JP5620941B2 - 垂直軸型流体発電装置の回転軸装置及び垂直軸型流体発電装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態に係る垂直軸型風力発電装置1を示す外観図である。
図2は、垂直軸型風力発電装置1を示す側断面図である。
回転機構2のうち、回転軸20、軸受30及びケーシング40から構成される装置を回転軸装置3と呼ぶ。
これら回転機構2及び発電機構4は、地面Fに立設されて鉛直方向に延びるタワー(支柱)6の上部に配設される。
複数のブレード11は、地面Fと鉛直方向に延びるように配置される。複数のブレード11は、回転軸20の中心軸C回りに、周方向均等に間隔をあけて、配設される。複数のブレード11は、これらを支持する複数のアーム12を介して回転軸20に連結される。
ブレード11は、風Wを受けると揚力を発生する形状に形成される。この揚力によって、風車10が回転軸20の中心軸C回りに回転する。
風車10は、風向きに対して依存性がない。すなわち、どの方向からの風Wに対しても風車10を回転軸20の中心軸C回りに回転可能な形状に設定される。
アーム12の他端には、ブレード11が連結される。1つのブレード11に対して、一対のアーム12が中心軸C方向に離間して平行に設けられる。
軸受30は、回転軸20の中心軸C方向に互いに離間するラジアル軸受31と、複列のアンギュラ軸受35,36とを備える。
ラジアル軸受31は、中心軸C方向の発電機50側の端部に配設される。具体的には、ラジアル軸受31の内輪32が、回転軸20の下端側に固設される。
具体的には、複列のアンギュラ軸受35,36のそれぞれのボール転走溝21が回転軸20の中央部に並んで形成される。
アンギュラ軸受35,36は、外輪37,38のみを有し、内輪は回転軸20に形成されている。このため、回転軸20には、複列のアンギュラ軸受35,36が設けられる箇所の外周面に、複数のボール(転動体)39が転走する2つのボール転走溝21が形成される。
2つのボール転走溝21は、それぞれ、回転軸20の外周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、中心軸Cに向かって窪む凹曲線形に形成される。
ケーシング40の上側部分41の内周面には、上端側に、アンギュラ軸受35,36の外輪37,38が固設される。ケーシング40の上側部分41の内周面には、下端側に、ラジアル軸受31の外輪33が固設される。
アンギュラ軸受35,36は、同一直径の複数のボール39を有する。アンギュラ軸受35,36のボール39は、ラジアル軸受31のボール34とは、例えば異なる直径を有することができる。これに限定されず、同一直径であってもよい。
発電機50は、回転軸20の回転によって得られる回転力(機械エネルギー)を電気エネルギーに変換して電力を発電する。
発電機50は、回転軸20の下端に連結されて回転軸20とともに回転するマグネットロータ51と、マグネットロータ51の外周側を取り囲むように配設されたコイルステータ52と、を備える。
そして、マグネットロータ51がコイルステータ52に対して中心軸C回りに回転することにより、マグネットロータ51とコイルステータ52との間で電磁誘導が発生して、電力が発電される。
図4は、ボール転走溝21の検査方法を説明する図である。
図5は、従来のボール転走溝を示す拡大断面図である。
すなわち、ボール転走溝21は、溝中央Tを基準にして軸方向一方側(図面左側)に形成される第一溝面22と、軸方向他方側(図面右側)に形成される第二溝面23を有する。
第一溝面22と第二溝面23は、溝中央Tを基準にして対称な円弧形状である。第一溝面22の中心S1は、溝中央Tよりも軸方向他方側(左右側)に位置し、第二溝面23の中心S2は、溝中央Tよりも軸方向一方側(左側)に位置する。これにより、ボール転走溝21は、溝中央Tの部分が尖ったように深く形成されたゴシックアーチ形状(尖頭アーチ形)に形成される。
なお、アンギュラ軸受35のボール39は、第二溝面23を転動し、アンギュラ軸受36のボール39は、第一溝面22を転動する。このような構造とすることで、ボール転走溝21とボール39が一点接触構造となり、差動滑りを低減できる。
具体的には、ボール転走溝21のP.C.D.(the pitch circle diameter)を厳密に管理する必要がある。
これと同様に、ボール転走溝21のP.C.D.の測定においても、マイクロメータMの測定子Msが軸方向に位置ずれしなことが必須条件となる。
このため、測定子Msが軸方向(図3の左右方向)に位置ずれが発生することはない。したがって、マイクロメータM(測定子Ms)を用いてボール転走溝21のP.C.D.を確実に測定することができる。
しかし、円柱形部材である回転軸90のボール転走溝91に対しては、P.C.D.をマイクロメータM(測定子Ms)を用いて確実に測定することは不可能である。
なぜなら、測定子Msは、ボール転走溝91に対して一点接触するに過ぎないからである。このため、測定子Msは、溝面92に当接しつつ、軸方向に移動(位置ずれ)してしまう。
したがって、マイクロメータM(測定子Ms)を用いてボール転走溝91のP.C.D.を確実に測定することは不可能である。
このため、測定子Msの軸方向の位置が定まるものの、測定子Msが溝面92に当接しないので、ボール転走溝91のP.C.D.を確実に測定することは不可能である。
また、回転軸20と軸受30(アンギュラ軸受35,36)が一体的に構成とされることにより、軸受30の内輪を削除できる。このため、装置の径方向の外形をコンパクトに形成でき、かつ、コストダウンが図られる。
複列のアンギュラ軸受が回転軸20の中心軸C方向の下側に配置され、ラジアル軸受が回転軸20の中心軸C方向の上側に配置されていてもよい。
Claims (3)
- 軸体と、前記軸体の中心軸回りに間隔をあけて配列されるとともに、前記軸体に接続される複数のブレードと、軸受を介して前記軸体を回転可能に支持する支持体と、前記軸体の回転により電力を発電する発電機と、を備える垂直軸型流体発電装置の回転軸装置であって、
前記軸受として、アンギュラ軸受を複列で備え、
前記軸体には、外周面に、前記アンギュラ軸受の転動体を転走させるボール転走溝が前記アンギュラ軸受に対応して複列で形成され、
前記ボール転走溝は、溝中央を基準にして、前記軸体の軸方向の一方側に形成される第一溝面と、前記軸方向の他方側に形成される第二溝面と、を有するゴシックアーチ状に形成され、
前記第一溝面及び前記第二溝面は、それぞれの曲率半径よりも小さく前記転動体の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する球体の測定子がそれぞれ一点で接触する間隔で形成され、
前記転動体が、前記第一溝面及び前記第二溝面のいずれか一方にのみ接触して転走し、他方には接触しないアンギュラコンタクト構造を有することを特徴とする垂直軸型流体発電装置の回転軸装置。 - 前記軸受として、さらにラジアル軸受を備えることを特徴とする請求項1に記載の垂直軸型流体発電装置の回転軸装置。
- 請求項1または2に記載の垂直軸型流体発電装置の回転軸装置を備えることを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
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