JP5567547B2 - Power generator and vertical axis power generator using the same - Google Patents
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Description
本発明は、流体の流体圧を羽根が受けて垂直軸を回転させる動力発生装置及びこれを用いた垂直軸発電装置に関する。 The present invention relates to a power generation device that rotates a vertical shaft by receiving a fluid pressure of a fluid and a vertical shaft power generation device using the power generation device.
近年、地球温暖化に伴う異常気象や環境破壊が進行しており、温室効果ガスの排出削減を図るべく環境にやさしい再生可能な自然エネルギーを有効利用するニーズが高まっている。このため、化石燃料を用いないエネルギーの開発の一環として様々な風力発電装置が開発され実用化されている。 In recent years, abnormal weather and environmental destruction associated with global warming have progressed, and there is an increasing need for effective use of environmentally friendly renewable natural energy in order to reduce greenhouse gas emissions. For this reason, various wind power generators have been developed and put into practical use as part of the development of energy that does not use fossil fuels.
風力発電用の風車には回転軸の方向によって直交軸型風車と垂直軸型風車がある。これらのうちでも、発電効率が高く大型化が容易である直交軸型風車がすでに数多く開発され実用化されている。これは、風車の回転軸が直交軸となる装置であり、発電機などの重量物を風車と一体に支柱の上部に設ける必要があり、設置作業やメンテナンス作業に困難を伴う。また、風車の回転面を常に風向き合わせて配置する必要がある。 Wind turbines for wind power generation include an orthogonal axis type wind turbine and a vertical axis type wind turbine depending on the direction of the rotation axis. Among these, many orthogonal axis type wind turbines having high power generation efficiency and easy to increase in size have already been developed and put into practical use. This is a device in which the rotation axis of the windmill is an orthogonal axis, and it is necessary to provide a heavy object such as a generator integrally with the windmill on the upper part of the support column, which causes difficulty in installation work and maintenance work. In addition, it is necessary to always arrange the rotating surfaces of the windmills so that they face each other.
これに対して、垂直軸型風車は、風車の回転軸が設置面に垂直であり、発電機などの重量物を地上に設置することができるので、設置作業やメンテナンス作業が容易であり、季節や時間帯により風向きが変化しやすい我が国では、いずれの方向から風が吹いても風向きに対する依存性がない。よって、垂直軸型風車が向いているにも関わらず従来95%以上の割合で普及しているのは直交軸型風車を用いた風力発電装置であった。
この理由としては、垂直軸型風車が風向きに依存しない構造であるが、風車の追い風(順風)になる羽根と向かい風(逆風)になる羽根が存在するため空気力学的損失が大きく、風車の起動時に大きなトルクが必要となるため、風速1m/sec程度の低風速域で起動し難い。また、風車が起動しても空気力学的損失が大きく(風力エネルギーの約60%)有効な発電効率が得られないなどが考えられる。
On the other hand, in the vertical axis type windmill, the rotation axis of the windmill is perpendicular to the installation surface, and heavy objects such as generators can be installed on the ground, so installation work and maintenance work are easy. In Japan, where the wind direction is likely to change depending on the time of day, there is no dependence on the wind direction regardless of the direction of the wind. Therefore, although a vertical axis type wind turbine is suitable, a wind power generator using an orthogonal axis type wind turbine has been widely used at a rate of 95% or more.
The reason for this is that the vertical axis wind turbine has a structure that does not depend on the wind direction. Since a large torque is sometimes required, it is difficult to start in a low wind speed range of about 1 m / sec. In addition, even if the windmill is started, there is a large aerodynamic loss (about 60% of wind energy), and effective power generation efficiency cannot be obtained.
この垂直軸風車の空気力学的損失による影響を低減するため、垂直軸の上端に組み付けられた円盤上で連結棒に左右対称に風受け板を90度に捩じった状態で取り付けられた風車が提案されている。これにより円盤上で起立している風受け板が追い風を受け止めると円盤が回転し、向かい風になると水平に倒れて反対側の風受け板が起立して風を受け止めて回転する動作を繰り返す(特許文献1)。
また、垂直軸に対して直交方向に支持する支持部材に軸線回りに仮想水平面に対して0度より大きく90度より小さい範囲で回転可能に組み付けられた可動羽根部と、仮想水平面に対して0度より大きく15度より小さい俯角を有して支持部材に固定された固定羽根部が設けられている。可動羽根部は、風下に向うときは可動羽根部が流体圧を受けて開くことで垂直軸を回転させ、風上に向うときには流体の抗力を受けて閉じて抵抗を受けないようになっている(特許文献2参照)。
In order to reduce the influence of the aerodynamic loss of the vertical axis wind turbine, the wind turbine is mounted on the disk assembled on the upper end of the vertical axis in a state where the wind receiving plate is twisted 90 degrees symmetrically to the connecting rod. Has been proposed. As a result, when the wind receiving plate standing on the disk receives the tailwind, the disk rotates, and when it becomes the opposite wind, it falls horizontally and the opposite wind receiving plate stands up and receives the wind and rotates repeatedly (patent) Reference 1).
In addition, a movable blade portion that is assembled to a support member that is supported in a direction orthogonal to the vertical axis so as to be rotatable around the axis in a range larger than 0 degree and smaller than 90 degrees with respect to the virtual horizontal plane, and 0 with respect to the virtual horizontal plane A fixed blade portion fixed to the support member with a depression angle larger than 15 degrees and smaller than 15 degrees is provided. When moving toward the lee, the movable blade is opened by receiving fluid pressure to rotate the vertical axis, and when moving toward the wind, the movable blade is closed by receiving the drag of the fluid so as not to receive resistance. (See Patent Document 2).
上述した垂直軸風車の構成では、風受け板が円盤上で若しくは可動羽根部が固定羽根部に対して0度から90度程度の開き角で開閉するようになっているため、風車が風下に向かうときに風圧を受けとめる羽根部の面積が限られており、十分なトルクが得られないおそれがある。また、連結棒に90度に捩じって組み付けられた風受け板が連結棒ごと一体となって回転するため、円盤上に起立する風受け板で受ける風量が少ないと回転し難い。風車が回転して固定羽根部が風上に向う際には、抵抗を受けやすい構造になっている。 In the configuration of the vertical axis wind turbine described above, the wind turbine is opened and closed at an opening angle of about 0 to 90 degrees with respect to the stationary blade portion on the disk or the movable blade portion with respect to the fixed blade portion. The area of the blade portion that receives the wind pressure when heading is limited, and there is a possibility that sufficient torque cannot be obtained. In addition, since the wind receiving plate assembled by twisting the connecting rod by 90 degrees rotates together with the connecting rod, it is difficult to rotate if the amount of air received by the wind receiving plate standing on the disk is small. When a windmill rotates and a fixed blade | wing part faces windward, it has a structure which is easy to receive resistance.
本発明の目的は、流体圧を受ける回転羽根の面積が広くとれ、流体力学的損失が少なく、少ない流量でも回転し、十分な回転トルクが得られる動力発生装置及びこれを用いて小型軽量化することが可能で可搬性、組立性、メンテナンス性が良く、流体の流れ方向にかかわらずわずかな流量でも発電する発電効率の良い垂直軸発電装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a power generator that can take a large area of a rotary blade that receives fluid pressure, has little hydrodynamic loss, rotates even at a small flow rate, and obtains sufficient rotational torque, and is reduced in size and weight using the power generator. An object of the present invention is to provide a vertical axis power generation device that is capable of generating power even at a small flow rate regardless of the flow direction of fluid, having good portability, ease of assembly and maintainability.
上記課題を解決するために、本発明に係る動力発生装置は、以下の構成を備える。
即ち、設置面に対して垂直方向に回転可能に軸支された垂直軸と、前記垂直軸に直交して組み付けられた単数又は複数の直交軸と、当該直交軸に沿って配置した中心骨から外側に向って枝骨が複数箇所で枝分かれした骨格部にシート材が一体化された形状をした第1羽根部及び第2羽根部が前記直交軸を中心に前記中心骨側に設けられたヒンジ部により各々揺動可能に両側に備えられ前記垂直軸と1体に回転する回転羽根と、前記第1羽根部及び第2羽根部が、流体の流れ方向下流側に向う回転位置で流体を受けて前記直交軸回りの開き角度が所定範囲まで増大する向きに上下に開き、流体の流れ方向上流側に向う回転位置で流体圧を受けると当該開き角度が所定範囲まで縮小するように前記回転羽根の開閉角度を規制する前記直交軸を中心に複数設けられた角度規制部と、を具備したことを特徴とする。
上記構成によれば、垂直軸に直交する直交軸の両側に設けられた第1羽根部と第2羽根部が流体の流れ方向下流側に向う回転位置で流体圧を受けて上下に開き直交軸回りの開き角が所定範囲まで増大し、流体の流れ方向上流側に向う回転位置で流体圧を受けると当該開き角が所定範囲まで減少するように角度規制されて揺動する。角度規制部は直交軸を 中心に複数設けられているので強風時や突風時でも破損し難い。また、前記第1羽根部と第2羽根部は枝分かれした骨格部にシート材が一体化した形状をしているため軽量で、わずかな流体圧でも開閉が可能である。これにより、回転羽根が流体の向きや流体抵抗の影響を受け難いので流体学的損失が少なく、わずかな流体圧を受けて垂直軸と一体となって効率よく回転し、動力を発生させることができる。In order to solve the above problems, a power generation device according to the present invention has the following configuration.
That is, from a vertical axis pivotally supported so as to be rotatable in a vertical direction with respect to the installation surface, one or a plurality of orthogonal axes assembled perpendicular to the vertical axis, and a central bone arranged along the orthogonal axis A hinge in which a first blade portion and a second blade portion having a shape in which a sheet material is integrated with a skeleton portion in which a branch bone branches at a plurality of positions toward the outside are provided on the central bone side around the orthogonal axis Rotating blades which are provided on both sides so as to be swingable by the respective portions and rotate in one body with the vertical shaft, and the first blade portion and the second blade portion receive fluid at a rotational position toward the downstream side in the fluid flow direction. The rotating blades open up and down in a direction in which the opening angle around the orthogonal axis increases to a predetermined range, and when the fluid pressure is received at a rotational position toward the upstream side in the fluid flow direction, the opening angle is reduced to the predetermined range. around the orthogonal axis for restricting the opening angle of the A plurality of an angle regulating unit, by comprising the features.
According to the above configuration, the first blade portion and the second blade portion provided on both sides of the orthogonal axis orthogonal to the vertical axis receive the fluid pressure at the rotational position toward the downstream side in the fluid flow direction and open up and down. The opening angle of the rotation increases to a predetermined range, and when the fluid pressure is received at the rotational position toward the upstream side in the fluid flow direction, the angle is controlled so that the opening angle is decreased to the predetermined range and swings. Since a plurality of angle restricting portions are provided around the orthogonal axis, they are not easily damaged even in strong winds or gusts . Further, since the first blade portion and the second blade portion have a shape in which the sheet material is integrated with the branched skeleton portion, the first blade portion and the second blade portion are lightweight and can be opened and closed even with a slight fluid pressure. As a result, the rotating blades are not easily affected by the direction of the fluid and the fluid resistance, so there is little hydrological loss, and the rotating blades are efficiently rotated integrally with the vertical shaft under the slight fluid pressure to generate power. it can.
前記第1羽根部及び第2羽根部は、前記直交軸に沿って配置した中心骨から外側に向って枝骨が複数箇所で枝分かれした骨格部にシート材が一体化された羽根形状をしており、前記第1羽根部は前記直交軸に対して前記中心骨側に設けられた第1ヒンジ部により前記第2羽根部は前記直交軸に対して前記中心骨側に設けられた第2ヒンジ部により各々揺動可能に組み付けられていることが望ましい。
上記構成によれば、回転羽根の重量が軽量であるため、わずかな流体圧を受けて第1羽根部と第2羽根部の直交軸回りの開き角が増大し、流体抵抗を受けると直交軸回りの開き角が減少して、回転羽根を垂直軸と一体になって効率良く回転させることができる。
The first blade portion and the second blade portion have a blade shape in which a sheet material is integrated with a skeleton portion where branches are branched at a plurality of locations from the central bone arranged along the orthogonal axis toward the outside. And the first blade portion is provided on the central bone side with respect to the orthogonal axis, and the second blade portion is provided on the central bone side with respect to the orthogonal axis. It is desirable that each part is assembled so as to be swingable.
According to the above configuration, since the weight of the rotary blade is light, the opening angle of the first blade portion and the second blade portion around the orthogonal axis is increased by receiving a slight fluid pressure, and when receiving the fluid resistance, the orthogonal axis The opening angle of the rotation is reduced, and the rotating blade can be efficiently rotated integrally with the vertical shaft.
前記垂直軸の軸方向下方の回転角を0度とし軸方向上方の回転角を180度とすると、前記角度規制部材は、前記第1羽根部を前記直交軸回りに90度より大きく180度より小さい範囲で揺動させ、前記第2羽根部は前記直交軸回りに0度より大きく90度より小さい範囲で揺動させることが好ましい。
これにより、流体の流れ方向下流側に向う回転位置で第1羽根部と第2羽根部2とが流体圧を受けて180度に近い開き角まで開くので、広い面積で流体圧を受けて十分な回転力(トルク)を発生させることができる。また、流体の流れ方向上流側に向う回転位置で第1羽根部と第2羽根部2とが流体圧を受けて開き角が90度近くまで減少するので、流体抵抗の影響を低減して回転羽根に発生した回転力を維持することができる。
When the rotation angle below the vertical axis in the vertical direction is 0 degree and the rotation angle above the axial direction is 180 degrees, the angle restricting member causes the first blade portion to be larger than 90 degrees around the orthogonal axis and from 180 degrees. It is preferable that the second blade portion is swung in a small range, and the second blade portion is swung in a range larger than 0 degree and smaller than 90 degrees around the orthogonal axis.
As a result, the first blade portion and the
また、垂直軸発電装置においては、上述したいずれかの動力発生装置の垂直軸が発電機の回転子に接続されていることを特徴とする。
これにより、小型軽量化が可能であり、可搬性、組立性、メンテナンス性が良く、流体の流れ方向にかかわらずわずかな流量でも発電する発電効率の良い発電装置を提供することができる。
Further, the vertical axis power generator is characterized in that the vertical axis of any of the power generation devices described above is connected to the rotor of the generator.
Accordingly, it is possible to provide a power generation device that can be reduced in size and weight, has good portability, assembly property, and maintainability, and generates power even at a small flow rate regardless of the fluid flow direction.
本発明によれば、流体の流れ方向下流側に向う回転位置で流体圧を受ける回転羽根の面積が広くとれ、流体の流れ方向上流側に向う回転位置で流体抵抗を受け難く、流体の流れ方向にかかわらずわずかな流量でも回転し、十分な回転トルクが得られる動力発生装置及びこれを用いて効率の良く発電することができる小型でメンテナンス性が良い垂直軸発電装置を提供することができる。 According to the present invention, the area of the rotary blade that receives the fluid pressure at the rotational position toward the downstream side in the fluid flow direction can be increased, and the fluid resistance at the rotational position toward the upstream side in the fluid flow direction is less likely to be affected. Regardless of this, it is possible to provide a power generator capable of rotating with a small flow rate to obtain a sufficient rotational torque, and a small-sized vertical axis power generator capable of generating power efficiently using this and having good maintainability.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る動力発生装置及び垂直軸発電装置の実施形態について詳細に説明する。以下では、動力発生装置の一例として風車、垂直軸発電装置の一例として小型で出力10kW前後の独立電源型の風力発電装置を例示して説明する。尚、流体圧は風圧を利用しているが、水圧等の流体圧を利用する場合には水車、水力発電装置等であってもよい。 Hereinafter, embodiments of a power generation device and a vertical axis power generation device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, a wind turbine will be described as an example of a power generation device, and an independent power source type wind power generation device having an output of around 10 kW will be described as an example of a vertical axis power generation device. In addition, although the wind pressure is utilized for the fluid pressure, when using fluid pressures, such as a water pressure, a water turbine, a hydroelectric generator, etc. may be sufficient.
図1に示すように、風力発電装置は、風車1(動力発生装置)の垂直軸2が発電機3の回転子(図示せず)に接続されている。或いは、垂直軸2は発電機3の回転子軸若しくはこれにカップリング等で接続されていてもよい。
As shown in FIG. 1, in the wind turbine generator, a
風車1の構成について説明する。発電機3より設置面に対して垂直方向に延設された垂直軸2が回転可能に軸支されている。この垂直軸2には、いずれの方向から吹く風の圧力を受けて垂直軸2と一体となって回転する回転羽根4が組み付けられている。
The configuration of the
以下、回転羽根4の構成について説明する。複数の直交軸5が垂直軸2に直交して一体に組み付けられている(図3参照)。各直交軸5の軸方向中央部に設けられた連結部5aに設けられた貫通孔5bを垂直軸2が貫通して組み付けられ当該垂直軸2に対して径方向にビス等で各々固定されている。本実施例では、図1に示すように垂直軸2の軸方向に等間隔で5か所に直交軸5が組み付けられている。図2に示すように隣り合う直交軸5どうしは、互いに直交配置となるように組み付けられている。直交軸5は単数でもよく、或いは5か所より少なくでも或いは5か所より多く設けてもよい。また、複数の直交軸5どうしは、直交する場合のほかに垂直軸2の周りに均等な角度配置で組み付けられているのが望ましい。
Hereinafter, the configuration of the
図4(A)(B)において、直交軸5の両側には一対の第1可動羽根部6及び第2可動羽根部7が当該直交軸5回りに揺動可能に設けられている。第1羽根部6及び第2羽根部7は、直交軸5側に沿って配置した中心骨8aから外側に向って枝骨8bが複数箇所で枝分かれした骨格部8にシート材12を重ね合わせて一体化した羽根形状をしている。尚、第1羽根部6と第2羽根部7は同じ大きさであるが、風圧を受けて開く開きやすさを考慮して例えば第1羽根部6は第2羽根部7より大きさが小さくてもよい。
4A and 4B, a pair of first
本実施例では、第1可動羽根部6と第2可動羽根部7とが直交軸5回りに開いた状態で中心骨(背骨)8aから外側に向って枝骨8bが複数箇所に枝分かれした設けられたフィッシュボーン状の骨格部8を形成している。このフィッシュボーン状の骨格部8に撥水性を有する布製のシート材12を貼り合せて第1羽根部6及び第2羽根部7が形成されている。尚、骨格部8はフィッシュボーン状にかぎらず、これに類似する形態、例えば矢羽状や葉脈状など様々な形態を採用し得る。また、骨格部8は、樹脂材若しくは金属材が好適用いられ、シート材12は、布製のほかに樹脂製などのシート状、薄板状のものを含む。
また、小型の回転羽根4の場合、骨格部8及びシート材12を樹脂成形により一体成形することも可能である。或いは、骨格部8(中心骨8a、枝骨8bのいずれか若しくは双方)として金属材を用いたインサート成形或いは骨格部8として羽根と異なる樹脂材料を用いた二色成形により一体成形してもよい。
In the present embodiment, the first
Moreover, in the case of the
また、骨格部8の形態は、図4乃至図6に示すように、枝骨8bが均一な厚さとなっていたがこれに限定されるものではない、例えば、図7(A)(B)に示すように中心骨8aから遠ざかる先端側に向って枝骨8bが幅狭(c<d)でかつ板厚が薄く(a<b)なるようになっていても良いし、図8に示すように中心骨8aから遠ざかるにしたがって枝骨8bが先細り形状でかつ板厚が薄く(a<b)なるようになっていてもよい。このように、枝骨8bの先端側が幅狭若しくは先細り形状とすることにより、可撓性が増大し、回転羽根4の軽量化を図れるうえに、柔軟性が増してシート材12の撓みを利用して微風、弱風、涼風、強風など様々な風をとらえやすくなる。尚、図7及び図8において直交軸5に設けられる風受け板9は省略されている。
Further, as shown in FIGS. 4 to 6, the shape of the
また、図2に示すように、第1羽根部6は直交軸5に対して中心骨8a側に設けられた第1ヒンジ部6aにより揺動可能に組み付けられている。また、第2羽根部7は直交軸5に対して中心骨8a側に設けられた第2ヒンジ部7aにより揺動可能に組み付けられている。第1ヒンジ部6aと第2ヒンジ部7aは、直交軸5の軸方向に交互に配置されている。
上記構成によれば、回転羽根4の重量が軽量でわずかな風圧を受けて直交軸5回りの第1羽根部6と第2羽根部7の開き角が所定範囲まで増大し、風の抵抗を受けると直交軸回りの開き角が所定範囲まで減少して、回転羽根4を垂直軸2と一体になって効率良く回転させることができる。
In addition, as shown in FIG. 2, the
According to the above configuration, the
図5(A)(B)に示すように、直交軸5には回転羽根4の開閉角度を規制する角度規制部10が設けられている。具体的には、第1羽根部6及び第2羽根部7が、風下側に向う回転位置で風圧を受けて直交軸5回りの開き角度が増大する向きに上下に開いた際に開き角を所定範囲に規制する開き側ストッパー10aと、風上に向う回転位置で風圧を受けると当該開き角度が減少するように閉じた際に開き角を所定範囲に規制する閉じ側ストッパー10bが設けられている。本実施例では、角度規制部10は直交軸5と同心状に設けられた円筒体10cの周方向にスリット10dが設けられており、スリット10dの回転方向両端部が開き側ストッパー10a及び閉じ側ストッパー10bとなっている。尚、角度規制部10はスリット形状に限らず、直交軸5回りに突起などのストッパーを突設してもよい。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
また、直交軸5にはアシストばね11が嵌め込まれていてもよい。このアシストばね11は捩じりコイルばね、形状記憶ばね等が用いられる。アシストばね11の一端は第1羽根部6に連結され、他端は第2羽根部7に連結されている。これにより、風圧を受けたとき及び抵抗を受けたときに回転羽根4が開閉する際の開閉動作をアシストすることにより、第1羽根部6と第2羽根部7の開閉動作が速くなり流体損失を減らすことができる。
Further, an
図5(A)は風下に向い回転位置で風圧を受けて第1羽根部6及び第2羽根部7が、直交軸5回りの開き角度が増大する向きに開いた際に開き側ストッパー10aに当接した状態を示す。また、図5(B)は、風上に向う回転位置で風圧を受けた第1羽根部6と第2羽根部7が直交軸5回りの開き角度が減少するように閉じた際に閉じ側ストッパー10bに当接した状態を示す。
FIG. 5A shows the
図6において、垂直軸2の軸方向下方の回転角を0度とし軸方向上方の回転角を180度とすると、角度規制部材10は、第1羽根部6を直交軸5回りに90度より大きく180度より小さい範囲で揺動させる。図6では、第1羽根部6は直交軸5回りに105度から165度のおよそ60度の範囲で揺動する。また、第2羽根部7は直交軸5回りに15度から75度のおよそ60度の範囲で揺動させる。
これにより、風下に向う回転位置で第1羽根部6と第2羽根部7とが風圧を受けて180度に近い開き角まで開くので、広い面積で風圧を受けて十分な回転力(トルク)を発生させることができる。また、風上に向かう回転位置で90度に近い位置まで閉じるので、風の抵抗を受け難くして回転羽根4を効率良く回転し続けることができる。
よって、風向きや風の抵抗の影響を受け難いのでわずかな風圧を受けて回転羽根4が回転し、風車を回転駆動することができる。
In FIG. 6, when the rotation angle below the
As a result, the
Therefore, since it is difficult to be influenced by the wind direction and wind resistance, the
尚、第1羽根部6と第2羽根部7との回転範囲は、上記範囲に限定されるものではなく、揺動範囲も必ずしも同じにする必要はない。具体的には角度規制部10のスリット10dの範囲を変更することで任意の揺動範囲に変更することができる。例えば、第2羽根部7を自重で垂下して0度位置から風の抵抗を受けて90度付近まで揺動するようにしても良い。第2羽根部7は90度位置まで揺動すると、風下に向う位置で羽根が開き難くなるためそれより小さい範囲で揺動するのが望ましい。また、第1羽根部6は90度より大きい仰角(例えば95度)から180度付近(例えば175度)の範囲で揺動するようにしてもよい。第1羽根部6も90度位置まで揺動すると、風下に向う位置で羽根が開き難くなるためそれより大きい範囲で揺動するのが望ましい。また、第1羽根部6と第2羽根部7に連結するアシストばね11を省略するようにしてもよい。
In addition, the rotation range of the 1st blade |
図1に示すように、垂直軸2には軸方向に5箇所で直交軸5が回転可能に互いに交差して組み付けられている。よって、回転羽根4が開閉しても垂直軸方向に隣り合う直交軸5に設けられた回転羽根4どうしが開閉しても干渉することはない。従って、垂直軸方向に隣り合う直交軸5に設けられた第2羽根部7と第1羽根部6とは互いに重なり合うように直交軸5が垂直軸2に組み付けられている。
これにより、垂直軸2の軸方向に回転羽根4を互いに干渉することなく数多く組み付けることができ、垂直方向の高さを押さえつつ風の流れの向きにかかわらず回転効率や回転力を増大することができる。
As shown in FIG. 1,
As a result, a large number of
また、垂直軸風力発電装置においては、風車1の垂直軸2に固定される直交軸5にシート状の回転羽根4が互いに重なり合うように組み付けられるので、回転羽根4の軸方向長さが20m以上の大型の風車1はもちろん、それより小型軽量化が可能であり、可搬性、組立性、メンテナンス性が良く、風向きにかかわらずわずかな流量でも発電する発電効率の良い垂直軸風力発電装置を提供することができる。
In the vertical axis wind power generator, since the sheet-
また、図9(A)に示すように垂直軸風力発電装置を使用しない場合には、各直交軸5と垂直軸2との固定(ビス止め等)を解除して、各直交軸5を連結部5aどうしが積み重なるように発電機3の本体上に重ねておくと置き場所を取らずに収納に便利である。この場合、直交軸5の両側に設けられた第1可動羽根6及び第2可動羽根7を当該直交軸5回りの開き角を減少させることにより、直交軸5どうしを垂直軸2に沿って重ね合わせて、回転羽根4をコンパクトに畳むことができる。
Further, as shown in FIG. 9 (A), when the vertical axis wind power generator is not used, the fixing (screwing or the like) between each
また、図9(B)に示すように、垂直軸風力発電装置を移動する場合には、各直交軸5と垂直軸2との固定(ビス止め等)を解除して、垂直軸2の先端より貫通孔5bを引き抜いて直交軸5の連結部5aを各々取り外すことにより、回転羽根4を垂直軸2から取り外して発電機3とは別に搬送することができ、可搬性が向上するうえに再度垂直軸風力発電装置を組み立てるのに手間取ることもない。
Further, as shown in FIG. 9B, when moving the vertical axis wind power generator, the fixing (screwing etc.) between each
図10は他例に係る垂直軸発電装置の軸方向断面図である。上述した垂直軸発電装置は、比較的小型化に適した構造であったが、垂直軸2の高さが30mを超え回転羽根4の直径(直交軸5の長さ)が20mを超えるような大型の垂直軸発電装置の場合、流体圧による垂直軸2自体の振動が大きくなり設置強度が低下し回転むらなどによる損失が大きくなるおそれもある。このため、垂直軸2の構造を、固定軸(支柱)2aとその周囲に筒状の回転軸2bを同心状に配置した二重構造としてもよい。設置面には、固定軸2aを挿入する挿入孔13aが設けられたベース部(基礎)13が埋設されている。ベース部13上に発電機3の回転子軸孔3aを挿入孔13aに位置合わせして設置する。そして、発電機3の回転子軸孔3aを通じて挿入孔13aに固定軸2aを挿入固定する。また、固定軸2aと同心配置された回転軸2bは発電機3の回転子(図示せず)と回転可能に連結される。回転軸2bは発電機3に軸受3bによって回転可能に軸支されている。回転羽根4は前述した実施例と同様に各直交軸5を回転軸2bが挿通して径方向にビス等で固定されて組み付けられている。或いは回転軸2bの外周に突設された軸部に対して直交軸5が嵌合して各々組み付けられていてもよい。図10では回転軸2bの軸方向に等間隔で3か所に直交軸5が組み付けられている。尚、直交軸5は分割されており回転羽根4の大きさに合わせて互いに嵌め合わせて組み付けてもよい。
上記構成によれば、大型の回転羽根4を用いた大型の垂直軸発電装置を流体圧による軸ぶれや振動を抑えて設置強度を維持することができ、回転むらを抑えて損失を低減することができる。
FIG. 10 is a sectional view in the axial direction of a vertical axis power generator according to another example. The vertical axis power generator described above has a structure that is relatively suitable for downsizing, but the height of the
According to the above configuration, a large vertical shaft power generator using large
以上説明したように、時事刻々変化する風の流れや水流、潮流などの垂直軸2回りに360度いずれの向きに流体の流れが変化(乱流等が発生)しても、回転羽根4が流体の向きや流体抵抗の影響を受け難いので流体力学的損失が少なく、わずかな流体圧を受けて回転羽根4が垂直軸2と一体となって効率よく回転し、動力を発生させることができる。
As described above, even if the flow of fluid changes in any direction of 360 degrees around the
尚、上述した動力発生装置は風車1を例示し、垂直軸発電装置は風力発電装置を例示して説明したが、流体が風以外のもの、例えば水等の流体であれば水車、水力発電装置或いは海水の流れを利用した潮流発電装置等に適用することも可能である。
更には、これら様々な流体圧(風圧、水圧、潮流等)を用いた発電装置を組み合わせたり、これらと他の再生可能な自然エネルギー、例えば太陽光発電とを適宜組み合わせた複合型の発電装置に用いてもよい。
The power generation device described above is exemplified by the
Furthermore, it is possible to combine a power generation device using these various fluid pressures (wind pressure, water pressure, tidal current, etc.), or a combined power generation device appropriately combining these and other renewable natural energy such as solar power generation. It may be used.
1 風車
2 垂直軸
2a 固定軸(支柱)
2b 回転軸
3 発電機
3a 回転子軸孔
3b 軸受
4 回転羽根
5 直交軸
5a 連結部
5b 貫通孔
6 第1羽根部
6a 第1ヒンジ部
6b,7b 外周側端部
7 第2羽根部
7a 第2ヒンジ部
8 骨格部
8a 中心骨
8b 枝骨
9 風受け板
10 角度規制部
10a 開き側ストッパー
10b 閉じ側ストッパー
10c 円筒体
10d スリット
11 アシストばね
12 シート材
13 ベース部(基礎)
13a 挿入孔
1 windmill
2
2b Rotating shaft
3 Generator
3a
5
6 First blade
6a 1st hinge part
6b, 7b Outer peripheral side end
7 Second blade
7a Second hinge part
8 Skeleton
8a central bone
8b branch bone
9 Wind receiving plate
10 Angle control part
10a Opening side stopper
10b Close side stopper
10c cylinder
10d slit
11
13 Base (basic)
13a Insertion hole
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