(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-29
(45)【発行日】2023-07-07
(54)【発明の名称】風力発電機
(51)【国際特許分類】
F03D 7/04 20060101AFI20230630BHJP
F03D 3/02 20060101ALI20230630BHJP
F03D 3/06 20060101ALI20230630BHJP
F03B 15/08 20060101ALI20230630BHJP
H02K 7/18 20060101ALI20230630BHJP
H02P 9/00 20060101ALI20230630BHJP
H02P 101/15 20150101ALN20230630BHJP
【ＦＩ】
F03D7/04 M
F03D3/02 B
F03D3/06 G
F03D7/04 H
F03B15/08
H02K7/18 A
H02P9/00 F
H02P101:15
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020161455
(22)【出願日】2020-09-08
(65)【公開番号】P2022045298
(43)【公開日】2022-03-18
【審査請求日】2022-08-15
【権利譲渡・実施許諾】特許権者において、権利譲渡・実施許諾の用意がある。
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】503227427
【氏名又は名称】山田 浩一
(72)【発明者】
【氏名】山田 浩一
【審査官】藤原 弘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０９６２３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５１５４５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０５４６４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－０４１４７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／０７３８１３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０００－２３４５８２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０３Ｄ ３／００－８０／８０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項2】
前記駆動モーター（１５）は前記円盤スライドレール（３）を前記駆動モーター（１５）を回転することにより直線レール（１４）上で移動させ、そうすると前記円盤スライドレール（３）と前記ローター（５）との距離を変化し、前記ブレード（４）のピッチ角が変わり、前記ブレード（４）が受ける風の運動エネルギーが変わると回転速度が変わり、よって前記ローター（５）の回転速度を自動調整される請求項１記載の風力発電機。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、垂直軸風力発電機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
この種の風力発電機として、本出願人の提案に係る風力発電機が公知である（特許文献１）。図５に示すように、風車の回転翼（２０）の向きを変更するために、各アーム部材（１２）に作動円盤（４０）と重錘（５２）とリターンスプリング（５１）の部材を設置しています。
【0003】
変向軸（３０）の軸心に沿って延在するボス部材（１３）と、ボス部材（１３）から出力軸（１）に向けて延出し、これらボス部材（１３）と出力軸（１）の先端部との間を互い連結するアーム部材（１２）と、を備え、アーム部材（１２）が回転翼（２０）における変向軸（３０）の軸心に沿った略中央部に位置する態様でボス部材（１３）を当該回転翼（２０）に配置し、該ボス部材（１３）の角端部と、回転翼（２０）との間をそれぞれ変向軸（３０）を介して相対的に回転可能に支持させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図６に示したように、特許文献１の風車は主要部品だけて７０点以上になります。部品が多いので、生産コストと設置コストが高くなります。また、構造が複雑ですので、稼働中故障する確率が高い為維持コストが高くなります。
【0006】
固定マグネット４４と円盤用マグネット４５とリターンスプリング５１をたくさん使用されています。マグネットとスプリングは温度など環境の変化に弱い、耐久性が悪く、トラブル発生し易い部品です。従って上記風車は長期間安定的な稼動は困難になる為、発電効率は悪くなります。
【0007】
上記風車の回転部分に固定マグネット４４と円盤用マグネット４５と作動円盤（４０）と重錘（５２）など重い部品をたくさん使用したため、重量が重くなり、摩擦抵抗が大きい為、起動が困難になり、発電効率が悪く実用化に向かないと思われます。
【0008】
上記事情に鑑みて、本発明の目的は構造が簡単でトラブルに強く、コストが安くで、高効率な風力発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明はダウンウィンド方式を採用することを特徴とする垂直軸風力発電機です。ローターは風見鶏の役目を果たしていますので、風向の変化に瞬時に対応できます。
【0010】
ローターの回転速度を制御できることを特徴とする垂直軸風力発電機。速度制御装置を通じて、ブレードのピッチ角の変化範囲を調整することによって風速が変動しても回転速度を定額範囲内にコントロールすることができる。
【0011】
本発明は一定の速度で流れる流体のエネルギー変換装置として適用する。風能と電気エネルギー間、または水力エネルギーと電気エネルギー間などのエネルギー交換用に適用する。即ち、風力発電機以外の分野に展開できます。例えば、ファン、水力発電機、ポンプなどとして適用します。
【発明の効果】
【0012】
本発明の風力発電機の前記ブレードは、前記円盤スライドレールを介して、前記ローター回転軸を中心に公転運動する同時にピッチ角を変化する、そうすると、前記ブレードの回転抵抗を最小限に抑えられ、前記ローターは容易に起動できます。更に、前記ブレードの断面形状は翼型にしっており、回転時に大きいな揚力を得らるため、回転速度が速くなりパワー係数が高くなります。よって、風車は簡単な構造で高効率化を実現できます。
【0013】
本発明の風力発電機は垂直軸形です。前記ブレードは地面と垂直方向に設置されますので、同等出力の水平軸風力発電機より、ローター直径は小さくなり、コンパクトになります。大型水平軸風車が設置できないような離島や、山間部にも簡単に設置することが可能になりました。更に、前記ブレードはシンプルな形状で複雑な計算が要らず生産しやすい、また輸送や、現場組み立て作業も容易になります。従ってコストが安くできます。
【0014】
本発明の風力発電機は図３のようにダウンウィンド方式を採用しています、前記ローター枠の回転軸方向から風を受けます。前記ローターは風見鶏の役目を果たしていますので、風向の変化に瞬時に対応できます。水平軸風力発電機のような重くて複雑な方位制御システムが必要としないので、簡単な構造で稼動できます。また、本発明の風力発電機の前記ブレードの両端を固定した安定な構造を採用しており、視覚的安心感が得られますので、公園などさまざまな場所に容易に設置することができるようになりました。
【0015】
前記ローターは複数個を組み合わせて使用することができます。場合によって逆回転設置することができます。よって更に高い発電効率をえられます。
【0016】
本発明は一定の速度で流れる流体のエネルギー変換装置として適用する。風能と電気エネルギー間、または水力エネルギーと電気エネルギー間などのエネルギー交換用に適用する。即ち、風力発電機以外の分野に展開できます。例えば、ファン、水力発電機、ポンプなどとして適用します。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明の技術提案をよく理解するために、実施例をあげて説明します。この説明内容は本発明の実施例の一部分にすぎず、全部ではありません。従って本実施例を元に非創造的に展開する実施例についてすべて本発明の保護権利範囲内である。
【0019】
本発明の明細書の中に「中心」、「垂直」、「上」、「点」などの方向または位置を指する用語は単なる構成図などを説明するための言葉であり、特定な方向または位置を指定している訳けではありませんので、本発明への制限と理解しではいけません。
【0020】
本発明の明細書の中に「組み立て」、「接続」の用語は汎意的に理解すべきです。例えば、「固定接続」とは取り外す可能な接続でもよいし、一体化でもよい；機械的な接続でもよいし、電気的な接続でもよい；直接の接続でもよいし、媒介を介しての接続でもよい；また二つ部品内部の接続でもよい。状況に応じて理解すればよろしいと思います。
【実施例】
【0021】
本発明は構造が簡単でトラブルに強く、コストも安くで，高効率な風力発電機を提供します。
【0022】
その一実施例として図１のように主な部品はタワー１、ローター５、ローター枠６、円盤スライドレール３、ブレード４、駆動モーター１５、発電モーター８、制御盤１３と基礎９を含まれています。
【0023】
ローター５、円盤スライドレール３、ブレード４、駆動モーター１５及び発電モーター８はローター枠６に設置します。
【0024】
ローター５とローター枠６が回転可能に接続する。
【0025】
ローター枠６とタワー１が回転可能に接続する。
【0026】
円盤スライドレール３とローター５と偏芯設置します。
【0027】
円盤スライドレール３の形状は真円に限らず、他の形状に設計する場合があります。円盤スライドレール３はブレード４と接続し、ローター５を公転運動をする同時にブレード４をピッチ角を変化させることが目的です。
【0028】
ブレード４は二つの接続点を通じて風車に接続しています。具体的に点Ａ１０と点Ｂ１１になります。
【0029】
点Ａ１０はローター５と回転可能に接続します。
【0030】
点Ｂ１１は円盤スライドレール３とスライド可能に接続します。
【0031】
即ちブレード４は点Ａ１０を通じてローター５と公転することができます、同時に点Ｂ１１で円盤スライドレール３を介してピッチ角を変化することができるようなります。
【0032】
そすると、ローター５は一定方向の風に対して回転抵抗が最少になり、始動が容易になります。この特徴を応じて、図３のようにダウンウィンド方式を採用しております。ローター５は風見鶏の役目をはたしていますので、風向の変化に瞬時に対応できます。
【0033】
優化された実施例のローター５の使用数量は二つになります。一つは正回転にし、もう一台は逆回転に設置することによって、風車は稼動時の寄りや振動を抑えられ、より安定的な稼動ができるため、発電効率をより高く得られます。
【0034】
優化された実施例のブレード４の使用数量はローター５一つにつき４枚になります。ローター５は二つあるため、ブレード４の使用総数は８枚になります。
【0035】
ブレード４はすべて同一形状で、同一重量になります、また、図２に示したように、ローター回転軸２の中心を対称に取り付けます。
【0036】
ブレード４の断面形状は翼型にしています。翼型のブレードは空気力学上最も大きいなパワーを得られるから採用しています。
【0037】
ブレード４の素材は軽量で丈夫なＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）か、アルミなどを使用します。ローター５の軽量化によって回転抵抗が小さくなり、低い風速で自己起動が容易にできる為、発電効率がよくなります。
【0038】
本発明の風力発電機は基礎９を含まれています。基礎９はタワー１と固定接続します。基礎９とタワー１は十分な強度を持ち、風力発電機の通常稼動を支える基盤になります。
【0039】
本発明の風力発電機は垂直軸形です。ブレード４は地面と垂直方向に設置されますので、同等出力の水平軸風力発電機より、ローター５直径は小さくなり、コンパクトになり、騒音が小さいです。大型水平軸風車が設置できないよ離島や、山間部にも容易に設置することが可能になりました。更に、ブレード４シンプルな形状で複雑な計算が要らず生産しやすい、また輸送、現場組み立て作業も容易になります。従ってコストが安くできます。
【0040】
本発明の風力発電機は速度制御機構を設置しています。図４に示したように、風の弱いときは、ブレード４のピッチ角を小さく調整して風を多く受けます。よって、起動が容易にできます。風速が必要以上に速くなったとき、ブレード４のピッチ角を大きくして、余分な風を受け流します、ローター５の回転速度を定額範囲内にコントロールします。よって、風力発電機の発電時間が長くなり、発電量が高くなります。また、台風などの異常気象に対応できで、トラブルに強くなります。
【0041】
具体的に言うと、図４のように、風速が必要以上になったとき、制御ボックス１３が駆動モーター１５を回転させ、円盤スライドレール３をローター枠６に設置された直線レール１４の上で移動させます。ローター５と円盤スライドレール３との中心距離が大きくなり、ブレード４のピッチ角を大きくなります、すると、余分な風は受け流し、ローター５の回転が遅くなり、よって、回転速度を定額範囲内にコントロールすることができました。風の弱い場合の駆動モーター１５の動作は逆になります。
【0042】
本発明の風力発電機の構造は一定の速度で流れる流体のエネルギー変換装置として適用します。即ち、風能と電気エネルギー間、または水力エネルギーと電気エネルギー間などのエネルギー交換用に適用する。風力発電機以外の分野に展開できます。例えば、ファン、水力発電機、ポンプなどとして適用できます。
【0043】
本発明の風力発電機は安全対応のブレーキシステムを設置しています。制御ボックス１３が異常な回転数または異常な温度などを感知した時にブレーキ１２を作動て、風車発電システムの運転を停止します。
【0044】
最後に説明したいことは、上記実施例の説明内容は本発明を理解するためのものです、本発明にたいする制限ではありません；また上記実施例の説明内容を変更、修正することがありますが、本質的な内容を変わることではありません。
【符号の説明】
【0045】
１、 タワー
２、 ローター回転軸
３、 円盤スライドレール
４、 ブレード
５、 ローター
６、 ローター枠
７、 風向
８、 発電モーター
９、 基礎
１０、 点Ａ
１１、 点Ｂ
１２、 ブレーキ
１３、 制御ボックス
１４、 直線レール
１５、 駆動モーター
２、 ローター回転軸
３、 円盤スライドレール
４、 ブレード
５、 ローター
６、 ローター枠
７、 風向
８、 発電モーター
９、 基礎
１０、 点Ａ
１１、 点Ｂ
１２、 ブレーキ
１３、 制御ボックス
１４、 直線レール
１５、 駆動モーター
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】