アクティブ製御式可動案内羽根を有する直線翼垂直軸風車の開発

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直線翼垂直軸風車はプロペラ風車とは異なり、風向に対する風車の方位制御が不要で、さらに重量物を地上近くに設置できる利点があるため、近年注目を集めている。この風車はプロペラ風車に比べてパワー係数(風車の効率)や起動性が低いが、可動案内羽根を採用することにより改善できることが従来の研究で明らかにされている。しかし、従来の可動案内羽根の位置制御は尾翼によるパッシブ制御式で、案内羽根位置が尾翼の挙動に依存するため常に最適な位置にあるとは限らない。また、尾翼の使用により風車が大型化する問題がある。本研究では、直線翼垂直軸風車へのアクティブ制御式可動案内羽根の採用による風車の小型化とさらなる高出力化を図るため、風洞によるモデル試験を行った。風車ロータ(回転半径1.0m、高さ1.5m)およびアクティブ制御式可動案内羽根の設計・製作を行った。この可動案内羽根の位置制御システムは、まず風向計・風速計・回転数計からのアナログ信号をA/D変換し、そのデジタル信号に基づくコンピュータ制御によりモータドライバーを介して、ステッピングモータを駆動することで案内羽根位置を制御するシステムである。風車の動翼はメス型を作製し、それを用いてFRP樹脂を積層、研磨することにより製作した。本研究では、直線翼垂直軸風車の性能に及ぼす可動式案内羽根翼列の枚数、ソリディティによる影響、案内羽根弦長による影響を風洞実験により調査し、以下の結論を得ることができた。(1)パワー係数およびトルク係数のピーク値は、枚数にはあまり依存しない。(2)案内羽根ソリディティには好適値が存在する。(3)案内羽根枚数の増加により、高周速比でのパワー係数およびトルク係数は向上するが、起動性は低下する。(4)本研究の範囲においては、案内羽根弦長が大きいほどパワー係数、トルク係数が向上する。