JPH11117850A

JPH11117850A - 風車

Info

Publication number: JPH11117850A
Application number: JP28675597A
Authority: JP
Inventors: Takemaro Sakurai; 武麿櫻井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 1999-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】風力の効率的な利用度を向上させると共に、
急速な風向変化に即座に且つ容易に対応することができ
る風車を提供する。【解決手段】回転自在な公転軸２と、該公転軸２に複
数対設けられた軸支杆３ａ、３ｂと、該軸支杆３ａ、３
ｂに遊星軸４ａ、４ｂを介して回転自在に各々取り付け
られ且つ受風手段１０を有する遊星軸枠５と、前記遊星
軸４ｂの下端部に各々形成された遊星軸ベベルギア６
と、各遊星軸ベベルギア６に連結手段７を介して各々連
結され且つ前記公転軸２の下端部に形成された風向ベベ
ルギア８とからなる風車１である。特に軸支杆３ａ、３
ｂは公転軸２を中心にして１２０度間隔で３対設け、受
風手段１０は弛緩した状態で張着した帆であることによ
り、風力の効率的な利用度を向上させた。また、連結手
段７は両端にベベルギア７ａ、７ｂを有するベベルギア
シャフト７であることにより、風車の大型化、大出力化
を可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、風車に関し、更に
詳しくは、公転軸と該公転軸の周囲に設けた複数の遊星
軸枠と該遊星軸枠に各々張着した帆とからなり、その回
転駆動力を風力発電機等に接続して使用する風車に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の風車としては、例えば、
特開昭５５−１３１５８５号公報、特開昭５７−３
７２号公報、及び特開昭５７−５６６７４号公報に開
示された構成のものが各々従来例として知られている。

【０００３】この前記の風車は、自転しつつ公転する
複数枚の羽と、この羽の回転軸に各々設けられた歯車
と、風車の主軸に設けられた歯車とからなり、前記両歯
車は、遊星歯車又はチェーンによって連結された構成が
開示されている。

【０００４】また、前記の風車は、公転主軸の周囲に
対称状態に且つ回転自在に配設した一対の受風羽根と、
この受風羽根の下端中央位置から各々延設された自転軸
と、この自転軸に各々設けられた歯車と、前記公転主軸
の下部に設けられた歯車と、この歯車に配設された方向
舵とからなり、前記両歯車は、タイミングベルトによっ
て連結された構成が開示されている。

【０００５】更に、前記の風車は、架台と、この架台
の下面に設けられたピボット軸受部及び複数の車輪と、
架台の上面に設けられた一対の取付板と、この取付板に
両端を支持され且つ水平状態（横方向）に配設された太
陽軸と、この太陽軸の周囲に平行して配設された複数の
遊星軸と、この遊星軸に各々角度を異ならせて取り付け
られた羽根とが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これら従来例の場合に
おいては、風力発電機に接続して実用的なエネルギーを
得るためには、かなり大型の風車が必要となる。しかし
ながら、前記の風車を大型に形成した場合において、
遊星歯車により前記両歯車を連結したときには、その遊
星歯車はかなり大型のものが必要となり、従って風車全
体の重量が増加すると共に振動や騒音が発生するという
問題点を有していた。

【０００７】また、チェーンにより前記両歯車を連結し
た場合には、両歯車が平行位置に配設されているので、
チェーンにたるみが生じた場合に歯車から外れるおそれ
があるという問題点があった。

【０００８】そして、前記の風車においては、前記両
歯車が平行位置に配設されているために、タイミングベ
ルトが長くなると外れるおそれがあるという問題点を有
している。また、一対の風受羽根によって構成されてい
るので、風力の効率的な利用度が低いという欠点があ
り、特に一対の風受羽根が風向方向に重なった時には、
その欠点が著しいものであった。

【０００９】更に、前記の風車においては、風向が変
わった場合には、架台と共に風車全体を回転させるの
で、そのための多くの駆動力が必要であるという欠点を
有していた。また、急速に風向が変わった場合に、その
風向に即座に対応することが困難であるという欠点もあ
った。

【００１０】更にまた、前記の風車は、いずれも
受風体が平面状態であるために、風力を効率的に利用で
きないという欠点を有していた。

【００１１】従って、従来例における風車においては、
風車を大型に形成した場合であっても重量の増加を抑え
ると共に騒音や振動の発生を最小限に抑えることと、チ
ェーンやタイミングベルトが脱落するおそれを解消する
ことと、急速な風向変化に即座に且つ容易に対応するこ
と、及び風力の効率的な利用度を向上させることとに解
決しなければならない課題を有している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記従来例の課題を解決
する具体的手段として本発明は、回転自在な公転軸と、
該公転軸に複数対設けられた軸支杆と、該軸支杆に遊星
軸を介して各々回転自在に取り付けられ且つ受風手段を
有する遊星軸枠と、前記遊星軸の下端部に各々形成され
た遊星軸ベベルギアと、各遊星軸ベベルギアに各々連結
手段を介して連結され且つ前記公転軸の下端部に形成さ
れた風向ベベルギアとからなることを特徴とする風車を
提供するものである。

【００１３】また、前記軸支杆は、公転軸を中心にして
１２０度間隔で３対設けた構成とし、そして、前記受風
手段は、弛緩した状態で張着した帆である構成とし、更
に、前記遊星ベベルギアの１／２回転に対して風向ベベ
ルギアが１回転する構成とし、更にまた、前記連結手段
は、両端にベベルギアを有するベベルギアシャフトであ
る構成としたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。まず、図１及び図２に
おいて、符号１は風車を示し、この風車１は、公転軸２
と、この公転軸２に複数対設けられた軸支杆３ａ、３ｂ
と、この軸支杆３ａ、３ｂに遊星軸４ａ、４ｂを介して
各々回転自在に取り付けられた遊星軸枠５と、前記遊星
軸４ｂの下端部に各々形成された遊星軸ベベルギア６
と、各遊星軸ベベルギア６にベベルギアシャフト７を介
して各々連結され且つ前記公転軸２の下端部に形成され
た風向ベベルギア８とから構成される。

【００１５】公転軸２は、適宜の長さを有し、上下両端
部を軸受け９ａ、９ｂによって軸支されている。

【００１６】また、この公転軸２の同一垂直方向には、
所定の間隔を有し且つ平行な軸支杆３ａ、３ｂが複数対
設けられている。

【００１７】この軸支杆３ａ、３ｂの各々の略先端位置
には、遊星軸４ａ、４ｂを各々介して略長方形状の遊星
軸枠５が回転自在に取り付けられている。

【００１８】そして、遊星軸枠５には、図３に示すよう
に、可伸性を有する布又はプラスチックフィルム等の合
成樹脂材から形成される帆１０（受風手段）が弛緩した
状態で張着されている。

【００１９】この帆１０を前記のように形成したのは、
次のような理由による。即ち、縦と横の比率が３：２の
長方形状を呈する平面の金属板と、これと同一の大きさ
を有する枠にプラスチックフィルムの帆を弛緩した状態
に張ってポケットの深さを横の長さの１／５に形成した
ものとに、風速約１０ｍ／秒の風を垂直に当てて比較し
た結果、帆が平面の金属板のものより、プラスチックフ
ィルムの帆を弛緩した状態に張ったものの方が約１、７
倍も大きい風圧を受るという実験結果を得たことによ
る。

【００２０】前記軸支杆３ａ、３ｂは、図４に示すよう
に、公転軸２を中心にして１２０度間隔をもって３対設
けられている。

【００２１】このように軸支杆３ａ、３ｂを３対設けた
理由は、例えば２対設けた場合には風の利用面積が少な
いという欠点を有し、この２対が風方向に重なった時に
その欠点が最も著しいものであり、そして、４対以上設
けた場合は他の帆の陰になる部分が生じるために３対の
場合に比べてそれほど風力の効率的な利用度が向上する
ことはなく且つ風車全体の重量が増加する結果となるか
らである。

【００２２】また、前記３対の帆１０は、図４に示すよ
うに、Ｉの位置の遊星軸枠５が風に対して垂直状態にな
り最大のトルクを生じている時に、IIの位置の遊星軸枠
５は既にトルクの発生が始まっており、風車１に到達す
る風の幅を最大限に利用し得ることから、軸支杆３ａ、
３ｂを３対設けたものである。

【００２３】各遊星軸４ｂは、軸支杆３ｂを各々貫通し
て設けられており、その下端部には、遊星軸枠５の回転
と一体に回転する遊星軸ベベルギア６が各々設けられて
いる。

【００２４】この遊星軸ベベルギア６は、両端にベベル
ギア７ａ、７ｂが設けられたベベルギアシャフト７（連
結手段）によって風向ベベルギア８に連結されている。
尚、図１中の符号１１は、ベベルギアシャフト７を保持
する保持部材を示す。

【００２５】このように遊星軸ベベルギア６と風向ベベ
ルギア８との間をベベルギアシャフト７によって連結し
たのは、次のような理由による。即ち、前記従来例に
示すように、回転軸の歯車と主軸の歯車とを遊星歯車或
いは平歯車で連結した場合には、風車を大型に形成して
回転軸と主軸との間の距離が長くなると、連結する歯車
の面積は距離の２乗で増加し重量も増大して、遠心力や
振動或いは騒音が発生するなどの問題を生ずる。しか
し、ベベルギアシャフト７を用いれば、両軸間の距離が
長くなった場合でもそれに対応させてベベルギアシャフ
ト７を長く形成すれば良く、前記のような問題が生じな
いという利点があり、従って、風車の大型化、即ち大出
力化が可能だからである。

【００２６】また、チェーンやタイミングベルトで連結
した場合には、回転軸の本数だけ主軸の歯車を重ね合わ
せる必要があるが、ベベルギアシャフト７を用いれば１
個の風向ベベルギア８に３個のベベルギアシャフト７を
噛合させることができ、更に、前記両軸間の距離が長く
なった場合でもベベルギアシャフト７が外れる心配がな
いという利点もある。

【００２７】風向ベベルギア８は、公転軸２の下端部に
設けられると共に、この風向ベベルギア８の中心孔と公
転軸２とが軸受け構造に形成されている。即ち、風向ベ
ベルギア８は、風向が一定である場合には公転軸２の周
囲を回転しない。

【００２８】そして、風向ベベルギア８は、図示しない
風向計と電気的に連動させた風向ベベルギア８の駆動装
置Ｍによって、風向が変わるとそれに従って風向ベベル
ギア８自身が公転軸２を中心として且つ公転軸２とは独
立に回転するように構成されている。尚、図１中の符号
１２は、風向ベベルギア８と一体に回転する平歯車を示
し、符号１３は、平歯車１２と噛合して風向ベベルギア
８と駆動装置Ｍとを連動させるための平歯車を示す。

【００２９】風向が変わらない場合には、３対の軸支杆
３ａ、３ｂが各々回転すると共に、３個の遊星軸ベベル
ギア６及び帆１０は各々公転軸２の周囲を矢印Ｘ方向に
公転し、その公転と一体となって公転軸２は自転する。

【００３０】各遊星軸ベベルギア６はベベルギアシャフ
ト７を介して風向ベベルギア８と各々噛合しているの
で、軸支杆３ａ、３ｂが公転軸２の周囲を１回転する
と、帆１０は矢印Ｙ方向に１／２回転する。即ち、遊星
軸ベベルギア６と風向ベベルギア８とのギア比は２対１
に形成されているのである。

【００３１】次に、公転軸２及び遊星軸枠５の動作につ
いて説明する。図５において、軸支杆３ａ、３ｂと遊星
軸枠５との方向が一直線になったＡの位置で風向Ｗが垂
直になるよう風向ベベルギア８を設定した場合、このＡ
の位置で帆１０の受ける風圧は最大となり、１００％の
回転トルクが生ずる。

【００３２】そして、公転軸２がＸ方向に公転して、軸
支杆３ａ、３ｂがＡの位置からＢ、Ｃの位置へと移動す
るにつれ、遊星軸枠５はＹ方向に回転して風圧及びトル
ク共に減少する。公転軸２のＸ方向への回転が１８０度
になるＥの位置では、遊星軸枠５が風向と平行になって
風圧及びトルク共に最小になる。

【００３３】更に公転軸２がＸ方向に公転して、遊星軸
枠５がＦの位置を過ぎたあたりから風圧によってトルク
が生じ始め、Ｇの位置では遊星軸枠５が風向Ｗに対して
４５度になり、帆１０が約７０％の風圧を受けて約３５
％のトルクが生ずる。

【００３４】以後、風圧及びトルク共に増加を続け、Ｈ
の位置を経てＡの位置に戻ると風圧は再び最大となって
１００％のトルクを生ずる。このような回転の経過を経
て公転軸２の一回の公転に対し遊星軸枠５が公転と同一
方向に１／２回自転するのである。

【００３５】尚、この風車１を適正な風向に制御するた
めに、風向ベベルギア８に直接風向蛇羽根を取り付ける
事も可能であるが、しかし、帆１０の回転トルクに抗す
るにはかなりの大きさのものが必要となり、重量が増加
して好ましくない。従って、別に独立した風向計を設け
（図示せず）、風向ベベルギア８の駆動装置Ｍを使って
風向計と電気的に同期するよう制御したのである。これ
により、風車１に風向蛇羽根を取り付ける必要がなく、
更に、風車１を複数同時に制御することも可能である。

【００３６】以上のような構成の風車１は、風力の効率
的な利用度を向上させることができるので、この風車１
を図示しない風力発電機に接続すれば、効率よく発電を
行うことができるのである。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る風車
は、回転自在な公転軸と、該公転軸に複数対設けられた
軸支杆と、該軸支杆に遊星軸を介して各々回転自在に取
り付けられ且つ受風手段を有する遊星軸枠と、前記遊星
軸の下端部に各々形成された遊星軸ベベルギアと、各遊
星軸ベベルギアに各々連結手段を介して連結され且つ前
記公転軸の下端部に形成された風向ベベルギアとからな
ることによって、風力の効率的な利用度を向上させるこ
とができると共に、急速な風向変化に即座に且つ容易に
対応することが可能であるという優れた効果を奏する。

【００３８】また、軸支杆は、公転軸を中心にして１２
０度間隔で３対設けたことによって、３対の遊星軸枠に
各々張着した３個の帆で風を受けることになる。従っ
て、風車に到達する風の幅を最大限に利用することが可
能であり、風力の効率的な利用度が高いという優れた効
果を奏する。

【００３９】そして、受風手段は、弛緩した状態で張着
した帆であることによって、従来例のような平板状の受
風手段に比較して、大きな風圧を受けることができ、風
力の効率的な利用度が向上するという優れた効果を奏す
る。

【００４０】更に、連結手段は、両端にベベルギアを有
するベベルギアシャフトであることによって、風車を大
型に形成して遊星軸ベベルギアと風向ベベルギアとの距
離が長くなった場合でも、その距離に対応させてベベル
ギアシャフトを延ばせば良く、従来例のように、連結す
る歯車の重量が増大して振動や騒音が発生するなどの問
題が生じない。また、チェーンやタイミングベルトを用
いないので、これらが脱落するおそれもない。従って、
風車の大型化、即ち大出力化が可能であるという優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る風車の斜視図である。

【図２】本発明に係る風車の要部を示す一部を破断した
状態の平面図である。

【図３】（Ａ）（Ｂ）帆が風を受けている状態を示す遊
星軸枠の縦断面図である。

【図４】遊星軸枠のトルクの発生状態を説明する平面図
である。

【図５】公転軸及び遊星軸枠の動作を経時的に説明する
平面図である。

【符号の説明】

１風車２公転軸３ａ軸支杆３ｂ軸支杆４ａ遊星軸４ｂ遊星軸５遊星軸枠６遊星軸ベベルギア７ベベルギアシャフト（連結手段）７ａベベルギア７ｂベベルギア８風向ベベルギア９ａ軸受け９ｂ軸受け１０帆（受風手段）１１保持部材１２平歯車１３平歯車Ｍ駆動装置Ｗ風向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転自在な公転軸と、該公転軸に複数対
設けられた軸支杆と、該軸支杆に遊星軸を介して各々回
転自在に取り付けられ且つ受風手段を有する遊星軸枠
と、前記遊星軸の下端部に各々形成された遊星軸ベベル
ギアと、各遊星軸ベベルギアに各々連結手段を介して連
結され且つ前記公転軸の下端部に形成された風向ベベル
ギアとからなることを特徴とする風車。
【請求項２】軸支杆は、公転軸を中心にして１２０度
間隔で３対設けたことを特徴とする請求項１に記載の風
車。
【請求項３】受風手段は、弛緩した状態で張着した帆
であることを特徴とする請求項１又は２に記載の風車。
【請求項４】遊星ベベルギアの１／２回転に対して風
向ベベルギアが１回転することを特徴とする請求項１、
２又は３に記載の風車。
【請求項５】連結手段は、両端にベベルギアを有する
ベベルギアシャフトであることを特徴とする請求項１、
２、３又は４に記載の風車。