JP2008014303A

JP2008014303A - 風力発電用羽根回転装置

Info

Publication number: JP2008014303A
Application number: JP2007144597A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Sakoda; 収一佐古田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】簡単な構造且つ低コストで、高効率の風力発電用羽根回転装置を提供する。
【解決手段】支持盤１８の上方には軸受１７とスラスト軸受２０によって回転自在に支承される回転盤１９が設けられ、また支持盤１８の中央には公転軸２１が支承され、該公転軸２１の上下端から上下スポーク２２、２３がそれぞれ水平方向に延設され、その端部には上部下部副軸受２４、２５が設けられて公転枠体２６を形成している。該公転枠体２６の上下の副軸受２４、２５に、自転軸２７を有し回転自在の２枚の羽根２８ａ、２８ｂがそれぞれ支承されるとともに、自転軸２７の下端に連結して羽根２８ａ、２８ｂの回転角度を、主導路３１などによって規制する一対の摺動部２９ａ、２９Ｂが設けられて自転羽根体３０を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力によって羽根を回転させ、風の運動エネルギーを機械的エネルギーに変換する風力発電用羽根回転装置に関し、更に詳しくは、風力を効率的に回転エネルギーに変換すると共に、構造が簡単で極めて低コストで実現できる風力発電用羽根回転装置に関する。

近年、安全でクリーンな発電システムとして、風力を利用して発電するプロペラ型風車が実用化されている。このプロペラ型風車は風力発電機としては最もポピュラーな存在であり、また水平軸風車を代表するものであるが、これ以外にも垂直軸風車として、ダリウス型風車、サボニウス型風車、さらに直線翼垂直軸型風車などの数多くの風力発電システムが開発されている。

本発明の風力発電用羽根回転装置は、直線翼垂直軸型風車のジャンルに入るものであるが、発電規模からいうとプロペラ型風車が大型高出力発電システム向きであるのに対して、低風速環境にも対応した小型低出力発電システムに向いている。

従来のこの種の風力発電用羽根回転装置としては、主回転軸の中心に固定ギアを設置し、この固定ギアはギアの一方向が風向きに回転できるようにすることで、どの風向でも対応できるようにしたシステムがあり、具体的には、固定ギアから翼の回転軸の中心に固定ギアの２倍の枚数のギアを取り付けた物にタイミングベルトを張り、各翼を理想の角度へ調整したのち、翼の回転軸同志をタイミングギアとタイミングベルトを使用し、同じ１対１の減速比でリンクするようにした風力発電用ファンがある（例えば、特許文献１、図１参照）。
また、カム装置によって翼の位置及び向きを制御し、このカムは、前記回転軸が描く円に対して近づく部分及び離れる部分を有し、これら近づく部分又は離れる部分に前記カムフォロアーが当接することにより、前記各翼が、前記主回転軸を中心に回転しつつ前記回転軸を中心に回転してなる垂直軸風車（例えば、特許文献２、図２参照）や、複数の翼片の角度を強制規制装置で制御し、駆動側範囲にあっては風を有効に受ける角度にし、反駆動範囲にあっては風向きに対し平行な方向に保持する垂直軸風車（例えば、特許文献３、図２参照）がある。
特開２００２−２４２８１５号公報特開２００５−１８０３４６号公報特開昭５２−５９２４３号公報

しかしながら、上記特許文献１の風力発電用ファンは、主回転軸の中心に設置された固定ギアと主回転軸の周囲に配設された固定ギアの２倍の枚数のギアとは、この間に張設されたタイミングベルトを介して回転力が伝達されるように形成されるとともに、主回転軸の周囲に複数個配設された固定ギアの２倍の枚数のギアの隣りあう翼シャフトタイミングプーリー間にはタイミクグベルトが張られた構成であり、また、翼シャフトタイミングプーリーやタイミクグベルトが主回転軸から離れた円周上に配設されるという形態であって、その全体構成は極めて複雑である。

また、特にタイミングプーリー、タイミングベルト等が回転外周上に配置されているため、回転時の慣性モーメントが大きくなり、したがって低風速時には回転しにくいので初動特性が低く、また、風力エネルギーが主回転軸に伝達されるまでにこれらの伝達機構によるエネルギーロスが生じ、主回転軸から得られるエネルギー効率を高くできないという課題があり、さらに、全体構成が複雑なことから安価に実現できにくいという課題を孕んでいる。

一方、特許文献２及び３の垂直軸風車では、翼が自転しながら風車の主軸の周りを公転するが、その自転速度は風向に対する相対位置によって変化している。具体例を挙げれば、翼が風向と同じ方向に動く際には公転速度と自転速度は等しく、風向に逆らって動く際には自転を止めることにより翼を風向に対して平行に保ち、空気抵抗を小さくしている。
しかしながら、このような垂直軸風車では翼の自転速度を変化させるたびにエネルギーのロスが生じ、エネルギー効率を高くできないという課題があり、さらに、翼の回転速度が大きく変化するたびに、即ち、翼がカム装置に衝突するたびに大きな衝突音が生じ、騒音が激しくなるという課題がある。

なお、例えばヨットが逆風のみを使って風上に移動できる例からもわかる通り、逆風からもエネルギーを取り出すことができるにもかかわらず、従来の風力発電用ファン、垂直軸風車では、いずれも順風からエネルギーを取り出しているだけであり、逆風を利用していないため、得られる回転力は小さく、発電効率が悪いという課題がある。

本発明は上記課題に鑑み、構造を簡単にして低風速性能を向上させ、風力エネルギーの伝達ロスを減少させてエネルギー変換効率をアップするとともに、低コストで実現可能な風力発電用の羽根回転装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の第１は、軸受を有する支持盤と、該支持盤の上方に設けられ前記軸受によって回転自在に支承される回転盤と、前記軸受によって支承される中央の公転軸、該公転軸の上端と下端からそれぞれ水平方向に延設する上下スポーク及び該上下スポークの端部に設けられた上下の副軸受とからなる公転枠体と、前記上下の副軸受に支承される自転軸を有し回転自在の羽根及び該羽根の前記自転軸に連結し羽根の回転角度を規制する一対の摺動部とからなる自転羽根体と、該自転羽根体の一方の摺動部を誘導するための主導路と、該主導路を摺動する前記摺動部を一方の摺動部から他方の摺動部に切り替えるための補助導路A1 A2 とからなり、前記主導路は前記自転羽根体の一対の摺動部の軌跡が交差する交差部分に近接した一部を切り欠いたトロコイド曲線状の曲線軌道に形成され、且つ前記補助導路A1 A2 は前記主導路の切り欠いた部分の両側に配置された曲線軌道に形成されるとともに、前記主導路の切り欠いた部分の反対側付近で羽根の向きを切り替える切替手段とからなり、前記主導路の切り欠いた部分の反対側においては前記羽根の面は最大の風圧を受けるように風向きに対して直交すると共に、前記主導路の切り欠いた部分においては前記羽根の面は最小の風圧を受けるように風向きに対して平行となるように前記回転盤が回転制御されることを特徴とする風力発電用羽根回転装置を内容とする（請求項１）。

好ましい態様としての請求項２は、羽根の向きを切り替える切替手段が補助導路B である請求項１記載の風力発電用羽根回転装置を内容とする。

好ましい態様としての請求項３は、羽根の風孕体がフレームに伸縮部材を介して取り付けられる請求項１又は２記載の風力発電用羽根回転装置を内容とする。

好ましい態様としての請求項４は、伸縮部材がスプリングである請求項３記載の風力発電用羽根回転装置を内容とする。

好ましい態様としての請求項５は、主導路及び補助導路A1 A2 が内側レールと外側レールにより形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の風力発電装置を内容とする。

好ましい態様としての請求項６は、主導路の切り欠いた部分の反対側付近において、前記回転制御により羽根が最大の風圧を受けるように調整される位置の直前で、羽根の向きを内側に傾斜させ、該位置の直後で外側に傾斜させる手段が設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の風力発電用羽根回転装置を内容とする。

本発明の風力発電用羽根回転装置は、自転羽根体が一方向からの風力を受けると自転羽根体の羽根の角度は、公転軸の周りを公転する際、自転軸に連結されている一対の摺動部は主導路、補助導路A1 A2 によって規制された通り進むことにより、一方向からの風力を公転軸の一方向の回転エネルギーとして取り出すことが可能となる。

また、自転羽根体は最小限の部材でシンプルに形成できるので、その慣性モーメントは小さくなり、したがって低風速性能に優れた風力発電システムを実現することが可能となる。

また、自転羽根体の羽根が自転軸に連結したフレームと風を受ける風孕体とをスプリングなどの伸縮部材を介して張設した構成にすることによって、風孕体が風を受けた際には風圧で膨らむので該風孕体の表面と裏面に航空機の翼の原理と同様の圧力差が生じ、逆風からもエネルギーを取り出すことが可能になるので公転軸の回転力が増強される。

また、羽根の向きを切り替える切替手段を備えることによって、羽根の角度保持の不安定領域が解消され自転羽根体は全回転領域にわたってスムーズで安定した回転となる。

さらに、導路が内側レールと外側レールにより形成することにより、一方向からの風向きが乱れた場合であっても、これらレールによってガイドされるので、羽根は所定の軌跡に沿って進行し安定した回転力が得られる。

本発明の風力発電用羽根回転装置は、まず装置の基台となる軸受を有する支持盤が設けられ、そしてこの支持盤の上方には軸受によって回転自在に支承される回転盤が設けられる。また、回転盤の中央には軸受によって支承される公転軸が設けられ、該公転軸の上端と下端から上スポーク、下スポークがそれぞれ水平方向に延設され、その端部には上部副軸受と下部副軸受がそれぞれ設けられて公転枠体を形成している。

また、この公転枠体の上・下部副軸受に、自転軸を有し回転自在の羽根が支承され、さらに自転軸の下端に連結して羽根の回転角度を規制する一対の摺動部が設けられ自転羽根体を形成している。

さらに、上記した回転盤上には、自転羽根体の一方の摺動部を誘導するための主導路と、該主導路を摺動する摺動部を、一方の摺動部から他方の摺動部に切り替えるための補助導路A1 A2 が設けられ、主導路は、交差部分を切り欠いたトロコイド曲線状の曲線軌道に形成されるとともに、補助導路A1 A2 は、主導路の切り欠いた部分の両側に配置された曲線軌道に形成されている。そして、主導路の切り欠いた部分の反対側には羽根の向きを切り替える切替手段を兼ねた補助導路B が曲線軌道に形成されている。

この場合、主導路の切り欠いた部分の反対側付近において、回転制御により羽根が最大の風圧を受けるように調整される位置の直前で、羽根の向きを内側に傾斜させ、次いで該位置の直後で外側に傾斜させる手段が設けられているのが好ましい。このようにすることにより羽根の揚力を一層効率的に発生させることができる。傾斜角度は５度以下程度の僅かな角度でよく、このような角度を傾斜させる手段としては、例えば、道路に一時的にスムーズな通過を妨げる抵抗となるものを設ける等の機械的手段を利用したり、磁石の磁力（吸引力）や、ゴムやエラストマーの摩擦力を利用することにより、羽根の傾きを変えたり、また、電気的手段により羽根の傾きを変えることが挙げられる。
なお、本発明において「羽根が最大の風圧を受けるように調整される位置」とは、回転制御により羽根の角度が風向きに対して直交するように調整される位置を意味し、具体的には図３における１−９のように、羽根を風向Ｗに対して直交させることを意図して主導路等が設定されている部分を指す。
なお、回転盤の回転制御は、例えば、回転盤に設けた風向検出装置により行われる。具体的には、風見鶏のような風向検出装置を設けたり、また、風向検出装置からの風向信号に基づいて回転盤をモーターで回転させることにより行われる。

また、自転羽根体の羽根の形状としては、矩形状の平板でも機能するが、風力によって羽根に揚力を発生させるために、羽根の中央部を矩形状の風孕体で構成し、またこの風孕体の周囲にフレーム設けた上、該風孕体とフレームとをスプリングなどの伸縮部材を介して取り付けられる形態が好適である。風孕体としては、風を孕み易い帆布等の可撓性に富んだ素材からなるのが好ましい。このような風孕体を使用した場合は、風力により撓んだ風孕体と風向きとの関係で、膨らんだ側と凹んだ側の間に、航空機の翼と同様の原理による圧力差が生じるため、この風孕体が風向に逆らって動く部分、即ち図３における４−１２及び６−１４にある際にもエネルギーを取り出すことができ、これにより公転軸の回転が増強される。

さらにまた、主導路と補助導路A1 A2 は、内側レールと外側レールにより形成されるのが安定性の面から好ましいが、１本のレールとして、摺動部を逆凹状としてレール上を跨がせることも可能である。補助導路B も内側レールと外側レールにより形成されるのが好ましいが、内側レールのみで形成されても良い。

以下、本発明の風力発電用羽根回転装置の基本構成を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらにより何等限定されるものではない。
尚、本発明を構成する軸受や摺動部、その他の摺動する部分にはラジアル方向、スラスト方向を問わずベアリングを採用したり、また、これらの部分の材質に樹脂製軸受を採用するなど公知のものを適宜利用することができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１における風力発電用羽根回転装置の部分断面正面図、図２は同装置の上面図、図３は同装置の自転羽根体が曲線軌道に沿って自転・公転する際の羽根の傾き及び公転・自転の軌跡を概念的に示す上面図である。

図１、２に示すように、本発明の風力発電用羽根回転装置は、本装置の基台となる軸受１７を有する支持盤１８が設けられ、また、この支持盤１８の上方には軸受１７によって回転自在に支承される回転盤１９が設けられるとともに、支持盤１８との間に配設したスラスト軸受２０によって支承される。

さらに、支持盤１８の同軸受１７の中央には公転軸２１が支承され、また該公転軸２１の上端と下端から上スポーク２２、下スポーク２３がそれぞれ水平方向に延設され、その左右端部には上部副軸受２４と下部副軸受２５がそれぞれ設けられて公転枠体２６を形成している。

そして、この公転枠体２６の左右上下の副軸受２４、２５に、自転軸２７を有し回転自在の２枚の羽根２８ａ、２８ｂがそれぞれ支承されるとともに、自転軸２７の下端に連結して羽根２８ａ、２８ｂの回転角度を規制する一対の摺動部２９ａ、２９Ｂが左右それぞれに設けられて自転羽根体３０を形成している。

なお、公転枠体２６の左右に支承された２枚の羽根２８ａと羽根２８ｂの面角度についての詳細は後述するが、仮に、図２に示す２枚の羽根２８ａ、２８ｂの位置を回転のスタートの時の位置とすれば、風向Ｗの方向に対し、一方の羽根２８ａが直角の位置関係にあれば、反時計回りに公転軸２１の周りを１８０度回転が進んだ位置にある他方の羽根２８ｂの面は風向Ｗと平行の位置関係にある。
なお、４４は回転盤１９に設けられた風向検出装置４４で、これにより回転盤１９が上記の位置関係になるように回転制御される。

また、回転盤１９上には、自転羽根体３０の一方の摺動部２９ａを誘導するための内側レール３１ａと外側レール３１ｂから成る主導路３１と、該主導路３１を最初に摺動する一方の摺動部２９ａを、他方の摺動部２９ｂに切り替えるための内側レール３１ａと外側レール３１ｂから成る補助導路(A1)３２と補助導路(A2)３３が設けられ、さらに、主導路３１は、交差部分Ｋ２を切り欠いたトロコイド曲線状の曲線軌道に形成されるとともに、補助導路(A1) (A2) ３２、３３は、主導路３１の切り欠いた部分の両側に配置された曲線軌道に形成されている。

さらにまた、主導路３１の切り欠いた部分Ｋ１の反対側には摺動部を誘導するために少なくとも内側レール３１ａのみ設けた補助導路(B) ３４が曲線軌道に形成されるとともに、その終端には補助導路(B) ３４と連携して羽根２８ａ、２８ｂの向きを切り替える調節部３５を有する切替手段３６を備えている。

次に、上記構成における風力発電用羽根回転装置の動作について説明する。なお、図２に示したように、風はＷで示す一方向から吹いているものとし、また、分かりやすいように羽根２８ａが図２の位置にあった状態からスタートするものとして説明する。

図１、２に示したように、Ｗで示す一方向からの風が羽根２８ａ、２８ｂに当たると、羽根の面が風向Ｗと平行の位置関係にある羽根２８ｂに対しては風力は作用しないが、羽根２８ａの面に対しては風は直角方向から作用するので、その風圧により自転羽根体３０は公転半径Ｒで反時計回りに回転を開始する。

また、自転羽根体３０の一方の摺動部２９ａは、主導路３１により、また他方の摺動部２９ｂは補助導路(B) ３４の曲線軌道によって規制され、補助導路(B) ３４の切替手段３６に到達すると、他方の摺動部２９ｂ側に僅かなブレーキが掛かった状態に制御され、一方の摺動部２９ａが該切替手段３６よって主導路３１の外側レール３１ｂ側に風力によって当接するように制御される。

そして、自転羽根体３０の羽根２８ａは一方の摺動部２９ａと主導路３１による規制と風力により逐次その羽根の面角度を変化しながら進行し、１８０度回転した位置に到達した時点では、図２に示した羽根２８ｂの面角度になると共に、一方の摺動部２９ａは主導路３１の切り欠いた部分から外れて補助導路(A2)３３に風圧によって誘導され、また他方の摺動部２９ｂは補助導路(A1)３２に誘導された後、主導路３１に側に誘導される。そして他方の摺動部２９ｂが風圧と主導路３１によって規制を受け一回転した時点では羽根２８ａの一方の摺動部２９ａと他方の摺動部２９ｂとの位置は入れ替わる。

以上のことから明らかのように、羽根の自転０．５回転に対し公転１回転の割合で回転していることになる。換言すれば、一方の摺動部２９ａ又は他方の摺動部２９ｂが、主導路３１の曲線軌道と、補助導路(A1) (A2) ３２、３３の曲線軌道との周りを一回転ずつ、合わせて２回転して、羽根２８ａ、２８ｂは自転１回転、公転２回転の１サイクルが完了する。

次に、羽根２８ａ、２８ｂが自転、公転する時の風向Ｗに対する羽根の角度について、図３に示した概念図を参照して説明する。なお、羽根の角度は自転軸２７を中心にして連続的に変化するものであるが、わかり易くする意味で公転軸２１を中心に半径Ｒで回転する羽根２８ａ、２８ｂの自転軸２７の位置を８等分して説明する。

概念図の図３は、図２に示した自転羽根体３０の羽根２８ａ、２８ｂの自転軸２７、一方の摺動部２９ａ及び他方の摺動部２９ｂが動くそれぞれの軌跡を示したものであって、内側の破線で示した軌跡３７は、主導路３１の曲線軌道、外側の破線で示した軌跡３８は、補助導路(A1) (A2) ３２、３３の曲線軌道及び補助導路(B) ３４、また一点鎖線で示した軌跡３９は自転軸２７が半径Ｒで公転する軌跡である。

ここで図１、２に示した羽根２８ａ、２８ｂのうち、公転一回転すの際の一方の羽根２８ａのみに着目してその面の傾斜度合いを図３を参照して観察すると、まず、自転軸２７については当然ながら半径Ｒで公転する軌跡であり、羽根２８ａは、スタートの位置を仮に１−９の位置として、自転軸２７が角度４５度ずつ反時計周りに回転した時点の２−１０の位置では２２．５度左側に傾き、順次この割合で傾いて５−１３の位置では９０度の傾きとなる。さらに、この位置からスタートの１−９の位置までは、前半の回転角度と水平中心線対象の傾斜角度で、且つ羽根２８ａの反対面で風圧を受け風向Ｗから同様に順回転力を得て回転し、自転軸２７の半回転が終了する。
そしてこの後、”羽根２８ａは、スタート時の一方の摺動部２９ａと他方の摺動部２９ｂの位置を入れ換えた状態で同様に半回転し”、羽根２８ａ、２８ｂの自転１回転、公転２回転の１サイクルが完了する。

なお、上記した”羽根２８ａは、スタート時の一方の摺動部２９ａと他方の摺動部２９ｂの位置を入れ換えた状態で同様に半回転し”という文言は、図３に示したスタート時の摺動部２９ｂの位置から、即ち、スタートの１番の位置から４５度回転するごとに付記した摺動部２９ｂの進む軌跡の位置番号を順次２、３、４・・・と位置番号の順に進み、そして・・・１５、１６、1 まで進んでいって１回転の自転が終了することを示す内容であり、これによっても羽根２８ａ、２８ｂの自転１回転に対し公転が２回転であることが分かる。

このような構成にすれば、図３における羽根の位置を示す１−９の位置において最大の風圧を受け、２−１０及び８−１６の位置でも羽根の進行方向と風向Ｗは概ね同じであるので大きなエネルギーを取り出すことができる。また、羽根が３−１１及び７−１５の位置にある際は、羽根の進行方向と風向Ｗが直交しているため、前記した場合ほど大きなエネルギーは得られないが、それでも羽根の進行方向の後ろ側で風を受けているため、やはり公転方向の回転エネルギーが得られる。一方、４−１２、５−１３、６−１４の位置にある際には、羽根は進行方向から吹く向かい風を受けるため、羽根には公転方向とは逆向きのエネルギーが加わるが、羽根の向きは風向Ｗに対する角度が浅いため、この羽根に加わる逆向きのエネルギーは他の羽に加わる回転方向のエネルギーよりも小さく、結局エネルギーのロスは小さいため、羽根回転装置全体として効率よく公転方向の回転力を得ることができる。

（実施の形態２）
前述の実施の形態１では羽根の形状を矩形状平板として説明したが、図４に示したように、羽根の中央部を可撓性に富んだ帆布等からなる風孕体４０で構成し、またこの風孕体４０の周囲に自転軸２７に連結してフレーム４１を設けた上、該風孕体４０とフレーム４１とをスプリングなどの伸縮部材４２を介して係合した形態にすれば、実施の形態１で得られるエネルギーに加え、４−１２及び６−１４の位置でも回転方向のエネルギーが得られるので、さらに効率よく回転力を得ることができる。

詳述すれば、風孕体４０を使用した場合、４−１２の位置にある際には風孕体４０は公転軸に対して外側に撓むが、風は撓んだ風孕体４０の外表面に沿って流れるため、風速は風孕体４０の膨らみ側で早く、凹み側で遅い風速差が生じることになる。これにより航空機の翼と同様の原理による吸引力（航空機の場合は揚力）が生じるが、このとき風孕体４０はやや公転方向側に傾いているため、この吸引力のうちの回転方向の分力が回転エネルギーとして利用される。
また、風孕体４０が６−１４の位置にある際にも、風孕体４０が公転軸に対して内側に撓むことにより、上記４−１２の場合と同様の現象が生じ、やはり回転エネルギーが得られる。
なお、風孕体４０が５−１３の位置にある際には回転エネルギーは得られないが、風孕体４０は風向Ｗと平行になるため、逆風を孕むことがなく、従って逆回転方向のエネルギーが最小限に抑えられる。
即ち、風孕体４０を使用した場合、図３における４−１２の位置では公転軸に対し外側に撓み、５−１３では撓まず、４−１２では公転軸に対し内側に撓むという状態変化が生じるため、逆風からも効率よく公転方向のエネルギーを得ることができるとともに、逆回転方向のエネルギーが最小にすることができ、全体として得られる回転力が最大になるという効果を奏する。

なお、羽根の数を２枚として説明したが、羽根の形状、サイズ( 特に幅寸法) 、材質、慣性モーメント、経済性等を考慮した上で３〜６枚が好適であるが、これ以上の枚数にして形成することも可能であり、これらの仕様は公転軸( 出力軸) から得られる低回転出力性能などの要求性能と合わせて自由に定めることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、図５に示したように、主導路の切り欠いた部分Ｋ１の反対側付近において、回転制御により羽根が最大の風圧を受けるように調整される位置の直前で、羽根の向きを内側に傾斜させ、該位置の直後で外側に傾斜させる手段が設けられている風力発電用羽根回転装置である。
即ち、本例では、羽根２８ａが最大の風圧を受けるように調整される位置（図３中の１−９の位置）の直前で、主導路３１の内側レール３１ａの内側に摺動部２９ａのスムーズな通過を妨げる抵抗体４３ａを設置し、抵抗体４３が設置されていない場合の一点鎖線で示した位置よりも５度程度矢示した進行方向に傾斜させ（＋α度）、次いで、１−９の位置を通過した直後で、補助道路Ｂ３４（３１ａ）に抵抗体４３ｂを設置し、抵抗体４３ｂが設置されていない場合の一点鎖線で示した位置よりも５度程度進行方向と逆の方向に傾斜させ（−α度）、羽根の揚力を一層大きくしたものである。

（実施の形態４）
本実施の形態は、図示しないが実施の形態３と同様、主導路の切り欠いた部分Ｋ１の反対側付近において、回転制御により羽根が最大の風圧を受けるように調整される位置の直前で、羽根の向きを内側に傾斜させ、該位置の直後で外側に傾斜させる手段が設けられている風力発電用羽根回転装置である。
即ち、本例では、回転盤、内側レール、外側レールを金属製として羽根の摺動部との摩擦力を小さくすると共に、実施の形態３における抵抗体４３ａに代えて、摺動部との摩擦力が大きいゴムシートを貼着している。この摩擦力を利用して実施の形態３の場合と同様、羽根が最大の風圧を受けるようにされる位置の前後で羽根を傾斜させ、羽根の揚力を一層大きくしたものである。

（実施の形態５）
本実施の形態は、図示しないが実施の形態３、４と同様、主導路の切り欠いた部分Ｋ１の反対側付近において、回転制御により羽根が最大の風圧を受けるように調整される位置の直前で、羽根の向きを内側に傾斜させ、該位置の直後で外側に傾斜させる手段が設けられている風力発電用羽根回転装置である。
即ち、本例では、羽根の摺動部を金属製とすると共に、回転制御により羽根が最大の風圧を受けるようにされる位置の外側（図３における１の位置の付近）に磁石を設けている。この摺動部と磁石の吸引力を利用して実施の形態３、４の場合と同様、羽根が最大の風圧を受けるようにされる位置の前後で羽根を傾斜させ、羽根の揚力を一層大きくしたものである。

如上のとおり、本発明の風力発電用羽根回転装置は、一方向から風力を受けると、出力軸( 公転軸) には常に順方向の回転力が付与されるように、自転しながら公転する羽根の自転軸に一対の摺動部を連結し、該一対の摺動部を、予め定められた曲線軌道の主導路、補助導路を通過させて公転時の羽根の角度が連続的、自動的に変わるように形成した形態の羽根回転装置であって、該装置によれば、回転部としての羽根、摺動部等は極めてシンプルに形成できるのでその慣性モーメントは小さくなり、したがって、風のエネルギーを自動的に最も効率良く利用できるとともに、極めて低コストであり、画期的に優れた風力発電システムを実現することができ、エネルギー問題の解決に貢献するところ頗る大である。

本発明の実施の形態１における風力発電用羽根回転装置の部分断面正面図である。同風力発電用羽根回転装置の上面図である。同風力発電用羽根回転装置の自転羽根体が曲線軌道に沿って自転・公転する際の羽根の傾き及び公転・自転の軌跡を概念的に示す上面図である。本発明の実施の形態２における風力発電用羽根回転装置の羽根の別の形態を示す平面図である。本発明の実施の形態３における風力発電用羽根回転装置の羽根の傾きを変える形態を示す部分概要図である。

符号の説明

１〜１６摺動部の位置番号
１７軸受
１８支持盤
１９回転盤
２０スラスト軸受
２１公転軸
２２上スポーク
２３下スポーク
２４上部副軸受
２５下部副軸受
２６公転枠体
２７自転軸
２８羽根
２９ａ一方の摺動部
２９ｂ他方の摺動部
３０自転羽根体
３１主導路
３１ａ内側レール
３１ｂ外側レール
３２補助導路(A1)
３３補助導路(A2)
３４補助導路(B)
３５調節部
３６切替手段
３７内側破線軌跡
３８外側破線軌跡
３９一点鎖線軌跡
４０風孕体
４１フレーム
４２伸縮部材（スプリング）
４３ａ、４３ｂ抵抗体
４４風向検出装置
Ｋ１主導路の切り欠いた部分
Ｋ２交差部分

Claims

軸受を有する支持盤と、該支持盤の上方に設けられ前記軸受によって回転自在に支承される回転盤と、前記軸受によって支承される中央の公転軸、該公転軸の上端と下端からそれぞれ水平方向に延設する上下スポーク及び該上下スポークの端部に設けられた上下の副軸受とからなる公転枠体と、前記上下の副軸受に支承される自転軸を有し回転自在の羽根及び該羽根の前記自転軸に連結し羽根の回転角度を規制する一対の摺動部とからなる自転羽根体と、該自転羽根体の一方の摺動部を誘導するための主導路と、該主導路を摺動する前記摺動部を一方の摺動部から他方の摺動部に切り替えるための補助導路A1 A2 とからなり、前記主導路は前記自転羽根体の一対の摺動部の軌跡が交差する交差部分に近接した一部を切り欠いたトロコイド曲線状の曲線軌道に形成され、且つ前記補助導路A1 A2 は前記主導路の切り欠いた部分の両側に配置された曲線軌道に形成されるとともに、前記主導路の切り欠いた部分の反対側付近で羽根の向きを切り替える切替手段とからなり、前記主導路の切り欠いた部分の反対側においては前記羽根の面は最大の風圧を受けるように風向きに対して直交すると共に、前記主導路の切り欠いた部分においては前記羽根の面は最小の風圧を受けるように風向きに対して平行となるように前記回転盤が回転制御されることを特徴とする風力発電用羽根回転装置。
羽根の向きを切り替える切替手段が補助導路B である請求項１記載の風力発電用羽根回転装置。
羽根の風孕体がフレームに伸縮部材を介して取り付けられる請求項１又は２記載の風力発電用羽根回転装置。
伸縮部材がスプリングである請求項３記載の風力発電用羽根回転装置。
主導路及び補助導路A1 A2 が内側レールと外側レールにより形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の風力発電装置。
主導路の切り欠いた部分の反対側付近において、前記回転制御により羽根が最大の風圧を受けるように調整される位置の直前で、羽根の向きを内側に傾斜させ、該位置の直後で外側に傾斜させる手段が設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の風力発電用羽根回転装置。