JPS642788B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主として風力発電に用いるのに好適
な風車装置に関する。

風車は一年を通じて風がよく吹く地方では小規
模ながら使用されてきたが、設備の割合に得られ
る動力が少ないこと、及び風の吹く方向やその強
さの不安定性のために普及が遅れていた。

しかしながら、最近のように省エネルギー化が
追求される時代では、再び見直されており、上記
の欠点を克服せんとする提案がなされている。

風車には、機能的に大別すると水平軸型と垂直
軸型とがあるが、上記した風の吹く方向の定まら
ない点に関しては、垂直軸型が本質的に風の吹く
風向とは無関係に作動しうることからして有利で
ある。

また、風の強さが定まらない点に関しては、な
るべく低風速時から作動しうるように工夫すると
ともに、強風時には、風の風車への流入を抑制も
しくは制止して風車の安全を計るようにすれば比
較的に継続してエネルギーを得ることができる。

本発明は、かかる諸点を考慮してなされた垂直
軸型の風車の改良に関するものであり、特に設備
の割合に効率が良く、低風速から稼動可能な風車
装置を提供することを目的とし、その要旨とする
ところは、垂直回転軸の回りに複数個のバケツト
を放射状に所定間隔で配設した風車と、該風車の
回転によつて上記バケツト外端が描く円周に沿つ
て該円周の略接線方向に所定間隔で配設した複数
個のガイドとからなる風車装置において、上記各
バケツトにはその外端部近傍よりその回転方向に
隣接する他のバケツトの略中心部に向かつて延設
されたバケツトガイドを付設し、上記各ガイドの
間からバケツトに向かつて流入する空気と該バケ
ツト内で反転して反対方向に流出する空気とを上
記バケツトガイドにて分離して、互いに干渉しな
いようにしたことにある。

以下、本発明の好適な実施例を図面により説明
する。

第１図及び第２図は各々本発明の一実施例を示
す概念的な水平断面図及び立面図である。図中１
は本発明に係る風車の垂直回動軸であり、その回
りには支持杆３によつて上記回動軸１に支持され
た複数個のバケツト２が、回動軸１を中心として
放射状に等間隔で配列されて風車本体を構成して
いる。

各バケツト２は、本実施例では略半円形の断面
形状で長辺方向に延設されており、湾曲した内面
側の風を受ける面がすべて同方向に配設されてい
る。

また、各バケツト２の上記受風面の反対側に、
外端部近傍よりその回転する方向に隣接している
次のバケツト２′の円中心に向かつて所定距離延
設されたバケツトガイド４が設けられている。

バケツト２の外側には、上記風車の回転によつ
て各バケツト外端が描く円周に沿つて、該円周の
略接線方向に等間隔で複数個の可動ガイド５が配
設されている。

各可動ガイド５は、回動軸７に固定されて、該
軸７回りに回動自在である。なお、上記垂直回動
軸１の上下端は第２図に示す如く、ベアリング１
１にて支持されており、上記回動軸７の上下端
も、同様にベアリング１２にて回動可能に支承さ
れている。

回動軸７は、可動ガイド５の中央部よりも若干
内方に偏心して配置されており、かつ、回動軸７
の端部にはブラケツト８を介してばね９が取着さ
れ、該ばね９の張力により通常の低風速状態で
は、可動ガイド５は上記した接線方向に位置して
いる。

なお、各可動ガイド５は、その外方端の一部に
該ガイドに風により回転力を付与しうる折曲部１
０を設けてある。該折曲部１０は、可動ガイド５
の垂直方向全長にわたつて設けてもよい。

可動ガイド５の外方には、各ガイド５の上記通
常位置における延長線上に同数の固定ガイド６が
配置されている。

該固定ガイド６は、第２図に示す如くその上下
端に、外方に拡大する方向に配設された導風板１
７，１７の間に、該導風板１７と一体に固定され
ている。

また、第２図中１３は上記垂直回動軸１の下端
に取着されたプーリーであり、発電機１５に取着
されたプーリー１４とベルト１６などで連結され
ている。

また、１８は導風板１７を支持する上下の架
台、１９は風車装置の支柱である。

なお、第２図においては上記バケツト４及びバ
ケツト支持杆３を省略してある。

次に、本実施例における風車装置の作用につき
説明する。

第１図に点線で示すように、図中下方から風が
吹いてきた場合を想定すると、第１図におけるｂ
からｃまでの範囲、また第２図でいえばｂ，b′，
c′，ｃの範囲の風が導風板１７と固定ガイド６に
よつてとらえられ、次いで本実施例の場合４組の
可動ガイド５と３組のバケツトガイド４とで形成
される三ケ所の風の導入路２０，２０′，２０″を
通過する。

この間に風の通路２０は漸次狭められていき、
それに反比例して風は増速され、バケツト２の受
風面に当たつて風圧でバケツト２を回転させ、矢
線方向に反転して隣接するバケツトガイド４の裏
面方向へ流出していく。即ち、ペルトン水車のノ
ズルとバケツトの如き関係で作動する。しかし
て、バケツトガイド４があるため風がバケツト２
の受風面全面にあたることがなく、反転する風は
流入する風にぶつかることなくガイド４にて分離
されて流出するので、風の流入速度に攪乱を与え
ることがなく、バケツト２に最強の反動力を与え
て回転を高めるため、回転効率が在来の風車に比
較して格段に向上する。

また、上記した如くバケツト２の先端と可動ガ
イド５の内側端の位置が一致している状態では、
風の導入路２０を通る風の全量が対応するバケツ
ト２に流入して反転流出するので、ペルトン水車
のように効率が良いが、この関係は、上記の位置
がずれても変わらない。

即ち、バケツト２が隣接する２個の可動ガイド
５端部間の中間位置まで回転したときも、導入路
２０を通つてきた風は、一部は一方のバケツト２
に当たり、残りのものは次のバケツト２に当たる
ので、全体として一つのバケツト２当たり風量は
終始変わることがなく、効率も風量、風速が一定
である限り変動しない。

また、風速があらかじめ設定してある風速以上
になると、可動ガイド５は回動軸７の偏位に起因
して生ずる、第１図中反時計回りの回転力が上記
ばね９の張力に打ち勝つて、図中仮想線で示すよ
うな位置５ａへと回動し、上記導入路２０を除々
に狭めて風の流入を制限する。

さらに風速が増せば、これに比例して可動ガイ
ド５がさらに回転し、風の流入をほぼ全面的に阻
止しうるので、風車本体の過回転を防止すること
が可能であり、強風時における風車の安全を保
つ。

なお、上記強風時に可動ガイド５に加わる回転
力は、該ガイド５が風向きに対して平行に近づく
ほど弱くなるが、その反面上記折曲部１０により
大きな回転力が補助的に加わることになるので問
題はない。

本実施例では上記の如く、各構成部品の作用に
より、風車本体の投影面積（第２図におけるｄ，
d′，e′，ｅ）よりもはるかに大きな面積（第２図
中ｂ，b′，c′，ｃ）に吹く風を確実にとらえ、増
速して全風力をバケツト２に衝当させることがで
きるので、極く低風速から稼動させることができ
る。

また、上記した風をとらえる面積ｂ，b′，c′，
ｃは風車本体の投影面積に比して任意に大きく設
定できるから、風車本体を大型にするよりも費用
も安価となり、在来風車に比較してはるかに稼動
率が向上する。

しかして、バケツト２で回収された動力により
垂直回動軸１、プーリー１３，１４を介して発電
機１５或いは其の他の負荷を作動させることによ
り効率の良い風力発電エネルギー装置を可能とす
る。

なお、バケツト２、可動ガイド５、固定ガイド
６などの設置個数も任意に設定可能であり、設計
条件に応じて決定すればよい。また、上記折曲部
は、可動ガイド５とは別部品を一体に取着するよ
うにしてもよいなど本発明の要旨を変更しない範
囲で種々の変更が可能である。

さらに、適宜な風速センサーや負荷センサーを
配設することにより、風速と負荷とから各可動ガ
イド５の最適角度位置を割り出し、機械的に可動
ガイドを操作し、流入速度を自動制御して定速運
転をなさしめることも可能であり、特に大出力の
風車においてはかかる定回転制御が望ましい。

上述した如く構成された本発明にあつては、風
車本体の大きさの割合に比してより大きな面積の
風力をとらえることが可能なガイドを設け、これ
を絞つて加速するとともに、バケツトガイドによ
りバケツトの回転効率を大巾に高めることによ
り、低風速でも稼動可能な風車装置を安価に提供
しうる極めて実用的かつ有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示し、
第１図は風車装置の概念的な水平断面図、第２図
はその立面図である。 １……垂直回動軸、２……バケツト、３……支
持杆、４……バケツトガイド、５……可動ガイ
ド、６……固定ガイド、７……回動軸、１０……
折曲部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 垂直回動軸の回りに複数個のバケツトを放射
   状に所定間隔で配設した風車と、該風車の回転に
   よつて上記バケツト外端が描く円周に沿つて該円
   周の略接線方向に所定間隔で配設した複数個のガ
   イドとからなる風車装置において、上記各バケツ
   トにはその外端部近傍よりその回転方向に隣接す
   るバケツトの略中心部に向かつて延設されたバケ
   ツトガイドを付設し、上記各ガイドの間からバケ
   ツトに向かつて流入する空気と該バケツト内で反
   転して反対方向に流出する空気とを上記バケツト
   ガイドにて分離して互いに干渉しないようにした
   ことを特徴とする風車装置。 ２ 上記ガイドは、内周側の可動ガイドと、外周
   側の固定ガイドからなり、上記固定ガイドはその
   上下端に外方に拡大する方向に配設された導風板
   と一体に固定されており、上記可動ガイドはその
   回動軸回りに回動して風量を加減し上記風車の回
   転数を制御し又は過回転を防止しうるようにした
   特許請求の範囲第１項記載の風車装置。 ３ 上記可動ガイドは、内方に偏心配置された垂
   直回動軸回りに回動自在に配設されている特許請
   求の範囲第２項記載の風車装置。 ４ 上記可動ガイドは、その外方端の一部もしく
   は全部に、該ガイドに風力によつて回転力を付与
   しうる折曲部を付設してある特許請求の範囲第２
   項記載の風車装置。 ５ 上記バケツトは、略半円形の断面形状を有す
   る特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
   に記載の風車装置。