專(zhuān)利名稱(chēng)：風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在風(fēng)力發(fā)電中所使用的風(fēng)車(chē)的葉片形狀的改良。
背景技術(shù)：
一般地，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)，已知有以荷蘭型風(fēng)車(chē)為代表的旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于風(fēng)成水平的水平軸型風(fēng)車(chē)和旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于風(fēng)成垂直的垂直軸型風(fēng)車(chē)。
其中，對(duì)于垂直軸型風(fēng)車(chē)，已知有像漿葉型與薩伏紐斯型等那樣用在葉片上產(chǎn)生的阻力來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)車(chē)的阻力型、和像達(dá)里厄斯型與陀螺儀型(ジヤイロミル型)等那樣用在葉片上產(chǎn)生的抬升力來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)車(chē)的升力型。即，前者是將面向頂風(fēng)方向的葉片的阻力減小，利用阻力差來(lái)使風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)的，與之相對(duì)，后者是利用在葉片上產(chǎn)生的升力來(lái)使風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)的(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)昭54-153944號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容可是，在垂直軸型的前者(阻力型)的情況下，當(dāng)周速比(葉片的翼端速度/風(fēng)速)為1時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生使風(fēng)車(chē)更快地轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，因而就存在有雖然風(fēng)速上升，但也不能得到超過(guò)風(fēng)速的轉(zhuǎn)速，發(fā)電效率低這樣的問(wèn)題。另一方面，在后者(升力型)的情況下，雖然周速比在1以上時(shí)，風(fēng)車(chē)的空氣動(dòng)力特性變好，能夠使風(fēng)車(chē)高效地轉(zhuǎn)動(dòng)，但當(dāng)周速比在1以下時(shí)，風(fēng)車(chē)的空氣動(dòng)力特性變差，轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)車(chē)的力矩變小。另外，還有起動(dòng)力矩小，從停止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)變得非常困難的缺點(diǎn)。
因此，作為改良葉片形狀提高發(fā)電效率的方案，已知有例如專(zhuān)利文獻(xiàn)2等。在該公報(bào)中，公開(kāi)了水平軸型的螺旋槳型(升力型)的風(fēng)車(chē)，如圖7所示，公開(kāi)了如下的結(jié)構(gòu)，在與旋轉(zhuǎn)軸51正交的面內(nèi)從旋轉(zhuǎn)軸51經(jīng)由轉(zhuǎn)子52以一定角度間隔設(shè)有風(fēng)車(chē)葉片53，與此同時(shí)，在各風(fēng)車(chē)葉片53內(nèi)，分別具有向前端進(jìn)退自如地內(nèi)置的輔助葉片54；在低風(fēng)速區(qū)域內(nèi)，使輔助葉片54沿著圖7箭頭方向，從風(fēng)車(chē)葉片53內(nèi)的雙點(diǎn)劃線位置向圖7上方突出，增加升力從而使旋轉(zhuǎn)力矩增大。
可是，該風(fēng)車(chē)是水平軸型的風(fēng)車(chē)，即便發(fā)電效率提高了，但零件個(gè)數(shù)增加，因而就存在成本變高的問(wèn)題。因此，盡管得到了同樣的發(fā)電能力，但卻存在有裝置的成本上升這一缺點(diǎn)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)2特開(kāi)2001-132615號(hào)公報(bào)附帶說(shuō)一下，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，如圖8所示，公開(kāi)了一種在車(chē)軸61上安裝翼固定板62，在該翼固定板62之間，相對(duì)于車(chē)軸61以迎角0度安裝有彎曲的翼(葉片)63的垂直軸型風(fēng)車(chē)。但是，在該專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，只展示了翼(葉片)63是彎曲的一例，對(duì)于具體的翼(葉片)63的構(gòu)造并沒(méi)有任何公開(kāi)。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改善了垂直軸型風(fēng)車(chē)的葉片形狀，使得可在大范圍的風(fēng)速區(qū)域內(nèi)，高發(fā)電效率地轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)車(chē)，發(fā)電效率高的風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)。
本發(fā)明的上述目的，是通過(guò)如下方式達(dá)成的，即，在一種在與垂直旋轉(zhuǎn)軸正交的面內(nèi)、以該旋轉(zhuǎn)軸為中心以一定角度間隔地與旋轉(zhuǎn)軸平行地設(shè)置有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)中，所述葉片，是雷諾數(shù)低且具有高升力系數(shù)的翼型，且是將該翼下面的后緣部切除而被形成的。
另外，上述目的是通過(guò)使所述雷諾數(shù)在30,000～3,000,000的范圍內(nèi)而被有效地達(dá)成的。
另外，上述目的是通過(guò)使所述升力系數(shù)在1.0～1.4的范圍內(nèi)而被有效地達(dá)成的。
進(jìn)而，上述目的是通過(guò)將切缺部形成在從相對(duì)翼弦長(zhǎng)距離前緣35％～45％的位置直至后緣的位置上而被更為有效地達(dá)成的。


圖1是表示本發(fā)明的風(fēng)車(chē)的外觀的立體圖。
圖2是說(shuō)明從上方看圖1的風(fēng)車(chē)所看到的葉片的配置的圖。
圖3是圖1所示的葉片的立體圖。
圖4是表示在所述葉片上安裝支撐支柱的構(gòu)造的圖。
圖5是說(shuō)明所述葉片周?chē)膲毫Ψ植嫉膱D。
圖6是說(shuō)明所述葉片的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的圖。
圖7是說(shuō)明以往的螺旋槳型的葉片構(gòu)造的圖。
圖8是以往的垂直軸型風(fēng)車(chē)的立體圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
圖1表示了本發(fā)明的實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)A的外觀。該風(fēng)車(chē)A是垂直軸型風(fēng)車(chē)，可利用因風(fēng)力而產(chǎn)生的風(fēng)車(chē)的旋轉(zhuǎn)力來(lái)發(fā)電。在該風(fēng)車(chē)A中，如圖1以及圖2所示，在與沿著垂直方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸1正交的面內(nèi)，沿著相同半徑的圓周方向，與旋轉(zhuǎn)軸平行地配置有由鋁合金或塑料(包括玻璃鋼(FRP))等構(gòu)成的4片翼型的葉片2、2…。該葉片2的外皮，如圖3所示，通過(guò)將1片結(jié)構(gòu)的由鋁合金或塑料(包括玻璃鋼(FRP))等材料構(gòu)成的薄板狀的原材料彎曲而被形成為流線形的翼型。
另外，在葉片2內(nèi)，如圖3以及圖4所示，嵌插有剖面大體呈コ字狀的支撐橫梁3，該支撐橫梁3，在葉片2的上下面上分別通過(guò)鉚釘或粘接劑而被安裝，從而可以防止旋轉(zhuǎn)時(shí)的葉片2的變形。在該支撐橫梁3上，安裝有支柱支撐配件4，由該支柱支撐配件4，可固定從旋轉(zhuǎn)軸1呈放射狀地延伸的支撐支柱5的端部。其結(jié)果是，葉片2的旋轉(zhuǎn)便可經(jīng)由支撐支柱5而被傳遞給旋轉(zhuǎn)軸1。
并且，該葉片2被形成為以4字系翼型、RAF翼型、開(kāi)口回流式(哥亭根式)翼型等為代表的在飛機(jī)上所使用的流線形的翼型，在翼下面的后緣部上形成有切缺部B。該翼下面，根據(jù)翼的空氣動(dòng)力特性，從距離前緣a為35％～45％間的位置直至后緣b都被切除。其結(jié)果，葉片2被形成為雷諾數(shù)低、升力系數(shù)高那樣的翼型。另外，對(duì)于與葉片2相對(duì)的風(fēng)向(圖4箭頭方向)，如圖4所示，葉片2的翼弦c被以0度～5度的角度安裝。
另外，在葉片2的周?chē)?，相?duì)于來(lái)自于前方(圖5箭頭方向)的風(fēng)形成了如圖5所示那樣的壓力分布。即，葉片2所使用的翼型的壓力分布，是在翼下面的前部分布有比外氣壓高的壓力，在后部則是與外氣壓基本相同的壓力，在上面，由于流速因前端的翼形狀而被加速，因此壓力變小。因此，雖然在葉片2的下面的后部設(shè)置了切缺部B，但對(duì)翼的空氣動(dòng)力特性的影響較小。
因此，葉片2，如圖6所示，當(dāng)受到了來(lái)自于前方(該圖A1箭頭方向)的風(fēng)時(shí)，在該圖L箭頭方向上便發(fā)生升力。因此，風(fēng)車(chē)通過(guò)在該葉片2上產(chǎn)生的升力的旋轉(zhuǎn)方向分力(L1)，向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。
另外，如起動(dòng)時(shí)那樣在低風(fēng)速區(qū)域內(nèi)，當(dāng)葉片2從后方(該圖A2箭頭方向)受到風(fēng)吹而旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)葉片2的翼下面的切缺部B，會(huì)在葉片2上產(chǎn)生較大的空氣阻力。由此，便會(huì)出現(xiàn)薩伏紐斯型風(fēng)車(chē)效果，即，通過(guò)空氣阻力在葉片2上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，從而產(chǎn)生風(fēng)車(chē)的起動(dòng)力矩。
其結(jié)果是，由于在葉片2上在翼下面形成有切缺部B，所以相對(duì)于來(lái)自圖6的A2箭頭方向的風(fēng)，在周速比為1以下的低風(fēng)速區(qū)域內(nèi)，可通過(guò)空氣阻力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，其再加上在受到了來(lái)自于圖6的A1箭頭方向的風(fēng)吹動(dòng)的葉片2上產(chǎn)生的升力的旋轉(zhuǎn)方向分力(L1)而旋轉(zhuǎn)；在周速比為1以上的高風(fēng)速區(qū)域內(nèi)，可通過(guò)在葉片2上產(chǎn)生的升力而旋轉(zhuǎn)。即，由于葉片2是以低雷諾數(shù)、高升力系數(shù)那樣的翼型被形成的，所以不管在什么樣的風(fēng)速下，都可以使葉片2旋轉(zhuǎn)，可以高效地發(fā)電。
另外，由于葉片2利用的是鋁合金等輕量的部件，因此葉片2整體的重量變小，因在葉片2上產(chǎn)生的離心力而產(chǎn)生的負(fù)荷減少了。
因而，在上述實(shí)施例中，雖然在葉片2的翼下面的后緣部上形成有切缺部B，但由于使用了雷諾數(shù)低、具有高升力系數(shù)的翼型，所以在葉片2上，可通過(guò)風(fēng)產(chǎn)生空氣阻力和升力，通過(guò)這些力使葉片2旋轉(zhuǎn)。因此，不管在什么樣的風(fēng)向以及風(fēng)速下，都可以對(duì)葉片2產(chǎn)生發(fā)電所必需的旋轉(zhuǎn)力矩。其結(jié)果是，能夠跨越大范圍的風(fēng)速區(qū)域地使葉片2旋轉(zhuǎn)。
另外，在該風(fēng)車(chē)A上，由于在旋轉(zhuǎn)軸1的周?chē)渲昧?片葉片2，對(duì)于來(lái)自于所有方向的風(fēng)都能夠高效地使葉片2旋轉(zhuǎn)，因此與風(fēng)向無(wú)關(guān)，在所有的風(fēng)向下都可以發(fā)電。
另外，葉片2是由支撐支柱5在上下2點(diǎn)進(jìn)行支撐的結(jié)構(gòu)，在容易獲得風(fēng)車(chē)整體的輕量化的同時(shí)，還可以獲得簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)。因此，不僅可以作為一般家庭用或大廈用，而且還可以設(shè)在被設(shè)置在海上的浮標(biāo)等上。
再者，在上述實(shí)施例中，在垂直軸型風(fēng)車(chē)上配置了4片葉片2，但不限于此，還可以使用多片葉片，也可以起到與上述實(shí)施例同樣的作用以及效果。
另外，在葉片2上，還可以在兩個(gè)前端安裝用于減少空氣阻力的前端蓋，或根據(jù)必要安裝用于減少葉片2的誘導(dǎo)阻力的小翼(ウイングレツト)。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性如以上所說(shuō)，如果是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)，則在與垂直旋轉(zhuǎn)軸正交的面內(nèi)，以該旋轉(zhuǎn)軸為中心以一定角度間隔地設(shè)置多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)上，葉片，是以成為一種雷諾數(shù)低且具有高升力系數(shù)的流線形的翼型的方式，將該翼下面的后緣部切除而被形成的。即，由于利用風(fēng)的分力通過(guò)空氣阻力和升力來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，所以不管什么樣的風(fēng)速以及風(fēng)向的風(fēng)，特別是，即便在起動(dòng)時(shí)或風(fēng)弱的低速風(fēng)區(qū)域內(nèi)，通過(guò)有效地使阻力型風(fēng)車(chē)的特性和升力型風(fēng)車(chē)的特性組合，就可以使葉片、即風(fēng)車(chē)高發(fā)電效率地旋轉(zhuǎn)。另外，在垂直軸型風(fēng)車(chē)上，由于只在翼下面的一部分上設(shè)置了切缺部，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且緊湊，可以低價(jià)并較容易地制造小型或中型的風(fēng)車(chē)，可以用于設(shè)置在海上的浮標(biāo)、家庭用的發(fā)電機(jī)等廣范圍的利用形態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)，它是在與垂直旋轉(zhuǎn)軸正交的面內(nèi)，以該旋轉(zhuǎn)軸為中心以一定角度間隔地設(shè)有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)，其特征在于，所述葉片為雷諾數(shù)低且具有高升力系數(shù)的翼型，在該翼下面的后緣部形成有切缺部。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)，其中所述雷諾數(shù)在30，000～3,000,000的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)，其中所述升力系數(shù)在1.0～1.4的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)，其中所述切缺部被形成于從相對(duì)翼弦長(zhǎng)距前緣35％～45％的位置直至后緣的位置。
全文摘要
提供改善了升力型的垂直軸型風(fēng)車(chē)的葉片，即便在起動(dòng)時(shí)或在低風(fēng)速區(qū)域內(nèi)，也可以高效地轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)車(chē)的高效率的風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)。在一種在與垂直旋轉(zhuǎn)軸正交的面內(nèi)、以該旋轉(zhuǎn)軸為中心以一定角度間隔地與旋轉(zhuǎn)軸平行地設(shè)置有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電用的風(fēng)車(chē)中，所述葉片，是在低雷諾數(shù)下具有高升力系數(shù)的翼型，在該翼下面的后緣部形成有切缺部。
文檔編號(hào)F03D3/06GK1639461SQ0380451
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月20日
發(fā)明者野口常夫 申請(qǐng)人:野口常夫