(57)【要約】  羽根装置は、回転軸と、前記回転軸を巡って互いに角間隔を空けた複数の羽根ユニットとを含む。各羽根ユニットは、格子状空間を有する格子状フレームと、複数の羽根とを含む。各前記羽根は、対応の１つの前記格子状空間に隣接して配置されていて、且つ、前記格子状フレームに枢結されている接続端と、前記接続端の反対側にある揺動端とを有する。各前記羽根は、前記揺動端が前記格子状フレームに隣接して対応の１つの前記格子状空間を遮蔽する遮蔽位置と、前記揺動端が前記格子状フレームから離れて対応の１つの前記格子状空間を遮蔽しない開放位置との間で揺動可能になっている。
2017516011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービン機に用いられるように構成された羽根装置であって、
所定の回転方向に回転可能である回転軸と、
前記回転軸を巡って互いに角間隔を空けた複数の羽根ユニットと、を具え、
各前記羽根ユニットは、
前記回転軸に接続されていて且つ複数の格子状空間を有する格子状フレームと、
それぞれ対応の１つの前記格子状空間に隣接して配置されている複数の羽根であって、それぞれ前記格子状フレームに枢結されている接続端と、前記接続端の反対側にある揺動端とを有する複数の羽根と、を含み、各前記羽根は、前記揺動端が前記格子状フレームに隣接して対応の１つの前記格子状空間を遮蔽する遮蔽位置と、前記揺動端が前記格子状フレームから離れて対応の１つの前記格子状空間を遮蔽しない開放位置との間で揺動可能になっている、羽根装置。
【請求項２】
各前記羽根ユニットは、それぞれ前記羽根の前記揺動端に連結された複数のカウンターウェイト部材を更に含む、請求項１に記載の羽根装置。
【請求項３】
各前記羽根ユニットの前記格子状フレームは、前記回転軸に接続された内側端部と、前記回転軸から離れていて且つ前記内側端部の反対側にある外側端部とを有し、各前記羽根ユニットは、前記格子状フレームの前記外側端部に連結されていて且つ前記回転方向と反対の方向に延伸しているブロック部材を更に有する、請求項１に記載の羽根装置。
【請求項４】
各前記羽根ユニットの前記格子状フレームは、前記回転軸と平行である軸方向に延伸していると共に前記回転軸の径方向において互いに間隔を空けている複数の第１の格子ロッドと、前記径方向に延伸していると共に前記軸方向において互いに間隔を空けている複数の第２の格子ロッドとを含み、前記第１の格子ロッドと前記第２の格子ロッドとにより前記格子状空間が画成されている、請求項１に記載の羽根装置。
【請求項５】
前記回転軸は水平方向に延伸していて、
各前記羽根は、前記接続端が１つの前記第１の格子ロッドに枢結されていると共に、前記揺動端が、前記回転軸からより離れている側にあって前記１つの前記第１の格子ロッドに隣接している他の１つの前記第１の格子ロッドの風上側に当接できる、請求項４に記載の羽根装置。
【請求項６】
前記回転軸は鉛直方向に延伸していて、
各前記羽根は、前記接続端が１つの前記第２の格子ロッドに枢結されていると共に、前記揺動端が、鉛直方向下側で前記１つの前記第２の格子ロッドに隣接している他の１つの前記第２の格子ロッドの風上側に当接できる、請求項４に記載の羽根装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連する出願の相互参照）
本出願は、２０１４年５月２０日に出願された台湾特許出願第１０３１１７６６４号並びに２０１４年８月８日に出願された中国特許出願第２０１４１０３８７６８９．８号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、羽根装置に関し、より詳しくは風力タービン機用の羽根装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
風力エネルギーは、電気エネルギーに変換できる自然エネルギーの利用可能な一形態であり、石油や石炭といった化石燃料を燃やして得る電気エネルギーに比べて環境に優しい。風力タービン機器は、その羽根の形状、外郭、数量が風力エネルギーの電気エネルギーへの変換効率に影響する。従来の垂直軸風力タービン機は通常、長尺板状で且つ穿孔されていない羽根を有する。特定の方向に吹く風によって推進され得る羽根においては、逆風が吹くと羽根の動きを妨げる空気抵抗が発生することがある。
【０００４】
図１には、従来の水平軸風力タービン機が示されており、該水平軸風力タービン機は、垂直支柱３１と、垂直支柱３１の上端に設置された発電機３２と、発電機３２に接続された３枚の羽根３３とを含む。３枚の羽根３３は、水平軸（図示せず）の周りに互いに等角度間隔で設けられている。変換効率をよくするため、一般に羽根３３は長めに形成されている。方向（Ｘ）に吹く風が羽根３３の回転を推進する間、方向（Ｙ）においてウインド・シア効果が発生して騒音を立てることがある。ウインド・シア効果と騒音を減じるために、羽根３３は発電機３２から離れた側の端部が収束した形状を有するように設計されているが、この代償として全体的な稼動効率が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、上記従来技術における欠点を少なくとも１つ解決することができる風力タービン機用の羽根装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、羽根装置は、風力タービン機に用いられるように構成されたものであって、所定の回転方向に回転可能である回転軸と、前記回転軸を巡って互いに角間隔を空けた複数の羽根ユニットとを含む。
【０００７】
各前記羽根ユニットは、格子状フレームと、複数の羽根とを含む。
【０００８】
各前記羽根は、対応の１つの前記格子状空間に隣接して配置されていて、且つ、前記格子状フレームに枢結されている接続端と、前記接続端の反対側にある揺動端とを有する。各前記羽根は、前記揺動端が前記格子状フレームに隣接して対応の１つの前記格子状空間を遮蔽する遮蔽位置と、前記揺動端が前記格子状フレームから離れて対応の１つの前記格子状空間を遮蔽しない開放位置との間で揺動可能になっている。
【０００９】
各前記羽根ユニットは、それぞれ前記羽根の前記揺動端に連結された複数のカウンターウェイト部材を更に含む。
【００１０】
各前記羽根ユニットの前記格子状フレームは、前記回転軸に接続された内側端部と、前記回転軸から離れていて且つ前記内側端部の反対側にある外側端部とを有する。各前記羽根ユニットは、前記格子状フレームの前記外側端部に連結されていて且つ前記回転方向と反対の方向に延伸しているブロック部材を更に有する。
【００１１】
各前記羽根ユニットの前記格子状フレームは、前記回転軸と平行である軸方向に延伸していると共に前記回転軸の径方向において互いに間隔を空けている複数の第１の格子ロッドと、前記径方向に延伸していると共に前記軸方向において互いに間隔を空けている複数の第２の格子ロッドとを含む。前記第１の格子ロッドと前記第２の格子ロッドとにより前記格子状空間が画成されている。
【００１２】
前記回転軸は水平方向に延伸している。各前記羽根は、前記接続端が１つの前記第１の格子ロッドに枢結されていると共に、前記揺動端が、前記１つの前記第１の格子ロッドよりも前記回転軸から離れている側で前記１つの前記第１の格子ロッドに隣接している他の１つの前記第１の格子ロッドの風上側に当接できる。
【００１３】
前記回転軸は鉛直方向に延伸している。各前記羽根は、前記接続端が１つの前記第２の格子ロッドに枢結されていると共に、前記揺動端が、前記１つの前記第２の格子ロッドの鉛直方向下側で前記１つの前記第２の格子ロッドに隣接している他の１つの前記第２の格子ロッドの風上側に当接できる。
【００１４】
前記格子状フレームが各前記羽根ユニットの前記羽根と協働することにより、風力差が、本発明に係る前記羽根装置をより少ない逆トルクと空気抵抗にて稼動するよう前記羽根ユニットに対して作用することができ、これにより回転トルクを向上し、より効率的な風力利用を達成することができる。
【００１５】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照する以下の実施形態の詳細な説明において明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の水平軸タービン機を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る羽根装置の第１の実施形態の斜視図である。
【図３】上記第１の実施形態の稼動態様を示す斜視図である。
【図４】図３の部分拡大斜視図である。
【図５】本発明に係る羽根装置の第２の実施形態の斜視図である。
【図６】上記第２の実施形態の稼動態様を示す斜視図である。
【図７】上記第１の実施形態の羽根ユニットの横断面図である。
【図８】上記第２の実施形態の羽根ユニットの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明をより詳細に説明するに当たって、同様の構成要素には全開示を通して同一の参照符号が振られている。
【００１８】
図２〜図４を参照されたい。本発明に係る羽根装置の第１の実施形態は、風力タービン機に用いることができるように構成されたものである。羽根装置は、回転軸１と、３つの羽根ユニット２を含む。
【００１９】
回転軸１は水平方向に延伸していて且つ所定の回転方向（Ｔ）に回転可能である。
【００２０】
３つの羽根ユニット２は回転軸１を巡って互いに等角度間隔を空けている。各羽根ユニット２は、格子状フレーム２１と、複数の羽根２２と、複数のカウンターウェイト部材２３と、ブロック部材２４を含む。
【００２１】
各羽根ユニット２の格子状フレーム２１は、互いに１２０度の間隔を空けている。各羽根ユニット２において、格子状フレーム２１は回転軸１に接続されていると共に、複数の格子状空間２１０を有する。本実施形態では、各羽根ユニット２の格子状フレーム２１は、回転軸１と平行である軸方向（Ａ）に延伸していると共に回転軸１の径方向において互いに間隔を空けている複数の第１の格子ロッド２１１と、上記径方向に延伸していると共に軸方向（Ａ）において互いに間隔を空けている複数の第２の格子ロッド２１２とを有する。第１の格子ロッド２１１と第２の格子ロッド２１２とにより上記格子状空間２１０が画成されている。図２〜図４に示されているように、各羽根ユニット２の格子状フレーム２１は、回転軸１に接続されていて且つ軸方向（Ａ）に延伸している内側端部２１３と、回転軸１から離れていて且つ内側端部２１３の反対側にある外側端部２１４とを有する。
【００２２】
各羽根ユニット２において、各羽根２２は、対応の１つの格子状空間２１０に隣接して配置されていると共に、格子状フレーム２１に枢結された接続端２２１と、接続端２２１の反対側にある揺動端２２２とを有する。より具体的には、各羽根２２は、接続端２２１が１つの第１の格子ロッド２１１に枢結されていると共に、揺動端２２２が、回転軸１からより離れている側にあって上記１つの第１の格子ロッド２１１に隣接している他の１つの第１の格子ロッド２１１の風上側（即ち、風力（Ｆ１）を受ける側）に当接できる。各羽根２２の接続端２２１は、第１の格子ロッド２１１に設けられる２つの突起体（図示せず）の間に接続されたピボットロッド（図示せず）に枢結されるようにしてもよい。しかし、各羽根２２と１つの第１の格子ロッド２１１の間の接続は本発明においては他の態様であっても構わない。
【００２３】
本実施形態において、各羽根２２は、金属、ガラス繊維、硬質プラスチック、硬質高分子材料のいずれかからなる硬質の薄板であってもよく、あるいは、布、ゴム、軟質プラスチック、軟質高分子材料のいずれかからなる軟質の薄板であってもよい。
【００２４】
各羽根ユニット２においては、カウンターウェイト部材２３がそれぞれ羽根２２の揺動端２２２に連結されていることで、羽根２２が枢動しやすくなっている。
【００２５】
各羽根ユニット２のブロック部材２４は、断面形状が湾曲する長尺板であり、格子状フレーム２１の外側端部２１４に連結されていると共に、外側端部２１４から上記回転方向（Ｔ）と反対の方向に延伸している。
【００２６】
実際の使用において、各羽根２２は、揺動端２２２が格子状フレーム２１に隣接して対応の１つの格子状空間２１０を遮蔽する遮蔽位置（図２参照）と、揺動端２２２が格子状フレーム２１から離れて対応の１つの格子状空間２１０を遮蔽せずに当該対応の１つの格子状空間２１０を気流が通過することができる開放位置（図３及び図４における下側の２つの羽根ユニット２を参照）との間で揺動可能になる。
【００２７】
より具体的に言うと、風力タービン機が高さの違う羽根２２における風圧の違いにより適切に稼動するように回転軸１は地上数メートルに配置されることができる。１つの羽根ユニット２（即ち図２〜図４及び図７における上側の１つの羽根ユニット２）の格子状フレーム２１の風上部位２１５に風が当たると、当該１つの羽根ユニット２の羽根２２が風力（Ｆ１）に駆動されて遮蔽位置に動き格子状フレーム２１の格子状空間２１０を遮蔽するようにその揺動端２２２が第１の格子ロッド２１１の対応する風上側に当接する。このようにして、当該１つの羽根ユニット２の各羽根２２が遮蔽位置に保持されることで、風力（Ｆ１）が回転軸１において回転方向（Ｔ）に回転させるトルクを発生するよう作用するように、これら羽根２２が共同して風力（Ｆ１）に対する一体の風上面を形成する。また、当該１つの羽根ユニット２のカウンターウェイト部材２３により、対応の羽根２２の揺動端２２２が第１の格子ロッド２１１の対応の風上側に当接しやすくなる。
【００２８】
この時、他の２つの羽根ユニット２（即ち、図２〜図４における下側の２つの羽根ユニット２)の格子状フレーム２１の風上部位２１５は風力（Ｆ１）からは背けられているので、当該他の２つの羽根ユニット２の羽根２２は開放位置に揺動する。従って、風力（Ｆ１）によって当該他の２つの羽根ユニット２において発生する逆トルクと空気抵抗が軽減される。即ち、上述した力差がこれら３つの羽根ユニット２を回転方向（Ｔ）に回転するよう推進し、よって風力利用効率が向上する。
【００２９】
更に、各羽根ユニット２のブロック部材２４は風の流れを制限することができる。上記１つの羽根ユニット２の格子状フレーム２１の風上部位２１５が風に当たっている時には、各羽根２２が遮蔽位置にあるので、当該１つの羽根ユニット２のブロック部材２４は風の流れを各羽根２２により形成される上記一体の風上面に向かうよう導き、当該１つの羽根ユニット２を推進してトルクを上げる。
【００３０】
これに加えて、上記１つの羽根ユニット２の一点に作用するトルクは、当該１つの羽根ユニット２の回転軸に対して上記一点よりも遠い他の一点に作用するトルクよりも小さいので、回転軸１の軸方向からより離れた羽根２２を小さめに、そして回転軸１の軸方向に近い羽根２２を大きめに設計することができる。他の実施形態にあっては、風の気流を集めて上述の一体の風上面に向かうよう導くことを補助するためガイド板（図示せず）を含んでもよい。
【００３１】
以上まとめると、各羽根ユニット２において、各羽根２２が上述の遮蔽位置と開放位置とに揺動可能となるように構成されているので、風力差が、本発明に係る羽根装置をより少ない逆トルクと空気抵抗で稼動するよう羽根ユニット２に作用することができる。加えて、従来の風力タービン機では羽根を地上数十メートルに配置することが必要であるのに比べて、本発明に係る羽根装置は地上数メートルだけの高さに設定されればよく、よって製造費と材料費とを節減することができる。更に、羽根ユニット２の構造配置によって、本発明に係る羽根装置はより低い騒音で稼動することができる。
【００３２】
図５、図６、図８は、本発明に係る羽根装置の第２の実施形態を示しており、本実施形態は、第１の実施形態と同様の構成を有する。第１の実施形態との違いを以下に説明する。第２の実施形態において、回転軸１は鉛直方向に延伸している。各羽根２２は、接続端２２１が１つの第２の格子ロッド２１２に枢結されていると共に、揺動端２２２が、鉛直方向下側で上記１つの第２の格子ロッド２１２に隣接している他の１つの第２の格子ロッド２１２の風上側に当接できる。当該１つの羽根ユニット２のカウンターウェイト部材２３によって、対応の羽根２２の揺動端２２２は、第２の格子ロッド２１２の対応の風上側に当接しやすくなっている。
【００３３】
実際の使用において、第２の実施形態は第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００３４】
以上、本発明によって例示的と思われる実施形態について説明したが、本発明はこれに制限されるものではなく、最も広く解釈されるべき要旨と範囲内での各種変更に及び、そのような全ての修正や均等な変更をも網羅することを意図したものであると理解されたい。
【符号の説明】
【００３５】
１  回転軸
２  羽根ユニット
２１  格子状フレーム
２２  羽根
２３  カウンターウェイト部材
２４  ブロック部材
３１  垂直支柱
３２  発電機
３３  羽根
２１０  格子状空間
２１１  第１の格子ロッド
２１２  第２の格子ロッド
２１３  内側端部
２１４  外側端部
２１５  風上部位
２２１  接続端
２２２  揺動端
【図１】
2017516011.tif 000003
【図２】
2017516011.tif 000004
【図３】
2017516011.tif 000005
【図４】
2017516011.tif 000006
【図５】
2017516011.tif 000007
【図６】
2017516011.tif 000008
【図７】
2017516011.tif 000009
【図８】
2017516011.tif 000010
【国際調査報告】
2017516011.tif 000011