JPH09222070A - サボニウス型風車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風速変化に対応して風圧面積の増減を行い、
風車の回転速度調整を自動的に制御すること。 【解決手段】 軸１１の外周に羽根１３が設けられ、こ
の羽根１３の外側端部は支持部材１５の旋回軸２３に支
持されている。羽根１３の内側端部には連結部材１７，
５７の一端が連結されており、この連結部材の他端は前
記軸１１に装着された距離調整部材３０，５０に連結さ
れている。距離調整部材３０，５０には、弾性部材４０
の一端側が係止されており、この弾性部材４０の存在下
で距離調整部材は回動抵抗を受けながら軸１１回りを回
転する。羽根１３に与えられる風圧が強まった時には、
距離調整部材３０，５０が弾性部材の弾性付与方向と反
対方向に回転し、軸１１と羽根１３の内側端部との距離
を変化させて風圧面積を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はサボニウス型風車に
係り、更に詳しくは、風速変化に応じて各羽根の風圧面
積を等しく変化させることのできるサボニウス型風車に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、風力発電等に適用することの
できる各種タイプの風車が知られている。この種の風車
においては、風速に応じて風車の回転速度が変化するた
め、強風時の回転を抑制して発電量の抑制を行う必要が
ある。そこで、例えば、実開昭５９−１５２１８３号公
報に示されるように、可動型の集風板装置を風車に設
け、当該集風板装置の移動によって風車に吹き込む風量
を調整可能にした構造が知られている。その他の構造と
しては、実開昭５７−８７１６６号公報に示されるよう
に、回転軸に固定された支柱に沿って一対の羽根をスラ
イド可能に設け、この羽根のスライド移動で風圧面積の
増減調整を行うものも知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開昭
５９−１５２１８３号公報に示された構造にあっては、
集風板装置を制御するための電気制御機器やシリンダ等
の空圧機器を特別に用いる構造が不可避となり、装置全
体としての構造が複雑になるのみならず、製造コストも
高騰するという問題がある。

【０００４】また、実開昭５７−８７１６６号公報に示
された風車の場合、各羽根が個別的にスライドする構造
のため、それらの風圧面積を均一に維持することが困難
となり、風車の回転バランスが崩れて振動を生ずる等の
難点があり、実用性の確保を困難にするという問題を招
来する。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例における問題に
着目して案出されたものであり、特に、風圧変化に対応
して各羽根の風圧面積を等しく増減調整することのでき
るサボニウス型風車を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るサボニウス型風車は、軸回りに二以上
の羽根を設けるとともに、これらの羽根の外側端部を支
点として内側端部が軸に対して離間接近可能となる距離
調整部材を採用し、これによって、風圧の変化に応じて
各羽根の内側端部と軸との距離を均一に変化させ、風車
の回転調整を自動的に行いつつ、バランスのとれたスム
ースなる回転を確保しようとしたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態によ
れば、前記サボニウス型風車は、軸回りに位置する二以
上の羽根と、前記軸に連結されて前記羽根の外側を軸支
可能な支持部材と、前記羽根の内側端部に一端が連結さ
れた連結部材と、前記軸回りに装着されて前記連結部材
の他端を連結する距離調整部材とを含み、この距離調整
部材は所定の回動抵抗を受けながら前記軸回りに回動可
能に装着され、前記羽根に対する風圧変化に応じて各羽
根の内側端部と軸との距離を調整する、という構成を採
っている。この構成において、各羽根に生ずる風圧が強
まった時に、距離調整部材は、羽根の内側端部を軸から
離間する方向に移動させて風圧面積を減少させるように
作用し、これによって強風時の高速回転を抑制する。こ
の一方、正常な風速の際には、前記距離調整部材は、羽
根の内側端部が軸に接近する位置となり、各羽根の風圧
面積を大きく保ちながらの回転を可能とする。

【０００８】前記サボニウス風車の軸には弾性部材を装
着する構成が好ましくは採用される。この弾性部材を設
けることによって、前記距離調整部材に回動抵抗を付与
することが可能となる。ここにおいて、弾性部材として
はねじりコイルばね等が例示できる。

【０００９】また、前記距離調整部材は前記軸回りに装
着されたリングプレート又はドラムを含んで構成するこ
とが好ましい。リングプレートを採用する場合、羽根の
内側端部との間の連結部材としてはリンクが用いられる
一方、ドラムを採用する場合には連結部材としてワイヤ
等の紐状部材が好適に用いられる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００１１】図１ないし図７には本発明に係るサボニウ
ス型風車の第１の実施例が示されている。ここで、図１
にはサボニウス型風車の正面図が示され、図２には要部
拡大図が示されている。これらの図において、サボニウ
ス型風車１０は、略垂直方向に支持可能に設けられた軸
１１と、この軸１１回りにおいて周方向略９０度の相互
間隔をおいて配置された四個の羽根１３と、これらの各
羽根１３の外側端部を軸支可能に設けられたフレーム型
の支持部材１５と、前記羽根１３の上下各内側端部に一
端が連結された連結部材としてのリンク１７と、前記軸
１１回りに装着されるとともにリンク１７の他端を連結
する距離調整部材１８とを備えて構成されている。

【００１２】前記支持部材１５は、図５に示されるよう
に、軸１１に固定された上下一対の固定盤２０を介して
当該軸１１に連結されている。この支持部材１５は、上
方から見た場合に略直交方向に交わる方向に位置する上
下各四本のバー２２と、これら上下各四本のバー２２の
先端部上下間に掛け渡された旋回軸２３とにより構成さ
れている。バー２２の内側端部はボルト２４によって固
定盤２０にそれぞれ連結され、これにより支持部材１５
は軸１１と一体的に回転可能となる。

【００１３】前記羽根１３は円弧状の曲面形状を備えた
風受け面部１３Ａと、この風受け面部１３Ａの上下両端
に設けられた側面部１３Ｂとを備え、全体形状がカップ
状となるように形成されている。ここで、カップの深さ
は、羽根１３の内側が外側よりも相対的に浅くなるよう
に設けられている。本実施例における羽根１３は、金属
材料によって構成されているが、その材質は特に限定さ
れるものではない。例えば、羽根１３の外周側相当位置
を適宜なフレームで構築しておき、このフレームの内側
領域に布等を張設する構成等も採用することができる。

【００１４】前記リンク１７は、その一端が、羽根１３
の側面部１３Ｂにおける内側端部に固定された連結軸２
５にヒンジ結合されている。この一方、リンク１７の他
端は、図２に示されるように、ボルト３３を介して前記
距離調整部材１８にそれぞれヒンジ結合されている。

【００１５】距離調整部材１８は羽根１３を上下から挟
む軸１１の二箇所に装着されている。この距離調整部材
１８は、図２に詳細に示されるように、リングプレート
３０を含んで構成されており、その中心部に前記軸１１
が挿通される図示しない穴を備えた形状に設けられてい
る。リングプレート３０の中央部には当該リングプレー
ト３０よりも小径となる支持リング３１が一体的に設け
られており、これらのリングプレート３０及び支持リン
グ３１は、軸１１に対して回動可能であり、且つ、軸１
１の軸方向に移動不能に装着されている。

【００１６】また、上方のリングプレート３０の上面側
には、軸１１の外周側に位置する円盤状の調整ディスク
３５が配置されている。この調整ディスク３５は、図３
に示されるように、同心円上に位置する四個のスリット
穴３６を備え、これらのスリット穴３６には調整ボルト
３８が挿通されている。調整ボルト３８の先端は、前記
リングプレート３０にねじ込み固定されており、このね
じ込み力を若干弛めたときに調整ディスク３５は前記ス
リット穴３６の長さの範囲で周方向へ回動可能とされて
いる。また、調整ディスク３５の一部には穴３９が形成
されており、この穴３９には弾性部材としてのコイルば
ね４０の一端が受容可能に設けられている。これによっ
て、コイルばね４０の弾性力を調整可能としている。

【００１７】前記コイルばね４０の他端側は前記固定盤
２０に係止されている。このコイルばね４０はリングプ
レート３０に回動抵抗を付与するものであり、上方から
見た場合に、リングプレート３０を右回転方向に弾性を
付与するように設定されている。従って、前記羽根１３
に正常な風圧が加えられている場合及び無風状態におい
て、当該羽根１３の内側端部を軸１１の中心部に引き寄
せて風圧面積を大きく確保することとなる。この一方、
羽根１３に加わる風圧が上昇してサボニウス型風車１０
が高速回転し、羽根１３に生ずる遠心力が前記コイルば
ね４０の弾性力に打ち勝って大きくなった時に、前記リ
ングプレート３０がコイルばね４０の弾性付与方向とは
逆の方向、すなわち左回転方向に略４５度程度回転し、
各羽根１３の内側端部が軸１１から離れる方向に変位可
能となる（図４中二点鎖線位置参照）。ここにおいて、
前記リングプレート３０、調整ディスク３５及びコイル
ばね４０等によりガバナ機構４３が構成されている。

【００１８】なお、前記軸１１の下部位置に設けられた
リングプレート３０には前述した調整ディスク３５及び
コイルばね４０は設けられておらず、パイプ１２によっ
て上下のリングプレートを連結していることにより、前
記ガバナ機構４３の動作に追従して羽根１３と軸１１と
の距離調整を同期して行えるようになっている。

【００１９】図１に示されるように、前記軸１１は、そ
の上下両端側に配置された一対の軸受４４によって回転
可能に支持され、当該軸１１の下端部にはプーリ４５が
固定されている。このプーリ４５にはプーリ４６が相対
配置されており、これらの各プーリ４５，４６間にベル
ト又はチェーン等からなる動力伝達部材４７が巻装され
ている。ここで、プーリ４６はダイナモ４８の回転軸４
９に固定され、これによって、羽根１３の回転を利用し
た発電が可能となっている。

【００２０】本実施例に係るサボニウス型風車１０は、
正常な風速時において、図５及び図６に示されるよう
に、羽根１３の内側端部が軸１１に接近した位置となる
ように予め調整ディスク３５が位置設定され、風圧面積
が最も大きく確保できる状態に維持される。そして、強
風によってサボニウス型風車１０が高速回転して羽根１
３に生ずる遠心力が前記コイルばね４０の弾性よりも大
きく作用した時に、前記リングプレート３０がコイルば
ね４０の弾性力に抗して逆方向に回転することとなる。
この時、各リンク１７は、その両端がヒンジ結合されて
いるため、リンク１７が軸１１の径方向に延びるように
変位し、各羽根１３の内側端部が軸１１から離間する方
向に移動して風圧面積を減少させ、これにより、サボニ
ウス型風車１０の回転速度が抑制されることとなる。

【００２１】なお、風速が弱まって前記遠心力がコイル
ばね４０の弾性力に打ち負ける状態では、各羽根１３の
内側端部は軸１１側に引き寄せられることとなる。

【００２２】従って、このような第１の実施例によれ
ば、単一のリングプレート３０にリンク１７を介して各
羽根１３の内側端部が連結されているため、リングプレ
ート３０が周方向に回転した時に、軸１１と各羽根１３
の内側端部との距離変化を等しく調整でき、風圧変化に
逐次対応した風圧面積の増減を極めてスムースに行える
という効果を得る。また、リングプレート３０に調整デ
ィスク３５を設けたから、調整ディスク３５の周方向位
置を変化させることでコイルばね４０の弾性力を調整す
ることができ、設置環境等に臨機応変に対応することも
可能となる。

【００２３】次に、本発明に係るサボニウス型風車の第
２の実施例を図８ないし図１３を参照しながら説明す
る。なお、以下の説明において、前記第１の実施例と同
一若しくは同等部分については同一符合を用いるものと
し、説明を省略若しくは簡略にする。

【００２４】この第２の実施例は、羽根１３の使用数を
二つとするとともに、連結部材としてワイヤを用いたと
ころに特徴を有する。すなわち、図８及び図９に示され
るように、軸１１回りの上下二箇所に距離調整部材を構
成する一対のドラム５０が設けられている。これらのド
ラム５０の軸方向二箇所の領域にはワイヤ巻溝５１が形
成されており、その中心部にワイヤ固定部５２が設けら
れている。

【００２５】この一方、羽根１３の各内側端部には、ワ
イヤクリップ５５が固定されている。そして、ワイヤク
リップ５５と前記ワイヤ固定部５２との間は連結部材と
してのワイヤ５７によって相互に連結されている。ここ
で、ドラム５０は、正常な風速範囲であるときに、コイ
ルばね４０の弾性により右回転方向に付勢されてワイヤ
５７の繰り出し長さを一定に維持するようになってい
る。この一方、強風時にはコイルばね４０に抗して羽根
１３に生ずる遠心力でワイヤ５７を繰り出すように左回
転可能となっている。従って、この第２の実施例におけ
るサボニウス型風車１０も前記第１の実施例と実質的に
同様の作用を奏することとなる。

【００２６】このような第２の実施例によれば、正常な
風速範囲では、図１１及び図１２に示される位置で羽根
１３を保持して回転でき、強風下の高速回転時には、図
１３に示されるように、ワイヤ５７が繰り出されて羽根
１３の内側端部が軸１１から大きく離間することとな
り、風速変化に対応した風圧面積を減少してサボニウス
型風車１０の高速回転を抑制することとなる。

【００２７】なお、前記実施例においては、コイルばね
４０の巻き締め方向への弾性力は調整ディスク３５の周
方向移動で調整する構成を採用したが、本発明はこれに
限定されるものではない。例えば、調整ディスクに変え
て、ラックとピニオンを用いて実質的に同等の調整を行
うことも可能である。

【００２８】また、弾性部材としてはコイルばね４０に
限らず、渦巻きばね等も利用可能である。要するに、本
発明は、羽根１３に生ずる遠心力によって、当該羽根１
３の内側端部が軸１１から離間する方向に移動して風圧
面積を減少させる一方、平常の風速時に風圧面積を大と
するように羽根１３の内側端部を位置させることができ
ればよい。更に、前記コイルばね４０の巻き方向は限定
的なものでなく、逆巻きのコイルばねでも採用すること
ができる。この場合には、風車の回転方向が前記実施例
とは反対方向に設定されることとなる。

【００２９】また、本発明における羽根１３の使用数も
図示構成例に限定されるものではなく、風速に応じて各
羽根１３の内側端部が軸１１から離間することを許容す
る一定のスペースが確保される限りにおいて任意に設定
することが可能である。

【００３０】更に、前記連結部材としてのワイヤ５７に
代えて細長いベルト等、その他の紐状部材を採用しても
よい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
軸回りに距離調整部材を設けるとともに、この距離調整
部材と羽根の内側端部とを連結部材で連結したから、風
圧の変化によって各羽根の内側端部と軸との距離変化を
等しく調整することができ、風車の回転も全体としてガ
タなくスムースに行わせることができる。従って、軸の
支持領域に過大なる負荷を生ずることもなく、耐久性を
も併せて満足させるサボニウス型風車を提供することが
可能となる。しかも、本発明においては、従来必要とさ
れていた電気制御装置や空圧機器等を一掃した構成とす
ることが可能となり、構造の簡易化によって故障する虞
も少なくできる他、製造コストも安価にすることができ
る。

【００３２】また、距離調整部材は、弾性部材によって
軸回りの回動抵抗が付与される構成としたから、急激な
る強風が羽根に作用することがあってもダンパ効果を羽
根に作用せしめることができ、羽根或いはその周辺部品
の損傷等を効果的に回避することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施例に係るサボニウス型風車の全体
正面図。

【図２】 図１の要部拡大正面図。

【図３】 前記実施例に係る調整板の平面図。

【図４】 前記実施例に係る羽根の変位状態を示す概略
図。

【図５】 前記実施例に係るサボニウス型風車の要部外
観斜視図。

【図６】 前記実施例に係る正常な風速時の羽根の位置
を示す平面図。

【図７】 前記実施例に係る強風時の羽根の位置を示す
平面図。

【図８】 第２の実施例に係るサボニウス型風車の正面
図。

【図９】 図８の要部拡大正面図。

【図１０】 第２実施例に係る羽根の変位状態を示す概
略図。

【図１１】 第２実施例に係るサボニウス型風車の外観
斜視図。

【図１２】 第２実施例に係る正常な風速時の羽根の位
置を示す平面図。

【図１３】 第２実施例に係る強風時の羽根の位置を示
す平面図。

【符号の説明】

１０・・・サボニウス型風車、１１・・・軸、１３・・
・羽根、１５・・・支持部材、１７・・・連結部材とし
てのリンク、３０・・・距離調整部材を構成するリング
プレート、４０・・・弾性部材としてのコイルばね、５
０・・・距離調整部材を構成するドラム、５７・・・連
結部材としてのワイヤ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸回りに位置する二以上の羽根と、前記
   軸に連結されて前記羽根の外側を軸支可能な支持部材
   と、前記羽根の内側端部に一端が連結された連結部材
   と、前記軸回りに装着されて前記連結部材の他端を連結
   する距離調整部材とを含み、この距離調整部材は所定の
   回動抵抗を受けながら前記軸回りに回動可能に装着さ
   れ、前記羽根に対する風圧変化に応じて軸と各羽根の内
   側端部との距離を調整することを特徴とするサボニウス
   型風車。
2. 【請求項２】 前記軸には弾性部材が装着され、この弾
   性部材は、前記距離調整部材に回動抵抗を付与すること
   を特徴とする請求項１記載のサボニウス型風車。
3. 【請求項３】 前記距離調整部材は前記軸回りに装着さ
   れるリングプレート又はドラムを含んで構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のサボニウス型風
   車。