JPS6128767A - 展開翼形風車 - 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、風車の回転中心に対して羽根の角度が約９
０度変化する展開翼形風車に関する。

「従来の技術」 従来、羽根に展開翼を用いた風車としては、例えば、特
開昭５８−１５７６６号公報による第７図に示したセイ
ルウィングを用いた垂直軸形風車がある。

その概要を説明すると、垂直軸１の上下部に固着したポ
ス２からそれぞれ放射方向に複数個のＬ形アーム３を突
設し、このＬ形アーム３の折曲部３ａに翼桁軸４をＬ形
アーム３と直交して設け、この上下に対向するＬ形アー
ム３の翼弦方向部材３ｂの外側端に、前記翼桁軸４にほ
ぼ平行な張線７を、その両端部にそれぞれスプリング８
を設けて張設し、この張線７と翼桁軸４との間に可撓膜
５を張シ渡して翼の主要部分を形成し、かつ、翼桁軸４
の周りと可撓膜５の一部を囲むように可撓材を用いて翼
形状の翼形桁６を形成し、この翼形桁６をＬ形アーム３
の折曲部３ａ間に回動自在にかけ渡し、全体として自動
調整形ウィングとしたものである。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、このような従来のセイルウィングを用い
た垂直軸形風車にあっては、翼形桁がＬ形アームに対し
て回動自在にしであるとし、かつ。

Ｌ形アームの翼弦方向部材の外側端に、可撓膜の外縁と
一体化に結合した張線をスプリングを介して取り付けで
あるといっても、前記翼弦方向部材にウィングの回動を
規制されているため、その回動角は小さく、また、扁平
な肉厚のないものであり、風力に左右されて一定の形状
を保つことができないので、翼型本来の特性を発揮し得
ないばかりでなく、風向に順行する回転区間に３いても
風向に対する羽根の角度が浅いので十分な風力を吸収す
ることができず、さらに羽根の尾端がスプリング取付け
のため剛性度に乏しく１強風に対して難点があるなどの
問題点が推察される。

「問題点を解決するための手段」 この発明は、斜上の問題点に着目してなされたもので１
回転軸から等角度をもって放射状に突設した複数組の一
対のアームそれぞれに、前記回転軸に平行に、かつ、ア
ームに対してほぼ直交からほぼ平行までの約９０度の角
度変更を可能とした断面翼型の展開翼を装備する展開翼
形風車を提供することにより、これらの問題点を解決し
たもの「作用」 したがって、展開翼は、風車の回転中１回転円周上にお
いて、風力、風車の回転力１回転により展開翼に働く遠
心力、翼型により発生する揚力。

板ばねの弾力、あるいは自重などの合力に基づき風向と
アームとのなす角に対応した適切な姿勢をとるように自
動的に回動して風車の回転力を助長し、また、空気抵抗
を減少して効率高く風車を回転させる。

「実施例」 以下、この発明の第一実施例として水平方向に回転する
垂直軸形風車を第１図ないし第４図に基づいて説明する
。

まず、構成を述べる。

第１図において、１１は、架台（図示省略）に立設され
た垂直固定軸、１２は、該固定軸１１にベアリングを介
して嵌挿された回転軸、１３は。

該回転軸１２に９０度の等角度をもって、かつ、　　　
　　　゛回転軸１２に対し直角方向、すなわち、水平方
向へ放射状に突設された上下一対四組のアーム、１４は
、各組の該アーム１３．１３の先端部を通り。

前記回転軸１２に平行な直線を中心線１４Ｃとして両ア
ーム１３．１３を結合し、コの字型の枠組に形成する連
結棒、１５は、断面翼型１６をした平面はぼ長方形の展
開翼（以下「翼」という）で、翼型１６の揚力作動点、
すなわち、重心ｑｃかられずか前方に寄った翼型裏面１
６ｒの所要箇所に突設された一対のブラケット１７によ
り、前記連結棒１４にベアリング（図示省略）を介して
前記中心線１４Ｃを回動中心として回動可能に取り付け
られている（第３図参照）。そして、前記アーム１３に
回転後方へほぼ直角に突設されたストッパ１８に対し翼
型裏面１６ｒが当接し翼弦１６ｃｒがアーム１３に直交
する基準位置Ｓから、矢印Ａで示す風車の回転方向、す
なわち、矢印Ｂで示す展開方向に回動して前記アーム１
３とほぼ平行となる展開位置Ｔまでの約９０度の回動範
囲内で回動可能となっている（第４図参照）。そして、
翼型裏面１６ｒの前部がアーム１３に当接する部位にけ
板ばね１日が固着されていて、展開終了に際して翼１５
の前部の衝撃を緩衝する。

また、連結棒１４の所要箇所に一端を固定して巻回し、
他端を翼１５の裏面先端部に圧接した弾力の極めて弱い
スプリング２０により、他力のかからない通常の状態に
おいて翼１５は、基準位置Ｓにある姿勢を維持している
。

なお、翼１５のアーム１３への取付けは、該翼１５の翼
型１６を形成した側面１５ｓの翼型の重心ｑＣかられず
か前方に寄った所要箇所において、前記アーム１３の先
端部にベアリングを介して直接１回動可能に取り付ける
ようにしてもよい。ただし、この場合は、前記ストッパ
１８．板ばね１９及びスプリング２０を設置する部材（
図示省略）を別にアーム１３の適当な箇所に付設する必
要がある。

次に、作用を述べる。

第４図は、一枚の翼１５が風車の回転中に回転中心Ｃ１
すなわちアーム１３に対してとる姿勢を４５度ずつ進ん
だ位置におけるものを例にとシ示した模式説明平面図で
ある。

円周Ｅは、垂直固定軸１１の中心、すなわち、風車の回
転中心Ｃに対し翼１５の回動中心１４Ｇが回転する軌跡
である。また、矢印Ｗは風向を示したものである。

そこで、翼１５の回動中心１４Ｇが最も風上にある円周
Ｅ上の位置を点ａとし、以下、矢印Ａの回転方向へ４５
度ずつ進んだ位置を点す、ｃ・・・・・・ｈとする。点
ａにおいては、風向Ｗは翼型１６の翼弦１６ｃｙに対し
直角となっているが、風圧中心ＷＣが回動中心１４Ｃよ
りも後方にあるので、典型裏面１６ｒの回動中心１４Ｇ
からの後方部分がストッパ１Ｂに押し付けられた翼１５
は基準位置ＳＫある。しかし、翼型表面１６ｈの頂点が
前方にあり、後方への傾斜面積が大きいので、大半の・
風が後方へ流れ、その反力によって翼１５は前方へ押さ
れるため矢印へ方向へ前進回転する。

翼１５が進みアーム１３と風向Ｗとのなす角αが増大す
るに伴ない、風力は漸次回転力を増加させるが、点ｂｓ
たりからは、ストッパ１７への押付は力が減少するとと
もに、該押付は力と遠心力との兼ね合いにより基準位置
Ｓから展開回動を始める傾向が生ずる。

点ｃＫ近付くと翼１５は、真後から風を受けることとな
シ、風力に基づく回転力も押付は力も零に近づき、そこ
で遠心力がスプリング２０と押付は力とに打ち克ち翼１
５を外方へ回動させるが。

典型裏面１６ｒに風力が作用するとととなる途端に翼１
５は、−挙に展開回動して点Ｃにおいては。

典型裏面１　’６　ｒの前端部は板ばね１９に衝撃を緩
和され、該板ばね１９を介してアーム１３の回転前面１
３ｆに圧接し、展開位置ＴＫある姿勢となるため、翼弦
１６ｑは風向Ｗと直角となり、典型裏面１６ｒけ風向Ｗ
に直面するので、翼１５は最大の回転力を発揮する。点
ｄに至るに従い風向Ｗとアーム１３とのなす角αは減少
し始め、これに伴なって回転力は漸次減少するが、展開
位置Ｔにある姿勢は崩さず点ｅまで維持される。

点ｅにおいては、典型裏面１６ｒによる回転力は零とな
るが、翼型１６が風向Ｗに正対するので翼型の特性であ
る揚力が矢印り方向に発生し、翼１５を回転方向Ａへ押
し進める。

点ｆにおいては、Ｒ１５は、遠心力と風力との釣合いに
より風向Ｗに正対した姿勢ではあるが、アーム１３は風
向Ｗに対する角αが鋭角となっているので、翼１５は展
開位置Ｔから若干逆展開回動した姿勢をとっており°１
発生する矢印り方向の揚力は、その円周Ｅの接線方向の
分力として回転力に寄与している。なお１回転力を阻害
する空気抵抗は、翼型１６が風向Ｗに正対しているので
極めて小さい。

点ｑにおいて、アーム１３は風向Ｗに対し直角となり、
翼１５は基準位置Ｓにほぼ復帰するが。

翼型１６が風向Ｗに正対していて揚力を発生しても回転
力には無関係である。ただし、回転力を阻゛害する空気
抵抗は、点ｆにおける場合と同様に極めて小さい。

点りにおいては、風力が遠心力に打ち克って翼１５は完
全に基準位置Ｓにある姿勢となるが、風圧を受ける面が
大きいため、回転力を阻害する空気奨抗は一回転中ｑ点
付近が最大となるが、値そのものは小さい。

上記の動作を各組の翼１５が４５度の位相差をもって順
次繰返すことによって風車に順調な回転を続けさせる。

次に、第二実施例として、垂直方向に回転する水平軸形
風車を第５図に基づいて説明する。

この第二実施例は、第一実施例の垂直固定軸を水平固定
軸２１としたのみで、その他の構成は。

はぼ同様であるため、説明は省略するが、風車の回転方
向は、風上において、下方へ、すなわち。

矢印Ｍの方向へ回転するように構成したものである。

また、作用もほぼ同様であるが、翼の自重が風車の回転
力に影響してくるので、第４図に示す第一実施例とほぼ
同様の、−展開翼の作用を説明する模式側面図により第
一実施例と同一の符号を用いて説明し、特に、前記のよ
うに風車の回転方向を矢印Ｍに設定した理由もあわせて
述べる。

点ａにおいては、翼１５の自重により回転力が増加し、
点すにおいては、自重により展開回動が早くなり１点す
と点Ｃとの中間辺りにおいて翼１５は展開位置Ｔの姿勢
となる。点ｄにおいては。

風力と遠心力とにより、そのままの姿勢を維持している
が１点ｅにおいては、翼型１６の後尾が自重によりわず
かに下り気味となる。しかし、揚力から自重を差し引い
たものが上昇回転に寄与する。

点ｆにおいても風向Ｗにほぼ正対し揚力の分力は回転力
となり空気抵抗の減少に役立つ。点ｑにおいては、到達
前に自重により基準位置Ｓに翼１５は復帰するが、発生
した揚力は回転力には関係しない。なお、空気抵抗は最
小となる。点り前後から点ａの手前までの区間は、回転
力を阻害する空気抵抗が次第に増大の一途を辿り、点ａ
を通過するとこの空気抵抗は回転力に変換する。

以上の動作を各組の翼１５が４５度の位相差をもって繰
り返し風車を回転させる。

今もし、第６図に比較図として示すように風車の回転方
向を矢印Ｍと逆の矢印Ｎの方向にするように構成すると
すれば、翼１５の重心に矢印Ｇで示す重力方向へ自重が
働くため１点ａにおいては典型表面１６ｈの後部傾斜を
流れる気流の反力による回転力を弱められるが、翼１５
の回転前進に伴なって漸次回転力は増し、点すでは典型
表面１６ｈで受ける風力に基づく回転力は極大となる。

しかし、その後は次第に翼１５の姿勢は風向Ｗの方向に
平行になろうとするので回転力は低下し、点Ｃにおいて
ほとんど零となる。点Ｃを過ぎて翼壁裏面１６ｒに風を
受ける姿勢となって始めて翼１５は一挙に展開する。な
お、翼１５が風向Ｗに逆行する点０〜点ａの区間の作用
は、第二実施例と大同小異であるが、肝心の風圧を翼型
裏面１６ｒ全体で受ける展開の時機が遅れて点Ｃを過ぎ
てからになるため、風車の回転力は低いものとなる。

以上が風車の回転方向を矢印Ｍのように選定する理由で
ある。

なお、その他の実施例として翼１５の重量をなるべく小
さくするように材料を選んで作成したり、′Ｉ あるいは、翼１５の前線に適当なバランスウェイトを内
設して１重心ｑｃを回動中心１４Ｃにほぼ一致させて遠
心力や自重の影響を減少させる手段もあるが、展開の作
動力を風力のみに任すことにより展開の時機が遅れ、風
力吸収の区間が短縮するので、前記第一、＠二実施例よ
りも回転力は劣る。

「発明の効果」 以上説明してきたように、この発明は、回転軸から直角
方向に等角度で放射状に突設した複数組の一対のアーム
の先端部を通り、前記回転軸に平行な直線を回動中心線
として、断面翼型の展開翼の前部所要箇所で前記アーム
に取り付け、翼型の翼弦後部がアームの回転後方のほぼ
直角位置から該アームの延長線までの約９０度の角度範
囲において回動可能な構成とする風車としたため、展開
翼が風向に順行して風車が回転する区間において、典型
表面及び主として翼壁裏面に風力を受けて回転力を発生
する一方、風向に逆行する区間においては、回転翼がで
きる限り空気抵抗の少い姿勢を自動的にとるばかりか、
揚力を発生して回転力に有効な援助を与えるので、風車
は、低風速時に対して、も自刃による始動が容易であり
、風力に対応した最も効率のよい回転を実施することが
でき、同大の地形式の風車に比してより大きな回転力を
獲得することができるという効果がおる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第一実施例の各展開翼が基準位置
にある場合の要部を示す斜視図、第２図は、同じく展開
翼の一方の取付は部分を示す拡大斜視図、第３図は、同
じく展開翼の拡大側面図、第４図は、同じく一枚の展開
翼の回転中の動作を示す模式説明平面図、第５図は、第
二実施例の第４図に相当する模式説明側面図、第６図は
、第二実施例と作用を比較するための＄５図に相当する
比較図、第７図は、従来のセイルウィングを用いた垂直
軸形風車の図で１図１は斜視図１図■は、図■の１−Ｉ
線断面図である。 １１・・・・・・・・・垂直固定軸 １２・・・・・・・・・回転軸 １３・・・・・・・・・アーム １４Ｃ・・・・・・回動中心線 １５・・・・・・・・・展開翼 １６・・・・・・・・・翼壁 １６９・・・・・・翼弦 ２１・・・・・・・・水平固定軸 Ｓ・・・・・・・・・・・・基準位置 Ｔ・・・・・・・・・・・・展開位置 第３図 第４図 １辰−皿県 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定軸に嵌挿した回転軸と、該回転軸から直角方向に等
   角度をもつて放射状に突設した複数組の一対のアームと
   、該アームの先端部を通り、前記回転軸に平行な直線を
   回動中心線として前部の所要箇所で前記アームに取り付
   けられ、かつ、翼型の翼弦が、該アームにほぼ直交する
   位置からほぼ平行となる位置までの約９０度の角度範囲
   において回動可能な断面翼型の展開翼とから構成したこ
   とを特徴とする展開翼形風車。