JP5845003B2 - 垂直軸型流体発電装置 - Google Patents
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Description
すなわち、作動流体の移動やブレード及び軸体の自重等によって、軸受には軸体の中心軸方向に交差するラジアル方向や中心軸方向に沿うスラスト方向の外力が作用するが、これらの荷重を軸受が十分に支持しきれず、装置に振動が発生するなどして、軸体が円滑に回転しなくなることがあった。
流体発電装置において、前述のように軸体が円滑に回転しなくなることは、発電機の発電効率を低下させることから好ましくない。
すなわち本発明は、軸体と、前記軸体の中心軸回りに間隔をあけて配列される複数のブレードと、前記軸体の中心軸方向に沿う一方側に複数の前記ブレードを接続する複数のアームと、前記軸体の中心軸方向に沿う他方側に配設され、前記軸体が周方向に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機と、前記軸体の中心軸方向における前記アームと前記発電機との間で、軸受を介して前記軸体を前記中心軸回りに回転可能に片持ち支持する支持体と、を備えた垂直軸型流体発電装置であって、前記軸受は、単列のラジアル玉軸受と、複列のアンギュラ玉軸受と、を含み、前記軸体には、複列の前記アンギュラ玉軸受の転動体を転走させる溝部が形成され、前記支持体には、前記アンギュラ玉軸受の転動体を挟んで前記溝部に対向して、該アンギュラ玉軸受の外輪が設けられており、単列の前記ラジアル玉軸受は、前記他方側に配設され、複列の前記アンギュラ玉軸受は、前記一方側に配設されることを特徴とする。
図1、図2に示すように、本発明の第1実施形態に係る垂直軸型風力発電装置(垂直軸型流体発電装置)10は、風(作動流体)Wを受けて回転する回転機構と、回転機構により得られた機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機構と、を有している。前記回転機構は、回転軸(軸体)2と、風車1の構成要素であり回転軸2の中心軸C回りに間隔をあけて配列されるとともに、該回転軸2に接続される複数のブレード1Aと、軸受3を介して回転軸2を中心軸C回りに回転可能に支持するケーシング(支持体)4と、を備えている。また、前記発電機構は、回転軸2が周方向(中心軸C回り)に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機5を備えている。これら回転機構及び発電機構は、地面Fに立設されて鉛直方向に延びるタワー(支柱)6の上部に配設されている。
尚、前述の説明では第1回転部材11と第2回転部材12とが別体であるとしたが、これらが一体とされていてもよい。
本実施形態の風車1は、風Wを受ける複数のブレード1Aと、これらブレード1Aを支持する複数のアーム1Bとを備えた、所謂ジャイロミル型風車である。
尚、ラジアル軸受13とアンギュラ軸受14A、14Bとの上下位置は、前述とは反対に設定されていてもよい。すなわち、ラジアル軸受13が回転軸2の中心軸C方向に沿う発電機5側に配設され、アンギュラ軸受14A、14Bが回転軸2の中心軸C方向に沿う風車1側に配設されていてもよい。
次に、本発明の第2実施形態に係る垂直軸型風力発電装置(垂直軸型流体発電装置)20について、図4を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
尚、これらアンギュラ軸受24A、24B同士は、背面合わせ以外の正面合わせや並列合わせとされていてもよい。
尚、ラジアル軸受23とアンギュラ軸受24A、24Bとの上下位置は、前述とは反対に設定されていてもよい。すなわち、ラジアル軸受23が回転軸2の中心軸C方向に沿う発電機5側に配設され、アンギュラ軸受24A、24Bが回転軸2の中心軸C方向に沿う風車1側に配設されていてもよい。
すなわち、軸受3(ラジアル軸受23及び複列のアンギュラ軸受24A、24Bの組合せ)がラジアル方向及びスラスト方向への荷重を確実に受けとめるので、風Wを受けることや風車1及び回転軸2の自重等による振動が確実に抑制(吸収)されるとともに、回転軸2の回転がスムースとなる。これにより、たとえ風車1に当たる風Wの風量(風速)が微かなものであっても、風車1及び回転軸2が回転しやすくされているので、垂直軸型風力発電装置20の発電効率が高められる。
また、ラジアル軸受23の内輪25及びアンギュラ軸受24A、24Bの内輪27を用いずに、回転軸2の外周面上に第1実施形態で説明した転走面である第1溝部16及び第2溝部18A、18Bを形成して、ラジアル軸受23及びアンギュラ軸受24A、24Bの内輪・外輪を削除しても構わない。この場合、装置の外形(直径)がよりコンパクトとなり、さらなるコストダウンが可能である。詳しくは、本発明の第1溝部、第2溝部は、回転軸2及びケーシング4の少なくとも一方(すなわち回転軸2又は/及びケーシング4)に形成される。
次に、本発明の第3実施形態に係る垂直軸型風力発電装置(垂直軸型流体発電装置)30について、図5〜図9を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
尚、ラジアル軸受33とアンギュラ軸受34A、34Bとの上下位置は、前述とは反対に設定されていてもよい。すなわち、回転軸32の上端部にアンギュラ軸受34A、34Bが設けられ、回転軸32の下端部近傍にラジアル軸受33が設けられていてもよい。
また、本実施形態の垂直軸型風力発電装置30では、軸受3に加わるモーメントが小さくなることから、モーメントによるラジアル荷重が小さくなる。
例えば、前述の実施形態では、垂直軸型流体発電装置として、作動流体に風Wを用いて風車1を回転させる垂直軸型風力発電装置10、20、30について説明したが、これに限定されるものではなく、作動流体に水を用いて水車(羽根車)を回転させる垂直軸型水力発電装置であってもよい。
図10〜図16は、第1実施形態の変形例を示している。尚、第1実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、前述したラビリンス構造を備えることにより、防塵効果が十分に高められ、かつ、グリース漏れを防止する効果が向上する。
Claims (1)
- 軸体と、
前記軸体の中心軸回りに間隔をあけて配列される複数のブレードと、
前記軸体の中心軸方向に沿う一方側に複数の前記ブレードを接続する複数のアームと、
前記軸体の中心軸方向に沿う他方側に配設され、前記軸体が周方向に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機と、
前記軸体の中心軸方向における前記アームと前記発電機との間で、軸受を介して前記軸体を前記中心軸回りに回転可能に片持ち支持する支持体と、を備えた垂直軸型流体発電装置であって、
前記軸受は、単列のラジアル玉軸受と、複列のアンギュラ玉軸受と、を含み、
前記軸体には、複列の前記アンギュラ玉軸受の転動体を転走させる溝部が形成され、
前記支持体には、前記アンギュラ玉軸受の転動体を挟んで前記溝部に対向して、該アンギュラ玉軸受の外輪が設けられており、
単列の前記ラジアル玉軸受は、前記他方側に配設され、
複列の前記アンギュラ玉軸受は、前記一方側に配設されることを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
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