WO2019074019A1 - 横軸風車 - Google Patents

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WO2019074019A1
WO2019074019A1 PCT/JP2018/037803 JP2018037803W WO2019074019A1 WO 2019074019 A1 WO2019074019 A1 WO 2019074019A1 JP 2018037803 W JP2018037803 W JP 2018037803W WO 2019074019 A1 WO2019074019 A1 WO 2019074019A1
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rudder
wind turbine
horizontal axis
rotor
axis wind
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PCT/JP2018/037803
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Inventor
鈴木　政彦
Original Assignee
株式会社ベルシオン
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a horizontal axis wind turbine in which a nacelle of a horizontal axis wind turbine is restrained from swinging motion as the blades rotate.
  • a horizontal axis wind turbine in which a rudder is provided to a nacelle supporting a rotor is described, for example, in Patent Document 1 and the like.
  • the rudder is provided on the left and right of the nacelle, and responsive to changes in air flow from either of them, the front of the blade is directed in the upwind direction.
  • the rotational force of the blade gradually swings its head in the rotational direction, and it does not face the wind direction, and the rotational efficiency decreases.
  • the present invention has been developed in view of this problem.
  • the present invention takes the following technical measures in order to solve the problems.
  • a horizontal axis wind turbine provided with a rotor at the rear of a nacelle rotatably supported by a post, at least one of the upper and lower surfaces of the nacelle is long in the front and rear direction and vertically vertical after the post
  • a horizontal axis wind turbine whose direction is a rudder, one side of which is a vertical flat surface, and the other side of which is a curved surface curved in the opposite direction from the front to the rear end in plan view.
  • the rear rudder is inclined rearward from the base to the tip, and the front edge is curved backward from the base to the tip in the side view.
  • the nacelle since the rudder is fixed at the rear of the nacelle, when the wind direction changes, the nacelle immediately shakes its head to turn the front of the rotor in the windward direction.
  • the rotor can be efficiently hit to improve the rotation efficiency. Since one side of the rudder is a flat surface, the air flow passing along this surface goes straight and strikes the rotor. Also, since the opposite curved surface is curved in the direction of the flat surface from the front edge toward the rear end, the air flow passing along this curved surface is curved with respect to the rotor Hit and pass behind it.
  • the air passing through the curved surface passes the flat surface at the trailing edge of the rudder.
  • the back of the nacelle is swung in the direction of the curved surface by the reaction of a large amount of air flow that is curved and passes. Accordingly, the rotor is rotating in the direction of the flat surface, and the force of swinging the rear of the nacelle in the direction of the flat surface is offset.
  • the rudder is thicker in the base in the front view and gradually thinner toward the tip, so that the air flow passing along the surface is curved more than in the tip portion.
  • the air flow passing along the high bulge base of the surface is higher in velocity, and a large amount of high velocity flow can be applied to a portion close to the base of the rotor blade to enhance the rotation efficiency.
  • the height of the rudder when the height of the rudder is up to 1.5 times the length of the rotation radius of the rotor blade, it acts sensitively also to the diversion of a slight wind to wind the front of the rotor blade. It can be made to face up. If it is longer than that, it is not preferable in balance. Also, if the height of the rudder is 0.5 times or less of the radius of gyration of the rotor blade, the wind receiving area becomes small and the performance is unfavorably reduced.
  • FIG. 1 It is a side view of a horizontal axis windmill of the present invention. It is a front view in FIG. It is a top view in FIG.
  • a nacelle 3 is disposed rotatably on the upper end of a support 2 of the horizontal axis wind turbine 1 in the horizontal direction.
  • a generator (not shown) is disposed inside the nacelle 3, and a rear end portion of the rotor shaft 4A connected to this and directed in the front-rear direction protrudes rearward from the rear end of the nacelle 3, and the rotor 4 Is fixed.
  • a lid 3A having a pointed rear end is fixed to the rear end of the rotor shaft 4 projecting rearward from the rotor 4.
  • the rotor 4 has two rotor blades 6 disposed on the circumferential surface of the hub 4A.
  • the number of rotor blades 6 is set to 2 to 6 in consideration of the air receiving area and the interference at the time of rotation. When the number is small, the string length is large, and when the number is large, the string length is small.
  • the wing tip is a forward inclined portion 5A which is inclined toward the front direction.
  • rudder wheels 6, 6 long in the front and rear direction are disposed on the upper and lower surfaces of the rear portion of the column 2. An effect occurs if this direction wedge 6 is on at least one of the upper and lower surfaces.
  • the leading edge 6A is curved rearward from the base to the tip, and the trailing edge 6B is slightly inclined linearly rearward from the base to the tip.
  • the rudder 6 has a flat surface 6C substantially vertical on one side (right side in the figure), and the other side (left side on the figure) gradually flats from the base to the tip
  • the curved surface 6D is curved in the 6C direction, the base is thick, and the tip is thin.
  • the front edge 6A is semicircular and thick, and is gradually thinner toward the rear end, and one side is a flat surface 6C from the front end to the rear end.
  • the opposite side is a curved surface 6D that gradually curves in the direction of the flat surface 6C from the front to the rear end.
  • the rudder 6 as shown in FIG. 2, as for the lower rudder 6, the left side is made into the flat surface 6C, and the right side is made into the curved surface 6D.
  • the air flow passing along the vertical flat surface 6C of the rudder 6 strikes the rotor blade 5 substantially linearly, but the air flow passing along the curved surface 6D is closer to the flat surface 6C. Curve and pass.
  • the velocity of the air passing along the curved surface 6D which is the right side surface, is higher than that of the air flow that passes along the vertical flat surface 6C, which is the left side surface.
  • the air flow that has passed 6C is caught and passes in the direction of arrow B.
  • the rear part of the nacelle 3 swings rightward, that is, in the direction of the arrow C.
  • the height of the direction ridge 6 can be as low as 0.5 times the radius of the rotor blade 5 when a long wind receiving area is obtained long back and forth.
  • the performance as a direction wedge with respect to direction is reduced.
  • the height can be made 1.5 times higher than that of the rotor blade 5. Beyond that, the balance with the whole is broken, and it is not preferable in terms of cost such as stiffening.

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Abstract

本発明は、ナセルの後部に方向舵を設けた横軸風車を提供する。　ナセル３の後部にロータ４を設けた横軸風車において、ナセル３の支柱２より後部の上下面の少なくともいずれか１面に、前後方向に長く、鉛直方向に方向舵６を、その片面は鉛直な平坦面６Ｃとし、その反対面は、平面視で前部から後端にかけて反対側に湾曲した湾曲面６Ｄとしてなる。

Description

横軸風車
　本発明は、横軸風車のナセルが、ブレードの回転に伴って首振り運動するのを抑制するようにした横軸風車に関する。
　ロータを支持するナセルに方向舵を設けた横軸風車は、例えば特許文献１などに記載されている。
特表２０１０－５１２１６２号公報
　特許文献１に記載の発明においては、方向舵がナセルの左右に設けられており、どちらからの気流の変化にも敏感に反応して、ブレードの正面が風上方向を向くようになっている。
　しかし、ロータが高速回転をすると、ブレードの回転力により次第に回転方向へ首を振り、風向きに正対しなくなり、回転効率が低下する。
　本発明は、この問題に鑑みて開発されたものである。
　本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。
　（１）支柱に回転可能に支持されたナセルの後部に、ロータを設けた横軸風車において、前記支柱より後において、ナセルの上下面の少なくともいずれか１面に、前後方向に長く、上下鉛直方向に方向舵を、その片面は鉛直な平坦面とし、その反対面は、平面視で前部から後端にかけて反対側に湾曲した湾曲面としてなる横軸風車。
　（２）前記方向舵は、側面視において、後縁は、基部から先端へかけて後方向へ傾斜し、同じく前縁は、基部から先端へかけて後向きに湾曲されている前記（1）に記載の横軸風車。
　（３）前記方向舵は、正面視で基部が厚く、先端部へかけて次第に薄く形成されている前記（1）または（2）に記載の横軸風車。
　（４）前記方向舵は、垂直の平坦面を、ロータの平面視における回転方向に位置決めする前記（1）～（3）のいずれかに記載の横軸風車。　
　（５）前記方向舵の高さは、ロータブレードの回転半径の０．５～１．５倍の範囲で形成される前記（1）～（4）のいずれかに記載の横軸風車。　
　本発明によると、次のような効果が奏せられる。
　前記（1）に記載の発明においては、ナセルの後部に方向舵が固定されているので、風向きが変化すると、即時にナセルが首を振ってロータの前面を風上方向に向けるので、常に風力を効率良くロータに当てて回転効率を高めることができる。
　方向舵の片面が平坦面なので、この面に沿って通過する気流は、直進してロータにあたる。また、その反対側の湾曲面は、前縁部から後端方向へかけて、平坦面の方向へ湾曲しているので、この湾曲面に沿って通過する気流は、ロータに対して湾曲して当って、その後方へ通過する。
　この場合、平坦面に沿って通過する気流よりも、湾曲面を通過する気流の速度が速くなるので、方向舵の後縁においては、湾曲面を通過する気流の方が、平坦面を通過する気流を引張ることになり、湾曲して通過する大量の気流の反作用により、ナセルの後部は湾曲面の方向へ振れる。
　従って、平坦面の方向にロータが回転していて、平坦面の方向へナセルの後部が振れる力が相殺されることになる。
　前記（2）に記載の発明においては、方向舵の側面視における前縁は、基部から先端へかけて後向きに湾曲しているので、方向舵の表面に沿って通過する気流は、コアンダ効果によって、方向舵の基部の方が、先端部方向より速度が速くなり、ロータブレードに高速気流が大量に当たり回転効率は高められる。
　前記（3）に記載の発明においては、方向舵は、正面視で基部が厚く、先端部へかけて次第に薄く形成されているので、表面に沿って通過する気流の中、先端部分よりも、湾曲面の膨らみの高い基部に沿って通過する気流の方が速度が大となり、ロータブレードの基部に近い部分へ大量の高速流を当てて、回転効率を高めることができる。
　前記（4）に記載の発明においては、方向舵における垂直の平坦面を、ロータの平面視における回転方向に位置決めしてあるので、ロータの回転に伴う回転方向への振れ動きを、方向舵を通過する気流の反作用によって抑制することができる。
　前記（5）に記載の発明において、方向舵の高さがロータブレードの回転半径の１．５倍の長さまでの場合には、微風の変向にも敏感に作用してロータブレードの正面を風上に対面させることができる。それよりも長い場合はバランス的に好ましくない。また方向舵の高さがロータブレードの回転半径の０．５倍以下では、受風面積が小となり、性能が低下して好ましくない。
本発明の横軸風車の側面図である。 図１における正面図である。 図１における平面図である。
　本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
　図１において、横軸風車１の支柱２の上端に、ナセル３が水平方向へ回転可能に配設されている。
　ナセル３の内部には、図示しない発電機が配設され、これに連結された前後方向を向くロータ軸４Ａの後端部は、ナセル３の後端から後方へ突出し、この突出部にロータ４が固定されている。ロータ４より後方へ突出するロータ軸４の後端部には、後端が尖った蓋体３Ａが固定されている。
　前記ロータ４は、ハブ４Ａの周面に２枚のロータブレード６が配設されている。ロータブレード６の枚数は、受風面積と、回転時の干渉を考慮して２～６枚とされる。枚数が少ない時には弦長を大とし、枚数が多い時には弦長を小とされる。
　正面視である図２に示すロータブレード５の最大弦長部５Ｂを基点として、翼端部が正面方向へ向いて傾斜する前向傾斜部５Ａとされている。
　ナセル３における、支柱２より後方部分の上下面に、前後に長い方向舵６、６が配設されている。この方向陀６は、上下面の少なくとも１面にあれば効果は生じる。方向舵６の側面視における、前縁６Ａは、基部から先端へかけて後方へ湾曲しており、同じく後縁６Ｂは、基部から先端へかけて、直線的に後方へ僅かに傾斜している。
　方向舵６は正面視において、図２に示すように、片面（図の右側面）はほぼ垂直の平坦面６Ｃとされ、他面（図の左側面）は、基部から先端へかけて次第に平坦面６Ｃ方向へ湾曲する湾曲面６Ｄとされ、基部は厚く、先端は薄く形成されている。
　平面視において、方向舵６は、図３に示すように、前縁６Ａは半円状で厚く、後端へかけて次第に薄く形成され、片面は前端から後端へかけて、平坦面６Ｃとされ、その反対側は、前部から後端へかけて、次第に平坦面６Ｃ方向へ向かって湾曲する湾曲面６Ｄとされている。方向舵６は、図２に示すように、下方の方向舵６は、左側が平坦面６Ｃで、右側面が湾曲面６Ｄとされている。
　図１において、ナセル３の前方から風が吹くと、方向舵６の表面に沿って通過する気流は、方向舵６の先端部分よりも基部の周辺の方の湾曲面６Ｄの膨出が大であるので、高速となってＡ矢示方向に通過する。
　また図２に示すように、方向舵６の鉛直な平坦面６Ｃに沿って通過する気流は、ほぼ直線的にロータブレード５に当たるが、湾曲面６Ｄに沿って通過する気流は、平坦面６Ｃ寄りに湾曲して通過する。
　図３に示すように、左側面である鉛直な平坦面６Ｃに沿って通過する気流よりも、右側面である湾曲面６Ｄに沿って通過する気流の速度が高速となり、かつ通過し、平坦面６Ｃを通過した気流を巻き込んで、Ｂ矢示方向へ通過する。その反動としてナセル３の後部は、右方すなわちＣ矢示方向へ振れることになる。
　従って図３において、Ｄ矢示方向へ回転するロータ４が、Ｄ矢示方向へ振れる力はＣ矢示方向への反力と相殺されて、ナセル３は、正しく風上に正対することができる。
　また、風向きが変化して、方向舵６が側方から風を受けると、ナセル３の後部は、支柱２を中心として回転させられて、ロータブレード５の正面は、風上に正対するので、風向きが変わっても、瞬時にロータブレード５の前面は、風上に対面することになる。
　なお、方向陀６の高さは、前後に長く受風面積が充分得られる時は、ロータブレード５の半径の０．５倍の高さまで低いものとすることができ、それ以下では風の変向に対する方向陀としての作用性能が低下する。
　また前後幅の狭いものにおいては、高さをロータブレード５の１．５倍まで高いものとすることができる。それ以上では全体とのバランスが崩れ、また剛性の補強などコスト面で好ましくない。
　横軸風車を利用した風力発電装置に、効果的に利用することができる。
１．横軸風車
２．支柱
３．ナセル
３Ａ．蓋体
４．ロータ
４Ａ．ロータ軸
４Ｂ．ハブ
５．ロータブレード
５Ａ．前向傾斜部
５Ｂ．最大弦長部
６．方向舵
６Ａ.前縁
６Ｂ．後縁
６Ｃ．平坦面
６Ｄ.湾曲面
Ｓ．中心線
Ｂ．気流
Ｃ、Ｄ．横振り方向

Claims (5)

  1. 　支柱に回転可能に支持されたナセルの後部に、ロータを設けた横軸風車において、前記支柱より後において、ナセルの上下面の少なくともいずれか１面に、前後方向に長く、鉛直方向に方向舵を、その片面は鉛直な平坦面とし、その反対面は、平面視で前部から後端にかけて反対側に湾曲した湾曲面としてなることを特徴とする横軸風車。
  2. 　前記方向舵は、側面視において、後縁は、基部から先端へかけて後方向へ傾斜し、同じく前縁は、基部から先端へかけて後向きに湾曲されていることを特徴とする請求項１に記載の横軸風車。
  3. 　前記方向舵は、正面視で基部が厚く、先端部へかけて次第に薄く形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の横軸風車。
  4. 　前記方向舵は、垂直の平坦面を、ロータの平面視における回転方向に位置決めすることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の横軸風車。
  5. 　前記方向舵の高さは、ロータブレードの回転半径の０．５～１．５倍の範囲で形成されることを特徴とする前記（1）～（4）のいずれかに記載の横軸風車。
PCT/JP2018/037803 2017-10-11 2018-10-10 横軸風車 WO2019074019A1 (ja)

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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56145681U (ja) * 1980-03-31 1981-11-02
JPS5781172A (en) * 1980-11-11 1982-05-21 Seiichi Awano Steering gear for downstream-wind turbine
JPS61101684A (ja) * 1984-10-22 1986-05-20 Yoshihiro Seki 水平軸型風車の方位制御用尾翼
JP2003129938A (ja) * 2001-10-26 2003-05-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風力発電装置
JP3112303U (ja) * 2004-11-25 2005-08-11 金 東 龍 風追跡型後面シングルローター方式の風力発電機
EP2258941A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-08 Jia-Yuan Lee Wind turbine
DE102016108338A1 (de) * 2015-05-04 2016-11-10 Peter Egner Windkraftanlage

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56145681U (ja) * 1980-03-31 1981-11-02
JPS5781172A (en) * 1980-11-11 1982-05-21 Seiichi Awano Steering gear for downstream-wind turbine
JPS61101684A (ja) * 1984-10-22 1986-05-20 Yoshihiro Seki 水平軸型風車の方位制御用尾翼
JP2003129938A (ja) * 2001-10-26 2003-05-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風力発電装置
JP3112303U (ja) * 2004-11-25 2005-08-11 金 東 龍 風追跡型後面シングルローター方式の風力発電機
EP2258941A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-08 Jia-Yuan Lee Wind turbine
DE102016108338A1 (de) * 2015-05-04 2016-11-10 Peter Egner Windkraftanlage

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