JP2006132515A - Straight wing vertical shaft type wind mill for wind power generation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電用の直線翼垂直軸型風車に関するもので、特に翼の配置の改良に焦点を合わせた風車である。The present invention relates to a straight blade vertical axis wind turbine for wind power generation, and particularly a wind turbine focused on improving blade arrangement.
一般に、風力発電用の風車には、大きく分けて2種類の風車がり、風に対して回転軸が水平になっている水平軸型風車と、風に対して回転軸が垂直になっている垂直軸型風車が知られている。In general, there are two types of wind turbines for wind power generation: a horizontal axis type wind turbine whose rotation axis is horizontal to the wind, and a vertical axis whose rotation axis is perpendicular to the wind. Axial wind turbines are known.
垂直軸型風車は、方位制御機構を必要とせず、風向きを考慮せずに回転することができる。The vertical axis type windmill does not require an azimuth control mechanism and can rotate without considering the wind direction.
垂直軸型風車には、サボニウス形やパドル形風車のように翼に発生する抗力で回転させる抗力形と、直線翼形やダリウス形風車のように飛行機の翼と同じ断面を持ち揚力で回転させる揚力形が知られている。The vertical axis type windmill has a drag type that rotates by the drag generated on the wings like Savonius type and paddle type windmills, and it has the same cross section as an airplane wing like a straight wing type and Darius type windmill and rotates by lift force Lift form is known.
抗力形風車は、周速比(翼端速度÷風速)は1以上になることはないが、揚力形風車は回転始めると周速比は1以上になり、回転トルクも高い空力特性を持ち、一般的に前者より回転数が高い特長がある。The drag-type wind turbine does not have a peripheral speed ratio (blade tip speed ÷ wind speed) of 1 or more, but when the lift-type wind turbine starts to rotate, the peripheral speed ratio becomes 1 or more, and the rotational torque has high aerodynamic characteristics. Generally, it has the feature that the number of rotations is higher than the former.
一般的な従来型の直線翼垂直軸型風車をモデル化した傾視図が図5,図6,図7であり、それを上からみた平面図が図8、図9、図10である。
特許文献1は3枚翼垂直軸型風車で、ローターをより軽量で安価にするために翼の保持に関する構造様式を説明し、特許文献2は翼の形そのものの改良について、そして特許文献3は外部電力と併用逐電可能なバッテリーを用いた風力発電機の説明についてそれぞれ述べているが、これらの文献の翼の配置は図5、図6の従来型のパターンと同じである。また、一般に市販されている垂直軸型風車の翼の配置も図5、図6、図7のいずれかに属するのがほとんどである。
図5は翼200が3枚と回転軸201そして翼200の回転エネルギーを回転軸201に伝達するアーム202さらに発電機300から構成されており、3枚の翼200は図8から120度の等角度で配置さている。図6、図7は翼200が4枚形と5枚形であり、翼200の間隔はそれぞれ図9、図10より90度と72度の等角度で配置されている。5, 6, and 7 are perspective views modeling a general conventional straight blade vertical axis wind turbine, and FIGS. 8, 9, and 10 are plan views as viewed from above.
5 includes three
図5、図6、図7における従来型の直線翼垂直軸型風車では、自然風の流入変動量と翼200の位置関係のタイミングから、風車が強く風力を受けることもあれば、逆に弱く風力を受けることもある。これにより風車の翼に与える力の変動から回転エネルギーに揺らぎが生じ、回転数のむらと効率の低下をまねく問題がある。5, 6, and 7, the conventional straight blade vertical axis wind turbine may receive strong wind force or may be weak due to the timing of the relative flow of natural wind and the positional relationship between the
上記の課題を解決するために、直線翼垂直軸型風車の翼を上下に2段以上に分割し、各段内における翼の枚数は2枚以上とし、段内の翼の配置は等角度とする。さらに、各段ごとの翼の位置関係は請求項2記載の方法とし、段ごとに回転翼部分をずらすことにより風力エネルギーを分散し、回転の変動を極力押さえることを目的としている。In order to solve the above problems, the blades of a straight blade vertical axis type wind turbine are divided into two or more stages in the vertical direction, the number of blades in each stage is two or more, and the arrangement of the blades in each stage is equiangular To do. Furthermore, the positional relationship of the blades at each stage is the method described in
段数を2段から3段へと増すに従い、従来型の1段に比べて1枚の翼にかかるエネルギーがより多く分散され、翼全体ではバランスの取れた方向に力が加わることになり、回転がよりスムーズとなる。As the number of stages is increased from two to three, more energy is applied to one blade compared to the conventional one, and the entire blade is applied with a force in a balanced direction. Becomes smoother.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。説明するにあたり、流速のエネルギーは風が通過する面積に比例することから、面積を一定とし、翼の高さや回転半径は同じとする。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the explanation, since the energy of the flow velocity is proportional to the area through which the wind passes, it is assumed that the area is constant and the height of the blade and the radius of rotation are the same.
本発明である翼の位置関係を示した傾視図が図1、図2、図3、図4であり、それを上から見た平面図が図11、図12、図13、図14である。1, 2, 3, and 4 are perspective views showing the positional relationship of the wing according to the present invention, and plan views of the blades as viewed from above are FIGS. 11, 12, 13, and 14. is there.
図1の翼長は図5における従来型の3枚翼200の長さの1/2であり、それを上下2段に分ける。図1の下段の3枚翼2は図11からわかるようにそれぞれ120度の等角度で配置され、上段の3枚の翼1は下段の翼2の中間にくるように配置し、翼1もそれぞれ120度の等角度で配置する。The blade length in FIG. 1 is ½ of the length of the conventional three-
図2の翼長は図6における従来型の4枚翼200の長さの1/2であり、それを上下2段に分ける。図2の下段の4枚翼2は図12からわかるようにそれぞれ90度のの等角度で配置され、上段の4枚の翼1は下段の翼2の中間にくるように配置し、翼1もそれぞれ90度の等角度で配置する。The blade length in FIG. 2 is ½ of the length of the conventional four-
図3の翼長は図7における従来型の5枚翼200の長さの1/2であり、それを上下2段に分ける。図3の下段の5枚翼2は図13からわかるようにそれぞれ72度のの等角度で配置され、上段の5枚の翼1は下段の翼2の中間にくるように配置し、翼1もそれぞれ72度の等角度で配置する。The blade length in FIG. 3 is ½ of the length of the conventional five-
図4の翼長は図5の3枚の翼200の長さをそれぞれ1/3の長さにし、それを上中下の3段に分けた代表図である。下段の3枚の翼102はそれぞれ120度の等角度で配置され、中段の3枚の翼101は120度の1/3である40度を下段の翼よりずらして配置し、また上段の翼100は中段の翼よりさらに40度ずらして配置したものである。中段、上段の翼間の中心角度は下段の角度と同じであり、それぞれ120度の等角度で配置されている。図14は図4を上から見た平面図であり、翼は40度ずつ等角度で配置されている。The blade length in FIG. 4 is a representative view in which the length of each of the three
風に対して図1の下段翼2の配置と図5の翼200の配置が同じと仮定した場合、自然風から受ける翼2の影響力は翼200の場合に比べて、翼の長さが1/2であることから小さくなる。従って、瞬間的に大きな力が翼に作用した場合、下段の翼2は翼200より小さい力で済む。また上段の翼1は下段の翼2と配置が異なるため、下段の翼2ほど影響力を受けない。逆に、風力の弱い風が瞬間的に翼2に作用した場合、翼1には翼2以上の風が吹くことになり、翼2と翼1は風の影響力に対して逆の操作をし、全体的に風車の回転をスムーズにする効果がある。
図2の2段4枚翼と図3の2段5枚翼の場合も上記載の効果が現れる。
図4の翼3段分による配置は上記の2段の翼配置の原理から回転がさらになめらかになる。Assuming that the arrangement of the
The above-described effect also appears in the case of the two-stage four-blade of FIG. 2 and the two-stage five-blade of FIG.
The arrangement of the three wings in FIG. 4 makes the rotation even smoother due to the principle of the two-stage wing arrangement described above.
本発明の原理により、2段式以上に翼を配置した場合、各段ごとに風の影響力が異なるため、全体的に風力の変動を押さえることができる。その結果、風車の回転をスムーズにし、実験結果から従来の方法より回転数が上がった。When the blades are arranged in two or more stages according to the principle of the present invention, the influence of wind is different for each stage, so that fluctuations in wind power can be suppressed as a whole. As a result, the rotation of the windmill was smoothed and the number of rotations was higher than the conventional method from the experimental results.
さらに、従来の翼の長さの1/3にした3段式では、2段式より回転数が上がり効率も上昇した。Furthermore, in the three-stage type in which the length of the conventional blade is 1/3, the number of rotations is higher than that in the two-stage type and the efficiency is also increased.
1 本発明における2段式上段側の翼
2 本発明における2段式下段側の翼
3 風車の回転軸
4 アーム
5 翼の軌道
100 本発明における3段式上段側の翼
101 本発明における3段式中段側の翼
102 本発明における3段式下段側の翼
103 風車の回転軸
104 アーム
105 翼の軌道
200 従来型の翼
201 風車の回転軸
202 アーム
203 翼の軌道
300 発電機DESCRIPTION OF
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JP2004351967A JP2006132515A (en) | 2004-11-05 | 2004-11-05 | Straight wing vertical shaft type wind mill for wind power generation |
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Cited By (6)
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---|---|---|---|---|
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