(57)【要約】【課題】  垂直翼型風車の回転トルクを大きくする目的で、風見翼及び、プーリーとベルト又は連結棒などにより、垂直翼の風上進行時と風下進行時に角度を可変とする風車が考案されているが、風見翼及び機械的な連結機構は、機構が複雑な為、製作費が高くなると共に、メンテナンスに多くの労力と費用を要する問題がある。【解決手段】角度が可変となるように、可変翼の回転角度をストッパーにより制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直の回転シャフトの周りを回転する、複数の可変翼の回転角度を、ストッパーにより、風上側進行時には、風の流れと略並行に、風下側進行時には略直角に規制することを特徴とした風車。
【請求項２】
垂直の回転シャフトより、略水平に放射状に張り出した複数の上下のアームの上下間に回転軸を設け、該回転軸に、回転可能とした可変翼を取り付けると共に、アームに可変翼の回転角度を規制するストッパーを設けることを特徴とした、請求項１に記載の風車。
【請求項３】
上下のアームの断面形状を翼型としたことを特徴とした、請求項２に記載の風車
【請求項４】
垂直の回転シャフト上部より、略水平に放射状に張り出した複数のシャフトの回りを、回転可能とした可変翼を取り付けると共に、可変翼の回転角度を規制するストッパーを設けることを特徴とした、請求項１に記載の風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個々の可変翼(以下ブレードと記す)が、風向きに対して、回転トルクを得やすい迎え角度に、機械的な連動機構無しに可変可能な、風車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低風速時の回転トルクを大きくする目的で、垂直翼型ブレードを可変にする工夫がなされ、下記の方法が公示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２９４６６３
【特許文献２】特開２００７−２８５２８９
【特許文献３】特開２００９−１１４９７５
【０００４】
しかし、上記文献は何れも、ブレードを可変にするために、風向翼を備えると共に、中心シャフトとブレード間を連動するプーリーとベルト又は連結棒を設けた機構であり、構造が複雑なために、製作コストが高くなると共に、故障も生じ易く、メンテナンス費用も嵩む問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、垂直の中心シャフトの周りを回転するブレードを有する風車に於いて、中心シャフトとブレード間をプーリーやベルト又は連結棒などの機械的な機構を有することなく、ブレードが風下側進行時に、受風面積が大きくなり、抗力が大きくなるように可変とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために、なされたもので、ブレードに回転軸を設けると共に、ブレードの回転角度を規制するストッパーにより、風下側に進行時に、自動的にブレードが風と直角を保つようにするものである。この機構を利用することにより、風向翼及び、中心軸と各ブレード間を連結するプーリーとベルト又は連結棒などの機械的な連動機構を備えることなく、ブレードが風下側に進行している場合には、受風面積が大きくなるように、角度の変化を生じ、抗力が増大し、特に低風速時に高い効率で発電可能な発電機用風車を実現するものである。
【０００７】
請求項2に記載の発明は、垂直の中心シャフトより、放射状に、複数(通常３〜４枚)のブレードを支持する為の上下二段のアームを備え、このアームに支持された、ブレードを回転させる為の回転軸を設けると共に、アームにブレードの回転角度を規制するストッパーを設けることを特徴とする風車である。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、風下側に進行しているブレードは、受風面積が大きくなるように、自動的に角度の変化を生じ、抗力が増大し、特に低風速時に高い効率で発電能力の向上を図ることができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明は垂直の中心シャフトから、略水平に複数のシャフトを放射状に配し、このシャフトに回転軸を備えたブレードを差込み、水平のシャフト回りを回転可能にすると共に、水平のシャフトにブレードの回転角度を規制する為のストッパーを設けることを特徴とする風車である。
【００１０】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２と同様に、ブレードが風下側に進行時には、受風面積が大きくなるように、自動的に角度の変化を生じ、抗力が増大し、特に低風速時に高い効率で発電能力の向上を図ることができるが、請求項１のように、ブレードを支持する、上下のアームが不要で、構造が簡単になる。      
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、風向翼が不要であると共に、中心シャフトとブレードをプーリーとベルトまたは、連結棒などで連動する、機械的な機構が不要で回転翼の角度を簡易な構成で、可変できる、発電効率の高い風車を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の風車の実施例１を示す平面図であり、矢印は風の流れを示している。
【図２】図１の風車の矢視Aを示している。
【図３】本発明の風車の実施例２を示す平面図であり、矢印は風の流れを示している。
【図４】図３の風車の側面図を示している。
【図５】図３の風車の矢視Bを示している。
【図６】図３の風車の矢視Cを示している
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の風車について、実施例(実施例１)に基づき、さらに詳細に説明する。
【００１４】
図１、図２は、請求項２の発明の風車の実施例を示す図であり、図１は平面図、図２は矢視A示している。
【００１５】
本実施例の風車ａは、中心シャフト２より、放射状に上下各４本のアーム３を張り出す。この上下のアーム３には軸受５を備え、翼型断面の４枚のブレード１a, １b、１c、１d  に設けた回転軸４を軸受５に差込み、回転可能とする。この場合、ブレード１aの状態に於いて、回転軸４はブレード１aの状態に於いて、ブレード１aの重心位置より、風上側に位置するように、取り付けている。また、下部のアーム３には、ブレード１a, １b、１c、１dの回転角度を規制する為のストッパー６を固定する。ストッパー６はブレード１a  の状態に於いて、ブレード１aが風の流れと略平行になるように、ブレード１cの状態に於いては風の流れと略直角になるような位置に取付ける。ストッパー６にはブレード１a, １b、１c、１dが接触したときの衝撃を緩和するために、金属棒の周囲にゴムなどによる、緩衝リングを取り付けてる。
【００１６】
このように、構成された風車ａに、図１に示す方向から風が吹いた場合には、４枚のブレード１a, １b、１c、１dは上から見て中心シャフト２の回りを時計回りに回転する。この時、風上側に進行しているブレード１aは、ストッパー６により、風の流れと略平行を保ち、このブレード１aには揚力による回転力が生ずる。
【００１７】
ブレード１bは風の抗力によるモーメントにより、上から見て、半時計回りにやや回転し、このブレードはストッパー６に接触しない状態となる。ブレード１cではストッパー６がこのブレードの回転軸４よりブレードの風下に位置する為、ブレード１cは風の流れと略直角となり、風の流れと平行な場合に比べて、ブレードの形状によっては、受風面積が１０倍以上も大きくなり、抗力もそれに比例して増大し、大きな回転力が発生する。
本実施例のアームの断面は矩形の板状としているが、断面形状を翼型にすることにより、風上進行時の抗力が小さくなり、回転力が一層、増大する。
【００１８】
このような実施例１の風車を風力発電機の動力として用いた場合は、低風速時にも大きなトルクを発生し、効率良く発電できる風力発電機が実現する。    
【実施例２】
【００１９】
図３、図４、図５及び図６は請求項４の発明の実施例(実施例２)の風車bを示す図であり、図３は平面を、図４は側面を、図５に矢視Ｂを図６に矢視Ｃを示す。垂直の中心シャフト２の頂部より、略水平に水平シャフト７を4本、放射状に配する。また翼型断面のブレード１a  、ブレード１b  、ブレード１c  、ブレード１dに、回転軸４とベアリングによる軸受５を内包し、この軸受５に、水平シャフト７を差込み、水平シャフト７の回りを各ブレードを回転可能にする。回転軸４はブレード１aの状態に於いて、図５のようにブレード１aの重心より風上側に位置するように配置する。また各水平シャフト７にはストッパー取付板９を取り付け、ストッパー取付板９よりストッパー６を上下に各1個を取り付ける。上部のストッパー６は図５に示すようにブレード１aの状態では、ブレード１aの風下側端部が風上側端部やや上になるように配置する。また、ブレード１cの状態では、下部のストッパー６は図４に示すようにブレード１cが略垂直になるように配置する。
【００２０】
このように構成された風車bは、実施例１と同様に、風上側に進行しているブレード１aは、ストッパー６により、風の流れと略平行を保ち、このブレード１aには揚力による回転力が生ずる。風下側に進行しているブレード１cは、風の抗力により回転軸４の回りにモーメントが生じ、風下側の端部が上に回転し、ストッパー６により、風の流れと略直角となる。この時、風の流れと平行な場合に比べて、ブレードの形状によっては、受風面積が１０倍以上も大きくなり、抗力もそれに比例して増大し、大きな回転力が発生する。本実施例は実施例１に比べて回転翼を上下で支持するアームが不要なため、構造は簡単になる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
上記、実施例１及び実施例２で説明したように、本発明の風車は、簡単な機構で、風のエネルギーを効率良く回転力に変えることが可能であり、発電機に利用すれば、低コストで発電力の大きな風力発電機を提供することが出来る。
【符号の説明】
【００２２】
ａ  風車
ｂ  風車
１a  ブレード
１b  ブレード
１c  ブレード
１d  ブレード
２  中心シャフト
３  アーム
４  回転軸
５  軸受け
６  ストッパー
７  水平シャフト
８  端板
９  ストッパー取付板
【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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