(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支柱上における管状の取付体上部に水平に装着された風車筐体の内部から、後方に向かって水平に突出させたロータ軸の後部に、横軸ロータを装着した横軸風車において、前記取付体は、下部を前記支柱の上面に固定するとともに、該取付体上部の嵌合部に、ベアリングを介して回転可能に嵌合させた回転部材を風車筐体下部内に一体に固定して、該風車筐体を回転部材により取付体の上部で回転可能とし、前記支柱の上端から前記回転部材を上方へ貫通して風車筐体内に突出する伝動軸の上端と、ロータ軸の前端とを、伝動手段をもって連結し、前記風車筐体の外周左右後側部から、先端がブレードに接触しないように後側方向へ突設した左右の支持腕の先端部に、それぞれ方向舵をブレードの位置と同等以後に位置して、垂直にかつ前後方向に長く配設したことを特徴とする横軸風車。
【請求項２】
前記方向舵を、外側面がロータ軸に対して35度〜45度の傾斜範囲で、後縁を外側方へ向けて配設してなることを特徴とする請求項１に記載の横軸風車。
【請求項３】
前記方向舵を、横断面が、外側面は前後に直線的で、内側面は前部から後部にかけて次第に内側へ大きく突出する曲面とし、その後縁を外側へ突出させてなることを特徴とする請求項１または２に記載の横軸風車。
【請求項４】
前記方向舵は、左右非対称に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の横軸風車。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横軸風車に係り、微風でも風向きが変化すると、瞬時にロータの前面を風上に向けるようになっている横軸風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車筐体の後部に方向舵を備える横軸風車は、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２０１２−９２６５１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に記載の発明では、風車筐体の中に、重量の重い発電機や変速機などが配設されているので、風車筐体の回転部分の重量は大となり、方向舵に相当な気流が当たっても、風車筐体の向きを風上に直ぐに向けることは困難である。
本発明は、微風による風向きの変化にも敏感に反応して、常にブレードの前面を風上に対向させることができるようにした、横軸風車を提供することを目的とするものである。
【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） 支柱上における管状の取付体上部に水平に装着された風車筐体の内部から、後方に向かって水平に突出させたロータ軸の後部に、横軸ロータを装着した横軸風車において、前記取付体は、下部を前記支柱の上面に固定するとともに、該取付体上部の嵌合部に、ベアリングを介して回転可能に嵌合させた回転部材を風車筐体下部内に一体に固定して、該風車筐体を回転部材により取付体の上部で回転可能とし、前記支柱の上端から前記回転部材を上方へ貫通して風車筐体内に突出する伝動軸の上端と、ロータ軸の前端とを、伝動手段をもって連結し、前記風車筐体の外周左右後側部から、先端がブレードに接触しないように後側方向へ突設した左右の支持腕の先端部に、それぞれ方向舵をブレードの位置と同等以後に位置して、垂直にかつ前後方向に長く配設したことを特徴とする横軸風車。
【０００７】
（２）前記方向舵を、外側面がロータ軸に対して35度〜45度の傾斜範囲で、後縁を外側方へ向けて配設してなる前記（1）に記載の横軸風車。
【０００８】
（３）前記方向舵を、横断面が、外側面は前後に直線的で、内側面は後部が内側へ突出する曲面とし、その後縁を外側へ突出させてなる前記（1）または（2）に記載の横軸風車。
【０００９】
（４）前記方向舵は、左右非対称に形成されている前記（1）〜（3）のいずれかに記載の横軸風車。  
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
【００１１】
前記（1）に記載の発明は、風車筐体の中に重量の重い発電機などが配設されていないので、支柱への取着部分にかかる重量が軽いため、微風でも回転しやすい。
一般には、回転部分にスリップリングが使用されているが、支柱に固定する取着固定部は、上部の嵌合部材に配設したベアリングで、回転部材を支持しているので、この回転部材と一体に固定された風車筐体は、方向舵に微風を受けても、軽快に反応して、ロータの前面を風上方向へ向けるように回転することができる。
【００１２】
前記（2）に記載の発明においては、方向舵は、外側面がロータ軸に対して35度〜45度の傾斜範囲で、配設されているので、前面から風を受けている時に、方向性は安定して維持される。
方向舵の配設角度をロータ軸に対して45度より開いた場合、方向舵に抵抗がかかり過ぎて、風向きの変化に不安定となる。また開度を35度よりも狭い場合には、風向きの変化に敏感に反応しにくい。
【００１３】
前記（3）に記載の発明においては、方向舵の、横断面が、外側面は前後に直線的で、内側面は内側へ突出する曲面とされ、後縁が外側へ突出しているので、外側面に沿う気流よりも、内側面に沿って通過する気流の速度の方が高速となり、かつコアンダ効果によって、後方外側方向へ通過する。
これによって、左右の方向舵に沿って通過する気流は、反作用で風車筐体をぐらつかせずに、中央に維持する作用があり、ロータの前面を常に風上に向ける。
【００１４】
前記（4）に記載の発明において、方向舵は、左右非対称に形成されているので、ロータの回転震動による、ロータの水平方向の旋回を、方向舵に受ける気流の非均等作用で抑止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の横軸風車の１実施形態の側面図である。
【図２】図１に示す横軸風車の要部拡大縦断側面図である。
【図３】図１における要部拡大平面図である。
【図４】図３を右方から見た正面図である。
【図５】本発明横軸風車の方向舵の実施例２の左側面図である。
【図６】本発明横軸風車の方向舵の実施例３の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１、図２に示すように、本発明の横軸風車１は垂直の管状支柱２の上端に、風車筐体３の前部を管状の取付体４を介して、回転可能に装着して構成されている。取付体４は風車筐体３の要部より垂下し、下端のフランジ４Ａを、支柱２の上端のフランジ２Ａにボルト止めすることにより、管状支柱２に固定されている。
【００１８】
図２に示すように、風車筐体３は細長い卵状をなし、その前部内側に支持枠体６が配設されている。支持枠体６の前後の軸受６Ａ、６Ｂは、ロータ軸７の前部が支持されている。水平のロータ軸７の後端は、風車筐体３の後部から外方へ突出し、その先端部には、ロータ８が装着されている。
【００１９】
支持枠体６より下方へ突出する管状の取付体４は、その下端部のフランジ４Ａを介して支柱２の上端に設けたフランジ２Ａに固定されており、管状取付体４の上端部における嵌合部４Ｂに設けたベアリング５Ａを介して、回転部材５が回転可能に嵌合されている。
【００２０】
回転部材５は、風車筐体３に結合した支持枠体６の下部に、一体的に固定されており、風車筐体３は、回転部材５とともに、取付体４の上で回転しうるようになっている。これにより、方向舵14に風を受けて、その方向が変化すると、風車筐体３は容易に風上方向へ向きを変えることができる。
【００２１】
管状支柱２に内装されている垂直の伝動軸10の下端は、図示しない発電機に連結され、同じく上端は、取付体４及び回転部材５の中心を貫通して、支持枠体６内に突入し、その上端に固定した傘歯車からなる伝動手段11は、ロータ軸７に固定された傘歯車からなる伝動手段12と噛合している。従って、ロータ８の回転は伝動軸10に伝動され、発電機により発電が行われる。
【００２２】
ロータ８の、ハブ８Ａの周面には、複数の揚力型ブレード９が固定されており、各揚力型ブレード９の先端部は、風上方向を向く傾斜部９Ａとされている。ブレード９の前面に風を受けると、ブレード９の前面に沿って先端方向へ移動する気流は傾斜部９Ａに当り回転力を高める。
【００２３】
風車筐体３の後部寄りの外面には、平面視く字状で、扁平な支持腕13の基部13Ａが固着されている。基部13Ａは、風車筐体３の外方向へ伸び、その先端部13Ｂは、斜め外側後方向へ伸びている。側面視において上下に対をなし、それぞれの後端は、離反して間隔を大としている。
【００２４】
方向舵14は上下に長い長方形として示してあるが、形状はこれに限定されるものではなく、例えば正方形、円形など任意である。方向舵14の横断面は、外側面14Ａは前後に直線状で、内側面14Ｂは、前縁から後縁へかけて、次第に厚さを大として、曲面に形成され、後縁部14Ｃは、外側へ向かって弧曲状に突出している。
【００２５】
この外側面14Ａに、支持腕13の先端部が、ネジ止めにより固定されており、外側面14Ａは、ロータ軸７に対して、約35度〜45度の範囲に傾斜されている。
前記のように構成された横軸風車１は、風が吹くと、風向きに関わらず、方向舵14の受風面積が大きいので、反応が早く、かつ風車筐体３が軽量であるので、ロータ８の前面を速やかに風上に向ける。
【００２６】
風が微風であっても、風車筐体３の中には、発電機など重量の重い物は配設されておらず、かつ取付体４においてベアリング５Ａで風車筐体３を支持しているので、容易に軽快に回転し、また方向舵14は常に風下になるため、ロータ８の前面は風上に対向し、揚力型ブレード９は、前面に風を受けて、間断なく回転する。
【００２７】
左右の方向舵14の内側面14Ｂ後部が、内側方向に突出する弧状曲面であるので、これに沿って通過する気流は、外側面14Ａに沿って通過する気流よりも高速となり、コアンダ効果によって、後縁部14Ｃから外側へ向かって流れ、互いの反作用によって、ロータ８の位置をバランスよく維持することとなる。  
【００２８】
伝動軸10とロータ軸７とは、傘歯車による伝動手段11、12によって連係されているので、風車筐体３が回転しても、伝動軸10に支障は生じず、方向を変えながらロータ８の回転力は伝動軸10に伝動され、その下部に配設されている発電機を回転させる。
【００２９】
図５は、方向舵14の実施例２を示す外側面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。この実施例においては、方向舵14の外側面14Ａが、バケット状に凹面に形成されている。
【００３０】
これによって、外側面14Ａに気流が当たると、すり抜けることがなく、後縁部14Ｃないし上下周端部で小さな乱気流が生じ、凹面に気流が留まり、気流が高速ですり抜けることがないので、確実に風力が方向舵14に作用して、ロータ８を風上に向けさせることができる。  
【００３１】
図６は、方向舵の実施例３を示す正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して、説明を省略する。
図１に示すような状態で、ロータ８が回転すると、遠心力により、揚力型ブレード９が、上から下へ回る回転方向へかかる力によって、伝動軸10を中心に水平方向へ旋回をする。
【００３２】
この旋回を抑止するために、左右の方向舵14、14を非対称とするもので、図では風を受ける面積を、旋回する方を大としたもので、図６において右方の方向舵14に多くの風が当ることにより、旋回が抑止される。
【００３３】
方向舵14の左右非対称は、長さ、幅、重量、ロータからの取付位置などの諸要素を変化させることができ、基本的にはロータにおけるブレードの長さ、重量、機械上の癖、風況などにより設定される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、微風の風向き変化にも、敏感に反応して、ロータの正面を、風上に向けることができるので、風向きの変り易い地域や季節においても、効率のよい発電をすることのできる風力発電装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１．横軸風車
２．管状支柱
２Ａ．フランジ
３．風車筐体
４．取付体
４Ａ．フランジ
４Ｂ．嵌合部
５．回転部材
５Ａ．ベアリング
６．支持枠体
６Ａ、６Ｂ．軸受
７．ロータ軸
８．ロータ
８Ａ．ハブ
９．揚力型ブレード
９Ａ．傾斜部
10.伝動軸
11、12．伝動手段
13．支持腕
13Ａ．基部
13Ｂ．先端部
14．方向舵
14Ａ．外側面
14Ｂ．内側面
14Ｃ．後縁部
【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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