JPH1162813A

JPH1162813A - サボニウス型風車及びサボニウス型風車を利用した風力発電装置

Info

Publication number: JPH1162813A
Application number: JP22636497A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Taniguchi; 幸比古谷口
Original assignee: ZEFUAA KK
Current assignee: ZEFUAA KK
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】サボニウス型風車を効率を上げ、高回転ある
いは高トルクを発生させて高出力の発電を行なう。ま
た、このような発電機を小型、軽量で安価に提供する。【解決手段】回転翼１１の外側に、回転翼１１の外側
の風を回転翼１１に導入するように、固定枠１２から外
に向かうように設置された複数の固定翼１３を備えたサ
ボニウス型風車である。この固定翼１３によってより多
くの風が回転翼１１に導入され、かつ風による回転翼１
１の抵抗を減らすことができるので、風車に高回転、高
トルクを発生させることができる。回転翼１１の回転に
よって得られる動力は回転伝達プーリ１４を介して発電
ユニット１５に伝えられ電力に変換される。

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、及びサボニウス型風車を用いた風力発電装置に関
し、より詳しくは、風力を有効に利用して高回転、高ト
ルクを発生させるサボニウス型風車、及びそのようなサ
ボニウス型風車を利用して高電力を発生させる風力発電
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、化石燃料の大量消費に起因する地
球温暖化現象や大気汚染等の環境破壊が大きな問題とな
っている。このような問題から地球環境を守るために、
化石エネルギーの消費節減や、化石燃料に代わる代替エ
ネルギーの必要性が大きく叫ばれている。

【０００３】こうした背景を受けて、最近、化石エネル
ギーを用いることなく、自然の力を利用して電力を発生
させるような発電方式が世界各国で見直されてきてお
り、風力発電に関しても活発に開発が進められている。

【０００４】サボニウス型風車は、フィンランド人であ
るサボニウスによって１９２０年代に考案された垂直軸
型風車である。図６に、従来のサボニウス型風車の基本
構造を示す。

【０００５】図６に示すようにサボニウス型風車は、円
筒を縦に２等分して切り、これをスライドさせて回転翼
（受風バケット）１とし、その中心部に回転軸２を取り
つけたような構造を持っており、風を受けたときの回転
翼１の凹面部と凸面部の抗力差によって回転の駆動力を
生み出す。このようなサボニウス型風車は、効率は低い
ものの比較的大きなトルクを発生するという特徴をも
ち、風向きに関係なく低速の風でも起動することができ
るので、風の弱いところであっても利用することが可能
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のサボニウス型風車によって発電を行なった
場合、得られる電力は、理想的な風を受けた場合であっ
ても１０Ｗ程度と低いものであった。また、サボニウス
型風車では回転翼の重量が比較的重いため、大きなトル
クを得ようとして回転翼を大きくした場合、回転軸にか
かる重量が増え、希望のトルクを得ることが難しい上
に、風車の強度や安定性も悪くなるという問題があっ
た。したがって、従来のサボニウス型風車によって大き
なトルクを得るためには、かなりの大きさの回転翼に耐
えうるだけの強度を軸回りにもたせる必要があるが、こ
れは風車の重量を増加させ、その結果風車の移動性や設
置性は悪化し、また同時に、コストの増大を招くことと
なる。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、サボニウス型風車の能率を改善し
て高回転、高トルクを得ること、および、そのようなサ
ボニウス型風車を用いた風力発電装置によって大きな電
力を発生させること課題とする。

【０００８】また、本発明の課題は、小型、軽量であっ
ても高回転、高トルクを発生させることができ、一般家
庭でも組み立てや設置が簡単なサボニウス型風車を低コ
ストで提供することにあり、また、そのような風車を用
いて効率よく大きな電力を発生する発電機を提供するこ
とにある。

【０００９】さらに、本発明の課題は、移動性や収納性
がよく場所をとらない高能力の家庭用サボニウス型風車
を提供することにあり、また、あまり風が吹かない場所
であっても比較的大きな電力を安定して発生させること
のできる家庭用発電機を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるサボニウス
型風車は、回転軸に固定された少なくとも２枚の回転翼
と、該回転翼の外側に、該回転翼の外側の風を該回転翼
に導入するように、該回転軸から外向きに設置された少
なくとも２枚の固定翼とを備えている。このような固定
翼を備えることにより、単に回転翼のみを用いた場合に
は利用することのできなかった回転翼の外側を通る風を
も回転翼側に向かわせて、それを回転力を発生させるた
めに利用することができるので、回転軸に高回転あるい
は高トルクを発生させることが可能となる。また、この
場合、高トルクを発生させるために回転翼を大きくする
必要がないので、軸回りの強度を強化させる必要がな
い。したがって、移動性や設置性がよく高トルクを生む
風車を、比較的軽量で安価に提供することができる。

【００１１】前記固定翼は湾曲した形状をもっていても
よい。この場合、回転翼外の風がより効果的に回転翼に
導入され、回転軸にさらに高回転あるいは高トルクを発
生させることができる。

【００１２】前記固定翼は、前記回転翼の回転における
法線方向から接線方向に向けて、ある角度だけ傾けて設
置されることが好ましい。こうすることにより、回転翼
に対して効果的に外部の風が導入され、また、風上へと
向かって動く側の回転翼に当たって回転を妨げようとす
る風を遮ることができるので、回転に寄与する風を大幅
に増やすと同時に回転を妨げる風を減らすことができ
る。これにより、さらに回転軸の高回転あるいは高トル
クを得ることができる。

【００１３】この場合、固定翼を前記回転翼の回転にお
ける法線方向から接線方向に３０〜６０度だけ傾けて設
置することが、風の力を回転翼の回転に効率的に変換す
るために好ましく、回転翼の回転における法線方向から
接線方向にほぼ４５度だけ傾けて設置すればより好まし
い。また、この場合、どのような方向からの風をも効率
的に利用するために、固定翼は回転翼の回りに均等間隔
で４枚あるいは８枚配置することが、好ましい。

【００１４】また、前記固定翼は、前記回転翼の回転の
接線方向に対する角度を自由に調節できるように、枠に
対して回転可能に取り付けられていてもよい。これによ
り、使用時の風の向きや設置条件にあわせて、回転翼の
回転が最も速くなるように、あるいは発生トルクが最も
大きくなるように、固定翼の角度を自由に調節すること
ができる。またこの場合、固定翼を風車の固定枠のカー
ブに沿って折りたたむ（あるいは、回転翼の回転接線方
向に向くように揃える）ことにより、装置の占有面積を
減らすことができるので、装置の移動や保管に便利であ
る。

【００１５】本発明の風力発電装置は上記の特徴を持つ
サボニウス型風車を備えた発電装置であって、サボニウ
ス型風車の上記の特徴によって効率的に得られる動力を
電力に変換して大きな電力を発生させる。これにより、
移動性や設置性がよく、しかも高電力を発生させること
のできる風力発電機を、比較的軽量で安価に提供するこ
とができる。

【００１６】この発電装置は、さらに、太陽電池等の光
電変換素子を備えてもよく、この場合、風力によって得
られる電力と太陽光などの光よって得られる電力の両方
を利用して発電を行なう。このように２種類の発電形態
を備えることにより、さらに大きな発電力を得ることが
できるばかりでなく、風が弱い時であっても太陽光など
の光を利用して発電力を補うことができ、風の変化によ
る発電力の低下を極力抑えることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１〜５を参照しながら本
発明の実施形態について説明する。これらの図の中で
は、同じ構成要素に対しては同じ参照番号を用いてい
る。

【００１８】図１は、本発明によるサボニウス型風車を
用いた風力発電装置の実施形態を表している。図１に示
すように、この風力発電装置は、回転軸１０に固定され
たサボニウスタイプの２枚の回転翼１１と、固定軸１０
を回転可能に保持する固定枠１２と、固定枠１２に取り
付けられ、回転翼１１の外側に配置された８枚の固定翼
１３と、回転軸１０に取り付けられた回転伝達プーリ１
４と、回転伝達プーリ１４によって伝えられる風車の回
転力あるいは駆動力を電力に変換する発電ユニット１５
とを備えている。

【００１９】図２は、この風力発電装置を上方から見た
図であり、図３はそれを横から見た場合の図（前方の固
定翼は省いている）である。図２からわかるように、固
定翼１３は、より多くの風を回転翼１１に導入するよう
に、回転翼１１の回転の接線方向（Ｔ）からある角度
（θ）だけ外向きになるように設置されている。この固
定翼１３の角度（θ）は３０〜６０°の範囲にあること
が好ましく、４５°付近とすることがより好ましい。こ
のように固定翼を設置することにより、単に回転翼のみ
を用いた場合には利用することのできなかった回転翼外
部を通る風を回転翼側に向かわせることができ、これに
より、回転軸に高回転あるいは高トルクを発生させるこ
とができる。また、固定翼１３は、風に逆らって動く側
の回転翼に当たる風の量を減らし、さらにその風を回転
力を生む側の回転翼方向に導くという効果も生み出す。
さらに、固定翼１３が取り付けられることにより、人の
手などが回転翼１１に触れにくくなるといった安全面で
のメリットや、木の枝などの接触により回転翼１１の回
転が妨げられることを防ぐといった機能面でのメリット
も生まれる。

【００２０】本実施形態の寸法は、回転翼１１の回転直
径が６４４ｍｍ、固定翼の長さと高さがそれぞれ３５４
ｍｍと５３５ｍｍ、装置全体の幅と高さがそれぞれ１０
７５ｍｍ、５７５ｍｍであるが、これはあくまで一例で
あり他の寸法を採用してもよい。

【００２１】８枚の回転翼１３は固定枠１２に固定され
ていてもよいが、回転翼１１の回転の接線方向に対する
角度を自由に調節できるように（図２のなかのＲ方向に
回転できるように）固定枠１２に回転可能に取り付けら
れていてもよい。固定翼１３がこのように回転可能に取
り付けられた場合、使用時の風の向きや設置条件に応じ
て、回転翼１１によって発生するトルクが最も大きくな
るように固定翼１３の角度を自由に調節することができ
るというメリットが生まれる。またこの場合、固定翼１
３を固定枠１２に沿って折りたたむ（回転翼１１のほぼ
回転接線方向に向くように揃える）ことにより、装置の
占有面積を減らすことができるので、装置の移動や保管
に便利である。なお、固定翼１３を回転可能に取り付け
た場合、さらに、使用時や移動時に固定翼の角度を固定
するための固定具を取り付けておけば、必要な角度を確
実に保持することができ、かつ移動時には装置をコンパ
クトにまとめることができて便利である。

【００２２】なお、回転翼１１は本実施形態では２枚と
しているが、３枚、あるいはそれ以上の回転翼を用いて
もよい。また、固定翼１３は本実施形態では８枚のもの
を用いているが、８枚に限られることはなく、例えば４
枚や１６枚としてもよい。なお、この複数の固定翼は、
どの方向からの風をも有効に利用するために、回転翼１
１の周囲に均等に配置されることが好ましい。

【００２３】図４は、本発明に基づくサボニウス型風車
の回転原理を説明するための図である。図４に示すよう
に、本発明によるサボニウス型風車は上記のような特徴
を持つ固定翼１３を備えるため、従来のサボニウス型風
車では回転翼が受けることのなかった風（ａ）も回転翼
１１に向かって導入させることができる。しかも、従来
のサボニウス型風車では風に逆らって進む側の回転翼１
１（Ｂ）に当たるはずの風（ｂ）は、本発明では回転翼
１１（Ｂ）にはあまり当たらず、駆動力を生む側の回転
翼１１（Ａ）に向けて流れ込む。このように、本発明に
よるサボニウス型風車は、回転翼に対して従来よりも多
くの風を集めることができ、さらに風車の回転の妨げに
なるはずの風をも回転力を発生させるために利用するこ
とができるので、風車の回転速度を上げるため、あるい
は高トルクを発生させるために極めて効果的である。

【００２４】図５は、本発明によるサボニウス型風車の
固定翼の第２の形態を表している。図５に示すように、
固定翼１３は湾曲した形状をもっていてもよい。この場
合、回転翼外の風がよりスムーズに回転翼１１（Ａ）側
に導入され、回転軸に対してさらに高回転あるいは高ト
ルクを発生させることができる。なお、固定翼１３の湾
曲の程度を、回転翼１１の回転円に沿った固定枠１２の
湾曲と同じ程度に作成し、しかも固定翼１３を固定枠１
２に回転可能（図５のＭで示す回転が可能なように）に
取り付ければ、移動時や収納時等の不使用時に固定翼１
３を閉じることにより、装置の占有面積を極めて小さく
することができ、かつ装置から突出する部分をなくすこ
とができるので非常に便利である。

【００２５】以上説明した本発明による発電装置は、さ
らに、太陽電池等の光電変換素子を備えていてもよく、
そうすることにより、風力によって得られる電力と太陽
光から得られる電力の両方を利用して発電を行なうこと
ができる。このように２種類の発電形態を備えることに
より、さらに大きな発電力が得られるばかりでなく、風
が弱い時、あるいは風が全くないときであっても太陽光
などの光を利用して発電力を補うことができ、風力の変
化による発電力の低下を極力抑えることができる。

【００２６】光電変換素子を備えるばあい、光電変換素
子は回転翼１１や固定枠１２、あるいは固定翼１３の面
上に取り付けられる。

【００２７】

【発明の効果】比較的小さな回転翼に多くの風を当て、
さらに回転翼の回転を妨げる風を減らすことにより、高
効率で高回転、高トルクのサボニウス型風車を、比較的
小型で軽量に低コストで提供することができる。また、
このようなサボニウス型風車を用いて、一般家庭でも移
動や設置が簡単な高電力の風力発電機を低コストで提供
することができる。さらに、あまり風が吹かない場所で
あっても比較的大きな電力を安定して発生させることの
できる風力発電機及びハイブリッド発電機を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサボニウス型風車を利用した風力
発電装置の実施形態を表した図である。

【図２】本発明の風力発電装置を上方から見た図であ
る。

【図３】本発明の風力発電装置を横から見た図である。

【図４】本発明のサボニウス型風車の動作を表した図で
ある。

【図５】本発明のサボニウス型風車の第２の形態を表し
た図である。

【図６】従来のサボニウス型風車の構成を表した図であ
る。

【符号の説明】

１回転翼２回転軸１０回転軸１１回転翼１２固定枠１３固定翼１４回転伝達プーリ１５発電ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２枚の回転翼をもつ垂直構造
のサボニウス型風車であって、回転軸に固定された少なくとも２枚の回転翼と、該回転翼の外側の風を該回転翼に向けて導入するよう
に、該回転翼の外側に、外向きに設置された複数の固定
翼と、を備えることを特徴とするサボニウス型風車。
【請求項２】前記複数の固定翼が湾曲した形状をもつ
ことを特徴とする、請求項１に記載のサボニウス型風
車。
【請求項３】前記複数の固定翼が、前記回転翼の回転
における法線方向から接線方向に向けて所定の角度だけ
傾けて取り付けられていることを特徴とする、請求項１
あるいは２に記載のサボニウス型風車。
【請求項４】前記複数の固定翼が、前記回転翼の回転
における法線方向から接線方向に向けて４５度だけ傾け
て取り付けられていることを特徴とする、請求項１ある
いは２に記載のサボニウス型風車。
【請求項５】前記複数の固定翼は、前記回転翼の周囲
に均等間隔で４枚あるいは８枚設置されていることを特
徴とする、請求項１から４のうちの１つに記載のサボニ
ウス型風車。
【請求項６】前記複数の固定翼が、前記回転翼の回転
の接線方向に対する角度を調節できるように回転可能に
取り付けられていることを特徴とする、請求項１、２、
あるいは５に記載のサボニウス型風車。
【請求項７】少なくとも２枚の回転翼をもつ垂直構造
のサボニウス型風車を利用した風力発電装置であって、回転軸に固定された少なくとも２枚の回転翼と、該回転翼の外側の風を該回転翼に向けて導入するよう
に、該回転軸の外側に外向きに設置された複数の固定翼
と、該回転翼の回転によって得られる動力を電力に変換する
変換器と、を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項８】前記複数の固定翼が湾曲した形状をもつ
ことを特徴とする、請求項７に記載の風力発電装置。
【請求項９】前記複数の固定翼が、前記回転翼の回転
における法線方向から接線方向に向けて所定の角度だけ
傾けて設置されていることを特徴とする、請求項７ある
いは８に記載の風力発電装置。
【請求項１０】前記複数の固定翼が、前記回転翼の回
転における法線方向から接線方向に向けて４５度だけ傾
けて設置されていることを特徴とする、請求項７あるい
は８に記載の風力発電装置。
【請求項１１】前記複数の固定翼は、前記回転翼の周
囲に均等間隔で４枚あるいは８枚設置されていることを
特徴とする、請求項７から１０のうちの１つに記載の風
力発電装置。
【請求項１２】前記複数の固定翼が、前記回転翼の回
転の接線方向に対する角度を調節できるように回転可能
に取り付けられていることを特徴とする、請求項７、
８、あるいは１１に記載の風力発電装置。
【請求項１３】さらに、光を電力に変換する光電変換
素子を備え、前記変換器から得られる電力と該光電変換
素子によって得られる電力の両方を利用して発電を行な
うことを特徴とする、請求項７から１２のうちの１つに
記載の風力発電装置。