JP2019210912A - 垂直軸風車および風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2にように、翼の外側面に突起物(面圧分散板材)が設けられている場合、風車が回転するときに突起物が空気抵抗となるため、風車の回転が阻害されて発電効率を低下させる可能性がある、
垂直軸風車4の耐風速性能を向上させるためには、結合用プレート21を大きくしたり、板厚を厚くしたりする必要である。また、結合用プレート21が繊維強化プラスチック材である場合は、入れる繊維の量を増加する必要がある。これらの対策を行うと、結果として翼の重量が増加すると共に、製造コストが高くなる。
前記支持体の前記他端と前記翼との結合部は、前記支持体の前記他端に固定され前記翼の表面を構成する外皮の表面に当接する第1の結合用板材と、前記外皮を挟んで前記第1の結合用板材と対向して配置され前記外皮の裏面に当接する第2の結合用板材と、これら第1の結合用板材および第2の結合用板材を互いに結合する結合手段とを有することを特徴とする。
支持体の他端に固定された第1の結合用板材を翼に直接結合するので、結合用プレートを使用する従来の構成と比べて、結合部の構成が簡易になり、部品点数を削減できる。そのため、軽量化、製造コストの低減が期待できる。また、第1の結合用板材を翼に直接結合することで、この結合部の強度向上が期待できる。
この場合、設置時やメンテナンス時における、翼と支持体の組立および分離が容易である。
アームの断面形状が上記扁平な形状であると、アームの剛性を確保しつつ空気抵抗を低減させることができる。
この場合、支持体の他端と翼との結合部の空気抵抗を低減させることができる。
この風力発電装置は、空気抵抗が少ない前記垂直軸風車を備えるため、優れた発電性能得ることができる。
図1はこの発明の一実施形態に係る垂直軸風車を備えた風力発電装置の正面図、図2はその平面図である。図1において、地面に築かれた基礎1に鉄塔2が構築され、この鉄塔2の上に風力発電装置3が設置されている。風力発電装置3は、垂直軸風車4と、この垂直軸風車4の主軸5の回転で発電する発電機6と、その他に配電用、制御用等の機器とを備える。主軸5は上下方向に沿って延びる軸であって、軸受(図示せず)によって回転自在に支持され、下部が発電機6に連結されている。主軸5、発電機6、および図示しない他の機器、例えば増速機、制動装置等は、カバー7によって覆われている。
サブアーム8bは、図5(C)に示すように、断面形状が楕円形等の扁平形状の筒状体であり、翼9の回転方向Kの最大寸法aよりも回転方向Kと直交する方向の最大寸法bの方が小さくなるように配置される。サブアーム8bは、例えば楕円鋼管等の異形鋼管で構成される。
主アーム8aおよびサブアーム8bの断面形状は、後で説明するように円形や楕円形以外であってもよい。
なお、第1の結合用板材11および第2の結合用板材12の形状は、長方形に限定されることなく、正方形や円形であってもよい。また、第1の結合用板材11および第2の結合用板材12に対するアーム8a,8bの他端の固定位置も特に限定されない。
図6はこの発明の他の実施形態に係る垂直軸風車を備えた風力発電装置を示す。この風力発電装置の垂直軸風車4は、支持体8の構成が前記実施形態と異なっている。すなわち、この支持体8は、前記実施形態における主アーム8a(図1参照)が無い構成である。
なお、水平部材8cを設けずに、アーム8dの一端を直接主軸5に結合してもよい。
アーム8a,8b,8dの断面形状は特に限定されるものではなく、例えば図7(A)〜(E)に示す形状のいずれかを採用することができる。各形状のそれぞれにメリットおよびデメリットがある。
揚力型の垂直軸風車は、抗力型の垂直軸風車と比べて、高い周速比で大きな回転力が得られる反面、起動性が良くないという課題がある。つまり、風向に対する翼の回転位置が悪いと、十分な風速の風があっても回り出さない。しかし、アームの断面形状を、例えば図11〜図14のいずれかの形状とすることで、揚力型の垂直軸風車の起動性を向上させることが可能である。アームの断面形状の詳細については、後で説明する。
アーム8eの材料は、金属材であっても、合成樹脂材であってもよい。また、アーム8eは、中空状であっても、中実であってもよい。
また、このアーム8eの断面形状は、抗力型である垂直軸風車にも適用することができる。
4…垂直軸風車
5…主軸
6…発電機
8…支持体
8a…主アーム
8b…サブアーム
8d,8e…アーム
9…翼
10…結合部
11…第1の結合用板材
11a…縁部
12…第2の結合用板材
13…結合手段
13a…ボルト
13b…ナット
14…外皮
Claims (6)
- 立ち姿勢で回転自在に設置された主軸と、上下方向に延びる翼と、一端が前記主軸に結合され他端が前記翼に結合された支持体とを備える垂直軸風車であって、
前記支持体の前記他端と前記翼との結合部は、前記支持体の前記他端に固定され前記翼の表面を構成する外皮の表面に当接する第1の結合用板材と、前記外皮を挟んで前記第1の結合用板材と対向して配置され前記外皮の裏面に当接する第2の結合用板材と、これら第1の結合用板材および第2の結合用板材を互いに結合する結合手段とを有することを特徴とする垂直軸風車。 - 請求項1に記載の垂直軸風車において、前記結合手段はボルトとナットからなる垂直軸風車。
- 請求項1または請求項2に記載の垂直軸風車において、前記支持体は、一端が前記主軸に直接または間接的に結合され他端が前記翼の上下端近くにそれぞれ結合された上下2本のアームを有し、これら2本のアームの断面形状が、風車回転時における前記翼の進行方向の最大寸法よりも直交する方向の最大寸法の方が小さい扁平な形状である垂直軸風車。
- 請求項3に記載の垂直軸風車において、前記支持体は、一端が前記主軸に結合され他端が前記翼の上下中央部に結合された1本の主アームと、一端が前記主アームの前記一端近くに結合され他端が前記翼の上下端近くにそれぞれ結合された、前記アームからなる上下2本のサブアームとを有する垂直軸風車。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の垂直軸風車において、前記第1の結合用板材における前記外皮の表面と当接しない側の面の縁部が面取り形状とされた垂直軸風車。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の垂直軸風車と、この垂直軸風車の前記主軸の回転によって発電する発電機とを備える風力発電装置。
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