(57)【要約】【課題】重量が軽く、強度・剛性の高い、低コストの風力発電用垂直軸型風車の翼を製造すること。【解決手段】本発明は風力発電用垂直軸型風車の翼用の翼部材であって、前記翼部材は、断面の輪郭線が前記翼の翼断面の輪郭線と一致するように形成された筒状側壁部と、前記筒状側壁部の一方の開口部を覆う補強部材とを備え、前記補強部材は、外縁部が前記筒状側壁部の開口縁に連結され、前記筒状側壁部の壁厚と略等しい幅を有する環状のフランジ部と、該フランジ部の内縁から軸線方向外方に延びる筒状立上り部と、該筒状立上り部の先端開口を覆う板状部材とを備え、一の翼部材の他方の開口部に、他の翼部材の補強部材の筒状立上り部を嵌合させることにより一の翼部材と他の翼部材とが連結されるように構成されている。【選択図】図３
2016118170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電用垂直軸型風車の翼用の翼部材であって、前記翼部材は、
断面の輪郭線が前記翼の翼断面の輪郭線と一致するように形成された筒状側壁部と、
前記筒状側壁部の一方の開口部を覆う補強部材とを備え、
前記補強部材は、外縁部が前記筒状側壁部の開口縁に連結され、前記筒状側壁部の壁厚と略等しい幅を有する環状のフランジ部と、該フランジ部の内縁から軸線方向外方に延びる筒状立上り部と、該筒状立上り部の先端開口を覆う板状部材とを備え、
一の翼部材の他方の開口部に、他の翼部材の補強部材の筒状立上り部を嵌合させることにより一の翼部材と他の翼部材とが連結されるように構成されている、風力発電用垂直軸型風車の翼用の翼部材。
【請求項２】
前記筒状側壁部及び前記補強部材が一体成形されている、請求項１記載の風力発電用垂直軸型風車の翼用の翼部材。
【請求項３】
前記板状部材は少なくとも一つの翼桁用開口部を有し、少なくとも一つの翼桁が前記翼桁用開口部を通って複数の前記翼部材どうしを接続する、請求項１又は２記載の風力発電用垂直軸型風車の翼用の翼部材。
【請求項４】
前記翼桁は翼取付けステイに固定され、前記翼部材によって構成された前記風力発電用垂直軸型風車の翼は、前記翼取付けステイにより、風力発電用垂直軸型風車の回転体に接続される、請求項３記載の風力発電用垂直軸型風車の翼用の翼部材。
【請求項５】
前記翼部材の前記筒状側壁部及び前記補強部材で囲まれた内側に、発泡材が設けられている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の風力発電用垂直軸型風車の翼用の翼部材。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の翼部材により構成される風力発電用垂直軸型風車の翼。
【請求項７】
風力発電用垂直軸型風車の翼であって、
該翼は、複数のブロック構造体を積み重ねて連結することで構成され、
前記複数のブロック構造体の各々の水平断面の輪郭線は、それぞれ前記翼の翼断面の輪郭線と一致し、
前記複数のブロック構造体のうち、少なくとも２つは同一のブロック構造体である、
風力発電用垂直軸型風車の翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電用垂直軸型風車の翼に係り、詳細には、風力発電用垂直軸型風車の翼用の翼部材と、この翼部材により構成された翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギーの一つとして近年、風力発電の重要度が増している。風力発電に用いられる風力発電機の風車としては、水平方向に延びる回転軸を有する水平型（水平軸型）風車と、鉛直方向に延びる回転軸を有する垂直軸型風車が知られている。
【０００３】
垂直軸型風車は、水平型風車と異なり、３６０度どちらの方向から吹く風についても回転駆動源とすることが可能であり、かつ、比較的狭い敷地内にも配置することができるという利点を有する。このような垂直軸型風車の一例が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０７３３２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
風力発電機は、回転軸を有する発電機と、この発電機の回転軸を回転させるための風車を備えている。例えば、上記特許文献１の垂直軸型風車は、鉛直方向に延びる円筒部を有する回転体とこの回転体の周囲に配置された複数枚の鉛直方向に細長い翼を有している。これら複数の翼は、それぞれ翼支持腕によって回転体に連結され、この回転体は翼の鉛直方向の中心付近の高さに設置された軸受を介して、発電機を内蔵した中心軸に接続されている。このような風力発電機に向けて風が吹くと、翼がこの風を受けて、翼および回転体が滑らかに回転し、回転体に連結された発電機の回転軸を回転させる。
【０００６】
このような風力発電機用垂直軸型風車に使用される翼は、風車の稼働効率を上げるため、弱い風が吹いた場合でも風車が回転できるように、その重量を軽くすることが望ましい。その一方で、強風や、風車自身の回転による遠心力によって、翼が破壊されないように、翼には充分な強度及び剛性が求められる。充分な強度及び剛性を得るために、従来は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を使用した一体成型や、アルミ押出材の組み合わせにより、翼が製造されていた。
【０００７】
しかし、繊維強化プラスチック一体成型による製造は、技術者の手作業により行われており、樹脂の硬化時間も必要となることから、製造に時間がかかるとともに、その価格も高くなる、という問題があった。また、繊維強化プラスチック一体成型によると、張り合わせ部の接着強度にむらが生じ、強度保証が困難である、という問題もある。
【０００８】
また、アルミ押出材による製造は、型の大きさに制限があるため、大きな寸法の翼を製造することは困難である。また、アルミ押出に伴う最低肉厚の制限があることから、完成品となる翼の重量増加を招きやすい。
【０００９】
さらに、安定した発電のため、風力発電機は定常的に風が吹くことが期待できる地域に設置されるが、風の強い地域や風の弱い地域など、風の強さに応じて翼の長さ（大きさ）を変えることが好ましい。従来の繊維強化プラスチック一体成型による製造やアルミ押出材による製造では、様々な大きさの翼のために、それぞれ新たな型を製作する必要があり、その結果、コスト高を招いてしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、重量が軽く、強度・剛性の高い翼を製造すること及びそのための翼部材を提供することを目的としている。また、本発明は、様々な長さ（大きさ）の翼を製造することを可能とし、製造コストの低い翼部材を提供することを目的としている。さらに、本発明は、このような翼部材により製造された風力発電用垂直軸型風車の翼を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明は、風力発電用垂直軸型風車の翼用の翼部材であって、前記翼部材は、断面の輪郭線が前記翼の翼断面の輪郭線と一致するように形成された筒状側壁部と、前記筒状側壁部の一方の開口部を覆う補強部材とを備え、前記補強部材は、外縁部が前記筒状側壁部の開口縁に連結され、前記筒状側壁部の壁厚と略等しい幅を有する環状のフランジ部と、該フランジ部の内縁から軸線方向外方に延びる筒状立上り部と、該筒状立上り部の先端開口を覆う板状部材とを備え、一の翼部材の他方の開口部に、他の翼部材の補強部材の筒状立上り部を嵌合させることにより一の翼部材と他の翼部材とが連結されるように構成されている。
【００１２】
このように構成された本発明によると、重量が軽く、強度・剛性の高い翼を製造することが可能となる。
【００１３】
また、本発明は、好ましくは、前記筒状側壁部及び前記補強部材が一体成形されていることを特徴としている。
【００１４】
このように構成された本発明においては、重量が軽く、強度・剛性の高い翼を低製造コストで提供することが可能となる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、前記板状部材は少なくとも一つの翼桁用開口部を有し、少なくとも一つの翼桁が前記翼桁用開口部を通って複数の前記翼部材どうしを接続することを特徴としている。
【００１６】
このように構成された本発明においては、翼の強度・剛性をより高めることが可能となる。
【００１７】
また、本発明において、好ましくは、前記翼桁は翼取付けステイに固定され、前記翼部材によって構成された前記風力発電用垂直軸型風車の翼は、前記翼取付けステイにより、風力発電用垂直軸型風車の回転体に接続されることを特徴としている。
【００１８】
このように構成された本発明においては、翼の強度・剛性をより高めることが可能となる。
【００１９】
また、本発明において、好ましくは、前記翼部材の前記筒状側壁部及び前記補強部材で囲まれた内側に、発泡材が設けられていることを特徴としている。
【００２０】
このように構成された本発明においては、翼の強度・剛性をより高めることが可能となる。
【００２１】
また、本発明は、上記の翼部材により構成される風力発電用垂直軸型風車の翼である。
【００２２】
このように構成された本発明においては、重量が軽く、強度・剛性の高い翼を提供することが可能となる。
【００２３】
また、本発明は、風力発電用垂直軸型風車の翼であって、該翼は、複数のブロック構造体を積み重ねて連結することで構成され、前記複数のブロック構造体の各々の水平断面の輪郭線は、それぞれ前記翼の翼断面の輪郭線と一致し、前記複数のブロック構造体のうち、少なくとも２つは同一のブロック構造体であることを特徴としている。
【００２４】
このように構成された本発明においては、重量が軽く、強度・剛性の高い翼を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、重量が軽く、強度・剛性の高い翼を製造できる翼部材を提供することが可能となる。また、本発明によれば、様々な大きさの翼を製造することを可能とし、製造コストの低い翼部材を提供することが可能となる。さらに、本発明によれば、このような翼部材により製造された風力発電用垂直軸型風車の翼を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態の翼部材により構成された翼を備えた風力発電用垂直軸型風車の外観を概略的に示す正面図である。
【図２】本発明の一実施形態の翼部材により構成された翼を備えた風力発電用垂直軸型風車の正面部分の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の翼部材により構成された翼を備えた風力発電用垂直軸型風車の構成を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態の翼部材の概略を示す上方斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態の翼部材の概略を示す下方斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態の翼部材により構成された翼の分解斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態の翼部材により構成された翼の透視斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態の翼部材により構成された翼の斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態の翼部材により構成された翼の翼支持腕との連結状態を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態である風力発電用垂直軸型風車の翼を詳細に説明する。図１は本発明の好ましい実施形態の翼を備えた風力発電用垂直軸型風車の一例の外観を概略的に示す正面図である。本実施形態において、風力発電用垂直軸型風車１は、設置面に対して鉛直方向に延びる回転軸を中心として風力により回転可能な回転体１０を備えている。この回転体１０は、後述するシャフト（回転軸）１６及び軸受部４を介して、円柱または円筒形の支柱２により回転可能に支持されている。円柱または円筒形の支柱２の下端部は固定部３により設置面に固定される。支柱２は、金属等の耐久性の高い素材により製造されることが好ましい。
【００２８】
回転体１０は、円筒部１２と、風を受けるための翼１３と、この翼１３を支持して円筒部１２に固定する翼支持腕１４とを備えている。これら円筒部１２および翼支持腕１４はアルミニウム等の金属やカーボンファイバー、プラスチック樹脂などの軽量かつ強度および耐久性が高い素材により製造されることが好ましい。翼１３の構造及び素材については後述する。
【００２９】
円筒部１２は、支柱２より大径の中空円筒状部であり、円筒形の支柱２及び後述するシャフト（回転軸）１６と同軸に配置され、シャフト１６及び後述する軸受部４により、回転可能に支柱２に連結されている。
【００３０】
円筒部１２は図２を参照して後述する円筒部フレーム１２’を備え、更に、円筒部フレーム１２’の中央部を覆うように設けられた中央カバー１２０と、円筒部フレーム１２’の上部にかぶせるように設けられた上部カバー１２１、円筒部フレーム１２’の下部にかぶせるように設けられた下部カバー１２２を備えている。上部カバー１２１及び下部カバー１２２は、この風力発電用垂直軸型風車１に吹く風に対する抵抗を抑えるために、その輪郭が略半球状に形成されている。下部カバー１２２は、その中心部を支柱２が貫通するように、中心部付近に開口部が設けられている。
【００３１】
中央カバー１２０、上部カバー１２１、下部カバー１２２の素材として、アルミニウム等の金属やカーボンファイバー、プラスチック樹脂などの軽量かつ強度および耐久性の高い素材を用いることが好ましいが、上部カバー１２１、下部カバー１２２等、中央カバー１２０ほど高い強度が要求されない部分については、アクリル樹脂や、ＡＢＳ樹脂等の加工しやすく軽量なプラスチック素材を用いることも可能である。
【００３２】
翼１３は、この風力発電用垂直軸型風車１に向けて、図１における横方向に吹く風を受けて、揚力を発生させる機能を有しており、この揚力によって回転体１０の回転方向にトルクを発生させるためのものである。翼１３は風力発電用垂直軸型風車１のシャフト（回転軸）１６に、このシャフト１６と平行に延びるように取り付けられている。風力発電用垂直軸型風車１に翼１３が取り付けられた状態における水平切断面に関して、翼１３は上端から下端まで略同一の断面形状を有している。以下、翼１３の水平切断面の形状を断面形状、又は翼断面と称する。
【００３３】
本実施形態の風力発電用垂直軸型風車１は、翼１３を３枚備えており、この３枚の翼１３を円筒部１２の周囲に等間隔に配置することで、３６０度どちらの方向から吹く風についても、これを的確にとらえて回転体１０を回転駆動することが可能となっている。翼１３は図３乃至図９を参照して後述するように、個々の翼部材２００、２０１、２０２等を連結することによって形成されている。各翼部材の連結後に、連結部分を含む翼１３の表面に樹脂や塗料を塗布して表面処理を行うことが好ましい。表面処理を行い、翼１３の表面を平坦にすることで、翼１３の空気抵抗を減らすことが可能となる。図１及び図２には、翼１３は表面処理後のものが示されている。なお、翼の数を３枚以上に増やすことも可能であるが、本実施形態のように一つの風力発電用垂直軸型風車１には３枚の翼１３が備えられることが機能面及びコスト面から好ましい。
【００３４】
翼支持腕１４は、上述した翼１３を円筒部１２に接続し固定する機能を有している。本実施形態において、１枚の翼１３を２本の翼支持腕１４により上下２箇所で支持している。各翼支持腕１４はそれぞれ後述する翼取付けステイ２８０と連結されている。上方の翼支持腕１４は、上部カバー１２１の下側付近で円筒部１２に接続されている。また、下側の翼支持腕１４は、下部カバー１２２の上側付近で円筒部１２に接続されている。図１に示す翼支持腕１４は図２を参照して後述する翼支持腕フレーム１４’を流線型の輪郭を有するカバー部材で覆ったものであり、この風力発電用垂直軸型風車１に向けて吹く風に対する翼支持腕１４の抵抗を抑えるようにしている。このような風力発電用垂直軸型風車１を上から見た場合、図５に示すように、ちょうど円筒部１２から径方向外側に向けて、翼支持腕１４がそれぞれ１２０度間隔をおいて３方向に広がった形となり、それぞれの先に翼１３が接続されている。翼支持腕１４の素材として、アルミニウム、カーボンファイバー等の軽量かつ耐久性の高い素材を用いることが好ましい。
【００３５】
図２は本発明の好ましい実施形態の風力発電用垂直軸型風車の一例から中央カバー１２０および、上部カバー１２１、下部カバー１２２、翼支持腕１４のカバー部材を外したものを正面から見た正面図である。上述した構成と同じ符号が付された構成については説明を省略する。円筒部フレーム１２’は中央カバー１２０、上部カバー１２１、下部カバー１２２の内側にあり、円筒部１２の主要構造を形成するフレーム部材である。円筒部フレーム１２’は上部に円形の頂板１２３を有しており、上側の翼支持腕フレーム１４’がそれぞれ頂板１２３に固定されている。翼支持腕フレーム１４’はカバー部材の内側にあり、翼支持腕１４の主要構造を形成するフレーム部材である。これら円筒部フレーム１２’及び翼支持腕フレーム１４’も、アルミニウム等の金属やカーボンファイバー、プラスチック樹脂などの軽量かつ強度および耐久性が高い素材により製造されることが好ましい。
【００３６】
円筒部フレーム１２’は鉛直方向に関して中央付近に中板１２４を有しており、シャフト１６が中板１２４の中央部に円筒部フレーム１２’と同軸に固定されている。支柱２、円筒部フレーム１２’、シャフト１６、の鉛直方向に延びる中心軸をＡで示す。シャフト１６が中板１２４の下方に延びた先には軸受部４が設けられている。軸受部４はボールベアリングなどにより、シャフト１６を回転可能に軸受けするものであり、円筒部１２の内部空間の下方に挿入された支柱２の上端部に設けられている。シャフト１６は、この軸受部４を介して図示しない発電機に接続されている。発電機は支柱２の内部に配置されており、円筒部１２が回転することにより、軸受部４により軸受されたシャフト１６が回転し、その結果、発電機で発電が行なわれる。これら風力発電用垂直軸型風車と発電機をあわせた構成を風力発電機と称する。
【００３７】
円筒部フレーム１２’は下部に円形の底板１２５を有しており、下側の翼支持腕１４がそれぞれ底板１２５に固定されている。底板１２５の中央部には、支柱２の直径よりもやや大きい直径を有する穴が開けられており、この穴を通って支柱２が円筒部１２の内部に挿入されている。また、この底板１２５には、円筒部１２が回転可能な状態を保ちながら、円筒部１２が鉛直方向から所定角度を超えて傾くことを防止するための規制手段として、ガイドローラー１５０が３つ取り付けられている。
【００３８】
次に、図３乃至図９を参照して、本発明の好ましい実施形態の風力発電用垂直軸型風車の翼を形成する翼部材等について説明する。図３は本発明の一実施形態の翼部材により構成された翼１３を備えた風力発電用垂直軸型風車の構成を概略的に示す斜視図であり、翼１３の表面処理がなされていない状態を示している。上述したように、風力発電用垂直軸型風車１には、３枚の翼１３が設けられている。各翼１３は、翼部材２００、翼部材２０１、翼部材２０３を連結することで構成されており、上から順に、翼部材２０３、翼部材２０１、４つの同一形態の翼部材２００、翼部材２０１、翼部材２００が連結されている。一番下の翼部材２００の底部にはボトムカバー２０４が取り付けられている。（図６参照）
【００３９】
図４及び図５を参照して、翼部材２００の構造について説明する。なお、翼部材２００、２０１、２０３に共通する部分については、翼部材２００をその代表として説明し、翼部材２０１、２０３における同様の部分についての説明を省略する。図４は、本発明の一実施形態の翼部材２００の概略を示す上方斜視図であり、図５は、本発明の一実施形態の翼部材２００の概略を示す下方斜視図である。
【００４０】
図４に示すように、翼部材２００は、断面の輪郭線が翼１３の翼断面の輪郭線と一致するように形成された筒状側壁部２１０を有している。また、翼部材２００は、この筒状側壁部２１０の一方の開口部２１１を覆う補強部材２１４を有しており、補強部材２１４の外縁部は筒状側壁部２１０の開口縁に連結されている。この補強部材２１４は、環状のフランジ部２１５を有しており、フランジ部２１５は、筒状側壁部２１０の壁厚と略等しい一定幅を有している。補強部材２１４は、また、フランジ部２１５の内縁から、筒状側壁部２１０の軸線方向外方に延びる筒状立上り部２１６を備えており、筒状立上り部２１６の先端開口は板状部材２１７によって覆われている。
【００４１】
なお、翼部材２０１は、翼部材２００の筒状側壁部２１０の側縁に切欠き部２５０（図６参照）を有する他は、翼部材２００と同じ構造を備えている。後述するように、翼取付けステイ２８０が切欠き部２５０を通って翼支持腕フレーム１４’と連結される。また、翼部材２０３は、翼部材２００の筒状側壁部２１０と同様の筒状側壁部を備えているが、補強部材２１４の代わりに、図示しない流線型のトップカバーを備えており、図３に示す翼１３の上端部を構成する部材である。
【００４２】
翼部材２００は、筒状側壁部２１０と補強部材２１４で形成されているが、翼部材２００を製造する際は、筒状側壁部２１０と補強部材２１４とを一体成型することが好ましい。筒状側壁部２１０と補強部材２１４とを一体成型することにより、翼部材２００の強度を上げながら、製造コストを抑制することが可能となる。
【００４３】
翼１３を構成するこれら翼部材２００、２０１、２０３の素材として、それぞれ炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）又は繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）といった軽量で、高強度、高剛性を有する複合素材を用いることが好ましい。風車の回転数を制御すること等により、翼１３に加わる荷重を制限することで、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）以外にも、樹脂や、アルミニウム、マグネシウムなどの軽金属を使用することで製造コストを抑制することも可能である。
【００４４】
また、板状部材２１７の中央付近には、円筒状の翼桁用開口部２１８が２箇所に設けられており、この翼桁用開口部２１８の内径は後述する翼桁２７０の外径と略等しい。後述するように、翼桁２７０がこの翼桁用開口部２１８を貫通して、翼部材２００、２０１、２０３間の連結を強化する。
【００４５】
図５に示すように、翼部材２００を下側から見ると、翼部材２００の筒状側壁部２１０は、他方の開口部２１２を有しており、この開口部２１２は開放状態にある。一の翼部材２００（及び翼部材２０１、２０３）の開口部２１２に、他の翼部材２００（及び翼部材２０１）の補強部材２１４の筒状立上り部２１６を嵌合させることにより、一の翼部材２００（及び翼部材２０１、２０３）と、他の翼部材２００（及び翼部材２０１）とを連結することができる。上述したように、補強部材２１４のフランジ部２１５の幅は、筒状側壁部２１０の壁厚と略等しいため、これら翼部材２００、２０１、２０３の連結部分は略面一となる。
【００４６】
図４、図５に示すように、翼部材２００には、連結孔２２０、２２２が複数設けられている。連結孔２２０は筒状側壁部２１０の開口部２１２付近に、筒状側壁部２１０を貫通するように設けられており、連結孔２２２は補強部材２１４の筒状立上り部２１６を貫通するように設けられている。一の翼部材２００の開口部２１２に、他の翼部材２００の補強部材２１４の筒状立上り部２１６を嵌合させると、一の翼部材２００の連結孔２２０と、他の翼部材２００の連結孔２２２とが重なり合うように、それぞれ位置決めされている。一の翼部材２００（及び翼部材２０１、２０３）の開口部２１２に、他の翼部材２００（及び翼部材２０１）の補強部材２１４の筒状立上り部２１６を嵌合させた後、これら重なり合った連結孔２２０及び２２２を貫通するようにリベット（図示せず）付けを行い、一の翼部材２００（及び翼部材２０１、２０３）と他の翼部材２００（及び翼部材２０１）とを連結する。なお、リベット付けに加えて、接着剤による固定を行うことも可能である。リベット付けによる翼１３の重量増加や、翼１３の製造工程数の増加を避けるため、重なり合った連結孔２２０及び２２２付近で接着又は溶接等を行うようにしてもよい。
【００４７】
図６を参照して、翼１３の構成についてさらに説明する。図６は本発明の一実施形態の翼部材２００、２０１、２０３、翼桁２７０、翼取付けステイ２８０により構成された翼１３の分解斜視図である。見やすくするために、翼１３を構成する翼部材２００、２０１、２０３とボトムカバー２０４を分解した状態と、翼１３の内部で翼部材２００、２０１、２０３を連結する翼桁２７０を翼１３の外側に取り出した状態が示されている。
【００４８】
本実施形態においては、翼１３は、上から、トップカバーを有する翼部材２０３、切欠き部２５０を有する翼部材２０１、翼部材２００、翼部材２００、翼部材２００、翼部材２００、切欠き部２５０を有する翼部材２０１、翼部材２００、ボトムカバー２０４の順に連結されて構成されている。翼１３は、８つの翼部材を備え、上から２番目の翼部材２０１と下から２番目の翼部材２０１の部分で、翼取付けステイ２８０によりそれぞれ翼支持腕フレーム１４’と連結される。
【００４９】
ボトムカバー２０４は、一番下の翼部材２００の他方の開口部２１２を覆うように設けられるカバーであり、その材質は各翼部材２００と同様に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を使用することが好ましく、この他にも、樹脂や、アルミニウム、マグネシウムなどの軽金属を使用することが可能である。ボトムカバー２０４を一番下の翼部材２００の他方の開口部２１２に取付ける際に、一番下の翼部材２００の他方の開口部２１２付近に設けられた連結孔２２０と重なり合うように、ボトムカバー２０４にも連結孔が設けられている。ボトムカバー２０４は一番下の翼部材２００の開口部２１２と嵌合し、連結孔を介して、一番下の翼部材２００と連結される。連結にはリベットを使用しても良く、接着・溶接により連結を行っても良い。
【００５０】
これら翼部材２００、２０１、２０３に２箇所ずつ設けられた翼桁用開口部２１８は、それぞれ、翼部材２００、２０１、２０３が嵌合・連結された際に一直線上に並ぶように配置されており、この一直線上に並んだ翼桁用開口部２１８を翼桁２７０が貫通する。翼部材２００、２０１、２０３にそれぞれ設けられた翼桁用開口部２１８を貫通した翼桁２７０は、翼桁用開口部２１８の部分で、翼部材２００、２０１、２０３にリベット連結及び／又は接着により連結される。このように翼桁２７０が翼部材２００、２０１、２０３にそれぞれ設けられた翼桁用開口部２１８を貫通して、翼部材２００、２０１、２０３にそれぞれ固定されることにより、翼部材２００、２０１、２０３間の連結が更に強化される。
【００５１】
また、上から２番目の翼部材２０１及び下から２番目の翼部材２０１の内側には、それぞれ翼取付けステイ２８０が収容される。翼取付けステイ２８０は、翼桁２７０と翼支持腕１４とを連結するための連結部材であり、翼１３を翼支持腕１４に取付ける役割を果たしている。翼取付けステイ２８０は、上面から見て略Ｔ字型をなしており、Ｔ字型の左右に延びた部分の先端部にはそれぞれ、翼桁２７０が貫通する貫通孔２８１を有している。また、Ｔ字型の下方に伸びた先端付近に翼支持腕１４との連結部２８２を有している。翼部材２００、２０１、２０３にそれぞれ設けられた翼桁用開口部２１８を通るように、翼桁２７０を挿入して組み立てる際に、あわせて、上から２番目の翼部材２０１の内側に収容された翼取付けステイ２８０の貫通孔２８１、及び下から２番目の翼部材２０１の内側に収容された翼取付けステイ２８０の貫通孔２８１も貫通させる。そして、翼桁２７０と翼取付けステイ２８０との間の固定は、リベット連結及び／又は接着により行っても良いが、翼桁２７０と翼取付けステイ２８０の固定部には特に大きな力が加わるため、振動に対する信頼性が高く、部材の強度も確保できるボルト締結による抱き締め（図示せず）にて固定するのが好ましい。上から２番目の翼部材２０１及び下から２番目の翼部材２０１の内側にそれぞれ収容された翼取付けステイ２８０の連結部２８２は、上から２番目の翼部材２０１の切欠き部２５０及び下から２番目の翼部材２０１の切欠き部２５０から突出し、翼支持腕１４と翼１３とを連結するようになっている。翼取付けステイ２８０の連結部２８２と翼支持腕１４との連結は、ボルト‐ナット連結等によって強固に連結するのが好ましい。
【００５２】
これら翼桁２７０及び翼取付けステイ２８０の素材として、それぞれ炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）又は繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）といった軽量で、高強度、高剛性を有する複合素材を用いることが好ましい。風車の回転数を制御すること等により、翼１３に加わる荷重を制限することで、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）以外にも、樹脂や、アルミニウム、マグネシウムなどの軽金属を使用することで製造コストを抑制することも可能である。
【００５３】
図７は、翼１３の組立て状態を示す透視斜視図である。図６を参照して上述したように、翼１３は、上から、トップカバーを有する翼部材２０３、切欠き部２５０を有する翼部材２０１、翼部材２００、翼部材２００、翼部材２００、翼部材２００、切欠き部２５０を有する翼部材２０１、翼部材２００、ボトムカバー２０４の順にそれぞれ、連結孔２２０、２２２を介したリベット連結及び／又は接着により連結されている。また、これら翼部材２００、２０１、２０３は、それぞれに設けられた翼桁用開口部２１８をそれぞれ貫通する２本の翼桁２７０によって、更に強固に連結されている。２本の翼桁２７０は、上部・下部においてそれぞれ翼取付けステイ２８０に連結されており、上部と下部の翼取付けステイ２８０の連結部２８２は翼１３の外側にそれぞれ突出している。図７に示すように、翼部材２００、２０１の補強部材２１４がちょうど翼１３のリブ構造の役割を果たすようになっている。
【００５４】
図８は、図７に示した翼１３の斜視図である。図８に示すように、翼部材２００、２０１、２０３が連結され、一体となって翼１３を形成している。実際に翼支持腕１４に連結する前に、翼１３の表面処理を行って、翼部材同士の連結部分等を平坦にすることが好ましい。
【００５５】
図９は、図７に示した翼１３のうち、下方に位置する翼取付けステイ２８０付近の連結構造を概略的に示す断面図である。図９において上から翼部材２００、翼部材２００、翼部材２０１、翼部材２００が連結されている。図９において一番上に位置する翼部材２００の開口部２１２（図示せず）に、上から二番目の翼部材２００の補強部材２１４の筒状立上り部２１６が嵌合して連結されている。また、一番上に位置する翼部材２００の開口部２１２の下端が上から二番目の翼部材２００のフランジ部２１５に当接している。一番上に位置する翼部材２００の開口部２１２の下端付近と、上から二番目の翼部材２００の筒状立上り部２１６とが重なり合う付近に、それぞれ連結孔２２０、２２２（図示せず）が位置しており、これら連結孔２２０、２２２等を使用して、一番上に位置する翼部材２００と上から二番目に位置する翼部材２００とを連結する（リベット等は図示せず）。また、翼桁２７０が、各翼部材２００、２０１に設けられた翼桁用開口部２１８を貫通して、各翼部材２００、２０１同士の連結を強化している。また、翼桁２７０は翼取付けステイ２８０の貫通孔２８１を貫通して、翼取付けステイ２８０に連結されている。翼取付けステイ２８０の連結部２８２は、翼部材２０１に設けられた切欠き部２５０を通って翼１３の外部に突出している。
【００５６】
このような構成を有する本発明の実施形態によると、翼部材２００等で構成される翼１３は、翼部材２００等の補強部材２１４が翼１３のリブ構造の役割を果たすことによって、翼１３の強度・剛性を高め、風力発電機用垂直軸型風車に使用する翼として充分な強度及び剛性を得ることが可能となる。
【００５７】
また、このような構成を有する本発明の実施形態によると、翼部材２００等の比較的小さく、量産も容易な部材を成型してから翼１３を製造するため、翼１３全体を繊維強化プラスチック一体成型によって製造する場合に比べて、容易かつ低コストで製造することが可能となる。また、翼１３全体をアルミ押出材で製造する場合と比べても、大きな寸法の翼１３を製造し易く、また翼１３の軽量化を図ることが可能となる。
【００５８】
さらに、本発明の実施形態によると、翼部材２００等の数を増減することにより、翼１３を長くしたり短くしたりすることができる。つまり、それぞれ新たな型を製作しなくとも、様々な長さ（大きさ）の翼１３を製造することが可能となる。よって、風力発電機の設置場所のニーズに応じた、様々な長さ（大きさ）の翼１３を低コストで製造することが可能となる。
【００５９】
上述した実施形態において、翼部材２００等で構成される翼１３は、補強部材２１４が翼１３のリブ構造の役割を果たすことによって、翼１３の強度・剛性を高めていた。他の実施形態として、翼部材２００、２０１、２０３の内側、すなわち筒状側壁部２１０と補強部材２１４で囲まれた内側に、発泡材を設けるようにすることも可能である。具体的な例としては、筒状側壁部２１０と補強部材２１４で囲まれた内側に、発泡ウレタンや発泡スチロール等の発泡材を塗布したり、充填・挿入したりすることが可能である。このようにすると、翼１３（翼部材２００等）に関して、断面係数を大きくすることが可能となり、わずかな重量増かつ低コストで、さらに翼１３の剛性・強度を高めることが可能となる。
【００６０】
また、翼部材２００、２０１、２０３は、図３乃至図９に示したように、それぞれブロック状の構造を有しており、本発明は、風力発電用垂直軸型風車の翼１３を、翼部材２００、２０１、２０３、すなわち、複数のブロック構造体を積み重ねて連結することによって構成している。図３乃至図９に示したように、これら複数のブロック構造体（翼部材２００、２０１、２０３）の各々の水平断面の輪郭線、つまり筒状側壁部の断面の輪郭線はそれぞれ翼１３の翼断面の輪郭線と一致している。また、一枚の翼１３がトップカバーを有する第１のブロック構造体（翼部材２０３）、切欠き部２５０を有する第２のブロック構造体（翼部材２０１）、第３のブロック構造体（翼部材２００）、第３のブロック構造体（翼部材２００）、第３のブロック構造体（翼部材２００）、第３のブロック構造体（翼部材２００）、切欠き部２５０を有する第２のブロック構造体（翼部材２０１）、第３のブロック構造体（翼部材２００）、ボトムカバー２０４の順に連結されて構成されていることから、翼１３を構成する複数のブロック構造体のうち、少なくとも２つは同一のブロック構造体である。
【００６１】
このように複数のブロック構造体を積み重ねて連結し、風力発電用垂直軸型風車の翼を構成すると、重量が軽く、強度・剛性の高い翼を提供することが可能となる。また、翼１３を構成する複数のブロック構造体のうち、少なくとも２つは同一のブロック構造体であるため、ブロック構造体を量産することで、翼の製造コストを低減することが可能となる。更に、翼１３を構成する複数のブロック構造体のうち、少なくとも２つは同一のブロック構造体であるため、この同一のブロック構造体の数を増減することにより、翼１３の長さを調整することが可能となり、風力発電機の設置場所のニーズに応じた、様々な長さ（大きさ）の翼１３を低コストで製造することが可能となる。
【００６２】
本発明は、前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  風力発電用垂直軸型風車
２  支柱
３  固定部
４  軸受部
１０  回転体
１２  円筒部
１２’  円筒部フレーム
１３  翼
１４  翼支持腕
１４’  翼支持腕フレーム
１６  シャフト
１２０  中央部カバー
１２１  上部カバー
１２２  下部カバー
１２３  頂板
１２４  中板
１２５  底板
１５０  ガイドローラー
２００、２０１、２０３  翼部材
２０４  ボトムカバー
２１０  筒状側壁部
２１１  一方の開口部
２１２  他方の開口部
２１４  補強部材
２１５  フランジ部
２１６  筒状立上り部
２１７  板状部材
２１８  翼桁用開口部
２２０、２２２  連結孔
２５０  切欠き部
２７０  翼桁
２８０  翼取付けステイ
２８１  貫通孔
２８２  連結部
【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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