JP4839995B2 - サボニウス形風車 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電に用いるサボニウス形風車の羽根形状に関するものである。

サボニウス形風車は、風向による影響が少ない垂直軸であり、また、回転数が比較的低い抗力型の風車であるため安全性が高く低騒音という利点がある。しかし、図１１に示される代表的なサボニウス形風車では羽根１ａ、１ｂが回転軸４と平行であるため受風時に風車の回転位置により回転トルクが変動するため、振動が発生する恐れがある。また、風車の起動時には回転位置により起動風速にバラツキがあるため、受風時に最もトルクが発生しにくい回転位置で回り始める風速が必要なため、結果的に起動風速を上げてしまうのである。

そこで、風車の回転位置によるトルクの変動を小さくするため、図１２に示されているような、羽根をひねったサボニウス形風車が知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下にそのサボニウス形風車について図１２を参照しながら説明する。図１２において、１ａ、１ｂは一対の螺旋状羽根で、上端板２と下端板３に固定されており、回転軸４は上端板２、下端板３に接続されている。羽根１ａ、１ｂのひねりは、Ａ−Ａ断面形状を基準とし０°とすると、他の断面のひねり角度は回転方向に、羽根全長を４等分したＢ−Ｂ断面は４５°、Ｃ−Ｃ断面は９０°、Ｄ−Ｄ断面は１３５°、Ｅ−Ｅ断面は１８０°と、羽根全長を等分した断面毎に、ひねり角度の増加度４５°と一定の増加度でひねっており、本従来例では、４等分した断面において、断面毎にひねり角度の増加度を４５°と一定の増加割合でひねっている。これにより、受風時に風車の回転方向にトルクが働く羽根の面積と回転方向とは逆にトルクが働く面積の割合が、回転方向が変わってもほぼ一定のためトルクの変動が少なくなり、また面積の割合が一定のため風車が起動をはじめる風速が回転位置によらず均一となる。
特開昭６０−９０９９２号公報

このような従来の羽根のひねり角度を一定の増加割合で羽根をひねるサボニウス形風車では、ひねりによって風車内側の風の流れが乱れてトルクが低下してしまうため、風車内側の風の流れが乱れてトルクが低下するのを防ぐ羽根形状が要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、風車内側の風の流れが乱れてトルクが低下するのを、羽根形状を改良することで防ぎ、起動性と風車効率の向上を図った風車を提供することを目的としている。

そして、同羽根材料では羽根をひねった場合、ひねらない場合と比べて回転時の羽根の強度が弱まるため風車全体の強度が低下するという課題があり、風車強度の維持向上を図ることが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、風車強度の維持向上を図った風車を提供することを目的としている。

そして、羽根のひねりが大きいほど回転時の羽根の強度が弱まるという課題があり、羽根強度の補強方法として補強板の設置が挙げられるが補強板の枚数を多くすると風車が重くなり起動しにくくなるため、補強板の設置位置により効果的な補強を行い補強板の枚数を必要最低限に抑えることが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ひねりがある羽根の補強板の枚数を減らすために効果的な補強が可能な補強板の設置位置について提供することを目的としている。

そして、従来のひねりがある羽根は成形が困難という課題があり、容易に成形可能なひねりがある羽根をもつ風車が要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、容易に成形可能なひねりがある羽根をもつ風車を提供することを目的としている。

本発明のサボニウス形風車は、羽根が羽根下端より羽根上端まで回転方向にひねる回転ひねりの場合は羽根下端に近づくにしたがってひねりが大きく、羽根下端より羽根上端まで回転方向と逆にひねる逆回転ひねりの場合は羽根上端に近づくにしたがってひねりが大きいことを特徴としたものである。

この手段により、起動性と風車効率が向上する羽根形状が得られる。

また他の手段は、風車全長を等分し各羽根断面間のひねり角度を直線的に変化するようにひねることを特徴としたものである。

この手段により、容易に成形可能なひねりがある羽根をもつ風車が得られる。

また他の手段は、羽根下端から羽根上端まで滑らかにひねることを特徴としたものである。

この手段により、起動性と風車強度が向上する羽根形状が得られる。

また他の手段は、風車は回転軸に１２０°対称の３羽根であることを特徴としたものである。

この手段により、風車強度が向上する風車が得られる。

また他の手段は、羽根下端から羽根上端までのひねり角度が、風車のアスペクト比に４０°から６０°間の値を掛けた角度になることを特徴としたものである。

この手段により、起動性が向上する羽根形状が得られる。

また他の手段は、羽根のひねりが、羽根全長を４等分し各羽根断面間のひねり角度が大きい順に、羽根下端から羽根上端までのひねり角度の３７％、２４％、２１％、１８％となるようにひねったことを特徴としたものである。

この手段により、起動性と風車効率が向上する羽根形状が得られる。

また他の手段は、羽根が回転ひねりの場合は羽根全長の３／４の高さより上方、前記羽根が逆回転ひねりの場合は羽根全長の１／４の高さより下方で、前記羽根の受風面が回転軸と平行となるようにひねることを特徴としたものである。

この手段により、風車効率が向上する羽根形状が得られる。

また他の手段は、羽根受風面の内側に沿って回転軸と垂直な連続した突起を、羽根の上下方向にたいして羽根の厚みと同程度の間隔で設けたことを特徴としたものである。

この手段により、風車効率の向上する羽根形状が得られる。

また他の手段は、風車を回転軸の上下方向に直列に複数段組み合わせることを特徴としたことである。

この手段により、風車全長が長い場合でも容易に成形可能なひねりがある羽根をもつ風車が得られる。

また他の手段は、補強板を回転軸と羽根受風面の内側に沿って固定し、羽根の異なる高さ位置に複数設け、羽根断面間のひねり角度の変化が大きい部分には補強板同士の間隔を他方より狭めるように配置することを特徴としたことである。

この手段により、補強板の枚数を必要最低限に抑えることが可能である。

他の手段は、回転軸にたいし垂直方向に補強板を前記回転軸と羽根受風面の内側に沿って固定し、羽根の異なる高さ位置に複数設け、風車外径端と補強板との接合部に回転時にかかる応力が均等となるように補強板を配置することを特徴としたものである。

この手段により、補強板の枚数を必要最低限に抑えることが可能である。

本発明によれば、風車内側の風の流れが乱れてトルクが低下するのを、羽根形状を改良することで防ぎ、起動性と風車効率が向上するという効果のある風車を提供できる。

また、ひねりがある羽根の風車強度が向上するという効果のある風車を提供できる。

また、ひねりがある羽根をもつ風車の補強板の設置位置により効果的な補強を行い補強板の枚数を必要最低限に抑えるという効果のある風車を提供できる。

また、容易に成形可能なひねりがある羽根をもつ風車を提供できる。

本発明の請求項１記載の風車は、風車の設置面に垂直となる回転軸に回転対称に設置された受風部が凹となる湾曲した板状の複数の羽根をもち、前記羽根の上下端に風車直径程度の端板を設けて前期回転軸と前記羽根を固定した風車において、前記羽根のひねりが前記羽根下端から前記羽根上端まで回転方向にひねる回転ひねりかあるいは前記羽根下端から前記上端までを回転方向の逆にひねる逆回転ひねりかのどちらか一方方向にひねる場合において、前記羽根のひねりが回転ひねりの場合は前記羽根下端に近づくにしたがってひねり角度の変化が大きく、前記羽根が逆回転ひねりの場合は前記羽根上端に近づくにしたがってひねり角度の変化が大きいことを特徴としたものであり、羽根が前記回転ひねりの場合は風が羽根受風面の内側を斜め上向きの回転軸方向に進むことにより、風車内側は下方からきた風と上方から入り込んだ風が衝突するのと前記上端板に風が遮られるために風車内側上部分の風の流れが乱れトルクが低下するのを風車下部分で補うことができ、羽根が前記逆回転ひねりの場合は、逆に風車内側下部分の風の流れが乱れトルクが低下するのを風車上部分で補うことができ、起動性と風車効率を向上させる作用をもつ。

また、本発明の請求項２記載の風車は、羽根のひねりを、風車全長を等分し各羽根断面間のひねり角度を直線的に変化するようにひねることを特徴としたものであり、各羽根断面間の羽根部分はひねり角度の変化は小さいため成形が容易であり、各羽根断面間の羽根部分を個別に成形し接合することで羽根全体の成形が容易なるという作用をもつ。

また、本発明の請求項３記載の風車は、羽根のひねりを、羽根下端から羽根上端まで滑らかにひねることを特徴としたものであり、ひねり角度が徐々に変化するため風車の回転位置によるトルク変動を抑えられ起動性が向上するという作用と、羽根外径端に回転時にかかる応力を分散し強度が向上するという作用をもつ。

また、本発明の請求項４記載の風車は、回転軸にたいして回転軸に回転対称の１２０°間隔で配置された３枚羽根の風車としたものであり、羽根枚数が増えたことで風車全体の強度が向上するという作用をもつ。

また、本発明の請求項５記載の風車は、羽根下端から羽根上端までのひねりの角度が、風車のアスペクト比に４０°から６０°間の値を掛けた角度になることを特徴としたものであり、アスペクト比に対してひねり角度が小さいと回転位置によるトルク変動大きく、ひねり角度が大きいと羽根受風面が回転軸に対して傾きが大きくなるため、羽根の回転方向の力成分が小さくなりトルクが低下するので、風車のアスペクト比に適したひねり角度にすることで起動性が向上するという作用をもつ。

また、本発明の請求項６記載の風車は、羽根のひねりが、羽根全長を４等分し各羽根断面間のひねり角度が大きい順に、羽根下端から羽根上端までのひねり角度の３７％、２４％、２１％、１８％となるようにひねったことを特徴としたものであり、羽根のひねりを各羽根断面間で適切なひねり角度に配分することで、起動性と風車効率が向上するという作用をもつ。

また、本発明の請求項７記載の風車は、羽根が回転ひねりの場合は羽根全長の３／４の高さより上方、前記羽根が逆回転ひねりの場合は羽根全長の１／４の高さより下方で、前記羽根の受風面が回転軸と平行となるようにひねることを特徴としたもので、前記回転ひねりの場合は上端板に風が衝突するのを抑え、前記逆回転ひねりの場合は下端板に風が衝突するのを抑えことにより、風車内側の風の乱れによるトルク低下を抑えるので風車効率が向上するという作用をもつ。

また、本発明の請求項８記載の風車は、羽根受風面の内側に沿って回転軸と垂直な連続した突起を、羽根の上下方向にたいして羽根の厚みと同程度の間隔で設けたことを特徴としたものであり、突起が整流板の効果をもつため、風車内側の風の乱れを整流しトルク低下を抑えるので、風車効率が向上するという作用をもつ。

また、本発明の請求項９記載の風車は、風車を回転軸の上下方向に直列に複数段組み合わせることを特徴としたものであり。成形が困難な羽根全長が長いひねりがある羽根のかわりに、比較的成形が容易な羽根全長が短いひねりがある羽根をもつ風車を複数段組み合わせることで、風車全長が長い場合でも成形が容易という作用をもつ。

また、本発明の請求項１０記載の風車は、回転軸にたいし垂直方向に補強板を前記回転軸と羽根受風面の内側に沿って固定し、羽根の異なる高さ位置に複数設け、羽根断面間のひねりの角度変化が大きい部分には、補強板同士の間隔を他方より狭めるように配置することを特徴としたものであり、ひねりが大きい部分には特に回転時の羽根の強度が弱まるので、その部分の補強板の間隔を狭めて強度を向上させ、他方の間隔を広げてやることで、補強板の枚数を必要最低限に抑えるという作用をもつ。

また、本発明の請求項１１記載の風車は、回転軸にたいし垂直方向に補強板を前記回転軸と羽根受風面の内側に沿って固定し、羽根の異なる高さ位置に複数設け、風車外径端と補強板との接合部に、回転時にかかる応力が均等となるように補強板を配置することを特徴としたものであり、風車外径端と補強板との接合部にかかる応力が許容強度内であれば羽根が破損しないため、各接合部で均等に応力を配分してうけるので補強板の枚数を必要最低限に抑えるという作用をもつ。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
従来例の同一部分は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

図１に示すように、風車は２枚のひねりがある羽根１ａ，１ｂを回転軸４に回転対称に設け、上端板２と下端板３で固定され、上端板２、下端板３と回転軸４が接続される構成となっており、羽根１ａ、１ｂは羽根下端８から羽根上端７まで回転方向に１８０°ひねられ、羽根全長を４等分した各羽根断面間のひねり角度の増加度が、Ａ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面はひねり角度の増加度θ１＝７５°（７５°―０°）、Ｂ−Ｂ断面とＣ−Ｃ断面はひねり角度の増加度θ２＝５２°（１２７°―７５°）、Ｃ−Ｃ断面とＤ−Ｄ断面はひねり角度の増加度θ３＝４０°（１６７°―１２７°）、Ｄ−Ｄ断面とＥ−Ｅ断面はひねり角度の増加度θ４＝１３°（１８０°―１６７°）となり、羽根下端に近づくにしたがってひねり角度の変化が大きく、すなわち羽根下端に近づくにしたがって、θ１＞θ２＞θ３＞θ４と、ひねり角度の増加度が大きくなり、言い換えると、羽根下端に近づくにしたがって、ひねり角度が増加する割合が大きくなっており、羽根全体を滑らかにひねる形状となっている。

上記構成において、羽根１ａ、１ｂが回転ひねりでひねられている場合、図２に示すように風が羽根受風面５内側を斜め上向きの回転軸方向に進むことにより、風車内側は下方からきた風と上方から入り込んだ風が衝突するのと上端板２に風が遮られるために風車内側上部分の風の流れが乱れトルクが低下する。したがって、乱れが少ない風車下部分のひねりを大きくすることで回転位置が変化しても風車上部分のトルクの低下を補うことができるため風車効率を向上させることができる。また、羽根全体が滑らかにひねられているので、ひねり角度が徐々に変化するため風車の回転位置によるトルク変動を抑えられ起動性が向上することと、羽根外径端６付近に回転時にかかる応力を分散し強度を向上させることができる。

なお、上記構成において羽根が逆回転ひねりの場合は、風車下部分の風の流れが乱れトルクが低下するので、羽根上端に近づくにしたがってひねり角度の変化を大きくして補うものである。

なお、上記構成の風車は、直径３６６ｍｍ、風車全長１１６０ｍｍの外形寸法であり、その他外形寸法においても同様な効果をもつ。

なお、滑らかにひねるとは羽根のひねりが羽根下端８から羽根上端７まで連続的にひねり角度が変化し、回転位置によるトルク変動を抑え、回転時にかかる応力を分散する作用をもつようにひねることである。

なお、回転ひねりとは、羽根下端８を基準に羽根上端７まで風車の回転方向にひねることであり、逆回転ひねりは羽根下端８を基準に羽根上端７まで風車の回転方向と逆方向にひねることである。

なお、ひねり角度とは、ひねりがある羽根において、回転軸に垂直方向の異なる２つの羽根断面間の回転軸を中心に変化した角度のことである。

なお、羽根外径端とは回転軸と垂直方向の羽根端の内、風車外径側付近の羽根端のことである。

（実施の形態２）
従来例または実施の形態１と同一部分は同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

実施の形態１では羽根１ａ、１ｂの全体を滑らかにひねったが、本実施の形態２では図３に示すように、羽根全長を等分し各断面間のひねり角度を直線的に変化させた羽根形状である。他構成及び外径寸法は実施の形態１と同様である。

上記の構成により、ひねり角度の変化が小さいため成形が容易な各羽根断面間の羽根部分を個別に成形し接合することで羽根全体の成形が容易となる。

なお、直線的に変化するとは、角度変化が一次式で表せられることである。

（実施の形態３）
従来例、実施の形態１または２と同一部分は同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図４に示すように、風車は３枚のひねりがある羽根９ａ、９ｂ、９ｃを回転軸４に回転対称に設けられており、羽根形状は羽根下端８から羽根上端７までの羽根全体のひねり角度が回転方向に１６５°ひねられ、各断面間のひねり角度の増加度は羽根下端８より、Ａ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面は５８°（５８°―０°）、Ｂ−Ｂ断面とＣ−Ｃ断面は４４°（１０２°―５８°）、Ｃ−Ｃ断面とＤ−Ｄ断面は３３°（１３５°―１０２°）、Ｄ−Ｄ断面とＥ−Ｅ断面は３０°（１６５°―１３５°）と、羽根下端に近づくにしたがって、ひねり角度の変化が大きくなるようにひねられている。すなわち、羽根下端に近づくにしたがって、ひねり角度の増加度が大きくなり、言い換えると、羽根下端に近づくにしたがって、ひねり角度の増加する割合が大きくなるようにひねられている。他構成及び外形寸法は実施の形態１と同様である。

上記の構成により、まず、風車を３枚羽根としたことで２枚羽根より回転時の風車の強度が向上するのと、回転位置によるトルク変動も抑えることができる。しかし、羽根枚数が増えるにしたがい風車効率が減少するので、サボニウス形風車は２枚か３枚羽根が有用である。

また、上記構成では羽根全体のひねり角度を風車のアスペクト比である約３に４０°から６０°の値を掛けた１２０°から１８０°の間の１６５°をひねり角度とする。これにより、風車のアスペクト比に対する羽根全体のひねり角度が適切となり起動性が向上する。

また、上記構成では各断面のひねり角度の変化が羽根下端８から羽根全体のひねり角度の３５％、２７％、２０％、１８％とした羽根とし、解析結果より起動性と風車効率が向上すると推定される。

なお、風車のアスペクト比とひねり角度の関係で、アスペクト比がほぼ１で、ひねり角度を２０°、４０°、６０°、８０°の羽根形状をもった風車の静止時の回転位置を変化させたときのトルクの変化を、図５（ｅ）に示す。図５より、図５（ａ）に示すひねり角度２０°の風車はひねり角度が小さいため回転位置によるトルク変動が大きく、図５（ｄ）に示すひねり角度８０°の風車はひねり角度が大きいので羽根受風面が回転軸に対しての傾きが大きくなるため、回転方向の力成分が小さくなり全体的にトルクが低下してしまい、、図５（ｂ）に示すひねり角度４０°と、図５（ｃ）に示すひねり角度６０°の風車の羽根形状は、全体的にトルクが高く変動も少ないという結果が得られた。この結果と他のアスペクト比の場合とを総合的に判断すると、アスペクト比に４０°から６０°の値を掛けたひねり角度が風車のアスペクト比に対するひねり角度の適正値となり、全体的にトルクが高く回転位置によるトルク変動が小さい羽根形状が得られることより求めた。

なお、上記構成において羽根が逆回転ひねりの場合は、風車下部分の風の流れが乱れトルクが低下するので、羽根上端に近づくにしたがってひねり角度の変化を大きくして補うものである。

（実施の形態４）
従来例、実施の形態１乃至３のいずれかと同一部分は同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図６に示すように羽根のひねりは、実施の形態３と同様に羽根下端８に近いほど羽根のひねり角度が大きくなり、羽根全長の３／４の高さより上部分では羽根受風面５が回転軸４と平行となるようにひねられている。他構成及び外形寸法は実施の形態３と同様である。

上記の構成により、上端板２に風が衝突するのを抑えるため風車内側の風の乱れによるトルク低下を抑えることができる。

なお、羽根全長の３／４より上方で、回転軸４と平行な羽根受風面５の長さが１００ｍｍ程度あれば同様な効果がある。

（実施の形態５）
従来例と前記実施の形態と同一部分は同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図７（ａ）は本発明の実施例５の羽根受風面内側を示す図であり、図７（ｂ）は同羽根受風面内側の羽根端の拡大図を示す。図７に示すように、羽根受風面５内側に沿って回転軸４と垂直な幅５ｍｍ、高さ１０ｍｍの連続した突起１０を、羽根の上下方向にたいして５ｍｍ間隔で設けた羽根形状である。

上記の構成により、突起１０が整流板の効果をもつため風車内側の風の乱れを整流しトルク低下を抑えることができる。

なお、突起１０は、風を整流させる効果がある寸法であればよい。

なお、突起１０を風車全長の１／２高さより上の部分だけに設けても同様な効果がある。

（実施の形態６）
従来例、実施の形態１乃至５のいずれかと同一部分は同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図８に示すように、実施の形態３の風車１１ａと１１ｂを、回転軸４中心に風車１１ａの上端板２と風車１１ｂの下端板３を接続して二段とする構成である。

上記の構成により、成形が困難な羽根全長が長いひねりがある羽根のかわりに、比較的成形が容易な羽根全長が短いひねりがある羽根をもつ風車を組み合わせることで、容易に成形可能な長大の風車が得られる。

なお、２段以上組み合わせても同様な効果がある。

（実施の形態７）
従来例、実施の形態１乃至６のいずれかと同一部分は同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図９に示すように、風車に４つの補強板１２を設けて回転軸４と羽根受風面５内側を固定し、ひねり角度の変化が大きい羽根下部には補強板１２同士の間隔を他方より狭めるように羽根下端８より１７５ｍｍ、２２５ｍｍ、２５０ｍｍ、２５０ｍｍ、２５５ｍｍと配置される構成となる。他構成は実施の形態３と同様である。

上記の構成により、ひねりが大きい部分には特に回転時の羽根の強度が弱まるので、その部分の補強板１２の間隔を狭めて強度を向上させ、他方の間隔を広げてやることで、補強板の枚数を必要最低限に抑えることができる。

なお、補強板の枚数が２枚以上であれば、ひねり角度が大きい部分の補強板の間隔を狭め、他方の間隔を広げてやることで同様な効果がある。

（実施の形態８）
従来例、実施の形態１乃至７のいずれかと同一部分は同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、風車に４つの補強板１２を設けて回転軸４と羽根受風面５を固定し、風車外径端６と補強板１２の接合部１３に回転時にかかる応力が均等となるように補強板１２を羽根下端８から２００ｍｍ、２７０ｍｍ、２４０ｍｍ、２３０ｍｍ、２１０ｍｍと配置される構成とする。他構成は実施の形態３と同様である。風車外径端６と補強板１２の接合部１３にかかる応力が許容強度内であれば羽根が破損しないため、各接合部１３で均等に応力を配分してかかるので補強板の枚数を必要最低限に抑えることができる。

なお、補強板の枚数が２枚以上であれば、各接合部の応力が均等となるように補強板を配置してやることで同様な効果がある。

本発明のサボニウス風車は、風車内部の風の流れを考慮した羽根形状であり、風力を効率的に回転エネルギーに変換するため、高い風車効率と低風速での起動が実現できる。また、風車の強度と成形性にも考慮し高い安全性と低コスト化により風力発電システムの普及に役立つと考える。

本発明の実施例１の風車の羽根断面及び斜視図（（ａ）同風車の斜視図、（ｂ）同風車の羽根Ａ−Ａ断面図、（ｃ）同風車の羽根Ｂ−Ｂ断面図、（ｄ）同風車の羽根Ｃ−Ｃ断面図、（ｅ）同風車の羽根Ｄ−Ｄ断面図、（ｆ）同風車の羽根Ｅ−Ｅ断面図） 同羽根受風面内側の風の流れを示す図 本発明の実施例２の風車を示す斜視図（（ａ）同風車の斜視図、（ｂ）同風車の羽根全長を等分し各断面間のひねり角度を直線的に変化させた羽根形状を示す図） 本発明の実施例３の風車を示す羽根断面及び斜視図（（ａ）同風車の斜視図、（ｂ）同風車の羽根Ａ−Ａ断面図、（ｃ）同風車の羽根Ｂ−Ｂ断面図、（ｄ）同風車の羽根Ｃ−Ｃ断面図、（ｅ）同風車の羽根Ｄ−Ｄ断面図、（ｆ）同風車の羽根Ｅ−Ｅ断面図） 同各ひねり角度のトルクと回転角度の関係図（（ａ）同ひねり角度２０°の風車を示す図、（ｂ）同ひねり角度４０°の風車を示す図、（ｃ）同ひねり角度６０°の風車を示す図、（ｄ）同ひねり角度８０°の風車を示す図、（ｅ）同ひねり角度を２０°、４０°、６０°、８０°の羽根形状をもった風車の静止時の回転位置を変化させたときの、トルクの変化を示す図） 本発明の実施例４の風車を示す斜視図 （ａ）本発明の実施例５の羽根受風面内側を示す図、（ｂ）同羽根受風面内側の羽根端の拡大図 本発明の実施例６の風車を示す斜視図 本発明の実施例７の風車を示す斜視図 本発明の実施例８の風車を示す斜視図 代表的なサボニウス形風車を示す斜視図 従来の発明のサボニウス形風車を示す断面及び斜視図（（ａ）同風車の斜視図、（ｂ）同風車の羽根Ａ−Ａ断面図、（ｃ）同風車の羽根Ｂ−Ｂ断面図、（ｄ）同風車の羽根Ｃ−Ｃ断面図、（ｅ）同風車の羽根Ｄ−Ｄ断面図、（ｆ）同風車の羽根Ｅ−Ｅ断面図）

符号の説明

１ａ 羽根
１ｂ 羽根
２ 上端板
３ 下端板
４ 回転軸
５ 羽根受風面
６ 羽根外径端
７ 羽根上端
８ 羽根下端
９ａ 羽根
９ｂ 羽根
９ｃ 羽根
１０ 突起
１１ａ 風車
１１ｂ 風車
１２ 補強板
１３ 接合部

Claims (11)

1. 風車の設置面に垂直となる回転軸に、回転対称に設置された受風部が凹となる湾曲した板状の複数の羽根をもち、前記羽根の上下端に風車直径程度の端板を設けて前記回転軸と前記羽根を固定した風車において、前記羽根のひねりが前記羽根下端から前記羽根上端まで回転方向にひねる回転ひねりかあるいは前記羽根下端から前記上端までを回転方向の逆にひねる逆回転ひねりかのどちらか一方方向にひねる場合において、前記羽根のひねりが回転ひねりの場合は前記羽根下端に近づくにしたがってひねり角度の変化が大きく、前記羽根が逆回転ひねりの場合は前記羽根上端に近づくにしたがってひねり角度の変化が大きいことを特徴としたサボニウス形風車。
2. 羽根のひねりは、羽根下端から羽根上端までのひねりにおいて、風車全長を等分し各羽根断面間のひねり角度が直線的に変化するようにひねることを特徴とした請求項１記載のサボニウス形風車。
3. 羽根のひねりは、羽根下端から羽根上端まで滑らかにひねることを特徴とした請求項１記載のサボニウス形風車。
4. 羽根は、回転軸にたいして回転対称の１２０°間隔で配置された３枚羽根であることを特徴とした請求項１から３いずれか記載のサボニウス形風車。
5. 羽根は、羽根下端から羽根上端までのひねり角度が、風車のアスペクト比に４０°から６０°間の値を掛けた角度となることを特徴とした請求項４記載のサボニウス形風車。
6. 羽根のひねりが、羽根全長を４等分し各部の羽根断面間のひねり角度が大きい順に、羽根下端から羽根上端までのひねり角度の３７％、２４％、２１％、１８％となるようにひねったことを特徴とした請求項５記載のサボニウス形風車。
7. 羽根のひねりは、回転ひねりの場合は羽根全長の３／４の高さより上方で、逆回転ひねりの場合は羽根全長の１／４の高さより下方で、前記羽根の受風面が回転軸と平行となるようにひねることを特徴とした請求項１から５のいずれか記載のサボニウス形風車。
8. 羽根は、羽根受風面の内側に沿って回転軸と垂直な連続した突起を、羽根の上下方向にたいして羽根の厚みと同程度の間隔で設けたことを特徴とした請求項１から７のいずれか記載のサボニウス形風車。
9. 風車は、前記風車を回転軸の上下方向に直列に複数段組み合わせることを特徴とした請求項１から８のいずれか記載のサボニウス形風車。
10. 羽根が、回転軸にたいし垂直方向に補強板を前記回転軸と羽根受風面の内側に沿って固定し、前記羽根の異なる高さ位置に複数設け、羽根断面間のひねり角度の変化が大きい部分には、前記補強板同士の間隔を他方より狭めるように配置することを特徴とした請求項１から９のいずれか記載のサボニウス形風車。
11. 羽根は、回転軸にたいし垂直方向に補強板を前記回転軸と羽根受風面の内側に沿って固定し、前記羽根の異なる高さ位置に複数設け、風車外径側の羽根端と補強板の接合面に回転時にかかる応力が均等となるように前記補強板を配置することを特徴とした請求項１から９のいずれか記載のサボニウス形風車。

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