(57)【要約】      （修正有）【課題】低・中風速下でもロータに、最大限プラスの抗力・揚力を作用させ、マイナス抗力を削減することが第一課題であり、ロータ全体の軽量化を図ることが第二課題であり、プラスの抗力・揚力の増大と軽量化を同時に果しながら、ウイング自体とロータ全体の安定した構造を提供することが第三課題であり、第四課題としてはウイング、ロータとその支持材の資材ヒ、製作ヒ、総合的設備ヒ、運搬ヒ、維持ヒなどの節減を図る【解決手段】ピッチ長さ方向面外の折曲部位とともにピッチ巾方向面外の小湾曲断面を所定の位置に設けられた、実質上リング状ブレード１からなる単数又は複数の閉鎖型ウイングを単数のハブ２を介して回転軸３に設ける【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ブレード１０を実質上リング状に形成されるとともに、一部又はすべての該ブレード１０のピッチ巾方向断面を小湾曲状に形成されて設けられる単数又は複数のウイング１が実質上単一のハブ２を介して又は介さずして軸材３においてウイング軸５１内で所定の回転角θ１をもち設置され得られること特徴としたロータ４。
【請求項２】
対となる略直行状ブレード１１両辺の各先端部が折曲線６１、６２を介して中間ブレード１２と連結一体化されて設けられることを特徴とした第一項記載のウイングに関する。
【請求項３】
対となる該略直行状ブレード１１両辺の各つけ根部において、そのピッチ巾方向８が中間ブレード１２の中央部付近ピッチ巾方向７とウイング軸５１内において交差するとともに両ブレード１１が相互にずれ角度θ３をもって設けられることを特徴とした第１項又は第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】
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【背景の技術】
【０００２】非リング型のループ状ブレードからなる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ブレード長さ方向に大湾曲加工して
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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．大湾曲加工されたループ・ブレードの全延長において、回転軸方向のブレード成分が過多であり、回転軸直交方向のブレード成分が過少であるために、ロータの回転力をもたらす気流作用とその効果が充分に発揮されない。
２．ループブレードの全延長が非対称かつゆるやかな大円弧状として湾曲形成されることから、その構造体が力学上不安定で軟弱であるため、ウイング全体の剛性を高めるべくブレード部材の厚肉化、広巾化を余儀なくされて来た。
３．複数ハブ自体と両ハブ間の長大軸材ゆえに、ロータ全体の軽量化を妨げられた結果、ロータ回転効率を減殺されて来た。
４．ループブレード全延長にわたるゆるやかにして複雑な三次方向の湾曲面の形成には、手作業にたよらざるを得ないため、正確かつ迅速な加工を約束する自動機の採用を困難にしている。
５．複数ハブ方式ゆえに発生するロータ、主柱などの激しいゆれを抑制するためにロータ、主柱の部材強化と周辺支持材などの補強によるコストアップを余儀なくされて来た。
上記の通り欠点１、２、３により発電性能を低下させられ、欠点２、３、４、５により設備ヒなどの抑制を妨げられた。
【発明の開示】
【０００３】本発明のロータは、ピッチ長さ方向面外の折曲部位とともにピッチ巾方向面外の小湾曲断面を所定の位置に設けられた、実質上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単数のハブを介して回転軸に設置さ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、最大限プラスの抗力・揚力を作用させ、マイナス抗力を削減することが第一課題であり、ロータ全体の軽量化を図ることが第二課題であり、プラスの抗力・揚力の増大と軽量化を同時に果しながら、ウイング自体とロータ全体の安定した構造を提供することが第三課題であり、第四課題としてはウイング、ロータとその支持材の資材ヒ、製作ヒ、総合的設備ヒ、運搬ヒ、維持ヒなどの必要充分な節減を図ることである。
【課題を解決する手段】
【０００５】ロータにおいて、ピッチ長さ方向面外の折曲部位により区画されるピッチ巾方向面外の小湾曲断面を所定の位置に設けられた略リング状ブレードからなる複数ウイングを実質上単一ハブを介して軸材に設置されると云う本発明に関わる基本技術により上記五課題はことごとく解決された。
【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。風束をとらえる風束直交面（対となる直行状ブレード面と同じ）が大巾に拡大するためまづウイング上に有効な抗力、揚力が増大するとともにハブと軸材の收縮、短縮により得られるべき回転力の浪費を抑えて風力くみあげ効果をめざましく向上させた。
次に対となる略直行状ブレードとしたウイング形態によりその剛性、靭性が高められ、強風、突風時の故障確率を低下せしめ、製品寿命の延長を可能とした。そしてブレード長さ方向の大湾曲面を中間ブレード收約限定することにより、加工、製作の自動化を促し、さらに部品、部材構成の標準化を可能とし結果として資材ヒ、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】本発明及び本発明に関わる諸技術の実施例を以下の通り図示した。
第１図が従来型ループ状ブレードにかかわる非リング状（開放型）ウイング１′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つであるリング状ブレードによる閉鎖型ウイング１の４葉タイプ、ロータ４の斜視図である。第３、４図は本発明の最適な実施例であり、別種の閉鎖型ウイング１の２、３葉タイプ、ロータ４の軸材方向の平面図である。第５、６、７、８、９、１０、１１、１７図は本発明に関わる各種ウイング１、第１８図は本発明のロータ４の好ましい実施例の変化タイプの斜視図又は平面図である。第１２、１３、１４、１５、１６図は上記第５〜１８図のウイング１の部分説明のための断面図及び斜視図である。第１９、２０図は本発明のロータ４にもたらされる空気などの流体作用を示す部分断面の模式図であり、前者は風車などとしての機能、後者は送風ファンとしての機能に関わる。
【０００８】次に本発明に関わる重要な用語を以下に説明する。
請求項にある〈各ブレード１０を実質上リング状に形成される〉つまり〈実質上リング状に形成された各ブレード１０〉とは原則として長手、短手両方向からなるリボン状シート又はプレートを長手方向に折曲又は湾曲加工し、その両端部を相互に直結一体化又は接近させた上ハブなどを介して一体化させて得られる実質的環状形態とされ
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組合せて得られる多辺形などの変化タイプがあり、いずれも本発明に関わるものである。またこの他に長尺のブレード１０を用いて長手方向に折曲又は湾曲加工して、一挙に複数のウイング１が大環状とされて得られるブレード１０も本発明に関わり有効である。
【０００９】〈単一ハブ〉とはウイング１を回転軸３に設置するための単一の部品（群）であり、また特定部品（群）を要せずあらかじめウイング１本体に回転軸３との固定可能とした仕様の部品、部材が設けられたものやその他に様々な変化タイプがありいずれも本発明に有効である。なお好ましくはハブの軸方向長さはロータ直径の１／５であることである。
【００１０】〈ピッチ巾方向断面を小湾曲状に成形〉つまり〈小湾曲状のピッチ巾方向断面〉とは本発明に関わるリング状ブレード１０の一部又はすべてにおいて各ブレード１０の短手方向に小湾曲状、長手方向に条溝状として形成される断面形状の総称であり、〈ピッチ巾方向〉とは各ブレード１０の〈短手方向〉と同意語である。その〈小湾曲状断面〉には大きくわけて凸、凹型の２種があり、その選択されるべき２種断面型とブレード１０への配分、配置法から始まり、小湾曲条溝の延長、深さ、湾曲率などの決定が重要である。さらに各条溝末端においてその略ピッチ巾方向に横断して設けられる湾曲状平面折曲線６１、６２の形態選択がなされる。図示されていないが、この他に上記条溝内においてその条溝方向の単数又は複数の折曲部又は小湾曲部と折曲部が各々設けられてもよい。
【００１１】〈対となる略直行状ブレード１１〉とは、原則として小湾曲条溝が設けられるとともにウイング軸心５１を対称軸として設けられさらにそのピッチ長手方向に直行状又は大湾曲状に形成されたブレード１０の主要部に相当する。〈中間ブレード１２、１３〉とは上記略直行状ブレード１の両端部が間接的に連結されるべく設けられる直行状又は大湾曲状又は両形状の組合せとして形成されたものであり、ウイング先端部とウイングつけ根部に設けられるものを各ブレード１２、ブレード１３とする。
【００１２】〈折曲線６１、６２〉とは対となる略直行状ブレード１１と中間ブレード１２、１３との境界部においてピッチ巾方向又はそれを適ギ傾斜させた方向に設けられる面内湾曲とした折曲線の総称であり、その湾曲方向を逆とする２種がある。なおこの折曲線には細い線状形態に限られず小湾曲の面状形態としたものがあり、いずれも本発明に有効である。
【００１３】以下に従来例と本発明に関わる好ましい実施例についてその形態構成とその組合せなどによる変形パターンを説明する。
〈第１図〉の従来例では、非リング型のループ状ブレードからなる開放型
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されている。また開放型の各ウイング１′はブレード長さ方向に大湾曲状に形成され、それらの両端部が相互に接近又は接触することなく設けられることをその特徴としている。そもそも、大湾曲状ウイング１′は気体流とのなめらかな衝突を図るべく設計された形態と思われ、それなりの合理性があるが、残念乍［従来技術の問題点］でふれた通りウイング１′個有の形態自体に気体流効果を
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多くの問題がありながら、それらを克服するべきブレークスルーが何らなされてこなかった。つまり、ダブル・ハブ方式からシングル・ハブ方式にきりかえてもウイング形態のなめらかさが失われないとともにさらなる気体流効果の拡大向上を可能とする新らたなウイング形態原理とその形態の最適形成のための新加工法の発明発見が欠落していた。
【００１４】〈第２図〉の実施例では、４葉の円形リング状ウイング１が単一ハブ２を介して軸材３に設けられ、それら各ウイングはウイング軸５１内に所定の回転角θ１の傾きをもち設けられている。各ウイング１において、対となる大湾曲ブレード１１がその長手方向に小湾曲条溝を設けられその条溝の両端を折曲線６１、６２により区画されていることを特徴としている。
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リング状ウイング１が連結一体化され、そのつけ根部のピッチ巾方向が軸材３方向に直交する方向と一致させられている。またウイング１がハブ２を介さず軸材３に設置されているが、これとは別にウイング１つけ根部付近において上下対となるつけ根部の間にくさび状飼物などによりウイングと軸材を固定してもよい。
【００１５】〈第５、６図〉の実施例には、〈第２図〉に示されるものと同等の円形リング状ウイング１のクローズアップが示され、〈第５図〉と〈第６図〉のちがいは、前者が完全リング状、後者がつけ根部を接近させながら直結されない不完全リングである。
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なる直行状ブレード１１の２辺をピッチ巾方向に小湾曲断面状つまり長手方向に条溝状として設けられ。両ブレード１１は折曲線６１、６２により区画されている。
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完結ウイング１が示され、さらに〈第７図〉ではピッチ巾方向７とその長さ寸法が不変であり、〈第８図〉ではピッチ巾方向とその長さ寸法がともに変化する。
【００１６】
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〈第５、６、７、８図〉とはその立体構成を異にしている。つまり対となる略直行状ブレード１１の２辺が中間ブレード１２の両端部などを起点としてブレード１１の長手方向を回転軸として同一方向に所定の捩り変形が加えられ両ブレード１１を相互に傾斜角θ２として設けられている。結果として〈第１０図〉に示される通り、直行状ブレード１１のつけ根部のピッチ巾方向８と中間ブレード１２の中央部付近のピッチ巾方向７がウイング軸５１内において相互に回転交差して設けられることを特徴としている。
なお〈第９、１０図〉にはリング状ウイング１の単葉が示さているが、〈第１１図〉には連結一体化された２葉型リング状ウイング１が示され〈第３図〉のそれと同一である。
なお図示されていないがこの２葉連結型のウイング１の軸中心付近においてそのピッチ巾方向８に所定の傾斜角をもったピッチ長手方向・面外の折曲部又は細溝状湾曲部を設けてるとよい。
【００１７】〈第１２図〉の実施例には、〈第５、６、７図〉のｂ−ｂ、ｂ′−ｂ′断面図であり、そのつけ根部、先端部には折曲線６１、６２が示されている。
〈第１３図〉の実施例には、〈第８図〉のｃ−ｃ断面が示され、先端部付近に傾斜する折曲線６１を、ブレード１１のつけ根付近のピッチ巾方向８とブレード１２の中央部付近のピッチ巾方向７とがウイング軸５１内において回転又は傾斜せず設けられることを特徴としている。
【００１８】〈第１４図内１４−１、１４−２〉の実施例には、〈第５、６図〉のｂ−ｂ、ｂ′−ｂ′断面斜視図が示され、対となるブレード１１の２辺が相互に、その延長方向に逆向き湾曲状とされ、そのピッチ巾方向において上向き凹状湾曲断面とされ、さらに逆向きの深々とした平面湾曲状の折曲線６１、６２を設けられている。
【００１９】〈第１５図内１５−１、１５−２〉の実施例には、〈第７図〉のｂ−ｂ、ｂ′−ｂ′断面斜視図が示され、対となるブレード１１の２辺が相互に、その延長方向に逆向きの湾曲状とされ、そのピッチ巾方向において上向きの凹状湾曲断面とされ、さらに逆向きのやや深い平面湾曲状の折曲線６１、６２を設けられている。
【００２０】〈第１６図内１６−１、１６−２〉の実施例には、〈第９、１０図〉のｂ−ｂ、ｂ′−ｂ′断面斜視図が示され、対となるブレード１１の２辺が相互に、その延長方向に逆向きの湾曲状とされ、そのピッチ巾方向において上向きの凹状湾曲断面とされ、さらに逆向きのやや浅い平面湾曲状の折曲線６１、６２を設けられる。
【００２１】〈第１７図〉の実施例には、〈第７図〉のウイング１の部分変化形が示され、〈第７図〉の中間ブレード１２をその長手方向湾曲面の延長上片側にかぎり、突出するよう補助ブレード１４を設けられている。〈第１８図の実施例には上記〈第１７図〉とはことなり、隣接する各ウイング１の中間ブレート１２上端部を相互に連結するべくリング状補助ブレード１５を設けられている。
【００２２】〈第１９、２０図〉の実施例には、本発明のロータに見られる気体流とその相互作用を説明する模式図が示されている。〈第１９図〉には風車用途のロータに設置されるウイング１の軸直交方向・中心軸５２が、ロータ軸材中心軸３とずれ角θ１のもとに交差する。対となる直行状ブレード１１のピッチ巾方向の断面が表示されている。
略上方に凹状湾曲した上記ブレード１１断面において、上方からの風束流と左方へのブレート回転を前提として、読みかえられた相対風束が、ブレード１１に衝突し抗力と揚力を発生させる。さらにその２力の合成力がブレード回転方向の性分として回転力をもたらすことが図解表示されている。
〈第２０図〉の実施例には、前図とその作用を示す諸元がほぼ近以しているが、前実施例と異なり、本ロータが送風用途のファンとして用いられる軸材中心軸３とウイング１直交軸５２とのずれ角度θ１がやや大きいこととロータの回転方向が右方とされて逆であることを前提にして表示されている。相対風速はほぼ水平となりその結果その反射風速はほぼ真上に発生することが図解表示されている。なお図示されていないが〈第１９、２０図〉に共通作用としては、下部ブレード１１に激しく衝突した風速はブレード１１の先端部方向に遠心反射され、本発明に関わる個有の形態ゆえに中間ブレード１２に一旦とらえられ、ブレード１０のリング内に回流させられるためブレード１１、１２への力積効果が追加的に得られる。その結果、ブレード回転力を更に高めるとともに、プロペラ状の従来型ブレードでとかく発生しやすいブレード先端渦流を完全抑止し静寂なロータ運転を保證するとが可能となった。
【００２３】本発明に関わるウイング１やロータ４の合成樹脂系成形加工法には大きくわけて二つある。その一つ目は、マトリックス材などを含浸、コーティングされたＦＲＰシートなどによる２層の表面材が直に積層プレス（温度制御型）加工により、又はハニカム相間材などを介して積層プレス加工により、所定のウイング１を得られる方法である。
二つ目は射出成形型内に強化センイ混入レジンを注入する方法と、ＲＴＭ成形型による方法がある。前者は加工用シートの単純折曲による成形法であり、簡便な成形型のみですませられ大型ウイング１などの成形加工に向いている。後者は小型かつ量産タイプのウイング１の成形法である。その他に金属プレートのプレス加工法、合成樹脂含浸の紙シートのプレス加工法などが本発明のロータ形成に有効である
【産業上の利用可能性】
【００２４】本発明のロータは、従来型各種ロータとくらべ、よりシンプルな構造と軽薄短小の部材、部品構成とされながら、流体力を電力へ、電力を流体力へ変換可能とするすぐれたエネルギー変換素子としてのの役割と低価格を約束した。とりわけ風力発電システムのロータとしては低風速時の高出力効果と並はづれた静寂性と突風対応の強靭性をあわせもつとともにローコスト化を実現した。また河川流・潮海流利用の水力発電システムのタービンとしても本ロータはすぐれた効果効用を発揮した。この他には、各種サイズの送風・冷却などのシステム用軸流ファンとして本ロータはその出力効果とともに静寂性にすぐれたものとして評価されている。
さらにヘリコプター用のロータやプロペラ航空機用のプロペラなどの分野において小径ながら高出力と低騒音性が得られる新技術として本発明のロータは採用されよう。
また船舶用のスクリューに代替しうる新技術として、本発明ローターは
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〈第９図〉に示されるウイング１においてその軸材軸心３とピッチ巾方向８を含む面に対称となる様に設けられた、対となるウイング１の２葉が左右一体に組合せられた連結型ウイングは、図示されていないが、航空機の水平翼に代替されて有効である。とかく従来型の水平翼の先端部に発生しやすい巻き上げ気流を抑止するとともに２枚翼による揚力増大と翼自体の強靭性向上しうるものとして本発明の形態構成は低くない評価を得ている。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例ロータ斜視図
【図２】実施例ロータ斜視図
【図３】実施例ロータ平面図
【図４】実施例ロータ平面図
【図５】実施例ウイング斜視図
【図６】実施例ウイング斜視図
【図７】実施例ウイング斜視図
【図８】実施例ウイング斜視図
【図９】実施例ウイング平面図
【図１０】実施例ウイング斜視図
【図１１】実施例ウイング平面図
【図１２】実施例ウイング断面図
【図１３】実施例ウイング断面図
【図１４】実施例ウイング部分・断面斜視図
【図１５】実施例ウイング部分・断面斜視図
【図１６】実施例ウイング部分・断面斜視図
【図１７】実施例ウイング斜視図
【図１８】実施例ウイング斜視図
【図１９】実施例風車機能模式図
【図２０】実施例送風機能模式図
【符号の説明】１′        従来例ウイング
１，（１）  実施例ウイング
１′０      実施例ブレード各辺
１１        実施例直行状ブレード
１２        実施例中間ブレード
１３        実施例中間ブレード
１４        実施例延長ブレード
１５        実施例補充リング状ブレード
２          ハブ
３          軸材、軸心
４          ロータ
５１        ウイング軸心
５２        ウイング軸直交心
６１        外側凸湾曲折曲線
６２        外側凹湾曲折曲線
７          中間ブレード中央部ピッチ巾方向線
８          直行ブレードつけ根部ピッチ巾方向線
θ１        軸材軸心
θ２        直行状ブレード２辺相互のずれ角
θ３        ピッチ巾方向８とピッチ巾方向７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】
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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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