JP6794926B2 - 風力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置に関する。

下記特許文献１には、風力発電装置が開示されている。この風力発電装置は、発電機を作動させる回転軸にハブを介して結合されかつ回転軸を中心に回転可能とされた複数の翼本体部が設けられている。この翼本体部は、翼弦長方向にて分割されており、分割された翼本体部同士は離間されている。この隙間から翼上面に向かう流れによって、翼本体部全体の揚力が向上されている。

特開２０１３−６０９３０号公報

ところで、一般的に翼本体部の回転が停止した状態にて翼本体部へ風が流れると、翼本体部に負荷が加わる。特に、特許文献１に開示された風力発電装置の場合、翼本体部が分割されていることから、翼本体部の剛性が低下するため、翼本体部の回転停止時に翼本体部が受ける負荷を低減する必要がある。したがって、上記先行技術はこの点で改良の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、回転停止時の翼本体部へ作用する負荷を低減することができる風力発電装置を得ることを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る風力発電装置は、風を受けることで発電機を作動させる回転軸を中心に一方向に回転可能とされ、風上流側に翼下面が配置されると共に風下流側に翼上面が配置された複数の翼本体部と、複数の前記翼本体部のそれぞれの一部を回転方向前側部と回転方向後側部とに分割すると共に、前記翼本体部における前記回転方向前側部と前記回転方向後側部との対向する一対の側面は前記翼下面から前記翼上面に亘ってそれぞれ形成されていると共に前記風の上流側から前記風の下流側へ向かうに連れて回転方向の上流側へ向かうようにそれぞれ湾曲されかつ回転軸方向視にて隙間を有している隙間部と、を有している。

請求項１に記載の発明によれば、発電機を作動させる回転軸を中心に一方向に回転可能とされた複数の翼本体部が設けられている。この複数の翼本体部の一部には、それぞれ隙間部が設けられている。隙間部は、翼本体部の一部を翼本体部の回転方向前方側と回転方向後側部とに分割すると共に、翼本体部における回転方向前側部と回転方向後側部との対向する一対の側面が風の上流側から風の下流側へ向かうに連れて回転方向の上流側へ向かうようにそれぞれ湾曲されている。したがって、風の風速が遅いことで翼本体部の回転軸を中心に回転する回転速度が小さくなる場合でも、風が隙間部を通って翼本体部における回転方向前方側の側面に当接しながら翼本体部の回転方向前方側へと流れることで、この風の反力を受けて翼本体部は回転方向へと回る力が付与される。このため、発電性能を向上させることができる。

また、風の風速が速い場合は、一般的に安全のため翼本体部の回転を停止させるが、この場合、回転軸方向視にて隙間を有している隙間部に風を流すことができる。つまり、回転停止した翼本体部に当接する風を一部逃がすことができる。

請求項１記載の本発明に係る風力発電装置は、回転停止時の翼本体部へ作用する負荷を低減することができるという優れた効果を有する。

（Ａ）は一実施形態に係る風力発電装置における翼本体部を示す概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ線に沿って切断した状態を示す拡大断面図である。 一実施形態に係る風力発電装置における翼本体部の回転速度が遅い状態の風の流れの一例を模式的に示す図１（Ｂ）に対応した断面図である。 一実施形態に係る風力発電装置における翼本体部の回転速度が遅い状態の風の流れの一例を模式的に示す図１（Ｂ）に対応した断面図である。 一実施形態に係る風力発電装置における翼本体部の回転速度が速い状態の風の流れを模式的に示す図１（Ｂ）に対応した断面図である。 一実施形態に係る風力発電装置における翼本体部の回転停止時の風の流れを模式的に示す図１（Ｂ）に対応した断面図である。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態について説明する。

図１（Ａ）に示されるように、図示しない風力発電装置は、複数の翼本体部１０を有している風車を含んで構成されている。翼本体部１０は、略矩形板状に形成されており、具体的には基端部（翼根）１２から先端部（翼端）１４に向かって翼弦長が徐々に短くなる形状とされている。また、翼本体部１０の基端部１２は、ハブを介して発電機（いずれも不図示）を作動させる略水平方向に延設された回転軸ＲＣに結合されている。

図１（Ｂ）に示されるように、翼本体部１０は、風Ｗに対してこの風Ｗの上流側に翼下面１６が配置されると共に、風Ｗの下流側に翼上面１８が配置されるように設定されている。また、翼本体部１０は、前端部（前縁）２０を先頭として回転軸ＲＣ（図１（Ａ）参照）中心に回転するように設定されている。

翼本体部１０の先端部１４の翼弦長方向略中央には、隙間部２４が設けられている。この隙間部２４は、翼下面１６から翼上面１８へ翼本体部１０を貫通するように形成されている。したがって、翼本体部１０の先端部１４は、翼本体部１０の回転方向前側部１４Ａと回転方向後側部１４Ｂとに分割されている。

翼本体部１０における回転方向前側部１４Ａと回転方向後側部１４Ｂとの対向する一対の側面２６、２８は、風Ｗの上流側すなわち翼下面１６から風Ｗの下流側すなわち翼上面１８へ向かうに連れて翼本体部１０の回転方向ＲＤの上流側へ向かうように湾曲されている。なお、翼下面１６と側面２６とで成す角度θは、９０度以上の鈍角に設定されている。

隙間部２４は、回転軸方向視（回転軸ＲＣ（図１（Ａ）参照）に沿った方向視）にて隙間Ｓを有している。換言すると、風車の正面視にて隙間部２４には、隙間Ｓが形成されている。以上の構成の翼本体部１０が、複数互いに間隔を空けて設けられている。

次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。

まず、翼本体部１０の回転軸ＲＣ（図１（Ａ）参照）を中心に回転する回転速度が小さい場合について説明する。一般的に、翼本体部１０の回転速度が小さくなると、発電性能が低下する。しかしながら、本実施形態では、図２に示されるように、風Ｗ（本図では、翼本体部１０が回転するため、風Ｗは相対的に翼本体部１０の回転方向前方側から回転方向後方側へと流れるよう図示している）は翼本体部１０の翼下面１６から隙間部２４を通って翼上面１８へと流されるが、この風Ｗが隙間部２４により分割された翼本体部１０の先端部１４の回転方向前側部１４Ａにおける側面２６に沿って流れることで、風Ｗの流れの向きが側面２８及び側面２８と繋がる翼上面１８に沿うように曲げられるため、風Ｗが翼上面１８上を剥離するのを抑制することができる。したがって、翼本体部１０の回転方向前側部１４Ａのみならず翼本体部１０における隙間部２４から回転方向後側部１４Ｂの部位でも揚力Ｆが発生するため、これらの揚力Ｆによって回転力Ｒを得ることができる。

また、図３に示されるように、翼本体部１０の回転軸ＲＣ（図１（Ａ）参照）を中心に回転する回転速度がさらに小さい場合は、隙間部２４を流れる風Ｗが隙間部２４により分割された翼本体部１０の先端部１４の回転方向前側部１４Ａにおける側面２６を回転方向ＲＤへ押す力によっても回転力Ｒを得ることができる。

次に、翼本体部１０の回転軸ＲＣ（図１（Ａ）参照）を中心に回転する回転速度が大きい場合について説明する。一般的に、翼本体部１０の回転速度が大きくなると、翼本体部１０に大きな荷重が加わり破損する可能性がある。しかしながら、本実施形態では、図４に示されるように、風Ｗが隙間部２４を流れることで乱流Ｔが発生して流れの剥離が発生するため、揚力が低減すると共に空気抵抗が発生して翼本体部１０の回転速度を抑制することができる。

また、風Ｗの風速がより速い場合、一般的に安全のため図示しないブレーキを使用して翼本体部１０の回転を停止させる。しかし、回転停止した翼本体部１０には、風Ｗが当接することで負荷が加わる。これに対し、本実施形態では、図５に示されるように、翼本体部１０の翼下面１６に当接する風Ｗを、隙間部２４の隙間Ｓを通して翼上面１８へ逃がすことができる。

以上説明した作用をまとめると、本実施形態では、図１に示されるように、発電機を作動させる回転軸ＲＣを中心に一方向に回転可能とされた複数の翼本体部１０が設けられている。この複数の翼本体部１０の先端部１４の一部には、それぞれ隙間部２４が設けられている。隙間部２４は、翼本体部１０の先端部１４の一部を翼本体部１０の回転方向前側部１４Ａと回転方向後側部１４Ｂとに分割すると共に、翼本体部１０における回転方向前側部１４Ａと回転方向後側部１４Ｂとの対向する一対の側面２６、２８が風Ｗの上流側から風Ｗの下流側へ向かうに連れて回転方向ＲＤの上流側へ向かうようにそれぞれ湾曲されている。したがって、風Ｗの風速が遅いことで翼本体部１０の回転軸ＲＣを中心に回転する回転速度が小さくなる場合でも、風Ｗが隙間部２４を通って翼本体部１０における回転方向前側部１４Ａの側面２６に当接しながら翼本体部の回転方向後方側へと流れることで、この風Ｗの反力を受けて翼本体部１０は回転方向ＲＤへと回る力が付与される。このため、発電性能を向上させることができる。

また、風Ｗの風速が速い場合は、一般的に安全のため翼本体部１０の回転を停止させるが、この場合、回転軸方向視にて隙間Ｓを有している隙間部２４に風Ｗを流すことができる。つまり、回転停止した翼本体部１０に当接する風Ｗを一部逃がすことができるため、風Ｗが当たることで回転停止時の翼本体部１０が受ける負荷を低減することができる。特に、本願実施形態では、翼本体部１０の先端部１４に隙間部２４が設けられているため、先端部１４に当接する風Ｗを逃がすことができる。これにより、先端部１４が受ける荷重を低下させることができる。したがって、基端部１２側に隙間部２４を設ける場合よりも曲げモーメントが低下して翼本体部１０が受ける負荷をより低減することができる。

さらに、隙間部２４を翼本体部１０の先端部１４に設けることで、翼本体部１０の回転軸ＲＣを中心とした回転モーメントを大きくすることができる。

なお、上述した実施形態では、隙間部２４は、翼本体部１０の先端部１４における翼弦長方向略中央に設けられた構成とされているが、これに限らず、翼弦長方向略中央以外の部位に設けられた構成としてもよい。

また、翼本体部１０の基端部１２が取り付けられた回転軸ＲＣは、略水平方向に延設された構成とされているが、これに限らず、略垂直等その他の向きに延設された構成としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１０ 翼本体部
１４ 先端部
１４Ａ 回転方向前側部
１４Ｂ 回転方向後側部
１６ 翼下面
１８ 翼上面
２４ 隙間部
２６ 側面
２８ 側面
Ｓ 隙間
Ｗ 風
ＲＤ 回転方向

Claims (1)

1. 風を受けることで発電機を作動させる回転軸を中心に一方向に回転可能とされ、風上流側に翼下面が配置されると共に風下流側に翼上面が配置された複数の翼本体部と、
   複数の前記翼本体部のそれぞれの一部を回転方向前側部と回転方向後側部とに分割すると共に、前記翼本体部における前記回転方向前側部と前記回転方向後側部との対向する一対の側面は前記翼下面から前記翼上面に亘ってそれぞれ形成されていると共に前記風の上流側から前記風の下流側へ向かうに連れて回転方向の上流側へ向かうようにそれぞれ湾曲されかつ回転軸方向視にて隙間を有している隙間部と、
   を有する風力発電装置。