JP2015129471A - 風車、及び、風車翼 - Google Patents

Abstract

【課題】微風の際にも適切に回転する風車を実現することにある。【解決手段】垂直回転軸と、前記垂直回転軸の回転に伴って移動する風車翼１６と、前記垂直回転軸の外側かつ前記風車翼の内側に位置し、長手方向が水平方向に沿うように前記垂直回転軸と前記風車翼に連結されたアームと、を有する風車であって、前記風車翼１６の水平断面は、前記風車翼の外側において、窪み部６０と、膨らみ部６２と、窪み部６０と膨らみ部６２との境界に位置する変曲点６４と、を有することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、風車、及び、風車翼に関する。

所謂垂直軸型の風車は、既によく知られている。

かかる風車は、垂直回転軸と、垂直回転軸の回転に伴って移動する風車翼と、垂直回転軸の外側かつ風車翼の内側に位置し、長手方向が水平方向に沿うように垂直回転軸と風車翼に連結されたアームと、を有している。

特開２００６−７７７４９号公報

従来、風車翼の設計をする際には、風を受けた風車翼に適切な揚力が発生するように、風車翼の形状を決めていた。しかしながら、かかる場合には、微風の際に、風車が回りにくいという課題が生じていた。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、微風の際にも適切に回転する風車を実現することにある。

主たる本発明は、垂直回転軸と、
前記垂直回転軸の回転に伴って移動する風車翼と、
前記垂直回転軸の外側かつ前記風車翼の内側に位置し、長手方向が水平方向に沿うように前記垂直回転軸と前記風車翼に連結されたアームと、を有する風車であって、
前記風車翼の水平断面は、前記風車翼の外側において、窪み部と、膨らみ部と、窪み部と膨らみ部との境界に位置する変曲点と、を有することを特徴とする風車である。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本実施の形態に係る風車１０の概略外観図である。 風車１０の上部を示した拡大概略外観図である。 風車翼１６、アーム１８、及び、センターポール２０を上方から見たときの様子を示した概念図である。 風車翼１６の水平断面図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。

垂直回転軸と、
前記垂直回転軸の回転に伴って移動する風車翼と、
前記垂直回転軸の外側かつ前記風車翼の内側に位置し、長手方向が水平方向に沿うように前記垂直回転軸と前記風車翼に連結されたアームと、を有する風車であって、
前記風車翼の水平断面は、前記風車翼の外側において、窪み部と、膨らみ部と、窪み部と膨らみ部との境界に位置する変曲点と、を有することを特徴とする風車。

かかる場合には、微風の際にも適切に回転する風車を実現することが可能となる。

次に、垂直回転軸と、
前記垂直回転軸の回転に伴って移動する風車翼と、
前記垂直回転軸の外側かつ前記風車翼の内側に位置し、長手方向が水平方向に沿うように前記垂直回転軸と前記風車翼に連結されたアームと、を有する風車に用いられる風車翼であって、
前記風車翼の水平断面は、前記風車翼の外側において、窪み部と、膨らみ部と、窪み部と膨らみ部との境界に位置する変曲点と、を有することを特徴とする風車翼。

かかる場合には、微風の際にも適切に回転する風車の風車翼を実現することが可能となる。

＝＝＝風車１０の構成例について＝＝＝
図１は、本実施の形態に係る風車１０の概略外観図である。図２は、風車１０の上部を示した拡大概略外観図である。図３は、風車翼１６、アーム１８、及び、センターポール２０を上方から見たときの様子を示した概念図である。なお、本実施の形態においては、風車１０を街路灯に適用した例を示す。

風車１０（街路灯）は、支柱１２と、風力発電部１４と、太陽光発電部３０と、バッテリー（不図示）と、電灯３２と、を備えている。

支柱１２は、その長手方向が鉛直方向に沿うように地面上に立設された構造物であり、風力発電部１４、太陽光発電部３０、電灯３２等を支持するためのものである。

風力発電部１４は、風力により発電を行うためのものである。この風力発電部１４は、図１に示すように、風車１０（街路灯）の鉛直方向における最上部に設けられている。

風力発電部１４は、風車翼１６と、アーム１８と、垂直回転軸の一例としてのセンターポール２０と、発電機２２と、を有している。

風車翼１６は、風を受けて移動して、センターポール２０を回転させるためのものである。すなわち、風車翼１６は、センターポール２０の回転に伴って移動するように構成されている。この風車翼１６は、長尺状のカーボン製部材である。また、風車翼１６は、図２に示すように、その長手方向が鉛直方向に沿った状態で（換言すれば、その長手方向がセンターポール２０の長手方向に沿った状態で）、アーム１８に固定されている。

また、本実施の形態においては、互いに同一寸法及び同一形状を有する風車翼１６が三つ設けられている。そして、三つの風車翼１６は、図３に示すように、センターポール２０を中心とした仮想円周（当該仮想円周を、図３において、破線で示す）上に、等間隔（すなわち、１２０度間隔）で配置されている。

アーム１８は、風車翼１６を支持する部材である。このアーム１８は、図２に示すように、長尺状の部材であり、その長手方向が水平方向に沿うようにセンターポール２０と風車翼１６の双方に連結されている。すなわち、アーム１８は、図３に示すように、センターポール２０の外側かつ風車翼１６の内側に位置し、アーム１８の長手方向一端がセンターポール２０に、アーム１８の長手方向他端が風車翼１６の内側部分に、それぞれ固定されている。

また、本実施の形態においては、図２に示すように、一つの風車翼１６が二本のアーム１８（上アーム１８ａ及び下アーム１８ｂ）によって支持される構成となっている。すなわち、図２に示すように、上アーム１８ａの長手方向一端がセンターポール２０の上端に、上アーム１８ａの長手方向他端が風車翼１６の内側部分の上側に、それぞれ固定されている。また、下アーム１８ｂの長手方向一端がセンターポール２０の下端に、下アーム１８ｂの長手方向他端が風車翼１６の内側部分の下側に、それぞれ固定されている。そして、上アーム１８ａと下アーム１８ｂとは、双方が平行になるように配置されている。なお、本実施の形態においては、風車翼１６が三つ設けられているため、風車１０（街路灯）には、上アーム１８ａと下アーム１８ｂとがそれぞれ三本ずつ（合計で六本）備えられている。

センターポール２０は、アーム１８を介して三つの風車翼１６を支持する部材である。このセンターポール２０は、図２に示すように、長尺状の部材であり、その長手方向が鉛直方向に沿った状態で、支柱１２に対し回転自在に設けられている。

センターポール２０には、前述したとおり、アーム１８（具体的には、三本の上アーム１８ａと三本の下アーム１８ｂ）が固定されているが、発電機２２も固定されている。したがって、センターポール２０が回転すると、発電機２２も回転するようになっている。

つまり、発電機２２は、センターポール２０と一体的に回転する。そして、このことにより、電磁誘導により電力を生むようになっている。この発電機２２は、図２に示すように、アーム１８の下方において、センターポール２０に連結されている。

太陽光発電部３０は、太陽光を受けて発電する装置である。この太陽光発電部３０には、太陽光パネル３０ａが設けられており、太陽光パネル３０ａが太陽光を受けるようになっている。この太陽光発電部３０は、図１に示すように、支柱１２に固定されており、風力発電部１４（換言すれば、発電機２２）よりも下方に位置している。

バッテリーは、風力発電部１４や太陽光発電部３０が発電した電気を蓄えるためのものである。このバッテリーは、支柱１２の内部に設けられている。

電灯３２は、電気を利用したＬＥＤ照明である。この電灯３２の電源としては、前記バッテリーが用いられるようになっている。つまり、電灯３２は、電力会社の発電所で発電された電気を用いること無く、光を得ることができるようになっている。この電灯３２は、図１に示すように、支柱１２に固定されており、太陽光発電部３０よりも下方に位置している。

そして、上記のように構成された風車１０（街路灯）は、以下のように動作する。

風車翼１６が、風を受けると、前述した仮想円周上を図３の白矢印の方向（移動方向）に移動する。すると、アーム１８とセンターポール２０と発電機２２も、風車翼１６と一体的に、図３において反時計回りに回転する。そして、発電機２２が回転することにより、電磁誘導の作用で電力が発生する。発生した電力は、太陽光発電部３０により発電された電力とともに、バッテリーに蓄積される。そして、夜間には、バッテリーから電力が供給されて、電灯３２が点灯する。

＜＜＜本実施の形態に係る風車翼１６の水平断面形状について＞＞＞
次に、本実施の形態に係る風車翼１６の水平断面（つまり、風車翼１６を水平面で切ったときの断面）の形状について、図３及び図４を参照しつつ説明する。図４は、風車翼１６の水平断面図である。

図４に示すように、風車翼１６の水平断面（以下、風車翼１６の水平断面を、単に、水平断面と呼ぶ）は、長細い形状を有している。また、水平断面の長手方向は、図３に示すように、前記移動方向（図３における白矢印）に沿い、かつ、アーム１８の長手方向と交差している。そして、水平断面の長手方向先端（移動方向下流側の端）と後端（移動方向上流側の端）は、丸み５０（アール）を備えており、長手方向先端の先端丸み５２（アール）の大きさは、図４に示すように、長手方向後端の後端丸み５４（アール）の大きさよりも大きくなっている。

また、水平断面は、前述した仮想円の接線（図３及び図４において、一点鎖線で示す）に対し線対称となっている。すなわち、水平断面は、風車翼１６の外側（図４において、一点鎖線よりも上側）と内側（図４において、一点鎖線よりも下側）とで、同一の形状を備えている。

そして、水平断面は、図４に示すように、風車翼１６の外側（内側）において、窪み部６０と、膨らみ部６２と、窪み部６０と膨らみ部６２との境界に位置する変曲点６４と、を有している。すなわち、水平断面の外側部分（内側部分）に変曲点６４が設けられ、この変曲点６４よりも後端側（移動方向上流側）には窪み部６０が、先端側（移動方向下流側）には膨らみ部６２が、それぞれ形成されるように、風車翼１６の設計、製造が成されている。

そして、風車翼１６の外側において、水平断面を上記のような構成としたため、以下のような優位性が生ずる。

すなわち、従来、風車翼１６の設計をする際には、風を受けた風車翼１６に適切な揚力が発生するように、風車翼１６の形状を決めていた。しかしながら、かかる場合には、十分に風が吹いているときには、風車１０が適切に回ってくれるものの、微風の際に、風車１０が回りにくい（なかなか風車１０が回ってくれない）という課題が生じていた。

そこで、本実施の形態においては、前記窪み部６０を設けて、当該窪み部６０に風を受ける役割を持たせることとした。すなわち、本発明者は、微風の際には、揚力よりも、風を直接受けることにより押される力（抗力）の方が、風車１０の回転に対する寄与がより大きいことに着目し、風を受け易い窪み部６０を水平断面に形成することとした。

加えて、変曲点６４を挟んで反対側には、膨らみ部６２を設けて、長手方向先端に丸み５０（先端丸み５２）を形成できるようにした（仮に、変曲点６４が存在せず、膨らみ部６２が設けられない場合には、長手方向先端を、丸みを帯びた形状にすることができない）。そのため（つまり、丸み５０の存在のため）、風車回転時の空気抵抗の観点でも有利となり（空気抵抗が減少し）、風車１０が適切に回転することとなる。

したがって、本実施の形態によれば、微風の際にも適切に回転する風車１０を実現することが可能となる。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
上記の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

上記実施の形態においては、風車１０として街路灯を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、風車１０は、発電部（風力発電部１４及び太陽光発電部３０）とバッテリーを備えているものの、電灯３２は備えていないこととしてもよい。また、風車１０は、バッテリーを備えておらず発電部（風力発電部１４及び太陽光発電部３０）のみを備えることとしてもよいし、さらには、バッテリーと太陽光発電部３０を備えておらず、風力発電部１４のみを備えることとしてもよい。

また、上記実施の形態において、水平断面は、仮想円の接線に対し線対称となっていることとしたが、これに限定されるものではなく、必ずしも線対称となっている必要はない。そして、かかる場合には、前述した窪み部６０、膨らみ部６２と、及び、変曲点６４は、風車翼１６の表側に設けられていればよい。

１０ 風車
１２ 支柱
１４ 風力発電部
１６ 風車翼
１８ アーム
１８ａ 上アーム
１８ｂ 下アーム
２０ センターポール
２２ 発電機
３０ 太陽光発電部
３０ａ 太陽光パネル
３２ 電灯
５０ 丸み
５２ 先端丸み
５４ 後端丸み
６０ 窪み部
６２ 膨らみ部
６４ 変曲点

Claims (2)

1. 垂直回転軸と、
   前記垂直回転軸の回転に伴って移動する風車翼と、
   前記垂直回転軸の外側かつ前記風車翼の内側に位置し、長手方向が水平方向に沿うように前記垂直回転軸と前記風車翼に連結されたアームと、を有する風車であって、
   前記風車翼の水平断面は、前記風車翼の外側において、窪み部と、膨らみ部と、窪み部と膨らみ部との境界に位置する変曲点と、を有することを特徴とする風車。
2. 垂直回転軸と、
   前記垂直回転軸の回転に伴って移動する風車翼と、
   前記垂直回転軸の外側かつ前記風車翼の内側に位置し、長手方向が水平方向に沿うように前記垂直回転軸と前記風車翼に連結されたアームと、を有する風車に用いられる風車翼であって、
   前記風車翼の水平断面は、前記風車翼の外側において、窪み部と、膨らみ部と、窪み部と膨らみ部との境界に位置する変曲点と、を有することを特徴とする風車翼。

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