JP4748747B1 - 風力発電機用の抗力型の風受翼と、この風受翼を利用する風力発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】風を効率的に捉えて発電効率を確保し、働き終えた風を、スムーズに排出し、羽根の損傷防止を図る。
【解決手段】空中に設置されたプレート間に縦設された風力発電機用の抗力型の風受翼であって、この風受翼は、根元部１００と、根元凹面風受部１０１、並びに凹面風受部１０２とで構成した風受側１aと、風受側の背部に当たる放物線状の凸面形状でなる風流側1bと、風受側の基端部１a１と、風流側の基端部１b１を連結する逆放物線状の凹面形状の凹面連結部１０４で構成した連結側でなる略勾玉形状の端面を有する板状の構造である。
【選択図】図６

Description

本発明は、風力発電機用の抗力型の風受翼と、この風受翼を利用する風力発電機に関する。

周知の如く、風力発電機（風力発電）と、その回転翼（羽根、又は羽根翼等）は、資源が不要であること、ＣＯ２が発生しないことから、脚光を浴びている。そして、この風力発電機と、その回転翼は、一般に、抗力型と揚力型の回転翼が知られており、それぞれ一長一短があるとされている。しかし、抗力型の回転翼は、風を切ることが少なく、騒音、低周波の発生がなく、かつ発電量が大きいことから、重宝されている。また、この風力発電機には、負の問題がある。例えば、回転翼を常時回転できる風の確保と、騒音、低周波による健康被害と、台風、強風時の取扱い等とか、又は景観を阻害すること、等である。

以上の負の問題が少なく、かつ本発明と関連がある先行文献を挙げ、その相違点を説明する。

文献（１）は、ＷＯ２００７−１４１８３４の「風車用の羽根、風車、及び、風力発電機」の発明で、その構造は、三本柱に適宜間隔で、複数本の梁を差渡し、この梁に風車型の羽根プレートを介して、略勾玉端面を有する膨出板状の羽根を三枚均等間隔に設け、この三枚の羽根間に風通路を形成した風車と、この風車の回転を発電機の動力とし、発電する風力装置である。この発明は、勾玉凹部で風を捉えることを基本とした構造であり、風を効率的に捉えて発電効率を確保すること、又は風の一部と、働き終えた風を、スムーズに排出することで、羽根の損傷防止を図ること、等を意図するものと考えられる。

また、文献（２）は、特開２００７−３３２８７１の「風車用羽根車」の発明で、その構造は、回転軸に上下部支持円板を設け、この上下部支持円板間に、サポニウス型（三日月端面の膨出板状）の羽根翼（羽根）を三枚、又は四枚付設し、一例で、羽根翼間に風通路を形成した構造であり、羽根翼の陥没凹面で風を受け、その一部を、風通路を介して排出する構造である。その特徴は、文献（１）と類似すると考えられる。

さらに、文献（３）は、特開２００７−４６３０６の「風力発電用の風車及び発電機駆動方式」の発明で、その構造は、回転軸に、その上下方向に数本の支持アンカーを設けるとともに、この回転軸の円周方向に、この数本の支持アンカーを数箇所設け、この数本の支持アンカーにサポニウス型の羽根翼（ブレード）を立設し、この羽根翼の基端側（回転軸側）に風通路を設けた構造であり、この羽根翼の陥没凹面で風を受け、その一部を、風通路を介して排出する構造である。その特徴は、文献（１）と類似すると考えられる。

文献（４）は、特開２００２−１０６４５８の「三枚翼式垂直型風力装置」の発明で、その構造は、底板（基台）に垂直軸を立設するとともに、横断面形状が湾曲板材のブレードを、間隔（風通路となる）をおいて三枚立設し、このブレードと垂直軸とをスプリングで連繋し、このスプリングにより、回転時の遠心力と、ブレードに対する風圧とを調整して、風受効果を達成できるブレード位置を確保する構造であり、このブレードの陥没凹面で風を受け、その一部を、風通路を介して排出する構造である。その特徴は、文献（１）と類似すると考えられる。

ＷＯ２００７−１４１８３４ 特開２００７−３３２８７１ 特開２００７−４６３０６ 特開２００２−１０６４５８

前記文献（１）〜（４）は、勾玉凹部、羽根翼、又はブレード等（羽根翼とする）で風を捉えることを基本とした構造であり、風を効率的に捉えて発電効率を確保すること、又は風の一部と、働き終えた風を、スムーズに排出することで、羽根翼の損傷防止を図ること、等を意図するものと考えられる。

しかしながら、この羽根翼は、単純に、勾玉凹部、陥没凹面等の風受面の一箇所で受ける構造であり、一度、風受面で受けた風は、そのまま風通路より外部に排気する構造となっている。

従って、風を効率的に利用したものとは考えられないこと、また、抗力型の発電装置の羽根翼としては、機能的に改良の余地が考えられる。さらに、羽根翼は、一時的に、風を受止める構造に留まっている。従って、自然風の力を十分に利用せず、無駄があり、又は採算ベースに乗らないことが考えられる。

請求項１の発明は、風受翼は、風を受止めるとともに、受止めた風で旋回流（渦流）を生成し、この旋回流を堰として、風の力を、確実に、風受翼の凹面風受部に付与することと、この風の力を十分活用すること、等を意図する。また、請求項１の発明は、前記旋回流で、風を風受翼の凸面風流部に流し、かつ凹面風受部に流すことで、この凸面風流部を流れる風を有効利用することを意図する。そして、請求項１の発明は、風受翼に導いた風を、この風受翼中での滞留時間を確保することで、自然風の力を、略１００％利用し、無駄を無くしつつ、採算ベースに乗る風力発電機用の抗力型の風受翼を提供する。

請求項１は、空中に設置された少なくとも二枚のプレート間と、このプレート間の鉛直方向に縦設された、風力発電用の抗力型の風受翼であって、
この風受翼は、風を受ける風受側と、この風受側の背部に当たる風流側と、この風受側の基端部と、前記風流側の基端部を連結する連結側で構成した、略勾玉形状の端面を有する板状の構造であり、
前記風受側は、根元部と、この根元部の自由端より鋭角に落込だ、根元凹面風受部と、この根元凹面風受部に連なり、かつ放射方向の先端に向かって逆放物線形状の凹面風受部とで構成し、
また、前記風流側は、根元より、放射方向の先端に向かって、順次、ならだか放物線状の凸面形状でなる凸面風流部で構成し、
さらに、前記連結側は、前記両基端部に向かって逆放物線状の凹面形状の凹面連結部で構成したことを特徴とする風力発電機用の抗力型の風受翼。

請求項２の発明は、請求項１の意図を達成することと、この意図に、最適な風受翼の落込みと、凹面風受部、並びに凸面風受部の具体例を提供する。

請求項２は、請求項１に記載の風力発電用の抗力型の風受翼であって、
前記風受翼の根元凹面風受部の落込みと、凹面風受部の窪み方向、並びにこの風受翼の凸面風受部の膨出方向を、この風受翼の略勾玉形状の丸い部分から先端に向かった基準線Ａを基にして、設定する構成としたことを特徴とする風力発電機用の抗力型の風受翼である。

請求項３の発明は、請求項１の意図を達成することと、この意図に、最適な風受翼の凹面連結部の具体例を提供する。

請求項３は、請求項１に記載の風力発電用の抗力型の風受翼であって、
前記風受翼の凹面連結部の窪み方向を、前記風受側と風流側の根元間に設けた風受側の基端部と風流側の基端部を結ぶ基準線Ｂを基にして、設定する構成としたことを特徴とする風力発電機用の抗力型の風受翼である。

請求項４の発明は、垂設した数本の風受翼が、風を受止めるとともに、受止めた風で旋回流（渦流）を生成し、この旋回流を堰として、風の力を、確実に、風受翼の凹面風受部に付与することと、この風の力を十分活用すること、等を介して、僅かな風でも、この風受翼が回転する構造を採用して、通年を通して、発電できる構造を提案する。また、請求項４の発明は、前記風受翼で発生する旋回流で、この風受翼の凸面風流部に流し、かつ凹面風受部に流すことで、この凸面風流部を流れる風を有効利用することで、効率的な電力の生成を図ることを意図する。そして、請求項４の発明は、風受翼に導いた風を、この風受翼中での滞留時間を確保することで、自然風の力を、略１００％利用し、無駄を無くしつつ、採算ベースに乗る風力発電を図ることを意図する。

請求項４は、請求項１に記載の抗力型の風受翼を、第一〜第四でなる複数枚とし、
この複数枚の風受翼を、ベースに間隔をおいて立設した複数本の柱と、この柱の立設方向に間隔をおいて、それぞれ設けた上下部梁と、この下部梁に軸受を介して軸承した主軸と、また、この上部梁に軸受を介して軸支した副軸と、この主副軸に、それぞれ架承した上下部プレートと、で構成した枠体に設ける構成とするとともに、この複数枚の風受翼を、前記枠体の上下部プレート間において、その放射方向に垂設する構成とし、
前記上下部プレート間に、その放射方向に垂設して配置した複数枚の風受翼間に、複数の風通路を形成し、この複数の風通路において、風の流れを確保する構成とし、
また、前記主軸に発電機を付設する構成としたことを特徴とする風力発電機である。

請求項５の発明は、請求項４の意図を達成することと、この風受翼の回転を、最大限に拡大し、電力生成量を拡大することを意図する。

請求項５は、請求項４に記載の風力発電機であって、
前記主軸に大プーリを付設し、この大プーリにベルト掛けで、副プーリに連結し、この副プーリに懸掛したベルトを発電機の入力軸に設けた小プーリに連結する構成としたことを特徴とする風力発電機である。

請求項６の発明は、請求項４の意図を達成することと、この意図を達成するに最適な対の風受翼の構造を提案する。

請求項６は、請求項４に記載の風力発電機であって、
前記上下部プレート間に、中間プレートを設け、この下部プレートと、この中間プレートの間に、前記複数枚の下部風受翼と下部風通路を設け、また、この上部プレートと、この中間プレートの間に、前記複数枚の上部風受翼と上部風通路を設ける構成としたことを特徴とする風力発電機である。

請求項７の発明は、請求項４の意図を達成することと、この意図を達成するに最適な対の風受翼であって、かつこの対の風受翼の位相関係の構造を提案する。

請求項７は、請求項６に記載の風力発電機であって、
前記上下部プレートと中間プレートとを介して、前記複数枚の上下部風受翼と上下部風通路を設けた構造であり、この上下部風受翼と上下部風通路を、回転方向において、位相を変えて設ける構成としたことを特徴とする風力発電機である。

請求項８の発明は、請求項６の意図を達成することと、この意図を達成するに最適な上下部プレートと中間プレート、並びに上下側の風受翼の構造を提案する。

請求項８は、請求項６に記載の風力発電機であって、
前記上部プレートに上側の風受翼を吊下げ支持し、この上側の風受翼は、前記中間プレートを介して、下側の風受翼と一体となるとともに、この下側の風受翼は、前記下部梁に設けた主軸に枢着した下部プレートに設ける構成としたことを特徴とする風力発電機である。

請求項１の発明は、空中に設置された少なくとも二枚のプレート間と、プレート間の鉛直方向に縦設された、風力発電用の抗力型の風受翼であって、
風受翼は、風を受ける風受側と、風受側の背部に当たる風流側と、風受側の基端部と、前記風流側の基端部を連結する連結側で構成した、略勾玉形状の端面を有する板状の構造であり、
風受側は、根元部と、根元部の自由端より鋭角に落込だ、根元凹面風受部と、根元凹面風受部に連なり、かつ放射方向の先端に向かって逆放物線形状の凹面風受部とで構成し、
また、風流側は、根元より、放射方向の先端に向かって、順次、ならだか放物線状の凸面形状でなる凸面風流部で構成し、
さらに、連結側は、両基端部に向かって逆放物線状の凹面形状の凹面連結部で構成したことを特徴とする風力発電機用の抗力型の風受翼である。

従って、請求項１は、風受翼は、風を受止めるとともに、受止めた風で旋回流（渦流）を生成し、この旋回流を堰として、風の力を、確実に、風受翼の凹面風受部に付与できることと、この風の力を十分活用できること、等の特徴を有する。また、請求項１は、前記旋回流で、風を風受翼の凸面風流部に流し、かつ凹面風受部に流すことで、この凸面風流部を流れる風を有効利用できる実益がある。そして、請求項１は、風受翼に導いた風を、この風受翼中での滞留時間を確保することで、自然風の力を、略１００％利用し、無駄を無くしつつ、採算ベースに乗る風力発電機用の抗力型の風受翼を提供できる有効性がある。

請求項２の発明は、請求項１に記載の風力発電用の抗力型の風受翼であって、
風受翼の根元凹面風受部の落込みと、凹面風受部の窪み方向、並びに風受翼の凸面風受部の膨出方向を、風受翼の略勾玉形状の丸い部分から先端に向かった基準線Ａを基にして、設定する構成としたことを特徴とする風力発電機用の抗力型の風受翼である。

従って、請求項２は、請求項１の意図を達成できることと、この意図に、最適な風受翼の落込みと、凹面風受部、並びに凸面風受部の具体例を提供できること、等の特徴がある。

請求項３の発明は、請求項１に記載の風力発電用の抗力型の風受翼であって、
風受翼の凹面連結部の窪み方向を、前記風受側と風流側の根元間に設けた風受側の基端部と風流側の基端部を結ぶ基準線Ｂを基にして、設定する構成としたことを特徴とする風力発電機用の抗力型の風受翼である。

従って、請求項３は、請求項１の意図を達成できることと、この意図に、最適な風受翼の凹面連結部の具体例を提供できること、等の特徴がある。

請求項４の発明は、第一〜第四でなる複数枚とし、
複数枚の風受翼を、ベースに間隔をおいて立設した複数本の柱と、柱の立設方向に間隔をおいて、それぞれ設けた上下部梁と、下部梁に軸受を介して軸承した主軸と、また、上部梁に軸受を介して軸支した副軸と、主副軸に、それぞれ架承した上下部プレートと、で構成した枠体に設ける構成とするとともに、複数枚の風受翼を、枠体の上下部プレート間において、放射方向に垂設する構成とし、
上下部プレート間に、放射方向に垂設して配置した複数枚の風受翼間に、複数の風通路を形成し、複数の風通路において、風の流れを確保する構成とし、
また、主軸に発電機を付設する構成としたことを特徴とする風力発電機である。

従って、請求項４の発明は、垂設した数本の風受翼が、風を受止めるとともに、受止めた風で旋回流（渦流）を生成し、この旋回流を堰として、風の力を、確実に、風受翼の凹面風受部に付与できることと、この風の力を十分活用できること、等を介して、僅かな風でも、この風受翼が回転する構造を採用できるので、通年を通して、発電できる構造を提案できる特徴がある。また、請求項４は、前記風受翼で発生する旋回流で、この風受翼の凸面風流部に流し、かつ凹面風受部に流すことで、この凸面風流部を流れる風を有効利用できることで、効率的な電力の生成が図れること、等の実益がある。そして、請求項４は、風受翼に導いた風を、この風受翼中での滞留時間を確保することで、自然風の力を、略１００％利用し、無駄を無くしつつ、採算ベースに乗る風力発電が図れる有益性がある。

請求項５の発明は、請求項４に記載の風力発電機であって、
主軸に大プーリを付設し、大プーリにベルト掛けで、副プーリに連結し、副プーリに懸掛したベルトを発電機の入力軸に設けた小プーリに連結する構成としたことを特徴とする風力発電機である。

従って、請求項５は、請求項４の意図を達成できることと、この風受翼の回転を、最大限に拡大し、電力生成量を拡大できること、等の特徴を有する。

請求項６は、請求項４に記載の風力発電機であって、
上下部プレート間に、中間プレートを設け、下部プレートと、中間プレートの間に、前記複数枚の下部風受翼と下部風通路を設け、また、上部プレートと、中間プレートの間に、前記複数枚の上部風受翼と上部風通路を設ける構成としたことを特徴とする風力発電機である。

従って、請求項６は、請求項４の意図を達成できることと、この意図を達成するに最適な対の風受翼の構造を提供できること、等の特徴がある。

請求項７の発明は、請求項６に記載の風力発電機であって、
上下部プレートと中間プレートとを介して、複数枚の上下部風受翼と上下部風通路を設けた構造であり、上下部風受翼と上下部風通路を、回転方向において、位相を変えて設ける構成としたことを特徴とする風力発電機である。

従って、請求項７は、請求項４の意図を達成できることと、この意図を達成するに最適な対の風受翼であって、かつこの対の風受翼の位相関係の構造を提供できること、等の特徴がある。

請求項８の発明は、請求項６に記載の風力発電機であって、
上部プレートに上側の風受翼を吊下げ支持し、上側の風受翼は、中間プレートを介して、下側の風受翼と一体となるとともに、下側の風受翼は、下部梁に設けた主軸に枢着した下部プレートに設ける構成としたことを特徴とする風力発電機である。

従って、請求項８は、請求項６の意図を達成できることと、この意図を達成するに最適な上下部プレートと中間プレート、並びに上下側の風受翼の構造を提供できること、等の特徴がある。

本発明の第一実施例の風力発電機を複数機設置した状態の上部の要部正面図 本発明の第一実施例の風力発電機を複数機設置した状態の下部の要部正面図 本発明の第一実施例の風力発電機の要部（風受翼の設置と発電機）を示した正面図 図２の風力発電機の要部を示した平面模式図 本発明の第二実施例の風力発電機の要部（風受翼の設置）を示した正面図 第二実施例の上側と下側の風受翼の位置関係を示した平面図 本発明の各実施例の風受翼の一枚を示した斜視図 本発明の第一実施例の風力発電機の風受翼の回転過程における一例と、この一例の状態での風の流れを説明する上面模式図 本発明の第一実施例の風力発電機の風受翼の回転過程における二例（一例の次）と、この二例の状態での風の流れを説明する上面模式図 本発明の第一実施例の風力発電機の風受翼の回転過程における三例（二例の次）と、この三例の状態での風の流れを説明する上面模式図 本発明の第二実施例の風力発電機の風受翼の回転過程における上側の一例の状態での風の流れを説明する上面模式図 本発明の第二実施例の風力発電機の風受翼の回転過程における下側の一例の状態での風の流れを説明する上面模式図 本発明の別の実施例の風受翼の一枚を示した斜視図 本発明の別の実施例の風受翼を、図５に示した第二実施例に採用し、第三実施例として示した、上側と下側の風受翼の位置関係を示した平面図 第二・第三実施例における上側の風受翼の吊下げ機構の一例を示した分解図 本発明の第一実施例の風力発電機の設置状態で、建屋の屋上に設置した状態の模式図 本発明の第一実施例の風力発電機の設置状態で、建屋の屋根に設置した状態の模式図 本発明の第一実施例の風力発電機の設置状態で、建屋の庭に設置した状態の模式図 本発明の第一実施例の風力発電機の設置状態で、ハウスの付近に設置した状態の模式図 本発明の第一実施例の風力発電機の設置状態で、高原に縦列設置した状態の模式図

以下、本発明の好ましい、各実施例を説明する。

先ず、共通する風受翼１の構造を詳細に説明すると、この風受翼１の全体構造は、端面Ｘが略勾玉形状Ｃで、長手方向Ｙが、板状Ｄを呈する掘削機の横長のブレード形状である。そして、この風受翼１の外郭体は、次のような構造が理想的である。

この風受翼１は、風を受ける窪んだ形状の風受側１ａと、風受側１ａの背部に当たる膨出形状の風流側１ｂと、風受側１ａの基端部１ａ１と、前記風流側１ｂの基端部１ｂ１を連結する窪んだ形状の連結側１ｃで構成している。そして、この風受側１ａと、風流側１ｂ、並びに連結側１ｃが連繋した構造は、次の構造が理想的である。

前記風受側１ａは、翼芯１ｄ（羽根芯）側に位置し、かつ放射方向Ｚに直線方向か、やや根元が上り傾斜した根元部１００と、この根元部１００の自由端より鋭角に落込だ、断崖谷部の様相を呈する根元凹面風受部１０１と、根元凹面風受部１０１に連なり、かつ放射方向Ｚの先端に向かって、かつこの風受翼１の基準線Ａに対して、窪んだ逆放物線形状の凹面風受部１０２とで構成する。

また、風流側１ｂは、根元より、放射方向Ｚの先端に向かって、かつこの風受翼１の基準線Ａに対して、順次、ならだか膨出した放物線状の凸面形状でなる凸面風流部１０３で構成する。

さらに、連結側１ｃは、風受側１ａと風流側１ｂの両基端部１ａ１、１ｂ１に向かって、かつこの風受側１ａと風流部１ｂの根元間の基準線Ｂに対して、逆放物線状の凹面形状の凹面連結部１０４で構成する。

前記風受翼１は、三枚〜数枚（三本〜四枚が望ましい。この一例では、四枚構造とする）を一組として、風力発電機Ｅの枠内に取付けられるので、その好ましい、一例を、以下に説明する。

この風力発電機Ｅの枠体は、ベース３０に等間隔に、柱３を三本〜数本（三本〜四本が望ましい）を立設する。そして、この望ましい三本の柱３間に、上下部梁５、６を差渡して、架承する。この下部梁６のセンターに軸受７を設けて主軸８を垂設（立設）する。また、この上部梁５のセンターに軸受１０を設けて副軸１１を垂設する。そして、この主軸８には、下部プレート１２が、また、この副軸１１には、上部プレート１３がそれぞれ、水平に支持されるととともに、この上下部プレート１３、１２は回転自在に枢着される。そして、この上下部プレート１３、１２間には、前記風受翼１が、図３の如く、四枚設けられるとともに、この四枚の風受翼１間には、四方向の風通路１５が形成される。また、発電装置の一例において、主軸８に大プーリ２０を付設する。この大プーリ２０にベルト２１を介して枠体に設けた副プーリ２２に動力を伝える。その後、この副プーリ２２にベルト２３を介して枠体に設けた発電機２５の入力軸２６の小プーリ２７に動力を伝える。この動力伝達方式により、発電機２５を介して発電し、蓄電池２８（バッテリー）に蓄電、又は使用するか、販電等する。以上で説明した発電装置は、一例であり、図示しないが、連続可変トランスミッション（ＣＶТ）を採用することが、構造・設置・取扱等が簡便であり、確実な可動と、電力生成に有効である。

続いて、この風受翼１の風の流れと、回転動作、並びに電力生成を、以下、図７−１〜図７−３の一次の状態から、三次の状態を、順に説明する。

「先ず」 図７−１において、図面上で、略垂直状態（図面上で、以下、同じ）にある第一の風受翼１が、自然風Ｗ（風Ｗとする）を凸面風流部１０３で受止めることで、その根元と先端に向かって、略二分したように流す。そして、この凸面風流部１０３の根元を流れた風Ｗは、第四の風受翼１の凹面風受部１０２に到るとともに、この凹面風受部１０２を流れる風Ｗと合流し、その根元凹面風受部１０１の落込み凹面で旋回流となり、この第四の風受翼１を時計方向に押込む力となり、この一次の状態の回転力の一翼を担うこととなる。しかし、この第一の風受翼１の凸面風流部１０３の先端に到った風Ｗは、反押込み力となるが、この風Ｗが、二分されることと、この凸面形状（膨出面）を滑るようにして流れることで、その影響力は、それ程、害とならない。そして、この第一の風受翼１の先端を風Ｗが流れることで、この第一の風受翼１の凹面風受部１０２が負圧状態となり、この凸面風流部１０３を流れる風Ｗを誘導するとともに、速やかな流れが確保でき、前記害の軽減化に寄与できる。また、後述する風通路１５を流れる風Ｗ（第一の風受翼１の凸面風流部１０３に沿って流れる風Ｗ）の流路が確保できる。

そして、図７−１においては、第四の風受翼１の凹面風受部１０２が、風Ｗを略水平状態で風Ｗを受止め、流れを作ることと、この風Ｗに対して、前記第一の風受翼１の凸面風流部１０３から流れた風Ｗとが合流することで、この第四の風受翼１の根元凹面風受部１０１で旋回流が発生する。この旋回流は、第四の風受翼１を押圧する力となり、かつ第四の風受翼１の凹面風受部１０２で受止めた風Ｗの拡散と、逃避等の防止に役立つと考えられる。この旋回流から離れた風Ｗ（働きを終えた風Ｗ）は、第一の風受翼１の凹面連結部１０４と、第四の風受翼１の根元部１００から、第二の風受翼１の凹面連結部１０４に沿って流れた後、第二の風受翼１の凸面風流部１０３に沿って流れ、風通路１５より、機外に到るか、又は第二の風受翼１の凹面風受部１０２と、第三の風受翼１の凹面連結部１０４、及びその凸面風流部１０３との間の風通路１５より、機外に到る。従って、風通路１５を流れる、働きを終えた風Ｗが、一次の状態の回転力を打消すことは皆無である。即ち、風Ｗの力を、略１００％回転力として利用する構造である。

この一次の状態では、第三の風受翼１の凹面風受部１０２で、風Ｗを受止めることとなって、この第三の風受翼１を、時計方向に押込む力となり、この第三の風受翼１が、一次の状態の回転力の主体となる。この際に、第三の風受翼１の根元凹面風受部１０１で旋回流が発生する。この旋回流は、前記第三の風受翼１の凹面風受部１０２を流れる風Ｗの拡散と、逃避等の防止し、前記第三の風受翼１に対する押込み力を略１００％確保できる。従って、効率的な回転と、風Ｗの力を有効に利用できる。

「次に」 図７−２において、傾斜した第一の風受翼１が、風Ｗを凸面風流部１０３で受止めることで、そのほとんどが根元に向かって流れる。従って、この傾斜した第一の風受翼１の凸面風流部１０３の根元付近を、時計方向に押込む力となり、この二次の状態の回転力の一翼を担うこととなる。また、この凸面風流部１０３の根元を流れた風Ｗは、第四の風受翼１の凹面風受部１０２に到るとともに、この凹面風受部１０２を流れる風Ｗと合流し、その根元凹面風受部１０１で旋回流となり、この第四の風受翼１を時計方向に押込む力となり、この二次の状態の回転力の他の一翼を担うこととなる。また、前記第一の風受翼１と第四の風受翼１とで発生した旋回流は、この後方に形成された風通路１５が負圧となることで、働きを終えた風Ｗは、この風通路１５をスムーズに流れることが保障される。そして、この第一の風受翼１の凸面風流部１０３の先端を流れた風Ｗは、この第一の風受翼１の凹面風受部１０２に負圧が発生することから、この領域に流れて、この第一風受翼１を時計方向に押込む力となり、副次的な回転力となる。

尚、この図７−２においては、第四の風受翼１の凹面風受部１０２が、風Ｗを受止めることで、第三の風受翼１に対して、時計方向に押込む力となり、この第四の風受翼１が、二次の状態の回転力の第一の主体となる。また、第四の風受翼１の凸面風流部１０３を流れた風Ｗは、第三の風受翼１の凹面風受部１０２で受止める構造となり、この第三の風受翼１を時計方向に押込む力となり、この二次の状態の回転力の第二の主体となる。そして、この第三の風受翼１の凹面風受部１０２で受止め風Ｗは、第四の風受翼１の根元凹面風受部１０１で旋回流となり、前記第三の風受翼１の凹面風受部１０２で受止め風Ｗの拡散と、逃避等の防止に役立ち、この押込み力を、略１００％発揮できる。

そして、前記の如く、風通路１５に到った働きを終えた風Ｗは、第三の風受翼１の凹面連結部１０４に沿って流れた後、第二の風受翼１の凹面風受部１０２に沿って流れ機外に到る。また、第四の風受翼１の凹面連結部１０４と第三の風受翼１の根元部１００の風通路１５を流れる風Ｗは、前記第二の風受翼１の根元部１００と、第三の風受翼１の凹面連結部１０４との風通路１５を通り、前述と同様な流れとなる。

尚、前記第二の風受翼１の凸面風流部１０３に到った風Ｗは、反押込み力となるが、この凸面形状を滑るようにして流れることと、この風Ｗが二分されることで、その影響力は、それ程、害とならない。その理由は、この凸面形状と、並びに第二の風受翼１を、上下部プレート１３、１２に設けた角度と、この上下部プレート１３、１２の円周端面に、先端が位置することとによる相乗効果である（第一・第三・第四の風受翼１も同じ）。

前述した如く、この二次の状態が、基本の型であって、最大の回転力が発生する。

「続いて」 図７−３において、略垂直状態にある第二の風受翼１が、風Ｗを凸面風流部１０３で受止めることで、その根元と先端に向かって、略二分したように流す。そして、この凸面風流部１０３の根元を流れた風Ｗは、第一の風受翼１の凹面風受部１０２に到るとともに、この凹面風受部１０２を流れる風Ｗと合流し、その根元凹面風受部１０１の落込み凹面で旋回流となり、この第一の風受翼１を時計方向に押込む力となり、この三次の状態の回転力の一翼を担うこととなる。しかし、この第二の風受翼１の凸面風流部１０３の先端に到った風Ｗは、反押込み力となるが、この風Ｗが、二分されることと、この凸面形状を滑るようにして流れることで、その影響力は、それ程、害とならない。そして、この第二の風受翼１の先端を風Ｗが流れることで、この第二の風受翼１の凹面風受部１０２が負圧状態となり、この凸面風流部１０３を流れる風Ｗを誘導するとともに、速やかな流れが確保でき、前記害の軽減化に寄与できる。また、風通路１５を流れる風Ｗ（第二の風受翼１の凸面風流部１０３に沿って流れる風Ｗ）の流路が確保できる。

そして、図７−３においては、第一の風受翼１の凹面風受部１０２が、風Ｗを略傾斜状態で受止め、流れを作ることと、この風Ｗに対して、前記第二の風受翼１の凸面風流部１０３から流れた風Ｗとが合流することで、この第一の風受翼１の根元凹面風受部１０１で旋回流が発生する。この旋回流は、第一の風受翼１を押圧する力となり、かつ第一の風受翼１の凹面風受部１０２で受止めた風Ｗの拡散と、逃避等の防止に役立つと考えられる。この旋回流から離れた風Ｗ（働きを終えた風Ｗ）は、第二の風受翼１の凹面連結部１０４と、第一の風受翼１の根元部１００から、第三の風受翼１の凹面連結部１０４に沿って流れた後、第三の風受翼１の凸面風流部１０３に沿って流れ機外に到るか、又は第三の風受翼１の凹面風受部１０２と、第四の風受翼１の凹面連結部１０４、及びその凸面風流部１０３との間の風通路１５より、機外に到る。従って、風通路１５を流れる、働きを終えた風Ｗが、一次の状態の回転力を打消すことは皆無である。即ち、風Ｗの力を、略１００％回転力とした利用する構造である。

この三次の状態では、第四の風受翼１の凹面風受部１０２で、風Ｗを受止めることとなって、この第四の風受翼１を、時計方向に押込む力となり、この第四の風受翼１が、三次の状態の回転力の主体となる。この際に、第四風受翼１の根元凹面風受部１０１で旋回流が発生する。この旋回流は、前記第四の風受翼１の凹面風受部１０２を流れる風Ｗの拡散と、逃避等の防止し、前記第四の風受翼１に対する押込み力を略１００％確保できる。従って、効率的な回転と、風Ｗの力を有効に利用できる。

以上は、第一の風受翼１〜第四の風受翼１の基本的な構造と、その動きと風Ｗの動きを説明したが、この繰返しで、前記発電機２５と、これを動作するシステムにより、繰返し、電力を生成する。そして、前記各例において、上下部プレート１３、１２と、風受翼１との間に形成された面形状のスペース１６が形成されること、及び、このスペース１６が負圧領域となり、機外の風Ｗ１を誘引することになり、揚力型の風受翼１としても機能すること、並びに本発明の風力発電機Ｅの近辺の風Ｗ１を有効利用できること、等の特徴がある。そして、また、この誘引は、風受翼１の基本的な構造、及び、風通路１５による相乗効果にも役立っていると考えられる。この電力の使用方法は、前述の通りである。また、本発明は、風Ｗを切る構造でないので、騒音と、低周波の発生もなく、環境と人に優しい風力発電機Ｅである。また、風Ｗの一部を利用する構造であり、強風下での使用でも、損傷が少なく、長期の使用と、風受翼１や上下部プレート１３、１２等の機器の肉薄化と、軽量化、並びに低コスト化、或いは設置場所の拡充化等に途を開き、有益である。

続いて、図４、図５の如く、上下側の風受翼１の構造であり、この上下側の風受翼１は、位相を異にして設けられている。例えば、上部プレート１３と、中間プレート１４とに設けられた上側の風受翼１は、前記図８−１の位置関係であるのに対して、中間プレート１４と下部プレート１２とに設けられた下側の風受翼１は、前記図８−２の位置関係とする構造であり、例えば、略４５°の位相差を保持している。従って、風Ｗを、前述の図７−１〜図７−３の動作に対して、細やかに、捉え得る特徴と、この風Ｗを、効率的で、かつ連続的に捉え得る特徴、等が考えられる。そして、前記上下側の風受翼１による風Ｗの受止め状態と、その動作、又は電力の生成、騒音等に関しては、前述の図７−１〜図７−３を参照されたい。そして、この第二実施例の構造では、略４５°の位相差が、最も理想であり、その効果も最大であると考えられるが、この位相差は一例である。そして、この上下側の風受翼１は、中間プレート１４を介して、一体に支持されるので、この上下側の風受翼１は、同時に回転する構造である。

また、図９−１と、図９−２において、風受翼１は、根元部１００を狭く、凹面連結部１０４を延設した形状であり、風Ｗの流れをスムーズにして、この風受翼１より、早く、機外に排出し、この風受翼１の効率化と、低風Ｗにおいても、この風受翼１の回転を可能とすること、等を意図する。この図９−２は、上下側に位相を異にして設置した、第二実施例に準ずる。その他は、前述の各実施例に準ずる。

図１０は、第二・第三実施例の上側の風受翼１を吊下げ機構の一例であり、上部梁５にスラスト軸受け３０、及び／又は、ラジアル軸受け３１を介して、吊下げボルト３２を架承し、この吊下げボルト３２の下端に設けた螺子部３２００と、上部プレート１３より立設した連結ボルト３３の上端に設けた逆螺子部３３００とを、内螺子部３５００、内逆螺子部３５０１を有する鞘管３５を介して緊締する構造である。この構造では、この鞘管３５のナット部３５０２を利用して、締付けることで、連結ボルト３３を引上げ、吊下げボルト３２に接近しながら、上側の風受翼１を吊下げ支持する。このように、この上側の風受翼１を吊下げることで、下側の風受翼１、及び／又は、主軸８等に掛かる荷重を軽減すること、又は上下側の風受翼１を低風Ｗでも回転可能とすること、或いは、装置の小型化、材料の節約化等を意図する。尚、下側の風受翼１は、前述と同様に、下部梁６に設けた主軸８を介して支持する。そして、この上部プレート１３に設けた上側の風受翼１は、中間プレート１４を介して、下部プレート１２に設けた下側の風受翼１と一体となる構造であり、この上下部プレート１３、１２は、一体に回転する。その他は、前述の第二実施例に準ずる。そして、この吊下げ機構は、他の実施例にも採用できる。図中３６、３７はロックナットで、前記鞘管３５で締付けた後に、このロックナット３６、３７を介して、吊下げボルト３２と連結ボルト３３を緊締する。

図１−１と、図１−２に示した枠体は、ベース４０に柱３と、上下部梁５、６を組付けた後に、四枚の風受翼１を設けた上下部プレート１３、１２を、主副軸８、１１を取付けて、一組の風力発電機Ｅを組上げる。そして、この例では、一階をベース３０の躯体で、二階から三階が、二組の風力発電機Ｅを組上げる構造となっているが、一例であり。必要とする電力量を生成するために、何組も組上げることは、当然、可能である。その際に、上下の柱３を連結部材４１、４２と、図示しない止具を利用して固定する。また、一組毎に、発電機構（前記大プーリ２０から発電機２５等）を設けた例が示されているが、全体の組に、一基の発電機構を設ける構造も可能である。尚、図２は、一組の風力発電機Ｅを示しており、この一組の風力発電機Ｅを、複数段組付け構造が、前記図１−１と、図１−２の実施例である。

そして、図１１−１〜図１１−５は、風力発電機Ｅを設置するに最適な、各実施例を示したが、一例であり、限定されない。

１ 風受翼
１ａ 風受側
１ａ１ 基端部
１ｂ 風流側
１ｂ１ 基端部
１ｃ 連結側
１ｄ 翼芯
１００ 根元部
１０１ 根元凹面風受部
１０２ 凹面風受部
１０３ 凸面風流部
１０４ 凹面連結部
３ 柱
３０ ベース
５ 上部梁
６ 下部梁
７ 軸受
８ 主軸
１０ 軸受
１１ 副軸
１２ 下部プレート
１３ 上部プレート
１４ 中間プレート
１５ 風通路
１６ スペース
２０ 大プーリ
２１ ベルト
２２ 副プーリ
２３ ベルト
２５ 発電機
２６ 入力軸
２７ 小プーリ
２８ 蓄電池
３０ スラスト軸受け
３１ ラジアル軸受け
３２ 吊下げボルト
３２００ 螺子部
３３ 連結ボルト
３３００ 逆螺子部
３５ 鞘管
３５００ 内螺子部
３５０１ 内逆螺子部
３５０２ ナット部
３６ ロックナット
３７ ロックナット
４０ ベース
４１ 連結部材
４２ 連結部材
Ａ 基準線
Ｂ 基準線
Ｃ 略勾玉形状
Ｄ 板状
Ｅ 風力発電機
Ｗ 風

Claims (8)

1. 空中に設置された少なくとも二枚のプレート間と、このプレート間の鉛直方向に縦設された、風力発電用の抗力型の風受翼であって、
   この風受翼は、風を受ける風受側と、この風受側の背部に当たる風流側と、この風受側の基端部と、前記風流側の基端部を連結する連結側で構成した、略勾玉形状の端面を有する板状の構造であり、
   前記風受側は、根元部と、この根元部の自由端より鋭角に落込だ、根元凹面風受部と、この根元凹面風受部に連なり、かつ放射方向の先端に向かって逆放物線形状の凹面風受部とで構成し、
   また、前記風流側は、根元より、放射方向の先端に向かって、順次、ならだか放物線状の凸面形状でなる凸面風流部で構成し、
   さらに、前記連結側は、前記両基端部に向かって逆放物線状の凹面形状の凹面連結部で構成したことを特徴とする風力発電機用の抗力型の風受翼。
2. 請求項１に記載の風力発電用の抗力型の風受翼であって、
   前記風受翼の根元凹面風受部の落込みと、凹面風受部の窪み方向、並びにこの風受翼の凸面風受部の膨出方向を、この風受翼の略勾玉形状の丸い部分から先端に向かった基準線Ａを基にして、設定する構成としたことを特徴とする風力発電機用の抗力型の風受翼。
3. 請求項１に記載の風力発電用の抗力型の風受翼であって、
   前記風受翼の凹面連結部の窪み方向を、前記風受側と風流側の根元間に設けた風受側の基端部と風流側の基端部を結ぶ基準線Ｂを基にして、設定する構成としたことを特徴とする風力発電機用の抗力型の風受翼。
4. 請求項１に記載の抗力型の風受翼を、第一〜第四でなる複数枚とし、
   この複数枚の風受翼を、ベースに間隔をおいて立設した複数本の柱と、この柱の立設方向に間隔をおいて、それぞれ設けた上下部梁と、この下部梁に軸受を介して軸承した主軸と、また、この上部梁に軸受を介して軸支した副軸と、この主副軸に、それぞれ架承した上下部プレートと、で構成した枠体に設ける構成とするとともに、この複数枚の風受翼を、前記枠体の上下部プレート間において、その放射方向に垂設する構成とし、
   前記上下部プレート間に、その放射方向に垂設して配置した複数枚の風受翼間に、複数の風通路を形成し、この複数の風通路において、風の流れを確保する構成とし、
   また、前記主軸に発電機を付設する構成としたことを特徴とする風力発電機。
5. 請求項４に記載の風力発電機であって、
   前記主軸に大プーリを付設し、この大プーリにベルト掛けで、副プーリに連結し、この副プーリに懸掛したベルトを発電機の入力軸に設けた小プーリに連結する構成としたことを特徴とする風力発電機。
6. 請求項４に記載の風力発電機であって、
   前記上下部プレート間に、中間プレートを設け、この下部プレートと、この中間プレートの間に、前記複数枚の下部風受翼と下部風通路を設け、また、この上部プレートと、この中間プレートの間に、前記複数枚の上部風受翼と上部風通路を設ける構成としたことを特徴とする風力発電機。
7. 請求項６に記載の風力発電機であって、
   前記上下部プレートと中間プレートとを介して、前記複数枚の上下部風受翼と上下部風通路を設けた構造であり、この上下部風受翼と上下部風通路を、回転方向において、位相を変えて設ける構成としたことを特徴とする風力発電機。
8. 請求項６に記載の風力発電機であって、
   前記上部プレートに上側の風受翼を吊下げ支持し、この上側の風受翼は、前記中間プレートを介して、下側の風受翼と一体となるとともに、この下側の風受翼は、前記下部梁に設けた主軸に枢着した下部プレートに設ける構成としたことを特徴とする風力発電機。

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