JP7492262B2 - Magnus type thrust generating device, wind power rotating device, water power rotating device, tidal power rotating device using said Magnus type thrust generating device, and wind power generator, water power generator, tidal power generator using said Magnus type thrust generating device - Google Patents
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Description
本発明は、流体中で回転する略円筒形状の円筒翼が発生するマグナス力を用いたマグナス式推力発生装置、前記マグナス式推力発生装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、ならびに前記マグナス式推力発生装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機などの流体機械に関する。 The present invention relates to a Magnus thrust generating device that uses the Magnus force generated by a roughly cylindrical blade that rotates in a fluid, a wind-powered rotating device, a hydraulic rotating device, and a tidal rotating device that use the Magnus thrust generating device, and fluid machinery such as a wind-powered generator, a hydraulic generator, and a tidal generator that use the Magnus thrust generating device.
従来から、流体中で回転する円筒翼が発生するマグナス力を利用する装置が知られている。例えば、特許文献1には、発電機軸を中心として回転するとともに円筒翼を軸支する支持部材と、支持部材上に垂設され、各個に独立して回転する複数の円筒翼とを備え、支持部材上に垂設される円筒翼が発電機軸を中心とする円周軌道上に配設される、マグナス式推力発生装置(縦軸式マグナス型風力発電装置)が開示されている。
Conventionally, devices that utilize the Magnus force generated by cylindrical blades rotating in a fluid have been known. For example,
本発明は、円筒翼強度を高めることが可能なマグナス式推力発生装置、前記マグナス式推力発生装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、ならびに前記マグナス式推力発生装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a Magnus thrust generating device capable of increasing the strength of cylindrical blades, a wind-powered rotating device, a hydro-powered rotating device, and a tidal-powered rotating device that use the Magnus thrust generating device, as well as a wind-powered generator, a hydro-powered generator, and a tidal-powered generator that use the Magnus thrust generating device.
本発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係るマグナス式推力発生装置は、
支持筐体と、
前記支持筐体に対して第1の回転軸を中心として回転可能な回転部と、
前記第1の回転軸を中心として公転可能であって、前記第1の回転軸に対して平行な第2の回転軸を中心として自転可能な複数の円筒翼と、
前記回転部に固定されることで前記第1の回転軸を中心として回転可能であって、前記第1の回転軸を中心とする円周上に前記円筒翼を支持する支持部と、
を備え、
前記円筒翼は、
筒状の円筒翼本体と、
前記円筒翼本体に設置される補強部と、
を有し、
前記補強部は、
少なくとも1つの部材で、全体で環状に形成され、前記円筒翼本体の内周に設置される補強部材と、
少なくとも1つの部材で、全体で環状に形成され、前記円筒翼本体の外周に設置される補強補助部材と、
を有する。
The present invention aims to solve the above problems, and provides a Magnus thrust generating device according to one embodiment of the present invention,
A supporting housing;
a rotating unit rotatable about a first rotation axis relative to the support housing;
A plurality of cylindrical blades capable of revolving around the first rotation axis and rotating around a second rotation axis parallel to the first rotation axis ;
a support portion that is fixed to the rotating portion to be rotatable about the first rotation axis and that supports the cylindrical blade on a circumference centered on the first rotation axis;
Equipped with
The cylindrical blade is
A cylindrical blade body,
A reinforcing portion provided on the cylindrical blade body;
having
The reinforcing portion is
A reinforcing member formed in an annular shape as a whole by at least one member and installed on an inner periphery of the cylindrical blade body;
A reinforcing auxiliary member formed in an annular shape as a whole by at least one member and installed on the outer periphery of the cylindrical blade body;
has.
また、本発明の一実施形態に係る風力回転装置、水力回転装置または潮力回転装置は、前記マグナス式推力発生装置を用いたものである。 In addition, a wind-powered rotating device, a hydraulic rotating device, or a tidal rotating device according to one embodiment of the present invention uses the Magnus thrust generating device.
また、本発明の一実施形態に係る風力発電機、水力発電機または潮力発電機は、前記マグナス式推力発生装置を用いたものである。 In addition, a wind power generator, a hydroelectric power generator, or a tidal power generator according to one embodiment of the present invention uses the Magnus thrust generating device.
本発明の一実施形態に係るマグナス式推力発生装置によれば、回転翼本体に設置される補強部を有する。そのため、円筒翼の強度を高めることが可能となる。 The Magnus thrust generating device according to one embodiment of the present invention has a reinforcing part installed on the rotor body. This makes it possible to increase the strength of the cylindrical blade.
以下に本発明の具体的な実施形態を示す。実施形態はあくまで一例であり、この例に限定されるものではない。なお、以下の実施形態では、マグナス式推力発生装置の適用例の1つとして、マグナス式推力発生装置を用いた垂直軸型マグナス式風力発電機1について説明する。
Specific embodiments of the present invention are described below. The embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these examples. In the following embodiment, a vertical axis type Magnus type
図1は、本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機1の一例を示す斜視図である。図2は、本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機1の一例を示す正面図である。図3は、本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機1の一例を示す分解正面図である。図4は、本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機1の一例を示す平面図である。図5は、本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機1の一例を示すV-V線断面図である。
Figure 1 is a perspective view showing an example of a vertical axis type Magnus type
垂直軸型マグナス式風力発電機1は、設置面Sに対して設置される支持筐体2と、支持筐体2の内部に配置される発電機21及び増速機22と、増速機22を介して発電機21に連結されるとともに、設置面Sに対して垂直な第1の回転軸O1を中心として回転可能な回転部3と、第1の回転軸O1を中心として公転可能であって、第1の回転軸O1に対して平行な第2の回転軸O2を中心として自転可能な複数の円筒翼4と、複数の円筒翼4とともに各組を構成し、各組の円筒翼4の軸方向に沿って長手方向5Lが配置される複数の整流板5及び複数の遮蔽板7と、回転部3に固定されることで第1の回転軸O1を中心として回転可能であって、円筒翼4、整流板5及び遮蔽板7の各組毎に、第1の回転軸O1を中心とする円周C1上に円筒翼4を支持するとともに、円筒翼4が公転するときの進行方向とは反対側に整流板5及び遮蔽板7を支持する支持部6とを備える。
The vertical axis type Magnus
なお、本実施形態の説明において、「平行」とは、完全に平行な場合だけでなく、垂直軸型マグナス式風力発電機1の機能が損なわれない程度のずれを許容した略平行な場合も含む。同様に、「垂直」とは、完全に垂直な場合でだけでなく、垂直軸型マグナス式風力発電機1の機能が損なわれない程度のずれを許容した略垂直な場合も含む。また、本実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機1は、図1に示すように、2つの円筒翼4と、2つの整流板5とを備え、円筒翼4、整流板5及び遮蔽板7の組数は、2組であるものとして説明する。
In the description of this embodiment, "parallel" does not only mean completely parallel, but also means approximately parallel, allowing for a degree of misalignment that does not impair the function of the vertical-axis Magnus
支持筐体2は、第1の回転軸O1と同軸状に配置される円筒状の筐体である。支持筐体2の上部には、その上部から回転部3の上部30を突設させるとともに、第1の回転軸O1が設置面Sに対して垂直となるように、回転部3を軸支する軸受ユニット20を備える。なお、支持筐体2は、トラス状の筐体としてもよい。
The
回転部3は、軸受ユニット20に軸支される回転シャフト等で構成されており、軸受ユニット20の上面に対して突設された上部30の周壁部分に支持部6が固定される。
The
発電機21は、増速機22を介して回転部3に連結されており、回転部3が回転する際の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電するように構成されている。なお、発電機21は、増速機22を介さずに直接回転部3に連結してもよい。
The
垂直軸型マグナス式風力発電機1の定格出力として、例えば、10kw程度を想定する場合には、円筒翼4の外寸は、長さ10m程度、直径1m程度であり、整流板5の外寸は、長さ10m程度、幅1.6m程度、厚さ0.5~3mm程度である。
If the rated output of the Magnus vertical
複数の円筒翼4は、支持部6により円周C1上に支持されることで、図5に示すように、第1の回転軸O1及び第2の回転軸O2に垂直な平面上において、複数の第2の回転軸O2は、円周C1上で所定の間隔(円筒翼支持間隔)を空けるようにして円周C1上に配置される。本実施形態では、2つの円筒翼4に対する2つの第2の回転軸O2は、第1の回転軸O1を挟んで対向するようにして円周C1上に配置される。
The multiple
円筒翼4は、円筒状に形成された円筒状の円筒翼本体40を備え、円筒翼本体40は、第2の回転軸O2と平行な円筒翼4の軸方向に対する両端部として、鉛直方向の上側に配置される上端部(一端部)40aと、鉛直方向の下側に配置される下端部(他端部)40bとを備える。また、円筒翼4は、上端部40a及び下端部40bにそれぞれ配置されて、円筒翼4の直径よりも大きな円板状の翼端板41と、第2の回転軸O2を中心として円筒翼4を時計回りR2に回転(自転)させる円筒翼モータ(回転駆動部)42と、円筒翼本体40に連結されて、上端部40a及び下端部40bにおいて第2の回転軸O2と同軸上にそれぞれ配置される上部回転伝達軸部(一端側回転伝達軸部)42a及び下部回転伝達軸部(他端側回転伝達軸部)42bとを備える。
The
整流板5は、平板状に形成されており、整流板5の長手方向5Lに対する両端部として、上端部(一端部)50aと、下端部(他端部)50bとを備え、整流板5の幅方向5Wに対する両縁部として、円筒翼4側に配置されて円筒翼4に近い前端縁部50cと、前端縁部50cとは反対側に配置されて円筒翼4から遠い後端縁部50dとを備える。また、整流板5は、整流板5の板厚方向に対して垂直な表面として、第1の回転軸O1側に配置される内側表面50eと、内側表面50eとは反対側の外側表面50fとを備える。
The straightening
整流板5は、整流板5の後端縁部50dに、整流板5の上端部50a及び下端部50bに近づくにつれて整流板5の幅が狭くなるテーパ部53を備える。テーパ部53は、直線形状でもよいし、例えば、放物線を描くような曲線形状でもよいし、直線形状と曲線形状とを組み合わせたものでもよい。なお、本実施形態では、整流板5は、整流板5の両端部50a、50bに、同一の直線形状のテーパ部53をそれぞれ備えるが、整流板5は、整流板5の両端部50a、50bに、異なる形状のテーパ部53をそれぞれ備えていてもよいし、上端部50a及び下端部50bのいずれか一方にだけテーパ部53を備えていてもよい。
The
遮蔽板7は、整流板5と同様に平板状に形成されており、遮蔽板7の長手方向は、整流板5の長手方向5Lと平行に配置される。遮蔽板7は、遮蔽板7の幅方向に対する両縁部として、整流板5側に配置される基端縁部70aと、基端縁部70aとは反対側の先端縁部70bとを備える。
The
整流板5及び遮蔽板7は、支持部6により支持されることで、図5に示すように、第1の回転軸O1及び第2の回転軸O2に垂直な平面上において、円筒翼4の進行方向とは反対側に配置される。整流板5は、円筒翼4の進行方向とは反対側に伸びるように、前端縁部50c及び後端縁部50dが配置される。遮蔽板7は、整流板5の前端縁部50c側に配置されて、整流板5に対して第1の回転軸O1側(内側表面50e側)に立設するように支持される。このとき、円筒翼4と整流板5の前端縁部50cとの間には隙間が形成されるとともに、円筒翼4と遮蔽板7の先端縁部70bとの間には隙間が形成される。なお、整流板5及び遮蔽板7の具体的構成は後述する。
The straightening
支持部6は、円筒翼4、整流板5及び遮蔽板7の各組毎に、第1の回転軸O1を中心とする円周C1上に円筒翼4を配置するように、軸方向に対する円筒翼4の両端部40a、40bを軸支するとともに、円筒翼4が第1の回転軸O1を中心として時計回りR1に公転するときの進行方向とは反対側に整流板5及び遮蔽板7を配置するように、整流板5及び遮蔽板7を支持する。
For each set of
支持部6が、円周C1上に円筒翼4を支持する態様としては、支持部6が、図5に示すように、円筒翼4の中心である第2の回転軸O2と円周C1とが重なった状態で円筒翼4を支持する場合だけでなく、第2の回転軸O2と円周C1との間には、垂直軸型マグナス式風力発電機1の機能が損なわれない程度のずれが許容されるものであり、支持部6が、例えば、円筒翼4の円形状の断面と円周C1とが重なった状態で円筒翼4を支持する場合も含む。なお、支持部6の具体的構成は後述する。
The manner in which the support part 6 supports the
垂直軸型マグナス式風力発電機1は、円筒翼モータ42により第2の回転軸O2を中心として円筒翼4を時計回りR2に回転(自転)させた状態において、所定の方向から風(空気流)を受けると、円筒翼4にマグナス力が発生する。そして、円筒翼4に発生したマグナス力は、第1の回転軸O1を中心として円筒翼4を時計回りR1に公転させる方向に作用する。
When the vertical axis type Magnus
このとき、整流板5は、風向に対して円筒翼4が存在する位置に応じて、マグナス力の大きさを制御する。具体的には、円筒翼4が、風上側に存在する場合には、整流板5は、風向と円筒翼4の自転方向とが逆方向になる領域(流れ減速側)に存在する。そのため、整流板5は、流れ減速側における風の流れを阻害することになるが、円筒翼4に発生するマグナス力を大きく低下させることにはならないため、マグナス力は、円筒翼4を公転させる回転力として作用する。
At this time, the straightening
一方、円筒翼4が、風下側に存在する場合には、整流板5は、風向と円筒翼4の自転方向とが一致する領域(流れ加速側)に存在する。そのため、整流板5は、流れ加速側における風の流れを阻害することにより、円筒翼4に発生するマグナス力を低下させるため、マグナス力が、円筒翼4を公転させる回転力を打ち消すように作用することを抑制する。
On the other hand, when the
以上のように、円筒翼4が、整流板5により円筒翼4に発生するマグナス力が制御された状態で時計回りR1に公転することにより、回転部3を時計回りに回転させて、回転部3に連結された発電機21で発電する。
As described above, the
支持部6は、整流板5に対して第1の回転軸O1側に配置されて、長手方向5Lに対する整流板5の両端部50a、50b間に亘って整流板5の長手方向5Lに沿うように整流板5及び遮蔽板7を支持する整流板支持部61と、整流板支持部61の上端部(一端部)610aと回転部3とを連結する第1の連結アーム部62と、整流板支持部61の下端部(他端部)610bと回転部3とを連結する第2の連結アーム部63と、円筒翼4の上端部40a側を軸支するとともに、第1の連結アーム部62に連結される第1の円筒翼支持部(一端側支持部)64と、円筒翼4の下端部40b側を軸支するとともに、第2の連結アーム部63に連結される第2の円筒翼支持部(他端側支持部)65とを、円筒翼4、整流板5及び遮蔽板7の各組毎(本実施形態では2組)に備える。
The support portion 6 is arranged on the first rotation axis O1 side with respect to the straightening
整流板支持部61は、両端部50a、50b間に亘って整流板5の長手方向5Lに沿うように配置されて、整流板5を支持する整流板支持アーム部610と、整流板5の長手方向5Lに対して所定の間隔(補強間隔)で配置されるとともに、整流板5の幅方向5Wに対する整流板5の両縁部50c、50d間に亘って長手方向5Lに対して所定の角度(本実施形態では直角)を有するように配置されて、整流板5及び遮蔽板7を支持する複数の整流板補強部材611とを備える。
The straightening
第1の円筒翼支持部64は、円筒翼4の上端部40a側において円筒翼4の軸心を揺動可能な状態で軸支する揺動軸支構造部640と、第1の連結アーム部62の先端部620bと揺動軸支構造部640とを連結する第1の円筒翼支持アーム部641と、第1の連結アーム部62の屈曲部620cと揺動軸支構造部640とを連結する第2の円筒翼支持アーム部642とを備える。揺動軸支構造部640は、その内部に、円筒翼4の上端部40aに設けられた回転軸を軸支する第1の軸受(不図示)等を備える。
The first cylindrical
第2の円筒翼支持部65は、円筒翼4の下端部40b側において円筒翼4の軸心を固定した状態で軸支するとともに、円筒翼モータ42を支持する固定軸支構造部650と、第2の連結アーム部63の先端部630bと固定軸支構造部650とを連結する第1の円筒翼支持アーム部651と、第2の連結アーム部63の屈曲部630cと固定軸支構造部650とを連結する第2の円筒翼支持アーム部652とを備える。固定軸支構造部650は、その内部に、円筒翼4の下端部40bに設けられた回転軸を軸支する第2の軸受(不図示)等を備えるとともに、円筒翼モータ42の回転駆動力が、その円筒翼4の回転軸に伝達されるように、円筒翼モータ42を支持する。
The second cylindrical
また、支持部6は、整流板5の長手方向5Lに対する整流板支持アーム部610の中間部610cと、第1の連結アーム部62の回転部3側の固定端部620a及び第2の連結アーム部63の回転部3側の固定端部630aが隣接する隣接部661とを連結する第3の連結アーム部66を、円筒翼4、整流板5及び遮蔽板7の各組毎(本実施形態では2組)にさらに備える。
The support section 6 further includes a third connecting
支持部6が備える各アーム部(整流板支持アーム部610、第1の連結アーム部62、第2の連結アーム部63、第1の円筒翼支持アーム部641、651、第2の円筒翼支持アーム部642、652、及び、第3の連結アーム部66)は、例えば、スチール、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金等の金属材料や、炭素繊維強化樹脂、ガラス繊維強化樹脂等の樹脂材料を用いて、円形、楕円形、多角形等の任意の断面形状を有する管状部材、L型、H型、I型等の任意の断面形状を有する板状部材、又は、ワイヤー部材として形成されている。なお、支持部6が備える各アーム部は、各アーム部が配置される場所や各部が支持する荷重に応じて、各部の外形形状、断面形状、断面積、及び、材料等を変更するようにしてもよい。
Each arm part (baffle
また、支持部6が備える各アーム部は、複数のアーム部が一体的に形成された複数の複合アーム部材により構成されており、各複合アーム部材間は、任意の接合方法(溶接、接着、ねじ固定、圧入、リベット、ピン結合、継手等)による接合部を介して接合される。 In addition, each arm section of the support section 6 is composed of multiple composite arm members in which multiple arm sections are integrally formed, and each composite arm member is joined via a joint that is formed by any joining method (welding, adhesive bonding, screw fixing, press fitting, rivets, pin connections, joints, etc.).
本実施形態では、例えば、第1の連結アーム部62、第2の連結アーム部63、第1の円筒翼支持アーム部641、651及び第2の円筒翼支持アーム部642、652が一体的に形成されることで、第1の複合アーム部材60Aを構成する。また、整流板支持アーム部610及び第3の連結アーム部66が一体的に形成されることで、第2の複合アーム部材60Bを構成する。そして、第1の複合アーム部材60Aは、接合部600A、600Bを介して回転部3に接合される。第2の複合アーム部材60Bは、接合部601A~601Cを介して第1の複合アーム部材60Aに接合される。
In this embodiment, for example, the first connecting
図6は、本発明の実施形態に係る円筒翼4の一例を示す断面図である。
Figure 6 is a cross-sectional view showing an example of a
円筒翼4は、円筒状の円筒翼本体40と、円筒翼4の上端部40a及び下端部40bにそれぞれ配置されて、円筒翼4の直径よりも大きな円板状の翼端板41と、を備える。上端固定部45及び下端固定部46は、連結部43で連結される。また、円筒翼本体40は、補強部44で補強される。
The
連結部43は、引っ張り強度が大きく、復元力に優れた材料の連結部材431を少なくとも含む。例えば、連結部材431の材料は、炭素鋼、高強度鋼、ステンレス等の金属材料、又は、炭素繊維強化樹脂、ガラス繊維強化樹脂、アラミド繊維等の樹脂材料等が使われる。特に、炭素繊維強化プラスチックは、軽量で好ましい。連結部材431は、円形、楕円形、多角形等の任意の断面形状を有する線状の部材であって、高強度の一本のワイヤでもよく、複数本の小径のワイヤを螺旋巻きにより合わせ、太い径のケーブル状に形成したものでよい。
The connecting
連結部材431は、円筒翼体4の第2の回転軸O2上に設置されると好ましい。なお、連結部材431を厳密に第2の回転軸O2に重ねて設置することは困難なので、少しの誤差、例えば、連結部材431の直径程度の誤差であれば、第2の回転軸O2上に設置されているとみなしてよい。
The connecting
補強部44は、例えば、スチール、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金等の金属材料や、炭素繊維強化樹脂、ガラス繊維強化樹脂等の樹脂材料が使用される。補強部44の断面は、L型、H型、I型、T型、Z型等の任意の形状が好ましい。
The reinforcing
補強部44は、円筒翼本体40に少なくとも1つ設置され、少なくとも1つは第2の回転軸O2方向で円筒翼本体40の中央に設置されることが好ましい。なお、補強部44を厳密に円筒翼本体40の中央に設置することは困難なので、例えば、円筒翼40の第2の回転軸O2方向の長さに対して10%程度の誤差であれば、第2の回転軸O2方向で円筒翼本体40の中央に設置されているとみなしてよい。
At least one reinforcing
本実施形態の補強部44は、円筒翼本体40の第2の回転軸O2方向で等間隔に3つ設置されているが、補強部44は3つに限らず、少なくとも1つ設置すればよい。なお、補強部44の少なくとも1つは第2の回転軸O2方向で円筒翼本体40の中央に設置されることが好ましい。
In this embodiment, three reinforcing
円筒翼本体40は第2の回転軸O2方向の中央付近が最も径方向に座屈しやすいため、補強部44を円筒翼本体40の中央に設置することにより、円筒翼本体40の強度を高めることができる。さらに、補強部44を円筒翼本体40の中央に設置することにより、円筒翼4の共振周波数を大きくすることができるので、破損の原因となる異常振動が起こりにくくなる。したがって、補強部44の数は、奇数が好ましい。なお、補強部44を複数設置する場合、設置場所によって異なる形状にしてもよい。
Since the
補強部44を設置することによって、円筒翼本体40の厚さを大きくすることなく、強度を高めることができる。また、複数の補強部44を設置することによって、円筒翼本体40の強度をより高めることができる。さらに、複数の補強部44を等間隔に設置することによって、円筒翼本体40の強度をより高めることができる。
By providing the reinforcing
補強部44の設置により、円筒翼本体40の厚さが小さくても強度を高めることができる。したがって、円筒翼本体40の厚さを大きくして強度を高める場合よりも、円筒翼本体40の重量や慣性モーメントの増加を最小限にとどめながら強度を高めることができ、円筒翼4を円滑に回転させることができる。また、円筒翼4の共振周波数が大きくなることで、破損の原因となる異常振動が起こりにくくなる。補強部44を複数設置する場合には、奇数個でも偶数個でもよい。
By installing the reinforcing
図7は、本発明の第1実施形態に係る円筒翼4の補強部44の一例を示す断面図である。図8は、図7におけるVIII-VIII断面図である。図9は、図7におけるA部分の拡大図である。
Figure 7 is a cross-sectional view showing an example of a reinforcing
補強部44は、円筒翼本体40の内周に設置される補強部材441と、円筒翼本体40の外周に設置される補強補助部材442と、を有する。なお、補強補助部材442は、設置しなくてもよい。第1実施形態の補強部材441は、周方向に等間隔に並んだ3つの部材から全体で環状に形成される。なお、補強部材441は、少なくとも1つの部材で環状に形成すればよい。
The reinforcing
第1実施形態の補強部材441は、円筒翼本体40の内周に取り付けられる取付基部441aと、取付基部441aの一端から内周側に延びるフランジ部441bと、フランジ部441bの内周側から取付部441aとは反対の第2の回転軸O2と平行な方向に延びる延長部441cと、フランジ部441bの周方向の端部から取付基部441aと同じ方向に延びる接続部441dと、を有する。
The reinforcing
取付基部441aは、円筒翼本体40の内周に、ボルト、リベット、接着、溶接、もしくはそれらの組み合わせにより取り付けられる。第1実施形態の補強部44は、取付基部441aと補強補助部材442とで円筒翼本体40を挟んでボルトとナットで取り付けられている。第1実施形態の補強補助部材442は、周方向に等間隔に並んだ3つの部材から全体で環状に形成される。なお、補強部材補助442は、少なくとも1つの部材で環状に形成すればよい。
The mounting
フランジ部441bは、取付基部441aの一端から内周側に突出して延びる。したがって、補強部材441の強度を高めることができる。また、延長部441cは、フランジ部441bの内周側から取付部441aとは反対の第2の回転軸O2と平行な方向に延びる。したがって、補強部材441の強度をより高めることができる。
The
補強部材441は、取付基部441aからフランジ部441bの一部にかけて、複数の切欠き441eが形成されている。切欠き441eを形成することによって、環状に形成したときの歪みが少なくなり、補強部材441は、円筒翼本体40の内周に的確に取り付けられる。また、円筒翼本体40と補強部材441の材料が異なる場合には熱膨張係数の差によって生じる熱応力を緩和することができる。複数の切欠き441eは、等間隔であると、歪みがより少なくなり、より的確に取り付けられるので、好ましい。なお、複数の切欠き441eの先端は穴加工等の応力集中防止部441fを設けることが好ましい。
The reinforcing
接続部441dは、補強部材441が複数で形成される場合に、隣り合うフランジ部441bの周方向の端部を接続する部分である。第1実施形態の接続部441dは、ボルトとナットによって接続される。なお、図7では二組のボルトとナット等の結合部材441gによって接続されているが、少なくとも一組の結合部材441gによって接続してもよい。ただし、複数組の方が、結合部材441gを中心に回転することなく、安定して接続することができる。また、接続部441dは、リベット、接着又は溶接、もしくはそれらの組み合わせ等によって接続されてもよい。
The
このように、円筒翼4は、補強部44を設置することによって、円筒翼本体40の厚さが小さくても強度を高めることができるので、円筒翼本体40の厚さを大きくして強度を高める場合よりも円筒翼4の重量や慣性モーメントが小さくなり、円筒翼4を円滑に回転させることができる。また、円筒翼4の共振周波数が大きくなることで、破損の原因となる異常振動が起こりにくくなる。
In this way, by providing the reinforcing
図10は、本発明の第2実施形態に係る円筒翼4の補強部44の一例を示す拡大断面図である。
Figure 10 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a reinforcing
第2実施形態の補強部材441は、炭素繊維強化樹脂、ガラス繊維強化樹脂等の樹脂材料を用いて、一体の環状に形成される。第2実施形態の補強部材441は、円筒翼本体40の内周に取り付けられる取付基部441aと、取付基部441aのから内周側に延びるフランジ部441bと、を有する。
The reinforcing
第2実施形態の補強部44は、取付基部441aが円筒翼本体40に接着によって取り付けられている。取付基部441aの内周側と円筒翼本体40を接続する補強補助部材442をさらに設けてもよい。
In the second embodiment, the reinforcing
このように、第2実施形態の補強部44は、円筒翼本体40の外周に補強補助部材442を設置しないので、円筒翼4の回転時の空気抵抗を減らすことができる。また、第2実施形態の補強部材441は、1つの部材で環状に形成されるので、円筒翼4の部品点数が少なくなり、軽量化することができる。
In this way, the reinforcing
なお、第2実施形態の補強部材441は、第1実施形態と同様に複数の切欠き441eが形成されてもよい。また、第2実施形態の補強部材441は、複数の部材から形成されてもよい。この場合、第2実施形態の補強部材441は、隣り合う部材を接続する接続部441dを形成してもよい。
The reinforcing
図11は、本発明の第3実施形態に係る円筒翼4の補強部44の一例を示す拡大断面図である。
Figure 11 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a reinforcing
第3実施形態の補強部材441は、円筒翼本体40の内周に取り付けられる取付基部441aと、取付基部441aの上下端から内周側に延びるフランジ部441bと、を有する。すなわち、第3実施形態の補強部材441の断面は、内側に開口を向けた凹状又はC字状に形成される。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
The reinforcing
このように、第3実施形態の補強部材441は、内側に開口を向けた凹状又はC字状に断面を形成するので、補強部材441自体の強度を高めることができる。
In this way, the reinforcing
(他の実施形態)
上記のように、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
Other Embodiments
As described above, the embodiment of the present invention has been described, but the present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the technical concept of the present invention.
例えば、上記実施形態では、円筒翼4が、第1の回転軸O1を中心として時計回りR1に公転するものとして説明したが、反時計回りに公転するようにしてもよい。その場合には、円筒翼4が自転する方向を時計回りR2から反時計回りに変更するとともに、それに合わせて整流板5の配置を変更すればよい。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、円筒翼4、整流板5及び遮蔽板7の組数は、2組であるものとして説明したが、円筒翼4、整流板5及び遮蔽板7の組数は適宜変更してもよく、垂直軸型マグナス式風力発電機1は、3組以上の円筒翼4、整流板5及び遮蔽板7を備えるようにしてもよい。
In addition, in the above embodiment, the number of sets of
また、上記実施形態では、第1の回転軸O1及び第2の回転軸O2を、設置面Sに対して垂直に配置した、すなわち、鉛直方向に対して平行に配置したものとして説明したが、鉛直方向に対して斜めに配置してもよいし、鉛直方向に対して直角に、すなわち、水平方向に配置してもよい。 In the above embodiment, the first rotation axis O1 and the second rotation axis O2 are described as being arranged perpendicular to the installation surface S, i.e., parallel to the vertical direction, but they may be arranged diagonally to the vertical direction or perpendicular to the vertical direction, i.e., horizontally.
また、上記実施形態では、マグナス式推力発生装置の適用例の1つとして、マグナス式推力発生装置を用いた垂直軸型マグナス式風力発電機1について説明したが、回転部3を発電機21に連結することに代えて、回転部3をポンプ等の回転機械に連結することにより、マグナス式推力発生装置を用いた風力回転装置としてもよい。
In the above embodiment, a vertical axis type Magnus
また、上記実施形態では、マグナス式推力発生装置の適用例の1つとして、マグナス式推力発生装置を用いた垂直軸型マグナス式風力発電機1について説明したが、エネルギー源として、風(空気流)を用いることに代えて、水流、波、潮流等を用いることにより、マグナス式推力発生装置を用いた水力発電機又は潮力発電機としてもよいし、さらに回転部3を発電機21に連結することに代えて、回転部3をポンプ等の回転機械に連結することにより、マグナス式推力発生装置を用いた水力回転装置又は潮力回転装置としてもよい。
In the above embodiment, the vertical axis type Magnus
本発明のマグナス式推力発生装置は、回転翼が、筒状の回転翼本体と、回転翼本体に設置される補強部と、を有することによって、円筒翼の強度を高めるとともに、円筒翼に発生するマグナス力によって効率的に回転力を得ることを可能とし、風力回転装置、水力回転装置及び潮力回転装置並びに風力発電機、水力発電機及び潮力発電機としても利用できる。 The Magnus thrust generating device of the present invention has a rotor with a cylindrical rotor body and a reinforcing part installed on the rotor body, which increases the strength of the cylindrical blade and makes it possible to efficiently obtain rotational force by the Magnus force generated in the cylindrical blade, and can be used as a wind-powered rotating device, a hydraulic rotating device, and a tidal rotating device, as well as a wind-powered generator, a hydraulic generator, and a tidal generator.
1…垂直軸型マグナス式風力発電機(マグナス式推力発生装置)、
2…支持筐体、20…軸受ユニット、21…発電機、22…増速機、3…回転部、
4…円筒翼、40…円筒翼本体、
40a…上端部(一端部)、40b…下端部(他端部)、
41…翼端部、41a…翼上端板、41b…翼下端板、
42…円筒翼モータ、43…連結部材、
44…補強部、441…補強部材、441a…取付基部、441b…フランジ部、
442…補強補助部材、
45…上端固定部、46…下端固定部、
5…整流板、6…支持部、7…遮蔽板、
O1…第1の回転軸、O2…第2の回転軸、S…設置面
1... Vertical axis type Magnus wind turbine (Magnus thrust generator),
2... supporting housing, 20... bearing unit, 21... generator, 22... speed increaser, 3... rotating part,
4...Cylindrical blade, 40...Cylindrical blade main body,
40a: upper end (one end), 40b: lower end (the other end),
41... wing tip portion, 41a... wing upper end plate, 41b... wing lower end plate,
42...Cylindrical blade motor, 43...Connecting member,
44... Reinforcing portion, 441... Reinforcing member, 441a... Mounting base portion, 441b... Flange portion,
442...reinforcing auxiliary member,
45: upper end fixing portion, 46: lower end fixing portion,
5... current plate, 6... support portion, 7... shielding plate,
O1: first rotation axis, O2: second rotation axis, S: installation surface
Claims (7)
前記支持筐体に対して第1の回転軸を中心として回転可能な回転部と、
前記第1の回転軸を中心として公転可能であって、前記第1の回転軸に対して平行な第2の回転軸を中心として自転可能な複数の円筒翼と、
前記回転部に固定されることで前記第1の回転軸を中心として回転可能であって、前記第1の回転軸を中心とする円周上に前記円筒翼を支持する支持部と、
を備え、
前記円筒翼は、
筒状の円筒翼本体と、
前記円筒翼本体に設置される補強部と、
を有し、
前記補強部は、
少なくとも1つの部材で、全体で環状に形成され、前記円筒翼本体の内周に設置される補強部材と、
少なくとも1つの部材で、全体で環状に形成され、前記円筒翼本体の外周に設置される補強補助部材と、
を有する、
マグナス式推力発生装置。 A supporting housing;
a rotating unit rotatable about a first rotation axis relative to the support housing;
A plurality of cylindrical blades capable of revolving around the first rotation axis and rotating around a second rotation axis parallel to the first rotation axis;
a support portion that is fixed to the rotating portion to be rotatable about the first rotation axis and that supports the cylindrical blade on a circumference centered on the first rotation axis;
Equipped with
The cylindrical blade is
A cylindrical blade body,
A reinforcing portion provided on the cylindrical blade body;
having
The reinforcing portion is
A reinforcing member formed in an annular shape as a whole by at least one member and installed on an inner periphery of the cylindrical blade body;
A reinforcing auxiliary member formed in an annular shape as a whole by at least one member and installed on the outer periphery of the cylindrical blade body;
having
Magnus thrust generator.
前記円筒翼本体の内周に取り付けられる取付基部と、
前記取付基部の一端から内周側に延びるフランジ部と、
前記フランジ部の内周側から前記取付基部とは反対の前記第2の回転軸と平行な方向に延びる延長部と、
前記フランジ部の周方向の端部から前記取付基部と同じ方向に延びる接続部と、
を有する
請求項1に記載のマグナス式推力発生装置。 The reinforcing member is
An attachment base attached to an inner periphery of the cylindrical blade body;
a flange portion extending from one end of the mounting base toward an inner periphery;
an extension portion extending from an inner circumferential side of the flange portion in a direction parallel to the second rotation axis opposite to the mounting base;
a connecting portion extending from a circumferential end of the flange portion in the same direction as the mounting base;
2. The Magnus thrust generating device according to claim 1 ,
前記円筒翼本体の内周に取り付けられる取付基部と、
前記取付基部の上下端から内周側に延びるフランジ部と、
を有する
請求項1に記載のマグナス式推力発生装置。 The reinforcing member is
An attachment base attached to an inner periphery of the cylindrical blade body;
Flange portions extending from upper and lower ends of the mounting base toward the inner periphery;
2. The Magnus thrust generating device according to claim 1 ,
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のマグナス式推力発生装置。 The Magnus thrust generating device according to claim 1 , wherein at least one of the reinforcing portions is provided at a center of the cylindrical wing main body in the second rotation axis direction.
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のマグナス式推力発生装置。 The Magnus thrust generating device according to claim 1 , wherein a plurality of the reinforcing portions are provided at equal intervals in the second rotation axis direction.
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