JP5652929B1 - Wind power generator - Google Patents

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Abstract

【課題】 発電効率をさらに高めた風力発電装置を提供する。【解決手段】 風圧を受ける風受け板２を傾斜角度自在に支持する複数の風受けユニット３と、風受けユニット３を風上側の前端から風下側の後端に移動可能に支持すると共に、後端に達した風受けユニット３を前端へ移動可能に支持するフレーム４と、風受けユニット３がフレーム４の前端側から後端側へ移動するときに風受け板２を風を受ける傾斜角度に配置し、風受けユニット３がフレーム４の後端側から前端側へ移動するときに風を避ける傾斜角度に配置するように制御する傾斜角度調整機構５と、風受けユニット３がフレーム４前端側から後端側へ移動するときの運動力を電力に変換する発電装置６とを有する構造とする。【選択図】 図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind power generator with further improved power generation efficiency. SOLUTION: A plurality of wind receiving units 3 that support a wind receiving plate 2 that receives wind pressure so as to freely tilt, and a wind receiving unit 3 that is movably supported from a front end on the windward side to a rear end on the leeward side, and rear A frame 4 that supports the wind receiving unit 3 that has reached the end so as to be movable to the front end, and an inclination angle that receives the wind when the wind receiving unit 3 moves from the front end side to the rear end side of the frame 4. An inclination angle adjusting mechanism 5 that is disposed and controlled to be arranged at an inclination angle that avoids wind when the wind receiver unit 3 moves from the rear end side to the front end side of the frame 4; And a power generator 6 that converts the kinetic force when moving from the rear end to the rear end side into electric power. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、風圧を電気エネルギーに変換する風力発電装置に関するものである。   The present invention relates to a wind turbine generator that converts wind pressure into electrical energy.

本発明者は、下記特許公報において、風受け板がフレームを往復運動し、風圧を受けて後退する間に運動エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置を提案した。この往復型風力発電装置は、発電効率が高く、かつ低コストで製造できると共に、強風に耐えられる強度を有するもので、普及が期待されている。   In the following patent publication, the present inventor proposed a wind power generator that reciprocates a frame and converts kinetic energy into electric energy while moving backward by receiving wind pressure. This reciprocating wind power generator has high power generation efficiency and can be manufactured at a low cost, and has a strength capable of withstanding strong winds, and is expected to spread.

特許第５２０７４１２号Japanese Patent No. 520712

しかしながら、本発明者が更に検討した結果、上述した往復型風力発電装置は、風受け板を一枚しか配置することができない。そのため、風受け板を風上側の前端へ戻すときに、発電が行えず、発電効率を高める改良の余地があることが分かった。   However, as a result of further examination by the present inventors, the above-described reciprocating wind power generator can arrange only one wind receiving plate. Therefore, it was found that when the wind receiving plate is returned to the front end on the windward side, power generation cannot be performed, and there is room for improvement to improve power generation efficiency.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、発電効率をさらに高めた風力発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a wind turbine generator that further increases power generation efficiency.

上記目的を達成するため、本発明の風力発電装置は、風圧を受ける風受け板を傾斜角度自在に支持する複数の風受けユニットと、前記風受けユニットを風上側の前端から風下側の後端に移動可能に支持すると共に、前記後端に達した前記風受けユニットを前記前端へ移動可能に支持するフレームと、前記風受けユニットが前記前端側から前記後端側へ移動するときに前記風受け板を風を受ける傾斜角度に配置し、前記風受けユニットが前記後端側から前記前端側へ移動するときに風を避ける傾斜角度に配置するように制御する傾斜角度調整機構と、前記風受けユニットが前記前端側から前記後端側へ移動するときの運動力を電力に変換する発電装置とを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a wind turbine generator according to the present invention includes a plurality of wind receiving units that support a wind receiving plate that receives wind pressure at an arbitrary inclination angle, and the wind receiving units from a windward front end to a windward rear end. A frame that supports the wind receiving unit that has reached the rear end so as to be movable to the front end, and the wind receiving unit moves from the front end side to the rear end side. An inclination angle adjusting mechanism that arranges a receiving plate at an inclination angle for receiving wind, and controls the wind receiving unit to be arranged at an inclination angle that avoids wind when moving from the rear end side to the front end side; And a power generation device that converts a motive force when the receiving unit moves from the front end side to the rear end side into electric power.

本発明の風力発電装置は、風圧を受ける風受け板を傾斜角度自在に支持する一つの風受けユニットが、傾斜角度調整機構によって風を受ける傾斜角度に配置された風受け板が風を受けてフレームを風上側の前端から風下側の後端まで移動する間に発電すると共に、他の風受けユニットが傾斜角度調整機構によって風を避ける傾斜角度に配置された風受け板が風を避けてフレームを風下側の後端から風上側の前端へ移動する動作を行うことができる。このため、常にいずれかの風受けユニットが風を受けて循環して発電するので、発電時間に切れ目がほとんど無くなり、従来の風力発電装置と比較して発電効率を飛躍的に高めることができる。   In the wind power generator of the present invention, one wind receiving unit that supports a wind receiving plate that receives wind pressure at an arbitrary inclination angle is received by the wind receiving plate that is disposed at an inclination angle that receives wind by the inclination angle adjusting mechanism. While the frame is moving from the windward front end to the leeward rear end, the wind receiving plate arranged at an inclination angle where the other wind receiving units avoid the wind by the inclination angle adjusting mechanism avoids the wind. Can be moved from the rear end of the leeward side to the front end of the leeward side. For this reason, since one of the wind receiving units always receives the wind and circulates to generate power, there is almost no break in the power generation time, and the power generation efficiency can be dramatically improved as compared with the conventional wind power generator.

また、本発明の風力発電装置は、前記構造に加えて、前記フレームを回転自在に支持するリング状のレールと、風の向きを検出する風向計と、前記風向計で検出された風の向きに前記フレームを向けるように前記フレームを前記レール上で回転させるフレーム方向変換機構とを有する。   In addition to the above structure, the wind power generator of the present invention includes a ring-shaped rail that rotatably supports the frame, an anemometer that detects the direction of the wind, and the direction of the wind detected by the anemometer. And a frame direction changing mechanism for rotating the frame on the rail so that the frame is directed to the frame.

これによって、風受け板が常に風と向き合うようにフレームの向きを調節することができる。   Thereby, the direction of the frame can be adjusted so that the wind receiving plate always faces the wind.

また、本発明の風力発電装置は、前記構造に加えて、風速計を有し、前記傾斜角度調整機構が、前記風速計で計測された風速に応じて風受け板の傾斜角度を変化させる。   In addition to the above structure, the wind power generator of the present invention has an anemometer, and the tilt angle adjusting mechanism changes the tilt angle of the wind receiving plate according to the wind speed measured by the anemometer.

これによって、風速が速すぎるときに、風受け板の傾斜角度を風を逃がすように配置し、発電装置が強風で破損することを防止して、装置の安定性を高めることができる。   Thus, when the wind speed is too high, the wind receiving plate can be disposed at an inclination angle so as to allow the wind to escape, and the power generation apparatus can be prevented from being damaged by strong wind, thereby improving the stability of the apparatus.

本発明の風力発電装置は、複数の風受けユニットが循環しながら発電を行うため、発電効率に優れる。   The wind power generator of the present invention is excellent in power generation efficiency because it generates power while circulating a plurality of wind receiving units.

本発明の風力発電装置の一実施形態の全体を示す概略平面図である。1 is a schematic plan view showing an entire embodiment of a wind turbine generator according to the present invention. 本発明の風力発電装置の一実施形態の全体を示す概略側面図である。1 is a schematic side view showing an entire embodiment of a wind turbine generator according to the present invention. 本発明の風力発電装置の一実施形態の風受けユニットを示す（ａ）平面図と（ｂ）側面図である。It is the (a) top view and (b) side view which show the wind-receiving unit of one Embodiment of the wind power generator of this invention. 本発明の風力発電装置の一実施形態のガイドローラーの構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the guide roller of one Embodiment of the wind power generator of this invention. 本発明の風力発電装置の一実施形態のフレーム後端の風受けユニット受け渡し機構の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the wind receiving unit delivery mechanism of the frame rear end of one Embodiment of the wind power generator of this invention. 本発明の風力発電装置の一実施形態のフレーム前端の風受けユニット受け渡し機構の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the wind receiving unit delivery mechanism of the frame front end of one Embodiment of the wind power generator of this invention. 本発明の風力発電装置の一実施形態のフレーム方向変換装置を示す側面図である。It is a side view which shows the frame direction conversion apparatus of one Embodiment of the wind power generator of this invention.

以下、本発明の風力発電装置の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。   Hereinafter, although the embodiment of the wind power generator of the present invention is described, the present invention is not limited to the following embodiment.

図１〜図７に示す本発明の風力発電装置の一実施形態について、これらの図面を参照しながら説明する。本発明の風力発電装置は、一つの風受けユニットがフレームを風上側から風下側への移動する間に、他の風受けユニットがフレームを風下側から風上側へ移動し、複数の風受けユニットが循環移動しながら発電を行うことに特徴がある。
本実施形態の風力発電装置１は、風圧を受ける風受け板２を傾斜角度自在に支持する複数の風受けユニット３と、風受けユニット３を風上側の前端から風下側の後端に移動可能に支持すると共に、後端に達した風受けユニット３を前端へ移動可能に支持するフレーム４と、風受けユニット３がフレーム４の前端側から後端側へ移動するときに風受け板２を風を受ける傾斜角度に配置し、風受けユニット３がフレーム４の後端側から前端側へ移動するときに風を避ける傾斜角度に配置するように制御する傾斜角度調整機構５と、風受けユニット３がフレーム４前端側から後端側へ移動するときの運動力を電力に変換する発電装置６とを有する。 One embodiment of the wind power generator of the present invention shown in FIGS. 1 to 7 will be described with reference to these drawings. The wind turbine generator according to the present invention has a plurality of wind receiver units in which another wind receiver unit moves the frame from the leeward side to the leeward side while one wind receiver unit moves the frame from the leeward side to the leeward side. Is characterized by generating electricity while circulating.
The wind turbine generator 1 of the present embodiment is capable of moving a plurality of wind receiver units 3 that support a wind receiving plate 2 that receives wind pressure at an arbitrary inclination angle, and the wind receiver units 3 from a windward front end to a leeward rear end. And the frame 4 that supports the wind receiving unit 3 that has reached the rear end to be movable to the front end, and the wind receiving plate 2 when the wind receiving unit 3 moves from the front end side to the rear end side of the frame 4. An inclination angle adjusting mechanism 5 that is arranged at an inclination angle for receiving wind and that is controlled to be arranged at an inclination angle that avoids wind when the wind receiving unit 3 moves from the rear end side to the front end side of the frame 4; 3 has a power generation device 6 that converts the kinetic force when moving from the front end side to the rear end side of the frame 4 into electric power.

図３を参照しながら、風受けユニット３について説明する。風受けユニット３は、Ｈ型鋼、断面Ｌ字型の山型鋼、溝型鋼等の鋼材で四角枠状のユニット本体３１が構成されている。ユニット本体３１の前端部の両側にはフレーム４に配置されている後述するレール上を走行する前輪３２ａがそれぞれ回転自在に支持され、ユニット本体３１の後端部の両側にはフレーム４に配置されている後述するレール上を走行する後輪３２ｂがそれぞれ回転自在に支持されている。また、後端部の両側の車輪３２ｂそれぞれの軸と同軸にガイドローラ３３が回転自在に支持されている。   The wind receiver unit 3 will be described with reference to FIG. The wind receiver unit 3 includes a square frame-shaped unit main body 31 made of a steel material such as H-shaped steel, an L-shaped cross-section steel, or a grooved steel. Front wheels 32a that run on rails described later disposed on the frame 4 are rotatably supported on both sides of the front end portion of the unit body 31, and are disposed on the frame 4 on both sides of the rear end portion of the unit body 31. Each of the rear wheels 32b running on a rail, which will be described later, is rotatably supported. Further, a guide roller 33 is rotatably supported coaxially with the shafts of the wheels 32b on both sides of the rear end portion.

ガイドローラ３３は、図４に示すように、ユニット本体３１に固定されている支軸３３１に後輪３２ｂと共に回転自在に支持されていると共に、チェーン６３に回転自在に連結されている。そのため、ガイドローラ３３は、フレーム４の前端に回転自在に支持されている後述する駆動側スプロケット６１と、フレーム４の後端部に回転自在に支持されている従動側スプロケット６２に無限軌道として架けられているチェーン６３の一部を構成している。ガイドローラ３３は、チェーン６３の移動と共にフレーム４の上部を前端から後端へ移動して従動側スプロケット６２と噛み合い、従動側スプロケット６２を離れてフレーム４下部を後端側から前端側へ移動し、駆動側スプロケット６１と噛み合ってフレーム４上部へ移動し、フレーム４内を循環するようになっている。風受けユニット３が風を受けてフレーム４の前端側から後端側へ移動すると、風受けユニット３に固定されているガイドローラ３３の移動と共にチェーン６３が引張られ、チェーン６３と噛み合っている駆動側スプロケット６１と従動側スプロケット６２が回転するようになっている。   As shown in FIG. 4, the guide roller 33 is rotatably supported together with the rear wheel 32 b on a support shaft 331 fixed to the unit main body 31 and is rotatably connected to the chain 63. Therefore, the guide roller 33 is installed as an endless track on a drive-side sprocket 61 (described later) rotatably supported on the front end of the frame 4 and a driven-side sprocket 62 rotatably supported on the rear end of the frame 4. A part of the chain 63 is formed. As the chain 63 moves, the guide roller 33 moves the upper part of the frame 4 from the front end to the rear end to engage with the driven sprocket 62, leaves the driven side sprocket 62, and moves the lower part of the frame 4 from the rear end side to the front end side. , Meshes with the drive-side sprocket 61, moves to the upper part of the frame 4, and circulates in the frame 4. When the wind receiving unit 3 receives wind and moves from the front end side to the rear end side of the frame 4, the chain 63 is pulled along with the movement of the guide roller 33 fixed to the wind receiving unit 3, and the drive engaged with the chain 63. The side sprocket 61 and the driven side sprocket 62 are configured to rotate.

図３に示すように、ユニット本体３１の左右の枠中央には矩形板状の風受け板２の中央両端に突出している回転軸が軸受けで回転自在に支持されている。風受け板２は、例えば高強度炭素繊維で作られている。また、ユニット本体３１の前端側の枠には、支持板５１が固定され、支持板５１に傾斜角度調整機構５を構成する油圧ポンプを含む油圧ユニット５２、油圧ユニット５２に接続されたアキュームレーター５３が取り付けられている。更に、ユニット本体３１の左右枠の一方の枠には傾斜角度調整機構５を構成するアキュームレーター５３と接続された油圧シリンダー５４が取り付けられている。風受け板２の回転軸に対して放射方向に結合されているく字状のアーム５５と油圧シリンダー５４のピストンが連結されている。油圧ユニット５２が作動すると、アキュームレーター５３を介して油圧シリンダー５４が伸縮し、アーム５５を介して、風受け板２の回転軸が回転し、風受け板２の傾斜角度を調整できるようになっている。   As shown in FIG. 3, at the center of the left and right frames of the unit main body 31, rotating shafts protruding at both ends of the center of the rectangular plate-shaped wind receiving plate 2 are rotatably supported by the bearings. The wind receiving plate 2 is made of, for example, high-strength carbon fiber. Further, a support plate 51 is fixed to the front end side frame of the unit main body 31, a hydraulic unit 52 including a hydraulic pump that constitutes the tilt angle adjusting mechanism 5 on the support plate 51, and an accumulator 53 connected to the hydraulic unit 52. Is attached. Further, a hydraulic cylinder 54 connected to the accumulator 53 constituting the tilt angle adjusting mechanism 5 is attached to one of the left and right frames of the unit main body 31. A rectangular arm 55 coupled in a radial direction with respect to the rotation axis of the wind receiving plate 2 and a piston of the hydraulic cylinder 54 are connected. When the hydraulic unit 52 is actuated, the hydraulic cylinder 54 expands and contracts via the accumulator 53, the rotation shaft of the wind receiving plate 2 rotates via the arm 55, and the inclination angle of the wind receiving plate 2 can be adjusted. ing.

次に、風受けユニット３が走行（移動）するフレーム４について説明する。図１及び図２に示すように、細長い直方体の４つの長辺が例えばＨ型鋼、断面がＬ字型の山型鋼、溝型鋼等の形鋼や鋼管で構成され、それぞれの長辺を構成する鋼材間を接続する梁や筋交いが設けられている。   Next, the frame 4 on which the wind receiving unit 3 travels (moves) will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the four long sides of an elongated rectangular parallelepiped are made of, for example, a shape steel such as H-shaped steel, an angle-shaped steel having a L-shaped cross-section, a grooved steel, or a steel pipe, and each of the long sides is configured. Beams and braces that connect steel materials are provided.

フレーム４の前端側（風上側）には、前端から風受けユニット３の長さとほぼ同じ距離をとって駆動側スプロケット６１の回転軸の両端がフレーム４に回転自在に支持されている。また、フレーム４の後端側（風下側）にはフレーム４に回転軸がそれぞれ支持されている一対の従動側スプロケット６２がそれぞれ回転自在に独立してフレーム４に支持されている。両側の従動側スプロケット６２を連結する回転軸は設けられていない。それぞれの駆動側スプロケット６１と従動側スプロケット６２の間にはチェーン６３が掛け渡されており、一対の無限軌道を構成している。チェーン６３には、この実施形態では２つの風受けユニット３の一対のガイドレール３３がそれぞれのチェーン６３に組み込まれており、一方の風受けユニット３のガイドレール３３が従動側スプロケット６２の最後端に達したときに、他方の風受けユニット３のガイドレール３３が駆動側スプロケット６１の最前端に位置するように、２つの風受けユニット３，３が配置されている。   At the front end side (windward side) of the frame 4, both ends of the rotation shaft of the drive side sprocket 61 are rotatably supported by the frame 4 at substantially the same distance as the length of the wind receiving unit 3 from the front end. In addition, a pair of driven sprockets 62 each having a rotation shaft supported by the frame 4 are supported by the frame 4 independently of each other on the rear end side (leeward side) of the frame 4. A rotating shaft for connecting the driven sprockets 62 on both sides is not provided. A chain 63 is spanned between each drive-side sprocket 61 and driven-side sprocket 62 to form a pair of endless tracks. In this embodiment, a pair of guide rails 33 of two wind receiving units 3 are incorporated in each chain 63 in the chain 63, and the guide rail 33 of one wind receiving unit 3 is the last end of the driven sprocket 62. The two wind-receiving units 3 and 3 are arranged so that the guide rail 33 of the other wind-receiving unit 3 is positioned at the foremost end of the drive-side sprocket 61.

フレーム４には、風受けユニット３の前輪３２ａと後輪３２ｂが走行するレール４２が敷設されている。風上側から風下側へ走行するための上段レール４２ａがフレーム４の上縁に沿って配置され、風下側から風上側へ走行するための下段レール４２ｂがフレーム４の下縁に沿って敷設されている。また、風受けユニット３の前輪３２ａを上段レール４２ａから下段レール４２ｂへ誘導する案内レール４２ｃ〜ｈが敷設されている。   A rail 42 on which the front wheel 32 a and the rear wheel 32 b of the wind receiving unit 3 travel is laid on the frame 4. An upper rail 42a for traveling from the leeward side to the leeward side is disposed along the upper edge of the frame 4, and a lower rail 42b for traveling from the leeward side to the windward side is laid along the lower edge of the frame 4. Yes. Further, guide rails 42c to 42h for guiding the front wheel 32a of the wind receiving unit 3 from the upper rail 42a to the lower rail 42b are laid.

フレーム４後端部に敷設されている風受けユニット受け渡し機構を構成する案内レール４２ｃ〜４２ｅの構造を図５を参照しながら説明する。上段レール４２ａには、前輪３２ａを案内レール４２ｃ側へ落とすための案内孔４２１が設けられ、風受けユニット３のガイドローラ３３が従動側スプロケット６２の上端に達したときに前輪３２ａを斜め下側へ案内する第１傾斜レール４２ｃが上段レール４２ａの案内孔４２１の端縁と連続して敷設されている。この第１傾斜レール４２ｃには前輪３２ａが通過するための案内孔４２２があり、案内孔４２２にシーソー型レール４２ｄが第１傾斜レール４２ｃと一体化して第１傾斜レール４２ｃの案内孔４２２を塞ぐような位置と次の第２傾斜レール４２ｅと平行になる角度との間で回転可能に支持されている。シーソー型レール４２ｄはバネ４２３によって常時は第２傾斜レール４２ｅと平行になる方向に位置し、前輪３２ａが通過するときに、バネ４２３に逆らって回転して第１傾斜レール４２ｃの案内孔４２２を塞ぐ構造になっている。第１傾斜レール４２ｃの案内孔４２２の下端縁と連続して下段レール４２ｂへ傾斜する第２傾斜レール４２ｅが敷設され、第２傾斜レール４２ｅの下端部は、後輪３２ｂの前方への走行を妨げないように、前方へ開く開閉扉４２４となっている。   The structure of the guide rails 42c to 42e constituting the wind receiving unit delivery mechanism laid at the rear end of the frame 4 will be described with reference to FIG. The upper rail 42a is provided with a guide hole 421 for dropping the front wheel 32a toward the guide rail 42c. When the guide roller 33 of the wind receiving unit 3 reaches the upper end of the driven sprocket 62, the front wheel 32a is inclined downward. A first inclined rail 42c that guides to the upper rail 42a is laid continuously with the edge of the guide hole 421 of the upper rail 42a. The first inclined rail 42c has a guide hole 422 through which the front wheel 32a passes, and a seesaw type rail 42d is integrated with the first inclined rail 42c in the guide hole 422 so as to close the guide hole 422 of the first inclined rail 42c. It is rotatably supported between such a position and an angle parallel to the next second inclined rail 42e. The seesaw-type rail 42d is normally positioned in a direction parallel to the second inclined rail 42e by the spring 423, and rotates against the spring 423 when the front wheel 32a passes, so that the guide hole 422 of the first inclined rail 42c is formed. It has a closed structure. A second inclined rail 42e that is inclined to the lower rail 42b continuously with the lower edge of the guide hole 422 of the first inclined rail 42c is laid, and the lower end of the second inclined rail 42e travels forward of the rear wheel 32b. The door 424 opens forward so as not to interfere.

また、フレーム４前端部に敷設されている風受けユニット受け渡し機構を構成する案内レール４２ｆ〜４２ｈの構造を図６を参照しながら説明する。駆動側スプロケット６１の下端に存する下段レール４２ｂはそこで屈曲して前方へ行くに従いせり上がる第３傾斜レール４２ｆとなり、駆動側スプロケット６１の回転中心近傍の高さで屈曲して水平方向前方に突き出る前方レール４２ｇとなっている。第３傾斜レール４２ｆと前方レール４２ｇの境目から上段レール４２ａに繋がる第４傾斜レール４２ｈが後方へ行くに従いせり上がる傾斜で敷設されている。第４傾斜レール４２ｈの下端部は、後輪４２ｂの前方への走行を妨げないように、前方へ開く開閉扉４２５となっている。   The structure of the guide rails 42f to 42h constituting the wind receiving unit delivery mechanism laid at the front end of the frame 4 will be described with reference to FIG. The lower rail 42b existing at the lower end of the drive side sprocket 61 is bent at that point to become a third inclined rail 42f that rises as it goes forward, and is bent at a height near the rotation center of the drive side sprocket 61 and protrudes forward in the horizontal direction. It is a rail 42g. A fourth inclined rail 42h connected from the boundary between the third inclined rail 42f and the front rail 42g to the upper rail 42a is laid with an inclination that rises backward. The lower end portion of the fourth inclined rail 42h is an open / close door 425 that opens forward so as not to hinder the forward traveling of the rear wheel 42b.

次に、図１を参照しながら、本実施形態の風力発電装置の発電装置６について説明する。風受けユニット３の風受け板２が風を受けると、風受けユニット３の車輪３２ａ、３２ｂが上段レール４２ａ上を走行して風受けユニット３はフレーム４の前端部から後端部へ走行（移動）する。風受けユニット３の走行に伴って風受けユニット３のチェーン６３の一部を構成するガイドローラ３３がチェーン６３を引張り、チェーン６３の移動に伴って駆動側スプロケット６１と従動側スプロケット６２が回転する。駆動側スプロケット６１の回転軸には、プーリー６４が固定され、フライホイール６５と例えばベルトで連結され、フライホイール６５は発電機６６とベルト等で連結されている。   Next, the power generator 6 of the wind power generator of this embodiment will be described with reference to FIG. When the wind receiving plate 2 of the wind receiving unit 3 receives wind, the wheels 32a and 32b of the wind receiving unit 3 travel on the upper rail 42a and the wind receiving unit 3 travels from the front end portion of the frame 4 to the rear end portion ( Moving. As the wind receiver unit 3 travels, the guide roller 33 constituting a part of the chain 63 of the wind receiver unit 3 pulls the chain 63, and the drive side sprocket 61 and the driven side sprocket 62 rotate as the chain 63 moves. . A pulley 64 is fixed to the rotating shaft of the drive-side sprocket 61 and is connected to the flywheel 65 by, for example, a belt. The flywheel 65 is connected to the generator 66 by a belt or the like.

本実施形態の風力発電装置１は、図１、図２及び図７に示すように、フレーム方向変換機構７を備えている。フレーム４の平面中心にはフレーム方向変換機構７を構成する中心回転軸７１が設けられ、中心回転軸７１は架台７２によって支えられており、フレーム４は中心回転軸７１を中心として回転可能になっている。また、中心回転軸７１を中心とする円周上に配置された複数（本実施形態では６本）本の支柱７３の上に掛け渡されたリング状のレール７４を備えている。リング状のレール７４の中心は、中心回転軸７１の中心と一致する。フレーム４の前方と後方のそれぞれの下部にフレーム４の両方の側方へ突き出るようにアーム７５が配置され、そのアーム７５の４箇所の先端部分に車輪７６を回転させる防水・ブレーキ・減速機付電動機７７が取り付けられ、車輪７６はレール７４の上を走行することができるようになっており、フレーム４の重量は車輪７６を介して主にレール７４によって支えられている。中心回転軸７１と架台７２は、フレーム４の重量を支える構造ではなく、主にフレーム４の横揺れを防止するものである。   The wind power generator 1 of this embodiment is provided with the frame direction conversion mechanism 7 as shown in FIG.1, FIG2 and FIG.7. A central rotating shaft 71 constituting the frame direction changing mechanism 7 is provided at the center of the plane of the frame 4, and the central rotating shaft 71 is supported by a pedestal 72, so that the frame 4 can rotate around the central rotating shaft 71. ing. In addition, a ring-shaped rail 74 is provided on a plurality of (six in this embodiment) struts 73 arranged on a circumference centered on the central rotation shaft 71. The center of the ring-shaped rail 74 coincides with the center of the central rotation shaft 71. Arms 75 are arranged at the lower parts of the front and rear of the frame 4 so as to protrude from both sides of the frame 4, and are equipped with waterproof / brake / reduction gears that rotate the wheels 76 at the four tip portions of the arm 75. An electric motor 77 is attached so that the wheel 76 can travel on the rail 74, and the weight of the frame 4 is mainly supported by the rail 74 via the wheel 76. The central rotating shaft 71 and the pedestal 72 are not structures that support the weight of the frame 4 but mainly prevent the frame 4 from rolling.

電動機７７を駆動させることによって、車輪７６が回転してレール７４上を走行し、中心回転軸７１を中心にしてフレーム４を時計方向及び反時計方向へ回転させることができる。また、フレーム４の上端には、風の向きと風速を検出する風向計７８が取り付けられている。風向計７８は風の方向の急激な変動によって向きが極端に変化することを防止するため、例えば図示しないダンパーが設けられている。   By driving the electric motor 77, the wheel 76 rotates and travels on the rail 74, and the frame 4 can be rotated clockwise and counterclockwise around the central rotation shaft 71. An anemometer 78 for detecting the direction and speed of the wind is attached to the upper end of the frame 4. The anemometer 78 is provided with a damper (not shown), for example, in order to prevent the direction from changing extremely due to a sudden change in the direction of the wind.

フレーム方向変換機構７は、風向計７８で電気的に検出された風の向きの信号によって電動機７７が駆動され、車輪７６が回転してレール７４上を走行し、これによってフレーム４が中心回転軸７１を中心にして風の向きに応じて時計方向又は反時計方向へ回転し、フレーム４の長手方向を常に風に向かって向けるようになっている。   In the frame direction changing mechanism 7, the electric motor 77 is driven by a wind direction signal electrically detected by the anemometer 78, and the wheel 76 rotates and travels on the rail 74, whereby the frame 4 is rotated around the central rotational axis. Rotating clockwise or counterclockwise according to the direction of the wind around 71, the longitudinal direction of the frame 4 is always directed toward the wind.

また、フレーム４には、傾斜角度調整機構５を構成する風速計５６が備えられ、風速を計測するようになっている。一定以上の風速を計測すると、傾斜角度調整機構５の図示しない計算機が風受け板２の傾斜角度を風速に応じて算出し、算出した傾斜角度になるように、油圧ユニット５２を制御して、アキュームレーター５３を介して油圧シリンダー５４を伸縮させ、アーム５５を介して、風受け板２の回転軸が回転し、風受け板２の傾斜角度を調整できるようになっている。これにより、例えば、風速が１５ｍ／Ｓまでは風に対して直交する方向に保つが、その風速を超えると、風速が上がるにつれて風に対する傾斜を与えて風を逃がす方向に風受け板の傾斜角度２を制御するようになっている。このような傾斜角度調整機構５を備えることによって、強風で装置が破損することを防止することができる。   The frame 4 is provided with an anemometer 56 that constitutes the tilt angle adjusting mechanism 5 to measure the wind speed. When a wind speed above a certain level is measured, a calculator (not shown) of the tilt angle adjusting mechanism 5 calculates the tilt angle of the wind receiving plate 2 according to the wind speed, and controls the hydraulic unit 52 so as to obtain the calculated tilt angle. The hydraulic cylinder 54 is expanded and contracted via the accumulator 53, the rotation shaft of the wind receiving plate 2 is rotated via the arm 55, and the inclination angle of the wind receiving plate 2 can be adjusted. Thus, for example, the wind speed is maintained in a direction orthogonal to the wind up to 15 m / S, but when the wind speed is exceeded, the inclination angle of the wind receiving plate is given in a direction in which the wind is inclined as the wind speed increases and the wind is released. 2 is controlled. By providing such an inclination angle adjusting mechanism 5, it is possible to prevent the apparatus from being damaged by a strong wind.

なお、図示しないが、フレーム４には、風受けユニット３の傾斜角度調整機構５に電力を送る送電線が配線され、風受けユニット３に設置されている図示しない集電装置で電力を受け取ることができるようになっている。   Although not shown, the frame 4 is wired with a power transmission line that sends power to the inclination angle adjusting mechanism 5 of the wind receiver unit 3, and receives power with a current collector (not shown) installed in the wind receiver unit 3. Can be done.

このような構造の本発明の風力発電装置１の一実施形態の全体の動作を説明する。フレーム４の向きは、フレーム方向変換機構７によって、風の向きを検出し、風の向きと平行になる方向、即ち、風受け板２が風圧を最大に受ける方向へ常に向くように調整される。一対の風受けユニット３は、一方の風受けユニット３のガイドローラ３３が従動側スプロケット６２に達し従動側スプロケット６２と噛み合って従動側スプロケット６２の最後端に位置するときに、他方の風受けユニット３のガイドローラ３３が駆動側スプロケット６１と噛み合って最前端に位置するように設定される。   The overall operation of one embodiment of the wind power generator 1 of the present invention having such a structure will be described. The direction of the frame 4 is adjusted by the frame direction conversion mechanism 7 so that the direction of the wind is detected and adjusted so as to always face the direction parallel to the direction of the wind, that is, the direction in which the wind receiving plate 2 receives the maximum wind pressure. . When the guide roller 33 of one wind receiver unit 3 reaches the driven sprocket 62 and meshes with the driven sprocket 62 and is positioned at the rearmost end of the driven sprocket 62, the pair of wind receiver units 3 The third guide roller 33 is set so as to mesh with the drive side sprocket 61 and be positioned at the foremost end.

前端側の風受けユニット３は、図６に示すように、最前端に位置するときには、ガイドローラ３３が駆動側スプロケット６１と噛み合い、前輪３２ａが前方レール４２ｇの最前端に位置してほぼ水平状態であり、風受け板２は傾斜角度調整機構５によってユニット本体３１の中に納められ、風を受けないような傾斜角度に調整されている。この位置から、ガイドローラ３３が駆動側スプロケット６１の最上位に位置するまでの間に、風受け板２の傾斜角度は、傾斜角度調整機構５によって風を受けるように立ち上がる。このとき、風速計５６で測定された風速が一定値、例えば風速が１５ｍ／Ｓまでは風に対して直交する方向に調整され、それ以上の風速では、風速に応じて風に対して傾斜をもたせる傾斜角度に調整される。   As shown in FIG. 6, when the wind-receiving unit 3 on the front end side is located at the foremost end, the guide roller 33 engages with the drive-side sprocket 61, and the front wheel 32a is located at the foremost end of the front rail 42g and is substantially horizontal. The wind receiving plate 2 is housed in the unit main body 31 by the tilt angle adjusting mechanism 5 and is adjusted to have a tilt angle that does not receive wind. From this position until the guide roller 33 is positioned at the uppermost position of the drive-side sprocket 61, the inclination angle of the wind receiving plate 2 rises to receive wind by the inclination angle adjusting mechanism 5. At this time, the wind speed measured by the anemometer 56 is adjusted in a direction orthogonal to the wind until the wind speed is a constant value, for example, up to 15 m / S, and at higher wind speeds, the wind speed is inclined according to the wind speed. The tilt angle is adjusted.

風受け板２が風を受けると、風受けユニット３は上段レール４２ａの上を４つの車輪３２ａ、３２ｂが乗った状態でフレーム４の前端側から後端側へ走行する。これによって、風受けユニット３のガイドローラ３３がチェーン６３を引張り、駆動側スプロケット６１と従動側スプロケット６２を回転させる。回転する駆動側スプロケット６１の中心軸からフライホイール６５を介して発電機６６に運動エネルギーが伝達され、発電機６６によって電気エネルギーに変換される。   When the wind receiving plate 2 receives wind, the wind receiving unit 3 travels from the front end side to the rear end side of the frame 4 with the four wheels 32a and 32b riding on the upper rail 42a. As a result, the guide roller 33 of the wind receiving unit 3 pulls the chain 63 and rotates the driving side sprocket 61 and the driven side sprocket 62. Kinetic energy is transmitted from the central axis of the rotating drive-side sprocket 61 to the generator 66 via the flywheel 65, and is converted into electric energy by the generator 66.

図５に示すように、風受けユニット３がフレーム４の上段レール４２ａ上を走行して後端部に達し、ガイドローラ３３が従動側スプロケット６２と噛み合い、従動側スプロケット６２の最上位に達する（図５中、ガイドローラ３３がｃ、前輪３２ａがｃの位置）まで風受け板２は風を受ける傾斜を保つ。従動側スプロケット６２の最上位より後退してガイドローラ３３が最後端の位置に達したときには傾斜角度調整機構５によって風受け板２はユニット本体３１に収まるような傾斜角度に調整される。ガイドローラ３３が従動側スプロケット６２の最上位から最後端（従動側スプロケットの中心位置とほぼ同じ水平位置）に達するまでに、風受けユニット３の前輪３２ａは、第１傾斜レール４２ｃの上を降下し、シーソーレール４２ｄの上をバネ４２３の力に逆らってシーソーレール４２ｄを押し下げて通過し、第１傾斜レール４２ｃの後端に達する（図５中、ガイドローラ３３がｄ、前輪３２ａがｄの位置）。ここより、従動側スプロケット６２の回転と共に風受けユニット３が前進を開始し、風受けユニット３の前輪３２ａはバネ４２３の力で元の位置に復帰したシーソーレール４２ｄに前進を妨げられて、案内孔４２２を通って第２傾斜レール４２ｅに進入する（図５中、ガイドローラ３３がｅ、前輪３２ａがｅの位置）。風受けユニット３が前進すると、後輪３２ｂは下段レール４２ｂの上を前進し、第２傾斜レール４２ｅの開閉扉４２４を押し上げて前進を続ける。   As shown in FIG. 5, the wind-receiving unit 3 travels on the upper rail 42a of the frame 4 and reaches the rear end, and the guide roller 33 engages with the driven sprocket 62 and reaches the uppermost position of the driven sprocket 62 ( In FIG. 5, the wind receiving plate 2 keeps the inclination to receive the wind until the guide roller 33 is at the position c and the front wheel 32a is at the position c. When the guide roller 33 reaches the rearmost position by retreating from the uppermost position of the driven sprocket 62, the wind receiving plate 2 is adjusted to an inclination angle that can be accommodated in the unit main body 31 by the inclination angle adjusting mechanism 5. The front wheel 32a of the wind receiving unit 3 descends on the first inclined rail 42c until the guide roller 33 reaches the rearmost end (substantially the same horizontal position as the center position of the driven sprocket) from the uppermost position of the driven sprocket 62. Then, the seesaw rail 42d is pushed down and passed over the seesaw rail 42d against the force of the spring 423 and reaches the rear end of the first inclined rail 42c (in FIG. 5, the guide roller 33 is d and the front wheel 32a is d). position). From here, the wind-receiving unit 3 starts moving forward with the rotation of the driven sprocket 62, and the front wheel 32a of the wind-receiving unit 3 is prevented from moving forward by the seesaw rail 42d that has been returned to its original position by the force of the spring 423. It enters the second inclined rail 42e through the hole 422 (the position of the guide roller 33 is e and the front wheel 32a is e in FIG. 5). When the wind receiving unit 3 moves forward, the rear wheel 32b moves forward on the lower rail 42b, and pushes up the opening / closing door 424 of the second inclined rail 42e to continue moving forward.

一方の風受けユニット３が下段レール４２ｂを前端側へ走行しているときに、他方の風受けユニット３は風を受けて上段レール４２ａを後端側へ走行しており、両者は、図２の一点鎖線で示したようにフレームの中央付近ですれ違う。   When one wind receiver unit 3 travels on the lower rail 42b to the front end side, the other wind receiver unit 3 receives the wind and travels on the upper rail 42a to the rear end side. As shown by the alternate long and short dash line, it passes around the center of the frame.

風受けユニット３が下段レール４２ｂの上を走行してフレーム４前端部に達すると、図６に示すように、風受けユニット３の前輪３２ａが第３傾斜レール４２ｆの上を走行しながら上昇し、駆動側スプロケット６１にガイドローラ３３が噛み合うときは、開閉扉４２５を押し上げて前進を続ける（図６中、ガイドローラ３３がｆ、前輪３２ａがｆの位置）。ガイドローラ３３が駆動側スプロケット６１と噛み合って上昇を開始すると前輪３２ａが前側レール４２ｇの上を前進し、風受けユニット３が最前端に位置するときには、ガイドローラ３３が駆動側スプロケット６１と噛み合い、前輪３２ａが前側レール４２ｇの最前端に位置してほぼ水平状態となる（図６中、ガイドローラ３３がａ、前輪３２ａがａの位置）。この位置からガイドローラ３３は駆動側スプロケット６１の回転に伴って上昇し、後輪３２ｂが上段レール４２ａまで駆動側スプロケット６１の回転によって運ばれる（図６中、ガイドローラ３３がｂ、前輪３２ａがｂの位置）。この間に、風受け板２の傾斜角度が傾斜角度調整機構５によって風を受ける傾斜に調整される。   When the wind receiver unit 3 travels on the lower rail 42b and reaches the front end of the frame 4, the front wheel 32a of the wind receiver unit 3 rises while traveling on the third inclined rail 42f, as shown in FIG. When the guide roller 33 meshes with the drive-side sprocket 61, the door 425 is pushed up to continue moving forward (in FIG. 6, the guide roller 33 is at position f and the front wheel 32a is at position f). When the guide roller 33 meshes with the drive side sprocket 61 and starts to rise, the front wheel 32a advances on the front rail 42g, and when the wind receiver unit 3 is positioned at the foremost end, the guide roller 33 meshes with the drive side sprocket 61, The front wheel 32a is located at the foremost end of the front rail 42g and is in a substantially horizontal state (in FIG. 6, the guide roller 33 is a and the front wheel 32a is a). From this position, the guide roller 33 rises with the rotation of the drive side sprocket 61, and the rear wheel 32b is carried to the upper rail 42a by the rotation of the drive side sprocket 61 (in FIG. 6, the guide roller 33 is b and the front wheel 32a is position b). During this time, the inclination angle of the wind receiving plate 2 is adjusted by the inclination angle adjusting mechanism 5 to receive the wind.

両方の風受けユニット３がフレーム４の両端に存するときには、両方の風受け板２がユニット本体３１に納められている状態であり、両方の風受け板２が風を受けていないので、風受けユニット３を移動させる力が働いていない状態である。しかし、発電装置６に組み込まれているフライホイル６５によって風受けユニット３が風を受けていたときの運動量を維持するようにしているため、慣性力で風受けユニット３の循環は停止することはない。   When both wind-receiving units 3 exist at both ends of the frame 4, both wind-receiving plates 2 are stored in the unit body 31 and both wind-receiving plates 2 are not receiving wind. This is a state in which the force for moving the unit 3 is not working. However, since the flywheel 65 incorporated in the power generator 6 maintains the momentum when the wind receiver unit 3 receives wind, the inertial force stops the circulation of the wind receiver unit 3. Absent.

本実施形態の風力発電装置１の発電量は、例えば、風受け板２の大きさを３８００ｍｍ×３３００ｍｍの矩形状とし、駆動側スプロケット６１と従動側スプロケット６２の直径を２５４６ｍｍ、駆動側スプロケット６１と従動側スプロケット６２間の距離を３００００ｍｍとすると、風速１５ｍ／Ｓのときに、４２．５ＫＷとなる。   The amount of power generated by the wind turbine generator 1 of the present embodiment is, for example, that the size of the wind receiving plate 2 is a rectangular shape of 3800 mm × 3300 mm, the diameters of the driving side sprocket 61 and the driven side sprocket 62 are 2546 mm, and the driving side sprocket 61 Assuming that the distance between the driven sprockets 62 is 30000 mm, the wind speed is 42.5 kW at a wind speed of 15 m / S.

本実施形態の風力発電装置は、フレームや風受け板などのほとんどが製缶加工で作成できるため、制作費が低廉である。また、プロペラ式と異なって風圧を風受け板が面で受ける構造となっているので、微風でも作動し、エネルギー変換効率が高い。強風下では、プロペラ式ではブレーキ機構やプロペラを固定する機構が採用されるが、本実施形態の風力発電装置では、強風下でも風受け板の傾斜角度を調整することによって、強風下でも発電が可能であり、この点でも発電効率が高い。また、装置全体の高さを抑制できるため、プロペラ式のように転倒することがない。   The wind power generator according to the present embodiment can be manufactured by making cans almost all of the frame and wind receiving plate, so that the production cost is low. In addition, unlike the propeller type, the wind receiving plate is structured to receive the wind pressure on the surface, so it operates even in light winds and has high energy conversion efficiency. Under strong winds, the propeller type employs a brake mechanism and a mechanism that fixes the propeller, but the wind power generator of this embodiment can generate power even under strong winds by adjusting the angle of inclination of the wind receiving plate even under strong winds. This is possible, and power generation efficiency is high in this respect as well. Moreover, since the height of the whole apparatus can be suppressed, it does not fall down like a propeller type.

本発明の風力発電装置は、全体が扁平な構造とすることができるため、例えば、積み重ねて、風力発電タワーとして設置することができる。
上記説明では、風受けユニット３を２台使用するように説明しているが、２台以上の風受けユニットを配置するようにしても良い。 Since the whole wind power generator of the present invention can have a flat structure, it can be stacked and installed as a wind power tower, for example.
In the above description, two wind-receiving units 3 are used. However, two or more wind-receiving units may be arranged.

本発明の風力発電装置は、風力を電気エネルギーに変換して電力を供給することができる。   The wind power generator of the present invention can supply electric power by converting wind power into electric energy.

１： 風力発電装置
２： 風受け板
３： 風受けユニット
３２ａ：前輪
３２ｂ：後輪
３３：ガイドローラ
４： フレーム
５： 傾斜角度調整機構
６： 発電装置
７： フレーム方向変換機構

1: Wind power generator 2: Wind receiving plate 3: Wind receiving unit 32a: Front wheel 32b: Rear wheel 33: Guide roller 4: Frame 5: Inclination angle adjusting mechanism 6: Power generating device 7: Frame direction changing mechanism

Claims (2)

風速計と、風圧を受ける風受け板を傾斜角度自在に支持する複数の風受けユニットと、前記風受けユニットを風上側の前端から風下側の後端に移動可能に支持すると共に、前記後端に達した前記風受けユニットを前記前端へ移動可能に支持するフレームと、前記風受けユニットが前記前端側から前記後端側へ移動するときに前記風受け板を風を受ける傾斜角度に配置し、前記風受けユニットが前記後端側から前記前端側へ移動するときに風を避ける傾斜角度に配置するように制御すると共に、前記風速計で計測された風速に応じて風受け板の傾斜角度を変化させる傾斜角度調整機構と、前記風受けユニットが前記前端側から前記後端側へ移動するときの運動力を電力に変換する発電装置とを有することを特徴とする風力発電装置。 An anemometer, a plurality of wind receiving units that support a wind receiving plate that receives wind pressure at an arbitrary inclination angle, and supports the wind receiving unit movably from a front end on the windward side to a rear end on the leeward side, and the rear end A frame that supports the wind receiving unit that has reached the front end so that the wind receiving unit can move to the front end, and the wind receiving plate is disposed at an inclination angle that receives the wind when the wind receiving unit moves from the front end side to the rear end side. , the inclination angle of the controls to be placed on the tilt angle to avoid wind, depending on the wind speed measured by the anemometer wind receiving plate when the wind receiving unit is moved from the rear side to the front side A wind power generator comprising: an inclination angle adjusting mechanism for changing the wind power; and a power generator that converts a kinetic force when the wind receiver unit moves from the front end side to the rear end side into electric power. 前記フレームを回転自在に支持するリング状のレールと、風の向きを検出する風向計と、前記風向計で検出された風の向きに前記フレームを向けるように前記フレームを前記レール上で回転させるフレーム方向変換機構とを有することを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。   A ring-shaped rail that rotatably supports the frame, an anemometer that detects a wind direction, and the frame is rotated on the rail so that the frame is directed to the wind direction detected by the anemometer. The wind power generator according to claim 1, further comprising a frame direction changing mechanism.
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