JP2019070367A - 横軸風車 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ナセルの後部に方向舵を設けた横軸風車を提供する。【解決手段】 ナセル３の後部にロータ４を設けた横軸風車において、ナセル３の支柱２より後部の上下面の少なくともいずれか１面に、前後方向に長く、鉛直方向に方向舵６を、その片面は鉛直な平坦面６Ｃとし、その反対面は、平面視で前部から後端にかけて反対側に湾曲した湾曲面６Ｄとしてなる。【選択図】 図１

Description

本発明は、横軸風車のナセルが、ブレードの回転に伴って首振り運動するのを抑制するようにした横軸風車に関する。

ロータを支持するナセルに方向舵を設けた横軸風車は、例えば特許文献１などに記載されている。

特表２０１０−５１２１６２号公報

特許文献１に記載の発明においては、方向舵がナセルの左右に設けられており、どちらからの風流の変化にも敏感に反応して、ブレードの正面が風上方向を向くようになっている。
しかし、ロータが高速回転をすると、ブレードの回転力により次第に回転方向へ首を振り、風向きに正対しなくなり、回転効率が低下する。
本発明は、この問題に鑑みて開発されたものである。

本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。

（１）支柱に回転可能に支持されたナセルの後部に、ロータを設けた横軸風車において、前記支柱より後において、ナセルの上下面の少なくともいずれか１面に、前後方向に長く、上下方向鉛直方向に方向舵を、その片面は鉛直な平坦面とし、その反対面は、平面視で前部から後端にかけて反対側に湾曲した湾曲面としてなる横軸風車。

（２）前記方向舵は、側面視において、後縁は、基部から先端へかけて後方向へ傾斜し、同じく前縁は、基部から先端へかけて後向きに湾曲されている前記（1）に記載の横軸風車。

（３）前記方向舵は、正面視で基部が厚く、先端部へかけて次第に薄く形成されている前記（1）または（2）に記載の横軸風車。

（４）前記方向舵は、垂直の平坦面を、ロータの平面視における回転方向に位置決めする前記（1）〜（3）のいずれかに記載の横軸風車。

（５）前記方向舵の高さは、ロータブレードの回転半径の０．５〜１．５倍の範囲で形成される前記（1）〜（4）のいずれかに記載の横軸風車。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の発明においては、ナセルの後部に方向舵が固定されているので、風向きが変化すると、即時にナセルが首を振ってロータの前面を風上方向に向けるので、常に風力を効率良くロータに当てて回転効率を高めることができる。
方向舵の片面が平坦面なので、この面に沿って通過する気流は、直進してロータにあたる。また、その反対側の湾曲面は、前縁部から後端方向へかけて、平坦面の方向へ湾曲しているので、この湾曲面に沿って通過する気流は、ロータに対して湾曲して当って、その後方へ通過する。
この場合、平坦面に沿って通過する気流よりも、湾曲面を通過する気流の速度が速くなるので、方向舵の後縁においては、湾曲面を通過する気流の方が、平坦面を通過する気流を引張ることになり、湾曲して通過する大量の気流の反作用により、ナセルの後部は湾曲面の方向へ振れる。
従って、平坦面の方向にロータが回転していて、平坦面の方向へナセルの後部が振れる力が相殺されることになる。

前記（2）に記載の発明においては、方向舵の側面視における前縁は、基部から先端へかけて後向きに湾曲しているので、方向舵の表面に沿って通過する気流は、コアンダ効果によって、方向舵の基部の方が、先端部方向より速度が速くなり、ロータブレードに高速気流が大量に当たり回転効率は高められる。

前記（3）に記載の発明においては、方向舵は、正面視で基部が厚く、先端部へかけて次第に薄く形成されているので、表面に沿って通過する気流の中、先端部分よりも、湾曲面の膨らみの高い基部に沿って通過する気流の方が速度が大となり、ロータブレードの基部に近い部分へ大量の高速流を当てて、回転効率を高めることができる。

前記（4）に記載の発明においては、方向舵における垂直の平坦面を、ロータの平面視における回転方向に位置決めしてあるので、ロータの回転に伴う回転方向への振れ動きを、方向舵を通過する気流の反作用によって抑制することができる。

前記（5）に記載の発明において、方向舵の高さがロータブレードの回転半径の１．５倍の長さまでの場合には、微風の変向にも敏感に作用してロータブレードの正面を風上に対面させることができる。それよりも長い場合はバランス的に好ましくない。また方向舵の高さがロータブレードの回転半径の０．５倍以下では、受風面積が小となり、性能が低下して好ましくない。

本発明の横軸風車の側面図である。 図１における正面図である。 図１における平面図である。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１において、横軸風車１の支柱２の上端に、ナセル３が水平方向へ回転可能に配設されている。

ナセル３の内部には、図示しない発電機が配設され、これに連結された前後方向を向くロータ軸４Ａの後端部は、ナセル３の後端から後方へ突出し、この突出部にロータ４が固定されている。ロータ４より後方へ突出するロータ軸４の後端部には、後端が尖った蓋体３Ａが固定されている。

前記ロータ４は、ハブ４Ａの周面に２枚のロータブレード６が配設されている。ロータブレード６の枚数は、受風面積と、回転時の干渉を考慮して２〜６枚とされる。枚数が少ない時には弦長を大とし、枚数が多い時には弦長を小とされる。
正面視である図２に示すロータブレード５の最大弦長部５Ｂを基点として、翼端部が正面方向へ向いて傾斜する前向傾斜部５Ａとされている。

ナセル３における、支柱２より後方部分の上下面に、前後に長い方向舵６、６が配設されている。この方向陀６は、上下面の少なくとも１面にあれば効果は生じる。方向舵６の側面視における、前縁６Ａは、基部から先端へかけて後方へ湾曲しており、同じく後縁６Ｂは、基部から先端へかけて、直線的に後方へ僅かに傾斜している。

方向舵６は正面視において、図２に示すように、片面（図の右側面）はほぼ垂直の平坦面６Ｃとされ、他面（図の左側面）は、基部から先端へかけて次第に平坦面６Ｃ方向へ湾曲する湾曲面６Ｄとされ、基部は厚く、先端は薄く形成されている。

平面視において、方向舵６は、図３に示すように、前縁６Ａは半円状で厚く、後端へかけて次第に薄く形成され、片面は前端から後端へかけて、平坦面６Ｃとされ、その反対側は、前部から後端へかけて、次第に平坦面６Ｃ方向へ向かって湾曲する湾曲面６Ｄとされている。方向舵６は、図２に示すように、下方の方向舵６は、左側が平坦面６Ｃで、右側面が湾曲面６Ｄとされている。

図１において、ナセル３の前方から風が吹くと、方向舵６の表面に沿って通過する気流は、方向舵６の先端部分よりも基部の周辺の方の湾曲面６Ｄの膨出が大であるので、高速となってＡ矢示方向に通過する。

また図２に示すように、方向舵６の鉛直な平坦面６Ｃに沿って通過する気流は、ほぼ直線的にロータブレード５に当たるが、湾曲面６Ｄに沿って通過する気流は、平坦面６Ｃ寄りに湾曲して通過する。

図３に示すように、左側面である鉛直な平坦面６Ｃに沿って通過する気流よりも、右側面である湾曲面６Ｄに沿って通過する気流の速度が高速となり、かつ通過し、平坦面６Ｃを通過した気流を巻き込んで、Ｂ矢示方向へ通過する。その反動としてナセル３の後部は、右方すなわちＣ矢示方向へ振れることになる。

従って図３において、Ｄ矢示方向へ回転するロータ４が、Ｄ矢示方向へ振れる力はＣ矢示方向への反力と相殺されて、ナセル３は、正しく風上に正対することができる。
また、風向きが変化して、方向舵６が側方から風を受けると、ナセル３の後部は、支柱２を中心として回転させられて、ロータブレード５の正面は、風上に正対するので、風向きが変わっても、瞬時にロータブレード５の前面は、風上に対面することになる。

なお、方向陀６の高さは、前後に長く受風面積が充分得られる時は、ロータブレード５の半径の０．５倍の高さまで低いものとすることができ、それ以下では風の変向に対する方向陀としての作用性能が低下する。
また前後幅の狭いものにおいては、高さをロータブレード５の１．５倍まで高いものとすることができる。それ以上では全体とのバランスが崩れ、また剛性の補強などコスト面で好ましくない。

横軸風車を利用した風力発電装置に、効果的に利用することができる。

１．横軸風車
２．支柱
３．ナセル
３Ａ．蓋体
４．ロータ
４Ａ．ロータ軸
４Ｂ．ハブ
５．ロータブレード
５Ａ．前向傾斜部
５Ｂ．最大弦長部
６．方向舵
６Ａ. 前縁
６Ｂ．後縁
６Ｃ．平坦面
６Ｄ. 湾曲面
Ｓ．中心線
Ｂ．風流
Ｃ、Ｄ．横振り方向

Claims (5)

1. 支柱に回転可能に支持されたナセルの後部に、ロータを設けた横軸風車において、前記支柱より後において、ナセルの上下面の少なくともいずれか１面に、前後方向に長く、鉛直方向に方向舵を、その片面は鉛直な平坦面とし、その反対面は、平面視で前部から後端にかけて反対側に湾曲した湾曲面としてなることを特徴とする横軸風車。
2. 前記方向舵は、側面視において、後縁は、基部から先端へかけて後方向へ傾斜し、同じく前縁は、基部から先端へかけて後向きに湾曲されていることを特徴とする請求項１に記載の横軸風車。
3. 前記方向舵は、正面視で基部が厚く、先端部へかけて次第に薄く形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の横軸風車。
4. 前記方向舵は、垂直の平坦面を、ロータの平面視における回転方向に位置決めすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の横軸風車。
5. 前記方向舵の高さは、ロータブレードの回転半径の０．５〜１．５倍の範囲で形成されることを特徴とする前記（1）〜（4）のいずれかに記載の横軸風車。

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