JP2011032887A - 垂直軸型風車 - Google Patents

Abstract

【課題】風力の大きさに応じて複数のブレードの各受風面積を可変する。
【解決手段】鉛直方向に垂設され、且つ、発電機Ｇに回転自在に連結される垂直回転軸１１と、垂直回転軸１１から放射状に延出させたブレード支持アームに取り付けられ、且つ、垂直回転軸１１のまわりを円周方向に沿って略等角度間隔で配設された複数のブレード１３と、を備えた垂直軸型風車１０において、複数のブレード１３それぞれは、ブレード支持アーム１２に取り付けられたメインブレード１３Ａと、このメインブレード１３Ａ上に少なくとも一層以上積層されて円周方向に伸縮可能に設けられた一以上のサブブレード１３Ｂ１，１３Ｂ２と、を有することを特徴とする垂直軸型風車１０を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉛直方向に垂設した垂直回転軸から放射状に延出させたブレード支持アームにブレードを円周方向に沿って略等角度間隔で複数取り付けた際に、風力の大きさに応じて複数のブレードの各受風面積を可変できる垂直軸型風車に関するものである。

最近、地球温暖化対策に伴って、太陽エネルギー，バイオエネルギー，風力など各種の自然エネルギーを利用して発電を行う発電装置が盛んに開発されているが、自然エネルギーのうちで風力を利用した風力発電装置がコスト的に安価であり、且つ、小型化すれば可搬可能であることから見直されている。

この種の風力発電装置は、風車の回転軸が水平に設けられた水平軸型風車と、風車の回転軸が垂直に設けられた垂直軸型風車とに大別できるが、風の方向に追従する必要がある水平軸型風車に対して、風向きに関係なく微風から強風に亘って発電できる垂直軸型風車が注目されている。

上記した垂直軸型風車の一例として、地面に垂直な固定軸廻りを回転し得る垂直羽根型の風車と、この風車の回転力により発電する発電機とを備えた風力発電装置がある（例えば、特許文献１参照）。

また、上記した垂直軸型風車の他例として、垂直型風車翼の一部を可動とし、広範囲の風速域で風車を効率良く回転することができる可変翼を有する垂直軸形風水車がある（例えば、特許文献２参照）。

図１０に示した従来例１の風力発電装置１００は、特許文献１に開示されているものであり、地面に垂直な固定軸１０１廻りを回転し得る垂直羽根型の風車１０２と、この風車１０２の回転力により発電する発電機１０６とを備えている。

上記した風車１０２は、固定軸１０１の上端に取り付けた発電機１０６に不図示の軸受けを介して垂直回転軸１０３が回転自在に支持されており、この垂直回転軸１０３の上下からそれぞれ放射状に延出させた上下の支柱１０４にブレード１０５が円周方向に沿って略等角度間隔で合計４枚取り付けられている。

この際、プレード１０５は、アルミ合金や合成樹脂材などを用いて流線形に形成されており、且つ、垂直回転軸１０６と略平行になるように取り付けられている。

従って、風力を受けて４枚のブレード１０５が上下の支柱１０４を介して垂直回転軸１０３と一体に回転することで、発電機１０６で発電することができる。

一方、図１１に示した従来例２の可変翼を有する垂直軸形風水車は、特許文献２に開示されているものであり、微風下から強風下に亘り対応可能な複数のブレード２００が上下のブレード支持アーム（図示せず）を介して垂直回転軸（図示せず）に回転自在に取り付けられているが、以下では一のブレード２００について説明する。

具体的に説明すると、図１１（ａ）に示した如く、一のブレード２００は、翼本体２０１が垂直方向に長尺に形成され且つ円周方向が流線形に形成されており、この翼本体２０１の上下両端に翼支持板２０２がネジ２０３で固定されている。

また、フラッパ２０４が上下の翼支持板２０２にナット２０５で固定したフラッパ軸２０６を中心に開閉自在に支持されている。

また、図１１（ｂ）に示した如く、翼本体２０１にフラッパ２０４を収納するための凹部２０１ａが形成されており、且つ、この凹部２０１ａ内でフラッパ軸２０６に支持されたフラッパ２０４が板バネ２０７により外側に押圧付勢されている。

そして、微風時には、ブレード２００の回転が遅いので遠心力が小さく、これによりフラッパ２０４が板バネ２０７の付勢力により全開して、風流が翼本体２０１とフラッパ２０４とに当たることにより、ブレード２００が回転するようになっている。

一方、図１１（ｃ）に示した如く、風速が増加すると、ブレード２００の回転が速いので遠心力が増加し、この遠心力によりフラッパ２０４が翼本体２０１の凹部２０１ａ内に収納されて翼本体２０１の外形に略合致した状態でブレード２００が回転するようになっている。

特開２００７−３３６７７７号公報 特開２００７−２７０７４６号公報

ところで、上記した特許文献１に開示された風力発電装置１００では、前述したように、風力を受けて４枚のブレード１０５が上下の支柱１０４を介して垂直回転軸１０３と一体に回転することで、発電機１０６で発電することができるものの、４枚のブレード１０５の各受風面積が常に一定であるために、風力発電装置１００は微風から強風に亘る風況に対して対応できにくい構造である。

一方、上記した特許文献２に開示された可変翼を有する垂直軸形風水車におけるブレード２００では、翼本体２０１にフラッパ軸２０６を介して取り付けたフラッパ２０４を微風時に開き、強風時に閉じることにより、複数のブレード２００が微風下から強風下に亘り対応可能であると記載されているが、風力によってブレード２００が回転したときに生じる遠心力だけでフラッパ２０４を開閉しているので、フラッパ２０４の開閉動作に対して信頼性が得られにくく、しかも、遠心力に応じてフラッパ２０４の重量やサイズなどを設定しなければならないので、ブレード２００の設計や作製がむづかしいなどの問題がある。

そこで、鉛直方向に垂設した垂直回転軸から放射状に延出させたブレード支持アームにブレードを円周方向に沿って略等角度間隔で複数取り付けた際に、風力の大きさに応じて複数のブレードの各受風面積を可変できる垂直軸型風車を提供することを目的とする。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第１の発明は、鉛直方向に垂設され、且つ、発電機に回転自在に連結される垂直回転軸と、
前記垂直回転軸から放射状に延出させたブレード支持アームに取り付けられ、且つ、前記垂直回転軸のまわりを円周方向に沿って略等角度間隔で配設された複数のブレードと、を備えた垂直軸型風車において、
前記複数のブレードそれぞれは、前記ブレード支持アームに取り付けられたメインブレードと、このメインブレード上に少なくとも一層以上積層されて前記円周方向に伸縮可能に設けられた一以上のサブブレードと、を有することを特徴とする垂直軸型風車である。

また、第２の発明は、上記した第１の発明の垂直軸型風車において、
前記垂直回転軸に回動体を前記円周方向に回動可能に嵌合させ、且つ、複数の前記メインブレード上にそれぞれ積層された前記一以上のサブブレードのうちで同一層のサブブレードと前記回動体とをサブブレード支持アームにより連結させて、前記回動体の前記円周方向への回動と一体に前記同一層のサブブレードを前記円周方向に伸縮させることを特徴とする垂直軸型風車である。

また、第３の発明は、鉛直方向に垂設され、且つ、発電機に回転自在に連結される垂直回転軸と、
前記垂直回転軸から放射状に延出させたブレード支持アームに取り付けられ、且つ、前記垂直回転軸のまわりを円周方向に沿って略等角度間隔で配設された複数のブレードと、を備えた垂直軸型風車において、
前記複数のブレードそれぞれは、前記ブレード支持アームに取り付けられたメインブレードと、このメインブレード上に少なくとも一層以上積層されて前記垂直回転軸と平行な垂直方向に伸縮可能に設けられた一以上のサブブレードと、を有することを特徴とする垂直軸型風車である。

また、第４の発明は、上記した第３の発明の垂直軸型風車において、
前記垂直回転軸にスライド体を前記垂直方向にスライド可能に嵌合させ、且つ、複数の前記メインブレード上にそれぞれ積層された前記一以上のサブブレードのうちで同一層のサブブレードと前記スライド体とをサブブレード支持アームにより連結させて、前記スライド体の前記垂直方向へのスライドと一体に前記同一層のサブブレードを前記垂直方向に伸縮させることを特徴とする垂直軸型風車である。

また、第５の発明は、上記した第３の発明の垂直軸型風車において、
前記メインブレード上にピニオンギアを回転可能に設け、且つ、前記ピニオンギアを挟んでこのピニオンギアに噛合する一対のラックを前記メインブレード上で上下対称に前記垂直方向にスライドする一対のサブブレードに固着させたことを特徴とする垂直軸型風車である。

上記した第１の発明の垂直軸型風車によると、鉛直方向に垂設した垂直回転軸から放射状に延出させたブレード支持アームにブレードを円周方向に沿って略等角度間隔で複数取り付けた際に、とくに、複数のブレードそれぞれは、ブレード支持アームに取り付けられたメインブレードと、このメインブレード上に少なくとも一層以上積層されて円周方向に伸縮可能に設けられた一以上のサブブレードと、を有しているので、強風時には、複数のブレードの各受風面積が狭くなるように、一以上のサブブレードをブレードの円周方向の長さが短縮する方向にメインブレード上で移動させることで、ソリディティの値が小さくなり、風の抵抗を減少させて複数のブレードと一体に垂直回転軸を効率良く高速に回転させることができると共に、強風時に生じる垂直軸型風車の破壊を防止でき、一方、微風時には、複数のブレードの各受風面積が広くなるように、一以上のサブブレードをブレードの円周方向の長さが伸長する方向にメインブレード上で移動させることで、ソリディティの値が大きくなり、微風による風力でも垂直軸型風車のエネルギー変換量を効率良く増大できるために、第１の発明の垂直軸型風車は微風下から強風下に亘る風況に対応できる。

また、上記した第２の発明の垂直軸型風車によると、第１の発明の効果が得られる他に、複数のメインブレード上にそれぞれ積層された一以上のサブブレードのうちで同一層のサブブレードを、垂直回転軸に嵌合した回動体の円周方向への回動と一体に同じ移動量だけ同時に移動させることができる。

また、上記した第３の発明の垂直軸型風車によると、鉛直方向に垂設した垂直回転軸から放射状に延出させたブレード支持アームにブレードを円周方向に沿って略等角度間隔で複数取り付けた際に、とくに、複数のブレードそれぞれは、ブレード支持アームに取り付けられたメインブレードと、このメインブレード上に少なくとも一層以上積層されて垂直回転軸と平行な垂直方向に伸縮可能に設けられた一以上のサブブレードと、を有しているので、強風時には、複数のブレードの各受風面積が狭くなるように、一以上のサブブレードをブレードの垂直方向の長さが短縮する方向にメインブレード上で移動させることで、風の抵抗を減少させて複数のブレードと一体に垂直回転軸を効率良く高速に回転させることができると共に、強風時に生じる垂直軸型風車の破壊を防止でき、一方、微風時には、複数のブレードの各受風面積が広くなるように、一以上のサブブレードをブレードの垂直方向の長さが伸長する方向にメインブレード上で移動させることで、微風による風力でも垂直軸型風車のエネルギー変換量を効率良く増大できるために、第３の発明の垂直軸型風車は微風下から強風下に亘る風況に対応できる。

また、上記した第４の発明の垂直軸型風車によると、第３の発明の効果が得られる他に、複数のメインブレード上にそれぞれ積層された一以上のサブブレードのうちで同一層のサブブレードを、垂直回転軸に嵌合したスライド体の垂直方向へのスライドと一体に同じ移動量だけ同時に移動させることができる。

また、上記した第５の発明の垂直軸型風車によると、第３の発明の効果が得られる他に、メインブレード上に設けたピニオンギアを時計方向又は反時計方向に回転させることにより、ピニオンギアに噛合する一対のラックを固着させた上下一対のサブブレードが同じ移動量だけ同時に移動して、ブレードの垂直方向の長さを伸長又は短縮することができる。

本発明に係る実施例１の垂直軸型風車を示した斜視図である。 本発明に係る実施例１の垂直軸型風車において、図１に示した一のブレードを説明するための斜視図であり、（ａ）一以上のサブブレードを円周方向に対してＸ１方向に移動してブレードの円周方向の長さを短縮させた場合を示し、（ｂ）は一以上のサブブレードを円周方向に対してＸ２方向に移動してブレードの円周方向の長さを伸長させた場合を示した図である。 本発明に係る実施例１の垂直軸型風車を使用しないときの状態を示した斜視図である。 本発明に係る実施例１の垂直軸型風車を一部変形させた変形例の垂直軸型風車を示した斜視図である。 本発明に係る実施例２の垂直軸型風車を示した斜視図である。 本発明に係る実施例２の垂直軸型風車において、図５に示した一のブレードを説明するための斜視図であり、（ａ）一以上のサブブレードを垂直方向に対してＹ１方向に移動してブレードの垂直方向の長さを短縮させた場合を示し、（ｂ）は一以上のサブブレードを垂直方向に対してＹ２方向に移動してブレードの垂直方向の長さを伸長させた場合を示した図である。 本発明に係る実施例２の垂直軸型風車を使用しないときの状態を示した斜視図である。 本発明に係る実施例２の垂直軸型風車を一部変形させた第１変形例の垂直軸型風車を示した斜視図である。 本発明に係る実施例２の垂直軸型風車を一部変形させた第２変形例の垂直軸型風車において、一のブレードを説明するための斜視図である。 従来例１の風力発電装置を示した斜視図である。 従来例２の可変翼を有する垂直軸形風水車において、（ａ）は一のブレードを説明するための正面図であり、（ｂ）は微風時における一のブレードを示したアーア断面図であり、（ｃ）は風速が増加した時における一のブレードを示したアーア断面図である。

以下に本発明に係る垂直軸型風車の一実施例について図１〜図９を参照して、実施例１，実施例２の順に詳細に説明する。

本発明に係る垂直軸型風車は、鉛直方向に垂設した垂直回転軸から放射状に延出させたブレード支持アームにブレードを円周方向に沿って略等角度間隔で複数取り付けた際に、風力の大きさに応じて複数のブレードの各受風面積を可変できるように構成されている。

また、本発明に係る垂直軸型風車は、複数のブレードそれぞれがメインブレードと、このメインブレード上に少なくとも一層以上積層されてスライド可能な一以上のサブブレードとから構成されており、不使用時に一以上のサブブレード側をメインブレード側に可搬可能に収納して小型化を図ることで、不特定な場所に適宜設置可能になっていると共に、垂直軸型風車の設置・撤収も容易に行なうことができるようになっている。

そして、本発明に係る垂直軸型風車を、例えば、災害時に自動車の屋根などに設置したとき各種の電子機器に電力を供給でき、また、号外カーに設置したときに車中の印刷機に電力を供給して号外を迅速印刷できるなど、緊急用途に対応可能になっている。

図１に示した如く、本発明に係る実施例１の垂直軸型風車１０は、鉛直方向に垂設され、且つ、軸受けＢ及び不図示の継ぎ手を介して発電機Ｇに回転自在に連結される垂直回転軸１１と、垂直回転軸１１から放射状に延出させたブレード支持アーム１２に取り付けられ、且つ、垂直回転軸１１のまわりを円周方向に沿って略等角度間隔で配設された複数のブレード１３とを備えて構成されている。

この際、垂直回転軸１１及びブレード支持アーム１２並びにブレード１３は、剛性を有し且つ軽量で耐食性を有するアルミ合金や合成樹脂材などを用いており、各部材１１〜１３を溶接又は溶着することにより実施例１の垂直軸型風車１０が可搬可能に組み立てられている。

また、上記した複数のブレード１３それぞれは、ブレード支持アーム１２に取り付けられたメインブレード１３Ａと、このメインブレード１３Ａ上に少なくとも一層以上スライド可能に積層されて円周方向に伸縮可能に設けられた一以上のサブブレード１３Ｂ１，１３Ｂ２とを有している。

そして、後述するように、メインブレード１３Ａ上で一以上のサブブレード１３Ｂ１，１３Ｂ２を円周方向に伸縮させることで、複数のブレード１３の各受風面積を風力の大きさに応じて可変可能になっている。

これを言い換えると、実施例１の垂直軸型風車１０において、複数のブレード１３の回転に占める面積（＝風車の回転径×ブレードの垂直方向の長さ）に対する複数のブレード１３の投影面積の比率を示すソリディティ（Ｓｏｌｉｄｉｔｙ）を風力の大きさに応じて可変できるようになっており、このソリディティの単位は％であり、ソリディティが大きいほど高トルク低速回転となる。

ここで、実施例１の垂直軸型風車１０について具体的に説明すると、垂直回転軸１１の外周面１１ａを円周方向に沿って複数に等分（例えば１２０゜間隔で３等分）して、等分した外周面１１ａの軸線方向に沿って各組ごとに少なくとも２ヶ所以上の部位（例えば上下２ヶ所の部位）からブレード支持アーム１２を垂直回転軸１１と交差する方向に放射状に複数組（例えば３組）延出して、複数組（例えば３組）のブレード支持アーム１２に複数枚（例えば３枚）のブレード１３を垂直回転軸１１と略平行に支持した上で、垂直回転軸１１の下端を軸受けＢ及び不図示の継ぎ手を介して発電機Ｇに回転自在に連結しているので、複数枚（例えば３枚）のブレード１３に風が当たったときに垂直回転軸１１と一体に複数枚（例えば３枚）のブレード１３が矢印で示した回転方向に回転するために、発電機Ｇから電力を取得できるようになっている。

更に、図２（ａ），（ｂ）を用いて複数のブレード１３のうちの一のブレードについて説明すると、一のブレード１３は、メインブレード１３Ａと、このメインブレード１３Ａ上を円周方向にスライド可能に積層された例えば２枚のサブブレード１３Ｂ１，１３Ｂ２とからなり、風力の大きさに応じてメインブレード１３Ａと２枚のサブブレード１３Ｂ１，１３Ｂ２とによる合計の受風面積を可変できるようになっている。

上記したメインブレード１３Ａは、円周方向に沿った一端側が流線形状に屈曲され、且つ、他端側が円周方向を流線形状に沿うように所定の曲率を持って板状に形成されており、且つ、流線形状に屈曲された一端側の外側部位と内側部位との間に補強部材１４が介装されていると共に、内側部位の上下に計２本のブレード支持アーム１２の一端側が固着され、計２本のブレード支持アーム１２の他端側は垂直回転軸１１（図１）に固着されている。

また、上記した２枚のサブブレード１３Ｂ１，１３Ｂ２は、メインブレード１３Ａの他端側と略相似な形状に形成されており、円周方向の長さがメインブレード１３Ａよりも短く形成され、且つ、円周方向と直交する垂直方向の長さがメインブレード１３Ａと略同じに形成されている。

そして、メインブレード１３Ａの他端側に、２枚のサブブレード１３Ｂ１，１３Ｂ２がスライド可能に積層されて円周方向に伸縮可能に設けられている。

この際、メインブレード１３Ａ上に接しているサブブレード１３Ｂ１は、上下に円周方向に沿って形成したスライド用長孔１３ｃと、このスライド用長孔１３ｃ内に挿入されてメインブレード１３Ａの上下に形成したネジ孔１３ｄ（図１のみ図示）に螺合するネジ１５とによってメインブレード１３Ａ上を円周方向に沿ってスライド可能になっている。

また、サブブレード１３Ｂ１上に接しているサブブレード１３Ｂ２は、サブブレード１３Ｂ１内のネジ１５を逃げるためのＵ字状逃げ孔１３ｅが上下のスライド用長孔１３ｃと対応して形成されていると共に、上下のＵ字状逃げ孔１３ｅ間に円周方向に沿って形成したスライド用長孔１３ｆと、このスライド用長孔１３ｆ内に挿入されてサブブレード１３Ｂ１に形成したネジ孔１３ｇ（図１のみ図示）に螺合するネジ１６とによって、サブブレード１３Ｂ１上を円周方向に沿ってスライド可能になっている。

そして、図２（ａ）に示したように、強風時には、一のブレード１３の受風面積が狭くなるように、メインブレード１３Ａ上で２枚のサブブレード１３Ｂ１，１３Ｂ２をメインブレード１３Ａの流線形状の一端側に近づく方向（矢印Ｘ１方向）に向けてそれぞれ所望の移動量だけ移動させて、移動後にサブブレード１３Ｂ１をネジ１５によりメインブレード１３Ａ上に固定し、且つ、サブブレード１３Ｂ２をネジ１６によりサブブレード１３Ｂ１上に固定することにより、一のブレード１３の円周方向の長さを短縮させている。

従って、強風時には、複数のブレード１３の各受風面積が狭くなるので、前記したソリディティの値が小さくなり、風の抵抗を減少させて複数のブレード１３と一体に垂直回転軸１１を効率良く高速に回転させることができると共に、強風時に生じる垂直軸型風車１０（図１）の破壊を防止できる。

一方、図２（ｂ）に示したように、微風時には、一のブレード１３の受風面積が広くなるように、メインブレード１３Ａ上で２枚のサブブレード１３Ｂ１，１３Ｂ２をメインブレード１３Ａの流線形状の一端側から遠ざかる方向（矢印Ｘ２方向）に向けてそれぞれ所望の移動量だけ移動させて、移動後にサブブレード１３Ｂ１をネジ１５によりメインブレード１３Ａ上に固定し、且つ、サブブレード１３Ｂ２をネジ１６によりサブブレード１３Ｂ１上に固定することにより、一のブレード１３の円周方向の長さを伸長させている。

従って、微風時には、複数のブレード１３の各受風面積が広くなるので、前記したソリディティの値が大きくなり、微風による風力でも実施例１の垂直軸型風車１０のエネルギー変換量を効率良く増大できる。

上記から実施例１の垂直軸型風車１０（図１）は、微風下から強風下に亘る風況に対応できる。

更に、図３に示した如く、実施例１の垂直軸型風車１０を使用しないときには、メインブレード１３Ａ側に２枚のサブブレード１３Ｂ１，１３Ｂ２が互いに重なり合って収納されるように矢印Ｘ１方向に向けて移動させることで、３枚のブレード１３は円周方向の長さが一番短くなり、小型化されるので可搬時の持ち運びが容易になる。

次に、実施例１の垂直軸型風車１０を一部変形させた変形例の垂直軸型風車１０’について、図４を用いて実施例１に対して異なる点についてのみ簡略に説明する。

図４に示した如く、変形例の垂直軸型風車１０’では、例えば３枚のブレード１３’を３組のブレード支持アーム１２を介して垂直回転軸１１に取り付けている点は実施例１と同じであるが、各ブレード１３’は各組のブレード支持アーム１２に取り付けられたメインブレード１３Ａと、このメインブレード１３Ａ上をスライド可能に積層されて円周方向に伸縮可能に設けられた一のサブブレード１３Ｂとを有している。

この際、垂直回転軸１１に各組のブレード支持アーム１２を固着する前に、垂直回転軸１１に回動体１７を円周方向に回動可能に嵌合させ、且つ、回動体１７の外周面から１２０°間隔で３本のサブブレード支持アーム１８を放射状に延出させた回動体１７を垂直回転軸１１上で各組の上下のブレード支持アーム１２の間に位置させている。

そして、回動体１７と３枚のサブブレード１３Ｂとを３本のサブブレード支持アーム１８でそれぞれ連結して、回動体１７を垂直回転軸１１を中心にして円周方向に回動させることで、メインブレード１３Ａ上で同一層に積層された３枚のサブブレード１３Ｂを回動体１７の円周方向への回動と一体に同じ移動量で同時に移動させることができる。更に、３枚のサブブレード１３Ｂを所望の量だけ移動させた後に、回動体１７をセットスクリュー１９により垂直回転軸１１に固定している。

尚、一のメインブレード１３Ａ上に積層するサブブレード１３Ｂが複数層ある場合には、サブブレード１３Ｂの積層数に応じて回動体１７を積層数だけ用意して、複数のメインブレード１３Ａ上にそれぞれ積層された一以上のサブブレード１３Ｂのうちで同一層のサブブレード１３Ｂと回動体１７とをサブブレード支持アーム１８により連結させれば、回動体１７の円周方向への回動と一体に同一層のサブブレード１３Ｂを円周方向に伸縮させることができる。

図５に示した如く、本発明に係る実施例２の垂直軸型風車２０も、実施例１と同様に、鉛直方向に垂設され、且つ、軸受けＢ及び不図示の継ぎ手を介して発電機Ｇに回転自在に連結される垂直回転軸２１と、垂直回転軸２１から放射状に延出させたブレード支持アーム２２に取り付けられ、且つ、垂直回転軸２１のまわりを円周方向に沿って略等角度間隔で配設された複数のブレード２３とを備えて構成されている。

この際、実施例２でも、垂直回転軸２１及びブレード支持アーム２２並びにブレード２３は、剛性を有し且つ軽量で耐食性を有するアルミ合金や合成樹脂材など用いており、各部材２１〜２３を溶接又は溶着することにより実施例２の垂直軸型風車２０が可搬可能に組み立てられている。

また、上記した複数のブレード２３それぞれは、ブレード支持アーム２２に取り付けられたメインブレード２３Ａと、実施例１とは異なってメインブレード２３Ａ上に少なくとも一層以上スライド可能に積層されて垂直回転軸２１と平行な垂直方向に伸縮可能に設けられた一以上のサブブレード２３Ｂ１，２３Ｂ２とを有している。

そして、後述するように、メインブレード２３Ａ上で一以上のサブブレード２３Ｂ１，２３Ｂ２を垂直方向に伸縮させることで、複数のブレード２３の各受風面積を風力の大きさに応じて可変可能になっている。

尚、実施例２の垂直軸型風車２０では、複数のブレード２３の各受風面積を変えるときに、各ブレード２３の円周方向の長さは一定で変化しないが、各ブレード２３の垂直方向の長さが変化するために、実施例１とは異なって、ソリディティ（Ｓｏｌｉｄｉｔｙ）はブレード２３の受風面積の変動に関係なく常に一定である。

ここで、実施例２の垂直軸型風車２０について具体的に説明すると、垂直回転軸２１の外周面２１ａを円周方向に沿って複数に等分（例えば１２０゜間隔で３等分）して、等分した外周面２１ａの軸線方向に沿って各組ごとに少なくとも２ヶ所以上の部位（例えば上下２ヶ所の部位）からブレード支持アーム２２を垂直回転軸２１と交差する方向に放射状に複数組（例えば３組）延出して、複数組（例えば３組）のブレード支持アーム２２に複数枚（例えば３枚）のブレード２３を垂直回転軸２１と略平行に支持した上で、垂直回転軸２１の下端を軸受けＢ及び不図示の継ぎ手を介して発電機Ｇに回転自在に連結しているので、複数枚（例えば３枚）のブレード２３に風が当たったときに垂直回転軸２１と一体に複数枚（例えば３枚）のブレード２３が矢印で示した回転方向に回転するために、発電機Ｇから電力を取得できるようになっている。

更に、図６（ａ），（ｂ）を用いて複数のブレード２３のうちの一のブレードについて説明すると、一のブレード２３は、メインブレード２３Ａと、このメインブレード２３Ａ上を垂直方向にスライド可能に積層された例えば２枚のサブブレード２３Ｂ１，２３Ｂ２とからなり、風力の大きさに応じてメインブレード２３Ａと２枚のサブブレード２３Ｂ１，２３Ｂ２とによる合計の受風面積を可変できるようになっている。

上記したメインブレード２３Ａは、円周方向に沿った一端側が流線形状に屈曲され、且つ、他端側が円周方向を流線形状に沿うように所定の曲率を持って板状に形成されており、且つ、流線形状に屈曲された一端側の外側部位と内側部位との間に補強部材２４が２枚のサブブレード２３Ｂ１，２３Ｂ２に影響しない長さで介装されていると共に、内側部位の上下に計２本のブレード支持アーム２２の一端側が固着され、計２本のブレード支持アーム２２の他端側は垂直回転軸２１（図５）に固着されている。

また、上記した２枚のサブブレード２３Ｂ１，２３Ｂ２は、メインブレード２３Ａと略相似な形状に形成されており、垂直方向の長さがメインブレード２３Ａよりも短く形成され、且つ、円周方向の長さがメインブレード２３Ａと略同じに形成されている。

そして、メインブレード２３Ａの下端側に、２枚のサブブレード２３Ｂ１，２３Ｂ２がスライド可能に積層されて垂直方向に伸縮可能に設けられている。

この際、メインブレード２３Ａ上に接しているサブブレード２３Ｂ１は、右方に垂直方向に沿って形成したスライド用長孔２３ｃと、このスライド用長孔２３ｃ内に挿入されてメインブレード２３Ａに形成したネジ孔２３ｄ（図５のみ図示）に螺合するネジ２５とによってメインブレード２３Ａ上を垂直方向に沿ってスライド可能になっている。

また、サブブレード２３Ｂ１上に接しているサブブレード２３Ｂ２は、サブブレード２３Ｂ１内のネジ２５を逃げるためのＵ字状逃げ孔２３ｅがスライド用長孔２３ｃに対応して形成されていると共に、Ｕ字状逃げ孔２３ｅの内側に垂直方向に沿って形成したスライド用長孔２３ｆと、このスライド用長孔２３ｆ内に挿入されてサブブレード２３Ｂ１に形成したネジ孔２３ｇ（図５のみ図示）に螺合するネジ２６とによって、サブブレード２３Ｂ１上を垂直方向に沿ってスライド可能になっている。

そして、図６（ａ）に示したように、強風時には、一のブレード２３の受風面積が狭くなるように、メインブレード２３Ａ上で２枚のサブブレード２３Ｂ１，２３Ｂ２をメインブレード２３Ａの上端側に近づく方向（矢印Ｙ１方向）に向けてそれぞれ所望の移動量だけ移動させて、移動後にサブブレード２３Ｂ１をネジ２５によりメインブレード２３Ａ上に固定し、且つ、サブブレード２３Ｂ２をネジ２６によりサブブレード２３Ｂ１上に固定することにより、一のブレード２３の垂直方向の長さを短縮させている。

従って、強風時には、複数のブレード２３の各受風面積が狭くなるので、風の抵抗を減少させて複数のブレード２３と一体に垂直回転軸２１を効率良く高速に回転させることができると共に、強風時に生じる垂直軸型風車２０（図５）の破壊を防止できる。

一方、図６（ｂ）に示したように、微風時には、一のブレード２３の受風面積が広くなるように、メインブレード２３Ａ上で２枚のサブブレード２３Ｂ１，２３Ｂ２をメインブレード２３Ａの上端側から遠ざかる方向（矢印Ｙ２方向）に向けてそれぞれ所望の移動量だけ移動させて、移動後にサブブレード２３Ｂ１をネジ２５によりメインブレード２３Ａ上に固定し、且つ、サブブレード２３Ｂ２をネジ２６によりサブブレード２３Ｂ１上に固定することにより、一のブレード２３の垂直方向の長さを伸長させている。

従って、微風時には、複数のブレード２３の各受風面積が広くなるので、微風による風力でも実施例２の垂直軸型風車２０のエネルギー変換量を効率良く増大できる。

上記から実施例２の垂直軸型風車２０（図５）も、実施例１と同様に、微風下から強風下に亘る風況に対応できる。

更に、図７に示した如く、実施例２の垂直軸型風車２０を使用しないときには、メインブレード２３Ａ側に２枚のサブブレード２３Ｂ１，２３Ｂ２が互いに重なり合って収納されるように矢印Ｙ１方向に向けて移動させることで、３枚のブレード２３は垂直方向の長さが一番短くなり、小型化されるので可搬時の持ち運びが容易になる。

次に、実施例２の垂直軸型風車２０を一部変形させた第１，第２変形例の垂直軸型風車２０’，２０’’について、図８，図９を用いて実施例２に対して異なる点についてのみ簡略に説明する。

まず、図８に示した如く、第１変形例の垂直軸型風車２０’では、例えば３枚のブレード２３’を３組のブレード支持アーム２２を介して垂直回転軸２１に取り付けている点は実施例２と同じであるが、各ブレード２３’は各組のブレード支持アーム２２に取り付けられたメインブレード２３Ａと、このメインブレード２３Ａ上をスライド可能に積層されて垂直方向に伸縮可能に設けられた一のサブブレード２３Ｂとを有している。

この際、垂直回転軸２１にキー溝付きスライド体２７をキー２８により回転を規制しながら垂直方向にスライド可能に嵌合させ、且つ、キー溝付きスライド体２７の外周面から１２０°間隔で３本のサブブレード支持アーム２９を放射状に延出させたキー溝付きスライド体２７を垂直回転軸２１上で各組の上下のブレード支持アーム２２よりも下方に位置させている。

そして、キー溝付きスライド体２７と３枚のサブブレード２３Ｂとを３本のサブブレード支持アーム２９でそれぞれ連結して、キー溝付きスライド体２７を垂直回転軸２１上で垂直方向にスライドさせることで、メインブレード２３Ａ上で同一層に積層された３枚のサブブレード２３Ｂをキー溝付きスライド体２７の垂直方向へのスライドと一体に同じ移動量で同時に移動させることができる。更に、３枚のサブブレード２３Ｂを所望の量だけ移動させた後に、キー溝付きスライド体２７をセットスクリュー３０により垂直回転軸２１に固定している。

尚、一のメインブレード２３Ａ上に積層するサブブレード２３Ｂが複数層ある場合には、サブブレード２３Ｂの積層数に応じてキー溝付きスライド体２７を積層数だけ用意して、複数のメインブレード２３Ａ上にそれぞれ積層された一以上のサブブレード２３Ｂのうちで同一層のサブブレード２３Ｂとキー溝付きスライド体２７とをサブブレード支持アーム２９により連結させれば、キー溝付きスライド体２７の垂直方向へのスライドと一体に同一層のサブブレード２３Ｂを垂直方向に伸縮させることができる。

次に、図９に示した第２変形例の垂直軸型風車２０’’では、全体構造の図示を省略するが，複数のブレードブレード２３’’のうちで一のブレードについて説明すると、一のブレード２３’’は、メインブレード２３Ｃと、このメインブレード２３Ｃ上で上下対称に垂直方向にスライド可能な一対のサブブレード２３Ｄ１，２３Ｄ２とを有している。

上記したメインブレード２３Ｃは、流線形状に形成した一端側に２本のブレード支持アーム２２が固着されていると共に、一端側と反対の他端側を板状に形成した中央部位にピニオンギア３０が回転自在に軸着されている。

また、メインブレード２３Ｃの上方部位に積層されるサブブレード２３Ｄ１には、ラック３１が垂直方向に沿って固着されており、このラック３１がピニオンギア３０に噛合していると共に、垂直方向に沿って形成したスライド用長孔２３ｈ内にネジ３２が挿入されている。

更に、メインブレード２３Ｃの下方部位に積層されるサブブレード２３Ｄ２にも、ラック３３が垂直方向に沿って固着されており、このラック３３がピニオンギア３０に噛合していると共に、垂直方向に沿って形成したスライド用長孔２３ｉ内にネジ３４が挿入されている。

従って、一対のラック３１，３３は、ピニオンギア３０を挟んで互い対向してピニオンギア３０に噛合していると共に、メインブレード２３Ｃ上で上下対称に垂直方向にスライドする一対のサブブレード２３Ｄ１，２３Ｄ２に固着されていることになる。

そして、手動によりピニオンギア３０を図示時計方向に回転させると、上下一対のサブブレード２３Ｄ１，２３Ｄ２が一対のラック３１，３３を介して互いに離間する方向に同じ移動量だけ同時に移動するので、一のブレード２３’’の垂直方向の長さを伸長することができる。

一方、上記とは逆に、手動によりピニオンギア３０を図示反時計方向に回転させると、上下一対のサブブレード２３Ｄ１，２３Ｄ２が一対のラック３１，３３を介して互いに接近する方向に同じ移動量だけ同時に移動するので、一のブレード２３’’の垂直方向の長さを短縮することができる。

尚、第２変形例の垂直軸型風車２０’’において、サブブレードの積層数を増やしたい場合には、ラックを固着したサブブレードに増加したサブブレードをネジで締結すれば良いものである。

１０…実施例１の垂直軸型風車、
１０’…実施例１を一部変形させた変形例の垂直軸型風車、
１１…垂直回転軸、１１ａ…外周面、１２…ブレード支持アーム、
１３，１３’…ブレード、
１３Ａ…メインブレード、１３Ｂ，１３Ｂ１，１３Ｂ２…サブブレード、
１４…補強部材、１５，１６…ネジ、
１７…回動体、１８…サブブレード支持アーム、１９…セットスクリュー、
２０…実施例２の垂直軸型風車、
２０’…実施例２を一部変形させた第１変形例の垂直軸型風車、
２０’’…実施例２を一部変形させた第２変形例の垂直軸型風車、
２１…垂直回転軸、２１ａ…外周面、２２…ブレード支持アーム、
２３，２３’，２３’’…ブレード、
２３Ａ，２３Ｃ…メインブレード、
２３Ｂ，２３Ｂ１，２３Ｂ２，２３Ｄ１，２３Ｄ２…サブブレード、
２４…補強部材、２５，２６…ネジ、
２７…キー溝付きスライド体、２８…キー、２９…サブブレード支持アーム、
３０…セットスクリュー、３０…ピニオンギア、３１…ラック、３２…ネジ、
３３…ラック、３４…ネジ、
Ｂ…軸受け、Ｇ…発電機。

Claims (5)

1. 鉛直方向に垂設され、且つ、発電機に回転自在に連結される垂直回転軸と、
   前記垂直回転軸から放射状に延出させたブレード支持アームに取り付けられ、且つ、前記垂直回転軸のまわりを円周方向に沿って略等角度間隔で配設された複数のブレードと、を備えた垂直軸型風車において、
   前記複数のブレードそれぞれは、前記ブレード支持アームに取り付けられたメインブレードと、このメインブレード上に少なくとも一層以上積層されて前記円周方向に伸縮可能に設けられた一以上のサブブレードと、を有することを特徴とする垂直軸型風車。
2. 前記垂直回転軸に回動体を前記円周方向に回動可能に嵌合させ、且つ、複数の前記メインブレード上にそれぞれ積層された前記一以上のサブブレードのうちで同一層のサブブレードと前記回動体とをサブブレード支持アームにより連結させて、前記回動体の前記円周方向への回動と一体に前記同一層のサブブレードを前記円周方向に伸縮させることを特徴とする請求項１記載の垂直軸型風車。
3. 鉛直方向に垂設され、且つ、発電機に回転自在に連結される垂直回転軸と、
   前記垂直回転軸から放射状に延出させたブレード支持アームに取り付けられ、且つ、前記垂直回転軸のまわりを円周方向に沿って略等角度間隔で配設された複数のブレードと、を備えた垂直軸型風車において、
   前記複数のブレードそれぞれは、前記ブレード支持アームに取り付けられたメインブレードと、このメインブレード上に少なくとも一層以上積層されて前記垂直回転軸と平行な垂直方向に伸縮可能に設けられた一以上のサブブレードと、を有することを特徴とする垂直軸型風車。
4. 前記垂直回転軸にスライド体を前記垂直方向にスライド可能に嵌合させ、且つ、複数の前記メインブレード上にそれぞれ積層された前記一以上のサブブレードのうちで同一層のサブブレードと前記スライド体とをサブブレード支持アームにより連結させて、前記スライド体の前記垂直方向へのスライドと一体に前記同一層のサブブレードを前記垂直方向に伸縮させることを特徴とする請求項３記載の垂直軸型風車。
5. 前記メインブレード上にピニオンギアを回転可能に設け、且つ、前記ピニオンギアを挟んでこのピニオンギアに噛合する一対のラックを前記メインブレード上で上下対称に前記垂直方向にスライドする一対のサブブレードに固着させたことを特徴とする請求項３記載の垂直軸型風車。

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