JP2005016405A - 風車 - Google Patents

Abstract

【課題】回転効率を向上させることが可能なサボニウス型風車を提供する。
【解決手段】風車１は伝動軸３と接続部材８とを備え所定の回転軸まわりに回転する回転部材１０と、回転部材１０に連結され受風面５ａにおいて風を受けて回転する複数のブレード５とを有し、複数のブレード５は、各ブレード５の受風面５ａにおいて受けた風を他のブレード５の受風面５ａに導き、かつ、各々の受風面５ａの面積のうち、回転部材１０の回転軸から離れた領域の面積が回転軸に近い領域の面積よりも大きい形状を有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サボニウス型風車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風車の一種として、サボニウス型風車が知られている。図７（ａ）はサボニウス型風車の原理を述べるための従来のサボニウス型風車の構成を示す斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すサボニウス型風車５００における風の流れを示す図である。
【０００３】
図７（ａ）に示すように、サボニウス型風車５００は、所定の回転軸を中心に回転する伝動軸３ｐと、風を受けて伝動軸３ｐとともに回転する複数のブレード５ｐとを有する。図７（ａ）においては、２枚のブレード５ｐが接続部材８ｐを介して伝動軸３ｐに連結されている。
各ブレード５ｐは、たとえば、半円筒状をしており、湾曲した内周面が伝動軸３ｐのまわりを取り囲むように接続部材８ｐに設置される。この内周面が、風を受ける受風面５ｐ＿ａとなる。このとき、２つのブレード５ｐは、受風面５ｐ＿ａが互いに対向して一部オーバーラップするように設置される。
【０００４】
ブレード５ｐの材料としては、従来はたとえば鉄やＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）が使用されており、強度を確保するために図７（ａ）に示すように様々な位置に補強材９が用いられていた。接続部材８ｐも、受風面５ｐ＿ａを支持するようにブレード５ｐに取付けられており、補強材としての機能を有するといえる。
【０００５】
図７（ａ）に示す風車５００に風が当たった場合に、図７（ｂ）に示すように、一方のブレード５ｐの受風面５ｐ＿ａに当たる風の風圧による力（これを風圧力という）をａ、他方のブレード５ｐの受風面５ｐ＿ａとは反対側の面に当たる風の風圧力をｂとする。風圧力ｂは、風圧力ｂ１と風圧力ｂ２との２つの風圧力に別れると考えられる。
風圧力ａと風圧力ｂとが同じ大きさであるとすると、ａ＋ｂ１＞ｂとなり、風圧力ａと風圧力ｂ１とが風車５００を回転させる力として働くため、風車５００は矢印ＲＤ方向に回転する。
また、一方のブレード５ｐの受風面５ｐ＿ａに当たった風は湾曲した受風面５ｐ＿ａに沿って伝動軸３ｐ側に集まり、他方のブレード５ｐの受風面５ｐ＿ａに当たる。これにより、図７（ｂ）に示すように風圧力ｃが生じる。この風圧力ｃは風圧力ｂの一部を相殺し、風車５００を回転させる力として働く。したがって、最終的にａ＋ｂ１＋ｃ＞ｂとなり、この風圧力ｃにより風車５００の回転効率が上昇する。これがサボニウス型風車の原理である。
【０００６】
サボニウス型風車においては、回転効率を向上させるためにこれまで様々な工夫がなされてきた。たとえば、特許文献１には、回転軸を中心とした半径方向の両端部から中央部に至るに従ってブレードの高さが小さくなり、かつ、受風開口部から奥部に至るに従って間隔が狭くなるようにブレードの上下の辺に天板および底板を設けたサボニウス型風車が開示されている。
特許文献１に記載のサボニウス型風車によれば、ブレードの余分な受風面が削除されるためブレードの背圧が減少し、また、風車の重量が減少する。その結果、風車の回転効率が上昇する。なお、風車の回転効率は、風車の回転を変換して得られる電力や動力の発生効率に直接的に関係する。
さらに、天板および底板が受風開口部側に向かって広がるように設けられているため、開口部内における堆積物が自動的に排出され、風車の回転停止等の不都合を防止することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５８−１６２７７６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえば、特許文献１に記載のサボニウス型風車では、受風開口部の両端部が中央部よりも高くなる。このため、受風開口部の中央部を過ぎて伝動軸３ｐ側の端部に流れた風の風速は低下し、図７（ｂ）における風圧力ｃを増加させることはできなかった。このため、回転効率の上昇の観点では未だ改良の余地がある。
【０００９】
また、サボニウス型風車は回転開始に必要な風速が比較的小さい、ほとんど無騒音である等の利点を有するが、このような利点を活かしサボニウス型風車をさらに活用するためにも、回転効率のさらなる向上が望まれている。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、回転効率を向上させることが可能なサボニウス型風車を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る風車は、回転軸まわりに回転する回転部材と、当該回転部材に連結され受風面において風を受けて回転する複数のブレードとを有し、当該複数のブレードは、各々の前記受風面において受けた風を他の前記受風面に導き、かつ、前記受風面の前記回転軸から離れた領域の面積が前記回転軸に近い領域の面積よりも大きい形状を有する風車である。
【００１２】
本発明においては、回転部材に連結された複数のブレードのうちのあるブレードの受風面に風が当たる。このとき、この受風面は回転部材の回転軸から離れた領域の面積が回転軸に近い領域の面積よりも大きい形状となっている。受風面のうち、回転軸から離れた領域に当たった風は、回転軸に近い領域に当たった風よりもより大きな回転トルクを発生させる。回転軸から離れた領域に当たった風は受風面に沿って回転部材側へ流れ、他のブレードの受風面に導かれる。他のブレードの受風面に導かれて当たった風はさらに回転トルクを発生させる。その結果、回転部材と共にブレードが効率的に回転する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら述べる。
【００１４】
第１実施形態
図１は、本発明に係るサボニウス型の風車の第１実施形態を示す構成図であり、図１（ａ）は平面図を、図１（ｂ）は立面図をそれぞれ示している。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、第１実施形態に係る風車１は、ロータ７と、伝動軸３と、増速機１６と、発電機１８とを有する。
ロータ７は、複数のブレード５と、接続部材８とをさらに有する。
【００１５】
伝動軸３は、たとえば、円柱状に形成する。伝動軸３は、一部が突出するように、図示しない軸受により支持されて支柱１４の内部に回転自在に設置される。支柱１４は、たとえば、地面等の設置場所に立設される。
支柱１４内に支持された伝動軸３は、その中心軸を回転軸として回転する。
【００１６】
伝動軸３の支柱１４の内部側の端部には、増速機１６が接続される。伝動軸３が、増速機１６の入力軸となる。
増速機１６は、入力軸である伝動軸３の回転力を利用して、出力軸の回転速度を上昇させる。
【００１７】
増速機１６の出力軸は、発電機１８にさらに接続される。
発電機１８は、増速機１６の出力軸の回転力を利用して発電を行なう。
たとえば、クランク機構やギヤの組み合わせにより、増速機１６の出力軸の回転力を、電力以外の動力に変換することも可能である。
【００１８】
伝動軸３の支柱１４から突出している端部にロータ７が接続される。ロータ７と伝動軸３とは一体となって回転する。
ロータ７は、その接続部材８を介して伝動軸３に接続される。本実施形態においては、接続部材８は所定距離をあけ伝動軸３に沿って上下に互いに対向させた２枚の三角形状の板からなる。このような接続部材８は、上下に対向する対向面を伝動軸３に直交させて伝動軸３に取付けられる。
なお、本発明における回転部材の一実施態様が、一体となって回転する伝動軸３と接続部材８とに相当する。
【００１９】
上記接続部材８に、接続部材８および伝動軸３を回転させるためのブレード５を複数接続する。
複数のブレード５は、回転のために風を受ける受風面５ａが、回転方向に対して同じ側に揃うように配置される。
また、本実施形態に係る風車１はいわゆるサボニウス型の風車であり、複数のブレード５は、それぞれの受風面５ａにおいて受けた風を他のブレード５の受風面５ａに導くように配置する。
【００２０】
ブレード５の個数は、後述するようにブレード５によって生じる風の流れの力を有効に利用できるように、２枚、もしくは３枚以上の奇数枚とする。
本実施形態においては、３枚のブレード５を、三角形状の接続部材８の各辺に１枚ずつ接続する。
【００２１】
図２（ａ），（ｂ）は１枚のブレード５の詳細について述べるための図であり、図２（ａ）は斜視図を、図２（ｂ）は図２（ａ）および図１（ａ）に示すブレード５の端面ＳＶ１の拡大図をそれぞれ示している。
各々のブレード５は、たとえば、複合板を用いて形成する。複合板とは、心材を２枚の単板で挟んで一体構成した板のことである。心材としては、軽量化と強度確保の両立のために空気率の高い材料を用いることが好ましい。なお、空気率とは、全体の質量に対する空気の質量の割合である。
【００２２】
本実施形態においては、複合板として、アルミニウム製のハニカム心材６ｂの両面にアルミニウムパネル６ａをそれぞれ接合したアルミニウムハニカムパネルを用いる。
ハニカム心材６ｂは、端面ＳＶ１に直交する方向ＶＰ側から見ると蜂の巣状の貫通孔が多数形成されたパネルである。蜂の巣状、即ち六角形状の貫通孔の一辺の長さは、たとえば、１０ｍｍである。
【００２３】
アルミニウムパネル６ａの厚さは、たとえば、１ｍｍである。
たとえば、アルミニウムパネル６ａはハニカム心材６ｂに接着接合される。
アルミニウムハニカムパネル全体としての厚さＡは、たとえば、５０ｍｍ程度である。
以上のようなアルミニウムハニカムパネルの空気率は、９５％程度である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、各ブレード５は湾曲部ｃｐを有する。湾曲部ｃｐの曲率半径をＲ１とする。アルミニウムハニカムパネルは曲面加工が容易であるため、このような湾曲部ｃｐを有する形にブレード５を製造することができる。
【００２５】
各ブレード５は、湾曲部ｃｐの内側に伝動軸３が位置するように接続部材８に接続される。
各ブレード５の伝動軸３側の面が受風面５ａとなる。受風面５ａが受ける風による力のうち、伝動軸３の回転軸に直交する方向の力が回転部材１０を回転させる力となる。このため、受風面５ａが可能な限り伝動軸３の回転軸に直交する方向の力を受けられるようにブレード５を接続部材８に接続することが好ましい。
【００２６】
また、伝動軸３に直交する方向、即ち半径方向をブレード５の長さ方向とし、図１（ａ）に示すようにブレード５の長さをＬとする。
一方、伝動軸３の回転軸方向に平行な方向をブレード５の幅方向とする。図２（ａ）に示すように、本実施形態におけるブレード５は、受風面５ａの伝動軸３側の幅Ｈ２よりも半径方向外側の端部の幅Ｈ１を大きくして、受風面５ａのうち、伝動軸３の回転軸から離れた領域５ａ＿１の面積を、回転軸に近い領域５ａ＿２の面積よりも大きくしている。
【００２７】
半径方向に沿った方向において、受風面５ａの両端部間の幅は必ずしも漸次変化する必要はない。しかし、本実施形態においては、受風面５ａの形状が部分的に変化することにより受風面５ａに当たって通過する風が乱れる等の不都合が発生することを防止するために、回転軸の側から回転軸から離れる方向に向かうに従って面積が大きくなる形状に受風面５ａを形成する。
【００２８】
また、受風面５ａの形状は必ずしも対称な形状である必要はないが、本実施形態においては、ブレード５が受風面５ａにおいて均一に力を受け、ロータ７が滑らかに回転するように、中心軸ＡＸに対して線対称となるように受風面５ａを形成する。
したがって、図１（ｂ）に示すような、長さ方向における伝動軸３とは離れた方向の端部での中心軸ＡＸからの幅Ｍは、Ｍ＝（Ｈ１）／２となる。
【００２９】
さらに好適には、風の力を効率的に利用するために、本実施形態に係るブレード５は、受風面５ａにおいて受けた風を伝動軸３側に向けて絞って導くリブを受風面５ａに有する。
本実施形態においては、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ブレード５の受風面５ａの周縁部のうち、伝動軸３の回転軸に向かう周縁部に沿うようにリブ１２を設けている。
【００３０】
リブ１２は、たとえば、アルミニウムを用いて形成する。
リブ１２は、たとえば、接着によりアルミニウムハニカムパネルに接合される。図２（ｂ）に示すように、受風面５ａから突出したリブ１２の長さをＮとする。
【００３１】
たとえば、ボルトおよびナットを用いてリブ１２を接続部材８に接続することにより、ブレード５が接続部材８に接続される。
アルミニウムハニカムパネル製のブレード５は比重が小さく、またブレード５自身を支えるだけの強度を有する。このため、ブレード５は自重により変形することがない。その結果、本実施形態に係るブレード５には、図７（ａ）において従来例として示した補強材９が不要である。
【００３２】
また、本実施形態に係るブレード５を用いて構成されるロータ７は、その軽さと強度の高さから、風速６０ｍ／ｓ程度の風にも耐え得る可能性がある。
【００３３】
風車１の回転効率を上げるためには、ブレード５の長さＬと幅Ｈ１，Ｈ２との比は、Ｌ：Ｈ１：Ｈ２＝１：０．５：０．１程度から１：４：０．８程度までが好ましい。
風車１によりある程度高い電力を得ようとする場合には、たとえば、長さＬを約２ｍ、幅Ｈ１を約３ｍ、幅Ｈ２を約０．６ｍとする。
また、湾曲部ｃｐの曲率半径Ｒ１の大きさを約２ｍとする。
図１（ｂ）に示すように、ブレード５のリブ１２を設ける周縁部を滑らかな凹形状にした場合には、その周縁部の曲率半径Ｒ２は、たとえば、約２ｍとする。
【００３４】
取扱い性を向上させるために風車１を小型にし、かつ発電も行なわせる場合には、たとえば、長さＬを約１ｍ、幅Ｈ１を約１．５ｍ、幅Ｈ２を約０．３ｍとする。
また、湾曲部ｃｐの曲率半径Ｒ１の大きさを約１ｍとする。
【００３５】
ある程度の電力を確保する場合と小型化する場合のいずれの場合においても、リブ１２の長さＮは受風面５ａが受けた風を十分に捉えて伝動軸３側に導くことができるだけの長さがあればよいが、たとえば、Ｎ＝１００ｍｍとする。
【００３６】
図１（ａ）に示すように矢印ＷＤで示される風向きの風がロータ７に当たるとする。ロータ７の各ブレード５の受風面５ａに当たった風は、受風面５ａが伝動軸３を取り囲むように湾曲しているため、受風面５ａに沿って伝動軸３側に向かって流れるように導かれる。
受風面５ａの伝動軸３に向かう周縁部にはリブ１２が設けられているため、受風面５ａに当たった風はリブ１２に捉えられ、より効率的に伝動軸３側に導かれる。
このとき、対向配置されている２つのリブ１２は伝動軸３側に向かうに従ってリブ１２間の間隔が小さくなるように設置されているため、風は伝動軸３側に向かうに従ってリブ１２により絞られる。その結果、伝動軸３側に向かうに従って風の流速が上がる。
【００３７】
リブ１２に導かれることにより風速が上がった風は、２枚の板状の接続部材８の間を通り、図１（ａ）の矢印ＷＣに示すように他のブレード５の受風面５ａに向かって流れる。
図７の説明においてサボニウス型風車の原理として述べたように、ある受風面５ａに当たる風の風圧力とこの受風面５ａに当たった風が他の受風面５ａに導かれて当たったときに生じる風圧力との和は、ブレード５の受風面５ａとは反対側の面に当たる風による抵抗力よりも大きくなるため、ロータ７は矢印ＲＤ方向に回転する。
【００３８】
ロータ７が回転することにより伝動軸３が回転する。
伝動軸３に接続されている増速機１６により、伝動軸３の回転速度よりも高い回転速度で増速機１６の出力軸が回転される。
この増速機１６の出力軸の回転を利用して、発電機１８によって発電が行なわれる。
【００３９】
以上のように、第１実施形態に係る風車１においては、各ブレード５の受風面５ａを、伝動軸３から離れた領域５ａ＿１の面積が伝動軸３に近い領域５ａ＿２の面積よりも大きい形状にする。これは、図２（ａ）に示すように、伝動軸３側の余分な領域５ｂの部分を除去することを意味する。このため、各ブレード５が軽量化され、かつ、余分な抵抗面が存在しないことになる。領域５ｂを除去したとしても、回転効率に直結する遠心力や回転モーメントの上昇に寄与する領域５ａ＿１の部分にはほとんど影響がない。
したがって、ロータ７を回転させ始めるために必要な風の力は従来よりも小さくなり、かつ、ロータ７の回転モーメントは増加するため、ロータ７の回転効率が向上する。ロータ７は、たとえば、１．０ｍ／ｓ〜１．５ｍ／ｓ程度の風速で回転を開始することが可能である。
また、ブレード５を大型化する場合にも、領域５ｂを除去しているため受風面５ａの面積は相対的に小さくなる。このため、ブレード５を大型化してもブレード５の質量は相対的に小さくなり、発電量を確保するためにブレード５および風車１を大型化することが容易になる。
【００４０】
たとえば、アルミニウムハニカムパネルを用いてブレード５を形成した場合には、アルミニウムハニカムパネルの比重が小さいため、上述したような軽量化に伴う効果がさらに顕著になる。
アルミニウムハニカムパネルにより形成したブレード５は自重を支えるだけの強度を有するため補強材の必要がなく、この点でもロータ７の軽量化に寄与する。
【００４１】
また、第１実施形態のように、伝動軸３に向かうに従って受風面の幅が小さくなるようにブレード５を形成した場合には、ブレード５のラインが滑らかになり、また、ボリューム感が減少する。このため、景観に及ぼす影響を抑制することができる。アルミニウムハニカムパネルを用いて補強材を用いることなくブレード５を形成することは、ボリューム感の減少にさらに効果的である。
このような、景観に及ぼす影響を抑制可能な形状にブレード５を形成することの効果は、ブレード５を大型化したときにさらに顕著になる。
ブレード５を景観に影響を及ぼさない形状にしたことにより、たとえば、家庭や公園等の公共の場に風車１を設置し易くなり、サボニウス型の風車１の利用促進を図ることができる。
【００４２】
さらに、本実施形態においては、リブ１２を設けることにより、ある受風面５ａに当たった風が他の受風面５ａに導かれるときの風速を増加させ、他の受風面５ａに当たったときに発生する風圧力を大きくすることができる。この風圧力は、図７を用いてサボニウス型風車の原理について述べたときの風圧力ｃに相当する。風圧力ｃが従来の場合よりも増加するため、ロータ７の回転効率、および風車１の発電効率が従来よりも向上する。
【００４３】
変形形態
ブレード５の形状は、第１実施形態において示した形状に限らない。以下では、ブレードの形状を変更した、第１実施形態の変形形態について述べる。
図３（ａ），（ｂ）が、第１実施形態の変形形態に係るブレードの平面図である。図３（ａ）が第１の変形形態を表わし、図３（ｂ）が第２の変形形態を表わしている。
なお、本変形形態に係る風車は、ブレードの形状以外は第１実施形態に係る風車１と同じである。したがって、同じ構成要素については同じ符号を付して用い、詳細な記述は省略する。
【００４４】
図３（ａ）に示す第１の変形形態に係るブレード５０は、リブ１２を設けるべき伝動軸３側に向かう周縁部の辺５０Ｓを直線にしたブレードである。
【００４５】
図３（ｂ）に示す第２の変形形態に係るブレード５１は、リブ１２を設けるべき伝動軸３側に向かう周縁部の辺５１Ｓを、凹状に窪ませた第１実施形態に係るブレード５とは反対に凸状に膨らませたブレードである。
【００４６】
ブレード５０およびブレード５１のいずれにおいても、長さＬと幅Ｈ１，Ｈ２との比は、第１実施形態の場合と同様の関係になるようにする。
また、ブレード５０，５１において、伝動軸３側の端部とは反対側の端部に曲率を設ける場合には、丸みが感じられる程度にするために、その曲率半径Ｒ３は、たとえば、約１０ｍとする。
辺５１Ｓの曲率半径については、たとえば、第１実施形態に係るブレード５のリブ１２を設けた周縁部と同じ曲率半径Ｒ２とする。
【００４７】
以上のような形状のブレード５０，５１によっても、軽量化および軽量化に起因する回転効率の向上等の効果を得ることができ、ブレードの設計の自由度が増す。
また、ブレード５０，５１の場合にも従来のブレードよりはボリューム感が減少し、第１実施形態の場合と同様に景観への影響を抑制することができる。
【００４８】
第２実施形態
上記変形形態は、リブ１２を設ける周縁部の辺の形状を変えた形態であった。以下では、ブレード５の受風面５ａの形状を変えた例を第２実施形態として挙げる。
【００４９】
図４は本発明に係るサボニウス型の風車の第２実施形態を示す構成図である。第２実施形態に係る風車１００は、ブレード５の代わりにブレード６０を用いている。これ以外の点は第１実施形態に係る風車１と同じであるため、同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記述は省略する。
図４において、（ａ）は風車１００の平面図を、（ｂ）は立面図を、（ｃ）は図４（ａ）におけるブレード６０の端面ＳＶ２をそれぞれ示している。
【００５０】
第２実施形態に係るブレード６０は、第１実施形態に係るブレード５と同様に、あるブレード６０に当たった風が図４（ａ）の矢印ＷＣに示すように他のブレード６０に向かって流れるように受風面６０ａが形成されている。
また、伝動軸３の回転軸方向に沿った方向における受風面６０ａの幅が、伝動軸３側から伝動軸３から離れる方向に向かうに従って漸次大きくなっている。
【００５１】
本実施形態においては、以上のようなブレード６０の受風面６０ａに、図４（ｃ）に示すような凹凸部６０ａ＿ｄを設ける。
凹凸部６０ａ＿ｄは、たとえば、ブレード６０の作成に用いる単板を折り曲げることによって形成する。
ブレード６０を折り曲げることにより、図４（ｂ）に示すような筋状、またはひだ状の凹凸部６０ａ＿ｄが形成される。凹凸部６０ａ＿ｄの形成によって生じる筋６０ａ＿ｇの方向は、図４（ｂ）に示すように、受風面６０ａに当たった風が伝動軸３側に導かれて流れるような、端面ＳＶ２側から伝動軸３側に向かう方向とする。なお、単板を折り曲げるのではなく、凹凸部６０ａ＿ｄと同じ形状を有する部材を単板に接合することによってブレード６０を形成することもできる。
【００５２】
以上のような凹凸部６０ａ＿ｄを有するブレード６０は、筋６０ａ＿ｇに直交する伝動軸３に沿った方向に凹凸が並ぶことになる。この凹凸部６０ａ＿ｄが伝動軸３に沿う方向の力に対する支持部材としての役目を果たすため、伝動軸３に沿う方向の力に対する強度が上昇する。
【００５３】
また、受風面６０ａに直交する方向に対しても、凹凸部６０ａ＿ｄが存在することにより、凹凸部６０ａ＿ｄの凸部の高さと同じ厚さＢを有する板と同程度の強度になると考えられる。
厚さ方向における強度は、凹凸部６０ａ＿ｄの凸部の高さを変更することにより調整可能である。
【００５４】
以上のように、ブレード６０は、凹凸部６０ａ＿ｄの存在により強度が上昇する。このため必ずしもアルミニウムハニカムパネル等の複合板を用いてブレード６０を形成する必要はない。
たとえば、鉄やＳＵＳ等の各種スチール、アルミニウム単板、ＦＲＰを用いてブレード６０を形成することができる。鉄やＲＦＰを用いたときにも、凹凸部６０ａ＿ｄが存在する形状にブレード６０を形成することにより、図７（ａ）に示すような補強材９は必要ない。図４（ｃ）においては、ブレード６０の受風面６０ａとは反対側の面６０ｃに部材を存在させているが、これはブレード６０の回転時の抵抗を減少させる等の目的のためである。
【００５５】
本実施形態においては、筋６０ａ＿ｇが第１実施形態のリブ１２と同じ役割を果たし、受風面６０ａが受けた風を捉えて伝動軸３側に導く。
その際に、筋６０ａ＿ｇの幅は伝動軸３側に向かうに従って狭くなっているため、伝動軸３側に向かうに従って風の流速が上昇する。したがって、第１実施形態の場合と同様に、矢印ＷＣで示すような他のブレード６０の受風面６０ａに当たる風の風圧力が増加する。
上記のように流れる風による風車１００の動作は第１実施形態の風車１と同じであるため、詳細な記載は省略する。
【００５６】
以上のように、第２実施形態によれば、凹凸部６０ａ＿ｄを有する形状にすることにより、従来は補強材９が必要であった材料を用いた場合にも、補強材９を用いることなくブレード６０を形成することができる。
補強材９を用いることなくブレード６０を構成すること、および、伝動軸３側の受風面６０ａの面積をより小さくすることによる効果は、第１実施形態およびその変形形態の場合と同じである。
【００５７】
第３実施形態
これまでの実施形態においては、風車のロータはそのまま外部に露出していた。以下では、第３実施形態として、所定の覆いによりロータを覆ったサボニウス型風車について述べる。
【００５８】
図５が、第３実施形態に係る風車２００を示す構成図である。図５において、（ａ）は風車２００の平面図を、（ｂ）は（ａ）における断面Ｉ−Ｉから見た断面図をそれぞれ示している。
図５（ａ），（ｂ）に示すように、風車２００は、サボニウス型風車の原理に基づいて回転部材１０を回転させるブレードとして銀杏形のブレード６１を用い、このブレード６１を用いたロータ７０を覆うような金網８０を有している。また、電球等の発光体Ｌｔをブレード６１と金網８０とに適宜取付けている。
これらの点以外は、第３実施形態に係る風車２００の構成および動作はこれまでの実施形態に係る風車と同じであるため、同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記述は省略する。
【００５９】
これまでの実施形態と同様に、ブレード６１の受風面は、伝動軸３側の領域の面積が小さく、伝動軸３から離れた領域の面積が大きくなっている。そして、ブレード６１は、伝動軸３の回転軸に直交する方向から見たときに銀杏状になるように形成されている。
また、第３実施形態においては、ブレード６１の周縁部をなす辺のうち、伝動軸３側に向かう辺だけでなく、伝動軸３とは反対側の辺にもリブ１２０を設けている。
【００６０】
たとえば、伝動軸３に沿う方向におけるブレード６１の最大幅Ｈ３は、約３５０ｍｍとする。接続部材８に接続されたブレード６１の回転半径Ｒ４は、たとえば、約３５０ｍｍとする。
このように、ブレード６１のサイズをこれまでの実施形態におけるブレード５，５０，５１，６０のサイズよりも小さくした場合には、ブレード６１の自重が小さくなる。その結果、ブレード６１は自重を支えることができるようになる。したがって、アルミニウムハニカムパネルに限らず、鉄やＦＲＰ、プラスチック等の各種樹脂などの材料を用いてブレード６１を形成した場合にも補強材９が不要となる。
以上のようなブレード６１を用いた場合にも、これまでの実施形態と同様に、ロータ７０の回転効率の向上という効果を得ることができる。
【００６１】
金網８０には網目状のクリンプ金網を用いる。金網８０の材料としては、たとえば、鉄やステンレス等の金属を用いることができる。
【００６２】
金網８０は、たとえば、伝動軸３に沿う方向または直交する方向に沿って接合される２つの半球状の部分にわけて製造される。ここでは、伝動軸３に直交する面において上下方向に２つにわけて形成するものとする。金網８０のうち下側の半球状の部分は、留め具８２ａにより支柱１４に固着される。このとき、伝動軸３は金網８０に対しては回転自在となっている。
次に、接続部材８を介してブレード６１を伝動軸３に接続、固定してロータ７０を組立てる。
ロータ７０を覆うように金網８０の上側の半球状の部分を下側の半球状の部分に重ねて接合する。上下の半球状の部分は、たとえば、図５（ｂ）に示すように側面の接合部を留め具によって固定して分解可能に接合することができる。
以上により風車２００が完成する。
風車２００において、金網８０は支柱１４に対して固定されているが、ロータ７０および伝動軸３は支柱１４に対して回転自在である。
【００６３】
以上により、ロータ７０が金網８０によって覆われ、金網８０の内部にロータ７０が配置されることになる。
金網８０とブレード６１との間には、ブレード６１の回転に影響を及ぼさないように、ある程度の大きさの隙間が存在するようにしておく。
【００６４】
ブレード６１と金網８０とには、発光体Ｌｔを取付けることが可能である。発光体Ｌｔは、金網８０のうち、ロータ７０の回転に影響を及ぼさない場所に取付ける。
発光体Ｌｔとしては、たとえば、電球や発光ダイオードを用いる。
発光体Ｌｔの発光のための電力は、風車２００の発電機１８から供給する。公知のスリップリング機構を用いれば、回転するブレード６１に容易に電力を供給することが可能である。
【００６５】
たとえば、風車２００に対して、矢印ＷＤによって示される風向で風が吹くとする。風は、金網８０の隙間を通って金網８０の内部に流入する。この風により、これまでの実施形態と同様にロータ７０が矢印ＲＤ方向に回転する。このとき金網８０は固定されており回転しない。
ロータ７０の回転により、これまでと同様に、発電機１８によって発電が行なわれる。
発電機１８が生成した電力によって発光体Ｌｔが発光する。金網８０の内部において発せられた光は、金網８０の隙間から金網８０の外部に漏れる。
【００６６】
以上のように、本実施形態によれば、金網８０が存在するため、金網８０にある程度自由に発光体Ｌｔを配置することができ、発光体Ｌｔの配置の自由度が向上する。
発光体Ｌｔを備え、サイズを小さくした風車２００は、原動機としてだけではなく、たとえば道路や公園等の場所における街灯等の照明装置として用いることができる。
また、慣用されている金網を使用し、ブレード６１の材料として鉄やＦＲＰ等の従来から用いられている材料を用いることができるため、風車２００の製造コストの上昇を抑制することが可能であり、風車２００を安価に提供することができる。
【００６７】
第４実施形態
以下では、得られるエネルギーの増大化を図るために、上記第１〜第３実施形態に係る風車のロータを複数個用いた風車について述べる。
【００６８】
風は、低い位置においては弱く、高い位置ほど強く吹く傾向がある。本実施形態に係る風車は、このような風の特性を最大限に活用するためのものである。
図６は、本実施形態に係る風車の構成を示した立面図である。
図６に示すように、本実施形態にかかる連結型風車３００は、複数のロータ７０＿１，７０＿２，７０＿３，７０＿４と、連通軸４０と、複数の増速機１６＿１，１６＿２，１６＿３と、支柱１４とを有する。
本実施形態においては、図６に示すように４個のロータと３個の増速機を用いた例を挙げているが、ロータおよび増速機の数は、大きさや質量などの点から物理的な限界に達するまで適宜増やすことができる。
【００６９】
複数のロータ７０＿１〜７０＿４には複数の伝動軸３１，３２，３３，３４がそれぞれ接続され、ロータ７０＿１〜７０＿４と一体となっている。
各伝動軸３１〜３４および各増速機１６＿１〜１６＿３はそれぞれ内周側に連通軸４０を収容可能な中空構造を有している。
【００７０】
支柱１４は、たとえば、地面等の設置場所に立設される。
支柱１４から延長するように連通軸４０が支柱１４に接続されて固定される。
図６に示すように、低い位置から高い位置に向かって順に、ロータ７０＿４、増速機１６＿３、ロータ７０＿３、増速機１６＿２、ロータ７０＿２、増速機１６＿１、ロータ７０＿１が、内周側に連通軸４０を連通させ連通軸４０に沿って連結配置される。
【００７１】
各増速機１６＿１〜１６＿３は連通軸４０に固定される。
伝動軸３１が増速機１６＿１の入力軸となり、伝動軸３２が増速機１６＿１の出力軸かつ増速機１６＿２の入力軸となる。また、伝動軸３３が増速機１６＿２の出力軸かつ増速機１６＿３の入力軸となる。そして、伝動軸３４が増速機１６＿３の出力軸となる。
また、図示はしないが、伝動軸３４には前述の実施形態において用いたような発電機がさらに連結しているものとする。
【００７２】
各伝動軸３１〜３４とそれぞれ一体化した各ロータ７０＿１〜７０＿４は、連通軸４０を中心として自在に回転可能である。ただし、連通軸４０は回転しない。
ロータ７０＿１〜７０＿４としては、第１〜第３実施形態に係るロータを適宜組み合わせて用いることができる。
下側のロータのブレードほど受風面の面積を大きくして質量を大きくすることが、回転により得られるエネルギーを蓄えておく観点から好ましい。
前述のように、連通軸４０に直交する半径方向において、第１〜第３実施形態に係るロータの各ブレードの受風面の面積は、外側の領域ほど大きい。このため基本的には各ブレードの質量は半径方向外側に向かうほど大きいが、各ブレードの回転時の遠心力および回転モーメントをさらに大きくするため、各ブレードの半径方向外側に重りを取付けてもよい。
【００７３】
増速機１６＿１〜１６＿３に関しては、下側の増速機ほど負荷が大きくなるように設定する。
【００７４】
図６に示す矢印ＷＤ方向の風向きの風が吹く場合を考える。
風を受けた各ロータ７０＿１〜７０＿４はそれぞれ所定方向に回転する。このとき、伝動軸３１の回転は増速機１６＿１により伝動軸３２の回転に利用される。伝動軸３２の回転は増速機１６＿２により伝動軸３３の回転に利用される。伝動軸３３の回転は増速機１６＿３により伝動軸３４の回転に利用される。
伝動軸３４の回転を利用して、図示しない発電機により発電が行なわれる。
【００７５】
高い位置ほど風は強く吹く傾向にあり、また、最も上方の増速機１６＿１の負荷が最も小さいため、最も上方のロータ７０＿１が最初に回転を始める傾向にある。
上述のように、ロータ７０＿１の回転は、伝動軸３１〜３４および増速機１６＿１〜１６＿３を介して最も下方のロータ７０＿４まで伝達される。
したがって、たとえば、上方側のロータのみが回転を開始できる程度の風の状態であったとしても、下方側のロータも回転させることができる。また、半径方向外側に向かうほどロータ７０＿１〜７０＿４のブレードの質量が大きくなっている。このためブレードの回転時の遠心力および回転モーメントが有効に働き、始動した各ロータ７０＿１〜７０＿４の回転力が増加し、かつ、回転時間が延長する。したがって、風力が小さくとも効率的に発電を行なうことが可能になる。
さらに、下側のロータほど受風面の面積を大きくして質量を大きくしているため、回転により得られたエネルギーをより多く蓄えておくことができる。
【００７６】
以上のように、本実施形態に係る風車３００によれば、連通軸４０に沿ってロータを複数設けることにより、風力が小さくとも各ロータを回転させることができるようにしている。このため、風車３００から得られる電力等のエネルギーを増加させることができる。風車３００の各ロータは上記実施形態１〜３のように回転効率が従来よりも向上しているため、従来よりも効率的にエネルギーを得ることができる。
また、各ロータ７０＿１〜７０＿４および各増速機１６＿１〜１６＿３を上下方向に沿って連結するだけで風を有効利用することができる。このため、風車３００の製造や設置のコスト上昇を抑制し、安価に提供することができる。
【００７７】
なお、本発明は上記の実施形態１〜４および図面に記載の内容に限定されず、材料や形状、数値等の条件は、特許請求の範囲内において適宜変更可能である。
たとえば、ブレード５等の各ブレードと回転部材１０とは、一体として形成してもよい。また、第２〜４実施形態においてアルミニウムハニカムパネルを用いて各ブレードを形成してもよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、回転効率を向上させることが可能なサボニウス型風車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る風車の第１実施形態を示す構成図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は立面図をそれぞれ示している。
【図２】図１に示す風車のブレードの詳細について述べるための図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は（ａ）における端面ＳＶ１の拡大図をそれぞれ示している。
【図３】第１実施形態の変形形態に係るブレードの平面図であり、（ａ）は第１の変形形態を、（ｂ）は第２の変形形態をそれぞれ表わしている。
【図４】本発明に係る風車の第２実施形態を示す構成図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は立面図を、（ｃ）は（ａ）における端面ＳＶ２をそれぞれ示している。
【図５】本発明に係る風車の第３実施形態を示す構成図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）における断面Ｉ−Ｉから見た断面図をそれぞれ示している。
【図６】本発明に係る風車の第３実施形態の構成を示した立面図である。
【図７】（ａ）はサボニウス型風車の原理を述べるための従来のサボニウス型風車の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すサボニウス型風車における風の流れを示すための図である。
【符号の説明】
１，１００，２００…風車
３，３１，３２，３３，３４…伝動軸
５，５０，５１，６０，６１…ブレード
５ａ，６０ａ…受風面
７，７０，７０＿１〜７０＿４…ロータ
８…接続部材
１０…回転部材
１２…リブ
１４…支柱
１６，１６＿１〜１６＿３…増速機
１８…発電機
８０…金網
３００…連結型風車
Ｌｔ…発光体

Claims (6)

1. 回転軸まわりに回転する回転部材と、
   前記回転部材に連結され受風面において風を受けて回転する複数のブレードとを有し、
   前記複数のブレードは、各ブレードの前記受風面において受けた風を他のブレードの前記受風面に導き、かつ、各々の前記受風面の前記回転軸から離れた領域の面積が前記回転軸に近い領域の面積よりも大きい形状を有する風車。
2. 前記ブレードは、前記受風面において受けた風を前記回転軸側に向けて絞って導くリブを前記受風面に有する請求項１に記載の風車。
3. 前記受風面の前記回転軸側へ向かう周縁部を、前記回転軸から離れた方向から当該回転軸に向かう方向に従って幅が漸次減少する凹形状とした請求項１または２に記載の風車。
4. 前記ブレードの前記回転軸側へ向かう周縁部に沿って前記リブを設けた請求項２または３に記載の風車。
5. 前記受風面は、当該受風面が受ける風を前記回転軸側に向けて導く筋状凹凸部を有する請求項１〜４のいずれかに記載の風車。
6. 前記複数のブレードを備えるロータを、前記回転軸に沿った方向に複数設けた請求項１〜５のいずれかに記載の風車。

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