JP4597566B2 - サボニウス型風車及び照明灯 - Google Patents

Description

本発明は、回転中心に対して点対称に配置される第１翼部材と第２翼部材とを備えるサボニウス型風車及びこれを備えた照明灯に関するものである。

サボニウス型風車は、１９世紀にサボニウスにより発明された風車であり、プロペラ型の風車に比べると、高速回転時のエネルギー変換効率は低いが、低速回転領域では大きなトルクが出る特性を有する。都市部のように、強い風が吹かないような地域において好適なタイプの風車であり、騒音や振動が低く、設置が容易であるという利点を有している。このようなサボニウス型風車は、例えば、照明灯に用いるのに好適であり、発電機構としては太陽電池との併用も可能である。

かかるサボニウス型風車は、回転中心５０に対して点対称に配置される第１翼部材と第２翼部材とを備えており、その構成例を図４に示す。図４は、従来技術に係るサボニウス型風車をその回転軸に垂直な面で切断した断面図である。回転中心５０に対して、第１翼部材５１と第２翼部材５２とは、点対称に配置されており、これらは同じ形状を有する。第１翼部材５１は、凹面の風受け面５１ａと、凸面の風逃がし面５１ｂとを有しており、第２翼部材５２も凹面の風受け面５２ａと凸面の風逃がし面５２ｂとを有する。第１翼部材５１と第２翼部材５２とは、同じ形状を有している。風受け面５１ａ，５２ａは、所定の半径を有する円弧で形成され、風逃がし面５１ｂ，５２ｂは、風受け面５１ａ，５２ａとは異なる半径の円弧で形成されている。回転中心５０は、図４の紙面に垂直方向に伸びており、これに対応して各翼部材５１，５２も紙面の垂直方向に伸びた形状を有している。これら翼部材５１，５２は、その軸方向両端部を支持プレート５３により支持されている。

図５は、別の従来技術に係るサボニウス型風車を示す。図４と同じ機能を有する部分には、同じ図番を付している。この従来技術では、風受け面５１ａ，５２ａは、円弧に形成されており、風逃がし面５１ｂ，５２ｂは三角形状に形成されている。

これら従来技術における問題点は、風車の厚み（図にＡで示す）が大きくなることである。風車の厚みが大きくなれば、翼の回転性能も低下することになるため、できるだけ小さくすることが好ましい。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、全体の大きさを小型化して翼の回転性能を上げることができるサボニウス型風車及びこれを備えた照明灯を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係るサボニウス型風車は、
回転中心に対して点対称又はほぼ点対称に配置される第１翼部材と第２翼部材とを備えるサボニウス型風車であって、
これら翼部材に肉厚の等しい又はほぼ等しい部分が形成されるように、これら翼部材の風受け面側を略サイクロイド曲線の凹面に形成するとともに、これら翼部材の風逃がし面側を略サイクロイド曲線の凸面に形成し、
前記風逃がし面側の幅方向両端部に、前記回転中心の回転軸方向に沿って形成される小凹部を形成したことを特徴とするものである。

この構成によるサボニウス型風車は、第１翼部材と第２翼部材は、その風受け面が略サイクロイド曲線の凹面に形成され、風逃がし面も同じく略サイクロイド曲線の凸面に形成される。サイクロイド曲線で形成することで、図３に示すように風車の厚みを小さくすることができる。また、サイクロイド曲線を用いることで、風の流れる速度や量を多くすることができ、回転性能が向上する。これにより、風車全体を小型化することができ、翼の回転性能を上げることができる。

本発明において、前記風逃がし面側の幅方向両端部に、前記回転中心の回転軸方向に沿って形成される小凹部（溝部）を形成していることが好ましい。かかる小凹部を形成することで、風逃がし面における風の抵抗を軽減し、回転性能を向上させることができる。

本発明において、前記小凹部の周囲は、他の部分よりも肉厚となるように形成されることが好ましい。かかる肉厚部を形成することで、風の流れを乱さずに翼部材の強度を向上させることができる。

本発明に係る照明灯は、本発明に係るサボニウス型風車と、太陽電池パネルと、これらサボニウス型風車及び太陽電池パネルにより発電されたエネルギーにより点灯制御される電灯とを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係るサボニウス型風車を使用することで、回転性能を向上させ、発電効率の優れた照明灯を提供することができる。また、風車と太陽電池による発電によるものであり、環境に対して優しい照明灯とすることができる。

本発明に係るサボニウス型風車を利用した照明灯の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、照明灯の外観構成を示す斜視図である。図２は、サボニウス型風車部分の拡大図を示す。図３は、サボニウス型風車の構成を示す断面図である。

図１において、垂直方向に延びる支柱１が設けられており、支柱１の下部には取り付け部１ａが設けられる。アンカーボルト等により、地面、道路、歩道等に固定することができる。支柱１の最上部には、太陽電池パネル２が、その下部にはサボニウス型風車３が設けられる。サボニウス型風車３の下方には、電灯４が設けられており、太陽電池パネル２やサボニウス型風車３による発電で得られたエネルギーにより、電灯４を点灯させることができる。また、電灯４を点灯させるためのコントローラ（制御回路）も設けられる。

図２には、サボニウス型風車３の拡大図を示すが、４台のサボニウス型風車３が、支柱１の周囲に９０゜間隔で取り付けられている。各サボニウス型風車３は、垂直方向に延びた形状を有する第１翼部材３１と第２翼部材３２とを備えている。その断面形状を図３に示す。第１翼部材３１は、凹面に形成された風受け面３１ａを有し、凹面はサイクロイド曲線（幅方向中央部と両端部の一部を除く）により形成されている。さらに、凸面に形成された風逃がし面３１ｂを有し、この凸面もサイクロイド曲線（幅方向中央部と両端部の一部を除く）により形成されている。これら２つのサイクロイド曲線により、第１翼部材２１には肉厚の等しい部分（あるいは、ほぼ等しい部分）が形成される。幅方向とは、図３において、左右方向に相当する。

風逃がし面３１ｂには、その幅方向両端部に小凹部３１ｃが形成されている。風逃がし面３１ｂに当る風は回転に対して抵抗になるが、小凹部３１ｃを形成することで、その抵抗を軽減することができる。これにより、風車の回転性能を向上させることができる。小凹部３１ｃは、図３の紙面に垂直な方向に沿って形成されており、溝形状を有している。また、小凹部３１ｃの更に外側の部分は、肉厚となるように凸部３１ｄが形成されている。これにより、第１翼部材３１全体の強度を保持することができる。また、風受け面３１ａの側には、切り欠き状に形成された取り付け穴３１ｅが３箇所（両端部と中央部）に形成されている。第１翼部材３１は、好ましくは、押し出し成型により製造され、長手方向にわたって同じ断面形状を有する。

第２翼部材３２は、第１翼部材３１とほとんど同じ形状を有する。同じように、風受け面３２ａ、風逃がし面３２ｂ、小凹部３２ｃ、凸部３２ｄ、取り付け穴３２ｅとが設けられる。機能は、第１翼部材３１の場合と同じである。第１・第２翼部材３１，３２の長手方向（回転軸方向、あるいは図１の垂直方向）の両側には、支持プレート３３が夫々設けられ、取り付け穴３１ｅ，３２ｅを用いて、ネジ等により支持プレート３３に取り付けられる。また、支持プレート３３の中央には、回転中心Ｒが設定され、第１翼部材３１と第２翼部材３２とは、この回転中心Ｒに対して点対称又はほぼ点対称に配置される。これにより、風受け面３１ａ，３２ａが風を受けることで、第１・第２翼部材３１，３２は、回転中心Ｒを中心として回転することができる。

４台のサボニウス型風車３を支柱１に対して取り付け支持するために、支柱１から放射状に延びる第１支持部５と第２支持部６とが設けられる。第１支持部５も第２支持部６も９０゜間隔で４箇所設けられている。一方、軸受部材７（回転中心Ｒの位置にある）が設けられ、支持プレート５，６が回転可能に軸支されている。これにより、第１・第２翼部材３１，３２が自由に回転できるように取り付けられている。

第１翼部材３１と第２翼部材３２は、いずれも長手方向の両端部でのみ支持されるので、その中央部分が変形しないように補強する必要がある。図３に示すように、第１翼部材３１と第２翼部材３２とを連結する補強部材３４が設けられる。図２にも示すように、補強部材は、各翼部材３１，３２の長手方向の中央部分に補強部材３４が設けられ、風を受けて回転するときの中央部分の撓み変形を防止する。

以上のようなサボニウス型風車によれば、サイクロイド曲線により風受け面、風逃がし面が形成されるので、風の流れる速度や量を多くすることができ、回転性能が向上する。また、風車の厚み（図３にＡで示す）も従来構造に比べて小さくなり小型化を図ることができ、これにより、回転性能が向上する。

風の抵抗を軽減するために設けた小凹部３１ｃ，３２ｃは、補強部材３４を取り付けるための取り付け穴を加工するときにガイドとして利用することができる。これにより、加工精度が向上し、工数を削減することができる。

＜別実施形態＞
１つの照明灯に搭載するサボニウス型風車の台数は適宜設定することができる。サボニウス型風車が搭載される照明灯は、本実施形態の形態に限定されるものではなく、種々の構造のものに採用することができる。また、照明灯が使用される場所や用途についても同様である。

照明灯の構成を示す外観斜視図 サボニウス型風車の構成を示す拡大斜視図 サボニウス型風車の構成を示す断面図 従来技術に係るサボニウス型風車の構成を示す断面図 別の従来技術に係るサボニウス型風車の構成を示す断面図

符号の説明

１ 支柱
２ 太陽電池パネル
３ サボニウス型風車
４ 電灯
５，６ 支持部
３１ 第１翼部材
３１ａ 風受け面
３１ｂ 風逃がし面
３１ｃ 小凹部
３１ｄ 凸部
３１ｅ 取り付け穴
３２ 第１翼部材
３２ａ 風受け面
３２ｂ 風逃がし面
３２ｃ 小凹部
３２ｄ 凸部
３２ｅ 取り付け穴
Ｒ 回転中心

Claims (3)

1. 回転中心に対して点対称又はほぼ点対称に配置される第１翼部材と第２翼部材とを備えるサボニウス型風車であって、
   これら翼部材に肉厚の等しい又はほぼ等しい部分が形成されるように、これら翼部材の風受け面側を略サイクロイド曲線の凹面に形成するとともに、これら翼部材の風逃がし面側を略サイクロイド曲線の凸面に形成し、
   前記風逃がし面側の幅方向両端部に、前記回転中心の回転軸方向に沿って形成される小凹部を形成したことを特徴とするサボニウス型風車。
2. 前記小凹部の周囲は、他の部分よりも肉厚となるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のサボニウス型風車。
3. 請求項１又は２に記載のサボニウス型風車と、太陽電池パネルと、これらサボニウス型風車及び太陽電池パネルにより発電されたエネルギーにより点灯制御される電灯とを備えたことを特徴とする照明灯。

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