專利名稱：垂直軸型風(fēng)車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電等中所使用的垂直軸型風(fēng)車，更為詳細(xì)來 說，是涉及將葉片改良成為能夠根據(jù)風(fēng)車的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而改變空氣動(dòng)力特 性的垂直軸型風(fēng)車。
背景技術(shù)：
一般來說，作為風(fēng)力發(fā)電用風(fēng)車，公知有旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于風(fēng)的方向平 行的水平軸型風(fēng)車(螺旋槳型風(fēng)車)和旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于風(fēng)的方向垂直的垂 直軸型風(fēng)車。水平軸型風(fēng)車具有容易得到從旋轉(zhuǎn)靜止?fàn)顟B(tài)開始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 的旋轉(zhuǎn)力(起動(dòng)力)的特征，而垂直軸型風(fēng)車具有能夠與風(fēng)向無關(guān)地進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)的特征。
其中，作為垂直軸型風(fēng)車，已知有如下類型以作用于風(fēng)車的產(chǎn)生 空氣力的部位(葉片)上的阻力為風(fēng)車的主要旋轉(zhuǎn)力的薩沃紐斯 (Savoniiis)型、槳(paddle)型等的阻力型；和以作用于葉片上的升力 的旋轉(zhuǎn)方向分量作為風(fēng)車的主要旋轉(zhuǎn)力的達(dá)里厄(Darrieiis)型、旋翼 (Giromill)型等的升力型。
阻力型風(fēng)車通過在旋轉(zhuǎn)靜止?fàn)顟B(tài)和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下受到風(fēng)的作用，在葉 片上產(chǎn)生阻力，并在該阻力所形成的旋轉(zhuǎn)力的作用下開始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(起 動(dòng))，從而繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。這樣的效應(yīng)一般被稱作薩沃紐斯效應(yīng)。
另一方面，升力型風(fēng)車通過在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下受到風(fēng)的作用，在葉片上 產(chǎn)生升力的旋轉(zhuǎn)方向分量，并在該升力的旋轉(zhuǎn)方向分量所形成的旋轉(zhuǎn)力 的作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。這樣的效應(yīng)一般被稱作旋翼效應(yīng)。
然而，在阻力型的垂直軸型風(fēng)車的情況下，當(dāng)周向速度比(葉片的 旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值)為1時(shí)，風(fēng)車不會(huì)產(chǎn)生更高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，即使 風(fēng)速提高也不能夠得到更高的轉(zhuǎn)速，有著發(fā)電效率差的問題。另一方面，在升力型的垂直軸型風(fēng)車的情況下，當(dāng)周向速度比大于 1時(shí)，風(fēng)車的空氣動(dòng)力特性更好，能夠通過上述的旋翼效應(yīng)增加轉(zhuǎn)速，但 是當(dāng)周向速度比小于1時(shí)，有著如下問題風(fēng)車的空氣動(dòng)力特性變差， 導(dǎo)致風(fēng)車旋轉(zhuǎn)的力矩(旋轉(zhuǎn)力)減小，特別是在旋轉(zhuǎn)靜止?fàn)顟B(tài)下即使受 到風(fēng)的作用也不會(huì)產(chǎn)生作用于葉片上的升力的旋轉(zhuǎn)方向分量，從而無法 得到旋轉(zhuǎn)力。
因此，為了改善上述問題點(diǎn)，設(shè)計(jì)了如下風(fēng)車等通過將阻力型的 垂直軸型風(fēng)車機(jī)械式地組裝到升力型的垂直軸型風(fēng)車上，從而能夠在微
風(fēng)速范圍(1 2m/sec)內(nèi)起動(dòng)的風(fēng)車(例如，日本國特開2006-46306號(hào) 公報(bào))；通過在葉片上形成缺口部等，使缺口部形成為來自后方的風(fēng)所形 成的阻力和來自前方的風(fēng)所形成的阻力產(chǎn)生差的形狀，從而得到空氣動(dòng) 力上的薩沃紐斯效應(yīng)，能夠在微風(fēng)速范圍內(nèi)起動(dòng)，并且能夠在低風(fēng)速范 圍(2 6m/sec)內(nèi)提高發(fā)電效率的風(fēng)車(例如，日本國專利第3451085 號(hào)公報(bào))。薩沃紐斯效應(yīng)與有阻力作用的葉片形狀的空氣動(dòng)力特性及其面 積(與風(fēng)向垂直的平面面積)成比例，該面積越大的話薩沃紐斯效應(yīng)越 明顯，能夠增大起動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)力。
然而，這樣的垂直軸型風(fēng)車有著在中、高風(fēng)速范圍(6m/sec以上) 內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，不能夠最大限度地發(fā)揮旋翼效應(yīng)的問題。旋翼效果依賴于有 升力作用的葉片表面的空氣動(dòng)力特性及其面積(葉片面積)和旋轉(zhuǎn)速度。 特別是通過減少作用于葉片上的阻力能夠提高旋翼效應(yīng)，增大旋轉(zhuǎn)力。 因此，為了得到阻力而設(shè)置的阻力產(chǎn)生部位(缺口部等)有可能降低在 中、高風(fēng)速范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋翼效應(yīng)。
為此，要求垂直軸型風(fēng)車的薩沃紐斯效應(yīng)提高到現(xiàn)有水平之上，進(jìn) 一步降低風(fēng)車起動(dòng)的風(fēng)速，增大低風(fēng)速范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)力，并且盡量降低 在中、高風(fēng)速范圍內(nèi)的葉片的阻力來提高旋翼效果，從而使可使用風(fēng)速 范圍擴(kuò)大，進(jìn)一步提高發(fā)電效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而作出的，其目的在于提供一種垂直軸型風(fēng)車，該垂直軸型風(fēng)車根據(jù)葉片的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)來調(diào)節(jié)在該葉片上產(chǎn)生的阻力， 從而能夠在較大范圍的風(fēng)速范圍內(nèi)將風(fēng)力不浪費(fèi)地變換成旋轉(zhuǎn)力。
本發(fā)明的上述目的可以通過下述方式達(dá)成，在與垂直旋轉(zhuǎn)軸正交的 平面內(nèi)以該垂直旋轉(zhuǎn)軸為中心間隔相等角度地設(shè)有多個(gè)葉片的垂直軸型 風(fēng)車中，所述葉片是具有l(wèi).O以上的升力系數(shù)的流線形的翼型葉片，且該 垂直軸型風(fēng)車具有開閉部件，其前端部軸支承在所述葉片的背面，并 且后端部相對(duì)于所述葉片開閉；和開閉控制裝置，其根據(jù)所述葉片的旋 轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值來控制所述開閉部件的開閉動(dòng)作。
此外，上述目的也可以通過下述方式有效地達(dá)成，在所述葉片的旋
轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值不足0.8時(shí)，所述開閉控制裝置使所述開閉部件成為 打開狀態(tài)；在所述葉片的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值超過0.8 1的時(shí)候，所 述開閉控制裝置使所述幵閉部件形成為閉合狀態(tài)。
此外，上述目的也可以通過下述方式有效地達(dá)成，所述開閉部件的 前端部進(jìn)行軸支承的位置位于在葉片背面距葉片的前緣部為翼弦長度的 65% 75%的位置，且所述開閉部件相對(duì)于所述葉片打開的最大角為 30。 40。。
此外，上述目的也可以通過下述方式有效地達(dá)成，所述葉片由鋁合 金、鈦合金等輕金屬、或者纖維強(qiáng)化塑料等復(fù)合材料成形而成。
此外，上述目的也可以通過下述方式有效地達(dá)成，所述葉片的翼形 采用的是在非對(duì)稱翼的輕型飛機(jī)(起飛重量在5700kgf以下的飛機(jī))的主 翼中所使用的形狀。
此外，上述目的也可以通過下述方式有效地達(dá)成，所述開閉控制裝 置具有臂部件，其從所述開閉部件的前端部向所述葉片的內(nèi)部方向立 起設(shè)置；彈簧致動(dòng)器，其將所述臂部件的頂端部和固定設(shè)置在所述葉片 的內(nèi)壁上的彈簧支撐部件連結(jié)起來；和止動(dòng)部件，其限制所述臂部件的 頂端部的可動(dòng)區(qū)域，通過經(jīng)由所述臂部件傳遞來的、由所述開閉部件的 質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力和所述彈簧致動(dòng)器的彈力，來控制所述開閉部件的 開閉動(dòng)作。
此外，上述目的也可以通過下述方式有效地達(dá)成，所述彈簧致動(dòng)器的彈簧常數(shù)設(shè)定為當(dāng)所述葉片的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值超過0.8 1.0 時(shí)，由所述開閉部件的質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力大于彈簧致動(dòng)器的彈力。
此外，上述目的也可以通過下述方式有效地達(dá)成，所述開閉部件在 與所述葉片相對(duì)的面的后部具有用于對(duì)開閉動(dòng)作進(jìn)行微調(diào)的配重。
此外，上述目的也可以通過下述方式有效地達(dá)成，所述開閉控制裝 置具有開閉判斷部，其根據(jù)所述葉片的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值來判斷 所述開閉部件的打開/閉合；和致動(dòng)器，其根據(jù)從該開閉判斷部輸出的打 開/閉合信號(hào)使所述開閉部件成為打開狀態(tài)/閉合狀態(tài)。
進(jìn)而，上述目的也可以通過下述方式有效地達(dá)成，所述致動(dòng)器為電 動(dòng)式、液壓式、或者空氣壓力式致動(dòng)器中的任一種。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明所述的垂直軸型風(fēng)車，在具有1.0以上的升 力系數(shù)的流線形翼型葉片的背面設(shè)置被軸支承為能夠相對(duì)該葉片開閉的 開閉部件，通過開閉該開閉部件能夠改變空氣動(dòng)力特性。由此，通過使 開閉部件從閉合狀態(tài)變?yōu)榇蜷_狀態(tài)，能夠使葉片上產(chǎn)生的阻力達(dá)到原來
的8 15倍。其結(jié)果是，在包括旋轉(zhuǎn)靜止?fàn)顟B(tài)在內(nèi)的低風(fēng)速范圍(葉片 的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值不超過0.8 1的旋轉(zhuǎn)狀態(tài))內(nèi)，通過使開閉部 件成為打開狀態(tài)，從而增大了葉片受到來自后方的風(fēng)而產(chǎn)生的阻力，能 夠?qū)崿F(xiàn)薩沃紐斯效應(yīng)的提高，另一方面，在中、高風(fēng)速范圍(葉片的旋 轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值超過0.8 1的旋轉(zhuǎn)狀態(tài))內(nèi)，通過使開閉部件成為 閉合狀態(tài)，從而降低了在葉片上產(chǎn)生的阻力，能夠?qū)崿F(xiàn)由作用在葉片上
的升力的旋轉(zhuǎn)方向分量所產(chǎn)生的旋翼效應(yīng)的提高。即，本發(fā)明所述的垂 直軸型風(fēng)車兼具阻力型的垂直軸型風(fēng)車和升力型的垂直軸型風(fēng)車的長
處，能夠最大限度地發(fā)揮薩沃紐斯效應(yīng)和旋翼效應(yīng)。
例如，將本發(fā)明所述的垂直軸型風(fēng)車與專利文獻(xiàn)1中公開的風(fēng)車進(jìn) 行比較的話，在相同條件下，通過使開閉部件成為打開狀態(tài)，能夠?qū)⑺_ 沃紐斯效應(yīng)提高至原來的2 3倍，即使是較低的風(fēng)速也能夠使旋轉(zhuǎn)靜止 狀態(tài)下的風(fēng)車起動(dòng)。此外，通過使開閉部件成為閉合狀態(tài)，能夠?qū)⑷~片 的空氣動(dòng)力特性(特別是阻力系數(shù))降低10 20%，能夠大幅度地提高 旋翼效應(yīng)。因此，能夠使垂直軸型風(fēng)車的起動(dòng)風(fēng)速(從旋轉(zhuǎn)靜止?fàn)顟B(tài)開始起動(dòng)所需的風(fēng)速)比現(xiàn)有的垂直軸型風(fēng)車還要低，并且能夠大幅度地
增大低風(fēng)速范圍(2 6m/sec)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)力，并且能夠進(jìn)一步增大中、高 風(fēng)速范圍(6m/sec以上)內(nèi)的轉(zhuǎn)速。即，在較大范圍的風(fēng)速范圍內(nèi)，能 夠大幅度地提高風(fēng)車效率(將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)力的效率)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率 等的提高。
此外，在葉片背面距離葉片的前緣部為翼弦長度(葉片截面的長邊 方向?qū)挾?的65% 75%的位置軸支承開閉部件的前端部，且開閉部件 相對(duì)于葉片最大打開至30。 40。，由此，特別是在風(fēng)速在1 20m/sec范 圍內(nèi)能夠大幅度地提高風(fēng)車效率。
此外，設(shè)置開閉控制裝置，該開閉控制裝置由以下部件構(gòu)成臂部 件，其從開閉部件的前端部向葉片的內(nèi)部方向立起設(shè)置；彈簧致動(dòng)器， 其將該臂部件的頂端部和固定設(shè)置在葉片的內(nèi)壁上的彈簧支撐部件連結(jié) 起來；和止動(dòng)部件，其限制臂部件的頂端部的可動(dòng)區(qū)域，通過設(shè)置所述 開閉控制裝置，并且通過經(jīng)由臂部件傳遞來的、由開閉部件的質(zhì)量所產(chǎn) 生的離心力和彈簧致動(dòng)器的彈力，從而能夠自動(dòng)地控制開閉部件的開閉 動(dòng)作。特別是當(dāng)彈簧致動(dòng)器的彈簧常數(shù)被設(shè)定為當(dāng)葉片的旋轉(zhuǎn)速度與 風(fēng)速的比值超過0.8 1.0時(shí)，由開閉部件的質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力大于彈 簧致動(dòng)器的彈力，從而能夠根據(jù)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)將風(fēng)力不浪費(fèi)地變換成旋轉(zhuǎn)力。
此外，在開閉部件的與葉片相對(duì)的面的后部安裝配重，通過對(duì)該配 重進(jìn)行微調(diào)，能夠?qū)κ┘拥綇椈芍聞?dòng)器上的離心力進(jìn)行微調(diào)，因此能夠 在不改變配設(shè)于葉片內(nèi)部的彈簧致動(dòng)器的情況下對(duì)開閉部件的開閉動(dòng)作 進(jìn)行微調(diào)。
進(jìn)而，開閉控制裝置由如下部件構(gòu)成開閉判斷部，其根據(jù)葉片的
旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值來判斷開閉部件的打開/閉合；和致動(dòng)器，其根據(jù)
從該開閉判斷部輸出的打開/閉合信號(hào)使開閉部件成為打開狀態(tài)/閉合狀 態(tài)，該致動(dòng)器釆用電動(dòng)式、液壓式、或者空氣壓力式致動(dòng)器中的任一種， 由此，在大型垂直軸型風(fēng)車中也能夠采用葉片的開閉機(jī)構(gòu)。


圖1是概要地示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車的俯 視圖。
圖2是概要地示出從圖1中的II箭頭方向觀察到的垂直軸型風(fēng)車的 局部剖切主視圖。
圖3是概要地示出第一實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車的葉片的立體圖。
圖4是概要地示出第一實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車的葉片的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)的主要部分剖視圖。
圖5是概要地示出圖4的葉片的開閉部件處于閉合狀態(tài)下的主要部 分剖視圖。
圖6是用于說明第一實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車的開閉部件處于 打開狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的圖。
圖7是用于說明第一實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車的開閉部件處于 閉合狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的圖。
圖8是示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車的概要結(jié)構(gòu) 的機(jī)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。 (第一實(shí)施方式)
圖1是概要地示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車的俯 視圖，圖2是概要地示出從圖1中的II箭頭方向觀察到的垂直軸型風(fēng)車 的局部剖開主視圖。
本實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車1具有下端部與發(fā)電機(jī)等(未圖示) 連接的垂直的旋轉(zhuǎn)軸2，與旋轉(zhuǎn)軸2平行地配設(shè)有四枚翼型葉片3、 3…， 所述四枚翼型葉片3、 3…在與該旋轉(zhuǎn)軸2正交的平面內(nèi)沿同一半徑的圓 周方向以相等的角度間隔(在本實(shí)施方式中為90。的間隔)配置。各葉片 3相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸2放射狀地延伸出來的支撐桿4以預(yù)定的安裝角(在本 實(shí)施方式中為90。)固定在該支撐桿4的端部上。由此，葉片3在風(fēng)力作用下的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由支撐桿4傳遞到旋轉(zhuǎn)軸2。
葉片3的外皮由鋁合金或鈦合金等輕金屬、或者纖維強(qiáng)化塑料(FRP) 等復(fù)合材料等材質(zhì)構(gòu)成的薄板狀的坯料形成。此外，葉片3的翼形為具 有1.0以上(優(yōu)選為1.0 1.4)的升力系數(shù)的流線形，特別優(yōu)選采用在非 對(duì)稱翼的輕型飛機(jī)(起飛重量在5700kgf以下的飛機(jī))的主翼中使用的形 狀(例如4字類翼型、RAF翼型、哥廷根翼型等)。另夕卜，在本實(shí)施方式 中，以翼型的鼓出程度較大的面(外周側(cè)的面)為葉片3的表面，以翼 型的鼓出程度較小的面(內(nèi)周側(cè)的面)為葉片3的背面。
圖3是概要地示出第一實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車的葉片的外觀 的立體圖，圖4是概要地示出該葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要部分剖視圖。
如圖4所示，在葉片3的內(nèi)部配設(shè)有截面為大致-字形狀的葉片支 撐梁5，通過該葉片支撐梁5防止葉片3旋轉(zhuǎn)時(shí)變形等。葉片3通過設(shè)于 葉片支撐梁5的基端部和葉片3的背面前方部的桿支撐配件6、 6被固定 在支撐桿4的端部。該葉片3的背面后方部的外皮形成為開閉部件8，該 開閉部件8的前端部經(jīng)由鉸鏈7被軸支承在葉片3的背面，并且其后端 部可相對(duì)于葉片3開閉。優(yōu)選的是，該開閉部件8的前端部被軸支承的 位置位于在葉片3的背面距葉片3的前緣部為翼弦長度的65% 75%的 位置。
此外，在葉片3的內(nèi)部具有開閉控制裝置13，該開閉控制裝置13 由如下部件構(gòu)成臂部件9，其從所述開閉部件8的前端部向葉片3的內(nèi) 部方向立起設(shè)置；彈簧致動(dòng)器ll，其將臂部件9的頂端部和固定設(shè)置在 葉片3的內(nèi)壁上的彈簧支撐部件10連結(jié)起來；和止動(dòng)部件12，其限制臂 部件9的頂端部的可動(dòng)區(qū)域。該開閉控制裝置13通過經(jīng)由臂部件9傳遞 來的由開閉部件8的質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力和彈簧致動(dòng)器11的彈力來控制 開閉部件8的開閉動(dòng)作。彈簧致動(dòng)器ll的彈簧常數(shù)被設(shè)定為當(dāng)周向速 度比(葉片3的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值)超過0.8 1.0時(shí)，由開閉部件8 的質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力大于彈簧致動(dòng)器ll的彈力。由此，在超過上述預(yù) 定周向速度比時(shí)，打開狀態(tài)下的開閉部件8如圖5所示成為閉合狀態(tài)。 即，至少在周向速度比超過1.0的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，葉片3成為閉合狀態(tài)。另外，開閉部件8處于相對(duì)葉片3打開的打開狀態(tài)時(shí)的最大角通過止動(dòng)部
件12的設(shè)置位置而設(shè)定，優(yōu)選該角度為30° 40°。
此外，在開閉部件8的與葉片3相對(duì)的面的后部安裝有配重14。該 配重14用于對(duì)施加給彈簧致動(dòng)器11的離心力進(jìn)行微調(diào)。通過該配重14 的微調(diào)，能夠在不改變?cè)谌~片3內(nèi)部配設(shè)于的彈簧致動(dòng)器ll的狀態(tài)下， 對(duì)開閉部件8的開閉動(dòng)作進(jìn)行微調(diào)，即改變開閉部件8從打開狀態(tài)變?yōu)?閉合狀態(tài)的周向速度比的設(shè)定。
另外，在本實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車1中，以葉片3的背面后 方部的外皮自身作為開閉部件8，然而本發(fā)明并不限定于此，例如也可以 是將另外的板狀部件的前端部以旋轉(zhuǎn)自如的方式安裝在葉片3的背面， 并使其后端部相對(duì)于葉片3開閉，以該板狀部件作為開閉部件8。
此外，如圖2所示，在各葉片3的內(nèi)部沿長邊方向等間隔地配設(shè)有 三個(gè)開閉控制裝置13 (臂部件9)，然而本發(fā)明并不限定于此，能夠根據(jù) 需要改變所配設(shè)的開閉控制裝置13的數(shù)目和位置。
接著，參照?qǐng)D6和圖7對(duì)本實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車的旋轉(zhuǎn)動(dòng) 作進(jìn)行說明。
圖6是用于說明本實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車的開閉部件處于打 開狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的圖，圖7是用于說明本實(shí)施方式所述的垂直軸型 風(fēng)車的開閉部件處于閉合狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的圖。
本實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車1的各葉片3的開閉部件8在周向 速度比低的旋轉(zhuǎn)靜止?fàn)顟B(tài)和低速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，如圖6所示，在彈簧致動(dòng) 器11的彈力作用下處于打開狀態(tài)。在該幵閉部件8處于打開狀態(tài)的葉片 3受到風(fēng)的作用的情況下，從葉片3后方受到的風(fēng)所產(chǎn)生的阻力(圖6下 側(cè)的葉片)大于從葉片3前方受到的風(fēng)所產(chǎn)生的阻力(圖6上側(cè)的葉片)。 在旋轉(zhuǎn)靜止?fàn)顟B(tài)和低速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，該阻力差作為旋轉(zhuǎn)力使風(fēng)車1起動(dòng)， 從而通過薩沃紐斯效應(yīng)來維持風(fēng)車1旋轉(zhuǎn)。
另一方面，如圖7所示，在周向速度比超過0.8 1.0 (優(yōu)選為l.O) 且葉片3處于中、高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，作用于開閉部件8上的離心力大于 彈簧致動(dòng)器ll的彈力，各葉片3的開閉部件8成為閉合狀態(tài)。在旋轉(zhuǎn)中的葉片3上作用有旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)的合成風(fēng)力，并且在葉片3上產(chǎn)生升力。
該升力的旋轉(zhuǎn)方向分量成為葉片3的前進(jìn)力，從而通過旋翼效應(yīng)維持風(fēng)
車1旋轉(zhuǎn)。
總而言之，在本實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車1中，在如圖6所示 的阻力型葉片3的情況下，周向速度比超過1時(shí)，風(fēng)車1不會(huì)產(chǎn)生更大 的旋轉(zhuǎn)力矩，即使風(fēng)速上升也不能得到更高的轉(zhuǎn)速，因此在周向速度比 超過0.8 1.0的時(shí)候使開閉部件8成為閉合狀態(tài)，從而將阻力型葉片3 變換為升力型葉片3。
如上所述，在本實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車1中，在流線形翼型 的葉片3的背面設(shè)有被軸支撐為相對(duì)于該葉片3能夠幵閉的開閉部件8， 通過彈簧致動(dòng)器11的彈力和作用于開閉部件8的離心力來進(jìn)行控制該開 閉部件8的開閉狀態(tài)，從而能夠使葉片3的空氣動(dòng)力特性自動(dòng)地變?yōu)榕c 其旋轉(zhuǎn)狀態(tài)相適應(yīng)的形狀。由此，在包括旋轉(zhuǎn)靜止?fàn)顟B(tài)在內(nèi)的低風(fēng)速范 圍(周向速度比不超過0.8 1的旋轉(zhuǎn)狀態(tài))內(nèi)，通過使開閉部件8成為 打開狀態(tài)，從而增大了從葉片后方受到的風(fēng)所產(chǎn)生的阻力，能夠?qū)崿F(xiàn)薩 沃紐斯效應(yīng)的提高，另一方面，在中、高風(fēng)速度范圍(周向速度比超過 0.8 1的旋轉(zhuǎn)狀態(tài))內(nèi)，通過使開閉部件8成為閉合狀態(tài)，從而降低了 在葉片3上產(chǎn)生的阻力，能夠?qū)崿F(xiàn)由作用在葉片3上的升力的旋轉(zhuǎn)方向 分量所產(chǎn)生的旋翼效應(yīng)的提高。 (第二實(shí)施方式)
圖8是示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車的概要結(jié)構(gòu) 的機(jī)構(gòu)圖。另外，本實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車1A除了開閉控制裝置 13A的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的開閉控制裝置13不同以外，與上述的第一 實(shí)施方式的垂直軸型風(fēng)車l的結(jié)構(gòu)都是相同的。因此，在本實(shí)施方式中， 對(duì)與上述第一實(shí)施方式相同的部件標(biāo)以相同符號(hào)，并省略重復(fù)說明。
在該圖中，控制開閉部件8的開閉動(dòng)作的開閉控制部13A具有檢 測(cè)葉片3A的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度傳感器15;檢測(cè)垂直軸型風(fēng)車1受到 的風(fēng)的速度的風(fēng)速傳感器16;開閉判斷部17，其基于旋轉(zhuǎn)速度傳感器15 和風(fēng)速傳感器16的檢測(cè)值計(jì)算出周向速度比(葉片3A的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值)，并判斷該算出的周向速度比是否超過預(yù)定值；和致動(dòng)器11A， 其基于從該開閉判斷部17輸出的打開/閉合信號(hào)使開閉部件8成為打開狀 態(tài)/閉合狀態(tài)。
開閉控制裝置13A的開閉判斷部17判斷打開/閉合狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)與上 述第一實(shí)施方式相同，為周向速度比是否超過0.8 1.0，并且至少在周向 速度比在1.0以上的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，葉片3成為閉合狀態(tài)。
此外，卡合控制裝置13A的致動(dòng)器IIA根據(jù)由開閉判斷部輸出的打 開/閉合信號(hào)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，由此使開閉部件8成為打開/閉合狀態(tài)，其采 用電動(dòng)、液壓、或者空氣壓力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)如上所述的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施方式所述的垂直軸型風(fēng)車1A能夠得到 與上述的第一實(shí)施方式相同的作用效果，這是不言自明的，并且開閉控 制部13A的致動(dòng)器11A可以采用電動(dòng)式、液壓式、或者空氣壓力式的致 動(dòng)器，因此在大型垂直軸型風(fēng)車中也能夠采用葉片3A的開閉機(jī)構(gòu)。
以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了具體說明，然而本發(fā)明并不限定于 此，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行適當(dāng)變更。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明所述的垂直軸型風(fēng)車在從低風(fēng)速范圍到高風(fēng)速范圍的較大范 圍的風(fēng)速范圍內(nèi)，能夠有效地將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)力，特別是具有能夠大 幅度提高風(fēng)速在1 20m/sec范圍內(nèi)的風(fēng)車的效率的效果，因此例如作為 風(fēng)力發(fā)電用風(fēng)車是有用的。
權(quán)利要求
1.一種垂直軸型風(fēng)車，該垂直軸型風(fēng)車在與垂直旋轉(zhuǎn)軸正交的平面內(nèi)，以該垂直旋轉(zhuǎn)軸為中心間隔相等角度地設(shè)有多個(gè)葉片，其特征在于，所述葉片是具有1.0以上的升力系數(shù)的流線形的翼型葉片，并且該垂直軸型風(fēng)車具有開閉部件，其前端部軸支承在所述葉片的背面，并且后端部相對(duì)于所述葉片開閉；和開閉控制裝置，其根據(jù)所述葉片的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值來控制所述開閉部件的開閉動(dòng)作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸型風(fēng)車，其特征在于， 在所述葉片的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值不足0.8的情況下，所述開閉控制裝置使所述開閉部件成為打開狀態(tài)；在所述葉片的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速 的比值超過0.8 1的時(shí)候，所述開閉控制裝置使所述開閉部件成為閉合 狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直軸型風(fēng)車，其特征在于，所述開閉部件的前端部被軸支承的位置位于在葉片背面距葉片的前 緣部為翼弦長度的65% 75%的位置，并且所述開閉部件相對(duì)于所述葉片打開的最大角為30° 40°。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的垂直軸型風(fēng)車，其特征在于，所述葉片由鋁合金、鈦合金等輕金屬、或者纖維強(qiáng)化塑料等復(fù)合材 料成形而成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的垂直軸型風(fēng)車，其特征在于，所述葉片的翼形采用的是在非對(duì)稱翼的輕型飛機(jī)的主翼中所使用的 形狀、即起飛重量在5700kgf以下的飛機(jī)的主翼中所使用的形狀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的垂直軸型風(fēng)車，其特征在于，所述開閉控制裝置具有臂部件，其從所述開閉部件的前端部向所述葉片的內(nèi)部方向立起設(shè)置；彈簧致動(dòng)器，其將所述臂部件的頂端部和固定設(shè)置在所述葉片的內(nèi)壁上的彈簧支撐部件連結(jié)起來；和止動(dòng)部件，其限制所述臂部件的頂端部的可動(dòng)區(qū)域， 通過經(jīng)由所述臂部件傳遞來的、由所述開閉部件的質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力和所述彈簧致動(dòng)器的彈力，來控制所述開閉部件的開閉動(dòng)作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直軸型風(fēng)車，其特征在于， 所述彈簧致動(dòng)器的彈簧常數(shù)設(shè)定為當(dāng)所述葉片的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值超過0.8 1.0時(shí)，由所述開閉部件的質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力大于彈 簧致動(dòng)器的彈力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的垂直軸型風(fēng)車，其特征在于， 所述開閉部件在與所述葉片相對(duì)的面的后部具有用于對(duì)開閉動(dòng)作進(jìn)行微調(diào)的配重。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的垂直軸型風(fēng)車，其特征在于，所述幵閉控制裝置具有開閉判斷部，其根據(jù)所述葉片的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值來判斷所述 開閉部件的打開/閉合；和致動(dòng)器，其根據(jù)從該開閉判斷部輸出的打開/閉合信號(hào)使所述開閉部 件成為打開狀態(tài)/閉合狀態(tài)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的垂直軸型風(fēng)車，其特征在于， 所述致動(dòng)器為電動(dòng)式、液壓式或者空氣壓力式致動(dòng)器中的任一種。
全文摘要
一種垂直軸型風(fēng)車，該垂直軸型風(fēng)車在與垂直旋轉(zhuǎn)軸正交的平面內(nèi)，以該垂直旋轉(zhuǎn)軸為中心間隔相等角度地設(shè)有多個(gè)葉片，其中，葉片是具有1.0以上的升力系數(shù)的流線形的翼型葉片，且該垂直軸型風(fēng)車具有開閉部件，其前端部被軸支承在所述葉片的背面，其后端部相對(duì)于所述葉片開閉；和開閉控制裝置，其根據(jù)所述葉片的旋轉(zhuǎn)速度與風(fēng)速的比值來控制所述開閉部件的開閉動(dòng)作。
文檔編號(hào)F03D7/06GK101622448SQ20078005161
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2007年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月20日
發(fā)明者野口常夫 申請(qǐng)人:野口常夫