(57)【要約】【課題】  本発明は、低風速でも回転効率の高い縦軸ロータと、その縦長ブレードを提供することを目的としている。【解決手段】  発電機に連結されている縦主軸に固定された、中間取着部材の放射方向へ突出する支持腕の先端に、複数の揚力型の縦長ブレードの各主部が固定され、各主部の上下部に、先端を縦主軸方向へ弧曲する上下内向弧曲部が連続して形成され、該縦長ブレードの弦長は全体が同長とされ、上下の内向弧曲部における前縁は、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、縦主軸に近づくに従って迎角を次第に大きくしてなるものである。【選択図】  図１
2020105961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機に立設されている縦主軸に固定された、中間取着部材の放射方向へ突出する支持腕の先端に、複数の揚力型の縦長ブレードの主部が固定され、各主部の上下部に、先端を縦主軸方向へ弧曲する上下内向弧曲部が連続して形成され、該縦長ブレードの弦長は全体が同長とされ、上下の内向弧曲部における前縁は、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、縦主軸に近づくに従って迎角を次第に大きくしてなることを特徴とする縦軸ロータ。
【請求項２】
前記発電機が支柱上に固定され、その上に縦主軸が立設された態様において、縦主軸に固定された、中間取着部材の放射方向へ突出する支持腕の先端に、複数の揚力型の縦長ブレードの主部が固定され、各主部の上下部に連続して形成された上下の内向弧曲部の先端部は、縦主軸に固定された取着部材に固定され、前記各縦長ブレードの弦長は同長とし、上下の内向弧曲部における前縁は、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、縦主軸に近づくに従って迎角を次第に大きくしてなることを特徴とする縦軸ロータ。
【請求項３】
前記発電機が支柱上に固定され、その上に縦主軸が立設された態様において、縦主軸に固定された、中間取着部材の放射方向へ突出する支持腕の先端に、複数の揚力型の縦長ブレードの主部が固定され、各主部の上下部に連続して形成された上下の内向弧曲部の先端部は、縦主軸に固定された取着部材に固定され、主部の下部に連続して形成された下内向弧曲部の先端部は、発電機を支持する支柱の外周に配置される環状取着部材に一体に固定され、前記各縦長ブレードの弦長は同長とし、上下の内向弧曲部における前縁は、主部との境界から上下の内向弧曲部の端部へかけて、縦主軸に近づくに従って迎角を次第に大きくしてなることを特徴とする縦軸ロータ。
【請求項４】
複数の支柱と複数の横枠体とで立体に組まれた支持枠体の内部の基盤に発電機が配置される態様において、発電機に立設された縦主軸に、複数のロータが多層状に配設され、各ロータにおける縦長ブレードの主部は、縦主軸に固定された、中間取着部材の放射方向へ突出する支持腕の先端に固定され、該主部の上下に縦主軸方向へ弧曲する弧曲部が形成され、該各縦長ブレードの弦長は同長とし、上下の内向弧曲部における前縁は、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、縦主軸に近づくに従って迎角を次第に大きくして、その端部を縦主軸に固定された上下の取着部材に固定してなることを特徴とする縦軸ロータ。
【請求項５】
縦主軸の周囲に、複数の揚力型の縦長ブレードを、取付部材を介して固定する縦軸ロータにおいて、縦長ブレードは、正面で主部の上下部に、軸方向に向いて弧曲する上下の内向弧曲部を形成し、その各内向弧曲部の先端面は垂直とし、弦長は全体に同長とされ、縦主軸方向を向く左側面は、略魚形の端面が顕示され、かつ上下の内向弧曲部における前縁が、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、迎角を次第に大きくしてなることを特徴とする縦軸ロータの縦長ブレード。
【請求項６】
前記縦長ブレードにおける上下の内向弧曲部のうち、下内向弧曲部の下端部は、上内向弧曲部よりも短く形成されていることを特徴とする請求項５に記載の縦軸ロータの縦長ブレード。
【請求項７】
前記縦主軸は、主部は太管体とし、上下端部を細軸とし、細軸部分を支持枠体の上下の横枠体におけるベアリングで支持することを特徴とする請求項５または６に記載の縦軸ロータの縦長ブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転性能に優れ、強風や強い水流にもブレードが破損しにくい、風水力用の縦軸ロータ及びその縦長ブレードに関する。
【背景技術】
【０００２】
縦長ブレードを備える風力発電装置は、例えば特許文献１に記載されている。その縦長ブレードは、単に平板を曲げただけのもので、縦軸周りに複数枚が固定されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−００２０６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の縦長ブレードは、板状のものであり、かつ回転時におけるその内面は、上下の全長に亘って、一定の迎角とされている。
そのため、縦長ブレードの上部と下部を通過する気流は、コアンダ効果によって、縦長ブレードの中心方向へ集まろうとして、回転に資する力が無駄になる。
本発明は、このような欠点を改善し、軽量で高速回転をする風水力用の縦軸ロータ及びその縦長ブレードを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。      
【０００６】
（１）  発電機に連結されている縦主軸に固定された、中間取着部材の放射方向へ突出する支持腕の先端に、複数の揚力型の縦長ブレードの主部が固定され、各主部の上下部に、先端を縦主軸方向へ弧曲する上下内向弧曲部が連続して形成され、該縦長ブレードの弦長は全体が同長とされ、上下の内向弧曲部における前縁は、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、縦主軸に近づくに従って迎角を次第に大きくしてなる縦軸ロータ。
【０００７】
（２）  前記発電機が支柱上に固定され、その上に縦主軸が立設された態様において、縦主軸に固定された、中間取着部材の放射方向へ突出する支持腕の先端に、複数の揚力型の縦長ブレードの主部が固定され、各主部の上下部に連続して形成された上下の内向弧曲部の先端部は、縦主軸に固定された取着部材に固定され、前記各縦長ブレードの弦長は同長とし、上下の内向弧曲部における前縁は、主部との境界から上下の内向弧曲部の端部へかけて、縦主軸に近づくに従って迎角を次第に大きくしてなる縦軸ロータ。
【０００８】
（３）  前記発電機が支柱上に固定され、その上に縦主軸が立設された態様において、縦主軸に固定された、中間取着部材の放射方向へ突出する支持腕の先端に、複数の揚力型の縦長ブレードの主部が固定され、各主部の上下部に連続して形成された上下の内向弧曲部の先端部は、縦主軸に固定された取着部材に固定され、主部の下部に連続して形成された下内向弧曲部の先端部は、発電機を支持する支柱の外周に配置される環状取着部材に一体に固定され、前記各縦長ブレードの弦長は同長とし、上下の内向弧曲部における前縁は、主部との境界から上下の内向弧曲部の端部へかけて、縦主軸に近づくに従って迎角を次第に大きくしてなる縦軸ロータ。
【０００９】
（４）  複数の支柱と複数の横枠体とで立体に組まれた支持枠体の内部の基盤に発電機が配置される態様において、発電機に立設された縦主軸に、複数のロータが多層状に配設され、各ロータにおける縦長ブレードの主部は、縦主軸に固定された、中間取着部材の放射方向へ突出する支持腕の先端に固定され、該主部の上下に縦主軸方向へ弧曲する弧曲部が形成され、該各縦長ブレードの弦長は同長とし、上下の内向弧曲部における前縁は、主部との境界から上下の内向弧曲部の端部へかけて、縦主軸に近づくに従って迎角を次第に大きくして、その端部を縦主軸に固定された上下の取着部材に固定してなる縦軸ロータ。
【００１０】
（５）  縦主軸の周囲に、複数の揚力型の縦長ブレードを、取付部材を介して固定する縦軸ロータにおいて、縦長ブレードは、正面で主部の上下部に、軸方向に向いて弧曲する上下の内向弧曲部を形成し、その各内向弧曲部の先端面は垂直とし、弦長は全体に同長とされ、縦主軸方向を向く左側面は、略魚形の端面が顕示され、かつ上下の内向弧曲部における前縁が、主部との境界から上下の内向弧曲部の端部へかけて、迎角を次第に大きくしてなる縦軸ロータの縦長ブレード。
【００１１】
（６）  前記縦長ブレードにおける上下の内向弧曲部のうち、下内向弧曲部の下端部は、上内向弧曲部よりも短く形成されている前記（5）に記載の縦軸ロータの縦長ブレード。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
【００１３】
前記（1）に記載の発明においては、縦軸ロータにおける、各縦長ブレードの主部の上下に、内向弧曲部が一連で形成されているので、ブレードに屈曲変形が生じにくく、強風によっても歪みが生じにくく破損しにくい。主部が回転時の遠心部に当たり、上下方向へ通過しようとする気流によって上下内向弧曲部の回転効率が高まる。
特に縦長ブレードにおける、上下内向弧曲部において前縁が、主部との境界から各内向弧曲部の端部へかけて、迎角を次第に大きくしてあるので、回転に伴って、上下の内向弧曲部の表面に沿って通過する気流は、縦主軸の近くにおいて、上または下方向に通過する気流は、上下内向弧曲部の大きな迎角部分を通過して内側方向へ入り込むコアンダ効果による高速気流により、回転方向への反作用として回転速度を高めるので、縦長ブレード全体の回転速度を高める効果が生じる。
一般的には、回転時の遠心部分よりも、縦主軸に近い部分のブレードの速度は遅いが、本発明においては、縦主軸に近い部分の回転速度が高くなるので、ブレード全体の回転速度が高くなり発電効率が高まる。
【００１４】
前記（2）に記載の発明においては、前記縦長ブレードの上下の内向弧曲部の先端部が、縦主軸に固定されている取着部材に固定されるので、縦長ブレードの長さが長い時にも、全体が安定して回転する。
【００１５】
前記（3）に記載の発明における縦軸ロータの縦長ブレードが長い時には、発電機の上方に縦主軸を長く突設しなければならない。その場合には縦主軸の径を太くすると、発電機にかかる負担が大となるので、縦主軸の長さを短くして、縦長ブレードの下端部分を、発電機の位置よりも下位の支柱部分にしたもので、支柱の周囲に配置する環状取着部材に、下内向弧曲部の下端部を固定することによって、複数の縦長ブレードを一体化して、ぐらつきをなくすことが出来る。
上下の内向弧曲部の前縁は、主部との境界から、上下の内向弧曲部の端部へかけて、迎角を次第に大としてあるので、上下の内向弧曲部では、その表面に沿ってコアンダ効果により高速となって、内側方向へ向いて通過することになり、その反作用で高速回転し、ブレード全体の速度を高速化させる。
【００１６】
前記（4）に記載の発明における縦軸ロータは、支持枠体に支持された縦主軸に、多層状に固定されているので、縦長ブレードの枚数が少なくても総体として受風面積が広いので、低速風の中でも高速回転をする。上下の層において、各
内向弧曲部の表面に沿って通過する気流は、それぞれ内向きに通過するので、通過した高速気流が上下のロータの間において干渉をすることがない。
【００１７】
前記（5）に記載の発明において、縦長ブレードは、主部の上下部に縦主軸方向へ弧曲する内向弧曲部が連続して形成されているので、強い風力が、どの方向からかかっても、捩じれや変形が生じにくく破損しにくい。
また内向弧曲部は、主部との境界部分から、内向弧曲部の先端へかけて、前縁が迎角を次第に大きくされているので、回転に伴って、内向弧曲部の表面を通過する気流は、コアンダ効果により高速化されて内側方向へ通過し、その反作用としてブレードは回転方向へ高速で回転するので、総体として縦長ブレードの回転速度が高まる。
【００１８】
前記（6）に記載の発明における縦軸ロータの縦長ブレードは、上下の内向弧曲部のうち、下内向弧曲部の下端部は、上内向弧曲部よりも短く形成されているので、縦長ブレードの下部が、支柱上の発電機の位置よりも下方になるような時には、支柱の周囲に配置する環状取着部材に下内向弧曲部の下端部を固定することにより、複数の縦長ブレードの一体化をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の風力用の縦軸ロータの実施例１の正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明の縦軸ロータにおける縦長ブレードの正面図である。
【図４】図３におけるIV−IV線断面図である。
【図５】図３における右側面図である。
【図６】図３における左側面図である。
【図７】本発明の縦軸ロータにおける縦長ブレードの背面図である。
【図８】図７におけるVIII−VIII線断面図である。
【図９】図７におけるIX−IX線断面図である。
【図１０】本発明の縦軸ロータの縦長ブレードの実施例２の正面図である。
【図１１】本発明の縦軸ロータの実施例３の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１において、縦軸ロータ１は、支柱２上に固定された発電機３を貫通して、回転可能に立設された縦主軸４に、複数（図では３枚）の揚力型の縦長ブレード５が配設されている。
【００２１】
各縦長ブレード５は、ほぼ垂直な主部５Ａの上下部から、縦主軸４の方向へ長く弧曲する上内向弧曲部５Ｂと、下内向弧曲部５Ｃとから形成され、上内向弧曲部５Ｂは、縦主軸４の上端部に固定された取着部材６に固定され、主部５Ａの左側面５Ｇ（内面）中間部を、縦主軸４に固定された中間取着部材７における、放射方向へ突出する支持腕７Ａの先端部に固定されている。
下内向弧曲部５Ｃの先端部は、支柱２に接触しないように、外面に配置された環状取着材８に固定されている。 
【００２２】
支柱２の下部には、図示しない蓄電池が納められ、縦軸ロータ１及び太陽光発電パネル１１で発電された電気を蓄電するようになっている。
符号９は制御盤、１０は街灯、１２は通信用アンテナであり、電線の引かれていない山間地や海浜、小島等に配設することにより、携帯電話などの基地局の役割を果たすことができる。
【００２３】
縦長ブレード５は、図３以下に詳細に示す。右側面５Ｆは、図５に示すように、弦長は上下に同じ長さであり、主部５Ａの横断面は図４に示すように、前縁５Ｄと後縁５Ｅは、縦主軸４を中心として回転する回転円弧Ｔ上になるように形成されている。
【００２４】
縦長ブレード５の上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端面５Ｈは、図３に示すように垂直であり、従って縦長ブレード５の左側面５Ｇ（回転時の内側面）は、図６に示すように、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端面５Ｈが現れている。
【００２５】
この先端面５Ｈにおける、後縁５Ｅと前縁５Ｄを結ぶ迎角線Ｋは、水平に対して外向きに広がって迎角を示しており、この角度はブレードの厚さによって変化する。従って、この縦長ブレード５が回転すると、表面に沿って通過するコアンダ効果により、高速となって通過する流体は後縁５Ｅで内側に入り、縦長ブレード５を効率良く回転させる。
【００２６】
すなわち縦主軸４に近い部分は、遠心部における主部５Ａよりも、回転速度は遅いのであるが、本願発明においては、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃは、主部５Ａよりも大きな迎角を持って、内側に流体を通過させることによって高速回転し、全体の回転速度を高めることが確認された。
【００２７】
図７は、図３における縦長ブレード５の背面図である。この図で明かなように、外見上では正面と変わらないが、図８、図９に断面を示すように、縦主軸４に近づくに従って、前縁５Ｄが外側へ傾斜して迎角を大きくしている。
ここにおいて、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃにおける左側面５Ｇは、水平線よりも内側へ入らないものとされる。
【００２８】
上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃにおける内側基準線Ｓに対して、右側面５Ｇを通過する流体は、右側面の膨出が高いので、通過する流体のコアンダ効果による高速流は内側に入り、反作用で、縦長ブレード５は、回転方向に回転効率が高まる。
【００２９】
図１０は、本願発明縦軸ロータの実施例２を示す正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。図１０における右側の縦長ブレード５が正面を示し、左側の縦長ブレード５は背面を示している。
【００３０】
この実施例２では、縦主軸４の長さが短いので、上部の取着部材６は、縦主軸４の上端に固定されていない。縦主軸４に固定された円盤状の中間取着部材７から放射方向へ突出する支持腕７Ａの先端が、縦長ブレード５の主部５Ａの内側面に固定されて、縦長ブレード５全体を支持している。
縦長ブレード５の横断面は、前例と同じく、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの前縁は、主部５Ａよりも大な迎角を持っている。
【００３１】
これによって、回転に伴い、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの内外側面に沿って通過する気流は、縦主軸４に近い位置で、上方向または下方向へ、コアンダ効果により高速化されて内側向きに通過し、その反作用として、縦軸ロータ１は低速風においても、効率良く回転する。
【００３２】
図１１は、本発明の縦軸ロータ１の実施例３の正面図である。前例と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例３においては、支持枠体１３における縦主軸４に縦軸ロータ１を多層状に装着したものである。
【００３３】
この縦主軸４は、主部４Ａは太管とし、上端と下端は細軸４Ｂ、４Ｂとして、細軸４Ｂの部分をベアリング１６、１６で支持する。
これによって、縦主軸４の撓みが抑止され、主部４Ａは管体なので軽量であり、細軸４Ｂ部分は細いので、縦長ブレード５の回転時の遠心部と比較して回転速度が遅く、ベアリング１６の負担を小とする。
【００３４】
支持枠体１３は、複数（図では４本）の支柱１４、１４と複数（図では４個）の、平面視方形の横枠体１５、１５とで立体に組まれている。上下の横枠体１５は、方形の外枠の内側に複数の支持杆１５Ｂを介して中央部に、縦主軸４を支持するベアリング１６が支持されている。中間の横枠体１５は、支持杆１５Ｂを介して中央部に固定されるガイド１５Ｃは、太管の主部４Ａが貫通し、接触しない貫通孔が形成されている。
【００３５】
支持枠体１３の下部において、横枠体１５と支柱１４と基盤Ｇとの間に、揺れ留めの筋交１７が配設され、また中間の横枠体１５と支柱１４の間にも筋交１７Ａが配設されている。これによって、支持枠体１３の経方向の歪みやロータ１の回転に伴う揺れが生じにくくなる。
【００３６】
支持枠体１３の中央部の基盤Ｇ上に、免震台１８を介して発電機１９が配設されている。発電機１９の上に立設された縦主軸４は、前記各横枠体１５におけるベアリング１６、１６によって回転可能に支持されている。
ベアリング１６の支持には、任意の免震部材２０を介在させることができる。
【００３７】
前記縦軸ロータ１は、図３の縦長ブレード５と比較して、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの長さが同じに形成されている。
従って、縦主軸４に固定される上下の取着部材６、６は同じ態様のものを使用して、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端部が固定されている。
【００３８】
この縦長ブレード５においても、主部５Ａとの境界から、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端部へかけての前縁５Ｄは、迎角を次第に大きくしてある。そのため、回転時において、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃを通過する気流は、後縁５Ｅを内側方向へ通過し、その反作用で縦長ブレード５は前縁方向に高速で回転する。
【００３９】
縦長ブレード５は、図面では左右１対のものが描かれているが、３枚とすることもできる。なおこの発明は、水力発電装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
この発明にかかる縦軸ロータ及び縦長ブレードは、低風速でも、効率のよい回転をするので、風力発電装置に使用して、高い効果をあげることができ、また水力発電装置に効率良く利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１．縦軸ロータ
２．支柱
３．発電機
４．縦主軸
４Ａ．主部
４Ｂ．細軸
５．縦長ブレード
５Ａ．主部
５Ｂ．上内向弧曲部
５Ｃ．下内向弧曲部
５Ｄ．前縁（正面）
５Ｅ．後縁（背面）
５Ｆ．右側面
５Ｇ．左側面
５Ｈ．先端面
６．取着部材
７．中間取着部材  
８．環状取着部材
９．制御盤
１０．街灯
１１．太陽光発電器
１２．アンテナ
１３．支持枠体
１４．支柱
１５．横枠体
１５Ａ．外枠
１５Ｂ．支持杆
１６．ベアリング
１７、１７Ａ．筋交
１８．免震台
１９．発電機
２０．免震部材
Ｇ．基盤
Ｋ．迎角
Ｓ．内側基準面線
Ｔ．回転円弧
【図１】
2020105961.tif 000003
【図２】
2020105961.tif 000004
【図３】
2020105961.tif 000005
【図４】
2020105961.tif 000006
【図５】
2020105961.tif 000007
【図６】
2020105961.tif 000008
【図７】
2020105961.tif 000009
【図８】
2020105961.tif 000010
【図９】
2020105961.tif 000011
【図１０】
2020105961.tif 000012
【図１１】
2020105961.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月19日(2019.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機に立設されている縦主軸に固定された、１個の中間取着部材から放射方向へ突出する水平で複数の支持腕の各先端に、それぞれ揚力型の縦長ブレードの主部の内側面が固定され、各主部の上下部に、先端を縦主軸方向へ弧曲する内向弧曲部がそれぞれ連続して形成され、該縦長ブレードの弦長は全体が同長とされ、
上下の内向弧曲部における各前縁端と後縁端とを直線で結ぶ迎角は、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、それぞれ縦主軸に近づくに従って、主部の内側基準面線に対して迎角を次第に大きくしてなることを特徴とする縦軸ロータ。
【請求項２】
前記発電機が支柱上に固定され、その上に縦主軸が立設された態様において、縦主軸の基部に固定された、１個の中間取着部材の放射方向へ突出する水平で複数の支持腕の各先端に、複数の揚力型の縦長ブレードのそれぞれの主部内側面が固定され、  
各主部の上下部に連続して形成された内向弧曲部における、上部の内向弧曲部の先端部は、縦主軸の上部に固定された取着部材に固定され、前記各縦長ブレードの弦長は同長とし、上下の内向弧曲部における前縁は、それぞれ主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、それぞれ縦主軸に近づくに従って、主部の内側基準面線に対して、上下の内向弧曲部における各前縁端と後縁端とを直線で結ぶ迎角を次第に大きくしてなることを特徴とする縦軸ロータ。
【請求項３】
前記発電機が支柱上に固定され、その上に縦主軸が立設された態様において、縦主軸に固定された、１個の中間取着部材の放射方向へ突出する水平で複数の支持腕の各先端に、複数の揚力型の縦長ブレードの各主部が固定され、各主部の上部に連続して形成される上内向弧曲部の先端部は、縦主軸の上部にそれぞれに固定された取着部材に固定され、
主部の下部に連続して形成された各下内向弧曲部の先端部は、発電機を支持する支柱の外周に水平に配置される環状取着部材に一体に固定され、
前記各縦長ブレードの弦長は同長とし、上下の内向弧曲部における前縁は、主部との境界から上下の内向弧曲部の端部へかけて、縦主軸に近づくに従って、主部の内側基準面線に対して迎角を次第に大きくしてなることを特徴とする縦軸ロータ。 
【請求項４】
発電機に立設されている縦主軸に固定された、１個の中間取着部材の放射方向へ突出する水平で複数の支持腕の各先端に、それぞれ揚力型の縦長ブレードの主部の内側面が固定され、各主部の上下部に、それぞれ連続して形成された、先端を縦主軸方向へ弧曲する上下の内向弧曲部における各前縁端と後縁端とを直線で結ぶ迎角は、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、それぞれ縦主軸に近づくに従って、主部の内側基準面線に対して迎角を次第に大きくしてなる縦軸ロータにおいて、前記発電機は、複数の支柱と複数の横枠体とで立体に組まれた支持枠体の内部の基盤に配置され、その発電機に立設された縦主軸の上端部は上部横枠体に支持され、複数のロータが多層状に配設され、各上下のロータの間に配設された横枠体においてその部分の縱主軸が支持され、上下の横枠体の間における縦軸ロータの、各上下の内向弧曲部の先端は、それぞれ縱主軸に固定された取着部材に固定してなることを特徴とする縦軸ロータ。
【請求項５】
縦主軸の周囲に、複数の揚力型の縦長ブレードを、取付部材を介して固定する縦軸ロータにおいて、各縦長ブレードは、正面で主部の上下部に、軸方向に向いて弧曲する上下の内向弧曲部を形成し、その各内向弧曲部の先端面は垂直としかつ弦方向を水平向きとし、弦長は全体に同長とされ、縦主軸方向を向く左側面は、略魚形の端面が顕示され、かつ上下の内向弧曲部における前縁が、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、主部の内側基準面線に対して、先端部において６．３°の範囲で迎角を次第に大きくしてなることを特徴とする縦軸ロータの縦長ブレード。
【請求項６】
前記縦長ブレードにおける上下の内向弧曲部のうち、各下内向弧曲部の各下端部は、上内向弧曲部よりも短く形成され、その先端部は、発電機を支持する支柱の周囲に無接触で水平に配設される環状取付材に固定するようにしてなることを特徴とする請求項５に記載の縦軸ロータの縦長ブレード。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転性能に優れ、強風や強い水流にもブレードが破損しにくい、風水力用の縦軸ロータ及びその縦長ブレードに関する。
【背景技術】
【０００２】
縦長ブレードを備える風力発電装置は、例えば特許文献１に記載されている。その縦長ブレードは、単に平板を曲げただけのもので、縦軸周りに複数枚が固定されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−００２０６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の縦長ブレードは、板状のものであり、かつ回転時におけるその内面は、上下の全長に亘って、一定の迎角とされている。
そのため、縦長ブレードの上部と下部を通過する気流は、コアンダ効果によって、縦長ブレードの中心方向へ集まろうとして、回転に資する力が無駄になる。
本発明は、このような欠点を改善し、軽量で高速回転をする風水力用の縦軸ロータ及びその縦長ブレードを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。      
【０００６】
（１） 発電機に立設されている縦主軸に固定された、１個の中間取着部材から放射方向へ突出する水平で複数の支持腕の各先端に、それぞれ揚力型の縦長ブレードの主部の内側面が固定され、各主部の上下部に、先端を縦主軸方向へ弧曲する内向弧曲部がそれぞれ連続して形成され、該縦長ブレードの弦長は全体が同長とされ、
上下の内向弧曲部における各前縁端と後縁端とを直線で結ぶ迎角は、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、それぞれ縦主軸に近づくに従って、主部の内側基準面線に対して迎角を次第に大きくしてなる縦軸ロータ。
【０００７】
（２）前記発電機が支柱上に固定され、その上に縦主軸が立設された態様において、縦主軸の基部に固定された、１個の中間取着部材の放射方向へ突出する水平で複数の支持腕の各先端に、複数の揚力型の縦長ブレードのそれぞれの主部内側面が固定され、  
各主部の上下部に連続して形成された内向弧曲部における、上部の内向弧曲部の先端部は、縦主軸の上部に固定された取着部材に固定され、前記各縦長ブレードの弦長は同長とし、上下の内向弧曲部における前縁は、それぞれ主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、それぞれ縦主軸に近づくに従って、主部の内側基準面線に対して、上下の内向弧曲部における各前縁端と後縁端とを直線で結ぶ迎角を次第に大きくしてなることを特徴とする縦軸ロータ。
【０００８】
（３）前記発電機が支柱上に固定され、その上に縦主軸が立設された態様において、縦主軸に固定された、１個の中間取着部材の放射方向へ突出する水平で複数の支持腕の各先端に、複数の揚力型の縦長ブレードの各主部が固定され、各主部の上部に連続して形成される上内向弧曲部の先端部は、縦主軸の上部にそれぞれに固定された取着部材に固定され、
主部の下部に連続して形成された各下内向弧曲部の先端部は、発電機を支持する支柱の外周に水平に配置される環状取着部材に一体に固定され、
前記各縦長ブレードの弦長は同長とし、上下の内向弧曲部における前縁は、主部との境界から上下の内向弧曲部の端部へかけて、縦主軸に近づくに従って、主部の内側基準面線に対して迎角を次第に大きくしてなる縦軸ロータ。 
【０００９】
（４）発電機に立設されている縦主軸に固定された、１個の中間取着部材の放射方向へ突出する水平で複数の支持腕の各先端に、それぞれ揚力型の縦長ブレードの主部の内側面が固定され、各主部の上下部に、それぞれ連続して形成された、先端を縦主軸方向へ弧曲する上下の内向弧曲部における各前縁端と後縁端とを直線で結ぶ迎角は、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、それぞれ縦主軸に近づくに従って、主部の内側基準面線に対して迎角を次第に大きくしてなる縦軸ロータにおいて、前記発電機は、複数の支柱と複数の横枠体とで立体に組まれた支持枠体の内部の基盤に配置され、その発電機に立設された縦主軸の上端部は上部横枠体に支持され、複数のロータが多層状に配設され、各上下のロータの間に配設された横枠体においてその部分の縱主軸が支持され、上下の横枠体の間における縦軸ロータの、各上下の内向弧曲部の先端は、それぞれ縱主軸に固定された取着部材に固定してなる縦軸ロータ。
【００１０】
（５）縦主軸の周囲に、複数の揚力型の縦長ブレードを、取付部材を介して固定する縦軸ロータにおいて、各縦長ブレードは、正面で主部の上下部に、軸方向に向いて弧曲する上下の内向弧曲部を形成し、その各内向弧曲部の先端面は垂直としかつ弦方向を水平向きとし、弦長は全体に同長とされ、縦主軸方向を向く左側面は、略魚形の端面が顕示され、かつ上下の内向弧曲部における前縁が、主部との境界から上下の内向弧曲部の先端部へかけて、主部の内側基準面線に対して、先端部において６．３°の範囲で迎角を次第に大きくしてなる縦軸ロータの縦長ブレード。
【００１１】
（６）前記縦長ブレードにおける上下の内向弧曲部のうち、各下内向弧曲部の各下端部は、上内向弧曲部よりも短く形成され、その先端部は、発電機を支持する支柱の周囲に無接触で水平に配設される環状取付材に固定するようにしてなる前記（5）に記載の縦軸ロータの縦長ブレード。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
【００１３】
前記（1）に記載の発明においては、縦軸ロータにおける、各縦長ブレードの主部の上下に、内向弧曲部が一連で形成されているので、ブレードに屈曲変形が生じにくく、強風によっても歪みが生じにくく破損しにくい。主部が回転時の遠心部に当たり、上下方向へ通過しようとする気流によって上下内向弧曲部の回転効率が高まる。
特に縦長ブレードにおける、上下内向弧曲部において前縁が、主部との境界から各内向弧曲部の端部へかけて、迎角を次第に大きくしてあるので、回転に伴って、上下の内向弧曲部の表面に沿って通過する気流は、縦主軸の近くにおいて、上または下方向に通過する気流は、上下内向弧曲部の大きな迎角部分を通過して内側方向へ入り込むコアンダ効果による高速気流により、回転方向への反作用として回転速度を高めるので、縦長ブレード全体の回転速度を高める効果が生じる。
一般的には、回転時の遠心部分よりも、縦主軸に近い部分のブレードの速度は遅いが、本発明においては、縦主軸に近い部分の回転速度が高くなるので、ブレード全体の回転速度が高くなり発電効率が高まる。
【００１４】
前記（2）に記載の発明においては、縦主軸の基部に固定された１個の中間取付部材により、前記縦長ブレードの主部の内側面が固定されているので、中間取付部より上の縦主軸の長さを短くすることが出来、縦長ブレードの長さが長い時にも、全体が安定して回転する。
【００１５】
前記（3）に記載の発明における縦軸ロータの縦長ブレードが長い時には、発電機の上方に縦主軸を長く突設しなければならない。その場合には縦主軸の径を太くすると、発電機にかかる負担が大となるので、縦主軸の長さを短くして、縦長ブレードの下端部分を、発電機の位置よりも下位の支柱部分にしたもので、支柱の周囲に配置する環状取着部材に、下内向弧曲部の下端部を固定することによって、複数の縦長ブレードを一体化して、ぐらつきをなくすことが出来る。
上下の内向弧曲部の前縁は、主部との境界から、上下の内向弧曲部の端部へかけて、迎角を次第に大としてあるので、上下の内向弧曲部では、その表面に沿ってコアンダ効果により高速となって、内側方向へ向いて通過することになり、その反作用で高速回転し、ブレード全体の速度を高速化させる。
【００１６】
前記（4）に記載の発明における縦軸ロータは、支持枠体に支持された縦主軸に、多層状に固定されているので、縦長ブレードの枚数が少なくても総体として受風面積が広いので、低速風の中でも高速回転をする。上下の層において、各
内向弧曲部の表面に沿って通過する気流は、それぞれ内向きに通過するので、通過した高速気流が上下のロータの間において干渉をすることがない。
【００１７】
前記（5）に記載の発明において、縦長ブレードは、主部の上下部に縦主軸方向へ弧曲する内向弧曲部が連続して形成されているので、強い風力が、どの方向からかかっても、捩じれや変形が生じにくく破損しにくい。
また内向弧曲部は、主部との境界部分から、内向弧曲部の先端へかけて、前縁が迎角を次第に大きくされているので、回転に伴って、内向弧曲部の表面を通過する気流は、コアンダ効果により高速化されて内側方向へ通過し、その反作用としてブレードは回転方向へ高速で回転するので、総体として縦長ブレードの回転速度が高まる。
【００１８】
前記（6）に記載の発明における縦軸ロータの縦長ブレードは、上下の内向弧曲部のうち、下内向弧曲部の下端部は、上内向弧曲部よりも短く形成されているので、縦長ブレードの下部が、支柱上の発電機の位置よりも下方になるような時には、支柱の周囲に配置する環状取着部材に下内向弧曲部の下端部を固定することにより、複数の縦長ブレードの一体化をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の風力用の縦軸ロータの実施例１の正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明の縦軸ロータにおける縦長ブレードの正面図である。
【図４】図３におけるIV−IV線断面図である。
【図５】図３における右側面図である。
【図６】図３における左側面図である。
【図７】本発明の縦軸ロータにおける縦長ブレードの背面図である。
【図８】図７におけるVIII−VIII線断面図である。
【図９】図７におけるIX−IX線断面図である。
【図１０】本発明の縦軸ロータの縦長ブレードの実施例２の正面図である。
【図１１】本発明の縦軸ロータの実施例３の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１において、縦軸ロータ１は、支柱２上に固定された発電機３を貫通して、回転可能に立設された縦主軸４に、複数（図では３枚）の揚力型の縦長ブレード５が配設されている。
【００２１】
各縦長ブレード５は、ほぼ垂直な主部５Ａの上下部から、縦主軸４の方向へ長く弧曲する上内向弧曲部５Ｂと、下内向弧曲部５Ｃとから形成され、上内向弧曲部５Ｂは、縦主軸４の上端部に固定された取着部材６に固定され、主部５Ａの左側面５Ｇ（内面）中間部を、縦主軸４に固定された中間取着部材７における、放射方向へ突出する支持腕７Ａの先端部に固定されている。
下内向弧曲部５Ｃの先端部は、支柱２に接触しないように、外面に配置された環状取着部材８に固定されている。 
【００２２】
支柱２の下部には、図示しない蓄電池が納められ、縦軸ロータ１及び太陽光発電パネル１１で発電された電気を蓄電するようになっている。
符号９は制御盤、１０は街灯、１２は通信用アンテナであり、電線の引かれていない山間地や海浜、小島等に配設することにより、携帯電話などの基地局の役割を果たすことができる。
【００２３】
縦長ブレード５は、図３以下に詳細に示す。右側面５Ｆは、図５に示すように、弦長は上下に同じ長さであり、主部５Ａの横断面は図４に示すように、前縁５Ｄと後縁５Ｅは、縦主軸４を中心として回転する回転円弧Ｔ上になるように形成されている。
【００２４】
縦長ブレード５の上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端面５Ｈは、図３に示すように垂直であり、従って縦長ブレード５の左側面５Ｇ（回転時の内側面）は、図６に示すように、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端面５Ｈが現れている。
【００２５】
この先端面５Ｈにおける、後縁５Ｅと前縁５Ｄを結ぶ迎角線Ｋは、水平に対して外向きに広がって迎角を示しており、この角度はブレードの厚さによって変化する。従って、この縦長ブレード５が回転すると、表面に沿って通過するコアンダ効果により、高速となって通過する流体は後縁５Ｅで内側に入り、縦長ブレード５を効率良く回転させる。
【００２６】
すなわち縦主軸４に近い部分は、遠心部における主部５Ａよりも、回転速度は遅いのであるが、本願発明においては、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃは、主部５Ａよりも大きな迎角を持って、内側に流体を通過させることによって高速回転し、全体の回転速度を高めることが確認された。
【００２７】
図７は、図３における縦長ブレード５の背面図である。この図で明かなように、外見上では正面と変わらないが、図８、図９に断面を示すように、縦主軸４に近づくに従って、前縁５Ｄが外側へ傾斜して迎角を大きくしている。
ここにおいて、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃにおける左側面５Ｇは、水平線よりも内側へ入らないものとされる。
【００２８】
上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃにおける内側基準線Ｓに対して、右側面５Ｇを通過する流体は、右側面の膨出が高いので、通過する流体のコアンダ効果による高速流は内側に入り、反作用で、縦長ブレード５は、回転方向に回転効率が高まる。
【００２９】
図１０は、本願発明縦軸ロータの実施例２を示す正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。図１０における右側の縦長ブレード５が正面を示し、左側の縦長ブレード５は背面を示している。
【００３０】
この実施例２では、縦主軸４の長さが短いので、上部の取着部材６は、縦主軸４の上端に固定されていない。縦主軸４に固定された円盤状の中間取着部材７から放射方向へ突出する支持腕７Ａの先端が、縦長ブレード５の主部５Ａの内側面に固定されて、縦長ブレード５全体を支持している。
縦長ブレード５の横断面は、前例と同じく、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの前縁は、主部５Ａよりも大な迎角を持っている。
【００３１】
これによって、回転に伴い、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの内外側面に沿って通過する気流は、縦主軸４に近い位置で、上方向または下方向へ、コアンダ効果により高速化されて内側向きに通過し、その反作用として、縦軸ロータ１は低速風においても、効率良く回転する。
【００３２】
図１１は、本発明の縦軸ロータ１の実施例３の正面図である。前例と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例３においては、支持枠体１３における縦主軸４に縦軸ロータ１を多層状に装着したものである。
【００３３】
この縦主軸４は、主部４Ａは太管とし、上端と下端は細軸４Ｂ、４Ｂとして、細軸４Ｂの部分をベアリング１６、１６で支持する。
これによって、縦主軸４の撓みが抑止され、主部４Ａは管体なので軽量であり、細軸４Ｂ部分は細いので、縦長ブレード５の回転時の遠心部と比較して回転速度が遅く、ベアリング１６の負担を小とする。
【００３４】
支持枠体１３は、複数（図では４本）の支柱１４、１４と複数（図では４個）の、平面視方形の横枠体１５、１５とで立体に組まれている。上下の横枠体１５は、方形の外枠の内側に複数の支持杆１５Ｂを介して中央部に、縦主軸４を支持するベアリング１６が支持されている。中間の横枠体１５は、支持杆１５Ｂを介して中央部に固定されるガイド１５Ｃは、太管の主部４Ａが貫通し、接触しない貫通孔が形成されている。
【００３５】
支持枠体１３の下部において、横枠体１５と支柱１４と基盤Ｇとの間に、揺れ留めの筋交１７が配設され、また中間の横枠体１５と支柱１４の間にも筋交１７Ａが配設されている。これによって、支持枠体１３の経方向の歪みやロータ１の回転に伴う揺れが生じにくくなる。
【００３６】
支持枠体１３の中央部の基盤Ｇ上に、免震台１８を介して発電機１９が配設されている。発電機１９の上に立設された縦主軸４は、前記各横枠体１５におけるベアリング１６、１６によって回転可能に支持されている。
ベアリング１６の支持には、任意の免震部材２０を介在させることができる。
【００３７】
前記縦軸ロータ１は、図３の縦長ブレード５と比較して、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの長さが同じに形成されている。
従って、縦主軸４に固定される上下の取着部材６、６は同じ態様のものを使用して、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端部が固定されている。
【００３８】
この縦長ブレード５においても、主部５Ａとの境界から、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端部へかけての前縁５Ｄは、迎角を次第に大きくしてある。そのため、回転時において、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃを通過する気流は、後縁５Ｅを内側方向へ通過し、その反作用で縦長ブレード５は前縁方向に高速で回転する。
【００３９】
縦長ブレード５は、図面では左右１対のものが描かれているが、３枚とすることもできる。なおこの発明は、水力発電装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
この発明にかかる縦軸ロータ及び縦長ブレードは、低風速でも、効率のよい回転をするので、風力発電装置に使用して、高い効果をあげることができ、また水力発電装置に効率良く利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１．縦軸ロータ
２．支柱
３．発電機
４．縦主軸
４Ａ．主部
４Ｂ．細軸
５．縦長ブレード
５Ａ．主部
５Ｂ．上内向弧曲部
５Ｃ．下内向弧曲部
５Ｄ．前縁（正面）
５Ｅ．後縁（背面）
５Ｆ．右側面
５Ｇ．左側面
５Ｈ．先端面
６．取着部材
７．中間取着部材  
８．環状取着部材
９．制御盤
１０．街灯
１１．太陽光発電器
１２．アンテナ
１３．支持枠体
１４．支柱
１５．横枠体
１５Ａ．外枠
１５Ｂ．支持杆
１６．ベアリング
１７、１７Ａ．筋交
１８．免震台
１９．発電機
２０．免震部材
Ｇ．基盤
Ｋ．迎角
Ｓ．内側基準面線
Ｔ．回転円弧
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2020105961.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月2日(2019.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支柱上に配設された発電機の上部に立設される縦主軸の周囲に、複数の揚力型の縦長ブレードを配設するロータであって、前記縱主軸に固定された１個の中間取付部材の放射方向へ突出する水平で複数の支持腕の各先端に、それぞれ揚力型の縦長ブレードの各主部が、その横断面におけるその前縁と後縁が、縦主軸を中心とするその回転円弧上に位置するように固定され、前記各揚力型の縦長ブレードの主部の上部に連続して形成される上内向弧曲部の先端部は、前記縦主軸の上部に固定された取付部材に、その垂直の先端面の前縁が、後縁よりも上向きに傾斜するように固定され、前記各揚力型の縦長ブレードの主部の下部に連続して形成される各下内向弧曲部の先端部は、前記支柱の外周面に水平に配設される環状取付部材に、その垂直の先端面の前縁が、後縁よりも下向きに傾斜するように取付けられてなることを特徴とする縦軸ロータ。
【請求項２】
前記１個の中間取付部材は、前記縱主軸の表出している基部に水平に固定されて、その放射線方向へ突出する各支持腕の先端部に、前記各揚力型の縦長ブレードの各主部の内側面が固定され、該中間取付部材より下方となる各下内向弧曲部の先端部分の位置に合わせて、前記環状取付部材が、前記支柱の周囲に無接触で水平に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の縦軸ロータ。    
【請求項３】
前記各揚力型縦長ブレードにおける上下の内向弧曲部の先端面は垂直とし、かつ弦長方向を水平方向に向けて、その先端面における前縁を、後縁よりも６度の範囲で外向きに傾斜させてなることを特徴とする請求項１または２に記載の縦軸ロータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転性能に優れ、強風や強い水流にもブレードが破損しにくい、風水力用の縦軸ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
縦長ブレードを備える風力発電装置は、例えば特許文献１に記載されている。その縦長ブレードは、単に平板を曲げただけのもので、縦軸周りに複数枚が固定されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−００２０６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の縦長ブレードは、板状のものであり、かつ回転時におけるその内面は、上下の全長に亘って、一定の迎角とされている。
そのため、縦長ブレードの上部と下部を通過する気流は、コアンダ効果によって、縦長ブレードの中心方向へ集まろうとして、回転に資する力が無駄になる。
本発明は、このような欠点を改善し、軽量で高速回転をする風水力用の縦軸ロータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。      
【０００６】
（１） 支柱上に配設された発電機の上部に立設される縦主軸の周囲に、複数の揚力型の縦長ブレードを配設するロータであって、前記縱主軸に固定された１個の中間取付部材の放射方向へ突出する水平で複数の支持腕の各先端に、それぞれ揚力型の縦長ブレードの各主部が、その横断面におけるその前縁と後縁が、縦主軸を中心とするその回転円弧上に位置するように固定され、前記各揚力型の縦長ブレードの主部の上部に連続して形成される上内向弧曲部の先端部は、前記縦主軸の上部に固定された取付部材に、その垂直の先端面の前縁が、後縁よりも上向きに傾斜するように固定され、前記各揚力型の縦長ブレードの主部の下部に連続して形成される各下内向弧曲部の先端部は、前記支柱の外周面に水平に配設される環状取付部材に、その垂直の先端面の前縁が、後縁よりも下向きに傾斜するように取付けられてなることを特徴とする縦軸ロータ。
【０００７】
（２） 前記１個の中間取付部材は、前記縱主軸の表出している基部に水平に固定されて、その放射線方向へ突出する各支持腕の先端部に、前記各揚力型の縦長ブレードの各主部の内側面が固定され、該中間取付部材より下方となる各下内向弧曲部の先端部分の位置に合わせて、前記環状取付部材が、前記支柱の周囲に無接触で水平に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の縦軸ロータ。
【０００８】
（３） 前記各揚力型縦長ブレードにおける上下の内向弧曲部の先端面は垂直とし、かつ弦長方向を水平方向に向けて、その先端面における前縁を、後縁よりも６度の範囲で外向きに傾斜させてなることを特徴とする請求項１または２に記載の縦軸ロータ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
【００１０】
前記（1）に記載の発明においては、縦軸ロータにおける、各縦長ブレードの主部の上下に、内向弧曲部が一連で形成されているので、ブレードに屈曲変形が生じにくく、強風によっても歪みが生じにくく破損しにくい。主部が回転時の遠心部に当たり、上下方向へ通過しようとする気流によって上下内向弧曲部の回転効率が高まる。               
特に縦長ブレードにおける、上下内向弧曲部において前縁が、主部との境界から各内向弧曲部の端部へかけて、迎角を次第に大きくしてあるので、回転に伴って、上下の内向弧曲部の表面に沿って通過する気流は、縦主軸の近くにおいて、上または下方向に通過する気流は、上下内向弧曲部の大きな迎角部分を通過して内側方向へ入り込むコアンダ効果による高速気流により、回転方向への反作用として回転速度を高めるので、縦長ブレード全体の回転速度を高める効果が生じる。
一般的には、回転時の遠心部分よりも、縦主軸に近い部分のブレードの速度は遅いが、本発明においては、縦主軸に近い部分の回転速度が高くなるので、ブレード全体の回転速度が高くなり発電効率が高まる。  
また、縦長ブレードは、上下の内向弧曲部のうち、下内向弧曲部の下端部は、上内向弧曲部よりも短く形成されているので、縦長ブレードの下部が、支柱上の発電機の位置よりも下方になるような時には、支柱の周囲に無接触で配置する環状取着部材に下内向弧曲部の下端部を固定することにより、縦長主軸を高くすることなく、縦長のブレードを配設することができる。
【００１１】
前記（2）に記載の発明においては、縦主軸の基部に固定された１個の中間取付部材から放射線方向に突出する支持腕の各先端に、各揚力型縦長ブレードの各主部の内側面が固定されるので、中間取付部より上の縦主軸の長さを短くすることが出来、縦長ブレードの長さが長い時にも、全体が安定して回転する。
【００１２】
前記（3）に記載の発明においては、前記各揚力型縦長ブレードにおける上下の内向弧曲部の先端面は垂直とし、かつ弦方向を水平方向に向けて、その前縁端部を、後縁端部よりも６度の範囲で外向きに傾斜させているので、縱主軸にブレードを堅固に取付けることができ、遠心部の主部よりも回転周速の遅くなる縱主軸に近い部分で、ブレードの速度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の風力用の縦軸ロータの実施例１の正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明の縦軸ロータにおける縦長ブレードの正面図である。
【図４】図３におけるIV−IV線断面図である。
【図５】図３における縦長ブレードの右側面図である。
【図６】図３における縦長ブレードの左側面図である。
【図７】本発明の縦軸ロータにおける縦長ブレードの背面図である。
【図８】図７におけるVIII−VIII線断面図である。
【図９】図７におけるIX−IX線断面図である。
【図１０】本発明の縦軸ロータの縦長ブレードの実施例２の正面図である。
【図１１】本発明の縦軸ロータの実施例３の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１において、縦軸ロータ１は、支柱２上に固定された発電機３を貫通して、回転可能に立設された縦主軸４に、複数（図では３枚）の揚力型の縦長ブレード５が配設されている。
【００１５】
各縦長ブレード５は、ほぼ垂直な主部５Ａの上下部から、縦主軸４の方向へ長く弧曲する上内向弧曲部５Ｂと、下内向弧曲部５Ｃとから形成され、上内向弧曲部５Ｂは、縦主軸４の上端部に固定された取着部材６に固定され、主部５Ａの左側面５Ｇ（内面）中間部を、縦主軸４に固定された中間取着部材７における、放射方向へ突出する支持腕７Ａの先端部に固定されている。
下内向弧曲部５Ｃの先端部は、支柱２に接触しないように、外面に配置された環状取着部材８に固定されている。 
【００１６】
支柱２の下部には、図示しない蓄電池が納められ、縦軸ロータ１及び太陽光発電パネル１１で発電された電気を蓄電するようになっている。
符号９は制御盤、１０は街灯、１２は通信用アンテナであり、電線の引かれていない山間地や海浜、小島等に配設することにより、携帯電話などの基地局の役割を果たすことができる。
【００１７】
縦長ブレード５は、図３以下に詳細に示す。右側面５Ｆは、図５に示すように、弦長は上下に同じ長さであり、主部５Ａの横断面は図４に示すように、前縁５Ｄと後縁５Ｅは、縦主軸４を中心として回転する回転円弧Ｔ上になるように形成されている。
【００１８】
縦長ブレード５の上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端面５Ｈは、図３に示すように垂直であり、従って縦長ブレード５の左側面５Ｇ（回転時の内側面）は、図６に示すように、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端面５Ｈが現れている。
【００１９】
この先端面５Ｈにおける、後縁５Ｅと前縁５Ｄを結ぶ迎角線Ｋは、水平に対して外向きに広がって迎角を示しており、この角度はブレードの厚さによって変化する。従って、この縦長ブレード５が回転すると、表面に沿って通過するコアンダ効果により、高速となって通過する流体は後縁５Ｅで内側に入り、縦長ブレード５を効率良く回転させる。
【００２０】
すなわち縦主軸４に近い部分は、遠心部における主部５Ａよりも、回転速度は遅いのであるが、本願発明においては、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃは、主部５Ａよりも大きな迎角を持って、内側に流体を通過させることによって高速回転し、全体の回転速度を高めることが確認された。
【００２１】
図７は、図３における縦長ブレード５の背面図である。この図で明かなように、外見上では正面と変わらないが、図８、図９に断面を示すように、縦主軸４に近づくに従って、前縁５Ｄが外側へ傾斜して迎角を大きくしている。
ここにおいて、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃにおける左側面５Ｇは、水平線よりも内側へ入らないものとされる。
【００２２】
上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃにおける内側基準線Ｓに対して、右側面５Ｇを通過する流体は、右側面の膨出が高いので、通過する流体のコアンダ効果による高速流は内側に入り、反作用で、縦長ブレード５は、回転方向に回転効率が高まる。
【００２３】
図１０は、本願発明縦軸ロータの実施例２を示す正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。図１０における右側の縦長ブレード５が正面を示し、左側の縦長ブレード５は背面を示している。
【００２４】
この実施例２では、縦主軸４の長さが短いので、上部の取着部材６は、縦主軸４の上端に固定されていない。縦主軸４に固定された円盤状の中間取着部材７から放射方向へ突出する支持腕７Ａの先端が、縦長ブレード５の主部５Ａの内側面に固定されて、縦長ブレード５全体を支持している。
縦長ブレード５の横断面は、前例と同じく、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの前縁は、主部５Ａよりも大な迎角を持っている。
【００２５】
これによって、回転に伴い、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの内外側面に沿って通過する気流は、縦主軸４に近い位置で、上方向または下方向へ、コアンダ効果により高速化されて内側向きに通過し、その反作用として、縦軸ロータ１は低速風においても、効率良く回転する。
【００２６】
図１１は、本発明の縦軸ロータ１の実施例３の正面図である。前例と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例３においては、支持枠体１３における縦主軸４に縦軸ロータ１を多層状に装着したものである。
【００２７】
この縦主軸４は、主部４Ａは太管とし、上端と下端は細軸４Ｂ、４Ｂとして、細軸４Ｂの部分をベアリング１６、１６で支持する。
これによって、縦主軸４の撓みが抑止され、主部４Ａは管体なので軽量であり、細軸４Ｂ部分は細いので、縦長ブレード５の回転時の遠心部と比較して回転速度が遅く、ベアリング１６の負担を小とする。
【００２８】
支持枠体１３は、複数（図では４本）の支柱１４、１４と複数（図では４個）の、平面視方形の横枠体１５、１５とで立体に組まれている。上下の横枠体１５は、方形の外枠の内側に複数の支持杆１５Ｂを介して中央部に、縦主軸４を支持するベアリング１６が支持されている。中間の横枠体１５は、支持杆１５Ｂを介して中央部に固定されるガイド１５Ｃは、太管の主部４Ａが貫通し、接触しない貫通孔が形成されている。
【００２９】
支持枠体１３の下部において、横枠体１５と支柱１４と基盤Ｇとの間に、揺れ留めの筋交１７が配設され、また中間の横枠体１５と支柱１４の間にも筋交１７Ａが配設されている。これによって、支持枠体１３の経方向の歪みやロータ１の回転に伴う揺れが生じにくくなる。
【００３０】
支持枠体１３の中央部の基盤Ｇ上に、免震台１８を介して発電機１９が配設されている。発電機１９の上に立設された縦主軸４は、前記各横枠体１５におけるベアリング１６、１６によって回転可能に支持されている。
ベアリング１６の支持には、任意の免震部材２０を介在させることができる。
【００３１】
前記縦軸ロータ１は、図３の縦長ブレード５と比較して、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの長さが同じに形成されている。
従って、縦主軸４に固定される上下の取着部材６、６は同じ態様のものを使用して、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端部が固定されている。
【００３２】
この縦長ブレード５においても、主部５Ａとの境界から、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃの先端部へかけての前縁５Ｄは、迎角を次第に大きくしてある。そのため、回転時において、上下の内向弧曲部５Ｂ、５Ｃを通過する気流は、後縁５Ｅを内側方向へ通過し、その反作用で縦長ブレード５は前縁方向に高速で回転する。
【００３３】
縦長ブレード５は、図面では左右１対のものが描かれているが、３枚とすることもできる。なおこの発明は、水力発電装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この発明にかかる縦軸ロータ及び縦長ブレードは、低風速でも、効率のよい回転をするので、風力発電装置に使用して、高い効果をあげることができ、また水力発電装置に効率良く利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１．縦軸ロータ
２．支柱
３．発電機
４．縦主軸
４Ａ．主部
４Ｂ．細軸
５．縦長ブレード
５Ａ．主部
５Ｂ．上内向弧曲部
５Ｃ．下内向弧曲部
５Ｄ．前縁（正面）
５Ｅ．後縁（背面）
５Ｆ．右側面
５Ｇ．左側面
５Ｈ．先端面
６．取着部材
７．中間取着部材  
８．環状取着部材
９．制御盤
１０．街灯
１１．太陽光発電器
１２．アンテナ
１３．支持枠体
１４．支柱
１５．横枠体
１５Ａ．外枠
１５Ｂ．支持杆
１６．ベアリング
１７、１７Ａ．筋交
１８．免震台
１９．発電機
２０．免震部材
Ｇ．基盤
Ｋ．迎角
Ｓ．内側基準面線
Ｔ．回転円弧
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2020105961.tif 000015
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2020105961.tif 000016