JP5360752B2 - ダウンウインド発電機 - Google Patents

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本発明は、風によりダウンウインド回転翼をもつ風車が発電機を駆動する、風向変動時の導風と整流によりローター翼ダメージ防止およびローターと付近支持構造物との干渉回避および集風効果による運転効率と起動性を向上させる風力発電機に関するものである。
一般に後置ローターの小型ダウンウインド風車のヨーイングは、機構上テールフインがないためコーニング翼のみで行われる。しかし、ハイソリディティー翼の小型高性能風車は、細くて抗力が小さいため低風速でのヨーイングが困難となり、起動風速が高くなる。そこで、起動風速が低い技術が実用化されている。
特開２００７−２３８１３号公報 実用新案登録番号３０６３４８０号
小型ダウンウインド風車の起動と支持塔後渦流の解消および風向とローター軸のズレによるローター上下部に位置する翼のブレーキング効果解消とこの部分での翼破損防止を目的とする。
本発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、長方体の前後を開放面と
し、左右を閉塞側面とした薄鋼板製のダクト１５において、ダクト１５の後方にローター
軸９に軸着された翼１３を２から６枚装着し、ダクト１５の前方に前記ローター軸９に軸動する発電機１２を具備し、ダクト１５の左右閉塞側面の上下二箇所を開口し、その開口部に内開弁６を装着し、内開弁６は風向ズレに擺動し、風圧で開弁し、ダクトへの空気流入量の減少を防ぎ、ローター上下位置にある翼１３への適正な風向きを保つことを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、ダクト１５の上下は角度を持ったテーパーダクト４とし、テーパーダクト４は前方の発電機１２側の面積を広く、後方の翼１３側に面積を狭くし、前方の発電機１２側からの流入風に圧力を加えることで出風の風速を高め、後方の翼１３側に吹き出すことを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、テーパーダクト４の上部と下部に連結軸受３を具備し、支持回転軸２は前記連結軸受３と固定軸受１との間で連結し、支持回転軸２は風向きに対応してヨーが回動することを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、ダクト１５の上部と下部の固定軸受１は固定した支持物に固着するが、浮動するロープ等に繋着してもよいことを特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、内開弁６はそれぞれ上下端にある２個の蝶番ヒンジ５に冠着、風向きズレに対応し、風圧で蝶番ヒンジ５を開閉滑動することを特徴とする。
本発明は、テーパーダクトにより、急変動の風向でヨーが対応できない場合に導風および整流効果によりローター上下翼へ風向の強制正対により抗力の発生を阻止し、ブレーキングなどによる翼への負担が減り円滑な運転ができ効率向上と安全性が向上する。
テーパーダクトの内開弁が風向急変動による風圧で開くことによりダクト前部の空気流入量の減少を補うことができる。
テーパーダクト構造はローターの上下構造物への干渉回避と側面板のフイン効果による低風速でのヨーイングを可能にし、テーパー部の増風効果により起動性を高めることができる。また、薄板構造のため、ダウンウインド風車特有の支持後流の回転翼への影響を回避できる。
ダクト１５はフイン効果を持ち、上下のテーパー構造により増風効果を生じる。そのため起動風速は、大きく下がり収得エネルギー量を１５％程度高められ、仰角変動量が９０度を越し揚力が大抗力に転じ翼に負担をかける風向ズレに対応しローターのブレーキ効果を解消し翼の安全性を高めることができる。
ダクト１５は、起動風速を従来の４〜５ｍ／ｓから２．５〜３ｍ／ｓまで落とせ風速出現頻度が高い低風速での起動を容易にでき風車効率を１５％度向上できるとともに翼の安全性を５０％程高めることができる。
以下に実施例を挙げ、本発明のダウンウインド発電機について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るダウンウインド発電機Ｙの斜視図を示す。図２は、本発明の実施形態に係るダウンウインド発電機Ｙの側面図を示す。図３は、本発明の実施形態に係るダウンウインド発電機Ｙの正面図を示す。
図１、図２、図３において、薄鋼板製の長方体のダクト１５は前後を開放面とし、左右を閉塞側面とし、上下は角度を持ったテーパーダクト４とした。
ダクト１５は、前後の開放面に翼１３と発電機１２をローター軸９で連結され、翼１３の回転に連動して発電機１２を回転する。
翼１３はローター軸９に篏着された翼固定ディスク１０に２から６枚装着され、翼固定ディスク１０とローター軸９はローター軸受１１で固着される。
ダクト１５に接触するローター軸９はヨーフレーム７で保護され、ヨーフレーム７とダクト１５は中心部で固定ボルト１４の数個で締着する。
ダクト１５の左右閉塞側面の上下二箇所を開口し、その開口部に内開弁６を装着し、内開弁６は風向ズレに擺動し、風圧で開弁し、ダクトへの空気流入量の減少を防ぎ、ローター上下位置にある翼１３への適正な風向きを保ち、発電機１２側は風の方向に向く。
ダクト１５の上下は角度を持ったテーパーダクト４とし、テーパーダクト４は前方の発電機１２側の面積を広く、後方の翼１３側に面積を狭くし、前方の発電機１２側からの流入風に圧力を加えることで出風の風速を高め、後方の翼１３側に吹き出す。
ダクト１５のコーニング翼１３側の開放面はＭ型に中心部がくびれる、コーニングローターに対応する。
ダクト１５の上下テーパーダクト４により、急変動の風向でヨーが対応できない場合に導風および整流効果によりローター上下翼へ風向の強制正対により抗力が発生せずブレーキングなどによる翼への負担が減り円滑な運転ができ効率向上と安全性が向上する。
テーパーダクト４の上部と下部に連結軸受３を具備し、支持回転軸２は前記連結軸受３と固定軸受１との間で連結し、支持回転軸２は内開弁６の風向きに連動して回動する。テーパーダクトの内開弁が風向急変動による風圧で開くことによりダクト前部の空気流入量の減少を補うことができるよって風圧を強めた風は翼１３の回転を容易にし、ダクト１５の内部の４個の内開弁６は常に風の吹く方向に向けることで最良の風をダクト１５内に取り込む。
ダクト１５の上部と下部の固定軸受１は固定した支持物に固着するが、浮動するロープ等に繋着してもよい。
内開弁６はそれぞれ上下端にある２個の蝶番ヒンジ５に冠着、風向きズレに対応し、風圧で蝶番ヒンジ５を開閉滑動する。
本発明は、自然エネルギー分野の中で最も多く利用されている風力発電装置の中では、少ない風量で翼が回転できる機構によって、小型安価で簡易にどこでも設置ができることから風力発電の改善に関する。
本発明の実施形態に係るダウンウインド発電機の斜視図を示す。 本発明の実施形態に係るダウンウインド発電機の側面図を示す。 本発明の実施形態に係るダウンウインド発電機の正面図を示す。
１ 固定軸受
２ 支持回転軸
３ 連結軸受
４ テーパーダクト
５ 蝶番ヒンジ
６ 内開弁
７ ヨーフレーム
８ 締結ボルト
９ ローター軸
１０ 翼固定ディスク
１１ ローター軸受
１２ 発電機
１３ 翼
１４ 固定ボルト
１５ ダクト
Ｙ ダウンウインド発電機

Claims (5)

  1. 長方体の前後を開放面とし、左右を閉塞側面とした薄鋼板製のダクト１５において、ダ
    クト１５の後方にローター軸９に軸着された翼１３を２から６枚装着し、ダクト１５の前方に前記ローター軸９に軸動する発電機１２を具備し、ダクト１５の左右閉塞側面の上下二箇所を開口し、その開口部に内開弁６を装着し、内開弁６は風向ズレに擺動し、風圧で開弁し、ダクトへの空気流入量の減少を防ぎ、ローター上下位置にある翼１３への適正な風向きを保つことを特徴とするダウンウインド発電機。
  2. ダクト１５の上下は角度を持ったテーパーダクト４とし、テーパーダクト４は前方の発電機１２側の面積を広く、後方の翼１３側に面積を狭くし、前方の発電機１２側からの流入風に圧力を加えることで出風の風速を高め、後方の翼１３側に吹き出すことを特徴とする請求項１記載のダウンウインド発電機。
  3. テーパーダクト４の上部と下部に連結軸受３を具備し、支持回転軸２は前記連結軸受３と固定軸受１との間で連結し、支持回転軸２は風向きに対応してヨーが回動することを特徴とする請求項２記載のダウンウインド発電機。
  4. ダクト１５の上部と下部の固定軸受１は固定した支持物に固着するが、浮動するロープ等に繋着してもよいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のダウンウインド発電機。
  5. 内開弁６はそれぞれ上下端にある２個の蝶番ヒンジ５に冠着、風向きズレに対応し、風圧０で蝶番ヒンジ５を開閉滑動することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のダウンウインド発電機。
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