(57)【要約】【課題】  低風時の効率向上と同時に、強風時の安全性を両立させることができる風車装置を提供すること。【解決手段】  垂直の回転軸１２を備えたサボニウス型風車の回転翼１１の少なくとも上端部に可動式の蓋部材１３を設けるようにする。  これにより、低風時には蓋部材１３を閉じることで風力を受けて効率を高めることができる一方、強風時には、蓋部材１３を自動的に開くことで風を逃がして安全性を確保することができるようになる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸式の抗力型風車の回転翼の少なくとも上端部に可動式の蓋部材を設けたことを特徴とする風車装置。
【請求項２】
前記可動式の蓋部材を、強風により自重または付勢手段に抗して開閉可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の風車装置。
【請求項３】
前記可動式の蓋部材の開き始めの風速を２０ｍ／ｓ近傍となるように前記自重または付勢手段を設定してなることを特徴とする請求項１または２記載の風車装置。
【請求項４】
前記可動式の蓋部材の上面に、傾斜部を設けてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の風車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は風車装置に関し、低風時の効率向上と同時に、強風時の安全性を確保できるようにしたもので、街中に設置される街灯などの風力発電装置などとして好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料に代わる代替エネルギーの一つとして風力エネルギーを利用することが実用化されつつある。例えば風力エネルギーを風車により回転力として取り出し、この回転力で発電機を駆動して電力を得る風力発電などに利用されている。
【０００３】
このような風車の形式の一つに垂直の回転軸を有する抗力型風車があり、例えばサボニウス型風車がある。
【０００４】
このサボニウス型風車は、例えば特許文献１に開示されている。このサボニウス型風車１では、図３に示すように、円筒体を縦に２等分し、これを横にスライドさせて２つの回転翼２とし、これら２つの回転翼２の中心部に垂直の回転軸３を取り付けたような構造となっている。
【０００５】
このようなサボニウス型風車１では、回転翼２に風を受けたときの凹面部２ａと凸面部２ｂの抗力差によって回転駆動力が生み出され、効率は低いものの比較的大きなトルクを発生するという特徴がある。
【０００６】
また、サボニウス型風車は、風向きに関係なく低風時でも起動することができるので、風の弱いところであっても利用することが可能である。
【０００７】
このようなサボニウス型風車１で、低風時の効率向上を図るため、図３（ｂ）に示すように、回転翼２の上下を板４で塞ぐことで、風を効率的に受けることができるようにする場合がある。
【０００８】
一方、図３（ａ）に示すように、回転翼２の上下を板で塞がない場合には、風の逃げ道ができるので、耐風速が上がり、その範囲内では、強風時にも特に強風対策の必要がない。
【特許文献１】特開平１１−６２８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、サボニウス型風車では、回転翼の上下を板4で塞ぐ場合には、塞がない場合に比べ効率が４０％程度上昇するとの報告もあるが、強風時には抗力を受け過ぎて回転が上昇し、破損する恐れがある。
【００１０】
一方、回転翼の上下を板で塞がない場合には、強風時の安全性に優れるものの、低風時の効率が低いという問題がある。
【００１１】
この発明はかかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、低風時の効率向上と同時に、強風時の安全性を両立させることができる風車装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、この発明の請求項１記載の風車装置は、垂直軸式の抗力型風車の回転翼の少なくとも上端部に可動式の蓋部材を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
この風車装置によれば、垂直軸式の抗力型風車の回転翼の少なくとも上端部に可動式の蓋部材を設けるようにしており、低風時には蓋部材を閉じることで風力を受けて効率を高め、強風時には、蓋部材を開くことで風を逃がして安全性を確保できるようにしている。
【００１４】
また、この発明の請求項２記載の風車装置は、請求項１記載の構成に加え、前記可動式の蓋部材を、強風により自重または付勢手段に抗して開閉可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
この風車装置によれば、前記可動式の蓋部材を、強風により自重または付勢手段に抗して開閉可能に構成しており、蓋部材の開閉を制御することなく、風の力を利用して自動的に開閉することができるようにしている。
【００１６】
さらに、この発明の請求項３記載の風車装置は、請求項１または２記載の構成に加え、前記可動式の蓋部材の開き始めの風速を２０ｍ／ｓ近傍となるように前記自重または付勢手段を設定してなることを特徴とするものである。
【００１７】
この風車装置によれば、前記可動式の蓋部材の開き始めの風速を２０ｍ／ｓ近傍となるように前記自重または付勢手段を設定しており、このような風速で蓋部材を開閉することで、低風時の効率向上を図りながら、台風などの強風時の安全性を確保することができるようになる。
【００１８】
また、この発明の請求項４記載の風車装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記可動式の蓋部材の上面に、傾斜部を設けてなることを特徴とするものである。
【００１９】
この風車装置によれば、前記可動式の蓋部材の上面に、傾斜部を設けるようにしており、傾斜部によって雪などを回転方向外側などの回転に支障のない部分などに落とすことができ、蓋部材を設けた場合でも雪などが積もって起動ができなくなることを防止できるようになる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の請求項１記載の風車装置によれば、垂直軸式の抗力型風車の回転翼の少なくとも上端部に可動式の蓋部材を設けるようにしたので、低風時には蓋部材を閉じることで風力を受けて効率を高めることができる一方、強風時には、蓋部材を開くことで風を逃がして安全性を確保することができる。
【００２１】
また、この発明の請求項２記載の風車装置によれば、前記可動式の蓋部材を、強風により自重または付勢手段に抗して開閉可能に構成したので、蓋部材の開閉を電気的に制御することなく、風の力を利用して自動的に開閉することができ、故障の恐れもなく信頼性を高めることができる。
【００２２】
さらに、この発明の請求項３記載の風車装置によれば、前記可動式の蓋部材の開き始めの風速を２０ｍ／ｓ近傍となるように前記自重または付勢手段を設定したので、このような風速で蓋部材を開閉することで、低風時の効率向上を図りながら、台風などの強風時の安全性を確保することができる。
【００２３】
また、この発明の請求項４記載の風車装置によれば、前記可動式の蓋部材の上面に、傾斜部を設けるようにしたので、傾斜部によって雪などを回転方向外側などの回転に支障のない部分などに落とすことができ、蓋部材を設けた場合でも雪などが積もって起動ができなくなることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。  
図１は、この発明の風車装置の一実施の形態にかかり、図１（ａ）は概略斜視図、同図（ｂ）は（ａ）中のB-B断面で示す動作説明図である。
【００２５】
この風車装置１０は、基本的な構成が、既に図３で説明したように、サボニウス型風車で構成され、円筒体を縦に２等分し、これを横にスライドさせて２つの回転翼１１とし、これら２つの回転翼１１の中心部に垂直の回転軸１２を取り付けた垂直軸式の抗力型の風車の構造となっている。
【００２６】
この風車装置１０では、回転翼１１の上下端部のうち少なくとも上端部に開閉可能な蓋部材１３が設けられ、例えば図１（ａ）に示すように、回転翼１１の上端部のみに開閉式の蓋部材１３が設けられる。
【００２７】
この蓋部材１３は、回転翼１１の上端部の横断面形状に対応した半円状の板材で構成され、直線状の弦部分に回動軸１４が取り付けてある。
【００２８】
この蓋部材１３の回動軸１４の両端部が回転翼１１の上端の半円の弦部分に沿って配置され、回動可能に取り付けられる。
【００２９】
そして、この蓋部材１３は、その自重により閉じた状態を保持するとともに、強風時には、蓋部材１３の自重に抗して回動軸１４を中心に開くようになり、風の強さによって自重とバランスする開度に保持される。
【００３０】
したがって、この風車装置１０では、低風時には、蓋部材１３が閉じられた状態となり、風を蓋部材１３で受けることができ、効率向上を図ることができる。
【００３１】
一方、強風時には、蓋部材１３が風による力によって自重に抗して開かれ、風が逃げることで、過回転となったり、大きな力が加わることが防止され、安全に運転することができる。
【００３２】
このような風車装置１０では、設計風速によって蓋部材１３が開き始める風速を設定すれば良く、例えば日本における平均風速が４〜５ｍ／ｓであり、風の強い日でも風速が２０ｍ／ｓを超えることは多くなく、風速が２０ｍ／ｓを超えるときは台風などの危険があることが考えられるので、例えば風速２０ｍ／ｓを蓋部材１３が開き始める設定風速とすれば良い。
【００３３】
この設定風速は、山間部や沿岸部などの平均風速が高い場所では、２０ｍ／ｓより大きく設定するようにしても良い。
【００３４】
なお、風車装置１０自体の耐風速は、通常６０ｍ／ｓ程度に設定される。  
そして、回転翼１１の大きさによって異なるが、試算によれば、風速２０ｍ／ｓの場合に蓋部材１３に加わる力が８００g程度であることから、自重で調整できる範囲である。
【００３５】
なお、蓋部材１３を軽量にし、回動軸１４と固定部との間につる巻きばねなどの付勢手段を設け、ばねの強さを調整することで、蓋部材１３の開き始めの風速を調整するようにしても良い。
【００３６】
このような風車装置１０によれば、街中に設置される街灯に電力を供給する風力発電装置として用いる場合のように、高い平均風速が期待できない場合でも、低風速を効率よく利用して発電することができる。
【００３７】
一方、この風車装置１０では、台風などの強風時であっても蓋部材１３が自動的に開いて回転翼１１が受ける風を逃がすことができ、破損や倒壊の危険を防止することができ、安全に運転することができる。
【００３８】
また、この風車装置１０では、電気的な制御などを必要とせず、自重やばねなどの付勢手段で自動的に蓋部材１３の開き始めの風速を設定することができ、故障の可能性も少なく信頼性に優れるとともに、コスト的にも安価となる。
【００３９】
さらに、この風車装置１０では、蓋部材１３を設けることで、サボニウス型風車の特徴のひとつである雪などの影響を受け難いということが損なわれる場合があるが、図２（ａ）に示すように、蓋部材１３の上面に中心側から外周側に向かって低くなる傾斜部１５を設けるようにしてある。
【００４０】
この傾斜部１５を蓋部材１３に設けることで、たとえ雪が降るようなことがあっても滑り落ちるようになり、降雪の影響を極力抑えることができる。この傾斜部１５は、蓋部材１３と独立して別々に作成して一体的に設けるようにしたり、傾斜部１５の内面で風を受けるようにして蓋部材と兼用するようにしても良い。
【００４１】
なお、蓋部材１３の上面に設ける傾斜部１５としては、図２（ｂ）に示すように、円錘面１６で構成したものであっても良く、雪などをすべり落とすことができる形状であれば良い。
【００４２】
したがって、この風車装置１０によれば、垂直軸式の抗力型風車の回転翼１１の少なくとも上端部に可動式の蓋部材１３を設けるようにしたので、低風時には蓋部材１３を閉じることで風力を受けて効率を高めることができる一方、強風時には、蓋部材１３を自動的に開くことで風を逃がして安全性を確保することができる。
【００４３】
また、この風車装置１０によれば、可動式の蓋部材１３を、強風により自重または付勢手段に抗して開閉可能に構成したので、蓋部材１３の開閉を電気的に制御することなく、風の力を利用して自動的に開閉することができ、故障の恐れもなく信頼性を高めることができる。
【００４４】
さらに、この風車装置１０によれば、可動式の蓋部材１３の開き始めの風速を２０ｍ／ｓ近傍となるように自重または付勢手段を設定したので、このような風速で蓋部材１３を自動的に開閉することで、低風時の効率向上を図りながら、台風などの強風時の安全性を確保することができる。
【００４５】
また、この風車装置１０によれば、可動式の蓋部材１３の上面に、傾斜部１５，１６を設けるようにしたので、傾斜部１５，１６によって雪などを回転方向外側などの回転に支障のない部分などに落とすことができ、蓋部材１３を設けた場合でも雪などが積もって起動ができなくなることを防止することができる。
【００４６】
なお、上記実施の形態では、蓋部材１３を回転翼１１の上端部にのみ設ける場合で説明したが、これに限らず回転翼の下端部に設けるようにしても良く、両者を組み合わせるようにしても良い。
【００４７】
また、蓋部材の開き始めを設定する付勢手段としてつるまきバネを設ける場合で説明したが、他の形式のばねを用いても良く、特に蓋部材を下端部に設ける場合には、自重での設定は不可能であり、ばね等を設けるようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の風車装置の一実施の形態にかかり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は（a）中のB-B断面で示す動作説明図である。
【図２】この発明の風車装置の他の一実施の形態にかかり、図１（ａ）中のB-B断面と同一断面で示す部分構成図である。
【図３】この発明が適用される風車装置の概略構造を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０          風車装置
１１          回転翼
１２          回転軸（垂直軸）
１３          蓋部材
１４          回動軸
１５          傾斜部
１６          傾斜部
【図１】
2005171872.tif 000003
【図２】
2005171872.tif 000004
【図３】
2005171872.tif 000005