(57)【要約】  垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造であって、ブレード（０）とハブまたは風力発電機の回転部（７）との間に設けられるストラット（１、９、１０）を含み、ストラット（１、９、１０）の一端に、ブレード（０）の内側面に接続される接続構造（３）が設けられ、多端に、ハブまたは風力発電機の回転部（７）に接続される接続構造（３′）が設けられる。このストラットを用いることにより、ブレードの接続及び支持の強度及び剛性を増すことができ、風力発電機は安全に作動する。【選択図】図２
2013519021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機のローターに設けられるブレードと、ハブ或いは該風力発電機の回転部との間にストラットを設け、当該ストラットの一端には、前記ハブへ対向する前記ブレードの内側面と接続するための接続構造が設けられ、当該ストラットの他端には、前記ハブ或いは前記風力発電機の回転部と接続するための接続構造が設けられること、
を特徴とする垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造。
【請求項２】
前記ストラットは、主ストラットと、Ｔ字継ぎ目と、2本の支ストラットとを含み、該主ストラットの一端には、前記ローターのハブ或いは前記風力発電機の前記回転部との固定のための前記接続構造が設けられ、前記2本の支ストラットの一端には、前記ブレードとの固定ための接続構造が設けられ、前記Ｔ字継ぎ目には穴3個が設けられ、当該穴がＹ形で前記Ｔ字継ぎ目に設けられて、そのうち一端に位置する穴に前記主ストラットの他端が挿入されて前記Ｔ字継ぎ目が前記主ストラットに接続固定され、前記Ｔ字継ぎ目の他端に位置する穴2個それぞれに前記支ストラットの他端が挿入されて接続固定され、これによって、前記Ｔ字継ぎ目経由で、前記支ストラットが前記主ストラットとしっかり接続されること、
を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造。
【請求項３】
前記ストラットは断面が楕円形状であり、長軸が水平方向にあること、
を特徴とする請求項１に記載の垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造。
【請求項４】
前記主ストラット及び／または前記支ストラットの断面が楕円形であり、長軸が水平方向にあること、
を特徴とする請求項２に記載の垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造。
【請求項５】
前記楕円形断面において、長短軸の比が1/2-3/4であること、
を特徴とする請求項３または請求項４に記載の垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造。
【請求項６】
前記楕円形の長短軸比が3：2であること、
を特徴とする請求項５に記載の垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造。
【請求項７】
前記ストラット或いは前記主ストラットと前記風力発電機の回転部とを接続する前記接続構造は、前記ストラット或いは前記主ストラットの相応する端部にＴ型コネクタが設けられ、当該Ｔ型コネクタにはパイプライン部が含まれ、その管孔が前記ストラット或いは前記主ストラットの前記端部の外形に適合され、前記パイプライン部の一端が接続部と固定接続され、前記接続部の面積が前記パイプライン部の横断面より大きく、その端面が前記ローターのハブ或いは前記風力発電機の回転部の外壁形状に適合され、該端面に前記風力発電機の回転部との接続固定用の接続構造が設けられ、前記パイプライン部の前記管孔に前記主ストラットの前記端部が挿入されて固定され、
及び／または、
前記ストラット或いは前記支ストラットと前記ブレードの内側面とを接続する前記接続構造は、前記ストラット或いは前記支ストラットの端部にＴ型コネクタが設けられ、当該Ｔ型コネクタにはパイプライン部が含まれ、その管孔が前記ストラット或いは前記支ストラットの前記端部の外形に適合され、前記パイプライン部の一端が接続部と固定接続され、前記接続部の面積が前記パイプライン部の横断面より大きく、その端面が前記ブレードの内壁形状に適合され、該端面に前記ブレードの内側面との接続固定用の接続構造が設けられ、前記パイプライン部の前記管孔に前記ストラット或いは前記支ストラットの前記端部が挿入されて固定されること、
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造。
【請求項８】
前記接続部に設けられるボルト穴またはねじ穴にボルトまたはねじが挿入され、前記ストラットの前記一端が前記風力発電機の回転部または前記ローターのハブに固定され、前記他端が前記ブレードに固定されること、
を特徴とする請求項７に記載の垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造。
【請求項９】
前記支ストラットが同一水平面に設けられ、前記支ストラットが同一水平面において前記ブレードの二つの端部に接続可能である、
請求項２に記載の垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造。
【請求項１０】
前記ストラットと前記ローターにおける前記ブレードについて、それらの数量対応関係は、前記ブレード1枚が前記ストラット2本或いは2本以上に対応し、前記ストラットが2本の場合、前記ストラットの前記接続構造は、それぞれ前記ブレードの上下両端の前記内側面に対応し、前記ストラット或いは前記支ストラットによって前記ブレードの前記内側面と2点または4角の4点で接続構造が形成され、前記ストラットが2本より多い場合、そのうち前記ストラット2本の前記接続構造は、それぞれ前記ブレードの上下両端の前記内側面と接続され、他の前記ストラットは、前記ブレードの上下両端の間の前記内側面の一部に対応すること、
を特徴とする請求項１または２に記載の垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力発電機技術分野の一つとして、垂直軸風力発電機の組立部品、特に垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存技術では、風力発電機は、ほとんどが水平軸型発電機であり、その主軸が水平に設けられ、当該主軸の上にはローターが設けてあり、ローターのブレードはほとんどが異径で三角形状を呈し、小口径が細長く、そして通常の風力発電機のローターブレードがローターのハブから外側縁まで伸び、その長さは数メートル、さらには10余メートルに達する。このような細長いブレードは、強い風力を受けると、変形、共振を発生しやすく、しかも風圧を受けると壊れやすくなる。よって、このようなローターは耐風力が弱く、回転時に共振が発生しやすく、パワーが少し低く、損傷率が高い等の欠点がある。風力発電機発展後期では、垂直軸風力発電機は、効率が高い、パワーが強い、取付けやすい、耐用期間が長い等の長所がますます明らかになってきている。しかし、一般の垂直軸風力発電機は、ただ発電機軸を水平位置から垂直位置にしただけであり、そのブレードは相変わらず現在の水平軸発電機のローターを使用して、ブレードは細長く、発電機の回転部の接続側からローターの外側まで、全てがブレード部である。よって、前記水平軸風力発電機のローターに係る問題は、完全に解決されずに残っている。そこで、本発明の出願人は、垂直軸風力発電機の垂直ローターに使われるブレードを発明した。当該ブレードの形状は垂直な柱状体であり、それはローターの垂直軸に平行であり、水平断面が飛行機の翼の断面形状を呈し、即ちブレードが外へ向かっている外側面は流線型円周面であり、外側面と相対的内側面の間には、大きな風当たり側が、即ちブレードの頭部と小さい尾部が形成された。ストラットを接続するために、このようなブレードをローターの外側縁と風力発電機の回転部と接続するローターのハブの間に設け、或いはブレードと風力発電機の回転部の間に接続構造を設け、発電機の静止部材については、中央位置にある塔柱に環状で設置され、風力発電機の回転部と、或いは風力発電機の回転部に対応する前記ローターのハブとしっかり固定させる。ストラットの形状及び構造はローターの回転性能に影響を与える場合があり、さらには風力発電機のパワーと効率に影響を与える場合もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は強度と剛性が強くて、抵抗が弱くて、発電機のパワーと効率に影響を与えない、垂直な柱状体のブレードと、ローターのハブ或いは風力発電機の回転部とを接続するための、垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の提供する垂直軸風力発電機のローターのストラット構造では、ストラットが風力発電機のローターに設けられるブレードとハブ或いは発電機の回転部との間に使われて、当該ストラットの一端には、ハブと対向するブレードの内側面と接続するための接続構造が設けてあり、他端には、ハブと、或いは風力発電機の回転部と接続するための接続構造が設けてある。
【０００５】
当該ストラットは、真っすぐな棒であってもよい。
【０００６】
このストラットは、主ストラットと、Ｔ字継ぎ目と、二つの支ストラットとを含むものであり、主ストラットの一端には、ローターのハブと、或いは風力発電機の回転部に固定される接続構造が設けられている。支ストラットの一端には、ブレードと固定するための接続構造が設けられている。Ｔ字継ぎ目には、穴が3個あり、当該穴がＹ形でＴ字継ぎ目に設けられて、そのうち一端に位置する穴に主ストラットの他端が挿入されて、Ｔ字継ぎ目が主ストラットに固定接続され、Ｔ字継ぎ目の他端に位置する穴2個に、それぞれ支ストラットの他端が挿入されて固定され、これによって、Ｔ字継ぎ目経由で、支ストラットが主ストラットとしっかり接続される。
【０００７】
主ストラット並びに二つの支ストラットは、断面が楕円形である棒であってもよく、その長軸は水平方向にある。
【０００８】
二つの前記支ストラットは、同一水平面に設けられる。
【０００９】
前記楕円形断面の長短軸の比は、1/2-3/4である。前記楕円の長軸と短軸の比は、3：2が好ましい。
【００１０】
ストラット或いは主ストラットの一端と、風力発電機の回転部とを接続する接続構造は、以下の通りである。ストラット或いは主ストラットの相応する端部にＴ型コネクタが設けられ、当該Ｔ型コネクタにはパイプライン部が含まれ、その管孔がストラット或いは主ストラットの端部に適合され、パイプライン部の一端が接続部と接続固定され、接続部の面積はパイプライン部の横断面より大きく、その端面がローターのハブ或いは風力発電機の回転部の外壁形状に適合され、その端面に風力発電機の回転部との接続固定用の接続構造が設けられ、パイプライン部の管孔に主ストラットの端部が挿入されて固定される。及び／または、ストラット或いは支ストラットの一端と、ブレードの内側面とを接続する接続構造は、以下の通りである。ストラット或いは支ストラットの端部にＴ型コネクタが設けられ、当該Ｔ型コネクタはパイプライン部が含まれ、その管孔がストラット或いは支ストラットの端部に適合され、パイプライン部の一端が接続部と接続固定され、接続部の面積はパイプライン部の横断面より大きく、その端面がブレードの内壁形状に適合され、その端面にブレードの内側面との接続固定用の接続構造が設けられ、パイプライン部の管孔にストラット或いは支ストラットの端部が挿入されて固定される。
【００１１】
接続部に設けられるボルト穴またはねじ穴に、ボルトまたはねじが挿入されて、ストラットの一端が風力発電機の回転部またはローターのハブに固定され、他端がブレードに固定される。
【００１２】
支ストラット2本の成す角は、ブレードの幅に基づいて設計され、支ストラットは同一水平面に設けられて、これにより、支ストラットをブレードの同一水平面の端部付近に接続させることができる。
【００１３】
主ストラットと支ストラットは、アルミ製である。各Ｔ型コネクタと主たるＴ字継ぎ目は、アルミ鋳造製である。アルミ製であるため、重量が軽く、そしてローターの回転パワーと効率を妨げないという特性がある。
【００１４】
ストラットと風力発電機におけるブレードについて、それらの数量対応関係は以下の通りである。ブレード1枚はストラット2本に対応し、ストラット2本の接続構造は、それぞれブレードの上下両端の内側面に対応し、ブレードの内側面の4角で、接続構造が形成される。
【００１５】
前記ストラットとローターにおけるブレードについて、それらの数量対応関係は以下の通りである。ブレード1枚はストラット2本或いは2本以上に対応し、ストラット2本の場合、ストラットの接続構造は、それぞれブレードの上下両端の内側面に対応し、ストラット或いは支ストラットによって、ブレードの内側面の2点または4角の4点で、接続構造が形成される。ストラット2本以上の場合、そのうちストラット2本の接続構造は、それぞれブレードの上下両端の内側面と接続され、他のストラットは、ブレードの上下両端の間の内側面の一部に対応する。
【００１６】
ストラット数は、ブレードの高さにより決まられ、隣り合ったストラットの間には、ストラット及びストラットと接続されるローターのハブの配置に必要な空間が設けられ、ハブとローター中心軸との間には、電機部品配置のための空間を予め保留しなければならない。
【００１７】
本発明の提供する垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造は、主ストラットと支ストラットの合理的構造と材質により、ブレードの接続及び支持の強度、剛性が高く、これにより、ローターが50m/秒までの風力でも安全に作動し、変形も折れもなく、また、重量が軽いので、ローターの起動トルクが小さく、2m/秒の風力であっても、起動し発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の提供する垂直軸風力発電機のローターの構成を示す図である。
【図２】本発明の提供する垂直軸風力発電機のローターのストラット構造上面図である。
【図３】ストラット構造により接続される、ブレード及び風力発電機の回転部の正面図である。
【図４】主ストラットと風力発電機の回転部とを接続する楕円Ｔ型コネクタの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の提供する垂直軸風力発電機のローターでは、ストラットを含み、ストラット構造は、風力発電機のローターのブレードと、ハブ或いは風力発電機の回転部との間に設けられ、ストラットの一端には、ハブと対向するブレードの内側面と接続するための接続構造が設けられ、他端には、ハブと、或いは風力発電機の回転部と接続するための接続構造が設けられている。
【００２０】
例えば、ローターのストラット数はブレード数の2倍であり、図２、３に示すように、ブレードが上下のストラット2本によって、中心塔柱８にある風力発電機の回転部またはローターのハブに接続される。当該ストラットは真っすぐな棒であってもよく、さらに優れた設計は、各ストラットはストラット１、２及び主Ｔ字継ぎ目２′を含み、それのうちストラット１は主ストラット１であり、ストラット２は支ストラット９、１０である。主Ｔ字継ぎ目２′には3つの穴があり、当該穴がそれぞれにＹ形でＴ字継ぎ目に設けられて、そのうち一端に位置する穴に主ストラット１の一端が挿入され固定され、主Ｔ字継ぎ目２′の他端の穴2個に、それぞれ支ストラット９、１０が挿入され固定され、これにより、支ストラット９、１０が主Ｔ字継ぎ目２′によって主ストラット１と接続固定され、主ストラット１の他端は発電機の回転部７に、支ストラット2本の他端はブレード０の内側面に接続される。垂直な柱状のブレード０上部にはストラットが接続され、下部にはもう一つのストラットが接続され、上下ストラット2本は互いに平行で設置される。当該ストラット2本の場合、二つのストラットの接続構造は、それぞれブレードの上下両端の内側面に対応し、ストラット或いは支ストラットによって、ブレードの内側面の2点または4角の4点で、接続構造が形成される。
【００２１】
支ストラット2本は、同一水平面に設けられることができる。
【００２２】
主ストラット１と支ストラット９、１０の断面は楕円形であり、長軸は水平方向に位置している。楕円の長軸と短軸の比例は、3：2であることが好ましい。
【００２３】
上部ストラットの中の主ストラット１の一端は、楕円Ｔ型コネクタ３′によって風力発電機の回転部７と接続固定される。上部支ストラット９、１０の他端は、それぞれ楕円Ｔ型コネクタ３と楕円Ｔ型コネクタ４とによって、ブレード０の上部内側面の両側に接続固定される。下部ストラットの主ストラットと支ストラットとの接続構造は、上部ストラットと同じである。本発明の提供するストラット構造は、ブレードに接続される場合に、内表面において、上部支ストラット2本における楕円Ｔ形コネクタ３、４と、下部支ストラット2本における楕円Ｔ形コネクタ５、６とによって、4点の接続が形成され、その接続構造は簡単であるが、接続は頑丈で安定である。
【００２４】
主ストラット１の端部に楕円Ｔ型コネクタ３′が設けられ、図４に示すように、楕円形パイプライン部３１及びその管孔３２は、主ストラット１の端部外形と適合され、当該パイプライン部３１の一端が接続部３３と固定接続され、面積がパイプライン部３１の横断面より大きいその端面と風力発電機７の回転部の外壁形状とが適合され、その端面にボルト穴またはねじ穴等の接続構造が設けられ、かつボルトまたはねじで固定され、パイプライン部３１の管孔３２に主ストラット１の端部が挿入されて固定される。
【００２５】
支ストラットとブレードの内側面とを接続する楕円Ｔ型コネクタ３、４、５、６の構造と、楕円Ｔ型コネクタ３′の構造とは略同じであり、接続部の端面とブレードの内側面の形状が適合される。支ストラットの端部に楕円Ｔ型コネクタが設けられ、パイプライン部の管孔に支ストラットの端部が挿入されて固定される。また、ボルトまたはねじで、当該楕円Ｔ型コネクタとブレード０とが接続固定される。
【００２６】
図１、２、３に示すように、垂直軸風力発電機のブレード０は垂直な柱状体であり、ローターの垂直な軸に平行して、水平断面が飛行機の翼の断面形状を呈し、即ちローターの回転軸に相対して、その外側面と風当たり側とは流線型円周面であり、外側面と内側面の間隔はだんだんと変化していて、風当たり側の間隔が大きく、順風方向に沿ってだんだんと間隔が縮小する。ブレードの垂直な方向において、各水平断面の大小形状は同じである。このようなブレードがローターの外側縁に設けられて、ストラットにてブレードとローターの回転軸或いは風力発電機の回転部とが接続され、ブレード０の上下両側にストラットが接続され、上部のストラットの内側と発電機７回転部とが接続され、発電機の静的部品が中心塔柱８に環状に設けられる。下部ストラットの内側にある主ストラットは、楕円Ｔ型コネクタでローターのハブと接続される。
【００２７】
ストラットとローターにおけるブレードについて、それらの数量対応関係は以下の通りである。ブレード1枚は、複数のストラットに対応し、ストラット2本以上の場合、そのうちストラット2本の接続構造は、それぞれブレードの上下両端の内側と接続され、他のストラットは、ブレードの上下両端の間の内側の一部に対応する。
【００２８】
各ストラットは楕円形断面で、風にあたる抵抗が小さく、ローターが低風速においても起動でき、ワット損失を削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の提供する垂直軸風力発電機のローターのストラットの構造は、垂直軸風力発電機ローターの支えに適用する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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