JP5557392B2 - アウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機軸の固定構造 - Google Patents
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Description
本発明は、アウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機軸の固定構造に関するものである。
近年、二酸化炭素の排出削減、化石燃料の消費削減等の観点から風力エネルギー、太陽エネルギー等の各種自然エネルギーを利用する発電機が注目されている。
風力エネルギーを利用する風力発電機の場合、アウターロータ型、インナーロー型等のロータ構造が採用されている。
このうち、アウターロータ型の風力発電機の場合には、特に強風時等においてアウターロータに大きな遠心力が作用するため、同発電機の発電機軸が変形して故障の要因になる等の事態が多々生じているため、特に発電機軸の軸支体や風力発電設備のポール等に対する固定構造が強固であることが要請される。
特許文献１には、回転するローター軸にサボニウス翼を取付けたサボニウス式風力発電装置であって、ローター軸には中心軸に沿って軸穴を下端から所定の長さ設けると共に、該ローター軸の下端には中空軸アウターローター形発電機を取付けた構成の風力発電装置が開示されている。
この特許文献１の場合も、発電機軸の軸支体やポール等に対する強固な固定構造について格別考慮したものではない。
特開２００７−１０７４９６号公報
本発明が解決しようとする問題点は、強風時等においても発電機の発電機軸が変形したりすることが無く、故障要因を低減することができるようなアウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機軸の固定構造が存在しない点である。
本発明は、風車の回転力を利用して発電するアウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機軸の固定構造であって、前記アウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機本体はアウターロータ内に、このアウターロータと同軸反転する一段又は多段のコアレス型コイル体を内蔵することにより構成され、前記アウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機本体から突出させた発電機軸の端部にネジを設けるとともに、発電機本体から突出させた発電機軸を嵌装して軸支する軸支体側において、前記発電機軸のネジにナットを螺着して軸支体にネジ締め固定を行う構造としたことを最も主要な特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、発電機軸に大きな負荷がかかる場合においても、発電機軸の変形が防止され故障要因を大きく低減することができ、さらには、軸支体の発電機設備のポール等に対する接続構造も強固にできるアウターロータ・コアレス型風力発電機を提供することができる。
請求項２記載の発明によれば、固定支持体、回転支持体からなる軸支体の構成の基に、請求項１記載の発明の場合と同様、発電機軸に大きな負荷がかかる場合においても、発電機軸の変形が防止され故障要因を大きく低減することができ、さらには、軸支体の発電機設備のポール等に対する接続構造も強固にできるアウターロータ・コアレス型風力発電機を提供することができる。
そして請求項１，２記載の発明によれば、アウターロータ内に、このアウターロータと同軸反転する一段又は多段のコアレス型コイル体を内蔵した発電機本体における発電機軸に大きな負荷がかかる場合においても、当該発電機軸の変形が防止され故障要因を大きく低減することができ、さらには、軸支体の発電機設備のポール等に対する接続構造も強固にできるアウターロータ・コアレス型風力発電機を提供することができる。
本発明は、強風時等においても発電機の発電機軸が変形したりすることが無く、故障要因を低減することができるようなアウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機軸の固定構造を提供するという目的を有する。
本発明は、風車の回転力を利用して発電するアウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機軸の固定構造であって、前記アウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機本体はアウターロータ内に、このアウターロータと同軸反転する一段又は多段のコアレス型コイル体を内蔵することにより構成され、前記アウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機本体から突出させた発電機軸の端部にネジを設けるとともに、発電機本体から突出させた発電機軸を嵌装して固定状態に軸支する固定支持体と、固定支持体と同軸配置で軸受を介して結合され、発電機軸を嵌装して回転可能に軸支する回転支持体とからなる軸支体を具備し、前記固定支持体の下部側で前記発電機軸のネジにナットを螺着して固定支持体にネジ締め固定を行う構造としたことにより上記目的を実現した。
以下に、本発明の実施例に係るアウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機軸の固定構造について図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
本実施例に係るアウターロータ・コアレス型風力発電機１の発電機軸１３の固定構造は、アウターロータ・コアレス型風力発電機１の発電機本体１０から突出させた発電機軸１３を、軸支体１１に強固に固定するものである。
本実施例に係るアウターロータ・コアレス型風力発電機１は、図１に示すように、例えばジャイロミル形（垂直軸タイプ）の風車２の下端と、この風車２を地上から所定の高さとなるように支持するポール３の上端との間に配置され、風エネルギーで回転する風車２の回転力を利用して発電出力を得るように構成している。
前記風車２は、風車軸３に対してアーム４を介して例えば３枚のブレード５を取り付け、風車軸３の下端部３ａを前記アウターロータ・コアレス型風力発電機１に取り付けるように構成している。
前記アウターロータ・コアレス型風力発電機１について、図２、図３を参照して具体的に説明する。
前記アウターロータ・コアレス型風力発電機１は、発電機本体１０と、この発電機本体１０を回転可能に支持する軸支体１１とを有している。
前記発電機本体１０は、前記風車２の回転力を受けて回転するアウターロータ１２と、このアウターロータ１２の中央部を軸支し、該アウターロータ１２を回転可能とする発電機軸１３と、前記発電機軸１３により中央部が支持される状態でアウターロータ１２内に内蔵した円盤状のコアレス型コイル体（円盤状に圧縮されたコイルの束）１４と、を有している。
前記発電機軸１３は、下端にネジ１３ａを、上端側に大径部１３ｂを、この大径部１３ｂの下側に突出円板部１３ｃを設けている。
前記アウターロータ１２は、下側が開口した皿円盤状の上部ロータ２１と、上側が開口した皿円盤状の下部ロータ３１とを上下配置に突き合わせて接合し、両者の外周近傍位置において、円形に配列する多数の固定ボルト２２を用いて一体的に固定されるようになっている。
前記アウターロータ１２のうちの上部ロータ２１は、その中央部下側に発電機軸１３の上端部を嵌合させるとともに、その中央部に上側に突出する円柱状の風車取り付け部２１ａを設けている。
前記風車取り付け部２１ａには、円形配置に多数のネジ孔２１ｂが設けられ、前記風車軸３の下端部３ａに接合して図示しない取り付けボルトにより上部ロータ２１と風車軸３の下端部３ａとを一体的に結合し、風車軸３の回転力を伝達するように構成している。
また、前記発電機軸１３における大径部１３ｂの上面側と、その近傍の上部ロータ２１の内底部との間に主軸受２３を配置し、上部ロータ２１、したがってアウターロータ１２を回転可能に軸支している。
前記上部ロータ２１の内底部における前記主軸受２３の外側位置には、大径部１３ｂよりも若干大きい内径を有する円形突部２５が設けられ、この円形突部２５の下端面に全周にわたって円形ギア２６を設けている。
前記上部ロータ２１の内底部における外周近傍位置には、端面を内底面に臨ませる状態で所要数のマグネット２４を円形配置に埋設している。
前記下部ロータ３１は、前記上部ロータ２１と上下略対称形状に形成されている。すなわち、その中央部上面には前記突出円板部１３ｃが入り込む円形凹段部３２が設けられるとともに、この円形凹段部３２の中心位置を前記発電機軸１３が貫通するように構成している。
また、下部ロータ３１の内底部における外周近傍位置には、端面を内底面に臨ませる状態で、かつ、前記上部ロータ２１側のマグネット２４と対向する配置で所要数のマグネット２４を円形配置に埋設している。
このような上部ロータ２１、下部ロータ３１の構成により、両者の内部にコアレス型コイル体１４を収容する収容室３３を形成している。
前記下部ロータ３１の下面側には、その中央部に下側に突出する円柱状の取り付け部３４を設け、この取り付け部３４に円形配置にネジ孔３５を設けている。
前記コアレス型コイル体１４は、前記収容室３３内において前記アウターロータ１２と同軸配置されるとともに、その中央部には、前記上部ロータ２１の円形突部２５が入り込む内径を有する上孔と、前記発電機軸１３の大径部１３ｂより若干大径の下孔とが設けられ、大径部１３ｂが貫通するように構成している。
そして、大径部１３ｂの下端外周と、前記コアレス型コイル体１４の下孔との間に配置した軸受４６を介してコアレス型コイル体１４を前記発電機軸１３により回転可能に支持している。
また、前記コアレス型コイル体１４の上面には、前記上部ロータ２１側のマグネット２４と対応配置で、かつ、近接する状態にコイル部４１を配置し、同様にその下面には、前記下部ロータ３１側のマグネット２４と対応配置で、かつ、近接する状態にコイル部４１を配置している。
さらに、前記コアレス型コイル体１４における上下の各コイル部４１における各コイル部出力端４２は、このコアレス型コイル体１４の下面に臨む位置に配置され、前記円形凹段部３２内に位置する発電機軸１３における突出円板部１３ｃに対向させるように構成している。
そして、前記突出円板部１３ｃの上面に設けた前記各コイル部出力端４２に対応する配置の各ブラシ（集電子）４３、この各ブラシ４３に接続した出力ケーブル４４を介して発電機本体１０による発電出力を取り出すように構成している。
前記コイル部出力端４２、ブラシ４３の構成に替えて、例えばブラシレス型の集電子、スパークレス型の集電子を用いることもできる。
前記コイル部出力端４２、ブラシ４３の構成に替えて、例えばブラシレス型の集電子、スパークレス型の集電子を用いることもできる。
前記前記コアレス型コイル体１４における下孔を形成する円形突出部１４ａの上面側（上孔側）には、前記円形突部２５の円形ギア２６と同様な円形ギア４５を全周にわたって設けている。
また、前記発電機軸１３の大径部１３ｂ外周には、前記上孔内に位置して回転軸を水平方向とした複数の逆転用ギア５１が取り付けられ、この逆転用ギア５１を前記円形ギア２６、円形ギア４５に各々ギア結合している。
このような構成により、前記アウターロータ１２が図２に示す矢印ａ方向に回転するとき、コアレス型コイル体１４は逆転用ギア５１により図２に示す矢印ｂ方向に逆回転するように構成している。
すなわち、前記アウターロータ１２と、コアレス型コイル体１４とを逆転用ギア５１を用いて同軸反転するように構成している。
次に、前記軸支体１１について詳述する。前記軸支体１１は、前記発電機軸１３を中央孔６１ａ内に嵌装して下方に突出させ、発電機軸１３のネジ１３ａに下側からナット６２をねじ込んで固定支持する固定支持体６１と、この固定支持体６１上に密接状態で配置され中央部に設けた前記中央孔６１ａと同径の貫通孔７１ａを前記発電機軸１３が貫通する回転支持体７１との重合構造としている。
すなわち、前記回転支持体７１は固定支持体６１に対してこれら両者間に設けた軸受６３を介して回転可能に支持されるとともに、固定支持体６１の上面外周部に設けた円形溝６１ｂに回転支持体７１の下面外周部に設けた円形突条７１ｂを嵌め込み、これにより、回転支持体７１は固定支持体６１上で密接しつつ円滑に回転し得るように構成している。
前記固定支持体６１の側面には、中央孔６１ａの軸線方向と直交する配置にネジ孔６４が設けられ、固定支持体６１の下側から前記ポール３の上端部を嵌め込み、ボルト６５を用いて前記軸支体１１をポール３の上端部に取り付けるように構成している。
前記回転支持体７１には、前記下部ロータ３１における取り付け部３４のネジ孔３５に対応する配置に取り付けボルト７２が配置され、回転支持体７１と固定支持体６１とを組み付ける前段階において、この回転支持体７１を前記下部ロータ３１に取り付け、その後固定支持体６１を回転支持体７１に組み付けるように構成している。
前記回転支持体７１における貫通孔７１ａの上端部には、発電機軸１３用の支持軸受７３を配置している。
尚、図２において、５２は上部ロータ２１とコアレス型コイル体１４間、及び、下部ロータ３１とコアレス型コイル体１４間に各々配置したコロ軸受である。
次に、上記構成のアウターロータ・コアレス型風力発電機１の発電機軸１３と前記軸支体１１との固定構造について、図４をも参照して説明する。
前記アウターロータ・コアレス型風力発電機１の発電機軸１３を前記軸支体１１に嵌装し固定するに際しては、発電機軸１３を回転支持体７１の貫通孔７１ａ、固定支持体６１の中央孔６１ａの順に嵌装し、発電機軸１３に設けたネジ１３ａを固定支持体６１の下部に突出させる。
次いで、ナット６２を前記ネジ１３ａに螺着し図４に示すように締め付け固定することで、前記発電機軸１３の下端側を前記固定支持体６１の下部に強固に固定する。
本実施例の発電機軸１３と軸支体１１との固定構造によれば、例えば強風時等において風車２の高速回転等に伴い、アウターロータ・コアレス型発電機１のアウターロータ１２を介して発電機軸１３に大きな負荷がかかる場合においても、この発電機軸１３は前記固定支持体６１により強固に支持されることになり、発電機軸１３の変形が防止され故障要因を大きく低減することができる。
また、上述した本実施例の発電機軸１３と軸支体１１との固定構造は、発電機軸１３の下端側を固定支持体６１の下部に強固に固定するものであるから、図２に示す如くボルト６５を用いて軸支体１１をポール３の上端部に取り付けるという軸支体１１のポール３に対する接続構造に関しても発電機軸１３の存在が何等支障にならず、これにより、軸支体１１のポール３に対する接続構造も強固なものとすることができるという利点がある。
尚、上述したアウターロータ・コアレス型風力発電機１においては、発電機本体１０として、１段のコアレス型コイル体１４をアウターロータ１２内に配置した場合を示しているが、この他、アウターロータ内に２段、３段、４段等さらに多段のコアレス型コイル体を配置した構成のアウターロータ・コアレス型風力発電機の場合においても、上述した固定構造を採用することで、発電機軸１３の変形が防止され故障要因を大きく低減することができ、また、軸支体１１のポール３に対する接続構造も強固なものとすることができるという効果を奏する。
本発明は、上述したようなジャイロミル形の風車に連結する風力発電機の場合に限らず、ダリウス形、サボニウス形等の垂直軸型の各種風車に連結し発電するアウターロータ型風力発電機として広範に応用可能である。また、アウターロータ・コアレス型構造に限らず、通常のアウターロータ・固定子構造の風力発電機にも応用可能である。
１ アウターロータ・コアレス型風力発電機
２ 風車
３ ポール
３ 風車軸
３ａ 下端部
４ アーム
５ ブレード
１０ 発電機本体
１１ 軸支体
１２ アウターロータ
１３ 発電機軸
１３ａ ネジ
１３ｂ 大径部
１３ｃ 突出円板部
１４ コアレス型コイル体
１４ａ 円形突出部
２１ 上部ロータ
２１ａ 風車取り付け部
２１ｂ ネジ孔
２２ 固定ボルト
２３ 主軸受
２４ マグネット
２５ 円形突部
２６ 円形ギア
３０ 中ロータ
３１ 下部ロータ
３２ 円形凹段部
３３ 収容室
３４ 取り付け部
３５ ネジ孔
４１ コイル部
４２ コイル部出力端
４３ ブラシ
４４ 出力ケーブル
４５ 円形ギア
４６ 軸受
５１ 逆転用ギア
５２ コロ軸受
６１ 固定支持体
６１ａ 中央孔
６１ｂ 円形溝
６２ ナット
６３ 軸受
６４ ネジ孔
６５ ボルト
７１ 回転支持体
７１ａ 貫通孔
７１ｂ 円形突条
７２ 取り付けボルト
７３ 支持軸受
２ 風車
３ ポール
３ 風車軸
３ａ 下端部
４ アーム
５ ブレード
１０ 発電機本体
１１ 軸支体
１２ アウターロータ
１３ 発電機軸
１３ａ ネジ
１３ｂ 大径部
１３ｃ 突出円板部
１４ コアレス型コイル体
１４ａ 円形突出部
２１ 上部ロータ
２１ａ 風車取り付け部
２１ｂ ネジ孔
２２ 固定ボルト
２３ 主軸受
２４ マグネット
２５ 円形突部
２６ 円形ギア
３０ 中ロータ
３１ 下部ロータ
３２ 円形凹段部
３３ 収容室
３４ 取り付け部
３５ ネジ孔
４１ コイル部
４２ コイル部出力端
４３ ブラシ
４４ 出力ケーブル
４５ 円形ギア
４６ 軸受
５１ 逆転用ギア
５２ コロ軸受
６１ 固定支持体
６１ａ 中央孔
６１ｂ 円形溝
６２ ナット
６３ 軸受
６４ ネジ孔
６５ ボルト
７１ 回転支持体
７１ａ 貫通孔
７１ｂ 円形突条
７２ 取り付けボルト
７３ 支持軸受
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- 風車の回転力を利用して発電するアウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機軸の固定構造であって、
前記アウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機本体はアウターロータ内に、このアウターロータと同軸反転する一段又は多段のコアレス型コイル体を内蔵することにより構成され、
前記アウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機本体から突出させた発電機軸の端部にネジを設けるとともに、
発電機本体から突出させた発電機軸を嵌装して軸支する軸支体側において、前記発電機軸のネジにナットを螺着して軸支体にネジ締め固定を行う構造としたことを特徴とするアウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機軸の固定構造。 - 風車の回転力を利用して発電するアウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機軸の固定構造であって、
前記アウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機本体はアウターロータ内に、このアウターロータと同軸反転する一段又は多段のコアレス型コイル体を内蔵することにより構成され、
前記アウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機本体から突出させた発電機軸の端部にネジを設けるとともに、
発電機本体から突出させた発電機軸を嵌装して固定状態に軸支する固定支持体と、固定支持体と同軸配置で軸受を介して結合され、発電機軸を嵌装して回転可能に軸支する回転支持体とからなる軸支体を具備し、前記固定支持体の下部側で前記発電機軸のネジにナットを螺着して固定支持体にネジ締め固定を行う構造としたことを特徴とするアウターロータ・コアレス型風力発電機の発電機軸の固定構造。
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