JP4846059B1 - Wind turbine with open / close blades for wind power generation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電用開閉羽根付き風車であって、風力発電において発電効率を高めるための羽根を備えた風車に関する。 The present invention relates to a windmill with open / close blades for wind power generation, and the windmill includes blades for increasing power generation efficiency in wind power generation.
従来より、小型で設置が比較的容易な風車として、パドル風車やサボニウス風車などの抗力型垂直軸風車が知られている。パドル風車は、風力計に利用されている球を半割して利用されるロビンソン風速計にも用いられている、風に押されて回るタイプのものである。サボニウス風車は、一般的には円筒形を縦に2つに切った形をしたバケット(羽根)を、中心をずらして芯棒を取り付けたタイプのもので、2つのバケットの間を通り抜ける風をも利用して効率を高めたものである。 Conventionally, drag type vertical axis wind turbines such as paddle wind turbines and Savonius wind turbines are known as small wind turbines that are relatively easy to install. The paddle windmill is of a type that is turned by the wind and is also used in the Robinson anemometer that is used by halving the sphere used in the anemometer. A Savonius windmill is a type of a bucket (blade) that is generally cut into two cylinders, with a core rod attached to the center, and the wind passing between the two buckets. Is also used to increase efficiency.
前述のようなパドル風車やサボニウス風車を風力発電用の風車として使用するときは、製作が容易であり、かつ安価に設置することができるなどのメリットがあると言われている。しかしながら、前述のようなパドル風車やサボニウス風車を使用した風力発電装置においては、回転トルクが低く発電効率が低いことが最大の課題とされていた。 It is said that when the paddle windmill or Savonius windmill as described above is used as a windmill for wind power generation, it is easy to manufacture and can be installed at low cost. However, in the wind power generation apparatus using the paddle windmill or the Savonius windmill as described above, the biggest problem is that the rotational torque is low and the power generation efficiency is low.
そこで、例えば特許文献1に示すように、羽根部の外側寄り部分を平面略Z字状の段状に屈曲させて回転トルクを向上した風車を風力発電に使用することが提案されていたが、その効果は十分ではなかった。また、特許文献2に示すように、互いに位置をずらした2つのバケットを上下3段の多段型として回転トルクを平準化した風車を風力発電に使用することも提案されていたが、これも、風力を増加させて発電効率を高めるという効果は十分ではなかった。
Therefore, for example, as shown in
本発明は、前述のようなパドル風車やサボニウス風車などの抗力型垂直軸風車を使用した風力発電装置における問題点に着目してなされたものであって、羽根の構造を抜本的に変えることにより、従来の抗力型垂直軸風車と比較して風による回転トルクを大幅に向上させることができ且つ風力発電の効率を大幅に高めることができる風力発電用の開閉羽根付き風車を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the problems in the wind power generator using the drag type vertical axis wind turbine such as the paddle wind turbine and the Savonius wind turbine as described above, and by drastically changing the structure of the blades. An object of the present invention is to provide a wind turbine with open / close blades for wind power generation that can significantly improve the rotational torque due to wind and can greatly increase the efficiency of wind power generation compared with a conventional drag type vertical axis wind turbine. And
このような本発明の課題を解決するための風力発電用開閉羽根付き風車は、地上に固定された垂直軸と、前記垂直軸から水平方向に延びる複数のアームであって、前記垂直軸に対して水平方向に回転可能に支持されている複数のアームと、前記複数のアームの各先端部にそれぞれ固定されており、水平方向の断面が略V状に形成されている固定羽根と、前記略V状の固定羽根の両側の縁部にそれぞれヒンジ部を介して接続されており、それぞれが前記固定羽根の両側の縁部に対して水平方向に回動可能に支持されている開閉羽根と、を含むことを特徴とするものである。 A wind turbine with open / close blades for wind power generation for solving the problems of the present invention as described above is a vertical axis fixed on the ground and a plurality of arms extending in a horizontal direction from the vertical axis. A plurality of arms rotatably supported in the horizontal direction, fixed blades fixed to respective tip portions of the plurality of arms and having a horizontal cross-section formed in a substantially V shape, Opening and closing blades that are connected to the edge portions on both sides of the V-shaped fixed blade via hinges, respectively, and are supported so as to be horizontally rotatable with respect to the edge portions on both sides of the fixed blade; It is characterized by including.
また、本発明による風力発電用の開閉羽根付き風車においては、前記開閉羽根の側縁部には、前記開閉羽根が閉じる力を与える風を受けるための風受け部であって、前記開閉羽根の側縁部から前記開閉羽根が開く方向に突出している風受け部が備えられていてもよい。 In the wind turbine with open / close blades for wind power generation according to the present invention, the side edge portion of the open / close blade is a wind receiving portion for receiving the wind that gives the closing force of the open / close blade, There may be provided a wind receiving portion protruding from the side edge portion in the direction in which the opening / closing blade opens.
さらに、本発明による風力発電用の開閉羽根付き風車においては、前記固定羽根の両側縁部またその近傍部分にそれぞれ配置された各開閉羽根を互いに連結するための連結アームであって、前記開閉羽根の前記開閉羽根が開く力を与える風を受ける側に配置され、前記各開閉羽根をそれらが互いに所定距離以上離れないように連結する連結アームを備えていてもよい。 Further, in the wind turbine with open / close blades for wind power generation according to the present invention, the open / close blade is a connecting arm for connecting open / close blades respectively arranged on both side edges of the fixed blade or in the vicinity thereof. The open / close blades may be provided on a side receiving a wind that gives an opening force, and the open / close blades may be provided with connecting arms that connect the open / close blades so that they are not separated from each other by a predetermined distance or more.
本発明においては、固定羽根1が「風車を回転させる方向の風」を受けた場合、開閉羽根も開かれて風を受けるので、あたかも前記開閉羽根により前記固定羽根が拡大したように作用し、風車の回転力を生じさせる抗力が大幅に増大する。他方、前記固定羽根1が「風車を回転させない方向(前記と反対の方向)の風」を受けた場合は、前記開閉羽根は、風力によって前記固定羽根に対して所定角度まで閉じるように回動するので、前記風の抵抗を増加させることなく、前記風の抵抗を減少させる。したがって、本発明によれば、風による風車の回転力を大幅に向上させ、発電効率を飛躍的に向上させることが可能になる。
In the present invention, when the
本発明の実施形態は、風力発電に使用される抗力型垂直軸風車の羽根の構造を改良したものである。すなわち、本実施形態においては、従来の固定羽根の両側縁部(両端部)に、開閉可能な開閉羽根を付加する構造としている。詳細は、次の実施例に即して説明する。 Embodiment of this invention improves the structure of the blade | wing of the drag type | mold vertical axis windmill used for wind power generation. That is, in this embodiment, it is set as the structure which adds the opening / closing blade which can be opened and closed to the both-sides edge part (both ends) of the conventional fixed blade | wing. Details will be described with reference to the following examples.
図1及び図2は本発明の実施例1の風力発電用風車(抗力型垂直軸風車)の羽根10を示す斜視図で、図1は固定羽根の両側縁部(両端部)に取り付けられた開閉羽根が予め決められた所定角度まで閉じている状態を示す図、図2は固定羽根の両側縁部(両端部)に取り付けられた開閉羽根が予め決められた所定角度まで開いている状態を示す図である。
1 and 2 are perspective
図1,2において、1は図の矢印α方向からの風を受けるように平面略V字状(例えば略90度の開き角度を有する略V字状)に形成された固定羽根、2は前記固定羽根1の図示上下両側に固定され前記固定羽根1を補強・支持する支持板、3は前記固定羽根1の各両縁部(符号4で示す位置)にそれぞれ周知の構造のヒンジ部(図示省略)により回動可能に取り付けられた開閉羽根であって前記固定羽根1に対して図の矢印β方向に所定角度だけ(例えば前記固定羽根1に対して略180度の範囲まで)開いたりその逆方向に所定角度だけ(例えば前記固定羽根1に対して例えば略110〜150度、例えば略130度の範囲まで)閉じることが可能な開閉羽根、5は前記開閉羽根3の図示上下両側に固定され前記開閉羽根3を補強・支持する支持板、6は前記各開閉羽根3の側縁部(前記固定羽根1と反対側の端部)に備えられ前記開閉羽根3を閉じるための風を受けるための風受け部であって前記開閉羽根3の側縁部から前記開閉羽根3が開く方向に平面略円弧状に突出している風受け部、7は一方が前記固定羽根1に他方が前記開閉羽根3に固定された一対のストッパであって前記開閉羽根3が風を受けて図の矢印β方向に開かれるとき前記固定羽根1に対して略180度を超えて開くことがないようにするためのストッパ(図2参照)、である。
1 and 2,
次に、図3は図1,2に示す羽根10を備えた風車を示す平面図、図4は図1,2に示す羽根を備えた風車を示す側面図である。図3,4において、11は地面に設置された基台(図示せず)に固定された垂直軸である。また12は、前記垂直軸11に対して周知の軸受を介して水平方向に回転可能に支持されている、4つのアーム部を有する略十字状のアーム12である。図3,4に示すように、本実施例1は、垂直軸11に対して回転可能に支持された略十字状のアーム12の4つのアーム部の各先端にそれぞれ図1,2に示す風車が設置されて成る「4枚羽根・一段式」の風車である。なお、図3,4において、11aは風車と発電機(図示せず)とを連結するための連結部である。また、図3,4においては、図示の便宜上から、図1,2で説明したストッパ7などは図示を省略している。
Next, FIG. 3 is a plan view showing a windmill provided with the
また、図3,4に示すように、本実施例1においては、前記羽根10は、平面略V字型の固定羽根1の両側縁部に、それぞれ、前記開閉羽根3を前記固定羽根1に対して回転可能に配置させた構造を有するものである。前記固定羽根1は、平面略V字型であるため、凹状に開口している側に向かって来る風を受けて回転力を生じさせ、他方、前記と反対方向から来る(開口していない凸状の側に向かって来る)風の抵抗は少ない。複数個の固定羽根1を有する風車は、この風力を用いて回転し、この回転力で風力発電が行なわれる。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the first embodiment, the
図3,4に示すように、本実施例1の開閉羽根3は、前記固定羽根1の略V字状に開口された側に向かう風を受けた場合には、前記固定羽根1の略V字状の延長線上になるように(前記固定羽根1に対して略180度の角度まで開かれるように)開放されて、あたかも前記V字状の固定羽根1が拡大したように作用し、風車の回転力を生じさせる抗力が大幅に増大する。他方、前記開閉羽根3は、前記と異なる方向からの風(前記固定羽根1の略V字状に開口された側に向かう風ではない風)を受けた場合には、その風力によって前記固定羽根1に対して例えば略120度から150度まで(より望ましくは略130度まで)閉じるように回動するので、風の抵抗を増加させることなく、かえって風の抵抗を減少させる。したがって、本実施例1によれば、風による風車の回転力が大幅に向上し、発電効率を飛躍的に向上させることが可能になる。なお、風による風車の回転力について固定羽根1のみの場合と本実施例1による場合との比較を下表1に示すが、この下表1に示すように、本実施例によるときは風力は2.3倍に増大した。
As shown in FIGS. 3 and 4, the open /
以上のように、本実施例1によれば、抗力型垂直軸風車を構成する各羽根10の固定羽根1の両側縁部にそれぞれ前記固定羽根1の両側縁部に対して水平方向に回動可能(開閉可能)な開閉羽根2を付加することにより、風車を回転させる方向からの風が各羽根10に当たる風量を増大させると共に、風車を回転させない方向からの風が各羽根10に当たる風量は前記開閉羽根3を閉じることにより増大させないようにしたので、従来の抗力型垂直軸風車と比較して、風を受けての風車の回転力が大幅に向上し、風力発電の発電効率が飛躍的に向上するようになる。
As described above, according to the first embodiment, the both side edges of the fixed
次に、本発明の実施例2による風力発電用風車を図5,6を参照して説明する。図5は本実施例2における風車を示す平面図、図6は本実施例2における風車を示す側面図である。本実施例2の基本的構成は前記実施例1と同様であるので、以下では、前記実施例1と異なる部分を中心に説明する。なお、図5,6において、図1−4と共通する部分には同一の符号を付している。
Next, a wind turbine for wind power generation according to
本実施例2では、図5,6に示すように、図3,4において、13は、前記垂直軸11に対して周知の軸受を介して水平方向に回転可能に支持されており、互いに略120度の角度を介して3つの方向に延びるアーム部を有する上段アームである。また14は、前記垂直軸11に対して前記上段アーム13の図示下方に設置されており、前記垂直軸11に対して周知の軸受を介して水平方向に回転可能に支持されており、互いに略120度の角度を介して3つの方向に延びるアーム部を有する下段アーム、である。図5,6に示すように、本実施例2は、垂直軸11に対して回転可能に支持されている前記上段アーム13および前記下段アーム14の各3つのアーム部の先端に、それぞれ、図1,2に示す風車が設置されて成る「3枚羽根・上下2段式」の風車である。
In the second embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, in FIGS. 3 and 4,
一般に、風車の羽根数及び上下の段数が大きくなるほど風力は大きくなり、また回転に伴う風力変動も平準化するため発電効率は向上する。したがって、本実施例2によるときは、前記実施例1におけるよりも、さらに一層、風車の回転力を向上させ、風力発電の発電効率を向上させることが可能になる。 In general, the larger the number of blades and the number of upper and lower stages of the windmill, the larger the wind power, and the level of wind force fluctuations associated with rotation improves the power generation efficiency. Therefore, according to the second embodiment, it is possible to further improve the rotational force of the windmill and improve the power generation efficiency of the wind power generation as compared with the first embodiment.
次に、本発明の実施例3による風力発電用風車を図7,8,9を参照して説明する。図7は本実施例3における風車に取り付けられる羽根を示す平面図、図8は本実施例3における風車に取り付けられる羽根を示す側面図、図9は本実施例3における羽根に備えられた連結アームを説明するための概略図である。本実施例3の基本的構成は前記実施例1と同様であるので、以下では、前記実施例1と異なる部分を中心に説明する。なお、図7,8において、図1−5と共通する部分には同一の符号を付している。
Next, a wind turbine for wind power generation according to
図7,8において、21は前記各開閉羽根3が互いに所定距離以上離れないように連結するための連結アームである。前記連結アーム21の両端部は、前記各開閉羽根3の内側(風を受ける側)の側端部に、図8の図示上下方向に回動可能に支持されている。また図7,8において、22は、前記連結アーム21の各両端を、自らを支点として前記連結アーム21の中央部が図8の図示上下方向に回動・揺動可能となるように支持するヒンジ部である。また24は、前記開閉羽根3を前記固定羽根1に対して水平方向に回動可能に支持するヒンジ部である。また図7,8,9において、21aは図7,8の図示左側のヒンジ部22により図8の図示上下方向に回動可能に支持される左側アーム部、21bは図7,8の図示右側のヒンジ部22により図8の図示上下方向に回動可能に支持される右側アーム部、21cは前記左側アーム部21aの図示右側端部と前記右側アーム部21bの図示左側端部とを図8の図示上下方向に回動可能に連結する連結軸、21dは前記右側アーム部21bの図8の図示左側端部に設けられたストッパ部であって前記アーム部21aとアーム部21bとが図9の矢印γ方向に(互いに離れる方向)回動して開かれるときに前記アーム部21aとアーム部21bとが互いに略180度を超えて開くことがないようにするためのストッパ部、である。
7 and 8,
本実施例3では、風を受けて前記開閉羽根3が開いたときは、前記連結アーム21(左側アーム部21aと右側アーム部21b)は、図7,8に示すように、図8の左右方向に伸びた状態となる。他方、前記開閉羽根3が閉じたときは、前記連結アーム21(左側アーム部21aと右側アーム部21b)は、図9に示すように、前記連結軸21cが図9の図示下方に移動して略V字状に折れ曲がった状態となる。
In the third embodiment, when the open /
以上のように、本実施例3では、前述のようなストッパ部21dを含む連結アーム21を備えているので、台風などの強風の場合でも、前記開閉羽根3は、前記連結アーム21のストッパ部21dの作用により、前記連結アーム21により連結された状態(図7,8に示すような、前記各開閉羽根3が前記固定羽根1に対して略平行(略180度)となるように開かれた状態)を超えて開くことが防止されている。よって、本実施例3によれば、台風などの強風の場合でも、前記開閉羽根3が開き過ぎて破損してしまうことが有効に防止されるようになっている。
As described above, the third embodiment includes the connecting
また、図7,8において、25,26は、前記固定羽根1に電磁石(図示せず)を取り付ける位置を示すものである。本実施例3においては、前記固定羽根1の符号25,26で示す位置に電磁石を配置し、この各電磁石に所定のロッドなどを介して前記各開閉羽根3を固定させることにより、前記各開閉羽根3の回動状態または風力をマイクロコンピュータなどの制御部(図示せず)により制御できるようにしている。よって、本実施例3においては、例えば台風などの強風が生じた場合は、例えば前記各開閉羽根3の回動状態を検知するセンサや風力センサからの信号に基づいて前記制御部が強風が生じたことを判定し、前記制御部が前記電磁石を制御するようにすれば、台風などの強風が生じた場合は前記電磁石の力により前記各開閉羽根3を強制的に閉じることにより、前記各開閉羽根3が破損してしまうことを防止することができる。また、本実施例3において、前記連結アーム21は、微風の時に、前記連結アーム21の重みが前記開閉羽根3を閉じる方向に力を及ぼす作用をも有している。
7 and 8,
以上、本発明の各実施例について説明したが、本発明及び本発明を構成する各構成要件は、それぞれ、前記の各実施例及び前記の各実施例を構成する各要素として述べたものに限定されるものではなく、様々な修正及び変更が可能である。例えば、前記実施例1においては4枚羽根・1段式の風車を、前記実施例2においては3枚羽根・2段式の風車を使用する例を示したが、本発明においてはこれらに限定されるものではなく、例えば3枚羽根・3段式、4枚羽根・3段式などの様々なバリエーションが可能であることはもちろんである。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention and the constituent elements constituting the present invention are limited to those described as the respective embodiments and the respective elements constituting the respective embodiments, respectively. Various modifications and changes are possible. For example, in the first embodiment, an example in which a four-blade, one-stage wind turbine is used, and in the second embodiment, a three-blade, two-stage wind turbine is used. However, the present invention is not limited thereto. Of course, various variations such as three-blade, three-stage, four-blade, and three-stage types are possible.
1 固定羽根
2,5 支持板
3 開閉羽根
6 風受け部
7 ストッパ
10,10a,10b,10c,10d,10e,10f 風車
11 垂直軸
12 アーム
13 上段アーム
14 下段アーム
21 連結アーム
21a,21b アーム部
21c,24 ヒンジ部
21d ストッパ部
25,26 電磁石の配置位置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
平面略V状に形成されている固定羽根と、
前記固定羽根の両側縁部にそれぞれ配置され、それぞれが前記固定羽根に対して回動可能に支持されている開閉羽根と、
を含むことを特徴とする、風力発電用の開閉羽根付き風車。 A windmill for wind power generation,
A fixed blade formed in a substantially V-shaped plane;
Opening and closing blades that are respectively arranged on both side edges of the fixed blades and are supported rotatably with respect to the fixed blades;
A wind turbine with open / close blades for wind power generation.
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