(57)【要約】【課題】三枚翼式垂直軸型風車装置のローターをより軽量で安価にする構造様式を得る。【解決手段】風車ロータ上下水平板あるいは水平フレームの間に複数のフレームを垂直に空気力学的曲線に沿って配置し、その周りを薄い板で巻きつけるることによりブレードの曲線を保持し、それにかかる力を分散することにより強度を確保し軽量化を実現、かつ各種費用を削減した。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
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にあって、その中心から突出する垂直軸を設けてなる水平の上板、下板と、この上下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枚のブレードが配置されてなり、上記３枚各ブレードを形成するため、一つのブレード内部に複数のフレームを垂直に配置し、フレームの上下板上の取り付け位置は、風車の効率を考慮した空気力学的曲線上にし、そのフレームに薄い板を巻きつけて湾曲したブレードを形成する構造。
【請求項２】
上記構造で、水平の上板、下板の代わりに複数の垂直フレームを固定するため各垂直フレームに対応する上下水平フレームを円状に設けた構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
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を強度を失わずに軽量、安価に製造するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は三枚翼式垂直軸型風車装置とそのブレード形状曲線に関する発明をなした。（特願２０００−２９７６３７、特願２００１−３１１３３５）この風車の通常構造を図１に示す。三枚翼式垂直軸型風車ロータは、上方に水平上板２、下方に水平下板３を配置し、垂直の三枚のブレード４がそれらをつなぐ。ブレードと水平板の接続曲線５は空気力学的に効率のよい曲線である。水平上板２と水平下板３の中心に風車ローター回転軸１があり、この軸がローター保持支柱７に取り付けられて、回転する。ブレード４は曲線である必要と実際に風があたって回転力を生むため、強度を必要とし、ある厚さをもった金属板一枚か特殊な内部補強２重構造のガラス繊維強化プラスティックを使用する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常の構造では、金属板一枚で重くなってしまう。またガラス繊維強化プラスティックでは木型などを製作しなければならず、また手加工部分が多く高価である。さらに、溶接、接着などの工程があり、ロータ部の主要部の組み立ては製作工場で行うため、大型の風車では、運送に費用が掛かる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
風車ローターの上板と下板の間をつなぐためとブレードの湾曲状態を維持するために軽量で細めのパイプなどのフレームを曲線に沿って複数配置する。そのフレームの列の周りに列の形状に合わせて、薄い金属板などを巻きつける。このような構造をとると、全体にかかる風力等の力を分散し強度を維持し、またブレード自体は薄い板でよいため、軽量化を図れる。また組み立て時に溶接などの工程が必要でなくなり簡単な工具で行える。このため、風車設置場所で容易に組み立て可能となり、フレーム単位の運送し易い部品で運送でき、全体の費用を削減できる。
【０００５】
【発明実施の形態】
本発明の実施例１を図２から図５に、実施例２を図６から図８にしめす。
【０００６】
【実施例１】
実施例１は、水平上板２と水平下板３の間を垂直保持フレーム８でつなぐ。垂直保持フレーム８は一枚のブレードに６本配置して３枚で合計１８本使用している。各ブレードの６本の配置は図２で示す。図２は風車ロータを上から見た図で、一枚のブレードを形作る６本の垂直保持フレーム８は円形の水平上板２の角度１２０度の範囲に配置されるので、各垂直保持フレーム８の間は２０度の角度の間隔で配置される。６本の垂直保持フレーム８の列は、風車ローター回転軸１の中心からの距離が空気力学的曲線に基づいて配置される。各翼に対応する６本の垂直保持フレーム８に中空ブレード１０が巻きつけられている。実際の加工は、水平上板２と水平下板３に図２の取り付けボルト９の位置に丸穴をあけるだけでよい。図３はこれらを組み立てたときのローターの外観図である。図３ではフレームの構造が判るように、左側のブレード部は垂直保持フレーム８が見えるように表示してあるが、実際は右側の中空ブレード１０のように３枚とも中空ブレード１０を取り付ける。図４では、水平上板２と垂直保持フレーム８を接続する構造を拡大して示している。図４のように垂直保持フレーム８の上下両端にパイプ側ナット１１を溶接などで取り付け、取り付けボルト９で水平上板２および水平下板３を締め付ければよい。図４では、水平上板２は省略してある。ボルトで締め付ける代わりに溶接でもよいが、運送時に分解できなくなる欠点がある。各ブレードの６本の垂直保持フレーム８にその形状に合わせて薄い金属を巻きつければよい。図５は巻きつけた中空ブレード１０を単独で示している。中空ブレード１０は一枚の薄い金属板をブレード前縁１３で垂直保持フレーム８に沿って丸く曲げ、板の他端同士をブレード後縁１４で合わせてネジ止めまたは溶接で接続すると空気力学的曲線１２に従った形状を維持する。このようなブレードを予め別の冶具で製作しておき、水平上板２を取り付ける前に、水平下板３に取り付けられた６本の垂直保持フレーム８に上から落とし込み、そのあとに水平上板２を６本の垂直保持フレーム８に取り付ければ、中空ブレード１０は特に他の部品に溶接などで取り付ける必要が無く容易に組み立てられる。この実施例の場合、ローター全体で合計１８本の垂直保持フレーム８に分散して力が掛かるので、充分な強度を持つ。また、垂直保持フレーム８は中が中空のパイプでも強度的に充分で、また中空ブレード１０も薄い金属板でよく、非常に軽量である。すべてアルミ材で構成したとき、ローター直径が１ｍで高さが３ｍ位の風速１２ｍ／ｓｅｃで１ＫＷ／Ｈの出力が期待される風力発電装置の場合、垂直保持フレーム８は直径１６ｍｍ、肉厚１ｍｍのパイプ、中空ブレード１０は厚さ０．５ｍｍ、水平上板２と水平下板３は厚さ１０ｍｍ程度でよく、この時のローターの重量は７５Ｋｇ程度となる。通常の構造では、板状のブレード厚さ５ｍｍ位が必要で、全体で１５０Ｋｇ程度となり、ほぼ５０％の軽量化が計られる。また、アルミパイプは安価であり、中空ブレード１０の加工も容易であるので加工費用も安価になる。板状のブレードは、湾曲に加工するのは手間がかかりまた、水平上板２と水平下板３に取り付けるには、溶接などや特殊な金具を必要とするので費用がかかる。
【０００７】
【実施例２】
実施例２はさらに軽量、安価にするための構造で図６、図７、図８に示す。実施例１との違いは、水平上板２と水平下板３に代わりに複数の水平フレーム１５を使用した構造とする。図６は、上方から見た構造をしめす。風車ローター回転軸１から、角度２０度間隔で合計１８本の水平フレーム１５を張り出す。各ブレードの６本の水平フレーム１５の長さは、空気力学的に計算された長さとなる。その先端に、実施例１と同じように垂直保持フレーム８を取り付ける。水平フレーム１５は上下両方に張り出す。垂直保持フレーム８には、実施例１と同様に中空ブレード１０を取り付ける。図７は実施例２の外観図である。図７ではフレーム構造が判るように、３枚のブレードの内、右側の一枚だけ中空ブレード１０を取り付け、他の２枚のブレード部はフレームが見える表示になっているが、実際は３枚とも中空ブレード１０がとりつけられる。やはり実施例１と同じ大きさのローターを想定した場合、実施例２よりさらに約２０Ｋｇの軽量化が計られる。また、実施例１の円板のアルミ板を使用する場合より、フレームにパイプを使用すれば、はるかに安価でとなる。
【０００８】
上記２つの実施例では、垂直保持フレーム８は一枚当たり６本合計１８本で説明したが、この本数はこれより多くても、少なくてもよい。多くすると、ブレードの湾曲形状がより正確になるが、重くなるので、パイプの径を小さくする必要がある。この本数、パイプの径の選択は通常の機械設計上の問題である。
【０００９】
【発明の効果】
この発明の構造様式で３枚翼式垂直軸型風車を製作すると、軽量化でき弱風でも回転効率が良くなる。また、フレームに標準品のパイプを使用すれば材料費を安く出来る。また組み立て加工も金型などの高価な冶具を必要とせず、簡単な機械、工具で行えるため安価に製作できる。パイプなどの部品単位で梱包運搬でき、設置場所現地で容易に組み立てられるため、運送費も節約できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の３枚翼式垂直軸型風車ロータの構造図を示す
【図２】実施例１の３枚翼風車ロータの構造で、上部から見た図である。
【図３】実施例１の３枚翼風車ロータの構造の外観図である。
【図４】実施例１での垂直保持フレームの上板の取り付け方法を示す図である。
【図５】３枚翼のブレード部単体の構造を示す図である。
【図６】実施例２の３枚翼風車ロータの構造で、上部から見た図である。
【図７】実施例２の３枚翼風車ロータの構造の外観図である。
【符号の説明】
１    風車ローター回転軸
２    水平上板
３    水平下板
４    ブレード
５    ブレードと水平板の接続曲線
６    ローター回転方向
７    ローター保持支柱
８    垂直保持フレーム
９    取り付けボルト
１０  中空ブレード
１１  パイプ側ナット
１２  空気力学的曲線
１３  ブレード前縁
１４  ブレード後縁
１５  水平フレーム
【図１】
2004270578.tif 000002
【図２】
2004270578.tif 000003
【図３】
2004270578.tif 000004
【図４】
2004270578.tif 000005
【図５】
2004270578.tif 000006
【図６】
2004270578.tif 000007
【図７】
2004270578.tif 000008