專利名稱：風力發電用風車及其制造方法
技術領域：
本發明涉及風力發電用風車及其制造方法。
背景技術：
在垂直軸垂直翼型的風力發電中，為了使風力發電用的葉片被風施力而進行旋 轉，使用通過風力按壓葉片的力即阻力和通過旋轉在葉片產生的升力進行發電。作為使用阻力的風力發電，通常已知有重視受風面積的形狀的薩沃紐斯 (Savonius)型，能夠通過風速Im/秒左右的微風使葉片旋轉，但旋轉中的轉矩無法成為風 速以上。另外，作為使用升力的風力發電，通常已知有基于與飛機同樣的翼形狀的回轉型 (Gyro-Mill)，但在旋轉中產生的微風下無法使葉片旋轉。考慮到此種問題，提出有通過對與飛機同樣的翼形狀的葉片的背面側一部分切 口，得到旋轉起動時的阻力而能夠在微風的作用下進行旋轉的回轉型的風車(例如專利文 獻1) 。專利文獻1 日本專利第3451085號公報
發明內容
在上述的風車中，由于對葉片的背面側的一部分切口，而無法解決旋轉中引起的 風的湍流。因此升力減少，本來應該具有的轉矩下降，因此無法得到作為風力發電的目的的
高發電量。在以往的垂直軸垂直翼型的風力發電機中，在具有與飛機同樣的翼形狀的葉片中 使用對鋁合金的薄板進行彎曲加工的部件，但由于難以得到葉片的前緣部分的形狀的均勻 性，因此存在在空氣的流動中產生湍流的問題，而且，有可能難以得到強度而產生扭曲等。因此，本發明的目的在于提供一種能夠在微風下起動，抑制伴隨旋轉的風的湍流， 且發電效率優良的風力發電用風車。本發明中，提供一種風力發電用的風車，在與垂直軸正交的面內，以該旋轉軸為中 心按規定角度設置多個葉片，所述葉片為具有1.0以上的升力系數的流線形的翼型，其中， 相對于翼弦在所述旋轉軸側的面上，在相對于翼弦長距前緣55% 95%的范圍內設置開 口部。另外，本發明中，所述開口部的面積相對于所述旋轉軸側的面為30% 5%。另外，本發明中，設有多個開口部。另外，本發明中，所述開口部的部件比所述葉片的前部薄。本發明是在第一方面記載的葉片的制造方法中，通過鋁合金的擠壓成形來制造所 述葉片的至少一部分的制造方法。另外，本發明是通過鋁合金的擠壓成形來制造所述葉片的所述前部的制造方法。另外，本發明是所述前部具有中空部的制造方法，所述前部中，在所述連結部的端 部設置與所述后側部件的厚度相對應的階梯部，且在該階梯部配置所述后側部件的前側。
另外，本發明是在所述前部設有連結后側部件的連結部的制造方法。另外，本發明是所述后側部件比所述前部的厚度薄的制造方法。另外，本發明是通過鋁合金的擠壓成形來制造所述連結部的制造方法。另外，本發明是具備將所述前部和所述連結部連結的連結單元的制造方法。另外，本發明是所述連結單元具備設置在所述前部和所述連結部中一方的嵌合 部、和設置在另一方的嵌合承受部的制造方法。發明效果根據上述結構，通過開口部上的阻力，即使在微風下也能夠起動，通過葉片的升力 進行旋轉的高風速域中，在相對于從葉片的旋轉軸側的面的前緣離開的翼弦長為 95%的位置上設置所述開口部，因此成為阻力的旋轉軸側的面的風的流動的湍流少，能夠 得到高轉矩。另外，根據上述結構，由于開口部的面積比例小，因此能夠進一步減少風的流動的湍流。另外，根據上述結構，通過具有多個開口部，在起動時能夠高效地捕獲風。另外，根據上述結構，通過使風的阻力大的前部較厚，而能夠確保前部的強度，通 過使開口部的部件較薄，而能夠實現輕量化。根據制造方法涉及的上述結構，通過鋁合金的擠壓成形，能夠確保均勻的壁厚和 形狀。另外，根據上述結構，能夠確保風的阻力大的前部的強度和均勻形狀。另外，根據上述結構，通過具有中空部來提高強度。另外，根據上述結構，能夠將后側部件與連結部連結。另外，根據上述結構，通過使后側部件較薄，能夠實現輕量化。另外，根據上述結構，能夠確保連結部的強度和均勻的形狀。另外，根據上述結構，通過在階梯部配置后側部件的前側，能夠消除前部與后側部 件之間的高低差的產生。另外，根據上述結構，能夠通過連結單元將前部和連結部連結。另外，根據上述結構，通過嵌合部與嵌合承受部的嵌合而能夠將前部和連結部連結。
圖1是示出本發明的實施例1的風力發電機的主視圖。
圖2是示出本發明的實施例1的葉片的后視圖。
圖3是示出本發明的實施例1的風力發電機的俯視圖。
圖4是示出本發明的實施例1的葉片的剖視圖。
圖5是示出本發明的實施例1的葉片的主要部分的后視圖。
圖6是示出本發明的實施例1的葉片的主要部分的剖視圖。
圖7是示出本發明的實施例2的葉片的主要部分的剖視圖。
標號說明
1風力發電機
2旋轉軸
3葉片
4臂
5表面
6背面
7連結材料
11前部
12中空部
13表面連結部
14背面連結部
15階梯部
16安裝部
17階梯部
18安裝部
19表罩材料(后側部件)
21背罩材料(后側部件)
31臂支承部件
51開口部
52前緣
53后緣
M翼弦
7A嵌合槽(嵌合承受部)
62A嵌合部
63連結單元
具體實施例方式關于本發明的優選的實施方式，參照附圖進行詳細說明。此外需要說明的是，以下 說明的實施方式并未限定權利要求書所記載的本發明的內容。而且，以下說明的結構的全 部不一定是本發明的必須要件。在各實施例中，通過采用與以往不同的新的風力發電用風 車，能得到以往所沒有的風力發電用風車，關于該風力發電用風車進行說明。實施例1以下，參照
本發明的實施例。圖1 圖6示出本發明的實施例1，如該圖 所示，垂直軸型的風車1在中心具備垂直方向的旋轉軸2。在該旋轉軸2的周圍沿圓周方向 等間隔地配置有多個葉片3，在該例中三張葉片3、3、3與所述旋轉軸2平行地配置，S卩，所述 葉片3在與所述旋轉軸2正交的面內沿同一半徑的圓周方向以等角度間隔(在本實施例中 為120度間隔)配置。所述葉片3在從所述旋轉軸2呈放射狀延伸的臂4的端部相對于該支承桿4以規 定的角度固定。而且，臂4沿葉片3的長度方向設置多個，在該例中設置兩個。所述葉片3的外皮由鋁合金或鈦合金等輕金屬、或纖維強化塑料(FRP)等復合材料等材質構成的薄板狀的原材料形成。而且，葉片3的翼形是具有1. 0以上、優選1. 0 1. 4的升力系數的流線形，尤其優選非對稱翼的輕型飛機(起飛重量5700kg以下的飛機) 的主翼中使用的形狀，例如4字類翼型、RAF翼型、哥廷根(GGttingen)翼型等。并且，翼型的 膨脹大的面(外周側的面)是葉片3的表面5，翼型的膨脹小的面(內周側的面)是葉片3 的背面6，該背面是旋轉軸側的面。所述葉片3內設有將所述表面5側和背面6側連結的連結材料7，該連結材料7由 與葉片3的外皮相同的薄板狀的原材料形成，通過該連結材料7，防止旋轉時的葉片3的變 形。此外，圖中8是在上部與所述旋轉軸2連結的發電機，該發電機8設置在柱9上。在該例中，所述葉片3的前部11由鋁合金的擠壓件形成，該前部11 一體地具有比 所述連結材料7靠前側的中空部12、從所述連結部7分別向后側延伸的表面連結部13和背 面連結部14，通過擠壓成形使同一截面沿長度方向連續。在所述表面連結部13的后端側， 通過向內側凹陷的階梯部15形成表面安裝部16，而且，在所述背面連結部14的后端側，通 過向內側凹陷的階梯部17形成背面安裝部18，由比所述前部11薄的板形成的表罩材料19 通過作為固定單元的鉚釘20固定在所述表面安裝部16的外表面，而且，由比所述前部11 薄的板形成的背罩材料21通過鉚釘20固定在所述背面安裝部18的外表面。并且，未通過 階梯部15、17在所述表面5及背面6形成高低差。而且，在所述表面連結部13及背面連結 部14的后端形成向內側折彎成大致直角的折彎緣部13A、14A。并且，所述表罩材料19及背 罩材料21是后側部件。此外，圖中22是在所述前部11設置多個的螺紋孔，設置在所述中空部12內，設置 在連結材料7的兩端角部的兩個部位和前側的兩個部位。在葉片3上，對應于臂4的安裝位置設置有臂支承部件31，該臂支承部件31為在 中央部31A的兩側具有側部31B、31B的大致二字狀截面，使該中央部31A沿表面連結部13 及表罩材料19的內表面，將中央部31a通過多個鉚釘20固定在表罩材料19上，使所述側 部31B、31B的前側固定配置在所述表面連結部13與背面連結部14之間。此外，在所述臂 支承部件31上，供所述折彎緣部13A嵌入的承受槽部131A形成在中央部31A側，而且，在 所述臂支承部件31上，供所述折彎緣部14A嵌入的承受槽部131B形成在側部31B的緣部。 此外，將臂支承部件31的前側通過作為固定部件的螺釘32固定在所述連結材料7上。另外，在所述背面連結部13上，對應于臂4的安裝位置形成插通孔33，將臂承受材 料34插通于該插通孔33，將所述臂4的前端插通于該臂承受材料34，并且使該前端嵌入所 述側部31B、31B之間，在葉片3內，將多個螺栓35插通于側部31B、31B、臂承受材料34并螺 合螺母35A，從而將臂承受材料34固定在葉片3上。并且，將臂4外嵌入到從葉片3突出的 臂承受材料擬，通過多個螺栓35和螺母35A，將臂4固定在臂承受材料34上。此外，所述 臂承受材料；34由鋁合金的擠壓件形成，且由實心材料形成。如此，構成通過所述臂支承部 件31、臂承受材料34、螺栓35及螺母35A等將臂4固定于葉片3上的臂固定單元36。在所述葉片3的長度方向兩端部設置堵塞該端部的蓋板41。該蓋板41通過截面 大致L字狀的固定部件42固定，通過鉚釘20將該固定部件42的一側片42A固定在葉片3 的背面，并通過鉚釘20將所述固定部件42的另一側片42B固定在所述蓋板41。而且，將未 圖示的螺釘插通該蓋板41，并將該螺釘與所述螺紋孔22螺合，從而固定蓋板41的前側。此外，在所述固定部件42上，供所述折彎緣部13A嵌入的承受槽部13IA形成在一側片，而且，在所述臂支承部件31上，供所述折彎緣部14A嵌入的承受槽部131B形成在側 部3IB的緣部。所述葉片3上，在所述背面6上形成有多個開口部51、51···。關于該開口部51，利 用翼的空氣動力特性，在前緣52與后緣53之間在距前緣52為55% 95%的范圍內、優選 75% 95%的范圍內，設置多個開口部51、51···，所述開口部51、51…的合計面積為背面6 的面積的30% 5%，優選20% 5%。由此，葉片3形成為以低的雷諾數達到高升力系數 的翼型，且在高風速域中背面6側的空氣的流動的湍流少的結構。另外，相對于與葉片3相對的風向(相對于旋轉方向T的法線方向)，葉片3的翼 弦討以0度 5度的角度進行安裝。此外，圖中W是風吹動的方向。因此，在低風速域中的起動時，若在多個葉片3受到風，則通過位于葉片3的后部 的開口部51，來自后側的風的阻力變大，通過該空氣阻力，得到使葉片3朝前方旋轉的起動轉矩。另一方面，在周速比1以上的高風速域中，通過葉片3產生的升力而旋轉，此時，由 于開口部51位于葉片3的后方，因此沿背面6從前緣52朝向后緣53的空氣的流動中難以 產生湍流，從而能夠得到高的轉矩。如此在本實施例中，提供一種風力發電用的風力發電機，在與旋轉軸3正交的面 內，以旋轉軸3為中心按規定角度設置多個葉片3，葉片3是具有1. 0以上的升力系數的流 線形的翼型，其中，在相對于翼弦M作為旋轉軸側的面的背面6上，在相對于翼弦長距前緣 52為55 % 95 %的范圍內設置開口部51，因此通過開口部51上的阻力，S卩使微風也能夠 起動，在通過葉片3的升力進行旋轉的高風速域中，在相對于從葉片3的背面6的前緣52 離開的翼弦長為陽％ 95%的位置上設置開口部51，因此成為阻力的背面6的風的流動的 湍流少，從而能夠得到高轉矩。另外，如此在本實施例中，由于相對于作為旋轉軸側的面的背面6開口部51的面 積為30% 5%，因此能夠進一步減少風的流動的湍流。另外，如此在本實施例中，由于設有多個開口部51，因此在起動時能夠高效地捕獲 風。另外，如此在本實施例中，由于作為開口部51的部件的背罩材料21比葉片3的前 部11薄，因此通過使風的阻力大的前部11較厚，能夠確保前部11的強度，通過使開口部51 的部件較薄，能夠實現輕量化。另外，如此在本實施例中，在第一方面記載的葉片的制造方法中，由于通過鋁合金 的擠壓成形來制造葉片3的至少一部分，因此通過鋁合金的擠壓成形，能夠確保均勻的壁 厚和形狀。另外，如此在本實施例中，由于通過鋁合金的擠壓成形來制造葉片6的前部11，因 此能夠確保風的阻力大的前部11的強度和均勻形狀。另外，如此在本實施例中，由于前部11具有中空部12，因此通過中空部12提高了強度。另外，如此在本實施例中，由于在前部11設有將作為后側部件的表罩材料19及背 罩材料21連結的表面及背面連結部13、15，因此能夠將表罩材料19及背罩材料21與表面 及背面連結部13、15連結。
另外，如此在本實施例中，由于作為后側部件的表罩材料19及背罩材料21比前部 11的厚度薄，因此通過使表罩材料19及背罩材料21較薄，能夠實現輕量化。另外，如此在本實施例中，由于通過鋁合金的擠壓成形來制造連結部13、15，因此 能夠確保連結部13、15的強度和均勻的形狀。另外，如此在本實施例中，由于在連結部13、15的端部設有與作為后側部件的表 罩材料19及背罩材料21的厚度相對應的階梯部15、17，并在該階梯部15、17配置表罩材料 19及背罩材料21的前側，因此能夠消除前部11與表罩材料19及背罩材料21之間的高低
差的產生。另外，作為實施例方面的效果，由于在前部11設有螺紋孔22，因此能夠通過螺釘 將蓋板41等簡便地安裝在端部。實施例2圖7示出本發明的實施例2，對與上述實施例1相同部分附加同一符號，省略其詳 細的說明而進行具體說明。在該例中，前部11包括中空部12和與該中空部12分體設置的 分割部61，該分割部61成為將所述表面連結部13和背面連結部14的前端通過板狀的后連 結材料62連結的大致二字形形狀，在所述連結材料7上設置槽狀的嵌合槽7A，在所述后連 結材料62上形成與所述嵌合槽7A嵌合的嵌合部62A。并且，通過作為所述嵌合承受部的嵌 合槽7A和嵌合部62A構成連結單元63。而且，分別由鋁合金的擠壓件形成所述前部11及 分割部61。而且，在中空部12內，所述螺紋孔22設置在連結材料7的兩端角部的兩個部 位、中央側的兩個部位、前側的兩個部位。因此，通過使嵌合部62A與嵌合槽7A對合，相對于中空部12，使分割部61沿長度 方向移動，而能夠將兩者連結一體化。如此在本實施例中，由于一體地具備將前部11和連結部13、15連結的連結單元 63，因此能夠通過連結單元63將前部11和具有連結部13、15的分割部61連結。另外，如此在本實施例中，由于連結單元63具備前部11、設置在具有連結部13、15 的分割部61的一方的嵌合部62A、以及設置在另一方的作為嵌合承受部的嵌合槽7A，因此 能夠通過嵌合部62A與嵌合槽7A的嵌合而將前部11與連結部13、15連結。此外，本發明并不局限于所述實施例，而能夠實施各種變形。
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權利要求
1.一種風力發電用風車，以旋轉軸為中心按規定角度設置多個葉片，所述葉片為具有 1.0以上的升力系數的流線形的翼型，其特征在于，相對于翼弦在所述旋轉軸側的面上，在相對于翼弦長距前緣為55% 95%的范圍內 設有開口部。
2.根據權利要求1所述的風力發電用風車，其特征在于， 所述開口部的面積相對于所述旋轉軸側的面為30% 5%。
3.根據權利要求2所述的風力發電用風車，其特征在于， 設有多個開口部。
4.根據權利要求2所述的風力發電用風車，其特征在于， 所述開口部的部件比所述葉片的前部薄。
5.一種風力發電用風車的制造方法，其特征在于，在權利要求1所述的葉片的制造方法中，通過鋁合金的擠壓成形來制造所述葉片的至 少一部分。
6.根據權利要求5所述的風力發電用風車的制造方法，其特征在于， 通過鋁合金的擠壓成形來制造所述葉片的所述前部。
7.根據權利要求6所述的風力發電用風車的制造方法，其特征在于， 所述前部具有中空部。
8.根據權利要求7所述的風力發電用風車的制造方法，其特征在于， 在所述前部設有連結后側部件的連結部。
9.根據權利要求8所述的風力發電用風車的制造方法，其特征在于， 所述后側部件比所述前部的厚度薄。
10.根據權利要求8所述的風力發電用風車的制造方法，其特征在于， 通過鋁合金的擠壓成形來制造所述連結部。
11.根據權利要求9所述的風力發電用風車的制造方法，其特征在于，在所述連結部的端部設置與所述后側部件的厚度相對應的階梯部，且在該階梯部配置 所述后側部件的前側。
12.根據權利要求10所述的風力發電用風車的制造方法，其特征在于， 具備將所述前部和所述連結部連結的連結單元。
13.根據權利要求12所述的風力發電用風車的制造方法，其特征在于，所述連結單元具備設置在所述前部和所述連結部中一方的嵌合部、和設置在另一方的 嵌合承受部。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種能夠在微風下起動，抑制伴隨旋轉的風的湍流，且發電效率優良的風力發電用風車。該風力發電用的風力發電機中，以旋轉軸(3)為中心按規定角度設置多個葉片(3)，葉片(3)為具有1.0以上的升力系數的流線形的翼型。相對于翼弦(54)在作為旋轉軸側的面的背面(6)上，在相對于翼弦長距前緣(52)為55％～95％的范圍內設置開口部(51)。由此通過開口部(51)的阻力，即使在微風下也能夠起動，通過葉片(3)的升力進行旋轉的高風速域中，在相對于從葉片(3)的背面(6)的前緣(52)離開的翼弦長為55％～95％的位置上設置開口部(51)，因此成為阻力的背面(6)的風的流動的湍流少，能夠得到高轉矩。
文檔編號F03D7/06GK102099575SQ200880130388
公開日2011年6月15日 申請日期2008年7月17日 優先權日2008年7月17日
發明者原明緒 申請人:諾亞株式會社