(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機のメインシャフトに沿って間隔をあけて周設した複数のベーンを含み、前記ベーンのそれぞれは、
後面凹部を画定し、貫通孔が上に形成された前板部を含む本体部を有するベーン本体と、
前記貫通孔の中央部に設けられた第１の端部と、前記本体部に固着された第２の端部と、を有し、前記後面凹部の中に設けられた第１の弧状ガイドバーと、
前記貫通孔に嵌合し、前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部に接続された中空スクリーンと、
前記後面凹部の中に位置し、前記第１の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合され、バッフル支持バーを介し、前板部に回動可能に枢支連結され、前記後面凹部に隣接した一側から前記中空スクリーンを開閉自在に覆うことが可能な第１の可動バッフルユニットと、を備える、垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項２】
前記本体部は、前記ベーン本体の正面と背面との間に、平行かつ連続的に複数の山折り及び谷部が外周面に設けられた、請求項１に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項３】
前記前板部は、外向き湾曲正面を有し、
前記貫通孔を囲む前記外向き湾曲正面の領域が、釣鐘状の凹み部に形成された、請求項１に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項４】
前記中空スクリーンは、スリーブ部と、前記スリーブ部の周りに接続されて位置するスクリーン本体と、を有し、
前記スリーブ部は、前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部の周りに嵌合し、前記スクリーン本体は、前記貫通孔の内周壁に外周が固着され、
前記スクリーン本体は、その上に設けられた複数の開口を有する、請求項３に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項５】
前記第１の可動バッフルユニットは、第１のスリーブと、前記第１のスリーブに周設された第１の可動バッフルと、を有し、
前記第１のスリーブは、前記第１の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合し、
前記第１の可動バッフルは、後面凹部に隣接した一側から前記中空スクリーンを覆う、請求項４に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項６】
前記中空スクリーン及び前記第１の可動バッフルユニットは、それらの間に提供された第１の緩衝ばねを有し、
同じ極性を有する第１の磁性体リング及び第２の磁性体リングは、第１の緩衝ばね及び前記第１の可動バッフルユニット上のそれぞれの接触面に配置される、請求項５に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項７】
前記ベーンは、
前記第１の弧状ガイドバーの前記第２の端部近くに固着されたストップリングと、
前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部に対向する前記ストップリングの一側に、前記第１の弧状ガイドバー上に配置されたストップスプリングと、を有するストップユニットをさらに含む、請求項６に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項８】
前記ストップユニットは、前記ストップリングの一側面に回動可能に枢支連結する保持装置をさらに含み、
前記保持装置は、操作レバーと、前記操作レバーに接続されたフックと、を含み、
前記第１の可動バッフルユニットは、操作レバー及びフックに対応した位置に押し棒及び止めリングを有し、
前記保持装置は、外部に向かって突出した解除レバーをさらに含む、請求項７に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項９】
風力発電機のメインシャフトに沿って間隔をあけて周設した複数のベーンを含み、前記ベーンのそれぞれは、
後面凹部を画定し、貫通孔が上に形成された前板部を含む本体部を有するベーン本体と、
前記貫通孔の中央部に設けられた第１の端部と、前記本体部に固着された第２の端部と、を有し、前記後面凹部の中に設けられた第１の弧状ガイドバーと、
前記貫通孔に嵌合し、前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部に接続された中空スクリーンと、
開口が上に設けられ、前記中空スクリーンの後ろの前記ベーン本体の前記後面凹部の中に設けられ、前記第１の弧状ガイドバーの周りにスリーブの形で摺動可能に嵌合された第２の弧状ガイドバーを含み、バッフル支持バー上のピボット点を介し、前記ベーン本体の前記前板部に接続されているため、前記ピボット点で回動し、前記後面凹部に隣接した一面から前記中空スクリーンを開閉自在に覆い、前記第２の弧状ガイドバーは、基端側と、先端側と、前記先端側の周りに形成された半径方向外向に向かって延びるフランジと、を有する第１の可動バッフルユニットと、
前記第１の可動バッフルユニットの後ろの前記ベーン本体の前記後面凹部の中に配置され、前記第２の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合され、前記後面凹部に隣接した一側から前記第１の可動バッフルユニットを開閉自在に覆うことが可能な第２の可動バッフルユニットと、を備える、垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１０】
前記本体部は、前記ベーン本体の正面と背面との間に、平行かつ連続的に複数の山折り及び谷部が外周面に設けられた、請求項９に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１１】
前記前板部は、外向き湾曲正面を有し、
前記貫通孔を囲む前記外向き湾曲正面の領域は、釣鐘状の凹み部に形成される、請求項９に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１２】
前記中空スクリーンは、スリーブ部と、前記スリーブ部に周設されたスクリーン本体と、を有し、
前記スリーブ部は、前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部の周りに嵌合し、前記スクリーン本体は、前記貫通孔の内周壁に外周が固着され、
前記スクリーン本体は、その上に設けられた複数の開口を有する、請求項１１に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１３】
前記第１の可動バッフルユニットは、第１のスリーブと、前記第１のスリーブの周りに位置して接続された第１の可動バッフルと、を有し、
前記第１のスリーブは、前記第２の弧状ガイドバーの基端側の周りに摺動可能に嵌合し、
前記第１の可動バッフルは、その上に設けられた複数の開口を有する、請求項１２に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１４】
前記第２の可動バッフルユニットは、第２のスリーブと、前記第２のスリーブに周設された第２の可動バッフルと、を含み、
前記第２のスリーブは、前記第２の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合し、
前記第２の可動バッフルは、前記後面凹部に隣接した一面から前記第１の可動バッフル上の開口を覆う、請求項１３に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１５】
前記中空スクリーン及び前記第１の可動バッフルユニットは、それらの間に提供された第１の緩衝ばねを有し、
同じ極性を有する第１の磁性体リング及び第２の磁性体リングは、前記第１の緩衝ばね及び前記第１の可動バッフルユニット上のそれぞれの接触面に配置される、請求項１４に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１６】
前記第１の可動バッフルユニット及び前記第２の可動バッフルユニットは、それらの間に第２の緩衝ばねを有する、請求項１５に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１７】
前記ベーンは、
前記第１の弧状ガイドバーの前記第２の端部近くに固着されたストップリングと、
前記第１の弧状ガイドバーの前記第１の端部に対向する前記ストップリングの一側に、前記第１の弧状ガイドバー上に配置された前記ストップスプリングと、を有するストップユニットをさらに含む、請求項１６に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【請求項１８】
前記ストップユニットは、前記ストップリングの一側面に回動可能に枢支連結する保持装置をさらに含み、
前記保持装置は、操作レバーと、前記操作レバーに接続されたフックと、を含み、
前記第２の弧状ガイドバーは、操作レバー及びフックに対応したフランジ上の位置に押し棒及び止めリングを有し、
前記保持装置は、外部に向かって突出した解除レバーをさらに含む、請求項１７に記載の垂直軸式風力発電機のベーン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直軸式風力発電機のベーン構造に関し、特に、ベーン上に設けた孔を開閉することにより、それぞれ風を遮るか、あるいは空気抵抗を有効に減らす可動バッフルユニットを含む垂直軸式風力発電機のベーン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直軸式風力発電機は、メインシャフトの周面に沿って間隔をおいて複数のベーンが取り付けられた垂直式メインシャフトを有する。各ベーンは、一般に、互いに対応した２つの外向き湾曲面及び内向き湾曲面である正面及び背面を有する。ベーンの内向き湾曲面は、向い風を受け、気流のフローを遮るため、ベーンが風で押されてメインシャフトを回転させる。続いて、メインシャフトの回転力を複数の発電機セットに伝達し、発電を行う。
【０００３】
垂直軸式風力発電機のベーンは、周方向に間隔をあけてメインシャフトに周設され、先行するベーンの内向き湾曲背面が、後続のベーンの外向き湾曲正面に対向する。ベーンの内向き湾曲背面に対して風が吹き付けられると、他の反対側のベーンの外向き湾曲面に対しても吹き付けられる。つまり、ベーンの内向き湾曲背面に対して吹き付けられる風だけがメインシャフトを効果的に回転させるのに役立ち、ベーンの外向き湾曲正面に吹き付けられる風は、メインシャフトの回転に対する抵抗力として作用する。
【０００４】
従来の垂直軸式風力発電機のベーンの全ては、その上に開口が全く形成されていない完全なプレートである。ベーンの外向き湾曲正面に風が吹き付けられると、外向き湾曲正面により風がベーンの外側に案内され、空気抵抗を減らすことができる。それにも関わらず、ベーンの比較的大きな領域により、風が依然としてブロックされるため、他のベーンの内向き湾曲背面に対して吹き付けられる風により生成される押す力は低減される。メインシャフトを回転させる風力が減るため、不都合なことに、風力発電機の効果が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主な目的は、ベーン本体の空気抵抗を減らすとともに、ベーン本体で風を効果的に遮ることにより、メインシャフトを回転させる垂直軸式風力発電機のベーン構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的及び他の目的を達成するために、本発明の好適な実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造は、風力発電機のメインシャフトに沿って間隔をあけて周設した複数のベーンを含む。各ベーンは、ベーン本体、第１の弧状ガイドバー、中空スクリーン及び第１の可動バッフルユニットを含む。ベーン本体は、後面凹部を画定し、貫通孔が上に形成された前板部を含む本体部を有する。第１の弧状ガイドバーは、後面凹部の中に設けられ、第１の端部及び第２の端部を有する。第２の端部は、本体部に固着され、第１の端部は、貫通孔の中央部に設けられている。中空スクリーンは、貫通孔に嵌合し、第１の弧状ガイドバーの第１の端部に接続されている。第１の可動バッフルユニットは、後面凹部の中に位置し、第１の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合され、バッフル支持バーを介し、前板部へ回動可能に枢支連結されているため、第１の可動バッフルユニットは、後面凹部に隣接した一側から中空スクリーンを開閉自在に覆う。ベーンの後面凹部が向い風を受けると、第１の可動バッフルユニットに風が吹き付けられて中空スクリーンを覆い、ベーン本体の後面凹部の前板部上の貫通孔を閉じて風を効果的に遮る。一方、ベーンの後面凹部が追い風を受けると、第１の可動バッフルユニットが前板部上の貫通孔を自然に開き、ベーンの回転の空気抵抗を減らす。つまり、向い風を受ける後面凹部を有する本発明のベーンは、同時に追い風を受ける後面凹部を有する反対側のベーンによる悪影響を受けずに、風力を効果的に利用することができる。そのため、風力発電機のメインシャフトは、ベーンにより容易に回転することができる。
【０００７】
好ましくは、ベーン本体の本体部は、前板部と、前板部の上縁及び下縁から延伸した上板部及び下板部と、前板部の右縁及び左縁から延伸した左板部及び右板部と、を含むため、上板部、下板部、左板部、右板部及び前板部により、後面凹部が画定される。
【０００８】
好ましくは、上板部、下板部及び右板部は、平行かつ連続的に複数の山折り及び谷部を各外面上に有し、ベーン本体の正面と背面との間から延伸している。これらの山折り及び谷部により、ベーン本体が風力により回転されるときに騒音が発生することを防ぐことができる。
【０００９】
好ましくは、第１の弧状ガイドバーの第２の端部が本体部の上板部に固着されるため、第１の弧状ガイドバーの位置を固定することができる。
【００１０】
好ましくは、前板部は、外向き湾曲正面を有し、貫通孔を囲む外向き湾曲正面の領域が釣鐘状の凹み部に形成されている。外向き湾曲正面は、ベーン本体の外側へ気流を案内し、凹み部は、貫通孔を通ってベーン本体の外側へ気流の一部を都合よく案内することができる。
【００１１】
好ましくは、中空スクリーンは、スリーブ部と、スリーブ部に周設されたスクリーン本体と、を有する。スリーブ部は、第１の弧状ガイドバーの第１の端部の周りに嵌められ、スクリーン本体は、その外周で貫通孔の内周壁に固着される。そのため、中空スクリーンが貫通孔に嵌められ、第１の弧状ガイドバーにより支持される。
【００１２】
好ましくは、第１の可動バッフルユニットは、第１のスリーブと、第１のスリーブの端部に周設された第１の可動バッフルと、を含む。第１のスリーブは、第１の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合され、第１の可動バッフルは、通常、後面凹部に隣接した一面から中空スクリーンを覆っている。そのため、第１の可動バッフルユニットは、中空スクリーンを開閉自在に覆い、第１の弧状ガイドバーにより支持されて案内され、開位置と閉位置との間を移動し、中空スクリーンの開閉を行う。
【００１３】
好ましくは、中空スクリーンと第１の可動バッフルユニットとの間に提供された第１の緩衝ばねにより、中空スクリーンに対する第１の弧状ガイドバーの衝撃を緩衝し、衝撃により騒音が発生することを防ぐ。
【００１４】
好ましくは、同じ極性を有する第１の磁性体リング及び第２の磁性体リングが、第１の緩衝ばね及び第１の可動バッフルユニット上の接触面にそれぞれ設けられるため、２つの磁性体リング間の磁気反発により、第１の可動バッフルユニットと中空スクリーンとの間の衝撃を緩衝することができる。
【００１５】
好ましくは、ベーンは、第２の端部近くで第１の弧状ガイドバーに固着されたストップリングと、第１の弧状ガイドバー上で、第１の端部に対向したストップリングの一側へ配置されたストップスプリングと、を含むストップユニットをさらに含む。ストップリングの機能は最大角度を制限し、これにより第１の可動バッフルユニットを枢着式に開くことができる。そのため、非常に強い風により開角度が大きくなりすぎ、第１の可動バッフルユニットが損傷することを防ぐことができる。ストップスプリングは、第１の可動バッフルユニットとストップリングとの間の衝撃を緩衝することができる。
【００１６】
好ましくは、ストップユニットは、ストップリングの一側面に回動可能に枢支連結した保持装置をさらに含む。保持装置は、操作レバーと、操作レバーに接続されたフックと、を含む。そして、第１の可動バッフルユニットは、操作レバー及びフックに対応した位置に設けられた押し棒及び止めリングを有する。第１の可動バッフルユニットが強い風で開けられ、さらに回転することがないようにストップリングにより停める場合、押し棒は、保持装置の操作レバーを同時に押圧して操作レバーを上向きに回動させ、フックを下向きに回動し、止めリングと係合する。これにより、第１の可動バッフルユニットを完全に開いた位置に保持し、ベーン本体を低速で回転させることにより、強力な風により望ましくない高速回転が発生し、ベーンが損傷することを防ぐことができる。
【００１７】
好ましくは、保持装置は、止めリングからフックを解除する、外部に向かって突出した解除レバーをさらに含む。
【００１８】
上述した目的及び他の目的を達成するために、本発明の他の好適な実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造は、風力発電機のメインシャフトに沿って間隔をあけて周設した複数のベーンを含む。各ベーンは、ベーン本体、第１の弧状ガイドバー、中空スクリーン、第１の可動バッフルユニット及び第２の可動バッフルユニットを含む。ベーン本体は、後面凹部を画定し、貫通孔が上に形成された前板部を含む本体部を有する。第１の弧状ガイドバーは、後面凹部の中に設けられ、第１の端部及び第２の端部を有する。第２の端部は、本体部に固着され、第１の端部は、貫通孔の中央部に設けられている。中空スクリーンは、貫通孔に嵌合し、第１の弧状ガイドバーの第１の端部に接続されている。第１の可動バッフルユニットは、開口が上に設けられ、中空スクリーンの後ろのベーン本体の後面凹部の中に設けられている。第１の可動バッフルユニットは、第１の弧状ガイドバーの周りにスリーブの形で摺動可能に嵌合された第２の弧状ガイドバーを含み、バッフル支持バー上のピボット点を介し、ベーン本体の前板部に接続されているため、第１の可動バッフルユニットは、ピボット点で回動し、後面凹部に隣接した一面から中空スクリーンを開閉自在に覆う。第２の弧状ガイドバーは、基端側と、先端側と、先端側の周りに形成された半径方向外向に向かって延びるフランジと、を有する。第２の可動バッフルユニットは、第１の可動バッフルユニットの後ろのベーン本体の後面凹部の中に配置され、第２の弧状ガイドバーの周りに摺動可能に嵌合され、後面凹部に隣接した一側から第１の可動バッフルユニットを開閉自在に覆うことが可能である。ベーン本体の後面凹部が向い風を受けるとき、ベーン本体の第１及び第２の可動バッフルユニットが、閉位置に位置し、中空スクリーン及び貫通孔を覆い、後面凹部により風力を効果的に遮る。ベーン本体の後面凹部が追い風を受けるとき、第１及び第２の可動バッフルユニットが自然に開き、回転しているベーン本体の空気抵抗を増大させずに、ベーン本体の外側の貫通孔を風が素早く通過させることができる。つまり、向い風を受ける後面凹部を有するベーンは、同時に追い風を受ける後面凹部を有する反対側のベーンによる悪影響を受けずに、風力を効果的に利用することができる。そのため、風力発電機のメインシャフトは、ベーンにより容易に回転させることができる。
【００１９】
好ましくは、第１の可動バッフルユニットと第２の可動バッフルユニットとの間に提供された第２の緩衝ばねにより、部品が損傷したり衝撃により騒音が生じたりすることを防ぐことができる。
【００２０】
上述した目的及び他の目的を達成するために、本発明が採用する構造及び技術手段は、以下の好適な実施例の詳細な説明及び添付した図面を参照すると良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る風力発電機のメインシャフトに沿って間隔をあけて周設した複数のベーンを示す斜視図である。
【図２】図１の囲み領域Ａの部分拡大図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造を示す断面図であり、第１の可動バッフルが閉位置にある状態を示す。
【図４】第１の可動バッフルが部分的に開位置にある図３と略同じ側面図である。
【図５】第１の可動バッフルが全開位置に移動し、保持装置により引っ掛けられた状態を示す部分拡大図である。
【図６】本発明の第２実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造の断面図であり、第１の可動バッフル及び第２の可動バッフルが閉位置にある状態を示す。
【図７】第１の可動バッフル及び第２の可動バッフルが部分的に開位置にある状態を示す図６と略同じ側面図である。
【図８】第１の可動バッフル及び第２の可動バッフルが全開位置に移動して保持装置により引っ掛けられた図７と略同じ部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の２つの好適な実施例を説明する。理解し易いように、２つの好適な実施例で用いられる共通要素には、同じ参照符号が用いられている。
【００２３】
図１を参照する。図１は、風力発電機のメインシャフト７に沿って間隔をあけて周設した本発明に係る複数のベーンを示す斜視図であり、図２は、図１の囲み領域Ａの部分拡大図であり、図３〜図５は、本発明の第１実施例に係るベーンを示す断面図である。
【００２４】
図示するように、本発明の第１実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造は、ベーン本体１、第１の弧状ガイドバー２、中空スクリーン（ｏｐｅｎｗｏｒｋ  ｓｃｒｅｅｎ）３及び第１の可動バッフルユニット４をそれぞれ含む複数のベーンを含む。
【００２５】
ベーン本体１は、後面凹部１２を画定する本体部１１を含む。実際には、本体部１１は、前板部１１１と、前板部１１１の上縁及び下縁から延伸した上板部１１２及び下板部１１３と、前板部１１１の左縁及び右縁から延伸した左板部１１４及び右板部１１５と、を含む。後面凹部１２は、気流を効果的に遮るために、前板部１１１、上板部１１２、下板部１１３、左板部１１４、右板部１１５の間に設けられている。
【００２６】
前板部１１１には、貫通孔１１６が設けられ、貫通孔１１６を囲み、略釣鐘状の凹み部１１８に形成された領域を有する外向き湾曲正面１１７を有する。つまり、貫通孔１１６は、凹み部１１８の底部の前板部１１１上に設けられている。
【００２７】
第１の弧状ガイドバー２は、後面凹部１２に配置され、第１の端部２１及び第２の端部２２を有する。第２の端部２２は、本体部１１上の所定位置（例えば、上板部１１２）に固着されている。第１の端部２１は、ベーン本体１上の貫通孔１１６の中心部に設けられている。
【００２８】
中空スクリーン３は、ベーン本体１上の貫通孔１１６に取り付けられ、第１の弧状ガイドバー２の第１の端部２１と接続されている。実際には、中空スクリーン３は、スリーブ部３１と、スリーブ部３１に周設されたスクリーン本体３２と、を含む。スリーブ部３１は、第１の弧状ガイドバー２の第１の端部２１の周りに嵌められ、スクリーン本体３２は、その外周が貫通孔１１６の内周壁に固着される。スクリーン本体３２上には、複数の開口３２１が設けられている。上述した構成により、貫通孔１１６に中空スクリーン３が嵌められている。
【００２９】
第１の可動バッフルユニット４は、中空スクリーン３の後ろの後面凹部１２の中に設けられ、第１の弧状ガイドバー２の周りに摺動可能に嵌合されている。第１の可動バッフルユニット４は、バッフル支持バー４１上のピボット点４１１を介し、ベーン本体１の前板部１１１に接続されているため、第１の可動バッフルユニット４は、ピボット点４１１で回動可能に後面凹部１２に入ったり、中空スクリーン３に向かって貫通孔１１６を開閉自在に閉塞する。実際には、第１の可動バッフルユニット４は、第１のスリーブ４２と、第１のスリーブ４２の端部周辺で、第１のスリーブ４２に接続した第１の可動バッフル４３と、を含む。第１のスリーブ４２は、第１の弧状ガイドバー２の周りに摺動可能に嵌合され、第１の可動バッフル４３は、一般に後面凹部１２に隣接した一側から中空スクリーン３を覆う。つまり、第１の弧状ガイドバー２は、中空スクリーン３を支持するために、中空スクリーン３に接続されている上のみならず、第１の可動バッフルユニット４を開位置又は閉位置へ案内する機能を有する一方、その上に第１の可動バッフルユニット４を強固に支える機能を有する。
【００３０】
図３に示すように、後面凹部１２の側部からベーン本体１に対して風が吹くと、中空スクリーン３上の開口３２１が第１の可動バッフルユニット４により閉まり、ベーン本体１の後面凹部１２により風を効果的に遮り、メインシャフト７を回転させる。
【００３１】
図４に示すように、上述のベーン本体１の後面凹部１２に対して風が吹くと、ベーン本体１の反対側の前板部１１１の外向き湾曲正面１１７に対しても風が吹く。この時点で、風の気流の一部は、外向き湾曲正面１１７により対向したベーン本体１の外側へ向かって案内され、前板部１１１に作用する風の気流の残りは、凹み部１１８の中に案内され、中空スクリーン３上の開口３２１を通って第１の可動バッフルユニット４に吹き、バッフル支持バー４１のピボット点４１１で第１の可動バッフルユニット４を回転させる一方、第１の弧状ガイドバー２により案内されて中空スクリーン３から離れて貫通孔１１６を開ける。この時点で、対向したベーン本体１上に設けられた貫通孔１１６は、開状態であり、ベーン本体１により風がブロックされずに、中空スクリーン３上の開口３２１を通過し、ベーン本体１の外側へ案内される。その結果、対向したベーン本体１における空気抵抗が低減される。
【００３２】
そのため、本発明のベーン構造は、垂直軸式風力発電機のメインシャフト７上のベーン本体２の１つの後面凹部１２に風力が作用するとき、同時にベーン本体１の反対側の空気抵抗を迅速に除去することができるため、対向するベーン本体１による風力に対する大きな障害が無くなり、ベーン本体１に大きな押力を発生させ、風力発電機のメインシャフト７を回転させる。
【００３３】
第１の緩衝ばね４４は、中空スクリーン３と第１の可動バッフルユニット４との間に設けられる。第１の可動バッフルユニット４を中空スクリーン３に向けて回転して閉めると、中空スクリーン３に対して与える第１の可動バッフルユニット４の衝撃を緩衝する機能を第１の緩衝ばね４４が有し、衝撃により部品が損傷したり騒音が発生したりすることを防ぐことができる。さらに、同じ極性を有する第１の磁性体リング４８及び第２の磁性体リング４９が、接触面に第１の緩衝ばね４４及び第１の可動バッフルユニット４上にそれぞれ設けられ、第１の磁性体リング４８と第２の磁性体リング４９との間の磁気反発により、第１の可動バッフルユニット４と中空スクリーン３との間の衝撃を緩衝することができる。
【００３４】
上板部１１２、下板部１１３及び右板部１１５は、平行かつ連続的に複数の山折り及び谷部１１９を各外面上に有し、ベーン本体１の正面と背面との間から延伸している。これらの山折り及び谷部１１９により、ベーン本体１が風力により回転されるときに騒音が発生することを防ぐことができる。つまり、これらの山折り及び谷部１１９は、消音効果を提供する。
【００３５】
図３〜図５を参照し、特に図５を参照する。本発明のベーン構造は、ストップリング５１及びストップスプリング５２を含むストップユニット５をさらに含む。ストップリング５１は、第２の端部２２近くで第１の弧状ガイドバー２に固着され、ストップスプリング５２は、第１の弧状ガイドバー２上で、第１の端部２１に対向したストップリング５１の一方側へ配置される。ストップリング５１の機能により最大角度を制限し、これにより第１の可動バッフルユニット４を枢着式に開くことができる。そのため、台風などの非常に強い風により開角度が大きくなりすぎて、第１の可動バッフルユニット４に損傷が発生することを防ぐことができる。第１の可動バッフルユニット４とストップリング５１との間に発生する衝撃は、ストップスプリング５２により緩衝することができる。
【００３６】
ストップユニット５は、ストップリング５１の一側面に回動可能に枢支連結した保持装置５３をさらに含む。保持装置５３は、操作レバー５３１と、操作レバー５３１に接続されたフック５３２と、を含む。また、第１の可動バッフルユニット４は、操作レバー５３１及びフック５３２に対応した位置に、押し棒４５及び止めリング４６を有する。第１の可動バッフルユニット４が強い風で吹かれ、さらなる回転を止めるようストップリング５１により止められる際、押し棒４５により保持装置５３の操作レバー５３１を押圧し、操作レバー５３１を上向きに回動させると、フック５３２が下向きに回動し、止めリング４６と係合する。これにより、第１の可動バッフルユニット４を完全に開いた位置に保持し、ベーン本体１を低速で回転させることにより、強力な風による望ましくない高速回転によりベーンが損傷することを防ぐことができる。
【００３７】
保持装置５３は、外部に向かって突出した解除レバー５３３を含む。強い風が無くなると、解除レバー５３３が引かれ、止めリング４６からフック５３２が解除される。この場合、第１の可動バッフルユニット４は、ストップユニット５に固定されずに、全開位置と全閉位置との間で自在に回動し、風向きに反応して中空スクリーン３を閉じたり開いたりする。
【００３８】
図１に示すように、ベーンの安定した回転を確保するために、ベーン本体１、メインシャフト７、２つの隣接したベーン本体１のそれぞれの上板部１１２の間から鋼索８が延伸されている。
【００３９】
図６〜図８は、本発明の第２実施例に係る垂直軸式風力発電機のベーン構造を示す断面図である。第２実施例は、第２の可動バッフルユニット６が第１の可動バッフルユニット４を開閉自在に覆うことができる他は、第１実施例と構造的に略同じである。つまり、本発明の第２実施例に係るベーン構造は、ベーンの外向き湾曲正面が向い風を受けるとき、空気抵抗をできるだけ早く減らすことができる、２つのオーバーラップ移動可能バッフルユニットを含む。
【００４０】
以下、第１実施例と異なる第２実施例の部分を詳細に説明する。第２実施例において、第１の可動バッフルユニット４は、その上に形成された開口を有し、中空スクリーン３の後ろのベーン本体１の後面凹部１２の中に位置する。第１の可動バッフルユニット４は、第１の弧状ガイドバー２の周りに摺動可能に嵌合された、スリーブの態様に形成された第２の弧状ガイドバー４７を含む。第１実施例において、第１の可動バッフルユニット４は、バッフル支持バー４１上のピボット点４１１を介し、ベーン本体１の前板部１１１に接続されているため、第１の可動バッフルユニット４は、ピボット点４１１で後面凹部１２の中へ回動し、中空スクリーン３に向かって貫通孔１１６を開閉自在に閉塞する。図６に示すように、第２の弧状ガイドバー４７は、基端側４７１及び先端側４７２を有し、半径方向外向に向かって延びるフランジ４７３が先端側４７２の周りに形成されている。
【００４１】
実際には、第１の可動バッフルユニット４は、第２の弧状ガイドバー４７の基端側４７１の周りに設けられた第１のスリーブ４２と、第１のスリーブ４２の端部の周りに接続された第１の可動バッフル４３と、を含む。第１の可動バッフル４３は、一般に後面凹部１２の隣接側から中空スクリーン３を覆い、複数の開口４３１が設けられている。
【００４２】
第２の可動バッフルユニット６は、ベーン本体１の後面凹部１２に位置し、第２の弧状ガイドバー４７の周りに摺動可能に嵌合する。第２の可動バッフルユニット６は、一般に後面凹部１２の隣接側から第１の可動バッフルユニット４を開閉自在に覆う。実際には、第２の可動バッフルユニット６は、第２のスリーブ６１と、第２のスリーブ６１に周設する第２の可動バッフル６２と、を含む。第２のスリーブ６１は、第２の弧状ガイドバー４７の周りに摺動可能に嵌合し、第２の可動バッフル６２は、一般に後面凹部１２の隣接側から第１の可動バッフルユニット４上の開口４３１を閉塞する。
【００４３】
図６に示すように、ベーン本体１上の後面凹部１２が向い風を受けるとき、第２の可動バッフルユニット６が風に吹かれ、第１の可動バッフルユニット４に向かって開口４３１を閉め、第１の可動バッフルユニット４が風に吹かれ、中空スクリーン３に向かって開口３２１を閉め、ベーン本体１全体を開口がない完全な板にする。このとき後面凹部１２は、風を効果的に遮り、メインシャフト７を回転させる。
【００４４】
図７を参照する。上述のベーン本体１の後面凹部１２に対して風が吹くと、風は上述のベーン本体１の反対側に位置する対向するベーン本体１の前板部１１１の外向き湾曲正面１１７に対しても吹く。この時点で、外向き湾曲正面１１７により風の気流の一部が対向したベーン本体１の外側に向かって導かれ、前板部１１１上に作用する風の気流の残りの部分が凹み部１１８の中に案内され、中空スクリーン３上の開口３２１を通り、第１の可動バッフルユニット４に対して吹き、バッフル支持バー４１のピボット点４１１で第１の可動バッフルユニット４が回転し、第１の弧状ガイドバー２により案内されて中空スクリーン３から開位置に移動する。同時に、第１の可動バッフルユニット４上の開口４３１を通過する風が第２の可動バッフルユニット６に作用し、第１の可動バッフルユニット４から第２の可動バッフルユニット６を離す一方、第２の弧状ガイドバー４７に沿って摺動する。このとき対向するベーン本体１上の貫通孔１１６と、第１の可動バッフルユニット４及び第２の可動バッフルユニット６とが開状態となり、対向したベーン本体１により風がブロックされずに、中空スクリーン３上の開口３２１と、第１の可動バッフルユニット４上の開口４３１とを通り、対向したベーン本体１の外側へ案内される。その結果、対向したベーン本体１の空気抵抗が減る。
【００４５】
第２の緩衝ばね６３は、第１の可動バッフルユニット４と第２の可動バッフルユニット６との間に設けられる。第２の可動バッフルユニット６が第１の可動バッフルユニット４に向かって移動し、第１の可動バッフルユニット４を閉めると、第２の緩衝ばね６３により、第１の可動バッフルユニット４に対する第２の可動バッフルユニット６の衝撃を緩衝する。そのため、衝撃により部品に損傷が発生したり騒音が発生したりすることを防ぐことができる。
【００４６】
同様に、ストップユニット５は、第２の端部２２近くの第１の弧状ガイドバー２上に設けられる。ストップユニット５は、第１実施例と同じ機能を提供するストップリング５１及びストップスプリング５２を含む。また、ストップユニット５は、ストップリング５１の一側面に回動可能に枢支連結された保持装置５３をさらに含む。保持装置５３は、操作レバー５３１及びフック５３２を含む。しかし、第２実施例において、操作レバー５３１及びフック５３２に対応した押し棒４５及び止めリング４６は、第１の可動バッフルユニット４の第２の弧状ガイドバー４７のフランジ４７３上にそれぞれ提供される。第１の可動バッフルユニット４及び第２の可動バッフルユニット６に強力な風が吹いても、第１実施例と同様に、保持装置５３のフック５３２が止めリング４６に係合され、ストップユニット５を保持することができる。
【００４７】
同様に、保持装置５３は、止めリング４６からフック５３２を引いて解除するために用いる、外部に向かって突出した解除レバー５３３をさらに含む。
【００４８】
本発明のベーン構造は、ベーン本体１の後面凹部１２が向い風を受けると、ベーン本体１上の可動バッフルユニット又はユニット４，６が、中空スクリーン３及び貫通孔１１６近くの閉位置に位置し、後面凹部１２により風力を効果的に遮る。ベーン本体１の後面凹部１２が追い風を受けるとき、可動バッフルユニット又はユニット４，６が開位置へ自然に移動し、回転するベーン本体１に対する空気抵抗を増やさずに、ベーン本体１上の貫通孔１１６を通ってベーン本体１の外側へ迅速に風が通る。さらに、可動バッフルユニット４，６が支持され、弧状ガイドバー２，４７により案内されるため、閉位置又は開位置で風が吹いても、可動バッフルユニット４，６により、強固な構造及び安定した動作を維持することができる。さらに、ストップユニット５において、ベーン本体１は、強力な風により回転角度が大きくなりすぎて部品の損傷が発生することを防ぎ、全体のベーン構造及び風力発電機を保護することができる。
【００４９】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００５０】
１  ベーン本体
２  第１の弧状ガイドバー
３  中空スクリーン
４  第１の可動バッフルユニット
５  ストップユニット
６  第２の可動バッフルユニット
７  メインシャフト
８  鋼索
１１  本体部
１２  後面凹部
２１  第１の端部
２２  第２の端部
３１  スリーブ部
３２  スクリーン本体
４１  バッフル支持バー
４２  第１のスリーブ
４３  第１の可動バッフル
４４  第１の緩衝ばね
４５  押し棒
４６  止めリング
４７  第２の弧状ガイドバー
４８  第１の磁性体リング
４９  第２の磁性体リング
５１  ストップリング
５２  ストップスプリング
５３  保持装置
６１  第２のスリーブ
６２  第２の可動バッフル
６３  第２の緩衝ばね
１１１  前板部
１１２  上板部
１１３  下板部
１１４  左板部
１１５  右板部
１１６  貫通孔
１１７  外向き湾曲正面
１１８  凹み部
１１９  山折り及び谷部
３２１  開口
４１１  ピボット点
４３１  開口
４７１  基端側
４７２  先端側
４７３  半径方向外向に向かって延びるフランジ
５３１  操作レバー
５３２  フック
５３３  解除レバー
【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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