JP6778589B2 - 風力発電装置 - Google Patents
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Description
このため、特に電力需要の多いビルなどの建築物では、ビルの共有部分の照明等の付帯設備への電力供給や、停電などの際の補完的電力供給設備として、風力発電装置をビルなどの建築物の周囲や屋上などに設置し、活用することが期待されている。
風を有効に利用して風力発電装置の効率的な稼働を図るための風力回転装置の一例として特許文献1に記載のものが知られている。
前記前方風胴体は、風流入口を有し、かつその横断面積が前記風流入口から前記中間風胴体との接続部分までの間で縮小するように構成されており、前記中間風胴体は、前記前方風胴体の縮小した横断面積が、前記後方風胴体との接続部分までの間で拡大するか又は同じ横断面積を保持するように構成されている。そして前記後方風胴体は、風流出口を有し、かつその横断面積が前記中間風胴体との接続部分から前記風流出口までの間で拡大するように構成されていることを特徴としている。
この集風部の前記排出口から排出される空気によって軸回りに回転する回転部材と、
この回転部材と同軸に設けられ、軸回りに回転可能な回転軸と、
前記回転部材の回転をその回転速度を増速して前記回転軸に伝達する回転伝達機構とを備えていることを特徴とする。
したがって、微風等の場合に回転部材の回転速度が低くても、回転軸の回転速度が増速されるので、この回転軸に発電装置を接続することによって、効率的に発電できる。
前記遊星歯車機構のリングギアが前記回転部材に取り付けられ、
前記遊星歯車機構のサンギアが前記回転軸に取り付けられ、
前記遊星歯車機構のプラネタリギアが前記リングギアおよび前記サンギアに噛合していることが好ましい。
前記排出口と、前記シロッコファンの外周部に周方向に沿って複数設けられている羽根のうちの一部の羽根との間に、前記排出口から排出される空気を前記一部の羽根に向けて導く導風部材が設けられているの好ましい。
また、集風部の排出口とシロッコファンの一部の羽根との間に導風部材が設けらているので、排出口から排出される風(空気)を導風部材によって導いて羽根に当てることができる。したがって、シロッコファンをスムーズに回転させることができる。
前記回転軸が前記回転部材より軸方向に突出しており、
この突出している回転軸の外側に第1固定部材が設けられ、
前記回転軸と前記第1固定部材とのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられていることを特徴とする。
前記回転部材と前記第2固定部材とのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられていてもよい。
図1Aは本実施の形態に係る風力発電装置1を示すもので、斜め正面側から見た斜視図、図1Bは同集風部が逆方向に向いた状態を示す斜め正面側から見た斜視図、図2Aは同斜め背面側から見た斜視図、図2Bは同集風部が逆方向に向いた状態を示す斜め背面側から見た斜視図、図3は同平面図、図4は同断面図、図5は図4における要部の拡大図である。
この風力回転装置2は、集風部3と回転部材4とを備えている。
集風部3は風を取り込む取込口3aと、取り込んだ風(空気)を排出する排出口3bとを備えている。取込口3aは四角形状に形成されており、集風部3は取込口3aの上下の横縁および左右の縦縁からそれぞれ排出口3bに向けて延在する4つの板部材5a,5b,5c,5dを有している。
板部材5a〜5dは排出口3bに向かうほど互いに近づくように配置されており、これによって、集風部3は取込口3aから排出口3bに向かうほど流路断面積が小さくなっている。
排出口3bは縦長の長方形のスリット状に形成されており、この排出口3bの左右の縦縁および上下の横縁の長さは、取込口3aの縦縁および横縁の長さより十分に短くなっている。
したがって、集風部3では、大量の平圧空気を取込口3aから取り込み、その流れを4つの板部材5a,5b,5c,5dによって曲げて(絞って)高密度の高圧風として排出口3bから排出するようになっている。
上板6および下板7は、軸回りに回転可能に設けられており、保持部材6aによって繋がれているので、同期して回転可能であるが、シロッコファン8は上板6および下板7と独立して軸回りに回転可能になっている。なお、上板6と下板7とはシロッコファン8と同軸に設けられている。
上板6には2本の支柱9,9が斜めに固定されており、当該支柱9,9の先端部に、横棒10の中途部が固定されている。横棒10はほぼ水平に配置され、その先端部に集風部3の背面が固定されている。
したがって、ある方向から風が吹くと、当該風が尾翼部材11の側面に当たって当該側面と風の吹く方向とが平行になるように、上板6が回転して集風部3が上板6の軸回りに回動し、集風部3の取込口3aが風の吹く方向に向くようになっている。これによって、風の吹く方向に拘わらず、集風部3の取込口3aから常に風を取り入れることができるようになっている。
一方、集風部3の下面の板部材5bには、スライダ13が下方に突出して設けられており、このスライダ13の下端部がガイドレール12に周方向に摺動可能に係合している。また、板部材5bには2つの自在車輪14,14が取り付けられ、一方の自在車輪14はガイドレール12の内側を走行可能となっており、他方の自在車輪14はガイドレール12の外側を走行可能となっている。
したがって、集風部3が回動する際にはスライダ13がガイドレール12を周方向に摺動しつつ自在車輪14,14が設置面を走行するので、集風部3はスムーズに回動するようになっている。
この導風部材15は、シロッコファン8の外周の一部に沿って延在する板状部材であり、その基端部は集風部3の排出口3bの縁部に取り付けられている。導風部材15は排出口3bからシロッコファン8の周方向に沿って所定長さだけ延び、当該シロッコファン8の数枚の羽根8aを外側から覆うように設けられている。
したがって、排出口3bから排出される高圧の空気(風)はシロッコファン8の数枚の羽根8aに次々に当たりつつシロッコファン8を回転させるが、この空気が当たる数枚の羽根8aは導風部材15によって外側から覆われているため、排出口3bから排出される空気は導風部材15によって導かれて数枚の羽根8aに効率的に当たるとともに、図7に示すように、集風部3の排出口3bから排出される空気の排出方向に対して略90°に配置されている(排出口3bの近傍におけるシロッコファン8の接線方向に対して略90°に配置されている)羽根8aに排出口3bから排出された空気が効率的に当たる。この結果、シロッコファン8がスムーズに回転することになる。
また、カバー部材19は、図7に示すように、集風部3の排出口3bからシロッコファン8の回転方向と逆方向にシロッコファン8の外周の長さの略半分だけ延びている。したがって、シロッコファン8の外周面積の略半分がカバー部材19によって覆われている。また、カバー部材19によって覆われたシロッコファン8の外周面は、集風部3側に向けて吹く風の方向に対向している。
したがって、集風部3側に向けて吹いてきた風の大部分は集風部3の取込口3aから取り込まれるが、取込口3aの外側を流れた風の一部は、シロッコファン8の風の吹く方向に対向する対向外周面に当たる。上述したようなカバー部材19が無い場合、シロッコファン8の対向外周面に位置する羽根8aに風が当たり、シロッコファン8を図7において時計方向に回転させようとする力が作用する。
一方、集風部3の排出口3bから排出される風はシロッコファン8を図7において反時計方向に回転させようとする。したがって、この回転方向(反時計方向)と上述した風による時計方向とが逆になるが、本実施の形態では、カバー部材19が設けられているので、シロッコファン8の対向外周面に位置する羽根8aに風が当たることがない。このため、集風部3の排出口3bから排出される風によってシロッコファン8がスムーズに回転することになる。
また、下ケーシング21の上端部はシロッコファン8の下端部内側に位置しており、下ケーシング21の上端部より下側の部分はシロッコファン8より下方に突出している。
なお、下板7には円状の孔が設けられており、この孔を通して下ケーシング21の上端部がシロッコファン8の下端部内側に突出するようにして配置されている。
また、図6に示すように、下ケーシング21の下端部外周面には、リング状の固定部材40がボルト41によって固定されている。ボルト41は固定部材40の周方向に所定間隔で複数設けられている。
また、固定部材40には、複数のローラ42が固定部材40の周方向に所定間隔で複数設けられている。ローラ42は固定部材40に固定された軸に正逆方向に回転自在に支持されている。
また、下板7には、シロッコファン8より下方に突出している下ケーシング21の外周側において、複数のブラケット21aが周方向に所定間隔で固定されており、当該ブラケット21aによって下板7が下方から支持されている。また、ブラケット21aの下端部には、リング状のフランジ部43が固定されており、このフランジ部43は、下板7、ブラケット21aおよび上板6と一体となって回転可能なっている。
そして、フランジ部43の下面にローラ42が当接することによって、当該フランジ部43がローラ42によって支持されるとともに、正逆方向に回転可能となっている。つまり、ローラ42は、下板7、上板6、カバー部材19、集風部3および尾翼部材11等を一体的に回転可能となるように、これらを支持している。
すなわち、回転伝達機構30は遊星歯車機構30によって構成されている。遊星歯車機構30は、上ケーシング20とシロッコファン8の上板8bとの間に設けられており、リングギア31と、このリングギア31の回転中心に設けられたサンギア32と、複数のプラネタリギア33とを備えている。なお、リングギア31の回転中心は回転軸22の回転中心と一致している。
シロッコファン8の上板8bの下面にリングギア31の上面が固定され、このリングギア31の下面と外周面に回転体25が固定されている。したがって、シロッコファン8が回転することによりリングギア31および回転体25が同期して回転するようになっている。
また、回転軸22の上端部はサンギア32に挿入されて固定されており、サンギア32が回転することによって回転軸22が回転するようになっている。
さらに、プラネタリギア33は、リングギア31およびサンギア32に噛合しており、リングギア31が回転することによって、自転しつつサンギア32の周囲を公転するようになっている。したがって、リングギア31が回転すると、プラネタリギア33がリングギア31の内側を自転しながら公転して回転移動し、これによってサンギア32が軸回りに回転するようになっている。
そして、コイル35と永久磁石36との協働によって発電され、発電された電気はバッテリーに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。
なお、下ケーシング21に永久磁石36を固定し、回転軸22にコイル35を固定してもよい。
また、永久磁石35の外周面には、図示は省略するが、回転軸22に対して傾斜する傾斜溝が周方向に所定間隔で複数互いに平行に形成されている。そして、永久磁石35が回転軸22によって回転すると、傾斜溝によって、永久磁石35より下方にある空間から空気を吸い込んで、下ケーシング21の内部に吹き出して、当該内部を冷却するようになっている。つまり、永久磁石35は発電機能に加えて冷却機能を備えている。
そして、コイル37と永久磁石38との協働によって発電され、発電された電気はバッテリーに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。
なお、上ケーシング20に永久磁石38を固定し、回転体25にコイル37を固定してもよい。
排出口3bから排出された空気は、導風部材15によって導かれてシロッコファン8の一部(数枚)の羽根8aに次々に当たり、当該シロッコファン8を回転させる。
シロッコファン8が回転することによって、遊星歯車機構30のリングギア31が回転し、当該リングギア31とともに回転体25が回転する。
また、取込口3aの外側を流れた風の一部は、カバー部材19に当たり、このカバー部材19で斜めに反射して、シロッコファン8から離れる方向に向かう。このように、カバー部材19が設けられているので、シロッコファン8の対向外周面に位置する羽根8aに風が当たることがない。このため、集風部3の排出口3bから排出される風によってシロッコファン8がスムーズに回転する。
コイル35は前記コイル37より回転速度が10倍速いので、コイル35と永久磁石36との協働による発電力は、前記コイル37と永久磁石36の協働による発電力より大きくなる。
したがって、微風等の場合にシロッコファン8の回転速度が低くても、回転軸22の回転速度が増速されるので、この回転軸22に発電装置(永久磁石36とコイル35)を接続することによって、効率的に発電できる。
さらに、集風部3の排出口3bから排出される空気によってシロッコファン8が回転し、これに伴ってリングギア31が回転するので、シロッコファン8の回転をプラネタリギア33およびサンギア32を介して回転軸22に確実に伝達できる。
また、集風部3の排出口3bとシロッコファン8の一部の羽根8aとの間に導風部材15が設けられているので、排出口3bから排出される風(空気)を導風部材15によって導いて羽根8aに当てることができる。したがって、シロッコファン8をスムーズに回転させることができる。
つまり、回転軸22の回転による、永久磁石36とコイル35との協働によって発電できるとともに、回転体25の回転による永久磁石とコイルとの協働によって発電できるので、2系統で発電できる。
2 風力回転装置
3 集風部
3a 取入口
3b 排出口
4 回転部材
8 シロッコファン
8a 羽根
15 導風部材
20 上ケーシング(第2固定部材)
21 下ケーシング(第1固定部材)
22 回転軸
25 回転体
30 遊星歯車機構(回転伝達機構)
31 リングギア
32 サンギア
33 プラネタリギア
35,37 コイル
36,38 永久磁石
Claims (4)
- 取込口から風を取り込み集風して排出口から排出する集風部と、この集風部の前記排出口から排出される空気によって軸回りに回転する回転部材と、この回転部材と同軸に設けられ、軸回りに回転可能な回転軸と、前記回転部材の回転をその回転速度を増速して前記回転軸に伝達する回転伝達機構とを備えた風力回転装置を備えた風力発電装置であって、
前記回転軸が前記回転部材より軸方向に突出しており、
この突出している回転軸の外側に第1固定部材が設けられ、
前記回転軸と前記第1固定部材とのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられ、
前記風力回転装置の前記回転部材の内側に第2固定部材が設けられ、
前記回転部材と前記第2固定部材とのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられていることを特徴とする風力発電装置。 - 前記回転伝達機構は、遊星歯車機構によって構成され、
前記遊星歯車機構のリングギアが前記回転部材に取り付けられ、
前記遊星歯車機構のサンギアが前記回転軸に取り付けられ、
前記遊星歯車機構のプラネタリギアが前記リングギアおよび前記サンギアに噛合していることを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。 - 前記回転部材はシロッコファンによって構成され、このシロッコファンに前記リングギアが取り付けられていることを特徴とする請求項2に記載の風力発電装置。
- 前記集風部は前記取込口から前記排出口に向かうほど流路断面積が小さくなっており、
前記排出口と、前記シロッコファンの外周部に周方向に沿って複数設けられている羽根のうちの一部の羽根との間に、前記排出口から排出される空気を前記一部の羽根に向けて導く導風部材が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の風力発電装置。
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