WO2022202358A1 - 風車及び風力発電装置 - Google Patents

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    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to wind turbines and wind turbine generators.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-169292 (Patent Document 1) describes a vertical wind turbine for wind power generation.
  • the vertical wind turbine described in Patent Document 1 has a rotor, blades (wings), and horizontal support arms (support members).
  • the rotating body is rotatable around the central axis.
  • the blade has a main portion extending along the direction of the central axis of the rotating body (axial direction).
  • the support member connects the main portion of the blade and the rotor by extending along a direction (radial direction) perpendicular to the axial direction and passing through the central axis of the rotor.
  • the support is generally fish-shaped in cross-section perpendicular to the radial direction.
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 5527783 (Patent Document 2) describes a rotor for wind power generation.
  • the rotor described in Patent Literature 1 has a rotating shaft, blades (wings), and supports (supporting members).
  • the rotary shaft is rotatable around the central axis.
  • the blade extends along the central axis direction (axial direction) of the rotating shaft.
  • the support member connects the blade and the rotating shaft by extending along a direction (radial direction) perpendicular to the axial direction and passing through the central axis of the rotating shaft.
  • the support is streamlined in cross-section perpendicular to the radial direction.
  • JP 2011-169292 A Japanese Patent No. 5527783
  • the cross-sectional shape of the support material perpendicular to the radial direction is substantially fish-shaped or streamlined, thereby reducing the air resistance of the support material itself. thus improving the rotational energy conversion efficiency.
  • attention is not paid to the turbulence of the airflow at the connecting portion between the supporting member and the blade. Therefore, the wind turbine described in Patent Document 1 and the rotor described in Patent Document 2 have room for improvement in rotational energy conversion efficiency.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above. More specifically, the present invention provides a wind turbine and a wind turbine generator capable of improving rotational energy conversion efficiency.
  • the windmill of the present invention includes a shaft, blades, and support members.
  • the windmill is rotatable around the central axis of the shaft.
  • the wing has a wing body extending along an axial direction, which is the direction of the central axis.
  • the blade body In a cross-sectional view perpendicular to the axial direction, the blade body includes a leading edge that is the front end in the rotation direction of the wind turbine and a trailing edge that is the rear end in the rotation direction.
  • the support member connects the shaft and the blade body by extending along a radial direction perpendicular to the axial direction and passing through the central axis.
  • the support has a front end, which is the forward end in the rotational direction, and a rear end, which is the rearward end in the rotational direction.
  • a straight line passing through the middle position between the leading edge and the trailing edge and parallel to the radial direction intersects the chord line on the trailing edge side of the midpoint of the chord line connecting the leading edge and the trailing edge.
  • the leading edge at the end on the blade main body side is located on the trailing edge side of the position where the distance from the trailing edge is 2/3 of the length of the chord line in the direction of the chord line.
  • a straight line passing through the midpoint between the front end and the rear end and parallel to the radial direction may form an angle of less than 90° with the chord line.
  • the front end at the end on the blade main body side may be located on the trailing edge side of the center of gravity of the blade main body in the direction of the chord line.
  • the wind turbine generator of the present invention includes the above-described windmill and a generator that generates electricity by rotating the windmill around its central axis.
  • FIG. 1 is a front view of a wind turbine generator 100;
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view along II-II in FIG. 1;
  • 4 is a schematic diagram showing the relationship between the azimuth angle of the blade main body 12a and the wind direction.
  • wind turbine generator 100 (Configuration of wind turbine generator according to embodiment) The configuration of the wind turbine generator (hereinafter referred to as “wind turbine generator 100") according to the first embodiment will be described.
  • FIG. 1 is a front view of the wind turbine generator 100.
  • the wind turbine generator 100 has a windmill 10 and a generator 20 .
  • the generator 20 generates power as the wind turbine 10 rotates around a central axis A, which will be described later.
  • the wind turbine generator 100 is installed at a high place by being mounted on a pillar (not shown).
  • the windmill 10 is a vertical axis windmill (vertical windmill).
  • the wind turbine 10 has a shaft 11 , blades 12 and supports 13 .
  • the central axis of the shaft 11 be central axis A.
  • the direction of the central axis A be the axial direction.
  • a direction perpendicular to the axial direction and passing through the central axis A is defined as a radial direction.
  • the windmill 10 is rotatable around a central axis A.
  • the wind turbine 10 has two blades 12 arranged symmetrically with respect to the central axis A. As shown in FIG.
  • the number of blades 12 is not limited to this.
  • the shaft 11 extends axially.
  • the shaft 11 is rotatable around the central axis A.
  • the blade 12 has a blade body portion 12a, a blade tip inclined portion 12b, and a blade tip inclined portion 12c.
  • the wing body portion 12a extends along the axial direction.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view along II-II in FIG. As shown in FIG. 2, the wing main body 12a has a lift shape, for example, in a cross-sectional view perpendicular to the axial direction.
  • the blade main body 12a has a leading edge 12aa and a trailing edge 12ab.
  • the leading edge 12aa is the end of the blade body 12a on the forward side in the direction of rotation of the wind turbine 10 (indicated by the arrow in FIG. 2).
  • the trailing edge 12ab is the end of the blade main body 12a on the rear side in the rotation direction of the wind turbine 10 .
  • a potential line connecting the leading edge 12aa and the trailing edge 12ab is defined as a chord line 12ac.
  • the direction of the chord line 12ac is defined as the chord direction.
  • a point on the chord line 12ac at an intermediate position between the leading edge 12aa and the trailing edge 12ab is defined as an intermediate position MP.
  • the chordwise distance between the intermediate position MP and the leading edge 12aa is equal to the distance between the chordwise intermediate position MP and the trailing edge 12ab.
  • the center-of-gravity position of the blade main body 12a in a cross-sectional view orthogonal to the axial direction is defined as the center-of-gravity position GP.
  • the width of the blade main body 12a in the direction orthogonal to the chord direction is maximized on the leading edge 12aa side and decreases toward the trailing edge 12ab side from there. Therefore, the center-of-gravity position GP is closer to the leading edge 12aa than the intermediate position MP in the chord direction.
  • the center of gravity position GP may or may not be on the chord line 12ac. Note that FIG. 2 shows an example in which the position of the center of gravity GP is on the chord line 12ac.
  • the position P is the position where the distance from the trailing edge 12ab in the chord direction is 2/3 of the chord length (the length of the chord line 12ac). The position P is closer to the leading edge 12aa than the middle position MP and the center-of-gravity position GP in the chord direction.
  • the wing body portion 12a has an inner side surface 12ad and an outer side surface 12ae.
  • the inner side surface 12ad is a surface of the surface of the blade main body 12a facing the central axis A side (radially inward).
  • the outer side surface 12ae is a surface of the surface of the blade main body 12a facing the opposite side (radially outward) of the central axis A. From another point of view, the outer surface 12ae is the opposite surface of the inner surface 12ad in the radial direction.
  • the blade tip inclined portion 12b is connected to one axial end (upper end) of the blade body portion 12a.
  • the blade tip inclined portion 12b extends upward from the upper end of the blade body portion 12a while being inclined radially inward.
  • the blade tip inclined portion 12c is connected to the other axial end (lower end) of the blade body portion 12a.
  • the blade tip inclined portion 12c extends downward from the lower end of the blade body portion 12a while being inclined radially inward.
  • the support member 13 extends along the radial direction.
  • the shaft 11 and the wing 12 (wing body portion 12a) are connected by the support member 13 extending along the radial direction.
  • the support member 13 is connected to the inner side surface 12ad side of the blade body portion 12a.
  • the support member 13 has a front end 13a and a rear end 13b in plan view (when viewed along the axial direction).
  • the front end 13 a is the end of the support member 13 on the front side in the rotation direction of the wind turbine 10 .
  • the rear end 13b is the end of the support member 13 on the rear side in the rotation direction of the wind turbine 10 .
  • a straight line passing through the intermediate position between the front end 13a and the rear end 13b and parallel to the radial direction is defined as a straight line 13c.
  • the straight line 13c and the chord line 12ac intersect at the intersection point CP.
  • the intersection CP is closer to the trailing edge 12ab than the intermediate position MP in the chord direction.
  • the straight line 13c forms an angle ⁇ with the chord line 12ac.
  • Angle ⁇ is, for example, less than 90°.
  • the front end 13a at the end of the support member 13 on the wing main body 12a side is closer to the trailing edge 12ab than the position P in the chord direction.
  • the front end 13a at the end of the support member 13 on the wing main body 12a side is located closer to the trailing edge 12ab than the center of gravity position GP in the chord direction.
  • the support member 13 has a smooth shape such as a streamlined shape or an elliptical shape, for example.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the azimuth angle of the blade body 12a and the wind direction.
  • the azimuth angle of the blade main body 12a is 0° when the wind direction is rotated 90° with respect to the direction from the trailing edge 12ab toward the leading edge 12aa.
  • the azimuth angle of the blade body 12a increases as the wind turbine 10 rotates counterclockwise.
  • the azimuth angle returns to 0°.
  • FIG. 4 is a schematic graph showing the relationship between the rotation time of the wind turbine 10 and the rotation torque applied to the wind turbine 10 when the number of blades 12 is two. As shown in FIG. 4, the rotational torque applied to the wind turbine 10 becomes maximum when the azimuth angle of the blade body 12a is near 0°.
  • wind power generator 200 (Effects of the wind turbine generator according to the embodiment) The effects of the wind power generator 100 will be described below in comparison with a wind power generator according to a comparative example (hereinafter referred to as "wind power generator 200").
  • the wind turbine generator 200 has a windmill 10 and a generator 20 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the wind turbine generator 200. As shown in FIG. FIG. 5 shows a cross section at a position corresponding to II-II in FIG. As shown in FIG. 5 , in the wind turbine generator 200 , the wind turbine 10 has a shaft 11 (not shown in FIG. 5), blades 12 and supports 13 . Regarding these points, the configuration of the wind turbine generator 200 is common to the configuration of the wind turbine generator 100 .
  • the center-of-gravity position GP is on the straight line 13c. That is, in the wind turbine generator 200, the intersection point CP between the straight line 13c and the chord line 12ac is closer to the leading edge 12aa than the intermediate position MP.
  • the configuration of the wind turbine generator 200 differs from the configuration of the wind turbine generator 100 .
  • the straight line 13c and the chord line 12ac form, for example, a right angle.
  • the support member 13 can easily support the centrifugal force acting on the blade 12 (blade body 12a).
  • the wind turbine generator 200 has room for improvement in rotational energy conversion efficiency.
  • the rotational force of the wind turbine 10 is mainly generated around the inner surface 12ad near the leading edge 12aa (the area indicated by the dotted line in FIG. 5, hereinafter referred to as the "negative pressure generation area”). ) is the negative pressure generated.
  • the supporting member 13 is connected to the blade main body 12a so that the center of gravity GP is on the straight line 13c. close to the area. Airflow turbulence is likely to occur at the connecting portion between the support member 13 and the blade body portion 12a. As a result of this turbulence of the airflow interfering with the airflow flowing through the negative pressure generating region, the airflow flowing through the negative pressure generating region is separated from the inner surface 12ad and the rotational force of the wind turbine 10 is reduced.
  • the intersection point CP between the straight line 13c and the chord line 12ac is closer to the trailing edge 12ab than the intermediate position MP.
  • the connecting portion can be separated from the negative pressure generating region, and turbulence of the airflow generated at the connecting portion between the support member 13 and the blade body portion 12a is less likely to interfere with the negative pressure generating region.
  • the angle (angle ⁇ ) formed by the straight line 13c and the chord line 12ac in the wind turbine generator 100 is less than 90°, the rotational trajectories of the leading edge 12aa and the trailing edge 12ab can be arranged on the same radius. Therefore, the projected area of the blade body 12a when viewed from the side is reduced. Therefore, in this case, the rotational resistance of the wind turbine 10 can be reduced, and the rotational energy conversion efficiency can be improved.
  • the above embodiments are particularly advantageously applied to vertical axis wind turbines and wind power generators having vertical axis wind turbines.

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Abstract

風車（１０）は、軸（１１）と、翼（１２）と、支持材（１３）とを備える。風車は、軸の中心軸（Ａ）回りに回転可能である。翼は、中心軸の方向である軸方向に沿って延在している翼本体部（１２ａ）を有する。翼本体部は、軸方向に直交している断面視において、風車の回転方向の前方側の端である前縁（１２ａａ）と、回転方向の後方側の端である後縁（１２ａｂ）とを含む。支持材は、軸方向に直交し、かつ中心軸を通る径方向に沿って延在することにより、軸と翼本体部とを接続している。支持材は、回転方向の前方側の端である前端（１３ａ）と、回転方向の後方側の端である後端（１３ｂ）とを有する。前端と後端との中間位置を通り、かつ径方向に平行な直線（１３ｃ）は、前縁と後縁とを結んだ翼弦線（１２ａｃ）の中点（ＭＰ）よりも後縁側において翼弦線と交差している。

Description

風車及び風力発電装置
　本発明は、風車及び風力発電装置に関する。
　特開２０１１－１６９２９２号公報（特許文献１）には、風力発電用の縦型風車が記載されている。特許文献１に記載の縦型風車は、回転体と、ブレード（翼）と、水平支持腕（支持材）とを有している。回転体は、中心軸回りに回転可能になっている。翼は、回転体の中心軸の方向（軸方向）に沿って延在している主部を有している。支持材は、軸方向に直交し、かつ回転体の中心軸を通る方向（径方向）に沿って延在することにより、ブレードの主部と回転体とを接続している。支持材は、径方向に直交している断面において、略魚形である。
　特許第５５２７７８３号公報（特許文献２）には、風力発電用のロータが記載されている。特許文献１に記載のロータは、回転軸と、ブレード（翼）と、支持台（支持材）とを有している。回転軸は、中心軸回りに回転可能になっている。翼は、回転軸の中心軸の方向（軸方向）に沿って延在している。支持材は、軸方向に直交し、かつ回転軸の中心軸を通る方向（径方向）に沿って延在することにより、ブレードと回転軸とを接続している。支持材は、径方向に直交している断面において、流線形である。
特開２０１１－１６９２９２号公報 特許第５５２７７８３号公報
　特許文献１に記載の風車及び特許文献２に記載のロータでは、径方向に直交している支持材の断面形状が略魚形又は流線形とされることにより、支持材自体の空気抵抗を低減して回転エネルギー変換効率が改善されている。しかしながら、特許文献１に記載の風車及び特許文献２に記載のロータでは、支持材と翼との接続部における気流の乱れには着眼されていない。そのため、特許文献１に記載の風車及び特許文献２に記載のロータは、回転エネルギー変換効率に改善の余地がある。
　本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、回転エネルギー変換効率を改善可能な風車及び風力発電装置を提供する。
　本発明の風車は、軸と、翼と、支持材とを備えている。風車は、軸の中心軸回りに回転可能である。翼は、中心軸の方向である軸方向に沿って延在している翼本体部を有する。翼本体部は、軸方向に直交している断面視において、風車の回転方向の前方側の端である前縁と、回転方向の後方側の端である後縁とを含む。支持材は、軸方向に直交し、かつ中心軸を通る径方向に沿って延在することにより、軸と翼本体部とを接続している。支持材は、回転方向の前方側の端である前端と、回転方向の後方側の端である後端とを有する。前端と後端との中間位置を通り、かつ径方向に平行な直線は、前縁と後縁とを結んだ翼弦線の中点よりも後縁側において翼弦線と交差している。
　上記の風車では、翼本体部側の端部にある前端が、翼弦線の方向において、後縁からの距離が翼弦線の長さの２／３となる位置よりも後縁側にある。
　上記の風車では、前端と後端との中間位置を通り、かつ径方向に平行な直線が、翼弦線と９０°未満の角度をなしていてもよい。
　上記の風車では、翼本体部側の端部にある前端が、翼弦線の方向において、翼本体部の重心位置よりも後縁側にあってもよい。
　本発明の風力発電装置は、上記の風車と、風車の中心軸回りの回転により発電を行う発電機とを備えている。
　本発明の風車及び風力発電装置によると、回転エネルギー変換効率を改善可能である。
風力発電装置１００の正面図である。 図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。 翼本体部１２ａのアジマス角と風向との関係を示す模式図である。 翼１２が２枚である場合の風車１０の回転時間と風車１０に加わる回転トルクとの関係を示す模式的なグラフである。 風力発電装置２００の断面図である。
　本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
　（実施形態に係る風力発電装置の構成）
　第１実施形態に係る風力発電装置（以下においては、「風力発電装置１００」とする）の構成を説明する。
　図１は、風力発電装置１００の正面図である。図１に示されるように、風力発電装置１００は、風車１０と、発電機２０とを有している。発電機２０は、風車１０が後述する中心軸Ａ回りに回転することにより、発電を行う。風力発電装置１００は、図示しない支柱上に取り付けられることにより、高所に設置される。
　風車１０は、垂直軸風車（縦型風車）である。風車１０は、軸１１と、翼１２と、支持材１３とを有している。軸１１の中心軸を、中心軸Ａとする。中心軸Ａの方向を、軸方向とする。軸方向に直交し、かつ中心軸Ａを通る方向を、径方向とする。風車１０は、中心軸Ａ回りに回転可能である。図１に示される例では、風車１０は、中心軸Ａに関して対称な位置に配置されている２つの翼１２を有している。但し、翼１２の数は、これに限られない。
　軸１１は、軸方向に延在している。軸１１は、中心軸Ａ回りに回転可能である。翼１２は、翼本体部１２ａと、翼端傾斜部１２ｂと、翼端傾斜部１２ｃとを有している。翼本体部１２ａは、軸方向に沿って延在している。図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図２に示されるように、翼本体部１２ａは、例えば、軸方向に直交している断面視において、揚力形である。
　軸方向に直交している断面視において、翼本体部１２ａは、前縁１２ａａと、後縁１２ａｂとを有している。前縁１２ａａは、風車１０の回転方向（図２中に矢印で示されている）の前方側にある翼本体部１２ａの端である。後縁１２ａｂは、風車１０の回転方向の後方側にある翼本体部１２ａの端である。前縁１２ａａと後縁１２ａｂとを結んだ可能線を、翼弦線１２ａｃとする。翼弦線１２ａｃの方向を、翼弦方向とする。
　前縁１２ａａと後縁１２ａｂとの中間位置にある翼弦線１２ａｃ上の点を、中間位置ＭＰとする。翼弦方向における中間位置ＭＰと前縁１２ａａとの間の距離は、翼弦方向における中間位置ＭＰと後縁１２ａｂとの間の距離に等しい。
　軸方向に直交している断面視における翼本体部１２ａの重心位置を、重心位置ＧＰとする。翼弦方向に直交している方向における翼本体部１２ａの幅は、前縁１２ａａ側で最大となり、そこから後縁１２ａｂ側に向かうにしたがって小さくなる。そのため、重心位置ＧＰは、翼弦方向において中間位置ＭＰよりも前縁１２ａａ側にある。重心位置ＧＰは、翼弦線１２ａｃ上にあってもよく、翼弦線１２ａｃ上になくてもよい。なお、図２には、重心位置ＧＰが翼弦線１２ａｃ上にある場合の例が示されている。
　翼弦方向における後縁１２ａｂからの距離が翼弦長（翼弦線１２ａｃの長さ）の２／３になる位置を、位置Ｐとする。位置Ｐは、翼弦方向において、中間位置ＭＰ及び重心位置ＧＰよりも前縁１２ａａ側にある。
　翼本体部１２ａは、内側面１２ａｄと、外側面１２ａｅとを有している。内側面１２ａｄは、翼本体部１２ａの表面のうちの中心軸Ａ側（径方向内側）を向いている面である。外側面１２ａｅは、翼本体部１２ａの表面のうちの中心軸Ａとは反対側（径方向外側）を向いている面である。このことを別の観点から言えば、外側面１２ａｅは、径方向における内側面１２ａｄの反対面である。
　図１に示されるように、翼端傾斜部１２ｂは、翼本体部１２ａの軸方向における一方端（上端）に接続されている。翼端傾斜部１２ｂは、径方向内側に向かって傾斜しながら、翼本体部１２ａの上端から上方に延在している。翼端傾斜部１２ｃは、翼本体部１２ａの軸方向における他方端（下端）に接続されている。翼端傾斜部１２ｃは、径方向内側に傾斜しながら、翼本体部１２ａの下端から下方に延在している。
　支持材１３は、径方向に沿って延在している。支持材１３が径方向に沿って延在していることにより、軸１１と翼１２（翼本体部１２ａ）とが接続されている。支持材１３は、翼本体部１２ａの内側面１２ａｄ側に接続されている。図２に示されるように、支持材１３は、平面視において（軸方向に沿って見た際に）、前端１３ａと、後端１３ｂとを有している。前端１３ａは、風車１０の回転方向の前方側にある支持材１３の端である。後端１３ｂは、風車１０の回転方向の後方側にある支持材１３の端である。
　前端１３ａと後端１３ｂとの中間位置を通り、かつ径方向に平行な直線を、直線１３ｃとする。直線１３ｃ及び翼弦線１２ａｃは、交点ＣＰで交わっている。交点ＣＰは、翼弦方向において、中間位置ＭＰよりも後縁１２ａｂ側にある。直線１３ｃは、翼弦線１２ａｃとの間で角度θをなしている。角度θは、例えば、９０°未満である。
　支持材１３の翼本体部１２ａ側の端部にある前端１３ａは、翼弦方向において、位置Ｐよりも後縁１２ａｂ側にある。好ましくは、支持材１３の翼本体部１２ａ側の端部にある前端１３ａは、翼弦方向において、重心位置ＧＰよりも後縁１２ａｂ側にある。
　図示されていないが、径方向に直交している断面視において、支持材１３は、例えば、流線型、楕円等の滑らかな形状になっている。
　図３は、翼本体部１２ａのアジマス角と風向との関係を示す模式図である。翼本体部１２ａのアジマス角は、風向が後縁１２ａｂから前縁１２ａａに向かう方向に対して９０°回転しているときに、０°となる。図３の例では、翼本体部１２ａのアジマス角は、風車１０が反時計回りに回転していくにしたがって翼本体部１２ａのアジマス角が増加し、風車１０が１周すると翼本体部１２ａのアジマス角は、０°に戻る。
　図４は、翼１２が２枚である場合の風車１０の回転時間と風車１０に加わる回転トルクとの関係を示す模式的なグラフである。図４に示されるように、風車１０に加わる回転トルクは、翼本体部１２ａのアジマス角が０°付近になるときに、最大となる。
　（実施形態に係る風力発電装置の効果）
　以下に、風力発電装置１００の効果を、比較例に係る風力発電装置（以下においては、「風力発電装置２００」とする）と対比しながら説明する。
　風力発電装置２００は、風車１０と、発電機２０とを有している。図５は、風力発電装置２００の断面図である。図５には、図１中のＩＩ－ＩＩに対応する位置の断面が示されている。図５に示されるように、風力発電装置２００では、風車１０が、軸１１（図５中において図示せず）と、翼１２と、支持材１３を有している。これらの点に関して、風力発電装置２００の構成は、風力発電装置１００の構成と共通している。
　しかしながら、風力発電装置２００では、重心位置ＧＰが、直線１３ｃ上にある。すなわち、風力発電装置２００では、直線１３ｃと翼弦線１２ａｃとの交点ＣＰが、中間位置ＭＰよりも前縁１２ａａ側にある。この点に関して、風力発電装置２００の構成は、風力発電装置１００の構成と異なっている。なお、風力発電装置２００では、直線１３ｃと翼弦線１２ａｃとが、例えば直角をなしている。
　風力発電装置２００では、重心位置ＧＰが直線１３ｃ上にあるため、翼１２（翼本体部１２ａ）に加わる遠心力を支持材１３により支持しやすい。しかしながら、風力発電装置２００では、回転エネルギー変換効率に改善の余地がある。
　より具体的には、風車１０の回転力を生み出しているのは、主として前縁１２ａａ近傍にある内側面１２ａｄの周囲（図５中において点線で示されている領域、以下「負圧発生領域」とする）に発生する負圧である。風力発電装置２００では、直線１３ｃ上に重心位置ＧＰがあるように支持材１３が翼本体部１２ａに接続されているため、支持材１３と翼本体部１２ａとの接続部の位置が負圧発生領域に近くなる。支持材１３と翼本体部１２ａとの接続部には、気流の乱れが発生しやすい。この気流の乱れが負圧発生領域を流れている気流に干渉する結果、負圧発生領域を流れる気流を内側面１２ａｄから剥離させ、風車１０の回転力を低下させる。
　他方で、風力発電装置１００では、直線１３ｃと翼弦線１２ａｃとの交点ＣＰが中間位置ＭＰよりも後縁１２ａｂ側にあるため、風力発電装置１００では、支持材１３と翼本体部１２ａとの接続部を負圧発生領域から離すことができ、支持材１３と翼本体部１２ａとの接続部で発生する気流の乱れが負圧発生領域に干渉しにくくなる。このように、風力発電装置１００によると、支持材１３と翼本体部１２ａとの接続部で発生する気流の乱れによる風車１０の回転力低下を抑制することができるため、回転エネルギー変換効率を改善することができる。
　風力発電装置１００において翼本体部１２ａ側の支持材１３の端部にある前端１３ａが翼弦方向において位置Ｐ（又は重心位置ＧＰ）よりも後縁１２ａｂ側にある場合、支持材１３と翼本体部１２ａとの接続部を負圧発生領域からさらに離すことができるため、回転エネルギー変換効率をさらに改善することができる。
　風力発電装置１００において直線１３ｃと翼弦線１２ａｃとがなす角度（角度θ）が９０°未満である場合、前縁１２ａａ及び後縁１２ａｂの回転軌跡を同一径上に配置することが可能となるため、翼本体部１２ａの側方から見た際の投影面積が小さくなる。そのため、この場合には、風車１０の回転抵抗を減らし、回転エネルギー変換効率を改善することができる。
　以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。
　上記の実施形態は、垂直軸風車及び垂直軸風車を有する風力発電装置に特に有利に適用される。
　１０　風車、１１　軸、１２　翼、１２ａ　翼本体部、１２ａａ　前縁、１２ａｂ　後縁、１２ａｄ　内側面、１２ａｅ　外側面、１２ｂ　翼端傾斜部、１２ｃ　翼端傾斜部、１３　支持材、１３ａ　前端、１３ｂ　後端、１３ｃ　直線、２０　発電機、１００，２００　風力発電装置、Ａ　中心軸、ＣＰ　交点、ＧＰ　重心位置、ＭＰ　中間位置、Ｐ　位置。

Claims (5)

  1. 　風車であって、
    　軸と、翼と、支持材とを備え、
    　前記風車は、前記軸の中心軸回りに回転可能であり、
    　前記翼は、前記中心軸の方向である軸方向に沿って延在している翼本体部を有し、
    　前記翼本体部は、前記軸方向に直交している断面視において、前記風車の回転方向の前方側の端である前縁と、前記回転方向の後方側の端である後縁とを含み、
    　前記支持材は、前記軸方向に直交し、かつ前記中心軸を通る径方向に沿って延在することにより、前記軸と前記翼本体部とを接続しており、
    　前記支持材は、前記回転方向の前方側の端である前端と、前記回転方向の後方側の端である後端とを有し、
    　前記前端と前記後端との中間位置を通り、かつ前記径方向に平行な直線は、前記前縁と前記後縁とを結んだ翼弦線の中点よりも前記後縁側において前記翼弦線と交差している、風車。
  2. 　前記翼本体部側の端部にある前記前端は、前記翼弦線の方向において、前記後縁からの距離が前記翼弦線の長さの２／３となる位置よりも前記後縁側にある、請求項１に記載の風車。
  3. 　前記直線は、前記翼弦線と９０°未満の角度をなしている、請求項１又は請求項２に記載の風車。
  4. 　前記翼本体部側の端部にある前記前端は、前記翼弦線の方向において、前記翼本体部の重心位置よりも前記後縁側にある、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の風車。
  5. 　請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の前記風車と、
    　前記風車の前記中心軸回りの回転により発電を行う発電機とを備える、風力発電装置。
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