JP4254773B2

JP4254773B2 - 垂直型風車

Info

Publication number: JP4254773B2
Application number: JP2005281773A
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: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: JP2007092599A

Description

本発明は、風力発電などに用いられる垂直型の風車に関する。

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６の側面図と図７の水平断面図を参照しながら説明する。

図６の側面図、図７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６図および第７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。また、低風速での起動性が課題となっている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、構造の単純さという特徴は残したまま、受風部の最適化を行い、風力を効率的に回転エネルギーに変えることのできる風車を提供し、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。

本発明の垂直型風車は、受風面と背面を備えたサボニウス型ブレードを２枚設置しその２枚のサボニウス型ブレード間に翼型ブレードを２枚づつ設置し、受風部水平断面において、前記サボニウス型ブレードと前記翼型ブレードとを同直径で軸に対して点対称に設置したことを特徴としたものである。

この手段により、風速の小さい起動時には、サボニウス型ブレードが働き起動性が良くなり、風速の多い高出力時には翼型ブレードが働き風を捉える効率が良くなり、同風速時の発生トルクを大きくすることができ、風車の効率向上が可能となる。

構造の単純さという特徴は残したまま、受風部の最適化を行い、風力を効率的に回転エネルギーに変えることのでき、また低風速に起動する風車を提供することができる。

本発明の垂直型風車は、受風面と背面を備えたサボニウス型ブレードを２枚設置しその２枚のサボニウス型ブレード間に翼型ブレードを２枚づつ設置し、受風部水平断面において、前記サボニウス型ブレードと前記翼型ブレードを同直径で軸に対して点対称に設置した構成としたものであり、これにより、風速の小さい起動時には、サボニウス型ブレードが働き起動性が良くなり、風速の多い高出力時には翼型ブレードが働き風を捉える効率が良くなり、同風速時の発生トルクを大きくすることができ、風車の効率向上を可能としたものである。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の平面断面図である。

図１において、風車１の断面が、受風面２と背面３を備えたサボニウス型ブレード４が、軸に対して点対称に２枚設置され、その間には、翼型ブレード５が、２枚づつ設置され、計６枚が同直径で軸に対し点対称に設置されている。また、前記サボニウス型ブレード４および翼型ブレード５は、軸方向に伸びており、上部の上側板６と中央部の中央支え板７に取り付けられており、中心の軸８に取り付けられている。

上記構成において前記風車１が風を受けると、前記風車１のサボニウス型ブレード４と、翼型ブレード５とでトルクが発生するが、風速の小さい起動時には、起動トルクの大きいサボニウス型ブレード４が働き、風速が大きく回転が増加してくると、前記翼型ブレード５で発生するトルクが大きくなる。

これにより、風速の小さい起動時には、サボニウス型ブレード４が働き起動性が良くなり、風速の多い高出力時には翼型ブレード５が働き風を捉える効率が良くなり、同風速時の発生トルクを大きくすることができ、風車の効率向上が可能となる。

（参考例１）
図２は参考例１の平面断面図である。なお、実施の形態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２において、風車１の断面が、受風面２と背面３を備えたサボニウス型ブレード４が、複数個設置され、その間には、翼型ブレード５が、複数個設置されている。また、前記サボニウス型ブレード４および翼型ブレード５は、軸方向に伸びており、上部の上側板６と中央部の中央支え板７に取り付けられており、中心の軸８に取り付けられている。さらに、前記翼型ブレード５の直径Ｄ１は、サボニウス型ブレード４の直径Ｄ２より大きい。

上記構成において、前記風車１が風を受けると、前記風車１のサボニウス型ブレード４と、翼型ブレード５とでトルクが発生するが、風速の小さい起動時には、起動トルクの大きいサボニウス型ブレード４が働き、風速が大きく回転が増加してくると、前記翼型ブレード５で発生するトルクが大きくなる。

この時、翼型ブレード５の直径Ｄ１が、サボニウス型ブレードの直径Ｄ２より大きいので、風車の出力がより大きくなる。

これにより、風速の小さい起動時には、サボニウス型ブレードが働き起動性が良くなり、風速の多い高出力時には翼型ブレードが働き風を捉える効率がより良くなり、同風速時の発生トルクを大きくすることができ、風車の効率向上が可能となる。

（参考例２）
図３は参考例２の平面断面図である。なお、実施の形態１または参考例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において、風車１の断面が、受風面２と背面３を備えたサボニウス型ブレード４が、複数個設置され、その間には、翼型ブレード５が、複数個設置されている。また、前記サボニウス型ブレード４および翼型ブレード５は、軸方向に伸びており、上部の上側板６と中央部の中央支え板７に取り付けられており、中心の軸８に取り付けられている。さらに、サボニウス型ブレード４および翼型ブレード５の軸方向の両端面は、垂直ではなく、上部が、回転方向に後進している。

この時、翼型ブレード５の直径Ｄ１が大きいので、風車の出力がより大きくなる。さらに、サボニウス型ブレード４および翼型ブレード５は、軸方向に垂直ではなく、上部が、回転方向に後進しているので、風を受けたとき、軸方向の上側に力が働き、自重による軸受け部の摩擦抵抗を低減する。

これにより、風速の小さい起動時には、サボニウス型ブレード４が働き起動性が良くなり、風速の多い高出力時には翼型ブレードが働き風を捉える効率が良くなり、同風速時の発生トルクを大きくすることができ、さらに軸受け部の摩擦トルクを低減し、より大きな風車の効率向上が可能となる。

（参考例３）
図４は参考例３の平面断面図である。なお、実施の形態１、参考例１、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４において、風車１の断面が、受風面２と背面３を備えたサボニウス型ブレード４が、複数個設置され、その間には、翼型ブレード５が、複数個設置されている。また、サボニウス型ブレード４および翼型ブレード５の軸方向の両端面は、側板がなく、前記サボニウス型ブレード４および翼型ブレード５の軸方向の中央部に中央支え板７を供えている。

この時、翼型ブレード５の直径Ｄ１が前記サボニウス型ブレード４の直径Ｄ２より大きいので、風車１の出力がより大きくなる。また、サボニウス型ブレード４および翼型ブレード５の軸方向の両端面は、上下側板がなく、ブレードの軸方向の中央部に中央支え板７を有している。

これにより、風速の小さい起動時には、サボニウス型ブレード４が働き起動性が良くなり、風速の多い高出力時には翼型ブレード５が働き風を捉える効率が良くなり、同風速時の発生トルクを大きくすることができ、さらに軸受け部の摩擦トルクを低減し、より大きな風車の効率向上が可能となる。また、上下に側板がなく、ブレードの軸方向の中央部に中央支え板７を有しているので、重量が軽くなり、軸受けなどでの摩擦が小さくなり、より起動性と出力が向上する。

（参考例４）
図５は参考例４の平面断面図である。なお、実施の形態１、参考例１乃至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５において、風車１の断面が、受風面２と背面３を備えたサボニウス型ブレード４が、複数個設置され、その間には、翼型ブレード５が、複数個設置されている。また、ブレードの軸方向の側板は、ブレードの上端にあり、ブレードの軸方向の中央部には中央支え板７を備えている。

この時、翼型ブレード５の直径が大きいので、風車１の出力がより大きくなる。また、サボニウス型ブレード４および翼型ブレード５のブレードの軸方向の側板は、ブレードの上端にあり、ブレードの軸方向の中央部には中央支え板７を有している。

これにより、風速の小さい起動時には、サボニウス型ブレード４が働き起動性が良くなり、風速の多い高出力時には翼型ブレード５が働き風を捉える効率が良くなり、同風速時の発生トルクを大きくすることができ、さらに軸受け部の摩擦トルクを低減し、より大きな風車の効率向上が可能となる。また、上部側板と、ブレードの軸方向の中央部に中央支え板７を有しているので、上部と下部の側板と中央支え板７を備えた場合より、重量が軽くなり、軸受けなどでの摩擦が小さくなり、より起動性と出力が向上する。

本発明にかかる風車は、ブレード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。

本発明の実施の形態１平面断面図参考例１の平面断面図参考例２の斜視図参考例３の斜視図参考例４の斜視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風車
２受風面
３背面
４サボニウス型ブレード
５翼型ブレード
６上側板
７中央支え板
８軸
１０１受風部
１０２支持部
１０３受風面
１０４背面

Claims

受風面と背面を備えたサボニウス型ブレードを２枚設置しその２枚のサボニウス型ブレード間に翼型ブレードを２枚づつ設置し、受風部水平断面において、前記サボニウス型ブレードと前記翼型ブレードとを同直径で軸に対して点対称に設置したことを特徴とした垂直型風車。