JP2017180232A - Air turbine device - Google Patents

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正義 高橋
利幸 佐藤
Toshiyuki Sato
利幸 佐藤
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Kitashiba Electric Co Ltd
Fukushima University NUC
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Fukushima University NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air turbine device capable of making a large-sized formation or multi-stage formation of blades while the blades being supported by a pole-like supporting body.SOLUTION: An air turbine device 1 comprises a rotating part 3 having blades 2; a supporting cylinder 11 for rotatably supporting the rotating part 3; and a bearing part 5 present between a supporting part 4 and the rotating part 3. The rotating part 3 comprises a rotating main shaft 6; a blade fixing member 7 of which one end is fixed to the upper side portions of the blades 2 and the other end is fixed to an upper end part of the rotating main shaft 6; and blade supporting members 8 fixed to the lower portions of the blades 2. The bearing part 5 comprises an upper end bearing part 18 in a thrust direction and a radial direction present between the upper end part of the supporting cylinder 11 and the upper end part of the rotating main shaft 6; and a lower bearing part 19 in a radial direction present between the other end part of the blade supporting member 8 and the supporting cylinder 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、周方向に間隔を有する複数のブレードにより風力を受けて鉛直軸線周りの回転力が付与される風車装置に関する。   The present invention relates to a windmill device that receives wind power from a plurality of blades spaced in the circumferential direction and is given a rotational force around a vertical axis.

従来、風力発電に使用される風車装置として、直線翼垂直軸型風車が知られている。直線翼垂直軸型風車は、周方向に間隔を有する複数のブレードにより風力を受けて鉛直軸線周りの回転力が付与される回転部と、回転部を鉛直軸線周りに回転自在に支持する支持部と、支持部と回転部との間に介在する軸受部とを備える。   Conventionally, a linear blade vertical axis type wind turbine is known as a wind turbine device used for wind power generation. The straight blade vertical axis type wind turbine is provided with a rotating part that receives wind force from a plurality of blades spaced in the circumferential direction and is given a rotational force around the vertical axis, and a support part that rotatably supports the rotating part around the vertical axis. And a bearing portion interposed between the support portion and the rotating portion.

このような直線翼垂直軸型風車として、センターポールの上端部に発電機を設け、発電機のロータに風車の回転部の回転主軸を直結したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。   As such a straight blade vertical axis type wind turbine, a wind turbine is known in which a generator is provided at the upper end of the center pole, and the rotating main shaft of the rotating portion of the wind turbine is directly connected to the rotor of the generator (for example, see Patent Document 1). ).

また、風車専用の軸受を設け、これにより風車の回転主軸を保持するようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された直線翼垂直軸型風車では、ポール形のベース部の上端に、ベアリングを介して回転シャフトを回転自在に立設し、該回転シャフトの上側に風車を一体的に設けている。   In addition, there is also known a bearing provided with a dedicated wind turbine bearing so as to hold the rotating main shaft of the wind turbine (see, for example, Patent Document 2). In the straight blade vertical axis type windmill described in Patent Document 2, a rotary shaft is rotatably erected on the upper end of a pole-shaped base portion via a bearing, and the windmill is integrally provided on the upper side of the rotary shaft. ing.

さらに、枠体により、ベアリングを介して風車の回転主軸を保持するものも知られている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３の風車では、上下方向に２段で構成されたブレードを有する風車の回転主軸を、枠体により保持されたベアリングにより、鉛直軸方向に離れた２箇所において支持している。回転主軸の下端部は、発電機のロータに結合されている。   Furthermore, what holds the rotating main shaft of a windmill via a bearing with a frame is also known (see, for example, Patent Document 3). In the wind turbine disclosed in Patent Document 3, the rotating main shaft of a wind turbine having a blade constituted by two stages in the vertical direction is supported at two locations separated in the vertical axis direction by bearings held by a frame body. The lower end of the rotating main shaft is coupled to the rotor of the generator.

特開２０１５−１２９４７１号公報JP2015-129471A 特開２００３−３１４４２９号公報JP 2003-314429 A 特開２０１１−９９４１８号公報JP 2011-99418 A

しかしながら、上記のようにセンターポールの上端部で発電機のロータに風車の回転主軸を直結したものや、ポールの上端部で風車の回転主軸を保持するものにおいては、風車の回転主軸がその下端部においてのみ保持される。このため、風車のブレードで風を受けると、回転主軸とその軸受部に大きい曲げモーメントによる荷重が負荷される。したがって、風車の大型化や多段化は困難である。   However, as described above, the wind turbine rotation main shaft is connected to the generator rotor at the upper end of the center pole or the wind turbine rotation main shaft is held at the lower end of the wind turbine rotation main shaft at the upper end of the pole. Only in the part. For this reason, when wind is received by the blade of the windmill, a load due to a large bending moment is applied to the rotating main shaft and its bearing portion. Therefore, it is difficult to increase the size and stage of the windmill.

大型化や多段化を実現するためには、上記特許文献３に記載の風車のように、風車の外側に枠体を構成し、鉛直方向の数個所で回転主軸を支持する必要がある。そうすると、構成が大きくなるので、より広い設置スペースを要することになる。   In order to realize an increase in size and multistage, it is necessary to form a frame body on the outside of the windmill and support the rotating spindle at several locations in the vertical direction as in the windmill described in Patent Document 3. If it does so, since a structure will become large, a wider installation space will be needed.

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、ポール状の支持体でブレードを支持しながらブレードの大型化や多段化を達成できる風車装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a wind turbine apparatus capable of achieving an increase in size and multistage of a blade while supporting the blade with a pole-shaped support.

第１発明に係る風車装置は、
周方向に間隔を有する複数の第１のブレードにより風力を受けて鉛直軸線周りの回転力が付与される回転部と、
前記回転部を前記鉛直軸線周りに回転自在に支持する支持部と、
前記支持部と前記回転部との間に介在する軸受部とを備え、
前記回転部は、
前記鉛直軸線を中心軸線とする回転主軸と、
一端が前記第１のブレードの上側部分に固定され、他端が前記回転主軸の上端部に固定されるブレード毎のブレード取付部材と、
一端が前記第１のブレードの下側部分に固定され、他端側が前記回転主軸に向けて延びたブレード毎の第１のブレード支持部材とを備え、
前記支持部は、前記回転主軸が内部に同心状に位置する支持筒を備え、
前記軸受部は、
前記支持筒の上端部と前記回転主軸の上端部との間に介在してスラスト方向及びラジアル方向の支持を行う上端部軸受部と、
前記上端部軸受部より下方に位置し、前記第１のブレード支持部材の他端部と前記支持筒との間に介在してラジアル方向の支持を行う第１の下方軸受部とを備えることを特徴とする。 The windmill device according to the first invention is
A rotating unit that receives wind force from a plurality of first blades spaced in the circumferential direction and is given a rotational force around a vertical axis;
A support part for rotatably supporting the rotating part around the vertical axis;
A bearing portion interposed between the support portion and the rotating portion,
The rotating part is
A rotation spindle having the vertical axis as a central axis;
A blade mounting member for each blade, one end of which is fixed to the upper portion of the first blade and the other end is fixed to the upper end of the rotating spindle;
A first blade support member for each blade, one end of which is fixed to the lower portion of the first blade and the other end extends toward the rotation main shaft;
The support portion includes a support cylinder in which the rotation main shaft is concentrically positioned.
The bearing portion is
An upper end bearing portion interposed between the upper end portion of the support cylinder and the upper end portion of the rotating main shaft and supporting in the thrust direction and the radial direction;
A first lower bearing portion that is positioned below the upper end bearing portion and is interposed between the other end portion of the first blade support member and the support cylinder and that supports in the radial direction. Features.

第１発明によれば、回転部の回転主軸を支持筒内に配置し、回転部を、支持筒によって、上端部軸受部を介してスラスト方向及びラジアル方向に支持するとともに、第１の下方軸受部によりラジアル方向に支持するようにしている。このため、大きい風速の風や突風により回転部が大きな力を受けた場合でも、支持部による回転部の支持を支障なく維持することができる。   According to the first aspect of the invention, the rotation main shaft of the rotating part is disposed in the support cylinder, and the rotating part is supported by the support cylinder in the thrust direction and the radial direction via the upper end bearing part, and the first lower bearing The part is supported in the radial direction. For this reason, even when the rotating part receives a large force due to wind or gust of high wind speed, the support of the rotating part by the support part can be maintained without any trouble.

すなわち、上下方向に離れた位置で回転部を支持するベアリングを保持する枠体を回転部の外側に設ける必要なく、回転部の回転主軸をポール状の支持体である支持筒により強固に支持することができる。これにより、簡便でコンパクトな構成でブレードの大型化や多段化を容易に達成することができる。   That is, it is not necessary to provide a frame body that holds a bearing that supports the rotating portion at a position separated in the vertical direction outside the rotating portion, and the rotation main shaft of the rotating portion is firmly supported by a support cylinder that is a pole-shaped support body. be able to. As a result, the blade can be easily increased in size and multistage with a simple and compact configuration.

第２発明に係る風車装置は、第１発明において、
前記回転部は、
各第１のブレードの下方に位置する第２のブレードと、
一端が前記第２のブレードの下側部分に固定され、他端側が前記支持筒に向けて延びたブレード毎の第２のブレード支持部材とを備え、
前記第１のブレード支持部材の一端は、前記第２のブレードの上側部分にも固定され、
前記軸受部は、前記第２のブレード支持部材の他端部と前記支持筒との間に介在するラジアル方向の第２の下方軸受部を備えることを特徴とする。 A wind turbine apparatus according to a second invention is the first invention,
The rotating part is
A second blade located below each first blade;
A second blade support member for each blade having one end fixed to the lower portion of the second blade and the other end extending toward the support cylinder;
One end of the first blade support member is also fixed to the upper portion of the second blade,
The bearing portion includes a second lower bearing portion in a radial direction interposed between the other end portion of the second blade support member and the support cylinder.

第２発明によれば、ブレード、ブレード支持部材及び下方軸受部を追加するだけで、容易に複数段のブレードを有する風車装置を形成することができる。   According to the second aspect of the present invention, it is possible to easily form a wind turbine apparatus having a plurality of stages of blades simply by adding a blade, a blade support member, and a lower bearing portion.

第３発明に係る風車装置は、第１発明において、
前記回転部は、前記支持筒の外側に設けられる回転筒を備え、
前記上端部軸受部は、前記支持筒と前記回転筒との間に位置してラジアル方向の支持を行う軸受を有し、
前記第１のブレード支持部材の他端は前記回転筒に固定され、
前記下方軸受部は、前記支持筒と前記回転筒との間に位置することを特徴とする。 A windmill device according to a third invention is the first invention,
The rotating part includes a rotating cylinder provided outside the supporting cylinder,
The upper end bearing portion has a bearing that is positioned between the support cylinder and the rotating cylinder and performs radial support,
The other end of the first blade support member is fixed to the rotating cylinder,
The lower bearing portion is located between the support cylinder and the rotary cylinder.

第３発明によれば、回転部の一部としてブレード支持部材の他端が固定される回転筒を採用し、支持筒と回転筒の間に上端部軸受部のラジアル方向の軸受及び下方軸受部を設けたので、該ラジアル方向の軸受及び下方軸受部として、サイズの小さいボールベアリング等を採用することができる。したがって、回転筒の径を大きくすることなく、支持筒として、径の大きいものを容易に採用することができる。   According to the third aspect of the present invention, the rotating cylinder in which the other end of the blade support member is fixed as a part of the rotating part is adopted, and the radial bearing and the lower bearing part of the upper end bearing part are interposed between the supporting cylinder and the rotating cylinder. Thus, a small-sized ball bearing or the like can be employed as the radial bearing and the lower bearing portion. Therefore, it is possible to easily adopt a support cylinder having a large diameter without increasing the diameter of the rotating cylinder.

第４発明に係る風車装置は、第３発明において、
前記回転部は、
各第１のブレードの下方に位置する第２のブレードと、
一端が前記第２のブレードの上側部分に固定され、他端側が前記回転筒に固定されたブレード毎の第２のブレード支持部材と、
一端が前記第２のブレードの下側部分に固定され、他端側が前記回転筒に固定されたブレード毎の第３のブレード支持部材とを備えることを特徴とする。 A windmill device according to a fourth invention is the third invention,
The rotating part is
A second blade located below each first blade;
A second blade support member for each blade having one end fixed to the upper portion of the second blade and the other end fixed to the rotary cylinder;
And a third blade support member for each blade having one end fixed to the lower portion of the second blade and the other end fixed to the rotating cylinder.

第４発明によれば、ブレード、ブレード支持部材及び下方軸受部を追加するだけで、容易に複数段のブレードを有する風車装置を形成することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to easily form a wind turbine apparatus having a plurality of stages of blades simply by adding a blade, a blade support member, and a lower bearing portion.

第５発明に係る風車装置は、第１〜第４のいずれかの発明において、前記支持筒の外面に発電機のステータを有し、該発電機のロータを前記回転部上に有することを特徴とする。第５発明によれば、支持筒と回転部の間に発電機が構成されるので、省スペースを図ることができる。また、発電機自体を下方軸受部として機能させることもできる。   A windmill device according to a fifth invention is characterized in that, in any one of the first to fourth inventions, a stator of a generator is provided on an outer surface of the support tube, and a rotor of the generator is provided on the rotating portion. And According to the fifth aspect of the invention, the generator is configured between the support cylinder and the rotating part, so that space can be saved. Further, the generator itself can function as a lower bearing portion.

第６発明に係る風車装置は、第１〜第５のいずれかの発明において、前記回転主軸の下端部に発電機のロータが結合していることを特徴とする。第６発明によれば、発電機が風車装置の回転主軸の下端部に構成されるので、発電機のメンテナンスの容易化を図ることができる。   A wind turbine apparatus according to a sixth invention is characterized in that, in any one of the first to fifth inventions, a rotor of a generator is coupled to a lower end portion of the rotating main shaft. According to the sixth aspect of the invention, since the generator is configured at the lower end portion of the rotation main shaft of the wind turbine apparatus, it is possible to facilitate maintenance of the generator.

第７発明に係る風車装置は、第１〜第６のいずれかの発明において、前記下方軸受部は、磁気軸受、又はばねで前記支持筒の方に付勢されたローラを有することを特徴とする。第７発明によれば、支持筒と回転部との間の隙間の製造誤差や風力による変動に拘わらず、支持筒の周りで回転部を極力少ない摩擦で支障なく回転させることができる。   A windmill device according to a seventh invention is characterized in that, in any one of the first to sixth inventions, the lower bearing portion includes a roller biased toward the support tube by a magnetic bearing or a spring. To do. According to the seventh aspect of the present invention, the rotating part can be rotated around the supporting cylinder without any trouble with as little friction as possible, regardless of the manufacturing error of the gap between the supporting cylinder and the rotating part or the fluctuation due to wind power.

本発明の一実施形態に係る風車装置の断面図である。It is sectional drawing of the windmill apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図１の風車装置のII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of the windmill apparatus of FIG. 本発明の他の実施形態に係る風車装置の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the windmill apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 風車装置の下方軸受部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the lower bearing part of a windmill apparatus.

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。本発明の第１実施形態に係る風車装置は、風力発電に適した直線翼垂直軸型風車である。図１に示すように、この風車装置１は、周方向に間隔を有する複数のブレード２により風力を受けて鉛直軸線周りの回転力が付与される回転部３と、回転部３を鉛直軸線周りに回転自在に支持する支持部４と、支持部４と回転部３との間に介在する軸受部５とを備える。ブレード２としては、円弧形状や対称翼形状等の翼断面形状を有する直線翼が用いられる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The windmill device according to the first embodiment of the present invention is a straight blade vertical axis type windmill suitable for wind power generation. As shown in FIG. 1, the wind turbine apparatus 1 includes a rotating unit 3 that receives wind force from a plurality of blades 2 that are spaced apart in the circumferential direction and is given a rotational force around a vertical axis, and the rotating unit 3 around the vertical axis. Are provided with a support portion 4 that is rotatably supported, and a bearing portion 5 that is interposed between the support portion 4 and the rotation portion 3. As the blade 2, a straight blade having a blade cross-sectional shape such as an arc shape or a symmetrical blade shape is used.

回転部３は、鉛直軸線を中心軸線とする回転主軸６と、一端がブレード２の上側部分に固定され、他端が回転主軸６の上端部に固定されるブレード取付部材７と、一端がブレード２の下側部分に固定され、他端側が回転主軸６に向けて延びたブレード支持部材８とを備える。   The rotating unit 3 includes a rotating main shaft 6 having a vertical axis as a central axis, a blade mounting member 7 having one end fixed to the upper portion of the blade 2 and the other end fixed to the upper end of the rotating main shaft 6, and one end being a blade. 2 and a blade support member 8 that is fixed to the lower portion and the other end extends toward the rotation main shaft 6.

ブレード取付部材７及びブレード支持部材８は、ブレード毎に設けられる。ブレード取付部材７は、これを貫通して上方に突出した回転主軸６上端のボルト部分に螺合するナット９でブレード取付部材７を回転主軸６に締結することにより、回転主軸６に固定される。この締結部分は、カバー１０で覆われる。   The blade attachment member 7 and the blade support member 8 are provided for each blade. The blade mounting member 7 is fixed to the rotating main shaft 6 by fastening the blade mounting member 7 to the rotating main shaft 6 with a nut 9 screwed into a bolt portion at the upper end of the rotating main shaft 6 that protrudes upward through the blade mounting member 7. . This fastening portion is covered with a cover 10.

支持部４は、回転主軸６が内部に同心状に配置される支持筒１１を備える。支持筒１１は、発電機１２を収納した発電機収納部１３の天板上に、鉛直上方に向けて立設される。発電機収納部１３及び発電機１２は、設置面１４上の基台１５の上に設けられる。   The support portion 4 includes a support cylinder 11 in which the rotation main shaft 6 is disposed concentrically. The support cylinder 11 is erected vertically upward on the top plate of the generator storage unit 13 in which the generator 12 is stored. The generator storage unit 13 and the generator 12 are provided on a base 15 on the installation surface 14.

発電機収納部１３の天板には、支持筒１１下端の開口に対応する部分に貫通孔１６が設けられる。この貫通孔１６を介して、回転主軸６の下端部が発電機１２のロータに連結される。支持筒１１の下端部の内側には、回転主軸６の下端部を回転自在に支持するラジアル軸受１７が設けられる。   A through-hole 16 is provided in the top plate of the generator housing 13 at a portion corresponding to the opening at the lower end of the support tube 11. The lower end portion of the rotating main shaft 6 is connected to the rotor of the generator 12 through the through hole 16. A radial bearing 17 that rotatably supports the lower end portion of the rotation main shaft 6 is provided inside the lower end portion of the support cylinder 11.

軸受部５は、支持筒１１の上端部と回転主軸６の上端部との間に介在するスラスト方向及びラジアル方向の上端部軸受部１８と、ブレード支持部材８の他端部と支持筒１１との間に介在するラジアル方向の下方軸受部１９とを備える。下方軸受部１９としては、本実施形態では磁気軸受が用いられる。   The bearing portion 5 includes a thrust direction and radial direction upper end bearing portion 18 interposed between the upper end portion of the support cylinder 11 and the upper end portion of the rotary main shaft 6, the other end portion of the blade support member 8, and the support cylinder 11. And a radial lower bearing portion 19 interposed therebetween. In the present embodiment, a magnetic bearing is used as the lower bearing portion 19.

上端部軸受部１８は、支持筒１１の上端部の内側に固定された固定部材２０とブレード取付部材７の下面との間に設けられるスラスト軸受２１と、この固定部材２０と回転主軸６との間に設けられるラジアル軸受２２とで構成される。   The upper end bearing portion 18 includes a thrust bearing 21 provided between the fixing member 20 fixed inside the upper end portion of the support cylinder 11 and the lower surface of the blade mounting member 7, and the fixing member 20 and the rotating spindle 6. It is comprised with the radial bearing 22 provided in between.

スラスト軸受２１及びラジアル軸受２２としては、例えば、玉軸受を用いることができるが、他の磁気軸受等を用いてもよい。また、上端部軸受部１８は、１つのスラスト自動調心ころ軸受で構成してもよい。   As the thrust bearing 21 and the radial bearing 22, for example, ball bearings can be used, but other magnetic bearings or the like may be used. Moreover, you may comprise the upper-end part bearing part 18 with one thrust self-aligning roller bearing.

ブレード取付部材７の下面には、支持筒１１の上端部の周囲を囲うことにより、該下面と支持筒１１の上端面との間の間隙から雨水等が上端部軸受部１８の方に浸入するのを防止する円筒状の隔壁２３が設けられる。また、必要に応じて、ブレード２の支持力を補強するための、補強ステー２４が設けられる。   By enclosing the periphery of the upper end portion of the support tube 11 on the lower surface of the blade mounting member 7, rainwater or the like enters the upper end bearing portion 18 from a gap between the lower surface and the upper end surface of the support tube 11. A cylindrical partition wall 23 is provided to prevent this. Further, a reinforcing stay 24 for reinforcing the supporting force of the blade 2 is provided as necessary.

図２に示すように、下方軸受部１９は、各ブレード支持部材８の他端部に設けられた永久磁石片２５と、これに対応する高さ位置において支持筒１１の周囲に設けられた永久磁石帯２６により構成される。永久磁石片２５と永久磁石帯２６は、同極同士が対向してその反発力により非接触ベアリングとして機能するように構成される。   As shown in FIG. 2, the lower bearing portion 19 is provided with a permanent magnet piece 25 provided at the other end portion of each blade support member 8 and a permanent magnet provided around the support cylinder 11 at a height corresponding to the permanent magnet piece 25. The magnet band 26 is used. The permanent magnet piece 25 and the permanent magnet strip 26 are configured such that the same poles face each other and function as a non-contact bearing by the repulsive force.

この構成において、ある程度の風速の風がブレード２に当たると、各ブレード２に生じる揚力の作用によって回転部３が回転を開始する。この回転部３の回転力が回転主軸６を介して発電機１２のロータを回転させることにより、発電機１２が稼働し、発電が行われる。   In this configuration, when wind of a certain wind speed hits the blades 2, the rotating unit 3 starts to rotate by the action of lift generated in each blade 2. The rotating force of the rotating unit 3 rotates the rotor of the generator 12 via the rotary main shaft 6, whereby the generator 12 is operated and power is generated.

この発電中に、風を受けることによって各ブレード２に加わる力は、上端部軸受部１８を介して支持筒１１の上端部により支持されるとともに、下方軸受部１９を介して支持筒１１の外面により支持される。したがって、風速が上昇したり突風が吹いたりして、大きな力が各ブレード２に加わった場合でも、かかる力は、上端部軸受部１８及び下方軸受部１９に分散して、支持筒１１により支障なく支持される。   During this power generation, the force applied to each blade 2 by receiving wind is supported by the upper end portion of the support cylinder 11 via the upper end bearing portion 18 and the outer surface of the support cylinder 11 via the lower bearing portion 19. Is supported by Therefore, even when a large force is applied to each blade 2 due to an increase in wind speed or a gust of wind, the force is distributed to the upper end bearing portion 18 and the lower bearing portion 19 and is hindered by the support cylinder 11. It is supported without.

第１実施形態によれば、回転部３の回転主軸６を支持筒１１内に配置し、回転部３を、支持筒１１上の上端部軸受部１８によりスラスト方向及びラジアル方向に支持するとともに、下方軸受部１９によりラジアル方向に支持するようにしている。   According to the first embodiment, the rotation main shaft 6 of the rotating part 3 is disposed in the support cylinder 11, and the rotating part 3 is supported in the thrust direction and the radial direction by the upper end bearing part 18 on the support cylinder 11, The lower bearing portion 19 is supported in the radial direction.

このため、回転部３の外側に枠体を設け、これによって回転主軸６を支持する複数のベアリングを保持する必要なく、回転部３の強固な支持を達成することができる。したがって、回転主軸６を支持するベアリングを保持する枠体を回転部３の外側に構成する必要がないので、簡便でコンパクトな構成でブレード２の大型化や、次のようにして多段化を達成することができる。   For this reason, it is possible to achieve strong support of the rotating unit 3 without providing a frame body on the outside of the rotating unit 3 and thereby holding a plurality of bearings that support the rotating main shaft 6. Accordingly, since it is not necessary to configure the frame body holding the bearing for supporting the rotating spindle 6 outside the rotating portion 3, the blade 2 can be enlarged with a simple and compact configuration, and multistage can be achieved as follows. can do.

第２実施形態に係る風車装置１は、第１実施形態の風車装置において、各ブレード２の下方にブレード２７を追加した構成を有する。すなわち、ブレード２は本発明の第１のブレードに相当する。追加したブレード２７は、本発明の第２のブレードに相当し、図１において二点鎖線で示されている。なお、前述の補強ステー２４及び後述の発電機３０の部分も二点鎖線で示されている。   The windmill device 1 according to the second embodiment has a configuration in which blades 27 are added below the blades 2 in the windmill device of the first embodiment. That is, the blade 2 corresponds to the first blade of the present invention. The added blade 27 corresponds to the second blade of the present invention, and is indicated by a two-dot chain line in FIG. The reinforcing stay 24 and the later-described generator 30 are also indicated by a two-dot chain line.

この場合、ブレード支持部材８の一端は、ブレード２７の上側部分にも固定される。すなわち、ブレード支持部材８は、ブレード２及びブレード２７の双方を支持しており、本発明の第１のブレード支持部材に相当する。   In this case, one end of the blade support member 8 is also fixed to the upper portion of the blade 27. That is, the blade support member 8 supports both the blade 2 and the blade 27, and corresponds to the first blade support member of the present invention.

また、回転部３は、さらに、一端がブレード２７の下側部分に固定され、他端側が支持筒１１に向けて延びた別のブレード支持部材２８をブレード毎に備える。   The rotating unit 3 further includes another blade support member 28 having one end fixed to the lower portion of the blade 27 and the other end extending toward the support cylinder 11 for each blade.

また、軸受部５は、ブレード支持部材２８の他端部と支持筒１１との間に介在するラジアル方向の別の下方軸受部２９を備える。すなわち、この場合、上述の下方軸受部１９は、本発明の第１の下方軸受部に相当し、下方軸受部２９は、本発明の第２の下方軸受部に相当する。   Further, the bearing portion 5 includes another lower bearing portion 29 in the radial direction that is interposed between the other end portion of the blade support member 28 and the support cylinder 11. That is, in this case, the above-described lower bearing portion 19 corresponds to the first lower bearing portion of the present invention, and the lower bearing portion 29 corresponds to the second lower bearing portion of the present invention.

また、下方軸受部２９に隣接した支持筒１１の外面に発電機３０のステータ３１が設けられ、該発電機のロータ３２が回転部３のブレード支持部材２８に設けられる。可能な場合には、発電機３０自体が下方軸受部としても機能するものであってもよい。   The stator 31 of the generator 30 is provided on the outer surface of the support cylinder 11 adjacent to the lower bearing portion 29, and the rotor 32 of the generator is provided on the blade support member 28 of the rotating portion 3. If possible, the generator 30 itself may function as a lower bearing portion.

第２実施形態によれば、回転部３を支持部４で強固に支持しながら、ブレードの構成を容易にブレード２及びブレード２７の２段構成とすることができる。なお、同様に第３のブレード等を追加して、３段以上の多段構成としてもよい。   According to the second embodiment, the configuration of the blade can be easily made into a two-stage configuration of the blade 2 and the blade 27 while firmly supporting the rotating unit 3 with the support unit 4. Similarly, a third blade or the like may be added to provide a multistage configuration of three or more stages.

図３は、第３実施形態に係る風車装置の要部の断面図である。図３において、図１中の要素と同様の要素については、同じ符号が付されている。この風車装置３３では、回転部３４は、支持筒１１の外側に設けられる回転筒３５を備える。上端部軸受部３６は、ラジアル方向の軸受として、支持筒１１と回転筒３５との間に設けられるボールベアリング３７を備える。   FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the wind turbine apparatus according to the third embodiment. In FIG. 3, the same reference numerals are given to the same elements as those in FIG. 1. In the wind turbine device 33, the rotating unit 34 includes a rotating cylinder 35 provided outside the supporting cylinder 11. The upper end bearing portion 36 includes a ball bearing 37 provided between the support cylinder 11 and the rotary cylinder 35 as a radial bearing.

ブレードとしては、第１のブレードとしてのブレード３８とその下方の第２のブレードとしてのブレード３９を有し、これらは分離している。   The blade includes a blade 38 as a first blade and a blade 39 as a second blade below the first blade 38, which are separated from each other.

回転部３４は、一端がブレード３８の下側部分に固定され、他端が支持筒１１に向けて延びて回転筒３５に固定されたブレード支持部材４０と、一端がブレード３９の上側部分に固定され、他端が同様に回転筒３５に固定されたブレード支持部材４１と、一端がブレード３９の下側部分に固定され、他端が同様に回転筒３５に固定されたブレード支持部材４２とを備える。   The rotating part 34 has one end fixed to the lower part of the blade 38, the other end extending toward the support cylinder 11 and fixed to the rotating cylinder 35, and one end fixed to the upper part of the blade 39. A blade support member 41 having the other end fixed to the rotary cylinder 35 and a blade support member 42 having one end fixed to the lower portion of the blade 39 and the other end fixed to the rotary cylinder 35 in the same manner. Prepare.

また、下方軸受部として、ブレード支持部材４２の他端部と支持筒１１との間に回転筒３５を挟んで介在するラジアル方向のボールベアリング４３を備える。ボールベアリング４３は、支持筒１１と回転筒３５との間に設けられる。他の点については、第１実施形態や第２実施形態の場合と同様である。   Further, as a lower bearing portion, a radial ball bearing 43 is provided which is interposed between the other end portion of the blade support member 42 and the support cylinder 11 with the rotary cylinder 35 interposed therebetween. The ball bearing 43 is provided between the support cylinder 11 and the rotary cylinder 35. About another point, it is the same as that of the case of 1st Embodiment or 2nd Embodiment.

第３実施形態によれば、上記第１実施形態及び第２実施形態の場合と同様の作用効果を奏するとともに、支持筒１１の径がある程度以上大きい場合でも、下方軸受部を容易に構成することができる。   According to the third embodiment, the same effect as the first embodiment and the second embodiment can be obtained, and the lower bearing portion can be easily configured even when the diameter of the support cylinder 11 is larger than a certain degree. Can do.

すなわち、第１実施形態及び第２実施形態の場合に、下方軸受部として滑り軸受や磁気軸受を用いた場合、支持筒１１の径が大きくなると軸受のサイズも大きくなるが、第３実施形態の場合には下方軸受部としてボールベアリング４３が用いられるので、軸受のサイズを大きくする必要なく下方軸受部を構成することができる。   That is, in the case of the first embodiment and the second embodiment, when a sliding bearing or a magnetic bearing is used as the lower bearing portion, the bearing size increases as the diameter of the support cylinder 11 increases. In this case, since the ball bearing 43 is used as the lower bearing portion, the lower bearing portion can be configured without having to increase the size of the bearing.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は、ブレードにより風力を受けて鉛直軸線周りに回転する風車であれば、他の形式の風車、例えば、ダリウス型やジャイロミル型の風車にも適用することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to other types of wind turbines, for example, Darrieus type or gyromill type wind turbines, as long as they are wind turbines that rotate around a vertical axis by receiving wind power from a blade.

また、下方軸受部１９は、図４のように、支持筒１１の外周を転動するローラ４４を、スプリングばね４５を介してブレード支持部材８の先端部に取り付けて構成したものであってもよい。この場合、スプリングばね４５は、ローラ４４を支持筒１１の外面に対して適切な力で押し付けるように作用する。また、発電機１２は、図１において二点鎖線で示してあるように、回転主軸６及び支持筒１１の上部に設けてもよい。   Further, as shown in FIG. 4, the lower bearing portion 19 may be configured by attaching a roller 44 that rolls on the outer periphery of the support cylinder 11 to the tip end portion of the blade support member 8 via a spring spring 45. Good. In this case, the spring spring 45 acts to press the roller 44 against the outer surface of the support cylinder 11 with an appropriate force. Further, the generator 12 may be provided on the upper part of the rotation main shaft 6 and the support cylinder 11 as indicated by a two-dot chain line in FIG.

１…風車装置、２、２７、３８、３９…ブレード、３、３４…回転部、４…支持部、５…軸受部、６…回転主軸、７…ブレード取付部材、８、２８、４０、４１、４２…ブレード支持部材、１１…支持筒、１８…上端部軸受部、１９…下方軸受部、３５…回転筒、３１…ステータ、３２…ロータ、４４…ローラ、４５…スプリングばね。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Windmill apparatus, 2, 27, 38, 39 ... Blade, 3, 34 ... Rotating part, 4 ... Supporting part, 5 ... Bearing part, 6 ... Rotating main shaft, 7 ... Blade attachment member, 8, 28, 40, 41 , 42 ... blade support member, 11 ... support cylinder, 18 ... upper end bearing section, 19 ... lower bearing section, 35 ... rotating cylinder, 31 ... stator, 32 ... rotor, 44 ... roller, 45 ... spring spring.

Claims (7)

周方向に間隔を有する複数の第１のブレードにより風力を受けて鉛直軸線周りの回転力が付与される回転部と、
前記回転部を前記鉛直軸線周りに回転自在に支持する支持部と、
前記支持部と前記回転部との間に介在する軸受部とを備え、
前記回転部は、
前記鉛直軸線を中心軸線とする回転主軸と、
一端が前記第１のブレードの上側部分に固定され、他端が前記回転主軸の上端部に固定されるブレード毎のブレード取付部材と、
一端が前記第１のブレードの下側部分に固定され、他端側が前記回転主軸に向けて延びたブレード毎の第１のブレード支持部材とを備え、
前記支持部は、前記回転主軸が内部に同心状に位置する支持筒を備え、
前記軸受部は、
前記支持筒の上端部と前記回転主軸の上端部との間に介在してスラスト方向及びラジアル方向の支持を行う上端部軸受部と、
前記上端部軸受部より下方に位置し、前記第１のブレード支持部材の他端部と前記支持筒との間に介在してラジアル方向の支持を行う第１の下方軸受部とを備えることを特徴とする風車装置。 A rotating unit that receives wind force from a plurality of first blades spaced in the circumferential direction and is given a rotational force around a vertical axis;
A support part for rotatably supporting the rotating part around the vertical axis;
A bearing portion interposed between the support portion and the rotating portion,
The rotating part is
A rotation spindle having the vertical axis as a central axis;
A blade mounting member for each blade, one end of which is fixed to the upper portion of the first blade and the other end is fixed to the upper end of the rotating spindle;
A first blade support member for each blade, one end of which is fixed to the lower portion of the first blade and the other end extends toward the rotation main shaft;
The support portion includes a support cylinder in which the rotation main shaft is concentrically positioned.
The bearing portion is
An upper end bearing portion interposed between the upper end portion of the support cylinder and the upper end portion of the rotating main shaft and supporting in the thrust direction and the radial direction;
A first lower bearing portion that is positioned below the upper end bearing portion and is interposed between the other end portion of the first blade support member and the support cylinder and that supports in the radial direction. A windmill device characterized. 前記回転部は、
各第１のブレードの下方に位置する第２のブレードと、
一端が前記第２のブレードの下側部分に固定され、他端側が前記支持筒に向けて延びたブレード毎の第２のブレード支持部材とを備え、
前記第１のブレード支持部材の一端は、前記第２のブレードの上側部分にも固定され、
前記軸受部は、前記第２のブレード支持部材の他端部と前記支持筒との間に介在するラジアル方向の第２の下方軸受部を備えることを特徴とする請求項１に記載の風車装置。 The rotating part is
A second blade located below each first blade;
A second blade support member for each blade having one end fixed to the lower portion of the second blade and the other end extending toward the support cylinder;
One end of the first blade support member is also fixed to the upper portion of the second blade,
2. The wind turbine apparatus according to claim 1, wherein the bearing portion includes a second lower bearing portion in a radial direction interposed between the other end portion of the second blade support member and the support tube. . 前記回転部は、前記支持筒の外側に設けられる回転筒を備え、
前記上端部軸受部は、前記支持筒と前記回転筒との間に位置してラジアル方向の支持を行う軸受を有し、
前記第１のブレード支持部材の他端は前記回転筒に固定され、
前記下方軸受部は、前記支持筒と前記回転筒との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の風車装置。 The rotating part includes a rotating cylinder provided outside the supporting cylinder,
The upper end bearing portion has a bearing that is positioned between the support cylinder and the rotating cylinder and performs radial support,
The other end of the first blade support member is fixed to the rotating cylinder,
The wind turbine apparatus according to claim 1, wherein the lower bearing portion is located between the support cylinder and the rotary cylinder. 前記回転部は、
各第１のブレードの下方に位置する第２のブレードと、
一端が前記第２のブレードの上側部分に固定され、他端側が前記回転筒に固定されたブレード毎の第２のブレード支持部材と、
一端が前記第２のブレードの下側部分に固定され、他端側が前記回転筒に固定されたブレード毎の第３のブレード支持部材とを備えることを特徴とする請求項３に記載の風車装置。 The rotating part is
A second blade located below each first blade;
A second blade support member for each blade having one end fixed to the upper portion of the second blade and the other end fixed to the rotary cylinder;
4. The wind turbine apparatus according to claim 3, further comprising: a third blade supporting member for each blade having one end fixed to a lower portion of the second blade and the other end fixed to the rotating cylinder. . 前記支持筒の外面に発電機のステータを有し、該発電機のロータを前記回転部上に有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の風車装置。   The wind turbine apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a stator of a generator is provided on an outer surface of the support cylinder, and a rotor of the generator is provided on the rotating portion. 前記回転主軸の下端部に発電機のロータが結合していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の風車装置。   The wind turbine apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a rotor of a generator is coupled to a lower end portion of the rotation main shaft. 前記下方軸受部は、磁気軸受、又はばねで前記支持筒の方に付勢されたローラを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の風車装置。   The wind turbine apparatus according to claim 1, wherein the lower bearing portion includes a magnetic bearing or a roller biased toward the support cylinder by a spring.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111852756A (en) * 2019-04-29 2020-10-30 太阳&风能源股份有限公司 Wind power generation device capable of improving power generation efficiency

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