JP2000234582A - ジャイロミル型風車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置スペースや製造コストの増大を招来する
ことなく、出力軸からの出力増大を図ること。 【解決手段】 本発明では、変向軸（３０）の軸心に沿
って延在するボス部材（１３）と、ボス部材（１３）か
ら出力軸（１）に向けて延出し、これらボス部材（１
３）と出力軸（１）の先端部との間を互いに連結するア
ーム部材（１２）と、を備え、アーム部材（１２）が回
転翼（２０）における変向軸（３０）の軸心に沿った略
中央部に位置する態様でボス部材（１３）を当該回転翼
（２０）に配置し、該ボス部材（１３）の各端部と、回
転翼（２０）との間をそれぞれ変向軸（３０）を介して
相対的に回転可能に支持させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、出力軸の周囲に設
けた回転翼の向きを風向きに応じて適宜変更するように
したジャイロミル型風車に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、この種の一般的なジャイロミル
型風車を示している。この風車は、地面等の水平固定面
Ａに設置されるもので、鉛直方向に沿って配置した出力
軸Ｂの周面に複数対のアーム部材Ｃ，Ｄを備えている。

【０００３】各対のアーム部材Ｃ，Ｄは、出力軸Ｂの上
下両端部から互いに平行となる状態で水平方向に沿って
延在し、該出力軸Ｂを中心として互いに放射状に配置さ
れている。

【０００４】これら各対のアーム部材Ｃ，Ｄは、それぞ
れの延在端部間に変向軸Ｅを介して回転翼Ｆを支承して
いるとともに、該変向軸Ｅよりも内方となる部位にスト
ッパＧを備えている。変向軸Ｅは、その両端部を介して
各対のアーム部材Ｃ，Ｄに固着され、鉛直方向に沿って
延在している。回転翼Ｆは、例えば矩形のプレート状を
成すもので、その鉛直方向に沿った中心線よりも外方と
なる部位に円筒状のボス部材Ｈを具備し、該ボス部材Ｈ
を介して上記変向軸Ｅに回転可能に支持されている。ス
トッパＧは、各アーム部材Ｃ，Ｄから互いに対向する方
向に向けて突出しており、それぞれが回転翼Ｆの内方部
分に当接するようになっている。

【０００５】上記のように構成されたジャイロミル型風
車は、水平固定面Ａに設けた軸受部Ｊにより、出力軸Ｂ
の下端部を介して当該水平固定面Ａに設置される。この
状態において、例えば図８において紙面の上方から風が
吹いた場合、同図に示すように、回転翼Ｆがその向きを
適宜変更するようになり、アーム部材Ｃ，Ｄを介して出
力軸Ｂをその軸心回りに回転させることが可能となる。
すなわち、風向に対して出力軸Ｂよりも右側の部分で
は、風を受けた回転翼Ｆが変向軸Ｅの軸心回りに回転
し、常に風の抵抗が少なくなるような姿勢になる一方、
出力軸Ｂよりも左側の部分では、ストッパＧによってア
ーム部材Ｃ，Ｄと平行な状態に保持された回転翼Ｆが風
を受ける。したがって、出力軸Ｂに対してこれを反時計
回りに回転させる回転力が発生することになり、例えば
上記出力軸Ｂを発電機軸に接続すれば、風力を利用して
発電を行うことが可能となる。

【０００６】この種のジャイロミル型風車においては、
出力軸Ｂが回転している場合、アーム部材Ｃ，Ｄが抵抗
となる。したがって、風車を効率よく回転させるために
は、アーム部材Ｃ，Ｄを出力軸Ｂと回転翼Ｆとの最短距
離を結ぶ位置、つまり水平となるように設けることが好
ましい。

【０００７】また、出力軸Ｂからの出力を増大させるた
めには、風を受ける面積、つまり回転翼Ｆの受圧面積を
大きくすればよい。この場合、設置スペースの問題か
ら、回転翼Ｆを鉛直上方に延長させてその受圧面積を大
きくするのが一般的である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に示し
たジャイロミル型風車においては、風圧を受ける回転翼
Ｆを一対のアーム部材Ｃ，Ｄの間に回転可能に支持させ
るようにしている。したがって、出力軸Ｂからの出力を
増大させるべく、回転翼Ｆを鉛直上方に延ばした場合に
は、上方側のアーム部材Ｃも上方へ移動させなければな
らず、これに伴って出力軸Ｂも上方に向けて延長せざる
を得ない。すなわち、上述したジャイロミル型風車で
は、回転翼Ｆの長さが出力軸Ｂによって制限されること
になり、回転翼Ｆを延長させる場合、出力軸Ｂの延長を
伴うことになる。

【０００９】ここで、上述した風車にあっては、一対の
アーム部材Ｃ，Ｄの間に出力軸Ｂを支持するための軸受
部を設けることが困難である。このため、上述した風車
において出力軸Ｂが延長された場合には、長尺の出力軸
Ｂが片持ち支持された状態となり、風力によって容易に
折損する虞れがある等、当該出力軸Ｂの強度上の問題を
招来する。

【００１０】こうした出力軸Ｂの強度に関する問題は、
図９に示すように、出力軸Ｂにおいて上方側のアーム部
材Ｃよりもさらに上方に位置する部位に上方軸受部Ｋを
追加することで解決することが可能である。しかしなが
ら、上方軸受部Ｋを設ける場合には、当該上方軸受部Ｋ
を水平固定面Ａに連結するための連結部材Ｌを設ける必
要がある。しかもこの連結部材Ｌは、回転翼Ｆやアーム
部材Ｃ，Ｄとの干渉を避けるために、これらの回転移動
領域を迂回した位置に設けなければならない。この結
果、風車を設置するための設備が著しく大型化し、設置
スペースや製造コストの点できわめて不利となる。

【００１１】なお、出力軸Ｂの強度上の問題を解決する
には、出力軸Ｂ自身の剛性を向上させる方法もある。し
かしながら、剛性を十分に確保するためには、出力軸Ｂ
の外径を著しく大きくしなければならず、風車として実
用に適するものではない。

【００１２】本発明は、上記実情に鑑みて、設置スペー
スや製造コストの増大を招来することなく、出力軸から
の出力増大を図ることのできるジャイロミル型風車を提
供することを解決課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、自己の軸心
を回転軸心として回転可能に設けた出力軸と、前記出力
軸の周囲に設けられ、所定の変向軸を介してこの出力軸
と共に前記回転軸心回りに回転可能、かつ該出力軸に対
して前記変向軸の軸心回りに回転可能に配設した回転翼
と、を具備し、前記回転翼を前記変向軸の軸心回りに回
転させることにより、風向きに応じて当該回転翼の向き
を適宜変更するようにしたジャイロミル型風車におい
て、前記出力軸の先端部から前記回転翼における前記変
更軸の軸心に沿った略中央部に向けてアーム部材を延在
させ、該アーム部材の先端部と前記回転翼との間を前記
変向軸を介して相対的に回転可能に支持させている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、一実施の形態を示す図面に
基づいて本発明を詳細に説明する。図１および図２は、
本発明に係るジャイロミル型風車の一実施形態を示した
もので、地面等の水平固定面Ａに対して鉛直方向に設置
されるジャイロミル型風車を例示している。

【００１５】図からも明らかなように、このジャイロミ
ル型風車では、出力軸１の先端部に翼支持体１０を設け
ている。翼支持体１０は、ハブ部材１１とアーム部材１
２とボス部材１３とを一体に成形したものである。ハブ
部材１１は、略円筒状を成すもので、その中心孔１１ａ
を介して上記出力軸１の先端部に螺合し、さらにボルト
１４を介して固定されている。アーム部材１２は、ハブ
部材１１の周面において互いに等間隔となる四位置から
それぞれ出力軸１に直角となる態様で径外方向に突出し
たものである。各アーム部材１２は、ほぼ一様な厚さを
有し、また図２からも明らかなように、外方に向けて漸
次幅が狭くなる形状を成している。ボス部材１３は、図
３に示すように、中心部に軸孔１３ａを有した円筒状を
成すもので、その長手方向の中心部を介して各アーム部
材１２の先端部に設けられている。各ボス部材１３は、
図１に示すように、個々の軸心が上記出力軸１の軸心と
平行となり、かつそれぞれの両端部がアーム部材１２か
ら十分に突出する長さを有している。

【００１６】この翼支持体１０には、各アーム部材１２
の先端部にそれぞれ回転翼２０を設けている。回転翼２
０は、図３に示すように、横断面が流線形状を成すプレ
ート状部材であり、その前端部分に切欠２０ａおよび軸
孔２０ｂを有している。切欠２０ａは、翼支持体１０の
ボス部材１３を収容することのできる大きさに形成した
もので、回転翼２０の長手方向中央部に開口している。
軸孔２０ｂは、ボス部材１３に設けた軸孔１３ａと同等
の内径を有したものであり、回転翼２０の長手方向に沿
って延在している。

【００１７】この回転翼２０は、上述した切欠２０ａに
ボス部材１３を収容配置させ、さらに互いの軸孔２０
ｂ，１３ａに変向軸３０を挿入配置した後、該変向軸３
０をボス部材１３および回転翼２０のいずれか一方に固
定することにより、変向軸３０の軸心回りに回転する態
様で、ボス部材１３を介して各アーム部材１２の先端部
に支持されている。こうして支持された回転翼２０は、
図１に示すように、アーム部材１２の表裏両面からそれ
ぞれ全長のほぼ１／２となる長さだけ突出しており、そ
れぞれの一端部が出力軸１の先端面を越えた位置まで達
している。また、同図からも明らかなように、翼支持体
１０のボス部材１３は、回転翼２０の長手方向長さに対
しておよそ１／３に達する長さを有し、かつその両端部
がそれぞれ変向軸３０を介して回転翼２０に支持されて
いるため、十分な強度を確保した状態で当該回転翼２０
を支持することができる。なお図中の符号２２は、各回
転翼２０の両端部に設けた整流板である。

【００１８】一方、上記ジャイロミル型風車には、各ア
ーム部材１２の表面に作動円盤４０を設けている。作動
円盤４０は、出力軸１に沿った軸心回りに回転可能に配
設した円盤状部材であり、その表面に連係ピン４１を備
えている。連係ピン４１は、作動円盤４０の軸心４０ａ
からずれた位置に突設したもので、連係ロッド４２の基
端部を揺動可能に支承している。連係ロッド４２は、作
動円盤４０の直径よりも十分な長さを有し、かつその先
端部に連係軸４３を具備しており、該連係軸４３を介し
て各回転翼２０に揺動可能に連結されている。この連係
ロッド４２は、回転翼２０が上述した変向軸３０の軸心
回りに揺動した場合に、この回転翼２０の揺動を作動円
盤４０に伝達し、該作動円盤４０をアーム部材１２に対
して回転させるものである。この場合、回転翼２０の揺
動角度が、連係ロッド４２の長さおよび作動円盤４０の
軸心４０ａから連係ピン４１までの距離に応じて規定さ
れることになる。本実施形態では、出力軸１の軸心を中
心として変向軸３０の軸心を通る円の当該変向軸３０の
軸心での接線Ｓに対して、回転翼２０が内方側および外
方側にそれぞれ３０°ずつ、合計６０°揺動するよう
に、連係ロッド４２の長さおよび作動円盤４０の軸心４
０ａから連係ピン４１までの距離を設定している。

【００１９】また、上記ジャイロミル型風車には、各ア
ーム部材１２の表面に固定マグネット４４を設けている
とともに、上述した作動円盤４０に一対の円盤用マグネ
ット４５を配設している。固定マグネット４４は、円柱
状を成す永久磁石であり、その一方の極、例えばＮ極を
作動円盤４０に対向させた状態で該作動円盤４０の周囲
に取り付けられている。円盤用マグネット４５は、固定
マグネット４４と同様に、円柱状を成す永久磁石であ
り、該固定マグネット４４において作動円盤４０に対向
する極と同一の極、つまりＮ極を作動円盤４０の外周に
向けた状態で該作動円盤４０の２カ所にに取り付けられ
ている。これら円盤用マグネット４５は、作動円盤４０
が回転した場合に、作動円盤４０の軸心４０ａ、連係ピ
ン４１および連係軸４３の３つが互いに一直線上に並ぶ
２つの状態において、それぞれのＮ極が固定マグネット
４４のＮ極に対向するように配置されている。

【００２０】さらに、上記ジャイロミル型風車には、図
６に示すように、各アーム部材１２の表面にガバナアー
ム５０およびリターンスプリング５１を設けている。ガ
バナアーム５０は、その基端部が作動円盤４０の外周面
に沿って湾曲し、かつ先端部に重錘５２を保持して構成
したものである。このガバナアーム５０は、アーム部材
１２の表面に設けたガバナ軸５３を介して揺動可能に支
持され、湾曲部分を作動円盤４０の内方側外周面に近接
離反移動させることが可能である。なお、図には明示し
ていないが、これらガバナアーム５０の湾曲部分および
作動円盤４０の外周面には、互いの摩擦係数を増大させ
るための加工を施している。

【００２１】リターンスプリング５１は、アーム部材１
２とガバナアーム５０との間に介在したもので、当該ガ
バナアーム５０の湾曲部分を常時作動円盤４０の外周面
から離隔した位置に保持している。

【００２２】なお、図１中の符号６０は、ハブ部材１
１、アーム部材１２、作動円盤４０およびガバナアーム
５０を覆い、出力軸１を軸心として回転した場合の空気
抵抗を減じるためのケーシングである。

【００２３】上記のように構成したジャイロミル型風車
は、図１に示すように、出力軸１を鉛直方向に配置した
状態で当該出力軸１の基端部を介して水平固定面Ａに回
転可能に支持される。ここで、このジャイロミル型風車
にあっては、上述したように、出力軸１の先端部と回転
翼２０の長手方向略中央部とが翼支持体１０のアーム部
材１２によって連結されたものであり、図１において回
転翼２０の下端部と出力軸１との間に何らの部材も介在
しない。このため、出力軸１において翼支持体１０より
も下方に位置する部分の全長を介して当該ジャイロミル
型風車を支持することが可能である。すなわち、図１に
示すように、水平固定面Ａに筒状支柱７０を設け、この
筒状支柱７０の上下両端部に設けたベアリング７１，７
２を介して出力軸１の翼支持体１０よりも下方に位置す
る部分全長を支持することが可能であり、当該出力軸１
の強度を十分に確保することができるようになる。

【００２４】こうして設置されたジャイロミル型風車で
は、出力軸１と共に翼支持体１０および回転翼２０を鉛
直軸心回りに回転させることができ、また翼支持体１０
に対して各回転翼２０をそれぞれ鉛直方向に沿った変向
軸３０の軸心回りに回転させることができる。

【００２５】いま、例えば図５において紙面の上方から
風が吹いた場合、同図に示すように、回転翼２０がその
向きを適宜変更するようになり、アーム部材１２を介し
て出力軸１がその軸心回りに回転するようになる。すな
わち、風向に対して出力軸１よりも左側の部分では、風
を受けた回転翼２０が変向軸３０の軸心回りに揺動し、
常に風の抵抗が少なくなるような姿勢になる一方、出力
軸１よりも右側の部分では、連係ロッド４２と作動円盤
４０とによって回転翼２０の揺動が規制されるため、当
該回転翼２０が風を受けることになる。したがって、出
力軸１に対してこれを時計回りに回転させる回転力が発
生するようになり、例えば出力軸１に発電機軸（図示せ
ず）を接続すれば、風力を利用して発電を行うことがで
きるようになる。

【００２６】ここで、上述したジャイロミル型風車にお
いても、出力軸１からの出力を増大させる場合には、回
転翼２０を鉛直上方に向けて延長すればよい。この場
合、図１に示すように、上記ジャイロミル型風車によれ
ば、アーム部材１２を回転翼２０の中央部と出力軸１の
上端部との間に配置するようにしているため、出力軸１
の長さによって回転翼２０の長さが制限されることがな
い。したがって、出力軸１の延長を伴うことなく回転翼
２０を延長することが可能となり、該出力軸１の延長に
伴う設置スペースや製造コストの増大を招来することな
く、当該出力軸１からの出力を増大させることができる
ようになる。

【００２７】しかも、上述したように、出力軸１におい
て翼支持体１０よりも下方に位置する部分の全長を筒状
支柱７０によって支持するようにしているため、出力軸
１の強度を十分に確保した状態でその延長を図ることが
できる。この結果、回転翼２０のさらなる延長を可能と
し、出力軸１からの出力を一層増大させることが可能と
なる。

【００２８】上述した動作の間、上述したジャイロミル
型風車では、図５において時計の３時および９時に相当
する位置の前後でそれぞれ回転翼２０がその向きを変更
するようになり、これに伴って作動円盤４０が連係ロッ
ド４２を介してその軸心４０ａ回りに回転するようにな
る。この場合、作動円盤４０の軸心４０ａ、連係ピン４
１および連係軸４３の３つが一直線上に並んだ状態で
は、回転翼２０の揺動によって作動円盤４０を回転させ
ることが困難となる。しかしながら、このジャイロミル
型風車によれば、作動円盤４０の回転中において上述し
た３者が一直線上に並んだ場合、作動円盤４０に取り付
けた円盤用マグネット４５とアーム部材１２に設けた固
定マグネット４４が同一のＮ極を対向させた状態で配置
されるため、これらマグネット４５，４４の反発力によ
って作動円盤４０の回転が滑らかに継続するようにな
る。この結果、回転翼２０の揺動が阻止されるような事
態が発生する虞れがなく、出力軸１を介して継続的に回
転力を得ることが可能となる。なお、回転翼２０がその
向きを変更する位置は、回転翼２０の揺動角度を適宜調
整することによって、つまり連係ロッド４２の長さおよ
び作動円盤４０の軸心４０ａから連係ピン４１までの距
離を適宜調整することによって、任意に変更することが
できる。また、回転翼２０の揺動角度を変更すれば、出
力軸１の回転数を重視するか、出力軸１からの出力トル
クを重視するか等の設定を変更することも可能となる。

【００２９】ところで、この種のジャイロミル型風車に
あっては、例えば台風などの影響によって突風が吹いた
場合、出力軸１の回転数が異常に上昇し、各所の破損を
招来する虞れがある。

【００３０】しかしながら、上述したジャイロミル型風
車では、突風によって出力軸１の回転数が上昇すると、
ガバナアーム５０に設けた重錘５２に作用する遠心力が
大きくなり、やがて図６（ｂ）に示すように、リターン
スプリング５１のバネ力に抗してガバナアーム５０の湾
曲部分が作動円盤４０の外周面に圧接されるようにな
る。この状態においては、アーム部材１２に対して作動
円盤４０の回転が阻止されるため、当該アーム部材１２
に対する回転翼２０の揺動も阻止されることになり、回
転翼２０が如何なる向きでその揺動が阻止された場合に
も風車全体としてのバランスが崩れて回転数が減少す
る。例えば、図５において出力軸１よりも左側の部分の
回転翼２０が風の抵抗となるように作用し、出力軸１の
回転数が低下するようになる。

【００３１】一方、出力軸１の回転数が低下すると、ガ
バナアーム５０に設けた重錘５２に作用する遠心力が小
さくなり、やがて図６（ａ）に示すように、リターンス
プリング５１のバネ力によってガバナアーム５０が再び
作動円盤４０の周面から離隔された状態に復帰される。
この状態においては、作動円盤４０の回転が許容される
ことになるため、風向きに応じて回転翼２０がその向き
を適宜変更できるようになり、再び出力軸１の回転数が
上昇するようになる。

【００３２】これらの結果、上記ジャイロミル型風車に
よれば、出力軸１の回転数が所定の範囲内に自動的に制
御されるようになり、台風で突風が吹いた場合にも各所
が破損される事態を防止できる。なお、上述したガバナ
アーム５０による出力軸１の回転数制御は、重錘５２の
重さとリターンスプリング５１のバネ力を適宜変更する
ことによって容易に調整することが可能である。

【００３３】以上説明したように、上記ジャイロミル型
風車によれば、アーム部材１２を回転翼２０の中央部と
出力軸１の上端部との間に配置するようにしているた
め、出力軸１の長さによって回転翼２０の長さが制限さ
れることがない。したがって、出力軸１の延長を伴うこ
となく回転翼２０を延長することが可能となり、該出力
軸１の延長に伴う設置スペースや製造コストの増大を招
来することなく、当該出力軸１からの出力を増大させる
ことができるようになる。

【００３４】しかも、出力軸１において翼支持体１０よ
りも下方に位置する部分の全長を筒状支柱７０によって
支持するようにしているため、出力軸１の強度を十分に
確保した状態でその延長を図ることができる。この結
果、回転翼２０のさらなる延長を可能とし、出力軸１か
らの出力を一層増大させることが可能となる。

【００３５】なお、上述した実施の形態では、水平固定
面に設置される風車を例示しているが、本発明はこれに
限定されず、例えば傾斜した面に設置することも可能で
ある。また、回転翼２０を４枚備えた風車を例示してい
るが、回転翼２０は必ずしも４枚である必要はない。さ
らに、回転翼２０の変向軸３０が出力軸１と平行となる
風車を例示しているが、変向軸３０は出力軸１に対して
傾斜していても構わない。また、アーム部材１２の先端
部にボス部材１３を設け、かつこのボス部材１３の両端
部と回転翼２０との間を変向軸３０によって支持するよ
うにしているため、該回転翼２０の支持強度を十分に確
保することができるが、必ずしもボス部材を設ける必要
はない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アーム部材を回転翼の中央部と出力軸の先端部との間に
配置するようにしているため、該出力軸の延長を伴うこ
となく回転翼を延長することが可能となる。したがっ
て、出力軸の延長に伴う設置スペースや製造コストの増
大を招来することなく、当該出力軸からの出力を増大さ
せることができるようになる。しかも、出力軸において
アーム部材よりも基端側に位置する部分に軸受部を追加
することができる。したがって、出力軸の強度を十分に
確保した状態でその延長を図ることができ、出力軸から
の出力を一層増大させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るジャイロミル型風車の一実施形態
を示す断面側面図である。

【図２】図１に示したジャイロミル型風車の平面図であ
る。

【図３】（ａ）は図１に示したジャイロミル型風車の要
部分解側面図、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ線断面
図、（ｃ）は図１に示したジャイロミル型風車の要部側
面図、（ｄ）は（ｃ）におけるｄ−ｄ線断面図である。

【図４】図１に示したジャイロミル型風車に適用した回
転翼の方向変更手段を示す要部平面図である。

【図５】図１に示したジャイロミル型風車における回転
翼の回転態様を示す平面図である。

【図６】図１に示したジャイロミル型風車に適用した回
転制御手段を示す要部平面図である。

【図７】従来のジャイロミル型風車を示した側面図であ
る。

【図８】図７に示したジャイロミル型風車における回転
翼の回転態様を示す平面図である。

【図９】図７に示したジャイロミル型風車において回転
翼を延長した場合の状態を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 出力軸 １０ 翼支持体 １２ アーム部材 １３ ボス部材 ２０ 回転翼 ３０ 変向軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自己の軸心を回転軸心として回転可能に
   設けた出力軸と、 前記出力軸の周囲に設けられ、所定の変向軸を介してこ
   の出力軸と共に前記回転軸心回りに回転可能、かつ該出
   力軸に対して前記変向軸の軸心回りに回転可能に配設し
   た回転翼と、 を具備し、前記回転翼を前記変向軸の軸心回りに回転さ
   せることにより、風向きに応じて当該回転翼の向きを適
   宜変更するようにしたジャイロミル型風車において、 前記出力軸の先端部から前記回転翼における前記変更軸
   の軸心に沿った略中央部に向けてアーム部材を延在さ
   せ、該アーム部材の先端部と前記回転翼との間を前記変
   向軸を介して相対的に回転可能に支持させたことを特徴
   とするジャイロミル型風車。