(57)【要約】【課題】横風などを受けたときの曲げモーメントを低減して、小型で軽量の垂直軸型風力発電装置を提供する。【解決手段】垂直軸型風力発電装置１は、垂直に設けた回転軸２と、回転軸２の周方向に取り付けられる縦向きの２枚の羽根３（図示せず）と、回転軸２に円板状のフランジ５、６を介して取り付けられる円筒状の筒状回転体４と、この筒状回転体４と各羽根３とを連結する支持部材７と、回転軸２を軸受９、１０、１１を介して回転自在に支持する筒８と、回転軸２下部に配置される発電装置１２（図示せず）と、装置全体を支持する土台１３（図示せず）とを備えてなる。【選択図】図２
2005127209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に設けた回転軸と、前記回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根とを有する垂直軸型風力発電装置において、
前記回転軸の中心軸と同心上であって、前記回転軸上部付近に配置される筒状回転体と、前記筒状回転体内部に平面が水平となるように設けられる板状部材と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受とをさらに備え、
前記筒状回転体は、前記回転軸に前記筒状回転体内の上下方向中心付近で前記板状部材を介して接続され、
前記軸受は、前記接続された位置の直下付近に配置される垂直軸型風力発電装置。
【請求項２】
前記板状部材の位置が前記筒状回転体の上下方向中心位置にある請求項１記載の垂直軸型風力発電装置。
【請求項３】
前記軸受の配置される位置が前記筒状回転体の上下方向中心位置にある請求項１記載の垂直軸型風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風向に対し垂直な回転軸に沿って縦方向の羽根を有し、この羽根が風によって回転軸の回転方向に回転する垂直翼ダリウス型風車を供えた垂直軸型風力発電装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電に利用できる風水車として、例えば、下記特許文献１に開示されるものがある。この特許文献１のものは、垂直軸の周りに直線翼を配置して、この直線翼を支持翼で軸側に連結した直線翼型風水車であり、効率や自己始動性や騒音などを考慮して、ソリディティ、取付角、翼厚などの適正化を図ったものである。
【特許文献１】特許第３３６８５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１のものは、横風などを受けたときに、非常に大きい曲げモーメントが回転軸にかかるので、回転軸を相当太いものにする必要があり、また、これに伴って回転軸の軸受などの径も大きくする必要があるので、発電装置に使用するには装置が大型化してしまう。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、横風などを受けたときの曲げモーメントを低減して、小型で軽量の垂直軸型風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００５】
本発明の垂直軸型風力発電装置は、垂直に設けた回転軸と、前記回転軸の周方向に複数枚取り付けた縦向きの羽根とを有する垂直軸型風力発電装置において、前記回転軸の中心軸と同心上であって、前記回転軸上部付近に配置される筒状回転体と、前記筒状回転体内部に平面が水平となるように設けられる板状部材と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受とをさらに備え、前記筒状回転体は、前記回転軸に前記筒状回転体内の上下方向中心付近で前記板状部材を介して接続され、前記軸受は、前記接続された位置の直下付近に配置されるものである。
上記構成により、筒状回転体の重心位置と軸受の設置位置との距離を小さくするので、簡易なものでありながら、横風などを受けたときの曲げモーメントを低減することができる。その結果、回転軸を太くしなくともよいため、軸受の径を小さくできるので、メカロスを抑止することができ、効率のよい発電が可能であり、しかも小型で軽量の垂直軸型風力発電装置を提供できる。
【０００６】
本発明の垂直軸型風力発電装置は、前記板状部材の位置が前記筒状回転体の上下方向中心位置にあることが好ましい。
上記構成により、板状部材の位置を筒状回転体の重心位置とすることで、回転軸を太くしなくとも確実に曲げモーメントの負荷を低減することができる。その結果、小型で軽量の垂直軸型風力発電装置を提供できる。
【０００７】
本発明の垂直軸型風力発電装置は、前記軸受の配置される位置が前記筒状回転体の上下方向中心位置にあることが好ましい。
上記構成により、軸受の位置を筒状回転体の重心位置とすることで、回転軸を太くしなくとも確実に曲げモーメントの負荷を低減することができる。その結果、小型で軽量の垂直軸型風力発電装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、図面を参照しながら、本発明に係る垂直軸型風力発電装置の実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る垂直軸型風力発電装置の全体概略図である。
【０００９】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の筒状回転体周辺部の断面図である。
本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置１は、図１及び図２に示すように、垂直に設けた回転軸２と、回転軸２の周方向に取り付けられる縦向きの２枚の羽根３と、回転軸２に円板状のフランジ５、６を介して取り付けられる円筒状の筒状回転体４と、この筒状回転体４と各羽根３とを連結する支持部材７と、回転軸２を軸受９、１０、１１を介して回転自在に支持する筒８と、回転軸２下部に配置される発電装置１２と、装置全体を支持する土台１３とを備えてなる。
【００１０】
回転軸２は、垂直軸型風力発電装置１の中心に配置され、回転体４の回転力を発電装置１２に伝達するものである。
【００１１】
羽根３は、その断面が図４に示すような飛行機の翼の断面形状又は飛行機の翼の断面形状に近似している形状である。また、図５に示すように、羽根３は、垂直軸型風力発電装置１を上から見たとき、筒状回転体４を中心として、対称に配置されるよう構成されている。なお、本実施形態においては、羽根３の枚数は２枚のものを示しているが、３枚以上のものでもよい。また、図５に示す２枚の羽根３の一方の面３ａと他方の面３ｂとを、それぞれ逆向きにしてもよい。
【００１２】
筒状回転体４は、断面が円の筒であり、中心部に板状のフランジ５を水平に備えている。また、筒状回転体４、フランジ５及び羽根３のそれぞれの上下方向の中心線が一致する（図２における一点鎖線参照）ように、筒状回転体４、フランジ５及び羽根３が配置されている。つまり、図２に示すように、長さＬの筒状回転体４の一端からＬ／２の距離にある位置を中心線として筒状回転体４、フランジ５及び羽根３が配置されている。
なお、筒状回転体４は、断面が多角形の筒、骨組み構造の筒状のもの又は上下方向に錘形状の筒などのものでもよい。
【００１３】
フランジ６は、フランジ５を回転軸２に確実に固定するために設けられているものである。
【００１４】
支持部材７は、羽根３と筒状回転体４とを固定支持するものであり、図２における一点鎖線を中心として上下対照となるように配置されている。支持部材７は、棒状やパイプ状のものでもよいし、板状のものでもよい。パイプ状のものである場合、断面方向を押圧することにより、断面を楕円形のものとして、空気抵抗を抑止するような向きに取り付けてもよい。また、細い支持部材と太い支持部材との組合せとすることにより強度と軽量化のバランスをとるような構成としてもよい。
【００１５】
垂直に設けられた筒８の内部には、ラジアル玉軸受９、１０と、回転軸２と、スラスト玉軸受１１とが配置されている。
ラジアル玉軸受９、１０は、回転軸方向に直角な方向の荷重を受けるものであり、筒８内壁上方及び途中において固定されていて、回転軸２を回転自在に支持しているものである。なお、ラジアル玉軸受１０の代わりに、回転軸２が横方向に揺れたときのみ、その荷重を一時的に受ける、いわゆるタッチダウン玉軸受を用いてもよい。
スラスト玉軸受１１は、回転軸２の長さ方向の荷重を受けるものであり、筒８内壁においてラジアル玉軸受１０下部近傍に配置されている。
【００１６】
なお、ラジアル玉軸受９、１０に代えて、ラジアルころ軸受などを用いてもよい。
また、スラスト玉軸受１１に代えて、スラストころ軸受やスラスト磁気軸受などを用いてもよい。
さらに、タッチダウン玉軸受を用いる場合には、タッチダウン玉軸受に代えて、タッチダウンころ軸受などを用いてもよい。また、この場合、タッチダウン玉軸受の位置は、スラスト玉軸受１１の下方近傍でもよい。
【００１７】
次に、垂直軸型風力発電装置１の作用について説明する。
風を受けた羽根３は、支持部材７を介して風力による動力を筒状回転体４に伝達する。筒状回転体４に取り付けられた支持部材７や羽根３は、図２における一点鎖線を中心として、重心のバランスをとって配置され、かつ、筒状回転体４の重心位置と軸受の設置位置との距離が小さいので、筒状回転体４は、周方向にバランスよく回転する。そして、筒状回転体４は、筒状回転体４内部中央に設けられたフランジ５、６を介して、回転力を回転軸２に伝達する。回転軸２は、筒８内部の軸受９、１０、１１によって回転自在に支持されながら回転し、発電装置１２に回転力を伝達する。その結果、発電装置１２によって発電される。
【００１８】
本実施形態によれば、筒状回転体４に取り付けられた支持部材７や羽根３は、図２における一点鎖線を中心として、重心のバランスをとって配置され、かつ、筒状回転体４の重心位置と軸受の設置位置との距離を小さくするので、筒状回転体４は、周方向にバランスよく回転し、回転軸２に横風などによる水平方向の曲げモーメントを低減できる。その結果、回転軸を太くしなくともよいため、軸受の径を小さくできるので、メカロスを抑止することができ、効率のよい発電が可能であり、しかも小型で軽量の垂直軸型風力発電装置を提供できる。
【００１９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る垂直軸型風力発電装置について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の筒状回転体周辺部の断面図である。なお、本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置１と同様の部分については説明を省略することがある。
【００２０】
本発明の第２実施形態に係る垂直軸型風力発電装置は、本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置１とほぼ同様の構成であるが、筒状回転体４、ラジアル玉軸受９及び羽根３のそれぞれの上下方向の中心線が一致する（図３における一点鎖線参照）ように、筒状回転体４、ラジアル玉軸受９及び羽根３が配置されている点が異なる。具体的には、図３に示すように、長さＬの筒状回転体４の一端からＬ／２の距離にある位置を中心線として筒状回転体４、ラジアル玉軸受９及び羽根３が配置されている。
【００２１】
次に、本発明の第２実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の作用について説明する。
風を受けた羽根３は、支持部材７を介して風力による動力を筒状回転体４に伝達する。筒状回転体４に取り付けられた支持部材７や羽根３は、図３における一点鎖線を中心として、重心のバランスをとって配置され、かつ、筒状回転体４の重心位置と軸受の設置位置との距離が小さいので、筒状回転体４は、周方向にバランスよく回転する。そして、筒状回転体４は、筒状回転体４内部中央に設けられたフランジ５、６を介して、回転力を回転軸２に伝達する。回転軸２は、筒８内部の軸受９、１０、１１によって回転自在に支持されながら回転し、発電装置１２に回転力を伝達する。その結果、発電装置１２によって発電される。
【００２２】
本実施形態によれば、本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置１と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る垂直軸型風力発電装置の全体概略図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の筒状回転体周辺部の断面図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の筒状回転体周辺部の断面図。
【図４】本発明に係る垂直軸型風力発電装置の羽根の断面形状を示す図。
【図５】本発明に係る垂直軸型風力発電装置の上視図。
【符号の説明】
【００２５】
１      垂直軸型風力発電装置
２      回転軸
３      羽根
４      筒状回転体
５、６  フランジ
７      支持部材
８      筒
９、１０  ラジアル玉軸受
１１      スラスト玉軸受
１２      発電装置
１３      土台
【図１】
2005127209.tif 000003
【図２】
2005127209.tif 000004
【図３】
2005127209.tif 000005
【図４】
2005127209.tif 000006
【図５】
2005127209.tif 000007