JP6677783B1 - Propeller device - Google Patents

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Abstract

【課題】従来と比較して低風速からのカットイン風速を実現できる高効率なプロペラ装置を得る。【解決手段】プロペラ装置は、回転中心部に固定された複数の主ブレードを有する主プロペラと、主プロペラと第１距離を隔てた異なる位置で回転中心部に固定された複数の副ブレードを有する副プロペラとを備え、複数の主ブレードのそれぞれは、回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が短くなる形状を有し、複数の副ブレードのそれぞれは、回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が長くなる形状を有する。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a highly efficient propeller device capable of realizing a cut-in wind speed from a low wind speed as compared with a conventional one. A propeller device includes a main propeller having a plurality of main blades fixed to a center of rotation, and a plurality of auxiliary blades fixed to the center of rotation at different positions separated from the main propeller by a first distance. With a sub-propeller, each of the plurality of main blades has a shape in which the chord length becomes shorter from the rotation center toward the outer circumference, and each of the plurality of sub blades goes from the rotation center toward the outer circumference. Has a shape in which the chord length increases. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、主プロペラおよび副プロペラを備えたプロペラ装置に関する。   The present invention relates to a propeller device including a main propeller and a sub-propeller.

従来の発電機用のプロペラ装置に関連する技術として、ハブと、スピナーと、少なくとも２枚の主ブレードとを備える風車ロータがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に係る風車ロータでは、隣り合う２枚の主ブレードの翼根部間の領域の少なくとも一部を覆うように、少なくとも一枚の副ブレードが設けられている。   As a technique related to a conventional propeller device for a generator, there is a windmill rotor including a hub, a spinner, and at least two main blades (for example, see Patent Document 1). In the wind turbine rotor according to Patent Literature 1, at least one sub-blade is provided so as to cover at least a part of a region between blade roots of two adjacent main blades.

このような副ブレードは、ハブまたはスピナーから風車ロータの径方向外方に延出し、主ブレードよりも翼長が短い構成を備えている。また、副ブレードのコード長は、羽根側からはね先端側へ向けて単調減少している。   Such an auxiliary blade extends radially outward of the wind turbine rotor from the hub or the spinner, and has a configuration in which the blade length is shorter than that of the main blade. Further, the cord length of the sub-blade decreases monotonously from the blade side toward the splash tip side.

さらに、特許文献１に係る副ブレードは、下式（１）の関係を有している。
Ｃｏｐｔ−Ｃｍａｉｎ≦Ｃｓ≦０．５Ｃｏｐｔ （１） Further, the sub-blade according to Patent Document 1 has a relationship represented by the following expression (1).
Copt-Cmain ≦ Cs ≦ 0.5 Copt (1)

ここで、上式（１）におけるＣｏｐｔ、Ｃｍａｉｎ、Ｃｓのそれぞれは、以下の内容を意味している。
Ｃｏｐｔ：翼長方向位置ｘに対応する風車ロータの半径位置ｒにおける主ブレードの最適コード長
Ｃｍａｉｎ：半径位置ｒにおける主ブレードのコード長
Ｃｓ：コード長 Here, each of Copt, Cmain, and Cs in the above equation (1) means the following contents.
Copt: Optimum code length of the main blade at the radial position r of the wind turbine rotor corresponding to the blade length direction position x Cmain: Code length of the main blade at the radial position r Cs: Code length

そして、主ブレードの最適コード長Ｃｏｐｔは、下式（２）で表される。   Then, the optimum code length Copt of the main blade is expressed by the following equation (2).

Figure 0006677783
Figure 0006677783

その結果、特許文献１に係る風車ロータは、風車ロータ全体としての内側セクションにおける空力性能を向上させることができ、風車ロータにおける翼効率の効果的な改善を図ることができる。   As a result, the wind turbine rotor according to Patent Document 1 can improve the aerodynamic performance in the inner section as the entire wind turbine rotor, and can effectively improve the blade efficiency of the wind turbine rotor.

特開２０１５−８６８２２号公報JP-A-2005-86822

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。特許文献１に係る風車ロータの羽根形状は、主ブレード、副ブレードともに、比較的周速比が高く、ある程度の高回転で性能を発揮するタイプのものである。従って、特許文献１に係る風車ロータのブレードは、低風速、低回転時に大きなトルクを発生し、カットイン風速を大きく改善できるようなブレードではなかった。   However, the related art has the following problems. The blade shape of the wind turbine rotor according to Patent Document 1 is of a type in which both the main blade and the sub-blade have a relatively high peripheral speed ratio and exhibit performance at a certain high rotation. Therefore, the blade of the wind turbine rotor according to Patent Literature 1 is not a blade that generates a large torque at low wind speeds and low rotation speeds and can greatly improve the cut-in wind speed.

その一方で、設置環境によっては、低風速、低回転時において、所望のトルクを発生し、適切な発電量を得ることが要求される。   On the other hand, depending on the installation environment, it is required to generate a desired torque and obtain an appropriate power generation amount at low wind speed and low rotation.

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、従来と比較して低風速からのカットイン風速を実現できる高効率な発電機用のプロペラ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and has an object to obtain a high-efficiency propeller device for a generator that can realize a cut-in wind speed from a low wind speed as compared with the related art. I do.

本発明に係るプロペラ装置は、回転中心部に固定された複数の主ブレードを有する主プロペラと、主プロペラと第１距離を隔てた異なる位置で回転中心部に固定された複数の副ブレードを有する副プロペラとを備え、複数の主ブレードのそれぞれは、回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が短くなる形状を有し、複数の副ブレードのそれぞれは、回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が長くなる形状を有するものである。   A propeller device according to the present invention includes a main propeller having a plurality of main blades fixed to a center of rotation, and a plurality of sub-blades fixed to the center of rotation at different positions separated from the main propeller by a first distance. A main propeller, and each of the plurality of main blades has a shape in which the chord length becomes shorter from the center of rotation to the outer peripheral side, and each of the plurality of sub blades is closer to the outer peripheral side from the center of rotation. Has a shape in which the chord length becomes longer in accordance with

本発明によれば、低回転時において副ブレードのトルクで主ブレードのトルクをアシストできる構成を備えている。この結果、従来と比較して低風速からのカットイン風速を実現できる高効率な発電機用のプロペラ装置を得ることができる。   According to the present invention, a configuration is provided in which the torque of the main blade can be assisted by the torque of the auxiliary blade during low rotation. As a result, it is possible to obtain a high-efficiency propeller device for a generator capable of realizing a cut-in wind speed from a low wind speed as compared with the related art.

本発明の実施の形態１に係るプロペラ装置を示す正面図である。1 is a front view showing a propeller device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態１に係る図１のプロペラ装置を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing the propeller device of FIG. 1 according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態２に係るプロペラ装置の発生トルクおよびカットイン風速の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the generated torque and cut-in wind speed of the propeller apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３に係るプロペラ装置の発生トルクの特性を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating characteristics of generated torque of a propeller device according to Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態４に係る主プロペラの発生トルクに関する説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram relating to a generated torque of a main propeller according to Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態５に係るプロペラ装置が、ダウンウインド型として設置された際の、副プロペラと支柱５との位置関係を示した説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a sub propeller and a support post 5 when a propeller device according to a fifth embodiment of the present invention is installed as a downwind type. 本発明の実施の形態５に係るプロペラ装置の発生トルクの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the generated torque of the propeller apparatus which concerns on Embodiment 5 of this invention.

以下、本発明のプロペラ装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a propeller device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプロペラ装置を示す正面図である。また、図２は、本発明の実施の形態１に係る図１のプロペラ装置を示す側面図である。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a front view showing a propeller device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a side view showing the propeller device of FIG. 1 according to Embodiment 1 of the present invention.

発電機用のプロペラ装置は、流体の流れのエネルギーを回転エネルギーに変換する。流体としては、空気、水などが挙げられる。発電機用のプロペラ装置は、回転可能に設けられた主プロペラ１と、主プロペラ１に対して上流側に設置された副プロペラ２を備えている。主プロペラ１と副プロペラ２とは、図示しない発電機の回転軸に接続されている。   Propeller devices for generators convert the energy of a fluid stream into rotational energy. Examples of the fluid include air and water. The propeller device for a generator includes a main propeller 1 rotatably provided and a sub-propeller 2 installed upstream of the main propeller 1. The main propeller 1 and the sub-propeller 2 are connected to a rotating shaft of a generator (not shown).

主プロペラ１は、円柱形状の回転中心部３と、回転中心部３に設けられた複数の主ブレード１ａとを有している。なお、以下の説明において、径方向とは、回転中心部３についての径方向とする。また、周方向とは、回転中心部３についての周方向とする。さらに、軸方向とは、回転中心部３についての軸方向とする。   The main propeller 1 has a columnar rotation center 3 and a plurality of main blades 1 a provided in the rotation center 3. In the following description, the radial direction is the radial direction of the rotation center 3. Further, the circumferential direction is a circumferential direction about the rotation center portion 3. Further, the axial direction is the axial direction of the rotation center 3.

主ブレード１ａは、回転中心部３から径方向外側に向かって延びるように、回転中心部３に固定されている。図１においては、３枚の主ブレード１ａが、周方向に等間隔に並べて配置されている。さらに、３枚の主ブレード１ａは、径方向に延びるほど主ブレード１ａの周方向の幅が狭くなっている。すなわち、主ブレード１ａは、周方向において、翼型の前縁と後縁とを結ぶ直線の長さである翼弦長が、外周側になるに従って短くなっている。   The main blade 1a is fixed to the rotation center 3 so as to extend radially outward from the rotation center 3. In FIG. 1, three main blades 1a are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Further, as the three main blades 1a extend in the radial direction, the circumferential width of the main blades 1a decreases. That is, in the main blade 1a, in the circumferential direction, the chord length, which is the length of a straight line connecting the leading edge and the trailing edge of the airfoil, becomes shorter toward the outer peripheral side.

このような形状を有する主プロペラ１は、周方向に回転する。主プロペラ１が回転することによって、発電機の回転軸が回転する。発電機の回転軸は、水平方向に延びて配置されている。言い換えれば、プロペラ装置に用いられる発電機は、水平軸発電機として構成されている。   The main propeller 1 having such a shape rotates in the circumferential direction. As the main propeller 1 rotates, the rotating shaft of the generator rotates. The rotating shaft of the generator extends horizontally. In other words, the generator used for the propeller device is configured as a horizontal axis generator.

一方、副プロペラ２は、主プロペラ１と同様に、円柱形状の回転中心部３と、回転中心部３に設けられた複数の副ブレード２ａとを有している。副プロペラ２は、回転中心部３から径方向外側に向かって延びるように、回転中心部３に固定されている。図１においては、３枚の副ブレード２ａが、周方向に等間隔に並べて配置されている。さらに、３枚の副ブレード２ａは、径方向に延びるほど副ブレード２ａの周方向の幅が広くなっている。すなわち、副ブレード２ａは、周方向において、翼型の前縁と後縁とを結ぶ直線の長さである翼弦長が、外周側になるに従って長くなっている。   On the other hand, similarly to the main propeller 1, the sub-propeller 2 has a column-shaped rotation center portion 3 and a plurality of sub-blades 2a provided in the rotation center portion 3. The auxiliary propeller 2 is fixed to the rotation center 3 so as to extend radially outward from the rotation center 3. In FIG. 1, three sub-blades 2a are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Further, as for the three sub-blades 2a, the width in the circumferential direction of the sub-blade 2a is increased as it extends in the radial direction. That is, in the sub-blade 2a, in the circumferential direction, the chord length, which is the length of a straight line connecting the leading edge and the trailing edge of the airfoil, becomes longer toward the outer peripheral side.

そして、図１に示すように、副プロペラ２の径方向の中心線は、主プロペラ１の径方向の中心線に対して角度θを有している。また、図１および図２に示すように、半径Ｒ１を有する主プロペラ１と、半径Ｒ２を有する副プロペラ２とは、軸方向において距離Ｌを有して配置されている。このような形状および配置を有する主プロペラ１および副プロペラ２は、互いに同期して周方向に回転する。   Then, as shown in FIG. 1, the radial center line of the sub-propeller 2 has an angle θ with respect to the radial center line of the main propeller 1. As shown in FIGS. 1 and 2, the main propeller 1 having the radius R1 and the sub-propeller 2 having the radius R2 are arranged with a distance L in the axial direction. The main propeller 1 and the sub-propeller 2 having such a shape and arrangement rotate in the circumferential direction in synchronization with each other.

ここで、主プロペラ１は、揚力型で高回転タイプのプロペラである。一方、主プロペラ１と比較して周速比の低い副プロペラ２は、低回転タイプのプロペラである。従って、本実施の形態１に係るプロペラ装置によれば、このような２つのプロペラを同軸上に取り付けることによって、低回転時のプロペラ効率を向上させることができる。この結果、低回転からのカットイン風速を実現する発電機用のプロペラ装置を提供できる。   Here, the main propeller 1 is a lift-type high-rotation type propeller. On the other hand, the auxiliary propeller 2 having a lower peripheral speed ratio than the main propeller 1 is a low-rotation type propeller. Therefore, according to the propeller device according to the first embodiment, by attaching such two propellers coaxially, the propeller efficiency at the time of low rotation can be improved. As a result, it is possible to provide a propeller device for a generator that realizes a cut-in wind speed from a low rotation.

なお、カットイン風速とは、プロペラ装置の主プロペラ１および副プロペラ２が回転を始めて、発電を開始できる状態となる風速のことである。   Note that the cut-in wind speed is a wind speed at which the main propeller 1 and the sub-propeller 2 of the propeller device start rotating and can start power generation.

実施の形態２．
本実施の形態２では、図１に示した角度θによるプロペラ装置の特性の違いについて、詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態２に係るプロペラ装置の発生トルクおよびカットイン風速の特性を示す図である。より具体的には、図３は、主プロペラ１の径方向の中心線と副プロペラ２の径方向の中心線との角度θを０°〜１００°の範囲で変化させたときの、発電機用のプロペラ装置の発生トルクおよびカットイン風速のそれぞれの特性を示したものである。 Embodiment 2 FIG.
In the second embodiment, the difference in the characteristics of the propeller device depending on the angle θ shown in FIG. 1 will be described in detail.
FIG. 3 is a diagram illustrating characteristics of generated torque and cut-in wind speed of a propeller device according to Embodiment 2 of the present invention. More specifically, FIG. 3 shows a generator when the angle θ between the radial center line of the main propeller 1 and the radial center line of the sub-propeller 2 is changed in the range of 0 ° to 100 °. FIG. 2 shows characteristics of a generated torque and a cut-in wind speed of a propeller device for use.

トルクは、風速８ｍ／ｓ、１０００ｒｐｍ時（高風速高回転時）の発生トルクを、最大トルク１００として数値化しており、図３の左側の縦軸に目盛りが付されている。また、カットイン風速は、発電開始時のトルクを４０ｃＮ・ｍとしたときの風速を、最低風速を１として数値化しており、図３の右側の縦軸に目盛りが付されている。図３の特性から、高風速、高回転時においては、θ＝６０°の時が最も発生トルクが大きいことがわかる。また、カットイン風速に関しては、θ＝５０°の時が、最もカットイン風速が低いことがわかる。   As the torque, the generated torque at a wind speed of 8 m / s and 1000 rpm (at high wind speed and high rotation) is quantified as the maximum torque 100, and the scale is attached to the left vertical axis in FIG. Further, the cut-in wind speed is expressed as a numerical value with the minimum wind speed being 1 when the torque at the start of power generation is 40 cN · m, and the scale is attached to the vertical axis on the right side of FIG. From the characteristics of FIG. 3, it can be seen that the generated torque is the largest when θ = 60 ° at high wind speed and high rotation. As for the cut-in wind speed, it can be seen that the cut-in wind speed is lowest when θ = 50 °.

一般的に、発電機用のプロペラ装置の設置場所および設置条件によって、カットイン風速重視か、最大トルク重視かが変わってくる。例えば、発電機用のプロペラ装置が、あまり風の吹かない街中に設置される場合には、カットイン風速重視となる。一方、発電機用のプロペラ装置が、元々、風の強い海岸地帯、あるいは山岳地帯に設置される場合には、最大トルク重視となる。図３に示した結果から、最大トルクと最低カットイン風速のそれぞれについて、５％程度までの悪化を許容した場合、θは、４５°〜６５°の範囲が適切な値となる。   In general, whether the cut-in wind speed is important or the maximum torque is important depends on the installation location and the installation conditions of the generator propeller device. For example, when a propeller device for a generator is installed in a city where the wind does not blow much, the cut-in wind speed is emphasized. On the other hand, when the propeller device for the generator is originally installed in a windy coastal area or a mountainous area, the maximum torque is emphasized. From the results shown in FIG. 3, when the maximum torque and the minimum cut-in wind speed are allowed to deteriorate to about 5%, θ is in a range of 45 ° to 65 °.

以上説明したように、本実施の形態２に係るプロペラ装置によれば、角度θを変更することによって、プロペラ装置の設置場所および設置条件に応じて、カットイン風速重視、また最大トルク重視による適切な特性を実現できる。   As described above, according to the propeller device according to the second embodiment, by changing the angle θ, the cut-in wind speed is emphasized and the proper torque is emphasized according to the maximum torque in accordance with the installation location and installation conditions of the propeller device. Characteristics can be realized.

さらに、主プロペラと副プロペラの角度調整を行うことができる機構を準備しておくことによって、同一部品を使用した上で、プロペラ装置の設置場所および設置条件に応じて、カットイン風速重視、また最大トルク重視による適切な特性に対応することができる。   Furthermore, by preparing a mechanism that can adjust the angle of the main propeller and the sub-propeller, using the same parts, the cut-in wind speed is emphasized according to the installation location and installation conditions of the propeller device, and It is possible to cope with appropriate characteristics based on the emphasis on the maximum torque.

実施の形態３．
本実施の形態３では、図１に示した半径Ｒ２、および図２に示した距離Ｌによるトルク特性の違いについて、詳細に説明する。
副プロペラ２は、主プロペラ１よりも風上側に配置されている。ここで、主プロペラ１および副プロペラ２のそれぞれのプロペラ重心の距離Ｌと副プロペラ２の半径Ｒ２との比であるＬ／Ｒ２と、プロペラ装置の発生トルクとの関係について説明する。 Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, the difference between the torque characteristics according to the radius R2 shown in FIG. 1 and the distance L shown in FIG. 2 will be described in detail.
The auxiliary propeller 2 is arranged more windward than the main propeller 1. Here, the relationship between L / R2, which is the ratio of the distance L between the center of gravity of the propeller of each of the main propeller 1 and the auxiliary propeller 2 and the radius R2 of the auxiliary propeller 2, and the torque generated by the propeller device will be described.

図４は、本発明の実施の形態３に係るプロペラ装置の発生トルクの特性を示す図である。より具体的には、図３は、Ｌ／Ｒ２を変化させたときの、プロペラ装置の発生トルクの特性を示したものである。なお、図４の縦軸は、副プロペラ２の影響のないＬ／Ｒ２の寸法時の発生トルクを１として、トルクを数値化している。図４に示すように、Ｌ／Ｒ２が０．２の場合、約５％のトルク低下が測定された。   FIG. 4 is a diagram illustrating characteristics of generated torque of a propeller device according to Embodiment 3 of the present invention. More specifically, FIG. 3 shows the characteristics of the generated torque of the propeller device when L / R2 is changed. Note that the vertical axis of FIG. 4 is a numerical value of the torque, with the generated torque at the time of L / R2 dimensions not affected by the sub-propeller 2 as 1. As shown in FIG. 4, when L / R2 was 0.2, a torque reduction of about 5% was measured.

副プロペラ２は、低風速、低回転時に大きなトルクを発生することで低いカットイン風速を実現し、かつ、高風速、高回転時の主プロペラ１の性能を劣化させないことが重要である。主プロペラ１の性能劣化への影響をなくすためには、図４に示すように、Ｌ／Ｒ２が０．３以上となるように、距離Ｌと半径Ｒ２との比を設定すれば良い。   It is important that the sub-propeller 2 realizes a low cut-in wind speed by generating a large torque at low wind speed and low rotation speed, and does not deteriorate the performance of the main propeller 1 at high wind speed and high rotation speed. In order to eliminate the influence on the performance deterioration of the main propeller 1, as shown in FIG. 4, the ratio between the distance L and the radius R2 may be set so that L / R2 becomes 0.3 or more.

ただし、プロペラ装置の小型化を考慮した場合には、Ｌ／Ｒ２を０．２以上に設定することで、トルク低下を５％以内に抑えることができる。この結果、小型でかつ発電効率の良いプロペラ装置を実現できる。   However, in consideration of miniaturization of the propeller device, the torque reduction can be suppressed to within 5% by setting L / R2 to 0.2 or more. As a result, a small-sized propeller device with high power generation efficiency can be realized.

また、本実施の形態３に係るプロペラ装置の構成では、副プロペラ２を風上側に、主プロペラ１を風下側に設置している。ダウンウインド方式の風力発電機の場合には、主プロペラ１および副プロペラ２を支えるための支柱が、これらのプロペラより風上側に配置されるため、支柱によるプロペラ性能の劣化が発生する。   In the configuration of the propeller device according to the third embodiment, the sub-propeller 2 is installed on the leeward side, and the main propeller 1 is installed on the leeward side. In the case of a downwind type wind power generator, the props for supporting the main propeller 1 and the sub-propeller 2 are arranged on the windward side of these propellers, so that the props deteriorate the propeller performance.

特に、ブレード先端の周速が速い主プロペラ１は、支柱による影響を大きく受ける傾向がある。そこで、本実施の形態３に係るプロペラ装置の構成では、主プロペラ１を支柱から遠ざけて設置している。これにより、支柱の影響を少なくし、プロペラ性能の劣化の改善効果を得ることができ、高効率の発電を可能とするプロペラ装置を実現できる。   In particular, the main propeller 1 having a high peripheral speed at the blade tip tends to be greatly affected by the columns. Therefore, in the configuration of the propeller device according to the third embodiment, the main propeller 1 is installed away from the support. This makes it possible to reduce the influence of the columns and obtain an effect of improving the deterioration of the propeller performance, thereby realizing a propeller device capable of high-efficiency power generation.

実施の形態４．
本実施の形態４では、主プロペラ１による、径方向の距離に応じて発生するトルクについて、詳細に説明する。
図５は、本発明の実施の形態４に係る主プロペラ１の発生トルクに関する説明図である。具体的には、図５は、回転中心部３からの径方向の距離Ｒと、主プロペラ１の径Ｒ１との比（Ｒ／Ｒ１）に対する、各径での断面のトルク割合を表したものである。Ｒ／Ｒ１＝１がプロペラの先端になり、Ｒ／Ｒ１＝０がプロペラの中心になる。 Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, the torque generated by the main propeller 1 according to the radial distance will be described in detail.
FIG. 5 is an explanatory diagram relating to the generated torque of main propeller 1 according to Embodiment 4 of the present invention. Specifically, FIG. 5 shows a torque ratio of a cross section at each diameter with respect to a ratio (R / R1) between a radial distance R from the rotation center portion 3 and a diameter R1 of the main propeller 1. It is. R / R1 = 1 becomes the tip of the propeller, and R / R1 = 0 becomes the center of the propeller.

図５の結果から、主プロペラ１は、先端の約３０％で、発生トルク全体の約７０％が占められていることがわかる。このことから、風上側に位置する副プロペラ２の半径Ｒ２を、主プロペラ１の半径Ｒ１の７０％以下にすることで、高風速、高回転時に、副プロペラ２による主プロペラ１の性能の妨害を極力減らし、かつ、低カットイン風速を実現する発電機用のプロペラ装置を得ることができる。   From the results in FIG. 5, it can be seen that the main propeller 1 accounts for about 30% of the tip and about 70% of the entire generated torque. Therefore, by setting the radius R2 of the sub-propeller 2 located on the windward side to be 70% or less of the radius R1 of the main propeller 1, the sub-propeller 2 interferes with the performance of the main propeller 1 at high wind speed and high rotation. , And a propeller device for a generator that realizes a low cut-in wind speed can be obtained.

なお、副プロペラ２の半径Ｒ２は、主プロペラ１の７０％の範囲内において、極力大きいほど、より小さな低カットイン風速を実現できる。一方、副プロペラ２の半径Ｒ２が小さいほど、主プロペラ１への妨害が少ないため、高風速、高回転時の性能を向上させることができる。   Note that, as the radius R2 of the sub-propeller 2 is as large as possible within a range of 70% of the main propeller 1, a smaller low cut-in wind speed can be realized. On the other hand, the smaller the radius R2 of the auxiliary propeller 2 is, the less the disturbance to the main propeller 1 is, so that the performance at high wind speed and high rotation can be improved.

従って、プロペラ装置の設置場所および設置条件によって、半径Ｒ１と半径Ｒ２との比が適切な値となるように、主プロペラ１および副プロペラ２を設計することで、設置場所および設置条件に応じて最適のプロペラ装置を実現できる。   Therefore, by designing the main propeller 1 and the sub-propeller 2 so that the ratio between the radius R1 and the radius R2 becomes an appropriate value depending on the installation place and the installation conditions of the propeller device, the installation is performed according to the installation place and the installation conditions. An optimal propeller device can be realized.

実施の形態５．
本実施の形態５では、支柱と副プロペラ２との距離の適正化について、詳細に説明する。
図６は、本発明の実施の形態５に係るプロペラ装置が、ダウンウインド型として設置された際の、副プロペラ２と支柱５との位置関係を示した説明図である。図６に示すように、支柱５は、直径ｄを有し、軸方向において風上側に位置する副プロペラ２との距離が、距離Ｘとなるように配置されている。なお、支柱５の上部に設けられたナセル４の中には、発電機等が収納されており、発電機の回転軸に、主プロペラ１および副プロペラ２が接続されている。 Embodiment 5 FIG.
In the fifth embodiment, the adjustment of the distance between the column and the sub-propeller 2 will be described in detail.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the sub-propeller 2 and the column 5 when the propeller device according to Embodiment 5 of the present invention is installed as a down-window type. As shown in FIG. 6, the column 5 has a diameter d, and is arranged such that the distance from the auxiliary propeller 2 located on the windward side in the axial direction is the distance X. Note that a generator and the like are housed in the nacelle 4 provided on the upper part of the column 5, and the main propeller 1 and the sub-propeller 2 are connected to the rotating shaft of the generator.

また、図７は、本発明の実施の形態５に係るプロペラ装置の発生トルクの特性を示す図である。より具体的には、図７は、ｄ／Ｘを変化させたときの、プロペラ装置の発生トルクの測定結果を示したものである。   FIG. 7 is a diagram showing characteristics of generated torque of the propeller device according to Embodiment 5 of the present invention. More specifically, FIG. 7 shows a measurement result of the generated torque of the propeller device when d / X is changed.

図７の測定結果によれば、支柱５の直径ｄに対する、支柱５と副プロペラ２との距離Ｘの比率（ｄ／Ｘ）が、０．８５以下の場合には、支柱５の影響をほぼなくすことができる。実際には、支柱５の直径ｄは、使用する環境において十分な強度を有する必要があり、強度面から支柱５の直径ｄが決定される。このため、下式（３）のように、支柱５の直径ｄから、支柱５と副プロペラ２との距離Ｘを規定することができる。
Ｘ ≧ ｄ／０．８５ （３） According to the measurement results of FIG. 7, when the ratio (d / X) of the distance X between the support 5 and the sub-propeller 2 to the diameter d of the support 5 is 0.85 or less, the influence of the support 5 is substantially reduced. Can be eliminated. Actually, the diameter d of the column 5 needs to have sufficient strength in the environment in which it is used, and the diameter d of the column 5 is determined from the strength surface. Therefore, the distance X between the column 5 and the sub-propeller 2 can be defined from the diameter d of the column 5 as in the following equation (3).
X ≧ d / 0.85 (3)

上式（３）に従って距離Ｘを規定することで、設置環境に応じて決定された支柱５の直径ｄに対して、適切な距離Ｘを求めることができる。この結果、小型で高効率の発電機用のプロペラ装置を実現できる。また、小型化を実現することで、各部の部品も強度的に有利になり、軽量化の実現も可能となる。   By defining the distance X according to the above equation (3), it is possible to obtain an appropriate distance X for the diameter d of the column 5 determined according to the installation environment. As a result, a small and highly efficient propeller device for a generator can be realized. Also, by realizing the miniaturization, the components of each part are advantageous in terms of strength, and the weight can be reduced.

なお、上述した実施の形態１〜５では、複数の主ブレード１ａおよび複数の副ブレード２ａが、図１に例示したように、それぞれ３枚として構成される場合について説明した。しかしながら、複数の主ブレード１ａおよび複数の副ブレード２ａの枚数は、３枚に限定されるものではない。複数の主ブレード１ａおよび複数の副ブレード２ａの枚数は、２枚、あるいは４枚以上であっても、複数の主ブレードのそれぞれが回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が短くなる形状を有し、複数の副ブレードのそれぞれが回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が長くなる形状を有することで、３枚の場合と同様の効果を得ることができる。   In the above-described first to fifth embodiments, a case has been described in which the plurality of main blades 1a and the plurality of sub-blades 2a are each configured as three blades as illustrated in FIG. However, the number of the plurality of main blades 1a and the plurality of sub-blades 2a is not limited to three. Even if the number of the main blades 1a and the number of the sub-blades 2a are two or four or more, the chord length becomes shorter as each of the main blades moves from the center of rotation to the outer periphery. And each of the plurality of sub-blades has a shape in which the chord length becomes longer from the center of rotation to the outer peripheral side, whereby the same effect as in the case of three blades can be obtained.

１ 主プロペラ、１ａ 主ブレード、２ 副プロペラ、２ａ 副ブレード、３ 回転中心部、４ ナセル、５ 支柱。   1 Main propeller, 1a main blade, 2 sub-propeller, 2a sub-blade, 3 rotation center, 4 nacelle, 5 columns.

Claims (5)

回転中心部に固定された複数の主ブレードを有する主プロペラと、
前記主プロペラと距離Ｌを隔てた位置で前記回転中心部に固定された複数の副ブレードを有する副プロペラと
を備え、
前記複数の主ブレードのそれぞれは、前記回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が短くなる形状を有し、
前記複数の副ブレードのそれぞれは、前記回転中心部から外周側になるに従って翼弦長が長くなる形状を有する
プロペラ装置。 A main propeller having a plurality of main blades fixed to the center of rotation,
A sub-propeller having a plurality of sub-blades fixed to the rotation center at a position separated by a distance L from the main propeller;
Each of the plurality of main blades has a shape in which the chord length becomes shorter as going from the rotation center portion to the outer peripheral side,
The propeller device, wherein each of the plurality of sub-blades has a shape in which a chord length becomes longer from the center of rotation to an outer peripheral side. 前記複数の主ブレードは、１２０°間隔で配置された３枚の主ブレードで構成され、
前記複数の副ブレードは、１２０°間隔で配置された３枚の副ブレードで構成され、
前記主プロペラの径方向の中心線と副プロペラの径方向の中心線との角度θは、４５°〜６５°の範囲である
請求項１に記載のプロペラ装置。 The plurality of main blades are constituted by three main blades arranged at intervals of 120 °,
The plurality of sub-blades are configured by three sub-blades arranged at 120 ° intervals,
The propeller device according to claim 1, wherein an angle θ between a radial centerline of the main propeller and a radial centerline of the sub-propeller is in a range of 45 ° to 65 °. 前記副プロペラは、前記主プロペラに対して前記距離Ｌを隔てて風上側に配置されており、
前記複数の副ブレードのそれぞれの半径を半径Ｒ２としたとき、前記距離Ｌと前記半径Ｒ２との比であるＬ／Ｒ２が、０．２以上である
請求項１または２に記載のプロペラ装置。 The auxiliary propeller is arranged on the windward side with the distance L from the main propeller,
3. The propeller device according to claim 1, wherein when a radius of each of the plurality of sub-blades is a radius R <b> 2, a ratio L / R2 between the distance L and the radius R <b> 2 is 0.2 or more. 4. 前記副ブレードの半径は、前記主ブレードの半径の７０％以下である
請求項１から３のいずれか１項に記載のプロペラ装置。 The propeller device according to claim 1, wherein a radius of the auxiliary blade is equal to or less than 70% of a radius of the main blade. 前記主プロペラに対して風上側に配置された前記副プロペラから、距離Ｘを隔ててさらに風上側に配置され、前記主プロペラおよび前記副プロペラを支える支柱をさらに備え、
前記支柱の直径を直径ｄとしたとき、比率ｄ／Ｘが、０．８５以下である
請求項１から４のいずれか１項に記載のプロペラ装置。 The auxiliary propeller disposed on the windward side with respect to the main propeller, further disposed on the windward side with a distance X therebetween, further comprising a support column for supporting the main propeller and the auxiliary propeller,
The propeller device according to any one of claims 1 to 4, wherein a ratio d / X is 0.85 or less when a diameter of the support is a diameter d.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56138465A (en) * 1980-03-31 1981-10-29 Matsushita Electric Works Ltd Propeller windmill
DE10003385A1 (en) * 2000-01-26 2001-08-02 Aloys Wobben Wind turbine
JP2003129935A (en) * 2001-10-26 2003-05-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Wind power generator
US6945747B1 (en) * 2004-03-26 2005-09-20 Miller Willis F Dual rotor wind turbine
US7513746B2 (en) * 2005-04-21 2009-04-07 Omniwind Energy Systems Llc Windmill blade shaping and mounting to enhance performance
DK176357B1 (en) * 2005-11-21 2007-09-24 Lm Glasfiber As A wind energy system with extra set of wings
JP2008063961A (en) * 2006-09-05 2008-03-21 Masataka Murahara Wind and water turbine concentric rotary shaft direct drive type electric energy extracting device
DK2402592T3 (en) * 2009-01-30 2015-04-27 Kyushu Inst Technology Wind Turbine Generator
CN102444548A (en) * 2010-10-15 2012-05-09 韩拉妹 Wind power generating equipment
US8240995B2 (en) * 2010-12-20 2012-08-14 General Electric Company Wind turbine, aerodynamic assembly for use in a wind turbine, and method for assembling thereof
US8308437B2 (en) * 2011-04-26 2012-11-13 General Electric Company Wind turbine with auxiliary fins
GB2541507A (en) * 2015-06-18 2017-02-22 New World Energy Entpr Ltd A wind turbine with rotating augmentor

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