JP2003120502A

JP2003120502A - 風車

Info

Publication number: JP2003120502A
Application number: JP2001321841A
Authority: JP
Inventors: Yukio Watanuki; 行夫綿貫; Kuniharu Yoshida; 國治吉田; Hidetomo Hirozawa; 秀友廣澤
Original assignee: OGAWA TEKKU KK; STUDIO PUNTEIINA KK
Current assignee: OGAWA TEKKU KK; STUDIO PUNTEIINA KK
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】指向性がなく且つ弱い風でも高回転、高トル
クを得ることができる風車を提供すること．【解決手段】垂直軸２と、該垂直軸を中心に回転する
複数の羽根部１６とを備えている風車１であって、前記
垂直軸近傍に、前記各羽根部の回転方向上流側空間と連
通した、チャンバー２０が形成され、前記羽根部は、回
転方向上流側面で受けた風を前記チャンバーに導き該チ
ャンバー内を相対的に圧力が高い状態にするように半径
方向外方に向かって延びて配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、風車に関連し、詳
細には、風力発電等に利用される風車に関連する。

【０００２】

【従来の技術】風力エネルギを他のエネルギに変換する
ための装置として風車が利用されている。このような風
車としては、種々の形態のものが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】自然エネルギである風
力エネルギは、風速、向き等が一定しないため、その利
用が難しい。

【０００４】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、指向性がなく且つ弱い風でも高回転、高ト
ルクを得ることができる風車を提供することを目的とし
ている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、垂直軸
と、該垂直軸を中心に回転する複数の羽根部とを備えて
いる風車であって、前記垂直軸近傍に、前記各羽根部の
回転方向上流側空間と連通した、チャンバーが形成さ
れ、前記羽根部は、回転方向上流側面で受けた風を前記
チャンバーに導き該チャンバー内を相対的に圧力が高い
状態にするように、半径方向外方に向かって延びて配置
されていることを特徴とする風車が提供される。

【０００６】このような構成を有する本発明によれば、
回転中心となる垂直軸近傍に形成されたチャンバー内は
相対的に高圧（正圧）状態となる。一方、風車の風下側
の領域は、風車が風を遮るので、相対的に低圧（負圧）
状態となる。この結果、風車の風下側では、チャンバー
内の空気が、半径方向外方に延びる羽根に沿って流出す
る。この流出する空気によって、羽根部が回転方向に押
圧され、風車は効率的に回転することになる。

【０００７】本発明の好ましい態様によれば、前記羽根
部は、少なくとも回転時には、前記回転方向下流側に向
かって凸状に湾曲した形状を備える。このような構成に
よれば、回転時には、羽根部の回転方向下流側を通る空
気の流速は、回転方向上流側を通る空気の流速より高く
なる。従って、裏表の圧力差が、回転方向への揚力とし
て羽根部に作用し、羽根部が回転方向に押圧される。こ
の結果、風車はより効率的に回転する。

【０００８】本発明の他の好ましい態様によれば、羽根
部は、隣接する羽根部との間隔が前記垂直軸から外方に
向けて広くなるように、相互に配置されている。このよ
うな構成によれば、風上側では、隣接する羽根部の間を
通ってチャンバーに流れ込む空気の流速が高くなる。こ
の結果、羽根部に作用する回転方向への揚力が、増大さ
れ、風車はより効率的に回転する。

【０００９】本発明の他の好ましい態様によれば、前記
羽根部は、外端部が内端部より回転方向上流側に位置す
るように、配置されている。

【００１０】本発明の他の好ましい態様によれば、前記
羽根部は、枠と、この枠に張られた膜材料とを有する。
このような構成によれば、比較的軽量でありながら、強
度が高い羽根部が得られる。さらに、膜材料が風をはら
んだとき、回転方向下流側に凸状に湾曲する、膜材料を
枠に張ってもよい。

【００１１】さらに、本発明の別の好ましい態様によれ
ば、羽根部は、４枚以上であり、且つ、円周方向に等間
隔で配置されているのが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態について詳細に説明する。まず、図１お
よび図２を参照して、本発明の第１実施形態の風車１の
構成を説明する。図１は、風車１のフレーム構造を概略
的に示す斜視図であり、図２は、風車１の外観を示す斜
視図である。

【００１３】図１および図２に示されているように、風
車１は、垂直方向に延びる中心軸２を中心に回転するよ
うに配置されたローター４を備えている。ローター４
は、水平方向に延びる４本の主フレーム６と、各主フレ
ーム６から中心軸２に向かって斜め上方及び斜め下方に
それぞれ延びる上側サブフレーム８及び下側サブフレー
ム１０を備えている。本実施形態の風車１は、ローター
４が上方から見たときに反時計回り方向に回転するもの
であり、主フレーム６は、回転方向下流側に向かって凸
状になるように緩やかに湾曲している。

【００１４】図１に示されているように、主フレーム６
は、４本の主フレーム６の基端側部分が中心軸２を中心
とした略正方形の各辺を構成するように、基端６ａが隣
接する主フレーム６に接続されている。上側サブフレー
ム８は、基端が主フレーム６に連結され、先端が中心軸
２の頂部付近に中心軸２に対して回転自在に取付けられ
た上側ベアリング部材１２に連結されている。下側サブ
フレーム１０は、基端が主フレーム６に連結され、先端
が主フレーム６より下方側の位置で中心軸２に対して回
転自在に取付けられた下側ベアリング部材１４に連結さ
れている。このように構成された、主フレーム６と、上
側及び下側フレーム８、１０とによって各羽根部１６の
枠が構成されている。従って、風車１は、回転（円周）
方向に略等間隔で配置された、４枚の羽根部１６を有す
ることになる。なお、各フレームは、金属、カーボンフ
ァイバ、木材等の種々の材料から選択された適当な材料
で形成される。

【００１５】主フレーム６の先端側部分と、上側及び下
側サブフレーム８、１０に囲まれた領域には、膜材料１
８が張られている。即ち、図２に示されているように、
主フレーム６の先端側部分と上側サブフレーム８との間
の三角形の領域、および、主フレーム６の先端側部分と
下側サブフレーム１０との間の三角形の領域に外側から
膜材料１８が取付けられ、主フレーム１０によって形成
せれた回転方向下流側に向かって湾曲しながら突出した
稜線と、中心軸２方向（回転方向上流側）に傾斜しなが
ら延びる２つの面２０、２１とを備えた羽根部１６が形
成されている。本実施形態では、膜材料１８は回転方向
下流側に向かって凸状に湾曲した形状となっている。膜
材料１８としては、ガラス繊維の表面フッ素樹脂加工を
施した膜、ポリエステル布に塩化ビニル加工を施した
膜、天然素材の繊維に樹脂加工を施した膜などの重布、
または、その他の布が用いられる。

【００１６】また、図２に示されているように、膜材料
１８は、上側及び下側サブフレーム８、１０から主フレ
ーム６の先端側部分のみに張られている。従って、上側
及び下側サブフレーム８、１０が主フレーム６に連結さ
れている位置より主フレーム６の基端６ａ側（付け根
側）は、膜材料１８が張られていない開口領域となって
いる。この結果、膜材料１８に囲まれた各羽根部１６の
回転方向下流側の空間（羽根部１６の裏側空間）は、主
フレーム６の基端側の膜材料１８が張られていない開口
領域を介して、各主フレーム６の基端側部分に囲まれ中
心軸２を中心とする空間（チャンバー）２２に連通して
いる。なお、各フレーム６、８、１０への膜材料１８の
取付け方法は、どのような方法でも良い。本実施形態の
風車１では、ローター４の回転が、中心軸２に取付けら
れた図示しない発電機に伝達されており、風車１の回転
により発電が行われる。

【００１７】このような構成を有する風車１では、羽根
部６が受けた風は、羽根部６の回転方向下流側（裏側）
の空間から、主フレーム６の基端側の開口領域を通り、
中心軸２を中心とする空間領域（チャンバー）２２に至
る。この結果、チャンバー２２内の空気圧が相対的に高
圧となる。

【００１８】次に、図３を参照して風車１が回転する原
理を説明する。図３は、矢印Ａで示される風の中におか
れた風車１近辺の空気の流れ等を模式的に示す図面であ
る。風車１は、稜線部（主フレーム６）が風下に向かっ
て位置する第１の羽根部１６−１は、裏面（回転方向上
流側の面）で風を受ける。羽根部１６−１の上流側の
空気は、羽根部１６−１の付け根側の開口領域を通り、
中心軸２の周囲空間であるチャンバーに送られ、チャ
ンバー内の圧力を相対的に高い圧力（正圧）とする。
チャンバーの正圧の空気は、風下側に位置する第２の
羽根部１６−２および稜線部（主フレーム６）が風上に
向かって位置する第３の羽根部１６−３の付け根側の開
口領域を通って、第２の羽根部１６−２の裏側（回転方
向上流側）領域および第３の羽根部１６−３の裏側
（回転方向上流側）領域に流出する。

【００１９】第１の羽根部１６−１と第２の羽根部１６
−２の回転方向下流側の領域、は、風車１の風下側
となるので、相対的に気圧が低い状態となっている。従
って、第１の羽根部１６−１と第２の羽根部１６−２の
回転方向下流（表）側、と回転方向上流（裏）側
、との間には大きな圧力差が生じ、これらの羽根部
１６が矢印Ｂで示す方向に押圧され、ローター４が矢印
Ｃで示される回転方向に回転させられる。

【００２０】さらに、風上側に向かって延びる第４の羽
根部１６−４の回転方向下流（表）側を流れる空気は、
羽根部の湾曲形状により、回転方向上流（裏）側を流れ
る空気より、流速が高くなるので、第４の羽根部１６−
４では、回転方向下流（表）側の圧力が相対的に低くな
る。この結果、第４の羽根部１６−４には、矢印Ｄで示
される揚力が作用し、この揚力がローター４の回転に寄
与する。

【００２１】なお、第３の羽根部１６−３が、回転方向
下流側の面が風を受け、回転方向下流側領域が正圧領
域となるが、この正圧は、第３の羽根部１６−３の回転
方向上流領域の正圧と相殺され、ローターの回転には
影響を及ぼさない。

【００２２】次に、図４を参照して、本発明の第２実施
態様の風車３０の構成を説明する。図４は、風車３０の
外観を示す斜視図である。

【００２３】図４に示されているように、風車３０は、
垂直方向に延びる中心軸３２を中心に回転するように配
置されたローター３４を備えている。ローター３４は、
中心軸３２の上端部に回転可能に取付けられた円筒部材
３６と、この円筒部材３６の上端部から半径方向外方に
延びる８本の上側フレーム３８と、円筒部材３６の下端
部から半径方向外方に延びる８本の下側フレーム４０と
を備えている。上側及上下方に重なる位置に配置されて
いる。本実施形態の風車３０はローター３４が矢印上方
から見たときに反時計回り方向（矢印Ｒ方向）に回転す
るものである。

【００２４】ローター３４は、対応する上側及び下側フ
レーム３８、４０を先端位置で上下に連結する８本の先
端フレーム４２と、対応する上側及び下側フレーム３
８、４０を中間位置で上下に連結する８本の中間フレー
ム４４とを備えている。図４に示されているように、各
先端フレーム４２は、回転方向下流側に向かって凸状に
湾曲している。ローター３４は、さらに、先端フレーム
４２と回転方向下流側の隣接する中間フレーム４４とを
４カ所で連結するサブフレーム４６を備えている。この
サブフレーム４６も、先端フレーム４２と同様に、回転
方向下流側に向かって凸状に湾曲している。なお、各フ
レームは、金属、カーボンファイバ、木材等の種々の材
料から選択された適当な材料で形成される。

【００２５】図４に示されているように、風車３０で
は、先端フレーム４２、回転方向下流側で隣接する中間
フレーム４４、および、これらの先端フレーム４２と中
間フレーム４４とを連結するサブフレーム４６によって
形成された略長方形の区画に、膜材料が取付けられ、略
長方形の羽根部４８が形成されている。膜材料は、第１
実施形態と同様の膜材料である。従って、風車３０で
も、各羽根部４８の回転方向上流側空間と連通したチャ
ンバーが、中心軸３２の周囲に形成されている。

【００２６】本実施形態の風車３０は、羽根部４８は、
隣接する羽根部との間隔が中心軸３２から離れる方向
（即ち外方）に向って広くなるように、且つ、外端が内
端より回転方向上流側に位置するように、構成されてい
る。

【００２７】次に、図５を参照して風車３０が回転する
原理を説明する。図５は、矢印Ａで示される風の中にお
かれた風車３０近辺の空気の流れ等を模式的に示す図３
と同様の図面である。

【００２８】本実施形態の風車３０においても、風上側
に位置する羽根部４８−１ないし４８−４が受けた風
は、中心軸３２の周囲空間であるチャンバーに送ら
れ、チャンバー内の圧力を相対的に高い圧力（正圧）
とする。チャンバーの正圧の空気は、風下側に位置す
る羽根部４８−６ないし４８−８の裏側（回転方向上流
側）領域に流出する。羽根部４８−６および４８−７
の表側（回転方向下流側）領域は、風車３０の風下側
となっているので、相対的に気圧が低い状態となってい
る。従って、羽根部４８−６および４８−７の回転方向
下流（表）側と回転方向上流（裏）側との間には大きな
圧力差が生じ、これらの羽根部４８−６および４８−７
が矢印Ｅで示す回転方向に押圧される。

【００２９】さらに、風上側に向かって延びる羽根部４
８−１ないし４８−３は回転方向下流側に向けて凸状に
湾曲しているので、羽根部４８−１ないし４８−３の回
転方向下流（表）側を流れる空気は、回転方向上流
（裏）側を流れる空気より、流速が高くなる。この結
果、羽根部４８−１ないし４８−３では、回転方向下流
（表）側の圧力が相対的に低くなる。この結果、羽根部
４８−１ないし４８−３には、矢印Ｆで示される揚力が
作用し、この揚力がローター３４の回転に寄与する。

【００３０】なお、羽根部４８−８が、回転方向下流側
の面が風を受け、回転方向下流側領域が正圧領域とな
るが、この正圧は、チャンバーから吹き出される空気
で生じる羽根部４８−８の回転方向上流領域の正圧と
相殺され、ローターの回転には影響を及ぼさない。

【００３１】本発明は上述した実施形態に限定されるも
のではなくて、特許請求の範囲に記載された事項の範囲
内で種々の変更、変形が可能である。

【００３２】上記実施形態では、羽根部として膜材料を
使用したが、膜材料に代えて、金属、樹脂、木材等の板
を使用して羽根部を形成してもよい。このような可撓性
に乏しい材料を使用する場合には、当初から回転方向下
流側に向けて凸状に湾曲した形状にしておくことが望ま
しい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、指向性がなく且つ弱い
風でも高回転、高トルクを得ることができる風車が提供
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の風車のフレーム構造を示す
斜視図である。

【図２】第１の実施形態の風車の外観を示す斜視図で
ある。

【図３】第１の実施形態の風車近辺の空気の流れ等を
模式的に示す図面である。

【図４】第２の実施形態の風車の外観を示す斜視図で
ある。

【図５】第２の実施態様の風車近辺の空気の流れ等を
模式的に示す図面である。

【符号の説明】

１：風車２：中心軸４：ローター６：主フレーム８：上側サブフレーム１０：下側サブフレーム１６：羽根部１８：膜材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田國治東京都江東区木場２丁目17番16号株式会社小川テック内 (72)発明者廣澤秀友東京都江東区木場２丁目17番16号株式会社小川テック内Ｆターム(参考） 3H078 AA05 AA26 BB11 CC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】垂直軸と、該垂直軸を中心に回転する複
数の羽根部とを備えている風車であって、前記垂直軸近傍に、前記各羽根部の回転方向上流側空間
と連通した、チャンバーが形成され、前記羽根部は、回転方向上流側面で受けた風を前記チャ
ンバーに導き該チャンバー内を相対的に圧力が高い状態
にするように、半径方向外方に向かって延びて配置され
ていることを特徴とする風車。
【請求項２】前記羽根部は、少なくとも回転時には、
前記回転方向下流側に向かって凸状に湾曲した形状を備
える、請求項１に記載の風車。
【請求項３】前記羽根部は、隣接する羽根部との間隔
が前記垂直軸から外方に向けて広くなるように、相互に
配置されている、請求項１又は２に記載の風車。
【請求項４】前記羽根部は、外端部が内端部より回転
方向上流側に位置するように、配置されている、請求項
１ないし３のいずれか１項に記載の風車。
【請求項５】前記羽根部は、枠と、該枠に張られた膜
材料とを有する、請求項１ないし４のいずれか１項に記
載の風車。