JP2006299990A - 多軸風車 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、多軸風車に係り、特に縦主軸の外周部に、空旋回する羽根が配設され、羽根の無負荷旋回に伴うマグヌス効果によって、縦主軸が回転され、風車効率の良い多軸風車に関する。
【解決手段】 縦軸風車であって、縦主軸の周囲に、縦副軸を介して無負荷旋回する羽根が配設され、羽根の無負荷旋回に伴うマグヌス効果によって、縦主軸が回転されるように構成された多軸風車。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多軸風車に係り、特に縦主軸の外周部に、縦副軸を介して無負荷旋回する羽根が配設され、羽根の無負荷旋回に伴うマグヌス効果（Ｍａｇｎｕｓ ｅｆｆｅｃｔ）によって、縦主軸が回転されるように構成された多軸風車に関する。

従来、縦軸風車は、１本の縦主軸に支持アームが固定され、該支持アームの先端部に羽根が配設されており、風を受けた羽根が支持アームを回転させて縦主軸を回転させる。

従来の風車においては、縦主軸の左右に羽根が配設されている場合、片方の羽根に追風を受けると、他方の羽根は向かい風を受けることになり、これが回転に対する抵抗となり風車効率を低下させている。
この発明は、縦主軸の左右の何れにおいても、羽根が同等に回転し、縦主軸の左右における羽根の無負荷旋回がマグヌス効果を生み、縦主軸を回転させて風車効率を高める風車を提供することを目的としている。

この発明の多軸風車は、縦主軸の外周部に、縦副軸を介して無負荷旋回をする羽根が配設されている。発明の具体的な内容は次の通りである。

(1) 縦軸風車であって、縦主軸の外周部に、縦副軸を介して無負荷旋回する羽根が配設され、羽根の無負荷旋回に伴うマグヌス効果によって、縦主軸が回転されるように構成された多軸風車。

(2) 前記縦副軸は、縦主軸に放射方向を向いて固定された上下の支持杆の間に配設され、該縦副軸に、支持アームを介して羽根が縦長に配設されている前記(1)に記載された多軸風車。

(3) 縦軸風車であって、支持枠内に、上下複数の軸受により縦主軸が支持され、各上下の軸受間に羽根配設部が設定され、各羽根配設部毎に、縦主軸に固定された上下の支持杆の間に、縦副軸が配設され、該各縦副軸に、支持アームを介して羽根が配設され、風を受けた羽根の無負荷旋回によるマグヌス効果によって、縦主軸が回転されるように構成された多軸風車。

(4) 前記支持枠体は、複数の基枠体と、複数の支柱の組合せで構成され、支柱を介して基枠体が多層に積層されるように構成されている、前記(3)に記載された多軸風車。

(5) 前記縦主軸は、各羽根配設部毎に収まる短尺とし、縦主軸の上端部を上の軸受から貫通して上に突出させ、その上に別の縦主軸の下部を重合させて、連結される、前記(3)(4)のいずれかに記載された多軸風車。

(6) 前記縦副軸には、長さの中間に、支持アームを固定する固定体が固定されている、前記(2)〜(5)のいずれかに記載された多軸風車。

(７) 前記支持杆には、縦副軸の回転を制御する電磁ブレーキが配設されている、前記(２)〜(6)のいずれかに記載された多軸風車。

本発明によると次のような効果がある。

(1) 請求項１に記載された発明の多軸風車は、縦主軸の外周部に、縦副軸を介して羽根が無負荷旋回自在に配設されているので、風によって羽根が無負荷旋回をすると、縦副軸が縦主軸の周囲を回転して、マグヌス効果で縦主軸を回転させる。縦主軸の左右において、羽根は同じ回転速度で旋回するため、回転効率が良い。また羽根は、縦副軸の周囲を旋回しながら縦主軸の周囲を回転するので、風向きにも影響されない。

(2) 請求項２に記載された発明の多軸風車は、縦主軸に固定された上下の支持杆の間に、縦副軸が配設され、該各縦副軸に、支持アームを介して羽根が配設されているので、風を受けた羽根は縦副軸の回りを無負荷旋回する。この無負荷旋回によるマグヌス効果によって、縦副軸を支持している支持杆が縦主軸の周囲を回転するため、縦主軸が回転される。羽根は負荷がなく無負荷回転するので、高速回転をする。
これによって、縦主軸が回転するとき、低速回転でも軸トルクを大きく得ることができる。羽根は縦副軸の回りを旋回しながら縦主軸の周囲を回転するので、風向きの変化にも、風を平均して受風することができる。

(3) 請求項３に記載された発明の多軸風車は、支持枠内に、上下複数の羽根配設部が設定され、各羽根配設部毎に、羽根が配設されているので、一定の設置面積における風
力の回収性に優れている。

(4) 請求項４に記載された発明の多軸風車は、支持枠体が、複数の基枠体と、複数の支柱の組合せで構成され、支柱を介して基枠体が多層に積層されるように構成されているので、搬送並びに現場での組立性に優れ、高層の支持枠体の構築も容易。

(5) 請求項５に記載された発明の多軸風車は、縦主軸を各羽根配設部毎に収まる短尺とし、縦主軸の上端部を上の軸受から貫通して上に突出させ、その上に別の縦主軸の下部を重合させて、連結するので、組立性に優れている。

(6) 請求項６に記載された発明の多軸風車は、縦副軸の長さの中間に、支持アームを固定する固定体が固定されているので、縦副軸を組立てると直ぐに、支持アームを固定体
に固定して、羽根を配設する事ができる。

(７) 請求項７に記載された発明の多軸風車は、支持杆に、縦副軸の回転を制御する電磁ブレーキが配設されているので、高速風が吹くとき、あるいは停止させたい時に、電磁ブレーキを作用させて縦副軸の回転を停止させると、羽根の回転が停止し、同時にマグヌス効果が停止するため、縦主軸の回転も停止させることができる。

縦主軸の外周部に、縦副軸を介して羽根が無負荷旋回自在に配設される。

本願発明の実施の形態例を、図面を参照して説明する。図１は本発明に係る多軸風車の正面図、図２はその要部平面図、図３は支持枠体の平面図である。
図において、多軸風車(1)は支持枠体(2)に縦主軸(7)が支持され、縦主軸(7)の周囲に羽根(14)が、縦副軸(11)を介して無負荷旋回自在に配設されている。

支持枠体(2)は、台体(3)の上に、複数の柱固着部(3a)が形成されて、支柱(4)が立設され、該支柱(4)の上に複数の基枠体(5)が、支柱(4)を介して順次多層に積層配設されている。支柱(4)は例えば管体で、前記柱固着部(3a)に嵌合される。上下軸受(6)の間に羽根配設部(1a)が設定されている。

基枠体(5)は図３に示すように、平面で例えば四角形に外枠体(5a)で組まれ、外枠体(5a)の内側には、中桟体(5b)が配設され、外枠体(5a)の中央部に位置して軸受(6)が配設されている。基枠体(5)の４隅及び外枠体(5a)の中間に、管状の柱固着部(5c)が形成されている。上下の軸受(6)の間には縦主軸(7)が配設されている。

縦主軸(7)には、上下１対の固定体(8)が、所定間隔をあけて固定されている。固定体(8)は、例えば円盤体で、平面で３方向並びに４方向向きに、図示省略した連結孔が上下に貫通形成される。これによって、該各固定体(8)には支持杆(9)を３方向、あるいは２方向、４方向向き等に容易に固定することができる。

図１．２において支持杆(9)は２方向で、上下平行に固定されている。支持杆(9)の先端部には、軸受(10)が上下対向状に配設されて、上下軸受(10)の間に、縦副軸(11)が回転自在に配設されている。

縦副軸(11)には、高さの中間部に固定体(12)が固定され、該固定体(12)に支持アーム(13)が放射方向へ向けて配設されている。該支持アーム(13)の先端部には、羽根(14)が垂直に配設されている。羽根(14)は、上下端部に軸(11)方向へ傾斜した傾斜部(14a)が形成されている。傾斜部(14a)は、回転時における上下方へ滑る風流を抑止して、羽根の回転後方へ高速で流す作用がある。図中符号(15)は発電器である。

以上のように構成された多軸風車(1)は、図２において、Ｃ矢示風を受けた羽根(14)は縦副軸(11)の周囲をＡ矢示方向へ空回り無負荷旋回をする。各羽根(14)の回転は、通常の風車のように回転する。この縦副軸(11)は、図１に示すように、支持杆(9)を介して縦主軸(7)に配設されているため、支持杆(9)と共に縦主軸(7)の周囲を旋回することができる。

羽根(14)は、Ｃ矢示風を受けると、揚力（回転推力）によってＡ矢示方向へ無負荷旋回をする。図２に示す縦主軸(７)の左右の羽根(14)が、Ａ矢示方向への回転すると、これに伴い、マグヌス効果が生じて、縦副軸(11)は、Ｂ矢示方向へ回転を始める。

すなわち、図２において、Ｃ矢示風を受けてＡ矢示方向へ回転している羽根(14)は、図における縦副軸(11)の右方では、Ｃ矢示風の流れに逆らっているので、羽根(14)に当るＣ矢示風は速度が遅くなる。又縦副軸(11)の左方の羽根(14)は、Ｃ矢示風の流れと同じ方向に回っているので、羽根(14)にあたるＣ矢示風は速度が早い。

このことから、速度の早い方は速度の遅い方よりも空気密度が薄くなって、靜圧は低く（負圧に）なる。従って、靜圧の高い方から低い方へと気圧力が働き、縦副軸(11)は縦主軸(7)方へ押されて、Ｂ矢示方向へと回転することになる。

これに伴って、縦主軸(7)が回転する。縦主軸(７)の回転に伴い、縦主軸(７)に連結されている発電器(15)の軸が回転され、発電をする。羽根(14)の回転速度が高まれば、それに伴う縦主軸(7)の回転速度も高まり、軸トルクは大きくなる。

図２において、普通の風車では、羽根(14)の回転半径の５０％までの弦長を持たせることができるが、この風車(1)においては、縦副軸(11)の左右に羽根(14)を配設したので、弦長は狭くすることができる。そのことは、同じ受風面積でも、羽根(14)の弦長が狭くなる分、回転速度が向上する。

図１において、羽根配設部(1a)は２層が示めされているが、３層、６層等任意に多層とすることができる。
また、図１において、羽根配設部(1a)の上下では、同じ態様の羽根(14)が２段に配設されているが、このうちの１っでは、縦副軸(11)を使用しないで、支持杆(9)に直接羽根(14)を配設する従来型の、羽根(14)を配設させることができる。

図４は、本発明の実施例２を示す羽根部分の平面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例２は、縦主軸(7)における固定体(8)に支持杆(9)が３本、等間隔に配設されたものである。各支持杆(9)の先端部には縦副軸(11)を介して、羽根(14)が回転自在に配設されている。この作用効果は前例と同じである。

図５は本発明の実施例３を示す羽根部分の平面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例３では、縦副軸(11)における固定体(12)に羽根(14)は１枚しか配設されていない。図中の符号(16)は、羽根(14))とのバランスを取るためのバランサーである。該バランサー(16)は、例えば円盤状に形成される。羽根(14)の回転に伴い、バランサー(16)は、回転慣性で縦副軸(11)の周囲を回転して、支持杆(9)を回転させる。

図６は本発明の実施例４を示す多軸風車の正面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例は、羽根(14)が長いものについて、支持アーム(13)を複数使用したものである。図では上下３段に支持アーム(13)が配設されているが、２段でも良い。

また図６においては、支持杆(9)の軸受(10)近傍に、縦副軸(11)の回転を制御するための電磁ブレーキ(17)が配設されている。電磁ブレーキ(17)は、縦副軸(11)の上下部に対する制御の方が好ましい。台風などの高速風が吹くとき、あるいは停止させたい時に、電磁ブレーキ(17)を作動させると縦副軸(11)の回転が停止し、羽根(14)の旋回も停止する。

これに伴って、マグヌス効果も停止するため、縦主軸(7)の回転を停止させることができる。図６中の符号(18)は、支持杆(9)の回転を停止させるための電磁ブレーキである。
台風などに対しては、別途、風速計、回転センサ、自動制御器等の公知の機器の組合せ配設により、一定の風速になると自動的に停止させ、回転再開をさせるようにすることができる。

図７は、縦主軸(7)の配設方法を示す正面図である。図１に示すように、支持枠体(２)の高さを高くして、羽根配設部(1a)が多段複数になる場合、縦主軸(７)の長い物を組立てるのは困難である。従って、図７に示す短尺の縦主軸を使用する。この場合、縦主軸(７)の上端部を上部の軸受(6)を貫通させて上に突出させる。その上に上方の縦主軸(7)の下端部を重合させて、縦２っ割カラー(7a)で締付固定する。図中符号(7b)はキーである。

また、縦主軸(7)の側面には、固定体(8)を配設する位置に、キー(8a)が配設されている。
また固定体(8)は、平面中央に嵌装孔が形成されており、該嵌装孔の内下部にキー溝が形成されている。

従って、固定体(8)を縦主軸(7)に外嵌させて、キー溝をキーに嵌合させれば、容易に固定させることができる。前記キー(8a)はネジ止めにすることができる。
これによって、縦主軸(7)に固定体(8)を容易に固定させることが出来、多段に配設されている軸受(6)に、縦主軸(7)を容易に配設させることができる。

なお、この発明は、前記実施例に限定されるものではなく、目的に沿うよう適宜設計変更をすることができる。

風力発電機用の風車に適している。

本発明に係る多軸風車の正面図である。 本発明に係る多軸風車の要部平面図である。 本発明に係る多軸風車の支持枠の基枠体の平面図である。 本発明第２実施例を示す羽根部分平面図である。 本発明第３実施例を示す羽根部分平面図である。 本発明第４実施例を示す多軸風車の正面図である。 本発明に係る縦主軸部分正面図である。

符号の説明

(1)多軸風車
(2)支持枠体
(3)台体
(3a)柱固着部
(4)支柱
(5)基枠体
(5a)外枠体
(5b)中桟体
(5c)柱固着部
(6)軸受
(7)縦主軸
(7a)カラー
(7b)キー
(8)固定体
(8a)キー
(9)支持杆
(10)軸受
(11)縦副軸
(12)固定体
(13)支持アーム
(14)羽根
(14a)傾斜部
(15)発電器
(16)バランサー
(17)(18)電磁ブレーキ

Claims (7)

1. 縦軸風車であって、縦主軸の外周部に、縦副軸を介して無負荷旋回する羽根が配設され、羽根の無負荷旋回に伴うマグヌス効果によって、縦主軸が回転されるように構成されたことを特徴とする多軸風車。
2. 前記縦副軸は、縦主軸に放射方向を向いて固定された上下の支持杆の間に配設され、該縦副軸に、支持アームを介して羽根が縦長に配設されていることを特徴とする請求項１に記載された多軸風車。
3. 縦軸風車であって、支持枠内に、上下複数の軸受により縦主軸が支持され、各上下の軸受間に羽根配設部が設定され、各羽根配設部毎に、縦主軸に固定された上下の支持杆の間に、縦副軸が配設され、該各縦副軸に、支持アームを介して羽根が配設され、風を受けた羽根の無負荷旋回によるマグヌス効果によって、縦主軸が回転されるように構成されたことを特徴とする多軸風車。
4. 前記支持枠体は、複数の基枠体と複数の支柱の組合せで構成され、支柱を介して基枠体が多層に積層されるように構成されていること、を特徴とする請求項３に記載された多軸風車。
5. 前記縦主軸は、各羽根配設部毎に収まる短尺とし、縦主軸の上端部を上の軸受から貫通して上に突出させ、その上に別の縦主軸の下部を重合させて、連結されることを特徴とする、請求項３．４のいずれかに記載された多軸風車。
6. 前記縦副軸には長さの中間に、支持アームを固定する固定体が固定されていること、を特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載された多軸風車。
7. 前記支持杆には、縦副軸の回転を制御する電磁ブレーキが配設されていることを特徴とする、請求項２〜６のいずれかに記載された多軸風車。

Images