(57)【要約】【課題】  本発明は、揚力型ブレードを縦軸に水平に装着して回転効率の高い、風力発電機用の縦軸ロータを提供する。【解決手段】  縦軸ロータ１において、水平とした揚力型ブレード３の平面視で、翼根から翼端へかけて細長く、翼根から翼端方向ヘの水平視では、前縁を後縁より高く傾斜させ、厚さの中心線から下部よりも上部を厚くしてなり、かつ下面はほぼ水平とし、その後縁端部を、下方向へ湾曲傾斜させた。 【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平をなす揚力型ブレードの平面視で、翼根から翼端へかけて細長く、翼根から翼端方向ヘの水平視では、前縁を後縁より高く傾斜させ、厚さの中心線から下部よりも上部を厚くし、かつ下面をほぼ水平とし、その後縁端部を、下方向へ湾曲傾斜させたことを特徴とする風力発電機用の縦軸ロータ。   
【請求項２】
水平をなす揚力型ブレードの平面視で、翼根から翼端へかけて細長く、翼端から翼根方向ヘの水平視では、前縁を後縁より高く傾斜させ、厚さの中心線の下部よりも上部を厚くするとともに、下面をほぼ水平とし、その後縁端部を、下方向へ湾曲傾斜させ、かつ翼端部を上向の傾斜部とし、その先端を、弦中央線よりも前縁方向へ寄せていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機用の縦軸ロータ。  
【請求項３】
前記ブレードの主要部分において、前縁と後縁とは概ね平行であることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電機用の縦軸ロータ。
【請求項４】
前記ブレードの主要部分において後縁端部は水平であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の風力発電機用の縦軸ロータ。
【請求項５】
前記ブレードの主要部分において前縁部は、翼根から翼端へかけて次第に上向きに傾斜している前記１〜３に記載の風力発電機用の縦軸ロータ。  
【請求項６】
前記ブレードは、傾斜部を下向きにしてロータ軸に固定することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の風力発電機用の縦軸ロータ。   
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば乗物に好ましく搭載しうる風力発電機用の縦軸ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に風力発電機を搭載して、風力で発電させ、その電力で自動車を走行させる技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１５２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記、特許文献１に記載のロータは、高さが高く、例えば乗用自動車のボデイの上面に搭載する場合、抵抗が大となり、また取付用治具なども抵抗になる。ボデイ内に配設すると、小型では発電効率が悪く、大型では搭載が困難になる。
本発明は、自動車の前部ボンネット内に配設することができ、しかも発電効率が優れた風力発電機用の縦軸ロータ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】
【０００５】
本発明の具体的な内容は、次の通りである。
【０００６】
（１）水平をなす揚力型ブレードの平面視で翼根から翼端へかけて細長く、翼根から翼端方向ヘの水平視では、前縁を後縁より高く傾斜させ、厚さの中心線から下部よりも上部を厚くし、かつ下面をほぼ水平とし、その後縁端部を、下方向へ湾曲傾斜させた風力発電機用の縦軸ロータ。
【０００７】
（２）縦軸ロータにおいて、水平とした揚力型ブレードの平面視で翼根から翼端へかけて細長く、翼根から翼端方向ヘの水平視では、前縁を後縁より高く傾斜させ、厚さの中心線から下部よりも上部を厚くするとともに、下面をほぼ水平とし、その後縁端部を、下方向へ湾曲傾斜させ、かつ翼端部を上向の傾斜部とし、その先端を、弦中央線よりも前縁方向へ寄っている前記（1）に記載の風力発電機用の縦軸ロータ。  
【０００８】
（３）前記ブレードの主要部分において、前縁と後縁とは概ね平行である前記（1）または（2）に記載の風力発電機用の縦軸ロータ。
【０００９】
（４）前記ブレードの主要部分において後縁端部は水平である前記（1）〜（3）のいずれかに記載の風力発電機用の縦軸ロータ。  
【００１０】
（５）前記ブレードの主要部分において前縁部は、翼根から翼端へかけて次第に上向きになっている前記（1）〜（3）のいずれかに記載の風力発電機用の縦軸ロータ。
【００１１】
（６）前記ブレードは、傾斜部を下向きにしてロータ軸に固定する前記（2）〜（5）のいずれかに記載の風力発電機用の縦軸ロータ。  
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
【００１３】
前記（1）に記載の発明は、縦軸ロータにおいて、水平とした揚力型ブレードの平面視で、翼根から翼端へかけて細長く形成し、翼根から翼端方向ヘの水平視では、前縁を後縁より高く傾斜させ、下面は前縁から後縁へかけてほぼ直線面で、上面は、前縁が厚く後縁にかけて次第に薄くなる凸面としてなり、かつ後縁端部を、下方向へ湾曲傾斜させてあるので、気流がブレードの上面に当たると、抗力型風車のように回転する。
回転に伴い、ブレードの下面よりも、上面に沿う気流の流速が大となり、コアンダ効果により、上面を通過する高速気流による反作用により、ブレードは回転効率を高める。
また、前縁を風上に向けた時において、下面に沿って通過する気流よりも上面に沿って通過する気流の方が高速となり、その反作用で、回転効率は高められる。
更にブレードの後縁端部が下方向へ湾曲傾斜しているので、ブレードの下面に沿って通過する気流は、後縁端においてコアンダ効果により下向きに高速で通過し、下面よりも上面域の気圧が低下するため、ブレードは、気圧差により前縁方向へ気圧の差によって押されて、回転効率を高める。
【００１４】
前記（2）に記載の発明においては、前記（1）記載の効果に加えて、翼端部を上方向へ上反りとし、その先端は、弦中央線よりも前縁方向へ寄っているので、ブレードは回転時に、翼端方向へ移動する気流を傾斜部で受け止め、回転効率を高めることとなる。さらに傾斜部の先端は、弦中央線よりも前縁方向へ寄っているので、回転時に気流を長い時間捕捉することができ、回転効率を高めることができる。
【００１５】
前記（3）に記載の発明におけるブレードの主要部分において、前縁と後縁とは概ね平行であるので、回転時における抵抗が、ブレードの長さ方向においてほぼ同じであり、コアンダ効果による回転効率は安定する。  
【００１６】
前記（4）に記載の発明においては、ブレードの後縁端部が水平であるので、後縁を通過する気流はほぼ水平状態で降下し、縦軸回りの安定した回転を維持することができる。
【００１７】
前記（5）に記載の発明においては、前記ブレードの前縁部は、翼根から翼端へかけて次第に上向きとなっているので、回転に伴ってブレードの傾斜部が風上から遠ざかっても、傾斜部に気流が十分に当り、回転効率が高まる。  
【００１８】
前記（6）に記載の発明におけるブレードは、傾斜部を下向きにしてロータ軸に固定するので、エンジンルームに入って上方へ抜ける気流を受けて、効率良く回転する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態におけるブレードの平面図である。
【図２】図１におけるIIーII線拡大縦断側面図である。
【図３】図１におけるブレードの背面図である。
【図４】自動車のエンジンルームに配設したロータの平面図である。
【図５】図４におけるロータの要部縦断側面図である。
【図６】本発明ロータを自動車に搭載した別の態様を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の、風力発電機用の縦軸ロータ（以下単にロータという）の平面図である。図２は、図１におけるIIーII線拡大縦断面図である。
ロータ１は、平面視で、ハブ２の周面に揚力型ブレード３（以下単にブレードという）を３枚、等間隔で配設して形成されている。ブレード３の枚数は、４枚では抵抗が大となり、２枚では受風面積が不十分であるので３枚が好ましい。
【００２１】
各ブレード３の弦長は、ブレード３の長さの40％〜50％の範囲の、広いものとされている。各ブレード３の前縁３Ａと後縁３Ｂとの主要部分は平行とされている。各ブレード３の幅はロータ軸５の中心から放射状に伸びる中心線Ｓを中心として、後縁３Ｂ方向よりも、前縁３Ａ方向のそれを大としてある。
【００２２】
また、翼端部は、上方向きに緩やかに傾斜する上向の傾斜部３Ｃとされている。傾斜部３Ｃの先端部の半径は、弦の中心線Ｓよりも前縁３Ａ方向へ行くに従って大とされている。
これによって、ブレード３が回転する際、時間的に長く気流を受けることができ、回転効率が高まる。
【００２３】
ハブ２に対するブレード３の取付状態は、図３に示すように、後面視で、後縁３Ｂが下方で、前縁３Ａは、最頂部３Ｆの陰になっているが、上方に位置し、前縁３Ａと後縁３Ｂともに、ロータ軸５に対して直交状に取着けられている。
【００２４】
ブレード３の厚さは、図２に示すように、ブレード３の厚さ方向の中心線Ｔを中心として、下面３Ｅ側よりも上面３Ｄ側を大としてあり、前部を厚く、後縁３Ｂにかけて次第に薄くなる揚力型とされているので、回転に伴って、下面３Ｅに沿って通過する気流よりも、上面３Ｄに沿って通過する気流の方が高速となり、気流は後縁３Ｂから下方へ高速で通過して、その反作用で回転効率を高めることとなる。
【００２５】
上面３Ｄの最頂部３Ｆは、前縁３Ａよりも高い位置にあるので、図２中のＡ矢示線の、水平な流体が当たっても、最頂部３Ｆが有効に抗力型として受止めて、回転力を高める。その意味で、このブレード３は、抗力型の特性をも備えていることになる。
【００２６】
後縁３Ｂの端部は、図２に示すように、下面３Ｅの主要部分よりも若干下方へ湾曲傾斜されている。そのため回転時に、下面３Ｅに沿って通過する気流は、上面３Ｄに沿う高速気流に引張られ、境界点ＰからＸ矢示方向へ下がる。
【００２７】
そのため、上面３Ｄに沿って後縁３Ｂ端部から通過する高速気流と、下面３Ｅに沿う気流とが合流して、後下方を向くＸ矢示気流となり、その反作用でブレード３は、前縁３Ｄ方向への推進力を発揮することとなる。
【００２８】
図４は、自動車６のエンジンルーム７に配設した発電機４に、本発明のロータ１を配設した状態を、ボンネットを外した状態で示す平面図、図５は、その側面図である。図４において、自動車６のエンジンルーム７部分は、通常はエンジンが配設されている部分であり、フレーム12の上に床板７Ａが張設されている。
【００２９】
床板７Ａの上に発電機４が設置され、その回転主軸４Ａに、ロータ１が取付けられている。自動車６の前面板８には、普通の吸気孔８Ａが形成されており、その直後に配設された通気制御器９は、通気孔９Ｃを有する不動板９Ａと、通気孔９Ｄを有する可動板９Ｂとの組合わせからなり、可動板９Ｂは、図示しないモータによって左右へ摺動可能とされている。
【００３０】
可動板９Ｂは、自動制御器13による図示しないモータの制御によって横移動して、不動板９Ａの通気孔９Ｃと、可動板９Ｂの通気孔９Ｄとが合致すれば、開口が最大となり、可動板６Ｂの横移動によって、その通気孔９Ｃの開口面積を小とし、外からエンジンルーム７に入る気流量を制御調節するようになっている。
【００３１】
自動制御器13は、自動車６の秒速毎のエンジンルーム７内へ入る気流量を、自動車の速度に対応して演算し、通気制御器９を通過してエンジンルーム７へ入る気流量を制御することができるようになっている。  
【００３２】
自動車６が、例えば時速20ｋｍで走行すると、秒速は約5.6ｍ／ｓとなる。40ｋｍでは秒速約11.1ｍ、60ｋｍでは秒速約16.7ｍ、時速100ｋｍでは秒速約27.8ｍとなる。
【００３３】
風車では、受風面積掛ける風速の３乗により、風車効率が得られるが、自動車の走行速度により、風車の回転速度が変化し、発電される電気の電圧も電流も変化するので、蓄電するにも電圧が違い過ぎ、ロータ１が高速回転し過ぎると、発電機が加熱発火する虞もあり、通気孔９Ｃからの気流の流入量を一定に制御する必要がある。   
【００３４】
通常のプロペラ風車は、風速５ｍ／ｓ程度の風があれば回転し、発電することができる。すなわち、市街地で時速20ｋｍで走行している自動車は、例えば受風面積0.4ｍ2の風車で、およそ70ｗの発電をすることができる。もし時速100ｋｍで走行すると、およそ8594ｗの発電をすることができる。
【００３５】
市街地でも、停止したり時速50〜60ｋｍで走行することがあり、高速道に入ると、追越し区間では最高時速140ｋｍ近くとなる事がある。このように、自動車６は、常に速度が変化するので、エンジンルーム７に入る気流の量を一定に保持して、ロータ１の回転速度を一定に維持させることが必要である。
【００３６】
エンジンルーム７の後部両側には、排気口10が形成されている。この排気口の総面積は、通気孔９Ｃの総面積よりも大としてある。これによって、エンジンルーム７に入った気流は、外へ通過しやすくなり、ブレード３の回転効率を高めることとなる。
【００３７】
また図５に示すように、エンジンルーム７の上部には、前部を高くし、後部をやや低くした天井板11が張設されている。これによって、エンジンルーム７に入る気流の量を、一定に保持さて、ロータ１の回転速度を一定に維持させることができる。
【００３８】
また、図５に示すように、エンジンルーム７の側壁７Ｂには、気流をロータ１のブレード３に、有効に導くためのエアガイド12が配設されている。
自動車６の後部には、図示しない車輪駆動用のモータと、発電機４によって発電された電力を蓄電する蓄電池が搭載されている。
【００３９】
またエンジンルーム７には、風速計14や、その計測値が入力される自動制御器13が配設され、通気制御器９を制御して、エンジンルーム７に入る気流量をコントロールするようになっている。                   
風速計14に代えて、車の速度計の測定値を自動制御器13に入力し、通気制御器９を制御して、エンジンルーム７への気流の流入量を制御するようにすることもある。
【００４０】
自動車６が走行すると、通気孔９Ｃからエンジンルーム７に気流が入る。時速20ｋｍで走行すると、風速約5.6ｍ／ｓの気流がロータ１のブレード３に当り、十分に発電をする事ができる。
【００４１】
図６は、本発明の縦軸ロータを自動車に登載した別の態様を示す側面図である。前例と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例は、ロータ軸５を、車体の後方向きに、約１０度傾斜させたものである。またブレード３の傾斜部３Ｃを下向けにした。
【００４２】
これによって、通気制御器９からエンジンルーム７に入る気流は、ブレード３の下側から当り効率良く回転させる。なお本発明における縦軸ロータ１は、発電機に連結し、自動車の他には、電車や船艇に搭載することができる。
また、地下道の出入り口の気圧差による高速風を利用するために、地下道の天井に吊るか、あるいは側壁に配設して、風力発電をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の縦軸ロータは、高さが低く、ブレードの回転半径を大とすることができるので、自動車等に搭載して、自動車等の走行によって生じる気流を受けて効果的に発電することができるようにした、発電効率の高い風力発電機に利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１．縦軸ロータ
２．ハブ
３．揚力型ブレード
３Ａ．前縁
３Ｂ．後縁
３Ｃ．傾斜部
３Ｄ．上面
３Ｅ．下面
３Ｆ．最頂部
４．発電機
５．ロータ軸
６．自動車
６Ａ．フレーム
７．エンジンルーム
７Ａ．床板                        
７Ｂ．側壁
８．前板
８Ａ．吸気口
９．通気制御器
９Ａ．固定板
９Ｂ．可動板
９Ｃ、９Ｄ．通気孔
10. 排気口
11．天井板
12. エアガイド
13.自動制御器
14.風速計
【図１】
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【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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