(57)【要約】【課題】この発明は、受風羽根に受けた風を、効率良く回転推力として活用し、風速よりも高速で風車を回転させることのできる、受風羽根を提供することを目的としている。【解決手段】この発明は、回転体５の周部に垂直に装着する羽根であって、取付支持体２と受風部３とで構成され、受風部３は、正面において左側面は縦中央部から上下方へ次第に薄く設定され、その状態で上下端縁部が左側方へ、それぞれ傾斜して傾斜部３aが形成され、受風部３は平面において、傾斜部３aともども左側前縁部が膨出形成されて、後部へかけて次第に薄く設定され、回転時に、受風部３左側（内側）面前縁部域に負圧が生じて、回転推力が前方内向きにかかるように構成された、風車の受風羽根１。【選択図】    図１
2004204801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平に回転する回転体の周部に、垂直に装着する羽根であって、取付支持体と受風部とで構成され、受風部は、正面において左側面は、縦中央部から上下方へ次第に薄く設定され、その状態で上下端縁部が左側方へそれぞれ傾斜した傾斜部が形成され、受風部の平面においては、傾斜部ともども左側面前縁部が膨出形成されて、後部へかけて次第に薄く設定されていることを特徴とする、風車の受風羽根。
【請求項２】
前記受風部の傾斜部は、正面において受風部の中心を通る垂直線に対して、３５度〜４６度の範囲で、左方へ傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載された、風車の受風羽根。
【請求項３】
前記受風部は、側面略先尖りの三角形に形成され、傾斜部は、後部に形成されていることを特徴とする、請求項１，２のいずれかに記載された風車の受風羽根。
【請求項４】
前記受風部は、平面において右側面が、前後において内向き傾斜の湾曲面に設定され、その湾曲度は、受風羽根を回転体に装着して使用する時に、該右側面が描くトラック曲面以内の曲面に、設定されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載された、風車の受風羽根。
【請求項５】
前記受風部は、平面において右側面が、受風羽根を回転体に装着して使用する時に、該右側面が描くトラック曲面以内の曲面に設定され、かつ受風部の右側面後部に、縦凹部が縦方向へ長く凹成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載された風車の受風羽根。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風車の受風羽根に係り、特に縦軸風車の回転時において、自ら加速する機能を有して、受風羽根に受けた風速よりも高速で、風車を回転させることができる風車の受風羽根に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば風力発電機用の風車は、横軸プロペラ式が汎用されている。これに代わるものとして、出願人の開発に係る垂直軸に回転体を装着し、該回転体周部に複数の受風羽根を装着し、該回転体をフライホイルに構成した風車（例えば特許文献１）がある。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００２−３４９９３９号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記、回転体の環縁体は重量を数百キロと重くするものであり、回転体の回転に伴いフライホイルとして作用して、回転慣性に伴う質量の運動エネルギーを回転体に与えて、回転効率を上昇させる。
しかしながら、羽根の形状によっては回転時において風抵抗を受けて、ブレーキ作用を生じさせ、風速よりも早く回転しにくく、風が止むと失速を生じさせる。
【０００５】
従来の縦軸風車における羽根に対する一般的な考え方は、回転体の回転半径の外側に羽根の膨出部があり、ちょうど飛行機の翼を横にして、上になる面を外面として回転しているので、揚力（回転推力）は、主軸方向から遠心方向へ向いて発生するように構成されている。
また風車の回転速度が上がるに従って、遠心力が羽根にかかることになる。飛行機の場合は、その揚力を機体を浮かす力として消化することができるが、風車では、羽根は縦中央部が回転体に固定されているので、羽根自体に前記揚力（回転推力）と遠心力が同時にかかり、羽根の上下自由端部が揺動して、継続して材質疲労が生じ、破損の原因となる。
【０００６】
この発明は、羽根に受けた風を、より効率良く回転体の回転推力として活用し、受風羽根に受けた風速よりも高速で、風車を回転させることができる、受風羽根を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。
すなわち、縦軸風車の、受風羽根の形状を、平面において左側面で、受風部の前縁部に膨出部を形成させて後部へと次第に薄く設定し、上下端縁部を左側へ傾斜させて傾斜部を形成した。受風部の右側面は、回転半径のトラック曲線内に納めて抵抗を減少させた。
【０００８】
このように、受風羽根の回転半径の内側に膨出部を設けることにより、受風羽根の外後部から内側前方へ向けて、内向きに揚力（回転推力）がかかるため、風車の回転方向への回転推進力が大きく得られる。
また、揚力（回転推力）が前方内側へ向けて生じるので、受風羽根にかかる遠心力が相殺されて、受風羽根の疲労・破損が生じにくい。
【０００９】
その結果として、受風羽根は板厚の薄いもので形成することができ、台風などの高速回転時に、受風羽根が破損して吹き飛ばされたと仮定しても、風車から離れると同時に、受風羽根は風圧を受けて近場に落下するので、危険性が減少した。
また軽量なので、受風羽根の枚数を多く使用しても重量の負担になりにくく、受風面積を増大することができる。発明の具体的な内容は次の通りである。
【００１０】
(1)  水平に回転する回転体の周部に、垂直に装着する羽根であって、取付支持体と受風部とで構成され、受風部は、正面において左側面は縦中央部から上下方へ次第に薄く設定され、その状態で上下端縁部が左側方向へそれぞれ傾斜して傾斜部が形成され、受風部の平面においては、傾斜部ともども左側前縁部が膨出形成されて、後部へかけて次第に薄く設定されている、風車の受風羽根。
【００１１】
(2)  前記受風部の傾斜部は、正面において、受風部の中心を通る垂直線に対して、３５度〜４６度の範囲で左方へ傾斜している、前記(1)に記載された風車の受風羽根。
【００１２】
(3)  前記受風部は、側面略先尖りの三角形に形成され、傾斜部は、後部に形成されている、前記(1)(2)のいずれかに記載された風車の受風羽根。
【００１３】
(4)  前記受風部は、平面において、右側面が前後において内向き傾斜の湾曲面に設定され、その湾曲度は、回転体に受風羽根を装着して使用する時に、該右側面が描くトラック曲面以内の曲面に、設定されている、前記(1)〜(3)のいずれかに記載された、風車の受風羽根。
【００１４】
(5)  前記受風部は、平面において右側面が、受風羽根を回転体に装着して使用する時に、該右側面が描くトラック曲面以内の曲面に設定され、かつ受風部の右側面後部に、縦凹部が縦方向に長く凹成されている、前記(1)〜(4)のいずれかに記載された風車の受風羽根。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施の形態例を図面を参照して説明する。図１は本願発明の第１実施例を示す受風羽根の正面図、図２は受風羽根の平面図、図３は受風羽根の左側面図、図４は図１におけるＡ−Ａ線横断平面図、図５は本願発明の受風羽根を装着した風車の平面図である。
【００１６】
図において受風羽根(1)は、取付支持体(2)と受風部(3)とで構成されて、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）の中空体に形成されている。ただし必要に応じて、中空部に高率発泡の樹脂を詰装することができる。受風部(3)の側面は、略前尖りの三角形に形成されている。正面において、上下高さは例えば１８０ｃｍ、その上下端縁部で、受風部(3)の中心を通る垂直線に対して、左側方へ３５度〜４６度の範囲、好ましくは４５度に傾斜した傾斜部(3a)が形成されている。
【００１７】
これは受風部(3)の右側面に向かい風を受けた時に、風が上下に流れ易く、また直進方向に対して、向かい風の抵抗を小さくさせて、風の滑り長さを最も長くできるのが４５度である。そのことは、向かい風により、傾斜部(3a)の斜外面域に負圧を生じさせて、受風部(3)の後部を外方向へ押す作用を得て、回転推力を得ることができる。
【００１８】
正面において、受風部(3)の右側面は垂直な平坦面からなり、傾斜部(3a)は斜外面が平坦に設定されている。正面における左側面においては、縦中央部が膨出し、上下方、傾斜部(3a)先端にかけて次第に薄く設定されている。傾斜部(3a)の斜内面は、基部は厚く上下端部にかけて薄く設定されている。
【００１９】
平面において、受風部(3)は、板厚が前縁部を厚く、後部へかけて薄く設定されている。平面における右側面は、取付支持体(2)の基端面(2a)に沿うような配置に設定され、左側面は前縁部が膨出して、後部へかけて次第に薄く設定されている。傾斜部(3a)も、図４に図１におけるＡ−Ａ線断面を示すように、前部から後部へかけて次第に薄く設定されている。
【００２０】
取付支持体(2)は、図１に示すように、上下一対のＦＲＰ板で形成されている。図２中の符号(2b)はネジ孔である。該取付支持体(2)を、図５に示す風車(4)の回転体(5)周部に外嵌させて、ネジ孔(2b)にボルトを挿通して固定する。
【００２１】
図５において風車(4)の回転体(5)は、垂直主軸(9)に水平に支持される軸部(6)から、放射方向へ向く複数の支持アーム(7)と、各支持アーム(7)の先端部を連結するように、環状に装着された、重量物からなる環縁体(8)とから構成されて、車輪状のフライホイルとして構成されている。
【００２２】
軸部(6)は、例えば直径５０ｃｍ〜１００ｃｍの円盤体で、この上部に、支持アーム(7)が着脱自在にボルトで固定される。
支持アーム(7)は、環縁体(8)の重量を支持できる強度が必要なので、環縁体(8)の重量に対応して太さ、本数の設定がなされる。
【００２３】
該環縁体(8)は、その断面形状はＬ形、コ形、管形その他任意であるが、例えば断面略コ字形状の金属体で、所定の長さの湾曲体を繋ぎ合わせて、全体として環状にする。重量は１５０ｋｇ〜１０００ｋｇ、それ以上など、板厚や付加物などにより、必要な軸トルク、回転体(5)の直径、羽根枚数、などに合わせて必要な重量設定をする。
【００２４】
上記のように構成された、この風車(4)の作用効果について説明する。
図５において、この風車(4)が、受風羽根(1)にＡ矢示方向の風を受けると、Ｂ矢示方向へ回転する。回転し始めると各受風羽根(1)は、風を切って回転することになる。
この場合、受風羽根(1)の右側面（外側面）は、回転体(5)の周面に沿う位置で右側面の回転トラック曲線で回転するので、風の抵抗が少ない。
【００２５】
受風羽根(1)の左側面（内側面）は、前縁部が膨出しているので、風の抵抗を受けることになる。その結果、右側面（外側面）に沿って通過する風の速度よりも、左側面（内側面）に沿って通過する風の速度が早くなり、受風部(3)内側面域の空気が薄くなって負圧になるので、受風部(3)の外側域の常圧の空気が、受風部(3)の前部を内側前部方向へ押すことになり、回転体(5)が回転すればする程、受風羽根(1)は揚力（回転推力）を内向きに生じることになり、回転体(5)の回転速度を加速する。
【００２６】
例えば、回転体(5)の直径４ｍ、その重量２００ｋｇで、平均風速１０ｍ／ｓの時、回転体(5)は毎分１１３回転を記録した。
回転体(5)の円周は１３．５６ｍなので、これは風速のおよそ２．５倍の回転速度で回転体(5)が回転したことが判る。
この原因は、前記受風部(3)の左側面前縁部が膨出している形状から、必然として生じた内向きの回転推力（揚力）と、２００ｋｇもある環縁体(8)の、回転慣性に伴う物質の運動エネルギーの付加によるものである。
【００２７】
図５において、垂直主軸(9)より左側にある受風羽根(1A)は、Ａ矢示方向の風により、回転推力（揚力）を得て、回転体(5)をＢ矢示方向へ回転させる。
垂直主軸(9)の風上にある受風羽根(1B)は、受風部(3)に当たる風が傾斜部(3a)に沿って上下に通過する。
このことは図２で判るように、受風部(3)後部右側に負圧が生じ、受風部(3)の左側後部が、外方へ押されることになって、回転推力が得られる。
【００２８】
垂直主軸(9)の右方の受風羽根(1C)は、受風部(3)の左側後部に追い風を受けて回転推力が得られる。
垂直主軸(9)の風下の受風羽根(1D)は、受風部(3)の左側面に追い風を受けて回転推力が得られる。
【００２９】
この場合、図１でよく判るように、受風部(3)の左側面に当たる風は上下方へ流れ、或いは傾斜部(3a)に当たる風は内方へ流れて、図２で判るように、受風部(3)内側面後部が、回転方向に対して外方向へ傾斜しているので、風は後方へと流れる。それによって、受風部(3)は前方へ押されることになり、回転推力が得られる。
【００３０】
以上の説明は、左右前後の４方における受風羽根(1)の説明をしたが、受風羽根(1)が斜め方向に位置する場合も、これに準じた回転推力が得られ、どちらの方向から来る風に対しても回転推力を得ることができる。
すなわち、図５においてＣ矢示方向の風を受けた場合、垂直主軸(9)の右方にある受風羽根(1B)は受風部(3)の外側面に、受風羽根(1C)は内側面に、それぞれ追い風を受けて回転推力が得られる。
【００３１】
また風下にある受風羽根(1D)は、受風部(3)の内側面に追い風を受けるので、回転推力が得られる。
垂直主軸(9)の左方風上にある受風羽根(1A)は、傾斜部(3a)を風が斜めに横切るので、図１で説明すると、傾斜部(3a)の上下域で通過する風の速度よりも、傾斜部(3a)の基部から、上下端部方向へ通過する風の速度が早くなるので、この傾斜部(3a)の外斜面域に負圧が生じる。
そのことは、図５においてＣ矢示方向の風の反対方向へ、傾斜部(3a)の外斜面が押されることになり、回転推力として作用する。
【００３２】
図６は第２実施例を示す受風羽根の正面図、図７は平面図、図８は左側面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。
この第２実施例の受風羽根(1)は、高さ例えば１ｍ、前後幅３０ｃｍ、重量１．１ｋｇ程度の小型で、直径４ｍの回転体(5)の周面に数多く（例えば８〜１３枚）装着することによって、受風面積を増大させる。勿論回転体(5)の直径が１０ｍでも適用される。
【００３３】
図７に示すように、平面において右外側面（外側面）が、前後において湾曲しており、該湾曲度は、回転体(5)に受風羽根(1)を装着して使用した時に、該右側面（外側面）が描くトラック（Ｔ）曲面以内に沿う円弧に設定されている。
平面における左側面は、前部が膨出して、後方へかけて次第に薄く設定されている。
【００３４】
これによって、回転時に於ける受風部(3)の右側面（外側面）は、風の抵抗を受けにくい。
また受風部(3)の右側面が、回転トラック（Ｔ）曲面をはみ出さない曲面で、湾曲したことによって、正面においても受風部(3)の右側面は、縦中央部から傾斜部(3a)にかけてカーブを描いている。これによって、受風部(3)の右側面に向かい風を受けた時に、風が円滑に上下方向へ通過することができる。
【００３５】
受風部(3)の左側面は、前部が膨出しているので、左側面前部に負圧が生じ、流速の早い風は、左側面を外方向へ向いて通過するため、ジェツト気流のように受風部(3)を、前方へと押し出すことになる。
【００３６】
図９は第３実施例の受風羽根の左側面図、図１０は縦中央横断平面図である。
前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。この実施例の全体構成は、第２実施例とほぼ同じであるが、側面において上下端部は、後部の切れが大きく設定されている。
【００３７】
この第３実施例においては、受風部(3)の平面における右側面は、受風羽根(1)の回転時の、トラック（Ｔ）曲面以内に収まっているが、後部右側面は、図示するように、水平方向へ緩やかな湾曲面を持つ縦長の縦凹部(3b)が、上下方向へ向いて長く凹成されている。
【００３８】
上記のように構成された第３実施例においては、図５における(1B)の位置の受風羽根で、Ｃ矢示の風を受けた時、前記縦凹部(3b)に風が絡まり、回転方向へ押す力が得られる。また図７と比較して図９においては、傾斜部(3a)後部の面積が小さくなっているので、Ｃ矢示方向の向かい風の負担が軽減される。
【００３９】
なお、この発明は、前記実施例に限定されるものではなく、目的に沿って適宜設計変更をすることができる。受風部は、前後に長い形状とすることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、次のような優れた効果を有している。
【００４１】
(1)  請求項１に記載された発明の受風羽根は、受風部が、正面において左側面は縦中央部から上下方へ次第に薄く設定され、受風部の平面においては、傾斜部ともども左側前縁部が膨出形成されて、後部へかけて次第に薄く設定されているため、回転時に、左側面前部域に負圧が生じて、回転内向きの回転推力が生じ、回転速度を増加させることができる効果がある。
また受風羽根の上下端部に、傾斜部が形成されているため、右側面に向かい風を受けた時は、傾斜部の上下を無接触で通過する風の速度よりも、傾斜部に沿って上下へ通過する風の速度が早くなるため、傾斜部の斜外面域に負圧が生じて、受風部の後部が外方へ押されることから、回転推力にプラスとなる。また傾斜部の左側面に追い風を受ける時、傾斜部に受けた風が縦中央へ滑流し、かつ受風部の後方へ流れるので、回転推力を大きくすることができる。
【００４２】
(2)  請求項２に記載された発明の受風羽根は、前記傾斜部は、受風部の中心を通る垂直線に対して、３５度〜４６度の範囲に左方へ傾斜しているので、右側面に向かい風を受けたときに風を上下方向へ流し易く、かつその結果として傾斜部の斜外面域に、負圧を生じさせて回転推力にプラスとなる。また左側内側に追い風を受けるとき、傾斜部では風を中央部へ、早い速度で取り込み易くて、回転推力にプラスとなる効果がある。
【００４３】
(3)  請求項３に記載された受風羽根は、前記受風部は、側面略先尖りの三角形に形成され、傾斜部は、後部に形成されているので、回転時において風切り性に優れ、また傾斜部に向かい風もしくは追い風を受けた時に、傾斜部に当たる風が、回転推力にプラスとなる効果がある。
【００４４】
(4)  請求項４に記載された発明の受風羽根は、受風部が、平面において右側面が前後において、内向き傾斜の湾曲面に設定され、該湾曲度は、回転体に装着して使用する時に、該右側面が描くトラック曲面以内の曲面に、設定されているため、回転時において、受風羽根の右側面が風抵抗を受けにくいという効果がある。その結果、左側面前縁部域での負圧が効率良く生じて、回転推力が効率良く得られる効果がある。
【００４５】
(5)  請求項５に記載された発明の受風羽根は、平面において受風部の右側面が、受風羽根を回転体に装着して使用する時に、該右側面が描くトラック曲面以内の曲面に設定され、かつ受風部の右側面後部に、縦凹部が上下方へ長く凹成されているので、右側面に後斜めから追い風を受けた時にも、縦凹部に風を絡ませることが出来て、回転推力にプラスとなる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施例を示す受風羽根の正面図である。
【図２】本発明第１実施例を示す受風羽根の平面図である。
【図３】本願発明第１実施例を示す受風羽根の左側面図である。
【図４】図１におけるＡ−Ａ線横断平面図である。
【図５】本願発明受風羽根を装着した風車の平面図である。
【図６】本願発明第２実施例を示す受風羽根の正面図である。
【図７】本願発明第２実施例を示す受風羽根の平面図である。
【図８】本願発明第２実施例を示す受風羽根の左側面図である。
【図９】本願発明第３実施例を示す受風羽根の左側面図である。
【図１０】図９における縦中央横断平面図である。
【符号の説明】
(1)受風羽根
(1A)(1B)(1C)(1D)受風羽根
(2)取付支持体
(3)受風部
(3a)傾斜部
(3b)縦凹部
(4)風車
(5)回転体
(6)軸部
(7)支持アーム
(8)環縁体
(9)垂直主軸
【図１】
2004204801.tif 000003
【図２】
2004204801.tif 000004
【図３】
2004204801.tif 000005
【図４】
2004204801.tif 000006
【図５】
2004204801.tif 000007
【図６】
2004204801.tif 000008
【図７】
2004204801.tif 000009
【図８】
2004204801.tif 000010
【図９】
2004204801.tif 000011
【図１０】
2004204801.tif 000012