Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7555273B2 - Vertical Axis Wind Turbine - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7555273B2 - Vertical Axis Wind Turbine - Google Patents

Vertical Axis Wind Turbine Download PDF

Info

Publication number
JP7555273B2
JP7555273B2 JP2021004145A JP2021004145A JP7555273B2 JP 7555273 B2 JP7555273 B2 JP 7555273B2 JP 2021004145 A JP2021004145 A JP 2021004145A JP 2021004145 A JP2021004145 A JP 2021004145A JP 7555273 B2 JP7555273 B2 JP 7555273B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wind turbine
vertical axis
arm
rotation
movable part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021004145A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022108917A5 (en
JP2022108917A (en
Inventor
豊 原
栄徳 斎藤
洋司 細野
啓介 塩谷
玉丹 朴
猛 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tottori University NUC
Nikkeikin Aluminum Core Technology Co Ltd
Original Assignee
Tottori University NUC
Nikkeikin Aluminum Core Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tottori University NUC, Nikkeikin Aluminum Core Technology Co Ltd filed Critical Tottori University NUC
Priority to JP2021004145A priority Critical patent/JP7555273B2/en
Priority to PCT/JP2021/040366 priority patent/WO2022153648A1/en
Publication of JP2022108917A publication Critical patent/JP2022108917A/en
Publication of JP2022108917A5 publication Critical patent/JP2022108917A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7555273B2 publication Critical patent/JP7555273B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06Rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/06Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Description

この発明は、垂直軸風車に関するもので、更に詳細には、過回転抑制機構を備える垂直軸風車に関するものである。 This invention relates to a vertical axis wind turbine, and more specifically to a vertical axis wind turbine equipped with an overspeed suppression mechanism.

従来、発電部を有する基部と、上記基部に対して垂直軸周りに回転する回転部と、上記回転部にアームを介して連結されて垂直軸周りに回転する複数の風車翼(主翼)と、を備える垂直軸風車は、その性能が風向に依存しないため、構造がシンプルになり、低コスト化に向いているとされている。
また、最近では、小形垂直軸風車を密集配置することにより、単位設置面積当りの出力が、大型の水平軸風車の風力発電所(ウインドファーム)以上に高くなる可能性も示されており、再生可能エネルギーの導入促進において小形垂直軸風車のウインドファーム実現も期待されている。
Conventionally, vertical axis wind turbines have a base with a power generating unit, a rotating unit that rotates around a vertical axis relative to the base, and a number of wind turbine blades (main blades) that are connected to the rotating unit via arms and rotate around the vertical axis. Because their performance is not dependent on wind direction, vertical axis wind turbines have a simple structure and are considered to be suitable for reducing costs.
Recently, it has been shown that by closely arranging small vertical axis wind turbines, it is possible to achieve a higher output per unit of installation area than a wind power plant (wind farm) using large horizontal axis wind turbines, and there are high hopes for the realization of wind farms using small vertical axis wind turbines in promoting the introduction of renewable energy.

一方、垂直軸風車は、性能が風向に依存しない特性であるがために、制動コントロールが難しいという一面も有する。すなわち、水平軸風車では尾翼(側翼)などを使用して、風車のロータ面(翼の回転する面)を風向に正対する向きからそらすこと(ファーリング)で、過回転を比較的容易に防止できるが、垂直軸風車では風向に依存しないため、ファーリングは不可能である。そのため、従来の垂直軸風車の制動機構として、主翼の一部あるいはアームの一部に、フラップ(可動部分翼)やスポイラー(突き出し板など)を設けて、それを液圧や空気圧などで駆動・制御して、空力ブレーキとして用いていた。しかし、このような方式は、機構が複雑となり、コストも高くなるため、小形の垂直軸風車に適用することは現実的ではなかった。 On the other hand, vertical axis wind turbines have the disadvantage that braking control is difficult because their performance is independent of wind direction. In other words, with horizontal axis wind turbines, over-rotation can be prevented relatively easily by using tail fins (side fins) to deflect the rotor surface (the surface on which the blades rotate) away from the wind direction (furling), but with vertical axis wind turbines, furling is impossible because they are independent of wind direction. For this reason, the braking mechanism for conventional vertical axis wind turbines is to provide flaps (movable partial blades) or spoilers (projecting plates, etc.) on part of the main wing or part of the arm, which are driven and controlled by hydraulic or pneumatic pressure, etc., to be used as an aerodynamic brake. However, this type of method is complicated and expensive, so it is not practical to apply it to small vertical axis wind turbines.

そこで、例えば、特許文献1では、垂直軸風車の回転軸と平行な可動翼軸周りに揺動可能な可動翼に錘を取り付け、錘に作用する遠心力によって主翼のピッチ角(揺動角)を変えて回転速度を制御する比較的簡易な方法を提案している。
また、特許文献2,3では、垂直軸風車の主翼の一部に可動翼あるいはスポイラーを取付け、その可動翼あるいはスポイラーに作用する遠心力の作用で可動翼あるいはスポイラーを開閉させて、回転数に依存する受動的空気ブレーキを提案している。
Therefore, for example, Patent Document 1 proposes a relatively simple method in which a weight is attached to a movable blade that can swing around a movable blade axis that is parallel to the rotation axis of the vertical axis wind turbine, and the rotation speed is controlled by changing the pitch angle (swing angle) of the main blade by the centrifugal force acting on the weight.
Furthermore, Patent Documents 2 and 3 propose a passive air brake that depends on the rotation speed by attaching a movable blade or spoiler to a part of the main blade of a vertical axis wind turbine and opening and closing the movable blade or spoiler by the centrifugal force acting on the movable blade or spoiler.

また、目的が過回転抑制機構ではなく、始動性の向上が目的となっているが、特許文献4では、垂直軸風車の主翼の下端に、鉛直下方に可動支持棒の先端に付けた錘を吊り下げ、その錘に働く遠心力の作用で錘と可動支持棒を振り上げ、その動作によって更に強く作用する遠心力の効果によって主翼の向き(ピッチ)を変えて、抗力型から揚力型に風車の特性を切り替える仕組みを提案している。この場合、うまく錘の質量を調整しておけば、ばねなどの弾性体による制限機構なしで特定の回転数以上になった場合に主翼のピッチ角を変えることが可能である。したがって、主翼の初期の向きを約90度変えて、低回転数状態では揚力型となる配置とし、高回転数状態となって遠心力で動作機構が作動した場合に主翼が抗力型配置となるように設定すれば、特許文献4の提案方法で過回転抑制機構を構成することも可能である。 In addition, although the purpose is not to provide an overspeed suppression mechanism but to improve starting performance, Patent Document 4 proposes a mechanism in which a weight attached to the tip of a movable support rod is hung vertically downward from the lower end of the main wing of a vertical axis wind turbine, and the weight and the movable support rod are swung up by the centrifugal force acting on the weight, and the direction (pitch) of the main wing is changed by the effect of the centrifugal force acting even stronger by this action, thereby switching the characteristics of the wind turbine from drag type to lift type. In this case, if the mass of the weight is adjusted well, it is possible to change the pitch angle of the main wing when the rotation speed exceeds a certain number without a limiting mechanism using an elastic body such as a spring. Therefore, if the initial direction of the main wing is changed by about 90 degrees to be arranged as a lift type at low rotation speed, and the main wing is set to be arranged as a drag type when the rotation speed is high and the operating mechanism is activated by centrifugal force, it is also possible to configure an overspeed suppression mechanism using the method proposed in Patent Document 4.

特開2007-85182号公報JP 2007-85182 A 特開2010-261415号公報JP 2010-261415 A 特開2011-27054号公報JP 2011-27054 A 特開2013-245564号公報JP 2013-245564 A

しかし、特許文献1~4に記載の方法では、風車が低速回転している場合に風車の特性を損なわせないようにするため、すなわち、過回転抑制機構が作用しないようにするため、ばねなどの弾性体で、特定の回転数までは錘や可動翼の動作を制限する必要がある。
ただし、特許文献4に記載の方法では、高回転数状態から低回転数状態に戻る際に、錘に作用する重力が復元力となって働き、振りあがった錘自体は鉛直下方に戻るが、ばねなどの弾性体が無ければ、変化した主翼の向きは変化後の向きのままであり、初期の状態には戻らない。
However, in the methods described in Patent Documents 1 to 4, in order to prevent the characteristics of the wind turbine from being impaired when the wind turbine is rotating at low speeds, i.e., to prevent the over-rotation suppression mechanism from working, it is necessary to limit the movement of the weight and movable blades up to a certain rotation speed using an elastic body such as a spring.
However, in the method described in Patent Document 4, when returning from a high rotation speed state to a low rotation speed state, gravity acting on the weight acts as a restoring force, and the swung-up weight itself returns to a vertically downward position; however, without an elastic body such as a spring, the changed orientation of the main wing remains in the orientation after the change and does not return to its initial state.

結局、特許文献1~4に記載の方法においては、ばねなどの弾性体で、可動翼あるいはスポイラーなどを元の状態に戻す機構が必要となる。また、いずれも風車の主翼に相当する直線翼を想定した機構であり、円形翼などその他の任意形状の主翼に対しては適用が不可能である。また、ばねなどの弾性体は経年変化によって特性が変わり、耐久性にも問題がある。 Ultimately, the methods described in Patent Documents 1 to 4 require a mechanism that uses an elastic body such as a spring to return the movable blade or spoiler to its original state. Furthermore, all of these mechanisms are designed for straight blades, which are equivalent to the main blades of wind turbines, and cannot be applied to main blades of any other shape, such as circular blades. Furthermore, the properties of elastic bodies such as springs change over time, and there are problems with durability.

更に、遠心力のみによって動作する過回転抑制機構の場合、30~40m/sの強風状態あるいは60m/s近い50年に1回経験する程度の確率である極値風状態においても、遠心力の作用で風車の過回転が制動される特定の最大回転数までは回転数が増加することになる。一定の回転数以上に風車が至らないという過回転抑制機構の動作が可能であったとしても、非常に高い風速の中で、高回転数で回転する状態が繰り返し発生することは、風車の構造的強度を考えた場合に好ましくなく、一般的には設計時において、風車の強度を高める必要性からコスト増になってしまう。 Furthermore, in the case of an over-speed suppression mechanism that operates solely by centrifugal force, even in strong wind conditions of 30 to 40 m/s or extreme wind conditions of nearly 60 m/s, which have a probability of being experienced once every 50 years, the rotation speed will increase up to a specific maximum rotation speed at which the centrifugal force will stop the over-speed of the wind turbine. Even if it were possible for the over-speed suppression mechanism to operate in such a way that the wind turbine would not exceed a certain rotation speed, repeated high rotation speeds in extremely high wind speeds is not desirable in terms of the structural strength of the wind turbine, and generally the need to increase the strength of the wind turbine at the design stage results in increased costs.

例えば、図18に示すように、発電性能的には、強風状態においても高い発電性能が維持されることは好ましく思えるが、現実的には、強風状態にある風車の回転数は、定格回転数(最大回転数)よりも十分に低い状態になるように抑制されることが、過回転抑制機構の理想動作となる。なお、図18には、過回転制御の有る場合Rと無い場合Sの2つの風車のパワーカーブが示されている。計算の便宜のため、過回転制御の場合Rは、風速18m/sにおいて発電電力Pが一定値(980.8W)になると仮定している。また、風速31m/s以上においては実質的に風速出現率を0とみなせるため、31m/s以上の発電は行わないと仮定している。 For example, as shown in Figure 18, in terms of power generation performance, it seems desirable to maintain high power generation performance even in strong wind conditions, but in reality, the ideal operation of the over-speed suppression mechanism is to suppress the rotation speed of the wind turbine in strong wind conditions to a state sufficiently lower than the rated rotation speed (maximum rotation speed). Note that Figure 18 shows the power curves of two wind turbines, R with over-speed control and S without it. For ease of calculation, in the case of over-speed control R, it is assumed that the generated power P is a constant value (980.8 W) at a wind speed of 18 m/s. In addition, since the occurrence rate of wind speeds of 31 m/s or more can be considered to be essentially 0, it is assumed that power generation at speeds of 31 m/s or more is not performed.

特許文献1~4に記載の方法も、基本的に遠心力のみで錘が駆動されるため、それらを装着した風力発電機の風速依存性は、図18と同様の特性になると想定され、強風状態の中において高回転数で回転することが予想される。 In the methods described in Patent Documents 1 to 4, the weight is basically driven only by centrifugal force, so the wind speed dependency of the wind turbine equipped with them is expected to have characteristics similar to those shown in Figure 18, and it is expected to rotate at high speeds in strong wind conditions.

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、任意形状の主翼を持つ垂直軸風車に適用可能であり、耐久性が高く、シンプル構造であり、かつ、強風状態における風車回転数は定格回転数(最大回転数)よりも十分に低い状態に抑制される過回転抑制機構を備える垂直軸風車を提供することを課題とする。 This invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a vertical axis wind turbine that can be applied to vertical axis wind turbines with main blades of any shape, is highly durable, has a simple structure, and is equipped with an over-speed suppression mechanism that suppresses the wind turbine rotation speed in strong wind conditions to a level sufficiently lower than the rated rotation speed (maximum rotation speed).

上記課題を達成するために、この発明は、発電部を有する基部と、上記基部に対して垂直軸周りに回転する回転部と、上記回転部にアームを介して連結されて垂直軸周りに回転する複数の風車翼と、を備える垂直軸風車であって、上記アームは、上記回転部と上記風車翼とを結ぶ回転軸の軸周りに回転可能な過回転抑制用の可動部を有し、上記可動部の下部に、上記垂直軸風車の回転時に生じる遠心力の作用によって該可動部を上記回転軸の軸周りに傾斜させて、該可動部の風車回転方向から見た投影面積を大きくし、上記垂直軸風車の回転停止時には上記可動部を初期状態に戻す過回転抑制誘導体が設けられている、ことを特徴とする(請求項1)。
In order to achieve the above object, the present invention provides a vertical axis wind turbine comprising a base having a power generating unit, a rotating unit which rotates about a vertical axis relative to the base, and a plurality of wind turbine blades which are connected to the rotating unit via an arm and rotate about the vertical axis, wherein the arm has a movable unit for suppressing over-rotation which is rotatable about a rotation axis which connects the rotating unit and the wind turbine blades, and an over-rotation suppression guide is provided at a lower part of the movable unit which tilts the movable unit about the rotation axis by the action of centrifugal force generated when the vertical axis wind turbine rotates, thereby increasing the projected area of the movable unit as seen from the direction of rotation of the wind turbine , and which returns the movable unit to its initial state when the vertical axis wind turbine stops rotating (claim 1).

このように構成することにより、風車の回転時に過回転抑制誘導体に働く遠心力の回転方向成分によって過回転抑制誘導体と鉛直方向との間の角度(以下に傾角という)変化に伴ってアームに設けられた可動部が回転軸周りに傾斜し、可動部に空気力による制動力が作用する。また、風車の回転停止時には、可動部が自動的に元の初期状態に戻る。更に、経年変化により特性の変化の虞があるばねなどの弾性体を不要にすることができる。 By configuring it in this way, the movable part provided on the arm tilts around the rotation axis as the angle (hereinafter referred to as the inclination angle) between the over-rotation suppression inducer and the vertical direction changes due to the rotational component of the centrifugal force acting on the over-rotation suppression inducer when the wind turbine rotates, and a braking force due to aerodynamic force acts on the movable part. In addition, when the wind turbine stops rotating, the movable part automatically returns to its original initial state. Furthermore, it is possible to eliminate the need for elastic bodies such as springs, whose characteristics may change over time.

この発明において、上記アーム及び上記風車翼の取付位置と上記可動部の上記回転軸の取付位置は同一線上に設けられているのが好ましい(請求項2)。
このように構成することにより、アームに働く引っ張りや圧縮に抗するアームの構造的強度が向上する。
In the present invention, it is preferable that the mounting positions of the arm and the wind turbine blade and the mounting position of the rotation shaft of the movable part are provided on the same line (claim 2).
Such a configuration improves the structural strength of the arm against tension and compression acting on the arm.

また、この発明において、上記過回転抑制誘導体は、上記可動部の下部における上記回転軸に対して回転方向の前縁側又は後縁側の偏倚位置に設けられているのが好ましい(請求項3)。
このように構成することにより、過回転抑制誘導体と鉛直方向との間の傾角が増大し、可動部に空気力による大きな制動力が作用する。
In the present invention, it is preferable that the over-rotation suppressing inductor is provided at a position offset toward the leading edge or trailing edge in the rotation direction with respect to the rotation shaft at the lower part of the movable portion (claim 3).
With this configuration, the inclination angle between the over-rotation suppression inductor and the vertical direction increases, and a large aerodynamic braking force acts on the movable portion.

また、この発明において、上記風車翼と上記可動部を含む上記アームのうちの少なくとも上記可動部は、同形状の中空部を有する翼型断面形状に形成されているのが好ましい(請求項4)。
このように構成することにより、風車翼と可動部を構成する部材を共通化することができると共に、可動部を有するアームと風車翼の軽量化が図れる。
In the present invention, it is preferable that at least the movable part of the arm including the wind turbine blade and the movable part is formed into an airfoil cross section having a hollow part of the same shape (claim 4).
With this configuration, the wind turbine blade and the movable part can be made of the same material, and the arm having the movable part and the wind turbine blade can be made lighter in weight.

また、この発明において、上記過回転抑制誘導体は、上記可動部の下部に連結される支持棒と、該支持棒の先端部に装着される錘とで構成されるか(請求項5)、上記風車翼と同形状の中空部を有する翼型断面形状に形成されているが好ましい(請求項6)。 In addition, in this invention, the over-rotation suppression guide is preferably composed of a support rod connected to the lower part of the movable part and a weight attached to the tip of the support rod (claim 5), or is formed into an airfoil cross-sectional shape with a hollow part of the same shape as the wind turbine blade (claim 6).

この場合、過回転抑制誘導体を、風車翼と同形状の中空部を有する翼型断面形状に形成することにより、空気力すなわち水平方向を向く揚力による回転方向成分が発生し、風車の推進力を高めることができる。また、可動部を風車翼と同形状に形成した場合、過回転抑制誘導体が可動部と同形状に形成されることにより、可動部と同形状の過回転抑制誘導体を用いることができる。 In this case, by forming the over-rotation suppression inducer into an airfoil-shaped cross section with a hollow portion of the same shape as the wind turbine blade, a rotational component is generated by aerodynamic force, i.e., horizontal lift, and the propulsive force of the wind turbine can be increased. Also, when the moving part is formed into the same shape as the wind turbine blade, the over-rotation suppression inducer is formed into the same shape as the moving part, making it possible to use an over-rotation suppression inducer of the same shape as the moving part.

また、この発明において、上記アームは、上記回転部に連結される第1固定部と、上記風車翼に連結される第2固定部及び上記第1固定部と上記第2固定部との間に配設される上記可動部とからなり、上記可動部と少なくとも上記第1固定部とは、いずれか一方に突設された回転軸と他方に設けられた軸受とで上記可動部が回転可能に連結されているのが好ましい(請求項7)。 In addition, in this invention, the arm comprises a first fixed part connected to the rotating part, a second fixed part connected to the wind turbine blade, and the movable part disposed between the first fixed part and the second fixed part, and it is preferable that the movable part and at least the first fixed part are rotatably connected by a rotating shaft protruding from one of them and a bearing provided on the other (claim 7).

このように構成することにより、可動部の回転を円滑にすることができ、風車の回転による遠心力で軸周りに傾斜した過回転抑制誘導体が、遠心力が小さくなって元の位置に戻るのを円滑にすることができる。 This configuration allows the moving part to rotate smoothly, and the over-rotation suppression guide, which has been tilted around the axis by the centrifugal force caused by the rotation of the wind turbine, can be smoothly returned to its original position as the centrifugal force decreases.

加えて、この発明において、上記可動部又は上記アームの上記可動部側にストッパを設け、上記ストッパによって上記可動部を初期状態において水平姿勢又は風車の回転方向の前縁側が上向き姿勢に支持するのが好ましい(請求項8)。 In addition, in this invention, it is preferable to provide a stopper on the movable part or on the movable part side of the arm, and to support the movable part in a horizontal position or with the leading edge side in the direction of rotation of the wind turbine facing upward in the initial state by the stopper (claim 8).

このように構成することにより、過回転抑制誘導体が回転軸に対して回転方向の前縁側に設けられた場合の初期状態における可動部の前傾を防止し、また、過回転抑制誘導体が回転軸に対して回転方向の後縁側に設けられた場合の初期状態における可動部の後傾を防止することができる。 This configuration makes it possible to prevent the movable part from tilting forward in the initial state when the over-rotation suppression guide is provided on the leading edge side of the rotational direction relative to the rotating shaft, and also to prevent the movable part from tilting backward in the initial state when the over-rotation suppression guide is provided on the trailing edge side of the rotational direction relative to the rotating shaft.

この発明によれば、上記のように構成されているので、任意形状の主翼を持つ垂直軸風車に適用可能であり、ばねなどの弾性体を不要にし、耐久性が高く、シンプル構造であり、かつ、強風状態における風車回転数は定格回転数(最大回転数)よりも十分に低い状態に抑制することができる。 As configured as described above, this invention can be applied to vertical axis wind turbines with main blades of any shape, does not require elastic bodies such as springs, is highly durable, has a simple structure, and can suppress the wind turbine rotation speed in strong wind conditions to a level sufficiently lower than the rated rotation speed (maximum rotation speed).

この発明に係る垂直軸風車の第1実施形態の使用状態を示す概略側面図(a)及び(a)のI部拡大断面図(b)である。1A is a schematic side view showing a state in which the vertical axis wind turbine according to the first embodiment of the present invention is used, and FIG. 1B is an enlarged sectional view of a portion I in FIG. この発明における風車翼と回転部との固定状態を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a fixed state of the wind turbine blade and the rotating part in the present invention. 図2AのII-II線に沿う断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 2A. この発明における風車翼、アーム、可動部の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the wind turbine blade, the arm, and the movable part in the present invention. この発明におけるアーム、可動部、過回転抑制誘導体を構成する錘及び風車翼を示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing the arm, the movable portion, the weight constituting the over-rotation suppression guide, and the wind turbine blade in the present invention. 図4のIII部拡大断面図(a)及び図4のIV-IV線に沿う拡大断面図(b)である。5A is an enlarged cross-sectional view of part III in FIG. 4, and FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 風車の低回転数状態の可動部と錘を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the movable part and the weight in a low rotation speed state of the wind turbine. 風車の高回転数状態の可動部と錘を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the movable part and the weight in a high rotation speed state of the wind turbine. 可動部と錘の取付状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the mounting state of the movable part and the weight. 可動部と錘の別の取付状態を示す断面図である。13 is a cross-sectional view showing another mounting state of the movable part and the weight. FIG. 錘を使用した過回転抑制機構の力の作用関係を示す概略平面図(a)及び概略側面図(b)である。5A and 5B are a schematic plan view and a schematic side view showing the relationship of forces acting on an over-rotation suppression mechanism using a weight; この発明に係る垂直軸風車の第2実施形態における風車の低回転数状態の可動部と過回転抑制誘導体を構成する補助翼を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a movable part in a low rotation speed state of a wind turbine and an aileron constituting an over-rotation suppression guide in a second embodiment of the vertical axis wind turbine according to the present invention. 風車の高回転数状態の可動部と補助翼を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the movable parts and the ailerons of the wind turbine in a high rotation speed state. 第2実施形態における可動部と補助翼の取付状態の一例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a mounting state of a movable portion and an aileron in the second embodiment. この発明に係る垂直軸風車の別の形態を示す概略側面図である。FIG. 1 is a schematic side view showing another embodiment of the vertical axis wind turbine according to the present invention. 第1実施形態の錘を使用した実施例1の風車の具体例を示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing a specific example of a wind turbine according to a first embodiment using the weight according to the first embodiment. 実施例1の風車のトルク特性を示すグラフである。4 is a graph showing torque characteristics of the wind turbine of Example 1. 実施例1の風車の回転数と可動部傾角の風速依存を示すグラフである。1 is a graph showing the wind speed dependence of the rotation speed and the inclination angle of a movable part of the wind turbine of Example 1. 第2実施形態の補助翼を使用した実施例2の風車のトルク特性を示すグラフである。13 is a graph showing torque characteristics of a wind turbine according to Example 2, which uses the aileron of the second embodiment. 実施例2の風車の回転数と可動部傾角の風速依存を示すグラフである。13 is a graph showing the wind speed dependence of the rotation speed and the inclination angle of the movable part of the wind turbine of Example 2. 従来の過回転制御が有る場合と無い場合のパワーカーブを示すグラフである。4 is a graph showing power curves with and without conventional overspeed control.

以下に、この発明を実施するための形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。 The following describes in detail the embodiment of the present invention with reference to the attached drawings.

<第1実施形態>
この発明に係る垂直軸風車1(以下に、単に風車1という)は、図1に示すように、発電部を有する基部2と、基部2に対して垂直軸Z周りに回転する回転部3と、回転部3にアーム20を介して連結されて垂直軸Z周りに回転する複数(例えば、3枚)の風車翼10とを備えている。
First Embodiment
As shown in FIG. 1 , the vertical axis wind turbine 1 (hereinafter simply referred to as wind turbine 1) according to the present invention comprises a base 2 having a power generating unit, a rotating unit 3 which rotates around a vertical axis Z relative to the base 2, and a plurality of (e.g., three) wind turbine blades 10 which are connected to the rotating unit 3 via arms 20 and rotate around the vertical axis Z.

基部2は、風車1の土台となる部分である。基部2は、風車1の風車翼10を設置面4から所定の高さに位置させるために所定の高さに形成される脚部2aと、図示しない発電部を収容する収容部2bとを備えている。 The base 2 is the foundation of the wind turbine 1. The base 2 has legs 2a formed at a predetermined height to position the wind turbine blades 10 of the wind turbine 1 at a predetermined height from the installation surface 4, and a housing section 2b that houses the power generation section (not shown).

回転部3は、風車翼10が受風したときに基部2に対して垂直軸Z周りに回転する。回転部3は、図2A及び図2Bに示すように、風車翼10が取り付けられて回転する回転ハブ3aと、回転ハブ3aの回転軸となり、基部2の収容部2b内に回転可能に支承される軸部3bとを備えている。 When the wind turbine blade 10 receives wind, the rotating part 3 rotates around a vertical axis Z relative to the base 2. As shown in Figures 2A and 2B, the rotating part 3 includes a rotating hub 3a to which the wind turbine blade 10 is attached and rotates, and a shaft part 3b that serves as the rotation axis of the rotating hub 3a and is rotatably supported within the housing part 2b of the base 2.

風車翼10は、回転部3の回転ハブ3aに支持されて水平方向に延びるアーム基部5に連結されるアーム20を介して取り付けられて、回転部3と共に回転する。本実施形態では、風車翼10は、垂直軸Z周りに等間隔で複数(例えば3枚)設けられている。なお、風車翼10の枚数はこれに限定されるものではない。 The wind turbine blades 10 are attached via an arm 20 that is connected to an arm base 5 that is supported by the rotating hub 3a of the rotating part 3 and extends horizontally, and rotate together with the rotating part 3. In this embodiment, multiple wind turbine blades 10 (e.g., three) are provided at equal intervals around the vertical axis Z. Note that the number of wind turbine blades 10 is not limited to this.

この場合、図2A及び図2Bに示すように、回転ハブ3aの上下のフランジ3a1,3a2とアーム基部5を貫通する固定ボルト6とナット(図示せず)をねじ結合して、アーム基部5が固定される。
一方、アーム20は、後述する風車翼10を形成する延在部11、主翼12及び湾曲部13と同じ断面形状の中空部10a~10gを有するアルミニウム製の押出形材にて形成されており、図3に示すように、前縁が湾曲し後縁が尖った流線形の断面を有し、複数のリブ10hによって中空部10a~10gが区画されている。また、図2Bに示すように、一端の開口側のリブ10hが切り欠かれており、この切欠部10i内にアーム基部5の他端部が挿入され、アーム20とアーム基部5に設けられた貫通孔5aに貫通される連結ボルト6aにナット(図示せず)をねじ結合して、アーム基部5とアーム20が連結される。
In this case, as shown in Figures 2A and 2B, the arm base 5 is fixed by screwing together the upper and lower flanges 3a1, 3a2 of the rotating hub 3a and the fixing bolt 6 that passes through the arm base 5 and a nut (not shown).
On the other hand, the arm 20 is formed of an aluminum extruded material having hollow portions 10a-10g with the same cross-sectional shape as the extension portion 11, main wing 12, and curved portion 13 that form the wind turbine blade 10 described later, and has a streamlined cross section with a curved leading edge and a pointed trailing edge, and the hollow portions 10a-10g are defined by a plurality of ribs 10h as shown in Fig. 3. Also, as shown in Fig. 2B, the rib 10h on the opening side of one end is notched, and the other end of the arm base 5 is inserted into this notch 10i, and a nut (not shown) is screwed onto a connecting bolt 6a that passes through a through hole 5a provided in the arm 20 and the arm base 5, thereby connecting the arm base 5 and the arm 20.

風車翼10は、風車1の垂直軸Zに近い側が固定部材7によってアーム20に固定されている。垂直軸Zから離れるにつれて互いの間隔が広くなるように回転部3から延びる一対の延在部11と、風車翼10の垂直軸Zに略平行な方向に沿って延びる主翼12と、延在部11と主翼12とを連結部材(図示せず)によって湾曲状に連結する湾曲部13とを有する。具体的には、風車翼10は、側面視で、水平軸Xに対して略対称に形成された略三角形状に形成されている。なお、ここでいう略三角形状とは、風車翼10の全体形状が三角形に近い形状であることをいい、三角形の角部が湾曲したものや、三辺のいずれかが湾曲したものを含む。 The wind turbine blade 10 is fixed to the arm 20 by a fixing member 7 on the side closer to the vertical axis Z of the wind turbine 1. It has a pair of extension parts 11 extending from the rotating part 3 so that the distance between them increases with distance from the vertical axis Z, a main wing 12 extending along a direction approximately parallel to the vertical axis Z of the wind turbine blade 10, and a curved part 13 that connects the extension parts 11 and the main wing 12 in a curved shape by a connecting member (not shown). Specifically, the wind turbine blade 10 is formed in an approximately triangular shape that is approximately symmetrical with respect to the horizontal axis X in a side view. Note that the approximately triangular shape referred to here means that the overall shape of the wind turbine blade 10 is close to a triangle, and includes a triangle with curved corners and one with any of the three sides curved.

風車翼10を形成する延在部11、主翼12及び湾曲部13は、同じ断面形状の中空部10a~10gを有するアルミニウム製の押出形材にて形成されており、図3に示すように、前縁が湾曲し後縁が尖った流線形の断面を有し、複数のリブ10hによって中空部10a~10gが区画されている。なお、図3においては、6つのリブ10hによって7つの中空部10a,10b,10c,10d,10e,10f,10gを有する場合が示されているが、中空部の形状や数は任意である。また、風車翼10(延在部11、主翼12、湾曲部13)は、具体的には前縁から後縁までの長さが約380mm、表裏面の最大高さが約91mmに設定されているが、必ずしもこれに限定されるものではない。 The extension 11, main wing 12, and curved portion 13 that form the wind turbine blade 10 are formed from aluminum extrusions with hollows 10a-10g of the same cross-sectional shape. As shown in FIG. 3, the blade has a streamlined cross section with a curved leading edge and a sharp trailing edge, and the hollows 10a-10g are partitioned by multiple ribs 10h. Note that FIG. 3 shows a case in which there are seven hollows 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, and 10g formed by six ribs 10h, but the shape and number of the hollows are arbitrary. In addition, the wind turbine blade 10 (extension 11, main wing 12, curved portion 13) is specifically set to a length from the leading edge to the trailing edge of approximately 380 mm, and a maximum height of the front and back surfaces of approximately 91 mm, but this is not necessarily limited to this.

風車翼10を固定する固定部材7は、風車翼10の延在部11の基端側の外側面とアーム20の上面又は下面に当接する当接片を有する鈍角屈曲状の一対の外側ブラケット7aと、延在部11の基端側の内側面とアーム20の上面又は下面に当接する当接片を有する一対の鋭角屈曲状の内側ブラケット7bと、一対の外側ブラケット7aと内側ブラケット7bによってそれぞれ延在部11とアーム20を挟んだ状態で、アーム20に延在部11を固定する固定ボルト7c,固定ナット7dとを具備する。 The fixing member 7 that fixes the wind turbine blade 10 includes a pair of outer brackets 7a bent at an obtuse angle and having abutment pieces that abut against the outer surface of the base end side of the extension portion 11 of the wind turbine blade 10 and the upper or lower surface of the arm 20, a pair of inner brackets 7b bent at an acute angle and having abutment pieces that abut against the inner surface of the base end side of the extension portion 11 and the upper or lower surface of the arm 20, and a fixing bolt 7c and a fixing nut 7d that fix the extension portion 11 to the arm 20 with the pair of outer brackets 7a and inner brackets 7b sandwiching the extension portion 11 and the arm 20, respectively.

この場合、外側ブラケット7aと内側ブラケット7bは、アルミニウム製鋳物にて形成されており、外側ブラケット7aの当接片と内側ブラケット7bの当接片の当接面は、延在部11とアーム20の外面流線形に相似する形状に形成されている。なお、当接片には固定ボルト7cが貫通する貫通孔(図示せず)が設けられている。また、アーム20の中空部10b,10d,10fの箇所の表裏面には固定ボルト7cが貫通する貫通孔(図示せず)が設けられている。 In this case, the outer bracket 7a and the inner bracket 7b are formed from aluminum casting, and the contact surfaces of the contact pieces of the outer bracket 7a and the inner bracket 7b are formed in a shape similar to the streamlined outer surfaces of the extension 11 and the arm 20. The contact pieces are provided with a through hole (not shown) through which the fixing bolt 7c passes. In addition, the front and back surfaces of the hollow portions 10b, 10d, and 10f of the arm 20 are provided with a through hole (not shown) through which the fixing bolt 7c passes.

アーム20は、回転部3と風車翼10の主翼12を結ぶ回転軸24の軸周りに回転可能な過回転抑制用の可動部23を有し、可動部23の下部に、風車1の回転時に生じる遠心力の作用によって可動部23を回転軸24周りに傾斜させ、風車1の回転停止時には可動部23を初期状態に戻す過回転抑制誘導体30が設けられている。 The arm 20 has a movable part 23 for suppressing over-rotation that can rotate around a rotation axis 24 that connects the rotating part 3 and the main blade 12 of the wind turbine blade 10, and an over-rotation suppression guide 30 is provided at the bottom of the movable part 23. The over-rotation suppression guide 30 tilts the movable part 23 around the rotation axis 24 due to the action of centrifugal force generated when the wind turbine 1 rotates, and returns the movable part 23 to its initial state when the wind turbine 1 stops rotating.

アーム20は、回転部3に連結される第1固定部21(以下に第1固定アーム21という)と、主翼12に連結部材25を介して連結される第2固定部22(以下に第2固定アーム22という)及び第1固定アーム21と第2固定アーム22との間に配設される可動部23(以下に可動アーム23という)とで構成されており、可動アーム23に設けられた水平方向に延在する回転軸24が第1固定アーム21と第2固定アーム22に設けられた軸受26(例えば転がり軸受)に嵌合されて、可動アーム23が回転可能に連結されている。なお、アーム20を構成する第1固定アーム21、第2固定アーム22及び可動アーム23は、風車翼10と同形状の中空部を有する翼型断面形状に形成されている(図3参照)。なお、以下の説明を分かりやすくするために、第1固定アーム21、第2固定アーム22及び可動アーム23の中空部と風車翼10の中空部を同一の符号を付してある。 The arm 20 is composed of a first fixed part 21 (hereinafter referred to as the first fixed arm 21) connected to the rotating part 3, a second fixed part 22 (hereinafter referred to as the second fixed arm 22) connected to the main wing 12 via a connecting member 25, and a movable part 23 (hereinafter referred to as the movable arm 23) disposed between the first fixed arm 21 and the second fixed arm 22. The horizontally extending rotation shaft 24 provided on the movable arm 23 is fitted into bearings 26 (e.g., rolling bearings) provided on the first fixed arm 21 and the second fixed arm 22, so that the movable arm 23 is rotatably connected. The first fixed arm 21, the second fixed arm 22, and the movable arm 23 constituting the arm 20 are formed into an airfoil cross-sectional shape having a hollow portion of the same shape as the wind turbine blade 10 (see FIG. 3). In order to make the following explanation easier to understand, the hollow portions of the first fixed arm 21, the second fixed arm 22, and the movable arm 23 and the hollow portion of the wind turbine blade 10 are given the same reference numerals.

主翼12と第2固定アーム22とを連結する連結部材25は、図1(b)に示すように、主翼12の内側面と第2固定アーム22の上面又は下面に当接する一対の直角ブラケット25aと、直角ブラケット25aの垂直当接片と主翼12、水平当接片と第2固定アーム22を貫通する連結ボルト25bと、連結ボルト25bにねじ結合するナット25cとで構成されている。 The connecting member 25 that connects the main wing 12 and the second fixed arm 22 is composed of a pair of right-angle brackets 25a that abut against the inner surface of the main wing 12 and the upper or lower surface of the second fixed arm 22, a connecting bolt 25b that passes through the vertical abutment piece of the right-angle bracket 25a and the main wing 12, the horizontal abutment piece and the second fixed arm 22, and a nut 25c that is screwed onto the connecting bolt 25b, as shown in FIG. 1(b).

この場合、回転軸24は可動アーム23の中空部10e内を貫通し、中空部10eの両端部に嵌挿された座金24aによって固定され、その突出部が第1固定アーム21と第2固定アーム22に設けられた中空部10e内に挿入される座金27によって固定された軸受26によって回転可能に支承されている(図4A(a)、図4A(b)参照)。 In this case, the rotating shaft 24 passes through the hollow portion 10e of the movable arm 23 and is fixed by washers 24a inserted into both ends of the hollow portion 10e, and its protruding portion is rotatably supported by bearings 26 fixed by washers 27 inserted into the hollow portion 10e provided in the first fixed arm 21 and the second fixed arm 22 (see Figures 4A(a) and 4A(b)).

上記説明では、可動アーム23に回転軸24を設け、第1固定アーム21と第2固定アーム22に軸受26を設ける場合について説明したが、必ずしもこのような構造とする必要はない。例えば、第1固定アーム21と第2固定アーム22に回転軸24を突設し、可動アーム23に軸受26を設けるようにしてもよい。あるいは、可動アーム23と少なくとも第1固定アーム21とは、いずれか一方に突設された回転軸24と他方に設けられた軸受26とで可動アーム23を回転可能に連結してもよい。 In the above explanation, the movable arm 23 is provided with a rotating shaft 24, and the first fixed arm 21 and the second fixed arm 22 are provided with bearings 26, but this structure is not necessarily required. For example, the first fixed arm 21 and the second fixed arm 22 may have a rotating shaft 24 protruding therefrom, and the movable arm 23 may have a bearing 26. Alternatively, the movable arm 23 and at least the first fixed arm 21 may be rotatably connected to each other by a rotating shaft 24 protruding from one of them and a bearing 26 provided on the other.

上記のように構成することにより、第1固定アーム21、第2固定アーム22及び主翼12の取付位置と可動アーム23の回転軸24の取付位置を同一線上に設けることができる。したがって、アーム20に働く引っ張りや圧縮に抗するアーム20の構造的強度を高めることができる。 By configuring as described above, the mounting positions of the first fixed arm 21, the second fixed arm 22, and the main wing 12 can be aligned with the mounting position of the rotation shaft 24 of the movable arm 23. This increases the structural strength of the arm 20 against tension and compression acting on the arm 20.

過回転抑制誘導体30は、可動アーム23の下部における回転軸24に対して回転方向の前縁側の偏倚位置に連結される支持棒31と、該支持棒31の先端部に装着される球形の錘32とで構成されている。なお、錘32は必ずしも球形である必要はなく、球形以外の任意の形状であってもよい。 The over-rotation suppression inducer 30 is composed of a support rod 31 connected to the lower part of the movable arm 23 at a biased position toward the front edge side in the rotation direction relative to the rotation shaft 24, and a spherical weight 32 attached to the tip of the support rod 31. Note that the weight 32 does not necessarily have to be spherical, and may be any shape other than spherical.

過回転抑制誘導体30の可動アーム23への取付は、例えば、図7Aに示すように、支持棒31の基端部に雄ねじ部31aを設け、雄ねじ部31aを可動アーム23の中空部10c内に挿入された座金28に設けられたねじ孔28aにねじ結合することによって可動アーム23に過回転抑制誘導体30を取り付けることができる。
また、図7Bに示すように、支持棒31を可動アーム23の中空部10cの上下部に設けられた貫通孔23a,23b内を貫通させ、その突出部に設けられた雄ねじ部31aにスペーサ33とワッシャ34を介してナット35をねじ結合することによって可動アーム23に過回転抑制誘導体30を取り付けるようにしてもよい。
The over-rotation suppression inducer 30 can be attached to the movable arm 23, for example, by providing a male threaded portion 31a at the base end of the support rod 31 and screwing the male threaded portion 31a into a screw hole 28a provided in a washer 28 inserted into the hollow portion 10c of the movable arm 23, as shown in Figure 7A.
Also, as shown in FIG. 7B, the support rod 31 may be inserted through the through holes 23a, 23b provided in the upper and lower parts of the hollow portion 10c of the movable arm 23, and a nut 35 may be screwed to the male threaded portion 31a provided on the protruding portion of the support rod 31 via a spacer 33 and a washer 34, thereby attaching the over-rotation suppression guide 30 to the movable arm 23.

なお、過回転抑制誘導体30を可動アーム23の下部における回転軸24に対して回転方向の前縁側の偏倚位置に連結することで、初期状態において可動アーム23が前傾姿勢となり、風車1の回転に支障を来す虞がある。これを回避するために可動アーム23の風車回転方向から見た投影面積がほぼ最小状態となるように、例えば、第1固定アーム21の可動アーム23側端部にストッパ40を突設して可動アーム23を係止し、可動アーム23の初期状態を水平姿勢、あるいは、支持棒31と鉛直方向との間の角度α(傾角α)を微少な角度(1度~5度程度)の上向き姿勢に支持している。 Note that by connecting the over-rotation suppression inducer 30 to the lower part of the movable arm 23 at a position offset toward the front edge in the direction of rotation relative to the rotating shaft 24, the movable arm 23 may be tilted forward in the initial state, which may cause problems with the rotation of the wind turbine 1. To avoid this, for example, a stopper 40 is provided protruding from the end of the first fixed arm 21 on the side of the movable arm 23 to engage the movable arm 23 so that the projected area of the movable arm 23 as seen from the direction of rotation of the wind turbine is almost minimized, and the initial state of the movable arm 23 is supported in a horizontal position, or in an upward position with an angle α (inclination angle α) between the support rod 31 and the vertical direction at a small angle (approximately 1 to 5 degrees).

次に、上記のように構成される錘32を使用した過回転抑制機構を有する風車1の動作態様について、図5,図6,図8を参照して説明する。
風速が高くなり、風車1が高回転数状態になってくると、錘32に働く遠心力Fcの回転方向成分F1が大きくなる。この時、(1)可動アーム23の回転軸周りの可動アーム23に作用する空気力によるモーメント(抗力及び揚力FLによる取付位置周りのモーメント)、(2)可動アーム23の重力FG1によるモーメント、更に(3)錘32,支持棒31に作用する空気力によるモーメント(抗力Fr)、(4)錘32,支持棒31の重力FG2によるモーメントの総和{(1)+(2)+(3)+(4)}による、可動アーム23を頭下げの方向(前縁が下方に動く向き)に回転させる正味のモーメントが働く。この正味のモーメントに比較して、(5)錘32に働く遠心力Fcの回転方向成分F1による頭上げのモーメントが大きくなれば、傾角αは増加する。
Next, the operation of the wind turbine 1 having the over-rotation suppression mechanism using the weight 32 configured as above will be described with reference to Figs.
When the wind speed increases and the wind turbine 1 rotates at a high speed, the rotational direction component F1 of the centrifugal force Fc acting on the weight 32 increases. At this time, a net moment acts on the movable arm 23 in a downward direction (a direction in which the leading edge moves downward) due to the sum of (1) the moment due to the aerodynamic force acting on the movable arm 23 around the rotation axis of the movable arm 23 (moment around the mounting position due to drag and lift FL), (2) the moment due to gravity FG1 of the movable arm 23, (3) the moment due to the aerodynamic force acting on the weight 32 and the support rod 31 (drag Fr), and (4) the moment due to gravity FG2 of the weight 32 and the support rod 31 {(1)+(2)+(3)+(4)}. If the head-up moment due to (5) the rotational direction component F1 of the centrifugal force Fc acting on the weight 32 increases compared to this net moment, the inclination angle α increases.

その結果、図6及び図8(b)に示すように傾角αが非常に大きくなって、可動アーム23の風車回転方向から見た投影面積が大きくなり、可動アーム23には、空気力による大きな制動力F2が作用し、風車1の過回転を抑制する。ただし、強風状態では、低い回転数状態においても、(1)の可動アーム23に働く空気力のモーメントが頭上げの方向(前縁が上方に動く向き)に大きくなり、(5)の錘32に働く遠心力Fcによる頭上げ方向の回転モーメントに比べて支配的となり、大きな制動力F2を生み出す。その結果として、強風状態では、風車1は低い回転数に抑制される。 As a result, as shown in Figures 6 and 8(b), the inclination angle α becomes very large, the projected area of the movable arm 23 as seen from the direction of rotation of the wind turbine becomes large, and a large braking force F2 due to aerodynamic forces acts on the movable arm 23, suppressing over-rotation of the wind turbine 1. However, in strong wind conditions, even at low rotation speeds, the moment of aerodynamic forces acting on the movable arm 23 (1) becomes large in the lifting direction (the direction in which the leading edge moves upward), and becomes dominant compared to the rotation moment in the lifting direction due to the centrifugal force Fc acting on the weight 32 (5), generating a large braking force F2. As a result, in strong wind conditions, the wind turbine 1 is suppressed to a low rotation speed.

可動アーム23の回転軸24が風車回転軸(垂直軸Z)と直角(あるいは多少の角度がついていてもよい)になっており、回転軸24が軸受26によって支承されているため、遠心力で持ち上げられた錘32が、遠心力が小さくなって元の位置に戻るときに、可動アーム23も元の状態に自然に戻ることができ、ばねなどの弾性体が不要である。 The rotating shaft 24 of the movable arm 23 is at a right angle (or may be at a slight angle) to the wind turbine rotation axis (vertical axis Z), and the rotating shaft 24 is supported by bearings 26, so that when the weight 32 lifted by centrifugal force decreases and returns to its original position, the movable arm 23 can also naturally return to its original state, eliminating the need for an elastic body such as a spring.

上記実施形態では、過回転抑制誘導体30を可動アーム23の下部における回転軸24に対して回転方向の前縁側の偏倚位置に連結した場合について説明したが、過回転抑制誘導体30を回転軸24に対して回転方向の後縁側の偏倚位置に連結してもよい。この場合、初期状態において可動アーム23が後傾姿勢となり、風車1の回転に支障を来す虞がある。これを回避するために上記と同様にストッパ(図示せず)を設けて、可動アーム23の初期状態を水平姿勢にすればよい。
なお、初期状態において可動アーム23の頭上げ方向(前縁が上に動く向き)に傾斜する場合は、可動アーム23が傾斜した際に、鉛直上向きに揚力が働き、風車翼10やアーム20(第1固定アーム21、第2固定アーム22、可動アーム23)の重力を緩和するため望ましい。
In the above embodiment, the case where the over-rotation suppression inductor 30 is connected to a biased position on the leading edge side in the rotation direction with respect to the rotating shaft 24 at the lower part of the movable arm 23 has been described, but the over-rotation suppression inductor 30 may be connected to a biased position on the trailing edge side in the rotation direction with respect to the rotating shaft 24. In this case, the movable arm 23 may be inclined backward in the initial state, which may cause an impediment to the rotation of the wind turbine 1. In order to avoid this, a stopper (not shown) may be provided as above, and the initial state of the movable arm 23 may be in a horizontal position.
In addition, if the movable arm 23 is tilted in the head-up direction (the direction in which the leading edge moves upward) in the initial state, when the movable arm 23 is tilted, a lift force acts vertically upward, which is desirable because it reduces the gravity of the wind turbine blade 10 and the arm 20 (first fixed arm 21, second fixed arm 22, movable arm 23).

<第2実施形態>
第2実施形態の風車1は、第1実施形態の過回転抑制誘導体30の錘32に代えて、風車翼10と第1固定アーム21、第2固定アーム22、可動アーム23と同形状の中空部を有する翼型断面形状に形成される補助翼36を具備する。
Second Embodiment
The wind turbine 1 of the second embodiment is provided with an auxiliary blade 36 formed in an airfoil cross-sectional shape having a hollow portion of the same shape as the wind turbine blade 10, the first fixed arm 21, the second fixed arm 22, and the movable arm 23, instead of the weight 32 of the over-rotation suppression inducer 30 of the first embodiment.

第2実施形態における補助翼36は、風車翼10と同形状の中空部を有する翼型断面形状に形成されているので、以下の説明において、補助翼36と風車翼10の中空部を同一の符号を付して説明する。
第2実施形態における過回転抑制誘導体30Aは、可動アーム23の下部における回転軸24に対して回転方向の前縁側の偏倚位置に取り付けられる連結棒37を介して連結される補助翼36にて構成されている。
The aileron 36 in the second embodiment is formed in an airfoil cross-sectional shape having a hollow portion of the same shape as the wind turbine blade 10, so in the following explanation, the hollow portions of the aileron 36 and the wind turbine blade 10 are denoted by the same reference numerals.
The over-rotation suppression inducer 30A in the second embodiment is composed of an aileron 36 connected via a connecting rod 37 attached to a biased position toward the leading edge side in the rotation direction relative to the rotation shaft 24 at the lower part of the movable arm 23.

過回転抑制誘導体30Aの可動アーム23への取付は、例えば、図11に示すように、連結棒37の両端に雄ねじ部37aを設け、一端の雄ねじ部37aを補助翼36の中空部10cの上端側に嵌挿された座金38のねじ孔38aにねじ結合して補助翼36の上方へ突出させ、連結棒37を可動アーム23の中空部10cの上下部に設けられた貫通孔23a,23b内を貫通させ、その突出部に設けられた雄ねじ部37aにスペーサ33とワッシャ34を介してナット35をねじ結合することによって可動アーム23に過回転抑制誘導体30Aを取り付ける。ここでは、1本の連結棒37を用いて可動アーム23に過回転抑制誘導体30Aを取り付けているが、強度を持たせるためには、複数本の連結棒37を用いて上記と同様に可動アーム23に過回転抑制誘導体30Aを取り付ける方がよい。
なお、連結棒37を用いずに、主翼12と第2固定アーム22を連結すると同様に、ブラケットを介して可動アーム23の下面に補助翼36を直接取り付けるようにしてもよい。
The over-rotation suppression induction 30A is attached to the movable arm 23, for example, as shown in Fig. 11, by providing male threads 37a at both ends of a connecting rod 37, screwing the male threads 37a at one end into a screw hole 38a of a washer 38 inserted into the upper end side of the hollow portion 10c of the aileron 36 to protrude above the aileron 36, passing the connecting rod 37 through the through holes 23a and 23b provided at the upper and lower parts of the hollow portion 10c of the movable arm 23, and screwing a nut 35 to the male threads 37a provided on the protruding part via a spacer 33 and a washer 34, thereby attaching the over-rotation suppression induction 30A to the movable arm 23. Here, the over-rotation suppression induction 30A is attached to the movable arm 23 using one connecting rod 37, but in order to provide strength, it is better to attach the over-rotation suppression induction 30A to the movable arm 23 in the same manner as above using multiple connecting rods 37.
Incidentally, without using the connecting rod 37, the aileron 36 may be attached directly to the underside of the movable arm 23 via a bracket in the same manner as when the main wing 12 and the second fixed arm 22 are connected.

第2実施形態では、錘32に代えて補助翼36を用いているので、図9、図10に示すように、錘32の場合は空気力として抗力のみが作用するため多少の風車1の損失となっていたが、補助翼36の場合は、風車翼10の回転方位角(アジマス角)によっては、空気力Fa(水平方向を向く揚力)による回転方向成分F1が発生し、風車1の推進力になる。したがって、低回転数状態では、風車1の性能向上に寄与する。また、錘32と比べてデザイン性もよいという長所もある。補助翼36の翼弦長や形状は、可動アーム23と同じにする必要はないが、可動アーム23と同じ形状を補助翼36に用いることで、錘32の製作に要するコストの低減にもなり得る。
なお、第2実施形態において、その他の部分は第1実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
In the second embodiment, an aileron 36 is used instead of the weight 32. As shown in Figs. 9 and 10, in the case of the weight 32, only drag acts as an aerodynamic force, resulting in some loss of the wind turbine 1. However, in the case of the aileron 36, depending on the rotation azimuth angle (azimuth angle) of the wind turbine blade 10, a rotation direction component F1 is generated by the aerodynamic force Fa (lift force directed in the horizontal direction), which becomes the driving force of the wind turbine 1. Therefore, in a low rotation speed state, it contributes to improving the performance of the wind turbine 1. In addition, it has an advantage of being more designable than the weight 32. The chord length and shape of the aileron 36 do not need to be the same as those of the movable arm 23, but using the same shape as the movable arm 23 for the aileron 36 can reduce the cost required for manufacturing the weight 32.
In the second embodiment, other parts are the same as those in the first embodiment, so the same parts are given the same reference numerals and the description thereof is omitted.

上記のように構成される第2実施形態の風車1においても、風車1が高回転数状態時には、補助翼36に働く遠心力の回転方向成分F1による頭上げモーメントが大きくなり、傾角αを増加する。その結果、可動アーム23には空気力による大きな制動力F2が作用し、風車1の過回転を抑制する。ただし、強風状態では、低い回転数状態においても、可動アーム23に働く空気力のモーメントが頭上げの方向(前縁が上方に動く方向)に大きくなり、補助翼36に働く遠心力による頭上げの方向の回転モーメントに比べて支配的となり、大きな制動力F2を生み出す。その結果、強風状態では、風車1は低い回転数に抑制される。 In the wind turbine 1 of the second embodiment configured as described above, when the wind turbine 1 is in a high rotation speed state, the lifting moment due to the rotation direction component F1 of the centrifugal force acting on the aileron 36 becomes large, and the inclination angle α increases. As a result, a large braking force F2 due to aerodynamic forces acts on the movable arm 23, suppressing over-rotation of the wind turbine 1. However, in a strong wind state, even in a low rotation speed state, the moment of the aerodynamic forces acting on the movable arm 23 becomes large in the lifting direction (the direction in which the leading edge moves upward), and becomes dominant compared to the rotation moment in the lifting direction due to the centrifugal force acting on the aileron 36, generating a large braking force F2 . As a result, in a strong wind state, the wind turbine 1 is suppressed to a low rotation speed.

<その他の実施形態>
(1)上記実施形態では、可動アーム23の回転軸24を第1固定アーム21及び第2固定アーム22と主翼12の取付位置と同一線上に一致させたが、第1固定アーム21及び第2固定アーム22と主翼12の取付位置と平行な位置に可動アーム23の回転軸24を配置してもよい。
また、可動アーム23は板状のものであっても差し支えないが、風車翼10と同形状の中空部を有する翼型断面形状に形成されているのが望ましい。なお、第1固定アーム21及び第2固定アーム22の形状は任意の形状であってもよい。
<Other embodiments>
(1) In the above embodiment, the rotation axis 24 of the movable arm 23 is aligned on the same line as the mounting positions of the first fixed arm 21 and the second fixed arm 22 and the main wing 12. However, the rotation axis 24 of the movable arm 23 may be positioned parallel to the mounting positions of the first fixed arm 21 and the second fixed arm 22 and the main wing 12.
In addition, the movable arm 23 may be plate-shaped, but is preferably formed into an airfoil cross-sectional shape having a hollow portion of the same shape as the wind turbine blade 10. The first fixed arm 21 and the second fixed arm 22 may have any shape.

(2)上記実施形態では、固定アームが第1固定アーム21と第2固定アーム22の場合について説明したが、固定アームを第1固定アーム21のみとし、主翼12に固定(突設)された回転軸24と可動アーム23に設けられた軸受26とで可動アーム23を回転可能に連結してもよい。また、固定アームを第2固定アーム22のみとし、可動アーム23と第2固定アーム22のいずれか一方に突設された回転軸24と他方に設けられた軸受26とで可動アーム23を回転可能に連結してもよい。 (2) In the above embodiment, the fixed arms are the first fixed arm 21 and the second fixed arm 22. However, the fixed arm may be the first fixed arm 21 only, and the movable arm 23 may be rotatably connected by a rotating shaft 24 fixed (protruding) to the main wing 12 and a bearing 26 provided on the movable arm 23. Also, the fixed arm may be the second fixed arm 22 only, and the movable arm 23 may be rotatably connected by a rotating shaft 24 protruding from either the movable arm 23 or the second fixed arm 22 and a bearing 26 provided on the other.

(3)上記実施形態では、可動アーム23を第1固定アーム21と第2固定アーム22の間に配設した場合について説明したが、アーム全体を可動アームとしてもよい。 (3) In the above embodiment, the movable arm 23 is disposed between the first fixed arm 21 and the second fixed arm 22, but the entire arm may be a movable arm.

(4)上記実施形態では風車翼の形状が回転部3から延びる一対の延在部11と、風車翼10の垂直軸Zに略平行な方向に沿って延びる主翼12と、延在部11と主翼12とを連結部材(図示せず)によって湾曲状に連結する湾曲部13とを有する略三角形状に形成されたバタフライ型風車について説明した。この発明に係る風車はこれに限定されるものではなく、図12(a)に示すように、水平アーム20の先端に垂直状主翼12を取り付けたH型ダリウス風車1A(この場合、第1固定アームと第2固定アームは何等かの方法で互いに拘束してあるものとする。)、図12(b)に示すように、斜めアーム20の先端に垂直状主翼12を取り付けたH型ダリウス風車1B(斜めアーム)、あるいは、図12(c)に示すように、水平アーム20の先端に円弧状主翼12を取り付けたダリウス風車1Cにも適用できる。 (4) In the above embodiment, a butterfly-type wind turbine was described in which the wind turbine blades are formed in a substantially triangular shape with a pair of extensions 11 extending from the rotating part 3, a main wing 12 extending in a direction substantially parallel to the vertical axis Z of the wind turbine blade 10, and a curved part 13 that connects the extensions 11 and the main wing 12 in a curved shape by a connecting member (not shown). The wind turbine according to the present invention is not limited to this, and can also be applied to an H-type Darrieus wind turbine 1A in which a vertical main wing 12 is attached to the tip of a horizontal arm 20 as shown in FIG. 12(a) (in this case, the first fixed arm and the second fixed arm are assumed to be constrained to each other in some way), an H-type Darrieus wind turbine 1B (diagonal arm) in which a vertical main wing 12 is attached to the tip of a diagonal arm 20 as shown in FIG. 12(b), or a Darrieus wind turbine 1C in which an arc-shaped main wing 12 is attached to the tip of a horizontal arm 20 as shown in FIG. 12(c).

次に、上記錘32を使用した過回転抑制機構と補助翼36を使用した過回転抑制機構を備えた風車の実施例(特性計算例)について説明する。 Next, we will explain an example (characteristics calculation example) of a wind turbine equipped with an over-rotation suppression mechanism using the weight 32 and an over-rotation suppression mechanism using an aileron 36.

<実施例1>
実施例1は、第1実施形態の錘使用の可動アーム式過回転抑制機構を備えた風車の特性計算例である。
図5、図6に示した、第1実施形態の錘使用の可動アーム式過回転抑制機構を、図13に示すように、直径14m、高さ14.2mの大きさを持つ、バタフライ型風車に適用した場合の風車特性の計算例を以下に示す。
Example 1
Example 1 is an example of calculation of characteristics of a wind turbine equipped with a movable arm type over-rotation suppression mechanism using a weight according to the first embodiment.
An example of calculation of wind turbine characteristics when the movable arm type over-rotation suppression mechanism using a weight of the first embodiment shown in Figs. 5 and 6 is applied to a butterfly type wind turbine having a diameter of 14 m and a height of 14.2 m as shown in Fig. 13 is shown below.

計算は翼素運動量複合理論(Blade Element Momentum method: BEM)に基づいて行った。翼型は対称翼のアメリカ航空諮問委員会の NACA0018を仮定し、その空力データ(揚力係数・抗力係数・モーメント係数)を用いている。風車翼の形状は図1と同様であり、主翼として三角形状のループを構成し、その中央部に補強材としての水平アームを仮定した。ただし、水平アーム(固定アーム及び可動アーム)の断面も、主翼と同じNACA 0018翼型とし、翼弦長も同じ長さ(375mm)を想定した。なお、翼数は3枚を仮定している。発電機は定格10kWの永久磁石式多極発電機を想定し、増速機として7.5倍速を取り付けることも仮定している。 The calculations were based on the Blade Element Momentum method (BEM). The airfoil type was assumed to be the symmetrical NACA0018 type of the National Advisory Committee for Aeronautics, and its aerodynamic data (lift coefficient, drag coefficient, and moment coefficient) were used. The shape of the wind turbine blades is the same as in Figure 1, with a triangular loop as the main wing, and a horizontal arm was assumed to be installed in the center as a reinforcement. However, the cross section of the horizontal arm (fixed arm and movable arm) was also assumed to be the same NACA 0018 airfoil type as the main wing, and the chord length was also assumed to be the same length (375 mm). The number of blades was assumed to be three. The generator was assumed to be a permanent magnet type multi-pole generator rated at 10 kW, and it was also assumed to be equipped with a 7.5x speed-up gearbox.

図14と図15は計算結果の一例であるが、想定している増速機付き発電機の負荷トルクを条件として、大きな年間発電量(計算結果では、年平均風速3.7m/sにおいて21,987 kWh)が得られた場合の結果である。この時、可動アーム23は、水平アーム20の一部として、風車回転中心から半径方向の5.5mから6.8mにわたって設置されている(すなわち、可動アーム23の長さは1.3m)。錘32は、風車の回転中心Cから半径方向の6.15mの位置(すなわち可動アーム23のスパンの中央位置)にある。錘32の質量は5 kg (直径106 mmのステンレス球)であり、錘支持棒31の長さは0.5mであって、可動アーム23の前縁から翼弦長の30%の位置に吊り下げられていると仮定している。主翼12及び水平アーム20(第1,第2固定アーム21,22+可動アーム23)は、その翼弦長の58%に、図4で示した半径方向に伸びる一点鎖線で示した基準線が一致するように、風車の回転中心Cにあるハブ(図示せず)に取り付けられている。なお、水平アーム20は初期状態において多少頭上げ配置となるように、予め、初期傾角2度が設けられている。 Figures 14 and 15 are examples of calculation results, and are the results when a large annual power generation amount (21,987 kWh at an annual average wind speed of 3.7 m/s) is obtained under the assumed load torque of the gearbox-equipped generator. In this case, the movable arm 23 is installed as part of the horizontal arm 20 from 5.5 m to 6.8 m in the radial direction from the center of rotation of the wind turbine (i.e., the length of the movable arm 23 is 1.3 m). The weight 32 is located at a position 6.15 m in the radial direction from the center of rotation C of the wind turbine (i.e., the center position of the span of the movable arm 23). It is assumed that the mass of the weight 32 is 5 kg (a stainless steel ball with a diameter of 106 mm), the length of the weight support rod 31 is 0.5 m, and it is suspended at a position 30% of the chord length from the leading edge of the movable arm 23. The main wing 12 and horizontal arm 20 (first and second fixed arms 21, 22 + movable arm 23) are attached to a hub (not shown) at the rotation center C of the wind turbine so that the reference line shown by the dashed line extending in the radial direction in Figure 4 coincides with 58% of the wing chord length. The horizontal arm 20 is set to an initial inclination angle of 2 degrees in advance so that it is slightly raised in the initial state.

図14のトルク特性に示されるように、どのような風速(V)においても、風車のトルク曲線は、増速機付き発電機の負荷トルク曲線と、最大回転数41.7rpm以下で交点を持つことが予想されている。また、図15に示す予想動作点における平均回転数と平均傾角の風速依存性に示されるように、風速が増加すると可動アームの平均傾角は増加し、風車の回転数は減少する。 As shown in the torque characteristics in Figure 14, regardless of the wind speed (V), the torque curve of the wind turbine is expected to intersect with the load torque curve of the geared generator at a maximum rotation speed of 41.7 rpm or less. Also, as shown in the wind speed dependence of the average rotation speed and average inclination angle at the predicted operating point in Figure 15, as the wind speed increases, the average inclination angle of the movable arm increases and the rotation speed of the wind turbine decreases.

<実施例2>
実施例2は、第2実施形態の補助翼使用の可動アーム式過回転抑制機構を備えた風車の特性計算例である。
図16と図17は、図9、図10に示した、補助翼36を使用した可動アーム式過回転抑制機構を、直径14m、高さ14.2mの大きさを持つ、バタフライ型風車に適用した場合の風車特性の計算例である。計算方法や想定している発電機・増速機などは、錘が補助翼に変わったこと以外は、図14及び図15の計算で仮定した内容と同じである。
Example 2
Example 2 is an example of calculation of characteristics of a wind turbine equipped with a movable arm type over-rotation suppression mechanism using an aileron according to the second embodiment.
Figures 16 and 17 show examples of calculations of wind turbine characteristics when the movable arm type over-speed suppression mechanism using the aileron 36 shown in Figures 9 and 10 is applied to a butterfly type wind turbine with a diameter of 14 m and a height of 14.2 m. The calculation method and assumed generator and gearbox are the same as those assumed in the calculations of Figures 14 and 15, except that the weight is changed to an aileron.

図16と図17に示す結果は、年間発電量として、年平均風速3.7 m/sにおいて21,787kWhが得られた場合の結果である。この時、可動アーム23は、風車回転中心から半径方向の5.5mから6.8mにわたって設置されている(すなわち、可動アーム23の長さは1.3m)。補助翼36は、風車の回転中心から半径方向の6.15mの位置(すなわち可動アーム23のスパン中央位置)にある。補助翼36は、可動アーム23の中心から鉛直下方の50mmから700mmの長さにわたってあり(補助翼長さは650mm)、その質量は4.872 kg (アルミニウム製押出形材を仮定)である。補助翼断面内の重心位置(前縁から42.93%)は、可動アーム23の前縁から翼弦長の30%の位置(112.5 mm)に合わせて吊り下げられていると仮定している。主翼12及び水平アーム20(第1,第2固定アーム21,22+可動アーム23)は、その翼弦長の58%に、図4で示した半径方向に伸びる一点鎖線で示した基準線が一致するように、風車の回転中心Cにあるハブ(図示なし)に取り付けられている。なお、水平アーム20は初期状態において多少頭上げ配置となるように、予め1.2度の傾角が設けられていると仮定している。 The results shown in Figures 16 and 17 are for an annual power generation of 21,787 kWh at an annual average wind speed of 3.7 m/s. The movable arm 23 is installed from 5.5 m to 6.8 m in the radial direction from the center of rotation of the wind turbine (i.e., the length of the movable arm 23 is 1.3 m). The aileron 36 is located at a position of 6.15 m in the radial direction from the center of rotation of the wind turbine (i.e., the center of the span of the movable arm 23). The aileron 36 is located vertically downward from the center of the movable arm 23 over a length of 50 mm to 700 mm (the aileron length is 650 mm), and its mass is 4.872 kg (assuming an aluminum extrusion). It is assumed that the center of gravity position in the aileron cross section (42.93% from the leading edge) is suspended at a position 30% of the chord length (112.5 mm) from the leading edge of the movable arm 23. The main wing 12 and horizontal arm 20 (first and second fixed arms 21, 22 + movable arm 23) are attached to a hub (not shown) at the rotation center C of the wind turbine so that the reference line shown by the dashed line extending in the radial direction in Figure 4 coincides with 58% of the wing chord length. Note that it is assumed that the horizontal arm 20 is inclined at a 1.2 degree angle in advance so that it is slightly raised in the initial state.

図14の錘使用の場合とほぼ同様に、図16のトルク特性に示されるように、どのような風速においても、風車のトルク曲線は、増速機付き発電機の負荷トルク曲線と、最大回転数42.3 rpm以下で交点を持つことが予想されている。また、図15の錘使用の場合と同様に、図17に示す予想動作点における平均回転数と平均傾角の風速依存性においても、風速が増加すると可動アーム23の平均傾角は増加し、風車の回転数は減少することが予想されている。 As shown in the torque characteristics of FIG. 16, almost the same as in the case of using the weight in FIG. 14, the torque curve of the wind turbine is expected to intersect with the load torque curve of the gearbox-equipped generator at a maximum rotation speed of 42.3 rpm or less, regardless of the wind speed. Also, as in the case of using the weight in FIG. 15, in the wind speed dependence of the average rotation speed and average inclination angle at the predicted operating point shown in FIG. 17, it is expected that as the wind speed increases, the average inclination angle of the movable arm 23 will increase and the rotation speed of the wind turbine will decrease.

図15及び図17より、錘32、補助翼36のいずれの場合でも、風速40 m/s 以上、あるいは60 m/s程度の極値風の中でも、風車は最大回転数(約42 rpm)の半分以下の低い回転数で回転することが予想されている。 From Figures 15 and 17, it is expected that in either case of weight 32 or aileron 36, even in extreme winds of 40 m/s or more, or even 60 m/s, the wind turbine will rotate at a low rotation speed of less than half the maximum rotation speed (approximately 42 rpm).

1,1A,1B,1C 風車
2 基部
3 回転部
10 風車翼
11 延在部
12 主翼
13 湾曲部
20 アーム
21 第1固定アーム(第1固定部)
22 第2固定アーム(第2固定部)
23 可動アーム(可動部)
24 回転軸
26 軸受
30,30A 過回転抑制誘導体
31 支持棒
32 錘
36 補助翼
37 連結棒
40 ストッパ
α 傾角
Fa 空気力
F1 回転方向成分
F2 制動力
C 回転中心
X 水平軸
Z 垂直軸
Reference Signs List 1, 1A, 1B, 1C Wind turbine 2 Base 3 Rotating portion 10 Wind turbine blade 11 Extension portion 12 Main wing 13 Curved portion 20 Arm 21 First fixed arm (first fixed portion)
22 Second fixed arm (second fixed portion)
23 Movable arm (movable part)
24 Rotating shaft 26 Bearings 30, 30A Over-rotation suppression induction body 31 Support rod 32 Weight 36 Ailerons 37 Connecting rod 40 Stopper α Inclination Fa Aerodynamic force F1 Rotation direction component F2 Braking force C Rotation center X Horizontal axis Z Vertical axis

Claims (8)

発電部を有する基部と、上記基部に対して垂直軸周りに回転する回転部と、上記回転部にアームを介して連結されて垂直軸周りに回転する複数の風車翼と、を備える垂直軸風車であって、
上記アームは、上記回転部と上記風車翼とを結ぶ回転軸の軸周りに回転可能な過回転抑制用の可動部を有し、上記可動部の下部に、上記垂直軸風車の回転時に生じる遠心力の作用によって該可動部を上記回転軸の軸周りに傾斜させて、該可動部の風車回転方向から見た投影面積を大きくし、上記垂直軸風車の回転停止時には上記可動部を初期状態に戻す過回転抑制誘導体が設けられている、
ことを特徴とする垂直軸風車。
A vertical axis wind turbine comprising: a base having a power generating unit; a rotating unit that rotates about a vertical axis relative to the base; and a plurality of wind turbine blades that are connected to the rotating unit via arms and rotate about the vertical axis,
The arm has a movable part for suppressing over-rotation that can rotate around a rotation axis that connects the rotating part and the wind turbine blades, and an over-rotation suppression guide is provided at a lower part of the movable part, which tilts the movable part around the axis of the rotation axis by the action of centrifugal force generated when the vertical axis wind turbine rotates , thereby increasing the projected area of the movable part as seen from the wind turbine rotation direction , and returns the movable part to its initial state when the vertical axis wind turbine stops rotating.
A vertical axis wind turbine.
請求項1に記載の垂直軸風車において、
上記アーム及び上記風車翼の取付位置と上記可動部の上記回転軸の取付位置は同一線上に設けられている、ことを特徴とする垂直軸風車。
2. The vertical axis wind turbine according to claim 1,
A vertical axis wind turbine characterized in that the mounting positions of the arm and the wind turbine blades and the mounting position of the rotation shaft of the movable part are provided on the same line.
請求項1又は2に記載の垂直軸風車において、
上記過回転抑制誘導体は、上記可動部の下部における上記回転軸に対して回転方向の前縁側又は後縁側の偏倚位置に設けられている、ことを特徴とする垂直軸風車。
In the vertical axis wind turbine according to claim 1 or 2,
The vertical axis wind turbine, characterized in that the over-rotation suppression inductor is provided at a position offset to a leading edge side or a trailing edge side in a rotation direction with respect to the rotation shaft at a lower part of the movable part.
請求項1ないし3のいずれかに記載の垂直軸風車において、
上記風車翼と上記可動部を含む上記アームのうちの少なくとも上記可動部は、同形状の中空部を有する翼型断面形状に形成されている、ことを特徴とする垂直軸風車。
4. The vertical axis wind turbine according to claim 1,
a vertical axis wind turbine, characterized in that at least the movable part of the arm including the wind turbine blade and the movable part is formed into an airfoil cross-sectional shape having a hollow part of the same shape.
請求項1ないし4のいずれかに記載の垂直軸風車において、
上記過回転抑制誘導体は、上記可動部の下部に連結される支持棒と、該支持棒の先端部に装着される錘とで構成されている、ことを特徴とする垂直軸風車。
5. The vertical axis wind turbine according to claim 1,
The vertical axis wind turbine, characterized in that the over-rotation suppression inductor is composed of a support rod connected to a lower part of the movable part and a weight attached to a tip of the support rod.
請求項1ないし4のいずれかに記載の垂直軸風車において、
上記過回転抑制誘導体は、上記風車翼と同形状の中空部を有する翼型断面形状に形成されている、ことを特徴とする垂直軸風車。
5. The vertical axis wind turbine according to claim 1,
A vertical axis wind turbine, characterized in that the over-rotation suppression guide is formed in an airfoil cross-sectional shape having a hollow portion of the same shape as the wind turbine blade.
請求項1ないし6のいずれかに記載の垂直軸風車において、
上記アームは、上記回転部に連結される第1固定部と、上記風車翼に連結される第2固定部及び上記第1固定部と上記第2固定部との間に配設される上記可動部とからなり、上記可動部と少なくとも上記第1固定部とは、いずれか一方に突設された回転軸と他方に設けられた軸受とで上記可動部が回転可能に連結されている、ことを特徴とする垂直軸風車。
7. The vertical axis wind turbine according to claim 1,
the arm comprises a first fixed part connected to the rotating part, a second fixed part connected to the wind turbine blade, and the movable part disposed between the first fixed part and the second fixed part, the movable part and at least the first fixed part being rotatably connected to each other by a rotating shaft protruding from one of them and a bearing provided on the other.
請求項1ないし7のいずれかに記載の垂直軸風車において、
上記可動部又は上記アームの上記可動部側にストッパを設け、上記ストッパによって上記可動部を初期状態において水平姿勢又は風車の回転方向の前縁側が上向き姿勢に支持してなる、ことを特徴とする垂直軸風車。
In the vertical axis wind turbine according to any one of claims 1 to 7,
a stopper is provided on the movable part or on the movable part side of the arm, and the stopper supports the movable part in an initial state in a horizontal position or in a position in which a front edge side in a rotation direction of the wind turbine faces upward.
JP2021004145A 2021-01-14 2021-01-14 Vertical Axis Wind Turbine Active JP7555273B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021004145A JP7555273B2 (en) 2021-01-14 2021-01-14 Vertical Axis Wind Turbine
PCT/JP2021/040366 WO2022153648A1 (en) 2021-01-14 2021-11-02 Vertical axis wind turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021004145A JP7555273B2 (en) 2021-01-14 2021-01-14 Vertical Axis Wind Turbine

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2022108917A JP2022108917A (en) 2022-07-27
JP2022108917A5 JP2022108917A5 (en) 2023-04-14
JP7555273B2 true JP7555273B2 (en) 2024-09-24

Family

ID=82447124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021004145A Active JP7555273B2 (en) 2021-01-14 2021-01-14 Vertical Axis Wind Turbine

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7555273B2 (en)
WO (1) WO2022153648A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023137638A (en) * 2022-03-18 2023-09-29 日軽金アクト株式会社 Blade fixing structure of vertical axis wind turbine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020029853A (en) 2018-08-24 2020-02-27 国立大学法人鳥取大学 Lift type vertical axis wind turbine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020029853A (en) 2018-08-24 2020-02-27 国立大学法人鳥取大学 Lift type vertical axis wind turbine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022153648A1 (en) 2022-07-21
JP2022108917A (en) 2022-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101175918B (en) vertical axis wind turbine
DK2906819T3 (en) Joined blade wind turbine rotor
Islam et al. Analysis of the design parameters related to a fixed-pitch straight-bladed vertical axis wind turbine
US20060133937A1 (en) System and method for passive load attenuation in a wind turbine
JP7140331B2 (en) Lift type vertical axis wind turbine
KR20180121542A (en) Floating wind turbine with twin vertical axis turbines with improved efficiency
JP2013217372A (en) Flexible flap arrangement for wind turbine rotor blade
US9903339B2 (en) Vertical axis wind turbine with variable pitch mechanism
WO2008113349A2 (en) Slow rotating wind turbine rotor with slender blades
HK1080535A1 (en) Windmill for wind power generation
US20140322013A1 (en) Independent variable blade pitch and geometry wind turbine control
WO2017193358A1 (en) Multi-section rotor blade of wind turbine
EP3649341A1 (en) Wind turbine
CN205977533U (en) Blade subassembly and rotor and wind power installation and power generating equipment of variable propeller pitch angle
JP7555273B2 (en) Vertical Axis Wind Turbine
CN118234941A (en) Rotor for a vertical axis turbine and vertical axis turbine
JP5110550B1 (en) Propeller windmill for small generator
WO2000026535A1 (en) Vertical axle windmill
CN112112773A (en) A wind turbine structure pitch blade
JP6186549B2 (en) Wings imitating part of the dragonfly wing structure
JP2007085182A (en) Vertical-axis linear blade wind turbine with aerodynamic speed control mechanism
JP3435540B2 (en) Wind power generator
JP2013147940A (en) Vane for vertical shaft wind turbine, wind turbine and electric power generator
CN223972725U (en) Teeterboard type propeller hub structure
CN211950740U (en) Running wind wheel for vertical axis wind generating set

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20210114

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230323

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20230323

A625 Written request for application examination (by other person)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625

Effective date: 20230816

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240402

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240517

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20240517

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240827

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240910

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7555273

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150