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揚力型垂直軸風車の翼及び風車並びに発電装置 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P120007198
整理番号 H23-024
掲載日 2012年4月4日
出願番号 特願2012-006927
公開番号 特開2013-147940
登録番号 特許第6035545号
出願日 平成24年1月17日(2012.1.17)
公開日 平成25年8月1日(2013.8.1)
登録日 平成28年11月11日(2016.11.11)
発明者
  • 原 豊
出願人
  • 国立大学法人鳥取大学
発明の名称 揚力型垂直軸風車の翼及び風車並びに発電装置 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】垂直軸風車の起動性を向上させるとともに、高速回転における効率も高い値に維持しつつ、風車の騒音や振動を抑制し得る垂直軸風車を提供する。
【解決手段】翼の垂直断面を成す曲線の形状が、垂直軸の近傍を出発点として、前記垂直軸から半径方向に離れるに従って前記軸方向に単調に増加した後、軸方向の最大値をとり、その後減少に転じて、前記軸からの半径方向距離が最大となる点において曲線の傾きが負の無限大となり、その後、曲線の傾きの符号を正に転じ、前記軸からの半径方向距離を単調に減少させながら前記軸方向における距離が最小となる点に至り、そこで曲線の傾きの符号を負に転じて、前記軸からの半径方向距離を単調に減少させながら当該曲線の出発点近傍あるいは出発点と同一点に至るような曲線で形成される形状である垂直軸風車の翼。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


垂直軸風車の出力は風向依存性がないため、風向変化が激しい場所では水平軸風車に対して優位になる可能性がある。また、ヨー制御(方向制御)が必要でないことから構造がシンプルになり、風車の製造コストが低減できる可能性がある。しかし、一般に、効率が水平軸風車並みに高くできる揚力型の垂直軸風車は起動性が悪いという欠点がある。



これを改善する方法として、ダリウス型直線翼垂直軸風車において、主翼の内側に補助翼を取り付け、風車の起動性を向上させる構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、翼端の数が増えるため、渦の発生箇所が増加することによって、揚力の減少や騒音の発生が危惧される。さらに、直線翼の場合、翼を回転軸に取り付けるアームが必要であり、アームによる抵抗損失が増加する。また、構造的に複雑になるので、製造コストが増加する問題もある。



また、揚力型垂直軸風車の風車上部から下部に向けて、翼の弦長が単調に増加するテーパー翼を複数個配置し、風車重心位置を鉛直下方に大幅(上端から風車高さの約75%位置)に下げた風車構造が提案されている(例えば、特許文献2参照)。この構造により、風車重心と回転軸を支える軸受間距離を縮めることが可能となり、特に片持ち支持の場合に風車の振動抑制が期待されているほか、起動性と高速回転における効率向上の両立が期待できるとしている。また、低重心構造により、アームや風車内の中央支柱などの抵抗体の排除も期待できるとしている。



しかし、この低重心化では、風車重心と軸受(あるいは発電機)間の距離は依然として風車高さの1/4程度は残っている。また、風車高さの中央部(赤道部)では、回転軸から翼までの距離が長いため大きなトルクを発生できるが、中央部から離れて上端あるいは下端近くになると回転軸から翼までの距離が短くなるため、トルクが減少するという欠点がある。

産業上の利用分野


本発明は、垂直軸風車の翼及び風車並びに発電装置に関し、特に翼の形状に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
揚力型垂直軸風車用の翼の形状に関するものであって、翼の垂直断面を成す曲線の形状が、垂直軸の近傍を出発点として、前記垂直軸から半径方向に離れるに従って前記軸方向に単調に増加した後、軸方向の最大座標値をとり、その後減少に転じて、前記軸からの半径方向座標値が最大となる点において曲線の傾きが負の無限大となり、その後、曲線の傾きの符号を正に転じ、前記軸からの半径方向座標値を単調に減少させながら前記軸方向における座標値が最小となる点に至り、そこで曲線の傾きの符号を負に転じて、前記軸からの半径方向座標値を単調に減少させながら当該曲線の出発点近傍あるいは出発点と同一点に至るような曲線で形成される形状であることを特徴とする揚力型垂直軸風車の翼。

【請求項2】
揚力型垂直軸風車用の翼の形状に関するものであって、翼の垂直断面を成す曲線の形状が、垂直軸の近傍を出発点として、前記垂直軸から半径方向に離れるに従って前記軸方向に単調に増加した後、軸方向の最大座標値をとり、その後減少に転じて、前記軸からの半径方向座標値が最大となる点において曲線の傾きが負の無限大となり、その後、曲線の傾きの符号を正に転じ、前記軸からの半径方向座標値を単調に減少させながら前記軸方向における座標値が最小となる点に至り、そこで曲線の傾きの符号を負に転じて、前記軸からの半径方向座標値を単調に減少させながら当該曲線の出発点近傍あるいは出発点と同一点に至るような曲線で形成される形状であり、かつ翼弦長の値が翼の最大半径方向座標値において最小であり半径方向座標値が小さくなるにつれ次第に大きくなり翼根元部分で最大となることを特徴とする揚力型垂直軸風車の翼。

【請求項3】
揚力型垂直軸風車用の翼の形状に関するものであって、翼の垂直断面を成す曲線の形状が、垂直軸の近傍を出発点として、前記垂直軸から半径方向に離れるに従って前記軸方向に単調に増加した後、軸方向の最大座標値をとり、その後減少に転じて、前記軸からの半径方向座標値が最大となる点において曲線の傾きが負の無限大となり、その後、曲線の傾きの符号を正に転じ、前記軸からの半径方向座標値を単調に減少させながら前記軸方向における座標値が最小となる点に至り、そこで曲線の傾きの符号を負に転じて、前記軸からの半径方向座標値を単調に減少させながら当該曲線の出発点近傍あるいは出発点と同一点に至るような曲線で形成される形状であり、かつ翼弦長の値が翼の最大半径方向座標値において最大であり半径方向座標値が小さくなるにつれ次第に小さくなり翼根元部分で最小となることを特徴とする揚力型垂直軸風車の翼。

【請求項4】
請求項1、2または3に記載の翼を、前記垂直軸の軸対称に複数個配置して構成されたことを特徴とする風車。

【請求項5】
請求項4に記載の風車の重心位置近傍に発電機を備えたことを特徴とする発電装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012006927thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) 高起動性と高効率を両立するバタフライ風車
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