JP2011185251A - 垂直軸風車装置用制動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
近来、垂直軸風車においては回転翼の空力性能の改善によって大幅な性能向上が実現して、実用化に向けて前進しつつある。 しかるに運転トルクの大幅な増加によって風車装置として安全に運転するためには充分な効果を持つ制動装置の必要性が課題課題となっている。
【解決手段】
略コの字型に形成した回転翼の主要部にスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、該スラット部からの流体の流出分付近に開閉する板状部材を取り付けたことを特徴とする垂直軸風車装置用制動装置を提供する。
【選択図】 図４
近来、垂直軸風車においては回転翼の空力性能の改善によって大幅な性能向上が実現して、実用化に向けて前進しつつある。 しかるに運転トルクの大幅な増加によって風車装置として安全に運転するためには充分な効果を持つ制動装置の必要性が課題課題となっている。
【解決手段】
略コの字型に形成した回転翼の主要部にスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、該スラット部からの流体の流出分付近に開閉する板状部材を取り付けたことを特徴とする垂直軸風車装置用制動装置を提供する。
【選択図】 図４
Description
本発明は、風力発電装置、機械的動力源などに使用される風車装置の制動装置に関するものであり、特に回転軸が垂直（鉛直）方向にあり、風の方向に無関係に回転し得る方式の垂直軸風車装置用制動装置に関するものである。
これまで、上記方式の風車装置については風向きの影響を受けないなどの利点から、多くの改良が進められてきたが、起動特性の不安定さ等の理由から実用化が遅れている。
しかし、本出願人による下記の出願特許によって起動特性が改善された為に実用化に向けて大きく進展している。 この出願特許による風車装置はベース部から上方に回転自在に支持された回転軸に、同一の断面形状で略コの字型に形成した複数の回転翼部分を取り付けた構造のものであり、回転翼部分の翼前縁に、該前縁部に直角で翼の厚さ方向に傾斜して取り付けた複数の仕切り板の間に曲面板を設けた形状のいわゆるスラット設けた構造のものであり、起動性能と高速回転機能を両立させたものである。 また、回転翼を同一の断面形状で略コの字型に形成したことにより、押出し成型によって安価に製作しうる上、従来の垂直翼風車における上下の翼端が、コの字形の形状によりステー部分と結合されている為に、翼端から発生する翼端渦の発生を防止し、大幅な性能向上及び騒音の低減を可能としたものである。 上記風車装置は起動トルクが大きいために、安全に停止させるためには充分な制動能力を持つ制動装置が必要である。
特願２００８−１９２９９９
しかし、本出願人による下記の出願特許によって起動特性が改善された為に実用化に向けて大きく進展している。 この出願特許による風車装置はベース部から上方に回転自在に支持された回転軸に、同一の断面形状で略コの字型に形成した複数の回転翼部分を取り付けた構造のものであり、回転翼部分の翼前縁に、該前縁部に直角で翼の厚さ方向に傾斜して取り付けた複数の仕切り板の間に曲面板を設けた形状のいわゆるスラット設けた構造のものであり、起動性能と高速回転機能を両立させたものである。 また、回転翼を同一の断面形状で略コの字型に形成したことにより、押出し成型によって安価に製作しうる上、従来の垂直翼風車における上下の翼端が、コの字形の形状によりステー部分と結合されている為に、翼端から発生する翼端渦の発生を防止し、大幅な性能向上及び騒音の低減を可能としたものである。 上記風車装置は起動トルクが大きいために、安全に停止させるためには充分な制動能力を持つ制動装置が必要である。
本発明は、上記背景の下に成立するものであり、この風車装置が強風時に発生する大きな回転力を安全に制御できる制動装置を得ることを課題とするものである。
本発明の第１の手段は、略コの字型に形成した対称翼断面形状をなす回転翼の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を翼の厚さ方向に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成した回転翼において、該流体の流出分付近に開閉する板状部材を取り付けた垂直軸風車用制動装置を提供するものである。
本発明の第２の手段は、上記の開閉する板状部材の回転軸に連動して回転するクランク機構を設け、該クランク機構にウェイト部材と板状部材を閉方向に付勢するスプリングを取り付け、回転翼の回転によって該ウェイト部材に発生する遠心力によって板状部材を開方向に回動せしめるごとく構成した垂直軸風車装置用制動装置を提供するものである。
本発明の第１の効果は、回転翼の起動性能を生み出すスラット部に開閉可能な板状部材を取り付けたことにより極めて有効なブレーキ効果を得ることで強風時の安全な回転制御能力を得るものであり、これによって回転速度が過大になることを押えこのような状態で発生する騒音を防止することができるものである。
本発明の第２の効果は、板状部材の開閉を回転翼の回転によってクランク機構に発生する遠心力によって作動するごとく構成したことにより過度の高速回転を自動的に防止して安全に運転できることを可能とするものである。
本発明の第１の手段の構造は、対称翼断面形状をなす主要部の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を翼の厚さ方向に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成し、該流体の流出分付近に開閉する板状部材を取り付けたごとき回転翼を設けた垂直軸風車装置を提供するものである。
以下図について本発明の第５の実施例について説明する。
図１は本発明の一実施形態の構造を示す側面図であり、図２はその主要部の形状を示す部分側面図、図３はその主要部の形状を示す部分正面図、図４はその主要部の構造を示す部分断面図である。
図１において、回転軸１には略コの字形をなす２枚の回転翼２が対称的に配置された２個のユニットが互いに９０度の位相差をもって取り付けられている。 回転翼２の取り付け例としては３枚または４枚を１ユニットとする形や、大きさの異なる２種のユニット２個を同一エリアに９０度の位相差をもって配置する例もある。 回転翼２の主要部３は図２、図３、図４に示すごとく対称翼断面形状をなし、前縁部４に該前縁部４に直角な複数の仕切り板５を翼の厚さ方向に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板５の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板６’、６”を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部７’、７”の形状をスパン方向Ｓ１を短く翼弦方向Ｈ１を長く形成し, 流体の流出部８’、８” の形状をスパン方向Ｓ２を長く翼厚方向Ｈ２を短く形成している。 流体の流出部８’、８”の近傍にスパン方向に並行な軸９’、９”によって軸支された板状部材１０’、１０”を設け、軸９’、９”には回転翼２の内部でレバー１１’、１１”が固着されている。 さらにレバー１１’、１１”の先端においてロッド１２’、１２”によってクランク１３に結合されており、クランク１３は回転翼２の主要部３の内部で軸１４により回転自在に支持されている。 また、クランク１３はスプリング１５によって図における反時計方向に付勢されている。 １６はウェイトであり、回転翼２の回転が一定速度を超えるとそれによって生じる遠心力Ｆによってスプリング１５による反時計方向の付勢に打ち勝ってクランク１３を時計方向に回転させる。 するとロッド１２’、１２”が左方向に移動して板状部材１０’、１０”を開く。 ウェイト１５の取り付け角度によって一旦開いた板状部材１０’、１０”は回転翼２の回転速度が低下して遠心力が一定値まで減少しないと閉まらないごとく設定することができる。 軸１は図示しない発電機等に接続されている。
図１は本発明の一実施形態の構造を示す側面図であり、図２はその主要部の形状を示す部分側面図、図３はその主要部の形状を示す部分正面図、図４はその主要部の構造を示す部分断面図である。
図１において、回転軸１には略コの字形をなす２枚の回転翼２が対称的に配置された２個のユニットが互いに９０度の位相差をもって取り付けられている。 回転翼２の取り付け例としては３枚または４枚を１ユニットとする形や、大きさの異なる２種のユニット２個を同一エリアに９０度の位相差をもって配置する例もある。 回転翼２の主要部３は図２、図３、図４に示すごとく対称翼断面形状をなし、前縁部４に該前縁部４に直角な複数の仕切り板５を翼の厚さ方向に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板５の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板６’、６”を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部７’、７”の形状をスパン方向Ｓ１を短く翼弦方向Ｈ１を長く形成し, 流体の流出部８’、８” の形状をスパン方向Ｓ２を長く翼厚方向Ｈ２を短く形成している。 流体の流出部８’、８”の近傍にスパン方向に並行な軸９’、９”によって軸支された板状部材１０’、１０”を設け、軸９’、９”には回転翼２の内部でレバー１１’、１１”が固着されている。 さらにレバー１１’、１１”の先端においてロッド１２’、１２”によってクランク１３に結合されており、クランク１３は回転翼２の主要部３の内部で軸１４により回転自在に支持されている。 また、クランク１３はスプリング１５によって図における反時計方向に付勢されている。 １６はウェイトであり、回転翼２の回転が一定速度を超えるとそれによって生じる遠心力Ｆによってスプリング１５による反時計方向の付勢に打ち勝ってクランク１３を時計方向に回転させる。 するとロッド１２’、１２”が左方向に移動して板状部材１０’、１０”を開く。 ウェイト１５の取り付け角度によって一旦開いた板状部材１０’、１０”は回転翼２の回転速度が低下して遠心力が一定値まで減少しないと閉まらないごとく設定することができる。 軸１は図示しない発電機等に接続されている。
図４において本発明の作用について説明する。
図１０に示す流線１７’、１７”は板状部材１０’、１０”が閉の状態の気流を示すものであり、１８’、１８”は板状部材１０’、１０”が開の状態の気流を示すものである。 板状部材１０’、１０”が閉の状態ではスラットを形成する曲面板６’、６”に沿って流れる気流は大きな揚力を生み出し、風車装置に回転力をもたらすが、板状部材１０’、１０”が開の状態では流出部８’、８”が塞がれているために、気流はスラットを形成する曲面板６’、６”に沿って流れることが出来ず、翼面から剥離するため大きな抗力を発生する。
従って、風車装置の回転力は失われ、強風の中でも比較的小さな負荷抵抗によって回転を停止することが出来る。 この効果により、強風時に風車装置を安全に停止させることが出来るものである。 この際、該板状部材１０’、１０”は流出部８’、８”を塞ぐ為に働くものであり単純に気流を乱すものではない。 従ってこの動作によって特に騒音が発生することはなく、逆に回転速度の低下によって生じる騒音低下効果が大きいものである。 回転力が低下した状態で発電機の外部負荷を増加するか、機械的ブレーキを作動させることによって安全に停止させることができる。 ここで、板状部材１０’、１０”を開閉する機構については、その一実施例として過大な回転速度に達したときに働く遠心力を利用する方法について説明したが、外部から電磁力、空圧、油圧などによって作動する方式によるものも本発明の主旨を外れるものではないことは言うまでもない。
図１０に示す流線１７’、１７”は板状部材１０’、１０”が閉の状態の気流を示すものであり、１８’、１８”は板状部材１０’、１０”が開の状態の気流を示すものである。 板状部材１０’、１０”が閉の状態ではスラットを形成する曲面板６’、６”に沿って流れる気流は大きな揚力を生み出し、風車装置に回転力をもたらすが、板状部材１０’、１０”が開の状態では流出部８’、８”が塞がれているために、気流はスラットを形成する曲面板６’、６”に沿って流れることが出来ず、翼面から剥離するため大きな抗力を発生する。
従って、風車装置の回転力は失われ、強風の中でも比較的小さな負荷抵抗によって回転を停止することが出来る。 この効果により、強風時に風車装置を安全に停止させることが出来るものである。 この際、該板状部材１０’、１０”は流出部８’、８”を塞ぐ為に働くものであり単純に気流を乱すものではない。 従ってこの動作によって特に騒音が発生することはなく、逆に回転速度の低下によって生じる騒音低下効果が大きいものである。 回転力が低下した状態で発電機の外部負荷を増加するか、機械的ブレーキを作動させることによって安全に停止させることができる。 ここで、板状部材１０’、１０”を開閉する機構については、その一実施例として過大な回転速度に達したときに働く遠心力を利用する方法について説明したが、外部から電磁力、空圧、油圧などによって作動する方式によるものも本発明の主旨を外れるものではないことは言うまでもない。
以上の説明で明らかなごとく、本発明の垂直軸風車用の制動装置は、板状部材の開閉による単純な機構で強風時の回転速度制御も容易な制動機能も有するものであり、制動効果も充分に大きい上、過度の高速回転を検知して自動的に制動する機能も有するものであり、総合的効果は極めて著しい。
１：回転軸
２：回転翼
３：主要部
４：前縁部
５：仕切り板
６’、６”：曲面板
７’、７”：流入部
８’、８”：流出部
１０’、１０”：板状部材
１１’、１１”：レバー
１２’、１２”：ロッド
１３：クランク
１４：軸
１５：スプリング
１６：ウェイト
２：回転翼
３：主要部
４：前縁部
５：仕切り板
６’、６”：曲面板
７’、７”：流入部
８’、８”：流出部
１０’、１０”：板状部材
１１’、１１”：レバー
１２’、１２”：ロッド
１３：クランク
１４：軸
１５：スプリング
１６：ウェイト
Claims (2)
- ベース部から上方に回転自在に支持された回転軸に、同一の断面形状で略コの字型に形成した複数の回転翼部分を取り付けた構造の風車装置において、対称翼断面形状をなす回転翼の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を翼の厚さ方向に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し、 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成し、該流体の流出分付近に開閉する板状部材を取り付けたことを特徴とする垂直軸風車装置用制動装置
- 開閉する板状部材の回転軸に連動して回動するクランク機構を設け、該クランク機構にウェイト部材と板状部材を閉方向に付勢するスプリングを取り付け、回転翼の回転によって該ウェイト部材に発生する遠心力によって板状部材を開方向に回動せしめるごとく構成したことを特徴とする請求項１記載の垂直軸風車装置用制動装置
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010054763A JP2011185251A (ja) | 2010-03-11 | 2010-03-11 | 垂直軸風車装置用制動装置 |
| PCT/JP2010/057745 WO2010128656A1 (ja) | 2009-05-08 | 2010-05-06 | 垂直軸風車装置 |
| US13/266,693 US20120039712A1 (en) | 2009-05-08 | 2010-05-06 | Vertical axis wind turbine device |
| EP10772174.8A EP2428677A4 (en) | 2009-05-08 | 2010-05-06 | WIND TURBINE DEVICE WITH VERTICAL AXLE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010054763A JP2011185251A (ja) | 2010-03-11 | 2010-03-11 | 垂直軸風車装置用制動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011185251A true JP2011185251A (ja) | 2011-09-22 |
Family
ID=44791818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010054763A Pending JP2011185251A (ja) | 2009-05-08 | 2010-03-11 | 垂直軸風車装置用制動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011185251A (ja) |
-
2010
- 2010-03-11 JP JP2010054763A patent/JP2011185251A/ja active Pending
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