JP2019210912A - 垂直軸風車および風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】翼とその支持体との結合部の強度を適正に確保しながら、風車回転時の空気抵抗が少なく、かつ製造コストを低く抑えることができる垂直軸風車、および優れた発電性能が得られる風力発電装置を提供する。【解決手段】垂直軸風車４は、立ち姿勢で回転自在に設置された主軸５と、上下方向に延びる翼９と、一端が主軸５に結合され他端が翼９に結合された支持体８とを備える。支持体８の他端と翼９との結合部１０は、第１の結合用板材１１と第２の結合用板材１２と結合手段１３とを有する。第１の結合用板材１１は、支持体８の他端に固定され翼９の表面を構成する外皮の表面に当接する。第２の結合用板材１２は、外皮を挟んで第１の結合用板材１１と対向して配置され外皮の裏面に当接する。結合手段１３は、第１の結合用板材１１および第２の結合用板材１２を互いに結合する。【選択図】図３

Description

この発明は、小型風力発電装置等の風力発電装置に用いられる垂直軸風車、特に発電効率を向上させる技術、およびその垂直軸風車を用いた風力発電装置に関する。

風力発電装置は、風のエネルギーを回転エネルギーに変換する風車、回転エネルギーを電気エネルギーに変える発電機、および発電機を制御する制御装置により主に構成され、必要に応じて、風車の回転速度を増速して発電機に伝達する増速機が設けられる。

前記風車は、翼、および翼と主軸を連結する支持材で構成されている。翼と支持材を結合する方法として、翼と支持材を一体成形する方法（特許文献１）や、翼の外側面に面圧分散板材を設けて、この面圧分散板材に支持材を締結する方法（特許文献２）が提案されている。

これら特許文献１，２の結合方法には後述する課題があることから、その課題を解決するために、図１５〜図１７に示す結合方法が実施されている。図１５に示すように、この結合方法が適用された垂直軸風車４は、翼９と主軸５を連結する支持材８として１本の主アーム８ａと２本のサブアーム８ｂとを有し、各アーム８ａ，８ｂの先端に設けられた接続プレート２０が、翼９から突き出した結合用プレート２１にボルト等で結合されている。

図１６に示すように、翼９は外周が外皮１４に囲まれた中空状であって、前記結合用プレート２１が補強用のリブを兼ねている。すなわち、結合用プレート２１は、図１７に示すように、翼９の中空部に配置されるリブ部２１ａと、このリブ部２１ａと一体で翼９から突き出た結合部２１ｂとからなる。結合部２１ｂには、複数のボルト孔２１ｃが設けられている。

図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、結合用プレート２１の結合部２１ｂを、前記接続プレート２０と補助プレート２２とで挟み、前記ボルト孔２１ｃに挿通したボルト２３と、そのねじ部に螺着させたナット２４とで、接続プレート２０および補助プレート２２を互いに締結することで、翼９に支持材８である各アーム８ａ，８ｂが結合される。

特許第３３３０１４１号公報 特許第４６４７５７３号公報

特許文献１のように、翼と支持材が一体成形されている場合、翼および支持材の製造や塗装を行う際の取り扱いが難しい。また、嵩の大きな完成品の状態で輸送する必要があるため、輸送コストが高くなる。
特許文献２にように、翼の外側面に突起物（面圧分散板材）が設けられている場合、風車が回転するときに突起物が空気抵抗となるため、風車の回転が阻害されて発電効率を低下させる可能性がある、

図１５〜図１７に示す翼と支持材の結合方法の場合、結合用プレート２１の結合部２１ｂが、風車回転時における翼の移動方向に対して垂直である。このため、結合部２１ｂが空気抵抗となって垂直軸風車４の回転を阻害する。
垂直軸風車４の耐風速性能を向上させるためには、結合用プレート２１を大きくしたり、板厚を厚くしたりする必要である。また、結合用プレート２１が繊維強化プラスチック材である場合は、入れる繊維の量を増加する必要がある。これらの対策を行うと、結果として翼の重量が増加すると共に、製造コストが高くなる。

この発明の目的は、翼とその支持体との結合部の強度を適正に確保しながら、風車回転時の空気抵抗が少なく、かつ製造コストを低く抑えることができる垂直軸風車、および優れた発電性能が得られる風力発電装置を提供することである。

この発明の垂直軸風車は、立ち姿勢で回転自在に設置された主軸と、上下方向に延びる翼と、一端が前記主軸に結合され他端が前記翼に結合された支持体とを備える垂直軸風車であって、
前記支持体の前記他端と前記翼との結合部は、前記支持体の前記他端に固定され前記翼の表面を構成する外皮の表面に当接する第１の結合用板材と、前記外皮を挟んで前記第１の結合用板材と対向して配置され前記外皮の裏面に当接する第２の結合用板材と、これら第１の結合用板材および第２の結合用板材を互いに結合する結合手段とを有することを特徴とする。

この構成によると、支持体の他端と翼との結合部のうち翼の外部に配置されるのは、第１の結合用板材と結合手段の一部のみである。第１の結合用板材は翼の外皮の表面に沿う板材であり、かつ結合手段の一部は小さな部位であるため、これらが風車回転時の大きな空気抵抗とならない。そのため、風車の回転が阻害されず、発電効率の向上が期待できる。
支持体の他端に固定された第１の結合用板材を翼に直接結合するので、結合用プレートを使用する従来の構成と比べて、結合部の構成が簡易になり、部品点数を削減できる。そのため、軽量化、製造コストの低減が期待できる。また、第１の結合用板材を翼に直接結合することで、この結合部の強度向上が期待できる。

この発明において、前記結合手段はボルトとナットからなっていてもよい。
この場合、設置時やメンテナンス時における、翼と支持体の組立および分離が容易である。

この発明において、前記支持体は、一端が前記主軸に直接または間接的に結合され他端が前記翼の上下端近くにそれぞれ結合された上下２本のアームを有し、これら２本アームの断面形状が、風車回転時における前記翼の進行方向の最大寸法よりも直交する方向の最大寸法の方が小さい扁平な形状であってもよい。
アームの断面形状が上記扁平な形状であると、アームの剛性を確保しつつ空気抵抗を低減させることができる。

前記支持体は、一端が前記主軸に結合され他端が前記翼の上下中央部に結合された１本の主アームと、一端が前記主アームの前記一端近くに結合され他端が前記翼の上下端近くにそれぞれ結合された、前記アームからなる上下２本のサブアームとを有していてもよい。このように主アームを有すると、翼の支持剛性が高まる。

この発明において、前記第１の結合用板材における前記外皮の表面と当接しない側の面の縁部が面取り形状とされていてもよい。
この場合、支持体の他端と翼との結合部の空気抵抗を低減させることができる。

この発明の風力発電装置は、この発明の上記いずれかの構成の垂直軸風車と、この垂直軸風車の前記主軸の回転によって発電する発電機とを備える。
この風力発電装置は、空気抵抗が少ない前記垂直軸風車を備えるため、優れた発電性能得ることができる。

この発明の垂直軸風車は、立ち姿勢で回転自在に設置された主軸と、上下方向に延びる翼と、一端が前記主軸に結合され他端が前記翼に結合されたアームとを備え、前記アームの前記他端と前記翼との結合部は、前記アームの前記他端に固定され前記翼の表面を構成する外皮の表面に当接する第１の結合用板材と、前記外皮を挟んで前記第１の結合用板材と対向して配置され前記外皮の裏面に当接する第２の結合用板材と、これら第１の結合用板材および第２の結合用板材を互いに結合する結合手段とを有するため、翼とその支持体との結合部の強度を適正に確保しながら、風車回転時の空気抵抗が少なく、かつ製造コストを低く抑えることができる。

この発明の風力発電装置は、前記垂直軸風車を備えるため、風車回転時の空気抵抗が少なくて、優れた発電性能が得られる。

この発明の一実施形態に係る垂直軸風車を備えた風力発電装置の正面図である。 同垂直軸風車の平面図である。 同垂直軸風車の分解斜視図である。 （Ａ）は同垂直軸風車の翼と主アームの結合部を示す一部破断正面図、（Ｂ）は同結合部の側面図、（Ｃ）は図４（Ａ）のIVＣ−IVＣ断面図である。 （Ａ）は同翼とサブアームの結合部を示す一部破断正面図、（Ｂ）は同結合部の側面図、（Ｃ）は図５（Ａ）のＶＣ−ＶＣ断面図である。 この発明の他の実施形態に係る垂直軸風車を備えた風力発電装置の正面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれアームの断面形状を示す。 この発明のさらに他の実施形態に係る垂直軸風車の斜視図である。 同垂直軸風車の平面図に、アームの断面形状を示す図を追加した図である。 図９のＸ矢視図である。 同垂直軸風車のアームの断面図である。 他のアームの断面図である。 さらに他のアームの断面図である。 さらに他のアームの断面図である。 従来の同垂直軸風車の分解斜視図である。 （Ａ）は同垂直軸風車の翼とサブアームの結合部を示す一部破断正面図、（Ｂ）は同結合部の側面図である。 同垂直軸風車の結合用プレートの斜視図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１はこの発明の一実施形態に係る垂直軸風車を備えた風力発電装置の正面図、図２はその平面図である。図１において、地面に築かれた基礎１に鉄塔２が構築され、この鉄塔２の上に風力発電装置３が設置されている。風力発電装置３は、垂直軸風車４と、この垂直軸風車４の主軸５の回転で発電する発電機６と、その他に配電用、制御用等の機器とを備える。主軸５は上下方向に沿って延びる軸であって、軸受（図示せず）によって回転自在に支持され、下部が発電機６に連結されている。主軸５、発電機６、および図示しない他の機器、例えば増速機、制動装置等は、カバー７によって覆われている。

垂直軸風車４は、前記主軸５に支持体８を介して、複数の翼９が取り付けられている。図の例では、翼９の数が２つであり、それぞれの翼９は主軸５を中心として１８０°位相の異なる位置に設けられている。翼９の数は３つ以上であってもよい。

翼９は、上下方向に沿って延びる主翼部９ａと、この主翼部９ａから旋回中心側へ折れ曲がって延びるウィングレット９ｂとでなる。翼９の断面形状は、揚力を発生する形状であり、図２に示すように、翼旋回中心に対する外方となる外側面が膨らみ、その最膨部分が翼幅方向の片側に偏った形状とされている。翼９の外側面は、突起部の無い滑らかな形状である。ウィングレット９ｂは、翼端渦の発生を抑制する部位であり、必ずしも設けられていなくてもよい。翼９は、例えば繊維強化プラスチック材等からなる中空形状である。

図３は垂直軸風車４の分解斜視図である。前記支持体８は、各翼９につきそれぞれ１本の主アーム８ａと、上下２本のサブアーム８ｂとを有する。主アーム８ａは、水平姿勢であって、一端が主軸５に結合され他端が翼９の上下中央部に結合されている。上下の各サブアーム８ｂは、一端が主アーム８ａの一端近くに結合され他端が翼９の上下端近くにそれぞれ結合されている。つまり、上下のサブアーム８ｂは、主アーム８ａの一端からそれぞれ上下に放射状に広がる斜め姿勢である。なお、以下の説明で、主アーム８ａおよびサブアーム８ｂを単に「アーム８ａ，８ｂ」と呼称する場合がある。

この実施形態の場合、各支持体８の主アーム８ａは、それぞれの一端同士が互いに繋がっていて、両主アーム８ａで１本の棒状体Ｓとされている。そして、両主アーム８ａの一端である棒状体Ｓの中央部が、主軸５の上端に結合部材（図示せず）を介して結合されている。各支持体８の主アーム８ａの一端が、それぞれ個別に主軸５に結合されていてもよい。

主アーム８ａは、図４（Ｃ）に示すように、断面形状が円形の筒状体である。主アーム８ａは、例えば円形鋼管で構成される。
サブアーム８ｂは、図５（Ｃ）に示すように、断面形状が楕円形等の扁平形状の筒状体であり、翼９の回転方向Ｋの最大寸法ａよりも回転方向Ｋと直交する方向の最大寸法ｂの方が小さくなるように配置される。サブアーム８ｂは、例えば楕円鋼管等の異形鋼管で構成される。
主アーム８ａおよびサブアーム８ｂの断面形状は、後で説明するように円形や楕円形以外であってもよい。

図４（Ａ），（Ｂ）に翼９と主アーム８ａの結合部１０が、図５（Ａ），（Ｂ）に翼９とサブアーム８ｂの結合部１０がそれぞれ示されている。いずれの結合部１０も、アーム８ａ，８ｂの他端に固定され翼９の外皮１４の表面に当接する第１の結合用板材１１と、前記外皮１４を挟んで第１の結合用板材１１と対向して配置され外皮１４の裏面に当接する第２の結合用板材１２と、これら第１の結合用板材１１および第２の結合用板材１２を互いに結合する結合手段１３とを有する。

前記第１の結合用板材１１および第２の結合用板材１２は、例えば互いに同形の長方形の板材で、翼９の回転方向Ｋの前側の位置にアーム８ａ，８ｂの他端が固定されている。そして、第１の結合用板材１１および第２の結合用板材１２の四隅付近同士が結合手段１３により締結される。第１の結合用板材１１は、外皮１４の表面と当接しない側の面の縁部１１ａが面取り形状とされている。図４、図５の例では、平面状に切り欠いた面取り形状とされているが、断面円弧状に切り欠いた面取り形状としてもよい。
なお、第１の結合用板材１１および第２の結合用板材１２の形状は、長方形に限定されることなく、正方形や円形であってもよい。また、第１の結合用板材１１および第２の結合用板材１２に対するアーム８ａ，８ｂの他端の固定位置も特に限定されない。

前記結合手段１３は、ボルト１３ａとナット１３ｂからなる。第１の結合用板材１１、外皮１４、および第２の結合用板材１２には、それぞれボルト孔（図示せず）が設けられている。この実施形態の場合、第１の結合用板材１１の側から各ボルト孔にボルト１３ａを挿入し、第２の結合用板材１２よりも突出したボルト１３ａのねじ部にナット１３ｂを螺着する。予め、第２の結合用板材１２を外皮１４の裏面に固定し、かつナット１３ｂを第２の結合用板材１２に固定しておくと、翼９の外部からボルト１３ａの締め込み操作をするだけで、翼９とアーム８ａ，８ｂとを結合することができる。

この風力発電装置は、翼９が任意方向の風を受けることで、垂直軸風車４が回転する。回転方向は翼９の断面形状によって定まり、この実施形態の場合、図２に矢印で示す回転方向Ｋに回転する。垂直軸風車４の回転が主軸５を介して発電機６に伝達され、発電機６が発電する。

風力発電装置の発電効率は、垂直軸風車４の回転時における空気抵抗が大きく関係する。この垂直軸風車４は、空気抵抗を低減させる様々な工夫がなされている。

まず、支持体８であるアーム８ａ，８ｂと翼９との結合部１０を、第１の結合用板材１１、第２の結合用板材１２、および結合手段１３で構成したことである。結合部１０のうち翼９の外部に配置されるのは、第１の結合用板材１１、および結合手段１３の一部であるボルト１３ａの頭部である。第１の結合用板材１１は翼９の外皮１４の表面に沿う肉厚の薄い板材であり、かつボルト１３ａの頭部は小さな部位であるため、これらが風車回転時の大きな空気抵抗とならない。加えて、第１の結合用板材１１における外皮１４の表面と当接しない側の面の縁部１１ａが面取り形状とされているため、結合部１０の空気抵抗をより一層低減させることができる。

次に、サブアーム８ｂの断面形状を、翼９の回転方向Ｋの最大寸法ａよりも回転方向Ｋと直交する方向の最大寸法ｂの方が小さい扁平な形状としたことである。この扁平な形状であると、サブアーム８ｂの剛性を確保しつつ空気抵抗を低減させることができる。この実施形態では、主アーム８ａの断面形状は、強度確保のため円形形状とされているが、場合によっては、主アーム８ａの断面形状もサブアーム８ｂと同様な扁平な形状としてもよい。

上記のように、翼９とアーム８ａ，８ｂの結合部１０、およびサブアーム８ｂの断面形状について、垂直軸風車４の回転時における空気抵抗を低減させる工夫がなされているため、垂直軸風車４の回転が阻害されず、発電効率の向上が期待できる。

アーム８ａ，８ｂの他端に固定された第１の結合用板材１１を翼９に直接結合するので、結合用プレートを使用する従来の構成と比べて、結合部１０の構成が簡易になり、部品点数を削減できる。そのため、軽量化、製造コストの低減が期待できる。また、第１の結合用板材１１を翼９に直接結合することで、この結合部１０の強度向上が期待できる。

さらに、結合手段１３がボルト１３ａとナット１３ｂからなっているため、垂直軸風車４の設置時やメンテナンス時における、翼９と支持体８の組立および分離が容易である。翼９と支持体８を分離した状態で設置現場まで運搬することができるため、運搬も容易である。

［他の実施形態］
図６はこの発明の他の実施形態に係る垂直軸風車を備えた風力発電装置を示す。この風力発電装置の垂直軸風車４は、支持体８の構成が前記実施形態と異なっている。すなわち、この支持体８は、前記実施形態における主アーム８ａ（図１参照）が無い構成である。

具体的には、主軸５に固定された水平部材８ｃを有し、この水平部材８ｃに、前記実施形態におけるサブアーム８ｂに相当する上下２本のアーム８ｄの一端が結合されている。これら上下２本のアーム８ｄの他端は、翼９の上下端近くにそれぞれ結合されている。アーム８ｄの断面形状は、前記サブアーム８ｂと同様に、翼９の回転方向Ｋの最大寸法ａよりも回転方向Ｋと直交する方向の最大寸法ｂの方が小さい扁平形状である（図５（Ｃ）参照）。

このように、支持体８のアームが、断面形状が扁平なアーム８ｄのみで構成されていると、主アーム８ａがある場合と比べて、さらに空気抵抗を低減させることができる。
なお、水平部材８ｃを設けずに、アーム８ｄの一端を直接主軸５に結合してもよい。

［アームの断面形状について］
アーム８ａ，８ｂ，８ｄの断面形状は特に限定されるものではなく、例えば図７（Ａ）〜（Ｅ）に示す形状のいずれかを採用することができる。各形状のそれぞれにメリットおよびデメリットがある。

図７（Ａ）に示す丸形は、丸パイプ等の既製品を使用することで安価に製作できるというメリットがあるが、アームの進行方向Ａにおける投影面積が大きいため、風車回転時の空気抵抗が大きくて発電性能が低下するというデメリットがある。

図７（Ｂ）に示す魚形は、投影面積が小さく、かつ風車回転時にアームの周囲を空気がスムーズに流れるため、空気抵抗が小さく発電性能が高いというメリットがあるが、加工工数が多く製造コストが高いというデメリットがある。

図７（Ｃ）に示す楕円形は、投影面積が小さいため、風車回転時の空気抵抗が小さくて発電性能が高いというメリットがあるが、丸形と比べて製造コストが高くなるといデメリットがある。ただし、既成の楕円パイプを利用することができれば、製造コストを抑制できる。

図７（Ｄ）に示す疑似楕円形は、図６（Ｃ）の楕円形と同様に、投影面積が小さいため、風車回転時の空気抵抗が小さくて発電性能が高いというメリットがある。しかし、図７（Ｃ）の楕円形と比べると、角張った形状であるために空気抵抗が大きく、発電性能が若干低くなる。

図７（Ｅ）に示す長方形は、角パイプ等の既製品を使用することで安価に製作できるというメリットがあるが、アームの回転方向Ｋに正対する面が存在するため、空気抵抗が大きくて発電性能が低下するというデメリットがある。

上記各実施形態では、垂直軸風車４が揚力型である例を示したが、垂直軸風車４が抗力型である場合もこの発明の構成を適用することができる。

［起動性を向上させるアームの断面形状］
揚力型の垂直軸風車は、抗力型の垂直軸風車と比べて、高い周速比で大きな回転力が得られる反面、起動性が良くないという課題がある。つまり、風向に対する翼の回転位置が悪いと、十分な風速の風があっても回り出さない。しかし、アームの断面形状を、例えば図１１〜図１４のいずれかの形状とすることで、揚力型の垂直軸風車の起動性を向上させることが可能である。アームの断面形状の詳細については、後で説明する。

図８は、図１１に示す断面形状のアームを備えた垂直軸風車を示す。この垂直軸風車４は、主軸５に支持体８を介して、複数（例えば３つ）の翼９が取り付けられている。支持体８は、主軸５の上下端からそれぞれ水平に外周側へ延びる上下一対のアーム８ｅからなり、これら上下一対のアーム８ｅの外周端に、各翼９の上下端が取り付けられている。主軸５は、その下端部が回転支持台２４に設置され、軸受（図示せず）により回転自在に支持されている。

図９に示すように、各翼９は、円周方向に等間隔で配置されている。この実施形態の場合、翼９の数は３つであるため、各翼９が互いに１２０°の位相を成す位置に配置されている。翼９は、上下方向に長く、その断面形状は風を受けて揚力は発生する形状である。各翼９の揚力により、図９に矢印で示す回転方向Ｋに垂直軸風車４が回転する。つまり、この垂直軸風車４は、各翼９で発生した揚力によって回転する揚力型である。

図９には、各支持体３のアーム８ｅの断面形状を示す図が追加されている。アーム８ｅの断面形状は上下共に同じであり、かつ各支持体３で同じである。また、図１０に示すように、アーム８ｅの形状は、主軸５側の一端から翼９側の他端にわたって同じである。

図１１に示すように、アーム８ｅの外郭面Ｆの形状は、回転方向Ｋの前端部Ｆａは前方に突出する凸曲面であり、この前端部Ｆａから後端にかけての上面部Ｆｂおよび下面部Ｆｃは前端部Ｆａに滑らかに続いて後方に延びる曲面である。上面部Ｆｂおよび下面部Ｆｃの後端間は、後方を向く面Ｆｄとなっている。

図１１の例では、前端部Ｆａ、上面部Ｆｂ、および下面部Ｆｃで楕円形の一部を成す。すなわち、楕円形の長径方向の一端部が除去された形状である。除去されているのは、回転方向の後端部となる側である。また、図１１の例では、後方を向く面Ｆｄは平面である。

アーム８ｅの外郭面Ｆが上記形状であると、外郭面Ｆにおける前端部Ｆａ、上面部Ｆｂ、および下面部Ｆｃに沿って空気が円滑に流れ、流れの周りに渦や乱流を生じ難い。このため、アーム８ｅの外郭面Ｆが断面円形である場合と比べて、垂直軸風車４の回転時におけるアーム８ｅの空気抵抗が小さく、垂直軸風車４の回転に与える影響が少ない。

垂直軸風車４が停止している状態でこの垂直軸風車４を回転させるのに十分な風が吹いた場合に、風向に対する翼９の回転位置が悪いと、翼９が風から受ける力だけでは垂直軸風車４を起動させることができない。この場合でも、いずれかのアーム８ｅにおける平面からなる後方を向く面Ｆｄが風から抗力を受けて、垂直軸風車４に対して回転方向への推進力を与える。

特に、この実施形態のように、翼９およびアーム８ｅが周方向に等配で３つ設けられていると、垂直軸風車４がどの回転位置にある場合でも、少なくとも１つのアーム８ｅの後方を向く面Ｆｄが、確実に風から抗力を受ける。図９の状態の場合、Ａ，Ｂ，Ｃの各回転位置にある３対のアーム８ｅのうち、Ｃの回転位置にあるアーム８ｅの後方を向く面Ｆｄが風から抗力を受ける。このアーム８ｅが風から受ける抗力による回転方向への推進力により、風向に対する翼９の回転位置が悪い場合でも、垂直軸風車４が自然風のみで起動することが可能である。

図１１の例では、アーム８ｅの外郭面Ｆにおける後方を向く面Ｆｄを除く部分の形状が、楕円形における回転方向Ｋの後端部となる一部を除去した形状であるが、同部分の形状を、流線形の後端部を除去した形状としてもよい（図示せず）。その場合、外郭面Ｆに沿う空気の流れがより円滑になる。また、外郭面Ｆに沿う空気が円滑に流れる形状であれば、楕円形や流線形以外の形状であってもよい。

また、図１１の例では、後方を向く面Ｆｄが平面であるが、図１２のように、後方を向く面Ｆｄを凹曲面としてもよい。その場合、後方を向く面Ｆｄに当たった空気が凹曲面の内側に一時的に滞留することで、支持体３に対してより確実に抗力を与えることができる。

さらに、図１３、図１４のように、後方を向く面Ｆｄの両側に、この後方を向く面Ｆｄよりも後方に延びて、上面部Ｆｂおよび下面部Ｆｃの後端からそれぞれ滑らかに続く面Ｆｅ，Ｆｆを有するヒレ２５，２６が設けられていてもよい。図１３に示すアーム８ｅは、図１１に示すアーム８ｅにヒレ２５，２６を設けたものである。図１４に示すアーム８ｅは、図１２に示すアーム８ｅにヒレ２５，２６を設けたものである。

上記ヒレ２５，２６を設けることで、上面部Ｆｂおよび下面部Ｆｃに沿って流れる空気がより一層円滑に後方に導かれるため、回転時におけるアーム８ｅの空気抵抗をより一層小さくすることができる。また、上記ヒレ２５，２６があると、後方を向く面Ｆｄが受けた風を上側および下側に逃し難いため、アーム８ｅに対してより大きな抗力を与えることができる。

次に、アーム８ｅの材料および製作方法について説明する。
アーム８ｅの材料は、金属材であっても、合成樹脂材であってもよい。また、アーム８ｅは、中空状であっても、中実であってもよい。

アーム８ｅの材料が金属材である場合、中空形状にすることが容易である。例えば、図１０に示すアーム８ｅの場合、楕円パイプの片方の長径方向端部を平面状に加工して製作することができる。楕円パイプの材質としては、鉄、アルミ、ステンレス等を用いることができる。アーム８ｅが中空状であると、アーム８ｅの剛性を保ちつつ、軽量化を図ることができる。

アーム８ｅの材料が合成樹脂材である場合、アーム８ｅを成型品としてもよい。アーム８ｅが成型品であると、金型を用いて安価に製作することができる。

上記実施形態では、翼９の数が３つである例を示したが、翼９の数は４つ以上であってもよく、また場合によっては２つであってもよい。
また、このアーム８ｅの断面形状は、抗力型である垂直軸風車にも適用することができる。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

３…風力発電装置
４…垂直軸風車
５…主軸
６…発電機
８…支持体
８ａ…主アーム
８ｂ…サブアーム
８ｄ，８ｅ…アーム
９…翼
１０…結合部
１１…第１の結合用板材
１１ａ…縁部
１２…第２の結合用板材
１３…結合手段
１３ａ…ボルト
１３ｂ…ナット
１４…外皮

Claims (6)

1. 立ち姿勢で回転自在に設置された主軸と、上下方向に延びる翼と、一端が前記主軸に結合され他端が前記翼に結合された支持体とを備える垂直軸風車であって、
   前記支持体の前記他端と前記翼との結合部は、前記支持体の前記他端に固定され前記翼の表面を構成する外皮の表面に当接する第１の結合用板材と、前記外皮を挟んで前記第１の結合用板材と対向して配置され前記外皮の裏面に当接する第２の結合用板材と、これら第１の結合用板材および第２の結合用板材を互いに結合する結合手段とを有することを特徴とする垂直軸風車。
2. 請求項１に記載の垂直軸風車において、前記結合手段はボルトとナットからなる垂直軸風車。
3. 請求項１または請求項２に記載の垂直軸風車において、前記支持体は、一端が前記主軸に直接または間接的に結合され他端が前記翼の上下端近くにそれぞれ結合された上下２本のアームを有し、これら２本のアームの断面形状が、風車回転時における前記翼の進行方向の最大寸法よりも直交する方向の最大寸法の方が小さい扁平な形状である垂直軸風車。
4. 請求項３に記載の垂直軸風車において、前記支持体は、一端が前記主軸に結合され他端が前記翼の上下中央部に結合された１本の主アームと、一端が前記主アームの前記一端近くに結合され他端が前記翼の上下端近くにそれぞれ結合された、前記アームからなる上下２本のサブアームとを有する垂直軸風車。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の垂直軸風車において、前記第１の結合用板材における前記外皮の表面と当接しない側の面の縁部が面取り形状とされた垂直軸風車。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の垂直軸風車と、この垂直軸風車の前記主軸の回転によって発電する発電機とを備える風力発電装置。

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