JP2002070718A

JP2002070718A - 風力を利用した動力発生装置

Info

Publication number: JP2002070718A
Application number: JP2001245702A
Authority: JP
Inventors: Keung Suk Jang; 近錫張
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-26
Filing date: 2001-08-13
Publication date: 2002-03-08
Also published as: US6548913B2; US20020024222A1; KR20020016681A

Abstract

(57)【要約】【課題】風圧の増減に対応してはねの角度が自動変換
されて風力利用効率が高く、強風に対してもはねが損傷
しない風力を利用した動力発生装置を提供する。【解決手段】風の風圧変動によってはねの角度が変位
される構成を持つ風力発生装置において、ボスに回動可
能に支持され、放射状に配列される連結軸と、この連結
軸に一体に形成されたピニオンと、前記ボスに付着固定
されるラックハウジングと、このラックハウジングの内
部にスライド可能に収容されて前記ピニオンと連結され
るラックギヤーと、前記ラックハウジングの外部に延長
されたラックギヤーの一部に挿入配置されるスプリング
と、このスプリングが弾性力を調節するために前記一部
の終端にネジ連結されるストッパーとから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自然エネルギーとし
ての風力を利用した動力発生装置に関し、詳細には、は
ね（羽根）自らが風速に応じた風圧に比例して角度が可
変されることにより風力を最大限に利用できる風力を利
用した動力発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人類が文明を営むにおいて必要なエネル
ギーは、その大半を化石燃料に依存しているのが現状で
あるが、これらの資源は有限であり、また、環境汚染を
引き起こすという問題がある。このため、太陽熱，地
熱，風力，潮力などのような無限に近く、かつ清浄であ
る自然エネルギーの開発が研究されてきており、一部は
相当に高い水準で実用化されている。中でも普及してい
るのが風力を利用した風車による動力発生装置であり、
従来からいろいろな構造のものが製造されている。

【０００３】風車のはねは、初期には、風力を多く受け
るように、広く拡張された面を持った形態のものが採用
されていた。しかしながらこのような構造は、風速が激
しくなると風車が破壊されてしまうという短所があっ
た。近年において実用化されている風車は、はねの面を
曲面に形成し、所定の捻り角を付与し、風量の利用効率
を高めると同時に、はねの強性が補強されるようにして
風による損壊が発生しないようにしたものである。

【０００４】しかし、このような構造の風車において
も、耐えられる風速には限界があることから、風車のは
ねが風速によって角度変換される構造をとることにより
問題を解決するようになっている。例えば、米国特許第
４，００６，９２５号に開示された風車は、はね軸に沿
って位置移動可能なスライダーを保有し、このスライダ
ーは別途に設置された引張スプリングに拘束されて、は
ねが回転する時に発生する遠心力が前記引張スプリング
の牽引力を超えた時に位置移動し、この時の位置移動
は、風に対するはねの角度が変化されるようにする作用
を生むようにしたものである。

【０００５】上述の構成の風車は原理的側面から見たと
き相当な妥当性を持っている。しかしながら、実際には
スライダーを拘束する引張スプリングの牽引力を、はね
の回転力により発生される遠心力と比例させることが極
めて難しく、変化される風速変異が極めて狭くなるため
風力の最大限の利用を図れないという問題があった。ま
た、他の例として大韓民国公開特許公報特１９９８−４
１０４２号に開示された風力発電装置は、はねの後方に
トーションスプリングが装着され、風の風圧が激しくな
ると、はねが前記トーションスプリングに抵抗して後方
側に畳まれる形態に変化することにより、風圧によるは
ねの損傷が防止されるようにした構成となっている。し
かしながら、前記開示された例においては、はねが風の
方向に平行に畳まれるので風力利用の観点から効率的で
はなく、風速変化が激しいときには故障を起こし易いと
いう短所があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
の風車の問題点に鑑みて創案されたものであり、風力の
利用を最大限に引き上げるために、はねの角度変化と相
関する力の調節を簡単に行える構造を有する風力を利用
した動力発生装置の提供をその目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、風圧変動によってはねの角度が変位される
構成を設けた自然エネルギーとしての風力を利用した動
力発生装置において、ボスに回動可能に支持され放射状
に配列される連結軸と、この連結軸に一体に形成された
ピニオンと、前記ボスに付着固定されるラックハウジン
グと、このラックハウジングの内部にスライド可能に収
容されて前記ピニオンとギヤー連結されるラックギヤー
と、前記ラックハウジングの外部に延長されたラックギ
ヤーの一部に挿入配置されるスプリングと、このスプリ
ングの弾性力を調節するために前記一部の終端にネジ連
結されるストッパーとから成る。

【０００８】また、本発明は前記連結軸に一体に連結さ
れるはねが偏心配置される構成とする。また、本発明は
前記スプリングが連結軸に直行方向に延長されるアーム
の終端と一体に連結されて前記ボスに付着されたガイダ
ーを貫通するように配置される弧状棒の外周に挿入され
前記弧状棒の終端に形成されたフランジにより支持され
る構成にも変形実施可能である。さらに、本発明は風の
方向に合わせて変位される風向表示具が連結された軸の
途中にカムプレートが一体に付着され前記軸と同期回転
するようになっており、前記カムプレートの外周の一側
には電気的信号を発生するマイクロスイッチが配置され
た風向感知手段を更に含み、前記カムプレートによるマ
イクロスイッチのオン−オフ信号で作動する電磁石が前
記ボスの回転軸を支持するハウジングの下側部制動面と
対向配置された制動片を前後進連動させ前記ハウジング
を風の方向に合わせて拘束又は解放させる構成とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明を、添付の図面による好ま
しい実施例にて詳細に説明する。図１を参照して、はね
組立体（２）は、回転軸（４）が中心に設置されたボス
（６）と、ボス（６）を中心に放射状に配列される多数
のはね（８）とから成っている。前記はね（８）は、連
結軸（１０）上に偏心配置されており、連結軸（１０）
は、ボス（６）の内部で回動可能に軸支持される一方、
前記ボス（６）の外周に隣接した部分にピニオン（１
２）を具備している。このピニオン（１２）は、連結軸
（１０）と一体に固定されており、これは前記ボス
（６）の対応位置に、溶接などで固定付着されたラック
ハウジング（１４）と連係される。はね組立体（２）
は、背面方向から吹いてくる風に吹かれ、図面の矢印で
示した方向に回転する。

【００１０】一方、前記ラックハウジング（１４）の内
部には、図２に詳細に示したようにスライド可能にラッ
クギヤー（１６）が収容されており、このラックギヤー
（１６）は、前記ピニオン（１２）とギヤー連結される
と共に前記ラックギヤー（１６）はその一部（１８）が
ラックハウジング（１４）の外部に延長されスプリング
（２０）により弾支されるように設置されている。この
様な構成で、前記ラックギヤー（１６）の終端部は、ス
プリング（２０）の弾性力が調節できるナット形のスト
ッパー（２２）で設置されるのが好ましく、これによ
り、前記ラックギヤー（１６）には常にスプリング（２
０）の弾性力が作用し、ラックハウジング（１４）の内
部から一側に変位された状態を維持することになる。

【００１１】本発明において、はね（８）は、風力が弱
く、スプリング（２０）の弾性力が十分に作用する時
は、図面の矢印の方向から吹いてくる風に対して最大の
面積で直交接触して、図面上、一点鎖線で示す位置とな
るように設定される。しかし、風力が強くなって、はね
（８）の全面に加わる風圧が増加し、この風圧がスプリ
ング（２０）の弾性力より大きな力で作用するようにな
ると、前記はね（８）は、風の圧力により軸（１０）を
支点に回動し、風圧と均衡を成す角度に姿勢変換（姿勢
移動）する。

【００１２】この時発生する軸（１０）の回動作用を図
３によって説明すると、はね（８）に加わる風圧による
軸（１０）の回動は、ピニオン（１２）が連動するよう
作用し、これによりラックギヤー（１６）が、図面の一
点鎖線位置から実線位置に移動することになり、前記ス
プリング（２０）がストッパー（２２）により圧縮され
るように作用する。この様に、スプリング（２０）が圧
縮された状態で、風の力が減少して前記スプリング（２
０）の弾性力より風圧が小さくなると、前記スプリング
（２０）の復帰力（付勢力）の作用により、ラックギヤ
ー（１６）は再び本来の位置に戻る。このように、はね
（８）は、常に表面を介して加わる風圧の増減に合わせ
その角度が変位されるようになる。

【００１３】本発明は、前記のような風圧により、はね
（８）の配置角度が自動に変換されることから、微弱な
風にも、はね（８）が回転し、又、強い風圧下では相対
的に角度変換されながら回転する。従って、はね（８）
の破損が発生する虞がなく、低速の風から高速の風に至
る広い範囲の風力で回転することができる。

【００１４】一方、本発明は、風の利用効率をより向上
させるために、風の方向により、はね（８）の指向方向
を変位させる風向感知手段を更に設けることもできる。
前記風向感知手段の一例は、図４に図示したように、通
常の風向計で見られる風向表示具（２６）を保有し、こ
の風向表示具（２６）が連結された軸（２８）の途中に
はカムプレート（３０）が一体に付着され、前記軸（２
８）の回転に同期して回転するようになっている。ま
た、前記カムプレート（３０）の外周の一側には電気的
信号を発生するマイクロスイッチ（３２）が配置される
構成となっている。

【００１５】カムプレート（３０）とマイクロスイッチ
（３２）間の相関関係は、図５に図示したように、マイ
クロスイッチ（３２）とカムプレート（３０）の突出カ
ム（３０ａ）と接触した時にスイッチング−オンに転換
される構造になっている。このマイクロスイッチ（３
２）のオン−オフ信号によって前記はね（８）の方向が
変換される。

【００１６】より詳細に説明すると、ボス（６）の中心
軸（４）を支持するハウジング（３４）の下側部の外周
がやや長く延長されて制動面（３６）を形成しており、
この制動面（３６）の周りには電磁石（３８）で作動さ
れる制動片（４０）が配置されており、これにより、前
記ハウジング（３４）が拘束又は解放される構造となっ
ている。前記のような構成により、風の方向が変化した
時、先ず、風向感知手段（２４）が風向きの変化に連動
して旋回する。その結果、カムプレート（３０）による
マイクロスイッチ（３２）のオン−オフ作動が成され、
更には、前記マイクロスイッチ（３２）のオン−オフ作
動は、電磁石（３８）を介してハウジング（３４）の拘
束−解放作動が行われるようになる。この様なハウジン
グ（３４）の拘束−解放を行う理由は次の通りである。

【００１７】本発明の装置が設備される地域の季節的風
向変化によるデーターを参照して、最も頻繁に吹いてく
る風の方向と突出カム（３０ａ）とを連関させておく
と、例えば、季節的に南西風と北東風が主に吹いてくる
地域の場合、南西風から北東風に風向が変わると、カム
プレート（３０）が１８０度回動しながら、マイクロス
イッチ（３２）をオフ−オン作動させる。これにより、
ハウジング（３４）は、極短時間解放されてから再び拘
束される。前記ハウジング（３４）が解放される際にお
いて、はね（８）は風の力を受けて風向に順応する方向
に旋回し、この様な方向転換が成された後、ハウジング
（３４）は再び拘束され、はね（８）の方位変化が発生
しないように固定するということにある。

【００１８】前記ハウジング（３４）は、従来の風車と
同様に、はね（８）による回転力を直交方向に転換し
て、例えば発電機（１００）などを駆動させられるよう
にベベルギヤーを利用したギヤートレインを収容してい
る。

【００１９】上述した構成にかかる本発明は、別な実施
の形態として図７及び図８に図示した例に変形して実施
できる。この変形実施例では、はね（８）の軸（１０）
は、直交方向に延長されるアーム（５１）を保有してお
り、このアーム（５１）の終端には弧状棒（５２）が一
体に延長され、ボス（６）に付着されたガイダー（４
０）を貫通すると同時に、その外周にはスプリング（２
０）が設置され、前記弧状棒（５２）の終端に形成され
たフランジ（４２）で弾力支持される構成になってい
る。また、ボス（６）の外周所定位置にはアーム（５
１）の旋回が一定方向にだけ行われるように制御する突
起状のストッパー（４４）が設置されている。前記のよ
うな構成の装置も風の風圧に応動して、はね（８）が図
面の一点鎖線位置に変位されることから、その作用効果
は前記実施例と同一に現れる。

【００２０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明にかかる風
力を利用した動力発生装置は、はねが受ける風圧の変化
によって、はねの配置角度が風圧と均衡を成す角度に自
動的に変位して調節されることから、風力を損失するこ
となく動力に変換させる効果が優れ、微風でもはねが旋
回でき、強い風に対してもはねの変位を介して損傷を起
こさずに風圧を最大に利用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の風力を利用した動力発生装置に係るは
ね組立体の要部を図示した背面図である。

【図２】図１のはね組立体を図１のＡ−Ａ線に沿って図
示した側断面図である。

【図３】はね角変換手段の構造を示した側断面図であ
る。

【図４】本発明の付随装置で、風向検出手段の例を図示
した側面図である。

【図５】図４の要部平断面図である。

【図６】本発明の全体の構成を概略的に図示した側断面
図である。

【図７】本発明にかかる風力を利用した動力発生装置に
おいて、はね組立体の変形実施例を図示した正面図であ
る。

【図８】図７の要部の構成を図示した側断面図である。

【符号の説明】

２：はね組立体４：回転軸６：ボス８：はね１０：連結軸１２：ピニオン１４：ラックハウジング１６：ラックギヤー１８：ラックギヤーの一部２０：スプリング２２：ストッパー２４：風向感知手段３０：カムプレート３２：マイクロスイッチ３４：ハウジング３８：電磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】風圧の変動によってはねの角度が変位す
る構成を設けた風力を利用した動力発生装置において、ボス（６）に回動可能に支持され放射状に配列される連
結軸（１０）と、この連結軸（１０）に一体に形成され
たピニオン（１２）と、前記ボス（６）に付着固定され
るラックハウジング（１４）と、このラックハウジング
（１４）の内部にスライド可能に収容されて前記ピニオ
ン（１２）とギヤー連結されるラックギヤー（１６）
と、前記ラックハウジング（１４）の外部に延長された
ラックギヤー（１６）の一部（１８）に挿入配置される
スプリング（２０）と、このスプリング（２０）の弾性
力を調節するために前記ラックギヤー（１６）の一部
（１８）の終端にネジ連結されるストッパー（２２）と
から成ることを特徴とする風力を利用した動力発生装
置。
【請求項２】前記連結軸（１０）に一体に連結される
はね（８）が偏心配置された構成とすることを特徴とす
る請求項１記載の風力を利用した動力発生装置。
【請求項３】前記スプリング（２０）は連結軸（１
０）に直交方向に延長されるアーム（５１）の終端と一
体に連結されて前記ボス（６）に付着されたガイダー
（４０）を貫通するように配置される弧状棒（５２）の
外周に挿入され前記弧状棒（５２）の終端に形成された
フランジ（４２）により支持される構成とすることを特
徴とする請求項１記載の風力を利用した動力発生装置。
【請求項４】風の方向に合わせて変位する風向表示具
（２６）が連結された軸（２８）の途中にカムプレート
（３０）が一体に付着され前記軸（２８）と同期回転
し、前記カムプレート（３０）の外周の一側には電気的
信号を発生するマイクロスイッチ（３２）が配置された
風向感知手段を更に含み、前記カムプレート（３０）に
よるマイクロスイッチ（３２）のオン−オフ信号で作動
する電磁石（３８）が、前記ボス（６）の回転軸（４）
を支持するハウジング（３４）の下側部制動面（３６）
と対向配置された制動片（４０）を前後進連動させ、前
記ハウジング（３４）を拘束又は解放させる構成とする
ことを特徴とする請求項１記載の風力を利用した動力発
生装置。