(57)【要約】【課題】  強風時であっても発電することができ、且つ、更に強い風が作用した場合に翼の公転を安全に停止する構造を有する垂直軸型風力発電機を提供すること【解決手段】  垂直軸型風力発電機１は、鉛直方向に立設するとともに自転可能に構成された垂直支柱２と、垂直支柱２の自転によって発電する発電機３と、垂直支柱２から離れる方向に延設されたステー４と、ステーに設けられ垂直支柱に平行な第一軸回りに回転可能にステーに接続された翼６と、翼６の公転位置に応じて翼６のピッチ角を変更する翼可動機構２０と、風速に応じて翼６のピッチ角を調整する傾斜角調整機構３０とを備える。【選択図】  図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に立設するとともに自転可能に構成された垂直支柱と、
前記垂直支柱に取り付けられ、前記垂直支柱の自転によって発電する発電機と、
前記垂直支柱に支持されるとともに、前記垂直支柱から離れる方向に延設されたステーと、
前記ステーに設けられ前記垂直支柱に平行な第一軸回りに回転可能に前記ステーに接続され、風力により前記垂直支柱を中心として前記ステーとともに公転する翼と、
第一輪と、前記第一輪に同軸的に配置しているとともに前記第一輪に相対回転可能に接続された第二輪とを有し、前記第一輪が前記垂直支柱の回りに前記垂直支柱と相対回転可能に取り付けられ、前記垂直支柱の軸線に対する傾斜角が変更可能に構成される軸受部材と、前記軸受部材の前記第二輪にその一方端が接続されるとともに、前記垂直支柱の軸方向に延設された第一ロッド部材と、前記翼の翼玄方向において前記翼と前記ステーとの接続位置とは異なる位置にて前記翼にその一方端が接続された第二ロッド部材と、前記垂直支柱の軸方向に平行な平面内を回転可能に前記垂直支柱に取り付けられるとともに、それぞれ異なる位置にて前記第一ロッド部材の他方端及び前記第二ロッド部材の他方端に接続されたベルクランクと、を備え、前記軸受部材が前記垂直支柱の軸線に対して傾斜した状態であるときに前記翼が公転した場合に前記翼の公転位置に応じて前記翼のピッチ角が変更されるように構成されるピッチ角可変機構と、
風速に応じて、前記垂直支柱の軸線に対する前記軸受部材の傾斜角を調整する傾斜角調整機構と、
を備える、垂直軸型風力発電機。
【請求項２】
請求項１に記載の垂直軸型風力発電機において、
前記垂直支柱の外周側に設けられ、前記軸受部材の前記第一輪と一体的に前記垂直支柱の軸回りを同軸回転するように前記第一輪に接続された筒状部材と、前記筒状部材と一体的に前記垂直支柱の軸回りを回転するように前記筒状部材に接続され、その回転周方向に垂直な尾翼面を有する尾翼と、を有する尾翼ユニットを備え、
前記軸受部材は、前記尾翼の回転位置に応じて前記垂直支柱の軸回りにおける回転位置が定められるように前記尾翼に接続されるとともに、定められた回転位置において、風速が予め定められる第一閾値風速以下である場合に、前記軸受部材が前記垂直支柱の軸線に対して傾斜し、且つ、前記翼の公転位置が風上位置であるときに前記翼のピッチ角が最も大きく且つ前記翼の公転位置が風下位置であるときに前記翼のピッチ角が最も小さくなるように、前記垂直支柱の軸線に対する前記軸受部材の傾斜方向が定められる、垂直軸型風力発電機。
【請求項３】
請求項２に記載の垂直軸型風力発電機において、
前記傾斜角調整機構は、前記尾翼の回転位置に応じて定められる前記軸受部材の傾斜方向において、風速が前記第一閾値風速以下である場合における前記軸受部材の傾斜角よりも、風速が前記第一閾値風速よりも大きい場合における前記軸受部材の傾斜角の方が小さくなるように、前記垂直支柱の軸線に対する前記軸受部材の傾斜角を調整する、垂直軸型風力発電機。
【請求項４】
請求項３に記載の垂直軸型風力発電機において、
前記傾斜角調整機構は、前記尾翼の回転位置に応じて定められる前記軸受部材の傾斜方向において、風速が前記第一閾値風速よりも大きい風速として予め定められる第二閾値風速以上である場合に、前記翼の公転位置が風上位置であるときに前記翼のピッチ角が最も小さく且つ前記翼の公転位置が風下位置であるときに前記翼のピッチ角が最も大きくなるように、前記垂直支柱の軸線に対する前記軸受部材の傾斜角を調整する、垂直軸型風力発電機。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の垂直軸型風力発電機において、
前記傾斜角調整機構は、
前記筒状部材の外周回りに配設され、前記尾翼が固定されるとともに、前記筒状部材と一体的に前記垂直支柱を中心として同軸回転し、且つ、前記垂直支柱の軸線に直交する軸回りに回動可能に前記筒状部材に取り付けられた支持部材と、
前記支持部材の回動可能領域に一方端が接続されるとともに、前記軸受部材の前記第一輪に他方端が接続された連結ロッドと、
前記支持部材に固定され、前記支持部材と一体的に前記垂直支柱の軸線に直交する軸回りを回動可能であり、且つ、その回動方向に垂直な受風面を有し、前記受風面が水平面に対して傾斜した回動位置であるときに前記受風面にて風力を受けることができるように構成された傾斜調整板と、
前記受風面と水平面とのなす角である受風面傾斜角が増加する方向に前記傾斜調整板を弾性付勢するバネ部材と、
を備える、垂直軸型風力発電機。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の垂直軸型風力発電機において、
前記傾斜角調整機構は、
前記筒状部材の外周回りに配設され、前記尾翼が固定されるとともに、前記筒状部材と一体的に前記垂直支柱を中心として同軸回転し、且つ、前記垂直支柱の軸線に直交する軸回りに回動可能に前記筒状部材に取り付けられた支持部材と、
前記支持部材の回動可能領域に一方端が接続されるとともに、前記軸受部材の前記第一輪に他方端が接続された連結ロッドと、
前記垂直支柱の軸線に直交する軸回りにおける前記支持部材の回動位置を調整するアクチュエータと、
風速又は風速に関連する値に応じて前記アクチュエータの動作を制御することにより、前記垂直支柱の軸線に対する前記軸受部材の傾斜角を調整する制御装置と、を備える、垂直軸型風力発電機。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の垂直軸型風力発電機において、
前記翼の公転位置が、前記翼に作用する抗力の回転方向成分の作用方向が前記翼に作用する遠心力の回転方向成分の作用方向と反対方向である第一公転位置であって、且つ、前記抗力の回転方向成分が前記遠心力の回転方向成分よりも大きいときに、前記第一軸回りにおける前記翼の回転位置が、前記抗力の回転方向成分によって抗力を主体として前記翼を公転させることができる第一回転位置に位置決めされ、前記翼の公転位置が、前記抗力の回転方向成分の作用方向と前記遠心力の回転方向成分の作用方向が同一方向である第二公転位置であるときに、前記第一軸回りにおける前記翼の回転位置が、前記抗力の回転方向成分及び前記遠心力の回転方向成分によって揚力を主体として前記翼を公転させることができる第二回転位置に位置決めされ、前記遠心力の回転方向成分が前記抗力の回転方向成分よりも大きいときに、前記翼の公転位置にかかわらず、前記第一軸回りにおける前記翼の回転位置が前記第二回転位置に位置決めされるように、前記第一軸回りにおける前記翼の回転位置を調整する回転位置調整機構を備える、
垂直軸型風力発電機。
【請求項８】
請求項７に記載の垂直軸型風力発電機において、
前記回転位置調整機構は、前記第二ロッド部材を含み、
前記第二ロッド部材は、
前記垂直支柱に接続された内側連結部と、前記垂直支柱に平行な軸回りに回転可能に前記内側連結部にその一方端が接続された中間ロッド部と、前記垂直支柱に平行な軸回りに回転可能にその一方端が前記中間ロッド部の他方端に接続されるとともに、その他方端が前記ステーとの接続位置とは異なる接続位置にて前記翼に接続された外側ロッド部と、を有し、
前記翼の前記第一軸回りにおける回転位置が前記第二回転位置にあるときに、前記中間ロッド部と前記外側ロッド部が同軸状に配列され、
前記翼の前記第一軸回りにおける回転位置が前記第一回転位置にあるときに、前記中間ロッド部と前記外側ロッド部が交差状に配列されるように構成される、
垂直軸型風力発電機。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の垂直軸型風力発電機において、
前記翼が前記第一回転位置から前記第二回転位置に向かって回転するときに、前記第二回転位置に近づくにつれて大きくなるような、前記翼の回転に対する制動力を発生し、前記翼が前記第二回転位置から前記第一回転位置に向かって回転するときに、前記第一回転位置に近づくにつれて大きくなるような、前記翼の回転に対する制動力を発生する制動部材を備える、
垂直軸型風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直軸型風力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギーとしての風力を利用した様々な風力発電機が開発されている。風力発電機は、水平軸型風力発電機と垂直軸型風力発電機とに大別される。水平軸型風力発電機は、風向に平行な軸回りを公転する翼を有する風車（水平軸風車）を備え、垂直軸型風力発電機は、風向に垂直な軸回りを公転する翼を有する風車（垂直軸風車）を備える。
【０００３】
また、風力発電機は、抗力型風力発電機と揚力型風力発電機とに大別することもできる。抗力型風力発電機は、風力により押される力（抗力）によって公転する翼（抗力翼）を有する風車（抗力型風車）を備え、揚力型風力発電機は、風力により翼に生じる揚力によって公転する翼（揚力翼）を有する風車（揚力型風車）を備える。
【０００４】
抗力型風車に備えられる翼は、弱風によっても公転する。その反面、抗力型風車に備えられる翼の公転速度を風速よりも大きくすることができない。従って、抗力型風車を利用した抗力型風力発電機は、始動性（起動性）が高い（すなわち弱風によっても発電する）というメリットを有する一方で、強風時における最大発電量が小さいというデメリットを有する。
【０００５】
一方、揚力型風車を用いた場合、翼の公転速度を風速よりも大きくすることができる。しかし、弱風によって翼が公転し難い。従って、揚力型風車を利用した揚力型風力発電機は、強風時における最大発電量が大きいというメリットを有する一方で、始動性が低い（すなわち弱風によっては発電しない）というデメリットを有する。
【０００６】
特許文献１は、回転軸と、回転軸と一体回転する公転軸と、自転可能であり公転軸に沿って回転軸回りを公転する翼と、公転角度（位相角）に応じて翼の自転角度（ピッチ角或いは仰角）を制御する制御手段を備える風車を開示する。また、特許文献１は、制御手段による翼の自転角度の制御方式として、ガイドロッド方式、ガイドウェイ方式、及び、ガイドロッド方式とガイドウェイ方式との複合方式、の３方式を提案している。ガイドロッド方式は、翼にガイドロッドを接続するとともに、回転軸に対するガイドロッドの偏心回転中心位置を電動アクチュエータ等で制御することにより、翼の自転角度を制御する方式である。ガイドウェイ方式は、環状体に形成された環状溝（ガイドウェイ）に係合するカムフォロアに翼を接続するとともに、回転軸に対する環状溝の中心位置を電動アクチュエータ等で制御することにより、翼の自転角度を制御する方式である。特許文献１によれば、公転位置に応じて翼の自転角度（ピッチ角）を制御することにより、始動性を向上させることができるとともに、過大風力に対する対応を容易に行うことができる。
【０００７】
特許文献２は、回転軸を中心として回転可能であり、且つ厚さ方向にカムプロフィールが変化する板カムと、風向に応じて板カムの回動角度を調整するカム回動角度調整機構と、板カムの従動節と翼とを連結するリンク機構と、板カムを回転軸の軸方向に移動するための電動アクチュエータとを有する翼回動角度調整手段を備える風車を開示する。板カムを回転軸の軸方向に移動させて翼のピッチ角（又は仰角）を変更することで、始動性が向上するとともに、これを用いた発電機の発電電力を増大させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１５２９２２号公報
【特許文献２】特開２００８−０７５４８７号公報
【発明の概要】
【０００９】
（発明が解決しようとする課題）
風力発電機の発電量は、強風であるほど、翼の公転速度が上昇するために増加する。しかし、風速があまりにも高すぎると、翼の公転速度が許容速度を超え、それにより風力発電機（特に風車部分）が破損する虞がある。そこで、通常の風力発電機は、風速が予め定められる風速（例えば１２ｍ／ｓｅｃ）以上になると、風車を守るために、電磁ブレーキ又は機械ブレーキを作動させて、風車を強制的に停止させる（カットオフさせる）。
【００１０】
しかしながら、強風であるときほど風力発電機による発電が期待できるにもかかわらず、従来の風力発電機によれば強風時に風車を上記のように停止させてしまうので、特に台風接近時等の強風が吹くときに発電する機会が失われる。
【００１１】
また、風力発電機をカットオフさせるにあたり、電磁ブレーキを用いた場合、急激に制動力が風車に作用し、風車全体に制動による衝撃荷重が作用する。このためその衝撃荷重で故障しないように、風車の構成部材を補強する必要があり、そのために部品コストが増加する。また、ディスクブレーキ等の機械ブレーキを用いた場合、風車の構造が大型化するとともに、ディスクブレーキパッドを定期的に交換しなければならないので、イニシャルコスト及びランニングコストが増加する。
【００１２】
本発明は、強風時であっても発電することができ、且つ、更に強い風が作用した場合にはコストアップすることなく翼の公転を安全に停止する構造を有する垂直軸型風力発電機を提供することを目的とする。
【００１３】
（課題を解決するための手段）
本発明に係る垂直軸型風力発電機（１，１Ａ）は、鉛直方向に立設するとともに自転可能に構成された垂直支柱（２）と、垂直支柱に取り付けられ、垂直支柱の自転によって発電する発電機（３）と、垂直支柱に支持されるとともに、垂直支柱から離れる方向に延設されたステー（４）と、ステーに設けられ垂直支柱に平行な第一軸（Ｐ４）回りに回転可能にステーに接続され、風力により垂直支柱を中心としてステーとともに公転する翼（６）と、ピッチ角可変機構（２０）と、傾斜角調整機構（３０，３０Ａ）とを備える。
【００１４】
ピッチ角可変機構は、第一輪（２１ａ）と、第一輪に同軸的に配置しているとともに第一輪に相対回転可能に接続された第二輪（２１ｂ）とを有し、第一輪が垂直支柱の回りに垂直支柱と相対回転可能に取り付けられ、垂直支柱の軸線に対する傾斜角が変更可能に構成される軸受部材（２１）と、軸受部材の第二輪にその一方端が接続されるとともに、垂直支柱の軸方向に延設された第一ロッド部材（２２１）と、翼の翼玄方向において翼とステーとの接続位置とは異なる位置にて翼にその一方端が接続された第二ロッド部材（２２３）と、垂直支柱の軸方向に平行な平面内を回転可能に垂直支柱に取り付けられるとともに、それぞれ異なる位置にて第一ロッド部材の他方端及び第二ロッド部材の他方端に接続されたベルクランク（２２２）と、を備える。上記構成のピッチ角変更機構は、軸受部材が垂直支柱の軸線に対して傾斜した状態であるときに翼が公転した場合に翼の公転位置に応じて翼のピッチ角が変更されるように構成される。
【００１５】
そして、傾斜角調整機構は、風速に応じて、垂直支柱の軸線に対する軸受部材の傾斜角（垂直支柱の軸線と軸受部材の軸線とのなす角）を調整する機能を有する。
【００１６】
本発明に係る垂直軸型風力発電機によれば、翼の公転が、第二ロッド部材及びベルクランクを介して第一ロッド部材に伝達される。この第一ロッド部材が、翼の公転に伴って軸受部材の第二輪とともに垂直支柱の回りを回転する。ここで、軸受部材が垂直支柱の軸に対して傾斜している場合、軸受部材のある一点（定点）における垂直支柱の軸方向に沿った位置は、回転位置によって変化する。よって、軸受部材の第二輪のある一点に接続された第一ロッド部材は、翼の公転に伴って垂直支柱の軸方向に沿って周期的に往復する。斯かる第一ロッド部材の周期的な往復動作がベルクランクの回転動作（揺動動作）を誘発し、さらにベルクランクの回転動作によって第二ロッド部材が軸方向に往復移動する。第二ロッド部材が軸方向に往復移動することによって、翼が第一軸回りを揺動する。このような翼の揺動により、翼のピッチ角が変更される。また、翼は周期的に揺動するため、１サイクル（公転）中に、公転位置に応じてピッチ角が変更されることになる。つまり、サイクルピッチを変更することができる。
【００１７】
翼のピッチ角は、その翼の公転時に翼に生じる揚力に影響する。よって、このような構成のピッチ角可変機構により、翼に生じる揚力がより増大するように翼のピッチ角を調整することができ、或いは、翼に生じる揚力が小さくなるように翼のピッチ角を調整することができる。
【００１８】
また、傾斜角調整機構は、風速に応じて、垂直支柱の軸線に対する軸受部材の傾斜角を調整する。軸受部材の傾斜角が変更された場合、翼のピッチ角の大きさが変更される。このため、傾斜角調整機構によって、風速に応じて、揚力がより大きくなるように翼のピッチ角の大きさを調整することも、揚力が小さくなるように翼のピッチ角の大きさを調整することもできる。よって、例えば翼を安全に公転させることができる通常風速領域において、揚力がより大きくなるように翼のピッチ角の大きさを調整し、翼を安全に公転させることができない高風速領域において、揚力が小さくなるように翼のピッチ角の大きさを調整することができる。この場合、翼を安全に公転させることができない高風速領域においては、翼に生じる揚力を小さくして翼の公転を停止させることなく安全な公転速度で翼の公転を継続することができる。よって、従来では翼の公転を停止させていた高風速領域においても翼の公転を継続して、発電を持続することができる。また、さらに風速が高まった場合には、傾斜角調整機構によって翼の揚力が最も小さくなるように軸受部材の傾斜角を調整することで、翼を失速させることができる。翼が失速すると、翼の公転速度が徐々に低下していき、やがて停止する。このような翼の失速による停止を実現することで、電磁ブレーキや機械ブレーキを使用することによるコストアップなしに、翼の公転を安全に停止させることができる。
【００１９】
また、本発明に係る垂直軸型風力発電機は、垂直支柱の外周側に設けられ、軸受部材の第一輪と一体的に垂直支柱の軸回りを同軸回転するように第一輪に接続された筒状部材（１１）と、筒状部材と一体的に垂直支柱の軸回りを回転するように筒状部材に接続され、その回転周方向に垂直な尾翼面（１２ａ）を有する尾翼（１２）と、を有する尾翼ユニット（１０）を備えるとよい。そして、軸受部材は、尾翼の回転位置に応じて垂直支柱の軸回りにおける回転位置が定められるように尾翼に接続されるとともに、定められた回転位置において、風速が予め定められる第一閾値風速（Ｗ１）以下である場合に、軸受部材が垂直支柱の軸線に対して傾斜し、且つ、翼の公転位置が風上位置であるときに翼のピッチ角が最も大きく且つ翼の公転位置が風下位置であるときに翼のピッチ角が最も小さくなるように、垂直支柱の軸線に対する軸受部材の傾斜方向が定められるとよい。
【００２０】
これによれば、尾翼面が風向きに平行になるように定められた尾翼の回転位置に応じて軸受部材の傾斜方向が上記のように定められることにより、風速が第一閾値風速以下の場合に公転する翼に生じる揚力が高められる。よって、第一閾値風速を、翼を安全に公転させることができる通常風速領域の上限速度に設定することにより、通常風速領域において効率的に翼を公転させることができ、その結果、発電量をより大きくすることができる。
【００２１】
この場合、傾斜角調整機構は、尾翼の回転位置に応じて定められる軸受部材の傾斜方向において、風速が第一閾値風速（Ｗ１）以下である場合における軸受部材の傾斜角よりも、風速が第一閾値風速よりも大きい場合における軸受部材の傾斜角の方が小さくなるように、垂直支柱の軸線に対する軸受部材の傾斜角を調整するとよい。これによれば、風速が第一閾値風速よりも大きいときには、軸受部材の傾斜角が小さくされることにより翼に生じる揚力が小さくなる。従って、風速の増大による翼の公転速度の増加が抑えられ、翼の公転速度が必要以上に上昇することが効果的に防止される。このため、風速が第一閾値風速よりも大きい場合でも、過度の公転速度の増加を抑えながら翼を公転させることができる。
【００２２】
さらにこの場合、傾斜角調整機構は、尾翼の回転位置に応じて定められる軸受部材の傾斜方向において、風速が第一閾値風速よりも大きい風速として予め定められる第二閾値風速（Ｗ２）以上である場合に、翼の公転位置が風上位置であるときに翼のピッチ角が最も小さく且つ翼の公転位置が風下位置であるときに翼のピッチ角が最も大きくなるように、垂直支柱の軸線に対する軸受部材の傾斜角を調整するとよい。これによれば、風速が第二閾値風速以上であるときに、翼に生じる揚力が最も小さくされる。このため翼を失速させることができる。翼が失速すると、翼の公転速度が徐々に低下して、やがて、停止する。このようにして、翼の公転を安全に停止させることができる。
【００２３】
また、傾斜角調整機構は、筒状部材の外周回りに配設され、尾翼が固定されるとともに、筒状部材と一体的に垂直支柱を中心として同軸回転し、且つ、垂直支柱の軸線に直交する軸回りに回動可能に筒状部材に取り付けられた支持部材（３１）と、支持部材の回動可能領域に一方端が接続されるとともに、軸受部材の第一輪に他方端が接続された連結ロッド（３３）と、支持部材に固定され、支持部材と一体的に垂直支柱の軸線に直交する軸回りを回動可能であり、且つ、その回動方向に垂直な受風面（３２ａ）を有し、受風面が水平面に対して傾斜した回動位置であるときに受風面にて風力を受けることができるように構成された傾斜調整板（３２）と、受風面と水平面とのなす角である受風面傾斜角が増加する方向に傾斜調整板を弾性付勢するバネ部材（３４）と、を備えるのがよい。
【００２４】
これによれば、傾斜角調整機構が備える傾斜調整板は、受風面を有するとともに、垂直支柱の軸線に直交する軸回り（水平軸回り）を回動可能に支持部材に固定される。また、この傾斜調整板を付勢するバネ部材の付勢方向は、受風面と水平面とのなす角である受風面傾斜角を増加する方向（第一回動方向）である。ここで、水平面に対して傾斜した受風面に風が当たったとき、その風力により、傾斜調整板は、受風面傾斜角を減少させる方向（第二回動方向）に作用する力を受ける。従って、バネ部材による傾斜調整板の付勢方向は、受風面に作用する風力による傾斜調整板の付勢方向とは反対の方向である。よって、風力により傾斜調整板を回動させる力よりもバネ部材の付勢力により傾斜調整板を回動させる力の方が大きい場合、傾斜調整板はバネ部材の付勢力によって第一回動方向に回動した所定の回動位置（初期位置）に位置する。一方、風力により傾斜調整板を回動させる力の方がバネ部材の付勢力により傾斜調整板を回動させる力よりも大きい場合、傾斜調整板はバネ部材の付勢力に抗して風力によって第二回動方向に回動した所定の回動位置（作動位置）に位置する。このように、風力（すなわち風速）に応じて、傾斜調整板の水平軸回りにおける回動位置を調整することができる。ここで、傾斜調整板が回動した場合、それに伴い支持部材も回動する。支持部材が回動すると、支持部材にその一方端が接続された連結ロッドが支持部材の回動位置に応じて軸方向に移動する。すると、連結ロッドの他方端に接続された軸受部材（第一輪）の垂直支柱の軸線に対する傾斜角が変化する。このようにして、垂直支柱の軸線に対する軸受部材の傾斜角が、風速（風力）に応じて調整される。
【００２５】
従って、風力により傾斜調整板を回動させる力がバネ部材の付勢力により傾斜調整板を回動させる力以下である風速の上限を第一閾値風速に設定することにより、第一閾値風速以下の風速領域（通常風速領域）においては、軸受部材の傾斜角は、水平軸回りにおける傾斜調整板の回動位置が初期位置である場合に対応した角度に設定され、第一閾値風速よりも大きい風速領域（高風速領域）においては、軸受部材の傾斜角は、水平軸回りにおける傾斜調整板の回動位置が作動位置である場合に対応した角度に設定される。よって、通常風速領域において軸受部材の傾斜角を翼の揚力が最も大きくなるような傾斜角に設定することで、効率的な翼の公転を実現できる。また、高風速領域において軸受部材の傾斜角を翼の揚力が小さくなるような傾斜角に設定することで、翼の公転速度が過度に上昇しないように翼の公転を継続することができる。
【００２６】
上記発明において、「支持部材の回動可能領域」とは、支持部材の一部分であって、垂直支柱の軸線に直交する軸方向から見てその軸回りに支持部材が回動したときに変位する領域部分である。従って、支持部材の回動中心軸を通過する部分は、回動に伴い変位しないので、本明細書の回動可能領域に属さない。
【００２７】
また、傾斜角調整機構は、筒状部材の外周回りに配設され、尾翼が固定されるとともに、筒状部材と一体的に垂直支柱を中心として同軸回転し、且つ、垂直支柱の軸線に直交する軸回りに回動可能に筒状部材に取り付けられた支持部材（３１）と、支持部材の回動可能領域に一方端が接続されるとともに、軸受部材の第一輪の回動可能領域に他方端が接続された連結ロッド（３３）と、垂直支柱の軸線に直交する軸回りにおける支持部材の回動位置を調整するアクチュエータ（３６）と、風速又は風速に関連する値に応じてアクチュエータの動作を制御することにより、垂直支柱の軸線に対する軸受部材の傾斜角を調整する制御装置（３７）と、を備えていてもよい。
【００２８】
これによれば、風速又は風速に関連する値に応じて制御装置によってその動作が制御されるアクチュエータによって、垂直支柱の軸線に直交する軸回りにおける支持部材の回動位置が調整される。そして、軸受部材の傾斜角が、調整された支持部材の回動位置に対応した傾斜角に設定される。従って、制御装置が風速に応じてアクチュエータの動作を制御することにより、通常風速領域において翼に生じる揚力が最も大きくすることができ、高風速領域において翼に生じる揚力を小さくすることができ、さらに、高風速領域よりも高い風速領域（過大風速領域）において翼に生じる揚力を最も小さくして翼を失速させることができる。
【００２９】
また、本発明に係る垂直軸型風力発電機は、翼の公転位置が、翼に作用する抗力の回転方向成分の作用方向が翼に作用する遠心力の回転方向成分の作用方向と反対方向である第一公転位置であって、且つ、抗力の回転方向成分が遠心力の回転方向成分よりも大きいときに、第一軸回りにおける翼の回転位置が、抗力の回転方向成分によって抗力を主体として翼を公転させることができる第一回転位置に位置決めされ、翼の公転位置が、抗力の回転方向成分の作用方向と遠心力の回転方向成分の作用方向が同一方向である第二公転位置であるときに、第一軸回りにおける翼の回転位置が、抗力の回転方向成分及び遠心力の回転方向成分によって揚力を主体として翼を公転させることができる第二回転位置に位置決めされ、遠心力の回転方向成分が抗力の回転方向成分よりも大きいときに、翼の公転位置にかかわらず、第一軸回りにおける翼の回転位置が第二回転位置に位置決めされるように、第一軸回りにおける翼の回転位置を調整する回転位置調整機構（２０）を備えるとよい。
【００３０】
これによれば、回転位置調整機構によって、第一軸回りにおける翼の回転位置が第一回転位置又は第二回転位置に位置決めされる。翼が第一回転位置にあるとき、翼は抗力翼として機能することができる。翼が第二回転位置にあるとき、翼は揚力翼として機能することができる。
【００３１】
ここで、翼の公転速度が低い始動時には、翼に作用する遠心力が小さい。そのため、翼に作用する抗力の回転方向成分（すなわち翼に作用する抗力のうち第一軸回りにおける翼の回転方向成分）の方が、翼に作用する遠心力の回転方向成分（すなわち翼に作用する遠心力のうち第一軸回りにおける翼の回転方向成分）よりも大きい。このような始動時であって、且つ、翼の公転位置が、抗力の回転方向成分の作用方向が遠心力の回転方向成分の作用方向と反対方向である公転位置（第一公転位置）であるときは、抗力の回転方向成分によって、翼が第一回転位置に位置決めされる。一方、始動時であって、且つ、翼の公転位置が、抗力の回転方向成分の作用方向と遠心力の回転方向成分の作用方向が同一方向である公転位置（第二公転位置）であるときは、抗力の回転方向成分及び遠心力の回転方向成分によって、翼が第二回転位置に位置決めされる。このように、始動時（翼の公転速度が低いとき）には、第一軸回りにおける翼の回転位置は、翼の公転位置に応じて、翼が抗力翼として機能することができる第一回転位置と、翼が揚力翼として機能することができる第二回転位置とに切り替えられる。言い換えれば、始動時には、翼が抗力翼として機能する公転領域が存在する。始動時に翼が抗力翼として機能する公転領域が存在するので、弱風が作用した場合でも翼を公転させることができる。つまり、始動性をより一層向上させることができる。
【００３２】
一方、翼の公転速度が高い場合、翼に作用する遠心力が大きい。そのため、遠心力の回転方向成分が、抗力の回転方向成分よりも大きい。この場合、翼の公転位置にかかわらず、翼が第二回転位置に位置決めされて、翼が揚力翼として機能する。このように、翼の公転速度が高い場合には、翼が揚力翼として機能するので、風速よりも高い速度で翼を公転させることができ、それにより、最大発電量を向上させることができる。
【００３３】
この場合、本発明に係る回転位置調整機構は、上記第二ロッド部材を含み、第二ロッド部材は、垂直支柱に接続された内側連結部（２２３ａ）と、垂直支柱に平行な軸回りに回転可能に内側連結部にその一方端が接続された中間ロッド部（２２３ｂ）と、垂直支柱に平行な軸回りに回転可能にその一方端が中間ロッド部の他方端に接続されるとともに、その他方端がステーとの接続位置とは異なる接続位置にて翼に接続された外側ロッド部（２２３ｃ）と、を有するとよい。そして、第二ロッド部は、翼の第一軸回りにおける回転位置が第二回転位置にあるときに、中間ロッド部と外側ロッド部が同軸状に配列され、翼の第一軸回りにおける回転位置が第一回転位置にあるときに、中間ロッド部と外側ロッド部が交差状に配列されるように構成されるとよい。ここで、中間ロッド部と外側ロッド部が「同軸状に配列される」とは、第二ロッド部材が直線状態になるように、中間ロッド部と外側ロッド部が配列されることをいう。また、中間ロッド部と外側ロッド部が「交差状に配列される」とは、第二ロッド部材が、中間ロッド部と外側ロッド部との接続位置を中心に折れ曲がった状態（屈曲状態）となるように、中間ロッド部と外側ロッド部が配列されることをいう。
【００３４】
これによれば、第二ロッド部材を直線状態にすることにより、翼の回転位置を第二回転位置に位置決めすることができる。また、第二ロッド部材を屈曲状態にすることにより、翼の回転位置を第一回転位置に位置決めすることができる。
【００３５】
また、本発明に係る垂直軸型風力発電機は、翼が第一回転位置から第二回転位置に向かって回転するときに、第二回転位置に近づくにつれて大きくなるような、翼の回転に対する制動力を発生し、翼が第二回転位置から第一回転位置に向かって回転するときに、第一回転位置に近づくにつれて大きくなるような、翼の回転に対する制動力を発生する制動部材（２６，２７）を備えるとよい。この場合において、制動部材は、翼が第一回転位置と第二回転位置との間の中間回転位置から第二回転位置に向かって回転するときに、第二回転位置に近づくにつれて大きくなるような、翼の回転に対する制動力を翼に付与し、翼が上記中間位置から第一回転位置に向かって回転するときに、第一回転位置に近づくにつれて大きくなるような、翼の回転に対する制動力を翼に付与するように構成されているのが好ましい。
【００３６】
これによれば、翼が第一回転位置から第二回転位置に回転して第二回転位置に位置決めされる際、及び、翼が第二回転位置から第一回転位置に回転して第一回転位置に位置決めされる際に、制動部材が翼の回転に対して大きな制動力を発生する。斯かる制動力により、翼が第一回転位置又は第二回転位置に位置決めされるときにおける衝撃力が緩和されるので、翼の破損を防止できる。また、発生した制動力は、翼の回転に連動して配列状態を同軸状態から交差状態へと、或いは交差状態から同軸状態へと変化させる中間ロッド部と外側ロッド部を有する第二ロッド部材に作用する。このため、第二ロッド部材の中間ロッド部と外側ロッド部の配列状態の変化に伴い発生する衝撃力が、制動力によって緩和される。よって、第二ロッド部材の信頼性を向上させることができ、ひいては垂直軸型風力発電機の信頼性を向上させることができる。さらに、翼が第一回転位置又は第二回転位置に位置決めされたときに生じる衝突音の大きさを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】実施形態に係る垂直軸型風力発電機を風上側から見た斜視図である。
【図１Ｂ】実施形態に係る垂直軸型風力発電機を風下側から見た斜視図である。
【図２】翼可動機構の取付構造を示す斜視図である。
【図３】翼可動機構の取付構造をＸ方向から示す図である。
【図４】ステーと翼との接続構造及び第二ロッド部材と翼との接続構造をＺ方向から見た図である。
【図５】第二ロッド部材が屈曲した状態を、Ｚ方向から見た図である。
【図６】第二ロッド部材が備える中間ロッド部と外側ロッド部との接続部分付近の詳細をＺ方向から見た図である。
【図７】垂直支柱に取り付けられるスワッシュプレート付近の構成をＸ方向から見た図である。
【図８】垂直支柱に取り付けられるスワッシュプレート付近の構成をＹ方向及びＺ方向に平行な平面で切断した断面図である。
【図９】傾斜角調整機構付近の構成を示す図である。
【図１０Ａ】公転位置がＲ１領域内の位置である翼の軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。
【図１０Ｂ】公転位置がＲ１領域とＲ２領域の境界位置である翼の軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。
【図１０Ｃ】公転位置がＲ２領域内の位置である翼の軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。
【図１０Ｄ】公転位置がＲ２領域とＲ３領域の境界位置である翼の軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。
【図１０Ｅ】公転位置がＲ３領域内の位置である翼の軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。
【図１０Ｆ】公転位置がＲ３領域とＲ４領域との境界位置またはその近傍位置である翼の軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。
【図１０Ｇ】公転位置がＲ４領域内の位置である翼の軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。
【図１０Ｈ】公転位置がＲ４領域とＲ１領域の境界位置である翼の軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。
【図１１】垂直支柱の軸回りを低速度で公転している翼の軸ピンＰ４回りにおける回転位置をＺ方向から示す図である。
【図１２】一方の翼が第一回転位置であり、他方の翼が第二回転位置である状態を示す図である。
【図１３】垂直支柱の軸回りを高速度で公転している翼の軸ピンＰ４回りにおける回転位置をＺ方向から示す図である。
【図１４Ａ】基準位置にある第一ロッド部材を示す図である。
【図１４Ｂ】上限位置にある第一ロッド部材を示す図である。
【図１４Ｃ】下限位置にある第一ロッド部材を示す図である。
【図１５】第二ロッド部材の前進移動及び後退移動によって翼が軸ピンＰ４回りを揺動する様子を示す図である。
【図１６】翼の位相角と、その位相角で表される公転位置における翼のピッチ角との関係を示すグラフである。
【図１７】ピッチ角を変化させながら翼が公転する様子をＺ方向から示す図である。
【図１８】傾斜調整板の水平軸回り回動位置が水平位置である状態を示す、垂直軸型風力発電機の部分図である。
【図１９】傾斜調整板の水平軸回り回動位置に応じた風上位置の翼のピッチ角の変化の状態を示す図である。
【図２０】傾斜調整板の水平軸回り回動位置が水平位置にある場合における、翼の回転状態をＺ方向から示す図である。
【図２１】傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合に翼６の公転位置の変化に伴うピッチ角の変化を示すグラフと、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置である場合に翼６の公転位置の変化に伴うピッチ角の変化を示すグラフとを併記した図である。
【図２２】従来の垂直軸型風力発電機を作動させた場合における、風速と発電量との関係の一例を示すグラフである。
【図２３】第一実施形態に係る垂直軸型風力発電機を作動させた場合における、風速と発電量との関係を示すグラフである。
【図２４】第二実施形態に係る垂直軸型風力発電機が備える傾斜角調整機構付近の構成を示す図である。
【図２５】制御装置がアクチュエータのストローク量Ｓｔを制御するための制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図２６】ストローク量Ｓｔが最小ストローク量Ｓｔｍｉｎにされた場合における、垂直軸型風力発電機の傾斜角調整機構付近の構成を示す図である。
【図２７】制御装置がストローク量Ｓｔを制御した場合における、風速と発電量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１の斜視図である。ここで、以下において、垂直軸型風力発電機１の構成を説明する際に方向を用いる場合は、その方向を、それぞれ直交する３方向であるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向（又は上下方向）により表すことができる。ここで、Ｘ方向及びＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は鉛直方向（上下方向）を表す。なお、Ｘ方向は、風向きに一致する方向である。図１Ａは、風上側から見た垂直軸型風力発電機１の斜視図であり、図１Ｂは、風下側から見た垂直軸型風力発電機１の斜視図である。
【００３９】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、垂直軸型風力発電機１は、垂直支柱２と、発電機３と、一対の上側ステー４１ａ，４１ｂと、一対の下側ステー４２ａ，４２ｂと、一対の翼６ａ，６ｂと、ベース７と、尾翼ユニット１０と、翼可動機構２０と、傾斜角調整機構３０とを備える。翼可動機構２０が、本発明におけるピッチ角可変機構（サイクルピッチ可変機構）であり、且つ、回転位置調整機構である。
【００４０】
ベース７は、Ｚ方向から見て十字状に形成され、地面或いは床面に載置される。このベース７の中心に、垂直支柱２が接続される。垂直支柱２は、ベース７から鉛直方向に立設される。垂直支柱２は、第一支柱部２ａと第二支柱部２ｂとを有し、第一支柱部２ａがベース７に回転不能に接続される。第一支柱部２ａは、Ｚ方向に沿って延設される。また、第一支柱部２ａの延設方向における先端部（上端部）に、発電機３を介して第二支柱部２ｂが配設される。第二支柱部２ｂの一方端（下端）には第一フランジ２ｃが取り付けられ、第二支柱部２ｂの他方端（上端）には第二フランジ２ｄが取り付けられる。第二支柱部２ｂは、第一支柱部２ａと同軸的にＺ方向に延設される。
【００４１】
発電機３は、中心孔を有する略ドーナツ形状のロータカバー３ａを備えるアウターロータ型の発電機であり、ロータカバー３ａ内にアウターロータが配設されている。また、発電機３は、後述する図８において図示される中心軸３ｂを備える。中心軸３ｂはロータカバー３ａの中心孔を挿通するとともにロータカバー３ａからＺ方向における下方（−Ｚ方向）に延びる。中心軸３ｂのうちロータカバー３ａの中心孔を挿通している部分には、ロータカバー３ａ内のアウターロータに対面するように配置されたステータが取り付けられる。また、中心軸３ｂのうちロータカバー３ａから下方に延びた部分が、第一支柱部２ａに同軸的に固定される。発電機３が備えるアウターロータは、ロータカバー３ａとともに、中心軸３ｂを中心として回転することができるように構成される。
【００４２】
また、発電機３のロータカバー３ａは、第二支柱部２ｂの一方端（下端）に取り付けられた第一フランジ２ｃに一体的に接続される。従って、第二支柱部２ｂ、第一フランジ２ｃ及び第二フランジ２ｄは、発電機３のロータカバー３ａ及びロータカバー３ａ内のアウターロータとともに、一体的に回転する。アウターロータが中心軸３ｂに取り付けられたステータに対して相対回転することにより、発電機３が発電する。
【００４３】
一対の上側ステー４１ａ，４１ｂは、共に同一形状の棒状部材であり、その一方端がそれぞれ垂直支柱２の第二フランジ２ｄに接続される。一対の上側ステー４１ａ，４１ｂは、垂直支柱２から離れる方向に延設される。具体的には、一対の上側ステー４１ａ，４１ｂは、垂直支柱２（第二支柱部２ｂ）から垂直支柱２（第二支柱部２ｂ）の軸方向（Ｚ方向）に直交する成分を含む方向に、好ましくは、垂直支柱２（第二支柱部２ｂ）から垂直支柱２（第二支柱部２ｂ）の軸方向（Ｚ方向）に直交する方向に、延設される。また、一対の上側ステー４１ａ，４１ｂのうち一方の上側ステー４１ａは、他方の上側ステー４１ｂとは反対の方向に向かって延設される。
【００４４】
一対の下側ステー４２ａ，４２ｂは、共に同一形状の棒状部材であり、その一方端がそれぞれ垂直支柱２の第一フランジ２ｃに接続される。一対の下側ステー４２ａ，４２ｂは、垂直支柱２から離れる方向に延設される。具体的には、一対の下側ステー４２ａ，４２ｂは、垂直支柱２（第二支柱部２ｂ）から垂直支柱２（第二支柱部２ｂ）の軸方向（Ｚ方向）に直交する成分を含む方向に、好ましくは、垂直支柱２（第二支柱部２ｂ）から垂直支柱２（第二支柱部２ｂ）の軸方向（Ｚ方向）に直交する方向に、延設される。さらに、一対の下側ステー４２ａ，４２ｂのうち一方の下側ステー４２ａは、他方の下側ステー４２ｂとは反対の方向に向かって延設される。
【００４５】
また、図１Ａ及び図１Ｂからわかるように、一方の上側ステー４１ａと一方の下側ステー４２ａは、互いに平行で且つＺ方向から見て同一位置に設けられ、他方の上側ステー４１ｂと他方の下側ステー４２ｂは、互いに平行で且つＺ方向から見て同一位置に設けられる。そして、一方の上側ステー４１ａの延設方向における先端及び一方の下側ステー４２ａの延設方向における先端に、一対の翼６ａ，６ｂのうちの一方の翼６ａが接続され、他方の上側ステー４１ｂの延設方向における先端及び他方の下側ステー４２ｂの延設方向における先端に、一対の翼６ａ，６ｂのうちの他方の翼６ｂが接続される。従って、一対の翼６ａ，６ｂは、Ｚ方向から見た場合、垂直支柱２から所定の等距離離間し、且つ、垂直支柱２を挟んで対称となる位置に配設される。
【００４６】
一対の翼６ａ，６ｂは、共に同一形状である。一対の翼６ａ，６ｂは、通常の垂直軸型風車に用いられ、且つ、風力によって、一対の上側ステー４１ａ，４１ｂ及び一対の下側ステー４２ａ，４２ｂとともに、垂直支柱２（第二支柱部２ｂ）を中心として、その軸回りを公転することができるような形状を有する。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、一対の翼６ａ，６ｂは、外側面６１及び内側面６２を有し、Ｚ方向に長く伸び、Ｚ方向に垂直な断面がＺ方向に沿って一定の形状であるように形成される。外側面６１とは、翼６が公転した場合にその公転軌跡の外周側に主に面する面であり、内側面６２とは、翼６が公転した場合にその公転軌跡の内周側に主に面する面である。
【００４７】
翼可動機構２０は、主に、発電機３の下方位置に取り付けられる。図２及び図３は、翼可動機構２０の取付構造を示す図である。図２及び図３に示すように、翼可動機構２０は、スワッシュプレート２１（軸受部材）と、一対のリンク機構２２ａ，２２ｂと、同位相ジョイント２４とを備える。
【００４８】
スワッシュプレート２１は、互いに相対的に同軸回転する内輪２１ａ（第一輪）及び外輪２１ｂ（第二輪）を備える。内輪２１ａが、図示しないベアリングを介して垂直支柱２の第一支柱部２ａの外周回りに第一支柱部２ａに相対回転可能に取り付けられる。そして、内輪２１ａの外周側に、内輪２１ａに同軸的に配置した外輪２１ｂが、図示しないベアリングを介して内輪２１ａに相対回転可能に接続される。従って、スワッシュプレート２１の内輪２１ａは、垂直支柱２及びスワッシュプレート２１の外輪２１ｂにそれぞれ相対的に回転することができる。また、スワッシュプレート２１は、その回転軸方向が、垂直支柱２の軸方向に対して傾斜可能であるように、垂直支柱２に取り付けられる。さらに、スワッシュプレート２１は、垂直支柱２の軸線とスワッシュプレート２１の回転軸線とのなす角（傾斜角）が変更可能であるように、すなわち垂直支柱２の軸線に対する傾斜角が変更可能であるように、構成される。なお、図２は、垂直支柱２の軸に対して傾斜していないスワッシュプレート２１を示し、図３は、垂直支柱２の軸に対して傾斜しているスワッシュプレート２１を示す。
【００４９】
一対のリンク機構２２ａ、２２ｂは、それぞれ、スワッシュプレート２１の外輪２１ｂに接続される。一対のリンク機構２２ａ，２２ｂは、それぞれ、第一ロッド部材２２１と、ベルクランク２２２と、第二ロッド部材２２３を有する。ベルクランク２２２は、発電機３のロータカバー３ａの下部に固定されたケース２５に軸ピンＰ１を介して取り付けられる。このケース２５は、発電機３のロータカバー３ａに同軸配置する筒状部材であり、ロータカバー３ａ及び垂直支柱２の第二支柱部２ｂとともに回転する。ベルクランク２２２は、その平面形状が略直角二等辺三角形となるように形成された板状部材であり、平面方向がＺ方向に平行であるように、軸ピンＰ１を介して軸ピンＰ１の軸回りに回転可能にケース２５に接続される。また、軸ピンＰ１の軸方向は、Ｚ方向に垂直な方向である。従って、ベルクランク２２２は、Ｚ方向（すなわち垂直支柱２の軸方向）に平行な平面内で回転可能にケース２５に接続されていることになる。また、軸ピンＰ１は、略直角二等辺三角形状のベルクランク２２２の頂角近傍に設けられる。従って、ベルクランク２２２は、その頂角近傍を中心として回転可能である。
【００５０】
また、一方のリンク機構２２ａに備えられるベルクランク２２２と、他方のリンク機構２２ｂに備えられるベルクランク２２２は、それぞれ、垂直支柱２の周方向における反対位置にて、ケース２５に取り付けられる。また、一対のリンク機構２２ａ，２２ｂにそれぞれ備えられるベルクランク２２２は、垂直支柱２の第二支柱部２ｂに接続されている一対の上側ステー４１ａ，４１ｂ及び一対の下側ステー４２ａ，４２ｂの延設方向及びＺ方向によって定義される平面に平行な平面内で回転することができるように、ケース２５に取り付けられる。
【００５１】
図２及び図３からわかるように、第一ロッド部材２２１の上端（他方端）は、直角二等辺三角形状のベルクランク２２２の一方の鋭角近傍位置であって、軸ピンＰ１が設けられている位置からＺ方向とは異なる方向（図２及び図３においてはＹ方向）に所定の距離だけオフセットした位置にて、軸ピンＰ２を介してベルクランク２２２の回転平面内で回転可能にベルクランク２２２に連結される。また、第一ロッド部材２２１は、ベルクランク２２２からＺ方向（垂直支柱２の軸方向）における下方に延設される。そして、第一ロッド部材２２１の下端（一方端）が、スワッシュプレート２１の外輪２１ｂに連結される。ここで、スワッシュプレート２１の内輪２１ａと外輪２１ｂは、図示しないベアリング（深溝玉軸受）の内輪及び外輪と一体化されており、上述したように、互いに相対回転可能に構成される。また、第一ロッド部材２２１の下端には、ピロボールジョイント２２１ａが連結され、このピロボールジョイント２２１ａがスワッシュプレート２１の外輪２１ｂのある一点に回動可能状態で接続される。したがって、ピロボールジョイント２２１ａ及びそれに連結された第一ロッド部材２２１は、スワッシュプレート２１の外輪２１ｂとともに垂直支柱２の回りを回転することができる。
【００５２】
第二ロッド部材２２３は、複数のロッドが接続されることにより構成される棒状部材である。この第二ロッド部材２２３の一方端は、直角二等辺三角形上のベルクランク２２２の他方の鋭角近傍位置にて、軸ピンＰ３を介してベルクランク２２２の回転平面内で回転可能にベルクランク２２２に連結される。つまり、ベルクランク２２２は、それぞれ異なる位置にて第一ロッド部材２２１の一方端（下端）及び第二ロッド部材２２３の一方端に接続されていることになる。また、第二ロッド部材２２３は、ベルクランク２２２からＺ方向に垂直な方向に延設される。一方のリンク機構２２ａに備えられる第二ロッド部材２２３のベルクランク２２２からの延設方向は、一方の上側ステー４１ａ及び一方の下側ステー４２ａの延設方向と同じであり、他方のリンク機構２２ｂに備えられる第二ロッド部材２２３のベルクランク２２２からの延設方向は、他方の上側ステー４１ｂ及び他方の下側ステー４２ｂの延設方向と同じである。そして、一方のリンク機構２２ａに備えられる第二ロッド部材２２３の他方端が一方の翼６ａに接続され、他方のリンク機構２２ｂに備えられる第二ロッド部材２２３の他方端が他方の翼６ｂに接続される。
【００５３】
また、図２に示すように、翼可動機構２０は、ストッパ２８を有する。ストッパ２８は、下側ステー４２の先端部分に設けられており、後述するように、翼６の回転を規制する。
【００５４】
次に、各ステーと翼との接続構造及び各リンク機構と翼との接続構造について説明するが、以下の説明において、一方の上側ステー４１ａと他方の上側ステー４１ｂとを区別することなく説明する場合には、これらを総称して上側ステー４１ということもある。一方の下側ステー４２ａと他方の下側ステー４２ｂとを区別することなく説明する場合には、これらを総称して下側ステー４２ということもある。さらに、上側ステー４１と下側ステー４２とを区別することなく説明する場合には、これらを総称してステー４ということもある。また、一方の翼６ａと他方の翼６ｂとを区別することなく説明する場合には、これらを総称して翼６ということもある。さらに、一方のリンク機構２２ａと他方のリンク機構２２ｂとを区別することなく説明する場合には、これらを総称してリンク機構２２ということもある。
【００５５】
上記説明からわかるように、翼６は、上側ステー４１、下側ステー４２、及び、リンク機構２２の第二ロッド部材２２３に、それぞれ接続される。図４は、ステー４と翼６との接続構造及び第二ロッド部材２２３と翼６との接続構造をＺ方向から見た図である。
【００５６】
図４に示すように、垂直支柱２から延設されたステー４の先端部分に、軸ピンＰ４が設けられている。軸ピンＰ４の軸方向は、Ｚ方向（垂直支柱２の軸方向）である。この軸ピンＰ４を介して、棒状の連結部材５１の一方の端部がＺ方向軸回りに回転可能にステー４に接続される。そして、連結部材５１の他方の端部が図５のＡ部にて、翼６の内側面６２に固定される。このような接続構成により、翼６は、連結部材５１を介して、垂直支柱２と平行な軸回り（軸ピンＰ４の軸回り）に回転可能に、ステー４に接続されることになる。
【００５７】
また、第二ロッド部材２２３は、内側連結部２２３ａと、中間ロッド部２２３ｂと、外側ロッド部２２３ｃとを有する。内側連結部２２３ａの一方端側には二股状に形成された部分が設けられており、この二股状に形成された部分がベルクランク２２２を挟み込むようにして、ベルクランク２２２の回転平面内で回転可能にベルクランク２２２に連結される。ここで、上述したように、ベルクランク２２２は、垂直支柱２の第二支柱部２ｂと一体回転するケース２５に取り付けられている。従って、内側連結部２２３ａは、ベルクランク２２２及びケース２５を介して垂直支柱２の第二支柱部２ｂに接続されていることになる。
【００５８】
また、内側連結部２２３ａの他方端側に中間ロッド部２２３ｂが連結される。中間ロッド部２２３ｂは長尺状に形成されており、その一方端が、垂直支柱２に平行な軸方向（Ｚ方向）に延設された軸ピンＰ５を介して回転可能に内側連結部２２３ａに接続される。つまり、中間ロッド部２２３ｂは、垂直支柱２に平行な軸回りに回転可能に内側連結部２２３ａに接続される。また、中間ロッド部２２３ｂの他方端に、垂直支柱２に平行な軸方向（Ｚ方向）に延設された軸ピンＰ６を介して回転可能に外側ロッド部２２３ｃの一方端が接続される。つまり、中間ロッド部２２３ｂは、垂直支柱２に平行な軸回りに回転可能に外側ロッド部２２３ｃに接続される。また、外側ロッド部２２３ｃの他方端が、翼６の内側面６２から延びた接続片６３に軸ピンＰ７を介して固定される。軸ピンＰ７は、垂直支柱２に平行な軸方向（Ｚ方向）に延設されている。従って、外側ロッド部２２３ｃは、垂直支柱２に平行な軸回りに回転可能に翼６に接続される。
【００５９】
また、図４からわかるように、Ｚ方向（垂直支柱２の軸方向）から見た場合において、第二ロッド部材２２３（外側ロッド部２２３ｃ）のステー４との接続位置（図４中の接続位置Ｂ）は、ステー４の翼６への接続位置（図４中の接続位置Ａ）と、翼６の翼玄方向（翼６の先端と基端とを結ぶ方向）において異なっている。図４においては、接続位置Ｂは、接続位置Ａから−Ｘ方向にオフセットしている。従って、第二ロッド部材２２３が図４に示す位置から軸方向移動した場合、翼６は、ステー４に対して軸ピンＰ４の軸回りに回動することになる。後述するように、第二ロッド部材２２３は、翼６の公転位置に応じて周期的に軸方向に往復移動する。このため、翼６は、公転しながら軸ピンＰ４回りを揺動することにより、サイクルピッチ（１サイクルにおけるピッチ角）が変更されるように構成される。
【００６０】
また、上述の説明のように、第二ロッド部材２２３は、本実施形態では３つの部材（内側連結部２２３ａ、中間ロッド部２２３ｂ、外側ロッド部２２３ｃ）が接続されることにより構成されており、それぞれの部材は、垂直支柱２に平行な軸回りを回転可能である。従って、第二ロッド部材２２３は、Ｚ方向軸回りに屈曲可能な３つの関節（Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７）を備えていることになる。そして、これらの関節がＺ方向軸回りに屈曲することにより、翼６と第二ロッド部材２２３の外側ロッド部２２３ｃとの接続位置（図４中の軸ピンＰ７の位置）と、第二ロッド部材２２３の内側連結部２２３ａと中間ロッド部２２３ｂとの接続位置（図４中の軸ピンＰ５の位置）との間の距離Ｌを変更することができる。言い換えれば、第二ロッド部材２２３は、それが備える３つの関節を屈曲させることで、長さを変更することができるように構成される。図５は、第二ロッド部材２２３が屈曲した状態を、Ｚ方向から見た図である。図５に示すように、第二ロッド部材２２３が屈曲状態であるとき、中間ロッド部２２３ｂと外側ロッド部２２３ｃは、交差状態に配列される。また、第二ロッド部材２２３が屈曲状態であるとき、距離Ｌが、図４に示す場合（第二ロッド部材２２３が屈曲していない場合）に比べて短くされる。距離Ｌが短くされた場合、第二ロッド部材２２３との接続を維持するために、翼６は、軸ピンＰ４の軸回りに大きく回転する。このように、第二ロッド部材２２３が直線状態であるか屈曲状態であるかによって、翼６の軸ピンＰ４回りにおける回転位置が大きく変化する。
【００６１】
軸ピンＰ４回りにおける翼６の回転位置が図４に示す回転位置であるときには、第二ロッド部材２２３が直線状態であり、第二ロッド部材２２３の中間ロッド部２２３ｂと外側ロッド部２２３ｃが同軸状に配列している。ここで、翼６を図４に示す回転位置からさらに反時計回り方向に回転させようとする場合、距離Ｌをさらに長くしなければならないが、第二ロッド部材２２３が図５に示す状態においてすでに直線状態にされているため、それ以上距離Ｌを長くすることはできない。従って、そのような回転は、第二ロッド部材２２３の設計寸法の制約により、物理的に阻止される。つまり、図４に示す回転位置から反時計回り方向への翼６の回転は規制される。
【００６２】
また、軸ピンＰ４回りにおける翼６の回転位置が図５に示す回転位置であるときには、下側ステー４２に設けられているストッパ２８（図３参照）に翼６が係合しており、図５に示す回転位置からの翼６のそれ以上の時計回り方向への回転は、ストッパ２８によって規制される。
【００６３】
以上のことからわかるように、翼６は、図４に示す回転位置と図５に示す回転位置との間の回転領域を、回転可能に構成される。後述の説明において、図５に示す回転位置を第一回転位置と呼び、図４に示す回転位置を第二回転位置と呼ぶ場合もある。
【００６４】
翼６が図４に示すような第二回転位置にあるとき、第二ロッド部材２２３が直線状態にされるとともに、中間ロッド部２２３ｂと外側ロッド部２２３ｃが同軸状に配列される。翼６が図５に示すような第一回転位置にあるとき、第二ロッド部材２２３が屈曲状態にされるとともに、中間ロッド部２２３ｂと外側ロッド部２２３ｃが交差状に配列される。また、第一回転位置から第二回転位置に向かって翼６が回転した場合、第二ロッド部材２２３が直線状にされることにより、翼６が第二回転位置に位置決めされる。また、第二回転位置から第一回転位置に向かって翼６が回転した場合、第二ロッド部材２２３が屈曲状態にされるとともに、翼６が下側ステー４２に設けられているストッパ２８に突き当てられることにより、翼６が第一回転位置に位置決めされる。つまり、第二ロッド部材２２３及びストッパ２８により、翼６の回転位置が第一回転位置又は第二回転位置に位置決めされる。
【００６５】
図６は、第二ロッド部材２２３が備える中間ロッド部２２３ｂと外側ロッド部２２３ｃとの接続部分付近（すなわち軸ピンＰ６付近）の詳細をＺ方向から見た図である。図６に示すように、中間ロッド部２２３ｂと外側ロッド部２２３ｃとを接続する軸ピンＰ６の回りには、外周にカム面２６ａが形成されたカム部材２６が設けられている。また、外側ロッド部２２３ｃに、ダンパー２７が取り付けられている。カム部材２６及びダンパー２７により、本発明の制動部材が構成される。
【００６６】
ダンパー２７は、固定ブロック２７１と、圧縮バネ２７２と、接触指２７３とを有する。固定ブロック２７１は、ボルト等によって外側ロッド部２２３ｃに固定される。固定ブロック２７１内に圧縮バネ２７２がその一方端を固定された状態で設けられており、この圧縮バネ２７２の他方端に接触指２７３が係止される。従って、接触指２７３は、圧縮バネ２７２の弾性力によって常に付勢される。また、接触指２７３は、カム部材２６のカム面２６ａに対面するように固定ブロック２７１から延設される。従って、接触指２７３は、圧縮バネ２７２の弾性力によってカム部材２６のカム面２６ａに付勢されるとともに、カム面２６ａから付勢力の反力である押圧力を常に受ける。
【００６７】
また、カム部材２６のカム面２６ａのカムプロフィールは、外側ロッド部２２３ｃが中間ロッド部２２３ｂに同軸状に配列されている位置（図５のＤ位置）にあるとき、すなわち、翼６の回転位置が第二回転位置であるとき、及び、外側ロッド部２２３ｃが中間ロッド部２２３ｂに対して最も大きく交差して配列されている位置（図５のＦ位置）にあるとき、すなわち、翼６の回転位置が第一回転位置であるときに、固定ブロック２７１までの距離が最も小さく、且つ、外側ロッド部２２３ｃが図５のＤ位置とＦ位置との中間の回転位置（図５のＥ位置）にあるときに、固定ブロック２７１までの距離が最も大きくなるように設計される。
【００６８】
第二ロッド部材２２３が図４に示す直線状態から図５に示す屈曲状態に変化する場合、すなわち翼６が第二回転位置から第一回転位置へと回転位置を変化させる場合、その変化に伴って、外側ロッド部２２３ｃが図５のＤ位置からＦ位置まで回転するとともに、外側ロッド部２２３ｃに取り付けられたダンパー２７の接触指２７３が、カム部材２６のカム面２６ａを摺動する。このとき、外側ロッド部２２３ｃが図６のＥ位置を超えてＦ位置に近づくにつれて、カム面２６ａと固定ブロック２７１との間の距離が短くなるため、圧縮バネ２７２がより圧縮される。このため、接触指２７３が圧縮バネ２７２の強い弾性力によって強くカム面２６ａに押し付けられ、それによりカム面２６ａから接触指２７３に作用する押圧力が増大する。この押圧力は、翼６の軸ピンＰ４回りにおける回転に対する制動力として、翼６に作用する。つまり、カム部材２６及びダンパー２７からなる制動部材は、翼６が第二回転位置から第一回転位置に向かって回転するときに、第一回転位置に近づくにつれて大きくなるような、翼６の回転に対する制動力を発生する。このため、翼６が第一回転位置に至る直前には、非常に大きな制動力が翼６に作用する。斯かる大きな制動力の作用によって、翼６が第一回転位置にて回転を停止したときに発生する衝撃が緩和される。このため、例えば翼６がストッパ２８に当接する際に発生する衝撃による翼６の故障が防止されるとともに、衝撃音が軽減される。
【００６９】
同様に、第二ロッド部材２２３が図５に示す屈曲状態から図４に示す直線状態に変化する場合、すなわち翼６が第一回転位置から第二回転位置へと回転位置を変化させる場合、その変化に伴って、外側ロッド部２２３ｃが図５のＦ位置からＤ位置まで回転するとともに、外側ロッド部２２３ｃに取り付けられたダンパー２７の接触指２７３が、カム部材２６のカム面２６ａを摺動する。このとき、外側ロッド部２２３ｃが図６のＥ位置を超えてＤ位置に近づくにつれて、カム面２６ａと固定ブロック２７１との間の距離が短くなるため、圧縮バネ２７２がより圧縮される。このため、接触指２７３が圧縮バネ２７２の強い弾性力によって強くカム面２６ａに押し付けられ、それによりカム面２６ａから接触指２７３に作用する押圧力が増大する。この押圧力は、翼６の軸ピンＰ４回りにおける回転に対する制動力として、翼６に作用する。つまり、カム部材２６及びダンパー２７からなる制動部材は、翼６が第一回転位置から第二回転位置に向かって回転するときに、第二回転位置に近づくにつれて大きくなるような、翼６の回転に対する制動力を発生する。このため、翼６が第二回転位置に至る直前には、非常に大きな制動力が翼６に作用する。斯かる大きな制動力の作用によって、翼６が第二回転位置にて回転を停止したときに発生する衝撃が緩和される。このため、例えば第二ロッド部材２２３が直線状態になる際に発生する衝撃による第二ロッド部材２２３の故障が防止されるとともに、衝撃音が軽減される。
【００７０】
また、第二ロッド部材２２３が直線状態から屈曲状態へと変化する際において、外側ロッド部２２３ｃが図５のＤ位置からＥ位置に近づくにつれて、カム面２６ａと固定ブロック２７１との間の距離が長くされるので、圧縮バネ２７２が伸ばされる。よって、圧縮バネ２７２から接触指２７３に作用する弾性力が弱められ、それに伴い、カム面２６ａから接触指２７３に作用する押圧力は低下する。このため、第二回転位置にある翼６は、僅かな力で第一回転位置に向かって回転する。同様に、第二ロッド部材２２３が屈曲状態から直線状態へと変化する際において、外側ロッド部２２３ｃが図５のＦ位置からＥ位置に近づくにつれて、カム面２６ａと固定ブロック２７１との間の距離が長くされるので、圧縮バネ２７２が伸ばされる。よって、圧縮バネ２７２から接触指２７３に作用する弾性力が弱められ、それに伴い、カム面２６ａから接触指２７３に作用する押圧力は低下する。このため、第一回転位置にある翼６は、僅かな力で第二回転位置に向かって回転する。
【００７１】
図７は、垂直支柱２に取り付けられるスワッシュプレート２１付近の構成をＸ方向から見た図である。また、図８は、垂直支柱２に取り付けられるスワッシュプレート２１付近の構成をＹ方向及びＺ方向に平行な平面で切断した断面図である。図８に示すように、上記した発電機３の中心軸３ｂが、垂直支柱２の第一支柱部２ａの内部に挿通された状態で、第一支柱部２ａに同軸的に固定されている。また、図７及び図８からもわかるように、スワッシュプレート２１は、垂直支柱２の軸線に対する傾斜角が変更可能であるように垂直支柱２に取り付けられる。そして、このスワッシュプレート２１に同位相ジョイント２４が取り付けられる。
【００７２】
図７に示すように、同位相ジョイント２４は、複数の関節を備えており、Ｚ方向に伸縮可能に構成される。同位相ジョイント２４の一方の端部(上端部）はケース２５に固定される。同位相ジョイント２４の他方の端部（下端部）にはピロボールジョイント２４１が連結され、このピロボールジョイント２４１がスワッシュプレート２１の外輪２１ｂのある一点であって第一ロッド部材２２１の下端に連結されたピロボールジョイント２２１ａの接続位置とは異なる周方向位置に回動可能状態で連結される。したがって、ピロボールジョイント２４１及びそれに連結された同位相ジョイント２４は、スワッシュプレート２１の外輪２１ｂとともに垂直支柱２の回りを回転することができる。
【００７３】
次に、尾翼ユニット１０及び傾斜角調整機構３０について説明する。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、尾翼ユニット１０は、筒状部材１１と、尾翼１２とを備える。筒状部材１１は、垂直支柱２の第一支柱部２ａの外周側に設けられる。筒状部材１１は、垂直支柱２と同軸的に配置され、且つ、Ｚ方向に沿って延設される。筒状部材１１は、図１Ａ及び図１Ｂにおいて図示しないベアリングを介して第一支柱部２ａに回転可能に且つ同軸的に取り付けられる。この筒状部材１１に、傾斜角調整機構３０の一部を構成する支持部材３１が取り付けられる。
【００７４】
図９は、傾斜角調整機構３０付近の構成を示す図である。図９に示すように、傾斜角調整機構３０は、支持部材３１と、傾斜調整板３２と、連結ロッド３３と、圧縮コイルバネ３４と、ダンパー３５とを有する。
【００７５】
支持部材３１はその軸方向に垂直な断面が略楕円形のリング形状を呈し、筒状部材１１の外周を取り囲むように筒状部材１１の外周回りに配設される。また、支持部材３１には、その周方向に沿って互いに対向する２位置に貫通孔３１ａがそれぞれ形成されている。これらの貫通孔３１ａにそれぞれピン部材３１ｂが挿通される。これらのピン部材３１ｂの軸線は、垂直支柱２の軸線に直交し且つ一致する。即ちピン部材３１ｂの軸線は、鉛直方向に直交する水平軸である。ピン部材３１ｂの先端部分が、筒状部材１１の長手方向における略中央位置にて筒状部材１１に連結される。このため、支持部材３１は、ピン部材３１ｂを介して筒状部材１１に連結されるとともに、筒状部材１１と一体的に垂直支柱２の軸回り（鉛直軸回り）を回転することができる。また、支持部材３１は、ピン部材３１ｂの軸回り（水平軸回り）を回動することができるように、ピン部材３１ｂを介して筒状部材１１に接続される。従って、支持部材３１は、筒状部材１１と一体的に垂直支柱２の軸回り（鉛直軸回り）を同軸回転し、且つ、垂直支柱２の軸線に直交する軸回り（水平軸回り）に回動可能に筒状部材１１に取り付けられることになる。
【００７６】
支持部材３１に取付ブラケット３８が取り付けられる。支持部材３１への取付ブラケット３８の取付位置は、支持部材３１の周方向位置のうち、支持部材３１に形成される２つの貫通孔３１ａのそれぞれの形成位置の中間位置である。この取付ブラケット３８に、平板状に形成された傾斜調整板３２が固定される。従って、傾斜調整板３２は、取付ブラケット３８を介して支持部材３１に固定されることになる。上記したように、支持部材３１は、垂直支柱２の軸線に直交するピン部材３１ｂの軸回り（水平軸回り）を回動可能であるので、上記２つの貫通孔３１ａのそれぞれの形成位置の中間位置に取り付けられた取付ブラケット３８に固定される傾斜調整板３２も、支持部材３１と一体的に、垂直支柱２の軸回り（鉛直軸回り）に回転可能であるとともに、垂直支柱２の軸線に直交する軸回り（水平軸回り）を回動可能である。
【００７７】
傾斜調整板３２の図９において上側を向く面により受風面３２ａが構成される。受風面３２ａは、本実施形態では、三角形と長方形とを合わせたベース板状に形成され、三角形の頂点を形成する部分にて、傾斜調整板３２が取付ブラケット３８に固定される。また、傾斜調整板３２は、受風面３２ａの法線方向が、ピン部材３１ｂの軸線回り（水平軸回り）における支持部材３１の回動方向に一致するように、支持部材３１に固定される。つまり、受風面３２ａは、垂直支柱２の軸線に直交する軸回りにおける支持部材３１の回動方向に垂直な面である。この受風面３２ａが図９に示すようにＸ軸とＹ軸とにより定義される水平面に対して傾斜した回動位置にあるとき、受風面３２ａには、水平方向に吹く風が当たる。このため、傾斜調整板３２は、受風面３２ａが水平方向に対して傾斜した回動位置にあるときに、受風面３２ａにて風力を受けることができるように構成される。
【００７８】
また、傾斜調整板３２に一体化されて、尾翼１２が設けられる。尾翼１２は、傾斜調整板３２の受風面３２ａとは反対側の面から立設される。尾翼１２は、一方面及びその反対側の他方面からなる尾翼面１２ａを有し、尾翼面１２ａが受風面３２ａに直交し、且つ、垂直支柱２の軸線に平行になるように、傾斜調整板３２から垂直方向に立設される。この尾翼１２も、支持部材３１、筒状部材１１、傾斜調整板３２とともに垂直支柱２の軸回り（鉛直軸回り）に回転可能であり、且つ、支持部材３１及び傾斜調整板３２とともに垂直支柱２の軸線に直交する軸回り（水平軸回り）に回動可能に筒状部材１１に取り付けられることになる。
【００７９】
また、支持部材３１に連結ロッド３３の一方端（下端）がジョイントを介して回転可能に連結される。この連結ロッド３３の他方端（上端）は、スワッシュプレート２１の内輪２１ａにジョイントを介して回転可能に連結される。従って、筒状部材１１、支持部材３１、取付ブラケット３８を介して支持部材３１に固定された傾斜調整板３２、及び尾翼１２は、連結ロッド３３を介してスワッシュプレート２１の内輪２１ａに接続される。また、スワッシュプレート２１の内輪２１ａが回転すると、その回転力が連結ロッド３３を介して支持部材３１に伝達されるため、支持部材３１及び支持部材３１に連結した各構成（筒状部材１１、傾斜調整板３２、尾翼１２）が垂直支柱２の軸回り（鉛直軸回り）を回転する。つまり、スワッシュプレート２１の内輪２１ａと尾翼１２は連動して鉛直軸回り回転するように構成される。言い換えれば、尾翼１２が鉛直軸回りに回転した場合、それに連動して、スワッシュプレート２１の内輪２１ａが鉛直軸回りに回転する。
【００８０】
連結ロッド３３の一方端（下端）は、リング状の支持部材３１のうち、貫通孔３１ａが形成されている位置とは周方向において異なる位置に接続される。具体的には、支持部材３１の周方向位置であって、貫通孔３１ａが形成されている位置と取付ブラケット３８が取り付けられている位置との間の位置に、連結ロッド３３の一方端が接続される。上述したように支持部材３１は貫通孔３１ａに挿通されたピン部材３１ｂの軸回り（水平軸回り）に回動可能であるので、支持部材３１のうち貫通孔３１ａが形成されている位置とは周方向において異なる位置は、回動する領域である。つまり、連結ロッド３３の一方端は、支持部材３１の回動可能領域に接続される。
【００８１】
連結ロッド３３の一方端が支持部材３１の回動可能領域に接続されている場合、支持部材３１がピン部材３１ｂの軸回り（水平軸回り）を回動すると、連結ロッド３３は支持部材３１の回動動作を受けて、水平面とは異なる方向、すなわちＺ方向に変位する。このため連結ロッド３３が軸方向移動する。つまり、連結ロッド３３は、支持部材３１の水平軸回りの回動動作に伴って軸方向移動する。ここで、連結ロッド３３は、厳密に軸方向移動するわけでなく、支持部材３１の回動に伴う軸方向以外の方向への変位を許容しながら、軸方向移動する。なお、本明細書においては、連結ロッド３３がＺ方向軸から若干傾いてＺ方向に移動する場合を含めて、連結ロッド３３が軸方向移動すると言う。
【００８２】
ダンパー３５は、シリンダ部及びロッド部を有し、ロッド部がシリンダ部内を進退可能に構成される。なお、ダンパー３５は、ロッド部がシリンダ部内を進退するとき、その進退速度に応じた減衰力を発生する。ダンパー３５のシリンダ部の底壁部は、支持部材３１に取り付けられた取付ブラケット３８に取り付けられる。ダンパー３５のロッド部の先端は筒状部材１１の下方端部に取り付けられる。従って、支持部材３１がピン部材３１ｂの軸回り（水平軸回り）を回動するとき、その回動変位量に応じてダンパー３５のロッド部が進退移動し、その時に、ダンパー３５は支持部材３１の回動速度に応じた減衰力を支持部材３１及び支持部材３１に固定された傾斜調整板３２に与える。
【００８３】
圧縮コイルバネ３４は、ダンパー３５の外周を囲うようにダンパー３５に対して配設され、その一方の端部がダンパー３５のシリンダ部の底壁に係止され、その他方の端部がダンパー３５のロッド部の先端に係止される。従って、ダンパー３５は、圧縮コイルバネ３４によって、常にロッド部が伸びる方向に付勢される。この付勢力は、ダンパー３５を介して支持部材３１及び傾斜調整板３２に伝達される。従って、支持部材３１及び傾斜調整板３２は、圧縮コイルバネ３４によりピン部材３１ｂの軸回り（水平軸回り）に回動するように付勢される。ここで、圧縮コイルバネ３４による支持部材３１の回動方向（水平軸回り回動方向）は、傾斜調整板３２及び尾翼１２が取り付けられている部分（すなわち取付ブラケット３８が取り付けられている部分）を上方に突き上げる方向である。この回動方向は、図９においてＡ１方向により表される。Ａ１方向を、本明細書では第一回動方向と呼ぶ。第一回動方向は、傾斜調整板３２の受風面３２ａを水平面からより傾斜させる方向、つまり、水平面に対する受風面３２ａの傾斜角である受風面傾斜角を増加させる方向である。従って、圧縮コイルバネ３４は、受風面傾斜角が増加する方向に傾斜調整板３２を弾性付勢するバネ部材に相当する。
【００８４】
また、傾斜調整板３２の受風面３２ａに風力が作用していない場合、支持部材３１及び支持部材３１に取り付けられた傾斜調整板３２及び尾翼１２は、圧縮コイルバネ３４の付勢力により、支持部材３１が第一回動方向に回動した図９に示す所定の位置にて図示しないストッパ、或いはダンパー３５の伸長限界により位置決めされる。図９においては、傾斜調整板３２及び尾翼１２は、水平面に対して回動中心から上方に回動した位置に位置決めされる。図９に示す支持部材３１及び傾斜調整板３２の回動位置（水平軸回り回動位置）を、本実施形態では初期位置と呼ぶ。傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合、受風面３２ａは、取付ブラケット３８側から見て、水平面に対して上方に傾斜する。傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置であるときに受風面３２ａに風が当たって傾斜調整板３２に風力が作用した場合、その風力により傾斜調整板３２が受ける力の作用方向は、受風面３２ａが水平に近づく方向、すなわち受風面傾斜角を減じる方向である。この回動方向は、図９においてＡ２方向により表される。この回動方向を、本明細書では第二回動方向と呼ぶ。第二回動方向は、圧縮コイルバネ３４の付勢力による傾斜調整板３２の回動方向（第一回動方向）とは反対方向である。
【００８５】
支持部材３１の水平軸回り回動位置が図９に示す初期位置であるとき、支持部材３１は、その軸線が垂直支柱２の軸線に対して傾斜した状態にされる。さらに、連結ロッド３３を介して支持部材３１に接続されているスワッシュプレート２１も、その軸線が垂直支柱２の軸線に対して傾斜した状態にされる。また、このとき連結ロッド３３の他方端（上端）は、スワッシュプレート２１のうちＺ方向（鉛直方向）における位置が最も上方である位置（最も高い位置）に接続されることになる。
【００８６】
上記構成の垂直軸型風力発電機１において、Ｘ方向に沿って吹く風が翼６に作用することにより、風力によって翼６がステー４と共に垂直支柱２を中心としてその軸回りを公転する。翼６の公転に伴い、ステー４を介して翼６に接続された垂直支柱２の第二支柱部２ｂが自転する。垂直支柱２の第二支柱部２ｂの自転により、第二支柱部２ｂと一体回転する発電機３のロータカバー３ａ及びロータカバー３ａ内のロータが、発電機３の中心軸３ｂに取り付けられたステータに対して相対回転する。これにより発電機３が発電する。つまり、発電機３は、垂直支柱２（第二支柱部２ｂ）の自転により発電する。
【００８７】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ，図１０Ｄ，図１０Ｅ、図１０Ｆ、図１０Ｇ、図１０Ｈは、翼６が垂直支柱２（第二支柱部２ｂ）の軸まわりを低速度で公転しているときの翼６の軸ピンＰ４回りにおける回転状態を、翼６の公転順にＺ方向から示す図である。これらの図において、左方から右方に風が吹いていると仮定する。さらに、これらの図において、翼６は、時計回り方向に低速度で公転していると仮定する。また、以下の説明においては、一対の翼６ａ，６ｂのうち、一方の翼６ａの回転状態について説明する。
【００８８】
図１０Ａ〜図１０Ｈにおいて、翼６の公転位置は、各図に示すＲ１領域、Ｒ２領域、Ｒ３領域、Ｒ４領域のいずれかの領域内の位置であるといえる。Ｒ１領域及びＲ２領域は、風上側の領域であり、Ｒ３領域及びＲ４領域は、風下側の領域である。また、Ｒ１領域及びＲ４領域は、翼６が向かい風を受ける領域であり、Ｒ２領域及びＲ３領域は、翼６が追い風を受ける領域である。翼６が各図において時計回り方向に公転する場合、翼６の公転位置は、Ｒ１領域、Ｒ２領域、Ｒ３領域、Ｒ４領域、Ｒ１領域、・・・というように、順に変化する。
【００８９】
図１０Ａは、公転位置がＲ１領域内の位置である翼６ａの軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。図１０Ａにおいて、軸ピンＰ４回りにおける回転位置が第二回転位置である翼６ａが実線で示され、軸ピンＰ４回りにおける回転位置が第一回転位置である翼６ａが破線で示される。公転位置がＲ１領域内の位置である翼６ａが、図１０Ａの左方から右方に向かって吹く風を受けたとき、翼６ａの主に外側面６１に風力が作用する。この場合において、翼６ａに作用する抗力は、翼６ａを第二回転位置（実線位置）から第一回転位置（破線位置）に向かって回転させる。すなわち、翼６ａに作用する抗力のうち軸ピンＰ４回りにおける回転方向成分（抗力の回転方向成分）の作用方向は、翼６ａを第二回転位置から第一回転位置に向かって回転させる方向である。言い換えれば、翼６ａの公転位置がＲ１領域（風上側であって且つ向かい風を受ける領域）である場合に、抗力によって翼６ａが第二回転位置から第一回転位置に向かう方向に回転するように、翼６ａの回転中心位置（軸ピンＰ４の位置）が翼６ａの重心位置からオフセットされるように設計される。
【００９０】
また、翼６の公転により翼６に作用する遠心力は、翼６の公転軌跡により描かれる円の径外方に作用する。この遠心力は、翼６とステー４の先端に設けられた連結部材５１との接続位置Ａ（図４参照）を公転中心から最も遠ざけるように作用する。このため、遠心力によって、連結部材５１は、公転中心と翼６の回転中心（軸ピンＰ４）とを結ぶ直線上に接続位置Ａが位置するように、軸ピンＰ４を中心として回転する。その結果、翼６が、図４に示すような第二回転位置に位置される。つまり、遠心力のうち翼６の軸ピンＰ４回りにおける回転方向成分（遠心力の回転方向成分）の作用方向は、翼６を第一回転位置から第二回転位置に向かって回転させる方向である。このような遠心力の回転方向成分は、翼６の公転位置にかかわらず、翼６を第一回転位置から第二回転位置に向かって回転させる方向に作用する。
【００９１】
従って、公転位置がＲ１領域内の位置である翼６ａに作用する抗力の回転方向成分の作用方向は、翼６ａに作用する遠心力の回転方向成分の作用方向と反対方向である。また翼６ａが低速で公転している場合に発生する遠心力は弱い。このような状況においては、遠心力の回転方向成分が抗力の回転方向成分よりも小さいため、公転位置がＲ１領域内の位置にあって且つその回転位置が第二回転位置（図１０Ａの実線位置）にある翼６ａは、抗力の回転方向成分によって、第一回転位置（図１０Ａの破線位置）まで回転し、その位置にて位置決めされる。つまり、公転位置がＲ１領域内の位置であるときに、軸ピンＰ４回りにおける翼６ａの回転位置が、第二回転位置から第一回転位置に切り替わる。
【００９２】
回転位置が第一回転位置に位置決めされ且つ公転位置がＲ１領域内の位置にある翼６ａは、風力の抗力或いは揚力により垂直支柱２を中心として図１０Ａの時計回り方向に公転する。このため、翼６ａは、図１０Ａに示すＲ１領域内の公転位置から、図１０Ｂに示す公転位置（Ｒ１領域とＲ２領域との境界位置）を経由して、Ｒ２領域内の公転位置まで公転する。
【００９３】
図１０Ｃは、公転位置がＲ２領域内の位置である翼６ａの軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。公転位置がＲ２領域内の位置である翼６ａが、図１０Ｃの左方から右方に向かって吹く風を受けたとき、翼６ａの主に外側面６１に風力が作用する。この場合において、翼６ａに作用する抗力は、図１０Ａに示す場合と同様に、翼６ａを第二回転位置から第一回転位置に向かって回転させる方向に作用する。つまり、公転位置がＲ２領域の翼６ａに作用する抗力の回転方向成分の作用方向は、翼６ａを第二回転位置から第一回転位置に向かって回転させる方向である。また、翼６ａに作用する遠心力の回転方向成分の作用方向は、抗力の回転方向成分の作用方向と反対方向であるが、翼６ａが低速で公転している間はその大きさは抗力の回転方向成分よりも小さい。従って、公転位置がＲ２領域内の翼６ａは、抗力の回転方向成分によって、軸ピンＰ４回りにおける回転位置を維持する。すなわち、翼６ａが第一回転位置に位置決めされる。
【００９４】
回転位置が第一回転位置に位置決めされ且つ公転位置がＲ２領域内の位置にある翼６ａは、風力の抗力或いは揚力により、図１０Ｃに示すＲ２領域内の公転位置からさらに時計回り方向に公転し、図１０Ｄに示す公転位置（Ｒ２領域とＲ３領域との境界位置）を経由して、Ｒ３領域内の公転位置まで公転する。
【００９５】
図１０Ｅは、公転位置がＲ３領域内の位置である翼６ａの軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。公転位置がＲ３領域内の位置である翼６ａが、図１０Ｅの左方から右方に向かって吹く風を受けたとき、翼６ａの主に外側面６１に風力が作用する。この場合において、翼６ａに作用する抗力は、図１０Ａ及び図１０Ｃに示す場合と同様に、翼６ａを第二回転位置から第一回転位置に向かって回転させる方向に作用する。つまり、公転位置がＲ３領域の翼６ａに作用する抗力の回転方向成分の作用方向は、翼６ａを第二回転位置から第一回転位置に向かって回転させる方向である。また、翼６ａに作用する遠心力の回転方向成分の作用方向は、抗力の回転方向成分の作用方向と反対方向であるが、翼６ａが低速で公転している間はその大きさは抗力の回転方向成分よりも小さい。従って、公転位置がＲ３領域内の翼６ａは、抗力の回転方向成分によって、軸ピンＰ４回りにおける回転位置を維持する。すなわち、翼６ａが第一回転位置に位置決めされる。
【００９６】
回転位置が第一回転位置に位置決めされ且つ公転位置がＲ３領域内の位置にある翼６ａは、風力の抗力或いは揚力により、図１０Ｅに示す公転位置からさら時計回り方向に回転して図１０Ｆに示す公転位置まで公転する。
【００９７】
図１０Ｆは、公転位置がＲ３領域とＲ４領域との境界位置又はその近傍位置である翼６ａの軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。この位置まで翼６ａが公転した場合、翼６ａの内側面６２にも風力が作用することにより、翼６ａに作用する抗力の回転方向成分の作用方向が反転する。よって、抗力の回転方向成分は、翼６ａを第一回転位置から第二回転位置に向かって回転させる方向に作用する。
【００９８】
また、翼６ａに作用する遠心力の回転方向成分も、翼６ａを第一回転位置から第二回転位置に向かって回転させる方向である。つまり、翼６ａの公転位置が図１０Ｆに示す公転位置である場合、抗力の回転方向成分の方向と遠心力の回転方向成分の方向が一致する。従って、公転位置がＲ３領域とＲ４領域との境界位置又はその近傍位置であって且つ軸ピンＰ４回りにおける回転位置が第一回転位置である翼６ａは、抗力の回転方向成分及び遠心力の回転方向成分により、軸ピンＰ４回りを図９Ｆの時計回り方向に回転することによって、実線で示す第一回転位置から破線で示す第二回転位置に回転するとともに、第二回転位置にて位置決めされる。つまり、公転位置がＲ３領域とＲ４領域との境界位置またはその近傍の位置であるときに、軸ピンＰ４回りにおける翼６ａの回転位置が、第一回転位置から第二回転位置に切り替わる。
【００９９】
回転位置が第二回転位置に位置決めされ且つ公転位置がＲ３領域とＲ４領域の境界位置またはその近傍位置にある翼６ａは、風力の抗力或いは揚力により、図１０Ｆに示す公転位置からさらに時計回り方向に回転して図１０Ｇに示す公転位置まで公転する。
【０１００】
図１０Ｇは、公転位置がＲ４領域内の位置である翼６ａの軸ピンＰ４回りにおける回転状態を示す図である。公転位置がＲ４領域内の位置である翼６ａが、図１０Ｇの左方から右方に向かって吹く風を受けたとき、翼６ａの主に内側面６２に風力が作用する。この場合において、翼６ａに作用する抗力は、翼６ａを第一回転位置から第二回転位置に向かって回転させる方向に作用する。つまり、公転位置がＲ４領域の翼６ａに作用する抗力の回転方向成分の作用方向は、翼６ａを第一回転位置から第二回転位置に向かって回転させる方向である。また、翼６ａに作用する遠心の回転方向成分の作用方向は、抗力の回転方向成分の作用方向と一致する。従って、公転領域がＲ４領域内の位置である翼６ａは、抗力の回転方向成分及び遠心力の回転方向成分によって、軸ピンＰ４回りにおける回転位置を維持する。すなわち、翼６ａが第二回転位置に位置決めされる。
【０１０１】
回転位置が第二回転位置に位置決めされ且つ公転位置がＲ４領域内の位置にある翼６ａは、風力の抗力或いは揚力により、図１０Ｇに示すＲ４領域内の公転位置からさらに時計回り方向に公転し、図１０Ｈに示す公転位置（Ｒ４領域とＲ１領域との境界位置）を経由して、図１０Ａに示す公転位置（Ｒ１領域内の位置）まで公転する。そして、上述したように、Ｒ１領域内の公転位置にて、翼６ａは、軸ピンＰ４回りを図１０Ａの時計回り方向に回転することによって、実線で示す第一回転位置から破線で示す第二回転位置に回転する。このようにして、翼６は、垂直支柱２を中心としてその軸回りを低速で公転する際に、１周当たり２度の回転動作を行う。
【０１０２】
図１１は、垂直支柱２を中心としてその軸回りを低速度で公転している翼６の軸ピンＰ４回りにおける回転位置をＺ方向から示す図である。図１１において、屈曲状態の第二ロッド部材２２３に接続された翼６の回転位置が、第一回転位置であり、直線状態の第二ロッド部材２２３に接続された翼６の回転位置が、第二回転位置である。図１１からわかるように、軸ピンＰ４回りにおける翼６の回転位置は、翼６がＲ１領域の途中からＲ２領域及びＲ３領域内を公転する際には第一回転位置に位置決めされ、Ｒ４領域からＲ１領域の途中までの領域内を公転する際には第二回転位置に位置決めされる。
【０１０３】
軸ピンＰ４回りにおける翼６の回転位置が第一回転位置に位置決めされているときにおける翼６の公転位置を第一公転位置と定義し、軸ピンＰ４回りにおける翼６の回転位置が第二回転位置に位置決めされているときにおける翼６の公転位置を第二公転位置と定義する。この場合、第一公転位置は、翼６に作用する抗力の回転方向成分の作用方向が、翼６の公転により翼６に作用する遠心力の回転方向成分の作用方向と反対方向である公転位置である。また、第二公転位置は、翼６に作用する抗力の回転方向成分の作用方向と遠心力の回転方向成分の作用方向が同一方向である公転位置である。
【０１０４】
また、図１１に示すような翼６の回転状態は、翼６が低速で公転しているとき、すなわち始動時においてのみ成立する。具体的には、翼６に作用する抗力の回転方向成分が翼６に作用する遠心力の回転方向成分よりも大きいときに成立する。以上のことからすれば、翼６は、始動時であって、且つ、公転位置が第一公転位置に位置するときに、第一回転位置に位置決めされ、始動時であって、且つ、公転位置が第二公転位置に位置するときに、第二回転位置に位置決めされることになる。
【０１０５】
Ｒ２領域及びＲ３領域（風下領域）の範囲内を翼６が公転するときには、図１０からよくわかるように、第一回転位置に位置決めされた翼６が風向に対して垂直に近い姿勢にされており、風を受ける面積が拡大している。このため、主に風の抗力によって翼６が公転する。つまり、Ｒ２領域及びＲ３領域の範囲内を公転する翼６は、抗力により公転する抗力翼としての機能を有する。
【０１０６】
一般的に、風の抗力を受けて公転する風車は、始動性に優れ、弱風でも公転する。本実施形態においては、上述したようにＲ２領域及びＲ３領域の範囲内を公転する翼が抗力翼として機能するため、始動性を向上させることができ、それ故に、弱風でも翼６を公転させることができる。
【０１０７】
また、上記したように、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１においては、始動時において、１サイクル当たり２回、翼６の回転位置が変化する。翼６の回転位置が変化するときに、翼６がストッパ２８等に衝突する音が発生するが、本実施形態では、翼６の回転位置が第一回転位置から第二回転位置に変化する際、及び、翼６の回転位置が第二回転位置から第一回転位置に変化する際に、第二ロッド部材２２３に設けられたダンパー２７の接触指２７３がカム部材２６のカム面２６ａから大きな押圧力を受けることにより、翼６の軸ピンＰ４回りにおける回転に対する制動力が翼６に作用する。このため、軸ピンＰ４回りに翼６が回転して翼６が第一回転位置又は第二回転位置に位置決めされた際における衝突音を軽減することができる。また、翼６の回転停止時における衝撃が上記制動力により緩和されることにより、翼６の故障及び、翼６の回転に伴ってその姿勢を変化させる第二ロッド部材２２３の故障を防止できる。これにより、垂直軸型風力発電機１の信頼性を向上させることができる。
【０１０８】
さらに、本実施形態では、図１２に示すように、一方の翼６ａが第一回転位置であり、他方の翼６ｂが第二回転位置である状態を実現することができる。このため、翼６の公転が停止している時からの始動において、２つの翼６ａ，６ｂに作用する風力により生じる力（抗力及び揚力）の合力が０になることが防止される。よって、どのような方向から風が翼６ａ，６ｂに作用しても、翼６ａ，６ｂを公転させることができる。つまり、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１は、始動が不可能であるような翼６の公転位置が存在しない。よって、より一層、始動性を向上させることができる。
【０１０９】
次に、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１の翼６が比較的高速で垂直支柱２のまわりを公転している場合の翼６の軸ピンＰ４回りにおける回転位置について説明する。上述したように、垂直軸型風力発電機１の始動時、すなわち翼６が低速で公転している場合は、翼６に作用する遠心力が小さい。よって、翼６が低速で公転しているときには、遠心力は、軸ピンＰ４回りにおける翼６の回転位置の変化に及ぼす影響が小さく、それ故に、公転位置と風向との関係により、１サイクル当たりに翼６が第一回転位置に位置決めされる状態と第二回転位置に位置決めされる状態が交互に生じる。しかし、翼６が高速で公転している場合、翼６に作用する遠心力が大きい。この遠心力の回転方向成分は、上記したように、翼６の公転位置にかかわらず、翼６を第一回転位置から第二回転位置に向かう方向に作用する。従って、高速公転時においては、遠心力の回転方向成分によって、翼６は常に第二回転位置に位置決めされる。
【０１１０】
図１３は、翼６が高速で垂直支柱２を中心としてその軸回りを公転している場合における翼６の回転位置をＺ方向から示す図である。図１１と図１３とを比較してわかるように、翼６が高速で公転しているときは、低速で公転しているときよりも、翼６の公転軌跡内で風が通り抜ける面積が大きい。このため翼６が揚力翼として機能する。つまり、翼６の回転位置が第二回転位置であるとき、翼６は、揚力を主体として公転する。本実施形態においては、翼６の高速公転時に翼６の回転位置が常に第二回転位置であるので、翼６をより高速で公転させることができる。その結果、最大発電力を向上させることができる。
【０１１１】
このように、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１は、翼６の公転位置が、翼６に作用する抗力の回転方向成分の作用方向が、翼６の公転により翼６に作用する遠心力の回転方向成分の作用方向と反対方向である第一公転位置であって、且つ、抗力の回転方向成分が遠心力の回転方向成分よりも大きい始動時に、軸ピンＰ４回りにおける翼６の回転位置が、抗力の回転方向成分によって、風力の抗力を主体として翼６を公転させることができる回転位置である第一回転位置に位置決めされ、翼６の公転位置が、抗力の回転方向成分の作用方向と遠心力の回転方向成分の作用方向が同一方向である第二公転位置であるときに、軸ピンＰ４回りにおける翼６の回転位置が、抗力の回転方向成分及び遠心力の回転方向成分によって、揚力を主体として翼を公転させることができる第二回転位置に位置決めされ、遠心力の回転方向成分が抗力の回転方向成分よりも大きい高速公転時に、翼６の公転位置にかかわらず、軸ピンＰ４回りにおける翼６の回転位置が第二回転位置に位置決めされるように、軸ピンＰ４回りにおける翼６の回転位置を調整する回転位置調整機構としての翼可動機構２０（第二ロッド部材２２３、ストッパ２８）を備える。このため、垂直軸型風力発電機１の始動性を向上させることができるとともに、翼６を高速で公転させることができ、それによって最大発電力を向上させることができる。
【０１１２】
さらに、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１に備えられる翼可動機構２０は、１サイクルあたりに公転位置に応じて翼６のピッチ角（サイクルピッチ）を変更することができるように構成されている。つまり、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１は、ピッチ角可変機構（サイクルピッチ可変機構）としての翼可動機構２０を備えている。以下、翼可動機構２０により実現されるサイクルピッチの変更動作について説明する。なお、翼可動機構２０によるサイクルピッチの変更は、翼６が低速で公転している場合も高速で公転している場合にも行われるが、ここでは、翼６が高速で公転している場合、すなわち翼６が常に第二回転位置に位置決めされている場合における、翼６のピッチ角の変更動作について説明する。
【０１１３】
上記したように、垂直支柱２にはスワッシュプレート２１が取り付けられており、このスワッシュプレート２１の外輪２１ｂに、リンク機構２２が取り付けられている。そして、リンク機構２２が備える第二ロッド部材２２３に翼６が接続される。よって、翼６は、リンク機構２２を介してスワッシュプレート２１の外輪２１ｂに接続されていることになる。
【０１１４】
また、スワッシュプレート２１は、その回転軸方向が垂直支柱２の軸方向に対して傾斜可能な状態で、垂直支柱２に取り付けられている。また、リンク機構２２の第一ロッド部材２２１の一方端（図２及び図３における下端）は、ピロボールジョイント２２１ａを介して、スワッシュプレートの外輪２１ｂのある一点（定点）に接続（固定）されている。
【０１１５】
また、翼６が公転した場合、翼６の公転とともに、翼６に接続されたリンク機構２２も公転する。このとき、リンク機構２２の第一ロッド部材２２１が、翼６の公転に伴って、スワッシュプレート２１の外輪２１ｂとともに垂直支柱２の回りを回転する。ここで、スワッシュプレート２１が垂直支柱２の軸方向（Ｚ方向すなわち上下方向）に対して傾斜している場合、傾斜したスワッシュプレート２１の外輪２１ｂのある一点に接続された第一ロッド部材２２１の上下方向（Ｚ方向）における位置は、スワッシュプレート２１の外輪２１ｂの回転位置（具体的には、外輪２１ｂのうち第一ロッド部材２２１が接続されている部分の回転位置）に応じて変化する。つまり、第一ロッド部材２２１は、翼６の公転に伴い、垂直支柱２の回りを回転しながら垂直支柱２の軸方向（上下方向）に周期的に往復移動する。
【０１１６】
翼６の公転に伴い垂直支柱２の軸方向（上下方向）に周期的に往復移動する第一ロッド部材２２１の上下方向における中間位置を、基準位置と定義し、最も上方に変位した位置を上限位置と定義し、最も下方に変位した位置を下限位置と定義する。図１４Ａは、基準位置にある第一ロッド部材２２１を示す図であり、図１４Ｂは、上限位置にある第一ロッド部材２２１を示す図であり、図１４Ｃは、下限位置にある第一ロッド部材２２１を示す図である。
【０１１７】
翼６の公転に伴って、第一ロッド部材２２１が、図１４Ａに示す基準位置から図１４Ｂに示す上限位置まで上方に軸方向移動（変位）した場合、第一ロッド部材２２１の上端に接続されたベルクランク２２２は、第一ロッド部材２２１によって上方に押されることによって、軸ピンＰ１を中心として、図１４Ｂにおいて反時計回り方向に回転する。ベルクランク２２２の反時計回り方向への回転によって、第一ロッド部材２２１とは異なった位置にてベルクランク２２２に接続された第二ロッド部材２２３が、図１４Ｂの左方側に軸方向移動する。以下、図１４Ｂの左方側への第二ロッド部材２２３の軸方向移動を、前進移動と呼ぶ。
【０１１８】
また、翼６の公転に伴って、第一ロッド部材２２１が、図１４Ａに示す基準位置から図１４Ｃに示す下限位置まで下方に軸方向移動（変位）した場合、第一ロッド部材２２１の上端に接続されたベルクランク２２２は、第一ロッド部材２２１によって下方に引かれることによって、軸ピンＰ１を中心として、図１４Ｃにおいて時計回り方向に回転する。ベルクランク２２２の時計回り方向への回転によって、第一ロッド部材２２１とは異なった位置にてベルクランク２２２に接続された第二ロッド部材２２３が、図１４Ｃの右方側に軸方向移動する。以下、図１４Ｃの右方側への第二ロッド部材２２３の軸方向移動を、後退移動と呼ぶ。
【０１１９】
以上の動作からわかるように、翼６の公転に伴ってスワッシュプレート２１の外輪２１ｂとともに垂直支柱２の回りを回転する第一ロッド部材２２１は、スワッシュプレート２１が垂直支柱２に傾斜して取り付けられている場合には、垂直支柱２の軸方向に沿って周期的に往復移動する。こうした第一ロッド部材２２１の周期的な往復動作がベルクランク２２２の回転動作（揺動動作）を誘発し、さらにベルクランク２２２の回転動作によって第二ロッド部材２２３が軸方向に往復移動する。
【０１２０】
第二ロッド部材２２３が前進移動した場合、第二ロッド部材２２３の先端に接続された翼６が、第二ロッド部材２２３に押されることによって、軸ピンＰ４回りを回転する。一方、第二ロッド部材２２３が後退移動した場合、第二ロッド部材２２３の先端に接続された翼６が、第二ロッド部材２２３に引かれることによって、軸ピンＰ４回りを回転する。つまり、第二ロッド部材２２３は、翼６を軸ピンＰ４回りで揺動させるためのプシュプルロッドとして機能する。
【０１２１】
図１５は、第二ロッド部材２２３の前進移動及び後退移動によって翼６が軸ピンＰ４回りを揺動する様子を示す図である。図１５には３つの揺動位置（Ａ１、Ａ２、Ａ３）が示される。揺動位置Ａ１は、第一ロッド部材２２１が基準位置にあるときにおける翼６の揺動位置（基準揺動位置）を示し、位置Ａ２は、第一ロッド部材２２１が上限位置にあるときにおける翼６の揺動位置（上限揺動位置）を示し、位置Ａ３は、第一ロッド部材２２１が下限位置にあるときにおける翼６の揺動位置（下限揺動位置）を示す。
【０１２２】
翼６が図１５の基準揺動位置Ａ１にあるときに、翼６の公転に伴って第二ロッド部材２２３が前進移動した場合、翼６は軸ピンＰ４回りを図１５において反時計回り方向に揺動して上限揺動位置Ａ２に至る。一方、翼６が図１５の基準揺動位置Ａ１にあるときに、翼６の公転に伴って第二ロッド部材２２３が後退移動した場合、翼６は軸ピンＰ４回りを図１５において時計回り方向に揺動して下限揺動位置Ａ３に至る。つまり、第二ロッド部材２２３の前進移動及び後退移動によって、翼６は、基準揺動位置を中心として軸ピンＰ４回りを揺動する。
【０１２３】
このように、第二ロッド部材２２３が軸方向に往復移動（前進移動及び後退移動）することによって、翼６が軸ピンＰ４回りを揺動する。このような翼６の揺動により、翼６のピッチ角が変更される。また、翼６は周期的に揺動するため、１サイクル（１公転）中に、公転位置に応じてピッチ角が変更されることになる。つまり、サイクルピッチを変更することができる
【０１２４】
翼６の公転位置は、風向に対する位相角により表すことができる。例えば、翼６の公転位置が最も風上側の公転位置（風上位置）であるときに位相角が９０°であり、最も風下側の公転位置（風下位置）であるときに位相角が２７０°であると定義することができる。この場合、翼６の公転位置が、最も風上側の公転位置と最も風下側の公転位置との中間位置（風向に平行な公転位置）であるときの位相角は、０°又は１８０°である。
【０１２５】
図１６は、上記のようにして定義した位相角と、その位相角で表される公転位置における翼６のピッチ角との関係を示すグラフ（グラフＡ）である。図１６の横軸が位相角、縦軸がピッチ角を示す。また、図１６には、位相角と第一ロッド部材２２１の上下方向位置との関係を示すグラフ（グラフＢ）も示される。図１６に示すように、翼６のピッチ角は、１周期（３６０°）の間に正弦波的に周期変動する。また、位相角が０°及び１８０°のときにおける翼６のピッチ角を基準ピッチ角とした場合、位相角が９０°のとき、ピッチ角が基準ピッチ角から正方向に最も大きく変動し、位相角が２７０°のとき、ピッチ角が基準ピッチ角から負方向に最も大きく変動する。ピッチ角が基準ピッチ角であるとき（位相角が０°及び１８０°のとき）、翼６の揺動位置は基準揺動位置であり、ピッチ角が基準ピッチ角から正方向に最も大きく変動したとき（位相角が９０°のとき）、翼６の揺動位置は下限揺動位置であり、ピッチ角が基準ピッチ角から負方向に最も大きく変動したとき（位相角が２７０°のとき）、翼６の揺動位置は上限揺動位置である。
【０１２６】
図１７は、本実施形態に示す方法によってピッチ角を変化させながら翼６が公転する様子をＺ方向から示す図である。なお、比較のために、ピッチ角が固定された翼（固定翼）が公転する様子を破線で示す。また、図１７には、翼６の公転位置に対応する位相角も示されている。図１７からわかるように、位相角０°及び１８０°の公転位置、すなわち翼６の公転方向が風向にほぼ平行である位置に翼６が位置しているときには、翼６のピッチ角は固定翼のピッチ角とほぼ等しい。しかし、位相角９０°及び位相角２７０°の公転位置、すなわち翼６の公転方向が風向にほぼ垂直である位置に翼６が位置しているときには、翼６は、破線で示す固定翼と比べて、風向に対してより傾いている。このため、風が翼６を通り抜ける面積を大きくすることができる。つまり、揚力が向上するような方向に翼のピッチ角を調整することができる。その結果、揚力によってより高速で翼６を公転させることができ、これにより、最大発電量を増大させることができる。
【０１２７】
また、図１７からわかるように、風上位置（位相角θ＝９０°）に翼６が位置する場合、翼６の公転軌跡に対して翼６の先端部（公転方向における端部）が公転軌跡よりも外側に位置し、且つ、翼６の公転軌跡に対する翼６の翼玄の傾斜が最も大きい。つまり、翼６のピッチ角が最も大きい。一方、風下位置（位相角θ＝２７０°）に翼６が位置する場合、翼６の公転軌跡に対して翼６の先端部が公転軌跡よりも内側に位置し、且つ、翼６の公転軌跡に対する翼６の翼玄の傾斜が最も大きい。つまり、翼６のピッチ角が最も小さい。また、翼６が風上位置から風下位置に近づくほどピッチ角が小さくなり、翼６が風下位置から風上位置に近づくほどピッチ角が大きくなる。このようにして風向きに対する各公転位置における翼６のピッチ角を変化させることにより、翼６の揚力が最も大きくされる。
【０１２８】
また、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１は、傾斜角調整機構３０を備える。この傾斜角調整機構３０は、風速に応じて垂直支柱２の軸線に対するスワッシュプレート２１の軸線の傾斜角を調整するように構成される。以下に、この傾斜角調整機構３０の動作について説明する。
【０１２９】
一般的に、風が強いほど（風速が高いほど）、風力発電機による発電電力が増加するが、風速が高すぎる場合、翼の回転速度が高すぎることに起因して、風力発電機が故障する虞がある。従って、従来では、風速が所定の閾値風速（例えばカットオフ風速）以上であるとき、或いは翼の回転数が閾値回転数を超えるとき、或いは発電電力が閾値電力を超えるときに、電磁ブレーキ或いは機械ブレーキによって翼の公転を強制的に停止させる。しかしながら、これらのブレーキによって翼の公転を強制的に停止させた場合、停止時の衝撃により風力発電機が故障する虞がある。また、強風時に最も発電することができるにも関わらず、風力発電機を停止させるので、発電の機会を失する。この点に関し、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１は、傾斜角調整機構３０により、強風時でも発電を継続することができ、且つ、さらに強い風が吹いたときには、電磁ブレーキ或いは機械ブレーキによって翼の公転を強制的に停止させることなく、翼の公転を安全に停止させるように構成される。
【０１３０】
上述したように、図９によく示すように、垂直軸型風力発電機１の傾斜角調整機構３０は傾斜調整板３２を備えており、垂直軸型風力発電機１が風を受けていないとき、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置は、その受風面３２ａが取付ブラケット３８側から見て水平面に対して上方に傾斜した初期位置である。この状態において、垂直軸型風力発電機１が例えばＸ方向から風を受けると、尾翼１２が垂直支柱２の軸回り（鉛直軸回り）を風向きに平行になるように、すなわち尾翼面１２ａがＸ軸に平行となるような風下位置に回転し、その位置にて、垂直支柱２の軸線回り（鉛直軸回り）における尾翼１２の回転位置（鉛直軸回り回転位置）が定められる。これに伴い、尾翼１２に連結した傾斜調整板３２の鉛直軸回り回転位置もＸ軸に平行な風下位置に定められる。
【０１３１】
上記のようにして鉛直軸回り回転位置が定められ、且つ水平軸回り回動位置が初期位置である傾斜調整板３２の受風面３２ａにＸ軸方向に吹く風が当たると、受風面３２ａから風力が傾斜調整板３２に作用する。この風力の作用方向は、水平面に対する受風面３２ａの傾斜角を減じるように傾斜調整板３２を回動させる第二回動方向（図９のＡ２方向）である。しかし、傾斜調整板３２は、圧縮コイルバネ３４によって上記第二回動方向とは反対の第一回動方向（図９のＡ１方向）に付勢されている。従って、傾斜調整板３２に作用する風力に基づく第二回動方向への付勢力（第二回動力）が、圧縮コイルバネ３４による第一回動方向への付勢力（第一回動力）以下の場合、傾斜調整板３２は、圧縮コイルバネ３４の付勢力により、図９の状態を維持する。即ち、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置に維持される。
【０１３２】
傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置に維持されている場合、支持部材３１の水平軸回り回動位置も初期位置にされる。この場合、図９に示すように支持部材３１は垂直支柱２に対して傾き、さらに、連結ロッド３３を介して支持部材３１に接続されたスワッシュプレート２１（スワッシュプレート２１の軸線）も、垂直支柱２の軸線に対して傾斜している。
【０１３３】
また、スワッシュプレート２１の外輪２１ｂは、連結ロッド３３及び支持部材３１を介して尾翼１２に連結されているので、尾翼１２が風向きに沿ってその鉛直軸回り回転位置を定めると、それに伴ってスワッシュプレート２１の外輪２１ｂの鉛直軸回り回転位置も定められる。従って、上記のように定められた外輪２１ｂの鉛直軸回り回転位置において、垂直支柱２の軸線に対するスワッシュプレート２１の傾斜方向が定められることになる。本実施形態では、スワッシュプレート２１は、上記のように定められた外輪２１ｂの鉛直軸回り回転位置において、スワッシュプレート２１の内輪２１ａにリンク機構２２を介して接続された翼６の公転位置が風上位置であるときに翼６のピッチ角が最も大きく且つ公転位置が風下位置であるときに翼６のピッチ角が最も小さくなるように、垂直支柱２の軸線に対するスワッシュプレート２１の傾斜方向が、尾翼１２の鉛直軸回り回転位置に従って定められる。
【０１３４】
また、本実施形態では、初期位置にある傾斜調整板３２に作用する圧縮コイルバネ３４からの第一回動方向への付勢力（第一回動力）は、従来の垂直軸型風力発電機におけるカットオフ風速程度の風速又はそれ以上の風速として予め定められる第一閾値風速Ｗ１の風が受風面３２ａに当たることにより傾斜調整板３２に作用する風力に基づく第二回動方向への付勢力（第二回動力）と同じ程度になるように、その弾性係数が設定されている。従って、第一閾値風速Ｗ１以下の風速領域（通常風速領域）の風に対しては、支持部材３１及び傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置は初期位置に維持される。
【０１３５】
支持部材３１及び傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置であるとき、上述したように、公転位置が風上位置である翼６のピッチ角が最も大きく且つ公転位置が風下位置である翼６のピッチ角が最も小さくなるように、スワッシュプレート２１の傾斜方向が定められる。このような公転位置に応じたピッチ角の可変制御により、翼６の公転時に翼６に生じる揚力を最も大きくすることができる。よって、第一閾値風速Ｗ１以下の風速の風が吹いている状況では、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１は、最も効率的な発電を実施することができる。
【０１３６】
風速が第一閾値風速Ｗ１を超えた場合、受風面３２ａから傾斜調整板３２に作用する風力に基づく第二回動方向への付勢力が、圧縮コイルバネ３４による第一回動方向への付勢力を上回る。すると、傾斜調整板３２は、圧縮コイルバネ３４の付勢力に抗して第二回動方向に回動する。
【０１３７】
初期位置にある傾斜調整板３２が第二回動方向に回動した場合、傾斜調整板３２が固定された支持部材３１も第二回動方向に回動する。すると、この回動動作により連結ロッド３３が軸方向移動する。ここで、連結ロッド３３の一方端は、図９に示すように、支持部材３１のうち、貫通孔３１ａが形成されている位置と傾斜調整板３２が固定されている位置との間の位置に接続されており、この位置では、支持部材３１の第一回動方向は、図９の下方（−Ｚ方向）成分を含む。よって、連結ロッド３３は、支持部材３１の第一回動方向への回動に伴い、図９の下方に軸方向移動する。
【０１３８】
また、連結ロッド３３は、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置であるとき、傾斜しているスワッシュプレート２１のうちＺ方向（鉛直方向）において最も高い位置に接続されているので、連結ロッド３３が下方移動すると、スワッシュプレート２１のうちＺ方向において最も高い位置の高さが減少する。このため垂直支柱２の軸線に対するスワッシュプレート２１の軸線の傾斜角が減少する。つまり、風速が第一閾値風速Ｗ１以下である場合におけるスワッシュプレート２１の垂直支柱２の軸線に対する傾斜角よりも、風速が第一閾値風速Ｗ１よりも大きい場合におけるスワッシュプレート２１の垂直支柱２の軸線に対する傾斜角の方が小さくなるように、スワッシュプレート２１の上記傾斜角が、傾斜角調整機構３０により調整される。スワッシュプレート２１の上記傾斜角が小さくなると、公転位置に応じた翼６のピッチ角が揚力発生を減少させる方向に制御される。このため公転時の翼６に生じる揚力は減少する。
【０１３９】
第一閾値風速Ｗ１は、従来のカットオフ風速或いはそれ以上の風速である。従って、第一閾値風速Ｗ１を超える風速の風が翼に作用した場合、従来の垂直軸型風力発電機では、公転速度が高くなりすぎて装置の破損が危惧されるため、翼の公転が停止される。しかしながら、本実施形態では、第一閾値風速Ｗ１を超える風速の風が翼６に作用しても、上記したように翼６の揚力が減少することにより公転速度の増加が抑えられる。従って、第一閾値風速Ｗ１よりも大きい風速の風が翼６に作用した場合でも、公転速度の増加を抑えつつ翼６の公転を継続することができ、発電を持続することができる。
【０１４０】
また、傾斜調整板３２が第二回動方向に回動した場合、圧縮コイルバネ３４が縮むことにより、圧縮コイルバネ３４の付勢力が増加する。従って、傾斜調整板３２は、風力に基づく第二回動方向への付勢力と、圧縮コイルバネ３４に基づく第一回動方向への付勢力が釣り合う回動位置に静止する。本明細書において、傾斜調整板３２が初期位置から第二回動方向に回動した水平軸回り回動位置を、作動位置と呼ぶ。
【０１４１】
なお、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が作動位置であるときに風速が変動した場合、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が変動するが、このとき圧縮コイルバネ３４の弾性力によって傾斜調整板３２が回動方向に振動する虞がある。この点に関し、本実施形態では、ダンパー３５が圧縮コイルバネ３４とともに支持部材３１に連結されているので、傾斜調整板３２の微振動は、ダンパー３５により吸収或いは減衰される。よって、傾斜調整板３２の振動を防止或いは速やかに減衰することができる。
【０１４２】
また、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が作動位置である場合にさらに風速が高まり、風速が第一閾値風速よりも高い風速として予め定められる第二閾値風速に達した場合、さらに傾斜調整板３２が第二回動方向に回動し、最終的に傾斜調整板３２は、その受風面３２ａが水平面に平行な状態にされる。受風面３２ａが水平面に平行な状態にされている場合における傾斜調整板３２及び支持部材３１の水平軸回り回動位置を、水平位置と呼ぶ。図１８は、傾斜調整板３２及び支持部材３１の水平軸回り回動位置が水平位置である状態を示す、垂直軸型風力発電機１の部分図である。
【０１４３】
図１８に示すように傾斜調整板３２及び支持部材３１の水平軸回り回動位置が水平位置にあるとき、連結ロッド３３が最も下方に軸方向移動し、それにより、スワッシュプレート２１の連結ロッド３３との接続部位が最も下方に位置する。このためスワッシュプレート２１の傾斜方向が反転する。換言すれば、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合におけるスワッシュプレート２１の傾斜方向とは反対の方向に、スワッシュプレート２１が傾斜する。スワッシュプレート２１の傾斜方向が反転した場合、翼６のピッチ角は、図１２に示す状態から反転する。
【０１４４】
図７には、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置である場合におけるスワッシュプレート２１が実線により示され、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合におけるスワッシュプレート２１が二点鎖線により示される。また、垂直支柱２の軸線がＬ１により示され、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合におけるスワッシュプレート２１の軸線がＬ２により示され、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置である場合におけるスワッシュプレート２１の軸線がＬ３により示される。図７に示すように、軸線Ｌ１に対して軸線Ｌ２が傾斜しており、軸線Ｌ１に対して軸線Ｌ３が傾斜している。また、軸線Ｌ１に対する軸線Ｌ２の傾斜方向と、軸線Ｌ１に対する軸線Ｌ３の傾斜方向が反対である。また、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合における垂直支柱の軸線Ｌ１に対するスワッシュプレート２１（軸線Ｌ２）の傾斜角がαにより表され、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置である場合における垂直支柱２の軸線Ｌ１に対するスワッシュプレート２１（軸線Ｌ３）の傾斜角がβにより表される。ここで、本明細書において、軸線Ｌ１から軸線Ｌ２側に傾斜する場合における傾斜角を正の傾斜角とし、軸線Ｌ１から軸線Ｌ３側に傾斜する場合における傾斜角を負の傾斜角とする。従って、傾斜角αは正であり、傾斜角βは負である。傾斜角の大小に関し、傾斜角の値が正方向に大きくなるほど傾斜角が大きくなり負方向に大きくなるほど傾斜角が小さくなると定義すると、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合におけるスワッシュプレート２１の傾斜角αは、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置である場合におけるスワッシュプレート２１の傾斜角βよりも大きい。また、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置でない作動位置である場合におけるスワッシュプレート２１の傾斜角は、傾斜角αよりも大きく且つ傾斜角βよりも小さい。
【０１４５】
また、図１９は、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置（すなわちスワッシュプレート２１の傾斜角度）に応じた風上位置の翼６のピッチ角の変化の状態を示す。ここでピッチ角は、公転位置における公転軌跡の接線と翼６の翼玄とのなす角である。公転位置における公転軌跡の接線は、ステー４の軸方向に直交し、翼６の翼玄は、翼６の回転中心（図２０の軸ピンＰ４の位置）と翼６の中心点とを結ぶ線分に直交する。従って、ピッチ角は、ステー４の軸線と、翼６の回転中心と翼６の中心点とを結ぶ線分とのなす角によっても表される。
【０１４６】
図１９において、翼６Ａは、スワッシュプレート２１の傾斜角が０°である場合における翼を示し、翼６Ｃは、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合（スワッシュプレート２１の傾斜角がα（正）である場合）における翼を示し、翼６Ｂは、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置である場合（スワッシュプレート２１の傾斜角がβ（負）である場合）における翼を示す。また、翼６Ａの中心点が点Ａにより表され、翼６Ｂの中心点が点Ｂにより表され、翼６Ｃの中心点が点Ｃにより表される。また、ステー４の軸線がＳにより表される。図１９に示すように、スワッシュプレート２１の傾斜角が０°の場合、ステー４の軸線Ｓと、翼６Ａの回転中心と中心点Ａとを結ぶ線分は一致する。この場合、ピッチ角は０°である。また、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合、翼６Ｃの回転中心と中心点Ｃとを結ぶ線分は、ステー４の軸線Ｓに対して時計回り方向に傾斜する。この場合、ピッチ角は正の値になる。また、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置である場合、翼６Ｂの回転中心と中心点Ｂとを結ぶ線分は、ステー４の軸線Ｓに対して反時計回り方向に傾斜する。この場合、ピッチ角は負の値になる。ピッチ角の大小に関し、ピッチ角の値が正方向に大きくなるほどピッチ角が大きく負方向に大きくなるほどピッチ角が小さくなると定義すると、風上位置にある翼６において、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合にはピッチ角が最も大きく、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置である場合にはピッチ角が最も小さい。
【０１４７】
図２０は、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置にある場合における、翼６の回転状態をＺ方向から示す図である。図２０からもわかるように、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置にあるとき、公転位置が風上位置の翼６のピッチ角が最も小さく、公転位置が風下位置の翼６のピッチ角が最も大きい。
【０１４８】
また、図２１は、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合に翼６の公転位置（位相角θ）の変化に伴うピッチ角（γ）の変化を示すグラフ（グラフＡ）と、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置である場合に翼６の公転位置（位相角θ）の変化に伴うピッチ角（γ）の変化を示すグラフ（グラフＢ）とを併記した図である。図２０に示すように、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置である場合（グラフＡの場合）でも、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置である場合（グラフＢの場合）でも、公転位置（位相角θ）の変化に伴いピッチ角γが正弦波的に変化する。しかし、グラフＡの場合、風上位置（位相角θ＝９０°）の翼６のピッチ角γが最も大きく風下位置（位相角θ＝２７０°）の翼６のピッチ角γが最も小さいのに対し、グラフＢの場合、風上位置（位相角θ＝９０°）の翼６のピッチ角γが最も小さく風下位置（位相角θ＝２７０°）の翼６のピッチ角γが最も大きい。
【０１４９】
このように、傾斜角調整機構３０は、尾翼１２の回転位置に応じて定められるスワッシュプレート２１の傾斜方向において、風速が第一閾値風速Ｗ１よりも大きい風速として予め定められる第二閾値風速Ｗ２以上である場合に、翼６の公転位置が風上位置であるときに翼６のピッチ角が最も小さく且つ翼６の公転位置が風下位置であるときに翼６のピッチ角が最も大きくなるように、スワッシュプレート２１の傾斜角を調整する。翼６のピッチ角が公転位置に応じて上記したように変化する場合、翼６の揚力が最も小さくなって、翼６が失速する。翼６が失速すると、翼６の公転速度は低下していき、やがて、停止する。このように、本実施形態では、風速が第二閾値風速Ｗ２以上のときには、翼６を失速させることによって翼６が停止するので、電磁ブレーキ或いは機械ブレーキにより強制的に翼を停止させる場合と比較して、翼６に作用する衝撃が小さい。そのため、故障を起こすことなく、安全に、翼６を停止させることができる。
【０１５０】
図２２は、従来の垂直軸型風力発電機を作動させた場合における、風速と発電量（すなわち翼の公転速度）との関係の一例を示すグラフである。なお、カットオフ風速は１２ｍ／ｓｅｃ．に設定されている。図２２に示すように、従来の垂直軸型風力発電機においては、風速が１２ｍ／ｓｅｃ．以下であるとき、風速が高まるにつれて発電量が増加する（翼の公転速度が上昇する）。風速が１２ｍ／ｓｅｃ．に達した場合、電磁ブレーキ或いは機械ブレーキにより翼の公転が強制的に停止される。このため１２ｍ／ｓｅｃ．以上の高風速領域では、実質的に発電されない。
【０１５１】
図２３は、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１を作動させた場合における、風速と発電量（すなわち翼の公転速度）との関係を示すグラフである。なお、第一閾値風速Ｗ１が１２ｍ／ｓｅｃ．に設定され、第二閾値風速Ｗ２が２０ｍ／ｓｅｃ．に設定される。また、風速が第一閾値風速Ｗ１以上であるときに、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置から作動位置に変化するように、圧縮コイルバネ３４の付勢力（弾性係数）が設定されている。
【０１５２】
図２３に示すように、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１においては、風速が第一閾値風速Ｗ１（１２ｍ／ｓｅｃ．）以下である通常風速領域においては、従来の垂直軸型風力発電機と同様に、風速が高まるにつれて発電量が増加する（翼の公転速度が上昇する）。風速が第一閾値風速Ｗ１に達した時点で、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置の初期位置から作動位置への変化が開始される。これにより翼６の揚力が低下する。また、風速が第一閾値風速Ｗ１よりも高く且つ第二閾値風速Ｗ２（２０ｍ／ｓｅｃ．）以下の高風力領域においては、風速が高まるほど翼６に生じる揚力が低下するため、翼６の公転速度の増加が抑えられて、公転速度はほぼ一定の速度を維持し、発電量もほぼ一定である。そして、風速が第二閾値風速Ｗ２に達した時点で傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が水平位置にされる。これにより翼６が失速し、徐々に公転速度を低下させて、やがて停止する。
【０１５３】
このように、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１によれば、傾斜角調整機構３０が、風速に応じてスワッシュプレート２１の傾斜角（垂直支柱２の軸線に対するスワッシュプレート２１の軸線の傾斜角）を調整する。そのため、従来では翼の公転を停止していたカットオフ風速（例えば１２ｍ／ｓｅｃ．）以上の高風速領域でも翼６の揚力を小さくして翼６の公転を継続させることにより、発電を継続することができる。また、非常に強い風速（上記の例では２０ｍ／ｓｅｃ．以上の風速領域）では、翼６を失速させることにより、安全に翼６の公転を停止させることができる。
【０１５４】
（第二実施形態）
次に、第二実施形態に係る垂直軸型風力発電機について説明する。第二実施形態に係る垂直軸型風力発電機は、第一実施形態に係る傾斜角調整機構とは異なる傾斜角調整機構を備える点を除き、基本的には第一実施形態に係る垂直軸型風力発電機１と同一の構造である。以下、相違点を中心に説明する。
【０１５５】
図２４は、第二実施形態に係る垂直軸型風力発電機１Ａが備える傾斜角調整機構３０Ａ付近の構成を示す図である。図２４に示すように、この垂直軸型風力発電機１Ａの傾斜角調整機構３０Ａは、支持部材３１と、連結ロッド３３と、アクチュエータ３６と、アクチュエータ３６の動作を制御するための制御装置３７とを備える。
【０１５６】
支持部材３１及び連結ロッド３３の構成は、上記第一実施形態に係る傾斜角調整機構３０が備える支持部材３１及び連結ロッド３３の構成と同一であるので、その説明は省略する。また、本実施形態では、上記第一実施形態に係る垂直軸型風力発電機１が備えていた傾斜調整板３２を備えていない。また、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１Ａは、尾翼ユニット１０を備え、この尾翼ユニット１０は上記第一実施形態と同様に筒状部材１１及び尾翼１２を備える。ただし、本実施形態では、尾翼１２は支持部材３１に取り付けられた取付ブラケット３８に直接取り付けられている。
【０１５７】
アクチュエータ３６は、第一実施形態に係る垂直軸型風力発電機１の傾斜角調整機構３０が備える圧縮コイルバネ３４及びダンパー３５に代えて設けられる。アクチュエータ３６は、本体部３６１及びロッド部３６２を有し、本体部３６１からロッド部３６２が進退可能に構成される。アクチュエータ３６の本体部３６１が、ブラケット３６３を介して筒状部材１１の下端に回転可能に連結される。ロッド部３６２の一方端側の部分は本体部３６１の内部に接続されており、他端側の部分が本体部３６１から突出される。アクチュエータ３６は、油圧シリンダ或はエアーシリンダのようなシリンダ部材により構成されていてもよい。この場合、流体圧によりロッド部３６２を進退させるように構成される。また、アクチュエータ３６は、ボールネジナット及びボールネジ軸を有するボールネジ機構により構成されていてもよい。この場合、電動機の駆動によりボールネジ軸をロッド部３６２としてボールネジナットに対して進退させるように構成される。
【０１５８】
アクチュエータ３６のロッド部３６２の先端は、支持部材３１に取り付けられた取付ブラケット３８に取り付けられる。なお、取付ブラケット３８の支持部材３１への取付位置は、上記第一実施形態に係る取付ブラケット３８の取付位置と同じ位置である。
【０１５９】
アクチュエータ３６が作動してロッド部３６２が進退動作した場合、ロッド部３６２の先端位置が変化する。ロッド部３６２の先端位置が変化した場合、ロッド部３６２に取付ブラケット３８を介して接続された支持部材３１の水平軸回り回動位置が変化する。従って、アクチュエータ３６は、垂直支柱の軸線に直交する軸回り（水平軸回り）における支持部材３１の回動位置を調整する機能を有する。
【０１６０】
また、アクチュエータ３６のロッド部３６２の先端位置が変化すると、支持部材３１に連結ロッド３３で接続されたスワッシュプレート２１の傾斜角が変化する。従って、アクチュエータ３６の本体部３６１からのロッド部３６２の突出量（ストローク量Ｓｔ）を制御することで、スワッシュプレート２１の傾斜角を調整することができる。
【０１６１】
制御装置３７は、アクチュエータ３６のロッド部３６２のストローク量Ｓｔを制御することにより、垂直支柱の軸線に対するスワッシュプレート２１の傾斜角を調整する。図２５は、制御装置３７がアクチュエータ３６のストローク量Ｓｔを制御するための制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。このルーチンは、垂直軸型風力発電機１Ａの作動中に微小間隔ごとに実行される。
【０１６２】
図２５に示すルーチンが起動すると、制御装置３７は、まず、図２５のステップ（以下、ステップをＳと略記する）Ｓ１にて、図示しない風速計から、垂直軸型風力発電機１Ａに作用している風速Ｗ［ｍ／ｓｅｃ．］を取得する。次いで、制御装置３７は、取得した風速Ｗが第一閾値風速Ｗ１（例えば１２ｍ／ｓｅｃ．）以下であるか否かを判断する（Ｓ２）。風速Ｗが第一閾値風速Ｗ１以下である場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、制御装置３７は、Ｓ５に処理を進めて、ストローク量Ｓｔが最も大きいストローク量（最大ストローク量Ｓｔｍａｘ）になるように、アクチュエータ３６に制御信号を出力する。これにより、ストローク量Ｓｔが最大ストローク量Ｓｔｍａｘにされる。ストローク量Ｓｔが最大ストローク量Ｓｔｍａｘである場合、アクチュエータ３６のロッド部３６２によって支持部材３１の水平軸回り回動位置が第一回動方向（Ａ１方向）に最も大きく回動した初期位置にされる。このため、スワッシュプレート２１の傾斜角が最も大きくなる。図２４は、アクチュエータ３６のストローク量Ｓｔが最大ストローク量Ｓｔｍａｘである場合における、傾斜角調整機構３０Ａを示している。図２４に示すように、ストローク量Ｓｔが最大ストローク量Ｓｔｍａｘであるとき、支持部材３１は、垂直支柱２の軸線に対して大きく傾斜する。
【０１６３】
アクチュエータ３６のストローク量Ｓｔが最大ストローク量Ｓｔｍａｘであるとき、公転する翼６に生じる揚力が最も大きくなるように、スワッシュプレート２１が垂直支柱２の軸線に対して傾斜する。つまり、公転位置が風上位置であるときの翼６のピッチ角が最も大きく、公転位置が風下位置であるときの翼６のピッチ角が最も小さくなるように、スワッシュプレート２１が垂直支柱２の軸線に対して傾斜する。Ｓ５の処理の実行後、制御装置３７はこのルーチンを終了する。
【０１６４】
またＳ２にて、風速Ｗが第一閾値風速Ｗ１を超えていると判断した場合（Ｓ２：Ｎｏ）、制御装置３７は、Ｓ３に処理を進めて、風速Ｗが第一閾値風速Ｗ１よりも高い中間閾値風速Ｗ１Ａ（例えば１８ｍ／ｓｅｃ．）以下であるか否かを判断する。風速Ｗが中間閾値風速Ｗ１Ａ以下である場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、制御装置３７は、Ｓ６に処理を進めて、ストローク量Ｓｔが、最大ストローク量Ｓｔｍａｘよりも短い第一中間ストローク量Ｓｔ１になるように、アクチュエータ３６に制御信号を出力する。これにより、ストローク量Ｓｔが第一中間ストローク量Ｓｔ１にされる。
【０１６５】
ストローク量Ｓｔが第一中間ストローク量Ｓｔ１であるとき、スワッシュプレート２１の傾斜角が０°、すなわちスワッシュプレート２１が垂直支柱２の軸線に対して傾斜していない状態（水平状態）にされる。スワッシュプレート２１の傾斜角が０°であるとき、翼６のピッチ角は変化しない。従って、風速Ｗが第一閾値風速Ｗ１よりも大きく且つ中間閾値風速Ｗ１Ａ以下のとき、公転位置に応じた翼６のピッチ角制御は行われない。よって、風速Ｗが第一閾値風速Ｗ１以下であるときのような揚力が増加するようにピッチ角制御が行われる場合と比較して、風速に対する翼６の効率が低下する。しかし、翼６は失速しないので、翼６は公転する。Ｓ６の処理の実行後、制御装置３７はこのルーチンを終了する。
【０１６６】
またＳ３にて、風速Ｗが中間閾値風速Ｗ１Ａを超えていると判断した場合（Ｓ３：Ｎｏ）、制御装置３７は、Ｓ４に処理を進めて、風速Ｗが中間閾値風速Ｗ１Ａよりも高い第二閾値風速Ｗ２（例えば２０ｍ／ｓｅｃ．）以下であるか否かを判断する。風速Ｗが第二閾値風速Ｗ２以下である場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、制御装置３７は、Ｓ７に処理を進めて、ストローク量Ｓｔが、第一中間ストローク量Ｓｔ１よりも短い第二中間ストローク量Ｓｔ２になるように、アクチュエータ３６に制御信号を出力する。これにより、ストローク量Ｓｔが第二中間ストローク量Ｓｔ２にされる。
【０１６７】
ストローク量Ｓｔが第二中間ストローク量Ｓｔ２であるとき、スワッシュプレート２１の傾斜角は負の角度にされる。つまり、ストローク量Ｓｔが第二中間ストローク量Ｓｔ２であるとき、ストローク量Ｓｔが最大ストローク量Ｓｔｍａｘである場合におけるスワッシュプレート２１の傾斜方向とは反対の方向に、スワッシュプレート２１が傾斜する。この場合、公転位置に応じた翼６のピッチ角が反転して翼６の揚力がさらに減少し、風速に対する翼６の効率がさらに低下する。しかし、翼６が失速するほどに効率は低下しないので、翼６は公転し続ける。Ｓ７の処理の実行後、制御装置３７はこのルーチンを終了する。
【０１６８】
またＳ４にて、風速Ｗが第二閾値風速Ｗ２を超えていると判断した場合（Ｓ４：Ｎｏ）、制御装置３７は、Ｓ８に処理を進めて、ストローク量Ｓｔが、最も短いストローク量（最小ストローク量Ｓｔｍｉｎ）になるように、アクチュエータ３６に制御信号を出力する。これにより、ストローク量Ｓｔが最小ストローク量Ｓｔｍｉｎにされる。
【０１６９】
図２６は、ストローク量Ｓｔが最小ストローク量Ｓｔｍｉｎにされた場合における、垂直軸型風力発電機１Ａの傾斜角調整機構３０Ａ付近の構成を示す図である。図２６に示すように、ストローク量Ｓｔが最小ストローク量Ｓｔｍｉｎにされた場合、支持部材３１が初期位置から第二回動方向（Ａ２方向）に回動変位して、その軸方向が垂直支柱２の軸線に平行にされる。このように支持部材３１が回動することにより、連結ロッド３３が軸方向における下方に移動し、それに伴い、連結ロッド３３に接続されたスワッシュプレート２１が傾斜する。このため、スワッシュプレート２１の傾斜角が最も小さい角度（負の方向に最も大きい角度）にされる。スワッシュプレート２１の傾斜角が最も小さい角度にされた場合、翼６の揚力が最も小さくなり、翼６は失速する。このため、翼６の公転速度が徐々に低下し、やがて停止する。Ｓ８の処理の実行後、制御装置３７はこのルーチンを終了する。
【０１７０】
図２７は、上記したように制御装置３７がストローク量Ｓｔを制御した場合における、風速と発電量との関係を示すグラフである。図２７に示すように、風速Ｗが第一閾値風速Ｗ１（１２ｍ／ｓｅｃ．）以下の通常風速領域では、風速Ｗが高まるにつれて発電量が増加する。風速Ｗが第一閾値風速Ｗ１に達した時点でスワッシュプレート２１の傾斜角が０°にされて、翼６の揚力が減少するので、発電量が低下する。また、風速が第一閾値風速よりも高く中間閾値風速Ｗ１Ａ以下の準高風速領域では、風速が高まるにつれて発電量が上昇する。また、風速Ｗが中間閾値風速Ｗ１Ａ（１８ｍ／ｓｅｃ．）に達した時点でスワッシュプレート２１の傾斜角が負の角度にされて、翼６の揚力がさらに減少するので、発電量が再び低下する。また、風速が中間閾値風速よりも高く第二閾値風速以下の高風速領域では、風速が高まるにつれて発電量が上昇する。そして、風速が第二閾値風速Ｗ２（２０ｍ／ｓｅｃ．）に達した時点で翼６が失速し、翼６の公転が停止するとともに発電も停止する。
【０１７１】
このように、本実施形態に係る垂直軸型風力発電機１Ａによれば、傾斜角調整機構３０が、風速に応じてスワッシュプレート２１の傾斜角（垂直支柱２の軸線に対するスワッシュプレート２１の軸線の傾斜角）を調整する。そのため、従来では翼の公転を停止していたカットオフ風速（例えば１２ｍ／ｓｅｃ．）以上の準高風速領域或いは高風速領域でも翼６の揚力を小さくして翼６の公転を継続させることにより、発電を継続することができる。また、非常に強い風速（上記の例では２０ｍ／ｓｅｃ．以上の風速領域）では、翼６を失速させることにより、安全に翼６の公転を停止させることができる。
【０１７２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記第一実施形態では、２つの翼６ａ，６ｂを備える垂直軸型風力発電機を示したが、３つ以上の翼を備える垂直軸型風力発電機にも本発明を適用することができる。また、上記第一実施形態では、傾斜調整板３２の水平軸回り回動位置が初期位置であるとき、傾斜調整板３２の受風面３２ａが取付ブラケット３８側から見て水平面に対して上側に傾斜する例について示したが、傾斜調整板３２が初期位置にあるとき、受風面３２ａは水平面に対して下側に傾斜していてもよい。また、上記第二実施形態では、風速計により得られた風速に基づいてアクチュエータ３６のストローク量Ｓｔが制御される例について示したが、風速に関連する値を用いてアクチュエータ３６のストローク量Ｓｔが制御されてもよい。例えば、発電機３の発電量、或いは、翼６の公転速度は、風速に応じて変化する。従って、発電量、或いは翼の公転速度に基づいてアクチュエータ３６のストローク量Ｓｔを制御してもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。
【符号の説明】
【０１７３】
１、１Ａ…垂直軸型風力発電機、２…垂直支柱、２ａ…第一支柱部、２ｂ…第二支柱部、３…発電機、４…ステー、４１，４１ａ，４１ｂ…上側ステー、４２，４２ａ，４２ｂ…下側ステー、６，６ａ，６ｂ…翼、６１…外側面、６２…内側面、６３…接続片、１０…尾翼ユニット、１１…筒状部材、１２…尾翼、１２ａ…尾翼面、２０…翼可動機構（ピッチ角可変機構、回転位置調整機構）、２１…スワッシュプレート（軸受部材）、２１ａ…内輪（第一輪）、２１ｂ…外輪（第二輪）、２２，２２ａ，２２ｂ…リンク機構、２２１…第一ロッド部材、２２２…ベルクランク、２２３…第二ロッド部材、２２３ａ…内側連結部、２２３ｂ…中間ロッド部、２２３ｃ…外側ロッド部、２４…同位相ジョイント、２６…カム部材（制動部材）、２６ａ…カム面、２７…ダンパー（制動部材）、２７１…固定ブロック、２７２…圧縮バネ、２７３…接触指、２８…ストッパ、３０，３０Ａ…傾斜角調整機構、３１…支持部材、３１ａ…貫通孔、３１ｂ…ピン部材、３２…傾斜調整板、３２ａ…受風面、３３…連結ロッド、３４…圧縮コイルバネ（バネ部材）、３５…ダンパー、３６…アクチュエータ、３６１…本体部、３６２…ロッド部、３７…制御装置、３８…取付ブラケット、Ｗ１…第一閾値風速、Ｗ２…第二閾値風速
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【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９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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