JP2000145611A

JP2000145611A - 各羽根に風向尾翼を備えた自転羽根式垂直軸風車に関する技術

Info

Publication number: JP2000145611A
Application number: JP10356848A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Yoshino; 孝彦吉野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2000-05-26

Abstract

(57)【要約】【目的】自転羽根式垂直軸風車に関し、羽根面を風と平
行にする強風対処機構と、低コスト化を目指すポールの
回りで回転するポール装着形風車技術を提供する。【構成】強風時、羽根上部の風向対応機構、風向尾翼の
結合の仕方を変え、尾翼と羽根を直結、羽根面を尾翼と
平行にして強風の風圧を回避して風車の回転を停止させ
る。また、風車をポール・支柱の回りで回転するポール
装着形に構成して、構造を簡略化、ポール下部で組み立
て、ポールに沿って釣り上げて設置することで低コスト
化ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は「羽根を自転させて風力
エネルギーを有効利用する垂直軸風車に関する技術」の
中の技術をさらに発展させたものである。この技術を使
用することによって、この垂直軸風車は、実用的な様々
な形態の風力発電やその他の風力利用などに広く利用で
きるものとなる。

【０００２】

【従来の技術】水平軸風車を中心に発展してきた風車
は、既に実用の段階に入っている。しかし、自然エネル
ギー利用を本格的に拡大するためには、この水平軸風車
中心の技術だけでは、風車の多様性、適応性、応用性と
いう点などで不十分であることが明らかになってきてい
る。それを補完するのは優れた垂直軸風車であるが、こ
れまでその開発は遅れていた。しかし、多方面に応用で
きる羽根軸上風向応答装置を備えた羽根自転式垂直軸風
車の開発で、その遅れも取り戻されつつある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、出願
人本人の特願平１０−７８２５６、「羽根を自転させて
風のエネルギーを有効利用する垂直軸風車に関する技
術」の中の「羽根軸上風向応答機構」を持つ風車の技術
の安全性、応用性を確立することである。この技術の完
成と本格的応用を図るためには、次の二つの課題を解決
しなくてはならない。一つは強風時にどのようにして、
風車の回転を止め、羽根の破損を防ぐのかという課題。
二つ目は、風車の基本構造を保持しながら、どのように
して、製作コストが安く、かつ機能の優れ、また設置や
保守に利便性のある機構を作るのかという課題である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】羽根回転軸端に、風向尾
翼を、その軸が羽根軸と同一線上になるように設置する
羽根の風向応答機構は、尾翼の回転を２：１の割合で、
羽根に伝達するが、２重シャフトを使用することで、羽
根軸を風向尾翼の位置まで伸ばし、必要に応じて、尾翼
と羽根の回転を、１：１に伝達をさせて、尾翼と羽根の
動きを直接連動させる。そのことで、強風時に全ての羽
根を風向と平行にして、回転力の発生を無くして風車の
回転を止め、また、風圧を最小限として羽根の破損を防
ぐことができる。

【０００５】また、風車をポール・支柱の回りを回転す
る形に構成する。風車の腕を固定する中心部を上下２枚
のリング状円盤とし、ポールの回りを滑らかに回転する
ために、リング状円盤の内周に３個以上の車を設置す
る。また、その下部リング円盤の下面に３個以上の車を
付けて、ポールの回りに装着された風車支持台の上で回
転できるようにする。上下２枚のリング状円盤と風車支
持台は二つ割りにしたものを、ポールを中にして接合す
る形で装着する。風車の設置位置は、風車をポール上を
上下動させて変更できる形とする。また、風車の腕を固
定するリング状円盤を発電機に対する大径の増速プーリ
として使用する。

【０００６】

【作用】第一図で見ると、通常は、カム管を支持する翼
は両端が上がりカム管は下方に下がってカムは風向応答
機構の軸と噛み合って、尾翼の回転は２：１で羽根の回
転に連動している。これで羽根は回転力を発生する適切
な向きを維持している。翼は翼支持腕の穴を通っている
が、翼上内側にストッパーがあり、支持腕の弾力に押さ
れ、カム管の自重もあって、風向応答機構との噛み合わ
せの状態にセットされており、一定以上の上向きの力が
加わらない限り、その状態は解除されない。しかし、強
風が翼にあたると翼の先端に下向きの揚力が発生して、
翼が下がるためにカム管が持ち上げられ、尾翼の動きが
直接羽根に連動、羽根面と尾翼は平行一体の動きをする
ようになる。その結果、羽根面は風に平行となり、強風
の風圧を回避することができる。

【０００７】ポールの回りで回転できるように設置され
た風車は、下部の平面軌道車とポールを挟む形に設置さ
れたポール周回車で、垂直に立てられたポールと水平に
固定された風車支持台によって、水平方向、垂直方向の
構造を保ちながら、良く回転する。これが回転する風車
主軸を持つ風車と異なる点は、風車動力を取り出す位置
が風車主軸上ではなくて、主軸から外れた位置になるこ
とである。発電機を設置する場合は、発電機は風車支持
台側に設置し、風車ロータ下部のリング状円盤を大径の
プーリとして利用する。発電機軸の小プーリとこの大径
のプーリとの間にベルトをかけ、風車の回転を増速して
発電機を回転させる。ポール装着型の風車は、立ってい
る既成の適当なポールを使えば簡単に風車が構成でき
る。また、ポールを立ててから、風車をポール下部で組
み立てて、ポール先端部に設けた懸垂装置で、必要な高
さに引き上げてから装着すれば、容易に風車を設置でき
る。

【０００８】

【実施例】羽根の向きをコントロールする風向応答機構
が羽根軸上に設置され、その上部、羽根軸上に、強風時
に羽根を直接に風向指定尾翼に連動させる強風対処機構
がついている。一定風速以上の風速で、翼に発生した力
が、カムを押し下げている力に打ち勝って、カムを押し
上げる。カムを押し下げる力は翼支持腕の弾力性とスプ
リングによって調整されている。なお、カムが接する
時、カムの噛み合わせの位置は、必ずしも合っていない
が、羽根が回転し、尾翼も揺動するなかでカムの位置が
一致して噛み合わされる。これで羽根向きが変わったた
めに、トルク発生がなくなり、風車の回転は漸次停止し
た。強風が吹いている間、この状態が続き、強風が停止
すると、翼の揚力がなくなり、カムが元に戻って、最初
の噛み合わせに落ちて、尾翼が羽根向きをコントロール
する風向応答機構がスタート、風車が回転を始めた。こ
の機構は、風によって直接に作動する自動的な強風対処
機構となっている。

【０００９】風車を設置するために、最初に、下端を地
面に埋めるなどしてポールを立てる。ポールには立てる
前に、既にポール頂部の対称位置に２個の滑車を取付け
て、ワイヤーが掛けられ、ワイヤーの引く側はポールの
中を通って、ポール下部に達し、ポールに開けられた穴
を通して、外部に出て引く端になっている。このワイヤ
ーは２本ある。ワイヤーの引き上げ端は二つに分かれ鈎
が着いている。下部で組み立てを終えた風車に鈎を掛け
て、風車を徐々に引き上げ、適当な高さに風車支持台を
固定して風車を固定される。なお、ポール頂部からワイ
ヤーを張るなどしてポールを補強してもよい。風車の上
げ下ろしにもこの方法は利用される。設置された風車
は、風車ロータ主軸を持つ形に製作された風車と同じよ
うに回転している。

【００１０】

【発明の効果】風車が強風時にそのまま回転する場合、
風圧以上に、高速回転による遠心力のための破損の可能
性が高くなる。これを防ぐためには、回転を、強風に応
じて自動的に止めなくてはならない。この強風対処機構
で高速回転、風圧に対する完全な対処が可能になった。
この技術は、風車の普及に最も大切な条件の一つであ
る。この技術は本出願人の「羽根を自転させて風力エネ
ルギーを有効利用する垂直軸風車に関する技術」の中で
発表された風が強くなった場合の風車回転の減速調整機
構とあわせて、この風車技術を完成域に持っていくもの
である。

【００１１】風車の普及には、風車の一般的性能以外
に、風車の製作コスト、設置コスト、耐用性や保守管理
のしやすさなどが重要な要素になる。ポール装着形風車
は風車架台と回転主軸の機能の一部の役割をポールが果
たすので、コスト的に非常に安くなる。ベアリング機能
と支持機能を持つ車輪は低コストで耐用性に優れた良質
のものがある。これらの理由により風車の製作コストは
軽減される。また、下部で組み立て、ポールに沿って上
げて装着する形で風車を設置するならば、風車の設置
は、容易で経費も安くなる。その上、構造的に保守管理
がしやすいので、この風車には、普及の条件が整ってい
る。他の垂直軸風車、パドル、ジャイロミル、ダリウ
ス、セイルウイング型などを一般的なポールに装着する
ことを考えてみると、トルク発生が効率的でないものが
多く、その分羽根を大きくしなくてはならないなどの問
題があるので、風向応答機構を羽根軸上に設置した自転
羽根式垂直軸風車が、この形式には最も適切な風車機種
と考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】羽根の風向応答機構にあわせて設置された強風
対処機構

【図２】ポール装着形の羽根自転式垂直軸風車立面図

【図３】ポール装着形の羽根自転式垂直軸風車正面図

【符号の説明】

１羽根１８ポール（支
柱）２羽根軸１９リング状風車
支持台３羽根支持腕２０上部リング状
円盤４風向尾翼２１下部リング状
円盤５風向応答機構２２ポール周回車６第一プーリ２３平面軌道車７第一プーリ軸パイプ２４半割り下部リ
ング状円盤８プーリ２５半割りリング
状円盤接続部９タイミングベルト２６下部円盤外周１０プーリ軸端部２７ベルト１１羽根軸端部２８発電機１２短管（カム管）２９懸垂装置
（滑車）１３カム（噛み合わせ）３０ワイヤー１４揚力発生翼３１ワイヤー穴１５翼支持腕３２鈎１６ストッパー１７スプリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】羽根軸上に風向尾翼の軸が羽根軸と同一線
上になる形に設置された羽根の風向応答機構は、尾翼の
回転を２：１の割合で、羽根に伝達するが、一部に２重
軸を使用することによって、必要に応じて尾翼と羽根の
回転を１：１に直接連動させることもできる。そのため
に、風向応答機構の第一プーリの軸をパイプ形とし、そ
の中に羽根軸を貫通させ、突き抜けた羽根軸には一定の
間隔をおいてパイプ径ほどの太い端部を作る。同時に羽
根軸の突き抜けた部分に短い管を通す。この短管は、羽
根軸上を上下動すると、第一プーリ軸であるプーリ軸パ
イプ端、あるいは羽根軸端部に接する。この短管のそれ
ぞれの接面に噛み合せのできるカム構造を作り、短管を
カム管とする。この可動のカム管はある方法で風向尾翼
と結合される。これで、カム管がどちら側に接合される
かで、風向の変化による尾翼の回転が、プーリ軸端部あ
るいは羽根軸端部に選択的に伝達される。カム管と羽根
軸端部が接合する場合、風向尾翼と羽根面が平行になる
ように噛み合わせ位置を設定する。さらに、通常運転時
は、カム管はプーリ軸端に接し、風向応答機構が機能し
ているが、強風時は、カム管が移動して、尾翼軸と羽根
軸が結合、尾翼の方向と羽根面の、方向が同一となっ
て、風に対応する。この場合、強風の風圧をうける風圧
板や揚力発生翼などを利用して、カム管を移動させる。
【請求項２】羽根軸上に風向尾翼を備えた垂直軸風車
を、風車主軸を作らずにポール・支柱の回りを回転する
形に構成する。この風車を既に立っているポールに装着
するか、あるいはポールを先に立ててから、そのポール
に風車を装着する形とする。まず、上の面が平面である
リング状の風車支持台を、ポールの回りに装着固定す
る。この支持台の上部、ポール回りにリング状円盤を上
下２枚設置する。下部リング状円盤の下面には３個以上
の車・平面軌道車を設置し、リング状円盤が風車支持台
の上で回転できるようにする。この車は風車支持台に設
置されることもある。また、同時に上下の２枚のリング
状円盤をポールを中心に回転させるために、リング状円
盤の内側・ポール側に３個以上の車・ポール周回車を設
置し、車がポールを抱える形とする。この上下のリング
状円盤に風車の腕を固定する形に構成された風車はポー
ルの回りで回転することができる。この風車支持台と、
上下２枚の円盤は半割りに製作され、ポールを中にして
接続することで円形の形を作り、風車を構成装着する。
また、風車支持台から出した腕に発電機を固定して、回
転する下部円盤の外周をプーリとして利用してベルトを
かけるなどして、風車の回転を増速して発電機を回転す
る。また、風車をポール下部で組み立てて、懸垂、適当
な高さまで引き上げて風車支持台を固定し、風車を装着
したり、風車を降ろしたり、高さを変更するために、ポ
ール先端部に懸垂装置を設置する。