(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の直線翼を有する垂直軸風車の動的アンバランスの修正方法であって、前記垂直軸風車の回転軸を実回転角および回転角速度の測定手段を介して前記回転軸の駆動用電動機に結合した風車回転軸結合体を、前記垂直軸風車を上方にして垂直方向に支持し、かつ前記回転軸の軸方向に設けた複数個の軸受を介して垂直支持装置に取り付け、前記垂直支持装置の軸方向下端部を架台に水平に固定した多分力検出器に結合した上で、前記実回転角θおよび回転角速度ωの測定手段の出力値と、前記多分力検出器による４分力検出値（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｘ，Ｍｙ）とにより、前記複数個の直線翼を有する垂直軸風車の２面釣合わせにおける不釣り合い量ｍ１ｒ１，ｍ２ｒ２およびその位相角φ１，φ２を計測し、前記２面釣合わせにおける不釣り合い量ｍ１ｒ１，ｍ２ｒ２およびその位相角φ１，φ２を、ベクトル的に、前記複数個の直線翼の軸方向両端部に分散させ、分散した不釣り合い量の合力ベクトルと、前記２面釣合わせにおける不釣り合い量の合力ベクトルとを一致させることにより、垂直軸風車の動的アンバランスを修正することを特徴とする方法。
なお、上記のＦｘ，ＦｙおよびＭｘ，Ｍｙは、それぞれ、Ｘ，Ｙ，Ｚ直交座標系のＸ，Ｙ軸方向の力およびＸ，Ｙ軸回りのモーメントであり、ｍ１，ｍ２は、それぞれ、２面釣合わせの各位置における不釣り合い質量であり、ｒ１，ｒ２は、それぞれ、前記不釣り合い質量の回転半径である。
【請求項２】
請求項1記載の方法において、下記の演算手順に基づいて、前記複数個の直線翼を有する垂直軸風車の２面釣合わせにおける不釣り合い量ｍ１ｒ１，ｍ２ｒ２およびその位相角φ１，φ２を求めることを特徴とする方法。
前記のＦｘ，Ｆｙ，Ｍｘ，Ｍｙに基づいて、下記［数３］により、（Ｆｘ１，Ｆｘ２，Ｆｙ１、Ｆｙ２）を演算する。下記［数３］において、Ａ−は、行列Ａの逆行列であり、行列Ａは、下記［数４］とする。
【数３】
0006502185.tif 000004
【数４】
0006502185.tif 000005
上記［数４］において、Ｚ１、Ｚ２は、それぞれ、各不釣り合い量のＺ軸方向における所定の基準点からの距離を示す既知量である。
上記［数３］の演算値（Ｆｘ１，Ｆｘ２，Ｆｙ１、Ｆｙ２）に基づいて、位相角φ１，φ２および不釣り合い量ｍ１ｒ１，ｍ２ｒ２を下記により求める。
φ１＝tan−１（Ｆｙ１／Ｆｘ１）
φ２＝tan−１（Ｆｙ２／Ｆｘ２）
ｍ１ｒ１＝（Ｆｘ１２＋Ｆｙ１２）１／２／ω２
ｍ２ｒ２＝（Ｆｘ２２＋Ｆｙ２２）１／２／ω２
【請求項３】
請求項1記載の方法を実施するための、前記複数個の直線翼を有する垂直軸風車の２面釣合わせにおける不釣り合い量ｍ１ｒ１，ｍ２ｒ２およびその位相角φ１，φ２を計測する動的不釣り合いの測定装置であって、前記垂直軸風車の回転軸を、実回転角および回転角速度の測定手段を介して前記回転軸の駆動用電動機に結合した風車回転軸結合体と、この風車回転軸結合体を前記垂直軸風車を上方にして垂直方向に支持し、かつ前記回転軸の軸方向に設けた複数個の軸受を介して前記垂直方向に支持する垂直支持装置と、この垂直支持装置の軸方向下端部に結合され架台に水平に固定した多分力検出器と、この多分力検出器による４分力検出値ならびに前記実回転角および回転角速度の測定手段の出力値により所定の演算式に基づいて前記動的不釣り合い量およびその位相角を出力する演算制御装置と、を備えることを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の回転運動を伴う電気的もしくは機械的部品、人工衛星、自動車の車体等において、被測定物（回転体）の動的不釣り合いを測定する方法、特に、垂直軸風車の動的不釣り合いを測定する方法及び装置、並びに、垂直軸風車の動的アンバランス修正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転運動を伴う電気的もしくは機械的部品、人工衛星、自動車の車体等、例えば、発電用の垂直軸風車、各種電動機のロータ、ＯＡ機器、ビデオ、あるいはオーディオ機器のディスク・ドライブ機構、自動車の回転部品（ブレーキディスク、クラッチ板、過給器のロータ等）や自動車用車体では、その動的不釣り合いを正しく測定することが必要である。
【０００３】
この発明の主な適用対象である垂直軸風車に関してその概要を述べ、さらに、従来の動的アンバランスの測定方法及び装置を適用した場合の問題点について述べる。
【０００４】
垂直軸風車とは、回転軸が垂直軸である風車であり、その呼称は、「垂直軸風車」、「縦軸風車」、「直線翼縦軸風車」、「縦軸型直線翼風車」など種々の呼称がある（特許文献１，２ならびに非特許文献１〜３参照）。
【０００５】
発電用の風車には、一般に２つの形式があり、その１つはプロペラ型のように回転軸が水平の風車であり、他は回転軸が垂直の風車である。後者のタイプの垂直軸風車にも、翼型によっていくつかの種類がある。例えば、非特許文献１の図１を加工した図３に概念的構成を示す垂直軸風車は、複数個の板状の直線翼３１を回転軸３２にそれぞれ平行に等間隔で翼支持体３３を介して取付け、翼に作用する揚力で回転軸３２を回し、発電機Ｇにより発電する構成を備える。直線翼３１の数は、図１は３個の例を示すが、２個や５個などの例もある。また、翼の形状も種々存在する（非特許文献３の図１参照）。
【０００６】
上記垂直軸風車は、プロペラ型風車に比べていくつかの優位性をもっている（非特許文献２参照）。例えば、構造が簡単、風向変化に対して遅れがない、翼の製作が簡単、風速変化に対応するためのピッチ制御機構が不要、設計の自由度が大きい、発電機を直結して地面に置くことが可能、等々である。
【０００７】
ところで、垂直軸風車の軸の固定方法には２種類あり、１つは軸の下端と上端を軸受で支持する方法であるが、他は、図３に示すように、軸の下方のみを支持する片持ち梁とする方法である。後者は構造が簡単になるが、剛性が比較的弱く、動的不安定性による振動が発生するため、回転体のダイナミックバランスを十分にとる必要があり、動的不釣り合いの測定およびその修正方法が問題となる。
【０００８】
動的不釣り合いの測定およびその修正方法としては、周知のとおり一般に、回転体をバランス修正機（又はフィールドバランサ）に設置し、外部駆動で回転させ、軸受け部に設けたアンバランス検出センサで不釣り合いの大きさおよびその位相角を検知する。そして、アンバランス検出センサの出力に対応した不釣り合い量を、回転体外周部を削ったり、重りを付加して２面で修正する。この方法は、「２面釣合わせ」と呼称される方法であり、精度の良い修正が可能となる。
【０００９】
特許文献３は、上記「２面釣合わせ」に基づいて、例えば、電動送風機の回転子の動的不釣り合いの測定方法および動的不釣り合いを修正する方法を開示する。
【００１０】
上記のような従来の動的不釣り合いの測定方法および装置を前記垂直軸風車に適用した場合には、測定装置が複雑かつ大型化し、かつ、測定精度が低い問題があった。
【００１１】
なお、下記特許文献４は、本発明において使用する多分力検出器であって、本願出願人の出願に係るものであり、後述する本発明の説明において引用して述べる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１１８３８４号公報
【特許文献２】特開２００７−８５１８２号公報
【特許文献３】特開平１１−３２４６４号公報
【特許文献４】特許第２６９０６２６号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】実用化迫る「直線翼縦軸風車」の可能性、石田  己津人、インターネット＜ＵＲＬ：http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1106/21/news012.html
【非特許文献２】水野  明哲、“風力発電用直線翼縦軸風車の長所と短所”、インターネット＜ＵＲＬ：http://fluid.mech.kogakuin.ac.jp/windturbine/adv#j.pdf#search='%E7%B8%A6%E8%BB%B8%E9%A2%A8%E8%BB%8A'＞
【非特許文献３】鈴木  政彦、他３名、“垂直軸風車の実験的研究”、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.globalenergy.jp/product/download/sympo29#02.pdf#search='%E5%9E%82%E7%9B%B4%E8%BB%B8%E9%A2%A8%E8%
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、多分力検出器を用い、従来に比較して簡単かつ小型な装置により、被測定物、特に、垂直軸風車の回転体の動的不釣り合いが精度よく簡便にできる測定方法並びに測定装置を提供することにある。また、前記垂直軸風車の好適な動的アンバランス修正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述の課題を解決するために、この発明は下記のような方法とする。即ち、多分力検出器を用いて、被測定物（回転体）の動的不釣り合いを２面釣合わせに基づいて測定する方法であって、前記回転体を定速回転した際の実回転角θおよび回転角速度ωの測定値と、前記多分力検出器による４分力検出値（Ｆx，Ｆy，Ｍx，Ｍy）とにより、所定の演算手順に基づいて、前記回転体の２面釣合わせにおける不釣り合い量ｍ1ｒ1，ｍ2ｒ2およびその位相角φ1，φ2を計測することを特徴とする。
【００１６】
なお、上記のＦx，ＦyおよびＭx，Ｍyは、それぞれ、Ｘ，Ｙ，Ｚ直交座標系のＸ，Ｙ軸方向の力およびＸ，Ｙ軸回りのモーメントであり、ｍ1，ｍ2は、それぞれ、２面釣合わせの各位置における不釣り合い質量であり、ｒ1，ｒ2は、それぞれ、前記不釣り合い質量の回転半径である。また、前記所定の演算手順については、本発明の実施の形態の項において詳述する。
【００１７】
さらに、上記多分力検出器の構成や機能は、例えば、前記特許文献４に開示されているものが使用できる。さまざまな外力が作用している物体の任意の一点について考えると、その外力はＸ，Ｙ，Ｚ直交座標系の各軸方向の力Ｆx，Ｆy，Ｆzと各軸回りのモーメントＭx，Ｍy，Ｍzで構成される６個の独立した分力成分に分解できるが、このような６分力は、上記多分力検出器で各分力成分に分解して計測できる。また、特許文献３にも記載されたように、６分力の内、例えば、必要な４分力や３分力のみに対してブリッジ回路を形成して、４分力や３分力のみを測定するようにすることができる。
【００１８】
後述する本発明においては、Ｘ，Ｙ軸方向に働く力Ｆx，Ｆyおよびこれらの軸回りに働くモーメントＭx，Ｍyの４分力のみを測定すればよい。
【００１９】
また、前記垂直軸風車の回転体の動的不釣り合いの測定方法に関する課題は下記により達成される。即ち、前記発明の方法を用いて垂直軸風車の２面釣合わせにおける動的不釣り合い量ｍ1ｒ1，ｍ2ｒ2およびその位相角φ1，φ2を測定する方法であって、前記垂直軸風車の回転軸を実回転角および回転角速度の測定器を介して前記回転軸の駆動用電動機に結合した風車回転軸結合体を、前記垂直軸風車を上方にして垂直方向に支持し、かつ前記回転軸の軸方向に設けた複数個の軸受を介して垂直支持装置に取り付け、前記垂直支持装置の軸方向下端部を架台に水平に固定した多分力検出器に結合した上で、前記実回転角θおよび回転角速度ωの測定手段、例えばエンコーダの出力値と、前記多分力検出器による４分力検出値（Ｆx，Ｆy，Ｍx，Ｍy）とにより、前記垂直軸風車の２面釣合わせにおける動的不釣り合い量およびその位相角を測定することを特徴とする。
【００２０】
さらに、前記垂直軸風車の動的アンバランスの修正方法に関する課題は下記により達成される。即ち、複数個の直線翼を有する垂直軸風車の動的アンバランスの修正方法であって、前述に記載の方法を用いて、前記複数個の直線翼を有する垂直軸風車の２面釣合わせにおける不釣り合い量およびその位相角を計測し、前記２面釣合わせにおける不釣り合い量ｍ1ｒ1，ｍ2ｒ2およびその位相角φ1，φ2を、ベクトル的に、前記複数個の直線翼の軸方向両端部に分散させ、分散した不釣り合い量の合力ベクトルと、２面釣合わせにおける不釣り合い量の合力ベクトルとを一致させることにより、垂直軸風車の動的アンバランスを修正することを特徴とする。
【００２１】
また、前述の課題を解決するための測定装置としては下記による。即ち、前記発明の方法を実施するための垂直軸風車の動的不釣り合い量およびその位相角の測定装置であって、前記垂直軸風車の回転軸を、実回転角および回転角速度の測定器を介して前記回転軸の駆動用電動機に結合した風車回転軸結合体と、この風車回転軸結合体を前記垂直軸風車を上方にして垂直方向に支持し、かつ前記回転軸の軸方向に設けた複数個の軸受を介して前記垂直方向に支持する垂直支持装置と、この垂直支持装置の軸方向下端部に結合され架台に水平に固定した多分力検出器と、この多分力検出器による４分力検出値および前記実回転角および回転角速度の測定手段の出力値により所定の演算式に基づいて前記動的不釣り合い量およびその位相角を出力する演算制御装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、多分力検出器を用いて、従来に比較して簡単かつ小型な装置により、被測定物、特に、垂直軸風車の回転体の動的不釣り合いが精度よく簡便にできる測定方法並びに測定装置を提供することができる。また、前記垂直軸風車の好適な動的アンバランス修正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施態様であって、多分力検出器を用いて定速回転により動的不釣り合いを測定する方法の概念的説明図。
【図２】本発明の測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図３】垂直軸風車の概念的構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１および図２に基づき、本発明の実施の形態について以下に述べる。
（１）多分力検出器を用いた定速回転による動的不釣り合い測定方法の基本的説明
図１は、本発明の測定方法であって、定速回転により回転体の２面釣合わせに基づいて動的不釣り合いを、多分力検出器を用いて測定する方法を概念的に説明する図である。図１（ａ）は、同一中心軸線上に、回転体としての被測定物（供試体）１と、多分力検出器２とを有する概念的構成の側面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）を上方から見た図であって、供試体１の回転状態におけるアンバランス質量の位相角や慣性力などを概念的に示す図である。なお、図１（ａ）において、多分力検出器２は、回転体の動的不釣り合いに基づく力およびモーメントが伝達されるように、回転体としての供試体１と同一中心軸線上に配設されるものの、回転はしない。
【００２５】
即ち、図１（ａ）において、回転体である供試体１は垂直方向に、図示しない適切な支持装置を介して支持され、下部において定速回転するための図示しない駆動用電動機に直結され、片持ち支持の状態で定速回転する。その際、前記回転体に生ずるアンバランス力（力およびモーメント）が、水平架台に取り付けられた多分力検出器２に伝達されるように、前記供試体１と多分力検出器２とが前記支持装置を介して結合される。
【００２６】
また、図示しない駆動用電動機にはその実回転角θおよび回転角速度ωを測定するための図示しない測定手段が結合されている。実回転角θおよび回転角速度ωの計測には、例えば、市販の回転角度（ヨー角ψ）検出用のエンコーダが利用できる。
【００２７】
さらに、図１（ａ）において、Ｐ1、Ｐ2は、前記２面釣合わせにおける各アンバランス質量の位置を示し、Ｚ1、Ｚ2は、それぞれ、各アンバランス質量のＺ軸方向における基準点Ｏ（多分力検出器２のモーメントセンター）からの距離を示す。
【００２８】
図１（ｂ）において、ｍiは、各点Ｐi（Ｐ1、Ｐ2）におけるアンバランス質量であり、ｒiは、各点におけるアンバランス質量の回転半径であり、φiは、各点における位相角である。また、Ｍyiは、各点の影響で多分力検出器２のＹ座標軸周りに作用するモーメント、Ｍxiは、各点の影響で多分力検出器２のＸ座標軸周りに作用するモーメントである。
【００２９】
図１における供試体１の２つの修正面におけるアンバランスを、
Ｐ1点において、ｍ1ｒ1（kg-m），位相角φ1（deg）
Ｐ2点において、ｍ2ｒ2（kg-m），位相角φ2（deg）
であるとすると、多分力検出器２に作用する分力（力ＦおよびモーメントＭ）に関して、Ｐ1点のアンバランス質量による影響分力（Ｆx1，Ｆy1，Ｍx1，Ｍy1）は下記（１−１）〜（１−４）式のとおりである。
【００３０】
Ｆx1＝ｍ1ｒ1ω2cosφ1  ・・・・・・・・・・・・・・（１−１）
Ｆy1＝ｍ1ｒ1ω2sinφ1  ・・・・・・・・・・・・・・（１−２）
Ｍx1＝−Ｆy1・Ｚ1  ・・・・・・・・・・・・・・・・（１−３）
Ｍy1＝Ｆx1・Ｚ1  ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１−４）
また、Ｐ2点のアンバランス質量による影響分力（Ｆx2，Ｆy2，Ｍx2，Ｍy2）は下記（２−１）〜（２−４）式のとおりである。
【００３１】
Ｆx2＝ｍ2ｒ2ω2cosφ2  ・・・・・・・・・・・・・・（２−１）
Ｆy2＝ｍ2ｒ2ω2sinφ2  ・・・・・・・・・・・・・・（２−２）
Ｍx2＝−Ｆy2・Ｚ2  ・・・・・・・・・・・・・・・・（２−３）
Ｍy2＝Ｆx2・Ｚ2  ・・・・・・・・・・・・・・・・・（２−４）
ところで、前記図１（ｂ）は、回転座標系（ξ，η，ζ）の回転角θが零、即ち、回転時間ｔ＝０の時のθ＝θ0＝０の状態を示している。θ＝θ0＝０ではなく、実回転角θが任意の回転角度θ＝θの時には、回転座標系（ξ，η，ζ）に対する位相角φ（φ1、φ2）は、φ＝ψ−θで表される。
【００３２】
なお、上記の式φ＝ψ−θにおいて、ψは、アンバランス質量ｍによる法線方向の力と、静止座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＸ軸方向との角度を示す。
【００３３】
ここで、実回転角θを考慮した説明とすると説明が複雑になるので、以下においては、前記φ（φ1、φ2）が求められたものと考えて、演算式の説明を行う。
【００３４】
前記（１−１）〜（２−４）式に基づき、多分力検出器２に作用する分力（力ＦおよびモーメントＭ）は、（３−１）〜（３−４）式のとおりである。即ち、
Ｆx＝Ｆx1＋Ｆx2＝（ｍ1ｒ1cosφ1＋ｍ2ｒ2cosφ2）ω2・・（３−１）
Ｆy＝Ｆy1＋Ｆy2＝（ｍ1ｒ1sinφ1＋ｍ2ｒ2sinφ2）ω2・・（３−２）
Ｍx＝Ｍx1＋Ｍx2＝−（Ｆy1・Ｚ1＋Ｆy2・Ｚ2）・・・・・（３−３）
Ｍy＝Ｍy1＋Ｍy2＝（Ｆx1・Ｚ1＋Ｆx2・Ｚ2）・・・・・・（３−４）
上記（３−１）、（３−２）の前段の等式と、（３−３）、（３−４）の後段の等式に基づき、（３−１）〜（３−４）の連立方程式は、下記（４−１）〜（４−４）式のとおりに書き換え可能である。
【００３５】
Ｆx＝Ｆx1＋Ｆx2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４−１）
Ｆy＝Ｆy1＋Ｆy2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４−２）
Ｍx＝−Ｆy1・Ｚ1−Ｆy2・Ｚ2・・・・・・・・・・・・・・（４−３）
Ｍy＝Ｆx1・Ｚ1＋Ｆx2・Ｚ2・・・・・・・・・・・・・・・（４−４）
上記（４−１）〜（４−４）式において、Ｆx，Ｆy，Ｍx，Ｍy，Ｚ1，Ｚ2は既知である。そこで、未知数に関して行列を用いて演算するようにすべく、（４−１）〜（４−４）式を以下のように、（４−１）´〜（４−４）´と整理する。
【００３６】
Ｆx1  ＋    Ｆx2                                ＝Ｆx・・・（４−１）´
Ｆy1  ＋    Ｆy2          ＝Ｆy・・・（４−２）´
−Ｆy1・Ｚ1−  Ｆy2・Ｚ2    ＝Ｍx・・・（４−３）´
Ｆx1・Ｚ1＋  Ｆx2・Ｚ2                          ＝Ｍy・・・（４−４）´
上記（４−１）´〜（４−４）´の左辺に基づき、行列Ａを下記［数１］とする。
【００３７】
【数１】
0006502185.tif 000002
【００３８】
前記行列Ａと、その逆行列Ａ-に基づいて、下記［数２］が成り立つ。
【００３９】
【数２】
0006502185.tif 000003
【００４０】
上記［数２］の右辺によれば、既知量である（Ｆx，Ｆy，Ｍx，Ｍy，Ｚ1，Ｚ2）に基づき、（Ｆx1，Ｆx2，Ｆy1，Ｆy2）が演算できる。
【００４１】
ここで、前記（１−１）〜（１−２）式および（２−１）〜（２−２）式に関し、（Ｆx1，Ｆy1，Ｆx2，Ｆy2）を、それぞれＸ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２を用いて、下記（５−１）〜（５−４）式に書き換える。即ち、
Ｆx1＝ｍ1ｒ1ω2cosφ1＝ｍ1Ｘ1ω2・・・・・・・・・・（５−１）
Ｆy1＝ｍ1ｒ1ω2sinφ1＝ｍ1Ｙ1ω2・・・・・・・・・・（５−２）
Ｆx2＝ｍ2ｒ2ω2cosφ2＝ｍ2Ｘ2ω2・・・・・・・・・・（５−３）
Ｆy2＝ｍ2ｒ2ω2sinφ2＝ｍ2Ｙ2ω2・・・・・・・・・・（５−４）
上記（５−１）〜（５−４）式および［数２］に基づき、測定すべきＰ1、Ｐ2点における不釣り合いの位相角φ1，φ2ならびに不釣り合い量ｍ1ｒ1，ｍ2ｒ2は、下記（６−１），（６−２）式および（７−１），（７−２）式によって演算することができる。
【００４２】
tanφ1＝ｍ1Ｙ1／ｍ1Ｘ1＝Ｆy1／Ｆx1・・・・・・・・・（６−１）
tanφ2＝ｍ2Ｙ2／ｍ2Ｘ2＝Ｆy2／Ｆx2・・・・・・・・・（６−２）
ｍ1ｒ1＝（Ｆx12＋Ｆy12）1/2／ω2・・・・・・・・・（７−１）
ｍ2ｒ2＝（Ｆx22＋Ｆy22）1/2／ω2・・・・・・・・・（７−２）
なお、上記（６−１），（６−２）式は、下記（６−１）´，（６−２）´式と書き換えることができ、これにより、位相角φ1，φ2を求めることができる。即ち、
φ1＝tan-1（Ｆy1／Ｆx1）・・・・・・・・・・・・・（６−１）´
φ2＝tan-1（Ｆy2／Ｆx2）・・・・・・・・・・・・・（６−２）´
（２）垂直軸風車の動的不釣り合い量およびその位相角の測定方法および装置の説明
図２に基づいて垂直軸風車の動的不釣り合い測定について以下に説明する。
【００４３】
本発明の垂直軸風車の動的不釣り合い測定装置は、図２のブロック図に示すように、以下の構成を備える。即ち、垂直軸風車の回転軸１１を、実回転角および回転角速度の測定手段（例えば、エンコーダ）１３を介して前記回転軸の駆動用電動機１４に結合した風車回転軸結合体１０と、この風車回転軸結合体１０を前記垂直軸風車を上方にして垂直方向に支持し、かつ前記回転軸の軸方向に設けた複数個の軸受Ｂ１，Ｂ２を介して前記垂直方向に支持する垂直支持装置１５と、この垂直支持装置１５の軸方向下端部に結合され架台に水平に固定した多分力検出器１２と、この多分力検出器による４分力検出値ならびに前記実回転角および回転角速度の測定器の出力値により所定の演算式に基づいて前記動的不釣り合い量およびその位相角を出力する演算制御装置３０と、を備える。
【００４４】
上記図２の基本的構成を備えた測定装置に基づき、前記本発明の測定方法が実施できる。即ち、垂直軸風車の２面釣合わせにおける動的不釣り合い量ｍ1ｒ1，ｍ2ｒ2およびその位相角φ1，φ2を測定する方法であって、前記垂直軸風車の回転軸１１を実回転角および回転角速度の測定手段（例えば、エンコーダ）１３を介して前記回転軸の駆動用電動機１４に結合した風車回転軸結合体１０を、下部片持ち支持の状態で、即ち、前記垂直軸風車を上方にして垂直方向に支持し、かつ前記回転軸の軸方向に設けた複数個の軸受Ｂ１，Ｂ２を介して垂直支持装置１５に取り付け、前記垂直支持装置の軸方向下端部を架台に水平に固定した多分力検出器１２に結合した上で、前記実回転角θおよび回転角速度ωの測定器１３の出力値と、前記多分力検出器による４分力検出値（Ｆx，Ｆy，Ｍx，Ｍy）とにより、前記垂直軸風車の２面釣合わせにおける動的不釣り合い量およびその位相角を測定することができる。
【００４５】
なお、駆動用電動機にはエンコーダが付設されているものがある。この場合には、図２に示すエンコーダ１３としては、上記の付設されたエンコーダを使用することができる。
【００４６】
また、図３に示す垂直軸風車の発電機Ｇは、風力による発電のスタート時に風車の回転軸１１に回転のトリガーを与えるために、駆動電動機の機能を兼ね備えるものがある。この場合には、図２に示す駆動電動機１４としては、上記のように駆動電動機の機能を兼ね備えた発電機を用いることができる。
【００４７】
そして、前記方法によって計測した２面釣合わせにおける不釣り合い量ｍ1ｒ1，ｍ2ｒ2およびその位相角φ1，φ2を、ベクトル的に、前記複数個の直線翼の軸方向両端部に分散させ、分散した不釣り合い量の合力ベクトルと、２面釣合わせにおける不釣り合い量の合力ベクトルとを一致させることにより、垂直軸風車の動的アンバランスを修正することができる。この場合、修正不釣り合い量の付加または低減は、例えば、３個の直線翼を回転軸に支持する翼支持体（図３の３３参照）を直線翼の軸方向端部に設け、その翼支持体における翼近傍で実施することができる。
【００４８】
上記のような多分力検出器を用いた垂直軸風車の動的不釣り合い測定装置により、従来に比較して簡単かつ小型な装置により、被測定物、特に、垂直軸風車の回転体の動的不釣り合いが精度よく簡便に測定できる。
【符号の説明】
【００４９】
１：被測定物（供試体）、２，１２：多分力検出器、１０：風車回転軸結合体、１１：垂直軸風車の回転軸、１３：実回転角および回転角速度の測定手段（例えば、エンコーダ）、１４：駆動用電動機、１５：垂直支持装置、３０：演算制御装置、Ｂ１，Ｂ２：軸受。
【図１】
0006502185.tif 000006
【図２】
0006502185.tif 000007
【図３】
0006502185.tif 000008