(57)【要約】【課題】  この発明は、一定の回転速度を越えた時は、翼自体がブレーキとなって回転速度を低下させ、風速の変化にも回転数を一定に維持させる風車の回転翼並びに風車を、提供することを目的としている。【解決手段】  翼支持腕１０の先端部に、揚力型翼が装着された風車の回転翼８において、翼支持腕１０の先端部に、垂直な支軸１１を介して翼１２がスイング可能に枢着され、翼１２と翼支持腕１０との間には、回転時に一定以上の負荷が翼１２にかかった時に、翼１２が負荷に応じてスイング可能となる、翼開閉制御部材１５が配設されている、風車の回転翼８。  【選択図】  図２
2010127072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼支持腕の先端部に、揚力型翼が装着された風車の回転翼において、翼支持腕の先端部に、垂直な支軸を介して翼がスイング可能に枢着され、翼と翼支持腕との間には、回転時に一定以上の負荷が翼にかかった時に、翼が負荷に応じてスイング可能となる、翼開閉制御部材が配設されていること、を特徴とする風車の回転翼。         
【請求項２】
前記翼支持腕は、先端部における回転時の前部に、スイングする翼を枢着させる支軸が配設され、翼の回転時の前部を枢着すること、を特徴とする請求項１に記載された風車の回転翼。
【請求項３】
前記翼支持腕は、先端部において、回転時の前部に、上下二叉状の軸受腕が形成され、各軸受腕に、それぞれ垂直な支軸を介して、翼における上下の軸部が枢着されること、を特徴とする請求項１に記載された風車の回転翼。
【請求項４】
前記翼支持腕は、回転時の前部の板厚が厚く後部が薄い、断面翼形に形成され、回転時の後部に中空状の格納部が形成され、該格納部内に前記翼開閉制御部材が配設されていること、を特徴とする請求項１に記載された風車の回転翼。
【請求項５】
前記翼支持腕は、回転時の前部の板厚が厚く後部が薄い、断面翼形に形成され、平面は、基部の幅よりも先端部の幅が、広幅に形成されていること、を特徴とする請求項１に記載された風車の回転翼。  
【請求項６】
前記翼支持腕は、風車の縦主軸に固定される回転体と一体に形成されていること、を特徴とする請求項１に記載された風車の回転翼。  
【請求項７】
前記翼開閉制御部材は、翼を一定の力で翼支持腕方へ牽引する発条であること、を特徴とする請求項１に記載された風車の回転翼。
【請求項８】
前記翼開閉制御部材は、翼を一定の力で翼支持腕方へ牽引する、流体圧シリンダであること、を特徴とする請求項１に記載された風車の回転翼。
【請求項９】
前記翼は、側面において縦方向に複数の重量調節部が、形成されていることを特徴とする請求項１に記載された風車の回転翼。
【請求項１０】
前記翼は、翼基体を発泡樹脂材で形成され、該翼基体の表面に繊維層が形成され、その表面に保護層が形成されて、硬質材からなる軸部と一体に形成された骨体が、前記翼基体に内装一体に形成されていること、を特徴とする請求項１に記載された、風車の回転翼。
【請求項１１】
翼支持腕の先端部に揚力型翼が装着された風車の回転翼において、翼支持腕の先端部に、垂直な支軸を介して翼がスイング可能に枢着され、翼と翼支持腕との間には、回転時に一定以上の負荷が翼にかかった時に、翼が負荷に応じてスイング可能となる、翼開閉制御部材が配設されている回転翼を、縦主軸に固定してなること、を特徴とする、回転数を一定に維持させる風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、風車の回転翼並びに回転数を一定に維持させる風車に係り、特に風速が変化しても、回転数を一定数に維持させることの出来る風車の回転翼、並びに風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、縦軸風車の揚力型翼は、翼支持腕に固定されたままで回転される。揚力型翼は、例えば特許文献１のようなものが開示されているが、風速の２乗で回転速度をたかめるため、低風速では回転数が少なく、台風などの高速風には高速で、高い回転数を示し、翼の破損につながるため、回転速度の制御対策は大きな課題となっている。    
【特許文献１】特開２００５−１７１８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の縦軸風車は、揚力型翼が翼支持腕に固定されたままで回転するため、低風速の時は低速回転で、高速風が吹く時は、高速回転をし、風任せで回転している。従って強い風が吹くと、翼が折損し、或いは翼支持腕が折損することがある。
風速の計測により、ブレーキを作用させる装置もあるが、風は瞬間的に風速が変化するため、その変化にブレーキが機械的に反応しにくく、羽根が折損する。
この発明は、一定の回転速度を越えた時は、翼自体がブレーキとなって回転速度を低下させ、風速の変化にも回転数を一定に維持させる、風車の回転翼並びに風車を、提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明の具体的な内容は次の通りである。
【０００５】
（１）  翼支持腕の先端部に、揚力型翼が装着された、風車の回転翼において、翼支持腕の先端部に、垂直な支軸を介して翼がスイング可能に枢着され、翼と翼支持腕との間には、回転時に一定以上の負荷が翼にかかった時に、翼が負荷に応じてスイング可能となる、翼開閉制御部材が配設されている、風車の回転翼。
【０００６】
（２）  前記翼支持腕は、先端部における回転時の前部に、スイングする翼を枢着させる垂直な支軸が配設され、翼の回転時の前部を枢着する、前記（１）に記載された風車の回転翼。
【０００７】
（３）  前記翼支持腕は、先端部において、回転時の前部に、上下二叉状の軸受腕が形成され、各軸受腕に、それぞれ垂直な支軸を介して、翼における上下の軸部が枢着される、前記（１）に記載された風車の回転翼。
【０００８】
（４）  前記翼支持腕は、回転時の前部の板厚が厚い断面翼形に形成され、回転時の後部に中空状の格納部が形成され、該格納部内に前記翼開閉制御部材が配設されている、前記（１）に記載された風車の回転翼。  
【０００９】
（５） 前記翼支持腕は、回転時の前部の板厚が厚く後部の薄い、断面翼形に形成され、平面は、基部の幅よりも、先端部の幅が広幅に形成されている、前記（１）に記載された風車の回転翼。
【００１０】
（６）  前記翼支持腕は、風車の縦主軸に固定される回転体と一体に形成されている、前記（１）に記載された風車の回転翼。  
【００１１】
（７）  前記翼開閉制御部材は、翼を一定の力で翼支持腕方へ牽引する発条である、前記（１）に記載された風車の回転翼。
【００１２】
（８）  前記翼開閉制御部材は、翼を一定の力で翼支持腕方へ牽引する流体圧シリンダである、前記（１）に記載された風車の回転翼。
【００１３】
（９）  前記翼は、側面において縦方向に複数の重量調節部が、形成されている、前記（１）に記載された風車の回転翼。
【００１４】
（１０）  前記翼は、翼基体を発泡樹脂材で形成され、翼基体の表面に繊維層が形成され、その表面に保護層が形成されて、硬質材からなる軸部と一体に形成された骨体が前記翼基体に内装一体に形成されている、前記（１）に記載された、風車の回転翼。
【００１５】
（１１）  翼支持腕の先端部に、揚力型翼が装着された風車の回転翼において、翼支持腕の先端部に、垂直な支軸を介して翼がスイング可能に枢着され、翼と翼支持腕との間には、回転時に一定以上の負荷が翼にかかった時に、翼が負荷に応じてスイング可能となる、翼開閉制御部材が配設されている回転翼を、縦主軸に固定してなる、回転数を一定に維持させる風車。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、次のような効果がある。
【００１７】
（１）  前記（１）に記載された発明の風車の回転翼は、回転しているときに、高速風により回転速度があがり、それに伴い、翼に一定以上の風圧と遠心力がかかると、翼は、翼開閉制御部材の牽引力に抗して、支軸を支点としてスイングしはじめる。翼がスイングすると、揚力型翼の基本設定による、回転性能が低下して減速される。
また翼の一部が遠心方へ突出するために、回転方向に対する抵抗を生じて、ブレーキ作用が生じるので、回転速度が上がらないように制動がかかる。
風速が低下すると、回転に伴う遠心力も低下するため、翼は翼開閉制御部材の牽引力で、翼支持腕の方へ位置を回復する作用が生じる。このように風速の変化に応じて、翼がスイングの幅を変化させて、一定の回転数より上ることがなく、風車の過回転が制御される。
風速の変化に対して、翼の回転数が一定に維持されるので、斑のない安定した発電をさせることができる。
【００１８】
（２）  前記（２）に記載された発明の風車の回転翼は、回転時の翼の前部に支軸があるので、翼のスイングは、回転時に翼の後部が遠心方へ突出されるため、回転方向の風圧が翼の外側面にかかり、ブレーキ作用を生じて減速され、翼の損傷が生じにくい。
【００１９】
（３）  前記（３）に記載された発明の風車の回転翼は、翼支持腕の先端部における二叉状の軸受腕で、翼が支持されるので、翼に強い風圧を受けても、翼に安定した風圧がかかり破損しにくい。
【００２０】
（４）  前記（４）に記載された発明の風車の回転翼は、翼支持腕における回転時の後部に、翼開閉制御部材が格納されているので、大きな翼開閉制御部材を使用しても、風圧の影響を受けにくい。
【００２１】
（５）  前記（５）に記載された発明の風車の回転翼は、翼支持腕の平面における幅が、基部よりも先端部が幅広く形成されているので、回転時に翼支持腕の後部から離脱する、高速な負圧気流が内向きに通過し、その結果、それと逆方向へ流れる常圧の気流が、翼の内側面を外前方へ押して、回転力を高める。
【００２２】
（６）  前記（６）に記載された発明の風車の回転翼は、翼支持腕が回転体に連続して一体に形成されているので、強度に優れている。
【００２３】
（７）  前記（７）に記載された発明の風車の回転翼は、翼開閉制御部材が発条で形成されているので、遠心力に対応する牽引力を正確に設定し、調節することができる。
【００２４】
（８）  前記（８）に記載された発明の風車の回転翼は、翼開閉制御部材が流体圧シリンダであるので、大型な回転翼においても、翼のスイング角度を、正確にコントロールすることができる。
【００２５】
（９）  前記（９）に記載された発明の風車の回転翼は、翼の側面に複数の重量調節部が形成されているので、重錘を付加して遠心力に対応させて、翼のスイングをよく作用させることができる。
【００２６】
（１０）  前記（１０）に記載された発明の風車の回転翼は、翼の翼基体が発泡樹脂で形成され、繊維層で被覆されているので、翼を軽量に形成することができ、剛性にも優れている。
【００２７】
（１１）  前記（１１）に記載された発明の風車は、高速風によって翼が高速回転すると、翼に遠心力が作用して、翼開閉制御部材の牽引力に抗して翼がスイングする。
その結果、翼の持つ回転性能が損なわれ、かつ翼の外側面に風圧の抵抗を受けてブレーキ作用が生じるので、回転速度が低下するため、過回転が抑止される。
風速が衰えると、遠心力も低下するため、翼開閉制御部材の収縮牽引力によって、翼は位置の復元作用が生じる。このため風速の変化によって、翼のスイング幅が変化して、結果的に翼の回転数を、一定に維持させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
風車の回転翼において、翼支持腕の先端部に、翼をスイング可能に装着させる。
【実施例１】
【００２９】
この発明の実施例１を、図面を参照して説明する。図１は回転数を一定に維持させる風車（以下単に風車という）の正面図、図２は図１におけるＡ−Ａ横断面の翼のある回転翼の平面図、図３は回転翼の翼がスイングした状態を示す平面図である。
【００３０】
図において風車１は、風車支柱２上に風車筐体３が支持され、該風車筐体３に縦主軸４が回転自在に支持されている。符号５は支持体、６はベアリング、７は発電コイル、１４はキャップである。発電コイル７からは、図示しないコードが風車支柱２の中を通って、下方に延設されて、蓄電池などに接続される。
【００３１】
該縦主軸４の上部に、回転翼８の回転体９が固定されている。回転翼８は、回転体９と翼支持腕１０と翼１２との、組合わせで一体に構成されている。
回転体９の側部には、複数（図では二）の翼支持腕１０が、水平放射方向を向いて、対称に固定されている。
【００３２】
該翼支持腕１０の先端部に、垂直な支軸１１を介して、揚力型の翼１２の軸部１２ａが枢着されて、翼１２が水平方向でスイング可能に装着されている。符号１２ｂは、翼１２の先端部が、回転体９の方向へ傾斜された傾斜部である。該傾斜部１２ｂは、翼の内側面にあたって、翼端方へ拡散される風流を抑止して、回転力を高める作用がある。
【００３３】
図１において、回転体９の上部は、平坦な底を持つ深鉢状の容器状に形成され、内部に前記発電コイル７と対応するように、磁石１３が環状に配設されている。すなわち、磁石１３の磁力線が発電コイル７に作用し、磁石１３が、回転体９と共に回転することによって、発電コイル７に作用している磁力線が、間歇的に分断されることにより、発電コイル７に電流が生じて発電される。
【００３４】
図２に示すように、回転翼８の翼支持腕１０の先端部であって、回転時の後部に格納部１０ａが空胴に形成されている。該格納部１０ａに、発条からなる翼開閉制御部材１５が配設され、その基部は、翼支持腕１０に長さ調節可能に固定され、先端部は、翼１２の牽引部１２ｃに連結されている。
【００３５】
前記翼開閉制御部材１５は、翼１２にかかる風圧と遠心力による、一定の負荷には耐えられるもので、当該一定の負荷以上の負荷が翼１２にかかると、当該負荷に応じて遠心方向へ、翼１２をスイングさせる作用を持つもので、その形態は何でもよい。
発条はコイルバネ、ヒゲバネ、板バネ、などを常法により使用することができる。また、流体シリンダ等による流体圧、或いは、サーボモータで回転制御される送りネジ棒を、利用することができる。
【００３６】
風車１の回転時に、翼開閉制御部材１５の牽引力を越える、強い風圧と遠心力の負荷が翼１２にかかると、翼１２の回転時の後部は、図３に示すように、翼開閉制御部材１５の収縮牽引力に抗して、遠心方向へスイングすることができる。
【００３７】
風速が弱まって遠心力が低下すると、翼１２は、翼開閉制御部材１５の牽引力に対応して、スイング角度を小さくする。図３における符号１０ｂは、翼開閉制御部材１５が配設される、格納部１０ａの開閉扉である。この開閉扉１０ｂを開いて、中の翼開閉制御部材１５の強弱調節などの、作業をすることができる。  
【００３８】
風速の強弱に従って、翼１２にかかる遠心力も強弱となり、翼１２のスイングの幅は、変化する。翼１２の回転時の後部が、遠心方へ突出すればするほど、揚力型翼のもつ回転性能が減退し、かつ回転に伴う風圧抵抗を、翼１２の外側面に受けるので、ブレーキ作用が生じて、風車１の回転数は低下する。
【００３９】
従って風速の変化があっても、高速風で回転数が上がろうとすると、翼１２がブレーキ作用を生じて、翼１２の回転速度を制御するので、風車の回転数が一定範囲に維持される。
高速風があたっても、回転翼８の回転数があがらなければ、翼１２にかかる遠心力による負荷が、かかり過ぎることがなく、翼１２が高速風で破壊されることが防止される。また過回転による発電器の加熱や、風車１の揺れなどの被害が防止される。
【００４０】
図１において、風車１が回転すると、普通の風速では、翼１２が破損することはない。風力発電は風速４ｍ／ｓの風が、年間２０００時間以上吹かなければ、採算に合わないとされている。風速４ｍ／ｓの風は、木の小枝や葉が絶えず動く状態である。
【００４１】
風速１１ｍ／ｓ〜１３ｍ／ｓでは、木の大枝が動き、電線がうなり、傘は差しにくくなる。一般の風力発電機は、風速１３ｍ／ｓで定格を表示したものが多いが、このような風速は、年間を通して多くはないから、この定格を標準にした風力発電機は実用性がない。  そのことは、低風速でも効率のよい発電が出来る風車が要求されるが、本願風車は、風速４ｍ／ｓ以下の低風速でも、効率の良い発電をさせることができる。
【００４２】
風速１４ｍ／ｓを越えると、人は風に向って歩けなくなる。自動車は横揺れをして運転が困難になる。ビニールハウスは壊れはじめる。
風速２０ｍ／ｓ〜２４ｍ／ｓになると、人は転倒し、鋼製のシャッターがこわれたり、いわゆる暴風となり、看板が飛ばされたり、ブロック塀が壊れたりする。
【００４３】
従って、風車の翼は、風速２４ｍ／ｓまでは耐えられるような剛性（風圧３２ｋｇ重／ｍ2）に設計されるが、風速は絶えず強弱があり、瞬間風速はこれら平均値の１．５倍から３倍を越えることがあるので、設計の予測を上回る風速を受けて、翼１の破壊が生じる虞がある。
【００４４】
この発明の風車１は、このような実情から、風速１０ｍ／ｓ以下で効率のよい発電ができて、一定の負荷、例えば風速２０ｍ／ｓ（風圧２０ｋｇ重／ｍ2）までは耐えられて、それを越える負荷が翼１２にかかった時は、自然に翼１２がスイングして、翼の回転性能を自ら低下させ、ブレーキ作用で回転速度が減退する。
【００４５】
翼１２のスイング幅は風速に対応するため、回転数が上がるとブレーキがかかり、風車１の回転数は、高速風に遭っても一定数の範囲で維持される。  
前記一定の負荷値は、前記に限定されるものではなく、風車個々の剛性、形態、等から、その風車個々に合わせて設定される。
【００４６】
風車の翼の、高速風による破損は、過回転が主な原因である。過回転により、翼に遠心力が付加されるため、風圧と遠心力の総合負荷が、翼１２の一部にかかることにより、翼１２の脆弱部分が破壊される。翼は停止していれば、風は翼１２の表面形に沿って通過する。適度の回転をしていると、翼１２にかかる負荷が一時的なので、大きなダメージを受けることは少ない。
【００４７】
図２に示す翼支持腕１０は、図４に示すような、回転時の前部の板厚は厚く、後部へかけて、次第に薄くした略翼形に形成されている。従って回転翼８の回転時に、この翼支持腕１０にあたる気流は、コアンダ効果で表面形状なりに通過する。翼支持腕１０の上面に沿って通過する気流は、下面に沿う気流よりも高速となって、回転後部の下方へ通過する。
【００４８】
また図８に示すように、翼支持腕１０は平面において、基部の幅よりも先端部の幅が、幅広く形成されている。従って、基部の回転速度よりも、先端部の回転速度の方が早くなり、その先端上部に負圧が生じるので、翼支持腕１０の先端後部は、前方へ常圧気流によって押される。符号Ｒは翼１２の回転軌跡である。
【００４９】
翼支持腕１０の回転前面線Ｆと、回転後面線Ｇとは、回転中心を通る放射線上にないので、翼支持腕１０の上面に沿って、回転後面線Ｇから離脱する風流は、図８に示すように、回転後面線Ｇに対して略直角方向の、Ａ矢示下方へ抜ける。
その結果、Ａ矢示方向とは逆の方向へ向かって、常圧流が翼支持腕１２の後上面に当って、これを押し、翼１２の内側面を回転前方へ押す。
【００５０】
すなわち図８において、回転する翼１２の内側面に沿って通過する気流よりも、外側面に沿って通過する気流の方が早くなるが、その翼１２の内側面よりも、翼支持腕１０の方が回転中心に近いために、比較の上では、翼支持腕１０よりも翼１２の内側面に沿って、後方へ通過する気流の方が早くなって、負圧になっている。
【００５１】
従って、Ａ矢示流と逆方向に押寄せる常圧気流は、負圧になっている翼１２の内側面にも、押寄せて回転力となる。
しかし、図３に示すように、翼１２の回転時の後方がスイングしたときは、図８における翼支持腕１０の、先端部におけるＡ矢示の気流は、遠心力の作用によって、翼１２の内側部後方へ拡散される。
【実施例２】
【００５２】
図４は実施例２を示す回転翼の側面図で、図５は回転翼の要部平面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。図示するように、回転翼８の翼支持腕１０は、前部の板厚が厚く、後部は薄くされた断面翼形に形成されている。該翼支持腕１０の先端部における回転時の前部に、上下方へ二叉状に一定長さで突出された、軸受腕１０Ａが形成されている。
【００５３】
該軸受腕１０Ａの先端部には、それぞれ翼１２の前側部に形成された、上下一対の軸部１２ａの軸孔と対応するように、支軸１１が配設されている。該支軸１１を介して、図５に示すように、翼１２の前部が枢着され、翼１２がスイング可能に、上下二点で強固に装着される。これによって翼１２は、安定したスイングをすることができる。
【実施例３】
【００５４】
図６は、実施例３を示す回転翼の側面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。この回転翼１０では、翼１２の側面に、上下方へ複数の重量調節部１２ｃが形成されている。該重量調節部１２ｃは、軽量な翼１２の回転慣性を高めるとともに、遠心力の作用で、スイングが容易に生じるようにするものである。符号１２ｄは、連結線であり、該連結線１２ｄより先端部は、図１に断面を示すように、取外しが可能に形成されている。
【００５５】
重量調節部１２の形態としては、目的に合うものなら、どのようなものでもよいが、例えば、ナットをその孔を左右に向けて埋設させる。そのナットに合う、適宜重量の無頭ネジを外から羅合して、翼１２全体の重量を調節させることができる。
【００５６】
図７は、翼１２の軸部１２ａ部分での横断面を示す。軸部１２ａは金属で形成されるが、翼１２における取付強度を高めるために、軸部１２ａの基部には、縦長の骨体１２１が固定されている。
【００５７】
該骨体１２１は、翼１２の内部で縦長で、かつ翼弦長方へ広くして内装されているので、翼１２の芯部が発泡樹脂で、表面がＦＲＰでも堅固に固定され、ぐらつきが生じない剛性を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明は縦軸風車の翼を、風速に応じてスイングするようにしたので、高速風では回転速度が増加すると、スイングした翼がブレーキ作用をして、風車の回転数を減退させるので、高速風の中でも回転数は一定範囲に維持される。風力発電に利用されると、常に風速が変化しても、安全で、かつ安定した回転数により、安定した電力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明にかかる風車の正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ横断面を持つ回転翼の平面図である。
【図３】翼がスイングした回転翼の平面図である。
【図４】翼支持腕の側面先端面図である。
【図５】実施例２を示す回転翼の一部正面図である。
【図６】実施例３を示す回転翼の側面図である。
【図７】翼の軸部部分横断平面図である。
【図８】説明用回転翼の平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１．風車
２．風車支柱
３．風車筐体
４．縦主軸
５．支持体
６．ベアリング
７．発電コイル
８．回転翼
９．回転体
９ａ．軸孔
９ｂ．ボルト孔
１０．翼支持腕
１０Ａ．軸受腕
１０ａ．格納部
１０ｂ．開閉蓋
１１．支軸
１２．翼
１２ａ．軸部
１２１．軸部の骨体
１２ｂ．傾斜部
１２ｃ．牽引部
１２ｄ．連結部
１３．磁石
１４．キャップ
１５．翼開閉制御部材
【図１】
2010127072.tif 000003
【図２】
2010127072.tif 000004
【図３】
2010127072.tif 000005
【図４】
2010127072.tif 000006
【図５】
2010127072.tif 000007
【図６】
2010127072.tif 000008
【図７】
2010127072.tif 000009
【図８】
2010127072.tif 000010