JP6842055B2

JP6842055B2 - 組立式揚力型垂直軸風車

Info

Publication number: JP6842055B2
Application number: JP2016199111A
Authority: JP
Inventors: 原　豊; 豊原; 栄徳斎藤; 啓介塩谷
Original assignee: Tottori University; Nikkeikin Aluminum Core Technology Co Ltd; Tottori Prefectural Government
Current assignee: Tottori University; Nikkeikin Aluminum Core Technology Co Ltd; Tottori Prefectural Government
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2036-10-07
Also published as: JP2018059481A

Description

本発明は揚力型垂直軸風車に関する。さらに詳しくは、風車翼を運搬時は分割することができ、現場で組み立てが可能な組立式揚力型垂直軸風車に関する。

２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災およびそれによって引き起こされた福島第一原発事故以来、再生可能エネルギーが注目されている。その１つとして、風力発電にも大きな期待が寄せられている。再生可能エネルギーの固定価格買取制度（ＦＩＴ）の導入によって太陽光発電は急速に導入が拡大したが、現在はその買取価格の減少などがあり、ポスト太陽光として、現状で最も高い買取価格（５５円／ｋＷｈ、平成２８年度現在）が設定されている小形風力、特に風向に依存しない垂直軸風車の導入が期待されている。

風車は水平軸型と垂直軸型に大別されるほか、その主駆動力によっても抗力型と揚力型に大別されるが、特許文献１には、風力発電に向く高速回転が可能な揚力型の垂直軸風車に着目した、翼形状がシンプルで、翼を回転ハブに連結するアームが取り除かれた構造を有するバタフライ風車が開示されている。このバタフライ風車によれば、風車のコストを低下させることができる。

また、特許文献２には、強風状態における過回転を防止するため、遠心力を利用して、垂直軸風車の翼を機械的に傾斜させて、空気ブレーキとする方式の過回転抑制機構を有する風車が開示されている。この過回転抑制機構によって、通常は風車を止める必要のある強風状態においても、発電を持続させることが可能であり、稼働率の向上につなげて発電単価を減少させ得る。

また、非特許文献１には、アルミニウムの押出と曲げ加工によって安価に製作可能とした円形状のバタフライ翼を備えた直径３ｍの垂直軸風車に、過回転抑制機構を取付けた実証機の動作実験の結果が示されている。

特開２０１３−１４７９４０号公報特開２０１６−１７４６３号公報

原豊、奥谷将裕、三嶋一生、斎藤栄徳、塩谷啓介、塩崎明、西小野寛明、川端俊亮、吉田茂雄、「翼傾斜による垂直軸風車用過回転抑制機構の実証実験」、第３７回風力エネルギー利用シンポジウム、２０１５年１１月２６日、２７日、ｐｐ３４３−３４６

しかし、たとえば、非特許文献１に開示の実証機を、発電単価の安い実用的な風車システムとするには、小形風車の範疇（定格出力２０ｋＷ未満）におけるスケールアップと、より風況の良い場所にできるだけ安価に設置することが必要である。風況の良い場所としては高層建物の屋上などがあるが、風車装置を屋上まで運搬する上で、コスト低減が課題である。より具体的には、たとえば、高層建物の屋上に風車を設置する場合、高層建物のエレベータには通常風車の翼が入らずに、重機やヘリコプターなどを用いて風車を設置する必要があり、運搬費用がかさみ、風車の導入費用が高くなってしまう。

そこで、本発明はかかる問題点に鑑みて、風車の構成部品を風車の設置箇所まで、容易かつ低コストで運搬が可能な組立式の風車を提供することを目的とする。

本発明の組立式揚力型垂直軸風車は、発電部を有する基部と、前記基部に対して垂直軸まわりに回転する回転部と、前記回転部に接合される風車翼とを備えた、組立式揚力型垂直軸風車であって、前記風車翼は、内部が中空に形成され、互いに連結される複数の翼部材により構成されていることを特徴とする。

また、前記複数の翼部材のそれぞれは、前記翼部材の延在方向に対して垂直な断面において、互いに分離した複数の空隙を有するように形成され、前記複数の翼部材の断面における空隙数が、互いに連結される翼部材の間で異なっていることが好ましい。

また、前記風車翼は、前記垂直軸から離れるにつれて互いの間隔が広くなるように前記回転部から延びる一対の延在部と、風車翼の回転面における径方向外側において、前記風車翼の垂直軸に略平行な方向に沿って延びる外側部と、前記延在部と前記外側部とを湾曲して繋ぐ湾曲部とを有し、前記複数の翼部材は、延在部に設けられる一対の第１翼部材と、前記外側部に設けられる第２翼部材と、前記湾曲部に設けられる一対の第３翼部材とを備え、中空に形成された前記第３翼部材の内部の空隙数が、前記第１翼部材および第２翼部材の内部の空隙数よりも多くなるように構成されていることが好ましい。

また、前記第１〜第３翼部材の空隙は、第１〜第３翼部材の一方の面と前記一方の面に対向する他方の面とを翼部材の内部で繋ぎ、前記風車翼のループの形成方向に沿って延びる複数のリブによって画定され、前記第３翼部材のリブの数が、前記第１および第２翼部材に設けられたリブの数よりも多いことが好ましい。

また、前記第２翼部材が、ループ状に形成された風車翼の内側に向かって凸状に湾曲して形成されていることが好ましい。

また、前記一対の第１翼部材のそれぞれは、前記回転部との取付箇所において開口を有し、前記風車翼のそれぞれは、前記複数の翼部材の空隙を通って前記風車翼の形状に沿って配索され、前記一対の第１翼部材の開口のそれぞれから端部が突出する索状体を備え、前記索状体の端部は係合部を有し、前記係合部は前記回転部に設けられた回転ハブに係合することが好ましい。

また、前記一対の第１翼部材のそれぞれは、前記回転部との取付箇所において開口を有し、前記風車翼のそれぞれは、前記複数の翼部材の空隙を通って前記風車翼の形状に沿って配索され、前記一対の第１翼部材の開口のそれぞれから端部が突出する索状体を備え、前記索状体の端部は係合部を有し、前記係合部は、隣接する他の風車翼に配索された他の索状体の端部に設けられた他の係合部に係合することが好ましい。

本発明の組立式揚力型垂直軸風車によれば、風車の構成部品を風車の設置箇所まで、容易かつ低コストで運搬が可能となる。

本発明の一実施形態の組立式揚力型垂直軸風車を示す概略図である。本発明の一実施形態の組立式揚力型垂直軸風車の風車翼を示す斜視図である。風車翼と固定部との間の固定箇所の拡大図である。本発明の一実施形態の組立式揚力型垂直軸風車の風車翼を示す側面図である。風車翼の一変形例を示す図である。風車翼の他の変形例を示す図である。図４のＡ−Ａ線断面図である。図４のＢ−Ｂ線断面図である。翼部材に形成される空隙の他の形状を示す図である。翼部材同士を連結する連結構造の一例を示す分解斜視図である。連結構造により翼部材同士が連結された状態の一例を示す斜視図である。図１１のＣ−Ｃ線断面図である。図２における１つの風車翼を二点鎖線で示し、二点鎖線で示された風車翼内に配索される索状体を示す図である。翼部材内に挿入された索状体を示す図である。

以下、添付図面を参照し、本発明の組立式揚力型垂直軸風車を詳細に説明する。以下、一実施形態を例にあげて本発明の組立式揚力型垂直軸風車を説明するが、本発明の組立式揚力型垂直軸風車は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１に示されるように、本実施形態の組立式揚力型垂直軸風車１（以下、単に風車１と呼ぶ）は、発電部（図示せず）を有する基部２と、基部２に対して垂直軸Ｘまわりに回転する回転部３と、回転部３に接合される風車翼４とを備えている。

本実施形態の風車１の設置位置は特に限定されないが、たとえば、風況の良い場所である、高層建物の屋上など、運搬が困難な場所に設置されることが想定されている。本実施形態の風車１の大きさや出力は特に限定されないが、たとえば、定格出力が２０ｋＷ未満で、風車翼４を含む直径が１０ｍ以下（たとえば、直径が５〜１０ｍ）の小形風車に好適である。

基部２は、風車１の土台となる部分である。基部２は、たとえば高層建物の屋上などに設置される。基部２の構造は特に限定されないが、本実施形態では、図１に示されるように、風車１の風車翼４を設置面から所定の高さに位置させるために所定の高さに形成される脚部２１と、図示しない発電部を収容する収容部２２とを備えている。なお、脚部２１は、本実施形態では、たとえば高さ方向の中央部で分割が可能であり、脚部２１の運搬を容易にしている。

回転部３は、風車翼４が受風したときに基部２に対して回転する。本実施形態では、回転部３は、図１に示されるように、風車翼４が取り付けられて回転する回転ハブ３１と、回転ハブ３１の回転軸となり、基部２（収容部２２）内に回転可能に支持される軸部３２とを備えている。風車翼４が風を受けて、回転ハブ３１および軸部３２が垂直軸Ｘ周りに回転することにより発電が行なわれる。

風車翼４は、風を受けて回転する部位である。本実施形態では、風車翼４は、ダリウス型の風車翼を改良したバタフライ型の風車翼である。風車翼４は、図２に示されるように、垂直軸Ｘ（以下、回転軸Ｘとも呼ぶ）周りに等間隔で複数（図２においては５枚）設けられている。なお、風車翼４の数は特に限定されない。風車翼４の材料は特に限定されないが、たとえば、アルミニウムなど、所定の強度を有し軽量な材料が好適に用いられる。

風車翼４は、回転部３に取り付けられて、回転部３とともに回転する。風車翼４は、本実施形態では、図１および図２に示されるように、回転部３から垂直軸Ｘに対して略垂直方向に張り出すように回転部３に取り付けられている。図３に示されるように、風車翼４は、風車１の回転軸Ｘに近い側が固定部材Ｆにより固定部３に固定されている。本実施形態では、固定部材Ｆは、図３に示されるように、風車翼４の回転軸Ｘ側の端部を挟持する一対の挟持部Ｆ１と、風車翼４の端部が挟み込まれた状態で挟持部Ｆ１を締結するボルト等の締結部材Ｆ２とを備えている。本実施形態では、固定部材Ｆを介して風車翼４は、回転ハブ３１に固定されている。なお、風車翼４と回転ハブ３１とは、回転ハブ３１から径方向外側に延びるアーム部材（図示せず）により連結されていてもよい。なお、風車翼４は、強風状態における風車翼４の過回転を防止するために、強風時に風車翼４に加わる遠心力を利用して回転軸Ｘに対して垂直方向に延びる軸Ｘ２（水平軸。図１および図４参照）周りに旋回するように構成された過回転抑制機構を設けてもよい。

風車翼４の形状は、図示するものに限定されないが、本実施形態では、図２および図４に示されるように、風車翼４はバタフライ型として示され、回転部３から延びるループを形成している。より具体的には、水平軸Ｘ２に対して略対称に形成された、略三角形状に形成されている。なお、ここでいう略三角形状とは、風車翼４の全体形状が三角形に近い形状であることをいい、三角形の角部が湾曲したものや、三辺のいずれかが湾曲したものも含む。さらに具体的には、本実施形態では、風車翼４は、図２および図４に示されるように、垂直軸Ｘから離れるにつれて互いの間隔が広くなるように回転部３から延びる一対の延在部４１ａ、４１ｂと、風車翼４の回転面（垂直軸Ｘに垂直な面）における径方向外側において、風車翼４の垂直軸Ｘに略平行な方向に沿って延びる外側部４２とを有している。また、風車翼４は、図２および図４に示されるように、延在部４１ａ、４１ｂと外側部４２とを湾曲して繋ぐ湾曲部４３ａ、４３ｂを有している。なお、後述するように、風車翼４は、湾曲部４３ａ、４３ｂを有さずに、延在部４１ａ、４１ｂと外側部４２とが接合されたものでもよい（図６参照）。

延在部４１ａ、４１ｂは、図４に示されるように回転部３から径方向外側に向かって互いの間隔が広くなるように水平軸Ｘ２に対して傾斜して延びている。本実施形態では、一対の延在部４１ａ、４１ｂは水平軸Ｘ２に対して対称となるように延びている。図４では、延在部４１ａ、４１ｂは直線状に延びているが、図５および図６に示すように湾曲していてもよい。

外側部４２は、風車翼４のうち、風車１の径方向外側に垂直方向に延びる部位である。図４では、外側部４２は、直線状に延びているが、図５および図６に示すように湾曲していてもよい。

湾曲部４３ａ、４３ｂは、延在部４１ａ、４１ｂと外側部４２とを繋ぐ部位である。湾曲部４３ａ、４３ｂの曲率半径は特に限定されないが、延在部４１ａ、４１ｂと外側部４２とがなす角が、たとえば、９０°以下となるように、延在部４１ａ、４１ｂと外側部４２とを繋いでいる。

図４に示される風車翼４は、延在部４１ａ、４１ｂが直線状に延び、外側部４２が垂直方向に直線状に延びている。この場合、風車翼４の製造や運搬が容易となる。しかし、風車翼４の形状は図４に示すものに限定されず、たとえば、変形例として図５および図６に示される形状としてもよい。図５および図６に示される風車翼４はともに、延在部４１ａ、４１ｂが、ループ状に形成された風車翼４の外側に凸となるように湾曲して形成され、外側部４２が、ループ状に形成された風車翼４の内側に向かって凸状に湾曲して形成されている。より具体的には、図５に示される風車翼４は、風車翼４の固定部３への固定箇所を起点として、風車１の径方向（水平軸Ｘ２の延び方向）および垂直軸Ｘ方向の２軸座標の軌跡として表示した場合に、以下のような軌跡をたどるように形成されている。風車翼４の固定部３への固定箇所から軌跡の垂直軸Ｘ方向座標値が、径方向外側に向かうに従って増加した後、最大座標値（図５における地点Ａ１）をとる。その後垂直軸Ｘ方向座標値は減少に転じて、径方向座標値の第１の極大点（図５における地点Ａ２）において軌跡の傾きが負の無限大となる。その後、軌跡の傾きの符合を正に転じ、径方向座標値の極小点（図５における地点Ａ３）において軌跡の傾きを正の無限大とする。その後、軌跡の傾きの符合を負に転じ、径方向座標値の第２の極大点（図５における地点Ａ４）において軌跡の傾きが負の無限大となる。その後、軌跡の傾きの符合を正に転じ、径方向座標値を減少させながら垂直軸Ｘ方向座標値が最小となる点（図５における地点Ａ５）に至り、そこで該軌跡の傾きの符合を負に転じて、前記軸からの径方向座標値を減少させながら風車翼４の固定部３への固定箇所に至る。

また、図６に示される風車翼４は、風車翼４の固定部３への固定箇所を起点として、径方向及び垂直軸Ｘ方向の２軸座標の軌跡として表示した場合に、以下のような軌跡をたどるように形成されている。風車翼４の固定部３への固定箇所から軌跡の垂直軸Ｘ方向座標値が、径方向外側に向かうに従って増加した後、最大座標値（図６における地点Ｂ１）をとる。その後、垂直軸Ｘ方向座標値は減少に転じて、軌跡の傾きの符合を正に保ったまま、垂直軸Ｘに単調に近づき、垂直軸Ｘからの径方向座標値の極小点（図６における地点Ｂ２）において該軌跡の傾きを正の無限大とする。その後、軌跡の傾きの符合を負に転じ、垂直軸Ｘから単調に離れて、垂直軸Ｘ方向における座標値が最小となる点（図６における地点Ｂ３）に至り、半径方向座標値を減少させながら風車翼４の固定部３への固定箇所に至る。

図５および図６に示されるように、延在部４１ａ、４１ｂが、ループ状に形成された風車翼４の外側に凸となるように湾曲して形成され、外側部４２が、ループ状に形成された風車翼４の内側に向かって凸状に湾曲して形成されている場合、風車翼４に発生する応力を減少させることができ、風車翼４の高速回転時に作用する高い応力による風車翼４の変形を軽減することができる。すなわち、風車翼４が高速回転した場合には、少なからず翼は変形し、場合によっては、材料の許容強度を超える可能性があるが、予め、予想される変形の方向（本実施形態では、外側部４２の径方向外側への変形）と逆方向に変形させることにより、風車翼４の変形量の減少と最大発生応力の減少が可能となる。

また、本実施形態では、風車翼４は、互いに連結される複数の翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３により構成されている。具体的には、本実施形態では、図４に示されるように、複数の翼部材は、延在部４１ａ、４１ｂに設けられる一対の第１翼部材Ｍ１と、外側部４２に設けられる第２翼部材Ｍ２と、湾曲部４３ａ、４３ｂに設けられる一対の第３翼部材Ｍ３とを備えている。なお、本実施形態では、複数の翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、延在部４１ａ、４１ｂ、外側部４２、湾曲部４３ａ、４３ｂに対応して５つ設けられているが、風車翼４の形状や求められる強度に応じて、図４に示される翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の配置や分割箇所、数とは異なっていてもよい。また、本実施形態では、複数の翼部材は３種類であるが、翼部材の種類は限定されず、２種類であっても、４種類以上であってもよい。

風車翼４が、互いに連結される複数の翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３により構成されることにより、高層建物の屋上などの設置位置まで運搬する際に、風車翼４を複数の翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３に分割して運搬することができる。小形風車の場合でも、１枚の風車翼（分割されていない場合）をエレベータに載せることができないことが多いが、風車翼４を複数の翼部材により構成することにより、短く分割した翼部材をエレベータに載せて高層建物の屋上などの設置位置まで容易に運搬することができる。したがって、重機やヘリコプターなど高額な運搬費用のかかる手段を用いる必要が無く、風車の導入コストを低減することができる。また、風車翼４の各翼部材は１枚の風車翼よりも軽量であるため、人力での運搬が可能となる。

風車翼４は、本実施形態では、図７および図８に示されるように、流線形の涙滴状の断面を有し、内部が中空に形成されている。複数の翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれは、図７および図８に示されるように、翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の延在方向に対して垂直な断面において、互いに分離した複数の空隙Ｃｖを有するように形成されている。本実施形態では、図７および図８に示されるように、複数の翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の断面における空隙数が、互いに連結される翼部材の間で異なっている。なお、図７は第１翼部材Ｍ１の断面図であり、図８は第３翼部材Ｍ３の断面図であるが、第２翼部材Ｍ２の断面は第１翼部材Ｍ１の断面と同一とすることができる。本実施形態では、図７および図８に示されるように、第１〜第３翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の空隙Ｃｖは、第１〜第３翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の一方の面Ｓ１と一方の面Ｓ１に対向する他方の面Ｓ２とを翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の内部で繋ぎ、風車翼４のループの形成方向に沿って延びる複数のリブＲによって画定されている。翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が空隙ＣｖおよびリブＲを有することにより、翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を軽量化しつつ強度を高めることができる。なお、空隙Ｃｖの形状は図示する形状に限定されず、図９に示されるように、風車翼４のループの形成方向に貫通して形成された孔によって形成される円形の空隙であってもよいし、他の形状の空隙であってもよい。

上述したように、本実施形態では、互いに連結される翼部材の間で空隙数を異ならせている。連結される翼部材の空隙数（またはリブＲの数）が同じ場合、風車翼４の強度を高めようとすると、空隙数（またはリブＲの数）が増えて、風車翼４の重量が増加してしまう。また、風車の形状によっては、風車翼４の断面において、必ずしも、同じ断面構造（同じ空隙数）を必要としない。そのため、空隙数（リブＲの数）が同じである場合、基準となる断面構造に比較して強度が過剰となる部分が生じる。それに対して本実施形態のように、連結される翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の間で空隙数（またはリブＲの数）を互いに異ならせることにより、上述した運搬の容易性に加えて、風車翼４のうち必要な箇所の強度を局所的に向上させることができ、強度が比較的要求されない箇所については、空隙数（またはリブＲの数）を減らして軽量化することができる。

より具体的に説明すると、中空に形成された第３翼部材Ｍ３の内部の空隙数が、第１翼部材Ｍ１および第２翼部材Ｍ２の内部の空隙数よりも多くなるように構成されている。本実施形態では、図７および図８に示されるように、第３翼部材Ｍ３のリブＲの数が、第１および第２翼部材Ｍ１、Ｍ２に設けられたリブＲの数よりも多くなるように構成されている。この場合、特に湾曲部４３ａ、４３ｂ（第３翼部材Ｍ３）がアルミニウム等の金属材料から形成され、湾曲部４３ａ、４３ｂの湾曲を形成する際に曲げ加工する場合に有利となる。具体的には、直線状の部材を所望の湾曲を有する湾曲部４３ａ、４３ｂへと曲げ加工する際に、空隙数（リブＲの数）が少ないと断面形状が変形しやすくなり、所望の形状が得られにくくなる。本実施形態では、湾曲部４３ａ、４３ｂを構成する第３翼部材Ｍ３の空隙数（リブＲの数）が、第１および第２翼部材Ｍ１、Ｍ２によりも多くなるように構成することにより、第３翼部材Ｍ３が潰れたりする、望ましくない変形が生じにくい。そのため、湾曲した第３翼部材Ｍ３の所望の断面形状を維持しやすく、製造が容易となる。一方、製造時に変形に対する影響の少ない第１および第２翼部材Ｍ１、Ｍ２は、空隙数（リブＲの数）を減らすことにより、第１および第２翼部材Ｍ１、Ｍ２は軽量とすることができるため、風車翼４全体として軽量で、かつ、製造時の加工を容易にすることができる。

また、図５に示される風車翼４のように、ループ状に形成された風車翼４の内側に向かって、外側部４２（第２翼部材Ｍ２）が凸状に湾曲して形成された構造において、さらに、連結される翼部材間で空隙数（リブＲの数）を変化させる場合、製造の容易性に加えて、構造的強度を増加することが可能になり、風車の安全性を高められる。

また、第１翼部材Ｍ１と第２翼部材Ｍ２とが同じ断面形状（および断面積）を有する場合で、第１翼部材Ｍ１と第２翼部材Ｍ２とがともに直線であるか、または、第１翼部材Ｍ１の曲率半径と第２翼部材Ｍ２の曲率半径が略同一である場合は、第１翼部材Ｍ１と第２翼部材Ｍ２とで、部材を共通化することができ、製造コストが低減する。また第１翼部材Ｍ１と第２翼部材Ｍ２とが同じ長さとなるように構成した場合、延在部４１ａ、４１ｂと外側部４２とで同じ翼部材を用いることができるため、さらに製造コストを低減させることができる。また、組立作業時に、第１翼部材Ｍ１と第２翼部材Ｍ２とを区別する必要がなく、組立作業が容易となる。

なお、複数の翼部材Ｍ１〜Ｍ３の連結方法は特に限定されず、公知の連結部材により連結することができる。本実施形態では、複数の翼部材Ｍ１〜Ｍ３は、図１０〜図１２に示されるように、連結構造ＣＳにより連結されている。具体的には、連結される２つの翼部材Ｍ２、Ｍ３のうちの一方の翼部材Ｍ３の端部には、他方の翼部材Ｍ２のリブＲが差し込まれるスリットＳＬが形成されている。なお、図１０〜図１２では第２翼部材Ｍ２および第３翼部材Ｍ３の連結構造ＣＳについて示しているが、第１翼部材Ｍ１および第３翼部材Ｍ３の連結構造ＣＳも同様である。スリットＳＬは、翼部材Ｍ３の端部から翼部材Ｍ３の延在方向に延び、一方の翼部材Ｍ３と他方の翼部材Ｍ２とは、リブＲの数が異なり連結時にリブＲがずれて配置されるように構成されている。また、一方の翼部材Ｍ３は、他方の翼部材Ｍ２よりも断面が一回り小さく形成されており、一方の翼部材Ｍ３を他方の翼部材Ｍ２の内側に差し込み可能となっている。これにより、一方の翼部材Ｍ３を他方の翼部材Ｍ２の内側に差し込むと同時にスリットＳＬにリブＲが差し込まれて、ボルト等の締結部材Ｆ３により締結して２つの翼部材Ｍ２、Ｍ３が連結される。この場合、２つの翼部材Ｍ２、Ｍ３が連結される部位において、一方の翼部材Ｍ３と他方の翼部材Ｍ２とが重なることによって、風車翼４の厚さが連結部位において増し、連結部位における強度を向上することができる。延在部４１ａ、４１ｂと湾曲部４３ａ、４３ｂとの境界領域は、他の領域と比較して応力が高くなる傾向にあることがわかっているが、上記連結機構ＣＳが設けられる場合、その応力が高い部位において強度を向上させることができ、風車１の耐久性を高めることができる。

また、本実施形態では、図３に示されるように、一対の第１翼部材Ｍ１のそれぞれは、回転部３との取付箇所において開口Ｏｐを有し、風車翼４のそれぞれは、図３、図１３および図１４に示されるように、複数の翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の空隙Ｃｖを通って風車翼４の形状に沿って配索され、一対の第１翼部材Ｍ１の開口Ｏｐのそれぞれから端部が突出する索状体５を備えている。なお、図１３は説明の便宜上、図２から１つの風車翼４を取り除いて二点鎖線で図示し、その二点鎖線で示された風車翼４内に配索される２つの索状体５を示している。

索状体５は、風車翼４が破損した場合に、破片等、風車翼４の一部が飛散することを防止するための部材である。索状体５は、たとえば、風車翼４のループの長さよりも長いロープが用いられる。索状体５の材料は、風車翼４内を湾曲して配索可能な所望の柔軟性を有し、風車翼４の一部が破損したときに風車翼４の一部により加わる外力に耐え得る所望の引張強度を有するものであれば特に限定されず、たとえば、ケブラー（登録商標）などの高強度のアラミド繊維などが用いられる。

図３に示されるように、本実施形態では、索状体５の端部は係合部５１を有し、係合部５１は回転部３に設けられた回転ハブ３１に係合している。本実施形態では、図３に示されるように、端部が輪状に形成された係合部５１を有し、回転ハブ３１に設けられた連結部３３に係合するように構成されている。なお、係合部５１の構造は、回転ハブ３１に係合することができれば、図示するものに限定されない。また、索状体５の本体とは異なる別部材により係合部５１が構成されていてもよい。また、回転ハブ３１に設けられた連結部３３は、本実施形態では、回転ハブ３１の周縁に固定されるシャックルが用いられているが、連結部３３は、係合部５１を固定することができれば、回転ハブ３１に直接固定してもよい。回転ハブ３１に索状体５が固定される場合、索状体５は張力がほとんどかからない状態で、ルーズに（緩く）取り付けられている。そのため、風車翼４の回転時に索状体５には通常引張力が加わらない。そのため、索状体５が劣化しにくく、風車翼４の破損時により確実に風車翼４の飛散を防止することができる。

また、特開２００９−４７０２９には、風車翼の飛散を防止するものとして、飛散防止用のロープの直径とほぼ同等な大きさのＣ形状リブ内に高強度のロープを貫通させる方法が開示されているが、この方法は分割された翼には適用が困難である。本実施形態では、索状体５を分割された複数の翼部材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の空隙Ｃｖ内に貫通させるだけであるので、現場で索状体５を風車翼４に設けることが容易である。また、特開２００９−４７０２９では、Ｃ形状リブ内にロープを通す構造であるため、予めロープの端部を加工することはできない。したがって、ロープの端部の止め方は、複数の穴に順にロープを通して摩擦のみによって止めざるを得ない。しかし、その方法では、振動などによってロープが穴から抜け出る可能性もあるため、長期にわたって安全を保って使用することが難しい。一方、本実施形態では、風車１の振動などからの影響を索状体５が受けにくく、索状体５の端部に係合部５１が設けられていても、容易に風車翼４内の空隙Ｃｖ内に挿通することができる。

なお、本実施形態では、係合部５１は回転ハブ３１に係合しているが、係合部５１は、隣接する他の風車翼４に配索された他の索状体５の端部に設けられた他の係合部５１に係合してもよく、回転ハブ３１に係合させる場合と同様の効果を得ることができる。

１組立式揚力型垂直軸風車
２基部
２１脚部
２２収容部
３回転部
３１回転ハブ
３２軸部
３３連結部
４風車翼
４１ａ、４１ｂ延在部
４２外側部
４３ａ、４３ｂ湾曲部
５索状体
５１係合部
Ｃｖ空隙
ＣＳ連結構造
Ｆ固定部材
Ｆ１挟持部
Ｆ２、Ｆ３締結部材
Ｍ１第１翼部材
Ｍ２第２翼部材
Ｍ３第３翼部材
Ｏｐ開口
Ｒリブ
Ｓ１一方の面
Ｓ２他方の面
ＳＬスリット
Ｘ垂直軸（回転軸）
Ｘ２回転軸に対して垂直方向に延びる軸（水平軸）

Claims

発電部を有する基部と、前記基部に対して垂直軸まわりに回転する回転部と、前記回転部に接合される風車翼とを備えた、組立式揚力型垂直軸風車であって、
前記風車翼は、内部が中空に形成され、互いに連結される複数の翼部材により構成され、前記複数の翼部材のそれぞれは、前記翼部材の延在方向に対して垂直な断面において、互いに分離した複数の空隙を有するように形成され、前記複数の翼部材の断面における空隙数が、互いに連結される翼部材の間で異なっている組立式揚力型垂直軸風車。
前記風車翼は、前記垂直軸から離れるにつれて互いの間隔が広くなるように前記回転部から延びる一対の延在部と、風車翼の回転面における径方向外側において、前記風車翼の垂直軸に略平行な方向に沿って延びる外側部と、前記延在部と前記外側部とを湾曲して繋ぐ湾曲部とを有し、
前記複数の翼部材は、
延在部に設けられる一対の第１翼部材と、前記外側部に設けられる第２翼部材と、前記湾曲部に設けられる一対の第３翼部材とを備え、
中空に形成された前記第３翼部材の内部の空隙数が、前記第１翼部材および第２翼部材の内部の空隙数よりも多くなるように構成されている請求項１記載の組立式揚力型垂直軸風車。
前記第１〜第３翼部材の空隙は、第１〜第３翼部材の一方の面と前記一方の面に対向する他方の面とを翼部材の内部で繋ぎ、前記風車翼のループの形成方向に沿って延びる複数のリブによって画定され、前記第３翼部材のリブの数が、前記第１および第２翼部材に設けられたリブの数よりも多い請求項２記載の組立式揚力型垂直軸風車。
前記第２翼部材が、ループ状に形成された風車翼の内側に向かって凸状に湾曲して形成されている請求項２または３記載の組立式揚力型垂直軸風車。
前記一対の第１翼部材のそれぞれは、前記回転部との取付箇所において開口を有し、
前記風車翼のそれぞれは、前記複数の翼部材の空隙を通って前記風車翼の形状に沿って配索され、前記一対の第１翼部材の開口のそれぞれから端部が突出する索状体を備え、
前記索状体の端部は係合部を有し、前記係合部は前記回転部に設けられた回転ハブに係合する
請求項２〜４のいずれか１項に記載の組立式揚力型垂直軸風車。
前記一対の第１翼部材のそれぞれは、前記回転部との取付箇所において開口を有し、
前記風車翼のそれぞれは、前記複数の翼部材の空隙を通って前記風車翼の形状に沿って配索され、前記一対の第１翼部材の開口のそれぞれから端部が突出する索状体を備え、
前記索状体の端部は係合部を有し、前記係合部は、隣接する他の風車翼に配索された他の索状体の端部に設けられた他の係合部に係合する
請求項２〜４のいずれか１項に記載の組立式揚力型垂直軸風車。