WO2005095793A1 - 垂直軸風車並びに風車用ブレード - Google Patents

Abstract

　始動性が優れ、トルク係数の高い垂直軸風車並びに風車用ブレードを提供することを目的とする。 　風を受ける面と開閉可能な支点４２とを備え、揚力を発生するブレード１８の回転数に応じて生ずる遠心力が閉じる方向に作用する受風板４０と、受風板４０が風を受ける側に開く力を付勢する付勢手段（バネ４４等）とを備えたので、ブレード１８の回転数が低い場合には受風板４０が開いて抗力形の風車として機能するので揚力形風車の始動性が向上し、ブレード１８の回転数が高い場合には受風板４０が自動で閉じて揚力形の風車として機能することが可能となる。

Description

垂直軸風車並びに風車用ブレード

技術分野

[0001] 本発明は、揚力形風車の始動機構に関する。

背景技術

[0002] 直線翼型垂直軸風車は、水平軸プロペラ型風車およびダリウス型風車と同じく原理 的にはエネルギー効率の優れた揚力形で作動する風車である力 その形状的な違 いによって定格出力百ワットから数十 kW程度の小型風力発電装置に適した長所を いくつか有する。しかしその一方、 l〜3m/s程度の微風における自己始動能力が乏 しいという欠点がある。

[0003] 自己始動能力が優れた風車として、サボ二ウス風車に代表される抗カ形原理の翼 を採用した風車が存在するが、風によって押されて動く原理の抗カ形風車では、一 般に風力から得られるエネルギーの変換効率が非常に低いために、発電装置として の実用的な価値が低 、傾向にある。

[0004] そこで、基本的には揚力形原理である直線翼型垂直軸風車にお!ヽて、本来の欠点 である自己始動性を改善し実用に供するために種々の装置が提案されて 、る。

[0005] 従来、垂直回転軸に直交する面内で、該回転軸を中心として一定角度ごとに複数 のブレードが設けられた風力発電用の風車において、前記ブレードは、 1. 0〜1. 4 の範囲の揚力係数を有する翼型であって、翼弦に対して前記回転軸側が、翼弦長 に対して前縁から 35%〜45%の位置を起点として、後縁まで切り欠かれていて、 30 , 000〜3, 000, 000の範囲の低いレイノルズ数の風に対しても発電可能であること を特徴とする風力発電用の風車が知られている（例えば、特許文献 1参照。 )o

[0006] また従来、垂直軸回転型のサボ-ウス型風車においてその上端および下端の回転 面上でかつ、同風車の受風面に沿って回転軸を通る支持ルームとサボ二ウス翼と十 分離れた位置にその支持フレームによって上下を支持された揚力利用の翼とで構成 され、回転軸には発電機設置したことを特徴とする風車が知られている (例えば、特 許文献 2参照。 )₀ [0007] また従来、発電機に連結連動される回転軸に取付けられた直線翼型風車と、この 回転軸に回転自在に取付けられて小さい風力で駆動トルクを発生する起動用風車と 、起動用風車と直線翼型風車との間に介在されて起動用風車の回転を一方向にの み直線翼型風車に伝達する連結手段とを具備し、この連結手段により、低速回転時 に起動風車の駆動トルクを直線翼型風車に伝達し、直線翼型風車の回転速度が起 動用風車を越えた時に直線翼型風車を起動用風車から切り離すように構成したこと を特徴とする小型風力発電装置が知られている (例えば、特許文献 3参照。 )₀

[0008] 上記特許文献 3に記載の構成によれば、風力の小さい起動時に、起動用風車から 駆動トルクが伝達されて直線翼型風車が回転され、直線翼型風車の自己起動力を 補完できるので、低風力時力 効率よく直線翼型風車を回転させることができ、また 高速回転時には連結手段により起動用風車が切り離されるので、高速回転の障害と なることが無ぐ効率のよい発電が可能となる旨の記載がなされている。

[0009] また従来、自然力、例えば風力により駆動される自然力を利用した原動機としての 風車に結合される誘導発電機と、誘導発電機の出力を直流電力に変換する順逆両 方向変換可能な第 1の交直変換回路と、該変換された直流電力を交流電力に変換 して、所定の交流電源に接続される負荷装置に接続する順逆両方向変換可能な第 2の交直変換回路と、上記交直変換回路を直接的又は間接的に制御する制御機能 と、当該誘導発電機の始動時と発電時における前記原動機回転速度に対応して設 定される上記制御機能の指令信号記録装置とを備えるようにした発電装置が知られ ている（例えば、特許文献 4参照。 )₀

[0010] 上記特許文献 4に記載の発電装置では、自然力、例えば、風力の強さに対応して 自動的に発電機機能と電動機機能とが切替え制御され、弱い風力等の自然力にお いてもこの発電装置は始動し、始動すると自動的に運転を継続し連続して発電動作 に移行する旨の記載がなされて ヽる。

[0011] また従来、鉛直軸芯回りに回転自在に立設された回転シャフトの上部に垂直軸型 風車を一体的に設け、該回転シャフトの基端側適所に、当該回転シャフトの回転力 を受けて発電可能な発電機を接続すると共に、該発電機から出力される電力および ソーラーを含むその他の外部電力を併用蓄電可能とし、且つ外部出力可能とするよ うにしたバッテリーを付設する一方、当該バッテリーに充電された電力の供給を受け て、垂直軸型風車の起動に必要とされる少なくとも最低限度の回転力を回転シャフト に与え続ける補助モータを設けてなる構成とした風力発電機が知られている（例えば

、特許文献 5参照。 )₀

特許文献 1 :特許第 3451085公報 （第 1 3ページ、第 1図）

特許文献 2 :特開平 11— 294313号公報 （第 1—2ページ、第 1図）

特許文献 3 :特開平 11— 201020号公報 （第 1—3ページ、第 2図）

特許文献 4:実開平 6— 9400号公報 （第 1 2ページ、第 1図）

特許文献 5 :特開 2003— 314429号公報 （第 1—3ページ、第 6図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] 特許文献 1に記載の風力発電用の風車では、起動時のように低風速域では、後方 力 風を受けて回転すると、ブレードの翼下面の切欠部によって、ブレードに大きな 空気抵抗が生じ、これによつて、サボ二ウス型風車効果、すなわち、空気抵抗によつ てブレードに回転モーメントが発生して、風車の起動トルクが発生する旨の記載がな されている。そして、周速比 1以下の低風速域では、空気抵抗によって回転モーメン トが生じ、周速比 1以上の高風速域では、ブレードに発生する揚力によって回転し、 ブレードは、低レイノルズ数で高!、揚力係数になるような翼型で形成されて ヽるので 、いかなる風速でも、ブレードを回転させることができ、効率よく発電することができる 旨の記載がなされている。

[0013] また、特許文献 1に記載の風車では、レイノルズ数を、 30, 000〜3, 000, 000の 範囲にあるようにしたことにより、効果的に達成され、揚力係数を、 1. 0〜1. 4の範囲 にあるようにしたことにより、効果的に達成され、切欠部を翼弦長に対して前縁から 35 %〜45%の位置力も後縁に亘つて形成したことにより、より効果的に達成される旨の 記載がなされている。

[0014] しかし、特許文献 1に記載の発明では、先端速度比 1以下の低風速域でブレードの 翼下面の切欠部による空気抵抗によってブレードに回転モーメントが発生する構造 であるので、翼厚程度の空気抵抗しか得ることができないために、さほど大きな回転 モーメントを得ることができな 、と 、う不具合を生じて 、た。

[0015] また、特許文献 1に記載の発明では、翼下面を切り欠 、て 、るために本来の翼型と 異なる形状になっている。揚力形の風車では、ブレードは風速の 3倍ないし 10倍程 度の速度で回転する可能性があるので、周速比 (先端速度比）が高 、場合に切欠き 部近傍における流れの乱れが増大し、翼の揚力性能が低下して、風車のトルク係数 がさほど増大せず、風速が高!、場合であっても発電量が少な 、と 、う不具合を生じ ていた。

[0016] また、翼下面を切り欠いているために本来の翼型に対して揚力も減少するので、ト ルク係数がさほど増大せず、風速が高 、場合であっても発電量が少な 、と 、う不具 合を生じていた。これらの不具合による影響は低風速域では小さいが、高風速、高回 転速度域では影響が増大し、高 、揚力性能が発揮できず十分な出力性能を期待し にくい。また、翼下面の空気の乱れによって渦が発生し、騒音が発生する可能性もあ る。

[0017] また特許文献 2に記載のハイブリッド風車発電方式では、比較的低い高さのサボ- ウス型風車を中心に、その上端および下端の回転面上に回転軸を通り受風面に沿つ て左右対称に伸びた二本の支持フレームを設置しており、 2本の支持フレームの両 端にプロペラ型の揚力利用の翼を回転軸と並行に垂直に設置し、翼は回転円の外 側に曲面、内側に平面が向くように配置している。前記支持フレームは、サボ-ウス 型風車に固定されており、プロペラ型翼とともにサボ二ウス型風車が回転するハイプリ ッド型を採用している。

[0018] ところが特許文献 2に記載の発明では、揚力形プロペラ翼に流入する風の流路の 中央部に、大きな面積の障害物たる抗カ形のサボ二ウス翼があるために、エネルギ 一回収を本格的に行な 、た 、風速増大時にぉ 、て風の流れが大きく乱れ、プロペラ 翼の性能が損なわれるために発電量が少ないという不具合を生ずる。また、構造的 にも形式の全く異なる翼を組合せているために、実現しょうとすると構造が複雑となり 、製造面でも問題が生じるという不具合を生じていた。

[0019] また特許文献 3に記載の発明では、独立した起動用風車と独立した直線翼型風車 とが必要となるとともに、低速時には起動用風車と直線翼風車とを連結し、高速時に は自動離脱させるための連結装置が必要となり、構造が複雑になるという不具合を生 じていた。

[0020] また、特許文献 4に記載の発電装置では、弱風の場合には電気回路を操作して発 電機をモータモードに切替えて起動させて!/、るので、弱風の状態が長時間継続した ときには電力消費量が大きくなるという不具合を生ずる。

[0021] また、特許文献 5に記載の風力発電機の補助モータは、バッテリー力もの電力供給 を受けて、垂直軸型風車の起動に必要な回転力を連続的に出力して、無風または 垂直軸型風車が安定的に回転作動できな 、程度の微風状態にあるときにも、垂直軸 型風車を起動させて発電可能とする機能を果たすものである。

[0022] したがって、弱風の状態が長時間継続したときにはバッテリーの電力を消耗し、ノ ッ テリーの寿命を損なう可能性が高い。また、もしバッテリーの電圧維持のため始動で きない事態になれば、長期間風車が回転不能の状態が続き、顧客の期待を損なうと いう不具合を生ずるとともに、風車を設置した意義を失うこととなる。

[0023] また特許文献 5に記載の風力発電機では、補助モータと歯車機構とが必要であり、 装置の複雑さとともに騒音が増すという不具合を生ずる。

[0024] そこで 本発明は上記従来の状況に鑑み、モータや始動電力を必要とせずに 1〜2 m/s程度の弱風時力 自己始動性を有するとともに、高風速域でも揚力形風車本来 の優れた定格性能を発揮することが可能なトルク係数の高い垂直軸風車並びに風車 用ブレードを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0025] 上記課題を解決するため、本発明に係る垂直軸風車は、風を受ける面と開閉可能 な支点とを備え、揚力を発生するブレードの回転数に応じて生ずる遠心力が閉じる 方向に作用する受風板と、受風板が風を受ける側に開く力を付勢する付勢手段とを 備えたことを特徴とする。

[0026] また本発明に係る揚力形風車のブレードは、風を受ける面と開閉可能な支点とを備 え、揚力を発生するブレードの回転数に応じて生ずる遠心力が閉じる方向に作用す る受風板と、受風板が風を受ける側に開く力を付勢する付勢手段とを備えたことを特 徴とする。 [0027] また本発明は、受風板を所定の開度に維持する係止部、又は係止部材を備えたこ とを特徴とする。

[0028] また本発明は、揚力を発生するブレードの周速が所定の周速よりも低い領域で開く とともに、所定の周速以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたことを特徴と する。

[0029] また本発明に係る垂直軸風車は、揚力を発生するブレードの回転数が所定の回転 数よりも低い領域で開くとともに、所定の回転数以上の領域で閉じる動作を行なう受 風板を備えたことを特徴とする。

[0030] また本発明に係る揚力形風車のブレードは、揚力を発生するブレードの回転数が 所定の回転数よりも低い領域で開くとともに、所定の回転数以上の領域で閉じる動作 を行なう受風板を備えたことを特徴とする。

[0031] また本発明に係る垂直軸風車は、弾性体ゃァクチユエータ、又は重力による力を作 用させて開く力を与えるとともに、揚力を発生するブレードの回転による遠心力を作 用させて、ブレードの回転数が所定の回転数以上の領域で閉じる力を与える受風板 を備えたことを特徴とする。

[0032] また本発明に係る揚力形風車のブレードは、弾性体ゃァクチユエータ、又は重力に よる力を作用させて開く力を与えるとともに、揚力を発生するブレードの回転による遠 心力を作用させて、ブレードの回転数が所定の回転数以上の領域で閉じる力を与え る受風板を備えたことを特徴とする。

[0033] また本発明に係る垂直軸風車は、風の主流の風速が所定の風速よりも低!、領域で 開くとともに、所定の風速以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたことを特 徴とする。

[0034] また本発明に係る垂直軸風車は、揚力を発生するブレードの周速比が所定の周速 比よりも低い領域で開くとともに、所定の周速比以上の領域で閉じる動作を行なう受 風板を備えたことを特徴とする。

発明の効果

[0035] 本発明によれば、風を受ける面と開閉可能な支点とを備え、揚力を発生するブレー ドの回転数に応じて生ずる遠心力が閉じる方向に作用する受風板と、受風板が風を 受ける側に開く力を付勢する付勢手段とを備えたので、ブレードの回転数が低い場 合には受風板が開いて抗カ形の風車として機能するので揚力形風車の始動性が向 上し、ブレードの回転数が高い場合には受風板が自動で閉じて揚力形の風車として 機能することが可能となる。また、遠心力を用いて受風板を閉じる構成としたので、簡 単な構造で抗カ形風車と揚力形風車とを切り替えることが可能となる。

[0036] また本発明によれば、風を受ける面と開閉可能な支点とを備え、揚力を発生するブ レードの回転数に応じて生ずる遠心力が閉じる方向に作用する受風板と、受風板が 風を受ける側に開く力を付勢する付勢手段とを揚力形風車のブレードに備えたので 、面積の大きな受風板を用いることが可能となり、揚力形風車の始動性を向上させる ことが可能となる。

[0037] また本発明は、受風板を所定の開度に維持する係止部、又は係止部材を備えたの で、ブレードの回転数が低い場合に開く受風板の角度を所定の角度に設定すること が可能となる。

[0038] また本発明は、揚力を発生するブレードの周速が所定の周速よりも低い領域で開く とともに、所定の周速以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたので、ブレー ドの周速に応じて抗カ形風車としての機能と揚力形風車としての機能とを切り替える ことが可能となる。

[0039] また本発明は、揚力を発生するブレードの回転数が所定の回転数よりも低い領域 で開くとともに、所定の回転数以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたので 、所定の半径の位置に存在するブレードの回転数に応じて抗カ形風車としての機能 と揚力形風車としての機能とを切り替えることが可能となる。

[0040] また本発明は、風の主流の風速が所定の風速よりも低い領域で開くとともに、所定 の風速以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたので、ブレードの速度に応 じて抗カ形風車としての機能と揚力形風車としての機能とを切り替えることが可能とな る。

[0041] また本発明は、風速と、回転数又はブレードの周速とを測定することによって、揚力 を発生するブレードの周速比が所定の周速比よりも低い領域で開くとともに、所定の 周速比以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたので、周速比に応じて抗カ 形風車としての機能と揚力形風車としての機能とを切り替えることが可能となる。 図面の簡単な説明

[0042] [図 1]垂直軸風車並びに風車用ブレードの外観斜視図である。

[図 2]受風板の開閉機構を備えたブレードの断面図である。

[図 3]受風板が閉じた状態におけるブレードの断面図である。

[図 4]受風板の開閉機構を備えた他のブレードの実施例を示す断面図である。

[図 5]受風板が閉じた状態におけるブレードの断面図を示す図である。

[図 6]受風板の開閉機構と、リンクによる係止機構とを備えた他のブレードの実施例を 示す断面図である。

[図 7]受風板の開閉機構を備えた他のブレードの実施例を示す断面図である。

[図 8]受風板の開閉機構を備えた他のブレードの実施例を示す断面図である。 符号の説明

[0043] 8ポール

10垂直軸風車

12装着部

14固定軸

16発電機

18ブレード

20支持アーム

22外輪スリーブ

24トルク伝達キャップ

26増速機

28カップリング

30a, 30b、 30c軸受

36ダストシール

40受風板

41受風板

42支点 44パネ

46係止部

48係止部材

49係止部材

50ロッド、

52案内部品

60ソレノイド

64パネ

66ヒンジ

発明を実施するための最良の形態

[0044] 以下、本発明に係る垂直軸風車並びに風車用ブレードの構造について説明する。

図 1は、垂直軸風車並びに風車用ブレードの外観斜視図である。

同図に示すように垂直軸風車 10には、電柱その他のポール 8に装着する装着部 1 2と、装着部 12と固定されている固定軸 14と、固定軸 14の上端に設けた発電機 16と 、風速を揚力に変換して回転トルクを生じるブレード 18と、ブレード 18を上下で支え る流線形断面の支持アーム 20と、支持アーム 20を取り付ける外輪スリーブ 22と、外 輪スリーブ 22の回転トルクを発電機 16に伝達するトルク伝達キャップ 24とを設けてあ る。

[0045] 同図に示す例では、発電機 16の入力軸に増速機 26を取り付けてあり、外輪スリー ブ 22の回転を増速機 26で増速して発電機 16の入力軸へ伝えている。伝達キャップ 24と増速機 26の間には、外輪スリーブ 22の回転トルクを増速機 26に伝達する機能 を有するとともに両軸間のずれや傾き、距離の変動を吸収するカップリング 28を設け てある。カップリンク 28は、ゴム、パネ等の弾性体やオルダム式、回し金式を用いた 接触式のカップリングであってもよ 、し、磁力を用いた非接触式のカップリングであつ てもよい。

[0046] 固定軸 14と外輪スリーブ 22との間には、軸受 30a、 30b、 30cを設け、固定軸 14は 外輪スリーブ 22を回動可能に支持している。同図に示す例では、軸受 30a、 30bをラ ジアル加重とスラスト加重を支えることが可能なアンギユラ軸受を背面合わせで使用 しているが、本発明はこの組合せに限定されるものではなぐ円錐ころ軸受を用いて もよいし、ラジアル軸受及びスラスト軸受を独立して設けるようにしてもよい。また同図 に示す例では、軸受 30cにラジアル加重を支えることが可能な玉軸受を使用している 1S 本発明は玉軸受に限定するものではない。

また同図に示す例では、軸受 30aの上方にダストシール 36を設け、軸受 30aに対 する塵埃の混入や水分の混入を防止して ヽる。

[0047] また本発明では、外輪スリーブ 22の低回転時又はブレード 18の周速が低い場合 に開いて、ブレード 18の後方から当たる追い風を受けて抗カ形の風車として外輪スリ ーブ 22を回転させる開閉可能な受風板 40をブレード 18に設けている。

[0048] 揚力形の風車の場合は、風速が低く外輪スリーブ 22が低回転の時 (例えばブレー ド 18の周速比 (先端速度比）が 1以下の場合）には、ブレード 18が発生する揚力は少 ないので、外輪スリーブ 22の回転トルクも少なく風車が始動しにくい。本発明によれ ば、外輪スリーブ 22が低回転の際、又はブレード 18の周速が所定の周速よりも低い 領域に存在する場合には、風を受ける面を有する受風板 40を開いて、ブレード 18の 後方から当たる追い風を受けるので、ブレード 18の周速比が低い場合であっても始 動が容易になる。

[0049] また、ブレード 18の周速比が上昇すると、ブレード 18が発生する揚力が増えるので 、外輪スリーブ 22の回転トルクも上昇してくる力 受風板 40が開いたままであるとブレ ード 18が所定の揚力を得ることができないとともに、抗力が著しく増大する。そこで本 発明では、外輪スリーブ 22の回転数の上昇や、外輪スリーブ 22の回転数上昇にとも なう遠心力の増加、ブレード 18の周速が所定の周速以上になったとき、主流の風速 が速くなつたとき、ブレード 18の周速比が所定の値以上に上昇したときに、受風板 4 0を閉じる開閉機構を設けて、ブレード 18の揚力を増大させるとともに抗カを減少さ せて風車の回転トルクを増大させ、発電量を増すことを可能として 、る。

[0050] 図 2は、本発明に係る受風板の開閉機構を備えたブレードの断面図である。

同図に示す例では、ブレード 18の翼下面に、風を受ける面と開閉可能な支点 42とを 有する受風板 40を設け、外輪スリーブ 22の回転速度が遅い場合には、付勢手段の 一形態であるパネ 44の力で受風板 40を開くようにしている。外輪スリーブ 22の回転 数が上昇した場合や、ブレード 18の周速が所定の周速以上に上昇したとき、受風板 40に作用する遠心力（揚力を発生するブレード 18の回転数に応じて生ずる遠心力） がパネ 44の開く力を上回って、受風板 40を閉じる方向に作用する構造になっている

[0051] また、風速計などにより風の主流の風速を測定して、主流の風速が所定の風速より も速くなつたと判断した場合に、受風板 40を閉じる指令を出力する制御手段を備え、 該制御手段の指令に基づいてァクチユエータなどにより受風板を閉じる構成にしても よい。また、風速計などにより風の主流の風速を測定するとともに、外輪スリーブ 22の 回転数又はブレード 18の周速を測定して、主流の風速と外輪スリーブ 22の回転数 又はブレード 18の周速との比力 所定の周速比以上になったと判断した場合に、受 風板 40を閉じる指令を出力する制御手段を備え、該制御手段の指令に基づいてァ クチユエータなどにより受風板を閉じる構成にしてもよい。

[0052] 同図に示すように、支持アーム 20に取り付けたブレード 18には、受風板 40を回動 可能に支持するヒンジ又はピンなどによる支点 42と、受風板 40を開く方向に力を付 勢するパネ 44 (同図に示す例ではヘアピンバネ）と、受風板 40の開度を所定の開度 に維持する係止部 46とを設けてある。

[0053] 同図に示す例では、支点 42にヒンジ又はピンを用いた例を示した力 ヘアピンバネ 自体を支点として用いてもよいし、板パネその他の弾性支点を用いても本発明の目 的を達成することが可能である。

[0054] また同図では、受風板 40が風を受ける側に開く力を付勢する付勢手段として、ヘア ピン形のパネ 44を用いた例を示した力 本発明はヘアピンパネに限定されるもので はなく、引張パネ、圧縮パネ、板パネ等の弾性体を用いてもよい。また、材質も金属 に限定されるものではなぐゴムゃ榭脂その他の弾性体を用いてもよいし、ボイスコィ ル形のモータやソレノイド等のァクチユエータ、又は重力による力を作用させて受風 板 40に開く力を与えるようにしてもょ 、。

[0055] 例えば回転半径 Rのブレード 18の先端速度 coRが風速 Vよりもはるかに遅い場合 には、外輪スリーブ 22の回転速度が遅いので受風板 40に働く遠心力は少なぐパネ 44により受風板 40を開く方向に付勢する力（開トルク Tk)が勝っている。したがって、 受風板 40は開いた状態となっている。この場合には、ブレード 18の先端速度 ω尺より も風速 Vの方が速度が大きいので、受風板 40には風速 Vによる抗力が働き、外輪スリ ーブ 22を加速する方向にトルクが発生する。

[0056] 風速 Vによってブレード 18の先端速度 coRが上昇し、ブレード 18の先端速度 coR が風速 Vに近づくと、抗カによるトルク係数が低下するので、ブレード 18の揚力によ るトルクを発生させるために、受風板 40を閉じるように設計する。同図に示す例では 、受風板 40の質量 Mに力かる遠心力（M XRX ω X ω )による閉トルク Th力 ブレー ド 18の周速が所定の風速以上の領域で、パネ 44による開トルク Tkを上回るように、 受風板 40の質量と、パネ 44による開トルク Tkとを設定する。

[0057] 受風板 40が半開き状態となる回転速度範囲が広いと、外輪スリーブ 22の加速が悪 くなる場合には、なるべく支点 42の摩擦抵抗を少なくする設計を行なうとともに、パネ 44のばね定数が低くなるように設計するとよ!/、。

[0058] 更に外輪スリーブ 22の回転速度が上昇して遠心力が増大すると、受風板 40が完 全に閉じるので、ブレード 18は通常の翼型に戻り、抗力が所定の値に減少するととも に揚力が所定の値に上昇して、外輪スリーブ 22を加速するためのトルクを発生する。 図 3に、受風板 40が閉じた状態におけるブレード 18の断面図を示す。

[0059] 風速が弱まって外輪スリーブ 22の回転速度が低下すると、遠心力が弱くなり、受風 板 40の閉トルク Thが減少する。更に外輪スリーブ 22の回転速度が低下して、開トル ク Tkが閉トルク Thを上回った場合には、再び受風板 40開いて抗カ形の風車として 機能するようになる。

[0060] なお、上記の実施例では受風板 40をブレード 18の翼下面 (外輪スリーブ 22側）に 設けた実施例で説明したが、受風板をブレード 18の翼上面に設け、支点やリンク機 構を介して遠心力を受風板 40に作用させ、受風板 40を閉じるように構成してもよい。 また上記の受風板 40は、ブレード 18の全面に設けてもよいし、ブレード 18の翼端 側にのみ設けてもょ 、し、ブレード 18の中央部にのみ設けるようにしてもよ!、。

[0061] 図 4は、受風板の開閉機構を備えた他のブレードの実施例を示す断面図である。

同図に示す例では、ブレード 18の翼下面前縁付近に開閉可能な受風板 40を設け ている。同図に示す受風板 40も、外輪スリーブ 22の回転速度が遅い場合にはパネ 4 4の力により開いており、例えば外輪スリーブ 22の回転数が上昇した場合や、ブレー ド 18の周速が所定の周速以上になった場合、周速比が所定の値以上になった場合 、風の主流の風速が所定の風速以上になった場合には、受風板 40に働く遠心力が パネ 44による開く力を上回って、受風板 40が閉じる構造になっている。

[0062] 同図に示す例では、受風板 40の開度を決定するための構造に、係止部材 48を設 けている。係止部材 48は、ワイヤー、鎖、ゴム、パネなどを用いてもよい。

[0063] 同図に示す例では、受風板 40をブレード 18の前縁付近に設けたので、外輪スリー ブ 22の回転数が低い状態でブレード 18の後方且つ下方から風か当たる場合には、 ブレード 18の下面に沿って流れる風が増速して受風板 40に当たることが考えられ、 低回転時のトルク係数の向上が期待される。

[0064] 図 5に、受風板が閉じた状態におけるブレードの断面図を示す。

外輪スリーブ 22の回転速度が上昇して遠心力が増大すると、受風板 40が完全に閉 じるので、ブレード 18は通常の翼型に戻り、所定の抗力に減少するとともに所定の揚 力を発生して外輪スリーブ 22を加速するトルクを発生する。

[0065] 図 6は、受風板の開閉機構と、リンクによる係止機構とを備えた他のブレードの実施 例を示す断面図である。同図に示す例では、ブレード 18の受風板 40が存在する部 分の内側に空間を設け、その部分にリンクによる係止部材 49を設けることによって受 風板 40の開度を設定する例を示して ヽる。

[0066] 図 7は、受風板の開閉機構を備えた他のブレードの実施例を示す断面図である。

同図に示す例では、ブレード 18の受風板 40が存在する部分の内側に空間を設け、 その部分にロッド 50及び案内部品 52からなる係止部材を設けることによって受風板 40の開度を設定する例を示している。

[0067] 図 8は、受風板の開閉機構を備えた他のブレードの実施例を示す断面図である。

同図に示す例では、受風板 40、 41をブレード 18の後縁に設け、外輪スリーブ 22の 回転速度が遅い場合には、圧縮型のパネ 64の力で受風板 40、 41が支点 42を軸に 開くように構成している。

[0068] 例えば、外輪スリーブ 22の回転数が増加した場合、ブレードの周速が所定の周速 を超えた場合、風の主流の風速が速くなつたとき、又はブレードの周速比が所定の値 以上になった場合には、抗カ形の風車から揚力形の風車に切り替える場合ために、 制御手段（図示せず)がソレノイド 60に電力を供給する。

[0069] するとソレノイド 60のシャフトは、パネ 64の力に打ち勝って同図左側に移動し、リン クを介して接続されている受風板 40、 41を閉じる方向に回転する力を与える。受風 板 40、 41を閉じる方向に力を付勢するァクチユエータは、上記のソレノイドに限定さ れるものではなぐェアーシリンダ等を用いてもよい。また同図に示す例は、受風板 4 0、 41を回動可能に軸支するヒンジ 66、 66を設けている。

[0070] また上記の例では、ブレード 18に開閉可能な受風板 40、 41を設けた例を示したが 、本発明はブレード 18に開閉可能な受風板 40、 41を設けることに限定するものでは なぐ支持アーム 20や外輪スリーブ 22等の他の回転部分に設けるようにしてもよい。 産業上の利用可能性

[0071] 本発明に係る垂直軸風車並びに風車用ブレードによれば、ブレードの回転数が低 い場合には受風板が開いて抗カ形の風車として機能するので、風車の始動性が向 上し、ブレードの回転数が高い場合には受風板が自動で閉じて揚力形の風車として 機能することが可能となる。

[0072] また、遠心力を用いて受風板を閉じる構成としたので、簡単な構造で抗カ形風車と 揚力形風車とを切り替えることが可能となる。したがって、始動用の動力源を別途使 用せずに風力で始動することが可能となるとともに、ブレードの周速が高い領域では 翼型断面を有するブレード本来の優れた揚抗比で、回転スリーブを回転させることが 可能となる。

[0073] また、本発明によれば、構造が簡単で安価な垂直軸風車並びに風車用ブレードを 提供することが可能となる。

[0074] また本発明によれば、トルク係数の良好な発電量の多い垂直軸風車を提供すること が可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] 風を受ける面と開閉可能な支点とを備え、揚力を発生するブレードの回転数に応じ て生ずる遠心力が閉じる方向に作用する受風板と、

前記受風板が風を受ける側に開く力を付勢する付勢手段とを備えたことを特徴とす る垂直軸風車。

[2] 風を受ける面と開閉可能な支点とを備え、揚力を発生するブレードの回転数に応じ て生ずる遠心力が閉じる方向に作用する受風板と、

前記受風板が風を受ける側に開く力を付勢する付勢手段とを備えたことを特徴とす る風車用ブレード。

[3] 風を受ける面と開閉可能な支点とを備え、揚力を発生するブレードの回転数に応じ て生ずる遠心力が閉じる方向に作用する受風板と、

前記受風板が風を受ける側に開く力を付勢する付勢手段と、

前記受風板を所定の開度に維持する係止部、又は係止部材とを備えたことを特徴 とする垂直軸風車。

[4] 風を受ける面と開閉可能な支点とを備え、揚力を発生するブレードの回転数に応じ て生ずる遠心力が閉じる方向に作用する受風板と、

前記受風板が風を受ける側に開く力を付勢する付勢手段と、

前記受風板を所定の開度に維持する係止部、又は係止部材とを備えたことを特徴 とする風車用ブレード。

[5] 揚力を発生するブレードの周速が所定の周速よりも低い領域で開くとともに、所定 の周速以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたことを特徴とする垂直軸風 車。

[6] 揚力を発生するブレードの周速が所定の周速よりも低い領域で開くとともに、所定 の周速以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたことを特徴とする風車用ブ レード。

[7] 揚力を発生するブレードの回転数が所定の回転数よりも低い領域で開くとともに、 所定の回転数以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたことを特徴とする垂 直軸風車。

[8] 揚力を発生するブレードの回転数が所定の回転数よりも低い領域で開くとともに、 所定の回転数以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたことを特徴とする風 車用ブレード。

[9] 弾性体ゃァクチユエータ、又は重力による力を作用させて開く力を与えるとともに、 揚力を発生するブレードの回転による遠心力を作用させて、ブレードの回転数が所 定の回転数以上の領域で閉じる力を与える受風板を備えたことを特徴とする垂直軸 風車。

[10] 弾性体ゃァクチユエータ、又は重力による力を作用させて開く力を与えるとともに、 揚力を発生するブレードの回転による遠心力を作用させて、ブレードの回転数が所 定の回転数以上の領域で閉じる力を与える受風板を備えたことを特徴とする風車用 ブレード。

[11] 主流の風速が所定の風速よりも低い領域で開くとともに、所定の風速以上の領域で 閉じる動作を行なう受風板を備えたことを特徴とする垂直軸風車。

[12] 主流の風速が所定の風速よりも低い領域で開くとともに、所定の風速以上の領域で 閉じる動作を行なう受風板を備えたことを特徴とする風車用ブレード。

[13] 揚力を発生するブレードの周速比が所定の周速比よりも低い領域で開くとともに、 所定の周速比以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたことを特徴とする垂 直軸風車。

[14] 揚力を発生するブレードの周速比が所定の周速比よりも低い領域で開くとともに、 所定の周速比以上の領域で閉じる動作を行なう受風板を備えたことを特徴とする風 車用ブレード。