JP2005030375A - 垂直軸型風力発電装置及び羽根の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 垂直軸型風車の羽根の構造を適切にすることにより、発電効率を上昇させることができる垂直型風力発電装置を提供する。
【解決手段】 羽根３は、アルミニウム合金製であって、羽根長手方向の骨材３１，３２と、この骨材３１，３２に挿入状態で固定される多数の翼状板３３と、この翼状板３３の周囲に張られる外形付与板３４とからなるものとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風向に対し垂直な回転軸に沿って縦方向の羽根を有し、この羽根が風によって回転軸の回転方向に回転する垂直軸型風車を供えた垂直軸型風力発電装置の改良、及びその羽根の製造方法に関するものである。

従来の垂直軸型型風車は、前記特許文献１に開示されているように、回転軸方向に沿って垂直方向に位置する一対の支持部材に両端部が固定される羽根を備えている。
特開平１０−１１０６６６号公報（図１、図６、図７）

従来の垂直軸型風車の羽根は、前記特許文献１に開示されているように、回転軸方向に沿って複数枚が配設されている。その羽根は、適宜の材料で形成されている。
しかしながら、風による発電効率を上昇させるためには、羽根の構造に関して、まだ改善する必要がある。

本発明の目的は、垂直軸型風車の羽根の構造を適切にすることにより、発電効率を上昇させることができる垂直型風力発電装置及び羽根の製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の垂直軸型風力発電装置は、垂直に設けた回転軸と、当該回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根とを有する風力発電装置において、前記羽根は、羽根長手方向の骨材と、この骨材に挿入状態で固定される多数の翼状板と、この翼状板の周囲に張られる外形付与板とからなることを特徴とする。
上記構成によると、内部が殆ど空洞になった状態の羽根を軽量且つ強固に形成することができる。

本発明の垂直軸型風力発電装置は、前記骨材、前記翼状板、前記外形付与板が、アルミニウム合金製である。
上記構成によると、内部の空洞化とアルミニウム合金の採用により、全体を軽量化することができる。

本発明の垂直軸型風力発電装置は、前記翼状板の周囲に、前記外形付与板を貫通して折り曲げられる突起部が設けられている。
上記構成によると、表面の外形付与板の位置決めが簡単にできる。

本発明の垂直軸型風力発電装置は、前記翼状板の周囲に、前記外形付与板が載る折り曲げ状の座部が形成されている。
上記構成によると、表面の外形付与板が翼状板に沿わせ易くなる。

本発明の羽根の製造方法は、羽根長手方向の骨材に多数の翼状板を挿入状態にして固定し、この翼状板の周囲に外形付与板を張り付ける羽根の製造方法であって、多数の翼状板の一方面に対して外形付与板の一端側を位置決めし、外形付与板の一端側を前記翼状板の一方面に固定する第１工程と、外形付与板の他端側を引っ張りながら、多数の翼状板の他方面に対して、外形付与板の他端側を位置決めし、外形付与板の他端側を前記翼状板の他端側に固定する第２工程とを備えて成る。
上記構成によると、薄い外形付与板を翼状板に沿わせて固定することができる。

本発明の羽根の製造方法は、前記第２工程の外形付与板他端側の引っ張りが、外形付与板の他端側に張られた延長テープ部材を介して行われる。
上記構成によると、外形付与板に皺を発生させないで、均等に引っ張ることができる。

本発明の垂直軸型風力発電装置は、前記骨材の断面が多角形をしており、前記骨材の断面の多角形の一辺が翼弦長と平行であることが好ましい。
上記構成によると、羽根の翼弦長方向が前記多角形の一辺を基準として把握できるので、羽根の取付角度の調整が容易となる。

本発明の垂直軸型風力発電装置は、一部が前記外形付与板を前記回転軸側に貫通し、かつ、突出するよう前記骨材に取り付けられている板状の取付ブラケットをさらに備え、前記取付ブラケットが、前記突出部分の少なくとも一部に翼弦長と平行な辺を有していることが好ましい。
上記構成によると、取付ブラケットが、前記突出部分の少なくとも一部に翼弦長と平行な辺を有しているので、羽根の翼弦長方向が容易に把握でき、羽根の取付角度の調整が容易となる。

本発明の垂直軸型風力発電装置は、前記羽根を支持する前記回転軸に設けられる支持部材をさらに備え、前記支持部材と前記ブラケットの前記突出部分とを少なくとも２点で接合し、かつ、少なくとも１点で位置決めするための位置決め接合をするものであることが好ましい。
上記構成によると、確実に位置決めを行うことができるので、取付角度のずれがなくなり、しかも所望の取付角度を維持することができる。

次に、本発明に基づく垂直軸型風力発電装置の一実施の形態を以下に具体的に説明する。
図４は本発明の一実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の正面図であり、図１は風車用羽根の骨組み構造を示す斜視図であり、図２は、その翼状板の斜視図である。

図４において、垂直軸型風力発電装置１は、垂直に設けた回転軸２と、回転軸２の周方向に複数枚取り付けた羽根３とを備えて成る。
回転軸２の上方には、円板１１を介して支持部材１２，１３が取り付けられている。回転軸２の下方は、軸受２１を介して支柱２２内に回転自在に支持されている。支柱２２は、台座部となるベース２３を有する。ベース２３は、後述する姿勢安定装置５により基礎に設置される。また、回転軸２の下方には、適宜の変速機構２４を介して発電機２５が連結されている。

上側支持部材１２は、円板１１の上側指向折り曲げ部から斜め上方に伸びて羽根３の上方を支持する。下側支持部材１３は、円板１１の下側指向折り曲げ部から斜め下方に伸びて羽根３の下方を支持する。

羽根３は、断面が翼状となっており、一方面３ａは流線が長くなる凸状面となっており、他方面３ｂは流線が短くなるフラット状面となっている。なお、図示のように、一方面３ａが外方に面する配置に限らず、一方面３ａが軸に向かう内方に面する配置であってもよい。

図１において、羽根３は、羽根長手方向の骨材３１，３２と、この骨材３１，３２に挿入状態で固定される多数の翼状板３３と、この翼状板３３の周囲に張られる外形付与板（外皮）３４とからなる骨組み構造で形成されている。

骨材３１，３２は、三角断面の中空角材で形成されており、例えば図５に示すようなアルミニウム合金の押出材、またはアルミニウム合金板の折り曲げ加工またはアルミニウム合金板の接合構造により製造される。図１では、山形に折り曲げた第１プレートとフラットな第２プレートとを合わせて、リベット接合したものが用いられる。翼状板３３の前後に２本の骨材３１，３２が配設されている。羽根３の大きさに応じて、３本の骨材を配設することもできる。また、前述した支持部材１２，１３は、この骨材３１，３２に対して、ボルト締め等で接合される。

図２に示すように、翼状板３３は、アルミニウム合金板をプレス成形で翼形状の外形に打ち抜いたものである。このプレス成形は、ＮＣ機を用いて行われる。そのため、翼状板３３の外周は、直線の組み合わせによる曲線近似で形成されている。翼状の型で打ち抜く加工方法もある。
翼状板３３は、前述した骨材３１，３２が挿入される切欠き穴３５，３６と、後述する外皮３４が貫通して位置決めされる突起部３７，３８と、後述する外皮３４が載って安定させる複数の座部３９，４０が翼状板３３に対し９０°折り曲げて形成されている。突起部３７と二つの座部３９とは、翼状板３３の凸状面側に配設され、突起部３８と三つの座部４０とは、翼状板３３のフラット状面側に配設されている。

図１に示すように、翼状板３３は、所定間隔で骨材３１，３２に挿入される。そして、骨材３１，３２と翼状板３３との間は複数箇所の溶接で固定される。この両者の固定により、図１のような強固な骨組み構造が形成される。

外形付与板である外皮３４は、アルミニウム合金の薄板であって、翼状板３３の周囲に沿って張り付けられる。外皮３４は、翼状板３３の突起部３７，３８に貫通されて、翼状板３３の座部３９，４０に載る。なお、図１では、外皮３４が張り付けられた後、突起部３７，３８は、残されたままの状態であるが、外皮３４表面に沿って切断されるものであってもよいし、外皮３４に沿うように折り曲げられるものであってもよい。また、外皮３４は、座部３９，４０に対して、リベットで固定される。

図３は、外皮３４の張り付け手順を示す。
〔第１工程〕
図３（ａ）のように、翼状板３３のフラット状面（一方面）の突起３８に、外皮３４の一端側の穴３４ａを通して位置決めし、外皮３４の他端側を引っ張って、翼状板３３に沿わせる。この引っ張りに際しては、外皮３４の他端側に張り付けられた延長テーブ部材６０を引っ張ることにより行われる。この延長テープ部材６０により、外皮３４に皺など発生させることなく、均一に引っ張ることができる。
そして、座部４０に対して、外皮３４をリベット６２で固定する。図３（ｃ）のように、リベット６２には、ブラインドリベットが用いられ、外皮３４の側から、予め設けられた座部４０の貫通穴に、ブラインドリベット組立体を挿入し、シャフト６３を引き抜くと、ブラインドリベットの下方が膨らみ、シャフト６３はちぎれ、図示のようなリベット６２による固定状態が形成される。なお、フラット状面側の座部４０なお、外皮３４の他端側は「へ」の字状に予め外折りされており、一端側とフラットに合わせられるようになっている。

〔第２工程〕
つぎに、図３（ｂ）のように、翼状板３３の凸状面（他方面）側の突起３７に、外皮３４の他端側の穴３４ｂを通して位置決めし、外皮３４の他端側を引っ張って、翼状板３３の残り部分に沿わせる。この引っ張りに際しては、外皮３４の他端側に張り付けられた延長テーブ部材６０を引っ張ることにより行われる。この延長テープ部材６０により、外皮３４に皺など発生させることなく、均一に引っ張ることができる。そして、外皮３４の一端側と他端側との合わせ部分６１をスポット溶接にて固定する。
そして、座部３９に対して、外皮３４をリベット６２で固定する。図３（ｃ）のように、リベット６２には、ブラインドリベットが用いられ、外皮３４の側から、予め設けられた座部３９の貫通穴に、ブラインドリベット組立体を挿入し、シャフト６３を引き抜くと、ブラインドリベットの下方が膨らみ、シャフト６３はちぎれ、図示のようなリベット６２による固定状態が形成される。

このような製法で形成される羽根３は、アルミニウム合金製の中空角材の骨材３１，３２により、強度を保つ構造であり、アルミニウム合金板の翼状板３３で形状を保つ構造である。そのため、アルミニウム合金製の薄い外皮３４により、羽根３の外形を形成できる。
このように、羽根３は、全体的に軽量で強度があるものに仕上げることができる。その結果、羽根３に作用する風により羽根３は効率的に回転することができる。

図４において、羽根３は、最小限の２枚配置であって、その凸状面がそれぞれ外方に向かうように配設されている。風Ａに対する羽根３の揚力Ｂの向きは回転方向斜め外であって、羽根３はＣ方向に回転する。
なお、羽根３の枚数は、３枚又は４枚であってもよい。また、羽根３は、内周側の複数枚と、外周側の複数枚というように、同心複数円状に配置するものであってもよい。
また、羽根３の凸状面は外周に向けて配置するものに限らず、羽根３のフラット面を外周に向けて配置するものであってもよい。
上述したように、軽量で強度がある羽根３であるため、適宜の枚数で配設された羽根３は風により効率的に回転する。

次に、本発明の羽根の取付構造について説明する。図６は、羽根の取付構造の断面図である。

骨材３１、３２は、図５、図６に示すように、断面が三角形である押し出し材であり、これらの断面の三角形の一辺が各々、翼弦長と平行に設けられているものである。
取付ブラケット４１は、板状部材であり、骨材３１、３２を嵌合することができるように、略凸型の穴を２つ有している。また、取付ブラケット４１の一部が外皮３４を回転軸２側に貫通及び突出するように、かつ、その平行面が水平となるように取り付けられている。さらに、取付ブラケット４１は、その突出部分に翼弦長（図６の一点鎖線）と平行な辺４１ａを有しているものである。
支持部材４２は、パイプ状部材又は板状部材などである。例えば、パイプ状部材である場合には、細長い楕円状断面であるものを用いて、風の抵抗を抑えるようにしてもよい。
ボルト４３は、取付ブラケット４１と支持部材４２とをボルト接合するものである。図６では、４本で接合しているが、少なくとも２本のボルト４３で接合されていればよい。
ピン４４は、取付ブラケット４１と支持部材４２との位置決めをするために、取付ブラケット４１と支持部材４２とを位置決め接合するものである。図６では、２本のピン４４でピン接合しているが、少なくとも１本のピン４４でピン接合されていればよい。ただし、より確実に位置決めするために、取付ブラケット４１と支持部材４２とは、２本以上のピン４４によってピン接合されることが好ましい。また、ピンの代わりにリーマボルトや凹凸の嵌合などを利用して位置決め接合を行ってもよい。

このような羽根の取付構造であれば、取付ブラケット４１が、突出部分に翼弦長と平行な辺４１ａを有しているので、羽根３の翼弦長方向が容易に把握でき、羽根３の取付角度の調整が容易となる。
また、確実に位置決めを行うことができるので、取付角度のずれがなくなり、しかも所望の取付角度を維持することができる。

なお、骨材３１、３２の断面の三角形の一辺が各々、翼弦長と平行に設けられているため、羽根３の翼弦長方向が三角形の一辺を基準として把握できるので、取付ブラケット４１を使用せずに羽根の取付角度の調整を行うこともできる。

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。

本発明の一実施形態である垂直型風力発電装置の羽根の外形付与板を除いた骨組み構造を示す斜視図である。 翼状板の斜視図である。 外皮の張り付け手順を示す図である。 本発明の一実施形態である垂直型風力発電装置の全体の斜視図である。 押し出し材からなる骨材の斜視図である。 羽根の取付構造の断面図である。

符号の説明

１ 垂直軸型風力発電装置
２ 回転軸
３ 羽根
５ 姿勢安定装置
２３ ベース（台座部）
３１，３２ 骨材
３３ 翼状板
３４ 外皮（外形付与板）
３７，３８ 突起部
３９，４０ 座部
４１ 取付ブラケット
４３ ボルト
４４ ピン
６０ 延長テープ部材

Claims (9)

1. 垂直に設けた回転軸と、当該回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根とを有する風力発電装置において、前記羽根は、羽根長手方向の骨材と、この骨材に挿入状態で固定される多数の翼状板と、この翼状板の周囲に張られる外形付与板とからなることを特徴とする垂直軸型風力発電装置。
2. 前記骨材、前記翼状板、前記外形付与板は、アルミニウム合金製である請求項1に記載の垂直軸型風力発電装置。
3. 前記翼状板の周囲に、前記外形付与板を貫通する突起部が設けられている請求項２に記載の垂直軸型風力発電装置。
4. 前記翼状板の周囲に、前記外形付与板が載る折り曲げ状の座部が形成されている請求項２に記載の垂直軸型風力発電装置。
5. 羽根長手方向の骨材に多数の翼状板を挿入状態にして固定し、この翼状板の周囲に外形付与板を張り付ける羽根の製造方法であって、
   多数の翼状板の一方面に対して外形付与板の一端側を位置決めし、外形付与板の一端側を前記翼状板の一方面に固定する第１工程と、外形付与板の他端側を引っ張りながら、多数の翼状板の他方面に対して、外形付与板の他端側を位置決めし、外形付与板の他端側を前記翼状板の他方面に固定する第２工程とを備えて成る羽根の製造方法。
6. 前記第２工程の外形付与板他端側の引っ張りは、外形付与板の他端側に張られた延長テープ部材を介して行われる請求項５に記載の羽根の製造方法。
7. 前記骨材の断面が多角形をしており、前記骨材の断面の多角形の一辺が翼弦長と平行である請求項１又は２に記載の垂直軸型風力発電装置。
8. 前記骨材に、一部が前記外形付与板を前記回転軸側に貫通及び突出するように、かつ、平行面が水平となるように取り付けられている板状の取付ブラケットをさらに備え、
   前記取付ブラケットが、前記突出部分平面上の少なくとも一部に翼弦長と平行な辺を有している請求項７記載の垂直軸型風力発電装置。
9. 前記羽根を支持する前記回転軸に設けられる支持部材をさらに備え、
   前記支持部材と前記ブラケットの前記突出部分とを少なくとも２点で接合し、かつ、少なくとも１点で位置決めするための位置決め接合をする請求項８記載の垂直軸型風力発電装置。
   
   

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