(57)【要約】【課題】  発電システム，熱交換システム等に設備され風力エネルギを収集する垂直軸型の風車装置について、羽根体が風上側，風下側のいずれにおいても効率的に風を受けることができるようにして回転性能を高める。【解決手段】  風を受ける羽根体１が支持アーム２によって垂直軸３に放射状に取付けられ、羽根体１の一部が風を受けて弾性変形する。羽根体１は、弾性変形しない頭部１１と弾性変形する尾部１４とからなる。頭部１１は、回転方向側が閉鎖され回転方向の逆方向側が開放された断面Ｕ字形に形成されて支持アーム２に固定される。尾部１４は、基端部が頭部１１の断面Ｕ字形の内部に固定され先端部が頭部１１から自由状態で突出された平板な薄性の弾性を有した板材からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受ける羽根体が支持アームによって垂直軸に放射状に取付けられ、羽根体の一部が風を受けて弾性変形する風車装置において、羽根体は弾性変形しない頭部と弾性変形する尾部とからなり、頭部は回転方向側が閉鎖され回転方向の逆方向側が開放された断面Ｕ字形に形成されて支持アームに固定され、尾部は基端部が頭部の断面Ｕ字形の内部に固定され先端部が頭部から自由状態で突出された平板な薄性の弾性を有した板材からなることを特徴とする風車装置。
【請求項２】
請求項１の風車装置において、羽根体の頭部は薄性の板材で屈曲形成され、羽根体の尾部は基端部が頭部の断面Ｕ字形の内部に固定されたブロック体の中子部材に固定され、中子部材は尾部の弾性変形を許容する許容スペースが設けられていることを特徴とする風車装置。
【請求項３】
請求項２の風車装置において、中子部材は尾部の弾性変形の限界を規制するストッパが設けられていることを特徴とする風車装置。
【請求項４】
請求項２または３の風車装置において、中子部材は吸音材で形成されていることを特徴とする風車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システム，熱交換システム等に設備され風力エネルギを収集する垂直軸型の風車装置に係る技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
最近、微風時の回転特性や風向きに対する方向制御の不要性等の評価から、水平軸型の風車装置に代わって垂直軸型の風車装置が多用されるようになってきている。
【０００３】
垂直軸型の風車装置は、通常、風を受ける羽根体が支持アームによって垂直軸（回転軸）に放射状に取付けられている。従って、羽根体は、垂直軸に対する風上側，風下側の位置で逆方向から風を受けることになる。このため、高い回転性能を得るためには、羽根体を風上側，風下側のいずれにおいても効率的に風を受けることができるように設計する必要性がある。
【０００４】
従来、垂直軸型の風車装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００５】
特許文献１には、風を受ける羽根体が支持アームによって垂直軸に放射状に取付けられ、羽根体の一部が風を受けて弾性変形する風車装置が記載されている。
【０００６】
特許文献１に係る風車装置は、羽根体の一部が風を受けて弾性変形することで、強風時の羽根体の損傷を防止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−６０５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に係る風車装置では、羽根体の弾性変形が羽根体の損傷を防止するにとどまり風上側，風下側のいずれにおいても効率的に風を受けることができるようにするものではないため、回転性能が低いという問題点がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、羽根体が風上側，風下側のいずれにおいても効率的に風を受けることができるようにして回転性能を高めた風車装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の課題を解決するため、本発明に係る風車装置は、特許請求の範囲の各請求項に記載の手段を採用する。
【００１１】
即ち、請求項１では、風を受ける羽根体が支持アームによって垂直軸に放射状に取付けられ、羽根体の一部が風を受けて弾性変形する風車装置において、羽根体は弾性変形しない頭部と弾性変形する尾部とからなり、頭部は回転方向側が閉鎖され回転方向の逆方向側が開放された断面Ｕ字形に形成されて支持アームに固定され、尾部は基端部が頭部の断面Ｕ字形の内部に固定され先端部が頭部から自由状態で突出された平板な薄性の弾性を有した板材からなることを特徴とする。
【００１２】
この手段では、平板な薄性の弾性を有した板材からなる羽根体の尾部が羽根体の断面Ｕ字形の頭部に内部に固定されて自由状態で突出されることで、風を受けた羽根体の尾部が風上側，風下側で逆方向に同様の変化で弾性変形して魚類の泳動のような変形形態が奏され、羽根体の尾部の風上側，風下側での弾性変形からの復元力が回転力に加重される。
【００１３】
また、請求項２では、請求項１の風車装置において、羽根体の頭部は薄性の板材で屈曲形成され、羽根体の尾部は基端部が頭部の断面Ｕ字形の内部に固定されたブロック体の中子部材に固定され、中子部材は尾部の弾性変形を許容する許容スペースが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この手段では、薄性の板材で屈曲形成され軽量化された羽根体の頭部の内部に固定されたブロック体の中子部材に尾部が固定され、中子部材に尾部の弾性変形を許容する許容スペースが設けられることで、尾部が確実に固定されて弾性変形が無用の摩擦を生ずることなく円滑に奏される。
【００１５】
また、請求項３では、請求項２の風車装置において、中子部材は羽根体の尾部の弾性変形の限界を規制するストッパが設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この手段では、中子部材にストッパが設けられることで、羽根体の尾部の弾性を超えた変形が防止される。
【００１７】
また、請求項４では、請求項２または３の風車装置において、中子部材は吸音材で形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この手段では、中子部材は吸音材で形成されることで、固定されている羽根体の尾部から生ずる異音が減衰される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る風車装置は、平板な薄性の弾性を有した板材からなる羽根体の尾部が羽根体の断面Ｕ字形の頭部に内部に固定されて自由状態で突出されることで、風を受けた羽根体の尾部が風上側，風下側で逆方向に同様の変化で弾性変形して魚類の泳動のような変形形態が奏され、羽根体の尾部の風上側，風下側での弾性変形からの復元力が回転力に加重されるため、羽根体が風上側，風下側のいずれにおいても効率的に風を受けることができるようになって回転性能が高められる効果がある。
【００２０】
さらに、請求項２として、薄性の板材で屈曲形成され軽量化された羽根体の頭部の内部に固定されたブロック体の中子部材に尾部が固定され、中子部材に尾部の弾性変形を許容する許容スペースが設けられることで、尾部が確実に固定されて弾性変形が無用の摩擦を生ずることなく円滑に奏されるため、高い耐用性能が得られる効果がある。
【００２１】
さらに、請求項３として、中子部材にストッパが設けられることで、羽根体の尾部の弾性を超えた変形が防止されるため、強風時に羽根体の尾部が損傷することがない効果がある。
【００２２】
さらに、請求項４として、中子部材は吸音材で形成されることで、固定されている羽根体の尾部等から生ずる異音が減衰されるため、静音性のある回転特性が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る風車装置を実施するための形態の斜視図である。
【図２】図１の要部の拡大横断面図である。
【図３】図１の動作を説明する簡略化した平面図である。
【図４】図１の動作を説明する簡略化した平面図である。
【図５】図３，図４の動作を連続的に直線上に展開した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る風車装置を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
この形態では、図１に示すように、４枚羽根構造からなるものが示されている。
【００２６】
この形態は、風Ｗを受ける羽根体１が支持アーム２によって垂直軸３に放射状に取付けられる縦軸型の基本構造を採用している。
【００２７】
羽根体１は、図２に詳細に示されるように、頭部１１，受座１２，中子部材１３，尾部１４，取付ボルト１５からなる。
【００２８】
羽根体１の頭部１１は、アルミニウム板のような耐腐食性，軽量性の優れた薄性の板材を屈曲加工して風Ｗを受けて弾性変形しない断面Ｕ字形に形成されたもので、断面Ｕ字形の閉鎖側が回転方向側に設定され断面Ｕ字形の開放側が回転方向の逆方向側に設定される。なお、頭部１１の断面Ｕ字形については、外周側，内周側で曲率を異ならせ飛行体の翼断面のような形状が選択されている。
【００２９】
羽根体１の受座１２は、頭部１１と同様の材料でコ字形に形成され、頭部１１の内部にスペーサ（梁）のような格好で固定されている。
【００３０】
羽根体１の中子部材１３は、発泡性の合成樹脂材等の吸音材でブロック体に形成され、受座１２から頭部１１の断面Ｕ字形の開放側の内部を埋める芯材の格好で固定されている。中子部材１３の中心部には、中空の空隙からなる許容スペース１３ａが前端部（頭部１１の断面Ｕ字形の閉鎖側）の少し後端部（頭部１１の断面Ｕ字形の開放側）寄りから前後方向に設けられ後端部で開放されている。中子部材１３の後端部には、許容スペース１３ａに突出され相対されたストッパ１３ｂが設けられている。
【００３１】
羽根体１の尾部１４は、頭部１１と同様でかつ弾性を有した材料で平板な１枚板とされ、基端部が頭部１１の内部の中子部材１３の前端部の中心に固定され、中子部材１３の許容スペース１３ａ，ストッパ１３ｂの中心を通って、先端部が頭部１１から自由状態で突出され風Ｗを受けて弾性変形されるようになっている。
【００３２】
羽根体１の取付ボルト１５は、頭部１１，受座１２，中子部材１３，尾部１４を貫通してこれ等を確実に固定している。尾部１４が受座１２，中子部材１３を介して頭部１１に固定されることは、薄性の板材からなる頭部１１への尾部１４の取付け固定が強固になる。なお、この取付ボルト１５は、支持アーム２の取付けをも兼用している。
【００３３】
支持アーム２は、垂直軸３に９０度の角度を介して４本が固定され、羽根体１の頭部１１の内周側の面に前述の取付ボルト１５で固定されている。
【００３４】
垂直軸３は、羽根体１，支持アーム２の中心に位置されて回転軸となるものである。
【００３５】
この形態によると、羽根体１は、頭部１１の断面Ｕ字形の開放側に風Ｗを受けて風上側から風下側に向かい、頭部１１の断面Ｕ字形の閉鎖側で風Ｗを切り風下側から風上側に向かうことになる。この結果、支持アーム２を介して垂直軸３が回転駆動される。特に、この回転駆動においては、頭部１１の断面Ｕ字形の開放側での風Ｗの受けが初期動作を良好にする。
【００３６】
羽根体１の回転では、図３，図４の３時方向，９時方向（風上，風下の中間）にあるとき（図３参照）以外、尾部１４の先端部が風下側に弾性変形する。そして、風上側から風下側に向かう際には、図３，図４の１２時方向から３時方向までは弾性変形が回転の内周側となり、図３，図４の３時方向から６時方向までは弾性変形が回転の外周側となる。また、風下側から風上側に向かう際には、図３，図４の６時方向から９時方向までは弾性変形が回転の外周側となり、図３，図４の９時方向から１２時方向までは弾性変形が回転の内周側となる。
【００３７】
この羽根体１の尾部１４の弾性変形は、図５に示すように、直線上に展開すると前方への推進力を起生する魚類の泳動のような格好となる。従って、羽根体１の尾部１４の弾性変形の復元力は、前述の垂直軸３の回転力に加重される。この結果、回転性能が高くなることになる。
【００３８】
羽根体１の尾部１４の弾性変形では、羽根体１の中子部材１３に許容スペース１３ａが設けられることで、中子部材１３への無用の接触が回避される。このため、尾部１４，中子部材１３の摩耗損傷が防止されるとともに、尾部１４の円滑な弾性変形が保障される。また、羽根体１の尾部１４の弾性変形が大きくなった場合には、尾部１４が中子部材１３のストッパ１３ｂに当接して尾部１４の弾性を超えた変形が防止されるため、強風時に羽根体１の尾部１４が損傷することがない。
【００３９】
さらに、この形態では、羽根体１の中子部材１３が吸音材からなるため、羽根体１の尾部１４をはじめ各部で発生するきしみ音等の異音を減衰することができる。この結果、静音性のある回転特性が得られる
【００４０】
以上、図示した形態の外に、２枚羽根構造，３枚羽根構造または５枚羽根以上の構造とすることも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１            羽根体
１１          頭部
１３          中子部材
１４          尾部
２            支持アーム
３            垂直軸
Ｗ            風
【図１】
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【図２】
2012041861.tif 000004
【図３】
2012041861.tif 000005
【図４】
2012041861.tif 000006
【図５】
2012041861.tif 000007