JP5829583B2 - Wind turbine blade, wind turbine and wind power generator - Google Patents

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Description

本発明は、風車用翼体、風車及び風力発電装置に関する。 The present invention relates to a wind turbine blade body, a wind turbine, and a wind power generator.

風力発電用の風車には、回転軸が地面と水平に配置されている水平軸型風車と、回転軸が地面に対して垂直に配置されている垂直軸型風車とがある。また、垂直軸型風車は、翼体に作用する揚力により風車を回転させる揚力型と、翼体に作用する抗力により風車を回転させる抗力型と、に大別される。従来の抗力型の風車として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。   Wind turbines for wind power generation include a horizontal axis type wind turbine in which a rotation axis is arranged horizontally with the ground and a vertical axis type wind turbine in which a rotation axis is arranged perpendicular to the ground. The vertical axis type windmill is roughly classified into a lift type that rotates the windmill by lift acting on the wing body and a drag type that rotates the windmill by drag acting on the wing body. As a conventional drag type windmill, for example, the one described in Patent Document 1 is known.

特開2006−46306号公報JP 2006-46306 A

従来の抗力型の風車は、風速に比例するように回転速度が定まるので、台風などの強風速域では、回転速度が過大になり、変形するおそれがあった。また、そのような事態を回避するために、全風速域において風車の回転数を抑制した場合には、弱風速域における起動性や中風速域における効率が損なわれてしまうという問題があった。   Since the conventional drag type windmill has a rotational speed that is proportional to the wind speed, the rotational speed is excessive in a strong wind speed region such as a typhoon, which may cause deformation. Further, in order to avoid such a situation, when the rotational speed of the windmill is suppressed in the entire wind speed region, there is a problem that startability in the weak wind speed region and efficiency in the medium wind speed region are impaired.

本発明は、以上のような課題を鑑みてなされたものであり、低風速域における良好な起動性と、中風速域における高いエネルギ変換効率とを得ることができるとともに、高風速域における速度の過大化を防止することができる風車用翼体、風車及び風力発電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and can obtain good startability in a low wind speed region and high energy conversion efficiency in a medium wind speed region, and can improve the speed in a high wind speed region. blade body for wind capable of preventing an excessive reduction, and to provide a wind turbine and a wind turbine generator.

上記目的を達成するために、本発明の第1の観点に係る風車用翼体は、
風から抗力を受けて進行方向に進行する、一方の翼端から他方の翼端まで真っ直ぐ延びる風車用翼体であって、
第1の翼面部と、
前記第1の翼面部の裏面を形成する第2の翼面部と、
前記第1の翼面部の前端から前記第2の翼面部とは離れる方向に突出し、後端面が前記進行方向の前側に対して凹となる曲面状に形成されている段差部と、
前記段差部の前端と前記第2の翼面部の前端とに連続し、前記進行方向に向かって凸となる曲面状に形成されている前縁部と、
前記第1の翼面部の後端と前記第2の翼面部の後端とに連続し、前記進行方向の後側に向かって鋭角状に形成され、前記第2の翼面部側に湾曲した後縁部と、
前記第1の翼面部に形成され、前記第2の翼面部とは離れる方向に突出した複数の山部と備え
前記山部は、鋸刃状に形成されており、前記後縁部側に傾いている、
とを特徴とする。
In order to achieve the above object, a wind turbine blade according to the first aspect of the present invention includes:
A windmill wing body that travels in the direction of travel in response to drag from the wind and extends straight from one wing tip to the other wing tip,
A first wing surface;
A second blade surface portion forming a back surface of the first blade surface portion;
A stepped portion that protrudes in a direction away from the second blade surface portion from the front end of the first blade surface portion, and has a rear end surface that is formed in a curved shape that is concave with respect to the front side in the traveling direction;
A front edge portion formed in a curved shape that is continuous with the front end of the stepped portion and the front end of the second blade surface portion and is convex toward the traveling direction;
After the rear end of the first wing surface portion and the rear end of the second wing surface portion are formed in an acute angle toward the rear side in the traveling direction and curved toward the second wing surface portion side The edge,
Wherein formed in the first wing surfaces, with a plurality of peaks and projecting in a direction away from said second wing surfaces,
The mountain portion is formed in a saw blade shape and is inclined toward the trailing edge portion side.
And wherein a call.

前記山部は、前記後縁部側にあるものほど小さくてもよい。  The peak portion may be smaller as it is on the rear edge side.

前記前縁部の先端から前記第1の翼面部を経て前記後縁部の後端に達するまでの風の道程は、前記前縁部の前端から前記第2の翼面部を経て前記後縁部の後端に達するまでの風の道程よりも長くてもよい。  The path of the wind from the leading edge of the leading edge to the trailing edge of the trailing edge via the first blade surface portion is from the leading edge of the leading edge to the trailing edge portion via the second blade surface portion. It may be longer than the path of the wind to reach the rear end.

本発明の第の観点に係る風車は、
風から抗力を受けて進行方向に進行する、一方の翼端から他方の翼端まで真っ直ぐ延びる翼体であって、
第1の翼面部と、
前記第1の翼面部の裏面を形成する第2の翼面部と、
前記第1の翼面部の前端から前記第2の翼面部とは離れる方向に突出し、後端面が前記進行方向の前側に対して凹となる曲面状に形成されている段差部と、
前記段差部の前端と前記第2の翼面部の前端とに連続し、前記進行方向に向かって凸となる曲面状に形成されている前縁部と、
前記第1の翼面部の後端と前記第2の翼面部の後端とに連続し、前記進行方向の後側に向かって鋭角状に形成され、前記第2の翼面部側に湾曲した後縁部と、
前記第1の翼面部に形成され、前記第2の翼面部とは離れる方向に突出した複数の山部とを備える翼体を、前記第1の翼面部が外側を向くようにして備えることを特徴とする。
The windmill according to the second aspect of the present invention is
A wing body that travels in the direction of travel in response to drag from the wind and extends straight from one wing tip to the other wing tip,
A first wing surface;
A second blade surface portion forming a back surface of the first blade surface portion;
A stepped portion that protrudes in a direction away from the second blade surface portion from the front end of the first blade surface portion, and has a rear end surface that is formed in a curved shape that is concave with respect to the front side in the traveling direction;
A front edge portion formed in a curved shape that is continuous with the front end of the stepped portion and the front end of the second blade surface portion and is convex toward the traveling direction;
After the rear end of the first blade surface portion and the rear end of the second blade surface portion are formed with an acute angle toward the rear side in the traveling direction and curved toward the second blade surface portion side The edge,
A wing body including a plurality of ridges formed on the first wing surface portion and protruding in a direction away from the second wing surface portion, the first wing surface portion facing outward. Features.

本発明の第の観点に係る風力発電装置は、上記第の観点に係る風車を備えることを特徴とする。 A wind turbine generator according to a third aspect of the present invention includes the wind turbine according to the second aspect.

本発明によれば、低風速域における良好な起動性と、中風速域における高いエネルギ変換効率とを得ることができるとともに、高風速域における速度の過大化を防止することができる。   According to the present invention, good startability in a low wind speed region and high energy conversion efficiency in a medium wind speed region can be obtained, and excessive speed in a high wind speed region can be prevented.

本発明の実施形態に係る風力発電装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the wind power generator which concerns on embodiment of this invention. 風力発電装置を示す平面図である。It is a top view which shows a wind power generator. 翼体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a wing body. 翼体を図3に示すA−A方向から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the wing body from the AA direction shown in FIG. 翼体の第1の受風部及び第2の受風部の拡大図である。It is an enlarged view of the 1st wind receiving part and 2nd wind receiving part of a wing | blade body. 翼体に作用する揚力を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the lift which acts on a wing body. サボニウス型風車を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically a Savonius type | mold windmill. 風力発電装置の角速度の時間経過に伴う推移を示すグラフである。It is a graph which shows transition with time progress of angular velocity of a wind power generator. 本発明の実施形態に係る風力発電装置のトルクと時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the torque of the wind power generator which concerns on embodiment of this invention, and time. サボニウス型風車の角速度と時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the angular velocity of a Savonius type | mold windmill, and time. サボニウス型風車のトルクと時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the torque of a Savonius type | mold windmill, and time.

以下、本発明の実施形態に係る翼体10、風車20及び風力発電装置30について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the wing body 10, the windmill 20, and the wind power generator 30 which concern on embodiment of this invention are demonstrated in detail with reference to drawings.

図1は、風力発電装置30の全体斜視図であり、図2は、風力発電装置30を上方から見た平面図である。風力発電装置30は、風力により回転する風車20の回転力を利用して、発電を行うものであり、風車20と、駆体31と、発電機32と、回転軸受33とを備えている。   FIG. 1 is an overall perspective view of the wind power generator 30, and FIG. 2 is a plan view of the wind power generator 30 as viewed from above. The wind power generator 30 generates power using the rotational force of the windmill 20 rotated by wind power, and includes the windmill 20, the driving body 31, the generator 32, and the rotary bearing 33.

風車20は、いわゆる垂直軸型の風車であり、風力発電装置30の駆体31に、駆体31の底面及び天井面に対して回転軸21が垂直になるように配置されている。   The windmill 20 is a so-called vertical axis type windmill, and is arranged on the driving body 31 of the wind power generator 30 so that the rotating shaft 21 is perpendicular to the bottom surface and the ceiling surface of the driving body 31.

風車20は、回転軸21と、2つのリング22と、スポーク23と、3つの翼体10と、を備えている。リング22は、回転軸21から放射状に延びる細長い丸棒である3本のスポーク23を介して、回転軸21と連結されている。スポーク23は、翼体10に形成され翼体10の厚さ方向に貫通する孔(図示せず)を挿通している。各翼体10は、後述する第1の翼面部11(図4参照)が外側を向いた状態で、リング22の内面に固定されている。風車20の半径Rは、例えば980mmである。   The windmill 20 includes a rotating shaft 21, two rings 22, spokes 23, and three wing bodies 10. The ring 22 is connected to the rotary shaft 21 via three spokes 23 that are elongated round bars extending radially from the rotary shaft 21. The spoke 23 is inserted in a hole (not shown) formed in the wing body 10 and penetrating in the thickness direction of the wing body 10. Each wing body 10 is fixed to the inner surface of the ring 22 with a first wing surface portion 11 (see FIG. 4) described later facing outward. The radius R of the windmill 20 is, for example, 980 mm.

図2に示すように、回転軸21の上端側から風車20を見ると、3つの翼体10はいずれも、回転軸21の軸線を中心として、後述する前縁部13(図4参照)が反時計方向を向いている。なお、詳しくは後述するが、風車20は、図2の白抜き矢印に示すとおり、反時計方向に回転するように構成されている。   As shown in FIG. 2, when the wind turbine 20 is viewed from the upper end side of the rotating shaft 21, the three blade bodies 10 all have a front edge portion 13 (see FIG. 4) described later around the axis of the rotating shaft 21. It faces counterclockwise. In addition, although mentioned later in detail, the windmill 20 is comprised so that it may rotate counterclockwise as shown by the white arrow of FIG.

駆体31は、角パイプやアングル材などの鋼材からなる、直方形に形成されたフレームである。駆体31の高さは、例えば2800mmであり、駆体31の幅及び奥行きは、例えば2300mmである。   The body 31 is a rectangular frame made of a steel material such as a square pipe or an angle material. The height of the driving body 31 is, for example, 2800 mm, and the width and depth of the driving body 31 are, for example, 2300 mm.

駆体31の底部には、角パイプが十字形に交差して配置され、その交差部の上面に発電機32が固定されている。駆体31の天井部には、角パイプが、対向する天井面の角部同士を結ぶようにX字形に交差して配置され、その交差部の下面に回転軸受33が取り付けられている。回転軸受33は、風車20の回転軸21の上端部を、回転自在に支持している。駆体31の底面の四隅には、脚板が溶接されている。脚板に形成された孔は、駆体31を地面や構造物に固定するためのものであり、この孔にアンカーボルトを打ち込む。   Square pipes are arranged in a cross shape at the bottom of the body 31, and a generator 32 is fixed to the upper surface of the intersection. In the ceiling portion of the body 31, square pipes are arranged so as to intersect in an X shape so as to connect the corner portions of the opposing ceiling surfaces, and the rotary bearing 33 is attached to the lower surface of the intersection portion. The rotary bearing 33 rotatably supports the upper end portion of the rotary shaft 21 of the windmill 20. Leg plates are welded to the four corners of the bottom surface of the body 31. The hole formed in the leg plate is for fixing the body 31 to the ground or a structure, and an anchor bolt is driven into this hole.

発電機32は、ステータ(図示せず)と、ステータに対して回転自在に支持された磁極を有するロータ(図示せず)と、を備えている。ステータは、駆体31の底面に固定されており、ロータは、風車20の回転軸21の下端部に連結されている。   The generator 32 includes a stator (not shown) and a rotor (not shown) having a magnetic pole supported rotatably with respect to the stator. The stator is fixed to the bottom surface of the driving body 31, and the rotor is connected to the lower end portion of the rotating shaft 21 of the windmill 20.

次に、翼体10の構成について、図3及び図4を参照しながら説明する。   Next, the configuration of the wing body 10 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

翼体10は、矩形の翼平面形を有し、翼端板10a、第1の翼面部11、第2の翼面部12、前縁部13、後縁部14、第1の受風部15及び第2の受風部16を備えている。翼体10の翼端間距離W(図4における奥行き方向の長さ)は、例えば2500mmであり、翼体10の前後方向の長さL(図4における左右方向の長さ)は、例えば723mmであり、翼体10の厚さT(図4における上下方向の長さ)は、例えば120mmである。翼体10は、例えばアルミニウムから構成されており、内部が空洞で、その中に補強材(図示せず)が設けられている。翼体10の重量は、例えば14kgである。   The wing body 10 has a rectangular wing plane shape, and includes a wing end plate 10a, a first wing surface portion 11, a second wing surface portion 12, a front edge portion 13, a rear edge portion 14, and a first wind receiving portion 15. And the 2nd wind receiving part 16 is provided. The distance W between the blade tips of the wing body 10 (the length in the depth direction in FIG. 4) is, for example, 2500 mm, and the length L in the front-rear direction of the wing body 10 (the length in the left-right direction in FIG. 4) is, for example, 723 mm. The thickness T of the wing body 10 (the length in the vertical direction in FIG. 4) is, for example, 120 mm. The wing body 10 is made of, for example, aluminum and has a hollow inside, and a reinforcing material (not shown) is provided therein. The weight of the wing body 10 is, for example, 14 kg.

翼体板10aは、平板であり、翼体10の両端面を塞ぐように設けられている。翼端板10aの輪郭形状は、翼体10の本体の断面形状を外側に拡げた輪郭形状に形成されている。   The wing body plate 10 a is a flat plate and is provided so as to close both end faces of the wing body 10. The contour shape of the blade end plate 10a is formed in a contour shape in which the cross-sectional shape of the main body of the blade body 10 is expanded outward.

前縁部13は、翼体10の外側に向かって凸の曲面により、断面形状が流線形に形成されており、前端部の曲率が最も大きくなっている。また、前縁部13の前後方向の長さMは、前縁部13の厚さTの約2倍で形成され、翼体10の前後方向の長さLの約4分の1で形成されている。   The front edge portion 13 is formed in a streamlined cross-sectional shape by a curved surface convex toward the outside of the wing body 10, and the curvature of the front end portion is the largest. Further, the length M in the front-rear direction of the front edge portion 13 is formed to be about twice the thickness T of the front edge portion 13, and is formed to be about one quarter of the length L in the front-rear direction of the wing body 10. ing.

後縁部14は、鋭角状に形成されており、第1の翼面部11側が凸となるように、第2の翼面部12側に一定の曲率で反っている。   The trailing edge portion 14 is formed in an acute angle shape, and is warped with a constant curvature on the second blade surface portion 12 side so that the first blade surface portion 11 side is convex.

前縁部13と第1の翼面部11との間には、後縁部14側を向き前縁部13側に向かって放物線状に湾曲する湾曲面を有する段差部が設けられている。段差部の湾曲面は、風からの抗力を受ける第1の受風部15として機能する。この第1の受風部15は、翼体10の長手方向全体、すなわち一方の翼端から他方の翼端まで設けられている。第1の受風部15の高さ(図4における上下方向の長さ)は、第1の翼面部11と第2の翼面部12との距離よりも若干小さくなっている。   Between the front edge part 13 and the 1st wing | blade surface part 11, the level | step-difference part which has a curved surface which turns to the front edge part 13 side toward the front edge part 13 side is provided. The curved surface of the step portion functions as a first wind receiving portion 15 that receives a drag force from the wind. The first wind receiving portion 15 is provided in the entire longitudinal direction of the wing body 10, that is, from one wing tip to the other wing tip. The height of the first wind receiving portion 15 (length in the vertical direction in FIG. 4) is slightly smaller than the distance between the first blade surface portion 11 and the second blade surface portion 12.

第1の翼面部11は、翼弦(前縁部13の前端と後縁部14の後端とを結ぶ線)CLに沿って延びており、第1の翼面部11上には、翼体10の前後方向に並ぶ鋸刃状の6つの山部16aが形成されている。6つの山部16aは後縁部14側に傾いており、山部16aの高さ及び前後方向の長さは、後縁部14側にあるものほど小さくなっている。6つの山部16aは、風からの抗力を受ける第2の受風部16として機能する。   The first blade surface portion 11 extends along a chord (a line connecting the front end of the front edge portion 13 and the rear end of the rear edge portion 14) CL, and on the first blade surface portion 11, a blade body is formed. Six sawtooth-shaped six crests 16a arranged in the front-rear direction are formed. The six peak portions 16a are inclined toward the rear edge portion 14, and the height and the length in the front-rear direction of the peak portion 16a are smaller as they are closer to the rear edge portion 14 side. The six mountain parts 16a function as the second wind receiving part 16 that receives a drag from the wind.

6つの山部16aは、前縁部13と第1の受風部15との接続部Bを通り、後縁部14に接する直線(図4の2点鎖線)よりも低くなるように形成されている。これにより、第2の受風部16は、後縁部14側から吹く風のみを受け、前縁部13側から吹く風を受けない。   The six peak portions 16a pass through the connecting portion B between the front edge portion 13 and the first wind receiving portion 15, and are formed to be lower than a straight line (two-dot chain line in FIG. 4) in contact with the rear edge portion 14. ing. Thereby, the 2nd wind receiving part 16 receives only the wind blowing from the rear edge part 14 side, and does not receive the wind blowing from the front edge part 13 side.

第1の受風部15の受風面積と第2の受風部16の受風面積の合計は、例えば4.9mである。 The total of the wind receiving area of the first wind receiving portion 15 and the wind receiving area of the second wind receiving portion 16 is, for example, 4.9 m 2 .

第2の翼面部12は、翼弦CLに沿って延びており、翼体10の外側に向かって凸の曲面からなる。   The second blade surface portion 12 extends along the chord CL, and is formed of a curved surface that is convex toward the outside of the blade body 10.

次に、翼体10の周辺における風の流れ及び翼体10に作用する揚力について説明する。以下の説明において、前縁部13から後縁部14に向かう方向を「順流れ方向」といい、後縁部14から前縁部13に向かう方向を「逆流れ方向」という。なお、上述したとおり、風力発電装置30は、3つの翼体10を備えているが、説明を簡単にするため、1つの翼体10の周辺における風の流れ及び翼体10に作用する揚力について説明する。   Next, the wind flow around the wing body 10 and the lift acting on the wing body 10 will be described. In the following description, the direction from the front edge 13 toward the rear edge 14 is referred to as “forward flow direction”, and the direction from the rear edge 14 toward the front edge 13 is referred to as “reverse flow direction”. As described above, the wind power generator 30 includes the three wing bodies 10. However, for the sake of simplicity, the wind flow around one wing body 10 and the lift acting on the wing body 10 are described. explain.

図5は、風の流れ方向に沿うように配置された翼体10の第1の受風部15及び第2の受風部16の拡大図である。図5に示すように、逆流れ方向の風(実線で図示)が吹くと、翼体10は、第1の受風部15及び第2の受風部16に風が当たり、風から抗力を受ける。翼体10に対して逆流れ方向の抗力が作用すると、翼体10は、前縁部13で空気を切り裂きながら、逆流れ方向に進行する。切り裂かれた空気は、翼体10の表面を順流れ方向に流れる。   FIG. 5 is an enlarged view of the first wind receiving portion 15 and the second wind receiving portion 16 of the wing body 10 arranged along the wind flow direction. As shown in FIG. 5, when wind in the reverse flow direction (shown by a solid line) blows, the wing body 10 hits the first wind receiving portion 15 and the second wind receiving portion 16 and receives drag from the wind. receive. When a drag force in the reverse flow direction acts on the wing body 10, the wing body 10 advances in the reverse flow direction while cutting air at the front edge portion 13. The cut air flows in the forward flow direction on the surface of the wing body 10.

図6に示すように、第1の翼面部11に沿って流れる空気の道程は、第2の翼面部12に沿って流れる空気の道程よりも若干長い。その道程差により、翼体10に、第2の翼面部12から第1の翼面部11に向かう方向(図6における上方向)への揚力FLが作用する。揚力FLの水平成分Vaは、逆流れ方向に作用し、その大きさは、順流れ方向に作用する空気抵抗Uaよりも大きい。それにより、翼体10の速度に応じた推進力(=Va−Ua)が発生する。なお、道程差が小さいので、翼体10に作用する揚力FLの大きさは、抗力の大きさと比較して小さい。   As shown in FIG. 6, the path of air flowing along the first blade surface portion 11 is slightly longer than the path of air flowing along the second blade surface portion 12. Due to the difference in the travel distance, a lift FL in the direction from the second blade surface portion 12 toward the first blade surface portion 11 (upward in FIG. 6) acts on the blade body 10. The horizontal component Va of the lift FL acts in the reverse flow direction, and its magnitude is larger than the air resistance Ua acting in the forward flow direction. As a result, a propulsive force (= Va−Ua) corresponding to the speed of the wing body 10 is generated. In addition, since the path difference is small, the magnitude of the lift FL acting on the wing body 10 is smaller than the magnitude of the drag.

上述の構成の風力発電装置30では、第1の受風部15及び第2の受風部16に風が当たると、翼体10に抗力が作用し、風車20が回転軸21を中心として図2の反時計方向に回転し始める。風車20の回転速度が高まると、翼体10の速度に応じた揚力が翼体10に作用する。風車20は、翼体10に作用する反力を回転エネルギに変換して、回転する。   In the wind power generator 30 having the above-described configuration, when wind strikes the first wind receiving portion 15 and the second wind receiving portion 16, drag acts on the wing body 10, and the windmill 20 is illustrated with the rotating shaft 21 as the center. Starts rotating counterclockwise of 2. When the rotational speed of the windmill 20 is increased, lift according to the speed of the wing body 10 acts on the wing body 10. The windmill 20 rotates by converting the reaction force acting on the wing body 10 into rotational energy.

また、風車20が回転すると、風車20と一体の発電機32のロータも回転するので、ステータとロータとの間の磁場が変化し、電磁誘導の原理により電力が発生する。発生した電力は、バッテリ(図示せず)に送られる。   Further, when the windmill 20 rotates, the rotor of the generator 32 integrated with the windmill 20 also rotates, so that the magnetic field between the stator and the rotor changes, and electric power is generated by the principle of electromagnetic induction. The generated electric power is sent to a battery (not shown).

以上のように、本実施形態の風力発電装置30によれば、翼体10が第1の受風部15及び第2に受風部16を備えているので、逆流れ方向の風を受けて、抗力を受けることができる。それにより、弱風速域における良好な起動性を得ることができる。   As described above, according to the wind turbine generator 30 of the present embodiment, the wing body 10 includes the first wind receiving portion 15 and the second wind receiving portion 16, and therefore receives wind in the reverse flow direction. Can receive drag. Thereby, the favorable startability in a weak wind speed area can be obtained.

翼体10は、前縁部13の後方に第2の受風部16を備えているので、投影面積を増加させることなく、逆流れ方向の風に対しての受風面積を大きくすることができる。それにより、翼体10に作用する空気抵抗を抑制することができる。   Since the wing body 10 includes the second wind receiving portion 16 behind the front edge portion 13, the wind receiving area for the wind in the reverse flow direction can be increased without increasing the projected area. it can. Thereby, the air resistance which acts on the wing body 10 can be suppressed.

第2の受風部16は、後縁部14側に傾く鋸刃状に形成されているので、逆流れ方向の風を確実に捉えて、より大きな抗力を受けることができる。   Since the second wind receiving portion 16 is formed in a saw blade shape inclined toward the rear edge portion 14, the second wind receiving portion 16 can reliably catch the wind in the reverse flow direction and receive a larger drag.

第2の受風部16の山部16aの高さ及び幅は、後縁部14側にあるものほど小さいので、全ての山部16aに風を当てることができる。   Since the height and width of the peak portion 16a of the second wind receiving portion 16 are smaller toward the rear edge portion 14, the wind can be applied to all the peak portions 16a.

前縁部13の断面形状は、流線形に形成されているので、前縁部13周辺における乱流の発生を抑制でき、翼体10に作用する空気抵抗を抑制することができる。   Since the cross-sectional shape of the leading edge portion 13 is formed in a streamline shape, the generation of turbulent flow around the leading edge portion 13 can be suppressed, and the air resistance acting on the wing body 10 can be suppressed.

翼体10が前方に移動すると、翼体10に揚力FLが作用するので、中風速域におけるエネルギ変換率を高めることができ、翼体10に作用する推進力を大きくすることができる。それにより、中風速域において、風車20の回転速度を高めることができる。ただし、揚力FLの大きさは、抗力の大きさと比較して小さいので、風車20の回転速度が大きくなりすぎることはない。具体的には、周速比(=翼体10の速度/風速)は1程度に収束する。   When the wing body 10 moves forward, the lift FL acts on the wing body 10, so that the energy conversion rate in the medium wind speed region can be increased, and the propulsive force acting on the wing body 10 can be increased. Thereby, the rotational speed of the windmill 20 can be increased in the middle wind speed region. However, since the magnitude of the lift FL is smaller than the magnitude of the drag, the rotational speed of the windmill 20 does not become too high. Specifically, the peripheral speed ratio (= speed of the wing body 10 / wind speed) converges to about 1.

後縁部14が第2の翼面部12側に反っているので、順流れ方向に空気が流れると、後縁部14における第2の翼面部12側の面に、乱流が発生する。発生した乱流は、翼体10に対して、順流れ方向に作用する抵抗となる。また、乱流の大きさは、翼体10の移動速度が速いほど、より大きくなる。発生した乱流は、順流れ方向の抵抗力を発生し、逆流れ方向の抗力の一部を打ち消す。それにより、強風速域における風車20の回転速度の過大化を防止することができる。   Since the trailing edge portion 14 is warped toward the second blade surface portion 12, when air flows in the forward flow direction, turbulence is generated on the surface of the trailing edge portion 14 on the second blade surface portion 12 side. The generated turbulent flow acts as a resistance acting on the wing body 10 in the forward flow direction. Further, the magnitude of the turbulent flow increases as the moving speed of the wing body 10 increases. The generated turbulent flow generates a resistance force in the forward flow direction and cancels a part of the drag force in the reverse flow direction. Thereby, excessive rotation speed of the windmill 20 in the strong wind speed region can be prevented.

次に、図8〜図11のグラフを参照しながら、風車20の特性を、図7に示すサボニウス型風車の特性と比較する。図8及び図10は、停止状態にあった風車20及びサボニウス型風車のそれぞれに、所定の中風速域の風を当てて起動させた場合における、角速度ω(rad/sec)の時間t(sec)の経過に伴う変化を示すグラフであり、図9及び図11は、その際に回転軸21に作用するトルクT(N.m)の変化を示すグラフである。   Next, the characteristics of the wind turbine 20 are compared with the characteristics of the Savonius type wind turbine shown in FIG. 7 while referring to the graphs of FIGS. FIGS. 8 and 10 show the time t (sec) of the angular velocity ω (rad / sec) when the wind turbine 20 and the Savonius type wind turbine in the stopped state are activated by applying a wind in a predetermined medium wind speed range. 9 and 11 are graphs showing changes in the torque T (Nm) acting on the rotary shaft 21 at that time.

図8〜図11において、横軸は時間tを表し、図8及び図10において、縦軸は角速度ωを表し、図9及び図11において、縦軸はトルクTを表す。各グラフには、相互の比較を行うための目盛りを付している。なお、図8〜図11のグラフは、風車20を発電機32に接続しない状態(無負荷状態)での計測結果を表す。   8 to 11, the horizontal axis represents time t, the vertical axis represents angular velocity ω in FIGS. 8 and 10, and the vertical axis represents torque T in FIGS. Each graph has a scale for comparison. The graphs of FIGS. 8 to 11 represent measurement results in a state where the wind turbine 20 is not connected to the generator 32 (no load state).

図8及び図9の風車20のグラフに示すように、角速度ωの曲線が下側凸の範囲では、トルクTが増加し、角速度ωの曲線が上側凸の範囲では、トルクTが減少する。そして、角速度ωが一定になると、トルクTが0になる。   As shown in the graph of the wind turbine 20 in FIGS. 8 and 9, the torque T increases when the curve of the angular velocity ω is downwardly convex, and the torque T decreases when the curve of the angular velocity ω is upwardly convex. When the angular velocity ω becomes constant, the torque T becomes zero.

図10及び図11のサボニウス型風車のグラフに示すように、トルクTの曲線が上側凸の範囲では、トルクTが減少する。そして、角速度ωが一定になると、トルクTが0になる。   As shown in the graphs of the Savonius type wind turbine in FIGS. 10 and 11, the torque T decreases in a range where the curve of the torque T is convex upward. When the angular velocity ω becomes constant, the torque T becomes zero.

図8及び図10に示すように、角速度ωが収束した値(最大値)は、風車20の方がサボニウス型風車よりも大きい。このように、風車20は、サボニウス型風車よりも回転速度が速い。すなわち、風車20は、サボニウス型風車と比較して、中風速域において風から受けるエネルギを風車20の回転エネルギに変換する効率が高い。   As shown in FIGS. 8 and 10, the value (maximum value) at which the angular velocity ω converges is larger for the windmill 20 than for the Savonius type windmill. Thus, the wind turbine 20 has a higher rotational speed than the Savonius wind turbine. That is, the windmill 20 has a higher efficiency for converting energy received from the wind into the rotational energy of the windmill 20 in the middle wind speed range than the Savonius type windmill.

なお、本発明の風力発電装置30は、説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、翼体10を構成する素材はアルミニウムであるが、軽量かつ高強度な素材であればよく、他の適当な素材、例えば、炭素繊維や樹脂でもよく、単一の素材でなくてもよい。また、実施形態では、翼体10の内部は空洞であるが、空洞でなくてもよい。   In addition, the wind power generator 30 of this invention is not limited to embodiment demonstrated. For example, in the embodiment, the material constituting the wing body 10 is aluminum, but it may be a lightweight and high-strength material, and may be another appropriate material, for example, carbon fiber or resin. It does not have to be. In the embodiment, the inside of the wing body 10 is a cavity, but it may not be a cavity.

実施形態では、風車20に取り付けられた翼体10の数量は3であるが、数量は3に限られるものではなく、2や4でもよい。その場合には、翼体10の枚数に応じて、風車20の特性が変化する。   In the embodiment, the number of the wing bodies 10 attached to the windmill 20 is 3, but the number is not limited to 3, and may be 2 or 4. In that case, the characteristics of the windmill 20 change according to the number of the wing bodies 10.

10 翼体
10a 翼端板
11 第1の翼面部
12 第2の翼面部
13 前縁部
14 後縁部
15 第1の受風部
16 第2の受風部
16a 山部
20 風車
21 回転軸
22 リング
23 スポーク
30 風力発電装置
31 駆体
32 発電機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wing body 10a Blade end plate 11 1st blade surface part 12 2nd blade surface part 13 Front edge part 14 Rear edge part 15 First wind receiving part 16 Second wind receiving part 16a Mountain part 20 Windmill 21 Rotating shaft 22 Ring 23 Spoke 30 Wind power generator 31 Drive unit 32 Generator

Claims (5)

風から抗力を受けて進行方向に進行する、一方の翼端から他方の翼端まで真っ直ぐ延びる風車用翼体であって、
第1の翼面部と、
前記第1の翼面部の裏面を形成する第2の翼面部と、
前記第1の翼面部の前端から前記第2の翼面部とは離れる方向に突出し、後端面が前記進行方向の前側に対して凹となる曲面状に形成されている段差部と、
前記段差部の前端と前記第2の翼面部の前端とに連続し、前記進行方向に向かって凸となる曲面状に形成されている前縁部と、
前記第1の翼面部の後端と前記第2の翼面部の後端とに連続し、前記進行方向の後側に向かって鋭角状に形成され、前記第2の翼面部側に湾曲した後縁部と、
前記第1の翼面部に形成され、前記第2の翼面部とは離れる方向に突出した複数の山部とを備え、
前記山部は、鋸刃状に形成されており、前記後縁部側に傾いている、
ことを特徴とする風車用翼体。
A windmill wing body that travels in the direction of travel in response to drag from the wind and extends straight from one wing tip to the other wing tip,
A first wing surface;
A second blade surface portion forming a back surface of the first blade surface portion;
A stepped portion that protrudes in a direction away from the second blade surface portion from the front end of the first blade surface portion, and has a rear end surface that is formed in a curved shape that is concave with respect to the front side in the traveling direction;
A front edge portion formed in a curved shape that is continuous with the front end of the stepped portion and the front end of the second blade surface portion and is convex toward the traveling direction;
After the rear end of the first blade surface portion and the rear end of the second blade surface portion are formed with an acute angle toward the rear side in the traveling direction and curved toward the second blade surface portion side The edge,
A plurality of crests formed on the first wing surface portion and projecting away from the second wing surface portion;
The mountain portion is formed in a saw blade shape and is inclined toward the trailing edge portion side.
A wind turbine wing body characterized by the above.
前記山部は、前記後縁部側にあるものほど小さい、
ことを特徴とする請求項1に記載の風車用翼体。
The peak portion is smaller as it is on the rear edge side,
The wing body for wind turbines according to claim 1 characterized by things.
前記前縁部の先端から前記第1の翼面部を経て前記後縁部の後端に達するまでの風の道程は、前記前縁部の前端から前記第2の翼面部を経て前記後縁部の後端に達するまでの風の道程よりも長い、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の風車用翼体。
The path of the wind from the leading edge of the leading edge to the trailing edge of the trailing edge via the first blade surface portion is from the leading edge of the leading edge to the trailing edge portion via the second blade surface portion. Longer than the wind path to reach the rear edge,
The wing body for wind turbines according to claim 1 or 2 .
風から抗力を受けて進行方向に進行する、一方の翼端から他方の翼端まで真っ直ぐ延びる翼体であって、
第1の翼面部と、
前記第1の翼面部の裏面を形成する第2の翼面部と、
前記第1の翼面部の前端から前記第2の翼面部とは離れる方向に突出し、後端面が前記進行方向の前側に対して凹となる曲面状に形成されている段差部と、
前記段差部の前端と前記第2の翼面部の前端とに連続し、前記進行方向に向かって凸となる曲面状に形成されている前縁部と、
前記第1の翼面部の後端と前記第2の翼面部の後端とに連続し、前記進行方向の後側に向かって鋭角状に形成され、前記第2の翼面部側に湾曲した後縁部と、
前記第1の翼面部に形成され、前記第2の翼面部とは離れる方向に突出した複数の山部とを備える翼体を、前記第1の翼面部が外側を向くようにして備える、
ことを特徴とする風車。
A wing body that travels in the direction of travel in response to drag from the wind and extends straight from one wing tip to the other wing tip,
A first wing surface;
A second blade surface portion forming a back surface of the first blade surface portion;
A stepped portion that protrudes in a direction away from the second blade surface portion from the front end of the first blade surface portion, and has a rear end surface that is formed in a curved shape that is concave with respect to the front side in the traveling direction;
A front edge portion formed in a curved shape that is continuous with the front end of the stepped portion and the front end of the second blade surface portion and is convex toward the traveling direction;
After the rear end of the first blade surface portion and the rear end of the second blade surface portion are formed with an acute angle toward the rear side in the traveling direction and curved toward the second blade surface portion side The edge,
A wing body including a plurality of ridges formed on the first wing surface portion and projecting in a direction away from the second wing surface portion, the first wing surface portion facing outward.
A windmill characterized by that.
請求項に記載の風車を備える、
ことを特徴とする風力発電装置。
The windmill according to claim 4 is provided.
Wind power generator characterized by that.
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