[go: up one dir, main page]

JP7514506B2 - Wind turbine structure for wind power generation - Google Patents

Wind turbine structure for wind power generation Download PDF

Info

Publication number
JP7514506B2
JP7514506B2 JP2020065379A JP2020065379A JP7514506B2 JP 7514506 B2 JP7514506 B2 JP 7514506B2 JP 2020065379 A JP2020065379 A JP 2020065379A JP 2020065379 A JP2020065379 A JP 2020065379A JP 7514506 B2 JP7514506 B2 JP 7514506B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wind
wind turbine
frame
plate
wind direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020065379A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021161964A (en
Inventor
尊之 青木
久和 内山
Original Assignee
サンパワー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by サンパワー株式会社 filed Critical サンパワー株式会社
Priority to JP2020065379A priority Critical patent/JP7514506B2/en
Publication of JP2021161964A publication Critical patent/JP2021161964A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7514506B2 publication Critical patent/JP7514506B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Description

本発明は、風力発電用の風車構造に関する。 The present invention relates to a wind turbine structure for wind power generation.

近年、環境問題や安全性の問題から風力発電への関心が高まっている。このような風力発電用の風車として、垂直軸垂直翼型の風車が知られている。例えば、特許文献1には、垂直軸垂直翼型の風車の羽根支持構造が開示されている。
この垂直軸垂直翼型の風車は、風向きに応じて風車の方向を制御する必要がなく風向きに関係なく回転させることができる。また、重さのある発電機等を地上近くに設けても回転エネルギーの伝達機構を簡単な構造にできるという利点を有している。一方、垂直軸垂直翼型の風車は、水平軸型の風車に比べて回転を始動させるのに大きなエネルギーを必要とするという課題がある。
In recent years, interest in wind power generation has been growing due to environmental and safety issues. A vertical-axis, vertical-blade type wind turbine is known as a wind turbine for such wind power generation. For example, Patent Document 1 discloses a blade support structure for a vertical-axis, vertical-blade type wind turbine.
This vertical-axis, vertical-blade type wind turbine does not need to control the direction of the turbine depending on the wind direction, and can rotate regardless of the wind direction. It also has the advantage that the rotational energy transmission mechanism can be made simple even if a heavy generator or the like is installed near the ground. On the other hand, the vertical-axis, vertical-blade type wind turbine has the problem that it requires a large amount of energy to start rotation compared to a horizontal-axis type wind turbine.

そこで垂直軸垂直翼型の風車へ風を効率よく集める集風機構の研究が進められている。
特許文献2には、垂直軸型風車の上側に設けられた上側集風板と、垂直軸型風車の下側に設けられた下側集風板と、垂直軸型風車の外周に設けられた外周側集風板とを備えている集風装置が開示されている。上側集風板および下側集風板は、その間隙が風車の外側から内側に向けて縮小するように上下に傾斜させている。また外周側集風板は、風車から等間隔に放射状に設けられている。つまり、隣り合う外周側集風板の間隙が風車の外側から内側に向けて縮小するように配置されている。このように特許文献1には、インレットで風を集め、アウトレットで風を拡散する風レンズ型の集風機構が90度間隔で放射状に設けられた集風装置が開示されている。
非特許文献1には、鉛直方向に延びる平板形状の付加物を風車の上流側に設置したとき、いわゆる風レンズ型の集風機構に比べて、大きな出力を得られることができたとの報告がある。
Research is therefore being conducted into wind-collecting mechanisms that can efficiently collect wind on vertical-axis, vertical-wing type wind turbines.
Patent Document 2 discloses a wind collecting device that includes an upper wind collecting plate provided on the upper side of a vertical axis wind turbine, a lower wind collecting plate provided on the lower side of the vertical axis wind turbine, and an outer periphery wind collecting plate provided on the outer periphery of the vertical axis wind turbine. The upper wind collecting plate and the lower wind collecting plate are inclined up and down so that the gap between them decreases from the outside to the inside of the wind turbine. The outer periphery wind collecting plates are provided radially at equal intervals from the wind turbine. In other words, they are arranged so that the gap between adjacent outer periphery wind collecting plates decreases from the outside to the inside of the wind turbine. Thus, Patent Document 1 discloses a wind collecting device in which wind lens type wind collecting mechanisms that collect wind at the inlet and diffuse the wind at the outlet are provided radially at 90 degree intervals.
Non-Patent Document 1 reports that when a vertically extending, flat-plate-shaped appendage is installed upstream of a wind turbine, it is possible to obtain greater output than with a so-called wind lens type wind-collecting mechanism.

国際公開WO2003/067079International Publication WO2003/067079 特開2017-15094号公報JP 2017-15094 A

「周辺付加物による垂直軸型風車の発電性能向上に関する研究」/渡邉 康一、九州大学学術情報リポジトリ、平成29年1月(http://doi.org/10.15017/1807033)"Research on Improving the Power Generation Performance of Vertical Axis Wind Turbines by Using Peripheral Additions" / Koichi Watanabe, Kyushu University Academic Information Repository, January 2017 (http://doi.org/10.15017/1807033)

しかし、特許文献2の集風装置は、風レンズ型の集風機構を90度間隔に放射状に設けているが、自然風はあらゆる方向から吹いてくるものである。この場合、各集風機構が真正面から風を受ける場合と、それ以外とでは効率は変わってくる。非特許文献1は、一方向からの風について集風効果を検討するものである。
本発明は、あらゆる方向から吹かれる風を効率良く受けることができる風力発電用の風車構造を提供することを目的としている。
However, the wind collecting device of Patent Document 2 has wind lens type wind collecting mechanisms arranged radially at 90 degree intervals, but natural wind blows from all directions. In this case, the efficiency differs depending on whether each wind collecting mechanism receives the wind directly in front of it or not. Non-Patent Document 1 examines the wind collecting effect for wind from one direction.
An object of the present invention is to provide a wind turbine structure for wind power generation that can efficiently receive wind blowing from any direction.

本発明の風力発電用の風車構造は、垂直軸垂直翼の風車と、集風装置とを有し、前記集風装置は、前記風車に対して風の上流に配置されることによって前記風を前記風車へ誘導する風向板を備え、前記風向板は、前記風車の軸心周りに回転可能であることを特徴としている。
このように風を風車に誘導する風向板を風車の軸心周りに回転自在とすることにより、あらゆる方向から吹かれる風を効率よく風車に誘導することができる。
The wind turbine structure for wind power generation of the present invention comprises a vertical-axis, vertical-blade wind turbine and a wind collecting device, the wind collecting device having a wind deflector that is positioned upstream of the wind turbine to guide the wind to the wind turbine, and the wind deflector is rotatable around the axis of the wind turbine.
By making the wind vane that guides wind to the wind turbine rotatable about the axis of the wind turbine in this manner, wind blowing from any direction can be efficiently guided to the wind turbine.

本発明の風力発電用の風車構造であって、前記風向板は、鉛直方向に延びる平板であり、前記風向板は、枠体と、その枠体内に収容される板本体とを備え、前記板本体は、ソーラーパネルであるものが好ましい。
本発明の風力発電用の風車構造であって、前記風向板は、鉛直方向に延びる平板であり、前記風向板は、枠体と、その枠体内に収容される板本体とを備え、前記板本体は、回転可能であるものが好ましい。
In the wind turbine structure for wind power generation of the present invention, the wind direction plate is a flat plate extending in the vertical direction, and the wind direction plate has a frame body and a plate main body housed within the frame body, and it is preferable that the plate main body is a solar panel.
In the wind turbine structure for wind power generation of the present invention, the wind direction vane is a flat plate extending in the vertical direction, and the wind direction vane comprises a frame body and a plate main body housed within the frame body, and it is preferable that the plate main body is rotatable.

本発明の風力発電用の風車構造であって、前記集風装置は、前記風向板と前記風車とを連結する支持部材を備え、前記支持部材は、前記風車に回転支持される回転部と、前記回転部から風向板に延びる連結アームとを備えたものが好ましい。 In the wind turbine structure for wind power generation of the present invention, the wind collector includes a support member that connects the wind direction plate and the wind turbine, and the support member preferably includes a rotating part that is rotatably supported by the wind turbine and a connecting arm that extends from the rotating part to the wind direction plate.

本発明の風力発電用の風車構造であって、前記風車は、フレームと、そのフレームに支持される羽根車とを有し、前記風向板は、前記フレームに回転支持されるものが好ましい。 In the wind turbine structure for wind power generation of the present invention, the wind turbine has a frame and an impeller supported by the frame, and the wind direction vane is preferably rotatably supported by the frame.

本発明の風車構造は、自然風に対して効率よく風を風車に誘導することができるため、回転効率が高い。 The wind turbine structure of the present invention has high rotation efficiency because it can efficiently guide natural wind into the wind turbine.

図1aから図1cは、それぞれ本発明の風力発電用の風車構造の実施形態を示す正面図、側面図、平面図である。1a to 1c are a front view, a side view, and a plan view, respectively, showing an embodiment of a wind turbine structure for wind power generation according to the present invention. 図2a、bはぞれぞれ風車構造の風車を示す平面図、側面図であり、図2c、d、eはそれぞれ風車のフレームを示す正面図、平面図、A-A線断面図であり、図2f、g、hはそれぞれ風車の羽根車を示す平面図、側面図、回転面の概略図である。2a and 2b are a plan view and a side view, respectively, of a wind turbine having a wind turbine structure, Figs. 2c, d, and e are a front view, a plan view, and a cross-sectional view along line A-A, respectively, of a wind turbine frame, and Figs. 2f, g, and h are a plan view, a side view, and a schematic diagram of a rotation surface, respectively, of an impeller of the wind turbine. 図3aから図3cはそれぞれ風車構造の集風装置の正面図、側面図、平面図である。3a to 3c are a front view, a side view, and a plan view, respectively, of a wind collector having a windmill structure. 図4aから図4cは、それぞれ集風装置の風向板のソーラーパネルを90度回転させたときの状態を示す正面図、側面図、平面図である。4a to 4c are a front view, a side view, and a plan view, respectively, showing the state when the solar panel of the wind direction plate of the wind collecting device is rotated by 90 degrees. 図5aから図5eは、それぞれ他の実施形態を示す図面である。5a to 5e are drawings showing other embodiments. 図6a、bはそれぞれ他の実施形態を示す側面図、平面図であり、図6c、dはそれぞれ他の実施形態を示す平面図である。6a and 6b are a side view and a plan view, respectively, showing another embodiment, and FIGS. 6c and 6d are plan views, respectively, showing another embodiment.

図1a、b、cの風車構造1は、垂直軸揚力型の風車100と、集風装置200とを有し、風車100はフレーム10に支持される羽根車20を備え、集風装置200は風車100に対して風の上流に配置されることによって風を風車100へ誘導する風向板210を備えている。風向板210は、風車100と、風車100の軸心周りに回転自在に連結されている。この風車構造1を発電機と連結することにより風力発電装置として使用できる。 The wind turbine structure 1 in Figures 1a, b, and c has a vertical axis lift type wind turbine 100 and a wind collector 200. The wind turbine 100 has an impeller 20 supported by a frame 10, and the wind collector 200 has a wind vane 210 that is positioned upstream of the wind turbine 100 and guides the wind to the wind turbine 100. The wind vane 210 is connected to the wind turbine 100 so as to be rotatable around the axis of the wind turbine 100. By connecting this wind turbine structure 1 to a generator, it can be used as a wind power generation device.

風車100は、図2a、bに示すように、フレーム10と、そのフレームに回転自在に取り付けられる羽根車20とを有する。 As shown in Figures 2a and 2b, the wind turbine 100 has a frame 10 and an impeller 20 that is rotatably attached to the frame.

フレーム10は、図2c、d、eに示すように、上下方向に延びる3本の柱11と、それらの柱を円周方向等間隔に連結する2つの環状の連結部材12とを備えている。
連結部材12は、ボス13と、そのボス13から放射状に延びる3本のスポーク14と、それらのスポーク14の端部をつなぐリング15とを備えている。ボス13には、羽根車20を回転自在に支持する軸受け13aが設けられている。この連結部材12は、軸受け13aが相対するように柱11の上端および中部に配置されている。つまり、羽根車20は、上方が解放されつつ、2つの連結部材12の間に収容される。また上側の連結部材12のボス13の上面には、後述する集風装置200を回転自在に支持する支軸50が設けられている。
As shown in Figures 2c, 2d and 2e, the frame 10 has three pillars 11 extending in the vertical direction and two annular connecting members 12 connecting the pillars at equal intervals in the circumferential direction.
The connecting member 12 includes a boss 13, three spokes 14 extending radially from the boss 13, and a ring 15 connecting the ends of the spokes 14. The boss 13 is provided with bearings 13a that rotatably support the impeller 20. The connecting members 12 are disposed at the upper end and middle of the pillar 11 so that the bearings 13a face each other. In other words, the impeller 20 is housed between the two connecting members 12 while the upper part is open. In addition, a support shaft 50 that rotatably supports the wind collecting device 200 described later is provided on the upper surface of the boss 13 of the upper connecting member 12.

羽根車20は、図2f、g、hに示すように、上下に延びる回転軸21と、その回転軸21から放射状に延びる支持アーム22と、その支持アームの先端に固定される縦ブレード23とを備えている。回転軸21、支持アーム22、縦ブレード23は一体化されている。回転軸21は、フレーム10の軸受け13aに支持させることによってフレーム10に回転自在に取付けられる。この回転軸21の回転力を発電機(図示せず)に伝えることにより、風力発電装置となる。 As shown in Figures 2f, g, and h, the impeller 20 comprises a rotating shaft 21 that extends vertically, support arms 22 that extend radially from the rotating shaft 21, and vertical blades 23 that are fixed to the ends of the support arms. The rotating shaft 21, support arms 22, and vertical blades 23 are integrated. The rotating shaft 21 is supported by bearings 13a of the frame 10, and is rotatably attached to the frame 10. The rotational force of the rotating shaft 21 is transmitted to a generator (not shown), thereby forming a wind power generation device.

支持アーム22は、回転軸21の上部および下部から3本ずつ放射状に延びている。しかし、その本数は特に限定されるものではない。
縦ブレード23は、上下の支持アーム22によって支持されており、回転軸21と平行に3本設けられている。この縦ブレード23の数は、特に限定されるものではないが、例えば、2個から6個が好ましく、特に、2個から3個が好ましい。縦ブレードの形状は、風車が風車の軸に対して垂直な風を受けたときに、円周方向等間隔に設けられた複数の縦ブレードに生ずる力の合力が上から見たときに時計方向(図2hのM方向)または反時計方向のモーメントを生じるようなものであれば、その形状は特に限定されるものではない。
本明細書において、羽根車の幅Dは、この縦ブレードの回転面の直径をいい、羽根車の高さHは、縦ブレードの高さをいう。
Three support arms 22 extend radially from the upper and lower parts of the rotating shaft 21. However, the number of support arms 22 is not particularly limited.
The vertical blades 23 are supported by upper and lower support arms 22, and three of them are provided parallel to the rotation shaft 21. The number of the vertical blades 23 is not particularly limited, but is preferably, for example, two to six, and more preferably two to three. The shape of the vertical blades is not particularly limited as long as the resultant force of the forces generated in the vertical blades provided at equal intervals in the circumferential direction generates a clockwise (M direction in Fig. 2h) or counterclockwise moment when viewed from above when the wind turbine receives wind perpendicular to the axis of the wind turbine.
In this specification, the width D of the impeller refers to the diameter of the surface of rotation of the vertical blades, and the height H of the impeller refers to the height of the vertical blades.

集風装置200は、図3a、b、cに示すように、平板状の風向板210と、その風向板210をフレームに対して回転自在に支持する支持部材220とを有する。そして、風車100の上方を開放している。 As shown in Figures 3a, 3b, and 3c, the wind collecting device 200 has a flat wind direction plate 210 and a support member 220 that supports the wind direction plate 210 rotatably relative to the frame. The upper part of the wind turbine 100 is open.

風向板210は、風車に対して風の上流に配置されることによって風を風車へ誘導する平板状のものである。枠体211と、その枠体内に嵌め込まれるソーラーパネル212とから構成されている長方形状のものであり、中央に窓215を有する。この風向板210は、鉛直方向に延びるように配置される。
枠体211は、左側枠体211aと、右側枠体211bと、上側枠体211cと、下側枠体211dと、それらの枠体によって囲まれる窓215とを有する。また下側枠体211d以外の各枠体の左右枠の内側中心には、点線で示すように軸受け217が設けられている。なお下側枠体211dは、左右枠の内側下端に軸受け(図示せず)が設けられている。また下側枠体211dの下端には車輪218が設けられている。また図3cの想像線に示すように、円状のレール250を設けてもよい。
ソーラーパネル212は、左側枠体211aに取り付けられる左側パネル212aと、右側枠体211bに取り付けられる右側パネル212bと、上側枠体211cに取り付けられる上側パネル212cと、下側枠体211dに取り付けられる下側パネル212dとを有する。下側パネル212d以外の各パネルの両側中心には、各枠体の軸受けに挿入される軸芯(図示せず)が突出して設けられている(図3dの左側枠体211a参照)。下側パネル212dは、両側の下端に軸心(図示せず)が設けられている。
The wind direction vane 210 is a flat plate that is placed upstream of the wind turbine to guide the wind to the wind turbine. It is rectangular and made up of a frame 211 and a solar panel 212 fitted into the frame, and has a window 215 in the center. The wind direction vane 210 is placed so as to extend vertically.
The frame 211 has a left frame 211a, a right frame 211b, an upper frame 211c, a lower frame 211d, and a window 215 surrounded by these frames. Bearings 217 are provided at the center of the inside of the left and right frames of each frame except the lower frame 211d, as shown by dotted lines. Bearings (not shown) are provided at the lower ends of the inside of the left and right frames of the lower frame 211d. Wheels 218 are provided at the lower end of the lower frame 211d. Circular rails 250 may be provided as shown by imaginary lines in FIG. 3c.
The solar panel 212 has a left panel 212a attached to the left frame 211a, a right panel 212b attached to the right frame 211b, an upper panel 212c attached to the upper frame 211c, and a lower panel 212d attached to the lower frame 211d. Axles (not shown) that are inserted into bearings of each frame are provided protruding from the center of both sides of each panel except the lower panel 212d (see the left frame 211a in FIG. 3d). The lower panel 212d has axles (not shown) at the bottom ends on both sides.

このように風向板210のソーラーパネル212は構成されているため、図4a~図4cに示すように、各パネル212a~212dは、各枠体211a~211dに対して水平軸と平行な各パネルの軸芯周りに回転可能となっている。図4bのL1、L2、L3は、それぞれパネル212a、212c、212dの回転軌跡を示す。このように構成されているため、風が止んでいる、または、風が十分に吹いていないとき、各パネルが太陽に向くように回転させ、太陽エネルギーによる発電が可能である。さらに、暴風のときは、各パネルを水平にする(各パネルを風に対して垂直にする)ことにより、パネルが風に飛ばされたり、損傷したりすることから防止できる。なお、ここでは各パネルは水平軸の周りに回転可能としているが、上下軸周りに回転可能としてもよい。 Since the solar panels 212 of the wind direction plate 210 are configured in this way, as shown in Figures 4a to 4c, each panel 212a to 212d can rotate around the axis of each panel, which is parallel to the horizontal axis, with respect to each frame 211a to 211d. L1, L2, and L3 in Figure 4b show the rotation trajectories of the panels 212a, 212c, and 212d, respectively. Since it is configured in this way, when the wind is stopped or the wind is not blowing sufficiently, each panel can be rotated to face the sun, making it possible to generate power using solar energy. Furthermore, in the event of a storm, each panel can be made horizontal (perpendicular to the wind) to prevent the panels from being blown away by the wind or damaged. Note that although each panel is here made rotatable around a horizontal axis, it may also be made rotatable around a vertical axis.

図3に戻って、窓215の幅Xは、羽根車の幅Dに対して、D<X<1.2D、好ましくは、D<X<1.1Dであり、特に好ましくはX≒D(実質的に同じ)である。窓205の高さYは、羽根車の高さHに対して、H<Y<1.2H、好ましくは、H<Y<1.1Hであり、特に好ましくはY≒H(実質的に同じ)である。 Returning to FIG. 3, the width X of the window 215 is relative to the width D of the impeller, D<X<1.2D, preferably D<X<1.1D, and particularly preferably X≒D (substantially the same). The height Y of the window 205 is relative to the height H of the impeller, H<Y<1.2H, preferably H<Y<1.1H, and particularly preferably Y≒H (substantially the same).

枠体211の左側枠体211aおよび右側枠体211bは、同じ幅X1を有している。その幅X1の下限は、0.5D以上、好ましくは、0.8D以上、特に好ましくはD以上である。これにより、効率よく風を窓215に誘導し、かつ、左右面に衝突して左面または右面の外側から流れ込む乱れた風が、風車へと流れていくことを防止する。なお、幅X1が2Dより大きい場合、風車に対して集風装置が大きくなりすぎるため、好ましくない。
枠体211の上側枠体211cの高さ位置は、上側枠体211cの下端と羽根車20の上端とが実質的に同じあるいは上側枠体211cの下端が若干高い。上側枠体211cの高さ幅Y1の下限は、0.5D以上、好ましくは、0.8D以上、特に好ましくはD以上である。これにより、効率よく風を窓215に誘導する。なお、幅Y1が2Dより大きい場合、風車に対して集風装置が大きくなりすぎるため、好ましくない。
枠体211の下側枠体211dの高さ位置は、下側枠体211dの上端と羽根車20の下端とが実質的に同じあるいは下側枠体211dの上端が若干低い。下側枠体211dの高さ幅Y2の下限は、特に限定されるものではないが、0.5D以上、好ましくは、0.8D以上、特に好ましくはD以上である。そして、幅Y2の上限は、2D以下である。なお、窓215の上側枠体211cおよび下側枠体211dの幅は同じが好ましい。
The left frame 211a and the right frame 211b of the frame 211 have the same width X1. The lower limit of the width X1 is 0.5D or more, preferably 0.8D or more, and particularly preferably D or more. This allows the wind to be efficiently guided to the window 215, and prevents turbulent wind that collides with the left and right sides and flows in from the outside of the left or right side from flowing toward the wind turbine. Note that if the width X1 is greater than 2D, the wind collector becomes too large for the wind turbine, which is not preferable.
The height position of the upper frame 211c of the frame 211 is such that the lower end of the upper frame 211c is substantially the same as the upper end of the impeller 20 or the lower end of the upper frame 211c is slightly higher. The lower limit of the height width Y1 of the upper frame 211c is 0.5D or more, preferably 0.8D or more, and particularly preferably D or more. This allows wind to be efficiently guided to the window 215. Note that if the width Y1 is greater than 2D, the wind collector becomes too large compared to the wind turbine, which is not preferable.
The height position of the lower frame 211d of the frame 211 is such that the upper end of the lower frame 211d is substantially the same as the lower end of the impeller 20 or the upper end of the lower frame 211d is slightly lower. The lower limit of the height width Y2 of the lower frame 211d is not particularly limited, but is 0.5D or more, preferably 0.8D or more, and particularly preferably D or more. The upper limit of the width Y2 is 2D or less. It is preferable that the widths of the upper frame 211c and the lower frame 211d of the window 215 are the same.

支持部材220は、図3cに示すように、フレームの支軸50に対して回転する回転部221と、その回転部221から風向板210の枠体211に延びる連結アーム222とを有する。この実施形態は、連結アーム222を計4本有する。
この支持部材220によって、風向板210の幅の中心Oは、フレームの連結部材12の外周を回転する。つまり、風向板210を回転させることにより、風向板210を常に風車100より風の上流側に位置することができる。距離Zは風向板210の回転に邪魔にならなければ、近いほどよい(図3c参照)。一方、距離Zが離れすぎていると、風向板210の窓の効果が薄れる。例えば、風向板210とフレームとの距離Zは、0<Z<0.5D、0<Z<0.2D、特に0<Z<0.1D、実質的にZ=0とするのが好ましい。
3c, the support member 220 has a rotating part 221 that rotates about the support shaft 50 of the frame, and a connecting arm 222 that extends from the rotating part 221 to the frame body 211 of the airflow direction plate 210. In this embodiment, a total of four connecting arms 222 are provided.
By this support member 220, the center O of the width of the wind direction vane 210 rotates around the outer periphery of the connecting member 12 of the frame. In other words, by rotating the wind direction vane 210, the wind direction vane 210 can always be positioned upstream of the wind turbine 100. The closer the distance Z is, the better as long as it does not interfere with the rotation of the wind direction vane 210 (see FIG. 3c). On the other hand, if the distance Z is too far, the effect of the wind direction vane 210 as a window is reduced. For example, it is preferable that the distance Z between the wind direction vane 210 and the frame is 0<Z<0.5D, 0<Z<0.2D, particularly 0<Z<0.1D, and substantially Z=0.

このように構成された風車構造1は、風が吹いているとき、風向板210を平板状にして使用する。つまり、風向板210は受けた風を窓215に集める。これにより風車を効率よく回転させることができる。特に、集風装置200は、風の向きに応じて風向板をフレームに対して回転させることができ、風向板を風車に対して風の上流側に配置させることができる。よって、様々な風に対応して風エネルギーを効率よく利用することができる。
一方、風が止んでいるとき、あるいは、風が十分に吹いていないとき、風向板210は、各ソーラーパネルが太陽へと向くように、図3cのように風向板210を風車の軸心周りに回転させ、かつ、図4bのようにソーラーパネル212の各パネルを枠体211の各枠体の軸心周りに回転させることによって、太陽エネルギーを効率よく取得することができる。
さらに、暴風のときは、各パネルを水平にする(各パネルを風に対して垂直にする)ことにより、全体のシステムを停止させ、パネルが風に飛ばされたり、損傷したりすることから防止できる。
The wind turbine structure 1 configured in this manner is used with the wind direction plate 210 in a flat plate shape when the wind is blowing. In other words, the wind direction plate 210 collects the received wind to the window 215. This allows the wind turbine to rotate efficiently. In particular, the wind collecting device 200 can rotate the wind direction plate relative to the frame according to the wind direction, and can position the wind direction plate on the upstream side of the wind turbine. Therefore, wind energy can be efficiently utilized in response to various winds.
On the other hand, when the wind is still or not blowing sufficiently, the wind deflector 210 is rotated around the axis of the wind turbine as shown in Figure 3c so that each solar panel faces the sun, and each panel of the solar panel 212 is rotated around the axis of each frame body 211 as shown in Figure 4b, thereby making it possible to efficiently capture solar energy.
Furthermore, during a windstorm, the entire system can be shut down by leveling each panel (making each panel perpendicular to the wind) to prevent the panels from being blown away or damaged.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
風車は、垂直軸垂直翼型のものであれば、その構造は特に限定されるものではない。例えば、フレームを備えず、固定された回転軸と、その周りに回転する羽根車とから構成されていてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments.
The wind turbine is not particularly limited in structure as long as it is a vertical-axis, vertical-blade type. For example, it may not have a frame and may be composed of a fixed rotating shaft and an impeller that rotates around the shaft.

風車のフレームについて、上記の実施形態のフレームは、3本の柱11と、2個の連結部材12とから構成されているが、羽根車20の上方が解放されており、羽根車20を回転自在に支持するものであれば、その構造は特に限定されるものではない。一方、複数本の柱と、それらの柱を円周方向等間隔に連結するものは、強度が保てて好ましい。例えば、図5aに示すように、3本の柱11と、1個の連結部材12と、下端に軸受け13aとを有するフレーム10や、図5bに示すように、柱11と連結する補強リング70を風車の高さに応じて1個または複数個設けてもよい。さらに、図5cに示すように、複数個の羽根車20を上下に収容できるようにしてもよい。その場合、上下端の連結部材以外の連結部材12aは、上下面に軸受けを設けるのが好ましい。また例えば、連結部材12のリング15は、環状であれば、円形でなくても、正多角形であってもよい。 The frame of the windmill in the above embodiment is composed of three pillars 11 and two connecting members 12, but the structure is not particularly limited as long as the upper part of the impeller 20 is open and the impeller 20 is supported rotatably. On the other hand, a frame having multiple pillars and connecting the pillars at equal intervals in the circumferential direction is preferable because it maintains strength. For example, as shown in FIG. 5a, a frame 10 having three pillars 11, one connecting member 12, and a bearing 13a at the lower end, or as shown in FIG. 5b, one or more reinforcing rings 70 connected to the pillars 11 may be provided according to the height of the windmill. Furthermore, as shown in FIG. 5c, multiple impellers 20 may be accommodated vertically. In that case, it is preferable that the connecting members 12a other than the connecting members at the upper and lower ends have bearings on the upper and lower surfaces. Also, for example, the ring 15 of the connecting member 12 may be a regular polygon, not a circle, as long as it is annular.

風車の羽根車について、回転軸と縦ブレードとの間を支持アーム22で連結していたが、支持アーム22の代わりに、羽根車20が回転したときに上向きの揚力が働くような横ブレードを用いてもよい。また羽根車20は、回転軸21を回転させているが、フレームに固定された軸の周りを回転する構造としてもよい。 In the windmill impeller, the rotating shaft and vertical blades are connected by support arms 22, but instead of the support arms 22, horizontal blades that generate upward lift when the impeller 20 rotates may be used. Also, the impeller 20 rotates the rotating shaft 21, but it may also be structured so that it rotates around an axis fixed to the frame.

集風装置の風向板について、風車に対して風の上流に配置されることによって風を風車へ誘導するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、図6a、図6bの風車構造1Aのように、集風装置200Aの風向板210Aは、風車100の上方および下方に設けず、左側板210A1および右側板210A2からなっている。この場合、左側板210A1および右側板210A2は支持部材220によって連結されている。しかし、左側板210A1および右側板210A2との間に連結部を設けてもよい。また、図5dに示すように、風車の下方のみ板を設けない風向板210Cであってもよい。そして、図5cのように上下に羽根車20が設けられた多段式の風車に対しては、図5eに示すように、風向板210も多段式にするのが好ましい。しかし、一番上の風車のみに風向板の上面を設け、下側の風車に対しては左右面だけとなるようにしてもよい。さらに、図6cの風車構造1Bおよび図6dの風車構造1Cのように、上流から風車に向かう風の密度を高めるように、風の向きに対して傾斜させた一対の平板(210B1および210B2)または湾曲板(210C1および210C2)からなる風向板210B、210Cであってもよい。 The wind direction plate of the wind collecting device is not particularly limited as long as it is arranged upstream of the wind with respect to the wind turbine to guide the wind to the wind turbine. For example, as in the wind turbine structure 1A of Figures 6a and 6b, the wind direction plate 210A of the wind collecting device 200A is not provided above and below the wind turbine 100, but consists of a left side plate 210A1 and a right side plate 210A2. In this case, the left side plate 210A1 and the right side plate 210A2 are connected by a support member 220. However, a connection part may be provided between the left side plate 210A1 and the right side plate 210A2. Also, as shown in Figure 5d, the wind direction plate 210C may be provided only below the wind turbine without a plate. And for a multi-stage wind turbine in which the impellers 20 are provided above and below as in Figure 5c, it is preferable to make the wind direction plate 210 multi-stage as well, as shown in Figure 5e. However, it is also possible to provide the upper surface of the wind direction plate only on the top wind turbine, and only the left and right surfaces for the lower wind turbines. Furthermore, as in the wind turbine structure 1B in FIG. 6c and the wind turbine structure 1C in FIG. 6d, the wind direction plates 210B and 210C may be made of a pair of flat plates (210B1 and 210B2) or curved plates (210C1 and 210C2) inclined with respect to the wind direction to increase the density of the wind heading from upstream toward the wind turbine.

集風装置の風向板の枠体について、上記実施形態では、上下左右に分割しているが、その分割形状は特に限定されない。また各枠体に、ソーラーパネルをはめ込んでいるが、枠体の少なくとも1個にソーラーパネルを回転可能に嵌め、他の枠体には通常のパネルを回転しないように固定してもよい。例えば、左右枠体にソーラーパネルをはめ込み、上下枠体には通常のパネルを固定してもよい。またソーラーパネルを用いずに、すべてを通常のパネルにしてもよい。この場合、通常のパネルは固定しても、回転可能にしてもよい。 In the above embodiment, the frame of the wind direction plate of the wind collecting device is divided into upper, lower, left and right, but the shape of the division is not particularly limited. Also, a solar panel is fitted into each frame, but it is also possible to rotatably fit a solar panel into at least one of the frames, and fix normal panels to the other frames so that they do not rotate. For example, solar panels may be fitted into the left and right frame bodies, and normal panels may be fixed to the upper and lower frame bodies. It is also possible to use normal panels all together without using solar panels. In this case, the normal panels may be fixed or rotatable.

集風装置の支持部材について、支持部材の構造は、風向板210をフレーム10に対して回転自在に支持するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、回転部221は、フレーム10の上端に設けられた支軸50に支持されているが、フレーム10の上側の連結部材12の上面に回転自在に支持させてもよい。一例として、連結部材12の上面に環状のレールを設け、回転部221の下面にそのレールと移動自在に係合する車輪を設けたりすることが考えられる。
また上記実施形態では、支持部材220をフレームの上端のみに設けていたが、上下風車を挟むように2個以上取り付けてもよい。また集風装置を独立して回転させてもよい。さらに、フレームと集風装置とを一体化させて、フレームと一体に回転するようにしてもよい。
Regarding the support member of the wind collecting device, the structure of the support member is not particularly limited as long as it supports the wind direction plate 210 rotatably relative to the frame 10. For example, the rotating part 221 is supported by the support shaft 50 provided at the upper end of the frame 10, but it may be rotatably supported on the upper surface of the connecting member 12 on the upper side of the frame 10. As one example, it is possible to provide an annular rail on the upper surface of the connecting member 12, and to provide wheels on the lower surface of the rotating part 221 that movably engage with the rail.
In the above embodiment, the support member 220 is provided only on the upper end of the frame, but two or more support members may be attached to sandwich the upper and lower wind turbines. The wind collector may be rotated independently. Furthermore, the frame and the wind collector may be integrated so that they rotate together.

上述したように、風車構造は、発電機に取り付けることにより、風力発電装置となる。またここでは図示していないが、風の向きに応じて風向板210の位置を計算する計算装置と、その計算に基づいて回転部221を回転させる駆動装置とを設けることにより、一層、効率よく風力発電装置として作動させることができる。 As described above, the windmill structure becomes a wind power generation device when attached to a generator. Although not shown here, by providing a calculation device that calculates the position of the wind vane 210 according to the wind direction and a drive device that rotates the rotating part 221 based on that calculation, it can be operated as a wind power generation device even more efficiently.

1、1A、1B、1C 風車構造
10 フレーム
11 柱
12、12a 連結部材
13 ボス
13a 軸受け
14 スポーク
15 リング
20 羽根車
21 回転軸
22 支持アーム
23 縦ブレード
50 支軸
70 補強リング
100 風車
200、200A 集風装置
205 窓
210、210A、210B、210C 風向板
210A1、210B1、210C1 左側板
210A2、210B2、210C2 右側板
211 枠体
211a 左側枠体
211b 右側枠体
211c 上側枠体
211d 下側枠体
212 ソーラーパネル
212a 左側パネル
212b 右側パネル
212c 上側パネル
212d 下側パネル
215 窓
218 車輪
220 支持部材
221 回転部
222 連結アーム
250 レール
REFERENCE SIGNS LIST 1, 1A, 1B, 1C Wind turbine structure 10 Frame 11 Pillar 12, 12a Connecting member 13 Boss 13a Bearing 14 Spoke 15 Ring 20 Impeller 21 Rotating shaft 22 Support arm 23 Vertical blade 50 Support shaft 70 Reinforcement ring 100 Wind turbine 200, 200A Wind collector 205 Window 210, 210A, 210B, 210C Wind direction plate 210A1, 210B1, 210C1 Left side plate 210A2, 210B2, 210C2 Right side plate 211 Frame 211a Left side frame 211b Right side frame 211c Upper frame 211d Lower frame 212 Solar panel 212a Left side panel 212b Right side panel 212c Upper panel 212d Lower panel 215 Window 218 Wheels 220 Support member 221 Rotating portion 222 Connecting arm 250 Rail

Claims (5)

垂直軸垂直翼の風車と、
集風装置とを有し、
前記集風装置は、前記風車に対して風の上流に配置されることによって前記風を前記風車へ誘導する風向板を備え、
前記風向板は、左面と、右面と、その間に設けられた窓とを有し、
前記左面と、前記右面と、前記窓とが面一になっており、
前記風向板は、前記風車の軸心周りに回転可能であり、
前記風向板は、鉛直方向に延びる平板であり、
前記風向板は、枠体と、前記枠体内に収容される板本体とを備え、
前記板本体は、回転可能であ
風力発電用の風車構造。
A vertical axis vertical blade wind turbine,
A wind collecting device is provided.
The wind collecting device includes a wind direction plate that is disposed upstream of the wind turbine to guide the wind to the wind turbine,
The wind direction plate has a left surface, a right surface, and a window provided therebetween,
The left surface, the right surface, and the window are flush with each other,
The wind direction vane is rotatable around an axis of the wind turbine,
The wind direction plate is a flat plate extending in a vertical direction,
The wind direction plate includes a frame body and a plate body accommodated in the frame body,
The plate body is a rotatable wind turbine structure for wind power generation.
前記風向板は、鉛直方向に延びる平板であり、
前記風向板は、枠体と、枠体内に収容される板本体とを備え、
前記板本体は、ソーラーパネルである、
請求項1記載の風車構造。
The wind direction plate is a flat plate extending in a vertical direction,
The wind direction plate includes a frame body and a plate body accommodated in the frame body,
The plate body is a solar panel.
A wind turbine structure according to claim 1.
前記風向板は、窓の周りに上面および/または下面をさらに有する、The wind deflector further has an upper surface and/or a lower surface around the window.
請求項1または2記載の風車構造。A wind turbine structure according to claim 1 or 2.
前記集風装置は、前記風向板と前記風車とを連結する支持部材を備え、
前記支持部材は、前記風車に回転支持される回転部と、前記回転部から風向板に延びる連
結アームとを備えた、
請求項1から3のいずれかに記載の風車構造。
The wind collecting device includes a support member that connects the wind direction plate and the wind turbine,
The support member includes a rotating part that is rotatably supported by the wind turbine, and a connecting arm that extends from the rotating part to a wind direction plate.
A wind turbine structure according to any one of claims 1 to 3.
前記風車は、フレームと、そのフレームに支持される羽根車とを有し、
前記風向板は、前記フレームに回転支持される、
請求項1から4のいずれかに記載の風車構造。
The wind turbine has a frame and an impeller supported by the frame,
The wind direction plate is rotatably supported by the frame.
A wind turbine structure according to any one of claims 1 to 4.
JP2020065379A 2020-03-31 2020-03-31 Wind turbine structure for wind power generation Active JP7514506B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020065379A JP7514506B2 (en) 2020-03-31 2020-03-31 Wind turbine structure for wind power generation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020065379A JP7514506B2 (en) 2020-03-31 2020-03-31 Wind turbine structure for wind power generation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021161964A JP2021161964A (en) 2021-10-11
JP7514506B2 true JP7514506B2 (en) 2024-07-11

Family

ID=78002979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020065379A Active JP7514506B2 (en) 2020-03-31 2020-03-31 Wind turbine structure for wind power generation

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7514506B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023058245A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 サンパワ―株式会社 Windmill structure for wind power generation

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002339853A (en) 2001-05-16 2002-11-27 Nissan Motor Co Ltd charging station
JP2014101756A (en) 2012-11-16 2014-06-05 Matsumoto Kenzai:Kk Wind power generation device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5732075A (en) * 1980-08-04 1982-02-20 Akira Nakada Wind mill

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002339853A (en) 2001-05-16 2002-11-27 Nissan Motor Co Ltd charging station
JP2014101756A (en) 2012-11-16 2014-06-05 Matsumoto Kenzai:Kk Wind power generation device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021161964A (en) 2021-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6198859B2 (en) Wind energy conversion device
EP2780583B1 (en) Wind turbine with multiple nacelles
US8961103B1 (en) Vertical axis wind turbine with axial flow rotor
US6981839B2 (en) Wind powered turbine in a tunnel
EP2609325B1 (en) Vertical axis turbine
US20100296913A1 (en) Wind power generating system with vertical axis jet wheel turbine
US20090218823A1 (en) Wind turbine structure having a plurality of propeller-type rotors
US20090167023A1 (en) Forward leaning tower top section
EP1756421A2 (en) Wind turbine for generating electricity
WO2009106922A1 (en) Shaftless vertical axis wind cage turbine
US20120261926A1 (en) Energy generation system and related methods
US20120121396A1 (en) Wind energy power enhancer system
JP4809461B2 (en) Wind power generator
JP7591800B2 (en) Wind turbine structure for wind power generation
US11560873B1 (en) Wind energy device and related methods
US11156204B2 (en) Wind turbine
JP7514506B2 (en) Wind turbine structure for wind power generation
KR101363889B1 (en) Vertical axis wind power generator
WO2023058245A1 (en) Windmill structure for wind power generation
CN105221338B (en) Wind generator system
CN114483487A (en) Nacelle for a wind turbine and method of supporting torque in the nacelle
CN205117614U (en) Wind power generation system
JP2018507352A (en) Wind power generation system
US12078149B2 (en) Cross-flow wind turbine with twin blades and inclined rotation axes
CN201934255U (en) Combined structure of vertical axis windmill spindle

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200424

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20200508

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20200508

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200601

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20200601

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200805

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20200805

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230331

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20230331

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20230405

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230602

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231101

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20231215

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240229

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240529

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240624

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7514506

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150