JP2005083224A

JP2005083224A - 垂直軸型風車

Info

Publication number: JP2005083224A
Application number: JP2003314633A
Authority: JP
Inventors: Akira Kawahara; 晃川原
Original assignee: Yoshimoto Pole Co Ltd
Current assignee: Yoshimoto Pole Co Ltd
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】サボニウス型の垂直軸型風車において、風向きや風を受ける板羽根の位置にかかわりなく、風力を効率的に回転力に変換して風車を回転させることを可能とする。
【解決手段】先窄まり状に形成された一対の板羽根を、垂直回転軸を中心に配した円形枠板の上下両面に、互いに周方向へ位相を９０°ずらした位置に取り付け、前記円形枠板の周縁には加重用のリング体を一体に取り付けて風車を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型の垂直軸型風車の改良に関するものである。

垂直軸型風車として、図６に示されるように、回転自在に支持された円形枠板６１、６１内に、一対の湾曲した板羽根６２、６２を互いに湾曲内面を向かい合わせて枠板６１の中心Oの周りに対称に設置し、板羽根６２、６２で風力を受けることにより前記中心Oを回転軸として回転するように構成されたサボニウス型風車が知られている（例えば特許文献１参照）。

実開昭５６−１０１４７５号公報

垂直軸型風車は、水平軸型風車と異なり風向きに対する方向制御は不要であるが、前記サボニウス型風車にあっては、図７に示されるように、矢符Ｙ方向の向きで風が板羽根６２、６２の湾曲内外面にあたるポイントでは板羽根６２、６２が受ける風力を風車の回転力に変換できるが、矢符Ｘ方向の向きで風が板羽根６２、６２の切れ目部分にあたるポイントでは板羽根６２、６２が受ける風力を風車の回転力に有効に変換できず、風向きとこれを受ける板羽根６２、６２の位置によって風力の変換効率に差異が生じていた。
勿論、矢符Ｘの失速ポイントから風向きが変化し或いは板羽根６２、６２の位置が少しでもずれていれば、板羽根６２、６２が風力を受けて風車は起動し回転を始めるが、回転する板羽根６２、６２が矢符Ｘの失速ポイントを通過するときは変換効率が低下することに変わりはない。
このように、従来のサボニウス型風車は、風車が１回転する間に、板羽根６２、６２が風力を受けて回転の勢いを増すポイントと、回転の勢いを低下させるポイントがあり、風力を効率的に利用するものではなかった。

本発明は、湾曲した板羽根を垂直回転軸の周りに配したサボニウス型風車において、風車にあたる風向きやこれを受ける板羽根の位置にかかわりなく、風力を効率的に回転力に変換して風車を回転させることができるようにすることを課題とする。

本発明の垂直軸型風車は、湾曲した板羽根を垂直回転軸周りに並立させて構成されるサボニウス型風車であって、前記板羽根は先窄まり状に形成されており、中心に回転軸を配した円形枠板の上下両面に前記板羽根を、円形枠板の上部と下部で同一垂直線上に揃うことなく互いに位置をずらして取り付けた構成を有するものである。
前記構成において、円形枠板の上部に配した一対の板羽根と下部に配した一対の板羽根とを、互いに位相を９０°ずらした位置に取り付けることが好ましい。
回転効率をより向上させるため、円形枠板の上部又は下部に並立させた板羽根と板羽根の間に補助羽根を取り付けてもよい。
また、円形枠板の周縁に加重用のリング体を設ければ、風車の慣性モーメントが大きくなって良好な回転持続性が得られて好ましい。

本発明の垂直軸型風車は、円形枠板の上部と下部に、互いに周方向に沿って位置をずらして板羽根を取り付けてある。従って、風車に吹き付ける風の向きが円形枠板上部の板羽根の失速ポイントであっても、円形枠板下部の板羽根で風を受けて回転力に変換させることができ、風車の周囲何れの方向からの風でも風力を無駄なく回転力に変換して風車を回転させることができる。
円形枠板上下両部の板羽根は、上部と下部で互いに９０°位相がずれた位置、つまり円形枠板の上面又は下面に並立させた板羽根同士を回転中心を通る線分で結んだときに、上下の線分の交差角度が９０°となる位置に取り付ければ、風向きが円形枠板の上下板羽根の何れか一方の失速ポイントときは、他方の板羽根は最も風力を受けるポイントに位置するため、常に風力を回転力に変換し、効率良く風車を回転させることができる。
また、上下の板羽根の間は円形枠板によって仕切られているので、風車の斜め上方や斜め下方からの風が円形枠板で反射し板羽根に吹き掛かって風力を作用させ、水平な風だけでなく上下斜めからの風の風力も回転力に変換することができる。
風車の慣性モーメントを大きくするには風車の外径、つまり円形枠板の外径を大きくすればよく、この場合、円形枠板にあわせて板羽根を幅広にすると、風向き方向へ回転する板羽根が受ける風力は大きくなるが、反対側の板羽根が風向きとは逆方向へ回転するために当該羽根が受ける抵抗も増し、また、回転速度も小さくなる。これを改善すべく本発明の垂直軸型風車では、板羽根をその元端部から先端部にわたって羽根幅が漸次減少した先窄まり状に形成し、板羽根の先端部分で受ける風力を減らして、風車の回転速度が大きくなるように設けてある。各板羽根は、その元端部を円形枠板に固着して取り付けられ、風車が回転したときの板羽根のシルエットは円形枠板の上下に円錐が突出した形をなし、風車全体では、あたかもコマが回転するような外観となる。
また、円形枠板の周縁に加重用のリング体を設け、垂直回転軸周りの慣性モーメントが大きくすることにより、風車の回転持続性を良好に維持することができる。

本発明の好適な施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態の垂直軸型風車の側面図と風車本体の正面外観図であり、同図に示されるように、この風車１は、風車本体２と、これを垂直向きで回転自在に支持する架台３により構成されている。

風車本体２は、円形枠板２１と、円形枠板２１の上面部２１ａと下面部２１ｂにそれぞれ一対に取り付けられた板羽根２２、２２と、各板羽根２２の先端部を固着させた上部受板２３及び下部受板２４と、下部受板２４の回転軸２４ａに設置された交流発電機２５とにより構成されている。

円形枠板２１は、ステンレスやアルミニウム等の鋼材を用いて形成された円板であり、図３に示されるように、その周縁に、加重のための適宜な太さの棒状のリング体２１ｃを一体に取り付けて形成してある。

板羽根２２は、ステンレスやアルミニウム等の鋼板を曲げ加工により幅方向に沿って湾曲させて形成されており、円形枠板２１の上下両面部にそれぞれ一対に並立させてある。
詳しくは、板羽根２２は、図４に示されるように、円形枠板２１の半径（Ｒ）の１／２の大きさよりも若干大きな半径（ｒ：ｒ＞１／２Ｒ）の円弧に沿って湾曲させるとともに、その元端部２２ａから先端部２２ｂにわたって羽根幅を漸次減少させた先窄まり状に形成してある。
各板羽根２２は、円形枠板２１の上下両面部において、図２に示されるように、円形枠板２１の回転中心Ｏを挟んで湾曲内面同士を向かい合わせ、且つ互いに平行に位置をずらして円形枠板２１の表面に直交させて並べ、それぞれ元端部２２ａを円形枠板２１の表面に固着して一体に取り付けてある。
また、円形枠板２１の上面部２１ａに配した一対の板羽根２２、２２と、下面部２１ｂに配した一対の板羽根２２、２２とは、互いに周方向に位相が９０°ずれた位置に設けてある。

上部受板２３と下部受板２４は、それぞれステンレス等の鋼材を用いて形成された円板の一側の面に当該面の中心から回転軸２３ａ、２４ａを一体に突出させて形成してある。両受板は、それぞれ回転軸２３ａ、２４ａを円形枠板２１の回転中心Oを通る垂直線上に揃えて円形枠板２１の上下に配し、前記回転軸が突出していない他側の面に板羽根２２の先端部２２ｂを固着して上下の板羽根２２、２２の端部に一体に取り付けてある。

交流発電機２５は、下部受板２４の回転軸２４ａに取り付けられており、回転軸２４ａの回転から電圧を誘起させて、高流電力を出力し、図示されない送電線を通して外部装置に電力供給を行うように設けてある。

また、架台３は、ステンレス鋼材からなり、適宜な高さの柱体３１の側面から支持アーム３２、３２を水平に突設して構成されており、上部支持アーム３２の下面で軸受け３３を介して風車本体２の回転軸２３ａを、下部支持アーム３２の上面で前記交流発電機２５を挟んで下方へ突出した回転軸２４ａをそれぞれ軸支して、両支持アーム３２、３２間で風車本体２を前記回転中心Ｏを通る垂直軸周りに回転自在に支持するようになっている。

なお、風車１の大きさは、例えば上部受板２３と下部受板２４の間（全長）を６００〜１０００ｍｍ程度、円形枠板２１の直径（２R）を２５０〜４００ｍｍ程度、上下受板２３、２４の直径を１００〜２００ｍｍ程度の寸法に設けることが好ましく、また、リング体２１ｃは０．５〜１．５ｋｇ程度の質量のものが好ましい。

このように構成された風車１によれば、円形枠板２１の上面部２１ａと下面部２１ｂに、互いに周方向に沿って９０°位相をずらして一対の板羽根２２、２２を並立させてあるので、風車１に吹き付ける風向きにかかわりなく、上下何れかの面部の板羽根２２、２２で風力を受け、これを回転力に変換して風車１を回転させることが可能となっている。また、円形枠板２１の周縁にリング体２１ｃを設けて円形枠板２１の垂直回転軸周りの慣性モーメントを大きくしているので回転持続性に優れており、しかも各板羽根２２が先端部２２ｂ側の羽根幅が細い先窄まり状に形成してあるので、板羽根２２の先端部分で受ける抵抗が減り、風車１をより高速で回転させることが可能となる。

なお、風車１が、より風力を受けやすく且つ回転効率が向上するように、必要に応じ、図５に示されるように、円形枠板２１の上面部２１ａ又は下面部２１ｂに並立させた板羽根２２と板羽根２２の間の適宜な位置に、板状の或いは湾曲形状の補助羽根４、４を取り付けてもよい。
また、図示した風車の形態は一例であり、本発明は他の適宜な形態で構成可能である。前記形態では、円形枠板２１の上下の板羽根２２、２２を、周方向に沿って互いに位相が９０°ずれた位置に設けたが、この角度に限定されず、例えば３０°、４５°等の他の適宜な角度でずれた位置に設けてもよい。

本発明の一実施形態の垂直軸型風車を示し、（Ａ）は側面図、(Ｂ)は風車本体の正面外観図である。図１の風車の板羽根の取り付け位置を示した円形枠板の平面図である。円形枠板の横断面図である。図１の風車の板羽根の平面図及び側面図である。補助羽根を設けた他の実施形態の風車の円形枠板の平面図である。従来のサボニウス型風車の構成図である。サボニウス型風車の板羽根の取り付け位置を示した図である。

符号の説明

１風車、２風車本体、２１円形枠板、２１ａ上面部、２１ｂ下面部、２１ｃリング体、２２板羽根、２３上部受板、２３ａ回転軸、２４下部受板、２４ａ回転軸、２５交流発電機、３架台、３１柱体、３２支持アーム、４補助羽根

Claims

湾曲した板羽根を垂直回転軸周りに並立させて構成されるサボニウス型風車であって、前記板羽根は先窄まり状に形成されており、前記垂直回転軸を中心に配した円形枠板の上下両面に前記板羽根を、円形枠板の上部と下部で同一垂直線上に揃うことなく互いに位置をずらして取り付けた構成を有する垂直軸型風車。
円形枠板の上部に配した一対の板羽根と下部に配した一対の板羽根とを、互いに位相を９０°ずらした位置に取り付けた構成を有する請求項１に記載の垂直軸型風車。
円形枠板の上部又は下部に並立させた板羽根と板羽根の間に補助羽根を取り付けた構成を有する請求項２に記載の垂直軸型風車。
円形枠板の周縁に加重用のリング体を設けた構成を有する請求項１〜３の何れかに記載の垂直軸型風車。