JP2011169292A - Vertical axis wind turbine with long blade - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電用の縦軸風車に係り、特にブレードの支持腕を堅固にして長いブレードを装着可能にし、回転効率が高い長翼縦軸風車に関する。 The present invention relates to a vertical axis wind turbine for wind power generation, and more particularly, to a long blade vertical axis wind turbine having a high rotation efficiency by making a support arm of a blade solid so that a long blade can be mounted.
小型風力発電用の長翼縦軸風車には、様々な型式のものが開発され、例えば特許文献1に開示されている。 Various types of long-wing vertical axis wind turbines for small wind power generation have been developed and disclosed in, for example, Patent Document 1.
従来の縦軸風車においては、縦主軸に支持腕を介してブレードを装着しているが、縦長のブレードの配設には、ブレードの強度、並びに支持腕の取付け強度について検討されていない。また支持腕の形状が、回転効率を高めるという点に関する、詳細な研究報告は見られない。
本発明は、ブレードを長くする事で受風面積が増加するが、これを支持する支持腕の形状が縦軸風車における回転効率と大きく関わることを認識し、ブレードの支持決め理論を確立し、更にブレードの支持腕の構造の改良により、縦軸風車のブレードの回転効率を高め、特に、低風速でも、効果的に発電し得るようにした長翼縦軸風車を提供することを目的としている。
In a conventional vertical wind turbine, a blade is mounted on a vertical main shaft via a support arm. However, in the arrangement of a vertically long blade, the strength of the blade and the mounting strength of the support arm have not been studied. In addition, there is no detailed research report on the point that the shape of the support arm increases the rotation efficiency.
The present invention increases the wind receiving area by elongating the blade, but recognizes that the shape of the support arm that supports this greatly affects the rotational efficiency in the vertical axis wind turbine, and establishes the support decision theory of the blade, Furthermore, it is an object of the present invention to provide a long blade vertical axis wind turbine that can improve the rotational efficiency of the blade of the vertical axis wind turbine by improving the structure of the support arm of the blade, and can generate electric power effectively even at a low wind speed. .
本発明の具体的な内容は次の通りである。 The specific contents of the present invention are as follows.
(1) 縦主軸の周囲に、放射方向を向いて復数配設される支持腕を介して縦長ブレードを垂直に配設した縦軸風車において、前記支持腕の縦断面を、前縁部を厚くし後縁部へかけて次第に薄くした略魚形とし、翼弦中心線を水平とし、これを挾んで上下対称形に形成され、支持腕の基部から先端部へかけて、次第に薄く設定し、該支持腕を、同一方向において、上下対称の1対の傾斜支持腕とし、その各先端部を、上下で相反する方向へ傾斜状に離反させて、この先端部にブレードを固定してなる長翼縦軸風車。 (1) In a vertical wind turbine in which vertically long blades are vertically arranged around a vertical main shaft through support arms that are arranged in a radial direction and are arranged in a reciprocal manner, a longitudinal section of the support arm is represented by a front edge portion. Thickened and shaped like a thin fish gradually thinning toward the rear edge, the chord centerline is horizontal, and it is sandwiched so that it is vertically symmetric. The support arms are a pair of vertically symmetrical support arms that are symmetrical in the same direction, and the tip portions of the support arms are inclined apart in directions opposite to each other in the vertical direction, and the blade is fixed to the tip portions. Long wing vertical axis windmill.
(2) 前記支持腕は、同一方向における回転体とブレードの間において、水平支持腕を上下で挟むように1対の傾斜支持腕が配設されている前記(1)に記載の長翼縦軸風車。 (2) The pair of inclined support arms as described in (1), wherein the pair of inclined support arms is disposed between the rotating body and the blade in the same direction so as to sandwich the horizontal support arm vertically. Axial windmill.
(3) 前記支持腕は、1方向における1対の傾斜支持腕の基部が、回転体に固定された水平支持腕の先端部に一体に固定されている、前記(1)に記載の長翼縦軸風車。 (3) The long wing according to (1), wherein a base portion of a pair of inclined support arms in one direction is integrally fixed to a distal end portion of a horizontal support arm fixed to a rotating body. Vertical axis windmill.
(4) 前記縦主軸には、複数の回転体が上下多段状に配設され、縦主軸の1側部における、同位相の上下複数対の傾斜支持腕の先端部に、1枚のブレードが固定されてなる、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の長翼縦軸風車。 (4) The vertical main shaft is provided with a plurality of rotating bodies in a vertical and multistage manner, and one blade is provided at the tip of the plurality of pairs of upper and lower inclined support arms in the same phase on one side of the vertical main shaft. The long blade vertical axis windmill according to any one of (1) to (3), which is fixed.
(5) 前記支持腕は、平面視で基部から遠心方向へ次第に弦長を大としてなる前記1〜4のいずれかに記載の長翼縦軸風車。 (5) The long blade vertical axis windmill according to any one of (1) to (4), wherein the support arm has a chord length that gradually increases in a centrifugal direction from the base in a plan view.
本願発明によると、次のような効果が奏せられる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
前記(1)に記載の発明において、支持腕は、上下1対の傾斜支持腕がブレードを支持しているので、ブレードが長くても、上下2点で支持されるため剛性に優れている。支持腕は縦断面が翼弦中心線を水平とし、これを境に上下対称形に形成され、前縁が厚いので、剛性に優れている。また前縁が厚いものであっても、後縁にかけて薄く形成されているので、回転時にこれに当る気流は、コアンダ効果により、流速が早まり、傾斜支持腕は前縁に負圧が生じ、流速の早い気流が後縁で合流して気圧を高めて、前後の気圧差によって傾斜支持腕は回転前方へ押出されるので、回転時の抵抗になりにくい。先端を上下相反する方向へ傾斜した傾斜支持腕の傾斜面に沿って、回転時に遠心方向へ流動する気流が、高速でブレードに当り、回転に伴い後縁方向へ流動する反動でブレードの回転を高める。
この場合、支持腕の縦断面が、翼弦中心線の上下で対称形に形成されているので、支持腕の片面方向へ、飛行機の翼のような揚力が生じることがなく、回転方向への前進力が生じる。
In the invention described in (1) above, since the support arm supports the blade by a pair of upper and lower inclined support arms, the support arm is excellent in rigidity because it is supported at two upper and lower points even if the blade is long. The supporting arm is excellent in rigidity because its longitudinal section is horizontal with the chord centerline horizontal, and is formed vertically symmetrically with the leading edge being thick. Even if the leading edge is thick, it is formed thinly toward the trailing edge, so the airflow that hits it during rotation is accelerated by the Coanda effect, and the inclined support arm generates negative pressure at the leading edge. Since the fast airflow merges at the trailing edge to increase the air pressure and the inclined support arm is pushed forward by the difference in air pressure between the front and rear, resistance during rotation is difficult to occur. The airflow that flows in the centrifugal direction during rotation hits the blade at high speed along the inclined surface of the inclined support arm whose tip is inclined in the direction opposite to the top and bottom, and the blade rotates by the reaction that flows toward the trailing edge as it rotates. Increase.
In this case, since the longitudinal cross section of the support arm is formed symmetrically above and below the chord centerline, there is no lift like the wing of an airplane in one direction of the support arm, and the direction of rotation is A forward force is generated.
前記(2)に記載の発明においては、支持腕が水平支持腕を上下で挟むように1対の傾斜支持腕が組合わされているので、ブレードが長く、回転半径が長いも
のにおいても、剛性に優れている。
In the invention described in (2) above, since the pair of inclined support arms is combined so that the support arm sandwiches the horizontal support arm at the top and bottom, even if the blade is long and the rotation radius is long, it is rigid. Are better.
前記(3)に記載の発明においては、水平支持腕の先端部に、上下1対の傾斜支持腕が形成されているので、ブレードの回転半径を大きくして、梃子の原理を利用し、小さな風力でも、回転による軸トルクを大きくすることができる。また、水平支持腕が長くても、遠心部における剛性を高くすることができる。 In the invention described in (3) above, since a pair of upper and lower inclined support arms are formed at the tip of the horizontal support arm, the rotation radius of the blade is increased, and the lever principle is used to reduce the height. Even with wind power, the shaft torque due to rotation can be increased. Moreover, even if the horizontal support arm is long, the rigidity in the centrifugal portion can be increased.
前記(4)に記載の発明においては、1本の主軸に多段状に復数配設された回転体に、それぞれ支持腕が装着されているので、長いブレードを復数の回転体における復数の支持腕によって支持することができる。これによって、長いブレードを安定して装着する事ができる。 In the invention described in (4) above, since the supporting arm is attached to each of the rotating bodies arranged in multiple stages on one main shaft, a long blade is used for the reciprocal in the reciprocating rotating body. Can be supported by the supporting arm. As a result, a long blade can be mounted stably.
前記(5)に記載の発明においては、支持腕の平面形が、基部から先端部へかけて次第に弦長が大きく形成されて、基部の最大板厚を厚く、先端部へかけて次第に薄くすることにより、支持腕を長くしたときに、基部の剛性が高くなる。 In the invention described in (5), the planar shape of the support arm is formed such that the chord length is gradually increased from the base portion to the distal end portion, and the maximum plate thickness of the base portion is increased and gradually decreased toward the distal end portion. Thus, when the support arm is lengthened, the rigidity of the base portion is increased.
本発明の実施例を、図面を参照して説明する。図1において、長翼縦軸風車1は、基台9上に立設された支柱10の上端に、発電筐体2を備えている。発電筐体2の中央部には、縦主軸3が、上部を上方へ突出されて立設され、その周囲に複数の発電コイル8が配設されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the long blade vertical axis wind turbine 1 includes a
前記縦主軸3の上部には、発電筐体2を覆うように回転体4が、縦主軸3周りを回転可能に装着されている。回転体4の内部には、復数の磁石7が、前記発電筐体2内の発電コイル8と対応させて配設されている。図中の符号4Aはベアリング、4Bは回転体4の蓋体である。
A rotating
回転体4の外周部には、2枚の縦長のブレード6、6が、傾斜支持腕51、51を介して装着されている。ブレード6の弦長は、ブレード6の回転半径を、装着するブレード6の枚数で割った長さ相当に設定されている。
Two vertically
すなわち、縦主軸3とブレード6との距離、すなわち半径が200cmで、ブレード6が2枚であると、ブレード6の弦長は100cmとされる。ブレード6が5枚であると、その弦長は40cmとなる。
That is, when the distance between the longitudinal
これにより、各ブレード6は、回転体4の周囲を、それぞれの弦長の2倍以上の間隔を開けて配設されることとなり、回転時に、各ブレード6によって生じる気流の干渉などの影響を、受けることが小さくなっている。
As a result, each
ブレード6の枚数が増えると、ブレード1枚あたりの翼弦長は小とされ、翼厚が小さくなるため、ブレード6の内外面に沿う気流の速度差は小さくなる。 従って、ブレード6の枚数を可能な限り減少させて、1枚当りの翼面積を増加させることで、最大翼厚を大として、回転時における、ブレード6の内外面に沿う流速の差を大きくすることにより、コアンダ効果によりブレード6を回転する前方向へ押出す力を、大きくすることができる。
As the number of
従来の縦軸風車では、翼弦長の小さなブレードの方が効率が良いとされているが、この場合、ブレードの表面積は小さいため、高速回転をしても回転トルクは小さい。
また、ブレードの翼弦長が小さいと、高速回転をするので、大きな力を得られるとしているが、発電量は、風車の回転数とトルクの積であるから、回転トルクの小さなブレードが高速回転をしても、必ずしも大きな出力は得られない。
In a conventional vertical wind turbine, a blade having a small chord length is considered to be more efficient, but in this case, since the surface area of the blade is small, the rotational torque is small even if the blade rotates at high speed.
In addition, if the blade chord length of the blade is small, it rotates at high speed, so it is said that a large force can be obtained, but since the power generation amount is the product of the number of rotations of the windmill and the torque, the blade with small rotation torque rotates at high speed Even if it is done, a large output is not necessarily obtained.
本発明におけるブレード6は、翼弦長を回転半径をブレード6の数で割った値に相当する広幅のものとしてあるから、この広い受風面積を有する広幅のブレード6が、大きな半径を描いて回転すれば、小さなブレードが回転するよりも、圧倒的に大きな出力を得ることができる。
しかも、ブレード6が配設される位置は、発電機におけるコギングトルクの抑制を受けにくい個処であるので、回転効率を大にすることができる。
Since the
In addition, since the position where the
ブレード6の枚数が増え、例えば5枚を超えると、傾斜支持腕51、51による回転時の抵抗が増加するので、回転効率は低下する。ブレード6の枚数が1枚である場合には、回転時における縦主軸3を中心とした、左右のバランスが取りにくいため、1本の縦主軸3に対して、ブレード6を多段に1枚づつ配設し、各段ごとのブレード6の位相を、360度でバランスよく上下に割振りして、1回転することで、全体のバランスをとるようにされる。
When the number of
ブレード6の平面形は、図3に示すように、ブレード6の翼厚中心線(平均線)Cの内外面における翼厚が、対称的になるようにされている。図3においては、ブレード6の翼厚中心線Cが、回転円弧Tに重なっており、いわゆるキャンバーは0である。ブレード6の翼厚中心線Cは、この回転円弧Tに重なるように設定されているので、回転時の抵抗は小さい。
The planar shape of the
図3において、ブレード6の主部6Aは、平面視において、全体が回転円弧Tの曲線に沿って湾曲している。従って、一般の縦長ブレードのように、回転方向に対する迎角を持たないので、回転方向の迎角を有する従来のブレードのようにブレーキ作用を受けることはなく、抵抗も極めて小である。
In FIG. 3, the
このブレード6が回転すると、ブレード6は、翼厚中心線Cに対して内外が対称の厚さになっているが、回転半径の差によって、回転時において、内側面側に比して、外側面側の回転周速が大となり、外側面に沿って後縁方向へ通過する気流の方が、内側のそれよりも高速となる。従って、後縁部において、内側面側よりも外側面側が負圧となり、後縁の外側面が後方から押されて、コアンダ効果によって負圧となる前縁方向へ、気圧の差によって押出される。
When the
ブレード6の最大翼厚は、弦長の20%〜30%(図では20%)に設定されている。数度における実験の結果、20%以下では、ブレード6に当って後縁方向へ通過する気流の、コアンダ効果による加速度が小さく、弦長の30%を超えると、ブレード6にかかる気流の抵抗が大きくなり、コアンダ効果による回転効率が低下することが確認された。従ってブレード6の最大翼厚は、弦長の23%〜27%であることが好ましい。
The maximum blade thickness of the
ブレード6の主部6Aの上下端部に、縦主軸3方向へ向かって傾斜する内向き傾斜部6Bが形成されている。回転時にブレード6の主部6Aの側面に沿って、上下方向へ拡散する気流は、コアンダ効果によって、内向き傾斜部6Bの内外面に沿って、後方、すなわち図4におけるW矢示方向へ通過して、ブレード6の回転効率を高める。
Inwardly
各ブレード6に対する傾斜支持腕51、51は、図1に示すように、縦方向に従って上下に展開傾斜する上下一対の物からなっている。各傾斜支持腕51の縦主軸3に対する傾斜角度は、約45度とされている。
As shown in FIG. 1, the
この傾斜角度は、30度や50度でもよいが、傾斜支持腕51、51の上下面に沿って通過する気流の、上下のバランスから見て40度〜45度が好ましい。 傾斜支持腕51、51の先端部の、ブレード6に対する取付位置は、ブレード6の上下翼端から、弦長に相当する距離だけ、ブレード6の中心方向に位置していることが好ましい。
The inclination angle may be 30 degrees or 50 degrees, but is preferably 40 degrees to 45 degrees in view of the vertical balance of the airflow passing along the upper and lower surfaces of the
各傾斜支持腕51の縦断面形は、図3に示すように、翼弦線C1の上下における翼厚が等しくなるように対称形に形成されている。
仮に傾斜支持腕51が、上向き或いは下向きの迎角を持っていると、回転に伴って抵抗となり、ブレーキ作用が生じるが、または傾斜支持腕51の上下面に気圧差が生じて、振動が生じる。
As shown in FIG. 3, the vertical cross-sectional shape of each
If the
従って、回転時に、傾斜支持腕51の上下面に沿って、前縁部から後縁部へかけて流れる気流の速度は、上下面において等しく、回転方向の後方向へ直進的に進み、その反動で、傾斜支持腕51、51は、回転方向の前方へ押出され、ブレード6の回転効率を補助的に高める。
Accordingly, during rotation, the velocity of the airflow flowing from the front edge portion to the rear edge portion along the upper and lower surfaces of the
傾斜支持腕51、51の最大厚さは、傾斜支持腕51、51の弦長の20%〜30%、好ましくは25〜30%に設定され、前縁は厚く、後縁は次第に薄く、断面略魚形状に形成されている。
The maximum thickness of the
実験の結果、最大厚さが弦長の20%以下では、傾斜支持腕51の前縁から後縁へかけて通過する気流による、コアンダ効果による加速度が上昇しにくく、30%を超えると、傾斜支持腕51、51に作用する気流の抵抗が大きくなり、コアンダ効果は小となって回転力が低下する。
As a result of the experiment, when the maximum thickness is 20% or less of the chord length, the acceleration due to the Coanda effect due to the airflow passing from the front edge to the rear edge of the
回転時に、傾斜支持腕51の前縁に当る気流は、その上下面に分岐するため、前縁が負圧になり、後縁域では上下面の気流が合流して気圧が高まり、傾斜支持腕51、51は、気圧の差によって、回転する前方向へ押出されることになり、回転効率は高められる。
When rotating, the airflow hitting the front edge of the
また図3において、傾斜支持腕51、51の回転速度は、その基部よりも遠心部の方が大である。すなわち気流が点Oから点Pに至る時、点Qから点Rに至っていることになる。そのため、傾斜支持腕51、51の基部の表面に沿って流れる気流よりも、その先端部に近い表面に沿って流れる気流の速度の方が大となる。
In FIG. 3, the rotation speed of the
これはまた、傾斜支持腕51、51の基部よりも、その先端に近づくほど、表面に沿う気流の気圧が低いことを意味しており、その結果、傾斜支持腕51、51の基部から先端方向へ、気流が気圧の差により移動することを意味し、傾斜支持腕51、51に沿って、大量の高速気流がブレード6に吹き付けて、その後縁方向へ流れ、反動として、ブレード6の回転効率は高められる。
This also means that the closer to the tip of the
この場合、もし傾斜支持腕51、51が、回転体4とブレード6に対して水平であると、気流は、単に遠心方向へ滑ってブレード6に当ることになるが、傾斜支持腕51、51が傾斜しているため、その基部から遠心方向へ移動する気流は、傾斜支持腕51、51の表面で抵抗を受けながら、ブレード6に当る。
In this case, if the
そのため、図4に示すように、ブレード6の回転に伴い、回転体4の方からブレード6の方へ遠心力Vが作用し、ブレード6の表面に沿って流れる気流は、遠心力Vにより、傾斜支持腕51、51の傾斜面をS矢示方向へ滑って流れる。
Therefore, as shown in FIG. 4, as the
この場合、水平方向の遠心力V矢示は、傾斜支持腕51、51の傾斜面に当り、抵抗を受けるので、その遠心力は図3における右方、すなわち後方向へ滑り、結果として、傾斜支持腕51、51及びブレード6を回転する前方向へ押すことになり、回転効率は高められる。
In this case, since the centrifugal force V in the horizontal direction hits the inclined surface of the
傾斜支持腕51、51は、翼弦線C1を挟んで、上下対称形に形成されているので、これの回転によっては、傾斜支持腕51、51に上方への揚力は生じない。
また、傾斜支持腕51、51は、上下対称の1対となっているので、上下の中間においては、遠心力により、傾斜支持腕51、51から離れて、ブレード6方向へ拡散され、ブレード6に当ると、図4におけるW矢示方向へ流れ、その反動として、ブレード6を回転する方向の前方向へ押す。
Since the
In addition, since the
図4において、傾斜支持腕51、51の傾斜する外面を、ブレード6に向かって流動する気流S矢示は、回転体4からブレード6までの距離よりも長い傾斜面を滑るので、高速となり、ブレード6に当って、上下端部の内向傾斜部6Bに当り、図3におけるW矢示方へ流れて、反動としてブレード6を回転する前方向へ押す。
In FIG. 4, the airflow S arrow flowing on the inclined outer surfaces of the
傾斜支持腕51の基部の弦長は、ブレード6の回転の障害にならないように、ブレード6の弦長の50%〜70%の範囲で、約60%であると好ましい。実験の結果、弦長の50%以下であると、コアンダ効果が小さく、回転効率にプラスとならず、70%を超えると回転抵抗が大きくなることが確かめられた。
The chord length of the base portion of the
このように、この長翼縦軸風車1においては、ブレード6に風速2m/s以上程度の風を受けると、縦長のブレード6の特性として、図4において時計回り方向に回転する。ブレード6の翼弦中心線Cは、ブレード6の回転円弧Tと重なるように構成されているので、回転抵抗は小さい。
As described above, in the long blade vertical axis wind turbine 1, when the
傾斜支持腕51、51は、遠心方向において、上下方向に傾斜し、かつ、その断面は、翼弦線C1の上下に対称的に、丸みを有する前縁より、後縁方向に次第に薄く形成されているため、回転時に、傾斜支持腕51、51に当って、上下に分岐して流れる気流は、後縁で合流して気圧を高め、ブレード6を回転する前方向へ押して回転効率を高める。
The
また傾斜支持腕51、51は、ブレード6に対して傾斜しているため、傾斜支持腕51、51の長さを、回転体4からブレード6までの距離よりも長くすることができる。そのため、傾斜支持腕51、51の表面に沿って、基部から遠心方向へ拡散する気流は、水平な従来の支持腕に比して高速度となり、一定時間内に従来の水平な支持腕よりも、多量の気流をブレード6に当てることが出来、回転効率は高まる。
Since the
このように、傾斜支持腕51、51は、ブレード6を支持する役目のほかに、それ自体の形状に由来するコアンダ効果に伴う気流、並びに遠心力に伴う気流の作用で、従来の水平な支持腕に比して、ブレード6の回転効率を高めることができる。
As described above, the
実験によると、傾斜支持腕51、51の最大厚さを、長翼縦軸風車1の直径が0.8mの物において、その弦長の20%としたとき、従来型と比較して、平均風速約7.8m/sの時、10分間の平均回転数は、9.8%の増加を示した。
弦長の25%では、10.6%の増加を示し、弦長の30%では、10.2%の増加、弦長の35%では、9.7であった。
従って、傾斜支持腕51、51の最大厚さは、その弦長の25%〜30%であることが好ましい。
According to the experiment, when the maximum thickness of the
25% of the chord length showed an increase of 10.6%, 30% of the chord length increased by 10.2%, and 35% of the chord length was 9.7.
Therefore, the maximum thickness of the
図5は、長翼縦軸風車の実施例2を示す正面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例2は、ブレード6の上下方向の長さが長いときに、ブレード6の中間部が、遠心力によって外方へ湾曲することを防止するために、この中間部に水平支持腕52を配設したものである。
FIG. 5 is a front view showing Example 2 of the long blade vertical axis wind turbine. The same parts as those in the previous example are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In the second embodiment, when the length of the
この水平支持腕52の縦断面形は、前記傾斜支持腕51、51のように、翼厚中心線Cの上下が対称な、前縁の厚いものが好ましい。弦長は小さなものでもよい。これによって、ブレード6が長い物であっても、ブレード6が湾曲する等の虞は解消される。
なお、回転体4は、発電筐体2の上に配設されているが、縦主軸3を発電筐体2の上に立設し、その上部に回転体4を支持する型式としてもかまわない。
The vertical cross-sectional shape of the
Although the
図6は、長翼縦軸風車の実施例3の正面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。この実施例3の長翼縦軸風車1においては、基台9の中に発電筐体2が設けられている。
FIG. 6 is a front view of
発電筐体2の中には、図示しない発電機が、変速機、ブレーキ等を付属させて配設されている。発電機に連結された縦主軸3は、基台9より上方へ突出する筒状の支柱101内に、ベアリング10A、10Aを介して回転可能に立設されている。
A generator (not shown) is provided in the
縦主軸3の上端部に固定された回転体4に、放射方向を向く水平支持腕52が固定されている。各水平支持腕52の先端部に、上下1対の傾斜支持腕51、51の基部が固定されている。各傾斜支持腕51は、互いに上下反対方向へ離反するように傾斜し、その先端にブレード6が固定されている。
A
水平支持腕52の縦断面形も、前縁部が厚く、後縁部へかけて次第に薄くし、水平をなす翼弦線を境として、上下の厚さが対称的に形成されている。水平支持腕52を、回転体4の周囲に等角度をなす3本以上とし、各水平支持腕52の先端に、上下の傾斜支持腕51、51を設けることもある。
The vertical cross-sectional shape of the
図7は、支持腕5の平面形を変えた長翼縦軸風車の実施例4を示す。この支持腕5は、水平支持腕52の先端に傾斜支持腕51を形成したものである。平面形は、長さを長くするものにおいては、水平支持腕52は、傾斜支持腕51、51と接する部分は、傾斜支持腕51、51の弦長と同じくし、回転体4と接する基部へかけて次第に弦長を小としてある。また、最大厚は、基部において弦長の50%〜60%とし、遠心部では弦長の15%〜30%として、遠心部の方を薄く形成してある。
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the long blade vertical axis wind turbine in which the planar shape of the
これによって、水平支持腕52の長さが長いものでも、回転時においては、コアンダ効果により、水平支持腕52の前縁が負圧となり、気圧の差によって前進するため、抵抗は小である。また、水平支持腕52の基部の厚さが厚いので、剛性が高く、かつ回転中心に近いので、厚さが厚くても回転抵抗は小さい。遠心部においても、厚さが薄いので、回転抵抗は小さい。
As a result, even when the
水平支持腕52の長さを長くすることによって、ブレード6の回転半径を大きくすることができ、ブレード6にかかる風圧が小さい場合でも、梃子の原理で、回転体4を容易に回転させることができる。
水平支持腕52の先端部に、上下1対の傾斜支持腕51、51を設け、これにブレード6を支持してあるので、遠心部での剛性を高めることができる。
By increasing the length of the
Since a pair of upper and lower
この実施例4において、水平支持腕52を長くすることにより、ブレード6の回転半径を、大きくすることができ、低風速においても、優れた初期起動性が得られ、回転速度の高速化が可能になる。水平支持腕52と傾斜支持腕51とは、FRPなどで一体成形をすることができる。
In Example 4, by making the
図8は、実施例5を示す長翼縦軸風車の正面図である。先例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例4は、方形に配した4本の支柱11と、方形の上下の横枠12とをもって組立てた、支持枠体13の中央下部に発電筐体2を配し、これに連結した縦主軸3を、上下における方形の横枠12の中央部のベアリング12Aにより、回転可能に支持してある。
FIG. 8 is a front view of a long blade vertical axis wind turbine showing the fifth embodiment. The same parts as those of the previous example are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the fourth embodiment, the
縦主軸3には、複数(図では2個)の回転体4を、所定の間隔を置いて固定してある。各回転体4から放射方向へ、それぞれ上下1対の傾斜支持腕51、51を、各先端部を上下相反するように離反させて傾斜させ、上下の回転体4、4の同一方向における上下の傾斜支持腕51、51の先端部を、ブレード6に固定してある。
A plurality of (two in the figure)
これによって、ブレード6の長さを長くしても、安定した回転をさせることができる。またブレード6の受風面積を増加させることができるので、大容量の発電に利用することができる。支持枠体13は、その上部に別の支持枠体13を追加して、縦主軸3を上部と連結させると、更に大容量の発電が可能となる。
Thereby, even if the length of the
発電機のコギングトルク及び増速負荷の最も小さくなる位置に、ブレードを配設してあるので、回転効率が高まり、低風速でも発電することの出来る風力発電機を得ることができる。 Since the blade is disposed at the position where the cogging torque and speed increasing load of the generator are minimized, a wind power generator capable of increasing the rotation efficiency and generating power even at a low wind speed can be obtained.
1.長翼縦軸風車
2.発電筐体
3.縦主軸
4.回転体
4A.ベアリング
4B.蓋体
5.支持腕
51.傾斜支持腕
52.水平支持腕
6.ブレード
6A.主部
6B.内向傾斜部
7.磁石
8.発電コイル
9.基台
10.支柱
101.筒状支柱
10A.ベアリング
11.支柱
12.横枠
12A.ベアリング
13.支持枠体
C.ブレードの翼弦中心線
C1.支持腕の翼弦線
S.支持腕における気流
T.回転円弧
V.遠心力
1. Long blade
Claims (5)
5. The long blade vertical axis wind turbine according to claim 1, wherein the support arm has a chord length that gradually increases in a centrifugal direction from a base in a plan view.
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