JP4488697B2 - 組立型風車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はサボニウス型の風車に関し、特に、サボニウス型風車の原理に基づいた組立・分解が容易な組立型風車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風車の一種として、サボニウス型風車が知られている。図９（a）はサボニウス型風車の原理を述べるための従来のサボニウス型風車の構成を示す斜視図であり、図９（b）は図９（a）に示すサボニウス型風車５００における風の流れを示す図である。
【０００３】
図９（a）に示すように、サボニウス型風車５００は、所定の回転軸を中心に回転する伝動軸３pと、風を受けて伝動軸３pとともに回転する複数のブレード５pとを有する。図９（a）においては、２枚のブレード５pが接続部材８pを介して伝動軸３pに連結されている。
各ブレード５pは、たとえば、半円筒状をしており、湾曲した内周面が伝動軸３pのまわりを取り囲むように接続部材８pに設置される。この内周面が、風を受ける受風面５p＿aとなる。このとき、２つのブレード５pは、受風面５p＿aが互いに対向して一部オーバーラップするように設置される。
なお、図９（a）における符号９によって表わされる部材は、ブレード５pの強度を確保するための補強材である。
【０００４】
図９（a）に示す風車５００に風が当たった場合に、図９（b）に示すように、一方のブレード５pの受風面５p＿aに当たる風の風圧による力（これを風圧力という）をa、他方のブレード５pの受風面５p＿aとは反対側の面に当たる風の風圧力をbとする。風圧力bは、風圧力b１と風圧力b２との２つの風圧力に別れると考えられる。
風圧力aと風圧力bとが同じ大きさであるとすると、a＋b１＞bとなり、風圧力aと風圧力b１とが風車５００を回転させる力として働くため、風車５００は矢印RD方向に回転する。
また、一方のブレード５pの受風面５p＿aに当たった風は湾曲した受風面５p＿aに沿って伝動軸３p側に集まり、他方のブレード５pの受風面５p＿aに当たる。これにより、図９（b）に示すように風圧力cが生じる。この風圧力cは風圧力bの一部を相殺し、風車５００を回転させる力として働く。したがって、最終的にa＋b１＋c＞bとなり、この風圧力cにより風車５００の回転効率が上昇する。これがサボニウス型風車の原理である。
【０００５】
以上のような原理を利用したサボニウス型風車の一種が、たとえば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のサボニウス型風車は、回転軸を中心とした半径方向の両端部から中央部に至るに従ってブレードの高さが小さくなり、かつ、受風開口部から奥部に至るに従って間隔が狭くなるようにブレードの上下の辺に天板および底板を設けたサボニウス型風車である。
特許文献１に記載のサボニウス型風車によれば、ブレードの余分な受風面が削除されるためブレードの背圧が減少し、また、風車の重量が減少する。その結果、風車の回転効率が上昇する。なお、風車の回転効率は、風車の回転を変換して得られる電力や動力等のエネルギーの発生効率に直接的に関係する。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５８−１６２７７６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載のサボニウス型風車を含め、従来の風車はエネルギーの発生効率を高めることが主として考慮されており、製造や組立等の取扱いの容易さや携行性はほとんど考慮されていなかった。
サボニウス型風車は、ほぼ無騒音、回転開始のための風速が比較的小さい等の利点を有する。また、風車によるエネルギーの発生にはCO₂の発生等の環境への影響が少ない。このような利点を有するサボニウス型風車の利用の促進を図るために、サボニウス型風車の取扱い性、携行性の向上が望まれている。
サボニウス型風車の取扱い性および携行性を向上させ、風が存在する様々な場所で容易にサボニウス型風車を利用することが可能になれば、個々のサボニウス型風車から得られるエネルギーは小さい場合であっても、結果的にはエネルギーをより多く得られることになる。
【０００８】
本発明の目的は、取扱いが容易になり携行性を向上させることも可能な、サボニウス型風車の原理を用いた組立型風車を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る組立型風車は、回転軸まわりに回転する回転部材と、前記回転部材に連結され、複数の受風部を備え当該複数の受風部の各受風部において受けた風を他の前記受風部に導く受風手段と、前記回転部材に装着される立体部材と、を有し、前記立体部材の内部に、当該立体部材と一体にして前記複数の受風部を設け、前記受風手段を縮小することができる組立型風車である。
【００１０】
本発明においては、回転部材に連結された受風手段の複数の受風部のうちのある受風部の受風面に風が当たる。受風面に風が当たることにより、受風手段に回転部材まわりの回転トルクが発生する。
各々の受風部の受風面に当たった風は受風面に沿って流れ、他の受風部の受風面に導かれる。他のブレードの受風面に導かれて当たった風はさらに回転トルクを発生させる。
本発明においては、以上のような構成を有する受風手段を適宜縮小することができる。受風手段を縮小することにより、受風部および受風面が小さくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら述べる。
【００１２】
第１実施形態
図１は、サボニウス型風車の原理を利用した、本発明に係る組立型風車の第１実施形態を示す図である。図１において、（a）は第１実施形態に係る組立型風車の概略構成を示す立面図を、（b）は平面図を、（c）は（a）に示す組立型風車の一つの受風部を拡大して示した立面図をそれぞれ表わしている。
【００１３】
図１に示すように、第１実施形態に係る風車１は、本発明における受風手段としてのロータ７と、伝動軸３と、支柱１４と、発電機１８とを有する。
ロータ７は、複数の受風部５と、接続部材８とをさらに有する。
【００１４】
伝動軸３は、たとえば、円柱状に形成する。
また、支柱１４は、内周側に伝動軸３を収容可能な中空構造とする。
本実施形態における伝動軸３と支柱１４とは、伸び縮みが可能な伸縮構造にする。
内周側に伝動軸３を収容した支柱１４は、発電機１８に接続される。
【００１５】
本実施形態における発電機１８は、伝動軸３および支柱１４を設置するための土台も兼ねている。
伝動軸３を収容した支柱１４が、発電機１８に取り外し可能に接続されて、たとえば、鉛直方向に立設される。
このとき、支柱１４は発電機１８に対して固定される。一方、伝動軸３は支柱１４の内部において発電機１８に対して自在に回転可能とする。
図１（a）においては、支柱１４の内部の破線として伝動軸３を描いている。
【００１６】
発電機１８に対して回転自在に接続された伝動軸３が、発電機１８に対する入力軸となる。
発電機１８は、伝動軸３の回転力を利用して発電を行なう。
【００１７】
伝動軸３と発電機１８との間に、図示はしないが増速機を設置してもよい。増速機は、伝動軸３を入力軸とし、伝動軸３の回転力を利用して、発電機１８に接続される出力軸の回転速度を上昇させる。
また、発電機１８の代わりに、たとえば、クランク機構やギヤの組み合わせた変換機構を用いて、伝動軸３の回転力を、電力以外の動力に変換してもよい。
【００１８】
支柱１４の発電機１８に接続している端部とは反対側の端部からは伝動軸３の一部が突出している。伝動軸３のこの突出している部分にロータ７が接続される。ロータ７と伝動軸３とは一体となって回転する。
ロータ７は、その接続部材８を介して伝動軸３に接続される。本実施形態においては、接続部材８は図１（b）に示すような三角形状の板とする。三角板状の接続部材８は、その平坦面を伝動軸３に直交させて伝動軸３に取付けられる。
なお、本発明における回転部材の一実施態様が、一体となって回転する伝動軸３と接続部材８とに相当する。
【００１９】
上記接続部材８に、風を受けて回転部材１０を回転させるための受風部５を接続する。
図１（a），（b）に示すように、第１実施形態においては、互いに独立した複数の受風部５を相互に接続して風を受けるようにしている。
【００２０】
受風部５は、受風布６と、フレーム１７＿１〜１７＿５とを有する。
受風布６は風を受けるための布である。受風布６には、たとえば、キャンバスやテフロン（登録商標）をコーティングしたキャンバス等の布を用いる。また、布の代わりに漆塗和紙や油紙、ナイロンシートやビニールシート等の樹脂シートなど、膜状の材料を適宜利用することも可能である。なお、漆塗和紙は、和紙の表面に漆を塗ったものである。
上記の布や紙、樹脂シート等の材料は、折りたたむことが可能である。
【００２１】
フレーム１７＿１〜１７＿５は、受風布６を所定の形状にするためのものである。
フレーム１７＿１〜１７＿５としては、たとえば、竹や、アルミニウム、SUS等の金属を用いることができる。
フレーム１７＿１〜１７＿５は、パイプ状にしてもよい。
受風布６には自重を支持できる強度はないため、フレーム１７＿１〜１７＿５はある程度の風速にも耐えられるように強度を大きくしておくことが好ましい。受風布６が比較的軽いため、フレーム１７＿１〜１７＿５はある程度重くともよい。
【００２２】
図１（b），（c）に示すように、フレーム１７＿１とフレーム１７＿２とを十字型に組む。フレーム１７＿１とフレーム１７＿２との交点の位置から、フレーム１７＿１とフレーム１７＿２とのいずれにも直交するようにフレーム１７＿３をフレーム１７＿１に取付ける。
そして、フレーム１７＿３のフレーム１７＿１に取付けた端部とは反対側の端部とフレーム１７＿１の両端部とを結ぶように、フレーム１７＿４とフレーム１７＿５とをフレーム１７＿１およびフレーム１７＿３に接続する。
なお、これらのフレーム１７＿１〜１７＿５のうち、少なくともフレーム１７＿２はフレーム１７＿１から取り外すことができるようにしておく。
【００２３】
上記のように組立てたフレーム１７＿１〜１７＿５のフレーム１７＿３側に、フレーム１７＿１，１７＿２のそれぞれの端部を結ぶように受風布６を張ることにより、図１に示すようなブレード状の受風部５ができあがる。
フレーム１７＿１〜１７＿５に受風布６を張るためには、たとえば、受風布６のうちフレーム１７＿１，１７＿２の両端部に位置する部分に、これらの端部に嵌合するキャップを取付けておけばよい。
なお、図１（c）に示すようなフレーム１７＿１，１７＿２のそれぞれの長さL，Hは、たとえば、L＝１．２m、H＝０．７m程度である。
【００２４】
上記のようなブレード状の受風部５は、フレーム１７＿３が存在することにより、風をより効率的に受けることができるポケットが存在する形状となっている。このポケットの部分の内側の面が、風を受ける受風面５aとなる。
フレーム１７＿３の長さは、風を効率的に受けられるようにポケットがある程度形成され、かつ、受風布６がたるまない程度の適切な長さにする。
【００２５】
フレーム１７＿１とフレーム１７＿２とを十字型に組んでいるため、受風面５aには図１（c）に示すように大きさの異なる第１の領域５a＿Aと第２の領域５a＿Bとが形成されることになる。
第１の領域５a＿Aの面積は第２の領域５a＿Bの面積よりも小さい。
【００２６】
各々が以上のような構成を有する複数の受風部５は、サボニウス型風車の原理に従って回転するように、各々の受風面５aを回転方向に対して同じ側に揃えて接続部材８に接続される。このとき、複数の受風部５は、各々の受風面５aにおいて受けた風を他の受風部５の受風面５aに導くように配置される。
受風部５の個数は、後述するように受風部５によって生じる風の流れの力を有効に利用できるように、２個、もしくは３個以上の奇数個とする。
【００２７】
本実施形態においては、３個の受風部５を、正三角形状の接続部材８の各辺に１個ずつ接続する。このとき、伝動軸３側に受風面５aの第１の領域５a＿Aを位置させ、伝動軸３から離れた方向に第２の領域５a＿Bを位置させる。
そのために、フレーム１７＿１には、受風面５aの第１の領域５a＿A側の先端部と中途部とに留め具１９a，１９bがそれぞれ設けられる。留め具１９aと留め具１９bとの間の距離は、正三角形状の接続部材８の一辺の長さとほぼ同程度とする。
【００２８】
３個の受風部５のそれぞれの留め具１９aを接続部材８の頂点にそれぞれ位置させ、かつ、各留め具１９aを接続部材８の各頂点に位置する他の受風部５の留め具１９bにそれぞれ装着して固定する。以上により、３個の受風部５によって接続部材８が挟み込まれて３個の受風部５と接続部材８とが一体となる。
各フレーム１７＿１の留め具１９a側の部分が、他のフレーム１７＿１および回転部材１０への装着のための装着部となる。
【００２９】
上述のようにロータ７を組立てたときには、回転部材１０への装着部側に第１の領域５a＿Aが位置し、装着部から離れた方向に第２の領域５a＿Bが位置することになる。
また、各受風部５のフレーム１７＿３によるポケット部の深さは、装着部側に向かうに従って浅くなる。
【００３０】
図１（b）に示すように矢印WDで示される風向きの風WAがロータ７に当たるとする。ロータ７の各受風部５の受風面５aに当たった風は、伝動軸３を取り囲むように受風面５aが配置されているため受風面５aに沿って伝動軸３側に向かって流れるように導かれる。
このとき、受風面５aの面積は装着部側に向かうに従って小さくなり、また受風面５aが存在するポケット部の深さは装着部側に向かうに従って浅くなっているため、風は装着部側の伝動軸３側に向かうに従って受風面５により絞られる。その結果、風を効率的に伝動軸３側に向かわせることができ、また、伝動軸３側に向かうに従って風の流速が上がる。
【００３１】
受風面５aに導かれることにより風速が上がった風は、図１（b）に示すように風WCとなって他の受風部５の受風面５aに向かって流れる。
図９の説明においてサボニウス型風車の原理として述べたように、ある受風面５aに当たる風WAの風圧力aと他の受風面５aに導かれて当たったときの風WCの風圧力cとの和は、ロータ７の回転時に抵抗となる風WBの風圧力bよりも大きくなるため、ロータ７は矢印RD方向に回転する。
【００３２】
ロータ７が回転することにより伝動軸３が回転する。
この伝動軸３の回転を利用して、発電機１８によって発電が行なわれる。
【００３３】
次に、組立型風車１を分解する手順について述べる。
まず、伝動軸３と共に支柱１４を縮める。
そして、各受風部５の留め具１９aを留め具１９bから外すことによって各受風部５が接続部材８から取り外され、ロータ７が分解される。
さらに、伝動軸３および支柱１４を発電機１８から取り外す。
以上により、組立型風車１を発電機１８と、接続部材８が接続された伝動軸３および支柱１４と、個々に独立した受風部５とに分解することができる。
接続部材８と伝動軸３とは、さらに分解可能な構造であってもよい。
【００３４】
各々の受風部５の分解の手順についてさらに述べる。
図２が、受風部５の分解の手順について述べるための図である。図２において、（a）は図１（c）と同様の受風部５の立面図であり、（b）は組立てた状態の受風部５の斜視図であり、（c）は受風部５を分解した状態を示す斜視図である。
【００３５】
説明を容易にするために、図２（a），（b）に示すように受風面５aを受風面５a＿１，５a＿２，５a＿３，５a＿４の４つの部分にわける。
受風部５を分解するためには、まず、フレーム１７＿２の両端部のキャップを外してフレーム１７＿２から受風布６を外す。
そして、フレーム１７＿２をフレーム１７＿１から外す。
フレーム１７＿２が取り外された受風部５において、図２（b）の矢印Kで示すように受風面５a＿１と受風面５a＿２とが対向し、受風面５a＿３と受風面５a＿４とを対向させて受風布６を折りたたむと図２（c）のようになる。
図２（c）は、フレーム１７＿２を取り外された受風部５が、装着部側の留め具１９aと第１の領域５a＿Aと第２の領域５a＿Bとを通るフレーム１７＿１に沿って折りたたまれた状態を示している。
【００３６】
以上のように、フレーム１７＿２を取り外した受風部５を、細長い形状に縮小して持ち運ぶことが可能になる。
受風布６はさらに折りたたむことが可能であるため、フレーム１７＿２を取り外した受風部５をさらに小さく縮小することもできる。
【００３７】
本実施形態によれば、ロータ７と伝動軸３および支柱１４と発電機１８とを有する組立型風車１を容易に組立・分解することができる。ロータ７の受風部５をさらに組立・分解可能な構造にもなっている。容易に組立・分解可能な構造であるため組立型風車１を容易に取り扱うことが可能になり、取扱い性が向上する。
また、組立型風車１のなかで容積が大きい受風部５を分解して縮小することができるため、携行性が向上する。その結果、組立型風車１を様々な場所において使用し易くなり、利用範囲が広がる。たとえば、組立型風車１をキャンプ場や無人島に運んで使用することが可能になる。
組立・分解が容易であるため、組立型風車１が故障した場合に各部分の交換や修理が容易であり、メンテナンス性が向上する。
受風部５が交換可能であるため、受風部５に求められる強度レベルを低くすることができる。その結果、受風部５を含めた組立型風車１の製造コストの上昇を抑制して安価に提供することができる。受風部５に用いる受風布６や紙や樹脂シート等の材料は比較的安価であるため、組立型風車１のコストはさらに小さくなる。
コストが下がることにより、組立型風車１の利用はさらに促進される。
【００３８】
また、布や紙や樹脂シートも用いた受風部５は従来の風車の受風部よりもはるかに軽くなるため、従来よりもはるかに小さい風でロータ７が回転して回転効率が向上し、組立型風車１の発電効率が従来よりも向上する。
さらに、本実施形態においては、各受風部５の受風面５aを、留め具１９aが取付けられている伝動軸３への装着側の第１の領域５a＿Aの面積が伝動軸３から離れた第２の領域５a＿Bの面積よりも小さい形状にしている。このため、受風面５aに当たる風WAが、より多く他の受風面５aに向かう風WCとなり、かつ、風WCの風速が上昇する。その結果、風WCの風圧力cが大きくなりロータ７がより回転し易くなりロータ７の回転効率が向上する。
各受風面５aは風を受け入れ易いポケット状に形成されているため、図１（a）に示すように伝動軸３に対して斜めの方向の風WWを捉え易くなり、ロータ７の回転に利用可能な風の力が増える。その結果、ロータ７の回転効率は従来よりもさらに向上する。
【００３９】
第２実施形態
上記第１実施形態の受風部５に限らず、他の受風部を用いて組立型風車を構成することができる。その例を以下に第２実施形態として述べる。
なお、本発明の第２実施形態に係る組立型風車は、第１実施形態の受風部５の代わりに受風部６０を用いている。この点以外は第２実施形態に係る組立型風車は第１実施形態に係る組立型風車１と同じであるため、同じ構成要素については同じ符号を付して用い、詳細な記述は省略する。
【００４０】
図３が、第２実施形態に係る受風部６０を用いたロータの構成を示す図である。図３において、（a）は複数の受風部の接続関係を示す平面図であり、（b）は１つの受風部６０の立面図である。
ただし、図３（a），（b）において留め具１９a，bは図示を省略している。
【００４１】
図３（a）に示すように、第２実施形態に係るロータ７０は、受風部６０として、３（b）に示すような受風面６０aに凹凸部６０a＿dを有する折りたたみ可能なブレードを有する。
３つの受風部６０は、第１実施形態と同様に、ある受風部６０の受風面６０aに当たった風WAが風WCとなって他の受風部６０の受風面６０に向かって流れるように接続部材８に対して装着されて接続されている。
【００４２】
各受風部６０は、周知の扇子と同じ構造を有している。たとえば、第１実施形態と同様の竹やアルミニウムやSUS等の金属などの材料を用いた骨に、キャンバスやテフロンコーティングを施したキャンバス等の布、漆塗和紙や油紙、各種樹脂シート等の膜状の材料を張ることによって受風部６０を構成することができる。
【００４３】
扇子と同じ構造を有する受風部６０は、扇の要の部分が装着部Ctとなる。
凹凸部６０a＿dは、装着部Ctから放射状にのびる筋状の溝６０a＿gが形成されるような筋状の凹凸部となる。
受風部６０は、以上のような凹凸部６０a＿dを広げること、または折りたたむことにより、ある程度の範囲で自在に拡大、または縮小することができる。
凹凸部６０a＿dが意図せずに動くことを避けるためには、受風面６０aを支持する図示しない支持部材を受風部６０に設けることが好ましい。
【００４４】
図３（a）に示すように、受風部６０は装着部Ctを接続部材８側にして接続部材８に装着される。
このとき、受風部６０の受風面６０aを、折り曲げた状態で他の受風部６０の装着部Ctに装着してもよい。たとえば、図３（a）に示すように、装着部Ctが位置する場所において、接続部材８を取り囲むように基準となる平面から角度θ１曲げる。
受風面６０aの角度θ１は、受け止めた風を効率的に他の受風面６０aに導くために、たとえば、０°≦θ１≦４５°の範囲とする。
【００４５】
風を装着部Ct側に導かせ易くするために、装着部Ctから離れた領域から装着部Ctに近い領域に近づくに従って受風面６０の面積が小さくなることが好ましい。このため、図３（b）に示す受風面６０による弧の角度θ２については、たとえば、２０°≦θ２＜１８０°の範囲とする。
【００４６】
本実施形態においては受風面６０aが受けた風WAが、溝６０a＿gにより捉えられて接続部材８側に導かれる。
その際に、溝６０a＿gの断面積は接続部材８側に向かうに従って小さくなっているため、接続部材８側に向かうに従って風の流速が上昇する。したがって、第１実施形態の場合と同様に、他のブレード６０の受風面６０aに当たる風WCの風圧力が増加する。
上記のように風が流れる本実施形態の組立型風車の動作は第１実施形態の風車１と同じであるため、詳細な記載は省略する。
【００４７】
以上のように、第２実施形態によれば、扇子と同様の構造を有する受風部６０を用いて組立型風車を構成することができる。
第２実施形態に係る組立型風車においても、第１実施形態に係る組立型風車１と同様の効果を得ることができる。
さらに、第２実施形態に係る受風部６０は受風面６０aを縮小した状態で風を受けることができる。このため、風が強過ぎるときには受風部を小さくして、組立型風車のオーバーロードや故障を防止することができる。
【００４８】
第３実施形態
以下では、本発明の第３実施形態として、傘を用いた受風部を有する組立型風車について述べる。
図４が、サボニウス型風車の原理を利用した、本発明に係る組立型風車の第３実施形態を示す図である。図４において、（a）は第３実施形態に係る組立型風車の概略構成を示す立面図を、（b）は平面図を、（c）は（a）に示す組立型風車の一つの受風部の構成を示す模式図をそれぞれ表わしている。
【００４９】
第３実施形態に係る組立型風車１００は、第１実施形態の受風部５の代わりに傘を用いた受風部６０を用いたロータ７１を有している。この点以外は第３実施形態に係る組立型風車１００は第１実施形態に係る組立型風車１と同じであるため、同じ構成要素については同じ符号を付して用い、詳細な記述は省略する。ただし、図４（b）において伝動軸３および留め具１９a，bは図示を省略している。
【００５０】
傘の構造は周知であるため、受風部６１の構造についての詳細は省略する。傘の内側が受風面６１aとなる。受風面６１aを形成する材料にビニールや布等の慣用されている材料を用いた傘を受風部６１として適宜利用することができる。
本実施形態においては、傘のシャフト６１hを正三角形状の接続部材８の各辺に沿って配置させて、３つの受風部６１を接続部材８に接続して装着している。各受風部６１は、接続部材８から自在に取り外し、また接続部材８に装着することができる。
各受風部６１は、受風面６１aにおいて受けた風を他の受風面６１aに導くように各受風面６１aを接続部材８側に向けて接続部材８に取付けられる。
【００５１】
以上のようなロータ７１を有する組立型風車１００は、これまでの組立型風車と同様に、ある受風面６１aにおいて受けた風WAを受風面６１aに沿って風WCとして他の受風面６１aに導いて、矢印RD方向に回転する。
受風面６１aは半球状をしているため、風WCの風圧力の上昇度は第１および第２実施形態よりは小さいと思われる。しかしながら、図４（a）に示すように伝動軸３に対して斜めの方向の風WWを捉えることは容易であるため、ロータ７１の回転に利用可能な風の力を増やすことはできる。また、受風面６１aに当たった風を受風面６１aの外に逃がしにくく、風を有効に利用することができる。以上により、ロータ７１の回転効率を従来よりも向上させることは可能である。
【００５２】
本実施形態に係る受風部６１を縮小する場合には、図４（c）に示すように、傘と同様に風面６１aにつながっている骨をまとめたスライド部を、シャフト６１hに沿って図中の矢印に示すようにスライドさせる。これにより、受風面６１aがたたまれて縮小する。
受風部６１以外の組立型風車１００の組立・分解の手順は第１実施形態の場合と同様であるため記載を省略する。
【００５３】
第３実施形態においても、前述の実施形態と同様に、取扱い性、携行性およびメンテナンス性の向上という効果を得ることができる。また、受風部６１の軽量化によるロータ７１の回転効率の向上の効果もある。
さらに、本実施形態においては受風部６１として傘を用いているため、組立型風車１００の組立・分解が容易である。また、傘は市場で容易に入手可能であるため、組立型風車１００のコスト上昇を抑制して安価に組立型風車１００を提供することができる。
【００５４】
第４実施形態
第１〜３実施形態においては、個々に独立した受風部を有するロータを用いていた。以下では、本発明における受風手段として受風部と一体となった１つの立体型のロータを用いる組立型風車の形態について述べる。
なお、本発明の第４実施形態に係る組立型風車は、第１実施形態のロータ７の代わりに立体型のロータ７２を用いている。この点以外は第４実施形態に係る組立型風車は第１実施形態に係る組立型風車１と同じであるため、同じ構成要素については同じ符号を付して用い、詳細な記述は省略する。
【００５５】
図５は、第４実施形態に係るロータ７２の構成を示す図である。図５において、（a）は縮小した状態のロータ７２を示す立面図であり、（b）は使用状態におけるロータ７２を示す立面図であり、（c）は（a）における断面I−Iから見た断面図である。
【００５６】
ロータ７２は、本発明における立体部材の一実施態様となっており、また、受風手段の一実施態様ともなっている。
ロータ７２は、周知の提灯と同様の構造を有している。たとえば、漆塗和紙や油紙等の紙のような、形成が容易で形成した形を維持可能なある程度の強度を有する材料を用いて、内部が空洞の折りたたみ可能な立体部材を形成する。
ロータ７２の形の維持と強度確保のために、ロータ７２の骨格となる部材を折りたたみ可能に構成してもよい。骨格となる部材の材料には、たとえば、竹、アルミニウムやSUS等の金属を用いることができる。
【００５７】
立体型のロータ７２は、たとえば、接着剤や留め具を用いて伝動軸３を含む回転部材に装着されて固定される。これにより、ロータ７２の回転と共に伝動軸３が回転することになる。
上述のような材料を用いて、ロータ７２を蛇腹状に形成する。蛇腹状のロータ７２の伸縮方向は、本実施形態においては、伝動軸３に直交する方向とする。したがって、図５（a）のような縮小した状態から、矢印方向にのばすことにより、ロータ７２は図５（b）に示す使用状態となる。ロータ７２を図５（a）に示す縮小状態に戻すことも可能である。
【００５８】
立体に形成したロータ７２には、ロータ７２の内部の空洞への空気の流入または空洞からの外部への空気の流出のための開口１１を設けておく。このため、開口１１は少なくとも２つ存在する。２つの開口１１，１１は、ロータ７２の回転に応じて、流入口として機能することもあれば流出口として機能することもある。以下では、流入口として機能する開口１１を開口１１a、流出口として機能する開口１１を開口１１bとして表わす。
【００５９】
ロータ７２の内部の空洞以外の部分が、受風部６２となる。
また、開口１１aから開口１１bまでの空間が、ロータ７２に流入した風が流れる流路PTHとなる。すなわち、開口１１aと開口１１bとは、流路PTHを介して互いに連通している。
【００６０】
受風部６２の流路PTH側の面のうち、風が当たる部分が受風面６２aとなる。受風面６２aは、図９（a），（b）を用いて述べたサボニウス型風車の原理に従ってロータ７２を回転させるために複数存在する。
複数の受風面６２aは、サボニウス型風車の原理に従うように、たとえば、各受風面６２aにおいて受けた風を他の受風面６２aに導くために伝動軸３を内側に取り囲むような湾曲した形状に形成する。
【００６１】
ロータ７２を滑らかに回転させるために、各受風部６２と各受風面６２aと各開口１１の形状とは、断面I−Iに平行な断面において伝動軸３を中心として点対称であることが好ましい。
また、ロータ７２の表面積および質量については、それぞれ伝動軸３の回転軸を中心として比率が均一であることが、ロータ７２の回転を均一にさせるために好ましい。図５に示すロータ７２は、これらの条件を満たしている。
ただし、伝動軸３の回転軸の延長上にロータ７２の重心が存在しており、重心を中心にして表面積および質量のバランスがとれていれば、非対称な形状の立体型のロータであっても滑らかに回転する。
【００６２】
流路PTHに効率的に風を導くためには、ロータ７２の表面積ARと開口１１ののべ面積AOとの比率は、たとえば、AR：AO＝２：１〜４：１程度であることが好ましい。
【００６３】
図５（c）に示すように開口１１aから風WAがロータ７２の内部に流入するとする。ロータ７２内に流入した風WAは、流路PTHを流れて受風面６２aに当たる。受６２aは内側に伝動軸３が位置するように湾曲しているため、受風面６２aに当たった風は風WCとなって受風面６２aに沿って伝動軸３側に向かって流路PTH内を流れ、開口１１b側の受風面６２aに当たる。
開口１１b側の受風面６２aに当たった風はそのまま受風面５２aに沿って開口１１b側に向かって流路PTH内を流れ、開口１１bから立体ロータ７の外部へ流出する。
【００６４】
風WAの風圧による力（風圧力）をa、風WCの風圧力をcとする。また、ロータ７２の回転時に抵抗となる風WBによる風圧力をbとする。
図９の説明においてサボニウス型風車の原理として述べたように、a＋c＞bとなるため、上記の風の流れが繰返されることにより、ロータ７２は伝動軸３と共に矢印RD方向に回転する。
【００６５】
以上のように、本実施形態においては、ロータ７２が縮小可能な提灯状になっている。このため、前述の実施形態と同様に取扱い性、携行性およびメンテナンス性の向上と、コスト抑制という効果を得ることができる。
ロータ７２は第３実施形態の傘を用いたロータ７１と同様に伝動軸３に対して斜めの方向の風WWを容易に捉えることができる。さらに、ロータ７２の内部に流入した風を全て回転のために利用することができる。このため、ロータ７２の回転効率はロータ７１よりも高くなる可能性が高い。
【００６６】
変形形態
上記第４実施形態のように蛇腹の伸縮方向が伝動軸３に対して直交する方向であると、第１〜３実施形態のように受風面を３つ以上にした場合には受風部の容積が増えるため縮小することが困難になる。
以下では、第４実施形態の変形形態として、蛇腹の伸縮方向を変えることにより縮小可能としたロータについて述べる。
【００６７】
図６は、本変形形態に係るロータ７３の構成を示す図である。図６において、（a）は縮小した状態のロータ７３を示す立面図であり、（b）は使用状態におけるロータ７３を示す立面図であり、（c）は（a）における断面II−IIから見た断面図である。
ロータ７３は、第４実施形態に係るロータ７２と同様の蛇腹構造を有しており、形状および蛇腹の伸縮方向以外はロータ７２と同じであるため詳細は省略する。
【００６８】
ロータ７３は、図６（a），（b）に示すように、伝動軸３に装着する状態において伝動軸３に沿った方向に伸縮可能な構造にする。
【００６９】
ロータ７３は、３つの開口１１１，１１１，１１１を有している。これら３つの開口をそれぞれ開口１１１a，１１１b，１１１cとする。
３つの開口１１１a，１１１b，１１１c以外のロータ７３の内部の部分が受風部６３になっていると考えることができる。受風部６３は開口１１１a，１１１b，１１１cに対応して３つにわけて扱うことができる。したがって、受風部６３の開口１１１a，１１１b，１１１cに対応した３つの受風面６３a，６３a，６３aをそれぞれ受風面６３a＿１，６３a＿２，６３a＿３として扱う。
【００７０】
また、開口１１１a，１１１b，１１１cがそれぞれ連通する流路を流路PTHNとする。流路PTHNについても開口毎に対応させて扱うことができる。開口１１１a，１１１b，１１１cに対応する流路PTHNをそれぞれ流路PTHN１，PTHN２，PTHN３とする。
【００７１】
上記開口１１１のように、開口の数は２個だけでなく３個以上の数にすることができる。ある受風面に当たった風を他の受風面に集中的に導くために、開口の数は３以上の奇数が好ましい。受風面の数は、開口の数に対応した数になる。
【００７２】
図６（c）に示すように開口１１１aから風WAがロータ７３の内部に流入するとする。風WAは流路PTHN１を流れて受風面６３a＿１に当たる。受風面６３a＿１に当たった風は風WCとなって受風面６３a＿１に沿って伝動軸３側に向かって流れ、開口１１１b側の受風面６３a＿２に当たる。
受風面６３a＿２に当たった風はそのまま受風面６３a＿２に沿って開口１１１b側に向かって流路PTHN２内を流れ、開口１１１bからロータ７３の外部へ流出する。
風WCによる風圧力がロータ７３の回転時に生じる風WBによる抵抗力を一部相殺するため、サボニウス型風車の原理に基づいて、ロータ７３が矢印RD方向に回転することになる。
【００７３】
以上のように蛇腹の伸縮方向を伝動軸３に沿った方向とすれば、ロータ７３を縮小したときにも受風部６３の断面形状はほとんど変化しない。このため受風部の数を３つ以上に増やすことができる。したがって、３つ以上の開口を有するロータを蛇腹構造にして縮小することが可能になる。
【００７４】
第５実施形態
受風部と一体となった立体型のロータは、蛇腹構造以外の他の手段によって実現することもできる。
以下では、風船を用いて立体型のロータを形成した形態について述べる。
【００７５】
図７（a）は風船を用いたロータの一実施形態を示す立面図であり、図７（b）は風船を用いたロータの変形形態を示す立面図であり、図７（c）は図７（b）における断面III−IIIから見た断面図である。
【００７６】
こられのロータの材料には、たとえば、紙やビニールやナイロンを用いることができる。
図７（a）に示すロータ７４は、繭玉、あるいはピーナッツ状の風船を用いたロータである。
ロータ７４は、空気出入口AINを介して空気を流出または流入させることにより、縮小または拡大が可能である。
【００７７】
ロータ７４として用いる風船は、前述のロータ７２と同様に空洞の内部に受風部と受風面と流路とを有する形状に形成する。
また、ロータ７４は、ロータ７４の内部への風の流入、および内部からの風の流出のための複数の開口１１２も有する。図７（a）には１つの開口１１２しか図示していないが、ロータ７４の中心に対して対称な位置に、もう１つの開口１１２が存在する。
ロータ７４は、伝動軸３を含む回転部材に、たとえば接着されて装着される。伝動軸３と一体となったロータ７４は、サボニウス型風車の原理に従って、矢印RD方向に回転する。
【００７８】
第５実施形態の変形形態に係るロータ７５は、図７（b）に示すように南瓜状の風船を用いたロータである。
ロータ７５においては、たとえば、ヘタの部分を空気出入口AINとする。
ロータ７５は、開口１１３aと開口１１３bの２つの開口１１３を有し、内部に受風部６４と流路PTHを備える形状に形成する。
これらの開口１１３、受風部６４および流路PTHを有するロータ７５の回転時の動作は第４実施形態に係るロータ７２と同じであるため記載は省略する。
【００７９】
なお、ロータ７４，７５を、３つ以上の開口を有する形状にすることも可能である。
ロータ７４，７５は、滑らかに回転させるために、伝動軸３の回転軸の延長上に重心が存在し、重心を中心にして表面積および質量のバランスがとれるような形状にすることが好ましい。
【００８０】
以上のように、第５実施形態においては風船を用いて立体型のロータを形成しているため、ロータの形状の自由度が上がる。また、ロータの製造が容易で非常に安価にロータを提供することができる。
【００８１】
第６実施形態
以下では、得られるエネルギーの増大化を図るために、上記第１〜第４実施形態に係る風車のロータを複数個用いた風車について述べる。
【００８２】
風は、低い位置においては弱く、高い位置ほど強く吹く傾向がある。本実施形態に係る風車は、このような風の特性を最大限に活用するためのものである。
図８は、本実施形態に係る風車の構成を示した立面図である。
図８に示すように、本実施形態にかかる連結型風車３００は、複数のロータ７０＿１，７０＿２，７０＿３，７０＿４と、連通軸４０と、複数の増速機１６＿１，１６＿２，１６＿３と、支柱１４とを有する。
本実施形態においては、図８に示すように４個のロータと３個の増速機を用いた例を挙げているが、ロータおよび増速機の数は、大きさや質量などの点から物理的な限界に達するまで適宜増やすことができる。
【００８３】
複数のロータ７０＿１〜７０＿４には複数の伝動軸３１，３２，３３，３４がそれぞれ接続され、ロータ７０＿１〜７０＿４と一体となっている。
各伝動軸３１〜３４および各増速機１６＿１〜１６＿３はそれぞれ内周側に連通軸４０を収容可能な中空構造を有している。
なお、伝動軸３１〜３４に一体となったロータ７０＿１〜７０＿４と、増速機１６＿１〜１６＿３と、連通軸４０と、支柱１４とは、これらを自在に組立・分解できる構造にしておく。
【００８４】
支柱１４は、たとえば、地面等の設置場所に立設される。
支柱１４から延長するように連通軸４０が支柱１４に分解可能に接続されて固定される。
図６に示すように、低い位置から高い位置に向かって順に、ロータ７０＿４、増速機１６＿３、ロータ７０＿３、増速機１６＿２、ロータ７０＿２、増速機１６＿１、ロータ７０＿１が、内周側に連通軸４０を連通させ連通軸４０に沿って分解可能に連結配置される。
増速機１６＿１〜１６＿３に関しては、下側の増速機ほど負荷が大きくなるように設定する。
【００８５】
各増速機１６＿１〜１６＿３は連通軸４０に分解可能に固定される。
伝動軸３１が増速機１６＿１の入力軸となり、伝動軸３２が増速機１６＿１の出力軸かつ増速機１６＿２の入力軸となる。また、伝動軸３３が増速機１６＿２の出力軸かつ増速機１６＿３の入力軸となる。そして、伝動軸３４が増速機１６＿３の出力軸となる。
また、図示はしないが、伝動軸３４には前述の実施形態において用いたような発電機がさらに連結しているものとする。
【００８６】
各伝動軸３１〜３４とそれぞれ一体化した各ロータ７０＿１〜７０＿４は、連通軸４０を中心として自在に回転可能である。ただし、連通軸４０は回転しない。
ロータ７０＿１〜７０＿４としては、第１〜第４実施形態に係るロータを適宜組み合わせて用いることができる。第５実施形態のような風船を用いたロータは連通軸４０に連通させることが困難であるため、あまり適切ではない。
下側のロータのブレードほど受風面の面積を大きくして質量を大きくすることが、回転により得られるエネルギーを蓄えておく観点から好ましい。
【００８７】
図８に示す矢印WD方向の風向きの風が吹く場合を考える。
風を受けた各ロータ７０＿１〜７０＿４はそれぞれ所定方向に回転する。このとき、伝動軸３１の回転は増速機１６＿１により伝動軸３２の回転に利用される。伝動軸３２の回転は増速機１６＿２により伝動軸３３の回転に利用される。伝動軸３３の回転は増速機１６＿３により伝動軸３４の回転に利用される。
伝動軸３４の回転を利用して、図示しない発電機により発電が行なわれる。
【００８８】
高い位置ほど風は強く吹く傾向にあり、また、最も上方の増速機１６＿１の負荷が最も小さいため、最も上方のロータ７０＿１が最初に回転を始める傾向にある。
上述のように、ロータ７０＿１の回転は、伝動軸３１〜３４および増速機１６＿１〜１６＿３を介して最も下方のロータ７０＿４まで伝達される。
したがって、たとえば、上方側のロータのみが回転を開始できる程度の風の状態であったとしても、下方側のロータも回転させることができる。
下側のロータほど受風面の面積を大きくして質量を大きくしておけば、回転により得られたエネルギーをより多く蓄えておくことができる。
【００８９】
以上のように、本実施形態に係る連結型風車３００によれば、連通軸４０に沿ってロータを複数設けることにより、風力が小さくとも各ロータを回転させることができるようにしている。このため、連結型風車３００から得られる電力等のエネルギーを増加させることができる。連結型風車３００の各ロータは上記実施形態１〜４のように回転効率が従来よりも向上しているため、従来よりも効率的にエネルギーを得ることができる。
また、各ロータ７０＿１〜７０＿４および各増速機１６＿１〜１６＿３を上下方向に沿って連結するだけで風を有効利用することができる。このため、連結型風車３００の製造や設置のコスト上昇を抑制し、安価に提供することができる。さらに、各ロータ７０＿１〜７０＿４および各増速機１６＿１〜１６＿３は容易に組立・分解が可能である。各ロータ７０＿１〜７０＿４もさらに縮小が可能である。このため、本実施形態のようなエネルギー発生効率を上昇させた連結型風車３００を様々な場所に搬送して組み立てて、容易に利用することが可能になる。
【００９０】
なお、上記の実施形態１〜６および図面に記載の内容は本発明を説明するための例であり、材料や形状、数値等の条件は、特許請求の範囲内において適宜変更可能である。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、取扱いが容易になり携行性を向上させることも可能な、サボニウス型風車の原理を用いた組立型風車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（a）は第１実施形態に係る組立型風車の概略構成を示す立面図を、（b）は平面図を、（c）は（a）に示す組立型風車の一つの受風部を拡大して示した立面図をそれぞれ表わしている。
【図２】（a）は図１（c）と同様の受風部の立面図であり、（b）は組立てた状態の受風部の斜視図であり、（c）は受風部を分解した状態を示す斜視図である。
【図３】（a）は第２実施形態に係る複数の受風部の接続関係を示す平面図であり、（b）は１つの受風部の立面図である。
【図４】（a）は第３実施形態に係る組立型風車の概略構成を示す立面図を、（b）は平面図を、（c）は（a）に示す組立型風車の一つの受風部の構成を示す模式図をそれぞれ表わしている。
【図５】（a）は第４実施形態に係るロータを縮小させた状態を示す立面図であり、（b）は（a）に示すロータを拡大させた状態を示す立面図であり、（c）は（a）における断面I−Iから見た断面図である。
【図６】（a）は第４実施形態の変形形態に係るロータを縮小させた状態を示す立面図であり、（b）は（a）に示すロータを拡大させた状態を示す立面図であり、（c）は（a）における断面II−IIから見た断面図である。
【図７】（a）は第５実施形態に係るロータの一実施形態を示す立面図であり、（b）は第５実施形態に係るロータの変形形態を示す立面図であり、（c）は（b）における断面III−IIIから見た断面図である。
【図８】第６実施形態に係る連結型風車の構成を示した立面図である。
【図９】（a）はサボニウス型風車の原理を述べるための従来のサボニウス型風車の構成を示す斜視図であり、（b）は（a）に示すサボニウス型風車における風の流れを示すための図である。
【符号の説明】
１，１００…組立型風車
３…伝動軸
５，６０，６１，６２，６３，６４…受風部
５a，６０a，６１a，６２a，６３a，６４a…受風面
５a＿A…第１の領域
５a＿B…第２の領域
６…受風布
７，７０，７１，７２，７３，７４，７５，７０＿１〜７０＿４…ロータ（受風手段）
８…接続部材
１０…回転部材
３００…連結型風車
Ct…装着部

Claims (5)

1. 回転軸まわりに回転する回転部材と、
   前記回転部材に連結され、複数の受風部を備え当該複数の受風部の各受風部において受けた風を他の前記受風部に導く受風手段と、
   前記回転部材に装着される立体部材と、を有し、
   前記立体部材の内部に、当該立体部材と一体にして前記複数の受風部を設け、
   前記受風手段を縮小することができる
   組立型風車。
2. 回転軸まわりに回転する回転部材と、
   前記回転部材に連結され、複数の受風部を備え当該複数の受風部の各受風部において受けた風を他の前記受風部に導く受風手段と、
   を有し、
   前記受風手段を縮小することができ、
   複数の前記受風部が各々独立し、
   受風面において風を受け、
   前記受風面のうち前記回転部材への装着部側の第１の領域の面積が前記装着部から離れた第２の領域の面積よりも小さく、
   前記装着部と前記第１の領域と前記第２の領域とを通る線に沿って折りたたみ可能な
   前記受風部を有する
   組立型風車。
3. 前記受風面が、前記装着部から放射状にのびる筋状の凹凸部を有する扇状をしており、前記凹凸部を折りたたんで前記受風部を縮小することができる
   請求項２に記載の組立型風車。
4. 前記立体部材が蛇腹状である
   請求項１に記載の組立型風車。
5. 前記受風部が一体となった前記立体部材に風船を用いる
   請求項１に記載の組立型風車。

Images