JP4175360B2

JP4175360B2 - 垂直型風車

Info

Publication number: JP4175360B2
Application number: JP2005298651A
Authority: JP
Inventors: 和郎荻野; 篤長田; 弘成小方
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2025-10-13
Also published as: JP2007107448A

Description

本発明は、風力発電や風速計などに用いられる風車に関する。

従来、この種の風車は、回転軸が垂直であり、自然風の風向に影響を受けない、また抗力型の風車として高風速時においても回転数が比較的低く安全であり、さらには構造が簡単であるということから、小型の発電機や風速計などと接続され、小型の風車として利用されていた（例えば、特許文献１参照）。

以下、その風車について図８の水平断面と図９の側面図を参照しながら説明する。図８の側面図、図９の水平断面図のように、カップ状の受風部１０１を支持部１０２で支持し、位相をずらして複数等間隔に配置される。前記受風部１０１は風を受ける向きによって受風面１０３と背面１０４とで抗力が異なり、その力の差により回転力を発生する仕組みとなっている。
実開平７−３０３７７号公報（第８図および第９図）

このような従来の風車では、構造の単純さという特徴のために多く使われているが、受風部の最適化例は少なく、効率は悪かった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、風車ブレード形状の最適化を行い、風車の起動性と、回転時の効率を良くすることを目的としている。

本発明の垂直型風車は、ブレードの形式として複数持ち、両型の軸方向の境界の形状を順次変化させ、サボニウス型と翼型の中間の形状としたことを特徴としたものである。

この手段により、複数の形式の良い点を併せ持つことができ、風車の起動性と、出力効率を良くすることが可能となる。

また他の手段は、ブレードの外直径は、軸方向のどの位置も同一としたことを特徴としたものである。

この手段により、複数の形式の良い点を併せ持つことができ、風車の起動性と、出力効率を良くすることができるとともに、製造上も安価に作製可能となる。

風車の形式を、複数の形式を用いた構成としたものであり、複数の形式の良い点を併せ持つことができ、また、翼型とサボニウス型の両方を使うことにより、風車の発電効率向上と起動性向上の両方の効果を発揮する風車を提供することができる。

本発明は、風車の受風部水平断面において、回転軸を備え、前記回転軸方向で形式が同一ではなく複数の形式を用いた構成としたものであり、複数の形式の良い点を併せ持つことができ、風車の起動性と、出力効率を良くすることが可能となる。ここで形式とは、サボニウス型、翼型、あるいはバッハ型などの風車の形式、風車の羽根形式を指すものである。また、上記形式の種々の型において水平方向断面形状を変えた場合も形式が異なると定義する。

また、本発明は、垂直型風車の受風部水平断面において、軸方向の中央部と両端部とで、翼型とサボニウス型の両形式を用いた構成としたものであり、風をとらまえることが不得意な風車両端は、サボニウス型とし、起動性を良くし、中央部は効率のよい翼型としたものであり、これにより、最も風の多い風車の軸方向中央部受風面において効率の良さを発揮し、また回転軸の両端部において同風速時の発生トルクを大きくすることができ、風車の起動性向上を可能としたものである。

（参考例１）
図１および２は、参考例１の側面図および平面断面図である。

図１および２において、軸方向の上下の両端は、受風面１と背面２を備えたサボニウス型ブレード３であり、中央部は翼型ブレード４であり、いずれのブレードも、支持円板５に固定されている。前記支持円板５は、回転軸６に取付けられた垂直型風車７である。

上記構成において前記垂直型風車７が風を受けると、起動時には、両端の前記サボニウス型ブレード３で、大きなトルクが発生し、回転を開始すると、中央部の翼型ブレード４で効率よく、回転トルクは発生する。通常の、風車では、上下方向に同じ断面のブレードを用いているので、起動特性または、回転時特性のどちらかに重点がおかれ、特性的に課題があるが、本発明例では、水平断面でのブレード形状が異なるので、起動から回転中までのすべての範囲で、性能に課題のない垂直型風車とすることができる。

また、前記支持円板５の回転軸方向の位置は、起動特性を重点におくか、回転時の特性を重点におくかで、両ブレード形状の軸方向の割合を決めることができる。

通常は、起動特性よりも回転時の特性を重点におくので、回転軸方向の両端の前記サボニウス型ブレード３の軸方向長さの合計は、軸方向全長の１／５以内とする。

また、両端に前記サボニウス型ブレード３を設けた場合には、前記サボニウス型の方が翼型よりブレードの弦長が長いので、強度的には強い利点がある。

（参考例２）
図３および４は、参考例２の側面図および平面断面図である。なお、参考例１と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図３および４において、軸方向の中央部は、受風面１と背面２を備えたサボニウス型ブレード３であり、軸方向の両端は、翼型ブレード４であり、いずれのブレードも、支持円板５に固定されている。前記支持円板５は、回転軸６に取付けられた垂直型風車８である。

上記構成において前記垂直型風車８が風を受けると、起動時には、中央部の前記サボニウス型ブレード３で、大きなトルクが発生し、回転を開始すると、両端の翼型ブレード４で効率よく、回転トルクは発生する。通常の、風車では、上下方向に同じ断面のブレードを用いているので、起動特性または回転時特性のどちらかに重点がおかれ、特性的に課題があるが、本発明例では、水平断面でのブレード形状が異なるので、起動から回転中までのすべての範囲で、性能に課題のない垂直型風車とすることができる。

また、前記支持円板５の軸方向の位置は、起動特性を重点におくか、回転時の特性を重点におくかで、両ブレード形状の軸方向の割合を決めることができる。

また、中央部に前記サボニウス型ブレード３を設けたときには、両端より中央部に風が集まり易いので、起動性を重視した、風車とすることができる。

通常は、起動特性よりも回転時の特性を重点におくので、前記サボニウス型ブレード３の軸方向長さは、軸方向全長の１／５以内とする。

（参考例３）
図５は参考例３の側面図である。なお、参考例１または２と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図５において、軸方向の上部は、受風面１と背面２を備えたサボニウス型ブレード３であり、下部は翼型ブレード４であり、いずれのブレードも、支持円板５に固定されている。前記支持円板５は、回転軸６に取付けられた垂直型風車９である。

上記構成において、前記垂直型風車９が風を受けると、起動時には、上部の前記サボニウス型ブレード３で、大きなトルクが発生し、回転を開始すると、下部の翼型ブレード４で効率よく、回転トルクは発生する。通常の、風車では、上下方向に同じ断面のブレードを用いているので、起動特性または回転時特性のどちらかに重点がおかれ、特性的に課題があるが、本発明例では、水平断面でのブレード形状が異なるので、起動から回転中までのすべての範囲で、性能に課題のない垂直型風車とすることができる。

また、前記支持円板５の軸方向の位置は、起動特性を重点におくか、回転時の特性を重点におくかで、両ブレード形状の軸方向の割合を決めることができる。通常は、起動特性よりも回転時の特性を重点におくので、前記サボニウス型ブレード３の軸方向長さは、軸方向全長の１／５以内とする。

（参考例４）
図６は参考例４の側面図である。なお、参考例１〜３と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図６において、軸方向の下部は、受風面１と背面２を備えたサボニウス型ブレード３であり、上部は翼型ブレード４であり、いずれのブレードも、支持円板５に固定されている。前記支持円板５は、回転軸６に取付けられた垂直型風車１０である。

上記構成において、前記垂直型風車１０が風を受けると、起動時には、下部の前記サボニウス型ブレード３で、大きなトルクが発生し、回転を開始すると、上部の翼型ブレード４で効率よく、回転トルクは発生する。通常の、風車では、上下方向に同じ断面のブレードを用いているので、起動特性または回転時特性のどちらかに重点がおかれ、特性的に課題があるが、本発明例では、水平断面でのブレード形状が異なるので、起動から回転中までのすべての範囲で、性能に課題のない垂直型風車とすることができる。

また、下部に前記サボニウス型ブレード３を設けた場合には、前記サボニウス型の方が翼型よりブレードの弦長が水平方向に長いので、強度的には強い利点がある。通常は、起動特性よりも回転時の特性を重点におくので、前記サボニウス型ブレード３の軸方向長さは、軸方向全長の１／５以内とする。

（実施の形態１）
図７は本発明の実施の形態１の側面図である。なお、参考例１〜４と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図７において、軸方向の下部は、受風面１と背面２を備えたサボニウス型ブレード３であり、上部は翼型ブレード４であり、上支持円板１１および下支持円板１２に取り付けられており、上支持円板１１および下支持円板１２は、回転軸６に取付けられた垂直型風車１３である。

さらに、両型のブレードの軸方向の境界部１４は、順次形状を変化させ、サボニウス型と翼型の中間の形状としている。

上記構成において、前記垂直型風車１３が風を受けると、起動時には、下部の前記サボニウス型ブレード３で、大きなトルクが発生し、回転を開始すると、上部の翼型ブレード４で効率よく、回転トルクは発生する。通常の、風車では、上下方向に同じ断面のブレードを用いているので、起動特性または回転時特性のどちらかに重点がおかれ、特性的に課題があるが、本発明例では、水平断面でのブレード形状が異なるので、起動から回転中までのすべての範囲で、性能に課題のない垂直型風車とすることができる。

また、両型のブレードの軸方向の境界部１４は、順次形状を変化させ、サボニウス型と翼型の中間の形状としているので、中央の前記支持円板５がなく、軽量で安価となる。

境界の軸方向の位置は、起動特性を重点におくか、回転時の特性を重点におくかで、両ブレード形状の軸方向の割合を決めることができる。

また、下部に前記サボニウス型ブレード３を設けた場合には、前記サボニウス型の方が翼型よりブレードの弦長が水平方向に長いので、強度的には強い利点がある。

本発明による風車は、ブレードの水平方向断面形状の最適化により風力を効率的に回転エネルギーに変える風車を提供し、また低風速から起動させることができることを目的としている。

参考例１の側面図参考例１の平面断面図参考例２の側面図参考例２の平面断面図参考例３の側面図参考例４の側面図本発明の実施の形態１の側面図従来の風車を示す側面図同上平面断面図

符号の説明

１受風面
２背面
３サボニウス型ブレード
４翼型ブレード
５支持円板
６回転軸
７垂直型風車
８垂直型風車
９垂直型風車
１０垂直型風車
１１上支持円板
１２下支持円板
１３垂直型風車
１４境界部

Claims

ブレードの形式として複数持ち、両型の軸方向の境界の形状を順次変化させ、サボニウス型と翼型の中間の形状としたことを特徴とした垂直型風車。
ブレードの外直径は、軸方向のどの位置も同一としたことを特徴とした請求項１記載の垂直型風車。