JP2014077396A

JP2014077396A - 風洞回転羽根

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Publication number: JP2014077396A
Application number: JP2012225717A
Authority: JP
Inventors: Hiroshige Ishikawa; 博重石川
Original assignee: KASHIMANO KANRI SERVICE KK
Current assignee: KASHIMANO KANRI SERVICE KK
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: WO2014057810A1; JP5240883B1

Abstract

【課題】回転効率、発電効率につき、臨界点を向かえることのあった従来の構成を一変する風洞回転羽根の新たな構成風洞回転羽根を提供する。
【解決手段】風洞２０内で風を受けて回転している風洞回転羽根１０の、あるブレード１２の受風面１４より軸寄り部分１６が、風洞２０を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、風洞２０内を吹き抜ける風が、通風孔１を通って、その風洞２０のより風下側にある別のブレード１２の受風面１４に突き当たることになり、それによって、この別のブレード１２の受風面１４は、一番強い風を受けてから、次第に弱まって来たまさにその時に、新たに、通風孔１を通って来た風を受けて、さらに強い回転力が与えられることになり、その位置に置いても、より回転力が強まることになる。
【選択図】図５

Description

本発明は、風洞に設置されて、発電に使用される風洞回転羽根に関する。

近年、車の走行中に、進行方向に受ける風を用いて、発電タービンの回転羽根を回し、該タービンの発電器で発電して、充電池に充電させ、電気自動車やプラグインハイブリッド車などの充電の補助に使用し、家庭用充電設備やバッテリ充電用ステーションでの充電回数を減らして、一充電で走行できる距離を伸ばそうとする技術の提案がなされている。

図９は、本発明者が電気自動車やプラグインハイブリッド車用の補助充電用に実験的に作成した、そのような発電タービンの機構を模式的に表した概略図である。同図に示すように、自動車の進行方向に風洞２００が設置され、該風洞２００内に、タービン用の回転羽根１００が設けられている。該回転羽根１００には、自動車の走行と共に風洞２００内を吹き抜ける風を受ける複数枚のブレード１２１〜１２８が取り付けられている。従って、自動車が前進する度に該風洞２００内に風が吹き込み、該風洞２００内を吹き抜けようとする風をこれらのブレード１２１〜１２８の風受け面が受けて、該回転羽根１００を回転せしめる。その回転する力を発電器４００に伝達して発電させ、その電力を充電池４１０に充電する構成である。

実際には、風洞２００内を風が吹き抜けようとする際に、これらの構成を駆動させようとする力（上記回転羽根１００を上記方向に回転させる力、その回転を発電器４００に伝達する際にロスする力、さらに発電器４００を所定の方向に回転させようとする力）の反作用で、逆に、風洞２００内を吹き抜けようとする風に対して抵抗が生じ、その抵抗によって、図１０に示すように、一部は風洞２００入り側の方に逆流し、風洞２００入り側で、前方より吹き込む風によって、該風洞２００の外側へあふれ出す、所謂オーバーフロー状態となる。このあふれ出す風にさらに引っ張られて、益々オーバーフローが激しくなり、思うような効率で発電がされないという問題を生じていた。

これに対し、本発明者は、下記特許文献１において、図１１に示すように、風洞２００内であって、前記回転羽根１００の設置位置より風の入り側に、該風の流れに沿ってその流れを２つの段に分ける隔壁２１０を設けて、回転羽根１００のブレード１２１〜１２８が風を受ける主風洞部分とそれとは別の従風洞部分を形成すると共に、前記回転羽根１００のいずれかのブレード１２１〜１２８先端位置が最も風洞２００側へ位置した場合に、該回転羽根１００のブレード１２１〜１２８先端位置が隔壁２１０の延長線上に存在するように該回転羽根１００を設置し、さらに回転羽根１００のブレード１２１〜１２８先端部に、その突端が回転羽根１００のブレード１２１〜１２８の風受け面より隔壁２１０延長線を介して従風洞部分側に突出し、該従風洞部分側を吹き抜ける風を受ける補助ブレード１２１ａ〜１２８ａを備えた構成の提案を行った。

上記隔壁２１０によって形成された上記主風洞部分を吹き抜けようとする風が、回転羽根１００のブレード１２１〜１２８にぶつかって該回転羽根１００を回し、それによって発電器４００を発電せしめ、充電池４１０の充電を行う。その一方で、上記主風洞部分に対して隔壁２１０を挟んでその外側にも、上記したように、隔壁２１０の入り側を回り込むようにオーバーフローが発生する。しかし、前方から吹き込む風によって、上記隔壁２１０のもう一方の側にある従風洞部分側に、上記オーバーフロー分の風が回り込むことになる。すると、該従風洞部分側に流れ込んだ上記風は、上記補助ブレード１２１ａ〜１２８ａの風受け面にキャッチされ、回転羽根１００を、同じ方向にさらに回す力を発生せしめることになる。従って、従風洞部分側に流れ込む該オーバーフロー分が、ロスされずに、反対に回転羽根１００の回転に更に作用するようになるため、発電器４００の発電ロスをその分なくし、発電効率を向上せしめることになって、それに伴って、充電率も高くなる。
特許第４６０７２３４号

上記構成は、それなりの効果を達成できるものであったが、回転速度がある一定値まで達すると、それ以上に上がることは無く、その点で限界があった。それは、従風洞部分側に流れ込む該オーバーフロー分が、一定の分しかなくなり、オーバーフローがさらにその外側にも発生するため、その部分で臨界点を向かえるものと思慮される。

本発明は、以上のような問題に鑑み創案されたもので、本発明者は、上記構成を一から考え直し、そのような臨界点を向かえることのない風洞回転羽根の新たな構成を提供せんとするものである。

本発明の構成は、
風洞に設置された時に、該風洞に１乃至複数枚突き出るブレードによって、上記風洞を吹き抜ける風を受けて回転する回転羽根であって、上記風洞を吹き抜ける風を上記ブレードに受けてその力によって回わる回転羽根の回転力を用いて発電器に発電させる風洞回転羽根において、
上記回転羽根は、その軸より離れた位置で、上記風を受けるブレード部分が風を受け止め易い形状に成形された受風面として形成されており、該受風面より軸寄り部分が、風洞を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、その軸寄り部分から風が吹き抜け、吹き抜けたその風が、上記風洞の、より風下側にある別のブレードの受風面に受けられる位置に来るように、手前のブレードの軸寄り部分の位置に、通風孔乃至通風スリットが穿設されている
ことを基本的特徴としている。

上記構成によれば、風洞内で風を受けて回転している回転羽根の、あるブレードの受風面より軸寄り部分（根元側）が、風洞を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、風洞内を吹き抜ける風が、上記通風孔乃至通風スリットを通って、その風洞のより風下側にある別のブレードの受風面に突き当たることになる。この別のブレードの受風面は、一番強い風を受けてから、次第に弱まって来たまさにその時に、新たに、通風孔乃至通風スリットを通って来た風を受けて、さらに強い回転力が与えられるため、その位置に置いても、より回転力が強まることになる。この際、そのような風の吹き抜けをさせた通風孔乃至通風スリットを有するブレードの受風面は、間もなく直接風洞内を吹き抜ける風を受けることになるので、少なくとも２つのブレード受風面で、この風洞回転羽根は、風洞を吹き抜ける風によって、より強い回転力を得られるようになる。

また、ほんの一瞬の間であるが、別のブレードの受風面に近い部分で風が滞留し、その部分の圧力は高まる。その際、別のブレードの軸寄り部分にある通風孔乃至通風スリットを抜けて、さらに別のブレードの受風面に当たるようになり、そこで同様に作用する（しかし、それも徐々に、作用しなくなってくる）。

その一瞬の後、そこから上記の別のブレードがわずかに回転した位置で、下方に抜けていた風は、方向を変えて、風洞の風下側に吹き抜けていき、風洞内をそのまま吹き抜けていく風と合流することになる。従って、オーバーフローは、発生しない。実際に風洞実験を行ったところ、時速５５ｋｍ相当の風を流しても、風洞外へのオーバーフローは全く発生していない。

本構成によれば、発電器のコイルなどを焼き切ってしまうほど、回転羽根が異常に回ってしまうことが懸念される。また本回転羽根自身や風洞等にも、十分な剛性が無い場合、これらも壊れる原因となる。他方、上記通風孔乃至通風スリットの開口面積が、予めこの風洞内を抜ける最大風速に合わせて設定してあった場合（上記問題を発生せず、且つオーバーフローも発生しない状態に設計）、その設計最大風速より弱い風がその通風孔乃至通風スリットを通り抜けていっても、その後方にある別のブレードの受風面を押す力は弱くなる。そのため、本発明では、上記風洞回転羽根の回転に応じて、上記通風孔乃至通風スリットの開口面積を調整できる回転速度制御装置を有する構成とした。この開口面積を調整することで、上記風洞回転羽根の回転量、回転速度、回転加速度等を自由に調整できるようにし、上記のような問題が発生しないようにすると共に、通風孔乃至通風スリットを吹き抜ける風の流速を適切なものに調整して、後方にある別のブレードの受風面を押す力を最適なものにできるようにしている。

そのような回転速度制御装置の１つの構成としては、
風洞回転羽根の回転量、回転速度、乃至回転加速度を検知するセンサと、
上記通風孔乃至通風スリットの開口部を絞ったり、解放する可変体と、
上記センサの検知したデータに基づいて、可変体の動きを制御し、該部分の開口面積を制御する制御装置と
を有している構成が考えられる。

すなわち、上記センサで風洞回転羽根の回転量、回転速度、乃至回転加速度などのパラメータが検知され、そのデータに基づき、制御装置が、開口部の可変体（例えば開口部に出入りする板状のものやカメラのシャッタのような構成など）の動きを制御し、上記開口部を自動的に絞ったり、解放することで、風洞回転羽根の回転量、回転速度、乃至回転加速度が制御できるようになり、風洞回転羽根の回転状態を異常な状態に近づかないように制御することが可能となる。

さらに、通風孔乃至通風スリットの開口面積が、予めこの風洞内を抜ける最大風速に合わせて設定してあり（設計最大風速；発電器のコイルなどを焼き切ってしまったり、回転羽根自身や風洞が壊れる等の問題を発生せず、且つオーバーフローも発生しない状態に最大風速を設計上見積もって設定してある）、それより低い流速の風がその通風孔乃至通風スリットを通り抜けていった場合でも、上記回転速度制御装置により、通風孔乃至通風スリットの開口面積が調整されるため、通風孔乃至通風スリットを吹き抜ける風の流速を適切なものに制御することで、後方にある別のブレードの受風面を押す力を最適な状態に保つことができることになる。

以上のような本発明の構成によれば、風洞内で風を受けて回転している回転羽根の、あるブレードの受風面より軸寄り部分が、風洞を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、風洞内を吹き抜ける風が、上記通風孔乃至通風スリットを通って、その風洞のより風下側にある別のブレードの受風面に突き当たることになり、そのため、この別のブレードの受風面は、一番強い風を受けてから、次第に弱まって来たまさにその時に、新たに、通風孔乃至通風スリットを通って来た風を受けて、さらに強い回転力が与えられることになり、従って、その位置に置いても、より回転力が強まることになるという優れた効果を奏することになる。

また、別のブレードの受風面に近い部分で一旦滞留し、下方に抜けていた風が、すぐに方向を変えて、風洞の風下側に吹き抜けていき、風洞内をそのまま吹き抜けていく風と合流することになるので、オーバーフローの発生はない。

さらに、本発明構成で、上記通風孔乃至通風スリットの開口面積を調整できる回転速度制御装置が設けられることで、風洞回転羽根の回転に関する検知されたデータに基づいて、回転速度制御装置が、上記開口部を自動的に絞ったり、解放するようにしているため、発電器のコイルなどを焼き切ってしまったり、本回転羽根自身や風洞等が破壊されるほど、回転羽根が異常に回ってしまうことがないように、風洞回転羽根の回転状態を制御することが可能となる。

また、通風孔乃至通風スリットの開口面積が、予めこの風洞内を抜ける最大風速に合わせて設定してあり（設計最大風速に合わせて開口されている）、それより低い流速の風がその通風孔乃至通風スリットを通り抜けていった場合でも、上記回転速度制御装置により、通風孔乃至通風スリットの開口面積を調整し、通風孔乃至通風スリットを吹き抜ける風の流速を適切なものに制御することで、後方にある別のブレードの受風面を押す力を最適な状態に保つことができるようになる。

以下、本発明の実施の形態を、説明する。

本実施例にかかる風洞回転羽根は、これまでに説明してきたように、風洞２０（これらの採番された番号は後述する）に設置された時に、該風洞に１乃至複数枚突き出るブレード１２によって、上記風洞２０を吹き抜ける風を受けて回転する回転羽根１０であって、上記風洞２０を吹き抜ける風を上記ブレード１２に受けてその力によって回わる回転羽根１０の回転力を用いて、発電器（図示無し）に発電させる構成である。

図１は、そのような風洞回転羽根１０に設けられる１枚のブレード１２を示している。同図に示すように、風洞回転羽根１０（後述）の軸より離れた位置で、上記風を受けるブレード１２部分が風を受け止め易い形状に成形された受風面１４として形成されており、該受風面１４より軸寄り部分を１６として図面に示している。この軸寄り部分１６の後述する箇所に、通風孔１が穿設されている。その下の一番縁の部分は、回転羽根１０の軸に固定される固定片（図上採番していない）である。図２は、そのブレード１２の正面図（ｂ）と側面図（ａ）である。

図３は、これらのブレード１２を回転羽根１０の軸の周りの９０度ずつ離れた箇所に、上記固定片を固定している。もちろん、各ブレード１２の受風面１４や軸寄り部分１６は、上記回転羽根１０の軸に沿う形で取り付けられることになる。

そして、このような風洞回転羽根１０は、図３及び次の図４に示すように、外部から入ってくる風を通り抜けさせる風洞２０に、以下に説明するように設置する。すなわち、該風洞２０に対して、１乃至複数枚ブレード１２が突き出るような高さ位置であって、突き出たブレード１２（の受風面１４）によって風洞２０を吹き抜ける風を受けて、風洞回転羽根１０全体が回転できる位置に、回転自在に軸着される。図面では、軸の一方が軸着されていないように見えるが、実際には、両側で、ベアリングロール等の軸受けで、風洞２０内に軸着され、その一方又は両方に、変速ギア（図示無し）を介して発電器（図示無し）が取り付けられている。

図３及び図４では、風洞２０内を抜けてきた風の大半が、１つのブレード１２の受風面１４に当たり、その風力を受風面１４が受けて、風洞回転羽根１０の回転力に変換される。もちろん、風洞２０内を抜けてきた風の一部（風洞回転羽根１０のこのブレード１２の上辺より上側）は、そのまま、この風洞２０を、その後方に吹き抜けることになる。

次に各ブレード１２の軸寄り部分１６における通風孔１の穿設位置を、図５を使って説明する。

図５では、２枚のブレード１２が風の吹き抜ける風洞２０側に突出した状態であるが、どちらのブレード１２の受風面１４も、図４に示すように、それらが全面的に、風洞２０を吹き抜けようとする風を受けているわけでは無く、風下後方のブレード１２の受風面１４は、一番強い風を受けてから、次第に弱まって来て、現状ほぼ風を受ける役割を終わっている状態で有り、すでに生じた慣性力によって、風洞回転羽根１０を回している状態である。他方その前方（風上側）にあるブレード１２の受風面１４は、これから、風を受けようとする直前の状態に有り、回転力を得る前の状態にある。

このような理想状態を前提として、ブレード１２の軸寄り部分１４に、上記通風孔１の穿設位置が決まることになる。

すなわち、上記回転羽根１０につき、受風面１４より軸寄り部分１６が、風洞２０を吹き抜ける風に対して直交する位置に前方（風上側）のブレード１２が回転移動して来た時に、その軸寄り部分１６から風が吹き抜け、吹き抜けたその風が、上記風洞２０の、より風下側（後方）にある別のブレード１２の受風面１４に受けられる位置に来るように、手前のブレード１２の軸寄り部分１６の位置に、通風孔１が穿設される。

このような構成とすることにより、風洞２０内で風を受けて回転している風洞回転羽根１０の、或るブレード１２の受風面１４より軸寄り部分１６（根元側）が、風洞を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、図５に示すように、風洞２０内を吹き抜ける風が、上記通風孔１を通って、その風洞２０のより風下側にある別のブレード１２の受風面１４に突き当たることになる。

この別のブレード１２の受風面１４は、一番強い風を受けてから、次第に弱まって来たまさにその時に、新たに、通風孔１を通って来た風を受けて、さらに強い回転力が与えられることになる。そのため、通常ならその位置で増えることの無い回転力を、その位置で新たに生じさせることになる。

この際、そのような風の吹き抜けをさせた通風孔１を有するブレード１２の受風面１４は、間もなく直接風洞２０内を吹き抜ける風を受けることになるので、少なくとも２つのブレード１２の受風面１４で、この風洞回転羽根１０は、風洞２０を吹き抜ける風によって、より強い回転力を得られるようになる。

また、ほんの一瞬の間であるが、図６に示すように、別のブレード１２の受風面１４に近い部分で風が滞留し、その部分の圧力は高まる。その際、別のブレード１２の軸寄り部分１６にある通風孔１を抜けて、さらに別のブレード１２の受風面１４に当たるようになり、そこで同様に作用する（しかし、それも徐々に、その作用は弱くなる）。これらの風も最終的に風洞２０の風下側に吹き抜けてゆく。

その一瞬の後、そこから上記の別のブレード１２がわずかに回転した位置で、図７に示すように、下方に抜けていた風は、方向を変えて、風洞２０の風下側に吹き抜けていき、風洞２０内をそのまま吹き抜けていく風と合流することになる。従って、オーバーフローは、発生することがない。上述のように、実際に風洞実験を行ったところ、時速５５ｋｍ相当の風を流しても、風洞２０外へのオーバーフローは全く発生しなかった。

本実施例構成では、上記実施例構成に加えて、上記風洞回転羽根１０の回転に応じて、上記通風孔１の開口面積を調整できる回転速度制御装置を有する構成とした。

そのような回転速度制御装置の１つの構成としては、風洞回転羽根１０の回転速度（その他、回転量や回転加速度でも良い）を検知するセンサ（図示無し；最近では非接触でも軸の回転速度を検知できるものがある）と、図８に示すように、上記通風孔１の開口部を絞ったり、解放する、可変体１ａ及び１ｂ（開口部に出入りする板状のものとそれを動かすアクチュエータなど）と、上記センサの検知したデータに基づいて、可変体１ａ及び１ｂの動きを制御し、該部分の開口面積を制御する制御装置（図示無し；同じく可変体の動きの制御を非接触で行う無線などで可変体１ａ及び１ｂと交信できる構成すると良い）とを有している。

このような構成とすることにより、上記センサで風洞回転羽根１０の回転速度などのパラメータが検知され、そのデータに基づき、制御装置が、開口部の可変体１ａ及び１ｂの上下動を制御し、上記開口部を自動的に絞ったり、解放することで、風洞回転羽根１０の回転速度が制御できるようになる。

これは、上記のような構成により、風洞回転羽根１０の回転速度が高まり、それによって、発電器のコイルなどを焼き切ってしまうほど、風洞回転羽根１０が異常に回ってしまうことが懸念される。また、本風洞回転羽根１０自身や風洞２０等にも、十分な剛性が無い場合、これらも壊れる原因ともなる。

しかし、上記のような回転速度制御装置を設け、通風孔１の開口面積を調整することで、風洞回転羽根１０の回転速度（回転量や回転加速度なども同じ）の制御が可能となり、風洞回転羽根１０の回転状態を、以上のような異常な状態に近づけないように制御することが可能となる。

他方、上記通風孔１の開口面積が、予めこの風洞内を抜ける最大風速に合わせて設定してあった場合（設計最大風速にて設定）、そのような設計最大風速より弱い風がその通風孔１を通り抜けていっても、その後方にある別のブレード１２の受風面１４を押す力は弱くなる。その場合でも、上記回転速度制御装置の構成によって、上記風洞回転羽根１０の回転に応じて、上記通風孔１の開口面積を調整できるようにしたので、通風孔１を吹き抜ける風の流速を適切なものに調整して、後方にある別のブレード１２の受風面１４を押す力を最適なものにできるようにしてある。従って、設計最大風速より弱い風がその通風孔１を吹き抜けようとする時に、最適な開口面積に設定されていることで、その風下側にある別のブレード１２の受風面１４を押す力が弱くなることは無い。

上記上記通風孔１の開口部に板状のものを出入りさせる可変体１ａ及び１ｂのような構成では無く、カメラのシャッタのような構成でも良い。

尚、本発明の風洞回転羽根は、上述の図示例にのみ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。

本発明の風洞回転羽根は、発電用設備など、たとえば、電気自動車やプラグインハイブリッド車、その他自動車以外にも以外にも、風を利用して発電できるものであれば、他への利用も可能であることは言うまでもない。

本発明の実施例構成の回転羽根１０に設けられる１枚のブレード１２を示す斜視図である。上記ブレード１２の正面図（ｂ）と側面図（ａ）である。上記風洞回転羽根１０を風洞２０内に設置した状態を示す断面斜視図である。ブレード１２の受風面１４が風洞２０内の風を最も受けた状態の時の側面図である。本実施例構成により通風孔１から、別のブレード１２の受風面１２が風洞２０内の風を最も受けた状態の時の側面図である。本実施例構成により通風孔１から、別のブレード１２の受風面１２が風洞２０内の風を最も受けた状態の時から少し回転した状態の時の側面図である。上記よりさらに回転した時の側面図である。回転速度制御装置の一部を構成する開口部の可変体１ａ及び１ｂの動きを示す説明図である。本発明者が電気自動車やプラグインハイブリッド車用の補助充電用に実験的に作成した、発電タービンの機構を模式的に表した概略図である。上記実験構成で、風洞２００入り側の方に逆流し、同入り側で、前方より吹き込む風によって、該風洞２００の外側へあふれ出す、所謂オーバーフローの発生状態を示す説明図である。本発明者が、特許文献１において提案した、上記オーバーフローの発生を防ぎ、回転羽根１００の回転効率、発電器４００の発電効率をあげる構成を示す説明図である。

１通風孔
１ａ、１ｂ可変体
１０風洞回転羽根
１２、１２１〜１２８ブレード
１２１ａ〜１２８ａ補助ブレード
１４受風面
１６軸寄り部分
２０、２００風洞
２１０隔壁
４００発電器
４１０充電器

その一瞬の後、そこから上記の別のブレードがわずかに回転した位置で、下方に抜けていた風は、方向を変えて、風洞の風下側に吹き抜けていき、風洞内をそのまま吹き抜けていく風と合流することになる。従って、オーバーフローは、発生しない。実際に風洞実験を行ったところ、時速５５ｋｍ／ｈ相当の風を流しても、風洞外へのオーバーフローは全く発生していない。

その一瞬の後、そこから上記の別のブレード１２がわずかに回転した位置で、図７に示すように、下方に抜けていた風は、方向を変えて、風洞２０の風下側に吹き抜けていき、風洞２０内をそのまま吹き抜けていく風と合流することになる。従って、オーバーフローは、発生することがない。上述のように、実際に風洞実験を行ったところ、時速５５ｋｍ／ｈ相当の風を流しても、風洞２０外へのオーバーフローは全く発生しなかった。

図８は、本発明者が電気自動車やプラグインハイブリッド車用の補助充電用に実験的に作成した、そのような発電タービンの機構を模式的に表した概略図である。同図に示すように、自動車の進行方向に風洞２００が設置され、該風洞２００内に、タービン用の回転羽根１００が設けられている。該回転羽根１００には、自動車の走行と共に風洞２００内を吹き抜ける風を受ける複数枚のブレード１２１〜１２８が取り付けられている。従って、自動車が前進する度に該風洞２００内に風が吹き込み、該風洞２００内を吹き抜けようとする風をこれらのブレード１２１〜１２８の風受け面が受けて、該回転羽根１００を回転せしめる。その回転する力を発電器４００に伝達して発電させ、その電力を充電池４１０に充電する構成である。

実際には、風洞２００内を風が吹き抜けようとする際に、これらの構成を駆動させようとする力（上記回転羽根１００を上記方向に回転させる力、その回転を発電器４００に伝達する際にロスする力、さらに発電器４００を所定の方向に回転させようとする力）の反作用で、逆に、風洞２００内を吹き抜けようとする風に対して抵抗が生じ、その抵抗によって、図９に示すように、一部は風洞２００入り側の方に逆流し、風洞２００入り側で、前方より吹き込む風によって、該風洞２００の外側へあふれ出す、所謂オーバーフロー状態となる。このあふれ出す風にさらに引っ張られて、益々オーバーフローが激しくなり、思うような効率で発電がされないという問題を生じていた。

これに対し、本発明者は、下記特許文献１において、図１０に示すように、風洞２００内であって、前記回転羽根１００の設置位置より風の入り側に、該風の流れに沿ってその流れを２つの段に分ける隔壁２１０を設けて、回転羽根１００のブレード１２１〜１２８が風を受ける主風洞部分とそれとは別の従風洞部分を形成すると共に、前記回転羽根１００のいずれかのブレード１２１〜１２８先端位置が最も風洞２００側へ位置した場合に、該回転羽根１００のブレード１２１〜１２８先端位置が隔壁２１０の延長線上に存在するように該回転羽根１００を設置し、さらに回転羽根１００のブレード１２１〜１２８先端部に、その突端が回転羽根１００のブレード１２１〜１２８の風受け面より隔壁２１０延長線を介して従風洞部分側に突出し、該従風洞部分側を吹き抜ける風を受ける補助ブレード１２１ａ〜１２８ａを備えた構成の提案を行った。

本発明の構成は、
風洞に設置された時に、該風洞に１乃至複数枚突き出るブレードによって、上記風洞を吹き抜ける風を受けて回転する回転羽根であって、該ブレードはその回転羽根の回転軸から外側に軸寄り部分が延出され、さらにその軸寄り部分延出方向に風を受け止め易い形状に成形された受風面が備えられていて、上記風洞を吹き抜ける風を上記ブレードの受風面に受けてその力によって回わる回転羽根の回転力を用いて発電器に発電させる風洞回転羽根において、
上記回転羽根は、該受風面より軸寄り部分が、風洞を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、その軸寄り部分から風が吹き抜け、吹き抜けたその風が、上記風洞の、より風下側にある別のブレードの受風面に受けられる位置に来るように、手前のブレードの軸寄り部分の位置にのみ、通風孔乃至通風スリットが穿設されている
ことを基本的特徴としている。

上記構成によれば、風洞内で風を受けて回転している回転羽根の、あるブレードの受風面より軸寄り部分（根元側）が、風洞を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、風洞内を吹き抜ける風が、上記通風孔乃至通風スリットを通って、その風洞のより風下側にある別のブレードの受風面に突き当たることになる。この別のブレードの受風面は、一番強い風を受けてから、次第に弱まって来たまさにその時に、新たに、通風孔乃至通風スリットを通って来た風を受けて、さらに強い回転力が与えられるため、その位置に置いても、より回転力が強まることになる。この際、そのような風の吹き抜けをさせた通風孔乃至通風スリットを有するブレードの受風面は、間もなく直接風洞内を吹き抜ける風を受けることになるので、少なくとも２つのブレード受風面で、この風洞回転羽根は、風洞を吹き抜ける風を受けることになり、それによって、より強い回転力が得られるようになる。

また、別のブレードの受風面を押していた風は、すぐに、風洞の風下側に吹き抜けていき、風洞内をそのまま吹き抜けていく風と合流することになるので、オーバーフローの発生はない。

本実施例にかかる風洞回転羽根は、これまでに説明してきたように、風洞２０（これらの採番された番号は後述する）に設置された時に、該風洞に１乃至複数枚突き出るブレード１２によって、上記風洞２０を吹き抜ける風を受けて回転する回転羽根１０であって、該ブレード１２はその回転羽根の回転軸から外側に軸寄り部分（後述の１６）が延出され、さらにその軸寄り部分（１６）延出方向に風を受け止め易い形状に成形された受風面（後述の１４）が備えられていて、上記風洞２０を吹き抜ける風を上記ブレード１２の受風面（１４）に受けてその力によって回わる回転羽根１０の回転力を用いて、発電器（図示無し）に発電させる構成である。

その一瞬の後、そこから上記の別のブレード１２がわずかに回転した位置で、図６に示すように、該別のブレード１２の受風面１４を押していた風は、風洞２０の風下側に吹き抜けていき、風洞２０内をそのまま吹き抜けていく風と合流することになる。従って、オーバーフローは、発生することがない。上述のように、実際に風洞実験を行ったところ、時速５５ｋｍ／ｈ相当の風を流しても、風洞２０外へのオーバーフローは全く発生しなかった。

そのような回転速度制御装置の１つの構成としては、風洞回転羽根１０の回転速度（その他、回転量や回転加速度でも良い）を検知するセンサ（図示無し；最近では非接触でも軸の回転速度を検知できるものがある）と、図７に示すように、上記通風孔１の開口部を絞ったり、解放する、可変体１ａ及び１ｂ（開口部に出入りする板状のものとそれを動かすアクチュエータなど）と、上記センサの検知したデータに基づいて、可変体１ａ及び１ｂの動きを制御し、該部分の開口面積を制御する制御装置（図示無し；同じく可変体の動きの制御を非接触で行う無線などで可変体１ａ及び１ｂと交信できる構成すると良い）とを有している。

本発明の風洞回転羽根は、発電用設備など、たとえば、電気自動車やプラグインハイブリッド車、その他自動車以外にも、風を利用して発電できるものであれば、他への利用も可能であることは言うまでもない。

本発明の実施例構成の回転羽根１０に設けられる１枚のブレード１２を示す斜視図である。上記ブレード１２の正面図（ｂ）と側面図（ａ）である。上記風洞回転羽根１０を風洞２０内に設置した状態を示す断面斜視図である。ブレード１２の受風面１４が風洞２０内の風を最も受けた状態の時の側面図である。本実施例構成により通風孔１から、別のブレード１２の受風面１２が風洞２０内の風を最も受けた状態の時の側面図である。本実施例構成により通風孔１から、別のブレード１２の受風面１２が風洞２０内の風を最も受けた状態の時よりさらに回転した時の側面図である。回転速度制御装置の一部を構成する開口部の可変体１ａ及び１ｂの動きを示す説明図である。本発明者が電気自動車やプラグインハイブリッド車用の補助充電用に実験的に作成した、発電タービンの機構を模式的に表した概略図である。上記実験構成で、風洞２００入り側の方に逆流し、同入り側で、前方より吹き込む風によって、該風洞２００の外側へあふれ出す、所謂オーバーフローの発生状態を示す説明図である。本発明者が、特許文献１において提案した、上記オーバーフローの発生を防ぎ、回転羽根１００の回転効率、発電器４００の発電効率をあげる構成を示す説明図である。

Claims

風洞に設置された時に、該風洞に１乃至複数枚突き出るブレードによって、上記風洞を吹き抜ける風を受けて回転する回転羽根であって、上記風洞を吹き抜ける風を上記ブレードに受けてその力によって回わる回転羽根の回転力を用いて発電器に発電させる風洞回転羽根において、
上記回転羽根は、その軸より離れた位置で、上記風を受けるブレード部分が風を受け止め易い形状に成形された受風面として形成されており、該受風面より軸寄り部分が、風洞を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、その軸寄り部分から風が吹き抜け、吹き抜けたその風が、上記風洞の、より風下側にある別のブレードの受風面に受けられる位置に来るように、手前のブレードの軸寄り部分の位置に、通風孔乃至通風スリットが穿設されていることを特徴とする風洞回転羽根。
上記風洞回転羽根の回転に応じて、上記通風孔乃至通風スリットの開口面積を調整できる回転速度制御装置を有することを特徴とする請求項１記載の風洞回転羽根。
上記回転速度制御装置は、
風洞回転羽根の回転量、回転速度、乃至回転加速度を検知するセンサと、
上記通風孔乃至通風スリットの開口部を絞ったり、解放する可変体と、
上記センサの検知したデータに基づいて、可変体の動きを制御し、該部分の開口面積を制御する制御装置と
を有することを特徴とする請求項２記載の風洞回転羽根。