(57)【要約】【課題】一つの羽根に２つの抗力機能（風を受けて回転力に変換する力）を持たせ、主たる羽根を効率的に回転させること。【解決手段】軸受け機能を有する支持体に垂直に設けられた回転軸と、この回転軸の上方鍔部に上端部が固定され、一方、上端部の固定位置に対して回転軸の周方向に多少ねじった状態で、かつ、周方向にずらした固定位置になるように垂直回転軸の下方鍔部に下端部が固定されたブーメラン形状の複数枚の主たる羽根とから成り、主たる羽根は、斜め外方向に向かって湾曲状に形成され、かつ、回転軸の上方〜全周方向からの風を受けて抗力の機能を発揮する上羽根部と、この上羽根部に上端が連設すると共に、斜め外方向に向かって湾曲状に形成され、かつ、下方からの風を受けて抗力の機能を発揮する下羽根部とを有する垂直軸型風車装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受け機能を有する支持体に垂直に設けられた回転軸と、この回転軸の上方鍔部に上端部が固定され、一方、前記上端部の固定位置に対して回転軸の周方向に多少ねじった状態で、かつ、周方向にずらした固定位置になるように垂直回転軸の下方鍔部に下端部が固定されたブーメラン形状の複数枚の主たる羽根とから成り、前記主たる羽根は、斜め外方向に向かって湾曲状に形成され、かつ、回転軸の上方〜全周方向からの風を受けて抗力の機能を発揮する上羽根部と、この上羽根部に上端が連設すると共に、斜め外方向に向かって湾曲状に形成され、かつ、下方からの風を受けて抗力の機能を発揮する下羽根部とを有することを特徴とする垂直軸型風車装置。
【請求項２】
請求項１に於いて、上羽根部及び下羽根部は、それぞれ上端部から各下端部に至るにしたがって次第に幅広に形成されていると共に、それぞれの傾斜する平面視Ｖ字状の一辺は、反対側の各他辺よりも短いことを特徴とする垂直軸型風車装置。
【請求項３】
請求項１に於いて、Ｎ極同士又はＳ極同士がそれぞれ極性に対応して反発し合う上下一対の永久磁性体８，１１が、回転軸の下端部と、第１支持体にそれぞれ固定されていることを特徴とする垂直軸型風車装置。
【請求項４】
請求項１に於いて、回転軸の主たる羽根よりも下方の部位に、下方からの風を受けて抗力の機能を発揮する主たる羽根の自己起動用補助羽根が複数枚設けられていることを特徴とする垂直軸型風車装置。
【請求項５】
請求項１に於いて、補助羽根と主たる羽根との間には、減速機が介在していることを特徴とする垂直軸型風車装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項５に於いて、回転軸は、主たる羽根を備えた上方回転軸と、主たる羽根の自己起動用補助羽根を備えた下方回転軸とから成り、両方の回転軸は、協働回転後に下方磁性体に対して反発する上方磁性体を有する分離手段を介して分離することを特徴とする垂直軸型風車装置。
【請求項７】
請求項６に於いて、分離手段は、電気的に接続する制御手段に制御され、該制御手段は、回転軸の回転数を検知する検知信号に基づき、回転軸の回転数要素をパラメータとする制御プログラム４２ａを格納する記憶部４２にアクセスし、タイマー回路４３が作動している間だけ前記分離手段３３に給電することを特徴とする垂直軸型風車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直回転軸に複数枚の羽根を備えた垂直軸型風車装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
出願人は、先行技術文献情報の開示義務として、特開平１０−１１０６６６号公報を記載する。この公報に記載されているダリウス型風車装置は、垂直に設けた回転軸と、この回転軸に取付けた複数枚の縦向きの羽根とを有するダリウス型風車装置が記載されている。この風車装置の羽根の上下端部は、回転軸の回転方向に沿って多少捩じれた状態で該回転軸に固定されている。
【０００３】
上記実施例の羽根は、揚力を得ることを目的としているが、一つの羽根に２以上の抗力機能を付与することができない形状なので、回転軸の全周方向及び下方から上方に向かう風を十分に受けることが出来ないという問題点があった。
【０００４】
なお、出願人は、開示義務として、特開２０００−１９９４７２号公報も記載する。この公報には「羽根の外辺端の上と下をそれぞれ９０度の変位に保持し、回転軸に対する全方向からの風を、抗力（回転力）及び揚力（浮上力）の力として回転運動に転化する垂直軸型風力原動装置」が記載されている。この公報には、一つの羽根に２以上の抗力機能を持たせることができる旨、回転軸を浮上させることができる旨等の内容が開示されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の垂直軸型風車装置は、以上のような従来の問題点に鑑み、第１の目的は、一つの羽根が、上方向からの風と下方向からの風（例えばビルの上昇気流、空調機の排気風など）とを効率良く受けることができること。換言すれば、一つの羽根に２つの抗力機能（風を受けて回転力に変換する力）を持たせること。第２の目的は、回転軸を支承する支持体による回転抵抗を極力少なくすること。第３の目的は、主たる羽根に対して自己起動性を促すことができること。第４の目的は、ビルディングの躯体から突出するように設けた水平延長梁等に簡単に設置することができること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の垂直軸型風車装置は、軸受け機能を有する支持体に垂直に設けられた回転軸と、この回転軸の上方鍔部に上端部が固定され、一方、前記上端部の固定位置に対して回転軸の周方向に多少ねじった状態で、かつ、周方向にずらした固定位置になるように垂直回転軸の下方鍔部に下端部が固定されたブーメラン形状の複数枚の主たる羽根とから成り、前記主たる羽根は、斜め外方向に向かって湾曲状に形成され、かつ、回転軸の上方〜全周方向からの風を受けて抗力の機能を発揮する上羽根部と、この上羽根部に上端が連設すると共に、斜め外方向に向かって湾曲状に形成され、かつ、下方からの風を受けて抗力の機能を発揮する下羽根部とを有することを特徴とする。
【０００７】
上記構成に於いて、上羽根部及び下羽根部は、それぞれ上端部から各下端部に至るにしたがって次第に幅広に形成されていると共に、それぞれの傾斜する平面視Ｖ字状の一辺は、反対側の各他辺よりも短いことを特徴とする。また、極性に対応して反発し合う上下一対の永久磁性体８，１１が、回転軸の下端部と、第１支持体にそれぞれ固定されていることを特徴とする。さらに、回転軸の主たる羽根よりも下方の部位に主たる羽根の自己起動用補助羽根が複数枚設けられていることを特徴とする。
【０００８】
加えて、回転軸は、主たる羽根を備えた上方回転軸と、主たる羽根の自己起動用補助羽根を備えた下方回転軸とから成り、両方の回転軸は、協働回転後に下方磁性体に対して反発する上方磁性体を有する分離手段を介して分離する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１乃至図６は、本発明の第１実施例の風車装置Ｘを示す。１はビルディングの躯体から突出するように設けた水平延長梁、空調機が設置された比較的風の受け易い場所の床面、トンネルの出入口など上昇気流の受け易い場所の設置物である。本実施例では、ビルディングの躯体から突出する水平延長梁１である。
【００１０】
２は上昇気流の受け易い場所１の上面に固定的に設置され、かつ、軸受け機能を有する第１の支持体である。この第１の支持体２は、例えば内部に軸受け３を有する支持箱が用いられている。なお、支持体２は単なる支持箱ではなく、発電機或いは発電用機械装置であっても良い。この場合支持体２内に挿入された回転軸は回転子の機能を有することになる。
【００１１】
そこで、４は支持箱２に垂直に設けられた回転軸である。この回転軸４は比較的長い棒状体、例えば３〜６メートル程度の垂直回転軸が用いられている。回転軸４は、支持箱２からの回転抵抗を極力少なくするように浮上手段５を介して多少浮上している。
【００１２】
図２は回転軸４用の浮上手段５の一例である。すなわち、６は支持箱２の内壁底面の中央部に固定された固定円板で、この固定円板６の上面に形成された嵌合凹所７には、固定磁石８が設けられている。一方、９は回転軸４の下端部４ａに固定された可動円板で、この可動円板の下面にも嵌合凹所１０が形成され、該嵌合凹所１０には前記固定磁石８の極性に対応して反発（浮上）する可動磁石１１が設けられている。浮上手段５は、このようにＮ極同士又はＳ極同士がそれぞれ極性に対応して反発し合う上下一対の永久磁性体８，１１が用いられている。
【００１３】
１２は支持箱２から柱状に突出した回転軸４の上端部４ｂを軸支するフレーム状の第２支持体である。この第２支持体１２は、第１支持体２の適宜箇所に固定された下部水平アーム１２ａと、この水平アームの突出端部から上方に伸びる垂直アーム１２ｂと、この垂直アームから回転軸方向へ延びる上部水平アーム１２ｃとから成り、前記上部アーム１２ｃの軸受けを有する一端部が回転軸４の上端部４ｂを支承している。
【００１４】
次に、１５は回転軸４の上方鍔部１６に上端部が固定され、一方、前記上端部の固定位置に対して回転軸４の周方向にずれた固定位置になるように回転軸の下方鍔部１７に下端部が固定されたブーメラン形状の複数枚の主たる羽根である。
【００１５】
前記上方鍔部１６は、本実施例では、下方鍔部１７よりも半径が多少小さい。小径の上方鍔部１６の周面には各羽根１５の上端部が、一方、大径の下方鍔部の上面には各羽根１４の下端部がそれぞれ周方向に等しい間隔を有して、かつ、多少ねじれた格好で固定されている。各羽根１５は同一構成なので、図３〜図５を参照にして一つの羽根（ここでは「主たる羽根」という。）１５を説明する。
【００１６】
この主たる羽根１５は、斜め外方向に向かって湾曲状に形成され、かつ、回転軸４の上方〜全周方向からの風を受けて抗力の機能を発揮する上羽根部１８と、この上羽根部１８に上端が連設すると共に、斜め外方向に向かって湾曲状に形成され、かつ、下方からの風を受けて抗力の機能を発揮する下羽根部１９とを有する。したがって、本実施例の羽根１５は、一つの羽根に２以上の抗力の発生する部分が存在する。
【００１７】
しかして、上羽根部１８及び下羽根部１９は、それぞれ上端部１８ａ，１９ａから各下端部１８ｂ，１９ｂに至るにしたがって次第に幅広に形成されていると共に、それぞれの傾斜する一辺１８ｃ，１９ｃは、反対側の各他辺１８ｄ，１９ｄよりも短い。
【００１８】
ここで、図３を基準にして上下の鍔部１６，１７に対する各羽根（本実施例では３枚）１５の各端部の取付け態様に関して説明する。上羽根部１８の各上端部１８ａは、上方鍔部１６の周壁部１６ａに回転軸４の中心から略１２０度の間隔を有してそれぞれ固定されている。
【００１９】
これに対して、下羽根部１９の各下端部１９ｂは、下方鍔部１７の周壁部１７ａに対して回転軸４の中心から略１２０度の間隔を有してそれぞれ固定され、かつ、羽根１５の中心部を折り返えした格好で上羽根部１８の各上端部１８ａの固定部位よりも鍔部の周方向に略１１０度ずれており、かつ、多少ねじれた格好で固定されている。
【００２０】
この点について補足説明すると、例えば、羽根１５の上羽根部１８の一辺１８ａと下羽根部１９の一辺１９ａ及び上羽根部１８の他辺１８ｂと下羽根部の他辺１９ｂは、平面視、それぞれ「Ｖ字状」に見える。このように各羽根１５の上下端部は、一辺が「く」の字状、又は「ブーメラン形状」になるようにそれぞれ所定角度ねじった態様で上下の鍔部１６，１７に固定されている。
【００２１】
図６を参照について作用について説明する。回転軸４は浮上した状態で第１及び第２支持体２，１２の各軸受けに軸支されている。
【００２２】
そこで、例えば矢印Ａの上昇気流が発生すると、この風は各羽根１５の下羽根部１９の外側湾曲面２１に当たる。また、矢印Ｂの左右・前後の横風乃至矢印Ｃの上方からの風（斜め上方も含む）が発生すると、この風は各羽根１５の上羽根部１８の外側湾曲面２２に当たる。
【００２３】
したがって、本発明の各羽根１５は、全方向から風を上下の外側湾曲面２１，２２で受けると、それぞれ上下の箇所で抗力が発生し、かつ、回転軸４は２個の支持体２，１２、永久磁石体等を介して多少浮いた状態で回転し始める。
【００２４】
【実施例】
第１実施例に於いて、羽根１５の枚数、長さ、幅、厚さ、ねじり角度は、飛行機の翼に関する力学等を参照に適宜に設計変更可能である。したがって、例えば羽根１５を４枚にすることもできる。要は、羽根１５の上羽根部１８の方で回転軸の上方〜全周方向からの風を受けて抗力の機能を発揮することができ、一方、羽根１５の下羽根部１９の方で回転軸の下方からの風を受けて抗力の機能を発揮することができるように設計すれば良い。また、回転軸４の上方鍔部１６と下方鍔部１７とは同径でも良い。
【００２５】
次に図７乃至図１０に示す他の実施例（第２実施例、第３実施例）について説明する。なお、これらの実施例の説明にあたって、第１実施例と同一の部分には、同一又は同様の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２６】
図７及び図８は、本発明の第２実施例の垂直軸型風車装置Ｘ１である。この風車装置Ｘ１は、主たる羽根１５に自己起動力性を持たせるために、第１実施例のそれに付加的要件を加味したものである。
【００２７】
すなわち、この風車装置Ｘ１では、回転軸４Ａの主たる羽根１５よりも下方の部位に第３鍔部２５が周設され、該鍔部２５には、斜め外方向に向かって湾曲状に形成され、かつ、下方からの風を受けて抗力の機能を発揮する主たる羽根の自己起動用補助羽根２６が複数枚設けられている。
【００２８】
この補助羽根２６は、第１実施例の羽根１５の下羽根部１９と同一に形成されている。したがって、補助羽根２６は、斜め外方向に向かって湾曲状に形成され、かつ、回転軸４Ａの下方からの風を受けて抗力の機能を発揮する点、図８で示すように湾曲の端面を有する上端部２６ａから下端部２６ｂに至るにしたがって次第に幅広に形成されている点、傾斜する一辺２６ｃは反対側の各他辺２６ｄよりも短い点は同様である。
【００２９】
また、補助羽根２６と主たる羽根１５との間には、減速機２７が介在している。なお、前記回転軸４Ａは、図示しない伝動歯車との噛合との関係で、上方回転軸３１と下方回転軸３２とから成る。また、減速機２７のギヤボックス２７ａは、次の実施例と同様に第２支持体１２Ａの板状中間アーム１２ｄに支持されている。
【００３０】
上記構成に於いては、垂直回転軸４Ａの上部回転軸３１側に主たる羽根１５が固定され、一方、回転軸４Ｂの下部回転軸３２側に主たる羽根１５の自己起動力を促す複数枚の補助羽根２６が設けられているから、補助羽２６が下方からの風を受けると、回転軸４Ａの中央部（中央部寄りの部位も含む）に設けられた減速機２７を介して主たる羽根１５も一緒に回転する。したがって、プロペラ型風車装置よりも自己起動性が小さい垂直型（ダリウス型）風車装置の欠点を補正することができる。
【００３１】
図９及び図１０は、本発明の第３実施例の垂直軸型風車装置Ｘ２である。この風車装置Ｘ２は、プロペラ型風車装置と比較して、普通一般に自己起動性が小さいため、第２実施例と同様に回転軸４Ｂの下部側に主たる羽根１５の自己起動力を促す補助羽根２６Ｂを設けた点、補助羽根２６Ｂが回転した後に所定時間が経過、或いは回転軸４Ｂが所定の回転数に達すると、主たる羽根１５を有する上方回転軸３１Ｂの下端部と、補助羽根２６Ｂを有する下方回転軸３２Ｂの上端部とが、分離手段３３を介して分離する点、該分離手段３３を制御する制御手段４１を設けた点などが相違する。
【００３２】
前記分離手段３３は、公知の電磁石の考え方を応用する。電磁石は導線に電気を流すと、導線の周りに磁気が発生する。そこで、分離手段３３を回転軸４Ｂの中央部（中央部寄りの部位も含む）に第２支持体１２Ｂの第２実施例と同様に板状の中間支持アーム１２ｄを介して設けている。この分離手段３３は、収納箱或いは軸受け箱３４を有し、中間支持アーム１２ｄに支持された該軸受け箱３４に、下方回転軸３２Ｂの上端部に固定された下方磁性体（鉄心）３５と、この下方磁性体３５の周りに環状的に配設されたコイル３６と、前記下方磁性体３５に対向するように上方回転軸３１Ｂの下端部に固定的に設けられた上方磁石体３７とがそれぞれ内装されている。
【００３３】
図１０は、制御手段４１の簡単なブロック図である。この制御手段４１は、分離手段３３のコイル３６に給電することにより下方磁性体３５に磁力を起こさせ、一方、給電を止めることにより、前記下方磁性体（鉄心）３５の磁力がなくなるように制御する。
【００３４】
本実施例では、非給電時の間は、上方磁石体３７は下方磁性体（鉄心）３５から離れ、一方、一時的に給電している間は、磁力を帯びた下方磁性体（鉄心）３５に上方磁石体３７が吸着する。
【００３５】
信号の処理部としての制御手段４１には、時間的要素や下方回転軸３２Ｂの回転数要素をパラメータとする制御プログラム４２ａを格納する記憶部４２と、所定時間だけ分離手段３３に給電するためのタイマー回路４３とがそれぞれ接続している。
【００３６】
４４は下方回転軸３２Ｂの回転数を検知する検知手段で、該検知手段４４も制御手段４１に電気的に接続している。４５は検知信号の有無、制御手段４１が記憶部から取り出し情報等を判定する判定回路、４６は電源である。後者の電源４６は、本発明が永久機関に該当しない構成である限り、垂直軸型風車装置Ｘ２で得られた電気を利用することができる。
【００３７】
上記構成に於いて、検知手段４４は、回転軸４Ｂが所定の回転数に達すると、検知信号ａを制御手段４１に出力する。制御手段４１は、検知信号ａを受理すると、記憶部４２にアクセスし、制御プログラム４２ａから必要な制御情報ｃを取り出す。
【００３８】
そして、制御手段４１は、制御プログラム４２ａ及び判定回路４５に基づいて制御信号ｄを所定時間（例えば３分）だけ分離手段３３に送る。この時、タイマー回路４３が同時に作動する。分離手段の上方磁性体３７は、下方磁性体３５が磁気を帯びると、その極性に対応して吸着する。したがって、タイマー回路４３が作動している間、下方回転軸３２Ｂと上方回転軸３１Ｂは一体的に協働回転する。
【００３９】
一方、所定時間が経過してタイマー回路４３が切れると、下方磁性体３５が磁気を失い、その結果、上方磁性体３７は、その極性に対応して下方磁性体３５に対して反発（浮上）する。それ故に、主たる羽根１５を有する上方回転軸３１Ｂは、以後、下方回転軸３２Ｂと関係なく、所要の風力がある限り、独自に回転し続ける。なお、上方回転軸３１Ｂと下方回転軸３２Ｂとが無関係となった場合に於いて、下方回転軸３２Ｂが逆回転をしても問題はない。下方回転軸３２Ｂが逆回転すれば、周期的な振動が発生しない。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にあっては、次に列挙するような効果がある。
（１）一つの羽根が、上方向からの風（ダウンバスト）と下方向からの風（例えばビルの上昇気流、空調機の排気風など）とを効率良く受けることができる。換言すれば、一つの羽根に２つの抗力機能（風を受けて回転力に変換する力）を持たせることができるので、主たる羽根を効率的に回転させることができる。
（２）回転軸が浮上するので、回転軸を支承する支持体による回転抵抗を極力少なくすることができる。特に、第３実施例では、まず下方の回転軸が回転し、その回転中に上方の回転軸の磁性体を下方回転軸の磁気を帯びている鉄心に吸着させて（引きに寄せ）、主たる羽根に自己起動性を付与した後に、給電停止に基づき、上方の回転軸の磁性体を反発浮上させるので、主たる羽根が容易に回転する。
（３）構成がシンプルなので、ビルディングの躯体から突出するように設けた水平延長梁等の設置物に簡単に設置することができる。なお、本発明は、上方回転軸にベべルギヤーなどの動力伝達手段を設け、発電機等に利用することができる。
（４）ジャイロスコビックな荷重を受けず、実施例によっては、周期的な振動が発生しない。その他、垂直軸から直接出力が得られるので、機器の構成、設置及び保守が容易である。
【図面の簡単な説明】
図１乃至図６は本発明の第１実施例を示す各説明図。図７乃至図１０は本発明の他の実施例を示す各説明図。
【図１】第１実施例の正面からの概略説明図。
【図２】要部の概略断面説明図。
【図３】平面から見た要部（３つの主たる羽根、第１支持台）の説明図。
【図４】一つの主たる羽根の正面図
【図５】一つの主たる羽根の正面から見た展開図。
【図６】作用の概略説明図。
【図７】第２実施例の正面からの概略説明図。
【図８】平面から見た要部（３つの補助羽根、第１支持台）の説明図。
【図９】第３実施例の概略説明図。
【図１０】制御手段を中心に示した作用の説明図。
【符号の説明】
Ｘ，Ｘ１，Ｘ２…風車装置、１…比較的風の受け易い場所の設置物、２…第１支持体、３…軸受け、４，４Ａ，４Ｂ…回転軸、５…浮上手段、６…固定円板、８…固定磁石、９…可動円板、７，１０…嵌合凹所、１１…可動磁石、１２，１２Ａ…第２支持体、１５…主たる羽根、１６…上方鍔部、１７…下方鍔部、１８…上羽根部、１９…下羽根部、２１，２２…外側湾曲反射面、２５…第３鍔部、２６，２６Ｂ…補助羽根、２７…減速機、３１，３１Ｂ…上部回転軸、３２，３２Ｂ…下部回転軸、３３…分離手段、３４…軸受け箱、３５…下方磁性体（鉄心）、３６…コイル、３７…上方磁石体、４１…制御手段、４２…記憶部、４３…タイマー回路、４４…検知手段、４５…判定回路、４６…電源。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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