(57)【要約】【課題】現在の小型の垂直軸抗力型風車において、市街地などに設置して使用するために、低風速で起動し、回転時には発電効率がよく、強風時には回転数を制御して風車や発電機の保護をするなど、起動時から強風時に至るまで安定して効率よく回転するものが求められている。【解決手段】風車回転軸２に対し対称に配置した複数のブレード３を備え、ブレード３の外周側端７を回転可動に支持して、風車の回転数によってブレード３の内周側端１０の位置を変位させて、停止状態から起動する時にはパドル形の受風面、回転時にはサボニウス形の受風面、定格回転数を超える時には、軸方向の断面形状が円筒形となることで、起動時には起動特性が向上し、回転時には発電効率が向上し、強風時には回転数の上昇を抑え、発電機や風車を保護できる。【選択図】図２
2008175176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車回転軸に対し対称に配置した複数のブレードを備え、前記ブレードの外周側端と前記風車回転軸は連結手段で連結されており、風車の回転数によって前記ブレードの内周側端の位置が変位して、停止状態から起動する時には起動特性が向上する形状となり、回転時には発電効率が向上する形状となるようにしたことを特徴とする垂直軸抗力型風車。
【請求項２】
風車の回転数が定格回転を超える時には、前記ブレードの内周側端の位置が変位して、回転数の上昇を抑制する形状となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項３】
停止状態から起動時にはパドル形、起動から定格回転時にはサボニウス形となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項４】
風車の回転数が定格回転を超える時には、配置された前記ブレードによって形成される前記風車回転軸方向からみた断面形状が円筒形となるようにしたことを特徴とする請求項２記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項５】
前記ブレードの外周側端が可動軸中心となり回転可動して前記ブレード内周側端の位置が変位することを特徴とする請求項３または４記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項６】
前記ブレードの断面が１つの円弧で形成されており、その曲率半径が風車外径の半径と同じであることを特徴とする請求項５記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項７】
前記ブレードの断面が１つの円弧または複数の円弧が正接で連続した形状であり、前記ブレードの内周側端と外周側端を結ぶ直線距離が、前記風車回転軸と前記ブレード外周側端までの距離の１．２倍以上かつ、前記ブレードの外周側端を頂点として形成した多角形の辺の長さより短い範囲であることを特徴とする請求項５または６記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項８】
前記ブレードの材質に柔軟な弾性材料を用いて前記ブレードの外周側端を固定し、前記ブレードの曲率が回転数に応じて大きくなるように変形して内周側端の位置が変位することを特徴とする請求項３または４記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項９】
前記ブレードの翼弦長が、前記風車回転軸と前記ブレード外周側端までの距離の１．９倍以上かつ、風車外径の円周長を前記ブレードの枚数で除した値より短い範囲であることを特徴とする請求項８記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項１０】
風車の回転数が最大回転数となるとき、前記ブレードの内周側端の位置と隣り合うブレードの外周側端との間に形成される隙間を埋める板状の小片を取り付けたことを特徴とする請求項５〜９いずれか記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項１１】
風車が停止状態から起動時に前記ブレード内周側端と隣り合うブレードとが接触する部分の通気を抑制する手段を備えたことを特徴とする請求項５〜１０のいずれか記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項１２】
通気を抑制する手段として前記ブレード内周側端と隣り合うブレードとが接触する部分に前記ブレード内周側端がはまり込む形状のくぼみを備えることを特徴とする請求項１１記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項１３】
通気を抑制する手段として前記ブレード内周側端に柔軟材を備えることを特徴とする請求項１１記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項１４】
前記ブレードの風車回転軸方向の片側または両側端面に円形プレートを設け、前記円形プレートの外径が風車外径よりも大きく、かつ中心が前記風車軸と結合されており、前記風車回転軸と前記ブレード外周側端との連結手段を兼ねていることを特徴とする請求項５〜１３記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項１５】
前記風車回転軸と配置したすべての前記ブレードの内周側端との半径方向距離が同一となるようしたブレード連結部材を備えることを特徴とする請求項５〜１４記載の垂直軸抗力型風車。
【請求項１６】
ブレード連結部材として、半径方向の内側から外側に渦状のガイド溝を備える円板であり、前記ブレードの内周側端に設けた突起部が前記ガイド溝にはまり回転可動な状態でブレード内周側端の位置が変位することを特徴とする請求項１５記載の垂直軸抗力型風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然エネルギーを利用した風力発電などに用いる垂直軸抗力型風車において、起動特性の向上ならびに強風時に風車の回転数上昇を抑制して機器を保護する構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、独立分散型のエネルギー源として期待される小型風力発電機の開発が進む中、垂直軸抗力型風車は風向による影響が少なく、回転数が上昇しても低騒音であるという利点によって市街地での使用にも適している風車であり、代表的なものとしてサボニウス形風車がある。
【０００３】
この種のサボニウス形風車は、低風速時における起動特性の向上、また強風時における回転数上昇を抑制するために各種の改良が提案されている。低風速時における起動特性の向上について、例えば特許文献１に開示されている。このサボニウス形風車ではブレードの外周側に回転方向トルクを大きくする小片ブレードを備えることで風車の起動力を増加させるという特徴がある。
【０００４】
強風時における回転数上昇の抑制については、例えば特許文献２に開示されている。このサボニウス形風車では風車に配置される翼の弧長のほぼ中央部を枢軸により回動するように取り付けることで、翼が風圧を受ける面積が変化して作用、強風時でも軸の回転が極端に速くなることはなく、風車の回転速度制御が可能となるという特徴がある。また、特許文献３のサボニウス形風車では羽根の外側端部が旋回軸に支持され、内側端に風車軸からの距離を調整する距離調整部材が装着されて風速変化に対応して風圧面積を増減させることで、風車の回転速度を制御するものもある。
【特許文献１】特開２００５−１７１８７２号公報
【特許文献２】特開昭５８−１７０８６４号公報
【特許文献３】特開平０９−２２２０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来のサボニウス形風車では、起動時においては風車外周側に回転方向トルクを大きくする作用が働き風車の起動力は増加するが、風速が増加して発電動作を行う回転数範囲においては、ブレード面を小片ブレードが分割してしまうことで、風を受けて隣り合うブレードに流れをスムーズに誘導できる風圧面が減少、軸中心からの回転力の中心距離も短くなるため、回転トルクも減少することになり発電効率が低下するという課題がある。
【０００６】
また従来のサボニウス形風車では、風車の回転数が増加すると遠心力の作用によって風圧を受ける面積が変化して回転数の上昇を抑制するが、翼のほぼ中央部を枢軸により回転可能としているため、翼によって形成される風車外径が小さくなる。サボニウス形風車における風速と回転数の関係はその風車外径に依存しており、同じ風速のときの回転数は風車外径が小さいほど大きくなることが一般的に知られている。このため、風圧を受ける面積が変化するときに回転数が上昇する現象が発生するという課題がある。また、従来のサボニウス形風車では、羽根の外周端部が旋回軸に支持されているものの、羽根の風圧面積の変化が距離調整部材の長さに依存していることからその変化範囲が小さく起動時から定格回転を超えるまでの範囲は最適化できないという課題がある。また、風圧面積の増減量を大きくするために距離調整部材としてドラムにワイヤー等を用いる例が示されているが、装置全体としての構造が複雑になるという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、風車の回転数によってブレードの内周側端の位置を変化させることによって、起動時には起動特性を向上し、回転時には発電効率を向上し、強風時には回転数の上昇を抑制して機器を保護することができる垂直軸抗力型風車を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の垂直軸抗力型風車は、上記目的を達成するために、風車回転軸に対し対称に配置した複数のブレードを備え、前記ブレードの外周側端と前記風車回転軸は連結手段で連結されており、風車の回転数によって前記ブレードの内周側端の位置が変位して、停止状態から起動する時には起動特性が向上する形状となり、回転時には発電効率が向上する形状となるようにしたことを特徴としたものである。
【０００９】
この手段により、市街地など風の弱い地域に設置しても低風速から起動することができ、回転時には発電効率を向上して動作することが可能となる。ここでブレードの外周側端とは、風車停止時において風車回転軸から半径方向に遠い位置にある端部、ブレードの内周側端は、風車回転軸から半径方向に近い位置にある端部のことを言う。
【００１０】
また、風車の回転数が定格回転を超える時には、前記ブレードの内周側端の位置が変位して、回転数の上昇を抑制する形状となるようにしたことにより、強風時において風車の回転数が上昇しなくなり、風車や発電機などの機器が保護できる。
【００１１】
また、風車の起動特性を向上する手段として、停止状態から起動時にはパドル形、起動から定格回転時にはサボニウス形となるようにしたことで、低風速での起動特性を向上維持しながら、回転時にはサボニウス形がもつ回転数上昇作用によって発電効率を向上できる。
【００１２】
また、風車の回転数が定格回転を超える時には、配置された前記ブレードによって形成される前記風車回転軸方向からみた断面形状が円筒形となるようにしたことで、ブレード内周側端の位置が変位し、風車回転軸からの半径方向距離がブレード外周側端との値と一致してブレード風圧面が風車の内側を向くため、外からの風を受けて発生する回転力が減少し回転数が上昇しなくなり風車や発電機などの機器が保護できる。
【００１３】
また、前記ブレードの外周側端が可動軸中心となり回転可動して前記ブレード内周側端の位置が変化するようにしたことで、回転によってブレード重心位置に遠心力が作用したとき、ブレード外周側端を支点にブレード内周側端の位置が滑らかに変位することができるため、ブレード材質が金属など剛性の高い材質であっても回転数に応じて風車形態を簡単に変化できる。
【００１４】
また、前記ブレードの断面が１つの円弧で形成されており、その曲率半径が風車外径の半径と同じであることで、ブレードの重心が円弧形状の中央部となり、ブレード内周側端の位置が変位し、風車回転軸からの半径方向距離がブレード外周側端との値と一致してブレード風圧面が風車の内側を向いたときの円筒形が真円形状となる。そのため、ブレードが回転して発生する遠心力は風車回転方向の位相すべてにおいて均一となり、遠心力に対してブレード内周側端ならびにブレード外周側端に作用する固定点反力も等しくなることで、回転時の振動を低く抑えることができると同時にブレードならびに支持部材に発生する応力も均等にでき強度面でも有利な形状となる。
【００１５】
また、前記ブレードの断面が１つの円弧または複数の円弧が正接で連続した形状であり、前記ブレードの内周側端と外周側端を結ぶ直線距離が、前記風車回転軸と前記ブレード外周側端までの距離の１．２倍以上かつ、前記ブレードの外周側端を頂点として形成した多角形の辺の長さより短い範囲としたことで、ブレード外周側端を支点として内周側端の位置を変位させるだけで起動時にはパドル形、回転時にはサボニウス形が形成される。そのため低風速での起動特性を向上維持しながら回転時にはサボニウス形がもつ回転数上昇作用によって発電効率を向上できる。
【００１６】
また、風車の形態を変化させる他の手段として、前記ブレードの材質に柔軟な弾性材料を用いて前記ブレードの外周側端を固定し、前記ブレードの曲率が回転数に応じて大きくなるように変形して内周側端の位置が変位するようにしたことで、遠心力が作用したときブレードの弾性変形によってブレードの内周側端の位置が滑らかに外周側に変位することができるため、ブレード外周側端にヒンジ機構などを設けない簡単な構造にすることができる。
【００１７】
また、前記ブレードの翼弦長が、前記風車回転軸と前記ブレード外周側端までの距離の１．９倍以上かつ、風車外径の円周長を前記ブレードの枚数で除した値より短い範囲にしたことで、ブレードの曲率を変化させるだけで停止時にはパドル形、回転時にはサボニウス形を形成される。そのため低風速での起動特性を向上維持しながら回転時にはサボニウス形がもつ回転数上昇作用によって発電効率を向上できる。
【００１８】
また、風車の回転数が最大回転数となるとき、前記ブレードの内周側端の位置と隣り合うブレードの外周側端との間に形成される隙間を埋める板状の小片を取り付けたことで、ブレードによって形成される円筒形に隙間をなくすことができるため、内側を向いているブレード風圧面に外からの風が当たるのを防ぐため、回転数の上昇を抑止する効果を高めることができる。
【００１９】
また、風車が停止状態から起動時に前記ブレード内周側端と隣り合うブレードとが接触する部分の通気を抑制する手段を備えたことで、ブレードで形成されるパドル形の風圧を受ける面での空気漏れをなくせるため、自然風の風圧を最大限受け止めることができ起動特性を向上できる。
【００２０】
また、通気を抑制する手段として前記ブレード内周側端と隣り合うブレードとが接触する部分に前記ブレード内周側端がはまり込む形状のくぼみを備えることで、起動してからも回転が上昇するまでの低風速範囲において空気漏れをなくすことができる。
【００２１】
また、通気を抑制する手段として前記ブレード内周側端に柔軟材を備えることで、起動してからも回転が上昇するまでの低風速範囲において空気漏れをなくせることに加えて風がやんで回転数が低下して停止する際にブレード内周側端の位置が変位して隣り合うブレードに接触するときの衝撃を低減することができる。
【００２２】
また、前記ブレードの風車回転軸方向の片側または両側端面に円形プレートを設け、前記円形プレートの外径が風車外径よりも大きく、かつ中心が前記風車軸と結合されており、前記風車回転軸と前記ブレード外周側端との連結手段を兼ねていることで、ブレード内周位置に関係なく常時ブレード軸方向の端部から風が逃げることを防止できるため発生する抗力が増加し、起動特性ならびに発電効率ともに向上できる。
【００２３】
また、前記風車回転軸と配置したすべての前記ブレードの内周側端との半径方向距離が同一となるようしたブレード連結部材を備えることで、それぞれのブレードが受ける風圧と遠心力のばらつきを平均化することができるため、回転数の変動ばらつきを抑制して安定した回転を維持することができる。
【００２４】
また、ブレード連結部材として、半径方向の内側から外側に渦状のガイド溝を備える円板であり、前記ブレードの内周側端に設けた突起部が前記ガイド溝にはまり回転可動な状態でブレード内周側端の位置が変位することで、簡単な構造でブレード内周側位置の可動範囲を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、構成を複雑にすることなく、風車の回転数によってブレードの内周側端の位置を変化させることによって、起動時には起動特性を向上し、回転時には発電効率を向上し、強風時には回転数の上昇を抑制して機器を保護することができる垂直軸抗力型風車を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の請求項１記載の垂直軸抗力型風車は、風車回転軸に対し対称に配置した複数のブレードを備え、前記ブレードの外周側端と前記風車回転軸は連結手段で連結されており、風車の回転数によって前記ブレードの内周側端の位置が変位して、停止状態から起動する時には起動特性が向上する形状となり、回転時には発電効率が向上する形状となるようにしたことを特徴としたものであり、市街地など風の弱い地域に設置しても低風速から起動することができ、回転時には発電効率を向上して動作することが可能となる。ここでブレードの外周側端とは、風車停止時において風車回転軸から半径方向に遠い位置にある端部、ブレードの内周側端は、風車回転軸から半径方向に近い位置にある端部のことを言う。
【００２７】
本発明の請求項２記載の垂直軸抗力型風車は、請求項１の垂直軸抗力型風車において、風車の回転数が定格回転を超える時には、前記ブレードの内周側端の位置が変位して、回転数の上昇を抑制する形状となるようにしたものであり、強風時において風車の回転数が上昇しなくなり、風車や発電機などの機器が保護できるという作用を有する。
【００２８】
本発明の請求項３記載の垂直軸抗力型風車は、請求項１記載の垂直軸抗力型風車において、停止状態から起動時にはパドル形、起動から定格回転時にはサボニウス形となるようにしたものであり、低風速での起動特性を向上維持しながら、回転時にはサボニウス形がもつ回転数上昇作用によって発電効率を向上できるという作用を有する。
【００２９】
本発明の請求項４記載の垂直軸抗力型風車は、請求項２記載の垂直軸抗力型風車において、風車の回転数が定格回転を超える時には、配置された前記ブレードによって形成される前記風車回転軸方向からみた断面形状が円筒形となるようにしたものであり、ブレード内周側端の位置が変位し、風車回転軸からの半径方向距離がブレード外周側端との値と一致してブレード風圧面が風車の内側を向くため、外からの風を受けて発生する回転力が減少し回転数が上昇しなくなり風車や発電機などの機器が保護できるという作用を有する。
【００３０】
本発明の請求項５記載の垂直軸抗力型風車は、請求項３または４記載の垂直軸抗力型風車において、前記ブレードの外周側端が可動軸中心となり回転可動して前記ブレード内周側端の位置が変位するようにしたものであり、回転によってブレード重心位置に遠心力が作用したとき、ブレード外周側端を支点にブレード内周側端の位置が滑らかに変位することができるため、ブレード材質が金属など剛性の高い材質であっても回転数に応じて風車形態を簡単に変化できるという作用を有する。
【００３１】
本発明の請求項６記載の垂直軸抗力型風車は、請求項５記載の垂直軸抗力型風車において、前記ブレードの断面が１つの円弧で形成されており、その曲率半径が風車外径の半径と同じであるようにしたものであり、ブレードの重心が円弧形状の中央部となり、ブレード内周側端の位置が変位し、風車回転軸からの半径方向距離がブレード外周側端との値と一致してブレード風圧面が風車の内側を向いたときの円筒形が真円形状となる。
【００３２】
そのため、ブレードが回転して発生する遠心力は風車回転方向の位相すべてにおいて均一となり、遠心力に対してブレード内周側端ならびにブレード外周側端に作用する固定点反力も等しくなることで、回転時の振動を低く抑えることができると同時にブレードならびに支持部材に発生する応力も均等にでき強度面でも有利な形状となるという作用を有する。
【００３３】
本発明の請求項７記載の垂直軸抗力型風車は、請求項５または６記載の垂直軸抗力型風車において、前記ブレードの断面が１つの円弧または複数の円弧が正接で連続した形状であり、前記ブレードの内周側端と外周側端を結ぶ直線距離が、前記風車回転軸と前記ブレード外周側端までの距離の１．２倍以上かつ、前記ブレードの外周側端を頂点として形成した多角形の辺の長さより短い範囲であるようにしたものであり、ブレード外周側端を支点として内周側端の位置を変位させるだけで起動時にはパドル形、回転時にはサボニウス形が形成される。そのため低風速での起動特性を向上維持しながら回転時にはサボニウス形がもつ回転数上昇作用によって発電効率を向上できるという作用を有する。
【００３４】
本発明の請求項８記載の垂直軸抗力型風車は、請求項３または４記載の垂直軸抗力型風車において、前記ブレードの材質に柔軟な弾性材料を用いて前記ブレードの外周側端を固定し、前記ブレードの曲率が回転数に応じて大きくなるように変形して内周側端の位置が変位するようにしたものであり、遠心力が作用したときブレードの弾性変形によってブレードの内周側端の位置が滑らかに外周側に変位することができるため、ブレード外周側端にヒンジ機構などを設けない簡単な構造にすることができるという作用を有する。
【００３５】
本発明の請求項９記載の垂直軸抗力型風車は、請求項８記載の垂直軸抗力型風車において、前記ブレードの翼弦長が、前記風車回転軸と前記ブレード外周側端までの距離の１．９倍以上かつ、風車外径の円周長を前記ブレードの枚数で除した値より短い範囲であるようにしたものであり、ブレードの曲率を変化させるだけで停止時にはパドル形、回転時にはサボニウス形を形成される。そのため低風速での起動特性を向上維持しながら回転時にはサボニウス形がもつ回転数上昇作用によって発電効率を向上できるという作用を有する。
【００３６】
本発明の請求項１０記載の垂直軸抗力型風車は、請求項５〜９いずれか記載の垂直軸抗力型風車において、風車の回転数が最大回転数となるとき、前記ブレードの内周側端の位置と隣り合うブレードの外周側端との間に形成される隙間を埋める板状の小片を取り付けるようにしたものであり、ブレードによって形成される円筒形に隙間をなくすことができるため、内側を向いているブレード風圧面に外からの風が当たるのを防ぐため、回転数の上昇を抑止する効果を高めることができるという作用を有する。
【００３７】
本発明の請求項１１記載の垂直軸抗力型風車は、請求項５〜１０のいずれか記載の垂直軸抗力型風車において、風車が停止状態から起動時に前記ブレード内周側端と隣り合うブレードとが接触する部分の通気を抑制する手段を備えるようにしたものであり、ブレードで形成されるパドル形の風圧を受ける面での空気漏れをなくせるため、自然風の風圧を最大限受け止めることができ起動特性を向上できるという作用を有する。
【００３８】
本発明の請求項１２記載の垂直軸抗力型風車は、請求項１１記載の垂直軸抗力型風車において、通気を抑制する手段として前記ブレード内周側端と隣り合うブレードとが接触する部分に前記ブレード内周側端がはまり込む形状のくぼみを備えるようにしたものであり、起動してからも回転が上昇するまでの低風速範囲において空気漏れをなくすことができるという作用を有する。
【００３９】
本発明の請求項１３記載の垂直軸抗力型風車は、請求項１１記載の垂直軸抗力型風車において、通気を抑制する手段として前記ブレード内周側端に柔軟材を備えるようにしたものであり、起動してからも回転が上昇するまでの低風速範囲において空気漏れをなくせることに加えて風がやんで回転数が低下して停止する際にブレード内周側端の位置が変位して隣り合うブレードに接触するときの衝撃を低減することができる。
【００４０】
本発明の請求項１４記載の垂直軸抗力型風車は、請求項５〜１３記載の垂直軸抗力型風車において、前記ブレードの風車回転軸方向の片側または両側端面に円形プレートを設け、前記円形プレートの外径が風車外径よりも大きく、かつ中心が前記風車軸と結合されており、前記風車回転軸と前記ブレード外周側端との連結手段を兼ねているようにしたものであり、ブレード内周位置に関係なく常時ブレード軸方向の端部から風が逃げることを防止できるため発生する抗力が増加し、起動特性ならびに発電効率ともに向上できるという作用を有する。
【００４１】
本発明の請求項１５記載の垂直軸抗力型風車は、請求項５〜１４記載の垂直軸抗力型風車において、前記風車回転軸と配置したすべての前記ブレードの内周側端との半径方向距離が同一となるようしたブレード連結部材を備えるようにしたものであり、それぞれのブレードが受ける風圧と遠心力のばらつきを平均化することができるため、回転数の変動ばらつきを抑制して安定した回転を維持することができるという作用を有する。
【００４２】
本発明の請求項１６記載の垂直軸抗力型風車は、請求項１５記載の垂直軸抗力型風車において、ブレード連結部材として、半径方向の内側から外側に渦状のガイド溝を備える円板であり、前記ブレードの内周側端に設けた突起部が前記ガイド溝にはまり回転可動な状態でブレード内周側端の位置が変位するようにしたものであり、簡単な構造でブレード内周側位置の可動範囲を大きくすることができるという作用を有する。
【００４３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の全体斜視断面図、図２は軸方向断面図、図３は起動時のブレード位置を示す軸方向断面図、図４は回転時のブレード位置を示す軸方向断面図、図５は定格回転を越えたときのブレード位置を示す軸方向断面図である。
【００４５】
全体構成として図１に示すように、垂直軸抗力型風車１は、風車回転軸２と、ブレード３と、円形プレート４と、ガイド溝１２を備えた円板形状のブレード連結部材５と、板状の小片６を備えている。図２に示すように、ブレード３は外周側端７にヒンジ穴８を備え、円形プレート４のブレード支持棒９に差し込まれて回転可動な状態で支持されている。ブレード３の内周側端１０には、軸方向に突出した突起部１１が形成され、連結手段としてのブレード連結部材５のガイド溝１２にはめ込まれ、３枚すべてのブレード３の内周側端１０の位置が同じとなるようにブレード連結部材５は円周方向に回転することが可能である。
【００４６】
ここでブレード３の外周側端７とは、風車停止時において風車回転軸２から半径方向に遠い位置にある端部、ブレード３の内周側端１０は、風車回転軸２から半径方向に近い位置にある端部のことと定義している。ブレード３の内周側端１０には風車の停止状態から起動時に隣り合うブレード３と接触する部分の通気を抑制する手段としてウレタンゴム製の柔軟材１３を貼り付けてある。
【００４７】
柔軟材の材質としてウレタンゴムを使用しているが、他のゴムやスポンジを使用してもかまわない。連結手段としてのブレード連結部材５には円周方向に抵抗力を発生するバネ材１４が取り付けられており、その抵抗力によって風車が回転していない停止状態では、ブレード３の内周側端１０が最も内側に位置し、隣り合うブレード３の風圧面１５に接触し柔軟材１３によって密着され、パドル形の受風面が形成されている。ブレード３の曲率半径はひとつの円弧で形成され、風車外径の半径と同じ１００ｍｍである。また、ブレード３の外周側端７と内周側端１０の直線距離は１３５ｍｍで、風車回転軸２とブレード３の外周側端７までの距離１００ｍｍの１．２倍以上かつ３枚のブレード３の外周側端７を結んだ３角形の辺の長さ１７５ｍｍよりも短くなっている。
【００４８】
また、ブレード３の外周側端７には風車外径の半径と同じ１００ｍｍの曲率半径をもつ板状の小片６が上下の円形プレート４間に固定されている。ブレード３の材質はポリカーボネート樹脂にガラス繊維を配合したものを使用しているが他の樹脂や金属材料を使用してもかまわない。例えばＦＲＰやＣＦＲＰ、またはアルミなど風圧を受けてもブレード３の曲率が変化しない剛性の高い材質が適している。
【００４９】
上記構成において、図３に示すとおり風が吹くと垂直軸抗力型風車１はパドル形の受風面で風を受けて概ね  １．０ｍ／ｓ〜１．５ｍ／ｓ  の低い風速で起動する。起動して回転を開始すると、図４に示すとおり、その回転数に応じてブレード３に作用する遠心力とバネ材の抵抗力のバランスによってブレード３の外周側端７が回転可動し、ブレード３の曲率は維持したままブレード３の内周側端１０の位置が外側に変位する。接触していたブレード３の内周側端と隣り合うブレード３の風圧面１５は離れてサボニウス形の受風面が形成される。
【００５０】
パドル形よりもサボニウス形のほうが同じ風速で発生する回転力が大きいため、起動時よりも発電効率は向上されて発電している。本実施例において発電が効率よく行なわれる風速は  ５ｍ／ｓ  〜１５ｍ／ｓ  であり、回転数は３００ｍｉｎ-1〜１０００ｍｉｎ-1程度の範囲である。さらに風速が高くなり、回転数が増加するとブレード３に作用する遠心力が増加し、ブレード３の内周側端１０の位置はさらに外周側端７に近い外側に変位する。
【００５１】
図５に示すとおり、定格回転数を超えるようになると、遠心力も非常に大きくなってブレード３の内周側端１０の位置は、外周側端７と同じ位置まで外側に変位し、ブレード３によって形成される断面形状は円筒形になる。このとき、板状の小片６が円筒形の隙間をふさぐ作用をする。断面形状が円筒形になると、風圧面が風を受けにくくなり、回転数が上昇しなくなる。
【００５２】
その後、風速が弱くなると、ブレード３に作用する遠心力とバネ材１４の抵抗力のバランスによってサボニウス形の受風面となり、さらに風速が低くなると、風車が停止し、ブレード３の内周側端が隣り合うブレード３の風圧面に接触してパドル形の受風面となる。このとき、風が強風から急激にやんだとしても柔軟材１３の緩衝効果によってブレード３同士が接触するときの衝撃は回避できる。
【００５３】
（実施の形態２）
図６は起動時のブレード位置を示す軸方向断面図、図７は回転時のブレード位置を示す軸方向断面図、図８は定格回転を越えたときのブレード位置を示す軸方向である。なお、実施の形態１と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５４】
図６に示すように、ブレード３は外周側端を、円形プレート４に備えた固定用レール１６に差し込まれて固定されている。風車が回転していない停止状態では、ブレード３の内周側端１０が最も内側に位置し、隣り合うブレード３の風圧面１５に加工されたくぼみ１７にはまりこんで、パドル形の受風面が形成されている。くぼみ１７は風車の停止状態から起動時に隣り合うブレード３と接触する部分の通気を抑制する手段として機能している。ブレード３の停止時における曲率半径はひとつの円弧で形成され、例えば、５６ｍｍである。
【００５５】
また、ブレード３の翼弦長は２００ｍｍであり、風車外径の半径１００ｍｍの１．９倍以上かつ円周長をブレード枚数の３で除した値２０９ｍｍより短くなっている。翼弦長が規定した範囲から外れると、起動時にパドル形状を形成できないと同時に定格回転数を超えたときに隣りあうブレードと干渉してしまう。ブレード３の材質は弾性材料であるウレタンスポンジを用いており、自立して剛性を維持できるよう板厚を大きくしているが、薄いウレタンゴムなどに周囲を金属や樹脂による枠を備えて、枠の剛性で自立させる構成でもよい。また、０．３ｍｍ程度の薄板の金属材料を用いても同じ作用を得ることができる。
【００５６】
上記構成において、風が吹くと垂直軸抗力型風車１はパドル形の受風面で風を受けて起動する。起動して回転を開始すると、図７に示すとおり、その回転数に応じてブレード３に作用する遠心力によってブレード３の曲率が大きくなるように変化してブレード３の内周側端１０の位置が外側に変位する。
【００５７】
接触していたブレード３の内周側端１０と隣り合うブレード３のくぼみ１７は離れてサボニウス形の受風面が形成される。さらに風速が高くなり、回転数が増加するとブレード３に作用する遠心力が増加し、ブレード３の曲率半径が大きくなってブレード３の内周側端１０の位置は外側に変位する。図８に示すとおり、定格回転数を超えるようになると、遠心力も非常に大きくなってブレード３の内周側端の位置は、外周側端７と同じ位置まで外側に変位し、ブレード３の曲率半径は風車外径の半径１００ｍｍと同じとなり、ブレード３によって形成される断面形状は円筒形になる。そのときの軸方向断面図を図８に示す。断面形状が円筒形になると、風圧面が風を受けにくくなり、回転数が上昇しなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１の全体斜視断面図
【図２】本発明の実施の形態１の軸方向断面図
【図３】本発明の実施の形態１の起動時のブレード位置を示す軸方向断面図
【図４】本発明の実施の形態１の回転時のブレード位置を示す軸方向断面図
【図５】本発明の実施の形態１の定格回転を越えたときのブレード位置を示す軸方向断面図
【図６】本発明の実施の形態２の起動時のブレード位置を示す軸方向断面図
【図７】本発明の実施の形態２の回転時のブレード位置を示す軸方向断面図
【図８】本発明の実施の形態２の定格回転を越えたときのブレード位置を示す軸方向断面図
【符号の説明】
【００５９】
１    垂直軸抗力型風車
２    風車回転軸
３    ブレード
４    円形プレート
５    ブレード連結部材
６    板状の小片
７    外周側端
８    ヒンジ穴
９    ブレード支持棒
１０  内周側端
１１  突起部
１２  ガイド溝
１３  柔軟材
１４  バネ材
１５  風圧面
１６  固定用レール
１７  くぼみ
【図１】
2008175176.tif 000003
【図２】
2008175176.tif 000004
【図３】
2008175176.tif 000005
【図４】
2008175176.tif 000006
【図５】
2008175176.tif 000007
【図６】
2008175176.tif 000008
【図７】
2008175176.tif 000009
【図８】
2008175176.tif 000010