JP4061599B2 - 風車 - Google Patents

Description

この発明は、風力発電や、屋外に設置するモニュメント、玩具などとして好適に使用することができる風車に関する。

帯板状のブレードを滑らかに湾曲させ、両端を水平軸上のハブに連結する風車が提案されている（特許文献１）。

ブレードは、たとえば３枚を使用し、各ブレードの両端は、水平軸上の前ハブ、後ハブに対し、水平軸と直角に連結されている。そこで、このものは、前ハブ、後ハブに対する各ブレードの両端の連結位置を水平軸のまわりに偏移させて各ブレードにひねりを加えることにより、各ブレードを介し、風力エネルギを回転エネルギに変換することができる。各ブレードは、先端を連結する２枚のプロペラとして作用するからである。
特開２００１−７３９２３号公報

かかる従来技術によるときは、各ブレードは、両端を水平軸に直角にして水平軸上の前ハブ、後ハブに連結されているから、両端部が風向に直角に対向するため、受風面積が大きく、強風時において、支持マストを含む全体強度上の問題を生じがちであるという欠点がある。また、各ブレードの両端の連結位置を水平軸のまわりに偏移させて各ブレードにひねりを加えているから、実現し得る最大ひねりが大きくなく、弱風時の回転トルクが小さい上、偏移量をゼロにしてひねりをなくしても、回転トルクを小さくできるだけで受風面積を小さくすることができず、この点からしても、強風時の安全性に万全を期すことが難しい。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、各ブレードの両端を水平軸に平行に連結することによって、弱風時の回転トルクが大きく、強風時においても、十分な安全性を容易に実現することができる風車を提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、水平軸と、ハブを介して水平軸に組み付ける帯板状のブレードとを備えてなり、ブレードは、滑らかに湾曲させ、両端を水平軸と平行にしてハブに連結し、ハブは、水平軸に対し、各ブレードの両端を連結する１組ごとの間隔を調節可能に装着することをその要旨とする。

なお、ブレードは、弾性材料によって形成することができる。

かかる発明の構成によるときは、各ブレードは、水平軸に対し、ハブを介して両端を水平軸と平行にして連結されている。そこで、各ブレードは、水平軸上の両端の間隔を開いてひねりを加えることにより、２枚のプロペラとして作用させることができる。なお、各ブレードは、両端の間隔をゼロにしてひねりをなくすると、全体が風向と平行になり、受風面積を最小にすることができる。すなわち、各ブレードは、弱風時において、両端の間隔を大きく開いて大きな回転トルクを実現する一方、強風時において、両端の間隔を最小にして受風面積を最小にし、十分な安全性を容易に実現することができる。

各ブレードの両端を連結する１組のハブは、その一方または双方を水平軸に沿って移動させ、両者間の間隔を調節することにより、ブレードのひねりを任意に調節することができる。なお、このような移動可能なハブは、たとえばスプラインを介して水平軸に装着することができる。

各ブレードは、弾性材料によって形成することにより、両端を固定するだけで、自然に滑らかに湾曲させることができる。ただし、各ブレードは、たとえばばね板材を使用して、全体を単一の弾性材料によって作ってもよく、ピアノ線のような弾性材料の骨組材に薄い風受け用の材料を組み合わせて作ってもよい。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

風車は、水平軸１１と、ハブ１２、１２と、２枚の帯板状のブレード１３、１３とを備えてなる（図１、図２）。ただし、図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ図１のＸ矢視相当図、図２（Ａ）のＹ矢視相当図である。

各ブレード１３は、たとえばばね板材のような弾性材料から形成されている。各ブレード１３は、滑らかに湾曲させた上、ハブ１２、１２を介して水平軸１１に組み付けられており、両端を水平軸１１と平行にして水平軸１１上のハブ１２、１２に連結されている。ただし、各ブレード１３は、結果的に同方向に１８０°捻られている。また、ハブ１２、１２は、２枚のブレード１３、１３に共通に使用されており、一方のブレード１３の一端は、他方のブレード１３の一端と対称方向に共通のハブ１２に連結されている。なお、各ブレード１３の両端が水平軸１１のまわりに偏移する偏移角θは、ブレード１３の弾性によって決まる自然の静止角度か、その近傍の角度である。ハブ１２、１２は、その一方または双方を水平軸１１に沿って移動可能に装着し、その間隔ｄが調節可能になっているが、水平軸１１のまわりに相対回転不能になっている。

各ブレード１３は、ハブ１２、１２の間隔ｄを開くことにより、ひねりを生じ、２枚のプロペラとして作用することができる（図２（Ｂ））。すなわち、ブレード１３、１３は、水平軸１１と平行な風によって回転トルクを生じ、水平軸１１を回転駆動する。なお、ハブ１２、１２の間隔ｄにより、水平軸１１の軸端に生じる電力Ｐは、風力一定として、たとえば図３のように変化する。すなわち、電力Ｐは、特定の間隔ｄ1 において最大電力Ｐ1 となり、ｄ≒０においてＰ＝０となる。間隔ｄ＝０では、各ブレード１３のひねりが消失し、受風面積が殆どゼロに低下するからである。

他の実施の形態

各ブレード１３の両端は、それぞれ水平軸１１上の別のハブ１２に連結することができる（図４、図５）。ただし、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）は、それぞれ図４（Ａ）、図５（Ａ）のＹ矢視相当図である。

各ブレード１３は、両端を連結するハブ１２、１２の間隔ｄを開くことによりひねりを生じ（図４）、間隔ｄを最小にすることにより、ひねりを最小にすることができる（図５）。ただし、図４、図５において、ハブ１２、１２…は、水平軸１１上において、異なるブレード１３の両端を連結する各１組が交互に配列されているため、間隔ｄの最小値は、図５のように、ハブ１２の長さによって制限されている。そこで、各ブレード１３の両端を連結する１組のハブ１２、１２は、水平軸１１に対し、他の組と独立にして装着してもよい（図６）。ただし、図６（Ｂ）は、同図（Ａ）のＹ矢視相当図である。

ブレード１３、１３…を水平軸１１上に多段に装着してもよい（図７、図８）。ただし、図７（Ｂ）は、同図（Ａ）のＹ矢視相当図であり、図７、図８は、それぞれ４枚、８枚のブレード１３、１３…を使用する場合を図示している。なお、水平軸１１上のブレード１３、１３…は、水平軸１１の動バランスが満たされるように、水平軸１１のまわりに等間隔に分散して配列することが好ましく、偶数枚に限らず、奇数枚であってもよい。また、適切なウェイトと組み合わせることにより、１枚のブレード１３を使用することも可能である。

以上の説明において、ハブ１２に連結する各ブレード１３の両端部は、それぞれ幅狭の連結部１３ａとしてもよく（図９（Ａ））、適当な支持材１３ｂ、１３ｂを介してハブ１２に連結してもよい（同図（Ｂ））。ただし、このとき、ハブ１２は、ブレード１３の幅より短くして必要最小限の長さにすることが好ましい。ブレード１３の端部は、回転トルクの発生に寄与する訳ではないから、回転時の空気抵抗をできるだけ小さくすることが好ましいからである。また、ハブ１２は、ブレード１３の幅より短くすることにより、必要に応じて、各ブレード１３のひねりを一層小さくすることができるからである。そこで、ブレード１３の端部の連結形態は、必要な機械的な強度を確保し、回転時の空気抵抗を小さくすることができる限り、図示以外の任意の形態に変更することができる。

また、各ブレード１３は、１枚の弾性材料によって作るに代えて、適当な弾性材料による骨組材と、薄い風受け材とを組み合わせて構成してもよい。

なお、この風車は、一般のプロペラ形の風車に比して、風切り音が少なく、風向の乱れの影響を受け難い上、各ブレード１３の最大周速部分が内側に湾曲しているため、異物の接触に対する安全性が高い。そこで、この発明は、全体サイズを任意に設定することにより、風力発電用に使用するだけでなく、屋外に設置するモニュメントや、玩具などとしても好適に使用することができる。

全体構成斜視図 全体構成説明図 動作説明線図 他の実施の形態を示す図２相当図（１） 図４の動作説明図 他の実施の形態を示す図２相当図（２） 他の実施の形態を示す図２相当図（３） 他の実施の形態を示す図２（Ｂ）相当図 他の実施の形態を示す要部拡大説明図

符号の説明

ｄ…間隔
１１…水平軸
１２…ハブ
１３…ブレード

特許出願人 宮 西 章
代理人 弁理士 松 田 忠 秋

Claims (2)

1. 水平軸と、ハブを介して前記水平軸に組み付ける帯板状のブレードとを備えてなり、前記ブレードは、滑らかに湾曲させ、両端を前記水平軸と平行にして前記ハブに連結し、前記ハブは、前記水平軸に対し、前記各ブレードの両端を連結する１組ごとの間隔を調節可能に装着することを特徴とする風車。
2. 前記ブレードは、弾性材料によって形成することを特徴とする請求項１記載の風車。

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