CN1623037A - 三叶片式垂直型风车装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及依靠风力旋转的风车装置，特别是，为了不受风向的影响效率高地获得旋转能量，其特征在于，第一，当假设各叶片的离上述垂直轴中心最远的位置到上述垂直轴的距离即最外半径为r1，各叶片的离上述垂直轴最近的位置到上述垂直轴的距离即最内半径为r2，以连接距上述垂直轴最远的位置和上述垂直轴的线段为基准，上述叶片的横截面内侧面上任意位置r的角度(弧度)为t(0≤t≤2π/3)时，使3枚叶片的横截面的内侧面的形状满足r＝(r1－r2)×((t－2π/3)×2)/(2π/3)×2+r2；第二，在风车装置的外周设置不旋转的固定导向翼；第三，采用不会使沿叶片导入的风湍流化、能够顺畅地流到风车外的结构。

Description

三叶片式垂直型风车装置

技术领域

本发明涉及一种依靠风力旋转，并将其旋转能量转换成电能等其他能量的风车装置，特别涉及一种能够不受风向的影响、有效地获得旋转能量，同时与现有的螺旋桨式风车装置相比较，几乎感觉不到其摩擦风声，非常安静，即使在家庭里安装也不必担心会产生噪音的三叶片式垂直型风车装置的改进。

背景技术

例如，风力发电作为获得小型电力的发电装置，由于对环境无污染等优点而受到关注。现有的风力发电装置一般使用在水平轴上安装螺旋桨的装置。在这种风力发电装置中，必须把上述螺旋桨对准风向，这样就有需要检测风向的麻烦，安装使螺旋桨符合风向的控制系统也会增加成本，很不方便。

另外，对于目前已知的风车装置，如图1所示，存在萨伏纽斯风车。这种萨伏组斯式风车装置，在上下一对圆形底板1上有一对横截面呈半圆弧形的板状叶片2，当然由于和风向的位置关系，也存在无法旋转的位置(死点)。即在图1(A)所示的状态(风从两个叶片2重叠的位置吹入的状态)下，由风A产生顺时针方向的转矩(以下称为逆转矩)与由风C产生逆时针方向的转矩(以下称为顺转矩)相抵消，该风车不旋转。此外，在图1(B)所示的状态(风从一个叶片2的背面2a吹入的状态)下，由于风A的作用，逆转矩强，不能得到所期望方向的转矩(顺转矩)。因此，萨伏纽斯式风车与上述螺旋桨式风车装置相同，为检测风向，使其达到符合风向的状态，必须安装控制该风车的控制系统。

本申请人为了消除了上述现有风车装置的不便，在以前的申请中提出了图2至图7所示的三叶片式垂直型风车装置(日本专利特愿2000-297637号)。

在该以前的申请中涉及的三叶片式垂直型风车装置是用多个(图示例中为3个)支柱6把底座4和顶部5加以固定，在这些底座4、顶部5和支柱6之间，有作为本发明特征部分的三个叶片(叶片3A、3B、3C)。在上述底座4的内部安装有上述发电装置。此外，在上述顶部5的内部安装了图中没有显示的风力检测机构等各种检测机构和控制系统(无图示)。与这些检测和控制系统相连接的各种接线从形成于顶部5的出口7向外延伸。

在上述底座4、顶部5和支柱6之间，安装了上下一对底板8及横截面弯曲的3个板状叶片3A、3B、3C，并把中叶片与底板8上下两端分别固定。在上述一对底板8的中心有一个垂直轴9与各底板8连为一体。而且，此垂直轴9穿过下方的底板8，与上述发电装置相连接，并把上述叶片3A、3B、3C的转矩传给上述的发电装置。

如图5至图7所示，上述三叶片3A、3B、3C的一端3c离上述底板8的中心O远、另一端3d离上述中心O近。而且，叶片3A、3B、3C的一端3c到上述中心O的距离为R2，叶片3A、3B、3C的另一端3d到上述中心O的距离为R1，对于所有叶片3A、3B、3C，R1与R2相等，同时三叶片3A、3B、3C相互间按等距离来分布其位置。因此，相互毗邻的叶片(例如，叶片3A、3B)中的一个叶片(例如，叶片3A)的另一侧端部与一侧端部位于上述一个叶片(例如，叶片3A)的另一侧端部的外方的另一个叶片(例如，叶片3B)的上述一侧端部构成了入风口10。

该以前的申请中涉及的上述结构的风车装置不必考虑以往各种风车装置的风向问题，且结构简单，生产成本低廉。即如图7(A)所示，风C、D作用于叶片3A的背面3a时，风由叶片3A的背面3a传到叶片3B的内侧3a，产生顺转矩。另外，风E直接作用于叶片3B的内侧3b处，仍然产生顺转矩。风C、D、E进一步沿着叶片3B的内侧3b前进，作用于叶片3C的内侧3b，产生顺转矩。而风A、B作用于叶片3C，虽然产生逆转矩，但是此逆转矩与上述风C、D、E作用而产生的顺转矩相比很小，所以该风车装置产生高效顺旋转，无论风力从哪个方向作用都如此。即，此风车装置不受任何风向的影响，都能获得高效率的转矩。

因此，如果把该以前的申请中涉及的风车装置固定在适宜的场所，风无论从哪个方向吹来，上述叶片3A、3B、3C都能确实地按照所期望的方向(顺方向)旋转，以此获得发电的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进后的三叶片式垂直型风车装置，以便能够用简单的结构大幅度地提高本申请人以前申请的三叶片式垂直型风车装置利用风力的发电效率。

本发明涉及的三叶片式垂直型风车装置如技术方案1所述设置有三叶片和能量转换机构，其中三叶片安装在中心有垂直轴的底板上，而能量转换机构用于把风力作用于叶片产生的旋转能量转换成其他的能量；上述叶片是横截面形状弯曲的板状，其一端离上述垂直轴远，另一端离垂直轴近，各个叶片之间相互等间隔分布；在此三叶片式垂直型风车装置中，其特征在于：设各叶片的从离垂直轴中心最远的点到上述垂直轴间的距离即最外半径为r1，各叶片的从离垂直轴最近的点到上述垂直轴间的距离即最内半径为r2，以连接离垂直轴最远的点与垂直轴的线段为基准，上述叶片横截面的内侧面上任意点r的角度为t(但是，0≤t≤2π/3)，在这种情况下，上述叶片的横截面的内侧面的形状满足r＝(r1-r2)×((t-2π/3)×2)/(2π/3)×2+r2。

另外，本发明涉及的三叶片式垂直型风车装置，作为提高叶片旋转效率的其他机构，如技术方案2所述，其特征在于，由3枚横截面形状弯曲的板状叶片、将3枚叶片等间隔安装并支撑使其按一定方向旋转的底座、沿底座外围等间隔布置的3枚固定导向翼组成，上述各固定导向翼以比对上述3枚叶片外周侧旋转轨迹所做切线而成的角度大的角度倾斜设置。

此时，上述固定导向翼的宽度和角度最好形成为，如技术方案3所述的那样，当风向与固定导向翼形成直角时，固定导向翼的外端大于上述叶片外周侧的旋转轨迹。

另外，在技术方案2所述的三叶片式垂直型风车装置中，上述叶片横截面的形状最好是：例如如技术方案4所述，由弯曲部、从弯曲部的一端延伸出的长边以及从弯曲部的另一端延伸出的短边形成大致成J字形。

此时，上述叶片的长边的构成最好是：如技术方案5所述，以上述弯曲部上的一点为中心自由开闭，据此来自由调节上述短边和上述长边的开度，风力小时增大上述开度，而风力大时缩小上述开度。

而且，在本发明涉及的三叶片式垂直型风车装置中，作为提高叶片旋转效率的另一种机构，如技术方案6所述，是指依靠风力旋转并把旋转能量转换为其他能量的风车装置，其特征在于，配设有设置了从其中心突出的垂直轴的底板、3枚上端或下端固定在底板上的横截面形状弯曲的板状叶片，上述垂直轴形成为筒状，在该筒状的躯干上开设有所需要数量的排风用通孔。

并且，在本发明涉及的三叶片式垂直型风车装置中，作为提高叶片旋转效率的其他机构，如技术方案7至9所述，其特征在于，在技术方案2至5所述的三叶片式垂直型风车装置中组装进技术方案1和/或技术方案6所述的结构而成的。

如上所述，技术方案1所述的发明由于根据上述公式构成三叶片横截面的内周面形状，所以，沿各叶片流动的风能没有浪费地使叶片旋转，其结果：能够不受风向的影响得到高效率的旋转能量，能够稳定地将上述旋转能量转换成电能等其他能量，同时由于各叶片是以垂直轴为中心旋转的，所以与以往的螺旋桨式机构相比较，其摩擦风声小，即使安装在家庭等地方，也不必担心会产生噪音。

并且，如技术方案2所述的发明由于安装了不旋转的固定导向翼，因此虽然三叶片式垂直型风车装置的外形稍微增大，但由于导向翼本身不旋转，因此能够比增大风车的直径更大幅度地提高旋转效率，同时由于能够用固定导向翼构成该类的垂直型风车装置中不可缺少的支柱，因此不必增加零部件的数量构成三叶片式垂直型风车装置，能够防止增加成本。

而且，技术方案3所述的三叶片式垂直型风车装置中，由于固定导向翼的宽度和角度设定为当风向与导向翼成直角时固定导向翼的外端比上述叶片外围的旋转轨迹大，因此能够有效地将风导向三叶片，所以能够大幅度地提高风车的旋转效率。

并且，技术方案4所述的三叶片式垂直型风车装置中，由于上述叶片的横截面形状由弯曲部、从弯曲部的一端延伸出的长边和从弯曲部的另一端延伸出的短边构成为近似J字形，所以能够减少高速旋转时叶片自身的空气阻力，从而能高速旋转。

由于技术方案5所述的三叶片式垂直型风车装置中，由于使上述叶片的上述长边以上述弯曲部上的一点为中心自由开闭，据此来自由调节上述短边和上述长边的开度，当风力小时增大上述开度，当风力大小时缩小上述开度，因此不论在弱风时还是在强风时都能使风车装置高效率旋转。

并且，技术方案6所述的发明由于不受风向的影响，而且沿叶片流入的风不会产生涡流，能够使风顺畅地向风车外流动，因此能够非常有效地获得旋转能量。

而且，技术方案7至9由于采用将技术方案2至第5中的任一项所述的发明结构与技术方案1和/或技术方案6所述的结构组合起来的结构，因此能够起到容易更有效地获得旋转效率等诸多优良效果。

附图说明

图1现有的萨伏纽斯式风车装置的示图，(A)及(B)是用来说明叶片相对于风向的位置及其旋转的俯视图。

图2本申请人以前提出的三叶片式垂直型风车装置的透视图。

图3本申请人以前提出的三叶片式垂直型风车装置的正视图。

图4本申请人以前提出的三叶片式垂直型风车装置中省略一部分而显示的纵向剖视图。

图5本申请人以前提出的三叶片式垂直型风车装置的横向剖视图。

图6取出本申请人以前提出的三叶片式垂直型风车装置中的叶片机构部分进行表示的透视图。

图7根据本申请人以前提出的三叶片式垂直型风车装置的叶片的位置关系来说明转矩的各俯视图。

图8本发明第1实施例所涉及的三叶片式垂直型风车装置的特征部分说明图。

图9本发明第2实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置概略结构的透视图。

图10根据本发明第2实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的第1位置关系来说明转矩的俯视图。

图11根据本发明第2实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的第2位置关系来说明转矩的俯视图。

图12根据本发明第2实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的第3位置关系来说明转矩的俯视图。

图13根据本发明第2实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的第4位置关系来说明转矩的俯视图。

图14根据本发明第2实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置第5位置关系来说明转矩的俯视图。

图15根据本发明第2实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置第6位置关系来说明转矩的俯视图。

图16取出本发明第3实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的叶片部分进行表示的透视图。

图17本发明第3实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的调整开度机构的动作俯视图。

图18本发明第4实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的叶片形状的俯视图。

图19本发明第4实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的叶片动作状态的俯视图。

图20本发明第5实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置概略构成的俯视图。

图21本发明第5实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的排风部的主要部分的端面图。

具体实施方式

下面根据图8就本发明第1实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的基本结构进行说明。

如图8所示，本实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的3枚叶片3A、3B、3C在假设从离上述垂直轴9的最远点3c到上述垂直轴9的距离即最外半径为r1，从各叶片3A、3B、3C的上述垂直轴9的最近点3c到上述垂直轴9的距离即最内半径为r2，以连接上述垂直轴9的最远点3d与上述垂直轴9的线段为基准，上述叶片横断面的内侧面3b上任意点r的角度(单位，弧度)为t(0≤t≤2π/3)，系数为a的情况下，如果考虑到叶片3A、3B、3C的旋转，上述r可以表示为：r＝(r1-r2)×((T-2π/3)×2)/(2π/3)×2+r2......①。所以当上述t为0时，上述r＝r1，把t＝0代入上述①式中成为：

r1＝a×((2π/3)×2)+r2....②

把②式变型，就得到：

a＝(r1-r2)/((2π/3)×2)

把上述a代入上述①式中，得到

r＝(r1-r2)×((t-2π/3)×2)/(2π/3)×2+r2

且，图中符号3a是指叶片3A、3B、3C的外周面。

因此，在此实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置中，使各叶片3A、3B、3C横截面的内侧面3b的形状满足：

r＝(r1-r2)×((T-2π/3)×2)/(2π/3)×2+r2

所以沿上述各叶片3A、3B、3C横截面的内侧面3b的风，就会不浪费地成为使各叶片3A、3B、3C旋转的风向，这一点通过实验已经得到确认。

另外，以单位时间内风车的转速及发电量等对以前申请的三叶片式垂直型风车装置和本实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置作比较实验，无论哪项比较，本实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置都优于前者。

即，如果上述各叶片3A、3B、3C横截面的内侧面3b的结构如上所述那样构成，可得出：以前申请涉及的三叶片式垂直型风车装置的各种效果平平，而本实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置则提高了旋转效率。

这样，本实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置并不仅限于构成简单、生产成本低廉、不受风向影响、与以前申请涉及的三叶片式垂直型风车装置相比效率更高的转矩，而且，由于各叶片以垂直轴为中心旋转，与以往的螺旋桨式机构相比较，其摩擦风声小，即使安装在家庭等地方，也不必担心会产生噪音。

其次，图9至图15表示本发明第2实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置，在本实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置中，如图9所示，用3枚固定导向翼20A、20B、20C连接固定底座4和顶部5，达到风车不受风向影响高效率旋转的目的，在这些底座4、顶部5和固定导向翼20A、20B、20C之间，有三叶片3A、3B、3C。再者，在上述底座4的内部有与以前申请涉及的风车装置相同的发电机构。另外，在上述顶部5的内部，有图中没有显示的风力检测机构等各种检测机构和控制机构(无图示)。与这些检测机构和控制机构相连的各种接线，从顶部5上的取出口(无图示)向外延伸。

并且，在上述底座4、顶部5和固定导向翼20A、20B、20C之间，安装有上下一对底板8、上下两端分别与一对底板8相固定的横截面形状弯曲的三叶片3A、3B、3C。在上述一对底板8的中心有一个垂直轴9(参照图9至图14)与底板8连为一体。

此垂直轴9贯穿下方的底板8并与上述发电机构相连接，把上述叶片3A、3B、3C的转矩传给上述的发电机构。

与第1实施例相同，上述三叶片3A、3B、3C的一端3c远离上述底板8的中心O，另一端3d靠近上述底板8的中心O。从图9和图10可清楚地看到，上述叶片3A、3B、3C的一端3c到上述中心O的距离是r2、叶片3A、3B、3C的另一端3d到中心O的距离是r1，不论哪个叶片3A、3B、3C，其r1、r2都相等，同时，三叶片3A、3B、3C相互间的间距都相同。所以，相互毗邻的叶片(例如，叶片3A、3B)中一个叶片(例如，叶片3A)的另一侧端部，和一侧端部位于上述一个叶片(例如，叶片3A)的另一侧端部的外方的另一叶片(例如，叶片3B)的上述一侧端部之间形成了入风口10。

另外，上述三个固定导向翼20A、20B、20C有支柱功能的同时，平面(水平截面)大体呈水滴状的粗径根部如图9所示，沿上述顶部5和下底板8的外围面以叶片间成120°的间隔固定，同时，其下端部与上述底板4以相同间隔立设固定。

另外，上述3枚固定导向翼20A、20B、20C是以大于对顶部5和下底板8的外围面作切线而成的角度，即对叶片3A、3B、3C的旋转轨迹作切线而成的角度倾斜设置的。而且，确定固定导向翼20A、20B、20C的宽度和角度期望以流体力学为基础获得最佳横截面形状来设置，至少，当风向与翼20A、20B、20C成直角时，固定导向翼20A、20B、20C的外端部大于上述叶片3A、3B、3C的外围旋转轨迹时较有效。如果导向翼的宽度不够大，风车周围就会产生湍流，不仅不能利用三叶片风车的特点，相反还会削弱其转矩。

在本实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置中，如以下说明的那样，不仅不必考虑以往各种风车装置存在的风向问题，而且结构简单，发电效率大幅提高，制造成本低廉。

即在图10所示位置关系中，风A作用于固定导向翼20A但不会影响转矩，风B产生反转矩但与固定导向翼的有无无关，另外，风C也与固定导向翼的有无无关地产生转矩。风D作用于固定导向翼20B并沿叶片3B流动，作用于叶片3C产生转矩，如果没有固定导向翼20B，风D作用于3B肯定会产生转矩，但风D产生的转矩对转矩起负作用。本来风E偏离风车并不产生转矩，但是作用于固定导向翼20C而传到叶片3C，产生转矩。因此，处于图10的位置关系时，全部转矩为正。

其次，在图11所示的位置关系中，风A、B、C、D的作用与图10相同。本来，风E与在图10中作用相同，与风车的旋转无关，但是在本实施例中作用于固定导向翼20C而传到叶片3C，就对转矩产生了作用。因此，处于图11的位置关系时，全部转矩为正。

其次，在图12所示的位置关系中，风A作用于固定导向翼20A并偏向风车的外侧。如果没有此固定导向翼20A，风A会阻挡叶片3C的旋转，因为有该固定导向翼20A，能有效地防止风车的反转矩。另外，风B作用于固定导向翼20A并沿叶片3A作用产生转矩。风C、D的作用与没有固定导向翼时作用相同。

并且，在图13所示的位置关系中，风A作用于固定导向翼20A并偏向风车的外侧。如果没有固定导向翼20A，风A会阻挡叶片3C的旋转，因为有该固定导向翼20A，能有效地防止风车的反转矩。另外，风B作用于固定导向翼20A并向叶片3C的方向流入、风C作用于叶片3C，产生转矩。风D沿叶片3B作用使风车旋转。而且，风E作用于固定导向翼20B并沿叶片3B流入，使风车旋转。

其次，在图14所示位置关系中，风A的流动与没有固定导向翼时相同，另外，风B及风C作用于固定导向翼20A，沿叶片3A流动作用于叶片3B的转矩。风B、C在没有固定导向翼20A时作用于叶片3C，会产生反转矩，所以，配置固定导向翼20A对增加转矩起很大的作用。而且，风D、E的流动与没有固定导向翼时相同。另外，风F作用于固定导向翼20B后，转向叶片3B产生转矩。如果没有固定导向翼20B，风F作用于风车的外侧，不产生转矩。

而且，在图15所示位置关系中，风A的流动与没有固定导向翼时相同，另外，风B及风C作用于固定导向翼20A，使叶片3A产生转矩，在这种情况下，其作用与没有安装固定导向翼时相同，结果不能对提高转矩产生正作用。而且，风D、E的作用与没有安装固定导向翼时相同。另外，风F作用于固定导向翼20B并沿叶片3A流动、作用于叶片3B产生转矩。如果没有固定导向翼20B，风F作用于风车外侧，不产生转矩。

因此，如果把本实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置固定在适宜的地方，不论风从哪个方向吹来，上述叶片3A、3B、3C确实按所期望方向(顺方向)旋转，因此确实能带动发电。再者，本实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置的大小等是根据发电量而设定的。例如，在小型电力下，风车装置总体高约50cm左右。风车装置的大小以设计事项为准。

其次，图16和图17表示本发明第3实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置，在这种风车装置下，程度不强的风也能使其高效率发电。与上述第2实施例结构相同部分用同样的符号表示，在这里不再重复说明，以下对本实施例的特征部分加以说明。

本实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置中，在上下一对底板8上安装了三个支撑轴11，这三个支撑轴是从底板8的中心以等距离、等间隔来布置的。因此与第1实施例相同，借助支撑轴11安装了可自由转动的三叶片3A、3B、3C，在该底板8的外侧配置三个固定导向翼20A、20B、20C。如图16及图17所示，本实施例涉及的叶片3A、3B、3C的横截面呈1/3圆弧状。而且如图16所示，在上述一对底板8上形成由圆弧状通孔构成的3个导槽12，把各叶片3A、3B、3C一端的突出部13插入该导槽12中。而且重锤14固定在突出部13从底板8上突出的一端。另外拉力螺旋弹簧15的一端固定在上述突出部13上，另一端固定在上述垂直轴9上。这些导槽12、突出部13、重锤14、拉力螺旋弹簧15、垂直轴9的一部分就构成了调节上述叶片3A、3B、3C随风力变化而适量旋转的转动量调节机构。

在这种结构的第3实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置中，弱风下也能得到有效转矩。即采用这种结构，当弱风作用于叶片3A、3B、3C时，在上述拉力螺旋弹簧15的弹力作用下，如图16的虚线、图17的实线所示，各叶片3A、3B、3C的一端被牵引到底板8中心侧的临界点处，各重锤14则处于W1、W2、W3各个位置，通过图16的虚线、图17的实线所显示的各种位置，叶片3A、3B、3C处于最有效旋转的状态。

这种状态下，如果风力变强，叶片3A、3B、3C的旋转速度增大，在各重锤14的离心力作用下各叶片3A、3B、3C以各支撑轴11为中心旋转，以改变其位置，使上述拉力螺旋弹簧15的弹力和上述离心力达到平衡。由于上述叶片3A、3B、3C沿着上述一对底板8上的导槽12旋转，此旋转可顺畅进行。

而且，如果由于例如固定导向翼20A、20B、20C的上述作用等而使作用于叶片3A、3B、3C的风增强时，如上所述叶片3A、3B、3C的位置关系发生变化，旋转效率降低，必须在某一转速以上。而且在强风下，各重锤14如图17中双点划线部分所示，分别达到相反一侧的极限位置，各叶片3A、3B、3C如图16及图17中双点划线部分所示，形成封闭的圆筒状，其结果是叶片3A、3B、3C不发生旋转。如果风强减弱的话，上述各重锤的位置发生变化，叶片3A、3B、3C取适宜的位置可促使转矩增大。因此风车装置在强风下不至于被损坏的同时能得到高效率的转矩。其他结构及作用与上述第2实施例相同。

图18和图19表示本发明的第4实施例。本实施例与上述第3实施例相反，风车装置的结构是在强风时能得到高效率的转矩。在本实施例中，对于和第2实施例相同结构的部分添加与第2实施例相同的符号，在这里省略对其进行详细说明。当然，即使在本实施例中，构成本发明特征的固定导向翼20A、20B、20C安装在底板8的外侧，这点与第2及第3实施例是相同的。

即，叶片3A、3B、3C的横截面由弯曲部16、从弯曲部16的一端延伸出的长边17和从该弯曲部16的另一端延伸出的短边18构成，大体呈J字形。而且在本实施例的情况下，使上述叶片3A、3B、3C的长边17以上述弯曲部16上的一点M为中心在图19的实线部分和该图的双点划线部分表示的状态之间自由开闭。该开闭动作可以是通过例如使与上述长边17相连接的无图示的线形构件(例如，琴钢丝)卷绕或开卷来进行的。由于使上述长边17以上述弯曲部16上的一点M为中心自由开闭，据此来自由调节上述短边18和上述长边17的开度，在风力小的情况下增大上述开度，在风力大的情况下减小上述开度。

在第4实施例中，通过采用上述结构，能减少叶片3A、3B、3C高速旋转时自身的空气阻力，此外由于固定导向翼20A、20B、20C的作用，即使作用于叶片3A、3B、3C的风变强，风车也能高速旋转。即用例如电动机来驱动与上述长边17相连接的线形构件开卷(推动上述长边17)或卷绕(牵引上述长边17)来调整其开度。此时也可以采用这样的结构：安装直接或间接检测风力的风力计等检测仪器，根据该检测仪器的检测结果使上述开度调整机构动作。此时，由于自动调整开度，所以可省去烦琐的手工劳动。

图20和图21表示本发明第5实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置，本实施例表示的风车装置应用了使第1及第4实施例涉及的风车装置旋转效率进一步提高的机构。在此实施例中，与上述第1实施例至第4实施例以及以前申请涉及的三叶片式垂直型风车装置结构相同的部分，用相同的符号来表示，在这里省略对其详细说明。

本实施例的结构特征是：将配设在一对底板8的中心的垂直轴9形成为圆筒状，在其上开设数个排风孔30。当然垂直轴9穿通下方底板8与上述的发电机构相连接，并把上述叶片3A、3B、3C的转矩传给上述发电机构。

即在此圆筒状的垂直轴9的躯干，特别如图21中明确表示的那样，在其躯干上下两层沿圆周方向贯通开设有4个排风孔30。当然此通风孔30的层数和沿圆周方向的个数，并不仅限于本实施例，以适应风车的大小和设置的场所等各种条件的变化，采用能达到最佳旋转效率的形态。

如上结构的本实施例涉及的三叶片式垂直型风车装置不受风向的影响，而且沿叶片3A、3B、3C流入底板8中心方向的风不会产生涡流，并顺畅地向风车外流动，风不会在该中心周围停留并对旋转产生反作用，所以风车能获得非常有效的旋转能量。

而且虽然在上述各实施例中以使用了由上述结构构成的风车装置的情形为例加以说明，但本发明当然也能够用于风从圆板外侧向内侧流动的各种风车装置，而且虽然在上述各实施例中对利用风车装置来发电的结构进行说明，但不局限于此，还可以用于例如抽水。

Claims (9)

1.一种三叶片式垂直型风车装置，包括3枚安装在中心设有垂直轴的底板上、横截面形状弯曲的板状叶片和将风力作用在这些叶片上产生的旋转能量转换为其他能量的能量转换机构；上述叶片是横截面形状弯曲的板状，其一端离垂直轴远、另一端离垂直轴近，彼此间等间隔配置；其特征在于，当设各叶片离上述垂直轴中心最远的位置到上述垂直轴的距离即最外半径为r1，各叶片的离上述垂直轴最近的位置到上述垂直轴的距离即最内半径为r2，以连接距上述垂直轴最远的位置和上述垂直轴的线段为基准，上述叶片的横截面内侧面上任意位置r的角度(弧度)为t(0≤t≤2π/3)时，使上述叶片的横截面的内侧面的形状满足r＝(r1-r2)×((t-2π/3)×2)/(2π/3)×2+r2。

2.一种三叶片式垂直型风车装置，其特征在于，包括3枚横截面形状弯曲的板状叶片、支撑这些叶片并使其沿一定方向旋转并且以相互间具有等间隔地保持3枚叶片的底座、沿该底座的外围等间隔地立设的3枚固定导向翼，上述各固定导向翼以比对上述3枚叶片外周侧的旋转轨迹所作切线而成的角度大的角度倾斜设置。

3.如权利要求2所述的三叶片式垂直型风车装置，其特征在于，上述固定导向翼的宽度和角度设定为，当风向与导向翼成直角时，固定导向翼的外端比上述叶片外周侧的旋转轨迹大。

4.如权利要求2或3所述的三叶片式垂直型风车装置，其特征在于，上述叶片的横截面形状由弯曲部、从弯曲部的一端延伸出的长边和从该弯曲部的另一端延伸出的短边构成为近似J字形。

5.如权利要求4所述的三叶片式垂直型风车装置，其特征在于，使上述叶片的上述长边以上述弯曲部上的一点为中心自由开闭，据此来自由调节上述短边和上述长边的开度，当风力小时增大上述开度，当风力大时缩小上述开度。

6.一种三叶片式垂直型风车装置，依靠风力旋转，将该旋转能量转换为电能等其他能量，其特征在于，配设有设置了从其中心突出的垂直轴的底板和3枚将其上端或下端固定在底板上且横截面形状弯曲的板状叶片，上述垂直轴形成为筒状，在该筒状的躯干上开设有所需要个数的排风用通孔。

7.一种三叶片式垂直型风车装置，其特征在于，将权利要求1所述的结构组装到权利要求2至5的任一项所述的三叶片式垂直型风车装置中。

8.一种三叶片式垂直型风车装置，其特征在于，将权利要求6所述的结构组装到权利要求2至5的任一项所述的三叶片式垂直型风车装置中。

9.一种三叶片式垂直型风车装置，其特征在于，将权利要求1和6所述的结构组装到权利要求2至5的任一项所述的三叶片式垂直型风车装置中。

Images