JP3749942B2

JP3749942B2 - 羽根車

Info

Publication number: JP3749942B2
Application number: JP2000098878A
Authority: JP
Inventors: 信介加藤
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001280230A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力や水力等の流体の流れを利用して動翼を介して駆動輪に回転力を与えたり、駆動輪に回転力を与えることにより動翼を介して風や水を送り出す羽根車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
羽根車は風や水流等により動翼に対し駆動力を受け、回転軸を駆動させる風車及び水車や、逆に回転軸から駆動力を受け動翼を介して風を起こすファンや水を汲み上げるポンプ等に用いられている。このような羽根車は流体の進行方向に並行又は直交して配置された回転軸に動翼を取り付けたものが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の羽根車にあっては、次のような問題があった。すなわち、回転軸に全ての動翼の荷重がかかっているために慣性が大きく、ある程度の流量がなければ回転しない。したがって、少ない流量や流速が小さい場合には適用できなかった。また、動翼は回転軸が高速回転する場合も考慮して高い剛性が必要となり、さらに慣性が大きくなる。また、建物等と動翼との干渉を避けるために設置場所が限られる。
【０００４】
一方、各動翼間が離間しているため、流体が容易に動翼間を通過できることになり、流体をせき止めることはできなかった。また、流体の流れ方向に対する動翼の角度を調節するためには複雑な機構が必要となり、流体の流速を弱めたり、流量を調節する機能はほとんど期待できなかった。
【０００５】
そこで本発明は、流量が少ない場合や流速が遅い場合であっても回転力を発生できるとともに、流れをせき止めたり、流量・流速を調節する機能を有する羽根車を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の羽根車は次のように構成されている。
【０００７】
（１）複数の主駆動輪間に掛け渡された第１の主索と、上記複数の主駆動輪に対しその軸方向に離間して配置された複数の主駆動輪間に掛け渡されるとともに、上記第１の主索と並行に配置された第２の主索と、上記第１及び第２の主索のうち少なくとも一方に沿って配置されるとともに、副従動輪間に掛け渡された副索と、上記第１及び第２の主索間に配置されるとともに、上記第１及び第２の主索に上記第１及び第２の主索の延びる方向に略直交する軸回りに回転自在に支持された動翼と、その一端が上記動翼に取り付けられ、他端が上記副索に取り付けられることで、上記動翼を上記第１及び第２の主索に対して所定の角度に保持する接合手段と、上記主駆動輪と上記副従動輪とを同期回転させることで、上記第１及び第２の主索と上記副索とを同期して移動させるるとともに、上記第１及び第２の主索と上記副索とのその移動方向における相対位置を調整可能に形成された同期手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
（２）上記（１）に記載された羽根車であって、上記同期手段は、上記主駆動輪と共に回転する主位相調整輪と、上記従駆動輪と共に回転する副位相調整輪と、その回転軸と直交する向きに移動可能に設けられた第１調整輪及び第２調整輪と、上記主位相調整輪、上記第１調整輪、上記副位相調整輪、上記第２調整輪の順で掛け渡されたタイミングベルトとを備えていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る建物の壁面（不図示）に配置されたパネル型の風車装置（羽根車）１０の構造を模式的に示す斜視図、図２は同風車装置１０に組み込まれた動翼部５０を示す斜視図、図３は同風車装置１０の要部を示す平面図、図４は同風車装置１０の側面図である。なお、これらの図中矢印ＸＹＺは互いに直交する三方向を示しており、特に矢印ＸＹは水平方向、矢印Ｚは鉛直方向を示している。また、矢印Ｗは風の方向を示している。
【００１４】
風車装置１０は、主駆動部２０と、副従動部３０と、位相調整部４０と、複数の動翼部５０とを備えており、風Ｗが入力する手前側が室外、奥側が室内である。
【００１５】
主駆動部２０は、８本の主駆動軸２１ａ〜２１ｈと、これら主駆動軸２１ａ〜２１ｄ，２１ｅ〜２１ｈにそれぞれ取り付けられた一対の主駆動輪２２ａ〜２２ｄ，２３ａ〜２３ｄと、主駆動輪２２ａ〜２２ｄに掛け渡された主索２５と、主駆動輪２３ａ〜２３ｄに掛け渡された主索２６とを備えている。主索２５，２６には所定の間隔で主索接合部２７が設けられ、後述する動翼５１の翼軸５２の両端部が回転自在に支持されている。なお、主駆動軸２１ａ，２１ｂ相互間、２１ｃ，２１ｄ相互間には主駆動軸としての出力軸２８，２９が設けられており、これら出力軸２８，２９には、それぞれ主索２５，２６が掛け渡された出力輪２８ａ，２８ｂ及び２９ａ，２９ｂが設けられている。
【００１６】
副従動部３０は、８本の副従動軸３１ａ〜３１ｈと、これら副従動軸３１ａ〜３１ｄ，３１ｅ〜３１ｈにそれぞれ取り付けられた副従動輪３２ａ〜３２ｄ，３３ａ〜３３ｄと、副従動輪３２ａ〜３２ｄに掛け渡された副索３５と、副従動輪３３ａ〜３３ｄに掛け渡された副索３５，３６とを備えている。副索３６には所定の間隔でリング部３７が設けられている。
【００１７】
位相調整部４０は、出力軸２８に取り付けられた主位相調整輪４１と、副従動軸３１ｅに取り付けられた副位相調整輪４２と、図１中矢印α方向に往復動自在に設けられた第１調整輪４３及び第２調整輪４４と、これら各輪に掛け渡されたタイミングベルト４５とを備えている。
【００１８】
動翼部５０は、パネル状の動翼５１と、この動翼５１の回転軸となる翼軸５２と、この翼軸５２に取り付けられた副索接合ステイ５３とを備えている。動翼５１の上面を５１ａ、下面を５１ｂとする。副索接合ステイ５３には、長孔５４が設けられ、後述するリング部３７がスライド自在に接合されている。すなわち、動翼５１の傾き（ピッチ角θ）は翼軸５２が主索２５，２６に取り付けられ、副索接合ステイ５３が副索３５，３６に取り付けられている関係上、主索２５，２６と副索３５，３６との位置関係に応じて定まる。
【００１９】
なお、これらの図においては、構造を説明するために動翼５１の数を省略して描いているが、実際には例えば動翼の奥行幅と同じ程度の間隔で設置されている。
【００２０】
このように構成された風車装置１０は、次のようにして作動する。予め位相調整部４０により動翼５１の角度を調節する。すなわち、第１調整輪４３と第２調整輪４４の位置を移動させることにより、タイミングベルト４５を移動させ、主位相調整輪４１と副位相調整輪４２との位相を変化させる。これに伴って、主索２５，２６と副索３５，３６との進行方向における相対位置が変化し、上述したように動翼５１のピッチ角θが変化する。
【００２１】
ピッチ角θを例えば３０°に設定する。風Ｗが風車装置１０に当たると、手前側に位置する動翼５１の下面５１ｂに当たり図１中矢印β方向への力が作用する。これにより、主索２５，２６が図１中矢印β方向へ移動し、主駆動輪２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄ及び出力輪２８ａ，２８ｂ、２９ａ，２９ｂを回転させる。主駆動輪２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄ及び出力輪２８ａ，２８ｂ、２９ａ，２９ｂの回転力は位相調整部４０を介して副従動輪３２ａ〜３２ｄ，３３ａ〜３３ｄに伝達され、副索３５，３６も図１中矢印β方向に移動する。すなわち、主索２５，２６と同期して副索３５，３６も移動することになり、動翼５１はピッチ角θを保った状態で風車装置１０の下端から上端に移動する。
【００２２】
上端に到達した動翼５１は主駆動輪２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ及び出力輪２８ａ，２８ｂ、副従動輪３２ａ，３２ｂ、３３ａ，３３ｂの上方を通過して、風車装置１０の奥側に移動する。そして、ピッチ角θを保った状態で風車装置１０の上端から下端に移動する。なお、動翼５１の上面５１ａにも風Ｗが当たるため、図１中矢印γ方向への力が作用する。これにより、主索２５，２６が図１中矢印γ方向へ移動し、主駆動輪２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄ及び出力輪２８ａ，２８ｂ、２９ａ，２９ｂを回転させる。
【００２３】
上述したようにして風車装置１０に当たる風Ｗにより、主駆動輪２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄ及び出力輪２８ａ，２８ｂ、２９ａ，２９ｂが回転することになり、出力軸２８，２９から回転力を外部へ取り出すことが可能である。
【００２４】
なお、ピッチ角θを０°とすると動翼５１にはほとんど風が当たらず、回転が生じない。一方、ピッチ角θを９０°とすると動翼５１には主索２５，２６を駆動する方向への力が作用せず、動翼５１が矩形のパネル状の形態となり流れの方向に交差する方向に沿って密となるため、風の流路が閉ざされることになる。
【００２５】
これにより回転が生じないとともに、室内側には風が流れ込まない。このようにピッチ角θを調節することで、室内側への風の流量、流速を調整することが可能である。
【００２６】
なお、風車装置１０は建物等の壁面に取り付けることにより、室外からの風を遮蔽したり、調節することができる。また、動翼５１の移動速度は比較的遅く、軽量かつ柔軟な部材で形成することができるため、設置場所の選択の自由度が増す。さらに、不透明な材料で動翼を形成することでベネシアンブラインドのように日よけ・目隠しのように用いることも可能である。この他、通風孔に取り付けて、防風やダンパとしての機能を持たせることができる。
【００２７】
上述したように本実施の形態に係る風車装置１０によれば、動翼５１を略矩形のパネル状にすることができる。このため、流れの方向に対する角度を任意に調節することができ、流れをせき止めたり、流量や流速を調整することが可能である。
【００２８】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上述した実施の形態では、主駆動輪及び副従動輪として小型のものを片側に４つずつ配置したが、大型のものを片側に２つずつ配置する等、主駆動輪・副従動輪の形状・数量は特に限定されない。また、主駆動輪と出力輪とを兼ねるようにしても良い。また、風力による羽根車としたが、水力を利用した水車に適用しても良い。また、出力軸のいずれかに電動機等で回転力を印加することで、ファンとしても使用することもでき、水中に置くことでポンプとしても使用できる。さらに、羽根車を流れの方向に沿って多段に配置することで大きな駆動力を発生するファンやポンプとして使用することも可能である。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、流量が少ない場合や流速が遅い場合であっても回転力を発生できるとともに、流れをせき止めたり、流量・流速を調節することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る風車装置の構造を模式的に示す斜視図。
【図２】同風車装置に組み込まれた動翼を示す斜視図。
【図３】同風車装置の要部を示す平面図。
【図４】同風車装置の構造を模式的に示す側面図。
【符号の説明】
１０…風車装置、２０…主駆動部、２５，２６…主索、２７…主索接合部、３０…副従動部、３５，３６…副索、４０…位相調整部、４１…主位相調整輪、４２…副位相調整輪、４３…第１調整輪、４４…第２調整輪、４５…タイミングベルト、５０…動翼部、５１…動翼、５３…副索接合ステイ。

Claims

複数の主駆動輪間に掛け渡された第１の主索と、
上記複数の主駆動輪に対しその軸方向に離間して配置された複数の主駆動輪間に掛け渡されるとともに、上記第１の主索と並行に配置された第２の主索と、
上記第１及び第２の主索のうち少なくとも一方に沿って配置されるとともに、副従動輪間に掛け渡された副索と、
上記第１及び第２の主索間に配置されるとともに、上記第１及び第２の主索に上記第１及び第２の主索の延びる方向に略直交する軸回りに回転自在に支持された動翼と、
その一端が上記動翼に取り付けられ、他端が上記副索に取り付けられることで、上記動翼を上記第１及び第２の主索に対して所定の角度に保持する接合手段と、
上記主駆動輪と上記副従動輪とを同期回転させることで、上記第１及び第２の主索と上記副索とを同期して移動させるとともに、上記第１及び第２の主索と上記副索とのその移動方向における相対位置を調整可能に形成された同期手段とを備えていることを特徴とする羽根車。
上記同期手段は、
上記主駆動輪と共に回転する主位相調整輪と、
上記従駆動輪と共に回転する副位相調整輪と、
その回転軸と直交する向きに移動可能に設けられた第１調整輪及び第２調整輪と、
上記主位相調整輪、上記第１調整輪、上記副位相調整輪、上記第２調整輪の順で掛け渡されたタイミングベルトとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の羽根車。