JP2010024881A

JP2010024881A - 羽根車

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Publication number: JP2010024881A
Application number: JP2008184888A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hanada; 政司花田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】風力・水力と回転力との変換効率の向上を図ることができる羽根車を提供すること。
【解決手段】回転軸と、この回転軸から当該回転軸を中心とする円周上に向かって延びるアームと、上記回転軸と平行に翼長が位置するよう配置され上記アームの先端側に連結された回転翼と、を備えたジャイロミル型の羽根車であり、上記回転翼は、当該回転翼の前縁側で上記アームの先端側に翼長方向を軸として回動可能に連結しており、上記回転翼の上記アームとの連結箇所よりも後縁側にて、翼長方向を軸として回動可能に一端部が連結された可動ロッドを備え、上記可動ロッドの他端部は、上記回転軸からの距離が変化するよう移動可能に当該回転軸と係合しており、当該可動ロッドの他端部に所定の質量を有する重りを備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、羽根車にかかり、特に、ジャイロミル型の羽根車に関する。

風力や水力によって回転する羽根車は、例えば、風力を電気に変換する風力発電機に用いられる。そして、風力発電機に用いられる羽根車の一例として、地面に垂直に立設された支柱と、この支柱の上端部分に設けられた地面（水平方向）に対して平行な回転軸である平行回転軸と、この回転軸から軸方向に延びるブレードと、を備えた、プロペラ型の羽根車がある。また、別の例として、特許文献１，２に示すような、地面に対して垂直な回転軸である垂直回転軸と、この回転軸の周囲に設けられ当該回転軸と平行に翼長を有する回転翼と、を備えたジャイロミル型の羽根車がある。

そして、上記ジャイロミル型の羽根車は、回転翼に風が当たると、風の下流方向には抗力が発生し、垂直方向には揚力が発生する。このとき、抗力と揚力の関係やそれぞれの大きさは、回転翼の形状、当該回転翼に当たる風の仰角などによって決定される。そして、揚力と抗力とは、それぞれ回転軸を回転させることができ、発電機としても利用することが可能であるが、揚力を利用する方が発電効率の面で有利である。

ところが、上述したジャイロミル型の羽根車の場合には、回転軸の回転速度や風速の変化によって、回転翼に当たる相対的な風の方向が動的に変化しうる。これに伴い、最大揚力を発生するために理想的な仰角も、時々刻々と変化しうる。このため、ジャイロミル型の羽根車において、回転翼の位置、速度、風向きの変化に、回転翼の仰角を適切に対応させる必要がある。

ここで、特許文献１，２に、ジャイロミル型の羽根車おいて、回転翼の角度を可変とした構成のものが開示されている。具体的に、特許文献１では、回転翼が回転可能に軸支されており、特に、強風時に回転翼が風向きに対して平行となるよう構成されている。また、特許文献２では、上記同様に、回転翼がアーム部材にて回転可能に軸支されていると共に、さらに、回転翼の向きを変えるためのガバナアームが連結されている。そして、このガバナアームを作動円盤に連結し、当該作動円盤の回転を羽根車の回転速度（遠心力）に応じて制御する構成を採っている。これにより、風速や風向きに対して適宜回転翼の角度が変更される。

特開２００２−３３９８５４号公報特開２０００−２３４５８２号公報

しかしながら、上述した特許文献に開示の技術は、特定の回転位置において、回転翼の角度を可変とし、また、強風時における回転翼の角度を固定する、という構成を採っているため、各回転位置により回転翼を適切な角度に可変することができない。従って、羽根車における風力・水力と回転力との変換効率のさらなる向上を図ることができない、という問題があった。

このため、本発明の目的は、上述した課題である、風力・水力と回転力との変換効率の向上を図ることができる羽根車を提供する、ことにある。

かかる目的を達成するため本発明の一形態である羽根車は、
回転軸と、この回転軸から当該回転軸を中心とする円周上に向かって延びるアームと、上記回転軸と平行に翼長が位置するよう配置され上記アームの先端側に連結された回転翼と、を備えたジャイロミル型の羽根車である。

更に、
上記回転翼は、当該回転翼の前縁側で上記アームの先端側に翼長方向を軸として回動可能に連結しており、
上記回転翼の上記アームとの連結箇所よりも後縁側にて、翼長方向を軸として回動可能に一端部が連結された可動ロッドを備え、
上記可動ロッドの他端部は、上記回転軸からの距離が変化するよう移動可能に当該回転軸と係合しており、当該可動ロッドの他端部に所定の質量を有する重りを備えた、
ことを特徴とする。

本発明は、以上のように構成されることにより、風力等の向きと回転翼の回転位置に応じて、回転翼の仰角が適切となるよう当該回転翼の向きが自動的に設定される。その結果、風力・水力と回転力との変換効率の向上を図ることができる。

本発明の一形態である羽根車は、
回転軸と、この回転軸から当該回転軸を中心とする円周上に向かって延びるアームと、上記回転軸と平行に翼長が位置するよう配置され上記アームの先端側に連結された回転翼と、を備えたジャイロミル型の羽根車である。

上記構成のジャイロミル型の羽根車は、まず、風力や水力を受けることによって、抗力と揚力が発生し、回転軸を中心とした円周上を回転する。このとき、各回転翼は、回転軸に固定されたアームと当該回転軸に対して移動可能に係合された可動ロッドにて、ほぼ翼弦上の２点で回動可能に連結されている。従って、可動ロッドの他端部が回転軸に対して移動すると、当該可動ロッドの一端部が回転翼の後縁側を押したり引っ張ったりするため、当該回転翼が前縁側のアームとの連結箇所を中心として回転し、その角度が変化される。

そして、回転翼は、風力等を受けることにより生じる抗力にてその角度が変化する。また、回転翼は、上記構成により、回転ロッドの他端部に装備された重りに回転軸を中心とした回転による遠心力がかかると、当該遠心力にて可動ロッドの他端部が回転軸から遠ざかるよう移動する。すると、可動ロッドにて回転翼の後縁側が押されるため、回転翼の角度が変化する。従って、風力等の向きと回転位置に応じて、回転翼の仰角が適切となるよう当該回転翼の向きが自動的に設定される。その結果、風力と回転力との変換効率の向上を図ることができる。

また、上記羽根車では、上記重りを、上記回転軸が回転したときに付勢される遠心力にて上記可動ロッドの他端部を上記回転軸側から押圧するよう配置するとともに、上記可動ロッドの他端部が所定の距離以上、上記回転軸から離れたときに当該他端部から離間させる重り離間手段を備えた、ことを特徴とする。そして、上記重り離間手段は、一端側に上記重りが連結されると共に他端側に上記可動ロッドの他端部が連結され、その両端が同一方向を向いて略Ｕ字状に配置された所定の長さのワイヤと、当該ワイヤの略Ｕ字状の内側部分が巻きつけられる上記可動ロッドの他端部よりも上記回転軸側に設置された固定部材と、を備えた、ことを特徴とする。

これにより、重りに遠心力が働くと、当該重りはワイヤが伸びきるまで可動ロッドの他端部を押圧する。一方で、重りに働く遠心力以上に回転翼に抗力がかかるなどによって、可動ロッドの他端部が回転軸から離れる方向に移動すると、固定部材を介してワイヤの一端側に連結された重りが回転軸側に引っ張られ、当該重りは可動ロッドの他端部から離間する。従って、重りの遠心力による回転翼の向きの変化を抑制することができ、風向きと回転位置に応じて、回転翼の仰角がより適切となるよう、当該回転翼の向きが自動的に設定される。

また、上記羽根車では、上記可動ロッドの他端部に、当該他端部の移動に対する復元力を付勢する復元力付勢手段を備えた、ことを特徴とする。そして、上記復元力付勢手段は、自然長に対して伸縮したときに、当該伸縮方向とは反対方向の復元力を付勢するバネ部材である、ことを特徴とする。

これにより、上述した抗力や遠心力による回転翼の向きの変化を、所定の向きの範囲で制限したり、元の向きに復元させることができる。従って、回転翼の姿勢が安定し、羽根車の風力と回転力との変換効率のさらなる向上を図ることができる。なお、上記復元力付勢手段（例えば、バネ部材）は、本発明の羽根車に必ずしも装備される必要はない。

また、上記羽根車では、上記可動ロッドの他端部の予め設定された距離以上の移動を規制する移動規制手段を備えた、ことを特徴とする。そして、上記移動規制手段は、上記可動ロッドの他端部に当接して当該他端部の移動を係止する部材であり、上記回転軸側と上記回転翼側とにそれぞれ設けた、ことを特徴とする。

これにより、上述した抗力や遠心力による回転翼の向きの変化を、所定の向きの範囲でより確実に制限することができ、回転翼の姿勢が安定する。

また、本発明では、上述した羽根車と、上記回転軸の回転力を電力に変換する発電手段と、を備えた発電機をも提供している。

以下、本発明に係る、羽根車の実施形態を説明する。なお、以下実施形態では、羽根車を風力にて回転させて発電機として利用する場合を説明するが、本発明における羽根車は風力にて回転されることに限定されず、例えば、水力にて回転されてもよい。また、本発明における羽根車は、発電機に利用することに限定されない。逆に、回転軸に回転力を印加して、これによって羽根車を回転駆動させて回転翼から推進力を発生させ、例えば、シュナイダープロペラといった推進装置として利用してもよい。

＜実施形態＞
本発明の第１の実施形態を、図１乃至図１１を参照して説明する。図１は、ジャイロミル型の羽根車の構成の概略を示す図である。図２は、本発明における羽根車の構成の概略を示す図であり、図３は、その動作の概略を示す図である。図４乃至図６は、本発明における羽根車の詳細な構成を示す図である。図７乃至図１１は、風速、回転速度、相対速度の様子を示す図である。

［構成］
本実施形態における羽根車は、図１の簡略図に示すように、地面に対して垂直つまり鉛直方向に延びる円柱状の回転軸１と、この回転軸１の周囲に設けられ当該回転軸１の軸方向と平行に翼長を有する複数の回転翼Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと、を備えたジャイロミル型の羽根車である。そして、回転翼Ａ等は、所定の方向から風が当たると、風の下流方向には抗力が発生し、風の垂直方向には揚力が発生することで、回転軸１を中心とした円周上で回転する。また、図示しないが、本実施形態における羽根車は、回転軸１に当該回転軸１の回転力を電力に変換する発電装置（発電手段）を備えており、風力発電機として利用されるものである。

なお、図１に示す例では、回転軸１と回転翼Ａ等とを連結するアーム等の構成を図示していないが、実際には、後述するように、回転翼Ａ等は回転軸１から延びるアーム等の支持部材によって連結されている。また、本実施形態における羽根車には、回転翼Ａ等がほぼ等間隔に４枚設けられているが、回転翼Ａ等の間隔や枚数はこれに限定されない。

続いて、図２乃至図６を参照して、羽根車の構成について説明する。図２乃至図３は、羽根車の上面図であり、その構成を簡略化して示したものである。そして、図４乃至図６は、１つの回転翼Ａの構成の詳細を示したものである。なお、他の回転翼Ｂ，Ｃ，Ｄもほぼ同一の構成であるため、それらの構成の説明は省略する。

まず、図２に示すように、本実施形態における羽根車を構成する回転翼Ａは、回転軸１から当該回転軸１を中心とする点線にて示した円周上に向かって延びるアーム２１に連結されている。具体的に、回転翼Ａは、その前縁側にて、アーム２１の先端部に、当該回転翼Ａの翼長方向（図２の紙面垂直方向）を軸として、回動可能（図２の矢印Ｙ２参照）に軸支された状態で連結されている。

また、回転翼Ａは、上記アーム２１との連結部よりも後縁側にて、可動ロッド２２の一端部に、当該回転翼Ａの翼長方向（図２の紙面垂直方向）を軸として回動自在に連結されている。そして、可動ロッド２２は回転軸１に向かって延びるよう配置されており、当該可動ロッド２２の他端部は、回転軸１の所定の位置（高さ）に設けられた円盤状の台座１１に、移動可能なよう係合している。具体的には、可動ロッド２２の他端部には、回転軸１と一体化された台座１１上で、当該回転軸１のほぼ半径方向に沿って図２の矢印Ｙ１に示すように往復移動を可能とするロッド移動機構３０が連結されている。ここで、図４を参照して、回転翼Ａの構成の詳細、特に、可動ロッド２２の他端部に連結されるロッド移動機構３０の構成について詳述する。

図４に示すように、ロッド移動機構３０は、まず、可動ロッド２２が連結されるロッド連結部材３１を備えている。このロッド連結部材３１には、回転軸１側に開口する所定の深さの凹部３１ａが形成されている。そして、その凹部３１ａの開口側とは反対側は、回転翼Ａ側に位置し、可動ロッド２２の他端部が回動自在に連結されている。また、ロッド連結部材３１は、形成されている凹部３１ａの開口側を回転軸１側に向けて配置されており、当該凹部３１ａの内部に第一コイルばね４１を連結している。そして、第一コイルばね４１は、ロッド連結部材３１の凹部３１ａの開口側から突出している。

また、ロッド移動機構３０は、上記ロッド連結部材３１自体の開口側と、上記第一コイルばね４１と、を収容可能な所定の深さの凹部３２ａが形成された第一収容部材３２を備えている。具体的に、第一収容部材３２は、凹部３２ａの開口側を回転翼Ａ側に向けて配置されており、当該凹部３２ａの内底面には、上記第一コイルばね４１が連結している。また、第一収容部材３２の開口側の周囲は、当該第一収容部材３２の外側に向かって突出した２つの突出部３２ｂ，３２ｃが形成されている。そして、一方の突出部３２ｂには、ワイヤ５１が連結されており、他方の突出部３２ｃには、上記ワイヤ５１の他端に連結されている重り５０が当接している。なお、この重り５０は、必ずしも突出部３２ｃに当接しているとは限らない。

また、上記ロッド移動機構３０は、上述した第一収容部材３２と一体的であり、当該第一収容部材３２の凹部３２ａの開口側とは反対方向に向かって突出し、回転軸１側に開口する凹部３３ａが形成されたばね収容部３３を備えている。このばね収容部３３の凹部３３ａの内底面には、第二コイルばね４２が連結しており、当該凹部３３ａの開口側から回転軸１側に向かって突出している。

また、ロッド移動機構３０は、上記第一収容部材３２と一体的に設けられたばね収容部３３自体の開口側と、上記第二コイルばね４２と、を収容可能な所定の深さの凹部３４ａが形成された第二収容部材３４を備えている。具体的に、第二収容部材３４は、凹部３４ａの開口側を回転翼Ａ側に向けて配置されており、当該凹部３４ａの内底面には、上記第二コイルばね４２が連結している。

そして、上述したように構成されたロッド移動機構３０は、まず、第二収容部材３４が回転軸１と一体的に構成された台座１１に固定されている。そして、この第二収容部３４の凹部３４ａ内には、第二コイルばね４２を間に挟んでばね収容部３３が収容されており、当該ばね収容部３３と一体的な第一収容部材３２は、第二収容部材３４の凹部３４ａに沿って台座１１上を移動可能である。つまり、第一収容部３２は、アーム２１に沿って、回転軸１と回転翼Ａとの間を往復移動可能な構成となっている。なお、台座１１上には、第一収容部材３２の往復移動を導くガイド溝が、アーム２１の長手方向に沿って形成されている（図４の点線参照）。

同様に、第一収容部材３２の凹部３２ａ内には、第一コイルばね４１を間に挟んでロッド連結部材３１が収容されており、当該ロッド連結部材３１は、第一収容部３２の凹部３２ａに沿って台座１１上を移動可能である。つまり、第一収容部３２は、アーム２１に沿って、回転軸１と回転翼Ａとの間を往復移動可能となっている。

そして、上述したように、ロッド連結部材３１と第一収容部材３２とが移動すると、ロッド連結部材３１と第一収容部材３２との間の上記第一コイルばね４１（復元力付勢手段）と、第一収容部材３２つまりばね収容部３３と第二収容部材３４との間の上記第二コイルばね４２（復元力付勢手段）と、がそれぞれ伸縮する。すると、第一コイルばね４１と第二コイルばね４２とは、伸縮した方向とは反対の方向に復元力を生じる。例えば、本実施形態では、回転翼Ａの翼弦が回転軸１を中心とした回転円周の接線とほぼ一致する角度のときには、第一コイルばね４１と第二コイルばね４２とは、自然長となるよう設定されており、当該回転翼Ａの向きが上記回転円周の接線に対して傾くと、可動ロッド２２の他端部に移動が生じ、各コイルばね４１，４２が自然長からそれぞれ伸縮する。この場合に、各コイルばね４１，４２は、自然長に戻ろうとする力が生じ、これにより、可動ロッド２２の他端部を元の位置に戻そうとする復元力が生じる。なお、可動ロッド２２の他端部の移動に対する復元力を付勢する構成として、コイルばねを例示したが、他の部材を用いてもよい。

また、台座１１上には、上記第二収容部材３４よりも回転軸１よりに、当該台座１１上に突出した２つの突起５２，５３（固定部材）が設置されている。そして、上述したワイヤ５１の中央部分が、２つの突起５２，５３の外側に巻きつけられて配置される。換言すると、ワイヤ５１は中央部分で略Ｕ字状に曲折されて、その内側部分が２つの突起５２，５３の回転軸１側で巻きつけられた状態となっている。そして、ワイヤ５１の一端には、第一収容部材３２の一方の突出部３２ｂが連結しており、ワイヤ５１の他端には、重り５０が連結している。これらワイヤ５１と突起５２，５３とにより、後述するように、可動ロッド２２の他端部が所定の距離以上、回転軸１から離れた距離に移動したときに、重り５０を第一収容部材３２の突出部３２ｃから離間させる重り離間手段として機能する。

また、台座１１上には、可動ロッド２２の他端部の移動を規制する移動規制手段として、当該台座１１上から突出する移動規制突起６１，６２が設けられている。具体的に、一方の移動規制突起６１は、可動ロッド２２の他端部よりも回転翼Ａ側に設けられており、当該可動ロッド２２の他端部が回転翼Ａ方向に所定の距離以上移動した場合に、ロッド連結部材３１が当接して、当該可動ロッド２２の他端部の移動を係止する。また、他方の移動規制突起６２は、可動ロッド２２の他端部よりも回転軸１側に設けられており、当該可動ロッド２２の他端部が回転翼Ａ方向に所定の距離以上移動した場合に、第一収容部材３２が当接して、当該可動ロッド２２の他端部の移動を係止する。

［動作］
次に、上記構成の羽根車の動作を説明する。以下では、特に、１つの回転翼Ａに着目して、その動作を説明する。

まず、回転翼Ａに所定の風速（Ｖａ）の風が当たると、通常は、図７に示すように、風の下流方向に抗力（Ｄ）が発生し、垂直方向に揚力（Ｌ）が発生する。そして、抗力と揚力の関係やそれぞれの大きさは、回転翼の形状と、当該回転翼に当たる風の仰角（α）によって決定される。

ここで、上述してきたジャイロミル型の羽根車では、図８に示すように、風の速度（Ｖａ）と回転速度（Ｖｂ）とによって、回転翼Ａに当たる相対的な風の向き及び速度（Ｖ）が、時々刻々と変化する。そして、図９（ａ）に示すように、相対的な風の角度（θ）は、「ｔａｎθ＝風の速度（Ｖａ）／回転速度（Ｖｂ）」で表すことができるため、当該相対的な風の角度は、「風の速度（Ｖａ）／回転速度（Ｖｂ）」に比例することとなる。従って、この角度に対応させて、回転翼Ａの角度を変化させることで、より理想的な仰角となる。

そして、本発明では、上述したように、風の速度（Ｖａ）の２乗に比例する抗力と、回転速度（Ｖｂ）の２乗に比例する遠心力と、を用いて、回転翼Ａの仰角が自動的に設定される構成としているため、常に理想的な仰角となる。具体的には、回転翼Ａの仰角を、図９（ｂ）に示すように、「風速（Ｖａ）の２乗／回転速度（Ｖｂ）の２乗」に比例させて変化させているため、より近い角度となる。

このことについて、さらに詳述する。ここでは、図８に示すように、「風速（Ｖａ）＝回転速度（Ｖｂ）」の場合には、図３に示すように、回転翼Ａの角度が変化することとなる。まず、位置Ｐ１では、風速（Ｖａ）による影響が大きいため、その抗力にて回転翼Ａが矢印Ｙ２１に示すように回転し、矢印Ｙ１１に示すように可動ロッド２２が押圧される。具体的には、羽根車が回転していることによって重り５０に働く遠心力以上の抗力が発生しているため、図５に示すように、可動ロッド２２の他端部に連結されたロッド連結部材３１と第一収容部材３２及びばね収容部３３とが、回転軸１方向に移動する（矢印Ｙ３１参照）。このとき、各コイルばね４１，４２は縮小することとなるが、当該ばね４１，４２には復元力が生じるため、可動ロッド２２の他端部は徐々に移動し、回転翼Ａは徐々に回転することとなる。

その後、位置Ｐ２では、風速（Ｖａ）が回転翼Ａの後縁方向から入射されるため、可動ロッド２２の他端部を回転軸１方向に押圧する抗力が弱まる。一方で、重り５０には回転軸１が回転していることによって遠心力が付勢され、この遠心力にて可動ロッド２２の他端部を矢印１２の方向に押圧する。従って、回転翼Ａは、上述した図４の状態となり、円周の接線とほぼ平行な角度となる。

その後、位置Ｐ３では、風速（Ｖａ）による影響が大きいため、その抗力にて回転翼Ａが矢印Ｙ２３に示すように回転し、矢印Ｙ１３に示すように可動ロッド２２が回転軸１から離間する方向に引っ張られる。具体的には、図６の矢印Ｙ３２に示すように、可動ロッド２２の他端部に連結されたロッド連結部材３１と第一収容部材３２及びばね収容部３３とが、回転翼Ａ側に移動する。このとき、各コイルばね４１，４２は伸びることとなるが、その復元力により、可動ロッド２２の他端部は徐々に移動し、回転翼Ａは徐々に回転することとなる。そして、このとき、第一収容部材３２が回転翼Ａ方向に移動することで、当該第一収容部材３２の突出部３２ｂに連結されたワイヤ５１の端部が回転翼Ａ方向に引っ張られるため、台座１１上に固定された突起５２，５３を介して、ワイヤ５１の他方の端部は回転軸１側に引っ張られる。つまり、矢印Ｙ３３に示すように、重り５０が回転軸１側に引っ張られるため、これまで遠心力にて第一収容部材３２を回転翼Ａ方向に押圧していた重り５０が、当該第一収容部材３２から離間する。従って、かかる位置Ｐ３における回転翼Ａの角度（仰角）は、抗力に適切に対応している。

その後、位置Ｐ４では、上述した位置Ｐ２と同様に、可動ロッド２２の他端部を回転翼Ａ側に引っ張る抗力が弱まるため、可動ロッド２２の他端部が矢印１４の方向に移動するが、重り５０の遠心力にてその移動が係止される。従って、回転翼Ａは、上述した図４の状態となり、円周の接線とほぼ平行な角度となる。

ここで、図１０（ａ），（ｂ）には、回転速度（Ｖｂ）／風速（Ｖａ）の値が小さい時、つまり、風速（Ｖａ）が大きいときの相対速度（Ｖ）の様子を示している。この図に示すように、風の相対速度（Ｖ）の向きは、上述した位置Ｐ１，Ｐ３に相当する場所では、接線方向に対して大きな角度を有する。そして、かかる場合に本発明における回転翼は、上述したように、重り５０の遠心力の影響よりも抗力の影響を大きく受けて、接線に対して大きな角度を有するよう回転される。その結果、回転翼は、相対的な風の向きに適切に対応した仰角に、自動的に設定される。

また、図１１（ａ），（ｂ）には、回転速度（Ｖｂ）／風速（Ｖａ）の値が大きい時、つまり、回転速度（Ｖｂ）が大きくなったときの相対速度（Ｖ）の様子を示している。この図に示すように、風の相対速度（Ｖ）の向きは、上述した位置Ｐ１，Ｐ３に相当する場所では、より接線方向に近くなる。つまり、仰角が小さくなる。そして、かかる場合に本発明における回転翼は、大きい回転速度（Ｖｂ）によって重り５０に生じる大きな遠心力の影響を受けることとなり、回転翼の回転が抑制される。その結果、回転翼は、相対的な風の向きに適切に対応した仰角に、自動的に設定される。

以上により、本発明によると、風速等の向きと回転位置に応じて、回転翼の仰角が適切となるよう、当該回転翼の向きが自動的に設定される。その結果、風力等と回転力との変換効率の向上を図ることができる。

ここで、上記では、ロッド連結部材３１と第一収容部材３２との間には第一コイルばね４１（復元力付勢手段）を、また、第一収容部材３２つまりばね収容部３３と第二収容部材３４との間には第二コイルばね４２（復元力付勢手段）を、それぞれ設ける構成を例示したが、上記第一コイルばね４１及び第二コイルばね（復元力付勢手段）は、設けられていなくてもよい。

このように、上記第一コイルばね４１及び第二コイルばね（復元力付勢手段）を設けなかった構成における回転翼Ａの動作を、図３を参照して説明する。まず、位置Ｐ１では、風速（Ｖａ）の抗力にて回転翼Ａが矢印Ｙ２１に示すように回転し、矢印Ｙ１１に示すように可動ロッド２２が押圧される。

その後、位置Ｐ２では、風速（Ｖａ）が回転翼Ａの後縁方向から入射されるため、可動ロッド２２の他端部を回転軸１方向に押圧する抗力が弱まる。一方で、重り５０には回転軸１が回転していることによって遠心力が付勢され、この遠心力にて可動ロッド２２の他端部を矢印１２の方向に押圧する。従って、回転翼Ａは、円周の接線とほぼ平行な角度となる。

その後、位置Ｐ３では、風速（Ｖａ）による影響が大きいため、その抗力にて回転翼Ａが矢印Ｙ２３に示すように回転し、矢印Ｙ１３に示すように可動ロッド２２が回転軸１から離間する方向に引っ張られる。このとき、第一収容部材３２が回転翼Ａ方向に移動することで、当該第一収容部材３２の突出部３２ｂに連結されたワイヤ５１の端部が回転翼Ａ方向に引っ張られるため、台座１１上に固定された突起５２，５３を介して、ワイヤ５１の他方の端部は回転軸１側に引っ張られる。つまり、これまで遠心力にて第一収容部材３２を回転翼Ａ方向に押圧していた重り５０が、当該第一収容部材３２から離間する。従って、かかる位置Ｐ３における回転翼Ａの角度（仰角）は、抗力に適切に対応している。

以上にように構成しても、本発明によると、風速等の向きと回転位置に応じて、回転翼の仰角が適切となるよう、当該回転翼の向きが自動的に設定される。その結果、風力等と回転力との変換効率の向上を図ることができる。

本発明における羽根車は、風力発電機といった用途に利用することができ、産業上の利用可能性を有する。

ジャイロミル型の羽根車の構成の概略を示す図である。羽根車の構成の概略を示す図である。図２に開示した羽根車の動作の概略を示す図である。羽根車の詳細な構成を示す図である。羽根車の詳細な構成及び動作を示す図である。羽根車の詳細な構成及び動作を示す図である。回転翼に作用する力を示す図である。風速、回転速度、相対速度の関係を示す図である。風速、回転速度、相対速度の関係を示す図である。風速、回転速度、相対速度の関係を示す図である。風速、回転速度、相対速度の関係を示す図である。

符号の説明

１回転軸
１１台座
２１アーム
２２可動ロッド
３０ロッド移動機構
３１ロッド連結部材
３２第一収容部材
３３ばね収容部
３４第二収容部材
４１第一コイルばね
４２第二コイルばね
５０重り
５１ワイヤ
５２，５３突起
６１，６２移動規制突起

Claims

回転軸と、この回転軸から当該回転軸を中心とする円周上に向かって延びるアームと、前記回転軸と平行に翼長が位置して配置され前記アームの先端側に連結された回転翼と、を備えたジャイロミル型の羽根車であって、
前記回転翼は、当該回転翼の前縁側で前記アームの先端側に翼長方向を軸として回動可能に連結しており、
前記回転翼の前記アームとの連結箇所よりも後縁側にて、翼長方向を軸として回動可能に一端部が連結された可動ロッドを備え、
前記可動ロッドの他端部は、前記回転軸からの距離が変化するよう移動可能に当該回転軸と係合しており、当該可動ロッドの他端部に所定の質量を有する重りを備えた、
ことを特徴とする羽根車。
前記重りを、当該重りに前記回転軸が回転したときに付勢される遠心力にて前記可動ロッドの他端部を前記回転軸側から押圧するよう配置すると共に、前記可動ロッドの他端部が所定の距離以上前記回転軸から離れたときに当該他端部から離間させる重り離間手段を備えた、
ことを特徴とする請求項１記載の羽根車。
前記重り離間手段は、
一端側に前記重りが連結されると共に他端側に前記可動ロッドの他端部が連結され、その両端が同一方向を向いて略Ｕ字状に配置された所定の長さのワイヤと、
当該ワイヤの略Ｕ字状の内側部分が巻きつけられる前記可動ロッドの他端部よりも前記回転軸側に設置された固定部材と、を備えた、
ことを特徴とする請求項２記載の羽根車。
前記可動ロッドの他端部に、当該他端部の移動に対する復元力を付勢する復元力付勢手段を備えた、
ことを特徴とする請求項１，２又は３記載の羽根車。
前記復元力付勢手段は、自然長に対して伸縮したときに、当該伸縮方向とは反対方向の復元力を付勢するバネ部材である、
ことを特徴とする請求項４記載の羽根車。
前記可動ロッドの他端部の予め設定された距離以上の移動を規制する移動規制手段を備えた、
ことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の羽根車。
前記移動規制手段は、前記可動ロッドの他端部に当接して当該他端部の移動を係止する部材であり、前記回転軸側と前記回転翼側とにそれぞれ設けた、
ことを特徴とする請求項６記載の羽根車。
請求項１乃至７記載の羽根車と、前記回転軸の回転力を電力に変換する発電手段と、を備えたことを特徴とする発電機。