JPH0231201B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体案用の固定ハウジング、通路等を
使用せずにローターの寸法に比してほぼ無限大の
空間内に配置したローター、例えば風力機械、ヘ
リコプター、揚力プロペラ等に好適なローターに
関し、特にローターブレードと、ローターの外周
に位置し、かつローターと共に回転する軸線対称
な外側環状シユラウドとを有するローターに関す
る。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第2715729号明
細書には、タービンローターの外周面に配置され
ローターと共に回転する環状シユラウドの断面を
翼型断面とし、ローターを通る流体によつて断面
を囲むサーキユレーシヨンを発生させてローター
を通る流体流量を増加させる構成が記載されてい
る。この構成では、環状シユラウドの断面形は翼
型とし、ローターの回転軸線に対してある角度を
もたせ、この角度は失速角よりも小さくする。こ
の型式のローターはこの種の外側シユラウドのな
い構成のローターに比較して推力が大きくなる。
また、ローターを風力機械として発電機駆動等に
使用する場合に流体から取出される動力が大きく
なる。この提案においてはローターからの出口流
を上述の方法で流れの方向に拡がらせ、外側シユ
ラウドの翼型断面によつて失速角に達しないよう
にできる。このローターは外側シユラウドのない
ローターに比較して大きな吸収馬力増加が得られ
る。この時のシユラウドの断面形は比較的弦長の
長い翼型とする。

本発明の目的は、環状シユラウドを有する既知
のローターよりも流体通過量を大きくして動力を
増加させることが可能であり、しかも経済的で作
動信頼性の高い構成を有するローターを提案する
ことにある。

この目的を達成するため、本発明によるロータ
ーは、前述した形式のものにおいて、ローター軸
線を含む面内における外側環状シユラウドの断面
形を、ローター軸線と平行な流れ方向での失速角
よりも大きな迎え角を有する断面形とし、ロータ
ーの回転に際して有効流線に沿う有効断面形が揚
力翼形状となり、かつ、その負圧側が環状シユラ
ウドの内面側となる配置とし、さらに、前記断面
形の流出端をローター軸線から直角に近い大きな
角度で外方に延長させることを特徴とする。

本発明によるローターは上述の既知の提案によ
るものに比して著しく有利である。本発明のロー
ターの環状シユラウドの断面形は、ローター軸線
を通る面に沿う断面形として幾何学的断面とする
ことも可能である。この種断面形はローターが停
止状態にあり、入力流が前方から軸線方向に流れ
る時の流れ関係の認定用として標準的な構成であ
る。本発明の場合、ローター回転に際してロータ
ー流入流体の方向に対して直角方向の動きが生
じ、環状シユラウドと流体流との相対運動は軸線
に平行な方向ではなく、流体速度とシユラウドの
円周速度とによつて定まる斜方向として環状シユ
ラウド面を通過する。実際の運動方向は速度ベク
トルの方向であり、ローター前面での流体速度ベ
クトルと環状シユラウド部の円周速度ベクトルと
のベクトル和の方向となる。これによつて流れの
方向は環状シユラウド面に流入するローター面に
直角方向の流れではなく、シユラウド面に対して
斜方向となる。これによつて制御される斜方向流
を有効入口流と称し、この有効入口流はローター
の前縁から環状シユラウド面に沿つて流れる。こ
の入口流がローターのローターブレード部に達す
れば、タービンローター駒動の場合は運動のエネ
ルギーが与えられ、風車等の発電機に結合したロ
ーターの場合には運動のエネルギーが取出され
る。いずれの場合にも流れの運動方向は変化し、
ローターブレードを出る出口流は入口流とは異な
る有効流れ方向となる。有効流れ方向に対する上
述の３種の関数、即ち軸線方向の入口流速ベクト
ル、ロータの円周速度、ローターブレード通過間
の運動エネルギー増減の他に有効流に影響する他
の関数があり、例えばヘリコプターのローターと
した場合に前進飛行の際にはローターの前縁後縁
間の入力流に非対称が生ずる。通常は環状シユラ
ウド部に生ずる有効流はローター全周についての
均質性を保ち、運転間ローター全周に均等な流れ
関係が生ずる。ローターハブには比較的多数のロ
ーターブレードを設け、ローター全面について格
子流間係が成立するようにする。ローターブレー
ドの数が減少すれば、ローター全面における流れ
の非均等性が大となり、ローターブレード部分で
の有効流れ方向の変化が生ずる。何れの場合に
も、ローター回転間のローターの環状シユラウド
面における流れ関係は、ローター軸線を通る面に
沿う環状シユラウド断面形によつて定まるもので
はなく、環状シユラウド面に沿う有効流の流線に
沿う有効断面形によつて定まる。ローター内の流
れがシユラウドの環状面に対してなす角度は、ロ
ーターの回転速度と、ローターブレードの数、配
置および形状に依存するローター内の流れとに応
じて変化するものである。この有効断面形は流れ
を規制するものであり、シユラウドの軸線方向の
長さよりも長く、曲面または屈曲した断面形の場
合に延伸された形状となる。即ち、曲率及び屈曲
角度は運転流関係によつて規制される有効断面形
の場合に変化し、曲率は大きくなる。更に、ロー
ター軸線方向に対するシユラウド面の傾斜につい
ても上述と同様に絶対的幾何学寸法は流れに対し
て有効に作用せず、有効流れ方向についての説明
から明らかな通り、傾斜有効角度は小さくなる。
かくして、環状シユラウドの流体流入方向に関す
る断面形の曲り角度が、失速角以上となる場合で
も、ローター運転間の有効流線によつて定まる有
効断面形については失速角に達しない場合があ
る。本発明のローターにおいては、ローターの静
止状態及び軸線方向入口流の場合には環状シユラ
ウドの周囲にサーキユレーシヨンを生ぜず、環状
シユラウド面に剥離を生ずる場合にも、ローター
の運転間には有効断面形と有効流線とが形成さ
れ、ローター軸線に対して斜方向として、環状シ
ユラウドを囲むサーキユレーシヨンが生ずる。こ
のサーキユレーシヨンによつて環状シユラウドに
囲まれたローター面からは環状シユラウドのない
場合に比較して単位時間当り多量の流体が導入さ
れる。かくして、環状シユラウドはローター面外
方の流体をローター面に導入するための吸込ポン
プとして作用する。本発明のローターの環状シユ
ラウドは著しく小さい曲率の曲り面又は小さな角
度で接続された平面によつて形成され、特に出口
部分ではローター軸線に直角外方等の角度で外方
に延長させることが可能になる。このような構成
は軸線を含む面内における断面形の迎え角が失速
角を越えるため静止時のローターにおける軸線方
向の流れの場合にはサーキユレーシヨンは生じな
いが、運転間はローターの円周速度によつて環状
シユラウドを囲むサーキユレーシヨンが生ずる。
有効断面形の迎え角を失速角より小さくすること
によつて、断面形の出口端におけるローターから
の流線方向はローター断面形の出口端方向に沿
い、ローター軸線に対して90゜の方向とすること
も可能となる。上述の構成を有する本発明のロー
ターによれば、既知のローターに比較して著しく
大きな出口流方向が得られる。上述の一見して無
理な構成によつて、出口流はローター軸線に平行
な流れとなることはなく、環状シユラウド面の定
める方向に著しく広く、例えばローター軸線に直
角の方向が拡がる。即ち、ローターから著しく拡
がつた出口流が得られる。これによる利点は、ヘ
リコプター等の航空機の支持浮場に使用する支持
流となる場合に著しく大きな安定性が得られるこ
とである。本発明のローターは出口流外方縁が著
しく拡がり、軸線方向に離れれば拡がりも著しく
大きくなるため、既知のローターに比較してロー
ター面からの貫流量は著しく大きくなる。本発明
のローターは風力利用装置としても、フアン装置
としても構造が簡単であり、しかも効率は高い。

本発明により前述したごとく断面形を流出端に
おいてはローター軸線から直角に近い大きな角度
で外方に延長させることによつて得られる利点
は、出口流を特に大きく拡げることが可能となる
ことにある。この構成で室内に新鮮な空気を導入
する場合に室内は著しい気流を生ずることがな
い。

本発明の好適な実施例によつて、断面形の出口
部分をローターブレードの後縁の通る面よりも後
方に配置して流線方向をローター軸線から外方に
延長させる。この構成においては、環状シユラウ
ドの後端はローターブレードの後縁の通る面に一
致せずに流れの方向である寸法だけ後方に位置
し、ローターから出る出口流はある寸法だけシユ
ラウドの出口部分に案内された後に外気内に流れ
る。これによつて出口流の有効な案内が行なわ
れ、出口流を大きな角度でローター軸線から離れ
た方向に有効に導く。

別の実施例によつて、断面形にはローターブレ
ードの外方端でローター軸線に平行に延長する直
線部分と、ロータブレードの後縁の通る面よりも
後方でローター軸線から大きな角度で延長する出
口部分とを設ける。この構成では環状シユラウド
をロータブレード部分でほぼ円筒形とし、ロータ
ーブレードの後縁の通る面よりも後方から、強く
開いた出口部分に結合する。

他の実施例によつて、断面形の直線部分を流れ
の方向にローターブレードの前縁の通る面よりも
前方に延長する。

別の実施例によつて、断面形の出口部分を直線
状とする。この構成は構造上および製造上簡単で
ある。この場合、断面形の出口部分をローター軸
線に直角に延長させ、半径方向のフランジ状とす
ることもできる。断面形の出口部分にローター軸
線に対して大きな角度をもたせ、出口部分を円錐
形とすることもできる。

流線を形成する上で好適な実施例によつて、断
面形の出口部分と直線部分との境界線を弧状とす
る。これによつて流線の鋭い屈曲及び抵抗と渦流
の増加を防ぎ得る。

他の実施例によつて、断面形の直線部分と出口
部分との境界を鋭い隅角部とする。構造的に簡単
で効率の良いローターが得られるからである。

別の実施例によつて、断面形の入口部分をロー
ターブレードの前縁の通る面よりも前方に設け、
入口部分とローター軸線との距離は流れの方向に
おいて減少される。この構成によれば、環状シユ
ラウドのローターブレード面より前方に突出した
入口部分によつて、ローターに導入する流体をロ
ーター面より前方で拘束案内することができる。

他の実施例によつて、断面形の入口部分を直線
状とし、ローター軸線に対して鋭角とする。環状
シユラウドの入口部分の構造が簡単になるからで
ある。

入口部分と直線部分との間の流れを良好なもの
とするための実施例では、入口部分と直線部分と
の境界を弧状とする。他の実施例によつて、入口
部分と直線部分との境界を鋭い隅角部とする。こ
れによつても簡単な構造が得られる。

他の好適な実施例によつて、環状シユラウドの
断面形を前縁部と後縁部とを有する翼型とする。
これによつてシユラウドの流れ抵抗は著しく小さ
くなり、流入量は多くなり、流れの案内は良くな
る。

別の実施例によつて、ローターには更に外側シ
ユラウドから半径方向内方に位置する箇所でロー
ターブレードに固着されて流体を流入させる内側
環状シユラウドを設ける。この構成によつて、ロ
ーターブレードの外方端だけでなく内方端でも流
体を案内する。

この場合の好適な実施例において、内側環状シ
ユラウドのローター軸線を通る面に沿う断面とし
た断面形の形状は、ローターの回転に際して流速
と回転速度によつて定まる有効流線によつて生ず
る外側シユラウドを囲むサーキユレーシヨンを妨
害しないようにする。この構成によつて、内側シ
ユラウドには流れ安定案内面としての機能か、又
は内側シユラウドを囲むサーキユレーシヨンを生
じさせる時はローターを通る貫流量を更に増加さ
せる機能をもたせる。

他の実施例によつて、内側環状シユラウドはロ
ーター軸線を通る対称軸線に平行の断面形とす
る。

別の実施例によつて、内側シユラウドの断面形
はローター回転下の有効流の下で揚力を発生する
形状とし負圧面を内側シユラウドの半径方向外面
とする。この構成によつて、内側シユラウドも貫
流量増加の役割を果す。

本発明のローターは外側シユラウドとブレード
内方端の内側シユラウドとを設けた場合にスパイ
ラル状に広く拡がつた出口流が生じ、正確に案内
された出口流外面と正確に案内された出口流内面
とを生ずる。内面と外面との相対関係は、ロータ
ー軸線に対する拡がりが内面では小さい角度とな
るように定める。かくして、ローター主平面から
離れるに比例して出口流の形成する環状面積は大
きくなる。本発明のローターは、既知のシユラウ
ドのないローター、ローター後部にガイドベーン
を有するローター、または通常のシユラウドを有
するローターに比較して流れを拡げる機能におい
て著しく優れている。更に、流れの後部での速度
減衰は著しく大きく、駆動作用は大となる。

本発明のローター、特に外側シユラウドの他に
内側シユラウドを有するローターは風車等の風力
機械において外側シユラウドによつて出口流を拡
げるためローター後方に大きな排流スペースを必
要としない。

本発明によるローターは、大きな角度の円錐状
でありスパイラルを伴なう出口流によつて、内向
きの求心力を生ずる。それ故、圧力は内部が外部
よりも高く、出口速流は内方が外方より遅い。こ
の効果はヘリコプターの地面効果と比較できる。
本発明のローターは自由空間でも同じ効果を生
じ、地面に近いことが条件ではない。

本発明のローターの他の実施例によつて、ロー
ターブレードの数は格子流条件となる数とする。
この構成によつてローター全周の外側、内側環状
シユラウド面に均等な流れが生じ、ローター全周
について均等な流体導入導出を行うことが可能と
なる。

以下、本発明を図面について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例によるローター
の一部を斜視図として示す。第１図のローター軸
１は垂直として示し、この位置で風車として通常
の図示しないモータによつて駆動できる。水平軸
を有するローターとすることもできる。ローター
はローターブレード３の外方端にボルト、リベツ
ト等によつて固着した外側シユラウド２を有す
る。シユラウド２は軸線に対して対称であり、ロ
ーターを囲む。シユラウド２はローター軸線を通
る平面による断面GP１の形状とし、この断面を
以下では幾何学断面と称する。第１図に示す例で
は断面GP１は互いに直角な直線部分４′，４″か
ら成る。即ち、直線部分４′は軸線１に平行であ
り、直線部分４″は軸線１に直角として外方に延
長する。第１図に示すローターの場合はローター
に流入する媒体、例えば空気の平均流入方向は矢
印Ｚとして示し、この方向はローター軸線に対し
てほぼ平行である。断面形GP１の断面形４′にお
いては、流れの方向はローターブレード３の後縁
の定める平面を越えて斜後方に延長し、前方はロ
ーターブレード３の前縁の定める平面を超えて斜
前方に延長する。断面形GP１の断面形４″はこの
断面形の出口部分を形成する。断面形GP１の直
線部分４′と出口部分４″との境界は鋭い隅角部を
形成する。

第１図に示すローターにおいては、24枚のロー
ターブレードを均等に配置する。ローターブレー
ドは比較的に密接して配置し、流入する流体は流
体力学上の格子流となるようにする。第１図に示
すローターは外側シユラウド２から離間した内方
に、ローターブレード３の内方端に固着した内側
シユラウド５を有する。内側シユラウド５よりも
内方は半径方向のステー６によつて内方端をボス
７に固着する。ボス７はローター軸１に固着す
る。これによつてローターは軸１と共に回転す
る。内側シユラウド５は第１図に示すローターで
は流体が半径方向外面に沿う流れを生ずると共に
半径方向内面に沿う流れも生ずる。そのため内側
シユラウド５とボス７との間は閉鎖することなく
流体流通を可能にする。第１図に示すローターの
内側シユラウド５において、ローター軸線を通る
平面上の断面形は薄い長方形とし、長辺はロータ
ー軸線に平行、即ち平均流入方向Ｚに平行とす
る。

第１図の外側シユラウド２の内周面に鎖線で示
した流れの線は、ローターが矢印Ｕで示す円周方
向に回転する場合の、シユラウド２の内周面に沿
う実際の流れの経路を示す流線でああ。この場合
に、流入流体の流入速度とローターの円周速度と
の相対運動によつて速度ベクトルが定まる。外側
シユラウド２の内面に沿う流れの有効運動はロー
ター軸線に平行ではなく、斜方向となる。流体流
がローターブレード３の部分に達すれば、ブレー
ドはタービンローターとして作用し、モーター駆
動のローターの場合には運動のエネルギーを附加
される。ローターが風車のローターである場合は
流体流はローターブレードに運動のエネルギーを
与える。この場合はローターブレードの形状配置
は第１図とは異なる。いずれの場合にも、流体の
運動はローターブレード部分で所定の回転が生
じ、ローターの後縁側の流れはローターブレード
の後縁３′の定める平面から異なつた運動方向と
なる。このことは外側シユラウド２の内周面の流
線の過程によつて知り得る。

流体に与えられた運動のエネルギーによつて断
面形GP１の直線部分４′，４″の境界部分を廻つ
て流体は拡散し、ローター軸線に直角の平面内を
スパライラル状軌跡を通つて、ローター及び外側
シユラウド２に対して拡散する。断面形GP１の
内周面及び下面に沿う流れはローター出口におい
て外界に対する制限面を形成する。出口流の外側
制限面はローター軸線にほぼ直角に延長する。

流体流がローターの入口からローター出口に流
れる間に外側シユラウド２の直角の断面形GP１
の隅角部を廻つて流れることは可能であり、実際
的である。但し、静止のローターに断面形GP１
を形成し、ローター軸線方向に流れる入口流が直
交部分４″に達すれば大きな抵抗が生じ、ロータ
ー軸線に平行な流れは直角に方向変換することは
不可能であり、流体流の剥離と渦流とが直線部分
４′と４″との直角境界部に生ずる。しかしロータ
ーが回転する場合には外側シユラウドに沿う流線
は軸線方向の流れではなく、第１図に鎖線で示す
斜方向の流線になる。この流線の斜方向流れ過程
から見た断面形は直交する直線の形成する面でで
はなく、第５図に線図として示す有効断面形EP
１となる。

第５図に明示する通り、有効断面形EP１はロ
ーターに関して回転間に前方から流れる場合の流
れ関係とみなすことができ、全体としては流入流
体に対して失速角（臨界角）より小さい迎え角を
有し、このため断面形EP１の隅角部における流
れの剥離は生じない。断面形EP１の周囲にロー
ター回転間第５図に破線として示したサーキユレ
ーシヨンが生じ、このため有効断面形EP１は流
体力学的揚力翼断面形の役割となり、負圧側は半
径方向内方側となる。このサーキユレーシヨンに
よつて、ローターを通る有効気流は断面形GP１、
有効断面形EP１に沿つて流れ、剥離は生じない。
流体流は断面形GP１の出口部分４″に沿つてロー
ターから離れ、一部の流れがローター軸線にほぼ
垂直の面に沿つて、軸線に対して半径方向ではな
く、ローター速度分力による斜方向に流れる。こ
の場合、ローター軸線に直角の面に沿う流れが生
じる。即ちローター後方において出口流が既知の
構成では全く見られない状態で流れる。

内側シユラウド５は外側シユラウド２の作用を
阻害しない。内側シユラウド５はローター軸線１
に平行に延長するため、内側シユラウド５の周囲
のサーキユレーシヨンを生じない。従つて外側シ
ユラウド２の周囲のサーキユレーシヨン流に干渉
することはない。即ち、定常流体流の場合は、内
側シユラウド外面の制限面では出口端から流れる
出口流は外方に向う傾向があるが、出口流の制限
面外側の正確な方向と制限面内側の正確な方向と
の関係は、特定のローター構造、ローターブレー
ド後縁後方の出口流部分の長さ、ローターブレー
ドの後縁より前方の回転部分の長さ、ローターブ
レードの形状、ローターの回転速度によつて定ま
る。第１図は後流の原理的な方向を示す。

第１図のローターにおいては上述した通り、ほ
ぼ軸線方向の入口流に対して出口流が円錐状に、
一部はほとんど円板状にローター軸線から外方に
拡がる。有効断面形EP１の周囲に生ずるサーキ
ユレーシヨンによつて、ローター前面においては
ローター面積に相当する気柱だけではなく、ロー
ター外方の流体もローターに吸込まれ、流量が著
しく増加する。この部分の流れの状態は第９，１
０図に示され、第１図のローターにおいても半径
方向外方に開く流れの状態は同様である。

第２図は本発明の第２の実施例によるローター
のローター軸線を通る平面に沿う断面形を示す。
第２図に示すローターの基本的構造は第１図のロ
ーターと同様であり、同じ符号によつて同様の部
分を示す。この実施例は基本構造において第１図
のものと同じであるが、他の特徴を有している。
第２図のローターは外側シユラウドの幾何学断面
形をGP２とし、この断面形と第１図の断面形GP
１とは入口部分が異なる。断面形GP２の入口部
分はローター軸線に鋭角とした直線形とし、断面
形GP２の入口部分と軸線に平行な部分との境界
は鋭い隅角部を形成する。断面形GP２において
は軸線に平行の部分はローターブレード３の後縁
３′を超えて延長することなく、半径方向外方に
延長する出口部分とブレード後縁に一致する位置
で接続する。第２図に示す実施例においても第１
図の実施例によるローターと同様に、ローターと
流入流体との相対速度及びに有効流速に関して同
様の考察が適用される。即ち、第２図に示すロー
ターの回転によつて生ずる有効流に沿う断面形
は、断面形GP２に対して第６図に示す有効断面
形EP２となる。第６図の有効断面形は第５図と
同様に流体力学的揚力翼の作用となり、有効流は
前方から後方に隅角部での剥離を生ずることなく
流れる。有効断面形EP２による揚力翼形状は入
口部の隅角が著しく小さい角度であり、失速角よ
りも確実に小さい角度となり、この断面形周囲の
サーキユレーキユレーシヨンを生ずる。かくし
て、第２図に示す実施例においても、原理的に第
１図の実施例と同じ機能が得られ、ローターの出
口側では外側面に沿う出口流はローター軸線に直
角に外方に流れ、流れの内方部分は円錐状に外方
に拡がる。かくして出口流部分では断面形から著
しく拡がつた流れの方向となる。

第３図は本発明の第３の実施例によるローター
を示す。第１，２図のローターの基本構造と同様
の部分を同じ符号によつて示す。これによつて、
同様の部分の重複説明は省略する。第３図はロー
ター軸線を通る平面に沿う断面図を示す。第３図
に示す外側シユラウドの断面形GP３は強い弧状
とした弓形である。断面形GP３はローターブレ
ード３の前縁より前方に延長した入口部と、ロー
ターブレード３の後縁３′よりも後方に延長した
出口部とを有する。出口部はローター軸線に直角
の端部まで外方に延長し、先端を鋭い縁部とす
る。入口端部は丸めた縁部とする。第３図に示す
ローターにおいても原理的に第１，２図について
説明した流れの関係が成立する。断面形GP３に
対して、流線の方向に見た有効断面形EP３を第
７図に示し、この形状は明らかに揚力翼断面形で
あり、前方から有効流を受ける。曲り角度の小さ
いため、迎え角は失速角よりも小さい角度であ
る。この有効断面形に沿つて流れる流体は剥離を
生ずることなく出口縁まで外側シユラウド面に沿
つて流れ、この部分ではローター軸線にほぼ直角
に外方に流れる。これを第３図に鎖線として示
す。

第３図に示すローターの内側シユラウド５は第
１，２図の直線状シユラウドと異なり、翼型とす
る。翼型の負圧側は半径方向外側面とする。この
断面形はローター軸線にほぼ平行方向であり、流
体流は前述の通り斜方向となるため有効断面形は
長さ方向に伸長した形となり、サーキユレーシヨ
ンが生ずる。このサーキユレーシヨンは外側シユ
ラウドの有効断面形EP３の周囲のサーキユレー
シヨンと互に干渉することはない。両サーキユレ
ーシヨンは互に協力してローター前方において両
シユラウド外の部分の流体をローター断面内に導
入する役割を行なう。内側シユラウドを囲むサー
キユレーシヨンによつて、ローターの内方部分の
出口流は円錐状に外方に拡がることなく、内側制
限面に沿つて僅に軸線に向う方向となる。出口流
の正確な経路及び制限面の正確な方向は運転条件
及びローター各部寸法と関係位置によつて定ま
る。

第４図は第４の実施例によるローターとして風
力作業に使用する風車のローターを示す。図示の
例ではローターブレード３の内方端は内側シユラ
ウドに取付けずに直接中央の流体力学的成形覆を
したボス８に固着する。ボス８は同様に成形覆を
したハウジング９に回転自在に支持する。ハウジ
ング９内には図示しない発電機を取付け、この発
電機をローターによつて駆動して発電する。ロー
ターブレード３の外方端には外側シユラウド２を
固着する。外側シユラウド２はローター軸線を通
る平面に沿う断面形GP４とする。断面形GP４の
ローターブレード先端部は直線状とし、ローター
軸線にほぼ平行とする。断面形GP４はローター
ブレード前縁よりも前方に入口を有し、入口部の
入口端は斜方向の直線状とし、入口端から弧状部
分を介して平行部分に接続する。断面形GP４の
出口部はローター軸線に対して大きな角度で外方
に延長する直線部とし、平行部との接合部は弧状
の境界線とする。この実施例によるローターにお
いても第１〜３図について説明した流れ関係の原
理的説明が成立する。有効流線に沿つた断面とし
た有効断面形については、断面形GP４の有効断
面形EP４を第８図に示す。前方から流入する有
効流に対する有効断面形EP４の形状による曲り
角度を失速角よりも小さくし、この場合有効流は
剥離を生ずることなく全有効断面形EP４に沿つ
て流出縁まで流すことができる。図示の例では外
側限定面に沿う流出流は後方に向つて円錐状に拡
がる。ローターブレードの内方端においては流体
流はボス８およびハウジング９に沿つて流れる。
このため、流出流の内方限定面はローター軸線に
ほぼ平行となる。結局、流出流はローターから極
めて広い開き角の円錐状となつて拡がる。風力発
電のようにできるだけ多くの流れのエネルギーを
風車に伝達する場合に著しく有利である。更に第
４図の実施例で流れ関係を良くし、ブレード通過
量を増すためには、外側シユラウドの内方に内側
シユラウドを設け、内側シユラウドとボスとの間
をブレードでなくステーで連結し、内側シユラウ
ドはサーキユレーシヨンを生ずる構成とする。こ
れによつて内側シユラウドはローターを通る流体
量を増大するので出力は増大する。

第９図に示す実施例はローターの側面図を示
す。図示の例では外側シユラウドの断面形は直線
の組合せとし、ローターブレード外方部分はロー
ター軸線にほぼ平行とし、平行部分の下部はロー
ター軸線に対して大きな角度の直線とし、図に示
す通りに円錐状とする。内側シユラウドは円筒形
とし、その軸線をローター軸線と一致させる。図
示の例では、ローターブレードの主平面を出た出
口流は後方に向けて大きく拡がる円錐状となる。
ローターの入口出口流は矢印で示し、外側シユラ
ウドに沿う有効流線に沿う有効断面形の周囲のサ
ーキユレーシヨンによつて、ローターよりも外側
の流体も矢印の通りに導入され、ローターを通る
流体流量はローター面積に相当する円筒流の場合
よりも増加する。第９図の実施例はヘリコプター
用のローター等として好適である。このローター
を有する場合は吹出流がローター軸線に沿つて流
れることはなく、大きな角度の円錐状に外方に拡
がる。それ故ローターは大きな角度の円錐流によ
つて支持されることになり、安定性が大きくな
る。それ故、このローターは全体として効率、揚
力効率、推進効率が高い。

第１０図は本発明のローターの他の実施例を示
す。この実施例は例えば室内給気用のフアンに使
用するローターを示す。このローターは円板から
の絞り成形品とし、外側シユラウドをほぼぼ直角
断面形とする。ローターブレードは円板の打抜に
よつて製造し、所要のブレード形状に成形する。
このように１枚の円板から１体成形したローーを
ローターブレードの外方端に成形した短いステー
によつて外側シユラウドに結合する。ローターブ
レード外方端と外側シユラウド内縁との間は小さ
な間隙とする。この実施例によるローターも、ロ
ーターが回転すれば外側シユラウドの有効断面形
の周囲にサーキユレーシヨンが生じ、ローター外
方端よりも外方の流体を導入して流量を増大す
る。ローターの外側制限面は外側シユラウドの出
口部に沿つた出口流を生じ、ほぼ半径方向に向
う。第１０図に示すローターはローターブレード
の内方端にシユラウドを取付けない。それ故、ロ
ーターブレードの内方端には軸線に平行の流れは
生ぜず、ローターを通つた流れは大きな角度でロ
ーターから離れる方向となる。内側および外側端
からの出口流を第１０図に鎖線として示す。

以上の記載から明らかなとおり、本発明のロー
ターによれば、出口流がローター軸線に平行の流
れとはならず、環状シユラウド面の定める方向に
著しく広く、例えばローター軸線に直角の方向に
拡がるので、既知のローターと対比してローター
面内からの貫流量を著しく増大させることが可能
となる。したがつて本発明のローターは、効率が
高く、構造が簡単であり、発電機やヘリコプター
のローターとして、好適なものである。さらに、
本発明のローターによれば、環状シユラウド、特
にその出口側部分をローター軸線に対して相当の
角度（例えば直角）をなして半径方向外方に向け
て延長する幾何学的形状に形成することができ
る。このような幾何学的形状とした環状シユラウ
ドは、迎え角が失速角よりも大であるため、ロー
ターの静止状態及び軸線方向入口流の場合には環
状シユラウドの周囲にサーキユレーシヨンを生じ
させず、ローターの運転時には環状シユラウドの
周囲にサーキユレーシヨンを生じさせるものであ
る。この場合、有効断面形は、その形状及び迎え
角との関連において亜臨界的となり、その出口端
におけるローターからの流線方向はローター断面
形の出口端方向に沿い、ローター軸線に対して
90゜とすることができる。したがつて、既知のロ
ーターと対比してローター面内からの貫流量を著
しく増大させることが可能となる利点が得られる
ものである。

本発明は種々の変型が可能である。例えば、外
側シユラウドの入口端はローターブレードの前縁
より前方に突出させず、ほぼ一致した位置とする
こともできる。上述の実施例および図面は例示で
あつて本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるローター
を一部断面とし一部を除去して示す斜視図、第２
図は第２の実施例によるローターの一部の断面
図、第３図は第３の実施例によるローターの一部
の断面図、第４図は第４の実施例によるローター
の一部の断面図、第５図は第１図のローターの流
線に沿う外側シユラウドの有効断面図、第６図は
第２図のローターの流線に沿う外側シユラウドの
有効断面図、第７図は第３図のローターの流線に
沿う同様な有効断面図、第８図は第４図のロータ
ーの流線に沿う同様な有効断面図、第９図は第５
の実施例によるローターの側面図、第１０図は第
６の実施例によるローターの一部の断面図であ
る。 １……ローター軸線、２……外側シユラウド、
３……ローターブレード、３′……ブレード後縁、
４′，４″……直線部分、５……内側シユラウド、
６……ステー、７，８……ボス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 風力機械等に好適なローターであつて、ロー
   ターが流体案内用の固定ハウジング、通路等を使
   用せずにローターの寸法に比してほぼ無限大の空
   間内に配置され、ローターブレードと、ローター
   の外周に位置し、かつローターと共に回転する軸
   線対称な外側環状シユラウドとを有するものにお
   いて、ローター軸線１を含む面内における前記外
   側環状シユラウド２の断面形を、ローター軸線と
   平行な流れ方向での失速角よりも大きな迎え角を
   有する断面形GP１，GP２，GP３，GP４とし、
   ローターの回転に際して有効流線に沿う有効断面
   形が揚力翼形状となり、その負圧側が環状シユラ
   ウドの内面側となるように配置し、さらに、前記
   断面形GP１，GP２，GP３，GP４の流出端はロ
   ーター軸線１から直角に近い大きな角度で外方に
   延長させることを特徴とするローター。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のローターにおい
   て、前記断面形の出口部分をローターブレード３
   の後縁３′の通る面よりも後方に位置させて流線
   方向をローター軸線１から外方に延長させること
   を特徴とするローター。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載のロー
   ターにおいて、前記断面形にはローターブレード
   ３の外方端でローター軸線に平行に延長する直線
   部分４′と、ローターブレード３の後縁３′の通る
   面よりも後方でローター軸線１から大きな角度で
   延長する出口部分４″とを設けることを特徴とす
   るローター。 ４ 特許請求の範囲第３項記載のローターにおい
   て、断面形GP１，GP２の直線部分４′を流れの
   方向にローターブレード３の前縁を通る面よりも
   前方まで延長させることを特徴とするローター。 ５ 特許請求の範囲第３項又は第４項に記載のロ
   ーターにおいて、断面形GP１，GP２の出口部分
   ４″を直線状とすることを特徴とするローター。 ６ 特許請求の範囲第３〜５項の何れか一項に記
   載のローターにおいて、断面形GP４の直線部分
   と出口部分との境界部を弧状とすることを特徴と
   するローター。 ７ 特許請求の範囲第３〜５項の何れか一項に記
   載のローターにおいて、断面形GP１，GP２の直
   線部分４′と出口部分４″との境界を鋭い隅角部と
   することを特徴とするローター。 ８ 特許請求の範囲第１〜７項の何れか一項に記
   載のローターにおいて、断面形GP２，GP３，
   GP４の入口部分をローターブレード３の前縁の
   通る面よりも前方に設け、入口部分とローター軸
   線との距離は流れの方向において減少させること
   を特徴とするローター。 ９ 特許請求の範囲第８項記載のローターにおい
   て、断面形GP２の入口部分を直線状とし、ロー
   ター軸線に対して鋭角とすることを特徴とするロ
   ーター。 １０ 特許請求の範囲第３〜９項の何れか一項に
   記載のローターにおいて、断面形GP４の入口部
   分と直線部分との境界を弧状とすることを特徴と
   するローター。 １１ 特許請求の範囲第３〜９項の何れか一項に
   記載のローターにおいて、断面形GP２の入口部
   分と直線部分との境界を鋭い隅角部とすることを
   特徴とするローター。 １２ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載のロ
   ーターにおいて、断面形GP３を前縁部と後縁部
   とを有する翼型断面とすることを特徴とするロー
   ター。 １３ 特許請求の範囲第１〜１２項の何れか一項
   に記載のローターにおいて、ローターには更に外
   側シユラウド２から半径方向内方でローターブレ
   ード３に固着されて流入流体を流入させる内側環
   状シユラウド５を設けることを特徴とするロータ
   ー。 １４ 特許請求の範囲第１３項記載のローターに
   おいて、内側環状シユラウド５はローター軸線１
   を通る対称軸線に平行の断面形とすることを特徴
   とするローター。 １５ 特許請求の範囲第１３項記載のローターに
   おいて、内側シユラウド５の断面形はローター回
   転下の有効流の下で揚力を発生する形状とし、負
   圧面を内側シユラウドの半径方向外面に配置する
   ことを特徴とするローター。 １６ 特許請求の範囲第１〜１５項の何れか一項
   に記載のローターにおいて、ローターのローター
   ブレード３の数を格子流を生じ得るように定める
   ことを特徴とするローター。