JPS58501780A - 回転軸の周りに回転可能な少なくとも一つの羽根を備えた風力発電装置 - Google Patents
回転軸の周りに回転可能な少なくとも一つの羽根を備えた風力発電装置Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
回転軸の周りに回転可能な少なくとも
一つの羽根を備えた風力発電装置
既に種々の形成の風力発電装置が知られており、その基本的な特徴は回転軸の配
置に在る。
水平回転軸を備えた風力発電装置においては、−特に大きな装置の場合に一塔、
ゴンドラ、ボス、伝動装置及び発電機の荷重を受ける高価な構造的処置が必要で
あるので、この種風力発電装置はエネルギー収量に関して高価な投資を必要とす
る。−ブレードの揚力が運動エネルギーを回転エネルギーに変換するために使用
される一タ。
リエウス(Darrieus )の原理による垂直回転軸を備えた風力発電装置
は、水平回転軸を備えたロータに比較してより小さい出力のときにのみ使用の利
点を有する。しかしそから、それは例えば電動モータまたはサヴオニウス(5a
vonius )弐ロータの如き特別の始動補助装置を必要とする。ところが、
垂直羽根車の場合羽根の長さに関連する風捕捉断面が構造的に制限され、効率が
水平羽根車の場合よりも小さい。水平羽根車の場合のような出力を得るために、
垂直羽根車はより大きい構造と従ってより高いコストを引起こす。
本発明の課題は、投資及び性能に関する公知の水平及び垂直羽根車の欠点が回避
されるように、回転軸の周りに回転可能な少なくとも一つの羽根を備えた風力発
電装置を構成することにあ6゜風力発電装置は作動が確実で寿命が長く且つ保守
が不要であるべきであり、高い効率の場合にも簡単で且つ面倒でない構造を有す
るべきである。
本発明によれば課題の解決は、ロータの回転軸が水平線に対して斜めに立上るよ
うに配設されていて、ボスが羽根脚部を受容するために支持部を備えた付属する
エネルギー伝送手段と連結されていることによシ、行なわれる。この解決の場合
、伝動装置、ボス及び発電機の如きすべての重い機械技術要素は基礎上に在り、
地上構築物を必要としない。支持羽根も作動羽根も水平位置を循環して取シ得る
ので、組付け9点検及び修理が著しく容易になる。さらに、ロータの羽根は暴風
雨に対する安全のためにこの位置でロックされ得る。
本発明の他の特許請求の範囲に述べられている。図面において、本発明の実施例
が示されており、それは以下により詳細に説明される。
第1図は本発明による風力発電装置のロータの概略側面図、
第2図はロータの他の形態の概略側面図、第3a図は浮遊式風力発電装置の一形
態の概略図、第3b図は浮遊式風力発電装置の他の形態の側面図、第4a図及び
第4b図は沖合風力発電所として構成された風力発電装置の図式図、
第5a図は風力発電装置のためのロータの羽根の一形態の展開図、
第5b図は羽根の他の形態の断面側面図、第6a図乃至第6c図は羽根の形態を
示す図、第7図はロータのボスの形態の概略側面図である。
第1図及び第2図において二つのロータ1,2が示されておシ、その回転軸5は
水平線7に対して斜めに立上るように配設されている。各ロータ1,2は、支持
部11と回転可能に連結されているボス8を有している。支持部11は輪郭が示
された台板12上に配設されている。
ロータ1は二つの作動羽根3から構成されており、その羽根脚部9はボス8と連
結されている。これに対してロータ2は一つのみの作動羽根3を有しており、こ
れに一つの支持羽根4が並設されている。支持羽根40羽根脚部10もボス8と
連結されている。支持羽根4の自由端部にはカウンターウェイト6が配設されて
いる。ロータ12の回転軸5は水平線7に対して約45゛の角度αに配設されて
いる。回転軸5と作動羽根3または支持羽根4との間の角度βは同じく約45°
になる。
支持部11は、ロータ1,2が基礎から間隔をあけるように、塔状のフレーム上
に固着され得る。しかしながら、支持部をはソ零レベルに配設された台板12に
固着することも可能である。この場合、台板12または支持部11は、ロータ1
,2を水平に異なる方向に回転させることを可能にする調整装置と連結され得る
。ロータl。
2に、該ロータ1,2が常に風に向って回動することを可能にする風によシ作動
可能なガイド装置を備えることも可能である。
支持部11を備えた台板12を浮遊体18上に配設することも可能である。これ
によシ沖台風力発電所が構成され得る。
第3a図及び第3b図において二つの風力発電装置33゜34が示されておし、
この場合、各々ロータ1,2が船体15上に配設されている。
風力発電装置33は二つの作動羽根3を備えたロータ1から構成されていて、該
作動羽根は控え綱14により回転軸5に対して同軸にボス8上に配設された塔1
9に連結されている。主軸受24はボス8の領域にある。ボス8は例えば第7図
に示されているように構成され得る。
この場合、羽根脚部9,10及び塔19はリング49内で統合されている。リン
グ49はロータ1,2の制動または固定のために役立ち得る。リング49を、固
定した車輪58の周りに回動せしめ又は磁気的に空中に保持することも可能であ
る。リング49は力伝達のためのベルト車としても使用され得る。このとき伝動
ベルト50が90°たけ捻られていると、被駆動軸51は水平に配設され得る。
リング49は、その自由端部53が回動可能にピボット軸受54に軸受けされて
いる円錐台52と連結され得る。風力発電装置34は一つの作動羽根3と一つの
支持羽根4とを備えたロータ2を有している。作動羽根3及び支持羽根4は、控
え綱14.20によシ、同様に回転軸5に対して同軸にボス8上に配設されてい
る塔19と連結されている。
船体15は錨鎖17によシ海洋上に係留され、これによってロータ1が常に風向
きに整合せしめられるように回動し得る。船体15を支え綱によ如海底で洗われ
る係船柱に固定することも可能である。
不利な流れの状態の場合に、錨鎖17−4たけ支え綱は、片寄ったモーメント’
&補整するために船体15に非対称に固定され得る。風力発電装置33.34の
場合のような船体15上へのロータ1,2の配置の場合に例えば潮流の如き水流
が補整されるべきであるならば、係船柱。
支柱57等に付けられた支え綱または鎖56は、船体のの回転モーメント力を付
加的に受止めるために、支え綱または鎖56の船体15への固定ストッパ55は
、船体15の縦軸59から右舷または左舷に向ってずらされ得る(第3d図)。
この場合、水流は船首及び船尾をほに等しい力で押す。かくして、船体15は係
船柱または支柱57の周りに回動するが、それ自体は回動しない。ロータ1,2
に対する風の作用力点がボス8のはソ中心に在ると、風は船体15を、その係船
柱または支柱57の周9の移動とは無関係に、それ自体風に向けて回動せしめ得
る。さらに安定化のために1船体15の船尾に例えば帆を備えた後掲゛の如き帆
面が備えられ得る。
沖合発電所として−の風力発電装置の他の形態35が第4a図に示されている。
ここでは、風力発電装置33の場合のような形態の塔19を備えたロータ1が台
船16上に配設されている。台船16は、ロータ1が常に風に向って回動し得る
ように、同様に錨鎖17によシ係留されている。しかしながら、固定した台船1
6の場合にロータ1が風に向って回動されるように、支持部11を調整装置によ
シ調整可能に構成することも可能である。台船16は、長方形にも円形にもまた
多角形にも形成され得る。台船16に、台船16の安定性を高めるために、側方
張出し部を備えることも可能である。
第4b図に示された風力発電装置36においては、ロータ1は他の補強手段を備
えている。ロータ1は、風力発電装置35の場合のように構成され得る台船16
上に在る。作動羽根3は、塔19に固着されている剛性の連結要素21により連
結されている。作動羽根3をその長手軸の周りに回動し得るようにするため、連
結要素21の作動羽根3への固定は軸受23により行なわれている。
塔19の上方端部には、作動羽根3の移動方向に対して平行に向いておシ且つ作
動羽根3の重力に抵抗する横ビーム25が配設されている。横ビーム25の端部
と作動羽根3との間にはワイヤロープ26等が張架されている。
このために、作動羽根3にはその縦方向重心の領域に軸受22が備えられておシ
、それにワイヤロープ26が固着され得る。作動羽根が捻れにより可変の迎え角
による風力及び遠心力に適合され得るように、ワイヤロープ26及び連結要素2
1を作動羽根3に固着することが可能である。ワイヤロープ26及び連結要素2
1を操作するために、詳しくは示されていない調整要素が使用され得る。
これは、バネ等の如き受動的な調整要素として又は油圧シリンダ、モータ式駆動
装置の如き能動的な調整要素として、もしくは塔19と例えば偏心板を介して連
結された強制制御装置として構成され得る。かくして、羽根3゜4は各々の作動
条件に適合するように周期的に調整され得る。
一方の作動羽根3の自由端部には、エネルギー発生装置と連結され得る副ロータ
32が配設されている。特別の場合には、このような副ロータ32により電気エ
ネルギーの発生が行なわれることが考えられ得る。しかしながら、この種副ロー
タ32をロータ1のための始動補助装置として使用することも可能である。作動
羽根3の一方への副ロータ32の適当な配置によシ、他方の作動羽根3の効率を
高める環状の渦流を形成することが可能である。他方の作動羽根3のより良い入
射流により、羽根脚部9,10へのエネルギー受容に関して特に大きいスパンの
場合に利点が得られる。
第5a図において作動羽根3または支持担板4の可能な形態が示されている。こ
の羽根は、その内側の空洞40が通れるようになっている翼桁37から構成され
ている。
空洞40は制御要素等を受容するために役立つ。翼桁37には相互に間隔をあけ
て、外板39を備えたリブ38が固着されている。羽根全体は、リンク28によ
り相互に連結されている幾つかの羽根部分27に区分されている。
このリンク28の周りに、個々の羽根部分27は、羽根の伸展により羽根部分2
7の段階的な種々の迎え角が調整され得るように、各々相互に捻られ得る。これ
により、各羽根を各々入射流の状態に最適に適合させることが可能である。
第5b図において、作動羽根3または支持羽根4の他の形態が断面図で示されて
いる。羽根の芯は三弦ビーム41により構成されている。これは上弦42.下弦
43及び後弦44から成る。後弦44は羽根の後縁の領域にある。上弦42及び
下弦43(d控え47により連結されている。上弦42または下弦43と後弦4
4との間には控え46が配設されている。控え46.47は捻り剛性を高めるた
めに格子状に構成され得る。三弦ビーム41は外側が木材、金属板等から成る外
板39により囲まれている。しかしながら、それ自体公知の方法で外板を備える
ことも可能である。
作動羽根3の効率を高めるために、これは特別の揚力補助装置を備えていてもよ
い。作動羽根3を、相互に平行に前後に又は上下に又は相互に斜めにずらして配
設され得る二つの個々の羽根29.30から構成することも可能である。個々の
羽根19 、30の上下の配置の場合には、個々の羽根29.3’0をパターン
を備えた連結要素31により連結することが有利である(第6C図)。
第6a図及び第6b図において、鉄塔状に構成されたロータ1,2の羽根が示さ
れている。それは、垂直連結要素31と水平連結要素48により相互に連結され
ている四つの個々の羽根29.29a、30.30aから構成されている。連結
要素31,48は好ましくはパターンを備えており且つ鉄塔状に配設されている
ので、四つの個々の羽根29.29a 、30.30aから形成された羽根の大
きさ固有剛性か保証される。
羽根3,4内部のまた格子配置の連結要素31.48の連結は、溶接、ネジ、リ
ベットiたは接着剤により行なわれ得る。管状の弦及び横の控えを管スリーブを
使用して焼嵌めにより連結することも可能である。これにより、溶接不可能な強
靭バネ鋼も使用され得る。
羽根の重量は、例えばロータ2の如き二叉の場合に羽根の重量が期待すべき最大
の風のモーメントのはX゛半分に選定されることにより、風による曲げモーメン
トの補整に利用され得る。ロータ1の場合のような1翼の場合には、羽根の重量
は期待すべき風のモーメントのは\四分の−に選定される。ロータ2の場合、支
持羽根4は軽くされ即ち全負荷時に作動羽根3より大きい遠心力を発生せしめら
れる。−該遠心力は標準値より期待すべき最大の風のモーメントのはソ四分の−
だけ大きい。電流発生のために好ましくは、例えば羽根車に供給される非同期機
械の如き一定回転数に拘束されない電流発生機が使用される。主軸受24の領域
において電気エネルギーが直接的に取り出され得るように、ボス8の主軸受24
を構成することも可能である。このために、主軸受24には適当に構成された発
電機が一体に構成され又はリニアモータシステムに匹敵する磁石システムが使用
される。
発電機は、無風の場合に他のエネルギー発生を保証するために、例えばガスター
ビンの如き外部駆動装置と並列に接続され得る。この場合、ガスタービンの廃ガ
スを適当な管路を介して、廃ガスの大気への排出の際にロータ1,2を回転運動
せしめるロータ1,2の羽根に形成されたノズルシステムに導くことが可能であ
る。これによって、廃ガス内に含まれているエネルギーか、ロータ1.2による
電気エネルギーの発生のために付加的に使用され得る。
ロータ1,2を本発明によって例えばスクリューコンベヤの如き作動装置と直接
的に連結することも可能である。この場合に、ロータ1,2の羽根の形状は、風
向きに無関係であるように、対称的に構成されている。さらに、ボスの領域にお
いても、ロータ1,20回転数は、伝動装置を介して又は直接的に、例えば船の
駆動のために選定されたスクリューを有する駆動軸に伝達され得る。
従って、ロータ1,2は例えば競技用舟艇またはおもちゃの船を風に向って航行
させ得るように駆動するためにも適当である。ロータ1,2を揚水式発電所の運
転の際に使用することも可能である。この場合、各ロータ1゜2に互いに並列に
発電機及び水ポンプが接続されている。
同時に、水タービンがロータ1,2に対して並列に発電機と連結されている。か
くして、ロータ1,2は水ポンプを駆動するためにも発電機を駆動するためにも
役立ち、これは同時にまたは交互に行なわれ得る。揚水式発電所が満たされると
、水タービンにょシ発電機を介して電気エネルギーが発生せしめられ得る。
□
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. ロータ(1,2)の回転軸(5)が水平線(7)に対して斜めに立上るよ うに配設されていて、ボス(8)が羽根脚部(9,10)i受容するために支持 部(12)を備えた付属するエネルギー伝送手段と連結されていることを特徴と する、回転軸の周りに回転可能な少なくとも一つの羽根を備え、た風力発電装置 。 2、回転軸(5)が水平線(7)に対して約45°乃至55°の角度αに配設さ れていることを特徴とする請求の範囲1による風力発電装置。 3、 ロータ(1,2)の各羽根(3,4)が回転軸(5)に対して約45°乃 至55°の角度βに配設されていることを特徴とする請求の範囲1または2によ る風力発電装置。 4、支持部(19)がフレーム上に配設されていることを特徴とする請求の範囲 1から3の何れかによる風力発電装置。 5、支持部(11)がはソ零レベル(13)に在る合板(12)等の上に配設さ れていることを特徴とする請求の範囲1から3の何れかによる風力発電装置。 6、支持部(I9)が垂直方向に回動可能に配設されて力発電装置。 7、 ロータ(2)が一つの作動羽根(3)とカウンターウェイト(6)を備え た一つの支持羽根(4)とから構成されていることを特徴とする請求の範囲1か ら6の何れかによる風力発電装置。 8、作動羽根(3)及び支持羽根(4)が張架手段(14)によシ相互に張架さ れていることを特徴とする請求範囲7による風力発電装置。 9、張架手段(14)が控え綱または控え棒として構成されていることを特徴と する、請求の範囲8による風力発電装置。 10、張架手段(l4)が空気力学的な形状に構成されていることを特徴とする 、請求の範囲8または9による風力発電装置。 11、作動羽根(3)が水平位置で基礎に固着可能であることを特徴とする、請 求の範囲7または8による風力発電装置。 12、台板(l2)が支持部(11)と共に浮遊体(18)上に配設されている ことを特徴とする、請求の範囲5から11の何れかによる風力発電装置。 13、浮遊体(18)が係留手段によシそれ自体風向きに整合するように構成さ れていることを特徴とする、請求の範囲12による風力発電装置。 14、係留手段が、水の流れの状態によシ制限されたモーメントが補整可能であ るように、浮遊体(18)と連結されていることを特徴とする、請求の範囲l3 による風力発電装置。 151台板(12)または支持部(11)が垂直軸の周りに水平方向に回動可能 に構成されておシ且つ調整装置と連結されていることを特徴とする請求の範囲1 から12の何れかによる風力発電装置。 16、ボス(8)が回転軸(5)に対して同軸に整合した固定の又は回動可能な 塔(19)と連結されておシ、該塔がロータ(1,2)の羽根に又は基礎に張架 されていることを特徴とする請求の範囲1から15の何れかによる風力発電装置 。 17、ロータ(1,2)の羽根の間に張架された張架手段(14)の回転点と基 礎との間に、一つ又はそれ以上の控え綱が配設されていることを特徴とする請求 の範囲1から15の倒れかによる風力発電装置。 18、塔(19)が、ロータ(l、2)の羽根への半径方向及び接線方向の力を そらすために、軸受(22,23)に固着されている控え綱(20)及び/又は 連結要素(21)により、該羽根に連結されていることf:特徴とする、請求の 範囲16による風力発電装置。 19、塔(19)とロータ(1,2)の羽根との間に、主軸受(24)から間隔 をあけて剛性の連結要素(21)が配設されていることを特徴とする請求の範囲 16から18の何れかによる風力発電装置。 20、連結要素(21)がピボット軸受として構成されていることを特徴とする 請求の範囲19による風力発電装置。 、21.塔(19)に、ロータ(1,2)の羽根の移動方向に対して平行に配設 された横ビーム(25)が構成されており、該横ビームとその縦方向重心の領域 における羽根との間にワイヤロープ(26)等が配設されていることを特徴とす る請求の範囲16から19の何れかによる風力発電装置。 22、ワイヤロープ(26)及び/又は連結要素(21)が、羽根が捻れによシ 可変の迎え角による風力、遠心力等に適合可能であるように、塔(19)とロー タ(1゜2)の羽根との間に配設されていることを特徴とする請求の範囲16か ら21の何れかによる風力発電装置。 23、ワイヤロープ(26)及び/又は連結要素(21)が空気力学的な圧力点 の前方またはロータ(i 、2)の各羽根の重心の前方でリンク状に又は弾性的 に固着されていることを特徴とする請求の範囲22による風力発電装置。 24、ワイヤロープ(26)及び/又は連結要素(21)が、バネの如き受動的 な調整要素もしくは油圧シリンダ。 モータ式駆動装置または塔(19)と連結された強制制御装置のノロき能動的な 調整要素により、繰作可能であることを特徴とする請求の範囲22または23に よる風力発電装置。 25、ロータ(1,2)の羽根の迎え角が、羽根の捻れまたは羽根部分(27) のリンク(28)に関する回転に26、ロータ(1,2)の羽根が、控え(46 ,47)により相互に連結されている上弦(,42) 、下弦(43)及び後弦 (44)から構成されている三弦ビーム(41)を有していることを特徴とする 請求の範囲1から24の何れかによる風力発電装置。 27、各作動羽根(3)が平行に又はテーバ状に相互に整合せしめられている個 々の羽根から構成されていることを特徴とする請求の範囲1から26の何れかに よる風力発電装置。 28、作動羽根(3)が、各々相互に水平方向及び垂直方向に間隔をあけて配設 されていて且つパターンを備えた連結要素(31,48)により鉄塔状に相互に 連結されている四つの個々の羽根(29、29a 、 30 、30 a 、) から構成されていることを特徴とする請求の範囲27による風力発電装置。 29、ロータ(1,2)の羽根と塔(19)との間に、副羽根として構成された 連結要素が配設されていることを特徴とする請求の範囲18から28の倒れかに よる風力発電装置。 30、ロータ(1,2)の羽根及び副羽根が塔(19)とそして相互に鉄塔状に 支持羽根により連結されていることを特徴とする請求の範囲18から29の何れ かによる風力発電装置。 31、ロータ(1,2)の各羽根が非対称に構成されていることを特徴とする請 求の範囲lから30の倒れかによる風力発電装置。 32、ロータ(1,2)の各羽根が羽根脚部(9、10)の領域においてローラ 軸受、すベシ軸受、車輪式軸受または磁石式軸受に枢着されていることを特徴と する請33、ボス(8)の主軸受(24)がエネルギー発生のために環状のリニ アモータ又は環状の発電機として構成されていることを特徴とする請求の範囲1 から32の何れかによる風力発電装置。 34、羽根(3,4)の少なくとも一つに、エネルギー発生装置と連結されてい る副ロータ(32)が配設されていることを特徴とする請求の範囲1から33の 何れかによる風力発電装置。 35、副ロータ(32)が遠心カラン)−ウェイトとして構成されていることを 特徴とする請求の範囲34による風力発電装置。 36、副ロータ(32)が、ロータ(1,2)の羽根の回転の際にこれに関係す る円環状の渦流が発生するように配設されていることを特徴とする請求の範囲3 4または35による風力発電装置。 37.ロータ(1,2)及び/又は副ロータ(32)が発電機と連結されている ことを特徴とする請求の範囲1から36による風力発電装置。 38、発電機が、ロータ(1,2)に対して及び/又は副ロータ(32)に対し て並列に接続された水タービンと連結されていることを特徴とする請求の範囲3 7による風力発電装置。 39、ロータ(1,2)が水ポンプと連結可能であることを特徴とする請求の範 囲37または38による風力発電装置。 40、ロータ(1,2)及び/又は副ロータ(32)が発電機及び/又は水ポン プと交互に連結可能であって、該発電機がロータ(1,2)及び/又は副ロータ (32)に対して並列に接続された水タービンと作用的に係合し得ることを特徴 とする請求の範囲37から39の何れかによる風力発電装置。 41、o−タ(1、2)カスクリユーコンベヤのスクリューと連結されており且 つ対称的な形状を備えた羽根を有していることを特徴とする請求の範囲1から3 6の倒れかによる風力発電装置。 4.2.ロータ(1,2)が、斜めに立上っている船用スクリューと、又は転向 伝動装置を介して水平に配設されている船用スクリューと連結されていることを 特徴とする請求の範囲1から36の何れかによる風力発電装置。 43、ロータ(1,2)が熱発生機としての渦流ブレーキ等と連結さ汎−(いる ことを特徴とする請求の範囲1から36の何れかによる風力発電装置。 44、ロータ(1、2)の羽根に圧電式変成器が配設されていて、これにより空 気振動の発生時に電気エネルギーが発生せしめられることを特徴とする請求の範 囲1から43の倒れかによる風力発電装置。 45、エネルギー論的に有効な空気振動を発生せしめるために、圧電式変成器の 領域においてロータ(1、2)の羽根に副ロータが配設されていて、その回転羽 根が圧電物質を張った案内羽根または格子に関係せしめられていることを特徴と する請求の範囲1から44の何れかによる風力発電装置。 46、ボス(8)か二つの対向する回転可能なボス本体を有していて、それに各 々少なくとも一つの作動羽根(3)が、該作動羽根(3)が反対方向に回転可能 であるように、配設されていることを特徴とする請求の範囲1から45の何れか による風力発電装置。 47、ロータ(1,2)及び/又は副ロータ(32)に対して並列にガスタービ ン等の如き内燃機関が発電機と連結きれており、これがロータ(1,2)及び/ 又は副ロータ(32)の代りに又は補足的に発電機と作用的に係合し得ることを 特徴とする請求の範囲1かも46の何れかによる風力発電装置。 48、浮遊体(18)の下面中央に固定ストン・々(55)が配設されており、 該固定ストン/%に支柱(57)等と連結されている支え綱または鎖(56)の 如き係留手段が固定されていることを特徴とする請求の範囲14による風力発電 装置。 49、固定ストッパ(55)が船の横点の中央に配設されていることを特徴とす る請求の範囲48による風力発電装置。 50、固定ストッパ(55)が浮遊体(18)の縦軸に対してずれていることを 特徴とする請求の範囲48または49による風力発電装置。
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