JP2010261431A - 翼角調整機能付平板翼片持支持式（うちわ式）多翼プロペラ形風車（兼平板翼特性試験機） - Google Patents

Abstract

【課題】多翼プロペラ風車の回転翼（ブレード）の構造を改良することで、翼角調整機能等により風車性能の向上を図る。
【解決手段】風車性能への影響が少ない回転翼の根元部を強靭なアーム１構造とし、主たる受風面で駆動力が得られる外周部の位置に高弾性、高張力かつ軽量である木材、高張力鋼、樹脂等の一定形状の平板材（平板翼２）をアーム１先端部のはさみ板でうちわ止め３し、面で強固に固定することで構成している。ローターが回転を始めると平板翼は偏心した自己形状から生じる遠心力と風圧力により変形（しなり）９して、うちわ止めした箇所から翼先端部８にかけて徐々に翼角（ブレード径毎の取付角）がついていき、風速と回転数により角度を調整することができ、単一かつ簡潔な構造で従来形多翼風車の翼間の連結補強等を不要とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、翼角を調整することができる翼角調整機能付平板翼片持支持式（うちわ式）多翼プロペラ形風車（兼平板翼特性試験機）に関するものである。

技術背景

再生可能エネルギーである風力を利用する風車発電設備において、アメリカ風車に代表される多翼風車は、低風速にて起動性に優れ高い風車効率を発揮する利点を持っている。

しかし、エネルギーの需要として最も重要な中から高風速では逆に風車効率が低下する。さらに強風時は過回転によるローターの損壊の危険性もあり、大型化や導入拡大ができない欠点があった。

風力発電の導入拡大において、風車効率の改善や大型化などが重要な解決策にあげられており、この欠点は大きな障害となり、多翼風車の普及率は非常に低いのが現状である。

この改善策として、多翼風車の回転翼に断面構造が翼形をした最新の風車ブレードを使用しても、低から中風速での風車効率の向上を図ることは難しく、逆にブレードにかかる設備費用が増大し、さらに導入を難しくしてしまう。

特開２００６−１５２８６４

牛山 泉、三野 正洋 共著「小型風車ハンドブック」パワー社 １９９４年５４ｐ、５５ｐ、１２１ｐ

多翼プロペラ風車の回転翼（ブレード）の構造を改良することで、翼角調整機能等により風車性能の向上を図る

本発明は、多翼プロペラ風車の１本毎の回転翼（ブレード）の構造を、受風面が小さく、周速が遅いため風車性能への影響が少ない回転翼の根元部を強靭なアーム構造とし、主たる受風面で駆動力が得られる外周部の位置に高弾性、高張力かつ軽量である木材、高張力鋼、樹脂等の一定形状の平板材（平板翼）をアーム先端部のはさみ板でうちわ止めし、面で強固に固定することで構成しており、この平板翼は紅葉の種子形状をブレード軸に対し、翼芯を回転方向側へ湾曲させ変形させた形状（平板翼の形状はこの限りではない）で、ローターが回転を始めると平板翼は偏心した自己形状から生じる遠心力と風圧力により変形（しなり）していく、うちわ止めした箇所から翼先端部にかけて徐々に翼角（ブレード径毎の取付角）がついていき、風速と回転数により角度を調整することでき、強風時には翼先端部を風下側のカットアウト位置へピッチ角を制御する機構を設けることで、運転待機時フリーヨー状態のナセルの方位調整を兼ており、単一かつ簡潔な構造で、強度面でもしなりを生かした片持自由端構造とすることで、従来形多翼風車の翼間の連結補強等を不要とすることでき、平板翼の特性試験機を兼ねることなどを主要な特徴とする。

本発明の翼角調整機能付平板翼片持支持式（うちわ式）多翼プロペラ形風車（兼平板翼特性試験機）は、翼角の調整ができることで、低風速から高風速までの全風速域での風車効率の改善が図られることや、強度面でもしなりを生かした片持自由端構造とし従来形多翼風車の翼間の連結補強等を不要とすることや、単一かつ簡潔な構造とすることで、製作コストの低減が可能で多翼化を容易にすることできる利点がある。

翼角調整機能付平板翼片持支持式（うちわ式）多翼プロペラ形風車（兼平板翼特性試験機）の構造説明図である（実施例１） 翼角調整機能付平板翼片持支持式（うちわ式）多翼プロペラ形風車（兼平板翼特性試験機）の構造説明図である（実施例２）

多翼風車の翼角を調整し、風車効率を改善をすることを、構造が簡潔である平板翼（高張力鋼板、樹脂板、及び木板など）を使用することで実現した。

図１は翼角調整機能付平板翼片持支持式（うちわ式）多翼プロペラ形風車（兼平板翼特性試験機）の正面図、平板翼詳細図、及び平板翼断面図である。図２は翼角調整機能付平板翼片持支持式（うちわ式）多翼プロペラ形風車（兼平板翼特性試験機）の側面図及び平板翼断面図である。

多翼風車を構成する１本のブレードは根元部を強靭な１アーム構造とし、高弾性、高張力かつ軽量である２平板翼を３うちわ止めにて連結する構造とする。うちわ止め構造は、はさみ板に２平板翼を差込み１０主固定ボルトとその放射状に配置した１１副固定ボルト（長穴取合い）にて固定する。この連結構造により、材質の相違による熱膨張の問題を解消することがで、平板翼の回転力を確実にアーム側へ伝達することができる。

図２に示すように１２回転翼が回ろうとする力と１３負荷として作用する力を利用して１４ブレード軸にてアームを回転させる機構や、同じくアームを回転させ１５カットアウトする機構、さらに１６カットインする機構をるローターハブに設けが構造説明は省略する。

平板翼は、大量生産が可能で回転翼の低コスト化が図れる。また平板であるため発電用太陽光パネルや接雪防止用の熱線パネル等の取付けも容易である。用途としては、風力発電設備では中型以下の規模への利用が有効と思われる。平板翼の交換も容易にできる規模とし、メンテナンス性を良くすることで、地域に密着した発電設備とし、エネルギー供給はもとより、アフターサービス事業としての雇用提供が期待される。

１．アーム
２：平板翼
３：うちわ止め
４：紅葉の種子形状
５：ブレード軸
６：翼芯
７：回転方向
８：翼先端部
９：変形（しなり）
１０：主固定ボルト
１１：副固定ボルト
１２：回転翼が回ろうとする力
１３：負荷として作用する力
１４：ブレード（回転翼）軸
１５：カットアウト
１６：カットイン
１７：ナセル

Claims (1)

1. 本発明は、多翼プロペラ風車の１本毎の回転翼（ブレード）の構造を、受風面が小さく、周速が遅いため風車性能への影響が少ない回転翼の根元部を強靭なアーム構造とし、主たる受風面で駆動力が得られる外周部の位置に高弾性、高張力かつ軽量である木材、高張力鋼、樹脂等の一定形状の平板材（平板翼）をアーム先端部のはさみ板でうちわ止めし、面で強固に固定することで構成しており、この平板翼は紅葉の種子形状をブレード軸に対し、翼芯を回転方向側へ湾曲させ変形させた形状（平板翼の形状はこの限りではない）で、ローターが回転を始めると平板翼は偏心した自己形状から生じる遠心力と風圧力により変形（しなり）していく、うちわ止めした箇所から翼先端部にかけて徐々に翼角（ブレード径毎の取付角）がついていき、風速と回転数により角度を調整することでき、強風時には翼先端部を風下側のカットアウト位置へピッチ角を制御する機構を設けることで、運転待機時フリーヨー状態のナセルの方位調整を兼ており、単一かつ簡潔な構造で、強度面でもしなりを生かした片持自由端構造とすることで、従来形多翼風車の翼間の連結補強等を不要とすることでき、平板翼の特性試験機を兼ねることなどを主要な特徴とする。

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