【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウイングレット付き風車に関し、風車のブレードに生じる揚力を増加させ、空気抵抗を低減すると共に、ブレードに作用する遠心力を低減するように工夫したものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、自然エネルギーを利用した風車発電機が開発され実用化されている。図３はその一例であり、タワー１の上部にはナセル（機械箱）２が取り付けられている。風車（ロータ）３は３枚のブレード３ａと水平駆動軸３ｂを有しており、水平駆動軸３ｂがナセル２に備えた軸受４により回転自在に支持されている。水平駆動軸３ｂは、ナセル２内において増速機５を介して発電機６に連結されている。また、水平駆動軸３ｂの回転を拘束するために、油圧ブレーキ７も備えられている。
【０００３】
ブレード３ａは、そのひねり角（ピッチ角）が制御できるようになっており、風速に応じてひねり角を制御して風車３の回転速度を調整することができるようにしている。発電機６は風車３により回転駆動されることにより発電し、発電電力を送電系統に送っている。一方、送電系統に停電事故が発生した場合には、水平駆動軸３ｂを拘束して風車３の回転を停止させて、発電機６の発電を停止している。
【０００４】
図４は風車３を正面側から見た図であり、図５は図４のＶ−Ｖ断面図である。図３〜図５に示すように、風車３のブレード３ａの表面側（図３では左面側）に向かって空気Ａが当たると、風車３はＲ方向に回転する。図５に示すように、ブレード３ａは、飛行機の主翼と同様に、表面側に比べて裏面側（図３では右面側、ナセル側）の面が大きく湾曲している。したがって、風車３がＲ方向に回転すると、ブレード３ａの裏面側を流れる空気は速く、表面側を流れる空気は遅くなるため、風車３をナセル２側に引き込む揚力Ｙ（図５参照）が発生する。この揚力Ｙの分力により、風車３がＲ方向に回転する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、風車３がＲ方向に回転すると、ブレード３ａの裏面側を流れる空気は速く、表面側を流れる空気は遅くなるため、風車３をナセル２側に引き込む揚力Ｙ（図５参照）が発生する。ところが、ブレード３ａの先端部分では、表面側から裏面側に空気が逃げ空気の渦ができてしまい空気抵抗が発生してしまう。このため、風車３の揚力が小さく、空気抵抗が大きくなり、風車３の回転効率が低下していた。
【０００６】
また、ブレード３ａは長く、これに発生する遠心力が大きいため、ブレード３ａや水平駆動軸３ｂや軸受４等の強度を高くしておかなければならなかった。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑み、風車のブレードに生じる揚力を増加し、空気抵抗を低減すると共に、ブレードに作用する遠心力を低減することができるウイングレット付き風車を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、風車のブレードの先端にウイングレットを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また本発明の構成は、前記ウイングレットは、前記ブレードを回転中心に向かって押し込む分力を発生させる向きに配置されていることを特徴とする。
【００１０】
ここで、「ウイングレット」について先に説明しておく。ウイングレットは、一般的には、長距離を航行する飛行機の主翼に取り付けられるものである。即ち、図６に示すように、飛行機０１の主翼０２の先端にウイングレット０３が取り付けられている。飛行機０１の場合、主翼０２の上面を流れる空気は速く、下面を流れる空気は遅くなるため揚力が発生する。ところが、主翼０２の先端部分では下面側から上面側に空気が逃げ空気の渦ができてしまい空気抵抗となる。ここで、ウイングレット０３をとりつけると、下面側から上面側への空気の逃げがなくなり、渦が発生しにくくなり、空気抵抗が低減し、燃費が向上する。このため、長距離を航行する飛行機にウイングレットが取り付けられることが多い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明のウイングレット付き風車を備えた風車発電機を示す。同図に示すように、タワー１の上部にはナセル（機械箱）２が取り付けられている。風車（ロータ）３は３枚のブレード３ａと水平駆動軸３ｂを有しており、水平駆動軸３ｂがナセル２に備えた軸受４により回転自在に支持されている。水平駆動軸３ｂは、ナセル２内において増速機５を介して発電機６に連結されている。また、水平駆動軸３ｂの回転を拘束するために、油圧ブレーキ７も備えられている。
【００１３】
ブレード３ａは、そのひねり角（ピッチ角）が制御できるようになっており、風速に応じてひねり角を制御して風車３の回転速度を調整することができるようにしている。発電機６は風車３により回転駆動されることにより発電し、発電電力を送電系統に送っている。一方、送電系統に停電事故が発生した場合には、水平駆動軸３ｂを拘束して風車３の回転を停止させて、発電機６の発電を停止している。
【００１４】
各ブレード３ａの裏面側（図１では右面側、ナセル側）の先端部分には、ウイングレット１０が取り付けられている。このようにブレード３ａの先端部分にウイングレット１０を取り付けているため、ブレード３ａの先端部分において、ブレード３ａの表面側から裏面側に空気が逃げることができず、空気が表面側から裏面側に逃げることにより発生していた渦は、発生しなくなる。このため風車３の揚力が大きく、空気抵抗が小さくなり、風車３の回転効率が向上する。
【００１５】
図２は、ブレード３ａの裏面側の先端部を示す。ウイングレット１０の取付け方法は、図２（ａ）に示すように、ブレード３ａの先端部に板状のウイングレット１０を取り付ける方法と、図２（ｂ）及びそのＣ−Ｃ断面である図２（ｃ）に示すように、ブレード３ａの先端部分を折り曲げるようにしてウイングレット１０を取り付ける方法がある。更に、ウイングレット１０は斜め配置されている。更に詳述すると、ウイングレット１０の配置方向に沿う線と、ブレード３ａの半径方向に沿う線とでなす角θは、９０°よりも小さくなっている。このように、ウイングレット１０が斜め配置されているため、風車３が回転することにより、ウイングレット１０は、ブレード３ａを回転中心（水平駆動軸３ｂ）に向かって押し込む分力Ｆ（図２参照）を発生させる。この分力Ｆは、ブレード３ａに発生する遠心力と対向する向きに発生するため、ブレード３ａに生じる遠心力が全体として低減する。
【００１６】
このように、ブレード３ａに生じる遠心力が全体として低減するため、ブレード３ａの強度を従来に比べて下げることができ、ブレード３ａとして、使用材料を減らしたり、軽量材料を採用することができ、風車３の重量を軽減することもできる。
【００１７】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように本発明では、風車のブレードの先端にウイングレットを備えたため、空気がブレードの表面側から裏面側に逃げることにより発生していた渦は、発生しなくなる。このため風車の揚力が大きく、空気抵抗が小さくなり、風車の回転効率が向上する。
【００１８】
また本発明では、前記ウイングレットは、前記ブレードを回転中心に向かって押し込む分力を発生させる向きに配置されているため、風車が回転することにより、ウイングレットは、ブレードに発生する遠心力と対向する向きの分力を発生するため、ブレードに生じる遠心力が全体として低減する。このため、ブレードの使用材料を減らしたり、ブレードとして軽量材料を採用することができ、風車の重量を軽減することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウイングレット付き風車を備えた風車発電機を示す構成図。
【図２】本発明のウイングレット付き風車のブレードの裏面側の先端部分を示す構成図。
【図３】従来の風車を備えた風車発電機を示す構成図。
【図４】従来の風車を示す正面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図。
【図６】ウイングレットを備えた飛行機を示す斜視図。
【符号の説明】
１ タワー
２ ナセル
３ 風車（ロータ）
３ａ ブレード
３ｂ 水平駆動軸
４ 軸受
５ 増速機
６ 発電機
７ 油圧ブレーキ
１０ ウイングレット
０１ 飛行機
０２ 主翼
０３ ウイングレット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wind turbine with a winglet, which is designed to increase lift generated on blades of the wind turbine, reduce air resistance, and reduce centrifugal force acting on the blades.
[0002]
[Prior art]
In recent years, wind turbine generators utilizing natural energy have been developed and put into practical use. FIG. 3 shows an example of this, and a nacelle (machine box) 2 is attached to the upper part of the tower 1. The windmill (rotor) 3 has three blades 3 a and a horizontal drive shaft 3 b, and the horizontal drive shaft 3 b is rotatably supported by a bearing 4 provided in the nacelle 2. The horizontal drive shaft 3b is connected to a generator 6 via a gearbox 5 in the nacelle 2. Further, a hydraulic brake 7 is provided to restrain the rotation of the horizontal drive shaft 3b.
[0003]
The twist angle (pitch angle) of the blade 3a can be controlled, and the rotation speed of the windmill 3 can be adjusted by controlling the twist angle according to the wind speed. The generator 6 generates electric power by being rotationally driven by the wind turbine 3 and sends the generated electric power to the power transmission system. On the other hand, when a power failure occurs in the power transmission system, the horizontal drive shaft 3b is restrained, the rotation of the windmill 3 is stopped, and the power generation of the generator 6 is stopped.
[0004]
FIG. 4 is a view of the windmill 3 as viewed from the front side, and FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. As shown in FIGS. 3 to 5, when the air A hits the surface side (the left side in FIG. 3) of the blade 3 a of the windmill 3, the windmill 3 rotates in the R direction. As shown in FIG. 5, the blade 3a, like the main wing of an airplane, has a more curved surface on the back side (right side, nacelle side in FIG. 3) than on the front side. Therefore, when the wind turbine 3 rotates in the R direction, the air flowing on the back side of the blade 3a is fast and the air flowing on the front side is slow, so that a lift Y (see FIG. 5) for drawing the wind turbine 3 toward the nacelle 2 is generated. . The wind turbine 3 rotates in the R direction due to the component of the lift Y.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the windmill 3 rotates in the R direction, the air flowing on the back side of the blade 3a is fast and the air flowing on the front side is slow, so that the lift Y that draws the windmill 3 toward the nacelle 2 (see FIG. 5). Occurs. However, at the tip portion of the blade 3a, air escapes from the front side to the back side, and a vortex of air is formed, thereby generating air resistance. For this reason, the lift of the windmill 3 is small, the air resistance is increased, and the rotation efficiency of the windmill 3 is reduced.
[0006]
In addition, since the blade 3a is long and generates a large centrifugal force, the strength of the blade 3a, the horizontal drive shaft 3b, the bearing 4, and the like must be increased.
[0007]
An object of the present invention is to provide a wind turbine with a winglet that can increase the lift generated on the blades of a wind turbine, reduce air resistance, and reduce the centrifugal force acting on the blades, in view of the above conventional technology. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A configuration of the present invention that solves the above-mentioned problem is characterized in that a winglet is provided at a tip of a blade of a windmill.
[0009]
Further, the configuration of the present invention is characterized in that the winglets are arranged in a direction to generate a component force for pushing the blade toward the center of rotation.
[0010]
Here, the "winglet" will be described first. Winglets are typically mounted on the wings of airplanes traveling long distances. That is, as shown in FIG. 6, a winglet 03 is attached to the tip of a main wing 02 of an airplane 01. In the case of the airplane 01, the air flowing on the upper surface of the main wing 02 is fast and the air flowing on the lower surface is slow, so that a lift is generated. However, at the tip portion of the main wing 02, air escapes from the lower surface side to the upper surface side, and a vortex of air is formed, resulting in air resistance. Here, when the winglet 03 is attached, escape of air from the lower surface side to the upper surface side is stopped, eddies are less likely to be generated, air resistance is reduced, and fuel efficiency is improved. For this reason, winglets are often attached to airplanes that travel long distances.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 shows a wind turbine generator provided with a wind turbine with a winglet of the present invention. As shown in the figure, a nacelle (machine box) 2 is attached to the upper part of the tower 1. The windmill (rotor) 3 has three blades 3 a and a horizontal drive shaft 3 b, and the horizontal drive shaft 3 b is rotatably supported by a bearing 4 provided in the nacelle 2. The horizontal drive shaft 3b is connected to a generator 6 via a gearbox 5 in the nacelle 2. Further, a hydraulic brake 7 is provided to restrain the rotation of the horizontal drive shaft 3b.
[0013]
The twist angle (pitch angle) of the blade 3a can be controlled, and the rotation speed of the windmill 3 can be adjusted by controlling the twist angle according to the wind speed. The generator 6 generates electric power by being rotationally driven by the wind turbine 3 and sends the generated electric power to the power transmission system. On the other hand, when a power failure occurs in the power transmission system, the horizontal drive shaft 3b is restrained, the rotation of the windmill 3 is stopped, and the power generation of the generator 6 is stopped.
[0014]
A winglet 10 is attached to a tip portion on the back side (the right side in FIG. 1, the nacelle side) of each blade 3a. Since the winglet 10 is attached to the tip of the blade 3a in this manner, air cannot escape from the front side of the blade 3a to the back side at the tip of the blade 3a, and air escapes from the front side to the back side. The vortex that has been generated no longer occurs. For this reason, the lift of the windmill 3 is large, the air resistance is reduced, and the rotation efficiency of the windmill 3 is improved.
[0015]
FIG. 2 shows a tip on the back surface side of the blade 3a. As shown in FIG. 2A, a method of attaching the winglet 10 is a method of attaching the plate-like winglet 10 to the tip of the blade 3a, and FIG. 2B and FIG. As shown in (), there is a method of attaching the winglet 10 by bending the tip portion of the blade 3a. Further, the winglets 10 are arranged obliquely. More specifically, an angle θ between a line along the arrangement direction of the winglets 10 and a line along the radial direction of the blade 3a is smaller than 90 °. As described above, since the winglets 10 are obliquely arranged, the winglets 10 rotate the windmill 3 so that the winglets 10 exert a component force F (see FIG. 2) that pushes the blade 3a toward the rotation center (the horizontal drive shaft 3b). generate. Since this component force F is generated in a direction opposite to the centrifugal force generated in the blade 3a, the centrifugal force generated in the blade 3a is reduced as a whole.
[0016]
As described above, since the centrifugal force generated in the blade 3a is reduced as a whole, the strength of the blade 3a can be reduced as compared with the related art, and the blade 3a can use less material or adopt a lightweight material. The weight of the windmill 3 can also be reduced.
[0017]
【The invention's effect】
As described above in detail with the embodiment, in the present invention, since the winglet is provided at the tip of the blade of the windmill, the vortex generated due to the air escaping from the front side to the rear side of the blade is generated. Disappears. For this reason, the lift of the windmill is large, the air resistance is reduced, and the rotation efficiency of the windmill is improved.
[0018]
In the present invention, since the winglets are arranged in a direction to generate a component force for pushing the blade toward the center of rotation, the winglets face the centrifugal force generated on the blades by rotating the windmill. Since the direction component is generated, the centrifugal force generated on the blade is reduced as a whole. For this reason, the material used for the blade can be reduced, or a lightweight material can be used for the blade, and the weight of the windmill can be reduced.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a wind turbine generator provided with a wind turbine with a winglet of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a tip portion on the back surface side of a blade of the wind turbine with winglets of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a wind turbine generator provided with a conventional wind turbine.
FIG. 4 is a front view showing a conventional wind turbine.
FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. 4;
FIG. 6 is a perspective view showing an airplane provided with a winglet.
[Explanation of symbols]
1 tower 2 nacelle 3 windmill (rotor)
3a Blade 3b Horizontal drive shaft 4 Bearing 5 Gearbox 6 Generator 7 Hydraulic brake 10 Winglet 01 Airplane 02 Main wing 03 Winglet
