JPH1122626A

JPH1122626A - 羽根を自転させて風のエネルギーを有効利用する垂直軸風車

Info

Publication number: JPH1122626A
Application number: JP20959197A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Yoshino; 孝彦吉野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-26

Abstract

(57)【要約】【目的】風力エネルギーの利用を拡大するために、汎用
性のある効率の高い垂直軸風車を開発する。【構成】垂直軸（１）を持つロータ（２）上に、回転軸
（４）を持つ羽根（３）を設置する。ロータの回転と羽
根の回転は、タイミングベルト（５）と、プーリ（６）
を使用することによって、ロータの１回転に対して羽根
半回転の回転比に設定される。最初に羽根の方向を半径
方向とし、かつ、風の流線に直交する位置に置き、順次
ロータが回転すると、それぞれの回転角で効果的にトル
クが発生し、またマイナスの逆転のトルクは０あるいは
最少となり、風車が回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自然エネルギーである風
力エネルギーを動力に転換するるための風車として利用
できる。また、この機構を水車として使用することもで
きる。また、この機構を送風、送水機構や船の推進機構
として利用することもできる。

【０００２】

【従来の技術】風車の従来の技術は、発電用風車など水
平軸風車を中心に発展して来た。垂直軸風車にはダリウ
ス型風車などがあるが、効率が高く応用範囲の広いもの
はまだ開発されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、効率
が高く、応用範囲が広く、建設コストの安い垂直軸風車
を構成することである。垂直軸風車の効率を上げるため
には、固定羽根の方式では難しい。したがって、羽根の
形や姿勢をなんらかの形で風車ローターの回転に応じて
変化させることが必要である。このような風車ローター
と羽根の構造を構成することが課題である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】ロータを固定し動力を伝
達するロータの垂直回転軸（１）を設定する。ロータ
（２）は羽根（３）を支持し、羽根にかかる風圧による
トルクを受ける。羽根はほぼ板の形状をしており、その
中心部に羽根自身を羽根を支え、回転させるための羽根
の回転軸（４）を備えている。この回転軸はロータの軸
と平行する形でロータに取り付けられる。このような羽
根をロータの軸に対称に３、４個など数個設置する。ロ
ータの回転と羽根の回転を、タイミングベルト（５）と
プーリ（６）、あるいは傘歯車などの歯車を使用し
て、連動させる。回転数比をロータの回転２に対して、
羽根の回転数１とする。このようにして、風のエネルギ
ーを動力に効果的に転換する機能を持つ風車が構成され
る。

【０００５】

【作用】風の流線が円周の接線になる点は対称に２点あ
る。その片方の点を始点とする。この位置からロータが
回転し羽根は円周上を移動する。羽根が始点の位置にあ
るときは、羽根を流線に直交させる。このとき羽根は風
圧を全面に受けてトルクが最大になる。羽根の位置が始
点から９０゜回転した位置にあるときは、流線は半径の
方向になるので、ロータに作用するトルクを最大にする
羽根の姿勢は、流線に対して４５゜傾いた形になる。こ
れは始点での羽根の方向を基準として、羽根が４５゜回
転した形になる。ロータが始点から１８０゜回転し羽根
が１８０゜の位置にあるときは、ロータの移動回転する
方向は風の方向に逆行するので、風はロータを逆転させ
ようとする。このときロータ上の羽根の方向を風と平行
にし風圧を最少にし、逆転のトルクを０に近い最少値に
する。羽根の位置が始点から２７０゜回転した位置にあ
るときは、流線は半径の方向になるので、ロータに作用
し順転のトルクを最大にする羽根の姿勢は、流線に対し
て逆に４５゜傾いた形になる。これは始点の方向を基準
として、羽根が１３５゜回転した形になる。以上４点の
羽根の状態は、羽根の姿勢を、始点の流線に直交する形
から、ロータを１回転する間に、ちょうど順次羽根を４
５゜づつ回転させれば実現する。このような変化をする
羽根の姿勢は、ロータが１回転する間に、羽根が連続的
に半回転することによって実現するが、この場合、この
４点以外の中間の位置でも羽根の姿勢は、それぞれの位
置で、ロータにトルクを与える良好な姿勢を継続してい
る。このことから、ロータが１回転する間に羽根を連続
的に半回転させる機構があり、始点で羽根の方向を風の
流線に直交させるように設定すれば、その作用はロータ
に効果的な順転のトルクを与えてロータを回転させる。

【０００６】

【実施例】ロータの半径方向に平行になっている羽根
を、風の流線に直交する位置、始点にに設定する。風が
一定方向であればこの設定位置、始点は変わらない。風
の方向が変化する場合は、ロータ軸上のプーリの下に風
向追従尾翼あるいは電動式風向追従装置を設置する。始
点を基準としてロータ上の羽根がが風によるトルクを受
けてロータを回転させる。始点を基準として、ロータが
９０゜回転したとき羽根は４５゜回転してトルクを発生
している。ロータが１８０゜回転したとき、羽根は基準
から９０゜回転して風の流線に平行してトルクが０にな
る。この点の近傍で実際のトルクはマイナスの小さい値
を示す。ロータが２７０゜まで回転するとき羽根がさら
に４５゜まで回転傾斜して、風を受けて順転のトルクが
拡大する。ロータはさらに９０゜回転し、羽根は始点で
の姿勢になるまで４５゜回転する。この間トルクは増大
する。この場合ロータには４つの羽根が９０゜置きにあ
るので、トルクは、９０゜の位相差で回転する４つの羽
根のトルクの重ねあわせとなり、全体として平準化しほ
ぼ一定値となる。

【０００７】

【発明の効果】この発明の垂直軸風車は、現在の水平軸
風車に相当するか、あるいはそれ以上の効率を持つこと
が予測されるので、遅れていた垂直軸風車の実用化を促
進し、風車そのもののの応用の範囲を拡大する。その理
由は下記のとおりである。垂直垂直軸風車はバランスが
良く、タワー全体にかかる風の抵抗も小さい。また、動
力を下方に伝達しやすい。羽根の規模、形状、素材など
も多様化できるなどの利点をもっている。そのため建設
しやすく建設コストも安い。また、この風車の動態に関
しては、起動性に優れ、羽根の向きが流線の向きに接近
する部分では増速効果があるが、翼端の回転速度は風速
に近く、低速回転型である。しかし、トルクが大きく、
増速装置を設置しやすいなどの特性がある。また、この
機構は、流体に対応した機構として、他の重要な応用範
囲を持っている。その第一は、水車としての応用であ
る。原理は風車の場合にほぼ同じである。また、気体や
液体の送風装置のような送り機構として利用できる。そ
して、興味深いのは船などの推進装置としての応用であ
る。外輪船というものがあったが、推進装置としては効
率が悪かった。それは、羽根の部分が固定されていたた
めである。本発明の機構を用いれば、羽根の運動はオー
ルの運動に近くなり、効率が増大するのである。このよ
うな、多方面の応用が考えられるのがこの発明の特徴で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を側面から見た図

【図２】本発明を上面から見た図

【符号の説明】

１ロータの垂直回転軸２ロータ３羽根４羽根の回転軸５タイミングベルト６プーリ７動力伝達軸８風車タワー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】垂直軸の風車ローターに、その軸と平行に
羽根を設置する。この羽根はローター上で自転する。こ
の羽根の回転軸はローター軸と平行に設置されており、
風車ローターが１回転するとき、それに対して、羽根が
２分の１回転を行なうように構成される。羽根の回転軸
と風車ローターの軸の軸受け支持構造との間は、歯車の
機構あるいはプーリとタイミングベルトなどの機構を使
用して連結され回転比が一定になる。