JPS58214680A - 垂直軸風車の自己始動装置 - 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】 風力エネルギーを利用して発電を行なう風車には、プロ
ペラ−を利用する水平軸風車と、風車が垂直軸の周囲を
水平回転する垂直軸風車との２種類に大別されるのが普
通である。

このうち後者の垂直軸風車は風向に無関係に回転するこ
とや。

重い発電機を装置の中心垂直軸の最下端に支持出来る上
に、注油等の管理が容易である以外にも安定性が高いこ
と々どの利点も多いのであるが、唯一つの欠点として知
られていることは低風速時には垂直軸風車には自己始動
が困難であるものが多いという事実があるのである。こ
のことのために在来はこの種の風車は始動用の補助発電
機を併置したりする場合が多かったのであるが１人家か
ら遠く離れた山頂や海岸などではこの補助の始動用発電
機を併置することばこれに対する給電方法が遠距離の困
難さかどのために種々の不便を生ずる場合が多かったの
である。

そこで、補助の始動用発電機を用いずに、低風速時であ
っても垂直軸風車が風力だけの自刃で始動できる方法を
この新構想では開発することをその主たる目的としてい
るのである。

垂直軸風車にもサボニウス型、パドル型やジャイロミノ
１型などその種類は数多く考えられるのであるが、その
中で４風速以上の周速が得られて、しかもシステムが簡
単で風車の重量当り並びにコスト当りの出力が高く、カ
ナダなどでは最近盛んに使用されているダリウス型の垂
直軸風車にこの新構想を適用した実施例によって以下そ
の構成の詳細と効果とを説明す為こととする。もちろん
ダリウス以外の垂直軸風車の各種類にも本構想の適用は
可能である。

第１図は３枚の翼２が中心垂直軸１の周囲を水平回転す
るダリウス風車に本構想の自己始動装置３をその垂直軸
１の下方に取付けた場合の実施例の斜視図であって、こ
れによって垂直軸風車と自己始動装置との関連状況を頭
に入れて置いてから、以下述べる第２図以下の構成の詳
細説明を御理解願いだい。尚この場合には前述の如くこ
の風車用の発電機の重量ある部分は垂直軸１の下方の４
又はそれ以下に設置されることが可能であるために全体
の重量の安定が至極容易であるのみならず注油其他の保
守や管理にも好都合であると考えられる。

本構想の自己始動装置の詳細は第２図以下に示しておる
のであるが、第２図はその断面図９第５図は平面図を示
し、中心線Ｃより左は無風状態下にあって風盃５が下降
している場合であるが、中心線Ｃよシ右はこれら複数の
風盃５が風力を受けて回転し、その風速による回転の遠
心力作用６によって複数の風盃５は中心線Ｃから外方へ
ど投出される力を受けている状態を示し、ている。４換
言すれば第２図の中段と下段とには円盤状の外側へのは
ね出し７ｙと７“′とがその周囲にそれぞれ突出してい
て、これらは共に中心軸１に取ト１けであるそれぞれに
対応する位置に設けられた同様に円盤状のはね出し１′
と１″の土面の［甲Ａ層！状溝にンよめられた減摩材（
ボールベアリング）８を経てのせられているから、中空
円筒状の上下の２本の中心軸７と７′はこれらの減摩材
８の働によって中心軸１の静止や回転状況とけ無関係に
各々独自に至蓚軽く回転出来るようになっているのであ
る。

そし７て第２図によって明かであるように、中段の突出
内鉄７”より上部の中空中心軸７′と、それより下部の
中空中心軸−一ンとは中段の部分で一応絶縁されている
のであるから、これらも又それぞれ上下とも独自に相互
には関係なく回転することが可能なような構造となって
いるのでちる。

この下段の中空中心軸７の上端部には外方に大きく円盤
状に突出しだ固定円環９が造出してあって、その外周上
には第７図の平面図に見る如く数多くの上下にだけ回転
自在な構造１３′のふた股の枢着腕１０が取伺けてあり
、その腕１０の先端にけ各腕毎に風盃５が第３図に示す
ように同一回転方向に各風盃の凹入部を向けた状態で定
着しである。ぞして各風盃５もこれらの下部にはそれぞ
れ下腕１１がこれらも掴着しであるが、これらの下腕１
１の下端は水平を保持しながら昇降する列降環１５に今
一つの掴着１２を介してこれも又第７図に示しだ上部の
円環９に対する場合とまったく同様の上下にだけ回転自
在な手法で掴着しである。

したがって、これらの複数の各風盃５は外部から風力を
受ければ、これらの球形半裁形の風盃５がロビンソン風
速計の風盃として長年風力の強弱通りの回転風力をイの
風速計の中心軸に与えてきた実績通りの回転力を中心中
空軸７に与えるであろうことは疑う余地のない確実なこ
とであるから１弱風や微風の場合にも風速計と同様に正
確に中心中空軸７はその風速通りに回転することになる
のである。

この場合−言附加えて聞きたいことは、ロビンソン風速
計では風温け４個又は５個だけ用いられていたが１本構
想では第１図や第３図の如くに数多くの風盃を用いてい
る。その理由はサボニウス形風車や、プロペラにしても
多翼形風車などの低速風車は、風車性能の観点からすれ
ば、出力係数は低いがトルク係数即ち自己起動回転力が
大きいことが知られているのであるから９本構想でもこ
のトルク係数を大きくする必要から数多くの風盃を同一
水平面上に万らべて起動トルクを成るべく大きく利用す
るようにしたわけである。

前にも述べたが複数の各風盃５の上と下には上下だけに
回転自在なような方法で枢着腕１０と下腕１１とを介し
てそれぞれ上は固定円環９と、下は水平昇降環１５とに
掴着されているのであるが。

第７図に示すごとく、これらの掴着方法はふたまたに分
れた腕木１３′で上下回転だけｄＥＥＩ］由な構造で掴
着されているのであるから、上下方向だけは回転出来て
も水平方向には回転することは出来ない。

従って各風盃が受けた風力は上部の固定環９と下部の水
平昇降環１３にともにそれらの水平回転力として与えら
れることになり、その結果としてその風力によって固定
環９と昇降環１３とこれらをつなぐ縦の中空中心軸７と
が一体となって中央部の中心軸１の周囲を軽く回転する
ことになるのである。

次に風盃５と共にこれらの円環９と昇降環１３とが一体
となって回転する速さが風速の多少の増加とともに次第
に増強するようになれば、この回転とともに各風盃５に
は中心軸１から遠ざかる方向に遠心力６が作用すること
となり１上部は固定円環９で固定しているのでその結果
第２図の中心線Ｃから左の図から右の図までこの遠心力
感によって風盃５け上昇することとなるので、これに従
って上述の風盃５の上下の枢着腕１０や下腕１１の端部
に取付θ富４掴着′・） が回転する結果となるだめに、第２図の右半分に示した
様に昇降環１３が上方にａの長さだけ持上げられる様な
結果となるのである。

昇降環１５の上面には本実施例では４ケ所になっている
が、場合によっては２ケ所でもよいが１図の如く直立棒
１４が取附けられていて、その上部は固定珍９を小孔で
貫通して上方に延びて固定項分された近くの部分に左右
のネジが刻（きざ）んであシ、これらに内部がかみ合っ
た筒状の伸縮筒１６がその外部に契合しているからこの
伸縮筒１６を左右の手で同時に同角度だけ右又は左に回
転することによって直立棒１４の昇降環１３と平面環１
５との間の総長さを加減することが可能なような構造と
なっているのである。したが−ってこの装置によって風
盃５が感受した風力をその上方にａの長さだけ伝達する
遠心力の強さの程度を調節することが可能となるのであ
る。

尚ここで一言付加えて置きたいことは、上に述べた中心
軸１の上段の内殻状突出１″の下から上へどこの場合に
は平面環１５は昇降するのであるから、この昇降運動が
中心軸１との水平距離が勝手に増減しないように１内股
状突出１“の下部に円筒状案内１６′を装置することと
した。

素について述べる。

最初に述べたように、このダリウス風車は低風速時には
自己始動が困難であるため、低風速時にも確実に回転す
ることがロピンソン風速計によって長年確認されている
複数の風盃５が受けた風力を利用してこの風力を目的の
ダリウス風車に伝達して始動させることが目的なのであ
るが、この場合にダリウス風車に対して浅い接触では効
果が十分とは考へられ々いことと、瞬間の衝撃的な突然
の伝達方 も好ましく々いことなどから、緩衝クラッチ要素と増−
要素とをｉ入しようとする構想をまとめあげたわけなの
である。

まず緩衝クラッチ要素としては上述の如く風盃５の回転
遠心力６の作用によって昇降する昇降壌１３と共に昇降
する上方の平面場１５の上面とこれに対応する上部の第
−円３１１１７の下面とには共に第３図右側中央部に示
す如くに放射状の凹凸を刻すると共に更にこれらに磁性
も与えてあってこれらが接触すれば密着して摩擦するこ
となくその回転力を確実に伝達するように増設けである
。

したがってＪｔｌ＆　５が感受した回転風力は遠心力が
働く程度に増強するに従って平面円環１５がこれにつれ
て上昇してその上部の第一の円環１７の下面と密着する
ようになれば風盃５が受けた回転力は確実に上部の第一
円墳１７に伝達せられ、これらは一体と々って共に同方
向に回転することになるのである。

第−円環１７には更にその上方にある大体同半径の第２
円環１８とが上下に向い合って位置すると共に、これら
の対応面にはその外径よりも少し半径を減じ叶相互の凹
入可能なように入れ込みに形成された円環状の突出１９
．１９’があって、これらの外側にはつるまきばねの発
条２０がその上下端部を第一と第２の円３５１７．１８
に固着しガからとりまいている形となっている。

ツ１゛。

これがいわゆるコイルバネの緩衝クラ繭即−実施例で斬
て、下方の千面壌１５と密着して回転力を伝達された第
−円環１７が回転すると共に、これに密着したコイルバ
ネの発条２０を順次その弾力に抗しながら引締めつつ回
転し、そしてその弾性によって衝撃を吸収しつつ回転す
ることによって衝撃を緩めなからやんわシと第二円墳１
８に回転力を与えるようになるのである。

この緩衝クラッチ要素の今一つの実施例を第４図の断面
図に示しである。この場合には第一と第２円環１７と１
８は同じ太さであってその間に円筒形の弾性つぎ手２１
が固着させである。それ故に第一円環１７が受けた回転
力はこの円筒形の弾性つぎ手２１をその弾力に抗しなが
ら回転させ、この場合の衝撃はこの弾性継手２１の弾力
変形によって吸収され２回転力の上昇とともに上部の第
２円環１８を緩かに回転させる結果となるのであるっこ
れらの実施例の第２円環１Ｂの上部には小歯車２２が付
着していてこれに噛合う歯車２５を介してその上部の増
力要素が展開する。次にこの増力要素について述べる順
序になるが、この増力要素はこの実施例では先程の緩衝
クラッチ要素の次になっているが、場合によっては緩衝
クラッチ要素の前に来て、換言すれげ風盃５の受けた風
力を先に増力して置いてから緩衝クラッチによってダリ
ウス風車に風力を伝達するという今一つの他の実施方法
も考えられることとなるのである。

数多くの歯車を用いて駆動軸と被動軸とを同一直線に揃
えながら増力する方法には内歯車や遊星歯車を用いたシ
、ホイストの如き太陽歯車を使用するなどの実例も数多
く考えられるが、ここでは普通の既成歯車を数多く使用
する経済的な実施例を添付第２図と第６図の平面とによ
って説明するとととする。

この例では主軸の左右に補助たて軸２４．２４’を一本
づつとって、中心軸１と金目５本の車軸間に同じ歯数比
の歯車組合せの列を多数設けて増力の効果を安価な費用
であげて、同じ中心軸１で駆動から被動へと増力効果を
高める比較的簡便な方法をとることとしている。

於て右側軸２４から中実軸１へ、更に中実軸１から左側
軸２４′へぞして１／２　　の歯数の歯車への回転力倍
増の伝達を左側軸から更に中央を紅て右側軸・＼、そし
て又更に中央へ戻って左側軸−３と伝達してから中央に
戻るというように、歯数を１／２　に減じ同時に回転力
を倍に増強する歯車の噛合ぜな小歯車の断面に小さな数
字で示１〜だように７回も反復したとすれば、この間に
回転力の増強は２０７乗で次の如き計算となる。

ニー　Ｊｌ ２Ｘ２Ｘ２Ｘ２Ｘ２Ｘ２Ｘ２Ｑ１’　２　Ｂゼ↓、 が、この実施例以夕）にも回転力の増強方法は種々異っ
た方法や計算が膜用によってけあることであろう。

次にこのように１２０倍以上にも増強されだ風盃５が受
けた回転力をダリウ不風車の中心軸１に与えて始動用に
緩衝的に伝達するのには第２図の最上位置に断面２９と
第５図とに示Ｌ７た一方向クラッチ３０を利用するのが
便利である。

れてあり、この凹形平盤２９の内部にはこれも一方向に
だけ止めるようにバネ止めされた特殊の発条５１が取付
けである。

第５図で見られる如く、各風盃５の凹部はすべてこの場
合には時計針の如き−・方向だけの回転のみが可什のよ
うに設備されているから、第５図で凹形平盤２９もこれ
を受けて時計針方向の回転を歯車２８から伝達されてい
る。

図示してはいないが、第１図に示したダリウス風車の各
翼２の断面形状も同様に上から見で時計針方向の回転を
行うべき形状になでタリウス風車が静止しでいる場合に
は上述の爪３１は発条の働き翼２の断面形状の働きによ
って風からの回転力を得てダリウス風車の本来の目的で
ある回転を始めるのであるが、このようにしてダリウス
の回転の速さ５５が段々と速くなっても、その速さよ沙
風盃にはダリウス風車に伝達されてそ−め回転力の増強
に役立っている事になる。

しかし、風速が更に次第に増加したり、又はダリウス風
車の効率が高くなったりして、その回転速度３３の方が
風盃による回転速度３２よりも高く９換言すれば回転方
向は同じであっても特殊円盤回転するようになって、ダ
リウス風車の特徴である風速以上の周速が得られて、そ
の風車としての効果が拡大することになるのである。

そして若しも又受風速が低下してダリウス風車の回転速
さ３１Ｓによる回転力３２がダリａ”＊−ｉ車の回転３
３を促進させるようになることは上述と同様であって、
この作用効果を一方面クラッチと称したのである。

以上で本構想の構成の説明を終り５次にその効果を述べ
る順序となるわけである。

前述の如く受ける風力が微弱な状態であっても、長年ロ
ビンソン風速計に用いられてきて確実に風力通りの強さ
で回転することで知られている複数の風盃５がその時の
風力に従って回転することは転力を一方面クラッチを弄
してダリウス風車の中心軸１に与えることにより、その
結果としてダリウス風車を風力による自己始動させると
いうことも、上記の如くこれまた疑をはさむ事の出来寿
い確実な本（Ｗ想の効果であるのである。

尚以上の説明において実施設引上の効果を勘案し７て複
数の風調５の数とそれらの直径の辱さや増力要素の光電
の数などを最適の状況を考えて増減したり、又は緩衝ク
ラッチ要素のコイルバネの取付に関する緩衝方法の各種
の検討などもそれぞれ図示とは異った設計方法もあり得
ることであろう。

【図面の簡単な説明】

図、第３図は平面図を示し、中心ｍＣより左は無風状態
下の状況。 中心線Ｃより右は複数の風盃５が風力を受けて回転する
場合にその風速による回転の遠心力作用６によって複数
の風盃５が中心線Ｃから外方へと投出される力を受けて
いる状態、第４図も同様に断面図であって緩衝クラッチ
要素の第二の実施例を示し、第５図以下は中心軸左半分
の平面図であって、第５図は一方面クラッチ３０．第６
図は増力要素の歯車関係、第７図は上部固定環９をそれ
ぞれ示している。 −１ろ− 添付図面の符号の表示 Ｃ垂直中心線、　　１垂直中心軸　　１／、１／／円盤
状のはね出し。 ２　ダリウスの翼、　３　自己始動装置、４．風車用発
電機。 ５、風盃、　　６　遠心力、　　７．　７’、中空円筒
状の中心軸。 ７　／／　、　７　／／／、円盤状の外部へのはね出し
、　　８　減摩球（ボールベアリング）、９．固定円環
、１０　　掴着腕、１１　　下腕。 １２　　今一つの掴着、１３、昇降場、１４．直立棒、
１５　　平面用。 １６、筒状伸縮筒、１６′円筒状案内、１７．第−円環
。 １８　　第二円ｉ、　　　１９．　１９’、、、円環状
の突出、２ｏ、コイルバネの発条２１　　円筒形の弾性
つぎ手、２２．小歯車、２４．２４’補助だて軸２５、
補助軸の歯車、　２６２倍の歯数の大歯車。 ２７、半分の歯数の小歯車、２８．被動軸の歯車２９　
一方向クラッチの円環状凹形平盤３０、一方向クラッチ
の特殊円盤、３１．特殊の発条の爪。 ３２、一方向クラッチ凹形平盤の回転力。 ３３　　仝上の特殊円盤の回転力。 出願人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の風盃が感受した風力を遠心力要素により緩衝クラ
   ッチ要素や増力要素などを経て供給して垂直軸風車を始
   動させるようにしたことを特徴とする垂直軸風車の自己
   始動装置。