JPH09105395A - 羽根体の回転駆動方法とその装置ならびに流体の運動エネルギの取り出し方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率良く流体を移動させる。 【解決手段】 回転羽根装置２は、複数の羽根体４と、
前記複数の羽根体４の外周部を連結する枠体６と、枠体
６の外周部を支持する支持手段８と、枠体６を移動させ
る駆動手段１０を備える。枠体６は環板状を呈し、外周
部には歯部６０４が形成されている。支持手段８は円環
状の支持部材１２を備え、支持部材１２の内周部には凹
溝１４が形成されている。枠体６の外周部は凹溝１４内
に挿入されローラ１５、１６により回転可能に支持され
ている。駆動手段１０は、歯部６０４と、この歯部６０
４に噛合する歯車１８と、この歯車１８を回転駆動する
モータ２０等により構成されている。モータ２０への通
電により、その回転力は歯車１８から歯部６０４に伝達
され、枠体６が回転駆動され、複数の羽根体４が枠体６
と共に一体的に回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、羽根体を回転させ
て空気や液体等の流体を移動させる羽根体の回転駆動方
法とその装置、ならびに、流体の移動により羽根体を回
転させ、羽根体の回転から流体の運動エネルギを取り出
す方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より空気を移動させるためには送風
機が用いられ、水などの液体を移動させるためにはポン
プが用いられている。これらの送風機やポンプは基本的
な構造は同じであり、複数の羽根体を駆動軸上に固着
し、この駆動軸をモータ等の動力源により回転させ、空
気や水を移動させるようになっている。また、従来よ
り、空気や水等の流体の運動エネルギから電気エネルギ
を取り出すため、風車や水車が用いられており、これら
の風車や水車の基本的な構造は同じであり、複数の羽根
体を駆動軸上に固着し、流体の移動により羽根体を回転
させ、駆動軸の回転エネルギを取り出し、これを電気エ
ネルギに変換させるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の送風機やポンプでは、複数の羽根体の中心部に、駆
動軸、モータ等の動力源、動力源の動力を駆動軸に伝達
する歯車機構やベルトプーリ機構等からなる動力伝達機
構などの駆動装置が配置されるため、駆動装置や、駆動
装置の支持部材が流体の移動を妨げ、送風機やポンプ等
の効率の低下を招くという欠点があった。同様に、風車
や水車においても複数の羽根体の中心部に、駆動軸や動
力伝達機構が配置されるため、流体の移動を妨げ、流体
の運動エネルギを効率良く取り出せないという欠点があ
った。そこで本発明の目的は、羽根体の中心部に駆動装
置など流体の移動を妨げるものを含まず、効率良く流体
を移動させ、あるいは、流体の運動エネルギを効率良く
取り出せる羽根体の回転駆動方法とその装置ならびに流
体の運動エネルギの取り出し方法とその装置を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の羽根体の回転駆動方法は、複数の羽根体を仮想
円内において前記仮想円の周方向に間隔をおき仮想円の
中心からほぼ放射状に延在させた状態で各羽根体の外周
部を連結する円環状の枠体を設け、前記仮想円の半径方
向における羽根体の外側において前記枠体を該枠体の中
心を回転中心として回転させ、各羽根体の回転により流
体を移動させるようにしたことを特徴とする。

【０００５】また、本発明の羽根体の回転駆動装置は、
複数の羽根体と、前記複数の羽根体を仮想円内において
前記仮想円の周方向に間隔をおき仮想円の中心からほぼ
放射状に延在させた状態で各羽根体の外周部を連結する
円環状の枠体と、前記枠体の外周部に沿って円環状に配
置され枠体の外周部をその周方向に移動可能に支持する
支持手段と、前記支持手段の半径方向の外側に配置され
前記枠体をその周方向に移動させる駆動手段とを備えた
ことを特徴とする。

【０００６】また、本発明は、前記支持手段が枠体の外
周部に沿って配置された円環状の支持部材を備えること
を特徴とする。また、本発明は、支持部材の内周部には
その半径方向に開放状の凹溝が周方向に連続して形成さ
れ、枠体の外周部はこの凹溝により移動可能に支持され
ることを特徴とする。また、本発明は、前記凹溝の内部
には、枠体に接触して凹溝の幅方向における枠体の動き
を規制する複数のローラと、枠体に接触して凹溝の深さ
方向における枠体の動きを規制する複数のローラが設け
られ、前記枠体はこれらローラにより周方向に移動可能
に支持されることを特徴とする。また、本発明は、前記
凹溝内に位置する枠体の外周部には歯部が形成され、前
記駆動手段は前記歯部に噛合する歯車、前記歯車を駆動
するモータを備え、モータは支持部材の半径方向の外側
に配置されていることを特徴とする。

【０００７】また、本発明は、前記支持手段が、前記枠
体の外周部に周方向に沿って配列された第１の磁石と、
前記第１の磁石との間に所定の隙間を形成して前記凹溝
の周方向に沿って配列され、前記第１の磁石との間に反
発力が作用する第２の磁石とを含んで構成されているこ
とを特徴とする。また、本発明は、前記枠体がモータの
回転子を成し、前記駆動手段は、前記枠体との間に所定
の隙間を形成して凹溝内に配置されたモータの固定子鉄
心と、前記固定子鉄心に装着された巻線とを含んで構成
されていることを特徴とする。また、本発明は、前記枠
体が、少なくとも外周部が導電材料によって形成されて
前記回転子を成し、前記巻線は三相交流巻線であること
を特徴とする。また、本発明は、前記枠体が、磁石が装
着されて前記回転子を成していることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の流体の運動エネルギの取り
出し方法は、複数の羽根体を仮想円内において前記仮想
円の周方向に間隔をおき仮想円の中心からほぼ放射状に
延在させた状態で各羽根体の外周部を連結し各羽根体と
一体的に回転する環状の枠体を設け、前記仮想円を含む
面に対してほぼ直交する方向の流体の移動により各羽根
体を回転させ、前記仮想円の半径方向における羽根体の
外側において、羽根体と一体的に回転する前記枠体の回
転エネルギを取り出すようにしたことを特徴とする。

【０００９】また、本発明の流体の運動エネルギを取り
出す装置は発電装置であって、複数の羽根体と、前記複
数の羽根体を仮想円内において前記仮想円の周方向に間
隔をおき仮想円の中心からほぼ放射状に延在させた状態
で各羽根体の外周部を連結し各羽根体と共に一体的に回
転する円環状の枠体と、前記枠体の外周部に沿って円環
状に配置され枠体の外周部をその周方向に移動可能に支
持する支持手段と、前記支持手段の半径方向の外側に配
置され前記枠体の回転エネルギを電気エネルギに変換す
る発電機とを備えたことを特徴とする。

【００１０】本発明では、枠体が支持手段により回転可
能に支持されており、枠体の外側に配置された駆動手段
により枠体と一体に羽根体が回転される。従って、従来
のように複数の羽根体の回転軌跡内にモータ等の駆動装
置が何もなく、羽根体の全体を流体移動用として機能さ
せることができる。また、本発明では、流体の移動によ
り羽根体が回転し、この羽根体の回転力が羽根体の移動
軌跡の外側から取り出されるので、流体の移動エネルギ
を効率良く回転エネルギに変換できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に本発明の羽根体の回転駆動方
法をその装置と共に説明する。図１は回転羽根装置の一
例を示す断面図、図２は同斜視図を示す。回転羽根装置
２は、複数の羽根体４と、前記複数の羽根体４の外周部
を連結する枠体６と、枠体６の外周部を支持する支持手
段８と、枠体６を移動させる駆動手段１０を備える。

【００１２】前記羽根体４は、例えば、合成樹脂や鋼材
等から構成されている。各羽根体４は、仮想円内におい
て前記仮想円の周方向に間隔をおき仮想円の中心からほ
ぼ放射状に延在させた状態で配設され、各羽根体４の仮
想円の中心寄りの部分、すなわち内端部分は軸４０２に
連結され、各羽根体４の外端部分は前記枠体６に連結さ
れている。従って、枠体６を回転させることで、複数の
羽根体４が枠体６と共に一体的に回転する。前記枠体６
は環板状を呈し、外周部には幅広部６０２が形成され、
幅広部６０２の外周面には歯部６０４が形成されてい
る。

【００１３】前記支持手段８は、前記仮想円の外周に沿
って延在する円環状の支持部材１２を備え、支持部材１
２の内周部には、内側に開放状の凹溝１４が周方向に連
続して形成されている。前記凹溝１４内には、支軸を凹
溝１４の幅方向に延在させたローラ１５と、支軸を凹溝
１４の深さ方向に延在させたローラ１６が、凹溝１４の
周方向に間隔をおいて複数設けられている。前記枠体６
の外周部は前記凹溝１４内に挿入され、前記ローラ１５
が幅広部６０２の内面に接触することで凹溝１４の深さ
方向における枠体６の動きが規制され、また、前記ロー
ラ１６が枠体６の両側面に接触することで凹溝１４の幅
方向における枠体６の動きが規制され、これにより枠体
６は支持部材１２の中心を中心として、言い換えると、
複数の羽根体４の中心を中心として回転可能に支持され
ている。

【００１４】前記駆動手段１０は、前記歯部６０４と、
この歯部６０４に噛合する歯車１８、この歯車１８を回
転駆動するモータ２０等により構成されている。前記支
持部材１２の一部には膨出部１２０２が設けられ、この
膨出部１２０２内に前記歯車１８が回転可能に配設さ
れ、歯車１８の支軸はモータ２０の出力軸に連結されて
いる。従って、モータ２０への通電により、モータ２０
の出力軸が回転すると、その回転は歯車１８から歯部６
０４に伝達され、枠体６が回転駆動される。そして枠体
６と一体に羽根体４が回転して、水や空気などの流体を
例えば矢印Ａの方向に移動させる。流体の移動方向を逆
にする場合には、モータ２０を逆方向に回転させればよ
い。

【００１５】このような回転羽根装置２を、例えば、送
風管に配設する場合には、図３に示すように、送風管２
２の途中に支持部材１２を装着することで回転羽根装置
２を配置する。この回転羽根装置２では、羽根体４の動
力手段が羽根体４の回転軌跡の外側に配置され、従来の
送風機やポンプと異なり、駆動軸、モータ等の動力源、
動力源の動力を駆動軸に伝達する歯車機構やベルトプー
リ機構等からなる動力伝達機構などの駆動装置が羽根体
４の中心部に存在しないため、流体の移動を妨げるもの
がなく、極めて効率良く流体を移動させることができ
る。

【００１６】また、従来の羽根体４の中心部の駆動軸を
省けるため、羽根体４の配置や形状も流体を効率良く移
動させる観点から種々の形状に設計でき、例えば、図４
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、枠体６の中央部に、すな
わち複数の羽根体４の内端で囲まれる複数の羽根体４の
中央部に空間３０を設けてもよく、或は、図４（Ｃ）、
（Ｄ）に示すように、数の羽根体４の中央部に空間３０
を設けると共に、羽根体４の内端寄り箇所を、周方向に
延在するロッド等の連結部材３２により連結するように
することも可能である。

【００１７】なお、上記実施例では、歯部６０４と歯車
１８により枠体６を回転させる場合について説明した
が、摩擦式のローラにより枠体６を回転させるようにし
てもよく、あるいは、枠体６の外周にタイミングベルト
やチェーンを掛け渡し、支持部材１２の外側に設けた駆
動プーリや駆動スプロケットにより枠体６を回転させる
ようにしてもよい。

【００１８】また、枠体６の外周部に磁石を装着し、一
方、支持部材１２の凹溝１４内にも上記磁石との間に隙
間を保って磁石を装着し、これらの磁石間に働く反発力
により、枠体６を支持部材１２の凹溝１４内において非
接触で保持することも可能である。そのような構成で
は、摩擦によるロスがないので効率をさらに高めること
ができ、また、騒音や振動を大幅に抑えることができ
る。さらに、摩耗などによる故障をなくすことも可能と
なる。

【００１９】また、実施例では、支持部材１２の外側に
モータ２０を配置して駆動手段１０としたが、枠体６の
少なくとも外周部を導電材料により形成し、一方、支持
部材１２の凹溝１４の壁部に、枠体６との間に隙間を形
成して固定子鉄心を配置し、固定子鉄心に三相交流巻線
を施すことにより、枠体６を駆動することも可能であ
る。この場合には、回転子としての枠体６と、三相交流
巻線が施された上記固定子鉄心とにより駆動手段をなす
誘導モータ２０が形成され、上記巻線に三相交流を供給
することにより枠体６を回転させることができる。ま
た、枠体６に磁石を装着して回転子とし、支持部材１２
には、巻線を施した固定子鉄心を配置して、駆動手段を
なすモータ２０を形成することも可能であり、巻線に流
す電流を制御して枠体６を回転させることができる。以
上のいずれの場合にも、枠体６が環状であることから、
支持部材１２の王溝４の壁部に設ける固定子鉄心を、夫
々に巻線を備えた多数の小形鉄心を列設した構造にし
て、枠体６とそれら一連の小形鉄心とで実質的にリニア
モータが構成されるようにすると有利である。

【００２０】そして、上述のように磁石によって枠体６
を非接触で保持し、かつ、上述のように枠体６自体を回
転子として、枠体６を回転駆動した場合には、枠体６お
よび羽根体４は完全に非接触で支持され、駆動されるの
で、効率化、低騒音低振動化、ならびに故障低減の点で
一層有利となる。

【００２１】尚、本発明は送風機やポンプの他に、撹拌
機や船舶の推進動力装置等、羽根体４を回転させる種々
の装置に広く適用される。更に、本発明は、羽根体の回
転により流体を移動させるものに限定されず、風車や水
車等、流体の移動により羽根体を回転させ、この羽根体
の回転エネルギを取り出すものにも広く適用される。こ
の場合には、図１及び図２において、例えばモータ２０
が発電機となり、流体の運動エネルギにより羽根体４が
回転し、これにより羽根体４と一体的に枠体６が回転
し、枠体６の回転力が枠体６の歯部６０４、歯車１８を
経て発電機２０に伝達され、各羽根体４の回転軌跡の外
側において羽根体４の回転エネルギが、すなわち流体の
運動エネルギが電気エネルギとして取り出される。そし
て、このような流体の運動エネルギの取り出し方法によ
れば、従来の風車や水車と異なり、羽根体４の回転軸や
動力伝達機構等が羽根体４の回転軌跡の外側に配置さ
れ、羽根体４の中心部に存在しないため、流体の移動を
妨げるものがなく、流体の運動エネルギを羽根体の回転
エネルギに極めて効率良く変換でき、流体の運動エネル
ギが電気エネルギとして効率良く取り出される。この場
合にも、前記実施例と同様に、枠体６それ自体を発電機
２０の回転子として利用するように構成でき、それには
例えば、枠体６に磁石を固定し、支持部材１２には巻線
を施した固定鉄心を配置して、その巻線から、枠体６の
回転に伴って発生する誘導電流を取出すようにすればよ
い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る羽根体
の回転駆動方法及び装置では、複数の羽根体の外周部は
環状の枠体で連結されており、複数の羽根体の回転軌跡
の外側から枠体を回転させることにより複数の羽根体は
一体的に回転する。そして、羽根体の回転により流体が
移動する。従って、本発明では、従来の送風機やポンプ
と異なり、複数の羽根体の中心部に駆動軸やモータや動
力伝達機構などの、流体の移動を妨げるものがなく、極
めて効率良く流体を移動させることができる。

【００２３】また、本発明に係る運動エネルギの取り出
し方法及び装置では、流体の移動により複数の羽根体が
回転し、複数の羽根体の回転軌跡の外側で、流体の運動
エネルギが枠体の回転エネルギとして、あるいは、枠体
の回転エネルギから電気エネルギとして取り出される。
従って、本発明では、従来の送風機やポンプと異なり、
中心部に駆動軸やモータや動力伝達機構などの、流体の
移動を妨げるものがなく、極めて効率良く流体の運動エ
ネルギを取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転羽根装置の一例を示す断面図であ
る。

【図２】回転羽根装置の斜視図である。

【図３】回転羽根装置を送風管に装着した状態の説明図
である。

【図４】（Ａ）乃至（Ｄ）はそれぞれ羽根体の変形例の
説明図である。

【符号の説明】

２ 回転羽根装置 ４ 羽根体 ６ 枠体 ８ 支持手段 １０ 駆動手段 １２ 支持部材 １４ 凹溝 １５、１６ ローラ １８ 歯車 ２０ モータ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の羽根体を仮想円内において前記仮
   想円の周方向に間隔をおき仮想円の中心からほぼ放射状
   に延在させた状態で各羽根体の外周部を連結すると共に
   回転することで各羽根体を一体的に回転させる環状の枠
   体を設け、 前記仮想円の半径方向における羽根体の外側において前
   記枠体を該枠体の中心を回転中心として回転させ、各羽
   根体の回転により流体を移動させるようにした、 ことを特徴とする羽根体の回転駆動方法。
2. 【請求項２】 複数の羽根体と、 前記複数の羽根体を仮想円内において前記仮想円の周方
   向に間隔をおき仮想円の中心からほぼ放射状に延在させ
   た状態で各羽根体の外周部を連結すると共に回転するこ
   とで各羽根体を一体的に回転させる円環状の枠体と、 前記枠体の外周部に沿って円環状に配置され枠体の外周
   部をその周方向に移動可能に支持する支持手段と、 前記支持手段の半径方向の外側に配置され前記枠体をそ
   の周方向に移動させる駆動手段と、 を備えたことを特徴とする回転羽根装置。
3. 【請求項３】 前記支持手段は枠体の外周部に沿って配
   置された円環状の支持部材を備える請求項２記載の回転
   羽根装置。
4. 【請求項４】 前記支持部材の内周部にはその半径方向
   に開放状の凹溝が周方向に連続して形成され、枠体の外
   周部はこの凹溝により移動可能に支持される請求項３記
   載の回転羽根装置。
5. 【請求項５】 前記凹溝の内部には、枠体に接触して凹
   溝の幅方向における枠体の動きを規制する複数のローラ
   と、枠体に接触して凹溝の深さ方向における枠体の動き
   を規制する複数のローラが設けられ、前記枠体はこれら
   ローラにより周方向に移動可能に支持される請求項４記
   載の回転羽根装置。
6. 【請求項６】 前記凹溝内に位置する枠体の外周部には
   歯部が形成され、前記駆動手段は、前記歯部に噛合する
   歯車、前記歯車を駆動するモータを備え、モータは支持
   部材の半径方向の外側に配置されている請求項４または
   ５記載の回転羽根装置。
7. 【請求項７】 前記支持手段は、前記枠体の外周部に周
   方向に沿って配列された第１の磁石と、前記第１の磁石
   との間に所定の隙間を形成して前記凹溝の周方向に沿っ
   て配列され、前記第１の磁石との間に反発力が作用する
   第２の磁石とを含んで構成されている請求項４記載の回
   転羽根装置。
8. 【請求項８】 前記枠体はモータの回転子を成し、前記
   駆動手段は、前記枠体との間に所定の隙間を形成して凹
   溝内に配置されたモータの固定子鉄心と、前記固定子鉄
   心に装着された巻線とを含んで構成されている請求項４
   記載の回転羽根装置。
9. 【請求項９】 前記枠体は、少なくとも外周部が導電材
   料によって形成されて前記回転子を成し、前記巻線は三
   相交流巻線である請求項８記載の回転羽根装置。
10. 【請求項１０】 前記枠体は、磁石が装着されて前記回
    転子を成している請求項８記載の回転羽根装置。
11. 【請求項１１】 複数の羽根体を仮想円内において前記
    仮想円の周方向に間隔をおき仮想円の中心からほぼ放射
    状に延在させた状態で各羽根体の外周部を連結し各羽根
    体と一体的に回転する環状の枠体を設け、 前記仮想円を含む面に対してほぼ直交する方向の流体の
    移動により各羽根体を回転させ、 前記仮想円の半径方向における羽根体の外側において、
    羽根体と一体的に回転する前記枠体の回転エネルギを取
    り出すようにした、 ことを特徴とする流体の運動エネルギの取り出し方法。
12. 【請求項１２】 複数の羽根体と、 前記複数の羽根体を仮想円内において前記仮想円の周方
    向に間隔をおき仮想円の中心からほぼ放射状に延在させ
    た状態で各羽根体の外周部を連結し各羽根体と共に一体
    的に回転する円環状の枠体と、 前記枠体の外周部に沿って円環状に配置され枠体の外周
    部をその周方向に移動可能に支持する支持手段と、 前記支持手段の半径方向の外側に配置され前記枠体の回
    転エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、 を備えたことを特徴とする発電装置。