CN103717884A - 垂直轴型马格努斯式风力发电机 - Google Patents

Abstract

提供发电效率高且控制简易的垂直轴型马格努斯式风力发电机。垂直轴型马格努斯式风力发电机，风车部（2），其具有发电机旋转轴（3a），利用风力使该风车部（2）绕纵轴芯进行旋转；发电机（3），其具有定子（101）和与风车部（2）连接的转子（100），风车部（2）包括：桶组（50），其具有2个桶（5），该桶（5）与发电机旋转轴（3a）平行地配置，以发电机旋转轴（3a）为中心进行旋转；支承构件（4），其使桶组（50）与发电机旋转轴（3a）连接，2个桶（5）均构成为能以支承于支承构件（4）的支承轴（6）作为中心进行自转，2个桶（5）的自转方向是彼此相反的方向。

Description

垂直轴型马格努斯式风力发电机

技术领域

本发明涉及一种垂直轴型马格努斯式风力发电机。

背景技术

风力发电机根据风车旋转轴的支承方向可分为水平轴型和垂直轴型，水平轴型的风力发电机可进一步分为螺旋桨式和马格努斯式。水平轴型螺旋桨式风力发电机是利用在气流的作用下产生于螺旋桨（翼形的叶片）的升力使发电机旋转的方式，是全球商用风力发电的主流，但水平轴型螺旋桨式风力发电机存在如下问题。

首先，水平轴型螺旋桨式风力发电机为了使螺旋桨旋转，需要较大的风速，而且需要使螺旋桨的方向与风向一致，因此在如日本那样平均风速低且风向频繁变化的环境中，能获得与设置成本相当的发电能力的场所是有限的。

其次，容易发生由强风导致的螺旋桨的超速旋转，使螺旋桨损坏，因此需要在强风时使发电机停止运转。

另外，需要将螺旋桨设置在至少螺旋桨直径以上的塔架上，因此螺旋桨容易被雷击而损坏，发电部也需配合螺旋桨旋转轴设置在高处，因此维护成本增高。

此外，螺旋桨及塔架的运输和设置工程困难，特别是能设置于大厦及房屋的屋顶的风力发电机限于发电能力小的小型机。

此外，由于螺旋桨的形状复杂，因此难制造，制造成本高。

而且，水平轴型螺旋桨式风力发电机成为问题的是，螺旋桨发出的低频噪声以及引发飞鸟的撞击等环境问题。

为了解决上述这些问题，近年来，例如提出了在专利文献1中公开的那种水平轴型的马格努斯式风力发电机。

该风力发电机的产生升力的叶片不是螺旋桨式的那种翼形，而是圆柱形状（以下称为桶），该风力发电机采用如下方式：当使桶在气流中进行了自转时，利用产生于桶的马格努斯力使发电机旋转。通过对该桶的自转转速进行控制，能够对马格努斯力进行控制，因此能够提高在低风速区域内的发电效率，且不易被强风损坏。

另外，桶状的叶片与翼形的叶片相比，刚性高且不易损坏，而且容易制造，因此能以低成本进行制造。

此外，由于能使绕发电机旋转轴的叶片转速降低，因此存在不易发出低频噪声、不易发生飞鸟的撞击等优点，是受到关注的技术。

但是，该技术并未解决对风向的控制的必要性、因塔架形状而产生的雷击风险以及维护性和设置性较差等、水平轴型风力发电机的根本问题。

另一方面，垂直轴型的风力发电机可进一步分为阻力型和升力型。

垂直轴型风力发电机的特征是不受风向的影响，因此不必设置对风向进行追随的追随机构。另外，由于发电机旋转轴是垂直的，因此能够将发电部分设置在地面附近，与水平轴型的风力发电机相比，维护性高。此外，垂直轴型风力发电机不一定需要高塔架，因此能够将发电能力高的中型机和大型机设置在大厦及房屋的屋顶上。

并且，垂直轴阻力型的风力发电机利用气流的风压来获得转矩，代表性的是萨沃尼斯（Savonius）式垂直轴阻力型风力发电机。萨沃尼斯式垂直轴阻力型风力发电机的自起动性和在低风速区域内的旋转扭矩优异，但在原理上，周速比为1以下，中风速区域以上的效率欠佳。

因此，常被用作接下来说明的升力型风力发电机的起动辅助用机构。

代表性的垂直轴升力型风力发电机是回转（Gyro-mill）式、达里厄（Darius）式。这些风力发电机与水平轴型螺旋桨式风力发电机相同，具有翼形的叶片，因此周速比能为1以上，与阻力型风力发电机相比，效率佳。但是，翼形的叶片只能以相对于风向在一定范围内的迎角产生升力，因此叶片相对于风向的迎角经常变化的垂直轴型风力发电机与水平轴型风力发电机相比，效率低，特别是在周速比为1以下的那种低风速区域内，发电能力降低，自起动性也差。

另外，与水平轴型螺旋桨式风力发电机相同，存在因强风而发生超速旋转而破损的问题。因此，小型的回转型垂直轴升力型风力发电机是普及为街灯用等的小规模发电机的程度。

为了解决上述问题，近年来，例如提出了在专利文献2和专利文献3中公开的那种垂直轴型马格努斯（Magnus）式风力发电机。

这些风力发电机是垂直轴型，因此不受风向变化的影响，由于是马格努斯式，因此通过对桶（barrel）的自转转速进行控制而对马格努斯力进行控制，从而能够提高在低风速区域内的发电能力，且即使是强风，也不易损坏，因此可以说在日本那样的环境中是理想特性的风力发电机。

另外，垂直轴型马格努斯式风力发电机除了具有垂直轴型的特征即维护成本的优势性以外，还兼具马格努斯式的特征即制造成本的优势性，因此与现存的风力发电机相比，能以低成本制造且进行运用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007–085327号公报

专利文献2：日本特开2008–175070号公报

专利文献3：日本特开2010–121518号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

上述垂直轴型马格努斯式风力发电机在本发明提交的时刻还未被实际应用，作为朝着垂直轴型马格努斯式风力发电机的实用化方向发展的技术上的大问题，可以举出：在发电机旋转轴的来风侧和去风侧，利用马格努斯力产生的发电机旋转轴的旋转扭矩为反向。

为了解决该问题，在专利文献2所述的垂直轴型马格努斯式风力发电机中，提出了将去风侧的桶遮挡的结构。

但是，采用该方式，虽然通过只利用在来风侧的桶产生的马格努斯力，能够在发电机产生单向的转矩，但由于未利用去风侧的气流，因此不能说发电效率是高的。

另外，例如专利文献3所述的垂直轴型马格努斯式风力发电机的特征在于，包括风向的计量元件、桶的方位角计量元件和风速的计量元件，根据风向与桶位置的偏差以及桶的自转转速，单独对桶的自转转速进行控制。

采用该方式，对桶位于发电机旋转轴的来风侧还是去风侧进行判定，从而对桶的自转转速进行控制，因此能够利用发电机旋转轴的来风侧和去风侧双方的气流。

但是，由于单独且频繁地使桶的自转转速变动，因此控制较复杂。

考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种发电效率高且控制简易的垂直轴型马格努斯式风力发电机。

解决技术问题所采用的技术方案

为了达到上述目的，本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机，风车部，其具有纵轴，利用风力使该风车部绕纵轴芯进行旋转；以及发电机，其具有定子和与上述风车部连接的转子，上述风车部包括：桶组，其具有2个桶，该桶与上述纵轴平行地配置，以上述纵轴为中心进行旋转；以及支承构件，其使上述桶组与上述纵轴连接，上述2个桶均构成为能以支承于上述支承构件的支承轴作为中心进行自转，上述2个桶的自转方向为彼此相反的方向。

本发明的第2发明在第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，上述2个桶中一方的位于内侧的上述桶配置在另一方的位于外侧的上述桶与上述纵轴之间。

本发明的第3发明在第2发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，该垂直轴型马格努斯式风力发电机还具有气流遮挡元件，该气流遮挡元件设置在上述2个桶之间，以对向上述2个桶中去风侧的上述桶流去的气流进行遮挡。

本发明的第4发明在第3发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，在上述气流遮挡元件的表面中至少侧端面，形成有用于使气流扩散或分散的形状。

本发明的第5发明在第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，该垂直轴型马格努斯式风力发电机包括：停止时间检测部，其对上述转子的停止时间进行检测；切换部，其使用外部电力将上述发电机用作动力源；发电机控制部，其对上述转子进行控制；以及自转控制部，其对上述桶的自转进行控制，在上述转子未停止的情况下，上述自转控制部进行如下控制：每隔一定时间使上述桶以第2规定转速以上的转速进行自转，在上述转子的上述停止时间为规定时间以上的情况下，上述发电机控制部每隔一定时间，利用上述切换部将上述发电机切换为上述动力源，以第2规定转速对上述转子进行驱动，上述自转控制部将上述桶控制为以第2规定转速以上的转速或以第3规定转速以下的转速进行自转。

本发明的第6发明在第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，该垂直轴型马格努斯式风力发电机具有整流板，该整流板设置在上述桶组与上述纵轴之间以及上述支承构件的外侧中的至少一方。

与本发明关联的第1发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，上述转子与上述纵轴连接，上述纵轴与上述风车部的旋转一起旋转。

与本发明关联的第2发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，该垂直轴型马格努斯式风力发电机具有设置在上述风车部的下侧的基座，上述转子与上述风车部连接，上述纵轴固定于上述基座。

与本发明关联的第3发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，上述桶组设置有多个，俯视观察，以上述纵轴为中心等间隔地配置上述多个桶组。

与本发明关联的第4发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，上述桶组设置有多个，俯视观察，以上述纵轴为中心等间隔地配置上述多个桶组，该垂直轴型马格努斯式风力发电机包括：驱动部，其分别针对上述多个桶组设置，使该桶组的上述2个桶自转；以及第1传递机构，其将各个上述驱动部的动力传递到上述桶组的2个桶，

上述第1传递机构包括：第1齿轮构件，其设置于上述内侧的桶的支承轴；第2齿轮构件，其设置于上述外侧的桶的支承轴，与上述第1齿轮构件啮合；以及驱动齿轮，其设置于上述驱动部的轴，与上述第1齿轮构件或上述第2齿轮构件啮合。

与本发明关联的第5发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，上述桶组设置有多个，俯视观察，以上述纵轴为中心等间隔地配置上述多个桶组，该垂直轴型马格努斯式风力发电机包括：驱动部，其使所有的上述桶进行自转；以及第2传递机构，传递到所有的上述桶，上述第2传递机构包括：第1齿轮构件，其设置于各个上述桶组的上述内侧的桶的支承轴；第2齿轮构件，其设置于上述外侧的桶的支承轴，与上述第1齿轮构件啮合；中央齿轮构件，其以与上述多个上述第1齿轮构件啮合的方式配置在上述多个第1齿轮构件的中央；以及驱动齿轮构件，其设置于上述驱动部的驱动轴，与上述中央齿轮构件啮合。

与本发明关联的第6发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，在上述桶的表面形成有凹窝状的凹陷或突起物。

与本发明关联的第7发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，在上述桶的表面形成有相对于上述支承轴平行、垂直或呈螺旋状的肋。

与本发明关联的第8发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，上述桶为中空的圆筒形状。

与本发明关联的第9发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，上述桶构成为能沿自转轴向分割成多个桶部分，设置有将各桶部分连接的连接部，上述支承轴朝向从配置在最下侧的上述桶部分向下方以及从配置在最上侧的上述桶部分向上方中的至少一方设置。

与本发明关联的第10发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，该垂直轴型马格努斯式风力发电机包括：

发电转速检测部，其对上述转子的转速进行检测；以及自转控制部，其依据上述转子的转速对上述桶的自转次数进行控制。

与本发明关联的第11发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，该垂直轴型马格努斯式风力发电机包括：

风速检测部，其对风速进行检测；停止检测部，其对上述转子的停止进行检测；切换部，其使用外部电力将上述发电机用作动力源；以及发电机控制部，在检测到上述停止的状态下，在检测到的风速小于第1规定风速的情况下，该发电机控制部每隔一定时间利用上述切换部将上述发电机切换为上述动力源，在规定时间的期间内以第1规定转速对上述转子进行驱动。

与本发明关联的第12发明在与本发明关联的第11发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，在检测到的风速小于比上述第1规定风速慢的第2规定风速的情况下，上述发电机控制部不将上述发电机切换为上述动力源。

与本发明关联的第13发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，该垂直轴型马格努斯式风力发电机包括：停止时间检测部，其对上述转子的停止时间进行检测；切换部，其使用外部电力将上述发电机用作动力源；以及发电机控制部，在上述停止时间为规定时间以上的情况下，该发电机控制部每隔一定时间利用上述切换部将上述发电机切换为上述动力源，在规定时间的期间内以第1规定转速对上述转子进行驱动。

与本发明关联的第14发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，该垂直轴型马格努斯式风力发电机包括：停止时间检测部，其对上述转子的停止时间进行检测；切换部，其使用外部电力将上述发电机用作动力源；以及自转控制部，在上述停止时间为规定时间以上的情况下，该自转控制部将上述桶控制为以第1规定转速以上的转速进行自转。

与本发明关联的第15发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，上述支承构件为圆板形状。

与本发明关联的第16发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，上述支承构件形成为发挥飞轮效应。

与本发明关联的第17发明在与本发明关联的第15发明或第16发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，在上述支承构件形成有用于对上述桶的支承轴进行支承的多个轴承部，在上述多个轴承部中的任一个轴承部选择性地配置有上述桶。

与本发明关联的第18发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，上述支承构件具有形成为将上述桶组和上述纵轴之间连结的臂状的构件，该垂直轴型马格努斯式风力发电机具有设置在上述支承构件的位于上述纵轴与上述桶组之间的部位的伸缩部，上述伸缩部具有以将上述纵轴与上述桶组之间的距离缩短的方式进行施力的弹簧构件，在发电时，利用上述弹簧构件的施力与因以上述纵轴为中心的旋转而产生于上述2个桶的离心力的平衡，来使上述纵轴与上述桶组之间的距离变化。

与本发明关联的第19发明在上述本发明的第1发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基础上，其中，该垂直轴型马格努斯式风力发电机包括：基座，其设置在上述风车部的下侧；上侧支承构件，其在上述桶的上侧将上述桶支承为能够旋转；以及框结构，其将上述上侧支承构件能旋转地支承于上述基座。

发明效果

采用本发明，能够提供发电效率高且控制简易的垂直轴型马格努斯式风力发电机。

附图说明

图1是本发明的实施方式1中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的立体结构图。

图2是图1的XX’剖视结构图。

图3是表示本发明的实施方式1中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的桶的配置方式的俯视结构图。

图4是用于对本发明的实施方式1的垂直轴型马格努斯式风力发电机的动作进行说明的俯视结构图。

图5的（a）～（d）是表示本发明的实施方式1的垂直轴型马格努斯式风力发电机的各个桶组中的2个桶的自转、风向与马格努斯力的关系的图。

图6是本发明的实施方式2中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的立体结构图。

图7是图6的ZZ’剖视结构图。

图8是本发明的实施方式2的变形例中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的立体结构图。

图9是本发明的实施方式2的变形例中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的从正面看去的剖视结构图。

图10是本发明的实施方式3中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的从正面看去的剖视结构图。

图11是图10的YY’剖视结构图。

图12是本发明的实施方式4的垂直轴型马格努斯式风力发电机的从正面看去的剖视结构图。

图13是本发明的实施方式5的垂直轴型马格努斯式风力发电机的从正面看去的剖视结构图。

图14是本发明的实施方式6中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的从正面看去的剖视结构图。

图15是本发明的实施方式1的变形例中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的从正面看去的剖视结构图。

图16是本发明的实施方式7中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的立体结构图。

图17是本发明的实施方式7中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的伸缩部近旁的放大立体结构图。

图18是用于对本发明的实施方式7中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的伸缩动作进行说明的伸缩部近旁的放大立体结构图。

图19的（a）是表示在本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的桶组的2个桶间设置有气流遮挡板的状态的立体结构图，（b）是表示2个桶的自转和由风向产生的马格努斯力的关系的俯视结构图，（c）是气流遮挡板的立体结构图，（d）是气流遮挡板的侧端面放大图。

图20的（a）～（e）是表示本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的桶的变形例的立体结构图。

图21是表示本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的桶的变形例的立体结构图。

图22是表示本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的桶的变形例的立体结构图。

图23的（a）、（b）是表示本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的桶的变形例的立体结构图。

图24的（a）是表示本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的支承构件的变形例的立体结构图，（b）是在本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的支承构件的下侧设置有配重的状态的立体结构图，（c）是在本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的支承构件的下侧的四周设置有配重的状态的立体结构图。

图25的（a）是表示本发明的实施方式2的变形例中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的支承构件的变形例的立体结构图，（b）是表示本发明的实施方式2的变形例中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的支承构件的变形例的俯视结构图。

图26是表示本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的桶组的配置方式的变形例的俯视结构图。

图27是表示本发明的实施方式1～6中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的支承构件的变形例的俯视结构图。

图28是表示在本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机设置有对风车部的上侧进行支承的框结构的状态的立体结构图。

图29是表示在本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机设置有将上侧支承构件与下侧支承构件连接的纵框的状态的、从正面看去的剖视结构图。

图30是用于对在本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机设置有整流板的结构进行说明的俯视结构图。

图31是用于说明对本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的桶的配置方式进行了变更后得到的结构的俯视结构图。

图32是用于说明对本发明的实施方式中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的桶的配置方式进行了变更后得到的结构的俯视结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

（实施方式1）

以下，对本发明的实施方式1中的垂直轴型马格努斯式风力发电机进行说明。

图1是本发明的实施方式1中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的立体结构图。另外，图2是图1的XX’剖视结构图。如图1和图2所示，本实施方式1的垂直轴型马格努斯式风力发电机包括基座1，和以能旋转的方式配置在基座1上侧的风车部2。并且，在基座1内配置有发电机3，在发电机3向铅垂上方设置有发电机旋转轴3a，该发电机旋转轴3a将发电机3与风车部2连接。该发电机3是内转子型发电机，发电机旋转轴3a的下方部分是转子100，在转子100的外侧设置有定子101。并且，随着风车部2旋转，发电机旋转轴3a进行旋转，发电机3发电。另外，该发电机旋转轴3a与本发明的纵轴的一例对应。

在上述风车部2设置有水平配置的圆板形状的支承构件4，在支承构件4的中心固定有发电机旋转轴3a。在支承构件4配置有共计8根的圆柱形状的桶5。图3是表示8根桶5的配置方式的俯视结构图。

以这8根桶5的支承轴6与支承构件4的表面垂直的方式，将这8根桶5配置为2根1组。这2根桶5配置在从支承构件4的中心4a（发电机旋转轴3a）向圆周方向去的半径上（用双点划线表示）。即，在发电机旋转轴3a与桶组50中配置在外侧的桶5a之间配置有内侧的桶5b。将该配置在外侧的桶5a和该配置在内侧的桶5b作为桶组50，以发电机旋转轴3a为中心以等间隔配置有4个桶组50。并且，4个桶组50的4个桶5b配置在中心4a的同心圆上，4个桶5a配置在中心4a的同心圆上。另外，8根桶5以能自转的方式由支承轴6轴支承于轴承部4b，该轴承部4b形成于支承构件4。另外，内侧的桶5a与外侧的桶5b为相同的大小，在不必区分桶5a、5b的情况下，记作桶5。

接下来，参照图2对与本发明关联的发明的第1传递机构的一例进行说明。

如图2所示，在1个桶组50中，在内侧的桶5b的支承轴6的位于桶5b下侧的部位设置有第1齿轮7，在外侧的桶5a的支承轴6的位于桶5a下侧的部位设置有第2齿轮8。这些第1齿轮7与第2齿轮8啮合。另外，在与桶5a相比位于外侧的支承构件4上配置有电动机9，在该电动机9的驱动轴9a上设置有驱动齿轮10。并且，驱动齿轮10与第2齿轮8啮合，将电动机9的驱动力传递到第2齿轮8和第1齿轮7。即，通过使电动机9进行驱动，使桶5a、5b分别自转，但桶5a与桶5b的自转方向为相反方向。另外，利用集电环向电动机9供电。另外，4个桶组50全形成为相同的结构。另外，在支承构件4上设置有盖构件11，以将第1齿轮7、第2齿轮8和电动机9覆盖。

另外，包括：自转控制部12，其对桶5的自转进行控制，利用电动机9使桶5自转；转速检测部16，其对发电机旋转轴3a的转速进行检测；切换部14，其将发电机3切换为动力源，以利用外部电力将发电机3用作动力源；发电机控制部17，其通过使切换部14进行动作而对发电机旋转轴3a的动作进行控制。另外，在盖构件11的上侧设置有风速计15、温度计18和感雪计19。

另外，与本发明关联的发明的停止检测部的一例与本实施方式的转速检测部16对应。

接下来，对上述结构的本实施方式1的垂直轴型马格努斯式风力发电机的动作进行说明。

图4是用于对本实施方式1的垂直轴型马格努斯式风力发电机的动作进行说明的俯视结构图。

如图4所示，在本实施方式1的垂直轴型马格努斯式风力发电机中，外侧的桶5a俯视看沿顺时针方向（箭头B）自转，内侧的桶5b俯视看沿逆时针方向（箭头C）自转。在此，在图4中，风的方向用箭头A表示，将来风侧的桶组50标注为50a，沿顺时针方向依次标注为50b、50c、50d。

图5的（a）～（d）是表示各桶组50a～50b中的桶5a、5b的自转、风向与马格努斯力的关系的图。

如图5的（a）所示，在桶组50a的外侧的桶5a的右侧，风速被加上桶5a的自转速度，使流速加快。另一方面，在桶5a的左侧，风速被削弱桶5a的自转速度，流速减慢。因此，在桶5a产生向右侧去的马格努斯力（箭头V1）。

另外，在桶组50a的内侧的桶5b的左侧，风速被加上桶5b的自转速度，使流速加快，在桶5b的右侧，风速被削弱桶5b的自转速度，流速减慢。因此，在桶5b产生向左侧去的马格努斯力（箭头V2）。

在此，公知马格努斯力与风速、桶的自转角速度和桶的直径成比例。在图5的（a）所示的桶组50a的位置，桶5b配置在桶5a的去风侧，因此气流的至少一部分被桶5a遮挡，因此与配置在桶5a的去风侧的桶5b相比，桶5a产生的马格努斯力大。由此，2根桶5a、5b产生的马格努斯力的合力朝向右侧，通过支承构件4使发电机旋转轴3a沿顺时针方向旋转。

另外，在图5的（b）所示的桶组50b的位置，在桶5a产生右侧的马格努斯力（箭头V3），在桶5b产生左侧的马格努斯力（箭头V4），但由于到达桶5a和桶5b的风的风速是相同的，因此马格努斯力也相互抵消。另外，即使因制造误差等而使任一方的马格努斯力变得较大，由于是沿径向去的力，因此也不会成为使风车部2旋转的力。

另外，在图5的（c）所示的桶组50c的位置，在其桶5a的右侧，风速被加上桶5a的自转速度，使流速加快，在桶5a的左侧，风速被削弱桶5a的自转速度，流速减慢。因此，在桶5a产生向右侧去的马格努斯力（箭头V6）。

另一方面，在桶组50c的内侧的桶5b的右侧，风速被削弱桶5b的自转速度，流速减慢，在桶5b的左侧，风速被加上桶5b的自转速度，使流速加快。因此，在桶5b产生向左侧去的马格努斯力（箭头V5）。

在此，在图5的（c）所示的桶组50c的位置，与配置在桶5b的去风侧的桶5a相比，桶5b产生的马格努斯力大。因此，桶组50a向左侧进行动作，通过支承构件4使发电机旋转轴3a沿顺时针方向旋转。

另外，在图5的（d）所示的桶组50d的位置，在桶5a产生右侧的马格努斯力（箭头V8），在桶5b产生左侧的马格努斯力（箭头V7），但由于到达桶5a和桶5b的风的风速相同，因此马格努斯力也相互抵消。

如上所述，在图4所示的位置，在桶组50a的位置产生右侧的力，在桶组50c的位置产生左侧的力。即，当桶组50位于与发电机旋转轴3a相比处于来风侧的区域时，产生于桶组50的马格努斯力是使支承构件4以发电机旋转轴3a为中心沿顺时针方向公转的方向，当桶组50位于与发电机旋转轴3a相比处于去风侧的区域时，马格努斯力也沿使支承构件4以发电机旋转轴3a为中心绕顺时针方向公转的方向进行作用。因此，风车部2俯视看沿顺时针方向（参照箭头D）旋转。

利用该风车部2的旋转使发电机旋转轴3a旋转，利用发电机3进行发电。此时，利用转速检测部16对发电机旋转轴3a的转速进行检测，自转控制部12依据检测到的该转速对桶5的自转的转速进行适当的控制。另外，也可以根据由风速计15检测到的风速对桶5的自转的转速进行控制。

接下来，对发电机旋转轴3a因为弱风或无风而未旋转的状态下的控制进行说明。

在利用风速计15计量到的风速小于第1规定风速的情况下，发电机控制部17每隔一定时间对切换部14进行控制，将发电机3用作动力源而使发电机旋转轴3a在规定时间的期间内以第1规定转速进行旋转。另外，更优选同时利用自转控制部12将桶5控制为以第1规定转速以上的转速进行自转。

通过这样控制，即使在小于第1规定风速的弱风吹来的情况下，也能使风车部2易于旋转而能够过渡为发电状态。

另外，在风速小于比第1规定风速小的第2规定风速的情况下，是基本无风的状态，因此判断使发电机旋转轴3a旋转的动力是不必要的，将发电机旋转轴3a控制为不进行驱动。此时，桶5也不进行自转。上述第2规定风速是即使使桶5自转，发电机旋转轴3a也不旋转的风速，例如是1m/s的风速。另外，第1规定风速是在只使桶5自转时，风车部2不旋转，但通过如上述那样使发电机旋转轴3a以第1转速进行驱动，能够过渡为发电状态的风速，例如是3m/s的风速。

接下来，对防止积雪、冻结时的控制进行说明。

在利用感雪计19感知到积雪且是能够进行发电的风速（进行发电运转）的情况下，自转控制部12每隔一定时间将桶5控制为以第2规定转速以上的转速在预先决定的时间内进行自转。在此，第2规定转速是比由发电时的控制而设定的转速快的转速。这样，通过使桶5每隔一定时间在预先决定的时间内高速自转，能使桶5上的积雪落下。另外，也可以利用转速检测部16对发电机旋转轴3a的旋转、正在发电的状态进行检测，来代替用风速计检测是否是能发电的风速。

在利用感雪计19感知到积雪且是不能发电的风速（例如上述第2风速以下）的情况下，发电机控制部17进行如下控制：每隔一定时间使切换部14进行动作而将发电机3切换为动力源，使发电机旋转轴3a在规定时间的期间内以第2转速进行驱动。另外，此时，自转控制部12进行如下控制：每隔一定时间使桶5以第2规定转速以上的转速在预先决定的时间内自转。

另外，在利用温度计18检测到可能发生冻结的温度且是不能发电的风速（例如上述第2风速以下）的情况下，发电机控制部17进行如下控制：每隔一定时间使切换部14进行动作而将发电机3切换为动力源，使发电机旋转轴3a在规定时间的期间内以第2转速进行驱动。另外，此时，利用自转控制部12进行使桶5以第3规定转速以下的速度进行自转的控制。

上述发电机旋转轴3a的第2规定转速为低速。另外，桶5的第3规定转速是比第2规定转速慢的低速。即使在这样未进行发电时，也能通过使发电机旋转轴3a和桶5以低速进行旋转，来防冻。

如上所述，本实施方式1的垂直轴型马格努斯式风力发电机由于利用来风侧的桶组50和去风侧的桶组50中的桶5的旋转，因此发电效率提高。

另外，桶5a、5b的自转方向可以始终是相同的旋转方向，因此不必如专利文献3那样对自转方向进行切换，控制变得简易。

总结一下的话，当2根桶5a、5b位于与发电机旋转轴3a相比处于来风侧的区域时，产生于桶5a的马格努斯力是使支承构件4以发电机旋转轴3a为中心沿顺时针方向公转的方向，产生于桶5b的马格努斯力是使支承构件4以发电机旋转轴3a为中心沿逆时针方向公转的方向。

此时，桶5b位于桶5a的去风侧，因此气流的至少一部分被桶5a遮挡，因此与桶5a产生的马格努斯力相比，桶5b产生的马格努斯力小。

由此，2根桶5a、5b产生的马格努斯力的合力通过支承构件4使发电机旋转轴3a沿顺时针方向旋转。

当发电机旋转轴3a旋转而使2根桶5a、5b移动到与发电机旋转轴3a相比处于去风侧的区域时，产生于桶5a的马格努斯力成为使支承构件4沿逆时针方向公转的方向，产生于桶5b的马格努斯力成为使支承构件4沿顺时针方向公转的方向。此时，桶5a位于桶5b的去风侧，因此气流的至少一部分被桶5b遮挡，因此与桶5b产生的马格努斯力相比，桶5a产生的马格努斯力小。

由此，2根桶5a、5b产生的马格努斯力的合力通过支承构件使发电机旋转轴沿顺时针方向旋转。

也就是说，能够不将去风侧的桶遮挡，或单独且频繁地使桶的自转转速变动地，利用发电机旋转轴的来风侧和去风侧双方的气流在发电机产生单向的转矩。

另外，能够对风速或发电机旋转轴的转速进行计量，据此使桶的自转转速改变而对产生于桶的马格努斯力进行调整，从而对发电机旋转轴的旋转扭矩进行控制。

详细而言，能够在微风时提高桶的自转转速，在强风时降低桶的自转转速，从而起动性良好，而且能在广泛的风速范围内进行发电。

另外，以相同方式进行本实施方式1的4个桶组50的桶5的自转转速控制即可。

另外，在现有文献即专利文献3的结构中，存在以下这样的问题。由于单独且频率地使桶的自转转速变动，因此能量损失增大。另外，由于桶存在转动惯量，因此在风速和风向频繁变动的那种情况下，桶的自转转速的控制不再能够追随风速和风向，发电效率可能下降。在使风力发电机大型化的情况下，桶的转动惯量尤其成为问题。桶的转动惯量与半径的平方成比例地增大，桶对自转转速控制的响应性变差，因此为了追随风向和风速的变动，需要高输出的电动机，这使能量损失增加，而且作用于电动机和桶的负荷也增大。此外，由于添加了风向的计量元件和方位角计量元件等，因此装置复杂化，进而制造成本和维护成本增高。

但是，在本实施方式的垂直轴型马格努斯式风力发电机中，通过如上述那样地对桶的配置方式和自转方向进行设计，能够不受风向的影响，发电效率高且起动性良好，能在广泛的风速范围内进行发电，抵抗强风的安全性高，容易实现大型化，能够设置在大厦和房屋等的屋顶，而且能够以低成本进行制造以及运用。

（实施方式2）

接下来，对本发明的实施方式2中的垂直轴型马格努斯式风力发电机进行说明。本实施方式2中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基本结构与实施方式1相同，但是在如下方面等与实施方式1不同：在下侧对桶进行支承的支承构件的结构，以及追加了在上侧对桶进行支承的上侧支承构件。因此，以该不同点为中心进行说明。另外，对于与实施方式1相同的结构，标注与实施方式1相同的符号。

图6是本实施方式2的垂直轴型马格努斯式风力发电机的立体结构图。另外，图7是图6的ZZ’剖视结构图。另外，在图6和图7中，省略表示自转控制部12、转速检测部16、切换部14、发电机控制部17、风速计15、温度计18和感雪计19。

如图6和图7所示，在本实施方式2的垂直轴型马格努斯式风力发电机的风车部602，设置有用于对桶5的上侧进行支承的圆板状的上侧支承构件606，此外，在风车部602的中心设置有纵轴603。该纵轴603的下部成为转子100，在本实施方式2中，纵轴603和转子100形成为一体，但也可以分别独立地形成，通过下侧支承构件604连接。在本实施方式2中，在桶5的上侧设置有支承轴609，该支承轴609以能旋转的方式与上侧支承构件606的轴承部606b嵌合。并且，纵轴603也以能旋转的方式与形成在上侧支承构件606的下侧中央部的轴承部606c嵌合。

接下来，对本实施方式2的配置在桶5下侧的下侧支承构件604与实施方式1的支承构件4在结构上的不同点进行说明。

如图7所示，在本实施方式2中，下侧的下侧支承构件604是中空的圆板状的构件，在下侧支承构件604的顶部部分604s形成有对支承轴6进行支承的轴承部604b。并且，在支承轴6的下端设置有第1齿轮7或第2齿轮8。即，在桶5与第1齿轮7之间、或桶5与第2齿轮8之间，利用下侧支承构件604的顶部部分604s对支承轴6进行支承。

另外，在实施方式1中，电动机9的驱动齿轮10与第2齿轮8啮合，但在本实施方式2中，电动机9的驱动齿轮10与第1齿轮7啮合。利用设置于每个桶组50的电动机9使第1齿轮7和第2齿轮8旋转，从而使桶5旋转。

如上所述，在本实施方式2中，通过从上下方向对桶5进行支承，能够对桶进行稳定的支承。

另外，也可以将本实施方式2的结构的上侧支承构件606和纵轴603应用在实施方式1中。

另外，在本实施方式2中，上侧支承构件606和下侧支承构件604为圆板形状，但本发明不限定于此形状，也可以是十字形状。图8是该种结构的垂直轴型马格努斯式风力发电机的立体结构图。在图8所示的风车部612中，下侧支承构件614和上侧支承构件616形成为十字形状。下侧支承构件614和上侧支承构件616分别包括中央部614a、616a，和从中央部614a、616a向四方延伸的臂部614b、616b。由相邻的臂部形成的角度为直角。并且，在1个臂部614b和1个臂部616b的前端夹持支承有2个桶5。

另外，在上述实施方式1、2中，每个桶组50设置有电动机9，但也可以在每个桶5设置电动机9。图9是这种垂直轴型马格努斯式风力发电机的从正面看去的剖视结构图。在图9所示的垂直轴型马格努斯式风力发电机中，与本实施方式2不同，电动机9设置于每个支承轴6，且未在支承轴6设置第1齿轮7或第2齿轮8。

（实施方式3）

接下来，对本发明的实施方式3中的垂直轴型马格努斯式风力发电机进行说明。本实施方式3的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基本结构与实施方式1相同，但使桶5自转的结构与实施方式1不同。因此，以该不同点为中心进行说明。另外，对于与实施方式1相同的结构，标注与实施方式1相同的符号。

在实施方式1中，使桶5自转的电动机9设置于每个桶组50，共配置有4个，但在本实施方式3中，电动机只设置1个，是利用这1个电动机使所有桶5进行自转的结构。

图10是本实施方式3的垂直轴型马格努斯式风力发电机的正面剖视结构图。图11是图10的YY’剖视结构图。

如图10和图11所示，在本实施方式3的垂直轴型马格努斯式风力发电机中，未设置分别与桶组50对应的电动机9，只设置有1个电动机20。从该电动机20向桶5去的传递机构对应于与本发明关联的发明的第2传递机构的一例。以下，对该传递机构进行说明。

在从电动机20向铅垂上方的方向配置的电动机轴20a的前端设置有驱动齿轮21。并且，为了与多个第1齿轮7啮合，在多个第1齿轮7的中央配置有中央齿轮22，该中央齿轮22与驱动齿轮21啮合。另外，中央齿轮22以能旋转的方式被支承轴22a轴支承于支承构件4的轴承部4b，支承轴22a设置在支承构件4的中心4a上。

采用这种结构，在使电动机20进行动作时，电动机轴20a旋转，利用固定于电动机轴20a的驱动齿轮21使中央齿轮22旋转，从而使4个第1齿轮7旋转。并且，与各第1齿轮7啮合的第2齿轮8也旋转。

在本实施方式3中，由于是利用1个电动机使所有桶5旋转的结构，因此只对1个电动机进行控制，就能对所有的桶5的自转的转速进行控制，使控制更加容易进行。

（实施方式4）

接下来，对本发明的实施方式4中的垂直轴型马格努斯式风力发电机进行说明。本实施方式4是如实施方式3那样利用1个电动机使所有桶进行自转的结构，但在将电动机9配置在基座侧的这一点上，与实施方式3不同。因此，以该不同点为中心进行说明。另外，对于与上述实施方式1、2相同的结构，标注与实施方式1、2相同的符号。

图12是本发明的实施方式4的垂直轴型马格努斯式风力发电机的从正面看去的剖视结构图。另外，在图12中，省略表示自转控制部12、转速检测部16、切换部14、发电机控制部17、风速计15、温度计18和感雪计19。

如图12所示，在本实施方式4的垂直轴型马格努斯式风力发电机的风车部612中，如实施方式2的结构的风车部602那样设置有上侧支承构件606、下侧支承构件644和纵轴603，利用形成于下侧支承构件644的顶部644s的轴承部644b对支承轴6进行支承。并且，与实施方式3相同，在下侧支承构件644内配置有中央齿轮22。在形成于该中央齿轮22的中央的通孔内配置有纵轴603，中央齿轮22不固定于纵轴603，构成为相对于纵轴603自如旋转。

另外，在基座1内以与中央齿轮22同轴的方式设置有基座内中央齿轮615。该基座内中央齿轮615与中央齿轮22相同，也是在形成于中央的通孔内配置有纵轴603的结构，该基座内中央齿轮615不固定于纵轴603，构成为相对于纵轴603自如旋转。并且，基座内中央齿轮615和中央齿轮22由连接构件618连接，能够同时旋转。为了与这样与中央齿轮22连接的基座内中央齿轮615啮合而设置有驱动齿轮617，该驱动齿轮617固定于电动机9的驱动轴9a。

通过构成为上述结构，能够将电动机9的旋转通过驱动齿轮617和基座内中央齿轮615传递到中央齿轮22，因此与上述实施方式3同样，能够利用1个电动机使所有桶进行自转。

另外，通过如本实施方式4这样地将电动机9配置在基座1侧，不必设置集电环，因此能够提高电连接的可靠性。

另外，在实施方式3、4的结构中，由于只设置1个电动机即可，因此对小型的风力发电机是有用的。另外，在大型的风力发电机的情况下，优选在每个桶组50设置有电动机9。

（实施方式5）

接下来，对本发明的实施方式5中的垂直轴型马格努斯式风力发电机进行说明。本实施方式5中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基本结构与实施方式4相同，但在本实施方式5中，采用了外转子型的发电机的这一点与实施方式4不同。因此，以该不同点为中心进行说明。

图13是本实施方式5的垂直轴型马格努斯式风力发电机的从正面看去的剖视结构图。如图13所示，在本实施方式5的垂直轴型马格努斯式风力发电机中，在风车部622的中央设置有纵轴623。该纵轴623固定于基座1，风车部622构成为相对于纵轴623自如旋转。因此，在本实施方式5中，设置有构成为相对于纵轴623自如旋转的下侧支承构件654和上侧支承构件656。在该上侧支承构件656形成有对上侧的支承轴609进行支承的轴承部656b，下侧支承构件654利用设置于其顶部654s的轴承部654b对下侧的支承轴6进行支承。

另外，发电机624配置在下侧支承构件654的上侧。该发电机624是外转子型的发电机，包括设置在中央的定子624a，和设置在定子624a四周的转子624b。定子624a由纵轴623的一部分构成，转子624b固定在下侧支承构件614上。

即，在本实施方式的发电机中，当风车部622旋转时，发电机624的转子624b随着风车部622的旋转而一起相对于固定的纵轴623进行旋转，从而发电。

这样，也可以采用外转子型的发电机。

另外，在图13中，省略表示自转控制部12、转速检测部16、切换部14、发电机控制部17、风速计15、温度计18和感雪计19，但在本实施方式的情况下，转速检测部对转子624b的旋转进行检测，发电机控制部使切换部14进行动作，从而使转子624b进行动作。另外，在风车部622因为弱风或无风而未旋转的情况下，进行与实施方式1相同的控制，但在本实施方式中使转子624b旋转，来代替使发电机旋转轴3a即转子100进行旋转。

（实施方式6）

接下来，对本发明的实施方式6中的垂直轴型马格努斯式风力发电机进行说明。本实施方式6中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基本结构与实施方式1相同，但控制方法与实施方式1不同。因此，以该不同点为中心进行说明。另外，对于与实施方式1相同的结构，标注与实施方式1相同的符号。

图14是本实施方式6的垂直轴型马格努斯式风力发电机的从正面看去的剖视结构图。

如图14所示，在本实施方式6中，未设置风速计15，而设置有停止时间检测部13，该停止时间检测部13基于由转速检测部16检测到的转速，对发电机旋转轴3a停止运转的时间进行检测。

接下来，对发电机旋转轴3a因为弱风或无风而未旋转的状态下的本实施方式6的控制进行说明。

在利用停止时间检测部13检测到的发电机旋转轴3a的停止时间为规定时间以上的情况下，发电机控制部17进行如下控制：每隔一定时间使切换部14进行动作，将发电机3切换为动力源，使发电机旋转轴3a在规定时间的期间内以第1规定转速进行驱动。另外，此时，更优选利用自转控制部12进行使桶5以第1规定转速以上的速度进行自转的控制。

通过这样进行控制，即使在弱风吹来的情况下，也能使风车部2易于旋转，提高能过渡为发电状态的可能性。

接下来，对防止积雪、冻结时的控制进行说明。

在利用感雪计19感知到积雪且利用转速检测部16检测到发电机旋转轴3a的旋转的情况下，即，在进行发电运转的情况下，自转控制部12进行如下控制：每隔一定时间使桶5以第2规定转速以上的转速在预先决定的时间内进行自转。在此，第2规定转速是比由发电时的控制产生的转速快的转速。

这样，通过每隔一定时间使桶以较快的转速在预先决定的时间内高速旋转，能够使桶5上的积雪落下。

在利用感雪计19感知到积雪且发电机旋转轴3a的停止时间为规定时间以上的情况下，发电机控制部17进行如下控制：每隔一定时间使切换部14进行动作而将发电机3切换为动力源，使发电机旋转轴3a在规定时间的期间内以第2转速进行驱动。另外，此时，自转控制部12进行如下控制：每隔一定时间使桶5以第2规定转速以上的转速在预先决定的时间内自转。

另外，在利用温度计18检测到可能发生冻结的温度且发电机旋转轴3a的停止时间为规定时间以上的情况下，发电机控制部17进行如下控制：每隔一定时间使切换部14进行动作而将发电机3切换为动力源，使发电机旋转轴3a在规定时间的期间内以第2规定转速进行驱动。另外，此时，利用自转控制部12进行使桶5以第3规定转速以下的速度自转的控制。

上述发电机旋转轴3a的第2规定转速为低速，桶5的第3规定转速是比第2规定转速慢的低速。

即使在这样未进行发电时，也能通过使发电机旋转轴3a和桶5以低速进行旋转，来防冻。

另外，在实施方式1～6中，设置有温度计18和感雪计19，但在不存在积雪以及不会发生冻结的地域，也可以不设置温度计18和感雪计19。

另外，也可以利用手动式的开关或远程操作，切换用于对积雪或冻结进行防止的动作的进行/结束。

另外，在实施方式1、3、6中，支承构件4的上侧的整体被盖构件11覆盖，但也可以如图15所示的实施方式1的变形例那样，以至少只将桶组50下方的第1齿轮7、第2齿轮和电动机9覆盖的方式，设置盖构件111。

另外，在本实施方式6中，由于采用内转子型的发电机3，因此对发电机旋转轴3a即转子100的停止时间进行检测，但在如实施方式5那样使用了外转子型的发电机624的情况下，对转子624b的停止时间进行检测而进行与上述相同的控制即可。

（实施方式7）

接下来，对本发明的实施方式7中的垂直轴型马格努斯式风力发电机进行说明。本实施方式7中的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基本结构与实施方式1相同，但支承构件的形状与实施方式1不同，且在将支承构件构成为能伸缩的这一点上，与实施方式1不同。因此，以该不同点为中心进行说明。另外，对于与实施方式1相同的结构，标注与实施方式1相同的符号。

图16是本实施方式7的垂直轴型马格努斯式风力发电机的立体结构图。如图16所示，本实施方式7的支承构件40俯视看为十字形状，臂部42以从固定有发电机旋转轴3a的中央部41向四方突出的方式延伸，在臂部42的前端配置有桶组50（桶5a、5b）。并且，相邻的臂部42形成的角度为直角。

另外，在臂部42的位于发电机旋转轴3a与桶组50之间的部位形成有伸缩部43。图17是伸缩部43近旁的放大结构图。另外，在图17中表示伸缩部43伸长了的状态。

如图17所示，伸缩部43具有多个框状构件44。在本实施方式中，将框状构件的数量设置为4个，从臂部42的前端42a侧开始依次标注符号44a、44b、44c、44d。这些框状构件44a、44b、44c、44d的大小依次增大，构成为框状构件44a插入在一旁的框状构件44b内，框状构件44b插入在一旁的框状构件44c内，框状构件44c插入在一旁的框状构件44d内。另外，即使在从框状构件44b内拔出了框状构件44a的情况下，框状构件44a的靠中央部41侧的缘部S也卡定于框状构件44b的靠前端42a侧的缘部T，不会分开。其它的框状构件间的关系也如此。

并且，框状构件44a固定于与臂部42的伸缩部43相比位于前端42a侧的外侧部分45，框状构件44d固定于与臂部42的伸缩部43相比位于中央部41侧的内侧部分46。在这些外侧部分45和内侧部分46的内部分别形成有突起部45a、46a，在突起部45a、46a固定有弹簧构件47。弹簧构件47的两端分别固定于突起部45a、46a，对伸缩部43施力，以使伸缩部43收缩。

另外，为了将外侧部分45保持为水平，在臂部42的内部设置有将外侧部分45和内侧部分46连接的加强构件56。该加强构件56是板状的构件，一端固定于外侧部分45。另外，在加强构件56的另一端形成有长孔56a，且设置有与该长孔56a嵌合而固定于内侧部分46的销57。该销57的上端形成为较大，以防止脱离长孔56a。即，加强构件56构成为能够滑动。

另外，在臂部42的外侧部分45的上侧设置有在实施方式1中说明过的将第1齿轮7、第2齿轮8、电动机9和驱动齿轮10等覆盖的盖构件48。并且，在盖构件48上配置有桶5a、5b。

接下来，对本实施方式7的垂直轴型马格努斯式风力发电机的动作进行说明。

在发电机旋转轴3a进行旋转前的状态下，如图18所示，利用弹簧构件47的施力使靠前端42a侧的框状构件44与一旁的中央侧的框状构件44嵌合，而成为收缩状态。详细而言，形成为框状构件44a与框状构件44b嵌合，框状构件44b与框状构件44c嵌合，框状构件44c与框状构件44d嵌合的状态。

并且，在利用风使风车部2旋转时，利用作用于桶组50和外侧部分45的离心力抵抗弹簧构件47的施力，使伸缩部43逐渐伸长（参照图17）。另外，加强构件56随着外侧部分45向外侧移动而进行滑动。

在本实施方式中，在发电开始之前的状态下，臂部42成为收缩状态，因此旋转半径小，即使是较慢的风速，风车部2也能旋转，容易发电。

另外，在本实施方式7中，伸缩部43由4个框状构件形成，但本发明并不限定于此。

另外，也可以在上述实施方式1～7的桶5a、5b之间，设置与本发明的气流遮挡元件的一例对应的气流遮挡板49。图19的（a）是例举实施方式1，表示设置在桶5a与桶5b之间的气流遮挡板49的立体结构图。图19的（b）是表示桶组50a的桶5a、5b的自转与由风向产生的马格努斯力的关系的图。如在图4中说明过的那样，产生于桶5a的马格努斯力（V1）与产生于桶5b的马格努斯力（V2）为相反方向，因此旋转的力被桶5b的马格努斯力削弱。但是，通过如图19所示地设置气流遮挡板49，能使产生于桶5b的马格努斯力（V2）较弱，因此旋转的力增强，能够更加提高能量转换效率。这在桶组50以发电机旋转轴3a作为基准而移动到去风侧的情况下也是同样的。

另外，更优选在该气流遮挡板49的表面形成使气流扩散或分散的那种形状，例如可以形成图19的（c）所示的那种凹部49a。

此外，更优选在气流遮挡板49的侧端面49b形成使气流扩散或分散的那种形状。例如可以形成图19的（d）所示的那种筋状的突部49c。多个突部49c以相邻的突部49c的间隔增大或减小的方式，相对于水平方向倾斜地形成。详细而言，图19的（d）的最上方的突部49c以纸面内侧比纸面外侧低的方式倾斜形成，该突部49c下侧的第2高的突部49c以纸面内侧比纸面外侧高的方式倾斜形成，这2个突部49c的间隔随着向纸面内侧去而减小。另一方面，第3高的突部49c以纸面内侧比纸面外侧低的方式倾斜形成，第2高与第3高的2个突部49c的间隔随着向纸面内侧去而增大。这样交替地形成随着向纸面内侧去而宽度减小的形状，和随着向纸面内侧去而宽度增大的形状。如上所述，作为本发明的气流遮挡元件的一例，对气流遮挡板49进行了说明，但气流遮挡元件也可以不是板状。

另外，如图20的（a）所示，也可以在上述实施方式1～7的桶5的表面形成凹窝状的凹陷51。另外，如图20的（b）所示，也可以形成突起物52。此外，如图20的（c）所示，也可以在桶5的表面形成与支承轴6平行的肋53。另外，不限定于与支承轴6平行的肋，如图20的（d）所示，也可以在桶5的表面形成与支承轴6垂直的肋54。另外，如图20的（e）所示，也可以形成螺旋状的肋55。

通过以这些方式形成桶5的表面，气流的流动良好，能够利用少量的自转获得较大的马格努斯力的效果，也能获得使桶5的旋转噪声减小的效果。

另外，实施方式1～7的桶5也可以是中空的。图21是表示这种结构的桶105的结构的图。图21所示的桶105为中空，在该桶105的中心配置有支承轴106。该支承轴106和桶105由支承臂107连接。

通过这样构成为中空，能够实现桶5的轻型化，能使自转的扭矩减小。

另外，在上述实施方式1～7中，桶5是1个构件，但在桶5的长度较长的情况等，考虑到搬运，可以分割构成桶5。图22是这种桶630的分解立体结构图。如图22所示，桶630包括从上方依次配置的2个圆筒部631、632、配置在圆筒部631上侧的上支承轴部633、将圆筒部631与圆筒部632连接的连接部634、以及配置在圆筒部632下侧的下支承轴部635。这些圆筒部631、632为中空，上下各形成4处螺钉用的通孔631a、631b、632a、632b。

另外，上支承轴部633包括上支承轴633a、与圆筒部631嵌合的嵌合部633b、以及形成在上支承轴633a与嵌合部633b之间的圆柱部633c，在嵌合部633b形成有4个螺纹孔633d。连接部634包括与圆筒部631的内侧嵌合的嵌合部634a、与圆筒部632的内侧嵌合的嵌合部634b、以及形成在嵌合部634a与嵌合部634b之间的圆柱部634c。并且，在嵌合部634a形成有4个螺纹孔634d，在嵌合部634b形成有4个螺纹孔634e。下支承轴部635包括下支承轴635a、与圆筒部632的内侧嵌合的嵌合部635b、以及设置在下支承轴635a与嵌合部635b之间的圆柱部635c，在嵌合部635b形成有4个螺纹孔635d。这些圆筒部631、632和圆柱部633c、634c、635c全为相同的直径。另外，本发明的桶部分的一例与圆筒部631、632或圆柱部633c、634c、635c对应。

并且，将上支承轴部633的嵌合部633b和连接部634的嵌合部634a嵌入到圆筒部631的内侧，将连接部634的嵌合部634b和下支承轴部635的嵌合部635b嵌入到圆筒部632的内侧，使螺纹孔633d与通孔631a对齐，使螺纹孔634d与通孔631b对齐，使螺纹孔634e与通孔632a对齐，使螺纹孔635d与通孔632b对齐，利用螺钉636将上述各孔固定，从而组装成桶630。另外，上支承轴633a与图7的桶5上侧的支承轴609对应，下支承轴635a与图7的桶5的支承轴6对应。

另外，在图22中，省略表示上述螺钉用的通孔、上述螺纹孔和上述螺钉的背面侧2处部位。

另外，作为能分割的桶的一例，也可以采用图23的（a）和图23的（b）所示的结构。图23的（a）是这种桶205的立体结构图。图23的（b）是表示将桶205分割后的状态的立体结构图。如图23的（a）、（b）所示，桶205由从上方依次配置的多个桶部251、252、253构成。位于最上部的桶部251在下侧具有连接轴61，位于中央的桶部252包括设置在上侧的连接轴62和设置在下侧的连接轴63。位于最下部的桶部253包括设置在上侧的连接轴64和设置在下侧的支承轴65。并且，连接轴61、62、63、64为中空，分别形成有通孔61a、62a、63a、64a。

如图23的（a）、（b）所示，在将桶部251的连接轴61嵌入到桶部252的连接轴62的内侧，且使通孔61a与通孔62a的位置对齐的状态下，将销254插入到通孔61a、62a内，从而将桶部251和桶部252固定。同样，在将桶部252的连接轴63嵌入到桶部253的连接轴64的内侧，且使通孔63a与通孔64a的位置对齐的状态下，将销254插入到通孔63a、64a内，从而将桶部252和桶部253固定。另外，第1齿轮7和第2齿轮8配置于支承轴65。

通过构成为上述结构，便于搬运。另外，在图22中设置有上支承轴633a和下支承轴635a，在图23中设置有下侧的支承轴65，但也可以是只设置有上侧的支承轴的结构（省略图示）。另外，非分割式的桶5也可以是只利用上侧的支承轴609进行支承的结构（省略图示）。

另外，在实施方式1～6中，采用了圆板形状的支承构件，但也可以构成为发挥飞轮效应。详细而言，能够利用金属等形成支承构件，以增加质量。另外，如图24的（a）的支承构件204所示，可以变更中央部分204a和周缘部分204b的材料，采用比中央部分204a的材料的每单位体积的质量重的材料作为周缘部分204b的材料。此外，例如如图24的（b）所示，可以在下侧支承构件604（参照图6）的整个下侧配置配重605，也可以如图24的（c）所示，在下侧支承构件604的下侧四周配置配重608。

另外，为了也使上述实施方式7的支承构件40具有飞轮效应，可以采用比中央部41和内侧部分46的材料的每单位体积的质量重的材料，作为外侧部分45的材料。

另外，在图25的（a）中表示用在图8的上述实施方式2的变形例中的那种十字形状的支承构件400。该支承构件400俯视看为十字形状，包括固定有发电机旋转轴3a和纵轴603的中央部401，以及形成为从中央部401向四方突出的臂部402。采用比其它部分的材料的每单位体积的质量重的材料，作为这种臂部402的前端402a近旁的材料，从而能够发挥飞轮效应。

另外，即使不改变前端402a近旁的材料，如图25的（b）所示，通过形成将臂部402的前端402a连为环状的环状构件402b，也能具有飞轮效应。

另外，在上述实施方式1～7中设置有4个桶组50，但桶组50也可以为3个以下，或5个以上。另外，此时，俯视观察，优选以发电机旋转轴3a为中心等间隔地配置多个桶组50。通过这样以发电机旋转轴3a为中心等间隔地呈放射状配设多个桶组50，能使产生于发电机旋转轴3a的变动负载平均化。另外，通过适当地配置桶组50的数量，能够增大发电机旋转轴的旋转扭矩。

例如在桶组为3个的情况下，如图26所示，优选将相邻的桶组50与发电机旋转轴3a所形成的角度各配置为大致120度。另外，虽然从变动负载的标准化的观点出发，优选以发电机旋转轴3a为中心等间隔地配置各桶组50，但也可以只配置1个桶组50。可以只设置1组桶。

另外，也可以在实施方式1～6的圆板形状的支承构件形成有多个能配置支承轴6的轴承部4b，从而选择性地配置桶5。图27是支承构件410的俯视结构图。在支承构件410设置有：轴承部411，其在支承构件410的中心410a与发电机旋转轴3a被固定，该轴承部411配置为能使外侧的桶5的支承轴6进行旋转；轴承部412，其配置为能使内侧的桶5的支承轴6进行旋转。并且，在图27所示的支承构件410中，形成有12组轴承部411与轴承部412的组。另外，利用将相邻的轴承部412、411的组与中心410a连结的线形成的角度（参照图中α）全都相同。通过采用这样形成的支承构件410，能够选择使用1个、2个、3个、4个、6个、12个桶组50。另外，在桶组为2个、3个、4个、6个的情况下，优选以中心410a为中心等间隔地配置各桶组50。另外，在实施方式1的结构的情况下，也将内侧的支承轴6与外侧的支承轴6视为一组，在盖构件11形成供12组共计24个的支承轴6贯穿的孔。

通过这样形成多个轴承部，能够实现零件的共用化，降低成本，而且在工厂出货后，即使在设置后，也能增减桶组的数量。

另外，如图28所示，也可以设置以覆盖风车部的方式对风车部进行支承的框结构。图28是表示在图6所示的实施方式2的结构上追加框结构500而形成的结构的立体结构图。

如图28所示，纵轴603包括：上框构件501，其从上侧支承构件606突出，将纵轴603的上端支承为能够旋转；3个侧框部503，它们将上框构件501和基座1连接。上框构件501由配置有纵轴603的中央部501a，和从中央部501a向侧框部503延伸的臂部501b构成。通过这样构成，能使风车部2更加稳定地旋转。

另外，也可以采用将实施方式2的结构的上侧支承构件606和下侧支承构件604的局部连接，而对上侧支承构件606进行支承的结构。图29是表示该种结构的图。如图29所示，在多个桶组的中间的位置，从下侧支承构件604设置有纵框660，以对上侧支承构件606进行支承。

另外，也可以在支承构件4的外侧设置整流板。图30是配置有4个桶组50的垂直轴型马格努斯式风力发电机的俯视结构图。如图30所示，在支承构件4的外侧以60度的间隔向中心4a方向设置有整流板502。通过这样配置整流板502，使风的方向为朝着风车部的纵轴去的方向，使去风侧的桶的遮挡量增加，能够高效地进行发电。另外，也可以在桶组50与中心4a（与纵轴一致）之间设置整流板。

另外，在上述实施方式的桶组50中，桶5b的中心配置在将桶5a和中心4a（与纵轴一致）连结的线上，但本发明并不限定于此，桶5b的中心只要配置在桶5a与中心4a之间即可。但优选如图31所示，桶5b的至少一部分进入到区域S内。区域S是与将桶5a和纵轴连结的直线平行的、桶5a外周的2条切线L、M间的区域。

另外，如图32所示，更优选将桶5b配置为使桶5b的至少一部分位于将桶5a和中心4a的纵轴连结的线上。

另外，本发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机也可以具有太阳能电池。

另外，也可以在本发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机的基座内部，设置用于将上述发电机产生的电力、上述太阳能电池产生的电力储藏起来的电力储藏元件。

作为使桶5自转的电源，或发电机控制部17对切换部14进行控制而将发电机3用作动力源时的电源，可以适当选择性地使用上述电力储藏元件和商用电源等。

另外，使桶5自转的电动机9不限定于AC电动机，也可以是DC电动机。在使用DC电动机且使用蓄电池作为电力储藏元件的情况下，能够以直流的方式直接使用储藏在蓄电池中的电力。

另外，在由风速计测得的风速变得比规定的风速快的情况下，或者在转子（发电机旋转轴3a、转子624b）的转速变得比规定的转速大的情况下，可以将风车部控制为停止运转。可以使用电磁制动器等进行该停止控制。

如上所述，采用本发明，不受风向的影响，在发电机旋转轴的来风侧和去风侧的任一方区域内，都能相对于发电机旋转轴产生相同方向的旋转扭矩，因此发电效率高。

另外，通过对风速或发电机旋转轴3a的转速进行计量，并据此改变桶5的自转转速，能使起动性变得良好，而且能在广泛的风速范围内进行发电。

此外，在吹来对风力发电机的安全性产生影响的那种强风时，使桶5停止自转，从而马格努斯力为0，且桶形状不易受到风压，因此能够防止发电机旋转轴3a超速旋转，使其安全地停止。

此外，本发明的风力发电机不必单独且频繁地对桶进行自转转速控制，而且大型化时的桶对自转转速控制的响应性的下降不易导致发电效率的下降，因此容易实现大型化。

此外，本发明的风力发电机不必设置如水平轴型风力发电机那样的高塔架，因此能够设置在大厦和房屋等的屋顶。

此外，本发明的风力发电机能够将发电部分设置在地面附近，容易维护。

此外，桶形的叶片容易制造，而且不必设置风向计量装置等，结构简单，因此能够降低制造成本和维护成本。

由此，采用本发明，能够提供不受风向的影响，发电效率高且起动性良好，能在广泛的风速范围内进行发电，且抵抗强风的安全性高，而且容易实现大型化，能够设置在大厦和房屋等的屋顶，还能以低成本进行制造及运用的风力发电机。

工业实用性

本发明的垂直轴型马格努斯式风力发电机能够发挥发电效率高、控制简便的效果，作为像日本那样的风速低的环境内的风力发电机等是有用的。

（符号说明）

1…基座；2…风车部；3…发电机；4…支承构件；5…桶；6…支承轴；7…第1齿轮；8…第2齿轮；9…电动机；10…驱动齿轮；11…盖构件；12…自转控制部；13…停止时间检测部；14…切换部；15…风速计；16…转速检测部；17…发电机控制部；18…温度计；19…感雪计。

Claims (6)

1.一种垂直轴型马格努斯式风力发电机，其特征在于，

风车部，其具有纵轴，利用风力使该风车部绕纵轴芯进行旋转；以及

发电机，其具有定子和与所述风车部连接的转子，

所述风车部包括：

桶组，其具有2个桶，该桶与所述纵轴平行地配置，以所述纵轴为中心进行旋转；以及

支承构件，其使所述桶组与所述纵轴连接，

所述2个桶均构成为能以支承于所述支承构件的支承轴作为中心进行自转，

所述2个桶的自转方向为彼此相反的方向。

2.如权利要求1所述的垂直轴型马格努斯式风力发电机，其特征在于，

所述2个桶中一方的位于内侧的所述桶配置在另一方的位于外侧的所述桶与所述纵轴之间。

3.如权利要求2所述的垂直轴型马格努斯式风力发电机，其特征在于，

该垂直轴型马格努斯式风力发电机还具有气流遮挡元件，该气流遮挡元件设置在所述2个桶之间，以对向所述2个桶中去风侧的所述桶流去的气流进行遮挡。

4.如权利要求3所述的垂直轴型马格努斯式风力发电机，其特征在于，

在所述气流遮挡元件的表面中至少侧端面，形成有用于使气流扩散或分散的形状。

5.如权利要求1所述的垂直轴型马格努斯式风力发电机，其特征在于，

该垂直轴型马格努斯式风力发电机包括：

停止时间检测部，其对所述转子的停止时间进行检测；

切换部，其使用外部电力将所述发电机用作动力源；

发电机控制部，其对所述转子进行控制；以及

自转控制部，其对所述桶的自转进行控制，

在所述转子未停止的情况下，所述自转控制部进行如下控制：每隔一定时间使所述桶以第2规定转速以上的转速进行自转，

在所述转子的所述停止时间为规定时间以上的情况下，所述发电机控制部每隔一定时间，利用所述切换部将所述发电机切换为所述动力源，以第2规定转速对所述转子进行驱动，所述自转控制部将所述桶控制为以第2规定转速以上的转速或以第3规定转速以下的转速进行自转。

6.如权利要求1所述的垂直轴型马格努斯式风力发电机，其特征在于，

该垂直轴型马格努斯式风力发电机具有整流板，该整流板设置在所述桶组与所述纵轴之间以及所述支承构件的外侧中的至少一方。

Images