JP2004218620A - 風車および該風車を利用した風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弱い風でも円滑に回転して高いトルクを得ることができる、実用化に適した風車および、この風車を利用した風力発電装置を提供する。
【解決手段】垂直軸の回りを回転する垂直方向もしくは水平方向の回転翼、またはこの両者が、回転軸に連結した連結部材に結合している風車において、前記回転翼の断面形状を翼形、変形翼形または液滴状とし、かつ、その回転翼の長手方向に沿ってこの回転翼を分割した部分をそれぞれヒンジによって屈曲自在になるように互いに結合させるとともに、この回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分を前記連結部材に結合させ、そして回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分を付勢部材で前記連結部材に係止させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、或る種の風車およびこの風車を用いる風力発電装置に関し、そしてより詳しくは、あらゆる風向きの微風から強風にまで及ぶ風で円滑に回転して、その風力から効率良く動力を生み出す実用化に適した風車およびこのような風車を利用して風力から電力を発生させる風力発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、石炭や石油等の化石燃料が大量に消費されて、それらの燃焼によって生ずる燃焼ガスが地球の温暖化、大気、土壌および海洋等の汚染、酸性雨および森林やオゾン層の破壊を招くという環境破壊の弊害が次第に深刻化してきているところから、最近は、化石燃料に代わる代替エネルギー、特に太陽光や風力などのクリーンエネルギーを利用する技術の開発に益々注目が集まってきている。
【０００３】
このクリーンエネルギーの一つとして、風力を利用する風力発電が従来研究、開発されてきており、この風力発電に使われる風車には様々な種類の風車が今日まで提案されてきた。
【０００４】
このような風車としては、従来、回転軸が垂直になっているサボニウス形風車が知られていて、この風車はどのような方向に吹く風の風力でも受けて大きなトルクを発生するものの、概して重量が重くなる傾向があって大型化し難く、また弱い風では回転を起こし難い上に、その効率が低いため、実用化し難いという不都合があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
それで、上記のようなサボニウス形風車よりも軽量で、弱い風でも円滑に回転して高いトルクが得られる、実用化に適した風車の開発が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前述のような従来技術の状況に鑑みて種々研究を重ねた結果、
１．風力を受けて垂直方向の少なくとも一以上の回転翼が、この回転翼と連結している垂直の回転軸を中心として回転する風車において、
１）前記回転翼の水平方向断面を、翼形、変形翼形または液滴状を呈するものとし、
２）前記回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分を前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジにより結合することによって、前記回転翼を一体に形成し、
３）前記回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分を連結部材に結合し、かつ前記連結部材を前記回転軸に結合することによって、前記回転翼を前記回転軸に連結させ、そして
４）前記回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分を付勢部材で前記連結部材に 係止することによって、前記回転翼の揺動範囲を制限するか、または
【０００７】
２．垂直の回転軸と連結して、この回転軸から放射方向に配置された少なくとも一以上の回転翼が、風力を受けて前記回転軸を中心として回転する風車において、
１）前記回転翼の垂直方向断面を、翼形、変形翼形または液滴状を呈するものとし、
２）前記回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分を前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記回転翼を一体に形成し、
３）前記回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分を連結部材に結合し、かつ前記連結部材を前記回転軸に結合することによって、前記回転翼を前記回転軸に連結し、そして
４）前記回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分を付勢部材で前記連結部材に係止することによって、前記回転翼の揺動範囲を制限するか、または
【０００８】
３．垂直の回転軸とそれぞれ連結して、この回転軸から放射方向に配置された少なくとも一以上の回転翼および垂直方向の少なくとも一以上の回転翼が、風力を受けて前記回転軸を中心として回転する風車において、
１）前記放射方向の回転翼の垂直方向断面および前記垂直方向の回転翼の水平方向断面を、それぞれ翼形、変形翼形または液滴状を呈するものとし、
２）前記放射方向および垂直方向の回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分をそれぞれ前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記放射方向および垂直方向の回転翼をそれぞれ一体に形成し、
３）前記放射方向および垂直方向の回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分をそれぞれ連結部材に結合し、かつ前記連結部材を前記回転軸に結合することによって、前記放射方向および垂直方向の回転翼を前記回転軸に連結し、そして
４）前記放射方向および垂直方向の回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分をそれぞれ付勢部材で前記連結部材に係止することによって、前記回転翼の揺動範囲を制限すると、
【０００９】
前記のヒンジ部分で屈曲可能となっている前記縦方向または横方向の回転翼は、風力を受けて、魚の鰭のように水平方向おまたは下方向にそれぞれ揺動し、この揺動に伴って、前記縦方向または横方向の回転翼の比較的厚い片側端縁部分を先頭とする円周方向の推進力、すなわち、前記回転軸を中心としてその周りを前記回転翼が回る円滑な回転力が生じて前記回転軸を回転させ、そしてこのような回転翼を有する風車は、広範囲の様々な風向きの風に対して高いトルクをもって同様な回転を起こすことができるという利点を具えている上に、強い風によって回転している場合でも騒音や振動を殆ど生じないので、この風車は様々な風を有効に、かつ効率良く取り入れて極めて効率の高い実用に適した風車となり、したがって風力から回転力を得るためにこのような風車を利用すれば、有利な動力装置または風力発電装置が得られること、
を見い出した。
【００１０】
本発明は、このような知見に基づいて発明されたもので、
１．風力を受けて垂直方向の少なくとも一以上の回転翼が、この回転翼と連結している垂直の回転軸を中心として回転する風車であって、
１）前記回転翼の水平方向断面が、翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
２）前記回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分が前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記回転翼が一体に形成され、
３）前記回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分が連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記回転翼が前記回転軸に連結し、そして
４）前記回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分が付勢部材で前記連結部材に 係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、
ことを特徴とする、前記風車、
【００１１】
２．垂直の回転軸と連結して、この回転軸から放射方向に配置された少なくとも一以上の回転翼が、風力を受けて前記回転軸を中心として回転する風車であって、
１）前記回転翼の垂直方向断面が、翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
２）前記回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分が前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記回転翼が一体に形成され、
３）前記回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分が連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記回転翼が前記回転軸に連結し、そして
４）前記回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分が付勢部材で前記連結部材に係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、
ことを特徴とする、前記風車、
【００１２】
３．垂直の回転軸とそれぞれ連結して、この回転軸から放射方向に配置された少なくとも一以上の回転翼および垂直方向の少なくとも一以上の回転翼が、風力を受けて前記回転軸を中心として回転する風車であって、
１）前記放射方向の回転翼の垂直方向断面および前記垂直方向の回転翼の水平方向断面が、それぞれ翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
２）前記放射方向および垂直方向の回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分がそれぞれ前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記放射方向および垂直方向の回転翼がそれぞれ一体に形成され、
３）前記放射方向および垂直方向の回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分がそれぞれ連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記放射方向および垂直方向の回転翼が前記回転軸に連結し、そして
４）前記放射方向および垂直方向の回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分がそれぞれ付勢部材で前記連結部材に係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、
ことを特徴とする、前記風車、
【００１３】
４．風力を受けて垂直方向の少なくとも一以上の回転翼が、この回転翼と連結している垂直の回転軸を中心として回転する風車が利用されて、前記回転翼の回転によって得られる動力を電力に変換する変換器を備えた風力発電装置であって、
１）前記回転翼の水平方向断面が、翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
２）前記回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分が前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記回転翼が一体に形成され、
３）前記回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分が連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記回転翼が前記回転軸に連結し、そして
４）前記回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分が付勢部材で前記連結部材に係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、
ことを特徴とする、前記風力発電装置、
【００１４】
５．垂直の回転軸と連結して、この回転軸から放射方向に配置された少なくとも一以上の回転翼が、風力を受けて前記回転軸を中心として回転する風車が利用されて、前記回転翼の回転によって得られる動力を電力に変換する変換器を備
えた風力発電装置であって、
１）前記回転翼の垂直方向断面が、翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
２）前記回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分が前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記回転翼が一体に形成され、
３）前記回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分が連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記回転翼が前記回転軸に連結し、そして
４）前記回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分が付勢部材で前記連結部材に係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、
ことを特徴とする、前記風力発電装置、および
【００１５】
６．垂直の回転軸とそれぞれ連結して、この回転軸から放射方向に配置された少なくとも一以上の回転翼および垂直方向の少なくとも一以上の回転翼が、風力を受けて前記回転軸を中心として回転する風車が利用されて、前記回転翼の回転によって得られる動力を電力に変換する変換器を備えた風力発電装置であっ
て、
１）前記放射方向の回転翼の垂直方向断面および前記垂直方向の回転翼の水平方向断面が、それぞれ翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
２）前記放射方向および垂直方向の回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分がそれぞれ前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記放射方向および垂直方向の回転翼がそれぞれ一体に形成され、
３）前記放射方向および垂直方向の回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分がそれぞれ連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記放射方向および垂直方向の回転翼が前記回転軸に連結し、そして
４）前記放射方向および垂直方向の回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分がそれぞれ付勢部材で前記連結部材に係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、
ことを特徴とする、前記風力発電装置、
に係わるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明による前記１の風車は請求項１に係わる風車に相当していて、この風車は、図１の斜視図に示されるような風車１を包含している。
【００１７】
図１では、便宜上、風車１に設けられている３枚の垂直の回転翼２、２、２のうちの１枚だけについて描かれており、これらの回転翼は回転軸３を中心とする円周上に等間隔に、すなわち回転軸３を中心として互いに１２０度の中心角を隔てて配置されている。
【００１８】
回転翼２は直方体部分４ａと円盤状部分４ｂとからなる連結部材４および上方の軸受部材５ａを介して回転軸３と結合しているので、風力を受けて回転を起こす回転翼２の回転力は連結部材４、および円盤状部分４ｂに嵌め込まれている軸受部材５ａを通じて回転軸３に伝達され、それによって回転軸３は回転翼２の回転に伴って回転する。
【００１９】
回転軸３の上方で軸受部材５ａと結合している前記円盤状部分４ｂおよび回転軸３の下部で軸受部材５ｂと結合している円盤４’が円筒状の本体６ａおよび４本の脚部６ｂを有する支持部材６で支持されることによって、風車１は、例えば地上または床の上に安定した状態で設置される。図１では、便宜上、４本の脚部６ｂのうち、その２本だけが示されている。
【００２０】
回転翼２は、例えば、それの水平方向断面を表している図２に示されるように翼形を呈していて、それの縦方向、すなわち長手方向に分割された４つの分割部分２ａ，２ｂ，２ｃおよび２ｄがそれらの縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジ８で順次結合することによって一体に形成されているので、回転翼２は、これらの分割部分がヒンジ８において互いに屈曲自在なものとなっている。
【００２１】
回転翼２の比較的厚い片側端縁部分に相当する分割部分２ａは、図１に示されるように、連結部材４の直方体部分４ａに結合し、一方、回転翼２の比較的薄い他方の片側端縁部分に相当する分割部分２ｄはゴム、ゴム紐、バネまたはダンパーのような付勢部材７で前記板状部分４ａに係止されている。
【００２２】
分割部分２ａは前記直方体部分４ａに結合することによって非揺動性の端縁部２ｘを形成し、そしてこの直方体部分４ａに結合していない分割部分２ｂ，２ｃおよび２ｄは水平方向に自由に揺動する揺動性部分２ｙを形成している。
【００２３】
前記付勢部材７は回転翼２をニュートラルの位置に戻すように働いて回転翼２の水平方向の揺動範囲を制限するとともに、その揺動に勢いを付けて回転翼２の推進力を高めるように作用する。
【００２４】
以上のように構成されている風車１の回転翼２に風が当たると、全体として水平方向に可撓性に形成されている回転翼２は、直方体部分４ａに固定されている非揺動性の端縁部分２ｘを支点として、揺動性部分２ｙが水平方向に揺れ動く魚の鰭のような揺動を起こすことによって、非揺動性端縁部分２ｘを先頭とする推進力、したがって回転軸３を中心とする円周方向の回転力を生ずるので、風車１では図１の矢印Ａで示される方向の回転が起こる。
【００２５】
この回転によって、回転軸３の下方端部に結合している、動力を電力に変換する変換器としての発電機９は回転軸３の回転力を受けて電力を発生するので、図１は風車１を示しているとともに、この風車１を含んで、それの回転によって電力を発生する風力発電装置１Ｅ、したがって前記４の風力発電装置、すなわち請求項５に係わる風力発電装置も示している。
【００２６】
また、回転軸３を前記発電機９の代わりに、例えば水車のような別の動力装置（図示せず）に連結させれば、勿論この風車１から取り出される回転力によってその動力装置を運転させることができ、したがってこの風車１は様々な装置のための動力を供給するための装置としても利用できる。
【００２７】
次に、本発明による前記２の風車は請求項２に係わる風車に相当していて、この風車は、図３の斜視図に示されるような風車１１を包含している。
【００２８】
図３においても、便宜上、図１と同様に、風車１１に設けられている３枚の水平の回転翼１２、１２、１２のうちの１枚だけについて描かれており、これらの回転翼は回転軸１３を中心とする円周上に等間隔に、すなわち回転軸１３を中心として互いに１２０度の中心角を隔てて回転軸１３から放射方向に配置されている。
【００２９】
回転翼１２もまた、既に図２に示された前記回転翼２と同様に、翼形の形状を呈し、そして縦方向に沿って分割された４つの分割部分１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび１２ｄがヒンジ１８で互いに順次連結されることによって一体に形成されているので、この回転翼１２についてそれの垂直方向断面、すなわち回転翼１２の広がりに沿う平面に垂直な断面を図示することは省略する。
【００３０】
図３に描かれている風車１１においては、直方体部分１４ａと円盤状部分１４ｂとからなる連結部材１４のうちの前記直方体部分１４ａの上面に前記分割部分１２ａが固定され、そしてこの直方体部分１４ａが円盤状部分１４ｂに結合していることによって、回転翼１２は軸受部材１５ａを介して回転軸１３と結合しているので、風力を受けて回転を起こす回転翼１２の回転力は連結部材１４および軸受部材１５ａを通して回転軸１３に伝達され、それによって回転軸１３は回転する。
【００３１】
回転軸１３の上方で軸受部材１５ａと結合している円盤状の連結部材１４および回転軸１３の下部で軸受部材１５ｂと結合している円盤１４’が円筒状の本体１６ａおよび４本の脚部１６ｂを有する支持部材１６で支持されることによって風車１１は、例えば地上または床の上に安定した状態で設置される。図３でも、図１と同様に、４本の脚部６ｂのうち、その２本だけが示されている。
【００３２】
分割部分１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび１２ｄも、前記回転翼２と同様に、ヒンジ１８において互いに屈曲可能に結合しているので、この回転翼１２も、風を受ければ上下方向に撓むように構成されている。
【００３３】
この回転翼１２においても、回転翼２の場合と同様に、比較的厚い片側端縁部分に相当する分割部分１２ａが前記連結部材１４に結合することによって非揺動性の端縁部を形成し、一方、回転翼１２の比較的薄い他方の片側端縁部分に相当する分割部分２ｄはゴム、ゴム紐、バネまたはダンパーのような付勢部材１７および三角形状の係止部材１０を介して前記円盤状部分１４ｂに係止されている。
【００３４】
付勢部材１７は回転翼１２をニュートラルの位置に戻すように働いてその回転翼１２の垂直方向の揺動範囲を制限するとともに、その揺動に勢いを付けて回転翼１２の推進力を高めるように作用し、そして直方体部分１４ａに結合していない分割部分１２ｂ，１２ｃおよび１２ｄは垂直方向、すなわち上下方向に自由に揺動する揺動性部分を形成している。
【００３５】
以上のように構成されている風車１１の回転翼１２に風が当たると、全体として垂直方向に可撓性に形成されている回転翼１２は、回転翼２の場合と同様に、連結部材１４に固定されている前記非揺動性の端縁部分、すなわち分割部分１２ａを支点として、前記分割部分１２ｂ，１２ｃおよび１２ｄによって構成される揺動性部分が垂直方向に揺れ動く魚の鰭のような揺動を起こすことによって、前記端縁部分１２ａを先頭とする推進力、したがって回転軸１３を中心とする円周方向の回転力を生ずるので、風車１１では図３の矢印Ａで示される方向の回転が起こる。
【００３６】
この回転によって、回転軸１３の下方端部に結合している、動力を電力に変換する変換器としての発電機１９は回転軸１３の回転力を受けて電力を発生するので、図３は風車１１を示しているとともに、この風車１１を含んで、それの回転により電力を発生する風力発電装置１１Ｅ、したがって前記５の風力発電装置、すなわち請求項６に係わる風力発電装置も示している。
【００３７】
また、この風車１１においても、前記の風車１の場合と同様に、回転軸１３を前記発電機１９の代わりに、例えば水車のような別の動力装置（図示せず）に連結させれば、勿論この風車１１から取り出される回転力によってその動力装置を運転させることができ、したがってこの風車１１も様々な装置のための動力を供給するための装置としても利用できる。
【００３８】
次に、本発明による前記３の風車は請求項３に係わる風車に相当していて、この風車は、図４の斜視図に示されるような風車２１を包含している。
【００３９】
この風車２１は、図１に示される回転翼２と図２に示される回転翼１２との両方を具えている風車であって、その他の点は前記の風車１および風車１１と同様である。
【００４０】
図４でも、便宜上、図１および図３と同様に、風車２１にそれぞれ３枚ずつ設けられている垂直の回転翼２２、２２、２２および水平の回転翼２２’、２２’、２２’のうちの一組だけについて描かれており、これらの垂直方向および水平方向の回転翼はいずれも回転軸２３を中心とする円周上に等間隔に、すなわち回転軸２３を中心として互いに１２０度の中心角を隔ててそれぞれ垂直方向または回転軸２３から放射方向に配置されている。
【００４１】
垂直方向の回転翼２２および放射方向の回転翼２２’も、既に図２に示された前記回転翼２と同様に、翼形の形状を呈し、そしてこれらの回転翼のそれぞれの縦方向および水平方向に沿って分割されたそれぞれの４つの分割部分２２ａ，２２ｂ，２２ｃおよび２２ｄ並びに２２’ａ，２２’ｂ，２２’ｃおよび２２’ｄがそれぞれヒンジ２８および２８’で互いに順次連結されることによって、これらの回転翼２２および２２’はそれぞれ一体に形成されているので、これらの回転翼２２および２２’についてそれの水平方向断面および垂直方向断面を図示することは省略する。
【００４２】
垂直方向の回転翼２２の分割部分２２ａは、直方体部分２４ａと円盤状部分２４ｂとからなる連結部材２４のうちの直方体部分２４ａの端部に結合し、一方、放射方向の回転翼２２’の分割部分２２’ａは直方体部分２４ａの上面に固定され、そしてこの直方体部分２４ａは円盤状部分２４ｂおよび上方の軸受部材２５ａを介して回転軸２３と結合することによって、回転翼２２および２２’はいずれも回転軸２３に連結している。したがって、風力を受けてそれぞれ回転を起こす回転翼２２および２２’の回転力は、直方体部分２４ａ、円盤状部分２４ｂおよびこの円盤状部分２４ｂに嵌め込まれている軸受部材２５ａを通して回転軸２３に伝達されるので、回転軸２３は回転翼２２および回転翼２２’の回転に伴って回転する。
【００４３】
回転軸２３の上方で軸受部材２５ａと結合している円盤状部分２４ｂおよび回転軸２３の下部で軸受部材２５ｂと結合している円盤２４’が円筒状の本体２６ａおよび４本の脚部２６ｂを有する支持部材２６で支持されることによって、風車２１は、例えば地上または床の上に安定した状態で設置される。図４においても、図１および図３と同様に、４本の脚部６ｂのうち、その２本だけが示されている。
【００４４】
分割部分２２ａ，２２ｂ，２２ｃおよび２２ｄ並びに２２’ａ，２２’ｂ，２２’ｃおよび２２’ｄも、前記回転翼２および１２と同様に、それぞれヒンジ２８および２８’において互いに屈曲可能に結合しているので、回転翼２２および２２’も、風を受ければそれぞれ水平方向および上下方向に撓むように構成されている。
【００４５】
垂直方向の回転翼２２および放射方向の回転翼２２’においても、回転翼２および１２の場合と同様に、それぞれの比較的厚い片側端縁部分に相当する分割部分２２ａおよび２２’ａがそれぞれ前記直方体部分２４ａに結合することによっていずれも非揺動性の端縁部を形成し、一方、回転翼２２の比較的薄い他方の片側端縁部分に相当する分割部分２２ｄは、ゴム、ゴム紐、バネまたはダンパーのような付勢部材２７、棒状の係止部材２０ｂおよび三角形状の係止部材２０ａを介して前記直方体部分２４ａに係止され、そして回転翼２２’の比較的薄い他方の片側端縁部分に相当する分割部分２２’ｄは、同様な付勢部材２７’および三角形状の係止部材２０’を介して前記円盤状部分２４ｂに係止されている。
【００４６】
これらの付勢部材２７および２７’は、回転翼２２および回転翼２２’をそれぞれニュートラルの位置に戻すように働いて、回転翼２２の水平方向の揺動範囲および回転翼２２’の垂直方向（上下方向）の揺動範囲を制限するとともに、それらの揺動に勢いを付けて回転翼２２および回転翼２２’の推進力をそれぞれ高めるように作用し、そして連結部材２４のうちの直方体部分２４ａに結合していない分割部分２２ｂ，２２ｃ，２２ｄおよび２２’ｂ，２２’ｃ，２２’ｄはそれぞれ水平方向および垂直方向に自由に揺れ動く揺動性部分を形成している。
【００４７】
以上のように構成されている風車２１の回転翼２２および２２’に風が当たると、全体として水平方向に可撓性に形成されている回転翼２２および全体として垂直方向に可撓性に形成されている回転翼２２’は、回転翼２および１２の場合と同様に、直方体部分２４ａにそれぞれ固定されている非揺動性の端縁部分、すなわち分割部分２２ａおよび２２’ａをそれぞれ支点として、前記分割部分２２ｂ，２２ｃ，２２ｄおよび２２’ｂ，２２’ｃ，２２’ｄによってそれぞれ構成される揺動性部分が水平方向および垂直方向に揺れ動く魚の鰭のような揺動を起こすことによって、前記端縁部分２２ａおよび２２’ａをを先頭とする推進力、したがって回転軸２３を中心とする円周方向の回転力を生ずるので、風車２１では図４の矢印Ａで示される方向の回転が起こる。
【００４８】
この回転によって、回転軸２３の下方端部に結合している、動力を電力に変換する変換器としての発電機２９は回転軸２３の回転力を受けて電力を発生するので、図４は風車２１を示しているとともに、この風車２１を含んで、それの回転により電力を発生する風力発電装置２１Ｅ、したがって前記６の風力発電装置、すなわち請求項７に係わる風力発電装置も示している。
【００４９】
また、この風車２１においても、前記の風車１および１１の場合と同様に、回転軸２３を前記発電機２９の代わりに、例えば水車のような別の動力装置（図示せず）に連結させれば、勿論この風車２１から取り出される回転力によってその動力装置を運転させることができ、したがってこの風車２１も様々な装置のための動力を供給するための装置としても利用できる。
【００５０】
図１、図３および図４に示された風車はいずれも３枚の回転翼を有し、かつこの回転翼は４つに分割されたものとして説明されてきたけれども、この回転翼は２枚以上の適宜の枚数でもよく、また、４つに限らず、２つ以上の適宜の数に分割されていてもよい。
【００５１】
垂直方向および放射方向の回転翼を共に有する風車として、ここでは図４の風車を例示したけれども、これらの垂直方向および放射方向の回転翼は、図４に示されるように必ずしも一体に結合していなくてもよく、またそれらの数は互いに同じ数でなくてもよい。
【００５２】
本発明の風車における垂直方向の回転翼は、それの回転円周に対する接線方向の平面に沿っていても、またこの回転円周に沿った円弧状を呈していてもよく、更に回転方向、垂直方向または水平面に対して或る角度をもって傾いていてもよい。
【００５３】
以上に述べた風車および風力発電装置において使われる回転翼としては翼型の形状を有するものを例として挙げたが、この回転翼は下記の図５および図６の断面図で示されるような変形翼形であってもよい。
【００５４】
この変形翼形は、断面が前記の翼形に類似していても、その翼形の範疇にも、また後で述べる液滴状の範疇にも入らないものであり、それの一方の片側端縁部分が比較的厚く、その他の部分が比較的厚くて、その回転翼の上下表面を前記断面において表した線が全体にわたって前記の翼形と同様に互いに対称になっていない、あらゆる形状を意味している。
【００５５】
断面が変形翼形になっている回転翼の一例は図５の断面図に示される通りであって、この回転翼３２の一方の片側端縁部分３２ａは比較的厚く、その他の分割部分の３２ｂ，３２ｃおよび３２ｄは端縁部分３２ａよりも薄くて互いにほぼ同等の厚さを有し、かつ回転翼３２の上の全体にわたる表面の線３２Ｌと下の全体にわたる表面の線３２Ｌ’とが互いに対称になっていない。
【００５６】
図６は変形翼形の回転翼のもう一つの例を示す断面図であって、この回転翼３２’においては、比較的厚い片側端縁部分３２’ａ以外の分割部分の３２’ｂ，３２’ｃおよび３２’ｄが、端縁部分３２’ａから遠ざかるにしたがって厚さが次第に薄くなっている点で、回転翼３２’は図５の回転翼３２と異なっている。
【００５７】
本発明における回転翼の断面形状としては、上記の形状の他に液滴状の形状があって、この液滴状の形状とは、液滴の断面のように、それの一方の片側端縁部分が比較的厚く、その他の部分は比較的薄くて、その回転翼の上下表面を前記断面において表した線が全体にわたって互いに対称になっている、あらゆる形状を意味していて、前記の翼形および変形翼形にいずれにも属さない形状を意味している。
【００５８】
断面が液滴状の回転翼の一例は図７の断面図に示される通りであって、この回転翼４２の一方の片側端縁部分４２ａは比較的厚く、その他の分割部分の４２ｂ，４２ｃおよび４２ｄは端縁部分４２ａよりも薄く、かつ回転翼４２の上の全体にわたる表面の線４２Ｌと回転翼４２の下の全体にわたる表面の線４２Ｌ’とは互いに対称になっている。
【００５９】
本発明の風車における各回転翼は、一つの風車について翼型、変形翼型および液滴状のうちのいずれか１種だけに限られることなく、これらの形状の二つ以上が組み合わされたものも本発明の風車で利用することができる。
【００６０】
本発明の風車において使われる回転翼の立体的な形状、すなわちそれの平面的な形状と前記断面に垂直な平面に沿った形状とで表される形状は、それの前述のような構成要件と作用および本発明の目的に沿う限り、原則としてどのような形状のものでもよいが、前記垂直方向の回転翼について述べれば、例えば次のような三つの形状が例として挙げられる。
【００６１】
その一番目の例としては、図８の平面図に示されるように、中央部５１、すなわち、例えば、図１に示される回転翼２および図４に示される回転翼２２においてそれぞれ直方体部分４ａまたは２４ａと結合する部分に相当する部分５１と、この中央部５１から回転翼の両端５２，５２に至るまでの各幅Ｕが同一であり、かつ、図８に示されるＲ−Ｒ線を含む垂直断面に沿った複数個の断面Ｒ_１〜Ｒ_５の形状が、図９に見られるように、中央部５１から両端５２，５２に至るまで互いに同一であるとともに、その垂直断面の寸法も互いに同一になっている回転翼５０が挙げられる。
【００６２】
次に、二番目の例としては、図１０の平面図に示されるように、前記のような中央部６１から回転翼６０の両端６２，６２に至るにしたがって幅Ｖが次第に狭くなっているとともに、図１０に示されるＳ−Ｓ線を含む垂直断面に沿った複数個の断面Ｓ_１〜Ｓ_５の形状が、図１１に見られるように、中央部６１から両端６２，６２に至るまで互いに相似形になっている回転翼６０が挙げられる。
【００６３】
また、三番目の例としては、図１２の平面図に示されるように、前記のような中央部７１から回転翼の両端７２，７２に至るまでの各幅Ｗが同一であり、かつ、図１２に示されるＴ−Ｔ線を含む垂直断面に沿った複数個の断面Ｔ_１〜Ｔ_５の厚さが、図１３に示されるように、中央部７１から両端７２，７２に至るにしたがって次第に薄くなることによって、その各断面が中央部７１から両端７２，７２に至るまで互いに同一の形状とも寸法ともなってなく、また、それらの断面の形状が互いに相似形ともなっていない回転翼７０が挙げられる。
【００６４】
前述のような放射方向の回転翼についても、上記の垂直方向の回転翼と同じような三つの例を挙げることができる。放射方向の回転翼では、それの回転軸に近い基部が垂直方向の回転翼における前記中央部に相当し、そしてそれの先端部が垂直方向の回転翼における前記両端の内の一端に相当して、この放射方向の回転翼の三つの例は、図８〜１３に示される回転翼５０、６０および７０のそれぞれの中央部から片側の端部に至るまでの回転翼の形状に相当しているので、放射方向の回転翼のこのような三つの例を図で示すことは省略する。
【００６５】
以上に例示した回転翼については、それらの中央部と端部との真ん中を結ぶ直線、例えば、図１０においてＡ−Ａで示される直線が、この図１０に示される前記Ｓ−Ｓを含む平面に対して垂直になっている回転翼を示したが、このようなＡ−Ａで示される直線が前記Ｓ−Ｓを含むような平面に対して垂直になっていないような回転翼を本発明の回転翼としてもよい。
【００６６】
このような回転翼の一例は図１４の平面図に示されており、この回転翼８０においては、それの前後の面に沿う直線８３と８４とが中央部８１から端部８２に至るまで互いに平行であって、すなわち平面図に示される回転翼８０の幅が中央部８１から端部８２に至るまで同一であって、中央部８１の真ん中を通る直線Ｂ−Ｂが中央部の中心線Ｃ−Ｃを含む平面に対して直角ではない或る角度をもって傾いている。
【００６７】
もう一つの例は図１５の平面図に示されていて、この回転翼９０においては、それの前後の面に沿う直線９３と９４のうちの直線９４は中心線Ｃ−Ｃの左右において折れることなく一直線であって、これらの直線９３と９４とは互いに平行でなく、すなわち平面図に示される回転翼９０の幅が中央部９１から端部９２に至るにしたがって次第に狭くなっていて、中央部９１の真ん中を通る直線Ｄ−Ｄが中央部の中心線Ｃ−Ｃを含む平面に対して直角ではない或る角度をもって傾いている。
【００６８】
本発明の風車に組み込まれる回転翼は、一般にどのような材料からなるものでもよいが、この材料としては、要求される強度および計量であるという特性から見て、カーボンファイバー、グラスファイバー、カーボングラス、バルサ材、プタスチック、軽金属、またはこれらの材料を組み合わせた複合材料等が好ましいものとして挙げられる。
【００６９】
図を参照してこれまでに説明された風車および風力発電装置は、本発明に属する風車および風力発電装置の極く限られた例を示すものであって、本発明の風車および風力発電装置は、これらの例に限られることなく、特許請求の範囲で規定される要件を具えたあらゆる風車および風力発電装置を包含しており、例えば、以上に例示された風車および風力発電装置について前述のような様々な変更が加えられた風車および風力発電装置も包含している。
【００７０】
【発明の効果】
以上述べた説明から明らかなように、本発明によれば、比較的弱い風でも円滑に回転し、そしてその風力をできるだけ無駄なく受け入れて、高いトルクを発生する実用に適した風車、およびこのような風車が利用されることによって効率の高い実用に適した風力発電装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による風車およびこの風車が組み込まれている風力発電装置の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明による風車で使用される翼形の回転翼の一例を示す断面図である。
【図３】本発明による風車およびこの風車が組み込まれている風力発電装置のもう一つの例を示す斜視図である。
【図４】本発明による風車およびこの風車が組み込まれている風力発電装置の別の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明による風車で使用される変形翼形の回転翼の一例を示す断面図である。
【図６】本発明による風車で使用される変形翼形の回転翼のもう一つの例を示す断面図である。
【図７】本発明による風車で使用される液滴状の回転翼の一例を示す断面図である。
【図８】本発明による風車で使用される回転翼の平面的な形状の一例を示す平面図である。
【図９】図８に示されるＲ−Ｒ線を含む垂直断面に沿った複数個の断面Ｒ_１〜Ｒ_５の形状を、図８に示される回転翼について示すための斜視図である。
【図１０】本発明による風車で使用される回転翼の平面的な形状のもう一つの例を示す平面図である。
【図１１】図１０に示されるＳ−Ｓ線を含む垂直断面に沿った複数個の断面Ｓ_１〜Ｓ_５の形状を、図１０に示される回転翼について示すための斜視図である。
【図１２】本発明による風車で使用される回転翼の平面的な形状の別の一例を示す平面図である。
【図１３】図１２に示されるＴ−Ｔ線を含む垂直断面に沿った複数個の断面Ｔ_１〜Ｔ_５の形状を、図１２に示される回転翼について示すための斜視図である。
【図１４】本発明による風車で使用される回転翼の平面的な形状の例を示す平面図である。
【図１５】本発明による風車で使用される回転翼の平面的な形状のもう一つの例を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１ ・・・・・・・風車
１Ｅ，１１Ｅ，２１Ｅ ・・・・・・・風力発電装置
２，１２，２２，２２’，３２，３２’，
４２，５０，６０，７０，８０，９０ ・・・・回転翼
２ａ〜２ｄ，１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄ，
２２’ａ〜２２’ｄ，３２ａ〜３２ｄ，
３２’ａ〜３２’ｄ，４２ａ〜４２ｄ ・・・・分割部分
２ｘ ・・・・・・・非揺動性端縁部分
２ｙ ・・・・・・・揺動性部分
３，１３，２３ ・・・・・・・回転軸
４，１４，２４ ・・・・・・・連結部材
４ａ，１４ａ，２４ａ ・・・・・・・直方体部分
４ｂ，１４ｂ，２４ｂ ・・・・・・・円盤状部分
４’，１４’，２４’ ・・・・・・・円盤
５ａ，５ｂ，１５ａ，１５ｂ，２５ａ，２５ｂ・・・・軸受部材
６，１６，２６ ・・・・・・・支持部材
７，１７，２７，２７’ ・・・・・・・付勢部材
８，１８，２８，２８’ ・・・・・・・ヒンジ
９，１９，２９ ・・・・・・・発電機
１０，２０，２０’ ・・・・・・・係止部材
Ａ ・・・・・・・回転の向き
Ｒ_１〜Ｒ_５，Ｓ_１〜Ｓ_５，Ｔ_１〜Ｔ_５ ・・・・・・・断面

Claims (8)

1. 風力を受けて垂直方向の少なくとも一以上の回転翼が、この回転翼と連結している垂直の回転軸を中心として回転する風車であって、
   １）前記回転翼の水平方向断面が、翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
   ２）前記回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分が前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記回転翼が
   一体に形成され、
   ３）前記回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分が連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記回転翼が前記
   回転軸に連結し、そして
   ４）前記回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分が付勢部材で前記連結部材に係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、ことを特徴とする、前記風車。
2. 垂直の回転軸と連結して、この回転軸から放射方向に配置された少なくとも一以上の回転翼が、風力を受けて前記回転軸を中心として回転する風車であって、
   １）前記回転翼の垂直方向断面が、翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
   ２）前記回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分が前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記回転翼が
   一体に形成され、
   ３）前記回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分が連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記回転翼が前記
   回転軸に連結し、そして
   ４）前記回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分が付勢部材で前記連結部材に係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、ことを特徴とする、前記風車。
3. 垂直の回転軸とそれぞれ連結して、この回転軸から放射方向に配置された少なくとも一以上の回転翼および垂直方向の少なくとも一以上の回転翼が、風力を受けて前記回転軸を中心として回転する風車であって、
   １）前記放射方向の回転翼の垂直方向断面および前記垂直方向の回転翼の水平方向断面が、それぞれ翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
   ２）前記放射方向および垂直方向の回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分がそれぞれ前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記放射方向および垂直方向の回転翼がそれぞれ一体に形成され、
   ３）前記放射方向および垂直方向の回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分がそれぞれ連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記放射方向および垂直方向の回転翼が前記回転軸に連結し、そして
   ４）前記放射方向および垂直方向の回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分がそれぞれ付勢部材で前記連結部材に係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、
   ことを特徴とする、前記風車。
4. 前記付勢部材がゴム、ゴム紐、バネまたはダンパーである、請求項１ないし３のいずれかに記載された風車。
5. 風力を受けて垂直方向の少なくとも一以上の回転翼が、この回転翼と連結している垂直の回転軸を中心として回転する風車が利用されて、前記回転翼の回転によって得られる動力を電力に変換する変換器を備えた風力発電装置であって、
   １）前記回転翼の水平方向断面が、翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
   ２）前記回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分が前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記回転翼が一体に形成され、
   ３）前記回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分が連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記回転翼が前記回転軸に連結し、そして
   ４）前記回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分が付勢部材で前記連結部材に係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、ことを特徴とする、前記風力発電装置。
6. 垂直の回転軸と連結して、この回転軸から放射方向に配置された少なくとも一以上の回転翼が、風力を受けて前記回転軸を中心として回転する風車が利用されて、前記回転翼の回転によって得られる動力を電力に変換する変換器を備えた風力発電装置であって、
   １）前記回転翼の垂直方向断面が、翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
   ２）前記回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分が前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記回転翼が一体に形成され、
   ３）前記回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分が連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記回転翼が前記回転軸に連結し、そして
   ４）前記回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分が付勢部材で前記連結部材に係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、ことを特徴とする、前記風力発電装置。
7. 垂直の回転軸とそれぞれ連結して、この回転軸から放射方向に配置された少なくとも一以上の回転翼および垂直方向の少なくとも一以上の回転翼が、風力を受けて前記回転軸を中心として回転する風車が利用されて、前記回転翼の回転によって得られる動力を電力に変換する変換器を備えた風力発電装置であって、
   １）前記放射方向の回転翼の垂直方向断面および前記垂直方向の回転翼の水平方向断面が、それぞれ翼形、変形翼形または液滴状を呈し、
   ２）前記放射方向および垂直方向の回転翼の縦方向に沿って分割された少なくとも二以上の分割部分がそれぞれ前記縦方向に沿った端縁部で互いにヒンジで結合することによって、前記放射方向および垂直方向の回転翼がそれぞれ一体に形成され、
   ３）前記放射方向および垂直方向の回転翼の分割された比較的厚い一方の片側端縁部分がそれぞれ連結部材に結合し、かつ前記連結部材が前記回転軸に結合することによって、前記放射方向および垂直方向の回転翼が前記回転軸に連結し、そして
   ４）前記放射方向および垂直方向の回転翼の分割された比較的薄い他方の片側端縁部分がそれぞれ付勢部材で前記連結部材に係止されることによって、前記回転翼の揺動範囲が制限されている、
   ことを特徴とする、前記風力発電装置。
8. 前記付勢部材がゴム、ゴム紐、バネまたはダンパーである、請求項５ないし７のいずれかに記載された風力発電装置。

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