JP5540435B2

JP5540435B2 - 垂直軸型風車の支持構造

Info

Publication number: JP5540435B2
Application number: JP2011046959A
Authority: JP
Inventors: 健一鈴木
Original assignee: 健一鈴木
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2031-02-15
Also published as: JP2012167662A

Description

本発明は、垂直軸型風車の支持構造に関する。

垂直軸型風車は水平軸型風車に比べローターの構造が簡単で量産化し易く、風の変化に対する強度も確保し易いなどの長所を有している反面、自己起動性が低く、地上設置の場合は水平軸型風車に比べ利用できる上空の風速が得られ難い等の課題も多く、発電産業用の大型風車開発は水平軸型主体に行われてきた。
近年は、垂直軸型風車の環境性能の評価が高まり発電産業用の開発も進められているが、垂直軸型風車の大型化に伴うローター荷重の増大に対応できる支持構造の開発が課題となっている。
このため、完成している小型垂直軸型風車を数多く連結したり大きなフレームに数多く組み込むなどして受風面積を増やす技術が、例えば特許文献１に開示されている。小型垂直軸型風車は、ローターシャフトをベアリング機構を介して支持体に直に連結し、その支持体をコンクリートなどで造られた基礎にボルトなどで固定するのが一般的な構造であるがこの構造は地震のエネルギーが直にローターに伝わり、大型の垂直軸型風車にそのまま応用した場合、耐久性が大きく損なわれる可能性がある。

特開２００５−２０７３５５号公開（図９）

風力エネルギーの基礎、牛山泉著、オーム社、７６項

垂直軸型風車を産業用に利用するためには、発電に要するコストを縮減し、効率的な発電を目指すことが重要であり、そのためには受風面積を増やせるローターの大型化が不可欠である。しかし、ローターの大型化は重量の急激な増加を招きやすく、地震はもちろん、小型垂直軸型風車では問題とならない小規模の突風や上下からの風の衝撃によって破損や機能低下などの障害が発生しやすくなる。
本案は、垂直軸型風車の大型化にとってネックとなっているローターの耐久性を高めるため、地震や風による衝撃を効果的に抑制する支持構造を提供することを目的とする。

本案は、図１に示したとおり、タワーに張り渡し交差する構造に設置したワイヤーケーブルと吊り下げ用ワイヤーロープ及び姿勢安定用ワイヤーロープを利用して、垂直軸型風車のローターを空中に宙吊りとしローターシャフトの姿勢を垂直にして安定させる。
宙吊りのローターはタワーとワイヤーケーブルやワイヤーロープを通じ、また地面とワイワイヤーロープで連結されているため、ワイヤーのたわむ性質によってローターに伝わる地震の振動が吸収され、また、突然の上下からの風などのようにローターに衝撃となって作用する風のエネルギーはローター自体が揺れてその衝撃の一部を吸収し、ローターの破損や劣化を防止しようとするものである。

本発明によると、次のような効果がある。

ワイヤーケーブルとワイヤーロープのたわむ性質によってローターを地震、突風や上下からの風などの衝撃から保護し垂直軸型風車の長寿命化を図れる。

垂直軸型風車のローターを支持するフレーム構造が必要なくなるため、現在、フレーム強度が確保できずに制限されている大型ローターの導入が図れる。

垂直軸型風車のローターはタワーに渡したワイヤーケーブルによって地上から高い位置に引き上げることで上空の安定した風が利用できる。

空中にローターを吊り上げるため、従来風車が設置できなかった河川や建造物の上空などへの設置が可能となる。

谷を挟んだ崖などの地形、高層ビル、送電線の支柱などをタワーもしくはタワーの一部として利用することが可能となる。

支持機構であるアンカー、タワー、ワイヤーケーブルなどはそのままにしてローターのみを入れ替える際に、例えば長い翼に替えるなど、規格の異なるローターの設置が可能となる。

本発明に係る一実施形態を示す垂直軸型風車の斜視図である。本発明に係る他の実施形態を示す垂直軸型風車の斜視図である。本発明に係るさらに他の実施形態を示す垂直軸型風車の斜視図である。本発明に係るさらに他の実施形態を示す垂直軸型風車の斜視図である。本発明に係るさらに他の実施形態を示す垂直軸型風車の斜視図である。

以下に本発明の実施例を図１を参照して説明する。ワイヤーケーブル２を２つのタワー１に張り渡しその両端は地上のアンカーＡ３に連結し、そのワイヤーケーブル２を２本、タワー間のたわみが最大となる付近でほぼ直角に交差するよう設置する。

ワイヤーケーブル２の交差する箇所に、それぞれのワイヤーケーブル２を上下に交差させた状態でつなぎ止めるためのケーブルバンド６を設ける。

このケーブルバンド６から吊り下げ用ワイヤーロープ７を垂らし、その下部に垂直軸型風車のローターシャフト８の上部を連結する。したがってこのローターは、ローターシャフトにベアリングを介して装着され、回転しないローターシャフトの外側に回転するブレード部を備える構造であれば、垂直軸型風車に用いられる公知の様々なローターを用いることができるが、一例としてブレード面積を拡大し易い構造を有するローター９を図に示す。

ローターシャフト８の下部には少なくとも３本の姿勢安定用ワイヤーロープ１０を取り付けることでローターシャフト下部の位置を指定し、その下端を地上部に設けたアンカーＣ５に連結する。

ワイヤーケーブル２は、たわみがタワー間距離のおおむね１割程度となるよう張ることで、ローター９を安定して空中に吊り上げ静止させることが可能となり、同時に地震や風の衝撃をローターが効果的に吸収するのを助けることができる。たわみが１割を大幅に超えた場合は風によって不安定になりやすく、また１割に満たない直線的に張るには巨大な張力とその張力に耐えられるアンカー、タワー及びワイヤーケーブルが必要となる。

図のように、タワー１に円柱を用いた場合であってアンカーＡ３の位置がタワー１に近い場合にはタワー１をローター９側に倒す力が強くなるため、タワー１をアンカーＡ３側に傾斜させることでタワーの倒れるのを防ぐことができる。タワー１が底面積の大きな円錐状の形状をしている場合などタワーが倒れる心配がない構造体の場合は傾斜させて設置する必要はない。

１タワー
２ワイヤーケーブル
３アンカーＡ
４アンカーＢ
５アンカーＣ
６ワイヤーケーブルを上下にクロスさせた状態でつなぎ止めるケーブルバンド
７吊り下げ用ワイヤーロープ
８ローターシャフト
９ローターシャフトを含むローター
１０姿勢安定用ワイヤーロープ
１１ダンパー
１２回転翼
１３プーリー
１４タイミングベルト
１５発電モーター
１６ヨーコントロールモーター

Claims

ワイヤーケーブルを２つのタワーに張り渡し、その両端はさらに伸ばして地上のアンカーに連結し、そのワイヤーケーブルを２本、タワー間のワイヤーケーブルのたわみが最大となる付近で２本のワイヤーケーブルがほぼ直角になるよう上下に交差させ、ワイヤーケーブルの交差する箇所にそれぞれのワイヤーケーブルを交差させた状態でつなぎ止める構造のケーブルバンドを設け、そのケーブルバンドからワイヤーロープを垂らしてローターシャフトの上端に接続し、ローターは固定したローターシャフトを軸に回転する構造とし、ローターシャフトの下端には少なくとも３本の姿勢安定用ワイヤーロープを取り付け、姿勢安定用ワイヤーロープの下端を地上部のアンカーに取り付けるよう構成した垂直軸型風車。
姿勢安定用のワイヤーロープと地上のアンカーの間にダンパーを取り付ける構造とすることを特徴とする請求項１項記載の垂直軸型風車。
姿勢安定用のワイヤーロープの代わりにダンパーを取り付ける構造とすることを特徴とする請求項１項記載の垂直軸型風車。
交差する２本のワイヤーケーブルのうち吊り上げは片方のワイヤーケーブルで行い、残りのワイヤーケーブルには吊り上げ用のタワーを設けずにアンカーに連結してローターシャフトの横揺れ防止の機能のみとすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか記載の垂直軸型風車。
谷を挟んだ崖などの地形、高層ビル、送電線の支柱などをタワーもしくはタワーの一部として用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の垂直軸型風車。
２つのタワーの間にタワーを増設し、各タワー間にそれぞれローターを設置するよう構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の垂直軸型風車。
吊り上げ用のワイヤーケーブルをダブルにすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の垂直軸型風車。