(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持枠体の軸配設部に配設された縦主軸の１本の周りに、上下複数段状に縦長の揚力型羽根を、各段毎に１枚配設した風車において、各揚力型羽根は上下端部に縦主軸方向へ傾斜する傾斜部を形成し、揚力型羽根の平面位相を、上段部から下段部へかけて順次、等角度をもって回転方向の一方向へ変位させ、全体として、縦主軸の周りに揚力型羽根を等間隔で配設してなることを特徴とする縦軸風車。
【請求項２】
支持枠体の軸配設部に配設された縦主軸の１本の周りに、上下複数段状に縦長の揚力型羽根を、各段毎に２枚配設された風車において、各揚力型羽根の上下端部に縦主軸方向へ傾斜する傾斜部を形成し、揚力型羽根の平面位相を、上段部から下段部へかけて、順次、等角度をもって回転方向の一方向へ変位させて、全体として、縦主軸の周りに、揚力型羽根を等間隔で配設してなることを特徴とする縦軸風車。
【請求項３】
前記縦主軸の、縦方向の中間部を軸受で支持されて、上下の軸受の間に揚力型羽根が配設されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の縦軸風車。  
【請求項４】
前記縦主軸における、軸受部付近を除いて、表面に補強体を被着してあることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の縦軸風車。
【請求項５】
前記各縦主軸の上下端面の一方に嵌合突部を、同じく他方に嵌合凹部を形成し、この縦主軸の嵌合凹部に、他方の嵌合突部を嵌合させることにより、複数の縦主軸を上下に長く連結してなることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の縦軸風車。
【請求項６】
支持枠体に、水平方向に並ぶ複数の軸配設部を形成し、各軸配設部にそれぞれ縦主軸を配設して、各主軸周りに揚力型羽根を配設してあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の縦軸風車。
【請求項７】
支持枠体における、水平方向に複数連設された各軸配設部の、平面位相を、それぞれ隣同士で連設方向と異なる方向へ変位させてなることを特徴とする、請求項６に記載の縦軸風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦軸風車並びに縦主軸に係り、特に、風力ダムとしての支持枠体を構築して、多数の羽根を配設して受風率をたかめ、一定の設置面積における受風面積と、受風力が大きく、設置コストが低廉で、一定面積当りの発電総量の大きな風力発電機とすることが出来る縦軸風車と、これに使用される縦主軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風力発電機の風車として、縦軸風車は風力の回収率が悪いとされて、利用されていない。これは、縦主軸の周囲に複数の羽根が配設され、縦主軸の片側方の羽根で風を受けて回転するとき、他側方にある羽根は風の抵抗を受けて、回転力が相殺されるためとされている。また１枚羽根は軸トルクが弱く実用性がないとされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プロペラ式風力発電機は、支柱の設置面積は小さくても、プロペラの長さが、３０ｍとか５０ｍと言うのも普通であり、その下の土地の使用面積は大きなものとなっている。
縦軸風車も、回転半径が大きくなれば、使用される土地面積は大きくなる。それら土地の購入費、使用料などは、発電採算上で、大きなコスト負担となる。
【０００４】
更に、大きな風力発電機の設置には、風況の良い場所が必要となり、その場所までの道路建設、設置場所での建設、発電された電力の回収等、投下資本が大きくかかり、それらの費用は、電力採算に大きく影響している。
【０００５】
この発明は、風車の設置面積当りの受風面積を飛躍的に増大させ、半面、小型軽量化で設置コストを極端に減少させることの出来る、風力発電機にも適している縦軸風車を提供することを目的としている。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決し目的を達成するために、揚力型羽根を１本の縦主軸に、上下へ複数配設し、これを水平方向へ複数連結させた。発明の具体的な内容は次の通りである。
【０００７】
（１）  支持枠体の軸配設部に配設された縦主軸の１本の周りに、上下複数段状に縦長の揚力型羽根を、各段毎に１枚配設した風車において、各揚力型羽根は上下端部に縦主軸方向へ傾斜する傾斜部を形成し、揚力型羽根の平面位相を、上段部から下段部へかけて順次、等角度をもって回転方向の一方向へ変位させ、全体として、縦主軸の周りに揚力型羽根を等間隔で配設してなることを特徴とする縦軸風車。
【０００８】
（２）  支持枠体の軸配設部に配設された縦主軸の１本の周りに、上下複数段状に縦長の揚力型羽根を、各段毎に２枚配設された風車において、各揚力型羽根の上下端部に縦主軸方向へ傾斜する傾斜部を形成し、揚力型羽根の平面位相を、上段部から下段部へかけて、順次、等角度をもって回転方向の一方向へ変位させて、全体として、縦主軸の周りに、揚力型羽根を等間隔で配設してなる縦軸風車。
【０００９】
（３）  前記縦主軸の、縦方向の中間部を軸受で支持されて、上下の軸受の間に揚力型羽根が配設されている前記（１）または（２）に記載の縦軸風車。  
【００１０】
（４）  前記縦主軸における、軸受部付近を除いて、表面に補強体を被着してある前記（１）〜（３）の何れかに記載の縦軸風車。
【００１１】
（５）  前記各縦主軸の上下端面の一方に嵌合突部を、同じく他方に嵌合凹部を形成し、この縦主軸の嵌合凹部に、他方の嵌合突部を嵌合させることにより、複数の縦主軸を上下に長く連結してなる前記（１）〜（４）の何れかに記載の縦軸風車。
【００１２】
（６）  支持枠体に、水平方向に並ぶ複数の軸配設部を形成し、各軸配設部にそれぞれ縦主軸を配設して、各主軸周りに揚力型羽根を配設してある前記（１）〜（５）のいずれかに記載の縦軸風車。
【００１３】
（７）  支持枠体における、水平方向に複数連設された各軸配設部の、平面位相を、それぞれ隣同士で連設方向と異なる方向へ変位させてなる前記（６）に記載の縦軸風車。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると次のような効果が奏せられる。
【００１５】
前記(1)に記載された発明の縦軸風車は、縦主軸１本に、縦長の揚力型羽根が、各段につき１枚で、上下複数段状に配設されているので、設置面積当りの出力は、１段における羽根の回転トルク×段数分となり、１本の縦主軸に対して大きな回転力を得ることができる。
風車の羽根は、１枚の方が回転速度が上るが、受風面積が狭く、軸トルクは出ないため、単独では実用性がないが、多段状に配設したことにより、各段において回転効率が良く、かつ、先行回転する羽根による乱気流の影響を受け難い。
各揚力型羽根の平面位相は、上段部から下段部へかけて順次、等角度ずつ回転一方向へ変位させて、全体として平面で、主軸回りに揚力型羽根が等間隔で配設されているので、風車全体としては、全方向の風を得ることが出来る。更に上下の異なった風流を得て回転力とすることができる。上下何れかの揚力型羽根に風力を得て回転するとき、他の揚力型羽根は他力による回転をして、揚力型羽根の形状（翼型）による特性から、自走揚力（回転推力）が生じるため、風抵抗を凌ぐことになる。
特に羽根の上下端部に傾斜部が形成されているので、羽根左側面に当って、抵抗の小さな上下方に逃げる風が、傾斜部で遮られ、羽根を外方へ押すことから、回転効率が高まる。これを風力発電機に利用するとき、効率の良い風力発電機とすることができる。
揚力型羽根を多段に配設することにより、羽根単体の縦長さを小さくすることができ、搬送や組立が簡便になり、風車の設置面積は小さくても、大型羽根を使用したこと以上の効果が得られる。
支持枠体は、複数の支柱で構成され、支柱で縦主軸全体の負荷を支持するものではないので、剪断負荷に絶えられる範囲の細い支柱を使用して、剛性のある支持枠体とすることができる。運搬や組立などの作業性とコストにも優れ、かつ風力発電機としての設置コスト、並びに発電コストを軽減することができる。また支持枠体は揚力型羽根の外に位置しているため、揚力型羽根の回転、風圧などに対しても、揺れ、振動が生じにくい。
【００１６】
前記(2)に記載された発明の縦軸風車は、縦主軸を挟んで対称に揚力型羽根２枚が配設され、これが多段に配設されているので、それぞれの段において１枚羽根よりも回転効率が下るが、回転安定性が高く、全体として回転効率の良い風車となる。その余は前記（1）のものと同じである。  
【００１７】
前記(3)に記載された発明の縦軸風車は、縦主軸の長手中間を中間軸受で支持するので、縦主軸が長く細いものであっても、屈曲し難く、揚力型羽根の多段配設を有利に設定することができる。
【００１８】
前記（4）に記載された発明の縦主軸は、縦主軸の表面に、軸受される近傍を除いて、補強体が被着一体に形成されているので、長い金属主軸が細くても、回転時において遠心力や風圧により、縦主軸が曲折されることがない。
補強体を使用する事によって、金属の縦主軸を細いものとすることができる。補強体に、例えばＦＲＰやアルミニウムの型材が使用されると、全体として縦主軸を軽量化することが出来る。これによって、揚力型羽根の多段配設を容易にすることができる。
【００１９】
前記(5)に記載された発明の縦主軸は、短尺の縦主軸を、連結軸を介して複数連結する事が出来るので、組立の作業性、運搬の容易性などに優れている。また連結軸を細くすることによって、小型な軸受を使用することができて、摩擦面積を小さくして、回転効率を高くすることができる
【００２０】
前記(6)に記載された縦軸風車は、１っの支持枠体に、水平方向で複数の軸配設部が形成され、それぞれに縦主軸が支持されている。
この支持枠体は、大きな風力ダムとして作用し、１っの支持枠体に集まる風力は、各縦主軸に上下複数段状に配設されている揚力型羽根を回転させ、その大きな力の集合体として、各縦主軸に連結される発電機を回転させて、１っの支持枠体全体で１っの風車となり、大容量の発電をする１っの風力発電機となる。
例えば１本の縦主軸に揚力型羽根が１０段で、水平方向に１０連なら、羽根の受風面積は１００個分になる。このことは、１っの支持枠体が１っの風力ダムの作用をし、風力ダムに集合された風力が、全ての縦主軸を回転させて、発電をさせる。
水平方向で複数の軸配設部が形成される支持枠体は、全体として面積が広くなり、細い支柱などの組合せで形成することが出来るので、設置コストは小さく、台風や地震に対して強い剛性が維持出来る。
風車の後方は無風状態になるので、風の強い場所に支持枠体が配設されると、発電効率はよく、かつ防風林のような役割をさせることができる。
【００２１】
前記(7)に記載された発明の縦軸風車は、左右に並列する縦主軸が交互に、平面位相を隣同士で違差されているので、風向きに対して複数重なることによる、部分的な受風力の低下を、回避することが出来る。
すなわち東西に長く支持枠体を設定した場合、東西からの風は支持枠体の東西に抜けるので、一部の揚力型羽根に風が当りにくくなるが、上記構成なら、風通しが良好となり、風力を有効に利用することができる。        
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
支持枠体に配設された縦主軸の１本に、複数の揚力型羽根を上下複数段状に、かつ平面位相を均等間隔で配設する。この縦主軸を１っの支持枠体に、水平方向に複数配設して、１っの風車とする。
【実施例１】
【００２３】
本発明の実施の形態例を、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る実施例１の縦軸風車の要部正面図、図２は、縦軸風車の揚力型羽根の平面位相を示す要部平面図である。
図において支持枠体(4)は、中間の固定アームや筋交材などの図示は、省略されている。支持枠体(4)の基端部は、図示しないコンクリート基盤に固定されている。
【００２４】
図１において、縦軸風車(1)は、複数の支柱(2)と固定アーム(3)とで構成された、支持枠体(4)の内側に、軸配設部(4a)が形成されている。
該軸配設部(4a)には、縦主軸(5)が、上下の軸受(6)(6)により、垂直で回転自在に支持されている。支柱(2)は、管材、Ｌ型材、Ｈ型材、コ型材等を使用することができる。また短尺のものを複数連結することもできる。
【００２５】
図１における基台(7)は箱形で、その内部には、縦主軸(5)の下端部を支持する、図示しない軸受が配設されている。また基台(7)の中に、図示しない発電器を、縦主軸(5)に任意の伝動手段を介して連結して配設し、支持枠体(4)全体として風力発電機が形成されている。
【００２６】
縦主軸(5)には、上下に対をなす複数の固定体(8)(8)が設けられている。固定体(8)の形状は、例えば円盤状で、中央に孔が形成され、縦主軸(5)に外嵌して固定される他、左右２っ割として、縦主軸(5)の左右から左右片を押し当てて、ネジ止めすることもできる。
【００２７】
前記固定体(8)は、上下１組として、図１では定間隔で４段に配設されている。各１組の固定体(8)毎に、それぞれ上下１セットの支持アーム(9)が、平行に配設されて、その基端部は、固定体(8)にネジ止されている。
【００２８】
各上下１セットの支持アーム(9)の上下間隔は、揚力型羽根(10)の高さに応じて決定されている。
なお、支持アーム(9)が上下３本を１組みとして使用される時は、固定体(8)も３個１セットで設けられる。
【００２９】
前記各支持アーム(9)の先端部の向きは、上段から下段にかけて、それぞれ１セット毎に異なり、図２に示すように、最上段の支持アーム(9a)は、正面方向を向いている。２段目の支持アーム(9b)は、回転一方向（Ａ矢示）へ、９０度ほど変向して配設されている。
【００３０】
３段目の支持アーム(9c)は、更に回転一方向へ９０度変向して配設され、４段目の支持アーム(9d)も、９０度ほど回転一方向へ変向して配設される。この回転一方向は、左回りでも、右回りでもかまわない。
【００３１】
これにより、最上段の支持アーム(9a)から、最下段の支持アーム(9d)までの、変向角度の合計は、９０度の４段階変更の合計で３６０度になり、図２に示すように、各支持アーム(9a)〜(9d)は、平面位相で９０度の均等間隔で配設されている。
【００３２】
図１において、各上下１セットの、各支持アーム(9a)〜(9d)の先端部には、それぞれ縦長の揚力型羽根(10)が、正面図における左側面（回転時の内側面）を縦主軸(5)に対面させて、垂直に固定されている。支持アーム(9a)〜(9d)と揚力型羽根(10)との固定方法は、揚力型羽根(10)の大きさや、重量等を考慮して、ネジ止め、接着、ＦＲＰの一体固定など、適宜選択される。
【００３３】
支持アーム(9)は、揚力型羽根(10)を支持出来る剛性があり、かつ風による抵抗が極力小さい形状にする。図示の支持アーム(9a)〜(9d)は、例えば板厚５ミリ程度のＦＲＰの板で形成されている。
これは、揚力型羽根(10)が、例えば弦長（前後幅）２０ｃｍ、高さ１００ｃｍの時、重量が１．３ｋｇ程度と軽量なためである。
【００３４】
揚力型羽根(10)は、軽量を要求されるので、硬質発泡樹脂成形体を一体に成形したコアに、ＦＲＰ外層を一体成形したもの等が好ましく使用される。芯部に骨材を形成することができる。
揚力型羽根(10)の大きさは、例えば高さ１００ｃｍ〜１８０ｃｍ、弦長１６ｃｍ〜３０ｃｍ、厚さ４ｃｍ〜６ｃｍである。
【００３５】
正面視において揚力型羽根(10)の上下端部は、縦主軸(5)方向へ傾斜して、傾斜部(10a)が形成されている。この傾斜角度は、４５度より大きいと、風の抜けが低下し、また傾斜角度が小さすぎると、風の回収率が低下する。従って、好ましい角度は３０度〜４５度である。
【００３６】
揚力型羽根(10)の横断平面形状は、回転時の外側面においては、揚力型羽根(10)の回転トラックの曲線に沿っており、縦主軸（5）と対面する面の前部に膨出部が形成されている。
【００３７】
これによって、揚力型羽根(10)の回転時の外側面では回転時における風抵抗が小さい。また膨出部は、羽根の外側面側より内側面側の風速を高めて揚力を生じさせるので、揚力型羽根(10)が風力で回転しているときに自走回転をする。
【００３８】
図１において、縦主軸(5)の高さは、例えば７ｍで、その外面には、軸受される近傍を除いて、補強体(5a)が被着されている。補強体(5a)は、例えばＦＲＰ成形体、アルミニウム型材の単体、あるいはそれらの組合せなどからなっている。
【００３９】
補強体(5a)は、図１に示すように、固定体(8)をも、外から被覆するようにすることによって、支持アーム(9a)〜(9d)の固定部等の耐候性を高めることができる。
この場合、補強体(5a)と固定体（8）との接続部を、軟質のＦＲＰ樹脂で充填させて硬化させることにより、結合させることができる。
【００４０】
以上のように構成された、この縦軸風車(1)は、揚力型羽根(10)の高さが、例えば１ｍという低いものであっても、例えば７ｍの縦主軸(5)に、４段状に配設することによって、４枚羽根の縦軸風車（1）として、広い受風面積を有し、回転すると強い軸トルクを得ることができる。
【００４１】
各段における各揚力型羽根(10)は、１枚羽根であるので、縦主軸(5)の同水準反対側では風抵抗がなく、回転効率が高い。そして、瞬時にして向の変る風に対しても、各段における揚力型羽根(10)は、それぞれ９０度変向しているので、４気筒エンジンのように、スムースでかつ連続した風力の付勢により、強い軸トルクを得ることができる。
【００４２】
この場合、１っの揚力型羽根(10)が風力を受けて回転するとき、風力を抵抗として受ける他の揚力型羽根は、他力で回転しており、その場合、前述した揚力型羽根(10)の形状による求心方向の揚力により、自走推力が生じて回転する。
【００４３】
また、高さが高い縦主軸(5)を使用した時には、重量を軽減させるために、剪断荷重に耐えられる範囲で、細い軸が使用される。それにより、回転時における遠心力と、揚力型羽根(10)に受ける風圧とによって、細い縦主軸(5)は屈曲する。
【００４４】
しかし軽量で剛性のあるＦＲＰや、アルミニウム等軽量合金の補強体(5a)を、縦主軸(5)の外面に被着して一体とすることによって、縦主軸(5)が回転時に屈曲することはなくなる。また、ＦＲＰは軽量に成形することができるので、縦主軸(5)全体を軽量なものとすることができ、回転効率は高められる。
【００４５】
実施例１においては、揚力型羽根(10)は４段に配設されているが、例えば縦主軸(5)を３段重ねとすることにより、揚力型羽根(10)を１２段に配設することができる。
【００４６】
また、縦主軸(5)を短くして、揚力型羽根(10)を３段、６段などに配設することができる。その場合、上下の揚力型羽根(10)の高さを、長短に変化させることができる。各段における１枚羽根の、弦長を長くする事によって、大きな軸トルクを得ることができる。
【００４７】
揚力型羽根(10)の弦長は、揚力型羽根(10)の回転半径によって変化し、例えば回転半径において、揚力型羽根(10)の前後端と軸を結ぶ角度が３０度以内、例えば、揚力型羽根(10)の弦長は、揚力型羽根(10)の回転半径の約４０％〜５０％相当の長さの範囲、すなわち揚力型羽根(10)の回転半径が１ｍのとき、弦長４０ｃｍ〜５０ｃｍまでの範囲にまで大きくすることが出来る。
【００４８】
揚力型羽根(10)の弦長が短いと、回転速度はあがるが、軸トルクは小さい。従って回転速度が出ても、弱風に変ると減退して軸トルクが著しく低下するが、前記のように弦長を大きくしておくと、弱風でも低速回転で軸トルクが大きい。
【００４９】
揚力型羽根(10)の回転に伴い、空気は、その粘性により、揚力型羽根(10)の側面に付着して回転する。その結果、揚力型羽根(10)の回転トラック内に入る気流は、抵抗の小さな揚力型羽根の上下方向へと流れる。
【００５０】
しかし、揚力型羽根(10)の内側面の上下端部に、内側方を向く傾斜部(10a)を形成しておくと、上下方向へ流れようとする気流は、傾斜部(10a)で阻まれて、揚力型羽根(10)を回転方向へ押すので、傾斜部(10a)が形成されている揚力型羽根(10)の回転効率は、傾斜部(10a)が形成されていないものに比して例えば５％〜２０％高くする。
【実施例２】
【００５１】
図３は、本発明の実施例２を示す、縦軸風車の要部正面図、図４は要部平面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して、説明を省略する。  
図における支持枠体(4)は、中間の固定アームや筋交材などの図示が、省略されているものである。
【００５２】
図３において、縦主軸(5)は、複数の中間軸受(66)で、支持されている。各中間軸受(66)は、支柱(2)間に架設された、固定アーム(3)に設けられている。
これによって、縦主軸(5)は、全体として屈曲し難くなるので、金属製の縦主軸(5)を、剪断荷重に耐えられる範囲で、細く、かつ軽量にすることができる。また、縦主軸(5)の外面には、軸受される近傍部を除いて補強体(5a)を被着することによって、金属の縦主軸(5)を、より細くし、軽量化することができる。
【００５３】
図３において、上下各段の揚力型羽根(10)は、縦主軸(5)を挟んで相対するように設けた２枚の揚力型羽根(10)からなっている。
揚力型羽根(10)が２枚の場合には、揚力型羽根(10)の弦長（前後幅）を、１枚羽根よりも相当に小さくする方が、風抵抗に対して有利になる。
【００５４】
例えば、１枚羽根(10)の弦長の半分相当が好ましい。従って、例えば揚力型羽根(10)の回転半径が１ｍの場合、最大でその半径の２０％〜２５％相当の弦長とすることが好ましい。
【００５５】
各同一水準における支持アーム(9a)〜(9e)は、それぞれ同一の放射線上に設定されている。これによって、回転時に同一水準における２枚の揚力型羽根(10)の、回転バランスは良くなり、縦軸風車(1)全体としての回転バランスが良くなる。
【００５６】
上下段における、支持アーム(9a)〜(9e)の平面位相は、図４に示すように、最上段の支持アーム(9a)は、左右方向を向いて配設され、２段目の支持アーム(9b)は、回転方向（Ａ矢示）へ７２度変更した位置に配設されている。
【００５７】
さらに３段目の支持アーム(9c)は、回転方向へ７２度変向された位置に配設されている。以下、４段目、５段目の支持アーム(9d)(9e)も、それぞれ７２度ずつ回転方向へ変向された位置に配設されている。
【００５８】
これによって、支持アーム(9a)〜(9e)の平面的位相は、図４に示すように、回転方向へ３６度ずつ(9a)、(9d)、(9b)、(9e)、(9c)、(9a)、(9d)、(9b)、(9e)、(9c)という順に、変向した配列に設定されている。
【００５９】
以上のように構成された、実施例２の縦軸風車(1)においては、揚力型羽根(10)の枚数が合計で１０枚になり、受風面積を大きくすることができるので、強い軸トルクを得ることができる。
【００６０】
特に、同一設置面積における縦軸風車(1)の受風面積は、揚力型羽根(10)が１段のものに比して、５段に配設されていると５倍と、圧倒的に大きくなり、それだけ性能の良い風車となる。
【００６１】
また、図４に示すように、揚力型羽根(10)の平面位相は、回転方向へ３６度ずつ変位しているので、風の向きが瞬時に変化しても、いずれかの揚力型羽根(10)で風力を得ることができて、同一方向からの気流には、自動車の多気筒エンジンのように、スムースで、かつ連続した風力による、安定した回転力を得ることができる。    
【００６２】
この実施例２においては、揚力型羽根(10)は５段に配設されているが、縦主軸(5)を２段重ねにした状態で、揚力型羽根(10)を１０段に配設にすることもできる。
また、縦主軸(5)を短くして、揚力型羽根(10)を３段、４段などにすることができる。その場合、上下の揚力型羽根(10)の高さを、長短に変化させることができる。
【実施例３】
【００６３】
図５は、本発明の実施例３を示す、正面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して、説明を省略する。
図５における支持枠体(4)は、中間の固定アームや筋交材などの図示が、省略されているものである。
【００６４】
この実施例３は、１っの支持枠体(4)に、側方に並ぶ複数の軸配設部(4a)が形成されて、縦主軸(5)が複数配設されていることに特徴がある。
図５において、軸配設部(4a)は左右２個示されているが、水平方向へ１０個、２０個と連続形成させることができる。
【００６５】
これによって、１っの支持枠体(4)の中に、多数の軸配設部(4a)が形成され、それぞれに縦主軸(5)が配設されている。各縦主軸(5)に複数の揚力型羽根(10)が多段に配設されても、隣接同士の羽根(10)は、それぞれの向きが異っているので、風の通りがよく、回転時における隣同士の揚力型羽根(10)によって生じる気流の干渉は軽減される。
【００６６】
以上のように構成された、実施例３の縦軸風車(1)は、１っの支持枠体(4)に複数の軸配設部(4a)が設けられ、全体として１っの縦軸風車(1)となっている。
揚力型羽根(10)の１枚は、受風面積が小さなものであるが、１本の縦主軸(5)に、多数の揚力型羽根(10)が多段状に配設され、これが水平方向に多数配設されているので、複数の揚力型羽根(10)全体としての受風面積は、大きなものとなっている。
【００６７】
その結果、各縦主軸(5)で、基台(7)内の図示しない、発電器を回転させて、これを集電することにより、全体として、大容量の発電をすることが出来る大型のの風力発電機を形成することができる。
【００６８】
この実施例３における揚力型羽根(10)は、図３に示す２枚羽根配設とすることができる。
また左右に隣合う支持枠体（４）における軸配設部(4a)で、揚力型羽根(10)の段数を、例えば５段、４段、３段、５段のように異差させることができる。これは、例えば凹凸のある地形に設置する場合等に適している。
【実施例４】
【００６９】
図６は、本発明の実施例４を示す、縦軸風車の要部平面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。図における支持枠体(4)は、中間の固定アームや筋交材などの図示が省略されている。
【００７０】
この実施例４も、１っの支持枠体(4)の中に、多数の軸配設部(4a)が、水平方向へ連続して形成されて、各軸配設部(4a)に、それぞれ縦主軸(5)が配設されているものである。
【００７１】
図６において、軸配設部(4a)は、左右において、複数連設されているが、図示のように、軸配設部(4a)が、左右前後に喰い違い状とされ、各縦主軸(5)の配設される平面位相が、それぞれ隣同士で連設方向と異なった方向へ異ならせて配設されている。
【００７２】
図６において、例えばＡ矢示の風が吹いていて、各縦主軸(5)における揚力型羽根(10)がＢ矢示方向に回転しているとき、揚力型羽根(10)の風下は無風に近い状態になる。従って、図６の左右方向から風が吹く場合、風上の揚力型羽根(10)の直後では風を受けにくい。
【００７３】
また揚力型羽根(10)が回転すると、流体の粘性により、空気の層が揚力型羽根(10)の外面に付着して回転する。従って、Ａ矢示の風は、Ｃ矢示向きとなって後方へ抜ける。その結果、図６において、Ｄ矢示の風は、Ｅ矢示の向きとなって、風下の揚力型羽根(10)を回転させる。
【００７４】
図７は、縦主軸(5)の実施例２を示す要部正面図で、図８はその平面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して、説明を省略する。
この縦主軸(5)は、長さを短かなものとし、これを長手方向に複数連結するように構成されたものである。
【００７５】
この縦主軸(5)の上端面には、嵌合突部(5b)が形成されている。また縦主軸(5)の下端面には、嵌合凹部(5c)が形成されている。複数の縦主軸(5)を連結するときは、嵌合突部(5b)を別体の縦主軸(5)の嵌合凹部(5c) に嵌合させ、その外部にカラー(5d)を嵌合固定する。
【００７６】
支持枠体(4)に縦主軸(5)を配設するには、前記カラー(5d)の部分に、中間軸受(66)が当るようにして、固定アーム(3)により支持する。これによって、縦主軸(5)の連結部(5b)(5c)は、カラー(5d)と中間軸受(66)、固定アーム(3)等によって堅固に支持されて、屈折が防止される。
【００７７】
このように構成された、この縦主軸(5)は、例えば図３に示される中間軸受(66)上下間の長さに合うように設定すると、運搬、並びに縦軸風車(1)全体の組立作業が容易になる。
【００７８】
図９は、本発明縦主軸の実施例３を示す要部正面図で、図１０はその平面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して、説明を省略する。
この実施例における縦主軸(5)は、連結軸(5e)が別体で形成されている。
【００７９】
図９において、縦主軸(5)の両端面に、凹型の嵌合部(5f)が形成され、嵌合部(5f)内に、滑止突条(5g)が形成されている。連結軸(5e)の両先端面には、滑止溝(5h)が形成されている。
【００８０】
使用時においては、連結軸(5e)の下端部を、縦主軸(5)の上の嵌合部(5f)に嵌合する。また、連結軸(5e)の上端部を、縦主軸(5)の下の嵌合部(5f)に嵌合させる。これによって、図９に示すように、複数の縦主軸(5)を上下に連結させることができる。
【００８１】
例えば、この縦主軸(5)を、図３の縦軸風車(1)に利用して、中間軸受(66)部分で、連結軸(5e)部分を支持させることによって、上下の中間軸受(66)の間に縦主軸(5)を支持させ、支持枠体(4)の縦方向に、複数の縦主軸(5)を連結させることができる。
【００８２】
連結軸(5e)は、例えば直径２ｃｍ、長さ１０〜３０ｃｍ程度であり、直径が細くても、短くて、中間を軸受(66)で支持されるので、屈曲し難い。また細いので、小さな軸受を使用することができ、摩擦面積が小さいので、摩擦抵抗が小さく、回転効率が良い。
【００８３】
メンテナンスも、この連結軸(5e)だけを取替えればよいので簡単である。
なを連結軸(5e)の一端部に突状の嵌合部、他端に凹状の嵌合部を形成すると、前記図７に示す縦主軸(5)の嵌合突部、凹部と連結させることができる。
【００８４】
縦主軸(5)の直径は例えば４ｃｍ、長さ１５０ｃｍ〜２００ｃｍ程度。必要に応じて、縦主軸(5)の表面に補強体(5a)を被着することによって、剛性を維持できる。
縦主軸(5)の長さが短く、配設される揚力型羽根(10)は、多くても２枚であるので、縦主軸(5)の直径は細くても屈曲し難く、重量も軽量にすることができる。
【００８５】
なおこの発明は、前記各実施例に限定されるものではなく、目的に沿って適宜設計変更をすることができる。例えば支持アーム(8)を、上下３本にしたり、あるいは筋交いを配設したりすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
縦主軸に発電器を連係することにより、風力発電機にすることが出来るほか、揚水、製粉、その他工業用動力に利用することができる。  
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施例を示す縦軸風車の要部正面図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す縦軸風車の要部平面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す縦軸風車の要部正面図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す縦軸風車の要部平面図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す縦軸風車の要部正面図である。
【図６】本発明の第４実施例を示す縦軸風車の要部正面図である。
【図７】縦主軸の実施例２を示す要部正面図である。
【図８】図７における縦主軸の平面図である。
【図９】縦主軸の実施例３を示す要部正面図である。
【図１０】図９における縦主軸の平面図である。
【符号の説明】
【００８８】
(1)縦軸風車
(2)支柱
(3)固定アーム
(4)支持枠体
(4a)軸配設部
(5)縦主軸
(5a)補強体
(5b)嵌合突部
(5c)嵌合凹部
(5d)カラー
(5e)連結軸
(5f)嵌合部
(5g)滑止突条
(5h)滑止溝
(6)軸受
(66)中間軸受
(7)基台
(8)固定体
(9)（9a）〜（9ｅ）支持アーム
(10)揚力型羽根
(10a)傾斜部
【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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