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1. WO2011058970 - DISPOSITIF DE GÉNÉRATION D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE ÉOLIEN

Document

明 細 書

発明の名称 風力発電装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007  

図面の簡単な説明

0008  

発明を実施するための形態

0009  

実施例

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020  

産業上の利用可能性

0021  

請求の範囲

1   2   3  

図面

1   2   3A   3B   3C   4   5   6  

明 細 書

発明の名称 : 風力発電装置

技術分野

[0001]
 本発明は、風力発電装置に係り、特に風力に対応して、羽根の回転角度を自動的に調整し、発電出力を略一定にすることができる風車を備えた風力発電装置に関する。

背景技術

[0002]
 従来から、風力発電装置が広く実用に供されているが、典型的な例では、幅が狭く、且つ長い半径を有する羽根を備えた風車が用いられ、このため、風車を支持するポールの高さが高くなり、且つ広い設置面積を必要とする。これらの風力発電機においては、風力が弱いと発電出力が低く、風力が強いと発電出力は高くなるが、さらに風力が強くなると風車が破損する可能性があるという問題がある。
[0003]
 係る問題を解決するため、羽根を回転軸に固定し、該回転軸の回転(すなわち、羽根の回転)に対応したバネ力を付与するようにした風力発電装置が提案されている(特開2002-130109号公報、特開2002-70718号公報等)。係る風力発電装置によれば、微風でも回転力を得ると共に、台風や突風等の過度な風圧による負荷を軽減して、安全で安定した状態で使用し得ることが記載されている。

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 しかしながら、上記公報に記載された技術では、羽根を支持する回転軸が羽根車の根本部分でのみ固定されているため、強風下では損傷が生じ易いという問題がある。また、羽根毎にバネを設けるため、部品点数が多く、装置が大型化せざるを得ないという問題がある。
[0005]
 本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、弱風から強風に到る幅広い風速領域で、常に略一定の安定した発電出力が得られ、且つ台風級の強風下においても確実に風車の損傷を防止でき、且つ部品点数を減らし小型コンパクト化した風力発電装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006]
 本発明の風力発電装置は、風車回転体の軸芯に備えた回転軸と、前記風車回転体から放射状に延びる、固定翼状の羽根支持体と、該固定翼状の羽根支持体の突出部に回転自在に支持された羽根回転軸と、前記羽根回転軸を軸芯として、前記固定翼状の羽根支持体に対して蝶番状に回転する羽根と、を備え、前記羽根回転軸の軸端には、カムが固定され、複数の羽根に対応した複数の前記カムが1枚のカム受けに接触し、前記回転軸の周りに、一端が固定されたバネを備え、該バネの他端が前記カム受けに固定され、前記カム受けは前記回転軸に沿って移動自在となっていて、前記バネの圧縮状態に対応して、前記カム受けが軸方向に移動することで、複数の前記カムを回転させ、複数の前記羽根を同一角度で回転させる、ことを特徴とする。
[0007]
 本発明によれば、風車回転体から放射状に延びる固定翼状の羽根支持体を備え、可動翼状の羽根が羽根回転軸を軸芯として、固定翼状の羽根支持体に対して蝶番状に回転するので、羽根回転軸が強固な固定翼状の羽根支持体の突出部に蝶番状に支持され、台風級の強風下においても確実に風車の損傷を防止できる。そして、回転軸の周りに、バネを備え、該バネがカム受けに固定され、バネの圧縮状態に対応して、カム受けが軸方向に移動することで、複数の羽根回転軸端に固定されたカムを回転させ、複数の羽根を同一角度で回転させるので、部品点数を減らし小型コンパクト化した簡素な機構で、弱風から強風状態まで略一定の回転速度で発電でき、且つ略一定の発電出力が得られる。

図面の簡単な説明

[0008]
[図1] 図1は、本発明の一実施例の風力発電装置の正面図である。
[図2] 図2は、上記装置の側面図である。
[図3A] 図3Aは、羽根支持体と羽根回転軸と羽根とカムとの構成例を示す図である。
[図3B] 図3Bは、図3AのBB線に沿ったカム形状例を示す断面図である。
[図3C] 図3Cは、図3AのCC線に沿った羽根形状例を示す断面図である。
[図4] 図4は、風車回転体内部の構成例を示す断面図である。
[図5] 図5は、微風状態におけるカムの動作例を示す図である。
[図6] 図6は、強風状態におけるカムの動作例を示す図である。

発明を実施するための形態

[0009]
 以下、本発明の一実施例について、図1乃至図6を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。
実施例
[0010]
 図1および図2はこの風力発電装置の概要を示す。風車は、ハブに相当する風車回転体1と、該風車回転体に固定され、該風車回転体から放射状に延びる支柱に相当する羽根支持体2と、該羽根支持体に回転自在に支持された羽根回転軸3と、該羽根回転軸に固定された羽根4とを備える。風車回転体1の軸芯には回転軸5を備え、羽根4が風力を受けて風車回転体1が回転することで、その回転力をギア6a,6bを介して回転軸7に伝達し、さらに増速ギア8a,8b,8cを介して発電機9に入力することで発電を行う。
[0011]
 風車を回転自在に支持する風車固定体11の内部には軸受12a,12bを備え、回転軸5を支持している。また、風車固定体11は、基台13に設けた旋回ベアリング14に支持され、水平面内で回転可能となっていて、固定翼状の羽根支持体2は、回転軸5に沿って平行に配置されているので、風車が自動的に風向きに正対するようになっている。
[0012]
 本発明の風力発電装置においては、図3Aに示すように、風車回転体1に固定され、該風車回転体から放射状に延びるアルミ、カーボン繊維等で形成された強固な支柱としての固定翼状の羽根支持体2を備える。この羽根支持体2には円筒部分を含む突出部2aを羽根回転軸3の軸方向に沿って断続的に備える。羽根4も同様に円筒部分を含む突出部4aを羽根回転軸3の軸方向に沿って断続的に備え、突出部2aと突出部4aとが噛み合ってそれらの円筒部分内部に羽根回転軸3が挿入され、羽根4が羽根回転軸3に対して固定され、羽根回転軸3は羽根支持体2の突出部2aの円筒部分内に回転自在に支持されている。これにより、羽根4は羽根回転軸3を軸芯として柱状の羽根支持体2に対して蝶番状に回転する。なお、羽根4はアルミまたはカーボン繊維により幅広に形成され、弱風状態でも十分な発電出力が得られる形状と強風でも破損しない強度を備えている。
[0013]
 羽根回転軸5の風車回転体1の内部の軸端には、図3Bに示すように、回転中心から外周迄の距離が角度に応じて変化するカム16が固定されている。従って、カム16が羽根回転軸3を軸芯として回転すると、図3Cに示すように、羽根4は羽根回転軸3の周りに回転する。
[0014]
 図4は、風車回転体1および風車固定体11の内部を示す。上述のように、風車回転体1の軸芯に回転軸5が固定され、回転軸5は風車固定体11に備えた軸受12a,12bにより回転自在に支持されている。そして、風車回転体1を挿通した羽根回転軸3の軸端にはカム16が固定され、カム16の外周の一点がカム受け17に接触し、カム受け17は円筒部分17aを備え、風車回転体1の円筒部分1aに嵌合し、回転軸5に沿ってその軸方向に移動自在となっている。
[0015]
 風車回転体1には、複数組の羽根支持体2と羽根回転軸3と羽根4とを備え、それぞれの羽根回転軸3の軸端には、カム16が固定されている。従って、複数のカム16が1枚のカム受け17に接触し、カム受け17が軸方向に移動することで、複数のカム16を同時に回転させ、複数の羽根4を同一角度で回転させることができる。
[0016]
 風車回転体1には、回転軸5の周りに、一端が固定されたバネ18を備え、バネ18の他端はバネ受け板19に固定され、自由端となっている。バネ受け板19は、バネ18が圧縮された状態で、カム受け17と接触し、風車回転体1と共に回転するカム受け17にバネ18の弾性力を付与する。バネ18の圧縮状態に対応してカム受け17が移動すると、カム16が回転し、羽根回転軸5が回転し、羽根4が回転する。
[0017]
 図5および図6は、バネ18の圧縮状態と羽根4の回転状態を示す図であり、図5は微風状態を示し、図6は強風状態を示す。図5に示す微風状態では、羽根4が受ける風力が弱いので、バネ18はその弾性力が風力とバランスした低い圧縮状態となり、羽根4の面は回転軸5(風向き方向)に対して垂直に近くなる。これに対して、図6に示す強風状態では、羽根4が受ける風力が強いので、羽根4が風力を受けて羽根回転軸3が回転し、羽根回転軸3に固定されたカム16が回転し、カム受け17を押圧することで、バネ18はその弾性力が風力とバランスした高い圧縮状態となり、羽根4の面は回転軸5(風向き方向)に対して平行に近くなる。
[0018]
 このように、本発明の風力発電装置では、風車回転体から放射状に延びる支柱としての羽根支持体を備えているので、風力が変動すると、自動的に羽根4が羽根回転軸3の周りに回転し、カム16が回転することで、バネ18の圧縮状態を変動させ、羽根4を最適回転角度に保持することができる。従って、簡素な機構で、油圧等の制御手段を要することなく、弱風から強風状態まで略一定の回転速度で発電でき、且つ略一定の発電出力が得られる。
[0019]
 そして、図1に示すように幅広の羽根を用いることで、微風状態から発電出力が得られ、数m/s程度の風速状態で定格発電出力が得られ、コンパクトな構造で高い発電出力が得られる。そして、暴風状態となっても羽根が強固な支柱である羽根支持体に支持され、且つ羽根の面が風向きに略平行となるので、風車の破損を防止できる。
[0020]
 これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

産業上の利用可能性

[0021]
 本発明は、弱風から強風に到る幅広い風速領域で、常に略一定の安定した発電出力が得られる風力発電装置を提供するもので、風力発電の分野で利用可能である。

請求の範囲

[請求項1]
 風車回転体の軸芯に備えた回転軸と、
 前記風車回転体から放射状に延びる、固定翼状の羽根支持体と、
 該固定翼状の羽根支持体の突出部に回転自在に支持された羽根回転軸と、
 前記羽根回転軸を軸芯として、前記固定翼状の羽根支持体に対して蝶番状に回転する羽根と、を備え、
 前記羽根回転軸の軸端には、カムが固定され、複数の羽根に対応した複数の前記カムが1枚のカム受けに接触し、
 前記回転軸の周りに、一端が固定されたバネを備え、該バネの他端が前記カム受けに固定され、前記カム受けは前記回転軸に沿って移動自在となっていて、
 前記バネの圧縮状態に対応して、前記カム受けが軸方向に移動することで、複数の前記カムを回転させ、複数の前記羽根を同一角度で回転させる、風力発電装置。
[請求項2]
 前記羽根支持体には円筒部分を含む突出部を前記羽根回転軸の軸方向に沿って断続的に備え、前記羽根にも円筒部分を含む突出部を前記羽根回転軸の軸方向に沿って断続的に備え、前記支持体の突出部と前記羽根の突出部とが噛み合って、それらの円筒部分内部に前記羽根回転軸が挿入され、前記羽根が前記羽根回転軸に対して固定され、前記羽根回転軸は前記羽根支持体の突出部の円筒部分に回転自在に支持されている、請求項1に記載の風力発電装置。
[請求項3]
 前記固定翼状の羽根支持体は、前記回転軸に沿って平行に配置されている、請求項1に記載の風力発電装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3A]

[ 図 3B]

[ 図 3C]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]