【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風車発電装置等に適用され、棒状に形成された翼を垂直に立設された風車軸の周方向に沿って複数個配置して各翼の両端部を前記風車軸に固着してなる翼構造体を有し、前記風車軸に前記翼構造体を１個あるいは複数個取り付けて構成された風車組立体を備えた風車装置、特に該風車組立体に直結される発電機を備えた風車装置を地面上に設置してなる風車装置の設置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風車発電装置等に適用される風車装置にあっては、風力のエネルギーを有効に利用して風車装置の出力を増大する手段が種々提案されている。図５は、かかる手段の１つとして非特許文献１（小型風車ハンドブック（株式会社 パワー社発行））に開示されているダリウス型風車装置の概略側面図である。
【０００３】
図５において、２は垂直に立設された風車軸、１は棒状に形成された翼で、該翼１を前記風車軸２の周方向に沿って複数個（この例では３個）配置して各翼１の上端部及び下端部を前記風車軸２に固着している。前記棒状の翼１は図示のようにその中央部を風車軸２の半径方向に張り出してトロポスキエン（縄跳びの縄）状に形成するとともに、その翼プロフィルを図５（Ａ）のＺ―Ｚ断面図である図５（Ｂ）に示すように、空気流Ｕにより腹面１ｂから背面１ａに向けて（その逆でもよい）揚力Ｌが発生するような翼プロフィルとしている。
６は前記風車軸２の出力端に連結された発電機、７０は前記風車軸２内に貫設された支柱（図示省略）の上端に設けられた連結部７１と地面７２の複数箇所とを結合する倒れ防止用の支持索である。
【０００４】
かかるダリウス型風車装置の運転時において、空気流Ｕが翼１に作用すると、該翼１の翼プロフィルの形状により背面１ａに沿う流速が腹面１ｂに沿う流速よりも大きくなり（その逆でもよい）、かかる流速の差により前記腹面１ｂから背面１ａに向かう（その逆でもよい）揚力Ｌが発生する。かかる揚力Ｌは夫々の翼１に発生し、この揚力Ｌにより図の矢印で示すような回転力が発生して風車軸２が回転駆動せしめられる。
【０００５】
【非特許文献１】
小型風車ハンドブック（株式会社 パワー社発行）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示されるダリウス型風車装置にあっては、下部を地中に固定されて垂直に立設された比較的細径長尺で片持ち梁状の支柱の外周に、翼１が固定された風車軸２を嵌挿する構造になっており、支柱（図示省略）の上端に設けられた連結部７１と地面７２とを支持索７０により結合して、強風等の横荷重に対する倒れを回避している。
【０００７】
このため、かかる従来技術にあっては、風車装置毎に複数の支持索７０により地面７２に支持する支持構造であることから、風車装置１台当たりの設置面積が大きくなって単位面積当たりの風車装置の設置台数が少なく、大出力の風車装置プラント得るには膨大な設置面積を必要とする。
また、かかるダリウス型風車装置にあっては、風車装置上端の連結部７１と地面７２の複数箇所とを結合する支持索７０により倒れを防止しているため、複数台の風車装置を設置する場合には、前記のように膨大な設置面積を要する割には複数台の風車装置全体の支持剛性が低い。
等の問題点を有している、
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、棒状に形成された翼を風車軸に固着してなる翼構造体を垂直に立設された風車軸に複数個取り付けて構成された風車組立体を複数個立設してなる風車装置において、単位面積当たりの風車装置の設置台数を増大することにより、最小限の設置面積で以って大出力の風車装置を得るとともに、強風や地震等による倒れを確実に回避し得る高い支持剛性を有して風車装置の安全運転を可能とした風車装置の設置構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、空気流により揚力を発生可能な翼プロフィルを有する棒状の翼を、支柱に回転可能に嵌挿される風車軸の周方向に沿って複数個配置して各翼の両端部を前記風車軸に固着してなる翼構造体を有し、該翼構造体を前記風車軸に１個あるいは該風車軸の軸方向に沿って複数個取り付けてなる風車組立体を備えた風車装置の設置構造において、前記風車装置を３台以上地面上に垂直に立設し、垂直に立設された前記風車装置を構成する縦式風車組立体の頂部間に、前記風車組立体を横置きにして構成された横式風車組立体を介装し、該縦式風車組立体の風車軸と横式風車組立体の風車軸とを回転可能に連結するとともに該縦式風車組立体の支柱及び横式風車組立体の支柱の端部同士を固定してなる連結機構を備えたことを特徴とする風車装置の設置構造を提案する。
【００１０】
請求項１において、好ましくは請求項２、３、４のように構成するのがよい。即ち請求項２においては、前記横式風車組立体を３台単位で、各横式風車組立体の風車軸を平面配置において三角形状のトラス構造になるような連結形態で以って前記連結機構により連結してなる。
請求項３においては、平面配置において最外側に位置する前記縦式風車組立体の頂部を地面連結索により地面に連結してなる。
【００１１】
請求項４においては、前記連結機構は、具体的には、前記縦式風車組立体の風車軸の軸端部に装着されたべベルギヤと横式風車組立体の軸端部に装着されたべベルギヤとを噛み合わせるとともに、前記縦式風車組立体の支柱と横式風車組立体の支柱とを連結継手を介して連結して構成される。
【００１２】
かかる発明によれば、支柱に回転可能に嵌挿される風車軸の周方向に沿って複数個配置された棒状の翼の両端部を該風車軸に固着した翼構造体を前記風車軸に１個あるいは該風車軸の軸方向に沿って複数個取り付けてなる風車組立体を、地面上に複数台立設して縦式風車組立体を構成し、３台以上の該縦式風車組立体の頂部間に、前記風車組立体を横置きにして構成された横式風車組立体を設置して、連結機構により該縦式風車組立体及び横式風車組立体の風車軸同士を回転可能に連結するとともに前記両風車組立体の支柱の端部同士を固定して連結し、かつ請求項２のように各横式風車組立体の風車軸及び支柱を平面配置において３台単位で三角形状のトラス構造になるような連結形態で以って連結して、３台単位での横式風車組立体同士の連結によって高剛性のトラス構造体を構成したので、かかる横式風車組立体からなる高剛性のトラス構造体を地面上に立設された３台以上の縦式風車組立体の頂部に連結機構を介して支持した支持構造となって、複数の風車装置間の結合を弛みの生ずることのない強固な結合体構造とすることができる。
加えて請求項３のように、平面配置において最外側に位置する前記縦式風車組立体の頂部を地面連結索により地面に連結すれば、前記風車装置間の結合がさらに強固な結合体構造となる。
これにより、多数の風車装置を突風等の大きな横荷重に対しても倒れを生ずることなく強固に地面上に設置することができる。
【００１３】
また、地面上に三角形状に配置され立設された３台の縦式風車組立体の頂部間を３台のトラス構造体からなる横式風車組立体を介して連結することにより、縦式風車組立体３台分の設置面積で該縦式風車組立体３台及び横式風車組立体３台の計６台の風車組立体を設置することができ、つまり該縦式風車組立体の数の２倍の風車組立体を設置することができる。
さらには、地面上に立設された縦式風車組立体の頂部間に横式風車組立体を介して連結するように構成しているので、該横式風車組立体を風力エネルギーの大きい高所に設置できて、該横式風車組立体の出力を増大できる。
【００１４】
これにより、単位設置面積当たりの風車装置の出力を、前記非特許文献１を含む従来技術のような風車装置を該風車装置毎に複数の地面連結索で地面に固定する方式に比べて大幅に増大することができ、従って単位面積当たりの風車装置の設置台数を増大が容易となり、最小限の設置面積で以って大出力の風車装置プラントを得ることができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は請求項１において、前記縦式風車組立体を有する風車装置に、該縦式風車組立体の下部に直結駆動される発電機を設けてなることを特徴とする。
請求項５において、好ましくは請求項６のように、前記縦式風車組立体の支柱内に中空部を形成し、前記発電機からの送電線を該中空部を通して外部に導出してなるのがよい。
このように構成すれば、横式風車組立体の回転力を連結機構を介して縦式風車組立体に伝達し、該横式風車組立体の回転力に縦式風車組立体自体の回転力を重畳して、該縦式風車組立体の下部に設置された発電機を駆動することができる。従って、前記横式風車組立体には直結駆動の発電機を必要とせず、発電機の設置台数が低減できて、構造を簡単化できるとともに、装置コストも低減できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
図１は本発明の実施例に係る風車装置の設置構造を示し、（Ａ）はその側面構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ線断面図である。図２は前記風車装置の平面配置構成図である。図３は連結機構の詳細を示す図１のＹ部拡大断面図である。図４は発電機及び風車組立体の要部概略断面図である。
【００１８】
本発明の第１実施例を示す図１〜２において、０１はダリウス型風車からなる縦式風車組立体であり、次のように構成されている。
２は垂直に立設された風車軸であり、該風車軸２には棒状に形成された翼１を該風車軸２の周方向に沿って複数個（この例では３個）配置して各翼１の上端部及び下端部を前記風車軸２に固着してなる翼構造体００１が、該風車軸２の軸方向に沿って２個（１個でも３個以上でもよい）取り付けられている。
６は前記風車軸２の出力端である下端部に連結された発電機、３は前記風車組立体０１を支持する支持基台である。
前記翼構造体００１を備えた縦式風車組立体０１あるいは後述する横式風車組立体０１１及び該縦式風車組立体０１に直結される発電機６及び支持基台３等により、風車装置を構成する。
【００１９】
前記翼構造体００１を構成する翼１は、その翼プロフィルを図１（Ｂ）に示すように、空気流Ｕにより腹面１ｂから背面１ａに向けて（その逆方向でもよい）揚力Ｌが発生するような翼プロフィルを有し、その中央部を風車軸２の半径方向に張り出してトロポスキエン（縄跳びの縄）状に形成している。尚該翼構造体００１自体の構造は図５に示されるダリウス型風車と同様である。
【００２０】
かかる実施例においては、前記縦式風車組立体０１あるいは後述する横式風車組立体０１１及び該縦式風車組立体０１に直結される発電機６及び支持基台３等からなる風車装置を、次のような配置構造で設置している。
図１〜２において、０１１は横式風車組立体で、前記のように構成された縦式風車組立体０１と同様な構造の風車組立体を横置きにして構成されている。
そして、地面１５上に立設された前記縦式風車組立体０１の３台単位で、該縦式風車組立体０１と前記横式風車組立体０１１との風車軸２同士を、後述する連結機構１１で以って回転可能に連結するとともに前記両風車組立体０１、０１１の支柱０３０（図３参照）の端部同士を固定して、各横式風車組立体０１１の風車軸２及び支柱０３０を、図２に示されるように平面配置において三角形状のトラス構造になるような連結形態で以って連結する。
これにより、横式風車組立体０１１からなる三角形状のトラス構造体の頂点を地面１５上に立設された縦式風車組立体０１で支持するように構成された高剛性の構造体が得られる。
【００２１】
さらに、前記三角形状のトラス構造の頂点になる縦式風車組立体０１のうち、平面配置において最外側に位置する縦式風車組立体０１の頂部の複数箇所を地面連結索１６により地面１５に連結する。
この地面連結部１３は、最外側の周方向に沿って配置される縦式風車組立体０１の頂点に連結される地面連結索１６の張力が均一になるように配置する。
また図１において、前記発電機６及び支持基台３はこの実施例のように、地面１５から上部に露出させてもよく、あるいは地中に埋設してもよい。
【００２２】
また、前記連結機構１１の詳細を示す図３において、２は中空の風車軸、０３は該風車軸２の内側を貫通して設けられた支柱である。１１１は前記縦式風車組立体０１における風車軸２の軸端部外周に固着されたべベルギヤ、１１２は前記横式風車組立体０１１における風車軸２の軸端部外周に固着されたべベルギヤで、該縦式風車組立体０１側のべベルギヤ１１１の両側に横式風車組立体０１１側のべベルギヤ１１２が直交する（必ずしも直交でなく、９０°に近い角度であればよい）ように噛み合い、横式風車組立体０１１における風車軸２の回転力をべベルギヤ１１２を介して縦式風車組立体０１のべベルギヤ１１１、及びに風車軸２に伝達するようになっている。
【００２３】
前記縦式風車組立体０１の支柱０３の上部外周と前記風車軸２の上部内周との間には軸受１１４が介装され、該風車軸２は支柱０３に軸受１１４を介して回転可能に支持されている。また前記横式風車組立体０１１の支柱０３の上部外周と前記風車軸２の上部内周との間には軸受１１３が介装され、該風車軸２は支柱０３に軸受１１３を介して回転可能に支持されている。
また、１１５は三方に嵌合穴１１５ｂ、１１５ａ、１１５ａが穿孔されたＴ字状のコネクタで、該コネクタ１１５の垂直方向嵌合穴１１５ｂには前記縦式風車組立体０１の支柱０３の先端部０３ｃがストッパ１１８まで圧挿され、対向する水平方向嵌合穴１１５ａ、１１５ａには前記横式風車組立体０１１の先端部０３０ｃ，０３０ｃが所定長さ圧挿されて、該コネクタ１１５により、前記縦式風車組立体０１の支柱０３、及び対をなす前記横式風車組立体０１１の支柱０３０、０３０が固定形態で連結されている。
１１６は前記コネクタ１１５を縦式風車組立体０１の支柱先端部０３ｃに締め付けるためのナットである。また、０３ｂは前記発電機６からの送電線２０が挿通される中空部、１１７は該中空部０３ｂに連通される孔である。
【００２４】
図４において、６は前記縦式風車組立体０１の風車軸２の下端部に直結された発電機であり、該発電機６からの送電線２０は支柱０３内の中空部０３ｂを貫通して前記連結機構１１を経て外部に導出される。図４において、２２，２３は翼１が固定された風車軸２を支柱０３に支持する軸受である。
【００２５】
かかる構成からなるダリウス型風車装置の運転時において、図１（Ｂ）に示されるように、空気流Ｕが翼１に作用すると、該翼１の翼プロフィルの形状により背面１ａに沿う流速が腹面１ｂに沿う流速よりも大きくなり（その逆でもよい）、かかる流速の差により前記腹面１ｂから背面１ａに向かう（その逆でもよい）揚力Ｌが発生する。かかる揚力Ｌは夫々の翼１に発生し、この揚力Ｌにより回転力が発生して風車軸２が回転駆動せしめられる。
前記翼１はトロポスキエン（縄跳びの縄）状に形成されているため、回転時に翼自体に曲げモーメントがかからず、また風向きに関係なく回転力を得ることができる。
【００２６】
かかる実施例によれば、３台単位での横式風車組立体０１１同士の連結による高剛性のトラス構造体を構成し、かかる横式風車組立体０１１からなる高剛性のトラス構造体の頂点部を、地面１５上に立設された縦式風車組立体０１の頂部に連結機構１１を介して支持した支持構造となって、複数の風車装置間の結合を強固な結合体構造とすることができる。
さらに、前記のような、横式風車組立体０１１からなるトラス構造体を地面１５上に立設された縦式風車組立体０１で支持した高剛性の構造体の頂部を地面連結索１６により地面１５に連結することによって、風車装置間の結合が弛みを生ずることのない、さらに強固な結合体構造となり、多数の風車装置を突風等の大きな横荷重に対しても倒れを生ずることなく強固に地面１５上に設置することが可能となる。
【００２７】
また、地面１５上に三角形状に配置され立設された３台の縦式風車組立体０１の頂部間を３台のトラス構造体からなる横式風車組立体０１１を介して連結することにより、縦式風車組立体０１の３台分の設置面積で該縦式風車組立体０１を３台及び横式風車組立体０１１を３台の、計６台の風車組立体を設置することができ、つまり該縦式風車組立体０１の数の２倍の風車組立体を設置することができる。
さらにかかる実施例によれば、地面１５上に立設された縦式風車組立体０１の頂部間に横式風車組立体０１１を介して連結するように構成しているので、該横式風車組立体０１１を風力エネルギーの大きい高所に設置できて、該横式風車組立体０１１の出力を増大できる。
【００２８】
また、前記縦式風車組立体０１を有する風車装置に、該縦式風車組立体０１の下部に直結駆動される発電機６を設けたので、横式風車組立体０１１の回転力を連結機構１１を介して縦式風車組立体０１に伝達し、該横式風車組立体０１１の回転力に縦式風車組立体自体０１の回転力を重畳して、該縦式風車組立体０１の下部に設置された発電機６を駆動することができる。
従って、前記横式風車組立体０１には直結駆動の発電機６を必要とせず、発電機６の設置台数が低減できて、構造を簡単化できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、３台単位での横式風車組立体同士の連結によって高剛性のトラス構造体を構成し、かかる横式風車組立体からなる高剛性のトラス構造体を地面上に立設された縦式風車組立体の頂部に連結機構を介して支持した支持構造となって、複数の風車装置間の結合を弛みの生ずることのない強固な結合体構造とすることができる。
加えて請求項３のように、平面配置において最外側に位置する前記縦式風車組立体の頂部を地面連結索により地面に連結すれば、前記風車装置間の結合がさらに強固な結合体構造となる。
これにより、多数の風車装置を突風等の大きな横荷重に対しても倒れを生ずることなく強固に地面上に設置することができる。
【００３０】
また、地面上に三角形状に配置され立設された３台の縦式風車組立体の頂部間を３台のトラス構造体からなる横式風車組立体を介して連結することにより、該縦式風車組立体の数の２倍の風車組立体を設置することができる。
さらには、地面上に立設された縦式風車組立体の頂部間に横式風車組立体を介して連結するように構成しているので、該横式風車組立体を風力エネルギーの大きい高所に設置できて、該横式風車組立体の出力を増大できる。
これにより、単位設置面積当たりの風車装置の出力を、前記非特許文献１を含む従来技術のような風車装置を該風車装置毎に複数の地面連結索で地面に固定する方式に比べて大幅に増大することができ、従って単位面積当たりの風車装置の設置台数を増大が容易となり、最小限の設置面積で以って大出力の風車装置プラントを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る風車装置の設置構造を示し、（Ａ）はその側面構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ線断面図である。
【図２】前記風車装置の平面配置構成図である。
【図３】連結機構の詳細を示す図１のＹ部拡大断面図である。
【図４】発電機及び風車組立体の要部概略断面図である。
【図５】従来技術を示すダリウス型風車の側面図である。
【符号の説明】
０１ 縦式風車組立体
０１１ 横式風車組立体
１ 翼
００１ 翼構造体
２ 風車軸
３ 支持基台
０３、０３０ 支柱
６ 発電機
１１ 連結機構
１５ 地面
１６ 地面連結索
２０ 送電線
１１１、１１２ べベルギヤ
１１５ コネクタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is applied to a wind turbine generator or the like, and a plurality of rod-shaped blades are arranged along the circumferential direction of a vertically arranged wind turbine shaft, and both ends of each blade are fixed to the wind turbine shaft. A wind turbine device having a wind turbine assembly having one or more blade structures attached to the wind turbine shaft, and in particular, a generator directly connected to the wind turbine assembly. The present invention relates to an installation structure of a windmill device having a windmill device installed on the ground.
[0002]
[Prior art]
With respect to a windmill device applied to a windmill power generation device or the like, various means have been proposed for increasing the output of the windmill device by effectively utilizing the energy of wind power. FIG. 5 is a schematic side view of a Darrieus-type wind turbine device disclosed in Non-Patent Document 1 (Small Windmill Handbook (published by Power Corporation)) as one of such means.
[0003]
In FIG. 5, reference numeral 2 denotes a wind turbine shaft that stands vertically, 1 denotes a bar-shaped blade, and a plurality (three in this example) of blades 1 are arranged along the circumferential direction of the wind turbine shaft 2. The upper and lower ends of each blade 1 are fixed to the windmill shaft 2. As shown in the figure, the rod-shaped wing 1 extends in the radial direction of the windmill shaft 2 to form a troposchien (jump rope) as shown in the figure, and its wing profile is a ZZ sectional view of FIG. As shown in FIG. 5B, the wing profile is such that a lift L is generated from the abdominal surface 1b toward the back surface 1a by the air flow U (or vice versa).
Reference numeral 6 denotes a generator connected to the output end of the windmill shaft 2, and reference numeral 70 denotes a connecting portion 71 provided at the upper end of a support (not shown) provided in the windmill shaft 2 and a plurality of locations on the ground 72. It is a supporting rope for preventing falling down.
[0004]
During operation of such a Darrieus type wind turbine device, when the airflow U acts on the blade 1, the flow velocity along the back surface 1 a becomes larger than the flow velocity along the abdominal surface 1 b due to the shape of the blade profile of the blade 1 (or vice versa). The lift L is generated from the abdominal surface 1b toward the back surface 1a (or vice versa) due to the difference in the flow velocities. Such a lift L is generated in each wing 1, and the lift L generates a rotational force as indicated by an arrow in the figure, and the windmill shaft 2 is driven to rotate.
[0005]
[Non-patent document 1]
Small windmill handbook (published by Power Corporation)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the Darrieus-type wind turbine device shown in FIG. 5, the wing 1 is fixed to the outer periphery of a relatively small-diameter, long, cantilever-shaped column that is fixed vertically in the lower part and vertically erected. The connecting portion 71 provided at the upper end of a column (not shown) and the ground 72 are connected by a support cable 70 to avoid falling due to a lateral load such as a strong wind. are doing.
[0007]
For this reason, in the related art, since the support structure is supported on the ground 72 by a plurality of support ropes 70 for each wind turbine device, the installation area per one wind turbine device is increased, and the wind turbine per unit area is increased. A large installation area is required to obtain a high-output wind turbine plant with a small number of units installed.
In addition, in such a Darrieus-type wind turbine device, since the fall is prevented by the support cable 70 connecting the connecting portion 71 at the upper end of the wind turbine device and a plurality of places on the ground 72, when a plurality of wind turbine devices are installed. However, although the huge installation area is required as described above, the support rigidity of a plurality of wind turbine devices as a whole is low.
Have problems such as
[0008]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and has a plurality of wind turbine assemblies each formed by attaching a plurality of wing structures each formed by fixing a rod-shaped wing to a wind turbine shaft to a vertically arranged wind turbine shaft. In a stand-alone wind turbine device, by increasing the number of wind turbine devices installed per unit area, it is possible to obtain a high-output wind turbine device with a minimum installation area and to prevent falling due to strong winds, earthquakes, etc. An object of the present invention is to provide an installation structure of a wind turbine device that has a high support rigidity that can be reliably avoided and that enables safe operation of the wind turbine device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the present invention provides a rod-shaped wing having a wing profile capable of generating a lift by an air flow along a circumferential direction of a windmill shaft rotatably fitted to a column. A plurality of wing structures which are fixed to both ends of each wing and are fixed to the windmill shaft. One wing structure is provided on the windmill shaft or a plurality of wing structures are arranged along the axial direction of the windmill shaft. In the installation structure of a windmill device provided with a windmill assembly to be mounted, three or more windmill devices are erected vertically on the ground, and a vertical windmill assembly constituting the vertically erected windmill device is provided. A horizontal wind turbine assembly configured by placing the wind turbine assembly horizontally is interposed between the top portions, and the wind turbine shaft of the vertical wind turbine assembly and the wind turbine shaft of the horizontal wind turbine assembly are rotatably connected. And the ends of the columns of the vertical wind turbine assembly and the columns of the horizontal wind turbine assembly It proposes the installation structure of wind turbine apparatus comprising the coupling mechanism fixed composed.
[0010]
In the first aspect, it is preferable to configure as in the second, third and fourth aspects. That is, in the second aspect, the connection mechanism is configured such that the horizontal wind turbine assemblies are in units of three, and the wind turbine shafts of the horizontal wind turbine assemblies are arranged in a plane so as to form a triangular truss structure. Are connected by
According to the third aspect, the top of the vertical wind turbine assembly located on the outermost side in a planar arrangement is connected to the ground by a ground connection cable.
[0011]
In claim 4, the connecting mechanism is, specifically, a bevel gear mounted on a shaft end of a wind turbine shaft of the vertical wind turbine assembly and a bevel gear mounted on a shaft end of a horizontal wind turbine assembly. And the struts of the vertical wind turbine assembly and the struts of the horizontal wind turbine assembly are connected via a connection joint.
[0012]
According to this invention, one wing structure in which both ends of a plurality of rod-like wings arranged along the circumferential direction of the windmill shaft rotatably fitted to the support are fixed to the windmill shaft is provided on the windmill shaft. Alternatively, a plurality of wind turbine assemblies mounted along the axial direction of the wind turbine shaft are erected on the ground to form a vertical wind turbine assembly, and three or more top portions of the vertical wind turbine assemblies In between, a horizontal wind turbine assembly configured by placing the wind turbine assembly horizontally is installed, and the wind turbine shafts of the vertical wind turbine assembly and the horizontal wind turbine assembly are rotatably connected by a connection mechanism. 3. A triangular truss structure in which the ends of the columns of both wind turbine assemblies are fixedly connected to each other, and the wind turbine shafts and columns of each horizontal wind turbine assembly are arranged in three units in a plane arrangement. The horizontal wind turbine assemblies in units of three units Since the high-rigidity truss structure is configured by the connection, the high-rigidity truss structure including the horizontal wind turbine assembly is connected to the top of three or more vertical wind turbine assemblies erected on the ground by a connecting mechanism. With this structure, the connection between the plurality of wind turbine devices can be made to be a strong combined structure without loosening.
In addition, if the top of the vertical wind turbine assembly located on the outermost side in the planar arrangement is connected to the ground by a ground connection cable, the connection between the wind turbine devices is further strengthened. Become.
Thereby, a large number of wind turbine devices can be firmly installed on the ground without falling down against a large lateral load such as a gust.
[0013]
Further, the vertical wind turbines are connected by connecting the tops of three vertical wind turbine assemblies arranged in a triangular shape on the ground via a horizontal wind turbine assembly composed of three truss structures. A total of six wind turbine assemblies, three vertical wind turbine assemblies and three horizontal wind turbine assemblies, can be installed in an installation area of three assemblies, that is, the number of the vertical wind turbine assemblies is reduced. Twice the windmill assembly can be installed.
Further, since the horizontal wind turbine assembly is connected between the tops of the vertical wind turbine assemblies erected on the ground via a horizontal wind turbine assembly, the horizontal wind turbine assembly can be connected to a high place where wind energy is large. To increase the output of the horizontal wind turbine assembly.
[0014]
Thereby, the output of the wind turbine device per unit installation area can be significantly increased as compared with a method in which the wind turbine device is fixed to the ground with a plurality of ground connection cables for each wind turbine device as in the related art including Non-Patent Document 1. Therefore, it is easy to increase the number of wind turbine devices installed per unit area, and a high-output wind turbine plant can be obtained with a minimum installation area.
[0015]
A fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, a wind turbine device having the vertical wind turbine assembly is provided with a power generator directly driven below the vertical wind turbine assembly.
In claim 5, preferably, as in claim 6, a hollow portion is formed in a column of the vertical wind turbine assembly, and a transmission line from the generator is led out through the hollow portion to the outside. Good.
With this configuration, the rotational force of the horizontal wind turbine assembly is transmitted to the vertical wind turbine assembly via the coupling mechanism, and the rotational force of the vertical wind turbine assembly itself is converted into the rotational force of the horizontal wind turbine assembly. The generators installed below the vertical wind turbine assembly can be driven in a superimposed manner. Therefore, the horizontal wind turbine assembly does not require a direct-drive generator, so that the number of generators to be installed can be reduced, the structure can be simplified, and the device cost can be reduced.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail using embodiments shown in the drawings. However, unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention thereto, but are merely illustrative examples. It's just
[0017]
1A and 1B show an installation structure of a wind turbine device according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a side view of the structure, and FIG. 1B is a sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the wind turbine device. FIG. 3 is an enlarged sectional view of a portion Y in FIG. 1 showing details of the coupling mechanism. FIG. 4 is a schematic sectional view of a main part of the generator and windmill assembly.
[0018]
In FIGS. 1 and 2 showing the first embodiment of the present invention, reference numeral 01 denotes a vertical wind turbine assembly composed of a Darrieus type wind turbine, which is configured as follows.
Reference numeral 2 denotes a vertically arranged windmill shaft, and a plurality of (three in this example) rod-shaped wings 1 are arranged on the windmill shaft 2 along the circumferential direction of the windmill shaft 2. Two wing structures 001 (one or more than three wings) are attached along the axial direction of the windmill shaft 2 by fixing the upper end and the lower end of the wing 1 to the windmill shaft 2. .
Reference numeral 6 denotes a generator connected to a lower end of the wind turbine shaft 2 which is an output end. Reference numeral 3 denotes a support base for supporting the wind turbine assembly 01.
A vertical wind turbine assembly 01 having the wing structure 001 or a horizontal wind turbine assembly 011 to be described later, a generator 6 and a support base 3 directly connected to the vertical wind turbine assembly 01 constitute a wind turbine device. I do.
[0019]
The wing 1 constituting the wing structure 001 generates a lift L from the abdominal surface 1b toward the back surface 1a (or in the opposite direction) by the airflow U as shown in FIG. It has such a wing profile, and its central part projects in the radial direction of the windmill shaft 2 to form a troposchien (jump rope). The structure of the wing structure 001 itself is the same as that of the Darrieus type wind turbine shown in FIG.
[0020]
In this embodiment, a wind turbine device including the vertical wind turbine assembly 01 or a horizontal wind turbine assembly 011 described later, and a generator 6 and a support base 3 directly connected to the vertical wind turbine assembly 01 is described below. It is installed with an arrangement structure like that.
In FIGS. 1 and 2, reference numeral 011 denotes a horizontal wind turbine assembly, which is configured by horizontally placing a wind turbine assembly having the same structure as the vertical wind turbine assembly 01 configured as described above.
Then, for each of the three vertical wind turbine assemblies 01 erected on the ground 15, a wind turbine shaft 2 of the vertical wind turbine assembly 01 and the horizontal wind turbine assembly 011 is connected to each other by a connecting mechanism described later. 11, the two windmill assemblies 01 and 011 are fixed to each other at the ends of the columns 030 (see FIG. 3), and the windmill shaft 2 and the columns 030 of each horizontal windmill assembly 011 are fixed. Are connected in a connection form such that a triangular truss structure is obtained in a planar arrangement as shown in FIG.
Thus, a high-rigidity structure configured to support the apex of the triangular truss structure composed of the horizontal wind turbine assembly 011 by the vertical wind turbine assembly 01 erected on the ground 15 is obtained. .
[0021]
Further, among the vertical wind turbine assemblies 01 which are the vertices of the triangular truss structure, a plurality of locations at the top of the vertical wind turbine assemblies 01 located on the outermost side in the planar arrangement are connected to the ground 15 by the ground connection cable 16. I do.
The ground connecting portion 13 is disposed such that the tension of the ground connecting cable 16 connected to the vertex of the vertical wind turbine assembly 01 disposed along the outermost circumferential direction is uniform.
In FIG. 1, the generator 6 and the support base 3 may be exposed from the ground 15 to the upper part as in this embodiment, or may be buried in the ground.
[0022]
In FIG. 3 showing the details of the connection mechanism 11, reference numeral 2 denotes a hollow windmill shaft, and reference numeral 03 denotes a support provided through the inside of the windmill shaft 2. 111 is a bevel gear fixed to the outer periphery of the shaft end of the wind turbine shaft 2 in the vertical wind turbine assembly 01, and 112 is a bevel gear fixed to the outer periphery of the shaft end of the wind turbine shaft 2 in the horizontal wind turbine assembly 011. The bevel gears 112 on the side of the horizontal wind turbine assembly 011 mesh with each other so as to be orthogonal to both sides of the bevel gear 111 on the side of the vertical wind turbine assembly 01 (not necessarily orthogonal, but may be an angle close to 90 °). The rotational force of the windmill shaft 2 in the windmill assembly 011 is transmitted to the bevel gear 111 of the vertical windmill assembly 01 and the windmill shaft 2 via the bevel gear 112.
[0023]
A bearing 114 is interposed between the upper outer periphery of the column 03 of the vertical wind turbine assembly 01 and the upper inner periphery of the wind turbine shaft 2, and the wind turbine shaft 2 is rotatable on the column 03 via the bearing 114. Supported. A bearing 113 is interposed between the upper outer periphery of the column 03 of the horizontal wind turbine assembly 011 and the upper inner periphery of the wind turbine shaft 2, and the wind turbine shaft 2 is rotatable on the column 03 via the bearing 113. It is supported by.
Reference numeral 115 denotes a T-shaped connector in which fitting holes 115b, 115a, and 115a are drilled in three directions, and a vertical fitting hole 115b of the connector 115 has a tip end portion of a column 03 of the vertical wind turbine assembly 01. 03c is pressed into the stopper 118, and the front end portions 030c, 030c of the horizontal wind turbine assembly 011 are pressed into the opposed horizontal fitting holes 115a, 115a by a predetermined length. The column 03 of the wind turbine assembly 01 and the columns 030 of the horizontal wind turbine assembly 011 forming a pair are connected in a fixed manner.
Numeral 116 is a nut for fastening the connector 115 to the column end 03c of the vertical wind turbine assembly 01. Reference numeral 03b denotes a hollow portion into which the transmission line 20 from the generator 6 is inserted, and 117 denotes a hole communicating with the hollow portion 03b.
[0024]
In FIG. 4, reference numeral 6 denotes a generator directly connected to the lower end of the wind turbine shaft 2 of the vertical wind turbine assembly 01. A transmission line 20 from the generator 6 passes through a hollow portion 03b in a support column 03. It is led out through the connection mechanism 11. In FIG. 4, reference numerals 22 and 23 denote bearings for supporting the wind turbine shaft 2 to which the blades 1 are fixed, on a support column 03.
[0025]
During operation of the Darrieus type wind turbine device having such a configuration, as shown in FIG. 1B, when the air flow U acts on the blade 1, the flow velocity along the back surface 1 a is increased by the shape of the blade profile of the blade 1. The flow velocity is larger than the flow velocity along 1b (or vice versa), and the difference in the flow velocity generates a lift L from the abdominal surface 1b toward the back surface 1a (or vice versa). Such a lift L is generated on each of the blades 1, and a rotational force is generated by the lift L to drive the windmill shaft 2 to rotate.
Since the wing 1 is formed in the shape of a troposchien (jump rope), a bending moment is not applied to the wing itself during rotation, and a rotational force can be obtained regardless of the wind direction.
[0026]
According to this embodiment, a high-rigidity truss structure is formed by connecting the horizontal wind turbine assemblies 011 in units of three units, and the apex portion of the high-rigidity truss structure including the horizontal wind turbine assemblies 011 is configured. Is supported on the top of a vertical wind turbine assembly 01 erected on the ground 15 via a connecting mechanism 11 so that the connection between the plurality of wind turbine devices is made to be a strong combined structure. it can.
Further, the truss structure composed of the horizontal wind turbine assembly 011 as described above is supported by the vertical wind turbine assembly 01 erected on the ground 15, and the top of the highly rigid structure is grounded by the ground connection cable 16. By connecting the wind turbine device to the wind turbine device 15, the connection between the wind turbine devices is not loosened, so that a stronger connection structure can be obtained. It can be installed on the ground 15.
[0027]
Also, by connecting the tops of the three vertical wind turbine assemblies 01 arranged in a triangular shape on the ground 15 via a horizontal wind turbine assembly 011 composed of three truss structures, A total of six wind turbine assemblies, three vertical wind turbine assemblies 01 and three horizontal wind turbine assemblies 011, can be installed with an installation area of three vertical wind turbine assemblies 01, That is, twice as many wind turbine assemblies as the vertical wind turbine assemblies 01 can be installed.
Further, according to this embodiment, the horizontal wind turbine assembly is connected to the top of the vertical wind turbine assembly 01 erected on the ground 15 via the horizontal wind turbine assembly 011. The solid 011 can be installed at a high place where the wind energy is large, and the output of the horizontal wind turbine assembly 011 can be increased.
[0028]
In addition, the wind turbine device having the vertical wind turbine assembly 01 is provided with the generator 6 directly driven below the vertical wind turbine assembly 01, so that the rotational force of the horizontal wind turbine assembly 011 is connected to the coupling mechanism 11 To the vertical wind turbine assembly 01, and superimpose the rotational force of the vertical wind turbine assembly itself 01 on the rotational force of the horizontal wind turbine assembly 011 to be installed below the vertical wind turbine assembly 01. The generated generator 6 can be driven.
Therefore, the horizontal wind turbine assembly 01 does not require the generator 6 driven directly, so that the number of generators 6 to be installed can be reduced and the structure can be simplified.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a high-rigidity truss structure is formed by connecting the horizontal wind turbine assemblies in units of three units, and the high-rigidity truss structure including the horizontal wind turbine assemblies is grounded. A support structure supported on the top of the vertical wind turbine assembly erected on the upper side via a connecting mechanism may be used to make a connection between a plurality of wind turbine devices to be a strong combined structure that does not loosen. it can.
In addition, if the top of the vertical wind turbine assembly located on the outermost side in a planar arrangement is connected to the ground by a ground connection cable as in claim 3, the connection between the wind turbine devices is further strengthened. Become.
Thereby, a large number of wind turbine devices can be firmly installed on the ground without falling down against a large lateral load such as a gust.
[0030]
Further, by connecting the tops of three vertical wind turbine assemblies which are arranged in a triangular shape on the ground and are erected through a horizontal wind turbine assembly comprising three truss structures, the vertical wind turbine assemblies are connected to each other. Twice the number of windmill assemblies can be installed.
Further, since the horizontal wind turbine assembly is connected between the tops of the vertical wind turbine assemblies erected on the ground via a horizontal wind turbine assembly, the horizontal wind turbine assembly can be connected to a high place where wind energy is large. To increase the output of the horizontal wind turbine assembly.
Thereby, the output of the wind turbine device per unit installation area can be significantly increased as compared with a method in which the wind turbine device is fixed to the ground with a plurality of ground connection cables for each wind turbine device as in the related art including Non-Patent Document 1. Therefore, it is easy to increase the number of wind turbine devices installed per unit area, and a high-output wind turbine plant can be obtained with a minimum installation area.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show an installation structure of a wind turbine device according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a side view of the installation structure, and FIG. 1B is a sectional view taken along line AA of FIG.
FIG. 2 is a plan view showing a configuration of the wind turbine device.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a portion Y in FIG. 1 showing details of a coupling mechanism.
FIG. 4 is a schematic sectional view of a main part of a generator and a windmill assembly.
FIG. 5 is a side view of a Darrieus type wind turbine showing a conventional technique.
[Explanation of symbols]
01 Vertical windmill assembly 011 Horizontal windmill assembly 1 Blade 001 Wing structure 2 Windmill axle 3 Support base 03, 030 Support 6 Generator 11 Connection mechanism 15 Ground 16 Ground connection cable 20 Transmission lines 111, 112 Bevel gear 115 connector