JP5650304B1

JP5650304B1 - 発電装置

Info

Publication number: JP5650304B1
Application number: JP2013225214A
Authority: JP
Inventors: 弘志山口; 貫史三戸
Original assignee: 株式会社志磨テック
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: JP2015086770A

Abstract

【課題】発電効率が高い発電装置を提供する。【解決手段】発電装置１０は、発電機１２と、発電機１２のみに連結された回転軸１４２及び回転軸１４２に設けられたブレード１４４を有し、発電機１２を駆動する回転体１４と、回転体１４の外側に配置され、ブレード１４４に流体を導入する導入器１６と、発電機１２に対して導入器１６を固定する固定部１８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置に関する。

特許文献１には、回転軸と一体回転可能な複数のブレードを該回転軸の周りに配設した揚力型垂直軸風車が記載されている。この揚力型垂直軸風車は、複数のブレードの回転円周よりも大きく形成されるとともに、回転軸を回転可能に軸支する支持部材と、複数のブレードの回転円周よりも外方に位置する支持部材に、回転円周よりも大きな円周に沿って等間隔に配設される複数の遮風板と、を備えている。

特開２０１２−２１５１４８号公報

ここで一般に、発電装置は発電効率が高いことが好ましい。
本発明は、発電効率が高い発電装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る発電装置は、発電機と、
前記発電機のみに連結された回転軸及び該回転軸から延びるアームを介して該回転軸に固定されたブレードを有し、前記発電機を駆動する回転体と、
前記回転体の外側に配置され、前記ブレードに流体を導入する導入器と、
前記発電機に対して前記導入器を固定する固定部と、を備え、
前記導入器は、第１の支持部材と、
前記第１の支持部材と間隔を空けて配置された第２の支持部材と、
前記第１の支持部材と前記第２の支持部材とを連結し、前記ブレードに流体を導入する複数の導入板と、を有し、
前記第１の支持部材及び前記第２の支持部材に、それぞれ、前記導入器内部の圧力が上昇することを抑制するための開口部が形成され、
前記ブレード及び前記複数の導入板は、それぞれ、前記回転軸が延びる方向に延びている。

本発明に係る発電装置において、
前記第１の支持部材と前記第２の支持部材とは、前記複数の導入板のみによって連結されていることが好ましい。

本発明に係る発電装置において、
前記複数の導入板は、導入板Ａ及び導入板Ｂにより少なくとも構成され、
前記導入板Ａに、前記発電機に接続されるケーブルが通る孔が長手方向に形成されていることが好ましい。

本発明に係る発電装置において、
前記第２の支持部材を支持し、設置面から上下方向に延びる支柱を更に備えることができる。

本発明に係る発電装置において、
前記発電機又は前記固定部が、天井面又は壁面に固定されていてもよい。

本発明に係る発電装置において、
前記第２の支持部材は、第１の支持部と、
前記第１の支持部と間隔を空けて配置された第２の支持部と、を有し、
前記導入板Ａの前記第１の支持部材とは反対側の端部は、前記第１の支持部及び前記第２の支持部によって支持され、
前記導入板Ｂの前記第１の支持部材とは反対側の端部は、前記第１の支持部のみによって支持されていることが好ましい。

本発明に係る発電装置において、
前記発電機が前記回転軸を回転可能に支持する軸受けを有し、
前記アームが、前記軸受けの摩擦抵抗を低減する揚力を発生する翼型となっていることが好ましい。

本発明によれば、発電効率が高い発電装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る発電装置の上側からみた斜視図である。同発電装置の下側からみた斜視図である。同発電装置の側面図である。同発電装置が有する回転体を平面視した説明図である。同発電装置が有する回転体の変形例を示す説明図である。同発電装置の側断面を示す説明図である。同発電装置の分解図であって、同発電装置が有する回転体の斜視図である。同発電装置が有する導入器の斜視図である。同発電装置が有する導入器が有する導入板の断面図である。同発電装置が天井面に設置された状態を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る発電装置１０は、発電機１２、回転体１４、導入器１６、及び固定部１８を備えている。
まず、発電機１２及び回転体１４について説明する。

発電機１２は、例えば、アウターローター型の永久磁石式発電機である。発電機１２は、発電装置１０の上部に設けられている。
回転体１４は、図４Ａ、図５及び図６に示すように、回転軸１４２及び回転軸１４２に設けられた複数のブレード１４４を有し、発電機１２を駆動できる。

回転軸１４２は、図５に示すように、上下方向に延び、上側の端部が発電機１２のアウターローター１２２に連結されている。回転軸１４２は、発電機１２の内部に設けられた軸受１２４のみによって、回転可能となるように支持されている。従って、発電装置１０は、回転軸の上端部及び下端部がそれぞれ軸受けによって支持されている場合と比較して、回転軸１４２を支持する軸受けの数が少なく、軸受けによる摩擦抵抗が低減されているので、発電効率が高い。
回転軸１４２には、下側の端部から回転軸１４２を中心として放射状に延びる複数のアーム１４６が設けられている。これらアーム１４６の数は、例えば５本である。アーム１４６は、回転体１４が回転すると上向きの揚力を発生する翼型をしている。従って、アーム１４６が揚力を発生することによって、回転体１４には回転軸１４２の長手方向上向きの力が発生し、発電機１２の軸受１２４による摩擦抵抗を低減できる。その結果、発電装置１０の発電効率が向上する。

ブレード１４４は、風（流体の一例）を受けると揚力を発生し、この揚力によって回転体１４を図４Ａに示す矢印の方向に回転させることができる。ブレード１４４は、例えば５枚設けられている。
ブレード１４４は翼型となっており、ブレード１４４の前縁は回転体１４の回転方向側に配置され、後縁は回転体１４の回転方向とは反対側に配置されている。翼型の下面（ｌｏｗｅｒｓｕｒｆａｃｅ）に対応するブレード１４４の面１４５は、回転軸１４２（図５参照）の側に配置されている。
ブレード１４４は上下方向に延び、面１４５の上下方向中央部にて、アーム１４６を介して回転軸１４２に固定されている。

ここで、回転体１４の変形例である回転体１４ａを図４Ｂに示す。なお、図４Ｂにおいては、発電機１２及び固定部１８（後述する湾曲部材１８２）が省略されている。以下、この回転体１４ａについて説明する。
回転体１４ａの回転軸１４２には、下側の端部から回転軸１４２を中心として放射状に延びる複数の第１のアーム１４８ａが設けられている。第１のアーム１４８ａの先端部からは、回転体１４ａが回転する方向の側に向かって（平面視して第１のアーム１４８ａが延びる方向と交差する方向に）、第２のアーム１４８ｂが延びている。
ブレード１４４は、ブレード１４４が発生する揚力及び抗力によって、回転体１４を図４Ｂに示す矢印の方向に回転させることができる。

ブレード１４４の前縁は、回転体１４ａの回転軸１４２とは反対側に配置され、ブレード１４４の後縁は、回転軸１４２の側に配置されている。翼型の下面（ｌｏｗｅｒｓｕｒｆａｃｅ）に対応するブレード１４４の面１４５は、回転体１４ａの回転方向とは反対側に配置されている。
ブレード１４４は上下方向に延び、面１４５の上下方向中央部にて、第２のアーム１４８ｂの先端部に固定されている。すなわち、ブレード１４４は、第１のアーム１４８ａ及び第２のアーム１４８ｂを介して回転軸１４２に固定されている。

次に、導入器１６及び固定部１８について説明する。
導入器１６は、図４Ａに示すように、回転体１４の外側に配置され、回転体１４のブレード１４４に風を導入することができる。導入器１６によって、導入器１６の内部に効率的に風が導入され、ブレード１４４により多くの風が当たるようになるので、低い風速であっても回転体１４が回転できる。換言すると、回転体１４は、導入器１６を有していない場合と比較して、同じ風速であれば、より高速で回転できる。
導入器１６は、図７に示すように、上側支持部材（第１の支持部材の一例）１６１、下側支持部材（第２の支持部材の一例）１６２、及び複数の導入板１６４を有している。
上側支持部材１６１は、開口部ｈａ（図６参照）が形成された、例えば円環状の板状の部材である。

下側支持部材１６２は、上側支持部材１６１の下側に間隔を空けて配置されている。下側支持部材１６２は、複数の導入板１６４のみによって、上側支持部材１６１と連結されている。下側支持部材１６２は、複数の導入板１６４のみによって上側支持部材１６１と連結され、下側支持部材１６２を上側支持部材１６１に連結するための部材が導入板１６４以外に配置されていないので、導入器１６の内部に導入される風の流れを妨げることが抑制される。

下側支持部材１６２は、第１の支持部１６２ａ及び第２の支持部１６２ｂを有している。
第１の支持部１６２ａは、開口部ｈｂ（図６参照）が形成された、例えば円環状の板状の部材である。
第２の支持部１６２ｂは、２つの円弧状の板状の部材である。第２の支持部１６２ｂは、それぞれ、第１の支持部１６２ａの下側に間隔を空けて配置されている。
第１の支持部１６２ａ及び第２の支持部１６２ｂは、交差した２枚の板状の部材によって構成された連結部材１６６によって互いに固定されている。この連結部材１６６は、設置面から上下方向に延びる支柱２０の上端部に固定される。

導入板１６４は、例えば１２枚設けられている。各導入板１６４は、上下方向に延び、その断面（翼断面）の形状が六角形状である（図８参照）。詳細には、各導入板１６４の翼断面の形状は、対向する辺が１組だけ存在し、この１組の辺が残りの４つの辺よりも長くなるような六角形状となっている。導入板１６４は、翼断面がこのような六角形状であるので、回転体１４のブレード１４４に風を効率よく導入できる。
導入板１６４には、図３に示すように、導入板１６４ａ（導入板Ａの一例）及び導入板１６４ｂ（導入板Ｂの一例）の２種類が存在する。

導入板１６４ａは、例えば、ステンレス製である。導入板１６４ａの上側の端部は、上側支持部材１６１に固定されている。導入板１６４ａの下側の端部（上側支持部材１６１とは反対側の端部）には、下方に延びる固定軸部１６７が設けられ、この固定軸部１６７が下側支持部材１６２の第１の支持部１６２ａ及び第２の支持部１６２ｂに固定されている。
導入板１６４ａの数は、例えば４枚である。導入板１６４ａは、発電装置１０を平面視して、実質的に等間隔で円周方向に配置されることが好ましい。

複数の導入板１６４ａのうち、一部の導入板１６４ａの内部の長手方向には、図５に示すように、発電機１２に接続されたケーブル（不図示）を通る孔１６８（図５参照）が形成されている。このように、導入板１６４ａに形成された孔１６８にケーブルが配置されることによって、ケーブルが導入器１６の内部に導入される風の流れを妨げることが抑制される。また、孔１６８が形成されることによって、孔１６８の分だけ導入板１６４ａが軽量化され、発電装置１０の重量が低減される。

導入板１６４ｂは、例えば、アルミニウム製である。導入板１６４ｂの上側の端部は、上側支持部材１６１に固定されている。導入板１６４ｂの下側の端部は、第１の支持部１６２ａのみによって固定されている。
なお、導入板１６４ｂの数は、例えば８枚である。

ここで、発明者は、上側支持部材１６１及び下側支持部材１６２の第１の支持部１６２ａの外径を変えることなく、それぞれ径方向の厚みを大きく（内径を小さく）することによって、開口部ｈａ、ｈｂ（図６参照）の開口割合を０％、２５％、５０％、７５％、１００％に変化させ、各開口割合における発電装置１０の発電量を求める実験を行った。なお各開口部ｈａ、ｈｂを全て塞いだ状態の開口割合が０％、各開口部ｈａ、ｈｂを塞いでいない状態の開口割合が１００％となる。

実験の結果、開口割合が増加するに従って、回転体１４の回転速度が増大し、発電機１２の発電量が増加した。
従って、発電装置１０は、上側支持部材１６１及び下側支持部材１６２に、それぞれ開口部ｈａ、ｈｂが形成されていることにより、すなわち、図１及び図２に示すように、回転体１４の上下方向（回転軸１４２の長手方向）が開放されている（塞がれていない）ことにより、導入器１６の内部の圧力が上昇することが抑制されていることが好ましいことが明らかとなった。

固定部１８は、発電機１２（図５参照）と導入器１６の上側支持部材１６１とを互いに固定できる。固定部１８は、例えば４つの湾曲した湾曲部材１８２によって構成される。各湾曲部材１８２は、発電機１２のケース１２６の側面から出て下方へと曲がって延び、下側の端部が上側支持部材１６１に固定される。
すなわち、固定部１８は、発電機１２に対して導入器１６を固定できる。

続いて、発電装置１０の動作について説明する。
発電装置１０に向かって吹く風は、まず、導入器１６の導入板１６４によって内部に導入され、回転体１４のブレード１４４に当たる。ブレード１４４に風が当たると、ブレード１４４には揚力が発生し、回転体１４は回転軸１４２の回りに回転する（図４Ａに示す矢印参照）。回転体１４が回転すると、発電機１２のアウターローター１２２（図５参照）が回転し、電力が発生する。発生した電力は、導入板１６４ａの内部に形成された孔１６８を通るケーブル（不図示）を介して、外部の装置に供給される。

次に、発電装置１０の製造方法について説明する。発電装置１０は、次のステップに従って製造される。

（ステップＳ１）
上側支持部材１６１に、各湾曲部材１８２を溶接する。

（ステップＳ２）
湾曲部材１８２に発電機１２を取り付ける。

（ステップＳ３）
発電機１２に回転体１４を組み付ける。発電機１２に回転体１４を組み付ける作業は、発電機１２に回転体１４の回転軸１４２を取り付けるだけでよいので、回転軸１４２の両端が支持されている場合と比較して、組み付け作業が容易である。

（ステップＳ４）
上側支持部材１６１に複数の導入板１６４を取り付ける。

（ステップＳ５）
導入板１６４に下側支持部材１６２を取り付ける。また、導入板１６４ａに形成された孔１６８に、ケーブルを通し、発電機１２に接続する。

（ステップＳ６）
下側支持部材１６２に支柱２０を取り付ける。

このように、本実施の形態に係る発電装置１０は、回転体１４が発電機１２のみによって支持されているので発電効率が高い。
なお、発電装置は、例えば、図９に示すように、発電機１２ａが天井面３０に固定されてもよい。発電機１２ａに代えて、固定部１８が天井面３０に固定されてもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
発電装置は、風以外にも、水、蒸気、及び排ガス等を受けて動作することも可能である。

１０：発電装置、１２：発電機、１２ａ：発電機、１４、１４ａ：回転体、１６：導入器、１８：固定部、２０：支柱、３０：天井面、ｈａ、ｈｂ：開口部、１２２：アウターローター、１２４：軸受、１２６：ケース、１４２：回転軸、１４４：ブレード、１４５：面、１４６：アーム、１４８ａ：第１のアーム、１４８ｂ：第２のアーム、１６１：上側支持部材、１６２：下側支持部材、１６２ａ：第１の支持部、１６２ｂ：第２の支持部、１６４：導入板、１６４ａ、１６４ｂ：導入板、１６６：連結部材、１６７：固定軸部、１６８：孔、１８２：湾曲部材、ｈａ、ｈｂ：開口部

Claims

発電機と、
前記発電機のみに連結された回転軸及び該回転軸から延びるアームを介して該回転軸に固定されたブレードを有し、前記発電機を駆動する回転体と、
前記回転体の外側に配置され、前記ブレードに流体を導入する導入器と、
前記発電機に対して前記導入器を固定する固定部と、を備え、
前記導入器は、第１の支持部材と、
前記第１の支持部材と間隔を空けて配置された第２の支持部材と、
前記第１の支持部材と前記第２の支持部材とを連結し、前記ブレードに流体を導入する複数の導入板と、を有し、
前記第１の支持部材及び前記第２の支持部材に、それぞれ、前記導入器内部の圧力が上昇することを抑制するための開口部が形成され、
前記ブレード及び前記複数の導入板は、それぞれ、前記回転軸が延びる方向に延びている発電装置。
請求項１記載の発電装置において、
前記第１の支持部材と前記第２の支持部材とは、前記複数の導入板のみによって連結されている発電装置。
請求項１又は２記載の発電装置において、
前記複数の導入板は、導入板Ａ及び導入板Ｂにより少なくとも構成され、
前記導入板Ａに、前記発電機に接続されるケーブルが通る孔が長手方向に形成されている発電装置。
請求項３記載の発電装置において、
前記第２の支持部材を支持し、設置面から上下方向に延びる支柱を更に備えた発電装置。
請求項３記載の発電装置において、
前記発電機又は前記固定部が、天井面又は壁面に固定された発電装置。
請求項３〜５のいずれか１項に記載の発電装置において、
前記第２の支持部材は、第１の支持部と、
前記第１の支持部と間隔を空けて配置された第２の支持部と、を有し、
前記導入板Ａの前記第１の支持部材とは反対側の端部は、前記第１の支持部及び前記第
２の支持部によって支持され、
前記導入板Ｂの前記第１の支持部材とは反対側の端部は、前記第１の支持部のみによっ
て支持されている発電装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発電装置において、
前記発電機が前記回転軸を回転可能に支持する軸受けを有し、
前記アームが、前記軸受けの摩擦抵抗を低減する揚力を発生する翼型となっている発電装置。