JP4719221B2 - Magnus type wind power generator - Google Patents
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Description
本発明は、各回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力により水平回転軸を回転させて発電機構部を駆動させるマグナス型の風力発電装置に関する。 The present invention relates to a Magnus type wind power generator that rotates a horizontal rotation shaft by a Magnus lift generated by the interaction between the rotation of each rotating cylinder and wind power to drive a power generation mechanism.
効率型風力発電装置として、サボニウス風車を用いたものが実用化されているが、サボニウス風車の翼は風速以上に回転することができず、発電能力も小さいことから、大電力発電には不向きであり、一方、比較的発電能力の高い実用的風力発電装置としてプロペラ型風車を用いたものがあるが、風車効率を比較的低風速域で高めることができないという問題がある。 An efficient wind power generator using a Savonius windmill has been put into practical use, but the blades of the Savonius windmill cannot rotate beyond the wind speed and the power generation capacity is small, so it is not suitable for large power generation. On the other hand, as a practical wind power generator having a relatively high power generation capability, there is one using a propeller type windmill, but there is a problem that the windmill efficiency cannot be increased in a relatively low wind speed region.
これら方式の他には、水平回転軸に対して放射状に所要数配設した回転円柱にマグナス揚力を発生させ、水平回転軸を回転させて発電を行うマグナス型風力発電装置もすでに公知である(例えば、特許文献1、2参照)。 In addition to these methods, a Magnus type wind power generator that generates power by generating Magnus lift in rotating cylinders arranged in a required number radially with respect to the horizontal rotating shaft and rotating the horizontal rotating shaft is already known ( For example, see Patent Documents 1 and 2).
特許文献1に示すようなマグナス型風力発電装置は、回転円柱を回転させることでマグナス揚力を発生させ、水平回転軸を回転させて発電を行っているため、発電量を上げるためには、回転円柱の回転速度を上げてマグナス揚力を強める必要がある。しかし、回転円柱を高速で回転させるためには、多くのエネルギーが消費されてしまい発電効率が悪くなる。 The Magnus type wind power generator as shown in Patent Document 1 generates Magnus lift by rotating a rotating cylinder and generates power by rotating a horizontal rotating shaft. It is necessary to increase the Magnus lift by increasing the rotation speed of the cylinder. However, in order to rotate the rotating cylinder at high speed, a lot of energy is consumed and the power generation efficiency is deteriorated.
また、特許文献2に記載のマグナス型風力発電装置は、風力により回転するサボニウスロータを用いて回転円柱を回転させているので、回転円柱の伝動機構を省略でき、かつ回転円柱を回転させるための駆動モータ等を設ける必要がないが、サボニウスロータは風速以上に回転することができず、回転円柱の回転速度を上げることができないため、大きなマグナス揚力を発生できず、効率のよい発電には不向きとなる。
Moreover, since the Magnus type wind power generator described in
本発明は、このような問題を一挙に解決し、低風速域から比較的高風速域にかけて効率よく発電できるマグナス型風力発電装置を提供するものである。 The present invention solves such problems all at once, and provides a Magnus type wind power generator capable of generating power efficiently from a low wind speed region to a relatively high wind speed region.
前記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載のマグナス型風力発電装置は、
発電機構部に回転トルクを伝達する水平回転軸と、該水平回転軸から略放射状に所要数配設された回転円柱とを備え、該各回転円柱がこれら回転円柱の軸周りに回転することで、該各回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力により前記水平回転軸を回転させて前記発電機構部を駆動するマグナス型風力発電装置であって、
前記回転円柱の外周表面の少なくとも一部に、凸状若しくは凹状に形成されたスパイラル条が設けられ、該スパイラル条により前記回転円柱の外周表面に、少なくとも該回転円柱の軸方向を向く空気の流れ成分を発生させる構造を有し、かつ前記スパイラル条の少なくともその一部の断面形状が、前記回転円柱の軸周りの予め決められた回転方向の回転時に生じる空気抵抗を低減させる形状となっていることを特徴としている。
この特徴によれば、凸状若しくは凹状に形成されたスパイラル条が、その各断面において大きな空気抵抗を受けず、回転円柱の軸周りの回転抵抗が少なくなり、より効率的に回転円柱が回転する。更に、この回転円柱の回転に基づいて、スパイラル条による回転円柱の軸方向への空気の流れが増大することになる。従って、回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力が増大し、発電機構部を駆動する水平回転軸の回転トルクを増大させることで、風力発電装置の発電効率を低風速域から比較的高風速域にかけて格段に上昇させることができる。尚、スパイラル条は、少なくともその一部の断面形状が空気抵抗を低減させるようになっていればよく、スパイラル条の全てが空気抵抗を低減させるようになっている必要はない。In order to solve the above-described problem, a Magnus type wind power generator according to claim 1 of the present invention provides:
A horizontal rotating shaft that transmits rotational torque to the power generation mechanism and rotating cylinders arranged in a required number substantially radially from the horizontal rotating shaft, and each rotating cylinder rotates around the axis of the rotating cylinder; , A Magnus type wind power generator that drives the power generation mechanism section by rotating the horizontal rotation shaft by Magnus lift generated by the interaction between the rotation of each rotating cylinder and wind power,
A spiral strip formed in a convex shape or a concave shape is provided on at least a part of the outer circumferential surface of the rotating cylinder, and the flow of air that faces at least the axial direction of the rotating cylinder on the outer circumferential surface of the rotating cylinder by the spiral strip. And a cross-sectional shape of at least a portion of the spiral strip has a shape that reduces air resistance generated when rotating in a predetermined rotation direction around the axis of the rotating cylinder. It is characterized by that.
According to this feature, the spiral strip formed in a convex shape or a concave shape does not receive a large air resistance in each cross section, the rotational resistance around the axis of the rotating cylinder is reduced, and the rotating cylinder rotates more efficiently. . Further, based on the rotation of the rotating cylinder, the air flow in the axial direction of the rotating cylinder due to the spiral strip increases. Therefore, the Magnus lift generated by the interaction between the rotation of the rotating cylinder and the wind power is increased, and the power generation efficiency of the wind power generator is compared from the low wind speed range by increasing the rotational torque of the horizontal rotating shaft that drives the power generation mechanism. It can be dramatically increased over the high wind speed range. Note that it is only necessary that at least a part of the cross-sectional shape of the spiral strip reduces the air resistance, and it is not necessary that all the spiral strips reduce the air resistance.
本発明の請求項2に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項1に記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記スパイラル条は、所定の風力に対してそれぞれ異なる空気抵抗を有する少なくとも第1面と第2面とが形成され、前記第1面が前記第2面よりも空気抵抗が少なくなるように、前記第1面と前記第2面とは、前記スパイラル条が、その断面形状において非対称の形状となっていることを特徴としている。
この特徴によれば、第1面と第2面とを適正に配置(交互に配置)したスパイラル条とすることにより、回転円柱の軸周りの予め決められた回転方向の回転に対してスパイラル条の空気抵抗を低減させることができ、かつ回転円柱に所定方向から自然風が加わった場合、その風力によって回転円柱が軸周りの予め決められた回転方向に回転し易くなり、自然風が回転円柱の回転を促進させることができる。更に、回転円柱を他の駆動モータの動力で回転させる場合には、この回転動力の低減を図れるばかりか、駆動モータをできる限り利用しないような自己回転型のマグナス型風力発電装置の稼動も可能となる。尚、異なる空気抵抗を有する第1面と第2面とは、同じ風速の空気をそれぞれの面に当てた際のそれぞれの面の空気抵抗を定義している。The Magnus type wind power generator according to
The spiral strip has at least a first surface and a second surface each having different air resistance with respect to a predetermined wind force, and the first surface has a lower air resistance than the second surface. The first surface and the second surface are characterized in that the spiral strip has an asymmetric shape in its cross-sectional shape.
According to this feature, the spiral strip is formed with respect to rotation in a predetermined rotation direction around the axis of the rotating cylinder by properly arranging (alternatingly arranging) the first surface and the second surface. When the natural wind is applied to the rotating cylinder from a predetermined direction, it is easy for the rotating cylinder to rotate in a predetermined rotating direction around the axis, and the natural wind is rotated to the rotating cylinder. Can be rotated. Furthermore, when rotating a rotating cylinder with the power of another drive motor, not only can this rotational power be reduced, but it is also possible to operate a self-rotating Magnus wind power generator that uses the drive motor as little as possible. It becomes. In addition, the 1st surface and 2nd surface which have different air resistance define the air resistance of each surface when the air of the same wind speed is applied to each surface.
本発明の請求項3に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項2に記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記スパイラル条は、1つの回転円柱に対し、少なくとも3条以上の複数条が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、スパイラル条が3条以上の複数条が設けられることで、より多くの空気流を回転円柱の軸方向に流すことができ、かつ自然風の風力をスパイラル条がより効率よく受けることができ、回転円柱が軸周りにスムーズに回転する。The Magnus type wind power generator according to claim 3 of the present invention is the Magnus type wind power generator according to
The spiral strip is characterized in that at least three or more strips are provided for one rotating cylinder.
According to this feature, by providing a plurality of spiral strips having three or more spiral strips, it is possible to flow more airflow in the axial direction of the rotating cylinder, and the spiral strips more efficiently generate natural wind power. The rotating cylinder smoothly rotates around the axis.
本発明の請求項4に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項3に記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記スパイラル条は、前記回転円柱の断面視において等間隔に奇数条設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、自然風の風力を受けているスパイラル条に、常に不釣り合いの状態をもたらすことができ、回転円柱の自己回転力をより高めることができる。The Magnus type wind power generator according to claim 4 of the present invention is the Magnus type wind power generator according to claim 3,
The spiral stripes are provided at odd intervals at equal intervals in the sectional view of the rotating cylinder.
According to this feature, it is possible to always bring an unbalanced state to the spiral strip receiving natural wind force, and to further increase the self-rotating force of the rotating cylinder.
本発明の請求項5に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項2ないし4のいずれかに記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記回転円柱が、少なくとも円弧面と凸状スパイラル条とから構成され、前記凸状スパイラル条の第1面は、前記回転円柱の回転時に、該回転円柱の円弧面上から第1面に空気が流れる際の空気抵抗を減少できるように、第1面が円弧面の接線方向に近接して延びていることを特徴としている。
この特徴によれば、円弧面から第1面にかけて、滑らかに空気が移動されるため、回転円柱上の空気流の剥離が抑えられ、マグナス揚力を効果的に維持できる。また、凸状スパイラル条の第1面が、揚力発生をもたらす円弧面の働きも兼ねることになり、マグナス揚力の増大効果も期待できる。尚、前述の「第1面が円弧面の接線方向に近接して延びる」とは、回転円柱における回転方向の上流側からの空気流が大きな抵抗を受けることがない程度の傾きであることであり、当業者が適宜設計できる程度の傾きを意味している。The Magnus type wind power generator according to
The rotating cylinder is composed of at least a circular arc surface and a convex spiral strip, and the first surface of the convex spiral strip has air from the arc surface of the rotating column to the first surface when the rotating cylinder rotates. The first surface extends close to the tangential direction of the arc surface so that the air resistance when flowing can be reduced.
According to this feature, since air is smoothly moved from the arc surface to the first surface, separation of the air flow on the rotating cylinder is suppressed, and the Magnus lift can be effectively maintained. In addition, the first surface of the convex spiral stripe also serves as an arc surface that generates lift, and an increase effect of Magnus lift can be expected. The above-mentioned “the first surface extends close to the tangential direction of the circular arc surface” means that the air flow from the upstream side in the rotational direction of the rotating cylinder is inclined so as not to receive a large resistance. Yes, it means an inclination that can be appropriately designed by those skilled in the art.
本発明の請求項6に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項5に記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記凸状スパイラル条の第1面の突端部には、空気攪乱部が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、空気攪乱部が、凸状スパイラル条の第1面の突端部付近の空気の表層流を攪乱することによって、その下流側に渦流が形成され、凸状スパイラル条の回転とともに、回転円柱の円弧面に、比較的短時間に安定した空気流が復帰し、マグナス揚力が効果的に発生する。The Magnus type wind power generator according to claim 6 of the present invention is the Magnus type wind power generator according to
An air disturbing portion is formed at the protruding end portion of the first surface of the convex spiral strip.
According to this feature, the air disturbing portion disturbs the surface layer flow of the air in the vicinity of the tip of the first surface of the convex spiral strip, so that a vortex is formed on the downstream side thereof, and the convex spiral strip rotates. A stable air flow returns to the arc surface of the rotating cylinder in a relatively short time, and Magnus lift is effectively generated.
本発明の請求項7に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項5または6に記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記凸状スパイラル条の第2面には、窪み部が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、回転円柱が軸周りの予め決められた回転方向に回転した際に、第2面が凸状スパイラル条の背面となり、ここに窪み部が形成されているため、この窪み部に負圧が生じ、この負圧部分に空気流が吸気されることによって、凸状スパイラル条の回転とともに第2面の下流側に続く回転円柱の円弧面に、比較的短時間に安定した空気流が復帰し、マグナス揚力が効果的に発生する。また、第2面に窪み部を形成することによって、第2面の下流側に続く円弧面の面積を広く確保できるようになり、マグナス揚力の増大効果も期待できる。The Magnus type wind power generator according to
A concave portion is formed on the second surface of the convex spiral strip.
According to this feature, when the rotating cylinder rotates in a predetermined rotation direction around the axis, the second surface becomes the back surface of the convex spiral stripe, and the depression is formed here. When a negative pressure is generated in the negative pressure portion and an air flow is sucked into the negative pressure portion, the air is stabilized in a relatively short time on the circular arc surface of the rotating cylinder that continues downstream of the second surface along with the rotation of the convex spiral strip. The flow returns and the Magnus lift is effectively generated. In addition, by forming a recess in the second surface, it becomes possible to secure a large area of the arc surface that continues downstream of the second surface, and an effect of increasing Magnus lift can be expected.
本発明の請求項8に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項2ないし4のいずれかに記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記回転円柱が、少なくとも円弧面と凹状スパイラル条とから構成され、前記凹状スパイラル条の第1面は、前記回転円柱の回転時に、第1面から回転円柱の円弧面に空気が流れる際の空気抵抗を減少できるように、第1面が円弧面の接線方向に近接して延びていることを特徴としている。
この特徴によれば、第1面から円弧面にかけて、滑らかに空気が移動されるため、回転円柱上の空気流の剥離が抑えられ、マグナス揚力を効果的に維持できる。また、凹状スパイラル条の第1面が、揚力発生をもたらす円弧面の働きも兼ねることになり、マグナス揚力の増大効果も期待できる。尚、前述の「第1面が円弧面の接線方向に近接して延びる」とは、回転円柱における回転方向の上流側からの空気流が大きな抵抗を受けることがない程度の傾きであることであり、当業者が適宜設計できる程度の傾きを意味している。A Magnus type wind power generator according to
The rotating cylinder is composed of at least an arc surface and a concave spiral strip, and the first surface of the concave spiral strip is air when air flows from the first surface to the arc surface of the rotating column when the rotating cylinder rotates. In order to reduce the resistance, the first surface extends close to the tangential direction of the arc surface.
According to this feature, since air is smoothly moved from the first surface to the arc surface, separation of the air flow on the rotating cylinder is suppressed, and the Magnus lift can be effectively maintained. In addition, the first surface of the concave spiral strip also serves as an arc surface that generates lift, and an increase effect of Magnus lift can be expected. The above-mentioned “the first surface extends close to the tangential direction of the circular arc surface” means that the air flow from the upstream side in the rotational direction of the rotating cylinder is inclined so as not to receive a large resistance. Yes, it means an inclination that can be appropriately designed by those skilled in the art.
本発明の請求項9に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項8に記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記凹状スパイラル条の第2面と、前記回転円柱の円弧面との境界付近には、空気攪乱部が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、空気攪乱部が、回転円柱の円弧面と凹状スパイラル条の第2面との境界付近の空気の表層流を攪乱することによって、その下流側に渦流が形成され、凹状スパイラル条の回転とともに、凹状スパイラル条の第1面に比較的短時間に安定した空気流が復帰し、マグナス揚力が効果的に発生する。The Magnus type wind power generator according to
An air disturbance part is formed in the vicinity of the boundary between the second surface of the concave spiral strip and the arc surface of the rotating cylinder.
According to this feature, the air disturbance part disturbs the surface layer flow of the air near the boundary between the circular arc surface of the rotating cylinder and the second surface of the concave spiral strip, so that a vortex flow is formed on the downstream side thereof, and the concave spiral Along with the rotation of the strip, a stable air flow returns to the first surface of the concave spiral strip in a relatively short time, and Magnus lift is effectively generated.
本発明の請求項10に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項8または9に記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記凹状スパイラル条の第2面には、窪み部が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、回転円柱が軸周りの予め決められた回転方向に回転した際に、第2面に窪み部が形成されているため、この窪み部に負圧が生じ、この負圧に空気流が吸気されることによって、凹状スパイラル条の回転とともに凹状スパイラル条の第2面の下流側に続く第1面に、比較的短時間に安定した空気流が復帰し、マグナス揚力が効果的に発生する。また、第2面に窪み部を形成することによって、第2面の下流側に続く第1面の面積を広く確保できるようになり、マグナス揚力の増大効果も期待できる。A Magnus type wind power generator according to claim 10 of the present invention is the Magnus type wind power generator according to
A concave portion is formed on the second surface of the concave spiral strip.
According to this feature, when the rotating cylinder rotates in a predetermined rotation direction around the axis, a depression is formed on the second surface, so that a negative pressure is generated in the depression and the negative pressure is reduced. When the air flow is sucked in, the air flow that is stable in a relatively short time returns to the first surface downstream of the second surface of the concave spiral strip along with the rotation of the concave spiral strip, and the Magnus lift is effective. Occurs. In addition, by forming a recess in the second surface, it becomes possible to secure a large area of the first surface that continues downstream of the second surface, and an effect of increasing Magnus lift can also be expected.
1 マグナス型風力発電装置
3 発電機構部
5 回転体(水平回転軸)
7、26、29 回転円柱
31、33、35 回転円柱
7a、26a 円弧面
8、30、32 凸状スパイラル条
34、36 凸状スパイラル条
27 凹状スパイラル条
8a、27a 傾斜面(第1面)
30a、32a 傾斜面(第1面)
34a、36a 傾斜面(第1面)
8b、27b 湾曲凹面(第2面、窪み部)
30b、32b 湾曲凹面(第2面、窪み部)
34b、36b 湾曲凹面(第2面、窪み部)
10 アウターシャフト(水平回転軸)
15 発電機
18 駆動モータ
25 微小凹条(空気攪乱部)
28 微小凸条(空気攪乱部)DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnus type wind power generator 3 Electric power
7, 26, 29 Rotating
30a, 32a Inclined surface (first surface)
34a, 36a Inclined surface (first surface)
8b, 27b Curved concave surface (second surface, indented portion)
30b, 32b Curved concave surface (second surface, indented portion)
34b, 36b Curved concave surface (second surface, indented portion)
10 Outer shaft (horizontal rotation axis)
15
28 Minute ridges (air disturbance part)
本発明に係るマグナス型風力発電装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下に説明する。 The best mode for carrying out the Magnus type wind power generator according to the present invention will be described below based on the embodiments.
本発明の実施例に係るマグナス型風力発電装置を図面に基づいて説明すると、先ず図1は、マグナス揚力の説明図であり、図2は、実施例1におけるマグナス型風力発電装置を示す正面図であり、図3は、実施例1におけるマグナス型風力発電装置を示す側面図であり、図4は、実施例1におけるスパイラル条が設けられた回転円柱を示す正面図であり、図5は、図4における回転円柱を示すA−A断面図であり、図6は、スパイラル条を示す拡大断面図である。以下、図2および図4の紙面手前側をマグナス型風力発電装置の正面側(前方側)とし、図3、図5、図6の右側をマグナス型風力発電装置の正面側(前方側)として説明する。 A Magnus type wind power generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 is an explanatory diagram of Magnus lift, and FIG. 2 is a front view showing the Magnus type wind power generator according to the first embodiment. FIG. 3 is a side view showing the Magnus type wind power generator in Example 1, FIG. 4 is a front view showing a rotating cylinder provided with a spiral strip in Example 1, and FIG. It is AA sectional drawing which shows the rotating cylinder in FIG. 4, FIG. 6 is an expanded sectional view which shows a spiral strip. Hereinafter, the front side of FIG. 2 and FIG. 4 is the front side (front side) of the Magnus type wind power generator, and the right side of FIGS. 3, 5, and 6 is the front side (front side) of the Magnus type wind power generator. explain.
一般的なマグナス揚力の発生メカニズムについて説明すると、図1の円筒形状を成す回転円柱Cの断面図に示すように、回転する回転円柱Cに当たった空気の流れは、図1のような回転円柱Cの回転方向(左回り)と空気流N0の向きでは、回転円柱Cの回転とともに上方に流れるようになり、このとき回転円柱Cの上方側を流れる空気が、回転円柱Cの下方側を流れる空気の速度よりも速く流れるので、回転円柱Cの上方側の負圧と下方側の正圧とで空気圧に差が生じるマグナス効果が生じるようになり、回転円柱Cには、空気の流れN0と垂直をなす方向にマグナス揚力Y0が発生するようになっている。A general mechanism for generating Magnus lift will be described. As shown in the cross-sectional view of the rotating cylinder C having a cylindrical shape in FIG. 1, the flow of air hitting the rotating rotating cylinder C is as shown in FIG. In the rotation direction of C (counterclockwise) and the direction of the air flow N 0 , the air flows upward along with the rotation of the rotating cylinder C. At this time, the air flowing on the upper side of the rotating cylinder C moves on the lower side of the rotating cylinder C. Since the air flows faster than the velocity of the flowing air, a Magnus effect that causes a difference in air pressure between the negative pressure on the upper side of the rotating cylinder C and the positive pressure on the lower side is generated. Magnus lift Y 0 in the direction forming an 0 and vertical is adapted to generate.
図2および図3に示す符号1は、本発明の適用されたマグナス型風力発電装置であり、このマグナス型風力発電装置1は、地面に立設された支台2の上部に、水平方向に旋回自在に軸支される発電機構部3を有しており、この発電機構部3は、内部に配置された鉛直モータ4を駆動させることで水平方向に旋回できるようになっている。
Reference numeral 1 shown in FIGS. 2 and 3 is a Magnus type wind power generator to which the present invention is applied. The Magnus type wind power generator 1 is arranged in the horizontal direction on the upper part of the
図2および図3に示すように、発電機構部3の正面側には、回転の軸心が水平方向を向く本実施例における水平回転軸としての回転体5が配置されており、この回転体5は図2を参照すると正面視で右回りに回転するように軸支されている。回転体5の正面側には、フロントフェアリング6が取り付けられており、回転体5の外周には、5本の略円筒形状の回転円柱7が放射状に配置されている。各々の回転円柱7は、これら回転円柱7の軸周りの予め決められた回転方向に回転自在に軸支されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, on the front side of the power generation mechanism section 3, a
更に、回転円柱7の外周表面には、スパイラル(螺旋)状に形成された凸状スパイラル条8が一体に巻き回して形成されており、この凸状スパイラル条8は、回転円柱7の外周表面から突出するように略凸状に形成されている。また、凸状スパイラル条8は、1つの回転円柱7の表面に3条(奇数条)設けられている。尚、この凸状スパイラル条8は合成樹脂等の材質、若しくは耐候性軽量合金等の材質などで製作することができる。
Further, a
この凸状スパイラル条8について説明すると、図4に示すように、所要幅、所要高さの3重螺旋をなす凸状スパイラル条8は、回転円柱7の長手方向の全体に渡って設けられ、回転円柱7の先端側から見たときに右ネジ状の右螺旋状をなすように固着されている。更に、この凸状スパイラル条8の突端部に沿って延び、かつ凸状スパイラル条8の表面から若干凹むように略凹状に形成された本実施例における空気攪乱部としての微小凹条25(ウインドリップ)が設けられている。
The
図5に示す回転円柱7の回転方向は左回りとなっており、凸状スパイラル条8は、断面視で略フィン形状を成し、回転円柱7が回転したときに生じる空気抵抗を低減させるような形状となっている。この凸状スパイラル条8の断面形状は、凸状スパイラル条8の長手方向全体に渡って同一になるように形成されている。
The rotation direction of the
また、この凸状スパイラル条8には、回転円柱7の回転方向と逆方向に傾く本実施例における第1面としての傾斜面8aが形成されるとともに、凸状スパイラル条8における傾斜面8aの裏側には、凸状スパイラル条8の内部側に所定の曲率で凹むように形成された本実施例における第2面および窪み部としての湾曲凹面8bが形成されている。それぞれの凸状スパイラル条8の傾斜面8aは回転円柱7の回転方向側に面しているとともに、湾曲凹面8bは回転円柱7の回転方向と逆方向側に面しており、傾斜面8aと湾曲凹面8bとが、回転円柱7の予め決められた方向に回転し易いように交互に適正に配置されている。尚、この傾斜面8aの突端部近傍に略凹状の微小凹条25が形成されている。
Further, the
更に、図4に示すように、回転円柱7の先端面には、回転円柱7の直径よりも大きな直径を有する円盤状のエンドキャップ9が取り付けられており、このエンドキャップ9の外方側には、所定曲率を有するラウンド面9aが形成されている。
Further, as shown in FIG. 4, a disc-shaped
また図3に示すように、発電機構部3の内部には、長手方向が水平方向を向く本実施例における水平回転軸としてのアウターシャフト10が配置されており、アウターシャフト10は発電機構部3内部に配置されたベアリング11を介して垂直方向に回動自在に支持されている。このアウターシャフト10の軸内は貫通されており、アウターシャフト10の軸内には、インナーシャフト12が挿設されている。
Further, as shown in FIG. 3, an
図3に示すインナーシャフト12はアウターシャフト10内部に配置されたベアリング13を介して垂直方向に回動自在に軸支されている。アウターシャフト10およびインナーシャフト12は互いに独立して回動することができ、互いの回転方向が同じで回転速度が異なっていてもよいし、互いの回転方向が異なっていても回動できるようになっている。
The
図3に示すように、アウターシャフト10の後端には、ギア14が固着されており、このギア14は、発電機構部3内の発電機15に接続されているギア16と係合されている。アウターシャフト10の前端には、発電機構部3の外方に突出されており、このアウターシャフト10の前端に回転体5が固着されている。
As shown in FIG. 3, a
図3に示すように、インナーシャフト12の後端は、アウターシャフト10から突出されてギア17が固着されており、このギア17は、発電機構部3内の駆動モータ18と連動されているギア19と係合される。また、インナーシャフト12の前端は、アウターシャフト10から突出されており、このインナーシャフト12の前端には、大径のベベルギア20が固着されている。
As shown in FIG. 3, the rear end of the
図3に示す駆動モータ18とギア19との間には、駆動モータ18の回転力を一方向に伝達するワンウェークラッチ22が配置されており、ギア19の回転によって駆動モータ18に逆方向の回転力が加わっても、ワンウェークラッチ22によって駆動モータ18の逆回転を防止できるようになっている。更に、発電機構部3内部には、駆動モータ18の起動用の電力を蓄えるバッテリー23が配置されている。尚、鉛直モータ4や駆動モータ18は、マグナス型風力発電装置1の周囲環境の風向や風速を観測する風向計(図示略)や風速計(図示略)に接続された制御回路24によって制御されるようになっている。
A one-way clutch 22 that transmits the rotational force of the
図2に示すように、インナーシャフト12に固着された大径のベベルギア20は、アウターシャフト10に固着された正面側の回転体5内部の中心に配置されるとともに、このベベルギア20は前方側に向かって窄まるように(前方側の直径が後方側の直径よりも小さくなるように)配置されている。このようにベベルギア20を配置することで、ベベルギア20の回転方向と回転体5の回転方向とを逆向きにすることができる。更に、この大径のベベルギア20には、5つの小径のベベルギア21が係合されており、5つの小径のベベルギア21は、回転体5の外周に配置された5本の回転円柱7の基部に連結されている。
As shown in FIG. 2, the large-
図3に示す発電機構部3内部の駆動モータ18を駆動させるとインナーシャフト12を介して駆動モータ18の動力が大径のベベルギア20に伝達され、このベベルギア20に係合される5つの小径のベベルギア21が回転され、各々のベベルギア21に連結された5本の回転円柱7が、該回転円柱7の軸回りに回転されるようになっている。
When the
マグナス型風力発電装置1を用いて発電する際には、先ず風向計(図示略)によって風向きを検出し、制御回路24が鉛直モータ4を駆動させて、回転体5の正面側から風が当たるように、風向きに合わせて発電機構部3を旋回させる。すると図3に示すように、マグナス型風力発電装置1の正面側から自然風Nが当たるようになる。
When power is generated using the Magnus type wind power generator 1, first, the wind direction is detected by an anemometer (not shown), and the
そして、発電機構部3内部のバッテリー23に蓄えられている起動用の電力を駆動モータ18に供給し、駆動モータ18を駆動させる。インナーシャフト12およびベベルギア20、21を介して駆動モータ18の動力が伝達され、各々の回転円柱7が回転しはじめる。各々の回転円柱7の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力Yによって、回転円柱7および回転体5は、アウターシャフト10を軸心として回転されるようになる。
And the electric power for starting stored in the
図5を参照して回転円柱7の回転方向と凸状スパイラル条8の巻き方について詳述すると、回転円柱7の先端側から見たときに、回転円柱7の凸状スパイラル条8の巻き方が右ネジ状の右螺旋状をなす場合、回転円柱7の回転方向は左回りとなっている。凸状スパイラル条8の巻き方向が回転円柱7の回転方向に対して逆向きとなっているため、図2および図4に示すように、回転円柱7の外周表面を流れる空気を回転体5に近づく方向に向けて流すことができる。
Referring to FIG. 5, the rotation direction of the
図4に示すように、凸状スパイラル条8が回転円柱7に施されることにより、回転円柱7の回転時に、凸状スパイラル条8によって、空気の流れFが発生する。この際、回転円柱7の外周表面に、自然風Nや回転円柱7と伴に回転する回転円柱7の表層の空気の動きとは別に、回転円柱7の軸方向を向く空気の流れ成分V(ベクトル成分V)を発生させることができる。図2に示すように、この空気の流れ成分Vは、回転円柱7の先端側から回転体5に向けて流れるようになっている。
As shown in FIG. 4, the
図4および図5に示すように、回転円柱7の外周の空気流、すなわち回転円柱7の外周表面に空気流動Fを発生させることで、自然風Nと、回転円柱7と伴に回転する回転円柱7の表層の空気の動きとで形成される三次元的な空気流が形成される。
As shown in FIGS. 4 and 5, the air flow around the outer periphery of the
そして図5に示すように、各々の回転円柱7の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力Yが増大される。ここで言う凸状スパイラル条8で与えられる空気の流れFは、全てが回転円柱7の軸方向を向いている必要はなく、少なくとも回転円柱7の軸と平行なベクトル成分Vがあれば十分効果がある。発明者の1つの考察であるが、マグナス揚力Yが高まる理由として、回転円柱7に加わる負圧と正圧との差圧が高まる現象や、揚力発生面が拡大する現象等が発生していると考えられる。
Then, as shown in FIG. 5, the Magnus lift Y generated by the interaction between the rotation of each
また、エンドキャップ9を利用すると、マグナス効果が向上するようになっている。すなわちエンドキャップ9が回転円柱7の先端面に設けられることによって、このエンドキャップ9が空気流Fに好影響を与え、マグナス揚力Yの向上が見られる。
Further, when the
更に図5に示すように、凸状スパイラル条8は、回転円柱7の断面円周上において、等間隔に奇数条(本実施例では3条)設けられており、そのため回転円柱7が軸周りにスムーズに回転できるようになっている。
Further, as shown in FIG. 5, the
奇数条の凸状スパイラル条8について具体的に説明する。例えば、回転円柱7に設けられる凸状スパイラル条8が、回転円柱7の断面円周上に等間隔に偶数条設けられた場合には、回転円柱7の軸心を介して対向する位置に配置される各々の凸状スパイラル条8に均等に自然風Nの風力が加わり、回転円柱7の回転の釣り合いが取れてしまい、回転円柱7の回転が停滞してしまう場合がある。
The odd-numbered
しかし、凸状スパイラル条8を等間隔に奇数条設けることによって、各々の凸状スパイラル条8が回転円柱7の軸心を介して対向する位置に配置されないようになり、各々の凸状スパイラル条8に不均等に自然風Nの風力が加わるようになるので、常に回転円柱7を不釣り合いの状態にすることができ、回転円柱7の自己回転力をより高めることができる。
However, by providing the
尚、凸状スパイラル条8は、1つの回転円柱7に対し、少なくとも3条以上の複数条設けられていればよく、このようにすれば、より多くの空気流Vを回転円柱7の軸方向に流すことができ、かつ自然風の風力を凸状スパイラル条8がより効率よく受けることができ、回転円柱7が軸周りにスムーズに回転する。
Note that the
また、本実施例では、凸状スパイラル条8が回転円柱7に3条設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、凸状スパイラル条8が回転円柱7に5条や7条、或いはそれ以上の奇数条の凸状スパイラル条8を回転円柱7に設けてもよい。
Further, in this embodiment, three
更に図6を参照して凸状スパイラル条8について詳述すると、この凸状スパイラル条8に設けられた傾斜面8aと湾曲凹面8bとが、それぞれ異なる空気抵抗を有するように、凸状スパイラル条8は、その断面形状において非対称の形状となっている。凸状スパイラル条8の傾斜面8aは、回転円柱7の回転時に、回転円柱7の円弧面7a上から傾斜面8aに空気が流れる際の空気抵抗を減少できるように、円弧面7a上の所定の点αの位置から接線方向に近接して延びるように傾けられており、円弧面7aを流れる空気の流れ成分Kを、回転円柱7の軸心から離れる方向に滑らかに流すことができる。
Further, the
尚、ここで言う回転円柱7の断面視の円弧面7aの接線方向に流れる空気の流れ成分Kとは、回転円柱7を回転させたときに、回転円柱7の表面(円弧面7a)を回転円柱7に対して相対的に流れる空気の流れのことである。この空気の流れ成分Kが、凸状スパイラル条8の傾斜面8aによって回転円柱7の軸心から離れる方向に流されることで、凸状スパイラル条8に発生する空気抵抗(回転抗力)が低減されるようになっている。かつ円弧面7aから傾斜面8aにかけて、滑らかに空気が移動されるため、回転円柱7上の空気流の剥離が抑えられ、マグナス揚力Yを効果的に維持できる。
The air flow component K flowing in the tangential direction of the
また、本実施例では、凸状スパイラル条8の傾斜面8aが、回転円柱7の円弧面7a上の所定の点αの位置における接線方向に近接して延びるように傾けられているが、傾斜面8aは必ずしも点αにおける接線方向に近接している必要はなく、回転円柱7上の空気の流れ成分Kを、回転円柱7の軸心から離れる方向に直角以下の角度で変化させる傾きの傾斜面8aであれば、凸状スパイラル条8に発生する空気抵抗が低減されるようになっている。
Further, in this embodiment, the
また、凸状スパイラル条8の傾斜面8aが、揚力発生をもたらす円弧面7aの働きも兼ねることになり、マグナス揚力Yの増大効果も期待できる。尚、前述の「傾斜面8aが、回転円柱7の円弧面7a上の所定の点αの位置における接線方向に近接して延びる」とは、回転円柱7における回転方向の上流側からの空気流Kが大きな抵抗を受けることがない程度の傾きであることであり、当業者が適宜設計できる程度の傾きを意味している。
Further, the
また図6に示すように、凸状スパイラル条8の湾曲凹面8bは、その一部の面が回転円柱7の軸心から径方向に延びる直線βよりも、回転円柱7の回転方向と逆方向に傾けられており、かつ湾曲凹面8bにおける凸状スパイラル条8と回転円柱7の接合部付近が、凸状スパイラル条8の内部側に窪むように湾曲している。
Further, as shown in FIG. 6, the curved
この凸状スパイラル条8に形成された湾曲凹面8bには、回転円柱7が回転した際に、湾曲凹面8bが凸状スパイラル条8の背面となり、ここに窪み部が形成されることにより、この湾曲凹面8bに負圧が生じ、この負圧に空気流が吸気されることによって、湾曲凹面8bに沿って流れる空気流Kが、湾曲凹面8bの下流側に続く回転円柱7の円弧面7aに流れるようになり、回転円柱7の円弧面7aに、比較的短時間に安定した空気流Kが復帰する。そのため図4に示すように、凸状スパイラル条8の回転とともに回転円柱7の軸方向を向く空気の流れ成分Vを効率よく発生させることができる。また、湾曲凹面8bが窪み部を兼ねることによって、湾曲凹面8bの下流側に続く円弧面7aの面積を広く確保できるようになり、マグナス揚力Yの増大効果も期待できる。
On the curved
発明者の1つの考察であるが、凸状スパイラル条8の傾斜面8aによって空気を押圧して移動させ、回転円柱7の軸方向を向く空気の流れ成分Vを発生させるよりも、凸状スパイラル条8の湾曲凹面8bに発生する負圧によって空気を吸気させて移動させる方が、より強い力で空気を移動させることができ、回転円柱7の軸方向を向く空気の流れ成分Vを効率よく発生させることができるものと考えられる。
One consideration of the inventor is that the convex spiral rather than the air flow component V directed in the axial direction of the
更に、図6に示す湾曲凹面8bは、回転円柱7の回転方向と逆方向に傾けられているので、湾曲凹面8bに自然風Nが当たったとき、湾曲凹面8bが自然風Nの風力を効率よく受けることができる。その湾曲凹面8bが、凸状スパイラル条8の傾斜面8aの裏側に形成されることによって、回転円柱7が予め決められた回転方向に回転し易くなり、自然風Nが回転円柱7の回転を促進させることができる。
Furthermore, since the curved
尚、凸状スパイラル条8に設けられる傾斜面8aと湾曲凹面8bとは、所定の風力に対してそれぞれ異なる空気抵抗を有するように、かつ傾斜面8aが湾曲凹面8bよりも空気抵抗が少なくなるように、その断面形状が形成してあればよい。尚、異なる空気抵抗を有する傾斜面8aと湾曲凹面8bとは、同じ風速の空気を傾斜面8aと湾曲凹面8bにそれぞれの方向から当てた際の傾斜面8aと湾曲凹面8bの空気抵抗を定義している。
The
また、湾曲凹面8bは回転円柱7の軸心から径方向に延びる直線βよりも、回転円柱7の回転方向に傾いていてもよく、少なくとも湾曲凹面8bに所定の風力が当たった場合に、その空気抵抗が傾斜面8aよりも大きければよい。更に、湾曲凹面8bは所定の曲率を有しない平面状であってもよい。
Further, the curved
図6に示すように、凸状スパイラル条8の傾斜面8aの突端部に、傾斜面8aの一部を切り欠いて形成した微小凹条25が設けられていることで、傾斜面8aの突端部付近の空気の表層流を攪乱し、凸状スパイラル条8によって空気流Kが回転円柱7の円弧面7aから剥離することを抑えることができる。
As shown in FIG. 6, the protruding end of the
微小凹条25について更に詳しく説明すると、傾斜面8aによって回転円柱7の軸心から離れる方向に流される空気流Kは、凸状スパイラル条8の突端部から更に回転円柱7から離れる方向に流れようとするが、傾斜面8aの突端に設けられた微小凹条25によって、この空気流Kに小さな攪乱を発生させて凸状スパイラル条8の湾曲凹面8b側(下流側)に小さな渦流Wを発生させる。この渦流Wが湾曲凹面8b側に巻き込まれるように流れることで、空気流Kが回転円柱7の円弧面7aに沿って流れるようになり、比較的短時間に安定した空気流Kが円弧面7aに復帰し、回転円柱7のマグナス揚力Yが付加的に増えるようになっている。
The
尚、微小凹条25が凸状スパイラル条8に設けられることによって、凸状スパイラル条8の空気抵抗は若干大きくなるが、マグナス揚力Yが付加的に増えるので、マグナス型風力発電装置1の発電能力は向上するようになっている。また、本実施例では、凸状スパイラル条8の突端部に沿って空気攪乱部としての微小凹条25が形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、微小なデンプルのような凹部を、凸状スパイラル条8の突端部に沿って複数配列させることによって空気攪乱部を形成してもよい。
In addition, although the air resistance of the
図3に示すように、回転体5が回転すると、アウターシャフト10の後端に連結された発電機15が駆動されて発電が行われる。凸状スパイラル条8が回転円柱7に設けられ、この凸状スパイラル条8が、その各断面において大きな空気抵抗を受けないので、回転円柱7の軸周りの回転抵抗が少なくなり、より効率的に回転円柱7が回転するようになっている。更に、この回転円柱7の回転に基づいて、凸状スパイラル条8による回転円柱7の軸方向への空気の流れが増大するので、回転円柱7のマグナス揚力Yが増大され、発電機15を駆動するアウターシャフト10の回転トルクが増大されるようになる。従って、マグナス型風力発電装置1の発電効率を上げることができるようになっている。
As shown in FIG. 3, when the
尚、発電機15によって発電が開始されると、この発電された電力の一部を、回転円柱7を回転させるための駆動モータ18に供給させて補助電力として利用でき、かつ次回の起動用の電力としてバッテリー23に蓄えることもできる。
When power generation is started by the
また、ベベルギア20、21を用いて回転円柱7の本数(本実施例では5本)よりも少ない個数(本実施例では1個)の駆動モータ18を用いて各回転円柱7を回転させているため、駆動モータ18を駆動させるための電力を節約できるようになり、マグナス型風力発電装置1の発電効率を上げることができるようになっている。
Further, the rotating
尚、5つの小径のベベルギア21が係合される大径のベベルギア20が前方側に向かって窄まるように配置されており、このベベルギア20の回転方向と回転体5の回転方向とが逆向きになっていることで、最小限度の駆動モータ18の回転数(回転トルク)で回転円柱7を効率的に回転させることができる。
In addition, the large-
また、湾曲凹面8bにおける凸状スパイラル条8と回転円柱7の接合部付近が、所定の曲率で凹むように湾曲された形状を成していることで、湾曲凹面8bに雪などが付着し難くなっており、かつ風雨によって湾曲凹面8bに付着した水分が氷結しても、氷の膨張とともに剥がれ落ちるようになっており、寒冷地にマグナス型風力発電装置1を設置した場合であっても、凸状スパイラル条8が破壊されないようになっている。
Further, since the vicinity of the joint between the
尚、エンドキャップ9が所定曲率のラウンド面9aを有していることで、空気流をスムーズに回転円柱7の先端面から回転円柱7の外周表面に流すことができる。そのため回転円柱7がアウターシャフト10を軸心として回転した際に、回転円柱7の先端で発生するカルマン渦等の発生を低減でき、回転円柱7の先端に加わる空気流による抗力が低減される。
In addition, since the
従来用いられているプロペラ型風力発電装置では、発電を開始できる自然風の風速が比較的高速(5m以上)である必要があり、年間を通じて平均して発生することが最も多い風速が低速域(5m以下)の自然風において、効率よく発電することができなかった。尚、低速域(5m以下)の自然風にて発電可能なプロペラ型風力発電装置も存在するが、その発電効率は悪く、実用化には適していなかった。本発明のマグナス型風力発電装置1は、回転円柱7を回転させるための電力が必要になっているが、風速が比較的高速域(5m以上)の自然風のみならず、風速が低速域(5m以下)の自然風であっても、プロペラ型風力発電装置よりも高い効率で発電でき、本実施例のマグナス型風力発電装置1を用いれば、従来のプロペラ型風力発電装置に比べて、より多くの年間発電量を確保できるようになっている。
Conventional propeller-type wind power generators require that the natural wind speed at which power generation can be started be relatively high (5 m or more), and the wind speed that occurs most frequently throughout the year is the low speed range ( In a natural wind of 5 m or less, it was not possible to generate power efficiently. There are also propeller-type wind power generators that can generate power with natural wind in a low speed range (5 m or less), but their power generation efficiency is poor and not suitable for practical use. The Magnus type wind power generator 1 of the present invention requires electric power for rotating the
また、本発明のマグナス型風力発電装置1は、自然風の風速が所定の風速以上になったときに、駆動モータ18の動力を使用しなくても回転体5を回転させることができる。具体的に説明すると、例えば、回転体5の中心に配置される大径のベベルギア20を固定させた状態で回転体5が回転されると、大径のベベルギア20に係合されている小径のベベルギア21が回転するようになっている。つまり自然風が有しているエネルギーが、回転体5が回転するときの摩擦抵抗と、回転円柱7が回転するときの摩擦抵抗とを合わせた抵抗を上回り、かつ回転円柱7を所定の回転数(マグナス揚力Yを発生させる回転数)で回転させるエネルギーを有していれば、回転体5が自然風のエネルギーのみで回転を持続できるようになっている。
In addition, the Magnus type wind power generator 1 of the present invention can rotate the
更に詳述すると、本発明のマグナス型風力発電装置1の制御回路24は、自然風の風速や、回転体5の回転数に合わせて駆動モータ18の回転数(回転トルク)を任意に変化させることができる。制御回路24は、自然風の風速が所定の風速以上の場合に、発電開始時に駆動モータ18を駆動させて回転円柱7を回転させた後、回転体5が回転し始めたら駆動モータ18の駆動を停止させて自然風のエネルギーのみで発電をさせるように制御する。
More specifically, the
尚、自然風のエネルギーのみで回転体5を回転させようとすると、ベベルギア21の回転力によってベベルギア20が逆回転する場合があるが、駆動モータ18と、この駆動モータ18に接続されているギア19との間に、ワンウェークラッチ22が配置されていることで、駆動モータ18を停止させても、ベベルギア20が逆回転しないようになる。
If the
また、回転円柱7の軸周りの回転摩擦抵抗が低くなるように製作した場合には、自然風が回転円柱7に加わったときに、自然風が凸状スパイラル条8の湾曲凹面8bを押圧し、その風力によって回転円柱7を軸周りに回転させることができる。そのため駆動モータ18を駆動させる起動用の電力を節約できるばかりか、駆動モータ18を搭載しない(若しくは駆動モータ18をできる限り利用しないような)自己回転型のマグナス型風力発電装置1の製作も可能になる。
In the case where the rotational friction resistance around the axis of the
次に、実施例2に係る回転円柱26について、図7および図8を参照して説明する。尚、実施例1に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。図7は、実施例2における凹状スパイラル条27が設けられた回転円柱26を示す正面図であり、図8は、図7における回転円柱26を示すB−B断面図である。以下、図7の紙面手前側を回転円柱26の正面側(前方側)とし、図8の右側を回転円柱26の正面側(前方側)として説明する。
Next, the rotating
図7に示すように、回転体5の外周に設けられた略円筒形状の回転円柱26は、これら回転円柱26の軸周りの予め決められた回転方向に回転自在に軸支されている。また、回転円柱26の外周表面には、スパイラル(螺旋)状に形成された凹状スパイラル条27が形成されており、この凹状スパイラル条27は、回転円柱26の外周表面から凹むように略凹状に形成されている。尚、凹状スパイラル条27は、1つの回転円柱26の表面に3条(奇数条)設けられている。
As shown in FIG. 7, the substantially cylindrical
この凹状スパイラル条27について説明すると、図7に示すように、所要幅、所要深さの3重螺旋をなす凹状スパイラル条27は、回転円柱26の先端側から見たときに右ネジ状の右螺旋状をなすように形成されている。また、この凹状スパイラル条27の近傍に沿って延び、かつ回転円柱26の外周表面から若干突出するように略凸状に形成された本実施例における空気攪乱部としての微小凸条28(ウインドリップ)が設けられている。更に、回転円柱26の先端面には、円盤状のエンドキャップ9が取り付けられており、このエンドキャップ9には、所定曲率を有するラウンド面9aが形成されている。
The
図8に示す回転円柱26の回転方向は左回りとなっており、凹状スパイラル条27は、断面視で略凹形状を成している。この凹状スパイラル条27には、回転円柱26の回転方向と逆方向に傾く本実施例における第1面としての傾斜面27aが形成されるとともに、凹状スパイラル条27内において傾斜面27aと向かい合うように、所定の曲率で凹むように形成された本実施例における第2面および窪み部としての湾曲凹面27bが形成されている。
The rotation direction of the
また図8に示すように、それぞれの凹状スパイラル条27の傾斜面27aは回転円柱26の回転方向側に面しているとともに、湾曲凹面27bは回転円柱26の回転方向と逆方向側に面しており、傾斜面27aと湾曲凹面27bとが、回転円柱26の予め決められた方向に回転し易いように交互に適正に形成されている。尚、回転円柱26の円弧面26aと湾曲凹面27bとの境界付近の回転円柱26の円弧面26a上に、略凸状の微小凸条28が形成されている。
In addition, as shown in FIG. 8, the
図8を参照して回転円柱26の回転方向と凹状スパイラル条27の巻き方について詳述すると、回転円柱26の先端側から見たときに、回転円柱26の凹状スパイラル条27の巻き方が右ネジ状の右螺旋状をなす場合、回転円柱26の回転方向は左回りとなっている。凹状スパイラル条27の巻き方向が回転円柱26の回転方向に対して逆向きとなっているため、図7に示すように、回転円柱26の外周表面を流れる空気を回転体5に近づく方向に向けて流すことができる。
Referring to FIG. 8, the rotation direction of the
図7に示すように、凹状スパイラル条27が回転円柱26に施されることにより、回転円柱26の回転時に、凹状スパイラル条27によって、空気の流れFが発生する。この際、回転円柱26の外周表面に、自然風Nや回転円柱26と伴に回転する回転円柱26の表層の空気の動きとは別に、回転円柱26の軸方向を向く空気の流れ成分V(ベクトル成分V)を発生させることができる。図7に示すように、この空気の流れ成分Vは、回転円柱26の先端側から回転体5に向けて流れるようになっている。
As shown in FIG. 7, the
図7および図8に示すように、回転円柱26の外周の空気流、すなわち回転円柱26の外周表面に空気流動Fを発生させることで、自然風Nと、回転円柱26と伴に回転する回転円柱26の表層の空気の動きとで形成される三次元的な空気流が形成され、各々の回転円柱26の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力Yが増大される。
As shown in FIGS. 7 and 8, the air flow around the outer periphery of the
更に図8に示すように、凹状スパイラル条27は、回転円柱26の断面円周上において、等間隔に奇数条(本実施例では3条)設けられており、そのため自然風の風力を受けている回転円柱26に、常に不釣り合いの状態をもたらすことができ、回転円柱26の自己回転力をより高めることができ、回転円柱26が軸周りにスムーズに回転できるようになっている。
Further, as shown in FIG. 8, the concave spiral strips 27 are provided at odd intervals (three strips in the present embodiment) at equal intervals on the cross-sectional circumference of the
更に図8に示すように、凹状スパイラル条27に設けられた傾斜面27aと湾曲凹面27bとが、それぞれ異なる空気抵抗を有するように、凹状スパイラル条27は、その断面形状において非対称の形状となっている。尚、回転円柱26の回転時に、傾斜面27aから円弧面26aに空気が流れる際の空気抵抗を減少できるように、凹状スパイラル条27の傾斜面27aが、湾曲凹面27bから円弧面26a上の所定の点α’の位置まで、点α’における接線方向に近接して延びるように傾けられている。そのため傾斜面27aから円弧面26aにかけて、滑らかに空気が移動されるようになり、回転円柱26の表面を回転円柱26に対して相対的に流れる空気流の剥離が抑えられ、マグナス揚力Yを効果的に維持できる。
Further, as shown in FIG. 8, the
また、凹状スパイラル条27の傾斜面27aが、揚力発生をもたらす円弧面26aの働きも兼ねることになり、マグナス揚力Yの増大効果も期待できる。尚、前述の「傾斜面27aが、湾曲凹面27bから円弧面26a上の所定の点α’の位置まで、点α’における接線方向に近接して延びるように傾けられている」とは、回転円柱26における回転方向の上流側からの空気流が大きな抵抗を受けることがない程度の傾きであることであり、当業者が適宜設計できる程度の傾きを意味している。
In addition, the
また図8に示すように、凹状スパイラル条27の湾曲凹面27bは、回転円柱26の軸心から径方向に延び、湾曲凹面27bの突端部を通る直線β’よりも、回転円柱26の回転方向側に窪むように湾曲しており、かつその一部の傾斜は回転円柱26の回転方向と逆方向に傾けられている。
Further, as shown in FIG. 8, the curved
この凹状スパイラル条27に形成された湾曲凹面27bには、回転円柱26が回転した際に、湾曲凹面27bに窪み部が形成されることにより、この湾曲凹面27bに負圧が生じ、この負圧に空気流が吸気されることによって、湾曲凹面27bに沿って流れる空気流が、凹状スパイラル条27の湾曲凹面27bの下流側に続く傾斜面27aに流れるようになり、凹状スパイラル条27の傾斜面27aに、比較的短時間に安定した空気流が復帰する。そのため図7に示すように、凹状スパイラル条27の回転とともに回転円柱26の軸方向を向く空気の流れ成分Vを効率よく発生させることができる。また、湾曲凹面27bが窪み部を兼ねることによって、湾曲凹面27bの下流側に続く円弧面26aの面積を広く確保できるようになり、マグナス揚力Yの増大効果も期待できる。
On the curved
尚、図8に示す湾曲凹面27bに自然風Nが当たったとき、湾曲凹面27bが自然風Nの風力を効率よく受けることができる。その湾曲凹面27bが、凹状スパイラル条27内で傾斜面27aと向かい合うように形成されることによって、回転円柱26が予め決められた回転方向に回転し易くなり、自然風Nが回転円柱26の回転を促進させることができる。
When the natural wind N hits the curved
図8に示すように、回転円柱26の円弧面26aと湾曲凹面27bとの境界付近の回転円柱26の円弧面26a上に、略凸状の微小凸条28が設けられていることで、回転円柱26の円弧面26aと湾曲凹面27bとの境界付近の空気の表層流を攪乱し、回転円柱26の表面上を流れる空気流が、凹状スパイラル条27の傾斜面27aから剥離することを抑えるので、比較的短時間に安定した空気流が傾斜面27aおよび円弧面26aに復帰して回転円柱26のマグナス揚力Yが付加的に増える。
As shown in FIG. 8, rotation is achieved by providing a substantially
尚、微小凸条28が回転円柱26の円弧面26aに設けられることによって、回転円柱26の空気抵抗は若干大きくなるが、マグナス揚力Yが付加的に増えるので、マグナス型風力発電装置1の発電能力は向上するようになっている。また、実施例2では、回転円柱26の円弧面26aと凹状スパイラル条27の境界付近に沿って、空気攪乱部としての微小凸条28が形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、微小な突起を回転円柱26の円弧面26aと凹状スパイラル条27の境界付近に沿って複数配列させることによって、空気攪乱部を形成してもよい。
In addition, although the air resistance of the
図7に示すように、凹状スパイラル条27が回転円柱26に設けられ、その凹状スパイラル条27は各断面において大きな空気抵抗を受けない形状であることによって、回転円柱26の軸回りの回転抗力が低減されるので、マグナス型風力発電装置1の発電効率を上げることができるようになっている。
As shown in FIG. 7, a
次に、実施例3に係る回転円柱29について、図9を参照して説明する。尚、実施例1に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。図9は、実施例3における凸状スパイラル条30が設けられた回転円柱29を示す正面図である。
Next, the rotating
図9に示すように、回転体5の外周に設けられた略円筒形状の回転円柱29は、これら回転円柱29の軸周りの予め決められた回転方向に回転自在に軸支されている。また、回転円柱29の外周表面には、スパイラル(螺旋)状に形成された凸状スパイラル条30が一体に巻き回して形成されており、この凸状スパイラル条30は、回転円柱29の外周表面から突出するように略凸状に形成されている。
As shown in FIG. 9, the substantially cylindrical
また、回転円柱29に設けられた凸状スパイラル条30は、その巻き密度が回転円柱29の基端側よりも先端側が大きくなるように形成されている。図9に示すように、凸状スパイラル条30同士の間の幅は、回転円柱29の先端側よりも基端側が幅広になっている。
Further, the
この凸状スパイラル条30について説明すると、図9に示すように、回転円柱29の先端側から見たときに右ネジ状の右螺旋状をなすように固着されている。また、この凸状スパイラル条30の突端部に沿って延び、かつ回転円柱29の外周表面から若干凹むように略凹状に形成された本実施例における空気攪乱部としての微小凹条25(ウインドリップ)が設けられている。更に、回転円柱29の先端面には、円盤状のエンドキャップ9が取り付けられており、このエンドキャップ9には、所定曲率を有するラウンド面9aが形成されている。
The
図9に示す回転円柱29の回転方向は、回転円柱29の先端側から見た場合、左回りとなっており、凸状スパイラル条30は断面視で略フィン形状を成し、回転円柱29が回転したときに生じる空気抵抗を低減させるような形状となっている。この凸状スパイラル条30には、回転円柱29の回転方向と逆方向に傾く本実施例における第1面としての傾斜面30aが形成されるとともに、凸状スパイラル条30における傾斜面30aの裏側には、凸状スパイラル条30の内部側に所定の曲率で凹むように形成された本実施例における第2面および窪み部としての湾曲凹面30bが形成されている。
The rotation direction of the
図9に示すように、凸状スパイラル条30が回転円柱29に施されることにより、回転円柱29の回転時に、凸状スパイラル条30によって、空気の流れFが発生する。この際、回転円柱29の外周表面に、自然風Nや回転円柱29と伴に回転する回転円柱29の表層の空気の動きとは別に、回転円柱29の軸方向を向く空気の流れ成分V(ベクトル成分V)を発生させることができる。図9に示すように、この空気の流れ成分Vは、回転円柱29の先端側から回転体5に向けて流れるようになっている。
As shown in FIG. 9, the
回転円柱29は回転体5を中心として回転した場合に、基端側よりも先端側がより広い範囲の風を受けるようになっており、実施例3における回転円柱29にあっては、凸状スパイラル条30の巻き密度を基端側よりも先端側を大きくすることで、回転円柱29の先端側により大きなマグナス揚力Yを発生させることができる。このように構成された凸状スパイラル条30は、年間平均風速が低い地域にマグナス型風力発電装置を設置する場合などに有効である。
When the
次に、実施例4に係る回転円柱31について、図10を参照して説明する。尚、実施例1に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。図10は、実施例4における凸状スパイラル条32が設けられた回転円柱31を示す正面図である。
Next, a rotating
図10に示すように、回転体5の外周に設けられた略円筒形状の回転円柱31は、これら回転円柱31の軸周りの予め決められた回転方向に回転自在に軸支されている。また、回転円柱31の外周表面には、スパイラル(螺旋)状に形成された凸状スパイラル条32が一体に巻き回して形成されており、この凸状スパイラル条32は、回転円柱31の外周表面から突出するように略凸状に形成されている。
As shown in FIG. 10, a substantially cylindrical
また、回転円柱31に設けられた凸状スパイラル条32は、その巻き密度が回転円柱31の先端側よりも基端側が大きくなるように形成されている。図10に示すように、凸状スパイラル条32同士の間の幅は、回転円柱31の基端側よりも先端側が幅広になっている。
Further, the
この凸状スパイラル条32について説明すると、図10に示すように、回転円柱31の先端側から見たときに右ネジ状の右螺旋状をなすように固着されている。また、この凸状スパイラル条32の突端部に沿って延び、かつ回転円柱31の外周表面から若干凹むように略凹状に形成された本実施例における空気攪乱部としての微小凹条25(ウインドリップ)が設けられている。更に、回転円柱31の先端面には、円盤状のエンドキャップ9が取り付けられており、このエンドキャップ9には、所定曲率を有するラウンド面9aが形成されている。
The
図10に示す回転円柱31の回転方向は、回転円柱31の先端側から見た場合、左回りとなっており、凸状スパイラル条32は断面視で略フィン形状を成し、回転円柱31が回転したときに生じる空気抵抗を低減させるような形状となっている。この凸状スパイラル条32には、回転円柱31の回転方向と逆方向に傾く本実施例における第1面としての傾斜面32aが形成されるとともに、凸状スパイラル条32における傾斜面32aの裏側には、凸状スパイラル条32の内部側に所定の曲率で凹むように形成された本実施例における第2面および窪み部としての湾曲凹面32bが形成されている。
The rotating direction of the
図10に示すように、凸状スパイラル条32が回転円柱31に施されることにより、回転円柱31の回転時に、凸状スパイラル条32によって、空気の流れFが発生する。この際、回転円柱31の外周表面に、自然風Nや回転円柱31と伴に回転する回転円柱31の表層の空気の動きとは別に、回転円柱31の軸方向を向く空気の流れ成分V(ベクトル成分V)を発生させることができる。図10に示すように、この空気の流れ成分Vは、回転円柱31の先端側から回転体5に向けて流れるようになっている。
As shown in FIG. 10, the
回転円柱31は回転体5を中心として回転した場合に、基端側よりも先端側に凸状スパイラル条32による空気流の乱れが発生し易くなっており、実施例4における回転円柱31にあっては、凸状スパイラル条32の巻き密度を先端側よりも基端側を大きくすることで、回転円柱31の先端側で発生する凸状スパイラル条32による空気流の乱れを減らすことができる。このように構成された凸状スパイラル条32は、マグナス型風力発電装置を大型化するときなどに有効である。
When the
次に、実施例5に係る回転円柱33について、図11を参照して説明する。尚、実施例1に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。図11は、実施例5における凸状スパイラル条34が設けられた回転円柱33を示す正面図である。
Next, a rotating cylinder 33 according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the same component as the component shown by Example 1, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 11 is a front view showing the rotating cylinder 33 provided with the
図11に示すように、回転体5の外周に設けられた略円筒形状の回転円柱33は、これら回転円柱33の軸周りの予め決められた回転方向に回転自在に軸支されている。回転円柱33の直径は、基端側よりも先端側が大きくなるように形成されている。また、回転円柱33の外周表面には、スパイラル(螺旋)状に形成された凸状スパイラル条34が一体に巻き回して形成されており、この凸状スパイラル条34は、回転円柱33の外周表面から突出するように略凸状に形成されている。
As shown in FIG. 11, the substantially cylindrical rotating column 33 provided on the outer periphery of the
この凸状スパイラル条34について説明すると、図11に示すように、回転円柱33の先端側から見たときに右ネジ状の右螺旋状をなすように固着されている。また、この凸状スパイラル条34の突端部に沿って延び、かつ回転円柱33の外周表面から若干凹むように略凹状に形成された本実施例における空気攪乱部としての微小凹条25(ウインドリップ)が設けられている。更に、回転円柱33の先端面には、円盤状のエンドキャップ9が取り付けられており、このエンドキャップ9には、所定曲率を有するラウンド面9aが形成されている。
The
図11に示す回転円柱33の回転方向は、回転円柱33の先端側から見た場合、左回りとなっており、凸状スパイラル条34は断面視で略フィン形状を成し、回転円柱33が回転したときに生じる空気抵抗を低減させるような形状となっている。この凸状スパイラル条34には、回転円柱33の回転方向と逆方向に傾く本実施例における第1面としての傾斜面34aが形成されるとともに、凸状スパイラル条34における傾斜面34aの裏側には、凸状スパイラル条34の内部側に所定の曲率で凹むように形成された本実施例における第2面および窪み部としての湾曲凹面34bが形成されている。
The rotation direction of the rotating cylinder 33 shown in FIG. 11 is counterclockwise when viewed from the front end side of the rotating cylinder 33, and the
図11に示すように、凸状スパイラル条34が回転円柱33に施されることにより、回転円柱33の回転時に、凸状スパイラル条34によって、空気の流れFが発生する。この際、回転円柱33の外周表面に、自然風Nや回転円柱33と伴に回転する回転円柱33の表層の空気の動きとは別に、回転円柱33の軸方向を向く空気の流れ成分V(ベクトル成分V)を発生させることができる。図11に示すように、この空気の流れ成分Vは、回転円柱33の先端側から回転体5に向けて流れるようになっている。
As shown in FIG. 11, the
また図11に示すように、回転円柱33は回転体5を中心として回転した場合に、基端側よりも先端側がより広い範囲の自然風を受けるようになっており、実施例5における回転円柱33にあっては、回転円柱33の直径を基端側よりも先端側を大きくすることで、回転円柱33がより多くの自然風を受けられるようになる。このように構成された回転円柱33は、年間平均風速が低い地域にマグナス型風力発電装置を設置する場合などに有効である。
Further, as shown in FIG. 11, when the rotating cylinder 33 rotates around the
次に、実施例6に係る回転円柱35について、図12を参照して説明する。尚、実施例1に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。図12は、実施例6における凸状スパイラル条36が設けられた回転円柱35を示す正面図である。
Next, a rotating
図12に示すように、回転体5の外周に設けられた略円筒形状の回転円柱35は、これら回転円柱35の軸周りの予め決められた回転方向に回転自在に軸支されている。回転円柱35の直径は、先端側よりも基端側が大きくなるように形成されている。また、回転円柱35の外周表面には、スパイラル(螺旋)状に形成された凸状スパイラル条36が一体に巻き回して形成されており、この凸状スパイラル条36は、回転円柱35の外周表面から突出するように略凸状に形成されている。
As shown in FIG. 12, the substantially cylindrical
この凸状スパイラル条36について説明すると、図12に示すように、回転円柱35の先端側から見たときに左ネジ状の左螺旋状をなすように固着されている。また、この凸状スパイラル条36の突端部に沿って延び、かつ回転円柱35の外周表面から若干凹むように略凹状に形成された本実施例における空気攪乱部としての微小凹条25(ウインドリップ)が設けられている。
The
図12に示す回転円柱35の回転方向は、回転円柱35の先端側から見た場合、左回りとなっており、凸状スパイラル条36は断面視で略フィン形状を成し、回転円柱35が回転したときに生じる空気抵抗を低減させるような形状となっている。この凸状スパイラル条36には、回転円柱35の回転方向と逆方向に傾く本実施例における第1面としての傾斜面36aが形成されるとともに、凸状スパイラル条36における傾斜面36aの裏側には、凸状スパイラル条36の内部側に所定の曲率で凹むように形成された本実施例における第2面および窪み部としての湾曲凹面36bが形成されている。
The rotating direction of the
回転円柱35の回転方向と凸状スパイラル条36の巻き方について詳述すると、回転円柱35の先端側から見たときに、回転円柱35の凸状スパイラル条36の巻き方が左ネジ状の左螺旋状をなす場合、回転円柱35の回転方向は左回りとなり、凸状スパイラル条36の巻き方向が回転円柱35の回転方向に対して同じ向きとなっているため、回転円柱35の外周表面を流れる空気を回転体5から離れる方向に流すことができる。
The rotation direction of the
図12に示すように、凸状スパイラル条36が回転円柱35に施されることにより、回転円柱35の回転時に、凸状スパイラル条36によって、空気の流れFが発生する。この際、回転円柱35の外周表面に、自然風Nや回転円柱35と伴に回転する回転円柱35の表層の空気の動きとは別に、回転円柱35の軸方向を向く空気の流れ成分V(ベクトル成分V)を発生させることができる。図12に示すように、この空気の流れ成分Vは、回転円柱35の基端側から回転体5から離れるように回転円柱35の先端側に向けて流れるようになっている。
As shown in FIG. 12, the
尚、回転円柱35の外周表面の空気の流れ成分Vが、回転体5から離れる方向に向けて流す際には、回転円柱35の先端面に前記実施例1〜5のようなエンドキャップ9を設けない方が、空気流をスムーズに回転円柱35の先端から外方に流すことができる。
When the air flow component V on the outer peripheral surface of the
また図12に示すように、回転円柱35は回転体5を中心として回転した場合に基端側よりも先端側に大きな抗力(空気抵抗)が加わるようになっており、実施例6における回転円柱35にあっては、回転円柱35の直径を先端側よりも基端側を大きくすることで、回転円柱35の先端側に加わる抗力を減らせるようになる。このように構成された回転円柱35は、マグナス型風力発電装置を大型化するときなどに有効である。
As shown in FIG. 12, the rotating
次に、実施例7に係るマグナス型風力発電装置1’について、図13および図14を参照して説明する。尚、実施例1に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。図13は、実施例7におけるマグナス型風力発電装置1’を示す正面図であり、図14は、実施例7におけるマグナス型風力発電装置1’を示す側面図である。以下、図13の紙面手前側をマグナス型風力発電装置1’の正面側(前方側)とし、図14の右側をマグナス型風力発電装置1’の正面側(前方側)として説明する。 Next, a Magnus type wind power generator 1 ′ according to Example 7 will be described with reference to FIGS. 13 and 14. In addition, about the same component as the component shown by Example 1, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 13 is a front view showing a Magnus type wind power generator 1 ′ according to the seventh embodiment, and FIG. 14 is a side view showing the Magnus type wind power generator 1 ′ according to the seventh embodiment. In the following description, the front side of FIG. 13 is the front side (front side) of the Magnus type wind power generator 1 ′, and the right side of FIG. 14 is the front side (front side) of the Magnus type wind power generator 1 ′.
図13に示すように、実施例7におけるマグナス型風力発電装置1’の回転体5(水平回転軸)は、図2に示す実施例1におけるマグナス型風力発電装置1と同様に、正面視で右回りに回転するように軸支されている。更に、実施例7における回転円柱7’には、実施例1と同様に、傾斜面8aと湾曲凹面8bが形成された凸状スパイラル条8が設けられている。この凸状スパイラル条8によって、回転円柱7’の軸方向を向く空気の流れ成分Vを発生させることができ、回転円柱7’の外周表面を流れる空気を回転体5に近づく方向に向けて流すことができる。
As shown in FIG. 13, the rotating body 5 (horizontal rotation shaft) of the Magnus type wind power generator 1 ′ in Example 7 is the same as the Magnus type wind power generator 1 in Example 1 shown in FIG. It is pivotally supported so as to rotate clockwise. Further, the rotating cylinder 7 'in the seventh embodiment is provided with a
また、実施例7における回転円柱7’は、回転円柱7’の先端面が回転体5の回転方向を向くように傾けられおり、この回転円柱7’の軸心γは、回転体5の軸心δに交差しないように、回転体5の軸心δに交差する線分Lから所定角度θ1(本実施例ではθ1≒30°)開くように回転体5の回転方向に傾けられている。Further, the
尚、本発明における放射状とは、線状のものが中心から四方に延びた状態を示すのみならず、図13の回転円柱7’に示すように、中心から四方に延びた線状のものが途中で傾斜された状態であっても放射状と称する。 In addition, the radial shape in the present invention not only indicates a state in which a linear object extends in four directions from the center, but also indicates a linear object that extends in four directions from the center as shown in a rotating cylinder 7 'in FIG. Even if it is inclined in the middle, it is called radial.
更に、大径のベベルギア20に係合される5つの小径のベベルギア21と、5本の回転円柱7’の基部とは、ユニバーサルジョイント(図示略)によって連結されており、回転円柱7’が傾けられていても、ベベルギア21の回転力が伝達されるようになっている。
Furthermore, the five small-
また図14に示すように、回転円柱7’は、回転円柱7’の先端面が風上方向、すなわちマグナス型風力発電装置1’の正面側(前方側)を向くように傾けられおり、この回転円柱7’の軸心γは、側面視において鉛直方向を向く線分Tから所定角度θ2(本実施例ではθ2≒15°)開くように正面側に傾けられている。As shown in FIG. 14, the
図13に示す符号Eは、各々の回転円柱7’が回転体5の軸心δを中心として回転したときに、回転体5の軸心δに交差する線分Lに対して垂直方向に流れる空気流であり、例えば回転円柱7’の軸心γが、回転体5の軸心δに交差している場合には、回転円柱7’の外周表面に対して空気流Eが垂直に当たるようになっている。
Reference symbol E shown in FIG. 13 flows in a direction perpendicular to the line segment L that intersects the axis δ of the
本実施例では、回転円柱7’の軸心γが、回転体5の軸心δと交差しないように、回転円柱7’の先端面が回転体5の回転方向に向くように傾けられていることで、回転円柱7’に当たる空気流Eが回転円柱7’の外周表面に対して斜め方向から当たるようになる。そのため回転円柱7’に加わる空気流Eによる抗力が低減され、発電機15を駆動する回転体5およびアウターシャフト10の回転トルクが向上されるようになる。
In the present embodiment, the end surface of the
また図13に示すように、回転円柱7’の先端面が回転体5の回転方向に向くように傾けられていることで、回転円柱7’の外周表面の空気の流れ成分Vが、回転円柱7の先端から回転体5の方向に向けて流れ易くなり、空気の流れ成分Vの流速を速めることができる。更に、回転円柱7’と回転体5が回動したときの正面視での直径を小さく構成できる。すなわち回転円柱7’を傾けた分だけ回転円柱7’の長さを長く構成できることを示しており、そのためマグナス型風力発電装置1’の全体の大きさを変えずに、回転円柱7’に当たる自然風の量を増大させることができる。
Further, as shown in FIG. 13, the air flow component V on the outer peripheral surface of the
更に図14に示すように、回転円柱7’は先端面が風上方向(正面側)を向くように傾けられているため、マグナス型風力発電装置1’の正面側から流れる自然風Nが、回転円柱7’の外周表面に対して斜め方向から当たるようになり、回転円柱7’の外周表面の空気の流れ成分Vが回転体5に近づく方向に向けて流れ易くなり、空気の流れ成分Vの流速を速めることができる。
Further, as shown in FIG. 14, the
実施例7におけるマグナス型風力発電装置1’にあっては、回転円柱7’の先端面が回転体5の回転方向に向くように傾けられ、かつ回転円柱7’の先端面が風上方向(正面側)を向くように傾けられているが、このように回転円柱7’が傾けられていても、実施例1と同様な傾斜面8aと湾曲凹面8bが形成された凸状スパイラル条8が、その各断面において大きな空気抵抗を受けないので、回転円柱7’の軸周りの回転抵抗が少なくなり、より効率的に回転円柱7’が回転するようになっている。
In the Magnus type wind power generator 1 ′ in Example 7, the tip surface of the
尚、本実施例7における回転円柱7’は、その先端面が回転体5の回転方向に向くように傾けられ、かつ風上方向(正面側)に向くように傾けられているが、凸状スパイラル条8によって発生させる回転円柱7’の軸方向を向く空気の流れ成分Vを回転体5から離れる方向に向けて流す場合には、回転円柱7’を、その先端面が回転体5の回転方向と逆方向に向くように傾け、かつ回転円柱7’を、その先端面が風下方向(背面側)に向くように傾けるようにすればよい。このようにすれば、本実施例7と同様な効果を得ることができる。
Incidentally, the
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and modifications and additions within the scope of the present invention are included in the present invention. It is.
例えば、前記実施例では、スパイラル条が、回転円柱の長手方向の全体に渡って設けられることで、回転円柱の外周表面に回転円柱の軸方向を向く空気の流れ成分Vを発生させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、回転円柱の長手方向の一部(回転円柱の先端部/中央部/基端部)に、スパイラル条を設け、回転円柱の軸方向を向く空気の流れ成分Vを発生させるようにしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the spiral strip is provided over the entire longitudinal direction of the rotating cylinder, thereby generating the air flow component V facing the axial direction of the rotating cylinder on the outer peripheral surface of the rotating cylinder. However, the present invention is not limited to this, and a spiral strip is provided on a part of the rotating cylinder in the longitudinal direction (tip / center / proximal end of the rotating cylinder), and the air faces the axial direction of the rotating cylinder. The flow component V may be generated.
また、前記実施例3〜7では、回転円柱の外周表面から突出するように形成された凸状スパイラル条を適用して説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、実施例2に用いた回転円柱26の外周表面から凹むように略凹状に形成された凹状スパイラル条27を実施例3〜7に適用してもよい。
Moreover, although the said Example 3-7 has demonstrated and demonstrated the convex spiral strip formed so that it might protrude from the outer peripheral surface of a rotation cylinder, this invention is not limited to this, Implementation A
更に、前記実施例では、回転円柱に設けられたスパイラル条の所要幅、所要高さ/深さが、回転円柱における先端側から基端側まで同じになるように形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、スパイラル条の所要幅、所要高さ/深さが、回転円柱における先端側と基端側とで異なるように形成してもよい。例えば、スパイラル条は回転円柱の先端側から基端側に行くに従いその所要幅が異なるように形成してもよいし、凸状スパイラル条にあっては、その高さが回転円柱の先端側と基端側とで異なっていてもよく、凹状スパイラル条にあっては、その深さが回転円柱の先端側と基端側とで異なっていてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the required width and required height / depth of the spiral strip provided on the rotating cylinder are the same from the distal end side to the proximal end side of the rotating cylinder. However, the present invention is not limited to this, and the required width and required height / depth of the spiral strip may be different from each other on the distal end side and the proximal end side of the rotating cylinder. For example, the spiral strip may be formed so that its required width varies as it goes from the distal end side to the proximal end side of the rotating cylinder. The depth may be different between the proximal end side and the depth of the concave spiral strip may be different between the distal end side and the proximal end side of the rotating cylinder.
尚、前記実施例では、回転円柱に設けられたスパイラル条の断面形状が、回転円柱における先端側から基端側まで同じになるように形成され、スパイラル条の全ての部位が、空気抵抗を低減させる形状となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、スパイラル条は、少なくともその長手方向の一部の断面形状が空気抵抗を低減させるようになっていればよく、回転円柱における先端側から基端側までのスパイラル条の長手方向の全ての部位が、空気抵抗を低減させるようになっている必要はない。 In the above-described embodiment, the cross-sectional shape of the spiral strip provided on the rotating cylinder is formed to be the same from the distal end side to the proximal end side of the rotating cylinder, and all the portions of the spiral strip reduce the air resistance. However, the present invention is not limited to this, and it is sufficient that the spiral strip has at least a partial cross-sectional shape in the longitudinal direction to reduce the air resistance. It is not necessary that all portions in the longitudinal direction of the spiral strip from the distal end side to the proximal end side in the above are designed to reduce the air resistance.
尚、前記実施例1および実施例3〜7では、凸状スパイラル条が、断面視で略フィン形状を成していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、断面視で直線状をなす板状の凸状スパイラル条を回転円柱の表面に設け、この板状をなす凸状スパイラル条を回転円柱の回転方向と逆方向に傾けたようなものであってもよく、このようにすれば凸状スパイラル条に傾斜面と湾曲凹部(窪み部)を容易に形成できる。 In Example 1 and Examples 3-7, the convex spiral strips have a substantially fin shape in cross-sectional view. However, the present invention is not limited to this, and is linear in cross-sectional view. It is also possible to provide a plate-shaped convex spiral strip on the surface of the rotating cylinder and tilt the plate-shaped convex spiral strip in the direction opposite to the rotational direction of the rotating cylinder. If it does so, an inclined surface and a curved recessed part (dent part) can be easily formed in a convex spiral strip.
本発明のマグナス型風力発電装置によれば、大型風力発電から家庭用の小型風力発電に及んで活用できるようになり、風力発電業界に多大に貢献するようになる。更に、本発明のマグナス型の揚力発生メカニズムを、ロータ船、ロータビークル等に利用すれば、乗物における運動効率も向上すると考えられる。 According to the Magnus type wind power generator of the present invention, it can be utilized from a large wind power generation to a small wind power generation for home use, and greatly contributes to the wind power generation industry. Furthermore, if the Magnus type lift generating mechanism of the present invention is used for a rotor ship, a rotor vehicle, etc., it is considered that the motion efficiency in the vehicle is also improved.
Claims (10)
前記回転円柱の外周表面の少なくとも一部に、凸状若しくは凹状に形成されたスパイラル条が設けられ、該スパイラル条により前記回転円柱の外周表面に、少なくとも該回転円柱の軸方向を向く空気の流れ成分を発生させる構造を有し、かつ前記スパイラル条の少なくともその一部の断面形状が、前記回転円柱の軸周りの予め決められた回転方向の回転時に生じる空気抵抗を低減させる形状となっていることを特徴とするマグナス型風力発電装置。A horizontal rotating shaft that transmits rotational torque to the power generation mechanism and rotating cylinders arranged in a required number substantially radially from the horizontal rotating shaft, and each rotating cylinder rotates around the axis of the rotating cylinder; , A Magnus type wind power generator that drives the power generation mechanism section by rotating the horizontal rotation shaft by Magnus lift generated by the interaction between the rotation of each rotating cylinder and wind power,
A spiral strip formed in a convex shape or a concave shape is provided on at least a part of the outer circumferential surface of the rotating cylinder, and the flow of air that faces at least the axial direction of the rotating cylinder on the outer circumferential surface of the rotating cylinder by the spiral strip. And a cross-sectional shape of at least a portion of the spiral strip has a shape that reduces air resistance generated when rotating in a predetermined rotation direction around the axis of the rotating cylinder. Magnus type wind power generator characterized by that.
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