JP2007040276A - ダリウス・サボニウス式風力発電装置の風車 - Google Patents

Abstract

【課題】 ローター軸にダリウス翼とサボニウス翼を取付けた風車部と、該風車部の回転によって発電する発電機を備えたダリウス・サボニウス式風力発電装置の上記風車であって、弱い風であってもトルクが発生して回転することが出来る風車の提供。
【解決手段】 滑らかに湾曲した複数枚のサボニウス翼１，１・・をローター軸３を中心としてバランスよく配置すると共にサボニウス翼１，１・・の上下端にはサボニウス盤４，４を設けてローター軸３に固定し、一定幅で中央部断面を厚く膨らませた帯状部材を滑らかに湾曲したダリウス翼２，２・・は、その両端を上記サボニウス盤４，４に面して外方向へ延ばしたダリウス翼係止ブラケット５，５・・の先端にピン６，６・・を介して連結している。
【選択図】 図１

Description

本発明は風力によって回転するダリウス・サボニウス式風力発電装置に関するものであり、特に該発電装置において受風面積の拡大を可能として起動性能を高めた風車に関するものである。

風力発電機は風車に風が当たることで回転し、この回転を利用して回る発電装置により発電される。ところで、風力発電装置において、風車の回転速度は風速とその風車形状が有す周速特性により決まる為に、風車の径が大きくなるほど低く成り、風車回転軸と発電機装置との間に高価な増速機が備わっている。

本発明が対象とする、ダリウス翼と該ダリウス翼の起動性を向上させる為のサボニウス翼を組み合わせた垂直形ダリウス・サボニウス式風力発電装置に関しては、早稲田大学の長年の研究により発表された周知の技術がある。そして、その周知技術に添って色々な周辺技術が開発されているが、発電能力を向上するには風車の受風面積を拡大することである。

図２は従来のダリウス・サボニウス形風車を表しているが、サボニウス翼(イ)は滑らかに湾曲した板状体で、ローター軸(ハ)を中心とした複数枚がバランスして配置され、一方のダリウス翼(ロ)は縄跳び形状を成してその上端がローター軸(ハ)に(ヘ)を介して連結している。両端をローター軸(ハ)に連結した縄跳び形状のダリウス翼(ロ)は、受風効率の高い外周部の受風面積が小さくなり、該ダリウス翼(ロ)の内側に配置されるサボニウス翼(イ)の受風面積も大きく制約される構造と成っている。

従って、風力発電装置において翼回転は翼回転径と風速により計算され、又発生トルクは翼受風面積と風速により計算されるが、トロポキエンス形ダリウス翼のトルク計算においては他形式翼に比べて受風面積×２／３と風速で計算され、翼飛散に対する安全性は確保されるが他翼形式に比べると発生トルクにおいて不利である。

特開２００５−８３２０６号に係る「ダリウス式風力発電装置及びサボニウス風車」は従来技術の１つで、回転翼を支持する入力軸の垂直性を容易に調整できる構造簡単なダリウス式風力発電装置であり、「回転翼と、回転翼を相対回転不能に支持する入力軸であって、略垂直方向に延びる入力軸と該入力軸に相対回転不能に連結されるバランス板であって、該入力軸の軸線を基準にして径方向に延びるバランス板とを備えている。そして該バランス板は、入力軸の軸線を基準にして周方向に配設された複数のウエイト取付け部を有している。」
上記特開２００５−８３２０６号に係る「ダリウス式風力発電装置及びサボニウス風車」は、回転翼を相対回転不能に支持するに入力軸の軸線を基準にして周方向に配設された複数のウエイト取付け部の何れか１つ又は複数にウエイトを取付けるだけで、極めて容易に入力軸の垂直性を得ることが出来る。従って、入力軸の芯振れを有効に防止でき、該入力軸から後続する部材への動力伝達を確実かつ効率的に行い得る。
しかし、この公報に記載している発明はダリウス翼自体の受風効率及び発生トルクの向上を目的としているものではない。
特開２００５−８３２０６号に係る「ダリウス式風力発電装置及びサボニウス風車」

このように、従来のダリウス・サボニウス式風力発電装置の風車には上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であって、サボニウス翼の受風面積の増大及びダリウス翼のトルク増大に基づく起動性能を高めることが出来るダリウス・サボニウス式風力発電装置の風車を提供する。

本発明に係るダリウス・サボニウス式風力発電装置の風車は、サボニウス翼とダリウス翼にて構成している。サボニウス翼は円弧状に湾曲した板材にて形成され、ローター軸を中心として複数枚のサボニウス翼がバランスよく配置され、上下端にはサボニウス盤が設けられてローター軸に固定されている。必要に応じて水平な仕切り板を設けることもあるが、全体形状はローター軸を中心軸とした筒状を成している。

一方、ダリウス翼は一定幅の帯状部材を縄跳びの綱のように湾曲した形状で、その両端はサボニウス盤の外周又はサボニウス盤に面して取付けたダリウス翼係止ブラケットの先端に連結して取付けられる。すなわち、ダリウス翼の両端はローター軸ではなく、該ローター軸から半径方向へ一定距離離れた位置に連結した構造と成っている。上記ローター軸の回転にて発電機が駆動されるが、本発明では発電機とローター軸との関係は限定しないことにする。

本発明のダリウス・サボニウス式風力発電装置の風車は、ダリウス翼とサボニウス翼との組合せで構成されている。そして、縄跳びの綱のように帯状の細長い部材を湾曲したダリウス翼は、ローター軸ではなくサボニウス翼の上下端に設けているサボニウス盤の外周又はローター軸から外方向へ延びるダリウス翼係止ブラケットの先端に連結している。

従って、ダリウス翼両端部がローター軸から外方向に離れた位置にあることで、風が当るならば有効なトルクが発生する。そして、サボニウス翼の上下端となるサボニウス盤はローター軸の上下端に設けることが出来ることで、該サボニウス翼の高さ寸法が拡大され、その分だけ受風面積が大きく成って発生トルクの増大が図られる。一方、ダリウス翼の両端をダリウス翼係止ブラケット先端に連結することでその長さは短く出来、しかも湾曲形状は滑らかに成ることで製作が容易になる。

図１は本発明に係るダリウス・サボニウス式風力発電装置の風車を示す概略図である。同図の１はサボニウス翼、２はダリウス翼、３はローター軸をそれぞれ表し、３枚のサボニウス翼１はローター軸３を中心としてバランスよく配置されている。サボニウス翼１は円弧状に湾曲した板材で構成され、ローター軸３に対して偏心した位置に配置されるが、３枚のサボニウス翼１，１，１は該ローター軸３に対してバランスしている。そして、上下端にはサボニウス盤４，４が取付けられ、ローター軸３と共に回転することが出来る。ローター軸３は下方へ延びて発電機を回転するように成っている。

一方、ダリウス翼２，２，２は縄跳びに綱のように滑らかな円弧状に湾曲し、その両端はダリウス翼係止ブラケット５，５，５の先端に連結している。ダリウス翼２は断面中央部が膨らんだ形状とした一定幅の帯状部材が滑らかに湾曲し、その両端はピン６，６を介してダリウス翼係止ブラケット５，５の先端と連結している。ピン６を介した連結構造である為に、すなわち完全な固定連結でない為に、ピン６を中心として揺動可能と成っている。従って、強風にてダリウス翼２が撓み変形しても連結部に無理な応力は作用しない。

ところで、同図の点線は図２に示す従来のダリウス翼(ロ)を重ね合わせて表示したものであり、本発明のダリウス翼２は半径外方向に位置していることが分かる。これは、両端がローター軸３ではなく、該ローター軸３から外方向へ延びたダリウス翼係止ブラケット５の先端に連結することで具現される。点線で示した従来のダリウス翼(ロ)の位置をａ，ｂ、ｃとし、本発明でのダリウス翼２の位置をＡ，Ｂ，Ｃとする。

ａとＡの位置が一致しており、ａｂ間の長さ＝ＡＢ間の長さ、ｂｃ間の長さ＝ＢＣ間の長さとした場合、Ｂはｂより外方向に位置し、Ｃはｃより外方向へ位置している。従って、点線で示した従来のダリウス翼(ロ)と本発明のダリウス翼２との長さが同じであるならば、外方向に位置する本発明のダリウス翼２が風を受けて発生するトルクは大きくなる。

本発明では、ローター軸３から外方向へ延びるダリウス翼係止ブラケット５の先端にダリウス翼２の両端が連結する為に、その全長は短くなる。しかし、ローター軸(ハ)に連結する従来のダリウス翼(ロ)の両端部が長く成ってもトルク発生に影響することは少ない。このように、ダリウス翼２が外方向に位置することで、同じ風圧を受けても発生するトルクは大きくなる。

そして、ダリウス翼(ロ)の両端がローター軸(ハ)に連結する場合、上下端のサボニウス盤(ニ)、(ニ)は該ローター軸(ハ)の上下端から所定の距離を設け、ダリウス翼(ロ)の両端部との間には空間(ホ)、(ホ)が存在しているが、本発明ではこの空間(ホ)、(ホ)はない。従って、サボニウス盤４，４はローター軸３の上下端に設けることが出来、その結果、同じ長さのローター軸３であってもサボニウス翼１の高さ寸法は拡大し、受風面積は大きくなる。

このように、ダリウス翼両端部でのトルク発生とサボニウス翼１の受風面積の増大とで、起動トルクは大きくなり、弱い風であっても風車は回転することが可能と成る。実施例ではサボニウス盤に面してダリウス翼係止ブラケット５，５・・を設けているが、該ダリウス翼係止ブラケット５，５・・を設けることなくサボニウス盤４を丈夫し、該サボニウス盤４の外周にダリウス翼２，２・・の両端を連結することも出来る。

本発明に係るダリウス・サボニウス式風力発電装置の風車を示す実施例。 従来のダリウス・サボニウス式風力発電装置の風車。

符号の説明

１ サボニウス翼
２ ダリウス翼
３ ローター軸
４ サボニウス盤
５ ダリウス翼係止ブラケット
６ ピン

Claims (3)

1. ローター軸にダリウス翼とサボニウス翼を取付けた風車部と、該風車部の回転によって発電する発電機を備えたダリウス・サボニウス式風力発電装置の上記風車において、滑らかに湾曲した複数枚のサボニウス翼をローター軸を中心としてバランスよく配置すると共にサボニウス翼の上下端にはサボニウス盤を設けてローター軸に固定し、一定幅で中央部断面を厚く膨らませた帯状部材を滑らかに湾曲したダリウス翼は、その両端を上記サボニウス盤外周にピンを介して連結したことを特徴とするダリウス・サボニウス式風力発電装置の風車。
2. ローター軸にダリウス翼とサボニウス翼を取付けた風車部と、該風車部の回転によって発電する発電機を備えたダリウス・サボニウス式風力発電装置の上記風車において、滑らかに湾曲した複数枚のサボニウス翼をローター軸を中心としてバランスよく配置すると共にサボニウス翼の上下端にはサボニウス盤を設けてローター軸に固定し、一定幅で中央部断面を厚く膨らませた帯状部材を滑らかに湾曲したダリウス翼は、その両端を上記サボニウス盤に面してローター軸から外方向へ延びたダリウス翼係止ブラケットの先端にピンを介して連結したことを特徴とするダリウス・サボニウス式風力発電装置の風車。
3. 上記ダリウス翼係止ブラケット先端をサボニウス盤外周より外方向へ延びている請求項２記載のダリウス・サボニウス式風力発電装置の風車。

Images