JPH03202679A - 垂直型風車 - 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】 （産業上の利用分野〕 この発明は、鉛直主軸が半回転する毎に一対の回動羽根
の角度を各々９０度回転させる垂直型風車に関するもの
である。

〔従来の技術］ 一般に、風力発電等に使用される風車は、僅かな風力で
大きな回転力を得ることができる回転効率のよいものが
望まれている。

従来の風車としては、２枚〜６枚の羽根を備えたプロペ
ラ型風車が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のプロペラ型風車には、次のような
問題点があった。

（１）従来のプロペラ型風車では、風向きが瞬間的に変
動する場合に、その風向きの変化に対し速やかに対応で
きないという問題点があった。

（２）従来のプロペラ型風車では、回動羽根が風を受け
る面積が少ないので効率のよい回転力を得られないとい
う問題点があった。

この発明は上記問題点に鑑み、風向きの変化に対し速や
かに対応でき、かつ、効率のよい回転力を得ることがで
きる垂直型風車を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る垂直型風車は、上記課題を解決するため
、回転自在な鉛直主軸と、その鉛直主軸に垂直方向に取
り付けた回動自在な横杆と、その横杆の両端に各々の角
度が９０度異なるように取り付けた板状の一対の回動羽
根と、前記鉛直主軸が半回転する毎に前記回動羽根の角
度を各々９０度回動させる角度変換部と、その角度変換
部を作動させ前記鉛直主軸の頂部に回転自在に取り付け
た矢羽根とから構成されている。

また、前記一対の回動羽根を複数個有するように構成し
てもよい。

〔作用〕

この発明によれば、まず、矢羽根が風向きと水平方向に
なるように回転し、その状態を維持する。

そして、回動羽根が風圧を受けて鉛直主軸が回転する。

その際、角度変換部が作動し、鉛直主軸が半回転する毎
に前記回動羽根の角度を各々９０度回動させる。以上の
作動により垂直状態になっている一例の回動羽根が風圧
を受けて回転力を起こさせるとともに、他側の回動羽根
が水平状態になっているので、風圧による抵抗が低減さ
れる。

［実施例］ 以下、この発明に係る実施例を図面に基づいて説明する
。

図面の第１図から第７図までは本発明の第１実施例を示
したものであり、第１図は全体の構成を示した斜視図、
第２図は矢羽根取付部の取付状態を示した側断面図、第
３図から第６図は上側の角度変換部の作動を示した斜視
図、第７図は下側の角度変換部の構成を示した斜視図で
ある。

第１図において、１は回転自在な鉛直主軸である。２は
その鉛直主軸１に一体に取り付けられた縦長形状の回転
体である。３は回転体２内を図示しないヘアリング等を
介して回動自在に貫通し主軸１に対し垂直方向に取り付
けられた横杆である。

この実施例では４本の横杆３を上下一対にして９０度間
隔に配設している。４は各横杆３の両端に取り付けられ
た板状の回動羽根である。この回動羽根４は横長長方形
に形成され、その材質については軽くて丈夫な、例えば
、Ｆ、Ｒ，Ｐ　（ガラス繊維）等が使用される。また、
−側の回動羽根４ａと他側の回動羽根４ｂとの横杆３う
こ対する取付角度は各々９０度異なるようにしている。

上下の回動羽根４が風圧に対し垂直状態のときに回転羽
根４の隙間から風が通り抜けることを防止するために、
上側の回動羽根４の下部には、舌片５を設けている。６
は上下の横杆３に枢着され、横杆３の回動を連動させる
連結杆である。（第７図参照）７は円柱体の側周面を斜
めに溝７ａを切り欠いて円筒カム状に形成された矢羽根
取付部である。

この矢羽根取付部７は、第２図に示すように、回転体２
の上部に鉛直主軸１に対し軸受７ｂを介して回転自在に
取り付けられている。

８は風向きに対し水平方向になるように矢羽根取付部７
と一体に回転する横長形状の矢羽根である。この矢羽根
８は一側の回動羽根４ａが垂直状態であり、他側の回動
羽根４ｂが水平状態であるときに横杆３の長手方向に対
し垂直方向になるように取り付けられている。この矢羽
根８の材質も回動羽根４と同様に軽くて丈夫な、例えば
、Ｆ。

ＲｏＰ（ガラス繊維）等が使用される。

Ａは鉛直主軸１が半回転する毎に前記回動羽根４の角度
（向き）を９０度回動させるための角度変換部である。

第３図から第６図は角度変換部への構成及び作動を示し
たものである。

この角度変換部Ａは、第３図に示すように、横杆３の一
側に図示しない軸受を介して取り付けられた回動杆１０
（横杆３の回動とは無関係に回動する）と、その回動杆
１０に取り付けられた基杆１０ａと、その基杆１０ａに
枢着された縦長の従杆１１と、回動杆１０に取り付けら
れた第り重り杆１２と、横杆３の他側に取り付けられた
第２重り杆１３と、回転体２の一側側面に取り付けられ
たく字状の規制片１４と、横杆３の一側に取り付けられ
た略り字状の移動部１５とからなる。規制片１４の両端
には第１重り杆１２の回動を規制するために突片１４ａ
を設けている。第１重り杆１２の下部には前記移動部Ｉ
５に当接する当接片１２ａを設けている。従杆１１の先
端には矢羽根取付部７の溝７ａ内に摺動自在に嵌合した
円柱状の転がり部１６を設けている。矢羽根取付部７の
溝７ａは斜めに形成されているので、転がり部ｔ６が溝
７ａ内を招動するに応し、鍵杆１１が上下運動する。そ
して、鍵杆１１が下方向に移動すると、第１重り杆１２
が回動し当接片１２ａが移動部１５に当接する。そして
、さらに鍵杆１１が下方向に移動すると移動部１５が第
１当接杆１２に押されて回動し、その移動部１５の回動
に伴い、第２重り杆１３が垂直方向よりも越えて回動し
たときに、その重りのために回動羽根４とともに瞬間約
５こ回動する。

第３図は、矢羽根８が風圧を受けて矢羽根取付部７が回
転（同時に鉛直主軸１も回転する）した直後の状態を示
す。このときは、鍵杆１１の転がり部Ｉ６が溝７ａの最
上部に位置しているため、−側の回動羽根４ａが風向き
に対し垂直に、他側の回動羽根４ｂが風向きに対し水平
になっている。

第４図は、第３図の状態から鉛直主軸１が９０度回転し
た状態を示す。このときは鍵杆１１の転がり部が溝７ａ
の最上部と最下部との中間の位置まで下降するので、第
１重り杆１２は突片１２ａが移動部１５に当接するまで
回動する。

第５図は、第４図の状態から垂直主軸ｌが９０度回転し
た状態、すなわち第３図の状態から１８０度（半回転）
した状態を示す。このときは鍵杆１１の転がり部が溝７
３の最下部まで移動するので、第１重り杆１２が移動部
１５を押して、第２重り杆１３が垂直方向よりも越えて
傾斜したときに、その重りの重力のために瞬間的に回動
し、側の回動羽根４ａが風向きに対し水平に、他側の回
動羽根４ｂが風向きに対し垂直になる。

第６図は、第５図の状態から鉛直主軸１が９０度回転し
た状態を示す。このときは鍵杆１１の転がり部が溝７ａ
の最上部と最下部との中間の位置まで上昇する。そして
、第１重り杆１２が鉛直主軸１と水平になるまで回動し
、第１重り杆１２の突片１２ａが移動部１５に当接する
。

なお、第６図の状態から鉛直主軸１が９０度回転すると
、鍵杆１１の転がり部が溝７ａの最上部まで上昇し、第
３図の状態すなわち、−側の回動羽根４ａが風向きに対
し垂直に、他側の回動羽根４ｂが風向きシこ対し水平に
なる。

第７図は下側の角度変換部Ａ′の構成を示す斜視図であ
る。下側の角度変換部Ａ′は上側の角度変換部へを作動
させる横杆３とは別の上下一対の横杆３′を作動させる
ものである。上側の角度変換部Ａとその構成は同様であ
り（図面では角度変換部Ａの部材に対応するものに′を
付している）鉛直玉軸１が半回転する毎に各々の回動羽
根４′の角度を９０度回動させる。なお、１７は鍵杆１
１′の重さにより転がり部１６′に余分な抵抗が生しる
ことを防ぐため、鍵杆１１′との重さのバランスをとる
ために回動杆１０に取り付けられた重り杆である（第７
図）。

また、角度変換部Ａ′を回転体２に取り付ける位置は任
意であり、角度変換部Ａと同じ高さの位置に取り付けて
もよい。

主軸１の下部には図示しない軸受、伝動歯車、変速機、
発電機等が内設されている発電装置を設けている。そし
て、主軸ｌの回転力を伝動歯車等を介して変速機によっ
て回転効率を高め、発電機を作動させて電気を発生させ
る。なお、この発電装置は公知のものを使用するので、
その詳細な説明は省略する。

次に、この垂直型風車の作動について説明する。

風Ｗがふいている場合、まず、矢羽根８が風向きと水平
方向になるように矢羽根取付部７が回転する。そして、
矢羽根取付部７がその状態を維持しながら、鉛直主軸ｌ
が回転する。その際、第３図から第６図に示すように、
矢羽根取付部７の溝７ａ内を転がり部１６が摺動して、
鉛直主軸１が半回転する毎に回動羽根４の角度を９０度
回動させる。以上の作動により、垂直状態になっている
一側の回動羽根４が風Ｗの風圧を受けて回転力を起こさ
せるとともに、他側の回動羽根４が水平状態になってい
るので、風圧による抵抗が低減される。したがって、わ
ずかな風力により大きな回転力を得ることができる。

また、このようにわずかな風力でも大きな回転力を得る
ことができるので、海岸や山岳地帯のような常時強風に
恵まれている場所でなくても使用できる。

さらに、風向きに対して矢羽根８が回転して、角度変換
部Ａが作動させるので、風向きが変わってもすばやく対
応できる。

図面の第８図及び第１０図までは第１実施例の角度変換
部の他の例を示したものであり、第８図（ａ）（ｂ）　
（Ｃ）は角度変換部の一側部分の作動を示した正面図、
第９図は接続杆と横杆との結合状態等を示した側断面図
、第１０図（ａ）（ｂ）　（ｃ）は他側の折曲杆の作動
を示した正面図である。

この角度変換部Ａ　ＩＴは、回転体２の側面に取り付け
られた本体４０と、横杆３の一側に軸受４１ａを介して
回動自在に取り付けられた回動杆４１（この回動杆４１
は横杆３とは無関係に回動する）と、その回動杆４１に
取り付けられ先端部を鍵杆１１の下端に枢着した接続杆
４２と、本体４０に取り付けられ接続杆４２の回動を規
制する規制部４３と、本体４０の中央部に回動自在に取
り付けられた支持部４４と、その支持部４４の先端部と
接続杆４２との先端部に取り付けられ接続杆４２を本体
４０の方向へ付勢する弾注部Ｆ第４５と、規制部４３と
接続杆４２との間で横杆３の一例に取り付けられた三角
形状の移動部４６とからなる。

弾性部材４５は、その付勢力により接続杆４２を瞬間的
に回動させるものである。

支持部４４には開口孔４４ａを形威し、その開口孔４４
ａに横杆３が貫通している（第８図、第９図）。

一方、回転体２の他側側面には折曲杆５０を取り付けて
いる。この折曲部５０は、横杆３に取り付けられた基杆
５１と、その基杆５１に枢着された連結杆５２と、その
連結杆５２の先端部が嵌入され回転体２の他側側面に取
り付けられた中空の円筒杆５３と、連結杆５２と円筒杆
５３との間に取り付けられ下方向に付勢する弾性部材５
４とからなる。弾性部材５４は、その付勢力により横杆
３の回動を迅速にするためのものである（第１０図）。

そして、鍵杆１１が下方向に移動すると、接続杆４２が
回動し移動部４６の突片４６ａに当接する（第８図（ａ
）（ｂ）参照）。そして、さらに鍵杆１１が下方向に移
動すると移動部４６が接続杆４２に押されて回動し、接
続杆４２が水平方向よりも越えて回動したときに、弾性
部材４５の付勢力のために回動羽根４とともに瞬間的に
回動する。それに応して横杆３の他側に取り付けられた
折曲部５０が第１０図の（ａ）　（ｂ）（ｃ）の順に作
動し、−例の接続杆４２と移動部４６は第８図（Ｃ）の
状態になる。以上の作動により、主軸１が半回転する毎
２こ回動羽根４が垂直状態から水平状態に瞬間的に回動
する。

なお、前記逆の作動により、回動羽根４が水平状態から
垂直状態に瞬間的に回動する。

この角度変換部Ａ、Ａ’　、Ａ”によると、鍵杆１１が
上下動しても、移動部１５．４６が回動するまでは横杆
３が回動しないので、その間−側の回動羽根４が水平状
態を維持しているので、風圧の抵抗が著しく低減され、
回転力が増す。

図面の第１１図から第１４図までは本発明の第２実施例
を示したものであり、第１１図は全体の構成を示した斜
視図、第１２図は矢羽根取付部の取付状態を示した側断
面図、第１３図は第１当接杆の作動を示した説明図、第
１４図は当接杆の池の実施例を示した斜視図である。

第１１図において、２Ｉシよ回転自在な鉛直主軸、２２
は回転体、２３は横杆、２４は各横杆２３の両端に取り
付けられた回動羽根、２５は矢羽根、２７は連結杆（以
上の部材は第１実施例のものと同様である。）、２６は
矢羽根取付部である。

矢羽根取付部２６は、第１２図に示すように、主軸２１
に軸受２１ａを介して回転自在に取り付けられている。

また、側面には円柱状の突出部２８を設けている。矢羽
根２５は矢羽根取付部２６の上面であって、突出部２８
の長手方向に沿って取り付けられている。

Ｂは鉛直主軸１が半回転する毎に前記回動羽根４の角度
を９０度回動させる角度変換部である。

この角度変換部Ｂは、回転体２２の側面に取り付けられ
た本体３０と、横杆２３の一側及び他側に傾斜状に立設
した第１及び第２の当接杆３１゜３２と、本体３０をＬ
字状に切り欠いて第１当接杆３１の移動を規制する規制
部３３と、本体３０の中央下部に回動自在２こ取り付け
られ支持部３４と、その支持部３４の先端部と第１当接
杆３１との先端部に取り付けられ下方向に付勢する弾性
部材３５とからなる。

弾性部材３５は、その付勢力により第１当接杆３１を瞬
間的に回動させるものである。

支持部３４には開口孔３４ａを形成し、その開口孔３４
ａに横杆２３が貫通している。

次に、この実施例に係る垂直型風車の作動について説明
する。

まず、矢羽根２５が風向きと水平方向になるように矢羽
根取付部２６が回転し、その状態を維持する。そして、
垂直状態になっている一側の回動羽根２４ａが風の風圧
を受けて鉛直主軸２１が回転すると、第１当接杆３１　
（第２当接杆３２）の先端部が前記矢羽根取付部２６の
突出部２８に当接し、それに応じて第１３図に示すよう
に、第１当接杆３１（第２当接杆３２）及び横杆２３が
回動するので、一対の回動羽根２４の角度が各々９Ｏ度
変わる。

さらに、鉛直主軸２１が１８０度回転すると、第２当接
杆３２（第１当接杆３１）が矢羽根取付部２６の突出部
２日に当接して、第２当接杆３２（第１当接杆３１）及
び横杆２３が回動するので、一対の回動羽根２４の角度
はさらに各々９０度変わる。

このような作動により、鉛直主軸２１が半回転する毎に
回動羽根２４の角度を９０度回動させることができる。

なお、矢羽根取付部２６の突出部２８が当接杆３１．３
２に当接する状態を長く保ち、確実に回動させるため、
当接杆３１，３２の先端部を第１４図に示すように、湾
曲状に折曲して形成してもよい。

この発明は以上述べた実施例に限定されることはなく、
特許請求の範囲に記載された技術的事項を逸脱しない範
囲内で種種の変更が可能である。

例えば、より多くの回転力を得るために回動羽根を上下
に数枚取り付けて、各々を連結杆で連動させるよう↓こ
構成してもよい。

また、風向きセンサ等の制御装置を設置し、風向きの変
化に対し、矢羽根の向きを速やかに対応するようにして
もよい。

回転羽根の角度を適宜調整して、風車の回転速度を制御
する装置を設けてもよい。

さらに、この垂直型風車を船舶に搭載して、その動力源
として使用してもよい。

なお、回動羽根の回動の際に、摩擦音等を生ずる場合が
あるので、防音のためにクツション材等を使用してもよ
い。

［発明の効果］ この発明の風車によれば、以下に述べるような優れた効
果を発揮する。

（１）角度変換部を備えているので、一定の向きに風が
ふいている場合、垂直状態にある一側の回動羽根が風圧
を受け、回転力を起こさせるとともに、他側の回動羽根
は水平状態になっているので、風圧による抵抗が低減で
きる。従って、僅かな風力により、大きな回転力を得る
ことができる。

（２）風向きが瞬間的に変動しても、矢羽根が風向きに
対し水平方向になるように移動し、それに応して角度変
換部が作動するので、風向きの変化に対し速やかに対応
することができる。

（３）この発明の風車は構造が簡単であるので、製造が
しやすく、原価も安い。

（４）無限のエネルギーである風力を利用するので、半
永久的に使用でき、かつ環境汚染等の問題もない。

【図面の簡単な説明】

図面の第１図から第７図までは本発明の第１実施例を示
したものであり、第１図は全体の構成を示した斜視図、
第２図は矢羽根取付部の取付状態を示す側断面図、第３
図は矢羽根が風圧を受けて矢羽根取付部が回転した直後
の状態を示す斜視図、第４図は、第３図の状態から鉛直
主軸が９０度回転した状態を示す斜視図、第５図は、第
４図の状態から垂直主軸が９０度回転した状態、すなわ
ち第３図の状態から１８０度（半回転）した状態を示す
斜視図、第６図は、第５図の状態から鉛直主軸が９０度
回転した状態を示す斜視図、第７図は下側の角度変換部
の構成を示した斜視図である。 図面の第８図及び第１０図までは第１実施例の角度変換
部の他の例を示したものであり、第８図（ａ）（ｂ）（
Ｃ）　Ｓよ角度変換部の一例部分の作動を示した正面図
、第９図は接続杆と横杆との結合状態等を示した側断面
図、第１０図（ａ）（ｂ）（ｃ）は他側の折曲杆の作動
を示した正面図である。 図面の第１１図から第１４図までは本発明の第２実施例
を示したものであり、第１１図は全体の構成を示した斜
視図、第１２図は矢羽根取付部の取付状態を示した側断
面図、第１３図は当接杆の移動状態を示した正面図、第
１４図は当接杆の他の実施例を示した斜視図である。 １．２１・・・鉛直主軸、３，２３・・・横杆、４．２
４・・・回動羽根、８，２５・・・矢羽根Ａ、Ａ’　、
Ａ”、Ｂ・・・角度変換部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転自在な鉛直主軸と、その鉛直主軸に垂直方向
   に取り付けた回動自在な横杆と、その横杆の両端に各々
   の取付角度が９０度異なるように取り付けた板状の一対
   の回動羽根と、前記鉛直主軸が半回転する毎に前記回動
   羽根の角度を各々９０度回動させる角度変換部と、その
   角度変換部を作動させ前記鉛直主軸の頂部に回転自在に
   取り付けた矢羽根とからなることを特徴とする垂直型風
   車。
2. （２）前記一対の回動羽根を複数個有することを特徴と
   する請求項（１）記載の垂直型風車。