專利名稱：風車用的葉片、風車及風力發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風車用的葉片、風車及風力發(fā)電機，特別涉及垂直型風 車、在此風車上使用的風車用的葉片、及利用了垂直型風車的風力發(fā)電 機。
背景技術(shù)：
風車有垂直旋轉(zhuǎn)軸型和水平旋轉(zhuǎn)軸型，現(xiàn)在風力發(fā)電上主要采用水 平旋轉(zhuǎn)軸型。水平旋轉(zhuǎn)軸型的風車，具有風的能量回收率比垂直旋轉(zhuǎn)軸 型的風車高的優(yōu)點，但如果旋轉(zhuǎn)軸及葉片不面向風的方向，旋轉(zhuǎn)效率會 下降，特別是還會有，因為葉片上下間的髙度差而導致的風向差異引起 的失速或急劇的風向變化(例如旋風)引起的失速等難點。
另一方面，垂直旋轉(zhuǎn)軸型的風車(例如參照專利文獻1)可以不受風 向的左右而進行旋轉(zhuǎn)，但是垂直旋轉(zhuǎn)軸的單側(cè)的葉片接受充分的旋轉(zhuǎn)力， 而其他側(cè)的葉片接受逆風引起的阻力。
專利文獻1:特開2001 —132617號

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所解決的課題
本發(fā)明正是鑒于上述的問題點而進行的，其目地在于，提供一種由 風向引起的影響較少的垂直旋轉(zhuǎn)軸型、且更高效旋轉(zhuǎn)的風車，在此風車 中使用的風車用的葉片及利用了此垂直旋轉(zhuǎn)型風車的風力發(fā)電機。
解決課題的方法
為了解決上述問題，權(quán)利要求l記載的風車用的葉片，其特征在于， 是配置在垂直方向的旋轉(zhuǎn)中心周圍，并且接受風力的風車用的葉片，該 葉片具有前側(cè)面及后側(cè)面，該前側(cè)面從上述垂直方向看，朝著旋轉(zhuǎn)方向的行進方向前側(cè)彎曲成凸狀；該后側(cè)面，其配置在上述前側(cè)面的背面?zhèn)?上，朝著上述行進方向的后側(cè)彎曲成凹狀。上述前側(cè)面，其構(gòu)成包含前 緣面，前緣面配置在上述行進方向的前方，同時平均曲率最大；氣流低 速通過面，其配置在上述旋轉(zhuǎn)中心的近側(cè)，從上述前緣面向上述行進方 向的后方連續(xù)形成；氣流高速通過面，其配置在上述旋轉(zhuǎn)中心的遠側(cè)， 從上述前緣面向上述行進方向的后方，用比上述氣流低速通過面突起得 更大的曲面連續(xù)形成，從上述垂直方向看的比上述氣流低速通過面 長。
本發(fā)明的風車用的葉片，是在所謂的垂直軸型風車中使用的葉片， 配置在垂直方向的旋轉(zhuǎn)中心的周圍。而且，具有前側(cè)面和后側(cè)面。
前側(cè)面，從垂直方向上看，朝著旋轉(zhuǎn)方向的行進方向前側(cè)彎曲成凸 狀。此前側(cè)面，其構(gòu)成包含前緣面、氣流低速通過面及氣流高速通過面。 前緣面，是在前側(cè)面中、配置在行進方向的前方，是平均曲率最大的部 分。氣流低速通過面，配置于距旋轉(zhuǎn)中心較近的一側(cè)，從前緣面向行進 方向的后方連續(xù)形成。氣流高速通過面，配置于距旋轉(zhuǎn)中心較遠的一側(cè)， 從前緣面朝行進方向的后方連續(xù)形成。另外，氣流高速通過面的曲面比 氣流低速通過面突起得更大，氣流高速通過面從垂直方向看的長度比氣 流低速通過面更長。還有，所謂比氣流低速通過面突起得更大是指，從 前緣面的前方側(cè)吹來的逆風，被分成氣流低速通過面?zhèn)群蜌饬鞲咚偻ㄟ^ 面?zhèn)榷蚝蠓絺?cè)流動時，通過氣流高速通過面?zhèn)鹊臍饬鞯乃俣?，比通過 氣流低側(cè)面?zhèn)鹊臍饬鞯乃俣瓤斓姆绞酵黄稹?br> 這樣，通過具有氣流低速通過面和氣流高速通過面，當接受從前方 來的逆風時，對葉片作用升力。此升力的方向包含向行進方向前側(cè)的成 分，所以能夠使葉片向前方旋轉(zhuǎn)。
另一方面，后側(cè)面配置在前側(cè)面的背面?zhèn)壬?。所謂背面?zhèn)仁侵?，?曲成凸狀的前側(cè)面的凹形狀側(cè)。后側(cè)面，向行進方向的后側(cè)彎曲成凹狀。 通過這樣的形狀，能夠在后側(cè)面高效地接受風力。
5通過本發(fā)明的風車用的葉片，逆風時，在前側(cè)面受風而產(chǎn)生升力； 從后方來順風時，在后側(cè)面上接受風而產(chǎn)生阻力，通過上述力量可以使 葉片在向行進方向的前側(cè)強力旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求2所述的風車用的葉片，其特征在于，在權(quán)利要求1的風 車用的葉片中，上述后側(cè)面是比上述前側(cè)面的平均曲率小的曲率的圓弧 狀。
這樣，通過使后側(cè)面用平均曲率小的圓弧狀構(gòu)成，能夠使后側(cè)面附 近的氣流穩(wěn)定。另外，能夠在凹面型的大面積上，高效地獲得從后方來 的風。
權(quán)利要求3所述的風車用的葉片，其特征在于，從垂直方向上看， 上述旋轉(zhuǎn)中心被配置在由上述后側(cè)面構(gòu)成的圓弧的延長上。
通過使后側(cè)面形成上述形狀，能夠使吹向后側(cè)面的氣流向旋轉(zhuǎn)中心 平滑地流動。
權(quán)利要求4所述的風車，垂直方向上具有旋轉(zhuǎn)中心，在上述旋轉(zhuǎn)中 心的周圍具備多個權(quán)利要求1 3所述的風車用的葉片。
如上所述，本發(fā)明的風車，對由前面?zhèn)葋淼哪骘L產(chǎn)生升力的同時， 能夠在后側(cè)面高效地受風，所以能夠高效地旋轉(zhuǎn)。作為葉片的個數(shù)，可 以構(gòu)成2個以上、3個、4個、5個、6個等。
權(quán)利要求5所述的風車，其特征在于，在上述風車用的葉片和上述 旋轉(zhuǎn)中心之間，構(gòu)成可通過風的風洞。
這樣，通過構(gòu)成風洞，風能夠通過風洞，向位于風下側(cè)的葉片施加 旋轉(zhuǎn)力。
權(quán)利要求6所述的風車，其特征在于，風車用的葉片，在旋轉(zhuǎn)中心 的周圍以等間隔的中心角度，配置了3個。
這樣，通過以等間隔配置3個風車用的葉片，在對于旋轉(zhuǎn)中心而點 對稱的位置上不配置其他的葉片，當任一個葉片配置在向最強的行進方 向而受風的位置上時，點對稱的位置的葉片能夠回避朝著逆方向而接受的最強的風，所以能夠高效地旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求7所述的風車，其特征在于，從垂直方向看，上述氣流高速通過面的上述行進方向最后端部，配置在離上述旋轉(zhuǎn)中心最遠的位置上，上述氣流低速通過面的上述行進方向最后端部，配置在距上述旋轉(zhuǎn)中心最近的位置上。
這樣，通過配置3個風車用的葉片，能夠高效地產(chǎn)生升力及阻力，
使風車高效地旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求8所述的風車，從垂直方向看，在連接上述氣流高速通過面的上述進行方向最后端和上述旋轉(zhuǎn)中心的直線的延長上附近，配置上述前緣面。
這樣，通過配置3個風車用的葉片，通過風洞，能夠使氣流吹向風下側(cè)的風車用的葉片的后側(cè)面。
權(quán)利要求9所述的風力發(fā)電機，具備權(quán)利要求4 8任一項所述的風車。
通過此風力發(fā)電機，如上所述，具備了高效旋轉(zhuǎn)的風車，所以能夠高效地進行發(fā)電。
權(quán)利要求10所述的風力發(fā)電機，具備第1風車，其由權(quán)利要求4 8任一項所述的風車構(gòu)成；第2風車，其由權(quán)利要求4 8任一項所述的風車構(gòu)成，使上述第1風車和旋轉(zhuǎn)中心共通，與上述第1風車配置成逆方向旋轉(zhuǎn)；發(fā)電裝置，其配置在上述第l風車和上述第2風車之間，發(fā)電裝置具有與上述第1風車的旋轉(zhuǎn)連動，并與上述第1風車同方向旋轉(zhuǎn)的磁場用磁鐵及與上述第2風車的旋轉(zhuǎn)連動，并與上述第2風車同方向旋轉(zhuǎn)的電樞線圈。
通過上述構(gòu)成，由于磁場用磁鐵和電樞線圈相互反方向旋轉(zhuǎn)，因此使電樞線圈橫穿磁場用磁鐵組成的磁界，從而比起只讓其中的一個旋轉(zhuǎn)的情況相比，更能高效地發(fā)電。
發(fā)明效果通過本發(fā)明的風車用的葉片及風車，能夠使風向引起的影響少的垂直旋轉(zhuǎn)軸型的風車，更高效地進行旋轉(zhuǎn)。
另外，本發(fā)明的風力發(fā)電機，因為利用了風向引起的影響少、高效旋轉(zhuǎn)的風車，所以能夠更高效地發(fā)電。


附圖1是作為本發(fā)明的實施方式的風力發(fā)電機的立體附圖。
附圖2是作為本發(fā)明的實施方式的風力發(fā)電機的側(cè)面附圖。附圖3是作為本發(fā)明的實施方式的第1風車、第2風車及發(fā)電機的立體附圖。
附圖4是從垂直方向看本發(fā)明的實施方式的葉片的外形狀和旋轉(zhuǎn)中心的概略附圖。
附圖5是表示作為本發(fā)明的實施方式的葉片的安裝角度的俯視附圖。附圖6是表示作為本發(fā)明的實施方式的第1風車的葉片板的俯視附圖。
附圖7A是表示作為本發(fā)明的實施方式的風力發(fā)電機的發(fā)電裝置的俯視附圖。
附圖7B是表示作為本發(fā)明的實施方式的風力發(fā)電機的發(fā)電裝置的側(cè)截面附圖。
附圖8A是表示作為本發(fā)明的實施方式的第1風車的葉片的旋轉(zhuǎn)和氣流關(guān)系的俯視附圖。
附圖8B是表示作為本發(fā)明的實施方式的第1風車的葉片的旋轉(zhuǎn)和氣流關(guān)系的俯視附圖。
附圖8C是表示作為本發(fā)明的實施方式的第1風車的葉片的旋轉(zhuǎn)和氣流關(guān)系的俯視附圖。
附圖8D是表示作為本發(fā)明的實施方式的第1風車的葉片的旋轉(zhuǎn)和氣流關(guān)系的俯視附圖。
附圖8E是表示作為本發(fā)明的實施方式的第1風車的葉片的旋轉(zhuǎn)和氣流關(guān)系的俯視附圖。
附圖8F是表示作為本發(fā)明的實施方式的第l風車的葉片的旋轉(zhuǎn)和氣流關(guān)系的俯視附圖。
附圖9A是表示作為本發(fā)明的實施方式的第1風車的旋轉(zhuǎn)中心和葉片
的重心位置關(guān)系的俯視附圖。
附圖9B是表示作為本發(fā)明的實施方式的第1風車的旋轉(zhuǎn)中心和葉片的重心位置關(guān)系的俯視附圖。
附圖10是表示作為本發(fā)明的實施方式的第2風車的葉片的旋轉(zhuǎn)和氣流關(guān)系的俯視附圖。
附圖標記說明
10:風力發(fā)電機20:風車
20F:風洞22:葉片
26H:氣流高速通過面26L:氣流低速通
26F:前緣面26:前側(cè)板
28:后側(cè)板30:風車
30F:風洞32:葉片
36:前側(cè)板38:后側(cè)板
40:發(fā)電裝42:磁鐵
44:電樞線圈45:外側(cè)旋轉(zhuǎn)體
47:內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)體
具體實施例方式
以下，將參照附附圖，對本發(fā)明的風車用的葉片、風車及風力發(fā)電機的實施方式進行說明。
如附圖1 3所示，風力發(fā)電機10具備框架12、第1風車20、第2風車30及發(fā)電裝置40。
框架12上具備在臺14上垂直設(shè)立的3根柱12A、及連接各個柱12A之間的多個梁12B。 3根柱12A，從垂直方向看，配置在實質(zhì)正三角形的
9頂點位置上，梁12B在包含柱12A的上端部的3處高位置，連接了各個柱12A。由各高位置的3個梁12B，構(gòu)成了正三角形狀。
第1風車20及第2風車30是所謂的垂直側(cè)的風車，如附圖3所示，具有配置在垂直方向上的共通的旋轉(zhuǎn)中心M。還有，旋轉(zhuǎn)中心M是假想的旋轉(zhuǎn)軸，在本實施方式中，旋轉(zhuǎn)軸如后所述，不貫通第1風車20及第2風車30，分別在上下配置。
第1風車20，具備3個葉片22A、22B、22C及2個葉片板24A、24B。葉片22A、 22B、 22C及葉片板24A、 24B，分別為同一形狀，只是安裝位置不同，因此匯集這些，形成葉片22、葉片板24。
還有，作為葉片22的材質(zhì)，可使用鋁、硬鋁、鈦等的輕合金、強化塑料等。
葉片22從垂直方向看，如附圖4所示，設(shè)想翼形形狀WI時，是利用其前方部分的形狀。翼形形狀WI，對于從前方來的風(箭頭方向AIR)，與可產(chǎn)生升力的、 一般飛機的機翼的截面是相同的形狀，對于翼弦WG、設(shè)置為一側(cè)比其他側(cè)突起得更大的形狀。如果伴隨旋轉(zhuǎn)的相對風的方向為AK、自然風為AS時，葉片22上起作用的是升力F，使旋轉(zhuǎn)中心M的周圍朝著X方向旋轉(zhuǎn)。
將葉片22，從垂直方向看截面的話，無論哪個水平截面位置都為相同的形狀。從垂直方向看的話，行進方向的前側(cè)由前側(cè)板26構(gòu)成，行進方向的后側(cè)由后側(cè)板28構(gòu)成，并呈中空形狀。
前側(cè)板26，向行進方向的前側(cè)彎曲成凸狀，其構(gòu)成包含前緣面26F、氣流低速通過面26L、及氣流高速通過面26H。前側(cè)板26，受到前方來的風時，升力起作用，從而成為可以向行進方向前側(cè)旋轉(zhuǎn)的形狀。
前緣面26F，由彎曲的前側(cè)板26中、平均曲率最大(曲率半徑小)的部分構(gòu)成，配置在行進方向的前側(cè)。
氣流低速通過面26L，配置在距旋轉(zhuǎn)中心M較近的一側(cè)，從前緣面26F向行進方向的后側(cè)連續(xù)形成。氣流低速通過面26L的行進方向的后端部EL，配置在葉片22中距旋轉(zhuǎn)中心M最近的位置上。
氣流高速通過面26H，配置在距旋轉(zhuǎn)中心M較遠的一側(cè)，從前緣面 26F向行進方向的后側(cè)連續(xù)形成。氣流高速通過面26H，從垂直方向看， 如附圖4所示，考慮了翼型WI的翼弦WG時，在離開翼弦WG的方向 上，形成比氣流低速通過面26L突起得更大的曲面形狀。另外，氣流高 速通過面26H的長度，比起氣流低速通過面26L，更加伸展到行進方向 的后側(cè)。氣流高速通過面26H的行進方向后端部EH，配置在葉片22中 距旋轉(zhuǎn)中心M的最遠側(cè)，比起氣流低速通過面26L的后端部EL，配置 在更加靠近行進方向的后側(cè)上。
后側(cè)板28，配置在前側(cè)板26的背面?zhèn)?凹形狀側(cè))，連接氣流低速 通過面26L的后端部EL和氣流高速通過面26H的后端部EH，朝著行進 方向的后側(cè)彎曲成凹狀。此彎曲形狀從垂直方向看，形成了圓弧的一部 分的弧狀。此圓弧的曲率，比前側(cè)板26全體的平均曲率小，在前側(cè)板26 和后側(cè)板28之間構(gòu)成了中空的空間R。另外，在將此圓弧向旋轉(zhuǎn)中心M 側(cè)延長的位置上，配置了旋轉(zhuǎn)中心M。
如附圖5所示，當通過旋轉(zhuǎn)中心M和氣流低速通過面26L的后端部 EL的直線為Cl，通過葉片22的最前部F和旋轉(zhuǎn)中心M的直線為C2， 通過葉片22的最后部EH (與氣流高速通過面26H的后端部一致)和旋 轉(zhuǎn)中心M的直線為C3時，Cl和C3所成的角度62，比Cl和C2所成的 角度ei更大。通過形成這樣的安裝角度，能夠使進入后述的第1風洞20F 的氣流，高效地吹向配置在風下側(cè)的葉片22的后側(cè)板28上，使葉片22 高效地旋轉(zhuǎn)。
如附圖3所示，葉片22的上端面及下端面，由蓋板27構(gòu)成，使空 間R封閉。
葉片板24呈板狀，如附圖6所示，由位于中心部的圓形狀的圓板部 24M和從圓板部24M向外側(cè)方向伸展的3個葉片連接部24H構(gòu)成。葉片 連接部，以等間隔、成放射狀配置在圓板部24M的周圍。葉片連接部24H的行進方向前側(cè)(箭頭X方向)，與葉片22的后側(cè)板28形成相同曲率 的圓弧狀，葉片連接部24H的行進方向后側(cè)，形成比葉片22的后側(cè)板 28曲率小的圓弧狀。3個葉片連接部24H的最外部，以中心O為中心， 配置在同心圓上。
在葉片連接部24H的前緣端部上，沿著弧狀形成了多個安裝孔24P (本實施方式中為4個)。此前端緣部和葉片22的蓋板27后端緣重疊， 通過從安裝孔24P插入螺絲(不附圖示)而固定在蓋板27上，葉片22 被安裝在葉片連接部24H上。3個葉片22A、 22B、 22C，同樣安裝在其 他的葉片連接部24H上，在葉片22的上面及下面分別配置葉片板24A、 24B。
如附圖3所示，在葉片板24A、 24B之間的、被葉片22圍繞的中間 部分，不配置旋轉(zhuǎn)軸，構(gòu)成了作為空洞部的第1風洞20F。在葉片板24A 的中央部上側(cè)，如附圖2所示，沿著旋轉(zhuǎn)中心M配置的第1上軸51被 固定，在葉片板24B的中央部下側(cè)，沿著旋轉(zhuǎn)中心M配置的第1下軸 50被固定。
第2風車30，如附圖3所示，具備了3個葉片32A、 32B、 32C及2 個葉片板34A、 34B。葉片板34A、 34B，與第1風車20的葉片板24A、 24B成同一形狀。葉片32A、 32B、 32C，與第1風車20的葉片22A、 22B、 22C，形成幾乎相同的形狀，具備前側(cè)板36、后側(cè)板38及蓋板37。葉片 32僅垂直方向的長度，與葉片22不同，葉片32的垂直方向的長度，比 葉片22的同方向的長度構(gòu)成得長。對葉片32的葉片板34的安裝，與第 l風車20相同，在葉片板34A、 34B之間的、被葉片32圍繞的部分，不 配置旋轉(zhuǎn)軸，構(gòu)成第2風洞30F。
如附圖2所示，在葉片板34A的中央部上側(cè)，沿著旋轉(zhuǎn)中心M配置 的第2上軸52被固定，在葉片板34B的中央部下側(cè)，沿著旋轉(zhuǎn)中心M 配置的第2下軸53被固定。
第2風車30，與第l風車20成逆方向旋轉(zhuǎn)那樣，葉片32及葉片板34與第1風車20呈相反方向而在上下安裝。
發(fā)電裝置40，如附圖1所示，具備了沿著旋轉(zhuǎn)中心M的圓筒狀的圓 筒框體40A及配置在圓筒框體40A的下側(cè)的法蘭部40B。法蘭部40B， 與配置在中央部的梁12B呈相同的高度，并且固定在從各柱12A向內(nèi)側(cè) 伸展成水平方向的梁15上。
發(fā)電裝置40，構(gòu)成為多極的交流發(fā)電裝置，如附圖7A及附圖7B所 示，在圓筒框體40A內(nèi)具備了磁場用的磁鐵42和橫穿磁鐵42組成的磁 束的電樞線圈44。磁鐵42由永久磁鐵構(gòu)成，在圓筒狀安裝部件43的內(nèi) 側(cè)被安裝了多個，由安裝部件43和磁鐵42構(gòu)成外側(cè)旋轉(zhuǎn)體45。電樞線 圈44，配置在圓盤狀線圈保持部件41的外周部分，比起磁鐵42，在內(nèi) 側(cè)配置成與磁鐵42相向。通過線圈保持部件41及電樞線圈44，構(gòu)成內(nèi) 側(cè)旋轉(zhuǎn)體47。
還有，與上述構(gòu)成相反，也可以電樞線圈44作為配置在外側(cè)的外側(cè) 旋轉(zhuǎn)體，以磁鐵42作為配置在內(nèi)側(cè)的內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)體。
如附圖7B所示，外側(cè)旋轉(zhuǎn)體45，固定在圓盤狀接續(xù)部件49的外周 下側(cè)，通過接續(xù)部件49，固定在第1下軸50上，與第1風車20呈一體 旋轉(zhuǎn)。第1下軸50,下端部具有法蘭狀的接續(xù)板50P，在接續(xù)板的中央 部下側(cè)，設(shè)置了后述的第2上軸52用的軸承52A。接續(xù)板50P，固定在 接續(xù)部件49的中央部上。
在內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)體47的旋轉(zhuǎn)中央部上，固定第2上軸52，與第2風車 30進行一體的旋轉(zhuǎn)。第2上軸52的上端部，被軸承52A軸支持，同時 能夠與軸承52A相對旋轉(zhuǎn)。
在圓筒框體40A的上面中央部上，設(shè)置了支持第1下軸50的軸承 50A。第1下軸50，被軸承50A軸支持，可旋轉(zhuǎn)。另外，在法蘭部40B 的中央部上，設(shè)置了支持第2上軸52的軸承52B。第2上軸52被軸承 52B軸支持，可旋轉(zhuǎn)。第1下軸50及第2上軸52，沿著旋轉(zhuǎn)中心M配 置，外側(cè)旋轉(zhuǎn)體45及內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)體47，以與第1風車20及第2風車30共通的旋轉(zhuǎn)中心M為中心旋轉(zhuǎn)。
發(fā)電裝置40上，設(shè)置了多組未圖示的滑環(huán)和與此滑環(huán)滑動的法蘭。
其中的半數(shù)組，接續(xù)成從電樞線圈44取出交流發(fā)電電力的方式，其他的 半數(shù)組，接續(xù)成向磁鐵42供給磁場用電力的方式。磁場用電力，通過未 圖示的整流電路，將上述交流發(fā)電電力的一部分變換成直流。
如附圖3所示，第1風車20、發(fā)電裝置40及第2風車30，從上側(cè) 按此順序配置在框架12內(nèi)。
如附圖1所示，在配置在框架12的上端部的梁12B的中心部上，設(shè) 置軸支持部16。軸支持部16，與從各柱12A的上端部向水平方向內(nèi)側(cè)伸 展的3根梁13連接，從而進行支持。軸支持部16的下側(cè)，設(shè)置了軸承 51A(參照附圖2)。軸承51A，對第l上軸51的上端部進行軸支持。
在與配置在最下部的梁12B成相同高度配置，并且從各柱12A向內(nèi) 側(cè)伸展成水平方向的梁17的上面，固定了臺18。臺18上設(shè)置了軸承53A。 軸承53A，對第2下軸53的下端部進行軸支持。
下面，對本實施方式的風力發(fā)電機10的作用進行說明。
附圖8A (F)是表示對于箭頭WIND方向的風，第l風車20的各 葉片22旋轉(zhuǎn)而配置到不同位置時的氣流。箭頭A表示氣流。
首先，在附圖8A的葉片22A中，氣流吹向后側(cè)板28A偵U，作用的 力是與行進方向幾乎一致的箭頭AA方向的力。吹向后側(cè)板28A的氣流 A，通過第1風洞20F，吹向葉片22B的后側(cè)板28B。
在葉片22B上接受，在碰到葉片22A后流動過來的氣流A和，從葉 片22A和葉片22C間流入，并通過第1風洞20F而吹來的氣流A。前者 的氣流A，吹向后側(cè)板28B，后者的氣流A，吹向后側(cè)板28B和前側(cè)板 26B的氣流低速通過面26L。此時，后側(cè)板28B成弧狀，后側(cè)端部EH配 置在距旋轉(zhuǎn)中心M最遠的位置上的同時，比起氣流低速通過面26L的后 端部更靠近行進方向后側(cè)，因此，后側(cè)板28B從箭頭WIN方向接受氣流 A時，葉片22B上作用著包含了向行進方向前側(cè)的成分的箭頭AB的力。在葉片22C上，氣流A吹向前側(cè)板26C側(cè)，對行進方向變成逆風。 此逆風，被分成葉片22C的氣流低速通過面26L側(cè)和氣流高速通過面26H 側(cè)，并流向后方。在葉片22C上，通過流到氣流低速通過面26L側(cè)的氣 流A和流到氣流高速通過面26H側(cè)的氣流A的速度差，產(chǎn)生升力，作用 著包含行進方向成分的箭頭AC方向的力。
通過上述箭頭AA、 AB、 AC方向的力，葉片22向箭頭X方向旋轉(zhuǎn)。 在附圖8A的葉片22的位置上，因為箭頭AA、 AB、 AC方向的力(特 別箭頭AC方向)不具有與行進方向逆向的成分，所以能夠使葉片22高 效地旋轉(zhuǎn)。
在附圖8B中，在葉片22A、 22C上作用著，與附圖8A的箭頭AA、 AC方向幾乎相同的箭頭BA、 BC方向的力。對葉片22B，通過第1風洞 20F而來的氣流A，不直接吹向前側(cè)板26A(由于葉片22C配置在風上)， 所以作用比箭頭AB方向更傾斜到行進方向側(cè)的箭頭BB方向的力。在附 圖8B的葉片22的位置上，箭頭BA、 BB、 BC方向的力(特別是箭頭 BC方向)，不具有與行進方向逆向的成分，所以能夠使葉片22高效地 旋轉(zhuǎn)。
在附圖8C中，在葉片22A上，氣流A吹向后側(cè)板28A側(cè)，作用與 風向幾乎一致的箭頭CA方向的力。吹向后側(cè)板28A的氣流A，向第1 風洞20F的內(nèi)側(cè)附近改變方向
在葉片22B上，氣流A從葉片22A和葉片22C之間流入，并通過第 1風洞20F時，通過從葉片22A側(cè)來的氣流A，方向被改變，吹向后側(cè) 板28B。由此，在葉片22B上作用著，包含了朝向行進方向前側(cè)的成分 的箭頭CB方向的力。
在葉片22C上，前側(cè)板26C的前端部分配置在，比起從旋轉(zhuǎn)中心M 描繪到箭頭WIND方向的直線更靠近行進方向的前側(cè)的位置，氣流A吹 向前側(cè)板26C，朝著前側(cè)板26C的兩側(cè)分開流向。在葉片22C上作用箭 頭CC方向的力。在附圖8C的葉片22的位置上，箭頭CA、 CB、 CC方向的力，也不 具有與行進方向逆向的成分，所以能夠使葉片22高效地旋轉(zhuǎn)。
在附圖8D中，在葉片22A上，氣流A吹向后側(cè)板28A側(cè)，作用與 風向幾乎一致的箭頭DA方向的力。
在葉片22B上，氣流A從前側(cè)板26B的前緣面26F側(cè)吹入，此氣流 A流動到氣流高速通過面26H偵U，所以在葉片22B上作用著，包含了向 行進方向前側(cè)成分的箭頭DB方向的力。
在葉片22C上，與附圖8C相同，氣流A吹向前側(cè)板26C，分開流 向前側(cè)板26C的兩側(cè)。在葉片22C上作用著箭頭DC方向的力。
即使在附圖8D的葉片22的位置上，箭頭DA、 DB、 DC方向的力， 也不具有與行進方向逆向的成分，所以能夠使葉片22高效地旋轉(zhuǎn)。
在附圖8E中，在葉片22A上氣流A吹向后側(cè)板28A，作用的力是 與風向幾乎一致的箭頭EA方向的力。
在葉片22B上，氣流A吹向前側(cè)板26B側(cè)，對于行進方向變?yōu)槟骘L。 通過此逆風，在葉片22C上產(chǎn)生升力，作用的力是包含行進方向成分的 箭頭EB方向的力。
在葉片22C上，氣流A吹向前側(cè)板26C，向著行進方向前側(cè)流動。 由此，在葉片22C上作用著箭頭EC方向的力。
即使在附圖8E的葉片22的位置上，箭頭EA、 EB、 EC方向的力， 也不具有與行進方向逆向的成分，所以能夠使葉片22高效地旋轉(zhuǎn)。
在附圖8F中，在葉片22A上，氣流A吹向距后側(cè)板28A的旋轉(zhuǎn)中 心M遠的位置。由此，在葉片22上作用著包含了朝著行進方向前側(cè)成 分的箭頭FB方向的力。
在葉片22B上，氣流A吹向前側(cè)板26B側(cè)，在葉片22C上產(chǎn)生升力， 作用著包含行進方向成分的箭頭FB方向的力。
在葉片22C上，氣流A吹向前側(cè)板26C，向行進方向前側(cè)流動。由 此，在葉片22C上，作用箭頭FC方向的力。即使在此葉片22的位置上，箭頭FA、 FB、 FC方向的力，也不具有與行進方向逆向的成分，所以能 夠使葉片22高效地旋轉(zhuǎn)。
在附圖9A及附圖9B中表示了，如果葉片22對于箭頭WIND方向 的風，配置在當接受與旋轉(zhuǎn)方向最靠近逆方向的力的位置時，葉片22的 重心G和旋轉(zhuǎn)中心M的關(guān)系。
如附圖9A所示，從氣流高速通過面20H的后端部到最遠離氣流低 速通過面26L位置設(shè)定直線L時，在此設(shè)定直線L配置到與箭頭WIND 方向直交的位置時的葉片22的位置(考慮了氣流A的最直接吹的面積較 大的位置)上，從箭頭WIND方向看，重心G配置到靠近旋轉(zhuǎn)中心M的 位置上。因此，與重心G配置到距旋轉(zhuǎn)中心M遠的位置的情況相比較， 即使箭頭WIND方向的相同力的風吹向葉片22時，也能夠減小對行進方 向逆方向的力的成分。
另外，如附圖9B所示，在對氣流高速通過面26H吹動與其幾乎直 交方向的氣流的葉片22的位置(認為氣流A引起的阻抗大的位置)上， 從箭頭WIN方向看，重心G配置到與旋轉(zhuǎn)中心M幾乎重疊的位置上。 因此，即使在葉片22上作用箭頭WIND方向的力(用箭頭D表示)時， 也能夠減小對行進方向逆方向的力的成分。
還有，對第2風車30，如附圖10所示，只有第1風車20與旋轉(zhuǎn)方 向變?yōu)槟娣较?箭頭Y方向)，對于箭頭WIND方向的風，與第l風車 20進行相同旋轉(zhuǎn)。
如上所述 ，第1風車20的葉片22A、 22B、 22C及第2風車30的葉 片32A、 32B、 32C，不論從哪個方向接受氣流，都不具有對行進方向逆 向的成分。因此，不論是從哪個方向吹來的風，都能使第1風車20向箭 頭X方向、第2風車30向箭頭Y方向高效地旋轉(zhuǎn)。
這樣，當?shù)?風車20及第2風車30旋轉(zhuǎn)時，伴隨第1風車20的旋 轉(zhuǎn)，第1下軸50旋轉(zhuǎn)，固定在第1下軸50上的外側(cè)旋轉(zhuǎn)體45，向箭頭 X方向旋轉(zhuǎn)。另外，伴隨第2風車30的旋轉(zhuǎn)，第2上軸52旋轉(zhuǎn)，固定在第2上軸52上的內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)體47，向箭頭Y方向旋轉(zhuǎn)。通過此旋轉(zhuǎn)， 電樞線圈44橫穿由磁鐵42組成的磁束，進行發(fā)電。
這樣，第l風車20和第2風車30，相互逆向、以幾乎相同的速度旋 轉(zhuǎn)。由此，設(shè)置在外側(cè)旋轉(zhuǎn)體45上的磁鐵42和設(shè)置在內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)體47上 的電樞線圈44的相對旋轉(zhuǎn)速度，變?yōu)榇盆F42及電樞線圈44中一方停止 時的2倍的旋轉(zhuǎn)速度。由此，電樞線圈44的交流發(fā)電電壓，能夠達到磁 鐵42及電樞線圈44中一方停止時的2倍的電壓。
另外，通過加大內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)體47、外側(cè)旋轉(zhuǎn)體45的半徑，能夠很容易 加大磁鐵42及電樞線圈44。
另外，第l風車20和第2風車30，相互逆方向以幾乎相同的速度旋 轉(zhuǎn)，所以能夠使作用在框架(柱12A等)上的轉(zhuǎn)矩消除，穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)。
還有，在上述實施方式中，第2風車30的葉片32的垂直方向的長 度，比第l風車20的葉片22同方向的長度更長，也可使葉片22和葉片 32的長度相同。 一般的，由于在高度高的位置上，風力比低位置強，所 以如本實施方式那樣，通過加長配置在下側(cè)的第2風車30的葉片32，能 夠使第1風車20和第2風車30平衡地旋轉(zhuǎn)。
有關(guān)本發(fā)明的風力發(fā)電機，也可在發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)利用。另外，有關(guān)本 發(fā)明的風力發(fā)電機，不僅適合大規(guī)模，也適合家庭用及中小型產(chǎn)業(yè)中。
權(quán)利要求
1、一種風車用的葉片的特征在于，其配置在垂直方向的旋轉(zhuǎn)中心周圍而接受風力，其具有如下構(gòu)造，前側(cè)面，其從上述垂直方向看，朝著旋轉(zhuǎn)方向的行進方向前側(cè)彎曲成凸狀；及后側(cè)面，其配置在上述前側(cè)面的背面?zhèn)壬?，朝著上述行進方向的后側(cè)彎曲成凹狀；上述前側(cè)面包含，前緣面，其配置在上述行進方向的前方，同時平均曲率最大；氣流低速通過面，其配置在上述旋轉(zhuǎn)中心的近側(cè)，并且從上述前緣面向上述行進方向的后方連續(xù)形成；氣流高速通過面，其配置在上述旋轉(zhuǎn)中心的遠側(cè)，從上述前緣面向上述行進方向的后方，用比上述氣流低速通過面突起得更大的曲面連續(xù)形成，并且從上述垂直方向看的長度比上述氣流低速通過面更長。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風車用的葉片，其特征在于， 上述后側(cè)面呈圓弧狀，該圓弧狀的曲率比上述前側(cè)面的平均曲率小。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風車用的葉片，其特征在于， 從垂直方向看，上述旋轉(zhuǎn)中心被配置在由上述后側(cè)面所構(gòu)成的圓弧的延長上。
4、 一種風車，其特征在于，在垂直方向上具有旋轉(zhuǎn)中心，在上述旋轉(zhuǎn)中心的周圍具備多個權(quán)利 要求1 2任一項所述的風車用的葉片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的風車，其特征在于，在上述風車用的葉片和上述旋轉(zhuǎn)中心之間，形成了可通過風的風洞。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的風車，其特征在于，上述風車用的葉片，在旋轉(zhuǎn)中心的周圍以等間隔的中心角度，配置 了3個。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的風車，其特征在于，從垂直方向看，上述氣流高速通過面的上述行進方向最后端部，配 置在距上述旋轉(zhuǎn)中心離的最遠的位置上，上述氣流低速通過面的上述行 進方向最后端部，配置在距上述旋轉(zhuǎn)中心離的最近的位置上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5 7任一項所述的風車，其特征在于， 從垂直方向看，當認為通過上述氣流低速通過面的上述行進方向最后端和上述旋轉(zhuǎn)中心的直線為第1直線，通過上述風車用的葉片的上述 行進方向的最前部和上述旋轉(zhuǎn)中心的直線為第2直線，及通過上述氣流 高速通過面的上述行進方向最后端和上述旋轉(zhuǎn)中心的直線為第3直線時， 上述第1直線和上述第3直線所成的角度62，要比上述第1直線和上述第2直線所成的角度ei大。
9、 一種風力發(fā)電機，其特征在于， 具備權(quán)利要求4 8任一項所述的風車。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的風力發(fā)電機，其特征在于，具備 第1風車，其由權(quán)利要求4 8任一項所述的風車構(gòu)成； 第2風車，其由權(quán)利要求4 8任一項所述的風車構(gòu)成，使上述第l風車和旋轉(zhuǎn)中心共通，并且與上述第1風車呈逆方向旋轉(zhuǎn)；發(fā)電裝置，其配置在上述第l風車和上述第2風車之間，發(fā)電裝置 具有與上述第1風車的旋轉(zhuǎn)連動并且與上述第1風車同方向旋轉(zhuǎn)的磁場 用磁鐵，及與上述第2風車的旋轉(zhuǎn)連動并且與上述第2風車同方向旋轉(zhuǎn) 的電樞線圈。
全文摘要
本發(fā)明的風車用的葉片接受設(shè)置在垂直方向的旋轉(zhuǎn)中心(M)周圍的風力，從垂直方向看，設(shè)置在旋轉(zhuǎn)方向的行進方向前側(cè)的前側(cè)面(26)包括如下結(jié)構(gòu)，配置在行進方向前方，同時平均曲率最大的前緣面(26F)；配置在距旋轉(zhuǎn)中心近的一側(cè)，并且從前緣面向行進方向的后方連續(xù)形成的氣流低速通過面(26L)；配置在距旋轉(zhuǎn)中心遠的一側(cè)，而且從前緣面向行進方向的后方、在比氣流低速通過面突起得更大的曲面上連續(xù)形成，且從垂直方向看的長度比氣流低速通過面更長的氣流高速通過面(26H)。
文檔編號F03D3/06GK101529090SQ20068005483
公開日2009年9月9日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者加藤政春 申請人:生態(tài)技術(shù)株式會社