(57)【要約】【課題】船舶上での使用に適した翼面積が可変な垂直軸風車を提供する。【解決手段】【請求項１】、風車の翼形式には帆船の帆の形式の一つである、カーテン型縦帆を採用。ベルトの回転により面積を増減させる。風車の回転部分のベルトと、マスト部分のベルトの間の動力伝達には、ヘリコプターのメインローターの制御に使用されているスワッシュプレートを応用した部品を用いる。マストの補強には帆船のマストに用いられるクロストリーズを採用。【請求項２】、カーテン型縦帆も風車での使用に適するように更に改良。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２００５年に「東洋書林」から刊行された「船の百科事典」１０８ページによれば１８５０年前後にエーゲ海周辺で使用されていたカーテン型縦帆、および、１９９７年に「講談社」から第１２刷が刊行された「小事典・機械の仕組み」２７７ページによればヘリコプターのメインローターを制御するための機構であるスワッシュプレートを応用した部品を併用し、ベルトの操作によって運用中に翼面積を連続的に可変させることが可能であるセイルウィング式垂直軸風車。
【請求項２】
〔請求項１〕で言及したカーテン型の帆を複数に等分し、カーテンレール上に等間隔に配置する事によって、少ない操作量による展開・縮帆を可能としたもの。縦方向に展開するタイプだと、Ｎ分割した場合、一つ一つの帆の高さと可動範囲は全体の帆の高さのＮ分の１程度になり、帆は最大面積をとった場合にも互いに重ならないか、重なったとしてもごくわずかである。
【発明の詳細な説明】
【請求項１】
ティータードハブ・カーテンセイル垂直軸風車
【請求項２】
多分割カーテンセイル
【技術分野】
【０００１】［請求項１］は風車全般、［請求項２］は帆船や風車など帆全般。
【特許文献】不明。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】［請求項１］、帆船では強風時には帆をたたむリーフィングによって船体、特にマストを守るが、従来の風車ではそれが不可能。［請求項２］の従来型は風車への使用に不向き。
【課題を解決するための手段】
【０００３】［請求項１］、風車に帆を採用し、制御にヘリコプター技術を応用。［請求項２］、帆を分割。
【発明の効果】
【０００４】［請求項１］、［請求項２］、共に風が強ければ迅速に帆をたたんでやり過ごせる。
【発明の実施の最良の形態】
【０００５】［請求項１］は従来風車と同様に運用と制御を行う。相違点は、普通の風車の翼にあたるカーテン型縦帆の展開と縮帆が、ヘリコプターのローター制御に使用されているスワッシュプレートと同様の技術を応用したトラベラーを介した、ベルトによる動力伝達によって、回転中にも容易にでき、これを負荷や回転数などの制御に利用する事である。この特性によって、受風面積を風速計の利用により自動または手動で最適化することを前提に、強風下の負荷増大を度外視して、低風速下の性能と起動性のみを根拠に受風面積を決定できる。トラベラーとは帆をマストに吊るすための金具で、マストを上下に移動するから「旅行者」。
【０００６】ベルトの構造や材質は自転車やクレーンに用いられているものと同様に丈夫で外れにくいように選択する。また、トラベラーを任意の位置で固定できるよう、車のエンジンブレーキとおなじ特性のブレーキを使う。ただし、風車の構造やベルトの破壊限界荷重よりも小さな力でブレーキが自動解除される設計にしておくと、より安全性が高まる。
【０００７】カーテン型の帆は、ロープに帆を複数の輪状金具によって吊るした構造であり、これの通常版より幅や高さと可動範囲の小さな互いに同じ大きさのものを、互いに重ならないように帆の可動範囲の方向に複数連ねて一枚の帆とするのが［請求項２］である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】は、［請求項１］の図であり、帆の部分は［請求項２］を用いている。
【図２】は［請求項１］の一部であるローリングトラベラーの図。
【図３】は［請求項２］の図である。
【符号の説明】
【０００９】［図１］の１番のマストは、右は通常風車と同様に風車の荷重を支えるが、左は補強と１６番の負荷から得られるエネルギーの輸送、風車の制御信号伝達その他に用いる。１７のクロストリーズは風車と接触しないように配置された横木で、これも風車に接触しない位置にある支索や他のマストに荷重を分散し、風車の制御や動力輸送のための部品も取り付ける。呼び名は帆船の部品から取ったが、既存のものと異なり一本のマストから放射状に複数の方向へ突き出る。これをうまく用いれば風車の集合化が可能。２，３は既存風車と同様の機能を持つ。４の遊動アームは可動範囲制限とドアクローザのような衝撃緩和の機能を持つ両端の関節部（５）を介し、３と６を結ぶ。関節によるティータード機構は船舶での使用を想定したものであるから、陸上で使用するなら省略してよい。
【００１０】６番の揚力ユニットは７から１０と１４の一部と、それらの位置関係を保つ構造体からなる。ここには［請求項２］を用いているので、［図３］で説明する。
【００１１】１４の回転子側操帆ベルトは１３のローリングトラベラー（回転子側）と、１１のマスト側操帆ベルトは１２のローリングトラベラー（マスト側）とそれぞれ接続される。１２と１３は特に上下に分離しないよう組み合わされ、１３はマストに直角な平面で回転する。そのためマスト側操帆ベルトを回転させてローリングトラベラーを上下させると、回転子側操帆ベルトが回転して１０番の連結金具を上下させ、帆面積が変化する。なお、関節部には、アームの上下運動によってベルトが緩まないように工夫が必要であるし、連結金具の位置もアームの運動によって変化するのでそれによって帆が破れないように注意が必要。
【００１２】１５番のおもりは、構造上トラベラーが最上部にあるとき帆面積が最小となるので、ブレーキ解除時に自然にトラベラーが上昇するようにするためのもの。
【００１３】［図２］は［図１］でも触れたローリングトラベラーの図であり、大きく分けて、９番のマストに対して回転せず上下動するだけで、風車の回転軸と中心を共有する円筒形をした固定子と、それを内部に抱え込んで風車と同角速度で回転する１０番の回転子からなる。図は大きな突起の突き出た八角形でさっぱりとしたのがＡで、固定子と回転子の上下分離を防ぐ回転子のフタの部分と、１番のマストの断面の図。大きな突起の突き出た八角形でごちゃごちゃとしたのがＢで、固定子とそれを囲む回転子の壁からなるローリングトラベラーの中身の部分と、マストの断面の図。トラベラーの部分はＡもＢも上下両面がおなじ形で、通常は上下対称にＡＢＡと並べるが、負荷次第で、ＡＢＡＢＡのように層を増やす。Ｂの図のそばにあるクランクの突き出た小さい図は、２番のマスト側操帆ベルトの風車から遠いほうの端にある、図では傘歯車を併用した４番のマスト側操帆ベルト歯車を、帆面積操作のために１１のベルト操作用動力を用いてうごかす機構を納めたマストの一部であり、マストが４分割されているのは、２番と４番と、６番のおもりを収めるためである。なお、［図１］を見ればわかるとおり、マストは風車の軸受け部分の近辺で再び統合される。
【００１４】マスト側操帆ベルトには、ローリングトラベラー固定子と６番のおもりが、おもりが下がれば固定子が上がり、回転子が下がればおもりが上がるように固定される。おもりの役割は［図１］の説明で述べた。固定子とおもりは接触厳禁。固定子には３番のマスト側操帆ベルト固定部位があり、これは回転子のフタの中央に開いた穴から見ることができる。回転子とマスト側操帆ベルトも接触厳禁。
【００１５】ローリングトラベラー回転子には、８番の回転子側操帆ベルト固定部位に、７番の回転子側操帆ベルトが固定されるが、７番は２番と違い、ただの綱でよい。［図１］に示したように、［請求項２］によって、１本の綱がトラベラーの一方の面から出て風車のアームの一つを一周し反対側から戻ってくるという構造が可能となったからだ。回転子は風車と同角速度で回転しなければならないので、１２番の風車保持用突起によって風車の一部を保持する。回転子とマスト、風車とマスト側操帆ベルトは接触厳禁。図中にいやになるほどたくさんある白ドット入りの黒塗りで示したものは５番の摩擦低減用車輪であり、マストとおもり、マストと固定子、固定子と回転子、回転子と風車の間の摩擦を低減する。
【００１６】［図３］は、［請求項２］多分割カーテンセイルの図である。帆船にも風車にも使用が可能である。１番のマストは帆船に用いる場合。風車に用いる場合にも４番の上下の帆桁の間隔を保つためにマストに相当する部品が必要になるだろう。２番は帆布で、帆船や気球などに使う素材が最適。３番の操帆索は帆の可動範囲を制限するが、帆船と風車とでは固定の仕方が違う。マストに近いほうの３．１は風車用の固定の仕方で、可動範囲は固定のほうが安く簡単に作れる。帆の可動範囲が風車の回転速度を決定する。３．２は帆船用の用い方である。６番のカラビナはロープの丈夫で迅速な固定を可能とする登山用具で、［請求項２］では帆布上に等間隔に整列させ、５番のカーテンレールを中に通し帆を上下動が可能な状態で装備するために使う。ただし帆の下端は位置を固定する。５番には、図のように帆の下辺にカラビナを追加装備することによって、両方の端に直径の変化しない輪になる結び方を施した綱を用いる事ができる。７の連結金具は帆の上端と８の操帆ベルトを結び、ベルトの回転による帆面積の操作を可能とする。ちなみに、「船の百科事典」に載っている１８５０年代のカーテン型縦帆装備船は２タイプとも横に張られたロープに帆を吊り下げるものだったが、操帆ベルトが切れた場合のフェイル・セーフと風車への転用を考え、帆桁の間を縦に平行に結んで張られたロープに帆をベルトで吊り上げる方式を採用している。風車に用いる場合の操帆ベルトの説明は［図１］および［図２］とその説明を参照すること。なお、綱ではなくベルトを用いるのは、帆を下に押さえつけるためである。
【００１７】［図３］の帆は、従来型のカーテン型縦帆ならば、帆の全高に相当する高さをもつ１枚の帆布を用いる。この場合、帆を全てたたんだ状態から全開にする場合、またはその逆の場合、ベルトを帆の全高に相当するだけ回さなければならない。図は、従来型の帆を高さがもとの１／２相当である小帆二つに分割したものである。小帆の高さはもとの１／２になり、この結果、帆を全てたたんだ状態から全開にする場合、またはその逆の場合、ベルトの回転は従来の１／２になっている。理論上、分割数がＮならば、ベルトの回転は１／Ｎになり、それぞれの小帆の下辺の固定位置の高さは、下の帆桁の位置を０、上の帆桁の位置を１とした場合、０、１／Ｎ、２／Ｎ、・・・、（Ｎ−１）／Ｎ。これで、風車に用いる場合にも、９番の危険防止綱のように、可動範囲の長さの半分程度の綱などで、通常の動きを阻害しないように構造材にベルトを固定して、破断の影響を抑える事ができる。
【００１８】操帆ベルトを［図１］のようにローリングトラベラーなどによって間接的に回転させる場合、ギアボックスを使えば、従来型のカーテン型縦帆を用いていても、見かけ上は帆を上げるために必要な操作量、例えばトラベラーの上下移動の量を減らす事ができる。しかし、この場合は帆を固定するために必要な力の量が反比例で増えてしまう上に構造が複雑になるか、あるいは構造が複雑怪奇になるが、［請求項２］はそれらの問題を回避する。
【００１９】帆を鎖などで補強すれば、カーテンレールとカラビナは［図３］のように帆の辺だけではなく、帆の中ほどにもつけることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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