JPS62502416A - 風エネルギ−コンバ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 風エネルギーコンバータ 本発明は、回転軸線が垂直なロータと、はぼ垂直な少なくとも一つの推進翼と、 推進翼に固定連結されかつ回転方向で推進翼の前方に設けられた平衡質量とを備 え、推進翼がそれぞれ、はぼ垂直な揺動軸の回りを少なくとも一つのロータルア ームに自由揺動可能に支承されている風エネルギーコンバータに関する。

ロータ回転軸線が垂直な風エネルギーコンバータはたくさん知られている。風エ ネルギーコンバータは風の方向に依存せず、従って比較的に少ない構造コストで 実施することができる。なぜなら、風方向変化の際に調整を必要としないからで ある。この種類の風エネルギーコンバータの基本的な欠点は、各ロータの回転中 、推進翼の吹き付は角が最大値と最小値の間で連続的に変化することにある。吹 き付は角のこの変化は速度比が小さくなるにつれて増大する。速度比はロータの 周速に対する風速の比である。

それぞれのロータ回転の際に吹き付は角に適合させるために推進翼の迎角を変更 する機械的またはその他の強制制御装置は、機械的に非常にコストがかかり、比 較的に多くのエネルギーを必要とし、更にこの制御の際にその都度風の方向を考 慮しなければならない。

ロータアームに推進翼を固定し、変化する吹き付は角に対する迎角の適合を断念 すると、風エネルギーコンバータの効率の大幅な減少につながる。なぜなら、迎 角がその都度の瞬間的な吹き付は角にとって最適の値をとるときだけしか、推進 翼の最大推進力が得られないからである。大きな推進力ひいてはロータの良好な 効率を発生する非対称的な翼形は小さな速度比の範囲で使用不可能である。なぜ なら、大きな吹き付は角変化の際に、流れが完全に剥離するからである。従って 、この範囲においては今までは対称的な翼形だけが使用できた。この翼形はしか し効率が悪い。この場合にも、中間の速度比以下の範囲において、吹き付は角の 変更が流れを少なくとも部分的に剥離し、それによって流れ抵抗が大きくなり、 推進力の一部が食われるという欠点がある。従って、風エネルギーコンバータの 全体効率が非常に低下する。

冒頭に述べた種類の公知の風エネルギーコンバータの場合には（西独国特許公告 第２６０２３８０号明細書）、推進翼がロータアームに自由に揺動可能に支承さ れている。ロータ回転時に、変化する吹き付は角に推進翼を合わせて調整するこ とができる。推進翼の揺動軸線がほぼ翼前縁、に、従って質量重心の前方にある ので、平衡質量は揺動輪線の前方に設けられている。この平衡質量は遠心力の影 響を相殺する。揺動輪線は、推進翼と平衡質量からなる本体の全質量重心内に位 置している。

この公知の風エネルギーコンバータの場合には、回転数に依存する遠心力が推進 翼の迎角に影響を及ぼさない。迎角は流体の力の作用の下で、最適な推進力ひい ては良好な効率を発生しない値に調整される。従って、この公知の風エネルギー コンバータの推進翼は対称な翼形にのみ形成することができ、よって同様に非常 に望ましくない効率が生じる。

従って、本発明の課題は、自己始動が保証され、特に小さな速度比および中間の 速度比の場合に良好な効率が得られるように、冒頭に述べた種類の風エネルギー コンバータを形成することである。

この課題は本発明に従い、推進翼が非対称な翼形を有し、推進翼と平衡質量から なる本体の全質量重心が、回転方向において揺動軸線の前方に設けられているこ とによって解決される。

揺動軸線の前方に全質量重心をずらすことによって、推進翼は回転数が増大する につれて大きな迎角をとろうとする。遠心力の作用によって高回転数時に発生す る力に対しては、流体のカが反作用する。ある力平衡の際に、推進翼が瞬間的な あらゆる吹き付は角度にとってその都度所望の迎角をとる。それによっておよび 非対称的な翼形を使用することによって、効率が大幅に高まる。

非対称的な翼形に作用する駆動力と空気力学的なモーメントは、隣接する流れの 範囲において、吹き付は角度に線形に比例する。同時に、推進翼に遠心力が作用 する。駆動力、翼モーメントおよび遠心力がその都度の速度の二乗に比例するの で、あらゆる速度において、従って回転時に発生するすべての吹き付は角におい て、平衡が達成される。この平衡は平衡質量をずらすことによって更に影響を与 えることができる。中間の速度比から小さな速度比までの範囲においても、迎角 をその都度の吹き付は状態に追従させることによって、流れの剥離を確実に回避 することができる。それによって、非対称の翼形を使用することができる。この 翼形は対称的な形に比して、大きな出力を得ることができる。なぜなら、同じ吹 き付は角度ではるかに高い揚力係数が得られるからである。

風エネルギーコンバータの推進翼のために非対称翼形を使用することはなるほど 公知であるが（西独国特許公開第２８１６０２６号明細書）、この推進翼はロー タアームに固定されており、従って変化する吹き付は角に対する適合が不可能で ある。よって、この公知の風エネルギーコンバータの場合には、吹き付は角の変 ゛化にあまり敏感でない非常に特殊な翼形だけが使用され、その効率は良くない 。

本発明思想の好ましい実施的様では、全質量重心が揺動軸線の前方において中央 翼弦長のせいぜい２０％の位置にある。

本発明思想の他の好ましい実施態様は請求の範囲第３項と第４項に記載しである 。

以下、図に示した実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は風エネルギーコンバータの簡略斜視図、第２図は第１図の■−■線に沿 った拡大断面図、第３図は第２図のｌｌｌ−１線に沿った断面図である。

第１図に示した風エネルギーコンバータは回転軸線が垂直なロータ２を支柱ｌに 担持している。このロータは図示の実施例では、水平な２本のロータアーム３を 備えている。ロータアームの自由端にはそれぞれ推進翼４が取り付けられている 。

例えば合成樹脂繊維複合材、金属−または木構造によって従来のすべての構造方 式で形成することができる推進翼４（第２図）は垂直に設けられ、かつ中央で垂 直な支承軸５に揺動可能に支承されている。この支承軸はボルト６によってロー タアーム３に連結されている（第３図）。支承軸５はその両端においてそれぞれ 推進翼４の力導入リブ７に支承されている。それによって形成された揺動軸線８ は推進翼４の翼前縁に近接して設けられている。揺動軸線８回りの推進翼４の自 由揺動はストッパー９によってのみ制限される。このス）・ツバ−はロータアー ム３の固定端部の両側において約３０°の角度間隔をおいて設けられている。

翼前縁の前方に突出する翼ノーズ１０内には、推進軸４に固定連結された平衡質 量１１が設けられている。

この平衡質量によって、推進翼４と一衡質量ｌｌからなる本体の（第２図から明 らかである）全質量重心１２を、ロータ２の回転方向において揺動軸線８の前方 に配置することができる。

平衡質ｆｆ１１１の大きさと有効てこ長さは次のように選定される。すなわち、 揺動軸線８と全質量重心１２の間隔が推進翼４の中央翼弦長のせいぜい２０％に なるように選定されている。

第２図から判るように、推進翼４は非対称な翼形を有する。この翼形の推進効率 は非常に良好である。ロータアーＡ　３から突出翼ノーズ１０または推進翼４の フェアリングへの移行部には、好ましくは、弾性的なスリットフェアリング１３ が設けられている。

ロータ２の推進翼４とロータアーム３の数は任意であり、例えばロータを単−翼 ロータとして形成することができる。風の速度が小さい場合にも、ロータ２は駆 動装置の補助なしにそれ自体で始動する。理解されるように、大きな動的慣性力 を回避するために、平衡質量１１を備えた推進翼４の全質量をできるだけ小さく すべきである。平衡質量１１の位置の簡単な変更によって、その都度使用される 翼形の特性に最適に適合させることかできる。

揺動軸線８はほぼ翼前線内またはすぐ後方に設けることができる。翼形（例えば 負または正の後退）に応じて、揺動軸線８は推進翼４の中間の高さ位置で翼前縁 の前方または更に後方に配置可能である。

国際調査報告 八ｋ（ＮＥＸ　Ｔｏ　’ｌ、□５　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨ ＲＥＰＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎ ｏ、　ＰＣＴ／ＥＰ　８６１００１９０　（Ｓ八　１２６２７）ＤＥ−Ａ−２８ １６０２６２５／１０／７９　ＮｏｎｅＣＨ−Ａ−５９８４８９２８１０４／７ ８　ＮｏｎａＦＲ−Ａ−５３０２３１Ｎｏｎｅ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．回転軸線が垂直なロータと、ほぼ垂直な少なくとも一つの推進翼と、推進翼 に固定連結されかっ回転方向で推進翼の前方に設けられた平衡質量とを備え、推 進翼がそれぞれ、ほぼ垂直な揺動軸の回りを少なくとも一つのロータアームに自 由揺動可能に支承されている風エネルギーコンバータにおいて、推進翼（４）が 非対称な翼形を有し、推進翼（４）と平衡質量（１１）からなる本体の全質量重 心（１２）が、回転方向において揺動軸線（８）の前方に設けられていることを 特徴とする風エネルギーコンバータ。
2. ２．全質量重心（１２）が揺動軸線（８）の前方において中央翼弦長のせいぜい ２０％の位置にあることを特徴とする、請求の範囲第１項記載の風エネルギーコ ンバータ。
3. ３．推進翼（４）のために、機械的な揺動角度制限部材（９）が設けられている ことを特徴とする、請求の範囲第１項記載の風エネルギーコンバータ。
4. ４．平衡質量（１１）が翼前縁の前方に突き出た翼ノーズ（１０）内に収納され ていることを特徴とする、請求の範囲第１項記載の風エネルギーコンバータ。