JP2004176852A - 回転体ストッパーとそれを用いた風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度の許容範囲が３６０度以上に及ぶ回転体ストッパーを提供する。
【解決手段】溝１２１を有する第１の部品１２と、この溝１２１に係合する３個以上の突起１１１、１１２、１１３を有する第２の部品１１とを備え、第１の部品１２に対する第２の部品１１の相対的な回転を、突起１１１、１１２、１１３が溝１２１内を移動できる範囲に制限する回転体ストッパーにおいて、第１の部品１２の溝１２１を、二つの交差点で交差する同一半径の二円の円周上で、一方の交差点と両外側の円周上の任意地点との間の二区間だけを除く円周に沿って形成し、第２の部品１１の突起１１１、１１２、１１３を、前記二円と同一半径の円上に配置している。この回転体ストッパーでは、回転許容角度を３６０度以上に設定することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転角度を規制する回転体ストッパーと、それを用いた風力発電装置に関し、特に、風力発電機を支える支軸などの回転角度を、３６０度以上の角度で規制できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
風を利用して電気を発生する風力発電装置は、数十メートルの高さを有するものから、ユーザが部品キットを購入して組み立てる小型の製品まで、各種のものが存在しており、その形態は多岐に渡っている。
【０００３】
下記特許文献１には、従来の小型風力発電装置が紹介されている。この装置は、図１１に示すように、風を受けて回転する風車１と、風車１の回転により発電する発電機２と、風の方向に風車１を向ける方向転換板（方向舵）４と、中空の支柱６と、風車１の向きに関わらず発電された電気を取り出すためのスリップリング５と、スリップリング５に対向する固定リング３とを備えている。
この装置では、方向転換板４の作用で、風車１が常に風の方向に向く。このときスリップリング５が固定リング３に対して回転し、風車１、発電機２及び方向転換板４は、支柱６を中心に旋回する。
【０００４】
また、風車１を支承する回転軸は、発電機２のロータに直結されており、風を受けた風車１が回転すると、ロータが回転して発電機２は発電する。発電された電気は、発電機２とスリップリング５とを繋ぐ電線によりスリップリング５に導出され、スリップリング５から固定リング３に伝わる。固定リング３には、中空の支柱６の中を通る電線が接続されており、発電された電気は、この電線を通じて発電装置の外に導出される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１２２１２４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、風力発電装置は、雨や風に曝される自然環境に設置されるため、スリップリングを備える従来の装置では、固定リングとの透き間等から水分が浸入し、スリップリングの電気接続が不良になる事故がしばしば発生する。
これを避けるため、スリップリングによる電気伝導の中継を止めて、発電機２に接続した被覆電線を、支柱の中を通し、その先端を直接、発電装置の外に導出する場合には、風に向かって風車１、発電機２及び方向転換板４が支柱６を中心に旋回したときに、被覆電線が支柱６の中で捩れることになる。この捩れが積み重なり、その捩れ量が限界を超えると、電線の破断や電線接続部の破壊が発生する。
【０００７】
この電線の捩れは、風車１、発電機２及び方向転換板４の支柱６に対する回転角度を規制することにより防止できる。しかし、この規制により回転可能な角度を小さく制限してしまうと、風向きがその角度の範囲から外れたときに、風車１は風向きに追随することができなくなり、その結果、風力発電装置の発電効率が低下してしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、回転角度の許容範囲が３６０度以上に及ぶ回転体ストッパーを提供し、また、その回転体ストッパーを用いた風力発電装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、溝を有する第１の部品と、この溝に係合する３個以上の突起を有する第２の部品とを備え、第１の部品に対する第２の部品の相対的な回転を、突起が溝内を移動できる範囲に制限する回転体ストッパーにおいて、第１の部品の溝は、同一または近似した半径を有し、第１の交差点及び第２の交差点で交差する第１の円及び第２の円の円周上で、第２の円より外れた第１の円の円周部分の任意の点から、第１の交差点、第２の円に含まれる第１の円の円周部分、第２の交差点、第１の円に含まれる第２の円の円周部分、及び、第１の交差点を経て、第１の円より外れた第２の円の円周部分の任意の点までの区間に沿って形成し、第２の部品の突起は、第１の円または第２の円と同一または近似した半径の円上に配置している。
この構成により、この回転体ストッパーでは、回転許容角度を３６０度以上に設定することができる。
【００１０】
また、本発明では、風車と、風車の回転によって発電する発電機と、風車を風の方向に向ける方向舵とを備える風力発電装置において、発電機で発電された電気を、電線を用いて外部に導出するとともに、方向舵の作用に基づく風車の回転を、前記回転体ストッパーで制限するように構成している。
この風力発電装置では、発電した電気を電線のみを用いて外部に導出することができるため、電気接続の不良事故を減らすことができる。また、回転体ストッパーの回転許容角度が大きいので、風向きに追随する風車の動きが、この回転体ストッパーによって妨げられる確率は極めて低く、そのため、効率的な発電が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態では、回転角度の許容範囲が５４０度である回転体ストッパーと、その回転体ストッパーを組み込んだ風力発電装置について説明する。
この風力発電装置は、図９に示すように、固定支柱６１に固定された固定リング１２と、回動支柱６２に固定された回転リング１１とから成る回転体ストッパー１０を備えている。風車１、発電機２及び方向転換板（方向舵）４は、回動支柱６２と一体に、固定支柱６１に対して回転可能であり、その回転許容角度は、回転体ストッパー１０により５４０度の範囲に規制されている。
【００１２】
回動支柱６２及び固定支柱６１は中空であり、発電機２に接続された被覆電線は、回動支柱６２内の空間、回転リング１１及び固定リング１２の穴、さらに、固定支柱６１内の空間を通って外部に導出される。この被覆電線は、回動支柱６２の回転により最大で±２７０（＝５４０／２）度まで捩れるが、それ以上の捩れは回転体ストッパー１０により防止される。
【００１３】
回動支柱６２が回転体ストッパー１０の回転許容角度の最大値まで回転し、回転体ストッパー１０によって回転が規制される状態に至った場合は、回動支柱６２を手動または自動で反対方向に３６０度回転する。こうすることで回動支柱６２の回転角度は、回転体ストッパー１０の回転許容角度の範囲内に入り、風車１は、風の向きに追随することが可能になる。
【００１４】
次に、この回転体ストッパー１０の構成について詳しく説明する。
図１には、回転体ストッパー１０を構成する回転リング１１及び固定リング１２の斜視図（図１（ａ））、断面図（図１（ｂ））、及び、裏返したときの斜視図（図１（ｃ））、並びに、回転リング１１及び固定リング１２の組合せ状態（図１（ｄ））を図示している。回転リング１１は３本の突起１１１、１１２、１１３を有し、固定リング１２は、これら突起１１１、１１２、１１３が係合する溝１２１を有している。
また、図２（ａ）には、固定リング１２の平面図と、その断面図（Ａ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面）とを示し、図２（ｂ）には、回転リング１１の平面図と、その断面図（Ａ−Ａ断面）とを示している。
【００１５】
固定リング１２の溝１２１は、図３に示すように、Ｏ１を中心とする一点鎖線で示す仮想円１２２と、半径が仮想円１２２と同一であって、中心位置Ｏ２が仮想円１２２の中心位置Ｏ１から多少ずれている、点線で示す仮想円１２３との線上に設けられている。
この仮想円１２２と仮想円１２３とは、位置Ｃと位置Ｄとで交わる。位置Ｃでは、仮想円１２２上の溝と仮想円１２３上の溝とが交差する。他方の交差位置Ｄでは、溝は交差せずに、溝の幅が、他の箇所より広がっている。仮想円１２２上の溝は、この位置Ｄから終端Ｅに至る３１５度に渡って形成されており、また、仮想円１２３上の溝は、位置Ｄから終端Ｆに至る３１５度に渡って形成されている。
【００１６】
一方、回転リング１１は、図４に示すように、仮想円１２２及び仮想円１２３と半径が同一である仮想円１１４上に等間隔に並ぶ３つの突起１１１、１１２、１１３を有している。仮想円１１４の中心Ｏ３から見た突起１１１と突起１１３との開き角度は９０度であり、また、突起１１１と突起１１２、及び、突起１１２と突起１１３間の開き角度は、それぞれ４５度である。
これらの突起１１１、１１２、１１３は、溝１２１に係合し、回転リング１１が固定リング１２に対して回転したとき、溝１２１に沿って移動する。
【００１７】
例えば、いま、突起１１１、１１２、１１３が仮想円１２２上の溝１２１に位置し、端の突起１１１が終端Ｅに当接しているとする。このとき、回転リング１１は、固定リング１２に対して、図３上で時計回りの回転だけが可能である。回転リング１１を時計回りに回転すると、突起１１１、１１２、１１３は、仮想円１２２上の溝を移動し、溝の交差位置Ｃを通過した後、仮想円１２２上の溝に沿って進む。広い溝幅の位置Ｄにまで達した突起１１１、１１２、１１３は、さらに進んで仮想円１２３上の溝に入る。そのため、突起１１１、１１２、１１３は、溝の交差位置Ｃを再び通過するとき、今度は仮想円１２３上の溝に沿って進むことになる。さらに進んで、端の突起１１３が仮想円１２３上の溝１２１の終端Ｆに当接すると、回転リング１１は、それ以上時計回りに回転することができなくなる。この間、回転リング１１は、当初の状態から固定リング１２に対して５４０度回転する。
【００１８】
図５は、この回転の途中における溝１２１と突起１１１、１１２、１１３との位置関係を段階的に示している。（ａ）は、突起１１１が仮想円１２２上の溝１２１の終端Ｅに当接している状態を示している。（ｂ）の状態では、突起１１１、１１２が仮想円１２２上にあるため、交差位置Ｃを通過した突起１１３は、仮想円１２２上の溝１２１に進入する。
【００１９】
突起１１３が位置Ｄを通過して仮想円１２３上の溝に進入し始める（ｅ）状態から、３つ目の突起１１１が仮想円１２３上の溝に進入する（ｊ）状態までの間に、突起１１１、１１２、１１３が形成する円弧の曲率中心の位置Ｏ３は、仮想円１２２の中心Ｏ１から仮想円１２３の中心Ｏ２に移動する。（ｋ）の状態では、突起１１１、１１２が仮想円１２３上にあるため、交差位置Ｃを通過した突起１１３は、仮想円１２３上の溝１２１に進入する。（ｌ）は、突起１１３が仮想円１２３上の溝１２１の終端Ｆに当接した状態を示している。
このように、この回転体ストッパー１０は、回転体の回転許容角度を５４０度に制限することができる。
【００２０】
なお、この回転体ストッパー１０の回転許容角度は、図６に示すように、回転リング１１に設ける突起１１１、１１２、１１３の中心Ｏ３から見た開き角度を狭めたり、あるいは、図７に示すように、固定リング１２に設ける溝１２１の終端Ｅ、Ｆまでの距離を延ばしたりすることによって、さらに広げることが可能である。
図８は、図６の回転リング１１と図７の固定リング１２とを用いて回転体ストッパーを構成したときの回転途中における溝１２１と突起１１１、１１２、１１３との位置関係を段階的に示している。この場合、突起１１１と突起１１２、及び、突起１１２と突起１１３間の開き角度を、それぞれ２０度に設定しており、回転体ストッパーの回転許容角度は６４０度となる。
【００２１】
また、本発明の回転体ストッパーでは、回転リング１１の回転に伴って、回転リング１１の回転中心が固定リング１２上でＯ１からＯ２に移動する。そのため、回転リング１１と固定リング１２とを保持する機構として、回転リング１１の回転中心の移動を許容するような構成を採用する必要がある。
図１０では、そうした保持機構の一例として、断面がコ字状の環状体１３を示している。この環状体１３は、固定リング１２に固着されており、また、回転リング１１を、ベアリング１３１を介して、固定リング１２の側に押し付けている。なお、固定リング１２と回転リング１１との間には、摩擦力を軽減するためにベアリング等を介在させることが望ましい。また、固定リング１２には、風力発電装置の固定支柱６１が固着され、回転リング１１には、風力発電装置の回動支柱６２が固着されている。発電機に接続された被覆電線１４は、この回動支柱６２内の空間と、回転リング１１及び固定リング１２の穴とを通して、固定支柱６１の側に導出され、固定支柱６１内の空間を通して外部に引き出される。
【００２２】
この装置では、風力発電装置の回動支柱６２が回転すると、回動支柱６２に固定された回転リング１１も回転する。このとき、回転リング１１の回転中心が固定リング１２上で移動しても、回転リング１１の側壁１１４と環状体１３の内壁１３２との間には十分な隙間が設けられているので、回転リング１１の回転動作は妨げられない。
【００２３】
また、回転リング及び固定リング保持機構の他の例として、固定リング１２の溝１２１を裏面まで貫通させ、回転リング１１の突起１１１、１１２、１１３を、この溝１２１を通して固定リング１２の裏面まで延ばし、この突起１１１、１１２、１１３の先端に抜け止め部を設けて、回転リング１１と固定リング１２とを結合するようにしても良い。
【００２４】
このように、回転許容角度が３６０度を超える回転体ストッパーを風力発電装置に設けた場合には、発電機に接続された被覆電線を、スリップリングを介さずに、風力発電装置の外部に直接導出することが可能になり、電気接続の不良事故を減らすことができる。また、この回転許容角度が小さい場合には、回転体の回転停止状態が頻繁に発生し、その度に、この状態を解消する操作を行わなければならないが、本発明の回転体ストッパーは、回転許容角度が大きいため、回転停止状態の発生回数が少なく、従って、この状態を解消するための操作回数も少なくて済む。
【００２５】
特に、この回転体ストッパーを風力発電装置に適用した場合には、回転許容角度の大きいことが有利に作用する。つまり、風向きは右方向にも左方向にも変化する。回転許容角度が小さいと、例えば、風向きが右方向に変化した段階で回転停止状態に達してしまうが、回転許容角度が大きいと、回転停止状態に達する前に風向きが右方向から左方向に変わる可能性がある。従って、回転許容角度が大きい程、回転停止状態に至る確率が低下することになる。
【００２６】
なお、実施形態では、回転体ストッパーの溝を有する方を固定リング、突起を有する方を回転リングとして説明したが、溝を有する方を回転リング、突起を有する方を固定リングとしても良い。
また、実施形態では、回転リングに設ける突起の数を３個としたが、３個以上であっても良い。
【００２７】
また、実施形態では、仮想円１２２、１２３、１１４がそれぞれ同一半径である場合について説明したが、これらの半径が多少違っていても、溝１２１の幅を適宜設定することにより回転リングの固定リングに対する回転は可能になる。
また、風力発電装置の発電機に接続した被覆電線は、必ずしも、回動支柱や固定支柱の内部を通す必要は無く、支柱の外を這わせても良い。
また、本発明の回転体ストッパーは、風力発電装置以外にも適用が可能であり、回転体の回転許容角度を３６０度を超える角度に設定する場合に、本発明の回転体ストッパーを用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の回転体ストッパーは、回転体の回転許容角度を、３６０度を超える角度に設定することができる。
【００２９】
また、この回転体ストーパーを用いた風力発電装置は、電気接続の不良事故を減らすことができる。また、風向きに追随する風車の動きが、この回転体ストッパーによって妨げられる確率は極めて低く、そのため、効率的な発電が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における回転体ストッパーを構成する固定リング及び回転リングを示す図
【図２】本発明の実施形態における固定リングの平面図及び断面図（ａ）と、回転リングの平面図及び断面図（ｂ）
【図３】本発明の実施形態における固定リングの溝を示す図
【図４】本発明の実施形態における回転リングの突起を示す図
【図５】本発明の実施形態における回転体ストッパーの動作状態を示す図
【図６】本発明の実施形態における回転リングの他の形状を示す図
【図７】本発明の実施形態における固定リングの他の形状を示す図
【図８】本発明の実施形態における他の形状の固定リング及び回転リングから成る回転体ストッパーの動作状態を示す図
【図９】本発明の実施形態における風力発電装置を示す斜視図
【図１０】本発明の実施形態における回転体ストッパーの保持構造を示す図
【図１１】従来の風力発電装置を示す斜視図
【符号の説明】
１ 風車
２ 発電機
３ 固定リング
４ 方向転換板
５ スリップリング
６ 支柱
１０ 回転体ストッパー
１１ 回転リング
１２ 固定リング
１３ 環状体
１４ 被覆電線
６１ 固定支柱
６２ 回動支柱
１１１ 突起
１１２ 突起
１１３ 突起
１１４ 仮想円
１２１ 溝
１２２ 仮想円
１２３ 仮想円
１３１ ベアリング

Claims (4)

1. 溝を有する第１の部品と、前記溝に係合する３個以上の突起を有する第２の部品とを備え、前記第１の部品に対する前記第２の部品の相対的な回転を、前記突起が前記溝内を移動できる範囲に制限する回転体ストッパーであって、
   前記第１の部品の溝は、同一または近似した半径を有し、第１の交差点及び第２の交差点で交差する第１の円及び第２の円の円周上で、前記第２の円より外れた前記第１の円の円周部分の任意の点から、前記第１の交差点、前記第２の円に含まれる前記第１の円の円周部分、前記第２の交差点、前記第１の円に含まれる前記第２の円の円周部分、及び、前記第１の交差点を経て、前記第１の円より外れた前記第２の円の円周部分の任意の点までの区間に沿って形成されており、
   前記第２の部品の突起は、前記第１の円または第２の円と同一または近似した半径の円上に配置されている
   ことを特徴とする回転体ストッパー。
2. 前記第１の部品及び第２の部品が、リング状に成形されていることを特徴とする請求項１に記載の回転体ストッパー。
3. 風車と、風車の回転によって発電する発電機と、風車を風の方向に向ける方向舵とを備える風力発電装置であって、
   発電機で発電された電気を、電線を用いて外部に導出するとともに、前記方向舵の作用に基づく風車の回転を、請求項１または請求項２に記載の回転体ストッパーで制限することを特徴とする風力発電装置。
4. 前記電線が、前記回転体ストッパーを構成するリング状部品の穴を通して導出されることを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。

Images