WO2012049931A1 - 風力発電装置および風力発電装置を備えた塔状構造物 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a wind power generator and a tower-like structure provided with the wind power generator, and more particularly to a wind power generator having a vibration control function for the tower-like structure and a tower-like structure including the same.
  • wind power generators convert wind energy into electric power, and are power generators that use renewable energy alongside solar power generators, solar thermal power generators, hydroelectric power generators, geothermal power generators, etc. is there. Furthermore, wind power generators are attracting attention as power generators that do not emit carbon dioxide during power generation.
  • wind power generators can generate power in places where wind blows at a predetermined wind speed or higher compared to hydroelectric power generators and geothermal power generators where installation locations are limited.
  • a wind power generator has the advantage that it can generate electricity regardless of day and night as long as the wind blows, compared to a solar power generator or a solar thermal power generator that generates power with sunlight, that is, only during the daytime.
  • Patent Document 1 as an installation location of a wind turbine generator that makes use of these advantages, the interior of a tower-like structure such as a mobile phone, a base station for digital terrestrial broadcasting, a steel tower used for a radio tower, a steel tower of a transmission line, etc. Has been proposed.
  • Patent Document 1 by installing a vertical axis wind power generator inside such a tower-like structure, the vertical axis wind power generator is compared with the case where the vertical axis wind power generator is installed alone. It is described that the cost required when installing the apparatus can be suppressed. In addition, by preventing people from approaching a wind turbine that rotates using a tower-like structure, there is no need to provide a separate safety fence, thereby reducing the installation cost of the vertical axis wind power generator. Is also described.
  • a vertical axis wind power generator is provided by the method described in Patent Document 1, It is also considered that the electric power generated by the vertical axis wind power generator is used in a base station or the like. By doing so, restrictions such as power supply when installing a base station or the like are relaxed, and a base station or the like can be installed in an area where installation is difficult until then.
  • the tower-like structure is vibrated by the blowing wind, and there is a risk of various problems resulting from this vibration.
  • a rotating shaft that is rotated by wind power is disposed inside the tower-like structure, and a gyro effect based on the rotation of this rotating shaft is used.
  • a shaking method has been proposed.
  • the tower-like structure having such a configuration is tilted from the upright state, the rotation shaft rotating inside the tower-like structure is similarly tilted. Then, the force which prevents the inclination of the rotating shaft acts on a rotating shaft by the gyro effect. This force is transmitted to the tower structure via a support member such as a bearing that supports the rotating shaft, and acts as a force that suppresses the inclination of the tower structure.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a wind turbine generator capable of reliably suppressing vibrations of the tower-like structure and a tower-like structure including the wind generator. For the purpose.
  • the wind turbine generator and the tower-like structure provided with the wind turbine generator of the present invention are provided when the tower-like structure is shaken by an external force such as wind blown on the tower-like structure or an earthquake.
  • the center of gravity of the tower-like structure and the center of gravity of the wind turbine generator that is an assembly of the rotating shaft, the blades, and the power generation unit arranged inside the tower-like structure have a configuration that moves relative to each other in the horizontal direction. . This relative movement cancels out at least a part of the amplitude of the horizontal shaking in the tower structure.
  • the power generation unit is arranged on the upper side, the rotation shaft and the blades are arranged on the lower side, in other words, the power generation unit is arranged on the lower side by suspending the rotation shaft and the blades from the power generation unit, and the rotation shaft and The center of gravity of the wind turbine generator moves upward as compared with the wind turbine generator with the blades disposed on the upper side. Therefore, the position where the damping force for the shaking of the tower structure is generated moves upward.
  • the amplitude of the shaking of the tower-like structure increases as it goes toward the upper end of the structure. Therefore, by moving the position where the damping force is generated (in other words, the position of the center of gravity of the wind power generator) upward, The damping effect for the tower-like structure can be enhanced.
  • the tower-like structure has a structure in which wind can be blown through at least in a region where the blades in the wind power generator are arranged.
  • a long member such as a steel frame material is combined.
  • a steel tower can be mentioned.
  • the rotation shaft configured to transmit the rotational driving force to the power generation unit main body and the rotation shaft are rotated.
  • the blade also moves relative to the support portion.
  • the power generation unit main body, the rotating shaft, and the blades are configured to be able to swing around a predetermined point.
  • the relative movement in the circumferential direction is such that the contact surface of the power generation unit body with the support unit is a convex spherical surface centered on a predetermined point, and the contact surface of the support unit with the power generation unit body is centered on a predetermined point. It is realized by using a concave spherical surface.
  • the power generation unit main body, the rotating shaft and the blades perform a relative motion around a predetermined point, that is, a swinging motion with respect to the tower-like structure.
  • a swinging motion with respect to the tower-like structure.
  • the position of the center of gravity of the wind turbine generator moves in the left-right direction with respect to the tower-like structure, and exhibits a damping effect against shaking of the tower-like structure.
  • the power generation unit By allowing the power generation unit to move relative to the tower-like structure in the horizontal direction, when the shaking of the tower-like structure is transmitted to the wind power generator, the power generation unit is moved horizontally relative to the tower-like structure.
  • the rotary shaft and blades move relative to each other in the horizontal direction with respect to the tower structure. That is, the position of the center of gravity of the wind power generator moves in the left-right direction with respect to the tower-like structure, and exhibits a damping effect against the shaking of the tower-like structure.
  • the wind turbine generator suppresses shaking of the tower structure because the relative movement range of the center of gravity position of the wind turbine generator expands when the rotating shaft and blades swing with respect to the tower structure. The effect to do becomes higher.
  • an elastic part that urges the rotating shaft in the horizontal direction more preferably an elastic part that urges the rotating shaft to extend vertically downward, relative movement in the left-right direction in the wind power generator with respect to the tower-like structure
  • the period of relative motion around a predetermined point can be adjusted, and the effect of suppressing the shaking of the tower-like structure in the wind power generator can be adjusted.
  • the period of relative motion in the wind turbine generator can be adjusted by adjusting the biasing force in the elastic part.
  • the natural frequency of the wind power generator composed of the above has an elastic coefficient such that it matches the natural frequency of the tower-like structure.
  • the center of gravity of the tower structure and the inside of the tower structure are obtained. Since the center of gravity of the wind turbine generator disposed in the base has a configuration in which the center of gravity moves relative to the horizontal direction, it is possible to reliably suppress the vibration of the tower-like structure.
  • a steel tower (an example of a tower-like structure) 10 including the wind power generator 1 according to the present embodiment is a tower-like structure used for a base station such as a mobile phone and digital terrestrial broadcasting, and a radio tower.
  • the steel tower 10 may be a tower-like structure used for supporting a power transmission line.
  • the steel tower 10 including the wind turbine generator 1 according to the present embodiment is suitable for installation in an area where the power supply system is not sufficiently prepared.
  • the steel tower 10 is suitable for installation in a base station or the like that has a particularly high need to maintain the function of receiving and transmitting radio waves even when a failure occurs in the power supply system, such as during a disaster. is there.
  • the steel tower 10 is a tower-like structure used for base stations such as mobile phones and digital terrestrial broadcasting, and has a structure in which a plurality of long steel frame materials are joined.
  • a plurality of antennas 11 for transmitting and receiving radio waves are arranged on the upper side surface of the steel tower 10, and the wind power generator 1 is arranged inside the middle part or inside the lower part.
  • the wind power generator 1 is disposed inside a steel tower 10 as shown in FIG.
  • the wind turbine generator 1 is smaller than a wind turbine generator using a large horizontal axis type wind turbine with an output of MW, for example, the output per wind turbine generator 1 is about several tens to several tens of kW. It is. Further, the wind power generator 1 generates power by receiving the wind blown, and also serves as a vibration control device that suppresses the shaking of the steel tower 10.
  • the wind power generator 1 is mainly provided with a power generation unit 20, a shaft (an example of a rotating shaft) 30, a plurality of arms 40, and a plurality of blades (an example of blades) 50.
  • the shaft 30 is disposed at the center of the wind power generator 1 and is formed in a columnar shape, more specifically, in a cylindrical shape.
  • the shaft 30 extends downward from the power generation unit 20 and is supported by the power generation unit 20 so as to be rotatable around a rotation axis that is a center line of the shaft 30.
  • the plurality of blades 50 generate rotational driving force that receives wind and rotates around the shaft 30.
  • the blade 50 is a blade that is formed to extend linearly and whose cross section is formed into an airfoil, that is, a straight airfoil.
  • the plurality of blades 50 are arranged at equal intervals on the same cylindrical surface around the rotation axis of the shaft 30. Further, the plurality of blades 50 are arranged so that the pressure surface in the airfoil faces the shaft 30 side and the suction surface faces the opposite side to the shaft 30. In the present embodiment, description will be made by applying to an example in which three blades 50, 50, 50 are arranged at intervals of 120 °.
  • two sets of three blades 50 are arranged on one shaft 30 for a total of six blades 50. That is, a set of three blades 50A is disposed on one of the two shafts 30 divided in the longitudinal direction (in other words, the upper portion of the shaft 30), and the other (in other words, the lower portion of the shaft 30).
  • the other three blades 50B are arranged.
  • the diameter of the cylindrical surface around the rotation axis of the shaft 30 where the blade 50A is disposed in the set of blades 50A is different from the diameter of the cylindrical surface where the blade 50B is disposed in the set of blades 50B.
  • the set of three blades 50B arranged in the lower part is in phase with the set of three blades 50A arranged in the upper part, in other words, the position where the blades 50 are arranged. Are attached to the shaft 30 in different states.
  • the group of three blades 50B arranged in the lower part is arranged with a phase difference of 60 ° as compared with the group of three blades 50A arranged in the upper part.
  • the plurality of arms 40 are rod-like members arranged between the shaft 30 and the blade 50 and are members arranged radially about the rotation axis of the shaft 30.
  • the plurality of arms 40 attach and fix the blade 50 to the shaft 30, and transmit forces such as lift and drag generated in the blade 50 receiving wind to the shaft 30.
  • Two arms 40 and 40 are used for one blade 50, and the arm 40 is attached to the blade 50 on the upper end side and the lower end side of the blade 50. In other words, it is attached to the shaft 30 with its position shifted in the vertical direction (an example of the rotational axis direction).
  • the power generation unit 20 generates electric power by being rotationally driven by the plurality of blades 50 and the shaft 30.
  • the electric power generated by the power generation unit 20 may be consumed at the base station where the wind power generator 1 is installed, or may be stored in a rechargeable battery or the like. Furthermore, surplus power that is not consumed by the base station may be supplied to an external system, in other words, may be sold.
  • the power generation unit 20 is provided with a power generation unit main body 21 that generates power and a support unit 22 that supports the power generation unit main body 21.
  • the end (in other words, the upper end) of the shaft 30 is connected to the lower part of the power generation unit main body 21.
  • the power generation unit main body 21 and the shaft 30 are connected so that the rotational driving force of the shaft 30 can be transmitted to the power generation unit main body 21.
  • a transmission unit (not shown) that combines a plurality of gears that increase or decrease the rotational speed or convert the rotational torque.
  • the lower surface (an example of a contact surface) 21A of the power generation unit main body 21 is formed in a spherical shape protruding in a convex shape having a center above the lower surface.
  • the support portion 22 is attached to the support beam 12 of the steel tower 10.
  • An upper surface (an example of a contact surface) 22 ⁇ / b> A of the support portion 22 is a surface formed in a concave spherical shape that contacts the lower surface 21 ⁇ / b> A of the power generation unit main body 21.
  • the support unit 22 and the power generation unit main body 21 are relatively movable along a contact surface formed by the upper surface 22A and the lower surface 21A.
  • the support part 22 is further provided with a through hole 22B through which the shaft 30 extending from the power generation part main body 21 is inserted.
  • a lubricant such as grease is applied between the upper surface 22A and the lower surface 21A.
  • the lubricant makes it easier for the power generation unit main body 21 and the support unit 22 to move relative to each other.
  • a configuration such as a bearing that sandwiches a sphere rotating between the power generation unit main body 21 and the support unit 22 may be employed.
  • the configuration for ensuring relative movement between the power generation unit main body 21 and the support unit 22 is not limited.
  • the wind power generator 1 rotates around the shaft 30 when receiving wind.
  • the plurality of blades 50 rotate around the shaft 30 by generating lift and drag by receiving wind.
  • the plurality of blades 50 receive a relative air flow due to their rotation in addition to the wind, thereby generating lift and drag and rotating about the shaft 30.
  • the rotation of the shaft 30 is transmitted to the power generation unit main body 21, and the power generation unit main body 21 generates power using the transmitted rotational driving force.
  • the power generated by the power generation unit main body 21 is supplied to the base station via, for example, a system linkage unit (not shown) that stabilizes voltage, frequency, and the like. Or it supplies to a base station via the storage battery which stores electric power from a system
  • the vibration suppression action with respect to the steel tower 10 in the wind power generator 1 is demonstrated.
  • the vibration of the steel tower 10 is transmitted to the wind power generator 1, and the power generator main body 21, the shaft 30,
  • the plurality of arms 40 and the plurality of blades 50 sway inside the steel tower 10 as shown in FIG. More specifically, as shown in FIGS.
  • the lower surface 21 ⁇ / b> A of the power generation unit main body 21 and the upper surface 22 ⁇ / b> A of the support unit 22 move relative to each other to form a spherical surface constituting the lower surface 21 ⁇ / b> A of the power generation unit main body 21.
  • the shaft 30 or the like swings around the center of the shaft.
  • the center of gravity of the wind turbine generator 1 moves in the left-right direction along with the shake.
  • the horizontal vibration of the steel tower 10 and the horizontal vibration of the center of gravity of the wind turbine generator 1 work in directions that cancel each other because their natural frequencies are different. Therefore, the wind turbine generator 1 can exert a vibration damping effect on the steel tower 10.
  • positioned inside the tower 10 are as follows. It has the structure which moves relatively in the horizontal direction. By this relative movement, at least a part of the amplitude of the horizontal shaking in the steel tower 10 is canceled.
  • the power generation unit 20 on the upper side and the shaft 30 and the plurality of blades 50 on the lower side, in other words, by suspending the shaft 30 and the plurality of blades 50 from the power generation unit,
  • the center of gravity position of the wind turbine generator 1 moves upward as compared to the wind turbine generator that is disposed on the lower side and the shaft 30 and the plurality of blades 50 are disposed on the upper side. Therefore, the position where the damping force for the shaking of the steel tower 10 is generated moves upward.
  • the swing amplitude of the steel tower 10 increases as it goes toward the upper end of the structure. Therefore, by moving the position where the damping force is generated, in other words, the position of the center of gravity of the wind turbine generator 1 upward, Can improve the vibration control effect.
  • the wind power generator 101 of the present embodiment includes a power generation unit 20, a shaft 30, a plurality of arms 40, a plurality of blades 50, a bearing 60, and a plurality of shaft-side spring portions ( An example of an elastic portion) 70 is mainly provided.
  • the plurality of bearings 60 support the shaft 30 in a rotatable manner.
  • the bearing 60 is disposed at the lower end portion of the shaft 30 and the central portion (in other words, between the set of blades 50A and the set of blades 50B).
  • a known one such as a bearing can be used and is not particularly limited.
  • the plurality of shaft-side spring portions 70 are springs that adjust the period of the horizontal swaying of the center of gravity in the wind turbine generator 101.
  • the plurality of shaft-side spring portions 70 hold the shaft 30 so as to be movable in the left-right direction.
  • the plurality of shaft-side spring portions 70 bias the shaft 30 so as to extend vertically downward. In other words, the shaft 30 is urged so that the longitudinal direction thereof coincides with the vertical direction.
  • One end of the plurality of shaft-side spring portions 70 is attached to the cross beam 13 of the steel tower 10, and the other end is attached to the bearing 60.
  • the description is applied to an example in which the shaft-side spring portion 70 using a spring is used to adjust the period of swing of the shaft 30, but the present invention is not limited to the shaft-side spring portion 70.
  • Other known members having elasticity may be used and are not particularly limited.
  • the cross beam 13 of the steel tower 10 is a steel frame member that constitutes the steel tower 10 and extends in the horizontal direction.
  • the center of gravity of the wind turbine generator 101 with respect to the steel tower 10 in the left-right direction.
  • Relative movement in other words, the period of the horizontal swaying of the center of gravity of the wind power generator 101 can be adjusted, and the effect of suppressing the swaying of the tower 10 in the wind power generator 101 can be adjusted.
  • the period of relative motion in the wind power generator 101 can be adjusted by changing the urging force in the plurality of shaft-side spring portions 70.
  • the plurality of shaft-side spring portions 70 have an elastic coefficient such that the natural frequency of the wind power generator 101 matches the natural frequency of the tower 10. By doing in this way, the amplitude when the steel tower 10 shakes at the natural frequency can be effectively reduced.
  • only the shaft-side spring portion 70 may be disposed between the cross beam 13 and the bearing 60, or a damper that attenuates vibration may be additionally disposed.
  • a damper that attenuates vibration may be additionally disposed.
  • Well not particularly limited. By adding a damper, the shaking of the steel tower 10 and the wind power generator 101 can be converged at an early stage.
  • the wind power generator 201 of the present modification includes a power generation unit 20, a shaft 30, a plurality of arms 40, a plurality of blades 50, a plurality of bearings 60, and a plurality of shaft-side springs.
  • the part 70 and a plurality of power generation part side spring parts (an example of an elastic part) 80 are mainly provided.
  • This modification is different from the wind turbine generator 101 of the second embodiment in that a configuration that allows the power generation unit 20 to move relative to the steel tower 10 in the left-right direction is further added.
  • the difference is that a configuration that allows the power generation unit 20 to swing in the left-right direction is added. That is, the power generation unit 20, specifically, the power generation unit main body 21 and the support unit 22 are supported from below by the support beam 12 and are supported so as to be relatively movable in the left-right direction with respect to the support beam 12. .
  • This modification will be described by applying to an example in which the power generation unit 20 is slidably disposed on the support beam 12.
  • the plurality of power generation unit side spring units 80 are springs that adjust the cycle of the power generation unit 20 in the left-right direction.
  • the plurality of power generation unit side spring units 80 hold the power generation unit 20 so as to be movable in the left-right direction, and urge the power generation unit 20 so as to be positioned substantially in the center of the steel tower 10.
  • One end portion of the power generation unit side spring portion 80 is attached to the support beam 12 of the steel tower 10, and the other end portion is attached to the support portion 22.
  • the power generation unit 20 can be moved relative to the steel tower 10 in the left-right direction, and by providing the plurality of power generation unit-side springs 80, the relative movement distance of the center of gravity of the wind power generator 201 in the left-right direction.
  • the width of the center of gravity of the wind power generator 201 can be increased in the left-right direction, and the effect of suppressing the swing of the steel tower 10 in the wind power generator 201 can be enhanced.
  • the plurality of shaft side spring portions 70 and the plurality of power generation unit side spring portions 80 have an elastic coefficient such that the natural frequency of the wind power generator 201 matches the natural frequency of the tower 10. By doing in this way, the amplitude when the steel tower 10 shakes at the natural frequency can be effectively reduced.
  • the electric power generation part 20 may be comprised from the electric power generation part main body 21 and the support part 22, or as shown in FIG. May be.
  • the wind turbine generator 201 moves relative to the steel tower 10 only in the horizontal direction (in other words, the left-right direction in FIG. 7). Even in the relative movement of the wind power generator 201 in the horizontal direction, it is possible to obtain a damping effect on the steel tower 10.

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Abstract

　中心軸線まわりに回転可能に支持された回転軸と、中心軸線を中心とした円周上に中心軸線方向に延びて配置され、風を受けて回転軸を回転駆動させる羽根と、塔状構造物の内部に配置されるとともに、下方に向かって延びて配置された回転軸の回転駆動力が伝達されることにより電力を発電する発電部と、回転軸、羽根、および発電部からなる集合体の重心位置が、塔状構造物の重心位置に対して水平方向に相対移動可能に支持する支持部と、が設けられた風力発電装置。

Description

風力発電装置および風力発電装置を備えた塔状構造物 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１０年１０月１３日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１０－２３０７４３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１０－２３０７４３号の全内容を参照により本国際出願に援用する。
　本発明は、風力発電装置および風力発電装置を備えた塔状構造物、特に、塔状構造物に対する制振機能を併せ持つ風力発電装置及びそれを備えた塔状構造物に関する。
　近年の地球環境問題に対する関心の高まりや、化石燃料の枯渇に対する懸念等から、再生可能エネルギを利用した電力の発電装置の開発が盛んになりつつある。その中でも、風力発電装置は、風のエネルギを電力に変換するものであり、太陽光発電装置、太陽熱発電装置、水力発電装置、地熱発電装置などと並んで、再生可能エネルギを利用した発電装置である。さらに風力発電装置は、発電時に二酸化炭素を排出しない発電装置として注目を浴びている。
　また、風力発電装置は、設置場所が限定される水力発電装置や地熱発電装置と比較して、所定の風速以上の風が吹く場所であれば発電可能であるため、設置場所を問わない利点を有している。さらに、風力発電装置は、太陽光によって発電を行う、言い換えると、昼間のみ発電を行う太陽光発電装置や太陽熱発電装置と比較して、風さえ吹けば昼夜問わず発電を行える利点を有している。特許文献１においては、これら利点を生かした風力発電装置の設置場所として、携帯電話、地上デジタル放送等の基地局、電波塔に利用される鉄塔や、送電線の鉄塔など塔状構造物の内部が提案されている。
　特許文献１には、このような塔状構造物の内部に垂直軸型風力発電装置を設置することにより、垂直軸型風力発電装置を単独で設置する場合と比較して、垂直軸型風力発電装置を設置する際に必要となるコストを抑えることができると記載されている。さらに、塔状構造物を利用して回転する風車へ、人などが接近することを防止することにより、安全柵などを別途設ける必要がなくなるため、垂直軸型風力発電装置の設置コストを抑えることも記載されている。
　その他にも、電力の供給が困難な地域、例えば山間部や僻地などに建設された基地局や電波塔に対して、特許文献１に記載された方法で垂直軸型風力発電装置を設け、当該垂直軸型風力発電装置によって発電された電力を基地局等で利用することも考えられている。このようにすることで、基地局等を設置する際の電力供給等の制約が緩和され、それまで設置が困難な地域にも基地局等を設置することができる。
　その一方で、塔状構造物は吹きつける風によって振動し、この振動に起因する種々の不具合が発生するおそれがある。このような塔状構造物の振動を抑制する方法として、特許文献２では、塔状構造物の内部に風力により回転する回転軸を配置し、この回転軸の回転に基づくジャイロ効果を利用した制振方法が提案されている。このような構成を有する塔状構造物が直立状態から傾くと、塔状構造物の内部で回転する回転軸も同様に傾く。すると回転軸には、ジャイロ効果によって、その回転軸の傾きを防ぐ力が働く。この力は、回転軸を支持するベアリング等の支持部材を介して塔状構造物に伝わり、塔状構造物の傾きを抑制する力として働く。
実開平７－２０１００号公報 特開平９－３２３４８号公報
　上述したように、回転軸の回転によるジャイロ効果を利用して塔状構造物の揺れを抑制するためには、所定の回転速度以上で回転軸を回転させる必要がある。回転軸を所定の回転速度で回転させるためには、所定の風速以上の風が吹いている必要がある。そのような風速の風が吹いていない場合には、上述のジャイロ効果によって十分な制振効果が発揮できないという問題があった。例えば、風速が所定の値未満の場合には、ジャイロ効果による十分な制振効果を期待できないという問題や、風以外の原因による塔状構造物の揺れ、例えば地震による揺れに対する制振効果が発揮できないという問題があった。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、塔状構造物の振動を確実に抑制することができる風力発電装置および風力発電装置を備えた塔状構造物を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の風力発電装置および風力発電装置を備えた塔状構造物は、塔状構造物に吹き付ける風や、地震などの外力によって塔状構造物が揺れた際に、塔状構造物の重心と、塔状構造物の内部に配置された回転軸、羽根、および発電部からなる集合体である風力発電装置の重心とは、水平方向に相対移動する構成を有する。この相対移動により塔状構造物における水平方向への揺れの振幅の少なくとも一部が相殺される。
　また、発電部を上側に配置し、回転軸および羽根を下側に配置すること、言い換えると、回転軸および羽根を発電部から吊り下げることにより、発電部を下側に配置し、回転軸および羽根を上側に配置した風力発電装置と比較して、風力発電装置の重心位置が上方に移動する。そのため、塔状構造物の揺れに対する制振力が発生する位置が上方に移動する。通常、塔状構造物の揺れの振幅は構造物の上端に向かうに伴って大きくなるため、制振力を発生させる位置（言い換えると、風力発電装置の重心位置）を上方に移動させることにより、塔状構造物に対する制振効果を高めることができる。
　ここで、塔状構造物は、少なくとも、風力発電装置における羽根が配置されている領域において、風が吹き抜け可能な構造を有しているものであり、例えば、鉄骨材料などの長尺部材を組み合わせて構成された塔、例えば、鉄塔などを挙げることができる。
　発電部本体が支持部に対して所定の点を中心とした周方向に相対移動すると、発電部本体に対して回転駆動力を伝達可能に構成された回転軸、及び、回転軸を回転駆動させる羽根も支持部に対して相対移動する。言い換えると、発電部本体、回転軸および羽根は、所定の点を中心とした首振り運動が可能に構成されている。この周方向への相対移動は、発電部本体における支持部との接触面を、所定の点を中心とする凸状の球面とし、支持部における発電部本体との接触面を所定の点を中心とする凹状の球面とすることにより実現されている。
　塔状構造物の揺れが風力発電装置に伝わると、塔状構造物に対して、発電部本体、回転軸および羽根が、所定の点を中心とした相対運動、つまり首振り運動を行う。首振り運動に伴い、風力発電装置の重心位置は塔状構造物に対して左右方向に移動し、塔状構造物の揺れに対して制振効果を発揮する。
　塔状構造物に対して発電部を水平方向に相対移動可能とすることにより、塔状構造物の揺れが風力発電装置に伝わった際に、発電部が塔状構造物に対して水平方向に相対移動し、さらに回転軸および羽根も塔状構造物に対して水平方向に相対移動する。つまり、風力発電装置の重心位置が塔状構造物に対して左右方向に移動し、塔状構造物の揺れに対して制振効果を発揮する。風力発電装置は、塔状構造物に対して主に回転軸および羽根が首振り運動する場合には、風力発電装置における重心位置の相対移動範囲が広がることから、塔状構造物に対する揺れを抑制する効果がさらに高くなる。さらに、発電部を水平方向に付勢する弾性部を設けることにより、風力発電装置における水平方向への相対移動の周期（言い換えると、揺れの周期）を調節することができ、塔状構造物に対する風力発電装置の揺れを抑制する効果を調節することができる。
　回転軸を水平方向に付勢する弾性部、より好ましくは回転軸が鉛直下方に延びるように付勢する弾性部を設けることにより、塔状構造物に対する風力発電装置における左右方向への相対移動や、所定の点を中心とした相対運動の周期を調節でき、風力発電装置における塔状構造物の揺れを抑制する効果を調節することができる。具体的には、上述の弾性部における付勢力を調節することにより、風力発電装置における相対運動の周期を調節することができる。塔状構造物の揺れの周期に対して風力発電装置の相対運動の周期を調節することにより、相対運動の周期を調節しない場合と比較して、風力発電装置における塔状構造物の揺れを抑制する効果を高めることができる。
　ここで、回転部と塔状構造物との間に配置される弾性部や、発電部と塔状構造物との間に配置される弾性部としては、回転軸、前記羽根、および前記発電部からなる風力発電装置の固有振動数が、塔状構造物の固有振動数と一致する程度の弾性係数を有するものが好ましい。このようにすることで、塔状構造物が固有振動数で揺れた際の振幅を効果的に小さくすることができる。
　本発明の風力発電装置および風力発電装置を備えた塔状構造物によれば、地震などの外力によって塔状構造物が揺れた際に、塔状構造物の重心と、塔状構造物の内部に配置された風力発電装置の重心とが、水平方向に相対移動する構成を有することにより、塔状構造物の振動を確実に抑制することができるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態に係る鉄塔および風力発電装置の概略を説明する模式図である。 図１の発電部における構成を説明する部分拡大図である。 図１の風力発電装置による制振効果を発揮している際の動きを説明する模式図である。 図１の風力発電装置による制振効果を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る風力発電装置の構成を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係る風力発電装置の構成を説明する模式図である。 図６の風力発電装置の別の実施例を説明する模式図である。
　１，１０１，２０１…風力発電装置、１０…鉄塔、２０…発電部、３０…シャフト、５０，５０Ａ，５０Ｂ…ブレード、２１…発電部本体、２２…支持部、２１Ａ…下面、２２Ａ…上面、２２Ｂ…貫通孔、７０…シャフト側バネ部、８０…発電部側バネ部
　〔第１の実施形態〕
　以下、本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置を備える鉄塔について図１から図４を参照して説明する。
　本実施形態に係る風力発電装置１を備える鉄塔（塔状構造物の一例）１０は、携帯電話、地上デジタル放送等の基地局、電波塔に利用される塔状構造物である。なお、鉄塔１０は、送電線の支持に利用される塔状構造物であってもよい。さらに、本実施形態に係る風力発電装置１を備える鉄塔１０は、電力の供給体制が十分に整っていない地域に設置されるのに好適なものである。その他に、鉄塔１０は、災害時など、電力の供給体制に不具合が発生した際にも電波の受信や送信の機能を維持する必要性が特に高い基地局等に設置しても好適なものである。
　鉄塔１０は、携帯電話や、地上デジタル放送等の基地局に利用される塔状構造物であり、複数の長尺の鉄骨材料を接合した構造を有するものである。鉄塔１０における上部の側面には、電波の送受信を行う複数のアンテナ１１が配置され、中部の内部、または、下部の内部には風力発電装置１が配置されている。
　本実施形態では、風力発電装置１を内部に配置する塔状構造物として複数の長尺の鉄骨材料を接合した構造を有する鉄塔１０に適用して説明する。なお、鉄骨材料を接合した構造の鉄塔１０の代わりに、内部に配置された風力発電装置１が発電可能な構成、つまり、風が内部を吹き抜ける構成を有する他の塔状構造物を用いてもよい。
　風力発電装置１は、図１に示すように、鉄塔１０の内部に配置されたものである。風力発電装置１は、出力がＭＷ級の大型水平軸型風車を用いた風力発電装置と比較して小型なもの、例えば、風力発電装置１あたりの出力が数十ｋＷから十数ｋＷ程度のものである。さらに、風力発電装置１は、吹き付ける風を受けて発電するとともに、鉄塔１０の揺れを抑える制振装置としての役割も果たすものである。風力発電装置１には、発電部２０と、シャフト（回転軸の一例）３０と、複数のアーム４０と、複数のブレード（羽根の一例）５０と、が主に設けられている。
　シャフト３０は、風力発電装置１の中心に配置されるものであり、柱状、より具体的には円柱状に形成されたものである。シャフト３０は、発電部２０から下方に向かって延びて配置され、発電部２０によって、シャフト３０の中心線である回転軸線まわりに回転可能に支持されている。
　複数のブレード５０は、風を受けてシャフト３０を中心として回転する回転駆動力を発生させるものである。本実施形態においてブレード５０は、直線状に延びて形成されるとともに断面が翼形、つまり直線翼状に形成された羽根である。複数のブレード５０は、シャフト３０の回転軸線を中心とした同一の円筒面周上に、等間隔に配置されている。さらに、複数のブレード５０は、翼形における正圧面がシャフト３０側を向き、負圧面がシャフト３０と反対側を向くように配置されている。本実施形態では、３つのブレード５０，５０，５０が１２０°間隔に配置されている例に適用して説明する。
　さらに、１本のシャフト３０には、３つのブレード５０の組が２組、合計６つのブレード５０が配置されている。つまり、１本のシャフト３０を長手方向に２分割したうちの一方（言い換えると、シャフト３０の上側部分）に３つのブレード５０Ａの組が配置され、他方（言い換えると、シャフト３０の下側部分）に他の３つのブレード５０Ｂの組が配置されている。本実施形態では、ブレード５０Ａの組におけるブレード５０Ａが配置されるシャフト３０の回転軸線を中心とした円筒面の径と、ブレード５０Ｂの組におけるブレード５０Ｂが配置される円筒面の径と、が異なる例に適用して説明する。
　下側部分に配置された３つのブレード５０Ｂの組は、上側部分に配置された３つのブレード５０Ａの組と対比して、ブレード５０Ｂが配置される位相、言い換えると、ブレード５０が配置される位置が異なった状態でシャフト３０に取り付けられている。本実施形態では、下側部分に配置された３つのブレード５０Ｂの組は、上側部分に配置された３つのブレード５０Ａの組と対比して、位相を６０°異ならせて配置されている。このようにすることで、風力発電装置１の起動性を向上させることができる。つまり、風の吹く方向による風力発電装置１における起動性のばらつき、言い換えると、ブレード５０Ａおよびブレード５０Ｂが回転を開始する風速のばらつきを抑えることができる。
　複数のアーム４０は、シャフト３０とブレード５０との間に配置された棒状の部材であって、シャフト３０の回転軸線を中心に放射状に配置された部材である。複数のアーム４０は、シャフト３０に対してブレード５０を取り付けて固定するものであり、かつ、風を受けたブレード５０において発生した揚力や抗力などの力をシャフト３０に伝達するものである。１つのブレード５０に対して２本のアーム４０，４０が用いられ、アーム４０は、ブレード５０に対して、ブレード５０における上端側、および下端側に取り付けられている。言い換えると、シャフト３０に対して、上下方向（回転軸線方向の一例）に位置をずらして取り付けられている。
　発電部２０は、複数のブレード５０及びシャフト３０によって回転駆動されることにより、電力を発生させるものである。発電部２０により発電された電力は、風力発電装置１が設置された基地局において消費されてもよいし、充電池などに蓄電されてもよい。さらに、基地局で消費されずに余った電力は外部の系統に供給されてもよい、言い換えると、売電されてもよい。発電部２０には、図２に示すように、発電を行う発電部本体２１と、発電部本体２１を支持する支持部２２とが設けられている。
　発電部本体２１の下部には、シャフト３０の端部（言い換えると、上端）が接続されている。発電部本体２１とシャフト３０とは、シャフト３０の回転駆動力は発電部本体２１に伝達可能に接続されている。発電部２０とシャフト３０との間には、回転速度の増速または減速、あるいは、回転トルクの変換を行う複数のギアを組み合わせた図示しない変速部が設けられていてもよい。さらに、発電部本体２１の下面（接触面の一例）２１Ａは、当該下面よりも上方に中心を有する凸状に突出した球面状に形成されている。
　支持部２２は、鉄塔１０の支持桁１２に取り付けられたものである。支持部２２の上面（接触面の一例）２２Ａは、発電部本体２１の下面２１Ａと接触する凹状の球面状に形成された面である。支持部２２と発電部本体２１とは、上面２２Ａおよび下面２１Ａにより構成される接触面に沿って相対移動可能とされている。支持部２２には、発電部本体２１から延びるシャフト３０が挿通される貫通孔２２Ｂがさらに設けられている。なお、上面２２Ａと下面２１Ａとの間には、グリースなどの潤滑剤が塗布されている。この潤滑剤により、発電部本体２１と支持部２２とは、相対移動しやすくなっている。潤滑剤を塗布する代わりに、発電部本体２１と支持部２２との間で回転する球体等を挟むベアリングのような構成を採用してもよい。特に、発電部本体２１と支持部２２との相対移動を確保する構成を限定するものではない。
　次に、上記の構成からなる風力発電装置１における発電、および、鉄塔１０に対する制振作用について説明する。
　まず、風力発電装置１における発電について説明する。図１に示すように、風力発電装置１は、風を受けるとシャフト３０を中心として回転する。具体的には、複数のブレード５０は、風を受けることにより、揚力や抗力を発生してシャフト３０を中心として回転する。シャフト３０が回転し始めると、複数のブレード５０は風に加えて自らの回転による相対的な空気の流れを受けることにより、揚力や抗力を発生してシャフト３０を中心として回転する。
　シャフト３０の回転は発電部本体２１に伝達され、発電部本体２１は伝達された回転駆動力を用いて発電を行う。発電部本体２１により発電された電力は、例えば、電圧、周波数などの安定化を図る図示しない系統連係部を介して基地局に供給される。あるいは、系統連係部から電力を蓄える蓄電池を経由して基地局に供給される。その他にも、基地局で消費されなかった電力を商用電力系統に供給してもよい、言い換えると、売電してもよい。
　次に、風力発電装置１における鉄塔１０に対する制振作用について説明する。
　例えば、鉄塔１０に吹き付ける風により鉄塔１０が揺れた場合や、地震により鉄塔１０が揺れた場合、鉄塔１０の揺れが風力発電装置１に伝わり、風力発電装置１の発電部本体２１、シャフト３０、複数のアーム４０、および複数のブレード５０は、図１に示すように、鉄塔１０の内部で揺れる。より具体的には、図２から図４に示すように、発電部本体２１における下面２１Ａと、支持部２２の上面２２Ａとが相対移動することにより、発電部本体２１における下面２１Ａを構成する球面の中心を支点としてシャフト３０などが揺れる。
　このように、風力発電装置１が揺れると、揺れに伴い風力発電装置１の重心は左右方向に移動する。鉄塔１０の左右方向の揺れと、風力発電装置１の重心の左右方向の揺れとは、それぞれの固有振動数が異なるため、互いに打ち消し合う方向に働く。そのため、風力発電装置１は、鉄塔１０に対して制振効果を発揮することができる。
　上記の構成によれば、鉄塔１０に吹き付ける風や、地震などの外力によって鉄塔１０が揺れた際に、鉄塔１０の重心と、鉄塔１０の内部に配置された風力発電装置１の重心とは、水平方向に相対移動する構成を有する。この相対移動により鉄塔１０における水平方向への揺れの振幅の少なくとも一部が相殺される。
　また、発電部２０を上側に配置し、シャフト３０および複数のブレード５０を下側に配置することにより、言い換えると、シャフト３０および複数のブレード５０を発電部から吊り下げることにより、発電部２０を下側に配置し、シャフト３０および複数のブレード５０を上側に配置した風力発電装置と比較して、風力発電装置１の重心位置が上方に移動する。そのため、鉄塔１０の揺れに対する制振力が発生する位置が上方に移動する。通常、鉄塔１０の揺れの振幅は構造物の上端に向かうに伴って大きくなるため、制振力を発生させる位置、言い換えると、風力発電装置１の重心位置を上方に移動させることにより、鉄塔１０に対する制振効果を高めることができる。
　〔第２の実施形態〕
　次に、本発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。
　本実施形態の風力発電装置を備える鉄塔の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、風力発電装置のシャフトを支える構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５を用いてシャフトを支える構成の周辺のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
　本実施形態の風力発電装置１０１には、図５に示すように、発電部２０と、シャフト３０と、複数のアーム４０と、複数のブレード５０と、軸受６０と、複数のシャフト側バネ部（弾性部の一例）７０と、が主に設けられている。
　複数の軸受６０は、シャフト３０を回転可能に支持するものである。本実施形態では、軸受６０は、シャフト３０の下方端部と、中央部（言い換えると、ブレード５０Ａの組とブレード５０Ｂの組との間）に配置されている。軸受６０としては、ベアリング等の公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
　複数のシャフト側バネ部７０は、風力発電装置１０１における重心の左右方向への揺れの周期を調節するバネである。複数のシャフト側バネ部７０は、シャフト３０を左右方向に移動可能に保持するものである。同時に複数のシャフト側バネ部７０は、シャフト３０が鉛直下方向に延びるように付勢するものである。言い換えると、シャフト３０の長手方向が鉛直方向と一致するように付勢するものである。複数のシャフト側バネ部７０は、一方の端部が鉄塔１０の横桁１３に取り付けられ、他方の端部が軸受６０に取り付けられている。なお、本実施形態では、シャフト３０の揺れの周期を調節するものとしてバネを利用したシャフト側バネ部７０を用いた例に適用して説明したが、シャフト側バネ部７０に限定されることなく、その他公知の弾性を有する部材を用いてもよく、特に限定するものではない。ここで、鉄塔１０の横桁１３とは、鉄塔１０を構成する鉄骨部材であり、水平方向に延びて配置されるものである。
　このように、シャフト３０を水平方向に付勢、より好ましくは鉛直下方に延びるように付勢する複数のシャフト側バネ部７０を設けることにより、鉄塔１０に対する風力発電装置１０１の重心の左右方向への相対移動、言い換えると、風力発電装置１０１の重心の左右方向への揺れの周期を調節でき、風力発電装置１０１における鉄塔１０の揺れを抑制する効果を調節することができる。具体的には、複数のシャフト側バネ部７０における付勢力を変更することにより、風力発電装置１０１における相対運動の周期を調節することができる。鉄塔１０の揺れの周期に対して風力発電装置１０１の相対運動の周期を調節することにより、相対運動の周期を調節しない場合と比較して、風力発電装置１０１における鉄塔１０の揺れを抑制する効果を高めることができる。
　さらに、複数のシャフト側バネ部７０としては、風力発電装置１０１の固有振動数が、鉄塔１０の固有振動数と一致する程度の弾性係数を有するものが好ましい。このようにすることで、鉄塔１０が固有振動数で揺れた際の振幅を効果的に小さくすることができる。
　なお、上述の実施形態で説明したように、横桁１３と軸受６０との間にシャフト側バネ部７０のみを配置してもよいし、さらに振動を減衰させるダンパを追加して配置してもよく、特に限定するものではない。ダンパを追加することにより、鉄塔１０および風力発電装置１０１の揺れを早期に収束させることができる。
　〔第２の実施形態の変形例〕
　次に、本発明の第２の実施形態の変形例について図６を参照して説明する。
　本変形例における風力発電装置を備える鉄塔の基本構成は、第２の実施形態と同様であるが、第２の実施形態とは、風力発電装置の発電部を支える構成が異なっている。よって、本変形例においては、図６を用いて発電部を支える構成の周辺のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
　本変形例の風力発電装置２０１には、図６に示すように、発電部２０と、シャフト３０と、複数のアーム４０と、複数のブレード５０と、複数の軸受６０と、複数のシャフト側バネ部７０と、複数の発電部側バネ部（弾性部の一例）８０と、が主に設けられている。
　本変形例では、第２の実施形態の風力発電装置１０１と比較して、鉄塔１０に対して発電部２０が左右方向に相対移動することを許容した構成がさらに追加されている点が異なる。言い換えると、発電部２０が左右方向に揺れることを許容した構成が追加されている点が異なる。つまり、発電部２０、具体的には、発電部本体２１および支持部２２は、支持桁１２によって下方から支持されているとともに、支持桁１２に対して左右方向に相対移動可能に支持されている。本変形例では、支持桁１２の上に発電部２０がスライド移動可能に配置されている例に適用して説明する。
　複数の発電部側バネ部８０は、発電部２０の左右方向への揺れの周期を調節するバネである。複数の発電部側バネ部８０は、発電部２０を左右方向に移動可能に保持するものであり、発電部２０が鉄塔１０内部のほぼ中央に位置するように付勢するものである。発電部側バネ部８０は、一方の端部が鉄塔１０の支持桁１２に取り付けられ、他方の端部が支持部２２に取り付けられている。
　このように、発電部２０が鉄塔１０に対して左右方向に相対移動可能とするとともに、複数の発電部側バネ部８０を設けることにより、風力発電装置２０１の重心の左右方向への相対移動距離、言い換えると、風力発電装置２０１の重心の左右方向への揺れ幅を広げることができ、風力発電装置２０１における鉄塔１０の揺れを抑制する効果を高めることができる。
　さらに、複数のシャフト側バネ部７０および複数の発電部側バネ部８０としては、風力発電装置２０１の固有振動数が、鉄塔１０の固有振動数と一致する程度の弾性係数を有するものが好ましい。このようにすることで、鉄塔１０が固有振動数で揺れた際の振幅を効果的に小さくすることができる。
　なお、上述の変形例で説明したように、発電部２０は、発電部本体２１および支持部２２から構成されていてもよいし、図７に示すように、発電部本体２１のみから構成されていてもよい。このように構成することで、風力発電装置２０１は、鉄塔１０に対して水平方向（言い換えると、図７の左右方向）にのみ相対移動する。風力発電装置２０１の水平方向への相対移動においても、鉄塔１０に対する制振効果を得ることができる。

Claims (6)

  1. 　中心軸線まわりに回転可能に支持された回転軸と、
    　前記中心軸線を中心とした円周上に前記中心軸線方向に延びて配置され、風を受けて前記回転軸を回転駆動させる羽根と、
    　塔状構造物の内部に配置されるとともに、下方に向かって延びて配置された前記回転軸の回転駆動力が伝達されることにより電力を発電する発電部と、
    　前記回転軸、前記羽根、および前記発電部からなる集合体の重心位置が、前記塔状構造物の重心位置に対して水平方向に相対移動可能に支持する支持部と、
    が設けられた風力発電装置。
  2. 　前記発電部には、
    　前記回転軸から回転駆動力が伝達され、電力を発電する発電部本体と、
    　前記塔状構造物に取り付けられ、前記発電部本体を下方から支持する支持部と、
    が設けられ、
    　前記発電部本体、前記回転軸および前記羽根と前記支持部とは、前記支持部よりも上方に設定された所定の点を中心とした周方向に相対移動可能に構成されている請求項１記載の風力発電装置。
  3. 　前記発電部本体における前記支持部との接触面は、前記所定の点を中心とする凸状の球面とされ、
    　前記支持部における前記発電部本体との接触面は、前記発電部本体の接触面と相対移動可能に接触する凹状の球面とされるとともに、前記回転軸が挿通される貫通孔が設けられている請求項２記載の風力発電装置。
  4. 　前記発電部は、前記塔状構造物に対して水平方向に相対移動可能に支持されていると共に、
    　前記発電部と前記塔状構造物との間には、前記発電部を水平方向に付勢する弾性部が設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の風力発電装置。
  5. 　前記回転軸は、前記塔状構造物に対して回転可能に支持され、
    　前記回転軸と前記塔状構造物との間には、前記回転軸を水平方向に付勢する弾性部が配置されている請求項２から４のいずれか一項に記載の風力発電装置。
  6. 　塔状構造物と、
    　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の風力発電装置と、
    が設けられている風力発電装置を備えた塔状構造物。
PCT/JP2011/070840 2010-10-13 2011-09-13 風力発電装置および風力発電装置を備えた塔状構造物 WO2012049931A1 (ja)

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JP2010230743A JP5631146B2 (ja) 2010-10-13 2010-10-13 風力発電装置および風力発電装置を備えた塔状構造物

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108412699A (zh) * 2018-03-22 2018-08-17 许占欣 一种悬挂式风力发电塔架
WO2024079388A1 (en) * 2022-10-11 2024-04-18 Single Wing Energy Oy Wind turbine and use of a potential energy storing device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101726323B1 (ko) * 2016-06-13 2017-04-12 (주)티이솔루션 일방향 제진장치용 제진축 자동조정장치를 구비한 풍력발전 시스템

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04120379A (ja) * 1990-09-10 1992-04-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 重力復元式動吸振器
JPH08177265A (ja) * 1994-12-26 1996-07-09 Nkk Corp 制振装置
JPH08270720A (ja) * 1995-03-30 1996-10-15 Hitachi Zosen Corp 構造物の制振装置
JPH0932348A (ja) * 1995-07-21 1997-02-04 Kajima Corp 鉄塔の制振装置
JP2004060576A (ja) * 2002-07-31 2004-02-26 Daiwa House Ind Co Ltd 風車
JP2007032455A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Shinko Electric Co Ltd 風力発電装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04120379A (ja) * 1990-09-10 1992-04-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 重力復元式動吸振器
JPH08177265A (ja) * 1994-12-26 1996-07-09 Nkk Corp 制振装置
JPH08270720A (ja) * 1995-03-30 1996-10-15 Hitachi Zosen Corp 構造物の制振装置
JPH0932348A (ja) * 1995-07-21 1997-02-04 Kajima Corp 鉄塔の制振装置
JP2004060576A (ja) * 2002-07-31 2004-02-26 Daiwa House Ind Co Ltd 風車
JP2007032455A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Shinko Electric Co Ltd 風力発電装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108412699A (zh) * 2018-03-22 2018-08-17 许占欣 一种悬挂式风力发电塔架
CN108412699B (zh) * 2018-03-22 2024-04-30 河南昊翔新能源科技有限公司 一种悬挂式风力发电塔架
WO2024079388A1 (en) * 2022-10-11 2024-04-18 Single Wing Energy Oy Wind turbine and use of a potential energy storing device

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