JP2013160158A - 風力発電用風車の回転力推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、垂直軸型の風力発電用風車において、風速０．３m/s前後の微風でも翼の回転始動が可能で充分に回転モーメントが得られ、広範囲の風速域において風車を発電効率よく回転させられ、発電効率の良好な、強風にも耐える風力発電用風車の回転力推進装置を提供することを目的とする。
【解決手段】垂直に立設された回転軸部材と、回転軸部材に一端が連結された支持部材と、支持部材の他端に取り付けられた翼とを有して構成された垂直軸型風車であり、翼は回転軸部材を対称軸にして対称位置に配置されるように一対設けられ、支持部材は、縦断面形状が進行方向に向かって尾びれ部を除いた魚の形状をなして形成されてなると共に、尾部からはシート状をなす回転力促進部材を取り付けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電用風車、特に垂直軸型の風力発電用風車の回転力推進装置に関するものである。

従来より、風力発電用風車、特に垂直軸型の風力発電用風車の構造に関しては各種多様の提案がなされている。

その多種多様の提案中には従来、いわゆるストレート翼を使用した垂直軸型の風力発電用風車がある。

しかし、このストレート翼を用いた風車では、翼先端からの風を逃すことになり、いわゆる翼端失速を起こしているのが実情である。

そこで、前記翼端失速を解消するため、上下の翼端を内側、すなわち回転軸部材側に湾曲させた翼が提案されている。

この翼では比較的に風を効率よく集めることが出来、しかも後方に勢いよく流すため、前記風車の回転数を従来より大幅に上昇させることが出来るものとなった。

つぎに、従来の垂直軸型の風車では、一般に翼枚数が４〜５枚と複数枚の翼が使用され、しかもこれら翼幅が比較的狭く構成され、また翼の長手方向の長さを細長くした翼の風車が従来一般的であった。

しかしながら、翼枚数が２枚以上の風車であると、回転力の加速にともない空気抵抗をも増加してしまい、逆に風車の回転数が上がらないものとなっていた。

また、翼枚数が２枚以上の風車であると、それぞれの翼が回転軸部材の回転軸に与えるトルクが小さいため、風力発電機の負荷を加えると失速しやすいとの課題もあった。

そこで、近年の垂直軸型風車では、翼枚数を極力減らし、出来れば一対、すなわち２枚にすることとし、その代わりに前記２枚の翼については、最適な翼長にすると共に、翼面積を広げることで揚力を引き出す提案がなされている。

その結果、トルクは大きくなり、最適な回転数まで上げることが出来、風力を最大限引き出すことができるものとなった。また翼長が長いことで風きり音が低減できるとの効果もあった。

なお、風力発電機の構造の違いや翼のサイズ、段数等によって異なるが、当該風車は、風速１．５m/sぐらいから回転を始め、風速２．５m/sを超えると発電する。

特開２００４−１０８３３０号公報

ところが、前記従来の風力発電機、すなわち垂直軸型の風力発電用風車では、例えば風速０．３m/s前後の微風では風車回転の起動が困難であり、前記したように少なくとも風速１．５m/s以上の風が吹かなければ充分な風車回転が得られない。

よって、例えば、主に、都心部等の風の弱い場所では前記垂直軸型の風力発電用風車は採用できないという設置条件においての課題があった。

かくして、本発明は、前記従来からなされている各種提案にさらに思考、改良を加えて創案されたものであって、垂直軸型の風力発電用風車において、例えば風速０．３m/s前後の微風であったとしても、充分に風車回転の起動ができる垂直軸型の風力発電用風車の回転力推進装置を提供することを目的とするものである。すなわち、風速０．３m/s前後の微風でも翼の回転始動が可能で充分に回転モーメントが得られ、従来より広範囲の風速域において風車を発電効率よく回転させられ、もって、発電効率の良好な、しかも強風にも耐える風力発電用風車の回転力推進装置を提供することを目的とするものである。

本発明による風力発電用風車の回転力推進装置は、
垂直に立設された回転軸部材と、該回転軸部材に一端が連結された支持部材と、前記支持部材の他端に取り付けられた翼とを有して構成された垂直軸型風車であり、
前記翼は、前記回転軸部材を対称軸にして対称位置に配置されるように一対設けられ、
前記支持部材は、前記回転軸部材より水平方向に突出し、垂直方向に配置された前記一対の翼と回転軸部材とを各々連結する第１支持部材と、前記回転軸部材より同一の勾配で上り、または下って突出し、前記一対の翼と回転軸部材とを各々連結する第２支持部材とを有し、
当該支持部材は、縦断面形状が進行方向に向かって尾びれ部を除いた魚の形状をなして形成されてなると共に、尾部からはシート状をなす回転力促進部材を取り付けた、
ことを特徴とし、
または、
前記回転力促進部材は、前記一対の第１支持部材に各々取り付けられた、
ことを特徴とし、
または、
前記回転力促進部材は、前記一対の第１支持部材及び第２支持部材に各々取り付けられた、
ことを特徴とし、
または、
前記回転力促進部材の大きさ、形状は、風力発電用風車の設置箇所での風況を考慮し、該風況に適して風車の回転力を推進できる大きさ、形状に変更できる、
ことを特徴とし、
または、
前記回転力促進部材の取り付け位置は、風力発電用風車の設置箇所での風況を考慮し、該風況に適して風車の回転力を推進できる取り付け位置に変更できる、
ことを特徴とし、
または、
前記シート状の回転力促進部材は、無風または低風速状態では風を受ける面積が大きくなり、風車回転後は、風を受ける面積が小さくなる構造に形成された、
ことを特徴とするものである。

本発明による風力発電用風車の回転力推進装置であれば、
例えば都心部等の風の弱い場所などでの風速０．３m/s前後の微風であったとしても、充分に風車回転の起動ができ、従来より広範囲の風速域において風車を発電効率よく回転でき、もって、発電効率の良好な、しかも強風にも耐えるとの優れた効果を奏する。

本発明に係る風力発電用風車の回転力推進装置の外観を示す説明図である。 風力発電用風車の回転力推進装置の動作を説明する説明図（１）である。 風力発電用風車の回転力推進装置の動作を説明する説明図（２）である。 風力発電用風車の回転力推進装置の動作を説明する説明図（３）である。

以下、図に基づいて本発明の実施形態を説明する。

図１に示す様に、本発明による風力発電用風車の回転力推進装置は、垂直に立設された回転軸部材１と、該回転軸部材１に一端が連結された第１支持部材２ａ、第２支持部材２ｂと、前記第１支持部材２ａ、第２支持部材２ｂの他端に取り付けられた翼３とを有して構成された垂直軸型風車４に用いられる。

そして、この垂直軸型風車４に取り付けられる翼３、４は、前記回転軸部材１を対称軸にして対称位置に各々配置されるように一対設けられている。

ここで、翼３の長手方向の長さ、すなわち翼長は、一般的に回転半径と略等しい長さが適切であると言われており、例えば回転半径が３メートルであれば、複数の翼３について、その長手方向の長さの合計が３メートルになる様構成されるのが適切とされている。

従って、翼３が一対、すなわち2枚であれば、一枚の翼３の長手方向の長さは、各々１．５メートルの長さで構成されるものとなる。

なお、翼３・・・を一対、すなわち２枚ではなく、４枚、５枚など2枚以上の複数枚にしても構わないが、その場合、４枚であれば、各々の翼３の長手方向の長さは、０．７５メートル、５枚の場合は、各々の翼３の長手方向の長さは、０．６メートルの長さに構成されるのが適切とされる。

次に、第１支持部材２ａは、前記回転軸部材１より水平方向に突出し、垂直方向に配置され、かつ翼３の先端側内側面５、５を回転軸部１側に対向させた一対の翼３、３と前記回転軸部材１とを各々連結している。

また第２支持部材２ｂ、２ｂは、前記回転軸部材１と第1支持部材２ａとが接続されている接続部位から同一の勾配で上り、または下って突出し、前記一対の翼３、３と回転軸部材１とを各々連結している。

ここで、前記勾配の角度については、何ら限定されるものではないが、図１から理解されるように、略45度程度の上り勾配角度及び下り勾配角度が好ましい。

そして、これら第１支持部材２ａ及び第２支持部材２ｂは、図２などから理解されるように、その縦断面形状が進行方向に向かって尾びれ部を除いた魚の形状のような断面形状をなして形成されており、進行方向に向かってなるべく風８の抵抗を受けないような形状とするのが好ましい。

そして、支持部材２の幅方向後端部になる尾部７からは後方に向かって棚引くよう構成された略方形シート状をなす回転力促進部材６が取り付けられている。

ここで、回転力促進部材６の構成については何ら限定されるものではなく、無風または低風速状態（あまり風８の吹いていない状態）では風８を受ける面積が大きくなる構造とし、風車が回転し出した後は、風８を受ける面積が小さくなる構造に形成されたものが好ましい。

例えば、図１に示す様に、無風の状態のときは、自重によって、下側に垂れ下がった状態になり、もって、風８を受ける面積が大きくなる構造となっており、風車が回転しだした後は、前記尾部７から後側へ水平に棚引くようになって、これにより風８を受ける面積が小さくなる構造とされて、風８の抵抗が少なくなるようしたものが考えられる。

ここで、回転力促進部材６の素材によっては、無風の状態で下側に垂れ下がった状態にならない場合、すなわち無風の状態のときに、風８を受ける面積が大きくならない場合や、低風速、すなわち微風状態でもすぐに棚引いてしまい、もって風８を受ける面積が大きくならない場合については、該回転力促進部材６の下端部側に小さな錘を取り付け、これにより、無風または低風速状態（あまり風８の吹いていない状態）で風８を受ける面積が大きくなる構造とし、風車が回転し出した後は、風８を受ける面積が小さくなる構造に形成することが考えられる。

回転力促進部材６の材質についてであるが、これも何ら限定されるものではなく、シート状に構成できる材質であればよい。しかし、ある程度耐久性も必要であり、シート状に構成するに際しては、例えば樹脂製部材などで構成するのがよい。樹脂製部材であれば、雨天でも破損するおそれがなく、また強風によっても比較的破れるおそれもない。

さらに、シート状に構成すればよく、そのシート状の大きさや形状についても限定されるものではない。

これらシート状の大きさや形状は、設置する地域における実際のの風況にあわせて決定するものとなる。

本発明による回転力促進部材６の取り付けにつき、図１を参照して説明すると、まず、一対の第１支持部材２ａ、２ａにおいて、その先端部側よりに寄せた状態にして各々長方形状をなすシート状の回転力促進部材６、６を取り付ける。風況が比較的良好な場合は第１支持部材２ａ、２ａの基端部側へ寄せて取り付けても構わないが、風況があまりよくなく、微風状態でも回転始動を行いたい場合には、比較的第１支持部材２ａ、２ａの先端部側へ寄せて取り付ける。

そして、この取り付け方法の一例としては、第１支持部材２ａの幅方向後端部になる尾部７に前記シート状回転力促進部材６の先端面を接続して取り付けるのであるが、図２乃至図４から理解されるように、例えば第１支持部材２ａを水平方向に向かって二つ割り状態に二分割し、それを結合する際に、前記シート状をなした回転力促進部材６の先端面を挟み込んで取り付けることが考えられる。

また、第１支持部材２ａを二分割に構成していない場合には、接着剤を用い、前記尾部７近傍の外周面に回転力促進部材６の先端面を貼着して取り付けることなどが考えられる。

ところで、各々の第２支持部材２ｂ・・・についても、その先端部側に寄せてシート状をなした回転力促進部材６・・・を取り付ける。

しかして、その取り付け方法は、前記第１支持部材２ａに取り付けたのと同様の取り付け方法が採用される。

本実施例においては、回転力促進部材６が合計６枚取り付けられることとなる。

なお、前記回転力促進部材６の取り付け枚数、大きさ、支持部材２に対する取り付け位置については何ら限定されるものではない。垂直軸型風車４が取り付けられる地域の風況を考慮して決定していけばよい。

なお、回転力促進部材６の取り付け方法に関し、その取り付け位置について、第１支持部材２ａあるいは第２支持部材２ｂの長手方向位置に無段階に移動調節できる構成を採用することも出来る。このような構成にすれば、設置箇所の風況により合致させて、垂直軸型風車４の回転始動が行える。

以上において、本発明による垂直軸型風車４の回転始動をする場合、前述したように、通常は、風速１．５m/sぐらいの風速から回転を始めるが、本実施例においては、例えば風速０．３m/s前後の微風であったとしても、充分に風車回転の始動ができるものとなる。

すなわち、風速０．３m/s前後の微風でも、前記回転力促進部材６の働きにより、翼３・・・の回転始動が可能で充分に回転モーメントが得られることとなる。

なお、一対の翼３、３の両先端部に該回転力促進部材６、６を取り付けておくことも考えられる。

このように構成すると、垂直軸型風車４は、風８の上昇気流を該回転力促進部材６が受けることとなり、この上昇気流の風８だけでも垂直軸型風車４を軽く回転させることが出来る。しかも、雨天時においては、雨の抵抗を該一対の翼３、３の両先端部に取り付けた回転力促進部材６、６、主に下側の回転力促進部材６が受け、垂直軸型風車４を軽く回転させることが出来るものとなっている。

したがって、通常より微風域の風速域を含めて広範囲の風速域において風車を発電効率よく回転出来る。

その結果、発電効率が良好であると共に、強風にも耐えうる構造とされており、充分な耐久性を備えるものとなっている。

１ 回転軸部材
２ａ 第１支持部材
２ｂ 第２支持部材
３ 翼
４ 垂直軸型風車
５ 翼の内側面
６ 回転力促進部材
７ 尾部
８ 風

Claims (6)

1. 垂直に立設された回転軸部材と、該回転軸部材に一端が連結された支持部材と、前記支持部材の他端に取り付けられた翼とを有して構成された垂直軸型風車であり、
   前記翼は、前記回転軸部材を対称軸にして対称位置に配置されるように一対設けられ、
   前記支持部材は、前記回転軸部材より水平方向に突出し、垂直方向に配置された前記一対の翼と回転軸部材とを各々連結する第１支持部材と、前記回転軸部材より同一の勾配で上り、または下って突出し、前記一対の翼と回転軸部材とを各々連結する第２支持部材とを有し、
   当該支持部材は、縦断面形状が進行方向に向かって尾びれ部を除いた魚の形状をなして形成されてなると共に、尾部からはシート状をなす回転力促進部材を取り付けた、
   ことを特徴とする風力発電用風車の回転力推進装置。
   
2. 前記回転力促進部材は、前記一対の第１支持部材に各々取り付けられた、
   ことを特徴とする請求項１記載の風力発電用風車の回転力推進装置。
   
3. 前記回転力促進部材は、前記一対の第１支持部材及び第２支持部材に各々取り付けられた、
   ことを特徴とする請求項１記載の風力発電用風車の回転力推進装置。
   
4. 前記回転力促進部材の大きさ、形状は、風力発電用風車の設置箇所での風況を考慮し、該風況に適して風車の回転力を推進できる大きさ、形状に変更できる、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の風力発電用風車の回転力推進装置。
   
5. 前記回転力促進部材の取り付け位置は、風力発電用風車の設置箇所での風況を考慮し、該風況に適して風車の回転力を推進できる取り付け位置に変更できる、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の風力発電用風車の回転力推進装置。
   
6. 前記シート状の回転力促進部材は、無風または低風速状態では風を受ける面積が大きくなり、風車回転後は、風を受ける面積が小さくなる構造に形成された、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５記載の風力発電用風車の回転力推進装置。

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