JP2014152729A - 垂直軸型流体発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受装の耐荷重性や耐久性を確保しつつ、ローター部の回転効率の低下を回避できる垂直軸型流体発電装置を提供する。
【解決手段】垂直軸型流体発電装置１は、複数のブレード１１がアーム１２を介して接続される回転軸２０と、回転軸２０を複数の軸受３５，３６を介して回転可能に支持する支持体４０と、を備え、回転軸２０の軸方向における軸受３５，３６からアーム１２までの第一最短距離Ｈ１は、ブレード１１の全長Ｌの３〜１５％に設定される。さらに、第一最短距離Ｈ１は、ブレード１１の全長Ｌの５〜１０％に設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、垂直軸型流体発電装置に関する。

現在、温室効果ガスの排出量の増加や化石燃料の枯渇などの問題から、自然エネルギーである風力を利用した風力発電装置が注目されている。
風力発電装置は、一般的な構造として、支柱の先端部に取り付けられた風車のローター部が回転することで生じる動力（回転力）によって発電機を駆動する。風力発電装置は、動力の発生に燃料を使用しないので、化石燃料の使用量を削減できる。つまり、二酸化炭素の排出量を低減することが可能である。さらに、風力発電装置の構造が比較的簡単なので、据付が容易であるという特徴を有する。

例えば、特許文献１に記載された垂直軸型風力発電装置では、複数のブレード（羽根）及びアーム（支持部材）からなるローター部に連結された回転軸が、地面に対して鉛直方向に延設される。回転軸は、複数のベアリング（軸受）を介して支持体（筒）に対して回転可能に支持される。

特開２００５−１２７２０９号公報

垂直軸型風力発電装置等の垂直軸型流体発電装置においては、作動流体の移動やブレード及び回転軸の自重等によって、回転軸には回転軸のラジアル方向やスラスト方向の外力が作用する。ところが、従来の垂直軸型風力発電装置においては、これらの荷重を軸受が十分に支持しきれずに、回転軸が円滑に回転できなくなる場合があった。
そこで、軸受の外径を大きくして十分な耐荷重性と耐久性を確保することが考えられる。しかし、回転軸や支持体の外径も大きくなってしまうため、受風面積に占める支持体の側面投影面積の割合が増加して、ローター部の回転効率や発電効率が低下するという問題があった。また、装置の重量化、高コスト化を招いてしまうという問題もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、軸受の耐荷重性や耐久性を確保しつつ、ローター部の回転効率の低下を回避し、装置の軽量化・低コスト化を図ることができる垂直軸型流体発電装置を提供することを目的とする。

本発明に係る垂直軸型流体発電装置の実施態様は、複数のブレードがアームを介して接続される回転軸と、前記回転軸を複数の軸受を介して回転可能に支持する支持体と、を備える垂直軸型流体発電装置であって、前記回転軸の軸方向における前記軸受から前記アームまでの最短距離は、前記ブレードの全長の３〜１５％に設定される。

本発明の垂直軸型流体発電装置は、軸受の耐荷重性や耐久性を確保しつつ、ローター部の回転効率の低下を回避できる。また、装置の軽量化・低コスト化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る垂直軸型風力発電装置（水平アーム形）を示す外観図である。 垂直軸型風力発電装置（水平アーム形）を示す側断面図である。 垂直軸型風力発電装置（傾斜アーム形）を示す側断面図である。 アンギュラ玉軸受の周辺の詳細構成図である。 ケーシングの外径とブレードの下端からアンギュラ玉軸受まで最短距離との関係を示す図である。 垂直軸型風力発電装置の総合効率とアンギュラ玉軸受の配置位置との関係を示す図である。 アンギュラ玉軸受の配置位置の検討結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１は、本発明の実施形態に係る垂直軸型風力発電装置１（水平アーム形）を示す外観図である。
図２は、垂直軸型風力発電装置１（水平アーム形）を示す側断面図である。
図３は、垂直軸型風力発電装置２（傾斜アーム形）を示す側断面図である。
垂直軸型風力発電装置１，２の立設方向（回転軸２０の中心軸Ｃに沿う方向）をＺ方向と呼ぶ。また、Ｚ方向のうち、ローター部１０側を＋Ｚ側、タワー６０側を−Ｚ側と呼ぶ。

図１、図２に示すように、水平アーム形の垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）１は、風Ｗを受けて回転する風車５、風車５で得た機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部７等を備える。

風車５は、風Ｗを受けるローター部１０と、ローター部１０に連結された回転軸２０、軸受３０を介して回転軸２０を中心軸Ｃ回りに回転可能に支持するケーシング４０等を備える。
風車５のうち、回転軸２０、軸受３０及びケーシング４０から構成される装置は、シャフトユニット（回転軸装置）６と呼ばれる。

発電部７は、回転軸２０が周方向（中心軸Ｃ回り）に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機５０などを備える。
これら風車５及び発電部７は、地面Ｆに立設されて鉛直方向に延びるタワー（支柱）６の上部に配設される。

ローター部１０は、例えばジャイロミル型ローターが用いられる。ローター部１０は、矩形板状又は帯板状に形成された複数枚のブレード１１を備える。
複数のブレード１１は、地面Ｆと鉛直方向に延びるように配置される。複数のブレード１１は、回転軸２０の中心軸Ｃ回りに、周方向均等に間隔をあけて、配設される。複数のブレード１１は、これらを支持する複数のアーム１２を介して回転軸２０に連結される。アーム１２は、ブレード１１及び回転軸２０に対して、それぞれほぼ垂直に接続される。
ブレード１１は、風Ｗを受けると揚力を発生する形状に形成される。この揚力によって、ローター部１０が回転軸２０の中心軸Ｃ回りに回転する。

ローター部１０は、風向きに対して依存性がない。すなわち、どの方向からの風Ｗに対しても、ローター部１０を回転軸２０の中心軸Ｃ回りに回転可能な形状に設定される。
風車５は、ローター部１０（回転軸２０）の回転を停止させるブレーキ部（不図示）も備える。

図２に示すように、ローター部１０が連結される回転軸２０は、中心軸Ｃが地面Ｆに対して垂直となるように、鉛直方向に延びて配設される。回転軸２０は、軸受３０を介してケーシング４０に対して回転可能に軸支される。

回転軸（軸体）２０の外周面には、矩形板状又は帯板状をなすアーム１２の一端が接続される。アーム１２は、回転軸２０の外周面から、径方向外方へ向けて複数突設される。
アーム１２は、回転軸２０の周方向均等に間隔をあけて配設される。
アーム１２の他端には、ブレード１１が連結される。１つのブレード１１に対して、一対のアーム１２がＺ方向において離間して平行に設けられる。

回転軸２０の中央部近傍と下端部近傍には、軸受３０が配置される。回転軸２０は、軸受３０を介してケーシング４０に対して回転可能に支持される。
軸受３０は、Ｚ方向において互いに離間する、ラジアル軸受３１とアンギュラ玉軸受３５，３６とを備える。
ラジアル軸受３１は、−Ｚ方向の端部に配設される。具体的には、ラジアル軸受３１の内輪３２が、回転軸２０の下端側に固設される。

アンギュラ玉軸受（軸受）３５，３６は、＋Ｚ方向の端部に配設される。具体的には、アンギュラ玉軸受３５，３６のそれぞれのボール転走溝２１が回転軸２０の中央部に並んで形成される。
アンギュラ玉軸受３５，３６は、外輪３７，３８のみを有し、内輪は回転軸２０に形成されている。つまり、回転軸２０には、アンギュラ玉軸受３５，３６が設けられる箇所の外周面に、複数のボール（転動体）３９が転走する２つのボール転走溝２１が形成される。
２つのボール転走溝２１は、それぞれ、回転軸２０の外周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、中心軸Ｃに向かって窪む凹曲線形に形成される。

ケーシング（支持体）４０は、＋Ｚ側の上側部分４１が−Ｚ側の下側部分４２よりも縮径された多段筒形に形成される。ケーシング４０は、下側部分４２がタワー６０の上端部に連結される。
ケーシング４０の上側部分４１の内周面には、上端側に、アンギュラ玉軸受３５，３６の外輪３７，３８が固設される。ケーシング４０の上側部分４１の内周面には、下端側に、ラジアル軸受３１の外輪３３が固設される。アンギュラ玉軸受３５，３６は、いわゆる背面組み合わせ（ＤＢ）である。
アンギュラ玉軸受３５，３６は、同一直径の複数のボール３９を有する。なお、アンギュラ玉軸受３５，３６のボール３９は、ラジアル軸受３１のボール３４とは、例えば異なる直径を有することができるが、これに限定されず、同一直径であってもよい。

ケーシング４０の下側部分４２の内部には、発電機５０や制御部（不図示）等が収容される。また、上述したブレーキ部（不図示）が収容される。

発電機５０は、ローター部１０（回転軸２０）の回転によって得られる回転力（機械エネルギー）を電気エネルギーに変換して電力を発電する。
発電機５０は、回転軸２０の下端に連結されて回転軸２０とともに回転するマグネットロータ５１と、マグネットロータ５１の外周側を取り囲むように配設されたコイルステータ５２と、を備える。

このような構成により、ローター部１０が風Ｗを受けて回転軸２０を中心軸Ｃ回りに回転させると、回転軸２０に連結されたマグネットロータ５１も中心軸Ｃ回りに回転する。つまり、マグネットロータ５１がローター部１０及び回転軸２０と同軸（中心軸Ｃ）上で回転する。
そして、マグネットロータ５１がコイルステータ５２に対して中心軸Ｃ回りに回転することにより、マグネットロータ５１とコイルステータ５２との間で電磁誘導が発生して、電力が発電される。

図３は、垂直軸型風力発電装置２（傾斜アーム形）を示す側断面図である。
傾斜アーム形の垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）２は、垂直軸型風力発電装置１とほぼ同一の構成を有する。垂直軸型風力発電装置は、ブレード１１と回転軸２０を連結するアーム１５の形状が、垂直軸型風力発電装置１のアーム１２とは異なっている。

アーム１５は、ブレード１１及び回転軸２０に対して、それぞれ傾斜して接続される。ブレード１１に対するアーム１５の取付位置は、ブレード１１に対するアーム１２の取付位置と同一である。一方、回転軸２０に対するアーム１５の取付位置は、回転軸２０に対するアーム１２の取付位置とは異なっている。回転軸２０に対するアーム１５の取付位置は一か所であり、ローター部１０のＺ方向のほぼ中心である。

垂直軸型風力発電装置２のその他の構成については、垂直軸型風力発電装置１と同一であるため、その説明を省略する。

次に、アンギュラ玉軸受３５，３６、ブレード１１、アーム１２，１５の位置関係等について説明する。
以下では、垂直軸型風力発電装置１，２の総合効率が２０％以上になるように設計する。総合効率とは、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する効率であって、ブレード１１（アーム１２）の翼効率、シャフトユニット６の機械効率、発電部７（発電機５０）の発電効率・制御効率を掛け合わせた値となる。

垂直軸型風力発電装置１，２の総合効率を２０％以上にするための前提として、ローター部１０（回転軸２０）に作用するラジアル方向やスラスト方向の外力がアンギュラ玉軸受３５，３６により確実に支持される必要がある。つまり、アンギュラ玉軸受３５，３６が十分な耐荷重性と耐久性を備えることが要求される。

また、垂直軸型風力発電装置１，２の総合効率を２０％以上にするために、ローター部１０の受風面積（ブレード１１の全長Ｌ×ローター部１０の直径Ｄ）に占めるケーシング４０の側面投影面積の割合を小さくすることが要求される。ケーシング４０の側面投影面積を小さくするためには、ケーシング４０の外径Ｅを小さくする、つまりアンギュラ玉軸受３５，３６の外径を小さくすることが必要となる。

ケーシング４０の側面投影面積とは、ケーシング４０の外径Ｅと、ケーシング４０を側面方向（Ｚ方向に直交する方向）から見たときにローター部１０と重なる領域のＺ方向長さと、を乗算した面積である。
ケーシング４０の外径Ｅは、上側部分４１の外径を意味するが、上側部分４１と下側部分４２の接続部分に設けられる補強リブ４３を含んだ外径の場合もある。ブレード１１の下端１１ｂは、上側部分４１と下側部分４２の接続部分とほぼ同一高さ（Ｚ方向の位置）に位置する場合があるからである。つまり、ケーシング４０を側面方向（Ｚ方向に直交する方向）から見たときにローター部１０と重なる領域の最大外径が外径Ｅとなる。

アンギュラ玉軸受３５，３６の外径を小さくしつつ、アンギュラ玉軸受３５，３６が十分な耐荷重性と耐久性を維持するためには、アンギュラ玉軸受３５，３６に作用する外力が小さくなればよい。つまり、アンギュラ玉軸受３５，３６を可能な限りローター部１０（アーム１２）に近接させることが重要となる。
このように、アンギュラ玉軸受３５，３６をローター部１０に近接させることにより、アンギュラ玉軸受３５，３６の外径を小さく設定することが可能になる。

図４は、アンギュラ玉軸受３５，３６の周辺の詳細構成図である。
Ｚ方向において、アンギュラ玉軸受３５，３６とローター部１０のアーム１２，１５との最短距離Ｈ１（第一最短距離）は、機構上の制約から、最低でもブレード１１の全長Ｌを基準にして３％（０．０３Ｌ）以上の距離が必要となる（図７の直線Ｔ１参照）。ブレード１１を回転軸２０に固定するためのアーム固定部材２５や、アンギュラ玉軸受３５，３６の位置を規定するベアリング押え４５等の部材が必要となるからである。

また、最短距離Ｈ１は、理論上、ブレード１１の全長Ｌを基準にして５０％（０．５Ｌ）以下となる（図７の直線Ｔ２参照）。
なお、アンギュラ玉軸受３５，３６の配置位置とは、アンギュラ玉軸受３５，３６の中心位置を意味する。

図５は、ケーシング４０の外径とブレード１１の下端１１ｂからアンギュラ玉軸受３５，３６まで最短距離Ｈ２との関係を示す図である。縦軸は、ローター部１０の外径Ｄに対するケーシング４０の外径Ｅの比率を示す。横軸は、ブレード１１の全長Ｌに対する、ブレード１１の下端１１ｂからアンギュラ玉軸受３５，３６までの最短距離Ｈ２の比率を示す。

Ｚ方向において、アンギュラ玉軸受３５，３６の位置がローター部１０（ブレード１１）の中心に近接する程、アンギュラ玉軸受３５，３６に作用する外力が小さくなる。言い換えれば、Ｚ方向において、ブレード１１の下端（端部）１１ｂからアンギュラ玉軸受３５，３６までの最短距離Ｈ２（第二最短距離）が短い程、アンギュラ玉軸受３５，３６の外径を大きくする必要がある。このため、ローター部１０の受風面積に占めるケーシング４０の側面投影面積の割合が大きくなって、垂直軸型風力発電装置１，２の総合効率を低下させる。

図５に示すように、垂直軸型風力発電装置１，２では、最短距離Ｈ２がブレード１１の全長Ｌを基準にして５％（０．１Ｌ）未満となると、ケーシング４０の外径Ｅがローター部１０の直径Ｄを基準にして２０％（０．２Ｄ）を超える。このため、垂直軸型風力発電装置１，２の総合効率を大幅に低下させる。
そこで、垂直軸型風力発電装置１，２の総合効率を低下させないために、ケーシング４０の外径Ｅがローター部１０の直径Ｄを基準にして２０％（０．２Ｄ）以下になるように設定する。したがって、最短距離Ｈ２は、ブレード１１の全長Ｌを基準にして５％（０．０５Ｌ）以上となる（図７の直線Ｔ３参照）。

図６は、垂直軸型風力発電装置１，２の総合効率とアンギュラ玉軸受３５，３６の配置位置との関係を示す図である。縦軸は、垂直軸型風力発電装置１，２の総合効率を示す。横軸は、ブレード１１の全長Ｌに対する、ブレード１１の下端１１ｂからアンギュラ玉軸受３５，３６までの最短距離Ｈ２の比率を示す。

垂直軸型風力発電装置１，２の総合効率は、アンギュラ玉軸受３５，３６の位置によって定まる回転軸２０の直径・重量、アンギュラ玉軸受３５，３６のサイズ（外径）、シャフトユニット６の機械効率、ブレード１１の翼効率等に基づいて算出した。
ローター部１０の直径が３ｍ、ブレード１１の全長が３ｍとして計算した。
アーム１２の断面形状は、ブレード１１と同様に、翼形状に設定した。翼形状には、例えばＮＡＣＡ００１２翼型が用いられる。
アーム１５の断面形状は、断面形状が矩形又は丸形に設定した。

水平アーム形の垂直軸型風力発電装置１の総合効率が２０％以上となるためには、ブレード１１の下端１１ｂからアンギュラ玉軸受３５，３６までの最短距離Ｈ２（第二最短距離）がブレード１１の全長Ｌを基準にして１０％（０．１Ｌ）以上になるように設定することが必要である（図７の直線Ｔ４参照）。

最短距離Ｈ２を大きくすると垂直軸型風力発電装置１の総合効率も上昇するが、機構上の制約（後述する最短距離Ｈ３の上限値に起因する制約）から、最短距離Ｈ２はブレード１１の全長Ｌを基準にして２４％（０．２４Ｌ）を超過できない（図７の直線Ｔ５参照）。

傾斜アーム形の垂直軸型風力発電装置２の総合効率が２０％以上となるためには、ブレード１１の下端１１ｂからアンギュラ玉軸受３５，３６までの最短距離Ｈ２（第二最短距離）がブレード１１の全長Ｌを基準にして３５％（０．３５Ｌ）以上になるように設定することが必要である。（図７の直線Ｓ４参照）。
最短距離Ｈ２を大きくすると垂直軸型風力発電装置２の総合効率も上昇するが、機構上の制約（最短距離Ｈ１の下限値に起因する制約）から、最短距離Ｈ２はブレード１１の全長Ｌを基準にして４７％（０．４７Ｌ）を超過できない（図７の直線Ｓ５参照）。

１枚のブレード１１は、２つのアーム１２，１５により二点支持される。ブレード１１には均等に荷重が付加される（均等分布荷重）。
ブレード１１に加わる曲げモーメントをできるだけ小さくして軽量化・低コスト化を図る必要があるので、必然的にブレード１１に対する２つのアーム１２，１５の取り付け位置が定まる。具体的には、ブレード１１の下端１１ｂからアーム１２，１５の取り付け位置までの最短距離Ｈ３は、ブレード１１の全長Ｌを基準にして１７〜２７％（０．１７〜０．２７Ｌ）の範囲内に設けられる必要がある。

そして、垂直軸型風力発電装置１では、アーム１２がブレード１１及び回転軸２０に対して垂直配置されるので、ブレード１１の下端１１ｂからアーム１２の取り付け位置までの最短距離Ｈ３の範囲が定まると、必然的にブレード１１の下端１１ｂからアンギュラ玉軸受３５，３６までの最短距離Ｈ２の範囲も定まる（図７の直線Ｔ６、Ｔ７参照）。

一方、垂直軸型風力発電装置２では、最短距離Ｈ３の範囲が定まったとしても、ブレード１１及び回転軸２０に対するアーム１５の傾斜角度を変更すればよいので、最短距離Ｈ２の範囲には影響がない。

図７は、アンギュラ玉軸受３５，３６の配置位置の検討結果を示すグラフである。
縦軸は、ブレード１１の全長Ｌに対する、アーム１２，１５からアンギュラ玉軸受３５，３６までの最短距離Ｈ１の比率を示す。横軸は、ブレード１１の全長Ｌに対する、ブレード１１の下端１１ｂからアンギュラ玉軸受３５，３６までの最短距離Ｈ２の比率を示す。

水平アーム形の垂直軸型風力発電装置１では、上述した検討結果をグラフ上に示すと、７本の直線Ｔ１〜Ｔ７が描かれる。
直線Ｔ１は、最短距離Ｈ１の最小値であって、３％Ｌ（０．０３Ｌ）である。
直線Ｔ２は、最短距離Ｈ１の理論上の上限値を示す。
直線Ｔ３は、ケーシング４０の外径Ｅを２０％Ｄ（０．２Ｄ）以下にするための、最短距離Ｈ２の最小値であって、５％Ｌ（０．０５Ｌ）である。
直線Ｔ４は、総合効率を２０％以上にするための、最短距離Ｈ２の最小値であって、１０％Ｌ（０．１Ｌ）である。
直線Ｔ５は、総合効率を２０％以上にするための、最短距離Ｈ２の最大値であって、２４％Ｌ（０．２４Ｌ）である。
直線Ｔ６は、ブレード１１の下端１１ｂからアーム１２の取り付け位置までの最短距離Ｈ３の下限値を示す。
直線Ｔ７：ブレード１１の下端１１ｂからアーム１２の取り付け位置までの最短距離Ｈ３の上限値を示す。

垂直軸型風力発電装置１では、直線Ｔ１〜Ｔ７に囲まれた領域Ａ１が、アンギュラ玉軸受３５，３６の最適な配置位置となる。より正確には、直線Ｔ１，Ｔ４，Ｔ６，Ｔ７に囲まれた領域Ａ１にアンギュラ玉軸受３５，３６の中心位置が存在することが、アンギュラ玉軸受３５，３６の最適な配置位置となる。
より好ましくは、直線Ｔ１，Ｔ４，Ｔ６，Ｔ７に囲まれた領域Ａ１の中心付近にアンギュラ玉軸受３５，３６を配置する。

このように、垂直軸型風力発電装置１では、最短距離Ｈ１が３％Ｌ〜１５％Ｌ、最短距離Ｈ２が１０％Ｌ〜２５％Ｌ、ケーシング４０の外径Ｅが２０％Ｄ（０．２Ｄ）以下となるように設計することが好ましい。
より好ましくは、垂直軸型風力発電装置１では、最短距離Ｈ１が５％Ｌ〜１０％Ｌ、最短距離Ｈ２が１３％Ｌ〜１８％Ｌ、ケーシング４０の外径Ｅが２０％Ｄ（０．２Ｄ）以下となるように設計することが好ましい。

一方、傾斜アーム形の垂直軸型風力発電装置２では、上述した検討結果をグラフ上に示すと、５本の直線Ｔ１〜Ｔ３，Ｓ４，Ｓ５が描かれる。
直線Ｔ１〜直線Ｔ３は、上述の通りである。
直線Ｓ４は、総合効率を２０％以上にするための、最短距離Ｈ２の最小値であって、３５％Ｌ（０．３５Ｌ）である。
直線Ｓ５は、総合効率を２０％以上にするための、最短距離Ｈ２の最大値であって、４７％Ｌ（０．４７Ｌ）である。

垂直軸型風力発電装置２では、直線Ｔ１〜Ｔ３，Ｓ４，Ｓ５に囲まれた領域Ａ２が、アンギュラ玉軸受３５，３６の最適な配置位置となる。より正確には、直線Ｔ１，Ｔ２，Ｓ４に囲まれた領域Ａ２にアンギュラ玉軸受３５，３６の中心位置が存在することが、アンギュラ玉軸受３５，３６の最適な配置位置となる。
より好ましくは、直線Ｔ１，Ｔ２，Ｓ４に囲まれた領域Ａ２の中心付近にアンギュラ玉軸受３５，３６を配置する。

このように、垂直軸型風力発電装置２では、最短距離Ｈ１が３％Ｌ〜１５％Ｌ、最短距離Ｈ２が３５％Ｌ〜４７％Ｌ、ケーシング４０の外径Ｅが２０％Ｄ（０．２Ｄ）以下となるように設計することが好ましい。
より好ましくは、垂直軸型風力発電装置１では、最短距離Ｈ１が５％Ｌ〜１０％Ｌ、最短距離Ｈ２が４０％Ｌ〜４５％Ｌ、ケーシング４０の外径Ｅが２０％Ｄ（０．２Ｄ）以下となるように設計することが好ましい。

垂直軸型風力発電装置１，２では、回転軸２０を支持するアンギュラ玉軸受３５，３６の配置位置を最適化した。これにより、垂直軸型風力発電装置１，２は、アンギュラ玉軸受３５，３６の耐荷重性や耐久性を十分に確保しつつ、ローター部１０の回転効率の低下を回避できる。すなわち、ケーシング４０の外径Ｅを小さくすることができる。また、垂直軸型風力発電装置１，２の軽量化・低コスト化を図ることができる。

上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、前述した実施形態では、垂直軸型流体発電装置として、作動流体に風Ｗを用いてローター部１０とを回転させる垂直軸型風力発電装置１，２について説明したが、これに限定されない。
作動流体に水を用いて水車（羽根車）を回転させる垂直軸型水力発電装置であってもよい。すなわち、ローター部１０を用水路の水中に沈めて、発電部７等を水上に設ける水力発電装置として利用しても、同様の効果が得られる。

アンギュラ玉軸受３５，３６同士は、背面合わせ以外の正面合わせや並列合わせであってもよい。

ラジアル軸受３１，アンギュラ玉軸受３５，３６の転動体にボール３４，３９を用いることとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、転動体としてローラ等を用いてもよい。

ローター部１０としては、ジャイロミル型に限定されない。すなわち、それ以外のダリウス型、直線翼型、サボニウス型、パドル型、クロスフロー型、Ｓ型ローター型等であってもよい。

１，２…垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）、 １０…ローター部、 １１…ブレード、 １１ｂ…下端（端部）、 １２，１５…アーム、 ２０…回転軸、 ３５，３６…アンギュラ玉軸受（軸受）、 ４０…ケーシング（支持体）、 Ｌ…全長、 Ｄ…直径、 Ｅ…外径、 Ｈ１…最短距離（第一最短距離）、 Ｈ２…最短距離（第二最短距離）

Claims (4)

1. 複数のブレードがアームを介して接続される回転軸と、
   前記回転軸を複数の軸受を介して回転可能に支持する支持体と、
   を備える垂直軸型流体発電装置であって、
   前記回転軸の軸方向における前記軸受から前記アームまでの第一最短距離は、前記ブレードの全長の３〜１５％に設定されることを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
2. 前記アームが水平アームの場合は、前記軸方向における前記ブレードの端部から前記軸受までの第二最短距離は、前記ブレードの全長の１０〜２５％に設定されることを特徴とする請求項１に記載の垂直軸型流体発電装置。
3. 前記アームが傾斜アームの場合は、前記軸方向における前記ブレードの端部から前記軸受までの第二最短距離は、前記ブレードの全長の３５〜４７％に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の垂直軸型流体発電装置。
4. 前記支持体の外径は、前記ブレードにより形成されるローター部の直径の２０％以下に設定されることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の垂直軸型流体発電装置。

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