JP2010084676A - 三枚翼式垂直軸型風車装置翼の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 三枚翼式垂直軸型風車装置のローターをより効率をよくし回転エネルギに変換し他のエネルギに変換可能な風車装置をえる構造様式を得る。
【解決手段】従来の三枚翼式垂直軸型風車装置の上下方向の風のエネルギも効率よく利用するため、上下方向の風の流れがスムーズでかつ風車の回転力に寄与するよう、ブレードの上下方向も絞るように湾曲させる構造とした。
【選択図】 なし

Description

この発明は、風力によって回転し、その回転エネルギを電気エネルギ等の他のエネルギに変換する風車装置を効率的に回転させる構造に関する。

一般的なプロペラ形風車装置は、理論的効率は高いが、プロペラを風上に向けていなければならないとか、騒音の問題等がある。従来の抗力形垂直軸式風車では理論的にはプロペラ形より効率が得られない。従来の抗力形垂直軸式風車の通常構造を図１に示す。三枚翼式垂直軸型風車ロータは、ロータ回転軸１の上方に水平上板２、下方に水平下板３を配置し、垂直の三枚のブレード４がそれらをつなぐ。ブレード４と水平板の接続曲線５は空気力学的に効率のよい曲線である。ロータ回転軸１がローター保持支柱７に取り付けられて、ロータ軸回転方向６で回転する。しかし、垂直方向の断面形状は同じである。図２に上からみた翼の形状と配置を示す。三枚のブレードA８，ブレードB９，ブレードC１０があり、ブレードA８に当る風１１はブレードA８の内縁に当ってブレードA８を押す力を発生させる。ブレードB９に当る風１２はブレードB９の外縁２に沿って曲げられ押す力を発生させるが、図２から明らかなように、ブレードAに当る風１１による押す力はブレードBに当る風１２による押す力より大きい。この差によりこの風車は図２では、時計回りに回転する。
特許第４１１７２４７号

従来の方式では、水平方向の風の力を利用することしか考慮していない。しかしながら、風車のローターに侵入した風は垂直方向にも流れることが確かめられた。本発明では、この垂直方向の風の力も利用してさらに効率上げるための構造に関するものである。

三枚翼のブレードの形状を垂直方向にも曲げ、上下方向の風による力から回転力を発生させる形状とする。この方式は抗力効果でだけではく、プロペラ効果も兼ね備えるため効率が向上する。

この発明による三枚翼式垂直軸がた風車装置は風向に作用されず、風力より効率よく回転エネルギを得られ、電力など他のに変換することが可能になり、その効果は大きい。

本発明の一般的実施例を図３から図７にしめす。

図３は本発明の風車装置のブレードを上から見た図と横から垂直断面で切った曲線を示したものである。水平の風１３は従来の風車と同様にブレード曲面１４に当り水平の風による力１５を発生する。垂直方向に曲る風１６はブレード曲面１４に当りプロペラ効果をもたらし、垂直の風による力１７を発生する。ブレード曲面１４の上下方向の曲線は空気の分子がスムーズに曲るような曲線にすることより乱気流を防ぎ、効率をあげられる。

さらに解かりやすくするため、図４に本風車装置のブレード曲面の６分の１を立体的に示す。ブレードD１８は上部になると絞られる３次元曲面になっている。風車内に水平に入ってきた風１９はブレード曲面に当り上部に曲げられ上昇する。この時、ブレードD１８を押す力２０を発生する。この力は水平方向成分の抗力と垂直成分によるプロペラ効果による力の合成力である。この力により、風車回転軸２１の周りに回転力２２が生じる。ブレードE２３、ブレードF２４は他の２枚のブレードで効果は同様である。

図５は実際の実施例に基づいた、本発明の全体図である。風車は回転軸２５の回りを回る。水平に侵入してきた風２６が風車上部に抜ける風２７と下部に抜ける風２８とに分かれて、風車回転軸２５のまわりに回転２９を生じる。風車の最大径、先端部系と長さの関係は、用途や構造により決定される。

図６に上下方向に抜ける風がスムーズに流れるためのブレードの垂直断面の曲線の実施例を示す。風車を上からみた図とブレードの垂直断面曲線を示している。風がスムースに流れるための曲線は曲率が除々に変化する放物線が好ましいと考えられる。風車の回転軸３０を通るブレードのある断面での中央部半径３１の部分で垂直な接線３２を持ち、風車の高さ３３での先端部半径３４で接線と水平線の角度３５を決めると、放物線３６は一義的に決まる。一般的には、中央部半径３１と先端部半径３４の比は３対１程度が良く、接線と水平線の角度３５はプロペラ効果が有効である４５度程度が考えられる。図６での放物線３６はブレードが垂直断面３９によって決められた曲線である。実際のブレードを形成する放物線は放物線軸３７とする放物線の一部３８である。中央部半径３１は回転軸３０を通る各垂直断面４０により変化する。このようにして決められた各垂直断面での放物線の連続が本実施例でのブレードの三次元曲面を形成する。

実施例１ではブレードは複雑な３次元曲面になるので少量生産の場合費用がかかる。少量製作の場合の簡易方式として、直線で組み合わせる実施例２を示したのが図７である。

従来の３枚翼式垂直軸型風車ロータの構造図を示す 従来の３枚翼風車ロータの構造で、上部から見た図である。 本発明の風車ローターの平面図である。 本発明の風車ローターのブレードの一部の立体図である。 本発明の風車ローターの全体図である。（実施例１） 本発明の風車ローターブレードの放物線例の断面図である。 本発明の風車ローターで直線式の全体図である。（実施例２）

符号の説明

１ 風車ローター回転軸
２ 水平上板
３ 水平下板
４ ブレード
５ ブレードと水平板の接続曲線
６ ローター軸回転方向
７ 保持支柱
８ ブレードA
９ ブレードB
１０ ブレードC
１１ ブレードAに当たる風
１２ ブレードBに当たる風
１３ 水平の風
１４ ブレード曲面
１５ 水平の風による力
１６ 垂直方向に曲る風
１７ 垂直の風による力
１８ ブレードD
１９ 水平に入ってきた風
２０ ブレードDを押す力
２１ 風車の回転軸
２２ 回転力
２３ ブレードE
２４ ブレードF
２５ 回転軸
２６ 水平に侵入してきた風
２７ 上部に抜ける風
２８ 下部に抜ける風
２９ 回転
３０ 風車回転軸
３１ 中央部半径
３２ 垂直な接線
３３ 風車高さ
３４ 先端部半径
３５ 接線と水平線の角度
３６ 放物線
３７ 放物線軸
３８ 放物線の一部
３９ 垂直断面
４０ 各垂直断面

Claims (3)

1. 風力によって回転し、その回転エネルギを他のエネルギーに変換する垂直軸型風車装置にあって、上下方向に抜ける風の力も利用して回転力に寄与させるため、上下方向を細くした翼形状をもつ風車装置。
2. 上記構造で、上下方向にブレードの径を細める構造とし、特に風がスムーズに流すために曲率を徐々に変化させる構造をもつ風車装置。
3. 上記構造で、上下方向にブレードの径を細める構造とし、請求項２の曲線の代わりに、構造的に簡単な、折れ線構造をもつ風車装置

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