JP6463860B1

JP6463860B1 - 垂直軸型風力発電機

Info

Publication number: JP6463860B1
Application number: JP2018073882A
Authority: JP
Inventors: 智紀米澤
Original assignee: 智紀米澤
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: JP2019183715A; WO2019194180A1

Abstract

【課題】軽量で簡単な形状であり、かつ、効率よく回転力が得られるブレードを備えた垂直軸型風力発電機を提供する。
【解決手段】ブレード４は、上面視がＶ字型の形状で、当該Ｖ字の先端部分が回転方向の先端になるように設けられた硬い枠４１に、柔らかい素材の翼４２が取り付けられたものであり、枠４１は、Ｖ字形状部分がブレードの最上部とブレードの最下部に設けられ、最上部のＶ字形状と最下部のＶ字形状それぞれのＶ字の先端部分を上下（垂直方向）に接続する硬い支柱部分とで構成されており、翼４２は、枠４１の支柱部分と同じ長さを有する一辺を上底とし、それより長い一辺である下底を対辺に有する等脚台形形状のもの２枚を上底同士つなぎ合わせた形状であり、上底部分が枠４１の支柱部分に取り付けられ、等脚台形の脚部分が枠のＶ字形状部分に取り付けられている。
【選択図】図４

Description

この発明は、風に対して回転軸が垂直になっている垂直軸型風力発電機に関するものである。

従来より、風力発電機としては、風に対して回転軸が水平になっている水平軸型風力発電機と、風に対して回転軸が垂直になっている垂直軸型風力発電機が知られている。このうち、垂直軸型風力発電機としては、サボニウス型、パドル型、ジャイロミル型、ダリウス型など様々なものが知られている。

さらに、この垂直軸型風力発電機は、風車の空気力を発生させる部位であるブレードに働く抗力を主たる回転力とする抗力型（サボニウス型、パドル型など）と、ブレードに働く揚力の回転方向成分を主たる回転力とする揚力型（ジャイロミル型、ダリウス型など）にわけられる。

そして、垂直軸型風力発電機はいずれも、水平軸型風力発電機と比較すると、風の方向に関係なく回転できる、という特徴があり、世界中で使用されているが、１つのブレードが追い風を受けているとき、対極に近いところにあるブレードは向かい風を受けてしまう、ということが弱点であるため、風速比（ブレードの回転速度と風速の比）によっては回転力が得られず、水平軸型風力発電機よりも効率が悪いと言われている。

そこで、そのような問題に対処するためには、より追い風を受けるようにしたり、向かい風を受けないようにする必要があり、例えば特許文献１には、ジャイロミル型の風力発電機において、ブレードの形状を改良したものが開示されている。

特開２００６−４６３０６号公報

しかしながら、例えば特許文献１に示すような従来の垂直軸型風力発電機（ジャイロミル型風力発電機）は、ブレードが硬い板状であるため、ブレードの形状も複雑となり、また、ブレードを軸に固定するための金具等も複雑で頑強なものを必要とし、簡単には作製できないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、軽量で簡単な形状であり、かつ、効率よく回転力が得られるブレードを備えた垂直軸型風力発電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明は、垂直回転軸の周りに、当該垂直回転軸を中心として等角度間隔で複数のブレードが設けられた垂直軸型風力発電機において、前記ブレードは、上面視がＶ字型の形状で、当該Ｖ字の先端部分が回転方向の先端になるように設けられた硬い枠に、柔らかい素材の翼が取り付けられたものであり、前記枠は、前記Ｖ字形状部分が前記ブレードの最上部と前記ブレードの最下部に設けられ、前記最上部のＶ字形状と前記最下部のＶ字形状それぞれのＶ字の先端部分を上下（垂直方向）に接続する硬い支柱部分とで構成されており、前記翼は、前記枠の支柱部分と同じ長さを有する一辺を上底とし、それより長い一辺である下底を対辺に有する等脚台形形状のもの２枚を前記上底同士つなぎ合わせた形状であり、前記上底部分が前記枠の支柱部分に取り付けられ、前記等脚台形の脚部分が前記枠のＶ字形状部分に取り付けられていることを特徴とする。

この発明の垂直軸型風力発電機によれば、ブレードの形状を工夫した上に、ブレードの翼が変形するようにしたことにより、風を後方から受けるとブレードの翼が外側にふくらみ、風を前方から受けるとブレードの翼が内側にへこむので、周速比に関係なく回転力を得ることができるため、ブレードが軽量で簡単な形状であり、かつ、効率よく回転力を得ることができる。

実施の形態１における垂直軸型風力発電機を上面から見た外観の一例を示す概略上面図である。実施の形態１における垂直軸型風力発電機のブレードの枠の一例を示す模式説明図である。実施の形態１における垂直軸型風力発電機のブレードの翼の一例を示す模式説明図である。実施の形態１における垂直軸型風力発電機において、枠に翼が取り付けられたブレードを示す模式説明図である。実施の形態１における垂直軸型風力発電機において、図４の矢印Ａ方向から風を受けた場合のブレードの形状をＡ方向から見た図と、Ｂ方向から風を受けた場合のブレードの形状をＢ方向から見た図を示す模式説明図である。実施の形態１における垂直軸型風力発電機のブレードの枠の別の例を示す模式説明図である。

この発明は、垂直回転軸の周りに、当該垂直回転軸を中心として等角度間隔で複数のブレードが設けられた垂直軸型風力発電機に関するものである。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における垂直軸型風力発電機１を上面から見た外観の一例を示す概略上面図である。この垂直軸型風力発電機１は、垂直回転軸２、複数の支持部材３、複数のブレード４を備えており、中心に設けられた垂直回転軸２の周りに、その垂直回転軸２を中心として等角度間隔で複数のブレード４が設けられている。また、ここでは、この垂直軸型風力発電機１は、図１の破線の矢印の方向に回転するものとして説明する。

垂直回転軸２の下端には、発電機等（図示せず）が接続されており、この垂直軸型風力発電機１の回転により、その発電機等を動かすことができる。また、支持部材３にブレード４を取り付けるための取り付け部材や支柱などについても説明を簡単にするために図示を省略しているが、支持部材３とブレード４とを固定するための取り付け部材や支柱が存在していることは言うまでもない。

この実施の形態１では、図１に示すように、垂直回転軸２の周りに９０度間隔で放射状に４本の支持部材３を備え、その支持部材３の先端に、垂直回転軸２と平行に取り付けられたブレード４を備えている場合を例に説明する。つまり、ブレード４の数は支持部材３と同数であり、この実施の形態１における垂直軸型風力発電機１は、４枚のブレード４を備えている。

なお、この実施の形態１では、支持部材３は垂直回転軸２のまわりに９０度間隔で設置されるものとしているので４本であるが、垂直回転軸２のまわりに等角度間隔で設置されていればよい。すなわち、図１に示すように９０度間隔であれば４本であるが、１２０度間隔であれば３本、７２度間隔であれば５本、のように、他の角度および本数であってもよい。
そして、各ブレード４の風力による回転は、支持部材３を介して垂直回転軸２に伝えられ、垂直回転軸２に接続された発電機（図示せず）に伝達される。

図２は、実施の形態１における垂直軸型風力発電機１のブレード４の枠４１の一例を示す模式説明図である。図３は、実施の形態１における垂直軸型風力発電機１のブレード４の翼４２の一例を示す模式説明図である。図４は、実施の形態１における垂直軸型風力発電機１において、枠４１に翼４２が取り付けられたブレード４を示す模式説明図である。

ブレード４は、上面視がＶ字型の形状で、当該Ｖ字の先端部分が回転方向の先端になるように設けられた硬い枠４１に、布または繊維等の柔らかくしなる素材の翼４２が取り付けられたものである。
枠４１は、図２に示すように、Ｖ字形状部分がブレード４の最上部とブレード４の最下部に設けられ、最上部のＶ字形状と最下部のＶ字形状それぞれのＶ字の先端部分を上下（垂直方向）に接続する硬い支柱部分とで構成されている。

翼４２は、図３に示すように、枠４１の支柱部分と同じ長さを有する一辺を上底とし、それより長い一辺である下底を対辺に有する等脚台形形状のもの２枚を上底同士つなぎ合わせた形状である。そして、図４に示すように、この翼４２の上底部分が枠４１の支柱部分に取り付けられ、翼４２の等脚台形の脚部分が枠４１のＶ字形状部分に取り付けられて固定されている。

図５は、実施の形態１における垂直軸型風力発電機１において、図４の矢印Ａ方向から風を受けた場合のブレード４の形状をＡ方向から見た図と、Ｂ方向から風を受けた場合のブレード４の形状をＢ方向から見た図を示す模式説明図である。ブレード４は、図４の矢印Ａ方向から風を受けると、Ｖ字形状の内側に風が入るため、図５（ａ）に示すとおり、その翼４２は広がって（外側にふくらんで）さらに多くの風を受ける。また、図４の矢印Ｂ方向から風を受けると、Ｖ字形状の先端部分から風を受けるため、図５（ｂ）に示すように、翼４２は内側にへこむ。この結果、図１の破線の矢印の方向に、より回転力が高まり、より効率よく発電することができる。

このように、この実施の形態１における垂直軸型風力発電機１は、ブレード４の枠４１を図２のような形状にした上で、ブレード４の翼４２を柔らかい素材で変形するようにした、という２段階の工夫により、風を後方から受けるとブレード４の翼４２が外側にふくらんでさらに多くの風を受け、風を前方から受けるとブレード４の翼４２が内側にへこんで風の抵抗が少なくなるので、ブレード４の回転速度が速いときでも遅いときでも、また、風速が速いときでも遅いときでも、すなわち、風速比（ブレード４の回転速度と風速の比）に関係なく回転力を得ることができる。

また、このような構成のブレード４にしたことにより、従来のような全体が硬い板状のブレードに比べると軽量であり、垂直軸型風力発電機１全体としても軽量になる、というメリットもある。

なお、この実施の形態１では、図２に示すように、枠４１は、ブレード４の最上部と最下部に形成されているＶ字形状部分がＶ字の枠のみであるが、図６に示すように、ブレード４の最上部と最下部のＶ字部分全体を塞いだ枠４１’のようにしてもよい。図６は、この実施の形態１における垂直軸型風力発電機１のブレード４の枠４１の別の例（枠４１’）を示す模式説明図である。このように、ブレード４の最上部と最下部のＶ字部分全体を塞ぐような枠４１’にすれば、ブレード４が風を受けた際にさらに効率よく回転力を得ることができる。

以上のように、この実施の形態１の垂直軸型風力発電機１によれば、ブレード４の形状を工夫した上に、ブレード４の翼４２が変形するようにしたことにより、風を後方から受けるとブレード４の翼が外側にふくらみ、風を前方から受けるとブレード４の翼４２が内側にへこむので、周速比に関係なく回転力を得ることができるため、ブレード４が軽量で簡単な形状であり、かつ、効率よく回転力を得ることができる。

また、この発明は風力発電機に関するものとして説明したが、潮力発電、波力発電、小水力発電などに転用することも可能である。すなわち、同じ構成の潮力発電機、波力発電機、小水力発電機としてもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１垂直軸型風力発電機
２垂直回転軸
３支持部材
４ブレード
４１，４１’ 枠
４２翼

Claims

垂直回転軸の周りに、当該垂直回転軸を中心として等角度間隔で複数のブレードが設けられた垂直軸型風力発電機において、
前記ブレードは、上面視がＶ字型の形状で、当該Ｖ字の先端部分が回転方向の先端になるように設けられた硬い枠に、柔らかい素材の翼が取り付けられたものであり、
前記枠は、前記Ｖ字形状部分が前記ブレードの最上部と前記ブレードの最下部に設けられ、前記最上部のＶ字形状と前記最下部のＶ字形状それぞれのＶ字の先端部分を上下（垂直方向）に接続する硬い支柱部分とで構成されており、
前記翼は、前記枠の支柱部分と同じ長さを有する一辺を上底とし、それより長い一辺である下底を対辺に有する等脚台形形状のもの２枚を前記上底同士つなぎ合わせた形状であり、前記上底部分が前記枠の支柱部分に取り付けられ、前記等脚台形の脚部分が前記枠のＶ字形状部分に取り付けられている
ことを特徴とする垂直軸型風力発電機。