(57)【要約】【課題】低・中風速対応の高性能・ローコスト型発電用ロータ。【解決方法】リング状ブレードからなるウイングをハブを介して、回転軸に設けて得られるロータ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的リング状ブレード１′からなる単数又は複数の閉鎖型ウイング１がハブ２を介して垂直又は水平方式回転軸３に設けられて得られるロータ。
【請求項２】
リング状ブレード１′において、その一部又はすべての半径方向断面がプロペラ様ブレード形態として設けられることを特徴とした第１項記載のウイング１に関する。
【請求項３】
回転軸３に最も近いウイング１軸心を基点として連結材６が設けられることを特徴とした第１項及び第２項記載のウイング１に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】低、中風速対応の発電用ロータ
【背景の技術】
【０００２】非リング型のループ状ブレードからなる複数の開放型ウイングが複数のハブを介して回転軸に設けられるロータが公知である。つまりリボン状ブレードを捩り変形とともにシリンダー変形により湾曲加工してなる開放型ウイングが、その両端を相互に離隔した各ハブに設けられることを特徴としているため、以下の如き欠点が示摘されている。
１．湾曲加工されたブレード面において、流下風朿による作用・効果が得られる面延長が充分でない。
２．非対称な湾曲形態ゆえに、その構造的安定性が得られないことから、ウイング剛性向上のためにブレード材質の厚肉、広巾化を余儀なくされた。
３．複数のハブと長大な軸材によりロータ自体の軽量化を妨げられ、ロータ回転効率の低下を余儀なくされた。
４．ダブル軸受け方式ゆえに、ロータ自体とその周辺支持材などのコストアップを余儀なくされた。
上記の通り、欠点１，２，３により発電性能を低下され、欠点２，３，４により設備ヒの抑制を妨げられた。
【発明の開示】
【０００３】本発明のロータは、実質的リング状ブレードからなる単数又は複数の閉鎖型ウイングがハブを介して回転軸に設けられて得られることを特徴としている。
【発明の課題】
【０００４】低・中風速下でもロータに対して最大限の抗力・揚力を作用せしめることが第一課題であり、ロータ自体の軽量化を可能なかぎり図ることが第二課題であり、抗力・揚力の増大と軽量化を同時に果しながら、ロータ全体の構造安定性を低減せしめないことが第三課題である。第四課題としてロータ自体とその支持材の資材ヒ、製作ヒ、設置ヒ、維持ヒを節減することである。
【課題を解決する手段】
【０００５】原則として単一ハブに対し、リング状ブレードからなる複数ウイングを単純設置すると云う本発明の基本技術により上記四課題はすべて解決された。
【発明の効果】
【０００６】本発明の基本技術がもたらした効果は顕著である。まづウイング上の有効な抗力・揚力面が大巾に拡大するとともに、ウイングとハブの軽量化により回転エネルギーの浪費を抑えて風力のくみあげ効率をめざましく向上させた。次にウイング本体の新形態によりその剛性・靭性が高められ強風・突風時の故障確率が低下され、製品の長寿命化が可能となった。そして加工・製作の量産化を可能とする部品、部材構成の標準化とともに部品・部材の収約化により資材ヒ・加工ヒの抑制を実現した。
【発明を実施するための最適な形態】
【０００７】本発明と本発明にかかわる諸技術の実施例を以下の様に図示した。
第１図が従来型のループ状ブレードによる開放型ウイングとそのロータの遠近法斜視図であり、第２図は本発明の最適な実施例の１つとあるリング状ブレードによる閉鎖型ウイングの４葉タイプロータの遠近法斜視図である。第３，４図は本発明の上記ウイングの２，３葉タイプロータの平面図である。第５，６，７，８，９，１０，１１−ａ図は本発明にかかわり単位ウイングの各種変化タイプの斜視図であり、第１２，１３，１４，１５，１６図は本発明にかかわるリング状ブレードの半径方向断面の各種変化タイプの斜視図でありなお第１１−ｂ図は第１１−ａ図の単位ウイングのＳ−Ｓ断面図である。第１７，１８，１９，２０図は本発明と関わり、リング状ブレードの軸中心方向及び同周辺方向に設けられた各種連結材の変化タイプである。第２１，２２図はリング状とされたリボン様ブレードからなる閉鎖型ウイングに対する流下風朿の様態と、それがもたらす作用力が、そして第２３，２４図は本発明に関わりリング状とされプロペラ様ブレードからなる閉鎖型ウイングに対する流下風朿の様態とそれがもたらす作用力が模式図として示されている。
【０００８】本発明に関わる重要な用語を以下に説明する。
＜実質的リング状ブレード１′＞とは極薄肉様パイプを短かく環切りにして得られる形態に象徴されるが、実際上は単純リボン様ブレードをシリンダー折曲してのち、その両端部を組合せ一体化して得られる環状形態とされたブレード部材の総称であり、様々な変化タイプがあり、いすれも本発明に有効である。
＜ハブ２＞とはウイング１を回転軸３に設置する中間部品であり、その他に特定部品を要せずあらかじめウイング１本体に回転軸３との固定仕様とした部位を設けられるものもや、その他に様々な変化タイプのものがありいずれも本発明に有効である。
＜プロペラ様ブレード形態＞とは表裏両面の巾方向延長を同等とする単純リボン様ブレード形態の断面とちがい、表裏各面の巾方向延長を大きく異にするために、その各面を流下する風朿により揚力を発生さる働きを有する航空機のタービンや翼などの断面に近いブレード形態を指し示す。
【０００９】以下に従来型ロータと本発明のロータにつきその主要構成を比較する。
＜従来型ロータの主要構成＞は第１図に示される通り、３本又は３股のリボン様ブレードが、その面外に捻り変形とともに面内にシリンダー変形されて個有の開放型ループ状ウイングとして設けられ、各ブレードの両端部が相互に離隔された複数の各ハブを介して回転軸に設置されてなることを特徴としている。
＜本発明ロータの主要構成＞は第２，３，４図に示される通り、４本又は２本又は３本などとした各リボン様ブレードがその面内にシリンダー変形されて閉鎖型ループウイングとして形成されたのち、そのブレード両端部が単一ハブ又は接近した複数ハブを介して回転軸に設置されてなることを特徴としている。
【００１０】次には、＜本発明ロータの詳細構成とその実施例＞について明らかにする。
本発明のリング状ブレード１′によるウイング１形態に多様な変化タイプがあり、第５図にはほぼ円形状ウイング１が、第６図には両端ブレード１′が離隔され設けられる円形状ウイング１が、第７図には楕円状ウイング１が、第８図には回転軸３に近い部分のみを直行状ブレード１′とした楕円状ウイング１が、第９図には接近する２辺を直行状ブレードとした扇形状ウイング１が、第１０図には対抗する２辺を直行状ブレード１′とした小判状ウイング１が、第１１−ａ図には第１０図ウイング１の軸心５を９０°旋回させた小判状ウイング１が示されている。第１１−ｂ図は第１１−ａ図ウイング１のＳ−Ｓ断面であるなお第５〜１０図の各ウイング１は、軸心５を回転軸とし、第１１図のウイング１は個有の軸心５′を回転軸とした最適風向選択のためのウイング１の角度調整が図られる。この他に図示されないが無限の変化タイプがありいずれも本発明と関わり有効である。
【００１１】本発明のリング状ブレード１′の半径方向断面・詳細に多様な変化タイプがあり、第１２図にはごくシンプルなリボン様ブレード１′断面、第１３図には一部折り返えし６と断続的な切り込み７を設けられたリボン様ブレード１′断面、第１４図にはプロペラ様断面８とした厚肉状ブレード１″、第１５図には断続状開孔９が設けられたリボン様ブレード１′断面、第１６図には両脇に剛性材１０が中央部に薄肉材が設けられた部分厚肉状ブレード１″が各々表示されている。図示されないが同一ウイング１において、各半径方向断面毎にその巾、厚さ、材料、形態などの仕様を適ギ変化さて設られる様々なタイプがありいずれも本発明に有効である。
【００１２】＜本発明のリング状ブレード１′に設けられる連結材＞にも多様な変化タイプがあり、第１７図にはリング軸心５に添うように設けられるワイヤ状のテンシヨン材６の両端がブレードに固定され、第１８図には第１８図のタイプに更らに２本のワイヤ状テンシヨン材６が２本固定され、第１９図には第１８図の中央テンシヨン材６が外され、第２０図にはリボン状テンシヨン材６が設けられている。
この連結材の役割は、ウイング１自体の肉厚を大きくせず、その剛性・靭性を向上させる効果が得られ、とくに第２０図のウイング１に更らなる風力作用面が拡大する効果も付加される。
【００１３】次には＜本発明ロータに見られる風力作用とその実施例＞を第２１，２２，２３，２４図により説明する。２種ロータが示されておりリボン様ブレートからなるウイング１が第２１，２２図、プロペラ様ブレードからなるウイング１が第２３，２４図に示されている。まづ第２１図と第２３図には回転軸に対して角度θの傾斜をしたウイング１とその上下ブレード１′、８断面周辺における流下風朿の挙動が模式表示されている。前者ではブレードをよぎる各２本の風朿層流とブレードかげ部に発生する小乱流が、後者ではブレードをよぎる各２本の風朿層流のみが示されている。次には第２２図と第２４図には各ブレードの拡大断面と風力による各作用力が図解されている。前者では、相対風速ｆによる抗力Ｆ１と、小乱流により発生する揚力Ｆ２が合成され、そのロータ回転方向の成分力としてＦが得られ、後者では相対風速ｆによる抗力Ｆ１と流速差による揚力Ｆ２が合成され、その回転方向の成分力としてＦが得らる。
上記作用に加え、リング状に閉鎖するウイングの形態により、とかく遠心力で飛散しやすい風朿を集風することが可能となり、最終成分力Ｆはさらに増強して得られる。
第２１，２３図において回転軸・軸心４とブレード中心線５″（ウイング軸心５と直交するもの）の交差角θが任意に設定しうるが、おおむね低・中風速域では１０°〜３０°の範囲で風力作用の望ましい効果が得られる。また突風、超高速風時において交差角θを０°〜９０°の範囲での瞬時調整仕様によりウイング１の破損を抑止しうる。
なお第１０，１１図に示される本発明のウイング１において、その直行状部位の一部又はすべてのブレード断面がプロペラ様の厚肉形態として設けられてもよく、第１０図のウイング１では回転軸方向の風朿に対して、ウイング軸心５にそうひねり回転により最適な交差角θを選択するとよい。参照第２１，２２図内の交差角θ。第１１−ａ図ウイング１では回転軸直交方向の風朿に対して、新らたなウイング直交軸心５′にそうひねり回転により第１１−ｂ図に示される交差角θ′の最適値を選択するとよい。
【００１４】＜本発明に関わるウイング１材料＞としては様々なものがあり、プラスチック系、ＦＲＰ系、金属系、炭素センイ、ガラスセンイ系、紙、織物系などとそれら材料の適ギ組合によるシート、プレート、ワイヤやハニカム体、コルゲート体・発泡体などを主材とな複合構造材料があり、この他にも多様な資材、構造材の採用が容易に考案されいずれも本発明に関わり有効である。
【産業上の利用可能性】
【００１５】本発明ロータは各種従来型ロータより優れて、シンプルな構造とコンパクトな規模と高性能・ローコスト機器として得られることから、極低風速対応の住宅用とともに、中高風速対応の事業所用・公共用発電ギヤとして極めて巾広く利用される。とりわけ高靭性のウイングを最大の特徴としているため突風、強風時の高耐久性ある製品として保證される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来型ロータ斜視図
【図２】本発明ロータ斜視図
【図３】本発明ロータ平面図
【図４】本発明ロータ平面図
【図５】本発明にかかわるウイング斜視図
【図６】本発明に関るウイング斜視図
【図７】本発明に関るウイング斜視図
【図８】本発明に関るウイング斜視図
【図９】本発明に関るウイング斜視図
【図１０】本発明に関るウイング斜視図
【図１１−ａ】本発明に関るウイング斜視図
【図１１−ｂ】本発明に関るウイング平断面図
【図１２】本発明に関るブレード断面斜視図
【図１３】本発明に関るブレード断面斜視図
【図１４】本発明に関るブレード断面斜視図
【図１５】本発明に関るブレード断面斜視図
【図１６】本発明に関るブレード断面斜視図
【図１７】本発明に関る連結材付ウイング斜視図
【図１８】本発明に関る連結材付ウイング斜視図
【図１９】本発明に関る連結材付ウイング斜視図
【図２０】本発明に関る連結材付ウイング斜視図
【図２１】本発明ロータの風朿流挙動模式図
【図２２】本発明に関るブレードの風力作用モデル図
【図２３】本発明ロータの風朿流挙動模式図
【図２４】本発明に関るブレードの風力作用モデル図
【符号の説明】
【００１７】１。  開放型ウイング
１  閉鎖型ウイング
１′  リボン様ブレード
１″  肉厚ブレード
１′′′  ループ様ブレード
２  ハブ
３  回転軸
４  回転軸・軸心
５  ウイング軸心
５′  ウイング直交軸心
５″  ブレード中心線
６  ブレード折り返えし部
７  同上切り込み部
８  プレペラ様ブレード断面
９  開孔部
１０  補強剛性材部
１１  連結材
ｆ  相対風速
Ｆ１  抗力
Ｆ２  揚力
Ｆ  回転方向成分力
θ  軸心４と中心線５″の交差角
θ′  ウイング軸心５と中心線５″の交差角
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１−ａ】
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【図１１−ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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