JP6805298B1 - Small windmill device - Google Patents
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Abstract
【課題】設置環境に応じて、適切な周速比で、かつ高効率な小型風車装置を得る。【解決手段】小型風車装置は、回転中心部に固定され,複数の主ブレードを有する大径プロペラと、大径プロペラよりも風上側の位置で回転中心部に固定され,複数の副ブレードを有する小径プロペラとを備え、小径プロペラの直径は、大径プロペラの直径の0.2倍以上、1.0倍未満の範囲である。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a small wind turbine device having an appropriate peripheral speed ratio and high efficiency according to an installation environment. A small wind turbine device is fixed to a rotation center and has a large-diameter propeller having a plurality of main blades, and is fixed to the rotation center at a position on the wind side of the large-diameter propeller and has a plurality of sub-blades. A small-diameter propeller is provided, and the diameter of the small-diameter propeller is in the range of 0.2 times or more and less than 1.0 times the diameter of the large-diameter propeller. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、大径プロペラおよび小径プロペラを備えた小型風車装置に関する。 The present invention relates to a small wind turbine device including a large diameter propeller and a small diameter propeller.
従来の発電機用の風車装置に関連する技術として、ハブと、スピナーと、少なくとも2枚の主ブレードとを備える風車ロータがある(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に係る風車ロータでは、隣り合う2枚の主ブレードの翼根部間の領域の少なくとも一部を覆うように、少なくとも一枚の副ブレードが設けられている。 As a technique related to a conventional wind turbine device for a generator, there is a wind turbine rotor including a hub, a spinner, and at least two main blades (see, for example, Patent Document 1). In the wind turbine rotor according to Patent Document 1, at least one auxiliary blade is provided so as to cover at least a part of the region between the blade roots of the two adjacent main blades.
このような副ブレードは、ハブまたはスピナーから風車ロータの径方向外方に延出し、主ブレードよりも翼長が短い構成を備えている。また、副ブレードのコード長は、羽根側からはね先端側へ向けて単調減少している。 Such sub-blades extend radially outward from the hub or spinner and have a wingspan shorter than that of the main blade. Further, the cord length of the sub-blade decreases monotonically from the blade side to the splash tip side.
さらに、特許文献1に係る副ブレードは、下式(1)の関係を有している。
Copt−Cmain≦Cs≦0.5Copt (1)
Further, the sub-blade according to Patent Document 1 has the relationship of the following equation (1).
Copt-Cmain ≤ Cs ≤ 0.5 Copt (1)
ここで、上式(1)におけるCopt、Cmain、Csのそれぞれは、以下の内容を意味している。
Copt:翼長方向位置xに対応する風車ロータの半径位置rにおける主ブレードの最適コード長
Cmain:半径位置rにおける主ブレードのコード長
Cs:コード長
Here, each of Copt, Cmine, and Cs in the above equation (1) means the following contents.
Copt: Optimal cord length of the main blade at the radial position r of the wind turbine rotor corresponding to the blade length direction position x Cmain: Cord length of the main blade at the radial position r Cs: Cord length
そして、主ブレードの最適コード長Coptは、下式(2)で表される。 The optimum cord length Copt of the main blade is represented by the following equation (2).
ここで、「コード長」および「最適コード長」は、以下のように定義される。
コード長:主ブレードの翼型部において、前縁と後縁とを結ぶコード(翼弦線)の長さ。
最適コード長:上式(2)によって、それぞれの半径医位置rに応じて規定されるコード長。
Here, the "code length" and the "optimal code length" are defined as follows.
Cord length: The length of the cord (chord line) connecting the front edge and the trailing edge in the airfoil of the main blade.
Optimal cord length: A cord length defined by the above equation (2) according to each radius medical position r.
その結果、特許文献1に係る風車ロータは、風車ロータ全体としての内側セクションにおける空力性能を向上させることができ、風車ロータにおける翼効率の効果的な改善を図ることができる。 As a result, the wind turbine rotor according to Patent Document 1 can improve the aerodynamic performance in the inner section of the wind turbine rotor as a whole, and can effectively improve the blade efficiency of the wind turbine rotor.
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。一般に、大型の風車は、プロペラの直径が数十メートルと大きい。このため、強度などの構造的制約から、主ブレードのコード長を最適コード長よりも小さくせざるを得ない。そこで、主ブレードのコード長が最適コード長よりも小さくなってしまう欠点を補うために、副ブレードを設けることで、最適コード長に近づけている。 However, the prior art has the following problems. In general, a large wind turbine has a large propeller diameter of several tens of meters. Therefore, due to structural restrictions such as strength, the cord length of the main blade must be smaller than the optimum cord length. Therefore, in order to make up for the drawback that the cord length of the main blade becomes smaller than the optimum cord length, a sub blade is provided to bring the cord length closer to the optimum cord length.
また、大型風車の特許文献1に係る風車ロータの羽根形状は、主ブレード、副ブレードともに、比較的周速比が高く、ある程度の高回転で性能を発揮するタイプのものである。従って、特許文献1に係る風車ロータのブレードは、低風速、低回転時に大きなトルクを発生し、カットイン風速を大きく改善できるようなブレードではなかった。 Further, the blade shape of the wind turbine rotor according to Patent Document 1 of a large wind turbine is of a type in which both the main blade and the sub blade have a relatively high peripheral speed ratio and exhibit performance at a certain high rotation speed. Therefore, the blade of the wind turbine rotor according to Patent Document 1 is not a blade that can generate a large torque at low wind speed and low rotation speed and can greatly improve the cut-in wind speed.
その一方で、設置環境によっては、低風速、低回転時において、所望のトルクを発生し、適切な発電量を得ることが要求される。特に、出力が20kW以下、プロペラの直径が16m以下の小型風車装置、あるいは、小型風車の中でも特に出力が1kW以下、プロペラの直径が2m以下のマイクロ風車装置においては、上述した適切な発電量を得ることが、より要求される。 On the other hand, depending on the installation environment, it is required to generate a desired torque and obtain an appropriate amount of power generation at low wind speed and low rotation speed. In particular, in a small wind turbine device having an output of 20 kW or less and a propeller diameter of 16 m or less, or a micro wind turbine device having an output of 1 kW or less and a propeller diameter of 2 m or less among small wind turbines, the above-mentioned appropriate power generation amount can be obtained. It is more demanding to get.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、設置環境に応じて、適切な周速比で、かつ高効率な小型風車装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a small wind turbine device having an appropriate peripheral speed ratio and high efficiency according to an installation environment.
本発明に係る小型風車装置は、回転中心部に固定され、複数の主ブレードを有する大径プロペラと、大径プロペラよりも風上側の位置で回転中心部に固定され、複数の副ブレードを有する小径プロペラとを備え、回転中心部に固定された大径プロペラと小径プロペラとを組み合わせ、大径プロペラと小径プロペラとが互いに同じ回転数で同じ方向に回転するハイブリッドプロペラとして構成された小型風車装置であって、大径プロペラの直径は、7m以下であり、小径プロペラの直径は、大径プロペラの直径の0.2倍以上、1.0倍未満の範囲であり、小径プロペラは、回転中心部に対して脱着可能な構造を有しており、脱着可能な構造を有する小径プロペラの径を変更することで、ハイブリッドプロペラとしての周速比を設置環境に応じて変更できるものである。 The small windmill device according to the present invention has a large-diameter propeller fixed to the rotation center portion and having a plurality of main blades, and a large-diameter propeller fixed to the rotation center portion at a position on the wind side of the large-diameter propeller and having a plurality of auxiliary blades. A small windmill device equipped with a small-diameter propeller, combining a large-diameter propeller fixed to the center of rotation and a small-diameter propeller, and configured as a hybrid propeller in which the large-diameter propeller and the small-diameter propeller rotate in the same direction at the same rotation speed. The diameter of the large-diameter propeller is 7 m or less, the diameter of the small-diameter propeller is in the range of 0.2 times or more and less than 1.0 times the diameter of the large-diameter propeller, and the small-diameter propeller is the center of rotation. The peripheral speed ratio as a hybrid propeller can be changed according to the installation environment by changing the diameter of the small-diameter propeller having a removable structure to the portion and having a removable structure.
本発明に係る小型風車装置によれば、設置環境に応じて、適切な周速比で、かつ高効率な小型風車装置を得ることができる。 According to the small wind turbine device according to the present invention, it is possible to obtain a small wind turbine device having an appropriate peripheral speed ratio and high efficiency according to the installation environment.
本発明では、風車装置のうち、出力が50kW以下、プロペラの直径が7m以下の小型風車装置を対象としている。小型風車装置は、大型風車装置ほどブレードが大きな力を受けないため、主ブレードのコード長を最適値近くに設計することができ、主ブレードの周速比を高く設計することができる。この場合、副ブレードのコード長と主ブレードのコード長とを足し合わせると、主ブレードの最適コード長より長くなる。 In the present invention, among the wind turbine devices, a small wind turbine device having an output of 50 kW or less and a propeller diameter of 7 m or less is targeted. Since the blades of the small wind turbine device do not receive as much force as the large wind turbine device, the cord length of the main blade can be designed close to the optimum value, and the peripheral speed ratio of the main blade can be designed high. In this case, the sum of the cord length of the secondary blade and the cord length of the main blade is longer than the optimum cord length of the main blade.
そこで、本発明による小型風車装置においては、主ブレードの周速比を高く設計しておき、副ブレードを設置して部分的にコード長を長くすることで、設置環境に応じて周速比を低くできることを技術的特徴としている。この結果、設置環境に応じた最適な周速比の風車を、相似形のブレード長を変えるだけで、ブレード形状の再設計などの手間なく、容易に実現できる。そこで、本発明に係る小型風車装置の具体的な実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Therefore, in the small wind turbine device according to the present invention, the peripheral speed ratio of the main blade is designed to be high, and the peripheral speed ratio is increased according to the installation environment by installing the sub blade and partially lengthening the cord length. The technical feature is that it can be lowered. As a result, a wind turbine having an optimum peripheral speed ratio according to the installation environment can be easily realized without the trouble of redesigning the blade shape by simply changing the blade length of the similar shape. Therefore, a specific embodiment of the small wind turbine device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る小型風車装置を示す正面図である。また、図2は、本発明の実施の形態1に係る図1の小型風車装置を示す側面図である。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a front view showing a small wind turbine device according to a first embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 is a side view showing the small wind turbine device of FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention.
発電機用の小型風車装置は、流体の流れのエネルギーを回転エネルギーに変換する。流体としては、空気、水などが挙げられる。発電機用の小型風車装置は、回転可能に設けられた大径プロペラと、大径プロペラ1に対して上流側に設置された小径プロペラ2を備えている。大径プロペラ1と小径プロペラ2とは、図示しない発電機の回転軸に接続される。
Small wind turbine devices for generators convert the energy of fluid flow into rotational energy. Examples of the fluid include air and water. The small wind turbine device for a generator includes a large-diameter propeller rotatably provided and a small-
大径プロペラ1は、円柱形状の回転中心部3と、回転中心部3に設けられた複数の主ブレード1aとを有している。なお、以下の説明において、径方向とは、回転中心部3についての径方向とする。また、周方向とは、回転中心部3についての周方向とする。さらに、軸方向とは、回転中心部3についての軸方向とする。
The large-diameter propeller 1 has a cylindrical
主ブレード1aは、回転中心部3から径方向外側に向かって延びるように、回転中心部3に固定されている。図1においては、3枚の主ブレード1aが、周方向に等間隔に並べて配置されている。さらに、3枚の主ブレード1aのそれぞれは、径方向における回転中心部3から先端までの長さが、図1に示すようにD1となっている。D1のことを、以下の説明では、大径プロペラ1の径D1と称することとする。ここで、本発明では、プロペラの直径が7m以下のものを小型風車装置と定義しており、径D1は、3.5m以下となる。
The
このような構成を有する大径プロペラ1は、周方向に回転する。大径プロペラ1が回転することによって、発電機の回転軸が回転する。発電機の回転軸は、水平方向に延びて配置されている。言い換えれば、小型風車装置に用いられる発電機は、水平軸発電機として構成されている。 The large-diameter propeller 1 having such a configuration rotates in the circumferential direction. The rotation of the large-diameter propeller 1 causes the rotation shaft of the generator to rotate. The rotation axis of the generator is arranged so as to extend in the horizontal direction. In other words, the generator used in the small wind turbine device is configured as a horizontal axis generator.
一方、小径プロペラ2は、大径プロペラ1と同様に、円柱形状の回転中心部3と、回転中心部3に設けられた複数の副ブレード2aとを有している。小径プロペラ2は、回転中心部3から径方向外側に向かって延びるように、かつ、大径プロペラよりも風上側の位置で、回転中心部3に固定されている。図1においては、3枚の副ブレード2aが、周方向に等間隔に並べて配置されている。
On the other hand, the small-
さらに、3枚の副ブレード2aのそれぞれは、径方向における回転中心部3から先端までの長さが、図1に示すようにD2となっている。D2のことを、以下の説明では、小径プロペラ2の径D2と称することとする。
Further, each of the three
そして、径D1と径D2とは、
D1>D2
の関係となっている。すなわち、大径プロペラ1の直径は、小径プロペラ2の直径よりも大きくなるように構成されている。ここで、径D2と径D1との比であるD2/D1は、大径プロペラ1の直径に対する小径プロペラ2の直径の比と等価である。
And the diameter D1 and the diameter D2 are
D1> D2
It is a relationship of. That is, the diameter of the large-diameter propeller 1 is configured to be larger than the diameter of the small-
さらに、小径プロペラ2は、円柱形状の回転中心部3に対して、脱着可能な構造になっており、設置環境等に応じて副ブレード2aの形状が異なる小径プロペラに、比較的簡単に脱着が可能な構造になっている。すなわち、小径プロペラ2は、設置環境に応じて、直径が異なる別のものに交換可能な構成となっている。
Further, the small-
大径プロペラ1および小径プロペラ2は、それぞれのプロペラの持つ周速比で回転した際に、最も効率よく出力を取り出すことができる。周速比を、下式(3)に示す。
周速比=Vr/Vf (3)
ただし、Vf:風速(m/s)
Vr:周速(m/s) プロペラ最外周の移動速度
The large-diameter propeller 1 and the small-
Peripheral speed ratio = Vr / Vf (3)
However, Vf: wind speed (m / s)
Vr: Peripheral speed (m / s) Movement speed of the outermost circumference of the propeller
周速比は、プロペラの形状、およびブレードの枚数によって変わる。一般的に、細く受風面積が小さいブレードの周速比は大きく、逆に、太く受風面積が大きいブレードの周速比は小さい傾向にある。 The peripheral speed ratio varies depending on the shape of the propeller and the number of blades. In general, the peripheral speed ratio of a blade that is thin and has a small wind receiving area tends to be large, and conversely, the peripheral speed ratio of a blade that is thick and has a large wind receiving area tends to be small.
今回の図1を例にとれば、大径プロペラ1は、周速比が約4.5程度であり、小径プロペラ2は、周速比が2程度である。
Taking FIG. 1 as an example, the large-diameter propeller 1 has a peripheral speed ratio of about 4.5, and the small-
図1および図2に示すような、大径プロペラ1と小径プロペラ2とを組み合わせたハイブリッドプロペラを用いる場合には、D2/D1の値によって、回転数に対するトルクの変化を示す回転数−トルク特性が異なる。
When a hybrid propeller that combines a large-diameter propeller 1 and a small-
図3は、本発明の実施の形態1におけるハイブリッドプロペラを使用した際の回転数−トルク特性を示した図である。図3に示した特性は、横軸が回転数(rpm)であり、縦軸がトルク(N・m)である。図3では、D2/D1として、次の3種の値を有するプロペラによる回転数−トルク特性の比較が示されている。
ケース1:D2/D1=0(小径プロペラ2がない場合に相当)
ケース2:D2/D1=0.47
ケース3:D2/D1=0.59
FIG. 3 is a diagram showing the rotation speed-torque characteristics when the hybrid propeller according to the first embodiment of the present invention is used. In the characteristics shown in FIG. 3, the horizontal axis is the rotation speed (rpm) and the vertical axis is the torque (Nm). In FIG. 3, as D2 / D1, a comparison of the rotation speed-torque characteristics by a propeller having the following three kinds of values is shown.
Case 1: D2 / D1 = 0 (corresponding to the case where there is no small diameter propeller 2)
Case 2: D2 / D1 = 0.47
Case 3: D2 / D1 = 0.59
図3に示すように、トルクのピークを示す回転数を比較すると、小径プロペラ2がなく大径プロペラ1のみのケース1(D2/D1=0)のときが最も高い値を示し、ケース3(D2/D1=0.59)のときが最も低い値を示していることがわかる。換言すると、小径プロペラ2の径D2を大きくするほど、周速比が下がり、低回転対応のプロペラになる。一方、径D2を小さくするほど、周速比が上がり、高回転対応のプロペラになる。
As shown in FIG. 3, when the number of rotations indicating the peak of torque is compared, the highest value is shown in case 1 (D2 / D1 = 0) in which there is no small-
このように小径プロペラ2の径D2を変更するだけで、ハイブリッドプロペラとしての周速比を変えることができる。従って、設置環境の風況条件に合わせて、適切なサイズの径D2を有する小径プロペラ2を用いることで、適切な周速比で、かつ高効率のハイブリッドプロペラを実現できる。
By simply changing the diameter D2 of the small-
例えば、風が弱い住宅地にハイブリッドプロペラを設置する場合には、低風速でも高トルクの得られる、周速比の低いプロペラとなるように、適切なサイズの小径プロペラ2を用いることができる。また、市街地のような比較的強風の場所にハイブリッドプロペラを設置する場合には、高回転対応の、周速比の高いプロペラとなるように、適切なサイズの小径プロペラ2を用いることができる。
For example, when a hybrid propeller is installed in a residential area where the wind is weak, a small-
また、住宅街では、高回転時の風切音が問題となることがある。そのような問題に対しては、径D2が比較的大きい小径プロペラ2を使用することが考えられる。このような小径プロペラ2の採用により、周速比を下げ、低回転での発電を可能にできるため、騒音低減効果が期待できる。
Also, in residential areas, wind noise at high speeds can be a problem. For such a problem, it is conceivable to use a
また、周速比を下げることで、低回転でのトルクが大きくなる。このため、例えば、公園などでの耐環境性を意識づけるモニュメント的なものとしてハイブリッドプロペラを使用する場合にも、微風で回転開始することができる。この結果、耐環境意識を効果的に与えることができる。 Further, by lowering the peripheral speed ratio, the torque at low rotation speed increases. Therefore, for example, even when the hybrid propeller is used as a monument to be aware of the environmental resistance in a park or the like, the rotation can be started by a breeze. As a result, environmental resistance consciousness can be effectively given.
さらに、本実施の形態1における小型風車装置では、主ブレード1aのコード長を最適コード長の値の近くに設計することができ、主ブレードの周速比を高く設計することができる。この場合、副ブレード2aのコード長と主ブレード1aのコード長とを足し合わせた値は、主ブレード1aの最適コード長よりも長くなる。
Further, in the small wind turbine device according to the first embodiment, the cord length of the
すなわち、本実施の形態1における小型風車装置では、主ブレード1aの周速比を高く設計した上で、所望の形状を有する副ブレード2aを取り付けて部分的にコード長を長くすることで、周速比を低くできることを技術的特徴としている。
That is, in the small wind turbine device according to the first embodiment, the peripheral speed ratio of the
この結果、設置環境に応じた所望の形状の副ブレード2aを有する小径プロペラ2に交換することによって、設置環境に応じた最適な周速比を得ることができる小型風車装置を実現できる。特に、相似形状を有する複数の副ブレード2aを用意しておけば、それらの中から適切な副ブレード2aを選択することで、設置環境に応じた最適な周速比を得ることができる小型風車装置を実現できる。従って、ブレード形状の再設計の手間なく、容易に最適風車形状を実現できる。
As a result, it is possible to realize a small wind turbine device capable of obtaining an optimum peripheral speed ratio according to the installation environment by replacing it with a small-
図4は、本発明の実施の形態1に係る小型風車装置において、4種類のプロペラ形状に関する、回転中心からブレード先端までの距離とコード長との関係を示した図である。図4においては、以下のようなパターン1〜パターン4の4種類のプロペラ形状に関して図示している。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the distance from the center of rotation to the tip of the blade and the cord length with respect to four types of propeller shapes in the small wind turbine device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 4, four types of propeller shapes of the following patterns 1 to 4 are illustrated.
パターン1:主ブレード1aが最適コード長を有するように設計された大径プロペラ1のみで構成された小型風車装置。
パターン2:最適コード長ではない主ブレード1aを備えた大径プロペラ1のみで構成された小型風車装置。
パターン3:最適コード長を有する主ブレード1aを備えた大径プロペラ1と、D2/D1=0.47の関係を有する副ブレード2aを備えた小径プロペラ2とを組み合わせて構成された小型風車装置。
パターン4:最適コード長を有する主ブレード1aを備えた大径プロペラ1と、D2/D1=0.59の関係を有する副ブレード2aを備えた小径プロペラ2とを組み合わせて構成された小型風車装置。
Pattern 1: A small wind turbine device composed of only a large-diameter propeller 1 designed so that the
Pattern 2: A small wind turbine device composed of only a large-diameter propeller 1 having a
Pattern 3: A small wind turbine device configured by combining a large-diameter propeller 1 having a
Pattern 4: Small wind turbine device configured by combining a large-diameter propeller 1 having a
パターン3およびパターン4が示しているように、主ブレード1aの周速比を高く設計した上で、所望の形状を有する副ブレード2aを取り付けることで、部分的にコード長を長くするが可能となる。そして、部分的にコード長を長くすることで、周速比を所望の値に低くすることができる。
As shown in
図5は、本発明の実施の形態1に係る小型風車装置において、カットイン風速時のトルクと、D2/D1との関係を示した図である。図5から明らかなように、D2/D1の値を大きくするに従って、周速比を低くできるとともに、カットイン風速時のトルクを大きくすることが可能となる。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the torque at the cut-in wind speed and D2 / D1 in the small wind turbine device according to the first embodiment of the present invention. As is clear from FIG. 5, as the value of D2 / D1 is increased, the peripheral speed ratio can be lowered and the torque at the cut-in wind speed can be increased.
また、図5に示すように、D2/D1の値が0.2以下の範囲では、カットイン風速時のトルクがほとんど変化しない。従って、D2/D1の値を最低でも0.2以上とすることが実用的である。 Further, as shown in FIG. 5, in the range where the value of D2 / D1 is 0.2 or less, the torque at the cut-in wind speed hardly changes. Therefore, it is practical to set the value of D2 / D1 to at least 0.2 or more.
以上のように、実施の形態1によれば、それぞれの設置環境に応じて、適切なサイズの小径プロペラに交換することにより、適切な周速比で、かつ高効率の小型風車装置を実現することができる。なお、適切なサイズとは、小径プロペラの直径を、大径プロペラの直径の0.2倍以上、1.0倍未満の範囲に設計することを意味する。 As described above, according to the first embodiment, a small wind turbine device having an appropriate peripheral speed ratio and high efficiency is realized by replacing the propeller with a small diameter propeller of an appropriate size according to each installation environment. be able to. The appropriate size means that the diameter of the small-diameter propeller is designed within a range of 0.2 times or more and less than 1.0 times the diameter of the large-diameter propeller.
特に、主ブレードのコード長は最適コード長として設計した上で、適切なサイズの副ブレードを有する小径プロペラと組み合わせることで、設置環境に適したプロペラ周速比を実現できる小型風車装置を容易に得ることができる。 In particular, by designing the cord length of the main blade as the optimum cord length and combining it with a small-diameter propeller that has an appropriate size auxiliary blade, it is easy to create a small wind turbine device that can achieve a propeller peripheral speed ratio suitable for the installation environment. Obtainable.
実施の形態2.
本実施の形態2では、大径プロペラ1の径D1と、小径プロペラ2の径D2との比であるD2/D1の違いによる、小型風車装置の性能に関する検証結果をより詳細に説明する。
In the second embodiment, the verification result regarding the performance of the small wind turbine device due to the difference in D2 / D1 which is the ratio between the diameter D1 of the large diameter propeller 1 and the diameter D2 of the
先の実施の形態1で説明したように、比率D2/D1の値を変えることで、ハイブリッドプロペラの特性は、図3に示すように変化する。 As described in the first embodiment, the characteristics of the hybrid propeller are changed as shown in FIG. 3 by changing the value of the ratio D2 / D1.
図3において、ケース1であるD2/D1=0(すなわち、小径プロペラ2がなく大径プロペラ1のみの場合)のときの特性と、ケース2であるD2/D1=0.47のときの特性とを比較すると、以下のような傾向があることがわかる。
・1000rpm付近では、ケース1と比較してケース2の方が、トルクが大きく向上している。
・さらに、5500rpm付近までは、ケース1と比較してケース2の方が、大きなトルクを発生できている。
・なおかつ、5500rpm以上の回転数でも、ケース1と比較してケース2によるトルクの大幅なダウンまでは発生していない。
In FIG. 3, the characteristics when D2 / D1 = 0 (that is, when there is no small-
-At around 1000 rpm, the torque is greatly improved in the
-Furthermore, up to around 5500 rpm, the
-In addition, even at a rotation speed of 5500 rpm or more, the torque due to the
一方、小径プロペラの径D2をケース2よりもさらに大きくしたケース3のときの特性と、ケース1の特性とを比較すると、以下のような傾向があることがわかる。
・低回転では、ケース1と比較してケース3の方が、トルクアップしている。
・4000rpm以上の高回転時では、ケース1と比較してケース3の方が、トルクダウンが大きく、小径プロペラ2によって性能が劣化していることがわかる。
On the other hand, when the characteristics of the
-At low rpm, the torque of
-At high rpm of 4000 rpm or more, it can be seen that the torque down of the
比率D2/D1に関して、ケース2およびケース3以外の場合も含めて詳細に検証した結果、以下の傾向が確認できた。
・D2/D1が0.5以下では、ケース2であるD2/D1=0.47の場合と同様の傾向が確認できた。
・D2/D1が0.5より大きいときには、ケース3であるD2/D1=0.59と同様の傾向があることが確認できた。
As a result of detailed examination of the ratio D2 / D1 including cases other than
When D2 / D1 was 0.5 or less, the same tendency as in the case of D2 / D1 = 0.47 in
-When D2 / D1 was larger than 0.5, it was confirmed that there was a tendency similar to that of D2 / D1 = 0.59 in
以上のように、実施の形態2によれば、比率D2/D1が0.5以下となるような小径プロペラを適用することで、低回転時のトルクを向上させることができるとともに、高回転でのトルク低下を極力抑えることができる。この結果、比率D2/D1が0.5以下となるようなサイズの小径プロペラ2に交換することにより、高効率で特性の良いプロペラを実現できる。従って、実施の形態2によれば、設置環境の風況、環境等に合わせた周速比になるように、小径プロペラの大きさを調整することができ、容易に設置環境に適した小型風車装置を供給することができる。
As described above, according to the second embodiment, by applying a small-diameter propeller having a ratio D2 / D1 of 0.5 or less, the torque at low rotation speed can be improved and at high rotation speed. It is possible to suppress the decrease in torque as much as possible. As a result, by replacing the propeller with a small-
実施の形態3.
本実施の形態3では、ケース3の場合よりも比率D2/D1がさらに大きな値を有するような小径プロペラ2を用いた場合の回転数−トルク特性について説明する。
In the third embodiment, the rotation speed-torque characteristic when the small-
図6は、本発明の実施の形態3におけるハイブリッドプロペラを使用した際の回転数−トルク特性を示した図である。図6に示した特性は、横軸が回転数(rpm)であり、縦軸がトルク(N・m)である。図6では、D2/D1として、次の2種の値を有するプロペラによる回転数−トルク特性の比較を示している。
ケース1:D2/D1=0(小径プロペラ2がない場合に相当)
ケース4:D2/D1=0.71
FIG. 6 is a diagram showing the rotation speed-torque characteristics when the hybrid propeller according to the third embodiment of the present invention is used. In the characteristics shown in FIG. 6, the horizontal axis is the rotation speed (rpm) and the vertical axis is the torque (Nm). FIG. 6 shows a comparison of rotation speed-torque characteristics by a propeller having the following two values as D2 / D1.
Case 1: D2 / D1 = 0 (corresponding to the case where there is no small diameter propeller 2)
Case 4: D2 / D1 = 0.71
ケース4であるD2/D1=0.71のように、ケース3であるD2/D1=0.59よりもさらに周速比が低くなることによって、低回転でのトルクがさらに大きくなっている。この結果、プロペラの回転開始風速、および発電を開始するカットイン風速を大幅に低減させることができる。
As in case 4 D2 / D1 = 0.71, the peripheral speed ratio is further lower than that in
さらに、高回転側では、ケース4の場合には、トルク低下が非常に大きくなり、図6の場合には、回転数5500rpm以上において、大径プロペラ1だけのケース1の場合と比較して、よりトルクが低くなっている。これによって、プロペラが高回転しにくくなる。このため、高回転域において回転を抑制でき、風切り音などの騒音を抑制できるとともに、高回転によるブレードの破損を抑制する効果を得ることができる。 Further, on the high rotation side, in the case of the case 4, the torque drop becomes very large, and in the case of FIG. 6, at the rotation speed of 5500 rpm or more, as compared with the case of the case 1 having only the large diameter propeller 1, The torque is lower. This makes it difficult for the propeller to rotate at high speed. Therefore, rotation can be suppressed in a high rotation range, noise such as wind noise can be suppressed, and the effect of suppressing damage to the blade due to high rotation can be obtained.
なお、比率D2/D1を0.7以上に設定した場合には、D2/D1=0.71とした場合と同様の効果を検証できた。 When the ratio D2 / D1 was set to 0.7 or more, the same effect as when D2 / D1 = 0.71 could be verified.
以上のように、実施の形態3によれば、比率D2/D1が0.7以上となるような小径プロペラを適用することで、プロペラの回転開始風速、および発電を開始するカットイン風速を下げることができる。さらに、高回転域においては回転が抑制され、騒音低減、およびブレードの破損防止を図ることができる。 As described above, according to the third embodiment, by applying a small-diameter propeller having a ratio D2 / D1 of 0.7 or more, the rotation start wind speed of the propeller and the cut-in wind speed for starting power generation are reduced. be able to. Further, in the high rotation range, rotation is suppressed, noise can be reduced, and damage to the blade can be prevented.
実施の形態4.
本実施の形態4では、交換前と交換後における小径プロペラ2の形状について説明する。小径プロペラ2の径D2を変更するに当たり、交換前後における小径プロペラ2の形状が相似形状の関係を有するように設計することが考えられる。このような相似形状を採用することで、小径プロペラの設計および製造が容易となり、設計時間の短縮および製造コストの削減を実現できる。
Embodiment 4.
In the fourth embodiment, the shape of the
実施の形態5.
本実施の形態5では、大径プロペラ1および小径プロペラ2の形状について説明する。大径プロペラ1を構成する主ブレード1aの枚数と、小径プロペラ2を構成する副ブレード2aの枚数とを同数とし、かつ、主ブレード1aおよび副ブレード2aのそれぞれを、ともに等ピッチで配置することが考えられる。
Embodiment 5.
In the fifth embodiment, the shapes of the large-diameter propeller 1 and the small-
このような形状を採用することで、大径プロペラ1と小径プロペラ2とのバランスを合わせやすく、アンバランスを改善できる。また、大径プロペラ1のそれぞれの主ブレード1aの間に、小径プロペラ2のそれぞれの副ブレード2aを均等に配置することができる。このため、風を受けやすく効率の良い小型風車装置を実現できる。
By adopting such a shape, it is easy to balance the large-diameter propeller 1 and the small-
1 大径プロペラ、1a 主ブレード、2 小径プロペラ、2a 副ブレード、3 回転中心部。 1 Large diameter propeller, 1a main blade, 2 small diameter propeller, 2a sub blade, 3 rotation center.
Claims (4)
前記大径プロペラよりも風上側の位置で前記回転中心部に固定され、複数の副ブレードを有する小径プロペラと
を備え、前記回転中心部に固定された前記大径プロペラと前記小径プロペラとを組み合わせ、前記大径プロペラと前記小径プロペラとが互いに同じ回転数で同じ方向に回転するハイブリッドプロペラとして構成された小型風車装置であって、
前記大径プロペラの直径は、7m以下であり、
前記小径プロペラの直径は、前記大径プロペラの直径の0.2倍以上、1.0倍未満の範囲であり、
前記小径プロペラは、前記回転中心部に対して脱着可能な構造を有しており、
脱着可能な構造を有する前記小径プロペラの径を変更することで、前記ハイブリッドプロペラとしての周速比を設置環境に応じて変更できる
小型風車装置。 A large-diameter propeller fixed to the center of rotation and having multiple main blades,
A small-diameter propeller fixed to the rotation center portion at a position on the wind side of the large-diameter propeller and having a plurality of auxiliary blades is provided, and the large-diameter propeller fixed to the rotation center portion and the small-diameter propeller are combined. , A small wind turbine device configured as a hybrid propeller in which the large-diameter propeller and the small-diameter propeller rotate in the same direction at the same rotation speed.
The diameter of the large-diameter propeller is 7 m or less.
The diameter of the small-diameter propeller is in the range of 0.2 times or more and less than 1.0 times the diameter of the large-diameter propeller.
The small-diameter propeller has a structure that can be attached to and detached from the center of rotation.
A small wind turbine device that can change the peripheral speed ratio of the hybrid propeller according to the installation environment by changing the diameter of the small diameter propeller having a removable structure.
請求項1に記載の小型風車装置。 The small wind turbine device according to claim 1, wherein the diameter of the small-diameter propeller is 0.5 times or less the diameter of the large-diameter propeller.
請求項1に記載の小型風車装置。 The small wind turbine device according to claim 1, wherein the diameter of the small-diameter propeller is 0.7 times or more the diameter of the large-diameter propeller.
請求項1から3のいずれか1項に記載の小型風車装置。 The small wind turbine device according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of main blades have an optimum cord length.
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