(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車ブレード（８）を固着し、回転可能に上下を軸支した垂直回転軸（Ｒ）の下部位に、この垂直回転軸（Ｒ）を同軸としてリング状の永久磁石（Ｍ1 ）を水平方向に固着すると共に、前記垂直回転軸（Ｒ）の上端に、リング状または円板状の永久磁石（Ｍ2 ）を水平方向に固着し、
前記垂直回転軸（Ｒ）の下支持板（３）に設けた軸支空間（６ａ）の上部に、下側を前記垂直回転軸（Ｒ）を同軸として水平方向に固着したリング状の永久磁石（Ｍ1 ）の上側と異極とし、前記垂直回転軸（Ｒ）に接触しない内径を有したリング状の永久磁石（Ｍ3 ）を磁石どうし対向するようにして設け、前記垂直回転軸（Ｒ）に常に上方に押し上げられる力が作用するようにすると共に、
前記軸支空間（６ａ）の下部に、上側を前記垂直回転軸（Ｒ）を同軸として水平方向に固着したリング状の永久磁石（Ｍ1 ）の下側と同極とし、前記垂直回転軸（Ｒ）に接触しない内径を有した永久磁石（Ｍ4 ）を磁石どうし対向するようにして設け、前記垂直回転軸（Ｒ）に常に上方に押し上げられる力が作用するようにし、
さらに前記垂直回転軸（Ｒ）の上支持板（５）に設けた軸支空間（６ｂ）の上部に、下側を前記垂直回転軸（Ｒ）の上端に水平方向に固着したリング状または円板状の永久磁石（Ｍ2 ）の上側と異極としたリング状または円板状の永久磁石（Ｍ5 ）を磁石どうし対向するようにして設け、前記垂直回転軸（Ｒ）に常に上方に押し上げられる力が作用するようにすると共に、
前記軸支空間（６ｂ）の下部に、上側を前記垂直回転軸（Ｒ）の上端に水平方向に固着したリング状または円板状の永久磁石（Ｍ2 ）の下側と同極とし、前記垂直回転軸（Ｒ）に接触しない内径を有したリング状の永久磁石（Ｍ6 ）を磁石どうし対向するようにして設け、前記垂直回転軸（Ｒ）に常に上方に押し上げられる力が作用するようにしたことを特徴とする垂直回転軸用重力負荷低減装置。
【請求項２】
前記垂直回転軸（Ｒ）の下支持板（３）に設けた軸支空間（６ａ）の上部に、下側を前記垂直回転軸（Ｒ）を同軸として水平方向に固着したリング状の永久磁石（Ｍ1 ）の上側と異極とし、前記垂直回転軸（Ｒ）に接触しない内径を有したリング状の永久磁石（Ｍ3 ）、および前記軸支空間（６ａ）の下部に、上側を前記垂直回転軸（Ｒ）を同軸として水平方向に固着したリング状の永久磁石（Ｍ1 ）の下側と同極とし、前記垂直回転軸（Ｒ）に接触しない内径を有した永久磁石（Ｍ4 ）を、ヨーク（１１）により強磁性を得たものにしたことを特徴とする請求項１記載の垂直回転軸用重力負荷低減装置。
【請求項３】
前記垂直回転軸（Ｒ）の上支持板（５）に設けた軸支空間（６ｂ）の上部に、下側を前記垂直回転軸（Ｒ）の上端に水平方向に固着したリング状または円板状の永久磁石（Ｍ2 ）の上側と異極としたリング状または円板状の永久磁石（Ｍ5 ）、および前記軸支空間（６ｂ）の下部に、上側を前記垂直回転軸（Ｒ）の上端に水平方向に固着したリング状または円板状の永久磁石（Ｍ2 ）の下側と同極とし、前記垂直回転軸（Ｒ）に接触しない内径を有したリング状の永久磁石（Ｍ6 ）を、ヨーク（１１）により強磁性を得たものにしたことを特徴とする請求項１記載の垂直回転軸用重力負荷低減装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、垂直軸型風力発電装置、回転広告塔などの、垂直回転軸を有し風力により回転運動する装置において、その垂直回転軸の重力負荷を低減する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の垂直軸型風力発電装置の一般的な構造は、図７、８に示したように、風車ブレード２１を固着した垂直回転軸Ｒを発電機Ｄに直結または増速機２２を介して発電機Ｄに連結しており、垂直回転軸Ｒの重力負荷に対してはボールベアリング等の軸受２３の採用による摩擦低減の対応が行われている。
【０００３】
また、従来の回転広告塔の一般的な構造は、図には示していないが、垂直回転軸に固着された風車ブレードを広告表示板としており、この風車ブレードに各種広告文等を表示して、回転させることにより、あらゆる方向からその広告内容を見ることができるようにしている。
【０００４】
ところで、前記垂直軸型風力発電装置や回転広告塔では、外観的にも上部の風車ブレード２１を固着した垂直回転軸Ｒを、下部の支持台２４の軸受２３の一個所で支えている構造としており、この軸受２３に風圧による水平方向の力が集中し、軸受２３に無理な応力が作用し、破損の原因となっている。
【０００５】
さらに、前記垂直軸型風力発電装置では、その構造上の強度を上げるため、垂直回転軸Ｒを太くすることによる軸受２３の大型化等によっても、さらに垂直回転軸Ｒの重力負荷が増し、摩擦抵抗増加の要因ともなっている。
【０００６】
また、前記回転広告塔では、広告文等の表示面積を広くするため、広告表示板である風車ブレードを大きいものにしなければならず、そのため垂直回転軸を太くすることによる軸受部の大型化等によっても、さらに垂直回転軸の重力負荷が増し、摩擦抵抗増加の要因ともなっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、垂直軸型風力発電装置、回転広告塔などに使用される風車ブレードは、風力エネルギーを効率よく回転エネルギーに変換させる目的でその形状を工夫すると共に可能な限りの軽量化、すなわち慣性抵抗や質量を小さくすることが理想である。しかし、自然界で発生する風は、風向、風速共に常時一定ではないので、水平方向の風圧を垂直回転軸一本で支える構造では、垂直回転軸の剛性は勿論のこと、回転体である風車ブレード自体も風圧に耐え得る強度、耐候性が要求される。
【０００８】
したがって、垂直回転軸を含め、風車ブレードの重量は、予想以上のものとなり、垂直回転軸の垂直方向への重力負荷は、摩擦抵抗の最大の要因であり、設計上看過できないものである。
【０００９】
また、常時得られる風力エネルギーに対し、軸受による摩擦低減の対応のみでは、充分な風力エネルギーの活用はできず、垂直軸型風力発電装置の実用化の阻害要因ともなっている。
【００１０】
そこで、この発明は、垂直軸型風力発電装置などの垂直回転軸を、風車ブレードの上方、下方の二個所で支持することにより、風車ブレードの安定性を増大させ、垂直回転軸、軸受をはじめ構造体の軽量化、コンパクト化を可能とし、さらに永久磁石による吸引力と反発力を利用し、垂直回転軸の垂直方向への重力負荷を大幅に低減させ、その軸受部の摩擦抵抗を減少させ、低風速時においても風力エネルギーを回転エネルギーに有効に変換させることができる垂直回転軸用重力負荷低減装置を提供することを目的としてなされたものである。
【００１１】
この発明の垂直回転軸用重力負荷低減装置は、風車ブレード８を固着し、回転可能に上下を軸支した垂直回転軸Ｒの下部位に、この垂直回転軸Ｒを同軸としてリング状の永久磁石Ｍ1 を水平方向に固着すると共に、前記垂直回転軸Ｒの上端に、リング状または円板状の永久磁石Ｍ2 を水平方向に固着し、前記垂直回転軸Ｒの下支持板３に設けた軸支空間６ａの上部に、下側を前記垂直回転軸Ｒを同軸として水平方向に固着したリング状の永久磁石Ｍ1 の上側と異極とし、前記垂直回転軸Ｒに接触しない内径を有したリング状の永久磁石Ｍ3 を磁石どうし対向するようにして設け、前記垂直回転軸Ｒに常に上方に押し上げられる力が作用するようにすると共に、前記軸支空間６ａの下部に、上側を前記垂直回転軸Ｒを同軸として水平方向に固着したリング状の永久磁石Ｍ1 の下側と同極とし、前記垂直回転軸Ｒに接触しない内径を有した永久磁石Ｍ4 を磁石どうし対向するようにして設け、前記垂直回転軸Ｒに常に上方に押し上げられる力が作用するようにし、さらに前記垂直回転軸Ｒの上支持板５に設けた軸支空間６ｂの上部に、下側を前記垂直回転軸Ｒの上端に水平方向に固着したリング状または円板状の永久磁石Ｍ2 の上側と異極としたリング状または円板状の永久磁石Ｍ5 を磁石どうし対向するようにして設け、前記垂直回転軸Ｒに常に上方に押し上げられる力が作用するようにすると共に、前記軸支空間６ｂの下部に、上側を前記垂直回転軸Ｒの上端に水平方向に固着したリング状または円板状の永久磁石Ｍ2 の下側と同極とし、前記垂直回転軸Ｒに接触しない内径を有したリング状の永久磁石Ｍ6 を磁石どうし対向するようにして設け、前記垂直回転軸Ｒに常に上方に押し上げられる力が作用するようにしたものとしている。
【００１４】
そして、この発明の垂直回転軸用重力負荷低減装置は、前記垂直回転軸Ｒの下支持板３に設けた軸支空間６ａの上部に、下側を前記垂直回転軸Ｒを同軸として水平方向に固着したリング状の永久磁石Ｍ1 の上側と異極とし、前記垂直回転軸Ｒに接触しない内径を有したリング状の永久磁石Ｍ3 、前記軸支空間６ａの下部に、上側を前記垂直回転軸Ｒを同軸として水平方向に固着したリング状の永久磁石Ｍ1 の下側と同極とし、前記垂直回転軸Ｒに接触しない内径を有した永久磁石Ｍ4 、前記垂直回転軸Ｒの上支持板５に設けた軸支空間６ｂの上部に、下側を前記垂直回転軸Ｒの上端に水平方向に固着したリング状または円板状の永久磁石Ｍ2 の上側と異極としたリング状または円板状の永久磁石Ｍ5 、および前記軸支空間６ｂの下部に、上側を前記垂直回転軸Ｒの上端に水平方向に固着したリング状または円板状の永久磁石Ｍ2 の下側と同極とし、前記垂直回転軸Ｒに接触しない内径を有したリング状の永久磁石Ｍ6 を、ヨーク１１により強磁性を得たものにすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の垂直回転軸用重力負荷低減装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１、２は、この発明の垂直回転軸用重力負荷低減装置を垂直軸型風力発電装置の垂直回転軸に実施した形態を示している。
【００１７】
図に示したように、本体１は、円筒胴状とした支持台２の下支持板３の周囲に複数の支柱４を立設すると共に、これら支柱４の上端間に上支持板５を架設し、さらに下支持板３の下方向に軸支空間６ａを突設すると共に、上支持板５の上方向に軸支空間６ｂを突設したものとしている。
【００１８】
垂直回転軸Ｒは、上下一対の回転板７ａ、７ｂが固着されており、これら回転板７ａ、７ｂ間において、複数枚の風車ブレード８が固着されており、回転可能に上下を前記上下支持板に設けた軸受９、１０に軸支し、下部位にこの垂直回転軸Ｒを同軸としてリング状の永久磁石Ｍ1 を水平方向に固着し、下端に発電機Ｄを連結すると共に、上端にリング状または円板状の永久磁石Ｍ2 を水平方向に固着している。さらに、垂直回転軸Ｒには、前記軸受９の上部位に過剰下降防止用のストッパーＳ1 を固着し、軸受１０の下部位に過剰上昇防止用のストッパーＳ2 を固着したものとしている。なお、軸受９、１０は、垂直回転軸Ｒの荷重が回転方向と直線方向に作用するので、ラジアル軸受とスラスト軸受の機能を兼ね備えたものとするのが好ましい。
【００１９】
下支持板３に突設した軸支空間６ａの上部には、下側を前記永久磁石Ｍ1 の上側と異極とし、前記垂直回転軸Ｒに接触しない内径を有したリング状の永久磁石Ｍ3 を磁石どうし対向するようにして設けると共に、前記軸支空間６ａの下部には、上側を前記永久磁石Ｍ1 の下側と同極とし、前記垂直回転軸Ｒに接触しない内径を有した永久磁石Ｍ4 を磁石どうし対向するようにして設けている。
【００２０】
上支持板５に突設した軸支空間６ｂの上部には、下側を前記永久磁石Ｍ2 の上側と異極としたリング状または円板状の永久磁石Ｍ5 を磁石どうし対向するようにして設けると共に、前記軸支空間６ｂの下部には、上側を前記永久磁石Ｍ2 の下側と同極とし、前記垂直回転軸Ｒに接触しない内径を有したリング状の永久磁石Ｍ6 を磁石どうし対向するようにして設けている。
【００２１】
永久磁石Ｍ1 は、そのリング内面を垂直回転軸Ｒの外面に固着するようにしており、永久磁石Ｍ2 は、そのリング内面または円板の下面中心部を垂直回転軸Ｒの外面または端部に固着するようにしている。
【００２２】
永久磁石Ｍ3 、Ｍ4 、Ｍ5 、Ｍ6 は、これらの外側面をヨーク１１で取り囲み、このヨーク１１により強磁性を得たものにすることができる。
【００２３】
以上のような構成としたこの発明の垂直回転軸用重力負荷低減装置は、垂直回転軸Ｒの風車ブレード８の下方では、図３、４に示したように、垂直回転軸Ｒに固着された永久磁石Ｍ1 が、軸支空間６ａの上部に設けられた永久磁石Ｍ3 に吸引されると共に、軸支空間６ａの下部に設けられた永久磁石Ｍ4 に反発するので、垂直回転軸Ｒには常に上方に押し上げられる力が作用し、さらに垂直回転軸Ｒの風車ブレード８の上方では、図５、６に示したように、垂直回転軸Ｒに固着された永久磁石Ｍ2 が、軸支空間６ｂの上部に設けられた永久磁石Ｍ5 に吸引されると共に、軸支空間６ｂの下部に設けられた永久磁石Ｍ6 に反発するので、垂直回転軸Ｒには常に上方に押し上げられる力が作用し、垂直回転軸Ｒの垂直方向への重力負荷を大幅に低減することができる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明の垂直回転軸用重力負荷低減装置は、以上に述べたように構成されており、垂直回転軸を風車ブレードの上方、下方の二個所で支持しているので、風車ブレードの安定性を増大させることができ、垂直回転軸、軸受をはじめ構造体の軽量化、コンパクト化が可能となり、さらに永久磁石による吸引力と反発力を利用し、垂直回転軸の垂直方向への重力負荷を大幅に低減させているので、その軸受部の摩擦抵抗を減少させ、低風速時においても風力エネルギーを回転エネルギーに有効に変換させることができるものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の垂直回転軸用重力負荷低減装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す垂直回転軸用重力負荷低減装置の縦断面図である。
【図３】図１に示す垂直回転軸用重力負荷低減装置の下支持板に設けた軸支空間の一部断面斜視図である。
【図４】図１に示す垂直回転軸用重力負荷低減装置の下支持板に設けた軸支空間の縦断面図である。
【図５】図１に示す垂直回転軸用重力負荷低減装置の上支持板に設けた軸支空間の一部断面斜視図である。
【図６】図１に示す垂直回転軸用重力負荷低減装置の上支持板に設けた軸支空間の縦断面図である。
【図７】従来の垂直軸型風力発電装置の一例を示す説明図である。
【図８】従来の垂直軸型風力発電装置の他例を示す説明図である。
【符号の説明】
３  下支持板
５  上支持板
６ａ  軸支空間
６ｂ  軸支空間
８  風車ブレード
１１  ヨーク
Ｒ  垂直回転軸
Ｍ1   永久磁石
Ｍ2   永久磁石
Ｍ3   永久磁石
Ｍ4   永久磁石
Ｍ5   永久磁石
Ｍ6   永久磁石
【図１】
0003994323.tif 000002
【図２】
0003994323.tif 000003
【図３】
0003994323.tif 000004
【図４】
0003994323.tif 000005
【図５】
0003994323.tif 000006
【図６】
0003994323.tif 000007
【図７】
0003994323.tif 000008
【図８】
0003994323.tif 000009