JP2005036649A - 垂直軸型風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダリウス型風車の羽根の軽量化を図り、これに伴い、大きな遠心力や風圧に対する安全性の向上を図る。
【解決手段】垂直に設けた回転軸２と、当該回転軸２の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根３とを有する風力発電装置であって、前記羽根３は、可撓性部材からなる芯３ａと、当該芯３ａを内包する筒状の被覆部材３ｂとで構成されている。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風向に対し垂直な回転軸に沿って縦方向の羽根を有し、この羽根が風によって回転軸の回転方向に回転する垂直翼ダリウス型風車を供えた垂直軸型風力発電装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のダリウス型風車は、例えば、下記特許文献１に開示されているように、支持部材（図１における符号２、第６図における符号１００）、及び羽根（図１における符号３、図６における符号１０１、図７における符号１０３）は全て剛性を有しており、変形不能である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１１０６６６号公報（図１、図６、図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の直線翼垂直軸（Ｈ−ダリウス）型風車の羽根は、前記特許文献１に開示されているように、回転軸方向に沿って垂直方向に位置する一対の支持部材に両端部が固定され、羽根の素材は剛性を有している。
従って、突風、過大遠心力、異常な風圧等の外力を受ける場合には、縦方向羽根は、剛体といえども若干の弾力にてかなりの対抗力は得られるものの風の強さが予測できない限度に達すると飛散する恐れがある。
【０００５】
本発明の目的は、ダリウス型風車の羽根を、可撓性芯材と、その周囲を覆う筒状の布部材から構成することなどにより羽根全体に可撓性を持たせ、軽量化を図り、これに伴い、異常な風圧や過大な遠心力に対するに対する安全性の向上を図ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成する手段として請求項１の垂直軸型風力発電装置は、垂直に設けた回転軸と、当該回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根とを有する風力発電装置において、前記羽根は、可撓性部材からなる芯と、当該芯を内包する筒状の被覆部材とで構成されていることを特徴とする。
この請求項１の発明によると、芯により羽根としての形状が的確に維持され、布部材により、芯の飛散を防止できる。また、突風、過大な遠心力ないし異常な風圧が羽根に加わって、仮に羽根が破損しても軽量柔軟性に富むことから、周囲の危険度は著しく軽減できる。
【０００７】
請求項２の垂直軸型風力発電装置は、前記回転軸方向とほぼ直角に固定され、上下方向に対向する支持部材相互間に、前記羽根が取り付けられていることを特徴とする。
この請求項２の発明によると、突風、過大遠心力ないし異常な風圧が羽根に加わっても、羽根が吹き飛ばされる急激な応力が羽根に加わることなく、破損の恐れは殆どない。
【０００８】
請求項３に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記羽根と上下の支持部材との固定手段を備え、この上下の支持部材との固定手段の少なくとも一方が、羽根の構成要素としての筒状の被覆部材における両端周囲に沿って設けた複数の第１の係止部と、支持部材の第１の係止部に対応する箇所に形成した第２の係止部と、第１の係止部と第２の係止部とを結び付ける締結部材とを備えることを特徴とするものである。
請求項４に記載の垂直軸型発電装置は、前記羽根と上下の支持部材との固定手段を備え、この上下の支持部材との固定手段の少なくとも一方が、前記支持部材の上に配置され、前記被覆部材に絞り込むように内包された羽根固定用芯とを備えてなることを特徴とする。
請求項５に記載の垂直軸型発電装置は、前記羽根と上下の支持部材との固定手段を備え、この上下の支持部材との固定手段の少なくとも一方が、前記支持部材を貫通して設けられた前記羽根と、前記上下支持部材上で前記被覆部材の端部を係止する係止手段とからなることを特徴とする。
請求項３乃至５の発明によると、羽根の上下の支持部材間における取り付けが強固になされ、羽根の飛散を的確に防止できる。
【０００９】
請求項６に記載の垂直軸型風力発電装置は、垂直に設けた回転軸と、当該回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根とを有する風力発電装置において、前記羽根は、可撓性部材からなる芯で構成されていることを特徴とする。
この請求項６の発明によると、突風、過大な遠心力ないし異常な風圧が羽根に加わって、仮に羽根が破損しても軽量柔軟性に富むことから、周囲の危険度は著しく軽減できる。また、構成が容易なものとなるため、製造容易な垂直軸型風力発電装置を提供できる。
【００１０】
請求項７に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記回転軸方向とほぼ直角に固定され、上下方向に対向する支持部材相互間に、前記羽根が取り付けられていることを特徴とする。
この請求項７の発明によると、突風、過大遠心力ないし異常な風圧が羽根に加わっても、羽根が吹き飛ばされる急激な応力が羽根に加わることなく、破損の恐れは殆どない。
【００１１】
請求項８に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記回転軸の周方向に複数枚取り付けた前記羽根が垂直方向に複数段に設けることを特徴とする。
この請求項８の発明によると、回転軸が一定の風力において段数に比例した動力トルクを得ることができ、発電エネルギーを多く得ることができる。
【００１２】
請求項９に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記羽根の横断面の形状が飛行機の翼の横断面形状に近似した流線型であり、当該羽根を回転軸の中心に対して所定の角度をもって配置したことを特徴とする。
この請求項９の発明によると、当該羽根が風を受けることにより生ずる揚力で風車が回り、風力に基づく回転力が的確に回転軸に伝えられる。
【００１３】
請求項１０に記載の垂直軸型発電装置は、前記羽根と前記垂直軸との間に羽根の捩れを防止するための係止手段を設けたことを特徴とする。
この請求項１０の発明によると、羽根が捩れて迎え角が変化し発生揚力が低下するのを防止できる。
【００１４】
請求項１１に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記回転軸の自立補充手段を備えることを特徴とする。
この請求項１１の発明によると、羽根の回転による揚抗力の総和によって生じる垂直維持の乱れを的確に防止できる。
【００１５】
請求項１２に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記回転軸の自立補充手段が、前記回転軸を回転自在に支持する筒状体と、当該筒状体の周囲３箇所以上から固定部位との間に配置され、張力発生部材を備えた複数のワイヤー手段とから構成したことを特徴とする。
この請求項１２の発明によると、羽根の軽量化とも関連して自立補充手段を簡単な構成とすることができる。
【００１６】
請求項１３に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記支持部材が弾性部材から形成されることを特徴とする。
この請求項１３の発明によると、支持部材は弾性を有するため、羽根が強風を受けた際に羽根と支持部材の変形で突風などの衝撃や過大遠心力による応力を緩和するものであり、確実に羽根を保持することができる。
【００１７】
請求項１４に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記羽根が上下一対の支持部材間において、湾曲できるように取り付けられていることを特徴とする。
この請求項１４の発明によると、応力が逃げることができる。
【００１８】
請求項１５に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記支持部材が剛性を持つ部材であり、前記羽根が所定の外力を受容できる形状に予め湾曲されていることを特徴とする。
この請求項１５に記載の発明によると、羽根が所定の外力を受容できる形状に予め湾曲されているため、過大遠心力や突風などの衝撃を緩和できる。
【００１９】
請求項１６に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記一対の支持部材における下側の支持部材が軸方向に摺動自在に支持され、下方に付勢する手段を備えることを特徴とする。
請求項１７に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記付勢手段が一対の支持部材における下側の支持部材の下面に錘を固定する構成としたことを特徴とする。
請求項１８に記載の垂直軸型風力発電装置は、前記付勢手段が一対の支持部材における下側の支持部材の下面と上下動しないばね座との間に設けたばねであることを特徴とする。
これら請求項１６乃至１８の発明によると、少なくとも下側の羽根の支持部材が変位するため、羽根に受ける風圧や大きな遠心力による応力を軽減できる。これに伴って羽根は受け得る風量の限度を向上させることができる。
【００２０】
請求項１９に記載の垂直軸型発電装置は、羽根と上下支持部材の間に揺動可能な羽根取付部材を介在させたことを特徴とする。
この請求項１９に記載の発電装置によると、羽根の撓みやすさを増大させることができる。
【００２１】
請求項２０に記載の垂直軸型発電装置は、羽根の芯が、樹脂発泡材であることを特徴とする。
この請求項２０に記載の発電装置によると、羽根が軽くて剛性のあるものとなる。また、曲がりやすいので、応力を逃がすことができる。
【００２２】
請求項２１に記載の垂直軸型発電装置は、前記回転軸方向とほぼ直角に固定される支持部材に前記羽根の垂直方向の中心部が固定され、前記羽根の上下が遊びを有して支持されていることを特徴とする。
この請求項２１に記載の発電装置によると、羽根が曲がりやすいものとなる。これに伴って応力を逃がすことができる。
【００２３】
請求項２２に記載の垂直軸型発電装置は、飛行機の翼状の断面を有する羽根であって、該羽根の揚力発生方向の反対側が切り欠かれていることを特徴とする。
この請求項２２に記載の発電装置によると、風による揚力と抗力を両方利用できるので、各羽根をより容易に回転軸を中心として回転させることができる。つまり、吹く風をより有効に利用できる。
【００２４】
請求項２３に記載の垂直軸型発電装置は、前記羽根が、幅方向の一端が折り返して曲げられた一枚の板で形成されていることを特徴とする。
この請求項２３に記載の発電装置によると、板であるため、羽根への加工が容易である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に基づく垂直軸型風力発電装置を図示する一実施の形態を基に具体的に説明する。
図１は本発明に係る垂直軸型風力発電装置の正断面図で、図２は風車用羽根の配置を示す図１のＩ−Ｉ断面図、図３は羽根の斜視図、図４は図３のＩＩ−ＩＩ断面図、図５は羽根とその支持部材との結合状態を示す要部平面図である。
【００２６】
図１において、１は基礎で、簡易なコンクリートにて形成されている。２は回転軸で、後述する手段で直立状態を保っている。３は風力発電の動力を生み出すための羽根（構成の詳細は後述）であり、回転軸２の上端部に軸心方向と直角方向に固定されている上下一対の支持部材４、５の各対向面相互間であって、周縁部に沿って複数個配置されている。
この羽根３の配置は図２に示すように何れの方向から風を受けても風の方向によって回転軸の回転に寄与する羽根が定まる。この回転軸の回転に寄与する羽根の各面に沿って通過する風速の差に基づく揚力作用で回転軸２にトルクを与える。
図２（ａ）の場合、羽根３は飛行機の翼状の断面を有しており、翼状断面の凸側が内側に向かうように配設されている。この羽根３に沿って流れる風により、図示の矢印のような揚力が発生し、いずれの方向から風を受けても羽根３は回転する。
図２（ｂ）の場合、図２（ａ）と同じように羽根３′は飛行機の翼状の断面を有しており、その翼状断面の凸側が外側に向かうように配設されている。なお、揚力の方向が風に向かうように、羽根３′は周方向との交差角度が小さくなるように配設されている。この羽根３′に沿って流れる風により、図示の矢印のような揚力が生じ、いずれの方向から風を受け手も羽根３は回転する。
【００２７】
図１に戻って、６は筒状体で、内部空間に回転軸２を位置させ、上下内面に位置する軸受７、８によって回転軸２を回動自在に支持している。９は部材支持用枠体で、基礎１の適所に固定され、前記筒状体６の下端部を保持している。１０はワイヤー固定手段で、ワイヤー１０ａ及びこのワイヤー１０ａへの張力の付勢を担うためのワイヤー張力調整機構１０ｂから構成される。このワイヤー固定手段１０の両端は前記筒状体６の固定部位６ａと地上側の固定部位１１との間で少なくとも３箇所（１２０度間隔）に配置される。そして、このワイヤー固定手段１０は、羽根３が受ける風圧によって応力を受け、軸心から直角方向に変位しようとする回転軸２の垂直状態を維持する自立補充手段を構成する。１２は発電機で、前記枠体９に固定され、その回転軸にはプーリ１３が備えられている。１４はプーリで、回転軸２において、前記プーリ１３と同じ高さ位置に固定される。１５はベルトで前記プーリ１３、１４相互間に係合し、発電機１２に回転軸２の回転力を伝達する、また、当該発電機１２を、風の向きと羽根との位置関係、風の強さなどの要因において風車が始動しない場合、始動用モータの役割も兼ねさせるようにすることもできる。
また、図示しないが、軸２の下端なでに回転の減速、停止を行うためのブレーキ機構を設けるのが通例である。
【００２８】
次に、本願発明の要旨をなす羽根３の構成について図３〜図５を参照して説明する。羽根３は図３及び図４に示されるように、基本的に可撓性部材からなる芯３ａと、この芯３ａの周囲を囲む布部材３ｂとから構成される。そして、この芯３ａの形状は図４に示されるように、横断面の形状が飛行機の翼の横断面に近似した流線型をなしている。この芯の材料としては、例えば、発泡ポレスチロールなどの樹脂発泡材が挙げられる。
一方、布部材３ｂはいわゆるテント布や飛行用（ハングライダ、パラグライダ、パラシュート等）の材料を用い、上下を絞り込む形態で包む形態で芯３ａに密着して羽根３全体としての形状を保っている。３ｃは止め輪で、布部材３ｂの上下方向における両端周縁部において支持部材４、５への必要な取り付け保持力に応じた所要数量設けられている。
【００２９】
次に、羽根３を上下一対の支持部材４、５に固定する固定手段の具体例を図５に基づいて説明する。
図５において、４ａは上部支持部材４の羽根３の端面を固定する周縁に沿って形成されている一連の小孔（第２の係止部）で、前記布部材３ａに形成した止め輪（第１の係止部）３ｃ相当対数形成されている。３ｄは紐体（締結部材）で、各一対の小孔４ａと止め輪３ｃ（図３を参照）を縛り付ける構成とすることで上部支持部材４と羽根３の一端部とが強固に固定される。また、下部支持部材５と羽根３の残りの端部も同様にして固定される。また、上下一対の支持部材４、５のいずれか一方だけこの取付構造とすることもできる。
なお、紐体（締結部材）３ｄによる小孔（第２係止部）４ａと止め輪（第３係止部）３ｃとの縛り付けの方法は交互に連続して紐体３ｄを通するなど、適宜の方法で行うことができる。また、締結部材には紐体に限らず、針金、ホック、ビス等を使用することができる。また、羽根の布部材３ｂ側の第１係止部と支持部材４，５の側の第２係止部とは、止め輪と小孔に限らず、鉤部材同士を互いに引っかけるものであってもよい。
【００３０】
次に、上記構成の垂直軸型風力発電装置の作用を説明する。
先ず、羽根３の位置が図２、図４に示すように羽根３の流線型の面を通過する風速が平面状の面を通過する風速に比べて早く、飛行機の浮力発生の原理で回転軸を矢印Ａ１方向に回転させる力を発生させる。
従って、回転軸２は矢印Ａ１方向に回転力をうけて発電機１に対し発電エネルギーを供給する。
【００３１】
ところで、突風あるいは予測されない強い風が羽根３に当った場合は、羽根３の有する可撓性によって羽根３はクッション作用で急激な応力を受けにくい。
なお、殆どの場合、回転軸２は羽根３が風から受ける風力エネルギーによって自始動できる。
しかし、風の向きと羽根３との位置関係、風の強さなどの要因において自始動ができないことも生じるが、この場合は始動用モータ１３を駆動し、回転軸２を駆動し、羽根３を変位させ、以降は羽根３が受ける風力にて回転を継続させるようにできる。
【００３２】
以上述べた実施の形態は本発明の基本をなす構成について述べたが、本発明は更なる以下に述べるような変形例がある。
変形例１：
図６は風力エネルギーをより多く取り入れる構成例を示しており、回転軸２２に対し、羽根２３を二段構成にて支持させるようにしている。その他の周辺機構は前記した実施の形態と同一につき説明を省略する。
【００３３】
変形例２：
図７は支持部材３４、３５と、羽根３３が風速に応じた回転数による遠心力と風圧の強弱による状態変化を示す模式図で、支持部材３５、３５を弾性部材で形成した例を示す。図７において、実線は羽根３３に受ける遠心力や風圧が弱いときで、点線は羽根３３に受ける遠心力や風圧が強いときの状態を示し、羽根や支持部材に発生する応力が緩和されることを示している。
【００３４】
変形例３：
図８は支持部材４４、４５と、羽根４３との関係を示す模式図で、支持部材４４、４５を剛性のある部材で形成し、最大外力を受け変形する形状に予め定めておく。予め、羽根が所定外力を受ける形状になっているので、支持部材４４、４５が僅かに変形するのみで、風圧の急激な変化や過大遠心力に対応できる。
【００３５】
変形例４：
図９と、図１０（図９のＩＩＩ−ＩＩＩ面図）は、羽根５３の支持部材５４、５５のうち下方支持部材５５が上下動可能で常時下方に付勢されている状態を示す具体例である。
即ち、例えば、下方支持部材５５は回転軸５２を一部切欠く形状として、回り止めを行い、回転軸５２の軸方向に上下動できるように支持される。５０ａはばね座で回転軸５２に対して一体的に固定支持される。５０ｂはばねで、下方支持部材５５とばね座５０ａとの間に等間隔に複数個配置される。このばね５０ｂの付勢力は絶えず、下方支持部材５５を下方に引っ張るように作用する。
以上の構成によって、羽根５３に強い半径方向外力が加わるときは羽根の変形によって下方支持部材はばね５０ｂの付勢力に抗して上昇し、前記外力が弱まるとばね５０ｂの付勢力によって降下し、羽根５５も直立状態に近づく。
従って、支持部材５４、５５が変形不能の剛体であっても羽根への外力に対して発生応力の緩和や衝撃のクッション効果は向上する。
【００３６】
変形例５：
図１１は変形例４とほぼ均等の作用を目的とした例を示している。即ち、羽根６３を支持する上下支持部材６４、６５相互間に羽根６３を配置し、下方支持部材６５を変形例４と同様の手段にて回転軸６２の軸方向のみ移動可能としている。そして、この変形例５の特徴とする構成は、下方支持部材６５の羽根６３を有しない反対の面に錘６０を固定した構成である。
【００３７】
変形例６：
図１２、図１３は、それぞれ図３及び図５で示す実施の形態の変形例を示している。
図１２において、羽根７３は、芯７３ａと、この芯７３ａの周囲を囲む布部材７３ｂとから構成される。一方、布部材７３ｂは芯７３ａに密着して羽根７３全体としての形状を保っている。７３ｃは止め輪で、布部材７３ｂの上下方向における両端周縁部において支持部材４、５への必要な取付け保持力に応じた所要数量設けられている。布部材７３ｂの両端周縁部の止め輪７３ｃを図示されない支持部材に羽根形状を保ったまま取り付けることができる。
【００３８】
図１３において、１７４ａは図示されない上部支持部材の羽根１７３の端面を固定する周縁に沿って形成されている一連の小孔である。この小孔１７４ａは、布部材１７３ｂに形成した止め輪１７３ｃに対応して相当対数形成されている。１７３ｄは紐体で、各一対の小孔１７４ａと止め輪１７３ｃを通して縛り付けることで図示されない上部支持部材と羽根１７３の一端部とが強固に固定される。なお、下部支持部材と羽根１７３の残りの端部も同様にして固定される。また、上下支持部材のいずれか一方が同様の固定となるものであってもよい。
【００３９】
変形例７：
図１４は、上部支持部材８４の上に、羽根８３の上部の固定状態が外れるのを防止するための芯８３ｃを配置し、この芯８３ｃを羽根８３の芯８３ａを覆う布部材８３ｂで被覆し、この布部材８３ｂを芯８３ｃの上で絞り込む実施の形態を示している。芯８３ｃには、羽根８３と同様の発泡材が用いられる。また、布部材８３ｂの端の絞り込みは、布部材８３ｂの端に設けられた止め輪に紐体を通して絞ることなどにより行われる。また、図示されない下部支持部材につても同様の形態で羽根８３の下部の固定状態の外れを防止できるし、一方の支持部材だけこの方式を採用してもよい。
【００４０】
変形例８：
図１５は、羽根９３の芯９３ａの上端を上部支持部材９４より突き出させる。また、布部材９３ｂも上部支持部材９４の上まで引き出す。引き出された布部材９３ｂを上部支持部材９４の上で展開し、この引き出された布部材９３ｂの最終端部分をアルミのビス９６で固定する実施の態様を示す。これにより、布部材９３ｂが広い幅で支持部材９４に固定される。
【００４１】
変形例９：
図１９は、羽根１９３の芯１９３ａの上端を上部支持部材１９４より突き出させたものである（図１９（ａ）参照）。この芯１９３ａの端部分を少し出して圧接する実施の態様を示す（図１９（ｂ）参照）。
これにより、芯１９３ａが支持部材１９４に固定される。
【００４２】
変形例１０：
図１６は、羽根の捩れ防止手段の一例を示す図である。この羽根の捩れ防止手段は、羽根１０３と回転軸１０２の間にワイヤー１０４を渡し、このワイヤー１０４を羽根１０３の周辺に巻きつけるものである。
このように構成することで、羽根１０３の捩れを防止できる。
なお、羽根１０３と回転軸１０２の間のワイヤーに換えて、羽根１０３に巻きつけるためのワイヤーが一端に設けられている板や棒などを使用してもよい。
【００４３】
変形例１１：
図１７（ａ）、（ｂ）は、羽根の撓みやすさを増大させるための手段の例を示す図である。
図１７（ａ）は、羽根１１３と、支持部材１１４に設けられたパイプ１１７に揺動可能に設けられた複数の羽根取付具１１５を介在させた実施態様を示している。
この羽根取付具１１５は、パイプ１１７を揺動部１１５ａ内側に通すように配置されている。
図に示した矢印方向に羽根１１３は揺動可能であり、ビス１１６によって軸方向の移動を制限している。
図１７（ｂ）は、羽根１２３と支持部材１２４に設けられたパイプ１１７に複数の揺動可能な羽根取付具１２５を介在させた実施態様を示している。
この羽根取付具１２５は、パイプ１２７を揺動部１２５ａ内側に通すように配置されている。図１７（ａ）の場合と違い、羽根取付具１２５により布部材１２３の端を絞り込んでいるものである。
【００４４】
変形例１２：
図２０は、回転軸方向とほぼ直角に固定される支持部材２０２に羽根２０３の垂直方向の中心部が圧接して固定され、羽根２０３の上下端が部材２０１、２０４に設けられた貫通孔２０５、２０６を突き出て、貫通孔２０５、２０６の内壁部と遊びを有して支持されている。
このように配置することで、羽根２０３が曲がりやすいものとなる。これに伴って応力を逃がすことができる。
【００４５】
変形例１３：
図１８は、羽根１３３、１３４を軸方向に対し任意に傾けて、上下に周方向の位相差を持たせて支持部材１３２、１３５に設置した実施形態を示す図である。図１８（ａ）は本実施形態の上視図、図１８（ｂ）は本実施形態の展開図である。
このように羽根１３３、１３４を配置することで、脈動トルクをなくすことができる。
【００４６】
変形例１４：
図２１は、断面が飛行機の翼状のものであり、揚力発生方向の反対側が切り欠かれて形成されている垂直軸型風力発電装置の羽根を示す図である。図２１（ａ）は、羽根２１３の移動方向が風向きと反対方向の場合を示す図、図２１（ｂ）は、羽根２１４の移動方向が風向きと同方向の場合を示す図である。
このように構成することで、移動方向が風向きと反対方向の羽根２１３は、揚力を得ることができる（図２１（ａ））。また、移動方向が風向きと同方向の羽根２１４は、図２１における羽根２１４の切り欠かれている部分２１５の壁面２１６に風により抗力が与えられることとなる（図２１（ｂ））。
したがって、変形例１４の垂直軸型風力発電装置によれば、風による揚力と抗力を両方利用できるので、羽根２１３、２１４をより容易に回転軸２２１を中心に回転させることができる（図２２）。つまり、吹く風をより有効に利用できる。
図２２（ａ）において、羽根２１３，２１４は、その凸側が内周側になり、その切欠きが外周側になるように配設されている。風を受けると、図示の揚力及び抗力が発生して、羽根２１３，２１４は回転する。
図２２（ｂ）において、羽根２１３′，２１４′は、その凸側が外周側になり、その切欠きが内周側になるように配設されている。風を受けると、図示の揚力及び抗力が発生して、羽根２１３′，２１４′は回転する。
【００４７】
変形例１５：
図２３は、断面が飛行機の翼状のものであり、幅方向の一端が折り返して曲げられた一枚の板で形成されている垂直軸型風力発電装置の羽根を示す図である。図２３（ａ）は、羽根２３３の移動方向が風向きと反対方向の場合を示す図、図２３（ｂ）は、羽根２３４の移動方向が風向きと同方向の場合を示す図である。なお、本変形例に使用される板の例としては、アルミ板などがある。
このように構成することで、移動方向が風向きと反対方向の羽根２３３は、揚力を得ることができる（図２３（ａ））。また、移動方向が風向きと同方向の羽根２３４は、図２３における羽根２３４の内側壁面２３５に風により抗力が与えられることとなる（図２３（ｂ））。
したがって、変形例１５の垂直軸型風力発電装置によれば、変形例１４と同様、風による揚力と抗力を両方利用できる。よって、図示しないが、羽根２３３、２３４をより容易に回転軸を中心に回転させることができる。つまり、吹く風をより有効に利用できる。
また、可撓性のあるアルミ板などを使用することで、加工が容易である。
【００４８】
変形例１６：
図２４は、断面が飛行機の翼状のものであり、一枚の板の幅方向の一端が折り返して曲げられ、さらにもう一度折り曲げて形成されている垂直軸型風力発電装置の羽根を示す図である。折り曲げられた部分２４５の先端は各羽根２４３、２４４の内側内壁に接するように配置されている。図２４（ａ）は、羽根２４３の移動方向が風向きと反対方向の場合を示す図、図２４（ｂ）は、羽根２４４の移動方向が風向きと同方向の場合を示す図である。なお、本変形例に使用される板の例としては、アルミ板などがある。
作用、効果は変形例１５と同様であるが、より抗力を受けやすいという効果がある。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、芯により羽根としての形状が的確に維持され、布部材により、芯の飛散を防止できる。また、過大な遠心力や突風ないし異常な風圧が羽根に加わって、仮に羽根が破損しても軽量柔軟性に富むことから、周囲の危険度は著しく軽減できる。
【００５０】
請求項２によると、異常な風圧が羽根に加わっても、内部発生緩和され、破損の恐れは殆どない。
請求項３乃至５によると、羽根の上下の支持部材間における取り付けが強固になされ、羽根の飛散を的確に防止できる。
【００５１】
請求項６によると、過大な遠心力や突風ないし異常な風圧が羽根に加わって、仮に羽根が破損しても軽量柔軟性に富むことから、周囲の危険度は著しく軽減できる。また、構成が容易なものとなるため、製造容易な垂直軸型風力発電装置を提供できる。
【００５２】
請求項７によると、突風、過大遠心力ないし異常な風圧が羽根に加わっても、羽根が吹き飛ばされる急激な応力が羽根に加わることなく、破損の恐れはほとんどない。
【００５３】
請求項８によると、回転軸が一定の風力において段数に比例した動力を得ることができ、風力が少ないときでも発電エネルギーを多く得ることが簡単な手段で実現できる。
請求項９によると、羽根が風を受けることによる揚力で風車が回り、風力に基づく回転力が的確に回転軸に伝えられる。
【００５４】
請求項１０によると、羽根の捩れを防止することができる。
請求項１１によると、羽根の回転による揚抗力の総和によって生じる垂直維持の乱れを的確に防止できる。
【００５５】
請求項１２によると、羽根の軽量化とも関連して自立補充手段を簡単な構成とすることができる。
請求項１３によると、支持部材は弾性を有するため、羽根が強い外力を受けた際に羽根と支持部材の変形で突風などの衝撃や過大遠心力による応力を緩和するものであり、確実に羽根を保持することができる。
【００５６】
請求項１４によると、応力を逃がすことができる。
請求項１５によると、支持部材が僅かに変形するのみで、各部の発生応力や衝撃を緩和でき、ねじれやすい羽根にとっても最適な迎え角を維持することができ、高効率の運転を実現できる。
【００５７】
請求項１６乃至１８によると、少なくとも下側の羽根の支持部材が変位するため、羽根の遠心力や風圧による応力を軽減できる。これに伴って羽根は受け得る発生動力の限度を向上させることができる。
請求項１９によると、羽根の撓みやすさを増大させることができる。
【００５８】
請求項２０によると、羽根が軽くて剛性のあるものとなる。また、曲がりやすいので応力を逃がすことができる。
【００５９】
請求項２１によると、羽根が曲がりやすいものとなる。これに伴って応力を逃がすことができる。
【００６０】
請求項２２によると、風による揚力と抗力を両方利用できるので、各羽根をより容易に回転軸を中心として回転させることができる。つまり、吹く風をより有効に利用できる。
請求項２３によると、請求項２２と同様の効果があると共に、羽根への加工が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である垂直型風力発電装置の正断面図である。
【図２】風車用羽根の配置を示す図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】本発明に係る羽根の斜視図である。
【図４】図３のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図５】羽根とその支持部材との結合状態を示す要部平面図である。
【図６】羽根の配置についての変形例を示す要部断面図である。
【図７】羽根の支持部材を弾性体素材にて形成した場合の羽根の受ける風量の強弱による状態変化を示す模式図である。
【図８】羽根の支持部材を合成のある素材で形成し、羽根を湾曲された場合の羽根の状態を示す模式図である。
【図９】羽根の下方支持部材を上下動可能で下方に付勢する構成を示す断面図である。
【図１０】図９のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図１１】羽根の下方支持部材を上下動可能で下方に付勢する構成を示す断面図である。
【図１２】羽根の変形例を示す図である。
【図１３】羽根とその支持部材との結合状態の変形例を示す要部平面図である。
【図１４】羽根の飛散防止手段の一例を示す。
【図１５】羽根の飛散防止手段の他例を示す。
【図１６】羽根の捩れ防止手段の一例を示す。
【図１７】羽根と支持部材との間の揺動可能な取付具の例を示す。
【図１８】羽根を上下支持部材間で周方向の位相差をもって設置した実施態様を示す。
【図１９】羽根の飛散防止手段の他例を示す。
【図２０】羽根の途中を指示部材で固定し、羽根の上下端に遊びを持たせた実施態様を示す。
【図２１】揚力発生方向の反対側が切り欠かれている羽根の一例を示す。
【図２２】風によって図２１に示した羽根に発生する揚力と抗力を示し、羽根の回転方向を示す。
【図２３】幅方向の一端が折り返して曲げられた一枚の板で形成されている羽根の一例を示す。
【図２４】幅方向の一端が折り返して曲げられ、さらにもう一度折り曲げられた一枚の板で形成されている羽根の一例を示す。
【符号の説明】
２、２２、５２、６２、・・・・回転軸
３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、８３、９３、１０３、１１３・・・・羽根
３ａ・・・可撓性材からなる芯
３ｂ・・・テント用布部材
３ｃ・・・止め輪（第１係止部）
３ｄ・・・紐体（締結部材）
４・・・・上部支持部材
４ａ・・・紐体を通す孔（第２係止部）
５・・・・下部支持部材
６・・・・筒状体
６ａ・・・固定部位
１０・・・ワイヤー固定手段（自立補充手段）
５０ｂ・・バネ（下方付勢手段）
６０・・・錘（下方付勢手段）
１０４・・ワイヤー（捩れ防止の係止手段）
１１５・・羽根取付具

Claims (23)

1. 垂直に設けた回転軸と、当該回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根とを有する風力発電装置において、前記羽根は、可撓性部材からなる芯と、当該芯を内包する筒状の被覆部材とで構成されていることを特徴とする垂直軸型風力発電装置。
2. 前記回転軸方向とほぼ直角に固定され、上下方向に対向する支持部材相互間に、前記羽根が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記羽根と上下の支持部材との固定手段を備え、この上下の支持部材との固定手段の少なくとも一方が、羽根の構成要素としての筒状の被覆部材における両端周囲に沿って設けた複数の第１の係止部と、支持部材の第１の係止部に対応する箇所に形成した第２の係止部と、第１の係止部と第２の係止部とを結び付ける締結部材とを備えることを特徴とする請求項２に記載の垂直軸型風力発電装置。
4. 前記羽根と上下の支持部材との固定手段を備え、この上下の支持部材との固定手段の少なくとも一方が、前記支持部材の外方に配置され、前記被覆部材に絞り込むように内包された羽根固定用芯とを備えることを特徴とする請求項２に記載の垂直軸型風力発電装置。
5. 前記羽根と上下の支持部材との固定手段を備え、この上下の支持部材との固定手段の少なくとも一方が、前記支持部材を貫通して設けられた前記羽根と、前記上下支持部材上で前記被覆部材の端部を係止する係止手段とからなることを特徴とする請求項２に記載の垂直軸型風力発電装置。
6. 垂直に設けた回転軸と、当該回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根とを有する風力発電装置において、前記羽根は、可撓性部材からなる芯で構成されていることを特徴とする垂直軸型風力発電装置。
7. 前記回転軸方向とほぼ直角に固定され、上下方向に対向する支持部材相互間に、前記羽根が取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の垂直軸型風力発電装置。
8. 前記回転軸の周方向に複数枚取り付けた前記羽根が垂直方向に複数段に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の垂直軸型風力発電装置。
9. 前記羽根の横断面の形状が飛行機の翼の横断面形状に近似した流線型であり、当該羽根を回転軸の中心に対して所定の角度をもって配置したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の垂直軸型風力発電装置。
10. 前記羽根と前記垂直軸との間に羽根の捩れを防止するための係止手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の垂直軸型発電装置。
11. 前記回転軸の自立補充手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の垂直軸型風力発電装置。
12. 前記回転軸の自立補充手段が、前記回転軸を回転自在に支持する筒状体と、当該筒状体の周囲３箇所以上から固定部位との間に配置され、張力発生部材を備えた複数のワイヤー手段とから構成される請求項１１に記載の垂直軸型風力発電装置。
13. 前記支持部材が弾性部材から形成されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の垂直軸型風力発電装置。
14. 前記羽根が上下の支持部材間において、湾曲してできるように取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の垂直軸型風力発電装置。
15. 前記支持部材が剛性を持つ部材であり、前記羽根が所定の外力を受容できる形状に予め湾曲されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の垂直軸型風力発電装置
16. 前記上下の支持部材における下側の支持部材が軸方向に摺動自在に支持され、下方に付勢する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の垂直軸型風力発電装置。
17. 付勢手段が上下の支持部材における下側の支持部材の下面に固定された錘であることを特徴とする請求項１６に記載の垂直軸型風力発電装置。
18. 付勢手段が上下の支持部材における下側の支持部材の下面と上下動しないばね座との間に設けたばねであることを特徴とする請求項１６に記載の垂直軸型風力発電装置。
19. 前記羽根の前記上下の支持部材との間に揺動可能な羽根取付具を介在させたことを特徴とする請求項２乃至１８のいずれかに記載の垂直軸型発電装置。
20. 前記芯は、樹脂発泡材であることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載の垂直軸型発電装置。
21. 前記回転軸方向とほぼ直角に固定される支持部材に前記羽根の垂直方向の中心部が固定され、前記羽根の上下が遊びを有して支持されている請求項１または請求項６のいずれかに記載の垂直軸型発電装置。
22. 飛行機の翼状の断面を有する羽根であって、該羽根の揚力発生方向の反対側が切り欠かれていることを特徴とする請求項６記載の垂直軸型風力発電装置。
23. 前記羽根は、幅方向の一端が折り返して曲げられた一枚の板で形成されていることを特徴とする請求項２２記載の垂直軸型風力発電装置。

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