JP7140331B2 - 揚力型垂直軸風車 - Google Patents
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Description
図1に示されるように、本実施形態の揚力型垂直軸風車1(以下、単に風車1と呼ぶ)は、発電部21を有する基部2と、基部2に対して垂直軸Xまわりに回転する回転用ハブ3と、回転用ハブ3とともに垂直軸X周りに回転する複数の風車翼部4とを備えている。
つぎに、実施の形態2の風車について説明する。実施の形態1の各構成において説明した点については、同様に実施の形態2にも適用することができる。以下の説明では、実施の形態1で説明した点については省略し、相違点を中心に説明する。
つぎに、実施の形態3の風車について説明する。実施の形態1および2の各構成において説明した点については、同様に実施の形態3にも適用することができる。以下の説明では、実施の形態1および2で説明した点については省略し、相違点を中心に説明する。
つぎに、実施の形態4の風車について説明する。実施の形態1~3の各構成において説明した点については、同様に実施の形態4にも適用することができる。以下の説明では、実施の形態1~3で説明した点については省略し、相違点を中心に説明する。
2 基部
21 発電部
22 脚部
3 回転用ハブ
31 支持部
32 付勢部材支持体
32a 係止部
4 風車翼部
41 アーム
41a 係合部(係合ピン)
42 ブレード
42a ブレードの変形箇所
51 位置決め部材
52 第2の位置決め部材
6 同調機構
7 錘部材
71 係止部
8、80 連結部材
80a 連結部材の一端
80b 連結部材の他端
81 延出部(第1延出部)
82 第2延出部
82a 長孔
83 連結部材側歯車
9 補強部材
91 補強部材の一端
92 補強部材の他端
Ax 揺動軸
G1 アーム側歯車
G2 ハブ側歯車
G21 軸部材
G3 同調機構側歯車
Ha 第1保持部
Hb 第2保持部
LE 前縁
SP 付勢部材(捩じりバネ/引っ張りバネ)
TE 後縁
X 垂直軸
Y 回転軸
Claims (14)
- 回転用ハブと、垂直軸周りに回転する複数の風車翼部を備えた揚力型垂直軸風車であって、
前記複数の風車翼部のそれぞれは、前記回転用ハブに支持され、前記垂直軸に対して垂直な水平方向に延びるアームと、前記アームの一端に設けられたブレードとを有し、
前記アームは、
前記回転用ハブに前記水平方向に延びる回転軸周りに回転可能に支持され、前記ブレードの受風面積を減少させるように前記アームの前記回転軸周りにツイストするように設けられ、
前記アームおよび前記ブレードは、前記アームが前記回転軸周りにツイストする際に、前記アームの前記回転軸の軸方向へ移動せず、
前記揚力型垂直軸風車がさらに、
前記複数の風車翼部のそれぞれの前記アームおよび前記ブレードのツイスト角が互いに等しくなるように、前記アームの前記回転軸周りの回転を互いに同調させる同調機構と、
前記アームがツイストした際に、前記アームを前記ブレードの受風面積が大きくなる方向に向かって付勢する付勢部材と
を備え、
前記アームは、前記ブレードの前記垂直軸周りの回転時に前記ブレードおよび/またはアームに加わる空気力によって、前記回転軸周りにツイストするように構成され、
前記ブレードの断面は、前縁が湾曲し後縁が尖った流線形であり、
前記ブレードを前記アームの軸方向に見たときに、
前記アームの前記回転軸が、前記アームの前記回転軸に対して等距離に位置する2つの空力中心点を結んだ線に対して、前記ブレードの後縁側に位置するように、前記アームが設けられている、揚力型垂直軸風車。 - 前記アームは、前記ブレードがツイストしていない状態において前記垂直軸に平行な方向に扁平に形成されている、請求項1に記載の揚力型垂直軸風車。
- 無風状態のときに対応する前記ブレードの初期位置が、前記2つの空力中心点を結んだ線が鉛直線に対して所定の初期ツイスト角で傾斜した状態となるように設定され、前記ブレードの初期位置において、前記ブレードは、前記付勢部材から所定の付勢力で予圧が加えられた状態で保持されている、請求項1または2に記載の揚力型垂直軸風車。
- 前記ブレードが前記付勢部材によって付勢された状態で、前記所定の初期ツイスト角で傾斜した状態で保持されるように、前記ブレードの初期位置を画定する位置決め部材を有している、請求項3に記載の揚力型垂直軸風車。
- 前記ブレードが、前記初期位置から前記ブレードの受風面積が減少した第2の位置までツイストした際に、前記ブレードのさらなるツイストを規制し、前記ブレードの最大ツイスト角を画定する第2の位置決め部材を有している、請求項4に記載の揚力型垂直軸風車。
- 前記同調機構は、
前記複数の風車翼部の前記アームの他端にそれぞれ設けられた複数のアーム側歯車と、
前記回転用ハブに設けられ、前記複数のアーム側歯車に噛み合う1つのハブ側歯車と
を有している、請求項1~5のいずれか1項に記載の揚力型垂直軸風車。 - 前記付勢部材が前記同調機構の前記ハブ側歯車を付勢することにより、前記アームを間接的に付勢している、請求項6に記載の揚力型垂直軸風車。
- 前記回転用ハブが、前記回転用ハブが回転し所定の遠心力が加わったときに前記回転用ハブに対して移動可能な錘部材を有し、
前記錘部材は、前記同調機構に連結部材を介して連結され、
前記付勢部材は、前記錘部材の遠心力による移動を抑制する方向に前記錘部材を直接または間接的に付勢するように構成され、
前記ブレードの前記垂直軸周りの回転時に前記ブレードおよび/またはアームに加わる空気力によるツイストモーメントおよび前記遠心力による前記錘部材に加わる力が、前記付勢部材の付勢力に打ち勝って前記錘部材が移動したときに、前記錘部材の移動に連動する前記連結部材の動作によって前記同調機構が操作されて、前記ブレードが前記ブレードの受風面積を減少させる方向にツイストするように構成されている、請求項1~7のいずれか1項に記載の揚力型垂直軸風車。 - 前記同調機構は、
前記複数の風車翼部の前記アームの他端にそれぞれ設けられた複数のアーム側歯車と、
前記回転用ハブに設けられ、前記複数のアーム側歯車に噛み合う1つのハブ側歯車と
を有し、
前記連結部材が前記回転用ハブに対して前記垂直軸に平行な軸周りに揺動可能に取り付けられ、
前記連結部材が、前記連結部材の揺動軸から前記錘部材に向かって延びる第1延出部と、前記連結部材の前記揺動軸から前記ハブ側歯車に向かって延び、前記ハブ側歯車に取り付けられる第2延出部と
を備え、
前記第2延出部は、前記ハブ側歯車に取り付けられる端部に長孔を有し、
前記ハブ側歯車は、前記長孔に挿入される軸部材を有し、
前記錘部材が遠心力により移動し、前記第2延出部の端部が前記連結部材の揺動軸を中心に揺動したときに、前記軸部材が前記第2延出部の長孔の縁部から力を受けることによって前記ハブ側歯車が回転する、請求項8に記載の揚力型垂直軸風車。 - 前記同調機構は、
前記複数の風車翼部の前記アームの他端にそれぞれ設けられた複数のアーム側歯車と、
前記回転用ハブに設けられ、前記複数のアーム側歯車に噛み合う1つのハブ側歯車と
を有し、
前記連結部材が前記回転用ハブに対して前記垂直軸に平行な軸周りに揺動可能に取り付けられ、
前記連結部材が、前記連結部材の揺動軸から前記錘部材に向かって延びる延出部と、前記連結部材の揺動軸と同軸上に設けられた連結部材側歯車と
を備え、
前記同調機構が、
前記連結部材側歯車と噛み合い、前記ハブ側歯車と同軸上に設けられた同調機構側歯車を備え、前記ハブ側歯車は、前記同調機構側歯車の回転に応じて回転するように構成され、
前記錘部材が遠心力により移動し、前記連結部材が前記揺動軸を中心に揺動したときに、前記同調機構側歯車の回転によって、前記ハブ側歯車が回転する、請求項8に記載の揚力型垂直軸風車。 - 回転用ハブと、垂直軸周りに回転する複数の風車翼部を備えた揚力型垂直軸風車であって、
前記複数の風車翼部のそれぞれは、前記回転用ハブに支持され、前記垂直軸に対して垂直な水平方向に延びるアームと、前記アームの一端に設けられたブレードとを有し、
前記アームは、
前記回転用ハブに前記水平方向に延びる回転軸周りに回転可能に支持され、前記ブレードの受風面積を減少させるように前記アームの前記回転軸周りにツイストするように設けられ、
前記アームおよび前記ブレードは、前記アームが前記回転軸周りにツイストする際に、前記アームの前記回転軸の軸方向へ移動せず、
前記揚力型垂直軸風車がさらに、
前記複数の風車翼部のそれぞれの前記アームおよび前記ブレードのツイスト角が互いに等しくなるように、前記アームの前記回転軸周りの回転を互いに同調させる同調機構と、
前記アームがツイストした際に、前記アームを前記ブレードの受風面積が大きくなる方向に向かって付勢する付勢部材と
を備え、
前記ブレードの前記垂直軸周りの回転により前記ブレードに所定の遠心力が加わったときに前記ブレードの半径方向外側に最大変形が生じる前記ブレードの変形箇所と、前記同調機構との間に延びる補強部材をさらに有し、
前記補強部材の一端は前記ブレードの前記変形箇所に接続され、前記補強部材の他端は前記同調機構に連結部材を介して接続され、
前記付勢部材は、前記連結部材を介して、前記補強部材が前記ブレードの前記変形箇所に対して半径方向内側に向かう張力を加えるように、前記同調機構を付勢し、
前記ブレードに所定の遠心力が加わり、前記補強部材および前記変形箇所が前記付勢部材の付勢力に抗して半径方向外側に変位したときに、前記補強部材の変位によって前記連結部材を介して前記同調機構が操作されて、前記ブレードが前記ブレードの受風面積を減少させる方向にツイストするように構成されている、揚力型垂直軸風車。 - 前記同調機構は、
前記複数の風車翼部の前記アームの他端にそれぞれ設けられた複数のアーム側歯車と、
前記回転用ハブに設けられ、前記複数のアーム側歯車に噛み合う1つのハブ側歯車と
を有し、
前記連結部材の一端は、前記ハブ側歯車に、前記垂直軸と平行な軸周りに揺動可能に取り付けられ、前記連結部材の他端は、前記補強部材の他端に揺動可能に取り付けられ、
前記ブレードに所定の遠心力が加わって、前記補強部材および前記変形箇所が半径方向外側に変位したときに、前記連結部材の移動により前記ハブ側歯車が回転し、
前記ハブ側歯車の回転によって前記アーム側歯車が回転し、前記ブレードが前記ブレードの受風面積を減少させる方向にツイストする、請求項11に記載の揚力型垂直軸風車。 - 前記ブレードが前記付勢部材によって付勢された状態で、前記ブレードの受風面積が最大となる所定の初期ツイスト角で傾斜した状態で保持されるように、前記ブレードの初期位置を画定する位置決め部材を有している、請求項11または12に記載の揚力型垂直軸風車。
- 前記ブレードが、前記初期位置から前記ブレードの受風面積が減少した第2の位置までツイストした際に、前記ブレードのさらなるツイストを規制し、前記ブレードの最大ツイスト角を画定する第2の位置決め部材を有している、請求項13に記載の揚力型垂直軸風車。
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