JP2023152504A - wind power generator - Google Patents

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JP2023152504A JP2022062558A JP2022062558A JP2023152504A JP 2023152504 A JP2023152504 A JP 2023152504A JP 2022062558 A JP2022062558 A JP 2022062558A JP 2022062558 A JP2022062558 A JP 2022062558A JP 2023152504 A JP2023152504 A JP 2023152504A
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Takatoshi Takaya
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Abstract

To provide a wind power generator capable of smoothly rotating a vertical rotational shaft.SOLUTION: A wind power generator 1 comprises: a vertical rotational shaft 3 that transmits rotational force to a power generation motor 7; a plurality of arms 4 extending radially from the vertical rotational axis 3 at equal intervals; and a plurality of blades 5 provided at the tip part of each arm 4. The blade 5 has a wind receiving panel (receiving plate) 51 whose outside surface is curved in a concave shape, and a curved airflow storage part 52 formed so as to protrude forward in a rotational direction of the wind receiving panel 51, where the height positions of the blades 5 adjacent to each other in the rotational direction are made different.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、垂直軸型の風力発電装置に関する。 The present invention relates to a vertical axis type wind power generator.

風力発電装置に用いられる風車の形式は、風向きに対して回転軸が水平をなす水平軸型風車と、風向きに対して回転軸が垂直をなす垂直軸型風車の2種類に大別される。このうち、垂直軸型風車は、風向に関係なく回転する無指向性であり、構造がシンプルで低コストである、羽根(ブレード)の周速が遅くて騒音が出にくい等の利点があり、山間部だけでなく平均風速が低いさまざまな地域での利用が期待されている。 The types of wind turbines used in wind power generators are roughly divided into two types: horizontal axis wind turbines whose rotation axis is horizontal to the wind direction, and vertical axis wind turbines whose rotation axis is perpendicular to the wind direction. Among these, vertical axis wind turbines are omnidirectional, rotating regardless of the wind direction, and have the advantages of a simple structure and low cost, as well as low circumferential speed of the blades and less noise. It is expected to be used not only in mountainous areas but also in various areas where the average wind speed is low.

垂直軸型風車には、羽根に発生する揚力で風車を回転させる揚力型と、羽根に発生する抗力で風車を回転させる抗力型とが知られている。後者の抗力型は、風の有無及び回転数が風向きに依存しないため、風の変化に対する応答性高が高いという長所を有している。このような抗力型の垂直軸型風車を備えた風力発電装置として、例えば特許文献1が知られている。 There are two types of vertical axis windmills: a lift type that rotates the windmill using lift generated on the blades, and a drag type that rotates the windmill using drag generated on the blades. The latter drag type has the advantage of being highly responsive to wind changes, since the presence or absence of wind and the rotational speed do not depend on the wind direction. For example, Patent Document 1 is known as a wind power generation device including such a drag type vertical axis wind turbine.

特許文献1に記載の風力発電装置は、風力発電用モータに回転力を伝える垂直回転軸と、この垂直回転軸から放射状に等間隔で設けられる複数の支持アームと、各々の支持アームの先端に接続された受風パドルとを有する風力発電装置であって、受風パドルが平面視で外面側を凹状に湾曲または屈曲してなる凹状パネル部と、この凹状パネル部の回転方向における前縁部に沿って外面側に突出しかつその先端部が後縁部側に湾曲または屈曲してなる前縁気流貯留部が設けられており、受風パドルにおける支持アームとの接続部から後縁部までの長さが支持アームよりも長く形成されている。 The wind power generation device described in Patent Document 1 includes a vertical rotation shaft that transmits rotational force to a wind power generation motor, a plurality of support arms provided radially at equal intervals from the vertical rotation shaft, and a support arm at the tip of each support arm. A wind power generation device having a wind blowing paddle connected thereto, the wind blowing paddle having a concave panel portion formed by concavely curving or bending the outer surface side in a plan view, and a front edge portion of the concave panel portion in a rotating direction. A leading edge airflow storage part is provided which protrudes outward along the side and whose tip is curved or bent toward the rear edge, and extends from the connection part with the support arm of the wind blowing paddle to the rear edge. The length is longer than that of the support arm.

特許文献1に記載の風力発電装置では、任意の受風パドルの凹状パネル部が正面から風を受けると、受けた風は凹状パネル部の外側面に沿って後縁部から前縁部側の前縁気流貯留部へと案内される。そして、前縁気流貯留部が流れてきた風を受け止めるため、その力に抗する反作用によって垂直回転軸を中心とした回転トルクが生じ、この回転トルクが支持アームを介して垂直回転軸に伝達されることにより、垂直回転軸が一方向に回転する。 In the wind power generation device described in Patent Document 1, when the concave panel of any wind paddle receives wind from the front, the received wind flows from the rear edge to the front edge along the outer surface of the concave panel. guided to the leading edge airflow reservoir. Since the leading edge airflow storage section catches the flowing wind, a rotational torque is generated around the vertical axis of rotation due to the reaction against this force, and this rotational torque is transmitted to the vertical axis of rotation via the support arm. This causes the vertical rotation axis to rotate in one direction.

特許第5972478号公報Patent No. 5972478

しかしながら、特許文献1に記載の風力発電装置では、任意の受風パドルが凹状パネル部の正面から風を受けて回転トルクを生じさせる際に、前縁気流貯留部で受け止められた後の風が凹状パネル部の後縁部から後方へ逃げる排気流となる。そして、この排気流が垂直回転軸の回転方向と逆向きに流れるため、当該受風パドルの回転方向上流側に隣接する受風パドルの回転が排気流によって妨げられるという課題がある。特に、受風パドル(羽根)の数が5枚以上になると、受風パドルを支持する各支持アーム間の間隔が90度未満となり、それに伴って回転方向に隣接する2つの受風パドルの離間距離が狭くなるため、上記した排気流の影響が大きくなって、垂直回転軸が起動しなくなるという問題が発生する。 However, in the wind power generation device described in Patent Document 1, when any wind paddle receives wind from the front of the concave panel part and generates rotational torque, the wind after being caught by the leading edge airflow storage part is This becomes an exhaust flow that escapes rearward from the rear edge of the concave panel section. Since this exhaust flow flows in the opposite direction to the rotational direction of the vertical rotation shaft, there is a problem that the rotation of the wind blowing paddle adjacent to the upstream side in the rotational direction of the wind blowing paddle is obstructed by the exhaust flow. In particular, when the number of wind blowing paddles (blade) becomes five or more, the distance between each support arm supporting the wind blowing paddles becomes less than 90 degrees, and as a result, the separation between two wind blowing paddles that are adjacent to each other in the rotation direction increases. As the distance becomes narrower, the influence of the exhaust flow described above increases, causing the problem that the vertical rotation shaft is no longer activated.

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、風量の少ない風でも垂直回転軸を確実に回転させることができる風力発電装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the actual state of the prior art, and an object of the present invention is to provide a wind power generation device that can reliably rotate a vertical rotation axis even with a small amount of wind.

上記の目的を達成するために、本発明の一態様は、発電用モータに回転力を伝える垂直な回転軸と、前記回転軸から等間隔を保って放射状に延びる複数のアームと、前記複数のアームの先端部にそれぞれ設けられた複数の羽根と、を備えた風力発電装置であって、前記羽根は、外側面を凹状に湾曲させた受け板と、前記受け板の回転方向における前方に突出形成された湾曲形状の気流貯留部とを有し、前記羽根の高さ位置を回転方向に隣接する前記羽根どうしで異ならせた、ことを特徴としている。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention includes: a vertical rotation axis that transmits rotational force to a power generation motor; a plurality of arms extending radially from the rotation axis at equal intervals; A wind power generation device comprising: a plurality of blades each provided at a tip of an arm; the blades each include a receiving plate having a concavely curved outer surface; and a receiving plate protruding forward in a rotating direction of the receiving plate. The blade has a curved airflow storage portion formed therein, and the height position of the blade is made different between the blades adjacent to each other in the rotation direction.

本発明の風力発電装置によれば、風量の少ない風でも垂直回転軸を確実に回転させることができる。 According to the wind power generation device of the present invention, the vertical rotating shaft can be reliably rotated even with a small amount of wind.

本発明の実施形態に係る風力発電装置の斜視図である。1 is a perspective view of a wind power generation device according to an embodiment of the present invention. 本実施形態に係る風力発電装置の一部を破断して示す正面図である。FIG. 1 is a partially cutaway front view of the wind power generation device according to the present embodiment. 本実施形態に係る風力発電装置の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a wind power generation device according to the present embodiment. 本実施形態に係る風力発電装置に備えられる羽根の横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of blades included in the wind power generator according to the present embodiment. 本実施形態に係る風力発電装置に備えられる羽根の斜視図である。It is a perspective view of the blade with which the wind power generation device concerning this embodiment is equipped. 本実施形態に係る風力発電装置の動作を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of the wind power generator according to the present embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本実施形態に係る風力発電装置の斜視図、図2は本実施形態に係る風力発電装置の一部を破断して示す正面図、図3は本実施形態に係る風力発電装置の平面図、図4は本実施形態に係る風力発電装置に備えられる羽根の平面図、図5は本実施形態に係る風力発電装置に備えられる羽根の斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view of the wind power generation device according to the present embodiment, FIG. 2 is a partially cutaway front view of the wind power generation device according to the present embodiment, and FIG. 3 is a plan view of the wind power generation device according to the present embodiment. 4 are plan views of blades included in the wind power generation device according to this embodiment, and FIG. 5 is a perspective view of blades provided in the wind power generation device according to this embodiment.

図1と図2に示すように、本実施形態に係る風力発電装置1は、所定の設置場所に固定される軸支持台2と、軸支持台2に回転可能に軸支された垂直回転軸3と、垂直回転軸3に放射状に設けられた複数のアーム4と、各々のアーム4の先端部に設けられた羽根5とを備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the wind power generation device 1 according to the present embodiment includes a shaft support 2 fixed at a predetermined installation location, and a vertical rotation shaft rotatably supported by the shaft support 2. 3, a plurality of arms 4 provided radially around the vertical rotation axis 3, and a blade 5 provided at the tip of each arm 4.

軸支持台2は、円筒形状の下部支持台2aと、下部支持台2aの上方に連続する円筒形状の上部支持台2bとを有し、垂直回転軸3は上部支持台2bの内部でボールベアリング(図示せず)等により支持されている。下部支持台2aの内部には、垂直回転軸3を浮遊状態にする一対の磁石6と、垂直回転軸3の回転によって発電を行う発電用モータ7とが配設されている。 The shaft support 2 has a cylindrical lower support 2a and a cylindrical upper support 2b continuous above the lower support 2a, and the vertical rotation shaft 3 is mounted on a ball bearing inside the upper support 2b. (not shown), etc. A pair of magnets 6 that keep the vertical rotation shaft 3 in a floating state and a power generation motor 7 that generates power by rotating the vertical rotation shaft 3 are disposed inside the lower support base 2a.

一対の磁石6は同極どうしを向かい合わせにして配置されており、一方が垂直回転軸3側に固定され、他方が下部支持台2a側に固定されている。これら一対の磁石6の反発力で垂直回転軸3を浮遊状態とすることにより、軸支持台2との摩擦抵抗を軽減させるようにしている。 A pair of magnets 6 are arranged with the same polarity facing each other, one of which is fixed to the vertical rotating shaft 3 side, and the other is fixed to the lower support base 2a side. By keeping the vertical rotating shaft 3 in a floating state due to the repulsive force of the pair of magnets 6, the frictional resistance with the shaft support 2 is reduced.

発電用モータ7は、垂直回転軸3の回転力を電力に変換するものである。本実施形態では、発電用モータ7の回転軸が垂直回転軸3の下端部に直接連結されているが、発電用モータ7の回転軸が複数のギアを有する回転伝達機構を介してと垂直回転軸3に連結されるようにしても良い。 The power generation motor 7 converts the rotational force of the vertical rotating shaft 3 into electric power. In this embodiment, the rotation shaft of the power generation motor 7 is directly connected to the lower end of the vertical rotation shaft 3, but the rotation shaft of the power generation motor 7 is connected to the vertical rotation via a rotation transmission mechanism having a plurality of gears. It may also be connected to the shaft 3.

垂直回転軸3は、羽根5で受けた風力によって回転する部材であり、軸支持台2に垂直方向を向く姿勢で回転自在に支持されている。 The vertical rotating shaft 3 is a member that rotates due to the wind force received by the blades 5, and is rotatably supported by the shaft support base 2 in a vertically oriented position.

アーム4は、羽根5で発生する回転トルクを垂直回転軸3に伝達する部材であり、垂直回転軸3から円周方向に等間隔を保って放射状に延びている。本実施形態では、垂直回転軸3の上下方向に離れた2箇所の位置において、それぞれ6本のアーム4が円周方向に60度間隔で設けられており、上下2本のアーム4で1枚の羽根5を支持するようになっている。 The arm 4 is a member that transmits the rotational torque generated by the blade 5 to the vertical rotation shaft 3, and extends radially from the vertical rotation shaft 3 at equal intervals in the circumferential direction. In this embodiment, six arms 4 are provided at intervals of 60 degrees in the circumferential direction at two positions separated in the vertical direction of the vertical rotation shaft 3, and one arm is provided with two upper and lower arms 4. The blade 5 is supported.

これら合計12本のアーム4のうち、上段側に設けられた6本のアーム4の高さ位置は円周方向に沿って交互に異ならせてあり、同様に、下段側に設けられた6本のアーム4の高さ位置も円周方向に沿って交互に異ならせてある。これによりアーム4は、合計で6枚の羽根5をその高さ位置が円周方向に沿って交互に異なるように支持することになり、これら6枚の羽根5のうち、3枚の羽根5が1つおきに高位置に支持され、残り3枚の羽根5が1つおきに低位置に支持されている。各羽根5は全て同じ形状のものであり、図2に示すように、羽根5の高さ寸法(垂直回転軸3の軸線方向に沿う長さ)をLとすると、回転方向に隣接する羽根5間の高低差ΔLと羽根5の高さ寸法Lとの関係は、ΔL/L≧1/10になるように設定されている。本実施形態では、1つおきに高位置に配置された3枚の羽根5に対して、約L/3だけ低い位置に残り3枚の羽根5が1つおきに配置されている(ΔL/L≒1/3)。 Among these 12 arms 4 in total, the height positions of the six arms 4 provided on the upper stage side are alternately varied along the circumferential direction, and similarly, the height positions of the six arms 4 provided on the lower stage side are alternately different. The height positions of the arms 4 are also alternately varied along the circumferential direction. As a result, the arm 4 supports a total of six blades 5 such that their height positions alternately vary along the circumferential direction, and among these six blades 5, three blades 5 Every other blade 5 is supported at a high position, and every other blade 5 is supported at a low position. All the blades 5 have the same shape, and as shown in FIG. The relationship between the height difference ΔL between the blades 5 and the height L of the blade 5 is set so that ΔL/L≧1/10. In this embodiment, in contrast to the three blades 5 arranged at every other high position, the remaining three blades 5 are arranged at a lower position by about L/3 (ΔL/3). L≒1/3).

羽根5は、風を受けた力によって垂直回転軸3に回転力を生じさせる部材である。図3~図5に示すように、羽根5は、外側面を凹状に湾曲させた正面視長方形状の風受けパネル(受け板)51と、この風受けパネル51の一側端に沿って上下方向に延びる気流貯留部52と、風受けパネル51の上端部を塞ぐ上側防止板53と、風受けパネル51の下端部を塞ぐ下側防止板54とを有している。 The blade 5 is a member that generates a rotational force on the vertical rotating shaft 3 by the force of the wind. As shown in FIGS. 3 to 5, the blades 5 include a wind receiving panel (receiving plate) 51 that is rectangular in front view with a concavely curved outer surface, and a wind receiving panel (receiving plate) 51 that extends upward and downward along one side edge of this wind receiving panel 51. It has an airflow storage part 52 extending in the direction, an upper prevention plate 53 that blocks the upper end of the wind receiving panel 51, and a lower preventing plate 54 that blocks the lower end of the wind receiving panel 51.

風受けパネル51は、凹状の外側面511で受けた風を前端部へと案内する部材であり、平面視で内側面512が凸状に湾曲するように形成されている。本実施形態では、軽量化を図るためにアルミニウムの板材を用いて風受けパネル51が形成されているが、軽量で十分な強度を有する材料であれば、アルミニウム以外の金属やプラスチックなどを用いて風受けパネル51を形成しても良い。 The wind receiving panel 51 is a member that guides the wind received by the concave outer surface 511 to the front end, and is formed so that the inner surface 512 is curved in a convex shape when viewed from above. In this embodiment, the wind receiving panel 51 is formed using an aluminum plate material in order to reduce weight, but any material other than aluminum, such as metal or plastic, may be used as long as it is lightweight and has sufficient strength. A wind receiving panel 51 may also be formed.

気流貯留部52は、風受けパネル51の凹状の外側面511で受けた風を受け止めて回転力に変換する部位であり、本実施形態では、軽量化を図るためにアルミニウム製のパイプ材を縦半分に切断したものが用いられている。この気流貯留部52は、風受けパネル51の回転方向における前縁部の縦方向に沿って前方へ湾曲形状に突出しており、気流貯留部52の一部は風受けパネル51の前端部を包囲して内側面512と対向している。そして、これら気流貯留部52と風受けパネル51の内側面512との間に生じる隙間を仕切板521で塞ぐことにより、風受けパネル51の前縁部と気流貯留部52との間に内方側へ膨出する段差部55が形成されている。 The airflow storage portion 52 is a portion that receives wind received by the concave outer surface 511 of the wind receiving panel 51 and converts it into rotational force. In this embodiment, in order to reduce weight, aluminum pipe material is vertically It is used cut in half. The airflow storage section 52 protrudes forward in a curved shape along the longitudinal direction of the front edge in the rotating direction of the wind receiving panel 51, and a part of the airflow storage section 52 surrounds the front end of the wind receiving panel 51. and faces the inner surface 512. By closing the gap created between these airflow storage portions 52 and the inner side surface 512 of the wind receiving panel 51 with the partition plate 521, the inner side is formed between the front edge of the wind receiving panel 51 and the airflow storage portion 52. A step portion 55 that bulges out to the side is formed.

上側防止板53は、風受けパネル51の外側面511で受けた風が上方へ逃げるのを防ぐための部材であり、下側防止板54は、風受けパネル51の外側面511で受けた風が下方へ逃げるのを防ぐための部材である。 The upper prevention plate 53 is a member for preventing the wind received on the outer surface 511 of the wind receiving panel 51 from escaping upward, and the lower prevention plate 54 prevents the wind received on the outer surface 511 of the wind receiving panel 51 from escaping upward. This is a member to prevent the water from escaping downward.

風受けパネル51の凸状の内側面512にはブラケット8が固定されており、アーム4の先端部は第1ボルト9と第2ボルト10によってブラケット8に固定されている。風受けパネル51は第1ボルト9を回動支点としてアーム4に支持されており、ブラケット8には第1ボルト9を中心として円弧状に延びる長孔11が形成されている。第2ボルト10は長孔11に挿通させた状態でアーム4とブラケット8を固定している。したがって、第1ボルト9を緩めた状態でアーム4に対する風受けパネル51の取付角度を調整し、かかる調整後に第1ボルト9と長孔11に挿通させた第2ボルト10とを締め付けることにより、平面視において回転方向に対する風受けパネル51の角度を適宜調整できるようになっている。 A bracket 8 is fixed to the convex inner surface 512 of the wind receiving panel 51, and the tip of the arm 4 is fixed to the bracket 8 with a first bolt 9 and a second bolt 10. The wind receiving panel 51 is supported by the arm 4 with the first bolt 9 as a rotational fulcrum, and the bracket 8 is formed with a long hole 11 extending in an arc shape around the first bolt 9. The second bolt 10 is inserted into the elongated hole 11 and fixes the arm 4 and the bracket 8. Therefore, by adjusting the mounting angle of the wind receiving panel 51 with respect to the arm 4 with the first bolt 9 loosened, and after such adjustment, tightening the first bolt 9 and the second bolt 10 inserted through the elongated hole 11, The angle of the wind receiving panel 51 with respect to the rotation direction in plan view can be adjusted as appropriate.

図3に示すように、アーム4の先端部は羽根5の回転方向における全長(P1)の中央部に接続されており、羽根5におけるアーム4との接続部から後端部までの距離と前端部までの距離とがほぼ同じになるように設定されている。また、アーム4の長さが回転方向に隣接する2枚の羽根5の離間距離(P2)よりも長くなるように設定されており、本実施形態では、アーム4の長さを羽根5の全長(P1)の約2倍に設定してあり、1枚の羽根5の長さ(P1)と隣接する2枚の羽根5の離間距離(P2)とがほぼ同じになっている。 As shown in FIG. 3, the tip of the arm 4 is connected to the center of the entire length (P1) of the blade 5 in the rotating direction, and the distance from the connection part with the arm 4 to the rear end of the blade 5 and the front end The distance to the center is set to be approximately the same. Further, the length of the arm 4 is set to be longer than the separation distance (P2) between two adjacent blades 5 in the rotation direction, and in this embodiment, the length of the arm 4 is set to be the total length of the blades 5. (P1), and the length of one blade 5 (P1) is approximately the same as the distance between two adjacent blades 5 (P2).

次に、本実施形態に係る風力発電装置1の動作について、主に図6を参照して説明する。 Next, the operation of the wind power generation device 1 according to the present embodiment will be explained mainly with reference to FIG. 6.

図6に示すように、図の下から上方向へ向けて風が吹いている場合、最も風上側に位置する羽根5は、風に正対する風受けパネル51の凹状の外側面511で風を受ける。以下、この羽根5に符号5Aを付し、羽根5Aから反時計回りに位置する羽根5に順に符号5B、5C、5D、5E、5Fを付して説明する。 As shown in FIG. 6, when the wind is blowing upward from the bottom of the figure, the blade 5 located furthest upwind absorbs the wind with the concave outer surface 511 of the wind receiving panel 51 that directly faces the wind. receive. Hereinafter, the blade 5 will be described with reference numeral 5A, and the blades 5 located counterclockwise from the blade 5A will be designated with numerals 5B, 5C, 5D, 5E, and 5F in order.

羽根5Aの風受けパネル51は、風を受けた外側面511が凹状に湾曲して前端部に向けて傾斜しているため、受けた風を外側面511に沿って後縁側から前縁側の気流貯留部52へと案内する。気流貯留部52は、風受けパネル51の外側面511によって案内された風を受け止め、その力に対する反作用により、垂直回転軸3を中心とした反時計回りの回転トルクを生じさせる。このとき、風受けパネル51の前縁部と気流貯留部52との間に内方側へ膨出する段差部55が形成されており、気流貯留部52に案内された風が段差部55で撹拌されて乱流となるため、風受けパネル51の外側面511で受けた風は、羽根5Aを前縁方向に押す大きな回転トルクを生じさせる。この回転トルクは、アーム4を介して垂直回転軸3に伝達され、垂直回転軸3を図6の反時計回りに回転させる力となる。 In the wind receiving panel 51 of the blade 5A, the outer surface 511 that receives the wind is curved in a concave shape and slopes toward the front end, so that the received wind is directed to the airflow from the trailing edge side to the leading edge side along the outer surface 511. It is guided to the storage section 52. The airflow storage section 52 receives the wind guided by the outer surface 511 of the wind receiving panel 51, and generates a counterclockwise rotational torque about the vertical rotation axis 3 as a reaction to the force. At this time, a step portion 55 that bulges inward is formed between the front edge of the wind receiving panel 51 and the airflow storage portion 52, so that the wind guided to the airflow storage portion 52 flows through the step portion 55. Since the air is stirred and becomes a turbulent flow, the wind received by the outer surface 511 of the wind receiving panel 51 generates a large rotational torque that pushes the blade 5A toward the leading edge. This rotation torque is transmitted to the vertical rotation shaft 3 via the arm 4, and becomes a force that rotates the vertical rotation shaft 3 counterclockwise in FIG. 6.

羽根5Aに対して回転方向の下流側に配置された羽根5Bは、風向きに対して風受けパネル51の前縁側を外方向に傾斜させた状態となっているため、風受けパネル51の外側面511は傾斜姿勢で風を受け、受けた風を前縁側の気流貯留部52へと案内する。このときに風受けパネル51が受ける風量は、風に正対する羽根5Aの風受けパネル51が受ける風量よりも少ないが、気流貯留部52は、流れてきた風を受け止めて、垂直回転軸3を中心とした反時計回りの回転トルクを生じさせる。 The blade 5B, which is disposed on the downstream side in the rotational direction with respect to the blade 5A, has the front edge side of the wind receiving panel 51 inclined outward with respect to the wind direction, so that the outer surface of the wind receiving panel 51 511 receives the wind in an inclined position and guides the received wind to the airflow storage section 52 on the leading edge side. At this time, the amount of air received by the wind receiving panel 51 is smaller than the amount of air received by the wind receiving panel 51 of the blade 5A directly facing the wind. Generates a counterclockwise rotating torque around the center.

羽根5Bに対して回転方向の下流側に配置された羽根5Cでは、風受けパネル51の凸状の内側面512で風を受けるが、風向きに対して風受けパネル51の前縁側を内方向に傾斜させた状態となっているため、風向き方向へと押す力を生じさせる。これにより、羽根5Cは、風に押される力によって、垂直回転軸3を図6の反時計回りに回転させる。 The blade 5C disposed on the downstream side in the rotational direction with respect to the blade 5B receives wind on the convex inner surface 512 of the wind receiving panel 51, but the front edge side of the wind receiving panel 51 is turned inward with respect to the wind direction. Because it is tilted, it creates a force pushing it in the direction of the wind. Thereby, the blade 5C rotates the vertical rotation shaft 3 counterclockwise in FIG. 6 due to the force pushed by the wind.

羽根5Cに対して回転方向の下流側に配置された羽根5Dは、最も風下側に位置する羽根であり、風受けパネル51の内側面512が正面から風を受ける。この風は風受けパネル51の凸状の内側面512に沿って流れるが、風向きに対して内側面512の後縁側を外方向に傾斜させた状態となっているため、内側面512に沿って流れる気流が羽根5Dを前方へ押す力となる。 The blade 5D, which is arranged on the downstream side in the rotational direction with respect to the blade 5C, is the blade located on the most leeward side, and the inner surface 512 of the wind receiving panel 51 receives the wind from the front. This wind flows along the convex inner surface 512 of the wind receiving panel 51, but since the rear edge side of the inner surface 512 is inclined outward with respect to the wind direction, it flows along the inner surface 512. The flowing air current acts as a force that pushes the blade 5D forward.

羽根5Dに対して回転方向の下流側に配置された羽根5Eは、風受けパネル51の凸状の内側面512で風を受けるが、風向きに対して風受けパネル51の前縁側を外方向に傾斜させた状態となっているため、回転方向とは逆方向(時計回り)の回転力を生じさせる。ただし、羽根5Eの風上には羽根5Fが位置しており、羽根5Eが受ける風は羽根5Fによって遮られるため、羽根5Dで生じる逆方向(時計回り)の回転力は小さいものとなっている。 The blade 5E, which is arranged on the downstream side in the rotational direction with respect to the blade 5D, receives the wind on the convex inner surface 512 of the wind receiving panel 51, but the leading edge side of the wind receiving panel 51 is turned outward with respect to the wind direction. Since it is in an inclined state, a rotational force is generated in the opposite direction (clockwise) to the rotation direction. However, since the blade 5F is located upwind of the blade 5E, and the wind received by the blade 5E is blocked by the blade 5F, the rotational force in the opposite direction (clockwise) generated by the blade 5D is small. .

羽根5Eに対して回転方向の下流側に配置された羽根5Fは、羽根5Aに対して回転方向の上流側に隣接する羽根である。この羽根5Fは、風向きに対して風受けパネル51の前縁側を内方向に傾斜させた状態となっているため、風受けパネル51の外側面511と気流貯留部52から風を受けて、回転方向と逆方向の回転力を生じさせる。しかし、風を受ける外側面511と気流貯留部52が流れに対して滑らかな湾曲形状となっているため、風は外側面511と気流貯留部52に沿って流れて、回転方向と逆方向に生じる回転力を弱くしている。 The blade 5F arranged on the downstream side in the rotational direction with respect to the blade 5E is a blade adjacent to the upstream side in the rotational direction with respect to the blade 5A. Since the front edge side of the wind receiving panel 51 is inclined inward with respect to the wind direction, the blade 5F receives wind from the outer surface 511 of the wind receiving panel 51 and the airflow storage portion 52, and rotates. Generates a rotational force in the opposite direction. However, since the outer surface 511 that receives the wind and the airflow storage section 52 have a smooth curved shape with respect to the flow, the wind flows along the outer surface 511 and the airflow storage section 52 in the opposite direction to the rotation direction. It weakens the rotational force generated.

このように、垂直回転軸3の周囲に等間隔で配置された6枚の羽根5A~5Fが一方向からの風を受けると、羽根5A~5Dにおいて、一方向から受けた風の力を前縁側へ回転させる力とすることができる。また、羽根5Eと羽根5Fは、回転方向と逆向きに回転させる力を受けるが、その力は他の4枚の羽根5A~5Fによる回転方向の回転力よりも十分に小さいものであるため、羽根5A~5Fを支持するアーム4を介して、垂直回転軸3を図6の反時計回りに回転させることができる。 In this way, when the six blades 5A to 5F arranged at equal intervals around the vertical rotation axis 3 receive wind from one direction, the blades 5A to 5D turn the force of the wind received from one direction forward. It can be a force that rotates it toward the edge. In addition, although the blades 5E and 5F receive a force that causes them to rotate in the opposite direction to the rotation direction, this force is sufficiently smaller than the rotational force in the rotation direction caused by the other four blades 5A to 5F. The vertical rotation shaft 3 can be rotated counterclockwise in FIG. 6 via the arm 4 that supports the blades 5A to 5F.

このとき、最も風上側に位置して風に正対する羽根5Aでは、風受けパネル51の外側面511が正面から風を受けるため、気流貯留部52が強い風を受け止めることになり、その力に対する反作用によって大きな回転トルクを生じさせることができる。しかし、図6中に白抜きの矢印Zで示すように、気流貯留部52で受け止められた後の風が風受けパネル51の後縁部から後方へ流れる排気流Zとなり、この排気流Zが回転方向と逆向きに流れるため、羽根5Aに対して回転方向の上流側に隣接する羽根5Fの回転が排気流Zの影響を受けることになる。なお、このような排気流Zは、羽根5Aに対して回転方向の下流側に隣接する羽根5Bにも発生するが、羽根5Bの外側面511に流れ込む風の量は羽根5Aに比べてかなり少ないため、羽根5Bから後方へ排出される排気流Zの大きさは小さいものとなる。 At this time, in the blade 5A located on the windward side and directly facing the wind, the outer surface 511 of the wind receiving panel 51 receives the wind from the front, so the airflow storage part 52 receives the strong wind, and the force is A large rotational torque can be generated by the reaction. However, as shown by the white arrow Z in FIG. Since the exhaust flow is in the opposite direction to the rotational direction, the rotation of the blade 5F adjacent to the blade 5A on the upstream side in the rotational direction is influenced by the exhaust flow Z. Note that such an exhaust flow Z also occurs in the blade 5B adjacent to the blade 5A on the downstream side in the rotational direction, but the amount of air flowing into the outer surface 511 of the blade 5B is considerably smaller than that of the blade 5A. Therefore, the size of the exhaust flow Z discharged rearward from the blade 5B becomes small.

そこで、本実施形態に係る風力発電装置1では、6枚の羽根5A~5Fの高さ位置が円周方向に沿って交互に異なるように配置することにより、排気流Zが回転の妨げる影響を軽減できるようにしている。例えば、図6に示す各羽根5A~5Fの位置関係において、3枚の羽根5A、5C、5Eを1つおきに高位置に配置し、残り3枚の羽根5B、5D、5Fを1つおきに低位置に配置した場合、羽根5Fの上面が羽根5Aの上面よりも低い位置関係となるため、羽根5Fよりも高い位置において羽根5Aから後方へ排出される排気流Zは、羽根5Fの気流貯留部52に当たらずに羽根5Fの上方を通過することとなる。よって、その分だけ排気流Zが羽根5Fの回転の妨げになることを低減できる。そして、垂直回転軸3の回転に伴って羽根5Fが羽根5Aの位置まで移動した場合、今度は羽根5Eの上面が羽根5Fの上面よりも高くなる低い位置関係となるため、羽根5Eよりも低い位置で羽根5Fから後方へ排出される排気流Zは羽根5Eの下上方を通過することになる。以下同様にして、いずれの羽根5A~5Fが最も風上側に移動した場合も、回転方向に隣接する羽根5どうしが高低差を持つ位置関係となるため、排気流Zの影響を軽減することができる。 Therefore, in the wind power generation device 1 according to the present embodiment, the height positions of the six blades 5A to 5F are arranged so as to be alternately different along the circumferential direction, so that the exhaust flow Z has no influence on the rotation. We are trying to reduce it. For example, in the positional relationship of the blades 5A to 5F shown in FIG. If the blade 5F is placed at a low position, the top surface of the blade 5F is lower than the top surface of the blade 5A, so the exhaust flow Z discharged backward from the blade 5A at a position higher than the blade 5F is the airflow of the blade 5F. It will pass above the blade 5F without hitting the reservoir 52. Therefore, it is possible to reduce the exhaust flow Z from interfering with the rotation of the blade 5F. When the blade 5F moves to the position of the blade 5A as the vertical rotation shaft 3 rotates, the upper surface of the blade 5E is now higher than the upper surface of the blade 5F, resulting in a lower position than the blade 5E. At this point, the exhaust flow Z discharged rearward from the blade 5F passes below and above the blade 5E. Similarly, when any of the blades 5A to 5F is moved to the windward side, the blades 5 adjacent to each other in the rotation direction have a positional relationship with a difference in height, so that the influence of the exhaust flow Z can be reduced. can.

なお、回転方向に隣接する羽根5どうしの高低差が小さすぎると、上記したような効果を十分に発揮することができないため、羽根5の縦寸法Lと回転方向に隣接する羽根5の高低差ΔLの関係が、ΔL/L≧1/10の範囲に設定されていることが好ましい。ただし、回転方向に隣接する羽根5の高低差ΔLが大きすぎると、風力発電装置1が上下方向に大型化してしまうため、1/2≧ΔL/L≧1/10の範囲にあることがより好ましく、本実施形態では、高位置に配置された3枚の羽根5に対して約L/3だけ低い位置に残り3枚の羽根5を配置している。 Note that if the height difference between the blades 5 adjacent to each other in the rotation direction is too small, the above-mentioned effects cannot be fully exhibited. It is preferable that the relationship of ΔL is set in the range of ΔL/L≧1/10. However, if the height difference ΔL between adjacent blades 5 in the rotation direction is too large, the wind power generation device 1 will become larger in the vertical direction. Preferably, in this embodiment, the remaining three blades 5 are placed at a position approximately L/3 lower than the three blades 5 placed at a high position.

以上説明したように、本実施形態に係る風力発電装置1は、発電用モータ7に回転力を伝える垂直回転軸3と、垂直回転軸3から等間隔を保って放射状に延びる複数のアーム4と、各アーム4の先端部にそれぞれ設けられた複数の羽根5とを備え、これら羽根5が、外側面を凹状に湾曲させた風受けパネル(受け板)51と、風受けパネル51の回転方向における前方に突出形成された湾曲形状の気流貯留部52とを有し、回転方向に隣接する羽根5どうしの高さ位置を異ならせているため、任意の羽根5のから後方へ排出される排気流Zが、回転方向の上流側に隣接する羽根の回転に及ぼす影響を軽減して、垂直回転軸をスムーズに回転させることができる。 As explained above, the wind power generation device 1 according to the present embodiment includes a vertical rotation shaft 3 that transmits rotational force to the power generation motor 7, and a plurality of arms 4 that extend radially from the vertical rotation shaft 3 at equal intervals. , a plurality of blades 5 provided at the tip of each arm 4, and these blades 5 form a wind receiving panel (receiving plate) 51 whose outer surface is curved concavely, and a rotation direction of the wind receiving panel 51. Since the blades 5 adjacent to each other in the rotational direction have different height positions, the exhaust air is discharged rearward from any blade 5. The influence of the flow Z on the rotation of the blades adjacent to the upstream side in the rotation direction can be reduced, and the vertical rotation shaft can be smoothly rotated.

また、風受けパネル51の前縁部と気流貯留部52との間に内方側へ膨出する段差部55が形成されており、風受けパネル51の外側面511に沿って後縁側から気流貯留部52と案内された風が段差部55によって乱流となるため、羽根5を前縁方向に押す大きな回転トルクを生じさせることができる。 In addition, a stepped portion 55 that bulges inward is formed between the front edge of the wind receiving panel 51 and the airflow storage portion 52, and air flows from the rear edge side along the outer surface 511 of the wind receiving panel 51. Since the wind guided to the storage portion 52 becomes turbulent due to the stepped portion 55, a large rotational torque that pushes the blade 5 toward the leading edge can be generated.

また、本実施形態に係る風力発電装置1では、6枚の羽根5を等間隔に配置し、かつ、羽根5におけるアーム4との接続部から後端部までの距離と前端部までの距離とが均等になるよう設定すると共に、アーム4の長さが回転方向に隣接する2枚の羽根5の離間距離よりも長くなるように設定してある。これにより、垂直回転軸3を起動させる大きな回転トルクを得ることができると共に、6枚の羽根5の全てが一方向からの風を効率よく受け止めて、風量の少ない風でも垂直回転軸を確実に回転させることができる。 Further, in the wind power generation device 1 according to the present embodiment, six blades 5 are arranged at regular intervals, and the distance from the connection part of the blade 5 with the arm 4 to the rear end and the distance to the front end are are set to be equal, and the length of the arm 4 is set to be longer than the distance between two adjacent blades 5 in the rotation direction. As a result, it is possible to obtain a large rotational torque that activates the vertical rotation shaft 3, and all six blades 5 efficiently catch wind from one direction, ensuring that the vertical rotation shaft can be moved even with a small amount of wind. It can be rotated.

ここで、羽根5の数は必ずしも6枚に限定されないが、羽根5の数が偶数枚であると、全ての羽根5が回転方向に1つおきに高低差をもつ配置となり、垂直回転軸3を介して対向する羽根5どうしが同じ高さ位置になるので好ましい。また、羽根5の枚数が多くなると、回転方向に隣接する2枚の羽根5の離間距離が狭くなり、風下位置にある羽根5に向かう風が遮られてしまう虞があるため、本実施形態のように、6枚の羽根5を等間隔に配置するのが最も好ましい。 Here, the number of blades 5 is not necessarily limited to six, but if the number of blades 5 is an even number, all the blades 5 are arranged with height differences every other blade in the rotation direction, and the vertical rotation axis 3 This is preferable because the blades 5 facing each other with the gap in between are at the same height position. Furthermore, when the number of blades 5 increases, the distance between two blades 5 adjacent to each other in the rotation direction becomes narrower, and there is a risk that the wind directed toward the blades 5 in the leeward position may be blocked. It is most preferable to arrange six blades 5 at equal intervals.

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。上記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various ways without departing from the gist of the present invention, and all technical matters included in the technical idea described in the claims are included in the present invention. Subject to invention. Although the embodiments described above are preferred examples, those skilled in the art can realize various alternatives, modifications, variations, or improvements based on the content disclosed in this specification. These are within the scope of the appended claims.

1 風力発電装置
2 軸支持台
3 垂直回転軸
4 アーム
5 羽根
6 磁石
7 発電用モータ
8 ブラケット
9 第1ボルト
10 第2ボルト
11 長孔
51 風受けパネル
52 気流貯留部
53 上側防止板
54 下側防止板
55 段差部
511 外側面
512 内側面
Z 排気流
1 Wind power generation device 2 Shaft support 3 Vertical rotation axis 4 Arm 5 Blade 6 Magnet 7 Power generation motor 8 Bracket 9 First bolt 10 Second bolt 11 Long hole 51 Wind receiving panel 52 Airflow storage section 53 Upper prevention plate 54 Lower side Prevention plate 55 Step portion 511 Outer surface 512 Inner surface Z Exhaust flow

Claims (6)

発電用モータに回転力を伝える垂直な回転軸と、前記回転軸から等間隔を保って放射状に延びる複数のアームと、前記複数のアームの先端部にそれぞれ設けられた複数の羽根と、を備えた風力発電装置であって、
前記羽根は、外側面を凹状に湾曲させた受け板と、前記受け板の回転方向における前方に突出形成された湾曲形状の気流貯留部とを有し、
前記羽根の高さ位置を回転方向に隣接する前記羽根どうしで異ならせた、
ことを特徴とする風力発電装置。
A vertical rotating shaft that transmits rotational force to a power generation motor, a plurality of arms extending radially from the rotating shaft at equal intervals, and a plurality of blades provided at the tips of the plurality of arms, respectively. A wind power generation device,
The blade has a receiving plate whose outer surface is curved in a concave shape, and a curved airflow storage portion formed to protrude forward in the rotating direction of the receiving plate,
The height positions of the blades are made different between adjacent blades in the rotational direction.
A wind power generation device characterized by:
請求項1の記載において、前記複数の羽根は全て同じ高さ寸法に設定されており、前記羽根の前記回転軸の軸線方向に沿う長さ寸法をL、回転方向に隣接する前記羽根の高低差をΔLとしたとき、これらLとΔLの関係がΔL/L≧1/10に設定されている、ことを特徴とする風力発電装置。 In the description of claim 1, the plurality of blades are all set to the same height dimension, and the length dimension of the blade along the axial direction of the rotation shaft is L, and the height difference between the blades adjacent to each other in the rotation direction is L. A wind power generation device characterized in that the relationship between L and ΔL is set to ΔL/L≧1/10, where ΔL is ΔL. 請求項1の記載において、前記羽根の前記受け板と前記気流貯留部との間に内方側へ膨出する段差部が形成されている、ことを特徴とする風力発電装置。 2. The wind power generator according to claim 1, wherein a stepped portion that bulges inward is formed between the receiving plate of the blade and the airflow storage portion. 請求項1の記載において、前記回転軸を介して対向する前記羽根どうしが同じ高さ位置に設定されている、ことを特徴とする風力発電装置。 The wind power generation device according to claim 1, wherein the blades facing each other via the rotating shaft are set at the same height position. 請求項1の記載において、前記アームの先端部が前記羽根の回転方向における全長の中央部に接続されている、ことを特徴とする風力発電装置。 2. The wind power generation device according to claim 1, wherein a tip end of the arm is connected to a central portion of the entire length of the blade in a rotating direction. 請求項5の記載において、前記複数の羽根の数が6枚であり、前記アームの長さが回転方向に隣接する前記羽根の離間距離よりも長く設定されている、ことを特徴とする風力発電装置。 The wind power generation according to claim 5, wherein the number of the plurality of blades is six, and the length of the arm is set longer than the distance between adjacent blades in the rotation direction. Device.
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