垂直轴风车和具有它的风力发电装置与照明设备

摘要

在本垂直轴风车(2)中，在垂直的旋转轴(3a)的周围并列的多个垂直的风叶(5)经由臂(6a、6b)而安装于旋转轴上。各风叶(5)包括主风叶部(5a)与风叶端倾斜部(5b)，该风叶端倾斜部(5b)按照从该主风叶部(5a)的上下端接近旋转轴(3a)的方式分别地延伸。风叶端倾斜部(5b)的厚度小于主风叶部(5a)。风力发电装置(1)由上述结构的垂直轴风车(2)和发电机(3)构成。

说明书

相关申请

本申请要求申请日为2018年5月29日、申请号为JP特愿2018－101989的申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。

技术领域

本发明涉及多个风叶在垂直的旋转轴的周围并列的垂直轴风车、具有它的风力发电装置、通过风力发电装置而发电以将照明器具点亮的街道灯等的照明设备。

背景技术

作为风力发电装置的风车，螺旋桨型风车是普通的，但是由于以螺旋桨型风车为代表的水平轴风车必须要求风向控制，以对应于风向使旋转风叶相对，或者在风车的结构上，在支柱的上部设置发电机等的较重的机器，故在支柱的强度方面、风车的维修方面具有大的课题。

由此，在较小型的风力发电装置中采用垂直轴风车。另外，在垂直轴风车中，为了抑制风叶端涡的发生造成的旋转叶片的旋转效率的降低，并且防止产生升力的部分的增大、将风从风叶而在风叶长度方向排出的情况等，人们提出在风叶端处设置风叶端倾斜部(比如，专利文献1～3)。

在专利文献1中记载的发明涉及垂直地安装于旋转体的周部的受风叶片，受风部以在正面，其左侧面从纵向中间部向上下方而逐渐地减薄的方式设置，在该状态，上下端缘部向左侧方而分别倾斜，形成倾斜部。受风部形成风车的叶片，其中，在平面，与倾斜部一起地以鼓起的方式形成左侧前缘部，按照朝向后部逐渐地减薄的方式设定，该叶片在回转时，在受风部的左侧(内侧)面的前缘部区域产生负压，旋转推力朝向前方内部而作用的方式构成。

上述受风部的倾斜部在正面，相对通过受风部的中心的垂直线，在35度～46度的范围内向左方倾斜。还有，上述受风部呈侧面大致尖头的三角形状，倾斜部形成于后部。

该受风叶片作为纤维强化树脂(FRP)制的中空体而形成。但是，可根据需要，可在中空部中填充高发泡率的树脂。由于受风部的内侧面后部相对旋转方向向外方向倾斜，故风向后方流动。由此，受风部压向前方，获得旋转推力。

在专利文献2中记载的发明涉及纵轴风车，在该纵轴风车中，在纵主轴的周围部，以规定的间隔设置纵长的叶片，叶片在上下端部形成向纵主轴的方向倾斜的倾斜部，叶片的弦长设定为相当于叶片的旋转半径的40～55％的范围的尺寸，上述倾斜部的倾斜角度大于等于10度，最好在30～45度的范围内，倾斜部的高度为叶片的高度的10％的程度。

在专利文献3中记载的发明涉及风车风叶，弯曲部通过以主叶片部的端部的截面形状沿规定的曲率的曲线而伸出的方式弯曲而形成。倾斜部通过下述的方式形成，该方式为：弯曲部的顶侧端部的截面形状中的形成于外侧的外侧面的形状以沿规定的曲率的曲线而伸出的方式弯曲，内侧面的形状以下述曲率的曲线伸出而弯曲，该曲率小于由外侧面反映的曲线的曲率。倾斜部的侧面外部轮廓棱线通过外侧面和内侧面交叉而形成的交叉线形成。形成以以上技术为特征的风车叶片。通过设置于风叶端上的倾斜部，抑制风叶端涡的发生造成的风叶的旋转效率的降低，并且不仅仅从主风叶部，而且还从该风叶的倾斜部的区域高效率地产生构成风叶的旋转力的根源的升力。

在该专利文献1～3中记载的发明中，均可通过在垂直轴风车的叶片端设置倾斜部以增加风车的旋转速度，改善旋转效率，另外，即使在微风的情况下仍容易旋转，启动特性提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2004－204801号公报

专利文献2：JP特开2006－118384号公报

专利文献3：JP特开2016－205204号公报

发明内容

发明要解决的课题

在该专利文献1～3中记载的发明涉及于垂直轴风车的风叶端设置倾斜部、提高旋转效率的技术。在于这些文献中记载的方案中，具有下述问题，即，风叶端倾斜部的壁厚度大，风叶的重量大，另外，不仅如此，而且风叶端倾斜部的制造困难，制造成本增加。

本发明在于消除上述课题，本发明的目的在于提供在获得与过去的后壁的风叶端倾斜部相同的旋转效率的提高、启动特性的提高的同时，谋求轻量化和制造的简单化的垂直轴风车、风力发电装置与具有它的照明设备。

用于解决课题的技术方案

本发明的垂直轴风车涉及下述的垂直轴风车，在该垂直轴风车中，在垂直的旋转轴的周围并列的多个垂直的风叶经由臂而安装于上述旋转轴上；

其特征在于，各上述风叶包括主风叶部与一对风叶端倾斜部，该对风叶端倾斜部按照从该主风叶部的上下端接近上述旋转轴的方式分别地延伸，上述各风叶端倾斜部的厚度小于上述主风叶部。

按照该方案，由于各风叶在主风叶部的上下端具有以接近旋转轴的方式延伸的风叶端倾斜部，故与过去的设置厚壁的风叶端倾斜部的垂直轴风车相同，获得风叶端涡造成的风叶的旋转效率的降低的抑制、风叶总面积的增加造成的升力或抗力的增加，风从风叶向上下方向排放的抑制造成的旋转力的增加，以及启动特性提高的各项效果。还有，由于上述风叶端倾斜部的厚度小于主风叶部，故与过去的厚壁的风叶端倾斜部相比较，减轻质量，微风下的启动力进一步提高，并且制造容易。

像这样，在获得与过去相同的旋转效率的提高、启动特性的提高的同时，谋求轻量化和制造的简易化。

还可在本发明的垂直轴风车中，上述风叶端倾斜部的厚度从基端到前端是一定的。

如果风叶端倾斜部的厚度一定，则可通过平板件构成风叶端倾斜部，制造更进一步地简单。

也可在本发明的垂直轴风车中，风叶端倾斜部的厚度伴随从基端接近前端的接近，逐渐地变薄。

如果风叶端倾斜部的厚度伴随从基端接近前端的进行逐渐地减小，由于越靠近风造成的力的负担大的风叶端倾斜部的基端侧，风叶端倾斜部的厚度越大，在强度方面越优良。

还可在本发明的垂直轴风车中，上述风叶端倾斜部由钢板或树脂件构成。

如果风叶端倾斜部由钢板或树脂件制成，则风叶端倾斜部的制造更进一步地简单。另外，风叶端倾斜部由与主风叶部独立的部件构成，安装于主风叶部上，由此，制造也可简化。

也可在本发明的垂直轴风车中，上述主风叶部在全长的范围内，为基本相同的截面形状。

如果主风叶部的截面形状在全长的范围内是一定的，则主风叶部的结构简单，制造容易。

还可在本发明的垂直轴风车中，上述主风叶部为通过风力产生升力的升力形的截面形状。

如果主风叶部为升力形的截面形状，则与为抗力型的截面形状的场合相比较，效率优良。通过在这样的升力形的主风叶部上设置其厚度小于主风叶部的风叶端倾斜部，风叶端倾斜部带来的上述各项作用有效地发挥。

本发明的风力发电装置包括根据本发明的上述任意一项所述的垂直轴风车与发电机，上述垂直轴风车的旋转传递给该发电机以使该发电机进行发电。

按照该方案的风力发电装置，获得本发明的垂直轴风车带来的上述各项效果，在获得与过去的设置厚壁的风叶端倾斜部的场合相同的旋转效率的提高，启动特性的提高的同时，谋求风叶的轻量化和制造的简化。

在本发明的带有发电功能的照明设备中，在支柱上设置本发明的风力发电装置；太阳能发电面板；蓄电池，该蓄电池积蓄通过该风力发电装置和太阳能发电面板而发出的电力；照明器具，该照明器具通过在该蓄电池中积蓄的电力进行照明。

按照本方案，在蓄电池中积蓄通过风力发电装置和太阳能发电面板而发出的电力，在夜间等的场合点亮照明器具。在白天，通过太阳能发电面板而进行发电。在风力发电装置中设置风叶端倾斜部的旋转的效率良好，即使在风速小的情况下发电能力仍高。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为表示本发明的第1实施方式的风力发电装置的立体立体图；

图2为表示该风力发电装置的垂直轴风车的风叶的例子的立体图；

图3为从不同于图2的方向观看而表示该风叶的立体图；

图4为从旋转轴侧观看该风叶的主视图；

图5为从图4的相反侧观看该风叶的后视图；

图6为该风叶的右侧视图；

图7为该风叶的左侧视图；

图8为从图4的上方观看该风叶的俯视图；

图9为该风叶的沿图4中的IX－IX线的剖视图；

图10为从图4的下方观看该风叶的仰视图；

图11为相当于图6的XI部的放大图的风叶端倾斜部的尺寸说明图；

图12为与图11相同地表示该风叶的变形例子的说明图；

图13为表示图11的风叶端倾斜部的安装结构例子的说明图；

图14为表示图12的风叶端倾斜部的安装结构例子的说明图；

图15为表示本发明的第2实施方式的带有发电功能的照明设备的立体图。

具体实施方式

根据图1～图11对本发明的第1实施方式的风力发电装置进行说明。图1表示该风力发电装置1，包括垂直轴风车2和发电机3。

在垂直轴风车2中多个(在图示的例子中为2个)垂直的风叶5通过臂6a、6b安装于发电机3的旋转轴3a上。通过上述多个风叶5和上述臂6a、6b，构成旋转风叶5A。支柱4分别由呈圆筒状的下侧的大直径部4a和上侧的小直径部4b构成。在从小直径部4b的顶端而突出的顶端部上安装发电机3。作为上述臂6a、6b，设置水平的中间的主臂6a与上下的副臂6b，该上下的副臂6b从主臂6a或上述发电机3而向倾斜上方和下方倾斜，分别延伸，其前端与风叶5连接。

上述发电机3由永久磁铁同步发电机等构成，其转子(在图中没有示出)通过上述支柱4的顶端而支承。

风叶5像图2～图11以放大方式所示的那样，包括主风叶部5a和一对风叶端倾斜部5b、5b，该主风叶部5a在垂直方向延伸，该风叶端倾斜部5b、5b从该主风叶部5a的上下端以接近旋转轴3a的方式分别延伸。风叶端倾斜部5b的厚度小于主风叶部5a。上下的风叶端倾斜部5b、5b在图示的例子中为上下对称形状。

主风叶部5a的截面形状在全长的范围内为同一形状。主风叶部5a的截面形状在本实施方式的场合，沿图4中的IX－IX线的剖面中，像图9所示的那样为升力形，具体来说，呈旋转方向(箭头方向)的前缘侧的膨胀度大于宽度方向的中间处，后缘侧逐渐变薄的大致鱼形。风叶5的旋转方向在升力形的场合是确定的。对于风叶5的设置方向，宽度方向为相对围绕发电机3的旋转轴的风叶旋转轨迹a的切线，具有若干的迎角的方向。由此，在左侧视图(图7)中，在于图9的风叶旋转轨迹a的切线方向而观看的场合，能看到有表示风叶外侧面的线b(图7)、主风叶部5的前缘c与主风叶部5a的旋转中心侧(内侧)的线d。

还有，主风叶部5a的截面形状还可为平板状等的抗力形。

风叶端倾斜部5b按照像图11表示厚度关系的那样，厚度t相对主风叶部5a的厚度L以足够薄的方式设置。在本例子中，风叶端倾斜部5b呈整体相同的厚度的平板状。

风叶端倾斜部5b的厚度t与主风叶部5a的比例为比如大于小于1/10。风叶端倾斜部5b相对主风叶部5a的弯曲角度比如在30°～80°的范围内。各风叶端倾斜部5b的长度在比如主风叶部5a的全长的5～30％的范围内。

风叶端倾斜部5b的平面形状像图2、图3、图8～10所示的那样，呈主风叶部5a的最大厚度大的宽度方向位置以最大程度突出，伴随接近前端和后端的进行，突出量小的形状。

风叶端倾斜部5b还可代替整体为相同的厚度的方式，而呈像图12所示的那样，伴随从基端接近前端的进行，逐渐减薄的形状。同样在该场合，风叶端倾斜部5b的基端的厚度t’相对主风叶部5a的厚度L，足够薄。另外，在为该厚度逐渐地减薄的形状的场合，在主风叶部5a的前端设置截面形状呈三角形状的连接部5c，在该连接部5c的剖面的一边5ca上连接风叶端倾斜部5b的基端5bb。

风叶5的材料既为纤维强化塑料等的树脂件，还可为钢板、铝材等的金属件。还有，还可通过多种材料构成。主风叶部5a既可为实芯的，还可为中空的。在中空的场合，比如形成下述的结构，在该结构中，在通过设置于风叶长度方向的多个部位处的风叶截面形状的肋与在风叶长度方向的多个桁材构成的骨架(在图中没有示出)上，铺设风叶的内外的表面板(在图中没有示出)。

风叶端倾斜部5b既可与主风叶部5a一体地形成，也可由与主风叶部5a独立的部件制造，安装于主风叶部5a上。在风叶端倾斜部5b由与主风叶部5a独立的部件而制造的场合，比如像图13所示的那样，将具有风叶端倾斜部5b和安装部5d的风叶端倾斜部结构部件5bA通过螺栓等的固定件21或通过粘接剂而安装于主风叶部5a上。

图14为下述的例子，在该例子中，像图12的例子那样，在风叶端倾斜部5b为伴随从基端接近前端的进行，逐渐地减薄的形状的场合，风叶端倾斜部5b由与主风叶部5a独立的部件制造，通过构成风叶端倾斜部5b的基端面的接合面22，将风叶端倾斜部5b通过粘接剂或螺栓·螺母(在图中没有示出)等的固定件而安装于主风叶部5a上。

按照该方案，由于各风叶5具有按照从主风叶部5a的上下两端接近旋转轴3a的方式延伸的风叶端倾斜部5b，故与过去的随时厚壁的风叶端倾斜部的垂直轴风车相同，获得风叶端涡的发生造成的风叶的旋转效率的降低的抑制、风叶总面积的增加造成的风叶5的升力的增加、风从风叶5向上下方向排出的抑制造成的旋转力的增加以及启动特性的提高的效果。还有，由于上述风叶端倾斜部5b的厚度小于主风叶部5a，故与过去的厚壁的风叶端倾斜部相比较，质量减轻，微风的启动力进一步提高，并且制造容易。

像上述那样，在获得与过去相同的旋转效率的提高、启动特性的提高的同时，谋求风叶5的轻量化和制造的简易化。

在上述风叶端倾斜部5b的厚度像图11、图13所示的那样，从基端到前端是一定的场合，可通过板材而构成风叶端倾斜部5b，制造进一步简单。

在风叶端倾斜部5b的厚度像图12、图14的例子那样，伴随从基端接近前端的进行，逐渐地减小的场合，由于越靠近与风的力的负担大的风叶端倾斜部5b的基端侧，厚度越大，故在强度方面优良。

还有，如果上述风叶端倾斜部5b的材料为钢板或树脂件，则风叶端倾斜部5b的制造更进一步简单。像图13、图14的例子那样，通过与主风叶部5a独立的部件而制造风叶端倾斜部5b，安装于主风叶部5a上，由此，制造可进一步简化。

如果主风叶部5a在全长的范围内，为基本相同的截面形状，则主风叶部5a的结构简单，制造容易。通过在升力形的主风叶部5a上设置其厚度小于主风叶部5a的风叶端倾斜部5b，有效地发挥风叶端倾斜部5b的上述各项作用。

图15表示本发明的第2实施方式的具有风力发电装置1的带有发电功能的照明设备。该图的带有发电功能的照明设备为在道路、公园等处作为道路灯、街道灯而设置的照明设备，在支柱4的上部设置风力发电装置1的垂直轴风车2、太阳能发电面板11与照明器具12，并且在支柱4的大直径部4a的内部设置多个蓄电池13。太阳能发电面板11安装于支柱4的小直径部4b上，照明器具12位于太阳能发电面板11下方，安装于支柱4的小直径部4b上。照明器具12具有LED等的光源，既可为通过直流而点亮的形式，还可为通过交流而点亮的形式。

风力发电装置1与图1～图11所示的第1实施方式的风力发电装置1相同，在风叶5的上下端设置风叶端倾斜部5b。

该照明设备将通过风力发电装置1和太阳能发电面板11而发出的电气积蓄于蓄电池13中，采用该积蓄的电力，在夜间等的场合点亮照明器具12。由于在风力发电装置1中，像上述那样，于风叶5上设置风叶端倾斜部5b，旋转的效率良好，故具有即使在风速小的情况下，仍发电能力高的效果。另外，在白天，通过太阳能发电面板11和风力发电装置1而进行发电。

还有，在上述各实施方式中，风叶端倾斜部5b从主风叶部5a呈直线状而延伸，但是，沿风叶端倾斜部5b的突出方向的剖面还可为曲线状。

如上面所述，根据实施方式，对用于实施本发明的方式进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员，在阅读本说明书后会在显然的范围内，容易想到各种的变更和修正方案。于是，这样的变更和修正方案应解释为属于根据权利要求书而确定的本发明的范围内。

标号的说明：

标号1表示风力发电装置；

标号2表示垂直轴风车；

标号3表示发电机；

标号3a表示旋转轴；

标号4表示支柱；

标号5表示风叶；

标号5a表示主风叶部；

标号5b表示风叶端倾斜部；

标号6a、6b表示臂；

标号11表示太阳能发电面板；

标号12表示照明器具；

标号13表示蓄电池。