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VANE FOR VERTICAL SHAFT WIND TURBINE, WIND TURBINE AND ELECTRIC POWER GENERATOR meetings

Patent code P120007198
File No. H23-024
Posted date Apr 4, 2012
Application number P2012-006927
Publication number P2013-147940A
Patent number P6035545
Date of filing Jan 17, 2012
Date of publication of application Aug 1, 2013
Date of registration Nov 11, 2016
Inventor
  • (In Japanese)原 豊
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人鳥取大学
Title VANE FOR VERTICAL SHAFT WIND TURBINE, WIND TURBINE AND ELECTRIC POWER GENERATOR meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vertical shaft wind turbine capable of restraining noise and vibration of the wind turbine while improving the starting performance of the vertical shaft wind turbine and maintaining the efficiency in high speed rotation at a high value.
SOLUTION: A vane of a vertical shaft wind turbine has a vertical section of a curved shape with the vicinity of the vertical shaft as its starting point increasing monotonously in the shaft direction as it separates from the vertical shaft in the radial direction to have the maximum value in the shaft direction, then reducing to have the inclination of the curve as negative infinity at a point to have the radial direction distance from the shaft maximum, then having the inclination of the curve changed to the positive side for reducing the radial direction distance from the shaft monotonously to reach at a point to have the distance in the shaft direction minimum to have the inclination of the curve changed to the negative side for monotonously reducing the radial direction distance from the shaft to reach to the vicinity of the starting point of the curve or at the starting point.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2012006927thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) (In Japanese) 高起動性と高効率を両立するバタフライ風車
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