(57)【要約】【課題】避雷針の設備が大型化せず、且つ設置面積を小さくできること。【解決手段】垂直軸風車１００は、回転軸１、アーム２、ブレード３と、を有する。回転軸１は二重構造であり固定軸４とその周囲に配置した回転筒５とから構成される。固定軸４は、二重管構造になっており外筒６が絶縁材料、内筒７が導電材料からなる。内筒７の上端は外筒６から上方に突出し、その先端には避雷針８が設けられる。避雷針８は、一般に、避雷針８から下方１２０度または９０度の防護範囲内に垂直軸風車１００が略全て含まれる高さとする。この垂直軸風車１００は、固定軸４を延長した格好で避雷針８を設けたので、垂直軸風車１００の傍らに別途避雷針を立てる必要がないため、発電装置の敷設面積を小さくできる。また、固定軸４を延長して避雷針８とするので、避雷針８の下方６０度の範囲内に効率的に風車を配置できるから、避雷針８の高さを抑えることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地面に対して略垂直に設けた回転軸と、
前記回転軸の外周に放射状に設けたアームによって支持された複数のブレードと、
前記回転軸の上方に設けた避雷針と、
を備えたことを特徴とする風車。
【請求項２】
地面に対して略垂直に設けられ且つ導電構造の内軸の周囲に絶縁構造を有する外軸を設けた固定軸と、
前記固定軸の周囲に設けた回転筒と、
前記内軸を上方に延長するように設けた避雷針と、
回転筒の外周に設けた複数のアームにより支持されたブレードと、
を備えたことを特徴とする風車。
【請求項３】
地面に対して略垂直の固定軸と、
前記固定軸の周囲に設けた回転筒と、
前記固定軸と前記回転筒との間に設けた発電機と、
前記固定軸の上方で且つ前記固定軸と絶縁された状態で設けた避雷針と、
前記回転筒の外周に放射状に設けた複数のアームにより支持されたブレードと、
を備えたことを特徴とする風車。
【請求項４】
地面に対して略垂直の回転軸と、
前記回転軸の外周に放射状に設けたアームによって支持された複数のブレードと、
前記ブレード、前記アームおよび前記回転軸の少なくとも一つの表面に設けた導電体と、
を備えたことを特徴とする風車。
【請求項５】
前記導電体は、前記ブレードの上端近傍および上側のアーム、ならびに前記回転軸に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の風車。
【請求項６】
前記導電体は、超伝導体であることを特徴とする請求項４に記載の風車。
【請求項７】
複数のブレードを有する風車において、
前記風車の一部または全部が導電部材により構成されており、
さらに、前記導電部材に対して電圧を印加する電圧印加手段を備えたことを特徴とする風車。
【請求項８】
複数のブレードを有する風車の、発電機を含む要素を収納したケーシング内に、大気より誘電率の低い物質を導入したことを特徴とする風車。
【請求項９】
固定軸と、
前記固定軸の周囲に設けた回転筒と、
前記固定軸と回転筒との間に設けられ且つ前記固定軸側および前記回転筒側のうち雷電流が流れる側に少なくとも絶縁体を介在させた軸受と、
前記回転筒に設けた複数のブレードと、
を備えたことを特徴とする風車。
【請求項１０】
固定軸と、
前記固定軸の周囲に設けた回転筒と、
前記固定軸と前記回転筒との間に設けられ、一部または全部が絶縁材料により構成されている軸受と、
前記回転筒に設けた複数のブレードと、
を備えたことを特徴とする風車。
【請求項１１】
回転軸と、
前記回転軸を支持するケーシングと、
前記ケーシングと前記回転軸との間に設けられ且つ前記ケーシング側および前記回転軸側のうち雷電流が流れる側に少なくとも絶縁体を介在させた軸受と、
前記回転軸に設けた複数のブレードと、
を備えたことを特徴とする風車。
【請求項１２】
一部または全部が導電部材により構成されている複数の風車と、
一つの風車には正の電圧を印加すると共に、別の風車には負の電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えたことを特徴とする風車システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、垂直軸風車などの風車の落雷に対する工夫であって、避雷針の設備が大型化せず、且つ設置面積を抑制できる風車および風車システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、従来の垂直軸風車の避雷針を示す説明図である。従来の垂直軸風車９００では、落雷事故を防止するため、垂直軸風車９００の近くに避雷針９０１を立てるようにしている。この避雷針９０１は、ワイヤ等を用いてポールを地面に立てて固定し、その上端に所定形状の避雷突針が取り付けられている。この避雷針９０１に落雷した場合、その雷電流が当該避雷針９０１を通じて大地に流される。
【０００３】
ここで、従来の垂直軸風車９００では、一般的に前記避雷針９０１の先端から下方に向けて６０度の範囲内に設置される。この範囲を逸脱して垂直軸風車９００を設置すると、当該垂直軸風車９００のブレード等に直接落雷する可能性が高まる（たとえば非特許文献１参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】
新潟県名立町、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１５年３月１８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｈｏｍｅｐａｇｅ１．ｎｉｆｔｙ．ｃｏｍ／ｃｕｂｏ／ｗｉｎｄ／ｊａｐａｎ／ｎａｄａｃｈｉ．ｈｔｍ＞
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の垂直軸風車９００では、避雷針９０１による雷の保護範囲が避雷針９０１の上端の避雷突針から下方６０度の範囲内となるため、垂直軸風車９００の全体を雷から保護しようとすると、避雷針９０１を相当高くする必要がある。または、垂直軸風車９００を囲むように３本以上の避雷針を設ける必要がある。このため、避雷針設備が大型化するという問題点がある。
【０００６】
また、垂直軸風車９００の傍らに避雷針を設けることになれば、風車のほかに避雷針９０１の設置場所が必要になるため、発電設備全体の敷設面積が広くなってしまうという問題点がある。なお、係る問題点は垂直軸風車９００のみならず、水平軸風車においても同様である。
【０００７】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、避雷針の設備が大型化せず、且つ設置面積を小さくできる風車および風車システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる風車は、地面に対して略垂直に設けた回転軸と、前記回転軸の外周に放射状に設けたアームによって支持された複数のブレードと、前記回転軸の上方に設けた避雷針と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この請求項１の発明では、回転軸の上方に避雷針を設けることで、風車の傍らに避雷針を設ける場合に比べ、設置面積を小さくできる。また、避雷突針下方６０度の範囲内に効率的に風車を配置できるので、避雷針の高さを抑えることができる。
【００１０】
また、請求項２の発明にかかる風車は、地面に対して略垂直に設けられ且つ導電構造の内軸の周囲に絶縁構造を有する外軸を設けた固定軸と、前記固定軸の周囲に設けた回転筒と、前記内軸を上方に延長するように設けた避雷針と、回転筒の外周に設けた複数のアームにより支持されたブレードと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この請求項２の発明では、内軸を上方に延長するように避雷針を設けることで、風車の傍らに避雷針を設ける場合に比べ、設置面積を小さくできる。また、避雷突針下方６０度の範囲内に効率的に風車を配置できるので、避雷針の高さを抑えることができる。避雷針に落雷した場合、雷電流は内軸を通じて地上に流れる。また、内軸は外軸により絶縁されているので、ブレードその他の部品に大電流が流れないから、これらの焼損等を防止できる。
【００１２】
なお、前記内軸を延長するように設ける場合には、内軸自体が避雷針となっているもの、内軸に避雷針を別に取り付けるものが含まれる。また、内軸の導電構造は、内軸自体が導電性の材料で構成されている場合のみならず、内軸の周囲に導電性材料を形成したものまで含まれる。同様に、外軸も、絶縁材料で構成される場合のみならず、導電性の材料表面に絶縁層を設けたもの等が含まれる。
【００１３】
また、請求項３の発明にかかる風車は、地面に対して略垂直の固定軸と、前記固定軸の周囲に設けた回転筒と、前記固定軸と前記回転筒との間に設けた発電機と、前記固定軸の上方で且つ前記固定軸と絶縁された状態で設けた避雷針と、前記回転筒の外周に放射状に設けた複数のアームにより支持されたブレードと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この請求項３の発明では、固定軸の上方に避雷針を設けることで、風車の傍らに避雷針を設ける場合に比べて、設置面積を小さくできる。また、避雷突針下方６０度の範囲内に効率的に風車を配置できるので、避雷針の高さを抑えることができる。なお、固定軸と絶縁状態の避雷針は、電線等によって接地される。
【００１５】
また、請求項４の発明にかかる風車は、地面に対して略垂直の回転軸と、前記回転軸の外周に放射状に設けたアームによって支持された複数のブレードと、前記ブレード、前記アームおよび前記回転軸の少なくとも一つの表面に設けた導電体と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この請求項４の発明では、ブレード、アームおよび回転軸のいずれかに導電体を設けることで、落雷があっても表面の導電体を通じて地面に電流を流すことができる。なお、導電体と地上との接地は、ブラシや電線等を用いて適宜行えばよい。
【００１７】
また、請求項５の発明にかかる風車は、請求項４に記載の発明において、前記導電体は、前記ブレードの上端近傍および上側のアーム、ならびに前記回転軸に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
この請求項５の発明では、導電体を上方に設けることで、他の部分に落雷するのを防止すると共に、遠心力による曲げモーメントがブレードに作用しにくいように、当該ブレードの上端近傍に導電体を設け、上側のアームおよび回転軸に設けた導電体により雷電流を流すようにしている。
【００１９】
また、請求項６の発明にかかる風車は、請求項４に記載の発明において、前記導電体は、超伝導体であることとしてもよい。
【００２０】
また、請求項７の発明にかかる風車は、前記風車の一部または全部が導電部材により構成されており、さらに、前記導電部材に対して電圧を印加する電圧印加手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この請求項７の発明では、電圧を印加することで周囲よりも電圧を高く保持し、落雷しないようにする。なお、導電部材は風車のいずれの部分でもよい。例えば、グラスファイバーのブレードの表面に導電体を設けたものも含まれる。また、風車の形式は、垂直軸風車でも水平軸風車でもよい。
【００２２】
また、請求項８の発明にかかる風車は、複数のブレードを有する風車の、発電機を含む要素を収納したケーシング内に、大気より誘電率の低い物質を導入したことを特徴とする。
【００２３】
この請求項８の発明では、ケーシング内に大気より誘電率の低い物質を導入することで、発電機などの要素に電流が流れるのを防止できる。また、風車の形式は、垂直軸風車でも水平軸風車でもよい。
【００２４】
また、請求項９の発明にかかる風車は、固定軸と、前記固定軸の周囲に設けた回転筒と、前記固定軸と回転筒との間に設けられ且つ前記固定軸側および前記回転筒側のうち雷電流が流れる側に少なくとも絶縁体を介在させた軸受と、前記回転筒に設けた複数のブレードと、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
この請求項９の発明では、固定軸側および回転筒側のうち雷電流が流れる側に少なくとも絶縁体を介在させることで、軸受の焼損を防止すると共に雷電流が流れない側の風車要素を保護できる。
【００２６】
また、請求項１０の発明にかかる風車は、固定軸と、前記固定軸の周囲に設けた回転筒と、前記固定軸と前記回転筒との間に設けられ、一部または全部が絶縁材料により構成されている軸受と、前記回転筒に設けた複数のブレードと、を備えたことを特徴とする。
【００２７】
さらに、請求項１１の発明にかかる風車は、回転軸と、前記回転軸を支持するケーシングと、前記ケーシングと前記回転軸との間に設けられ且つ前記ケーシング側および前記回転軸側のうち雷電流が流れる側に少なくとも絶縁体を介在させた軸受と、前記回転軸に設けた複数のブレードと、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１２の発明にかかる風車システムは、一部または全部が導電部材により構成されている複数の風車と、一つの風車には正の電圧を印加すると共に、別の風車には負の電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２９】
この請求項１２の発明では、一つの風車には正の電圧を印加すると共に、別の風車には負の電圧を印加することで、正負いずれの雷があった場合でも、一方側（例えば正電圧を印加した風車のみ）の風車を保護できる。換言すれば、他方の風車は一方側の風車の犠牲になって落雷を受けることになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる風車および風車システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係る垂直軸風車を示す断面図である。この垂直軸風車１００は、所謂直線翼ダリウス形風車であり、回転軸１と、この回転軸１から放射状に且つ上下位置に設けた複数のアーム２と、このアーム２により支持されたブレード３とを有する。
【００３２】
回転軸１は二重構造であり、固定軸４とその周囲に配置した回転筒５とから構成される。回転筒５の外側上下位置には、前記アーム２が取り付けられている。前記回転筒５、アーム２およびブレード３は、グラスファイバー（ＧＦＲＰ）やカーボンファイバー（ＣＦＲＰ）などのプラスチックを主材料として構成されている。
【００３３】
固定軸４は、二重管構造になっており、外筒６が絶縁材料からなり、内筒７が導電材料からなる。具体的には、外筒６はグラスファイバー製であり、内筒７はアルミニウムや銅製である。この内筒７の上端は、外筒６から上方に突出しており、その先端には避雷針８が設けられている。回転筒５と外筒６との間であってそれらの上端にはラビリンスシール１３が設けられている。
【００３４】
また、内筒７はその下端が地上に接地されている。また、前記避雷針８から下方９０度または１２０度の範囲内に前記垂直軸風車１００が略全て含まれるように、換言すれば避雷針８を頂点とした９０度または１２０度の円錐内に前記垂直軸風車１００が略全て含まれるように、前記避雷針８の高さを決定しておく。
【００３５】
このように、避雷針８を頂点とした９０度または１２０度の円錐内に前記垂直軸風車１００が略全て含まれるように配置することで、雷は確実に避雷針８に落ちることになり、垂直軸風車１００のブレード３等の構成要素に落ちることがなくなる。また、前記回転筒５と、固定軸４の外筒６との間には、軸受としてのベアリング９が介在している。また、前記回転軸１の下方には、発電機１０を内装したケーシング１１が設けられている。前記回転筒５の下端には、複数のギアで構成した加速機１２が設けられており、更に加速機１２には発電機１０が接続されている。
【００３６】
この垂直軸風車１００は、前記固定軸４を延長した格好で避雷針８を設けたので、まず垂直軸風車１００の傍らに別途避雷針を立てる必要がないため、発電装置の敷設面積を小さくできる。次に、固定軸４を延長して避雷針８とするので、避雷針８の下方９０度または１２０度の範囲内に効率的に風車を配置できる。このため、避雷針８の高さを抑えることができる。
【００３７】
この他、固定軸４を二重構造とし、外筒６を絶縁材料で構成することで、内筒７が避雷針８となりこれに通電しても雷電流がブレード３側に流れることがない。このため、ブレード３や軸受９等の破損が生じない。また、ブレード３に落雷用の導電材料を設ける風車もあるが、そのような風車は、通常回転軸から固定軸に電気を流すとき、スリップリングやブラシを介して行わなければならず、大電流への対応が困難であった。これに対して、この発明の垂直軸風車１００は、固定軸４から直接電流を地上に流すので、雷電流のような大電流に対応できる。
【００３８】
図２は、上記垂直軸風車の変形例を示す断面図である。この垂直軸風車１５０は、所謂アウターロータ形の垂直軸風車であり、具体的には、回転軸１５１の固定軸１５４の先端部に避雷針８が設けられており、この避雷針８は絶縁体１５２を介して当該固定軸１５４に取り付けられている。避雷針８は電線１５３により地面に接地している。また、固定軸１５４の周囲には回転筒５が設けられている。この固定軸１５４と回転筒５との間には、ベアリング９が配置されている。
【００３９】
更に、回転筒５の外周には放射状にアーム２が設けられ、当該アーム２によりブレード３の上下が支持されている。アーム２およびブレード３は、グラスファイバー（ＧＦＲＰ）やカーボンファイバー（ＣＦＲＰ）などのプラスチックを主材料として構成されている。
【００４０】
このアウターロータ形の垂直軸風車１５０の場合でも、上記実施の形態１と同様、避雷針８を前記固定軸１５１を延長した格好で設けたので、まず垂直軸風車１５０の傍らに別途避雷針を立てる必要がなく、発電装置の敷設面積を小さくできる。次に、固定軸１５４の上端に避雷針８を設けるので、避雷針８の下方９０度または１２０度の範囲内に効率的に風車を配置できる。このため、避雷針８の高さを抑えることができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２に係る垂直軸風車を示す断面図である。この垂直軸風車２００は、所謂アウターロータ形の垂直軸風車であり、具体的には、固定軸２０１の先端部に避雷針２０２が設けられており、この避雷針２０２は絶縁体２０３を介して当該固定軸２０１に取り付けられている。避雷針２０２は電線２０４により地面に接地している。
【００４２】
次に、この固定軸２０１には、コイル２０５が設けられている。なお、絶縁体２０３を固定軸２０１の上方に設けることで、前記コイル２０５の中心を電流が貫通してコイル２０５に誘導電流が発生するのが防止される。また、固定軸２０１の周囲には回転筒２０６が設けられている。この固定軸２０１と回転筒２０６との間には、ベアリング２０７が配置されている。回転筒２０６と固定軸２０１との間には、ラビリンスシール２１３が設けられている。
【００４３】
また、回転筒２０６の内側面であって前記コイル２０５の対向面には、永久磁石２０８が配置されている。更に、回転筒２０６の外周には放射状にアーム２０９が設けられ、当該アーム２０９によりブレード２１０の上下が支持されている。アーム２０９およびブレード２１０は、グラスファイバー（ＧＦＲＰ）やカーボンファイバー（ＣＦＲＰ）などのプラスチックを主材料として構成されている。
【００４４】
このアウターロータ形の垂直軸風車２００の場合でも、上記実施の形態１と同様、避雷針２０２を前記固定軸２０１を延長した格好で設けたので、まず垂直軸風車２００の傍らに別途避雷針を立てる必要がなく、発電装置の敷設面積を小さくできる。次に、固定軸２０１の上端に避雷針２０２を設けるので、避雷針２０２の下方９０度または１２０度の範囲内に効率的に風車を配置できる。このため、避雷針２０２の高さを抑えることができる。
【００４５】
また、図示省略するが、上記アウターロータ形の垂直軸風車２００において前記固定軸２０１を実施の形態１に示したような二重構造としても良い。即ち、避雷針２０２が固定軸２０１の中心を貫通して地面に接地し、雷電流を直接大地に流すようにしても良い。その際、固定軸２０１はグラスファイバー等の絶縁材料により構成する。
【００４６】
（実施の形態３）
図４は、この発明の実施の形態３に係る垂直軸風車を示す断面図である。この垂直軸風車３００は、回転軸３０１と、この回転軸３０１から放射状に且つ上下位置に設けた複数のアーム２と、このアーム２により支持されたブレード３とを有する。回転筒５の外側上下位置には、前記アーム２が取り付けられている。前記アーム２およびブレード３は、グラスファイバー製である。回転軸３０１は、固定軸３０２と回転筒５とから構成されている。
【００４７】
また、前記回転筒５と、固定軸３０２との間には、軸受としてのベアリング９が介在している。また、前記回転軸３０１の下方には、発電機１０を内装したケーシング１１が設けられている。前記回転筒５の下端には、複数のギアで構成した加速機１２が設けられており、更に加速機１２には発電機１０が接続されている。
【００４８】
また、この垂直軸風車３００のブレード３およびアーム２には、導電体板３０４が設けられている。この導電体板３０４はアルミニウム又は銅からなり、落雷時に大電流を流せるだけの厚さを有する。また、導電体板３０４は、図５（ａ）に示すように、ブレード３の上端近傍３ａおよび上側のアーム２、並びに回転筒５に設けるようにしても良い（斜線ハッチング部分）。この図５（ａ）の構成は、導電体板３０４を回転筒５に主に設ける一方で、ブレード３に設ける導電体板３０４の量を少なくしているので、遠心力に起因したブレード３に加わる曲げモーメントを低く抑えることができる。
【００４９】
また、図５（ｂ）に示すように、ブレード３全体および下方のアーム２並びに回転筒５の下方５ａのみであってもよい（斜線ハッチング部分）。即ち、風車全体に導電体板３０４を設ける必要はなく、必要な部分に設けるようにするのが好ましく、特に導電体板３０４は、ブレード３、アーム２および回転筒５の高いところに主に設けるのが好ましい。更に、落雷時に導電体板３０４に流れる電流が大きくなる部分を、その他の部分に比べて厚くするようにしても良い（図示省略）。
【００５０】
また、図４に戻り、回転筒５の下方内側には、当該回転筒５に接触するブラシ３０３が設けられている。このブラシ３０３により回転筒５に流れる電流を地上に流す。なお、図示しないが回転筒５内にリングを設け、このリングにブラシを接触させるようにして、スリップリングを形成しても良い。
【００５１】
このように、導電体板３０４をブレード３、アーム２および回転筒５に形成することで、落雷時の電流を地面に流すことができるため、風車構造部材の損傷を防止できる。また、避雷針は不要である。なお、本発明は、垂直軸風車３００のみならず水平軸風車にも応用できる。即ち、ブレード全体または一部に導電体板を形成し、ナセル内に設けたスリップリングから電流を取り出し、地上に流すようにすればよい（図示省略）。また、前記導電体板３０４は、セラミックス系材料からなる超伝導材料であっても良い。
【００５２】
図６は、実施の形態３に係る垂直軸風車の変形例を示す側面図である。この垂直軸風車３５０は、上記同様にブレード３に導電体板３５４を貼り付けた構成であるが、所謂アウターロータ形の垂直軸風車ではなく、固定軸３５１から回転軸３５２が突出し、この回転軸３５２の外周に設けたアーム２によりブレード３を支持する構成である。具体的には、ブレード３の上端近傍３ａおよび上側のアーム２、並びに回転軸３５２に設けるようにする。係る構成では、導電体板を回転軸に主に設ける一方でブレードに設ける導電体板の量を少なくしているので、遠心力に起因したブレードに加わる曲げモーメントを低く抑えることができる。
【００５３】
このように、垂直軸風車のブレードに対して導電体板を貼り付けることで、上記同様、導電体板をブレード、アームおよび回転軸に形成することで、落雷時の電流を地面に流すことができるため、風車構造部材の損傷を防止できる。
【００５４】
（実施の形態４）
図７は、この発明の実施の形態４に係る垂直軸風車システムを示す構成図である。この垂直軸風車システム４００は、電圧を高くして落雷を防止するため、複数の垂直軸風車４５０ａ，４５０ｂに電圧を印加するものである。各垂直軸風車４５０は、電圧印加装置４０１に接続されている。また、各垂直軸風車４５０は、風車全体あるいはブレードや回転軸等に導電体を設けた構成である（例えば実施の形態３の垂直軸風車を参照）。
【００５５】
この電圧印加装置４０１は、各垂直軸風車４５０に正負の電圧を印加すると共に、その印加電圧の制御を行う。また、雷は地上からのものもあり、正負の判別を瞬時に行うのはきわめて困難であるため、ある一つの垂直軸風車４５０ａには正の電圧を印加すると共に、別の垂直軸風車４５０ｂには負の電圧を印加するようにする。
【００５６】
印加電圧は１００Ｖから４００Ｖ程度である。また、導電部材を用いており落雷の可能性があるなら、当該導電部材に電圧を印加するようにする。例えば、ブレードおよびアームが導電部材により構成されていれば、その両方に電圧を印加する。以上の構成によれば、正電圧を印加した垂直軸風車４５０ａに落雷が発生しても、負電圧を印加した垂直軸風車４５０ｂには落雷が生じない。
【００５７】
このため、いずれかの垂直軸風車４５０ａが落雷による犠牲になっても、そのほかの垂直軸風車４５０ｂへの落雷は防止できる。なお、天候等の諸条件によっていずれの雷が発生するか傾向がわかる場合は、正または負の垂直軸風車４５０の数を増やして対応するようにしても良い。なお、本発明の構成は垂直軸風車のみならず水平軸風車に適用できることはいうまでもない。
【００５８】
（実施の形態５）
図８は、この発明の実施の形態５に係る垂直軸風車を示す断面図である。この垂直軸風車５００は、実施の形態１に示した垂直軸風車１００と略同様の構成であるが、ケーシング１１内にパージガスを導入するようにした点が異なる。その他の構成は、実施の形態１と同様であるからその説明を省略し同一構成要素には同一符号を付する。ケーシング１１内には加速機１２や発電機１０が収納されており、これらに電流が流れないようにするため、ケーシング１１内部に誘電率の低い物質を導入する。
【００５９】
例えば、不活性ガスポンプ５０１からケーシング１１の導入口５０２よりアルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスを導入する。回転筒５の外面とケーシング１１との間には、シール５０４が設けられている。また、回転筒５の内面と固定軸４との間にも、シール５０５が設けられている。
【００６０】
なお、ケーシング１１の隙間から不活性ガスが漏れるため、少量ずつ不活性ガスタンク５０１から不活性ガスをケーシング１１内に導入するのが好ましい。以上のようにすれば、避雷針８に落雷があった場合でも、ケーシング１１内の発電機等の部品に電流が流れることがないため、これらに損傷を与えることがない。なお、固定軸４と回転筒５との間に不活性ガスを導入するようにしてもよい（図示省略）。また、本発明は、水平軸風車にも適用できる。具体的には、水平軸風車のナセル内にパージガスとして不活性ガスを導入するようにすればよい（図示省略）。
【００６１】
図９は、この実施の形態５に係る垂直軸風車の変形例を示す断面図である。この垂直軸風車５５０は、図９（ａ）に示すように固定軸５５１内に発電機５５２および増速ギア５５３を内蔵し、この固定軸５５１から回転軸５５４を突出させたものである。回転軸５５４の外周には、複数のアーム２が放射状に設けられ、当該アーム２によりブレード３が支持されている。固定軸５５１と回転軸５５４との間には、シール５５５が設けられている。また、固定軸５５１のケーシング５５１ａ下方には不活性ガスを導入するガス導入口５５６が設けられている。このガス導入口５５６には、不活性ガスポンプ５５７が設けられている。
【００６２】
不活性ガスポンプ５５７からの不活性ガスは、固定軸５５１のケーシング５５１ａの下方から内部に充満される。また、シール５５５部分から若干外部に不活性ガスが漏れるため、不活性ガスポンプ５５７により常に不活性ガスを固定軸５５１内に微量供給する。このようにすれば、垂直軸風車５５０自体に落雷があった場合でも、固定軸５５１内の発電機５５２等の部品に電流が流れることがないため、これらに損傷を与えることがない。
【００６３】
また、上記図９（ａ）に示した垂直軸風車５５０に避雷針５５８を装着する場合、図９（ｂ）に示すように、回転軸５５４の上端に絶縁体５５９Ａを介して避雷針５５８を取り付ければよい。また、その場合は、回転軸５５４に絶縁体５５９Ｂを介してスリップリング５６０を設け、避雷針５５８とリング５６１とをケーブル５６３で接続すると共に、ブラシ５６２に接続した電線５６４を接地するようにする。
【００６４】
（実施の形態６）
図１０は、この発明の実施の形態６に係る垂直軸風車を示す構成図である。この垂直軸風車６００は、回転軸６０１と、この回転軸６０１から放射状に且つ上下位置に設けた複数のアーム２と、このアーム２により支持されたブレード３とを有する。回転軸６０１は二重構造であり、固定軸６０２とその周囲に配置した回転筒５とから構成される。回転筒５の外側上下位置には、前記アーム２が取り付けられている。前記アーム２およびブレード３は、グラスファイバー製である。
【００６５】
固定軸６０２はアルミニウムや銅等の導電材料からなり、その上端には避雷針８が取り付けられている。一方、固定軸６０２の下端は地面に接地している。また、前記避雷針８から下方９０度または１２０度の範囲内に前記垂直軸風車６００が略全て含まれるように、換言すれば避雷針８を頂点とした９０度または１２０度の円錐内に前記垂直軸風車６００が略全て含まれるように、前記避雷針８の高さを決定しておく。避雷針８を頂点とした９０度または１２０度の円錐内に前記垂直軸風車が略全て含まれるように配置することで、落雷は確実に避雷針８に落ちることになり、風車のブレード３等の構成要素に落ちることがなくなる。
【００６６】
前記回転筒５と固定軸６０２との間には、軸受であるベアリング６５０が介在している。また、前記回転軸６０１の下方には、発電機１０を内装したケーシング１１が設けられている。前記回転筒５の下端には、複数のギアで構成した加速機１２が設けられており、更に加速機１２には発電機１０が接続されている。回転筒５の外面とケーシング１１との間には、シール５０４が設けられている。また、回転筒５の内面と固定軸４との間にも、シール５０５が設けられている。
【００６７】
図１１は、実施の形態６に係る垂直軸風車の軸受構造を示す断面図である。この垂直軸風車６００の軸受構造では、図１１（ａ）に示すように、ベアリング６５０の内輪を固定軸側に嵌め、回転筒５には絶縁体からなるリング６５１を介して外輪を嵌めいれるようにする。これにより、落雷があっても、固定軸６０２のみに大電流が流れ、ベアリング６５０およびブレード３側に大電流が流れることはない。このため、ベアリング６５０の焼損を防止できると共に、落雷からブレード３やアーム２を保護できる。
【００６８】
また、図１１（ｂ）に示すように、ベアリング６５０の内輪と固定軸６０２との間に絶縁体のリング６５２を設けてもよいし、図示しないがベアリング６５０の外輪と回転筒５との間、およびベアリング６５０の内輪と固定軸６０２との間の両方に絶縁体のリング６５１，６５２を設けてもよい。また、図１１（ｃ）に示すように、ベアリング６６０を構成する内輪、外輪およびボール（ころ又はローラ）のいずれか又は全部をセラミックス等の絶縁体で製作し、絶縁効果を持たせても良い。また、本発明は、水平軸風車にも適用できることは言うまでもない。
【００６９】
以上のことから、この垂直軸風車６００は、絶縁機能を有する軸受構造としたことで、当該軸受の損傷を防止できる。また、傍らに別途避雷針を立てる必要がなく、発電装置の敷設面積を小さくできる。更に、固定軸６０２を利用して避雷針８とするので、避雷針８の下方９０度又は１２０度の範囲内に効率的に風車を配置でき、避雷針８の高さを抑えることができる。
【００７０】
また、上記垂直軸風車６００では固定軸６０２の周囲に回転筒５を設けたが、中心に回転軸を設けて当該回転軸を支持する軸受を設けた構成であっても、上記絶縁構造を適用できる。即ち、上記図９（ｂ）に示したような垂直軸風車では、避雷針に落雷した場合、雷電流は避雷針５５８、ケーブル５６３、リング５６１、ブラシ５６２、電線５６４の順番に流れるが、避雷針５５８に落雷しなかった場合や、避雷針５５８が取り付けられていない場合（図９（ａ）の場合）、アーム２、ブレード３、回転軸５５４に雷電流が流れることになる。係る場合、導通用のブラシ５６２とリング５６１を装着していても、回転軸５５４から軸受５５５を通じて固定軸５５１のケーシング５５１ａに大電流が流れ、ときには軸受５５５が焼損したり、内部の電気部品が破損する場合がある。
【００７１】
そこで、図１２に示すように、回転軸６７０とケーシング６７１との間にベアリング６７２を設け、このベアリング６７２の内輪と回転軸６７０との間（図１２（ａ））またはベアリング６７２の外輪とケーシング６７２との間（図１２（ｂ））に絶縁体のリング６７３，６７４を介在させる。また、回転軸６７０は、スリップリング６７５により地上に接地される。
【００７２】
また、図９に示した垂直軸風車では、回転軸５５４側にアーム２およびブレード３が取り付けられるため、ブレード３に落ちた雷電流は回転軸５５４に流れる。そして、前記絶縁体のリング６７３，６７４により、雷電流がケーシング５５１ａに流れることはない。このため、ケーシング５５１ａ内の電気部品が損傷したり、ベアリング６７２が焼損することを防止できる。
【００７３】
また、ベアリング６７２を構成する内輪、外輪およびボールのいずれか又は全部をセラミックス等の絶縁体で製作し、絶縁効果を持たせても良い（図示省略）。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の風車および風車システムによれば、避雷針の設備を小型化でき、且つ避雷針を含めた風車の設置面積を小さくできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る垂直軸風車を示す断面図である。
【図２】図１に示した垂直軸風車の変形例を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る垂直軸風車を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る垂直軸風車を示す断面図である。
【図５】図４に示したブレードの導電体のパターン例を示す説明図である。
【図６】実施の形態３に係る垂直軸風車の変形例を示す側面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る垂直軸風車システムを示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る垂直軸風車を示す断面図である。
【図９】この実施の形態５に係る垂直軸風車の変形例を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係る垂直軸風車を示す構成図である。
【図１１】実施の形態６に係る垂直軸風車の軸受構造を示す断面図である。
【図１２】実施の形態６に係る垂直軸風車の軸受構造を示す断面図である。
【図１３】従来の垂直軸風車の避雷針を示す説明図である。
【符号の説明】
１００  垂直軸風車
１  回転軸
２  アーム
３  ブレード
４  固定軸
５  回転筒
６  外筒
７  内筒
８  避雷針
９  ベアリング
１０  発電機
１１  ケーシング
１２  加速機
【図１】
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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】
2004300967.tif 000008
【図７】
2004300967.tif 000009
【図８】
2004300967.tif 000010
【図９】
2004300967.tif 000011
【図１０】
2004300967.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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