JPH0328594B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ フレーム１と該フレームに据えつけられたロ
ーターとローターシヤフト２をエネルギー変換機
構に接続することのできる要素４とからなり、前
記ローターはローターシヤフト２とそれぞれがロ
ーターシヤフト２を含む主翼面を定める複数の翼
３とから構成されており、かつ前記翼はローター
シヤフト２に固定され該シヤフト２から半径方向
の一つの方向にのびたホルダー６とローターシヤ
フト２に平行な各蝶番軸９まわりにホルダー６に
対して蝶番で動く少なくとも２枚の羽根８とホル
ダー６に固定され実質上主翼面内にあるそれぞれ
の各羽根用の止め部１０から構成されており、そ
れぞれの翼３の複数の羽根８の各々がローターシ
ヤフト２に平行なピンで定められる二次的な軸１
２まわりに互いに蝶番で動く少なくとも２枚のリ
ーフ１１から構成されており、羽根の自由端に位
置するリーフを係止する位置に前記止め部１０が
設けられており、リーフ１１が互いの延長上に位
置して止め部１０に係止されたときに、リーフを
取り付けているピンで定まる二次的な軸１２が止
め部１０とホルダー６に対する羽根８の蝶番軸９
とによつて定められる面を通過するような方向
へ、リーフ１１がさらに動こうとすることを妨げ
る手段１４を備えたことを特徴とするエネルギー
変換機。

２ 手段が、リーフ１１上に設けられ隣接するリ
ーフが係合する少なくともひとつの止め部１４か
らなることを特徴とする請求の範囲第１項記載の
エネルギー変換機。

３ それぞれの翼３の複数の羽根８が、中間のリ
ーフと両側に隣接するリーフとが蝶番で動くよう
に結合されている３枚のリーフ１１からなること
を特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載
のエネルギー変換機。

４ 中間のリーフが、両側に隣接するリーフ１１
のそれぞれに対し少なくともひとつの止め部１４
を有することを特徴とする請求の範囲第２項また
は第３項記載のエネルギー変換機。

５ リーフ１１が、前述した方向とは反対の方向
への蝶番による相互の動きを制限する手段１５を
備えていることを特徴とする請求の範囲第１項、
第２項、第３項または第４項記載のエネルギー変
換機。

６ 該反対の方向へのリーフ１１の蝶番による相
互の動きを制限する手段が、隣接するリーフ１１
に係合しリーフ１１上にある少なくともひとつの
止め部１５からなることを特徴とする請求の範囲
第５項記載のエネルギー変換機。

７ 中間のリーフが隣接するリーフのそれぞれに
対し少なくともひとつの止め部１５を有すること
を特徴とする請求の範囲第３項または第６項記載
のエネルギー変換機。

８ 該反対の方向へのリーフ１１の蝶番による相
互の動きを制限する手段１５が、リーフ１１がお
互いに広がつた状態からリーフが135°の角度をな
す状態までの蝶番による動きを許容することを特
徴とする請求の範囲第５項または第７項記載のエ
ネルギー変換機。

９ 軸方向に隣接して配置された複数の翼３の主
翼面が異なつた角度を形成していることを特徴と
する請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４
項、第５項、第６項、第７項または第８項記載の
エネルギー変換機。

１０ 翼３が、軸上同じ位置にあり共通の主翼面
を有するがローターシヤフト２に関しそれぞれ反
対側にある対をなすように配置されていることを
特徴とする請求の範囲第９項記載のエネルギー変
換機。

１１ ローターシヤフト２がｎ対の翼３からなる
少なくとも１組の翼を有し、それら隣接する翼の
対が180°／ｎの角度を形成することを特徴とする
請求の範囲第１０項記載のエネルギー変換機。

１２ ローターシヤフト２が２組の対称の位置に
ある翼３を有することを特徴とする請求の範囲第
１１項記載のエネルギー変換機。

１３ ローターシヤフト２とエネルギー変換機構
を接続する要素４がふた組の翼３の間のローター
シヤフト２上にあることを特徴とする請求の範囲
第１２項記載のエネルギー変換機。

技術分野および背景 本発明は、フレームと該フレームに据えつけら
れたローターとローターシヤフトをエネルギー変
換機構に接続することのできる要素とからなり、
前記ローターはローターシヤフトとそれぞれがロ
ーターシヤフトを含む主翼面を定める複数の翼と
から構成されており、前記翼はローターシヤフト
に固定され該シヤフトから半径方向の一つの方向
にのびたホルダーとローターシヤフトに平行な各
蝶番軸まわりにホルダーに対して蝶番で動く少な
くとも２枚の羽根（blade）とホルダーに固定さ
れ実質上主翼面内にある各羽根用の止め部からな
るエネルギー変換機に関する。

エネルギー変換機構はたとえば電気発生機構、
とくに交流発電機または発電機である。

エネルギー変換機は水の流れからローターを介
してエネルギーを受け、ローターシヤフトを介し
て該エネルギーをたとえば交流発電機または発電
機からなるエネルギー変換機構へ伝達する。

この種の公知のエネルギー変換機（たとえば、
英国特許第1508796号明細書参照）では、該羽根
が１枚のリーフ（leaf）で構成されている。この
種のエネルギー変換機はローターが完全に水没す
るように配置される。したがつて、ある羽根は流
れの方向に動き、別な羽根は流れと逆の方向に動
く。１枚のリーフからなる羽根は流れと逆の方向
に動くときに大きな抵抗を受ける。そのため、該
公知のエネルギー変換機では、流れから、とくに
該流れの速度が小さいばあいに常に充分なエネル
ギーをうることができるとは限らない。

本発明の目的は、前述のごとき型式であり、流
れと逆の方向に動く羽根の抵抗を小さくすること
によつて、速度の小さい流れからも充分に動力を
うることのできるエネルギー変換機を提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、変換機構へ送られるエネ
ルギーの量と流れのもつエネルギーとの割合を改
善することにある。

発明の開示 本目的のため、複数の羽根の各々はローターシ
ヤフトに平行なピンで定められる二次的な軸まわ
りに互いに関連しつつ蝶番で動く少なくとも２枚
のリーフからなつており、羽根の自由端に位置す
るリーフを係止する位置に止め部が設けられてお
り、リーフが互いの延長上に位置して羽根が止め
部に係止されたときに、リーフを取り付けている
ピンで定まる二次的な軸が止め部とホルダーに対
する羽根の蝶番軸とによつて定められる面を通過
するような方向へ、リーフがさらに動こうとする
ことを妨げる手段が備えられている。

他の組み合わせが除外されるわけではないが、
本発明のエネルギー変換機は好ましくは、完全に
水中にあるローターと、少なくとも実質上水平で
ありかつ流れの方向に直角であるローターシヤフ
トと、ローターシヤフトの上方にあつて止め部に
よりかかるように流れにより押えつけられる羽根
により構成されている。

本発明の特別な実施例において、該手段は、リ
ーフ上に設けられ隣接するリーフと係合しうる少
なくともひとつの止め部から構成されている。

本発明の有効な実施例において、それぞれの翼
の複数の羽根は、まん中のリーフと両側の隣接す
るリーフとが蝶番で動くように結合された３枚の
リーフから構成されている。

リーフは、また好ましくは前述した方向と反対
の方向への蝶番の動きを制限する手段を備えてい
る。

本発明のエネルギー変換機の効率は、軸方向に
隣接して配置された複数の翼の主翼面が異なつた
角度を形成したときによい値となる。

また翼は好ましくは一対の翼からなり、該一対
の翼は軸上の同じ位置にあり共通の主翼面を有す
るがローターシヤフトの反対側に位置している。

ローターシヤフトが２組の対称の位置にある翼
を有することが有効である。それぞれの組はｎ対
の翼からなり、隣接する翼は180°／ｎの角度を形
成している。

本発明の他の特徴および利点は、エネルギー変
換機についての以下の記載により明らかになるで
あろう。記載は実例にもとづいてなされている
が、本発明はこれに限定されるものではない。参
照数字は、付属図面に対応している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエネルギー変換機の側面線図
である。

第２図は第１図に示されるエネルギー変換機の
正面線図である。

第３図は第２図の一部分を拡大しより詳細に示
した図である。

第４図は第３図の線−についての断面を示
す。

図において、同一の参照数字は同一の要素を示
している。

実施例 図に示されているように、エネルギー変換機は
主としてフレーム１と、シヤフト２とふた組の翼
３からなり該フレームに取り付けられたローター
と、ふた組の翼３の間のシヤフト２上に固定さ
れ、該シヤフト２とエネルギー変換機構との接続
の一部分である大歯車４からなつている。該接続
はそれ自体公知であり、たとえば歯車伝達であ
る。わかりやすくするために、該接続の大歯車が
示されている。

エネルギー変換機構もそれ自体公知である。該
機構は、たとえば交流発電機または発電機のよう
に、好ましくは回転を電気エネルギーに変換する
機構である。ただし該機構は簡単のため図示され
ていない。

図に示されているように、装置は完全に水中に
配置されている。フレーム１に支持されるシヤフ
ト２は水の流れの方向と直交するように配置され
ている。シヤフト２は好ましくは水平になるよう
に配置される。図にはそのような配置状態が示さ
れている。しかしながら、シヤフトが垂直に配置
されたり、水平面と多少の角度をもつて配置され
たりすることも可能である。

それぞれの翼の組は、お互いに正反対の位置に
対になるようにシヤフト軸上に配置される８枚の
翼３からなり、シヤフト２の軸方向にお互いすぐ
隣り合うよう配置される４組の対を形成してい
る。２枚の翼は軸上同じ位置にあり、共通の主翼
面を有するが、それらはローターシヤフトの反対
側に位置している。４組の対は、一番遠い対から
一番近い対までローターの回転方向にお互いに
180°／４または45°の角度となるようにそれぞれ
配置されている。該回転方向は、第１図および第
４図において矢印５で示されている。

ふた組の翼は大歯車４に関してお互いに対称の
位置にある。それぞれの組が４対の翼からなるば
あい、ローターは合計16枚の翼をもつことにな
る。

それぞれの翼３は、ローターシヤフト２に関し
て主に半径方向に伸び、軸方向にお互いにある距
離をもつている２本の段（spoke）６から構成さ
れている。このようにして２本の段６は主翼面を
限定している。両方の段６のローターシヤフト２
から離れた先端は、ローターシヤフト２の回転方
向に関して逆の方向へ約45°の角度で曲がつてい
る。

かくして該先端は、段６の残りの部分に対して
135°の角度を形成している。

該段は接続棒７で結合されている。該接続棒７
は両方の段６と共に３枚の羽根８用のホルダーを
形成している。

該羽根８はそれぞれ、２本の段に支持される２
本のピン９によつて、シヤフト２から離れたその
側面を段６に蝶番で止められている。２本のピン
９は、羽根８が段６に関して蝶番で動くように蝶
番軸を形成している。該軸は、ローターシヤフト
２に関し平行である。

それぞれの羽根８に対して、支持部１０が段６
に固定されている。該支持部１０はローターシヤ
フト２に関し平行であり、矢印５で示されるロー
ターシヤフト２の回転方向に関して羽根８の前方
にあり、さらに該羽根８が主翼面内にあるとき
は、ローターシヤフト２の方向を向いている羽根
８の先端と実際上向かい合つている。

作動状態では羽根８は、本質的に主翼面内の支
持部１０にもたれるような位置にある。該支持部
は羽根の止め部を形成し、ほぼ主翼面にある。羽
根８は止め部１０に邪魔されるため、羽根を支持
している段６を過ぎて蝶番で動くことはできな
い。反対の方向においては、該羽根は止め部１０
から離れて、ローターシヤフト２と共に一定の速
度で（fixedly）動かされる段６の回転に対して
遅れるように、ピン９のまわりを自由に回転す
る。第１図において、ローターシヤフト２の上方
にある翼３の羽根８は、主翼面内にあるよう示さ
れている。また他の翼の羽根８はホルダーより遅
れている状態が示されている。

羽根８がホルダー６に対して遅れるとき、該羽
根は蝶番軸９まわりに矢印の方向すなわち該ロー
ターシヤフトが回転する方向に動くことに留意す
べきである。

ローターシヤフトから最も遠い位置にあるそれ
ぞれの翼３の羽根８は、ホルダー６に関して約
120°遅れることになる。というのは、段６に対し
て遅れの方向へ該羽根８がさらに遅れようとする
動きが、該羽根の２番目の止め部を形成する接続
棒７によつて邪魔されるからである。

羽根８はそれぞれ、お互い蝶番でつながつてい
る３枚のリーフ１１からなつている。外側のリー
フ１１はピン９によつて段６に回転可能な状態で
結合されている。中間のリーフ１１はその外側の
端に、外側のリーフ１１の突出部１３に支持され
ているピン１２を備えている。一方、内側のリー
フ１１はその外側の端に、中間のリーフ１１の突
出部１３に支持されているピン１２を備えてい
る。

リーフ１１のピン１２は、該ピンにより決めら
れる幾何学的な軸をもつように、またローターシ
ヤフト２と平行となるように方向づけられてい
る。リーフ１１は該軸まわりにお互いに関連して
蝶番で動く。

しかしながら、それぞれの羽根８の３枚リーフ
１１の関連した運動は一方では止め部１４によ
り、他方では止め部１５により制御される。

止め部１４と１５は中間のリーフ１１に、矢印
５で示されるローターシヤフト２の回転方向に対
し該リーフの表側と裏側にそれぞれ結合されてい
る。

第３図および第４図から明らかなように、止め
部１４はリーフの回転軸に対して直交する２本の
まつ直ぐな縞状の切れ端であり、その両端がリー
フの外側に突出するように中間のリーフの裏側に
結合されている。

止め部１４は、リーフ１１がお互いに広がつた
状態に関してさらに回転しようとして、矢印５で
示されるローターシヤフトの回転方向に関して後
方へ羽根８が湾曲しようとするのを防いでいる。

第３図および第４図で示される状態において、
リーフ１１は主翼面内にあるためお互いに広がつ
た状態にある。その際羽根８は最もローターシヤ
フト寄りの羽根の最もシヤフトに近い部分が支持
部１０と係合している。

リーフ１１の関連した回転による、羽根８の反
対方向への曲げはある程度可能である。止め部１
５は、中間リーフ１１の前面に結合され、その両
端が中間リーフ１１の外側に突出する２本の縞状
の切れ端で形成されている。しかし、該端部は中
間リーフ１１の面に対して平行ではなく、前方約
45°の角度に方向づけられている。

その結果中間リーフは矢印５で示されるロータ
ーの回転方向と反対の方向へ、外側のリーフ１１
に関して約45°回転することができる。一方、内
側のリーフ１１も同じく反対の方向へ中間のリー
フ１１に関して約45°回転することができる。

翼３がローターシヤフト２の上方にあり、第１
図および第４図において矢印１６で示されている
水の流れ方向に直角であるばあい、翼３のそれぞ
れの羽根８のリーフ１１は、止め部１４によりか
かりお互いに広がつた状態にある。羽根８は止め
部１０によりかかつて主翼面内にある。

翼３が、それが水の流れ方向に沿つて広がる状
態に近づくべく下方へ動く間、羽根８はローター
シヤフトの回転つまり段６の動きに対しいくぶん
遅れ気味となる。羽根８は全体として止め部１０
から解放され、その蝶番軸９まわりに矢印５で示
されるローターシヤフトの回転方向と同じ方向へ
一定の回転を行なう。同時に、それぞれの羽根８
の外側のリーフ１１と内側のリーフ１１は中間リ
ーフ上の止め部１４から解放され、リーフ１１は
外側のリーフと内側のリーフが中間リーフ上の止
め部１５に係合するまでお互いに関連して蝶番で
動く。ローターシヤフト２と同じレベルにある第
１図の右側の部分より明らかなように、羽根８は
まだ水の流れ方向１６に対し概略反対の方向を向
いた状態にあるが、それらは全体として主翼面に
対しいくぶん遅れている状態にある。

翼がローターシヤフトのレベルより下方にきた
とき、羽根８は矢印５で示される回転方向に、そ
れらが矢印１６で示される水の流れ方向に対し完
全に平行になるまで、軸９まわりにさらに回転を
する。この状態では内側と外側のリーフ１１は、
中間のリーフに関して反対の方向へ蝶番で動き、
その結果それらは止め部１５から解放されその後
再び止め部１４に係合される。そして羽根３の３
枚のリーフ１１は再びお互いに広がつた状態にな
る。

ある特定の瞬間、羽根８は翼３の主面に対し
90°より著しく大きい角度の状態にある。最も外
側にある羽根８の外側への回転は、止め部を形成
する接続棒７により、主翼面に対し約135°の角度
に制限される。

翼３が矢印１６で示される水の流れ方向に対し
反対の方向へさらに移動し、再び上方へ向かうと
き、羽根８はローターシヤフト２の回転方向に関
して主翼面の後方にある。

翼３がシヤフト２の上方へ戻ると同時に、羽根
８と主翼面との間の反（そ）れ（deflection）は
水の圧力により解消され、リーフ１１はお互いに
広がつた状態で止め部１４によりかかるよう押し
つけられる。

前述したエネルギー変換機は、非常に高い効率
をもつている。

本発明の前述した実施例に限定されるものでは
なく、記載された実施例に対し請求の範囲内にお
いて多くの変更が、とくに発明を具体的に表現す
るために使用された形状、配置、組み合わせおよ
び構成要素の数に関する変更が可能である。

特に、翼の数は必らずしも16枚である必要はな
い。また必らずしも違う翼の組を備える必要もな
い。１組で充分である。

ローターシヤフトとエネルギー変換機構の接続
として必ずしもシヤフト上に大歯車を備えなけれ
ばならないということはない。シヤフトに固定さ
れる要素は、接続本来の機能をもてばよく、くさ
り歯車またはベルト車でも可能である。

羽根用の止め部は必ずしもホルダーに結合され
た別の部分で形成される必要はない。内側の羽根
用の止め部を除いて、止め部はより内側に隣接す
る羽根の外側の端により形成することも可能であ
る。そのばあい該羽根は、それらが主翼面内にあ
るとき、お互いにいくらか重なり合つた状態にあ
る。