(57)【要約】      （修正有）【課題】従来例では、風流方向を風向板によって検出し、カム機構により翼を水平軸で回転させて、風に向かう時は翼を水平にして抵抗最小にし、風を受ける時は翼を垂直にして抗力最大にする構造にしているが、カムリンク機構が複雑でコスト高になり、水平軸の回転抵抗損失が発生する欠点がある。【解決手段】翼を翼フレーム３と開閉翼軸５と開閉翼４で構成し、開閉翼４を翼フレーム３の外端に設けた開閉翼軸５に取付け、開閉翼４は翼フレーム３と平行な閉鎖位置と、翼フレーム３から略直角方向に回転した開放位置の間で開閉可能な構造とし、風に向かう時は翼を開いて抵抗を少なくし、風を受ける時は翼を閉じて抗力を最大にする構造とし、風向板やカムリンク機構を廃止してコスト低減させると共に、開閉翼４の開閉は風力によって行なわせ、開閉抵抗損失を省く構造とした。【選択図】図１
2012163006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸に複数の翼を放射状にそれぞれ等間隔で取付け、前記翼は翼フレームと開閉翼軸と開閉翼で構成し、前記開閉翼は前記翼フレームの回転外端側の上板と下板間に回転自在に軸支された開閉翼軸に取付け、前記開閉翼は、それぞれ前記開閉翼軸を基点に上板及び下板の幅方向で垂直軸に向かって左側又は右側に統一して平行に伸ばし、前記開閉翼が前記上板及び下板と平行の閉鎖位置と上板及び下板と略直角方向に開いた開放位置との間で回動する構成とし、前記開閉翼は、風に押される時は前記閉鎖状態とし、風に向かう時は前記開放状態にしたことを特徴とする翼開閉式風車。
【請求項２】
前記請求項１に記載の翼開閉式風車において、前記開閉翼は開閉翼軸から前記垂直軸の方向に向かって左右いずれか一方に伸び、前記上板及び下板側面から略L字型に曲げて前記上板及び下板と平行に前記垂直軸の方向に伸びる構造で、前記垂直軸から放射方向線上にある前記開閉翼軸中心位置と前記開閉翼の重心位置に差を設け、前記開閉翼に直接風を受けない時、前記翼の回転遠心力により前記開閉翼が前記閉鎖位置から開放位置に転換可能な構造にしたことを特徴とする翼開閉式風車。
【請求項３】
前記請求項１及び２に記載の翼開閉式風車において、前記翼フレームの上板及び下板または内板及び外板に対し、前記開閉翼の前記閉鎖位置と開放位置で回転停止させる当接部位にそれぞれストッパーを設け、前記ストッパーは前記上板及び下板または内板及び外板と開閉翼の外周部のいずれか一方に取付け、その材質を軟質緩衝材で構成させたことを特徴とする翼開閉式風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力を利用して風車を廻し、その回転力で発電機やポンプを駆動する動力を獲得するための風車構造に関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
従来の垂直軸型風車の動力装置は、下記の特許文献に示す様な風向板を用いて、カム機構により、翼を風に向かう時は水平にして抵抗損失を少なくし、風に押される時は垂直にして抗力最大にする発明事例が見られるが、構造が複雑で製造コストが高く、維持管理が困難な欠点が有った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２０２６７９号公報
【発明の概要】
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、垂直軸型風車装置の利点を生かし、風向板を用いずに、構造を簡単にして、製造コストや維持管理コストを最少にする発明で、開閉翼を回転自在の開閉翼軸に取付けて開閉可能とし、風に向かう時は翼を開いて抵抗損失を最小にし、風に押される時は開閉翼を閉じて抗力最大にすることを特徴とする翼開閉式風車を提供しようとするものである。  
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
引例の風車は、風流方向を風向板によって検出し、カム機構により翼を水平軸で回転させて、風に向かう時は翼を水平にして抵抗最小にし、風を受ける時は翼を垂直にして抗力最大にする構造にしているが、カムリンク機構が複雑でコスト高になり、水平軸の回転抵抗損失が発生する欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
翼を翼フレームと開閉翼軸と開閉翼で構成し、開閉翼を翼フレームの外端に設けた開閉翼軸に取付け、開閉翼は翼フレームと平行な閉鎖位置と、翼フレームから略直角方向に回転させた開放位置の間で開閉可能な構造とし、風に向かう時は翼を開いて抵抗を少なくし、風を受ける時は翼を閉じて抗力最大にする構造とし、風向板やカムリンク機構を廃止してコスト低減させると共に、開閉翼の開閉を遠心力や風力によって行なわせ、開閉抵抗損失を省く構造とする。
【発明の効果】
【０００７】
前記解決手段により、従来品に比べ、下記の点が大幅に改善される。
（１）風向板無しで、全ての風向きに対応し、効率よく風力を回転力に変換可能。
（２）構造を簡素化し、強度を確保して、製造コストの低減、維持管理の容易化。
（３）翼フレームと開閉翼の閉鎖位置および開放位置の当接間に軟質緩衝材のストッパーを設け、開閉翼の回転停止音を吸収して静粛性を確保する。
（４）風車特性は低速回転・高トルク型で強風にも安全に作動する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本案第一実施例の横断面図
【図２】本案第一実施例の上面図
【図３】本案第一実施例の開閉翼挙動の説明図
【図４】本案第二実施例の３枚翼構造の上面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図１から図４を参照して本案の構造と作動を説明する。
図１から図３は本案第一実施例の２枚翼構造を示し、図４は本案第二実施例の３枚翼構造の上面図を示す。
先ず本案第一実施例を説明する。４隅に１１フレームポールを立て、１０a上フレームプレートと10b下フレームプレートを取付ける。１垂直軸は前記１０a上フレームプレートと10b下フレームプレートの中心に８垂直軸ベアリングを用いて回転自在に取付ける。２翼は３翼フレームと５開閉翼軸と４開閉翼で構成され、３翼フレームは１垂直軸に固定される3a上板と3b下板と側面の３c内板と3d外板で箱枠状に構成し、４開閉翼は前記3a上板と3b下板の回転外端側の間に９開閉翼ベアリングを用いて回転自在に設けた５開閉翼軸に取付ける。複数の４開閉翼は図２で見られる様に５開閉翼軸から１垂直軸の方向に向かって3a上板及び3b下板の幅方向右側に伸び、略L字型に曲げて上板及び3b下板と平行に１垂直軸の方向に伸びる。
図２の場合は２翼に風を受けて時計方向に回転するが、４開閉翼を５開閉翼軸から１垂直軸の方向に向かって幅方向左側に伸び、略L字型に曲げて上板及び3b下板と平行に伸ばすと２翼は風を受けて反時計方向に回転することになる。
従って、複数の４開閉翼の取付け形状は前記の同一方向にすることが必要です。
次に６閉鎖ストッパーは４開閉翼の回転外端と３c内板の当接部間で３c内板に複数取付けているが、４開閉翼の回転外端と３c内板のいずれか一方に取付けても良い。また、４開閉翼の側面を伸ばして3a上板及び3b下板の当接部間に設けても良い。
また、７開放ストッパーは４開閉翼を開放位置にした時、３d外板の内側と４開閉翼外面の当接間で３d外板に複数取付けているが、いずれか一方に設けても良い。尚、いずれのストッパーの材質も当接衝撃振動を吸収するためゴム等の軟質緩衝材料を用いることが好ましい。また、別の方法として４開閉翼の材質を硬質ゴム等の緩衝部材で作って、ストッパーの別付けを省略しても良い。
また、３翼フレームと４開閉翼及び５開閉翼軸は風車の回転部材であり、材質はアルミ合金等の軽合金か樹脂材料で構成し軽量化することが好ましい。
１垂直軸の下端は８軸受ベアリングで軸支され、その下に１２大型歯車を取付け、１３小型歯車と噛合って増速され、１３小型歯車の軸に直結された１５発電機を回転させる。勿論この回転負荷はポンプや他の動力源として使用しても良い。
次に本案第一実施例の４開閉翼の挙動を図３によって説明する。
回転円の外端に示した360/0から時計回りに45度ピッチで１回転にわたり、2翼が回転すると共に４開閉翼の挙動と回転トルク発生状態を追跡解説する。
360/0度位置では４開閉翼は閉鎖状態であるが風を受けず回転トルクゼロ。45度位置では４開閉翼は閉鎖状態で斜面に風受けて回転トルクは約50%発生する。90度位置では４開閉翼は閉鎖状態で風を直角に受け回転トルク100%になる。135度位置では４開閉翼は閉鎖状態で斜面に風を受けて回転トルクは約50%発生する。
180度位置では４開閉翼は閉鎖状態で風力を受けず回転トルクゼロ。
しかし、風力を受けないと４開閉翼の重心は５開閉翼軸より手前(図３では下側)にあるため１垂直軸の回転遠心力で振られ、４開閉翼が閉鎖状態から開放状態に開転し、再び風を受け始める。２２５度位置では４開閉翼は開放状態で斜面に風を受けて回転トルクは約２５%発生する。２７０度位置では４開閉翼は開放状態で風を受けず回転トルクは発生せず、微小のトルク損失。３１５度位置では４開閉翼は開放状態で風を受けず回転トルクは発生せず、微小のトルク損失。そして３６０度位置に戻る。
以上の結果から２枚翼構造では１８０度ピッチ対象位置の合計回転トルクが風車稼動トルクになり、３６０／０度位置以外は常に回転トルクが発生していることになり、微風でも回転し、風力エネルギーの変換効率の高さが理解される。
尚、３枚翼構造の場合は、製造コストは高くなるが、風力エネルギーの変換効率は更に高くなり垂直軸風車して理想的な効率が得られる。
【００１０】
次に本案第二実施例の３枚翼構造を図４を用いて説明する。
作動原理は第一実施例と同様であるが、図４に示す様に２翼は１２０度ピッチで３方向に設置され、２枚翼構造の３６０／０度位置での合計発生トルクはゼロ位置問題が解消され、微風時の回転開始が容易になると共に回転機としての重心バランスが平均化され回転振動も少なくなる。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
現状では、水平軸にプロペラ翼を装着した大型風車が先行的に採用されている。
その理由は、水平軸ペロペラ風車の発電効率が良く、大型発電に適しているからである。一方、家庭用では、太陽光発電が主に設置されているが、その理由は、設置場所が狭くプロペラ風車は設置が困難になるからである。
しかし、太陽光発電は昼間のみで、好天気に恵まれる必要条件が有り、曇天時や夜間でも風があれば発電できる風力発電は魅力的である。
従って、今後の発電量増大策は、太陽光発電と風車発電のハイブリット化が有力視されているが、急がねばならないのは家庭で設置できる小型風力発電機である。小型化を進めるには垂直軸で風力エネルギーの変換効率の良い発電装置の開発が必要です。本案はその目的を達する為に開発した物で、垂直軸のジャイロミル型風車の回転力変換効率を更に上げる為に、風向板を使用せず、風を受ける時は開閉翼を閉じ、風に向かう側の開閉翼を開き回転抵抗損失を減らす事で効率改善を達成しようとするものです。
本案では、それを可能な限り簡単な構造で、製造費を安く、維持管理費の安い安全設計を達成させたものです。
【符号の説明】
【００１２】
１垂直軸、２翼、３翼フレーム、３a上板、３b下板、３c内板、３d外板、４開閉翼、５開閉翼軸、６閉鎖ストッパー、７開放ストッパー、８垂直軸ベアリング、９開閉翼軸ベアリング、１０a上フレームプレート、１０b下フレームプレート、１１フレームポール、１２大径歯車、１３小径歯車、１４ギヤケース、１５発電機、
【図１】
2012163006.tif 000003
【図２】
2012163006.tif 000004
【図３】
2012163006.tif 000005
【図４】
2012163006.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月20日(2011.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸に複数の翼を放射状にそれぞれ等間隔で取付け、前記翼は翼フレームと開閉翼軸と開閉翼で構成し、前記開閉翼は前記翼フレームの回転外端側の上板と下板間に回転自在に軸支された開閉翼軸に取付け、前記開閉翼は、それぞれ前記開閉翼軸を基点に上板及び下板の幅方向外側で、垂直軸に向かって左側又は右側に統一して平行に伸ばした翼開閉式風車において、前記垂直軸は、前記翼の回転円周外に設けた、地上から立脚する複数のフレームポールに取付けた上下のフレームプレートの中央に設けた軸受によって保持されるようにしたことを特徴とする翼開閉式風車。
【請求項２】
前記請求項１に記載の翼開閉式風車において、前記開閉翼は開閉翼軸から、前記上板または下板の幅外側に向かって板幅の1/2以上伸びた位置から略L字型に曲げて、前記上板及び下板の外側と平行に前記垂直軸の方向に伸びる構造で、前記垂直軸から放射方向線上にある前記開閉翼軸中心角度位置と前記開閉翼の重心角度位置と角度差を設け、前記翼が風を受ける方向の最近位置から１８０度回転した最遠位置を回転通過する時、前記開閉翼の回転遠心力により前記開閉翼が前記閉鎖位置から開放位置に略９０度の自動転換可能な構造にしたことを特徴とする翼開閉式風車。
【請求項３】
前記請求項１に記載の翼開閉式風車において、前記開閉翼は開閉翼軸から、前記上板または下板の幅外側に向かって板幅の1/2以上伸びた位置から略L字型に曲げて、前記上板及び下板の外側と平行に前記垂直軸の方向に伸びる構造で、前記開閉翼の前記略L字型に曲げて、前記上板及び下板の外側と平行な部位が、フレーム外板内側と当接し、前記開放位置を安定保持する構造としたことを特徴とする翼開閉式風車。
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月12日(2011.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸に複数の翼を放射状にそれぞれ等間隔に取付け、前記翼は翼フレームと開閉翼軸と開閉翼で構成し、前記開閉翼は翼フレームの上板と下板間で翼の回転外端側に回転自在に軸支された翼開閉式風車において、
前記開閉翼は開閉翼軸から上板又は下板の板幅方向に板幅の１/２以上伸びた位置から略L字型に曲げて前記垂直軸の方向に伸びた構造とし、前記翼が風下側に回転して来た時、開閉翼は風に押されて開転し、開閉翼の前記垂直軸の方向に伸びた外面を翼フレームの外板の内面側に当て、垂直軸と開閉翼軸とを結んだ直線に対して、開閉翼の前記垂直軸の方向に伸ばした外面が、略直角と成るように停止させ、開閉翼が風下位置に来た時も風車の回転力が発生する構造にしたことを特徴とする翼開閉式風車。
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
垂直軸に複数の翼を放射状にそれぞれ等間隔に取付け、前記翼は翼フレームと開閉翼軸と開閉翼で構成し、前記開閉翼は翼フレームの上板と下板間で翼の回転外端側に回転自在に軸支された翼開閉式風車において、前記垂直軸は、前記翼の回転円周外に設けた、地上から立脚する複数のフレームポールに取付けた上下のフレームプレートの中央に設けた軸受によって保持されるようにし、前記開閉翼は開閉翼軸から上板又は下板の板幅方向に板幅の１/２以上伸びた位置から略L字型に曲げて前記垂直軸の方向に伸びた構造とし、前記翼が風を受ける方向の最遠位置を回転通過する際、開閉翼は風に押されて開転し、開閉翼の前記垂直軸の方向に伸びた外面を翼フレームの外板の内面側に当て、垂直軸と開閉翼軸とを結んだ直線に対して、開閉翼の前記垂直軸の方向に伸ばした外面が、略直角と成るように停止させ、開閉翼の翼が風を受ける方向の最遠位置に来た時も風車の回転力が発生する構造にしたことを特徴とする翼開閉式風車。