JPWO2012023203A1 - Wind power generator - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、異物の衝突に対する安全性に優れ、風エネルギーの大小に応じた発電出力の調整範囲が広く、実際の電力需要の大小に柔軟に対応でき、設置や組み立て等の施工の容易化、低価格化を図ることができる風力発電装置を提供する。【解決手段】本発明は、複数の垂直支柱部122と、その下端側、上端側を各々連結する下部枠部131、上部枠部132とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間130を形成した枠体121と、収容空間130に、軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸型の風車部112及びこの風車部112の上側、下側両方に配置した2個構成の発電部1を有する風力発電手段111と、枠体121を構成する複数の垂直支柱部122の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部141と、風車部112の回転状態に応じて前記2個構成の発電部1の発電出力制御、制動制御を行う制御手段180と、を有し、枠体121を、設置面200上に単段で、又は、2段以上N(Nは正の正数)段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能としたものである。【選択図】図1The present invention is excellent in safety against collision of foreign matter, has a wide adjustment range of power generation output according to the magnitude of wind energy, can flexibly respond to actual power demand, and can be used for installation and assembly work. Provided is a wind turbine generator that can be easily and inexpensively provided. The present invention uses a plurality of vertical struts 122, a lower frame part 131 and an upper frame part 132 that respectively connect the lower end side and the upper end side thereof, and an accommodation space 130 in which natural wind circulates. A vertical shaft type windmill portion 112 vertically arranged with a shaft center vertical fixed support structure in the housing space 130, and a two-generation power generation portion arranged on both the upper side and the lower side of the windmill portion 112. The wind power generation means 111 having 1, the lower end portions of the plurality of vertical strut portions 122 constituting the frame body 121, the connection mechanism portion 141 for fixed connection with other members respectively provided at the upper end portions, and the rotation of the windmill portion 112 Control means 180 that performs power generation output control and braking control of the two-part power generation unit 1 according to the state, and the frame body 121 is provided on the installation surface 200 in a single stage or two or more stages N (N is a positive positive number) Tower-like stacking over steps In which the can be arranged in a state. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、風力発電装置に関し、詳しくは、異物の衝突に対する安全性に優れ、また、風エネルギーの大小に応じた発電出力の調整範囲が広く、電力需要場所での実際の電力需要の大小に柔軟に対応できるとともに、設置や組み立て等の施工の容易化、低価格化を図ることができる風力発電装置に関するものである。 The present invention relates to a wind power generator, and more particularly, is excellent in safety against collision of foreign matter, and has a wide adjustment range of power generation output according to the magnitude of wind energy, so that the actual power demand at a power demand place is large or small. The present invention relates to a wind turbine generator that can be flexibly adapted and can be easily installed and assembled and can be reduced in price.
近年、有害排出ガス削減による自然環境保護、自然エネルギー活用の観点から、世界各国で自然風のエネルギーを利用した風力発電システムの開発が進められ、実際に設置、運転されている。 In recent years, wind power generation systems using natural wind energy have been developed and installed and operated in various countries around the world from the viewpoints of protecting the natural environment by reducing harmful emissions and utilizing natural energy.
しかし、従来の風力発電システムの場合、風通しのよい市街地の高台や丘陵地域、さらには海岸近く等に設置される単体での発電出力が大きいものが殆どであり、このような風力発電システムは施工が難しく、また、施工コストもかなりの高額になることが知られている。 However, in the case of conventional wind power generation systems, most of the wind power generation systems installed on the hills and hills of a well-ventilated urban area and near the coast have large power output. It is known that the construction cost is also very high.
また、従来から、ビルデイングの屋上や家屋の屋根上、さらには市街地近傍の丘陵地域等に設置される比較的発電出力が小さい風力発電装置も知られている。 Conventionally, a wind power generator with a relatively small power generation output installed on the roof of a building, on the roof of a house, or in a hilly area near an urban area is also known.
これらの風力発電装置の場合、一旦設置された後においては、発電出力の変更は困難で実際の電力需要に必ずしも対応していないものも多い。 In the case of these wind power generators, once installed, it is difficult to change the power generation output, and there are many that do not always correspond to the actual power demand.
特許文献1には、鋼製パイプを使用した平面視三角形状を呈する枠を用い、組み立て積み上げ式のコンポーネント式小型風力発電装置が提案されている。
しかし、この小型風力発電装置の場合には、強風に対する風力発電手段自体の揺れ対策や、例えば板片、木の枝等のような異物の飛来に対する風力発電手段の防護が必ずしも十分ではないもの推定される。 However, in the case of this small wind power generation device, it is estimated that the countermeasures against the shaking of the wind power generation means itself against strong winds and the protection of the wind power generation means against the invasion of foreign matters such as board pieces, tree branches, etc. are not necessarily sufficient. Is done.
本発明が解決しようとする問題点は、異物の衝突に対する安全性に優れ、また、風エネルギーの大小に応じた発電出力の調整範囲が広く、電力需要場所での実際の電力需要の大小に柔軟に対応できるとともに、設置や組み立て等の施工の容易化、低価格化を図ることができるような風力発電装置が存在しない点である。 The problems to be solved by the present invention are excellent in safety against foreign object collisions, and have a wide adjustment range of power generation output according to the magnitude of wind energy, so that it can be flexibly adjusted to the actual power demand at the power demand location. In addition, there is no wind power generation apparatus that can be easily installed and assembled and can be reduced in price.
本発明に係る風力発電装置は、異物衝突防護用の複数の垂直支柱部と、複数の垂直支柱部の下端側、上端側を各々連結する下部枠部、上部枠部とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間を形成した立体形状の枠体と、前記枠体の収容空間に、軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸型の風車部及びこの風車部の上側、下側両方に配置した前記風車部の回転力により発電する2個構成の発電部とを有する風力発電手段と、前記枠体を構成する複数の垂直支柱部の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部と、前記風車部の回転状態に応じて前記2個構成の発電部の発電出力制御、制動制御を行う制御手段と、を有し、前記風力発電手段を収容した枠体を、設置面上に単段で、又は、2段以上N(Nは正の正数)段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能としたことをことを最も主要な特徴とする。 A wind turbine generator according to the present invention uses a plurality of vertical support portions for foreign object collision protection, a lower frame portion and an upper frame portion respectively connecting lower end sides and upper end sides of the plurality of vertical support posts, A three-dimensional frame that forms a housing space through which natural wind circulates, a vertical shaft type windmill portion that is vertically arranged in the housing space of the frame with an axially fixed support structure, and upper and lower sides of the windmill portion Wind power generation means having two power generation units that generate power by the rotational force of the wind turbine unit disposed on both sides, and other members provided on the lower end and upper end of the plurality of vertical struts constituting the frame And a control means for performing power generation output control and braking control of the two power generation sections according to the rotation state of the windmill section, and accommodates the wind power generation means Single frame on the installation surface, or two or more stages (N is a positive positive number) The most important feature that in that the positionable tower-like stacked state Wataru.
請求項1、2記載の発明によれば、異物の衝突に対する安全性に優れ、また、2個構成の発電部の採用により風エネルギーの大小に応じた発電出力の調整範囲が広く、電力需要場所での実際の電力需要の大小に柔軟に対応できるとともに、軸心上下固定支持構造の採用により、強風に対しても風力発電手段の揺れ等を防止でき安定した運転を長期にわたって維持できる、さらに設置や組み立て等の施工の容易化、低価格化を図ることができる風力発電装置を提供できる。 According to the first and second aspects of the present invention, it is excellent in safety against collision of foreign matter, and the adjustment range of the power generation output according to the magnitude of wind energy is wide by adopting the two power generation units, and the place where power is demanded In addition to being able to flexibly respond to the actual power demand at the plant, the use of a fixed shaft support structure prevents the wind power generation means from shaking even in strong winds, allowing stable operation to be maintained over a long period of time. And a wind power generator capable of facilitating construction and assembling and reducing costs.
請求項3、4記載の発明によれば、請求項1又は2記載の発明と同様な効果を奏するとともに、フロート構造による、又は、磁石による浮上軸受部を採用したことにより、大型、大重量の風車部の場合においても横揺れを伴うことなく高精度に、かつ、低騒音の安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができ、安定して風力による発電出力を得ることができる風力発電装置を提供できる。 According to the third and fourth aspects of the invention, the same effect as that of the first or second aspect of the invention can be achieved, and a floating bearing portion using a float structure or a magnet can be used to achieve a large and heavy weight. Even in the case of a wind turbine part, it is pivotally supported with high accuracy without rolling and in a stable state with low noise, and with a thrust load canceled or greatly reduced. Therefore, it is possible to provide a wind turbine generator that can stably obtain a power generation output by wind power.
請求項5記載の発明よれば、枠体を三本の垂直支柱部と下部枠部、上部枠部を組み合わせた三角塔状の構成の基に、請求項1又は2記載の発明と同様な効果を奏する風力発電装置を提供できる。
According to the invention described in claim 5, the same effect as that of the invention described in
請求項6記載の発明よれば、枠体を四本の垂直支柱部と下部枠部、上部枠部を組み合わせた四角塔状の構成の基に、請求項1又は2記載の発明と同様な効果を奏する風力発電装置を提供できる。
According to the invention described in claim 6, the same effect as that of the invention described in
請求項7乃至9記載の発明によれば、請求項5又は6記載の発明に係る風力発電装置において、フロート構造による、又は、磁石による浮上軸受部を採用したことにより、大型、大重量の風車部の場合にも対応し、安定して風力による発電出力を得ることができる風力発電装置を提供できる。 According to the seventh to ninth aspects of the invention, in the wind turbine generator according to the fifth or sixth aspect of the invention, a large-sized and heavy-weight windmill is realized by adopting a floating bearing portion with a float structure or a magnet. It is possible to provide a wind turbine generator that can stably generate power output by wind power.
請求項10記載の発明よれば、請求項2、5又は6のいずれかに記載の発明において、発電部にアウターロータ・コアレス同軸反転式の発電機を採用しているので、請求項2、5又は6の各発明の各風力発電装置の発電効率をも高めることができる。
According to the invention of
請求項11、12記載の発明よれば、請求項2、5又は6のいずれかに記載の発明において、太陽光発電パネルを付加した構成とすることにより、上記各効果を各々奏し、かつ、風力、太陽光双方の自然エネルギーを利用したハイブリッド型の風力発電装置を提供することができる。
According to the invention of
本発明は、異物の衝突に対する安全性に優れ、また、風エネルギーの大小に応じた発電出力の調整範囲が広く、電力需要場所での実際の電力需要の大小に柔軟に対応できるとともに、設置や組み立て等の施工の容易化、低価格化を図ることができる風力発電装置を提供するという目的を、異物衝突防護用の複数の垂直支柱部と、複数の垂直支柱部の下端側、上端側を各々連結する下部枠部、上部枠部とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間を形成した平面視多角形状を呈する立体形状の枠体と、前記枠体の収容空間に、軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸型の風車部及びこの風車部の上側、下側両方に配置した前記風車部の回転力により発電するアウターロータ・コアレス同軸反転式の2個構成の発電部とを有する風力発電手段と、前記風力発電手段に組み込んだ前記垂直軸型の風車部を浮上状態で回転可能に軸支し、そのスラスト荷重を分担する浮上軸受部と、前記枠体を構成する複数の垂直支柱部の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部と、前記風車部の回転状態に応じて前記2個構成の発電部の発電出力制御、制動制御を行う制御手段と、を有し、前記風力発電手段を収容した枠体を、設置面上に単段で、又は、2段以上N(Nは正の正数)段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能とした構成により実現した。 The present invention is excellent in safety against collision of foreign matter, has a wide adjustment range of power generation output according to the magnitude of wind energy, can flexibly respond to the magnitude of actual power demand at the power demand place, For the purpose of providing a wind turbine generator that can facilitate construction and reduce the cost of assembly, etc., a plurality of vertical struts for foreign object collision protection, and a lower end side and an upper end side of a plurality of vertical struts are provided. A three-dimensional frame having a polygonal shape in plan view in which an accommodation space in which natural wind flows is formed using a lower frame portion and an upper frame portion that are connected to each other, and an axial center in the accommodation space of the frame body A vertical shaft type windmill unit vertically arranged with a vertically fixed support structure, and an outer rotor / coreless coaxial inversion type two-part power generation unit that generates electric power by the rotational force of the windmill unit arranged on both the upper side and the lower side of the windmill unit Wind power hand with The vertical shaft type wind turbine unit incorporated in the wind power generation means is rotatably supported in a floating state, and a floating bearing portion for sharing the thrust load thereof, and a plurality of vertical strut portions constituting the frame body A connection mechanism portion for fixed connection with other members provided at the lower end portion and the upper end portion, and a control means for performing power generation output control and braking control of the two power generation portions according to the rotation state of the windmill portion, The frame body containing the wind power generation means can be arranged in a single stage on the installation surface or in a tower-like stacked state extending over two or more stages (N is a positive positive number). Realized by configuration.
以下に本発明の実施例1に係る風力発電装置について、図面を参照して詳細に説明する。
Hereinafter, a wind turbine generator according to
本実施例1に係る風力発電装置120は、図1、図2、図3に示すように、異物衝突防護用の三本の中空の垂直支柱部122と、前記三本の垂直支柱部122の下端側、上端側を各々連結する下部枠部131、上部枠部132とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間130を形成した直方体形状(又は立方体形状)の枠体121と、前記枠体121の収容空間130内に、前記枠体121の上部枠部132、下部枠部131による軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸・垂直翼型の風車部112及びこの風車部112の回転力により発電するアウターロータ・コアレス同軸反転式の2個の発電機(例えば三相交流発電機)G1、G2からなる発電部1とを有する風車部112、発電部1直結構造の風力発電手段111と、前記枠体121を構成する三本の垂直支柱部122の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部141と、を有している。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the
前記2個の発電機G1、G2は、風車部112における中心部の下端の上側に下側の発電機G1を、風車部112における中心部の上端の上側に上側の発電機G2を配置した構成としている。
また、上側の発電機G2は、下側の発電機G1に対して上下反転構造としている。The two generators G1 and G2 have a configuration in which a lower generator G1 is disposed above the lower end of the center portion of the
The upper generator G2 has a vertically inverted structure with respect to the lower generator G1.
前記下部枠部131は、図1、図2に示すように、前記各垂直支柱部122の下端近くの側壁から枠体121の中心に向けて突設した3本の中空の支持アーム133と、この支持アーム133が交差する枠体121の中心の位置に垂直に立設した円筒状の垂直支持体134とを一体的に構成し、垂直支持体134により下側の発電機G1の固定部分を一体的に支持している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
前記上部枠部132は、図1、図2に示すように、前記下部枠部131の場合と同様、前記各垂直支柱部122の上端近くの側壁から枠体121の中心に向けて突設した3本の中空の支持アーム133と、この支持アーム133が交差する枠体121の中心の位置に垂直に垂設した円筒状の垂直支持体134とを一体的に構成し、垂直支持体134により上側の発電機G2の固定部分を一体的に支持している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
前記連結機構部141は、例えば、垂直支柱部122の上端、下端に、各々ネジ穴付きのフランジ部を設け、積み重ねる垂直支柱部122の端部同士をボルト、ナットによる締結により連結する構成としている。
For example, the
そして、前記風力発電手段111を収容した直方体形状の枠体121を設置面200上に図1に示すように単段で、又は詳細は後述するように前記連結機構部141を用いて2段以上N(Nは正の正数:2、3、4、・・・、10、・・・30、・・・50等)段にわたるタワー(塔)状の積み上げ状態で配置可能に構成している。
A rectangular
次に、前記発電部1、風車部112について、図2をも参照して説明する。
Next, the
前記風車部112は、例えばジャイロミル形(垂直軸垂直翼タイプ)で、長さ方向と直交する方向の断面(又は端面)が流線形のアルミニウム合金材を用いた例えば3枚のブレード113と、前記各ブレード113に各々突出端側を連結した上下3個ずつ、合計6個のアーム116とを有している。
前記各ブレード113の裏面には風力エネルギーを裏面側から捉える開口部114を設けている。The
On the back surface of each
また、前記風車部112は、前記上側の発電機G2の下側に配置したこの風車部112を浮上状態で回転可能に軸支し、そのスラスト荷重を分担する浮上軸受部151と、前記下側の発電機G1の上側に配置したラジアル軸受部152とを有している。
In addition, the
すなわち、前記風車部112は、前記発電機G1、G2の中心部を垂直配置で連結する風車軸115を内蔵する垂直配置の円筒状の固定筒体153と、この固定筒体153の上端に臨ませた円板状の中央回転体154と、有し、前記上側の3個のアーム116の基端側を前記中央回転体154の外周に所定の間隔で連結している。
In other words, the
また、前記下側の3個のアーム116の基端側を、固定筒体153の下端側の外周に設けたラジアル軸受部152の外周に所定の間隔で連結している。
Further, the base end sides of the three
すなわち、上側の3個のアーム116は中央回転体154とともに回転可能であり、下側の3個のアーム116はラジアル軸受部152により支持され、これらは各々前記固定筒体143の回りを水平方向に回転可能に構成している。これにより、3枚のブレード113も前記固定筒体153の回りに回転可能となっている。
That is, the upper three
前記中央回転体154の中心部には、垂直上方に向けて上部風車軸115aが突設され、この上部風車軸115aを上側の発電機G2に連結している。
An
前記固定筒体153の下端部は、前記下側の発電機G1の回りを覆うようにして配置した中空の固定箱体155の上面に連結し、また、固定箱体155の下面側は、前記下部枠部131側の垂直支持体134の上端部に連結している。
The lower end of the fixed
これにより、前記固定筒体153を、垂直支持体134、固定箱体155を介して風車軸115を内蔵しつつ垂直固定配置に立設している。
Thus, the fixed
前記連結機構部141は、例えば、垂直支柱部122の上端、下端に、各々ネジ穴付きのフランジ部を設け、積み重ねる垂直支柱部122の端部同士をボルト、ナットによる締結により連結する構成としている。
For example, the connecting
次に、図3、図4を参照して前記発電部1を構成する発電機G1について説明する。尚、図4においては、固定箱体155を省略して示している。
Next, the generator G1 which comprises the said electric
前記発電機G1は、発電機本体10と、この発電機本体10を回転可能に支持する軸支体11とを有し、この軸支体11を前記下部枠部131側の垂直支持体134に嵌装するとともに、ボルト65を用いて一体的に固定するようになっている。
The generator G1 includes a generator
前記発電機本体10は、図4に示すように、前記風車部112の回転力を受けて回転するアウターロータ12と、このアウターロータ12の中央部を軸支し、該アウターロータ12を回転可能とする発電機軸13と、前記発電機軸13により中央部が支持される状態でアウターロータ12内に内蔵した円盤状のコアレス型コイル体(円盤状に圧縮されたコイルの束)14と、を有している。
As shown in FIG. 4, the generator
前記発電機軸13は、下端外周にネジ13aを有し、このネジ13aの上方に大径部13bを、この大径部13bの下側に突出円板部13cを設けている。
The
前記アウターロータ12は、下側が開口した皿円盤状の上部ロータ21と、上側が開口した皿円盤状の下部ロータ31とを上下配置に突き合わせて接合し、両者の外周近傍位置において、円形に配列する多数の固定ボルト22を用いて一体的に固定されるようになっている。
The
前記アウターロータ12のうちの上部ロータ21は、その中央部に上側に突出する取り付け部21aを設け、この取り付け部21aに風車部112を構成する円筒状の風車軸115の下端115aを取り付けている。
The
前記風車取り付け部21aには、円形配置に多数のネジ孔21bが設けられ、前記風車軸115の下端115aに接合して取り付けボルト80により上部ロータ21と前記風車軸115とを一体的に結合し、風車部112の回転力を風車軸115を介して前記発電機G1に伝達するように構成している。
The
また、前記発電機軸13における大径部13bの上面側と、その近傍の上部ロータ21の内底部との間に主軸受23を配置し、上部ロータ21、したがってアウターロータ12を回転可能に軸支している。
Further, a
前記上部ロータ21の内底部における前記主軸受23の外側位置には、大径部13bよりも若干大きい内径を有する円形突部25が設けられ、この円形突部25の下端面に全周にわたって円形ギア26を設けている。
A
前記上部ロータ21の内底部における外周近傍位置には、端面を内底面に臨ませる状態で所要数のマグネット24を円形配置に埋設している。
At a position near the outer periphery of the inner bottom portion of the
前記下部ロータ31は、前記上部ロータ21と上下略対称形状に形成されている。すなわち、その中央部上面には前記突出円板部13cが入り込む円形凹段部32が設けられるとともに、この円形凹段部32の中心位置を前記発電機軸13が貫通するように構成している。
The
また、下部ロータ31の内底部における外周近傍位置には、端面を内底面に臨ませる状態で、かつ、前記上部ロータ21側のマグネット24と対向する配置で所要数のマグネット24を円形配置に埋設している。
Further, in the vicinity of the outer periphery of the inner bottom portion of the
このような上部ロータ21、下部ロータ31の構成により、両者の内部にコアレス型コイル体14を収容する収容室33を形成している。
With such a configuration of the
前記下部ロータ31の下面側には、その中央部に下側に突出する円柱状の取り付け部34を設け、この取り付け部34に円形配置にネジ孔35を設けている。
On the lower surface side of the
前記コアレス型コイル体14は、前記収容室33内において前記アウターロータ12と同軸配置されるとともに、その中央部には、前記上部ロータ21の円形突部25が入り込む内径を有する上孔と、前記発電機軸13の大径部13bより若干大径の下孔とが設けられ、大径部13bが貫通するように構成している。
The
そして、大径部13bの下端外周と、前記コアレス型コイル体14の下孔との間に配置した軸受46を介してコアレス型コイル体14を前記発電機軸13により回転可能に支持している。
The
また、前記コアレス型コイル体14の上面には、前記上部ロータ21側のマグネット24と対応配置で、かつ、近接する状態にコイル部41を配置し、同様にその下面には、前記下部ロータ31側のマグネット24と対応配置で、かつ、近接する状態にコイル部41を配置している。
A
さらに、前記コアレス型コイル体14における上下の各コイル部41における各コイル部出力端42は、このコアレス型コイル体14の下面に臨む位置に配置され、前記円形凹段部32内に位置する発電機軸13における突出円板部13cに対向させるように構成している。
Furthermore, each coil
そして、前記突出円板部13cの上面に設けた前記各コイル部出力端42に対応する配置の各ブラシ(集電子)43、この各ブラシ43に接続した出力ケーブル44を介して発電機本体10による発電出力を取り出すように構成している。
Then, the generator
前記各コイル部出力端42、ブラシ43の構成に替えて、例えば一次トランス、二次トランスの電磁誘導結合を利用する構成や、コアレス型コイル体14に磁石を、突出円板部13c側にコイル及び転流用の電子回路を設けた構成等からなるブラシレス型の集電子とすることもできる。
Instead of the configuration of each coil
前記前記コアレス型コイル体14における下孔を形成する円形突出部14aの上面側(上孔側)には、前記円形突部25の円形ギア26と同様な円形ギア45を全周にわたって設けている。
A
また、前記発電機軸13の大径部13b外周には、前記上孔内に位置して回転軸を水平方向とした複数の逆転用ギア51が取り付けられ、この逆転用ギア51を前記円形ギア26、円形ギア45に各々ギア結合している。
A plurality of reverse gears 51 are mounted on the outer periphery of the large-
このような構成により、前記アウターロータ12が図4に示す矢印a方向(反時計方向)に回転するとき、コアレス型コイル体14は逆転用ギア51により図4に示す矢印b方向(時計方向)に逆回転(同軸反転)するように構成している。
With such a configuration, when the
すなわち、前記アウターロータ12と、コアレス型コイル体14とを逆転用ギア51を用いて同軸反転するように構成している。
That is, the
前記軸支体11は、前記発電機軸13を中央孔61a内に嵌装して下方に突出させ、発電機軸13のネジ13aに下側からナット62をねじ込んで固定支持する固定支持体61と、この固定支持体61上に密接状態で配置され中央部に設けた前記中央孔61aと同径の貫通孔71aを前記発電機軸13が貫通する回転支持体71との重合構造としている。
The
すなわち、前記回転支持体71は固定支持体61に対してこれら両者間に設けた軸受63を介して回転可能に支持されるとともに、固定支持体61の上面外周部に設けた円形溝61bに回転支持体71の下面外周部に設けた円形突条71bを嵌め込み、これにより、回転支持体71は固定支持体61上で密接しつつ円滑に回転し得るように構成している。
That is, the
前記固定支持体61の側面には、中央孔61aの軸線方向と直交する配置にネジ孔64が設けられ、固定支持体61の下側を前記垂直支持体134の上端から内方に向けて嵌装するとともに、ボルト106をネジ孔64にねじ込み締め付けることで前記発電機G1を前記垂直支持体134上において水平配置に取り付けるようになっている。
A
前記回転支持体71には、前記下部ロータ31における取り付け部34のネジ孔35に対応する配置に取り付けボルト72が配置され、回転支持体71と固定支持体61とを組み付ける前段階において、この回転支持体71を前記下部ロータ31に取り付け、その後固定支持体61を回転支持体71に組み付けるように構成している。
A mounting
前記回転支持体71における貫通孔71aの上端部には、発電機軸13用の支持軸受73を配置している。
A support bearing 73 for the
尚、図4において、52は上部ロータ21とコアレス型コイル体14間、及び、下部ロータ31とコアレス型コイル体14間に各々配置したコロ軸受である。
In FIG. 4,
前記発電機G1(発電機G2も同様)によれば、前記風車部112が風エネルギーにより例えば図4に示す矢印a方向に回転するとき、前記アウターロータ12も矢印a方向に回転し、このアウターロータ12の回転力は、逆転用ギア51に伝達され、この結果逆転用ギア51を介してコアレス型コイル体14は図6に示す矢印b方向に回転する(同軸反転)。
According to the generator G1 (the same applies to the generator G2), when the
この結果、前記各マグネット24とコイル部41との相対速度の上昇に応じた大きい発電出力を、前記コアレス型コイル体14のコイル部出力端42から前記ブラシ43、出力ケーブル44を介して外部に導出することができる。
As a result, a large power generation output corresponding to an increase in the relative speed between the
すなわち、本実施例1の風力発電装置120においては、前記出力ケーブル44を前記下部枠部131の垂直支持体134、垂直支柱部122に内装し、外部に導出するように構成している。
That is, in the
さらに詳述すると、前記発電機G1によれば、前記アウターロータ12とコアレス型コイル体14とを前記風車部112の回転に応じて逆転用ギア51という簡略な要素のみで同軸反転させるように構成しているので、通常のロータ、ステータを使用する発電機に比べてアウターロータ12、コアレス型コイル体14間に例えば2倍の相対速度を得ることができ、同一の風エネルギーという条件下において通常の風力発電用の発電機よりも大きい発電出力を得ることが可能となる。
More specifically, according to the generator G1, the
具体的には、通常の発電機において100の回転速度で発電出力が100であると仮定した場合、本実施例1に係る発電部1によれば、50の回転速度で100の発電出力を得ることができる。又は、100の回転速度であれば200の発電出力を得ることができる。
Specifically, assuming that the power generation output is 100 at a rotation speed of 100 in a normal generator, the
上側の発電機G2は、上述した発電機G1と上下反転構造で上側の垂直支持体134に連結され、上述した発電機G1の場合と同様の作用、効果を発揮するように構成している。
The upper generator G2 is connected to the upper
次に、図5、図6を参照して、前記浮上軸受部151について説明する。
Next, the floating
図5は前記浮上軸受部151の一例を示すものであり、この浮上軸受部151は、前記固定筒体153の開口端側から内方下方に所定寸法分下がった位置である下部において、例えば半球状の閉塞部材162の開口端を固定筒体153の内周部に溶接等で固着し閉塞することにより形成した浮力室161を有している。
FIG. 5 shows an example of the
そして、浮力室161内に浮力発生用の不凍液163及びこの不凍液163の液面を被うオイル164からなる液体を収納している。前記オイル164は、不凍液163の液面を被うことで、この不凍液163の蒸発を防止するものである。
In the
また、前記浮上軸受部151は、前記中央回転体154の下面中央から垂下した連結風車軸115bに上端部が連結された状態で支持され、略全体を前記浮力室161の不凍液163内に臨ませた外形が略長楕円体形状のフロート165と、このフロート165の下端から前記閉塞部材162を例えば図示しないがシール部材を介在させつつ液密状態で貫いて前記下側の発電機G1に連結した風車軸115とを含んで構成している。
The
前記固定筒体153の頂部の外周部と、前記中央回転体154に設けた前記外周部より大径の円形内周部154aとの間には、軸受用の鋼球156を多数介在させ、これにより、前記固定筒体153の頂部に対し前記中央回転体154をラジアル軸受構造で支持し、前記中央回転体154を水平方向に回転可能としている。
A large number of bearing
前記中央回転体154と、上側の発電機G2とは、既述したように、上部風車軸115aにより連結し、前記中央回転体154の回転力、すなわち、風車部112の回転力を上側の発電機G2に伝達するように構成している。
As described above, the central
上述した浮上軸受部151を採用した場合、前記浮力室161内において、不凍液163内に臨ませたフロート165に対して不凍液163による浮力Fが作用する。
When the above-described
このとき、フロート165を垂直下方に押し下げる方向に作用する前記風車部112の荷重Mとすると、浮力F>荷重(スラスト荷重)Mとなるように予め設定しておくことにより、前記風車部112は前記浮上軸受部151により不凍液163を介して浮上した状態で支持されることになる。
At this time, assuming that the load M of the
また、前記鋼球156を用いたラジアル軸受構造により前記中央回転体154を含む前記風車部112のラジアル荷重を分担し、前記ラジアル軸受部152は、前記固定筒体153の頂部から所定間隔下方に隔てた位置において前記風車部112のラジアル荷重を分担する。
The radial bearing structure using the
この結果、上述した浮力室161、不凍液163、フロート165を用いた簡略構造からなる浮上軸受部151を含む軸支構造によって、大型、大重量の風車部112の場合においても風車軸115の回りに横揺れを伴うことなく高精度に、かつ、低騒音の安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができ、大型大出力の風力発電装置120にも対応することが可能となる。
As a result, the shaft support structure including the
図6は、前記浮上軸受部151の他例である浮上軸受部151Aを示すものであり、この浮上軸受部151Aにおいて、前記浮上軸受部151場合と同一の要素には同一の符号を付し、その詳細説明は省略する。
FIG. 6 shows a
図6に示す浮上軸受部151Aは、前記固定筒体153内において、その中心線方向に間隔を隔て水平配置、かつ、風車軸115の回りに同心配置に固定した例えば永久磁石からなる円環状の第1磁石171及び第2磁石172と、前記第1磁石171、第2磁石172間で、かつ、各々第1磁石171、第2磁石172と間隙をもって、かつ、同心配置で風車軸115に水平状態で固定連結した例えば永久磁石からなる円板状の浮上磁石173とを有している。
The floating
前記第1磁石171、浮上磁石173、第2磁石172は、上から下に順番に概略円筒状のハウジング174内に収納している。
このハウジング174により、前記第1磁石171及び第2磁石172を固定支持するとともに、これらの間に前記浮上磁石173を非接触で上下から挟む態様に構成している。前記ハウジング174の外周部は、連結片175を介して前記前記固定筒体153の内周部に固定連結している。The
The
前記固定筒体153の頂部の外周部と、前記中央回転体154に設けた前記外周部より大径の円形内周部154aとの間の鋼球156を用いたラジアル軸受構造、及び、前記発電機G1、G2に対する連結構造は上述した場合と同一である。
A radial bearing structure using a
図6に示す浮上軸受部151Aを採用した場合、同図に原理的に示すように、前記第1磁石171と浮上磁石173を例えばS極同士の同磁極で対向させ、前記第2磁石172と浮上磁石173を例えばS極同士の同磁極で対向させて、これら第1磁石171と浮上磁石173間及び第2磁石172と浮上磁石173間に作用する各反発力により浮上磁石173を介して前記風車部112の荷重(スラスト荷重)Mを相殺し、これにより、浮上磁石173を介して前記風車部112を風車軸115とともに浮上状態で回転可能に軸支することができる。
When the
前記風車部112のラジアル荷重の分担に関しては、上述した場合と同様である。
The sharing of the radial load of the
この結果、上述した磁力利用の風車部112の軸支構造によって、大型、大重量の風車部112の場合においても風車軸115の回りに横揺れを伴うことなく高精度に、かつ、低騒音の安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができ、大型大出力の風力発電装置120にも対応することが可能となる。
As a result, the above-described shaft support structure of the
次に、図7を参照して本実施例1に係る風力発電装置120の制御系について説明する。
Next, a control system of the
本実施例1に係る風力発電装置120は、前記風車部112の回転状態に応じて前記2個の発電機G1、G2の発電出力制御、制動制御を行う制御手段180を具備している。
The
前記制御手段180は、下側の発電機G1の発電出力制御を行う第1発電出力制御系181Aと、上側の発電機G2の発電出力制御を行う第2発電出力制御系181Bと、風力発電装置120全体の制御を行う動作制御系190と、により構成し、さらに、蓄電又は放電を行うバッテリーBを付加した構成としている。
The control means 180 includes a first power generation
前記第1発電出力制御系181Aは、下側の発電機G1からの交流の発電出力を遮断又は導通させる例えば電磁開閉器を用いたスイッチ部182と、下側の発電機G1からの交流の発電出力を直流出力に変換(AC/DC変換)する電力変換部183と、この電力変換部183からの直流出力を取り込み、バッテリーBへの蓄電又は外部負荷側への給電を行う出力コントロール部184と、この出力コントロール部184から給電される直流出力を所定の電圧(例えばDC12V、DC24V等)に変換して外部負荷に向けて出力するDC/DC変換部185と、前記出力コントロール部184から給電される直流出力を所定の交流電圧(例えばAC100V、AC200V等)に変換して外部負荷に向けて出力するDC/AC変換部186と、を具備している。
The first power generation
前記第2発電出力制御系181Bは、前記第1発電出力制御系181Aの場合と同様、上側の発電機G2からの交流の発電出力を遮断又は導通させる例えば電磁開閉器を用いたスイッチ部182と、上側の発電機G2からの交流の発電出力を直流出力に変換(AC/DC変換)する電力変換部183と、この電力変換部183からの直流出力を取り込み、バッテリーBへの蓄電又は外部負荷側への給電を行う出力コントロール部184と、この出力コントロール部184から給電される直流出力を所定の電圧(例えばDC12V、DC24V等)に変換して外部負荷に向けて出力するDC/DC変換部185と、前記出力コントロール部184から給電される直流出力を所定の交流電圧(例えばAC100V、AC200V等)に変換して外部負荷に向けて出力するDC/AC変換部186と、を具備している。
As in the case of the first power generation
前記動作制御系190は、この動作制御系190全体の動作に必要な主プログラム、前記発電機G1、G2の発電出力切り換えプログラム、前記発電機G1、G2に対する制動プログラム等からなる動作制御プログラムを格納したプログラムメモリ191と、前記動作制御プログラムに基づいて全体の動作制御を行う動作制御部192と、前記電力変換部183の直流出力を監視し発電機G1、G2の各発電出力(電圧又は電流)を監視する2個の発電出力監視部193と、前記発電出力切り換えプログラムに基づく動作制御部192の制御の基に、前記2個のスイッチ部182に動作信号を送り、発電機G1、G2からの交流の各発電出力を各々遮断又は導通させる発電出力オン、オフ切り換え部194と、前記発電機G1、G2の電機子(前記コアレス型コイル体14)側に接続した例えば電磁リレー、三相短絡回路を用いて構成され、三相短絡回路接続時前記各発電機G1、G2に対する回生制動を各々実行する2個の制動部195と、前記制動プログラムに基づく動作制御部192の制御の基に2個の制動部に各々駆動信号を送り、2個の制動部195における三相短絡回路の前記発電機G1、G2の電機子側への接続又は離脱を行う2個の制動駆動部196と、文字情報、画像情報等を表示する表示部197と、前記発電機G1、G2の運転条件(発電機G1、G2の発電出力オン、オフ切り換えのための例えば電圧又は電流閾値、前記発電機G1、G2の個別又は双方同時制動のような制動条件(発電出力における電圧又は電流閾値)を設定するキーボード、タッチパネル等を用いた運転条件設定部198と、を有している。
The
前記運転条件設定部198の設定による前記発電出力切り換えプログラムに基づく各発電機G1、G2の発電出力オン、オフ切り換えは、例えば前記発電出力監視部193の出力信号に対応した発電出力切り換えプログラムに基づく前記発電機G1側のスイッチ部182のみをオンにした発電機G1の発電出力のみ(例えば風力エネルギーが比較的大の時)、前記発電機G1の発電出力の基づいた発電機G2側のスイッチ部182のオンによる2台同時発電出力(例えば風力エネルギーが比較的小の時)、前記発電機G2側のスイッチ部182のみをオンにした発電機G2の発電出力のみ(例えば風力エネルギーが比較的大の時)等の態様を挙げることができるが、ここでは詳細説明は省略する。
The on / off switching of the generator outputs G1, G2 based on the power generation output switching program set by the operating
前記運転条件設定部198の設定による前記制動プログラムに基づく各発電機G1、G2に対する回生制動は、例えば前記発電出力監視部193の出力信号に対応した制動プログラムに基づいた前記制動駆動部196、前記発電機G1側の制動部195の動作又は前記制動駆動部196、前記発電機G2側の制動部195の動作による発電機G1のみの又は発電機G2のみの制動による前記風車部112の減速(例えば強風時のような風力エネルギー大の時)、並びに、前記制動駆動部196、前記発電機G1、G2双方の制動部195の動作による発電機G1、G2双方の制動による前記風車部112の停止(例えば台風時のような風力エネルギーが極めて大の時)等の態様を挙げることができるが、ここでは詳細説明は省略する。
The regenerative braking for each of the generators G1, G2 based on the braking program set by the operating
前記発電出力監視部193に替えて、発電機G1、G2に図示しないロータリーエンコーダー等を用いた回転数検出部を取り付け、この回転数検出部の検出信号を基に上述した制御を実行するように構成することももちろん可能である。
In place of the power generation
次に、本実施例1の風力発電装置120をN段用いタワー状の積み上げ状態とした風力発電装置120Aについて図8を参照して説明する。
Next, a
この風力発電装置120Aは、前記風力発電装置120をN(Nは正の正数:2、3、4、・・・、10、・・・30、・・・50等)個用意し、これらを前記連結機構部141による連結によって、N段にわたって垂直のタワー(塔)状に積み上げて構成するものである。
This
具体的には、設置箇所の需要電力の大小に応じて、風力発電装置120を2段、3段、10段、50段等のように垂直のタワー(塔)状に積み上げるものである。
前記風力発電装置120Aによれば、この風力発電装置120Aを設置する電力需要場所での実際の電力需要の大小の規模に応じ風力発電装置120の積み上げ個数を設定することにより、当該電力需要場所の電力需要に柔軟に対応することが可能となる。Specifically, the
According to the
上述した風力発電装置120を単段で設置する場合には、前記枠体121の上面に、図9に示すように、太陽光により発電する太陽光パネル201を付加し、風力、太陽光双方の自然エネルギーを利用したハイブリッド型の風力発電装置120又は120Aとすることも可能である。
When the
また、上述した風力発電装置120をN段積み重ねた風力発電装置120Aの場合も、任意の枠体121の側面に、図10に示すように、太陽光により発電する太陽光パネル201を配置したものを含め、風力、太陽光双方の自然エネルギーを利用したハイブリッド型の風力発電装置120Aとすることも可能である。
Further, in the case of the
さらには、図示していないが、枠体121の垂直支柱部122の垂直方向中間位置等に、異物防護用の防護バーや、防護鎖を張り渡した構成を採用することも可能である。
Furthermore, although not shown, it is also possible to adopt a configuration in which a protection bar for protecting foreign matter or a protection chain is stretched at a vertical intermediate position of the
本実施例1の風力発電装置120によれば、電力需要場所での実際の設置や組み立てが容易で施工の容易化、低価格化を図ることができる。
According to the
また、本実施例1の風力発電装置120によれば、2個の発電機G1、G2を搭載し、これら2個の発電機G1、G2の風力エネルギーの大小に応じた発電出力オン、オフ切り換え制御や、減速、停止制御を行うようにしているので、発電出力の調整範囲が広く、電力需要場所での実際の電力需要の大小に柔軟に対応できるとともに、台風等のような異常な事態においても風力発電装置120の故障防止、安全確保を図ることができる。
Moreover, according to the
さらに、前記三本の垂直支柱部122は、例えば木の枝等が飛来した場合の異物衝突防護作用を発揮するので、異物の衝突に対しても風力発電装置120の故障防止、安全確保を図ることができる。
Further, since the three
さらにまた、本実施例1の風力発電装置120によれば、前記前記浮上軸受部151又は151Aを採用した構成を採用することにより、大型、大重量の風車部112の場合においても横揺れを伴うことなく高精度に、かつ、低騒音の安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができる効果も奏する。
Furthermore, according to the
加えて、前記出力ケーブル44を前記下部枠部131の垂直支持体134、垂直支柱部122に内装し、外部に導出するように構成しているので、前記出力ケーブル44が枠体121の外部に露出せず、外観体裁の良好な風力発電装置120とすることができる。
In addition, since the
また、本実施例1の風力発電装置120Aによれば、個々の風力発電装置120が上述した作用、効果を発揮するとともに、既述した如く、前記風力発電装置120の積み上げ個数を電力需要場所の電力需要に応じた最適個数に設定することにより、当該電力需要場所の電力需要に柔軟、かつ、広範囲に対応することが可能となる。
In addition, according to the
さらに、本実施例1の風力発電装置120、120Aによれば、前記枠体121の上部枠部132、下部枠部131による軸心上下固定支持構造を採用しているので、風力発電手段111が枠体121により強固に支持されることになり、強風に対しても風力発電手段111の揺れ等を防止でき、また、垂直支柱部122により異物の飛来による風力発電手段111、特に風車部112の損傷を防止でき、安定した運転を長期にわたって維持できる。
Furthermore, according to the
次に、本実施例2に係る風力発電装置120Bについて、図11を参照して説明する。尚、本実施例2に係る風力発電装置120Bにおいて、上述した本実施例1に係る風力発電装置120の場合と同一の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
Next, the
本実施例2に係る風力発電装置120Bは、図11に示すように、異物衝突防護用の四本の中空の垂直支柱部122と、四本の垂直支柱部122の下端側、上端側を各々連結する下部枠部131、上部枠部132とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間130を形成した直方体形状(又は立方体形状)の枠体121と、前記枠体121の収容空間130内に、前記枠体121の上部枠部132、下部枠部131による軸心上下固定支持構造で垂直配置した実施例1の場合と同一構造の垂直軸・垂直翼型の風車部112及びこの風車部112の回転力により発電する実施例1の場合と同一構造のアウターロータ・コアレス同軸反転式の2個の発電機G1、G2からなる発電部1とを有する風車部112、発電部1直結構造の風力発電手段111と、前記枠体121を構成する四本の垂直支柱部122の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部141と、を有している。
As shown in FIG. 11, the
前記2個の発電機G1、G2は、風車部112における中心部の下端の上側に下側の発電機G1を、風車部112における中心部の上端の上側に上側の発電機G2を配置した構成としている。上側の発電機G2は、下側の発電機G1に対して上下反転構造としている。
The two generators G1 and G2 have a configuration in which a lower generator G1 is disposed above the lower end of the center portion of the
前記下部枠部131は、図11に示すように、前記各垂直支柱部122の下端近くの側壁から枠体121の中心に向けて突設した四本の中空の支持アーム133と、この支持アーム133が交差する枠体121の中心の位置に垂直に立設した円筒状の垂直支持体134とを一体的に構成し、垂直支持体134により下側の発電機G1の固定部分を一体的に支持している。
As shown in FIG. 11, the
前記上部枠部132は、図11に示すように、前記下部枠部131の場合と同様、前記各垂直支柱部122の上端近くの側壁から枠体121の中心に向けて突設した四本の中空の支持アーム133と、この支持アーム133が交差する枠体121の中心の位置に垂直に垂設した円筒状の垂直支持体134とを一体的に構成し、垂直支持体134により上側の発電機G2の固定部分を一体的に支持している。
As shown in FIG. 11, the
前記連結機構部141は、例えば、垂直支柱部122の上端、下端に、各々ネジ穴付きのフランジ部を設け、積み重ねる垂直支柱部122の端部同士をボルト、ナットによる締結により連結する構成としている。
For example, the connecting
そして、前記風力発電手段111を収容した直方体形状の枠体121を設置面200上に図11に示すように単段で、又は図12に示すように前記連結機構部141を用いて2段以上N(Nは正の正数:2、3、4、・・・、10、・・・30、・・・50等)段にわたるタワー(塔)状の積み上げ状態で配置可能に構成している。
Then, a
すなわち、本実施例2に係る風力発電装置120Bは、前記枠体121の形状を全体として直方体状又は立方体状とした以外は上述した実施例1に係る風力発電装置120の場合と同様な構成としたものである。
That is, the
図12は、本実施例2に係る風力発電装置120BをN段用いタワー状の積み上げ状態とした風力発電装置120Cを示すものである。
FIG. 12 shows a
この風力発電装置120Cは、前記風力発電装置120BをN(Nは正の正数:2、3、4、・・・、10、・・・30、・・・50等)個用意し、これらを前記連結機構部141による連結によって、N段にわたって垂直のタワー(塔)状に積み上げて構成するものである。
This
すなわち、本実施例2に係る風力発電装置120Cは、前記各枠体121の形状を全体として四角形の直方体状又は立方体状とした以外は上述した実施例1に係る風力発電装置120Aの場合と同様な構成としたものである。
That is, the
本実施例2に係る風力発電装置120B、風力発電装置120Cによっても、既述した実施例1に係る風力発電装置120、風力発電装置120Aの場合と各々同様な作用、効果を発揮させることができる。
The
また、本実施例2に係る風力発電装置120B、風力発電装置120Cの場合も、前記枠体121の上面に、図示しないが太陽光により発電する太陽光パネルを付加したり、任意の枠体121の側面に、図示しないが太陽光により発電する太陽光パネル201を配置したハイブリッド型の風力発電装置120B、120Cとすることももちろん可能である。
Also in the case of the
次に、図13を参照して実施例1に係る三角柱状の風力発電装置120の変形例である風力発電装置120Dについて説明する。
Next, a
この変形例である風力発電装置120Dは、実施例1に係る風力発電装置120の構成に替えて、実施例1と略同様の枠体121Aに対して、前記浮上軸受部151又は151Aを用いない風車部112、1個の発電機G1のみを有する発電部1を組み込んだ構成としたものである。
The
この変形例の風力発電装置120Dによっても、実施例1に係る風力発電装置120における2個の発電機G1、G2による効果、及び、前記浮上軸受部151又は151Aによる効果が無い点を除き、実施例1に係る風力発電装置120の場合と同様な効果を発揮させることができる。
The
また、変形例の風力発電装置120DをN(Nは正の正数:2、3、4、・・・、10、・・・30、・・・50等)個用意し、これらを前記連結機構部141による連結によって、N段にわたって垂直のタワー(塔)状に積み上げて構成した場合も、2個の発電機G1、G2による効果、及び、前記浮上軸受部151又は151Aによる効果が無い点を除き、実施例1に係るタワー(塔)状の風力発電装置120Aの場合と同様な効果を発揮させることができる。
In addition, N
次に、図14を参照して実施例2に係る四角柱状の風力発電装置120Bの変形例である風力発電装置120Eについて説明する。
Next, a
この変形例である風力発電装置120Eは、実施例2に係る風力発電装置120Bの構成に替えて、実施例2と略同様の枠体121Bに対して、前記浮上軸受部151又は151Aを用いない風車部112、1個の発電機G1のみを有する発電部1を組み込んだ構成としたものである。
The
この変形例の風力発電装置120Eによっても、実施例1に係る風力発電装置120における2個の発電機G1、G2による効果、及び、前記浮上軸受部151又は151Aによる効果が無い点を除き、実施例2に係る風力発電装置120Bの場合と同様な効果を発揮させることができる。
The
また、変形例の風力発電装置120EをN(Nは正の正数:2、3、4、・・・、10、・・・30、・・・50等)個用意し、これらを前記連結機構部141による連結によって、N段にわたって垂直のタワー(塔)状に積み上げて構成した場合も、2個の発電機G1、G2による効果、及び、前記浮上軸受部151又は151Aによる効果が無い点を除き、実施例2に係るタワー(塔)状の風力発電装置120Cの場合と同様な効果を発揮させることができる。
Further, N
本発明は、市街地はもとより、電力系統が未整備の都市部郊外、山間地等、設置場所の如何を問わず、種々の電力需要場所での設置、運用に多大に資することができる風力発電装置として広範に活用することができる。 The present invention is a wind power generator that can greatly contribute to installation and operation in various places where power is demanded, regardless of the place of installation, such as urban areas, urban suburbs, mountainous areas, etc. where power systems are not yet developed. Can be used widely.
1 発電部
10 発電機本体
11 軸支体
12 ウターロータ
13 発電機軸
13a ネジ
13b 大径部
13c 突出円板部
14 コアレス型コイル体
14a 円形突出部
21 上部ロータ
21a 取り付け部
21b ネジ孔
22 固定ボルト
23 主軸受
24 マグネット
25 円形突部
26 円形ギア
31 下部ロータ
32 円形凹段部
33 収容室
34 取り付け部
35 ネジ孔
41 コイル部
42 コイル部出力端
43 ブラシ
44 出力ケーブル
45 円形ギア
46 軸受
51 逆転用ギア
61 固定支持体
61a 中央孔
61b 円形溝
62 ナット
63 軸受
64 ネジ孔
65 ボルト
71 回転支持体
71a 貫通孔
71b 円形突条
72 ボルト
73 支持軸受
80 ボルト
111 風力発電手段
112 風車部
113 ブレード
114 開口部
115 風車軸
115a 下端
115a 上部風車軸
115b 連結風車軸
116 アーム
120 風力発電装置
120A 風力発電装置
120B 風力発電装置
120C 風力発電装置
120D 風力発電装置
120E 風力発電装置
121 枠体
121A 枠体
121B 枠体
122 各垂直支柱部
130 収容空間
131 下部枠部
132 上部枠部
133 支持アーム
134 垂直支持体
141 連結機構部
143 固定筒体
151 浮上軸受部
151A 浮上軸受部
152 ラジアル軸受部
153 固定筒体
154 中央回転体
154a 円形内周部
155 固定箱体
156 鋼球
161 浮力室
162 閉塞部材
163 不凍液
164 オイル
165 フロート
171 第1磁石
172 第2磁石
173 浮上磁石
174 ハウジング
175 連結片
180 制御手段
181A 第1発電出力制御系
181B 第2発電出力制御系
182 スイッチ部
183 電力変換部
184 出力コントロール部
185 DC/DC変換部
186 DC/AC変換部
190 動作制御系
191 プログラムメモリ
192 動作制御部
193 発電出力監視部
194 発電出力オンオフ切り換え部
195 制動部
196 制動駆動部
197 表示部
198 運転条件設定部
200 設置面
201 太陽光パネル
G1 発電機
G2 発電機
F 浮力
M 荷重DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation part 10 Generator main body 11 Shaft support body 12 Outer rotor 13 Generator shaft 13a Screw 13b Large diameter part 13c Projection disk part 14 Coreless type coil body 14a Circular projection part 21 Upper rotor 21a Attachment part 21b Screw hole 22 Fixing bolt 23 Main Bearing 24 Magnet 25 Circular protrusion 26 Circular gear 31 Lower rotor 32 Circular concave step portion 33 Accommodating chamber 34 Mounting portion 35 Screw hole 41 Coil portion 42 Coil portion output end 43 Brush 44 Output cable 45 Circular gear 46 Bearing 51 Reverse rotation gear 61 Fixed support 61a Central hole 61b Circular groove 62 Nut 63 Bearing 64 Screw hole 65 Bolt 71 Rotating support 71a Through hole 71b Circular protrusion 72 Bolt 73 Support bearing 80 Bolt 111 Wind power generation means 112 Windmill 113 Blade 114 Opening 115 Windmill 115a Lower end 115a Upper wind turbine shaft 115b Linked wind turbine shaft 116 Arm 120 Wind turbine generator 120A Wind turbine generator 120B Wind turbine generator 120C Wind turbine generator 120D Wind turbine generator 120E Wind turbine generator 121 Frame 121A Frame 121B Frame 122 Each vertical strut 130 Housing Space 131 Lower Frame 132 Upper Frame 133 Support Arm 134 Vertical Support 141 Connection Mechanism 143 Fixed Cylindrical Body 151 Floating Bearing 151A Floating Bearing 151 152 Radial Bearing 153 Fixed Cylindrical 154 Central Rotating Body 154a Circular Inner Circumference 155 Fixed box 156 Steel ball 161 Buoyancy chamber 162 Closure member 163 Antifreeze liquid 164 Oil 165 Float 171 First magnet 172 Second magnet 173 Levitation magnet 174 Housing 175 Connection piece 180 Control means 181A First power generation output control system 18 1B Second power generation output control system 182 Switch unit 183 Power conversion unit 184 Output control unit 185 DC / DC conversion unit 186 DC / AC conversion unit 190 Operation control system 191 Program memory 192 Operation control unit 193 Power generation output monitoring unit 194 Power generation output on / off Switching unit 195 Brake unit 196 Brake drive unit 197 Display unit 198 Operating condition setting unit 200 Installation surface 201 Solar panel G1 Generator G2 Generator F Buoyancy M Load
Claims (12)
前記枠体の収容空間に、軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸型の風車部及びこの風車部の上側、下側両方に配置した前記風車部の回転力により発電する2個構成の発電部とを有する風力発電手段と、
前記枠体を構成する複数の垂直支柱部の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部と、
前記風車部の回転状態に応じて前記2個構成の発電部の発電出力制御、制動制御を行う制御手段と、
を有し、
前記風力発電手段を収容した枠体を、設置面上に単段で、又は、2段以上N(Nは正の正数)段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能としたことを特徴とする風力発電装置。Using a plurality of vertical struts for foreign object collision protection, a lower frame part that connects the lower end side and upper end side of the plurality of vertical strut parts, and an upper frame part, an accommodation space in which natural wind flows is formed inside A solid three-dimensional frame,
In the housing space of the frame body, a vertical shaft type windmill portion vertically arranged with a shaft center vertical fixed support structure and two configurations that generate electric power by the rotational force of the windmill portion arranged on both the upper side and the lower side of the windmill portion A wind power generation means having a power generation unit;
A connection mechanism portion for fixed connection with other members respectively provided at the lower end and the upper end of the plurality of vertical struts constituting the frame;
Control means for performing power generation output control and braking control of the two power generation units according to the rotation state of the windmill unit;
Have
The frame housing the wind power generation means can be arranged in a single stage on the installation surface or in a tower-like stacked state extending over two or more stages (N is a positive positive number). Wind power generator.
前記枠体の収容空間に、軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸型の風車部及びこの風車部の上側、下側両方に配置した前記風車部の回転力により発電するアウターロータ・コアレス同軸反転式の2個構成の発電部とを有する風力発電手段と、
前記風力発電手段に組み込んだ前記垂直軸型の風車部を浮上状態で回転可能に軸支し、そのスラスト荷重を分担する浮上軸受部と、
前記枠体を構成する複数の垂直支柱部の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部と、
前記風車部の回転状態に応じて前記2個構成の発電部の発電出力制御、制動制御を行う制御手段と、
を有し、
前記風力発電手段を収容した枠体を、設置面上に単段で、又は、2段以上N(Nは正の正数)段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能としたことを特徴とする風力発電装置。Using a plurality of vertical struts for foreign object collision protection, a lower frame part that connects the lower end side and upper end side of the plurality of vertical strut parts, and an upper frame part, an accommodation space in which natural wind flows is formed inside A three-dimensional frame that exhibits a polygonal shape in plan view,
A vertical shaft type windmill portion vertically disposed in a housing space of the frame body with an axially fixed upper and lower support structure, and an outer rotor coreless that generates electric power by the rotational force of the windmill portion disposed above and below the windmill portion. A wind power generation means having a coaxial inversion type two-part power generation unit;
The vertical shaft type wind turbine unit incorporated in the wind power generation means is rotatably supported in a floating state, and a floating bearing portion for sharing the thrust load;
A connection mechanism portion for fixed connection with other members respectively provided at the lower end and the upper end of the plurality of vertical struts constituting the frame;
Control means for performing power generation output control and braking control of the two power generation units according to the rotation state of the windmill unit;
Have
The frame housing the wind power generation means can be arranged in a single stage on the installation surface or in a tower-like stacked state extending over two or more stages (N is a positive positive number). Wind power generator.
前記円筒体の上端側に位置する前記風車部の上部の複数のアームが連結された中心回転部を円筒体の上端に対して回転可能とし、中心回転部から上方に突出させた上部発電機軸を上部の発電機に連結し、前記フロートの下端から前記浮力室を液密状態で貫いて円筒体内を下方に延長した下部発電機軸を下部の発電機に連結することで、前記浮力室内の液体から前記フロートに作用する浮力により前記風車部のスラスト荷重を分担させて該風車部を浮上状態で回転可能に軸支する構成としたことを特徴とする請求項2記載の風力発電装置。The levitation bearing portion includes a buoyancy chamber containing a buoyancy generating liquid provided in a cylindrical body fixedly arranged vertically around a vertical wind turbine shaft positioned at the center of the wind turbine portion, and the buoyancy chamber A float that has been exposed to the liquid,
An upper generator shaft that is configured to be able to rotate with respect to the upper end of the cylindrical body, and that protrudes upward from the central rotational part, with a central rotating portion connected to a plurality of upper arms of the wind turbine unit located on the upper end side of the cylindrical body. The lower generator shaft, which is connected to the upper generator and penetrates the buoyancy chamber from the lower end of the float in a liquid-tight state and extends downward in the cylindrical body, is connected to the lower generator so that the liquid in the buoyancy chamber is removed. The wind turbine generator according to claim 2, wherein a thrust load of the wind turbine unit is shared by a buoyancy acting on the float, and the wind turbine unit is rotatably supported in a floating state.
前記円筒体の上端側に位置する前記風車部の上部の複数のアームが連結された中心回転部を円筒体の上端に対し回転可能し、中心回転部から上方に突出させた上部発電機軸を上部の発電機に連結し、前記下部発電機軸を下部の発電機に連結することで、前記磁石と浮上磁石との反発力により浮上磁石を介して前記風車部のスラスト荷重を分担させ該風車部を浮上状態で回転可能に軸支する構成としたことを特徴とする請求項2記載の風力発電装置。The levitation bearing portion includes an annular magnet fixed to an inner peripheral portion of a cylindrical body fixedly arranged vertically around a vertical lower windmill shaft positioned at the center of the windmill portion, and an annular magnet in the cylindrical body. A disk-like levitating magnet fixed in an arrangement facing the annular magnet with respect to the lower generator shaft extending through the magnet and extending downward in the cylindrical body;
A central rotating part connected to a plurality of upper arms of the wind turbine part located on the upper end side of the cylindrical body can be rotated with respect to the upper end of the cylindrical body, and an upper generator shaft protruding upward from the central rotating part By connecting the lower generator shaft to the lower generator, the thrust load of the windmill part is shared through the levitating magnet by the repulsive force of the magnet and the levitating magnet. The wind turbine generator according to claim 2, wherein the wind turbine generator is configured to be rotatably supported in a floating state.
前記枠体の収容空間に、前記枠体の上部枠部、下部枠部による軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸・垂直翼型の風車部及びこの風車部の上側、下側両方に配置した前記風車部の回転力により発電するアウターロータ・コアレス同軸反転式の2個構成の発電部とを有する風力発電手段と、
前記枠体を構成する三本の垂直支柱部の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部と、
前記風車部の回転状態に応じて前記2個構成の発電部の発電出力制御、制動制御を行う制御手段と、
を有し、
前記風力発電手段を収容した三本の垂直支柱部を有する立方体形状又は直方体形状の枠体を、設置面上に単段で、又は、前記連結機構部を用いて2段以上N(Nは正の正数)段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能としたことを特徴とする風力発電装置。Containment space where natural wind circulates inside using three vertical struts for foreign object collision protection, a lower frame part and an upper frame part connecting the lower end side and the upper end side of the three vertical strut parts respectively. A cube-shaped or rectangular parallelepiped frame formed with
In the housing space of the frame body, the vertical axis / vertical wing type wind turbine unit vertically arranged by the upper and lower fixed support structure of the axis by the upper frame portion and the lower frame portion of the frame body, both on the upper side and the lower side of the wind turbine unit A wind power generation means having an outer rotor and a coreless coaxial inversion type power generation unit configured to generate power by the rotational force of the wind turbine unit disposed;
A connecting mechanism portion for fixed connection with other members respectively provided at the lower end portion and the upper end portion of the three vertical strut portions constituting the frame;
Control means for performing power generation output control and braking control of the two power generation units according to the rotation state of the windmill unit;
Have
A cube-shaped or rectangular parallelepiped-shaped frame having three vertical struts containing the wind power generation means is arranged in a single stage on the installation surface, or two or more stages N (N is a positive value using the connecting mechanism part). A wind power generator characterized in that it can be arranged in a tower-like stacked state over multiple stages.
前記枠体の収容空間に、前記枠体の上部枠部、下部枠部による軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸・垂直翼型の風車部及びこの風車部の上側、下側両方に配置した前記風車部の回転力により発電するアウターロータ・コアレス同軸反転式の2個構成の発電部とを有する風力発電手段と、
前記枠体を構成する四本の垂直支柱部の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部と、
前記風車部の回転状態に応じて前記2個構成の発電部の発電出力制御、制動制御を行う制御手段と、
を有し、
前記風力発電手段を収容した四本の垂直支柱部を有する立方体形状又は直方体形状の枠体を、設置面上に単段で、又は、前記連結機構部を用いて2段以上N(Nは正の正数)段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能としたことを特徴とする風力発電装置。A storage space in which natural wind circulates using four vertical struts for foreign object collision protection, and a lower frame and an upper frame connecting the lower and upper ends of the four vertical struts. A cube-shaped or rectangular parallelepiped frame formed with
In the housing space of the frame body, the vertical axis / vertical wing type wind turbine unit vertically arranged by the upper and lower fixed support structure of the axis by the upper frame portion and the lower frame portion of the frame body, both on the upper side and the lower side of the wind turbine unit A wind power generation means having an outer rotor and a coreless coaxial inversion type power generation unit configured to generate power by the rotational force of the wind turbine unit disposed;
A connecting mechanism portion for fixed connection with other members respectively provided at the lower end portion and the upper end portion of the four vertical strut portions constituting the frame;
Control means for performing power generation output control and braking control of the two power generation units according to the rotation state of the windmill unit;
Have
A cube-shaped or cuboid-shaped frame having four vertical struts containing the wind power generation means is arranged in a single stage on the installation surface, or two or more stages N (N is a positive number using the connecting mechanism part). A wind power generator characterized in that it can be arranged in a tower-like stacked state over multiple stages.
前記円筒体の上端側に位置する前記風車部の上部の複数のアームが連結された中心回転部を円筒体の上端に対して回転可能とし、中心回転部から上方に突出させた上部発電機軸を上部の発電機に連結し、前記フロートの下端から前記浮力室を液密状態で貫いて円筒体内を下方に延長した下部発電機軸を下部の発電機に連結することで、前記浮力室内の液体から前記フロートに作用する浮力により前記風車部のスラスト荷重を分担させて該風車部を浮上状態で回転可能に軸支する構成としたことを特徴とする請求項7記載の風力発電装置。The levitation bearing portion includes a buoyancy chamber containing a buoyancy generating liquid provided in a cylindrical body fixedly arranged vertically around a vertical wind turbine shaft positioned at the center of the wind turbine portion, and the buoyancy chamber A float that has been exposed to the liquid,
An upper generator shaft that is configured to be able to rotate with respect to the upper end of the cylindrical body, and that protrudes upward from the central rotational part, with a central rotating portion connected to a plurality of upper arms of the wind turbine unit located on the upper end side of the cylindrical body. The lower generator shaft, which is connected to the upper generator and penetrates the buoyancy chamber from the lower end of the float in a liquid-tight state and extends downward in the cylindrical body, is connected to the lower generator so that the liquid in the buoyancy chamber is removed. The wind turbine generator according to claim 7, wherein a thrust load of the wind turbine unit is shared by a buoyancy acting on the float, and the wind turbine unit is rotatably supported in a floating state.
前記円筒体の上端側に位置する前記風車部の上部の複数のアームが連結された中心回転部を円筒体の上端に対し回転可能し、中心回転部から上方に突出させた上部発電機軸を上部の発電機に連結し、前記下部発電機軸を下部の発電機に連結することで、前記磁石と浮上磁石との反発力により浮上磁石を介して前記風車部のスラスト荷重を分担させ該風車部を浮上状態で回転可能に軸支する構成としたことを特徴とする請求項7記載の風力発電装置。The levitation bearing portion includes an annular magnet fixed to an inner peripheral portion of a cylindrical body fixedly arranged vertically around a vertical lower windmill shaft positioned at the center of the windmill portion, and an annular magnet in the cylindrical body. A disk-like levitating magnet fixed in an arrangement facing the annular magnet with respect to the lower generator shaft extending through the magnet and extending downward in the cylindrical body;
A central rotating part connected to a plurality of upper arms of the wind turbine part located on the upper end side of the cylindrical body can be rotated with respect to the upper end of the cylindrical body, and an upper generator shaft protruding upward from the central rotating part By connecting the lower generator shaft to the lower generator, the thrust load of the wind turbine part is shared via the levitating magnet by the repulsive force of the magnet and the levitating magnet. The wind turbine generator according to claim 7, wherein the wind turbine generator is configured to be rotatably supported in a floating state.
前記アウターロータ、コアレス型コイル体の逆方向の回転による前記マグネットとコイル部との相対速度の上昇に応じた発電出力を前記コアレス型コイル体のコイル部出力端から前記発電機軸の周りに固定配置した集電子を介して取り出し、前記下部枠部、垂直支柱部に内装した出力ケーブルを経て外部に出力するように構成したことを特徴とする請求項2、5又は6のいずれかに記載の風力発電装置。The outer rotor / coreless coaxial inversion generator constituting the power generation unit includes a generator shaft fixedly supported in a vertical arrangement by a central support of the lower frame, a generator shaft rotatably supported by the generator shaft, and the windmill An outer rotor with a magnet that is rotationally driven by a portion, a coreless coil body that is coaxially arranged in the outer rotor and is rotatably supported by a generator shaft, and a coil portion is arranged in a corresponding arrangement with the magnet; , For reverse rotation, which is supported by the generator shaft and rotates in the reverse direction in accordance with the rotation of the outer rotor by gear coupling with a circular gear provided in a circular arrangement on both the outer rotor and the coreless coil body And a gear
A power generation output corresponding to an increase in the relative speed between the magnet and the coil portion due to the rotation of the outer rotor and the coreless coil body in the reverse direction is fixedly arranged around the generator shaft from the coil portion output end of the coreless coil body. The wind power according to any one of claims 2, 5 and 6, wherein the wind power is taken out through the collected current collector and output to the outside through an output cable built in the lower frame portion and the vertical support column portion. Power generation device.
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PCT/JP2010/064058 WO2012023203A1 (en) | 2010-08-20 | 2010-08-20 | Wind power generator |
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