JP4461282B2 - ウインドミルローター - Google Patents

Description

本発明は風力発電機および多くのプロペラに用いられるウインドミルローターに関する。

風力発電機ローターに用いられる技術は様々な分野に応用され、異なる寸法を許容する。それは、通常は３つのブレードを備えたピッチからなり、幾つかのモデルでは風向きに容易に適合可能な指向性ブレードを備える。現在では、風力発電機および多くのプロペラの外周部は拡がるように開口しており、推進遠心力がプロペラを通じて浪費されている。従来の３枚ブレード型の風力発電機は接触面積が最小であり、通常は風速に対してきわめて低い性能しか有しない。

曲がった筒状台形部材を備えた円形ハニカムローターと呼ばれるこの発明の目的は、風力発電機および多くのプロペラにとって理想的である。その目的は発電機およびプロペラの性能を向上させることであり、このことは、同心筒状シリンダに設けられた該曲がった部材が曲げられている箇所において該筒状シリンダを通じてすべての外周部が完全に閉塞されていることによって達成される。すべての部材は、円形の曲がった筒状台形部材のモジュールによって形成される円形ハニカム形状に組み込まれ、風力の全量を受けることによって台形部数を２倍以上に増やすと同時に風との接触面積を１２倍以上に増幅させる。風力発電機ローターは台形部数の増大およびそれらの接触面積の増大を通じて風力の大半を作り出す。多くのプロペラローターにおいても同様であり、台形部数の増大およびそれらの接触面積の増大によって推進遠心力の増幅およびその最適な使用が可能となる。

円形の曲がった筒状台形部材を備えた円形ハニカムローターは風力発電機および多くのプロペラにとって理想的である。このローターは複数の同心筒状シリンダを有すると共にそれらの間には、筒状シリンダの風の入口側から出口側に向かうにつれて、隣接する曲がった部材間の垂直方向断面積が徐々に減少または増大するように螺旋状に曲がっている曲がった部材が取り付けられていて、円形筒状台形部材を構成しており、その主たる目的は風力性能を最大化させることである。他方、この風力発電機およびプロペラにおける最大化は、従来のブレードを曲がった部材に代えることによって実現可能であり、これにより風接触面積を１２倍以上増大させることができる。このことにも増して、プロペラは、エンジン回転によって発生されブレードに向かう推進遠心力の多くを最大化する。また、これらの曲がった部材は同心筒状シリンダ内に嵌着され、すべての曲がった部材の外周を閉塞して、ローターに円形ハニカム形状を与える。風力発電機においては、最大径を有する筒状シリンダが外向き円錐開口を有する、すなわち外側に向けて拡径した開放ファネルとしての円錐筒状ファネルに装着され、ローターに風が入る面積を増大させている。従来の風力発電機における曲がった筒状台形部材はソフトな入口を有し、それは出口に向けて低下し、小さな圧力しか発生させない。これはこの種の風力ローターにおいては自然のことである、何故ならば該風力ローターは同一の方向に向いた風の入口と出口の領域を持っているからである。にもかかわらず本発明では、曲がった筒状台形部材の連続的なカーブによって風向きを変え、それが風力タービンにおいて生じると同様に、風が出るときに風力を自動的に低減させる。概してプロペラは風力ローターと同様の特性を有し、遠心力効果が更に加えられる。通常の風の場合、円形の曲がった筒状台形部材の出口面積、すなわち隣接する曲がった部材間の風の出口側の垂直方向断面積は、固定であるか、あるいは最適圧力を実現するために事前に計算されなければならない。変化し得る風の場合は、出口面積は自動的である。上述の円形筒状台形部材は幾つかの同心筒状シリンダ内に組み込まれる。各々の同心筒状シリンダの間には曲がった部材が挿入されて、全体の構造に、円形の曲がった筒状台形部材を内側に有する円形ハニカム形状を与える。風力発電機およびプロペラ内の曲がった筒状台形部材は、円形、筒状、楕円形、必要に応じて規則的または不規則的な辺を有する多角形、その他のいかなる公知の幾何学的形状であって良い。曲がった筒状台形部材の内側も同様の形状を採用することができ、あるいは斜台形（oblique trapezoids）またはその唯一の機能が風力を最小化することであると考えられる任意のラフ形状などの他の形状であっても良い。多くのプロペラにおける最大径筒状シリンダは内側に向けて開口、すなわち外側に向けて縮径する円錐筒状ファネルに装着され、風の出口表面積を減少させ、したがって出口における風力を最小化する。

多くのプロペラにおける曲がった筒状台形部材は、空気圧を増大させるために、出口側の表面積、すなわち隣接する曲がった部材間の風の出口側の垂直方向断面積よりも入口側の表面積、すなわち隣接する曲がった部材間の風の入口側の垂直方向断面積が小さくされている。この技法により本発明はエンジンから発生する遠心力および推進力のほとんどを形成する。同様の技法が風力発電機にも適用されるが、この場合は、空気圧を減少させるために、曲がった台形部材は出口側の表面積より入口側の表面積が大きい。大きなローター表面積によって増幅されることによって、風力ローターに働く風力のほとんどを形成する重要なエネルギー量を生成する。

風力発電機および多くのプロペラ用の円形ハニカムローターは多くの曲がった筒状台形部材を有し、従来型ローターに比べて１２倍以上もの表面積を持つ。その大きな風接触表面積は、外周が完全に閉塞されていることによって風力ローターに働く力を増幅する。

曲がった筒状台形部材を備えた風力発電機および多くのプロペラ用円形ハニカムローターは、曲がった部材数を増大させる利点を有し、したがって該曲がった部材上の風接触面積ないし風摩擦を増幅させ、ローターに働く風力を最大化する。このことも多くの場合増幅される。曲がった部材の外周が同心筒状シリンダによって完全に閉塞されていることを考えると、各列を並べるか否かは任意である。これが本発明の基礎である。

風力発電機および多くのプロペラ用の円形ハニカムローターは、円形の曲がった筒状台形部材の間の曲がった部材の配置によって両方向に動くことができる。

図１は風力発電機用の円形ハニカムローターの正面図であり、その中に幾つかの風の入口側から出口側までの間の径寸法が等しい同心筒状シリンダ１を見ることができる。図面では４つの筒状シリンダを示している。最大径を有する筒状シリンダは円錐筒状ファネル４内に嵌着されており、該ファネルは外向きに開口、すなわち外側に向けて拡径して風が入り込む面積を最大化している。これらの筒状シリンダの間には、これら筒状シリンダによって周囲が閉塞された複数の曲がった部材である曲がった筒状台形体としての台形部材２が嵌め込まれている。図面では各同心筒状シリンダの大きな径のものとその次の径のものとの間に順次１２個、１０個、８個及び６個の台形部材が嵌め込まれている。これは、個々の円形ハニカム形状が円形の曲がった筒状台形部材としての台形チューブ５として構成されていることを意味している。最後に、キューブ（ｃｕｂｅ）ないし芯体３が中央に見える。この芯体３の内部にはオルタネータ軸が嵌着される。

図２は多くのプロペラに用いられる円形ハニカムローターの正面図であり、その中に幾つかの同心筒状シリンダ６を見ることができる。図面では４つの筒状シリンダを示している。最大径を有する筒状シリンダは円錐筒状ファネル９内に嵌着されており、該ファネルは内向きに開口、すなわち外側に向けて縮径して風が出ていく面積を最小化している。これらの同心筒状シリンダの間には、これら筒状シリンダによって周囲が閉塞された複数の曲がった部材としての台形部材７が嵌め込まれている。図面では各同心筒状シリンダの大きな径のものとその次の径のものとの間に順次１２個、１０個、８個及び６個の曲がった台形部材が嵌め込まれている。これは、円形ハニカム形状が円形の曲がった筒状台形部材としての台形チューブ１０として構成されていることを意味している。最後に、キューブ（ｃｕｂｅ）ないし芯体８が中央に見える。この芯体３の内部にはオルタネータ軸が嵌着される。

図３は図１の一部を示す図であり、中心にキューブないし芯体３を有すると共にさらに台形幅部分としての台形部材２を備えた同心筒状シリンダ１の部分が示されている。ここで台形部材２の曲がりを見ることができる。また、最大径を有する筒状シリンダ上にどのようにして円錐形状ファネルが外方開口で嵌着されているかを見ることができる。円形の曲がった台形チューブ５には風の方向を示す矢印が付されている。

図４は図２の一部を示す図であり、中心にキューブないし芯体８を有すると共にさらに台形幅部分としての台形部材７を備えた複数の同心筒状シリンダ６が示されている。また、最大径を有する筒状シリンダ上にどのようにして円錐形状ファネルが数の出口面を最小化するための内方開口で嵌着されているかを見ることができる。円形の曲がった台形チューブ１０には風の方向を示す矢印が付されている。

図５は風力発電機の最大径筒状シリンダの半分の領域を示す図であり、円形の曲がった筒状台形部材間に嵌着された部品である曲がった部材の曲がりを見ることができる。また、風力発電機における風の出口面積、すなわち隣接する曲がった部材間の風の出口側の垂直方向断面積が矢印Ｖ方向及び矢印Ｒで示される回転方向に向かうにつれて減少、すなわち筒状シリンダの風の入口側から出口側に向かうにつれて隣接する曲がった部材間の垂直方向断面積が徐々に減少するように螺旋状に曲がっていることが分かる。

図６は多くのプロペラの最大径筒状シリンダの半分の領域を示す図であり、円形の曲がった筒状台形部材間に嵌着された部品である曲がった部材の曲がりを見ることができる。また、筒状シリンダの風の入口側から出口側に向かうにつれて、隣接する曲がった部材間の垂直方向断面積が徐々に増大するように螺旋状に曲がっていることから、矢印Ｃ方向及び矢印Ｈで示される回転方向において風の入口面積、すなわち隣接する曲がった部材間の風の入口側の垂直方向断面積が小さく、出口面積が大きくなっていることが分かる。

風力発電機や多くのプロペラに用いられる、４個またはより多数の円形の曲がった筒状台形部材を備えた円形のハニカムローターは、ローターの中心に芯体３，８を備えると共に、同心状に設けられた２個またはより多数の筒状シリンダ１，６を備える。筒状シリンダの間には、円形の曲がった筒状台形を形成する台形部材２，７が設けられる。風力発電機用のローターでは、最大径を有する筒状シリンダ１の入口側に、外向きに開口する円錐筒形ファネル４が嵌着される。多くのプロペラに用いられるローターでは、最大径を有する筒状シリンダ６の出口側に、内向きに開口する円錐筒形ファネル９が嵌着される。これらの独立した部材のすべては溶接、リベット、ネジその他の伝統的な接合方法によって組み付けることができる。風力発電機ローターのための寸法は必要とされる性能に応じて変えることができるが、その径は従来の風力発電機の寸法と同様で良い。構成材料は軽量で、金属製で、耐腐食性を有することが必要である。多くのプロペラローターについては、鋳鉄や高抵抗且つ軽量の合金材、鎧装プラスチック（sheathing plastic）が推奨できる材料である。

風力発電機における円形の曲がった筒状台形部材は風の出口を極小化するために設けられている。これは、風の入口面積が大きく、出口面積が小さくされていることによって実現される。図５の矢印Ｖ方向に沿って風の出口面積が小さくなるように設計されていることにより、大きなローター面積に対して小さな圧力発生で済むことが非常に重要である。

円形ハニカムローターにおいて、プロペラ部品及び円形の曲がった筒状台形部材は、図６の矢印Ｃ方向に沿って入口面積が小さく出口面積が大きい。

立方体形状の芯体３，８は、その固定（連結）特性に応じて、オルタネータ軸またはエンジンに装着される。

本発明の産業上の目的について、実施するに十分な程度に明確且つ詳細にこれまでに提示且つ記述してきた。ここで私はこれが新規であり且つ私自身の発明に相違ないことを宣誓する。形状、寸法、材料及び組立方法などの非本質的な詳細は、それが特許請求の範囲に特定された範囲内に包含される限り、このレポートにおいて記述され表現されたところによって変更が可能である。

風力発電機用の円形ハニカムローターの正面図である。 多くのプロペラに用いられる円形ハニカムローターの正面図である。 図１の一部を示す図である。 図２の一部を示す図である。 風力発電機の最大径筒状シリンダの半分の領域を示す図である。 多くのプロペラの最大径筒状シリンダの半分の領域を示す図である。

Claims (3)

1. 風力発電機及びプロペラ用の円形ハニカムローターであって、
   同心状に設けられ風の入口側から出口側までの間の径寸法が等しい複数の筒状シリンダと、これら各筒状シリンダの間のそれぞれに設けられこれら筒状シリンダによって周囲が閉塞された複数の曲がった部材と、前記筒状シリンダの中心に設けられオルタネータまたはエンジンの中心に装着される芯体と、を備えた円形ハニカム形状に形成され、前記各曲がった部材は、前記筒状シリンダの風の入口側から出口側に向かうにつれて、隣接する前記曲がった部材間の垂直方向断面積が徐々に減少または増大するように螺旋状に曲がっていることを特徴とする、円形ハニカムローター。
2. 風力発電機に用いられる請求項１の円形ハニカムローターであって、各曲がった部材は、隣接する前記曲がった部材間の風の入口側の垂直方向断面積が風の出口側の垂直方向断面積より大きく形成されており、最大径を有する筒状シリンダはその入口側に、外側に向けて拡径した円錐筒状ファネルを有することを特徴とする、円形ハニカムローター。
3. プロペラに用いられる請求項１の円形ハニカムローターであって、各曲がった部材は、隣接する前記曲がった部材間の風の入口側の垂直方向断面積が風の出口側の垂直方向断面積より小さく形成されており、最大径を有する筒状シリンダはその出口側に、外側に向けて縮径した円錐筒状ファネルを有することを特徴とする、円形ハニカムローター。

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