JPH1077996A

JPH1077996A - 回転翼

Info

Publication number: JPH1077996A
Application number: JP8253927A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Nagano; 紳一郎永野
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性、信頼性を高め、小型化、軽量化、低
コスト化を図る。【解決手段】固定部材１２により中心軸４が回転不能
に固定され、環体３が中心軸４に回転可能に支持され、
翼体６はこの環体３を中心にして放射状に配置され、内
端部が環体３に固着されている。一方、翼体６のそれぞ
れの外端部は円環状の枠体８により連結され、枠体８
は、外側支持手段１０によりローラ２６、２８を介して
枠体８の周方向に移動可能に支持されている。そして枠
体８は歯車３４を介して電動機３６により回転駆動され
る。この回転翼２では翼体６が、中央の環体３および中
心軸４と、外側の枠体８および支持部材２２の両方で支
持されているので、中心部の環体３や中心軸４に掛かる
負担は大幅に軽減され、また、翼体６の変形や破損も起
り難くくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファン、ポンプ、
水車、風車、タービンなどを構成する回転翼に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ファン、ポンプ、水車、風車、タービン
などは回転翼を備え、その回転翼を回転させることで空
気や水といった流体を流動させたり、逆に、流動する流
体により回転翼を回転させエネルギを取り出している。
このような回転翼の構造は、従来より基本的に、回転可
能に支持された中心軸に対して翼体を放射状に取り付け
た構造となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そのため、従来の回転
翼では、中心軸によりすべての翼体が支持されているの
で、中心軸およびその軸受に過大な力が加わる結果とな
っている。特に回転翼が大型の場合には上記力は極めて
大きく、回転翼の耐久性を低下させる要因となってい
る。

【０００４】また、各翼体は中心軸側の基部においての
み支持されているので、各翼体と中心軸との連結部に強
い力が加わりこの箇所で変形や破損が起り易くなってい
る。さらに、翼体は、その基部においてのみ中心軸によ
り支持されているので、中心軸から離れるにつれ変形や
破損が起り易くなっている。そして、このような問題に
対処して回転翼の耐久性や信頼性を向上させようとする
と、中心軸、軸受、翼体のいずれも強度を高める必要が
あり、大型化し、重量が増し、高コストとなってしま
う。本発明はこのような問題を解決するためになされた
もので、その目的は、耐久性および信頼性が高く、小型
軽量かつ低コストの回転翼を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、円柱状の中心軸と、前記中心軸を回転不能に
固定して支持する固定手段と、前記中心軸に回転可能に
結合された環体と、前記環体を中心にして放射状に配置
され、内端部がそれぞれ前記環体に固着された複数の翼
体と、前記翼体のそれぞれの外端部を連結する円環状の
枠体と、前記枠体を、前記枠体の周方向に移動可能に支
持する外側支持手段とを備えたことを特徴とする。本発
明はまた、前記外側支持手段が前記枠体の外周部に沿っ
て配置された円環状の支持部材を備え、前記支持部材の
内周部には前記中心軸方向に開放状の凹溝が周方向に連
続して形成され、前記枠体の外周部はこの凹溝内に配設
された複数のローラにより移動可能に支持されているこ
とを特徴とする。本発明はまた、前記環体を回転駆動す
る第１の駆動手段をさらに備えたことを特徴とする。

【０００６】本発明はまた、前記第１の駆動手段が電動
機により構成され、前記電動機は、前記中心軸を電動機
の固定子とし、環体を電動機の回転子として構成されて
いることを特徴とする。本発明はまた、前記枠体を、前
記枠体の周方向に駆動する第２の駆動手段をさらに備え
たことを特徴とする。本発明はまた、前記第２の駆動手
段が電動機により構成され、前記電動機は、前記枠体に
より構成された電動機の回転子と、前記枠体との間に所
定の隙間を形成して配置された電動機の固定子鉄心と、
前記固定子鉄心に装着された巻線とを含んで構成されて
いることを特徴とする。

【０００７】本発明はまた、前記環体が発電機の回転子
を形成し、前記中心軸は発電機の固定子を形成している
ことを特徴とする。本発明はまた、前記枠体が動力伝達
手段を介して発電機に連結されていることを特徴とす
る。本発明はまた、前記枠体が発電機の回転子を構成
し、前記回転子の周囲に発電機の固定子が配設されてい
ることを特徴とする。

【０００８】本発明の回転翼では、複数の翼体のそれぞ
れは、内端部において環体に固着され、同時に、外端部
において円環状の枠体に連結されている。そして、環体
は中心軸により支持され、枠体は外側支持手段により支
持されている。したがって、各翼体は中央の環体および
中心軸と、外側の枠体および外側支持手段との両方によ
って支持されている。そのため、回転翼の中心部に掛か
る負担は大幅に軽減され、また、翼体の変形や破損も起
り難くくなるので、回転翼の耐久性および信頼性が向上
する。さらに、回転翼中心部の強度に対する要求が緩和
されるので、回転翼の小型化、軽量化、低コスト化を図
ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施例について説明
する。図１は第１の実施例の回転翼を示す断面側面図、
図２は同正面図である。図１、図２に示すように、この
回転翼２は、環体３、中心軸４、環体３に固着された複
数の翼体６、枠体８、外側支持手段１０などにより構成
されている。本実施例では４枚の翼体６が環体３を中心
にして放射状に配置され、各翼体６の内端部は環体３に
固着されている。各翼体６は、例えば合成樹脂や鋼材な
どにより形成されており、また、隣接するものどうしが
約９０度の角度を成して配置されている。一方、環体３
には、中心軸４が緩挿され、環体３と中心軸４との間に
は不図示のベアリングが介在されている。これにより環
体３は中心軸４の回りに回転可能に支持されている。中
心軸４は固定部材１２により回転不能に固定して支持さ
れ、固定部材１２は後述する支持部材２２に連結されて
いる。

【００１０】環板状に形成された枠体８は、４枚の翼体
６を内側に含み、各翼体６の外端部を連結している。枠
体８の外周部には周方向に連続する幅広部１８が形成さ
れ、幅広部１８の外周面には歯部２０が形成されてい
る。外側支持手段１０は、前記枠体８の外周に沿って延
在する円環状の支持部材２２を備え、支持部材２２の内
周部には、内側に開放状の凹溝２４が周方向に連続して
形成されている。凹溝２４内には、支軸を凹溝２４の幅
方向に延在させたローラ２６と、支軸を凹溝２４の深さ
方向に延在させたローラ２８とが、凹溝２４の周方向に
間隔をおいて複数設けられている。

【００１１】枠体８の外周部は凹溝２４内に挿入され、
ローラ２６が幅広部１８の内面に接触することで凹溝２
４の深さ方向における枠体８の動きが規制され、また、
ローラ２８が枠体８の両側面に接触することで凹溝２４
の幅方向における枠体８の動きが規制され、これにより
枠体８は支持部材２２の周方向に移動可能となってい
る。

【００１２】また、支持部材２２の所定の箇所には、凹
溝２４の奥部の壁を除去して形成した開口３０が設けら
れており、この開口３０を通じて枠体８の歯部２０は露
出している。第２の駆動手段３２は、支持部材２２の外
側の所定箇所に配設され、枠体８の歯部２０に噛み合う
歯車３４、この歯車３４を回転駆動する電動機３６など
により構成されている。支持部材２２の上記開口３０の
箇所には膨出部３８が設けられ、この膨出部３８内に歯
車３４が回転可能に配設され、歯車３４の支軸は電動機
３６の出力軸に連結されている。尚、前記固定部材１２
は、例えば、支持部材２２の中心を十字状に横切る４枚
のスティ等で構成されている。

【００１３】このような構成において、電動機３６に通
電すると、電動機３６の出力軸が回転して歯車３４が回
転し、その結果、枠体８が回転して、翼体６は外周部に
おいて駆動される。これにより、翼体６は中心軸４の回
りを環体３と共に回転し、周辺の流体が例えば矢印Ａで
示す方向に駆動され流動する。

【００１４】このように、本実施例の回転翼では、翼体
６は中心部では環体３に固着されて、環体３および中心
軸４によって支持され、一方、外周部でも、枠体８に固
着されて、枠体８および外側支持手段１０によって支持
されている。したがって、従来の回転翼と異なり、各翼
体６は中心部だけでなく、外周部においても支持されて
おり、中心部の支持手段、すなわち環体３および中心軸
４に掛かる負担は大幅に軽減され、また、翼体６の変形
や破損も起りにくくなる。そのため、この回転翼２では
耐久性および信頼性が大幅に向上する。さらに、環体
３、中心軸４、ならびに翼体６の強度に対する要求が緩
和されるので、回転翼の小型化、軽量化、低コスト化を
図ることができる。

【００１５】なお、枠体８の外周部に磁石を装着し、一
方、支持部材２２の凹溝２４内にも上記磁石との間に隙
間を保って磁石を装着し、これらの磁石間に働く反発力
により、枠体８を支持部材２２の凹溝２４内において非
接触で保持することも可能である。そのような構成で
は、摩擦によるロスがないので回転効率を高めることが
でき、また、騒音や振動を大幅に抑えることができる。
さらに、摩耗などによる故障をなくすことも可能とな
る。

【００１６】同様に、中心部でも、環体３の内周部に周
方向に沿って磁石を配列し、一方、この磁石との間に隙
間を形成して、中心軸４の外周部に周方向に沿って、逆
極性の磁石を配列し、これらの磁石間に働く反発力によ
り、環体３を中心軸４に対して非接触で支持することも
可能である。この場合にも回転効率の向上、騒音、振動
の抑制、故障率の低減といった効果が得られる。

【００１７】また、上記実施例では、支持部材２２の外
側に電動機を配置して駆動手段１０としたが、枠体８の
少なくとも外周部を導電材料により形成して誘導電動機
の回転子とし、一方、支持部材２２の凹溝２４内の壁部
に、枠体８との間に隙間を形成して固定子鉄心を配置
し、固定子鉄心に巻線を施すことにより、枠体８を駆動
することも可能である。この場合には、回転子としての
枠体８と、巻線が施された上記固定子鉄心とにより誘導
電動機が形成され、上記巻線に三相交流を供給すること
により枠体８を回転させることができる。

【００１８】また、枠体８に磁石を装着して回転子と
し、支持部材２２には、巻線を施した固定子鉄心を配置
して、電動機を形成することも可能であり、巻線に流す
電流を制御して枠体８を回転させることができる。そし
て、上述のように磁石によって枠体８を非接触で保持
し、かつ、上述のように枠体８自体を回転子として、枠
体８を回転駆動した場合には、枠体８は完全に非接触で
支持され、駆動されるので、回転効率の向上、低騒音低
振動化、ならびに故障低減の点で一層有利となる。

【００１９】次に第２の実施例について説明する。図３
は第２の実施例の回転翼の要部を示す部分断面図であ
る。この回転翼４０が図１の回転翼２と異なるのは、中
心部の環体と中心軸とにより電動機が構成され、翼体が
中心部においても回転駆動される点である。これ以外の
点では上記実施例と同じであるため、以下ではこの中心
部に関してのみ詳しく説明する。

【００２０】図３に示すように、環体４２に、中心軸４
４が隙間を形成して挿通され、環体４２と中心軸４４と
の間にはベアリング４６が介在されている。これによ
り、上述の場合と同様、環体４２は中心軸４４の回りに
回転可能に支持されている。そして、環体４２の少なく
とも内周部は全体が導電性材料４７によって形成され、
環体４２は誘導電動機の回転子を構成している。一方、
中心軸４４の外周部には、環体４２の内周部との間に隙
間を形成して固定子鉄心４８が配設され、この固定子鉄
心４８には巻線５０が施されている。すなわち、これら
環体４２、中心軸４４に取り付けられた固定子鉄心４
８、ならびに巻線５０により三相誘導電動機５２が構成
されている。

【００２１】したがって、この回転翼４０では、上記巻
線５０に三相交流電流を供給することで、回転子を形成
する環体４２が中心軸４４の回りを回転し、各翼体６は
中心部においても回転駆動される。無論、その際、三相
誘導電動機５２および上記電動機３６は、それらによっ
て翼体が同じ方向に、同じ回転速度で駆動されるように
適切に制御することになる。

【００２２】この回転翼４０では、上述した第１の実施
例の場合と同様の効果が得られることに加え、環体４
２、および環体４２を支持する中心軸４４自体によって
電動機が構成されているので、翼体６を中心部において
も回転駆動する場合、電動機を別に設ける必要がなく、
回転翼をその駆動手段も含めて小型化を図る上で非常に
有利である。

【００２３】なお、この第２の実施例では環体４２およ
び中心軸４４により一例として三相誘導電動機５２を構
成したが、電動機としてはこれに限らず直流電動機を含
め種々のタイプの電動機を構成することができる。ま
た、電動機３６は削除し、中心部の電動機のみで翼体を
駆動する構造とすることも無論可能である。

【００２４】このような第１および第２の実施例の回転
翼は、例えば、送風管などに取り付けて利用することが
できる。図４は、第１の実施例の回転翼２を送風管内に
取り付けた状態を示す断面側面図である。回転翼２は、
その中心軸４の延在方向が送風管５４の延在方向に一致
するように、送風管５４内に取り付けられ、矢印Ｂの方
向に送風するようになっている。また、このような送風
管５４内に回転翼２を取り付ける場合、図５に示すよう
に、中心軸４４を伸長させて、複数の環体４にこの中心
軸５６を挿通し、翼体を送風管５４の延在方向に間隔を
おいて複数配置する構造とすることも有効である。この
場合にはより強力に空気を流動させることができる。

【００２５】なお、上記実施例では、電動機により翼体
６を回転駆動して流体を流動させるとしたが、電動機１
４、３６、５２を発電機に置き換えれば、流動する流体
によって翼体６を回転させ、その力で発電機を駆動して
発電することができる。この場合にも、発電機は回転翼
の中心部および外側部の何れかに一方に設ける構成とす
ることも無論可能である。また、第１の実施例の場合、
枠体８自体を発電機の回転子として、発電機を構成する
ことも可能であり、その場合には動力伝達手段は不要と
なる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の回転翼で
は、複数の翼体のそれぞれは、内端部において中央の環
体に固着され、同時に、外端部において円環状の枠体に
連結されている。そして、環体は中心軸により支持さ
れ、枠体は外側支持手段により支持されている。したが
って、各翼体は中央の環体および中心軸と、外側の枠体
および外側支持手段との両方によって支持されている。
そのため、回転翼の中心部に掛かる負担は大幅に軽減さ
れ、また、翼体の変形や破損も起り難くくなるので、回
転翼の耐久性および信頼性が向上する。さらに、回転翼
中心部の強度に対する要求が緩和されるので、回転翼の
小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。ま
た、中心軸が固定されているので、環体を回転子とし、
中心軸を固定子として電動機や発電機を構成することが
でき、そのような構成とすれば専用の電動機や発電機を
設ける必要がないので、回転翼をその駆動手段や発電手
段も含めて小型化する上で非常に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転翼の一例を示す断面側面図で
ある。

【図２】本発明による回転翼の一例を示す正面図であ
る。

【図３】第２の実施例の回転翼の要部を示す部分断面図
である。

【図４】第１の実施例の回転翼を送風管内に取り付けた
状態を示す断面側面図である。

【図５】長い中心軸を用いて翼体を中心軸の延在方向に
間隔をおいて複数配置した場合を示す断面側面図であ
る。

【符号の説明】

２回転翼３環体４中心軸６翼体８枠体１０外側支持手段１２固定部材２２支持部材３２第２の駆動手段３６電動機４０回転翼４２環体４４中心軸５４送風管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｋ 7/18 Ｈ０２Ｋ 7/18 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円柱状の中心軸と、前記中心軸を回転不能に固定して支持する固定手段と、前記中心軸に回転可能に結合された環体と、前記環体を中心にして放射状に配置され、内端部がそれ
ぞれ前記環体に固着された複数の翼体と、前記翼体のそれぞれの外端部を連結する円環状の枠体
と、前記枠体を、前記枠体の周方向に移動可能に支持する外
側支持手段と、を備えたことを特徴とする回転翼。
【請求項２】前記外側支持手段は前記枠体の外周部に
沿って配置された円環状の支持部材を備え、前記支持部
材の内周部には前記中心軸方向に開放状の凹溝が周方向
に連続して形成され、前記枠体の外周部はこの凹溝内に
配設された複数のローラにより移動可能に支持されてい
る請求項１記載の回転翼。
【請求項３】前記環体を回転駆動する第１の駆動手段
をさらに備えた請求項１記載の回転翼。
【請求項４】前記第１の駆動手段は電動機により構成
され、前記電動機は、前記中心軸を電動機の固定子と
し、環体を電動機の回転子として構成されている請求項
３記載の回転翼。
【請求項５】前記枠体を、前記枠体の周方向に駆動す
る第２の駆動手段をさらに備えた請求項１記載の回転
翼。
【請求項６】前記第２の駆動手段は電動機により構成
され、前記電動機は、前記枠体により構成された電動機
の回転子と、前記枠体との間に所定の隙間を形成して配
置された電動機の固定子鉄心と、前記固定子鉄心に装着
された巻線とを含んで構成されている請求項５記載の回
転翼。
【請求項７】前記環体は発電機の回転子を形成し、前
記中心軸は発電機の固定子を形成している請求項１記載
の回転翼。
【請求項８】前記枠体は動力伝達手段を介して発電機
に連結されている請求項１記載の回転翼。
【請求項９】前記枠体は発電機の回転子を構成し、前
記回転子の周囲に発電機の固定子が配設されている請求
項１記載の回転翼。