JP4616918B2 - 縦軸風車の縦長翼 - Google Patents

Description

本発明は、垂直回転軸の周りに、複数のブレード、すなわち縦長翼を、支持杆を介して配設してなる縦軸風車の縦長翼に係り、特に強風の時にも、縦長翼がブレーキ作用をして、回転速度を可及的に一定に維持するようにした縦軸風車の縦長翼に関する。

一般の縦軸風車の翼は、縦長で、縦主軸の周囲を回転するように、支持アームを介して縦主軸に配設されている。特許文献１には、縦軸風車の縦長翼の回転方向の後部を、風力によって屈曲することが述べられている。

特開２００３−３４３４１４号公報

従来、縦軸風車においては、回転数を、電気的又は機械的に制御している。そのため、風速の変動を瞬時に制御することは不可能であった。
従って、この風車を風力発電機に使用したとき、出力電圧が常に変動することとなり、風速に関わりなく、風車の回転速度、ひいては出力電圧を一定の範囲に維持させることは困難である。

また、縦軸風車の縦長翼は、台風のような強風によって、折損したり、回転速度が上りすぎて、風車全体の破壊を招いたりする虞がある。
特許文献１に記載の風車は、縦長翼の回転方向の後部を、柔軟な素材からなるものとし、風速が一定値を超えたときに、縦長翼の回転方向の後部が撓曲するようにしたものであるが、縦長翼は回転するので、一定の方向から風が吹くとき、縦長翼の回転方向の後部が遠心方向へ撓曲し、次の瞬間には、軸方向へ撓曲するということを反復するため、ロスが生じる。

本発明は、一定以上の風速の風を受けたとき、縦長翼の一部が遠心方向へ移動することにより、ブレーキ作用を発揮させて、風車の回転速度を制御し、回転速度を一定の範囲に維持しうるようにした縦軸風車の縦長翼を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明の具体的な手段は、次の通りである。

（１） 縦軸風車における縦主軸の周囲に、支持アームを介して縦長に配設されている縦軸風車の縦長翼であって、縦長の主体部の上下端部に、縦主軸方向へ向かって傾斜する内向傾斜部を形成し、前記両内向傾斜部の基端部間において、前記主体部の回転方向の後端部に、後端部に重錘を設けた縦長の可動翼を、回転時の遠心力によって後端が外側方に揺動しうるようにして装着する。

（２） 上記（１）において、前記可動翼を、ヒンジを介して主体部に裝着し、かつ可動翼と主体部との間に、復元手段を配設する。

（３） 上記（２）において、前記可動翼のヒンジを、可動翼におけるベアリングを主体部の支軸に嵌合して形成する。

（４） 上記（２）において、前記可動翼のヒンジを、主体部の後縁と可動翼の前縁とを連結する彈力片により形成する。

（５） 上記（２）において、前記可動翼のヒンジは、主体部後縁と可動翼前縁との間を、彈性板により連結され、弾性板は復元手段を兼ねるものとする。

（６） 上記（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記可動翼における重錘は、縦長翼の回転が一定の回転速度を超えた時に、遠心力により、可動翼の自由端部を遠心方向へ移動させるような質量を有するものとする。

（７） 上記（１）〜（６）のいずれかにおいて、前記可動翼の重錘は、可動翼の前後に移動可能に装着されている。

（８） 上記（１）〜（７）のいずれかにおいて、前記可動翼の重錘を、複数個の小型のものからなるものする。

本発明によると次のような効果が奏せられる。

前記（１）に記載の縦軸風車の縦長翼によると、主体部の回転方向の後部に可動翼が装着されているので、縦長翼が一定の回転速度を超えると、遠心力で可動翼が揺動して、その自由端部を遠心方向へ突出させる。従って、可動翼に抗力がかかり、縦長翼の回転は一定の回転速度内に維持される。
回転速度が低下すると、遠心力も低下するので、可動翼は、次第に元の位置に復元する。従って、高速風が吹いていても、一定の回転速度以上の回転は抑止され、縦長翼の回転速度は、一定の範囲内に維持される。その結果、風力発電の場合には、出力電圧を一定の範囲に維持させることができる。
風力が低下すると、遠心力も低下して、可動翼の自由端部は、元の位置へ復元する。

また、主体部の上下端部に主軸方向へ向って傾斜する傾斜部が形成され、その傾斜部より内側において、主体部の回転後部に可動翼が裝着されているので、回転時に主体部の翼端方向、すなわち上下方向へ気流が拡散しようとしても、傾斜部により抑制され、気流は拡散することなく、可動翼に向かって流れる。
高速風により、縦長翼が一定の回転速度を超えると、遠心力によって、可動翼の自由端部が遠心方へ移動し、前記傾斜部で拡散が抑制された気流が、可動翼の方へ流れ、遠心力によって、遠心方へ移動させられた可動翼に当たって、ブレーキ作用が高まる。
さらに、可動翼の自由端部には、重錘が設けられているので、縦長翼の回転に伴い遠心力が作用すると、可動翼の自由端部は、容易に遠心方へ突出してブレーキ作用をする。

前記（２）に記載の縦軸風車の縦長翼では、可動翼はヒンジを介して主体部に裝着されているので、ヒンジ部を支点に可動翼の揺動が容易であり、かつ主体部と可動翼の間に、復元手段が介在しているため、風速が低下すると、復元手段による、可動翼の姿勢復元が容易におこなわれる。

前記（３）に記載の縦軸風車の縦長翼では、可動翼のヒンジ部分にベアリングが使用されているので、可動翼の揺動が円滑におこなわれる。

前記（４）に記載の縦軸風車の縦長翼では、可動翼が彈力片で連結されているので、可動翼の自由端部の揺動が容易であり、かつ発錆の虞はなく、耐候性に優れている。

前記（５）に記載の縦軸風車の縦長翼においては、可動翼のヒンジが彈性板で形成され、かつ復元手段を兼ねているので、可動翼に遠心力がかかると揺動し、回転速度が低下すると弾性板の彈力性によって自然に元の位置に復元する。

前記（６）に記載の縦軸風車の縦長翼においては、回転が一定の回転速度を超えた時に、遠心力で、可動翼の自由端部を遠心方向へ移動させるのに十分な質量の重錘が設けられているので、一定の回転数をこえると、風力や復元手段に抗して、重錘が遠心力で可動翼の自由端部を遠心方向へ移動させて、ブレーキ作用をし、風速が低下すると、復元手段により、可動翼は元の位置に戻るので、縦長翼の回転速度を、一定の範囲に維持させることができる。

前記（７）に記載の縦軸風車の縦長翼において、可動翼の重錘は、可動翼の前後方向へ移動可能としてあるので、重錘の前後位置を移動させて回転数を調節することにより、可動翼の揺動を調節することができる。

前記（８）記載の縦軸風車の縦長翼において、可動翼の重錘は、小型のものを複数使用しているので、台風などで縦長翼が破壊された時でも、他物に大きな打撃を与えることがない。

本発明に係る縦軸風車の実施例１の正面図である。 同じく平面図である。 同じく縦長翼の内側面図である。 図３におけるIV−IV線拡大断面図である。 実施例２における縦長翼の横断平面図である。 実施例３における縦長翼の内側面図である。 図６におけるVII−VII線拡大断面図である。 実施例４における縦長翼の横断平面図である。

縦軸風車の縦長翼の回転方向の後部に、回転時に遠心力により揺動しうる可動翼を裝着した。

本発明の実施例１を、図面を参照して説明する。風車１における縦主軸２の上端にハウジング３を固定してあり、ハウジング３の上側に、回転体４を旋回可能に配設してある。回転体４には、支持アーム５を介して、縦長翼６を取付けてある。
縦長翼６は樹脂成形体であり、その枚数は、１枚〜５枚の範囲で任意である。

ハウジング３内には、図示しない発電装置が配設され、回転体４内には、図示しない磁石が配設されている。縦長翼６の回転に伴ない、回転体４が回転することによって、図示しない発電装置は発電をする。

縦長翼６における縦長の主体部６Ａの上下端部には、縦主軸２方向へ傾斜する傾斜部６Ｂが連設されている。図３において、右側が回転方向の前部、左側が回転方向の後部である。縦長翼６における、上下の内向き傾斜部６Ｂ,６Ｂの基端部６Ｃ,６Ｃ間において、主体部６Ａの回転方向の後部に、可動翼７を装着してある。 可動翼７は縦長翼６における主体部６Ａの後縁の延長面上にあり、その自由端部である後部には、重錘８を裝着している。装着方法は、埋設その他、手段は任意である。

可動翼７は、平面視において薄い板状であり、図４に示すように、その基端部に付設したヒンジ７Ａが、主体部６Ａの後縁に枢着されている。
可動翼７と一体をなし、かつ、ヒンジ７Ａを中心として、重錘８の反対側へ突出する基端部のヒンジ７Ａに近接して形成された接触突体７Ｂの先端部は、主体部６Ａの空所６Ｄに固定されている、板バネからなる復元手段９に接触している。

上記の構成からなるこの風車１が回転し、縦長翼６が所定の速度よりも高速で回転すると、重錘８に作用する遠心力により、可動翼７は、図４に点線で示すように、ヒンジ７Ａを支点として、復元手段９に抗して遠心方向へ回動する。

その結果、縦長翼６の外側面に沿って流動する気流は、遠心方向へ突出した可動翼７で抑制されて、ブレーキの作用をするため、回転速度は低下する。
回転速度の低下とともに、可動翼７にかかる遠心力も低下するので、接触突体７Ｂは、復元手段９により遠心方へ押され、可動翼７は縦長翼６の後縁の延長上にある元の位置に戻る。

風速の変化に伴って回転速度も変化し、可動翼７に作用する遠心力も変化するので、可動翼７は、風速の強弱に準じて揺動を繰返し、風速が一定以下になると、元の位置に戻る。
これによって、他の回転制御手段を具備することなく、強風の時にも、縦長翼６は、自動的に一定の回転速度の範囲で回転することになる。

縦長翼６は、回転している限り、強風を受けても、気流は縦長翼６の表面に沿って移動するため、縦長翼６に強い風力は作用せず、縦長翼６の破損は抑止される。従って、縦長翼６が、強風の中で回転中は勿論、低速でも回転している限り、風力発電機として効率的に作用することとなる。

可動翼７における重錘８の質量を重くすると、縦長翼６の回転速度が遅くても、その遠心力により、可動翼７の揺動をさせることができる。一方、重錘８の質量を軽くすると、回転速度が一定以上にならないと、可動翼７は揺動することはない。

従って、重錘８の質量を調節することにより、その揺動の程度を任意に調節することができる。
重錘８の質量の代わりに、またはこれに加えて、復元手段９の強さを加減することにより、可動翼７の揺動を制御することができる。

図５は、実施例２を示す縦長翼の要部横断平面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例２においては、可動翼１０の基端部と一体をなす彈力性に優れたゴム系の彈力片１０Ｂを一体的に設けることにより、ヒンジ１０Ａとしてある。このヒンジ１０Ａの基端部における彈力片１０Ｂは、縦長翼６の主体部６Ａの回転方向の後部空所６Ｄ内に嵌装されている。

縦長翼６の回転に伴い、可動翼１０の後部における自由端部における重錘１１に遠心力が作用すると、彈力性のあるヒンジ１０Ａ部が撓曲して、可動翼１０の自由端部は遠心方向へ揺動する。

その結果、縦長翼６の外側面よりも外方へ突出した可動翼１０は、ブレーキの作用をすることとなり、縦長翼６の回転速度は低下する。
風速が低下すると、彈力性のあるヒンジ１０Ａ部が復元手段として作用し、可動翼１０の自由端部は、遠心方から元の位置へ戻る。その余のことは、実施例１と同じである。

図６は、実施例３を示す縦長翼６の内側面図、図７は、図６におけるVII−VII線断面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例３における縦長翼６においては、内向傾斜部６Ｂが、可動翼１２の翼端部を覆うように形成されている。

これによって、回転時において、主体部６Ａの翼端方向へ拡散されようとする風流が、内向傾斜部６Ｂで抑制されて、回転後方へ流動する風流は、可動翼１２の内側面を外側方へ流動して、効率よくブレーキ作用をさせることができる。

ヒンジ１３については、可動翼１２側にベアリングを使用し、該ベアリングを縦長翼６の主体部６Ａに設けた支軸１３Ａで支承することによって、揺動が円滑におこなわれるようになっている。

重錘１４については、可動翼１２が台風などで破損したときに支障が生じないように、縦方向の長さの短い物を、直列あるいは並列に内装してある。また重錘１４を、可動翼１２の外面からボルトあるいはピンで保持させることができる。
この重錘１４の前後位置により、可動翼１２の回転速度に伴うその回動の度合いを調節することができる。

図８は、実施例４を示す縦長翼６の横断平面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。復元手段については図示を省略した。
この実施例４では、主体部６Ａと可動翼１５の間に、ヒンジ１６部分となる間隙を開けて、双方を被膜状の彈性板１７で被覆して連結したものである。

弾性板１７は、図示省略した合成樹脂繊維を芯材として、それに彈性樹脂を被膜状に被着したもので、当該合成樹脂繊維は、テトロン、ビニロンその他の繊維の不織布、織物、編物などである。合成樹脂繊維は、弾力性と柔軟性を備えているので、多数回の屈曲にも、耐用性に優れたものとなる。

なお、図８において重錘１８は、複数のボルトからなるものとし、外部から可動翼１５に螺合したものを示してある。これによって重錘１８全体の質量を、ボルトの数によって調節することができる。

以上のように、本発明においては、縦長翼６の回転方向の後部に装着した可動翼７、１０、１２、１５が、風速の変化に伴う遠心力に応じて、その自由端部を遠心方向へ揺動させるので、頭初の設定だけを適切なものにしておけば、台風時にも放置しておいて、回転に伴って自然に生じる遠心力で、可動翼の揺動をさせ、それによるブレーキ作用によって、縦長翼６の回転速度を一定の範囲に維持させることができる。

その結果、強風時に放置していても、縦長翼６が高速回転をすれば、遠心力により可動翼７、１０、１２、１５はブレーキ作用を行い、回転速度を一定の範囲に保持することができる。また、縦長翼６が回転している限り、一定の出力を継続するので、従来のように、強風時に停止させることに伴うロスがなくなる。

なお本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、目的に沿って適宜設計変更をすることができる。復元手段９は、可動翼が元の位置に戻るように作用するものなら、風の抵抗になったり回転効率を低下させたりしない限り、どのようなものでもかまわない。

本発明は、縦長翼の回転方向の後縁に可動翼を設け、回転時の遠心力で可動翼の自由端部を揺動させて、ブレーキ作用をさせるので、強風の時に放置しておいても、一定の回転速度を超えることがない。従って、出力を一定に維持させる必要のある風力発電機に有利に利用することができる。

１．縦軸風車
２．支柱
３．ハウジング
４．回転体
５．支持アーム
６．縦長翼
６Ａ．主体部
６Ｂ．内向傾斜部
６Ｃ．基端部
６Ｄ．空所
７．可動翼
７Ａ．ヒンジ
７Ｂ．接触突体
８．重錘
９．復元手段
１０．可動翼
１０Ａ．ヒンジ
１０Ｂ．彈力片
１１．重錘
１２．可動翼
１３．ヒンジ
１３Ａ．支軸
１４．重錘
１５．可動翼
１６．ヒンジ
１７．弾性板
１８．重錘

Claims (8)

1. 縦軸風車における縦主軸の周囲に、支持アームを介して縦長に配設されている縦軸風車の縦長翼であって、
   縦長の主体部の上下端部に、縦主軸方向へ向かって傾斜する内向傾斜部を形成し、前記両内向傾斜部の基端部間において、前記主体部の回転方向の後端部に、後端部に重錘を設けた縦長の可動翼を、回転時の遠心力によって後端が外側方に揺動しうるようにして装着したことを特徴とする縦軸風車の縦長翼。
2. 前記可動翼を、ヒンジを介して主体部に裝着し、かつ可動翼と主体部との間に、復元手段を配設したことを特徴とする請求項１記載の縦軸風車の縦長翼。
3. 前記可動翼のヒンジは、可動翼におけるベアリングを主体部の支軸に嵌合して形成されていることを特徴とする請求項２記載の縦軸風車の縦長翼。
4. 前記可動翼のヒンジは、主体部の後縁と可動翼の前縁とを連結する彈力片により形成されていることを特徴とする請求項２記載の縦軸風車の縦長翼。
5. 前記可動翼のヒンジは、主体部後縁と可動翼前縁との間を、彈性板により連結され、弾性板は復元手段を兼ねていることを特徴とする請求項２記載の縦軸風車の縦長翼。
6. 前記可動翼における重錘は、縦長翼の回転が一定の回転速度を超えた時に、遠心力により、可動翼の自由端部を遠心方向へ移動させるような質量を有するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の縦軸風車の縦長翼。
7. 前記可動翼の重錘は、可動翼の前後に移動可能に装着されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の縦軸風車の縦長翼。
8. 前記可動翼の重錘を、複数個の小型のものからなるものとしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の縦軸風車の縦長翼。

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