JPS6318029B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、風車が持つ方向特性の良さを保ちな
がら、抵抗分に対して得られる動力分の比が大き
い風車を得ることができる風車の構造に関するも
のである。

「従来の技術」 船舶の推進に用いられる帆や風車において、風
の持つエネルギーを効率よく船舶の推進に用いる
ためには、単に大きな推進動力が得られるだけで
はなく、帆や風車が船舶の推進を妨げる抵抗分が
少ないことが要求される。いいかえると、抵抗分
に対して得られる動力分の比が大きい帆や風車が
船舶推進用として優れている。帆、特に翼型の硬
帆は動力・抵抗比において優れてはいるが、動力
を生じるためには、船の進行方向と風向との成す
角度に制限がある。従来の風車は、方向特性には
優れているが、得られる動力に比べて抵抗分が大
きい欠点がある。

「発明が解決しようとする問題点」 図４は風車本体の回転角度55を横軸に、風向56
に対する翼の迎角57を縦軸にとつて、各種の風車
の風車回転角度に対する翼の迎角の関係の特徴を
表したものである。

従来の風車を、その回転する風車本体と翼との
関係で見ると、図４の風車の特性曲線図に示すよ
うな(1)風車の回転する本体に翼が固定または半固
定されていて、本体の公転と翼の自転の周期が等
しい型の特性曲線５１，５２、(2)翼の回転を規制
する装置によつて、風車の本体が１回転する間に
翼が半回転する、本体の公知と翼の自転の周期が
１対２になる型の特性曲線５３とがある。(1)に属
するものとしては、ダリウス型風車の特性曲線５
１やジヤイロ・ミル型風車の特性曲線５２があ
り、特許第117314号の翼車の特性曲線もジヤイ
ロ・ミル型風車の特性曲線５２にあたる。(2)に属
するものとしては、特開昭52―59243の強制可動
翼風車の特性棋曲線５３が、これにあたる。(1)，
(2)のいずれの型の風車の特性も、風車本体が１回
転する間に、風に対する翼の迎角が90度近傍また
は270度近傍の抵抗分の大きい部分を通るために、
また、その抵抗分で風車の回転力をまかなうこと
もあるために、風車全体の風から受ける抵抗分が
動力分に比べて大きい。このために(1)，(2)のよう
な型の特性曲線の風車は、陸上の発電用等の動力
源としては適しているが、抵抗分が大きいだけに
船舶用としては、適していない。しかし、(1)，(2)
の型の特性曲線には属さない本発明は、風車の特
性曲線５４が、翼の回転を規制する装置によつ
て、風車の本体の公転に逆らつて翼が回転するた
めに、風車基体からみると風車本体が１回転する
間にも翼は自転せずに、風に対する迎角が小さい
ある狭い範囲を１周期分だけ正弦波状に振れるだ
けであるので、風に対する翼の迎角が90度近傍の
抵抗分の大きい部分を通らず、翼が常に動力・抵
抗の比の大きい動作点近傍で使用でき、風車全体
の抵抗分が動力分に比べて非常に小さくなり、船
舶推進用の動力源として、理想的であることを目
的とする。また、本発明は、翼の迎角が常に小さ
いために、本発明の風車は、従来の風車が高回転
数・低トルク型の風車であるのに比べて、低回転
数・高トルク型になり、大きな減速比の歯車等を
使わなくとも船の推進器につないで使用すること
ができる特徴を得ることを目的としている。

「問題を解決するための手段」 問題を解決するための手段は、本発明を図示す
る実施例により説明する。

図１は、翼の迎角の位置によつて変化する様子
を示す図であり、また同時に、翼の配置を示す図
でもある。図３は本発明に係る翼１個分に対する
翼駆動機構も示す説明図である。

基体１００に回転自在な風車回転軸１で取り付
けた風車本体２は、風車回転軸の同心円上の風車
本体２に垂直に回動自在に取り付けられた複数個
の翼３に生じる揚力の風車回転軸１に対するモー
メントによつて回転する。

風向４に対する各翼３３の迎角１１を制御する
ために、次のような翼駆動機構を持つ。すなわ
ち、各翼３を支持する各翼支持回転軸５の軸端に
は翼スプロケツト６が固着され、また、前記基体
１００には、風車回転軸１芯に対し偏心して、翼
スプロケツト数に対応した複数個の翼スプロケツ
トと同径の偏心スプロケツト７が、固着されてい
る。これらの対応した各翼スプロケツト６と各偏
心スプロケツト７は、チエーン８を介して結ばれ
ている。風車本体２の回転につれて生じるチエー
ン８のたるみは、バネ９とテンシヨンスプロケツ
ト１０とから成るたるみ吸収機構によつて、吸収
される。

翼３の迎角１１は、風車本体２の回転につれ
て、もし翼スプロケツト６が風車本体２に固着し
ているのならば、風車本体２の回転角と同じだけ
変化するはずであるが、偏心スプロケツト７とチ
エーン８とによつて翼スプロケツト６が、風車本
体２の回転角とほぼ同じ角度だけ逆に引き戻され
るために、結果として、翼の迎角は、風車本体２
の１回転の間に、図２に示すように、正負方向に
20度程度だけ、１回変化することになる。図２
は、風車本体の回転角度が０のときに、翼１６の
位置にある翼の迎角の変化を表している。図１
は、このときに、翼が風車本体の回転に伴つて位
置を変えてゆくにつれて、その向きを変化させて
いく様子を示している。翼は風車本体が１回転す
る間に、１回左右に向きを変える、すなわち、１
回振動するが、本風車は低回転（実船規模で周期
が数秒から十数秒）、高トルク型の風車のため、
翼の振動による翼の慣性の影響や、そのための風
の流れの乱れはない。

偏心スプロケツト７は、通常は基体１００に固
着されているが、風向の前後方向にスライドして
偏心の大きさを変えられるようにしておくことに
より、翼３の迎角１１の変化の大きさを、容易に
変えることができる。また、偏心スプロケツト７
を風向の変化に合わせて向きを変えて、その位相
位置を変えることによつて、各翼３の向きを一斎
に風向に合わせて、容易に変えることができる。

「作用」 一般に、風向に対する翼の迎角と、風が翼に生
じせしめる揚力と抗力との関係は、図５に示すよ
うに、揚力６１は迎角が20度近辺で最大値をと
り、０度と90度のときには０に近い。抗力６２は
迎角０度では０に近く、90度近辺で最大値をと
る。

図３において、偏心スプロケツト７が偏心して
いないとき、すなわち、その中心が風車回転軸１
芯と一致しているときに、各翼３の迎角１１が０
になるように、各翼の向きを初期設定するとす
る。この状態のときには、各翼３に生ずる揚力は
０であり、抗力は風車回転軸１に対して平衡して
いるため、風車本体２を回転させる力は生じない
が、風車本体に各翼から加えられる抗力は小さ
い。この状態で風車本体２を回転させると、翼ス
プロケツト６と偏心スプロケツト７とが同径のた
め、翼スプロケツト６は風車本体２の回転によつ
て位相位置が変化する分と、偏心スプロケツト７
とチエーーン８とによつて引き戻される分とが相
殺して、翼スプロケツト６は基体１００からみて
常に同じ位相位置を保ち、翼３の迎角１１は翼の
位置にかかわらず、変化しない。

図３に示すように翼スプロケツト６、偏心スプ
ロケツト７、テンシヨンスプロケツト１０が配置
されているとするならば、前記の状態から偏心ス
プロケツト７を風下方向に中心がくるように偏心
させると、風上側の翼スプロケツト６はチエーン
８に引つ張られて反時計方向に少し向きを変えて
翼３の位相位置を変える。また、風下側の翼スプ
ロケツトはチエーンがゆるむことによつて時計方
向に少し回転して翼の位相位置を変える。しか
し、風向と直角方向の翼スプロケツトは、翼回転
軸と風車回転軸との距離に対する偏心距離の比が
小さいために、ほとんど回転せず、翼の位相位置
を変えない。このため、偏心スプロケツトを風下
方向に中心がくるように偏心させると、各翼回転
軸と偏心スプロケツトの中心との距離が変化し、
チエーンが各翼スプロケツトの向きを変え、結果
として、図１に示すような方向に各翼の向きを変
える。このため、風車回転軸１よりも風上側の翼
は風に向かつて左側の揚力を生じ、風下側の翼は
風に向かつて右側の揚力を生じて、共に風車体２
を反時計方向へ回転させるモーメントを、風車回
転軸１に生じる。

風に向かつて右側直角方向の翼回転軸と偏心ス
プロケツトの中心との距離は、風車本体の反時計
方向への回転につれて、風向上側で最大、風向き
下側で最小となるように、正弦波状に変化する。
この距離の変化のために、チエーンで当該翼スプ
ロケツトを引き戻す量が変化し、当該翼スプロケ
ツトの位相位置、すなわち当該翼の迎角は、初期
位置を０とし、反時計方向を正とするならば、風
車本体２の１回転の間に、図２に示すように１周
期分変化し、風車本体２が反時計方向へ回転する
ようなモーメントを、風車回転軸１に生じる。

偏心スプロケツト７を風上方向に中心がくるよ
うに偏心させた場合には、前述の説明と逆の作用
によつて、風車本体２は時計方向に回転する。

「効果」 船舶の推進に要する力は、大部分が水面下の船
体に働く流体力と、船体上部構造部に働く風圧力
に抗するものである。そのために船舶推進用の風
車には、得られる動力が大きくても風圧抵抗が大
きい風車は不向きである。これが一般の風車が舶
用に用いられない大きな理由である。

本発明の垂直可動翼垂直軸型風車は、翼の揚抗
比の大きい範囲にだけ翼の迎角が留まるため、得
られる動力に比べて風の抵抗が小さく、舶用とし
て優れた特性を持つている。

本風車は翼の迎角の変化範囲を容易に変えるこ
とができるため、また、各翼の位相位置を一斎に
変えることができるため、船の負荷変動や風の変
動に応じて、風車の出力や回転方向を制御するこ
とができる。

本風車は低回転、高トルクのため、船舶の推進
器との整合が容易で、大きな減速比の減速装置を
必要としない。また、低回転のため、遠心力によ
る回転部分の強度上の問題が少なく、また、風の
抵抗が少ないために、風に対する強度上の問題も
少ない。

本風車は回転軸が垂直のため、機構部分を下部
に集中して重心点を低くすることが容易であり、
重心点が高いことを嫌う船舶の推進用に適してい
る。

本風車は風向にかかわりなく出力がとりだせる
ため、タツキング（斜めに航路を折り返しながら
風上方向へ船を進めること）することなく、風上
方向へ船を遡上させることができる。このため、
輻輳海域でも航路選択の自由度が大きいため、安
全な航路を選択することができる。

【図面の簡単な説明】

図１は、風車の動作を表す説明図である。図２
は、風車本体の回転角度に対する翼の迎角の変化
を表す図である。図３は、翼駆動機構の一実施例
の平面図及び側面説明図である。図４は、各種風
車における風車本体の回転角度に対する翼の迎角
の変化を表す図である。図５は、翼の迎角に対す
る翼の揚力、孔力を表す図である。 符号の説明、１：風車回転軸、２：風車本体、
３：翼、４：風向、５：翼支持回転軸、６：翼ス
プロケツト、７：偏心スプロケツト、８：チエー
ン、９：バネ、１０：テンシヨンスプロケツト、
１１：翼の迎角、１６：翼、５１：ダリウス型風
車の特性曲線、５２：ジヤイロ・ミル型風車の特
性曲線、５３：特開昭52―59243の強制可動翼風
車の特性曲線、５４：本発明の風車の特性曲線、
５５：風車本体の回転角度、５６：風向、５７：
翼の迎角、６１：揚力、６２：抗力、１００：基
体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基体に取り付けた回転自在な風車回転軸と、
   該風車回転軸に固着した風車本体と、前記風車回
   転軸の同心円上の前記風車本体に垂直に回動自在
   に取り付けた複数個の翼と、前記各翼を支持する
   各翼支持回転軸と、該各翼支持回転軸端に固着し
   た各翼スプロケツトと、前記翼スプロケツトと同
   径のスプロケツトを前記基体に前記各翼スプロケ
   ツトと同一平面位置に前記風車回転軸芯に対し偏
   心固着した前記翼スプロケツト数に対応した複数
   個の偏心スプロケツトと、前記各翼スプロケツト
   と前記各偏心スプロケツトを介する複数個の各チ
   エーンから成る垂直可動翼垂直軸型風車。