JP2005053347A

JP2005053347A - 回転翼

Info

Publication number: JP2005053347A
Application number: JP2003286536A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Tanaka; 一男田中
Original assignee: Campus Create Co Ltd
Current assignee: Campus Create Co Ltd
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】上昇力や推進力を持つことができる回転翼を提供する。
【解決手段】アクチュエータ７により第２回転中心４を第１回転中心１から偏心させておく。ついで、駆動部６により第１リンク２を同一方向に回転させる。これにより、第１リンク２は、第１回転中心１を中心として回転する。第１リンク２が回転すると、翼部材３を介して、第２リンク５が、第２回転中心４を中心として回転する。すると、空気流に対する翼部材３の迎角は、第１リンク２の回転角に応じて変化する。
この回転翼では、翼部材３の迎角が回転角により変化するので、回転翼全体として、上昇力Ｆと推進力Ｔとが発生し、これらの合成力を回転翼に与えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、サイクロジャイロ翼と呼ばれる回転翼の機構に関するものである。

サイクロジャイロ翼は１９３０年代から提案されている。しかしながら、上昇力や推進力を持ちうる機構は未だ提案されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、上昇力や推進力を持ちうる機構を備えた回転翼を提供しようとするものである。

本発明の回転翼は、第１回転中心と、第１リンクと、翼部材と、第２回転中心と、第２リンクとを備えている。第１リンクは、第１回転中心からその外側方向へ延長されており、かつ、第１回転中心に対して回転可能となっている。翼部材は、第１リンクに対して回動可能な状態で取り付けられている。第２回転中心は、第１回転中心から偏心させられている。第２リンクは、第２回転中心と翼部材との間を連結しており、かつ、第２回転中心に対して回転可能となっている。さらに、第２リンクは、第２回転中心と翼部材との間における離間距離を一定に保持している。

前記翼部材は、対称翼の形状となっていることが好ましい。

本発明の回転翼は、アクチュエータをさらに備えていてもよい。このアクチュエータは、第２回転中心の位置を調節する構造とすることができる。

本発明の回転翼は、駆動部をさらに備えていてもよい。この駆動部は、第１リンクを、第１回転中心を中心として回転させる構造とすることができる。

本発明の回転翼によれば、上昇力や推進力を持つことが可能となる。さらに、風向に応じて効率が変化する風力原動機を提供することも可能となる。

以下、本発明の一実施形態に係る回転翼を、添付図面を参照して説明する。

（実施形態の構成）
この回転翼は、第１回転中心１と、第１リンク２と、翼部材３と、第２回転中心４と、第２リンク５と、駆動部６と、アクチュエータ７とを備えている（図１参照）。

第１リンク２は、図１に示す例では、４本（偶数）となっている。第１リンク２は、多少の変形は許容されるものの、実質的に剛体となっている。各第１リンク２は、第１回転中心１からその外側方向へ延長されている。より詳しくは、各第１リンク２は、第１回転中心から放射状に伸びる方向に配置されている。さらに各第１リンク２どうしは、等長であり、かつ等間隔となっている。第１リンク２は、ベアリングなどの適宜な機構を用いることによって、第１回転中心１に対して回転可能となっている。

翼部材３は、この実施形態では板状とされている。翼部材３は、各第１リンク２に対して回動可能な状態で取り付けられている。より詳しくは、翼部材３は、各第１リンク２の先端に取り付けられている。板状の翼部材３は、対称翼の形状となっている。このように、翼部材３の形状は、対称翼であることが好ましい。

第２回転中心４は、第１回転中心１から偏心した位置に配置されている。どの程度偏心させるかは、必要な上昇力や推進力に基づいて設定される。

第２リンク５は、この例では、４本となっている。各第２リンク５は、第２回転中心４と翼部材３との間を連結している。より具体的には、各第２リンク５は、等長であり、かつ、第２回転中心４から放射状に伸びている。第２リンク５としては、この例では、実質的な剛体が用いられている。第２リンク５は、実質的には伸張しないものとなっており、これによって、第２リンク５は、第２回転中心４と翼部材３との間における離間距離を一定に保持できるようになっている。第２リンク５は、第１リンク２と同様に、ベアリングなどの適宜な機構を用いることによって、第２回転中心４に対して回転可能となっている。

駆動部６は、第１回転中心１において、第１リンク２に対して直接にまたは間接に（例えば連結機構を介して）接続されている。これにより、駆動部６は、第１リンク２を、回転中心１を中心として回転させることができるようになっている。駆動部６としては、例えばモータである。

アクチュエータ７は、前記第２リンク５に対して直接または間接に接続されており、第２回転中心４の位置を調節することができるようになっている。アクチュエータ７の種類は特に限定されないが、例えば空気圧シリンダやラックピニオン機構を用いることができる。アクチュエータ７は、第１回転中心１と第２回転中心４との離間距離を任意に設定できるものであることが好ましい。

（実施形態の動作）
つぎに、前記のように構成された本実施形態に係る回転翼の動作を説明する。まず、アクチュエータ７により第２回転中心４を第１回転中心１から偏心させておく。

ついで、駆動部６により全ての第１リンク２を同一方向に回転させる。これにより、第１リンク２は、第１回転中心１を中心として回転する。

第１リンク２が回転すると、翼部材３を介して、第２リンク５が、第２回転中心４を中心として回転する。ここで、翼部材３は、第２リンク５によって、第２回転中心４からの距離が一定に保持されており、かつ、第１リンク２に対して回動可能となっている。このため、空気流に対する、翼部材３の迎角は、第１リンク２の回転角に応じて変化する。

ここで、仮に、翼部材３の迎角を、第１リンク２の回転角によらず一定とすると、翼部材３が一周する間に働く力は相殺され、上昇力も推進力も生み出すことはできない。

しかしながら、この実施形態の回転翼では、前記したように、翼部材３の迎角が回転角により変化するので、回転翼全体として、図２に示すような上昇力Ｆと推進力Ｔとが発生し、これらの合成力を回転翼に与えることができる。

各翼部材３において発生する力を図３において説明する。回転角度θにおける翼部材３は、その回転に伴って、流速Ｖの空気流を受ける。この空気流により、抗力Ｄと揚力Ｌが生じ、これにより、上昇力Ｆと推進力Ｔが生じる。結局、この角度における翼部材３には、これらの合成力が作用する。

翼部材３の回転角度毎に、翼部材３に対して生じる上昇力と推進力とを、図４に示す。図中上下方向への帯が上昇力を示し、図中左右方向への帯が推進力を示している。これらの力の合計が、図２に示されているように、回転翼全体に作用する。

このように、本実施形態の回転翼によれば、上昇力および推進力を得ることができるという利点がある。

また、この実施形態では、アクチュエータ７によって、第２回転中心４の位置（つまり第１回転中心１に対する偏心位置）を変更することができる。第２回転中心４の位置は、図５および図６に示されるように、偏心度（距離）ｅと、姿勢角θ_ｐで表すことができる。図６の例では、図５の例に対して、姿勢角θ_ｐが変更されている。偏心度（距離）ｅまたは姿勢角θ_ｐを変更することにより、これらの図に示されているように、合成力の向きや大きさを変更することができる。つまり、上昇力Ｆや推進力Ｔを変更することができる。

したがって、この回転翼を飛行機構に用いることにより、任意の方向への飛行が可能となる。また、この回転翼を水中での推進機構に用いることも可能である。

さらに、この実施形態の回転翼では、第２リンク５によって各翼部材３の迎角の制御をしているので、迎角をアクチュエータで制御する場合に比較して、機構を簡略化することができるという利点もある。

さらに、本実施形態では、翼部材３の形状を対称翼としているので、翼部材３がその回転により上下逆向きになっても、翼部材３に対して負の上昇力が働くことを防止できるという利点がある。

下記条件下で上昇力の実測を行った。なお、寸法の取り方を図７に示した。
偏心度e = 0.003[m]．
第１リンクの長さlr = 0.07[m]
第２リンクの長さle = 0.072[m]
翼部材の長さc = 0.01[m]
翼部材の幅b（図示せず） = 0.1[m]
姿勢角θ_p = -8.7[deg]（ただし時計方向への回転を正とした）
回転周波数：16[Hz]

これにより、図８に示される上昇力を得ることができた。平均上昇力は０．１０２０［Ｎ］であった。設計条件を最適化することにより、さらに大きい上昇力を得られると考えられる。

なお、本発明に係る回転翼は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、前記実施形態では、第１リンク２の本数を４としたが、これに限らないことは当然である。第１リンク２の本数は偶数でも奇数でも良い。第２リンク５の本数は、通常は、第１リンク２の本数と同じとなる。

また、この実施形態では、各第１リンク２どうしを、等長かつ等間隔としたが、これに限らず、異なる長さや、異なる間隔であってもよい。

さらに、この実施形態では、翼部材３を板状とし、各第１リンク２に対して回動可能な状態で取り付けたが、例えば翼部材３を弾性変形可能な材料とし、これを第１リンク２に固定してもよい。要するに、翼部材３は、第２リンク５によって迎角を変化させることができるものであればよい。

また、この実施形態では、第２リンク５として実質的な剛体を用いたが、第２リンク５としては、ひものような変形可能な材料を用いることもできる。ただし、この場合は、翼部材３に、元の位置に復帰できる復元力が付与されている必要がある。復元力の付与方法としては、例えば、翼部材３にバネを取り付ける方法や、翼部材３自体を弾性部材とする方法がある。第２リンク５自体に要求される特性としては、要するに、第２回転中心４と翼部材３との間における離間距離を一定に保持できることである。

さらに、前記実施形態では、アクチュエータ７により第２回転中心４の位置を調節することとしたが、上昇力や推進力が一定でよい場合は、アクチュエータ７を設けなくてもよい。

また、前記実施形態では、回転翼を、上昇力や推進力などの駆動力を得るために用いた。しかしながら、この回転翼は、風力発電等のための風力原動機として用いることもできる。この場合は、駆動部６は不要である。本実施形態の回転翼を風力原動機として用いた場合には、風向きに応じて効率を変化させることができ、高効率で風力から動力を取り出すことができるという利点がある。さらに、アクチュエータ７により、第２回転中心４を適宜に変更すれば、風向きが時々刻々と変化しても、高効率で動力を取り出すことが可能となる。

本発明の回転翼によれば、流体中（例えば空中や水中）での移動に要する力を得ることが可能となる。さらに、この回転翼は、風力発電等のための風力原動機としても使用しうるものである。

本発明の一実施形態に係る回転翼の概略的な構成を示す説明図である。図１に示す回転翼に作用する上昇力と推進力を説明するための説明図である。図１に示す回転翼における翼部材に作用する力を説明するための説明図である。翼部材の回転に従って変化する上昇力と推進力を説明するための説明図である。第２回転中心の移動に伴う上昇力および推進力の変化を説明するための説明図である。第２回転中心の移動に伴う上昇力および推進力の変化を説明するための説明図である。実施例の回転翼における設計条件を説明するための説明図である。実施例の回転翼によって得られた上昇力を示すグラフである。

符号の説明

１第１回転中心
２第１リンク
３翼部材
４第２回転中心
５第２リンク
６駆動部
７アクチュエータ

Claims

第１回転中心と、第１リンクと、翼部材と、第２回転中心と、第２リンクとを備えており、
前記第１リンクは、前記第１回転中心からその外側方向へ延長されており、かつ、前記第１回転中心に対して回転可能となっており、
前記翼部材は、前記第１リンクに対して回動可能な状態で取り付けられており、
前記第２回転中心は、前記第１回転中心から偏心させられており、
前記第２リンクは、前記第２回転中心と前記翼部材との間を連結しており、かつ、前記第２回転中心に対して回転可能となっており、
かつ、前記第２リンクは、前記第２回転中心と前記翼部材との間における離間距離を一定に保持していることを特徴とする回転翼。
前記翼部材は対称翼の形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の回転翼。
アクチュエータをさらに備え、前記アクチュエータは、前記第２回転中心の位置を調節する構造となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転翼。
駆動部をさらに備え、前記駆動部は、前記第１リンクを、前記第１回転中心を中心として回転させる構造となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の記載の回転翼。