JPS61215464A - 可変形状垂直軸風車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自刃始動能力と高い耐風性を有し回転翼を自
からの回転モーメントによって生ずる慣性力に応じて変
形させることにより風力に対応する自己調速機能を与え
た安全性の高い可変形状垂直軸風車に関するものである
。

〔従来の技術〕

地球上に発生する風は、人類が利用し得る種々の自然エ
ネルギのうちで最も使い易いもののうちの一つである。

このことから、近代工業が広く発達するまでの間、様々
な形で実用されてきていた。

しかし、風をエネルギ化する風車の利用も石炭１石油、
ガスなどを利用した電気、蒸気エネルギや各種内燃機関
の発達に伴って衰退した。

しかしながら、近年のエネルギ逼迫の情況から各種エネ
ルギ源の再評価や見直しが行なわれ、総合的エネルギ源
の一助に風力利用についても再び関心が向けられている
。

例えば、ある一定量以上の出力を得るために空気流の速
度を高め、この高められた空気流を利用してタービンを
駆動させる方法が報告されている（特開昭５１−４１１
５０号）。

またこれとは別に、縦軸型風車において出力に対し風車
寸法を小さくし得るという利点を見出した風車も見られ
る（特公昭５３−４４９７２号）。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記特開昭５１−４１１５０号公報に記
載の方法はタービンブレード部分が複雑でコスト高とな
り、その保守を行うことも容易ではない。

また、縦軸型風車において出力に対し風車寸法を小さく
し得るという利点を見出した風車も見られるけれど（特
公昭５３−４４９７２号）これも可動部分が多すぎるし
、保守や安全性までを考えると未だ改良の余地が残され
ている。

そのほかに、風車の構造としては、プロペラ式、タービ
ン式の水平軸型式、ロビンソンカップ型式、ロータ応用
型式、ロビンソン応用型式などの多くの方式が考えられ
ているが、そのいずれにも一長一短があり、例えば、■
風向きに対して特定の方向に回転子を整合させなければ
ならないとか、０回転子初動までに人為的に加速を与え
る必要があるなどの付加的操作が必要である不便さのあ
るものであった。

より具体的には、ダリウス型風車（直線質層を含む）の
従来の型式のものについて説明すると、自刃始動が困難
でそのためサボニウス風車を複合させるとか、電動機を
併用させることが必要であるのみならず、また強風時（
例えば風速１５ｍ／ｓ以上）では風車の過回転を抑える
ためにスポイラ−とか電磁ブレーキ、手動ブレーキなど
の付帯的費用を要する強制制動手段を必要としている。

〔問題点を一決するための手段〕

本発明は、自刃始動能力と高い耐風性を有し、風力が極
端に過大となっても自動的に調速機能が働く安全性の高
い風車について種々検討を加えた結果、到達したもので
あって、４枚の直線翼をヒンジで連絡し角度の変動が可
能なダイヤモンド型に構成した回転翼の上下に対向する
角部を中心軸に挿通して形成する風車において、中心軸
に挿通した風車下部の角部は中心の出力軸に対し固定し
、中心軸に挿通した上部の角部は中心軸を上下に滑動可
能なスライドフランジにより軸支し、中心軸下方には、
上下に滑動可能なスライドフランジの過下降を規制する
フランジ止めを設け、かつ各主翼には補助羽根（ひれ）
を設けた可変形状垂直軸風車に関するものである。

〔作　　用〕

本発明に係る風車は第１図に示した概要を有するもので
、基本的にはダイヤモンド形を形成しており、上下に対
向している角部７．８は上下ともフランジを介して垂直
中心軸に回転自在に挿通軸支されている。

フランジは上部がスライドフランジであるのに対し、下
部は定位置のフランジであるが、上下フランジともヒン
ジを介して主翼を支えており、その角度変動に応じなが
ら回転を共にする。

一方、他の対向する角部即ち上下の主翼がヒンジによっ
て直結されている左右の角部５．６も上下の角部と連動
して、その角度を自由に変更することが可能であるのは
言うまでもない。

主翼１．２．３．４には、例えば、第２図に示すように
補助羽根９が主翼から恰も魚のヒレのようにはみ出して
付設されている。

この補助羽根９の受風効果によって、初期始動の際に他
の動力を要さずに回転力を発生させるものである。

主翼１．２．３，４に設けられる補助羽根９はなるべく
薄くして、風力によってちぎれない程度の強度と、はど
良い弾性を併せ有する材質で作られていることが好まし
い０例えば、合成樹脂シートのうちで耐候性のあるもの
の中から選択して使用することができる。

他の実施例としては、第３図および第４図に示したよう
に、主翼上に剛体性の補助羽根１゜を設けたものでもよ
い、この補助羽根１０は主翼上に一体的に形成されるが
、その材質は主翼と同一のものであっても異っていても
よい。

ダイヤモンド形を有する本発明の可変形状垂直軸風車に
あっては、各角部のヒンジ構造に大きな特徴を有するも
のであって、所定の張力にｍ節しであるスプリング２３
ないしは重鐘１９その他同等機能を有する部材で角部を
拡げる力を与えている。

従って、風力によって回転を行っている風車は、その回
転数を増加していくと回転モーメントによって働く遠心
力が前記スプリング２３等の張力に打ち克つとダイヤモ
ンド形は第１図の点線で示したようにその高さを小さく
シ（換言すると、左右のヒンジ部５．６は互いに距離大
となり）、風の影響を小さくするように作用し、その逆
では、主翼が立ち上り全体で十分に風力を受けるように
自刃で動作する。

この時、風車が低くなりすぎないように、センタ軸１２
にフランジ止め３ｏを設けておくと良い。

このように、自動調速を行う本発明の可変形状垂直軸風
車は、一定の風速まではその身長を高く伸ばして速く回
るが、強風になるに従ってその高さを徐々に縮めてゆき
安全を図ることから、かなりの強風（例えば台風など・
・・・・・）にも対応できるものである。

本発明による風車は、基本的には以上のような構成から
成りたっているが、この構成を充分に理解すれば１例え
ば１次のような応用を行うこともできる。

例えば、第１図における主翼ｌ、４（あるいは主１ｇ２
．３）についてみると、風車の全体規模が小型のもので
あるときは第５図に示したように同一幅（ａ）、同一厚
み（ｂ）のものであってもよいが、大型になるに従って
下側の主属４（あるいは主翼３）に多く負荷が加わり、
ねじれが生じやすい。

このような場合には、第６図（ａ）、（ｂ）に示したよ
うに主ｊｌ［ｌ、４（あるいは主Ｒ２，３）の幅、厚み
にテーパを与えた形状とすることが好ましい、このよう
な主翼の形状とすることにより、上部の重量が少なくな
り風車自体の軽量化につながる。

なお、第５図および第６図において鎖線は、ヒレ形の補
助翼９を示している。この補助翼９は、第３図に示した
ように取りつけても良いが。

最も普通には第７図に示したような補助翼取付板１１上
に可撓性の補助翼９を取付けるようにしても良い。

第８図はこのようにして主翼に取付けた補助翼９が作動
している状態を示したものである。

また、これらの実験では、この補助翼取付板１１の輻ａ
に対して、はぼｌ／２位まで接着するだけの方が良いこ
とが判明した。

以上のように、形成されている風車は１例えば、複数基
組合わせて使用することもできる。

第９図にはこのうちの一例を平面図に示した概念図であ
り、センタ柱１２を中心として３本の支え線をかねた軸
ワイヤ１３に３基の風車を取付けたものである。

第１０図は第９図の風車の１基を側面から見た図である
。

第１１図は、別の実施例を示した側面図であるこの場合
は、柱１４を一列に連立させて横支持ワイヤ１５から軸
ワイヤ１３を引き出し、風車を並べた例であるが、連絡
する場合は、−列である必要はなく地形やその他の情況
に応じてジグザグ形や円形など、任意に形状を選ぶこと
ができることはいうまでもない。

第１２図は第１１図のように連絡することの可能な大型
風車の例を示したものである。

２本の柱１４（これは例えば、電柱のようなものであっ
てもよい）の間に横支持ワイヤ１５を展張し、その中間
部に、よじれ防止具（これは例えば、猿かんのようなも
のでもよい）を掛け、その後、これから軸ワイヤ１３を
自在ジヨイント１６上の固定フランジに緊張した状態に
結び（パイプ状または棒状の軸利用も可）、一方、この
固定フランジ１７に風車の下端部をヒンジを介して固定
してあり、また同図は風車と軸ワイヤが一体となって回
転する構成をしている。

風車の上下動可能な自由端側にはプーリ１８を介して、
重錘１９から導びかれた連係ワイヤ２０が結合されてい
て１回転数の増減に応じて、スライドフランジ２１が上
下するのに釣合うようにしている。

この場合、風車に動揺が起っても、軸ワイヤ１３と横支
持ワイヤ１５がその振動を吸収し出力用プーリ２２に直
接影響が少ないようにしている。

風車の回転数に応じて行う形状変化に対して第１２図で
は、重錘１９の釣合いによってバランスを取っていたが
、−基独立した例の第１３図ではスプリング２３を利用
した例を示しである。

なお、同等の効果を発揮する板バネを使用してもよいの
はいうまでもない。

外観構造を必要に応じて狭く高く小型化する例として１
例えばタワ等尖塔構造物２４を利用した一実施例を第１
４図に示す。

この場合、重錘１９に結合されている連係ワイヤ２０は
中心軸である鋼管軸２５内側のよじれ防止具を介して、
頂部のプーリ１８を経て風車上部の上下動するフランジ
２１に結合させているものである。

この場合、風車の主翼は鋼管軸２５と固定されており、
風車の回転に伴って鋼管も回るようになっている。なお
、この鋼管軸を支えるのは下部２個所の軸受だけであり
、従って、横支持ワイヤ１５などは不要である。

風車の主翼は、必ずしも下側にたたみ込まれる必要はな
く、第１５図に示したように上方を固定側としたもので
あってもよいのはいうまでもなく、必要に応じて選択し
得る設計上の問題である。

本発明の風車のさらに別の実施例としては洋上構造物、
即ち浮遊船台などに設置することができる。

ＷＩＪ１６図および第１７図は、その例を具体的に示し
たものである。船台２６上に３木の支柱１４を立て、各
支柱１４から張り出された横支持ワイヤ１５を中央部で
結び、ここで、軸ワイヤ１３を船台２６に垂下している
。船台２６自体は、適宜所定の沖合に運搬したのち、ア
ンカチェン２７などにより係留している。なお、２８は
船台２６のバラストである。

第１８図は、この船台２６を連絡したときの平面図であ
る。

第１９図は、さらに他の実施例で、この例は気球２９を
用いる場合であって、今までの実施例におけるようなセ
ンタ柱１２、柱１４、横支持ワイヤ１５および重錘１９
などの使用を必要としないものである。

従って、極めて簡単であり便利で有効な風車となる。

設計範囲内の風力のときには気球２９が流れ軸ワイヤ１
３が地表に対して傾斜しても自在ジョイン）１６により
風車の受けた回転エネルギは完全に出力プーリ２２に伝
えられ発電等に利用することができる。

気球２９と風車間の軸ワイヤ１３にはよじれ防止具を装
備する必要がある。なお、翼はできるだけ軽量化の方が
望ましい。

最後に第２０図は、主翼を軸添いに縦長に縮小するもの
でこの場合も受風面積を縮小させる効果があるのみなら
ず、特殊用途として格納の−Ｓ様とすることもできる。

〔発明の効果〕

本発明の可変形状垂直軸風車は、風速に応じて上下に伸
縮のみで基本形であるダイヤモンド形は変化しないので
前後左右の水平方向からの風だけでなく、斜め方向や上
・下からの風も有効に受けとめることができる。このよ
うに広い方向性を有するために、この風車は多少斜めに
設置しても蔓風面での損失はあまりなく、極端な場合に
は横方向に軸を設置することも可能である。

何よりもこの風車全体がその高さを自由に変更できるも
のであることから、この風車を建設する際はもとより、
補修、保全を行うときには主翼全体を低く下げ作業を安
全に容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、に第１図は本発明
に従って構成したダイヤモンド形の可変形状垂直軸風車
の主翼を概念的に示した正面図、第２図は主翼に補助羽
根を設けた例の一部斜視図、第３図は他の実施例による
主翼部の一部正面図、第４図は第３図に示した部分の一
部平面図、第５図および第６図の（ａ）は主翼の平面図
、第５図および第６図の（ｂ）は主翼の側面図、第７図
は主翼の一部傾斜図、第８図は主翼の一部底面図、第９
図は３つの風車を星形に配置した際の平面図、第１０図
は第９図の一部正面図、第１１図は複数個の風車を一列
に配置した際の側面図、第１２図はバランサとして重錘
を使用した例を示す側面図、第１３図は一基独立してス
プリングを使用した場合の例を示す側面図、第１４図は
尖塔上に風車を設置した際の側面図、第１５図は風車を
上方にたたむ例を示す正面図、第１６図は船台上に風車
を設けた場合の平面図、第１７図は第１６図の側面図、
第１８図は第１６図の船台を複数台連絡した際の状態を
示す平面図、第１９図は気球を用いた例を示す正面図お
よび第２０図は主翼を縦方向に折りたたむ場合を示す正
面図である。 １〜４主翼　　　　５〜６角部 ７．８　角部　　　９　補助翼 １０　　補助羽根　　　１２　　センタ柱１３　　軸ワ
イヤ　　　１４　　柱 １５　　横支持ワイヤ　１Ｂ　　自在ジヨイント１７　
　下部（定位置）フランジ １８　　プーリ　　　　　１８　　重　錘２０　　連係
ワイヤ　　２１　　スライドフランジ２２　　出力用プ
ーリ　２３　　スプリングＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５　　　　　　　　　　ＦＩＧ、６ＦＩＧ、９ ｑ、 ＦＩＧ、１１ ＦＩＧ、１２ ＦＩＧ、１３ ＦＩＧ、１４ ＦＩＧ、１５ ＦＩＧ、１６ ２コ　　　　　　　　　　　　　　　　　　１４ＦＩＧ
、１７ 七 ＦＩＧ、１８ ＦＩＧ、１９ ＦＩＧ、２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　４枚の直線翼をヒンジとフランジを介して連絡し、
   角度の変動が可能なダイヤモンド形に構成した回転翼の
   上下に対向する角部を垂直の中心軸に挿通して形成する
   風車において、 中心軸に挿通した風車下部の角部は中心の 出力軸に対し固定し、 中心軸に挿通した上部の角部は中心軸を上 下に滑動可能なスライドフランジにより軸支し、 中心軸下方には前記上下に滑動可能なフラ ンジの過下降を規制するフランジ止めを設け、かつ各主
   翼には補助羽根（ひれ）を設けた ことを特徴とする可変形状垂直軸風車。 ２　補助羽根が主翼からはみ出して設けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の可変形状垂
   直軸風車。 ３　補助羽根の一端が主翼に各々固着され、他端は自由
   端としていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項に記載の可変形状垂直軸風車。 ４　補助羽根が柔軟性のある材料で形成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか
   １に記載の可変形状垂直軸風車。 ５　補助羽根が軟質合成樹脂シートで形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれ
   か１に記載の可変形状垂直軸風車。 ６　補助羽根が合成繊維布線で形成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１に
   記載の可変形状垂直軸風車。 ７　補助羽根が主翼の１／２程度の長さを有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項〜第６項のうちいずれ
   か１に記載の可変形状垂直軸風車。 ８　補助羽根が左右の中間ヒンジ構造部分に近い部分に
   設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の可変形状垂直軸風車。 ９　補助羽根が剛性体により形成され、かつ主翼上に固
   定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の可変形状垂直軸風車。 １０　補助羽根が主翼と同一材料で形成されていること
   を特徴とす特許請求の範囲第９項に記載の可変形状垂直
   軸風車。 １１　補助羽根が主翼の１／２程度の長さを有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第９項または第１０項に記
   載の可変形状垂直軸風車。 １２　補助羽根が左右の中間ヒンジ構造部分に近い部分
   に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲囲第
   ９項に記載の可変形状垂直軸風車。 １３　下部に位置する主翼から上部に位置する主翼まで
   除々に幅または厚さあるいはその両者の寸法を小とした
   特許請求の範囲第１項から第２項のいずれか１に記載の
   可変形状垂直軸風車。 １４　柱から斜め方向に軸ワイヤを固定し、この軸ワイ
   ヤに風車をセットしたことからなる特許請求の範囲第１
   項に記載の可変形状垂直軸風車。 １５　センタ柱から複数の軸ワイヤを各々別異の方向に
   固定し、ここにそれぞれ風車をセットしたことからなる
   特許請求の範囲第１項に記載の可変形状垂直軸風車。 １６　複数の柱に展張ワイヤを張り、ここから適宜数の
   軸ワイヤを設け、それぞれに風車をセットしたことから
   なる特許請求の範囲第１項に記載の可変形状垂直軸風車
   。 １７　風車の形状の変化を重錘でバランスさせたことか
   らなる特許請求の範囲第１項に記載の可変形状垂直軸風
   車。 １８　風車の形状の変化をスプリングでバランスさせた
   ことからなる特許請求の範囲第１項に記載の可変形状垂
   直軸風車。