JP2003278638A

JP2003278638A - 垂直軸風車

Info

Publication number: JP2003278638A
Application number: JP2002085375A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Hirata; 田和也平
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】上下方向に風が吹き付けたとしても重大な損
傷や問題が発生しない様な垂直軸風車を提供すること。【解決手段】地表面に対して垂直方向へ延在する回転
軸（４）と、ブレード（８）と、該ブレード（８）を回
転軸（４）に支持するブレード支持部材（１６）と、回
転軸（４）と平行な方向（垂直方向）の力（リフトフォ
ース、ダウンフォース）を発生する機構（１６Ｃ）とを
有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブレードが接合し
た回転軸が地表に対して垂直な方向（鉛直方向）となる
垂直軸風車の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】垂直軸風車の１種であるダリウス型風車
が、図１４、図１５に示されている。

【０００３】図１４において、発電軸となる鉛直に延び
た回転軸４に、ブレード支持部材６を介してブレード８
が支持されていて、それらの回転軸４とブレード支持部
材６とブレード８とで回転構造体２が構成されている。

【０００４】回転軸４の下部に地力で支えられた支持部
１０が設けられ、支持部１０が回転構造体２の重量と、
回転構造体２にかかる風力を支持している。

【０００５】支持部１０は、回転軸４にかかる回転構造
体２の半径方向力即ち水平方向力を複数のラジアル軸受
１４、１４で支持し、回転構造体２の重量を含む鉛直方
向力をスラスト軸受１８で支持している。

【０００６】ここで、風の進行方向に存在する物体は、
風力利用にとっては流体抵抗として作用するにしか過ぎ
ない。そして、垂直軸風車では、鉛直方向に延在する回
転軸とブレードとの接合部としてブレード支持部材６が
必要である。

【０００７】図１５は、ブレード支持部材６のＡ−Ａ断
面形状を示したもので、風を正面から受ける頭部６ａと
風切りする尾部６ｂとで翼型に形成されて、ブレード支
持部材６の風圧抵抗を軽減するよう形成されている。

【０００８】上述した垂直軸風車Ｍ１に対して、ブレー
ドが接合した回転軸が水平方向に延在している水平軸風
車が存在する。

【０００９】水平軸風車と垂直軸風車とを比較した場
合、同一の受風面積を得るために、垂直軸風車では当該
ブレード支持部材６の分だけ流体抵抗が多くなる。そし
て、ブレード８のみならず、ブレード支持部材６につい
ても高価な材料（例えばＣＦＲＰ）を用いなければなら
ない場合が存在する。

【００１０】係る理由により、米国カリフォルニア州の
ウインドファームの様な海外におけるなだらかな丘陵を
主とする風車設置地域では、水平軸風車を利用している
ケースが圧倒的に多い。

【００１１】ところが、我国で風車を設置している地域
或いは風車の設置が予定されている地域は、米国カリフ
ォルニア州等の海外における風車設置地域に比較する
と、風の特性が異なっている。すなわち、我国における
風車設置地域では、風向きが頻繁に変わる。そして水平
軸型風車は風向特性が強いので、風向が頻繁に変化する
我国で設置する際には、耐風向特性に関する問題が存在
する。

【００１２】これに対して、ダリウス型風車のような垂
直軸風車は、風向特性が無いので、我国の山間部の様に
風向が頻繁に変化する地域に垂直軸風車を設置しても、
水平軸風車に比較して、発生する問題は少ないと考えら
れている。

【００１３】ここで、従来は、おわん型の風速計で風況
を計測していたが、係る風速計では水平方向成分しか計
測できず、風の垂直方向成分（或いは鉛直方向成分）は
計測不能であり、その鉛直方向成分に対する検討や配慮
が行われていなかった。

【００１４】しかし、我国の山間部では、風は水平方向
にのみ吹き付けるものではなく、鉛直方向（上下方向）
に風が吹き付けることが多い。そして、上下方向につい
ての風が吹き付ける場合には、我国の山間部に設置され
る垂直軸風車には、回転軸方向で且つスラスト軸受から
離隔する方向に作用する力（リフトフォース）と、回転
軸方向で且つスラスト軸受に向う方向に作用する力（ダ
ウンフォース）とが作用してしまう可能性が存在する。

【００１５】実用される垂直軸風車のリフトフォースと
ダウンフォースは、図１４に示された一般的な型式の風
車で、翼車直径φが３ｍ、翼長さが３ｍ、翼弦長が０．
１４５ｍ、定格出力が１ｋＷ（風速１０ｍ／ｓで２５０
ｒｐｍ）の条件において、定格風速が１０ｍ／ｓが水平
面に対して３０°の角度で吹上げ、或いは吹降ろすと、
リフトフォース、ダウンフォースが約１５３ｋｇ・ｆと
試算される。

【００１６】上記のような、リフトフォース、ダウンフ
ォースの約１５３ｋｇ・ｆは、翼車即ち回転構造体２の
自重例２８０ｋｇに比べて極めて大きく、回転構造体２
の吹飛びあるいはスラスト軸受１８損傷の原因となり、
これらへの対策のない垂直軸風車に対しては致命的な問
題をもたらす懸念がある。

【００１７】すなわち、リフトフォースが作用した場合
には、風車を吹き飛ばしてしまうという問題を惹起する
恐れがある。一方、ダウンフォースが作用した場合に
は、スラスト軸受に過大な荷重を作用せしめて破損する
恐れがある。この様な問題について、従来技術では、解
決策は提案されていない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、上下方向
に風が吹き付けたとしても重大な損傷や問題が発生しな
い様な垂直軸風車を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】発明者は種々研究の結
果、垂直軸風車において回転軸に対してブレードを支持
するブレード支持部材を能動的に作用させれば、上述し
たリフトフォース、ダウンフォースを低減して、風車の
吹き飛びの様な問題や回転軸のスラスト軸受の破損等を
防止できることを見出した。

【００２０】本発明の垂直軸風車は係る知見に基づくも
のであり、（地表面に対して垂直方向へ延在する）回転
軸（４）と、ブレード（８）と、該ブレード（８）を回
転軸（４）に支持するブレード支持部材（６Ａ）（但
し、φダリウス型風車の場合、ブレードとブレード支持
部材とは一体となっている）と、回転軸（４）と平行な
方向（垂直方向）の力（リフトフォース、ダウンフォー
ス）を発生する機構（６ｂ）とを有することを特徴とし
ている（請求項１）。

【００２１】ここで、前記機構（６ｂ）は風に対する迎
え角が調節可能に構成されているのが好ましい（請求項
２）。

【００２２】本発明の垂直軸風車において、前記機構
（６ｂ）は、ブレード支持部材（６Ａ）の半径方向外方
の領域、ブレード（８）の半径方向外方、ブレード
（８）の回転軸方向両端部（８ａ、８ｂ）の何れかに設
けられているのが好ましい（請求項３）。

【００２３】係る構成を具備する本発明の垂直軸風車に
よれば、垂直軸風車が吹き飛ばされる恐れが存在する場
合には、回転軸に平行で且つスラスト軸受に向かう方向
の力（ダウンフォース）が発生或いは増加するように、
前記機構を制御する。係るダウンフォースが作用するこ
とにより、垂直軸風車はスラスト軸受側（垂直方向下
側）に抑え付けられ、吹き飛ぶことが防止される。

【００２４】一方、垂直軸風車の回転軸を支持するスラ
スト軸受への荷重が大きくなり、当該スラスト軸受が破
損する恐れが存在する場合には、回転軸に平行で且つス
ラスト軸受から離隔する方向の力（リフトフォース）が
発生或いは増加するように、前記機構を制御する。係る
リフトフォースが作用することにより、垂直軸風車は垂
直方向上方に引き上げられ、スラスト軸受に作用する荷
重が減少する。その結果、スラスト軸受に過大な荷重が
負荷されることによる破損が防止されるのである。

【００２５】特に大型風車は、高トルク且つ低回転とな
り、機械的要素であるスラスト軸受の負担が大きく、且
つ、潤滑液液膜により十分に支持出来なくなる可能性が
高い。そのため、スラスト軸受の作動条件が厳しくなっ
てしまう。

【００２６】これに対して、本発明を用いれば、前記機
構により、回転軸方向で且つスラスト軸受から離隔する
方向の力（リフトフォース）を適宜ブレードに作用させ
ることが出来るので、スラスト軸受の負担する荷重を低
減し、作動条件を緩和せしめ、以って、スラスト軸受の
寿命を長くすることが可能となる。

【００２７】また、スラスト軸受に作用する荷重を減少
できる結果として、従来の垂直軸風車で用いられている
よりも、小さなスラスト軸受を使用できる。

【００２８】本発明において、スラスト荷重（回転軸に
平行な方向に付加される荷重）を計測する計測手段（３
０）と、該計測手段（３０）の計測データを受信する制
御手段（４０）とを有し、該制御手段（４０）は、スラ
スト荷重が第１の所定値よりも大きければ（スラスト軸
受が破損する可能性が有ると判定して）リフトフォース
が大きくなる方向に機構（１９）を制御し、第２の所定
値よりも小さければ（当該風車が吹き飛ばされる可能性
が有ると判定して）ダウンフォースが大きくなる方向に
機構（１９）を制御する様に構成されているのが好まし
い（請求項４）。

【００２９】そして、係る垂直軸風車を制御するため、
本発明の垂直軸受を制御する方法においては、計測手段
によりスラスト荷重（回転軸に平行な方向に付加される
荷重）を計測する計測工程と、計測されたスラスト荷重
を（第１の、或いは第２の）所定値と比較する比較工程
（第１の所定値と比較する第１比較工程、第２の所定値
と比較する第２比較工程）と、スラスト荷重が第１の所
定値よりも大きければ（スラスト軸受が破損する可能性
が有ると判定して）リフトフォースが大きくなる方向に
機構を制御するリフトフォース増加工程と、スラスト荷
重が第２の所定値よりも小さければ（当該風車が吹き飛
ばされる可能性が有ると判定して）ダウンフォースが大
きくなる方向に機構を制御するダウンフォース増加工
程、とを有しているのが好適である。

【００３０】本発明の実施に際して、垂直軸風車として
は例えばダリウス型風車を用いることが出来るが、その
他の垂直軸風車についても、本発明は適用可能である。

【００３１】また、直線翼ダリウス型の風車のみなら
ず、φダリウス型風車についても適用可能である。ここ
で、φダリウス型風車の場合、前記空力機構はブレード
の半径方向外方端近傍の領域（風を受けて回転力を発生
している領域：実際に仕事を行っている領域）以外のブ
レード部分に設けることとなる。

【００３２】本発明において、前記機構は半径方向外方
の領域に設けるのが好ましい。機構を半径方向内方に設
けた場合、回転により発生する随伴流とブレード支持部
材との相対速度差が小さくなるため、機構により発生す
る力（スラスト軸受から離郭する方向の力或いはリフト
フォースや、スラスト軸受に向う力或いはダウンフォー
ス）も小さくなり、空力機構を設けた効果を発揮しない
可能性が有る。

【００３３】これに対して前記機構は半径方向外方の領
域に設ければ、前記相対速度差が大きくなり、リフトフ
ォース或いはダウンフォースが大きくなるのである。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
発明の実施の形態について説明する。図１４及び図５に
示した従来の垂直軸風車Ｍ１で使用した部材名称と符号
はそのまま使用する。

【００３５】図１〜図３は本発明の第１実施形態を示し
ている。図１において、発電軸となる鉛直に延びた回転
軸４に、ブレード支持部材１６を介してブレード８が支
持されていて、回転軸４とブレード支持部材１６とブレ
ード８とで回転構造体２Ａが構成されている。

【００３６】ブレード支持部材１６は、回転軸４に固定
された固定部１６Ｂと、固定部１６Ｂとブレード８とを
固定すると共に固定部１６Ｂの軸心回りに回動自在に設
けられた機構１６Ｃとで構成されている。

【００３７】固定部１６Ｂは、図２に示すように、風を
正面から受ける頭部１６Ｂａと風切りする尾部１６Ｂｂ
とで翼型断面に形成され、風圧抵抗を軽減するよう形成
されている。

【００３８】機構１６Ｃは、図３に示すように、固定部
１６Ｂとほぼ相似な頭部１６Ｃａと尾部１６Ｃｂとで固
定部１６Ｂよりやや大きい翼型断面に形成され、風向き
及び風速に応じて傾きを変えるよう構成されている。機
構１６Ｃの回動は、明示しない制御装置に連通して固定
部１６Ｂ内に収納された明示しないアクチュエータによ
って制御されるよう構成されている。

【００３９】なお、固定部１６Ｂ及び機構１６Ｃの断面
形状は翼型に形成されているが、仮に薄平板で形成する
と、風向きが水平でない場合に風圧抵抗が大きくなって
不適当である

【００４０】図１０及び図１１は、機構１６Ｃの断面形
状を有する翼（ＮＡＣＡ００１２翼）と風向の関係を示
したものである。翼の単位長さが発生する揚力Ｌ及び抗
力Ｄは、それぞれ次式（１）及び（２）で示される。Ｃ
_Ｌ＝揚力係数、Ｃ_Ｄ＝抗力係数である。この場合のレイ
ノルズ数Ｒｅは、式（３）である。（１）Ｌ＝（１／２）＊ρｃＶ^２Ｃ_Ｌ（２）Ｄ＝（１／２）＊ρｃＶ^２Ｃ_Ｄ（３）Ｒｅ＝ｃＶ／ν ここで、ρ＝空気密度、ｃ＝翼弦長、Ｖ＝翼断面への流
入流速、ν＝空気の動粘度である。

【００４１】図１１で示している機構６の水平中心線Ｌ
ｈに対する風ＦＬＯＷの傾き、図の場合は迎え角α、に
よって生じる揚力係数Ｃ_Ｌと抗力係数Ｃ_Ｄを、図１０で
示している。

【００４２】図１０において、縦軸を揚力係数Ｃ_Ｌ及び
抗力係数Ｃ_Ｄにとり、横軸を迎え角αにとって特性線で
表示している。特性線Ｌｆは揚力係数Ｃ_Ｌを、特性線Ｄ
ｆは抗力係数Ｃ_Ｄを示していて、迎え角αが１２度程度
まではいわゆるストール（剥離）現象が生じることな
く、揚力係数Ｃ_Ｌ即ち揚力は迎え角αに対してほとんど
比例関係で上昇し抗力係数Ｃ_Ｄ即ち抗力は極めて少な
い。また、揚力係数Ｃ_Ｌが迎え角：αに対して比例関係
にあるので制御が容易である。

【００４３】上記により、本発明の機構６に翼型断面を
用いればリフトフォース及びダウンフォースの調整範囲
が大きくとれ、風車効率に悪影響が小さい構造を実現し
ている。

【００４４】図１に戻って、回転軸４の下部に地力で支
えられた支持部１０が設けられ、支持部１０が回転構造
体２Ａの重量と、回転構造体２Ａにかかる風力を支持し
ている。

【００４５】支持部１０は、回転軸４にかかる回転構造
体２Ａの半径方向力を複数のラジアル軸受１４、１４で
支持し、回転構造体２Ａの重量を含む鉛直方向力をスラ
スト軸受１８で支持している。

【００４６】ここで、風の進行方向に存在する物体は、
風力利用にとっては流体抵抗として作用するにしか過ぎ
ない。そして、垂直軸風車では、鉛直方向に延在する回
転軸とブレードとの接合部としてブレード支持部材が必
要である。

【００４７】上記構成の垂直軸風車１の作用を図１〜図
３を参照して説明する。風車１に風が吹き付けて回転構
造体２Ａが回転し、回転軸４が図示しない発電装置を駆
動して発電する。

【００４８】この時の風向きが水平方向であれば、ブレ
ード支持部材６の機構１６Ｃは風圧抵抗にならぬように
水平に位置させる。なお、固定部１６Ｂは常に水平なの
で、ブレード支持部材６全体としても風圧抵抗が最小と
なってスラスト軸受１８へは風力による荷重の付加はな
い。

【００４９】風向きが水平に対して下向きの場合は、水
平位置にある機構１６Ｃにダウンフォースをあたえて、
回転構造体２Ａを押し下げ、スラスト軸受１８に常態以
上のスラスト荷重を付加するよう作用する。このダウン
フォースを低減〜消去させるために、機構１６Ｃを上向
きに、図１においてはａ方向に回動させる。

【００５０】風向きが水平に対して上向きの場合は、水
平位置にある機構１６Ｃにリフトフォースをあたえて、
回転構造体２Ａを押し上げ、吹き飛ばすよう作用する。
このリフトフォースを低減〜消去させるために、機構１
６Ｃを下向きに、図１においてはｂ方向に回動させる。

【００５１】機構１６Ｃの回動量（角度）は、風向きの
角度と、風速による風力に応じて決定する。

【００５２】このようにして、風向に応じた機構１６Ｃ
の回動量制御によって、スラスト軸受１８への荷重付加
を抑えてスラスト軸受１８の損傷を予防し、あるいは回
転構造体２Ａの吹飛びを抑える。

【００５３】図４〜図６に本発明の第２実施形態を示し
ている。第１の実施形態と異なる部分を主体に説明す
る。図４において、発電軸となる鉛直に延びた回転軸４
に、ブレード支持部材６を介してブレード８が支持され
ていて、回転軸４とブレード支持部材６とブレード８と
で回転構造体２Ａ１が構成されている。

【００５４】ブレード支持部材６は、図５に示すよう
に、風を正面から受ける頭部６ａと風切りする尾部６ｂ
とで翼型断面に形成され、風圧抵抗を軽減するよう形成
されている。

【００５５】ブレード８の上部８ａ及び下部８ｂの半径
方向に平面形状が四角な機構７が、図６に示すように、
ブレード支持部材６とほぼ相似なやや大きい翼型断面に
形成され、風向きに応じて傾きを変えるよう構成されて
いる。機構７の回動は、明示しない制御装置に連通して
ブレード８内に装着された明示しないアクチュエータに
よって制御されるよう構成されている。

【００５６】なお、図示しないが、機構７に加えて第１
の実施形態におけるブレード支持部材１６の半径方向外
方に設けられた機構１６Ｃを併設してもよい。

【００５７】また、機構７は平面形状が四角でなく、ブ
レード８に装着される部分が四角で外端部を半円形状に
して空気抵抗を少なく、風切り音の発生を抑制するよう
形成することが好ましい。

【００５８】回転軸４の下部に地力で支えられた支持部
１０が設けられ、支持部１０が回転構造体２の重量と、
回転構造体２にかかる風力を支持している。

【００５９】支持部１０は、回転軸４にかかる回転構造
体２Ａ１の半径方向力を複数のラジアル軸受１４、１４
で支持し、回転構造体２Ａ１の重量を含む鉛直方向力を
スラスト軸受１６で支持している。

【００６０】上記以外については、第１実施形態の構成
及び機能と同じである

【００６１】上記構成の垂直軸風車１の作用を図４〜図
６を参照して説明する。風車Ａ１に風が吹き付けて回転
構造体２Ａ１が回転し、回転軸４が図示しない発電装置
を駆動して発電する。

【００６２】この時の風向きが水平方向であれば、ブレ
ード８外方の機構７は風圧抵抗にならぬように水平に位
置させる。これによってスラスト軸受１８へは風力によ
る荷重の付加はない。

【００６３】風向きが水平に対して下向きの場合は、水
平位置にある機構７にダウンフォースをあたえて、回転
構造体２Ａ１を押し下げ、スラスト軸受１８に常態以上
のスラスト荷重を付加するよう作用する。このダウンフ
ォースを低減〜消去させるために、機構７を上向きに、
図４においてはａ方向に回動させる。

【００６４】風向きが水平に対して上向きの場合は、水
平位置にある機構７にリフトフォースをあたえて、回転
構造体２Ａ１を押し上げ、吹き飛ばすよう作用する。こ
のリフトフォースを低減〜消去させるために、機構７を
下向きに、図４においてはｂ方向に回動させる。

【００６５】機構７の回動量（角度）は、風向きの角度
と、風速による風力に応じて決定する。

【００６６】このようにして、風向に応じた機構７の回
動量制御によって、スラスト軸受１８への荷重付加を抑
えてスラスト軸受１８の損傷を予防し、あるいは回転構
造体２Ａ１の吹飛びを抑える。

【００６７】図７〜図９に本発明の第３実施形態を示し
ている。第１、第２の実施形態と異なる部分を主体に説
明する。

【００６８】図７おいて、発電軸となる鉛直に延びた回
転軸４に、ブレード支持部材６を介してブレード８が支
持されていて、回転軸４とブレード支持部材６とブレー
ド８とで回転構造体２Ａ２が構成されている。

【００６９】ブレード支持部材６は、図８に示すよう
に、風を正面から受ける頭部６ａと風切りする尾部６ｂ
とで翼型断面に形成され、風圧抵抗を軽減するよう形成
されている。

【００７０】ブレード８の上部８ａ及び下部８ｂの端部
に平面形状の外方が半円形翼端板（ウイングレット）状
の機構７ａが、図９に示すように、ブレード支持部材６
とほぼ相似なやや大きい翼型断面に形成され、風向きに
応じて傾きを変えるよう構成されている。なお、平面形
状の外方を半円形翼端板状にすることで翼流渦を消滅さ
せて空気抵抗の軽減を図っている。

【００７１】機構７ａの回動は、明示しない制御装置に
連通してブレード８内に装着された明示しないアクチュ
エータによって制御されるよう構成されている。

【００７２】なお、図示しないが、機構７ａに加えて第
１の実施形態におけるブレード支持部材１６の半径方向
外方に設けられた機構１６Ｃ及びあるいは第２の実施形
態における機構７を併設してもよい。

【００７３】回転軸４の下部に地力で支えられた支持部
１０が設けられ、支持部１０が回転構造体２Ａ２の重量
と、回転構造体２Ａ２にかかる風力を支持している。

【００７４】支持部１０は、回転軸４にかかる回転構造
体２Ａ２の半径方向力を複数のラジアル軸受１４、１４
で支持し、回転構造体２Ａ２の重量を含む鉛直方向力を
スラスト軸受１６で支持している。

【００７５】上記以外については、第２実施形態の構成
及び機能と同じである

【００７６】上記構成の垂直軸風車Ａ２の作用を図７〜
図９を参照して説明する。風車Ａ２に風が吹き付けて回
転構造体２Ａ１が回転し、回転軸４が図示しない発電装
置を駆動して発電する。

【００７７】この時の風向きが水平方向であれば、ブレ
ード８外方の機構７ａは風圧抵抗にならぬように水平に
位置させる。これによってスラスト軸受１８へは風力に
よる荷重の付加はない。

【００７８】風向きが水平に対して下向きの場合は、水
平位置にある機構７ａにダウンフォースをあたえて、回
転構造体２Ａ２を押し下げ、スラスト軸受１８に常態以
上のスラスト荷重を付加するよう作用する。このダウン
フォースを低減〜消去させるために、機構７ａを上向き
に、図７においてはａ方向に回動させる。

【００７９】風向きが水平に対して上向きの場合は、水
平位置にある機構７ａにリフトフォースをあたえて、回
転構造体２Ａ２を押し上げ、吹き飛ばすよう作用する。
このリフトフォースを低減〜消去させるために、機構７
ａを下向きに、図７においてはｂ方向に回動させる。

【００８０】機構７ａの回動量（角度）は、風向きの角
度と、風速による風力に応じて決定する。

【００８１】このようにして、風向に応じた機構７ａの
回動量制御によって、スラスト軸受１８への荷重付加を
抑えてスラスト軸受１８の損傷を予防し、あるいは回転
構造体２Ａ２の吹飛びを抑える。

【００８２】図１２及び図１３に本発明の第４実施形態
を示している。自動制御によって作動させる本発明を、
第１〜第３実施形態と異なる部分を主体に説明する。

【００８３】要部以外を省略した図１２おいて、発電軸
となる鉛直に延びた回転軸４に、ブレード支持部材６を
介してブレード８が支持されていて、回転軸４とブレー
ド支持部材６とブレード８とで回転構造体２Ａ３が構成
されている。

【００８４】ブレード支持部材６は、前記第２、第３施
形態と同様に翼型断面に形成され、風圧抵抗を軽減する
よう形成されている。

【００８５】ブレード８の上部８ａ及び下部８ｂに、機
構１９が、設けられている。機構１９は、ブレード８側
が四角平板状で半径方向外方が半円形翼板に形成される
ことで、外周部の翼流渦を消滅させて空気抵抗の軽減を
図っている。そして、風向に対する回動は、明示しない
制御装置に連通してブレード８内に装着された明示しな
いアクチュエータによって制御されるよう構成されてい
る。

【００８６】なお、図１２では図４〜図６の第２実施形
態と同様な位置に機構１９が設けられているが、図１〜
図３の第１実施形態における機構１６Ｃを採用してもよ
いし、図７〜図９の第３実施形態における機構７ａを採
用してもよいし、それ等を組み合わせても良い。

【００８７】回転軸４の下部に地力で支えられた支持部
１０が設けられ、支持部１０が回転構造体２Ａ３の重量
と、回転構造体２Ａ３にかかる風力を支持している。

【００８８】支持部１０は、スラスト荷重検出手段３
０、スラスト荷重に対する機構１９の迎え角：αあるい
は伏角（負の迎え角：−α）を検討し決定するためのデ
ータベース及び比較回路を内装した検討装置３５、及び
こららのデータに基づいて機構１９の回動を指示する制
御装置４０を含んで構成されている。なお、検討装置３
５、及び制御装置４０は、支持部材１０の外部にあって
もよい。

【００８９】回転軸４にかかる回転構造体２Ａ３の半径
方向力を支持する複数のラジアル軸受、回転構造体２Ａ
３の重量を含む鉛直方向力を支持するスラスト軸受等、
は前記実施形態と同じである。

【００９０】なお、図示しないが風速計が風車近傍の位
置に、風車と同高さ位置に設けられ、検討装置３５に信
号ラインで連通されている。

【００９１】上記以外については、第２、第３の実施形
態の構成及び機能と同じである

【００９２】上記構成の第４の垂直軸風車Ａ３の自動制
御のよる作用を図１３に示すフローチャートによって説
明する。前記構成説明で省略した装置の名称と符号は、
図７を参照して補うことにする。

【００９３】ステップＳ１で制御ルーチンに入る。そし
て、風車が回転中か否かを確認する（ステップＳ２）。
回転中であれば、ステップＳ３に進み、停止状態であれ
ばステップＳ２をループして待機する。

【００９４】次に、例えば図１２におけるスラスト荷重
検出手段３０により、スラスト荷重の読み込みをする
（ステップＳ３）。このスラスト荷重の検知が、スラス
ト荷重を計測する計測工程である。

【００９５】ステップＳ４では、読み込んだ（下向き
の）スラスト荷重が、第１の所定値以上か否かを判定す
る。ここで、第１の所定値は、スラスト軸受１６を破損
させる懸念がある荷重に該当する数値である。このステ
ップＳ４が計測されたスラスト荷重を第１の所定値と比
較する第１比較工程である。スラスト荷重が第１の所定
値以上であれば（ステップＳ４がＹＥＳ）、ステップＳ
５に進む。一方、スラスト荷重が第１の所定値よりも少
なければ（ステップＳ４がＮＯ）、ステップＳ６に進
む。

【００９６】ステップＳ５では、機構１９をリフトフォ
ースが生じる方向、図においてはａ方向、に回動するよ
う機構を駆動させる。このステップＳ５がリフトフォー
ス増加工程である。これによって、スラスト軸受１８に
かかる下向き荷重を軽減させる。

【００９７】ステップＳ６では、スラスト軸受１８にか
かる下向き荷重が、第２の所定値以下か否かを判定す
る。ここで、第２の所定値は、回転構造体２Ａ３が風に
より吹き上げられて飛ばされる懸念がある荷重に相当す
る。このステップＳ６が、計測されたスラスト荷重を第
２の所定値と比較する第２比較工程である。スラスト荷
重が第２の所定値以下であれば（ステップＳ６がＹＥ
Ｓ）、ステップＳ７に進み、第２の所定値よりも小さけ
れば（ステップＳ６がＮＯ）、ステップＳ２に戻る。

【００９８】ステップＳ７では、機構１９をダウンフォ
ースが生じる方向、図においてはｂ方向、に回動するよ
う機構を駆動させる。このステップＳ７がダウンフォー
ス増加工程である。これによって、回転構造体２Ａ３を
下向きに抑えて吹飛びを防止する。

【００９９】このようにして、風車にかかる風向及び風
速に応じて、自動制御運転によって機構１９を回動させ
て、スラスト軸受にかかる過負荷を軽減抑制し、或い
は、回転構造体２Ａ３の吹飛びを防止するのである。

【０１００】図示の実施形態はあくまでも例示であり、
本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を
付記する。

【０１０１】

【発明の効果】本発明の作用効果を、以下に列記する。（１）下向きの風向によるスラスト荷重を軽減して、
スラスト軸受の耐久性を向上することが出来る。また、
上向きの風向による風車を防止することが出来る。（２）スラスト軸受にかかる荷重を軽減できるので、
従来用いられていたスラスト軸受に比較して小型のスラ
スト軸受を用いることが出来る。そのため、風車全体の
小型化、軽量化、それに伴うコスト低減が実現できる。（３）ブレード支持部材に機構を装着すれば、風車及
びスラスト軸受への荷重調整に加えて、ブレード支持部
材の補強材としての機能も果たすことができる。（４）自動制御運転を行う様に構成することも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の第１実施形態を示す斜視構成図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図４】本発明の第２実施形態を示す斜視構成図。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図。

【図６】図４のＢ−Ｂ断面図。

【図７】本発明の第３実施形態を示す斜視構成図。

【図８】図７のＡ−Ａ断面図。

【図９】図７のＢ−Ｂ断面図。

【図１０】翼型の迎い角と揚力係数、ドラフト係数との
関係を示す示す特性線図。

【図１１】翼型と迎い角を示す側面図。

【図１２】本発明の第４実施形態を示す斜視構成図。

【図１３】第４実施形態の制御作用を示すフローチャー
ト。

【図１４】従来の垂直軸風車のダリュース型風車を示す
斜視図。

【図１５】図１４のＡ−Ａ断面図。

【符号の説明】

１・・・垂直軸風車２Ａ・・回転構造体８・・・ブレード１０・・支持部１４・・ラジアル軸受１６・・・ブレード支持部材１６Ｃ・・機構１８・・・スラスト軸受

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸と、ブレードと、該ブレードを回
転軸に支持するブレード支持部材と、回転軸と平行な方
向の力を発生する機構とを有することを特徴とする垂直
軸風車。
【請求項２】前記機構は風に対する迎え角が調節可能
に構成されている請求項１の垂直軸風車。
【請求項３】前記機構は、ブレード支持部材の半径方
向外方の領域、ブレードの半径方向外方、ブレードの回
転軸方向両端部の何れかに設けられている請求項１、２
の何れか１項の垂直軸風車。
【請求項４】スラスト荷重を計測する計測手段と、該
計測手段の計測データを受信する制御手段とを有し、該
制御手段は、スラスト荷重が第１の所定値よりも大きけ
ればリフトフォースが大きくなる方向に機構を制御し、
第２の所定値よりも小さければダウンフォースが大きく
なる方向に機構を制御する様に構成されている請求項１
〜３の何れか１項の垂直軸風車。