風力発電

研究テーマ

風力発電機の動力学シミュレーション

風力発電機は自然の風を受けるため、屋内実験だけではその性能、安全性評価が十分できません。一方で屋外実験も常に期待した風が得られるわけではないため、性能や安全性を評価するのに非常に長時間が必要です。これら開発における性能・安全性評価のため、風力発電機の空力・構造連成シミュレーションの検証や、シミュレーションを利用した研究を行っています。

風車尾翼の設計手法に関する研究

効率が高いとされる水平軸プロペラ型風車ですが、小形風車に採用する場合、適切なフリーヨー機構の設計が必要です。フリーヨー機構は風車のプロペラと尾翼の空力を使って風見鶏のように風車を風向きに向ける機構ですが、空力や重量バランスを考えて適切な設計をしなければ、ヨーエラー（風向からの偏差角）によって性能が低下してしまいます。当研究室では風車ロータと尾翼のバランスを考えた適切な設計手法を研究しています。

逆テーパ型風車

足利工業大学では過去の歴史に学び、風車翼の先端ほど幅広になる逆テーパ型風車の研究を行ってきました。これまでの研究から、逆テーパ型風車は従来の風車と比較して、特に低風速での性能に優れることが実験的に明らかになっており、その原理を解析を援用しつつ解明する研究を行っています。

金属曲板ブレードの適用性

現在広く利用されている水平軸プロペラ風車ですが、そのブレードにはその比強度の高さからガラス繊維強化プラスチック（GFRP）やカーボンファイバー強化プラスチック（CFRP）、木材などが材料として利用されています。そのため、製造に高度な技術力が必要であり、途上国やDIY風車では設備やノウハウの問題から、採用が難しい場合があります。高性能な水平軸プロペラ型風車を製作するためにアルミ合金を利用した風車ブレードに対して、性能評価、強度上適用可能な直径、運用可能な風条件等を検討し、その風車翼材料としての適用性を明らかにする研究を行っています。

実験装置

フィールド試験用マイクロ風車

型式：AURA1000

メーカー：那須電機鉄工株式会社（廃番製品）

ロータ直径：1m

翼枚数：5枚

定格出力：135W(10m/s)

最大出力：500W

カットイン風速：2m/s

カットアウト風速：16m/s

主要計測項目：ロータ回転数、ナセル方位角、出力電圧、出力電流、ハブ高さ風速・風向、温度、気圧、湿度

開放型風洞

吐出口：1.05m x 1.05m

最大風速：23m/s

風速制御範囲：1-22.5m/s

駆動電動機：可変モータ30kW

送風機：リミットロードファン

発電機テストベンチ

駆動用モータ:富士電機製同期モータMLK1097M　定格出力1.5kW

インバータ：富士電機製ベクトル制御インバータFRN1.5G1S-2J　定格出力1.5kW

トルクメータ：小野測器SSシリーズ　定格トルク　2Nm 5Nm 10Nm