JP2010261350A - Wind turbine - Google Patents

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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind turbine capable of instantly turning a front face of a propeller in the windward direction sensitively in response to the wind direction even in a breeze. <P>SOLUTION: This wind turbine 1 is formed by installing the propeller 5 on a nacelle 3 turnably arranged around a vertical shaft. The wind turbine 1 is characterized by installing a plurality of blades 6 turning in the longitudinal direction, projecting in the radial direction and having the chord length of a blade end part longer than the chord length of a blade root part, on a rear part peripheral surface of the nacelle 3. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、風車に係り、特に微風時における風向きの変化にも敏感に反応して、風車の前面を、瞬時に風上に向けることのできるようにした方向舵を備える風車に関する。   The present invention relates to a wind turbine, and more particularly, to a wind turbine including a rudder that responds sensitively to a change in wind direction during a light wind and is capable of instantaneously directing the front surface of the wind turbine to the windward.

従来の一般のプロペラ式風車は、プロペラの回転による反動トルクと、風速の変動とのために、プロペラを常に風に正対させ続けることは困難である。
またプロペラが高速回転しているときに、突然に風が止んだり、弱まったりすると、風車は慣性トルクで回転を続けることとなるが、次いで吹く風の方向が変ると、その方向を向くためにロスが生じる。
更に、大型風車においては、コンピュータで風向きを計測して、向きを制御するものもあるが、機械的な対応に時間的なロスが発生する。
一方特許文献１には、ナセルの左右側部に方向舵が配設された風車が開示されている。 In a conventional general propeller type windmill, it is difficult to keep the propeller always facing the wind because of the reaction torque caused by the rotation of the propeller and the fluctuation of the wind speed.
Also, if the wind suddenly stops or weakens when the propeller is rotating at high speed, the windmill will continue to rotate with inertia torque, but if the direction of the blowing wind changes, it will turn to that direction Loss occurs.
Furthermore, some large windmills control the direction by measuring the direction of the wind with a computer, but there is a time loss in mechanical response.
On the other hand, Patent Document 1 discloses a wind turbine in which rudder is arranged on the left and right sides of the nacelle.

特開２００７−９８２２号公報JP 2007-9822 A

プロペラ式風車において、高風速時に、ブレードのピッチ角度をコンピュータ制御するものにおいては、風速の変化に即座に対応できないときには、ブレードは、高速風を直に受けることになり、破損が生じる虞がある。
また、風向変化に対応して、コンピュータにより、方向制御を行わせるものにおいては、微風時には制御が困難である。更に、風速を感知してから、機械的に方向を変向させるための時間的ロスがあり、方向を変えた時には、風向きは既に別方向に変っていることも、しばしばあり、時間的ずれのない即時的コントロールができないという課題がある。 In a propeller type wind turbine, when the pitch angle of the blade is controlled by a computer at a high wind speed, when the change in the wind speed cannot be dealt with immediately, the blade receives the high-speed wind directly and may be damaged. .
Further, in the case where the direction control is performed by the computer in response to the change in the wind direction, the control is difficult at the time of a light wind. Furthermore, there is a time loss to change the direction mechanically after sensing the wind speed. When the direction is changed, the direction of the wind is often already changed to another direction. There is a problem that there is no immediate control.

プロペラ式風車においては、その正面に、常に風が当ることが要求される。風向きは常に変化しているため、プロペラが常に風向きと正対することができると、風の利用度は大きくなる。
特許文献１に記載されている風車は、ナセルの外側に方向舵を配設してある点で、風向きの変化に敏感に反応することができるが、本発明は、これを更に改良したもので、微風時でも、敏感に風向きに反応し、風に対するプロペラの追従性を著しく向上させた風車を提供することを目的としている。 In a propeller type windmill, it is required that wind always hits the front. Since the wind direction is constantly changing, if the propeller can always face the wind direction, the wind utilization will increase.
The windmill described in Patent Document 1 can respond sensitively to changes in wind direction in that the rudder is arranged outside the nacelle, but the present invention is a further improvement of this, An object of the present invention is to provide a windmill that reacts sensitively to the wind direction even in light winds and significantly improves the propeller followability to the wind.

本発明は、ナセルの周面に配設した方向舵の側面視における弦長を、翼根部よりも翼端部において大としたことを特徴とする風車に関する。
発明の具体的な内容は、次の通りである。 The present invention relates to a wind turbine characterized in that a chord length in a side view of a rudder disposed on a peripheral surface of a nacelle is made larger at a blade tip than at a blade root.
The specific contents of the invention are as follows.

（１） 垂直軸周りに旋回可能に配設されたナセルに、プロペラを取付けてなる風車において、ナセルの後部周面に、前後方向を向くとともに放射方向に突出し、かつ、翼根部の弦長よりも、翼端部の弦長が長い複数のブレードを取付けてなる風車。  (1) In a wind turbine in which a propeller is attached to a nacelle arranged so as to be able to turn around a vertical axis, the rear surface of the nacelle projects in the front-rear direction and protrudes radially, and from the chord length of the blade root A windmill with multiple blades with a long chord at the wing tip.

（２） 前記複数のブレードは、ナセルの周面において、正面視において上下に、及び左右方向で対称に配設されている前記（１）に記載の風車。 (2) The wind turbine according to (1), wherein the plurality of blades are disposed symmetrically in a vertical direction and a horizontal direction in a front view on a peripheral surface of the nacelle.

（３） 前記複数のブレードは、平面視において、ナセルの左右における前縁の対向間隔が、後縁のそれよりも広く形成されている前記（１）又は（２）に記載の風車。 (3) The wind turbine according to (1) or (2), wherein the plurality of blades are formed so that a facing distance between front edges on the right and left sides of the nacelle is wider than that of the rear edge in plan view.

（４） 前記複数のブレードは、外側面は平坦であり、上下面の前端縁部に、膨出部が形成されている前記（１）〜（３）のいずれかに記載の風車。 (4) The wind turbine according to any one of (1) to (3), wherein an outer surface of each of the plurality of blades is flat, and a bulging portion is formed at a front end edge portion of the upper and lower surfaces.

（５） 前記複数のブレードにおける上下対称の翼端部に、それぞれ対面方向へ傾斜する傾斜部が形成されている前記（１）〜（４）のいずれかに記載の風車。 (5) The windmill according to any one of (1) to (4), wherein an inclined portion that is inclined in a facing direction is formed at each of the plurality of blades that are symmetrical in the vertical direction.

（６） 前記ナセルには、プロペラ軸に連結された発電装置が内装されている前記（１）〜（５）のいずれかに記載の風車。 (6) The wind turbine according to any one of (1) to (5), wherein the nacelle includes a power generation device coupled to a propeller shaft.

本発明によると、次のような効果が奏せられる。   According to the present invention, the following effects can be obtained.

（１） 前記（１）に記載の風車において、ナセルに取付けられているブレードの側面形が、翼根部の弦長よりも、翼端部の弦長が長く形成されているので、風向が変化したとき、幅の広い翼端部で風を受けて、微風でもナセルの向きを変えて、プロペラの前面を風上に容易に向けさせることができる。   (1) In the windmill described in (1) above, the side direction of the blade attached to the nacelle is formed so that the chord length at the blade tip is longer than the chord length at the blade root, so the wind direction changes. In this case, the wind can be received at the wide blade tip, and the nacelle can be redirected even in a slight wind, so that the front surface of the propeller can be easily directed upwind.

（２） 前記（２）に記載の風車においては、ブレードはナセルの周面において、上下及び左右方向に対称に配設されているので、正面視でブレードは×状となり、ブレードに沿って流れる気流は、プロペラの前面に当ってこれを回転させる。
風向きが変って、側面からブレードに風が当るときには、ブレードは風に押されるので、ナセルは垂直軸を中心に旋回し、プロペラの前面を、容易に風上に向けさせることができる。 (2) In the windmill described in (2), since the blades are arranged symmetrically in the vertical and horizontal directions on the circumferential surface of the nacelle, the blades are X-shaped in front view and flow along the blades. The airflow hits the front of the propeller and rotates it.
When the wind direction changes and the blade hits the blade from the side, the blade is pushed by the wind, so that the nacelle turns around the vertical axis, and the front surface of the propeller can be easily turned upwind.

（３） 前記（３）に記載の風車においては、複数のブレードは、平面視において、ナセルの左右における前縁の対向間隔が、後縁の対向間隔よりも広く形成されているため、左右のブレードの間を通過する気流は、幅が狭くなる後部で高圧になり、プロペラの前面に当って、これを効率よく回転させる。 (3) In the windmill according to (3), the plurality of blades are formed so that the opposing distance between the front edges on the left and right sides of the nacelle is wider than the opposing distance between the rear edges in plan view. The airflow passing between the blades becomes high pressure at the rear part where the width becomes narrower, hits the front surface of the propeller, and rotates it efficiently.

（４） 前記（４）に記載の風車によると、ブレードの左右外側面は平坦であり、
上下面の前端縁部に膨出部が形成されているので、左右のブレードの間を通過す
る気流は、膨出部で高速化され、後方へ至りプロペラの前面に当って、これを効果的に回転させる。 (4) According to the windmill described in (4) above, the left and right outer surfaces of the blade are flat,
Since the bulging part is formed at the front edge of the upper and lower surfaces, the airflow passing between the left and right blades is accelerated at the bulging part, reaches the rear and hits the front of the propeller. Rotate to

（５） 前記（５）に記載の風車においては、複数のブレードにおける上下対称の翼端部に、それぞれ上下の対向方向へ傾斜する傾斜部が形成されているので、風向きが変化して、ブレードの外側面に当ったとき、翼端方向へ移動する気流は、上下に位置する傾斜部で抑止されて、拡散されることなく、ブレードを押すので、弱風の風向き変化についても、敏感に反応して、ナセルの向を瞬時で変え、プロペラの前面を容易に風上に向けさせることができる。 (5) In the windmill according to (5), since the inclined portions that are inclined in the vertical opposing directions are formed at the vertically symmetrical blade tips of the plurality of blades, the wind direction changes, and the blades The airflow that moves toward the blade tip when it hits the outer surface of the blade is restrained by the inclined part located above and below and pushes the blade without being diffused, so it reacts sensitively to changes in the direction of the weak wind. Thus, the direction of the nacelle can be changed instantaneously, and the front surface of the propeller can be easily directed upwind.

（６） 前記（６）に記載のナセルには、プロペラ軸に連結された発電装置が内装されているので、プロペラの回転に伴い発電をさせることができる。 (6) Since the nacelle described in (6) above includes a power generator connected to the propeller shaft, power can be generated with the rotation of the propeller.

本発明に係る方向舵を備える風車の平面図である。It is a top view of a windmill provided with the rudder which concerns on this invention. 同側面図である。It is the same side view. 同正面図である。It is the same front view. 図３におけるIV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line in FIG.

ナセルの周面に、前後方向を向く複数の方向舵を、放射方向へ向けて配設する。   A plurality of rudders directed in the front-rear direction are arranged on the circumferential surface of the nacelle in the radial direction.

本発明の実施例１を、図面を参照して説明する。図において、風車１におけるナセル３は、支柱２の上部に設けられた垂直軸周りに旋回可能に取付けられている。ナセル３の後部より後方へ突出するプロペラ軸４の後端部には、プロペラ５が固定され、プロペラ軸４の前端部は、ナセル３内の図示しない発電装置に連結されている。プロペラ５の翼端部には、前方、すなわちナセル３の方向へ向かって傾斜する傾斜部５Ａが形成されている。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, the nacelle 3 in the wind turbine 1 is attached so as to be able to turn around a vertical axis provided in the upper part of the support 2. A propeller 5 is fixed to the rear end portion of the propeller shaft 4 protruding rearward from the rear portion of the nacelle 3, and the front end portion of the propeller shaft 4 is connected to a power generator (not shown) in the nacelle 3. An inclined portion 5 </ b> A that is inclined forward, that is, toward the nacelle 3, is formed at the blade tip portion of the propeller 5.

ナセル３の後部における外周面には、正面視×状に放射方向へ突出する、複数のブレード６が配設されて、これにより方向舵７が形成されている。
ブレード６の枚数は、左右二枚ずつ合計四枚が好ましいが、これに限定されるものではない。 A plurality of blades 6 projecting radially in a front view × shape are disposed on the outer peripheral surface of the rear portion of the nacelle 3, thereby forming a rudder 7.
The number of blades 6 is preferably a total of four on each of the two on the left and right, but is not limited thereto.

ブレード６は、正面視において翼根部の板厚は薄く、翼端方向へ次第に厚く形成され、左右にそれぞれ二枚ずつ対称的に配設されている。
ナセル３の左右側方の上下に位置するブレード６,６の翼端部には、図３に明示するように、それぞれ、遠心方向へ徐々に傾斜する先細状の傾斜部６Ａが形成されている。 The blade 6 has a blade root portion with a thin plate thickness when viewed from the front, is gradually formed thicker in the direction of the blade tip, and two blades 6 are arranged symmetrically on the left and right.
As clearly shown in FIG. 3, taper-like inclined portions 6 </ b> A that are gradually inclined in the centrifugal direction are formed at the blade tips of the blades 6, 6 positioned above and below the left and right sides of the nacelle 3. .

図１，図２に示すように、各ブレード６は、側面視において、翼根部の弦長は短く、翼端部の弦長は長く逆テーパ状に形成されており、その後縁部６Ｂはナセル３とほぼ直交し、前縁部６Ｃは、翼端部に向って前向きに傾斜している。   As shown in FIGS. 1 and 2, each blade 6 has a chord length at the blade root portion which is short and a chord length at the blade tip portion which is formed in a reverse taper shape in a side view, and its trailing edge portion 6B has a nacelle. 3 is substantially orthogonal to the front edge portion 6C, and the front edge portion 6C is inclined forward toward the blade tip portion.

各ブレード６の断面形は、図４に示すように、ナセル３の軸心線Ｓに対して、外側面６Ｅは平坦面で、上面の、前端縁部には求心方向の膨出部６Ｄが形成され、下面もこれと対称的に形成されている。   As shown in FIG. 4, the cross-sectional shape of each blade 6 is such that the outer surface 6E is a flat surface with respect to the axial center line S of the nacelle 3, and a bulging portion 6D in the centripetal direction is formed at the front edge of the upper surface. The lower surface is also formed symmetrically with this.

ナセル３に対するブレード６の取付角度は、軸心線Ｓと平行であるが、ナセル３の後部は細く形成されているので、図１に示す平面視では、前縁部６Ｃは、軸心線Ｓに対して前向きに傾斜している。   The attachment angle of the blade 6 with respect to the nacelle 3 is parallel to the axial line S, but the rear part of the nacelle 3 is formed thin, so that in the plan view shown in FIG. Is inclined forward.

従って、図３におけるナセル３よりも上方において、左右のブレード６の間を通過する気流は、図４における前縁部６Ｃから、膨出部６Ｄへ通過する過程で高速化され、膨出部６Ｄを通過すると、次第に気圧が高まり、かつ左右のブレード６の後部の対向間隔が狭くなっているので、Ｘ矢示の高圧気流となって、プロペラ５の前面に当り、プロペラ５の回転速度を高めることとなる。   Accordingly, the airflow passing between the left and right blades 6 above the nacelle 3 in FIG. 3 is increased in speed in the process of passing from the front edge portion 6C to the bulging portion 6D in FIG. 4, and the bulging portion 6D. As the air pressure gradually increases and the facing distance between the rear portions of the left and right blades 6 is narrowed, it becomes a high-pressure airflow indicated by an arrow X, hits the front surface of the propeller 5 and increases the rotation speed of the propeller 5. It will be.

特に、図１に明示するように、左右のブレード６は、翼根部よりも翼端部の弦長が長いことと、前縁６Ｃに同時に当る気流は、翼根部よりも翼端部の方を通過
して、後縁６Ｂに至る速度は早くなることにより、翼端部を高速で通過する気流は、プロペラ５の先端部である傾斜部５Ａ付近に当ることになる。
従って、この高速流は傾斜部５Ａで拡散させられることはなく、テコの原理で、プロペラ５を効率良く回転させることができる。 In particular, as clearly shown in FIG. 1, the left and right blades 6 have a longer chord length at the blade tip than at the blade root, and the airflow that simultaneously strikes the leading edge 6C is directed toward the blade tip rather than the blade root. Since the speed of passing through and reaching the trailing edge 6B is increased, the airflow passing through the blade tip at a high speed hits the vicinity of the inclined portion 5A that is the tip of the propeller 5.
Therefore, the high-speed flow is not diffused by the inclined portion 5A, and the propeller 5 can be efficiently rotated by the lever principle.

図２において、ブレード６の側面に沿って通過するＹ矢示気流も、上下のブレード６の後縁６Ｂ同士の対向部間が、前縁部の対向間隔よりも小幅に形成されているため、気圧は高められてプロペラ５の前面に当り、プロペラ５の回転効率は高められる。
すなわち、このブレード６は、これに沿って通過する風流を、コアンダ効果によって高速化し、かつ後部のプロペラ５へ高圧気流を流動させる効果も有している。 In FIG. 2, the Y-arrow airflow passing along the side surface of the blade 6 is also formed between the opposing portions of the rear edges 6B of the upper and lower blades 6 to be narrower than the opposing interval of the front edge portion. The atmospheric pressure is increased and hits the front surface of the propeller 5, and the rotation efficiency of the propeller 5 is increased.
That is, the blade 6 has an effect of speeding up the wind flow passing along the blade 6 by the Coanda effect and causing the high-pressure air flow to flow to the rear propeller 5.

風向きが変って、ブレード６の側面に気流が当ると、図２に示すように、ブレード６は、側面の、特に幅の広い翼端部において、気流を多く受けることになり、その押す風力によって、ナセル３は、支柱２を中心に旋回し、プロペラ５の前面は、瞬時に風上へ向くこととなる。   When the wind direction changes and the airflow strikes the side surface of the blade 6, as shown in FIG. 2, the blade 6 receives a large amount of airflow at the side surface, particularly at the wide blade tip, and the wind force pushing the blade 6 The nacelle 3 turns around the support column 2 and the front surface of the propeller 5 instantaneously goes upwind.

また、ブレード６の側面に、斜方向から弱い風が当った場合、ブレード６の側
面に沿って、翼端方向へ拡散しようとする気流は、上下の傾斜部６Ａによって拡散が抑制され、その部位における風圧を高めて、ブレード６を風下方向へ押すので、ナセル３は、支柱２の垂直軸を中心にして旋回することになり、プロペラ５の前面を、風上に瞬時に向けることとなる。 In addition, when a weak wind hits the side surface of the blade 6 from the oblique direction, the airflow to be diffused in the blade tip direction along the side surface of the blade 6 is suppressed from being diffused by the upper and lower inclined portions 6A. Since the wind pressure at the pressure is increased and the blade 6 is pushed in the leeward direction, the nacelle 3 turns around the vertical axis of the column 2 and the front surface of the propeller 5 is instantaneously directed to the windward.

さらに、ブレード６の、翼端部における弦長を大としてあるので、側面から気
流を受ける時は、容易にナセル３の後部を旋回させて、プロペラ５の前面を瞬時に風上へ向けることができる。 Furthermore, since the chord length of the blade 6 at the blade tip is large, when the airflow is received from the side, the rear part of the nacelle 3 can be easily swung and the front surface of the propeller 5 can be instantaneously directed to the windward. it can.

同時に、ブレード６の広い面に沿って通過する気流は、コアンダ効果により速度を早められて、プロペラ５の前面に当り、回転効率を高める。
なお、本発明の風車は、例えば建造物等の壁面から水平方向へ突出されたアーム等の支持体の先端部に、垂直軸を設けてナセルを旋回可能に装着することができる。 At the same time, the airflow passing along the wide surface of the blade 6 is accelerated in speed by the Coanda effect and hits the front surface of the propeller 5 to increase the rotation efficiency.
In addition, the windmill of this invention can mount | wear with the vertical axis | shaft so that a nacelle can turn in the front-end | tip part of support bodies, such as an arm protruded from the wall surface of buildings etc. horizontally.

本発明によると、プロペラ式風車のナセルの向きを、風向きの変化に対応して瞬時に変化させ、常にプロペラの前面を、風上に向けることができるので、本発明は、プロペラ式風車や風力発電機に、有利に利用することができる。   According to the present invention, the direction of the nacelle of the propeller-type windmill can be instantaneously changed in response to the change in the wind direction, and the front surface of the propeller can always be directed to the windward. It can be advantageously used for a generator.

１．風車
２．支柱
３．ナセル
４．プロペラ軸
５．プロペラ
５Ａ．傾斜部
６．ブレード
６Ａ．傾斜部
６Ｂ．後縁
６Ｃ．前縁
６Ｄ．膨出部
６Ｅ．外側面
７．方向舵 1. Windmill 2. Strut 3. Nasser 4. 4. Propeller shaft Propeller 5A. 5. Inclined part Blade 6A. Inclined part 6B. Trailing edge 6C. Leading edge 6D. Bulge 6E. External surface 7. Rudder

Claims (6)

垂直軸周りに旋回可能に配設されたナセルに、プロペラを取り付けてなる風車において、ナセルの後部周面に、前後方向を向くと共に、放射方向に突出し、かつ翼根部の弦長よりも、翼端部の弦長が長い複数のブレードを取付けたことを特徴とする風車。 In a wind turbine in which a propeller is attached to a nacelle arranged so as to be able to swivel around a vertical axis, the rear surface of the nacelle faces in the front-rear direction and protrudes in the radial direction. A windmill comprising a plurality of blades having long chords at the ends. 前記複数のブレードは、ナセルの周面において、正面視において上下に、及び左右方向に対称に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の風車。 2. The wind turbine according to claim 1, wherein the plurality of blades are arranged symmetrically in a vertical direction and a horizontal direction in a front view on a peripheral surface of the nacelle. 前記複数のブレードは、平面視において、ナセルの左右におけるブレードの前縁の対向間隔が、後縁のそれよりも広く形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の風車。 3. The wind turbine according to claim 1, wherein the plurality of blades are formed such that, in plan view, a spacing between front edges of the blades on the left and right sides of the nacelle is wider than that of the rear edge. 前記複数のブレードは、左右外側面は平坦であり、上下面の前端縁部に、膨出部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の風車。 The wind turbine according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of blades have flat left and right outer surfaces, and bulge portions are formed at front edge portions of the upper and lower surfaces. 前記複数のブレードにおける上下対称の翼端部に、それぞれ
上下の対向方向へ傾斜する傾斜部が形成されていることを特徴とする請求項１〜
４のいずれかに記載の風車。 The slanted part which inclines in the up-and-down opposing direction is formed in the up-and-down symmetrical blade end part in these blades, respectively.
4. The windmill according to any one of 4. 前記ナセルには、プロペラ軸に連結された発電装置が内装されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の風車。
The wind turbine according to any one of claims 1 to 5, wherein a power generator connected to a propeller shaft is provided in the nacelle.
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