(57)【要約】    【課題】  本発明の目的は、中空回転軸の強度を確保し、固有振動周波数と加振周波数が共振状態になるのを確実に回避して垂直翼と水平翼の破損を防止することができる垂直軸風車を提供することにある。    【解決手段】  垂直方向に支持されている中空回転軸１に複数枚の垂直翼２を複数本の水平翼３によって固定する。回転軸１を上端から複数個に分割構成し、分割構成された複数個の回転軸１ａ、１ｂ、１ｃの肉厚を上方から下方になるのに従い大きくし、複数個の回転軸１ａ、１ｂ、１ｃに１本の水平翼３の一端を固着する。【選択図】  図２
2006046227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に支持されている中空回転軸と、複数枚の垂直翼と、前記垂直翼を前記回転軸に固定する複数段の水平翼と、前記回転軸を上端から複数個に分割し、分割された複数個の回転軸の肉厚を上方から下方になるのに従い大きく構成し、前記複数段の水平翼は肉厚の異なる前記回転軸に固着されることを特徴とする垂直軸風車。
【請求項２】
軸受により垂直方向に軸支されている全長に亘り同一径の中空回転軸と、前記回転軸を同心円の中心として等間隔に配置されている複数枚の垂直翼と、前記垂直翼を前記回転軸に固定する複数本の水平翼と、前記回転軸の前記軸受による軸支位置よりも上方における前記回転軸を上端から複数個に分割し、分割された複数個の回転軸の肉厚を上方から下方になるのに従い大きく構成し、前記複数段の水平翼は肉厚の異なる前記回転軸に固着されることを特徴とする垂直軸風車。
【請求項３】
軸受により垂直方向に軸支されている中空回転軸と、前記回転軸を同心円の中心として等間隔に配置されている複数枚の垂直翼と、前記垂直翼を前記回転軸に固定する複数本の水平翼と、前記回転軸を上端から複数個に分割し、分割された複数個の回転軸における上端の回転軸径を最小にして下方になるのに従い回転軸径を大きく構成し、前記複数段の水平翼は肉厚の異なる前記回転軸に固着されることを特徴とする垂直軸風車。
【請求項４】
軸受により垂直方向に軸支されている中空回転軸と、前記回転軸を同心円の中心として等間隔に配置されている複数枚の垂直翼と、前記垂直翼を前記回転軸に固定する複数本の水平翼と、前記回転軸を上端から複数個に分割し、分割された複数個の回転軸における上端の回転軸の径と肉厚を最小にして下方になるのに従い回転軸の径と肉厚を大きく構成し、前記複数段の水平翼は肉厚の異なる前記回転軸に固着されることを特徴とする垂直軸風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は垂直方向に支持されている中空回転軸に複数枚の垂直翼を接合固定した垂直軸風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、垂直軸風車は風向特性が無く風向が頻繁に変化する地域に設置するのに適していると考えられている。垂直軸風車は全長に亘り同一径の中空回転軸の水平方向を複数のラジアル軸受で軸支し、回転軸を含む回転構成体の重量をスラスト軸受で軸支している。垂直方向に支持されている中空回転軸の上方周囲に複数枚（３枚あるいは５枚）の垂直翼を配置し、垂直翼を複数段（複数本）の水平翼によって回転軸に接合固定している。このような垂直軸風車については、例えば、下記特許文献１に記載されている。
【０００３】
垂直軸風車における回転軸は風力荷重（重量）に耐える強度の肉厚にする必要がある。一方、回転軸を含む回転構成体の重量は微小な風速でも風車が回転するように極力軽量にすることが要求される。このような回転軸は固有の固有振動数を持っている。軸固有振動数は肉厚が厚くなると低くなり、薄くなると高くなる。
【０００４】
また、回転軸には風車（垂直翼）の回転によって固有の振動が加えられる。風車の回転による固有振動を加振振動と称する。加振振動周波数は「風車の回転数×翼枚数」で求められる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３―２７８６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術は、回転軸の強度を大きくし、かつ軽量になるような肉厚にしようとすると軸固有振動周波数と加振周波数が共振状態になり回転軸の振動により垂直翼と水平翼が破損する虞があるという問題点を有する。
【０００７】
本発明の目的は、中空回転軸の強度を確保し、固有振動周波数と加振周波数が共振状態になるのを確実に回避して垂直翼と水平翼の破損を防止することができる垂直軸風車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特徴とするところは、垂直方向に支持されている中空回転軸に複数枚の垂直翼を複数段の水平翼によって固定し、回転軸を上端から複数個に分割し、分割された複数個の回転軸の肉厚を上方から下方になるのに従い大きく構成し、複数段の水平翼は肉厚の異なる回転軸に固着されるようにしたことにある。
【０００９】
具体的には、分割構成された複数個の回転軸の肉厚を上方から下方になるのに従い大きくして軸固有振動周波数を加振周波数より高くして周波数差を大きくする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は回転軸を上端から複数個に分割構成し、分割構成された複数個の回転軸の肉厚を上方から下方になるのに従い大きくして軸固有振動周波数と加振周波数の周波数差を大きくできるので、中空回転軸の強度を確保し、固有振動周波数と加振周波数が共振状態になるのを確実に回避して垂直翼と水平翼の破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
中空回転軸は軸受により垂直方向に軸支され、全長に亘り同一径に形成されている。複数枚の垂直翼は回転軸を同心円の中心として等間隔に配置されている。垂直翼は複数本の水平翼により回転軸に接合固定される。回転軸を上端から複数個に分割し、分割された複数個の回転軸の肉厚を上方から下方になるのに従い大きく構成し、複数段の水平翼は肉厚の異なる回転軸に固着される。
【実施例１】
【００１２】
図１、図２に本発明の一実施例を示す。図１は本発明の要部の斜視図、図２は本発明の要部の縦断面図である。
【００１３】
図１において、中空回転軸１は２個のラジアル軸受６，７により垂直方向に軸支されている。中空回転軸１はラジアル軸受６，７により水平方向を支持され、垂直方向を図示しないスラスト軸受で支持されている。中空回転軸１は全長に亘り同一径に形成され、下部を円筒支持部材５に支持されて図示しない発電機が連結されている。
【００１４】
複数枚（３枚）の垂直翼２ａ、２ｂ、２ｃは回転軸１を同心円の中心として等間隔に配置されている。垂直翼２は複数段の水平翼３ａ，３ｂ，３ｃにより回転軸１に接合固定される。中空回転軸１、垂直翼２ａ、２ｂ、２ｃおよび水平翼３ａ，３ｂ，３ｃとで回転構成体としての風車４を構成する。
【００１５】
回転軸１は上端から３個の回転軸１ａ，１ｂ，１ｃに分割構成されている。分割構成された複数個の回転軸１ａ，１ｂ，１ｃの肉厚ｔは図２に示すように、１ａ＜１ｂ＜１ｃのように上方から下方になるのに従い大きくしている。分割構成された複数個の回転軸１ａ，１ｂ，１ｃにはそれぞれ１本の水平翼３ａ，３ｂ，３ｃの一端が接合固着されている。つまり、複数段の水平翼３ａ，３ｂ，３ｃは肉厚の異なる回転軸１ａ，１ｂ，１ｃに固着される。回転軸１の肉厚ｔは、例えば、回転軸１ａが６．５mm、１ｂが１２．５mm，１ｃが３５mmで形成されている。
【００１６】
この構成において、回転軸１の肉厚ｔが回転軸１ａが６．５mm、１ｂが１２．５mm，１ｃが３５mmの場合の軸固有振動数は図３のようになる。図３の固有振動数は計算値である。
軸全体の軸固有振動周波数は分割回転軸１ａ，１ｂ，１ｃの略平均値であり約９．０２Hzとなる。
【００１７】
一方、風車4の耐風速は通常６０ｍで、また、加振振動周波数は垂直翼２の回転数が１２０ｒｐｍの場合、翼枚数が３枚で余裕率を１．２とすると次式のように求められる。
【００１８】
１２０/６０×３×１．２＝７．２Hz      …（式1）
このように分割回転軸１ａ，１ｂ，１ｃの肉厚ｔを上方から下方になるのに従い大きくして、更に、水平翼３の風圧荷重合計に耐えうる最小肉厚ｔにすることによって中空回転軸１の強度を確保し、軸固有振動周波数を高くでき加振振動周波数と共振状態になるのを確実に回避して垂直翼２と水平翼３の破損を防止することができる。
【００１９】
このように、本発明は回転軸を上端から複数個に分割構成し、分割構成された複数個の回転軸の肉厚を上方から下方になるのに従い大きくして軸固有振動周波数と加振周波数の周波数差を大きくできるので、中空回転軸の強度を確保し、固有振動周波数と加振周波数が共振状態になるのを確実に回避して垂直翼と水平翼の破損を防止することができる。
【実施例２】
【００２０】
図４に本発明の他の実施例を示す。図４の実施例において図２の実施例と異なるところは分割構成された複数個の回転軸２ａと２ｂの径を小さくしたことである。中空軸は径が小さくなると肉厚も小さくなる。
【００２１】
回転軸２ａ、２ｂの径が回転軸２ｃと異なると固有振動数が異なり、その上、肉厚ｔも異なるので軸固有振動周波数と加振周波数の周波数差を大きくできるので、中空回転軸の強度を確保し、固有振動周波数と加振周波数が共振状態になるのを確実に回避して垂直翼と水平翼の破損を防止することができる。
【００２２】
実施例２においても軸固有振動周波数と加振周波数の周波数差を大きくできるので、中空回転軸の強度を確保し、固有振動周波数と加振周波数が共振状態になるのを確実に回避して垂直翼と水平翼の破損を防止することができる。
【００２３】
なお、上述の実施例は水平翼が３段（３本）であるが２段（２本）でも良く、また、垂直軸が５本でも良いことは勿論のことである。
【００２４】
また、上述の実施例は回転軸の軸受による軸支位置よりも上方における回転軸を上端から複数個に分割構成しているが、分割回転軸で軸支してもよいことは明らかなことである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の要部の縦断面図である。
【図３】本発明を説明するための図である。
【図４】本発明の他の一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…中空回転軸、２…垂直翼、３…水平翼、４…風車、５…円筒支持部材、６，７…ラジアル軸受。
【図１】
2006046227.tif 000003
【図２】
2006046227.tif 000004
【図３】
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【図４】
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