JP5818025B2 - 過速抑制フラップ付き垂直軸型風力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は垂直軸および最速送風時における過速抑制フラップを備えた電流を生成する風力発電装置に関する。

風力発電装置は広く普及し、多くの人に使用され、環境にやさしい電流生成形態の一つである。こうしたシステムを使用することで風の移動エネルギーが首尾よく回転に変化し、平均して強い送風の領域において（適切な接続で）電流を生成するという効果がある。

風力発電装置では送風で回転する水平軸に位置するフラップが通常使用される。回転軸は電流発生器に接続される。大きさや構成方法は製造業者ごとに異なる。

電流風力発電装置には、例えば強風（高速風）時に無制御の高速回転が発生する、あるいは風速が弱いと初期の不作動が目立ち性能が低下するといった欠点がある。システムの不作動は主に強風で圧力供給が可能な傾斜フラップが不足しているためです。

風力発電装置においては建設や設置に特別な規制手順が必要で、安全上の理由から外来者が立ち入るべきではないので、こうしたシステムを居住地域以外で運用設置して使用することが意図されている、という欠点もある。このように設置することで大量の電流が生成されるが、（風力発電装置や家ごとの）家庭用自己消費に電流を生成するのは実際には難しく経済的にも利益がない。この種の構造には他にも重大な欠点がある。フラップは過速の発展を避けるために各フラップの軸に向かって反転しており、こうすることで空気抵抗を減らして最終的には軸の回転速度を下げている。反転の仕組みは通常は電子システムと機械システムの組み合わせからなる。こうしたシステムには求められているほどの信頼性がない。フラップは異なる傾斜になることが多く、この離調が発電装置の性能に影響を与える。

本発明は垂直軸および過速発展回避用フラップを備えた電流風力発電装置に関する。

本発明は少量（家庭用）の電流生成の必要性に対応することを目的とし、これまでの製造業者の技術的課題や欠点を全て解消している。小型な構成、簡易な設置、初期不作動の最小化、容易な立ち入り、安全整備、そして何よりも内側および外側フラップの組合わせで制御される最大回転数といったことが達成された。
本発明の特徴としては風力発電装置がスラスト軸受のある上部の定常ダクトに設置されている。３つの（内側）フラップが発電装置のスラスト軸受の下部に実装されている。これらフラップはステンレス板金から構成され全く同一である。また、システムを完璧なバランスを保ち、摩擦や振動により性能が低下しないようにするために、これらフラップ間の隅角を１２０度にして最大可能精度を得るようにしている。他の３つのフラップ（外側）は前記フラップに固定されている。外側フラップは空気力学的断面を備え、太陽照射や天候状況に耐性のある特殊なプラスチックから構成される。これらフラップには先端支持用の特殊なリブおよび筐体があり、フラップの内側に装着されたワイヤーロープで破損時の拡散を防止している。内側フラップにより小さい風速での始動が可能になる一方、外側フラップにより毎分回転数、張力および性能が高くなる。

本発明によると、これは内側フラップに空気が入り力が発生してフラップが回転することによって達成される。外側フラップ（吊りフラップ）は空気力学的断面により更に大きな力を発生させて回転速度を加速させる。同時に継続速度はこうしたフラップが無い場合の継続速度より更に大きくなり、これは外側フラップから形成される領域の増加と空気力学による。風速が次第に所望する以上に増加すると、フラップも次第に位置を変え、風の入射角が変化してフラップが風の流れに抵抗し、回転速度を一定にして電力生成部や風力発電装置自体に有害となりうる過速を回避する。従って、最終的には一定電力生成システムの性能は希望通りとなる。

以下に実例を介して添付図面に対する記載と共に本発明が説明される。

図１は風力発電装置の部品を全展開した本発明の斜視図である。 図２は本発明の対応平面図である。 図３はバネ施工が抑制フラップを保持する構成の詳細を示す。 図４は発電装置の半断面部を示す。

本発明は安定した地面にネジで張力止めされた丸型断面の定常垂直ベース（１）から構成される。全体構造はベース上で回転する。３つの内側フラップ（２）は抵抗の主な中心となり気流を形成する。空気がフラップを通過すると回転運動が発生する。フラップはその端部が定常垂直ベース（１）の上下に搭載された丸型ディスク（３および１３）にネジで支持されている。フラップは軸受台（５）を介してベース（１）の底に搭載され、分割チョック（６）を介して固定される。特殊部（７）が連結部（９）によって内側フラップに支持され、その端部に抑制フラップ（８）（外側フラップ）が搭載される。特殊部（７）は抑制フラップのベースとなり、連結を形成するピンで内側フラップ（２）に搭載されている。抑制フラップのベースは次から次へ同時に動くので、風方向に応じて同じ傾斜角度を取るために、それぞれの間が特殊金属板（１０）で接続されている。これが実現できるのは特殊金属板（１０）が特殊部（７）に設置された相対継目（４）でフラップの端部に搭載されているからである。その形状は鈍角と同じで、その位置との組み合わせによって抑制フラップの位置変化マージン、つまり抑制フラップ上の空気の入射角を示す。外側フラップの金属板支持部（７）には回転軸に並行して構造物の中心に対峙するピン（１４）がある。バネ（１５）がこのピンにかかり、他方の端部が対向内側フラップの内面に取り付けられたピン（１２）にかかっている。この連結部（９）と、特殊金属板（１０）とバネ（１５）との組み合わせによって、抑制フラップの位置変更が可能になり、最大風速時には発電装置の毎分回転数を一定にする構成から初期設定位置に戻ることが可能になる。大きい遠心力が抑制フラップに発生すると、フラップは最終位置になる。この位置はバネ（１５）のプレストレスを排するので、抑制フラップに対する風の入射角が変化する。結果として、フラップおよび発電装置の最終毎分回転数が安定し、既存のバネがフラップを空気速度が所望限度内にある場合の初期位置に戻す。バネの張力は所望の空気速度限度内の毎分回転数で抵抗するように調整され、製造業者が最終の毎分回転数を増やしたいあるいは減らしたい場合に再調整される。
抑制フラップは特殊な空気力学的断面を備えて設計され、安全上の理由から破損時に部品が拡散するのを防ぐワイヤーロープ（１６）を内部に有する。特殊ワイヤーロープは特殊部（１７）で終結して所望通りに引き伸ばされる。

構造上の発電装置（１８）は一般的な発電装置の形態で構造物の偏心距離に配設される。通常のモータや発電装置の操作とは違って、操作にはコイル（１９）や強磁性コア（２０）の定常巻取や内部永久磁石（２１）に届く外板の回転が含まれる。

Claims (4)

1. 定常型風入射角を有する複数の内側フラップ（２）、および前記内側フラップ（２）に接続され、可変型風入射角を有し、過速抑制機能を有する複数の外側フラップ（８）を備えた垂直軸型風力発電装置であって、
   前記外側フラップ（８）はそれぞれ対応する前記内側フラップ（２）と接続するための特殊部（７）を備え、前記特殊部（７）は連結部（９）で前記内側フラップ（２）に回転自在に固定されるとともに、バネ（１５）に接続された第１のピン（１４）を備え、前記バネ（１５）の他端は前記内側フラップ（２）に固定された第２のピン（１２）に接続され、
   さらに、隣接した前記特殊部（７）を相互に連結するための複数の特殊金属板（１０）を備え、前記特殊部（７）と前記特殊金属板（１０）は相対継ぎ目（４）で回転自在に固定され、
   前記バネ（１５）の引張力と、前記外側フラップ（８）の遠心力によって前記第１のピン（１４）に印加される力との強弱により、前記風力発電装置の回転数に応じて、前記外側フラップ（８）の対応する前記内側フラップ（２）に対する傾斜角度が変化し、前記外側フラップ（８）に対する風の入射角が変化することによって、前記垂直軸風力発電装置の回転速度を安定させる効果を持つとともに、
   前記特殊部（７）を前記特殊金属板（１０）で接続することにより、それぞれの前記外側フラップ（８）の対応する前記内側フラップ（２）に対する傾斜角度を同一とする、ことを特徴とする垂直軸型風力発電装置。
2. 構造物を支持する軸（１）の、発電装置（１８）を備えた上部ポイント、および、前記軸（１）下部の軸受台（５）で、前記内側フラップ（２）および前記外側フラップ（８）を支え、
   前記内側フラップ（２）の回転は直接前記発電装置（１８）に伝達され、
   前記内側フラップ（２）および前記外側フラップ（８）による前記軸（１）への負荷は左右対称であり、前記軸（１）は前記構造物を安定に支持することを特徴とする請求項１に記載の垂直軸型風力発電装置。
3. 前記外側フラップ（８）に対する風の入射角は前記バネ（１２）の張力により調整され、
   前記内側フラップ（２）および前記外側フラップ（８）の数がそれぞれ３、４、または５であることを特徴とする請求項１に記載の垂直軸型風力発電装置。
4. 前記内側フラップ（２）および前記外側フラップ（８）の数がそれぞれ３であることを特徴とする請求項３に記載の垂直軸型風力発電装置。