JPH01305167A - 垂直軸風力車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は風力を機械力に変換するための装置に関してお
り、通常、風力タービンとして分類されているものであ
る。その主要な目的は、羽根を垂直軸の周りで動かして
、逆風に対する抵抗をできるだけ少なくし最大の順風風
力を確保することにある。

〔従来の技術］ 周知のように、風力を利用して航行する船舶は、操舵上
の技巧に加えて、風帆の受風角を調整することにより、
船舶と逆風４５度の夾角で逆方向への航行が可能となり
、同一の風向きで約２７０度の順風航行の能力がある。

オランダ式水平軸プロペラ風力車は、風帆の斜面受風力
学の原理にもとすき、プロペラを利用して、風力から動
力を発生させている。また、様々な垂直軸風力型の設計
や実験が試みられている。たとえば、５ＡＶＯＮＩＵＳ
ＳＣＵＰＰＥＤ、ＤＡＲＲＩＥＵＳ、　ＧＩＲＯ旧ＬＬ
等の方式が存在している。これらは、葉片の形状と角度
を様々に工夫して、逆風の抵抗を葉片の逆風面の列で軽
減し、一方、その順風面の受風効率を向上させて、動力
発生上のロスを防いでいる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記の水平軸プロペラ風力型および垂直軸風力型は、い
ずれも風帆への風当り特性を利用して、風力を動力へ変
換するものであるが、卵船は、単に直行するだけでよく
、回転運動の必要がないから、帆の面積を大きくするだ
けで、９０度の範囲の逆風航行が可能である０回転を必
要とする風力型には、欠点があるが、有効なその解決方
法は現在までのところ見出されていない、このため、ど
のような風力型も、産業的には、全く利用されてりない
。

たとえば、水平軸プロペラ風力型の場合には、プロペラ
葉片を長くすると、そのプロペラアームが破損しやすい
、回転スピードが遅くなる、所要の塔架高がいっそう高
くなるという欠点があり、加えて、そのピッチがすべて
空中に懸吊される、風力を受けて回転する水平転動軸の
出力が一定しない、スピードの制御や伝動システムの構
成が難しくなり、保守作業が困難となるという問題もあ
る。また、プロペラの翼翅を安定させかつ所要の高回転
速を得るため、動力量の低下を承知で、葉片の幅を比較
的狭くし、その長さを比較的短くしたが、その他の問題
点が解決されなったので、充分なる実用性並びに経済性
を達成することができなかった。

また、垂直軸風力型の場合には、順風面と逆風面がそれ
ぞれ垂直軸を限界として、円周の半分を占めるため、効
果的な構造を設けて順風面を拡大し、逆風面を縮小し、
葉片の迎風角を適切に調整して、順風面に最大の受風効
果をあげ、さらに逆風面により逆風時の風速抵抗を軽減
して、比較的大きな偶力を発生させることが不可能であ
った。

このため、従来の垂直軸風力型は、すべて実験中に廃棄
され、満足な完成品を得ることができなかった９本発明
の目的は、従来の風力型の欠点を解消するとともに新た
な利点を付加して、産業上のニーズに答えることにある
。

〔課題を解決するだめの手段］ 本発明は、通常、風力タービンに分類される、風力を機
械力に変換するための装置に関するものである。

本発明の装置は、垂直軸と、水平に設けられた上部ホイ
ールおよび下部ホイールと、複数対の、伸縮自在放射状
の前部偏心スライド片持ちばっと、複数対の後部偏心引
張りロープと、複数対の複ロッカー台形状リンク装置と
、複数のフラップ羽根と、複数の釣り合いおもりとを有
し、前記スライド片持ばりは、前記垂直軸のまわりで、
前記の上部と下部のホイールに取り付けられた前部偏心
管状スポークの中に挿入されており、前記ロープは、後
部偏心フックと前記スライド片持ばりとの間に接続され
、前記リンク装置は、直立フレームが、前記複ロッカー
の両側で、前記スライド片持ぼりに対して約４０度の角
度にかたむくように、前記スライド片持ばりと前記直立
フレームの上部と下部のビームとの間につながれており
、前記ブラップ羽根は、前記直立フレームをわずかに傾
斜して横切り、上端部にヒンジ式に取付けられた軸を有
し、そして前記釣り合いおもりは、クランフカランクレ
バーの上に設けられた逆アーチ状管の中の転がりボール
、もしくは前記フラップ羽根の上側部より逆方向に伸び
るカランフレバーの端部に取付けられたカウンターアー
ムから成る。本発明は、このような構成を有する装置に
より、前述の問題を解決している。

（作用〕 この装置においては、すべての羽根が垂直軸の周りを約
２６０度回転して最適の風圧偏位の風力を捕捉し、残り
の１００度内の回転時には前記リンク装置と釣り合いお
もりとにより流線状態となって効果的に風の抵抗をかわ
すことができる。すべての、前記スライド片持ばりと前
記ロープは、羽根に加わる風力の求心成分、遠心成分、
円周方向成分を同一方向のトルクに変換させ、突風に対
しては衝撃援衝装置の働きをし、速度の変化する風に対
しては、速度安定装置の働きをする。前記の上部および
下部のホイールは回転速度を安定させるフライホイール
の役目をする。また、下部ホイールは、トルクをもっと
も効率的に機械力に変えるための加速装置と駆動輪の働
きをもする。

フラップ羽根は背後の直立フレームに寄りそいながら順
風力をキャッチし、また、その後尾を水平方向にのばし
て、はぼ流線状にその風力を解放させ、その風力に対す
る抵抗をできるだけ少なくすることができる。フラップ
羽根は、水平になって風力を解放する時にも外側からの
順風力をその傾斜面で怒知することができる。このため
、フラップ羽根は、逆風域から順風域の境界に達するや
いなや、到来する順風力を検知しかつ直ちに反応するこ
とができるので、順風域に深く入り込まなくてもあるい
はその揺動四分円の中心の方にもどらなくても後尾から
の順風力を捕捉することができる。

複ロッカー台形状リンク装置は、直立フレームを、複ロ
ッカーの両側部に向けて、背後のスライド片持ちばりか
ら、およそ４０度偏向させることができ、従って、各羽
根の風圧偏位を通常の１８０度から２６０度まで拡大す
るだけでな（、垂直軸の周りの回転時のピークには２倍
の順風力を羽根に負荷させることができる。

次に本発明の釣り合いおもりについて説明する。

この釣り合いおもりは、傾斜羽根に対して設けられてお
り、その力のモーメントを自動的に調節して、釣り合い
おもりと傾斜羽根との間の中立もしくは半中立均衡状態
を５０度までに保つ一方、カウンタレバーに支持された
逆アーチ状管内の転がりボールもしくはカウンタレバー
のカウンタアームによって、予めセットされた揺動四分
円内の残りの範囲に対して、適切な弾性を与えている。

逆アーチ状管内の転がりボールを釣り合いおもりとした
場合、羽根は下方の四分円内を揺動するようにセットし
、かつその内側が外側より少し高くなるようにわずかに
傾斜させてヒンジ式に取り付けなければならない。カウ
ンタアームを釣り合いおもりとした場合には、羽根は、
その内側が外側より若干高くなるようにわずかに傾斜さ
せてヒンジ式に取り付けるときには、下方の四分円内を
、また、その内側が外側より少し低くなるようにわずか
に傾斜させてヒンジ式に取りつけるときには、上方の四
分円内を、揺動するようにセットすることができる。

前部偏心伸縮自在のスライド片持ぼりは、羽根が受けた
風力の求心成分や円周方向成分を同一方向のトルクに変
えることができる。また、引張りばねにより引張られ、
かつ前記スライド片持ばりに連結された、後部偏心ロー
プにより羽根からの風力の遠心成分が前記片持ばりを介
して同一方向のトルクに変えられる。前記片持ばりと前
記ロープは、両方とも突風や速度の変化する風に対する
緩衝器としても働き、ホイールの回転速度を安定させる
。なぜなら、圧縮ばねによってスライド片持ちぼりに加
えられる、突風や変風の求心方向の衝撃が吸収されるか
らである。さらに、前記片持ちぼりは強い遠心方向の風
力を受けると、外に向かってスライドして半径を伸ばし
、自体の回転速度を減少させる。上部ホイールと下部ホ
イールは、両方ともフライホイールのように突風や変風
が片持ちぼりに加える円周方向の衝撃を吸収して、回転
速度を安定化させる。下部ホイールは加速器および駆動
輪として働き、片持ちばりと引張ロープからのトルクを
その目的に合わせてもっとも効率よく機械力に変換する
。

下部ホイールの下方にある従動輪は、下部ホイールから
の機械力を入力するだけでなく、補助支持ローラとして
も働き荷重を主軸に分担させることもできる。従って、
この従動輪によって本装置の寸法を半径方向と軸方向に
のばすことができる。

〔実施例］ 対応する同種の部品は、以下説明を加える、また添付図
面では同し参照番号により示す。

垂直軸１は、フレーム（軸受はつけてもっけな（でもよ
い）に取り付けられて、上部ホイール２と下部ホイール
２′を支持する。

上部ホイール２と下部ホイール２′は軸受３．３′をそ
なえた（もしくはそなえていない）垂直軸１に水平に取
り付けられ、第１図および第３図に示す装置全体を支持
している。

複数対の、上方と下方に設けられた前部偏心管状スポー
ク５．５′は垂直軸１の周りに取り付けられて、スライ
ド片持ちばり７．７′を保持している。この片持ちぼり
は、スポーク５．５′の中に挿入され、圧縮ばね８．８
′を介して前部偏心プロンクロ、６′に受けとめられる
。この圧縮ばねは求心力に対する緩衝器の役目をしてい
る。複数対の、後部偏心ロープ９．９′は、引張ばね１
０．１０′により引張られ、かつ後部偏心フック１１．
１１′と、すべり片持ちばりのフック１２．１２′とに
連結され、遠心力に対する緩衝器の働きをしている。

複数対の複ロッカー台形状リンク装置は、上部スライド
片持ちばり７および下部スライド片持ちばり７′と、直
立フレーム１Ｓの上部ビーム１８および下部ビーム１８
′との間に水平に設けられ、直立フレーム１９が前記片
持ちばり７．７′から約４０度、前記複ロッカーの両側
に向って傾くようにしている。

フラップ羽根２４．２４′は、その内側が外側よりも少
し高くなるように或いはその外側が内側より少し高くな
るように、わずかに傾斜させて直立フレームを横切らせ
、羽根の上峰部の軸２３．２３′にヒンジ式に取り付け
られている。この横軸２３は、直立フレーム１Ｓに取り
付けられた軸受２２に挿入されている。羽根２４が、直
立フレーム１９によりかかると、前方からの順風が捕捉
される。逆風が後から吹いて来ると、羽根はほぼ水平に
延びて逆風の抵抗をかわす０羽根２４は、逆風をかわそ
うとほぼ水平に延びている時、その外側から吹き上がっ
て来る風をその傾斜面によって感知し、内側が外側より
少し低くなっている場合、羽根は持ち上げられ、内側が
外側より少し高くなっている場合は、押し下げられる。

このように、この羽根には順風を捕捉し、逆風の抵抗を
かわすだけでなく、逆風が順風に変った瞬間に順風力を
感知しかつそれに反応する能力があるため、羽根が順風
域に深く入り込んだりその揺動四分円の中心の方へもど
るのを待つまでもな（、順風力をタイムリーに捕）足す
ることができる。この１頃斜羽根の長所は、羽根が順風
域到達するやいなや順風力を捕捉し始めるため、直立フ
レームに水平に取り付けられている場合よりもより高い
効率を達成することができるという点にある。

第５図に示された、羽根２４の上端部に対する釣合いお
もりは、クランクカウンタレバー２６が管状リブ２５に
嵌太し、羽ｆｌｉ２４の上端部とは逆方向にのびている
。逆アーチ状管２８は、管状クリップ２７により、クラ
ンクカウンタレバー２６に締め付けられている。釣合い
おもりとして働くころがりボール２９は、カバー３０．
３０′によって逆アーチ状管２８内に封入されており、
前記管内を滑らかに転がり、外に落下することはない。

羽根２４の上端部の横軸２３をその内側が外側より少し
高くなるように、わずかに傾斜させてヒンジ式に取りつ
けている場合は、羽根２４は下方の四分円内を揺動する
ようにセットしなければならず、また下方の四分円の中
立、また半中立均衡帯域は３０度からと６０度の間にセ
ットし、前記四分円の残りの両側域を残して、若干、弾
性を持たせておくのがよい。

もう１つの釣合いおもりが、第６図Ａ−１に示されてい
る。カウンタレバー３１は、管状リプ２５に嵌入され、
羽根の上端部から逆方向に延びている。カウンタレバー
３１の端部にはカウンタアーム３２がねじ３４により締
結されている。このねじ３４によりカウンタレバー３１
とカウンタアーム３２とが成す角度を調節でき、適切な
力のモーメントを得ることができる。適切な釣合いおも
りを得るために、かつ適切な位置に重心を置くために、
補助釣合いおもり３３をカウンタアーム３２に取り付け
、このアームにそって微調整をするようにしてもよい、
第６図Ｂに示したように羽根２４の軸２３の内側を外側
より少し高くしてヒンジ式に取り付けた場合は、羽根２
４が下方の四分円内を揺動するようにセットするのが好
ましく、その半中立均衡域を３０度から６０度の間とし
て、前記四分円の残りの両側部を残して若干弾性を持た
せておく。第６図Ａに示したように、羽根２４の軸２３
を、その内側を外側より少し低くしてヒンジ式に取り付
けた場合は、羽根２４が上方の四分円円内を揺動するよ
うにセットするのが好ましく、かつその中立均衡域を１
０５度から１５５度までの間にセントして、この四分円
の残りの両側部を残して若干弾性をもたせておく。

次に、本発明の長所と利点をよりよく理解してもらうた
めに第５図について以下詳細を説明する。

羽根２４を下方の四分円内に約３０度で均衡セントする
と、逆アーチ状管２８は持ち上げられ、ころがリボール
２９は根元カバー３０のところで停止する０羽根２４を
持ち上げると、逆アーチ管２８はさがり始め、ころがり
ボール２９は転がって管２８の後尾に向かって下降する
。羽根２４を約６０度まで持ち上げると、ころがりボー
ル２９は端部カバー３０′で停止し、羽＋！１１２４に
対して均衡を保つ。逆に、羽根２４を約６０度より引き
下げると、管２８は持ち上げられ、ころがりボールは管
２８の根元に向かって転り落ちる。羽根２４が約３０度
まで下降すると、ころがりボール２９は根元カバー３０
により停止させられ、羽根２４に対して均衡を保つ。こ
のようにして羽根２４は下方の四分円内を３０度から６
０度までの範囲で極めて軽快にかつ高感度で揺動するが
、最大の逆風抵抗をかわすために、四分円の残りの両側
部に０度から３０度までの範囲内でわずかに弾性を保持
しておく。

この場合、その羽根２４をその内側を外側より少し高く
なるようにわずかに傾斜させてヒンジ式に取り付けてお
くと、その傾斜面により逆風域から順風域への境界で外
からの順風を検出し、かつ直ちに反応して上昇し水平状
態になってその風力を解放する。

第６図（Ｂ）について以下詳細に説明する。

羽根２４を下方の四分円に３０度の角度で均衡させると
、カウンタレバー３１は、反時計方向に２１Ｏ度持ち上
がり、カウンタアームは約２１０度から２２５度までの
間の角度に持ち上がる６羽１２４を３０度から６０度ま
での間に持ち上げるか、或いは押し下げると、カウンタ
レバー３１とカウンタアーム３２とは羽根２４と中立ま
たは半中立均衡を保って、羽根２４を高感度でかつ軽快
に揺動させることができ、最大の逆風抵抗をかわすため
に四分円の残りの両側部分に０度から３３０度の範囲で
わずかに弾性を保持しておく。この場合、羽根２４をそ
の内側を外側より少し高くなるようにわずかに傾斜させ
てヒンジ式に取付けると、その傾斜面は逆風域から順風
域への交替部分で外からの順風を検出し、かつ直ちに反
応して上昇し水平状態になってその風力を解放する。

次に第６図（ａ）について、詳細に説明する。

羽根２４を上方の四分円内においては１３０度で均衡セ
ットすると、カウンタレバー３１は反時計方向に３１０
度の位置に来て、カウンタアーム３２を３１０度から３
２５度の間に保持する０羽根２４を１０５度と１５５度
の間に持ち上げるか、押し下げるとカウンタレバー３１
とカウンタアーム３２は羽根２４と中立また半中立均衡
を保ち、羽ｌＩ２４を高感度でかつ軽快に揺動させるこ
とができ、最大の逆風抵抗をかわすために四分円の残り
の両側部に１５５度から１８０度までの間でわずかな弾
性を保持しておく、この場合、羽根２４をその外側を内
側より高くして傾斜させてヒンジ式に取り付けておくと
、その傾斜面は逆風域から順風域への交替部分で外から
の順風を検出し、かつ直ちに反応して上昇し水平状態に
なってその風力を解放する。

第６図Ａおよび第６図已に示したような羽根２４の中立
または半中立均衡は、カウンタレバー３１の長さや、カ
ウンタアーム３２の重量や、補助釣合いおもり３３のカ
ウンタアーム３２上の位置および／またはカウンタレバ
ー３１とカウンタア−ム３２とが成す角度を微調整する
ことにより達成される。

次に第２図について、詳細を説明するが、ここでは風の
方向を矢印で示し、回転運動の方向は時計方向にセント
されており、またその位置は分によって示す。

羽根は、その内側が外側より、少し低くなるようにヒン
ジ式に取付けられ、上方の四分円内を）こ動するが、例
えば、羽根が約５３分の上方位で動いていてる時、直立
フレームは風力によって内側のロッカーによりかかり、
羽根の軸は該風の方向とほぼ平行であって、その外端部
を逆風に向けている。ここで羽根は逆風域から順風域に
変わる境界位置にあって、該風に押圧されてほぼ水平に
すなわち流線形に伸びその風力の抵抗を解放する。しか
し、第６図Ａに示すように、羽根はわずかに傾斜してそ
の外側が内側より少し高くなっているために、その傾斜
面がその外側からの順風の到来を鋭敏に感知し、その順
風の圧力と、そのバランサとによって直ちに、後方の直
立フレームで停止するまで上方に持ち一ヒげられる。こ
の時、羽根は順風風力を捕捉しはじめる。羽根は、６０
分まで移動すると、そ風圧偏位は約４０度まで広がる。

順風に対して内側のロッカーの方に１頃斜しながら、羽
根は求心方向および円周方向の両分力を生しる。これら
の分力は上部と下部の偏心片持ちぼりによって同方向の
トルクに転換され上部と下部のホイールを駆動するが、
その間に突風や変風により、スライド片持ちぼりに加え
られる衝撃は、前部偏心ブロックの圧縮ばねにより吸収
される０羽根が約８分まで移動すると、その風圧偏位は
約９０度まで拡大して風力負荷は最大となるが、羽根の
内側が逆風の方に向くにつれて、風圧偏位はせまくなり
始める。ここで、円周方向分力は羽根から直接、同一方
向のトルクに転換され、突風や速度の変化する風から受
けた衝撃も上部と下部ホイールによって安定化する。羽
根が約１８分まで移動すると、その風圧偏位は約３０度
まで狭くなるゆすると羽根は、直立フレームが傾いて外
側のロンカーに当接するまで、遠心方向の逆風とその回
転遠心力とによって、外方向に伸び出る。次に羽根は約
２１分まで移動して最大の風圧負荷を受けてその風圧偏
位は約７０度から９０度まで再び拡大する０羽根が３０
分まで移動すると、その風圧偏位は約４０度に減少する
。羽根は、外側のロッカーの方に傾きながら順風を負荷
し、遠心および円周方向の両分力を発生させる。これら
の分力は、次に後部偏心引張りロープと前部偏心スライ
ド片持ちばつとによって同一方向のトルクに転換されて
上部と下部のホイールを駆動する。また、前部偏心スラ
イド片持ちぼりに加えられた突風と変風とによる衝撃は
、後部偏心ロープの間に取り付けられた引張りばねによ
って吸収され、前部偏心スライド片持ちばりの半径が、
適切に調整されて、変動する風速に対して回転速度を安
定させる。羽根が約３６分まで動くと、その軸は逆風と
ほぼ平行になり、その内情部を逆風の方に向ける。ここ
で、この羽根は順風域を終了して、順風域と逆風域との
境界部に来るから、この羽根はそれ以上前進することが
できない。しかし、他の羽根の動きによって前方へ動か
される。

この時、この羽根は、釣合いおもりの弾性と該風力とに
押されて、すばやく、水平方向に伸びる。

この羽根は、残りの逆風域を通過するとき、その風力に
対してほぼ流線状態を保持しているため、はとんど抵抗
は生じない。また、該風力によって次第に内方向に傾い
て行き、約５３分までもどって、逆風域から順風域への
境界部で、その最初の回転を終了する。このあと、この
羽根は次の回転をはじめる。このように、羽根のそれぞ
れが、続々とホイールを駆動して、同方向のトルクを生
じさせる。このトルクが、下部ホイール３′の下にある
従動輪４．４′によって機械力に転換される。

上記のような本発明の長所は、この種の公知の機械のそ
れよりも優っている。本発明の好ましい美施例について
これまで述べたが、これらはあくまでも例に過ぎず、そ
の原理から逸脱することなく、或いはその利点を犠牲に
することなく構成をいろいろに変えることが可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の目的を有する風力タービンの斜視図
、 第２図は６．風力力タービンが風力を回転運動に変える
ための手段として作動しているとき各機構の相対位置を
示した平面図。風の方向は矢印で示され、回転運動の方
向は時計方向である。 第３図は、前部偏心スライド片持ちばりと、直立フレー
ムのビームとに連結された１対の複ロッカー台形状リン
ク装置をそなえた羽根機構の詳細図、 第４図Ａおよび第４図Ｂは、前部偏心スライド片持ちぼ
りに対して約４０度複ロッカーのどちらかの側に向かっ
て傾いている複ロンカー台形状リンク装置を示す図、 第５図は、釣合いおもりの詳細図、 第６図Ａ−１および第６図Ａ−２は、もう１つの釣合い
おもりの詳細図。 第６図Ｂ−１および第６図Ｂ−２は、もう一つの釣合い
おもりの詳細図。 １・・・・・・垂直軸、 ２．２′・・・・・・上部ホイール、下部ホイール、３
．３′・・・・・・軸受、 ５．５′・・・・・・管状スポーク、 ６．６′・・・・・・前部偏心スライド、７．７′・・
・・・・前部偏心スライド片持ちぼり。 特許出願人　　　スン　ファー　リュー同　代理人　　
　鎌　　１）　文　　二第２図 第３図 手続補正書、ヵよ、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水平方向に設けられた上部ホィールと下部ホィー
   ルと、前部偏心管状スポークと、伸縮自在のスライド片
   持ばりと、後部偏心引張ロープと、複数対の複ロッカー
   台形状リンク装置と、傾斜したフラップ羽根と、釣り合
   いおもりとを有する垂直軸風力タービンにおいて、前記
   スライド片持ばりは、前記上部ホィールおよび下部ホィ
   ールに取り付けられた前記管状スポークにそれぞれ挿入
   されており、前部偏心ブロックと前記スライド片持ばり
   の内方端との間に、圧縮バネが設けられており、前記後
   部偏心引張ロープは、後部偏心フックと前記スライド片
   持ばりとの間に接続されており、前記台状形状リンク装
   置は、前記上部および下部スライド片持ばりと直立フレ
   ームの上部ビームおよび下部ビームとの間にヒンジ式に
   取り付けられて、この直立フレームが前記複ロッカーの
   両側部に対して、約４０度まで、傾くようにし、前記フ
   ラップ羽根は、前記直立フレームをわずかに傾斜して横
   切るように、その上端部の軸でヒンジ式に取り付けられ
   、前記釣り合いおもりは、クランクカウンターレバー内
   に設けられた逆アーチ状管内のころがりボール、もしく
   は前記フラップ羽根の上端から逆方向に伸びるカウンタ
   ーアームとカウンターレバーとから成り、このカウンタ
   ーアームと、カウンターレバーにより形成される角度が
   調節可能であることを特徴とする垂直軸風力タービン。