JP7325512B2 - 動力駆動用ロータ - Google Patents

Description

本発明は動力駆動用ロータに関し、特に例えば風力、水流または潮流などに基づく流体を駆動エネルギーとする動力駆動用ロータに関するものである。

風力、水流または潮流を駆動エネルギーとして利用可能な発電機は、一般にロータ、伝動システム、発電システム及びタワーピラー等の部材からなる。該ロータはシャフトに取り付けられており、流体（気体または液体）の作用を受け付け可能なベーンを含む。ベーンが気流の作用を受けた後、該ロータは風力エネルギーが機械エネルギーに変換するように回転軸周りに回転し、次に伝動システムにより加速され、動力が発電システムに送られ、有用な電気エネルギーに変換される。さらに、回転軸周りにロータを回転させかつ伝動システムと協働することにより引水灌漑設備または穀物製粉設備の運転を駆動する風車が知られている。

従来のロータは、回転軸と結合されるために用いられるハブと、ハブに放射状に結合される複数のホルダーと、各ホルダーに結合される少なくとも１つの可動ベーン及び少なくとも１つのバリア部材とを含む。該可動ベーンはホルダーに対して回転可能であり、該バリア部材は可動ベーンの回転角度を規制する。可動ベーンが風力の作用を受けて所定の角度だけ回転し該バリア部材に接触する場合、可動ベーンは気流に対する抵抗を生成し、該ロータは回転軸周りに回転することになる。しかしながら、風力を受けてホルダーに対して回転する可動ベーンは、ある時間使用された後、磨耗しやすくなり、メインテナンスが必要となるため、使用寿命が短い。また、従来のロータは部品数が多く、構造が複雑であるため、組み立てに手間がかかり、コストが比較的に高くなる。

このため、本発明は、固定型の弾性ベーンを有し、構造が簡単化され、使用寿命を向上可能な動力駆動用ロータを提供することを目的とする。

この目的及びその他の目的を達成するために、本発明に係る動力駆動用ロータは、ハブと、複数の第１の固定ジブと、複数のインナーベーンとを含む。該ハブは、風力、水流または潮流を駆動エネルギーとして利用する機械回転軸と結合されるために用いられる。該複数の第１の固定ジブは、該ハブの周方向に沿って該ハブに離間して取り付けられ、各第１の固定ジブは、該回転軸の軸方向に垂直な径方向に沿って延在する。各インナーベーンが対応する第１の固定ジブに弾性的に固定されることにより、該複数のインナーベーンは、外力を受けた場合に該複数の第１の固定ジブに対して弾性的に作動可能であり、外力が除去された場合にリバウンド可能である。

一つの実施例において、該インナーベーンが弾性材料からなり、該インナーベーンの一方の側が該対応する第１の固定ジブに接続されることにより、該複数のインナーベーンは外力を受けた場合に該複数の第１の固定ジブに対して回動しないで湾曲している。

一つの実施例において、該インナーベーンは剛性材料からなり、該対応する第１の固定ジブとの間に、該対応する第１の固定ジブに結合される内端と該インナーベーンに結合される外端とを有する弾性接続シートが設けられている。他の実施例において、該インナーベーンと該対応する第１の固定ジブとの間に２つの端部がそれぞれ該対応する第１の固定ジブ及びインナーベーンに当接される少なくとも１つのスプリングが設けられることにより、該複数のインナーベーンは該複数の第１の固定ジブに弾性的に固定されている。

好ましい実施例において、各第１の固定ジブは、該ハブに結合される第１端と、該ハブから離れる第２端とを含む。該ロータは、第１の固定ジブの第２端にそれぞれ結合される複数の第２の固定ジブと、対応する第２の固定ジブに弾性的に固定される複数のアウターベーンとをさらに含むため、該複数のアウターベーンは外力の作用を受けた場合に該複数の第２の固定ジブに対して弾性的に作動可能であり、該外力が除去された場合にリバウンド可能である。

一つの実施例において、各第２の固定ジブは、該径方向に垂直な縦方向に沿って延在する。各アウターベーンは、該径方向に垂直な方向ではない傾斜方向へ延在する。

以下、本発明の実施例について添付の図面に基づいて詳しく説明する内容から、本発明はより明瞭になるであろう。

図面を参照しながら本発明に係る実施例を説明する。
図１は本発明に係る第１の実施例のロータの立体図であり、該ロータが風力発電機の回転軸に取り付けられる様子を示す。
図２は図１のロータ及び発電機の平面図である。
図３は図１のロータの第１の固定ジブ及びインナーベーンの分解模式図である。
図４は図１のロータのインナーベーンの一部が風力作用を受けてロータを回転させる模式図を示す。
図５は図１のロータのアウターベーンの一部が風力作用を受けてロータを回転させる模式図を示す。
図６は本発明の第２の実施例のロータの立体図であり、該ロータが風力発電機の回転軸に取り付けられる様子を示す。
図７は図６のロータ及び発電機の平面図である。
図８は図１と類似する立体図であり、本発明の第３の実施例のロータを示す。
図９は図１と類似する立体図であり、本発明の第４の実施例のロータを示す。
図１０は図３と類似する立体図であり、本発明の他の実施例の固定ジブ及びベーンを示す。
図１１は本発明のさらに他の実施例の固定ジブ及びベーンを示す立体図である。

図１１は本発明のさらに他の実施例の固定ジブ及びベーンを示す立体図である。

図１～３は、本発明に係る一実施例のロータ１０を示す。ロータ１０が例えば気流（風力）、水流、潮流等の流体で作動することにより、流体の流動エネルギーは該ロータ１０の回転を駆動し、設備（例えば引水灌漑設備または穀物製粉設備）の運転を駆動させたり動力を発電システムに伝送して発電することができる。

この実施例において、発電システムを実施例として説明する。ロータ１０は、ハブ１２と、複数の第１の固定ジブ１４と、第１の固定ジブ１４に固定される少なくとも１つのインナーベーン１６と、複数の第２の固定ジブ１８と、各第２の固定ジブ１８に結合される少なくとも１つのアウターベーン２０とを含む。該ハブ１２が発電機２２の回転軸２４と結合され、発電機２２がタワーピラー２６に支持されることにより、ロータ１０の回転中心は所定の高さを有する。該発電機２２の構造は従来技術でありかつその他の動力設備で代替できるものであり、本願の技術的特徴に属しないため、ここでは詳しい説明を省略する。

この実施例において、該ロータ１０は、５つの第１の固定ジブ１４と５つの第２の固定ジブ１８とを含む。実行可能な実施例において、該ロータ１０は、３つ、４つまたは５つ以上の第１及び第２の固定ジブ１４、１８を含む。該５つの第１の固定ジブ１４は、該ハブ１２の周方向に沿って該ハブ１２に離間して取り付けられ、各第１の固定ジブ１４は、回転軸２４の軸方向に垂直な径方向に沿って延在し、ハブ１２に結合される第１端２８とハブ１２から離れる第２端３０とを含む。各第１の固定ジブ１４は剛性材料製の円ロッドからなる。各第１の固定ジブ１４の外表面には、第１の固定ジブ１４の長さ方向（即ち該径方向）に沿って延在するトレンチ３２が設けられている。この実施例において、各第１の固定ジブ１４の外表面には、該第１の固定ジブ１４の外表面から外方へ突出しかつトレンチ３２によって区画される２対の離間した挟持部３４がさらに設けられている。

この実施例において、各第１の固定ジブ１４には、第１の固定ジブ１４に弾性的に固定されることにより、外力の作用を受けた場合に第１の固定ジブ１４に対して回動しないで湾曲可能であり、外力が除去された場合に元の状態に回復可能な離間した２つのインナーベーン１６が設けられている。この実施例において、該インナーベーン１６は弾性材料からなり、第１の固定ジブ１４に結合される第１側３６と、該第１の固定ジブ１４から離れる第２側３８とを有し、各インナーベーン１６の第１側３６は、該第１の固定ジブ１４のトレンチ３２に結合されかついずれか一対の挟持部３４内に位置する。例えばネジである固定部材４０が該一対の挟持部３４及びインナーベーン１６の第１側３６を貫通することにより、該インナーベーン１６は、第１の固定ジブ１４に回転不可能に固定される。

この実施例において、各第２の固定ジブ１８は、第１の固定ジブ１４の第２端３０に取り付けられ、該径方向に垂直な縦方向に沿って延在する。各第２の固定ジブ１８は、剛性材料製の円ロッドからなり、その構造が第１の固定ジブ１４と類似する。各第２の固定ジブ１８の外表面には、アウターベーン２０が結合される一つのトレンチ４２と二対の離間した挟持部４４とが設けられている。該トレンチ４２は、該第２の固定ジブ１８の長さ方向（即ち縦方向）に沿って延在する。各挟持部４４は、第２の固定ジブ１８の外表面から外方へ突出しかつトレンチ４２によって区画される。

この実施例において、各第２の固定ジブ１８の上には、第２の固定ジブ１８に弾性的に固定されることにより、外力の作用を受けた場合に第２の固定ジブ１８に対して回動しないで湾曲可能であり、外力が除去された場合に元の状態に回復可能な離間した２つのアウターベーン２０が設けられている。この実施例において、各アウターベーン２０の構造はインナーベーン１６と類似し、弾性材料からなる。該アウターベーン２０は、該縦方向に沿って延在し、第２の固定ジブ１８に結合される第１側４６と、第２の固定ジブ１８から離れる第２側４８とを有する。該アウターベーン２０の第１側４６は、第２の固定ジブ１８のトレンチ４２に結合され、かついずれか一対の挟持部４４内に位置し、例えばネジである固定部材５０が該一対の挟持部４４及び該アウターベーン２０の第１側４６を貫通することにより、該アウターベーン２０は、第２の固定ジブ１８に回転不可能に固定される。

本発明のロータ１０は、実施の際に、気流（風力）、水流または潮流により駆動することができる。気流を駆動エネルギーとする場合、該ロータ１０は地面の上方に取り付けられる。水流または潮流を駆動エネルギーとする場合、該ロータ１０は水面下に取り付けられる。この実施例においては、気流を駆動エネルギーとしてロータ１０の実施上の作動を説明する。図４に示すように、風（気流）５２が該インナーベーン１６に垂直しまたはそれと所定の角度をなす方向から該ロータ１０に吹き付けた場合、少なくとも一部のインナーベーン１６は風力の作用を受けて第１の固定ジブ１４に対して湾曲され、風に対する抵抗が生成され、これによって第１の固定ジブ１４を駆動させ、ロータ１０を回転軸２４の駆動のために時計方向に回転させる（図４では破線で示す）ことで、風力エネルギーを発電のために発電機２２内の発電システムに伝送する。これに対して、図４における風５２が逆方向からロータ１０に吹き付けた場合にも、少なくとも一部のインナーベーン１６は風力の作用を受けて、第１の固定ジブ１４に対して湾曲されるため、該ロータ１０は、時計方向に回動し、回転軸２４を駆動することができる。一方、図５に示すように、風５２が該アウターベーン２０に垂直しまたはそれと所定の角度をなす方向から該ロータ１０のアウターベーン２０に吹き付けた場合、少なくとも一部のアウターベーン２０は風力の作用を受けて第２の固定ジブ１８に対して湾曲され、これによって該ロータ１０は時計方向に回動し（図５では破線で示す）、回転軸２４を駆動させ、こうして風力エネルギーを発電のために発電機２２内の発電システムに伝送する。従って、各方向からの風５２は少なくとも一部のインナーベーン１６及び／またはアウターベーン２０に作用することができ、これによって該ロータ１０が回動し、風力エネルギーによる発電を効果的に利用することができる。

本発明に係るロータ１０のベーン（インナー及びアウターベーン１６、２０）は、固定ジブ（第１及び第２の固定ジブ１４、１８）に弾性的に固定可能である。該ベーン１６、２０が風力の作用を受けた場合に固定ジブ１４，１８に対して回動せずかつ風力が除去された場合に元の固定位置に回復可能であるため、従来技術のようなバリア部材を別途設置することによりベーンの回動角度を制限する必要がなく、ロータ１０の構造や組み立てが簡単化される。さらに、該ベーン１６、２０が該固定ジブ１４、１８に対して回動しないため、回動による磨耗問題を改善することができ、ベーン１６、２０の使用寿命を効果的に向上することができる。

図６、７は本発明に係る第２の実施例のロータ１０を示す。この実施例において、第２の固定ジブ１８の延在方向は該回転軸２４の軸方向と平行ではなく、アウターベーン２０は該径方向に垂直な方向ではない傾斜方向へ延在する。

図８、９は本発明に係る第３、第４の実施例のロータ１０を示す。図８におけるロータ１０は、第２の固定ジブ１８、アウターベーン２０を有せず、図９におけるロータ１０はインナーベーン１６を有しない。

図１０、１１に示すように、本発明の固定ジブ（第１及び第２の固定ジブ１４、１８）及びベーン（インナー及びアウターベーン１６、２０）はその他の実行可能な実施例を有してもよい。図１０の実施例において、該インナーベーン１６（またはアウターベーン）は剛性材料からなり、該インナーベーン１６の一端は凹溝５４を有する。さらに、インナーベーン１６と第１の固定ジブ１４との間には、該第１の固定ジブ１４のトレンチ３２内に結合されかつ例えばネジである固定部材４０により固定される内端５８と、該インナーベーン１６の凹溝５４内に係合されかつ例えばネジである固定部材４０により固定される外端６０とを有する弾性接続シート５６が設けられている。該弾性接続シート５６の設置により、該インナーベーン１６は、第１の固定ジブ１４に弾性的に固定され、外力作用を受けた場合に第１の固定ジブ１４に対して揺動したり所定の角度だけ傾斜したり（図示せず）するため、第１の固定ジブ１４に対して回動することはない。

図１１の実施例において、該インナーベーン１６（またはアウターベーン２０）は剛性材料からなりかつ一端に結合部６１が設けられている。該インナーベーン１６と第１の固定ジブ１４との間には２つのスプリング６２が設けられている。該第１の固定ジブ１４（または第２の固定ジブ１８）の外表面には２対の凸耳６４が外方へ突出されており、各対の凸耳６４の間には、いずれか一方のスプリング６２を収容する収容室６６が設けられ、軸ロッド６８が該二対の凸耳６４、該２つのスプリング６２及びインナーベーン１６の結合部６１を貫通することにより、各スプリング６２の２つの端部７０、７２はそれぞれ第１の固定ジブ１４及びインナーベーン１６に当接される。このため、該インナーベーン１６（またはアウターベーン２０）は、第１の固定ジブ１４（または第２の固定ジブ１８）に弾性的に固定され、外力の作用を受けた場合に第１の固定ジブ１４（または第２の固定ジブ１８）に対して回動しないで所定の角度だけ揺動し、外力が除去された場合に元の状態に回復することができる。

上述したものはいくつかの好ましい実施例について説明したが、インナーベーン１６が第１の固定ジブ１４に弾性的に固定される実施、またはアウターベーン２０が第２の固定ジブ１８に弾性的に固定される実施を実行可能な従来のいかなる技術も本願の実行可能な実施例の範囲に入るものとする。実行可能な実施例において、スプリングのほか、インナー、アウターベーン１６、２０と第１、第２の固定ジブ１６、２０との間は、磁気部材により弾性的固定または位置決めの実施を形成することができる。例えば、第１、第２の固定ジブ１４、１８に枢転可能に接続されるの各インナーベーン、アウターベーン１４、１８に第１の磁気部材が設けられ、かつ第１、第２の固定ジブ１４、１８に該第１の磁気部材に対応する第２の磁気部材が設けられている。従って、該第１、第２の磁気部材の両者の磁気吸引または反発により、インナーベーン１６（アウターベーン２０）は対応する第１の固定ジブ１４（対応する第２の固定ジブ１８）箇所に磁気的に位置決め可能であり、インナーベーン１６（アウターベーン２０）は外力の作用を受けた場合に第１の固定ジブ１４（第２の固定ジブ１８）に対して所定の角度だけ揺動し、外力が除去された場合に磁気効果によりリバウンドする。

本発明の精神または一般の特徴から離脱しない場合において、本発明はその他の具体的な形態により実施することができる。上述したものは本発明のある実施例の詳しい説明にすぎず、本発明を制限するものではない。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に記載のものを基準とし、特許請求の範囲の精神及びそれと類似する変化の実施例及び類似構造はいずれも本発明に含まれるとする。

Claims (14)

1. 回転軸と結合されるために用いられるハブと、
   該ハブの周方向に沿って該ハブに離間して取り付けられ、該回転軸の軸方向に垂直な径方向に沿って延在する複数の第１の固定ジブであって、各第１の固定ジブは、該ハブに結合される第１端と、該ハブから離れる第２端とを含む複数の第１の固定ジブと、
   対応する第１の固定ジブに弾性的に固定されることで、外力の作用を受けた場合に該複数の第１の固定ジブに対して弾性的に作動可能であり、外力が除去された場合にリバウンド可能である複数のインナーベーンと、
   前記第１の固定ジブの第２端にそれぞれ結合される複数の第２の固定ジブと、
   対応する第２の固定ジブに弾性的に固定されかつ対応する第２の固定ジブの外表面から外方へ突出することにより、外力の作用を受けた場合に該複数の第２の固定ジブに対して第１の湾曲方向または第２の湾曲方向の弾性的作動が可能となり、外力が除去された場合にリバウンド可能であり、該第１の湾曲方向の弾性的作動は該ハブに近接するように湾曲し、該第２の湾曲方向の弾性的作動は該ハブから離れるように湾曲する複数のアウターベーンと、
   を含むことを特徴とする動力駆動用ロータ。
2. 該インナーベーンは弾性材料からなり、一方の側が該対応する第１の固定ジブに接続されることにより、該複数のインナーベーンは外力の作用を受けた場合に該複数の第１の固定ジブに対して回動しないで湾曲可能であることを特徴とする請求項１に記載の動力駆動用ロータ。
3. 該インナーベーンは、剛性材料からなり、該対応する第１の固定ジブとの間に、該対応する第１の固定ジブに結合される内端と、該インナーベーンに結合される外端とを有する弾性接続シートが設けられることにより、該複数のインナーベーンは該複数の第１の固定ジブに弾性的に固定されることを特徴とする請求項１に記載の動力駆動用ロータ。
4. 該インナーベーンは剛性材料からなり、該対応する第１の固定ジブとの間に、２つの端部がそれぞれ該対応する第１の固定ジブ及び該インナーベーンに当接される少なくとも１つのスプリングが設けられることにより、該複数のインナーベーンは該複数の第１の固定ジブに弾性的に固定されることを特徴とする請求項１に記載の動力駆動用ロータ。
5. 該アウターベーンは弾性材料からなり、一方の側が該対応する第２の固定ジブに接続されることを特徴とする請求項１に記載の動力駆動用ロータ。
6. 該アウターベーンは、剛性材料からなり、該対応する第２の固定ジブとの間に、該対応する第２の固定ジブに接続される内端と、該アウターベーンに接続される外端とを有する弾性接続シートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の動力駆動用ロータ。
7. 各第２の固定ジブは該径方向に垂直な縦方向に沿って延在することを特徴とする請求項１に記載の動力駆動用ロータ。
8. 各アウターベーンは該径方向に垂直な方向ではない傾斜方向へ延在することを特徴とする請求項１に記載の動力駆動用ロータ。
9. 回転軸と結合されるために用いられるハブと、
   該ハブの周方向に沿って該ハブに離間して取り付けられ、該回転軸の軸方向に垂直な径方向に沿って延在し、該ハブに結合される第１端と該ハブから離れる第２端とを含む複数の第１の固定ジブと、
   前記第１の固定ジブの第２端にそれぞれ結合される複数の第２の固定ジブと、
   対応する第２の固定ジブに弾性的に固定されかつ対応する第２の固定ジブの外表面から外方へ突出することにより、外力の作用を受けた場合に該複数の第２の固定ジブに対して第１の湾曲方向または第２の湾曲方向の弾性的作動が可能となり、外力が除去された場合にリバウンド可能であり、該第１の湾曲方向の弾性的作動は該ハブに近接するように湾曲し、該第２の湾曲方向の弾性的作動は該ハブから離れるように湾曲する複数のアウターベーンと、
   を含むことを特徴とする動力駆動用ロータ。
10. 該アウターベーンは、弾性材料からなり、一方の側が該対応する第２の固定ジブに接続されることにより、外力の作用を受けた場合に該複数の第２の固定ジブに対して回動しないで湾曲可能であることを特徴とする請求項９に記載の動力駆動用ロータ。
11. 該アウターベーンは剛性材料からなり、該対応する第２の固定ジブとの間に、該対応する第２の固定ジブに結合される内端と、該アウターベーンに結合される外端とを有する弾性接続シートが設けられていることを特徴とする請求項９に記載の動力駆動用ロータ。
12. 該アウターベーンは剛性材料からなり、該対応する第２の固定ジブとの間に、２つの端部がそれぞれ該対応する第２の固定ジブ及び該アウターベーンに当接される少なくとも１つのスプリングが設けられていることを特徴とする請求項９に記載の動力駆動用ロータ。
13. 各第２の固定ジブは該径方向に垂直な縦方向に沿って延在することを特徴とする請求項９に記載の動力駆動用ロータ。
14. 各アウターベーンは、該径方向に垂直な方向ではない傾斜方向へ延在することを特徴とする請求項９に記載の動力駆動用ロータ。

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