WO2022054800A1 - 垂直軸風車および垂直軸風力発電装置 - Google Patents

垂直軸風車および垂直軸風力発電装置 Download PDF

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    • F03D—WIND MOTORS
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    • F03D3/06—Rotors
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    • 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
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a vertical axis wind turbine and a vertical axis wind power generator using the vertical axis wind turbine.
  • the wind turbine of the wind power generation device having a vertical axis has the feature of being quiet without depending on the wind direction.
  • a wing extending in a direction parallel to the center of rotation rotates around the axis, so a support material for connecting the wing and a rotation center member such as a spindle is required.
  • This support member is formed by extending in the rotational centrifugal direction from the rotation center member, and is connected to a wing that produces a driving force.
  • this support material rotates together with the blades, the aerodynamic characteristics of the support material greatly affect the energy conversion efficiency of converting wind energy into rotational energy, which affects the performance of the wind turbine.
  • Patent Document 1 proposes a wind turbine in which the vertical cross-sectional shape of a support material extending in the horizontal direction is substantially fish-shaped and the resistance is reduced to improve the conversion efficiency of rotational energy. Further, the wind turbine is provided in which the strength of the support material is improved by gradually increasing the string length from the base to the centrifugal direction in a plan view.
  • Patent Document 2 describes a method of suppressing a vortex flow by a tip plate with respect to a tip vortex. The purpose is to change the shape of the tip plate according to the magnitude of the influence of the tip vortex at each part of the tip to obtain the optimum shape.
  • a generator is installed in the vertical center of the rotor, which is the rotor of the wind turbine (hereinafter referred to as the rotor center).
  • the rotor center which is the rotor of the wind turbine (hereinafter referred to as the rotor center).
  • the support member 4A is from the center of the rotor to the vicinity of the tip of the rotor in order to support the vicinity of the tip of the blade 3. It has a shape that extends diagonally toward it.
  • the support material 4A may have an elongated flat plate shape.
  • the flat plate shape has a simpler shape than the case where the cross section is substantially fish-shaped as in Patent Document 1, and the projected area seen from the blade rotation direction is smaller than the case where the cross-section is a round bar shape. , The air resistance of the progress of the wing 3 is small.
  • the support member 4A has a shape extending diagonally from the center of the rotor toward the vicinity of the wing tip, the distance between the support member 4A and the wing 3 increases from s1 as the support member 4A toward the joint of the wing tip. It gradually becomes shorter as s2 (FIG. 10), and the space formed by the wing 3 and the support member 4A gradually becomes smaller. Therefore, in the vicinity of the joint portion between the support member 4A and the wing 3, the airflow affecting the support member 4A and the airflow affecting the wing 3 interfere with each other, thereby hindering the inflow of the airflow into the wing 3. .. That is, as shown in FIG.
  • An object of the present invention is that in a vertical axis wind turbine in which a support member for connecting a blade to a rotation center member extends diagonally from the center of the rotor to the blade tip, the amount of airflow to the blade tip increases and the maximum rotational torque is increased.
  • the purpose is to improve the rigidity of the support material against the bending moment while keeping the shape of the support material simple.
  • Another object of the present invention is in a wind power generation device using a vertical axis wind turbine in which a support member for connecting a blade to a rotation center member extends diagonally from the center of the rotor to the blade tip, in which an air flow near the blade tip is used.
  • the inflow is increased, the power generation efficiency is improved, and the rigidity of the support material against the bending moment is improved.
  • the vertical axis wind turbine of the present invention has a plurality of blades extending in a direction parallel to the rotation axis extending in the vertical direction of the rotation center member, and each blade and the rotation center member are connected by a support member to the plurality of blades.
  • the rotor is composed of the blade, the rotation center member, and the support member, the rotation center member is located at the center of the rotor, which is the center in the vertical direction of the rotor, and each blade has a lift-type cross-sectional shape.
  • the support material is a vertical axis wind turbine provided so as to extend diagonally from the rotation center member to the vicinity of the wing tip of the wing.
  • the support member has a plate-like shape that is convexly curved in a direction facing the center of rotation.
  • the shape of the cross section perpendicular to the rotation axis of the support member is a shape that curves convexly in the direction facing the rotation axis, so that the support member is from the rotation center member in the center of the rotor to the blade. Even if it is provided so as to extend diagonally toward the tip, obstruction of the airflow flowing into the vicinity of the wing tip is alleviated. Therefore, the inflow amount of the airflow to the vicinity of the wing tip can be increased, the performance of the wing can be sufficiently exhibited even in the vicinity of the wing tip, and the maximum rotational torque is improved.
  • the support material has a curved cross-sectional shape, it is excellent in rigidity, that is, strength with respect to the bending moment of the support material, as compared with the case where the support material has a flat plate shape.
  • the support material has a curved shape, since it has a plate shape, the shape is simpler and easier to manufacture as compared with the case where the cross section is substantially fish-shaped, and the cost is low. Since the support material is provided so as to extend diagonally from the rotation center member in the center of the rotor to the vicinity of the blade tip, the bending moment acting from each blade to the rotation center member is smaller than when the support material is provided horizontally. ..
  • the end portion of the support member on the blade end side may be a bent portion extending in the radial direction of the rotor.
  • the shape of the bent portion is a flat plate shape and is larger than the cross-sectional shape perpendicular to the rotation axis of the blade. In this configuration, the distance between the blade and the support member is maintained to some extent near the tip of the blade without becoming zero. Therefore, the stagnation of the airflow at the end of the support member on the wing tip side is further alleviated, and the maximum rotational torque is further improved.
  • the shape of the bent part of the support material which is the joint with the wing, is larger than the cross-sectional shape of the wing, so that it can be expected to be effective as a wing tip plate, and the sword tip vortex is suppressed, resulting in maximum rotational torque. Is further improved.
  • the vertical axis wind power generator of the present invention includes the vertical axis wind turbine of the present invention and a generator that generates electricity by the rotation of the vertical axis wind turbine.
  • the vertical axis wind turbine of the present invention since the maximum rotational torque of the vertical axis wind turbine is improved as described above, the power generation efficiency is improved and the rigidity of the support material of the vertical axis wind turbine is excellent. Further, since the support member is provided so as to extend diagonally from the central portion in the vertical direction of the rotation center member to the vicinity of the wing tip, the generator can be installed in the center portion of the wind turbine, and the bending moment acting from the wind turbine to the rotation center member. Can be made smaller.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line III-III of FIG.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG.
  • FIG. 12 is a sectional view taken along line XII-XII of FIG. It is explanatory drawing which shows the flow of the airflow which flows into a support material in the space near a wing tip, and shows the factor which obstructs the inflow of an airflow.
  • the vertical axis wind turbine 1 has a plurality of blades 3 extending in a direction parallel to the rotation axis O extending in the vertical direction of the rotation center member 2, and each blade 3 and the rotation center member 2 are connected by a support member 4.
  • the plurality of blades 3, the rotation center member 2, and the support member 4 form a rotor 5 which is a rotary blade.
  • the vertical axis wind turbine 1 is composed of a rotor 5 and a member that supports the rotor 5, for example, a support column 6 which will be described later with FIG. 7. Although the number of blades 3 is two in this embodiment, three or more blades 3 may be provided side by side in the rotation direction.
  • the rotation center member 2 is located at the center of the rotor, which is the center of the rotor 5 in the vertical direction, and is rotatably supported at the upper end of the column 6 via a bearing (not shown) as shown in FIG. Further, the rotation center member 2 is connected to the rotation input portion of the generator 7 in the central portion of the rotor, or is integrated with the rotation input portion.
  • the vertical axis wind turbine 1 and the generator 7 constitute a vertical axis power generator.
  • a speed increaser may be provided between the rotation center member 2 and the generator 7.
  • the support column 6 is configured in a pole shape, for example, as shown in the figure, or is configured as a steel tower.
  • each wing 3 has a lift-type cross-sectional shape. That is, each wing 3 has a lift-shaped shape whose cross-sectional shape perpendicular to the rotation axis O is typified by a wing shape such as a fish shape whose leading edge in the rotation direction is round and curved as a whole.
  • the back surface which is the inner surface of each blade 3 in the radial direction of the rotation track, may be a flat surface or a convex or concave curved surface.
  • the support member 4 is provided so as to extend diagonally from the rotation center member 2 to the vicinity of the upper and lower blade tips of the blade 3 for each blade 3.
  • FIG. 1B which is a horizontal cross-sectional view of the portion surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 1A
  • the support member 4 has a plate-like shape that is convexly curved in a direction facing the rotation axis O.
  • the end portion of each support member 4 on the blade tip side is a plate-shaped bent portion 8 extending in the rotor radial direction and along the direction perpendicular to the rotation axis O, and the bent portion 8 is formed. Is connected to the tip of the wing 3.
  • the bent portion 8 may have a curved plate shape, a flat plate shape, a rod shape, or the like like the other parts of the support member 4, but the flat plate shape is more preferable, and each of them has a bent portion 8. It is desirable that the shape is larger than the cross-sectional shape perpendicular to the rotation axis O of the blade 3.
  • FIG. 5 shows the flow of the airflow flowing into the support member 4. Due to the rotation of the vertical axis wind turbine 1, as shown by the arrow b in the figure, the airflow flows diagonally with respect to the support member 4 in the rotation direction a in which the support member 4 travels. At this time, since the support member 4 has a plate-like shape that is convexly curved in the direction facing the rotation axis O and the surface on which the airflow flows is a concave curved surface, the inflowing airflow is behind the rotation direction a. It is parried to the airflow, and the stagnation of the airflow is reduced. Therefore, the amount of airflow flowing into the blade 3 can be increased.
  • the support member 4 is provided so as to extend diagonally from the rotation center member 2 in the center of the rotor to the vicinity of the blade tip, the airflow to the vicinity of the blade tip is not obstructed without obstructing the airflow flowing into the vicinity of the blade tip.
  • the amount of inflow can be increased and the performance of the wing can be fully exhibited even near the tip of the wing. Therefore, the maximum rotational torque is improved, and the power generation efficiency of the vertical axis wind turbine 1 is improved.
  • FIG. 6 shows a comparison of the maximum rotational torques of the conventional wind turbine and the vertical axis wind turbine according to the embodiment by fluid analysis.
  • the vertical axis wind turbine according to the embodiment is the vertical axis wind turbine 1 of the embodiment shown in FIGS. 1A to 5, and the conventional wind turbine has only the support material 4 having a flat plate shape with respect to the vertical axis wind turbine of the embodiment. Is a different wind turbine. As shown in the figure, the vertical axis wind turbine of this embodiment has a maximum rotational torque improved by 4%.
  • the support member 4 since the support member 4 has a curved cross-sectional shape, the support member 4 is superior in rigidity to bending moment, that is, strength, as compared with the case where the support member 4 has a flat plate shape.
  • the support material has a curved shape, it has a plate shape, so that the shape is simpler, the manufacturing is easier, and the cost is lower than that of the conventional case where the cross section is substantially fish-shaped.
  • the support member 4 is provided so as to extend diagonally from the rotation center member 2 at the center of the rotor to the vicinity of the wing tip, it acts on the rotation center member 2 from each wing 3 as compared with the case where the support member 4 is provided horizontally. The bending moment is also small.
  • the wing 3 and the support member 4 are connected to each other. The distance between them does not become zero near the tip of the wing and is maintained to some extent. Therefore, the stagnation of the airflow at the end portion of the support member 4 on the wing tip side is alleviated, and the maximum rotational torque is further improved. Further, since the shape of the bent portion 8 of the support member 4 which is the joint portion with each blade 3 is larger than the cross-sectional shape perpendicular to the rotation axis O of each blade 3, the effect as a wing tip plate can be expected. By suppressing the tip vortex, the maximum rotational torque is further improved.
  • FIG. 8 shows a second embodiment.
  • a blade tip plate 9 extending toward the rotation axis O side is provided at the end of the blade 3.
  • the blade tip plate 9 is provided in this way, the eddy current generated at the blade tip is alleviated as in the conventional case.
  • the support member 4 is connected to the blade 3 on the central side of the base of the blade end plate 9 as shown in the figure.
  • the other configurations and effects are the same as those of the first embodiment.

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Abstract

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）と平行な複数の翼（３）を有し、翼（３）と回転中心部材（２）とが支持材（４）で連結される。回転中心部材（２）はロータ（５）の上下方向の中心であるロータ中央部にある。翼（３）は揚力型の断面形状である。支持材（４）は回転中心部材（２）から翼端付近へ斜めに延びる。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る。

Description

垂直軸風車および垂直軸風力発電装置 関連出願
　本出願は、２０２０年９月１１日出願の特願２０２０－１５２８８１の優先権を主張するものであり、それらの全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、垂直軸風車およびこれを用いた垂直軸風力発電装置に関する。
　垂直軸を有する風力発電装置の風車は、風向に依存せず、静粛であるという特長を有する。垂直軸を有する風車では、回転軸心に平行な方向に延びる翼が軸まわりを回転するため、翼と主軸などの回転中心部材を連結するための支持材が必要である。この支持材は回転中心部材から回転遠心方向に伸びて形成され、駆動力を生み出す翼と連結される。垂直軸風車では、この支持材が翼と共に回転するため、風力エネルギーを回転エネルギーへ変換するエネルギー変換効率に支持材の空力特性が大きく影響し、風車の性能を左右する。
　翼を支持する支持材の形状により回転エネルギー変換効率が向上することがわかっている。特許文献１では、水平方向に延びる支持材の鉛直方向断面形状を略魚形とし、抵抗を小さくすることで、回転エネルギーの変換効率を改善した風車を提案している。また、平面視で基部から遠心方向にかけて弦長を次第に大とすることで支持材の強度を向上した風車を提供している。
　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。
特開２０１１－１６９２９２号公報 特開２０１７－０６６８７８号公報
　垂直軸風車では、翼とともに回転する支持材により翼と回転軸を連結する必要がある。支持材により翼を固定する場合、翼から回転軸へ作用する曲げモーメントを小さくするために、風車の回転翼であるロータの上下方向の中央部（以下、ロータ中央部と称す）に発電機を配置する形式がある。
　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を、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のように断面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。
　しかし、支持材４Ａがロータ中央部から翼端付近に向けて斜めに延びる形状であると、支持材４Ａが翼端の接合部に向かうにつれ、支持材４Ａと翼３の間の距離がｓ１からｓ２（図１０）と次第に短くなって、翼３と支持材４Ａが形成する空間が次第に小さくなる。そのため、支持材４Ａと翼３の接合部付近Ａでは、支持材４Ａに影響を与える気流と翼３に影響を与える気流が相互に干渉し合うことで、翼３への気流の流入を阻害する。
　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。
　この発明の目的は、翼を回転中心部材に連結する支持材がロータ中央部から翼端へと斜めに延びる形式の垂直軸風車において、翼端への気流の流入量が増えて、最大回転トルクが改善され、また支持材を簡素な形状としながら、支持材の曲げモーメントに対する剛性が向上するようにすることである。
　この発明の他の目的は、翼を回転中心部材に連結する支持材がロータ中央部から翼端へと斜めに延びる形式の垂直軸風車を用いた風力発電装置において、翼端付近への気流の流入量が増えて、発電効率が改善され、また支持材の曲げモーメントに対する剛性が向上するようにすることである。
　この発明の垂直軸風車は、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。
　この構成によると、支持材の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する形状であるため、前記支持材が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ても、翼端付近へ流入する気流を阻害することが緩和される。そのため、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て、最大回転トルクが改善される。
　また、支持材は、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。支持材は湾曲形状とするが、板状であるため、断面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。
　この発明の垂直軸風車において、前記支持材の翼端側の端部が、前記ロータの径方向に延びる折れ曲り部であってもよい。支持材の折れ曲がり部と各翼の翼端部を連結する場合、折れ曲がり部の形状が、平板状であり、翼の回転軸心に垂直な断面形状より大きくなることが望ましい。
　この構成の場合、翼と支持材の間の距離が翼端付近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、翼との接合部である支持材の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力発電装置は、この発明の垂直軸風車と、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。
　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。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきでない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係る垂直軸風車の斜視図である。 同垂直軸風車の支持材の水平断面形状を示す図である。 同垂直軸風車の正面図である。 図２のIII－III線断面図である。 図２のIＶ－ＩＶ線断面図である。 同垂直軸風車における断面図で作用を示す作用説明図である。 従来風車と実施例に係る風車の最大回転トルクを比較して示すグラフである。 同垂直軸風車を用いた風力発電装置の一例の正面図である。 この発明の第２の実施形態に係る垂直軸風車の斜視図である。 従来の垂直軸風車の斜視図である。 同従来の垂直軸風車の翼と支持材により形成される空間に対する模式図である。 同従来の垂直軸風車の正面図である。 図１２のXII－XII線断面図である。 翼端部付近の空間で支持材へ流入する気流の流れを示し、気流の流入を阻害する要因を示す説明図である。
　この発明の第１の実施形態に係る垂直軸風車および垂直軸発電装置を、図１Ａ～図７と共に説明する。
　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。
　回転中心部材２は、ロータ５の上下方向の中心であるロータ中央部にあり、図７に示すように、支柱６の上端に軸受（図示せず）を介して回転自在に支持されている。また、回転中心部材２は、ロータ中央部にある発電機７の回転入力部に連結され、または回転入力部と一体化されている。前記垂直軸風車１と発電機７とで、垂直軸発電装置が構成される。回転中心部材２と発電機７との間に、増速機（図示せず）が設けられていてもよい。前記支柱６は、例えば同図のようにポール状に構成され、または鉄塔として構成される。
　図１Ａにおいて、各翼３は揚力型の断面形状である。すなわち、各翼３は、回転軸心Ｏに垂直な断面形状が、回転方向の前縁が丸く全体的に湾曲した魚形などの翼型で代表される揚力型の形状である。各翼３の回転軌道径方向の内側の面である裏面は、平坦面であっても凸または凹形状の曲面であってもよい。
　支持材４は、各翼３に対し、回転中心部材２から翼３の上下の翼端付近へ斜めに延びて設けられている。図１Ａにおいて一点鎖線で囲った部分の水平断面図である図１Ｂに示すように、支持材４は、回転軸心Ｏに対向する向きに凸に湾曲した板状の形状とされている。
　図１Ａの例では、各支持材４の翼端側の端部は、ロータ径方向に延びて回転軸心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が翼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、平板状がより望ましく、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。
　上記構成の作用を説明する。
　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。
　図６に、従来風車と実施例に係る垂直軸風車の流体解析による最大回転トルクの比較を示す。実施例に係る垂直軸風車は、図１Ａ～図５に示した実施形態の垂直軸風車１であり、従来風車は実施例の垂直軸風車に対して、支持材４が平板状であることのみが異なる風車である。
　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。
　また、支持材４は、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４の曲げモーメントに対する剛性、つまり強度に優れる。支持材は湾曲形状とするが板状であるため、従来の断面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。
　支持材４の翼端側の端部は、傾斜状態で翼３に連結されずにロータ径方向に延びる折れ曲り部８となって翼３に連結されているため、翼３と支持材４の間の距離が翼端付近で零とならずにある程度保たれる。そのため、支持材４の翼端側の端部における気流の淀みが緩和され、最大回転トルクがより一層改善される。さらに、各翼３との接合部である支持材４の折れ曲り部８の形状が、各翼３の回転軸心Ｏに垂直な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。
　図８は第２の実施形態を示す。この実施形態は、翼３の端部に、回転軸心Ｏ側に延びる翼端板９を設けている。
　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。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付の請求の範囲から定まるこの発明の範囲内のものと解釈される。
１…垂直軸風車
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)

  1. 　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。
  2. 　請求項１に記載の垂直軸風車において、前記支持材の翼端側の端部が、前記ロータの径方向に延びる折れ曲り部である垂直軸風車。
  3. 　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。
PCT/JP2021/032869 2020-09-11 2021-09-07 垂直軸風車および垂直軸風力発電装置 WO2022054800A1 (ja)

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