(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部に軸受を備える水平の上下軸支持体を、複数の支柱をもって高層に枠組みした支持枠体の内部に、上下翼端を内方へ傾斜する傾斜部とした揚力型ブレードを備える１本の縦主軸を軸受で支持し、かつ縦主軸の上端を支持枠体の上方へ突出させ、支持枠体上部の支持台における軸部で支持し、この軸部に旋回可能に横軸風車の筐体前部を装着し、筐体内から後部へ突出する横主軸の後端に、ブレードの翼端を前方向へ傾斜する傾斜部としたロータブレードを装着し、横主軸の前端と縦主軸の上端とを、伝動手段を介して連動可能に連結し、かつ筐体の外面後側部に設けた方向舵により、ロータブレードが縦主軸よりも常に風下へ来るようにしたことを特徴とする複合風車。
【請求項２】
前記支持枠体は、上下の軸支持体における、上下１組の軸受の間に羽根配設区を形成し、各羽根配設区毎に、縦主軸に垂直の揚力型ブレードを配設したことを特徴とする請求項１に記載の複合風車。 
【請求項３】
前記羽根配設区毎に縦主軸に配設された羽根支持体は、縦主軸に固定した軸部に、放射方向へ向けて固定した複数の支持アームの先端で環縁体を支持し、上下の環縁体の外周部に、垂直の揚力型ブレードの内側面における弦方向の前後部分を固定してなることを特徴とする請求項２に記載の複合風車。
【請求項４】
前記羽根配設区の数は、環縁体の外周を揚力型ブレードの弦長で割った数とし、上下の羽根配設区に配設される揚力型ブレードの上下の位相を、揚力型ブレードの弦長相当の距離ずつ周方向へ違差させてあることを特徴とする請求項３に記載の複合風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合風車に係り、縦軸風車の縦主軸に、横軸風車の横主軸を連結して、両者が一体回転するように構成した複合風車に関する。 
【背景技術】
【０００２】
従来、縦軸風車の風車効率は約35％とされ、又横軸風車の風車効率は約45％とされ、互いに風車効率が異なり、構成も作用も異なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８８４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
縦軸風車の中でも多段羽根風車では、回転し始めると次第に加速されて、高速回転をするが、弱い風速の時には、回転始動に時間を要する。本発明は、多段の縦軸風車の始動性を高めた、複合風車を提供する事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の具体的な内容は次の通りである。
【０００６】
(1)   中央部に軸受を備える水平の上下軸支持体を、複数の支柱をもって高層に枠組みした支持枠体の内部に、上下翼端を内方へ傾斜する傾斜部とした揚力型ブレードを備える１本の縦主軸を軸受で支持し、かつ縦主軸の上端を支持枠体の上方へ突出させ、支持枠体上部の支持台における軸部で支持し、この軸部に旋回可能に横軸風車の筐体前部を装着し、筐体内から後部へ突出する横主軸の後端に、ブレードの翼端を前方向へ傾斜する傾斜部としたロータブレードを装着し、横主軸の前端と縦主軸の上端とを、伝動手段を介して連動可能に連結し、かつ筐体の外面後側部に設けた方向舵により、ロータブレードが縦主軸よりも常に風下へ来るようにした複合風車。
【０００７】
（２）  前記支持枠体は、上下の軸支持体における、上下１組の軸受の間に羽根配設区を形成し、各羽根配設区毎に、縦主軸に垂直の揚力型ブレードを配設した前記（1）に記載の複合風車。 
【０００８】
（３）  前記羽根配設区毎に縦主軸に配設された羽根支持体は、縦主軸に固定した軸部に、放射方向へ向けて固定した複数の支持アームの先端で環縁体を支持し、上下の環縁体の外周部に、垂直の揚力型ブレードの内側面における弦方向の前後部分を固定してなる前記（2）に記載の複合風車。
【０００９】
（４）  前記羽根配設区の数は、環縁体の外周を揚力型ブレードの弦長で割った数とし、上下の羽根配設区に配設される揚力型ブレードの上下の位相を、揚力型ブレードの弦長相当の距離ずつ周方向へ違差させてある前記（3）に記載の複合風車。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると次のような効果が奏せられる。
【００１１】
前記(1)に記載の複合風車では、縦軸風車の支持枠体の上部に、横軸風車が配設され、縦主軸の上部と、横軸風車の横主軸とが連結されて共回転するように構成されているので、回転始動の早い横軸風車が回転し始めた後、その回転力を利用して、縦軸風車の縦主軸を始動させる。
これによって回転を始めた縦軸風車は、急速に加速する。横軸風車の、筐体の後部には、方向舵が装着されているので、風向きが変っても、方向舵が瞬時に正確に反応して筐体の前部を風上に向けるので、風を無駄なく利用することができる。
【００１２】
前記（2）に記載の複合風車では、縦軸風車の支持枠体に、複数の羽根配設区が多段状に配設され、１本の縦主軸に、揚力型ブレードが各羽根配設区毎に配設されているので、揚力型ブレードに風を受けると、縦主軸が回転し、複数段のブレードにより大きな軸トルクを得ることができる。低風速時にも横軸風車が回転してリードすることによって、縦軸風車は回転し、揚力型ブレードの形状による揚力によって加速し、大きな軸トルクを得ることができる。
【００１３】
前記（3）に記載の複合風車では、縦主軸に配設された羽根支持体は、軸部と支持アームと環縁体とで構成され、上下の環縁体に垂直の揚力型ブレードが、ブレードの内側面の前後を固定されているので、揚力型ブレードの弦長が長くても、環縁体に揚力型ブレードは、堅固に安全によく固定される。
【００１４】
前記(4)に記載の複合風車では、羽根配設区の数は、環縁体の外周を揚力型ブレードの弦長で割った数とし、上下の羽根配設区に配設される揚力型ブレードの上下の位相は、揚力型ブレードの弦長相当の距離ずつ周方向へ異ならせてあるので、一方向からの気流に対して、常に、上下いずれかの揚力型ブレードが対面して風力を受ける。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る複合風車の実施例１の要部縦断正面図である。
【図２】図１に示す複合風車の平面図である。
【図３】図１における横主軸と縦主軸の関係を示す拡大縦断正面図である。
【図４】複合風車の実施例２における１っの羽根配設区の正面図である。
【図５】図４における支柱を除いた平面図である。
【図６】揚力型ブレードの位相を示す平面図である。
【図７】複合風車の実施例３における１っの羽根配設区の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１において、複合風車(1)の支持枠体(2)は、縦主軸(7)の周囲に配した複数の支柱(3)を上下の軸支持体(4)の間に配し、軸支持体(4)の複数を段状とし、一体に枠組みされており、各軸支持体(4)の平面中央部に、それぞれ軸受(5)が設けられている。
【００１８】
軸支持体(4)は、詳しくは、平面視で方形に組まれた外枠体(4a)と、複数の中桟体(4b)とで一体に枠組みされ、中桟体(4b)の中央部に軸受(5)が配設されている。
各上下の軸受(5)を貫通する１本の縦主軸(7)が、回転自在に支持されている。縦主軸(7)の下端部は、発電器(8)に連結されている。
【００１９】
各上下に隣合う軸支持体(4)の間を羽根配設区(6)とし、各羽根配設区(6)毎に、垂直軸ロータ（18）を設けてある。すなわち、垂直の揚力型ブレード(9)を、上下の羽根支持体(10)を介して縦主軸(7)に装着している。揚力型ブレード(9)の上下端部は、縦主軸(7)方向へ傾斜する傾斜部(9a)としてある。
【００２０】
縦主軸(7)の上端部は、支持枠体(2)の上方に突出し、図３に示すように、最上段の軸支持体（4）の上面に装着した支持台(11)の軸受部(11b)で支持されている。支持台(11)は、脚部(11a)の上に軸受部(11b)を形成し、軸受部(11b)の内腔に、縦主軸(7)が貫通されて上方に突出している。縦主軸(7)の上端部に、ベベルギアからなる伝動手段(12)を固定している。なお支持台(11)と筐体(13)との間の回転部において、ベアリングは図示省略した。
【００２１】
前記支持台(11)における軸受部(11b)には、風車筐体(13)の前部より垂下する軸管(13a)を、回転自在に外嵌してある。風車筐体(13)は前後に長く、内部に横主軸(14)が回転可能に横架され、横主軸(14)の後部は、風車筐体(13)の後端外方に突出し、この突出部に、垂直のロータブレード(16)を複数備える水平軸ロータ（15）を固定している。
各ロータブレード(16)の先端部は、前方へ傾斜する傾斜部(16a)としている。符号(17)は、風車筐体(13)の後外両側に垂直に設けた方向舵である。
【００２２】
横主軸(14)の先端部には、前記縦主軸(7)上端部の伝動手段(12)と係合される、ベベルギアからなる伝動手段(12)が固定されている。この横主軸(14)の回転に伴い、伝動手段(12)(12)を介して縦主軸(7)も、共回転する。
【００２３】
以上のように構成されたこの複合風車（1）において、風が吹くと、方向舵(16)に風を受けて、風車筐体(13)は前部を風上に向け、ロータブレード(16)を風下に向けて、ロータブレード(16)が回転する。
【００２４】
これに伴い、横主軸(14)が回転し、伝動手段(12)(12)を介して回転力が縦主軸(7)に伝えられて共回転する。縦主軸(7)の回転に伴い、揚力型ブレード(9)が回転し、揚力型ブレード(9)の形状のもつ揚力により、ロータ（15）の回転速度は次第に加速される。
【００２５】
すなわち、横軸ロータブレード(16)の方が風車効率は高く、早く回転しはじめる。縦軸風車の揚力型ブレード(9)は回転始動が遅く、風車効率もロータブレード(16)より低い。従って伝動手段(12)のギア比を変えて同期させると、横主軸(14)と縦主軸(7)とは同調することとなる。
【００２６】
風流は、地面から高い位置の方が速度が速い。そのことは、ロータブレード(16)の方が早く回転し、回転始動の遅い揚力型ブレード(9)の回転をリードする。
回転し始めると、縦軸風車は、揚力型ブレード(9)の翼型形状から必然的に生ずる揚力により、加速されて高速回転をする。
風洞実験によると、上下部に傾斜部(9a)のある揚力型ブレード(9)は、直羽根の縦軸風車に比して、風車効率の４０％増加が確認されている。  
【００２７】
前記揚力型ブレード(9)の弦長は長く設定されている。従って回転始動は遅いが、回転し始めると受風面積が大きいので、高速回転をし、軸トルクも大となる。特に揚力型ブレード(9)の傾斜部(9a)は、集風作用があり、弦長の長さと相まって回転速度に加効する。
【実施例２】
【００２８】
図４は、縦軸風車の実施例２における１っの羽根配設区（6）の正面図、図5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２では、羽根支持体(10)は、縦主軸(7)に固定された軸部(10a)と、軸部(10a)から放射方向へ突出する複数の支持アーム(10b)と、支持アーム(10b)の外端に支持された環縁体(10c)とから構成されている。
【００２９】
この環縁体(10c)の外周に揚力型ブレード(9)の内周面の前後部位が固定体(9b)(9b)によって固定されている。すなわち、揚力型ブレード(9)の弦長は、その回転半径の50％以上の幅広いものであるため、安定性と剛性を高めるため、弦長方向の前後部位の２架所を固定体(9b)(9b)で堅固に固定することができる。
【００３０】
この実施例２では、図４に示すように、１っの羽根配設区(6)毎に、上下複数の羽根支持体(10)が配設され、上下複数の羽根支持体(10)に揚力型ブレード(9)が固定されている。揚力型ブレード(9)の、主軸(7)に対面する内側面に、弦長方向に並ぶ前後２個の固定体(9b)が配設され、前後の固定体(9b)は環縁体(10c)に固定されている。
【００３１】
このように、揚力型ブレード(9)を、上下の羽根支持体(10)における環縁体(10c)に、上下４か所をもって固定体(9b)で固定しているので、安定性が高く、剛性に優れている。必要に応じて、羽根支持体(10)は３段にすることができ、固定体(9b)も３段にすることができる。
なお、この固定体(9b)は、揚力型ブレード(9)の弦長に応じて、前後に長い１っでもよいし、また、前後に並ぶ３個でもよい。
【００３２】
なお前記上下の羽根配設区(6)においては、それぞれに配設させた揚力型ブレード(9)の平面位相を、揚力型ブレード(9)の弦長相当の距離だけ、違差させるように配設する。図６においては、揚力型ブレード(9)の平面位相は、上下のものにおいて約45度相違させている。
【００３３】
これによって２枚羽根が、４段の羽根配設区(6)にそれぞれ配設されている。羽根配設区(6)が５段であれば、36度ずつ相違させられる。その場合、平面視で、上下の揚力型ブレード(9)が重ならないように、揚力型ブレード(9)の弦長を小とすることができる。これによって、１方向からの気流にも、上下の揚力型ブレード(9)の何れかが気流に対面していることになり、風力を有効に利用することができる。
【実施例３】
【００３４】
図７は、縦軸風車の揚力型ブレード(9)を、各羽根配設区(6)毎に１枚羽根とした実施例を示す。
同一水準において、揚力型ブレード(9)は、多数よりも１枚の方が約20％アップの高速回転をさせることができる。縦主軸(7)に対し、１っの羽根配設区(6)において、羽根支持体(10)は、軸部(10a)から放射方向へ突出された２叉状の支持アーム(10b)とし、これが複数段配設される。
【００３５】
揚力型ブレード(9)の弦長を、例えば回転直径の30％とすると、弦長が長いので、弦長の前後部位を、上下の２叉状の支持アーム(10b)の先端部に、垂直に固定することができる。
上下の羽根配設区(6)において、揚力型ブレード(9)は、その弦長相当の距離毎に、平面視における位相を違差されている。
【００３６】
なお、この実施例において、支持アーム(10b)を複数とし、その先端部に前例同様に環縁体(10c)を固定して、環縁体(10c)に揚力型ブレード(9)を固定できることは当然である。すなわち、環縁体(10c)を使用することによって、揚力型ブレード(9)が１枚であっても、縦主軸(7)の回転バランスを安定させることができる。
【００３７】
なお本発明は、前記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。例えば伝動手段(12)には、遠心クラッチ、制御器により制御されるクラッチなどを介在させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
回転始動性が優れ、また大きな軸トルクを得ることができるので、特に場所を選ぶことなく設置できる風力発電機として、利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
(1)複合風車
(2)支持枠体
(3)支柱
(4)軸支持体
(4a)外枠体
(4b)中桟
(5)軸受
(6)羽根配設区
(7)縦主軸
(8)発電器
(9)揚力型ブレード 
(9a)傾斜部
(9b)固定体
(10)羽根支持体
(10a)軸部
(10b)支持アーム
(10c)環縁体
(11)台部
(11a)脚部
(11b)軸受部
(12)伝動手段
(13)風車筐体
(13a)軸管
(14)横主軸
(15)水平軸ロータ
(16)ロータブレード
(16a)傾斜部
(17)方向舵
（18）垂直軸ロータ
【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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