JP2002188403A

JP2002188403A - 流体機械

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Publication number: JP2002188403A
Application number: JP2000385061A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yoshida; 穣吉田
Original assignee: Y & Y Kk
Current assignee: Y & Y Kk
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-07-05
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: JP3987960B2

Abstract

(57)【要約】【課題】翼の耐久性を高くすることができ、翼に振動及
び騒音が発生するのを抑制することができるようにす
る。【解決手段】回転自在に支持された翼支持部と、翼支持
部の円周方向における複数箇所に、径方向外方に突出さ
せて形成された複数の翼２１とを有する。そして、翼２
１は、翼支持部における第１の取付位置ｐ１から径方向
外方に向けて延びる第１の翼素、翼支持部における第２
の取付位置ｐ２から径方向外方に延びる第２の翼素、及
び第１、第２の翼素を連結する第３の翼素を備える。第
１、第２の翼素は、翼支持部から径方向外方に向けて突
出させて形成され、第３の翼素によって連結されるの
で、外力を受けたとき等に翼２１が破損するのを抑制す
ることができ、翼２１の耐久性を向上させることができ
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、流体機械に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、流体機械においては、回転自在に
配設され、ハブ及び複数の翼を備えた回転体を有し、該
回転体と流体との間においてエネルギーを授受するよう
になっている。例えば、送風機、軸流ポンプ、プロペ
ラ、冷却ファン、換気扇等においては、前記回転体が回
転させられ、それに伴って機械エネルギーが流体エネル
ギーに変換され、風力タービン、蒸気タービン、水力タ
ービン等においては、流体エネルギーが機械エネルギー
に変換され、それに伴って回転体が回転させられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の流体機械においては、翼がハブから径方向外方に向
けて突出させて形成されるので、外力を受けたとき等に
破損しやすく、耐久性が低い。

【０００４】また、回転体の回転に伴って、翼の先端に
おいて渦成分、すなわち、チップボルテックスが発生
し、該チップボルテックスによって翼に振動及び騒音が
発生してしまう。

【０００５】本発明は、前記従来の流体機械の問題点を
解決して、翼の耐久性を高くすることができ、翼に振動
及び騒音が発生するのを抑制することができる流体機械
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の流
体機械においては、回転自在に支持された翼支持部と、
該翼支持部の円周方向における複数箇所に、径方向外方
に突出させて形成された複数の翼とを有する。

【０００７】そして、該翼は、前記翼支持部における第
１の取付位置から径方向外方に向けて延びる第１の翼
素、前記翼支持部における第２の取付位置から径方向外
方に延びる第２の翼素、及び前記第１、第２の翼素を連
結する第３の翼素を備える。

【０００８】本発明の他の流体機械においては、さら
に、前記第３の翼素は、前記翼支持部から等距離を置い
て、平坦（たん）に延びる。

【０００９】本発明の更に他の流体機械においては、さ
らに、前記翼支持部及び翼によって回転体が構成され
る。そして、該回転体は電機装置を駆動することによっ
て回転させられる。

【００１０】本発明の更に他の流体機械においては、さ
らに、前記翼支持部及び翼によって回転体が構成され
る。そして、該回転体は駆動手段を駆動することによっ
て回転させられる。

【００１１】本発明の更に他の流体機械においては、さ
らに、前記翼支持部及び翼によって回転体が構成され
る。そして、該回転体を流体によって回転させることに
より、電機装置が駆動される。

【００１２】本発明の更に他の流体機械においては、さ
らに、前記翼支持部の回転方向において、前記第２の翼
素は第１の翼素に対して先行する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１４】図１は本発明の第１の実施の形態における
ファンの斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図
１のＢ−Ｂ断面図、図４は図１のＣ−Ｃ断面図、図５は
本発明の第１の実施の形態における翼の断面図、図６は
本発明の第１の実施の形態におけるピッチ角の説明図、
図７は本発明の第１の実施の形態における翼の展開図、
図８は本発明の第１の実施の形態における翼の取付状態
を示す正面図、図９は本発明の第１の実施の形態におけ
る翼の取付状態を示す側面図、図１０は本発明の第１の
実施の形態における一定ピッチ翼のピッチ分布を示す
図、図１１は本発明の第１の実施の形態における逓増ピ
ッチ翼のピッチ分布を示す図、図１２は本発明の第１の
実施の形態におけるキャンバー分布を示す図、図１３は
本発明の第１の実施の形態における循環強度分布を示す
図である。なお、図６において、横軸に半径比率γｒ
を、縦軸にピッチ比γｐを採ってあり、図１０及び１１
において、横軸に比ｒ／Ｒを、縦軸にピッチ比γｐを採
ってあり、図１２において、横軸に比ｒ／Ｒを、縦軸に
キャンバー比γｃを採ってあり、図１３において、横軸
に比ｒ／Ｒを、縦軸に循環強度を採ってある。また、図
７〜１３において、実線は本発明のファンの特性を、破
線は従来のファンの特性を示す。

【００１５】図１〜４において、１１は流体機械として
のファン、１３は図示されない支持部に取り付けられた
電機装置及び駆動手段としての電動機、１４は該電動機
１３に対して回転自在に配設された回転体である。前記
電動機１３は、ケース１９、該ケース１９に対して回転
自在に配設された図示されないロータ、及び該ロータよ
り径方向外方において前記ケース１９に取り付けられた
図示されないステータから成る。また、前記回転体１４
は、翼支持部としてのハブ１６、及び複数の、本実施の
形態においては、３個の翼２１を備える。本実施の形態
において、翼支持部は一つのハブ１６によって形成され
るが、翼支持部を二つのハブ及び各ハブ間を連結する軸
によって形成することもできる。また、本実施の形態に
おいて、駆動手段として電動機１３を使用しているが、
電動機１３に代えて内燃機関、油圧機械、空圧機械等を
使用することもできる。

【００１６】前記翼２１は、ハブ１６の円周方向におけ
る複数箇所、本実施の形態においては、３箇所に、互い
に等角度で径方向外方に突出させて形成される。また、
翼２１は、ループ状の形状を有し、ハブ１６における前
側の第１の取付位置ｐ１から径方向外方に、かつ、斜め
前方に向けて延びる第１の翼素としての前側翼部２４、
ハブ１６における後側の第２の取付位置ｐ２から径方向
外方に、かつ、斜め後方に向けて延びる第２の翼素とし
ての後側翼部２５、及び前記前側翼部２４と後側翼部２
５とを最大半径の部分で連結し、ハブ１６から等距離を
置いて、平坦に延びる第３の翼素としての中央翼部２６
を備える。

【００１７】次に、前記翼２１について説明する。

【００１８】図５において、２１は翼であり、前記回転
体１４（図１）を矢印Ｘ方向に回転させると、流体とし
ての空気は翼２１に対して矢印Ｖ方向に流入する。ま
た、εは前記翼２１の翼厚中心線、ｑ１は前記翼２１の
前縁、ｑ２は前記翼２１の後縁、Ｍ１は前縁ｑ１と後縁
ｑ２とを結ぶ線分、Ｍ２は翼２１の移動方向（矢印Ｘ´
方向）に延びる線分である。そして、Ｌ１は前記前縁ｑ
１と後縁ｑ２との間の直線距離を表す翼弦長、γｒは、
回転体１４の径方向における所定の位置、すなわち、所
定の半径位置で翼２１をカットしたときの、回転体１４
の回転方向における前縁ｑ１と後縁ｑ２との間の直線距
離を表す半径比率、γｐは、回転体１４の径方向におけ
る所定の半径位置で翼２１をカットしたときの、回転体
１４の軸方向における前縁ｑ１と後縁ｑ２との間の直線
距離を表すピッチ比、θは前記線分Ｍ１と線分Ｍ２とが
成す角度を表すピッチ角、ｆは前記翼厚中心線εと線分
Ｍ１との間の最大距離を表すキャンバーである。なお、
翼弦長Ｌ１に対するキャンバーｆの比を表すキャンバー
比γｃは、 γｃ＝ｆ／Ｌ１である。前記翼弦長Ｌ１、ピッチ比γｐ、半径比率γ
ｒ、ピッチ角θ及びキャンバーｆは、回転体１４の半径
位置ごとに設定される。

【００１９】ところで、前記ピッチ比γｐ及び半径比率
γｒは、回転体１４の寸法に対応させて設定され、回転
体１４の直径をＤとし、回転体１４の半径をＲとし、回
転体１４の径方向における中心から半径位置までの距離
を半径距離ｒとし、ピッチをＨとしたとき、前記半径比
率γｒは、 γｒ＝πｒ／Ｒにされ、前記ピッチ比γｐは、 γｐ＝Ｈ／Ｄにされる。したがって、所定の半径位置におけるピッチ
角θは、 θ＝ｔａｎ^-1（γｐ／γｒ）＝ｔａｎ^-1｛（Ｈ／Ｄ）／（πｒ／Ｒ）｝になる。

【００２０】本実施の形態においては、翼２１として、
回転体１４の径方向においてピッチ比γｐが一定にされ
た一定ピッチ翼が使用される。そして、前記半径比率γ
ｒは、半径距離ｒが短いほど小さく、半径距離ｒが長い
ほど大きいので、翼２１の径方向においてピッチ角θが
異なり、半径距離ｒが短いほど、すなわち、半径比率γ
ｒが小さいほどピッチ角θが大きく、半径距離ｒが長い
ほど、すなわち、半径比率γｒが大きいほどピッチ角θ
が小さくなる。図６に示されるように、半径比率γｒが
０．５πのときのピッチ角θ１は、半径比率γｒが１．
０πのときのピッチ角θ２より大きい。

【００２１】ところで、図７及び８に示されるように、
回転体１４の回転方向（矢印Ｘ方向）において、前側翼
部２４は翼２１の基準線ＧＬより上流側に、後側翼部２
５は基準線ＧＬより下流側に位置させられる。なお、翼
厚、翼幅分布等は、前記基準線ＧＬを基準として展開表
示される。そして、前側翼部２４及び後側翼部２５は、
回転体１４の中心から離れるほど、すなわち、半径Ｒに
対する半径距離ｒの比ｒ／Ｒの値が大きくなるほど、基
準線ＧＬから回転方向に離れ、かつ、翼弦長Ｌ１が長く
なる。また、基準線ＧＬから最も離れ、かつ、翼弦長Ｌ
１が最も長くなる点、通常は前記比ｒ／Ｒの値が０．７
〜０．９になる点の近傍で、すなわち、回転体１４の最
大半径の部分で前側翼部２４及び後側翼部２５と中央翼
部２６とが接続される。なお、翼弦長Ｌ１が最も長くな
る点は翼２１の形状によって適宜設定される。

【００２２】また、図７において、Ｌｓはスキューライ
ン（翼幅中心線）、Ｌｆは基準線ＧＬより下流側に設定
されたフォワードスキュー、Ｌｂは基準線ＧＬより上流
側に設定されたバックワードスキューである。

【００２３】前記フォワードスキューＬｆは、飛行機の
後退翼と同様の効果、すなわち、後側翼部２５によって
発生させられる揚力を後側翼部２５の先端側に移動さ
せ、送風効率を向上させる効果を有する。また、バック
ワードスキューＬｂは前側翼部２４によって発生させら
れる揚力を前側翼部２４の根元側に移動させ、前側翼部
２４の先端側の後縁ｑ２にチップボルテックスが発生す
るのを抑制する。

【００２４】また、例えば、図９に示されるように、前
側翼部２４は回転体１４の中心から離れるほど前方に、
後側翼部２５は回転体１４の中心から離れるほど後方に
位置させられる。そして、前側翼部２４が最も前方に位
置させられる点の近傍、及び後側翼部２５が最も後方に
位置させられる点の近傍において、前側翼部２４及び後
側翼部２５と中央翼部２６とが接続される。なお、前側
翼部２４及び後側翼部２５の形状は任意に設定される。

【００２５】また、例えば、図１０に示されるように、
後側翼部２５におけるピッチ比γｐが前側翼部２４にお
けるピッチ比γｐより小さくされる。なお、図１０にお
いては、翼２１として、回転体１４の径方向においてピ
ッチ比γｐが一定にされた一定ピッチ翼が使用される
が、図１１に示されるように、翼２１として、回転体１
４の中心から離れるほどピッチ比γｐが大きくなる逓増
ピッチ翼を使用することもできる。

【００２６】さらに、例えば、図１２に示されるよう
に、同じ半径距離ｒにおいて、後側翼部２５におけるキ
ャンバー比γｃが前側翼部２４におけるキャンバー比γ
ｃより小さくされ、中央翼部２６におけるキャンバー比
γｃはほぼ０される。

【００２７】このように、翼２１は、前側翼部２４及び
後側翼部２５によって２種類の特性を有することができ
るので、翼２１の目的に応じて前側翼部２４と後側翼部
２５とで異なる性能を持たせることができる。例えば、
前側翼部２４及び後側翼部２５の配設方法においては、
フラップ効果（前側翼部２４と後側翼部２５とが互いに
及ぼす効果）を期待することもできる。

【００２８】また、図１０に示されるピッチ分布、及び
図１２に示されるキャンバー分布に基づいて、図１３に
示されるような循環分布を得ることができる。なお、循
環分布は圧力分布を表したものであり、該圧力分布が翼
２１の断面の性能（揚力等）を表現し、各断面の半径方
向における積分値が翼２１の全体の性能（揚力等）を表
現する。循環理論には、単純モデル、三次元モデル、渦
要素を加えたもの等がある。

【００２９】前記構成のファン１１において、前記電動
機１３を駆動して回転体１４を矢印Ｘ方向に回転させる
と、前記翼２１によって機械エネルギーが流体エネルギ
ーに変換され、流体としての空気が矢印Ｙ方向に流され
る。この場合、前側翼部２４は回転体１４の回転方向に
おける上流側に、後側翼部２５は回転体１４の回転方向
における下流側に位置させられ、回転体１４が駆動され
るのに伴い、後側翼部２５は前側翼部２４より先行す
る。したがって、後側翼部２５によって発生させられた
風を前側翼部２４によって加速することができる。

【００３０】そして、前記前側翼部２４及び後側翼部２
５は、ハブ１６から径方向外方に向けて突出させて形成
され、先端で中央翼部２６によって連結されるので、外
力を受けたとき等に、前側翼部２４及び後側翼部２５の
根元２７に働く応力を小さくすることができるので翼２
１が破損するのを抑制することができ、翼２１の耐久性
を向上させることができる。また、前記根元２７に働く
応力を小さくすることができるので、前側翼部２４及び
後側翼部２５に加わる負荷が変動しても、翼２１に発生
する撓（たわ）みを小さくすることができる。さらに、
前側翼部２４及び後側翼部２５に加わる負荷が小さい場
合には、中央翼部２６に発生する遠心力によって前側翼
部２４及び後側翼部２５の根元に発生する曲げモーメン
トを小さくすることができる。

【００３１】したがって、回転体１４の回転に伴って脈
動、反力等が翼２１に加わることがなくなり、翼２１に
振動が発生するのを抑制することができる。さらに、翼
２１の耐久性を向上させ、翼２１に発生する撓みを小さ
くすることができる分だけ翼２１を薄くすることができ
るので、回転体１４を軽量化することができる。したが
って、電動機１３を小型化することができる。

【００３２】また、前記中央翼部２６が形成され、翼２
１の翼面上の圧力が後側翼部２５における正圧から前側
翼部２４における負圧に連続的に変化するので、翼２１
の先端にチップボルテックスが発生するのを抑制するこ
とができる。したがって、チップボルテックスによって
翼２１に振動及び騒音が発生するのを抑制することがで
きる。例えば、騒音レベルで１０〔ｄＢ〕以上、音の強
度では７倍以上抑制することができる。

【００３３】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有する
ものについては、同じ符号を付与することによってその
説明を省略する。

【００３４】図１４は本発明の第２の実施の形態におけ
るダクト式のファンの正面図、図１５は本発明の第２の
実施の形態におけるダクト式のファンの第１の断面図、
図１６は本発明の第２の実施の形態におけるダクト式の
ファンの第２の断面図、図１７はダクト式のファンの特
性を示す参考図、図１８は本発明の第２の実施の形態に
おけるダクト式のファンの特性を示す図である。

【００３５】この場合、３０は流体機械としてのダクト
式のファンであり、該ファン３０は、筒状のダクト３
１、該ダクト３１に連結体３２〜３４を介して取り付け
られた電機装置及び駆動手段としての電動機１３、及び
該電動機１３に対して回転自在に配設された回転体１４
を備える。前記ダクト３１は、後端 (図１５における左
端) に流体としての空気を吸引する吸引口３７を、前端
(図１５における右端)に空気を吐出する吐出口３８を
備え、吸引口３７から吐出口３８方向に中央部まで徐々
に内径が小さくされる。

【００３６】従来のダクト式のファンにおいては、図１
７に示されるように、翼３５の翼面上において正圧（図
において＋で表される。）が加わる部分と、負圧（図に
おいて−で表される。）が加わる部分との境界が線状で
あるので、翼３５の先端部分における圧力の回込みが大
きく、チップボルテックスＴＶが発生してしまうのに対
して、本実施の形態におけるダクト式のファン３０にお
いては、図１８に示されるように、後側翼部２５の翼面
上において正圧（＋）が加わる部分と、前側翼部２４の
翼面上において負圧（−）が加わる部分との境界が面状
であるので、翼２１の先端部における圧力の回込みを大
幅に減少させることができ、チップボルテックスＴＶが
発生するのを抑制することができる。したがって、ダク
ト３１の内周面と中央翼部２６の外周面との間に形成さ
れるチップクリアランスδをその分小さくすることがで
きるので、ファン３０の圧力性能を向上させることがで
きるだけでなく、振動及び騒音が発生するのを抑制する
ことができる。

【００３７】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。

【００３８】図１９は本発明の第３の実施の形態におけ
る風力タービンの斜視図、図２０は図１９のＥ−Ｅ断面
図、図２１は図１９のＦ−Ｆ断面図、図２２は図１９の
Ｇ−Ｇ断面図、図２３は本発明の第３の実施の形態にお
ける翼の断面図である。

【００３９】図１９〜２２において、５１は流体機械と
しての風力タービン、５３は電機装置としての発電機、
５４は該発電機５３に対して回転自在に配設された回転
体、７１は軸受、７３は前側ステー、７４は後側ステー
であり、該後側ステー７４の上端に図示されない軸受が
形成される。前記軸受７１、及び前記後側ステー７４の
上端の軸受によって回転体５４が回転自在に支持され
る。また、前記前側ステー７３及び前記後側ステー７４
の下端に図示されないナセルが配設され、該ナセルは、
支持部としての図示されない支柱に対して回転自在に取
り付けられる。前記発電機５３は、ケース、該ケースに
対して回転自在に配設された図示されないロータ、該ロ
ータより径方向外方において前記ケースに取り付けられ
た図示されないステータから成る。また、前記回転体５
４は、前記ロータに取り付けられた軸５５、該軸５５の
前端に固定された前側ハブ５６、該前側ハブ５６と所定
の間隔を置いて、かつ、発電機５３に隣接させて前記軸
５５に固定された後側ハブ５７、及び前記前側ハブ５６
と後側ハブ５７との間に架設された複数の、本実施の形
態においては、３個の翼６１を備える。なお、前記軸５
５、前側ハブ５６及び後側ハブ５７によって翼支持部６
２が構成される。本実施の形態において、翼支持部６２
は軸５５、前側ハブ５６及び後側ハブ５７によって構成
されるが、翼支持部６２を一つのハブによって構成する
こともできる。また、前記回転体５４の外径をＤＲと
し、回転体５４の軸方向寸法をＤＬとしたとき、ＤＲ≧１．３×ＤＬにされる。

【００４０】前記翼６１は、翼支持部６２の円周方向に
おける複数箇所、本実施の形態においては、３箇所に、
互いに等角度で径方向外方に突出させて形成される。ま
た、翼６１は、ループ状の形状を有し、前側ハブ５６に
おける第１の取付位置ｐ１から径方向外方に、かつ、斜
め後方に向けて延びる第１の翼素としての前側翼部６
４、後側ハブ５７における第２の取付位置ｐ２から径方
向外方に、かつ、斜め前方に向けて延びる第２の翼素と
しての後側翼部６５、及び前記前側翼部６４と後側翼部
６５とを最大半径の部分で連結し、翼支持部６２から等
距離を置いて、ほぼ平坦に延びる第３の翼素としての中
央翼部６６を備える。

【００４１】次に、前記翼６１について説明する。

【００４２】図２３において、流体としての空気を翼６
１に対して矢印Ｚ方向に流入させると、回転力Ｆ１及び
揚力Ｆ２が発生させられ、翼６１が矢印Ｘ´方向に移動
させられ、前記回転体５４は矢印Ｘ方向に回転させられ
る。また、εは前記翼６１の翼厚中心線、ｑ１は前記翼
６１の前縁、ｑ２は前記翼６１の後縁、Ｍ１は前縁ｑ１
と後縁ｑ２とを結ぶ線分、Ｍ２は翼６１の移動方向（矢
印Ｘ´方向）に延びる線分である。そして、Ｌ１は前記
前縁ｑ１と後縁ｑ２との間の直線距離を表す翼弦長、θ
は前記線分Ｍ１と線分Ｍ２とが成す角度を表すピッチ
角、ｆは前記翼厚中心線εと線分Ｍ１との間の最大距離
を表すキャンバーである。

【００４３】前記構成の風力タービン５１において、空
気が矢印Ｚ方向に流れると、翼６１によって流体エネル
ギーが機械エネルギーに変換され、回転体５４が矢印Ｘ
方向に回転させられ、発電機５３が駆動されて発電が行
われる。すなわち、正面から流入する空気だけでなく、
斜めに流入する空気についても、エネルギーの変換を行
うことができる。

【００４４】この場合、前側翼部６４は回転体５４の回
転方向における上流側に、後側翼部６５は回転体５４の
回転方向における下流側に位置させられ、回転体５４が
回転されるのに伴い、後側翼部６５は前側翼部６４より
１５〔°〕以上先行する。したがって、回転体５４が低
速で回転させられる場合、後側翼部６５は、矢印Ｚ方向
に流入する風について前側翼部６４の影響を受けること
がない。一方、回転体５４が高速で回転させられる場
合、前側翼部６４の影響が、後続する翼６１の上流側、
すなわち、後続する翼６１の後側翼部６５に与えられ、
回転体５４は失速し、制動された状態になる。すなわ
ち、低速領域においては、３個の翼６１によって実質的
に６個の翼の機能を有し、大きいトルクを発生させるこ
とができ、高速領域においては、翼６１の撓みをほとん
ど伴うことなく大きいトルクが発生するのを防止するこ
とができる。すなわち、風力タービンの出力を制限する
ことができる。

【００４５】また、中央翼部６６においては、正面から
流入する空気については、流体エネルギーが機械エネル
ギーに変換されず、チップアンロード状態が形成され
る。したがって、チップボルテックスが発生するのを抑
制することができ、翼６１に振動及び騒音が発生するの
を抑制することができる。

【００４６】また、翼６１がループ状の形状を有してい
るので、回転している翼６１に物が当たったときの衝撃
を小さくすることができる。したがって、風力タービン
５１を遠隔地に設置する必要がなく、設置場所の制約を
無くすことができ、電力の需要地に近く、人が多く住む
地域に設置したり、森、建築物等によって空気の流れが
乱れる地域等に設置したりすることができる。そして、
風力タービン５１によって発生させた電力を需要地に送
るためのコストを低くすることができる。しかも、従来
の翼のようなナイフ状のエッジ部分を無くすことができ
るので、安全性の高い印象を与えることができる。

【００４７】また、前記前側翼部６４は前側ハブ５６か
ら、後側翼部６５は後側ハブ５７から径方向外方に向け
て突出させて形成され、先端で中央翼部６６によって連
結されるので、外力を受けたとき等に前側翼部６４及び
後側翼部６５の根元６７に働く応力を小さくすることが
できるので、翼６１が破損するのを抑制することがで
き、翼６１の耐久性を向上させることができる。また、
前記根元６７に働く応力を小さくすることができるの
で、前側翼部６４及び後側翼部６５に加わる負荷が変動
しても、翼６１に発生する撓みを小さくすることができ
る。さらに、前側翼部６４及び後側翼部６５に加わる負
荷が小さい場合には、中央翼部６６に発生する遠心力に
よって前側翼部６４及び後側翼部６５の根元６７に発生
する曲げモーメントを小さくすることができる。

【００４８】したがって、回転体５４の回転に伴って脈
動、反力等が翼６１に加わることがなくなり、翼６１に
振動が発生するのを抑制することができる。さらに、翼
６１の耐久性を向上させ、翼６１に発生する撓みを小さ
くすることができる分だけ翼６１を薄くすることができ
るので、回転体５４を軽量化することができる。

【００４９】また、前記中央翼部６６が形成され、翼６
１の翼面上の圧力が後側翼部６５における正圧から前側
翼部６４における負圧に連続的に変化するので、翼６１
の先端にチップボルテックスが発生するのを抑制するこ
とができる。したがって、チップボルテックスによって
翼６１に振動及び騒音が発生するのを抑制することがで
きる。例えば、騒音レベルで１０〔ｄＢ〕以上、音の強
度では７倍以上抑制することができる。

【００５０】そして、中央翼部６６が平坦であるので、
中央翼部６６を手で抑えて静止させることができるだけ
でなく、翼６１のループに図示されない係止部材を引っ
かけることによって、回転体５４が回転するのを阻止し
たりすることができる。したがって、強風時等におい
て、回転体５４を停止させておくことができるので安全
性を向上させることができる。

【００５１】本実施の形態においては、風力タービン５
１について説明しているが、本発明を風力タービン５１
のほかに、前後翼相互干渉による後流失速タービン、渦
成分を多く含んだ流体によって駆動される乱流内設置型
タービンに適用することもできる。

【００５２】また、前側ハブ５６及び後側ハブ５７は、
軸５５を介して所定の距離を置いて配設されるので、回
転体５４はほぼ球形の形状を有し、重心が回転体５４の
外に出ることがなく、安定している。したがって、風力
タービン５１を海上に浮上させて使用することが可能に
なる。

【００５３】次に、本発明の第４の実施の形態について
説明する。なお、第３の実施の形態と同じ構造を有する
ものについては、同じ符号を付与することによってその
説明を省略する。

【００５４】図２４は本発明の第４の実施の形態におけ
る風力タービンの正面図、図２５は本発明の第４の実施
の形態における風力タービンの側面図である。

【００５５】この場合、前側ハブ５６より前方、及び後
側ハブ５７より後方に軸受７１、７２が配設され、前記
軸受７１、７２によって回転体５４が回転自在に支持さ
れる。前記軸受７１、７２は、それぞれ前側ステー７３
及び後側ステー７４を介してナセル７５と連結され、前
記後側ステー７４に、後方（図２５における右方）に向
けて突出させて尾翼７６が取り付けられる。前記ナセル
７５は支柱７９に対して回転自在に取り付けられる。な
お、前記ナセル７５と回転体５４との間にはストッパ７
８が配設される。

【００５６】この場合、回転体５４の中心と、支持部と
しての支柱７９の中心とが同一軸上に配設されるので、
回転体５４が回転するのに伴って振動が発生するのを抑
制することができるだけでなく、回転体５４が風上に向
く際の旋回力を小さくすることができる。また、旋回力
が小さいので、強風時等において回転体５４の回転に伴
って発生するジャイロモーメントと尾翼７６に働く偏向
モーメントとの相互干渉力を小さくすることができ、振
動が発生するのを抑制することができる。

【００５７】なお、各翼６１の径方向における中央付近
に棒状又は板状の連結材を配設し、各翼６１間を連結す
ると、各翼６１に撓みが発生するのを抑制することがで
きる。

【００５８】次に、本発明の第５の実施の形態について
説明する。

【００５９】図２６は本発明の第５の実施の形態におけ
る風力タービンの側面図、図２７は本発明の第５の実施
の形態における風力タービンの正面図、図２８は本発明
の第５の実施の形態における風力タービンの斜視図であ
る。

【００６０】図において、８１は流体機械としてのダウ
ンウインド型の風力タービン、８５は支持部としての支
柱５２の上端に回転自在に取り付けられた電機装置とし
ての発電機、８４は該発電機８５に対して回転自在に配
設された回転体である。該回転体５４は、前記発電機８
５の図示されないロータに取り付けられた軸５５、該軸
５５のほぼ中央に、かつ、発電機８５に隣接させて固定
された前側ハブ５６、前記軸５５の後端（図２６におけ
る左端）に固定された後側ハブ５７、及び前記前側ハブ
５６と後側ハブ５７との間に架設された複数の、本実施
の形態においては、３個の翼６１を備える。なお、軸５
５、前側ハブ５６及び後側ハブ５７によって翼支持部が
構成される。

【００６１】この場合、流体としての空気は、発電機８
５側から矢印Ｚ方向に流入させられ、回転体８４を矢印
Ｘ方向に回転させる。これに伴って、発電機８５が風上
に向けられるので、尾翼は不要である。

【００６２】前記各実施の形態においては、流体として
空気を使用するファン、風力タービン等について説明し
ているが、本発明を、流体として水を使用し、水中で使
用される軸流ポンプ、タグボード等の翼、水中において
低雑音性能を有する潜水艦の推進器、水力タービン、軸
流タービン、ウォータージェット用ポンプ、河川の中に
配設される超低速タービン等に適用することができるだ
けでなく、蒸気中で使用される蒸気タービンに適用する
こともできる。

【００６３】例えば、本発明を軸流ポンプに適用した場
合、翼の先端部において発生する圧力損失を小さくする
ことができるので、圧力性能を一層向上させることがで
きる。また、タグボートにおいては、船が停止させられ
たボラード状態において全速運動が要求されると、翼に
加わる負荷が極めて大きくなる。したがって、本発明を
タグボートの翼に適用した場合、翼の先端部に圧力損失
が発生するのを抑制することができるだけでなく、チッ
プボルテックスが発生するのを抑制することもできる。
その結果、翼の先端部においてキャビテーションが発生
するのを抑制することができ、翼及びダクトの耐久性を
高くすることができる。

【００６４】さらに、本発明を、流体として粘性の高い
材料を使用し、流体を搬送するための搬送装置のブレー
ド、流体を攪拌（かくはん）するための攪拌装置のブレ
ード等に適用することもできる。

【００６５】そして、第１の翼素に流体を前進させるた
めの機能を持たせ、第２の翼素に流体を後退させるため
の機能を持たせ、回転体を回転させると、流体は、第
１、第２の翼素間をジグザグ状に流れる。したがって、
流体を攪拌しながら極めて低速で流すこともできる。

【００６６】前記各実施の形態においては、翼２１、６
１が一つの材料、例えば、樹脂によって一体に形成され
るが、翼２１の前縁ｑ１及び後縁ｑ２に沿ってピアノ線
等の補強材を埋設し、前縁ｑ１と後縁ｑ２との間を伸縮
性のある材料で形成することもできる。この場合、流体
の流れによってキャンバーｆが変化する特殊な流体機械
を形成することができる。

【００６７】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させ
ることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除す
るものではない。

【００６８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、流体機械においては、回転自在に支持された翼支
持部と、該翼支持部の円周方向における複数箇所に、径
方向外方に突出させて形成された複数の翼とを有する。

【００６９】そして、該翼は、前記翼支持部における第
１の取付位置から径方向外方に向けて延びる第１の翼
素、前記翼支持部における第２の取付位置から径方向外
方に延びる第２の翼素、及び前記第１、第２の翼素を連
結する第３の翼素を備える。

【００７０】この場合、第１、第２の翼素は、翼支持部
から径方向外方に向けて突出させて形成され、第３の翼
素によって連結されるので、外力を受けたとき等に翼が
破損するのを抑制することができ、翼の耐久性を向上さ
せることができる。また、第３の翼素に働く応力を小さ
くすることができるので、第１、第２の翼素に加わる負
荷が変動しても、翼に発生する撓みを小さくすることが
できる。さらに、第１、第２の翼素に加わる負荷が小さ
い場合には、第３の翼素に発生する遠心力によって第１
の翼素及び第２の翼素の根元に発生する曲げモーメント
を小さくすることができる。

【００７１】したがって、翼支持部及び翼の回転に伴っ
て脈動、反力等が翼に加わることがなくなり、翼に振動
が発生するのを抑制することができる。さらに、翼の耐
久性を向上させ、翼に発生する撓みを小さくすることが
できる分だけ翼を薄くすることができるので、翼支持部
及び翼を軽量化することができる。したがって、翼支持
部及び翼に連結される駆動手段等を小型化することがで
きる。

【００７２】また、前記第３の翼素が配設されるので、
翼の翼面上の圧力が第２の翼素における正圧から第１の
翼素における負圧に連続的に変化するので、翼の先端に
チップボルテックスが発生するのを抑制することができ
る。したがって、チップボルテックスによって翼に振動
及び騒音が発生するのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるファンの斜
視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態における翼の断面図
である。

【図６】本発明の第１の実施の形態におけるピッチ角の
説明図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態における翼の展開図
である。

【図８】本発明の第１の実施の形態における翼の取付状
態を示す正面図である。

【図９】本発明の第１の実施の形態における翼の取付状
態を示す側面図である。

【図１０】本発明の第１の実施の形態における一定ピッ
チ翼のピッチ分布を示す図である。

【図１１】本発明の第１の実施の形態における逓増ピッ
チ翼のピッチ分布を示す図である。

【図１２】本発明の第１の実施の形態におけるキャンバ
ー分布を示す図である。

【図１３】本発明の第１の実施の形態における循環強度
分布を示す図である。

【図１４】本発明の第２の実施の形態におけるダクト式
のファンの正面図である。

【図１５】本発明の第２の実施の形態におけるダクト式
のファンの第１の断面図である。

【図１６】本発明の第２の実施の形態におけるダクト式
のファンの第２の断面図である。

【図１７】ダクト式のファンの特性を示す参考図であ
る。

【図１８】本発明の第２の実施の形態におけるダクト式
のファンの特性を示す図である。

【図１９】本発明の第３の実施の形態における風力ター
ビンの斜視図である。

【図２０】図１９のＥ−Ｅ断面図である。

【図２１】図１９のＦ−Ｆ断面図である。

【図２２】図１９のＧ−Ｇ断面図である。

【図２３】本発明の第３の実施の形態における翼の断面
図である。

【図２４】本発明の第４の実施の形態における風力ター
ビンの正面図である。

【図２５】本発明の第４の実施の形態における風力ター
ビンの側面図である。

【図２６】本発明の第５の実施の形態における風力ター
ビンの側面図である。

【図２７】本発明の第５の実施の形態における風力ター
ビンの正面図である。

【図２８】本発明の第５の実施の形態における風力ター
ビンの斜視図である。

【符号の説明】

１１、３０ファン１３電動機１４、５４、８４回転体１６ハブ２１、６１翼２４、６４前側翼部２５、６５後側翼部２６、６６中央翼部５１、８１風力タービン５３、８５発電機６２翼支持部ｐ１、ｐ２第１、第２の取付位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０４Ｄ 29/32 Ｆ０４Ｄ 29/32 Ｆ 29/34 29/34 Ｂ 29/38 29/38 Ａ // Ｆ０３Ｂ 3/12 Ｆ０３Ｂ 3/12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）回転自在に支持された翼支持部
と、（ｂ）該翼支持部の円周方向における複数箇所に、
径方向外方に突出させて形成された複数の翼とを有する
とともに、（ｃ）該翼は、前記翼支持部における第１の
取付位置から径方向外方に向けて延びる第１の翼素、前
記翼支持部における第２の取付位置から径方向外方に延
びる第２の翼素、及び前記第１、第２の翼素を連結する
第３の翼素を備えることを特徴とする流体機械。
【請求項２】前記第３の翼素は、前記翼支持部から等
距離を置いて、平坦に延びる請求項１に記載の流体機
械。
【請求項３】（ａ）前記翼支持部及び翼によって回転
体が構成され、（ｂ）該回転体は電機装置を駆動するこ
とによって回転させられる請求項１に記載の流体機械。
【請求項４】（ａ）前記翼支持部及び翼によって回転
体が構成され、（ｂ）該回転体は駆動手段を駆動するこ
とによって回転させられる請求項１に記載の流体機械。
【請求項５】（ａ）前記翼支持部及び翼によって回転
体が構成され、（ｂ）該回転体を流体によって回転させ
ることにより、電機装置が駆動される請求項１に記載の
流体機械。
【請求項６】前記翼支持部の回転方向において、前記
第２の翼素は第１の翼素に対して先行する請求項１に記
載の流体機械。