CN110869606A - 垂直轴型涡轮 - Google Patents

Abstract

本发明实现一种使叶片的升力进一步增加，使风能等的利用效率进一步提高，并且启动容易且可靠的垂直轴型涡轮。作为本发明的一个实施方式，设置为如下构成，具备多个叶片20、配置于叶片表面的较小的所谓的涡流发生器50以及在翼尖上的所谓的小翼60，叶片20连接于旋转轴11，具有旋转轴11方向的翼宽和旋转轴11的旋转方向的翼弦长度，叶片20形成为其与旋转轴11的间隔从翼尖91向翼根92以对数螺旋状变化，此外，连接叶片20和旋转轴11的臂部30B也设为螺旋状或者对数螺旋状，且通过具有翼型形状而具有副翼效果。

Description

垂直轴型涡轮

技术领域

本发明涉及一种用于风力发电等的垂直轴型涡轮。

背景技术

风力发电等所使用的涡轮大致分为旋转轴相对于风向平行的水平轴型涡轮和旋转轴相对于风向垂直的垂直轴型涡轮。水平轴型涡轮的风能的转换效率较高，但是必须配合着改变旋转轴的方向以使受风面相对于风向正交，在需要方向控制机构的同时，每当风向改变都会产生损失。另外，由于必须将保存发电机等的机舱配置于高处，因此维护也较困难，且需要对支持较高的重心的结构、用于确保安全性的控制机构的一定的考虑。即，水平轴型涡轮在风向容易改变的地域是不利的，且需要较大的设置面积，机构本身容易变得复杂且昂贵，这些是其缺点。

与此相对，垂直轴型涡轮通过相对于地面垂直地固定，能够相对于风向始终呈垂直状态。一般的形状不是叶片直接安装于旋转轴，而是通过圆板状的底座、在水平方向延伸的臂等保持一定的半径，以与旋转轴平行的方向作为翼宽。由于没有对风向的依赖性，因此不需要方向控制装置，除此以外，还能够将发电机等重物配置于地面附近的下方。因此，与水平轴型涡轮相比，能够获得简单且稳定性高的构造。另外，由于即使增加翼宽，也不会扩大旋转半径，因此能够减小设置面积。

这样的垂直轴型涡轮已经采取了用于改善自起动性较低的各种对策，但是大多是仅为了改善自起动性而使用其他的机构的方案，结果与此相应的成本增加、在高速时无法得到稳定的输出的情况较多。这种情况下，开发了以下的垂直轴型涡轮(螺旋涡轮)，针对在垂直轴型涡轮中风能的转换效率最高的直线翼型涡轮，通过使翼具有后退角而使垂直轴型涡轮在翼的旋转轨道上倾斜(将叶片设为螺旋状(helical)螺旋)(专利文献1)。

这样的螺旋涡轮具有翼型的截面，并且构成为主要通过升力来获得旋转，但通过螺旋形状能够保证在全部的旋转角相位中，任一个叶片的截面始终相对于流体的流动具有最佳的迎角。另外，同样的，能够保证在全部的旋转角相位中，具有可通过阻力得到旋转力矩的截面。由此，易于使涡轮自起动，使旋转稳定。

另外，还开发了以下垂直轴型涡轮，针对上述螺旋涡轮，通过使叶片倾斜变形，以使成为该翼宽的中心的位置为最大旋转半径，翼尖为最小旋转半径，进一步，利用轮状体使多个叶片连接而形成桶形，从而实施了主要提高其构造上的强度等的改善(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表平11-506180号公报

专利文献2：日本特许第5651680号公报

发明内容

发明所要解决的问题

如上所述，尽管是在设置面积、维护性等方面有利的垂直轴型涡轮，但是希望获得更高的风能等的转换效率和自起动性的进一步的容易性和可靠性。因此，本发明的发明人发现使垂直轴型涡轮的叶片所产生的升力/阻力引起的旋转力矩进一步增加，能够使风能等的利用效率进一步地提高，另外，自起动变得容易且可靠，从而实现了本发明的垂直轴型涡轮。

用于解决问题的方法

即，本发明的垂直轴型涡轮，其特征在于，具有：垂直的旋转轴、叶片以及连接上述旋转轴和上述叶片的臂部，上述叶片形成为绕上述旋转轴而配置，在从作为靠近该旋转轴的一方的端部的翼根到作为远离该旋转轴的一方的端部的翼尖为止的区间中的至少一部分区间中进行扩展，并且形成为在作为与上述旋转轴的延伸方向大致正交的截面的横截面上具有翼型，上述横截面与上述旋转轴的水平距离沿上述旋转轴的轴方向以对数螺旋状进行变化。

另外，优选的，叶片具备在上述翼型的翼宽的方向上形成的一个或两个以上的狭缝。

另外，优选的，上述叶片在上述翼型的表面上具备用于产生流体旋涡的旋涡发生机构。

另外，优选的，上述叶片在上述翼型的前缘部具备作为用于产生流体旋涡的流体旋涡产生机构的犬牙形状。

另外，优选的，上述叶片在上述翼型的翼尖具备平面状或者立体的小翼，该小翼作为用于对流体引起的翼尖旋涡进行防止或者利用的翼尖旋涡防止机构。

另外，优选的，上述旋转轴和上述叶片所涉及的翼弦中心的间隔形成为，在从上述旋转轴的翼根侧向翼尖侧以螺旋状增加时，上述叶片的翼型的翼弦长度缩小或者增大。

另外，优选的，上述垂直轴型涡轮在上述旋转轴的轴方向上多级连接地构成。

另外，优选的，在上述连接型垂直轴型涡轮中，构成为，一方的垂直轴型涡轮具有圆筒形旋转轴，另一方的垂直轴型涡轮具有插入于上述圆筒形旋转轴的棒状旋转轴，并且，各自的旋转轴的旋转方向为反方向，一方的旋转轴连接有双重反转式发电机的磁铁，另一方的旋转轴连接有线圈，上述磁铁和线圈反向地旋转。

另外，优选的，在上述连接型垂直轴型涡轮中，构成为，将上述垂直轴型涡轮以各自的旋转轴的中心轴线一致的方式配置于上述双重反转式发电机的上下方，以夹持该双重反转式发电机，将上下方的上述旋转轴连接于上述双重反转式发电机的线圈侧或者磁铁侧的任何一方的转子，使上下方的上述旋转轴反向旋转，进而上述磁铁和线圈反向地旋转。

另外，优选的，上述垂直轴型涡轮邻接且多台并列地设置，各个垂直轴型涡轮中的上述旋转轴经由滑轮、皮带、齿轮等传递动力。

另外，优选的，具备能够将多个垂直轴型螺旋涡轮配置于同一圆周上的一体型框架，通过该一体型框架的旋转轴以及支承该一体型框架的外周脚部且能够供其旋转的轨道槽设置多个垂直轴型涡轮群体。

另外，优选的，上述旋转轴构成为伸缩自如，上述叶片由在翼宽方向上分割的滑动翼、或者沿由柔软的原材料构成的筋所形成的翼型的骨架张开帆而成的翼构成，并构成为通过使上述旋转轴向轴方向缩小而使上述翼折叠。

另外，优选的，上述旋转轴的设置方向设置为与流体的流动方向平行。

发明效果

本发明所涉及的垂直轴型涡轮通过使由各叶片产生的升力/阻力引起的旋转力矩进一步增加，能够使风能等的利用效率进一步地提高，另外，自起动变得容易且可靠。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的垂直轴型涡轮的概要构成的立体图。

图2是表示图1所示的垂直轴型涡轮的叶片的概要正面构成的图。

图3是表示图1所示的垂直轴型涡轮的叶片的概要平面构成的图。

图4A是表示通过螺旋涡轮(以往型)的叶片的风的流动的图。

图4B是表示通过本发明的一个实施方式所涉及的垂直轴型涡轮中的叶片的风的流动的图。

图5A是表示本发明的一个实施方式所涉及的基本形状的变形例的图。

图5B是表示本发明的一个实施方式所涉及的基本形状的另一变形例的图。

图5C是表示本发明的一个实施方式所涉及的基本形状的又一变形例的图。

图6是与本发明的一个实施方式所涉及的螺旋涡轮等的合成例的图。

图7是表示基于本发明的一个实施方式所涉及的狭缝的导入的效果的图。

图8A是表示配置于本发明的一个实施方式所涉及的叶片表面的，所谓的涡流发生器的各种变形例(类型)的图。

图8B是表示在本发明的一个实施方式所涉及的叶片表面设置楔状凸型的涡流发生器的状态的图。

图9A是表示在本发明的一个实施方式所涉及的叶片侧前缘产生外流的情形的图。

图9B是表示在本发明的一个实施方式所涉及的叶片侧前缘施加了所谓的犬牙形状的状态的图。

图10是表示本发明的一个实施方式所涉及的翼尖旋涡的产生状态等的图。

图11是表示本发明的一个实施方式所涉及的抑制升力降低的几个小翼的例(类型)的图。

图12是表示本发明的一个实施方式所涉及的利用加速的气流和翼尖旋涡来获得推进力的小翼的例子的图。

图13是表示本发明的一个实施方式所涉及的对臂部进行副翼化的例子的图。

图14是表示本发明的另一实施方式所涉及的垂直轴型涡轮的概要构成的图。

图15是表示本发明的另一实施方式所涉及的垂直轴型涡轮的翼型截面的图。

图16是表示本发明的又一实施方式所涉及的垂直轴型涡轮的所谓的小翼的图。

图17是表示本发明的又一实施方式所涉及的垂直轴型涡轮的又一所谓的小翼的图。

图18A是表示本发明的又一实施方式所涉及的、所谓的串联构造的状态和气流的路径的图。

图18B是表示本发明的再一实施方式所涉及、的所谓的串联构造的状态和气流的路径的图。

图18C是表示本发明的又一实施方式所涉及的、所谓的串联构造的状态和气流的路径的图。

图18D是表示本发明的再一实施方式所涉及的、所谓的串联构造的状态和气流的路径的图。

图19是安装有双重发电机的多级构造的垂直轴型涡轮的立体图。

图20是安装有双重发电机的多级构造的垂直轴型涡轮的侧视图。

图21是安装有双重发电机的多级并列构造的垂直轴型涡轮的侧视图。

图22是表示双重发电机的另一个实施方式的立体图。

图23是双重发电机的纵截面图。

图24是可折叠的第八实施方式的垂直轴型涡轮的立体图。

图25是折叠时的第八实施方式的立体图。

图26是可折叠的垂直轴型涡轮的变形例。

图27A是表示可伸缩的旋转轴的另一个构造例的立体图。

图27B是表示可伸缩的旋转轴的另一个构造例的立体图。

图27C是表示可伸缩的旋转轴的另一个构造例的立体图。

图28是组装于利用马格努斯效应的一体型框架的构造的立体图。

图29是表示垂直轴型涡轮的水平设置的侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的垂直轴型涡轮进行说明。

<第一实施方式：叶片的基本形状>

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的垂直轴型涡轮的概要构成的立体图，图2是其叶片部分的概要正面图，图3是概要平面图。如图1所示，第一实施方式构成为三枚叶片20通过臂部30安装于旋转轴11。在上述构成中，与叶片20的延伸方向大致正交的截面(横截面)如图1以及图3所示，形成翼型或者泪滴拉伸的形状，这样的截面在上下方向(延伸方向)上例如层积而形成。各叶片20形成为其上下方向(延伸方向)的截面(纵截面)如图2所示，从上侧的翼尖91向下侧的翼根92，与旋转轴11的距离如图3所示，以对数螺旋状减少。

对具有上述构成的垂直轴型涡轮1A的作用、动作进行说明。在图1中，若风等流体从与旋转轴11正交的方向流动而各叶片20被该流体按压，由于由该纵截面的中心线形成的线段形成为螺旋状，因此叶片20表面的任何一部分始终处于最佳的位置，而产生启动初始旋转的扭矩。进一步地，由于由叶片20的纵截面的中心线形成的线段形成为对数螺旋状，因此与以往的螺旋涡轮相比具有每一枚叶片的面积被扩大的效果，从而更多地获得受风产生的能量。其结果是能够导致旋转时的扭矩的增大，即转速的增大。

这样，根据第一实施方式，通过使多枚(例如三枚)叶片20均等地绕旋转轴11配置，并使以旋转轴11为中心的叶片的纵截面从各叶片的翼尖到翼根形成为大致对数螺旋状，能够产生更大的升力/扭矩，并实现转速的增加。

<第二实施方式：狭缝的导入>

图14是表示本发明的第二实施方式所涉及的垂直轴型涡轮的概要构成的图，图15是表示该叶片的翼型截面的图。在第二实施方式所涉及的垂直轴型对数螺旋状涡轮2A中，如图14所示，构成为各叶片20A具备多个副叶片(叶片构成要素)21、22、23，以便具有多个狭缝41、42。这些副叶片如图7所示，形成为：各副叶片的翼型形状具有略微重叠，即在副叶片21的横截面中的翼型或者泪滴型形状的尖端部和副叶片22的同样形状的圆弧端部在正视图上带有略微重叠，在副叶片22的横截面中的翼型或者泪滴型形状的尖端部和副叶片23的同样形状的圆弧端部在正视图上带有略微重叠。通过这样的构成，流体能够平滑地穿过该狭缝。另外，在上文中，以一枚叶片具有三枚副叶片来构成的方式为例进行了说明，但是副叶片的数量不限于三，可以是任意的自然数。在该情况下，狭缝的数量是(副叶片的数量)-1。

根据本发明的第二实施方式，通过具备狭缝41、42，在风等流体从与旋转轴11(大致)正交的方向流动而使各叶片20B受到来自流体的按压力的情况下，如图7所示，由于该流体(例如风)从狭缝中穿出，因此能够获得延迟该流体(例如风)从叶片上剥离，增大风等的流速的效果。其结果是，能够避免在垂直轴型涡轮中由于风的状态而产生的所谓的失速状态，从而稳定地将风的能量变换为转速。

<第三实施方式：涡流发生器的配置>

作为本发明的第三实施方式所涉及的垂直轴型涡轮，如图8B所示，也可以在各叶片21的表面配置多个较小的楔状凸型的涡流发生器50(图8A的(a))。作为涡流发生器的形状可以有多种图案，例如，也可以采用板状凸型51(图8A的(b))、沿叶片的翼宽方向的纵槽状凹型52(图8A的(c))、沿叶片的翼弦方向的横槽状凹型53(图8A的(d))或者多个凹坑状凹型54(图8A的(e))等。通过在这些叶片表面具备凸型或凹型的涡流发生器，当流体在各叶片的表面流动时，会产生小的涡流，能够延迟流体从叶片上剥离。其结果是，能够利用风的能量产生更多的升力，导致扭矩的增加乃至转速的增加。

<第四实施方式：犬牙形状的导入>

作为本发明的第四实施方式所涉及的垂直轴型涡轮，如图9B所示，采用了在各叶片的前缘导入锯齿状的所谓的犬牙503的功能。由此，叶片在旋转时作用于气流，遮挡如图9A所示的外流502，并在翼的上表面产生带状的紊流。通过这些作用，能够具有使极端偏向翼尖侧的流动稳定于翼的上表面、从而使升力稳定的功能。

<第五实施方式：小翼的导入>

图16以及图17是分别表示作为本发明的第5-1实施方式以及第5-2实施方式所涉及的垂直轴型涡轮而在叶片的翼尖导入了作为小翼而发挥功能的部分的状态的图。小翼是指将各叶片的翼尖加工成与其他的翼部不同的形状/角度、或者安装有该不同的形状体的翼尖。本发明的第5-1实施方式所涉及的垂直轴型涡轮的概要如图16所示。在本发明的第五实施方式中，如第二实施方式那样的各叶片具有由副叶片构成的狭缝，但是在各叶片的翼尖部导入有弯曲型的小翼61。通过具备具有这样的小翼的构成，叶片在旋转时作用于气流而产生翼尖旋涡，由此能够具有抑制升力降低、减少空气阻力(感应阻力)的功能。

在本发明的第5-2实施方式中，如图17所示，在各叶片20的翼尖部赋予有前端细的形状62。这样，通过在各叶片的翼尖设置翼尖翼功能相当部，能够具有抑制翼尖(叶片端)旋涡的产生的效果。翼尖翼的形状可以使用从图11的(a)至图11的(l)所示的使前端变细、使前端变圆、使前端细分化等各种类型。在图17的情况下，在各叶片的翼尖部导入具有立体的曲线的小翼62。通过该小翼62，叶片在旋转时作用于气流，能够具有如图12所说明的那样将翼尖旋涡404和增大的翼表面的流动500合成，并产生在行进方向上推动翼的推进力(阻力)501的功能。该结果是，能够利用风的能量产生更多的扭矩，从而实现转速的增加。

优选的，如图12所示，相对于翼，作为一边向内侧且旋转方向后方后退一边前端变细的形状而导入这样的小翼。

<第六实施方式：叶片的翼弦长度的变化>

可以设为如下形状，如图5A所示，翼弦长度从翼根向翼尖变大的形状或者如图5B所示，后缘的后退角较小的形状，进一步如图5C所示的形状。

不仅是翼弦长度、后退角的调整，还可以在翼宽的途中变更扩大角θ(参照图3)。例如，在扩大角θ为0度的情况下，与以往的直线翼型涡轮、螺旋涡轮呈相同形状，但是将其与对数螺旋状的形状组合的形状作为一边以一定程度地保持旋转半径一边增大翼宽的长度的手段是有效的。可以将对数螺旋状的形状作为翼根侧、翼尖侧或者这两侧，与以往的直线翼型涡轮、螺旋涡轮连接、或者相互交替地重复与其相反的图案、连接。例如在图6中e的部分与螺旋涡轮同为θ＝0度。

<第七实施方式：涡轮连接构造>

图18A、图18B、图18C、图18D是表示本发明的第七实施方式所涉及的垂直轴型涡轮的连接设置的图。上述的第一至第七实施方式的垂直轴型涡轮的单元也可以作为以同一旋转方向使多个单元组合而连接于同一轴上的所谓的串联构造。在这种情况下，各叶片的旋转半径向下部减小的类型(A型)和向下部增大的类型(B型)的组合可以如图18A、图18B、图18C、图18D所示，为A+A、A+B、B+A、B+B等各种组合，但是优选为根据设置场所、季节等条件来选择适合的组合。另外，也可以是不连接于同一轴，而将与发电机等能量转换单元一体化的构造作为一个输出模块在同一垂直轴位置上堆积的、所谓的堆叠(stack)构造。若采用上述堆叠构造，则以较少的设置面积增加了总受风面积，因此能够得到更大的动能。该堆叠构造是垂直轴涡轮所特有的有效的方法。

如图18A、图18B、图18C、图18D的各图所示，叶片的一部分或者全部的旋转半径能够形成为沿纵向减小或者增大。在旋转半径沿纵向减小的构成的情况下，即以翼尖为涡轮的上部侧而设置的情况下，由于能够将气流的上升成分的动能与转速增加相关联，因此能够适用于在大厦等建筑物的屋顶、山脊上等、气流的上升成分较多的场所设置的情况。另外，在旋转半径沿纵向增大的构成的情况下，即以翼尖为涡轮的下部而设置的情况下，由于能够将气流的下降成分、降雨、降雪所具有的动能也与转速增加相关联，因此适用于在高层大厦之下等那样的气流的下降成分较多的场所、降雨、降雪较多的地域设置的情况。

<第八实施方式：双重反转式发电机的安装>

通常，双重反转式发电机是指，通过使以往的定子和转子构成的发电机中的定子向与转子相反的方向旋转，从而能够使旋转相对地成为两倍，增加发电能力的发电机。近年来，在风力发电、水力发电的领域等，被积极地引入。在本发明中，也可以通过应用行星齿轮系统、连接涡轮来实现双重反转式发电机的利用它。

图23、图24是双重反转式发电机的构成例，具备相互旋转的磁铁板805和线圈板806，在双重旋转轴的旋转轴11上固定有线圈板806，在旋转轴13上固定有磁铁板805，轴承15介于旋转轴11和13之间，以使两旋转轴11、13相互反向旋转。

图19是两级构造的垂直轴型涡轮的立体图，由位于上方的翼上表面为内侧的垂直轴型涡轮5A、和位于下方的翼上表面为内侧的垂直轴型涡轮5B构成。

垂直轴型涡轮5A以及5B配置为扩展侧在同一方向且旋转方向相反。在图19中垂直轴型涡轮5A为逆时针方向，垂直轴型涡轮5B为顺时针方向。

在此，垂直轴型涡轮5A具有旋转轴11，垂直轴型涡轮5B具有圆筒形的旋转轴13，在旋转轴13内插入有旋转轴11，由此，旋转轴13也成为旋转轴11的轴承。

根据图19，旋转轴11的旋转表示使双重反转式发电机800的内部转子(例如线圈)801沿逆时针方向700旋转，旋转轴13的旋转表示使外部转子(例如磁铁)802沿顺时针方向701旋转。

图20表示向双重反转式发电机800的旋转传递的另一构成例。向双重反转式发电机800的旋转传递，可以如图19所示使用同轴的旋转轴，但是也可以如图20所示将双重反转式发电机配置于反转的多级构造的涡轮的中央，并将双重反转式发电机的相互反转的轴设置为在上下相反的方向上延伸。即，作为将反转的两组以上的垂直轴型涡轮(叶片单元)连接于双重反转式发电机800的方法，不是使用同轴旋转轴，而是在发电机800内使具有同一中心轴的两个旋转轴110A、110B上下延伸，并各自反转。在图20中，下部的垂直轴型涡轮5E、5F通过旋转轴110B与线圈侧转子801连接，位于上部的垂直轴型涡轮5G、5H通过旋转轴110A与磁铁侧转子802连接。上述两个转子801、802相互反转，能够使发电机的相对旋转变为两倍从而增加发电效率，同时与使用同轴的轴相比能够节约成本。此外，反转的垂直轴型涡轮的个数没有限定。

进一步，图21是将两级连接的垂直轴型涡轮5A、5B和垂直轴型涡轮5E、5F并列地设置的构成。通过这样的构成，可以经由滑轮850、皮带851等传导设备与双重反转式发电机进行连接。或者也可以利用齿轮使并列地设置的垂直轴型涡轮的旋转相互反转，而与双重反转式发电机进行连接。

<第九实施方式：马格努斯效应的利用>

已知有在均匀流中旋转的球体、圆柱体、以及圆锥、圆锥体中，相对于移动方向或者均匀流产生垂直的力(升力)。将其称为马格努斯效应(Magnus effect)，对于垂直轴型螺旋涡轮，由于各叶片旋转时的涡轮整体的形状是圆柱形，因此不仅在叶片上、在涡轮本身上也作用有马格努斯效应。由于垂直轴型涡轮不像水平轴型涡轮那样重心较高，风压均匀地施加到涡轮整体上，因此即使在强风时在安全性方面也是有利的，当处于来自同一方向的强风吹过一定时间的环境时，通过该马格努斯效应在涡轮整体或者轴等上施加强大的压力。

作为保护涡轮免受如此强大的风压、并将该马格努斯效应的升力也变换为旋转能量的方式，将本发明的第九实施方式表示于图28。如图28所示，本发明的第九实施方式通过能够将多个垂直轴型涡轮配置于同一圆周上的一体型框架70、该一体型框架70的旋转轴71以及支承一体型框架70的外周脚部且能够供其旋转的轨道槽72而设置多个垂直轴型涡轮即垂直轴型涡轮群体。

在将各个垂直轴型涡轮的旋转80设置为顺时针旋转的情况下，一体型框架的旋转81也作用有马格努斯效应，变为顺时针旋转。通过该机构，一体型框架能够成为比单独的垂直轴型涡轮的框架坚固的构造，并且通过将强风时的强马格努斯效应产生的向旋转轴的压力也变换为旋转运动，能够实现安全性。这里得到的旋转能量能够与各个垂直轴型涡轮的旋转同样地变换为电力等并进行利用。各个垂直轴型涡轮的旋转可以通过皮带驱动器等将动力传递到中央的旋转轴。另外，一体型框架的旋转能量也可以不是从中央的旋转轴传递，而是从在轨道槽上移动的外周脚部传递。

<第十实施方式：涡轮的折叠>

图24是本发明的第八实施方式所涉及的垂直轴型涡轮的立体图。旋转轴构成为具备滑动旋转轴110A、110B、110C、110D、110E。构成为与之相配合地具备在翼宽方向上分割的、例如大致相似形的滑动翼90A、90B、90C、90D、90E。通过使旋转轴向轴方向滑动，滑动旋转轴和滑动翼变为折叠状态，可以期待便携性的提高。在将滑动旋转轴110A、110B、110C、110D、110E沿轴方向最大地伸长、与之相配合地滑动翼被最大限度地伸长的状态下，通过例如锁定旋转轴而成为作为涡轮的使用状态。滑动旋转轴的数量和滑动翼的数量不限于五，可以是二以上的任意的自然数。此外，滑动翼不限于相似形。

图25是将第十实施方式中的垂直轴型涡轮收缩折叠后的立体图，图26是将使用柔软的原材料构成翼的垂直轴型涡轮伸长后的状态的立体图。

将形成翼型的筋1000通过臂部30以及固定轮32、固定轮33、固定轮36、固定轮37、固定轮39固定于滑动旋转轴110A、110B、110C、110D、110E。例如，通过由绳索、纤维、树脂材料等柔软的原材料构成的筋1000形成立体的翼型。通过沿由上述筋形成的翼型的骨架张开帆1200而构成翼。由于筋1000和帆1200由柔软的原材料构成，因此通过使旋转轴向轴方向滑动收缩，能够简单地使翼折叠。此外，也可以不使用固定轮而将筋1000和臂部30直接固定。

图27A至图27C是由螺旋弹簧构成伸缩自如的旋转轴的例子，由大径部11a、中径部11b、小径部11c构成，图27A表示伸展状态、图27B表示收缩途中的状态、图27C表示缩短状态。在由该螺旋弹簧构成的旋转轴中，缩短时的长度如图27C所示，可以设为比滑动旋转轴更短的最小限度，从而能够使折叠时的垂直轴型涡轮更小。

<第十一实施方式：使设置方向水平>

图29是表示垂直轴型涡轮的水平设置的图。即，将垂直轴型涡轮设置为，旋转轴11呈水平，且其延伸方向与图中的流动方向(图中以箭头表示)为同一方向(平行)。

这样的话，在河流等仅在一定方向上发生流动的环境中，虽然可以将垂直轴型涡轮横向躺倒地设置，但是不限于此，即使沿水平方向(旋转轴11和流动方向平行)设置也能够充分地发挥其性能。通过水平地设置，除了搭载于例如汽车的车顶、发动机室等之外，还可以搭载于铁道车辆、船舶等，能够扩大垂直轴型涡轮的应用范围。

以上，对本发明所涉及的垂直轴型涡轮进行了说明，但是本发明所涉及的垂直轴型涡轮不限于各实施方式，可以不变更本发明的主旨地进行适当变形、扩大、缩小或者部分地代替实施，但是这些都落入本发明的技术思想的范围内。例如，对叶片的数量、构成各叶片的副叶片的数量等没有限定。当然，本发明所涉及的垂直轴型涡轮不限于以气体的动能进行旋转，只要以流体(例如水)的动能进行旋转即可。

产业上的可利用性

本发明所涉及的垂直轴型涡轮能够起到上述详细描述的那样的效果，因此本发明是在以发电业为首的各种产业中具有经济的价值以及可利用性的发明。

附图标记

1A、2A 垂直轴型涡轮

10 轴心

11、11B、13 旋转轴

20 叶片

20B 叶片(有狭缝)

20C 叶片的变形例

20D 叶片的另一变形例

20E 叶片的又一变形例

20F 叶片的和螺旋涡轮的合成例(一部分是对数螺旋状)

21 第一副叶片

22 第二副叶片

23 第三副叶片

30 臂部

30B 臂部(螺旋状或者对数螺旋状)

30C 臂部(倾斜的直线状)

41 第一狭缝

42 第二狭缝

50 涡流发生器(楔状凸型)

51 涡流发生器(板状凸型)

52 涡流发生器(纵槽状凹型)

53 涡流发生器(横槽状凹型)

54 涡流发生器(凹坑状凹型)

60 小翼(前端裂纹型)

61 小翼(前端弯曲型)

62 小翼(立体的前端弯曲型)

63 小翼(前端圆形)

70 一体型框架

71 旋转轴

72 轨道槽

800 双重发电机

801 转子(线圈或者磁铁)

802 转子(磁铁或者线圈)

Claims (13)

1.一种垂直轴型涡轮，其特征在于：

在经由臂部绕垂直的旋转轴配置有叶片的垂直轴型涡轮中，

所述叶片形成为在从作为靠近所述旋转轴的一方的端部的翼根到作为远离所述旋转轴的一方的端部的翼尖为止的区间中的至少一部分区间中进行扩展，并且形成为在作为与所述旋转轴的延伸方向大致正交的截面的横截面上具有翼型，所述横截面与所述旋转轴的水平距离沿所述旋转轴的轴方向以对数螺旋状进行变化。

2.根据权利要求1所述的垂直轴型涡轮，其特征在于，所述叶片具备在所述翼型的翼宽的方向上形成的一个或两个以上的狭缝。

3.根据权利要求1或2所述的垂直轴型涡轮，其特征在于，所述叶片在所述翼型的表面上具备用于产生流体旋涡的涡流发生器。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的垂直轴型涡轮，其特征在于，所述叶片在所述翼型的前缘部具备用于产生流体旋涡的犬牙形状。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的垂直轴型涡轮，其特征在于，所述叶片在所述翼型的翼尖具备平面状或者立体的小翼，该小翼用于对流体引起的翼尖旋涡进行防止或者利用。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的垂直轴型涡轮，其特征在于，所述旋转轴与所述叶片所涉及的翼弦中心的间隔形成为，从所述旋转轴的翼根侧向翼尖侧以螺旋状增加时，所述叶片的翼型的翼弦长度缩小或者增大。

7.一种连接型垂直轴型涡轮，其特征在于，由所述权利要求1至6中的任一项所述的垂直轴型涡轮在所述旋转轴的轴方向上多级连接而构成。

8.根据权利要求7所述的连接型垂直轴型涡轮，其特征在于，在所述连接型垂直轴型涡轮中构成为，一方的垂直轴型涡轮具有圆筒形旋转轴，另一方的垂直轴型涡轮具有插入于所述圆筒形旋转轴的棒状旋转轴，并且，各自的旋转轴的旋转方向为反方向，一方的旋转轴连接有双重反转式发电机的磁铁，另一方的旋转轴连接有线圈，所述磁铁和线圈反向地旋转。

9.根据权利要求7所述的垂直轴型涡轮，其特征在于，在所述连接型垂直轴型涡轮中构成为，将所述垂直轴型涡轮以各自的旋转轴的中心轴线一致的方式配置于所述双重反转式发电机的上下方，以夹持该双重反转式发电机，将上下方的所述旋转轴连接于所述双重反转式发电机的线圈侧或者磁铁侧的任何一方的转子，使上下方的所述旋转轴反向旋转，进而所述磁铁和线圈反向地旋转。

10.一种连接型垂直轴型涡轮，其特征在于，所述权利要求1至7中的任一项所述的垂直轴型涡轮邻接且多台并列地设置，各个垂直轴型涡轮中的所述旋转轴经由滑轮、皮带、齿轮等传递动力。

11.根据权利要求1至9中的任一项所述的垂直轴型涡轮，其特征在于，具备能够将多个垂直轴型螺旋涡轮配置于同一圆周上的一体型框架，通过该一体型框架的旋转轴以及支承该一体型框架的外周脚部且能够供其旋转的轨道槽而设置多个垂直轴型涡轮群体。

12.根据权利要求1至10中的任一项所述的垂直轴型涡轮，其特征在于，所述旋转轴构成为伸缩自如，所述叶片由在翼宽方向上分割的滑动翼、或者沿由柔软的原材料构成的筋所形成的翼型的骨架张开帆而成的翼构成，并构成为通过使所述旋转轴向轴方向缩小而使所述翼折叠。

13.根据权利要求1至11中的任一项所述的垂直轴型涡轮，其特征在于，所述旋转轴的设置方向设置为与流体的流动方向平行。

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