(57)【要約】【課題】簡単な機械的構成で、高風速時に風車の回転速度が所定値以上に上昇したとき容易に回転速度の過度上昇を抑制することができる垂直軸風車用ブレード及びそれを備えた揚力型垂直軸風車を提供する。【解決手段】  ブレード１にエアブレーキ２が設けられ、このエアブレーキ２の重心より後縁寄りの位置には軸受３を有し、エアブレーキ２は軸受３を介してブレード１に回動可能に装着される。また、エアブレーキ２の前部内側面には、ほぼＳ字形のバネ受板６が取付けられ、このバネ受板６はエアブレーキ２の前方に大きく突出し、風受室１２の前部寄りに収容されているバネ材７により付勢されている。風車の回転速度が所定値以上に上昇したとき、エアブレーキ２の前縁側は遠心力により翼面から突出し、またエアブレーキ２の後縁側は翼面より内側に沈むことにより空気抵抗発生部を形成することで、風車の回転速度の上昇を抑制する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸風車の回転軸に支持アームを介して設けられ、風を受けて揚力を発生し、該揚力により前記回転軸を回転させる垂直軸風車用ブレードであって、
前記回転軸から遠い側の翼面に設けられて、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき発生する遠心力により前記翼面から自動的に突出することによって空気抵抗を発生するとともに空気の流線を乱し翼面が生む揚力を低下せしめることで回転速度の上昇を抑制するエアブレーキと、
前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては当該エアブレーキを閉止状態に維持する突出抑制部とを備えたことを特徴とする垂直軸風車用ブレード。
【請求項２】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
該エアブレーキは、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき、翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出することによってエアブレーキ前縁側に空気抵抗を発生するとともに空気の流線を乱し翼の発生揚力を低下せしめることで回転速度の上昇を抑制するようになされ、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項３】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記エアブレーキは、前記ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき、翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出すると同時に、翼後縁に近い側のエアブレーキ端が翼面より内側に凹むことによって、エアブレーキ前縁側に第１の空気抵抗と流線の乱れを生ぜしめエアブレーキ後縁に隣接するブレード断面がエアブレーキの凹みによって生じる空気流露出部分に第２の空気抵抗と流線の乱れを発生することで回転速度の上昇を抑制するようになされ、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項１に記載の垂直風車用ブレード。
【請求項４】
前記エアブレーキが閉止状態では、当該エアブレーキの外面が前記ブレードの正規翼型の一部をなすことを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車用ブレード。  
【請求項５】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
該エアブレーキは、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき、翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出することによってエアブレーキ前縁側に空気抵抗を発生するとともに空気の流線を乱し翼の発生揚力を低下せしめることで回転速度の上昇を抑制するようになされ、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項４に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項６】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記エアブレーキは、前記ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき、翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出すると同時に、翼後縁に近い側のエアブレーキ端が翼面より内側に凹むことによって、エアブレーキ前縁側に第１の空気抵抗と流線の乱れを生ぜしめエアブレーキ後縁に隣接するブレード断面がエアブレーキの凹みによって生じる空気流露出部分に第２の空気抵抗と流線の乱れを発生することで回転速度の上昇を抑制するようになされ、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項４に記載の垂直風車用ブレード。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の垂直風車用ブレードを備えたことを特徴とする揚力型垂直軸風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直軸風車の回転軸に支持アームを介して設けられて、向かい風を受けて揚力を発生し、該揚力により回転軸を回転させる垂直軸風車用ブレード及びそれを備えた揚力型垂直軸風車に関するもので、風車の具体的形式として直線翼ダリウス型風車、ダリウス型風車およびこれらの要素を有する垂直軸風車などに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力エネルギーを比較的高いエネルギー変換効率で動力に変換できる風車として、従来、水平軸プロペラ型風車と垂直回転軸を有するダリウス型風車や直線翼ダリウス型風車が知られている。このうち、水平軸プロペラ型風車は近年の大型風車の大部分に採用されている。ダリウス型の風車については、弱風時の自己始動性が乏しい欠点があるものの、風向への追従制御が全く不要で東西南北どの方向にも等しく性能を発揮する長所があるので、とくに都市や生活圏内での設置に適した小型風車としてその発展と応用が期待される。【０００３】
このようなダリウス型風車や直線翼ダリウス型風車において、ブレードが軸の周りを回転する周速は風速の増大とともに高速になる。台風のような強風において風車の安全を保つために、この形式の風車には回転を止めるブレーキ装置が必要とされ、風車が制動不能となるような高速回転になる前の安全運転圏内で予め運転を止めておくことが望ましい。【０００４】
とくに直線翼ダリウス型風車においては、ブレードが垂直の状態で垂直回転軸を中心に高速回転するのでブレードに遠心力が発生してブレードの固定点を中心に大きな曲げモーメントがかる。これによるブレードの破損を予防するために、所定の風速または回転数に達したら風車を停止させるかそれに代わる対策を講じなければならない。風車を完全停止させた場合、風車停止後は出力ゼロの状態となり、強風の有する大きな保有エネルギーをその一部分すら全く利用できなくなる。【０００５】
そこで、翼面に制御片を設けて、該制御片を開くことにより空気抵抗を発生させて揚力を低減し、これにより回転数を制御する構成が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５４−１７４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記公報（特許文献１）の図７と図８に示されたスポイラーの構成では、スペースの非常に限られたブレードにどのような構造で設けてどのような運転パラメータによって制御片を開いたり閉じたりできるのかまったく具体性がなく実現性がない。【０００７】
また、ある程度までの範囲の強風について、運転を継続できるように風車出力軸に電磁ブレーキを設けて減速させる方法があるが、その場合作動させるための電力が常時必要となったり、あるいは発生電流の受入れ負荷が必要となり、一方では出力軸に依然として過大なトルクがかかり続けるなどの欠点がある。また、別の方法として機械式ブレーキで減速させる方法も考えられるが、摩擦ディスクの発熱の除去と摩擦面の耐久性の限界など困難な問題があり現実的に有効な解決策はない。【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、自身の遠心力作用と信頼性の高い簡単な機械的構成のみによって、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき発生する遠心力により翼面から自動的に突出して空気抵抗を発生して回転速度の上昇を強く抑制することで、風車を止めることなく熱エネルギーの蓄積もなく減速してある程度以上の発電を継続することができる垂直軸風車用ブレード及びそれを備えた揚力型垂直軸風車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に係る垂直軸風車用ブレードは、垂直軸風車の回転軸に支持アームを介して設けられ、風を受けて揚力を発生し、該揚力により前記回転軸を回転させる垂直軸風車用ブレードであって、前記回転軸から遠い側の翼面に設けられて、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき発生する遠心力により前記翼面から自動的に突出することによって空気抵抗を発生するとともに空気の流線を乱し翼面が生む揚力を低下せしめることで回転速度の上昇を抑制するエアブレーキと、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては当該エアブレーキを閉止状態に維持する突出抑制部とを備えたことを特徴とするものである。【００１０】
これにより、風速が一定値を超えると、その風速に応じてエアブレーキが自動的に翼面から突出し、空気抵抗を発生することで、簡単な構成で効率的に回転速度の制御が可能になる。【００１１】
また、請求項２に係る発明は、前記エアブレーキが閉止状態では、当該エアブレーキの外面が前記ブレードの正規翼型の一部をなすことを特徴とするものである。【００１２】
これにより、エアブレーキの閉止時（通常発電時）には、当該エアブレーキが翼の一部として機能して揚力発生に寄与するので、発電能力の低下を防止することが可能となる。【００１３】
また、請求項３に係る発明は、前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、該エアブレーキは、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき、翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出することによってエアブレーキ前縁側に空気抵抗を発生するとともに空気の流線を乱し翼の発生揚力を低下せしめることで回転速度の上昇を抑制するようになされ、前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とするものである。
これにより、エアブレーキが作動した際には前縁側に空気抵抗と流線の乱れを発生させるので、ブレーキ力を生成することになる。【００１４】
また、請求項４に係る発明は、前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、前記エアブレーキは、前記ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき、翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出すると同時に、翼後縁に近い側のエアブレーキ端が翼面より内側に凹むことによって、エアブレーキ前縁側に第１の空気抵抗と流線の乱れを生ぜしめエアブレーキ後縁に隣接するブレード断面がエアブレーキの凹みによって生じる空気流露出部分に第２の空気抵抗と流線の乱れを発生することで回転速度の上昇を抑制するようになされ、前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とするものである。
これにより、エアブレーキが作動した際には前後２箇所に空気抵抗と流線の乱れを発生させるので、ブレーキ力を倍増することになる。【００１５】
また、請求項５に係る揚力型垂直軸風車は、上述した垂直軸風車用ブレードを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、非常に強い風が吹き始めて風車の回転速度が機械的安全上の限界近くに上昇したときにエアブレーキに掛かる遠心力が一定値を超えると、エアブレーキ押さえの抑制力に抗してエアブレーキが翼面から（外径側に）突出して大きな空気抵抗を発生するとともに空気の流れを大きく乱して翼本来の正常な揚力発生を著しく損なうので、簡単な構成にもかかわらず容易に回転速度の過度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る垂直軸風車用ブレードを実施するための最良の形態の断面図である。
【図２】本発明に係る垂直軸風車用ブレードが用いられる風車の例を示す一部切断した斜視図である。
【図３】図１中のＸ矢方向から見たブレード１の一部切欠した側面図である。
【図４】エアブレーキ２が突出した場合、風車の上から見た図である。
【図５】エアブレーキ２が突出した場合、ブレード１のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１    ブレード
２    エアブレーキ
３    軸受
４    軸
６    バネ受板
７    バネ材
８    ストッパー
９    取付ネジ
１２  風受室
１３  背面
１４  軸受座
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る垂直軸風車用ブレードを実施するための最良の形態を、図を参照して説明する。図１は本発明にかかる垂直軸風車用ブレードを用いた直線翼型垂直軸風車の部分破断斜視図である。図２は本発明に係る垂直軸風車用ブレードを実施するための最良の形態のＡ−Ａ断面図である。【００２０】
図１に示すように、当該直線翼型垂直軸風車は、電柱等のポール形の設置台Ａに装着される筒形の装着部Ｂ、該装着部Ｂに固定され軸線が垂直に配設された丸棒形の固定軸Ｃ、該固定軸Ｃの外周に装着された軸受Ｅ、該軸受Ｅの外周に装着され固定軸の周りを回転できる筒型の外輪スリーブＤ、外輪スリーブＤと一体で回転する円筒状のトルク伝達チューブＦ、トルク伝達チューブＦの出力トルクを伝達するカップリングＩ、および発電機Ｇ等を備えている。【００２１】
また、この直線翼型垂直軸風車には、固定軸Ｃの上端部に搭載された発電機Ｇがトルク伝達キャップＦの内部に収容され、トルク伝達キャップＦの回転トルクが増速機Ｈ，カップリングＩを介して発電機Ｇの入力軸に伝達されるようになっている。【００２２】
ブレード１は１本ずつ、ブレード１の回転軸を中心に等角度で位置を変えて配置され、ストラットＪを介して  外輪スリーブＤに接合・固定され、外輪スリーブはさらにトルク伝達キャップＦに連結し、回転トルクを増速機および発電機に伝える。なお、本発明は、ブレード１の数に限定を加えるものではなく、ふつう２枚、３枚、４枚および５枚の中から選択される。【００２３】
また、ブレード１の回転運動を発電機へ伝える機構は、前記構造に限定されるものではなく、ブレード１をストラットＪを介して回転軸に接合し、回転軸を延長して軸の外周に設けた２箇以上の軸受によって軸延長部分を支持する構造も多く採用される。この場合、発電機は延長回転軸の軸端部分に設置される。【００２４】
図２に示すように、ブレード１は軽量化を目的として内部が肉抜きされてなる空洞部１１が形成されている。なお、後縁寄りの空洞部１１は、後述するように風の侵入を予定した風受室１２となっている。【００２５】
この風受室１２は回転軸から遠い側の翼面である背面１３に開放され、この開放面をエアブレーキ２が覆うようになっている。図３は、図１中のＸ矢方向から見たブレード１の一部切欠した側面図である。図３に示すように、当該風受室１２内には、ブレード１の長さ方向に延びた軸受座１４が設けられている。【００２６】
また、図２に示すように、エアブレーキ２は、ブレード１の背面１３の一部をなして僅かに湾曲した板状態で、そのほぼ中央部（エアブレーキ２の自重重心より後縁寄り）の位置に軸装着部としての軸受３がブレード１の長さ方向と並行に設けられている。エアブレーキ２は、この軸受３を介してブレード１の軸受座１４に軸４を中心に回動してブレーキ２の前縁側の端部がブレード１の曲面の外側へ突出可能なように支持されている。【００２７】
エアブレーキ２の前部内側面には、ほぼＳ字形のバネ受板６が取付けられている。このバネ受板６は、エアブレーキ２の前方に大きく突出し、風受室１２の前部寄りに収容されている突出抑制部をなすバネ材７により付勢されている。【００２８】
このようなバネ材７は、コイルスプリング等から形成され、風受室１２に突出して固定された円柱形のストッパー８に巻装されてガイドされている。このバネ材７は、バネ受板６を介してエアブレーキ２を倒伏するように付勢している。【００２９】
なお、突出抑制力は、風車の回転数が予め設定された回転数に達した時のエアブレーキ２に掛かる遠心力とバランスする値に設定されている。従って、この値に達するまではエアブレーキ２は動かず、当該値を超えると外径側へ突出し始めて空気抵抗を発生し、回転数が抑制されるようになる。かかる値は、ブレード１の強度など風車全体の強度設計に応じて適宜設定されるものである。【００３０】
ストッパー８は、エアブレーキ２が突出した際にバネ受板６が当接するもので、背面１３から貫通された取付ネジ９で交換可能に取付け固定されている。【００３１】
このストッパー８は、ばね材７の圧縮長さに制限を与えることによって、ばね材７がエアブレーキ２によって過度に押されて材料が降伏してしまうリスクを排除している。【００３２】
このような構成で、通常（風車の回転速度が所定値以下）においては、図２に示すように、バネ材７の抑制力によってエアブレーキ２が常用位置（閉止状態）に保たれて、エアブレーキ２の外面はブレード１翼外面と同一平面上に維持され、そのときのエアブレーキ２は翼面の一部として作用して揚力を発生させる。【００３３】
そして、風速が増して風車の回転速度が上昇することにより、所定値以上の遠心力がエアブレーキ２に掛かると、エアブレーキ２はバネ材７の抑制力に抗して外径側へ突出するようになる。図４は、エアブレーキ２が突出した場合、風車の上から見た図である。この図４においては、一つのブレード１に対して周辺空気の流れ様子を示している。また、図５は、エアブレーキ２が突出した場合、ブレード１のＡ−Ａ断面図である。【００３４】
図４に示すように、突出したエアブレーキ２は、向かい風（風速Ｖ）に対し大きな空気抵抗を発生するとともに空気の流れを大きく乱して翼本来の正常な揚力発生を著しく損なうので、回転速度の自律調整が行われるようになる。また、図５に示すように、エアブレーキ２は突出する際に、ストッパー８に当接することによってエアブレーキ２の突出を一定範囲に制限することができ、またバネ材７の過度変形を防止することができる。【００３５】
従って、かなり強い風速においても風車運転を全面中止する必要がなくなり、運転を継続して一定量以上の発電を継続できるようになる。しかも、バネ材７の抑制力とエアブレーキ２に掛かる遠心力とを利用しているため、エアブレーキ２を作用させるための動力を別途設ける必要が無く、簡単な構成で回転数の制御が行えるようになる。【００３６】
なお、ストッパー８を弾性材で形成しておくと、バネ受板６のＳ字形の弾性との相乗でバネ受板６，ストッパー８の当接の衝撃を減衰することができる。【００３７】
また、エアブレーキ２の風受室１２側における内縁端にリブを延設して、強度の補強を行っても良い。【００３８】
また、上述した実施例において、エアブレーキ２はブレード１とほぼ同様の長さを有するものであるが、これに限定されるものではなく、エアブレーキを短くしたりブレード全数のうちの一部に設けることによってエアブレーキの影響度を任意に設定したりすることができる。
【図１】
2006095396.tif 000002
【図２】
2006095396.tif 000003
【図３】
2006095396.tif 000004
【図４】
2006095396.tif 000005
【図５】
2006095396.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年7月7日(2005.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】（補正後）  垂直軸風車の回転軸に支持アームを介して設けられ、風を受けて揚力を発生し、該揚力により前記回転軸を回転させる垂直軸風車用ブレードであって、
前記回転軸から遠い側に位置するブレード背側翼壁と腹側翼壁の間に中空部を有し、背側翼壁の一部を除去してその翼壁のあった位置に設けられて、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき発生する遠心力により前記翼壁位置から前縁部が自動的に突出することによって空気抵抗を発生するとともに空気の流線を乱し翼面が生む揚力を低下せしめることで回転速度の上昇を抑制するエアブレーキと、
前記ブレード中空部内に収納されて前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては当該エアブレーキを閉止状態に維持する突出抑制部とを備えたことを特徴とする垂直軸風車用ブレード。
【請求項２】  前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
該エアブレーキは、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき、翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出することによってエアブレーキ前縁側に空気抵抗を発生するとともに空気の流線を乱し翼の発生揚力を低下せしめることで回転速度の上昇を抑制するようになされ、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項３】（補正後）  前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記エアブレーキは、前記ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき、翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出すると同時に、翼後縁に近い側のエアブレーキ端が翼面より内側に凹むことによって、エアブレーキ前縁側に第１の空気抵抗と流線の乱れを生ぜしめエアブレーキ後縁に隣接するブレード断面がエアブレーキの凹みによって生じる空気流露出部分に第２の空気抵抗と流線の乱れを発生することで回転速度の上昇を抑制するようになされ、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項４】  前記エアブレーキが閉止状態では、当該エアブレーキの外面が前記ブレードの正規翼型の一部をなすことを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項５】  前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
該エアブレーキは、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき、翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出することによってエアブレーキ前縁側に空気抵抗を発生するとともに空気の流線を乱し翼の発生揚力を低下せしめることで回転速度の上昇を抑制するようになされ、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項４に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項６】（補正後）  前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記エアブレーキは、前記ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき、翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出すると同時に、翼後縁に近い側のエアブレーキ端が翼面より内側に凹むことによって、エアブレーキ前縁側に第１の空気抵抗と流線の乱れを生ぜしめエアブレーキ後縁に隣接するブレード断面がエアブレーキの凹みによって生じる空気流露出部分に第２の空気抵抗と流線の乱れを発生することで回転速度の上昇を抑制するようになされ、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項４に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項７】（補正後）  請求項１乃至６のいずれかに記載の垂直軸風車用ブレードを備えたことを特徴とする揚力型垂直軸風車。
１４
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月7日(2007.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸風車の回転軸に支持アームを介して設けられ、風を受けて揚力を発生し、該揚力により前記回転軸を回転させる垂直軸風車用ブレードであって、
前記回転軸から遠い側に位置するブレード背側翼壁と腹側翼壁の間に中空部を有し、背側翼壁の一部を除去してその翼壁のあった位置に設けられて、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき発生する遠心力により翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出すると同時に、翼後縁に近い側のエアブレーキ端が翼面より内側に凹むことによって、エアブレーキ前縁側に第１の空気抵抗と流線の乱れを生ぜしめエアブレーキ後縁に隣接するブレード断面がエアブレーキの凹みによって生じる空気流露出部分に第２の空気抵抗と流線の乱れを発生することで回転速度の上昇を抑制するエアブレーキと、
前記ブレード中空部内に収納されて前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては当該エアブレーキを閉止状態に維持する突出抑制部とを備えることを特徴とする垂直軸風車用ブレード。
【請求項２】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項３】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項４】
前記エアブレーキが閉止状態では、当該エアブレーキの外面が前記ブレードの正規翼型の一部をなすことを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項５】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項４に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項６】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項４に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の垂直軸風車用ブレードを備えたことを特徴とする揚力型垂直軸風車。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
揚力を低減し、これにより回転数を制御する構成が提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１：特開昭５４−１７４３９号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００６］
しかしながら、上記公報（特許文献１）の図７と図８に示されたスポイラーの構成では、スペースの非常に限られたブレードにどのような構造で設けてどのような運転パラメータによって制御片を開いたり閉じたりできるのかまったく具体性がなく実現性がない。
［０００７］
また、ある程度までの範囲の強風について、運転を継続できるように風車出力軸に電磁ブレーキを設けて減速させる方法があるが、その場合作動させるための電力が常時必要となったり、あるいは発生電流の受入れ負荷が必要となり、一方では出力軸に依然として過大なトルクがかかり続けるなどの欠点がある。また、別の方法として機械式ブレーキで減速させる方法も考えられるが、摩擦ディスクの発熱の除去と摩擦面の耐久性の限界など困難な問題があり現実的に有効な解決策はない。
［０００８］
そこで、本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、自身の遠心力作用と信頼性の高い簡単な機械的構成のみによって、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき発生する遠心力により翼面から自動的に突出して空気抵抗を発生して回転速度の上昇を強く抑制することで、風車を止めることなく熱エネルギーの蓄積もなく減速してある程度以上の発電を継続することができる垂直軸風車用ブレード及びそれを備えた揚力型垂直軸風車を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００９］
上記課題を解決するため、請求項１に係る垂直軸風車用ブレードは、垂直軸風車の回転軸に支持アームを介して設けられ、風を受けて揚力を発生し、該揚力により前記回転軸を回転させる垂直軸風車用ブレードであって、前記回転軸から遠い側に位置するブレード背側翼壁と腹側翼壁の間に中空部を有し、背側翼壁の一部を除去してその翼壁のあった位置に設けられて、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき発生する遠心力により翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によ
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
って翼面から突出すると同時に、翼後縁に近い側のエアブレーキ端が翼面より内側に凹むことによって、エアブレーキ前縁側に第１の空気抵抗と流線の乱れを生ぜしめエアブレーキ後縁に隣接するブレード断面がエアブレーキの凹みによって生じる空気流露出部分に第２の空気抵抗と流線の乱れを発生することで回転速度の上昇を抑制するエアブレーキと、前記ブレード中空部内に収納されて前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては当該エアブレーキを閉止状態に維持する突出抑制部とを備えることを特徴とするものである。
［００１０］
これにより、風速が一定値を超えると、その風速に応じてエアブレーキが自動的に翼面から突出し、空気抵抗を発生することで、簡単な構成で効率的に回転速度の制御が可能になる。また、エアブレーキが作動した際には前後２箇所に空気抵抗と流線の乱れを発生させるので、ブレーキ力を倍増することになる。
［００１１］
また、請求項２に係る発明は、請求項１の発明において、前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とするものである。
［００１２］
また、請求項３に係る発明は、請求項１の発明において、前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とするものである。
［００１３］
また、請求項４に係る発明は、請求項１の発明において、前記エアブレーキが閉止状態では、当該エアブレーキの外面が前記ブレードの正規翼型の一部をなすことを特徴とするものである。これにより、エアブレーキの閉止時（通常発電時）には、当該エアブレーキが翼の一部として機能して揚力発生に寄与するので、発電能力の低下を
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
防止することが可能となる。
［００１４］
また、請求項５に係る発明は、請求項４発明において、前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする。また、請求項６に係る発明は、請求項４の発明において、前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする。
［００１５］
また、請求項７に係る揚力型垂直軸風車は、上述した垂直軸風車用ブレードを備えたことを特徴とするものである。
発明の効果
［００１６］
本発明によれば、非常に強い風が吹き始めて風車の回転速度が機械的安全上の限界近くに上昇したときにエアブレーキに掛かる遠心力が一定値を超えると、エアブレーキ押さえの抑制力に抗してエアブレーキが翼面から（外径側に）突出して大きな空気抵抗を発生するとともに空気の流れを大きく乱して翼本来の正常な揚力発生を著しく損なうので、簡単な構成にもかかわらず容易に回転速度の過度上昇を抑制することができる。
図面の簡単な説明
［００１７］
［図１］本発明に係る垂直軸風車用ブレードを実施するための最良の形態の断面図である。
［図２］本発明に係る垂直軸風車用ブレードが用いられる風車の例を示す一部切断した斜視図である。
［図３］図１中のＸ矢方向から見たブレード１の一部切欠した側面図である。
［図４］エアブレーキ２が突出した場合、風車の上から見た図である。
［図５］エアブレーキ２が突出した場合、ブレード１のＡ−Ａ断面図である。
符号の説明
［００１８］
１  ブレード
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月7日(2007.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸風車の回転軸に支持アームを介して設けられ、風を受けて揚力を発生し、該揚力により前記回転軸を回転させる垂直軸風車用ブレードであって、
前記回転軸から遠い側に位置するブレード背側翼壁と腹側翼壁の間に中空部を有し、背側翼壁の一部を除去してその翼壁のあった位置に設けられて、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき発生する遠心力により翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によって翼面から突出すると同時に、翼後縁に近い側のエアブレーキ端が翼面より内側に凹むことによって、エアブレーキ前縁側に第１の空気抵抗と流線の乱れを生ぜしめエアブレーキ後縁に隣接するブレード断面がエアブレーキの凹みによって生じる空気流露出部分に第２の空気抵抗と流線の乱れを発生することで回転速度の上昇を抑制するエアブレーキと、
前記ブレード中空部内に収納されて前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては当該エアブレーキを閉止状態に維持する突出抑制部とを備えることを特徴とする垂直軸風車用ブレード。
【請求項２】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項３】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項４】
前記エアブレーキが閉止状態では、当該エアブレーキの外面が前記ブレードの正規翼型の一部をなすことを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項５】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項４に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項６】
前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、
前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする請求項４に記載の垂直軸風車用ブレード。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の垂直軸風車用ブレードを備えたことを特徴とする揚力型垂直軸風車。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
揚力を低減し、これにより回転数を制御する構成が提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１：特開昭５４−１７４３９号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００６］
しかしながら、上記公報（特許文献１）の図７と図８に示されたスポイラーの構成では、スペースの非常に限られたブレードにどのような構造で設けてどのような運転パラメータによって制御片を開いたり閉じたりできるのかまったく具体性がなく実現性がない。
［０００７］
また、ある程度までの範囲の強風について、運転を継続できるように風車出力軸に電磁ブレーキを設けて減速させる方法があるが、その場合作動させるための電力が常時必要となったり、あるいは発生電流の受入れ負荷が必要となり、一方では出力軸に依然として過大なトルクがかかり続けるなどの欠点がある。また、別の方法として機械式ブレーキで減速させる方法も考えられるが、摩擦ディスクの発熱の除去と摩擦面の耐久性の限界など困難な問題があり現実的に有効な解決策はない。
［０００８］
そこで、本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、自身の遠心力作用と信頼性の高い簡単な機械的構成のみによって、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき発生する遠心力により翼面から自動的に突出して空気抵抗を発生して回転速度の上昇を強く抑制することで、風車を止めることなく熱エネルギーの蓄積もなく減速してある程度以上の発電を継続することができる垂直軸風車用ブレード及びそれを備えた揚力型垂直軸風車を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００９］
上記課題を解決するため、請求項１に係る垂直軸風車用ブレードは、垂直軸風車の回転軸に支持アームを介して設けられ、風を受けて揚力を発生し、該揚力により前記回転軸を回転させる垂直軸風車用ブレードであって、前記回転軸から遠い側に位置するブレード背側翼壁と腹側翼壁の間に中空部を有し、背側翼壁の一部を除去してその翼壁のあった位置に設けられて、ブレードの回転速度が所定値以上に上昇したとき発生する遠心力により翼前縁に近い側のエアブレーキ端が高速回転時の遠心力によ
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
って翼面から突出すると同時に、翼後縁に近い側のエアブレーキ端が翼面より内側に凹むことによって、エアブレーキ前縁側に第１の空気抵抗と流線の乱れを生ぜしめエアブレーキ後縁に隣接するブレード断面がエアブレーキの凹みによって生じる空気流露出部分に第２の空気抵抗と流線の乱れを発生することで回転速度の上昇を抑制するエアブレーキと、前記ブレード中空部内に収納されて前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては当該エアブレーキを閉止状態に維持する突出抑制部とを備えることを特徴とするものである。
［００１０］
これにより、風速が一定値を超えると、その風速に応じてエアブレーキが自動的に翼面から突出し、空気抵抗を発生することで、簡単な構成で効率的に回転速度の制御が可能になる。また、エアブレーキが作動した際には前後２箇所に空気抵抗と流線の乱れを発生させるので、ブレーキ力を倍増することになる。
［００１１］
また、請求項２に係る発明は、請求項１の発明において、前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とするものである。
［００１２］
また、請求項３に係る発明は、請求項１の発明において、前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とするものである。
［００１３］
また、請求項４に係る発明は、請求項１の発明において、前記エアブレーキが閉止状態では、当該エアブレーキの外面が前記ブレードの正規翼型の一部をなすことを特徴とするものである。これにより、エアブレーキの閉止時（通常発電時）には、当該エアブレーキが翼の一部として機能して揚力発生に寄与するので、発電能力の低下を
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
防止することが可能となる。
［００１４］
また、請求項５に係る発明は、請求項４発明において、前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りの位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記エアブレーキは前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキの外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする。また、請求項６に係る発明は、請求項４の発明において、前記エアブレーキの自重重心より後縁寄りで且つエアブレーキの形状的な中心に近い位置に軸装着部をブレードの長さ方向と並行に設けて、前記軸装着部を介してブレードに回動可能に装着され、前記突出抑制部は、前記エアブレーキに加わる遠心力が所定値以下においては、当該エアブレーキの突出を抑制する抑制力が遠心力に打ち勝つことによって当該エアブレーキがエアブレーキ全体の外面をブレード翼外面と同一平面上に維持するようになされることを特徴とする。
［００１５］
また、請求項７に係る揚力型垂直軸風車は、上述した垂直軸風車用ブレードを備えたことを特徴とするものである。
発明の効果
［００１６］
本発明によれば、非常に強い風が吹き始めて風車の回転速度が機械的安全上の限界近くに上昇したときにエアブレーキに掛かる遠心力が一定値を超えると、エアブレーキ押さえの抑制力に抗してエアブレーキが翼面から（外径側に）突出して大きな空気抵抗を発生するとともに空気の流れを大きく乱して翼本来の正常な揚力発生を著しく損なうので、簡単な構成にもかかわらず容易に回転速度の過度上昇を抑制することができる。
図面の簡単な説明
［００１７］
［図１］本発明に係る垂直軸風車用ブレードを実施するための最良の形態の断面図である。
［図２］本発明に係る垂直軸風車用ブレードが用いられる風車の例を示す一部切断した斜視図である。
［図３］図１中のＸ矢方向から見たブレード１の一部切欠した側面図である。
［図４］エアブレーキ２が突出した場合、風車の上から見た図である。
［図５］エアブレーキ２が突出した場合、ブレード１のＡ−Ａ断面図である。
符号の説明
［００１８］
１  ブレード
【国際調査報告】
2006095396.tif 000007
2006095396.tif 000008
2006095396.tif 000009
2006095396.tif 000010