(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に垂直方向の回転軸２を備えるとともに該回転軸２を中心として所定角度ごとに複数のブレード３を、前記回転軸２の周囲に平行に配置し、当該各ブレード３が１．０以上の揚力係数を有する流線型の翼型で、垂直軸型の風力発電用風車１を構成するとともに、当該風力発電用風車１の各ブレード３は、その翼型の膨らみが大きい面（外周側の面）を表面５とし、翼型の膨らみが小さい面（内周側の面）を裏面６とし、かつ各ブレード３の外皮は、アルミニウム合金やチタニウム合金などの軽金属、あるいは繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの複合材からなる薄板状の素材にて形成するとともに各ブレード３の前部１１を中空部１２とし、該前部１１に表カバー材１９と裏カバー材２１からなる後側部材を連結する表面連結部１３と裏面連結部１４とから成る連結部を設けることにより構成した風力発電用風車１において、
前記各ブレード３には、その翼弦に対して前記回転軸２側の面となる裏面６に複数の開口部５１を、前縁５２と後縁５３との間で前縁５２から５５％〜９５％の範囲内に開口するとともに前記開口部５１の合計面積が裏面６の面積の３０％〜５％とすることにより構成したことを特徴とする風力発電用風車。
【請求項２】
中心に垂直方向の回転軸２を備えるとともに該回転軸２を中心として所定角度ごとに複数のブレード３を、前記回転軸２の周囲に平行に配置し、当該各ブレード３が１．０以上の揚力係数を有する流線型の翼型で、垂直軸型の風力発電用風車１を構成するとともに、当該風力発電用風車１の各ブレード３は、その翼型の膨らみが大きい面（外周側の面）を表面５とし、翼型の膨らみが小さい面（内周側の面）を裏面６とし、かつ各ブレード３の外皮は、アルミニウム合金やチタニウム合金などの軽金属、あるいは繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの複合材からなる薄板状の素材にて形成するとともに各ブレード３の前部１１を中空部１２とし、該前部１１に表カバー材１９と裏カバー材２１からなる後側部材を連結する表面連結部１３と裏面連結部１４とから成る連結部を設けることにより構成した風力発電用風車１において、
前記各ブレード３には、その翼弦に対して前記回転軸２側の面となる裏面６に複数の開口部５１を、前縁５２と後縁５３との間で前縁５２から５５％〜９５％の範囲内に開口するとともに前記開口部５１の合計面積が裏面６の面積の３０％〜５％とすることにより構成するとともに前記各ブレード３の前部１１は、中空部１２と該中空部１２と別体に設けられた分割部６１とから成り、かつ前記分割部６１は、前記表面連結部１３と裏面連結部１４の前端を板状の連結材６２により連結した略コ字形形状に形成するとともに、前記中空部１２の連結材７にある溝状の嵌合溝７Ａを設け、前記連結材６２には前記嵌合溝７Ａに勘合する嵌合部６２Ａを設け、前記中空部１２と分割部６１との連結手段６３を設けることにより構成したことを特徴とする風力発電用風車。
【請求項３】
前記各開口部５１は、前縁５２と後縁５３との間で前縁５２から７５％〜９５％の範囲内に開口して設けるとともに前記開口部５１の合計面積が裏面の面積の３０％〜５％とすることにより構成したことを特徴とする請求項１または２記載の風力発電用風車。
【請求項４】
前記ブレード３の前部１２より表カバー材１９と裏カバー材２１から成る後側部材を薄い部材にて形成することにより構成したことを特徴とする請求項１〜３記載の風力発電用風車。
【請求項５】
前記各ブレード３の前部１２は、アルミニウム合金の押出成形により形成して構成したことを特徴とする請求項１〜４記載の風力発電用風車。
【請求項６】
請求項１，２記載の風力発電用風車の製造方法において、前記各ブレード３の少なくとも一部をアルミニウム合金の押出成形により製造することを特徴とする風力発電用風車の製造方法。
【請求項７】
前記各ブレード３の前記前部１２をアルミニウム合金の押出成形により製造することを特徴とする請求項６記載の風力発電用風車の製造方法。
【請求項８】
前記前部１２に、後側部材を連結する連結部を設けることにより製造することを特徴とする請求項７記載の風力発電用風車の製造方法。
【請求項９】
前記前部１２の厚さより前記後側部材を薄く製造することを特徴とする請求項８記載の風力発電用風車の製造方法。
【請求項１０】
前記連結部をアルミニウム合金の押出成形により製造することを特徴とする請求項８記載の風力発電用風車の製造方法。
【請求項１１】
前記連結部の端部に前記後側部材の厚さに対応した段部を設け、この段部に前記後側部材の前側を配置することを特徴とする請求項９記載の風力発電用風車の製造方法。
【請求項１２】
前記前部１２と前記分割部６１とを連結する連結手段６３を備えることにより製造することを特徴とする請求項２記載の風力発電用風車の製造方法。
【請求項１３】
前記連結手段６３は、前記前部１２と前記分割部６１の一方に設けた嵌合部６２Ａと、他方に設けた嵌合受部７Ａを備えることにより製造することを特徴とする請求項１２記載の風力発電用風車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電用風車とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直軸垂直翼型の風力発電において、風力発電用のブレードを風に力により回転させるためには、風の力によりブレードを押す力である抗力と、回転によりブレードに発生する揚力とを用いて発電が行われる。【０００３】
抗力を用いる風力発電としては、受風面積を重視した形状のサボニウス型が一般的に知られ、風速１ｍ／秒程度の微風によりブレードを回転させることができるが、回転中における回転トルクが風速以上に得られない。また、揚力を用いる風力発電としては、航空機同様の羽形状によるジャイロミル型が一般的に知られ、回転中に発生する微風ではブレードを回転させることができない。【０００４】
このような問題を考慮して、航空機同様の羽形状のブレードの内面側一部を切り欠くことにより、回転始動時の抗力を得て微風により回転を行うことができるジャイロミル型の風車が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特許第３４５１０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の風車では、ブレードの内面側の一部を切り欠いたために、回転中に起こる風の乱れを解決することができなかった。このため揚力が減少し、本来あるべき回転トルクが低下するため、風力発電の目的である高い発電量を得ることができなかった。【０００６】
ところで、従来の垂直軸垂直翼型の風力発電機において、航空機同様の羽形状を有するブレードでは、アルミニウム合金の薄板を曲げ加工したものが用いられているが、ブレードの前縁部分の形状の均一性が得られにくいため、空気の流れに乱れを生じるという問題があり、また、強度が得られにくく、ねじりなどが発生する虞がある。【０００７】
そこで、本発明は、微風での起動が可能で、回転に伴う風の乱れを抑制し、発電効率に優れた風力発電用風車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、垂直軸に直交する面内で、該回転軸を中心として所定角度ごとに複数のブレードが設けられ、前記ブレードが１．０以上の揚力係数を有する流線形の翼型である風力発電用の風車において、翼弦に対して前記回転軸側の面には、翼弦長に対して前縁から５５％〜９５％の範囲内に開口部を設けたものである。【０００９】
また、本発明は、前記回転軸側の面に対して前記開口部の面積が３０％〜５％である。【００１０】
また、本発明は、複数の開口部を設けたものである。【００１１】
また、本発明は、前記ブレードの前部より前記開口部の部材が薄いものである。【００１２】
本発明は、請求項１記載のブレードの製造方法において、前記ブレードの少なくとも一部をアルミニウム合金の押出成形により製造した製造方法である。【００１３】
また、本発明は、前記ブレードの前記前部をアルミニウム合金の押出成形により製造した製造方法である。【００１４】
また、本発明は、前記連結部の端部に前記後側部材の厚さに対応した段部を設け、この段部に前記後側部材の前側を配置した前記前部が中空部を有する製造方法である。【００１５】
また、本発明は、前記前部に、後側部材を連結する連結部を設けた製造方法である。【００１６】
また、本発明は、前記前部の厚さより前記後側部材が薄い製造方法である。【００１７】
また、本発明は、前記連結部をアルミニウム合金の押出成形により製造した製造方法である。【００１８】
また、本発明は、前記前部と前記連結部とを連結する連結手段を備える製造方法である。【００１９】
また、本発明は、前記連結手段は、前記前部と前記連結部の一方に設けた嵌合部と、他方に設けた嵌合受部を備える製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
上記構成によれば、開口部における抗力により微風でも起動することができ、ブレードの揚力により回転する高風速域では、ブレードの回転軸側の面の前縁から離れた翼弦長に対して５５％〜９５％の位置に前記開口部が設けられているから、抵抗となる回転軸側の面の風の流れの乱れが少なく、高い回転トルクを得ることができる。【００２１】
また、上記構成によれば、開口部の面積割合が小さいため、一層、風の流れの乱れが少なくなる。【００２２】
また、上記構成によれば、複数の開口部を有することにより、起動時に風を効率よく捉えることができる。【００２３】
また、上記構成によれば、風の抵抗が大きな前部を厚くすることにより、前部の強度を確保し、開口部の部材を薄くすることにより、軽量化を図ることができる。【００２４】
製造方法に係る上記構成によれば、アルミニウム合金の押出成形により、均一な肉厚と形状を確保することができる。【００２５】
また、上記構成によれば、風の抵抗が大きな前部の強度と均一形状とを確保することができる。【００２６】
また、上記構成によれば、中空部を有することにより強度が向上する。【００２７】
また、上記構成によれば、連結部に後側部材を連結することができる。【００２８】
また、上記構成によれば、後側部材を薄くすることにより、軽量化を計ることができる。【００２９】
また、上記構成によれば、連結部の強度と均一な形状を確保することができる。【００３０】
また、上記構成によれば、段部に後側部材の前側を配置することにより、前部と後側部材との間の段差の発生を解消することができる。【００３１】
また、上記構成によれば、連結手段により前部と連結部とを連結することができる。【００３２】
また、上記構成によれば、嵌合部と嵌合受部との嵌合により前部と連結部とを連結することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な風力発電用風車を採用することにより、従来にない風力発電用風車が得られ、その風力発電用風車について記述する。
【実施例１】
【００３４】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。図１〜図６は本発明の実施例１を示し、同図に示すように、垂直軸型の風車１は、中心に垂直方向の回転軸２を備える。この回転軸２の周囲に複数のブレード３が円周方向等間隔に配置され、この例では３枚のブレード３，３，３が前記回転軸２と平行に配置され、すなわち、前記ブレード３は、前記回転軸２に直交する面内で同一半径の円周方向に沿って等角度間隔（本実施例では１２０度間隔）に配置されている。【００３５】
前記ブレード３は、前記回転軸２から放射状に延びるアーム４の端部に、該支持杆４に対して所定の角度で固定されている。また、アーム４は、ブレード３の長さ方向に複数設けられ、この例では２本設けられている。【００３６】
前記ブレード３の外皮は、アルミニウム合金やチタニウム合金などの軽金属、あるいは繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの複合材などの材質からなる薄板状の素材から形成されている。また、ブレード３の翼形は、１．０以上、好ましくは１．０〜１．４の揚力係数を有する流線形であり、特に、非対称翼の軽飛行機（離陸重量５７００ｋｇ以下の飛行機）の主翼に使用される形状、例えば４字系翼型、ＲＡＦ翼型、ゲッチンゲン翼型などが好ましい。そして、翼型の膨らみが大きな面（外周側の面）が、ブレード３の表面５であり、翼型の膨らみが小さい面（内周側の面）が、ブレード３の裏面６であり、この裏面が回転軸側の面である。【００３７】
前記ブレード３内には、前記表面５側と裏面６側を連結する連結材７が設けられ、この連結材７はブレード３の外皮と同一の薄板状の素材から形成され、その連結材７によって、回転時におけるブレード３の変形を防止している。尚、図中８は上部に前記回転軸２に連結した発電機であり、この発電機８はポール９の上に設けられている。【００３８】
この例では、前記ブレード３の前部１１はアルミニウム合金の押し出し品により形成されており、この前部１１は前記連結材７より前側の中空部１２と、前記連結部７から後側にそれぞれ延びた表面連結部１３と裏面連結部１４とを一体に有し、押し出し成形により長さ方向に同一断面が連続する。前記表面連結部１３の後端側には、内側に凹んだ段部１５により表面取付部１６が形成され、また、前記裏面連結部１４の後端側には、内側に凹んだ段部１７により裏面取付部１８が形成され、前記表面取付部１６の外面に、前記前部１１より薄い板からなる表カバー材１９が、固定手段たるリベット２０により固定され、また、前記裏面取付部１８の外面に、前記前部１１より薄い板からなる裏カバー材２１が、リベット２０により固定されている。そして、段部１５，１７により、前記表面５及び裏面６に段差が形成されないように構成されている。また、前記表面連結部１３及び裏面連結部１４の後端には、内側に略直角に折り曲げた折曲げ縁部１３Ａ，１４Ａが形成されている。そして、それら表カバー材１９及び裏カバー材２１が後側部材である。【００３９】
尚、図中２２は、前記前部11に複数設けたビスホールであって、前記中空部１２内に設けられ、連結材７の両端角部の２箇所と、前側の２箇所に設けれている。【００４０】
ブレード３には、アーム４の取付位置に対応して、アーム支持部材３１が設けられ、このアーム支持部材３１は、中央部３１Ａの両側に側部３１Ｂ，３１Ｂを有する断面略コ字状をなし、その中央部３１Ａを表面連結部１３及び表カバー材１９の内面に沿わせ、中央部３１ａ複数のリベット２０により表カバー材１９に固定され、それら側部３１Ｂ，３１Ｂの前側を前記表面連結部１３と裏面連結部１４の間に固定配置している。尚、前記アーム支持部材３１には、前記折曲げ縁部１３Ａが嵌入する受溝部１３１Ａが中央部３１Ａ側に形成され、また、前記アーム支持部材３１には、前記折曲げ縁部１４Ａが嵌入する受溝部１３１Ｂが側部３１Ｂの縁に形成されている。さらに、アーム支持部材３１の前側を固定部材たるビス３２により前記連結材７に固定する。【００４１】
また、前記裏面連結部１３には、アーム４の取付位置に対応して、挿通孔３３が形成され、この挿通孔３３にアーム受材３４を挿通し、このアーム受材３４に前記アーム４の先端を挿通すると共に、その先端を前記側部３１Ｂ，３１Ｂの間に嵌入し、ブレード３内において、複数のボルト３５を側部３１Ｂ，３１Ｂ，アーム受材３４に挿通し、ナット３５Ａを螺合することにより、ブレード３にアーム受材３４を固定する。そして、ブレード３から突出したアーム受材３４に、アーム４を外嵌入し、複数のボルト３５とナット３５Ａにより、アーム受材３４にアーム４を固定する。尚、前記アーム受材３４はアルミニウム合金の押し出し品からなり、中実材料からなる。このように、前記アーム支持部材３１，アーム受材３４，ボルト３５及びナット３５Ａなどにより、ブレード３にアーム４を固定するアーム固定手段３６を構成している。【００４２】
前記ブレード３の長さ方向両端部には、該端部を塞ぐ蓋板４１が設けられている。この蓋板４１は、断面略Ｌ字状の固定部材４２により固定され、この固定部材４２の一側片４２Ａをブレード３の内面にリベット２０により固定し、前記固定部材４２の他側片４２Ｂを前記蓋板４１にリベット２０により固定する。また、蓋板４１の前側は、図示しないビスを該蓋板４１に挿通し、そのビスを前記ビスホール２２に螺合することにより固定される。【００４３】
尚、前記固定部材４２には、前記折曲げ縁部１３Ａが嵌入する受溝部１３１Ａが一側片に形成され、また、前記アーム支持部材３１には、前記折曲げ縁部１４Ａが嵌入する受溝部１３１Ｂが側部３１Ｂの縁に形成されている。【００４４】
前記ブレード３には、前記裏面６に複数の開口部５１，５１…が形成されている。この開口部５１は、翼の空力特性によって、前縁５２と後縁５３との間で、前縁５２から５５％〜９５％の範囲内、好ましくは７５％〜９５％の範囲内に、複数の開口部５１，５１・・・を設け、これら開口部５１，５１・・・の合計面積が裏面６の面積の３０％〜５％、好ましくは２０％〜５％としている。これにより、ブレード３は、低いレイノルズ数で高い揚力係数になるような翼型に形成され、かつ高風速域で裏面６側における空気の流れの乱れの少ない構造となる。【００４５】
また、ブレード３に対する風向き（回転方向Ｔに対する法線方向）に対して、ブレード３の翼弦５４は、０度〜５度の角度で取り付けられている。尚、図中Ｗは風の吹く方向である。【００４６】
したがって、低風速域における起動時には、複数のブレード３に風を受けると、ブレード３の後部に位置する開口部５１により、後側からの風の抵抗が大となり、この空気抵抗によりブレード３が前方に向かって回転する起動トルクが得られる。【００４７】
一方、周速比１以上の高風速域では、ブレード３に発生する揚力により回転し、この際、開口部５１がブレード３の後方に位置するため、裏面６に沿って前縁５２から後縁５３へと向かう空気の流れに乱れが生じ難く、高い回転トルクを得ることができる。【００４８】
このように本実施例では、回転軸３に直交する面内で、回転軸３を中心として所定角度ごとに複数のブレード３が設けられ、ブレード３が１．０以上の揚力係数を有する流線形の翼型である風力発電用の風車において、翼弦５４に対して回転軸側の面たる裏面６には、翼弦長に対して前縁５２から５５％〜９５％の範囲内に開口部５１を設けたから、開口部５１における抗力により微風でも起動することができ、ブレード３の揚力により回転する高風速域では、ブレード３の裏面６の前縁５２から離れた翼弦長に対して５５％〜９５％の位置に開口部５１が設けられているから、抵抗となる裏面６の風の流れの乱れが少なく、高い回転トルクを得ることができる。【００４９】
また、このように本実施例では、回転軸側の面たる裏面６に対して開口部５１の面積が３０％〜５％であるから、一層、風の流れの乱れが少ないものとなる。【００５０】
また、このように本実施例では、複数の開口部５１を設けたから、起動時に風を効率よく捉えることができる。【００５１】
また、このように本実施例では、ブレード３の前部１１より開口部５１の部材たる裏カバー材２１が薄いから、風の抵抗が大きな前部１１を厚くすることにより、前部１１の強度を確保し、開口部５１の部材を薄くすることにより、軽量化を図ることができる。【００５２】
また、このように本実施例では、請求項１記載のブレードの製造方法において、ブレード３の少なくとも一部をアルミニウム合金の押出成形により製造したから、アルミニウム合金の押出成形により、均一な肉厚と形状を確保することができる。【００５３】
また、このように本実施例では、ブレード６の前部１１をアルミニウム合金の押出成形により製造したから、風の抵抗が大きな前部１１の強度と均一形状とを確保することができる。【００５４】
また、このように本実施例では、前部１１が中空部１２を有するから、中空部１２により強度が向上する。【００５５】
また、このように本実施例では、前部１１に、後側部材たる表カバー材１９及び裏カバー材２１を連結する表面及び裏面連結部１３，１５を設けたから、表面及び裏面連結部１３，１５に表カバー材１９及び裏カバー材２１を連結することができる。【００５６】
また、このように本実施例では、前部１１の厚さより後側部材たる表カバー材１９及び裏カバー材２１が薄いから、表カバー材１９及び裏カバー材２１を薄くすることにより、軽量化を計ることができる。【００５７】
また、このように本実施例では、連結部１３，１５をアルミニウム合金の押出成形により製造したから、連結部１３，１５の強度と均一な形状を確保することができる。【００５８】
また、このように本実施例では、連結部１３，１５の端部に後側部材たる表カバー材１９及び裏カバー材２１の厚さに対応した段部１５，１７を設け、この段部１５，１７に表カバー材１９及び裏カバー材２１の前側を配置したから、前部１１と表カバー材１９及び裏カバー材２１との間の段差の発生を解消することができる。【００５９】
また、実施例上の効果として、前部１１にビスホール２２を設けたから、端部に蓋板４１などをビスにより簡便に取り付けることができる。
【実施例２】
【００６０】
図７は本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。この例では、前部１１は、中空部１２と、該中空部１２と別体に設けられた分割部６１とからなり、この分割部６１は、前記表面連結部１３と裏面連結部１４の前端を板状の後連結材６２により連結した略コ字形形状をなし、前記連結材７にあり溝状の嵌合溝７Ａを設け、前記後連結材６２に、前記嵌合溝７Ａに嵌合する嵌合部６２Ａが形成されている。そして、それら嵌合受部たる嵌合溝７Ａと嵌合部６２Ａにより連結手段６３を構成している。また、それら前部１１及び分割部６１がそれぞれアルミニウム合金の押し出し品より形成されている。また、中空部１２内には、前記ビスホール２２が連結材７の両端角部の２箇所と、中央側の２箇所と、前側の２箇所に設けられている。【００６１】
したがって、嵌合溝７Ａに嵌合部６２Ａを合わせ、中空部１２に対して、分割部６１を長さ方向に移動することにより両者を連結一体化することができる。【００６２】
このように本実施例では、前部１１と連結部１３，１５とを連結する連結手段６３を一体に備えるから、連結手段６３により前部１１と連結部１３，１５を有する分割部６１とを連結することができる。【００６３】
また、このように本実施例では、連結手段６３は、前部１１と、連結部１３，１５を有する分割部６１の一方に設けた嵌合部６２Ａと、他方に設けた嵌合受部たる嵌合溝７Ａを備えるから、嵌合部６２Ａと嵌合溝７Ａとの嵌合により前部１１と連結部１３，１５とを連結することができる。【００６４】
尚、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施例１を示す風車の正面図である。
【図２】同上、ブレードの背面図である。
【図３】同上、風車の平面図である。
【図４】同上、ブレードの断面図である。
【図５】同上、ブレードの要部の背面図である。
【図６】同上、ブレードの要部の断面図である。
【図７】本発明の実施例２を示すブレードの要部の断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  風車
２  回転軸
３  ブレード
４  アーム
５  表面
６  裏面
７  連結材
１１  前部
１２  中空部
１３  表面連結部
１４  裏面連結部
１５  段部
１６  取付部
１７  段部
１８  取付部
１９  表カバー材（後側部材）
２１  裏カバー材（後側部材）
３１  アーム支持部材
５１  開口部
５２  前縁
５３  後縁
５４  翼弦
７Ａ  嵌合溝（嵌合受部）
６２Ａ  嵌合部
６３  連結手段
【図１】
0005506033.tif 000002
【図２】
0005506033.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005506033.tif 000008