(57)【要約】      （修正有）【課題】現代風車は高速回転による揚力を利用したものが、高性能を発揮する条件とされ、翼に発生する抗力を極力少なくするために、スリムで流線型の翼を使用するものがほとんどである。  本発明の風車は翼に発生する揚力と抗力の両方を、どの位置に於いてもローターの回転にもっとも有効に働くよう［半．反回転翼］とし、翼面積はできるだけ大きく設計する。【解決手段】ストレートダリウス風車に代表されるような、風のながれに直角軸の風車で、回転軸に平行かつ等距離に設置された複数の（ブレード）の角支持部に、翼自体が回転できるよう軸受けを設け、それぞれの翼がローター（風車本体）中心軸の周りを１回転するときに、ローターの回転に半分（１／２）の回転をしながら回ることを特徴とする風車。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
ストレートダリウス風車に代表されるような、風の流れに直角軸の風車で、回転軸に平行かつ等距離に設置された複数の翼（ブレード）の各支持部に、翼自体が回転できるよう軸受けを儲け、それぞれの翼がローター（風車本体）中心軸の周りを１回転するときに、ローターの回転に対し反方向に半分（１／２）の回転をしながら回ることを特徴とする風車。
【発明の詳細な説明】
［発明の詳細な説明］
現代の風車は、プロペラ型風車・ダリウス風車など、高速タイプで揚力利用型の風車が高性能風車となる条件とされている。そして、大型の風車の羽根の相対速度は、毎秒１００メートルを超えるものもある。
しかし、風車をいかに高速で回しても、ベッツの限界値があり、さらに高速回転ゆえに発生する損失の増大や騒音の問題もおきてくる。
図１は、ストレート．ダリウス風車と比較させながら、本発明の風車のイメージをわかり易くするためのものである。
この発明は、風車の翼の表面積を大きく設計し、風の流れに対し風車のそれぞれの位置にあるときの翼の角度を制御することにより、揚力と抗力を風車の回転力として有効に引き出すことを目的とする低速タイプの風車である。
図２は風車の断面図で、風の流れに対して、翼のＡ．Ｂ．Ｃ．Ｄ各位置での向かえ角を示したものである。Ａ点では揚力Ｌａ  が、Ｂ点では抗力Ｄｂが、Ｃ点では揚力Ｌｃがそれぞれ矢印の向きに働きトルクを発生する。Ｄ点においては、翼の風に対する迎え角は０度なので力は発生しない。
また、Ｐｏは風車の中心軸に設置したプーリー、Ｐｅは翼に取り付けしたプーリーでＰｅの径はＰｏの径の２倍とし、双方をベルトまたはチェーンで連結する。ベルトやチェーンの代わりに、奇数個のギアを使用して連結してもよい。（この場合はＰａ・Ｐｏは２対１のギア比のギアを使う）・Ａ点で発生したトルクＬａにより翼が９０度回転しＢ点まで動くと翼は左方向に４５度回転して図で示した迎え角になることを説明するためのものである。また風向きが変わったときは、Ｐｏの矢印を風の吹いてくる方向へ向くように回転させれば、風の流れに対する翼の迎え角は図に示すごとくに保て（追尾でき）る。
また、この風車は、地表（水平）面に対しては、垂直軸型と水平軸型の両方が考えられ、それぞれの特長をもっている。
先に風向きの変化について触れたが、これは垂直軸型の場合に有効なヨー制御装置である。図においては、風車を上（または下）から見た断面で、風車の中心軸上にとりつけたギアまたはプーリーＰｏを風向きの変化に合わせて回してやることでヨー制御が可能である。また、垂直軸型は屋根上やビルの屋上にも設置しやすく、比較的小型なものに適している。
水平軸型のものは、図２において、Ｂを上Ｄを下として横から見た断面図となり、この場合の風向きの変化は水平方向であり、地表に沿って流れる風の垂直方向の変化はないものとして、中心軸に取り付けたＰｏは固定しておき、風車全体を、風の流れに対して風車の回転軸が直角になりかつＡ側が風上となるよう制御する必要がある。したがって水平軸型のヨー制御には、風車全体を回転させる大掛かりな装置が必要となる。このタイプの翼の風に対する迎え角を見ると、上にいくほど強いトルクを得やすくなっており、一般的に上空ほど風速は高いので大型風車に向いているといえる。これからの風車設置場所として、沿岸の洋上などが考えられるが、水上に設置する場合は風車全体をフロート上に設置し、しっかりした杭などに繋留することにより、ダウンウィンド型風車として作動するので、大掛かりなヨー制御装置は必要ない。また、この理論は、地上に設置する場合にも回転軸の中心より風下側の風車の両側に尾翼を兼ねた整流版を設けるなどの工夫により応用することが可能である。
次に、翼の風の流れに対する迎え角の制御について述べたい。
この風車は、ローターが１回転するとき翼は反対回りに半（１／２）回転するが、図１の例で述べた２対１の径またはギア比で制御する場合には、常にローター回転速度の１／２の回転速度で反対方向に回転する。
図３は、もう１つの迎え角制御について説明するためのものである。
図３のＥ点からＦ点まで（１／４周）の間は、翼をローターの回転と同じ速度で反対向きに回転させる。Ｆ点からＧ点までの１／４周は、翼を翼の回転軸に固定させる。Ｇ点からＨ点までの１／４周は翼をローターの回転と同じ速度で反対方向に回転させる。Ｈ点からＥ点までの１／４周は、翼をその軸に固定させる。
このように制御すると、翼の迎え角はＥからＦの間は直角（９０度）に、ＧからＨの間は平行（０度）になる。また、Ｆ〜Ｇ間は直角（９０度）から平行（０度）まで、Ｈ〜Ｅ間は平行（０度）から直角（９０度）までそれぞれ９０度づつ回転し、ローターが１回転（３６０度）すると翼は反対向きに半回転（１８０度）する。この迎え角制御の場合は、Ｅ〜Ｆ間は１００％抗力を利用、Ｇ〜Ｈ間では多少の揚力の効果は捨ててマイナス方向に働く抗力を０にし、Ｆ〜Ｇ間及びＨ〜Ｅ間では主に揚力を利用する。このように、ローターを１周する間の翼を半回転させる制御の仕方にも、２通りの方法があり、それぞれの特徴と利点を活かした風車の設計に使い分けることができる。
次に、翼についての考えを述べる。本発明の風車の発想は、風をはらみ、風を大きくとらえて疾走するヨットや帆船の帆に働く力を効率よく回転力に変換することから始まった。したがって、翼の受風面積は大きく（スリムな翼を使う場合は翼の枚数を多く）して、抗力と揚力の両方を効率よく発生するような形状が望ましい。アルミやＦＲＰなどの剛性が強く比較的軽量な素材を使った固形の対称翼型のものがまず考えられるが、高速型に比べて翼にかかる負荷が小さい低速型なので、軽量かつ柔軟性のある素材を使用した、セール状の翼や、揚力．抗力をより効率よく発生するように湾曲するような構造の翼の開発が、今後の課題である。
突風や定格出力を超える強風の場合は、一時的にフライホイール等にエネルギーをため込み、風が弱まったらそのエネルギーを放出するような工夫も低速型ゆえに、有効な手段である。さらにそれを超える強風が続くときは、ヨー制御の項で述べたＰｏの風向き方向の矢印の向きを、風向き（水平軸型においては水平方向）からずらすことにより出力制御を行うことが出来る。
化石燃料の多用により、地球の温暖化や大気汚染がすすみ環境破壊、異常気象等で、様々な災害が引き起こされている現在、クリーンな自然エネルギー活用の開発が、全世界的急務となっている。太陽光発電の普及は、世界の中でもわが国が一番進んでいるが、エネルギー密度の低さやその取り扱いにくさから、風力エネルギーの開発はまだ遅れている。さわやかなそよ風からはちいさなエネルギーを、また強風からは大きなエネルギーを安定して取り出せる風車、そして一般民家の屋根上やビルの屋上に設置できる小型風車から、沿岸の海上や丘陵、山頂に建設する大型風車まで、立地のゆるす場所には、全国津々浦々にまで普及することを切望するものである。
【図１】
2007285289.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年7月7日(2006.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、反・半回転翼風車に関する。
【背景技術】
【０００２】  現代の風車は、プロペラ型風車・ダリウメ風車など、高速タイプで揚力利用型の風車が高性能風車となる条件とされている。そして、大型の風車の羽根の相対速度は、毎秒１００メートルを超えるものもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかし、風車をいかに高速で回しても、ベッツの限界値があり、さらに高速回転ゆえに発生する損失の増大や騒音の問題もおきてくる。  また、翼に発生する揚力は相対速度の２乗に比例するが、発生する力の方向は回転方向から大きくずれて発生するので、有効に働く回転力は何分の一かになってしまう。このとき翼自体は発生した全揚力を負荷することになり、翼の強度はかなり高く設計する必要性がある。  さらに高速型風車は翼に発生する抗力による抵抗を小さくするため翼面積を小さく設計してあり、弱風時の起動性能及び運転性能が悪いのが現実である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  ストレート・ダリウス風車に代表されるような、風の流れに直角軸の風車で、回転軸に平行かつ等距離に設置された複数の翼（ブレード）の各支持部に翼自体が回転できるよう軸受けを設け、それぞれの翼がローター〔風車本体〕中心軸の周りを１回転するときに、ローターの回転にたいし反方向に半分（１／２）の回転をしながら回る翼を特徴とする型の風車である。
【発明の効果】
【０００５】  化石燃料の多用により、地球の温暖化や大気汚染がすすみ、環境破壊、異常気象などでさまざまな災害が引き起こされている現在、クリーンな自然エネルギー活用の開発が、全世界的急務となっている。  太陽光発電の普及は、世界の中でもわが国が一番進んでいるが、エネルギー密度の低さや取り扱いにくさから、風力エネルギー利用の開発は遅れている。さわやかなそよ風からはちいさなエネルギーを、また強風からは大きなエネルギーを安定して取り出せる風車、そして一般民家の屋根上やビルの屋上に安易に設置できる小型風車から、沿岸、海上、丘陵や山頂に建設する大型風車まで、立地のゆるす場所には、全国津々浦々にまで設置できる普及型風車の開発に当発明は効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  図１は、ストレート．ダリウス風車と比較させながら、本発明の風車のイメージをわかり易くするためのものである。
この発明は、風車の翼の表面積を大きく設計し、風の流れに対し風車のそれぞれの位置にあるときの翼の角度を制御することにより、翼に発生する揚力と抗力を風車の回転力として有効に引き出すことを目的とする低速タイプの風車である。【０００７】  図２は風車の断面図で、風の流れに対して、翼のＡ．Ｂ．Ｃ．Ｄ各位置での向かえ角を示したものである。Ａ点では揚力Ｌａが、Ｂ点では抗力Ｄｂが、Ｃ点では揚力Ｌｃがそれぞれ矢印の向きに働きトルクを発生する。Ｄ点においては、翼の風に対する迎え角は０度なので力は発生しない。
図２において、Ｐｏは風車の中心軸に設置したプーリー、Ｐｅは翼に取り付けたプーリーでＰｅの径はＰｏの径の２倍とし、双方をベルトまたはチェーンで連結する。ベルトやチェーンの代わりに、奇数個のギアを使用して連結してもよい。（この場合はＰｅ・Ｐｏは２対１のギア比のギアを使う）・Ａ点で発生したトルクＬａにより翼が９０度回転しＢ点まで動くと翼は左方向に４５度回転して図で示した迎え角になることを説明するためのものである。また風向きが変わったときは、Ｐｏの矢印を風の吹いてくる方向へ向くように回転させれば、風の流れに対する翼の迎え角は図に示すごとくに保て（追尾でき）る。【０００８】  また、この風車は、地表（水平）面に対しては、垂直軸型と水平軸型の両方が考えられ、それぞれの特長をもっている。
先に風向きが変化した時の対応について触れたが、これは垂直軸型の場合に有効なヨー制御装置である。図２においては、風車を上（または下）から見た断面で、風車の中心軸上にとりつけたギアまたはプーリーＰｏを風向きの変化に合わせて回してやることでヨー制御が可能である。  垂直軸型は屋根上やビルの屋上にも設置しやすく、比較的小型なものに適している。
水平軸型のものは、図２において、Ｂを上Ｄを下として横から見た断面図となり、この場合の風向きの変化は水平方向であり、地表に沿って流れる風の垂直方向の変化はないものとして、中心軸に取り付けたＰｏは固定しておき、風車全体を、風の流れに対して風車の回転軸が直角になりかつＡ側が風上となるよう制御する必要がある。したがって水平軸型のヨー制御には、風車全体を回転させる大掛かりな装置が必要となる。このタイプの翼の風に対する迎え角を見ると、上にいくほど強いトルクを得やすくなっており、一般的に上空ほど風速は高いので大型風車に向いているといえる。これからの風車設置場所として、沿岸や洋上などが考えられるが、水上に設置する場合は風車全体をフロート上に設置し、しっかりした杭などに繋留することにより、ダウンウィンド型風車として作動するので、大掛かりなヨー制御装置は必要ない。また、この理論は、地上に設置する場合にも回転軸の中心より風下側の風車の両側に尾翼を兼ねた整流版を設けるなどの工夫により応用することが可能である。【０００９】    次に、翼の風の流れに対する迎え角の制御について述べたい。
（制御法１）
この風車は、ローターが１回転するとき翼は反対回りに半（１／２）回転するが、図２の説明で述べた２対１の径またはギア比で制御する場合には、常にローター回転速度の１／２の回転速度で反対方向に回転する。
図３は、もう１つの迎え角制御について説明するためのものである。
（制御法２）
図３のＥ点からＦ点まで（１／４周）の間は、翼をローターの回転と同じ速度で反対向きに回転させる。Ｆ点からＧ点までの１／４周は、翼を翼の回転軸に固定させる。Ｇ点からＨ点までの１／４周は翼をローターの回転と同じ速度で反対方向に回転させる。Ｈ点からＥ点までの１／４周は、翼をその軸に固定させる。
このように制御すると、翼の迎え角はＥからＦの間は直角（９０度）に、ＧからＨの間は平行（０度）になる。また、Ｆ〜Ｇ間は直角（９０度）から平行（０度）まで、Ｈ〜Ｅ間は平行（０度）から直角（９０度）までそれぞれ９０度づつ回転し、ローターが１回転（３６０度）すると翼は反対向きに半回転（１８０度）する。この迎え角制御の場合は、Ｅ〜Ｆ間は１００％抗力を利用、Ｇ〜Ｈ間では多少の揚力の効果は捨てて回転のマイナス方向に働く抗力を０にし、Ｆ〜Ｇ間及びＨ〜Ｅ間では主に揚力を利用する。このように、ローターを１周する間の翼を半回転させる制御の仕方にも、２通りの方法があり、それぞれの特徴と利点を活かした風車の設計に使い分けることができる。【００１０】  次に、翼についての考えを述べる。本発明の風車の発想は、風をはらみ、風を大きくとらえて疾走するヨットや帆船の帆に働く力を効率よく回転力に変換することから始まった。したがって、翼の受風面積は大きく（スリムな翼を使う場合は翼の枚数を多く）して、抗力と揚力の両方を効率よく発生するような形状が望ましい。アルミやＦＲＰなどの剛性が強く比較的軽量な素材を使った固形の対称翼型のものがまず考えられるが、高速型に比べて翼にかかる負荷が小さい低速型なので、軽量かつ柔軟性のある素材を使用した、セール状の翼や、揚力．抗力をより効率よく発生するように湾曲するような構造の翼の開発が、今後の課題である。【００１１】  突風や定格出力を超える強風の場合は、一時的にフライホイール等にエネルギーをため込み、風が弱まったらそのエネルギーを放出するような工夫も低速型ゆえに、有効な手段である。さらにそれを超える強風が続くときは、ヨー制御の項で述べたＰｏの風向き方向の矢印の向きを、風向き（水平軸型においては水平方向）からずらすことにより出力制御を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】  ストレート・ダリウス風車と本発明の風車の断面図。
【図２】  風車の断面図。風の流れに対し、風車のそれぞれの位置における翼の迎え角と、そこに発生する力〔矢印〕を示す。
【図３】  反・半回転翼制御法の説明図。
【符号の説明】
【００１３】  Ｏは風車の中心軸。
Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｅは風の流れに対するＯ点からのそれぞれの位置を示す。