JP6654821B2 - Horizontal axis windmill - Google Patents
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Description
本発明は、横軸風車に係り、微風でも風向きが変化すると、瞬時にロータの前面を風上に向けるようになっている横軸風車に関する。 The present invention relates to a horizontal-axis wind turbine, and more particularly to a horizontal-axis wind turbine that instantaneously turns the front surface of a rotor upwind when the wind direction changes even with a slight wind.
風車筐体の後部に方向舵を備える横軸風車は、例えば特許文献1に開示されている。
A horizontal axis wind turbine having a rudder at the rear of the wind turbine housing is disclosed in, for example,
前記、特許文献1に記載の発明では、風車筐体の中に、重量の重い発電機や変速機などが配設されているので、風車筐体の回転部分の重量は大となり、方向舵に相当な気流が当たっても、風車筐体の向きを風上に直ぐに向けることは困難である。
本発明は、微風による風向きの変化にも敏感に反応して、常にブレードの前面を風上に対向させることができるようにした、横軸風車を提供することを目的とするものである。
In the invention described in
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a horizontal axis wind turbine that can respond to a change in the wind direction due to a slight wind and can always face the front surface of the blade to the windward.
本発明の具体的な内容は、次の通りである。 The specific contents of the present invention are as follows.
(1) 支柱上における管状の取付体上部に水平に装着された風車筐体の内部から、後方に向かって水平に突出させたロータ軸の後部に、横軸ロータを装着した横軸風車において、前記取付体は、下部を前記支柱の上面に固定するとともに、該取付体上部の嵌合部に、ベアリングを介して回転可能に嵌合させた回転部材を風車筐体下部内に一体に固定して、該風車筐体を回転部材により取付体の上部で回転可能とし、前記支柱の上端から前記回転部材を上方へ貫通して風車筐体内に突出する伝動軸の上端と、ロータ軸の前端とを、伝動手段をもって連結し、前記風車筐体の外周左右後側部から、先端がブレードに接触しないように後側方向へ突設した左右の支持腕の先端部に、それぞれ方向舵をブレードの位置と同等以後に位置して、垂直にかつ前後方向に長く配設したことを特徴とする横軸風車。 (1) from the interior of the tube-like mounting body upper horizontally mounted wind turbine housing on the struts, the rear portion of the rotor shaft is protruded horizontally towards the rear, the horizontal axis wind turbine equipped with a horizontal axis rotor the attachment member is configured to secure the lower portion to the upper surface of the strut, the engagement portion of the mounting body top, the rotary member which has rotatably fitted via a bearing integrally with the wind turbine housing the lower fixed to and rotatable with the upper portion of the mounting member by the rotation member該風wheel housing, and the upper end of the transmission shaft projecting the windmill housing from the upper end of the strut through the rotating member upwardly, a rotor shaft The front rudder is connected to the front end of the wind turbine casing by the transmission means, and the rudder is moved from the left and right outer peripheral sides of the windmill housing to the distal ends of the left and right support arms projecting rearward so that the distal ends do not contact the blades. After the position equivalent to the blade position, A horizontal axis windmill that is long in the front-back direction.
(2)前記方向舵を、外側面がロータ軸に対して35度〜45度の傾斜範囲で、後縁を外側方へ向けて配設してなる前記(1)に記載の横軸風車。 (2) The horizontal axis wind turbine according to (1), wherein the rudder is disposed such that a rear edge is directed outward in an inclination range of an outer side surface of 35 to 45 degrees with respect to a rotor shaft.
(3)前記方向舵を、横断面が、外側面は前後に直線的で、内側面は後部が内側へ突出する曲面とし、その後縁を外側へ突出させてなる前記(1)または(2)に記載の横軸風車。 (3) The rudder according to the above (1) or (2), wherein the cross section of the rudder is a curved surface having an outer surface that is linear back and forth, an inner surface having a rear portion projecting inward, and a rear edge projecting outward. The described horizontal axis windmill.
(4)前記方向舵は、左右非対称に形成されている前記(1)〜(3)のいずれかに記載の横軸風車。 (4) The horizontal axis wind turbine according to any one of (1) to ( 3 ), wherein the rudder is formed to be left-right asymmetric.
本発明によると、次のような効果が奏せられる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
前記(1)に記載の発明は、風車筐体の中に重量の重い発電機などが配設されていないので、支柱への取着部分にかかる重量が軽いため、微風でも回転しやすい。
一般には、回転部分にスリップリングが使用されているが、支柱に固定する取着固定部は、上部の嵌合部材に配設したベアリングで、回転部材を支持しているので、この回転部材と一体に固定された風車筐体は、方向舵に微風を受けても、軽快に反応して、ロータの前面を風上方向へ向けるように回転することができる。
In the invention described in the above (1), since a heavy generator or the like is not provided in the windmill housing, the weight attached to the support pillar is light, so that it is easy to rotate even in a small wind.
In general, although the slip rings to the rotating portion is used, attachment fixing portion for fixing the strut bearings which is disposed at the top of the fitting member, so supports the rotating member, the rotation parts material and a windmill housing fixed integrally, it can be subjected to breeze rudder, and lightly reacted to rotate to direct the front of the rotor upwind direction.
前記(2)に記載の発明においては、方向舵は、外側面がロータ軸に対して35度〜45度の傾斜範囲で、配設されているので、前面から風を受けている時に、方向性は安定して維持される。
方向舵の配設角度をロータ軸に対して45度より開いた場合、方向舵に抵抗がかかり過ぎて、風向きの変化に不安定となる。また開度を35度よりも狭い場合には、風向きの変化に敏感に反応しにくい。
In the invention described in the above (2), since the rudder is provided with the outer surface in an inclination range of 35 degrees to 45 degrees with respect to the rotor shaft, when the wind is received from the front surface, Is kept stable.
If the rudder is disposed at an angle of more than 45 degrees with respect to the rotor shaft, the rudder will receive too much resistance and will be unstable to changes in wind direction. If the opening is narrower than 35 degrees, it is difficult to respond sensitively to changes in the wind direction.
前記(3)に記載の発明においては、方向舵の、横断面が、外側面は前後に直線的で、内側面は内側へ突出する曲面とされ、後縁が外側へ突出しているので、外側面に沿う気流よりも、内側面に沿って通過する気流の速度の方が高速となり、かつコアンダ効果によって、後方外側方向へ通過する。
これによって、左右の方向舵に沿って通過する気流は、反作用で風車筐体をぐらつかせずに、中央に維持する作用があり、ロータの前面を常に風上に向ける。
According to the invention described in the above (3), the cross section of the rudder has a curved outer surface that is straight forward and backward, an inner surface that is a curved surface that projects inward, and a rear edge that projects outward. The velocity of the airflow passing along the inner side surface is higher than the velocity of the airflow along the path, and the airflow passes backward and outward due to the Coanda effect.
Thus, the airflow passing along the left and right rudder has the effect of maintaining the wind turbine casing in the center without being affected by the reaction, and always directs the front surface of the rotor to the windward side.
前記(4)に記載の発明において、方向舵は、左右非対称に形成されているので、ロータの回転震動による、ロータの水平方向の旋回を、方向舵に受ける気流の非均等作用で抑止させることができる。 In the invention described in the above (4), since the rudder is formed to be asymmetrical left and right, it is possible to suppress the horizontal turning of the rotor due to the rotational vibration of the rotor by the non-uniform action of the airflow received by the rudder. .
以下本発明を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
図1、図2に示すように、本発明の横軸風車1は垂直の管状支柱2の上端に、風車筐体3の前部を管状の取付体4を介して、回転可能に装着して構成されている。取付体4は風車筐体3の要部より垂下し、下端のフランジ4Aを、支柱2の上端のフランジ2Aにボルト止めすることにより、管状支柱2に固定されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a horizontal
図2に示すように、風車筐体3は細長い卵状をなし、その前部内側に支持枠体6が配設されている。支持枠体6の前後の軸受6A、6Bは、ロータ軸7の前部が支持されている。水平のロータ軸7の後端は、風車筐体3の後部から外方へ突出し、その先端部には、ロータ8が装着されている。
As shown in FIG. 2, the
支持枠体6より下方へ突出する管状の取付体4は、その下端部のフランジ4Aを介して支柱2の上端に設けたフランジ2Aに固定されており、管状取付体4の上端部における嵌合部4Bに設けたベアリング5Aを介して、回転部材5が回転可能に嵌合されている。
The
回転部材5は、風車筐体3に結合した支持枠体6の下部に、一体的に固定されており、風車筐体3は、回転部材5とともに、取付体4の上で回転しうるようになっている。これにより、方向舵14に風を受けて、その方向が変化すると、風車筐体3は容易に風上方向へ向きを変えることができる。
Rotating member 5, the lower portion of the
管状支柱2に内装されている垂直の伝動軸10の下端は、図示しない発電機に連結され、同じく上端は、取付体4及び回転部材5の中心を貫通して、支持枠体6内に突入し、その上端に固定した傘歯車からなる伝動手段11は、ロータ軸7に固定された傘歯車からなる伝動手段12と噛合している。従って、ロータ8の回転は伝動軸10に伝動され、発電機により発電が行われる。
The lower end of the
ロータ8の、ハブ8Aの周面には、複数の揚力型ブレード9が固定されており、各揚力型ブレード9の先端部は、風上方向を向く傾斜部9Aとされている。ブレード9の前面に風を受けると、ブレード9の前面に沿って先端方向へ移動する気流は傾斜部9Aに当り回転力を高める。
A plurality of lift-
風車筐体3の後部寄りの外面には、平面視く字状で、扁平な支持腕13の基部13Aが固着されている。基部13Aは、風車筐体3の外方向へ伸び、その先端部13Bは、斜め外側後方向へ伸びている。側面視において上下に対をなし、それぞれの後端は、離反して間隔を大としている。
The
方向舵14は上下に長い長方形として示してあるが、形状はこれに限定されるものではなく、例えば正方形、円形など任意である。方向舵14の横断面は、外側面14Aは前後に直線状で、内側面14Bは、前縁から後縁へかけて、次第に厚さを大として、曲面に形成され、後縁部14Cは、外側へ向かって弧曲状に突出している。
Although the
この外側面14Aに、支持腕13の先端部が、ネジ止めにより固定されており、外側面14Aは、ロータ軸7に対して、約35度〜45度の範囲に傾斜されている。
前記のように構成された横軸風車1は、風が吹くと、風向きに関わらず、方向舵14の受風面積が大きいので、反応が早く、かつ風車筐体3が軽量であるので、ロータ8の前面を速やかに風上に向ける。
The tip of the
When the wind blows, the
風が微風であっても、風車筐体3の中には、発電機など重量の重い物は配設されておらず、かつ取付体4においてベアリング5Aで風車筐体3を支持しているので、容易に軽快に回転し、また方向舵14は常に風下になるため、ロータ8の前面は風上に対向し、揚力型ブレード9は、前面に風を受けて、間断なく回転する。
Even if the wind is light, no heavy object such as a generator is arranged in the
左右の方向舵14の内側面14B後部が、内側方向に突出する弧状曲面であるので、これに沿って通過する気流は、外側面14Aに沿って通過する気流よりも高速となり、コアンダ効果によって、後縁部14Cから外側へ向かって流れ、互いの反作用によって、ロータ8の位置をバランスよく維持することとなる。
Since the rear part of the
伝動軸10とロータ軸7とは、傘歯車による伝動手段11、12によって連係されているので、風車筐体3が回転しても、伝動軸10に支障は生じず、方向を変えながらロータ8の回転力は伝動軸10に伝動され、その下部に配設されている発電機を回転させる。
The
図5は、方向舵14の実施例2を示す外側面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。この実施例においては、方向舵14の外側面14Aが、バケット状に凹面に形成されている。
FIG. 5 is an outer side view showing the second embodiment of the
これによって、外側面14Aに気流が当たると、すり抜けることがなく、後縁部14Cないし上下周端部で小さな乱気流が生じ、凹面に気流が留まり、気流が高速ですり抜けることがないので、確実に風力が方向舵14に作用して、ロータ8を風上に向けさせることができる。
As a result, when the airflow hits the
図6は、方向舵の実施例3を示す正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して、説明を省略する。
図1に示すような状態で、ロータ8が回転すると、遠心力により、揚力型ブレード9が、上から下へ回る回転方向へかかる力によって、伝動軸10を中心に水平方向へ旋回をする。
FIG. 6 is a front view showing a third embodiment of the rudder. The same members as those in the previous example are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
When the
この旋回を抑止するために、左右の方向舵14、14を非対称とするもので、図では風を受ける面積を、旋回する方を大としたもので、図6において右方の方向舵14に多くの風が当ることにより、旋回が抑止される。
In order to suppress this turning, the left and
方向舵14の左右非対称は、長さ、幅、重量、ロータからの取付位置などの諸要素を変化させることができ、基本的にはロータにおけるブレードの長さ、重量、機械上の癖、風況などにより設定される。
The left-right asymmetry of the
本発明は、微風の風向き変化にも、敏感に反応して、ロータの正面を、風上に向けることができるので、風向きの変り易い地域や季節においても、効率のよい発電をすることのできる風力発電装置に利用することができる。 According to the present invention, the front of the rotor can be directed to the windward in response to a change in the wind direction of the light wind, so that efficient power generation can be performed even in an area or a season where the wind direction is likely to change. It can be used for wind power generators.
1.横軸風車
2.管状支柱
2A.フランジ
3.風車筐体
4.取付体
4A.フランジ
4B.嵌合部
5.回転部材
5A.ベアリング
6.支持枠体
6A、6B.軸受
7.ロータ軸
8.ロータ
8A.ハブ
9.揚力型ブレード
9A.傾斜部
10.伝動軸
11、12.伝動手段
13.支持腕
13A.基部
13B.先端部
14.方向舵
14A.外側面
14B.内側面
14C.後縁部
1. 1. Horizontal axis wind
10.Transmission shaft
11,12. Transmission means
13. Support arm
13A. base
13B. Tip
14. Rudder
14A. Outer surface
14B. Inside surface
14C. Trailing edge
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