JP2005248935A

JP2005248935A - 風力発電用の風車

Info

Publication number: JP2005248935A
Application number: JP2004101296A
Authority: JP
Inventors: Haruo Fujiwara; 春男藤原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】従来公知の風力発電用の揚力形風車は、発生トルクが小さく、振動も起こり易く騒音が大きい。また保守点検が困難であり、さらに形によっては自己起動が不可能で補助手段を必要とするものもある。一方抗力形風車は、装置重量や風の受圧面積が大の割には低効率である。以上のような欠点を解消し、構造が簡単で、且つ安価な風力発電用の風車を提供することを目的とする。
【解決手段】風の流れの中におかれた主羽根２と副羽根３に働く力のうち、流れに垂直方向の揚力と、流れの中におかれた受風とい１に平行に働く抗力と、を併せ利用できるように、受風とい１と、主羽根２と、副羽根３の３個を併設して１組とした回転翼Ａを翼支持軸４により風車の垂直回転軸５と結合している風力発電用の風車Ｆは、３組の前記回転翼Ａに風力が作用して駆動される。
【選択図】図１

Description

この発明は、風力発電用の風車に関するものである。

従来公知の風力発電用の風車として、回転軸の姿勢により水平軸形と垂直軸形に大別されている。またトルクの発生形態により、風の流れの中におかれた物体に働く力のうち、流れに垂直方向の成分を利用する揚力形と、流れに平行な成分を利用する抗力形があり、現状それらの特徴を生かして色々な種類の風車が考案されている。

現状、使用されている風車の大部分を占める水平軸形、且つ揚力形のプロペラ形は、大型構造でありながら発生トルクが小さく、また風向制御を必要とし、加えて支持物上部に動力伝達装置や発電機等がある為、振動が起こり易く騒音も大きい。さらにそれらの保守点検が困難である等の欠点がある。

次に、水平軸形、且つ揚力形のダリウス形は、自己起動が不可能である為、補助手段を必要とし、また風速変動に対する制御が困難であり、振動も多く、さらに発生トルクが小さい等の欠点がある。

また、小型用として一部で使用されている垂直形、且つ抗力形のサボニウス形は、風速変動に対する制御が困難で、風の受圧面積が大きい割には低効率であり、出力当りの装置重量が大で、余り経済的ではない等の欠点がある。
社団法人日本電気協会発行「風力発電規程」

前記公知の風力発電用の揚力形風車は、発生トルクが小さく、振動も起こり易く騒音が大きい。また保守点検が困難であり、さらに形によっては自己起動が不可能で補助手段を必要とするものもある。一方抗力形風車は、装置重量や風の受圧面積が大の割には低効率である。以上のような欠点を解消し、構造が簡単で、且つ安価な風力発電用の風車を提供することを目的とする。

この発明は、風の流れの中におかれた主羽根と副羽根に働く力のうち、流れに垂直方向の揚力と、流れの中におかれた受風といに平行に働く抗力と、を併せ利用できるように配置した回転翼に風力が作用して駆動される風力発電用の風車で、揚力形と抗力形の特長を生かして発明したユニークな風車である。

前記、揚力形と抗力形の特長を生かし発明した風車は、Ｕ字形をした雨どい状の受風といと、そのＵ字形のほぼ中心付近から風車回転の円周方向に伸びた円弧状の主羽根と、前記Ｕ字形の中心線を対称軸に前記主羽根とほぼ対称に配置した副羽根とを備えていて、またこの副羽根が、前記受風といの外縁が回転して描く円弧跡の内側に成形されており、これら３個／１組で構成した複数組の回転翼が翼支持軸により風車の垂直回転軸に結合されている。

また、風車が１回転する間に発生するトルク変動の大小幅を少なくして、出来るだけ滑らかな回転を得るには、回転翼の回転直径を比較的小さくした場合は風車を複数段に積み重ね、前記回転翼の取り付け位置の位相を隣接する段とずらして配置するなどし、また回転直径を比較的大きくした場合は回転翼の取り付け組数を多くすることにより、発生トルクのピーク回数を増やし、より滑らかな回転を得ることができるのは自明である。

以下、その作用と発明の効果を詳細に説明する。
風の流れの中におかれた回転翼に作用する風力により、受風といに働く力のうち平行に働く抗力と、主羽根と副羽根に働く力のうち流れに垂直方向に働く揚力とによりトルクが発生し、これら３個／１組で構成した複数組の回転翼を翼支持軸により垂直回転軸に結合した風車が回転する。

また風車の回転翼は時々刻々にその回転位置を変化させて行き、それにつれ、風の作用する様子も時々刻々に変化して行く。図５は、風車Ｆが１回転する間に、回転翼Ａが風を受ける方向変化の概念を示す図である。回転翼ＡがＷ矢印方向から風を受け時計回りに回転し始める位置を元位置とすると、回転して行くに従い風の作用する方向が反時計回りの方向へ変化して行く。風車の回転角度が９０度の時は矢印Ｓ方向から、１８０度の時は矢印Ｅ方向から、２７０度の時は矢印Ｎ方向から、１回転して３６０度で元の矢印Ｗ方向に戻り、以後この繰り返しとなる。なかでも主羽根２は矢印ＳＷ方向近傍において、また、副羽根３は矢印ＮＷ近傍において、受風とい１の開口部イまたはロから受風とい１に風を送り込む集風機能を発揮し、発生トルクを増強する効果もある。

前記の回転翼Ａを構成している主羽根２の円弧長を副羽根３の約１〜３倍の範囲で変化させて、受風とい１との受風面積比の割合を色々な比率に変えたり、或いは主羽根２と副羽根３の位置を入れ換えたりすることにより、この風車Ｆの特徴が抗力形に近かったり、また揚力形に近かったり、様々な特徴を持たせることができる。さらに回転翼Ａの回転直径を大きく設定するか、または小さく設定するかにより発生トルクの大小や、回転数の多少に影響を与え、この風車Ｆの規模や特徴をこれらの諸要因により决定できる。

前記のような諸要因から、風車Ｆを設置する場所の環境、風況、また適用規模や適用形態等、その用途にほぼ合致する適宜な風車の設計が容易に可能である。以上のようなことから、この発明による風車Ｆは、自己起動が可能、風向制御は不要、振動・騒音が小、構造が割りと小規模にしては発生トルクが大、保守点検が容易、さらには構造が簡単で安価な風車を提供できる利点がある。加えて、周速比が１以下であっても或いは１以上でも発電に必要な回転トルクが得られ易く、広範囲の風速域で利用可能である。揚力形と抗力形の特長を生かして発明した風力発電用の風車の効果は以上のとおりである。

大型構造の割には発生トルクが小さく、振動が起こり易くまた騒音も大きく、加えて保守点検が困難であり、さらに形によっては自己起動が不可能で補助手段を必要とするものもある揚力形風車や、また、装置重量や風の受圧面積が大きい割には低効率である抗力形風車のような欠点を解消する目的で、図２に示すようにＵ字形をした雨どい状の受風とい１に平行に働く抗力と、そのＵ字形のほぼ中心付近から風車Ｆ回転の円周方向に伸びた円弧状の主羽根２に働く力のうち、風の流れに垂直方向の揚力と、前記Ｕ字形の中心線を対称軸に前記内羽根２とほぼ対称に配置した副羽根３に働く力のうち風の流れに垂直方向の揚力と、を併せ利用できるように簡単な構造で、且つ安価な風力発電用の風車を実現した。

以下、前記公知の風力発電用の風車の欠点を解消することを目的に発明した風車の構造を、図面を参照してさらに詳細に説明する。
図１は、この発明の１実施例に係る風力発電用の風車Ｆの外観を示す。Ｕ字形をした雨どい状の受風とい１と、そのＵ字形のほぼ中心付近から風車Ｆ回転の円周方向に伸びた円弧状の主羽根２と、前記Ｕ字形の中心線を対称軸に前記主羽根２とほぼ対称に配置した副羽根３とを備えていて、またこの副羽根３が、前記受風とい１の外縁１ａが回転して描く円弧跡の内側に成形されており、これら３個／１組で構成した３組の回転翼Ａを翼支持軸４の一端にそれぞれ溶着し、また、その他端は垂直回転軸５と溶着により、適宜結合されている。

前記受風とい１と、主羽根２と、副羽根３の材質はアルミ合金の適宜な薄板材を板金加工したもので回転翼Ａの重量は軽く、強度は十分その使用に耐え、またＵ字形の凸部は円形若しくは楕円形の一部からなっており、また、風車Ｆの回転動バランスを程よくとってあるため、遠心力による風車への振動などの悪影響は少ない。材質については、軽量で強度が十分なプラスチックなどは錆びの心配もなく使用可能なのは自明である。

前記垂直回転軸５は管状の支柱６の上部に設けられた軸受７と管の中に設けられている図示しない軸受により回転自在に軸支されている。

図１、図２の実施例は主羽根２と副羽根３を互いに背中合わせとした例で、比較的低速回転に向いていて、その起動は容易であり、低速ながら発生トルクは大となる特徴を有する。

図３の実施例は主羽根２と副羽根３を互いに拝み合わせにして構成した例で、実施例１に比較するとその起動にある程度の風力を要するものの、比較的高速回転に向いていて発生トルクはやや小となる特徴を有する。

風力発電用の風車として、家庭用、業務用、さらに中規模発電用途にも適用できる。

風車の外観図である。（実施例１）風車の平面図である。（実施例１）風車の平面図である。（実施例２）図１の正面図である。（実施例１）回転翼の平面図である。（実施例１）

符号の説明

１受風とい
１ａ受風といの外縁
２主羽根
３副羽根
４翼支持軸
５垂直回転軸
６支柱
７軸受
Ａ回転翼
Ｆ風力発電用の風車

Claims

Ｕ字形をした雨どい状の受風といと、そのＵ字形のほぼ中心付近から風車回転の円周方向に伸びた円弧状の主羽根と、前記Ｕ字形の中心線を対称軸に前記主羽根とほぼ対称に配置した副羽根と、を具備したことを特徴とする風力発電用の風車。
請求項１記載の副羽根を、前記受風といの外縁が回転して描く円弧跡の内側に成形して配置したこと、を特徴とする請求項１記載の風力発電用の風車。
請求項１記載の受風といと、主羽根と、副羽根の３個を併設して１組とした回転翼が一定角度ごとに複数組具備されたこと、を特徴とする請求項１または２記載の風力発電用の風車。