JP2005090332A

JP2005090332A - ダリウス形風車

Info

Publication number: JP2005090332A
Application number: JP2003323993A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Takahashi; 健太郎高橋
Original assignee: Satsuki Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Satsuki Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】風向の影響を受けにくく、低速回転時であっても高速回転時であっても効率良く風のエネルギーを取り出すことができ、停止状態からも容易に始動し、構造が簡単で高速回転も可能であって、かつ回転力が大きいダリウス形風車を提供すること。
【解決手段】垂直回転軸６の周囲に、該垂直回転軸の回転中心から等距離でかつ等角度間隔に複数のブレード８を取り付けてなるロータ４を備える。ロータ４に、複数のブレード８の配置位置よりも径方向内側に、複数の補助ブレード１２を回転中心から等距離でかつ等角度間隔に配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電用として好適なダリウス形風車に関する。

従来用いられている風車には、風がブレードを押す力を利用する抗力型風車と、風がブレードに当たったときにブレードを持ち上げようとする力を利用する揚力型風車とがある。抗力型風車は、風の速度より速く動くことができないため、必然的に回転数の少ない風車とならざるを得ず、これに対してプロペラ形風車、ダリウス形風車のような揚力型風車は、回転力は弱いが回転数の多い風車とすることができる。

ところで、どのような回転数の時に、風のエネルギーを回転のエネルギーとして多く取り出せるのかというパワー特性は、風車の種類によって異なる。即ち、パドル形風車、サボニウス形風車、多翼形風車のような回転数は少ないが回転力が大きい抗力型風車は、低速時に効率よく風のエネルギーを取り出すことができ、プロペラ形風車、ダリウス形風車のような回転数の多い風車は、高速時に最も良く性能を発揮することができる。従って、風によって発生する抗力及び揚力をいずれも利用して、低速時にも高速時にも効率よくエネルギーを取り出せるようにすることが望ましい。

また、風による抗力及び揚力の双方を利用した風車として、垂直回転軸の周囲に、上部外辺部と下部外辺部とが周角度において９０度変位した３枚の変位形状羽根を、互いに１２０度づつ位相を変えて配置した風車が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この変位形状羽根は構造が複雑であり、面積が広いため回転数を多くしにくく、羽根が通過した後の後流が乱れやすいので、エネルギーロスが多くなる。

さらに、断面翼形のブレードを用い、ブレードの内側面に始動用補助羽根を開閉自在に設け、外側面に制動用補助羽根を開閉自在に設け、始動用補助羽根はその回転軸がブレードの回転方向前側にあって、羽根を常時開方向へ付勢するバネを具え、制動用補助羽根はその回転軸がブレードの回転方向後側にあって、羽根を常時開方向へ付勢するバネを具える垂直軸風車が提案されている（特許文献２参照）。この垂直軸風車は、直線翼ダリウス形風車（ジャイロミル形風車）を改良した風車であって、高速時の出力が大きいが、停止状態から起動しにくく、制動時にも強いブレーキをかけなければならないという、ダリウス形風車の欠点を解消することを目的としている。しかし、各ブレードの外側面及び内側面の要部に、それぞれ可動の別体の補助羽根を取り付けて、その羽根をバネで付勢してあるため、ブレードの構造が非常に複雑となり、風力が強いとき等には補助羽根が破損しやすい。

特開２０００−１９９４７２号公報実公昭５９−３６７０５号公報

本発明の目的は、風向の影響を受けにくく、低速回転時であっても高速回転時であっても効率良く風のエネルギーを取り出すことができ、停止状態からも容易に始動し、構造が簡単で高速回転も可能であって、かつ回転力が大きいダリウス形風車を提供することにある。

請求項１に記載のダリウス形風車は、垂直回転軸の周囲に、該垂直回転軸の回転中心から等距離でかつ等角度間隔に複数のブレードを取り付けてなるロータを備えたダリウス形風車において、前記ロータに、前記複数のブレードの配置位置よりも径方向内側に、複数の補助ブレードを前記回転中心から等距離でかつ等角度間隔に配置したことを特徴とする。

請求項２に記載のダリウス形風車は、請求項１に記載のものにおいて、前記複数の補助ブレードを、前記複数のブレードと同じ径上にそれぞれ配置したことを特徴とするものである。

請求項３に記載のダリウス形風車は、請求項１に記載のものにおいて、前記複数の補助ブレードを、各ブレードの中間にそれぞれ配置したことを特徴とするものである。

請求項１に記載の構成によれば、停止状態からも比較的容易にロータの回転を開始でき、風速よりも高い高速で回転も可能である。また、垂直回転軸の周囲に、該垂直回転軸の回転中心から等距離でかつ等角度間隔に複数のブレードを取り付けてなるロータに、前記複数のブレードの配置位置よりも径方向内側に、複数の補助ブレードを前記回転中心から等距離でかつ等角度間隔に配置したので、高速回転時においても回転力を大きくすることができ、効率良く風のエネルギーを取り出すことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るダリウス形風車の平面図である。図２は、同第１実施形態に係るダリウス形風車の側面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態におけるダリウス形風車１は垂直翼ダリウス形風車（ジャイロミル形風車）であって、ベース２の上面に起立したタワー３と、タワー３の上端に設置されたロータ４とを備え、ベース２は地面等の基盤にアンカーボルトによって強固に固定されている。

ロータ４は、タワー３の上端に軸受５を介して回動自在に立設した垂直回転軸６と、垂直回転軸６の周囲に、該垂直回転軸６の回転中心から等距離でかつ等角度（この実施形態では１２０度）間隔にそれぞれ配置された複数（この実施形態では３つとしてある）のブレード８，８，８と、３つのブレード８，８，８の配置位置よりも径方向内側に、回転中心から等距離でかつ等角度（この実施形態では１２０度）間隔に配置した複数（この実施形態では３つとしてある）の補助ブレード１２，１２，１２とを備える。

タワー３の内部には、垂直回転軸６の下端と増速歯車９を介して接続された発電機１０が設置され、ロータ４の回転によって発電機１０で発生した電気をバッテリ１１に充電するようになっている。勿論、ロータ４の回転により発生した電気を直接電力網に送り込むことも可能であり、また、ロータ４の回転力を揚水等に利用することもできる。しかしながら、ロータ４の回転力を利用するシステムは従来公知であるので、詳細な説明は省略する。

図１及び図２に示すように、垂直回転軸６の上端寄り及び下端寄りには、該垂直回転軸６と一体に回転する円板状の取付ベース１３，１４がそれぞれ固着され、取付ベース１３，１４の上面には、該取付ベース１３，１４からそれぞれ１２０度ずつ角度を変えて放射状に張り出す３組の支持アーム７，７，７が固定されている。この実施形態では、支持アーム７は、互いに平行で長尺な左右１組の支持材１５，１６で構成される。また、左右１組の支持材１５，１６は、垂直回転軸６の上部に設けた取付ベース１３から水平に張り出す上水平部１５ａ，１６ａと、垂直回転軸６の下部に設けた取付ベース１４から水平に張り出す下水平部１５ｂ，１６ｂとをそれぞれ有する（図３参照）。また、上水平部１５ａ及び下水平部１５ｂの先端間がそれぞれ垂直部１５ｃで連結される。また、上水平部１６ａの先端には下方に向けて支軸部１６ｃが形成され、下水平部１６ｂの先端には上方に向けて支軸部１６ｄが形成されている。そして、支持材１５の垂直部１５ｃがブレード８の前部に挿通され、支持材１６の支軸部１６ｃ，１６ｄがブレード８の後部に挿通されると共に、支軸部１６ｃ，１６ｄに対してナット締めにより、支持アーム７の先端にブレード８が取り付けられている（図３参照）。

同様に、ブレード８の配置位置よりも径方向内側、即ち、上水平部１５ａ及び下水平部１５ｂの中途間がそれぞれ垂直部１５ｄで連結される（図２参照）。第１実施形態は、３つの補助ブレード１２は、３つのブレード８と同じ径上にそれぞれ配置したものである。上水平部１６ａの中途には下方に向けて支軸部１６ｅが形成され、下水平部１６ｂの中途には上方に向けて支軸部１６ｆが形成されている。そして、支持材１５の垂直部１５ｄが補助ブレード１２の前部に挿通され、支持材１６の支軸部１６ｅ，１６ｆが補助ブレード１２の後部に挿通されると共に、支軸部１６ｅ，１６ｆに対してナット締めにより、支持アーム７の中途に補助ブレード１２が取り付けられている（図１及び図２参照）。

ブレード８は、周方向に長い翼形状でその回転方向後端部が欠損し、この欠損した部分を開口部２３とした袋状であり、垂直回転軸６に沿いその全長に亘って均一で固定的な断面を有し、全てのブレード８が、周方向において同じ向きとなるよう配置されている。また、図４に示すように、ブレード８の外寄り面１７は径方向外側に凸に湾曲し、内寄り面１８は径方向内側に凸に湾曲し、外寄り面１７と内寄り面１８とは同じ形状に形成されている。

また、図３に示すように、ブレード８は、その上面及び底面を形成する天板１９及び底板２０を備えており、天板１９及び底板２０にはそれぞれ垂直部１５ｃを挿通する挿通孔２１と支軸部１６ｃ，１６ｄに対する円弧状の長孔２２が設けられている。従って、図５に示すように、ブレード８は、垂直部１５ｃ回りに前部の定位置で回動自在であって、長孔２２の範囲内で後部の固定位置が可変となっており、周方向に対する姿勢を調整可能となっている。

さらに、ブレード８の内部には、翼状平面のスペーサ２４が適宜間隔毎に配置される。従って、スペーサ２４の一端部は、ブレード８の開口部２３を通してブレード８の外部へ突出している。また、スペーサ２４の一側部には、垂直方向に延びるガイド板２５が取り付けられる。ガイド板２５は、ブレード８の断面一端部を内外に分離し、スペーサ２４よりも長く回転方向に沿って延びている。

また、補助ブレード１２の構成も基本的にはブレード８と同様である。但し、補助ブレード１２は、ブレード８と比較して外寄り面及び内寄り面が大きく湾曲しており、幅広に形成されている。全ての補助ブレード１２は、周方向においてブレード８と同じ向きとなるよう配置されている。補助ブレード１２もブレード８と同様、垂直部１５ｄ回りに前部の定位置で回動自在であって、長孔２６の範囲内で後部の固定位置を可変となっており、周方向に対する姿勢を調整可能となっている。

ブレード８及び補助ブレード１２の作用をブレード８を代表として説明する。開口部２３側から風が吹くと、開口部２３を通してブレード８内へ進入した気流によりブレード８の凹面が押されて、ブレード８は開口部２３を後ろとして移動し、この結果、ロータ４が回転する。この時、他のブレード８には逆方向から抗力が働くが、凸面に加わる抗力は凹面に加わる抗力に比べて非常に小さい。従って、風の抗力によって、ブレード８は開口部２３を後ろにして進もうとし、ロータ４は図１の反時計回りに回転する。そして、風の抗力によってロータ４がいったん回転を始めると、通常のダリウス形風車と同様に、ロータ４の回転に伴って発生する伴流により、ロータ４の両側の風速が相対的に変化し、ロータ４の高速回転が可能となる。そして、ロータ４に、複数のブレード８，８，８の配置位置よりも径方向内側に、複数の補助ブレード１２，１２，１２を回転中心から等距離でかつ等角度間隔に配置した構成としたので、補助ブレード１２，１２，１２により回転力が増加し、高速回転時においても回転力を大きくすることができ、効率良く風のエネルギーを取り出すことができる。

図６は、本発明の第２実施形態に係るダリウス形風車２７の平面図である。第２実施形態は、３つの補助ブレード１２，１２，１２を、各ブレード８，８，８の中間にそれぞれ配置したものである。すなわち、ロータ２８は、それぞれ１２０度ずつ角度を変えて放射状に張り出す長尺の支持アーム２９，２９，２９と、各支持アーム２９，２９の中間に、即ち、支持アーム２９に対して６０度をなす方向に、支持アーム２９よりも長さが短い支持アーム３０，３０，３０をそれぞれ１２０度ずつ角度を変えて放射状に張り出して設け、長尺の支持アーム２９，２９，２９の先端にブレード８，８，８をそれぞれ取り付け、支持アーム２９よりも長さが短い支持アーム３０，３０，３０の先端に補助ブレード１２，１２，１２を取り付けたものである。支持アーム２９及び支持アーム３０はその中途から二股に分岐した構成を有し、各分岐部の先端間に前述した第１実施形態と同じ取付方法によりブレード８および補助ブレード１２が固定される。その他の構成は、第１実施形態とほぼ同様なので、同一部分に同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本発明の第１実施形態に係るダリウス形風車の平面図同第１実施形態に係るダリウス形風車の側面図図１の矢視断面図ブレードの平面図支持アームに対するブレードの取付姿勢を示す平面図本発明の第２実施形態に係るダリウス形風車の平面図

符号の説明

１ダリウス形風車（第１実施形態）
２ベース
３タワー
４ロータ
５軸受
６垂直回転軸
７支持アーム
８ブレード
９増速歯車
１０発電機
１１バッテリ
１２補助ブレード
１３取付ベース
１４取付ベース
１５支持材
１５ａ上水平部
１５ｂ下水平部
１５ｃ垂直部
１５ｄ垂直部
１６支持材
１６ａ上水平部
１６ｂ下水平部
１６ｃ支軸部
１６ｄ支軸部
１６ｅ支軸部
１６ｆ支軸部
１７外寄り面
１８内寄り面
１９天板
２０底板
２１挿通孔
２２長孔
２３開口部
２４スペーサ
２５ガイド板
２６長孔
２７ダリウス形風車（第２実施形態）
２８ロータ
２９支持アーム
３０支持アーム

Claims

垂直回転軸の周囲に、該垂直回転軸の回転中心から等距離でかつ等角度間隔に複数のブレードを取り付けてなるロータを備えたダリウス形風車において、前記ロータに、前記複数のブレードの配置位置よりも径方向内側に、複数の補助ブレードを前記回転中心から等距離でかつ等角度間隔に配置したことを特徴とするダリウス形風車。
前記複数の補助ブレードを、前記複数のブレードと同じ径上にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１に記載のダリウス形風車。
前記複数の補助ブレードを、各ブレードの中間にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１に記載のダリウス形風車。