JP2018091281A - 横軸ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ブレードに当たる流体を、回転直径内の回転後方向へ通過させて、回転効率を高めた横軸ロータを提供することを目的としている。【解決手段】 ハブの周面に形成する揚力型ブレードの翼端を上向きとした正面において、長さの中間から翼根の方を基部とし、中間から翼端へかけて回転後方向へ大きく屈曲させて横向傾斜部とした。【選択図】 図１

Description

本発明は、横軸ロータに係り、特にブレードの正面に当たる流体を、回転直径内の回転後方向へ通過させて回転効率を高めた横軸ロータに関する。

プロペラのブレードは、放射方向へ直線的に長い物であり、その翼端を前方向きに傾斜させたブレードは、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１２−１３２３３５号公報

特許文献１に記載の横軸ロータは、翼端部が正面方向に傾斜する傾斜部が形成されている。
従って、正面から流体を受けると翼根方向から傾斜部に移動する流体は、傾斜部に当たってこれを押し、傾斜部の斜め先方に通過する。
本発明は、ブレードの翼端方向に移動する流体を、ブレードの回転直径の外側に出さずにブレードの回転後方向へ通過させることによって、その反作用により回転効率を高めることができるようにした、横軸ロータを提供するものである。

本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。

（１）ハブの周面に形成する揚力型ブレードの翼端を上向きとした正面において、長さの中間から翼根の方を基部とし、中間から翼端へかけての部分を、回転後方向へ大きく屈曲させて横向傾斜部とした横軸ロータ。

（２）前記揚力型ブレードの正面視で、基部と横向傾斜部の境界部分を最大弦長部とした前記（1）に記載の横軸ロータ。

（３）前記横向傾斜部は、正面視で最大弦長部から翼端へかけて次第に細く形成されている前記（1）または（2）に記載の横軸ロータ。

（４）前記最大弦長部における幅の中心を点Ｏとし、該点Ｏとロータ軸の中心とを結ぶ直線Ｓと、点Ｏと翼端とを結ぶ直線Ｔとの交差角を１２０度〜１４０度とする前記（1）〜（3）のいずれかに記載の横軸ロータ。

（５）前記、翼端を上向きとした揚力型ブレードの側面視で、正面はロータ軸と直交し、背面は、長さの中間までは正面と平行で、中間から翼端へかけて次第に正面方向へ寄って、厚さを薄くしてなる前記（1）〜（4）のいずれかに記載の横軸ロータ。

（６）前記、翼端を上向きとした揚力型ブレードの平面視で、正面はロータ軸と直交し、背面は、最大弦長部分から翼端へかけて正面方向に湾曲している前記（1）〜（5）のいずれかに記載の横軸ロータ。

（７）前記、翼端を上向きとした揚力型ブレードの前面は、横断面において、翼根付近で後縁が背面に達するよう傾斜し、翼端方向へ進むに従って、後縁は正面寄りに変位する前記（1）〜（6）のいずれかに記載の横軸ロータ。

本発明は次のような優れた効果を奏する。

前記（1）に記載の発明は、ハブの周面に形成する揚力型ブレードの翼端を上向きとした正面において、長さの中間から翼根の方を基部とし、中間から翼端へかけての部分を、回転後方向へ大きく屈曲させて横向傾斜部としたので、ブレードの回転に伴って、横向傾斜部の周面に沿って後縁方向へ通過する流体は、ブレードの回転直径の範囲から外側方向へ出ることなく、その反作用をブレードの回転力に十分に反映させることができる。

前記（2）に記載の発明の揚力型ブレードは、基部と横向傾斜部の境界部分を最大弦長部としてあるので、この部分へは回転に伴い翼根の方から、及び翼端の方から流体が集まり、後縁方向へ他の部分よりも高速な流体が多量に通過して、回転効率を高める。

前記（3）に記載の発明においてブレードの横向傾斜部は、正面視で最大弦長部から翼端へかけて、次第に細く形成されているので、回転時における抵抗が小である効果がある。

前記（4）に記載の発明において、ブレードの最大弦長部における幅の中心を点Ｏとし、該点Ｏとロータ軸の中心とを結ぶ直線Ｓと、点Ｏと翼端とを結ぶ直線Ｔとの交差角を１２０度〜１４０度とするので、厚さの厚いブレードの長さの中間が回転時の最先端となって、細くなっている翼端が後続するので、翼端の回転抵抗が小で回転効率が高い。
また、この横向傾斜部３Ｂの前縁３Ｇから後縁３Ｈへかけて弦方向へ通過する流体は、ブレード３の基部の中心線Ｓに対して内向きに入るため、基部の後縁から通過する流体と合流して、その反作用がブレード３の回転方向へ働き、回転効率を高める。

前記（5）に記載の発明において、ブレードの翼端を上向きとした揚力型ブレードの側面視は、正面はロータ軸と直交し、背面は長さの中間までは正面と平行で、翼端へかけて次第に正面方向へ寄って、厚さを薄くしているため、ブレードの回転時に翼端に受ける抵抗が小なので、回転効率を高める。

前記（6）に記載された発明では、翼端を上向きとした揚力型ブレードの平面視において、正面はロータ軸と直交し、背面は、最大弦長部分から翼端へかけて正面方向に湾曲しているので、背面に沿って後縁を通過する流体は、横向傾斜部においては、ほとんど回転後方向へ高速で通過し、回転効率を高める。

前記（7）に記載の発明では、翼端を上向きとした揚力型ブレードの前面は、横断面において、翼根付近で後縁が背面に達するよう傾斜し、翼端方向へ進むに従って、後縁は正面寄りに変位しているので、ブレードの正面に当たる流体は、基部においては、後縁から背面の回転後斜め方向へ通過して、ブレードを回転方向に押出し、回転効力を高める。
また横向傾斜部において、ブレードの正面に当たる流体は、ブレードの翼根部分の厚さの中間にあたる位置を、後方に通過するので、ブレードの回転効率を高めることになる。

本発明の横軸ロータの一実施形態の正面図である。 図１における直立したブレードの正面図である。 図２のブレードの側面図である。 図２のＡ−Ａ線拡大平面図である。 図２のＢ−Ｂ線横断拡大平面図である。 図２のＣ−Ｃ線横断拡大平面図である。 図２のＤ−Ｄ線横断拡大平面図である。 図２のＥ−Ｅ線横断拡大平面図である。 図２のＦ−Ｆ線横断拡大平面図である。 流体の方向の説明用のブレードの正面図である。

本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の横軸ロータ１の正面図であり、ハブ２の周面に揚力型ブレード３（以下単にブレードという）が６枚、均等間隔で配設されている。

ブレード３の枚数は限定されないが、高速回転をすると、先行のブレードによって生じる流体の変化により、後続のブレードとの間に干渉が生じて、回転効率が低下するので、ブレード３の弦長が大の場合は枚数を少なくし、弦長が小の場合は、回転速度とのバランスにおいて、枚数を設定する。

ブレード３の正面は、図１に示すように、長さの中間から翼根部分を基部３Ａとし、基部３Ａより先端部を、回転後方向に大きく屈曲させた横向傾斜部３Ｂとしている。横向傾斜部３Ｂの翼端部３Ｄは、ロータ軸４の中心を通る放射線Ｒと接している。

長さの中間部分の弦長を最大とした最大弦長部３Ｃとし、その中央部分の点Ｏとロータ軸４の中心を通る直線Ｓと、点Ｏと翼端部３Ｄを結ぶ直線Ｔとの交差角度は120度〜140度の範囲に設定され、135度とするのが好ましい。この角度より小角だと傾斜させる効果が小となり、また大角だと、目的に合わなくなる。

すなわち、図１において、普通のブレードの前縁から後縁方向へ通過する流体は、基部３Ａの幅の中心線Ｓと直行する方向へ通過するが、本発明においては、横向傾斜部３Ｂの中心線Ｔと直交する内側方向へ通過することになり、基部３Ａの後縁３Ｃから通過する流体と合流するため、その反作用は大きく横向傾斜部３Ｂを前縁方向に押す。

直線Ｔが直線Ｓに近ずく角度では、目的に合わなくなり、直線Ｔが直線Ｓから離れ過ぎる角度では、横向傾斜部３Ｂを通過する流体の反作用は回転方向へブレードを押す力は弱くなる。

図３は、図２における左側面図であり、正面３Ｅはロータ軸４に直交している。背面３Ｆは、最大弦長部３Ｃまでは正面３Ｅと平行であるが、それより先端へかけて、次第に正面３Ｅ方向へ寄って緩やかな曲線を描いている。

図４は図２における平面図である。図において、正面３Ｅはロータ軸４と直交しているが、背面３Ｆは最大弦長部３Ｃから翼端３Ｄにかけて、正面３Ｅ方向へ彎曲している。

図５は、図２におけるＢ−Ｂ線横断拡大平面図である。図でわかるように、翼端部分においては、正面３Ｅが、前縁３Ｇから後縁３Ｈへかけて、背面３Ｆ方向へ傾斜している。

図６は図２におけるブレード３のＣ−Ｃ線横断拡大平面図である。図で明らかなように、横断部分における正面３Ｅは、前縁３Ｇから後縁３Ｈへかけて、背面３Ｆの方向へ大きく傾斜している。
この傾斜角度は、回転方向に対して約２０度である。図６において後縁３Ｈはブレード３の厚さのほぼ中間にあり、図５では正面３Ｅ側に寄っている。

このことから、横向傾斜部３Ｂにおいて、正面３Ｅの後縁３Ｈを通過する流体は、背面３Ｆを通過する高速流体に合流して、その反作用は、ブレード３の翼端部を回転方向に強く押す力となり、回転効率を高める。

図７は、図２におけるブレード３の最大弦長部分であるＤ−Ｄ線横断拡大平面図である。横断部分における正面３Ｅは、前縁３Ｇから後縁３Ｈにかけて背面３Ｆ方向へ傾斜している。この傾斜角度は、回転方向に対して約３０度である。

図７〜図９において、ブレード３の正面３Ｅに当たる流体は、回転方向に対して３０度から５０度の傾斜で後縁方向に通過し、ブレード３を回転方向に押し出す。またブレード３が回転すると、前縁３Ｇから後縁３Ｈに至る正面３Ｅよりも、距離の長い背面３Ｆを通過する流体の速度の方が高速となるので、この高速流体は、正面３Ｅを通過する流体と合流して通過し、反作用としてブレード３を回転方向へ回転させる。

図８は、図２におけるブレード３のＥ−Ｅ線横断拡大平面図である。横断部分における正面３Ｅは、前縁３Ｇから後縁３Ｈにかけて背面３Ｆ方向へ傾斜している。この傾斜角度は、回転方向に対して約５０度である。

図９は、図２におけるブレード３のＦ−Ｆ線横断拡大平面図である。横断部分における正面３Ｅは、前縁３Ｇから後縁３Ｈにかけて、背面３Ｆ方向へ傾斜している。この傾斜角度は、回転方向に対して約５０度である。

このように形成されたブレード３は、回転方向に対して、図３に示すように、翼根から翼端３Ｄ方向へ次第に細くなっているため、回転抵抗が小さい。また正面視において、長さの中間から翼端３Ｄへかけて細くなっているので、回転時の抵抗が小さい。前記の角度はこれに限定されるものではない。

図４に示すように、ブレード３の平面形は、正面３Ｅがロータ軸４と直交状となっているが、図５〜図９に示すように、正面は、翼根から横向傾斜部３Ｂに至る間は、前縁３Ｇ〜後縁３Ｈに至る面が、背面３Ｆ方向へ傾斜しているので、この正面３Ｅに流体を受けると、前縁方向へ流体の力がかかり回転する。

すなわちブレード３の基部３Ａの正面に当たる流体は、図７におけるＸ矢示方向に通過し、その反作用として回転方向の力が得られる。横向傾斜部３Ｂの正面３Ｅに当たる流体は、図５、図６における正面３Ｅに当り、ここにおける正面３Ｅの後縁３Ｈは、図７〜図９における正面３Ｅの後縁３Ｈよりも正面の方へ出ているので、同じ速度の流体を受けた場合には、基部３Ａよりも横向傾斜部３Ｂの正面３Ｅの方が先に流体を受ける。

そのことは、正面３Ｅに流体を受けてブレード３が回転すると、翼根部分から遠心力によって遠心方向へ移動する流体が、前寄りの位置に出ている横向傾斜部３Ｂの正面に当り、翼根方向から横向傾斜部３Ｂへ移動した流体は、距離の差によって圧力が高まるため、横向傾斜部３Ｂは強い力で回転することとなり、回転効率が高まる。

ブレード３の正面３Ｅの傾斜方向は、図１０におけるａ矢示、ｂ矢示、ｃ矢示、ｄ矢示、ｅ矢示の方向である。従ってブレード３が低速で回転する時は、この傾斜方向へ流体が流れるが、回転速度が次第に高まると、図１０における、ｆ矢示、ｇ矢示、ｈ矢示、ｉ矢示方向となるが、ブレード３の回転直径の域外へはみ出すことはなく、内側方へ入って斜め背面方向へ通過するため、その反作用は、無駄なくブレード３を回転方向へ押出す力となる。

以上のように、本発明におけるブレード３は、長さの中間から翼端へかけて次第に細くするとともに、回転後方向へ大きく傾斜させて横向傾斜部３Ｂとしてあるので、回転時に於ける翼端の抵抗が小となり、回転効率が高い効果がある。

更に横向傾斜部３Ｂに沿って後縁から通過する流体は、ブレード３の回転直径の範囲をはみ出すことがなく、反作用の力を余すことなく、ブレード３の回転に活用することができる。この横軸ロータ１は、水力発電機や風力発電機に活用することができる。

回転抵抗の小なブレードで、回転効率が高いので、風水力発電機に活用される。

１．横軸ロータ
２．ハブ
３．揚力型ブレード
３Ａ．基部
３Ｂ．横向傾斜部
３Ｃ．最大弦長部
３Ｄ．翼端
３Ｅ．正面
３Ｆ．背面
３Ｇ．前縁
３Ｈ．後縁
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ．傾斜方向
ｆ、ｇ、ｈ、ｉ．流体の流動方向
４．ロータ軸
Ｏ．最大弦長部の中央点
Ｒ．ロータ軸の軸心を通る放射線
Ｓ．基部の幅の中心線
Ｔ．横向傾斜部の幅の中心線

Claims (7)

1. ハブの周面に形成する揚力型ブレードの翼端を上向きとした正面において、長さの中間から翼根の方を基部とし、中間から翼端へかけての部分を、回転後方向へ大きく屈曲させて、横向傾斜部としたことを特徴とする横軸ロータ。
2. 前記揚力型ブレードは、基部と横向傾斜部の境界部分を最大弦長部としたことを特徴とする請求項１に記載の横軸ロータ。
3. 前記揚力型ブレードの横向傾斜部は、正面視で最大弦長部から翼端へかけて、次第に細く形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の横軸ロータ。
4. 前記揚力型ブレードの最大弦長部における幅の中心を点Ｏとし、該点Ｏとロータ軸の中心とを結ぶ直線Ｓと、点Ｏと翼端とを結ぶ直線Ｔとの交差角を１２０度〜１４０度とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の横軸ロータ。
5. 前記揚力型ブレードの側面視で、正面はロータ軸と直交し、背面は、長さの中間までは正面と平行で、中間から翼端へかけて次第に正面の方へ寄って、厚さを薄くしてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の横軸ロータ。
6. 前記揚力型ブレードの平面視で、正面はロータ軸と直交し、背面は最大弦長部分から翼端へかけて正面方向に湾曲していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の横軸ロータ。
7. 前記、翼端を上向きとした揚力型ブレードの前面は、横断面において、翼根付近で後縁が背面に達するよう傾斜し、翼端方向へ至るに従って、後縁は正面寄りに変位することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の横軸ロータ。

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