(57)【要約】      （修正有）【課題】メガワット級の発電を目的とし、風車発電機の出力トルクを引き上げる。【解決手段】大型化したフライホイールを垂直軸風車発電機と一体型化する手段、及び回転体（ローター）の外周部位に可動式ガイドベーンを設けて同ガイドベーンの開度調整により同ローターの非抗力側（Ｂ面）の風力エネルギーを同ローターの抗力側（Ａ面）に転換してトルクを増大させることによってフライホイールが大運動エネルギーを蓄えて負荷側（発電機）に大トルクを放出して大出力、即ち、大電気エネルギーを創生する。【選択図】図１
2017075597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メガワット級の発電を目的として垂直軸風車の主軸の下部位に大スケールのフライホイールを一体型化した垂直軸風車発電機
【請求項２】
風車ローターの外周部位に可動式ガイドベーンを備えて同ガイドベーンの開度角度調整により同ローターの非抗力側（Ｂ面）の風力エネルギーを同ローターの抗力側（Ａ面）に転換して回転トルクの増大を図り、且つ、同ガイドベーンの開度角度の調整により風量制御を行って出力の定格化により創生電力の安定化を図った請求項１の垂直軸風車発電機
【請求項３】
耐暴風構造の風車発電機を目的として可動式円筒型格納容器に収納する機構を備えた請求項１、又は、請求項２の垂直軸風車発電機
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は風車発電機で大スケールのフライホイールを風車と一体型にすることによって大出力の発電を可能にした垂直軸風車発電機で、且つ、暴風や豪雪下では円筒式の格納容器に自動収納する機構を備えた垂直軸風車発電機（ＷＴＧ）である。添付  図１参照。（以下、当該風車発電機と称する）。
【背景技術】
【０００２】実用化されているメガワット級の発電出力を備えた風車発電機はプロペラ型風車発電機が現在、主流をなしている。しかし、このプロペラ型風車発電機には下記に列挙するような弱点がある。
１．風力エネルギーの対電気エネルギーの変換率が低い、理論上は、最大約５９％（ベッツの法則による）である。しかし、実際は構造上、機械ロスも大きいため、約４０〜４５％である。添付  参考資料―１（出典：三菱重工業）参照。
２．建造費のレベルが高い。これは、発電出力が２０００ｋＷクラスでローター、ナセル、発電機等の主要機器の総重量は約１３０トンに及ぶ。
これが地表レベルより約８０メートル上空のタワーの頂点のナセルに収納されるため耐震、耐風上、タワーは強度設計レベルを引き上げる必要がある。そのために建造費が極度に高くなる要因となっている。
しかし、それでもなお且つ、強風により金属疲労を起こしタワーが折損破壊された事例が多発している。
３．出力が２０００ｋＷのもので、そのローターのスパンは約８０メートルで、ローターの重量は約４０トンに及ぶ。これをタワーに懸架するためには高レベルの据付クレーンを必要とする。風車が山頂の高所レベルに設置される場合、同クレーンの現地搬入が困難であり、又、搬入費用が高く、据付工事費の高騰の要因となっている。
４．発電機等の主要機器が上記の通り相当の上空に設置される。従って、メインテナンスの難易度が高いためメインテナンスの費用が高くなる。
又、落雷等で電気機器に火災が発生した場合、火災箇所が高所であるために消火活動が困難であり機器が燃え尽きるのを待つ事例が見受けられている。
５．低周波音、並びにシャドウフリッカー（太陽光を断続的に遮る現象）を発する為に風車設置近辺の住民の生活環境に悪影響を及ぼしている。
６．バードストライクによる渡り鳥の死亡事故が多発している。自然保護の対策が必要である。又、地表レベルより平均１００メー及ぶ高層建造物であるため設置により自然の景観を損ねている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】プロペラ型風車に較べて従来型の垂直軸風車はその発生トルクモーメント（以下、回転トルクと称する）が極めて低レベルであること、又、羽根車のブレードの形状が、その殆どが揚力型でなく、直線翼であるために起動トルクが弱く自己起動性が低いこと。この二大欠陥によりこれまでの垂直軸風車発電機は低発電出力に止まっている。従って、垂直軸風車発電機に於いて発生回転トルクのレベルを引き上げることを第一課題とする。【０００４】プロペラ型風車はその構造上、その殆どが増速機の組入れ型であるため機械ロスが大きい。又、風力エネルギーの捕捉率が低い。これ等が風力エネルギーの対電気エネルギーのエネルギー変換率の低さの要因となっている。
当変換率を引き上げて高出力を生み出すことを課題とする。【０００５】プロペラ型風車は発電出力が２０００ｋＷのもので約４０トンのローターを約８０メートルの上空のタワーに懸架する必要があり、又、数十トンに及ぶ発電機、等の主要機器をナセル内に収納して同じく同上空のタワーの先端に設置しなければならない。この為に、タワーの耐震、耐風上、設計強度レベルを引き上げて相当に堅牢なタワーを造る必要がある。これが風車発電機としての建造コストの高騰の一因をなしている。垂直軸風車発電機において風車発電機としての建造コストの低減を課題とする。【０００６】台風等の暴風によりプロペラ型風車のプロペラは折損したり、吹き飛んだり、又、タワー自体が破損乃至折損したり、或いは、落雷により発電機等の電気機器が火災を起こしている状況が多々見受けられる。添付  参考資料―２参照。垂直軸風車発電機において、耐暴風機機構を持たせることを課題としる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】風車発電機において発電出力を高レベル化するためには風車から発電機に放出される回転トルクが高レベルの値でなければならない。回転トルクは、回転体に加わる力（接線力）と半径の外積量である。接線力は回転体の質量に重力加速度（９．８Ｎ／ｓｅｃ＾２）を乗じたものであるから同トルクは回転体の質量と半径に比例して増大する。即ち、トルクは、梃子の原理に準じるものである。一方、回転体の運動エネルギーは、慣性モーメントに比例して増大する。即ち、慣性モーメントは、回転体の質量と半径の二乗を乗じたモーメントであるので運動エネルギーは、回転体の質量と半径に比例して増大する。従って、運動エネルギー（仕事）と回転トルクは質量と半径に比例して増大する。従って、比例式、運動エネルギー  ∝  回転トルクが成り立つ。これに準じて、高運動エネルギーが高回転トルクを生み出し同トルクを負荷側（発電機）に放出し、大出力を創生して大電気エネルギーを生み出す。この高運動エネルギーを蓄える機能並びに、同トルクを平準化して定格に負荷側に放出する機能を有するものがフライホイールである。この二つの機能は実際面で産業機械に応用されている。
この機能を有するフライホイールを垂直軸風車と一体型化することによって同フライホイールに蓄えられた高運動エネルギーが高レベルの平準化した、且つ、定格の高トルクを発して、これを負荷側（発電機）に放出して変動を無くした、且つ、安定した高出力の電気エネルギーを発電機が生み出すことを可能としたものが当該風車発電機である。【０００８】風車が生み出すトルクの計算は、理論的には風車の各形状の積分によって求められる。しかし、風車自体は構造的に非常に複雑な形状を為しているため、実際上は至難な計算である。
一方、フライホイールは密度の均一な剛体である。この密度が均一な回転体、即ち、フライホイールを回転せしめることによって、同フライホイールは運動エネルギーを自体に貯め込む機能を持つ。そして、負荷側に平準化した、且つ、安定した回転トルクを放出する機能持つ。この回転トルクの値は、容易に、次の如く計算して求める事が出来る。
即ち、回転トルク（Ｔ）は回転体の質量（ｍ）に重力加速度（９．８Ｎ／ＳＥＣ．＾２）を乗じた値，これが回転体の接線力（Ｆ）であり、これに同回転体の半径（Ｒ）を乗じた値である。式で表すと、；−
Ｔ＝Ｆ＊Ｒ  ・・・・・・（１）
で求められる。即ち、回転トルクは、回転体の質量（ｍ）と同半径（Ｒ）に比例して増大するものである。
一方、回転体の運動ネルギー（Ｋ）は次式によって求められる。
Ｋ＝１／２Ｉ＊ω＾２  ・・・（２）
ここで、（Ｉ）は、慣性モーメントであり、ωは角速度である。又、（Ｉ）は、Ｉ＝ｍ＊Ｒ＾２で表される。（ｍ）は、回転体の質量であり、（Ｒ）は回転体の半径を表す。即ち、運動エネルギー（Ｋ）は、回転体の質量（ｍ）とその半径（Ｒ）の二乗に比例する値である。従って、トルクも運動エネルギーもその値は、共に質量（ｍ）と半径（Ｒ）に依存する値であるので比例関係が成り立つ、即ち、運動エネルギー  ∝  トルク  の関係にある。これにより、運動エネルギーの増大はトルクの増大に繋がるものである。
この定理により、フライホイールを大型化して風車と一体型とし、風車よりトルクを転送して同フライホイールを回転せしめることによって、同フライホイールに高レベルの運動エネルギーを蓄えさせ、これを高回転トルクとして負荷側（発電機）に放出する手段を以って高出力の電気エネルギーを創生する事を目的としたものが当該風車発電機である。
ここで、上記の（２）式より、各変数のｍ、Ｒ、ωを２倍にした場合は、フライホイールに蓄えられる運動エネルギーは３２倍に膨れ上がることになる。この理論に従って実証試験を行い、機械ロスの関係もあり、約３０倍の出力の増大を得たことが報告されている。フライホイールのエネルギー貯蔵能力の大きさを立証するものである。この貯蔵能力の特性を生かしてフライホイールを一体型化して高出力を創生することを可能としたものが当該風車発電機である。【０００９】ここで問題になるのは、フライホイールを風車と一体型化にした場合の負荷の増大による起動トルクの問題と、フライホイールより負荷側（二次側）へトルク（以下、Ｔ２と称する）を放出した場合、フライホイールは自ら蓄えた運動エネルギーを消失し、減速してやがて止まってしまう問題である。
これは、コマの回転運動と同じである。コマは最初は勢いよく回転するが、やがて摩擦抵抗により減速して止まってしまう。
コマの玩具の中には磁力を仕込んで磁力（外力）により磁力が続く限り、慣性により回転を永久に継続するものがある。
即ち、この外力を与えて摩擦抵抗に打ち勝って回転を継続させる事が重要なポイントになる。
従って、当該風車発電機に於いて、運転中はコンスタントに一次側（風車側）よりフライホイールへ外力、即ち、トルク（以下、Ｔ１と称する）を転送する必要がある。そして、このトルクの値は、式、Ｔ２≦Ｔ１で有らねばならない。Ｔ２＞Ｔ１であると、フライホイールはエネルギーを消失してしまいやがて回転を止めることになる。
大出力を創生する為には、発電機が要求するトルク（ＴＯＲＱＵＥ  ＲＥＱ’Ｄ）に相当する大トルク（Ｔ２）を当フライホイールより発電機に放出せねばならない。
この理論に基づいた当該風車発電機の発電システムフローを図２に示す。
ここで、エネルギー保存の法則に準じ、Ｔ２≦Ｔ１の回転トルク（運動エネルギー）を生み出すことが、このシステムの大前提であり、又、要である。
ここで、如何に高レベルのＴ１モーメントを風車が生み出し、フライホイールに転送するか、その方法と手段を以下の段落で詳述する。これによって、当該風車発電機による大電気エネルギーの創生を可能としたものである。【００１０】在来の直線翼垂直軸風車発電機の出力計算は，プロペラ型風車発電機と同様に風車の受風面積と風速の三乗に比例すると学説上、定義している。
即ち、後述されている風車の動力式、Ｐｍ＝１／２ｐＡＶｗ＾３の定義によるもので、風車の発生動力Ｐｍは、風速Ｖｗの三乗に比例するとするものである。
要するに、原理は風速が上がれば回転体の回転速度は上がるもので、回転速度が上がれば回転体の運動エネルギーの増大→トルクの増大→動力（出力）の増大に繋がることを定義したものである。即ち、回転体の回転速度が出力の最大の要因となっている。故に、機械的に可能な限り回転体の角速度を大にして発電出力を上げようとしている。
一方、上記の段落（０００８）に記載の回転体の運動エネルギー（Ｋ）の定義式（２）  Ｋ＝１／２Ｉ＊ω＾２  より、（Ｋ）は角速度（ω）二乗に比例するものである。即ち、角速度を二倍にすれば、（Ｋ）は４倍に増大する。即ち、風速の増大→回転速度の増大がエネルギー増大の重要な要である。
又、同式に於いて、慣性モーメント（Ｉ）は、回転体の質量（ｍ）に半径（Ｒ）の二乗を乗じた値である。従って、回転体（フライホイール）の半径を二倍にすれば、運動エネルギー（Ｋ）は、４倍に増大する。仮に、各変数、（ｍ），（Ｒ），（ω）を２倍にすれば、（Ｋ）は、３２倍に増大することになる。即ち、フライホイールの運動エネルギーの貯蔵能力が３２倍に膨れ上がることになる。これは、水力発電に喩えれば、貯水池の水の貯水能力（位置エネルギーのモーメント）を３２倍に増大させたことに等しい。即ち、発電能力の増大に繋がる、一つの前提、且つ、必要条件である。
（注）フライホイールの様な回転円盤の形状を為すものに於いて、半径（Ｒ）を２倍にすれば、円盤の厚みは据え置くとして、その体積は４倍になる、従って、重量は自ずから４倍になる。依って、（Ｒ），（ω）を２倍にすれば、（Ｋ）は、理論上、６４倍となり、膨大なエネルギー保存能力の増大となる。このエネルギー保存の増大が、大出力創生の一つのキ―ポイントである。
垂直軸風車発電機の発電出力の増大には、先ず、フライホイールを一体型として、エネルギーの保存能力を増大させて置く必要がある。即ち、大出力化するには、上述した通り、フライホイールのスケールＵＰの手段が必要条件となる。
一方、回転体にとって回転速度の増大は、エネルギー増大の重要な要となるが、過度な速度の増大は回転体の周速が増大し金属疲労を招き、機械の破壊に繋がる懸念がある。従って、近年、周速の早いプロペラ型風車ではプロペラの材質にＦＲＰを採用してその事象から逃れようとする傾向にある。
一方、近年、発電機に於いて永久磁石式多極同期発電機が開発され低速回転（１２０ｒｐｍ以下）で数千ｋＷの出力のものが開発され実用に付されている。
従って、敢えて、当該風車発電機に於いて回転数を上げて高速回転にする必要は無い。当該風車発電機には、高出力について低速回転で対応出来る優位性がある。これは、又、増速機を必要としないので発電設備としての設備費の縮減、即ち、建造費のコストダウンに繋がるものである。【００１１】フライホイール一体型化は負荷の増大を招き、起動トルクの増大を引起す問題を生じる。  この問題は、圧搾空気を用いた起動始動方式により解決された。この方式は、風車の主軸を中空軸にして同軸の頂部位より圧搾空気を注入して同空気をフライホイールの外周上に設けられた空気噴射ノズルに導き噴射させて同フライホイールを強制回転せしめるものである。
又は、大型ディーゼルエンジンのスターター方式に採用されている圧搾空気を流用したエアースターター方式を適用するものである。
圧搾空気の威力は、潜水艦の魚雷発射装置にも流用されて居り、その威力は実証されている。この二方式の起動始動方式は特許登録ＮＯ．５４１３７５７が付与れている。当該風車発電機が醸し出す回転トルクのレベルＵＰについては、以下の段落において詳述される。【００１２】フライホイールの機能について、更に、詳述する。フライホイールは、次の二つの顕著な機能（特性）を備えており、当該風車発電機の出力の大容量化と放出トルクの平準化をもたらすものである。
即ち、：−
其の一：フライホイールは回転することによってその内部に運動エネルギーを蓄える機能を持つ。又、フライホイールは大型化（質量と径の増大）することによってより多くの運動エネルギーを蓄えることが出来る機能を持つ。従って、フライホイールは大容量の運動エネルギーを貯め込むことが出来、以って、フライホイールの内部保存エネルギーが続く限り、トルクを負荷側に平準化して放出することができる。従って、当該風車発電機が連続して定格運転を行うためには、トルクは、Ｔ２≦Ｔ１であることが必要条件となる。更に、フライホイールは外力（風力エネルギー→Ｔ１）が加えられることにより増速し、回転速度の二乗に比例して運動エネルギーを蓄えることが出来る特性を有する。従って、負荷側にトルクを放出しない限り、フライホイールは増速して過大なエネルギーを貯め込むことになる。
その為に、風車のローターの外周部位に案内羽根（ガイドベーン）を装備することによって、フライホイールの回転数を検知してガイドベーンの操舵機構により同ベーンの開度調整を行い、風量制御を行って風車より同フライホイールに転送される入力トルク（Ｔ１）の自動制御を行うものである。フライホイールの特性については、添付、参考資料―３（１／３〜３／３）を参照。
このフライホイールの一つの特性（運動エネルギーの貯蔵能力）を生かした電気エネルギーの貯蔵プロジェクトについて、国（ＮＥＤＯ）は、近年、支援活動を行っている。これについて添付、参考資料−１１を参照。
このフライホイールの機能については、水力発電所のダムの貯水池の機能に喩えることが出来る。ダムは上流から流れ込んで来る水を位置エネルギーとして貯水池に貯め込み満水状態にして水圧管を通して水車に運動エネーとして水を放流して回転エネルギーに変換して発電装置により電気エネルギーに変換している。
フライホイールは、この貯水池の機能に喩えることが出来る。即ち、貯水池のスケールを大にすればより大量の水（位置エネルギー→運動エネルギー）を貯め込むことができることと同じく、フライホイールも大型化すれば大量の運動エネルギーを蓄えることが出来る。そして、水力発電は貯水池からの放水量を増やすことによって位置エネルギー→運動エネルギー→回転エネルギーが増大して発電量が増大する要因となる。同じく、フライホイールから大量の運動エネルギー、即ち、大回転トルク（Ｔ２）を発電機に放出することによって大出力を得て大電気エネルギーを創生することが出来る。
概念的に、同貯水池もフライホイールもエネルギーの貯蔵機能に於いて同じくするものである。
このエネルギーの貯蔵機能を持つフライホイールを風車と一体型化にすることによって、平準化した大回転トルクを負荷側に放出して大出力を生み出す機能を持たせた風車発電機が、この発明である当該風車発電機である。
そして、外力（エネルギー）の補給、即ち風車が生み出すＴ１を増大補給することによってフライホイールが負荷側に放出するＴ２の増大が可能となり大発電出力の創生に繋がるものである。
此処で、上述の通り、Ｔ２≦Ｔ１であらねばならない。仮に、Ｔ２＞Ｔ１であるとフライホイールは減速し出力は低下することになり、何れ発電はストップすることになる。しかし、一時的ではあるが、入力トルク（Ｔ１）が途絶えても、フライホイールの残留エネルギーにより、負荷側に連続したエネルギー（ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ  ＥＮＥＲＧＹ）、即ち、定格トルク（Ｔ２）を送ることが出来る。これは出力の平準化を目指す発電機にとって有難い有効な機能である。
添付、参考資料―３（２／３）参照。
其の二：フライホイールは運動エネルギーを蓄える一方、同エネルギーを平準化して安定したトルクを負荷側に放出する機能を持つ。
この機能を適用したものとして大型の舶用ディーゼルエンジンがフライホイールを装備していることを挙げることが出来る。レシプロエンジンが発する脈動のある回転力（トルク）をクランクシャフトにフライホイールを取り付けてこのフライホイールの機能により平準化した回転トルクを放出する機能である。  即ち、発電機が要求する平準化したトルク（Ｔ２）を放出して安定した電気エネルギーを生み出すことになる。
この二つの機能を持つフライホイールを中軸とした発電システムが当該風力発電機の中枢をなすコンセプトである。
一方、当該風車発電機が安定した電気エネルギーを得るには風車を安定した風力エネルギーを得る地域に設置することが肝要である
近年、風力発電は安定した風力エネルギーを得られる洋上風力発電が主流になりつつある。その為に、当該風車発電機も安定した風力エネルギーを得られる海浜乃至、洋上に設置されるのが一番効果的である。又、特にタンカーや大型客船の甲板上の設置は、航海中は、４〜５ｍ／ｓｅｃ．以上の風速を連続して得られるので安定した電気エネルギーを得ることができる。  添付参考資料―４（１／２），（２／２）は、当該風車発電機の適用例のイメージ図である。【００１３】フライホイールを回転させた時の発生動力の計算は次式による。
フライホイールは密度が均一な剛体である。故に、安定した回転トルクを生み出し、その回転力を動力源として安定した発電出力が可能となる。
その算出は次によって求められる。（添付参考資料―５参照。出典  工業力学入門講座―第１０回“トルクと回転数と動力”）
即ち、半径Ｒ（ｍ）のフライホイールがその接線方向にＦ（Ｎ）の力を受けて回転数ｎ（ｒｐｍ）で回転している時、フライホイールの回転トルクは、接線力（Ｆ）とフライホイールの半径（Ｒ）の積で表される。ここで、接線力（Ｆ）のモーメントは、フライホイールの質量に重力加速度（９．８Ｎ／ｓｅｃ．＾２）を乗じた値である。
即ち、トルクＴは、：−
トルクＴ（Ｎ・ｍ）＝接線力Ｆ（Ｎ）＊回転半径Ｒ（ｍ）
ここで、フライホイールを一分間（ｎ）廻した時の仕事（運動エネルギー）は次式によって与えられる。即ち、：−
仕事Ｌ（Ｎ・ｍ）＝接線力Ｆ（Ｎ）＊移動距離Ｓ（ｍ）
＝Ｆ（Ｎ）＊２πＲｎ（ｍ）
＝２πＲＦｎ（Ｎ・ｍ）
＝２πＴｎ（Ｎ・ｍ）
仕事（エネルギー）の単位は、ジュールであり、エネルギー・仕事・電力量の各単位の関係（換算）は次に様に定義されている。
即ち、：−
１ジュール／Ｓ＝１ニュートン・メートル／Ｓ＝１ワット
従って、動力（仕事率）Ｐ＝１分間に行う仕事／１分間
＝２πＴｎ（Ｎ・ｍ）／６０（ｓｅｃ）
Ｋｗ表示で表すと、：−
Ｐ（ｋＷ）＝Ｔｎ／９５４９・・・・（Ａ）式
となり、動力Ｐ（ｋＷ）は、トルク（Ｎ・ｍ）と回転速度（ｒｐｍ）に比例することを表している。
フライホイールを一体型にすることによって容易に発生回転トルクの算出が行え、且つ、同フライホイールの回転数の設定により動力の算出が容易に行えるメリットがある。即ち、発電機の計画設計上、便利性がある。【００１４】在来の風車発電機の動力計算は、風力の受風面における密度のある空気の移動（風速）による運動エネルギーをベースにしたものである。
この計算方式は、プロペラ型風車、サポニウス型風車、直線翼垂直軸風車、等の動力計算に適用されている。即ち、風、即ち、空気の移動による運動エネルギー（Ｐｍ）が醸し出す動力をベースにしたもので計算式は次の様に定義されている。
Ｐｍ＝１／２ｐＡＶｗ＾３
ここで、ｐ：空気密度、Ａ：受風面積、Ｖｗ：風速。添付参考資料―６参照。
（エネルギー総合工学研究所  発行「風力発電」〜風車のトルクの式〜より転載  出典：遠隔講義『風力発電最前線』八戸工業大学）
即ち、同運動エネルギーは、空気密度を一定として、受風面積と風速の三乗に比例するとしている。そして、出力係数Ｃｐ（ベッツの法則  ０．５９３）を乗じて風力エネルギーによる風車の最大出力（Ｐｗ）としている。
即ち：−        Ｐｗ＝Ｃｐ１／２ｐＡＶｗ＾３  ・・・・（Ｂ）式
としている。
しかし、この動力計算式には次の通り疑義が生じる。
即ち、発電機の出力は入力トルクをベースとして算出されるもので入力トルクの大小によって発電出力の大小が決まる。風車なる回転体が発する回転トルクが発電機に放出されて出力されるが、この回転トルクのモーメントは回転体が発する運動エネルギーのモーメントの大小に比例する。そして、同運動エネルギーは、定義式（２）、Ｋ＝１／２Ｉ＊ω＾２より、角速度（ω）の二乗と慣性（Ｉ）モーメント、即ち、回転体の質量（ｍ）と半径（Ｒ）の二乗に比例するものである。
従って、同質量も回転体の運動エネルギー→回転トルクの発生の重要な一つのファクターである。
それにも拘らず、在来の動力計算式は回転体の質量を計算外としている。
即ち、プロペラ型風車を例に挙げれば、全く外形寸法が同じプロペラで一つは、アルミ製で、もう一つは鉄製の場合、鉄製のプロペラが質量が大であるから運動エネルギーが大となり、回転トルクが比例して大となる。従って、発生動力は大となる理論である。即ち、在来の学説の動力計算式において、この回転体の質量を動力計算のファクターとして組み入れていない、或いは、計算外としているところに疑義が生じ、算出される動力はＡＢＯＵＴと云わざるを得ない。
回転体としてコマを例にあげれば、外形寸法が全く同じＡ，Ｂの二つのコマがある。Ａは鉄製で、Ｂはアルミ製である。同じ回転スピードでこの二つのコマを廻した場合、コマの運動エネルギーは質量に比例するのであるから、保持するエネルギーはＡ＞Ｂである。同じく、発生トルクは質量に比例するのであるからＡ＞Ｂである。エネルギーが大であれば、より多くの仕事を為すことであり、コマはＡがＢより長い間廻り続ける。    一方、コマを回転させた場合の発生動力は、トルクと回転数に比例するのであるからＡがより大きい動力を発する、と云う理論が成り立つ。
即ち、回転体に於いて、同回転体の質量を無視した在来の学説の動力計算式には矛盾点があり、その算出された値はＡＢＯＵＴであると云わざるを得ない。回転体が発するトルクにとって、回転体の質量は無視されるものではなく、重要なファクターである。
更に、（Ｂ）式に於いて問題視されるのは、プロペラの受風面において一律に風速、即ち、風力エネルギーを受けることを前提にしている計算式である。
風は殆ど局部的に吹くものであり受風面に一律に吹くものでは無い。従って、この計算式による値はＭＡＸ（最高値）であり、ＡＢＯＵＴなものである。
このＭＡＸの値にベッツ理論の変換率の最高値、０．５９３を乗じて出力値を算出するのであるから、実際の風車発電機が稼働した時の出力値はＡＢＯＵＴなもので、その変換率は、４０％を切るのは至極当然であると推断される。
プロペラ型風車発電機の同変換率は、水力発電（フランシス水車）のエネルギー変換率が９０％台であるのに比べると、半分以下であり変換効率が相当に低レベルであること、又、その動力算出式も非常にＡＢＯＵＴなものであることが伺われる。
当該風車発電機は、剛体であるフライホイールを風車と一体型化することによって発生トルクの算出が非常に容易で且つ、その発生トルクの値は正確であり、又、同フライホイールの回転速度を設定することによって出力計算が容易となる等、利便性が有り、且つ、メリットも多い。【００１５】ここで、フライホイールを外力により回転させた場合の発生動力の理論計算を下記に示す。
・フライホイールの質量と径の設定：  総質量  １５ｔｏｎ、半径  ２ｍ．
（フライホイールを３段直列接続、１段当たりの質量５ｔｏｎ。３段直列の概念図は、図１に示されている）
・フライホイールの接線力：  １５ｔｏｎ＊９８０６（Ｎ）＝  １４７，０００（Ｎ）
・（１Ｋｇ当たりの接線力：１Ｋｇ＊  ９．８０６Ｎ）
・フライホイールの放出トルク：１４７，０００（Ｎ）＊２．０ｍ．＝２９４，０００（Ｎ）
・フライホイールの定格回転数を１００ｒｐｍ．と設定した場合の動力（Ｐ）：
・動力（Ｐ）＝トルク（Ｔ）＊回転数（Ｎ）／９５４９
＝２９４，０００（Ｎ・ｍ）＊１００（ｒｐｍ）／９５４９
≒３０８０ｋＷ
（注）上記は理論計算であり、出力係数、機械ロスは計算外としている。
参考までに、プロペラ型風車の場合の出力計算は、出力係数：０．５９３（ベッツ係数）を組み入れている。即ち、これは出力において風力エネルギーの約４０％は捕捉出来ていないことを示すものである。更に、増速機等の機械ロスを組み入れると、プロペラ型風車の風力エネルギーの対電気エネルギーの変換率は、上記した通り、概ね４０％を切るものである。
プロペラ型風車の場合は、プロペラの外周部の風力エネルギーの引摺り現象、プロペラの前面から背面への風力エネルギーの漏出、風向の変位に対しヨー機構によって風向に機械的に正対させているが完全に正対させるまでにタイムラグが生じその間、風力エネルギーを逃がしてしまう等々の現象があり、機構上、エネルギーの漏出が多い。従って、総合的に風力エネルギーの捕捉率乃至変換効率が低いことが弱点として挙げられる。
当該風車発電機は、以下に述べる通り、ガイドベーンを装備することによって無駄な風力エネルギーの流失を無くし、且つ、梃子の原理を応用したものであるが、同ガイドベーンの開度角度調整により回転トルクの増大を図り、又、図３に表示されている通り、複数の抗力式“Ｖ”字型ブレードを装備して風力エネルギーの漏出を極力抑えて風力エネルギー利用の効率化を図ったものである。図６参照。
従って、垂直軸風車が風向に対して無指向性であり風力エネルギーの捕捉性が良いことを加えると、風力エネルギーの対電気エネルギーの変換率は、プロペラ型風車を凌ぐものと推断できる。そして、当該風車発電機は鉛直構造であるのでプロペラ型風車発電機の水平軸型機に較べて機械ロスが小さいので、総合的な風力エネルギーの対電気エネルギーの変換率は、プロペラ型機を凌ぐことは容易に推断できる。
回転トルクの増大方法の第一の手段が案内羽根（ガイドベーン）（４）の装備によるもので、以下、その機構と機能について述べる。【００１６】風車の羽根車（ローター）の外周部位には可動式ガイドベーン（４）を備え、ガイドベーンの操舵機機構により開閉角度を調整してローターの非抗力側（Ｂ面）の風力エネルギーを抗力側（Ａ面）誘導変換して風力エネルギーの利用を増大させてトルクの増大を図ったものである。添付図３参照。
且つ、更に、同開閉角度の調整により羽根車の外周部位に風力エネルギーを集束させて回転トルクを増大させる機能を持たせたものである。
即ち、このガイドベーンによる機構は、挺子の原理を応用したものであるが、同トルクの増大は動力乃至出力の増大に繋がる重要な機構である。
更に、同ガイドベーンの開閉角度調整により風量制御を行い、フライホイールに送られるトルクモーメント（Ｔ１）の調整を行い同フライホイールを定格速度にして放出トルク（Ｔ２）を平準化して出力の安定と定格化を図るものである。この速度制御は、センサーによってフライホイールの回転速度を検知してガイドベーンの開度角度調整により風量制御を行う自動制御方式によって行われるものである。
上記のこの二つの機能、即ち、トルクの増大化の機能と同開閉角度調整による風量制御機構によるトルク（Ｔ２）の平準化機能を、以下、“ガイドベーン効果”と称する。
ガイドベーンによる出力の増大については、マイクロ型プロペラ風車で受風面のデフュ―ザーにガイドベーンを備えて実験を行い、出力が２倍に増大したことが報告されている。添付参考資料−８（出典：サレジオ工業高等専門学校  山下研究室“マイクロ風車用ガイドベーンの研究”）参照。これは、ガイドベーンによる出力の増大化を実証するものである。
当該垂直軸風車の羽根車（ローター）のブレードは抗力型であり、風力エネルギーを効率よく回転エネルギーに変換する機能を持たせたものである。そして、同ローターの外周部位に可動式ガイドベーンを装備して、操舵機構により同ガイドベーンの開放口を抗力側（Ａ面）に向けて開放して非抗力側（Ｂ面）に流れる風力エネルギーをＡ面に方向転換させることによって抗力エネルギーを増大させる機構を持たせたものである。更に、同開放口をローターの外周部位に方向変換して風力エネルギーを同外周部位に集束させてることによってトルクを増大させて出力を増大させる機構を持たせたものである。梃子の原理の応用である。
同ローターの外周部位に同ガイドベーンを装備した機構の概念図は、図４（Ｂ）に図示されている。ガイドベーンは、水車やポンプに装備されているが、その機能を当該風車発電機に応用したものである。尚、同ガイドベーンの駆動源は油圧装置によるもので同ガイドベーン付属の操舵機構のガイドリング（４Ｃ）を作動することによってガイドベーンの開度角度調整が行われるものである。【００１７】当該風車発電機の風力エネルギーの捕捉に付いては、図７（Ｂ）に示している通り、風車は風向に対して３６０度の無指向性であるので風向の変位に対して風力エネルギーの捕捉率がプロペラ型風車より優れている。これは垂直軸風車の一つの優れた特徴である。
プロペラ型風車の場合は、ヨー機構により風向の変位に対し機械的にプロペラの受風面を風向に正対させる機構を備えている。しかし、正対させるまでにタイムラグを生じその間、風力エネルギーを捕捉出来ない現象が生じている。これはプロペラ型風車の一つの弱点と云える。
風力エネルギーの捕捉について、当該風車のモデルＢ号機による実験結果、運転時、反受風面のＢポイント、Ｃポイントにおいて、殆ど風速が“０”メートル毎秒で、Ｄ、ＥポイントにおいてＡポイントの風速の約４０％の風速が計測された。これは、風力エネルギーによる抗力発揮後の排気空気の流れである。そしてＤ，Ｅポイントの空気の流れはブレード内或いは、ローター内部の空気の滞留を無くし抗力の増大の効果をもたらすものである。即ち、同空気の滞留は抗力を減衰させるもので逆効果をもたらすものである。図８は、Ｂ号機の実験時の見取図を示す。
空気の滞留を無くし、抗力の効率化を図る機能は古代のエジプトの帆船の帆にもその応用を観る事が出来る。帆の左右に空気抜けを設けて空気の滞留を無くし、風力エネルギーの効率化を図る知恵が古代にも有ったことが伺える。添付  参考資料―７（１／２）参照
又、現代に於いても、水力発電の水車のブレード（バケット）にもこの機構が応用されている。バケットに“切り欠け”を設けて水流が速やかに排出される機能を備えたものである。添付  参考資判―７（２／２）参照
当該風車のモデル機による風速測定の実験時に於ける平面図及び側面図を図８に表示する。本図に於いて上記の各測定ポイントの位置が表示されている。
尚、当該風車発電機のガイドベーン装着の性能実験に関わったモデルＡ号機、並びに、当モデルＢ号機の外観図を、参考資料―１０（１／２）、（２／２）に示す。
Ａ号機は、風車の３段のローターにそれぞれガイドベーンを装着し、更に、風車の下部位には、２段のフライホイールを装着して自然風速下に於ける起動実験を行ったものである。同ローターの外形寸法、及び、フライホイールの重量並びに外形寸法は、同資料の外観図（１／２）に表示されている。
同機に於いて、自然風速  ４〜５ｍ／ｓｅｃ．で自動起動する事が確認された。
即ち、補助起動方式（圧搾空気による起動方式）を使用しないで同自然風速下で自動起動したもので、ガイドベーン効果にトルクの増大を実地で確認することが出来た。当該風車発電機の設計に供するデータベース（ローターステージ数、ローターのスパン（Ｓ）寸法、フライホイールの（Ｒ）寸法、同ホイールの重量（ｍ）、同ホイールのステージ数と、各風速下に於ける出力に関わるデータ―の集積）を更なる実験によって作成する必要がある。【００１８】プロペラ型風車について、この空気の流れについては、受風面の風速の１／３が風車の背面（後方）に流出するのが効率面で最適とされている。
仮に、背面の風速がゼロであればプロペラは揚力を得ずに回転を停止する。プロペラ型風車の羽根の形状は揚力型であり空気の流れを得て揚力と推進力を生み出して回転力に変換する原理である。従って、背面への空気の流出は風力エネルギーの流出になるが、この空気の流出はプロペラ型風車の動力発生原理の必要条件である。一方、この空気の流失がプロペラ型風車のエネルギー変換効率の低下の原因となっている。所謂、この流失が最大変換率，０．５９３（ベッツの法則）の主因と云える。
ガイドベーンを装備した抗力型ブレードを備える当該風車発電機に於いて上述段落（００１７）に述べられている通り、モデル機（Ｂ号機）による風速測定において測定ポイントのＢ及びＣポイントの空気の風速は殆ど、ゼロに近い。これは風力エネルギーが殆ど、抗力型ブレードによって抗力エネルギーに変換されていることを意味している。
Ｄ及びＥポイントに於ける空気の流れは、抗力としてエネルギーが消耗された後の空気の排出流である。これは、帆船の帆において風力が帆に抗力を投じた後の空気の排出流と同じ事象である。即ち、空気の運動エネルギーが殆ど回転力（トルク）に変換されている事を意味する。
一方、垂直軸風車について、ある実験が行われテレビでその映像が放映された。その二、三の場面を添付する。添付  参考資料―９を参照。
この実験によると、風車は直線翼の垂直軸風車であるが、風車の受風面の風速を１００％とすると、風車を通過した排出直後の風速は、略１／１０、即ち、１０％に低下していることを映し出している。そして、この実験の当事者は大変な発見をしたと述べている。
風力エネルギーは風速に比例するので、仮に、同エネルギーの９０％が風車によって回転エネルギーに変換されていたとすると、大変な高エネルギー変換率ということになる。とすると、垂直軸風車はプロペラ型風車より遥かに優れた対電気エネリギーの変換率を保持する風車と云うことになる。
しかし、この発見は大変な誤謬を犯している。この実験で、同風車はガイドベーンを装備して居ないので、風車に入力する風力エネルギーは風車の受風面に対し、略、直角に向かって入力されることになる。風車は電動機駆動で高速で回転しているので羽根車の周速は相当に早くなっている事は自明で、遥かに、入力される風速より勝っていること分かる。
すると、同風車に入力される風速が同周速より劣っているので、回転しているローターの外周面上で弾かれて回転方向に流れ去ってしまう現象が生じる。
この事象は、ベ―ゴマを回転させた実験でも解明できる。
Ａ，Ｂ二つの質量と外形を同じくしたベーゴマで、Ａは毎分５００回転、Ｂは１００回転とした場合、Ａは当然、Ｂより周速が勝る。そこで、両者が接触した場合、ＢはＡに弾き飛ばされてしまう。
この事象より、通常の直線翼の垂直軸風車の場合、入力される風速（風力エネルギー）はローターの外周面上で殆ど弾かれてしまう現象が分かる。従って、風力エネルギー（風速に比例）の風車への伝達が減じられることになり、結果、発生トルクモーメントの絶対量が小さくなってしまうことが類推できる。  従って、垂直軸風車は発生トルクが低レベルである、故に、垂直軸風車は低出力と云う通念が生まれてしまっている。
即ち、ローターの排出側の風速が１０％に低減して居るからと云って、９０％の風力エネルギー（風速）が風車によってトルクに還元されて居るものではなく、同エネルギーが有効に活用されて居るのでは無く、無駄に流失している、ごく当たり前の事象で発見とは言い難い。
上記した低出力と云う通念を打ち破るものが、ガイドベーンを装備した抗力型ブレード付きの垂直軸風車であり、この低レベルトルクを高レベルトルクに引き上げる機能を備えたものである。
風車のローターには、風力エネルギーを受け入れて抗力を発する抗力型ブレードが備えられて居り、同ローターの外周部位に装備されたガイドベーンの角度調整によってローターの非抗力側（Ｂ面）の風力エネルギーを抗力側（Ａ面）に誘導転換して同エネルギーを同ブレードが受け入れて抗力を発し、回転トルクを増大させる機構を備えたものである。
添付  図３参照。
又、同エネルギーをガイドベーンの操舵による角度調整により、更に、ローターの外周部位に集束させる事によって、更なるトルクの増大を可能としたものである。
而して、風車自体のスケールＵＰ、即ち、ローターの半径（Ｒ）を２倍にすれば、同じ風力エネルギーで２倍の回転トルクを生み出すことが可能である。所謂、梃子の原理の応用である。
斯くして、プロペラ型風車が受風面積を増大させる為にプロペラのスパンを拡大している事と同じく、垂直軸風車に於いては、ローターのステージの数を上げる、即ち、図１及び図５に示されて居るように多段（ＭＵＬＴＩ‐ＳＴＡＧＥ）にする事によって受風面積を拡大すること、延いて、風力エネルギーを増大させて入力トルク（Ｔ１）が増大→フライホイールの増速→フライホイール内の運動エネルギーの蓄積の増大→放出トルク（Ｔ２）の増大→出力の増大のプロセスに於いて、併せて、ガイドベーン効果によりトルクの増大機能を持たせたものが、フライホイール一体型の当該風車発電機の機能に関わる主要なコンセプトである。このプロセスとガイドベーン効果の手段を以って、フライホイールが定格回転運動して発電機が高出力を創生することになる。
即ち、メガワット級の発電出力を可能としたものである。同出力の計算式は、上記の段落（００１５）に記されている。
極端な表現をすると、例えば、東京タワー、乃至、スカイツリ―のタワーフレームの内部に、この多段式ローターを収納することによって、受風面積の拡大と高所による高速風力エネルギーを得ることによって膨大な回転トルクモーメントの創出を可能とするものである。
この膨大なトルクを大スケール化したフライホイールに送り込む事によって同ホイールに膨大な運動エネルギーを蓄えることが可能であり、定格化した、且つ、平準化した大回転トルクを同ホイールより負荷側（発電機）に放出する事によって、系統側へ発電機出力の変動を抑制した、且つ、安定化した電気エネルギーを送り出す事を可能とするものである。
このＭＷ級の発電出力を以って、これを事業化する為には安定した風力エネルギーを得られることが大前提で、これを叶えることが出来るのが洋上風力発電所である。添付  参考資料―４（１／２）は、当該風車発電機を以って、ＭＷ級出力を可能とした洋上風力発電所のイメージ図である。【００１９】当該風車発電機の更なるメリットは、その構造が鉛直構造であり又、増速機を必要としない構造なので機械ロスが少ない利点が挙げられる。
従って、上記に挙げられた利点を加えると、総括として、風力ネルギーの対電気エネルギーの総合変換効率は、当該風車発電機はプロペラ型風車発電機より優れていることが云える。【００２０】フライホイールを一体型にした場合、負荷が増大し起動トルクが問題となる。在来の垂直軸風車発電機が起動トルクが弱いために風車の起動始動が難しいと云う弱点が有った。この弱点は、上記の段落（００１１）にも述べられているが、次の二つの機構を適用することによって解消される。
１．当該風車発電機（ＷＴＧ）は、図１に示している通り、鉛直の主軸上に上部位より風車ローター（２）、フライホイール（１）、発電機（１４）の順位で直列に取付けられている構造である。
同主軸は最上部よりフライホイールの底面に至るまで中空軸（５）とし、又、同フライホイールの外周部の対角線上に２個以上の圧搾空気噴射用の噴射ノズル（１１）が設けられている。別置きのコンプレッサー付属の空気槽（１７）と同中空軸の最上部が配管接続されている。同空気槽には常時、自動で圧搾空気が蓄えられ、備えられた風速検知センサーがカットイン風速（４〜５ｍ／ｓｅｃ．）を検知した時に同配管上に設けられた電磁開閉器が“開”動作を行い、同圧搾空気が同配管を通して同噴射ノズルに圧搾空気が圧送されて同噴射ノズルより圧搾空気が噴射されてフライホイールが強制回転される機構である。同噴射ノズルからの圧搾空気の噴射時間を５秒間以内に設定し、この噴射力によって同フライホイールは即時に回転始動する。始動起動直後に同電磁開閉器は“閉”動作を行う様にタイマー設定を行い圧搾空気の圧送は停止される。
同フライホイールは始動起動後、フライホイール自らが醸し出す慣性と風車から送られて来る入力トルク（Ｔ１）によって回転維持乃至増速することになる。そして、負荷側に放出トルク（Ｔ２）を放出することによって回転は減速する。かくして、この入力トルク（Ｔ１）と放出トルク（Ｔ２）がバランスしたところで定格運転（定格出力）に入ることになる。
ここで、トルク、Ｔ２≦Ｔ１は定格運転上必要条件である。この運転システムフローが図２に表示されている
２．二つ目のフライホイールの始動起動方式は、風車発電機の主要機器の構成と配置は上記１と同じあるが、大型の舶用ディゼルエンジンに付属しているフライホイールの始動起動方式に採用されているエアースタータ方式を適用するものである。この方式は、フライホイールの外周部位にエアースタータ（１７ｂ）を設けて、同スタータ内に組み込まれているローターとピニオンギアーがフライホイールの外周部に設けられているリングギアー（１ａ）と噛み合っている構造である。  エアースタータはコンプレッサーと空気槽との一体構造であり同空気槽は同スタータと配管接続されている。フライホイールの起動始動は上記の１と同じく風速センサーによりカットイン風速を検知して同配管に設けられた電磁開閉器の“開”動作により圧搾空気をエアースタータに送り込み同フライホイールを強制始動起動させるシステムである。  始動後の風車の動作の流れは上記１  と同じである。
尚、この２方式は垂直軸風車発電機の起動始動方式として特許権が付与されている。特許登録ＮＯ．５４１３７５７。【００２１】上記されているガイドベーンの機構並びに機能に付いて更に、詳細を下記する。
当該風車発電機は風車のローターの外周部位に可動式ガイドベーン（４）を備える。同ガイドベーンは、上述の通り、同ベーンの開度角度調整によりローターの非抗力側（Ｂ面）の風力エネルギーを抗力側（Ａ面）に転換させて、又、更に、同ベーンの開口部をローターの外周部位に集束させて回転トルクを増大させる機能、所謂、梃子の原理を応用した機能を備えたものでる。
このガイドベーン機構と機能については、上記の段落（００１８）にも述べられているが、プロペラ型マイクロ風車の受風面のデフュ―ザーにガイドベーンを備え、実験を行った結果、出力が約２倍になった事が報告されている。添付参考資料−８参照。
これは、マイクロ風車に於ける事例であり、プロペラのスパンが約８０メートルある大型のプロペラ型風車にこのガイドベーンを取り付けるのは実際面では不可能であり、このガイドベーンによるトルクの増大方式は垂直軸風車固有の機構である。
加えるに、このガイドベーン機構にはフライホイールの回転制御及び、過回転防止の機能を兼ね備えている。  即ち、フライホイールの回転速度をセンサーで検知してガイドベーンの“開”角度を調整して風量制御を行い、延いて、入力トルク（Ｔ１）の制御を行い、フライホイールの回転速度を自動的にコントロールして定格運転を行い、且つ、カットオフ風速（２５ｍ／ｓｅｃ．）時にはセンサーで同風速を検知してガイドベーンを“閉”状態にして風車の回転を停止する機構を備えるものである。
参考までに、プロペラ型風車の出力制御方式は、プロペラの取付ピッチ角度を調整して制御する方式であり、暴風時はフェーザリングにより過回転を防止している。
このガイドベーンによる回転制御方式は、図４（Ａ）に示す通り水力発電の水車の回転制御方式に採用されているものを適用したものである。
このガイドベーン方式は垂直軸風車で、且つ、抗力式ブレードを持つローター固有のものであり、上記した通り、大出力のプロペラ型風車にこのガイドベーン機構を装備するのは実際面で不可能である。
同ガイドベーンの操作動力源は、図４（Ｂ）に示されている通り、油圧方式によるものでシリンダー内の弁の動作によって行われる。
図３は同機能についての概念図である。図３（Ａ）は、同ローターにおいてガイドベーンを装備して居ない場合の風力エネルギー捕捉に関わる概念図である。同ローターの非抗力側（Ｂ面）を通過する風力エネルギーは“Ｖ”字型ブレードの背面を通り抜けて漏出してしまうことを示している。同エネルギーの漏出である。
図３（Ｂ）は、同ローターにおいてガイドベーンを装備している場合で、同ガイドベーンの操舵機構の角度調整により抗力側（Ａ面）に流れる風力エネルギーに加えて非抗力側（Ｂ面）へ流れる風力エネルギーもＡ面側に誘導して同エネルギーを抗力として有効に活用する機構である。
更に、同ガイドベ―ンの角度調整により同ローターの外周部位に同エネルギーを集束させて回転トルク増大の機能を持たせたものである。
この機能は、上述の繰り返しになるが、所謂、挺子の原理を応用したもので外力、即ち、風力をローターの外周部位に集束させてトルクの増大を図ったものである。この機能は風車の起動始動時に起動トルクを助長する効果があり、風車運転上、極めて有効な機能である。
そして、このＢ面の風力エネルギーをＡ面に転換させてトルクを増大させる機能は、出力の増大を図る当該風車発電機にとって最大に必要な機能である。即ち、より高いトルクＴ１を保持する為の重要な機能である。
この機能により、風車の半径（Ｓ）を機械的に可能な限り大とすれば、梃子の原理により、風車が生み出す回転トルクは著しく増大してフライホイールに転送されるトルク（Ｔ１）が更に、増大して同フライホイールの回転速度の増大を招き、結果、フライホイールに蓄えれられる運動エネルギーは増大することになる。  この運動エネルギーの増大は、負荷側への放出トルク（Ｔ２）の増大に繋がり発電機の要求するトルク（ＴＯＲＱＵＥ  ＲＥＱ’Ｄ）に従って大トルクが発電機に放出されて大出力を生み出すこととなる。
一方、フライホイールはＴ２を放出する事によって減速する。そこで、発電機が要求する定格回転数を保持するようにフライホイールの回転数を検知してＴ１をガイドベーンの開度制御により風量制御を行って回転数を一定に保つコンピューターによる自動制御を行う必要がある。
即ち、大出力を生み出す為には、入力Ｔ１を増大させ、放出Ｔ２を増大させ且つ、風量制御を行って定格回転数を保持することが必要条件となる。その前提がＴ１の増大であり、その為に抗力型ブレードによって風力エネルギーの捕捉率を高め、且つ、ガイドベーン効果によってトルクを増大せしめ、そして、その高回転トルクをフライホイールに転送する事が第一の課題となる。そして、この転送が高運動エネルギーの保存に繋がる。これは、高風力エネルギー→高回転エネルギー→高回転トルク（Ｔ１）→高運動エネルギー（フライホイールにて）→高入力トルク（Ｔ２）→高出力→高電気エネルギーへのエネルギー転換であり、これはエネルギーの保存の法則に則るものである。即ち、このプロセスが当該風車発電機の目指している大出力を適えるのである。
このプロセスに於いて、高風力エネルギーを得る為には風速の増大である。即ち、風車を地上レベルより、より高く設置することである。学説によると、地上５０ｍの風速は、地上１０ｍの風速より約６割大きいとされている。従って、風車を出来るだけ地上レベルより高く設置することである。或いは、洋上は障害物がないので安定した高速風力エネルギーを得ることが出来る。従って、近年、プロペラ型風車発電機は洋上風力発電に移行する傾向にある。
この風速について、プロペラ型風車の場合は、上記の段落（００１４）に記載の（Ｂ）式、Ｐｗ＝  Ｃｐ１／２ｐＡＶｗ＾３に準じて、風速の三乗に比例して発電出力が増大するとされている。しかし、過度な風速の増大は羽根車の周速が大となり、金属疲労による機械的な破壊を招く事になる。
即ち、過大な風速の増大は自ずから限界が有る。
当該風車発電機は、上記の段落（００１４）に記載の（Ａ）式、Ｐ（ｋＷ）＝Ｔｎ／９５４９  に準じて風速の増大は、回転数（ｎ）の増大に繋がり出力は増大する。しかし、上述の通り、発電機に於いて低速回転（１２０ｒｐｍ以下）でＭＷ級の大出力のものが開発されている現在、過度な増速は不必要である。この発電機の開発は、低速運転で高出力を適えた当該風車発電機の発展の後ろ盾となるものである。上記段落（００１５）及び、添付  参考資料−１２参照。【００２２】港の灯台は円筒型形状の建造物である。これは、円筒形状の建造物は暴風に対して強いことが立証されているからである。
当該風車発電機は、プロペラ型風車発電機と異なり、その構造が鉛直構造であるので、この円筒式格納容器（１７）に収納することが可能である。
図９は、当該風車発電機を電動式で動作する円筒式格納容器に収納し上下作動する、謂わば、巻上げ機方式による動作概念図である。
同格納容器は、暴風時にカットオフ風速（２５ｍ／ｓｅｃ．）をセンサー検知して自動的に当該風車発電機を同容器に完全収納する機構を持つもので、図９（Ａ）は当該風車発電機を完全に収納した概念図であり、同図（Ｂ）は、同格納容器の上部を中途までスライド降下させた時の概念図で、同図（Ｃ）は、同格納容器を完全に降下させた時の状態を示した概念図である。
同容器の作動は電動駆動装置（通称、ギアードモーター）（２５ａ）による巻上げ機の機構を適用したもので、同容器の頂部ドーム（２５）の内部に同ギアードモーターと回転バー（ＢＡＲ）（２５ｄ）を設け、同バーの両端に取り付けられたドラムにワイヤロープ（２５ｆ）を巻き付けて、その先端を同円筒容器の頂上部位の対角線上の２カ所に連結し、同バーを正転、或いは、逆転させて同格納容器（１５）を上下動させる機構を備えるものである。
同格納容器の操作機構の概念図を図１０に示す。尚、同ギアードモーターの操作電源は補助電源として設けられて太陽光パネルの蓄電を利用するシステムである。
この上下作動操作は風車防護のために殆ど台風襲来時と、風車ローター部のメインテナンス時のみに行われるもので、通常、年当たり、多くて５〜６回行われるもので、従って、年間を通じての操作電力消費量は少量で、太陽光パネルによる蓄電で十分に賄えるものである。
灯台型形状の建造物は、耐暴風、耐震、耐豪雪の堅牢な建造物で、特に頻繁に台風に襲われる日本の風土には欠かせない建造物であり、当該風車発電機の収納には打って付けの格納容器である。従って、プロペラ型風車のように暴風によって  風車が破壊される事象は払拭され、又、その建造物の形状より渡り鳥が飛行中に衝突して死に至らしめることは無く、又、プロペラ型風車が発する低周波音やシャドウフリッカー現象を生じることもない環境にやさしい建造物である。それに、同格納容器の最頂部には避雷針（２７）を設けているので落雷よる火災で風車が破壊損失されることは無い。そして、海辺の灯台と同じくこの建造物は景観を損なうものではない。
【発明の効果】
【００２３】１．大スケールのフライホイールを垂直軸風車発電機と一体型化することによってメガワット級の安定した定格の発電出力を可能とするものである。
２．可動式ガイドベーンを風車ローターの外周部位に装備してガイドベーン効果により出力の増大化を図り、且つ、同ガイドベーンの開度角度調整により風量制御を行うことによってフライホイールの回転速度を自動制御して発電出力の安定化を可能とし，且つ、過回転を防止する。
３．暴風時、或いは、豪雪時にセンサー検知により当該風車発電機を円筒式格納容器に自動収納する。この機構により当該風車発電機を日本風土の特有の台風による破壊から風車を防護する効果を発揮する。
４．段落（００１９）に記述されている通り、当該風車発電機の構造は鉛直構造であり主要機器である風車、フライホイール、発電機、等は全て鉛直上に直列に設置されて構造がシンプルである。従って、シンプルであるが故に製造コストが安く、又、機械ロスがプロペラ型風車発電機に較べて小さいので風力エネルギーの対電気エネルギーの変換効率がプロペラ型機より優れている。
５．重量級のフライホイール及び、発電機は地表レベルに設置される。従って、耐風及び耐震上、発電装置としての建造物の強度レベルを低く押さえることが出来る。故に、同建造物の全体コストを低く押さえることが出来る。
６．フライホイール、発電機、等の中枢機器が地表レベルに設置されるので同機器のメインテナンスの難易度が低い。従って、メインテナンスコストを低く押さえられる。
７．円筒式格納容器に収納された当該風車発電機は建造物として、港の灯台と同様に景観を損なうものではない。又、風車の構造上、運転中に低周波音やシャドウフリッカーを発しないので人体に健康被害を及ぼさない。そして、プロペラ型風車の場合は、羽根車の周速が速いため渡り鳥は障害物を目視出来ずに衝突死の事故が発生すると云われている。当該風車発電機を収納する当格納容器の外見は港の灯台と形状を同じくするもので渡り鳥に被害を及ぼさない環境にやさしい、又、上記した様な健康被害を発しない発電建造物である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の円筒式格納容器収納型のフライホイール一体型垂直軸風車発電機の外形図
【図２】風力エネルギーがフライホイールを中枢とした当該風車発電機によって発電出力（電気エネルギーに変換）に至るシステムフローの概念図
【図３】ガイドベーン効果に関わる比較説明図  （Ａ）図：ガイドベーンを装備して居ないローターの概念図  Ｂ面（非抗力側）に流入する風力エネルギーが抗力効果をもたらして居ない。即ち、同エネルギーの漏出になっている。（Ｂ）図：ガイドベーンを装備しているローターの概念図  ガイドベーン効果により、Ｂ面に流入する風力エネルギーをＡ面（抗力側）に誘導して同エネルギーの漏出を防ぎ、風車の受風面のエネルギー利用の効率化を図っている。又、同ガイドベーンの開閉角度調整により風力エネルギーを羽根車の外周部位に集束して、梃子の原理により、トルク増大の効果をもたらすものである。
【図４】ガイドベーン付きローター部の模写斜視図  （Ａ）図：水力発電におけるフランシス水車のガイドベーンを装備したローター部の模写斜視図  （Ｂ）図：同機構を当該風車発電機車のローター部に適用した模写斜視図。
【図５】風車ローターを多段（ＭＵＬＴＩ‐ＳＴＡＧＥ）にした概念図  （ａ）ワン  ステージ（シングル  ステージ）  （ｂ）ツウ  ステージ  （ｃ）スリー  ステージ（図１に図示）  受風面積の拡大の為に、ステージＵＰ並びに、（図３）に表示されているローターのスパン”Ｓ”の拡大を行う。”Ｓ”を拡大することによって、ガイドベーン効果により同じ風力エネルギーでトルクを倍増させることを、併せて、可能とする。これは梃子の原理を応用したものである。
【図６】風車ローターのフレームの員数を増大させた概念図  （ａ）ワン  フレーム（シングル  フレーム）  （ｂ）ツウ  フレーム  （ｃ）フォ  フレーム  フレームの員数を増やすこと、即ち、取付け”Ｖ”字型ブレードの絶対数を増やして抗力の増大を図り、延いて、トルクの増大を図っている。又、上記段落（００１５）の記述の通り、同ブレードの員数の増大は、風力エネルギーの漏出を極力抑える効果がある。即ち、これはトルクの増大に繋がるものである。
【図７】風車の平面断面図  （Ａ）図：プロペラ型風車の上部位の平面断面図  ヨー機構によりプロペラの受風面を風向に正対させる機構を備えている  （Ｂ）図：当該垂直軸風車のローター部の平面断面図  風向に対して３６０度無指向性である。従って、風力エネルギーの捕捉率がプロペラ型風車より優れている、以って、フライホイールへの入力トルク（Ｔ１）の増大により出力の増大を図るものである。
【図８】ガイドベーン付き垂直軸風車の風力エネルギーの捕捉に関わるモデル機による実証試験の見取図  （Ｘ）図：同モデル機の側面図  （Ｙ）図：同モデル機の平面図  Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各ポイントは風速計の取付位置を示す。同機の風の流入口より見て左右両側面には透明アクリル板（ＡＣＬ）の囲いを取り付けている。各ポイントの風速測定値は、段落（００１７）に記述されている。
【図９】当該風車発電機を収納する円筒式格納容器の動作概念図  （Ａ）図：同発電機を同容器に完全収納した時の概念図  （Ｂ）図：同容器の操作により下降動作中の概念図  （Ｃ）図：同容器を完全に下降させた時の概念図
【図１０】当該風車発電機を円筒式格納容器に収納する機構の概念図
【符号の説明】
【００２５】１      フライホイール
２      風車ローター
２ａ    風車ローターフレーム
３      抗力式“Ｖ”字型ブレード
３ｂ    ウイングレット
４      可動式ガイドベーン
４ｃ    ガイドリング、ガイドベーン
４ｄ    クランク、ガイドベーン
４ｇ    補助リング、ガイドベーン
５      ホローシャフト
７      ラディアルベアリング
８      ラディアル＆スラストベアリング
９      リジッドカップリング
１０    フレキシブルカップリング
１１    空気噴射ノズル
１２    空気配管
１３    エアー配管接続ボックス
１４    永久磁石多極同期発電機
１５    円筒式格納容器、風車収納用
１７ａ  エアータンク（空気槽）
１８    ガイドベーン角度調整用油圧装置
１８ａ  ユニバーサルジョイント
１８ｂ  連結ロッド
１８ｄ  作動油入口
２５    格納容器頂部ドーム
２５ａ  電動駆動装置（ギアードモーター）
２５ｂ  大歯車、開閉駆動機
２５ｃ  小歯車、開閉駆動機
２５ｄ  巻上げ主軸、開閉駆動機
２５ｅ  ラディアルベアリング、巻上げ主軸
２５ｆ  ワイアロープ、巻上げ主軸
２６    格納容器フレーム
２７    避雷針
２８    ブレーキディスク
２９    三方電磁弁
３０    流体継手
ＡＣＬ  透明アクリル板
ＡＯＬ  空気逃げ口
ＷＴＧ  当該垂直軸風車発電機【００２６】参考資料
１  プロペラ型風車の理論上の出力係数Ｃｐ（上限０．５９３、ベッツの限界）と実際の風車運転に於ける風力エネルギーの対電気エネルギーの変換率の相違比較について（出典：三菱重工業  風力講座“風の発生と風車の出力”）
２−１／３  プロペラ型風車発電機の暴風、落雷、漏電による破壊例
２／３  プロペラ型風車発電機の暴風によるタワー及び羽根車の破壊例
３／３  沖縄に於ける台風によるプロペラ型風車発電機の破壊例
３−１／３  フライホイールの機能と特性について（インターネット掲載ウィキペディアより引用掲載）
２／３  フライホイールの顕著な使用例（同じく、同掲載より）
３／３  剛体（フライホイール）に於ける運動エネルギーの保存について（九州大学の研究論文“剛体の回転エネルギー”より引用掲載）
４−１／２  洋上風力発電所に於ける当該風車発電機の使用例（イメージ図）
２／２  当該風車発電機の各種使用例（イメージ図）
５  円板（フライホイール）を回転させた時の出力計算式について
Ｗａｓｈｉｍｏ‐ｗｅｂ  ｓｉｔｅ掲載の「工業力学入門」記事、“トルク・回転数・動力”より引用掲載
６  「風車トルクの式」について
風（空気の移動）をベースにして出力の計算を行い、出力より逆算してトルクを算出している。
（財）エネルギー総合工学研究所発行の編纂「風力発電」より引用掲載（出典：八戸工業大学遠隔講義『風力発電最前線』）
７−１／２  帆船の帆の外観。空気抜きの機構を備えている。帆内の空気を排出して、風による抗力効果の効率化を図っている。
７−２／２  水力発電の水車ランナーのバケット。バケットには、水流排出用の“切り欠き”を設けている。バケット内の水流を速やかに排出して、抗力効果の効率化を図っている。
８  ガイドベーン機構による出力増大について
ガイドベーンを装備したマイクロ風車において、ガイドベーン効果により出力が２倍程度になったことが立証、報告されている。
サレジオ工業高等専門学校の研究論文“可変ピッチ機構を有するマイクロ風車用ガイドベーンの研究“より引用掲載。
９  垂直軸風車の風力エネルギーの捕捉率について
ＴＢＳテレビ映像“夢の扉＋坂口憲二：強風被害をなくし発電もする新風“より転写コピー。垂直軸風車の入口風速と出口風速の相違について。
１０  ガイドベーン付きフライホイール一体型垂直軸風車の実験用モデル機
Ａ号機  ：風車Ｈｅｉｇｈｔ  ２．１ｍ．ローター（抗力式羽根型）３段フライホイール  ２段（直径  ３０ｃｍ．重量  ５ｋｇ）
（注）風速５ｍ／ｓｅｃ．でガイドベーン効果により風車が自動起動したことが確認された。
Ｂ号機  ：風車Ｈｅｉｇｈｔ  ２５ｃｍ．ローター（抗力式羽根型）３段一次側（ガイドベーン側）の風速測定と二次側（空気排出側）の風速測定
（注）二次側のローター直後の風速は、殆ど、ゼロである事が確認された。抗力式羽根型を持つ垂直軸風車の風力エネルギーの捕捉率が優れていることを立証するものである。
１１  ＮＥＤＯが支援しているフライホイール蓄電システムの実証試験に関わる記事
１２  回転数が低速で、且つ、高出力の永久磁石多極同期発電機の仕様。出典：安川電機のＥＮＥＷＩＮ‐ＧＥＮＥＲＡＴＯＲのカタログ。
本同期発電機は実用に付されている。
格出力（ＭＷ）  −  定格回転数（ＲＰＭ）
２．０    −    １１４
３．０    −    ９３
５．０    −    ７２
【図１】
2017075597.tif 000003
【図２】
2017075597.tif 000004
【図３】
2017075597.tif 000005
【図４】
2017075597.tif 000006
【図５】
2017075597.tif 000007
【図６】
2017075597.tif 000008
【図７】
2017075597.tif 000009
【図８】
2017075597.tif 000010
【図９】
2017075597.tif 000011
【図１０】
2017075597.tif 000012