(57)【要約】【課題】初動が良く、強風時にも破損しない縦軸風車を提供する。【解決手段】縦軸風車１は、十字形状の支持アーム１２０を備えた上下一組の支持部材１００を備えている。上下で対になる各支持アーム１２０には、羽２００が取付けられている。羽２００は断面翼型であり、風を受けると揚力を良く生じる。羽２００の断面における空力中心と支持アーム１２０の先端には、コイルバネ２９１の一端と他端がそれぞれ固定されている。【選択図】図１１
2014145293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転の軸の両端に位置するとともに、そのそれぞれが複数の支持部を有する支持部材と、
前記支持部材の支持部のそれぞれにその両端の被支持部を支持された、風を受ける複数枚の板状の羽と、
を有する縦軸風車であって、
前記羽のそれぞれは、それが有するその両端の支持部を結ぶその幅方向の前側寄りにある線分周りの両方向の回転である自転を行えるように、
且つ、前記羽は、前記羽が一定の強さ以上の風を受けたときに、前記軸周りの一方向の回転である公転を前記支持部材とともに行うようになっているとともに、
前記羽のそれぞれが自転を行ったときに前記羽を元の位置に戻す力を前記羽に与える弾性体を有している、
縦軸風車。
【請求項２】
前記弾性体は、前記固定部材と前記羽にその一端と他端を接続されている、
請求項１記載の縦軸風車。
【請求項３】
前記支持部材の前記支持部は、前記弾性体を介して前記羽の前記被支持部を支持している、
請求項２記載の縦軸風車。
【請求項４】
前記弾性体は、バネである、
請求項１〜３のいずれかに記載の縦軸風車。
【請求項５】
前記弾性体は、コイルバネ又は板バネである、
請求項３記載の縦軸風車。
【請求項６】
前記支持部と、前記被支持部は、その一方が凹部を、その他方がその凹部に挿入される凸部を備えており、
前記凸部が前記凹部に挿入されることで、前記支持部が前記被支持部を支持するようになっている、
請求項１記載の縦軸風車。
【請求項７】
前記弾性体はコイルバネであり、前記凸部をその内側に入れた状態でその一方を前記支持部に、その他方を前記被支持部に固定されている、
請求項６記載の縦軸風車。
【請求項８】
前記羽のそれぞれは、前記線分に重なり且つ前記羽を貫く棒状体を有しているとともに、
前記支持部材は、前記棒状体を挿入できる穴である受穴を有しており、
前記羽から露出した前記棒状体の両端を前記凸部とし、前記支持部材に設けられた前記受穴を前記凹部とするようになっている、
請求項６記載の縦軸風車。
【請求項９】
前記羽は、その断面が風を受けたときに揚力を生じる翼型である、
請求項１記載の縦軸風車。
【請求項１０】
前記羽の前記元の位置は、前記羽が前記公転を行う場合の円軌道の接線に沿う方向である、
請求項１記載の縦軸風車。
【請求項１１】
前記線分は、前記羽の幅を、前記公転の方向のそれより前側が２０〜３０％、前記好転の方向のそれより後ろ側が８０〜７０％に分ける位置に位置するようにされている、
請求項１記載の縦軸風車。
【請求項１２】
前記羽は断面翼型であり、前記線分は、前記羽の断面における空力中心に位置するようにされている、
請求項１記載の縦軸風車。
【請求項１３】
請求項１〜１２に記載の縦軸風車と、
前記支持部材の回転により生じた運動エネルギーを伝達する伝達機構と、
前記伝達機構を介して受取った運動エネルギーを電力に変える発電装置と、
を含む風力発電装置。
【請求項１４】
回転の軸の両端に位置するとともに、そのそれぞれが複数の支持部を有する支持部材と、
前記支持部材の支持部のそれぞれにその両端の被支持部を支持された、水流を受ける複数枚の板状の羽と、
を有する縦軸風車であって、
前記羽のそれぞれは、それが有するその両端の支持部を結ぶその幅方向の前側寄りにある線分周りの両方向の回転である自転を行えるように、
且つ、前記羽は、前記羽が一定の強さ以上の水流を受けたときに、前記軸周りの一方向の回転である公転を前記支持部材とともに行うようになっているとともに、
前記羽のそれぞれが自転を行ったときに前記羽を元の位置に戻す力を前記羽に与える弾性体を有している、
縦軸水車。
【請求項１５】
請求項１４に記載の縦軸水車と、
前記支持部材の回転により生じた運動エネルギーを伝達する伝達機構と、
前記伝達機構を介して受取った運動エネルギーを電力に変える発電装置と、
を含む水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば風力発電に用いられる風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
人類の歴史上相当古い時代から、動力源としての風車が知られている。古くは粉挽きや、揚水に用いられていた風車であるが、近年は、自然エネルギーの利用促進という観点から風力発電への応用が期待されており、その価値が見直されている。
【０００３】
風車には様々なものがあるが、風車は基本的に、横軸（水平軸）風車、縦軸（垂直軸）風車に分類される。また、横軸風車、垂直軸風車ともに、更に様々な種類の風車が提案されている。
一般に横軸風車は、その軸が風の方向に対向する向きでその回転数が最大となる。したがって、横軸風車は、風の向きによってはその回転数が落ちるのが通常である。それを嫌うのであれば、その時点の風から得られる回転数を最大に保つためにその軸の向きを風に対向する方向に変化させる制御機構を設けることが必要となる。
対して、縦軸風車は、その軸が地面に対して垂直であり、且つ風が水平に吹くと仮定した場合には、風の方向が変化してもその回転数は変わらない。つまり、縦軸風車は、その軸の方向を変えるための制御機構を持たずとも、その回転数が風の方向の変化に依存しない。
当初本願発明者は、特に風力発電に風車を用いることを想定していたため、風の方向の変化によらず、その時点における風から得られる最大出力での発電を常に行え、且つそのための制御機構が不要でその分安価であるという理由から、縦軸風車に的を絞った研究を行なっていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
縦軸風車の中で一般的なものに、上下に伸びるその全体の厚さが同じ板である板状の羽、或いは上下に伸びる翼状の断面を持つ羽を有するものがある。このような縦軸風車は、もちろん羽等の剛性が許す限りではあるが、その上下方向の長さを長くすることにより、縦軸風車の回転により得られる運動エネルギーを増大させることができる。そのため、これらの縦軸風車は、風力発電のみに向くというわけではないが、風力発電に取り敢えず向く。
【０００５】
しかしながら、縦軸風車には一般に、以下のような２つの短所が知られている。
まず第１に、初動が悪いという点である。これは、風がない状態から風がだんだん強くなっていくときに、なかなか縦軸風車が回転を初めないということを意味する。現在主流の横軸風車で風力発電を行う場合、風力発電が事業ベースに乗るためには年間の平均風速がおよそ６ｍ／ｓ以上でないとならないということが知られている。それ故風力発電を行える場所は自ずと限られてくる。より小さな風速で回転を始める縦軸風車が存在すれば風力発電をより効率的なものとすることができ、またより様々な場所で実用可能となる。
また第２に強風に弱いという点である。縦軸風車はその回転に大きな風速の風が必要ではあるものの、風速が大きくなりすぎると破損が生じる可能性がある。横軸風車の場合も同様であるが、一般的には、大きな風速の風に襲われるときには縦軸風車の回転を強制的に止めるという対応が採られているが、それでもなお風速数十ｍを超える台風が直撃した場合などには、縦軸風車の破損が生じるおそれを否定出来ない。
【０００６】
本願発明は、初動が良く、また、強風に強い縦軸風車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本願発明者は以下の発明を提案する。
本願発明による縦軸風車は、回転の軸の両端に位置するとともに、そのそれぞれが複数の支持部を有する支持部材と、前記支持部材の支持部のそれぞれにその両端の被支持部を支持された、風を受ける複数枚の板状の羽と、を有する縦軸風車である。
そして、前記羽のそれぞれは、それが有するその両端の支持部を結ぶその幅方向の前側寄りにある線分周りの両方向の回転である自転を行えるように、且つ、前記羽は、前記羽が一定の強さ以上の風を受けたときに、前記軸周りの一方向の回転である公転を前記支持部材とともに行うようになっている。また、この縦軸風車は、前記羽のそれぞれが自転を行ったときに前記羽を元の位置（一般的には、羽が公転する円軌道上の接線に沿う方向）に戻す力を前記羽に与える弾性体を有している。
縦軸風車は、支持部材と羽とを備えており、羽は、よく知られているように支持部材とともに回転するようになっている。それに加えて、本願発明における縦軸風車の羽は、支持部材に対して相対的に回転するようになっている。この出願では、惑星の公転と自転に擬えて、羽の前者の回転を公転と、羽の後者の回転を自転と呼ぶこととしているが、羽の自転は従来の縦軸風車にはないものである。羽の自転が可能なことにより、本願の縦軸風車は、初動が良く、また、強風に強くなる。その理由は以下の通りである。
【０００８】
まず、本願の縦軸風車の初動が良くなる理由である。
羽が風を受けて生み出す支持部材を回転させるための推進力は、羽の風向きに対する角度に依存する。縦型風車は、一般に複数枚の羽を持っているのが普通であるが、公転する羽のそれぞれを見た場合、ある羽が風向きに対して適切な位置乃至適切な角度にある場合（つまり、その羽が、支持部材とともに公転を行うのに必要な力である推進力を生むのに適切な位置乃至角度にある場合）、他の羽は推進力を生むのに適切な位置乃至適切な角度にない。縦型風車でも、羽の回転が始まってしまえば、羽は風向きに対して次々に適切な位置或いは適切な角度を採り、次々に推力を生じるが、羽の回転が始まるまではそのようなことは生じない。したがって、羽が自転を行なわない一般的な縦軸風車は、風速が小さい場合に回転し続けることも難しいが、動き出すことも難しいから、なお初動が悪くなりがちである。
また、板状の羽に風があたっても、次のような場合には羽に公転を起こさせる推力が生じない。
板状の羽に風が当たっている状態は、言い換えれば、流れのある空気という流体の中に板状の羽が存在する状態である。ある物体が流体の中に存在する場合、その物体には一般に、流体の流れに沿う方向の力である抗力と、流体の流れに垂直な方向の力である揚力とが生じる。板状の羽が普通の板の場合にも抗力と揚力が生じ、板状の羽が断面翼型であれば抗力とより大きな揚力とが生じることになる。縦型風車では一般に、この抗力と揚力が羽を自転させる力である推力となる。
板状の羽が、自転を行なわない場合、羽の幅方向が風上に対して完全に正対する場合には、羽には揚力が生じず、公転の半径方向の抗力のみが生じる。つまり、羽が風向きとの関係で上述の位置にある場合には、羽は風を受けても公転方向に回転するために必要な方向の力である推進力を生じないか、少なくとも殆ど生じない。
【０００９】
これに対し、本願発明における縦軸風車の羽はいずれも、それが有するその両端の支持部を結ぶその幅方向の前側寄りにある線分周りの両方向の回転である自転を行えるようになっている（なお、本願では、元の位置にある羽の支持部材の回転の方向を基準として先端側にある方を羽の（幅方向における）前側、元の位置にある羽の支持部材の回転の方向を基準として後端側にある方を羽の（幅方向における）後側と定義するものとする。）。また羽は、弾性体により常に元の位置に戻る力が与えられている。
このような板状の羽が、その幅方向の面が風上に対して完全に正対している場合を考える。この場合にも羽には、揚力が働かない。他方、羽の風を受けている面を微細な区画に区分して考えると、各区画には風による抗力が生じる。抗力の向きは風向きに同じである。ところが本願発明の縦軸風車における板状の羽は、幅方向の前側よりにある線分の前側の面積が小さく、その線分の後側の面積が大きいことから、その線分の前側の各区画で生じる抗力を積分して得られるトルクは、その線分の後側の各区分で生じる抗力を積分して得られるトルクよりも小さくなる。それにより、板状の羽は、弾性体による力に抗して、その前側が風上側に、後側が風下側に向かうように、上記線分を軸にして弾性体による力（トルク）と、その線分の後側の各区画で生じる抗力を積分して得られるトルクから、その線分の前側の各区分で生じる抗力を積分して得られるトルクを減じたトルクとが釣り合うところまで、回転する（自転を行う）ことになる。それにより、風は羽の後側に流れるようになる。その反作用により、羽の上記線分の部分には、公転の方向の成分を幾らか含む力が生じることになる。これにより、本願の縦軸風車は小さな風速でも回転を行うことになり、その初動が改善されている。
【００１０】
また、この縦軸風車が強風に強いのは、以下の理由による。
従来の縦軸風車の回転の速度は、羽が自転を行なわない場合には、少なくとも理論的には、風速に応じて増大していく。それによる縦軸風車の破損を防止するために、従来の縦軸風車には羽の公転を止めるための機構等が設けられていたのは既に述べた通りである。
対して、本願の縦軸風車では、上述した通り羽は、公転を行いつつ、自転を行う。羽は、上記線分を軸にして、常に、弾性体による力（トルク）と、その線分の後側の各区画で生じる風による抗力を積分して得られるトルクから、その線分の前側の各区分で生じる風による抗力を積分して得られるトルクを減じたトルクとが釣り合う位置にあり続けようとする。つまり、風がある程度以上大きくなると、本願の縦軸風車の羽は、その幅方向が、風向きの方向に沿うような向きになろうとする。そうすることにより、本願の縦軸風車の羽は、風速がある程度以上大きくなったときに、揚力をあまり発生しなくなるから、その回転速度が過剰に大きくならない。
その理由は、以下の通りである。縦軸風車は、揚力をその回転の運動エネルギーの源とする。揚力は、羽が板状であろうと断面が翼型であろうと生じる。揚力は、羽の前側と向かい風がなす角度である迎角が±１５°程度のときが一般に最大であり、迎角がそれより大きいときも小さいときも小さくなる。また、揚力は一般に、風速の３乗に比例する。本願の縦軸風車の羽は、風速がある程度以上大きくなったときには、羽が風から受ける抗力によりその迎角が０°に近づいていく。この効果は、風速の３乗で大きくなる揚力を非常に小さくする。したがって、自転の許容された本願の縦軸風車の羽は、弾性体という簡単な機構を備えるだけで、風速が大きくなったときにその回転速度が過剰となることを防げる。もっとも、弾性体の捻りに対する弾性力の強さを大きくし過ぎた場合には、初動の良さに影響がある場合もあり得るので、それも考慮して弾性体のトルクの強さを決定すべきである。
なお、風力発電装置に縦軸風車を応用し、風力発電装置の内部に配置された公知のモータに、縦軸風車の回転に負荷をかける機構を設けた場合には、風速が非常に大きい場合でも縦軸風車の回転を止めることなく風力発電を継続することが可能となる公算が大である。
【００１１】
なお、この縦軸風車は、常に縦に設置されなければならないわけではなく、その軸を例えば水平にして用いることも可能である。本願の縦軸風車は、羽の公転の軸が風の方向と垂直であるという意味であり、軸が地面に対して垂直であるという意味ではない。
また、この縦軸風車の羽の公転の中心となる軸は、仮想のものでもよい。つまり、軸は、物理的な物として必ずしも存在する必要はない。また、軸が物理的な物として存在する場合、軸を形作る物（例えば、金属製の管）が、２つの支持部材の少なくとも一方を２つの支持部材の外側に突き抜けていても構わない。その場合、軸を形作る物のうちの軸は、支持部材に挟まれている部分のみを指すことになる。
【００１２】
弾性体は、本願発明の風車の羽に上述の如き力を加えるようなものとされていれば、弾性体は縦軸風車のどこに設けられていても構わない。弾性体は例えば、前記固定部材と前記羽にその一端と他端を接続されていてもよい。このように弾性体を取付ければ、羽が自転したときに弾性体が羽に元の位置に戻るような力を与えるのが容易になる。例えば、前記支持部材の前記支持部は、前記弾性体を介して前記羽の前記被支持部を支持するようになっていてもよい。
【００１３】
弾性体は、自転した羽に元の位置に戻るような力を与えられるのであれば、その構成、素材を問わない。弾性体は例えば、ゴムでできていても良い。また弾性体はバネであっても良い。弾性体がバネであるとき、弾性体はコイルバネであっても良いし、板バネであってもよい。
【００１４】
支持部材の支持部と羽の被支持部は、被支持部が支持部に対して両方向に回転できるようになっているのであれば、どのように構成されていても構わない。例えば、前記支持部と、前記被支持部は、その一方が凹部を、その他方がその凹部に挿入される凸部を備えており、前記凸部が前記凹部に挿入されることで、前記支持部が前記被支持部を支持するようになっていてもよい。凹部は必ずしも底を必要とせず、貫通孔であってもよい。前記支持部と、前記被支持部は、その一方が凹部を、その他方がその凹部に挿入される凸部を備えており、前記凸部が前記凹部に挿入されることで、前記支持部が前記被支持部を支持するようになっている場合、  前記弾性体はコイルバネであり、前記凸部をその内側に入れた状態でその一方を前記支持部に、その他方を前記被支持部に固定されていてもよい。簡単な構成で安定して本願発明の所期の作用効果を得られる。
被支持部が凸部を有する場合、凸部は羽の前側寄りにある上述の線分に対応する位置に配され且つその両端を羽から露出させた一本の棒の両端によって構成されていても良い。つまり、前記羽のそれぞれは、前記線分に重なり且つ前記羽を貫く棒状体を有していてもよい。この場合、前記支持部材は、前記棒状体を挿入できる穴である受穴を有していてもよい。この場合には、前記羽から露出した前記棒状体の両端を前記凸部とし、前記支持部材に設けられた前記受穴を前記凹部とするようになっている。
【００１５】
本願の縦軸風車の板状の羽は、その全体で厚さが一定の板であっても良いし、その厚さがその部分によって異なる、その断面が風を受けたときに揚力を生じる翼型であってもよい。このような翼型の羽を有する縦軸風車は、羽が生じる揚力をより利用することができるようになり、小さな風速の風邪でも回転を始めるようにし易いし、同じ風速のときに得られる推力を大きくし易い。
羽は、風を受けることが予定された面を平面視したときに矩形にすることができるが、必ずしもこの限りではない。羽は、風を受けることが予定された上述の面を平面したときに、その前側寄りにある上述の線分より前側に位置する部分の面積が、その線分より後側に位置する部分の面積よりも大きくなっていてもよい。
【００１６】
前記羽の前記元の位置は、前記羽が前記公転を行う場合の円軌道の接線に沿う方向であってもよい。
【００１７】
羽の前よりに位置する前記線分は、前記羽の幅を、前記公転の方向のそれより前側が２０〜３０％、前記公転の方向のそれより後ろ側が８０〜７０％に分ける位置に位置するようにされていてもよい。前記線分は、また、前側が２３〜２５％程度、後側が７５％〜７７％程度になる位置に上述の線分を位置させるのが好ましい。凡そ、この位置に、羽、特に断面翼型の羽の空力中心がある。その位置に上述の線分を一致させておくと、回転しようとする羽に、不要なトルクが働かないので羽の破損を防ぎやすくなる。つまり、前記羽は断面翼型であり、前記線分は、前記羽の断面における空力中心に位置するようにするのが好ましい。
【００１８】
本願発明の縦軸風車は、そのまま水車、より詳細には縦軸水車に転用することも可能である。
その縦軸水車は、回転の軸の両端に位置するとともに、そのそれぞれが複数の支持部を有する支持部材と、前記支持部材の支持部のそれぞれにその両端の被支持部を支持された、水流を受ける複数枚の板状の羽と、を有する縦軸風車であって、前記羽のそれぞれは、それが有するその両端の支持部を結ぶその幅方向の前側寄りにある線分周りの両方向の回転である自転を行えるように、且つ、前記羽は、前記羽が一定の強さ以上の水流を受けたときに、前記軸周りの一方向の回転である公転を前記支持部材とともに行うようになっているとともに、前記羽のそれぞれが自転を行ったときに前記羽を元の位置に戻す力を前記羽に与える弾性体を有している、縦軸水車である。
つまり、縦軸水車はその羽が風（空気）でなく流れる水を受けるようになっていることを除き、縦軸風車に同じである。また、縦軸風車についてのここまでに述べた他の構成はすべて、縦軸水車にも応用可能である。
【００１９】
本願の縦軸風車は風力発電装置に、本願の縦軸水車は水力発電装置にそれぞれ応用可能である。
本願の縦軸風車を応用した風力発電装置は、例えば、以下のようなものとなる。
その風力発電装置は、今までに説明したいずれかの縦軸風車と、前記支持部材の回転により生じた運動エネルギーを伝達する伝達機構と、前記伝達機構を介して受取った運動エネルギーを電力に変える発電装置と、を含む風力発電装置である。
本願の縦軸水車を応用した水力発電装置は、例えば、以下のようなものとなる。
その水力発電装置は、今までに説明したいずれかの縦軸水車と、前記支持部材の回転により生じた運動エネルギーを伝達する伝達機構と、前記伝達機構を介して受取った運動エネルギーを電力に変える発電装置と、を含む水力発電装置である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態における縦軸風車の全体構成を示す斜視図。
【図２】図１に示した縦軸風車の羽を拡大して示す斜視図。
【図３】図１に示した縦軸風車の羽の内部構成を示す分解斜視図。
【図４】図１に示した縦軸風車の羽の内部構成を示す断面図。
【図５】図１に示した縦軸風車が静止している状態を示す簡略化した平面図。
【図６】図１に示した縦軸風車に弱風が吹いているときの羽の挙動を概念的に示す図。
【図７】図１に示した縦軸風車に中風が吹いているときの羽の挙動を概念的に示す図。
【図８】図１に示した縦軸風車に強風が吹いているときの羽の挙動を概念的に示す図。
【図９】変形例１の縦軸風車の羽の構造を示す透視図。
【図１０】変形例２の縦軸風車の羽の構造を示す透視図。
【図１１】変形例３の縦軸風車の全体構造を示す斜視図。
【図１２】変形例３の縦軸風車の羽の構造を示す斜視図。
【図１３】第２実施形態の風力発電装置を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい第１〜第３実施形態及びそれらの変形例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
各実施形態及びその変形例の説明では、同じ対象に対しては同一の符号を付すこととし、重複する説明は省略するものとする。
【００２２】
≪第１実施形態≫
第１実施形態による縦軸風車１の斜視図を図１に示す。
この実施形態の縦軸風車１は、支持部材１００と４枚の羽２００とを備えている。
【００２３】
支持部材１００は、これには限られないがこの実施形態では上下に２つ設けられている。支持部材１００はある程度以上の剛性を備える素材でできており、この実施形態では金属でできている。これには限られないが、支持部材１００を形成する金属はアルミである。上下２つの支持部材１００は同じ形状とされている。
【００２４】
支持部材１００は、これには限られないが、板状であり、略十字状の形状をしている。支持部材１００は、その中心付近に存在する略円形の中心板１１０と、中心板１１０から外側に９０°おきの間隔で四方に伸びる支持アーム１２０とからなる。２つの支持部材１１０の中心板１１０のそれぞれの中心には、円形の中心孔１１１が穿たれている。この実施形態における両支持部材１００が持つ４つずつの支持アーム１２０はすべて同じ流さで、同じ幅を持つ。
すべての支持アーム１２０の先端には、円形の支持孔１２１が穿たれている。すべての支持孔１２１の内側には、ネジ切りがなされている。これには限られないがすべての支持孔１２１の径は同一とされている。各支持部材１００において、中心板１１０の中心孔１１１から４つの支持アーム１２０の先端に設けられた支持孔１２１までの距離はそれぞれ等しくされている。
また、上下２つの支持部材１００は、平面視した場合に重なるような位置関係とされている。
上下２つの支持部材１００は、軸棒１３０にて互いに固定されている。軸棒１３０は、これには限られないが円柱状の棒状体である。軸棒１３０は、中心板１１０に設けられた上述の中心孔１１１を貫く図示を省略のネジにより、その両端を支持部材１００と固定されている。
後述するように、支持部材１００は、中心孔１１１を中心として回転する。そのとき、同一の支持部材１００に設けられた４つの支持孔１２１は、同一の円周上を通過するようになっている。
【００２５】
次に、羽２００の構造について説明する。羽２００の全体斜視図を図２に、羽２００の一端側の分解図を図３に、羽２００の一端側の断面図を図４にそれぞれ示す。なお、羽２００の他端側の構造は、羽２００の一端側の構造に同じである。
この実施形態の羽２００は、これには限られないが、風を受けることが予定されたその広い面積の部分を平面視した場合、矩形に構成されている。羽２００の断面形状は、すべての部分で同一でも構わないが、この実施形態では、これには限られないが、羽２００に風を受けた場合に大きな揚力を得られるような翼型となっている。
【００２６】
羽２００はこの実施形態では、図３、図４に示したように中空となっている。これは羽２００の軽量化を図るためである。羽２００の外周は、樹脂、或いは膜材にて構成することができる。この実施形態では、羽２００の外周は、多少の伸びが許容された、空気を事実上通さない膜材２０１により覆われている。
羽２００の内部には、細い２本の管である補助管２１０と、補助管２１０よりも太い管である回転管２２０とが設けられている。補助管２１０、回転管２２０ともに円筒形である。補助管２１０と回転管２２０はともに、金属製であり、この実施形態ではこれには限られないがアルミ製とされている。
【００２７】
羽２００の両端には、押え板２３０が設けられている。押え板２３０は、樹脂、金属等で構成することができる。押え板２３０は、羽２００の翼型の断面と等しい形状の板である板部２３１と、板部２３１の外側から板部２３１に対して垂直に伸びるリブ２３２とを備えている。板部２３１は、その前側から後側までの最大長の部分を結んだ直線に対して線対称である。つまり、羽２００は両側の曲面が等しいいわゆる対称翼である。板部２３１には、その長さ方向の前側（図２の奥側）と後側に小さな径の孔である小孔２３１Ａが穿設されており、またそれらの間には小孔２３１Ａよりも大きな径の大孔２３１Ｂが穿設されている。小孔２３１Ａの縁には、小孔リブ２３１が、大孔２３１Ｂの縁には大孔リブ２３１Ｂ１がそれぞれ設けられている。
小孔２３１Ａの内経は、補助管２１０の外径と略一致している。大孔２３１Ｂの内径は、回転管２２０の外径と略一致している。補助管２１０の両端を小孔２３１Ａに挿入し、且つ回転管２２０の両端を大孔２３１Ｂに挿入した状態で、補助管２１０の両端に押え板２３０が固定されている。なお、回転管２２０と大孔リブ２３１Ｂは、ピン２３１Ｃで互いに固定されている。
なお、図示を省略するが、この実施形態の羽２００の中には、押え板２３０の板部２３１と同じ形状の補助板が、羽の図２における上下方向の適宜な位置に、適宜な間隔で複数枚入っている。補助板には、上述の小孔２３１Ａと大孔２３１Ｂに対応する孔が穿たれており、その内側をそれぞれ、補助管２１０と回転管２２０に貫通されている。押え板２３０と複数枚の補助板と、によって膜材２０１の形状が保たれている。
【００２８】
回転管２２０は、羽２００を幅方向で見た場合に羽２２０の前よりに位置している。より詳細には、回転管２２０は、羽２００の回転管２２０よりも前側の部分の羽２００の幅方向の長さが羽２００の２０〜３０％となり、羽２００の回転管２２０よりも後側の部分の羽２００の幅方向の長さが羽２００の７０〜８０％となるようになっている。この実施形態では、より具体的には、軸管２００は、羽２００の回転管２２０よりも前側の部分の羽２００の幅方向の長さが羽２００の２５％であり、羽２００の回転管２２０よりも後側の部分の羽２００の幅方向の長さが羽２００の７５％であるような位置で、羽２００の断面における空力中心の位置に位置している。
【００２９】
回転管２２０の内側には、回転管２２０と同軸で回転管２２０よりも細い管である、軸管２２１が挿入されている。後述のようにして、軸管２２１と回転管２２０は、それらに共通する軸周りの両方向に互いに回転できるようになっている。
【００３０】
回転管２２０と軸管２２１の間には、弾性体としてのコイルバネ２２７が配されている。
コイルバネ２２７の図４における下端には、金属製の第１リング２２２が取付けられている。第１リング２２２はリング状の部材であり、厚みの小さい第１リング本体部２２２Ａと厚みの大きい第１リング固定部２２２Ｂとからなる。第１リング本体部２２２Ａの内径は、コイルバネ２２７の外周よりも僅かに小さくされており、また、第１リング本体部２２２Ａの内側にはネジ切りがなされている。第１リング本体部２２２Ａの内側に、コイルバネ２２７の図４における下端を螺合させることにより、コイルバネ２２７の図４における下端と第１リング２２２とが固定されるようになっている。コイルバネ２２７の外径よりも第１リング本体部２２２Ａの内径の方が若干小さいので、第１リング本体部２２２Ａとコイルバネ２２７の螺合は強固なものとなる。第１リング本体部２２２Ａに螺合されたコイルバネ２２７の更に内側には、例えば摩擦抵抗の小さい樹脂で形成された樹脂層２２２Ｃが設けられている。樹脂層２２２Ｃはリング状の部材であっても良い。
第２リング固定部２２２Ｂには、回転管２２０を貫くピン２２２Ｄが打ち込まれている。それにより、第１リング２２２は、回転管２２０と固定されている。
上述したようにコイルバネ２２７の図４における下端は第１リング２２２と固定されているのであるから、コイルバネ２２７の図４における下端は、第１リング２２２を介して、回転管２２０に固定された状態となっている。
【００３１】
コイルバネ２２７の図４における上端には、金属製の第２リング２２３が取付けられている。第２リング２２３は、円板状の第２リング円板部２２３Ａと、筒状の第２リング筒部２２３Ｂとからなる。第２リング筒部２２３Ｂの外周面にはネジ切りがなされており、また第２リング筒部２２３Ｂの外径はコイルバネ２２７の内径よりも若干大きくされている。第２リング筒部２２３Ｂの外周面にコイルバネ２２７の図４における上端を螺合させることにより、コイルバネ２２７の上端と第２リング２２３は互いに固定されている。第２リング筒部２２３Ｂの外径はコイルバネ２２７の内径よりも若干大きいので、かかる螺合は強固なものとなる。
第２リング円板部２２３Ａの中央には、円形の孔２２３Ａ１が穿たれている。
【００３２】
軸管２２１の図４における上端の内部には、凸部材２２４が取付けられている。凸部材２２４は、例えば金属製であり、軸管２２１の内径に相当する外径を持つ円筒形の挿入部２２４Ａと、その図４における上側に延びるネジ部２２４Ｃとを備えている。ネジ部２２４Ｃの外周面にはネジ切りがされており、ネジ部２２４Ｃは、支持アーム１２０の支持孔１２１に螺合できるようにされている。そして、ネジ部２２４は、支持部材１００の支持孔１２１に螺合されている。
凸部材２２４の挿入部２２４Ｃは軸管２２１に挿入されており、第２リング２２３の第２リング筒部２２３Ｂと、軸管２２１ととともにピン２２４Ｄで貫かれている。これにより、凸部材２２４と第２リング２２３は軸管２２１に固定されている。
上述したように、凸部材２２４は支持部材１００と固定されている。また、支持部材１００と固定された凸部材２２４には、第２リング２２３を介してコイルバネ２２７の図４における上端が固定されているのであるから、コイルバネ２２７の図４における上端は、第２リング２２３、凸部材２２４を介して、支持部材１００に固定された状態となる。
【００３３】
以上のように、回転管２２０は、第１リング２２２を介してコイルバネ２２７の図４における下端と固定されている。また、回転管２２０は、押え板２３０、膜材２０１と固定されている。
他方、軸管２２１は、第２リング２２３を介してコイルバネ２２７の図４における上端と固定されている。また、軸管２２１は、凸部材２２４を介して支持部材１００に固定されている。
そして、軸管２２１と、回転管２２０は、どの部品を介しても互いに固定されていない。したがって、軸管２２１と回転管２２０は、互いに固定されていないから、それらに共通する軸周りに、その一方が他方に対して、どちらの方向にも回転可能である。ところで、軸管２２１は上述のように、凸部材２２４を介して支持部材１００と固定されているから、支持部材１００に対して回転を行なわない。つまり、回転管２２０は、支持部材２２４に対して、軸管２２１の中心の軸を中心とした回転を行うことができる。回転管２２０は、上述のように押え板２３０及び膜材２０１と固定されているのであるから、これらにより構成された羽２００は、図１における上下に位置する支持部材１００の支持アーム１２０先端の支持孔１２１同士を結んだ直線上にある軸管２２１の中心の軸を中心とした回転を行えることとなる。この回転は、本願でいう羽の自転である。
【００３４】
ところで、以上のように、コイルバネ２２７の図４における下端は、押え板２３０、及び膜材２０１と固定されている回転管２２０に固定された状態となっている。また、コイルバネ２２７の図４における上端は、支持部材１００に固定された状態となっている。したがって、回転管２２０が軸管２２１に対して回転すると、つまり羽２００が支持部材１００に対して自転を行うと捻られたコイルバネ２２７が元に戻ろうとする力により、羽２００には元の位置に戻ろうとする力がはたらくことになる。この力は、羽２００がどちら向きに自転した場合にも生じる。
【００３５】
次に、この縦軸風車１の動作について説明する。
まず、この縦軸風車１の設置方法についてである。
必ずしもこの限りではないが、この縦軸風車１は、この実施形態では軸棒１３０が垂直になるような状態で、吊り下げて用いられる。この実施形態での縦軸風車１の吊り下げに用いられるのは、この限りではないが、丈夫なワイヤケーブルである。ワイヤケーブルと縦軸風車の１固定は、公知の、或いは周知・慣用の手法を用いて適当に行えば良い。例えば、図１における上側の支持部材１００の中心板１１０の中心に、ワイヤケーブルとの結束を行うための適当な金具等を取付けることで、ワイヤケーブルと縦軸風車１の固定を行うことができる。
なお、後述するように、縦軸風車１の支持部材１００は後述するように回転するため、ワイヤケーブルには撚りが発生する。撚りの解消のために、ワイヤケーブルと縦軸風車１の接続部分か或いは縦軸風車１を吊るしたワイヤケーブルの途中の適当な部分に、その一方が他方に介して自在に回転できるようになっている公知の継手を用いる。
なお、縦軸風車１は軸棒１３０が下方の支持部材１００を突き抜け、その下端が土台に固定されており、且つ軸棒１３０に対して支持部材１００が回転するようになっているような、より一般的な使用の仕方で用いられても構わないのは当然である。
【００３６】
縦軸風車１が停止している状態の平面図を図５に示す。ただし、図５では、縦軸風車１が備える羽２００ののみを示している。
羽２００が載っている円Ｘは、支持部材１００が中心孔１１１を中心として回転したときに支持部材１００に設けられた４つの支持孔１２１が通過する軌道であり、羽２００の軸管２２１が通過する軌道を平面視したものに一致する。図５から明らかなように、羽２００は風がない状態では、その軌道である上述の円Ｘの接線に沿うように調整されている。羽２００のこの位置が、本願における「元の位置」である。
【００３７】
風が吹いてきた時の各羽２００の挙動を、図６〜図８に示す。
図６〜図８は、図中右側から風が吹いてきた時における、風に対して（Ａ）〜（Ｌ）の位置にある場合の各羽２００の挙動と、そのときに羽２００の軸管２２１の部分に生じる力を示したものである。縦軸風車２００の４枚の羽２００は、図６〜図８の（Ａ）〜（Ｌ）の各位置にあるとき、理想的には同じ挙動を示し、また理想的にはそれらの軸管２２１には同じ力が生じる。
図６〜図８には、風により羽２００に生じる揚力と、風により羽２００に生じる推力と、揚力と推力のうちの上述の円Ｘの円周方向の成分である推進力が示されている。これらの大きさはいずれも、この実施形態の縦軸風車１の動作の概念的な理解に寄与できる程度のものであり、必ずしも正確なものではない。
推進力は、支持部材１００とともに行う縦軸風車１の羽２００の公転を促進し、或いは抑制する。つまり、この縦軸風車１は、時計回りに回転（公転）することが予定されているが、揚力、推力、推進力とも、時計回りの回転に対して負の方向の力である場合がある。なお、推力は、角度のついた羽２００の後に流れる風の反作用により生じる力を意味するものとする。
【００３８】
弱風（風速４ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓ程度の風）が吹いて来たとする。
（Ａ）の位置にある羽２００は元の位置のままであり、その角度を変えない。このとき羽２００には揚力も推力も生じない。
しかし、（Ｂ）の位置〜（Ｅ）の位置にある羽２００は自転しその角度を変える。元の位置にあったときの羽２００の外側の面に対して、より正面に近い方向から風を受ける場合には、羽２００の後側にはより大きな抗力が働くから、（Ｂ）の位置〜（Ｅ）の位置に向かうに連れて、コイルバネ２２７の弾性に抗して、羽２００は円Ｘの接線方向から徐々にずれていく。なお、このずれの大きさは、コイルバネ２２７の弾性力を調節することにより、所望するように変化させることができる。図６中の１０°〜４０°という数字は、そのずれの角度を示しているが、その数字は概略的なものと理解されたい。なお、○○°という数字は、以下も同様に羽２００の円Ｘの接線方向からのずれの角度を示し、その数字は概略的なものである。図７、図８でも同様である。
次いで、（Ｆ）の位置に来ると羽２００は、元の位置にあったときの羽２００の外側の面と風の方向のなす角が小さくなり、風から受ける抗力が小さくなるから、上述のずれの角度が小さくなる。
羽２００が（Ｂ）の位置にあるときには、羽２００には幾らかの揚力が生じ、時計回りの方向に幾らかの推進力を生じる。羽２００が（Ｃ）の位置から（Ｆ）の位置に来るまで、羽２００には幾らかの推力が生じ、時計回りの方向に幾らかの推進力を生じる。羽２００が（Ｃ）の位置から（Ｆ）の位置にあるときに羽２００に揚力が生じないのは、羽２００に向かって吹く風と羽２００の前方とが成す角度である迎角が±２５°程度の間でないと羽２００に揚力が生じないという事情による。また、迎角が±１５°程度のとき、羽２００に生じる揚力が最大となる。この実施形態の羽２００は上述のように対称翼であるから、迎角が±１５°のときに生じる揚力はともに等しい。
（Ｇ）の位置では羽２００は、コイルバネ２２７の弾性により元の位置に戻る。このとき羽２００には揚力も推力も生じない。
（Ｈ）の位置から（Ｌ）の位置では、羽２００は自転し、円Ｘの接線方向からずれを生じる。そのずれは、（Ｈ）の位置から（Ｊ）の位置に進むに連れ１０°〜３０°まで大きくなり、また、（Ｊ）の位置から（Ｌ）の位置に進むに連れ３０°〜１０°まで小さくなる。ただし、このときのずれの方向は、羽２００が（Ｂ）の位置から（Ｆ）の位置にあるときとは逆向きである。
羽２００が（Ｈ）の位置から（Ｋ）の位置に来るまで、羽２００には幾らかの推力が生じ、時計回りの方向に幾らかの推進力を生じる。羽２００が（Ｌ）の位置にあるときには、羽２００には幾らかの揚力が生じ、時計回りの方向に幾らかの推進力を生じる。羽２００が（Ｈ）の位置から（Ｋ）の位置にあるときに羽２００に揚力が生じないのは、羽２００に向かって羽２００の後側から風が吹いているからである。
【００３９】
弱風を受けた４枚の羽２００は、上述の（Ａ）の位置から（Ｌ）の位置のいずれか（或いは、（Ａ）の位置から（Ｌ）の位置の間の位置）に９０°毎の間隔を置いて存在する。各羽２００は、幾らかの推進力を生じているか、又は生じておらず、少なくとも負の推進力を生じているものはないから、支持部材１００とともに時計回りに公転する。
この縦軸風車は、弱風のときでは羽２００が特に、（Ｄ）の位置や（Ｊ）の位置近辺にいるときに自ら推力を得られ易い位置に自転によって移動するから、弱風でも公転を行い易い。
【００４０】
中風（風速１０ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓ程度の風）が吹いて来たとする。
（Ａ）の位置にある羽２００は元の位置のままであり、その角度を変えない。このとき羽２００には揚力も推力も生じない。
しかし、（Ｂ）の位置〜（Ｆ）の位置にある羽２００は自転しその角度を変える。（Ｂ）の位置〜（Ｅ）の位置に向かうに連れて、コイルバネ２２７の弾性に抗して、羽２００は円Ｘの接線方向から２０°〜５０°の範囲で徐々にずれていく。そのずれの角度は、弱風のときより幾らか大きい。
次いで、（Ｆ）の位置に来ると羽２００は、上述のずれの角度が３０°に小さくなる。
羽２００が（Ｂ）の位置と（Ｃ）の位置にあるときには、羽２００には、弱風のときよりは大きな揚力が生じ、時計回りの方向に推進力を生じる。羽２００が（Ｄ）の位置から（Ｆ）の位置に来るまで、羽２００には推力が生じ、時計回りの方向に推進力を生じる。
（Ｇ）の位置では羽２００は、コイルバネ２２７の弾性により元の位置に戻る。このとき羽２００には揚力も推力も生じない。
（Ｈ）の位置から（Ｌ）の位置では、羽２００は自転し、円Ｘの接線方向からずれを生じる。そのずれは、（Ｈ）の位置から（Ｊ）の位置に進むに連れ２０°〜４０°まで大きくなり、また、（Ｊ）の位置から（Ｌ）の位置に進むに連れ４０°〜２０°まで小さくなる。このずれも弱風のときよりも大きい。このときのずれの方向は、羽２００が（Ｂ）の位置から（Ｆ）の位置にあるときとは逆向きである。
羽２００が（Ｈ）の位置から（Ｊ）の位置に来るまで、羽２００には推力が生じ、時計回りの方向に推進力を生じる。羽２００が（Ｋ）の位置と（Ｌ）の位置にあるときには、羽２００には揚力が生じ、時計回りの方向に推進力を生じる。
【００４１】
中風を受けた４枚の羽２００は、上述の（Ａ）の位置から（Ｌ）の位置のいずれか（或いは、（Ａ）の位置から（Ｌ）の位置の間の位置）に９０°毎の間隔を置いて存在する。各羽２００は、推進力を生じているか、又は生じておらず、少なくとも負の推進力を生じているものはないから、支持部材１００とともに時計回りに公転する。
この縦軸風車は、中風のときでは羽２００が自転しないときとそれほど変わらないか幾らか大きな程度の推進力を得られる。
【００４２】
強風（風速２０ｍ／ｓ程度の風）が吹いて来たとする。
（Ａ）の位置にある羽２００は元の位置のままであり、その角度を変えない。このとき羽２００には揚力も推力も生じない。
しかし、（Ｂ）の位置〜（Ｇ）の位置にある羽２００は自転しその角度を変える。（Ｂ）の位置〜（Ｅ）の位置に向かうに連れて、コイルバネ２２７の弾性に抗して、羽２００は円Ｘの接線方向から２５°〜８０°の範囲で徐々にずれていく。そのずれの角度は、中風のときより幾らか大きい。
次いで、（Ｆ）の位置に来ると羽２００は、上述のずれの角度が５０°に小さくなり、（Ｇ）の位置ではその角度が１０°まで落ちる。
羽２００が（Ｂ）の位置から（Ｅ）の位置にあるときには、羽２００には、中風のときよりは大きな揚力が生じ、時計回りの方向に推進力を生じる。羽２００が（Ｆ）の位置から（Ｇ）の位置に来るまで、羽２００には推力が生じ、時計回りの方向に推進力を生じる。
（Ｇ）の位置から（Ｈ）の位置に向かう間に、羽２００は、コイルバネ２２７の弾性により元の位置に戻る。なお、元の位置に戻った羽２００は揚力も推力も生じない状態となる。
（Ｈ）の位置から（Ｌ）の位置では、羽２００は自転し、円Ｘの接線方向からずれを生じる。そのずれは、（Ｈ）の位置から（Ｉ）の位置に進むに連れ５０°〜７０°まで大きくなり、また、（Ｉ）の位置から（Ｌ）の位置に進むに連れ６５°〜２５°まで小さくなる。このときのずれの方向は、羽２００が（Ｂ）の位置から（Ｇ）の位置にあるときとは逆向きである。
羽２００が（Ｈ）の位置から（Ｉ）の位置に来るまで、羽２００には推力が生じ、時計回りの方向に推進力を生じる。羽２００が（Ｊ）の位置から（Ｌ）の位置にあるときには、羽２００には揚力が生じ、時計回りの方向に推進力を生じる。
【００４３】
強風を受けた４枚の羽２００は、上述の（Ａ）の位置から（Ｌ）の位置のいずれか（或いは、（Ａ）の位置から（Ｌ）の位置の間の位置）に９０°毎の間隔を置いて存在する。各羽２００は、推進力を生じているか、又は生じておらず、少なくとも負の推進力を生じているものはないから、支持部材１００とともに時計回りに公転する。
ここで着目して欲しいのは、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｋ）、（Ｌ）の位置における羽２００の向きである。この辺りの位置にある羽２００は、迎角が１５°よりも小さくなるので、揚力をあまり生じない。それにより、この縦軸風車１は、風速の３乗程は回転の速度が上がらず、破損が生じにくい。
【００４４】
＜変形例１＞
変形例１の縦軸風車は、第１実施形態の縦軸風車１と殆どその構成が変わらない。変形例１の縦軸風車は、その羽２００の構造が第１実施形態の縦軸風車１の羽２００と異なる。
変形例１の縦軸風車の羽２００の内部構造を図９に示す。ただし図９では押え板２３１の図示を省略している。
変形例１の縦軸風車は、羽２００の内部に補助板２７０を備えている。また、変形例１の縦軸風車の羽２００の押え板には、ボルト２７１が設けられている。押え板とボルト２７１は固定されていない。つまり、押え板はボルト２７１を中心に回転できるようになっている。ボルト２７１はその外周にネジが切られたネジ切り部２７１Ａを備えている。ネジ切り部２７１は、支持孔１２１に螺合される。
ボルト２７１の図９の下面と補助板２７０の図９の上面とは、リボン状の捻られた板バネ２７２の一端と他端で固定されている。
羽２００が風を受けると、羽２００は押え板とともにボルト２７１を中心に回転する。そうすると、一端が支持部材に対して動かないボルト２７１に対して固定され、他端が羽２００とともに回転する補助板２７０に固定された板バネ２７２は、その捻りの度合いを大きくするか小さくする。そうすると板バネ２７２は元の状態に復元しようとする力を生じる。これが、第１実施形態のときにコイルバネ２７１によって得られた弾性力と同等に機能する。
【００４５】
＜変形例２＞
変形例２の縦軸風車は、第１実施形態の縦軸風車１と殆どその構成が変わらない。変形例２の縦軸風車は、その羽２００の構造が第１実施形態の縦軸風車１の羽２００と異なる。
変形例２の縦軸風車の羽２００の内部構造を図１０に示す。
変形例２の縦軸風車は、押え板２３１を備えている。押え板２３１は、穴２８１を備えている。穴２８１の底には、図示を省略の底が設けられている。その底には、更に図示を省略の円筒形の穴である底穴が設けられている。その底穴の内部には、底穴の径と略同径の円筒形の筒２８２が嵌めこまれており、筒２８２の内部にその外周にネジ切りがなされたボルト２８３が立設されている。ボルト２８３と筒２８３は互いに固定されているが、底穴と筒２８３は互いに固定されていない。つまり、ボルト２８３に対して、筒２８３に固定された押え板２３１は回転可能になっている。また、ボルト２８３は、支持孔１２１に螺合される。
穴２８１の内周面と、筒２８２の外周面とは、ゼンマイ状の板バネ２８４の一端と他端で固定されている。
羽２００が風を受けると、羽２００は押え板２３１とともにボルト２８３を中心に回転する。そうすると、その他端が支持部材に対して動かないボルト２８３及び筒２８２に対して固定され、その一端が羽２００とともに回転する穴２８１の内周面に固定されたゼンマイ状の板バネ２８４は緩んだり締まったりする。そうすると板バネ２７２は元の状態に復元しようとする力を生じる。これが、第１実施形態のときにコイルバネ２７１によって得られた弾性力と同等に機能する。
【００４６】
＜変形例３＞
変形例３の縦軸風車は、第１実施形態の縦軸風車１と殆どその構成が変わらない。変形例３の縦軸風車は、その羽２００の構造、還元すれば、羽２００と、支持部材１００の取付けの方法が第１実施形態の縦軸風車１と異なる。
変形例３の縦軸風車の全体斜視図を図１１に、羽２００の斜視図を図１２に示す。
変形例３の縦軸風車は、羽２００を備えている。羽２００は、押え板２３１を備えている。押え板２３１には、コイルバネ２９１の図１１、図１２における下端が固定されている。コイルバネ２９１の図１１、図１２の上端には、リング状のリング部材２９２が固定されている。
リング部材２９２は孔２９２Ａを備えている。孔２９２は、支持孔１２１と同径であり、孔２９２の内周面は、ネジ切りされている。
リング部材２９２は、支持孔１２１と孔２９２をまとめて貫く図示を省略のボルトにより、支持部材１００に固定されている。
コイルバネ２９１を介して支持部材１００に固定された羽２００は、第１実施形態の場合と同様に自転可能である。
コイルバネ２９１のみを用いての羽２００と支持部材１００との接続だけでは、羽２００に自転以外の運動が生じる可能性がある。そのような予期せぬ羽２００の運動を防止するには、コイルバネ２９１の内側に、羽２００と支持部材１００にその両端が接続された軸を取付けておけば良い。
【００４７】
≪第２実施形態≫
第２実施形態は、第１実施形態の風車を応用した風力発電装置である。
風力発電装置は、図１３に示したように、風車１を備えている。
風車１は、第１実施形態の場合と同様に吊り下げられている。風車１の下端には、伝達部材３１０が設けられている。伝達部材３１０は、軸棒１３０の図１３における下端を下方向に延長して構成されていてもよい。伝達部材３１０は、羽２００とともに支持部材１００が回転（公転）すると、それにともない回転する。
軸棒１３０の図１３における下端は、発電装置３２０に挿入されている。発電装置３２０はごく一般的なものである。発電装置３２０の中には、運動エネルギーを電力エネルギーに変換するためのモータが含まれており、モータの軸に伝達部材３１０が接続されている。かかる接続は直接的なものであっても良いが、変速機を噛ますなど、間接的なものであっても構わない。変速機を用いた接続も周知である。
縦軸風車１の支持部材１００が回転すると、伝達部材３１０が回転し、それにともないモータの軸が回転して発電が行なわれる。モータには、例えば風が強くなったときにモータの軸の回転の負荷を大きくする機構を組込むことも可能である。そうすれば、強風下でも縦軸風車１の回転を止めることなく発電を継続することができる。
【００４８】
≪第３実施形態≫
第３実施形態は、縦軸水車である。
縦軸水車の構成は、第１実施形態の縦軸風車の構成と同じである。海水中で使う場合等には特に、防錆に注意する等の一般的な注意を行えば良い。
縦軸水車では、羽が水流の中に置かれる。羽にかかる負荷が第１実施形態の縦軸風車の場合に比し格段に大きいため、羽は膜材を用いずに例えば樹脂等で中実に構成すべきかもしれない。
第３実施形態の縦軸水車も、第２実施形態の縦軸風車場合と同様に、伝達部材と、発電装置と組合せることにより、水力発電装置に応用することが可能である。この場合、縦軸水車は、水中に固定された基礎の上に取付け、第２実施形態の場合とは逆に縦軸水車の上方に伸ばした伝達部材を設け、水面の上に露出した伝達部材と水面の上に配された発電装置とを接続する構成がもっとも実用的であると考えられる。
【符号の説明】
【００４９】
１００  支持部材
１２０  支持アーム
１２１  支持孔
１３０  軸棒
２００  羽
２２０  回転管
２２１  軸管
２３１  押え板
２７１  コイルバネ
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１】
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【図９】
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【図１０】
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