(57)【要約】この発明は、風力によって回転する風車装置に関し、特に、風向に左右されることなく効率よく回転エネルギを得るため、第１には、３枚の各ブレードの横断面内周面形状を、各ブレードの上記垂直軸中心から最も離れた位置と上記垂直軸との距離である最外半径をｒ１、各ブレードの上記垂直軸に最も近い位置と上記垂直軸との距離である最内半径をｒ２、上記垂直軸から最も離れた位置と上記垂直軸とを結ぶ線分を基準とする上記ブレードの横断面の内周面の任意の位置ｒの角度（ｒａｄ）をｔ、（但し、０＜＝ｔ＜＝２π／３）とした場合に、ｒ＝（ｒ１−ｒ２）×（（ｔ−２π／３）×２）／（２π／３）×２＋ｒ２を満たす形状としたこと、第２に、風車装置の外周に回転しない固定ガイドフィンを設けたこと、第３に、ブレードに沿って導入された風を渦流化させることなく、スムーズに風車外へと逃がすことができるように構成したことを特徴とする。
2003027497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に垂直軸を設けてなる底板上に設けられた横断面形状が湾曲してなる板状の３枚のブレードと、これらブレードの風力による回転エネルギを他のエネルギに変換するエネルギ変換手段と、を備え、上記ブレードは、横断面形状が湾曲してなる板状で、その一側端が上記垂直軸から遠く、その他側端が上記垂直軸に近い状態で、互いに等間隔に配置されたものである三枚翼式垂直型風車装置において、各ブレードの上記垂直軸中心から最も離れた位置と上記垂直軸との距離である最外半径をｒ１、各ブレードの上記垂直軸に最も近い位置と上記垂直軸との距離である最内半径をｒ２、上記垂直軸から最も離れた位置と上記垂直軸とを結ぶ線分を基準とする上記ブレードの横断面の内周面の任意の位置ｒの角度（ｒａｄ）をｔ、（但し、０＜＝ｔ＜＝２π／３）とした場合に、上記ブレードの横断面の内周面の形状を、
ｒ＝（ｒ１−ｒ２）×（（ｔ−２π／３）×２）／（２π／３）×２＋ｒ２
を満たす形状としたことを特徴とする三枚翼式垂直型風車装置
【請求項２】
横断面形状が湾曲してなる板状の３枚のブレードと、これらのブレードを一定方向に回転可能に支持し、かつ、３枚のブレードを互いに等間隔に保持する基台と、該基台の外周に沿って等間隔に立設された３枚の固定ガイドフィンと、を有して構成されてなり、上記各固定ガイドフィンは、上記３枚のブレード外周端の回転軌跡に対する接線方向よりも大きな角度で傾設されていることを特徴とする三枚翼式垂直型風車装置。
【請求項３】
前記固定ガイドフィンの幅と角度は、フィンに対する風向角度が直角となったときに、固定ガイドフィンの外端部が前記ブレード外周端の回転軌跡よりも大きく設定されていることを特徴とする請求の範囲２に記載の三枚翼式垂直型風車装置。
【請求項４】
前記ブレードの横断面形状を、湾曲部と湾曲部の一端から延出する長辺部と該湾曲部の他端から延出する短辺部とからなる略Ｊ字状としたことを特徴とする請求の範囲２または３のいずれかに記載の三枚翼式垂直型風車装置。
【請求項５】
前記ブレードの前記長辺部を、前記湾曲部上の一点を中心として開閉自在とすることにより、前記短辺部と上記長辺部との開度を調節自在とし、風力が小さい場合には上記開度を大きくし、風力が大きい場合には上記開度を小さくするようにしたことを特徴とする請求の範囲４に記載の三枚翼式垂直型風車装置。
【請求項６】
風力によって回転し、その回転エネルギを他のエネルギに変換する風車装置であって、その中心から突出する垂直軸を設けてなる底板と、この底板にその下端若しくは上端を固定された横断面形状が湾曲してなる板状の３枚のブレードが配設されてなり、上記垂直軸を筒状に形成し、該筒状の胴部には、風抜き用の貫通穴を所要数開設したことを特徴とする三枚翼式垂直型風車装置。
【請求項７】
請求の範囲２乃至５のいずれかに記載の三枚翼式垂直型風車装置に、請求の範囲１に記載の構成を組み合わせたことを特徴とする三枚翼式垂直型風車装置。
【請求項８】
請求の範囲２乃至５のいずれかに記載の三枚翼式垂直型風車装置に、請求の範囲６に記載の構成を組み合わせたことを特徴とする三枚翼式垂直型風車装置。
【請求項９】
請求の範囲２乃至５のいずれかに記載の三枚翼式垂直型風車装置に、請求の範囲１および請求の範囲６に記載の構成を組み合わせたことを特徴とする三枚翼式垂直型風車装置。
【発明の詳細な説明】
発明の技術背景
発明の属する技術分野
この発明は、風力によって回転し、その回転エネルギを電気エネルギ等の他のエネルギに変換する風車装置に関し、特に、風向に左右されることなく効率よく回転エネルギを得ることのできると共に、従来のプロペラ方式のものと比較して、その風切り音が気にならないほどに静粛であり、家庭等に設置しても、騒音が発生する心配もない三枚翼式垂直型風車装置の改良に関する。
従来の技術
例えば、小電力を得るための発電装置として風力発電が、環境汚染がない等の利点から注目されている。従来の風力発電装置の場合、一般的に水平軸にプロペラを設けたものが使用されている。このような風力発電装置においては、風の向きに上記プロペラを向けてやる必要があり、風向を検知する面倒やプロペラを風向に合わせるための制御装置にコストがかかる等、不具合があるものであった。
また、従来知られている風車装置には、図１に示すような、サボニウス式のものも知られている。このようなサボニウス式の風車装置は、円板状の上下一対の底板１に、横断面が半円弧形の板状のブレード２を一対、図示のように設けてなるもので、やはり風向との位置関係で回転しない位置（死点）が存在する。すなわち、図１（Ａ）に示す状態（両ブレード２の重なり合った位置に向けて風が吹き込む状態）の場合には、風Ａによる時計方向の回転力（以下、反回転力と称す）と風Ｃによる反時計方向の回転力（以下、順回転力と称す）とが相殺され、この風車は回転しない。また、図１（Ｂ）に示す状態（一のブレード２の背面２ａに向けて風が吹き込む状態）の場合には、風Ａによる反回転力が強く、所望方向の回転力（順方向回転力）を得ることができない。したがって、サボニウス式の風車装置の場合においても、上述したプロペラ式の風車装置と同様、風向きを検知してその風向きに適合する状態に、当該風車装置を制御しなければならない。
本出願人は、上記従来の風車装置の不都合を解消すべく、先の出願で、図２乃至図７に示す三枚翼式垂直型風車装置を提案している（特願２０００−２９７６３７号）。
この先の出願に係る三枚翼式垂直型風車装置は、基台４と上部材５とを複数本（図示の例の場合３本）の支柱６によって固定し、これら基台４と上部材５と支柱６との間に、この発明の特徴部分である三枚翼（ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）を設けている。上記基台４の内部には上述した発電手段が設けられている。また、上記上部材５の内部には、図示しない風力検出装置等の各種検出手段や制御手段（図示せず）が設けられている。これら検出手段や制御手段に連続する各種コード類は、上部材５に形成した取り出し口７から外部に延出されている。
上記基台４と上部材５と支柱６との間には、上下一対の底板８と、この一対の底板８にその上下両端をそれぞれ固定された、横断面形状が湾曲してなる板状の３枚のブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、が配置されている。上記一対の底板８の中心には１本の垂直軸９が各底板８と一体に設けられており、且つ、この垂直軸９は、下方の底板８を貫通して上記発電手段に結合されている。この垂直軸９は、上記ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの回転力を上記発電手段に伝達する。
上記３枚のブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、図５乃至図７に示すように、一側端３ｃが上記底板８の中心Ｏから遠く、他側端３ｄが上記中心Ｏから近い状態で配置されている。且つ、ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの一側端３ｃから上記中心Ｏまでの距離Ｒ２と、ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの他側端３ｄから上記中心Ｏまでの距離Ｒ１とは、いずれのブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃにおいても等しくするとともに、３枚のブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃが互いに等間隔に位置するように配置されている。そして、互いに隣り合うブレード（例えば、ブレード３Ａ、３Ｂ）のうちの一方のブレード（例えば、ブレード３Ａ）の他側端部と、その一側端部が上記一方のブレード（例えば、ブレード３Ａ）の他側端部の外方に位置する他方のブレード（例えば、ブレード３Ｂ）の上記一側端部と、により吸風口１０を構成している。
上述のように構成される先の出願に係る風車装置にあっては、前述したような従来の各風車装置のように風向きを考慮する必要がなく、しかも簡易な構成で安価に製造できる。すなわち、図７（Ａ）に示すように、風Ｃ、Ｄはブレード３Ａの背面３ａに当り、このブレード３Ａの背面３ａによってブレード３Ｂの内面３ａに達し、順回転力を生じせしめる。また、風Ｅは直接ブレード３Ｂの内面３ｂに当り、やはり順回転力を生じさせる。風Ｃ、Ｄ、Ｅはさらにブレード３Ｂの内面３ｂに沿って進み、ブレード３Ｃの内面３ｂに当り、順回転力を生じせしめる。一方、風Ａ、Ｂは、ブレード３Ｃに当り、反回転力を生じせしめるが、この反回転力は上記風Ｃ、Ｄ、Ｅによる順回転力よりも十分に小さいため、該風車装置は、効率よく順回転する。このことは、風がいずれの方向から流れていても言えることである。すなわち、この風車装置の場合、何れの方向からでも風向きに影響されず、効率の良く回転力を得ることが可能になる。
従って、この先の出願に係る風車装置を適宜の場所に固定しておけば、風が如何なる方向から吹いていても上記ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃは確実に所望方向（順方向）に回転し、もって確実に発電することが可能になる、という効果が得られる。
この発明は、本出願人が先に提案した上記三枚翼式垂直型風車装置の風力利用による発電効率を、簡易な構成により大幅に向上することができる改良された三枚翼式垂直型風車装置を提供することを目的とするものである。
発明の概要
この発明に係る三枚翼式垂直型風車装置は、請求の範囲１に記載したように、その中心に垂直軸を設けてなる底板上に設けられた３枚のブレードと、これらブレードの風力による回転エネルギを他のエネルギに変換するエネルギ変換手段と、を備え、上記ブレードは、横断面形状が湾曲してなる板状で、その一側端が上記垂直軸から遠く、その他側端が上記垂直軸に近い状態で、互いに等間隔に配置されたものである三枚翼式垂直型風車装置において、各ブレードの上記垂直軸中心から最も離れた位置と上記垂直軸との距離である最外半径をｒ１、各ブレードの上記垂直軸に最も近い位置と上記垂直軸との距離である最内半径をｒ２、上記垂直軸から最も離れた位置と上記垂直軸とを結ぶ線分を基準とする上記ブレードの横断面の内周面の任意の位置ｒの角度（ｒａｄ）をｔ、（但し、０＜＝ｔ＜＝２π／３）とした場合に、上記ブレードの横断面の内周面の形状を、
ｒ＝（ｒ１−ｒ２）×（（ｔ−２π／３）×２）／（２π／３）×２＋ｒ２
を満たす形状としたことを特徴とするものである。
また、この発明に係る三枚翼式垂直型風車装置では、ブレードの回転効率を向上させる他の手段として、請求の範囲２に記載したように、横断面形状が湾曲してなる板状の３枚のブレードと、これらのブレードを一定方向に回転可能に支持し、かつ、３枚のブレードを互いに等間隔に保持する基台と、該基台の外周に沿って等間隔に立設された３枚の固定ガイドフィンと、を有して構成されてなり、上記各固定ガイドフィンは、上記３枚のブレード外周端の回転軌跡に対する接線方向よりも大きな角度で傾設されていることを特徴とするものである。
この場合、上記固定ガイドフィンの幅と角度は、請求の範囲３に記載したように、フィンに対する風向角度が直角となったときに、固定ガイドフィンの外端部が前記ブレード外周端の回転軌跡よりも大きくなるように設定するのが望ましい。
また、請求の範囲２に記載の三枚翼式垂直型風車装置にあっては、前記ブレードの横断面形状を、例えば、請求の範囲４に記載したように、湾曲部と湾曲部の一端から延出する長辺部と該湾曲部の他端から延出する短辺部とからなる略Ｊ字状に構成するのが望ましい。
この場合、前記ブレードの前記長辺部を、請求の範囲５に記載したように、前記湾曲部上の一点を中心として開閉自在とすることにより、前記短辺部と上記長辺部との開度を調節自在とし、風力が小さい場合には上記開度を大きくし、風力が大きい場合には上記開度を小さくするように構成するのが望ましい。
さらに、この発明に係る三枚翼式垂直型風車装置では、ブレードの回転効率を向上させる他の手段として、請求の範囲６に記載したように、風力によって回転し、その回転エネルギを他のエネルギに変換する風車装置であって、その中心から突出する垂直軸を設けてなる底板と、この底板にその下端若しくは上端を固定された横断面形状が湾曲してなる板状の３枚のブレードが配設されてなり、上記垂直軸を筒状に形成し、該筒状の胴部には、風抜き用の貫通穴を所要数開設したことを特徴とするものである。
そして、この発明に係る三枚翼式垂直型風車装置では、ブレードの回転効率を向上させる他の手段として、請求の範囲７乃至９に記載したように、請求の範囲２乃至５のいずれかに記載の三枚翼式垂直型風車装置に、請求の範囲１または／および請求項６に記載の構成を組み合わせて構成したことを特徴とするものである。
発明の最良の形態
以下、この発明の実施の第１形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置の基本的な構成について、図８に基づいて説明する。
この形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置の３枚のブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、図８に示すように、上記垂直軸９から最も離れた位置３ｃと上記垂直軸９との距離である最外半径をｒ１、各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの上記垂直軸９に最も近い位置３ｃと上記垂直軸９との距離である最内半径をｒ２、上記垂直軸９から最も離れた位置３ｄと上記垂直軸９とを結ぶ線分を基準とする、上記ブレードの横断面の内周面３ｂにおける任意の位置ｒの角度（ｒａｄ）を
ｔ（但し、０＜＝ｔ＜＝２π／３）、
係数をａとした場合、ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの回転を考慮すると、上記ｒは、
ｒ＝（ｒ１−ｒ２）×（（Ｔ−２π／３）×２）／（２π／３）×２＋ｒ２‥▲１▼
で表すことができる。そして、上記ｔが０のときに上記ｒはｒ１となることから、上記▲１▼式にｔ＝０を代入して、
ｒ１＝ａ×（（２π／３）×２）＋ｒ２‥‥▲２▼
となる。この▲２▼式を変形して、
ａ＝（ｒ１−ｒ２）／（（２π／３）×２）
を得る。上記ａを上記▲１▼式に代入することで、上述したような式、
ｒ＝（ｒ１−ｒ２）×（（ｔ−２π／３）×２）／（２π／３）×２＋ｒ２
を得る。尚、図中、符号３ａはブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの外周面である。
それ故、この形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置にあっては、各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの横断面内周面３ｂの形状を、
ｒ＝（ｒ１−ｒ２）×（（Ｔ−２π／３）×２）／（２π／３）×２＋ｒ２
を満たす形状とすることにより、上記各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの横断面内周面３ｂに沿う風の流れが、各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃを無駄なく回転させる向きとなることが実験で確認された。
また、前述した先の出願に基づく三枚翼式垂直型風車装置と、この形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置との単位時間あたりの回転数や発電量等を比較する実験を行ったところ、いずれもこの形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置が勝っていた。
即ち、上記各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの横断面内周面３ｂを上述のように構成することにより、先の出願に係る三枚翼式垂直型風車装置が有する各種効果をそのままに、本形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置の回転効率が向上することがわかった。
このように、本形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置は、簡易な構成で安価に製造できるにも拘わらず、風向きに影響されず、先の出願に係る三枚翼式垂直型風車装置以上の効率の良い回転力を得ることができると共に、各ブレードは垂直軸を中心として回転するので、従来のプロペラ方式のものと比較して、その風切り音が気にならないほどに静粛であり、家庭等に設置しても、騒音が発生する心配もない。
次に、図９乃至図１５は、この発明の実施の第２形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置を示しており、本形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置は、風向きに関係なく風車を効率的に回転させる他の手段として、図９に示すように、基台４と上部材５とを３本の固定ガイドフィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃによって連結固定されており、これら基台４と上部材５と固定ガイドフィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃとの間に、三枚翼であるブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃが設けられている。尚、上記基台４の内部には、前記先の出願に係る風車装置と同様の発電手段が設けられている。また、上記上部材５の内部には、図示しない風力検出装置等の各種検出手段や制御手段（図示せず）が設けられている。これら検出手段や制御手段に連続する各種コード類は、上部材５に形成した取り出し口（図示せず）から外部に延出されている。
そして、上記基台４と上部材５と固定ガイドフィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃとの間には、上下一対の底板８と、この一対の底板８にその上下両端をそれぞれ固定された横断面形状が湾曲してなる板状の３枚のブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、が配置されている。上記一対の底板８の中心には１本の垂直軸９（図９乃至図１４参照）が各底板８と一体に設けられている。
この垂直軸９は、下方の底板８を貫通して上記発電手段に結合されている。この垂直軸９は、上記ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの回転力を上記発電手段に伝達する。
上記３枚のブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、第１形態例と同様に、一側端３ｃが上記底板８の中心Ｏから遠く、他側端３ｄが上記中心Ｏから近い状態で配置されている。そして、図９と図１０からも明らかなように、上記ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの一側端３ｃから上記中心Ｏまでの距離ｒ２と、ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの他側端３ｄから上記中心Ｏまでの距離ｒ１とは、いずれのブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃにおいても等しくするとともに、３枚のブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃが互いに等間隔に位置するように配置されている。そして、互いに隣り合うブレード（例えば、ブレード３Ａ、３Ｂ）のうちの一方のブレード（例えば、ブレード３Ａ）の他側端部と、その一側端部が上記一方のブレード（例えば、ブレード３Ａ）の他側端部の外方に位置する他方のブレード（例えば、ブレード３Ｂ）の上記一側端部と、により吸風口１０が形成されている。
また、上記３本の固定ガイドフィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、支柱としての機能も有していると共に、平面（水平断面）形状が略水滴状に形成された太径基部が、図９に示すように、上記上部材５と下底板８の外周面に沿って１２０度の間隔で固定されていると共に、その下端部は上記底板４に上記間隔で立設固定されている。
また、上記３本の固定ガイドフィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、上部材５と下底板８の外周面、即ち、ブレード３Ａ，３Ｂ，３Ｃの回転軌跡に対する接線方向よりも大きな角度で傾設されている。尚、固定ガイドフィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの幅と角度は、流体力学に基づいて最適の断面形状が得られるように構成するのが望ましいが、少なくとも、フィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに対する風向角度が直角となったときに、固定ガイドフィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの外端部が前記ブレード３Ａ，３Ｂ，３Ｃの外周端の回転軌跡よりも大きく設定する方が有効である。フィンの幅があまり大きいと、風車の回りに乱気流が発生するので、三枚翼風車の特性を生かすことができず、却って回転力が弱まるためである。
本形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置にあっては、前述したような従来の各風車装置のように風向きを考慮する必要がなく、しかも、簡易な構成で、以下に説明するように、発電効率が大幅に向上させることができるものを安価に製造できる。
即ち、図１０に示す位置関係の場合、風Ａは固定ガイドフィン２０Ａに当るが回転力には影響せず、風Ｂは反回転力となるが固定ガイドフィンの有無には関係せず、また、風Ｃも固定ガイドフィンの有無に関係なく回転力に寄与する。風Ｄは、固定ガイドフィン２０Ｂに当ってブレード３Ｂに沿って流れ、ブレード３Ｃに当って回転力に付与するが、固定ガイドフィン２０Ｂがなければブレード３Ｂに当って回転力に寄与するはずであるから、この風Ｄによる回転力の寄与は結果的にマイナス要因となる。風Ｅは、本来、風車の範囲を外れて回転力には寄与しない風であるが、固定ガイドフィン２０Ｃに当ってブレード３Ｃへと導かれ、回転力に寄与する。従って、この図１０の位置関係のときには、全体的に回転力がプラスされる。
次ぎに、図１１に示す位置関係では、風Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図１０と同様に作用する。風Ｅも図１０と同様に、本来は風車の回転とは無関係であるが、この形態例では固定ガイドフィン２０Ｃに当ってブレード３Ｃへと導かれ、回転力に寄与する。従って、この図１１の位置関係のときにも、全体的に回転力がプラスされる。
次ぎに、図１２に示す位置関係では、風Ａは固定ガイドフィン２０Ａに当って風車の外側へと外れる。この固定ガイドフィン２０Ａがない場合には、風Ａはブレード３Ｃの回転を妨げるが、この固定ガイドフィン２０Ａがあるため、風車への反回転力を有効に妨げることができる。また、風Ｂは、固定ガイドフィン２０Ａに当ってブレード３Ａに沿い、回転力に寄与する。風Ｃ，Ｄは固定ガイドフィンがないときと同様である。
そして、図１３に示す位置関係では、風Ａは固定ガイドフィン２０Ａに当って風車の外側へと外れる。この固定ガイドフィン２０Ａがない場合には、風Ａはブレード３Ｃの回転を妨げるが、この固定ガイドフィン２０Ａがあるため、風車への反回転力を有効に妨げることができる。また、風Ｂは、固定ガイドフィン２０Ａに当ってブレード３Ｃ方向へと流れ込み、また、風Ｃはブレード３Ｃに当り、回転力に寄与する。風Ｄはブレード３Ｂに沿い、風車の回転に寄与する。さらに、風Ｅは、固定ガイドフィン２０Ｂに当ってブレード３Ｂに沿うように導かれ、風車の回転に寄与する。
次ぎに、図１４に示す位置関係では、風Ａは固定ガイドフィンがないときと同様に流れ、また、風Ｂ及び風Ｃは固定ガイドフィン２０Ａに当ってブレード３Ａに沿って流れてブレード３Ｂの回転力に寄与する。この風Ｂ，Ｃは固定ガイドフィン２０Ａがない場合には、ブレード３Ｃに当り反回転力が生じるので、固定ガイドフィン２０Ａを設ける方が回転力を増加させる点でプラス要因が大きい。さらに、風Ｄ，Ｅは固定ガイドフィンを設けていない場合と同様である。また、風Ｆは固定ガイドフィン２０Ｂに当りブレード３Ｂへと導かれ回転力に寄与する。風Ｆは固定ガイドフィン２０Ｂがなければ、風車の外側で回転力に寄与しない。
さらに、図１５に示す位置関係では、風Ａは固定ガイドフィンがないときと同様に流れ、また、風Ｂ及び風Ｃは固定ガイドフィン２０Ａに当ってブレード３Ａの回転力に寄与するが、この場合には、固定ガイドフィン２０Ａを設けない場合も同様であるので、結果的には回転力アップにはあまりプラスにはならない。さらに、風Ｄ，Ｅは固定ガイドフィンを設けていない場合と同様である。また、風Ｆは固定ガイドフィン２０Ｂに当りブレード３Ａに沿って流れ、ブレード３Ｂに当り回転力に寄与する。風Ｆは固定ガイドフィン２０Ｂがなければ、風車の外側なので回転力に寄与しない。
従って、この実施例に係る三枚翼式垂直型風車装置を適宜の場所に固定しておけば、風が如何なる方向から吹いていても上記ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃは確実に所望方向（順方向）に回転し、もって確実に発電することが可能になる。尚、この形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置の寸法等は、発電量に応じて設定する。小電力の発電でよい場合は、例えば、全体としての高さを５０ｃｍ程度にする。これら寸法に関しては、設計的事項に過ぎない。
次に、図１６と図１７は、この発明の実施の第３形態例を示している。本形態例は、さほど強くない風に対して効率よく発電することのできる三枚翼式垂直型風車装置に関する。尚、上述した第２形態例と同様に構成された部分には同一符号を付して重複する説明を省略し、以下、この形態例の特徴部分を中心に説明する。
この形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置は、上下一対の底板８に、この底板８の中心から等距離で互いに等間隔に設けられた３本の支持軸１１を設けている。そして、３枚の各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃをこの支持軸１１を介して回動自在に取り付けており、該底板８の外側には、第１形態例と同様に、３つの固定ガイドフィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが配設されている。尚、本形態例に係るブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの横断面形状は、図１６及び図１７に示すように、１／３円弧形状としている。更に、上記一対の底板８には、図１６に示すように、円弧状の通孔からなる３個のガイド１２を形成し、各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの一側端に設けた突部１３をこのガイド１２に挿通している。更に、この突部１３の上記底板８から突出した端部には錘１４を固定している。また、上記突部１３にその一端を係止した引っ張りコイルばね１５の他端を、上記垂直軸９に係止させている。これらガイド１２、突部１３、錘１４、引っ張りコイルばね１５、垂直軸９の一部により、上記ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃが風力に応じて適宜の量だけ回動する回動量調節手段を構成している。
このように構成されてなる第３形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置においては、弱風時に有効な回転力を得られる。すなわち、このような構成を採用した場合、各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃに当たる風が弱い際には、上記引っ張りコイルばね１５の弾性力により、図１６に破線で、図１７に実線でそれぞれ示すように、各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの一端部が、底板８の中心側の限界点まで引っ張られており、各錘１４はそれぞれＷ１、Ｗ２、Ｗ３の各位置に達し、各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、図１６に破線で、図１７に実線で、それぞれ示す状態に位置し、最も効率よく回転する状態となる。
この状態から、風が強くなると、ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの回転速度が増大し、各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃは各錘１４の遠心力により各支持軸１１を中心として回動し、上記引っ張りコイルばね１５の弾性力と上記遠心力とが釣り合った状態となるよう、その位置を変える。上記ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、上記一対の底板８に設けたガイド１２に沿って回動するため、この回動は円滑に行える。
さらに、例えば、固定ガイドフィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの前記作用等によってブレード３Ａ，３Ｂ，３Ｃに当る風の強さが増大すると、上述のようにしてブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの位置関係が変化し、回転効率が低下してある回転数以上とはならない。さらに強風の場合、各錘１４は、図１７に二点鎖線で示すように、それぞれ反対側の限度位置まで達し、各ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、図１６及び図１７にそれぞれ二点鎖線で示すように、閉じて円筒形状態となる。この結果、ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃは回転しなくなる。風の強さが弱まると、上記各錘の位置が変化し、ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃが適宜の位置を取って回転力増大を促すようになる。このため、強風で風車装置が破損するようなことがなくなるとともに、効率の良い回転力を得ることが可能となる。その他の構成並びに作用は、上述した第２形態例と同様である。
図１８と図１９は、この発明の実施の第４形態例を示している。本形態例は、上述した第３形態例とは逆に、風車装置を、強風時に効率よく回転力を得られるように構成したものである。尚、本形態例において、第２形態例と同様に構成された部分には、第２形態例と同一の符号を付してその詳細な説明をここでは省略する。勿論、この形態例においても、本発明の特徴構成である固定ガイドフィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが底板８の外側に配設されているのは第２および第３形態例と同様である。
即ち、ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの横断面形状を、湾曲部１６と該湾曲部１６の一端から延出する長辺部１７と該湾曲部１６の他端から延出する短辺部１８とからなる略Ｊ字状としている。更に、本形態例の場合、上記ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの長辺部１７を、上記湾曲部１６上の一点Ｍを中心として、図１９に実線で示す状態と同図に二点差線で示す状態との間で開閉自在としている。この開閉動作は、例えば、上記長辺部１７に連結した図示しない線状部材（例えば、ピアノ線）を巻き取り或いは巻き戻すことにより可能である。そして、このように上記長辺部１７を、上記湾曲部１６上の一点Ｍを中心として開閉自在することにより、上記短辺部１８と上記長辺部１７との開度を調節自在とし、風力が小さい場合には上記開度を大きくし、風力が大きい場合には上記開度を小さくするようにしている。
上述したような構成を採用することにより、この第４形態例においては、高速回転時におけるブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃ自体の空気抵抗を低減でき、かつ、固定ガイドフィン２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの作用によりブレード３Ａ，３Ｂ，３Ｃへの風の当りが強くなり風車の高速回転が可能になる。すなわち、上記長辺部１７に連結した線状部材を、例えば電動機の駆動により巻き戻す（上記長辺部１７を押す）ことにより、若しくは巻き取る（上記長辺部１７を引く）ことにより、開度の調整を行う。この場合、風力を直接若しくは間接的に検出する風力計等の検出手段を設け、この検出手段による検出結果に基づいて前記開度調整手段を作動させるように構成することもできる。この場合、開度調整は自動的に行われるため、面倒な作業を省略できる。
図２０と図２１は、この発明の実施の第５形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置を示しており、この形態例では、第１乃至第４形態例に係る風車装置の風車の回転効率をさらに向上させる手段が適用された風車装置を示している。尚、この形態例においても、前記第１形態例乃至第４形態例および先の出願に係る三枚翼式垂直型風車装置の構成と同様の構成部分については、これらで用いた符号と同一の符号を付して、その詳細な説明をここでは省略する。
この形態例における特徴構成は、一対の底板８の中心に配設される垂直軸９を円筒状に形成し、これに風抜き穴３０を複数個開設した点にある。勿論、この垂直軸９は、下方の底板８を貫通して上記発電手段に結合されており、この垂直軸９は、上記ブレード３Ａ、３Ｂ、３Ｃの回転力を上記発電手段に伝達する。
即ち、この円筒状の垂直軸９の胴部には、特に図２１からも明らかなように、その胴部上下２段に、周方向に沿って４個の風抜き穴３０が貫通開設されている。勿論、この風抜き穴３０の段数や周方向に沿う数は、本形態例に限定されるものではなく、風車の大きさや設置場所等の諸条件に対応させて最適の回転効率が実現できる形態を採用することができる。
このように構成されてなる本形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置にあっては、風向きに左右されることなく、かつ、ブレード３Ａ，３Ｂ，３Ｃに沿って底板８の中心部方向に導入された風を渦流化させることなく、スムーズに風車外へと逃がすことができるので、該中心回りに風が滞留して回転に対する反力として作用しないので、風車を非常に効率よく回転エネルギを得ることができる。
尚、上述の各形態例においては、上記構成からなる風車装置に適用した場合を例にとり説明したが、この発明にあっては、風が円盤の外側から内側へと流れ込む形式の各種風車装置に適用できることは勿論であり、また、上記各形態例では、風車装置を発電に利用する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば揚水にも利用することができる。
産業上の利用可能性
請求の範囲１に記載の発明は、以上説明したように、３枚の各ブレードの横断面内周面形状を前記式に基づいて構成したので、各ブレートに沿う風の流れが、各ブレードを無駄なく回転させることができ、その結果、風向に左右されることなく効率よく回転エネルギを得ることができ、上記回転エネルギを電気エネルギ等の他のエネルギに安定して変換することができると共に、各ブレードは垂直軸を中心として回転するので、従来のプロペラ方式のものと比較して、その風切り音が気にならないほどに静粛であり、家庭等に設置しても、騒音が発生する心配もない、という効果が得られる。
また、請求の範囲２に記載の発明にあっては、回転しない固定ガイドフィンを設けたので、三枚翼式垂直型風車装置の外形は少し大きくはなるが、これらフィン自体は回転しないので、風車の直径を大きくするよりも回転効率を大幅に向上させることができると共に、この種の垂直型風車装置には必要不可欠な支柱を固定ガイドフィンで構成することができるので、部品点数を増加させることなく三枚翼式垂直型を構成することができ、コストアップを防止することができる。
さらに、請求の範囲３に記載の三枚翼式垂直型にあっては、固定ガイドフィンの幅と角度は、フィンに対する風向角度が直角となったときに、固定ガイドフィンの外端部が前記ブレード外周端の回転軌跡よりも大きく設定して構成したので、効率よく風を三枚のブレードへと導入することができるので、風車の回転効率が大幅に向上させることができる。
また、請求の範囲４に記載の三枚翼式垂直型にあっては、上記ブレードの横断面形状を、湾曲部と湾曲部の一端から延出する長辺部と該湾曲部の他端から延出する短辺部とからなる略Ｊ字状としたので、高速回転時におけるブレード自体の空気抵抗を低減でき、高速回転を可能にすることができる。
さらに、請求の範囲５に記載の三枚翼式垂直型風車装置にあっては、上記ブレードの上記長辺部を、上記湾曲部上の一点を中心として開閉自在とすることにより、前記短辺部と上記長辺部との開度を調節自在とし、風力が小さい場合には上記開度を大きくし、風力が大きい場合には上記開度を小さくするように構成したので、弱風時にも強風時にも風車装置を効率よく回転させることができる。
そして、請求の範囲６に記載の発明にあっては、風向きに左右されることなく、かつ、ブレードに沿って導入された風を渦流化させることなく、スムーズに風車外へと逃がすことができるように構成したので、非常に効率よく回転エネルギを得ることができる。
さらに、請求の範囲７乃至９は、請求の範囲２乃至５のいずれかに記載の発明構成と、請求の範囲１または／および請求の範囲６に記載の構成を組み合わせて構成することで、より効率的な回転効率を容易に得ることができるの等、幾多の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来から知られているサボニウス式の風車装置を示しており、（Ａ）及び（Ｂ）は風向きに対するブレードの位置とその回転について説明するための平面図である。
図２は、本出願人が先に提案した三枚翼式垂直型風車装置の斜視図である。
図３は、同三枚翼式垂直型風車装置の正面図である。
図４は、同三枚翼式垂直型風車装置の一部を省略して示す縦断側面図である。
図５は、同三枚翼式垂直型風車装置の横断図である。
図６は、同三枚翼式垂直型風車装置のブレード設置部分を取り出して示す斜視図である。
図７は、同三枚翼式垂直型風車装置のブレードの位置関係による回転力を説明するためのそれぞれ平面図である。
図８は、この発明の実施の第１形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置の特徴部分を示す説明図である。
図９は、この発明の実施の第２形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置の概略的な構成を示す斜視図である。
図１０は、同三枚翼式垂直型風車装置のブレードにおける第１の位置関係による回転力を説明するための平面図である。
図１１は、同三枚翼式垂直型風車装置のブレードにおける第２の位置関係による回転力を説明するための平面図である。
図１２は、同三枚翼式垂直型風車装置のブレードにおける第３の位置関係による回転力を説明するための平面図である。
図１３は、同三枚翼式垂直型風車装置のブレードにおける第４の位置関係による回転力を説明するための平面図である。
図１４は、同三枚翼式垂直型風車装置のブレードにおける第５の位置関係による回転力を説明するための平面図である。
図１５は、同三枚翼式垂直型風車装置のブレードにおける第６の位置関係による回転力を説明するための平面図である。
図１６は、この発明の実施の第３形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置のブレード設置部分を取り出して示す斜視図である。
図１７は、同じく開度調整手段の作動を説明するための平面図である。
図１８は、この発明の実施の第４形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置のブレード形状を示す平面図である。
図１９は、同ブレードの作動状態を示す平面図である。
図２０は、この発明の実施の第５形態例に係る三枚翼式垂直型風車装置の概略的構成を示す平面図である。
図２１は、同風車装置の風抜き部を示す要部端面図である。
【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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【図２１】
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【国際調査報告】
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