(57)【要約】【課題】並進翼風車のブレードのピッチ角が一旦0度になっても外部動力を用いないで回転復帰できる方法および既設風車の風車ロータ部を変更せずにローターに流れ込む風量を増す方法および風車のジャイロモーメントをほぼゼロにする方法の考案【解決手段】バネ等の弾性体の復元力を利用することによりピッチ角0度からの回転復帰を行う方法、およびローター後流側の圧力を低くし、ローター前後での圧力勾配を大きくすることでローターに流れ込む風量を増す方法および一対の風車を併置し、互いのローター回転方向を逆転することでジャイロモーメントをキャンセルし全体としてのジャイロモーメントをゼロにする方法、伸縮可能なブレードで受風面積を可変とする方法を採る。【選択図】図９
2006249999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特願２００２−０７１２７０の風車あるいは水車を以下で並進翼風車あるいは並進翼水車、両者を総称して並進翼機と呼ぶ。
ブレードがピッチ角0度に近づいてもピッチ角を保持できる機構を備えた並進翼機
【請求項２】
無風時にブレードピッチ角を所要角度に自動的に設定する機構を備えた並進翼機
【請求項３】
ブレードのピッチ角を風力あるいは水力とバネ等の弾性力とでバランスし設定する場合に弾性力を変えてピッチ角を制御する並進翼機
【請求項４】
風車あるいは水車背後の圧力を低くする装置を備えた、あるいは正面から入る以外の風や水流を風車あるいは水車内に取り込むようにブレードを配置した並進翼機
【請求項５】
ブレード駆動索の撓みをローラーで受ける並進翼機
【請求項６】
特願２００２−０７１２７０の主スプロケットをアイドラーとした並進翼機
【請求項７】
請求項１から６を個々にあるいは複数組み合わせて備え、かつ、ブレード幅が任意に伸縮可能な並進翼機
【請求項８】
請求項１から７を個々にあるいは複数組み合わせて備えた特願２００４- ３５６９９の風車で左右一対の並進翼風車の回転方向を互いに逆方向とした風車
【請求項９】
請求項１から８を個々にあるいは複数組み合わせて備えた並進翼機で構成される特願２００４-３５６９９の風車
【請求項１０】
並進翼風車のタワー取り付けに磁気力を利用して重量を支える請求項９の風車
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
風車が無風時から強風時まであらゆる風況に対し確実に機能し、また発電量を増やすための工夫を施した風車に関する。また、同様メカニズムを具備した水車に関する。双方のメカニズムは共通するので以下では風車を例として記述する。
【背景技術】
【０００２】
並進翼風車のピッチ角は風向とブレード翼弦が平行の時を0度と定義する。風力が強まるに従い、過回転の防止あるいは回転数を一定にする等のために並進翼風車のピッチ角は小さくなるように制御される。特願２００２−０７１２７０の構造では、ピッチ角が0度に近づくとピッチガイド溝とピッチアームとのクリアランスにより角度設定誤差が大きくなる。ピッチ角0度の時はピッチアームとガイド溝は90度の配置となり、この状態からピッチ角を変えようとしてもピッチアームがガイド溝に直角になっているためガイド溝を動かす事ができないかあるいはピッチ角がプラス側マイナス側いづれに動くか定まらない。従って、ピッチ角が0度近くまで小さくなりその後風力が弱まりピッチ角をプラス側に大きくしようとしても、一部ブレードのピッチ角がマイナス側に設定されてしまうことも起こり得るので、その防止方法が必要である。また、ピッチ角が0度付近に至った状態で風が止まった後、風が再度吹き始めた時風車が起動するためには、ブレードピッチ角は起動に必要なトルクを発生できる角度になっている必要がある。そのために、モーター等の外部動力によりピッチ角を強制設定する方法もあるが、それはエネルギー消費となるので起動・停止・再起動を外部動力を用いずに実現する方法が必要である。
【０００３】
ブレードのピッチ角はピッチアームをアームガイド溝に沿って動かすことにより制御する方法と、風力あるいは水力とバネ等の弾性力との釣合いで設定する方法があるが、後者の場合は弾性力を可変としなければ最適ピッチ角が設定できない。
【０００４】
受風面積が決められた場合、発電量を増やすには風車効率を上げる方法と、風車に流れ込む風量を増やす方法とがある。風車効率向上には多くは期待できないので、風量増加の方法が必要である。
【０００５】
特願２００２−０７１２７０ではブレード駆動索の撓みをブレードあるいは駆動索にベアリング等を付加する方法で防いでいるが、装置躯体に取り付けたローラーで受けることにより装置構造が簡略になる。
【０００６】
特願２００２−０７１２７０ではブレード駆動索を主スプロケットに掛け回し、スプロケット軸を出力軸としているが、大型装置では大型スプロケットが必要となり製造が難しくなる。
【０００７】
受風面積を任意に変更できれば、弱風時には面積を広げ、強風時には面積を狭めることにより安定的に電力を得ることができる。
【０００８】
国内の風況は、概して風向変化が激しいと言われ、風向変化への追従性の良い風車が必要であり、そのためにはジャイロモーメントの小さい風車が必要である。
【非特許文献１】牛山泉、他著  「小型風車ハンドブック」  パワー社  １９８０年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
a.並進翼風車のブレードのピッチ角が一旦0度になっても外部動力を用いないで回転復帰できる方法
b.風力あるいは水力とバネ等弾性力の釣合いでピッチ角を決める場合に弾性力を可変とする方法
c.並進翼風車の風車ロータ部を変更せずにローターに流れ込む風量を増す方法
d.ブレード駆動索の撓みを防ぐ特願２００２−０７１２７０とは別の方法
e大径主スプロケットを必要としない方法
f.受風面積を可変とする方法
g.風車のタワー周りのジャイロモーメントをゼロにする方法
h.並進翼風車をタワーに取り付ける際、タワー周りに回転自由とするために使用するベアリングに風車の自重を負荷させないでタワーに取り付ける方法
を考案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、バネ等の弾性体の復元力を利用することによりピッチ角0度からの回転復帰を行う方法、ブレードピッチ角設定に弾性力を使う場合に弾性体取り付け部を可動とする方法およびローター後流側の圧力を低くしローター前後での圧力勾配を大きくすることでローターに流れ込む風量を増す方法および躯体側にローラーを取り付けブレード駆動索の撓みを防ぐ方法、主スプロケットをアイドラーとし大径のプーリー等を用いる方法、ブレードを入れ子構造として受風面積を可変とする方法、一対の風車を併置し互いのローター回転方向を逆転することでジャイロモーメントをキャンセルし全体としてのジャイロモーメントをゼロにする方法、風車の自重を磁気反発力で支えベアリングに加わる重量負荷を軽減することによりタワー周りの回転し易さを向上させる方法を採る。
【発明の効果】
【００１１】
ピッチ角0度からの復帰が確実に行えることにより、風のエネルギー豊富な強風時にも風車を稼働させる事ができ、かつその後の風力弱まりへも連続的に風車が機能できるため風のエネルギーを無駄なく吸収できる。ブレードのピッチ角制御により風車あるいは水車の最良な性能を利用できる。また、風車の大きさを変えることなく風車に流れ込む風量を増すことができ、発電量を増やす事ができる。垂直軸並進翼機形態（ブレードが垂直）の場合、ブレード駆動索の撓み防止は主スプロケットと駆動索との滑らかな掛け回しには不可欠であり、また駆動索がスプロケットから外れてしまい風車あるいは水車として機能しなくなる原因の除去となる。並進翼風車あるいは並進翼水車が大型化した場合、大型の主スプロケットの製造は容易ではない。スプロケットの代わりにプーリー等のアイドラーを用いブレード駆動索を掛け回し別の小径スプロケットを駆動索に作用させて回転力を引き出すことにより大型の並進翼風車、並進翼水車が技術的のみならず製造コストの点からも現実的なものと成る。さらに、小径スプロケットは増速器としても働き高い回転数を引き出すことができる。日本国内の風は風向偏向が頻繁であることから風向偏向への追従性の良い風車は、風に正対できるので効率よくエネルギー吸収ができ、また従来諦められていた場所での風力利用を可能とする。
【実施例】
【００１２】
図１は請求項１あるいは２の実施例である。並進翼風車ブレードのピッチ角はピッチアーム３とピッチコントロールガイド溝４の位置関係により設定される。図１はピッチ角0度ないし0度に近い状態である。リミッター板１はピッチ角が0度に近づくと４に接触し、さらに角度が小さくなるに従い１の弾性反発力が増すので、ピッチ角が0度になってもブレード２がマイナスのピッチ角を取ることはない。ピッチコントロールガイド溝４はピッチコントロール棒５とラック/ピニオン等で連接され５の回転により４は駆動されるが、５に取り付けられたコイルバネ６は、中立状態（無風時の所期ピッチ角状態＝捩りエネルギー0の状態）のピッチ角からの捩れ角の大きさに応じ６の回転を中立状態に復帰させる復元力を発生する。中立状態は風車の起動トルクが得られるピッチ角度が選定される。風車回転開始後のピッチ角制御は発電シーケンスに応じ選定されるが、本発明では、特に強風時からその後の常用風速時への風車の自動的作動を実現することに重点を置く。過回転状態にならないようにするピッチ角制御はたとえば回転遠心力を利用した機械的調速機を使用し５を駆動してピッチ角を小さくする。図２はブレードがピッチ角0度に近づいてもピッチ角を保持できる別の機構例である。コイルバネ１３をブレード軸１５をバネ中心にしてバネの一端をブレード２あるいはピッチアーム３に他端をブレード駆動索１４に固定する。
【００１３】
図２を請求項３の実施例の説明に流用する。この場合は、コイルバネ１３の一端はブレード２に他の一端はピッチアーム３に固定される。また、１５と３とは回転自由に嵌合している。従って、ブレードのピッチ角はコイルバネ１３の弾性力と風力あるいは水力との釣合いで決まる。その状態から、ピッチコントロールガイド溝４を左右に移動すると１３の弾性力が変わりそれに応じピッチ角も変わる。
【００１４】
図３は請求項４の実施例である。風車を通過する風量を増すために風車前後での圧力差を大きくする。エジェクター８は風を風車背後に誘導し背後の流速を高め静圧を下げる働きをし風車前後の圧力差を大きくする。また、スポイラー９は、スポイラー背後に圧力の低い剥離領域を作るため風車背後の圧力が低下する。
図４は請求項４の別の実施例である。風と並行に動くブレード（Bc,Bd）のピッチ角を風を風車内に取り込むように設定することで風量を増やす事ができる。
【００１５】
図５は請求項５の実施例である。ブレード駆動索１４をローラー１６で受けることにより１４の撓みを防ぐ事ができる。
【００１６】
図６は請求項６の実施例である。風車あるいは水車が大型の場合、大型スプロケットの製作は容易ではないので、スプロケットの代わりにプーリーのような円盤体をアイドラー１８として使用する。１８と軸１９は回転自由である。なお、１８は全体が回転するか、あるいは大口径ベアリングを１８外周に設置すれば１８全体は回転させなくてもよい。１４の力は小径のスプロケット２０により軸２１の回転に伝達・変換する。この場合、２０は増速器としての機能も持つ。
【００１７】
図７は請求項７の実施例である。ブレード２４はサイズの異なる翼が入れ子になっており伸縮任意と成っている。また、風車躯体の軸支柱２５も入れ子になっているので、２４，２５を伸縮することにより受風面積を増減できる。
【００１８】
図８は請求項８の実施例である。並進翼風車は風向に対しブレード２のピッチ角をそれぞれプラスおよびマイナスに設定することにより回転方向を逆にする事ができる。回転方向が互いに逆である一対の並進翼風車のジャイロモーメントは０となる。
【００１９】
図９は請求項９の実施例である。請求項９を備えた並進翼風車を一モジュールとして使用し、モジュールを多段にタワー１２に回転自由に取り付ける。
【００２０】
図１０は請求項１０の実施例である。風車モジュールをタワー１２に取り付ける場合、回転自由にするためには１２と１０、１１との間にベアリング２２等を介して滑動が容易な方法で取り付ける必要がある。しかしながら、２２で１０、１１の自重を受ける場合には滑動し易さは若干ながらも阻害されるので、自重を非接触な磁気軸受け２３で受けることによりモジュールのタワー周りの滑動が一層容易になる。磁気軸受けは磁石の反発力を利用する。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の利用により、並進翼風車の機能性およびエネルギー吸収効率が高まり、従来以上に風力利用の価値が高まる。また風力発電可能な場所が大幅に増えるため、自然エネルギーの活用を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】請求項１，２に関する説明図である。
【図２】請求項１、３に関する説明図である。
【図３】請求項４に関する説明図である。
【図４】請求項４に関する説明図である。
【図５】請求項５に関する説明図である。
【図６】請求項６に関する説明図である。
【図７】請求項７に関する説明図である。
【図８】請求項８に関する説明図である。
【図９】請求項９に関する説明図である。
【図１０】請求項１０に関する説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    板バネ等弾性体
２    ブレード
３    ピッチアーム
４    ピッチコントロールガイド溝
５    ピッチコントロール棒
６    コイルバネ等弾性体
７    並進翼風車
８    ベーン
９    スポイラー
１０    順方向回転並進翼風車
１１    逆方向回転並進翼風車
１２    タワー
１３    コイルバネ
１４    ブレード駆動索
１５    ブレード軸（ブレード回転中心）
１６    ローラー
１７    水車フレーム（躯体）
１８    アイドラー
１９    アイドラー軸
２０    小径スプロケット
２１    スプロケット軸
２２    ベアリング
２３    磁気軸受け
２４    伸縮ブレード
２５    伸縮軸支柱
【図１】
2006249999.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006249999.tif 000009
【図８】
2006249999.tif 000010
【図９】
2006249999.tif 000011
【図１０】
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