(57)【要約】【課題】回転軸の周りに複数枚の直線翼を配して構成される直線翼型風車において、一体成形によらずに理想的な断面形状を持つ高剛性の直線翼を構成し、風車の風力エネルギー変換効率の向上を図る。【解決手段】支持翼先端にリング部を設け、このリング部内に直線翼を嵌め入れ、直線翼外周をリング部に一体に固定して直線翼を構成する。さらに、回転軸から水平に突出した継ぎ片に支持翼の端部を重ね合わせ一体に固定して支持翼を水平に支持し、この継ぎ片の支持翼端部に接合する縁部を山形に湾曲した形状に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周面から張り出した支持翼で直線翼を支持してなる直線翼型風車において、
支持翼先端にリング部を設け、このリング部内に直線翼を嵌め入れ、直線翼外周をリング部に一体に固定した構成を有することを特徴とする直線翼型風車。
【請求項２】
回転軸から水平に突出した継ぎ片に支持翼の端部を重ね合わせ一体に固定して支持翼を水平に支持する構成を有するとともに、前記継ぎ片の支持翼端部に接合する縁部を山形に湾曲した形状に設けたことを特徴とする請求項１に記載の直線翼型風車。
【請求項３】
リング状に形成された薄い板材を外周面に嵌めて一体に固定した構成を有することを特長とする風車用直線翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置などに用いられる垂直軸風車の直線翼の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直線翼型風車として、図５に示されるように、鉛直に配した回転軸５１から放射状に複数本の支持翼５２を水平に張り出し、各支持翼５２の先端に飛行機の翼と同じような断面を持つ直線翼５３を回転軸５１と平行に鉛直に向けて取り付けた構成のものがある（例えば特許文献１、２参照）。
この風車は、風向きに関係なく中・高風域で高い回転効率を発揮する特長を備え、直線翼５３の形状がいわゆるＴＷＴ（直線翼垂直軸風車用翼型）形であれば、回転時の空気抵抗が減り、より良好な回転効率が得られることが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特公昭５６−４２７５１号公報
【特許文献２】特開２００３−２０６８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記構成の風車は、強風時に高速回転するために翼に大きな負荷がかかることから、直線翼５３や支持翼５２、これらの接合部分には、翼に働く空気力と遠心力によって生じる曲げモーメントに耐え得るに十分な曲げ強度を与える必要がある。そのため、直線翼５３はその中空内部に、図６に示されるような補強リブ５３ａを多数突設して剛性を高め、また、両翼の接合部分や支持翼５２と回転軸５１の接合部分はフランジ部を介してボルトやビスで組み付け、曲げ強度を高めている。
【０００５】
直線翼の製作は、長さが１．５ｍ以下の小型のものはＣＦＲＰなどを用いて一体成形により、それよりも大きなものではアルミ押し出し鋼板を継ぎ合わせて翼形に一体化することにより行われることが多く、インジェクション成形が可能な小型の直線翼は理想的な断面形状で且つ所望の強度に形成することが可能であり、量産も可能である。しかし、１．５ｍ以上の長さの中型、大型の直線翼では、湾曲した鋼板同士の継ぎ合わせを手作業で行うため製作に手間がかかってコスト高になるとともに、所定の剛性を確保して翼の断面形状に形成すること自体が難しく、前記の如く強風に耐え得る強度を確保する要請と相俟って、本来要求される翼の理想的な断面形状に形成することができず、ＴＷＴ形の直線翼は利用されていないのが実状である。そのため、中型、大型の風車における風力エネルギーの変換効率は決して良好なものではない。
【０００６】
また、直線翼と支持翼、支持翼と回転軸のそれぞれの接合強度を高めるために接合面積を大きくすると、接合部分が大型化・重量化して回転時の空気抵抗が増し、起動性が悪化して効率も低下する。そのため、図７に示されるように、直線翼５３の内側外面に補強ロッドの接続部５３ａを設けておき、当該接続部と支持翼５２の根元部分の間に補強ロッド５４を複数本張設することにより、直線翼５３と支持翼５２の接合部分にかかる負荷を分散して強風に耐え得る曲げ強度を確保するなどしていた。
【０００７】
前記特許文献２では、風車の組み付け作業上及び強度上の問題点に対し、直線翼と支持翼をグラスファイバーやカーボンファイバーなどの軽量且つ高強度の繊維材を用いて一体に成形することを開示しているが、中型、大型用の直線翼は成形型で一体に成形することはできない。寸法の大きな直線翼では、その成形工程や、これを風車に組み付ける工程は手作業で行なわなければならない。
【０００８】
本発明は、回転軸の周りに複数枚の直線翼を配して構成される直線翼型風車において、一体成形によらずに理想的な断面形状を持つ高剛性の直線翼を構成し、風車の風力エネルギー変換効率の向上を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
先に述べた通り、従来の直線翼は、その中空内部に補強リブを一体に設け、翼の内側から補強する構造のものであった。このような内部から補強した翼を理想的な断面形状に手作業で形作ることは容易ではなく、このことが風車の量産性を阻害すること、理想的な風力エネルギーの変換効率が得られないことの要因でもあった。このような問題点に鑑み、本発明は、翼の剛性を確保するために翼を内部から補強するという従来の考え方を見直し、外部から補強したとしても、それで翼の断面形状を理想的なものとなり、それによって風力エネルギーの変換効率の改善が図られ、翼の製作コストも低減するのではないかとの着想の下に鋭意研究を重ねた結果想到し、前記課題解決の実現を達成したものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、回転軸の周面から張り出した支持翼で直線翼を支持してなる直線翼型風車において、支持翼先端にリング部を設け、このリング部内に直線翼を嵌め入れ、直線翼外周をリング部に一体に固定した構成を有することを特徴とする。
【００１１】
前記構成の風車において、回転軸から水平に突出した継ぎ片に支持翼の端部を重ね合わせ一体に固定して支持翼を水平に支持する構成を有するとともに、前記継ぎ片の支持翼端部に接合する縁部を山形に湾曲した形状に設けることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の風車用直線翼は、リング状に形成された薄い板材を外周面に嵌めて一体に固定した構成を有することを特長とする。
【００１３】
本発明によれば、直線翼は、その外周に支持翼先端のリング部又はリング状の板材を嵌めて周面に一体化させることで、曲げモーメントに耐え得るに十分な剛性が確保される。補強手段を翼の内側ではなく外側に施して剛性を高めているので、翼内部で強度確保のためのリブは不要であり、従来のものよりも軽量になるとともに、鋼板を継ぎ合わせて簡便な作業により形作ることができ、直線翼の作製コストを低減させることができる。また、直線翼はその外周に嵌めた支持翼先端のリング部又はリング状板材で高い剛性を維持したまま理想的な断面形状に保形され、従来形状の直線翼を用いた場合と比較して風車の風力エネルギーの変換効率が向上する。
【００１４】
また、回転軸から突出した継ぎ片の縁部を山形に湾曲した形状に設け、これに支持翼の端部を接合して固定することにより、直線翼回転時に支持翼の根元部分にかかる垂直方向及び水平方向の応力を効果的に吸収し、支持翼根元部の曲げ強度を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態の風車における直線翼の外観を示しており、この直線翼１はその外周に支持翼２、２と補強板３を嵌め込み、一体に固定して構成してある。
【００１６】
直線翼１は、例えば長尺な１枚のステンレス板を用い、これをその長手方向に沿って翼の横断面形状に湾曲変形させるとともに、翼後端部を溶接によって接合一体化させて、理想的な翼の断面形状に沿った中空状に形成することができる。直線翼１は例えば中型の風車に用いる場合、０．５〜０．７ｍｍ程度の厚みのステンレス板を用いて、長手端部間を１０００ｍｍ〜２５００ｍｍ程度、幅を２００〜３００ｍｍ程度に設定して形成することができる。なお、直線翼１の上端には開口を閉鎖するキャップが装着される。
【００１７】
支持翼２は、直線翼１と同様にステンレス板などを用い、その先端部２ａに、図２（Ａ）に示されるように、直線翼１の断面よりも幅広な板面を直線翼１が略一杯にぴったりと嵌まる形状の開口を打ち抜いてなるリング部２１を一体に設けて形成されている。直線翼１を前記寸法で形成する場合、支持翼２は、２〜５ｍｍ程度の厚みで先端部２ａから回転軸に連結する元端部２ｂまでを５００〜２０００ｍｍ程度の長さに設定して形成することができる。
【００１８】
補強板３は、ステンレス板などを用い、図２（Ｂ）に示されるように、前記支持翼２のリング部２１と同様に、直線翼１の断面よりも幅広な薄肉の板面を直線翼１が略一杯にぴったりと嵌まる形状の開口３ａを打ち抜いて形成されている。
【００１９】
直線翼１は、その外周に支持翼２、２のリング部２１、２１を嵌め込むとともに、両リング部の間の外周にも補強板３を嵌め込み、これらを直線翼１の外周面に溶接などによって一体に固定して支持翼２、２の先端部２ａ、２ａに一体に取り付けられており、外周面を取り巻くリング部２１、２１と補強板３とが一体に固定してあることにより、風車に取り付けて回転したときに、翼に働く空気力と遠心力によって生じる曲げモーメントに耐え得るに十分な曲げ強度を付与され、高剛性な構成となっている。
【００２０】
図３は前記直線翼１を先端部２ａ一体に取り付けた支持翼２の回転軸４との連結部を風車の上方と側方から示した図であり、図示されるように、支持翼２はその元端部２ｂを回転軸４から水平に突出させた継ぎ片５に重ね合わせ、ビスなどの固着部材６を打ち込んで回転軸４と一体に取り付けられるようになっている。
【００２１】
詳しくは、回転軸４の周面には水平に適宜な幅張り出した鍔部４１が一体に設けてあり、この鍔部４１の上面に継ぎ片５と支持翼２の元端部２ｂが重なって接合するようになっている。また、継ぎ片５は、図４に示されるように、その先端部５ａの縁部が山形に湾曲した形状、元端部５ｂが前記鍔部４１の上面に一体に重なる形状に設けてある。そして、前記鍔部４１の上面に継ぎ片５を重ね、その上から支持翼２の元端部２ｂを重ね合わせた状態で、重合部に固着部材６を打ち込んで一体に固定し、これにより支持翼２が回転軸３から水平に張り出し、支持翼２のリング部２１で包持された直線翼１が回転軸３と平行に、且つ回転軸３と一体に回転し得るように支持されるようになっている。
【００２２】
このように構成された本形態の直線翼１によれば、外周に支持翼２のリング部２１と補強板３を嵌め、周面に一体化させてあるので、中空内部に強度確保のためのリブを設けなくても、高剛性に構成することができる。また、リブが不要なことから、翼全体が軽量となり、鋼板同士の継ぎ合わせ作業も容易に行なえて作製コストが低減する。
また、直線翼１はその外周に嵌めたリング部２１と補強板３により高い剛性を維持したまま理想的な断面形状に保形されるので、翼の軽量化と相俟って、従来構造の翼を用いたときよりも、風車の風力エネルギーの変換効率を向上させることができる。
さらに、直線翼１を支持する支持翼２が、接合縁部を山形に湾曲させた継ぎ片５を介しての回転軸３に取り付けてあるので、直線翼１が回転した際に、支持翼２の根元部分にかかる垂直方向及び水平方向の応力を、前記山形の接合縁部で分散吸収し、支持翼２の根元部の曲げ強度が高くなって、風車が破損し難い構造のものとなる。
【００２３】
なお、図示した直線翼、支持翼、風車の形態は一例であり、本発明は他の適宜な形態で構成可能である。図示した形態では、二つの支持翼の間に補強板を一つ配したが、風車の設置条件などに基づく直線翼に要求される強度に応じて、直線翼の外周に支持翼のリング部だけを嵌めこんだり、補強板を複数嵌め込んだりしてもよい。また、直線翼の外周からの補強のために支持翼のリング部と補強板を嵌めたが、例えば支持翼と直線翼の連結構造は従来例と同じとし、複数の補強板のみを直線翼に嵌め込んで補強する形態としてもよい。支持翼を翼の断面形状に設けることも適宜に行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態の風車における直線翼の外観を示した図である。
【図２】（Ａ）は図１の支持翼の先端部の平面図、（Ｂ）は補強板の平面図である。
【図３】（Ａ）は直線翼を一体に取り付けた支持翼の回転軸との連結部を風車の上方から示した図、（Ｂ）は側方から示した図である。
【図４】図３に示された継ぎ片の平面図である。
【図５】従来の直線翼型風車の外観図である。
【図６】従来の直線翼の切断端面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は従来の直線翼型風車の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  直線翼、２  支持翼、２１  リング部、３  補強板、４  回転軸、５  継ぎ片、６  固着部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006207475.tif 000007
【図６】
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【図７】
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