特開 2022-71765 風力原動機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022071765

(43)【公開日】2022-05-16

(54)【発明の名称】風力原動機

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/04 20060101AFI20220509BHJP

   F03D 3/02 20060101ALI20220509BHJP

【ＦＩ】

F03D3/04 B

F03D3/02 A

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020180905

(22)【出願日】2020-10-28

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】520422773

【氏名又は名称】長谷川 正樹

(74)【代理人】

【識別番号】100134072

【弁理士】

【氏名又は名称】白浜 秀二

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 正樹

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA13

3H178AA40

3H178AA43

3H178AA53

3H178BB73

3H178BB75

3H178BB77

3H178CC01

3H178CC05

3H178CC22

3H178DD12Z

3H178DD28X

(57)【要約】

【課題】構造が簡単なため製造が容易で低価格である風力原動機を提供する。
【解決手段】回転自在に設けられた回転軸と、この回転軸に取付けられた複数枚の翼とを備え、翼の各々は、回転軸の径方向を中心に傾斜した状態で風を受ける平板状の羽根部材を有していることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転自在に設けられた回転軸と、
この回転軸に取付けられた複数枚の翼と、
を備え、
前記翼の各々は、前記回転軸の径方向を中心に傾斜した状態で風を受ける平板状の羽根部材を有していることを特徴とする風力原動機。

【請求項2】

前記翼の各々は、
前記回転軸に取付られ、前記回転軸の径方向外方に水平に延びる平板状の支持部材と、
この支持部材の先端側に前記羽根部材を回動自在に取り付ける回動部材と、
前記羽根部材を水平状態から傾斜状態まで回動範囲を規制するストッパと、
を備え、
前記羽根部材が傾斜した状態で風を受けて前記回転軸を回転させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の風力原動機。

【請求項3】

前記翼の各々は、平板状部材を前記回転軸の径方向に沿って二つ折りした形状の折り曲げ部材を備え、この折り曲げ部材の谷側で風を受けて前記回転軸を回転させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の風力原動機。

【請求項4】

前記複数枚の翼の周囲を覆うとともに、風の導入口および導出口を有するハウジングと、
前記導入口と前記導出口の少なくとも前記導入口を開閉する扉と、
を備え、
前記導入口と前記導出口は、風が前記複数枚の翼の風受け領域に案内されるように形成したことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の風力原動機。

【請求項5】

前記ハウジングは、
前記複数枚の翼の周囲を覆い風の通過を妨げるとともに、前記複数枚の翼の風受け領域を露出する開口部を有する防風ドラムと、
この防風ドラムの前記開口部に連接され、該開口部から露出する前記複数枚の翼を覆うとともに、前記導入口および前記導出口を有する風洞と、
を備えたことを特徴とする請求項４に記載の風力原動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力を利用して動力を発生させる風力原動機に関する。

【背景技術】

【0002】

風力原動機としては、垂直に配置された回転軸に複数の翼を取り付け、翼で回風を回転軸に垂直に受けて回転軸を回転させる装置が知られている。

【0003】

たとえば、特許文献１には、垂直回転軸にらせん状に取付けられた複数の水平回転軸にそれぞれ２枚の板状羽根部材を固定し、これらを互いに連動して揺動するようにした構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－９４７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、この特許文献１に記載の羽根部材は、垂直回転軸に水平回転軸が貫通している等、構造が複雑で製造が困難であり、高価格になる。

【0006】

本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、構造が簡単なため製造が容易で低価格である風力原動機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は、回転自在に設けられた回転軸と、この回転軸に取付けられた複数枚の翼とを備え、翼の各々は、回転軸の径方向を中心に傾斜した状態で風を受ける平板状の羽根部材を有していることを特徴とするものである。

【0008】

翼は、回転軸に取付られ、回転軸の径方向外方に水平に延びる平板状の支持部材と、この支持部材の先端側に羽根部材を回動自在に取り付ける回動部材と、羽根部材を水平状態から傾斜状態まで回動範囲を規制するストッパとを備え、羽根部材が傾斜した状態で風を受けて回転軸を回転させるように構成してもよい。

【0009】

また、翼は、平板状部材を回転軸の径方向に沿って二つ折りした形状の折り曲げ部材を備え、この折り曲げ部材の谷側で風を受けて回転軸を回転させるように構成してもよい。

【0010】

さらに、本発明は、複数枚の翼の周囲を覆うとともに、風の導入口および導出口を有するハウジングと、導入口と前記導出口の少なくとも前記導入口を開閉する扉とを備え、導入口と導出口は、風が複数枚の翼の風受け領域に案内されるように形成してもよい。

【0011】

さらに、ハウジングは、複数枚の翼の周囲を覆い風の通過を妨げるとともに、複数枚の翼の風受け領域を露出する開口部を有する防風ドラムと、この防風ドラムの開口部に連接され、開口部から露出する複数枚の翼を覆うとともに、導入口および導出口を有する風洞とを備えた構成としてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、構造が簡単なため製造が容易で低価格である風力原動機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態に係る風力原動機としての風力発電機を示す斜視図である。

【図2】同風力発電機の翼を示す斜視図である。

【図3】同翼を示す斜視図である。

【図4】同翼の作用を説明するための図である。

【図5】同じく翼の作用を説明するための図である。

【図6】同風力発電機の翼の変形例を示す斜視図である。

【図7】同風力発電機の翼の他の変形例を示す斜視図である。

【図8】本発明の第２実施形態に係る風力原動機としての風力発電機を示す正面図である。

【図9】同風力発電機を示す平面図である。

【図10】本発明の第３実施形態に係る風力原動機としての風力発電機を示す縦断面図である。

【図11】本発明の第４実施形態に係る風力原動機としての風力発電機を示す縦断面図である。

【図12】同風力発電機の平面図である。

【図13】本発明の第４実施形態に係る風力原動機としての風力発電機を示す縦断面図である。

【図14】同風力発電機の平面図である。

【図15】本発明の第５実施形態に係る風力原動機としての風力発電機を示す縦断面図である。

【図16】同風力発電機の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

【0015】

図１は、本発明の第１実施形態に係る風力原動機としての風力発電機を示している。

【0016】

図１に示すように、風力発電機１は、地盤に設けられる基礎部材２を示している。この基礎部材２には、複数の脚部３…が立設され、この脚部３…の上部には、基台４が設けられている。

【0017】

基台４には、穴５が設けられ、この穴５を囲むように基台４上に筒状部材６が固定されている。筒状部材６の内側には上下に軸受５１，５１が設けられ、この軸受５１，５１には基台４の穴５および筒状部材６を貫通し垂直方向上方に延びる回転軸７が回転自在に支持されている。

【0018】

この回転軸７の回転は、一対の歯車８，９を介して発電装置１０に伝達されるようになっている。すなわち、回転軸７の下部に歯車８が取り付けられ、この歯車８に、発電装置１０の回転軸１１に取り付けられた歯車９が噛合うようになっている。

【0019】

また、発電装置１０は基礎部材２に設けられたスライダー１２に固定され、このスライダー１２より一対の歯車８，９が噛合う状態と離脱する状態とにスライドすることができるようになっている。

【0020】

また、この回転軸７の基台４より上方には、複数の翼１３…がそれぞれ水平方向に且つらせん状に取り付けられている。すなわち、翼１３…は、垂直方向に所定間隔を開けて、且つ、周方向に例えば３０°ずつずらして、回転軸７に取付けられている。

【0021】

また、翼１３…の各々は、回転軸７の径方向外方に水平に延びる平板状の支持部材１４を有していて、この支持部材１４は、基端側が回転軸７に取付られ、先端側には平板状の羽根部材１５が取り付けられている。

【0022】

この羽根部材１５は、図２に示すように、支持部材１４にヒンジ（回動部材）１６を介して回動自在に取り付けられている。

【0023】

すなわち、ヒンジ１６は支持部材１４の回転方向後端側に設けられ、羽根部材１５は、回転方向後端側がヒンジ１６を介して支持部材１４の回転方向後端側に回動自在に支持され、支持部材１４の上面に重なる状態から上方へ傾く状態に回動できるようになっている。

【0024】

また、羽根部材１５は、図３に示すように、ヒンジ１６と反対側に錘１７が固定されていて、羽根部材１５の重量と錘１７の重量でバランスされることにより容易に回動できるようになっている。

【0025】

また、支持部材１４のヒンジ１６近傍には、ストッパ１８が設けられていて、羽根部材１５を支持部材１４に重なる水平状態から支持部材１４から離れるように回動した傾斜状態まで回動範囲を規制するようになっている。

【0026】

さらに、支持部材１４の先端かつ羽根部材１５側および羽根部材１５の先端側かつ支持部材１４側にはそれぞれ傾斜面１９，２０が形成され、支持部材１４と羽根部材１５との間に風が入り易くなっている。

【0027】

そして、図４(a)に示すように、翼１３が先端側から風を受けると、羽根部材１５と支持部材１４との間に風が入り、羽根部材１５が水平状態から傾斜状態に回動して、傾斜状態で風を受けて回転軸７を回転させるように構成されている。

【0028】

また、図４(b)に示すように、羽根部材１５は、ヒンジ１６側から風を受けると、支持部材１４に重なる水平状態に回動し、回転軸７を回転させる力が働かないようになっている。

【0029】

図５は、翼１３の回転位置と羽根部材１５の回動位置との関係を示している。羽根部材１５は、翼１３のＫ～Ｃの回転位置で風を先端側から受けて傾斜状態に開き、翼１３のＥ～Ｉの回転位置で風をヒンジ１６側から受けて水平状態に閉じる。したがって、翼１３のＫ～Ｃの回転位置で羽根部材１５が風を受けることにより抗力が働き、回転軸７が回転する。

【0030】

なお、羽根部材１５は、支持部材１４の上面側に設けたが、支持部材１５の下面側に設けても良く、また、上面側および下面側の両方に設けても良い。

【0031】

さらに、翼１３は、支持部材１４にヒンジ１６を介して羽根部材１５を回動自在に取り付けた構成としたが、図６または図７に示すように構成してもよい。

【0032】

すなわち、図６に示す変形例では、翼１３は、平板状部材を回転軸７の径方向に沿って鋭角に二つ折りした形状の折り曲げ部材２１を備え、この折り曲げ部材２１の一方側が支持部材１４に水平状態に固定され、他方側が傾斜状態で回転軸７と垂直方向の風を受けて、つまり二つ折りの谷側で受けて回転軸７を回転させるように構成されている。

【0033】

この場合、回転軸７に垂直方向の風は、回転軸７に対して反対側の翼１３の山側にも当たるが、山側より谷側の方が風から受ける抗力が大きいため、回転軸７は回転する。

【0034】

また、図７に示す変形例では、翼１３は、平板状部材を回転軸７の径方向に沿って二つ折りした形状の折り曲げ部材２２を備えている。

【0035】

この折り曲げ部材２２の回転軸７側端部には、谷側を閉塞する閉塞部材２３が設けられ、この閉塞部材２３を介して折り曲げ部材２２が連結部材２４に連結され、さらにこの連結部材２４が回転軸７に連結されている。

【0036】

また、この折り曲げ部材２２の一方側は水平に対し上方へ傾斜し、他方側は水平に対し下方へ傾斜していて、回転軸７と垂直方向の風を二つ折りの谷側で受けて回転軸７を回転させるようになっている。

【0037】

この場合も、回転軸７に垂直方向の風は、回転軸７に対して反対側の翼１３の山側にも当たるが、山側より谷側の方が風から受ける抗力が大きいため、回転軸７は回転する。

【0038】

なお、この閉塞部材２３は、折り曲げ部材２２の回転軸７側端部だけでなく、回転軸７と反対側端部にも設けてもよい。

【0039】

図８および図９は、本発明の第２実施形態に係る風力原動機としての風力発電機１を示している。

【0040】

図８および図９に示すように、翼１３…は、周囲をハウジング２５で覆われ、このハウジング２５は、下部が基台４に固定されている。

【0041】

また、このハウジング２５は、翼１３…の周囲すなわち上方および側方を覆い風の通過を妨げるとともに、翼１３…の風受け領域を露出する開口部２６を有する防風ドラム２７と、この防風ドラム２７の開口部２６に連接され、開口部２６から露出する翼１３…を覆うとともに、風の導入口２８および導出口２９を有する風洞３０とを備えている。

【0042】

導入口２８および導出口２９には、それぞれ開閉扉３１，３２がヒンジ３３，３４を介して回動自在に取り付けられ、リモートコントロールされるサーボモータ３５，３６により開閉操作されるようになっている。

【0043】

そして、開閉扉３１，３２は、強風時には閉じられ、翼１３…が保護される。また、開閉扉３１，３２は、通常時には開かれ、風が導入口２８から風洞３０内に導入され、翼１３…の風受領域に当たり、導出口２９から導出される。

【0044】

この場合、風の強さに応じて開閉扉３１，３２の開放角度を変えることにより、風量をコントロールすることができる。

【0045】

図１０は、本発明の第３実施形態に係る風力原動機としての風力発電機１を示している。

【0046】

図１０に示すように、ハウジング２５は、支持フレーム３５に固定され、この支持フレーム３５は、筒状部材６の外周側に軸受３６を介して回転自在に取付られている。

【0047】

また、この支持フレーム３５の下部にはキャスター３７…が設けられ、基台４上に移動自在に構成されている。

【0048】

基台４にはサーボモータ６０が固定され、このサーボモータ６０の回転軸（図示しない。）にはプーリ３８が取り付けられている。

【0049】

また、支持フレーム３５の下面部にはプーリ３９が設けられ、このプーリ３８，３９間にはベルト４０が架け渡されている。

【0050】

そして、サーボモータ６０が風向きの応じて駆動されることによりハウジング２５の向きすなわち導入口２８の向きが変えられるようになっている。

【0051】

図１１および図１２は、本発明の第４実施形態に係る風力原動機としての風力発電機１を示している。

【0052】

図１１および図１２に示すように、ハウジング２５は、３つの部屋４１，４２，４３に仕切られ、各部屋４１，４２，４３に、回転軸７および翼…が設けられ、各回転軸７には歯車４４が取り付けられ、隣接する歯車４４の中間には中間回転軸４５に取付けられた中間歯車４６が歯合し、これらが連動するようになっている。

【0053】

さらに、中間回転軸４５には歯車４７が歯合し、この歯車４７には発電装置５０の回転軸５３に取付けられた歯車４９に歯合している。

【0054】

このように、３つの回転軸７…と２つの中間回転軸４５，４５の回転は、連動し、５つの発電装置１０…，５０…にそれぞれ伝達されるようになっている。

【0055】

また、ハウジング２５の各部屋４１，４２，４３には、導入口および導出口が設けられ、導入口２８には観音開きの開閉扉３１，３１が設けられ、導出口２９には片開きの開閉扉３２が設けられている。

【0056】

また、基礎部材２の下部にはキャスター５５が設けられ、サーボモータ５６により、風向きに応じて基礎部材２が固定部５７上で回転できるようになっている。

【0057】

図１３および図１４は、本発明の第５実施形態に係る風力原動機としての風力発電機１を示している。

【0058】

図１３および図１４に示すように、ハウジング２５内には、回転軸７および翼…が３台ずつ２列で合計６台、設けられ、各回転軸７には、歯車４４…、中間歯車４６…を介して連動するようになっている。

【0059】

また、ハウジング２５には、１列目の隣接する２つの回転軸７，７間および残りの回転軸７の隣接しない反対側に対応して導入口２８，２８が設けられ、この導入口２８，２８に対応して反対側に導出口２９，２９が設けられている。そして、これら導入口２８，２８および導出口２９，２９には開閉扉３１…，３２…が設けれている。

【0060】

図１５および図１６は、本発明の第６実施形態に係る風力原動機としての風力発電機１を示している。

【0061】

図１５および図１６に示すように、ハウジング２５内には、回転軸７および翼…が２台ずつ２列で合計４台設けられ、各回転軸７は、歯車４４…、中間歯車４６…を介して連動するようになっている。

【0062】

また、ハウジング２５には、１列目の隣接する２つの回転軸７，７間に対応して導入口２８が設けられ、この導入口２８に対応して反対側に導出口２９が設けられている。そして、導入口２８および導出口２９には観音開きの開閉扉３１，３２が設けれている。

【0063】

以上の構成によれば、翼１３は構造が簡単なため製造が容易で低価格である風力原動機を提供することができる。

【0064】

また、ハウジング２５を設けることにより、強風などの異常気象時にも翼１３を保護することができる。

【0065】

なお、上記実施形態では、動力原動機を風力発電機１に適用したが、これに限定されることはなく、たとえばポンプや水車の動力源として適用してもよい。

【符号の説明】

【0066】

７ 回転軸
１３ 翼
１５ 羽根部材
１ 風力原動機
１４ 支持部材
１６ 回動部材（ヒンジ）
１８ ストッパ
２１ 折り曲げ部材
２８ 導入口
２９ 導出口
２５ ハウジング
３１，３２ 開閉扉
２６ 開口部
２７ 防風ドラム
３０ 風洞

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【手続補正書】

【提出日】2021-10-15

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転自在に設けられた回転軸と、
この回転軸に取付けられた複数枚の翼と、
を備え、
前記翼の各々は、前記回転軸の径方向を中心に傾斜した状態で風を受ける平板状の羽根部材を有している風力原動機であって、
前記翼の各々は、
前記回転軸に取付けられ、前記回転軸の径方向外方に水平に延びる平板状の支持部材と、
この支持部材の先端側に前記羽根部材を回動自在に取り付ける回動部材と、
を備え、
前記羽根部材は、水平状態から傾斜状態まで回動範囲をストッパによって規制し、
前記羽根部材には、前記回動部材と反対側に錘が固定され、前記羽根部材の重量と錘の重量とがバランスされており、
前記羽根部材が傾斜した状態で風を受けて前記回転軸を回転させるように構成したことを特徴とする風力原動機。

【請求項2】

前記複数枚の翼の周囲を覆うとともに、風の導入口および導出口を有するハウジングと、
前記導入口と前記導出口の少なくとも前記導入口を開閉する扉と、
を備え、
前記導入口と前記導出口は、風が前記複数枚の翼の風受け領域に案内されるように形成したことを特徴とする請求項１に記載の風力原動機。

【請求項3】

前記ハウジングは、
前記複数枚の翼の周囲を覆い風の通過を妨げるとともに、前記複数枚の翼の風受け領域を露出する開口部を有する防風ドラムと、
この防風ドラムの前記開口部に連接され、該開口部から露出する前記複数枚の翼を覆うとともに、前記導入口および前記導出口を有する風洞と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の風力原動機。

【請求項4】

前記水平に延びる平板状の支持部材と前記水平状態にあって前記支持部材に重なり合っている前記羽根部材とにおいて、前記支持部材には、前記羽根部材に向かっての上向きの傾斜面が形成され、前記羽根部材には、前記上向きの傾斜面と向かい合うように前記支持部材に向かっての下向きの傾斜面が形成されている請求項１～３のいずれかに記載の風力原動機。

【請求項5】

回転自在に設けられた回転軸と、
この回転軸に取付けられた複数枚の翼と、
を備え、
前記翼の各々は、前記回転軸の径方向を中心に傾斜した状態で風を受ける平板状の羽根部材を有する風力原動機であって、
前記翼の各々は、
前記回転軸に取付けられ、前記回転軸の径方向外方に水平に延びる平板状の支持部材と、
この支持部材の先端側に前記羽根部材を回動自在に取り付ける回動部材と、を備え、
前記羽根部材は、水平状態から傾斜状態まで回動範囲をストッパによって規制し、
前記水平に延びる平板状の支持部材と前記水平状態にあって前記支持部材に重なり合っている前記羽根部材とを見たときに、前記支持部材には、前記羽根部材に向かっての上向きの傾斜面が形成され、前記羽根部材には、前記上向きの傾斜面と向かい合うように前記支持部材に向かっての下向きの傾斜面が形成されており、
前記羽根部材が傾斜した状態で風を受けて前記回転軸を回転させるように構成したことを特徴とする前記風力原動機。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は、回転自在に設けられた回転軸と、この回転軸に取り付けられた複数枚の翼とを備え、翼の各々は、回転軸の径方向を中心に傾斜した状態で風を受ける平板状の羽根部材を有している風力原動機を対象とするものである。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

この風力原動機において、翼の各々は、回転軸に取付けられ、回転軸の径方向外方に水平に延びる平板状の支持部材と、この支持部材の先端側に羽根部材を回動自在に取り付ける回動部材と、を備え、羽根部材は、水平状態から傾斜状態まで回動範囲をストッパによって規制し、羽根部材には、回動部材と反対側に錘が固定され、羽根部材の重量と錘の重量とがバランスされており、羽根部材が傾斜した状態で風を受けて回転軸を回転させるように構成する。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0011】

さらに、ハウジングは、複数枚の翼の周囲を覆い風の通過を妨げるとともに、複数枚の翼の風受け領域を露出する開口部を有する防風ドラムと、この防風ドラムの開口部に連接され、開口部から露出する複数枚の翼を覆うとともに、導入口および導出口を有する風洞とを備えた構成としてもよい。
風力原動機は、水平に延びる平板状の支持部材と水平状態にあって支持部材に重なり合っている羽根部材とにおいて、支持部材には、羽根部材に向かっての上向きの傾斜面が形成され、羽根部材には、上向きの傾斜面と向かい合うように支持部材に向かっての下向きの傾斜面が形成されているものであってもよい。
風力原動機はまた、回転自在に設けられた回転軸と、この回転軸に取付けられた複数枚の翼とを備え、翼の各々は、回転軸の径方向を中心に傾斜した状態で風を受ける平板状の羽根部材を有する風力原動機であって、翼の各々は、回転軸に取付けられ、回転軸の径方向外方に水平に延びる平板状の支持部材と、この支持部材の先端側に羽根部材を回動自在に取り付ける回動部材とを備え、羽根部材は、水平状態から傾斜状態まで回動範囲をストッパによって規制し、水平に延びる平板状の支持部材と水平状態にあって支持部材に重なり合っている羽根部材とを見たときに、支持部材には、羽根部材に向かっての上向きの傾斜面が形成され、羽根部材には、上向きの傾斜面と向かい合うように支持部材に向かっての下向きの傾斜面が形成されており、羽根部材が傾斜した状態で風を受けて回転軸を回転させるように構成したことを特徴とするものであってもよい。