(57)【要約】【課題】風力発電用のＨ−ダリウス型風車は、直線翼に作用する風による推力を活用し得る構造にはなっていないため、出力性能を高めるのが困難であり、発電可能な最低風速を低くするのが難しく、特に低風速時の出力性能を高めるのが困難である。【解決手段】風力発電用のＨ−ダリウス型風車１は、４枚の直線翼３を垂直軸２から所定距離離隔した位置に配置して垂直軸２に支持させた風車であり、各直線翼３にその垂直軸２側の内面に対して開閉可能な補助ブレード４を設け、補助ブレード４の回転方向リーディング端部は、直線翼３の回転方向リーディング端部にヒンジ機構により回動可能に連結され、補助ブレード４は、直線翼３の内面に近接した閉位置と、その内面に対し９０度以下の任意角度開いた開位置とにわたって回動可能に構成されている。補助ブレード４を設けため、出力性能を高め、発電可能な最低風速を低くすることができる。【選択図】  図１
2008115781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の直線翼を垂直軸から所定距離離隔した位置に配置して垂直軸に支持させた風力発電用のＨ−ダリウス型風車において、
各直線翼に、その垂直軸側の内面に対して開閉可能な補助ブレードを設け、
前記補助ブレードの回転方向リーディング端部は、前記直線翼の回転方向リーディング端部に回動可能に連結され、
前記補助ブレードは、前記直線翼の内面に近接した閉位置と、前記内面に対し９０度以下の任意角度開いた開位置とにわたって回動可能に構成された、
ことを特徴とする開閉式補助ブレード付きＨ−ダリウス型風車。
【請求項２】
前記補助ブレードの回転方向の幅は前記直線翼の回転方向の幅よりも大きく形成され、前記補助ブレードの回転方向トレーリング側部分には、前記直線翼の回転方向トレーリング端部から所定幅突出するテール部が形成され、
前記テール部は回転方向トレーリング側へ移行する程外周側へ移行するように屈曲状叉は湾曲状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の開閉式補助ブレード付きＨ−ダリウス型風車。
【請求項３】
前記補助ブレードは、金属と合成樹脂とＦＲＰから選択される何れかの材料からなる板状の部材で構成されたことを特徴とする請求項１叉は２に記載の開閉式補助ブレード付きＨ−ダリウス型風車。
【請求項４】
前記補助ブレードは、直線翼が風下方向へ回転するときには、風速と回転速度と周方向位置に応じて開いた開位置になって受風しその受風の推力により回転トルクを発生させると共に、開位置から閉位置に移行する際には、前記直線翼との間に抱き込んだ空気を回転方向トレーリング方向へ噴出することで回転トルクを発生させることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の開閉式補助ブレード付きＨ−ダリウス型風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電用の風車のうち、特に開閉式補助ブレード付きＨ−ダリウス型風車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電用の風車として種々の風車が提案され、実用に供されている。特許文献１には、複数の直線翼を垂直軸の周囲に配置してなるＨ- ダリウス型風車に類似の風車が開示され，この風車は直線翼のピッチを変動させる変動ピッチを実現する特殊なリンク機構を備えている。この特許文献１の図５には、直線翼の後縁付近にフラップを設け、そのフラップを直線翼のピッチと連動させて傾動させるものが開示されている。
【０００３】
特許文献２には、垂直軸から放射方向へ延びる複数の受圧板を備えた水平回転型風車が開示され、各受圧板に複数の可動板をヒンジ結合して設け、風下方向へ回動するトクル発生側にある受圧板では可動板に受風させると共に、風上方向へ回動する受圧板では可動板を風下方向へ回動させて受風させないように構成してある。
【０００４】
特許文献３には、垂直軸から放射方向へ延びる複数の回転羽根を設け、この回転羽根の各々に開閉式の複数の可動翼を装備し、過大な風速により過大な回転速度になったとき、可動錘に作用する遠心力を利用して電気接点をオンさせ、電動モータとスクリュー軸を介して複数の可動翼を閉じるように構成した垂直軸開閉翼型風車が開示されている。
【０００５】
Ｈ−ダリウス型風車は、垂直軸から所定距離離隔した位置に複数の直線翼を設けて垂直軸に固定的に支持させた構造のものであり、直線翼は翼形断面に構成されている。
【特許文献１】特開昭５１−１０２４３号公報
【特許文献２】特開昭５４−２２０４２号公報
【特許文献３】特開２００５−１３３５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このＨ−ダリウス型風車は、構造が簡単で小型の風車に適したものであるが、主に自然風により直線翼に発生する揚力によって回転トルクを発生させる構造であり、直線翼が風を受風して発生する推力によっては回転トルクを殆ど発生できない構造である。そのため、自然風のエネルギーを十分に活用できず、風車の出力性能を高めることが容易では難しい。
【０００７】
特許文献１，２，３にも、Ｈ−ダリウス型風車において風による推力を有効利用可能にするために活用できるような技術は、何ら含まれていない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の開閉式補助ブレード付きＨ−ダリウス型風車は、複数の直線翼を垂直軸から所定距離離隔した位置に配置して垂直軸に支持させた風力発電用のＨ−ダリウス型風車において、各直線翼に、その垂直軸側の内面に対して開閉可能な補助ブレードを設け、前記補助ブレードの回転方向リーディング端部は、前記直線翼の回転方向リーディング端部に回動可能に連結され、前記補助ブレードは、前記直線翼の内面に近接した閉位置と、前記内面に対し９０度以下の任意角度開いた開位置とにわたって回動可能に構成されたことを特徴としている。
【０００９】
前記補助ブレードは、前記直線翼の内面に近接した閉位置と、前記内面に対し９０度以下の任意角度開いた開位置とにわたって回動可能に構成されているため、風車が自然風を受けて回転中に、その回転速度があまり高くない場合、直線翼が風下方向へ回転する際に、補助ブレードは、風速と風車の回転速度と直線軸の周方向位置に応じて直線翼の内面から開いて受風し、その受風の推力が回転トルクを発生させる。補助ブレードは直線翼が９０度以上回転する間受風するため、また、補助ブレードの受風面積が増大するとき、推力を回転トルクに変換するレバー長も増大するため、補助ブレードに作用する風の推力を有効活用して大きな回転トルクを発生させることができる。しかも、直線翼が風上方向へ回転する際には、補助ブレードが風圧により自動的に閉位置になるため、回転の抵抗が増すこともない。
【００１０】
請求項２の開閉式補助ブレード付きＨ−ダリウス型風車は、請求項１の発明において、前記補助ブレードの回転方向の幅は前記直線翼の回転方向の幅よりも大きく形成され、前記補助ブレードの回転方向トレーリング側部分には、前記直線翼の回転方向トレーリング端部から所定幅突出するテール部が形成され、前記テール部は回転方向トレーリング側へ移行する程外周側へ移行するように屈曲状叉は湾曲状に形成されたことを特徴としている。前記テール部を形成するため、補助ブレードの受風性能を高めることができる。
【００１１】
請求項３の開閉式補助ブレード付きＨ−ダリウス型風車は、請求項１叉は２の発明において、前記補助ブレードは、金属と合成樹脂とＦＲＰから選択される何れかの材料からなる板状の部材で構成されたことを特徴としている。補助ブレードを板状の部材で構成するため、補助ブレードを軽量化し、補助ブレードの風に対する応答性を確保できる。
【００１２】
請求項４の開閉式補助ブレード付きＨ−ダリウス型風車は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記補助ブレードは、直線翼が風下方向へ回転するときには、風速と回転速度と周方向位置に応じて開いた開位置になって受風しその受風の推力により回転トルクを発生させると共に、開位置から閉位置に移行する際には、前記直線翼との間に抱き込んだ空気を回転方向トレーリング方向へ噴出することで回転トルクを発生させることを特徴としている。
【００１３】
前記補助ブレードの受風による推力で回転トルクを発生できる上、補助ブレードが開位置から閉位置に移行する際には、直線翼との間に抱き込んだ空気を回転方向トレーリング方向へ噴出することで回転トルクを発生させる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、直線翼の内面に対して開閉可能な補助ブレードを設け、その回転方向リーディング端部を直線翼の回転方向リーディング端部に回動可能に連結し、補助ブレードは、直線翼の内面に近接した閉位置と、前記内面に対し９０度以下の任意角度開いた開位置とにわたって回動可能に構成されたため、直線翼が風下方向へ回転するとき、その回転速度があまり大きくない状態において、直線翼が９０度以上回転する間、補助ブレードが受風して開き、その受風の推力により回転トルクを発生させることができ、風による推力を有効活用して回転トルクを発生させることができ、風速が低いときの風車の出力性能を高めることができる。
【００１５】
しかも、前記の受風期間の間、補助ブレードの受風面積の増大に応じて、推力を回転トルクに変換するレバー長が増大するため、受風の推力による大きな回転トルクを発生させることができる。さらに、直線翼が風上方向へ回転する際には、補助ブレードが風圧により自動的に閉位置になるため、風車の回転の抵抗が増すこともない。
【００１６】
請求項２の発明によれば、補助ブレードの翼幅が直線翼の翼幅よりも大きく形成され、補助ブレードの回転方向トレーリング側部分には、直線翼の回転方向トレーリング端部から所定幅突出するテール部を形成し、そのテール部は回転方向トレーリング側へ移行する程外周側へ移行するように屈曲状叉は湾曲状に形成されたため、補助ブレードの受風性能を高めることができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、補助ブレードを金属と合成樹脂とＦＲＰから選択される何れかの材料からなる板状の部材で構成されるため、補助ブレードを軽量化し、補助ブレードの風に対する応答性を確保することできる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、補助ブレードは、直線翼が風下方向へ回転するときには、風速と回転速度と周方向位置に応じて開いた開位置になって受風しその受風の推力により回転トルクを発生させると共に、開位置から閉位置に移行する際には、直線翼との間に抱き込んだ空気を回転方向トレーリング方向へ噴出することで回転トルクを発生させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る開閉式補助ブレード付きＨ−ダリウス型風車は、垂直軸から所定距離離隔した位置に複数の直線翼を配置し、各直線翼に、その垂直軸側の内面に対して開閉可能な補助ブレードを設け、補助ブレードの回転方向リーディング端部は、直線翼の回転方向リーディング端部に回動可能に連結され、補助ブレードは、直線翼の内面に近接した閉位置と、その内面に対し９０度以下の任意角度開いた開位置とにわたって回動可能に構成されたものである。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、本実施例に係る風力発電用のＨ−ダリウス型風車１は、中心部の鉛直姿勢の垂直軸２と、４枚の直線翼３と、各直線翼３に取り付けた補助ブレード４と、４枚の直線翼２の上端部と下端部を垂直軸２に一体的に連結する４組の連結ステー５ａ，５ｂ及び２つの円形連結板６ａ，６ｂなどを備えている。
【００２１】
垂直軸２は、図示外の支持構造部に回転可能に支持され、垂直軸２の回転トルクは発電機に伝達されて発電に供される。４つの直線翼３は、垂直軸２から放射方向へ所定距離離隔した位置の円周４等分位置に配置されている。直線翼３は翼形断面で鉛直方向に直線的に延びるものであり、４つの直線翼３は矢印７で示す回転方向のリーディング方向へ直線翼３の前端を向けた状態に配置されている。直線翼３は、例えば、チタン合金、アルミ合金、マグネシウム合金、強度と耐候性に優れる合成樹脂、ＦＲＰのうちから選択される何れかの材料で、中実叉は中空の軽量なものに構成されている。但し、直線翼３を構成する材料は上記のものに限定される訳ではない。
【００２２】
直線翼３の上端部と下端部に対応する垂直軸２の部位には、１対の円形連結板６ａ，６ｂが水平姿勢に固定され、各円形連結板６ａ，６ｂから４本の連結ステー５ａ，５ｂが垂直軸２に対して放射方向へ延びるように水平に配設され、連結ステー５ａ，５ｂの内端部が円形連結板６ａ，６ｂに固着され、各組の上下の連結ステー５ａ，５ｂは同じ鉛直面内に位置している。
【００２３】
各組の上下の連結ステー５ａ，５ｂの外端部に直線翼３の上下両端部が固着され、連結ステー５ａ，５ｂと直線翼３とが直角となるように固着されているが、直角以外の角度で固着することも可能にである。
【００２４】
各直線翼３には、その垂直軸２側の内面３ａに対して開閉可能な補助ブレード４が設けられている。補助ブレード４は、例えば、チタン合金、アルミ合金、マグネシウム合金、強度と耐候性に優れる合成樹脂、ＦＲＰのうちから選択される何れかの材料で、厚さ数ｍｍの板状の軽量な部材で構成されている。補助ブレード４の回転方向リーディング端部４ａは、直線翼３の回転方向リーディング端部３ａにヒンジ機構８により回動可能に連結され（図３参照）、補助ブレード４は、直線翼３の内面に近接した閉位置と、直線翼３の内面に対して９０度以下の任意角度開いた開位置とにわたって回動可能に構成されている。  
【００２５】
図３に示すように、上記のヒンジ機構８は、直線翼３の前端部に形成された複数の矩形状の切欠き部９と、これら切欠き部９に対応するように補助ブレード４の前端部に形成された複数の円筒枢支部１０と、切欠き部９と切欠き部９の間において直線翼３の前端に形成された係止部１１と、円筒枢支部１０と円筒枢支部１０の間において補助ブレード４の前端に形成された被係止部１２と、直線翼３の前端部に形成された軸孔１３と、この軸孔１３に挿入される軸部材１４とを有する。
【００２６】
複数の切欠き部９に複数の円筒枢支部１０を夫々嵌めて、軸孔１３に軸部材１４を挿入することにより、補助ブレード４の前端部が直線翼３の前端部に回動可能に連結されている。補助ブレード４は、直線翼３の内面に当接叉は近接する閉位置と、直線翼３の内面から離隔して軸部材１４を中心として閉位置から９０度以下の任意角度回動した開位置とに亙って回動可能であり、最大限９０度開いた位置になると、複数の被係止部１２が複数の係止部１１に夫々当接して、それ以上は回動しなくなる。
【００２７】
図１、図２に示すように、補助ブレード４の回転方向の幅（周方向の幅）は直線翼３の回転方向の幅（周方向の幅）よりも大きく形成され、補助ブレード４の回転方向トレーリング側部分には、直線翼３の回転方向トレーリング端部から所定幅だけ突出するテール部４ｂが形成されている。直線翼３の内面はほぼ平面状に形成され、補助ブレード４のテール部４ｂ以外のブレード本体部４ｃも平板状に形成されている。
【００２８】
但し、直線翼３の内面を曲面状に形成してもよく、その場合、ブレード本体部４ｃは直線翼３の内面を曲面に当接叉は近接可能な曲面状に形成するものとする。テール部４ｂは回転方向トレーリング側へ移行する程外周側（垂直軸２から離れる方向）へ移行するように折線部４ｄで約３０度屈曲された屈曲状に形成され、テール部４ｂ自体は平板状に形成されている。但し、テール部４ｂは回転方向トレーリング側へ移行する程外周側へ移行するような湾曲状に形成してもよい。
【００２９】
次に、以上説明したＨ−ダリウス型風車１の作用、効果について説明する。
図２に示す周方向の代表的位置Ａ〜Ｅを引用し、自然風が矢印Ｗの方向から吹く場合を例にして説明すると、直線翼３が位置Ａから位置Ｃに風上方向へ移動するとき、自然風と回転による空気流の合成風により直線翼３に揚力が発生し、その揚力の周方向成分により回転トルクが発生する。
【００３０】
補助ブレード４がないと仮定すると、直線翼３が位置Ｂから位置Ａへ移動するときに風による推力が回転の抵抗となるように作用するが、直線翼３が位置Ｄから位置Ｅへ移動するときに風による推力が回転を促進するように作用するため、これらはほぼキャンセルし合う。同様に、直線翼３が位置Ｃから位置Ｄへ移動するときに風による推力が回転を促進するように作用するが、直線翼が位置Ｅから位置Ｂへ移動するときに風による推力が回転の抵抗となるように作用するため、これらはほぼキャンセルし合う。
【００３１】
ここで、本発明特有の補助ブレード４により次のような作用、効果が得られる。
風車１が自然風を受けて回転中に、直線翼３が位置Ｃから位置Ｅにわたって、直線翼３が風下方向へ回転するとき、補助ブレード４は、風速と風車１の回転速度と直線翼３の周方向位置に応じて直線翼３の内面から開いて受風し、その受風の推力（動圧による推力）が回転トルクを発生させる。位置Ｃにおいて、補助ブレード４のテール部４ｂが受風するため、補助ブレード４が開き始め、位置Ｃから位置Ｄにかけて補助ブレード４の開度が増大し、補助ブレード４が大きな面積で受風する。この受風により補助ブレード４に風による推力が作用し、この推力により大きな回転トルクが発生する。
但し、風車１の回転速度が大きくなる程、補助ブレード４が受風する受風量が減少して補助ブレード４の開度が小さくなり、補助ブレード４による回転トルク発生機能は低下する。
【００３２】
直線翼３が位置Ｄを通過後には、補助ブレード４を閉じる方向への風による推力が作用するため、補助ブレード４の開度が急に減少していき、位置Ｄと位置Ｅの間の位置において補助ブレード４の開度が零になる。この開位置から閉位置に移行する際には、直線翼３との間に抱き込んだ空気を回転方向トレーリング方向へ噴出することで回転トルクが発生する。
【００３３】
直線翼３が９０以上回転する間補助ブレード４が受風するため、また、補助ブレード４の受風面積が増大するとき、補助ブレード４に作用する推力Ｔを回転トルクに変換するレバー長Ｌも増大するため、補助ブレード４に作用する風の推力Ｔを有効活用して大きな回転トルクを発生させることができ、風車１の出力性能を高めることができる。
その結果、風車１が発電可能な最低風速を約２ｍ／ｓｅｃ程度まで低くすることができ、風車１の稼働率を高め、出力アップを達成することができる。この本発明の風車１は、大型の風車、小型の風車の何れにも適用可能であるが、小型の風車では、直線翼３が周方向へ移動する周速度が大型の風車よりも低いので、補助ブレード４は比較的小型の風車に特に有効である。
【００３４】
しかも、直線翼３が位置Ｅから位置Ｃにわたって風上方向へ回転する際には、補助ブレード４が風圧により自動的に閉位置になるため、風車１の回転の抵抗が増すこともない。  また、補助ブレード４にテール部４ｂを形成してあるため、位置Ｃにおいて補助ブレード４を早期に開作動を開始させて、その後の受風を促進することができる。屈曲状のテール部４ｂにより、直線翼３の内面と補助ブレード４の間に風を抱き込む性能あるいは受風性能を高めることもできる。
【００３５】
次に、前記実施例に係る風車１を部分的に変更する例について説明する。
風車１の直線翼の数は４枚に限定されるわけではなく、３枚でもよく、５枚以上でもよい。連結ステー５ａ，５ｂは直線翼３の上端部と下端部に対応する部位に配置されているが、直線翼３の中段部に対応する１叉は複数の部位にも設けてもよい。直線翼３の図示の断面形状や翼幅などは一例を示すものであり、種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例に係る発電用のＨ−ダリウス型風車の斜視図である。
【図２】前記風車の平面図である。
【図３】補助ブレードを連結するヒンジ機構の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１        風車
２        垂直軸
３        直線翼
４        補助ブレード
４ｂ      テール部
５ａ，５ｂ    連結ステー
６ａ，６ｂ    円形連結板
【図１】
2008115781.tif 000003
【図２】
2008115781.tif 000004
【図３】
2008115781.tif 000005