JPS6239395A - 風力推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ）　産業上の利用分野 本発明は、風力を利用して走行体を駆動すべき推進装置
に関するものであり、主に船舶用に用いるもので特に回
転する風車を利用し操縦性が良い他、多くの優れた特長
を有する風力推進装置に関するものである。　自然のエ
ネルギーを手軽に、しかも効率良く利用することは今後
益々重要性の高まる技術である。

ロ）　従来の技術 従来風力を利用した推進装置としては、第１に一般の船
舶用に用いられて来た布製のいわゆる帆がある。　又、
第２にコンピュータで制御する油圧装置によってコント
ロールする様にした丈夫な骨組みで半金属性のいわゆる
硬帆の方式も開発されている。　又、第３に風車の回転
力を歯車等でスクリュー又は車輪等に伝えてこれを駆動
する方式のものもある。

ハ）　発明が解決しようとする問題点 従来の技術の内第１の方式は、充分な推力を得る為には
かなり大きな面積の帆が必要であり又、多数のロープに
よって風向きに応じて帆を操作する為には高度な技術と
はげしい労力を必要とする。

又、第２の方式は面積の割に重い帆となる為大きな帆を
設けることが船の安定に悪い影響を与える他装置自体が
極めて高価な上油圧駆動の為に他の動力を必要とする等
の理由から小型の船舶には利用しにくいものである。

更に第３の方式は、構造が複雑な上に風車に働く抗力を
推進方向に向ける機能がない為、横風及び向い風の時に
特に推進効率が悪い。

ニ）　問題点を解決する為の手段 本発明は、複数個の回転羽根を有する風車の回転軸支持
部の一方を支持すほぼ水平面内で回動するリンク機構と
、該軸支持部の他方を支持し一定角度傾斜した面内で回
動するリンク機構を有するものであり、これを船体等の
上面に植設したマストの上に設けることにより上述の従
来技術の全ての欠点を排除しようとするものである。

ホ）　作用 上述のごとく構成することにより、推進力を出す風車の
回転軸の方向は風の方向に応じて自動的に変化し、その
推進力の船体前方向き成分を常に最大値にする様になる
。　具体的には風車の回転軸と船体前方とのなす角度は
、風下と船体前方とのなす角度の２分の１に近い角度と
なるものであり、これにより風車の回転軸方向に働く風
による揚力を推進力として利用するものである。

更にもし風が船体前方から吹いて来る時には、風車の軸
は上方を向き風車は風と並行する様になる為、後向きの
抗力を最小とすると共に風が左前方から右前方に変る時
等のタッキング動作も一連の滑らかなリンク運動により
行なうことが出来る。

しかもこれらの全ての運動には全く外部からの動力は必
要とせず風の力のみで済むものである。

ホ）　実施例 以下実施例にもとずく図において本発明の構造を説明す
る。

第１図は本発明の一実施例の構造を示す斜視図であり、
第２図（Ａ）、第２図（Ｂ）はそのリンク機構の動作を
説明する模式上面図、第３図（Ａ）、第３図（Ｂ）は模
式側面図である。

第１図、第２図、第３図において、船体１にはマスト２
が植設され、該マスト２の先端付近に固着して設けられ
たマウント３からは垂直上向きの軸４及び船体１に対し
て後上方を向く斜軸５が植設されている。　軸４には穴
６によってゆるく嵌合する腕７が設けられ腕７の先端に
は軸４から■い方向に傾斜した軸受穴８を有する。　斜
軸５とは穴９でゆるく嵌合する腕１０が設けられ、腕１
０には穴９と一定角度傾斜した他の軸受穴１１を有する
。　一方複数個の回転羽根１２を有する風車ハブ１３が
滑かに回転するごとく嵌合する軸１４を有する軸支持部
１５はハナに近い位置の両側に水平軸１６を有し軸１４
の反対側に軸部１７を有する。　水平軸１６にはフォー
ク状の軸受部１８を有するリンク１９がゆるく嵌合して
おり、リンク１９の他端には、水平軸１６と直角な軸２
０を有し、腕７の先端の軸受穴８にゆるく嵌合している
。　軸部１７には両端に軸２１を有する回転部材２２の
軸受穴２３回動自在に嵌合しており、軸２１にはリンク
２４のフォーク２５の軸受穴２６がゆるく嵌合しており
、リンク２４の他端の軸部２７は腕１０の軸受穴１１に
ゆるく嵌合している。

次に本発明の動作を説明する。

第２図（Ａ）において風Ｗは船体１の斜め後方から吹い
ている。■船首に対する風下の方向は右側６０°である
。　この場合、腕７は少し右に傾きそれに従って回転羽
根１２の軸１４も右に傾いている。　腕１０は軸支持部
１５の移動によってわずかに左に傾いた状態となってい
る。　回転羽根１２の軸１４が右に傾く理由としては、
風Ｗによって回転羽根１２に生ずる揚力の合成力Ｆがほ
ぼ軸１４の方向を向く事と、軸１４が風Ｗの方向をむこ
うとするいわゆるあおりモーメントＭが生じこの場合が
腕７を回転させる為である。

この場合、軸１４の船体１の船首からの角度は風Ｗの傾
き角６０°の約２分の１の３０°となっており、船体１
を前方に進める為に利用出来る力Ｆ１は Ｆ１＝Ｆｃｏｓ３０° ≒０．８７Ｆ である。

次に、第２図（Ｂ）において、風Ｗは船体１の斜め前方
から吹いており、船首と風下とのなす角は左１５０°で
ある。　この場合には回転羽根１２に生ずる風Ｗによる
揚力下は軸１４の方向からやや前方を向き、モーメント
Ｍとの合成力によって腕７は大きく右側に回転し腕１０
は左側に回転している結果、軸１４は船首からの角度で
風Ｗの角度１５０°の約２分の１の７５°傾いた状態と
なっている。　この時に船体１を前方に進める為に利用
出来る力Ｆ１は回転羽根１２に働く力Ｆの前向き成分と
なる。　風力Ｆは回転羽根１２の回転面と風Ｗとなす角
αが小さい時、回転軸方向から風向き側に傾くことが理
論的及び実験的に知られている。　この場合角度αの値
は１５°であるので揚力Ｆの方向は軸１４から５°程度
前方を向き、船首からの角度は７０°程度となる。

従って、利用出来る力Ｆ１は Ｆ１＝Ｆｃｏｓ７０° ＝０．３４Ｆ でありこの状態でも充分前方に進むことが出来る。

風Ｗの方向が更に船首側に傾き正面からの風となった場
合には船体１は前方に進むことは出来ない。　この場合
には出来る丈逆方向の風力を生じない様になることが望
ましい。　本発明におけるこの状態での動作を第３図（
Ａ）及び第３図（Ｂ）によって説明する。

追風の状態では第３図（Ａ）に示すごとく腕７は船首の
方向を向き、腕１０は斜軸５の上側に位置している。　
この状態では軸支持部１５は水平であり回転羽根１２の
軸１４は船首の方向を向いている。　一方、向い風の時
は風Ｗの力により回転羽根１２は船尾側に押され、腕７
は１８０°回転して船尾側にあり、これに応じて腕１０
も斜軸５のまわりで１８０°回転してその下側にある。

そうすると軸支持部１５の軸部１７が下方に下がり逆に
軸１４は上を向く。　従って回転羽根１２はその回転面
が水平となり向い風によって生ずる船体１の進行方向逆
向きの力を最小限にすることが出来る。　この機能によ
るとヨットにおけるタッキングを極めて容易に行なうこ
とが出来る。

即ち船体１が左前方からの風に対して進んでいる場合、
第２図（Ｂ）のごとく回転羽根１２は右側に傾いており
腕７も右側に大きく回動している。

ここで船体１が左に舵を切って旋回すると風Ｗは船体１
に対して正面から吹くことになる。　従って、第３図（
Ｂ）のごとく腕７は更に回転して船尾側にまわり、回転
羽根１２は水平面を向く様になる。　更に船体１が左に
回転すると風Ｗは右前方から吹くことになり、回転羽根
１２には右側からの風が当る。　そうすると腕７は更に
回転して左側にまわり腕１０は逆に布にまわり込む。

従って軸１４は左側を向き風Ｗを受けて回転羽根１２が
揚力を生じれば、船体１は右前方からの風を受けながら
前進をはじめる。　この間回転羽根１２には特別な回転
制動力は加わらず回転運動は継続していて何らさしつか
えない。　尚この一連の運動においても回転羽根１２の
制御の為には全く人手及び他の動力を必要とせず腕７の
連続した回転運動により極めて滑らかにタッキイグ動作
を行なうことが出来る。　これに対し従来のヨットでは
、かなり高度な技術とタイミングの良いクリーの動きが
タッキングには不可欠であり、又硬帆の場合は一旦帆を
閉じて軸を回転し再び帆を開くまでには強力な油圧動力
と長い時間を要し前方から吹く風による後方の風力も大
きい等により補助エンジンのない船でタッキングに成功
することは極めて困難である。　又、本発においては風
下旋回は極めて容易であるがヨットにおけるいわゆるジ
ャイビングは特に強風の時は困難で危険を伴なう操作で
ある。　以上により本発明の風力推進装置が全ての風向
きに対して全く人手及び他のエネルギーを使用すること
なく完全に風力のみで自動的に制御されることが解る。

第４図は本発明の他の実施例の構造を示す部分断面斜視
図である。　第４図において回転羽根１２の先端付近に
は、翼前縁にいわゆる隙間翼３１を設ける。　本発明に
おける回転羽根１２は一般に通常の風車の様なねじれ角
がない事が風力を大きく利用する上で望ましい。　なぜ
ならば、ねじれ角があると風力によって回転羽根１２の
回転がだんだん速くなると回転羽根１２が風を受けるい
わゆる迎角が減少していく為に揚力が減少してしまい利
用出来る推力も減少してしまうことになる。

ねじれ角がなければ回転羽根１２がいくら速く回転して
も迎角は０にはならないので一定の揚力を確保すること
が出来る。　しかしこの場合には回転羽根１２の起動回
転力が小さく外部から回転を与えないと廻りはじめない
という欠点がある。

隙間翼３１は回転羽根１２が停止状態で風Ｗを受けた時
、その流れを第４図におけるＷ′のごとく曲げることに
よって回転力を得ることが出来る。

回転が始まってしまえば回転羽根１２自体に働く揚力が
回転を加速する方向に働く為、一定速度までは自動的に
増速される。　この時一般の航空機の場合と同様隙間翼
３１が性能上邪魔になることはない。　尚この様にした
場合の回転羽根１２の帆としての推進力は、各回転羽根
１２の断面が完全に航空機の翼型と同様に航空力学的に
理想的な形状をしている為と、風向きが変化してもこの
各回転羽根１２自体への迎角は大きく変化しない為常に
安定したものとなる。　これに対して一般のヨットの場
合には追風の時、風に対する帆のいわゆる迎角がほぼ９
０°近くに大きくなり帆の裏側で風の流れが乱れ渦を生
ずる為推進力の方向が振れて船の大きな横ゆれ及び方向
振れの原因となる。　又向い風での帆走においては帆布
に生ずるしわの為に風の流れの抵抗が増え性能低下の原
因となる。　又、帆に働く風力の中心は帆の迎角によっ
て移動する。　従って風の向きに応じて帆の迎角を変え
るとそれにより風力の中心が移動する為船体が受ける回
転モーメントが変化する。　これに抗して直進する為に
はその度に舵を操作して方向を修正しなくてはならない
。　一方油圧操作によるいわゆる硬帆の方式は、人手が
掛らないという長所があるものの帆自体の翼型としての
断面は前後対称であり、理想的なものとは大分異なるも
のである。　又、追風時の風力の振れ及び迎角による風
力中心の移動に関する特性はヨットの場合と同様の欠点
を持っている。

これらに比べて本発明の回転羽根１２は、本質的に風力
中心の移動が極めて小さいものである。

その理由は、もしそれぞれの回転羽根１２に上反角がな
く■が０°であるならば、風向きによる風力中心の移動
は回転羽根１２の翼弦長（巾）と迎角に比例するもので
あるから、回転羽根１２の長さに比べて弦長が数分の１
であること及び回転羽根１２が回転していることにより
実質的な迎角の変化が少ないという２点である。　もし
風力中心の移動が少なすぎると、本機構による回転羽根
の向きの制御が不十分になることがあるが、この様な場
合は各回転羽根１２に適当な上反角■を付加することに
より任意に風力中心の移動即ちあおりモーメントの大き
さを設定することが出来る。

この事により完全に風の力だけで回転羽根１２が最適の
迎角で常に帆走することが出来る。

従って油圧はもちろん一切の人手の制御をも不要な風力
推進装置を実現するものである。　但し発艇、着艇その
他の目的で本発明の風力推進装置に外力で回転羽根１２
の方向を制御する機構を付加しても本発明の主旨に反す
るものではない事はいうまでもない。

更に第５図は本発明の他の実施例の構造を示す部分斜視
図である。　第５図において、ハブ１３の一方の面には
遠心クラッチ４１を介して内歯々車４２が設けられ軸支
持部１５に取付けられた小型の発電機４３の軸４４に設
けた歯車４５と係合している。　遠心クラッチ４１は構
造的には一般に良く知られているものであるが、回転羽
根１２の風による回転速度が一定以上になると風車ハブ
１３と内歯々車４２が結合して一体に回転するべきもの
である。　内歯々車４２が回転すると歯車４５によって
発電機４３が駆動され船内で動力、照明その他に利用す
る為の電気を起すことが出来る。

風の強い時に起した電力を一旦図示しない蓄電器にため
て使用すれば常時有効に利用出来る。

又、この機構により強風時の回転羽根１３の回転を発電
機４３の負荷により制限することも出来る為、過大な推
進力及び遠心力による回転羽根１２の破損を防止するこ
とが出来るという利点もある。

第６図（Ａ）及び第６図（Ｂ）は本発明の他の実施例の
構造を示す部分斜視図である。

第６図（Ａ）、第６図（Ｂ）において、回転羽根１２の
各々には可撓性支持材５１の一端が固着され、他端は回
転方向後方に向いており半径方向に撓むごとく構成され
、該支持材５１の他端に板５２が該支持材５１とほぼ並
行に取付けられている。　板５２は支持材５１と一体的
に形成されていても良い。

今、回転羽根１２の回転速度が遅い時は、板５２に働く
遠心力も小さい為第６図（Ａ）のごとく板５２は回転方
向に並行であり、空気抵抗は非常に小さい。　風力が強
く回転羽根１２の回転が速くなると遠心力も回転速度の
２乗に比例して急激に増加し、これにより支持体５１が
撓んで第６図（Ｂ）のごとく板５２は回転羽根１２の回
転方向に正対し、大きな空気抵抗を生ずるごとくなる。

従って回転羽根１２の回転速度は制限され、過大な推進
力及び遠心力による回転羽根１２の破損を防止すること
が出来る。　又、構造が簡単な為第５図に示す実施例に
比べ安価に実施出来る点及び構造が軽い為、船の安定性
の上から有利であるという長所を有する。　尚、第６図
（Ａ）及び第６図（Ｂ）において板５２は回転羽根１２
の後縁に位置しているが、同様の構造で翼状面又は下面
のみに配置したものであっても本発明の主旨を外れるも
のではない。

ト）　発明の効果 以上の説明から明らかなごとく、本発明の風力推進装置
は極めて簡単なリンク機構のみで外部からの動力及び制
御を全く必要とせずに全ての方向からの風に対応して前
進及びタッキング等を行なうことが出来るものである。

　特に正面からの風に対しても回転羽根１２の軸１４が
上を向くことにより逆推力が極めて少ない状態で滑らか
にタッキングすることが出来ることは他の帆走装置には
ない特長であり又、回転羽根１２の迎角の変化が少ない
為空気流が乱れることもなく推進力の振れが小さい上回
転翼１２を完全な航空機の翼型断面と出来る為帆として
の推進力も大きく、向い風に対する推進特性も優れてい
る。　更に隙間翼を設けることにより回転羽根の起動特
性が良く、遠心クラッチを介した発電機４３を設ける事
により、余分な風力の有効な利用が可能なだけでなく、
回転翼１２を最大な風力による破損から守ることも出来
る。　同様な効果を持つ簡単な方法として、エアーブレ
ーキ板５２も極めて有効である。

この様に全ての面で欠点がなく優れた多くの特徴を有す
る本発明の風力推進装置は、その応用範囲も遊覧ボート
から大型タンカー迄、更に陸上においてまでも極めて広
く利用出来るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構造を示す斜視図、第２図
（Ａ）、第２図（Ｂ）はそのリンク機構の動作を示す模
式上面図、第３図（Ａ）、第３図（Ｂ）はその模式側面
図、第４図は本発明の他の実施例の構造を示す部分断面
斜視図、第５図は本発明の他の実施例の構造を示す部分
斜視図、第６図（Ａ）、第６図（Ｂ）は本発明の他の実
施例の構造を示す部分斜視図である。 １・・・・・船体、　２・・・・・マスト、　３・・・
・・マウント、　４・・・・・軸、　５・・・・・斜軸
、　７・・・・・腕、　１０・・・・・腕、　１２・・
・・・回転羽根、　１３・・・・・ハブ、１４・・・・
・軸、　１５・・・・・軸支持部、　１６・・・・・水
平軸、　１７・・・・・軸部、　１９・・・・・リンク
、２４・・・・・リンク、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の回転羽根を有する風車の回転軸支持部の一方を
   支持すほぼ水平面内で回動するリンク機構と、該支持部
   の他方を支持し一定角度傾斜した面内で回動するリンク
   機構を有し、該風車の回転羽根に生ずる揚力を走行体の
   進行方向成分を有する方向に向けて発生させると共に、
   前方からの風に応じて風車の回転軸を上向きに向けるご
   とき構造を有することを特徴とする風力推進装置。