JP2004044479A - 風力発電用風車 - Google Patents
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Abstract
【課題】少ない枚数の羽根部材で、風のエネルギーを効率良く風力発電用風車の動力に変換することにより、風力発電用風車の製造に係るコストを低減する。
【解決手段】回転シャフト１は、略鉛直の軸心１ａの周りに回転可能であり、３ないし５枚の羽根部材２は、断面弧形の形状を有するとともに軸心１ａに対して風を受ける面が概ね平行になるように取り付けられており、羽根部材２の弦２ａの長さＬは、軸心１ａの中心から羽根部材２の最外点２ｂまでの距離である風力発電用風車１０の外半径Ｒの０．７ないし１．３倍であり、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、羽根部材２の枚数に応じた値に設定され、羽根部材２の弦２ａの延長線が、隣の羽根部材２に当たるように配置されている。
【選択図】 図２
【解決手段】回転シャフト１は、略鉛直の軸心１ａの周りに回転可能であり、３ないし５枚の羽根部材２は、断面弧形の形状を有するとともに軸心１ａに対して風を受ける面が概ね平行になるように取り付けられており、羽根部材２の弦２ａの長さＬは、軸心１ａの中心から羽根部材２の最外点２ｂまでの距離である風力発電用風車１０の外半径Ｒの０．７ないし１．３倍であり、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、羽根部材２の枚数に応じた値に設定され、羽根部材２の弦２ａの延長線が、隣の羽根部材２に当たるように配置されている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風を受ける羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、風を受ける羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車としては、プロペラ形が主流となっていた。
【０００３】
このプロペラ形の風車は、回転シャフトが、略水平の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、羽根部材は、回転シャフトに直交する平面において回転シャフトの軸心に対して放射状になるように回転シャフトに取り付けられていた。
【０００４】
ところが、このプロペラ型の風車は、年間平均風速が約６ｍ／秒以上の風況の良好な場所に適したシステムであり、例えば都市部などで年間平均風速が約１．５〜２ｍ／秒という場所では、発電に必要な動力を得ることができないだけでなく、羽根部材の回転を開始させることも困難であった。
【０００５】
そこで、低風速でも発電可能な風力発電用風車として、羽根部材の風を受ける総面積を大きくした竪型の風力発電用風車が、種々開発されている。
【０００６】
この竪型の風力発電用風車は、回転シャフトが、略鉛直の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、羽根部材の風を受ける面が、回転シャフトの軸心に対して概ね平行になるように回転シャフトに取り付けられたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の竪型の風力発電用風車では、低風速の風に対して十分な発電量を得るために、羽根部材の枚数をできるだけ多くした形状のものが一般的であった。このため、羽根部材の製作と取り付けなど、製造工程を複雑化させて、製造に係るコストを増大させるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、少ない枚数の羽根部材で、風のエネルギーを効率良く風車の動力に変換することにより、風車の製造に係るコストを低減することができる風力発電用風車を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、風を受ける３枚の羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車であって、上記回転シャフトは、略鉛直の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、上記羽根部材は、回転シャフトに直交する平面において断面弧形の形状を有するとともに回転シャフトに対して風を受ける面が概ね平行になるように回転シャフトに取り付けられており、上記羽根部材の弧形断面の弦の長さＬは、軸心から羽根部材の最外点までの距離である風車の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍であり、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、３°ないし２７°であり、羽根部材の弦の延長線が、隣の羽根部材に当たるように配置されていることを特徴とする風力発電用風車である（請求項１）。
【００１０】
本発明によれば、３枚という少ない枚数の羽根部材で、風のエネルギーを効率良く風車の動力に変換することができる。
【００１１】
また、本発明の別の態様は、風を受ける４枚の羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車であって、上記回転シャフトは、略鉛直の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、上記羽根部材は、回転シャフトに直交する平面において断面弧形の形状を有するとともに回転シャフトに対して風を受ける面が概ね平行になるように回転シャフトに取り付けられており、上記羽根部材の弧形断面の弦の長さＬは、軸心から羽根部材の最外点までの距離である風車の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍であり、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、６°ないし４１°であり、羽根部材の弦の延長線が、隣の羽根部材に当たるように配置されていることを特徴とする風力発電用風車である（請求項２）。
【００１２】
本発明によれば、４枚という少ない枚数の羽根部材で、風のエネルギーを効率良く風車の動力に変換することができる。
【００１３】
本発明の別の態様は、風を受ける５枚の羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車であって、上記回転シャフトは、略鉛直の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、上記羽根部材は、回転シャフトに直交する平面において断面弧形の形状を有するとともに回転シャフトに対して風を受ける面が概ね平行になるように回転シャフトに取り付けられており、上記羽根部材の弧形断面の弦の長さＬは、軸心から羽根部材の最外点までの距離である風車の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍であり、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、９°ないし４５°であり、羽根部材の弦の延長線が、隣の羽根部材に当たるように配置されていることを特徴とする風力発電用風車である（請求項３）。
【００１４】
本発明によれば、５枚という少ない枚数の羽根部材で、風のエネルギーを効率良く風車の動力に変換することができる。
【００１５】
本発明の好ましい態様は、上記羽根部材は、弦から羽根部材の最深部までの深さＨと上記弦の長さＬとの比を羽根部材の湾曲度Ｈ／Ｌとすると、この羽根部材の湾曲度Ｈ／Ｌが０．１５ないし０．３であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の風力発電用風車である（請求項４）。
【００１６】
この態様によれば、回転している羽根部材と羽根部材に当たる風との相互作用が風車の効率に対して最適な条件となるので、さらに効率良く風のエネルギーを風車の動力に変換することができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、上記羽根部材は、回転シャフトから放射状に拡がる取付け部材を介して回転シャフトに取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の風力発電用風車である（請求項５）。
【００１８】
この好ましい態様によれば、回転シャフトに働く羽根部材の荷重と風力とが偏心することがないので、安定した状態で回転シャフトを回転させることができる。
【００１９】
本発明の好ましい態様は、上記取付け部材は円盤状の形状をなしていることを特徴とする請求項５記載の風力発電用風車である（請求項６）。
【００２０】
この好ましい態様によれば、取付け部材の回転に際して空気の抵抗が少ないので、風車の効率が良い。
【００２１】
本発明の好ましい態様は、上記羽根部材は、過度の風に対する抵抗を減ずる方向に取付け部材に対して弾性的に変位可能に取り付けられていることを特徴とする請求項５ないし請求項６のいずれかに記載の風力発電用風車である（請求項７）。
【００２２】
この好ましい態様によれば、羽根部材に過度の風が働いた時に、羽根部材が取付け部材に対して弾性的に変位するので、羽根部材と取付け部材と回転シャフトとに対する設計負荷を減ずることができる結果、経済的な風力発電用風車とすることができる。
【００２３】
本発明の好ましい態様は、上記羽根部材は、羽根部材に過度の風が働いた時に、回転シャフトの軸心に平行に設けられた回動軸の周りに回動して、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、大きくなる方向に取付け部材に対して弾性的に変位するように取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の風力発電用風車である（請求項８）。
【００２４】
この好ましい態様によれば、羽根部材に過度の風が働いた時に、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、大きくなり、風が風車の外部に通り抜けるので、羽根部材と取付け部材と回転シャフトとに対する設計負荷を減ずることができる結果、経済的な風力発電用風車とすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。図１は本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の構成を示す斜視図であり、図２は本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の構成を示す構造図であり、（ａ）は、風力発電用風車１０の上面図、（ｂ）は、風力発電用風車１０の側面図である。また、図３は本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の寸法諸元を示す概念図である。また、図４は本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の弾性部材６の構成を示す斜視図である。
【００２６】
図１、図２を参照して、図示の本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０は、いわゆる竪型の風力発電用風車であり、風を受ける３枚ないし５枚の羽根部材２と羽根部材２を支持する回転シャフト１とを備え、羽根部材２は、回転シャフト１に働く羽根部材２の荷重と風力とが偏心することがないように、また、羽根部材２が安定した状態で回転シャフト１を回転させることができるようにするために、回転シャフト１から放射状に拡がる取付け部材３を介して回転シャフト１に取り付けられている。（図においては、例として３枚の羽根部材２が取り付けられている場合の構造を示す）。
【００２７】
上記回転シャフト１は、羽根部材２を支持するために設けられた金属製の円柱状棒部材であり、回転シャフト１の下方にある図略の発電機の駆動機構に設けられた軸受けに支持され、略鉛直の方向に設定された軸心１ａの周りに回転可能になっている。そして、風を受けた羽根部材２がこの回転シャフト１を介して図略の発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動して発電を行うように構成されている。
【００２８】
上記羽根部材２は、軽量金属の板を弧状に湾曲させた部材であり、風を受けて回転シャフト１を軸心１ａの周りに回転させるために回転シャフト１に直交する平面において断面弧形の形状を有している。この断面弧形の形状は、図３にも示すように、弦２ａから羽根部材２の最深部２ｃまでの深さＨと弦２ａの長さＬとの比を羽根部材２の湾曲度Ｈ／Ｌとすると、本実施形態においては、湾曲度Ｈ／Ｌが０．１５ないし０．３になるように設定されている。このように、羽根部材２を断面弧形の形状にすることにより、羽根部材２に風を取り込み易い構成になっている。
【００２９】
また、この羽根部材２は、回転シャフト１に対して風を受ける面が概ね平行になるように取付け部材３を介して回転シャフト１に取り付けられることにより、羽根部材２一枚あたりの風を受ける面積を大きくすることができるようになっている。
【００３０】
さらに、本実施形態においては、次に述べる羽根部材２の条件を追加することにより、３枚ないし５枚まで羽根部材２の数を低減することが可能となる。
【００３１】
図３を参照して、３枚ないし５枚という少ない枚数の羽根部材２で、風のエネルギーを効率良く風力発電用風車１０の動力に変換することができる条件として、羽根部材２の弧形断面の弦２ａの長さＬは、軸心１ａから羽根部材２の最外点２ｂまでの距離である風力発電用風車１０の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍になるように設定されており、この羽根部材２の弦２ａの延長線は、隣の羽根部材２に当たるように配置される。
【００３２】
また、軸心と羽根部材２の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材２の傾角θは、羽根部材２が３枚の場合は、３°ないし２７°になるように設定される（この傾角θは、羽根部材２が４枚の場合は、６°ないし４１°になるように設定され、羽根部材２が５枚の場合は、９°ないし４５°になるように設定される）。
【００３３】
このように、本実施形態の羽根部材２の構造によると、３枚ないし５枚という少ない枚数の羽根部材２でありながら、風を受ける面積を比較的大きくすることができ、かつ羽根部材２の弦２ａの延長線が、隣の羽根部材２に当たるように配置され、羽根部材の傾角θの条件が最適化されているので、一の羽根部材２に当たった風がさらに、隣接する羽根部材に送られて、風のエネルギーを効率良く風車の動力に変換することができるようになっている。
【００３４】
再び、図１、図２を参照して、上記取付け部材３は、空気の抵抗を少なくして、風力発電用風車１０の効率を良くするために、軽量金属の板材を円盤状の形状に形成したものが採用され、３枚の羽根部材２それぞれの上端と下端とに一枚ずつ設けられている。
【００３５】
これら２枚の取付け部材３は、３枚の羽根部材２を取り付けた状態で、回転シャフト１に中心が挿通されるようにして、一方が回転シャフト１の上端にねじ１ｂ（図２）で固定されている。また、他方は回転シャフト１の途中部にピン１ｃ（図２（ｂ））で固定されている。
【００３６】
また、２枚の取付け部材３の間には、軽量金属製の棒部材からなるステー４が、３本等方向に配置され、それぞれ上端と下端とがねじ４ａで取付け部材３に固定されている。これにより、風力発電用風車１０は、全体としてドラム状の形状を呈している。
【００３７】
２枚の取付け部材３の間には、また、回転シャフト１の軸心１ａに平行に金属製の棒部材からなる回動軸５が設けられ、この回動軸５が羽根部材２の外側部を曲折して管状に形成した管部２ｄ（図３）を挿通するようにして、取付け部材３にねじ５ａで固定されている。
【００３８】
図２（ｂ）を参照して、この回動軸５の上端と下端とには、また、コイルスプリングからなる弾性部材６が羽根部材２と取付け部材３との間に設けられている。これにより、羽根部材２に過度の風が働いた時に、羽根部材２が、この回動軸５の周りに回動して、羽根部材２の傾角、すなわち軸心１ａの中心と羽根部材２の最外点２ｂとを結ぶ線分と弦２ａとのなす角度θ（図３参照）が大きくなる方向に弾性的に変位することができるようになっている。
【００３９】
ここで、取り付け部材３には、ストッパー７がねじ７ａで取り付けられており、ストッパー７と当接する位置で羽根部材２の通常位置が設定される。一方、羽根部材２は、前述のステー４に当接する位置まで、弾性的に変位する。
【００４０】
この弾性部材６は、図４を参照して、羽根部材２の上端と下端との一部２ｅを曲折して弾性部材６の一端６ａが羽根部材２に固定されている。また、弾性部材６の他端６ｂは図略の金具もしくは、溶接等により、取付け部材３に固定されている。その結果、羽根部材２は、弾性部材６の両端が開くように回動軸５の周りに回動した場合、弾性的に回動するようになっている。
【００４１】
このように、本実施形態においては、羽根部材２に過度の風が働いた時に、風に対する抵抗を減ずる方向に取付け部材３に対して弾性的に変位するように羽根部材２を取付け部材３に取り付けることにより、羽根部材２と取付け部材３と回転シャフト１とに対する設計負荷を減じて、経済的な風車とすることができるように構成されている。
【００４２】
次に図４〜図５を参照して、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の作用について説明する。
【００４３】
図５は、風力発電用風車１０の寸法諸元が発電量に与える影響の実験結果を示すグラフであり、（ａ）は、羽根部材２の枚数Ｎが３枚の場合の実験結果を、（ｂ）は、羽根部材２の枚数Ｎが４枚の場合の実験結果を、（ｃ）は、羽根部材２の枚数Ｎが５枚の場合の実験結果を、それぞれ示している。
【００４４】
なお、この実験は、送風機により羽根部材２に一定風量で風を送りつつ、発電量に対応する値である羽根部材２の回転速度を測定したものである。
【００４５】
それぞれのグラフにおいて、横軸の数値は、羽根部材２の位置を示すものであり、図３に示すように、軸心１ａから弦２ａに下した垂線の長さをｈとし、軸心１ａから羽根部材２の最外点までの距離を風力発電用風車１０の外半径Ｒとしてｈ／Ｒで表したものである。
【００４６】
また、縦軸の数値は、風力発電用風車１０の発電量の大小を示すものであり、測定された羽根部材２の回転速度を、それぞれの実験結果における最大値に対する比（以後回転速度比Ｓｒと称す）で表したものである。
【００４７】
そして、これらの実験結果は、いずれも、羽根部材２の弧形断面の弦２ａの長さＬが、風力発電用風車１０の外半径Ｒの０．８倍、１．０倍、１．２倍の各条件で測定されている（０．８倍に係る測定結果は、ＬがＲの０．７倍ないし０．９倍の範囲の代表値として記載しており、１．０倍に係る測定結果は、ＬがＲの０．９倍ないし１．１倍の範囲の代表値として記載しており、また、１．２倍に係る測定結果は、ＬがＲの１．１倍ないし１．３倍の範囲の代表値として記載している）。
【００４８】
これらのデータから、ｈ／Ｒが０．２あたりから０．４あたりまでの範囲内に回転速度比Ｓｒの最大値が存在し、ｈ／Ｒがこの最大の位置から遠ざかるにつれて、回転速度比Ｓｒが減少することがわかる。
【００４９】
なお、ｈ／Ｒが小さくなるにつれて回転速度比Ｓｒが減少するのは、隣の羽根部材２に送られる風量が少なくなることによる効率低下のためと推測され、また、ｈ／Ｒが大きくなった時に回転速度比Ｓｒが減少するのは、風が羽根部材から逃げやすくなり、有効に当たらなくなるからと推測される。
【００５０】
また、羽根部材２の弦２ａの長さＬが、風力発電用風車１０の外半径Ｒの０．８倍よりも小さくなる場合は、羽根部材の風を受ける面積が減少して、効率が低下するために、回転速度比Ｓｒは減少する。また、１．２倍よりも大となる場合も、羽根部材２の回転に係る抵抗が増加するために、回転速度比Ｓｒは減少する。
【００５１】
そして、図５（ａ）のデータによると、羽根部材２の枚数Ｎが３枚の場合、回転速度比Ｓｒが０．７以上になる範囲は、羽根部材２の位置ｈ／Ｒが、図示のように０．０５ないし０．５の範囲になっている。
【００５２】
これは、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θが、３°ないし３０°の範囲を示している。
【００５３】
また、図５（ｂ）のデータによると、羽根部材２の枚数Ｎが４枚の場合、回転速度比Ｓｒが０．７以上になる範囲は、羽根部材２の位置ｈ／Ｒが、図示のように０．１０ないし０．６５の範囲になっている。
【００５４】
これは、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θが、６°ないし４１°の範囲を示している。
【００５５】
そして、図５（ｃ）のデータによると、羽根部材２の枚数Ｎが５枚の場合、回転速度比Ｓｒが０．７以上になる範囲は、羽根部材２の位置ｈ／Ｒが、図示のように０．１５ないし０．７０の範囲になっている。
【００５６】
これは、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θが、９°ないし４５°の範囲を示している。
【００５７】
これより、羽根部材２の弧形断面の弦２ａの長さＬは、軸心１ａから羽根部材２の最外点２ｂまでの距離である風力発電用風車１０の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍の条件において、ｈ／Ｒあるいはθの値が羽根部材２の枚数Ｎに応じた上記範囲になるように、羽根部材２の位置を設定することにより、風力発電用風車１０の回転速度比Ｓｒが高い回転速度で運転できることがわかる。
【００５８】
次に図６を参照して、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の弾性部材６の作用について説明する。
【００５９】
図６は本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の羽根部材２の回動を示す概念図である。図６（ａ）は、回動する前の羽根部材２の位置を示している。また、図６（ｂ）は、回動した後の羽根部材２の位置を示している。
【００６０】
図６（ａ）を参照して、羽根部材２は、弾性部材６により、ストッパー７に当接する位置にあり、風速が設計範囲内の場合、羽根部材２は、この状態で通常使用される。この時、風Ｗは、羽根部材の湾曲面に沿って中心寄りに流れ、一つの羽根部材を通り過ぎた後は、隣の羽根部材に当たるようになるため、効率が良くなる。
【００６１】
次に、図６（ｂ）を参照して、羽根部材２に過度の風が働いた時、羽根部材２は、回動軸５の周りに回動して、弾性的に変位する。そして、ステー４に当接する位置で全開状態となる。この時、風Ｗは、弾性的に変位した羽根部材２の湾曲面の側方を流れ、一つの羽根部材２を通り過ぎた後は、隣の羽根部材２に当たることなく、風力発電用風車１０の外部に通り抜けるため、羽根部材２と取付け部材３と回転シャフト１とに対する設計負荷を減じて、経済的な風力発電用風車１０とすることができる。
【００６２】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、３枚ないし５枚という少ない枚数の羽根部材２で、風のエネルギーを効率良く風力発電用風車１０の動力に変換することができる。
【００６３】
また、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、回転している羽根部材２と羽根部材２に当たる風との相互作用が風力発電用風車１０の効率に対して最適な条件となるので、さらに効率良く風のエネルギーを風力発電用風車１０の動力に変換することができる。
【００６４】
また、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、回転シャフト１に働く羽根部材２の荷重と風力とが偏心することがないので、安定した状態で回転シャフト１を回転させることができる。
【００６５】
また、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、取付け部材３の回転に際して空気の抵抗が少ないので、風力発電用風車１０の効率が良い。
【００６６】
また、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、羽根部材２に過度の風が働いた時に、羽根部材２が取付け部材３に対して弾性的に変位するので、羽根部材２と取付け部材３と回転シャフト１とに対する設計負荷を減ずることができる結果、経済的な風力発電用風車とすることができる。
【００６７】
また、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、羽根部材２に過度の風が働いた時に、羽根部材２の傾角すなわち軸心１ａの中心と羽根部材２の最外点２ｂとを結ぶ線分と弦２ａとのなす角度θが大きくなり、風が風力発電用風車１０の外部に通り抜けるので、羽根部材２と取付け部材３と回転シャフト１とに対する設計負荷を減ずることができる結果、経済的な風力発電用風車１０とすることができる。
【００６８】
上述した実施の形態は本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。
【００６９】
例えば、回転シャフト１は、必ずしも金属製の円柱状棒部材に限定されない。羽根部材２を支持するために設けられたものであり、回転シャフト１の下方にある発電機の駆動機構に回転運動を伝達して、発電機を駆動して発電を行うことができるものであれば、材質、形状等、種々の設計変更が可能である。
【００７０】
羽根部材２も、必ずしも図示のような軽量金属の板を弧状に湾曲させたものに限定されない。回転シャフト１に直交する平面において断面弧形の形状を有し、湾曲度Ｈ／Ｌが０．１５ないし０．３になるように設定されて風を取り込み易い形状になっているものであれば、例えば、木製の翼状の部材でも採用可能であるなど、材質、形状に関して種々の設計変更が可能である。
【００７１】
また、取付け部材３は、必ずしも円盤状である必要はなく、長方形の板材や棒状の部材で羽根部材２を一つ一つ回転シャフト１に取り付ける形式のものでもよいなど、回転シャフト１に働く羽根部材２の荷重と風力とが偏心することがないようにするために、回転シャフト１から放射状に拡がるものであれば、種々の設計変更が可能である。
【００７２】
また、取付け部材３と回転シャフト１との取り付け態様やステー４も必ずしも図示の形状に限定されず、風力発電用風車１０の全体の形状も必ずしもドラム状の形状に限定されない。
【００７３】
弾性部材６やストッパー７も必ずしも図示の形状に限定されず、羽根部材２と取付け部材３との間に設けられ、羽根部材２に過度の風が働いた時に、羽根部材２が、この回動軸５の周りに回動して、羽根部材２の傾角すなわち軸心１ａの中心と羽根部材２の最外点２ｂとを結ぶ線分と弦２ａとのなす角度θが大きくなる方向に弾性的に変位することができるようになっていれば、種々の設計変更が可能である。
【００７４】
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少ない枚数の羽根部材で、風のエネルギーを効率良く風力発電用風車の動力に変換できるので、風力発電用風車の製造に係るコストを低減することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る風力発電用風車の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る風力発電用風車の構成を示す構造図であり、（ａ）は、風力発電用風車の上面図、（ｂ）は、風力発電用風車の側面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る風力発電用風車の寸法諸元を示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る風力発電用風車の弾性部材の構成を示す斜視図である。
【図５】風力発電用風車の寸法諸元が発電量に与える影響の実験結果を示すグラフであり、（ａ）は、羽根部材の枚数が３枚の場合の実験結果を、（ｂ）は、羽根部材の枚数が４枚の場合の実験結果を、（ｃ）は、羽根部材の枚数が５枚の場合の実験結果を、それぞれ示している。
【図６】本発明の実施の形態に係る風力発電用風車の羽根部材の回動を示す概念図であり、（ａ）は、回動する前の羽根部材の位置を示している。また、（ｂ）は、回動した後の羽根部材の位置を示している。
【符号の説明】
１ 回転シャフト
１ａ 軸心
２ 羽根部材
２ａ 弦
２ｂ 最外点
２ｃ 最深部
３ 取付け部材
１０ 風力発電用風車
Ｒ 外半径
Ｗ 風
θ 傾角
【発明の属する技術分野】
本発明は、風を受ける羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、風を受ける羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車としては、プロペラ形が主流となっていた。
【０００３】
このプロペラ形の風車は、回転シャフトが、略水平の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、羽根部材は、回転シャフトに直交する平面において回転シャフトの軸心に対して放射状になるように回転シャフトに取り付けられていた。
【０００４】
ところが、このプロペラ型の風車は、年間平均風速が約６ｍ／秒以上の風況の良好な場所に適したシステムであり、例えば都市部などで年間平均風速が約１．５〜２ｍ／秒という場所では、発電に必要な動力を得ることができないだけでなく、羽根部材の回転を開始させることも困難であった。
【０００５】
そこで、低風速でも発電可能な風力発電用風車として、羽根部材の風を受ける総面積を大きくした竪型の風力発電用風車が、種々開発されている。
【０００６】
この竪型の風力発電用風車は、回転シャフトが、略鉛直の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、羽根部材の風を受ける面が、回転シャフトの軸心に対して概ね平行になるように回転シャフトに取り付けられたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の竪型の風力発電用風車では、低風速の風に対して十分な発電量を得るために、羽根部材の枚数をできるだけ多くした形状のものが一般的であった。このため、羽根部材の製作と取り付けなど、製造工程を複雑化させて、製造に係るコストを増大させるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、少ない枚数の羽根部材で、風のエネルギーを効率良く風車の動力に変換することにより、風車の製造に係るコストを低減することができる風力発電用風車を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、風を受ける３枚の羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車であって、上記回転シャフトは、略鉛直の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、上記羽根部材は、回転シャフトに直交する平面において断面弧形の形状を有するとともに回転シャフトに対して風を受ける面が概ね平行になるように回転シャフトに取り付けられており、上記羽根部材の弧形断面の弦の長さＬは、軸心から羽根部材の最外点までの距離である風車の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍であり、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、３°ないし２７°であり、羽根部材の弦の延長線が、隣の羽根部材に当たるように配置されていることを特徴とする風力発電用風車である（請求項１）。
【００１０】
本発明によれば、３枚という少ない枚数の羽根部材で、風のエネルギーを効率良く風車の動力に変換することができる。
【００１１】
また、本発明の別の態様は、風を受ける４枚の羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車であって、上記回転シャフトは、略鉛直の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、上記羽根部材は、回転シャフトに直交する平面において断面弧形の形状を有するとともに回転シャフトに対して風を受ける面が概ね平行になるように回転シャフトに取り付けられており、上記羽根部材の弧形断面の弦の長さＬは、軸心から羽根部材の最外点までの距離である風車の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍であり、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、６°ないし４１°であり、羽根部材の弦の延長線が、隣の羽根部材に当たるように配置されていることを特徴とする風力発電用風車である（請求項２）。
【００１２】
本発明によれば、４枚という少ない枚数の羽根部材で、風のエネルギーを効率良く風車の動力に変換することができる。
【００１３】
本発明の別の態様は、風を受ける５枚の羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車であって、上記回転シャフトは、略鉛直の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、上記羽根部材は、回転シャフトに直交する平面において断面弧形の形状を有するとともに回転シャフトに対して風を受ける面が概ね平行になるように回転シャフトに取り付けられており、上記羽根部材の弧形断面の弦の長さＬは、軸心から羽根部材の最外点までの距離である風車の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍であり、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、９°ないし４５°であり、羽根部材の弦の延長線が、隣の羽根部材に当たるように配置されていることを特徴とする風力発電用風車である（請求項３）。
【００１４】
本発明によれば、５枚という少ない枚数の羽根部材で、風のエネルギーを効率良く風車の動力に変換することができる。
【００１５】
本発明の好ましい態様は、上記羽根部材は、弦から羽根部材の最深部までの深さＨと上記弦の長さＬとの比を羽根部材の湾曲度Ｈ／Ｌとすると、この羽根部材の湾曲度Ｈ／Ｌが０．１５ないし０．３であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の風力発電用風車である（請求項４）。
【００１６】
この態様によれば、回転している羽根部材と羽根部材に当たる風との相互作用が風車の効率に対して最適な条件となるので、さらに効率良く風のエネルギーを風車の動力に変換することができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、上記羽根部材は、回転シャフトから放射状に拡がる取付け部材を介して回転シャフトに取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の風力発電用風車である（請求項５）。
【００１８】
この好ましい態様によれば、回転シャフトに働く羽根部材の荷重と風力とが偏心することがないので、安定した状態で回転シャフトを回転させることができる。
【００１９】
本発明の好ましい態様は、上記取付け部材は円盤状の形状をなしていることを特徴とする請求項５記載の風力発電用風車である（請求項６）。
【００２０】
この好ましい態様によれば、取付け部材の回転に際して空気の抵抗が少ないので、風車の効率が良い。
【００２１】
本発明の好ましい態様は、上記羽根部材は、過度の風に対する抵抗を減ずる方向に取付け部材に対して弾性的に変位可能に取り付けられていることを特徴とする請求項５ないし請求項６のいずれかに記載の風力発電用風車である（請求項７）。
【００２２】
この好ましい態様によれば、羽根部材に過度の風が働いた時に、羽根部材が取付け部材に対して弾性的に変位するので、羽根部材と取付け部材と回転シャフトとに対する設計負荷を減ずることができる結果、経済的な風力発電用風車とすることができる。
【００２３】
本発明の好ましい態様は、上記羽根部材は、羽根部材に過度の風が働いた時に、回転シャフトの軸心に平行に設けられた回動軸の周りに回動して、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、大きくなる方向に取付け部材に対して弾性的に変位するように取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の風力発電用風車である（請求項８）。
【００２４】
この好ましい態様によれば、羽根部材に過度の風が働いた時に、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、大きくなり、風が風車の外部に通り抜けるので、羽根部材と取付け部材と回転シャフトとに対する設計負荷を減ずることができる結果、経済的な風力発電用風車とすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。図１は本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の構成を示す斜視図であり、図２は本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の構成を示す構造図であり、（ａ）は、風力発電用風車１０の上面図、（ｂ）は、風力発電用風車１０の側面図である。また、図３は本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の寸法諸元を示す概念図である。また、図４は本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の弾性部材６の構成を示す斜視図である。
【００２６】
図１、図２を参照して、図示の本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０は、いわゆる竪型の風力発電用風車であり、風を受ける３枚ないし５枚の羽根部材２と羽根部材２を支持する回転シャフト１とを備え、羽根部材２は、回転シャフト１に働く羽根部材２の荷重と風力とが偏心することがないように、また、羽根部材２が安定した状態で回転シャフト１を回転させることができるようにするために、回転シャフト１から放射状に拡がる取付け部材３を介して回転シャフト１に取り付けられている。（図においては、例として３枚の羽根部材２が取り付けられている場合の構造を示す）。
【００２７】
上記回転シャフト１は、羽根部材２を支持するために設けられた金属製の円柱状棒部材であり、回転シャフト１の下方にある図略の発電機の駆動機構に設けられた軸受けに支持され、略鉛直の方向に設定された軸心１ａの周りに回転可能になっている。そして、風を受けた羽根部材２がこの回転シャフト１を介して図略の発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動して発電を行うように構成されている。
【００２８】
上記羽根部材２は、軽量金属の板を弧状に湾曲させた部材であり、風を受けて回転シャフト１を軸心１ａの周りに回転させるために回転シャフト１に直交する平面において断面弧形の形状を有している。この断面弧形の形状は、図３にも示すように、弦２ａから羽根部材２の最深部２ｃまでの深さＨと弦２ａの長さＬとの比を羽根部材２の湾曲度Ｈ／Ｌとすると、本実施形態においては、湾曲度Ｈ／Ｌが０．１５ないし０．３になるように設定されている。このように、羽根部材２を断面弧形の形状にすることにより、羽根部材２に風を取り込み易い構成になっている。
【００２９】
また、この羽根部材２は、回転シャフト１に対して風を受ける面が概ね平行になるように取付け部材３を介して回転シャフト１に取り付けられることにより、羽根部材２一枚あたりの風を受ける面積を大きくすることができるようになっている。
【００３０】
さらに、本実施形態においては、次に述べる羽根部材２の条件を追加することにより、３枚ないし５枚まで羽根部材２の数を低減することが可能となる。
【００３１】
図３を参照して、３枚ないし５枚という少ない枚数の羽根部材２で、風のエネルギーを効率良く風力発電用風車１０の動力に変換することができる条件として、羽根部材２の弧形断面の弦２ａの長さＬは、軸心１ａから羽根部材２の最外点２ｂまでの距離である風力発電用風車１０の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍になるように設定されており、この羽根部材２の弦２ａの延長線は、隣の羽根部材２に当たるように配置される。
【００３２】
また、軸心と羽根部材２の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材２の傾角θは、羽根部材２が３枚の場合は、３°ないし２７°になるように設定される（この傾角θは、羽根部材２が４枚の場合は、６°ないし４１°になるように設定され、羽根部材２が５枚の場合は、９°ないし４５°になるように設定される）。
【００３３】
このように、本実施形態の羽根部材２の構造によると、３枚ないし５枚という少ない枚数の羽根部材２でありながら、風を受ける面積を比較的大きくすることができ、かつ羽根部材２の弦２ａの延長線が、隣の羽根部材２に当たるように配置され、羽根部材の傾角θの条件が最適化されているので、一の羽根部材２に当たった風がさらに、隣接する羽根部材に送られて、風のエネルギーを効率良く風車の動力に変換することができるようになっている。
【００３４】
再び、図１、図２を参照して、上記取付け部材３は、空気の抵抗を少なくして、風力発電用風車１０の効率を良くするために、軽量金属の板材を円盤状の形状に形成したものが採用され、３枚の羽根部材２それぞれの上端と下端とに一枚ずつ設けられている。
【００３５】
これら２枚の取付け部材３は、３枚の羽根部材２を取り付けた状態で、回転シャフト１に中心が挿通されるようにして、一方が回転シャフト１の上端にねじ１ｂ（図２）で固定されている。また、他方は回転シャフト１の途中部にピン１ｃ（図２（ｂ））で固定されている。
【００３６】
また、２枚の取付け部材３の間には、軽量金属製の棒部材からなるステー４が、３本等方向に配置され、それぞれ上端と下端とがねじ４ａで取付け部材３に固定されている。これにより、風力発電用風車１０は、全体としてドラム状の形状を呈している。
【００３７】
２枚の取付け部材３の間には、また、回転シャフト１の軸心１ａに平行に金属製の棒部材からなる回動軸５が設けられ、この回動軸５が羽根部材２の外側部を曲折して管状に形成した管部２ｄ（図３）を挿通するようにして、取付け部材３にねじ５ａで固定されている。
【００３８】
図２（ｂ）を参照して、この回動軸５の上端と下端とには、また、コイルスプリングからなる弾性部材６が羽根部材２と取付け部材３との間に設けられている。これにより、羽根部材２に過度の風が働いた時に、羽根部材２が、この回動軸５の周りに回動して、羽根部材２の傾角、すなわち軸心１ａの中心と羽根部材２の最外点２ｂとを結ぶ線分と弦２ａとのなす角度θ（図３参照）が大きくなる方向に弾性的に変位することができるようになっている。
【００３９】
ここで、取り付け部材３には、ストッパー７がねじ７ａで取り付けられており、ストッパー７と当接する位置で羽根部材２の通常位置が設定される。一方、羽根部材２は、前述のステー４に当接する位置まで、弾性的に変位する。
【００４０】
この弾性部材６は、図４を参照して、羽根部材２の上端と下端との一部２ｅを曲折して弾性部材６の一端６ａが羽根部材２に固定されている。また、弾性部材６の他端６ｂは図略の金具もしくは、溶接等により、取付け部材３に固定されている。その結果、羽根部材２は、弾性部材６の両端が開くように回動軸５の周りに回動した場合、弾性的に回動するようになっている。
【００４１】
このように、本実施形態においては、羽根部材２に過度の風が働いた時に、風に対する抵抗を減ずる方向に取付け部材３に対して弾性的に変位するように羽根部材２を取付け部材３に取り付けることにより、羽根部材２と取付け部材３と回転シャフト１とに対する設計負荷を減じて、経済的な風車とすることができるように構成されている。
【００４２】
次に図４〜図５を参照して、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の作用について説明する。
【００４３】
図５は、風力発電用風車１０の寸法諸元が発電量に与える影響の実験結果を示すグラフであり、（ａ）は、羽根部材２の枚数Ｎが３枚の場合の実験結果を、（ｂ）は、羽根部材２の枚数Ｎが４枚の場合の実験結果を、（ｃ）は、羽根部材２の枚数Ｎが５枚の場合の実験結果を、それぞれ示している。
【００４４】
なお、この実験は、送風機により羽根部材２に一定風量で風を送りつつ、発電量に対応する値である羽根部材２の回転速度を測定したものである。
【００４５】
それぞれのグラフにおいて、横軸の数値は、羽根部材２の位置を示すものであり、図３に示すように、軸心１ａから弦２ａに下した垂線の長さをｈとし、軸心１ａから羽根部材２の最外点までの距離を風力発電用風車１０の外半径Ｒとしてｈ／Ｒで表したものである。
【００４６】
また、縦軸の数値は、風力発電用風車１０の発電量の大小を示すものであり、測定された羽根部材２の回転速度を、それぞれの実験結果における最大値に対する比（以後回転速度比Ｓｒと称す）で表したものである。
【００４７】
そして、これらの実験結果は、いずれも、羽根部材２の弧形断面の弦２ａの長さＬが、風力発電用風車１０の外半径Ｒの０．８倍、１．０倍、１．２倍の各条件で測定されている（０．８倍に係る測定結果は、ＬがＲの０．７倍ないし０．９倍の範囲の代表値として記載しており、１．０倍に係る測定結果は、ＬがＲの０．９倍ないし１．１倍の範囲の代表値として記載しており、また、１．２倍に係る測定結果は、ＬがＲの１．１倍ないし１．３倍の範囲の代表値として記載している）。
【００４８】
これらのデータから、ｈ／Ｒが０．２あたりから０．４あたりまでの範囲内に回転速度比Ｓｒの最大値が存在し、ｈ／Ｒがこの最大の位置から遠ざかるにつれて、回転速度比Ｓｒが減少することがわかる。
【００４９】
なお、ｈ／Ｒが小さくなるにつれて回転速度比Ｓｒが減少するのは、隣の羽根部材２に送られる風量が少なくなることによる効率低下のためと推測され、また、ｈ／Ｒが大きくなった時に回転速度比Ｓｒが減少するのは、風が羽根部材から逃げやすくなり、有効に当たらなくなるからと推測される。
【００５０】
また、羽根部材２の弦２ａの長さＬが、風力発電用風車１０の外半径Ｒの０．８倍よりも小さくなる場合は、羽根部材の風を受ける面積が減少して、効率が低下するために、回転速度比Ｓｒは減少する。また、１．２倍よりも大となる場合も、羽根部材２の回転に係る抵抗が増加するために、回転速度比Ｓｒは減少する。
【００５１】
そして、図５（ａ）のデータによると、羽根部材２の枚数Ｎが３枚の場合、回転速度比Ｓｒが０．７以上になる範囲は、羽根部材２の位置ｈ／Ｒが、図示のように０．０５ないし０．５の範囲になっている。
【００５２】
これは、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θが、３°ないし３０°の範囲を示している。
【００５３】
また、図５（ｂ）のデータによると、羽根部材２の枚数Ｎが４枚の場合、回転速度比Ｓｒが０．７以上になる範囲は、羽根部材２の位置ｈ／Ｒが、図示のように０．１０ないし０．６５の範囲になっている。
【００５４】
これは、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θが、６°ないし４１°の範囲を示している。
【００５５】
そして、図５（ｃ）のデータによると、羽根部材２の枚数Ｎが５枚の場合、回転速度比Ｓｒが０．７以上になる範囲は、羽根部材２の位置ｈ／Ｒが、図示のように０．１５ないし０．７０の範囲になっている。
【００５６】
これは、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θが、９°ないし４５°の範囲を示している。
【００５７】
これより、羽根部材２の弧形断面の弦２ａの長さＬは、軸心１ａから羽根部材２の最外点２ｂまでの距離である風力発電用風車１０の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍の条件において、ｈ／Ｒあるいはθの値が羽根部材２の枚数Ｎに応じた上記範囲になるように、羽根部材２の位置を設定することにより、風力発電用風車１０の回転速度比Ｓｒが高い回転速度で運転できることがわかる。
【００５８】
次に図６を参照して、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の弾性部材６の作用について説明する。
【００５９】
図６は本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０の羽根部材２の回動を示す概念図である。図６（ａ）は、回動する前の羽根部材２の位置を示している。また、図６（ｂ）は、回動した後の羽根部材２の位置を示している。
【００６０】
図６（ａ）を参照して、羽根部材２は、弾性部材６により、ストッパー７に当接する位置にあり、風速が設計範囲内の場合、羽根部材２は、この状態で通常使用される。この時、風Ｗは、羽根部材の湾曲面に沿って中心寄りに流れ、一つの羽根部材を通り過ぎた後は、隣の羽根部材に当たるようになるため、効率が良くなる。
【００６１】
次に、図６（ｂ）を参照して、羽根部材２に過度の風が働いた時、羽根部材２は、回動軸５の周りに回動して、弾性的に変位する。そして、ステー４に当接する位置で全開状態となる。この時、風Ｗは、弾性的に変位した羽根部材２の湾曲面の側方を流れ、一つの羽根部材２を通り過ぎた後は、隣の羽根部材２に当たることなく、風力発電用風車１０の外部に通り抜けるため、羽根部材２と取付け部材３と回転シャフト１とに対する設計負荷を減じて、経済的な風力発電用風車１０とすることができる。
【００６２】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、３枚ないし５枚という少ない枚数の羽根部材２で、風のエネルギーを効率良く風力発電用風車１０の動力に変換することができる。
【００６３】
また、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、回転している羽根部材２と羽根部材２に当たる風との相互作用が風力発電用風車１０の効率に対して最適な条件となるので、さらに効率良く風のエネルギーを風力発電用風車１０の動力に変換することができる。
【００６４】
また、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、回転シャフト１に働く羽根部材２の荷重と風力とが偏心することがないので、安定した状態で回転シャフト１を回転させることができる。
【００６５】
また、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、取付け部材３の回転に際して空気の抵抗が少ないので、風力発電用風車１０の効率が良い。
【００６６】
また、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、羽根部材２に過度の風が働いた時に、羽根部材２が取付け部材３に対して弾性的に変位するので、羽根部材２と取付け部材３と回転シャフト１とに対する設計負荷を減ずることができる結果、経済的な風力発電用風車とすることができる。
【００６７】
また、本発明の実施の形態に係る風力発電用風車１０によれば、羽根部材２に過度の風が働いた時に、羽根部材２の傾角すなわち軸心１ａの中心と羽根部材２の最外点２ｂとを結ぶ線分と弦２ａとのなす角度θが大きくなり、風が風力発電用風車１０の外部に通り抜けるので、羽根部材２と取付け部材３と回転シャフト１とに対する設計負荷を減ずることができる結果、経済的な風力発電用風車１０とすることができる。
【００６８】
上述した実施の形態は本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。
【００６９】
例えば、回転シャフト１は、必ずしも金属製の円柱状棒部材に限定されない。羽根部材２を支持するために設けられたものであり、回転シャフト１の下方にある発電機の駆動機構に回転運動を伝達して、発電機を駆動して発電を行うことができるものであれば、材質、形状等、種々の設計変更が可能である。
【００７０】
羽根部材２も、必ずしも図示のような軽量金属の板を弧状に湾曲させたものに限定されない。回転シャフト１に直交する平面において断面弧形の形状を有し、湾曲度Ｈ／Ｌが０．１５ないし０．３になるように設定されて風を取り込み易い形状になっているものであれば、例えば、木製の翼状の部材でも採用可能であるなど、材質、形状に関して種々の設計変更が可能である。
【００７１】
また、取付け部材３は、必ずしも円盤状である必要はなく、長方形の板材や棒状の部材で羽根部材２を一つ一つ回転シャフト１に取り付ける形式のものでもよいなど、回転シャフト１に働く羽根部材２の荷重と風力とが偏心することがないようにするために、回転シャフト１から放射状に拡がるものであれば、種々の設計変更が可能である。
【００７２】
また、取付け部材３と回転シャフト１との取り付け態様やステー４も必ずしも図示の形状に限定されず、風力発電用風車１０の全体の形状も必ずしもドラム状の形状に限定されない。
【００７３】
弾性部材６やストッパー７も必ずしも図示の形状に限定されず、羽根部材２と取付け部材３との間に設けられ、羽根部材２に過度の風が働いた時に、羽根部材２が、この回動軸５の周りに回動して、羽根部材２の傾角すなわち軸心１ａの中心と羽根部材２の最外点２ｂとを結ぶ線分と弦２ａとのなす角度θが大きくなる方向に弾性的に変位することができるようになっていれば、種々の設計変更が可能である。
【００７４】
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少ない枚数の羽根部材で、風のエネルギーを効率良く風力発電用風車の動力に変換できるので、風力発電用風車の製造に係るコストを低減することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る風力発電用風車の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る風力発電用風車の構成を示す構造図であり、（ａ）は、風力発電用風車の上面図、（ｂ）は、風力発電用風車の側面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る風力発電用風車の寸法諸元を示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る風力発電用風車の弾性部材の構成を示す斜視図である。
【図５】風力発電用風車の寸法諸元が発電量に与える影響の実験結果を示すグラフであり、（ａ）は、羽根部材の枚数が３枚の場合の実験結果を、（ｂ）は、羽根部材の枚数が４枚の場合の実験結果を、（ｃ）は、羽根部材の枚数が５枚の場合の実験結果を、それぞれ示している。
【図６】本発明の実施の形態に係る風力発電用風車の羽根部材の回動を示す概念図であり、（ａ）は、回動する前の羽根部材の位置を示している。また、（ｂ）は、回動した後の羽根部材の位置を示している。
【符号の説明】
１ 回転シャフト
１ａ 軸心
２ 羽根部材
２ａ 弦
２ｂ 最外点
２ｃ 最深部
３ 取付け部材
１０ 風力発電用風車
Ｒ 外半径
Ｗ 風
θ 傾角
Claims (8)
- 風を受ける３枚の羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車であって、
上記回転シャフトは、略鉛直の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、
上記羽根部材は、回転シャフトに直交する平面において断面弧形の形状を有するとともに回転シャフトに対して風を受ける面が概ね平行になるように回転シャフトに取り付けられており、
上記羽根部材の弧形断面の弦の長さＬは、軸心から羽根部材の最外点までの距離である風車の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍であり、
軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、３°ないし２７°であり、
羽根部材の弦の延長線が、隣の羽根部材に当たるように配置されていることを特徴とする風力発電用風車。 - 風を受ける４枚の羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車であって、
上記回転シャフトは、略鉛直の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、
上記羽根部材は、回転シャフトに直交する平面において断面弧形の形状を有するとともに回転シャフトに対して風を受ける面が概ね平行になるように回転シャフトに取り付けられており、
上記羽根部材の弧形断面の弦の長さＬは、軸心から羽根部材の最外点までの距離である風車の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍であり、
軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、６°ないし４１°であり、
羽根部材の弦の延長線が、隣の羽根部材に当たるように配置されていることを特徴とする風力発電用風車。 - 風を受ける５枚の羽根部材と、この羽根部材を支持する回転シャフトとを備え、羽根部材が回転シャフトを介して発電機の駆動機構に回転運動を伝達することにより、発電機を駆動する風力発電用風車であって、
上記回転シャフトは、略鉛直の方向に設定された軸心の周りに回転可能なものであり、
上記羽根部材は、回転シャフトに直交する平面において断面弧形の形状を有するとともに回転シャフトに対して風を受ける面が概ね平行になるように回転シャフトに取り付けられており、
上記羽根部材の弧形断面の弦の長さＬは、軸心から羽根部材の最外点までの距離である風車の外半径Ｒの０．７倍ないし１．３倍であり、
軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、９°ないし４５°であり、
羽根部材の弦の延長線が、隣の羽根部材に当たるように配置されていることを特徴とする風力発電用風車。 - 上記羽根部材は、弦から羽根部材の最深部までの深さＨと上記弦の長さＬとの比を羽根部材の湾曲度Ｈ／Ｌとすると、この羽根部材の湾曲度Ｈ／Ｌが０．１５ないし０．３であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の風力発電用風車。
- 上記羽根部材は、回転シャフトから放射状に拡がる取付け部材を介して回転シャフトに取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の風力発電用風車。
- 上記取付け部材は円盤状の形状をなしていることを特徴とする請求項５記載の風力発電用風車。
- 上記羽根部材は、過度の風に対する抵抗を減ずる方向に取付け部材に対して弾性的に変位可能に取り付けられていることを特徴とする請求項５ないし請求項６のいずれかに記載の風力発電用風車。
- 上記羽根部材は、羽根部材に過度の風が働いた時に、回転シャフトの軸心に平行に設けられた回動軸の周りに回動して、軸心と羽根部材の最外点とを結ぶ線分と弦とのなす角度である羽根部材の傾角θは、大きくなる方向に取付け部材に対して弾性的に変位するように取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の風力発電用風車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002202874A JP2004044479A (ja) | 2002-07-11 | 2002-07-11 | 風力発電用風車 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002202874A JP2004044479A (ja) | 2002-07-11 | 2002-07-11 | 風力発電用風車 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004044479A true JP2004044479A (ja) | 2004-02-12 |
Family
ID=31708940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002202874A Pending JP2004044479A (ja) | 2002-07-11 | 2002-07-11 | 風力発電用風車 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004044479A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2442540A (en) * | 2006-10-02 | 2008-04-09 | Christopher John Ralp Strevens | Simple vertical-axis wind turbine |
| WO2010147301A2 (ko) * | 2009-06-18 | 2010-12-23 | 하모니테크주식회사 | 수직축 풍력발전기 |
| CN101984253A (zh) * | 2010-03-29 | 2011-03-09 | 侯书奇 | 垂直轴风力发动机的鱼脊线叶板升力风轮 |
| CN103443452A (zh) * | 2010-09-22 | 2013-12-11 | 萨风能源有限公司 | 用于转化风能的系统 |
-
2002
- 2002-07-11 JP JP2002202874A patent/JP2004044479A/ja active Pending
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| WO2010147301A3 (ko) * | 2009-06-18 | 2011-02-17 | 하모니테크주식회사 | 수직축 풍력발전기 |
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