(57)【要約】  【課題】エネルギー獲得の効率のよい風車又は水車を簡便に得ることを行う。  【解決手段】水平方向に回転する風車又は水車において、その個々の羽根を回転可能として歯車を一体に固定し、出力軸の回りの通常は固定している歯車と中間歯車を介してこの羽根の歯車の回転を連結し、歯車同士の噛み合わせ接触を２カ所として抵抗ロスを減らし、歯車の歯数を、出力軸の回転が１回転するのに対して、羽根が１／２回転する如く設定し、全ての羽根が定位置で同じ方向となる如くし、風又は水の流れに直交する位置の羽根を風又は水の流れと直交させ、その出力軸の１８０度反対側の羽根が風又は水の流れに平行する如くする。また強風に対してはこの角度をずらして回転を下げる。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に回転する風車又は水車において、その複数枚の羽根を個別に回転可能としてこの軸と一体になった歯車を持ち、風車又は水車の出力軸の回りに歯車を置き、通常はこれを固定し、１枚の歯車を介して、これと羽根の軸と一体になった歯車を噛み合わせ、その出力軸の回りの歯車と、羽根の軸と一体の歯車と、中間歯車の歯数により、出力軸の回転が１回転に対して羽根の回転が１／２回転するごとき歯車組み合わせとしたことを特徴とする風車又は水車。
【請求項２】
風車又は水車の複数枚の羽根の全てが、同一の位置にくると同一の方向に向くようにし、その羽根の方向を、一つの位置の羽根が風又は水の流れに直交し、その出力軸を中心にした反対の位置の羽根が、風又は水の流れに平行する如く９０度移動回転する如くしたことを特徴とする請求項１の風車又は水車。
【請求項３】
風車又は水車の羽根の方向を、一つの位置の羽根が風又は水の流れに直交し、その出力軸を中心にした反対の位置の羽根が、風又は水の流れに平行する如く９０度移動回転する如くし、なお風又は水の流速に伴って風又は水の流れとの方向関係を変えることを特徴とする請求項１の風車又は水車。
【請求項４】
出力軸の回りの歯車を、風又は水の流れの方向と速度の変化に伴って回転させて歯の位置を変えることで、風又は水の流速が遅いときは常に一つの位置の羽根が風又は水の流れに直交し、その回転方向に１８０度反対の位置の羽根が風又は水の流れに平行する如くしたことを特徴とする請求項１の風車又は水車。
【請求項５】
出力軸の回りの歯車を、風又は水の流れの方向と速度の変化に伴って回転させて歯の位置を変えることで、風又は水の流速が遅いときは常に一つの位置の羽根が風又は水の流れに直交し、その回転方向に１８０度の反対の位置の羽根が風又は水の流れに平行する如くし、流れの速度が大きいときはさらに羽根の方向を変えることを特徴とする請求項１の風車又は水車。
【請求項６】
本体の方向を周囲物と固定して、風又は水の流れと直交する位置の羽根の一方が流れに直交し１８０度反対の側の羽根が流れに平行するごとくしたことを特徴とする請求項２の風車又は水車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚の羽根を持ち、主に水平方向に回転する風車又は水車に関するものであって、その個々の羽根を水平方向に回転させることで、風又は水の流れの方向と回転方向が一致する側では羽根が風を受ける方向になり、回転方向が風向と逆になる側では、風の抵抗が小さくする方向になり、なおその動きがスムースで確実な回転となり、また構造が単純である技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電を目的とする風車において、現在最も使用されているのは、飛行機と同じプロペラ方式であり、そのほかサボニュウス式と称する、水平方向に回転する受風側と抵抗側を持ったもの、また羽根の形状が翼の断面形状であり風が通過することで吸引力を発生させてこれを回転力にするダリュース式或いはジャイロミル式などがある。
【０００３】
水力の場合の主力はタービンであるが、これもスクリューの延長にある。また水中で水の抵抗を受けて流れの方向に回転し、抵抗の少ない空中で水の流れの逆方向に回転するのが水車の主流としてある。
【０００４】
これらは何れも優れた特徴を持つ。すなわちプロペラ方式は飛行機で培われた技術による風速に合わせた羽根の角度の変換技術。タービンはエンジンの製造技術が生かされ。サボニウス式やダリウス式やジャイロミル式においては、出力の回転軸以外に可動部が不要であること、などがそれである。
【０００５】
しかし欠点もあった。プロペラ式においては設置面積が大きい必要があることであり、広さ当たりのエネルギー変換量が小さいことである。プロペラの回転は一つの面であるが、風向に合わせて方向を回転させねばならないため、地上の占有面積は最低でもプロペラの長さを直径とする円になるのである。またそれが上方に回転するため結果的に空中の占有面積は大きくなる、
【０００６】
上下方向に羽根を伸ばして水平方向に回転するダリウス式やジャイロミル式においては、プロペラ方式の地上占有面積よりも小さい占有面積でエネルギー獲得ができるが、回転中に抵抗部が生じ、渦巻き状のサボニウス式においても、受風側と、抵抗側が発生し、その差が変換されるエネルギーとなる。このように風車においてもエネルギー獲得に更なる改善が求められていた。
【０００７】
水流において、水車方式では、上部の反転空間が必要であり、上下の狭い水路では使用不能であり、またタービン方式は優れているが大きい水流を必要とし、また高価であった。  
【０００８】
これらの問題に着眼し、各種の発明がなされている、その主なものを以下の通りであるが、理由不明で何れも実用化されていない。恐らく何らかの欠点が隠されていたものと考えられる。
【特許文献１】特開平１１−２２６２６号公報
【特許文献２】特開２０００−５４９４７号公報
【特許文献３】特開２０００−３３７２４４号公報
【特許文献４】特開２００１−６５４４６号公報
【特許文献５】特開２００１−２２７４５１号公報
【特許文献６】特開２００２−３３９８５４号公報
【特許文献７】特開２００３−２７８６３７号公報
【特許文献８】特開２００３−３４３４１５号公報
【特許文献９】特開２００４−２７８４５号公報
【０００９】
本発明は、これらの問題を克服して実用化したものであり、流れの受け側を風又は水流と直交した方向或いはエネルギー獲得に有利な方向にし、流れとの抵抗側を風又は水の流れと平行に近づけて抵抗を少なくすることで全体のエネルギー獲得効率を高くし、なお羽根の回転の伝達機構を単純な歯車機構にして抵抗ロスを少なくし、さらに風速を有効に回転に変えるために、回転軸に接近させて羽根を配置したものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
今日二酸化炭素公害が地球規模で問題となっている。その中での最大の問題はエネルギー獲得を化石燃料又は原子力に頼る量が大きいことで、地球環境へのその弊害の大きさから、太陽光発電、小水力発電、風力発電が脚光を浴び、その普及に力が注がれだしている。
【００１１】
風又は水の流れからエネルギー獲得をしようとする方法、特に回転エネルギーとして取る方法はいろいろ有り、既に一部は実用化されている。最も普及しているのは縦方向に回転するプロペラ方式であり、横方向に回転するダリウス式やサボニウス式が普及され、その外実用化にいたっていない各種の方法がある。
【００１２】
これらは何れも優れたものであるが。設置面積当たりエネルギー獲得の効率、価格当たりのエネルギー獲得効率においてさらに優れたものを求められていた。
エネルギー獲得効率は、風又は水の流れを受ける面積と抵抗になる面積の差をいかに小さくするかの問題であり、これを回転方向のエネルギーに効率よく変換する機構が鍵をもっている。
【００１３】
この鍵は、いかに羽根を大きくして、なお風又は水の流れに逆抗するときの抵抗を小さくするかであり、さらにまた得られたエネルギーを伝達する抵抗をいかに小さくする簡便な機構とするかにあった。
【００１４】
それに着眼した発明が過去にあるが、その一つの羽根を回転させて空気抵抗を減らそうというものは、その回転にタイミングベルトを使用しているため、エネルギーロスが大きいためか、実現にいたっていない。また羽根の回転に歯車とクランクを使う発明もこれと似た目的を持っているが、その機構の複雑さゆえか、これも実用化していない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、これらの問題解決の手段として、風車又は水車を水平方向の回転として縦方向に伸びる出力軸の近くよりエネルギー獲得をする方式とし、水平方向に回転する羽根を持ち、さらにその羽根を個々に回転させることとし、この羽根に歯車を固定し、出力軸の回りには通常は回転せずに固定している歯車を置き、この歯車の歯数の比を回転羽根の歯車を２、通常は固定している回転しない歯車を１として、その中間に任意の歯数の歯車を一カ所のみに置いて、本体の１回転に対して羽根が１／２回転する抵抗の少ない簡便な機構として問題を解決した。
【００１６】
一方、この歯数の選択は、風車又は水車が１回転するのに対して、羽根が１／２回転することを目的とするもので、中間歯車を２枚として２段に一体化させて、回転羽根の歯車の歯数を小さくしてもよいものである。
【００１７】
以上により、３枚以上の複数の羽根は出力軸の回転に伴って、図の下からの風により図３、図４において時計回りに回転する。図４は出力軸の回転に伴って、１枚の羽根がどのような方向に変化するかを示したものであり、大きく実線の矢印で示した風又は水の流れの方向に対して、このように羽根が回転しながら風車又は水車を回転させ、この力を回転方向のエネルギーに転換してエネルギー獲得を行うのである。
【００１８】
この図４の如く、この風車又は水車の羽根は機構全体の連続の回転により、裏表を交互に風又は水の流れに当てることになり、このことにより風又は水の流れを受ける、図４の左側を中心とするＡからＢの間は、エネルギーを受けて時計回りの回転方向にエネルギーを転換し、ＣからＤの間は風又は水の流れの抵抗を受けず、ＢからＣ、及びＤからＡの間でわずかに抵抗を受ける。この抵抗は風又は水の流れの早さにより変わり、流れが遅いときは抵抗部分は狭くなり、早いと広くなる。Ｂ及びＡの位置に巾が有るのはこのためである。
このエネルギー転換を行う部分の角度ＡからＢが大きいことにより、エネルギー獲得の効率を大きくできるものである。
【００１９】
また強い風又は水の流れの場合は風又は水の流れの方向に対して図３及び図４のごとき関係位置より回転させることでエネルギー獲得を減らすことができる。このために、風車又は水車の本体を回転させてもよく、また通常は固定していて回転しない固定歯車（ｅ）を回転させてもよい。
【００２０】
この通常は固定していて回転しない固定歯車（ｅ）は風車又は水車の方向を風に最も好ましい角度に変える場合に使うのに有効で、風向計のデーターから回転させてもよく、風向計と直接つないでもよいものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による、回転羽根を持った風車又は水車は、羽根が表と裏となりながら、出力軸の１／２の回転をすることで、回転する本体の全周の中でのエネルギー獲得の角度が大きく、また抵抗を受ける角度が小さい。このことにより風又は水の流れに対するエネルギー獲得の効率が高く、地球環境に貢献するエネルギー取得の貢献に適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
４枚の羽根を持ち、歯車比を通常は固定している回転しない歯車を３０、回転羽根の歯車を６０、中間歯車を３０として製作した。このものは風速３ｍ／秒の微風より回転を開始し、風速３０ｍ／秒においても順調な高速回転を行った。
【実施例】
【００２３】
図１、図２及び図３は本発明の小型の実施例を示したものである。風車の直径を１６０ｍｍ、羽根の寸法を９０ｍｍ×６０ｍｍとして製作したものは１０ｍｍ／秒の風速で回転を開始したが、風車の直径を２６０ｍｍ羽根の寸法を９０ｍｍ×１１０ｍｍとして製作したものは３ｍｍ／秒の風速で回転を開始した。大型の風車を作るにいたっていないが、この事実より、大型の風車の場合の性能が急激に大きくなることが予測される。
【００２４】
後者の出力は、軸に小型発電機をつけて発光させて測った、その結果５ｍ／秒において発光ダイオードが明るく点灯し、それ以上の測定は現機器では行えなかった。
【００２５】
後者の風車を流水にいれて水車として使用した所、そのエネルギー獲得量は大きく測定不能であった。
【００２６】
後者を水車が水平になり、羽根の方向が水の流れ方向と一致するように筏に固定して、巾の広い川に浮かべて固定紐で水の流れに逆らうように自由に流した所、よい回転の状況を示した。
【００２７】
比較のため、ほぼ同寸法の他の方式で１０ｍｍ／秒の風速で発電を行ったがこの試作品からは、電気を取り出すことが出来なかった、このことよりも、本発明の実効は十分予測通りであり、大型機での実施での有効性の確信を持った。
【００２８】
図面により本実施例の説明を行う。本実施例は風を対象に製作したものだが、流水でのテストにも十分耐えて効果を発揮したものである。図１は風又は水の流れが左手前からの場合の斜視図である、太い矢印方向から送られている状態に羽根の方向が描かれている。図２はこれの側面図であり、図３は歯車と羽根の関係を表した俯瞰図である。記号は全ての図に共通しているので、図１と図２、一部図３を使って解説する。
【００２９】
羽根（ａ）は羽根の軸（ｂ）に一体化されていて、この軸に歯車（ｈ）がピン（ｐ）で取り付けられている。歯車（ｈ）は自由回転の中間歯車（ｇ）により固定歯車（ｅ）と噛み合っている。この羽根（ａ）は、上下の羽根取り付け台（ｃ）に回転自在に取り付けられている。羽根取り付け台（ｃ）は出力軸（ｄ）にピン（ｐ）で取り付けられ、これにより、羽根（ａ）により生まれた回転の力がピン（ｐ）を介して出力歯車（ｌ）から発電機の入力歯車（ｎ）を通して発電機（ｍ）に伝えられる。風又は水の流れの方向により羽根（ａ）の回転位置を変えるために、ステッピングモーター（ｊ）の出力歯車（ｉ）と固定歯車（ｅ）と一体の歯車（ｆ）により固定歯車（ｅ）を微量回転させる方法も取れる。本体は台（ｏ）から支柱（ｋ）により支えられている。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
出力軸の１／２の速度で回転する羽根を持つ風車又は水車は、そのエネルギー獲得の効率がよく、また必要とする設置面積も大きい必要がない、故に風車の場合は簡便に各地、建物の上などに設置でき、小発電に有効である、特に太陽光発電が出来ない夜間や曇天の中で有効である。
また水車に使用の場合、狭い流路の中に置くことで使用出来、また河川の流れに筏で浮かべることで使用出来、簡便に電気のエネルギー獲得を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】斜視図
【図２】側面図
【図３】俯瞰図
【図４】羽根の方向変化を示した図
【符号の説明】
【００３２】
ａ  羽根
ｂ  羽根の軸
ｃ  羽根取り付け台
ｄ  出力軸
ｅ  固定歯車
ｆ  固定歯車への入力歯車
ｇ  中間歯車
ｈ  羽根軸の歯車
ｉ  ステッピングモーターに出力歯車
ｊ  ステッピングモーター
ｋ  支柱
ｌ  出力歯車
ｍ  発電機
ｎ  入力歯車
ｏ  台
ｐ  取り付けピン
【図１】
2006077684.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006077684.tif 000005
【図４】
2006077684.tif 000006