JP2015028344A - 特に風向きに対して垂直な軸を備えた風力エンジンあるいは水力エンジンにおいて、風向きに対して駆動翼板を制御する方法、及び風向きに対して制御される駆動翼板を備えた風向きに直交する軸を有する風力エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】特に風向に垂直な軸を有する風力または水力エンジンの高効率を実現する。【解決手段】風向に対する駆動翼板６、７を制御する方法において、前記エンジンのフレーム１の回転の連続したサイクルにおいて、羽根３０を備えたディストリビューションＲを介して接続された駆動翼板６、７が、前記風向に対するその動きの方向に応じて、前記駆動翼板６、７の回転軸４、５がフレーム１の回転軸２と共に固定されるワーキングサイクルにセットされ、または前記駆動翼板６、７の回転軸４、５と羽根３０の回転軸が固定されるアイドルサイクルにセットされ、前記駆動翼板６、７のその軸回りの全周に亘る回転が、エンジンのフレームの２回転となることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、風向に対して制御される駆動翼板を備えた、風向に垂直な軸を有する風力エンジン、及び風向に対して前記駆動翼板を制御する方法に関する。

風向に対して垂直な回転軸を有する風力エンジンは、電気エネルギーを発生させたり、あるいは送電網から離れた地域において潅漑用の井戸の駆動源として直接使用するのに有用である。

風力エンジンにおいてローターを駆動させるために風を用いる方法は、ポーランド特許第１８５０６９号によって公知である。このローターは、風向に対して垂直なローターの軸に、自動的に風向きに沿って方向を変える翼板を備えている。風力は、アームに回転自在に固定された翼板に伝達され、その翼板の回転軸は、間隔(ｓ)及び(ｓ’)を隔てて配置されている。その間隔の比率は、１対２であり、ローターが連続的に回転する際に、翼板は、風力で様々な方向に自由に整列する。このエンジンは、アーム間に、回転自在かつ偏在して配置された翼板を備えている。また、アームの内側の表面には、２つの反転可能なストッパーバッファーが組み込まれており、これらは風圧により翼板の回転をリリースしたり、可能にしたりする。

ポーランド特許第１８５０６９号公報

本発明の目的は、特に風向に垂直な軸を有する風力または水力エンジンにおいて、前記風向に対する駆動翼板を制御する方法において、前記エンジンのフレームの回転の連続したサイクルにおいて、羽根を備えたディストリビューションを介して接続された駆動翼が、前記風向に対するその動きの方向に応じて、前記駆動翼板の回転軸が、フレームの回転軸と共に、固定されるワーキングサイクルにセットされ、または前記駆動翼板の回転軸と羽根の回転軸が固定されるアイドルサイクルにセットされ、前記駆動翼板のその軸回りの全周に亘る回転が、エンジンのフレームの２回転となることを特徴とする方法を提供することにある。

好ましくは、前記ディストリビューションのメカニズムは、羽根により制御される。前記ディストリビューションメカニズムは、羽根に対する駆動翼板の回転を、交互サイクル、ワーキングサイクル、およびアイドルサイクルに分けるものであっても良い。

好ましくは、前記エンジンの前記フレームは、前記ディストリビューションのメカニズムの回転軸と一致する軸を中心に回転する。

ワーキングサイクルにおいて、駆動翼板の回転軸は、エンジンのフレームの回転軸に対して固定されるものであっても良い。アイドルサイクルにおいて、駆動翼板の回転軸及び羽根の回転軸は、固定される。

本発明の別の目的は、風向に対して制御される駆動翼板を備え、風向に対して垂直な軸を有する風力エンジンにおいて、回転可能なフレームに、羽根を備えたディストリビューションメカニズムを介して接続された駆動翼板が設けられ、前記ディストリビューションメカニズムは、風向に対して駆動翼板の動きの方向に応じて、前記駆動翼板の回転軸とエンジンのフレームの回転軸とが固定されるワーキングサイクルにセットされ、または前記駆動翼板の回転軸と羽根の回転軸が固定されるアイドルサイクルにセットされる、ことを特徴とする風力エンジンを提供することにある。

好ましくは、羽根は、ディストリビューションメカニズムを制御するように構成される。

好ましくは、エンジンのフレームの回転軸と前記ディストリビューションメカニズムの回転軸が一致する。好ましくは、羽根の回転軸と前記ディストリビューションメカニズムの回転軸が一致する。

前記ディストリビューションメカニズムは、羽根に対して前記駆動翼板の回転を、交互モード、前記ワーキングモードおよび前記アイドルモードに分割する。

前記ディストリビューションメカニズムは、駆動翼板をワーキングモードに設定するために、駆動翼板の回転軸とエンジンのフレームの回転軸を固定するようにしても良い。ディストリビューションメカニズムは、駆動翼板をアイドルモードに設定するために、駆動翼板の回転軸と羽根の回転軸を固定するようにしても良い。

好ましくは、前記ディストリビューションメカニズムは、メカニカルカムからなる。

好ましくは、前記ディストリビューションメカニズム、電気リレーからなる。

本発明の目的は、図面における実施例により示されるものであり、図１ないし図９は、機械的な制御を利用した本発明の実施例を示すものである。
図１は、フレーム軸に平行な翼板を備えた風力エンジンの側面図である。 図２は、１つの翼板がフレーム軸に平行で、もう一つの翼板がフレーム軸に垂直な風力エンジンの側面図である。 図３は、風力エンジンの上面図である。 図４は、機械的なディストリビューションメカニズムであり、噛合いクラッチと上側のギアホイールとの噛み合わせを示す。 図５は、機械的なディストリビューションメカニズムであり、噛合いクラッチと下側のギアホイールとの噛み合わせを示す。 図６は、図４のＢ部分を拡大して詳細に示したものである。 図７は、カムを示すものである。 図８は、軸に取り付けられたギアホイールの外側の表面を示すものである。 図９は、軸に取り付けられたギアホイールの内側の表面を示すものである。 図１０は、電気的分配を利用した本発明の第２実施例を示す。 図１１は、エンジン回転の０度から３６０度のサイクルにおける基本概念を示すものであり、ＩとＩＩの位置は、翼板ｃｄはワーキング翼板であり、翼板ａｂはアイドルランで作動する状況を示し、ＩＩＩの位置では、カップリングの変化が発生し、ＩＶ、Ｖ及びＶＩの位置では、翼板ａｂはワーキング翼板であり、翼板ｃｄはアイドルランで作動し、ＶＩＩの位置では、再度カップリングの変化が発生し、ＶＩＩＩの位置では、翼板ｃｄは再度ワーキング翼板であり、翼板ａｂはアイドルランで作動するものであり、翼板は、１８０度回転する。 図１２は、エンジン回転の３６０度から７２０度のサイクルにおける基本概念を示すものであり、ＩＸ、Ｘ、ＸＩ、ＸＩＩ、ＸＩＩＩ、ＸＩＶ、ＸＶ、及びＸＶＩの位置において、風力エンジンの回転サイクルは、閉じている。

風力エンジンは、軸回りに回転可能にベアリング３に取り付けられたシャフト２に固定された長方形のフレーム１を備えている。このフレームの側部には、シャフト４及び５に、そのシャフトの軸回りに回転可能に駆動翼板６及び７が取り付けられている。シャフト４及び５には、チェーン１０及び１１に接続されたギアホイール８及び９が取り付けられると共に、シャフト２上のアキシャルベアリング１５に配置された軸１４にギアホイール１２及び１３が取り付けられ、独立して回転自在となされている。ギアホイール１２及び１３は、アングルベアリングを介して、軸１４に対して独立して回転自在に取り付けられている。軸１４には、ギアホイール１２及び１３の間に、噛合いクラッチ１７がスプライン結合１６で取り付けられている。噛合いクラッチ１７の周囲には、クラッチのガイド２０の両側に設置されたピン１９が動くようにチャンネル１８が設けられている。ギアホイール１２及び１３の内側表面には、噛合いクラッチ１７の歯が噛み合う開口部２１が形成されている。ギアホイール１２及び１３の外側には、ジョイント２３の回りに回動する歯付クラッチ２２が、フレーム１と切り離せないように、取り付けられる。歯付クラッチ２２は、対応するギアホイール１２およびギアホイール１３と噛み合う、上歯２４及び下歯２５を備えている。ギアホイール１２および１３の外側の表面には、歯付クラッチ２２の歯２４および２５とそれぞれ噛み合う突起部２６が形成されている。ガイド２０は、クラッチ２２と接続されている。軸１４上において、ギアホイール１２の上部にカム２７が強固に取り付けられている。クラッチ２２の上部には、その第２端部が、軸１４のチャンネルにスライドするスライディングリング２９に接続されたテンションスプリング ２８が取り付けられている。カム２７及びテンションスプリング２８は、軸１４に対する歯付クラッチ２２の位置を設定するものである。軸１４の上部には、風向に対して軸１４の位置を設定する羽根３０が強固に固定されている。

風力エンジンの動作は、方向翼３０によって風向きに対して位置決めされる、軸１４によって制御される。軸１４には、カム２７が強固に固定されており、その突部と接触することでクラッチ２２の一端が軸１４から離れる方向に揺動し、それによってクラッチ２２の下歯２５が下側のギアホイール１３の内側表面と係合する。同時に、ガイド２０とピン１９によって、クラッチ１７が上昇して上側のギアホイール１２の内側表面と係合する。この状態で、チェーン１０の動きが阻止され、駆動翼板６がフレーム１に連結され、ワーキング翼板を構成する。一方、駆動翼板７はアイドルラン状態で作動し、風向きに対して平行にセットされる。フレーム１とこれに設けられた歯付クラッチ２２が１８０度回転すると、カム２７の突部が離れ、スプリング２８がクラッチ２２を軸１４側に向かって引っ張り、その結果、歯付クラッチの上歯２４が上側のギアホイール１２の外側表面と係合し、ジョイント２３によって、噛合いクラッチ１７は下方に移動し、ギアホイール１３の内側表面と係合する。この状態で、駆動翼板７はフレーム１に対して固定され、ワーキング翼板を構成する。一方、駆動翼板６は、軸１４に連結され、風向きと直交するように位置する。フレームが１８０度回転すると、再びカム２７は、その突部によって、クラッチ２２の一端が軸１４から離れ、これが繰り返される。

フレーム１には、その軸３１の回りに、接点Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶを備えたリレー３２、およびフレームの回転軸３１に回動自在に設けられたラダーアーム３３が固定されている。このラダーアーム３３には、直流電力クランプ３５に接続されたスイッチ３４が設けられている。このスイッチ３４は、接点Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶに連続的に接触するものとなされており、テンションスプリング３６によって、接点Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩの内側で１８０度の範囲においてカム３７側に押され、残りの１８０度の範囲で接点Ｉ側に押される。一方、ラダーアーム３３には、ラダー３８が設けられており、ラダーアーム３３とスイッチ３４を風向きに対して位置づけるようになされている。シャフト４、５の軸３９の回りにフレーム１の一端には、周囲にコイルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを備えたリレー４０が設けられている。シャフトの軸３９には、強磁性体からなり、一方の翼６、７に強固に取り付けられたロータ４１が設けられている。互いに対向配置されたリレーコイル４０は、相互に接続されており、かつリレー３２の接点の１つに接続されている。そしてコイルＣおよびＧは接点Ｉに接続され、コイルＢおよびＦは接点ＩＩに接続され、コイルＡおよびＥは接点ＩＩに接続されている。

ラダー３８は、ラダーアーム３３をそれに取り付けられたスイッチ３４と共に風向きと平行な方向にセットする。フレーム１は、それに固定されたリレー３２と共に、軸３１の回りを回転し、それによってスイッチ３４に対する接点ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶと接点Ｉとが入れ替わる。スイッチ３４は、接点ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶと接点Ｉとに連続的に接続し、コイルＢおよびＦ、Ａ及びＥ、ＨおよびＤに電圧を誘起する。ロータ４１とこれに接続された翼６、７はコイルに対応して位置し、その瞬間に電圧が誘起される。その結果、接点Ｉにあるスイッチ３４が回転している間、電圧がコイルＣおよびＧに誘起され、翼６、７は風向きに対して直交するワーキングモードとなる。スイッチ３４が接点ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶと連続的に接触する瞬間に、翼板６、７は風向きに対してほぼ平行な位置であるアイドルモードになる。

本件発明にかかる風力エンジンは、方向翼板とそれに連結されたディストリビューションを用いて空気抵抗を低減させることによって高効率である。

Claims (11)

1. 特に風向に垂直な軸を有する風力または水力エンジンにおいて、前記風向に対する駆動翼板（６、７）を制御する方法において、
   前記エンジンのフレーム（１）の回転の連続したサイクルにおいて、羽根（３０、３８）を備えたディストリビューション（Ｒ）を介して接続された駆動翼板（６、７）が、前記風向に対するその動きの方向に応じて、前記駆動翼板（６、７）の回転軸（４、５）がフレーム（１）の回転軸（２）と共に固定されるワーキングサイクルにセットされ、または前記駆動翼板（６、７）の回転軸（４、５）と羽根（３０、３８）の回転軸（１４）が固定されるアイドルサイクルにセットされ、
   前記駆動翼板 (６、７)のその軸回りの全周に亘る回転が、エンジンのフレームの２回転となることを特徴とする方法。
2. 前記ディストリビューション（Ｒ）のメカニズムは、羽根 (３０、３８)により制御される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ディストリビューション（Ｒ）のメカニズムは、羽根 （３０、３８）に対する駆動翼板（６、７）の回転を、交互サイクル、ワーキングサイクル、およびアイドルサイクルに分ける、請求項２に記載の方法。
4. 前記エンジンの前記フレーム（１）は、前記ディストリビューション（Ｒ）のメカニズムの回転軸（２）と一致する軸（２）を中心に回転する、請求項１に記載の方法。
5. 風向に対して制御される駆動翼板（６、７）を備え、風向に対して垂直な軸を有する風力エンジンにおいて、
   回転可能なフレーム（１）に、羽根（３０、３８）を備えたディストリビューションメカニズム（Ｒ）を介して接続された駆動翼板（６、７）が設けられ、前記ディストリビューションメカニズム（Ｒ）は、風向に対して駆動翼板（６、７）の動きの方向に応じて、前記駆動翼板（６、７）の回転軸（４、５）とエンジンのフレーム（１）の回転軸（２）とが固定されるワーキングサイクルにセットされ、または前記駆動翼板（６、７）の回転軸（４、５）と羽根（３０、３８）の回転軸（１４）が固定されるアイドルサイクルにセットされる、ことを特徴とする風力エンジン。
6. 前記羽根（３０、３８）は、前記ディストリビューションメカニズム（Ｒ）を制御するように構成されている、請求項７に記載の風力エンジン。
7. 前記エンジンの前記フレーム（１）の回転軸と前記ディストリビューションメカニズム（Ｒ）の回転軸が一致する、請求項７に記載の風力エンジン。
8. 前記羽根（３０、３８）の回転軸と前記ディストリビューションメカニズム（Ｒ）の回転軸が一致する、請求項７に記載の風力エンジン。
9. 前記ディストリビューションメカニズム（Ｒ）は、前記羽根 （３０、３８）に対して前記駆動翼板（６、７）の回転を、交互モード、前記ワーキングモードおよび前記アイドルモードに分割する、請求項７に記載の風力エンジン。
10. 前記ディストリビューションメカニズム（Ｒ）は、メカニカルカム（２７）からなる、請求項７に記載の風力エンジン。
11. 前記ディストリビューションメカニズム（Ｒ）は、電気リレー（３２）からなる、請求項７に記載の風力エンジン。
    

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