JP5025710B2 - 帆走装置および帆船 - Google Patents

Description

本発明は帆走装置および帆船、特に、船舶に設置される帆走装置および該帆走装置が設置された帆船に関する。

従来、船舶（帆船）に設置される帆走装置について、風力を効果的に利用するために、航空機に使用されているような流線型翼を帆として、船上に立設したものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
一方、低風速域から高風速域にかけた広い範囲において、揚力を発生することができる複合マグナス型翼が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−３０５４８６号公報（第２頁、図１） 特開２００８−１０６６１９号公報（第６−７頁、図１）

（あ）しかしながら、特許文献１に開示された発明は、帆が対称流線型翼であるため、対称面に略平行な風流れの場合、翼の一方の面と他方の面とにおける流速差が小さいことから、揚力が殆ど発生しないという問題があった。
（い）また、特許文献２に開示された発明である「複合マグナス型翼」は、翼の前縁と後縁との中間にマグナス円筒を配置して、翼の一方の面と他方の面とにおける流速差によって、マグナス円筒を回転させるものである。このため、かかる複合マグナス型翼を船上に立設すれば、低風速域においてはマグナス力による推力（揚力）の発生、高風速域においては翼自体による推力（揚力）の発生、そして、中間風速域において両者による推力（揚力）の発生を可能にしていた。
（う）しかしながら、翼中心線（一方の面と他方の面との中間を示す線）にほぼ直角な風流れの場合（風流れの下流側に向かって、風に押されて進む場合）、翼自体には推力が発生するものの、マグナス円筒は回転しないため、マグナス力が発生しない。このため、かかる場合においても、マグナス力を発生させ、広い風速域において大きな推力（揚力）が得られる帆走装置が要請されていた。

本発明はかかる要請に応えるものであって、風流れの方向に関わらず、広い風速域において大きな推力（揚力）が得られる帆走装置および帆船を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る帆走装置は、船舶の甲板に旋回自在に設置される旋回部と、前記旋回部に立設された翼体と、前記旋回部に回転自在に立設されたマグナス円筒と、を有し、
前記翼体の前縁部に断面円弧状の切欠部が形成され、該切欠部に前記マグナス円筒の一部が侵入し、
前記マグナス円筒は、前記マグナス円筒の側面における風流れの流速差によって、回転されることを特徴とする。
（２）前記マグナス円筒の外周に、回転軸に対して対称形状の突起が設置されていることを特徴とする。
（３）前記翼体の上端部の周囲に突出した上端板が設置され、該上端板が前記マグナス円筒の上端面および上端面の周囲を覆い、前記翼体の下端部の周囲に突出した下端板が設置され、該下端板が前記マグナス円筒の下端面および下端面の周囲を覆うことを特徴とする。
（４）前記マグナス円筒の回転によって発電する発電手段を有することを特徴とする。
（５）さらに、本発明に係る帆船は、前記（１）〜（４）の何れかに記載の帆走装置を有することを特徴とする。

本発明の帆走装置によれば以下の効果がえられる。
（ｉ）本発明の帆走装置は、翼体とマグナス円筒とを有するから、低風速域においてはマグナス力による推力（揚力）の発生、高風速域においては翼自体による推力（揚力）の発生、そして、中間風速域において両者による推力（揚力）の発生を可能にする。また、翼体の前縁にマグナス円筒が配置されているから、翼体の中心線にほぼ直角な風流れの場合であっても、翼体の前縁を流れる風流れによってマグナス円筒が回転する。したがって、かかる場合においても、マグナス力を発生させることが可能になる。
さらに、翼体の前縁部に形成された断面円弧状（平面視において円弧状）の切欠部にマグナス円筒の一部が侵入しているから、マグナス円筒の表面に沿った風流れが、翼体の表面に円滑に流れ込み、風流れの剥離や乱れの発生が抑えられ、効率良く推力（揚力）が得られる。
（ｉｉ）また、マグナス円筒の外周に突起が設置されているから、風速が弱い場合であっても回転（自転）が促進される。
（ｉｉｉ）また、翼体の上端面とマグナス円筒の上端面の周囲を覆う上端板と、翼体の下端面とマグナス円筒の下端面の周囲を覆う下端板とを有するから、風流れが翼体の側面およびマグナス円筒の側面から上下に外れることなく、それぞれにおいて推力（揚力）を効果的に発生する。
（ｉｖ）また、前記マグナス円筒の回転によって発電する発電手段を有するから、推力に加えて、風エネルギーが有効に利用される。
（ｖ）さらに、本発明に係る帆船は、前記（１）〜（４）の何れかに記載の帆走装置を有するから、風流れを推力（揚力）にした、省エネ航行が可能になる。
なお、本発明において、帆船とは前記帆走装置を有する船舶を総称するものであって、貨物船や油輸送船、客船等、あるいは特殊な目的のための専用船（調査船等）を含み、特段の限定をするものではない。

本発明の実施の形態１に係る帆走装置を説明する側面図および平面図。 図１に示す帆走装置の変形例１を説明する部分平面図。 図１に示す帆走装置の変形例２を説明する斜視図。 図１に示す帆走装置の変形例３を説明する斜視図。 本発明の実施の形態２に係る帆船を説明する平面図および側面図。

［実施の形態１：帆走装置］
図１は本発明の実施の形態１に係る帆走装置を説明するものであって、（ａ）は模式的に示す側面図、（ｂ）は模式的に示す平面図である。なお、以下の変形例を示す各図において図１と同じ部分または相当する部分の符号には、同じ数字を付し、一部の説明を省略する。
図１において、帆走装置１００は、船舶の甲板（図示しない）に設置される基部１０と、基部１０に立設された旋回軸１１と、旋回軸１１に設置された旋回部１２と、旋回部１２に旋回軸１１と平行に固定（立設に同じ）された翼体２０と、旋回部１２に回転自在（自転自在）に立設されたマグナス円筒３０と、を有している。このとき、旋回部１２は、基部１０または旋回部１２に設置された旋回手段(図示しない)によって、旋回軸１１を中心に旋回するものである。

翼体２０は、平面視（断面に相当する）において、一方の側面２２ｆと他方の側面２２ｒとが中心線（以下「対称面」と称す場合がある）２１に対して対称であって、それぞれ、高さ方向で同一形状で、略翼形状を呈している。そして、前縁２３には、断面円弧状の切欠部２４が形成されている。
また、マグナス円筒３０は、旋回部１２に旋回軸１１と平行な回転軸３１を有し、一部が翼体２０の切欠部２４に侵入している。すなわち、切欠部２４の表面とマグナス円筒３０の側面（外周面）３２とが、所定の隙間を空けて対向している。

したがって、図１の（ｂ）において、図示するような風流れ（図中、斜め右上方向）が入射する場合、マグナス円筒３０の側面における流速は、後面側（図中、上側）の後面流速（Ｖｒ）の方が、前面側（図中、下側）の前面流速（Ｖｆ）よりも速くなる（Ｖｒ＞Ｖｆ）。そうすると、マグナス円筒３０は時計回りに自転するから、マグナス円筒３０には左上方向の揚力（Ｌｍ）が発生する。また、翼体２０には、左上方向の揚力（Ｌｓ）が発生している。
よって、合計した揚力（Ｌｍ＋Ｌｓ）の船体の前後方向成分が推力として働くため、マグナス円筒３０を設置したことによって、揚力（Ｌｍ）分に相当する推力が加算されたことになる。

このとき、風流れが弱い場合には、翼体２０に発生する揚力（Ｌｓ）が比較的小さいものの、マグナス円筒３０は自転する限り、揚力（Ｌｍ）が発生するから、風流れが弱い場合においても、風流れによる推力を得ることが可能になる。
また、マグナス円筒３０が前縁２３に配置されているから、風流れが対称面２１にほぼ垂直な場合であってもマグナス円筒３０は自転する。したがって、船舶の後方から風に押されながら航行（追い風航行）する場合に、合計した揚力（Ｌｍ＋Ｌｓ）によって大きな推力を得ることができる。
なお、マグナス円筒３０を前縁２３と後縁２５との中間位置に配置したのでは（特許文献２参照）、風流れが対称面２１に垂直な場合には、マグナス円筒３０が自転不能になり、マグナス円筒３０による揚力（Ｌｍ）を発生させることができなかった。

また、風流れが、図示するような風流れとは反対の方向（図中、斜め右下方向、図示しない）から入射する場合には、マグナス円筒は反時計回りに回転し、左下方向の揚力が発生する。このとき、また、翼体２０には、左下方向の揚力が発生しているから、両者を合計した揚力によって大きな推力が得られる。

（変形例１）
図２は本発明の実施の形態１に係る帆走装置の変形例１を説明する模式的に示す部分平面図である。図２において、帆走装置１００ａのマグナス円筒３０ａの側面３２ａには、突起体３３ａが設置されている。突起体３３ａは、マグナス円筒３０ａの自転を促進するためのものであって、自転の抵抗にならない程度の大きさや形状に形成されている。また、回転方向に関わらず自転を促進するために、回転軸３１ａからの放射面に対して対称になっている。
なお、図２においては、突起体３３ａは９０°間隔で等角配置されているが、本発明はこれに限定するものではなく、その数量や配置形態は何れであってもよい。ただし、回転バランスの観点からは、回転軸３１ａに対して対称の位置に、１対または２対以上配置するのが望ましい。

（変形例２）
図３は本発明の実施の形態１に係る帆走装置の変形例２を説明する模式的に示す斜視図である。図３において、帆走装置１００ｂの翼体２０ｂの上端部２６ｂの周囲に突出した上端板４１が設置され、上端板４１がマグナス円筒３０ｂの上端面３４ｂの周囲を覆い、翼体２０ｂの下端部２７ｂの周囲に突出した下端板４２が設置され、下端板４２がマグナス円筒３０ｂの下端面３５ｂの周囲を覆っている。
したがって、風流れは整流され、翼体２０ｂの一方の側面２２ｆおよび他方の側面２２ｒや、マグナス円筒３０ｂの側面３２ｂから上下に外れることなく、それぞれにおいて推力（揚力）を効果的に発生する。したがって、風流れのエネルギーを有効に利用することが可能になる。
なお、上端板４１および下端板４２の形態は限定するものではなく、それぞれに、マグナス円筒３０ｂを自転自在に支持する軸受を設けて、マグナス円筒３０ｂを両端で支持するようにしてもよい。
また、上端板４１および下端板４２に準じて、これらに平行な整流のための板材を一方の側面２２ｆおよび他方の側面２２ｒに設置してもよい。さらに、かかる板材に貫通孔を形成して、マグナス円筒３０ｂが貫通するようにしてもよい。

（変形例３）
図４は本発明の実施の形態１に係る帆走装置の変形例３を説明する、模式的に示す斜視図である。図４において、帆走装置１００ｃのマグナス円筒３０ｃの回転軸３ｃに発電手段５１、５２の回転部（図示しない）が接続されている。したがって、マグナス円筒３０ｃが自転すると、発電されるから、風流れのエネルギーは推力（揚力）だけでなく、電気エネルギーとしても利用することができる。
なお、図４において、マグナス円筒３０ｃの上端面３４ｃおよび下端面３５ｃに対向して発電手段５１および発電手段５２が配置されているが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、一方の端面に発電手段を集約したり、回転伝達機構（チェーン、増速機または減速機等）を介して回転軸３１ｃから離れた位置に発電手段を配置してもよい。また、発電手段の形式は何れであってもよい。

［実施の形態２：帆船］
図５は本発明の実施の形態２に係る帆船を説明するものであって、（ａ）はほぼ横風航行を模式的に示す平面図、（ｂ）はほぼ追い風航行を模式的に示す平面図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図５において、帆船２００の甲板２１０上には、帆走装置１００が４基設置されている。このとき、帆走装置１００の旋回軸１１は、帆船２００の船体中心線２０１に対して左舷側に僅かに偏位しているが、右舷側と左舷側とに交互に偏位させてもよい。
したがって、実施の形態１において説明したように、風流れによって推力（矢印にて示す）が得られるから、帆船２００は燃料の消費を抑えた省エネ航行が可能になる。
なお、帆走装置１００の設置数量や配置は図示するものに限定するものではなく、設置された帆走装置１００の相互の大きさは相違しても、それぞれの形式（帆走装置１００、１００ａ〜１００ｃ）は何れであってもよい。

本発明によれば、風流れのエネルギーが推力として効果的に利用されるから、各種船舶に設置される推進主機または推進補機として、広く利用することができる。

１０ 基部
１１ 旋回軸
１２ 旋回部
２０ 翼体
２１ 対称面
２２ｆ 一方の側面
２２ｒ 他方の側面
２３ 前縁
２４ 切欠部
２５ 後縁
２６ｂ 上端部
２７ｂ 下端部
３０ マグナス円筒
３１ 回転軸
３２ 側面
３３ａ 突起体
３４ｂ 上端面
３４ｃ 上端面
３５ｂ 下端面
３５ｃ 下端面
４１ 上端板
４２ 下端板
５１ 発電手段
５２ 発電手段
１００ 帆走装置
２００ 帆船
２０１ 船体中心線
２１０ 甲板

Claims (5)

1. 船舶の甲板に旋回自在に設置される旋回部と、前記旋回部に立設された翼体と、前記旋回部に回転自在に立設されたマグナス円筒と、を有し、
   前記翼体の前縁部に断面円弧状の切欠部が形成され、該切欠部に前記マグナス円筒の一部が侵入し、
   前記マグナス円筒は、前記マグナス円筒の側面における風流れの流速差によって、回転されることを特徴とする帆走装置。
2. 前記マグナス円筒の外周に、回転軸に対して対称形状の突起が設置されていることを特徴とする請求項１記載の帆走装置。
3. 前記翼体の上端部の周囲に突出した上端板が設置され、該上端板が前記マグナス円筒の上端面および上端面の周囲を覆い、前記翼体の下端部の周囲に突出した下端板が設置され、該下端板が前記マグナス円筒の下端面および下端面の周囲を覆うことを特徴とする請求項１または２記載の帆走装置。
4. 前記マグナス円筒の回転によって発電する発電手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の帆走装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の帆走装置を有することを特徴とする帆船。

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