass and area of the blades can have high start-up performance.

上記の垂直軸型風力発電装置において、前記発電部が、回転子及び固定子を備えた発電機を有し、前記回転子及び前記固定子を、一方を前記第1回転軸に固定して他方を前記第2回転軸に固定して、且つ前記第1風車及び前記第2風車が逆方向に回転するように構成したことを特徴とする。この構成により、発電機が回転する速度を従来の約2倍とできるため、発電量を増加することができる。   In the vertical axis wind power generator described above, the power generation unit includes a generator including a rotor and a stator, and one of the rotor and the stator is fixed to the first rotation shaft and the other is fixed. Is fixed to the second rotating shaft, and the first wind turbine and the second wind turbine rotate in opposite directions. With this configuration, since the speed at which the generator rotates can be approximately double that of the conventional one, the amount of power generation can be increased.

本発明に係る垂直軸型風力発電装置によれば、スタートアップ性能を維持又は向上しながら、且つ発電量を増加することのできる垂直軸型風力発電装置を提供することができる。   The vertical axis wind power generator according to the present invention can provide a vertical axis wind power generator capable of increasing the amount of power generation while maintaining or improving the start-up performance.

本発明に係る実施の形態の垂直軸型風力発電装置を示した斜視図である。1 is a perspective view showing a vertical axis wind power generator according to an embodiment of the present invention. 本発明に係る実施の形態の垂直軸型風力発電装置を示した平面図である。1 is a plan view showing a vertical axis wind power generator according to an embodiment of the present invention. 本発明に係る実施の形態の垂直軸型風力発電装置の発電部を示した部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which showed the electric power generation part of the vertical axis type wind power generator of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る異なる実施の形態の垂直軸型風力発電装置の発電部を示した部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which showed the electric power generation part of the vertical axis type wind power generator of different embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る異なる実施の形態の垂直軸型風力発電装置を示した図である。It is the figure which showed the vertical axis type wind power generator of different embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る異なる実施の形態の垂直軸型風力発電装置の発電部を示した部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which showed the electric power generation part of the vertical axis type wind power generator of different embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る異なる実施の形態の垂直軸型風力発電装置を示した正面図である。It is the front view which showed the vertical axis type wind power generator of different embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る異なる実施の形態の垂直軸型風力発電装置を示した正面図である。It is the front view which showed the vertical axis type wind power generator of different embodiment which concerns on this invention. 従来の垂直軸型風力発電装置を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the conventional vertical axis type wind power generator.

以下、本発明に係る実施の形態の垂直軸型風力発電装置について、図面を参照しながら説明する。図1に、本発明に係る実施の形態の垂直軸型風力発電装置1を示す。垂直軸型風力発電装置1は、第1風車10と第2風車20と、発電部2を有している。第1風車10は、第1回転軸13と、第1回転軸13に第1アーム14を介して設置した第1羽根15を有している。同様に、第2風車20は、第2回転軸23と、第2回転軸23に第2アーム24を介して設置した第2羽根25を有している。第1風車10と第2風車20は、異なる回転半径を有しており、それぞれ独立して回転するように構成している。つまり、例えば、第1アーム14に比べて、第2アーム24を長く形成している。そのため、第1羽根15と第2羽根25は、互いに干渉せず、独立して回転することができる。なお、図1には、第1風車10及び第2風車20の羽根15、25を1枚ずつ図示しているが、1枚ずつでもよく、望ましくは3〜6枚ずつ設置する。また、羽根の長さhが0.6〜1.5m、幅dが0.15〜0.50m程度の大きさとすることが望ましい。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a vertical axis wind power generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a vertical axis wind power generator 1 according to an embodiment of the present invention. The vertical axis wind power generator 1 includes a first windmill 10, a second windmill 20, and a power generation unit 2. The first windmill 10 has a first rotating shaft 13 and a first blade 15 installed on the first rotating shaft 13 via a first arm 14. Similarly, the 2nd windmill 20 has the 2nd blade | wing 25 installed in the 2nd rotating shaft 23 via the 2nd arm 24 with the 2nd rotating shaft 23. As shown in FIG. The first windmill 10 and the second windmill 20 have different radii of rotation and are configured to rotate independently of each other. That is, for example, the second arm 24 is formed longer than the first arm 14. Therefore, the first blade 15 and the second blade 25 do not interfere with each other and can rotate independently. In FIG. 1, the blades 15 and 25 of the first windmill 10 and the second windmill 20 are illustrated one by one, but may be one by one, and preferably three to six are installed. Further, it is desirable that the blade length h is about 0.6 to 1.5 m and the width d is about 0.15 to 0.50 m.

次に、垂直軸型風力発電装置1の動作について説明する。第1風車10及び第2風車20が停止した状態から、微風を受けると、まず第2風車20が回転を開始する(スタートアップ)。これは、第2風車20の第2アーム24が長い(回転半径が大き)く、風を受けて回転しやすいためである(スタートアップ性能が高い)。その後、第1風車10が回転を開始する。第1風車10及び第2風車20がそれぞれ独立して回転し、予め定めた回転速度となったときに発電を開始する(カットイン)。このとき、発電部2は、第1風車10及び第2風車20の回転力の合力により回転し、発電を行なうように構成している。   Next, the operation of the vertical axis wind power generator 1 will be described. When the first windmill 10 and the second windmill 20 are stopped, when receiving a breeze, the second windmill 20 first starts rotating (startup). This is because the second arm 24 of the second windmill 20 is long (the radius of rotation is large) and is easy to rotate by receiving wind (high start-up performance). Thereafter, the first windmill 10 starts to rotate. The first wind turbine 10 and the second wind turbine 20 rotate independently of each other, and power generation is started when a predetermined rotation speed is reached (cut-in). At this time, the power generation unit 2 is configured to rotate by the resultant force of the first windmill 10 and the second windmill 20 to generate power.

上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第1に、垂直軸型の風車のメリットであるスタートアップ性能を維持しながら、発電量を増加することができる。つまり、第1風車10及び第2風車20の羽根15、25の枚数を例えばそれぞれ6枚ずつとすると、スタートアップ性能が高いため、風速1.0m/s以下の微風でも回転を開始することができる。   With the above configuration, the following operational effects can be obtained. First, it is possible to increase the amount of power generation while maintaining the start-up performance that is the merit of the vertical axis type windmill. In other words, if the number of blades 15 and 25 of the first windmill 10 and the second windmill 20 is, for example, 6 each, the start-up performance is high, so that rotation can be started even with a light wind of 1.0 m / s or less. .

第2に、スタートアップ性能を低下させることなく、発電量を増加することができる。これは、発電部2が、第1風車10及び第2風車20の回転力の合力をエネルギーとして
受けるためである。ここで、このエネルギーは、従来に比べ2倍近いエネルギーとなる。
Second, the amount of power generation can be increased without degrading the startup performance. This is because the power generation unit 2 receives the resultant force of the rotational forces of the first windmill 10 and the second windmill 20 as energy. Here, this energy is nearly twice that of the conventional energy.

なお、少なくとも2つの風車(第1風車及び第2風車)は、それぞれ同じ数の羽根を有するように構成してもよい。また、回転半径の大きい方の風車(例えば第2風車)が、他方の風車(例えば第1風車)に比べ、多くの枚数の羽根を有するように構成してもよい。この構成により、回転半径が大きく且つ羽根の枚数の多い風車(例えば第2風車)は、高いスタートアップ性能を有することができる。そのため、微風環境下であっても自発的に回転することができる。また、回転半径が小さく且つ羽根の枚数の少ない風車(例えば第1風車)は、スタートアップ性能は低いが、発電量が大きい。そのため、例えば第2風車の回転力の一部を第1風車に伝達し、第1風車のスタートアップを補助するように構成すると、スタートアップ性能が高く且つ発電量の大きい垂直軸型風力発電装置を提供することができる。   Note that at least two windmills (the first windmill and the second windmill) may be configured to have the same number of blades. Moreover, you may comprise so that a windmill (for example, 2nd windmill) with a larger rotation radius may have many blade | wings compared with the other windmill (for example, 1st windmill). With this configuration, a windmill having a large turning radius and a large number of blades (for example, the second windmill) can have high startup performance. Therefore, it can rotate spontaneously even in a light wind environment. A windmill with a small turning radius and a small number of blades (for example, the first windmill) has a low start-up performance but a large amount of power generation. Therefore, for example, when a part of the rotational force of the second windmill is transmitted to the first windmill to assist the startup of the first windmill, a vertical axis wind power generator having high startup performance and a large amount of power generation is provided. can do.

更に、回転半径の大きい方の風車(例えば第2風車が)、他方の風車(例えば第1風車)に比べ、質量又は面積が大きい羽根を有するように構成してもよい。この構成により、上記と同様の作用効果を得ることができる。   Furthermore, you may comprise so that it may have a blade | wing with a mass or an area large compared with the windmill (for example, 2nd windmill) with a larger rotation radius, and the other windmill (for example, 1st windmill). With this configuration, the same effects as described above can be obtained.

図2に、垂直軸型風力発電装置1の平面図を示す。この垂直軸型風力発電装置1は、第1アーム14に比べて、第2アーム24を長く形成している。そして、第1回転軸13と第2回転軸23は、独立して回転する。そのため、第1羽根15と第2羽根25は互いに干渉せず、独立して回転する。なお、F1は第1羽根が通過する第1領域を示し、F2は第2羽根が通過する第2領域を示す。   FIG. 2 shows a plan view of the vertical axis wind power generator 1. In the vertical axis wind power generator 1, the second arm 24 is formed longer than the first arm 14. And the 1st rotating shaft 13 and the 2nd rotating shaft 23 rotate independently. Therefore, the first blade 15 and the second blade 25 do not interfere with each other and rotate independently. F1 indicates a first region through which the first blade passes, and F2 indicates a second region through which the second blade passes.

また、図2には、第1風車10及び第2風車20の羽根15、25の枚数をそれぞれ2枚ずつとしているが、3枚ずつ又はそれ以上とすることもできる。これは、垂直軸型風力発電装置1を設置する場所の平均風速等を考慮して適切に設計することができる。   In FIG. 2, the number of blades 15 and 25 of the first wind turbine 10 and the second wind turbine 20 is two, but it can be three or more. This can be appropriately designed in consideration of the average wind speed at the place where the vertical axis wind power generator 1 is installed.

図3に、発電部2の部分断面図の一例を示す。発電部2は、第1発電軸17及び第2発電軸27を回転可能に支持した発電機6を有している。この発電部2は、第1回転軸13の回転力が、第1ベルト16を介して第1発電軸17に伝達するように構成している。同様に、発電部2は、第2回転軸23の回転力が、第2ベルト26を介して第2発電軸27に伝達するように構成している。   FIG. 3 shows an example of a partial cross-sectional view of the power generation unit 2. The power generation unit 2 includes a generator 6 that rotatably supports the first power generation shaft 17 and the second power generation shaft 27. The power generation unit 2 is configured such that the rotational force of the first rotation shaft 13 is transmitted to the first power generation shaft 17 via the first belt 16. Similarly, the power generation unit 2 is configured such that the rotational force of the second rotation shaft 23 is transmitted to the second power generation shaft 27 via the second belt 26.

次に、発電部2の動作について説明する。まず、第2回転軸23が、風の力により回転する。この回転力は、第2ベルト26及び第2発電軸27を介して、発電機6に伝達され、電気に変換される。同様に、第1回転軸13が風の力により回転すると、この回転力は、第1ベルト16及び第1発電軸17を介して、発電機6に伝達され、電気に変換される。ここで、第1回転軸13及び第2回転軸23は、同一方向に回転するように構成している。また、第1発電軸17及び第2発電軸27に伝達された回転力は、例えば、ワンウェイクラッチ等を介して合成される。   Next, the operation of the power generation unit 2 will be described. First, the 2nd rotating shaft 23 rotates with the force of a wind. This rotational force is transmitted to the generator 6 through the second belt 26 and the second power generation shaft 27 and converted into electricity. Similarly, when the first rotating shaft 13 is rotated by wind force, the rotating force is transmitted to the generator 6 via the first belt 16 and the first power generating shaft 17 and converted into electricity. Here, the 1st rotating shaft 13 and the 2nd rotating shaft 23 are comprised so that it may rotate in the same direction. Further, the rotational force transmitted to the first power generation shaft 17 and the second power generation shaft 27 is synthesized through, for example, a one-way clutch or the like.

この第1発電軸17と第2発電軸27を、ワンウェイクラッチを介して連結し、回転力を合成する構成について説明する。垂直軸型風力発電装置1の始動時には、第2風車20の回転開始に伴い、第2発電軸27が回転を開始する。このとき、ワンウェイクラッチは空転状態となるように構成している。つまり、第1発電軸17は停止した状態となる。風速が上昇し、第1風車10の回転に伴い、第1発電軸17が第2発電軸27の回転数を上回った場合、ワンウェイクラッチは、かみ合い状態となるように構成している。つまり、第1発電軸17及び第2発電軸27の回転力が、ワンウェイクラッチを介して合成され、発電機6に伝達される。このとき、第1風車10及び第2風車20は、見かけ上、一体の風車として回転するため、発電機6は高いトルクを得ることができる。   A configuration in which the first power generation shaft 17 and the second power generation shaft 27 are connected via a one-way clutch to synthesize rotational force will be described. At the start of the vertical axis wind power generator 1, the second power generation shaft 27 starts rotating as the second wind turbine 20 starts rotating. At this time, the one-way clutch is configured to be idle. That is, the first power generation shaft 17 is stopped. When the wind speed rises and the first power generation shaft 17 exceeds the rotation speed of the second power generation shaft 27 as the first windmill 10 rotates, the one-way clutch is configured to be in an engaged state. That is, the rotational forces of the first power generation shaft 17 and the second power generation shaft 27 are combined via the one-way clutch and transmitted to the generator 6. At this time, since the first windmill 10 and the second windmill 20 apparently rotate as an integrated windmill, the generator 6 can obtain a high torque.

また、ワンウェイクラッチに、トルクリミッタ等の制御機構を付加し、空転状態とかみ合い状態を任意に制御するように構成してもよい。更に、歯車等を利用し、第1発電軸17及び第2発電軸27の回転数及び回転トルクを設定してもよい。この構成により、例えば、第2風車20の回転数に比べ、第1風車10の回転数が小さい場合であっても、第1発電軸17及び第2発電軸27で回転力が合成され発電機6に伝達することが可能となる。また、第1発電軸17が停止状態であっても、第2発電軸27の回転力の一部を伝達し、第1風車10が回転を開始するように構成することもできる。   In addition, a control mechanism such as a torque limiter may be added to the one-way clutch so as to arbitrarily control the idling state and the meshing state. Further, the rotational speed and rotational torque of the first power generation shaft 17 and the second power generation shaft 27 may be set using gears or the like. With this configuration, for example, even when the rotational speed of the first windmill 10 is smaller than the rotational speed of the second windmill 20, the rotational force is synthesized by the first power generation shaft 17 and the second power generation shaft 27, and the generator 6 can be transmitted. Further, even when the first power generation shaft 17 is in a stopped state, a part of the rotational force of the second power generation shaft 27 can be transmitted so that the first windmill 10 starts to rotate.

上記のように、第1風車10と第2風車20の回転力は、既知の機構を利用して、合成することができる。他にも、遊星歯車を利用することもできる。例えば、第1回転軸27を遊星ギアに連結し、第2回転軸23を太陽ギアに連結し、発電機6にリングギアを固定して構成することができる。このとき、第1発電軸17又は第2発電軸27が、遊星歯車との連結をクラッチ等で解除できる構成を有していることが望ましい。   As described above, the rotational force of the first windmill 10 and the second windmill 20 can be synthesized using a known mechanism. In addition, a planetary gear can be used. For example, the first rotating shaft 27 can be connected to the planetary gear, the second rotating shaft 23 can be connected to the sun gear, and the ring gear can be fixed to the generator 6. At this time, it is desirable that the first power generation shaft 17 or the second power generation shaft 27 has a configuration in which the connection with the planetary gear can be released by a clutch or the like.

なお、ワンウェイクラッチ等の回転力を合成する機構を、第1及び第2発電軸17、27に設置する構成について説明したが、この機構を第1及び第2回転軸13、23に設置する構成としてもよい。また、第1ベルト16及び第2ベルト26は、回転軸13、23の回転力を、発電軸17、27に伝達できる構成であればよい。例えば、歯車等を利用することもできる。   In addition, although the structure which synthesize | combines rotational force, such as a one-way clutch, was demonstrated about the structure installed in the 1st and 2nd electric power generation shafts 17 and 27, the structure which installs this mechanism in the 1st and 2nd rotating shafts 13 and 23 It is good. Moreover, the 1st belt 16 and the 2nd belt 26 should just be the structures which can transmit the rotational force of the rotating shafts 13 and 23 to the electric power generation shafts 17 and 27. FIG. For example, a gear or the like can be used.

上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第1に、第1風車10及び第2風車20が独立して回転する構成により、風車10、20のスタートアップ性能を維持又は向上することができる。   With the above configuration, the following operational effects can be obtained. 1stly, the start-up performance of the windmills 10 and 20 can be maintained or improved by the structure which the 1st windmill 10 and the 2nd windmill 20 rotate independently.

第2に、独立して回転する第1風車10及び第2風車20の回転力を、合成して発電機6に伝達する構成により、発電量を増加することができる。   Second, the amount of power generation can be increased by combining the rotational forces of the first wind turbine 10 and the second wind turbine 20 that rotate independently and transmitting them to the generator 6.

図4に、本発明に係る異なる実施の形態の垂直軸型風力発電装置の発電部2Aの部分断面図を示す。発電部2Aは、コイル又は磁石等で構成された固定子18A及び回転子28Aを備えた発電機6Aを有している。この固定子18Aは第1回転軸13Aに固定され、回転子28Aは第2回転軸23Aに固定されている。ここで、第1回転軸13A及び第2回転軸23Aは、共通する中心軸を有し且つ一方の回転軸内に他方の回転軸が配置される多重管構造となるように配置している。更に、第1風車10及び第2風車20が互いに逆方向に回転するように構成している。なお、発電機6Aを構成する一方を便宜上、固定子18Aと呼んでいるが、この固定子18Aは、回転子28Aに対して相対的に回転し、発電を行うことができる。   FIG. 4 shows a partial cross-sectional view of a power generation unit 2A of a vertical axis wind power generator according to another embodiment of the present invention. The power generation unit 2A includes a generator 6A including a stator 18A and a rotor 28A that are configured by coils, magnets, or the like. The stator 18A is fixed to the first rotating shaft 13A, and the rotor 28A is fixed to the second rotating shaft 23A. Here, the first rotating shaft 13A and the second rotating shaft 23A are arranged so as to have a multi-tube structure having a common center axis and the other rotating shaft arranged in one rotating shaft. Further, the first windmill 10 and the second windmill 20 are configured to rotate in opposite directions. One of the generators 6A is called a stator 18A for convenience, but the stator 18A can rotate relative to the rotor 28A to generate power.

次に、発電部2Aの動作について説明する。第1風車10及び第2風車20が風を受けて、互いに逆方向に回転を開始する。第1回転軸13Aが固定子18A(発電機6A自体)を一方向に回転させ、第2回転軸23Aが回転子28Aを逆方向に回転させる。ここで、固定子18Aと回転子28Aの回転の相対速度は、第1及び第2風車10、20の回転速度の合成値となる。   Next, the operation of the power generation unit 2A will be described. The first windmill 10 and the second windmill 20 receive wind and start rotating in opposite directions. The first rotating shaft 13A rotates the stator 18A (the generator 6A itself) in one direction, and the second rotating shaft 23A rotates the rotor 28A in the reverse direction. Here, the relative rotational speed of the stator 18A and the rotor 28A is a composite value of the rotational speeds of the first and second windmills 10 and 20.

上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第1に、発電機6Aが回転する速度を従来の約2倍とできるため、発電量を増加することができる。第2に、発電部2Aを、風車の回転軸(13A、23A)の中心軸上に設置できるため、垂直軸型風力発電装置をコンパクトに設計することができる。第3に、風速が弱く、第1風車又は第2風車のみが回転するような場合であっても、発電を行うことができる。   With the above configuration, the following operational effects can be obtained. First, since the speed at which the generator 6A rotates can be made about twice that of the prior art, the amount of power generation can be increased. Secondly, since the power generation unit 2A can be installed on the central axis of the rotating shaft (13A, 23A) of the windmill, the vertical axis wind power generator can be designed in a compact manner. Third, even when the wind speed is low and only the first windmill or the second windmill rotates, power generation can be performed.

図5に、本発明に係る異なる実施の形態の垂直軸型風力発電装置1Bを示す。この垂直軸型風力発電装置1Bは、支持軸40Bと、支持軸40Bに対して回転自在に設置した第1風車10Bと、第1風車10Bに対して回転自在に設置した第2風車20Bと、第1風車10B及び第2風車20Bの間に設置した発電部2Bを有している。ここで、第1風車10B及び第2風車20Bは、回転方向が逆方向となるように構成している。また、第1アーム14Bの長さが、第2アーム24Bの長さよりも長くなるように構成している。   FIG. 5 shows a vertical axis wind power generator 1B according to another embodiment of the present invention. The vertical axis wind power generator 1B includes a support shaft 40B, a first windmill 10B that is rotatably installed with respect to the support shaft 40B, a second windmill 20B that is rotatably installed with respect to the first windmill 10B, It has the power generation part 2B installed between the 1st windmill 10B and the 2nd windmill 20B. Here, the 1st windmill 10B and the 2nd windmill 20B are comprised so that a rotation direction may become a reverse direction. Further, the length of the first arm 14B is configured to be longer than the length of the second arm 24B.

図6に、垂直軸型風力発電装置1Bの発電部2Bの部分断面図を示す。発電部2Bは、一方をコイルで構成され他方を磁石で構成された固定子18B及び回転子28Bを備えた発電機6Bを有している。この固定子18Bは第1回転軸13Bに固定され、回転子28Bは第2回転軸23Bに固定されている。また、発電部2Bは、発電機6Bに接続した接触子(例えば、スリップカーボンブラシ等)41Bと、支持軸40Bに固定した接触リング(例えば、スリップリング等)42Bを有している。更に、発電部2Bは、支持軸40Bに対して第1回転軸13Bを回転自在に支持する軸受(例えばボールベアリング等)43と、第1回転軸13Bに対して第2回転軸23Bを回転自在に支持する軸受43をそれぞれ有している。   In FIG. 6, the fragmentary sectional view of the electric power generation part 2B of the vertical axis type wind power generator 1B is shown. The power generation unit 2B includes a generator 6B including a stator 18B and a rotor 28B, one of which is configured with a coil and the other is configured with a magnet. The stator 18B is fixed to the first rotating shaft 13B, and the rotor 28B is fixed to the second rotating shaft 23B. In addition, the power generation unit 2B includes a contact (for example, a slip carbon brush) 41B connected to the generator 6B and a contact ring (for example, a slip ring) 42B fixed to the support shaft 40B. Furthermore, the power generation unit 2B has a bearing (eg, a ball bearing) 43 that rotatably supports the first rotating shaft 13B with respect to the support shaft 40B, and a second rotating shaft 23B that can rotate with respect to the first rotating shaft 13B. The bearings 43 are supported respectively.

次に、発電部2Bの動作について説明する。まず、風を受けた第1風車の第1回転軸13Bと、第2風車の第2回転軸23Bが、互いに逆となる回転方向に回転を開始する。図6では、第1回転軸13Bの回転方向をR1で、第2回転軸23Bの回転方向をR2で示している。この回転により、発電機6Bを構成する固定子18Bと回転子28Bの相対的な回転により、電気が発生する。この電気は、コイルを構成する側(例えば固定子18B)から接触子41B、及び接触リング42Bを介して、図示しない電源ケーブルに送られる。   Next, the operation of the power generation unit 2B will be described. First, the first rotating shaft 13B of the first windmill that has received the wind and the second rotating shaft 23B of the second windmill start to rotate in directions opposite to each other. In FIG. 6, the rotation direction of the first rotation shaft 13B is indicated by R1, and the rotation direction of the second rotation shaft 23B is indicated by R2. By this rotation, electricity is generated by the relative rotation of the stator 18B and the rotor 28B constituting the generator 6B. This electricity is sent to the power cable (not shown) via the contact 41B and the contact ring 42B from the coil-forming side (for example, the stator 18B).

ここで、第1回転軸13Bと共に回転する接触子41Bは、接触リング42Bの外周で接触を維持するように構成されている。また、支持軸40B及び接触リング42Bは、回転しない。更に、例えば支持軸40Bの内部に配置した電源ケーブルは、3極のケーブルを利用することが望ましい。加えて、第1回転軸13Bと第2回転軸23Bは、共通する中心軸を有することが望ましい。   Here, the contact 41B that rotates together with the first rotating shaft 13B is configured to maintain contact on the outer periphery of the contact ring 42B. Further, the support shaft 40B and the contact ring 42B do not rotate. Further, for example, a power cable arranged inside the support shaft 40B is preferably a three-pole cable. In addition, it is desirable that the first rotation shaft 13B and the second rotation shaft 23B have a common center axis.

上記の構成により、図4に示した実施例と同様の作用効果を得ることができる。第1に、発電機6Bが回転する速度を従来の約2倍とできるため、発電量を増加することができる。第2に、発電部2Bを、第1風車10B及び第2風車20Bの回転軸上に設置できるため、垂直軸型風力発電装置をコンパクトに構成することができる。第3に、風速が弱く、第1風車又は第2風車のみが回転するような場合であっても、発電を行うことができる。第4に、スリップカーボンブラシ等で構成した接触子41Bと、スリップリング等で構成した接触リング42Bを設置した構成により、固定子18B側(発電機6B自体)が回転しても、電源ケーブルがねじれたりすることなく、電気を外部に送ることができる。   With the above configuration, it is possible to obtain the same operational effects as the embodiment shown in FIG. First, since the speed at which the generator 6B rotates can be about twice that of the prior art, the amount of power generation can be increased. Second, since the power generation unit 2B can be installed on the rotation shafts of the first wind turbine 10B and the second wind turbine 20B, the vertical axis wind power generator can be configured compactly. Third, even when the wind speed is low and only the first windmill or the second windmill rotates, power generation can be performed. Fourth, the contact 41B made of a slip carbon brush or the like and the contact ring 42B made of a slip ring or the like are installed, so that even if the stator 18B side (the generator 6B itself) rotates, Electricity can be sent to the outside without being twisted.

なお、固定子18Bを永久磁石等の磁石で構成し、回転子28Bをコイルで構成した発電機としてもよい。また、第1風車10B側に回転子を設置し、第2風車20B側に固定子を固定する構成としてもよい。更に、図2の例と同様に、第1アーム14Bの長さが、第2アーム24Bの長さよりも短くなるように構成してもよい。加えて、発電部2Bが、発電機6Bに接続したスリップリング等の接触リングと、支持軸40Bに設置したスリップカーボンブラシ等の接触子を有するように構成してもよい。   The stator 18B may be a generator such as a permanent magnet, and the rotor 28B may be a coil. Moreover, it is good also as a structure which installs a rotor in the 1st windmill 10B side, and fixes a stator to the 2nd windmill 20B side. Further, similarly to the example of FIG. 2, the length of the first arm 14B may be configured to be shorter than the length of the second arm 24B. In addition, the power generation unit 2B may have a contact ring such as a slip ring connected to the generator 6B and a contact such as a slip carbon brush installed on the support shaft 40B.

図7に、本発明に係る異なる実施の形態の垂直軸型風力発電装置1Cを示す。この垂直軸型風力発電装置1Cは、第1風車10C及び第2風車20Cに加えて、回転半径の異なる第3風車30Cを有している。この垂直軸型風力発電装置1Cは、第1乃至第3の風車
10C、20C、30Cがそれぞれ独立して回転するため、スタートアップ性能を維持又は向上しながら、発電量を増加することができる。
FIG. 7 shows a vertical axis wind power generator 1C according to another embodiment of the present invention. The vertical axis wind power generator 1C includes a third wind turbine 30C having a different radius of rotation in addition to the first wind turbine 10C and the second wind turbine 20C. In the vertical axis wind power generator 1C, the first to third wind turbines 10C, 20C, and 30C rotate independently of each other, so that the power generation amount can be increased while maintaining or improving the start-up performance.

ここで、各風車10C、20C、30Cの羽根15C、25C、35Cは、一部が互いの影になるように構成している。この重なりにより、通過する風から効率的にエネルギーを取出すことができる。なお、羽根15C、25C、35Cが重ならないとしても、本発明の作用効果を十分に得ることができる。また、発電部は、前述した発電部のいずれも採用することができる。   Here, the blades 15C, 25C, and 35C of the wind turbines 10C, 20C, and 30C are configured so that a part thereof becomes a shadow of each other. Due to this overlap, energy can be efficiently extracted from the passing wind. Even if the blades 15C, 25C, and 35C do not overlap, the effects of the present invention can be sufficiently obtained. In addition, any of the power generation units described above can be adopted as the power generation unit.

図8に、本発明に係る異なる実施の形態の垂直軸型風力発電装置1Dを示す。この垂直軸型風力発電装置1Dは、第1風車10D及び第2風車20Dに加えて、回転半径が第2風車20Dよりも小さい第3風車30Dを有している。   FIG. 8 shows a vertical axis wind power generator 1D according to another embodiment of the present invention. In addition to the first wind turbine 10D and the second wind turbine 20D, the vertical axis wind power generator 1D includes a third wind turbine 30D having a smaller radius of rotation than the second wind turbine 20D.

ここで、図7及び8に、第1乃至3の風車を有する実施例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、4つ以上の風車を独立して回転するように構成しても、同様の作用効果を得ることができる。また、複数ある風車の内、いくつかを連動して回転するように構成してもよい。加えて、スタートアップ性能の更なる向上を実現するために、発電機6をモータとして使用して風車に初動を与える構成としてもよい。   7 and 8 show an embodiment having the first to third wind turbines, but the present invention is not limited to this, and is configured to rotate four or more wind turbines independently. However, the same effect can be obtained. Moreover, you may comprise so that some of several windmills may rotate in response. In addition, in order to realize further improvement in start-up performance, the generator 6 may be used as a motor so that the wind turbine is initially moved.

1、1A、1B、1C、1D 垂直軸型風力発電装置
2、2A、2B 発電部
3 回転軸
4 アーム
5 羽根
10 第1風車
13 第1回転軸
14 第1アーム
15 第1羽根
18、18A、18B 固定子
20 第2風車
23 第2回転軸
24 第2アーム
25 第2羽根
28、28A,28B 回転子
1, 1A, 1B, 1C, 1D Vertical axis wind power generator 2, 2A, 2B Power generation unit 3 Rotating shaft 4 Arm 5 Blade 10 First windmill 13 First rotating shaft 14 First arm 15 First blade 18, 18A, 18B Stator 20 Second windmill 23 Second rotating shaft 24 Second arm 25 Second blades 28, 28A, 28B Rotor

Claims (6)

風車と発電部を有しており、前記風車が鉛直方向に延伸した回転軸と、前記回転軸から外周方向に延伸した少なくとも1つのアームと、前記アームに固定した少なくとも1つの羽根を有した垂直軸型風力発電装置であり、
前記垂直軸型風力発電装置が、少なくとも第1風車及び前記第1風車よりも回転半径の大きい第2風車を有しており、
前記第1風車及び前記第2風車が、異なる回転半径を有し且つ独立して回転する垂直軸型風力発電装置において、
前記発電部が、前記第2風車のみの回転力により発電する構成と、
前記第2風車に加え前記第1風車が回転し、2つの風車の回転力を合成し発電を行う構成を有し、
前記第2風車が、前記第1風車よりも高いスタートアップ性能を有するように構成されたことを特徴とする垂直軸型風力発電装置。
A vertical axis having a windmill and a power generation unit, the rotation axis extending in the vertical direction of the windmill, at least one arm extending in the outer circumferential direction from the rotation axis, and at least one blade fixed to the arm Shaft type wind power generator ,
The vertical axis wind power generator has at least a first windmill and a second windmill having a larger radius of rotation than the first windmill ,
In the vertical axis wind power generator in which the first windmill and the second windmill have different radii of rotation and rotate independently ,
A configuration in which the power generation unit generates power by the rotational force of only the second windmill;
The first windmill rotates in addition to the second windmill, and the power generation is performed by combining the rotational forces of the two windmills.
The vertical wind turbine generator according to claim 1, wherein the second wind turbine is configured to have a higher startup performance than the first wind turbine .
前記垂直軸型風力発電装置が、同一方向に回転するように構成された前記第1風車及び前記第2風車と、前記第1風車及び前記第2風車の回転力を合成するワンウェイクラッチを有しており、  The vertical axis wind power generator includes the first wind turbine and the second wind turbine configured to rotate in the same direction, and a one-way clutch that combines rotational forces of the first wind turbine and the second wind turbine. And
前記ワンウェイクラッチが、制御機構を有し、  The one-way clutch has a control mechanism;
前記制御機構が、前記ワンウェイクラッチの空転状態及びかみ合い状態を切り替える構成を有していることを特徴とする請求項1に記載の垂直軸型風力発電装置。  2. The vertical axis wind power generator according to claim 1, wherein the control mechanism is configured to switch between an idle state and an engaged state of the one-way clutch.
前記制御機構が、前記第2風車の回転力の一部を前記第1風車に伝達し、前記第1風車が回転を開始する構成を有していることを特徴とする請求項2に記載の垂直軸型風力発電装置。  The said control mechanism has a structure which transmits a part of rotational force of a said 2nd windmill to a said 1st windmill, and the said 1st windmill starts a rotation. Vertical axis wind power generator. 前記発電部が、回転子及び固定子を備えた発電機を有し、
前記回転子及び前記固定子を、一方を前記第1風車の回転軸に固定して他方を前記第2風車の回転軸に固定して、且つ前記第1風車及び前記第2風車が逆方向に回転するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の垂直軸型風力発電装置。
The power generation unit has a generator including a rotor and a stator,
One of the rotor and the stator is fixed to the rotation shaft of the first windmill, the other is fixed to the rotation shaft of the second windmill , and the first windmill and the second windmill are in opposite directions. The vertical axis wind power generator according to claim 1 , wherein the vertical axis wind power generator is configured to rotate.
前記発電部が、発電機を有しており、  The power generation unit has a generator,
前記発電機がモータとして少なくとも前記第1風車又は第2風車に初動を与える構成を有していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の垂直軸型風力発電装置。  5. The vertical axis wind power generator according to claim 1, wherein the generator has a configuration that applies an initial motion to at least the first wind turbine or the second wind turbine as a motor. 6.
前記第1風車及び前記第2風車の前記羽根の一部が、鉛直方向に互いに重なるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の垂直軸型風力発電装置。  The vertical axis wind power according to any one of claims 1 to 5, wherein a part of the blades of the first wind turbine and the second wind turbine are configured to overlap each other in a vertical direction. Power generation device.
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