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公開番号2025158881
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-17
出願番号2024069379
出願日2024-04-04
発明の名称サボニウス風車
出願人個人
代理人
主分類F03D 3/06 20060101AFI20251009BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】サボニウス風車の特徴である簡易構造の形状を極力継承し、その回転力が高まり低風速域で回転数の増加が可能な構造を実現する。
【解決手段】サボニウス風車の湾曲羽根5,6の外端寄りのピーク点を含む中央部をインボリュート曲線部51,61とし、その外端側で正接する外端円弧部52,62と併せて風圧を効率的に捕捉したのち内端側で正接する内端直線部54,64に導く。本課題の構造は、ピーク位置長さα、ピーク値βと内外端長さγの3つの独立した変数をもとに構造設計の係数と計算式を使用して実現する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも１対の半円筒形の湾曲羽根の内端同士が鉛直の回転中心を挟んで対向しており、前記湾曲羽根の凹曲面に受ける風圧で回転するサボニウス風車の湾曲羽根の凹曲面の点において、外端と内端を結ぶ内外端直線への垂線の長さの最大値となるピーク点は、インボリュート曲線上にある要件１と、前記ピーク点の法線と、ピーク点から前記最大値であるピーク高さの位置にある前記内外端直線との交点となるピーク対応点は、湾曲羽根の外端寄りにある要件２と、インボリュート曲線の基礎円中心は、前記湾曲羽根の外端寄りにある要件３の３要件を備えることにより湾曲羽根のモーメントアームの長い外端寄りの位置で風圧を受ける構造としたことを特徴とするサボニウス風車。
続きを表示（約 300 文字）【請求項２】
湾曲羽根の外端円弧部は、インボリュート曲線上でピーク点の位相角より小さい位相角の外端正接点における法線と前記内外端直線との交点を円弧中心、前記外端正接点と前記円弧中心との距離を円弧半径とする外端円弧の一部分で、前記外端円弧が内外端直線と基礎円中心寄りで交わる点である外端点を一端とし、他端を外端正接点とする要件４と、湾曲羽根の内端点は、外端点を一端とする内外端直線が、インボリュート曲線との交点または交点を経過した点とする要件５と、内端直線部は、内端点からインボリュート曲線とピーク点寄りで正接する線分とする要件６の３要件を備えることを特徴とする請求項１に記載のサボニウス風車である。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１対の半円筒形の湾曲羽根を互いにずらして向かい合わせた状態で上端下端を支持円板に取り付けた構造を有し、風向きに対して軸が垂直になっているサボニウス風車に関し製作が比較的容易で、かつプロペラ形などの水平軸風車と比較して、低風速域で回転するのが特徴である。しかし、低風速域でより高回転数を発生するよう改善が望まれている。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来風車用の風車には大別して、揚力式と抗力式があり、前者の代表例としてプロペラ型風車、後者の代表例としてサボニウス風車が知られている。
【０００３】
揚力式は風速が概ね６ｍ／Ｓ以上で、風向きが一定している場合に良好な性能を発揮する。他方抗力式のサボニウス風車は比較的に風速が低く、風向きが一定していない場合に適している。
【０００４】
従来、サボニウス風車は、図６に示すように回転軸４、これと平行に１対の半円形の羽根１，２が回転軸対称に互いにずらして向かい合わせに配置され、羽根を支持する支持円板３を備えている。半円形の中心は、一つの半円形両端の点を結ぶ内外端直線の中点であり、半円形の半径は、内外端直線と凹曲面の距離のピーク高さ、外端からのピーク位置長さと等しい。
【０００５】
また、進み側の湾曲羽根凹面では風を受け止めやすく、戻り側の湾曲羽根凸面では風が逃げやすいため回転力が発生する。また進み側の湾曲羽根凹面で受けた風は、互いにずらした隙間、戻り側の湾曲羽根凹面に気流が流れて逆トルクを軽減する。
【０００６】
下記特許文献１に開示されるようにサボニウス風車において湾曲羽根の形状を最適化することで、風車効率と低風速で起動する湾曲羽根形状を実現すべく、凹曲面においてピーク高さとなる内外端直線上のピーク位置長さを内外端の中点から外端寄りの位置に相対的にずれるように、段状に屈曲させた段差板で風圧を受ける構造が提案されている。
【０００７】
一方、下記非特許文献１に記載のように、サボニウス風車の羽根の回転性能を従来よりも一層向上させるべく、湾曲羽根の外端寄りの円弧部と円弧部に正接する内端直線部で構成された段差のない滑らかな形状の提案がある。この円弧部は、風圧を長いモーメントアームの外端寄りで受けるため大きな抗力となる羽根の構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許第５２５１４５８号
【非特許文献】
【０００９】
Ａｂｄｅｌ－ＦａｔｔａｈＭａｈｒｏｕｓ ″ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓＳｔｕｄｙｏｆａＭｏｄｉｆｉｅｄＳａｖｏｎｉｕｓＲｏｔｏｒＢｌａｄｅｂｙＵｎｉｖｅｒｓａｌＣｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆＢｌａｄｅＳｈａｐｅＦａｃｔｏｒＣｏｎｃｅｐｔ″ ＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＴｈｅｒｍａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＶｏｌ．８５Ｎｏ．１：Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ（２０２１）／２２－３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載のように、サボニウス風車の湾曲羽根の外端寄りの位置において、羽根外端寄りが凹曲面側に相対的にずれるように、段状に屈曲させた段差板で風圧を受ける構造は、羽根形状がきわめて複雑で製造が困難となり、コスト高となる。その結果、簡易構造というサボニウス風車の風車の特徴が生かされていない。一方、非特許文献１に記載の構造は、湾曲羽根の外端寄りの円弧の半径が内外端直線上のピーク位置長さと湾曲部のピーク高さを兼ねているため、長いモーメントアームの外端寄りでは円弧の半径が、減少することにより風圧を捕捉する抗力の増加への影響が減少するという不都合があった。本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、簡易構造というサボニウス風車の特徴を極力犠牲にすることなく、ピーク位置長さがより長いモーメントアームの外端寄りにあり、ピーク高さがピーク位置長さと異なる数値で設定可能な構造で、低風速域で回転数増加を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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