JP2003083233A - 風車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 翼長の増加を抑えつつ風車における風の通過
面積を増大することにより、風車の動力の増大をなし得
る風車装置を提供する。 【解決手段】 翼支持部材に支持された複数の翼に風力
を作用させ、該翼の回転力を前記翼支持部材を介して出
力軸を構成する風車軸に伝達するように構成された風車
装置において、前記翼支持部材を環状に構成してその外
周に前記複数の翼を夫々取り付け、該翼支持部材の内側
に形成される空間に該翼支持部材と前記風車軸とを連結
する回転力伝達機構を設け、該回転力伝達機構は前記風
車軸あるいは該風車軸に連結される連結回転体からなる
内側回転部材と、該内側回転部材の外周と前記翼支持部
材の内周とを連結する連結部材とを備えてなることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、風車発電装置等に
適用され、翼支持部材に支持された複数の翼に風力を作
用させて発生する翼の回転力を前記翼支持部材を介して
出力側の風車軸に伝達するように構成された風車装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】翼支持部材に支持された複数の翼に風力
を作用させて回転力を発生せしめる風車によって発電機
を駆動するようにした風車発電装置を多数併設すること
により高出力の発電能力を備えた風力発電設備は、丘陵
上や山上等の高所あるいは洋上等の高風速が得られる場
所に設置されている。かかる風車発電装置は、通常、稼
動時における風速エネルギーや消費電力（必要発電電
力）に対応して風車軸に連結される翼のピッチを変化さ
せ所要の発電電力を保持するように制御されている。

【０００３】かかる風車発電装置や種々の動力源に適用
される風車装置は、例えば特開平５−６００５３号に示
されるように、出力軸を構成する風車軸に固着されたロ
ータヘッド（翼支持部材）の外周に複数の翼を固着し、
風力により発生する翼の回転力を該ロータヘッドを経て
風車軸に伝達するように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然るに、かかる風車装
置において風（空気流）による風車の動力（エネルギ
ー）は、該風車における風の通過面積即ち翼の外周円と
翼根の内周円との間に形成される環状面の面積Ｓに比例
する。即ち、翼根の内周円の半径をｌ、外周円の半径を
Ｌとすると、前記環状面の面積Ｓは、 Ｓ＝π（Ｌ^２―ｌ^２） となり、風車の動力を増大するには、翼の外周円の半径
Ｌを大きくするか、あるいは翼の外周円と翼根の内周円
との差つまり翼長を長くすることを要する。

【０００５】しかしながら、前記特開平５−６００５３
号等の従来技術にあっては、風車軸よりもやや大径のロ
ータヘッドに翼が直接固着された構造であるため翼の外
周円の半径Ｌを大きく採れず、また翼長を長くすると翼
の振動が増大して翼の破損を誘発する懸念があることか
ら前記環状面の面積Ｓを大きくするのには制限があっ
た。

【０００６】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、翼
長の増加を抑えつつ風車における風の通過面積を増大す
ることにより、風車の動力の増大をなし得る風車装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、請求項１記載の発明として、翼支持部材に
支持された複数の翼に風力を作用させ、該翼の回転力を
前記翼支持部材を介して出力側の風車軸に伝達するよう
に構成された風車装置において、前記翼支持部材を環状
に構成してその外周に前記複数の翼を夫々取り付け、該
翼支持部材の内側に形成される空間に該翼支持部材と前
記風車軸とを連結する回転力伝達機構を設けてなること
を特徴とする風車装置を提案する。請求項１において好
ましくは請求項７記載のように、前記翼支持部材の内側
に形成される空間に前記翼のピッチを調整する翼ピッチ
制御棒を配置するのがよい。

【０００８】請求項２記載の発明は前記回転力伝達機構
の具体的構成に係り、請求項１において、前記回転力伝
達機構は、前記風車軸あるいは該風車軸と同心に設けら
れて出力側が該風車軸に連結される連結回転体からなる
内側回転部材と、該内側回転部材の外周と前記翼支持部
材の内周とを連結する連結部材とを備えてなることを特
徴とする。

【０００９】前記のように、風車装置において風による
風車の動力は、該風車における風の通過面積即ち翼の外
周円と翼根の内周円との間に形成される環状面の面積Ｓ
（Ｓ＝π（Ｌ^２―ｌ^２）：ｌは翼根の内周円の半径、Ｌ
は外周円の半径を）に比例し、風車の動力を増大するに
は、翼の外周円の半径Ｌを大きくするか、あるいは翼長
を長くすることを要する。

【００１０】然るにかかる発明によれば、外周に複数の
翼が取り付けられる翼支持部材を環状に構成して、該翼
支持部材の内側に形成される空間に、該翼支持部材と前
記風車軸とを連結する回転力伝達機構即ち請求項２記載
のような風車軸あるいは該風車軸に連結される連結回転
体からなる内側回転部材及び該内側回転部材の外周と前
記翼支持部材の内周とを連結する連結部材や、請求項７
記載のような翼のピッチを調整する翼ピッチ制御棒を配
設することにより、環状に構成された翼支持部材の内側
空間のスペースを有効利用しつつ、該翼支持部材の外周
に翼を取り付けることにより翼長を長くすることなく翼
の外周円の半径（Ｌ）を大きく採ることができて風車に
おける風の通過面積を増大することができる。

【００１１】即ち、かかる発明によれば、前記翼長を前
記翼根の内周円半径つまり略翼支持部材の外周面半径
（ｌ）と同一程度（つまり翼長＝ｌ）に採ることが可能
となって、翼の外周円の半径Ｌ＝ｌ＋ｌ＝２ｌとなり、
前記風の通過面積（環状面の面積）Ｓ＝π（（２ｌ）２
―ｌ^２））＝π（３ｌ^２）のように、翼長（ｌ）の翼を
半径（ｌ）なる翼支持部材の外周面で支持することによ
り、風車の動力を３倍に増大することができる。

【００１２】従って、かかる発明によれば、翼長を長く
し翼の振動増大による破損を誘発することなく風車にお
ける風の通過面積を増大し風車の動力を増大することが
できるとともに、環状に形成された翼支持部材の内側空
間のスペースを有効利用することにより装置をコンパク
トに構成できる。

【００１３】請求項３ないし５記載の発明は前記翼支持
部材の具体的構成に係り、請求項３記載の発明は請求項
２において、前記翼支持部材を円環体からなるリング状
翼支持部材に構成するとともに前記連結部材を線状のス
ポークにて構成し、前記リング状翼支持部材の内周と前
記内側回転部材の外周とを円周方向に複数個配設された
前記スポークにより連結したことを特徴とする。

【００１４】請求項４記載の発明は請求項２において、
前記翼支持部材を円環体からなるリング状翼支持部材に
構成するとともに前記連結部材を棒状の連結リブにて構
成し、前記内側回転部材の外周から前記連結リブを複数
個放射状に配して該内側回転部材の外周と前記リング状
翼支持部材の内周とを連結したことを特徴とする。

【００１５】請求項５の発明は請求項２において、前記
翼支持部材を中空の多角形体からなる多角形状翼支持部
材に構成するとともに前記連結部材を棒状の連結リブに
て構成し、前記内側回転部材の外周から前記連結リブを
複数個放射状に配して該内側回転部材の外周と前記リン
グ状翼支持部材の内周とを連結し、さらに前記複数の翼
を前記多角形状翼支持部材の角部外周に夫々取り付けて
なることを特徴とする。

【００１６】請求項３乃至５記載のように構成すれば、
翼支持部材の内周と内側回転部材の外周とを複数のスポ
ークあるいは連結リブにて連結することにより、外周径
が大径となって大きな遠心力が作用する翼及び翼支持部
材をスポークあるいは連結リブにて強固に支持すること
により翼及び翼支持部材の支持剛性が上昇し、該遠心力
による翼及び翼支持部材の破損の発生を回避できる。

【００１７】また請求項６記載の発明は請求項２におい
て、前記内側回転部材を円環状に形成するとともにケー
スに軸受を介して支持された前記風車軸を該内側回転部
材の一端側にスプライン継手により連結し、前記内側回
転部材の他端側を軸受を介してケースに支持してなるこ
とを特徴とする。請求項６記載のように構成すれば、翼
及び翼支持部材、内側回転部材及び連結部材の組立体と
風車軸とを、スプライン連結部にて軸方向に相対移動さ
せることにより、簡単に組立、分解することができる。

【００１８】請求項８記載の発明は請求項１に加えて、
前記翼支持部材の前方に、後端部が該翼支持部材の外周
に近接された先細の殻体からなり前記翼前方の空気を前
記翼に案内する入口ガイド部材を設置してなることを特
徴とする。請求項８記載のように構成すれば、翼支持部
材の前方に設置した入口ガイド部材により風車前方の空
気（風）を案内して翼支持部材の外側に形成される翼の
回転環状空間に効率的に供給することができ、風車の駆
動動力が上昇する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置など
は特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれ
のみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎな
い。

【００２０】図１は本発明の第１実施例に係る風車装置
の風車軸心に直角な正面図（図２のＢ―Ｂ矢視図）、図
２は風車軸心線に沿う上半分の断面図（図１のＡ―Ａ矢
視図）である。図３は第２実施例を示す図１対応図、図
４は第３実施例を示す図１対応図である。

【００２１】本発明の第１実施例を示す図１〜２におい
て、１は風車で次のように構成されている。３は円環状
に構成された翼支持部材で、その外周には複数（この例
では３個）の翼２が円周方向等間隔にかつ該翼２の翼ピ
ッチを変化可能に取り付けられている。１１は風車軸で
その出力端が図示しない発電機（発電機以外の被駆動体
でもよい）に連結されている。１３は後部ケースで、外
周面０１３が前記翼支持部材３の外周面０３略同一径に
形成されて前記翼２の出口側案内部を構成するとともに
内周側に軸受１２を介して前記風車軸１１が回転自在に
支持されている。２０は該軸受１２側のオイルをシール
するオイルシールである。

【００２２】６は円筒状の内側回転リングでその出力端
が前記風車軸１１の入力端にスプライン継手２３により
相対回転不能かつ軸方向への相対移動可能に連結されて
いる。４は線状のスポークで円周方向に複数本配設され
て、前記翼支持部材３の内周と前記内側回転リング６の
外周とを連結している。５は前記各翼２の翼ピッチを調
整する翼ピッチ制御棒で、前記内側回転リング６の外側
に設置されたかさ歯車装置等からなる制御棒駆動機構０
５を介して操作され前記翼２の翼ピッチを変化させるも
のである（該翼ピッチ制御棒５及びその駆動手段は公知
であるので詳細な構成説明は省略）。前記内側回転リン
グ６、内側回転リング６と翼支持部材３とを連結するス
ポーク４及び前記翼ピッチ制御棒５とその制御棒駆動機
構０５は、前記円環状の翼支持部材３の内側に形成され
る空間１０内に設置されている。

【００２３】１４は前部ケースで、その内周には支持軸
１７が固着され外周には円環状のガイド支持ブラケット
１５が一体に形成されている。前記支持軸１７の端部は
前記風車軸１１の前端部内周を軸受１８を介して回転可
能に支持し、中央部は前記内側回転リング６の内周を軸
受１９を介して回転可能に支持している。２１は前記軸
受１８、１９用のオイルシールである。前記翼支持部材
３、内側回転リング６、支持軸１７等は前記風車軸１１
の回転軸心０２０と同心に設けられている。１６は入口
ガイド部材で、後部が円筒状に形成された先細の殻体か
らなり後端部外周が前記翼支持部材３の外周に近接さ
れ、後部を前記ガイド支持ブラケット１５に固着される
とともに前部を前記支持軸１７に固着されたガイド指支
持棒２２に固着されることにより強固にに支持されてい
る。

【００２４】かかる構成からなる風車装置において、空
気流（風）は入口ガイド部材１６に案内されて翼２の回
転環状空間に流入し該に作用してこれを回転駆動した
後、翼支持部材３の外周面０３及び後部ケース１３の外
周面０１３を出口側の案内として後方に排出される。前
記翼２の回転力は翼支持部材３、スポーク４及び内側回
転リング６を経てスプライン継手２３から風車軸１１に
伝達され、発電機等の被駆動体を駆動する。

【００２５】かかる実施例によれば、外周に複数の翼２
が取り付けられる翼支持部材３を円環状に構成して、該
翼支持部材３の内側に形成される空間１０に、該翼支持
部材３及び内側回転リング６、両者を連結するスポーク
４、翼のピッチを調整する翼ピッチ制御棒５を配設する
ことにより、円環状に構成された翼支持部材３の内側に
形成される空間１０のスペースを有効利用しつつ、該翼
支持部材３の外周に翼２を取り付けることにより翼長を
長くすることなく該翼２の外周円の半径（図１のＬ）を
大きく採ることができて風車における風の通過面積を増
大することができる。

【００２６】即ち、前記翼２の翼長を翼根の内周円半径
つまり略翼支持部材３の外周面半径（図１のｌ）と同一
程度（つまり翼長＝ｌ）に採ることが可能となって、翼
２の外周円の半径Ｌ＝ｌ＋ｌ＝２ｌとなり、風の通過面
積（環状面の面積）Ｓ＝π（（２ｌ）２―ｌ^２））＝π
（３ｌ^２）のように、翼長（ｌ）の翼２を半径（ｌ）な
る翼支持部材３の外周面で支持することにより、風車の
動力を３倍に増大することができる。

【００２７】従って、翼長を長くし翼２の振動増大によ
る破損を誘発することなく、風車における風の通過面積
を増大し風車の動力を増大することができる。併せて、
円環状に形成された翼支持部材３の内側に形成される空
間１０のスペースの有効利用が可能となる。

【００２８】また、前記翼支持部材３の内周と内側回転
リング６の外周とを複数のスポーク４にて連結すること
により、翼２の外周径（２Ｌ）が大径となって大きな遠
心力が作用する翼２及び翼支持部材３を複数のスポーク
４にて支持することにより翼２及び翼支持部材３の支持
剛性が上昇し、該遠心力による翼２及び翼支持部材３の
破損の発生を回避できる。

【００２９】また、翼２及び翼支持部材３、内側回転リ
ング６及びスポーク４の組立体と風車軸１１とを、スプ
ライン継手部２３にて軸方向に相対移動させることによ
り、簡単に組立、分解することができる。

【００３０】さらにかかる実施例によれば、翼支持部材
３の前方に設置した入口ガイド部材１６により風車前方
の空気（風）を案内して該翼支持部材３の外側に形成さ
れる翼２の回転環状空間に効率的に供給することがで
き、風車の駆動動力が上昇する。

【００３１】図３に示される本発明の第２実施例におい
ては、円環体からなる前記翼支持部材３の内周と前記内
側回転リング６の外周とを、内側からＹ字状に形成され
た複数の放射状連結リブ７にて連結している。その他の
構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材
は同一の符号で示す。かかる実施例においては、前記翼
支持部材３の内周と内側回転リング６の外周とを複数の
放射状連結リブ７にて連結することにより、大きな遠心
力が作用する翼２及び翼支持部材３を複数の連結リブ７
にて支持することにより翼２及び翼支持部材３の支持剛
性が上昇する。

【００３２】図４に示される本発明の第３実施例におい
ては、翼支持部材８を中空の三角形体（多角形体であれ
ばよい）からなる三角形状の翼支持部材８に構成すると
ともに、前記連結部材を棒状の連結リブにて構成し、前
記内側回転リング６の外周から複数の連結リブ９を放射
状に配して該内側回転リング６の外周と前記三角形状の
翼支持部材８の内周とを連結し、さらに前記複数個（こ
の例では３個）の翼２を前記三角形状翼支持部材８の角
部外周に夫々取り付けて構成している。その他の構成は
前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一
の符号で示す。かかる実施例においては、翼支持部材８
を三角形状に形成し、該翼支持部材８の内周と内側回転
リング６の外周とを複数の放射状連結リブ７にて連結す
ることにより、大きな遠心力が作用する翼２及び翼支持
部材３を複数の連結リブ７にて支持することができ、翼
２及び翼支持部材８の支持剛性が上昇する。殊に翼支持
部材８を三角形状に形成しているので、複数の連結リブ
９と組み合わせた支持剛性を円環状の翼支持部材よりも
大きくできる。

【００３３】

【発明の効果】以上記載の如く本発明によれば、外周に
複数の翼が取り付けられ環状に構成された翼支持部材の
内側に形成される空間に、該翼支持部材と前記風車軸と
を連結する回転力伝達機構即ち請求項２記載のような風
車軸あるいは該風車軸に連結される連結回転体からなる
内側回転部材及び該内側回転部材と前記翼支持部材とを
連結する連結部材や、請求項７記載のような翼ピッチ制
御棒を配設することにより、翼支持部材の内側空間のス
ペースを有効利用しつつ、該翼支持部材の外周に翼を取
り付けることにより翼長を長くすることなく翼の外周円
の半径を大きく採ることができて風車における風の通過
面積を増大することができる。

【００３４】従って、本発明によれば、翼長を長くし翼
の振動増大による破損を誘発することなく風車における
風の通過面積を増大し風車の動力を増大することができ
るとともに、環状に形成された翼支持部材の内側空間の
スペースを有効利用することにより装置をコンパクトに
構成できる。

【００３５】請求項３ないし５記載のように構成すれ
ば、翼支持部材の内周と内側回転部材の外周とを複数の
スポークあるいは連結リブにて連結することにより、外
周径が大径となって大きな遠心力が作用する翼及び翼支
持部材をスポークあるいは連結リブにて強固に支持する
ことにより翼及び翼支持部材の支持剛性が上昇し、該遠
心力による翼及び翼支持部材の破損の発生を回避でき
る。

【００３６】請求項６記載のように構成すれば、翼及び
翼支持部材、内側回転部材及び連結部材の組立体と風車
軸とを、スプライン連結部にて軸方向に相対移動させる
ことにより、簡単に組立、分解することができる。ま
た、請求項８記載のように構成すれば、翼支持部材の前
方に設置した入口ガイド部材により風車前方の空気
（風）を案内して翼支持部材の外側に形成される翼の回
転環状空間に効率的に供給することができ、風車の駆動
動力を上昇できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係る風車装置の風車軸
心に直角な正面図（図２のＢ―Ｂ矢視図）である。

【図２】 第１実施例における風車軸心線に沿う上半分
の断面図（図１のＡ―Ａ矢視図）である。図１のＡ―Ａ
矢視図である。

【図３】 第２実施例を示す図１対応図である。

【図４】 第３実施例を示す図１対応図である。

【符号の説明】

１ 風車 ２ 翼 ３、８ 翼支持部材 ４ スポーク ５ 翼ピッチ制御棒 ６ 内側回転リング ７、９ 連結リブ １０ 空間 １１ 風車軸 １２、１８、１９ 軸受 １３ 後部ケース １４ 前部ケース １５ ガイド支持ブラケット １６ 入口ガイド部材 １７ 支持軸 ２２ ガイド支持棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 義之 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 弥冨 裕治 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内 (72)発明者 三宅 寿生 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内 (72)発明者 早川 公視 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内 Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB01 BB11 BB12 BB18 BB20 CC01 CC12 CC41 CC46 CC63

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 翼支持部材に支持された複数の翼に風力
   を作用させ、該翼の回転力を前記翼支持部材を介して出
   力側の風車軸に伝達するように構成された風車装置にお
   いて、前記翼支持部材を環状に構成してその外周に前記
   複数の翼を夫々取り付け、該翼支持部材の内側に形成さ
   れる空間に該翼支持部材と前記風車軸とを連結する回転
   力伝達機構を設けてなることを特徴とする風車装置。
2. 【請求項２】 前記回転力伝達機構は、前記風車軸ある
   いは該風車軸と同心に設けられて出力側が該風車軸に連
   結される連結回転体からなる内側回転部材と、該内側回
   転部材の外周と前記翼支持部材の内周とを連結する連結
   部材とを備えてなることを特徴とする請求項１記載の風
   車装置。
3. 【請求項３】 前記翼支持部材を円環体からなるリング
   状翼支持部材に構成するとともに前記連結部材を線状の
   スポークにて構成し、前記リング状翼支持部材の内周と
   前記内側回転部材の外周とを円周方向に複数個配設され
   た前記スポークにより連結したことを特徴とする請求項
   ２記載の風車装置。
4. 【請求項４】 前記翼支持部材を円環体からなるリング
   状翼支持部材に構成するとともに前記連結部材を棒状の
   連結リブにて構成し、前記内側回転部材の外周から前記
   連結リブを複数個放射状に配して該内側回転部材の外周
   と前記リング状翼支持部材の内周とを連結したことを特
   徴とする請求項２記載の風車装置。
5. 【請求項５】 前記翼支持部材を中空の多角形体からな
   る多角形状翼支持部材に構成するとともに前記連結部材
   を棒状の連結リブにて構成し、前記内側回転部材の外周
   から前記連結リブを複数個放射状に配して該内側回転部
   材の外周と前記リング状翼支持部材の内周とを連結し、
   さらに前記複数の翼を前記多角形状翼支持部材の角部外
   周に夫々取り付けてなることを特徴とする請求項２記載
   の風車装置。
6. 【請求項６】 前記内側回転部材を円環状に形成すると
   ともにケースに軸受を介して支持された前記風車軸を該
   内側回転部材の一端側にスプライン継手により連結し、
   前記内側回転部材の他端側を軸受を介してケースに支持
   してなることを特徴とする請求項２記載の風車装置。
7. 【請求項７】 前記翼支持部材の内側に形成される空間
   に前記翼のピッチを調整する翼ピッチ制御棒を配置した
   ことを特徴とする請求項１記載の風車装置。
8. 【請求項８】 前記翼支持部材の前方に、後端部が該翼
   支持部材の外周に近接された先細の殻体からなり前記翼
   前方の空気を前記翼に案内する入口ガイド部材を設置し
   てなることを特徴とする請求項１記載の風車装置。