(57)【要約】【課題】羽根車の回転に対する空気抵抗を低減し、羽根車の回転性能を向上させること。【解決手段】縦軸型風車１は、垂直に設置される回転軸と、複数の羽根５１を、回転軸６を中心として環状に配置して回転軸６に軸止されて回転可能な羽根車５と、羽根車５を回転可能に収容する円筒状の羽根車ハウジング４３を有し、この羽根車ハウジング４３の外周面上に複数の風導入口４２ａを、回転軸方向に、且つ周囲方向に等間隔に配置するとともに、風を複数の風導入口４２ａに導くように複数の導風板４１を前記複数の風導入口に沿わして外周面上に配置し、且つ複数の風導入口４２ａの上下方向に配置して構成したガイドベーン４と、を備え、ガイドベーン４の複数の導風板４１により複数の風導入口４２ａを介して羽根車５に導いた風を、羽根車５の上下方向の少なくとも一方に逃がすように排風して、前記羽根車５の回転に対する空気抵抗を低減するように構成した。【選択図】図３
2015071980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に設置される回転軸と、
複数の羽根を、前記回転軸を中心として環状に配置して前記回転軸に軸止されて回転可能な羽根車と、
前記羽根車を回転可能に収容する円筒状の羽根車ハウジングを有し、この羽根車ハウジングの外周面上に複数の風導入口を、前記回転軸方向に、且つ周囲方向に等間隔に配置するとともに、風を前記複数の風導入口に導くように複数の導風板を前記複数の導入口に沿わして前記外周面上に配置し、且つ前記複数の風導入口の上下方向に配置して構成したガイドベーンと、を備えた縦軸型風車であって、
前記ガイドベーンの前記複数の導風板により前記複数の風導入口を介して前記羽根車に導いた風を、前記羽根車の上下方向の少なくとも一方に逃がすように排風して、前記羽根車の回転に対する空気抵抗を低減するように構成したことを特徴とする縦軸型風車。
【請求項２】
前記羽根車の上面と底面との少なくとも一方に配置され、且つ前記羽根車とともに回転可能であり、前記羽根車側からの風を排風して前記ガイドベーンの前記羽根車ハウジング内部の、前記羽根車を除く空間を外気に対して負圧にするための排風ファンを有することを特徴する請求項１に記載の縦軸型風車。
【請求項３】
前記回転軸の一端側と他端側の少なくとも一方に軸止されて回転可能に配置され、前記羽根車の回転動作を保持するための慣性モーメントを有する、円板状のフライホイールと、
前記回転軸の一端側に配置され、前記回転軸に回転動力を伝達する起動モータと、
を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の縦軸型風車。
【請求項４】
前記羽根車の上面側と底面側との少なくとも一方に配置され、且つ前記回転軸を回転可能に挿通する固定パイプに回転可能に設けられており、前記羽根車側からの風を排風して前記ガイドベーンの前記羽根車ハウジング内部の、前記羽根車を除く空間を外気に対して負圧にするための排風ファンと、
前記回転軸の一端側と他端側の少なくとも一方に軸止されて回転可能に配置され、前記羽根車の回転動作を保持するための慣性モーメントを有する、円板状のフライホイールと、
前記回転軸の一端側に配置され、前記回転軸に回転動力を伝達する起動モータと、
前記回転軸の回転力を前記排風ファンに伝達する機構であって、前記排風ファンの回転速度が前記回転軸の回転速度よりも大きくするための増速機構と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の縦軸型風車。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の縦軸型風車において、前記回転軸の回転力を用いて発電する発電機を有することを特徴とする縦軸型風車発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車の羽根をバケットに形成し、ガイドベーンの複数の導風板により導風された風により羽根車を回転させるようにした縦軸型風車および縦軸型風車発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の縦軸型風車は、回転軸と、羽根車と、ガイドベーンと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。  
この種の縦軸型風車において、前記回転軸は、フレーム本体に垂直に設置され、前記羽根車は、前記回転軸に固定され複数の羽根を前記回転軸に平行に、且つこの回転軸を中心として環状に配置されている。また、前記ガイドベーンは、前記羽根車の外側に、複数の導風板を回転軸に対して平行に、且つ風を前記羽根車に導くように所定の角度に配置して構成されている。
【０００３】
このような構成の縦軸型風車によれば、風がガイドベーンの複数の導風板により整流されて羽根車の羽根に導かれることにより羽根車を効率よく回転させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６１１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の縦軸型風車は、ガイドベーンの複数の導風板により、風をこのガイドベーンの内側に導いて羽根車を回転させる構成であるが、風速の大小によっては、羽根車を回転させた風が該羽根車の回転に対する空気抵抗となってしまう場合があり、このような場合、羽根車が回転しにくくなってしまうといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、羽根車の回転に対する空気抵抗を低減し、羽根車の回転性能を向上させることができる縦軸型風車および縦軸型風車発電機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】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の縦軸型風車は、垂直に設置される回転軸と、複数の羽根を、前記回転軸を中心として環状に配置して前記回転軸に軸止されて回転可能な羽根車と、前記羽根車を回転可能に収容する円筒状の羽根車ハウジングを有し、この羽根車ハウジングの外周面上に複数の風導入口を、前記回転軸方向に、且つ周囲方向に等間隔に配置するとともに、風を前記複数の風導入口に導くように複数の導風板を前記複数の導入口に沿わして前記外周面上に配置し、且つ前記複数の風導入口の上下方向に配置して構成したガイドベーンと、を備えた縦軸型風車であって、前記ガイドベーンの前記複数の導風板により前記複数の風導入口を介して前記羽根車に導いた風を、前記羽根車の上下方向の少なくとも一方に逃がすように排風して、前記羽根車の回転に対する空気抵抗を低減するように構成している。
【０００８】
また、本発明の一様態の縦軸型風車発電機は、前記縦軸型風車において、前記回転軸の回転力を用いて発電する発電機を有している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る縦軸型風車および縦軸型風車発電機によれば、羽根車の回転に対する空気抵抗を低減し、羽根車の回転性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車の外観を示す斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車の正面図。
【図３】図１に示す縦軸型風車のＡ−Ａ線断面図。
【図４】図３に示す縦軸型風車のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】図３に示す縦軸型風車のＣ−Ｃ線断面図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車におけるガイドベーン内部の発電機の構成を示す図５のVI−VI線断面図。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車におけるガイドベーンと排風ファンとの構成示す分解斜視図。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車におけるガイドベーンの構成を示す斜視図。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車における整流盤および固定パイプの構成を示す斜視図。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車の動作を説明するための説明図。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る縦軸型風車の断面図。
【図１２】図１１に示す縦軸型風車のＤ−Ｄ線断面図。
【図１３】図１１に示す縦軸型風車のＥ−Ｅ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。  
図１〜図９は、本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車の構成を説明するための図である。  
図１は、本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車の外観を示す斜視図、図２は、本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車の正面図、図３は、図１に示す縦軸型風車のＡ−Ａ線断面図、図４は、図３に示す縦軸型風車のＢ−Ｂ線断面図、図５は、図３に示す縦軸型風車のＣ−Ｃ線断面図である。
【００１２】
本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車１は、図１〜図５に示すように、縦長な箱型形状に形成されたフレーム本体２と、このフレーム本体２に固定された補強枠３と、円筒状の羽根車ハウジング４３を有し、この羽根車ハウジング４３の外周面上に複数の導風板４１が配置され、前記補強枠３に固定されたガイドベーン４と、前記羽根車ハウジング４３内に回転可能に設けられた羽根車５と、で主に構成されている。
【００１３】
前記ガイドベーン４の中心位置には、２本の固定パイプ６０内に回転可能に挿通された回転軸６が設けられている。この回転軸６は、後述する図３に示す２つのスラスト軸受け７、７によって回転可能に軸支されている。羽根車５の中心位置には前記回転軸６が固定部材５Ｘ（図６参照）によって軸止されている。これにより、羽根車５は、回転軸６とともに回転可能である。
【００１４】
前記２本の固定パイプ６０には、図５に示すように、それぞれ固定子捲線１２ｃを備えたステータ１２ａが固定されている。前記羽根車５の内周面には磁極を備えたロータ１２ｂが固定されている。これらステータ１２ａとロータ１２ｂと固定子捲線１２ｃとにより発電機１２が構成されている。
【００１５】
前記フレーム本体２は、例えば四角形の二つの板２１、２５を所定間隔に隔てて、それらの板２１、２５の四隅に支柱２６、２６、２６、２６を固定して箱型形状に形成されている。前記二つの板２１、２５は、屋根板２１と、床板２５である。前記屋根板２１は、前記フレーム本体２の最上部に配置され、前記床板２５は、前記フレーム本体２の最下部に配置されている。
【００１６】
さらに、前記フレーム本体２は、屋根板２１と床板２５との間において、二つのテーブル板２２、２３、および設置板２４が配置されている。二つのテーブル板２２、２３は、ガイドベーン４の上側と下側にそれぞれ配置されて、二つのテーブル板２２、２３の四隅が支柱２６、２６、２６、２６に固定されている。二つのテーブル板２２、２３の中央部分には、それぞれスラスト軸受け７、７が設けられている。
【００１７】
前記設置板２４は、下側のテーブル板２３の下部に配置され、同様に設置板２４の四隅が支柱２６、２６、２６、２６に固定されている。この設置板２４は、後述する図３に示す起動モータ１１および発電機１２等の電気機械を設置するためのものである。なお、この設置板２４と床板２５との間には、他の電気機器等を収納可能な収納スペース２５Ａが形成されている。
【００１８】
前記フレーム本体２において、上側のテーブル板２２と下側のテーブル板２３との間には、前記補強枠３が配置されている。この補強枠３は、前記ガイドベーン４を固定するとともに、前記フレーム本体２を補強するもので、例えば、図１〜図５に示すように、前記４つの支柱２６間の横方向に配置して固定される８つの第１間柱３０、３０、…、３０と、これら第１間柱３０、３０間の横方向に配置して固定される４つの第２間柱３０ａ、…、３０ａと、これら第２間柱３０ａ、３０ａの間の横方向に配置して固定される４つの第３間柱３０ｂ、…、３０ｂと、前記第２間柱３０ａ、３０ａの間で、前記回転軸６と平行な縦方向に配置して固定される４つの第４間柱３１、…、３１と、を有している。
【００１９】
前記補強枠３の８つの第１間柱３０、…、３０、４つの第２間柱３０ａ、…、３０ａ、および４つの第３間柱３０ｂ、…、３０ｂは、図１に示すように、前記フレーム本体２において、４つの支柱２６、…、２６の水平方向における強度を補強している。また、前記４つの第４間柱３１、…、３１は、前記フレーム本体２において、４つの第２間柱３０ａ、…、３０ａを介して、４つの支柱２６、…、２６の縦方向における強度を補強している。
【００２０】
また、図１〜図４に示すように、前記フレーム本体２において、ガイドベーン４の上側の２つの第２間柱３０ａ、３０ａおよび２つの第３間柱３０ｂ、３０ｂと、ガイドベーン４の下側の２つの第２間柱３０ａ、３０ａおよび２つの第２間柱３０ｂ、３０ｂとの間に前記ガイドベーン４が固定されるとともに、該ガイドベーン４の複数（本実施形態では４つ）の導風板４１が、前記第３間柱３１、…、３１にそれぞれ固定されている。  
そして、補強枠３を介してフレーム本体２に固定されたガイドベーン４の羽根車ハウジング４３の内部には、前記羽根車５が回転可能に設けられている。
【００２１】
また、前記補強枠３は、上記構成に限定されるものではなく、必要に応じて、間柱の数を増減してフレーム本体２の強度を調整してもよい。或いは、前記フレーム本体２は、前記補強枠３を設けずに構成してもよい。この場合、前記ガイドベーン４は、補強枠３を介してフレーム本体２に固定せずに、ガイドベーン４の４つの導風板４１をそれぞれの支柱２６に直接固定してフレーム本体２に取り付けられることになる。
【００２２】
図３に示すように、前記羽根車５の上面５２および下面５３には、それぞれ円板状の固定部材１３、１３を介して排風ファン８、８がそれぞれ固定されている。これらの排風ファン８、８および固定部材１３、１３には、回転軸６が挿通される固定パイプ６０を挿通するための取付孔８Ａ、１３Ａが設けられている。また、羽根車５の上面５２および下面５３にも、前記固定パイプ６０を挿通するための取付孔５Ａが設けられている。そして、羽根車５の内部において、これらの取付孔８Ａ、１３Ａ、５Ａに挿通される２つの固定パイプ６０間から露出する回転軸６が固定部材５Ｘ（図６参照）を介して羽根車５に軸止されている。これにより、前記排風ファン８、８および前記固定部材１３、１３は、羽根車５とともに回転可能である。
【００２３】
また、前記排風ファン８、８の上側および下側には、前記補強枠３に固定された、整流盤９、９がそれぞれ配置されている。  
さらに、テーブル板２２の上面およびテーブル板２３の下面からそれぞれ突出する回転軸６には、円板状のフライホイール１０、１０がそれぞれ軸支されている。
【００２４】
次に、本実施形態に係る縦軸型風車１の主要構成部材である、前記ガイドベーン４、羽根車５、排風ファン８、整流盤９、フライホイール１０および発電機１２などの具体的な構成について、図６〜図９を用いて説明する。
【００２５】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車におけるガイドベーン内部の発電機の構成を示す図５のVI−VI線断面図、図７は、本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車におけるガイドベーンと排風ファンとの構成示す分解斜視図、図８は、本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車におけるガイドベーンの構成を示す斜視図、図９は、本発明の第１の実施形態に係る縦軸型風車における整流盤および固定パイプの構成を示す斜視図である。
【００２６】
縦軸型風車１におけるガイドベーン４は、図１、図３、図８に示すように、複数（本実施形態では４つ）の導風板４１、…と、一対の排風部本体４２と、これら一対の排風部本体４２の間に配置される円筒状の羽根車ハウジング４３と、を有して構成されている。
【００２７】
前記一対の排風部本体４２は、図８に示すように、円錐筒形状であって、大径側の開口部が上部および下部に配置され、小径側の開口部が羽根車ハウジング４３の上下の開口縁部に延設されて、該羽根車ハウジング４３に連結されている。
【００２８】
前記羽根車ハウジング４３の外周面上には、複数（本実施形態では４つ）の風導入口４２ａが前記回転軸６方向に、且つ周囲方向に等間隔に配置されている。また、前記羽根車ハウジング４３の外周面上および前記一対の排風部本体４２の外周面上には、風を前記４つの風導入口４２ａに導くように前記４つの導風板４１が４つの前記風導入口４２ａに沿わしてそれぞれ配置され、且つ前記４つの風導入口４２ａの上下方向に配置されている。
【００２９】
このように、前記一対の排風部本体３２および羽根車ハウジング４３の外周面上に、４つの導風板４を設けたことにより、前記一対の排風部本体４３の外周面には、複数の斜面４２ｂが形成される。
【００３０】
したがって、図８に示すように、ガイドベーン４は、前記一対の排風部本体３２の複数の斜面４２ｂおよび前記４つの導風板４１によって、風を整流して前記４つの風導入口４２ａに導くとともに、前記一対の排風部本体４２の内周面によって羽根車ハウジング４３からの風を整流して上下方向に排風することができるように構成されている。
【００３１】
前記４つの導風板４１は、斜面４２ｂに沿って配置され、例えば、溶接によって前記一対の排風部本体４２および羽根車ハウジング４３に一体に固定されて、水平方向に吹く風を、前記４つの風導入口４２ａの内、風向き側の風導入口４２ａを介して羽根車ハウジング４３内部に配置された羽根車５に導く構成になっている。
【００３２】
前記導風板４１は、図５、図８に示すように、例えば、２枚の薄板により構成されている。前記２枚の薄板の内、風導入口４２ａ側に配置された薄板は、風を風導入口４２ａに導入する導入面４１ｂを形成し、一方、この導入面４１ｂとは裏面に配置された薄板は、風を羽根車ハウジング４３の外周面上から前記風導入口４２ａへと整流する整流面４１ａを形成している。  
また、前記羽根車ハウジング４３は、前記羽根車５を回転可能に収容するガイドベーン本体である。
【００３３】
なお、上記構成のガイドベーン４において、前記４つの導風板４１は、補強枠３の第３間柱３１、３１、３１、３１に固定されている。また、前記一対の排風部本体４２は、補強枠３の上側の第２間柱３０ａ、３０ａ、第３間柱３０ｂ、３０ｂと、下側の第２間柱３０ａ、３０ａ、第３間柱３０ｂ３０ｂとの間に固定されている。
【００３４】
このように、羽根車５より縦長に構成したガイドベーン４によれば、ガイドベーン４の長さに対応して形成された平面（導風板４１の導入面４１ｂ、整流面４１ａ）および斜面４２で風を受けることができるので、風を受ける面の表面積を広くできる。
【００３５】
前記回転軸６は、図３に示すように、フレーム本体２の上側のテーブル板２２と下側のテーブル２３との間に垂直に設置され、且つ前記テーブル板２２、２３のそれぞれのスラスト軸受け７、７によって回転可能に軸支されている。
【００３６】
また、前記回転軸６を回転可能に挿通する２つの固定パイプ６０、６０は、図３および図６に示すように、管状に形成されたものであって、整流盤９の嵌合部９２内部と羽根車５内部との間にそれぞれ配置されている。前記固定パイプ６０の基端側は、前記整流盤９の嵌合部９２内部に固定されている。また、前記固定パイプ６０の他端側は、羽根車５内部において、挿通する回転軸６が露出するように配置されている。この露出した回転軸６には、図６に示すように所定厚の円板形状の固定部材５Ｘが固定されており、この固定部材５Ｘの外周は、羽根車５の内周面に固定されている。すなわち、前記羽根車５は、固定部材５Ｘを介して前記回転軸６に軸止されている。また、前記羽根車５は、図６に示すように、前記固定パイプ６０にスラスト軸受６１、６１により回転可能に固定されている。
なお、前記羽根車ハウジング４３の回転軸６方向における長さは、図３に示すように、羽根車５および排風ファン８を収容する長さとなるように構成されている。
【００３７】
前記羽根車５の複数の羽根５１は、図５、図７に示すように回転方向側前端５１ａが半円形状で、後方端側５１ｂを平板状に形成して構成されている。また、羽根車５の複数の羽根５１は、図７に示すように、バケットに形成されている。複数の羽根５１は、バケットに形成する際、図５および図７に示すように一つの羽根５１の回転方向側前端５１ａと当該羽根５１の一つ前に配置された羽根５１の後端５１ｂとがそれぞれ連接されて、連なった形状に構成されている。
【００３８】
なお、図５に示すように、前記４つの導風板４１、…は、この導風板４１の導入面４１ｂの延線上に前記羽根車５の羽根５１の後方端側５１ｂの面が配置されるように、羽根車ハウジング４３および一対の排風部本体４２に取り付けられている。
【００３９】
また、図３、図７に示すように、前記羽根車５の上面５２および下面５３には、それぞれ円板状の固定部材１３、１３を介して排風ファン８、８が固定されている。排風ファン８を羽根車５に固定する場合、まず、固定部材１３の嵌合部１３Ｂを、羽根車５の上面５２および下面５３に形成された嵌合溝５ｃに嵌合し、固定部材１３の連通孔１３ａから止めネジ１４を挿通して、上面５２および下面５３に設けられたねじ穴５ａに螺合する。これにより、固定部材１３、１３を、羽根車５の上面５２および下面５３に固定することができる。
【００４０】
その後、固定部材１３の上面に排風ファン８を載せた状態で、排風ファン８の筒状嵌合部８２内の連通孔８ａから止めネジ１５を挿通して、固定部材１３の上面および下面に設けられたねじ穴１３ｂに螺合する。これにより、排風ファン８、８を、各固定部材１３、１３を介して羽根車５の上面５２および下面５３に固定することができる。
【００４１】
前記排風ファン８は、図７に示すように、例えば５枚の羽根８１を有する公知のプロペラ型ファンである。ただし、羽根車５の上面５２に配置される排風ファン８は、図３に示すように、時計軸回り方向に回転すると、該排風ファン８の下側に配置されたガイドベーン４の羽根車ハウジング４３内からの風を取り込み上方向に送風する機能を備えた正回転式のものである。一方、羽根車５の下面５３に配置される排風ファン８は、時計軸回り方向に回転すると、該排風ファン８の上側に配置されたガイドベーン４の羽根車ハウジング４３内からの風を取り込み下方向に送風する機能を備えた逆回転式のものである。
【００４２】
したがって、回転軸６とともに、羽根車５および２つの排風ファン８、８が、時計軸回り方向に回転することにより、ガイドベーン４の羽根車ハウジング４３内の空気は、２つの排風ファン８、８により吸い込まれて、該羽根車ハウジング４３の上方向および下方向に送風されることになる。
【００４３】
即ち、本実施形態に係る縦軸型風車１は、前記２つの排風ファン８、８を設けたことにより、ガイドベーン４の４つの導風板４１により羽根車５に導いた風を、前記羽根車５の上下方向に逃がすように排風して、前記羽根車５の回転に対する空気抵抗を低減するとともに、羽根車ハウジング４３内部の、前記羽根車５を除く空間を、外気に対して負圧にすることができる。
【００４４】
前記羽根車ハウジング４３内部の、前記羽根車５を除く空間を、外気に対して負圧にすることで、羽根車５の回転に対する空気抵抗を低減することができるので、羽根車の回転性能を向上させることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、前記排風ファン８、８により羽根車５の上下方向に排風した風を、さらに効率良くフレーム本体２の外部へと導くように構成するとともに、羽根車５の回転性能の安定化を図るために、羽根車ハウジング４３内部の、羽根車５を除く空間の負圧状態を継続して行うように構成されている。
【００４６】
即ち、図３および図９に示すように、排風ファン８、８の上側および下側には、排風ファン８、８からの風を整流するための整流盤９、９が配置されている。これらの整流盤９、９は、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、円形で平板状に形成された円板部９１と、円弧状の曲面を有する曲面部９３と、円筒形状の嵌合部９２と、を有して構成されている。  
前記整流盤９の中心位置には、回転軸６が回転可能に挿通される挿通孔９Ａが設けられている。また、前記整流盤９の嵌合部９２には、挿通孔９Ａの内径と略おなじ内径の固定パイプ６０が取り付けられている。
【００４７】
前記整流盤９、９は、図３に示すように、挿通孔９Ａおよび固定パイプ６０に回転軸６を挿通した後、嵌合部９２を、排風ファン８の筒状嵌合部８２（図７参照）内に嵌合し、円板部９１の縁部のねじ孔（図示せず）に、テーブル板２２、２３と第２間柱３０ｂとの間に固定された固定ネジ９ａを挿通し２つのナット９ｂによって螺合することによって、テーブル２２、２３と排風ファン８、８との間にそれぞれ配置されて固定される。
【００４８】
この場合、整流盤９の嵌合部９２は、該整流盤９自体が前記固定ネジ９ａに固定されているので、回転軸６が回転しても回転することはなく、排風ファン８の筒状嵌合部８２のみが前記嵌合部９２の外周側で回転軸６と共に回転することになる。
【００４９】
このような整流盤９、９を設けたことにより、排風ファン８、８から送風される風を、前記一対の排風部本体４２の内周面を介してそれぞれの整流盤９の曲面部９３の曲面により整流し、円板部９１の端部の裏面を介してフレーム本体２の側面側の開口から外部へと効率良く放出させることができる。
【００５０】
また、本実施形態の縦軸風車１では、羽根車ハウジング４３内部の、羽根車５を除く空間の負圧状態を継続して行うために、２つのフライホイール１０、１０が設けられている。
【００５１】
これらのフライホイール１０、１０は、円板状に構成されたもので、平板部１０ａと、この平板部１０ａの外周縁部に配置され、回転時の慣性モーメントを大きくするための錘部１０ｂと、平板部１０ａの中心に配置されて回転軸６に軸止するための固定部１０ｃと、を有する。
【００５２】
そして、これらのフライホイール１０，１０は、テーブル板２２の上面およびテーブル板２３の下面からそれぞれ突出する回転軸６に固定部１０ｃを嵌装して該回転軸６のねじ山（図示せず）にナット１６を螺合することによって、回転軸６に軸止されている。
【００５３】
このように回転軸６に軸止されたフライホイール１０、１０は、回転軸６の回転に伴う羽根車５の回転動作を保持するための慣性モーメントを有しているため、羽根車５の回転速度を一定に保つように作用する。このため、羽根車ハウジング４３内部の、羽根車５を除く空間の負圧状態を継続して行うことができるので、羽根車５の回転性能の安定化を図ることができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、２つの排風ファン８、８を設けた構成について説明したが、これに限定されるものではなく、１つの排風ファン８を羽根車５の上面５２または下面５３に設けて構成してもよい。  
また、フライホイール１０についても、２つのフライホイール１０、１０を設けた構成について説明したが、必要に応じて１つのフライホイール１０のみを設けて構成してもよい。
【００５５】
さらに、本実施形態の縦軸型風車１は、図３に示すように、前記回転軸６の一端側の設置板２４に配置され、回転軸６に回転動力を伝達する起動モータ１１と、前記回転軸６の回転力を用いて発電する発電機１２と、を有している。
【００５６】
図３に示すように、フレーム本体２の下側に配置されたフライホイール１０から突出する回転軸６の基端部には、第２のプーリー１７が設けられている。
【００５７】
一方、前記起動モータ１１の軸には、第１のプーリー１１ａが設けられており、この第１のプーリー１１ａと前記第２のプーリー１７には、回転動力を伝達するためのベルト１８が架け渡されている。
【００５８】
即ち、起動モータ１１が回転駆動すると、軸の回転動力は、第１のプーリー１１ａ、ベルト１８、第２のプーリー１７を介して回転軸６に伝達される。これにより、回転軸６、羽根車５、排風ファン８、８およびフライホイール１０、１０を回転させることができる。  
なお、前記第１のプーリー１１ａおよび前記第２のプーリー１７は、歯車形状のスプロケットに替えるとともに、前記ベルト１８をローラーチェーンに替えて構成してもよい。
【００５９】
また、前記起動モータ１１は、回転速度が可変で、且つ、第１のプーリー１１ａへの回転動力の伝達のオン／オフが可能なクラッチ機構を有して構成されている。この起動モータ１１は、図示しない制御部によって駆動が制御されるようになっており、例えば、起動モータ１１は、縦軸風車型発電機１の起動時には駆動して回転軸６に回転動力を与え、回転軸６が所望する回転速度に到達したら、クラッチ機構がオフされ、回転軸６に回転動力を与えないように制御される。
【００６０】
前記発電機１２は、上記の如く、ステータ１２ａとロータ１２ｂとから構成されている。前記ステータ１２ａは、図５、図６および図１０に示すように、各固定パイプ６０に一定間隔でそれぞれ固定されている鉄心１２ｄと、鉄心１２ｄに巻回された固定子捲線１２ｃとから構成されている。前記ロータ１２ｂは、図５、図６および図１０に示すように、羽根車５の内周面に例えばコの字形状の永久磁石１２ｅが複数、固設されている。
【００６１】
このような構成の発電機１２は、回転軸６の回転に伴い羽根車５が回転すると、ロータ１２ｂの永久磁石１２ｅが回転することになり、ステータ１２ａの固定子捲線１２ｃから電力が発生することになる。したがって、前記発電機１２は、前記回転軸６の回転力を用いて発電し、発電した電力を、図示はしないが接続される送電線を介して外部に送電する。  
なお、前記発電機１２は、上記構成に限定されるものではない。例えば、整流盤９、９の嵌合部９２の内周面にステータを配置し、この嵌合部９２のステータに対応する位置の回転軸６の外周面にロータを配置することにより、発電機として構成してもよい。  
また、本実施形態に係る縦軸型風車１に、前記発電機１２を設けたことにより、縦軸型風車発電機として構成することができる。
【００６２】
次に、このように構成された本実施形態に係る縦軸型風車の動作について図３および図１０を参照して説明する。  
図１０は、本発明の第１の一実施形態に係る縦軸型風車の動作を説明するための説明図である。
【００６３】
風が図９に示すように図面の下側からか図面の上側に吹いていたとする。これらの風は、ガイドベーン４の図中下側の風向き方向側に配置された２つの導風板４１、４１（詳しくは一方の導風板４１の導入面４１ｂ、および他方の導風板４１の整流面４１ａ）によって、図９に示すように整流されて、風向き方向側に配置された羽根車ハウジング４３の風導入口４２ａにより羽根車５に導かれる。
【００６４】
すると、風が羽根車５の羽根５１の回転方向側前端５１ａに導かれ、羽根車５の羽根５１に対する風力により、羽根車５が図中に示す矢印のように時計回りに回転することになる。
【００６５】
羽根車５が回転すると、ロータ１２ｂの永久磁石１２ｅが回転することになり、ステータ１２ａの固定子捲線１２ｃから電力が発生することになる。  
なお、地面に平行な風は、３６０度、何れの方向から吹いてきても、ガイドベーン４の導風板４１（整流面４１ａおよび導入面４１ｂ）による整流作用により、羽根車５が回転することになる。
【００６６】
これに対して、上向きの風は、ガイドベーン４の導風板４１と斜面４２ｂとによって風向きを変えて風導入口４２Ａを介して羽根車５の回転方向側前端５１ａに導かれるので、羽根車５は上向きの風であっても、羽根車５は回転することになる。
【００６７】
一方、下向きの風は、ガイドベーン４の導風板４１と斜面４２ｂとによって風向きを変えて風導入口４２ａを介して羽根車５の回転方向側前端５１ａに導かれるので、羽根車５は下向きの風であっても、羽根車５は回転することになる。  
したがって、本実施形態に係る縦軸型風車発電機によれば、全方向からの風力を利用して発電させることができる。
【００６８】
また、本実施形態に係る縦軸型風車１において、風の強さは、常に図示はしないが風速検出計により検出されていて、検出された電気信号は図示しない制御部に入力されている。
【００６９】
ここで、制御部は、例えば、弱風が吹いて、入力された電気信号が所定の風速（例えば、１．５ｍ／ｓｅｃ）であることを示す電気信号であるとすると、起動モータ１１を駆動させて回転軸６に回転動力を与え、回転軸６および羽根車５が所望する回転速度（例えば、９０ｒｐｍ／ｓｅｃ）に到達させる。そして、制御部は、回転軸６および羽根車５が所望する前記回転速度に到達したら、起動モータ１１のクラッチ機構をオフにして、回転軸６に回転動力を与えないように制御する。
【００７０】
このとき、本実施形態に係る縦軸型風車１においては、回転軸６および羽根車５とともに２つの排風ファン８、８が、時計軸回り方向に回転する。これにより、羽根車ハウジング４３内の空気は、図３の矢印に示すように、２つの排風ファン８、８により吸い込まれて、該羽根車ハウジング４３の上方向および下方向に送風された後、一対の排風部本体４２の内周面を介して整流盤９、９の曲面部９３の曲面により整流されて、フレーム本体２の側面側の開口から外部へと効率良く放出されることになる。
【００７１】
即ち、前記縦軸型風車１は、前記２つの排風ファン８、８を設けたことにより、ガイドベーン４の４つの導風板４１により羽根車５に導いた風を、前記羽根車５の上下方向に逃がすように排風して、前記羽根車５の回転に対する空気抵抗を低減するとともに、羽根車ハウジング４３内部の、前記羽根車５を除く空間を、外気に対して負圧にすることができる。
【００７２】
したがって、羽根車ハウジング４３内部の、前記羽根車５を除く空間を、外気に対して負圧にすることで、羽根車５の回転に対する空気抵抗を低減することができるので、１．５ｍ／ｓｅｃほどの低風速であっても所望する電力（例えば２０Ｋｗ）を発電するのに必要な回転軸６の回転速度（例えば、９０ｒｐｍ／ｓｅｃ）が得られる。
【００７３】
また、本実施形態の縦軸型風車１によれば、回転軸６に２つのフライホイール１０、１０が軸止されているので、該フライホイール１０、１０が有する慣性モーメントによって、羽根車５の回転速度が一定に保たれる。このため、羽根車ハウジング４３内部の、羽根車５を除く空間の負圧状態を継続して行うことができるので、回転軸６および羽根車５の回転性能の安定化を図ることができる。これにより、常に所望する電力（例えば２０Ｋｗ）を発電することができる。
【００７４】
なお、本実施形態に係る縦軸型風車１は、前記したように２つの排風ファン８、８により羽根車ハウジング４３内部を負圧にする構成、および２つのフライホイール１０、１０により羽根車５の回転速度を一定に保つ構成を有しているので、風速が、例えば１．５ｍ／ｓｅｃ〜１４．１４５ｍ／ｓｅｃの範囲内であれば、風速が高くても、常に、排風ファン８、８からの送風風力が一定に保たれることになる。つまり、これは、非粘性流体である気体の速さと圧力と外力のポテンシャルの関係を示し力学的エネルギー保存則に相当するベルヌーイの定理に基づいて導かれたものである。
【００７５】
なお、ガイドベーン４の羽根車ハウジング４３の内周面と羽根車５の羽根５１との隙間Ｌ１（図９参照）を所定寸法に形成するなどして、予めガイドベーン４の羽根車ハウジング４３内の羽根車５を除く空間の容積を所定の容積となるように構成し、その羽根車ハウジング４３内の前記空間の圧力が負圧になるように構成すればよい。この場合、羽根車５の回転速度を一定に保つことにより、風速が高くても、排風ファン８、８からの送風風力が一定となる。
【００７６】
したがって、常に羽根車５の回転速度を一定に保つことができるので、発電機１２により、常に安定した電力（例えば２０Ｋｗ）を発電することができる。
【００７７】
以上、説明したように、本実施形態に係る縦軸型風車発電機によれば、２つの排風ファン８、８および２つのフライホイール１０、１０を設けたことにより、ガイドベーン４の羽根車ハウジング４３の、前記羽根車５を除く空間を、外気に対して負圧にすることができ、また羽根車５の回転速度を一定に保つことができる。
【００７８】
これにより、羽根車５の回転に対する空気抵抗を低減し、羽根車５の回転性能を向上させることができる縦軸型風車１および縦軸型風車発電機の実現が可能である。特に、この縦軸型風車１は、羽根車５の回転数が、例えば風速１．５ｍ／ｓｅｃ〜１４．１４５ｍ／ｓｅｃの範囲内で常に一定するため、２０Ｋｗ以下の電力を発電する小型発電機として用いるのに有効である。
【００７９】
なお、本実施形態では、ガイドベーン４は、４つの導風板４１および４つの風導入口４２ａを有する構成であるが、これに限定されるものではない。例えば、ガイドベーン４は、羽根車ハウジング４３内部が排風ファン８、８によって外気よりも負圧になるように作用すれば、４つ以上の導風板４１および風導入口４２ａを設けて、より多くの風を羽根車５に導くように構成してもよい。
【００８０】
本発明に係る縦軸型風車１は、さらに効率良く、羽根車ハウジング４３内部を、外気よりも負圧にすることが可能である。このような実施形態を図１１から図１３を用いて説明する。
【００８１】
図１１から図１３は、本発明の第２の実施形態を示し、図１１は、第２の実施形態に係る縦軸型風車の断面図、図１２は、図１１に示す縦軸型風車のＤ−Ｄ線断面図、図１３は、図１１に示す縦軸型風車のＥ−Ｅ線断面図である。なお、図１１から図１３は、前記第１の実施形態の縦軸型風車と同様な構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００８２】
第１の実施形態に係る縦軸型風車１は、排風ファン８、８を、回転軸６の回転動作に同期して該回転軸６と同じ回転数で回転させることにより、羽根車ハウジング４３内部を外気よりも負圧にした構成である。
【００８３】
そこで、第２の実施形態に係る縦軸型風車１では、さらに効率良く、羽根車ハウジング４３内部を外気よりも負圧にするために、前記排風ファン８、８に替えて新たに２つの排風ファン８０、８０と、これら排風ファン８０、８０の回転速度を増速させるための増速機構１００とを設けて構成した。
【００８４】
具体的には、本実施形態に係る縦軸型風車１では、図１１に示すように、２つの固定パイプ６０は、それぞれフライホイール１０側に延設され、この延設されたそれぞれの基端部が各スラスト軸受け７、７に固定されている。
【００８５】
また、前記２つの固定パイプ６０、６０のスラスト軸受け７側には、２つの前記排風ファン８０、８０が軸受け８１、８１を介してそれぞれ回転可能に固定されている。
【００８６】
すなわち、前記２つの排風ファン８０、８０は、前記第１の実施形態の排風ファン８、８（図３参照）のように羽根車５の上面５２および下面５３に固定されたものではないので、羽根車５の回転力が直接伝達されないように構成されている。
【００８７】
また、前記２つの排風ファン８０、８０は、図１１および図１３に示すように、前記第１の実施形態の排風ファン８（図３参照）と同様に正回転式および逆回転式のものが用いられているが前記第１の実施形態の排風ファン８の外径よりも大きく構成されている。このため、前記２つの排風ファン８０、８０は、ガイドベーン４の羽根車ハウジング４３の内部でなく、ガイドベーン４の一対の排風部本体４２の上部および下部のそれぞれの開口部に沿うように配置されている。
【００８８】
このように、前記２つの排風ファン８０、８０の外径を大きくしたことにより、前記第１の実施形態の排風ファン８、８（図３参照）よりも羽根車ハウジング４３側からの空気の吸い込み力を向上させることができる。
【００８９】
前記増速機構１００は、前記２つの排風ファン８０、８０の回転速度を、前記回転軸６（回転軸６に軸止されたフライホイール１０）の回転速度よりも大きくなるように増速させる機構である。具体的には、前記増速機構１００は、図１１から図１３に示すように、第１の歯車１０１、第２の歯車１０２、第３の歯車１０３、および第４の歯車１０４を有して構成されている。
【００９０】
前記第１の歯車１０１は、比較的外径が大きく構成されたもので、フライホイール１０の平板部１０ａのガイドベーン４側の面に、ねじ１０ｄにより螺合して固定されている。この第１の歯車１０１の噛合部１０１ａには、前記第２の歯車１０２の噛合部１０２ａが噛合される。
【００９１】
前記第２の歯車１０２は、テーブル板２２にねじ１０５ａにより取り付けられたギア軸固定部材１０５に回転可能に軸止されている。前記第２の歯車１０２の外径は、図１１および図１２に示すように、前記第１の歯車１０１の外径よりも極めて小さく構成されたものである。このため、第１の歯車１０１が回転すると、第２の歯車１０２の回転速度が増し、第２の歯車１０２のギア軸１０６にその回転力が伝達される。
【００９２】
この第２の歯車１０２のギア軸１０６の逆側には、前記第３の歯車１０３が軸止されている。第３の歯車１０３の噛合部１０３ａには、図１１および図１３に示すように、第４の歯車１０４の噛合部１０４ａが噛合されている。
【００９３】
前記第４の歯車１０４は、排風ファン８０の軸受け８１に固定されている。このため、第４の歯車１０４が回転すると、これに連動して排風ファン８０が回転することになる。  
なお、本実施形態において、前記第２の歯車１０２は、図１１および図１２に示すように、前記第１の歯車１０１の外径よりも極めて小さく構成されている（図１１および図１２参照）。また、前記第４の歯車１０４の外径は、極力前記第３の歯車１０３の外径よりも小さく構成されている（図１および図１３参照）。
【００９４】
このように構成することにより、回転軸６（羽根車５）の回転速度よりも第４の歯車１０４の回転速度を速くすることができ、ひいては、排風ファン８０の回転速度を速くすることができる。
【００９５】
なお、前記構成の増速機構１００は、ガイドベーン４の上側の排風ファン８０対する伝達機構について説明したが、勿論、前記ガイドベーン４の下側の排風ファン８０に対しても同じ構成の増速機構１００が設けられている。
【００９６】
また、前記増速機構１００は、前記したような外径の大小関係を有する第１〜第４の歯車１０１〜１０４を備えた構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、歯車の外径の大小や歯車数を変更したり、あるいは他のチェーンやベルトなどを用いて構成するなどして、より簡単で、かつ強度良く、前記排風ファン８０、８０の回転速度を増速させる増速装置として構成してもよい。  
その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００９７】
次に、このように構成された本実施形態に係る縦軸型風車の動作について図１１を参照して説明する。
【００９８】
本実施形態に係る縦軸型風車１は、前記第１の実施形態と同様にするが、特に弱風が吹いた場合には、前記増速機構１００、１００を設けたことによって、羽根車５および回転軸６の回転速度よりも排風ファン８０、８０を速く回転させることができる。
【００９９】
この場合、前記排風ファン８０、８０は、前記第１の実施形態における排風ファン８、８の外径よりも大きく構成されているため、ガイドベーン４の羽根車ハウジング４３側の空気を、前記第１の実施形態よりも強く吸い込むことができる。
【０１００】
これにより、弱風であっても、羽根車ハウジング４３内部を、前記第１の実施形態よりもより効率良く負圧にすることができ、羽根車５の回転に対する空気抵抗を低減し、羽根車５の回転性能を向上させることができる。
【０１０１】
なお、本実施形態の縦軸型風車１は、上記したように、弱風が吹いた場合に、前記増速機構１００、１００および大型の排風ファン８０、８０を設けたことにより、羽根車５の回転速度よりも前記排風ファン８０、８０の回転速度が速くなるように構成している。このため、本実施形態の縦軸型風車１は、前記第１の実施形態と同様に、弱風が吹いた場合に、２０Ｋｗ以下の電力を発電する小型発電機として用いることが望ましい。
【０１０２】
また、前記増速機構１００、１００内に前記排風ファン８０、８０に回転動力の伝達のオン／オフが可能なクラッチ機構を設け、縦軸型風車１内の図示しない制御部によって、例えば、台風のような強風が吹いた場合には、前記増速機構１００、１００の前記クラッチ機構をオフするように制御して、排風ファン８０、８０の回転速度が増速されないように構成して、強風による縦軸型風車１の破損を防止できるように構成してもよい。
【０１０３】
あるいは、図示しない制御部によって、例えば、台風のような強風が吹いたことを検出した場合に、縦軸型風車１のガイドベーン４の導風板４１、４１および風邪導入孔４２ａを塞ぐようにシャッターを駆動させることができる高速耐風シャッター機構を設けて構成してもよい。
【０１０４】
従って、第２の実施形態によれば、前記第１の実施形態と同様の効果が得られる他に、前記増速機構１００、１００を設けたことにより、前記第１の実施形態よりもさらに効果的に羽根車ハウジング４３内を負圧にすることができ、羽根車５の回転に対する空気抵抗を低減することができる。
【０１０５】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１     縦軸型風車発電機
２     フレーム本体
３     補強枠
４     ガイドベーン
５     羽根車
５Ａ   取付孔
６     回転軸
７     スラスト軸受け
８     排風ファン
８Ａ   取付孔
９     整流盤
９Ａ   挿通孔
１０   フライホイール
１０ａ 平板部
１０ｂ 錘部
１０ｃ 固定部
１１   起動モータ
１１ａ 第１のプーリー
１２   発電機
１３   固定部材
１７   第２のプーリー
１８   ベルト
２１   屋根板
２２、２３    テーブル板
２４   設置板
２５   床板
２５Ａ 収納スペース
２６   支柱
３０   第１間柱
３０ａ 第２間柱
３０ｂ 第３間柱
３１   第４間柱
４１   導風板
４２   排風部本体
４２ａ 風導入口
４２ｂ 斜面
４３   羽根車ハウジング
５１   羽根
５１ａ 回転方向側前端
５１ｂ 後方端側
５２   上面
５３   下面
６０  固定パイプ
８０  排風ファン
８１   羽根
８２   筒状嵌合部
９１   円板部
９２   嵌合部
９３   曲面部
１００  増速機構
１０１  第１の歯車
１０２  第２の歯車
１０３  第３の歯車
１０４  第４の歯車
【図１】
2015071980.tif 000003
【図２】
2015071980.tif 000004
【図３】
2015071980.tif 000005
【図４】
2015071980.tif 000006
【図５】
2015071980.tif 000007
【図６】
2015071980.tif 000008
【図７】
2015071980.tif 000009
【図８】
2015071980.tif 000010
【図９】
2015071980.tif 000011
【図１０】
2015071980.tif 000012
【図１１】
2015071980.tif 000013
【図１２】
2015071980.tif 000014
【図１３】
2015071980.tif 000015