特開 2022-90583 風力発電装置の風車用ブレード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022090583

(43)【公開日】2022-06-17

(54)【発明の名称】風力発電装置の風車用ブレード

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/06 20060101AFI20220610BHJP

【ＦＩ】

F03D3/06 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2020214281

(22)【出願日】2020-12-07

(71)【出願人】

【識別番号】520509225

【氏名又は名称】菊地 英弥

(72)【発明者】

【氏名】菊地 英弥

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA16

3H178AA40

3H178AA43

3H178BB31

3H178CC01

3H178CC03

3H178CC16

(57)【要約】

【課題】 風力発電装置の出力向上のため、風の流れの中に配置された風車用ブレードに、できるだけ多くの風を作用させ、風力エネルギを効率良く利用出来るようにすること。
【解決手段】 本発明の風力発電装置の風車用ブレードは、ブレード部の断面形状は翼型と呼ばれる形状を備え、ブレード部の先端部および後端部は、回転軸に対して所定の位相角度の範囲内で、回転軸と同軸の円筒面または円錐面に連続した直線状または螺旋状に配置され、前記翼型の後端部側（尖点側）が、内径側（回転軸側）に位置して回転し、回転軸部の前方（風上）側から後方（風下）側に向かって、風車用ブレードのブレード部を構成するＮ枚のブレードは、それぞれのブレードが、回転軸部を介して隣接するブレードと風方向の投影面に対しては、オーバーラップするような構成に空隙無く形成され、風が有効にブレードに作用するようにした、ことを特徴とする。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

風力発電装置の風車用ブレードであって、前記風車用ブレードはブレード部と回転軸部および連結固定部で構成され、前記ブレード部の断面形状は翼型と呼ばれる形状を備え、ブレード部の先端部および後端部は、回転軸に対して所定の位相角度の範囲内で、回転軸と同軸の円筒面または円錐面に連続した直線状または螺旋状に配置され、前記翼型の後端部側（尖点側）が内径側（回転軸側）に位置し、翼型の先端部側が外径側に位置して回転し、前記回転軸部の前方（風上）側から後方（風下）側に向かって、風車用ブレードのブレード部を構成するＮ枚のブレードは、それぞれのブレードが、回転軸部を介して隣接するブレードと風方向に直角な投影面に対して、オーバーラップするような構成に形成され、風車用ブレードのブレード部と回転軸部は、風の流れ方向に直角な面への投影には空隙が無く、風車用ブレードを通過する風が有効にブレードに作用するようにした、ことを特徴とする風車用ブレード。

【請求項2】

請求項１に記載の風力発電装置の風車用ブレードであって、前記風車用ブレードの回転軸部は、流れ込む空気の流れ方向に対して傾斜角度が、０度（水平）から９０度（垂直）までの範囲のいずれかの角度に設定される、ことを特徴とする風車用ブレード。

【請求項3】

請求項１に記載の風力発電装置の風車用ブレードであって、前記風車用ブレードを構成するＮ枚のブレードと回転軸部は連結固定部と、金属補強部材等を含む樹脂モールド等の一体構造に成形され、前記回転軸部は、風力発電装置の発電機の回転軸に同軸に取付けられる、ことを特徴とする風車用ブレード。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力発電装置の風車用ブレードの形状、配置、構成、構造、連結固定方法、等に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、温室効果ガス削減の観点から、発電需要量に対する化石燃料の構成割合を下げ、再生可能エネルギの構成割合を上げることが求められており、風力発電装置は、そのための方策の一つである。

【0003】

風力発電装置の風車用ブレードとして、特許文献１（水平軸型風力発電装置）または特許文献２（垂直軸型風力発電装置）に記載された形のものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２１８８８６号公報

【特許文献2】特開２０１９－２１０９１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

風力発電装置の出力は、風を受ける風車用ブレードの受風面積に比例するので、出力向上のためには、風の流れの中に配置された風車用ブレードに、できるだけ多くの風を作用させることが求められる。しかしながら、特許文献１および２では、ブレードに作用せずに通り過ぎる風が有り、改良の余地がある。

【0006】

本発明は上述の点に着目したもので、その目的は、限られた寸法、質量のなかで、受風面積をできるだけ大きくし、質量は軽く、さらに、強度的に優れた風力発電装置の風車用ブレードを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の風力発電装置の風車用ブレードは、ブレード部と回転軸部およびそれらの連結固定部とで構成され、前記ブレード部の断面形状は翼型と呼ばれる形状を備え、ブレード部の先端部および後端部は、回転軸に対して所定の位相角度の範囲内で、回転軸と同軸の円筒面または円錐面に連続した直線状または螺旋状に配置され、前記翼型の後端部側（尖点側）が、内径側（回転軸側）に位置し、翼型の先端部側が外径側に位置して回転し、前記回転軸部の前方（風上）側から後方（風下）側に向かって、風車用ブレードのブレード部を構成するＮ枚のブレードは、それぞれのブレードが、回転軸部を介して隣接するブレードと風方向に直角な投影面に対しては、オーバーラップするような構成に形成され、風車用ブレードのブレード部と回転軸部は、風の流れ方向に直角な面への投影には空隙が無く、風車用ブレードを通過する風が有効にブレードに作用するようにした、ことを特徴とする。

【0008】

このような形状の風車用ブレードを風の流れの中に配置することにより、風の流れの多くをブレードが受け止めるので、風車用ブレードに全く作用せずに、素通りして行く風の流れの発生を少なくすることができる。

【0009】

また、風車用ブレードの回転軸部は、流れ込む空気の流れ方向に対して傾斜角度が、０度（水平）から９０度（垂直）までの範囲のいずれかの角度に設定される、ことを特徴とする。

【0010】

傾斜角度が０度の場合、風車用ブレードの受風面積は、ブレード部の先端部径Ｄ１を円の外径とし、ブレード部の後端部径Ｄ２を円の内径とする、中空円の面積にほぼ等しいので、受風面積は大きくなるが、最大の受風面積を保持するためには、風向きの変化を検知して、風車用ブレードを風向きに対向する位置に配置する必要がある。

【0011】

傾斜角度が９０度の場合、風車用ブレードの受風面積は、回転するブレード部の先端部径Ｄ１とブレード部の後端部径Ｄ２との差Ｄ１－Ｄ２を長辺とし、ブレード部の幅Ｌを短辺とする、長方形の面積に比例したものとなり、一般的には、傾斜角度０度の場合の受風面積より小さいが、風向きの変化を検知する必要がなくなる。

【0012】

傾斜角度が０度から９０度の間の場合、風車用ブレードの受風面積は、一般的には、中空円の面積と長方形の面積の半分との間となり、風向きの変化の検知を必要とするレベルも、一般的には、傾斜角度０度から９０度の間となり、傾斜角度が９０度に近づくにつれて、風向きを検知する必要レベルは低くなる。

【0013】

さらに、風車用ブレードを構成するＮ枚のブレードと回転軸部は、金属補強部材等を含む樹脂モールド等で連結固定部と一体構造に成形され、回転軸部は、風力発電装置の発電機の回転軸に同軸に取付けられる、ことを特徴とする。

【0014】

このように、風車用ブレードを一体成形することにより、質量は軽く、かつ、強度的に優れた風力発電装置の風車用ブレードを提供できる。

【0015】

翼型の基礎となるジューコフスキー変換式は、

【数1】

【数2】

【数3】

【数4】

上式（甲）、（乙）、（丙）、（丁）の定数ａ、ｂ、ｍ、ｎを適切な数値に設定することにより、例えば、円周方向長さの比較的に短い翼型形状のブレードや、半径方向長さの比較的に短い翼型形状のブレードなど、本発明の趣旨に適った基本的な翼型形状を選定でき、さらに実用的な翼型形状を求めることができる。

【0016】

座標変換式は、

【数5】

【数6】

【数7】

Ｎは任意の正の整数であり、上式（戊）、（己）、（庚）により、風車用ブレードとして、Ｎ枚のブレードを配置できることになる。また、それぞれのブレードが回転軸部を介して隣接するブレードと風方向に直角な投影面に対しては、オーバーラップするような構成に形成され、ブレードの風の流れ方向に直角な面への投影には空隙が無いので、風車用ブレードに多くの風の流れを作用させることができる。

【0017】

なお、上記（甲）から（庚）までの式は、翼型の基礎的な形状を示すもので、本発明のブレードの断面形状は、この形状に限定されるものではなく、翼型の形状よりも、その配置、構成、構造の方に、特長を有するものである。

【本発明の効果】

【0018】

本発明によれば、限られた寸法、質量のなかで、受風面積をできるだけ大きくし、安価で、質量は軽く、さらに、強度的に優れた風力発電装置の風車用ブレードを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る風車用ブレードを備えた風力発電装置の略図である。

【図2】風車用ブレードの回転軸部が、空気の流れ方向に対して垂直の場合の風力発電装置（垂直軸型風力発電装置）の略図である。

【図3】風車用ブレードの回転軸部が、空気の流れ方向に対して平行の場合の風力発電装置（水平軸型風力発電装置）の略図である。

【図4】風車用ブレードの回転軸部が、空気の流れ方向に対して、傾斜角度が０度（水平）から９０度（垂直）までのいずれかの角度に設定された場合の風力発電装置（傾斜軸型風力発電装置）の略図である。

【図5】第１の実施形態の風力発電装置の風車用ブレードの正面図と矢視図である。

【図6】第２の実施形態の風力発電装置の風車用ブレードの正面図と側面図である。

【図7】第２の実施形態の風力発電装置の風車用ブレード（ブレード１枚の略図）についての斜視図である。（水平軸型風力発電装置として見ると、回転軸は風上から見て右回転（時計回り）する。垂直軸型風力発電装置として見ると、ブレード部は図の右側から左側方向に直線状または左回りの螺旋状に回転軸部に配置される。）

【図8】第２の実施形態の風力発電装置の風車用ブレード（ブレード１枚の略図）についての斜視図である。（水平軸型風力発電装置として見ると、回転軸は風上から見て左回転（反時計回り）する。垂直軸型風力発電装置として見ると、ブレード部は図の左側から右側方向に直線状または右回りの螺旋状に回転軸部に配置される。）

【図9】第３の実施形態の風力発電装置の風車用ブレードの正面図と側面図である。

【図10】第３の実施形態の風力発電装置の風車用ブレード（ブレード１枚の略図）についての斜視図である。（水平軸型風力発電装置として見ると、回転軸は風上から見て右回転（時計回り）する。垂直軸型風力発電装置として見ると、ブレード部は図の右側から左側方向に直線状または左回りの螺旋状に回転軸部に配置される。）

【図11】第３の実施形態の風力発電装置の風車用ブレード（ブレード１枚の略図）についての斜視図である。（水平軸型風力発電装置として見ると、回転軸は風上から見て左回転（反時計回り）する。垂直軸型風力発電装置として見ると、ブレード部は図の左側から右側方向に直線状または右回りの螺旋状に回転軸部に配置される。）

【図12】前記ブレード部の断面形状（翼型）の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る風車用ブレード２を備えた風力発電装置１の略図である。図１において、風車用ブレード２はＮ枚のブレードのブレード部２Ａと回転軸部２Ｂで構成され、風車用ブレード２の回転軸部２Ｂは、発電機３の回転軸４に、取付固定具５を用いて、同軸に取付け固定されている。風がブレード部２Ａに作用すると回転軸部２Ｂを回転軸にして回転し、その回転が発電機３の回転軸４を介して発電機に伝達され、発電機には電磁誘導の原理により電力が発生する。

【0021】

図２は風車用ブレード２の回転軸部２Ｂが、空気の流れ方向に対して垂直の場合の風力発電装置１の略図である。図２においては、Ｎ枚のブレード２Ａの受風面積は、回転するブレード部２Ａの先端部径Ｄ１とブレード部２Ａの後端部径Ｄ２との差Ｄ１－Ｄ２を長辺とし、ブレード部２Ａの幅（風車用ブレード２の幅）Ｌを短辺とする、長方形の面積に比例したものとなるが、その大きさは風向きの変化の影響を受けないので、風向きを検知する必要がなくなる。

【0022】

図３は風車用ブレード２の回転軸部２Ｂが、空気の流れ方向に対して平行の場合の風力発電装置１の略図である。図３において、Ｎ枚のブレード２Ａが風の流れを真正面で受けると受風面積は、ブレード部２Ａの先端部径Ｄ１を円の外径とし、ブレード部２Ａの後端部径Ｄ２を円の内径とする、中空円の面積にほぼ等しいので、受風面積は最大となり、風力発電装置１の出力向上のためには、風向きの変化を検知して、風車用ブレード２を風向きに対向する位置に配置する必要がある。

【0023】

図４は風車用ブレード２の回転軸部２Ｂが、空気の流れ方向に対して、傾斜している場合の風力発電装置１の略図である。図４のような傾斜軸型風力発電装置は、垂直軸型風力発電装置（図２）と水平軸型風力発電装置（図３）との間の特性を持ち、受風面積は、一般的には、水平軸型（中空円の面積）と垂直軸型（長方形の面積）の間となり、風向きの変化の検知を必要とするレベルも、一般的には、水平軸型（傾斜角度０度）と垂直軸型（傾斜角度９０度）の間となり、傾斜角度が９０度に近づくにつれて、風向きを検知する必要レベルは低くなる。

【0024】

以上、図２、図３、図４において、風車用ブレード２の回転軸部２Ｂが、流れ込む空気の流れ方向に対して傾斜する角度が、０度から９０度までの範囲の実施例を示したが、風力発電装置１を設置する場所の立地や気象などの諸条件に応じて、任意に傾斜角度を選定できることになる。

【0025】

図５は本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置１の風車用ブレード２の正面図と矢視図である。図５においては、Ｎ＝７、すなわち、７枚のブレードで構成された風車用ブレード２を実施例として示しているが、もちろん、ブレードの枚数を限定するものでなく、ブレードの枚数はいくつでも良い。

【0026】

第１の実施形態は、特に垂直軸型風力発電装置に適用される風車用ブレードであり、ブレード部の先端部および後端部を、回転軸と同軸の円筒面に対して螺旋状だけではなく、直線状にも配置可能で、図５は直線状に配置された場合を示している。翼型の後端部側（尖点側）が、内径側（回転軸側）に位置し、翼型の先端部側が外径側に位置して回転し、前記回転軸部の前方（風上）側から後方（風下）側に向かって、風車用ブレードのブレード部を構成するＮ枚のブレードは、それぞれのブレードが、回転軸部を介して隣接するブレードと風方向に直角な投影面に対しては、オーバーラップするような構成に形成される。そのため、ブレードの風の流れ方向に直角な面への投影には空隙が無く、風車用ブレードを通過する風を有効にブレードに作用させることが出来る。

【0027】

ブレード部と回転軸部の間には任意の隙間が有り、風車用ブレードに作用する風は、ブレードの先端部から後端部へと流れ、前記隙間部を通って風車用ブレードの外へ流れ出る。また、本実施形態では、ブレード部と回転軸部は、円環形状の固定部材と長柱形状の固定部材を用いて、ブレードの両側面部と回転軸外径部とを連結固定しているが、連結固定方法を限定するものではない。

【0028】

すなわち、図５の連結固定部は、円環形状と７個の長柱形状を示しているが、円環形状をＮ角形（多角形）の輪の形に代えても良く、長柱の数を十字形の４個あるいはＹ字形の３個と減らしても良い。連結固定部には、軽量、耐久性、風に対する低い抵抗等が求められるが、本実施形態では、輪の部分でそれぞれのブレードの側面を連結固定し、長柱部で輪と回転軸部を連結固定しており、長柱部間の空間は、ブレードに作用した後の風が、風車用ブレードの外へ流出するための通路の役割も持っている。また、矢視図Ｘ－Ｘから分かるように、風の流れ方向に直角な面に対する、風車用ブレードのブレード部と回転軸部の投影に、空隙は無い。

【0029】

第１の実施形態では、ブレードに風が作用することにより、ブレードの凹面側から凸面側に向かって、揚力が発生する。そして、この揚力の方向と回転軸の回転方向が同じなので、揚力は回転力の向上に寄与することになる。

【0030】

さらに、本実施形態では、ブレード部２Ａの幅Ｌを変えることで、風力発電装置の発電量を変えることが出来るので、必要に応じて、Ｌを変えて発電量を調節することが可能となる。

【0031】

図６は本発明の第２の実施形態に係る風力発電装置１の風車用ブレード２の正面図と側面図である。図６においては、Ｎ＝３、すなわち、３枚のブレードで構成された風車用ブレード２を実施例として示しているが、もちろん、ブレードの枚数を限定するものでなく、ブレードの枚数はいくつでも良い。図６のブレードは、２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃの３枚で、１枚のブレード当たり１２０（＝３６０／３）度以上の位相角度に及ぶ範囲に配置されるので、それぞれのブレードは、回転軸部を介して隣接するブレードと風方向に直角な投影面に対して、空隙なくオーバーラップするような構成に形成されている。

【0032】

このように、それぞれのブレードが回転軸部を介して隣接するブレードとオーバーラップするので、ブレード部２Ａと回転軸部２Ｂとの直線状または螺旋状の連結固定部Ａｒを比較的長くでき、また、ブレード部２Ａの後端部と回転軸部２Ｂとの連結固定部Ａｒは、補強構造を持って滑らかな曲面で接続されるので、応力集中は発生せず、強度的に優れた風車用ブレードを得ることができる。

【0033】

ブレード部２Ａの断面形状は翼型と呼ばれる形状で、ブレード部２Ａの先端部２Ａａｍ、２Ａｂｍ、２Ａｃｍおよび後端部２Ａａｎ、２Ａｂｎ、２Ａｃｎは、回転軸部２Ｂに対して所定の位相角度の範囲内で、同軸の円筒面または円錐面に正面図の前方側から後方側へ（側面図の左側から右側へ）連続した直線状または螺旋状に配置され、風車用ブレード２は前記翼型の後端部側（尖点側）が、内径側（回転軸側）に位置し、翼型の先端部側が外径側に位置して回転する。第２の実施形態では、ブレード部２Ａの後端部径Ｄ２と回転軸部２Ｂの外径ｄはほぼ等しく、Ｄ２≒ｄとなる。

【0034】

図６では、ブレード部２Ａの先端部が円筒面に連続した直線状または螺旋状に配置されているが、円錐面に連続した直線状または螺旋状とし、右回り（時計回り）に前方側から後方側へ（側面図の左側から右側へ）外径を連続して大きくなるように配置しても、あるいは、外径を連続して小さくなるように配置しても良い。

【0035】

なお、ブレード部２Ａと回転軸部２Ｂは、金属補強部材等を含む樹脂モールド等で連結固定部と一体構造に成形されるので、安価で、質量は軽く、さらに、強度的に優れた風車用ブレード２を製作できる。

【0036】

ところで、垂直軸型風力発電装置の場合は、風向きの変化を検知する必要がなく、風車用ブレード２を発電機３の回転軸４に、どちらの向きに固定しても本来持っている発電能力を発揮できる。ただし、回転軸部２Ｂの回転方向は、風車用ブレード２を固定する向きに依存し、固定する向きを逆にすれば、回転方向は反対になる。すなわち、風車用ブレード２の取付方向が発電機３の回転軸４の回転方向に影響することになる。

【0037】

図７は、第２の実施形態の風力発電装置１の風車用ブレード（ブレード１枚の略図）の斜視図で、風車用ブレード２の回転軸部２Ｂに対して、空気の流れ方向が平行の場合（Ｗｉｎｄ１）と垂直の場合（Ｗｉｎｄ２）を例示している。風の流れ方向に対する回転軸部２Ｂの傾斜角度は、０度（水平）から９０度（垂直）の範囲で設定可能である。

【0038】

なお、図７はＷｉｎｄ１の風のときは、水平軸型風力発電装置として機能し、Ｗｉｎｄ２の風のときは、垂直軸型風力発電装置として機能する。ブレードの断面形状は翼型と呼ばれる形状をしている。ブレードの先端部および後端部は、所定の位相角度の範囲内で、回転軸と同軸の円筒面あるいは円錐面に連続した直線状または螺旋状に配置される。Ｎ枚のブレード２Ａは、それぞれのブレードが、回転軸部を介して隣接するブレードと風方向に直角な投影面に対して、オーバーラップするような構成に形成される。

【0039】

図８は、第２の実施形態の風力発電装置１の風車用ブレード（ブレード１枚の略図）の斜視図で、風車用ブレード２の回転軸部２Ｂに対して、空気の流れ方向が平行の場合（Ｗｉｎｄ１）と垂直の場合（Ｗｉｎｄ２）を例示している。風の流れ方向に対する回転軸部２Ｂの傾斜角度は、０度（水平）から９０度（垂直）の範囲で設定可能である。

【0040】

なお、図８はＷｉｎｄ１の風のときは、水平軸型風力発電装置として機能し、Ｗｉｎｄ２の風のときは、垂直軸型風力発電装置として機能する。ブレードの断面形状は翼型と呼ばれる形状をしている。ブレードの先端部および後端部は、所定の位相角度の範囲内で、回転軸と同軸の円筒面あるいは円錐面に連続した直線状または螺旋状に配置される。Ｎ枚のブレード２Ａは、それぞれのブレードが、回転軸部を介して隣接するブレードと風方向に直角な投影面に対して、オーバーラップするような構成に形成され、ブレードの風の流れ方向に直角な面への投影には空隙が無いので、ブレードに作用する風のエネルギを有効に利用出来る。

【0041】

図７および図８において、流体の流れの中にある翼型の特性として、ブレードの凹面側２Ａｑから凸面側２Ａｐに向かって、揚力ＦＬが発生する。そして、ブレードの凹面側２Ａｑが受ける風の方向とこの揚力ＦＬの方向が同じであるので、回転軸の回転力の向上に対して、相乗効果を生むことになる。

【0042】

図９は本発明の第３の実施形態に係る風力発電装置１の風車用ブレード２の正面図と側面図である。図９においては、Ｎ＝３、すなわち、３枚のブレードで構成された風車用ブレード２を実施例として示しているが、もちろん、ブレードの枚数を限定するものでなく、ブレードの枚数はいくつでも良い。図９のブレードは、２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃの３枚で、１枚のブレード当たり１２０（＝３６０／３）度以上の位相角度に及ぶ範囲に配置されるので、それぞれのブレードが、回転軸部を介して隣接するブレードと風方向に直角な投影面に対して、オーバーラップするような構成に形成されている。

【0043】

ブレード部２Ａの断面形状は翼型と呼ばれる形状で、ブレード部２Ａの先端部２Ａａｍ、２Ａｂｍ、２Ａｃｍおよび後端部２Ａａｎ、２Ａｂｎ、２Ａｃｎは、回転軸部２Ｂに対して所定の位相角度の範囲内で、同軸の円筒面または円錐面に正面図の前方側から後方側へ（側面図の左側から右側へ）連続した直線状または螺旋状に配置され、風車用ブレード２は前記翼型の後端部側（尖点側）が、内径側（回転軸側）に位置し、翼型の先端部側が外径側に位置して回転する。

【0044】

第３の実施形態においては、ブレード部２Ａの後端部と回転軸部２Ｂは、補強構造を持って滑らかな曲面で接続されるが、連結固定部（接続部）は全面的ではなく部分的である。ブレード部２Ａの後端部と回転軸部２Ｂとが接続しない部分では、ブレード部２Ａの後端部と回転軸部２Ｂとの間に隙間ができるので、流れの乱れは小さくなり、ブレード部２Ａに発生する揚力はより強くなる。また、連結固定部（接続部）は限定されず、ブレードの中央部や両端部以外の部分でも良い。さらに、ブレード部２Ａの後端部と回転軸部２Ｂの連結固定部（接続部）を補強するために、例えば、金属部材等を含む樹脂モールド等で一体構造に成形することでさらに高い強度を得ても良い。なお、第３の実施形態では、ブレード部２Ａの後端部径Ｄ２は回転軸部２Ｂの外径ｄより大きく、Ｄ２＞ｄとなる。

【0045】

図１０は、第３の実施形態の風力発電装置１の風車用ブレード（ブレード１枚の略図）の斜視図で、風車用ブレード２の回転軸部２Ｂに対して、空気の流れ方向が平行の場合（Ｗｉｎｄ１）と垂直の場合（Ｗｉｎｄ２）を例示している。風の流れ方向に対する回転軸部２Ｂの傾斜角度は、０度（水平）から９０度（垂直）の範囲で設定可能である。

【0046】

なお、図１０はＷｉｎｄ１の風のときは、水平軸型風力発電装置として機能し、Ｗｉｎｄ２の風のときは、垂直軸型風力発電装置として機能する。ブレードの断面形状は翼型と呼ばれる形状をしている。ブレードの先端部および後端部は、所定の位相角度の範囲内で、回転軸と同軸の円筒面あるいは円錐面に連続した直線状または螺旋状に配置される。Ｎ枚のブレード２Ａは、それぞれのブレードが、回転軸部を介して隣接するブレードと風方向に直角な投影面に対して、オーバーラップするような構成に形成され、ブレードの風の流れ方向に直角な面への投影には空隙が無いので、ブレードに作用する風のエネルギを有効に利用出来る。

【0047】

図１１は、第３の実施形態の風力発電装置１の風車用ブレード（ブレード１枚の略図）の斜視図で、風車用ブレード２の回転軸部２Ｂに対して、空気の流れ方向が平行の場合（Ｗｉｎｄ１）と垂直の場合（Ｗｉｎｄ２）を例示している。風の流れ方向に対する回転軸部２Ｂの傾斜角度は、０度（水平）から９０度（垂直）の範囲で設定可能である。

【0048】

なお、図１１はＷｉｎｄ１の風のときは、水平軸型風力発電装置として機能し、Ｗｉｎｄ２の風のときは、垂直軸型風力発電装置として機能する。ブレードの断面形状は翼型と呼ばれる形状をしている。ブレードの先端部および後端部は、所定の位相角度の範囲内で、回転軸と同軸の円筒面あるいは円錐面に連続した直線状または螺旋状に配置される。Ｎ枚のブレード２Ａは、それぞれのブレードが、回転軸部を介して隣接するブレードと風方向に直角な投影面に対して、オーバーラップするような構成に形成され、ブレードの風の流れ方向に直角な面への投影には空隙が無いので、ブレードに作用する風のエネルギを有効に利用出来る。

【0049】

図１０および図１１においても、図７および図８と同様に、流体の流れの中にある翼型の特性として、ブレードの凹面側２Ａｑから凸面側２Ａｐに向かって、揚力ＦＬが発生し、ブレードの凹面側２Ａｑが受ける風の方向とこの揚力ＦＬの方向が同じであるので、回転軸の回転力の向上に対して、相乗効果を生むことになる。

【0050】

図１２は、以上に記述してきた、前記ブレード部の断面形状（翼型）の一例で、ブレード部２Ａと回転軸部２Ｂとは、金属部材等を含む補強構造を持った樹脂等で連結固定されるが、それらの接続は、全面的でも部分的でもどちらでもよく、連結固定部（接続部）の形状や方法等は限定されない。風は先端部側から後端部側方向にブレードに沿って流れ、風の流れにより凹面側から凸面側方向への揚力を発生する。

【0051】

図１２に示すような翼型を、風車用ブレードの断面形状に適用すると、翼型上面（凸面）側の圧力より、翼型下面（凹面）側の圧力が高くなり、揚力が発生するが、その力の方向は風車の回転方向と同じなので、風車の回転力を増加できる。さらに、ブレード部２Ａと回転軸部２Ｂを連結固定する際、ブレード部の側面部と回転軸部の外径部を連結固定すれば、翼型の形状への影響を解消出来、翼型形状を損なうことはなくなる。また、ブレード部２Ａを回転軸部２Ｂから離し、ブレードの枚数を多くすることで、風の流れを滑らかにし、風のエネルギを有効に利用できる。

【0052】

垂直軸および水平軸風力発電装置は共に、風車用ブレードに対する風の抗力は、その受風面積に比例し、風力発電装置の出力は抗力に比例すること、さらには、風の流れによる揚力の方向は、風車用ブレードの回転方向と同じになることから、いずれの実施例においても、その出力には抗力と揚力の両方が係わっており、風のエネルギを有効に利用出来ている。

【0053】

第１の実施形態は、垂直軸型風力発電装置の風車用ブレードに係り、第２と第３の実施形態は、垂直軸型および水平軸型風力発電装置に係る。ブレードの先端部および後端部は、垂直軸型風力発電装置の場合、回転軸と同軸の円筒面に対して直線状に配置され、水平軸型風力発電装置の場合は、回転軸と同軸の円筒面に対して螺旋状に配置されるのが、通常の形態となる。

【0054】

第２の実施形態は、ブレード部２Ａと回転軸部２Ｂの接続が全面的であるのに対し、第３の実施形態は、ブレード部２Ａと回転軸部２Ｂの接続が部分的になる。前者は、連結固定部Ａｒの面積を大きく取れ、後者は翼型ブレードの後端部と回転軸部２Ｂの間に隙間を持つ。それぞれに特長が有って、要求仕様に応じて適宜選択できる。

【0055】

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0056】

なお、実施例の図に、バッテリー、風向計、風速計、回転計、制御装置等を例示していないが、風力発電装置には必要に応じて、これらのシステムが組み込まれる。

【符号の説明】

【0057】

１・・・風力発電装置
２・・・風車用ブレード
２Ａ・・・風車用ブレード２のブレード部（Ｎ枚のブレ－ド）
２Ａａ・・・１枚目のブレード
２Ａａｍ・・・１枚目のブレードの先端部
２Ａａｎ・・・１枚目のブレードの後端部
２Ａｂ・・・２枚目のブレード
２Ａｂｍ・・・２枚目のブレードの先端部
２Ａｂｎ・・・２枚目のブレードの後端部
２Ａｃ・・・３枚目のブレード
２Ａｃｍ・・・３枚目のブレードの先端部
２Ａｃｎ・・・３枚目のブレードの後端部
２Ａｐ・・・ブレードの凸面側
２Ａｑ・・・ブレードの凹面側
２Ａｒ・・・ブレード部２Ａと回転軸部２Ｂとの連結固定部（接続部）
２Ｂ・・・風車用ブレード２の回転軸部
３・・・発電機
４・・・発電機の回転軸
５・・・取付固定具
Ｄ１・・・風車用ブレード２の先端部径（ブレード部２Ａの先端部径）
Ｄ２・・・風車用ブレード２の後端部径（ブレード部２Ａの後端部径）
ｄ・・・回転軸部２Ｂの外径
Ｌ・・・風車用ブレード２の幅（ブレード部２Ａの幅）
ＦＬ・・・揚力
ＲＥＶ・・・回転方向
Ｗｉｎｄ・・・風車用ブレード２への風の流れ
Ｗｉｎｄ１・・・回転軸部２Ｂに対し、流れ方向が平行な風
Ｗｉｎｄ２・・・回転軸部２Ｂに対し、流れ方向が垂直な風

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】