(57)【要約】【課題】風車の回転数の上昇に伴う空気力学的抵抗を抑制し、風力の大小に応じて、翼の数及び翼の形状を簡単、且つ迅速に変更可能とする垂直軸風車の提供。【解決手段】垂直方向に延在する回転軸（１）と、垂直方向に延在する複数の翼（２）と、翼（２）を回転軸（１）に支持する支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）とを有し、該支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）は平板形状をしており、平板形状の支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）の周縁部が回転軸方向に突出して（リム状部材３ｂを形成して）おり、支持部材の周縁部（リム状部材３ｂ）に前記翼（２）を取り付け及び取り外し自在に構成している。【選択図】図１
2006009605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に延在する回転軸と、垂直方向に延在する複数の翼と、翼を回転軸に支持する支持部材とを有し、該支持部材は平板形状をしており、平板形状の支持部材の周縁部が回転軸方向に突出しており、支持部材の周縁部に前記翼を取り付け及び取り外し自在に構成したことを特徴とする垂直軸風車。
【請求項２】
支持部材の前記周縁部は回転軸方向上側に突出しており、該突出した部分には切り欠き及び／又は貫通孔が形成されている請求項１の垂直軸風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸方向が概略垂直な垂直軸風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直軸風車には、ダリウス、サボニウス、垂直翼型等の種類がある。
垂直翼型の風車は、図１９に示すように、垂直翼（２）を腕木式の支持棒（スポーク３）或いは支柱によって支えられている。
【０００３】
このため、翼２の数は、支持棒３の数によって決定されてしまい、後に変更することは困難である。
【０００４】
さらに、翼２を腕木式の支持棒（スポーク）３或いは支柱によって支えられている風車では、回転数の上昇に伴い、支持棒３の空気力学的な抵抗が増大し、この空気力学的抵抗の増大が風車の効率を低下させている。
【０００５】
その他の従来技術として、向かい風に対しても風の抵抗を受け難い羽根を有する垂直軸風車が提案されている（例えば特許文献１参照）。
しかし、かかる従来技術では、上述した問題点を解消することは出来ない。
【特許文献１】特開２００３−３４３４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、風車の回転数の上昇に伴う空気力学的抵抗を抑制し、風力の大小に応じて、翼の数及び翼の形状を簡単、且つ迅速に変更可能とする垂直軸風車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の垂直軸風車（５０、５０Ｂ、５０Ｃ、３０Ｅ）は、垂直方向に延在する回転軸（１）と、垂直方向に延在する複数の翼（２）と、翼（２）を回転軸（１）に支持する支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）とを有し、該支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）は平板形状をしており、平板形状の支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）の周縁部が回転軸方向に突出して（リム状部材３ｂを形成して）おり、支持部材の周縁部（リム状部材３ｂ）に前記翼（２）を取り付け及び取り外し自在に構成したことを特徴としている（請求項１）。
【０００８】
本発明において、支持部材の前記周縁部（リム状部材３ｂ）は回転軸方向上側に突出しており、該突出した部分には切り欠き（排水溝）及び／又は貫通孔（排水孔３ｃ）が形成されているのが好ましい（請求項２）。
【０００９】
ここで、前記支持部材の平面形状は円形が好ましいが、非円形（例えば、図１２の第３実施形態で示す様な八角形、或いは六角形、その他の形状）とすることも可能である。
【発明の効果】
【００１０】
上述した様な構成を具備する本発明の垂直軸風車（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｅ）によれば、平板形状の支持部材（３）の周縁部が回転軸方向に突出して（リム状部材３ａを形成して）おり、支持部材の周縁部（３ａ）に前記翼（２）を取り付け及び取り外し自在に構成しているため、季節によって強さの異なる風力には、翼（２）の数及び翼（２）の形状を任意に選ぶことで、効率的且つ安全に回転力が得られる。
【００１１】
ここで、翼数を増加すれば、風速が遅い場合においても、風車は確実に回転することが出来る。また、翼数が多ければ、回転している風車が偏芯してしまうことが抑制され、その回転を円滑にすることが出来る。
【００１２】
また、本発明の垂直軸風車（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｅ）によれば、支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）が平板形状をしているために、風車の回転数が上昇しても、空気力学的抵抗が急激に増加してしまうことが無い。従って、強風時に空気力学的抵抗が増加してしまうことを抑制できる。
【００１３】
また、平板形状の支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）としたので、平板形状の支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）自体の慣性質量が確保される。そのため、風車が回転した後に風速が低下して微風になったとしても、風車の回転を保持することが可能であり、或いは、風車の回転速度が急激に減少することがなくなる。
換言すれば、支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）を平板形状に構成した本発明によれば、風車を用いて発電を行っている場合に、風速の低下に伴い、風車発電出力が急激に低下してしまうことが防止され、安定した発電出力が確保される。
【００１４】
本発明の垂直軸風車（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｅ）において、回転軸方向上側に突出して形成した支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）の前記周縁部（リム状部材３ｂ）に、切り欠き（排水溝）及び／又は貫通孔（排水孔３ｃ）を形成すれば（請求項２）、平板形状の支持部材上に溜まった雨水は、その切り欠き（排水溝）及び／又は貫通孔（排水孔３ｃ）から円滑に排出される。従って、平板形状の支持部材上に雨水が貯留して風車の回転が妨げられてしまう事態が、完全に防止される。
尚、本発明の垂直軸風車において、支持部材（３、３Ａ、３Ｂ、３Ｅ）の前記周縁部（リム状部材３ｂ）が回転軸方向下側に突出して形成され、回転軸方向上側は周縁部が突出していない平坦な形状に構成されていれば、雨水が貯留することは無い。
【００１５】
本発明において、支持部材（３）の平板形状をしている部分には貫通孔（肉盗み部分）を形成すれば、支持部材（３）の重量を軽減して、風車全体を軽量化することが出来る。
【００１６】
また、本発明において、支持部材（３）の平板形状部に太陽電池を貼付する、或いは円筒部材を設けるなどによって微風・弱風時の起動性を向上するためのフラップを付加するなどの応用形態が容易に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付図面を参照して本発明の実施形態を以下に説明する。
【００１８】
先ず、図１〜図１１を参照して、第１実施形態を説明する。
図１〜図１１の第１実施形態は、支持部材が円盤状に形成された実施形態である。
【００１９】
図１において、当該垂直軸風車５０Ａは、回転軸１と、回転軸に係合され複数の翼（回転翼）２を支持する円盤状の支持部材３とを有し、回転軸１は例えば発電機４を回転駆動するように構成されている。
【００２０】
図２で示す垂直軸風車の他の例５０Ｂは、翼２が長大の場合であって、円盤状の支持部材３を２個設けて、翼２の両端で支持する様に構成した実施例である。
【００２１】
前記支持部材３は、円盤（平板）形状部３ａと、その円盤形状部３ａの周縁部３ｂとで構成されている。
さらに図３をも参照して詳述すれば、支持部材３は、円盤形状部３ａの周縁部３ｂが、垂直上方にリム状（円環状）に突出し、盆のような形状に構成されている。
【００２２】
その周縁部３ｂには、翼２を取付けるための取付孔３ｅが全周を等分割する様に形成されている。また、円盤形状部３ａと周縁部３ｂとの境界部（コーナー）には、図示の例では、部分円弧状の切欠き（水抜き孔）３ｃが形成されている。
【００２３】
図４は、図３に対する支持部材の変形例３Ａを示しており、支持部材３Ａは盆を伏せたような形状である。従って、図３における切欠き（水抜き孔）３ｃは不要となる。
【００２４】
さらに、図５に示すように、垂直軸風車５０Ｃの支持部材３の円盤形状部３ａの上面に、複数のアモルファス太陽電池６を貼り付けてもよい。
【００２５】
本実施形態では、風車の回転によって発電機４を駆動し、電力を発生させている。
電力の用途としては、例えば、ＬＥＤを用いた交差点の信号機の供給電力等が考えられる。ＬＥＤを用いた信号機では、特に信号機のレンズ表面に西日等の直射日光が当たる場合等では、ＬＥＤへの供給電力は増加する。
そのような場合、図５に示した様に、アモルファス太陽電池６を支持部材３に貼り付けておけば、増加する電力供給量に即座に対処出来る。そうした意味では、支持部材の円盤状部材３ａのみならず、周縁部３ｂの外周面、または、翼２の表面にアモルファス太陽電池を貼り付けておくことも、特に西日の当たる際には、有効である。
【００２６】
図６〜図１１は、実施形態に用いられる翼２の各種形状の例（図６〜図９）、及び風向と風車の回転方向との関係（図１０、図１１）を示したものである。
【００２７】
図６の例では、翼２の長手方向の二面２ａ、２ｂが非対称の雫（ティアードロップ）状に形成されている。
【００２８】
図７は、前記図６に対する変形例で、図６の翼２の非対称で曲率半径の小さな側の面２ａのプロフィルのみの均一厚みに形成された翼２Ａの形状例を示す。
【００２９】
図８は、一端２ＢａがＬ字状に折り曲げられた平板状の翼２Ｂである。
【００３０】
図９は、前記図７と図８とを合成した翼２Ｃの断面形状を示している。
【００３１】
図７の例では、プレス成形及びトリムカット（輪郭成形）が１ショットで出来るため、非常に生産性が高い。
【００３２】
図８の例では、板端近傍を単に折り曲げるだけであり、生産性は非常に高い。
【００３３】
図９の例では、プレスで曲面を成形した後、端部を折り曲げればよく、生産性は高い。
【００３４】
図１０は、図６の翼２の断面形状の場合の風向（矢印）Ｙと回転方向（矢印）Ｒとの関係を示した図である。
【００３５】
図１１は、図８の翼２Ｂの断面形状の場合の（矢印）Ｙと回転方向（矢印）Ｒとの関係を示した図である。先端のＬ字状の折り曲げ角度α及び折り返し長さＬは、設置した地域での風力に基づき、適宜設定すればよい。
尚、折り曲げ角度αは鋭角であり、鋭角とすることで、風向きに開放する位置での空力抵抗を最小限に抑制することが出来る。
図１１において、矢印Ｙ１は、翼２Ｂの折り曲げた端部２Ｂａで風の向きが円滑に変化する様子を示している。
【００３６】
上述した構成の第１実施形態によれば、リム状部材（周縁部）３ｂが存在するので、翼２の取り付け、取り外しが容易である。また、その周縁部３ｂには、翼２の取付孔３ｅの数が最大限に設けてあり、さらに、翼２の形状も、例えば、図６〜図９に示したような複数の種類が選択可能に設定されている。
従って、季節によって強さの異なる風力には、翼２の数及び翼２の形状を任意に選ぶことで、効率的且つ安全に回転力が得られる。
【００３７】
図１〜図３に示す例では、周縁部３ｂが上方に突出して雨水の溜まるような形状でも、切欠き（水抜き孔）３ｃが設けてあるため、雨水は常に排出され、支持部材３上に溜まることはない。
勿論、周縁部３ｂを下方に突出させ、支持部材３の上面を平坦に構成すれば、雨水は支持部材３上に貯留することは無い。
【００３８】
翼２が長大の場合には、図２に示す様に、支持部材３を２個設け、翼２の両端を支持することによって風車の強度及び剛性を保障することが出来る。
尚、支持部材による翼２の支持箇所は、中央部、上下両端部以外の場所を指示しても良い。
【００３９】
翼２の支持部材３への取り付けは、緩み止め機構を有する締結部材、例えば緩み止めボルトとナットの組を使用するようにすれば、翼２の組換えや増設に対しても迅速に工事が進められる。
【００４０】
また、上述した第１実施形態によれば、一旦、回転を開始すれば、風速が急激に弱まったとしても、平板状の支持部材３それ自体の慣性質量が存在するので、風車の回転速度が急激に減少するようなことはない。そのため、風車自体の回転が安定する、という作用効果を有している。
【００４１】
次に、図１２を参照して、第２実施形態を説明する。
【００４２】
図１２の第２実施形態の垂直軸風車５０Ｅは、支持部材３Ｅの円盤状部材（平面形状）３Ｅａが、非円形形状である正８角形で構成された実施形態である。そして、図１２の第２実施形態の垂直軸風車５０Ｅは、支持部材３Ｅの平面形状が非円形であると言う点において、図１〜図１１で示す第１実施形態の支持部材３、３Ａ、３Ｂの平面形状が円形であるのと相違している。
支持部材３Ｅの形状を正８角形で構成した点以外は、第２実施形態の構成及び作用効果は、図１〜図１１の第１実施形態と同様である。
【００４３】
次に、図１３〜図１６を参照し、第３実施形態を説明する。この実施形態は上記の各実施形態に対し、微風・弱風時の起動性を向上するための起動性向上手段１０を付加したものである。
【００４４】
図１３を参照し、起動性向上手段１０は、フラップ１１、押しばね１２、ヒンジ１３、及び遠心おもり１４で構成し、支持部材３の中央に円筒部材７を立設してその外周部に複数個（図では１個のみ示し他は省略）を対称位置に設けている。
その組み立て構成は、上方から見た図１４〜図１６をも参照し、回転軸方向（上下方向）に延びるフラップ１１を円筒部材７にヒンジ１３を介して回動可能に取り付け、回転方向前端部Ａに棒状の遠心おもり１４を固設し、後端部Ｂは押しばね１２で円筒部材６から離れる方向に付勢している。
尚、フラップ１１は、図示例に限らずスロット翼、スポイラなどでも良い。また、フラップ１１の断面形状を非対称（例えば、おもりの部分を厚肉）にして遠心おもり１４を省略することもできる。
【００４５】
従って、図１４に示す微風状態での起動時は、符号Ｗで示す風は、フラップ１１を押して抗力として風車を強い力で回転させる。
一旦、風車が回り始めると支持部材３の周縁に取り付けた垂直の翼２に揚力が働き、それによって次第に回転が速まるがフラップ１１は抗力で押され抵抗となる。しかし、回転の上昇に伴い、フラップ１１は端部Ａの遠心おもり１４の遠心力によって図１５に示すように回転軸と同心円を描く形となり、フラップ１１と円筒部材６との間に隙間が生じて抗力による抵抗は大幅に減少する。また、風速が弱まるとばね１２の力の方がまさり、再びフラップ１１の効果が現れる。
【００４６】
そして、例えば台風のような強風による過回転時には、図１６に示すように、遠心おもり１４の遠心力が急激に大きくなって押しばね１４の付勢力を上回り、フラップ１１の傾角は負になって大きな抵抗として風車の回転を抑制するように働く。すなわち、押しばね１２が例えばコイルばねであれば、ばね１２による反力は変位の１次関数であり、一方、遠心力は回転速度の２次の関数であって確実に作動する。
かかる起動性向上手段によれば、電子的な制御を必要とせずに自動的に作動させることができる。尚、上記実施形態では支持部材３の中央に円筒部材７を設けてフラップ１１を取り付けたが、支持部材周縁部３ｂに取り付けてもよい。例えば、周縁の垂直翼を９枚構成とし、その６枚を通常の翼２、そして３枚をこのフラップ１１として構成してもよい。
【００４７】
さらに、前記第３実施形態において起動性向上手段のフラップ１１の傾角を特定の位置に制御する手段を付加してもよい。図１７に示すように、形状記憶合金で作成した押しばね１２Ａを用い、例えばヒータなどの加熱手段によりその形状記憶合金製ばね１２Ａを復元する復元手段１５を併設し、その復元手段１５を制御する制御手段１６を設ける。
このような構成により、回転数に基づく遠心おもり１４の遠心力とばね力とで規定されるフラップ１１の傾角を制御手段１６の操作によって回転数に関係なく図１８に示すように所定角度θに制御することができる。
【００４８】
尚、図示した各実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
例えば、図示の実施形態では、支持部材の平面形状は円形（第１実施形態）或いは正８角形（第２実施形態）であるが、その他の平面形状を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る垂直軸風車を示す斜視図。
【図２】第１実施形態に係る垂直軸風車の他の例を示す斜視図。
【図３】本発明の第１実施形態における支持部材の一実施例を示す斜視図。
【図４】本発明の第１実施形態における支持部材の第１変形例を示す斜視図。
【図５】第１実施形態に係る垂直軸風車の別の例を示す斜視図。
【図６】翼の形状の一例を示した断面図。
【図７】翼の形状の一例に対する変形例を示した断面図。
【図８】翼の形状における他の例を示した断面図。
【図９】図８の例に対する変形例を示した断面図。
【図１０】本発明の実施形態における翼の断面形状の一例と回転方向の関係を示した平面図。
【図１１】図１０とは断面形状が異なる翼と回転方向の関係を示した平面図。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る垂直軸風車を示す平面図。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る垂直軸風車を示す斜視図。
【図１４】第３実施形態の起動時のフラップの状態を示す平面図。
【図１５】同じく高速定常回転時のフラップの状態を示す平面図。
【図１６】同じく過回転時のフラップの状態を示す平面図。
【図１７】フラップ傾角を制御する手段を付加した実施形態を示す平面図。
【図１８】図１７の作用を説明する図。
【図１９】従来技術における垂直軸風車を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・軸
２・・・翼
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ・・・支持部材
３ａ・・・円盤状部材
３ｂ・・・円環状部材（リム部材）
３ｃ・・・切欠き（水抜き孔）
３ｄ・・・軽量孔
３ｅ・・・取付孔
４・・・発電機
６・・・太陽電池
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ・・・垂直軸風車
７・・・円筒部材
１１・・・フラップ
１２・・・押しばね
１２Ａ・・・形状合金製押しばね
１３・・・ヒンジ
１４・・・遠心おもり
１５・・・復元手段
１６・・・制御手段
【図１】
2006009605.tif 000003
【図２】
2006009605.tif 000004
【図３】
2006009605.tif 000005
【図４】
2006009605.tif 000006
【図５】
2006009605.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006009605.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006009605.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2006009605.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2006009605.tif 000017
【図１６】
2006009605.tif 000018
【図１７】
2006009605.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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