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1. WO2020105610 - 風力発電用フレームユニット、風力発電ユニットおよび風力発電設備

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明 細 書

発明の名称 風力発電用フレームユニット、風力発電ユニットおよび風力発電設備

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

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   0008   0009   0010  

発明の効果

0011  

図面の簡単な説明

0012  

発明を実施するための形態

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025  

符号の説明

0026  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

明 細 書

発明の名称 : 風力発電用フレームユニット、風力発電ユニットおよび風力発電設備

技術分野

[0001]
 本発明は、複数の風力発電装置を上下左右に積み重ねるように配列するための風力発電用フレームユニット、風力発電用フレームユニット内に風力発電装置を保持して成る風力発電ユニット、および、風力発電ユニットを組み合わせて成る風力発電設備に関する。

背景技術

[0002]
 近年、環境意識の高まりから、再生エネルギー型発電装置として風力発電装置が注目されている。風力発電装置の一例として特許文献1に記載のものが知られている。
 この風力発電装置は、複数の羽根がハブに取り付けられたロータを有する。ロータは、陸上または洋上に立設されたタワー上に位置するナセルに搭載される。この種の風力発電装置では、羽根が風を受けてロータが回転し、この回転がナセル内に収納された発電機に伝達され、発電機において電力が生成されるようになっている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2013-181499号公報

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、前記従来の風力発電装置においては、ロータに大型の羽根を取り付けてそれをタワー上に位置するナセルに搭載する構造であるため、スペースを多くとる必要があるばかりか、周りの風の影響も受易い。特に、強風の際には、大きな風荷重を受けて振動し、振動による騒音や構造物の破損も懸念される。また、羽根に当たった風を効率良く利用できるとは言い難く、発電効率も十分とは言えない。更に、所望の発電量を得るためには、タワーを新たに設置しなければならず、大きな設置スペースおよび多大な設置コストを要する。
[0005]
 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、スペースを有効利用してコンパクトに設置でき、少ない設置スペースで所望の発電量を実現できるとともに、風を効率良く利用して発電効率を上げることができる強度が高い風力発電用フレームユニット、風力発電ユニットおよび風力発電設備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]
 前記目的を達成するために、本発明の風力発電用フレームユニットは、
 コネクタを介して複数のフレームシャフトを連結することにより六角形の枠体として形成されて成る前側および後側フレームと、
 前記前側フレームの六角形の各頂点と前記後側フレームの六角形の各頂点とをコネクタを介して連結することにより、これらの前側および後側フレームと共に風力発電装置を収容するための収容空間を内側に画定する連結シャフトと、
 を備え、
 前記コネクタは、
 中心を有するとともに、前記フレームシャフトと結合するために互いに周方向に120°の角度間隔を隔てて前記中心から放射状に延びる3つのフレームシャフト結合部と、前記連結シャフトと結合するために前記中心を通る共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の連結シャフト結合部とを備える第1のコネクタと、
 前記フレームシャフトまたは前記連結シャフトと結合するために共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の第1の結合部と、これらの第1の結合部間で該第1の結合部と直交して延びる第2の結合部とを有する第2のコネクタと、
 を含むことを特徴とする。
[0007]
 本発明おいては、特徴的な形態を有する第1および第2のコネクタの協働により、言い換えると、2種類のコネクタのみにより、六角形のフレームの内側の断面積を最大限利用しつつ設置環境のスペースを有効利用して少ない設置スペースで風力発電装置を任意に増設することができる(したがって所望の発電量を実現できる)とともに、ユニット全体のコンパクト化も図ることができる。また、最密構造であるハニカム構造を形成するようにユニットを平面方向に並べて一体化できる(上下左右に積層できる)ため、すなわち、フレームの横断面の六角形の辺が2辺以上、3辺以上、4辺以上、5辺以上、更には6辺も接するようにユニットを隣接させて配置できるため、あらゆる方向から強風を受けても高い構造上の強度を維持することができる。そして、積層して組み合わせるユニットの数に応じて、発電量を任意に調整することができる。
[0008]
 また、上記構成では、風力発電装置をフレームユニットに対して保持させるための環状のホルダを更に有し、このホルダは、風力発電装置の中心軸部が挿通される中心軸孔と、第2のコネクタの第2の結合部から収容空間の内側へ向けて六角形の内接円の径方向に延びるラジアルシャフトと結合するために中心軸孔を中心に互いに周方向に120°の角度間隔を隔てて放射状に延びる3つのラジアルシャフト結合部とを有することが好ましい。このような環状のホルダによれば、前述した作用効果を有するフレームユニットの内側の収容空間内に風力発電装置を効率的にコンパクトに収容することができる。
[0009]
 また、上記構成では、ホルダと連結されるとともに、受けた風を放射状に拡散して収容空間内の風力発電装置のブレードへと案内する略円錐状のコーンカバーを更に備えることが好ましい。このようなコーンカバーによれば、受けた風を放射状に拡散して収容空間内の風力発電装置のブレードへと効率的に案内でき、したがって、受けた風を効率良く利用して発電効率を上げることができる。
[0010]
 また、本発明は、上記構成を特徴とする風力発電ユニットおよび風力発電設備も提供する。これによれば、前述した風力発電用フレームユニットと同様の作用効果を奏することができる。

発明の効果

[0011]
 本発明によれば、スペースを有効利用してコンパクトに設置でき、少ない設置スペースで所望の発電量を実現できるとともに、風を効率良く利用して発電効率を上げることができる強度が高い風力発電用フレームユニット、風力発電ユニットおよび風力発電設備を提供できる。

図面の簡単な説明

[0012]
[図1] 本発明の一実施の形態に係る風力発電設備の組み付け形態の一例を示す斜視図である。
[図2] 図1の風力発電設備の正面図である。
[図3] 図1の風力発電設備の背面図である。
[図4] 図1の風力発電設備の上面図である。
[図5] 図1の風力発電設備の下面図である。
[図6] 図1の風力発電設備の側面図である。
[図7] 本発明の一実施の形態に係る風力発電用フレームユニットの単体の斜視図である。
[図8] (a)本発明の一実施の形態に係る風力発電用フレームユニットを構成するコーンカバーの正面側斜視図、(b)はコーンカバーの背面側斜視図である。
[図9] 本発明の一実施の形態に係る風力発電用フレームユニットを構成する第1のコネクタの斜視図である。
[図10] 本発明の一実施の形態に係る風力発電用フレームユニットを構成する第2のコネクタの斜視図である。
[図11] 本発明の一実施の形態に係る風力発電用フレームユニットを構成するホルダの斜視図である。
[図12] 風力発電装置の構造を示す斜視断面図である。

発明を実施するための形態

[0013]
 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
 なお、本発明の一実施の形態に係る風力発電設備は、例えば、地面、建物の屋上や屋根等に設置される。この場合、後述するコーンカバー25を風が吹いてくる方向に向けて設置する。
[0014]
 図7に明確に示されるように、本発明の一実施の形態に係る風力発電ユニット50は、風力発電用フレームユニット30の内側の収容空間S内に風力発電装置52が収容保持されることによって構成される。
[0015]
 図7に示されるように、風力発電用フレームユニット30は、第1および第2のコネクタ2,4を介して複数のフレームシャフト6を連結することにより六角形の枠体として形成されて成る前側フレーム10と、コネクタ2,4を介して複数のフレームシャフト6を連結することにより六角形の枠体として形成されて成る後側フレーム12と、前側フレーム10の六角形の各頂点と後側フレーム12の六角形の各頂点とをコネクタ2,4を介して連結することにより、前側フレーム10および後側フレーム12と共に風力発電装置52を収容するための収容空間Sを内側に画定する連結シャフト8とを備える。
[0016]
 図9に明確に示されるように、第1のコネクタ2は、中心Oを有するとともに、フレームシャフト6と結合するために互いに周方向に120°の角度間隔を隔てて中心Oから放射状に延びる3つのフレームシャフト結合部3と、連結シャフト8と結合するために中心Oを通る共通の中心軸Aを有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の連結シャフト結合部5とを備える。なお、フレームシャフト結合部3同士の間およびフレームシャフト結合部3と連結シャフト結合部5との間にはそれぞれ補強リブ23が形成されている。
[0017]
 また、図10に示されるように、第2のコネクタ4は、フレームシャフト6または連結シャフト8と結合するために共通の中心軸AAを有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の第1の結合部7,7と、これらの第1の結合部7,7間で該第1の結合部7と直交して延びる第2の結合部9とを有する。
[0018]
 また、風力発電用フレームユニット30は、図7に示されるように、風力発電装置52をフレームユニット30に対して保持させるための環状のホルダ20を更に有する。このホルダ20は、図11に明確に示されるように、風力発電装置52の中心軸部80(図12参照)が挿通される中心軸孔21と、第2のコネクタ4の第2の結合部9から収容空間Sの内側へ向けてフレーム10,12の六角形の内接円の径方向に延びるラジアルシャフト11と結合するために中心軸孔21を中心に互いに周方向に120°の角度間隔を隔てて放射状に延びる3つのラジアルシャフト結合部13とを有する。
[0019]
 また、風力発電用フレームユニット30は、その受風側端部に設置されるホルダ20(すなわち、フレームシャフト6に結合された第2のコネクタ4の第2の結合部9から延びるラジアルシャフト11と結合するホルダ20)と連結されるとともに、受けた風を放射状に拡散して収容空間S内の風力発電装置52のブレード61へと案内する図8に示されるような略円錐状のコーンカバー25を更に備える。なお、コーンカバー25およびホルダ20には、これらを連結するための連結体が嵌合する嵌合穴29が設けられる。また、コーンカバー25の背面には、風力発電装置52の中心軸部80の端部が嵌入される嵌入孔25aが設けられる。また、ホルダ20の嵌合穴29は、風力発電装置52の後述する支持部材(ステータ)82と接続するために使用されてもよい。
[0020]
 図12にも明確に示されるように、風力発電用フレームユニット30の収容空間内に設置される風力発電装置52は、ホルダ20の中心軸孔21に挿通されるようになっている前述した中心軸部80と、この中心軸部80と同軸的に中心軸部80の軸方向に沿って設けられる複数のブレード(羽根車)61とを有する。ブレード61は、中心軸部80が挿通されることにより該中心軸部80に支持される円筒状の支持部材(ステータ)82と、この支持部材82に軸受84,84を介して回転可能に設けられた円筒状の回転体(ロータ)85と、この回転体85の外周部に設けられた複数の羽根61aとを備える。羽根61aは、回転体85の軸に対して傾斜しつつ周方向に等間隔で配置されており、回転体85の先端側から風を受けることによって回転体85と共に回転するようになっている。
[0021]
 また、回転体85の内周面には永久磁石87が設けられている。一方、支持部材82の外周面には凹部82aが周方向に沿って延在して形成されており、この凹部82aに円筒状のコイル88が永久磁石87と所定の隙間をもって設けられている。そして、風によって羽根車61aとともに回転体85が回転することで、永久磁石87が回転し、この永久磁石87とコイル88との協働によって発電するようになっている。すなわち、ブレード61が風を受けると、各ブレード61とこれに連結されたロータ85とが回転する。ロータ85が回転すると、その回転に伴って、ロータ85に保持された永久磁石87がステータ82のU相巻線、V相巻線およびW相巻線と順次に対向し、U相巻線、V相巻線およびW相巻線に電磁誘導による交流電流が流れ、風力による発電が達成される。なお、発電された電気はコイル88から取り出されてバッテリに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。
[0022]
 このように風力発電用フレームユニット30と風力発電装置52とを組み合わせて成る風力発電ユニット50は、フレームユニット20の少なくとも六角形の辺を互いに共有させつつ、シャフト6,8,11およびコネクタ2,4を介して積み重ねるように連結状態で所定の数だけ配列することによって図1~図6に示されるような風力発電設備70を構成する。
[0023]
 以上説明したように、本実施の形態おいては、特徴的な形態を有する第1および第2のコネクタ2,4の協働により、言い換えると、2種類のコネクタ2,4のみにより、六角形のフレーム10,12の内側の断面積を最大限利用しつつ設置環境のスペースを有効利用して少ない設置スペースで風力発電装置52を任意に増設することができる(したがって所望の発電量を実現できる)とともに、ユニット30,50全体のコンパクト化(ひいては風力発電設備70全体のコンパクト化)も図ることができる。また、最密構造であるハニカム構造を形成するようにユニット50を平面方向に並べて一体化できる(上下左右に積層できる)ため、すなわち、フレーム10,12の横断面の六角形の辺が2辺以上、3辺以上、4辺以上、5辺以上、更には6辺も接するようにユニット50を隣接させて配置できるため、あらゆる方向から強風を受けても高い構造上の強度を維持することができる。そして、積層して組み合わせるユニット50の数に応じて、発電量を任意に調整することができる。
[0024]
 また、本実施の形態成では、風力発電装置52をフレームユニット30に対して保持させるための環状のホルダ20が更に設けられ、このホルダ20は、風力発電装置52の中心軸部が挿通される中心軸孔21と、第2のコネクタ4の第2の結合部9から収容空間Sの内側へ向けてフレーム10,12の六角形の内接円の径方向に延びるラジアルシャフト11と結合するために中心軸孔21を中心に互いに周方向に120°の角度間隔を隔てて放射状に延びる3つのラジアルシャフト結合部13とを有する。したがって、このような環状のホルダ20によれば、前述した作用効果を有するフレームユニット30の内側の収容空間S内に風力発電装置52を効率的にコンパクトに収容することができる。
[0025]
 また、本実施の形態では、ホルダ20と連結されるとともに、受けた風を放射状に拡散して収容空間S内の風力発電装置52のブレード61へと案内する略円錐状のコーンカバー25が更に設けられている。このようなコーンカバー25によれば、受けた風を放射状に拡散して収容空間S内の風力発電装置52のブレード61へと効率的に案内でき、したがって、受けた風を効率良く利用して発電効率を上げることができる。

符号の説明

[0026]
 1 風力発電ユニット
 2 第1のコネクタ
 3 フレームシャフト結合部
 4 第2のコネクタ
 5 連結シャフト結合部
 6 フレームシャフト
 7 第1の結合部
 8 連結シャフト
 9 第2の結合部
 10 前側フレーム
 11 ラジアルシャフト
 12 後側フレーム
 13 ラジアルシャフト結合部
 20 ホルダ
 21 中心軸孔
 25 コーンカバー
 30 風力発電用フレームユニット
 50 風力発電ユニット
 52 風力発電装置
 70 風力発電設備
 A,AA 中心軸
 O 中心
 S 収容空間

請求の範囲

[請求項1]
 コネクタを介して複数のフレームシャフトを連結することにより六角形の枠体として形成されて成る前側および後側フレームと、
 前記前側フレームの六角形の各頂点と前記後側フレームの六角形の各頂点とをコネクタを介して連結することにより、これらの前側および後側フレームと共に風力発電装置を収容するための収容空間を内側に画定する連結シャフトと、
 を備え、
 前記コネクタは、
 中心を有するとともに、前記フレームシャフトと結合するために互いに周方向に120°の角度間隔を隔てて前記中心から放射状に延びる3つのフレームシャフト結合部と、前記連結シャフトと結合するために前記中心を通る共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の連結シャフト結合部とを備える第1のコネクタと、
 前記フレームシャフトまたは前記連結シャフトと結合するために共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の第1の結合部と、これらの第1の結合部間で該第1の結合部と直交して延びる第2の結合部とを有する第2のコネクタと、
 を含むことを特徴とする風力発電用フレームユニット。
[請求項2]
 前記風力発電装置を前記フレームユニットに対して保持させるための環状のホルダを更に有し、このホルダは、前記風力発電装置の中心軸部が挿通される中心軸孔と、前記第2のコネクタの前記第2の結合部から前記収容空間の内側へ向けて前記六角形の内接円の径方向に延びるラジアルシャフトと結合するために前記中心軸孔を中心に互いに周方向に120°の角度間隔を隔てて放射状に延びる3つのラジアルシャフト結合部とを有することを特徴とする請求項1に記載の風力発電用フレームユニット。
[請求項3]
 前記ホルダと連結されるとともに、受けた風を放射状に拡散して前記収容空間内の前記風力発電装置のブレードへと案内する略円錐状のコーンカバーを更に備えることを特徴とする請求項2に記載の風力発電用フレームユニット。
[請求項4]
 コネクタを介して複数のフレームシャフトを連結することにより六角形の枠体として形成されて成る前側および後側フレームと、前記前側フレームの六角形の各頂点と前記後側フレームの六角形の各頂点とをコネクタを介して連結することにより、これらの前側および後側フレームと共に風力発電装置を収容するための収容空間を内側に画定する連結シャフトとを備えるフレームユニットと、
 前記フレームユニットの前記収容空間内に保持される風力発電装置と、
 を備え、
 前記コネクタは、
 中心を有するとともに、前記フレームシャフトと結合するために互いに周方向に120°の角度間隔を隔てて前記中心から放射状に延びる3つのフレームシャフト結合部と、前記連結シャフトと結合するために前記中心を通る共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の連結シャフト結合部とを備える第1のコネクタと、
 前記フレームシャフトまたは前記連結シャフトと結合するために共通の中心軸を有して互いに一直線に合わせられるように反対方向に延びる一対の第1の結合部と、これらの第1の結合部間で該第1の結合部と直交して延びる第2の結合部とを有する第2のコネクタと、
 を含むことを特徴とする風力発電ユニット。
[請求項5]
 前記風力発電装置を前記フレームユニットに対して保持させるための環状のホルダを更に有し、このホルダは、前記風力発電装置の中心軸部が挿通される中心軸孔と、前記第2のコネクタの前記第2の結合部から前記収容空間の内側へ向けて前記六角形の内接円の径方向に延びるラジアルシャフトと結合するために前記中心軸孔を中心に互いに周方向に120°の角度間隔を隔てて放射状に延びる3つのラジアルシャフト結合部とを有することを特徴とする請求項4に記載の風力発電ユニット。
[請求項6]
 前記ホルダと連結されるとともに、受けた風を放射状に拡散して前記収容空間内の前記風力発電装置のブレードへと案内する略円錐状のコーンカバーを更に備えることを特徴とする請求項5に記載の風力発電ユニット。
[請求項7]
 請求項4から6のいずれか一項に記載の複数の風力発電ユニットを、前記フレームユニットの少なくとも六角形の辺を互いに共有させつつ、前記シャフトおよび前記コネクタを介して積み重ねるように連結状態で配列することにより構成されることを特徴とする風力発電設備。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]