JP7497260B2 - 垂直軸風車および垂直軸風力発電装置 - Google Patents
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Description
特許文献2では、翼端渦に関して翼端板による渦流の抑制方法を記載している。翼端の各部位における翼端渦の影響の大小で翼端板の形状を変更し、最適形状とすることを目的としたものである。
このようにロータの中央部に発電機を配置する形式とする場合、図9に示すように、支持材4Aは、翼3の翼端付近を支持するために、ロータ中央部から翼端付近に向けて斜め方向に延びる形状となる。また、支持材4Aの断面形状として、図9~図13に示すように、細長い平板状としたものがある。平板状であると、特許文献1のように略魚形とする場合に比べて形状が簡素であって、かつ丸棒状である場合に比べて、翼回転方向から見た投影面積が小さいため、翼3の進行の空気抵抗が少ない。
すなわち、図13に示すように、相対流入角度を持って流入する気流が、回転軌道cで回転する支持材4Aにぶつかることで気流が淀み、翼3へ流入する気流も減少する。
このように翼端部の気流の流れが阻害されると、翼端付近では翼の能力を十分に発揮できず、最大回転トルクが低下し、風力発電装置に適用した場合に発電効率が低下する。
前記支持材の前記回転軸心と垂直な断面の形状が、前記回転軸心に対向する向きに凸に湾曲した板状の形状である。
また、支持材の断面形状が湾曲形状であるため、平板状である場合に比べて、
支持材の曲げモーメントに対する剛性、つまり強度に優れる。支持材の断面形状は湾曲形状とするが板状であるため、略魚形とする場合に比べて形状が簡素で製造が簡単となり、低コストとなる。
支持材はロータ中央部の回転中心部材から翼端付近へ斜めに延びて設けられているため、支持材が水平に設けられる場合に比べて、各翼から回転中心部材へ作用する曲げモーメントが小さい。
この構成の場合、翼と支持材の間の距離が端部で零とならずにある程度は保たれる。そのため、支持材の翼端側の端部における気流の淀みがより緩和され、最大回転トルクがより一層改善される。
さらに、翼と支持材の接合部における折れ曲がり部の形状が、翼の断面形状より大きいことで、翼端板としての効果が期待でき、翼端渦が抑制されることで、最大回転トルクがより一層改善される。
この発明の垂直軸風車は、前記のように垂直軸風車の最大回転トルクが改善されるため、発電効率が改善され、かつ垂直軸風車の支持材の剛性に優れる。
また、支持材が回転中心部材の上下方向の中央部から翼端付近へ斜めに延びて設けられているため、風車中央部に発電機を設置できて、風車から回転中心部材に作用する曲げモーメントを小さくすることができる。
この垂直軸風車1は、回転中心部材2の上下方向に延びる回転軸心Oと平行な方向に延びる複数の翼3を有し、各翼3と前記回転中心部材2とが支持材4で連結されて前記複数の翼3と前記回転中心部材2と前記支持材4とで、回転翼であるロータ5を構成する。ロータ5と、このロータ5を支持する部材、例えば後に図7と共に説明する支柱6とで、前記垂直軸風車1を構成する。翼3は、この実施形態では2枚であるが、3枚以上が回転方向に並んで設けられていてもよい。
図1の例では、各支持材4の翼側端は、ロータ径方向に延びて回転軸Oと垂直な方向に沿う板状の折れ曲り部8とされ、この折れ曲り部8を介して翼3の翼端に連結されている。折れ曲り部8は、支持材4の他の部分と同様に湾曲した板状であっても、平板状であってもよく、また棒状等であってもよいが、より好ましくは平板状が望ましく、各翼3の回転軸心Oに垂直な断面形状より大きな形状である事が望ましい。
図5は、支持材4に流入する気流の流れを示す。垂直軸風車1の回転により、同図に矢印bで示すように、気流は支持材4に対して支持材4が進行する回転方向aに対して斜めに流入する。このとき、支持材4が回転軸心Oに対向する向きに凸に湾曲した板状の形状であり、気流が流入する面が凹曲面となっているため、流入する気流が回転方向aの後方へ受け流され、気流の淀みが少なくなる。このため、翼3へ流入する気流の量を増やすことができる。
これにより、支持材4がロータ中央部の回転中心部材2から翼端付近へ斜めに延びて設けられていても、翼端付近へ流入する気流を阻害することなく、翼端付近への気流の流入量を増やし、翼端付近でも翼の性能を十分に発揮することができる。そのため、最大回転トルクが改善され、垂直軸風車1の発電効率が改善される。
同図に示すように、この実施例の垂直軸風車は、最大回転トルクが4%改善している。
支持材4はロータ中央部の回転中心部材2から翼端付近へ斜めに延びて設けられているため、支持材4が水平に設けられる場合に比べて、各翼3から回転中心部材2へ作用する曲げモーメントも小さい。
このように翼端板9を設けた場合、従来と同様に、翼端で生じる渦流が緩和される。翼端板9を設ける場合、支持材4は同図のように翼端板9の付け根よりも中央側で翼3に接続することが望ましい。
なお、その他の構成、効果は、第1の実施形態と同様である。
2…回転中心部材
3…翼
4…支持材
5…ロータ
6…支柱
7…発電機
8…折れ曲り部
9…翼端板
O…回転軸心
Claims (3)
- 回転中心部材の上下方向に延びる回転軸心と平行な方向に延びる複数の翼を有し、各翼と前記回転中心部材とが支持材で連結されて前記複数の翼と前記回転中心部材と前記支持材とでロータを構成し、前記回転中心部材は前記ロータの上下方向の中心であるロータ中央部にあり、前記各翼は揚力型の断面形状であり、前記支持材は前記回転中心部材から前記翼の翼端付近へ斜めに延びて設けられた垂直軸風車であって、
前記支持材の前記回転軸心と垂直な断面の形状が、前記回転軸心に対向する向きに凸に湾曲した板状の形状である垂直軸風車。 - 請求項1に記載の垂直軸風車において、前記支持材の両端が、前記ロータの径方向に延びる折れ曲り部を介して前記翼に連結されている垂直軸風車。
- 請求項1または請求項2に記載の垂直軸風車と、この垂直軸風車の回転によって発電する発電機とを備える垂直軸風力発電装置。
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