(57)【要約】【課題】  構成部材の削減を図り、位置決め及び組立を容易にし、発電効率よく回転する風力発電用風車を提供すること。【解決手段】  発電機１に連結される支柱パイプ１０を中心として一定角度ごとに複数設けられるブレード２０と、各ブレードと支柱パイプとを連結する複数のストラット４０とを具備する風力発電用風車において、ブレード２０を、流線形の翼形に形成されると共に、翼弦に対して支柱パイプ側が翼弦長の前縁側を残して後縁側が切り欠かれたブレード基部２１と、ブレード基部における切欠部２２の内方側を連結するリブ２３と、ブレード基部とリブとで形成される凹所２４を一体に形成する。ストラット４０の一端を、ブレードに当接し、該ブレード及び凹所内に嵌挿されるホルダ５０を貫通する第１の固定ねじ６１によって固定すると共に、ストラットの他端部を、支柱パイプに装着されるハブ３０に第２の固定ねじ６２によって固定する。【選択図】    図１
2005307850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機に連結されるパイプ状の垂直回転軸を中心として一定角度ごとに複数設けられるブレードと、各ブレードと上記垂直回転軸とを連結する複数の支持部材とを具備する風力発電用風車において、
上記ブレードは、流線形の翼形に形成されると共に、翼弦に対して上記垂直回転軸側が翼弦長の前縁側を残して後縁側が切り欠かれたブレード基部と、ブレード基部における切欠部の内方側を連結するリブと、上記ブレード基部とリブとで形成される凹所を一体に形成してなり、
上記支持部材は、一端が上記ブレードに当接し、該ブレード及び上記凹所内に嵌挿されるホルダを貫通するねじ部材によって固定されると共に、他端部が、上記垂直回転軸に装着されるハブにねじ部材によって固定される、
ことを特徴とする風力発電用風車。
【請求項２】
請求項１記載の風力発電用風車において、
上記支持部材は、断面略流線形状に形成されると共に、長手通しの貫通孔を形成し、かつ貫通孔にねじ部を設ける、ことを特徴とする風力発電用風車。
【請求項３】
請求項１又は２記載の風力発電用風車において、
上記ハブは、垂直回転軸の中空部内に嵌挿固定される固定突部を有するハブ基部と、このハブ基部の外周に適宜角度をおいて放射状に突出する支持腕部とを具備し、上記支持腕部に、支持部材を保持する凹状受け溝を形成してなる、ことを特徴とする風力発電用風車。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の風力発電用風車において、
上記ブレードに形成される凹所の開口部における一方のブレード基部側に、開口部の対向側に向かって隆起すると共に、開口部の外方側に向かって拡開傾斜面を有する第１の係止突起を形成し、他方のブレード基部の切欠部には、開口部の対向側に向かって膨隆する第２の係止突起を形成し、
上記ホルダは、一端に上記第１及び第２の係止突起にそれぞれ係合可能な係止段部を形成すると共に、他端の両側部には、先端に向かって狭小なテーパ面を形成してなる、
ことを特徴とする風力発電用風車。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の風力発電用風車において、
上記垂直回転軸、ブレード、支持部材及びホルダを、それぞれアルミニウム合金製押出形材にて形成し、上記ハブを、アルミニウム合金製鋳物にて形成してなる、ことを特徴とする風力発電用風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電用風車に関するもので、更に詳細には、発電機に連結される垂直回転軸を中心として一定角度ごとに複数設けられるブレードを具備する垂直型の風力発電用風車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の垂直型の風力発電用風車として、ブレードを、アルミニウム合金やプラスチック製の薄板状の素材を曲げて流線形の翼形に形成すると共に、翼弦に対して垂直回転軸側が翼弦長の前縁側を残して後縁側を切り欠いて形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記の風力発電用風車によれば、低いレイノルズ数で高い揚力係数を有するブレードの一部の翼弦に対して回転軸側の後縁部に切欠部が形成されているので、ブレードは後方から風を受けて回転すると、切欠部によってブレードに大きな空気抵抗が生じるので、サボニウス型（半円筒形片寄りカップ型）風車効果によってブレードに回転モーメントが発生して、風車の起動トルクが発生する。その結果、風車を発電効率よく回転させることができる。
【特許文献１】特許第３４５１０８５号公報（特許請求の範囲、段落番号００１７，００２０、図１，図２及び図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許第３４５１０８５号公報記載の風力発電用風車においては、ブレードは、アルミニウム合金やプラスチック製の薄板状の素材を曲げて流線形の翼形に形成され、ブレード内に断面略コ字状の支持桁を嵌挿すると共にリベットや接着剤によって固定されている。また、支持桁には、ストラット支持金具が装着され、このストラット支持金具により回転軸から放射状に延びる支持ストラットの端部を固定する構造となっている。
【０００５】
したがって、上記特許第３４５１０８５号公報記載のものにおいては、構成部材が多い上、構成部材同士の位置決めに手間がかかり、組立て作業が面倒であるという問題があった。また、回転軸と支持ストラットとの固定については具体的にされていないが、固定手段が溶接やねじ結合のいずれであっても、位置決めに細心の注意が必要であり、特に、溶接の場合は、位置決めが面倒な上、固定作業が面倒であるという問題がある。更には、ブレードの位置決めが不十分であると、発電効率の低下を招く虞もある。
【０００６】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、構成部材の削減を図り、位置決め及び組立を容易にし、発電効率よく回転する風力発電用風車を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明の風力発電用風車は、発電機に連結されるパイプ状の垂直回転軸を中心として一定角度ごとに複数設けられるブレードと、各ブレードと上記垂直回転軸とを連結する複数の支持部材とを具備する風力発電用風車において、  上記ブレードは、流線形の翼形に形成されると共に、翼弦に対して上記垂直回転軸側が翼弦長の前縁側を残して後縁側が切り欠かれたブレード基部と、ブレード基部における切欠部の内方側を連結するリブと、上記ブレード基部とリブとで形成される凹所を一体に形成してなり、  上記支持部材は、一端が上記ブレードに当接し、該ブレード及び上記凹所内に嵌挿されるホルダを貫通するねじ部材によって固定されると共に、他端部が、上記垂直回転軸に装着されるハブにねじ部材によって固定される、ことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
この発明において、上記支持部材は、断面略流線形状に形成されると共に、長手通しの貫通孔を形成し、かつ貫通孔にねじ部を設ける方が好ましい（請求項２）。
【０００９】
また、上記ハブは、垂直回転軸の中空部内に嵌挿固定される固定突部を有するハブ基部と、このハブ基部の外周に適宜角度をおいて放射状に突出する支持腕部とを具備し、上記支持腕部に、支持部材を保持する凹状受け溝を形成する方が好ましい（請求項３）。
【００１０】
また、上記ブレードに形成される凹所の開口部における一方のブレード基部側に、開口部の対向側に向かって隆起すると共に、開口部の外方側に向かって拡開傾斜面を有する第１の係止突起を形成し、他方のブレード基部の切欠部には、開口部の対向側に向かって膨隆する第２の係止突起を形成し、上記ホルダは、一端に上記第１及び第２の係止突起にそれぞれ係合可能な係止段部を形成すると共に、他端の両側部には、先端に向かって狭小なテーパ面を形成する方が好ましい（請求項４）。
【００１１】
加えて、上記垂直回転軸、ブレード、支持部材及びホルダを、それぞれアルミニウム合金製押出形材にて形成し、上記ハブを、アルミニウム合金製鋳物にて形成する方が好ましい（請求項５）。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。
【００１３】
（１）請求項１記載の発明によれば、ブレードは、流線形の翼形に形成されると共に、翼弦に対して垂直回転軸側が翼弦長の前縁側を残して後縁側が切り欠かれたブレード基部と、ブレード基部における切欠部の内方側を連結するリブと、ブレード基部とリブとで形成される凹所を一体に形成することにより、構成部材の削減が図れると共に、ブレードを軽量かつ強固にすることができる。また、支持部材は、一端がブレードに当接し、該ブレード及び上記凹所内に嵌挿されるホルダを貫通するねじ部材によって固定されると共に、他端部が、垂直回転軸に装着されるハブにねじ部材によって固定されるので、垂直回転軸に対するブレードの位置決めを容易にすることができ、正確に位置決めすることができる。したがって、発電効率の向上を図ることができる。
【００１４】
（２）請求項２記載の発明によれば、支持部材は、断面略流線形状に形成されると共に、長手通しの貫通孔を形成し、かつ貫通孔にねじ部を設けるので、上記（１）に加えて更に形状及び重量による支持部材による空気抵抗を可及的に少なくすることができると共に、ブレードへの取付すなわちねじ部材の固定を容易にすることができる。
【００１５】
（３）請求項３記載の発明によれば、ハブは、垂直回転軸の中空部内に嵌挿固定される固定突部を有するハブ基部と、このハブ基部の外周に適宜角度をおいて放射状に突出する支持腕部とを具備し、支持腕部に、支持部材を保持する凹状受け溝を形成することにより、上記（１）及び（２）に加えて更にハブと垂直回転軸の固定を容易かつ強固にすることができると共に、支持部材の固定を容易かつ強固にすることができる。
【００１６】
（４）請求項４記載の発明によれば、ブレードに形成される凹所の開口部における一方のブレード基部側に、開口部の対向側に向かって隆起すると共に、開口部の外方側に向かって拡開傾斜面を有する第１の係止突起を形成し、他方のブレード基部の切欠部には、開口部の対向側に向かって膨隆する第２の係止突起を形成し、ホルダは、一端に第１及び第２の係止突起にそれぞれ係合可能な係止段部を形成すると共に、他端の両側部には、先端に向かって狭小なテーパ面を形成することにより、ホルダを開口部の開口方向から容易に嵌挿することができると共に、ホルダを凹所内に強固に嵌挿することができる。したがって、上記（１）〜（３）に加えて更に支持部材とブレードとの位置決めを容易にすることができると共に、強固に固定することができる。
【００１７】
（５）請求項５記載の発明によれば、垂直回転軸、ブレード、支持部材及びホルダを、それぞれアルミニウム合金製押出形材にて形成し、ハブを、アルミニウム合金製鋳物にて形成することにより、上記（１）〜（４）に加えて更に風車全体を軽量にすることができ、発電効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、この発明の最良の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、この発明に係る風力発電用風車の全体を示す斜視図、図２は、上記風車の概略側面図、図３は、上記風車の平面図である。
【００２０】
この発明に係る発電用風車は、図１ないし図３に示すように、発電機１に連結されるパイプ状の垂直回転軸１０（以下に、支柱パイプ１０という）を中心として一定角度ごとに複数例えば５個設けられるブレード２０と、支柱パイプ１０の上下端部に装着される２個のハブ３０と、これらハブ３０を介して各ブレード２０と支柱パイプ１０とを連結する複数例えば５本の支持部材４０（以下に、ストラット４０という）とで主に構成されている。
【００２１】
上記ブレード２０は、アルミニウム合金製押出形材にて形成されている。このブレード２０は、低いレイノルズ数で高い揚力係数を有するように流線形の翼形に形成されると共に、翼弦に対して回転軸側が翼弦長の前縁側を残して後縁側が切り欠かれたブレード基部２１と、ブレード基部２１における切欠部２２の内方側を連結するリブ２３と、ブレード基部２１とリブ２３とで形成される凹所２４を一体に形成してなる。
【００２２】
このように形成されるブレード２０は、軽量かつ強固に形成され、また、ブレードの一部の翼弦に対して回転軸側の後縁部に切欠部２２が形成されているので、ブレード２０が後方から風を受けて回転すると、切欠部２２によってブレード２０に大きな空気抵抗が生じ、サボニウス型（半円筒形片寄りカップ型）風車効果によってブレード２０に回転モーメントが発生して、風車の起動トルクを発生するようになっている。
【００２３】
上記ストラット４０は、アルミニウム合金製押出形材にて形成されている。このストラット４０は、、空気抵抗を可及的に少なくすべく断面略流線形状に形成されると共に、長手通しの貫通孔４１が形成され、かつ貫通孔４１の一端部に雌ねじ部４２が形成（刻設）され、また、他端部には、長手方向と直交する方向にねじ孔４３が２個刻設されている。
【００２４】
このように形成されるストラット４０は、図４及び図５に示すように、一端がブレード２０に当接し、該ブレード２０及び凹所２４内に嵌挿されるホルダ５０を貫通してストラット４０に設けられた雌ねじ部４２にねじ結合するねじ部材例えば第１の固定ねじ６１によって固定される。また、ストラット４０の他端部は、ねじ部材例えば第２の固定ねじ６２によってハブ３０に固定されている。
【００２５】
この場合、ハブ３０は、アルミニウム合金製の鋳物にて形成されている。このハブ３０は、図６に示すように、支柱パイプ１０の中空部内に嵌挿されて、固定される円筒状の固定突部３１を突設する略円盤状のハブ基部３２と、このハブ基部３２の外周に適宜角度をおいて放射状に突出する支持腕部３３とを具備し、支持腕部３３の上面又は下面に、ストラット４０を保持する凹状の受け溝３４が形成され、この受け溝３４の底部に２個の貫通孔３５が設けられている。
【００２６】
上記のように、支持腕部３３の上面又は下面に、ストラット４０を保持する受け溝３４を形成すると共に、受け溝３４の底部に貫通孔３５を設けることにより、ストラット４０の端部を受け溝３４内にガタツキなく位置決めした状態で、貫通孔３５を貫通する第２の固定ねじ６２をストラット４０に設けられたねじ孔４３にねじ結合することによって固定することができる。
【００２７】
なお、図６に示すように、支柱パイプ１０の側部に設けられた透孔１１を貫通する第３の固定ねじ６３を、ハブ３０の固定突部３１に設けられたねじ孔３１ａにねじ結合することによって、支柱パイプ１０とハブ３０が固定される。
【００２８】
また、ハブ基部３２には、径の異なる２つの同心円上にそれぞれ一定角度（１２０度）をおいて３個の透孔３６が設けられており、これら透孔３６を貫通する取付ボルト３７を発電機１のフランジ２に設けられたねじ孔３にねじ結合することで、大きさの異なる２種類の発電機１にハブ３０を介して支柱パイプ１０を連結することができるように構成されている（図６参照）。
【００２９】
この場合、上記発電機１は、固定シャフト４にベアリング（図示せず）を介在して回転胴体５を回転自在に装着してなり、固定シャフト４が支柱６に固定ボルト７によって固定されている。また、回転胴体５には、ブレーキディスク８が固定され、支柱６には、ブレーキシュー９が固定されている。なお、発電機１の電気ケーブル（図示せず）は、中空状の固定シャフト４内に配線されている。
【００３０】
また、上記ブレード２０に形成される凹所２４の開口部における一方のブレード基部側には、開口部２５の対向側に向かって隆起すると共に、開口部２５の外方側に向かって拡開傾斜面２６ａを有する第１の係止突起２６が形成されている。また、他方のブレード基部２１の切欠部２２には、開口部２５の対向側に向かって膨隆する断面略円弧状の第２の係止突起２７が形成されている。
【００３１】
一方、上記ホルダは、アルミニウム合金製押出形材を所定の寸法に切断したブロック状に形成されている。このホルダ５０は、一端に第１及び第２の係止突起２６，２７にそれぞれ係合可能な係止段部５１，５２を形成すると共に、他端の両側部には、先端に向かって狭小なテーパ面５３が形成されている。また、ホルダ５０は、上記第１及び第２の係止突起２７と狭小テーパ面５３を設けた対向面と直交する対向面に取付孔５４が貫通されている。
【００３２】
このように形成されるホルダ５０は、ブレード２０に形成された凹所２４の開口部側から狭小テーパ面５３を押圧することにより、ブレード２０自体の弾性により開口部２５が拡開変形するので、凹所２４内に容易に嵌挿することができる。また、ホルダ５０の嵌挿後は、ブレード２０の開口部２５がスプリングバックによって元の状態に戻り、第１及び第２の係止突起２６，２７がそれぞれホルダ５０に設けられた係止段部５１，５２に係合するので、凹所２４内に強固に嵌挿される。
【００３３】
次に、上記のように構成されるこの発明に係る風力発電用風車の組立手順の一例について説明する。
【００３４】
まず、ブレード２０の凹所２４の開口部２５側から凹所２４内の所定箇所にホルダ５０を嵌挿する。次に、ホルダ５０が嵌挿された部位のブレード基部２１に、ストラット４０の雌ねじ部４２が設けられた一端部を当接し、ブレード２０の外側からブレード基部２１及びホルダ５０の取付孔５４を貫通する第１の固定ねじ６１を雌ねじ部４２にねじ結合して、ブレード２０とストラット４０を固定する。次に、ストラット４０の他端部を、支柱パイプ１０の上端又は下端に固定されたハブ３０の支持腕部３３に設けられた受け溝３４にセットし、受け溝３４に設けられた貫通孔３５を貫通する第２の固定ねじ６２をストラット４０に設けられたねじ孔４３にねじ結合して、ストラット４０とハブ３０とを固定する。
【００３５】
なお、上記説明では、ストラット４０とブレード２０を固定した後、ストラット４０とハブ３０を固定する場合について説明したが、取付手順を逆にしてもよい。すなわち、ストラット４０とハブ３０を固定した後に、ストラット４０とブレード２０を固定してもよい。
【００３６】
上記のようにして、各ブレード２０の上下の２箇所と２個のハブ３０をそれぞれストラット４０によって固定して風車を組み立てる。
【００３７】
上記のようにして組み立てられた風車は、下部のハブ３０のハブ基部３２に設けられた透孔３６を貫通する取付ボルト３７を発電機１のフランジ２に設けられたねじ孔３にねじ結合することにより、支柱パイプ１０と発電機１が連結される。その後、発電機１の固定シャフト４を支柱６に固定して、使用可能な状態に設置される。
【００３８】
なお、上記実施形態では、ブレード２０が５個設けられる場合について説明したが、ブレード２０の数は５個である必要はなく、４個あるいは６個以上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明に係る風力発電用風車の全体を示す斜視図である。
【図２】上記風力発電用風車の概略側面図である。
【図３】上記風力発電用風車の平面図である。
【図４】この発明におけるブレードとストラットの取付状態を示す分解斜視図である。
【図５】上記ブレードとストラットの取付状態を示す断面図である。
【図６】この発明におけるハブとストラット及びハブと発電機の取付状態の一部を断面で示す側面図である。
【図７】図６のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  発電機
１０  支柱パイプ（垂直回転軸）
２０  ブレード
２１  ブレード基部
２２  切欠部
２３  リブ
２４  凹所
２５  開口部
２６  第１の係止突起
２６ａ  拡開傾斜面
２７  第２の係止突起
３０  ハブ
３１  固定突部
３２  ハブ基部
３３  支持腕部
３４  受け溝
４０  ストラット（支持部材）
４１  貫通孔
４２  雌ねじ部
４３  ねじ孔
５０  ホルダ
５１，５２  係止段部
５３  狭小テーパ面
５４  取付孔
６１  第１の固定ねじ（ねじ部材）
６２  第２の固定ねじ（ねじ部材）
【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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