JP2008106736A - Rotor blade apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、翼回転軸の周りに風や水などの流体を受けて回転する回転翼を備えた回転翼装置に関するものである。 The present invention relates to a rotary blade device including a rotary blade that receives a fluid such as wind or water around a blade rotation axis and rotates.
従来、翼回転軸の周りに風や水などの流体を受けて回転する回転翼を備えた回転翼装置として、例えば、プロペラ型の回転翼装置と、ダリウス型の回転翼装置とが知られている。 Conventionally, for example, a propeller-type rotary blade device and a Darius-type rotary blade device are known as rotary blade devices including a rotary blade that receives a fluid such as wind or water around the blade rotation axis. Yes.
前者のプロペラ型の回転翼装置は、姿勢を変えて回転翼装置を流体の方向に向かわせる方向制御装置が必要になるという短所があるが、回転翼の軌道全体において回転翼が流体の向きに順行する順行領域になるので、比較的自己起動性が良く、僅かな流速でも起動しやすいという長所がある。また、回転翼が風の向きに順行するので、到達回転数も高くなる。その結果、ほとんどの大型の商用風力発電では、3枚翼のプロペラ型風車が採用されている。 The former propeller type rotor blade device has a disadvantage in that it requires a direction control device that changes the posture and directs the rotor blade device in the direction of the fluid. Since it is an antegrade area that runs forward, it has the advantages of relatively good self-starting properties and easy start-up even with a small flow rate. In addition, since the rotor blades move forward in the direction of the wind, the reaching rotational speed is also increased. As a result, most large-scale commercial wind power generation employs a three-blade propeller type windmill.
図20と図21とは、後者のダリウス型の回転翼装置の一例を示す説明図であり、図20は、1枚翼ストレートダリウス型の回転翼装置191の概略の構成を示す斜視図を、図21は、回転翼装置191の概略の構成を示す平面図をそれぞれ示している。また、図21において、Bは、回転翼6が順行領域にある状態を、Cは、回転翼6のつりあい静止位置を、A〜B、B〜Cの範囲は、回転翼6の順行領域を、C〜Aの範囲は、回転翼6の逆行領域を、それぞれ示している。
20 and 21 are explanatory views showing an example of the latter Darrieus type rotary blade device, and FIG. 20 is a perspective view showing a schematic configuration of a single blade straight Darius type
この回転翼装置191は、風である流体2を受けて回転する回転ローター192と、回転ローター192の基台193とを備えている。また、回転ローター192は、概ね垂直な翼回転軸194の周りに流体2を受けて回転可能な1枚の回転翼195と、回転翼195のカウンターウェイト196と、シャフト197とを有し、シャフト197が回転ローター192の基台193に設けられた回転軸受け198に回転自在に支持され垂直な翼回転軸194の周りに流体2を受けて回転するように構成されている。
The
この回転翼装置191は、図21のC〜Aの範囲に示すように、流体2が回転翼195の回転を止めようとする逆行領域199が回転翼195の軌道195aに存在するために、C点でつりあい静止しようとするなど、自己起動性や到達回転数の点で劣るという短所がある。反面、この回転翼装置191は、風見装置が不要、シンプルで強い構造体、発電機のレイアウトが簡単であるなど、ダリウス型の回転翼装置に固有の魅力を有している。
As shown in the range of C to A in FIG. 21, the
そこで、近年、ジャイロミル型風車など可変翼の高速回転翼を採用したり、逆行領域を通過する風を風車の前で遮る導風板を採用したりすることにより、ダリウス型の回転翼装置の短所を克服して、自己起動性や到達回転数を改善する技術が種々開発されている。 Therefore, in recent years, by adopting variable-speed high-speed rotor blades such as gyromill type wind turbines, or adopting a baffle plate that blocks the wind passing through the retrograde region in front of the wind turbines, Various techniques have been developed to overcome the disadvantages and improve the self-startability and the number of revolutions reached.
例えば、特許文献1には、逆行領域を通過しようとする風を遮るとともに、この風を受風領域の側へ流動案内する導風板を逆行領域の上流側に臨んで配置するようにし、逆行領域における風車の抵抗を低減し、同時に受風領域における風力を向上させてローターの回転数を高めるようにした垂直軸型風車の技術が開示されている。
しかしながら、ジャイロミル型風車などピッチコントロールが可能な可変翼の高速回転翼を採用した場合でも、逆行領域が存在する場合は、自己起動性と到達回転数の改善は十分ではなかった。 However, even when a variable-speed high-speed rotary blade capable of pitch control such as a gyromill type wind turbine is used, if the retrograde region exists, the self-starting property and the achieved rotational speed are not sufficiently improved.
また、上述の特許文献1に開示された垂直軸型風車の技術でも、導風板は、逆行領域において風車の抵抗を低減するのみであって、逆行領域においても積極的に回転翼の回転を促進するように機能するものではなかった。そのため、自己起動性と到達回転数の改善に限界があった。
Further, even in the technology of the vertical axis wind turbine disclosed in
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、回転翼の逆行領域を順行領域に変換して積極的に回転翼の回転を促進することにより、自己起動性と到達回転数とを著しく高めることができる効率の良い回転翼装置を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and by converting the retrograde region of the rotor blade into the forward region and actively promoting the rotation of the rotor blade, the self-starting property and the reached rotational speed are remarkably improved. An object of the present invention is to provide an efficient rotor blade device that can be enhanced.
上記課題を解決するための本発明は、概ね垂直な翼回転軸の周りに流体を受けて回転可能な回転翼を有する回転ローターと、上記回転翼が流体の向きに対して逆行する逆行領域においてカルマン渦を発生させるように、この回転翼の逆行領域の上流側に設けられた整流板と、を備え、上記整流板と回転ローターの翼回転軸とは、整流板が発生させたカルマン渦の上記流体の向きに対して逆行する部分に回転翼の回転軌道が沿うように配置されていることを特徴とする回転翼装置である。 In order to solve the above problems, the present invention provides a rotating rotor having a rotating blade that receives and rotates a fluid around a substantially vertical blade rotation axis, and a reverse region in which the rotating blade moves backward with respect to the direction of the fluid. A rectifying plate provided upstream of the retrograde region of the rotor blade so as to generate a Karman vortex, and the rectifier plate and the blade rotating shaft of the rotor of the rotor are formed by the Karman vortex generated by the rectifier plate. The rotary blade device is characterized in that a rotary orbit of the rotary blade is arranged along a portion that is reverse to the direction of the fluid.
本発明によれば、整流板が発生させたカルマン渦の流体の向きに対して逆行する部分に回転翼の回転軌道が沿うように整流板と回転ローターの翼回転軸とが配置されるので、逆行領域であってもカルマン渦が回転翼の回転を促進する結果、自己起動性が著しく向上し、僅かな流速でも回転ローターを起動することができるようになる。また、同様に、カルマン渦が回転翼の回転を促進するので、回転ローターの到達回転数を著しく高めることができるようになる。 According to the present invention, since the rectifying plate and the blade rotation axis of the rotating rotor are arranged so that the rotation trajectory of the rotating blade is along the part of the Karman vortex generated by the rectifying plate and reversing the direction of the fluid, As a result of the Karman vortex accelerating the rotation of the rotor blades even in the retrograde region, the self-starting property is remarkably improved, and the rotating rotor can be started even at a small flow rate. Similarly, the Karman vortex promotes the rotation of the rotor blades, so that the ultimate rotational speed of the rotary rotor can be remarkably increased.
ここで、上記整流板は、流体に向かって湾曲する弧状に形成されていることが好ましい。 Here, the current plate is preferably formed in an arc shape that curves toward the fluid.
このようにすれば、整流板が、流体に向かって湾曲する弧状に形成されているので、カルマン渦を発生させて回転翼に対して推力を与えることができる結果、より僅かな流速でも回転ローターを起動することができるようになる。また、回転ローターの到達回転数をより高めることができるようになる。 In this way, since the current plate is formed in an arc shape that curves toward the fluid, the Karman vortex can be generated and thrust can be applied to the rotor blades. Will be able to start. In addition, the reaching rotational speed of the rotary rotor can be further increased.
また、上記回転翼は、断面が翼形状に形成されたストレートダリウス型で構成されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said rotary blade is comprised by the straight Darius type by which the cross section was formed in the wing | blade shape.
このようにすれば、回転翼が、ストレートダリウス型で構成されているので、従来のパドル型などと比較して高いTSR(流体の速度に対する回転翼の周速度の比率)を実現することが可能である結果、回転ローターの到達回転数をさらに大幅に高めることができるようになる。 In this way, since the rotor blades are configured with a straight Darrieus type, it is possible to achieve a higher TSR (ratio of the peripheral speed of the rotor blades to the fluid speed) compared to conventional paddle types. As a result, the ultimate rotational speed of the rotary rotor can be further greatly increased.
あるいは、上記回転翼は、断面が弧状に形成されたパドル型で構成されていることが好ましい。 Or it is preferable that the said rotary blade is comprised by the paddle type | mold with which the cross section was formed in arc shape.
このようにすれば、回転翼が、パドル型で構成されているので、特に起動時のトルクを大きくして起動性を高めることができる。 In this way, since the rotor blade is configured as a paddle type, it is possible to increase the torque especially at the time of starting and improve the starting performance.
また、上記回転ローターは、回転ローターにおける回転翼の取付け角度を変更可能な翼角度変更手段と、この翼角度変更手段を制御して変更される回転翼の取付け角度を調節可能な翼角度制御手段と、を備えていることが好ましい。 The rotating rotor includes blade angle changing means capable of changing the mounting angle of the rotating blades in the rotating rotor, and blade angle control means capable of adjusting the mounting angle of the rotating blades changed by controlling the blade angle changing means. And are preferably provided.
このようにすれば、翼角度制御手段が、翼角度変更手段を制御して回転ローターにおける回転翼の取付け角度を調節することができるので、回転ローターの回転数に応じて最適な角度に調節することができる結果、起動性と到達回転数の両方をより高めることができるようになる。 In this way, the blade angle control means can control the blade angle changing means to adjust the mounting angle of the rotary blade in the rotary rotor, so that the blade angle control means adjusts to the optimum angle according to the rotational speed of the rotary rotor. As a result, both the startability and the reached rotation speed can be further increased.
また、上記回転ローターは、回転翼を翼回転軸の周りに回転可能に保持する翼保持部を備え、この翼保持部は、翼回転軸側に設けられた軸側ヒンジ部と回転翼側に設けられた翼側ヒンジ部とを折り曲げて回転翼を翼回転軸の近傍に折りたたみ可能に構成されていることが好ましい。 In addition, the rotary rotor includes a blade holding portion that holds the rotary blade rotatably around the blade rotation shaft, and the blade holding portion is provided on the shaft-side hinge portion provided on the blade rotation shaft side and the rotor blade side. It is preferable that the blade is hinged so that the rotor blade can be folded in the vicinity of the blade rotation axis.
このようにすれば、翼保持部において、翼回転軸側に設けられた軸側ヒンジ部と回転翼側に設けられた翼側ヒンジ部とを折り曲げて回転翼を翼回転軸の近傍に折りたたむことができるので、出荷時の梱包や搬送に有利な回転翼装置を実現することができるようになる。 In this way, in the blade holding portion, the shaft-side hinge portion provided on the blade rotation shaft side and the blade-side hinge portion provided on the rotor blade side can be bent to fold the rotor blade near the blade rotation shaft. As a result, it is possible to realize a rotary blade device that is advantageous for packaging and transportation at the time of shipment.
また、この回転翼装置は、上記整流板と上記回転ローターの翼回転軸とを保持した状態で、概ね翼回転軸に並行に設けられた支持部回転軸の周りに回転可能なローター支持部を備え、このローター支持部の上記支持部回転軸は、支持部回転軸の周りの可動部に働く流体の力がバランスして流体の方向に対するローター支持部の姿勢が概ね一定になるようにローター支持部の整流板寄りの部分に設けられており、上記ローター支持部は、このように流体に対するローター支持部の姿勢が一定になった状態で、上記整流板が回転翼の逆行領域にカルマン渦を発生させるような配置に、上記整流板と回転ローターの翼回転軸とを保持していることが好ましい。 In addition, the rotor device includes a rotor support portion that is rotatable around a support portion rotation shaft provided substantially in parallel with the blade rotation shaft in a state where the current plate and the blade rotation shaft of the rotary rotor are held. The rotor support portion of the rotor support portion is supported by the rotor so that the force of the fluid acting on the movable portion around the support portion rotation axis is balanced and the posture of the rotor support portion with respect to the direction of the fluid is substantially constant. The rotor support part is provided with a portion of the rotor support part in a state where the posture of the rotor support part with respect to the fluid is constant in this manner, and It is preferable to hold the rectifying plate and the blade rotation shaft of the rotary rotor in such an arrangement as to be generated.
このようにすれば、支持部回転軸の周りの可動部に働く流体の力がバランスして流体の方向に対するローター支持部の姿勢が概ね一定になるように、支持部回転軸がローター支持部の整流板寄りの部分に設けられているので、流体の向きが変化してもそれに応じて、常に回転翼装置を一定の姿勢にすることができるようになる。しかも、このように流体に対するローター支持部の姿勢が一定になった状態で、整流板が回転翼の逆行領域にカルマン渦を発生させるような配置に、ローター支持部が整流板と回転ローターの翼回転軸とを保持しているので、常に安定して高い自己起動性と到達回転数を維持することができるようになる。 In this way, the support unit rotation shaft is connected to the rotor support unit so that the force of the fluid acting on the movable unit around the support unit rotation axis is balanced and the posture of the rotor support unit with respect to the direction of the fluid is substantially constant. Since it is provided at the portion near the current plate, the rotor apparatus can always be in a fixed posture in accordance with the change in the direction of the fluid. In addition, in such a state that the posture of the rotor support part with respect to the fluid is constant, the rotor support part is arranged such that Karman vortices are generated in the retrograde region of the rotor blade, and the rotor support part is the blade of the rotor plate and the rotor rotor. Since the rotating shaft is held, the high self-starting property and the ultimate rotational speed can be maintained stably at all times.
また、この回転翼装置は、上記ローター支持部が、1つの上記整流板に対して2つの上記回転ローターの翼回転軸を保持するものであり、上記ローター支持部は、流体の力がバランスして流体に対するローター支持部の姿勢が一定になった状態で、上記整流板が上記2つの回転ローターの逆行領域にカルマン渦を発生させるような配置に、上記整流板とそれぞれの回転ローターの翼回転軸とを保持していることが好ましい。 Further, in this rotary blade device, the rotor support portion holds two blade rotation shafts of the rotary rotor with respect to one rectifying plate, and the rotor support portion balances the force of fluid. In such a state that the rectifying plate generates Karman vortices in the reverse regions of the two rotating rotors in a state where the posture of the rotor support portion with respect to the fluid is constant, the blade rotation of the rectifying plate and the respective rotating rotors It is preferable to hold the shaft.
このようにすれば、2つの回転ローターに対して1つの整流板を設置するだけでよいので、部材とスペースとを省略することができる結果、コンパクトで流体の利用効率が高い安価な回転翼装置を実現することができる。また、1つの整流板に対して2つの回転ローターを対称的に配置することができるので、振動の少ない安定した回転翼装置にすることができる。 In this way, since only one baffle plate needs to be installed for two rotating rotors, members and spaces can be omitted. As a result, an inexpensive rotating blade device that is compact and has high fluid utilization efficiency. Can be realized. Moreover, since two rotary rotors can be symmetrically arranged with respect to one rectifying plate, a stable rotary blade device with less vibration can be obtained.
ここで、上記2つの回転ローターは、それぞれの回転翼の逆行領域が重なるように配置され、上記ローター支持部は、流体の力がバランスして流体に対するローター支持部の姿勢が一定になった状態で、上記整流板が上記2つの回転ローターの逆行領域にカルマン渦を発生させるような配置に、上記整流板とそれぞれの回転ローターの翼回転軸とを保持しており、上記2つの回転ローターの間には、それぞれの回転翼を上記重なった逆行領域に位相をずらせて交互に侵入させる同期機構がさらに設けられていることが好ましい。 Here, the two rotary rotors are arranged so that the retrograde regions of the respective rotary blades overlap, and the rotor support portion is in a state where the force of the fluid is balanced and the posture of the rotor support portion with respect to the fluid is constant The rectifying plates and the blade rotation shafts of the respective rotating rotors are held in such an arrangement that the rectifying plates generate Karman vortices in the reverse regions of the two rotating rotors. In the meantime, it is preferable to further provide a synchronization mechanism in which the respective rotary blades alternately enter the overlapping retrograde regions with a phase shifted.
このようにすれば、2つの回転ローターのそれぞれの回転翼の逆行領域が重なるようにすることができるので、装置をよりコンパクトにしてスペースの利用効率をより高めることができる。また、装置をよりコンパクトにすることができるので、大きな流体の負荷に対しても回転翼装置の耐久性をより高めることができるようになる。 In this way, the reverse regions of the rotary blades of the two rotary rotors can overlap each other, so that the apparatus can be made more compact and the space utilization efficiency can be further increased. Further, since the device can be made more compact, the durability of the rotor blade device can be further increased even with a large fluid load.
また、同期機構によりそれぞれの回転翼を重なった逆行領域に位相をずらせて交互に侵入させるので、振動を打ち消しあうように回転することができる結果、より振動の少ない安定した回転翼装置にすることができる。 In addition, the synchronous mechanism causes each rotor blade to enter the reverse region where it overlaps, shifting the phase alternately so that it can rotate to cancel out vibrations, resulting in a stable rotor device with less vibration. Can do.
また、上記ローター支持部には、流体に対するローター支持部の姿勢を安定させる尾翼がさらに設けられていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the rotor support part is further provided with a tail that stabilizes the posture of the rotor support part with respect to the fluid.
このようにすれば、流体に対するローター支持部の姿勢を安定させる尾翼がローター支持部にさらに設けられているので、流体の向きに対する姿勢変更能力と安定性とをより向上させることができるようになる。 In this way, the tail support that stabilizes the posture of the rotor support portion with respect to the fluid is further provided in the rotor support portion, so that the posture change ability and the stability with respect to the direction of the fluid can be further improved. .
以上説明したように、本発明によれば、回転翼の逆行領域においても、整流板によるカルマン渦が回転翼の回転を促進する結果、自己起動性が著しく向上し、僅かな流速でも回転ローターを起動することができるようになるという顕著な効果を奏する。 As described above, according to the present invention, the Karman vortex by the rectifying plate promotes the rotation of the rotor blade even in the reverse region of the rotor blade. There is a remarkable effect that it can be activated.
また、同様に、整流板によるカルマン渦が回転翼の回転を促進するので、回転ローターの到達回転数を著しく高めることができるという顕著な効果を奏する。 Similarly, since the Karman vortex by the current plate promotes the rotation of the rotor blades, there is a remarkable effect that the number of revolutions reached by the rotating rotor can be remarkably increased.
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る回転翼装置1の概略の構成を示す斜視図であり、図2は、回転翼装置1の概略の構成を示す平面図である。
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a
図1と図2とに示すように、第1の実施形態に係る回転翼装置1は小型の風力発電に採用されるものであり、風である流体2を受けて回転する回転ローター3と、回転ローター3の逆行領域4(図2)の上流側に設けられた整流板10と、回転ローター3の基台11と、整流板10の基台12とを備えている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
上記回転ローター3は、概ね垂直な翼回転軸5の周りに流体2を受けて回転可能な1枚の回転翼6aと、回転翼6aのカウンターウェイト7と、回転翼6aとカウンターウェイト7とが相対向した状態で回転するように、回転翼6aとカウンターウェイト7とを接続する3枚のアーム8a、8b、8cと、アーム8a、8b、8cを貫くように設けられたシャフト9とを有し、このシャフト9は回転ローター3の基台11に設けられた回転軸受け13に回転自在に支持され、回転ローター3の基台11の中に収納された発電機14に接続されている。
The
ここで、回転翼6aは、断面が翼形の長尺な板状に形成された軽量金属製のストレートダリウス型の翼で構成されている。
Here, the
また、カウンターウェイト7は、翼回転軸5が回転ローター3の回転中心になるように、バランスをとるための部材であり、球状の金属製部材で構成され、回転翼6aと比較してより翼回転軸5に近い位置においてアーム8a、8b、8cに取り付けられている。
The
そして、全体が一体となっている回転翼6aと、カウンターウェイト7と、アーム8a、8b、8cとシャフト9とからなる回転ローター3は、回転軸受け13を介して基台11に回転自在に支持され、流体2を受けて翼回転軸5の周りに回転することにより、発電機14を駆動して発電することができるように構成されている。
The
上記整流板10は、回転翼6aの逆行領域4の上流側に設けられた板状の遮蔽部材であり、回転翼6aが流体2の向きに対して逆行する逆行領域4(図2)を通過しようとする流体2を遮って逆行領域4における回転翼装置の抵抗を低減する。また、この整流板10は、特に逆行領域4において効果的にカルマン渦2aを発生させるように、流体2に向かって突出するように湾曲する弧状に形成されている。
The rectifying
そして、整流板10と回転ローター3の翼回転軸5とは、整流板10が発生させたカルマン渦2aの流体2の向きに対して逆行する部分2bに回転翼6aの回転軌道6eが概ね沿うように配置されている。
The rectifying
次に、図2を参照して、本発明の第1の実施形態に係る回転翼装置1の作用を説明する。
Next, with reference to FIG. 2, an operation of the
図2に示すように、回転ローター3の回転翼6aが流体2を受けると、回転ローター3が、概ね垂直な翼回転軸5の周りに回転する。
As shown in FIG. 2, when the
また、整流板10は、回転翼6aが流体2の向きに対して逆行する逆行領域4を通過しようとする流体2を遮って逆行領域4における回転翼装置の抵抗を低減するとともに、逆行領域4においてカルマン渦2aを発生させる。
Further, the rectifying
そして、整流板10が発生させたカルマン渦2aの流体2の向きに対して逆行する部分2bにおいて、回転翼6aの回転が促進される。
Then, the rotation of the
以上説明したように、本発明の第1の実施形態に係る回転翼装置1によれば、整流板10が発生させたカルマン渦2aの流体2の向きに対して逆行する部分2bに回転翼6aの回転軌道6eが沿うように、整流板10と回転ローター3の翼回転軸5とが配置されるので、逆行領域4であってもカルマン渦2aが回転翼6aの回転を促進する結果、自己起動性が著しく向上し、僅かな流速でも回転ローター3を起動することができるようになる。また、同様に、カルマン渦2aが回転翼6aの回転を促進するので、回転ローター3の到達回転数を著しく高めることができるようになる。
As described above, according to the
また、整流板10が、流体2に向かって湾曲する弧状に形成されているので、カルマン渦2aを発生させて回転翼6aに対して大きく推力を与えることができる結果、より僅かな流速でも回転ローター3を起動することができるようになる。また、回転ローター3の到達回転数をより高めることができるようになる。
Further, since the rectifying
また、回転翼6aが、ストレートダリウス型で構成されているので、高いTSR(流体2の速度に対する回転翼6aの周速度の比率)を実現することが可能である。その結果、回転ローター3の到達回転数をさらに大幅に高めることができるようになる。
Further, since the
次に図3と図4とを参照して、本発明の第2の実施形態に係る回転翼装置21について説明する。図3は、本発明の第2の実施形態に係る回転翼装置21の概略の構成を示す斜視図であり、図4は、回転翼装置21の作用を示す平面図である。なお以下の説明では、本発明の第1の実施形態に係る回転翼装置1と同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。
Next, a
図3と図4とに示すように、本発明の実施の形態に係る回転翼装置21は、整流板10と回転ローター3の翼回転軸5とを保持するローター支持部22a、22bとを備え、このローター支持部22a、22bは、このように整流板10と回転ローター3の翼回転軸5とを保持した状態で、基台23に設けられた回転軸受24を介して概ね翼回転軸に並行すなわち垂直に設けられた支持部回転軸25の周りに回転可能に支持されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
また、この第2の実施形態に係る回転翼装置21の場合は、整流板10の下側、ローター支持部22bの上に発電機26が設けられている。そして、この発電機26の図略のシャフトと回転ローター3のシャフト9との間に設けられたベルトやチェーンなどの図略の駆動力伝達機構により、回転ローター3の回転力を発電機26に伝達することが可能になっている。
In the case of the
ここで、ローター支持部22a、22bの支持部回転軸25は、整流板10や回転ローター3など、支持部回転軸25の周りの可動部に働く流体2の力がバランスして流体2の方向に対するローター支持部22a、22bの姿勢が概ね一定になるようにローター支持部22a、22bの整流板10寄りの部分に設けられている。また、発電機26が回転ローター3に対するカウンターウェイトの機能も果たしている。
Here, the support
このように、回転翼装置21は、整流板10の流体2の抗力と回転している回転ローター3の抗力、および各部の重量とが、支持部回転軸25を中心にして、釣り合って、回転翼装置全体が流体2の方向の変化に追従するようになっている。
As described above, the
そして、ローター支持部22a、22bは、このように流体2に対するローター支持部22a、22bの姿勢が一定になった状態で、整流板10が回転翼6aの逆行領域4にカルマン渦2aを発生させるような配置に、整流板10と回転ローター3の翼回転軸5とを保持している。
The
以上説明したように、本発明の第2の実施形態に係る回転翼装置21によれば、支持部回転軸25の周りの可動部に働く流体2の力がバランスして流体2の方向に対するローター支持部22a、22bの姿勢が概ね一定になるように、支持部回転軸25がローター支持部22a、22bの整流板10寄りの部分に設けられているので、流体2の向きが変化してもそれに応じて、常に回転翼装置1を一定の姿勢にすることができるようになる。しかも、このように流体2に対するローター支持部22a、22bの姿勢が一定になった状態で、整流板10が回転翼6aの逆行領域4にカルマン渦2aを発生させるような配置に、ローター支持部22a、22bが整流板10と回転ローター3の翼回転軸5とを保持しているので、常に安定して高い自己起動性と到達回転数を維持することができるようになる。
As described above, according to the
次に図5を参照して、本発明の第3の実施形態に係る回転翼装置31について説明する。図5は、本発明の第3の実施形態に係る回転翼装置31の概略の構成を示す斜視図である。
Next, with reference to FIG. 5, a
図5に示すように、本発明の第3の実施形態に係る回転翼装置31においては、カウンターウェイト7の代わりにローター支持部22a、22bにもう1枚の回転翼6bが設けられ、2枚翼ストレートダリウス型の回転翼装置を構成している。第3の実施形態に係る回転翼装置31は、その他の構成、作用は、第2の実施形態に係る回転翼装置21と同様である。
As shown in FIG. 5, in the
このように、第3の実施形態に係る回転翼装置31によれば、2枚翼ストレートダリウス型とすることで、第2の実施形態に係る回転翼装置21と比較して、より振動の少ない、安定した回転翼装置を実現することができるようになる。
As described above, according to the
次に図6〜図8を参照して、本発明の第4の実施形態に係る回転翼装置41について説明する。図6は、本発明の第4の実施形態に係る回転翼装置41の概略の構成を示す斜視図であり、図7は、回転翼装置41の概略の構成を示す平面図である。また、図8は、回転翼装置41の同期機構43の概略の構成を示す概念図である。
Next, with reference to FIGS. 6-8, the
本発明の第4の実施形態に係る回転翼装置41は、小型、中型、大型のいずれの風力発電にも適用可能なものであり、図6と図7に示すように、1つの整流板10に対して設けられたX字型に構成されたローター支持部42a、42bが、2つの回転ローター3の翼回転軸5を保持している。
The
ここで、ローター支持部42a、42bは、図7に示すように、流体2の力がバランスして流体2に対するローター支持部42a、42bの姿勢が一定になった状態で、整流板10が2つの回転ローター3の逆行領域4にカルマン渦2aを発生させるような配置に、整流板10とそれぞれの回転ローター3の翼回転軸5とを保持している。
Here, as shown in FIG. 7, the
特に、この回転翼装置41では、2つの回転ローター3は、それぞれの回転翼6aの逆行領域4が重なるように配置され、2つの回転ローター3の間には、図8に示すように、それぞれの回転翼6a、6bを重なった逆行領域4に交互に侵入させる同期機構43がさらに設けられている。
In particular, in the
この同期機構43は、回転ローター3のシャフト9の適当な位置に設けられたプーリー9aと発電機26のシャフト26aに設けられたプーリー26bと、これらプーリー9a、26bを連絡するタイミングベルト27a、27bとを備えており、一方のタイミングベルト27aが交差するように構成されることにより、それぞれの回転翼6a、6bが約90度の位相差を保ちながら同期して逆回転し、逆行領域4に交互に侵入することができるように構成されている。
The
以上説明したように、本発明の第4の実施形態に係る回転翼装置41によれば、2つの回転ローター3に対して1つの整流板10を設置するだけでよいので、部材とスペースとを省略することができる結果、コンパクトで流体2の利用効率が高い安価な回転翼装置を実現することができる。また、1つの整流板10に対して2つの回転ローター3を対称的に配置することができるので、振動の少ない安定した回転翼装置にすることができる。
As described above, according to the
また、2つの回転ローター3のそれぞれの回転翼6a、6bの逆行領域4が重なるので、装置をよりコンパクトにしてスペースの利用効率をより高めることができる。また、装置をよりコンパクトにすることができるので、大きな流体2の負荷に対しても回転翼装置の耐久性をより高めることができるようになる。
Further, since the
また、同期機構43によりそれぞれの回転翼6a、6bを重なった逆行領域4に位相をずらせて交互に侵入させるので、振動を打ち消しあうように回転することができる結果、より振動の少ない安定した回転翼装置にすることができる。
Further, since the
次に図9を参照して、本発明の第5の実施形態に係る回転翼装置51について説明する。図9は、本発明の第5の実施形態に係る回転翼装置51の概略の構成を示す斜視図である。
Next, with reference to FIG. 9, the
図9に示すように、本発明の第5の実施形態に係る回転翼装置51においては、流体2に対するローター支持部22a、22bの姿勢を安定させる尾翼52が、ローター支持部22a、22bから延長される拡張部53a、53bを介してローター支持部22a、22bに設けられている。
As shown in FIG. 9, in the
また、回転翼装置31においては、ローター支持部22a、22bに合計4枚の回転翼6a、6b、6c、6dが設けられ、4枚翼ストレートダリウス型の回転翼装置を構成している。
Further, in the
このように、本発明の第5の実施形態に係る回転翼装置51によれば、流体2に対するローター支持部22a、22bの姿勢を安定させる尾翼52がローター支持部22a、22bにさらに設けられているので、流体2の向きに対する姿勢変更能力と安定性とをより向上させることができるようになる。
Thus, according to the
また、4枚翼ストレートダリウス型とすることで、2枚翼ストレートダリウス型と比較して、より振動の少ない、安定した回転翼装置を実現することができるようになる。 Further, by adopting the four-blade straight Darius type, it is possible to realize a stable rotor blade device with less vibration compared to the two-blade straight Darius type.
また、図10は、本発明の第6の実施形態に係る回転翼装置61の概略の構成を示す斜視図であり、図11は、本発明の第6の実施形態に係る回転翼装置61の概略の構成を示す平面図である。
FIG. 10 is a perspective view showing a schematic configuration of a
図10と図11とに示すように、本発明の第6の実施形態に係る回転翼装置61においては、上記回転翼66a、66b、66c、66dは、断面が弧状に形成されたパドル型で構成されている。
As shown in FIG. 10 and FIG. 11, in the
このように、本発明の第6の実施形態に係る回転翼装置61によれば、回転翼66a、66b、66c、66dが、パドル型で構成されているので、起動時と通常運転時との両方において特に大きなトルクが得られる超高トルクの低回転風車とすることができる。
As described above, according to the
また、図12〜図14は、本発明の第7の実施形態に係る回転翼装置71の概略の構成を示す平面図であり、図12は、回転ローター73の回転数が低い時の状態を、図13は、回転ローター73の回転数が高い時の状態を、図14は、回転ローター73の回転数が最も高い時の状態を、それぞれ示している。
12-14 is a top view which shows the schematic structure of the
図12〜図14に示すように、本発明の第7の実施形態に係る回転翼装置71においては、回転ローター73は、回転ローター73における回転翼76a、76b、76c、76dの取付け角度を変更可能な翼角度変更手段72として、回転翼76a、76b、76c、76dに設けられたブラケット76e、76f、76g、76hとアーム78a、78b、78c、78dとの間にヒンジ軸75a、75b、75c、75dを備えている。
As shown in FIGS. 12-14, in the
また、回転ローター73は、回転翼76a、76b、76c、76dの取付け角度を調節可能な翼角度制御手段77として、回転翼76a、76b、76c、76dに設けられたブラケット76e、76f、76g、76hとアーム78a、78b、78c、78dとの間に図略の付勢手段と、回転翼76a、76b、76c、76dに設けられた偏重心部79a、79b、79c、79dとを備えている。
The
ここで、付勢手段は、図12のように回転翼76a、76b、76c、76dがアーム78a、78b、78c、78dの長手方向に沿うようにアーム78a、78b、78c、78dに対して回転翼76a、76b、76c、76dを付勢するものである。
Here, the urging means rotates relative to the
また、偏重心部79a、79b、79c、79dは、回転翼76a、76b、76c、76dの重心部であり、この偏重心部79a、79b、79c、79dは、回転翼76a、76b、76c、76dにおいて、ヒンジ軸75a、75b、75c、75dから偏移した位置に設けられている。
The eccentric
この偏重心部79a、79b、79c、79dは、回転数の上昇にともない図13のように回転翼76a、76b、76c、76dの長手方向が回転円の接線方向に平行になるように回転翼76a、76b、76c、76dを遠心力で付勢する。それ故、回転翼装置71においては、起動時や回転ローター73の回転数が低い状態では、パドル型の回転翼のように広い面積に流体を受けて起動し易く、また、起動時や回転ローター73の回転数が高い状態では、ダリウス型の回転翼のように到達回転数を高くすることができるようになっている。
The eccentric
また、偏重心部79a、79b、79c、79dは、回転数が最も高くなる状態では、図14のように遠心力で最も外側の回転軌道に変位するために、回転翼76a、76b、76c、76dの長手方向が回転円の半径方向に近づくようになる。この状態はパドル型の回転翼を180度逆にしたような形状になる結果、回転ローター73の回転に対して回転翼76a、76b、76c、76dがブレーキをかけるように働く。
Further, the eccentric
このように、本発明の第7の実施形態に係る回転翼装置71によれば、翼角度制御手段77が、翼角度変更手段72を制御して回転ローター73における回転翼76a、76b、76c、76dの取付け角度を調節することができるので、回転ローター73の回転数に応じて最適な角度に調節することができる結果、起動性と到達回転数の両方をより高めることができるようになる。
Thus, according to the
また、回転数がさらに高くなる状態では、回転翼76a、76b、76c、76dが回転にブレーキをかけるので、回転ローター73の過回転を防止して、回転が異常に高くなった時に発生する可能性のある装置の破損を防ぐことができるようになる。
Further, in a state where the rotational speed is further increased, the
また、図15は、本発明の第8の実施形態に係る回転翼装置81の概略の構成を示す斜視図であり、図16は、本発明の第8の実施形態に係る回転翼装置81の概略の構成を示す側面図である。
FIG. 15 is a perspective view showing a schematic configuration of a
図15と図16とに示すように、本発明の第8の実施形態に係る回転翼装置81においては、回転ローター83は、回転翼86a、86b、86cを翼回転軸5の周りに回転可能に保持する翼保持部88a、88b、88cを備えているが、この翼保持部88a、88b、88cは、翼回転軸5側に設けられた軸側ヒンジ部85a、85b、85cと回転翼86a、86b、86c側に設けられた翼側ヒンジ部84a、84b、84cとを折り曲げて回転翼86a、86b、86cを翼回転軸の近傍に折りたたみ可能に構成されている。
As shown in FIGS. 15 and 16, in the
このように、本発明の第8の実施形態に係る回転翼装置51によれば、翼保持部88a、88b、88cにおいて、翼回転軸5側に設けられた軸側ヒンジ部85a、85b、85cと回転翼86a、86b、86c側に設けられた翼側ヒンジ部84a、84b、84cとを折り曲げて回転翼86a、86b、86cを翼回転軸5の近傍に折りたたむことができるので、出荷時の梱包や搬送に有利な回転翼装置81を実現することができるようになる。
Thus, according to the
上述した実施の形態は本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。 The above-described embodiment is merely a preferred specific example of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment.
例えば、回転ローター3の回転翼6aの枚数は、1〜4枚に限定されない。回転翼6aの枚数については、回転翼装置の効率、その他の機械的要件から種々の設計変更が可能である。
For example, the number of
また、回転翼6aは、断面が翼形の長尺な板状に形成された軽量金属製のストレートダリウス型の翼に限定されない。一般のダリウス型、断面つの字型など、回転翼装置の用途に応じて種々の設計変更が可能である。
Further, the
また、回転ローター3の回転力を発電機26に伝達する駆動力伝達機構についても、ベルトやチェーンなどの機構に限定されない。ギアその他、種々の駆動力伝達機構が採用可能である。
Further, the driving force transmission mechanism that transmits the rotational force of the
さらに、同期機構43についても、回転ローター6のシャフト9に設けられたプーリー9aと発電機26のシャフト26aに設けられたプーリー26bとを連絡するタイミングベルト27a、27bとを備えたものに限定されない。それぞれの回転翼6a、6bが約90度の位相差を保ちながら同期して逆回転し、逆行領域4に交互に侵入することができるように構成されたものであれば、種々の同期機構が採用可能である。
Further, the
また、本発明の第7の実施形態に係る回転翼装置71において、翼角度変更手段72は、図12および図13のように1つのヒンジ軸75a、75b、75c、75dを備えたものに限定されない。回転ローター73における回転翼76a、76b、76c、76dの取付け角度を変更可能な機構であれば、種々の翼角度変更手段が採用可能である。また、翼角度制御手段77も、図略の付勢手段と偏重心部79a、79b、79c、79dとを備えたものに限定されない。回転翼76a、76b、76c、76dの取付け角度を調節可能な機構であれば、例えば回転数を計測してリンク機構で回転翼76a、76b、76c、76dの取付け角度を調節する構成など、種々の翼角度制御手段が採用可能である。
Further, in the
さらに、本実施の形態にかかる回転翼装置1、21、31、41、51、61、71、81は、概ね垂直な翼回転軸5の周りに回転するものに限定されない。例えば、図17は、本発明の第9の実施形態に係る回転翼装置91の概略の構成を示す斜視図であり、図18は、本発明の第9の実施形態に係る回転翼装置91の概略の構成を示す側面図である。
Further, the
本発明の第9の実施形態に係る回転翼装置91は、図18に示すように、回転ローター93は、概ね水平な翼回転軸95の周りに流体2として風を受けて回転可能な合計4枚の回転翼96a、96b、96c、96dが、それぞれ3つのアーム98a、98b、98c、98dを介してローター支持部92a、92bに設けられ、4枚翼ストレートダリウス型の回転翼装置を構成している。
As shown in FIG. 18, in the
また、第5の実施形態に係る回転翼装置51と同様に、整流板90の裏側に発電機94が設けられ、この発電機94と回転ローター93のシャフト99との間に設けられた図略の駆動力伝達機構により、回転ローター93の回転力を発電機94に伝達するように構成されている。また、流体2の抗力と各部の重量とが、支持部回転軸97を中心にして、釣り合って、回転翼装置91全体が流体2の方向の変化に追従するようになっている。
Similarly to the
このように、本発明の第9の実施形態に係る回転翼装置91によれば、回転翼装置21、31と同様に、自己起動性が良好で、回転ローターの到達回転数が高いという発電効率の良い風力発電装置を実現することができるようになる。
Thus, according to the
さらに、本実施の形態にかかる回転翼装置1、21、31、41、51、61、71、81、91は、流体2として風を受けて回転する風車に限定されない。本実施の形態にかかる回転翼装置1、21、31、41、51、61、71、81、91は、いずれも、例えば、河川や海洋などの水中に設置される水力発電装置のように、概ね水平もしくは水平な翼回転軸の周りに流体2として河川の水流や潮流を受けて回転可能な回転ローターを有する水力発電装置にも適用可能である。
Furthermore, the
また、回転ローター3において回転翼6aは必ずしも1種類だけに限定されず、1つの回転ローター3に種々の回転翼を設けることも可能である。例えば、図19は、本発明の第10の実施形態に係る回転翼装置101の概略の構成を示す斜視図である。図19に示すように、本発明の第10の実施形態に係る回転翼装置101においては、回転ローター103は、ストレートダリウス型の回転翼106aと、パドル型の回転翼106bとの異なる型の回転翼を混載したハイブリッド型に構成されている。
Further, the rotary rotor 6 is not necessarily limited to one type in the
このように、本発明の第10の実施形態に係る回転翼装置101によれば、回転ローター103が、流体の速度に対する回転翼の周速度の比率であるTSRが比較的高く(TSR:3〜4)、到達回転数が高いストレートダリウス型の回転翼106aと、TSRが比較的低いが(TSR:0.7程度)、起動時のトルクが大きいパドル型の回転翼106bとを混載したハイブリッド型に構成されているので、到達回転数と起動時のトルクの両方のバランスに優れた回転翼装置を実現することが可能である。
Thus, according to the
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。 In addition, it goes without saying that various design changes are possible within the scope of the claims of the present invention.
1 回転翼装置
2a カルマン渦
3 回転ローター
4 逆行領域
5 翼回転軸
6a、6b、6c、6d 回転翼
6e 回転軌道
10 整流板
22a、22b、42a、42b ローター支持部
25 支持部回転軸
43 同期機構
52 尾翼
72 翼角度変更手段
77 翼角度制御手段
84a、84b、84c 翼側ヒンジ部
85a、85b、85c 軸側ヒンジ部
88a、88b、88c 翼保持部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
上記回転翼が流体の向きに対して逆行する逆行領域においてカルマン渦を発生させるように、この回転翼の逆行領域の上流側に設けられた整流板と、
を備え、
上記整流板と回転ローターの翼回転軸とは、整流板が発生させたカルマン渦の上記流体の向きに対して逆行する部分に回転翼の回転軌道が沿うように配置されていることを特徴とする回転翼装置。 A rotating rotor having rotating blades that receive and rotate fluid around the blade rotation axis;
A rectifying plate provided on the upstream side of the reverse region of the rotary blade so as to generate Karman vortices in the reverse region where the rotary blade is reverse to the direction of the fluid;
With
The rectifying plate and the blade rotating shaft of the rotating rotor are arranged such that the rotary orbit of the rotating wing is along a portion of the Karman vortex generated by the rectifying plate that is reverse to the direction of the fluid. Rotating wing device.
この翼角度変更手段を制御して変更される回転翼の取付け角度を調節可能な翼角度制御手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の回転翼装置。 The rotating rotor includes blade angle changing means capable of changing the mounting angle of the rotating blade in the rotating rotor,
Blade angle control means capable of adjusting the mounting angle of the rotor blade changed by controlling the blade angle changing means;
The rotary blade device according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
この翼保持部は、翼回転軸側に設けられた軸側ヒンジ部と回転翼側に設けられた翼側ヒンジ部とを折り曲げて回転翼を翼回転軸の近傍に折りたたみ可能に構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の回転翼装置。 The rotary rotor includes a blade holding unit that holds the rotary blade rotatably about the blade rotation axis,
This blade holding part is configured to be able to fold the rotating blade near the blade rotating shaft by bending the shaft side hinge portion provided on the blade rotating shaft side and the blade side hinge portion provided on the rotating blade side. The rotary blade device according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotary blade device is characterized in that:
このローター支持部の上記支持部回転軸は、支持部回転軸の周りの可動部に働く流体の力がバランスして流体の方向に対するローター支持部の姿勢が概ね一定になるようにローター支持部の整流板寄りの部分に設けられており、
上記ローター支持部は、このように流体に対するローター支持部の姿勢が一定になった状態で、上記整流板が回転翼の逆行領域にカルマン渦を発生させるような配置に、上記整流板と回転ローターの翼回転軸とを保持していることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の回転翼装置。 In a state where the rectifying plate and the blade rotation shaft of the rotary rotor are held, a rotor support portion that is rotatable around a support portion rotation shaft provided substantially in parallel with the blade rotation shaft,
The rotation axis of the rotor support part of the rotor support part is such that the force of the fluid acting on the movable part around the rotation axis of the support part is balanced so that the posture of the rotor support part with respect to the direction of the fluid is substantially constant. It is provided near the current plate,
The rotor support portion is arranged in such a manner that the current plate generates a Karman vortex in the retrograde region of the rotor blade in a state where the posture of the rotor support portion with respect to the fluid is constant as described above. The rotary blade device according to any one of claims 1 to 6, wherein the rotary shaft of the rotary blade is held.
上記ローター支持部は、流体の力がバランスして流体に対するローター支持部の姿勢が一定になった状態で、上記整流板が上記2つの回転ローターの逆行領域にカルマン渦を発生させるような配置に、上記整流板とそれぞれの回転ローターの翼回転軸とを保持していることを特徴とする請求項7に記載の回転翼装置。 The rotor support part holds the blade rotation shafts of the two rotating rotors with respect to one rectifying plate,
The rotor support portion is arranged so that the rectifying plate generates Karman vortices in the retrograde regions of the two rotary rotors in a state where the force of the fluid balances and the posture of the rotor support portion with respect to the fluid becomes constant. The rotary blade device according to claim 7, wherein the current plate and the blade rotation shaft of each rotary rotor are held.
上記ローター支持部は、流体の力がバランスして流体に対するローター支持部の姿勢が一定になった状態で、上記整流板が上記2つの回転ローターの逆行領域にカルマン渦を発生させるような配置に、上記整流板とそれぞれの回転ローターの翼回転軸とを保持しており、
上記2つの回転ローターの間には、それぞれの回転翼を上記重なった逆行領域に位相をずらせて交互に侵入させる同期機構がさらに設けられていることを特徴とする請求項8に記載の回転翼装置。 The two rotating rotors are arranged so that the reverse regions of the respective rotating blades overlap,
The rotor support portion is arranged so that the rectifying plate generates Karman vortices in the retrograde regions of the two rotary rotors in a state where the force of the fluid balances and the posture of the rotor support portion with respect to the fluid becomes constant. , Holding the current plate and the blade rotation shaft of each rotary rotor,
9. The rotary blade according to claim 8, further comprising a synchronization mechanism between the two rotary rotors, wherein the rotary blades alternately enter the overlapping retrograde regions with a phase shift. apparatus.
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