説明

風車動力装置

【課題】構造を簡単にして、維持管理コストを最少にする垂直型風車を提供する。
【解決手段】垂直型風車の利点を生かし、構造を簡単にして、維持管理コストを最少にする発明で、風向板によって回転するカム溝と翼回転軸の角度変換部の機構を簡素化すべく、翼回転軸を左右に分割し、その内端を迂回リンクで連結し、前記迂回リンクの中央にカムガイドを設けて、風向板によって回転する球体カムのカム溝に直結させたことを特徴とする風車動力装置を提供しようとするものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、風力を利用して風車を廻し、その回転力で発電機やポンプを駆動する動力を獲得するための風車動力装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の風車動力装置は、垂直型風車装置として下記の特許文献に示す様な発明された事例が見られるが、構造設計に無理が有り、構造が複雑で製造コストが高く、維持管理が困難な欠点が有った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平3−202679号公報
【特許文献2】特開2005−9473号公報
【発明の概要】
【0004】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、垂直型風車装置の利点を生かし、構造を簡単にして、製造コスト、維持管理コストを最少にする発明で、風向板によって回転するカム溝と翼回転軸を回転させる角度変換部の機構を簡素化するため、翼回転軸を左右に分割し、その内端を迂回リンクで連結し、前記迂回リンクの中央にカムガイドを設けて、風向板によって回転する球体カムのカム溝に直結させたことを特徴とする風車動力装置を提供しようとするものである。
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
(1)左右の翼回転軸を、垂直回転軸の中央を貫通させる構造の廃止。
(2)風向板によって回転するカム溝と翼回転軸を回転させるリンク機構の改善。
(3)翼回転軸の回転と風向板によって回転する円筒カム溝の機構矛盾を解消。
(4)翼回転軸に対する翼の取付位置変位による回転バランスの悪さを改良。
【課題を解決するための手段】
【0006】
(1)翼回転軸を左右に分割し、垂直回転軸の外周に迂回リンクで連結させ、垂直回転軸への貫通を廃止し強度を確保する。
(2)左右翼回転軸の内端を迂回リンクで連結し、前記迂回リンクの中央にカムガイドを設け、風向板によって回転するカム溝に直結させ、構造の簡素化。
(3)前記カム溝を球体カム面に設け、前記迂回リンクの中央にカムガイドと係合させることにより翼方向の制御機構矛盾を解消。
(4)翼回転軸に対する翼の取付位置は、翼高さの中央とし、回転バランスを計る。
【発明の効果】
【0007】
前記解決手段により、従来品に比べ、下記の点が大幅に改善される。
(1)風向板によって風向きを正確に把握し、翼の向きを正しく制御する。
(2)構造を簡素化し、強度を確保して、製造費の低コスト化、維持管理の容易化。
(3)球体カム面にカム溝を設け、迂回リンク中央のカムガイドと係合させることにより翼方向の制御を無理なく行う機構の採用。
(4)翼回転軸に対する翼の取付位置は翼高さの中央とし、翼の両側面を内側に折り曲げて、回転バランスと風力変換効率を高める。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本案第一実施例のA−A’断面図
【図2】本案第一実施例の上面図
【図3】本案第一実施例の角度変換部の説明図
【図4】本案第二実施例の二段構成側面図
【図5】本案第二実施例のカム溝説明図
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に図1から図5を参照して本案の構造と作動を説明する。
図1から図3は本案第一実施例を示すもので、1垂直軸は7球体カムの円筒部と同軸で、前記円筒部は11フレームプレートの13軸受ベアリングに回転自由に支持され、1垂直軸は下側の11フレームプレートの13軸受ベアリングに支持されている。
7球体カムの円筒部の6頂上部には略飛行機の側面に類似の5風向板が取付けられている。7球体カムの外周には8カム溝が設けられ、その外半周を取巻く様に9迂回リンクが有り、14軸受に支持され左右に分割設置された2a、2b翼回転軸の内端と結合され、9迂回リンクの中央外側に10カムガイド(図2、図3参照)を取付け、8カム溝と係合して4角度変換部を構成し、5風向板の回転に伴い翼面方向を変換位置を設定する機能を有している。
2a、2b翼回転軸の外側のいずれか一方は水平に、他方は垂直に3翼を取付けられ、前記9迂回リンクと8カム溝の作動により、1垂直軸が半回転する毎に前記3a翼面の角度が90度回転させる4角度変換部(図3参照)を構成している。
4角度変換部の作動を説明すると、7球体カムは5風向板の動きに連動して回転し、その外周に設けた8カム溝と10カムガイドが係合していることで8カム溝の上下変動で9迂回リンクが上下に移動して、2a、2b翼回転軸が回転し、3a翼面方向を変化させるものである。従って、風向が一定の場合は、7球体カムは回転せず、1垂直軸が半回転する毎に前記3a翼面の角度が90度回転を繰り返される。
3翼の形状は縦長の矩形で、3a翼面の垂直方向の両側面は3b折り曲げ部が形成され、風力変換効率を上げる工夫がされている。3翼の材質はアルミ合金又は強化プラスチック等の比重が軽く強度の高い材料が望まれる。2a、2b翼回転軸への3翼の取付けは、2a、2b翼回転軸への直接溶接か、取外し可能なように保持金具によってねじ締め固定にしても良い。
次に、図2と図5を用いて2a、2b翼回転軸と9迂回リンクと8カム溝の関係を詳細に説明する。図2の風向きは上から下に流れているとし、1垂直軸中心から下方に向けて5風向板が位置し、その直上X1を回転基点として左回りにX2,X3,X4が90度ピッチで表示され、図5のカム溝説明図では、上段カム溝の上側平行溝の中心がX2位置で10カムガイドの10bカムベアリングが示され、3翼は垂直で風を受けていることを示している。右方向に90度進行してX3を前後して8カム溝は斜めに下降し、この位置で3翼は垂直から水平に切り替り、更に90度進行してX4位置で下側平行溝中心となり、3翼は水平で風をエスケープしている事を示す。下段カム溝は後で説明する2a、2b翼回転軸が上下二段構成時のカム溝と翼の動きを説明したもので、第一実施例では存在しない。
1垂直軸の下端は13軸受ベアリングで軸支され、その下に15大型歯車を取付け、16小型歯車と噛合って増速され、その軸に直結された17発電機を回転させる。勿論この回転負荷はポンプや他の動力源として使用しても良い。
全体構成は4本の12フレームポールと2枚の11フレームプレートの組合せで、1垂直軸と7球体カムの軸部を上下の13軸受ベアリングで保持している。
【0010】
次に本案第二実施例を図4及び図5を用いて説明する。
作動原理は第一実施例と同様であるが、図5に示す様に2a、2b翼回転軸は上下二段に90度ずれて設置されている。
図4の上段の構造は第一実施例と同じであるが、下段では14軸受と7球体カムが下側に連設された構造で、下段の2a、2b翼回転軸は回転軸を中心に見ているので3翼は14軸受に隠れて見えないが、点線で示したように翼面が斜めになっていることが分かる。その状態を図5で見ると、風向は同じ時として、上段カム溝では10bカムベアリングが上側平行溝の中に有り3翼は垂直で風を受けているが、一方下段カム溝では10bカムベアリングが上側から下側に向かう右下り斜面の途中中心に有り3翼は斜めに傾斜して、水平に向かい途中を示している。
従って、この第二実施例では2軸で4枚の翼が、90度ピッチで上下二段に設けられており、風を受ける側に常に2枚の翼が90度ピッチで回転し、しかも翼が上下の交互に風を受けることになり、風影を作らず、風車の動力変換効率が極めて良いことが分かる。
この原理で考えれば3軸や4軸も考えられ、それぞれの軸が重ならないようにする為には軸の設置ずらし角度は180を設置軸個数で割った角度にすることが理想です。例えば第二実施例の場合は180÷2=90度ずらしとなり、3軸の場合は60度に成る。
しかし、設備投資金額と効果を考えると二段4枚翼が最適で、それ以上段数を増やすとコストも上がり、代わりに二段で翼面関を大きくした方が効果的ではないかと思われます。
【産業上の利用可能性】
【0011】
現状では、水平軸にプロペラ翼を装着した大型風車が先行的に採用されている。
その理由は、水平軸ペロペラ風車が発電効率が良く、大型発電に適しているからである。
一方、家庭用では、太陽光発電が主に設置されているが、その理由は、設置場所が狭くプロペラ風車は設置できないからである。
しかし、太陽光発電は昼間のみで、好天気に恵まれる必要条件が有り、曇天時や夜間でも風があれば発電できる風力発電は魅力的である。
従って、今後の発電量増大策は、太陽光発電と風車発電のハイブリット化が有力視されているが、急がねばならないのは家庭で設置できる小型風力発電機である。小型化を進めるには垂直軸の風力発電装置の開発が必要です。本案はその目的を達する為に開発した物で、垂直軸のジャイロミル型風車の回転力に変換する効率を上げる為に、風を受ける側の翼は垂直にし、風に向かう側の翼は水平にして抵抗を減らす事で効率改善を達成しようとするものです。
本案では、それを可能な限り簡単な構造で、製造費を安く、維持管理費の安い安全設計を達成させたものです。
【符号の説明】
【0012】
1垂直軸、2a翼回転軸左、2b翼回転軸右、3翼、3a翼面、3b折り曲げ部、4角度変換部、5風向板、6頂上部、7球体カム、8カム溝、9迂回リンク、
10カムガイド、10a軸部材、10bカムベアリング、11フレームプレート、12フレームポール、13軸受ベアリング、14軸受、15大径歯車、16小径歯車、17発電機


【特許請求の範囲】
【請求項1】
垂直軸の左右に水平で回転自由に軸支された翼回転軸を設け、該翼回転軸の左右のいずれか一方は水平に、他方は垂直に翼面を取付け、前記垂直軸が半回転する毎に前記翼面の角度が90度回転する角度変換部と、該角度変換部を風向板の動きに連動して作動させ、風向と前記垂直軸の回転位置と翼面方向を連動させる風車動力装置において、
前記風向板を前記垂直軸の頂上部に回転自由に取付け、前記風向板と一体に構成される球体カムの外周にカム溝を形成し、前記垂直軸と直角に回転自由に軸支する軸受に前記翼回転軸を左右に分割設置し、前記翼回転軸の左右内端間に前記球体カムを迂回する迂回リンクを結合し、該迂回リンクの中央外側にカムガイドを取付け、前記カム溝と係合して前記角度変換部を構成し、前記風向板の回転位置方向を基点にして、前記角度変換部によって前記翼回転軸の回転で翼面方向を変換させるようにしたことを特徴とする風車動力装置。
【請求項2】
前記請求項1に記載の風車動力装置において、左右に分割設置された前記翼回転軸と前記風向板と前記角度変換部をセットにして、前記垂直軸の上下方向に前記セットを複数段設置し、前記翼回転軸の設置位置ずらし角度間隔は、前記垂直軸を中心に180度を設置段数で除した値としたことを特徴とする風車動力装置。
【請求項3】
前記請求項1及び2に記載の風車動力装置において、前記カムガイドは、前記迂回リンクの中央外側に、小径ベアリングの中心軸孔に軸部材を介して締結したことを特徴とする風車動力装置。
【請求項4】
前記請求項1から3に記載の風車動力装置において、前記翼の形状は、略矩形で水平方向の両端側面を内側へ折り曲げ部を設けると共に、前記翼の高さ幅の略中央を前記翼回転軸と結合したことを特徴とする風車動力装置。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−92754(P2012−92754A)
【公開日】平成24年5月17日(2012.5.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−241230(P2010−241230)
【出願日】平成22年10月27日(2010.10.27)
【特許番号】特許第4826932号(P4826932)
【特許公報発行日】平成23年11月30日(2011.11.30)
【出願人】(709004916)
【Fターム(参考)】