JP7787569B2 - Drag type vertical axis wind turbine structure - Google Patents
Drag type vertical axis wind turbine structureInfo
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Description
本発明は抗力型垂直軸風車構造に関する。 The present invention relates to a drag-type vertical axis wind turbine structure.
発電用の風車の形式として垂直軸風車が知られている。垂直軸風車はプロペラ型に代表される水平軸風車とは異なり、風の方向に関係なく回転するという利点がある。そして垂直軸風車には、ブレード(羽根)に発生する抗力が回転力となる抗力型と、ブレードに発生する揚力が回転力となる揚力型とがある。 Vertical axis wind turbines are a well-known type of wind turbine used for generating electricity. Unlike horizontal axis wind turbines, such as the propeller type, vertical axis wind turbines have the advantage of rotating regardless of wind direction. There are two types of vertical axis wind turbines: drag type, in which the drag generated by the blades becomes rotational force, and lift type, in which the lift generated by the blades becomes rotational force.
抗力型は構造が簡単で、低風速でも回転して発電できるという特性を持つ。従って抗力型の垂直軸風車は、日本国内の都市部や市街地のように風速と風向きが頻繁に変化する地域に適している。 Drag-type vertical axis wind turbines have a simple structure and are able to rotate and generate electricity even at low wind speeds. Therefore, drag-type vertical axis wind turbines are suitable for areas where wind speed and direction change frequently, such as urban areas and city centers in Japan.
このような抗力型垂直軸風車にも課題がある。すなわち、垂直軸風車における風上側中央から回転方向に向かう半分領域では、風を受けてブレードに生ずる抗力がそのまま回転力となるが、その逆側の半分領域ではブレードに風が当たることにより回転方向とは逆側の抗力が発生する。そのため十分な回転力が得られないという構造的な問題を有していた。 This type of drag-type vertical axis wind turbine also has its own issues. Specifically, in the half of the vertical axis wind turbine that runs from the center of the windward side toward the direction of rotation, the drag generated by the wind on the blades directly becomes rotational force, but in the opposite half, the wind hitting the blades generates drag in the opposite direction to the rotational force. This creates a structural problem in that it is not possible to generate sufficient rotational force.
そこで、特許文献1の風車では回転方向に沿う半分領域では ブレードを抗力が発生しやすい角度に調整し、逆にその反対側の半分領域ではブレードを抗力が発生しにくい角度に調整して、その抗力の差により回転力が得られるようにしている(例えば、特許文献1参照)。 In the wind turbine of Patent Document 1, the blades are adjusted to an angle that generates drag in one half of the region along the direction of rotation, and conversely, the blades are adjusted to an angle that generates less drag in the opposite half, allowing rotational force to be generated by the difference in drag (see Patent Document 1, for example).
しかしながら、このような関連技術にあっても回転方向とは逆側の半分領域においてブレードに風が当たることは避けられず、どうしても回転方向とは反対方向の抗力が発生してしまうため、得られる回転力に限界があり、発電能力の更なる向上を図ることができなかった。 However, even with this type of related technology, it is unavoidable that the wind will hit the blades in the half area opposite the direction of rotation, which inevitably generates drag in the opposite direction to the rotation, limiting the amount of rotational force that can be obtained and preventing further improvements in power generation capacity.
本発明は、このような関連技術に着目してなされたものであり、回転方向とは逆側に生じる抗力をほぼ無くし、回転力を増大させて発電能力の更なる向上を図ることができる抗力型垂直軸風車構造を提供することを目的としている。 The present invention was made with a focus on this related technology, and aims to provide a drag-type vertical axis wind turbine structure that virtually eliminates the drag generated in the direction opposite to the rotational direction, thereby increasing rotational force and further improving power generation capacity.
本発明の第1の技術的側面によれば、垂直回転軸の上下に垂直回転軸を中心に水平方向に回転する回転フレームを固定し、該上下回転フレーム間の等角度間隔位置に垂直方向に沿う抗力ブレードが複数取付けられ、一定方向に回転する抗力型垂直軸風車構造であって、前記抗力ブレードは一端の支軸が回転フレームに対して回転自在に支持され、該回転フレームには垂直回転軸を中心とした放射方向で支軸を挟む位置にそれぞれ内側ストッパと外側ストッパが設けられ、回転フレームにおける風上側中央から回転方向へ向かう第1半分領域において抗力ブレードが内側ストッパの風上側に当接し、外側ストッパが抗力ブレードに当接して該抗力ブレードの回転範囲を制限し、前記とは逆側の第2半分領域において抗力ブレードが内側ストッパの風上側まで回り込んで内側ストッパと当接するのを防止することを特徴とする。 According to a first technical aspect of the present invention, a drag-type vertical axis wind turbine structure is provided in which rotating frames that rotate horizontally around a vertical rotation axis are fixed above and below the vertical rotation axis, and multiple drag blades are attached at equiangular intervals between the upper and lower rotating frames, rotating in a fixed direction. The drag blades are rotatably supported by a support shaft at one end relative to the rotating frame, and the rotating frame is provided with inner and outer stoppers at positions radially around the vertical rotation axis, sandwiching the support shaft. In a first half region of the rotating frame extending from the center of the windward side toward the direction of rotation, the drag blades abut against the upwind side of the inner stoppers, and the outer stoppers abut against the drag blades, limiting their rotation range. In a second half region opposite the above, the drag blades are prevented from reaching the upwind side of the inner stoppers and abutting against the inner stoppers.
本発明の第2の技術的側面によれば、抗力ブレードに支軸から反抗力ブレード側に延びて支軸を中心とした重量バランスを均等にするカウンタウェイトが設けられていることを特徴とする。 According to a second technical aspect of the present invention, the drag blade is provided with a counterweight that extends from the support shaft toward the drag blade and equalizes the weight balance around the support shaft.
本発明の第1の技術的側面によれば、抗力ブレードが回転フレームにおける第1半分領域において内側ストッパの風上側に当接するため、そこに受ける風の抗力により回転して発電することができる。風を受けるのは第1半分領域だけで、その逆側の第2半分領域では抗力ブレードは内側ストッパにも外側ストッパにも当接しないフリー状態で風に沿った無抵抗状態となるため、第1半分領域だけに発生する抗力により確実に回転することができる。特に第2半分領域の抗力ブレードは外側ストッパにより回転範囲が制限されているため、抗力ブレードが内側ストッパの風上側まで回り込んで当接することはない。そのため第2半分領域で抗力ブレードが第1半分領域と同様になることはない。 According to a first technical aspect of the present invention, the drag blade abuts the upwind side of the inner stopper in the first half region of the rotating frame, allowing it to rotate and generate electricity due to the wind resistance it receives there. Only the first half region receives the wind, while in the opposite second half region, the drag blade is in a free state, not abutting either the inner or outer stopper, and moves in a non-resisting state along the wind, allowing it to rotate reliably due to the resistance generated only in the first half region. In particular, the rotation range of the drag blade in the second half region is limited by the outer stopper, so the drag blade will not wrap around to the upwind side of the inner stopper and abut. As a result, the drag blade will not behave in the same way in the second half region as it is in the first half region.
本発明の第2の技術的側面によれば、抗力ブレードにカウンタウェイトが設けられているため、抗力ブレードが支軸を中心に回転する際の勢いが低下し、抗力ブレードが内側ストッパまたは外側ストッパに当接する際の衝撃が緩和される。 According to a second technical aspect of the present invention, a counterweight is provided on the drag blade, which reduces the momentum of the drag blade as it rotates around the support shaft and mitigates the impact when the drag blade abuts against the inner stopper or outer stopper.
図1~図8は本発明の好適な実施形態を示す図である。 Figures 1 to 8 show preferred embodiments of the present invention.
本実施形態の抗力型垂直軸風車構造1は長方形をした架台2の内部に収納されている。架台2は抗力型垂直軸風車装置1ごと上下に積み重ね可能な構造で、四隅には積み重ねるための円柱部3が設けられている。 The drag-type vertical axis wind turbine structure 1 of this embodiment is housed inside a rectangular frame 2. The frame 2 is designed to allow each drag-type vertical axis wind turbine device 1 to be stacked vertically, and has cylindrical sections 3 at its four corners for stacking purposes.
抗力型垂直軸風車構造1は中心に垂直回転軸4を有し、その上下端が架台2の中央に回転自在に支持されている。垂直回転軸4の上部には回転力を取り出して図示せぬ発電機に伝えるためのプーリー5(図4参照)が設けられている。 The drag-type vertical axis wind turbine structure 1 has a vertical rotation shaft 4 at its center, the upper and lower ends of which are rotatably supported in the center of the frame 2. A pulley 5 (see Figure 4) is provided at the top of the vertical rotation shaft 4 to extract rotational force and transmit it to a generator (not shown).
垂直回転軸4の上下には、垂直回転軸4を中心に水平方向に回転する回転フレーム6が固定されている。上下回転フレーム6間の等角度間隔位置には垂直方向に沿う8枚の抗力ブレード8が設けられている。抗力ブレード8に風Fを受けることによりR方向へ回転を継続するようになっている。この抗力型垂直軸風車構造1は風Fの指向性はなく、どの方向からの風向きに対しても対応して回転することができる。 Rotating frames 6 are fixed above and below the vertical rotation shaft 4, rotating horizontally around the vertical rotation shaft 4. Eight drag blades 8 are provided vertically at equal angular intervals between the upper and lower rotating frames 6. When the drag blades 8 receive wind F, they continue to rotate in direction R. This drag-type vertical axis wind turbine structure 1 is not directional to wind F and can rotate in response to wind from any direction.
抗力ブレード8は一端の支軸9が回転フレーム6に対して回転自在に支持され、且つ支軸9から反抗力ブレード8側には、支軸9を中心とした重量バランスを均等にするためのカウンタウェイト10が上下に設けられている。 The reaction blade 8 is supported by a support shaft 9 at one end, which is rotatable relative to the rotating frame 6. Counterweights 10 are installed above and below the support shaft 9 on the reaction blade 8 side to even out the weight balance around the support shaft 9.
そして上下の回転フレーム6にはそれぞれ垂直回転軸4を中心とした放射方向で支軸9を挟む位置に内側ストッパ11と外側ストッパ12が設けられている。また支軸9の回転フレーム6を突き抜けた上下端には抗力ブレード8と同じ方向を向いたピン13が設けられている。 The upper and lower rotating frames 6 are each provided with an inner stopper 11 and an outer stopper 12, positioned radially around the vertical rotation axis 4 and sandwiching the support shaft 9. Furthermore, pins 13 are provided at the upper and lower ends of the support shaft 9 that pass through the rotating frames 6, facing in the same direction as the drag blade 8.
回転フレーム6の風上側中央から回転方向Rへ向かう第1半分領域Aでは、前記ピン13(抗力ブレード8)は内側ストッパ11の風上側に当接し、風Fを受け止める(図7参照)。逆側の第2半分領域Bでは、外側ストッパ12と内側ストッパ11は風向きに対して横並びになるため、ピン13(抗力ブレード8)はどちらにも当接せず、支軸9を先頭にして風Fの方向に沿った状態となる。従って第2半分領域Bでは何らの抗力も発生しない。 In the first half area A, which extends from the center of the upwind side of the rotating frame 6 toward the rotation direction R, the pin 13 (drag blade 8) abuts against the upwind side of the inner stopper 11 and receives wind F (see Figure 7). In the opposite second half area B, the outer stopper 12 and inner stopper 11 are aligned horizontally in the wind direction, so the pin 13 (drag blade 8) does not abut against either and is aligned in the direction of wind F with the support shaft 9 at the front. Therefore, no drag is generated in the second half area B.
ここで外側ストッパ12の機能について説明する。外側ストッパ12は抗力ブレード8に当接して抗力ブレード8の回転範囲を制限し、第2半分領域Bにおいて抗力ブレード8が内側ストッパ11の風上側まで回り込んで内側ストッパ11と当接するのを防止する。 The function of the outer stopper 12 will now be explained. The outer stopper 12 abuts against the drag blade 8, limiting the range of rotation of the drag blade 8 and preventing the drag blade 8 from reaching the upwind side of the inner stopper 11 and abutting against it in the second half region B.
図8は外側ストッパ12を省略した図であるが、このように外側ストッパ12が存在しないと、抗力ブレード8は不規則に回転し、抗力ブレード8が第2半分領域Bにおいて内側ストッパ11の風上側まで回り込んで当接してしまう。そうすると第2半分領域Bにおいて抗力ブレード8が風Fを受け、本来の回転方向Rとは逆側への抗力が発生して、正常な回転が行えなくなる。 Figure 8 does not show the outer stopper 12. Without the outer stopper 12, the drag blade 8 would rotate irregularly, and would come around to the upwind side of the inner stopper 11 in the second half region B and come into contact with it. This would cause the drag blade 8 to be subjected to wind F in the second half region B, generating drag in the opposite direction to the original rotation direction R, preventing normal rotation.
またこの実施形態の抗力ブレード8にはカウンタウェイト10が設けられているため、抗力ブレード8が支軸9を中心に回転する際に適度な慣性モーメントの付加により回転速度の急激な変化が安定化されて、ピン13(抗力ブレード8)が内側ストッパ11または外側ストッパ12に当接する際の接触速度が抑制される。さらに重量バランスにより支軸9への力学的負担が小さくなるので、ピン13その他の構造の耐久性を向上させることができる。 In addition, the drag blade 8 in this embodiment is provided with a counterweight 10, which adds an appropriate moment of inertia when the drag blade 8 rotates around the support shaft 9, stabilizing sudden changes in rotational speed and suppressing the contact speed when the pin 13 (drag blade 8) abuts the inner stopper 11 or outer stopper 12. Furthermore, the weight balance reduces the mechanical load on the support shaft 9, improving the durability of the pin 13 and other structures.
以上説明したように、本実施形態の抗力型垂直軸風車構造1では、第1半分領域Aだけで抗力ブレード8が風Fを受けるため、回転方向とは逆側の第2半分領域Bに生じる抗力をほぼ無くし、回転力を増大させて発電能力の更なる向上を図ることができる。 As explained above, in the drag-type vertical axis wind turbine structure 1 of this embodiment, the drag blades 8 receive the wind F only in the first half area A, which virtually eliminates the drag generated in the second half area B on the opposite side of the rotation direction, increasing the rotational force and further improving power generation capacity.
本実施形態では、抗力ブレード8をピン13を介して内側ストッパ11及び外側ストッパ12へ間接的に当接させる例を示したが、直接的に当接させる構造にしても良い。 In this embodiment, an example is shown in which the drag blade 8 indirectly abuts against the inner stopper 11 and outer stopper 12 via the pin 13, but a structure in which it abuts directly may also be used.
1 抗力型垂直軸風車構造
2 架台
4 垂直回転軸
6 回転フレーム
8 抗力ブレード
9 支軸
10 カウンタウェイト
11 内側ストッパ
12 外側ストッパ
13 ピン
A 第1半分領域
B 第2半分領域
REFERENCE SIGNS LIST 1 Drag type vertical axis wind turbine structure 2 Mounting base 4 Vertical rotating shaft 6 Rotating frame 8 Drag blade 9 Support shaft 10 Counterweight 11 Inner stopper 12 Outer stopper 13 Pin A First half area B Second half area
Claims (2)
前記抗力ブレードは一端の支軸が回転フレームに対して回転自在に支持され、
該回転フレームには垂直回転軸を中心とした放射方向で支軸を挟む位置にそれぞれ内側ストッパと外側ストッパが設けられ、回転フレームにおける風上側中央から回転方向へ向かう第1半分領域において抗力ブレードが内側ストッパの風上側に当接し、
外側ストッパが抗力ブレードに当接して該抗力ブレードの回転範囲を制限し、前記とは逆側の第2半分領域において抗力ブレードが内側ストッパの風上側まで回り込んで内側ストッパと当接するのを防止することを特徴とする抗力型垂直軸風車構造。 A drag type vertical axis wind turbine structure in which rotating frames that rotate horizontally around the vertical rotation axis are fixed above and below the vertical rotation axis, and a plurality of drag blades are attached along the vertical direction at equiangular intervals between the upper and lower rotating frames, and rotate in a fixed direction,
The drag blade has a support shaft at one end rotatably supported on a rotating frame,
The rotating frame is provided with an inner stopper and an outer stopper at positions on either side of the support shaft in a radial direction from the vertical rotation axis, and the drag blade abuts against the windward side of the inner stopper in a first half region extending from the center of the windward side of the rotating frame toward the rotation direction,
A drag type vertical axis wind turbine structure characterized in that the outer stopper abuts against the drag blade to limit the rotation range of the drag blade, and prevents the drag blade from going around to the upwind side of the inner stopper and abutting against the inner stopper in the second half region opposite to the outer stopper.
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| JP2022070998A JP7787569B2 (en) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | Drag type vertical axis wind turbine structure |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2023160559A (en) | 2023-11-02 |
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