專利名稱：垂直軸型風力發電裝置及葉片的制造方法、風力發電裝置的風車的安裝構造及安裝方法 ...的制作方法
垂直軸型風力發電裝置及葉片的制造方法、風力發電裝置的 風車的安裝構造及安裝方法、以及防風用風力發電廠
本申請是分案申請，母案的發明名稱是"垂直軸型風力發電裝置 及葉片的制造方法、風力發電裝置的風車的安裝構造及安裝方法、以
及防風用風力發電廠"，母案的申請日是2004年1月7日，母案的申請 號是200480016016. 6。技術領域：
本發明涉及垂直軸型風力發電裝置的改良、風力發電裝置的風車 的安裝構造及安裝方法、以及防風用風力發電廠，所述風力發電裝置 備有垂直翼打蛋(Darrieus)型風車，所述風車沿著相對于風向垂直 的旋轉軸具有縱向的葉片，該葉片會借助風而朝向旋轉軸的旋轉方向 旋轉。
背景技術：
以往，垂直軸型風力發電裝置或風力發電廠等的技術是眾所皆知的。
例如，有日本特開平10 — 110666號公報所揭示的構造。該曰本特 開平10—110666號公報所揭示的構造，是直線翼垂直軸(H —打蛋 (Darrieus))型風車，其葉片的兩端部沿著旋轉軸方向被固定在位 于垂直方向上的一對支承部件上。為了防止溫室效應或為了節省能 源，如日本特開平10—110666號公報的圖1、圖2、圖7，為了得到更大 的電力，需要將風車設置在上方，而增加風車的旋轉。因此，最好將 風車設置在房屋或建筑物等的屋頂上。
以往的垂直軸型風車，如日本專利第3368537號公報所揭示那樣， 是以從由直立的金屬制的中空外轉子所構成的旋轉軸水平延伸的上下 兩根玻璃纖維制的臂，來支承玻璃纖維制的葉片的構造。這種風車， 是將直線翼部配置在垂直軸的周圍，以支承翼部將該直線翼部連結在 軸側的直線翼型風水車，要考慮到效率、自起動性或噪音等，也要要 求葉片充填系數、安裝角、翼厚度等的適當化。
如曰本特開2003 - 56447號公^L所揭示的發電用風車，是將風車的
葉片的安裝部分作成可動的，根據風向來切換葉片傾斜的方向及角 度，無論風向如何變化，風車的旋轉方向都能始終保持一定。用其取 代防風林，將其并排延伸設置來防風，且利用風使風車旋轉，建成連 結其旋轉力來驅動發電機的可防風的發電廠。
可是，日本特開平IO- 110666號公報的構造，并不能控制風在葉 片周圍的流動，所以葉片的旋轉有時會不穩定。為了提升風的發電效 率，還需要對葉片的構造加以改善。并且，有時因建筑物的狀況而不 能設置在建筑物的屋頂上，而是將風車設置在固定于地面的支柱上。 在這種情況下，由于強風會對風車施加很強的力量，而需要將支承風 車的支柱可靠地固定在地面上。因此，需要對地面進行深度挖掘，風 車的設置作業則需要很多時間，與其伴隨，設置費用也會變得很高。
而日本專利第3368537號公報的構造，無法充分地防止在臂與葉片 的接合部或葉片中央所產生的由于離心力所造成的彎矩。該彎矩在葉 片的高速旋轉下，會成為非常大的值，結果可能會讓葉片破損。為了 抑制該彎矩，必須采取將臂作粗或加強葉片的強度的措施，從而會導 致垂直軸型風車的重量增重。當受到橫向風時，由于會有非常大的彎 矩作用在旋轉軸上，而需要將旋轉軸作成相當粗的，而伴隨著也需要 增加旋轉軸的軸承等的直徑，而對于使用在發電裝置中來說有裝置大 型化的問題。
而曰本特開2003 - 56447號公報的構造，是將風車的葉片的安裝部 分作成可動的，可根據風向來自動切換葉片傾斜方向及角度，所以如 果與相鄰的其它發電用風車沒有距離一定距離以上的話，風車彼此會 互相接觸。因此，無法得到效率較好的防風效果。
本發明的目的，是要提供可使葉片穩定旋轉，且能使發電效率提 升的垂直軸型風力發電裝置及葉片的制造方法，與能容易設置在建筑 物的上部的風力發電裝置的風車的安裝構造及安裝方法、以及使用風 力發電裝置的防風用風力發電廠。
發明內容
本發明的垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以 及多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其中，上述葉片具 有^^向的整流板。
本發明的垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以 及多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其中，上述葉片包 括葉片長度方向的骨架、以插入狀態固定在該骨架上的多個翼狀板、 以及張設于該翼狀板的周圍的外型板。
本發明的葉片的制造方法，將多個翼狀板以插入狀態固定在葉片 長度方向的骨架上，將外型板張設并安裝在該翼狀板的周圍，其中， 具備第一工序，相對于多個翼狀板的一個面將外型板的一端側定位， 并將外型板的一端側固定在上述翼狀板的一個面上；以及第二工序， 一邊拉曳外型板的另一端側一邊相對于多個翼狀板的另一個面將外型 板的另一端側定位，并將外型板的另一端側固定在上述翼狀板的另一 個面上。
本發明的垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以 及多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其中，在上述旋轉 軸上設置有橫向的支承部件，在該支承部件的前端，經由鉸鏈與彈簧 部件以在上述葉片的縱向上傾斜的方式安裝著上述葉片的縱向的中間部。
本發明的垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以 及多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其中，在上述旋轉 軸上設置有橫向的支承部件，在該支承部件的前端，經由鉸鏈與彈簧 部件以在上述葉片的橫向上傾斜的方式安裝著上述葉片的縱向的中間部。
本發明的垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以 及多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其中，在上述旋轉 軸上設置有橫向朝上的上部支承部件與橫向朝下的下部支承部件，上
的前端。
本發明的垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以 及多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其中，在上述旋轉 軸的前端設置有轉子，支承上述葉片的縱向的上下兩處的兩根上下臂 相對于上述轉子安裝成向下或向上傾斜，支承上述葉片的上述上下兩 處之間的中間兩處的兩才艮中間臂安裝在上述轉子或上述上下臂上。
本發明的垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以
及多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其中，上述旋轉軸 包括上述葉片側的上側旋轉軸、發電機側的下側旋轉軸、以及兩旋轉 軸的嵌合部，上述嵌合部形成為，傳遞轉矩的部分具有嵌合間隙。
本發明的垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以 及多片沿上述旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其中，具備有 筒狀部件，在內部配置上述旋轉軸；徑向軸承，配置在上述筒狀部件 內部的上方或中途部分，旋轉自如地支承上述旋轉軸；推力軸承，配 置在上述筒狀部件內部的下方，旋轉自如地支承上述旋轉軸；軸承， 在上述推力軸承的附近，與上述旋轉軸間具有間隙地設置在上述筒狀 部件內壁上；上述旋轉軸當朝橫向擺動時，與上述設置在筒狀部件內 壁上的軸承接觸。
本發明的垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以 及多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其中，設置有將電 從上述旋轉軸放掉的電刷，或者在上述旋轉軸與支承該旋轉軸的軸承 的外筒之間設置有絕緣件。
本發明的垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以 及多片沿上述旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其中，還具備有 與上述旋轉軸的中心軸同心地配置在上述旋轉軸上部附近的筒狀旋轉 體、平面呈水平地設置在上述筒狀旋轉體內部的板狀部件、以及旋轉 自如地支承上述旋轉軸的軸承，上述筒狀旋轉體，在上述筒狀旋轉體 內的上下方向中心附近，經由上述板狀部件連接在上述旋轉軸上，上 述軸承，配置在上述連接的位置的正下方附近。
本發明的小型風力發電裝置的風車的安裝構造，將具有垂直設置 的旋轉軸、以及多片沿上述旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片的小 型風力發電裝置的風車安裝在建筑物上，其中，具有以上端部支承 上述風車并且下端部固定在地基中的固定棒、以及將上述固定棒的較 中央部靠上方的區域的至少一部分連結于上述建筑物上的連結部件。
本發明的小型風力發電裝置的風車的安裝方法，將具有垂直設置 的旋轉軸、以及多片沿上述旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片的小 型風力發電裝置的風車安裝在建筑物上，其中，將上述風車安裝在固 定棒的前端部上，并且將該固定棒的下端部固定在地面上之后，將該 固定棒的較中央部靠上方的區域的至少一部分連結于上述建筑物上。
本發明的防風用風力發電廠，具備多個具有垂直設置的旋轉軸、 以及多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片的垂直軸型風力發 電裝置，其中，各上述垂直軸型風力發電裝置緊密配置，且使得相鄰 的上述垂直軸型風力發電裝置的葉片彼此在旋轉中不會接觸。
圖l是本發明的垂直軸型風力發電裝置的正剖視圖。
圖2, (a)是表示將四片整流板安裝在葉片上的實施方式的圖，
(b) 是將(a)的整流板相對于風向朝向上方安裝的葉片的立體圖，
(c) 是(b)的側視圖。
圖3，是表示本發明的垂直型風力發電裝置的葉片除去了外型板的 骨架構造的立體圖。
圖4， (a)是表示將葉片縱向傾斜自如地以鉸鏈及彈簧安裝于支 承部件的實施方式的圖，(b)是圖(a)的(b) - (b)向視圖，(c) 是表示將葉片縱向傾斜自如地以鉸鏈及彈簧安裝于支承部件的實施方 式的圖。
圖5， (a)是表示將電從旋轉軸放掉的實施方式的一例的圖，(b) 是表示將電從旋轉軸放掉的實施方式的另一例的圖。 圖6是翼狀板的立體圖。
圖7是表示旋轉軸的高度調節機構及旋轉軸支承機構的圖。
圖8， (a)是表示在旋轉軸上設置有橫向朝上的上部支承部件與 橫向朝下的下部支承部件，將上述葉片的縱向的上下部安裝在上部支 承部件及下部支承部件的前端的實施方式的圖，(b)是(a)的局部 俯視圖，(c)是(b)的(c)-(c)剖視圖，(d)是(b)的(d) -(d)剖視圖。
圖9是表示抑制旋轉軸的旋轉負荷的實施方式的一例的圖。
圖10是由擠出材料所構成的骨架的立體圖。
圖ll是表示外皮張設安裝的順序的圖。
圖12是葉片安裝構造的剖視圖。
圖13是表示本發明的垂直軸型風力發電裝置的構造的示意圖。
圖14是表示本發明的垂直軸型風力發電裝置的立體圖。
圖15是表示本發明的垂直軸型風力發電裝置的臂的立體圖。
圖16是表示本發明的垂直軸型風力發電裝置的葉片所負荷的彎矩 的示意圖。
圖17是根據有限元法來求出本發明的垂直軸型風力發電裝置所負 荷的各彎矩的最大值所描繪的等高線的圖表。
圖18是將參數a/c固定，來求出本發明的垂直軸型風力發電裝置所 負荷的各彎矩的變化的圖表。
圖19是將參數b/c固定，來求出本發明的垂直軸型風力發電裝置所 負荷的各彎矩的變化的圖表。
圖20是表示本發明的垂直軸型風力發電裝置的變形例的一例的結 構的示意圖。
圖21是表示本發明的垂直軸型風力發電裝置的變形例的另一例的 結構的示意圖。
圖22是表示本發明的垂直軸型風力發電裝置的結構的示意圖。 圖23是表示本發明的垂直軸型風力發電裝置的變形例的一例的結 構的示意圖。
圖24是本發明的垂直軸型風力發電裝置的整體概略圖。 圖25，是圖24的垂直軸型風力發電裝置的筒狀旋轉體周邊部的一 例的剖視圖。
圖26，是圖24的垂直軸型風力發電裝置的筒狀旋轉體周邊部的另 一例的剖視圖。
圖27是表示本發明的垂直軸型風力電裝置的葉片的截面形狀的圖。
圖28是本發明的垂直軸型風力發電裝置的俯視圖。 圖29是本發明的風車裝置的立體圖。
圖30是本發明的優選實施方式的風車裝置的安裝構造的概略圖。
圖31， (a)是圖30所描繪的設置有連結部件的部分的剖視圖，(b) 是圖30所描繪的設置有連結部件的部分的俯視圖。
圖32, (a)是描繪于圖30的固定棒與地基的固定部分的剖視圖， (b)是描繪于圖30的固定棒與地基的固定部分的俯視圖。
圖33， (a)是表示形成固定棒的管體的連結構造的圖，(b)是 圖30所描繪的連接器部分的放大圖。
圖34， (a)是變形例的風車裝置的安裝構造的連結部件的立體圖，
(b)是變形例的風車裝置的安裝構造的連結部件的俯視圖。 圖35是表示本發明的防風用風力發電廠的概略圖。 圖36是表示防風用風力發電廠的設置例子的概略圖，(a)是表示 將垂直軸型風力發電裝置在平坦的地面上沿著海岸線僅配置一列的情 況的圖，(b)是表示在(a)列的陸地側，配置有第二列的垂直軸型 風力發電裝置的情況的圖。
圖37是表示本發明的防風用風力發電廠的另一例的概略圖。 圖38是表示各垂直軸型風力發電裝置的葉片的高度位置分別不同 的防風用風力發電廠的概略圖，(a)是配置成從上面來看防風用風力 發電廠時葉片的旋轉軌跡在一點重疊的發電廠的側視圖，(b)是配置 成從上面來看防風用風力發電廠時葉片的旋轉軌跡重疊的發電廠的側 視圖。
具體實施方式
以下雖然具體說明本發明的實施方式，可是本發明并不限定于這 些實施方式。
圖l是本發明的垂直軸型風力發電裝置的正剖視圖。ioi是基座， 是以簡易的混凝土所形成。102是旋轉軸，以后述的機構保持在直立狀 態。103是用來產生風力發電的動力的葉片，在旋轉軸102的上部，被 配置于固定在與軸心方向垂直的方向上的支承部件104的各相對面相 互之間，沿著周緣部配置有多個。在葉片103的上下端，設置有調整葉 片103周圍的風的流動的整流板105。 106是筒狀體，使旋轉軸102位于 其內部空間，通過位于上下內表面的軸承107、 108支承著旋轉軸102 使其轉動自如。109是部件支承用框體，被固定在基座101的適當位置， 保持著上述筒狀體106的下端部。IOO是纜索固定機構，包括纜索 100a、以及用來向該鋼索100a賦予張力的纜索張力調整機構100b。該 纜索固定機構100的兩端，在上述筒狀體106的固定部位106a與地面側 的固定部位110之間配置于至少三個位置(120度間隔)上。該纜索固 定機構100構成維持旋轉軸102的垂直狀態的自立補充機構，所述旋轉 軸102會由于葉片103所受到的風壓而受到應力，而有從軸心向直角方 向位移的趨勢。112是發電機，被固定在上述框體109上，在其旋轉軸 上具備有帶輪113。 114是帶輪，在旋轉軸102上，被固定在與上述帶輪
113相同高度的位置。115是皮帶，卡合在上述帶輪113、 114相互之間， 將旋轉軸102的旋轉力傳遞到發電機112，在由于風向與葉片的位置關 系、風的強度等的原因而導致風車不能起動時，也可以使該發電機112 兼具起動用馬達的功能。
圖2 (a)，是表示在葉片上安裝有四片整流板的實施方式的圖。 整流板251，在葉片253的上端部、下端部、以及上下端部到葉片 253與支承部件255接合的接合部之間的上下中途部分上，各安裝有一 片。
根據上述構造，可以防止風的氣流從葉片漏掉，并且可以消除葉 片的旋轉聲音，可以確保葉片順暢旋轉。結果，可以高效地發電。
在本實施方式中雖然是將四片整流板安裝在葉片上，而也可以再 將需要的數量安裝在葉片的中途部分。
圖2 (b) 、 (c)，是表示將圖2 (a)的接近支承部件255設置的 整流板254相對于風向向上安裝的葉片的一例的圖。整流板254安裝成 相對于葉片253傾斜。
如果配置有多片這種整流板的話，會產生升力，可以減少軸承的 載荷。結果，能夠減少軸承的機械損失而可以提升發電效率并延長軸 承的使用壽命。由于多片整流板會均勻地承受從葉片的端部逸出的 風，所以能夠更可靠地對朝向葉片的風的流動進行整流，可以調整葉 片的旋轉。
圖3，是表示風車用葉片的骨架構造的立體圖，圖6，是其翼狀板 的立體圖。該圖3所示的葉片，例如，可以用作圖l的垂直軸型風力發 電裝置的葉片。
葉片3，如圖27所示，截面為飛機的機翼截面狀， 一個面3a為流線 較長的凸狀面，另一面3b為流線較短的平坦面。如圖所示， 一個面3a 并不限于配置成面向外側， 一個面3a也可以配置成面向朝向軸的內 側。
在圖3中，葉片3，是由骨架構造形成，所述骨架構造包括葉片 長度方向的骨架31、 32、以插入狀態固定在該骨架31、 32上的多個翼 狀板33、張設于該翼狀板33的周圍的外型板(外皮)34。
骨架31、 32，是以三角截面的中空角材所形成，例如，利用如圖 IO所示的鋁合金的擠出材料、或鋁合金板的彎折加工或鋁合金板的接
合構造制造。在圖3中，將彎折成山形的第一板部與平坦的第二板部接 合，使用鉚接接合的構造。在翼狀板33的前后設置有兩根骨架31、 32。 也可以根據葉片3的大小，設置三根骨架。上述的支承部件12、 13，相 對于該骨架31、 32，以螺栓緊固等方式來接合。
如圖6所示，翼狀板33,是以沖壓成型方式來將鋁合金板沖成翼狀 板的外形而成的。該沖壓成型，是使用NC機來進行。因此，翼狀板33 的外周，是通過利用直線的組合進行的曲線近似形成的。也有以翼狀 的模具來進行沖裁的加工方法。
翼狀板33，形成有插入上述骨架31、 32的缺口孔35、 36、后述 外皮34貫穿其上而被定位的突起部37、 38、以及相對于翼狀板33彎折 90。形成的載置外皮34并使其穩定的多個座部39、 40。突起部37與兩 個座部39，設置在翼狀板33的凸狀面側，突起部38與三個座部40，設 置在翼狀板33的平坦狀面側。
如圖3所示，翼狀板33，是以預定間隔插入到骨架31、 32上。骨架 31、 32與翼狀板33之間通過多處熔接而加以固定。借助兩者的固定， 形成了如圖3所示的牢固的骨架構造。
外型板也就是外皮34，是鋁合金的薄板，沿著翼狀板33的周圍張 設并安裝。外皮34，貫穿于翼狀板33的突起部37、 38，載置于翼狀板 33的座部39、 40。在圖3中，在張設并安裝了外皮34之后，突起部37、 38是處在殘留的狀態，但也可以沿著外皮3々表面將其切斷，還可以沿 著外皮34將其彎折。外皮34，相對于座部39、 40，是以鉚接方式加以 固定的。
圖ll，表示外皮34的張設安裝順序。 〔第一工序〕
如圖ll (a)所示，將外皮34的一端側的孔34a穿過翼狀板33的平 坦狀面(一個面)的突起38來進行定位，拉曳外皮34的另一端側，使 其沿著翼狀板33。在該拉曳動作時，是通過拉住張設并安裝在外皮34 的另一端側的延長帶部件60來進行的。借助該延長帶部件60,外皮34 不會產生皺折，能夠均勻地拉曳。
相對于座部40，以鉚釘62來固定外皮34。如圖ll (c)，鉚釘62 使用的是盲鉚釘，從外皮34側，在預先設置的座部40的貫通孔中，插
入盲鉚釘組裝體，將軸63抽出時，盲鉚釘的下方會膨脹，而軸63被摘 取掉后，如圖所示利用鉚釘62形成了固定狀態。而平坦狀面側的座部 40、外皮34的另一端側，預先向外彎折成r 」字狀，與一端側平坦 地接合。
〔第二工序〕
接著，如圖ll (b)，將外皮34的另一端側的孔34b穿過翼狀板33 的凸狀面(另一面)側的突起37來進行定位，拉著外皮34的另一端側， 使其沿著翼狀板33的剩余的部分。在該牽引動作時，是通過拉住張設 在外皮34的另一端側的延長帶部件60來進行的。借助該延長帶部件 60，外皮34不會產生皺折，能夠均勻地拉曳。然后利用點焊方式來固 定外皮34的一端側與另一端側的接合部分61。
然后，相對于座部39，以鉚釘62來固定外皮34。如圖ll (c)，鉚 釘62使用的是盲鉚釘，從外皮34側，在預先設置的座部39的貫通孔中， 插入盲鉚釘組裝體，將軸63抽出時，盲鉚釘的下方會膨脹變形，軸63 被摘取掉后，如圖所示利用鉚釘62形成了固定狀態。
以這種制造方法所形成的葉片3，是利用鋁合金制的中空角材的骨 架31、 32來保持強度的構造，是以鋁合金板的翼狀板33來保持形狀的 構造。利用突起37，可穿過外皮34的另一端側的孔34b來進行定位，容 易使外皮34沿著翼狀板33。因此，利用鋁合金制的薄外皮34，能容易 形成葉片3的外形。
這樣能將葉片3作成整體既具輕量性又具有強度的葉片。結果，借 助作用于葉片3的風能讓葉片3有效地旋轉。
安裝在垂直軸型風力發電裝置中的葉片3的數量，也可以是多片以 上。而葉片3，也可以在內周側配置多片，在外周側配置多片，配置成 同心多圓狀。
不限于將葉片3的凸狀面朝向外周配置，也可以將葉片3的平坦面 朝向外周配置。
如上所述，由于是既具輕量性又具強度的葉片3，所以以適當片數 設置的葉片3會借助風力而有效地旋轉。
接下來，針對本發明的葉片的安裝構造來加以說明。圖12是葉片 的安裝構造的剖視圖。
骨架31、 32，如圖IO、圖12所示，是截面為三角形的擠出材料， 這些截面的三角形的一條邊分別設置成與翼弦長平行。
安裝托架41，是板狀部件，具有兩個大致凸型的孔，以能夠嵌合 骨架31、 32。安裝托架41的一部分安裝成貫穿外皮34且突出到旋轉軸2 側，且其平行面是水平的。并且，安裝托架41，在其突出部分上具有 與翼弦長(圖12的單點劃線)平行的邊41a。
支承部件42，是管狀部件或板狀部件。例如，如果是管狀部件， 則可以使用細長的橢圓形截面的部件，以抑制風的阻力。
螺栓43，是將安裝托架41與支承部件42螺栓接合的部件。在圖12 中，是用四根螺栓來接合，而至少用兩根螺栓43來接合就可以了。
銷44，是為了對安裝托架41與支承部件42進行定位，而定位接合 安裝托架41與支承部件42的部件。在圖12中，雖然是以兩根銷44來進 行銷接合，而至少用一支銷44來進行銷接合就可以了。可是，為了要 更可靠地進行定位，安裝托架41與支承部件42，最好是用兩根以上的 銷44來進行銷接合。而也可取代銷，利用密配合螺栓或凹凸的嵌合來 進行定位接合。
如果是這種葉片的安裝構造，則由于安裝托架41在突出部分具有 與翼弦長平行的邊41a，故能夠容易掌握葉片3的翼弦長方向，容易進 行葉片3的安裝角度的調整。
由于能可靠地進行定位，安裝角度不會偏移，而能夠維持所希望 的安裝角度。
由于設置成骨架31、 32的截面的三角形的一條邊分別與翼弦長平 行，所以葉片3的翼弦長方向能夠以三角形的一條邊為基準而加以掌 握，不使用安裝托架41也能進行葉片的安裝角度的調整。而骨架31、 32，不一定要是截面三角形的構造，是其它多邊形也可以，只要多邊 形的骨架的一條邊設置成與葉片3的翼弦長方向平行，便能達到與截面
為三角形的骨架相同的效果。
圖4 (a)，是表示將葉片縱向傾斜自如地以鉸鏈及彈簧安裝于支 承部件的實施方式的圖，圖4(b)是圖4(a)的(b) - (b)向視圖。
支承部件275 ，是垂直于地面的方向上的截面為大致T字型的部 件。在其前端部276處，以鉸鏈可擺動地接合著葉片273。在前端部276 相反一側的前端部附近，葉片273，也借助彈簧274安裝成在葉片273的縱向上傾斜自如。
根據上述實施方式，如果由于強風而在葉片273上產生一定以上的 離心力或風壓的話，葉片273可于葉片273的縱向自由傾斜。因此，可 以減小該一定以上的離心力或風壓，而不會讓劇烈的應力施加在葉片 上，基本不會產生破損。
而雖然沒有圖示，但如果以銷接合實現前端部276與葉片273的接 合，則在葉片273的縱向及橫向上擺動自如。
圖4 (c)，設成使圖4 (a)中的支承部件275以支承部件275的軸 為中心旋轉了90度的狀態，葉片273以在橫向上傾斜自如的方式而與圖 4(a)同樣地以鉸鏈及彈簧接合著。
根據上述實施方式，可得到與圖4 (a)的實施方式同樣的效果。
圖8 (a)是表示垂直軸型風力發電裝置的旋轉軸312上部附近的 圖，其中，在旋轉軸312上，橫向朝上的上部支承部件314a與橫向朝下 的下部支承部件314b，分別設置在旋轉軸312上部所設置的上下兩片圓 板311a、 311b上，葉片313的縱向的上下部安裝在上部支承部件314a 及下部支承部件314b的前端。圓板311a、 311b，中心部分是以螺栓等 固定支承在旋轉軸312上。在安裝第一支承部件314a或下部支承部件 314b的圓板311a、 311b的邊緣部分有狹縫，使得它們可以彎折以便于 安裝各支承部件。沒有彎折的部位的狹縫之間的圓周部附近部位316， 是以熔接方式加以固定。
圖8 (b)是圖8 (a)的俯視圖，圖8 (c)是圖8 (b)的(c) 一 (c) 向視圖，圖8(d)是圖8(b)的(d)-(d)向視圖。如圖8 (b)、 (c) 、 (d)所示，上部支承部件314a及下部支承部件314b，形成為 越向前端其截面模量越小，截面是大致山形。上部支承部件314a及下 部支承部件314b， 一側面沿圓板311a、 311b的徑向安裝，另一側面， 則由被固定在上部支承部件314a及下部支承部件314b的圓板側端的山 形背面側的板部件315加強，以能夠承受住朝向圓板311a、 311b的圓周 方向的力(由葉片313所受到的風壓產生的力)。—
根據上述實施方式，可以穩定地支承葉片313，可以防止在葉片313 旋轉時產生異常現象。
為了克服產生于葉片的離心力，也可以作成連結鄰接設置于圓周 方向的葉片的構造。例如，以板狀部件連結葉片彼此、或作成以纜索
來結合上述支承部件314a與葉片313結合的部分附近彼此的實施方 式。
如果用鋁作為上述各葉片的材質的話，則可以實現裝置的輕量化。
接下來，針對能夠充分抑制在臂與葉片的接合部或葉片中央產生 的離心力所造成的彎矩的、輕量的垂直軸型風力發電裝置來加以說 明。圖13是表示本發明的能夠充分抑制彎矩的輕量的垂直軸型風力發 電裝置的構造的示意圖。圖14是表示圖13的垂直軸型風力發電裝置的 立體圖。
垂直軸型風力發電裝置l，包括垂直設置的旋轉軸2、多片配置 在旋轉軸2的圃周方向上的縱向的葉片9、設置在旋轉軸2的前端的轉子 18、 20、相對于轉子18、 20向下或向上傾斜地安裝在轉子18、 20上并 支承葉片9的縱向的上下兩處的兩根上下臂4、 6、以及安裝在轉子18、 20或上下臂4、 6上并支承葉片9的位于上下兩處之間的中間兩處的兩根 中間臂ll、 14。
葉片9，是與上述圖3所示的葉片3相同的構造。
在旋轉軸2的前端插設 接合著筒狀轉子20。筒狀轉子20的形狀， 圓形的筒狀、多邊形的筒狀、骨架構造等都可以，在這里是圓形的筒 狀。通過以輕量且堅固的鋁合金來形成筒狀轉子20，可以實現垂直軸 型風力發電裝置l的輕量化。
筒狀轉子20的軸方向的重心，位于葉片9的縱向的長度c的中心也 就是c/2處，圓周方向的重心是與旋轉軸2同軸的軸心。由此，垂直軸 型風力發電裝置1的重心位置就是筒狀轉子20的重心位置。筒狀轉子 20，是相對于重心位置上下對稱，左右對稱的形狀。
在筒狀轉子20的重心位置更下方，經由軸承21a、軸承21及推力軸 承30，將旋轉軸2旋轉自如地支承在殼體22中，筒狀轉子20與旋轉軸2 一起旋轉。通過將筒狀轉子20的重心位置與軸承21a的距離m設成最 小，可以減低相對于橫風等的橫向載荷的彎曲應力。
上臂4，相對于筒狀轉子20設置成向下傾斜，第一端部3被安裝在 筒狀轉子20的上部，將上接合部7接合在葉片9的骨架19上，由此支承 葉片9的縱向的上方。下臂6，相對于筒狀轉子20設置成向上傾斜，第 二端部5被安裝在筒狀轉子20的下部，將下接合部8接合在葉片9的骨架
19上，由此支承葉片9的縱向的下方。
上臂4與下臂6，安裝在垂直軸型風力發電裝置的重心位置附近， 也就是筒狀轉子20的上部與下部，從而能夠均衡產生于上接合部7與下 接合部8的彎矩。
上臂4及下臂6，如圖15所示，是截面為扁平狀的中空筒，是以輕 量且堅固的鋁合金等所形成。由此，可以實現垂直軸型風力發電裝置l 的輕量化，并且根據其截面形狀，可以得到減低氣流損失、減低慣性 的效果。
第一中間臂ll，是將第三端部10安裝在筒狀轉子20的上部，設置 成水平狀，且將第一中間接合部12接合在葉片9的骨架19上，由此支承 葉片9的中間上方的主軸。第二中間臂14，是將第四端部13安裝在筒狀 轉子20的下部，設置成水平狀，且將第二中間接合部15接合在葉片9的 骨架19上，由此支承葉片9的中間下方的主軸。
第一中間臂11與第二中間臂14，安裝在垂直軸型風力發電裝置的 重心位置，也就是安裝成相對于筒狀轉子20的重心位置上下對稱，由 此來均衡產生于第一中間接合部12與第二中間接合部15的彎矩。
第一中間臂11及第二中間臂14，與如圖15所示的上臂4及下臂6同 樣地，是截面為扁平狀的中空的筒部，為了成為牢固地支承葉片9的主 軸，與上臂4及下臂6相比較粗。第一中間臂11及第二中間臂14是以輕 量且堅固的鋁合金等所形成。由此，可以實現垂直軸型風力發電裝置l 的輕量化，并且根據其截面形狀，可以得到減低氣流損失、減低慣性 的效果。
在圖13中，雖然兩根中間臂與上下臂向筒狀轉子20安裝的位置是 不同位置，可是當然也可以設成，第一中間臂11與上臂4向筒狀轉子20 安裝的位置是相同的，第二中間臂14與下臂6向筒狀轉子20安裝的位置 是相同的。
殼體22具有底座23，底座23是以適當的固定機構固定在基座上 的。而在旋轉軸2的下方，經由適當的變速機構24連結著發電機25。而 也可以將發電機25直接連結在旋轉軸2上。
接下來，說明垂直軸型風力發電裝置l的動作。
承受橫向風的葉片9會朝向旋轉軸2的圓周方向旋轉，與之伴隨筒 狀轉子20旋轉。筒狀轉子20的旋轉力，作用在由軸承21、 21a垂直地支
承著、并由承受軸方向的載荷的推力軸承30水平支承著的旋轉軸2上， 旋轉軸2旋轉，其旋轉力會傳遞到旋轉軸2下方的變速機構24然后作用 于發電機25，垂直軸型風力發電裝置進行發電。
接下來，為了得到上述構造中的垂直軸型風力發電裝置的葉片與 臂的最佳位置關系，進行了下述的試驗。
首先，如圖13及圖16示意性地示出的那樣，設葉片的縱向的長度 為c，從葉片的上端16至上接合部7的距離為a，從上接合部至第一中間 接合部12的距離為b。同樣地，設從葉片的下端17至下接合部8的距離 為a，設從下接合部8至第二中間接合部15的距離為b。
接下來，如圖16所示，設產生于上接合部7及下接合部8的彎矩為 M,，產生于第一中間接合部12及第二中間接合部15的彎矩為M2，產生于 葉片中央的彎矩為M3，產生于距離b間的彎矩為M4。
接著，利用有限元法，求出各彎矩的絕對值I M, I ~ I M4 I (以 下I Mi I )所描繪的等高線。其結果如圖17所示。這里的縱軸是b/c， 橫軸是a/c。從圖6可看出在&/。 = 0. 11、 b/c = 0. 28附近，存在有各彎 矩的絕對值I Mi I的最小值。
接著，將a/c固定在0. ll附近，將橫軸設為b/c，縱軸設為I Mi I / I M。 I ，測定使b/c變化時的I Mi I / I M。 I的大小。這里的I M。 I ， 是以中央一點來支承葉片時的彎矩的絕對值。其結果如圖18所示。從 圖7，可看出以b/c = 0. 18 ~ 0. 37，能將I Mi |抑制在| M。 |的10°/。以 下。
接著，將b/c固定在0. 28附近，將橫軸設為a/c，縱軸設為I Mi | / I M。 I ，測定使a/c變化時I Mi I / I M。 I的大小。結果如圖19所示， 可看出以a/c = 0. 02 ~ 0. 16，能將I Mi |抑制在| M。 |的10%以下。
如上所述，垂直軸型風力發電裝置l，通過設定為b/c = 0. 18-0.37， a/c = 0. 02 ~ 0. 16，則可以使離心力所造成的各彎矩M, M,最小 化。
由此，即使四根臂較細、較短、較輕，葉片仍相對于彎矩有充分 的耐久性，所以能夠提供可降低成本且輕量化的垂直軸型風力發電裝 置。
接下來說明垂直軸型風力發電裝置l的效果。
在以上所構成的垂直軸型風力發電裝置中，葉片9，是通過安裝在
筒狀轉子20的重心位置附近的兩根上下臂4、 6及兩根中間臂11、 14, 而在上下及中間兩點被支承著，且使葉片9的支承點的位置相對于筒狀 轉子20的重心位置上下對稱地均衡，所以可以使離心力所造成的產生 于葉片9的彎矩最小化。特別是如上所述，進而通過將各支承點之間的 距離最優化，則可以可靠地使彎矩最小化。而且是以截面在橫向上是 扁平的形狀且輕量化的臂所構成，所以可以減少施加于臂的阻力，可 以減低氣流損失，可以使垂直軸型風力發電裝置輕量化。
本發明的第一實施方式的垂直軸型風力發電裝置l，也可以如圖20 那樣構成。也就是說，第一中間臂11及第二中間臂14是傾斜地設置的。 第一中間臂11的第三端部10，接合在筒狀轉子20與上臂4的接合部也就 是第一端部3上，第二中間臂14的笫四端部13，接合在筒狀轉子20與下 臂6的接合部也就是第二端部5上。
在圖20中，雖然兩根中間臂與上下臂向筒狀轉子20安裝的位置是 相同位置，可是當然也可以設成，將兩根中間臂與上下臂安裝在不同 的位置。
垂直軸型風力發電裝置l,也可以作成圖21的構造。即、第一中間 臂11及第二中間臂14設置成水平的，第一中間臂11的笫三端部10接合 在上臂4上，第二中間臂14的第四端部13接合在下臂6上。由此，則可 以縮短兩#>中間臂。
第一中間臂11與第二中間臂14并不限于設置成水平的，也可以設 置成傾斜的。
接下來，根據圖22來說明垂直軸型風力發電裝置1的其它例子即垂 直軸型風力發電裝置200的構造。垂直軸型風力發電裝置200的構造與 垂直軸型風力發電裝置l相異之處，是在旋轉軸2的上方，代替筒狀轉 子20，設置有圓板18。
上臂4，設置成相對于圓板18向下傾斜，第一端部3被安裝在圓板 18的向上彎折部上，且上接合部7接合在葉片9的骨架19上，由此支承 葉片9的縱向的上部。下臂6，設置成相對于圓板18向上傾斜，第二端 部5被安裝在圓板18的向下彎折部上，且下接合部8接合在葉片9的骨架 19上，由此支承葉片9的縱向的下部。
第一中間臂ll傾斜地設置，其第三端部10安裝在圓板18的向上彎 折部上，且笫一中間接合部12安裝在葉片9的骨架19上，由此來支承葉
片9的中間上方。第二中間臂14傾斜地設置，其第四端部13安裝在圓板 18的向下彎折部上，且第二中間接合部15安裝在葉片9的骨架19上，由 此來支承葉片9的中間下方。
在圖22中，雖然兩根中間臂與上下臂向圓板18安裝的位置是相同 位置，可是當然也可以設成，將兩根中間臂與上下臂安裝在不同的位 置。
對于其它方面，與上述的垂直軸型風力發電裝置l相同，動作、效 果也一樣，通過將葉片與臂的位置關系最佳化，則也可以使彎矩最小 化，這一點也相同，所以省略其說明。
垂直軸型風力發電裝置200,也可以作成圖23的構造。即、第一中 間臂11及第二中間臂14設置成水平的，第一中間臂11的第三端部10接 合在上臂4上，第二中間臂14的第四端部13接合在下臂6上。由此，則 可以縮短兩根中間臂。
第一中間臂11與第二中間臂14并不限于設置成水平的，也可以設 置成傾斜的。
而雖然是針對本發明的優選實施方式進行了說明，而不在超過本 發明的主旨的范圍也可以加以變更。也就是說，在圖13所示的垂直軸 型風力發電裝置l中，通過將鄰接于筒狀轉子20的軸承21a的位置設成 軸方向的重心位置，則可以使橫向載荷導致的彎矩成為O。
這里雖然是將兩根中間臂ll、 14作為支承葉片9的主軸，可是也可 以將上下臂4、 6作為主軸。在這種情況下，可以將上下臂4、 6作成比 兩根中間臂ll、 14更粗，以牢固地支承葉片9。
縱向的葉片，也可以作成多片設置于旋轉軸的內周的內周的葉 片、與連結于內周的葉片而設置于外周的外周的葉片的雙重構造。在 這種情況下，支承內周的葉片的四根臂，設置成使離心力所造成的彎 矩最小化，且從內周的葉片延伸并連結 支承外周的葉片的四根臂， 設置成使離心力所造成的彎矩最小化，由此可以作成提高了相對于風 的升力的垂直軸型風力發電裝置。
圖7是表示旋轉軸的高度調節機構與旋轉軸支承機構的圖。如圖7 (a)、 (d)所示，旋轉軸的高度調節機構300，包括將安裝著葉片 303的支承部件305安裝于上部，并在下部面對面設置有切成同樣形狀 的兩個部位的筒狀的旋轉軸301、在上部沿徑向設置有多個貫通孔，并
在下部有局部缺口的棒狀的旋轉軸302、以及固定支承旋轉軸301與旋 轉軸302的固定支承棒304。
旋轉軸302有多個貫通孔302a,所以可以通過改變固定支承棒304 向貫通孔302a插入的位置來固定支承旋轉軸301與旋轉軸302，而調整 旋轉軸301的高度。而旋轉軸302,如圖7 (b)所示，下部作有缺口以 便嵌合于支承旋轉軸302下部的旋轉軸支承部件306中，且能夠卸下。 而只要旋轉軸302與旋轉軸支承部件306嵌合，也可以不是如圖7 (b) 所示的形狀，例如也可以是三角形或四邊形等多邊形，也可以是花鍵。
圖7 (c)，是表示固定支承棒304部分處的旋轉軸的截面的圖。
如果將上述實施方式與其它實施方式加以組合的話，則在各裝置 中能容易進行旋轉軸的高度調節，并且有下述效果，即、即使支柱彎 曲、或是熱膨脹，由于滑動所以也不會有不合理的力量作用。
圖9，是表示抑制旋轉軸的旋轉負荷的實施方式的一例的圖。在垂 直設置的筒部601的內部，配置有徑向滾珠軸承602、推力球軸承603、 旋轉軸604、以及觸底球軸承605。
徑向滾珠軸承602，承受垂直于旋轉軸方向的方向上的載荷，在筒 部601內壁上方被固定著，旋轉自如地支承著旋轉軸604。
推力球軸承603，承受旋轉軸方向的載荷，包括 一側的環狀的板 部件603a、另一側的環狀的板部件603b、以及多個滾珠603c。 一側的 環狀的板部件603a，在筒部601內部下方被固定成與筒部601垂直，配 置成與筒部601內壁隔開間隙。另一側的環狀的板部件603b，被固定成 與旋轉軸604垂直，配置成與旋轉軸604的外壁隔開間隙。多個滾珠 603c，夾持在板部件603a與板部件603b之間，沿著設置在它們內側的 沒有圖示的圓周方向的槽移動自如。根據上述構造，推力球軸承603旋 轉自如地支承著旋轉軸604。
旋轉軸604，在筒部601的中央部分，由徑向滾珠軸承602與推力球 軸承603旋轉自如地支承著。旋轉軸604下方的截面形成為階梯狀，嵌 合著推力球軸承603上部的環狀的板。而在旋轉軸604的觸底球軸承605 下部附近，為了與觸底球軸承605—起限制旋轉軸604朝上方的移動， 而安裝有環狀的板部件6(J6。
觸底球軸承605，在推力球軸承603的上方附近，與旋轉軸604間具 有間隙地設置在筒部601內壁上。
接下來，針對本實施方式的作用來加以說明。推力球軸承603不能 承受橫向的載荷。旋轉軸604朝橫向擺動時的載荷，集中在設于上部的 徑向滾珠軸承602上，成為相對于橫向的載荷較弱的構造。因此，在筒 體601下方設置觸底球軸承605，以該觸底球軸承605來承受旋轉軸604 擺動時的橫向的載荷，在旋轉軸604的旋轉穩定下來之前旋轉自如地支 承著旋轉軸604。當旋轉軸604開始穩定旋轉時，則旋轉軸604會從觸底 球軸承605離開。
根據本實施方式，可以代替不能承受橫向的載荷的推力球軸承 603，以觸底球軸承605來承受旋轉軸604擺動時的橫向的載荷。結果， 使旋轉軸604可穩定旋轉。
而也可代替徑向滾珠軸承602，使用徑向滾子軸承。徑向滾珠軸承 602的位置，也可以固定在筒部601的中途部分。
也可代替推力球軸承603，使用推力滾子軸承或推力磁力軸承。并 且，也可代替觸底球軸承605，使用觸底滾子軸承。而觸底球軸承605 的位置，也可以在推力球軸承603的下方附近。
圖5 (a)，是表示將電從旋轉軸放掉的實施方式的一例的圖。將 電從旋轉軸282放掉的電刷281,被設置在軸承285的外筒284的中途部 分，其前端部分與旋轉軸282相接。電刷281的接觸旋轉軸282的一側的 相反側部分連接到地面。
根據上述實施方式，可防止落雷時的損傷。
圖5 (b)，是表示將電從旋轉軸放掉的實施方式的其它例子的圖。 在旋轉軸282與支承旋轉軸的軸承285的外筒284之間設置有絕緣件 286。
根據上述實施方式，可得到與圖5 (a)的實施方式同樣的效果。 接下來，針對圖24所示的本發明的垂直軸型風力發電裝置來加以
說明。圖25，是圖24的垂直軸型風力發電裝置的筒狀旋轉體周邊部的
一例的剖視圖。
本發明的垂直軸型風力發電裝置400，如圖24及圖25所示，具備 有垂直設置的旋轉軸402、沿旋轉軸402的圓周方向安裝的縱向的兩 片葉片403、經由圓板狀的凸緣405、 406安裝在旋轉軸402上的圓筒狀 的筒狀旋轉體404 、連結該筒狀旋轉體404與各葉片403的支承部件 407、經由軸承409、 410、 411而旋轉自如i也支承旋轉軸402的筒部408、
配置在旋轉軸402下部的發電裝置412、以及支承裝置整體的基座413。 旋轉軸402,配置在垂直軸型風力發電裝置401的中心，將旋轉體 404的旋轉力傳遞到發電裝置412。
葉片403，其截面是如圖27所示的飛機機翼的截面形狀或是近似于 飛機機翼的截面形狀的形狀。而如圖28所示，葉片403構成為，當從上 面來看垂直軸型風力發電裝置400時，以筒狀旋轉體404為中心配置成 對稱狀。在本實施方式中，葉片403的數量雖然是兩片，而三片以上也 可以。而且也可以將圖28所示的兩片葉片403的一面403a與另一面403b 的朝向分別顛倒過來。
筒狀旋轉體404是截面圓形的筒體，在中心部水平地具備有板狀的 凸緣405。筒狀旋轉體404、凸緣405及葉片3配置成筒狀旋轉體404、 凸緣405、及葉片403各自的上下方向的中心線一致(參照圖25的單點 劃線)。即、如圖25所示，將從長度為L的筒狀旋轉體404的一端起L/2 的位置作為中心線，來配置筒狀旋轉體404、凸緣405、及葉片403。
筒狀旋轉體404，也可以是截面為多邊形的筒部、骨架構造的筒狀 構造、或在上下方向上為紡錘狀的筒體。
凸緣406，是用來將凸緣405可靠地固定在旋轉軸2上的部件。 支承部件407,是固定支承葉片403與筒狀旋轉體404的構造，配置 成以圖25的單點劃線為中心上下對稱。支承部件407，可以是棒狀或管 狀的構造，也可以是板狀的構造。當是管狀的構造時，也可以通過按 壓截面方向，將截面作成橢圓形，沿抑制空氣阻力的方向安裝。也可 以通過組合較細的支承部件與較粗的支承部件，達到強度與輕量化的 平衡。
在垂直設置的筒部408的內部配置有徑向滾珠軸承409、 410、旋 轉軸402、以及推力球軸承411。
徑向滾珠軸承409、 410承受垂直于旋轉軸方向的載荷，在筒部408 內壁上方及中途被固定著，旋轉自如地支承著旋轉軸402。而也可以替 代徑向滾珠軸承410，使用僅當旋轉軸402朝橫向擺動時暫時性地承受
其載荷的所謂的觸底球軸承。
推力球軸承411承受旋轉軸402的長度方向的載荷，在筒部408內壁
上，被配置在徑向滾珠軸承410下部附近。
而也可代替徑向滾珠軸承409、 410，使用徑向滾子軸承。而且也可代替推力球軸承411，使用推力滾子軸承或推力磁力軸承等。
在使用觸底球軸承的情況下，也可代替觸底球軸承，使用觸底滾 子軸承。在這種情況下，觸底球軸承的位置，也可以在推力球軸承411 的下方附近。
接下來，針對垂直軸型風力發電裝置400的作用來加以說明。
承受風的葉片403，經由支承部件407將風力所產生的動力傳遞到 筒狀旋轉體404。安裝在筒狀旋轉體404上的支承部件407和葉片403， 以圖25的單點劃線為中心取得重心的平衡地配置，且由于筒狀旋轉體 404的重心位置與軸承的設置位置的距離較小，所以筒狀旋轉體404會 在圓周方向上平衡性良好地旋轉。而且，筒狀旋轉體404，經由設置在 筒狀旋轉體404內部中央的凸緣405 、 406而將旋轉力傳遞到旋轉軸 402。旋轉軸402， 一邊由筒部408內部的軸承409、 410、 411而旋轉自 如地支承著一邊旋轉，將旋轉力傳遞到發電裝置412。結果，借助發電 裝置412來進行發電。
根據本實施方式，安裝在筒狀旋轉體404上的支承部件407或葉片 403，是以圖25的單點劃線為中心取得重心平衡地加以配置，且筒狀旋 轉體404的重心位置與軸承的設置位置的距離較小，所以筒狀旋轉體 404，會沿圓周方向平衡性良好地旋轉，而能夠減小旋轉軸402由于橫 向風造成的水平方向的彎矩。結果，旋轉軸不必很粗，可以縮小軸承 的直徑，所以可以提供能抑制機械損失，能高效率地發電，且小型并 輕量的垂直軸型風力發電裝置。
接下來，針對本發明的垂直軸型風力發電裝置400的其它例子來進 行說明。圖26，是圖24的垂直軸型風力發電裝置的筒狀旋轉體的其它 例子的剖視圖。對于與上述的垂直軸型風力發電裝置400的同樣的部分 則省略說明。
圖26的具有筒狀旋轉體404的垂直軸型風力發電裝置，雖然是與上 述的垂直軸型風力發電裝置400大致相同的構造，但在下述一點上不 同，即、筒狀旋轉體404、徑向滾珠軸承409及葉片403配置成筒狀旋 轉體404、徑向滾珠軸承409、及葉片403各自的上下方向的中心線一致 (參照圖26中的單點劃線)。具體來說，如圖26所示，將從長度為L的 筒狀旋轉體404的一端起L/2的位置作為中心線，來配置筒狀旋轉體 404、徑向滾珠軸承409、及葉片403。
接下來，針對垂直軸型風力發電裝置400的其它例子的作用來加以 說明。
承受風的葉片403，經由支承部件407將風力所產生的動力傳遞到 筒狀旋轉體404。
安裝在筒狀旋轉體404上的支承部件407和葉片403，是以圖26的單 點劃線為中心取得重心的平衡地配置，且筒狀旋轉體404的重心位置與 軸承的設置位置的距離較小，所以筒狀旋轉體404，在圓周方向上平衡 性良好地旋轉。而且，筒狀旋轉體404,經由設置在筒狀旋轉體404內 部中央的凸緣405、 406而將旋轉力傳遞到旋轉軸2。旋轉軸2， 一邊由 筒部408內部的軸承409、 410、 411旋轉自如地支承著一邊旋轉，將旋 轉力傳遞到發電裝置412。結果，借助發電裝置412來進行發電。
根據該垂直軸型風力發電裝置400的其它例子的裝置，可以得到與 上述的垂直軸型風力發電裝置400同樣的效果。
接下來，針對本發明的小型風力發電裝置的風車的安裝構造及安 裝方法來加以i兌明。
首先，針對本發明的風車裝置511來加以說明。如圖29所示，在風 車裝置511上，具有旋轉軸512、葉片513、旋轉板514、及聚風部件 515。聚風部件515,是中空的且具有切去圓錐的尖端部的形狀。在聚 風部件515的切去尖端部的面上，具有可插入旋轉軸512的孔(沒有圖 示)，在該孔中旋轉自如地插設有旋轉軸512。
在旋轉軸512的上端部附近，設置有圓盤形狀的旋轉板514，與旋 轉軸512—起旋轉。而在旋轉軸512上，連接著沒有圖示的發電機，利 用旋轉軸512的旋轉驅動力來進行發電。在旋轉板514上設置有上部 支承部件513a、與下部支承部件513b,上部支承部件513a、下部支承 部件513b，分別被固定設置在葉片513的上部與下部。
多片葉片513，經由上述的上部支承部件513a及下部支承部件513b 均勻地設置于旋轉板514上。葉片513，沿垂直于旋轉方向的方向延伸， 具有容易承受風A的彎曲形狀。風A會推動葉片513的彎曲部而使葉片 513旋轉，與此同時旋轉軸512也會旋轉。而吹向葉片513的下方的風A 的朝向，會通過聚風部件515的裙狀的側面向上方改變，由此，葉片513 旋轉。
接下來，針對在將上述的風車裝置511設置在鋼筋混凝土的建筑物
510上時的本實施方式的安裝構造來加以i兌明。如圖30所示，本實施方 式的風車安裝構造具有固定棒501、連結部件502、連接器503、以及 風車固定部件504。
風車固定部件504，設置在固定棒501的上端部。風車固定部件504 具有沒有圖示的軸承，經由軸承將風車裝置511的旋轉軸512旋轉自如 地支承在風車固定部件504上。由此，風車裝置511，被支承在固定棒 501的上端部。也可以將連接于上述的旋轉軸512上的發電機設置在風 車固定部件504內。
固定棒501，在設置著風車裝置511的上端部附近，通過連結部件 502而固定設置在建筑物510上。這里針對連結部件502來加以說明。如 圖31所示，連結部件502具有U字型配件521、螺母522、螺栓523、氯 丁橡膠525a 525b、及3字型配件524。
U字型配件521，在U字型配件上，具有孔(沒有圖示)的兩個接頭 設置在U字型配件的開口部分上。U字型的凹入部分，嵌裝著固定棒 501，使U字型配件521的接頭部分緊貼在建筑物510的壁部510a上。而 在固定棒5 01的設置有U字型配件521的部分上，有發泡橡膠也就是氯丁 橡膠525a巻裝在固定棒501上。由此，當利用U字型配件5n來固定固定 棒501時，可以毫無間隙地固定在壁部510a上，可以使固定部分更牢 固。
在經由建筑物510的壁部510a而與U字型配件521相對置的位置 上，配置有氯丁橡膠525b及3字型配件524。氯丁橡膠525b，夾設在壁 部510a與3字型配件524之間。在建筑物510的壁部51 Oa、與氯丁橡膠 525b及3字型配件524的兩端附近，設置有孔(沒有圖示)，是以各孔 重合的方式來配置氯丁橡膠525b及3字型配件524的。
從U字型配件521側將螺栓523插入到孔中，并從U字型配件521的相 反側緊固螺母522，來將U字型配件521、氯丁橡膠525b及:x字型配件524 固定在壁部510a上。此時，在螺栓523與U字型配件521之間，以及螺母 522與3字型配件524之間，分別夾設有墊團523a、以及彈簧墊闔5231)。
濾丁橡膠525b,是用來使得在3字型配件524與壁部510a之間沒有 間隙，以將rr字型配件524牢固地固定設置在壁部510a上的部件。-字 型配件524具有-字形狀，圍繞著螺母522的上下。通過設置-字形配 件524，能在緊固螺母522時，使螺母522緊固壓力分散，不會集中在一
處，使耐久性更好。
在設置于壁部510a的孔的內壁、螺母522、螺栓523、以及各墊圏 523a . 523b的表面上，分別涂敷有防水密封劑。由此，可以避免由于 下雨等導致水滲入到壁部510a內。
并且，連結部件502設置成位于固定棒501的較中央部更上方處。 由此，從連結部件502的設置位置至固定棒501的下端部的距離，比從 連結部件502的設置位置至固定棒501的上端部的距離更長，即使在有 強風施加在風車上時，也不會有很強的力量施加在后述的固定棒501與 地基509的固定部分上。
固定棒501的下端部被埋設在地基509中。如圖32 (a)及圖32 (b) 所示，固定棒501的埋設部分，在地基509中形成有深度30cm左右的孔 509a。而且，在孔509a的底部上填鋪有厚度10cm左右的砂石508。為了 固定所填鋪的砂石508，將水泥(沒有圖示)流到砂石508上。
在水泥凝固之前，在所流入的水泥上，排列設置橫向的塊體506。 塊體506，具有長方體的形狀，且具有沿垂直于長度方向的方向貫通的 孔506a。而且，將孔506a與地基509垂直時的方向作為塊體506的縱向。 在排列設置的塊體506上，再流入水泥，垂直地載置固定棒501。使縱 向載置的四個塊體506形成為卍型，來圍繞固定所載置的固定棒501。 將水泥流入形成為卍型的四個塊體506的孔506a中。并且，將土裝填到 孔509a中，來固定固定棒501與地基509。
固定棒501，可裝卸地連結著多個管體501a . 501b..，形成為一 根圓柱狀的棒體。如圖33(a)所示，管體501a . 501b是圓筒狀，在其 任一端，設置有較該圓筒狀d、一圈的圓筒部。通過使管體501a的設置 有小一圈的圓筒部的一端與管體501b的沒有設置d、一圈的圓筒部的一 端嵌合，來連結管體501a 501b。
連接器503，以覆蓋管體501a'501b的連結部分的方式固定著連結 部分。連接器503，具有能夠圍繞管體501a'501b (固定棒501)的中空 的圓柱狀的配件。并且，圃柱狀的配件的一部分被作成缺口，在該缺 口部分，設置有具有孔(沒有圖示)的兩個接頭，該兩個接頭可隔離 地重疊著。通過將兩個接頭朝向相反方向打開，缺口部分打開，而可 以將管體501a'501b嵌裝在連接器503的中空的圓柱狀的配件中。
在將管體501a'501b嵌裝于連接器503中的狀態下，從位于連接器
503的接頭上的孔的一邊將螺栓523插入，再從另一邊緊固螺母522,從 而管體5 01a'5 01b被連接器5 03固定。
接下來，針對風車裝置511的安裝方法來加以說明。首先，如上所 述，在地基509上形成孔509a，將固定棒501垂直地固定于地基509上。 在固定棒501的較中央部靠上方的區域，借助連結部件502來將固定棒 501固定在建筑物510上。
并且，將具有軸承的風車固定部件504設置在固定棒501的上端。 以經由風車固定部件504的軸承而旋轉自如地支承風車裝置511的旋轉 軸512的方式，來將風車裝置511設置在風車固定部件504上。
如以上說明的那樣，根據本發明，通過使固定棒501與建筑物510 的連結位置在固定棒501的較中央部靠上方處，從連結位置到固定棒 5 01的下端部的距離，比從連結位置到固定棒501的上端部的距離更 長。因此，在將連結位置考慮為支點時，即使在由于強風而有很大的 力量施加在風車裝置511時，在與地基509固定在一起的固定棒501的下 端部，由于力平衡關系的原因，也不會有很大的力量作用。由此，不 需要將固定棒501牢固地固定在地基509上，從而不需要將孔509a挖掘 得很深，使得設置作業更容易進行。由此還可以抑制設置費用的增加。 而由于固定棒501是可裝卸地連結著多個管體501a'5 01b…，所以容易 進行搬運。
在本實施方式中，雖然是針對將風車裝置511固定在鋼筋混凝土的 建筑物510上的情況來敘述，而作為變形例，也可以固定在木造的房屋 上。在這種情況下，如圖34所示，是借助具有固定配件526的連結部件 505來將固定棒501固定設置在木造的柱子520上。固定配件526，其U 字形配件521的接頭具有與木造的柱子520大致相同的寬度，并且在接 頭部分上設置有夾持柱子520的配件。在夾持柱子520的配件及柱子520 上，設置有沒有圖示的孔，固定配件526設置成各自的孔重合。
與U字形配件521同樣地，使固定棒501巻裝在固定配件526的U字形 部分的凹部中，并使其緊貼以夾持柱子520。此時，在固定棒501的接 觸固定配件526與柱子520的部分上，巻裝著氯丁橡膠525a。而且，向 孔中從一邊插入螺栓523，且從另一邊緊固螺母522 ，由此固定棒501 被固定在柱子520上。在螺栓523與固定配件526之間，以及螺母5"與 固定配件526之間，分別夾設著墊圏523a、彈簧墊圏523b。而在設置于
柱子520上的孔的內壁、螺母523、以及各墊圏523a、 523b的表面上， 分別涂敷有防水密封劑，可以避免水滲入到柱子520內。
雖然是基于優選實施方式對本發明進行的說明，但本發明可在不 超過其主旨的范圍內加以變更。
例如，固定所說明的固定棒501的連結部件502及連接器503的構 造，并不限定于本實施方式所說明的構造，將固定棒501埋設于地基中 的構造也不限于此。當然，形成于地基509上的孔509a的具體深度的數 值，并不限定于此。雖然是連結多根管體來將固定棒501形成為一根圓 柱，而也可以使用較長的一根棒體，也可以不是圓柱狀的構造。而管 體501a'501b...的連結構造，并不限定于上述實施方式。例如，也可 以使用螺栓式的構造作為連結部分。
風車裝置511，并不限定于本實施方式中說明的風車裝置。并且， 將風車裝置固定在固定棒501上的風車固定部件504的構造，也可以是 本實施方式所說明的構造之外的構造。
固定棒501，借助連結部件502而被固定在建筑物510上，但也可以 在多個位置將固定棒501固定在建筑物510上。在這種情況下，也可以 在固定棒501的中央部起下方部分將固定棒501連結在建筑物510上。在 風車裝置511的安裝方法中，并不限定于本實施方式所說明的安裝順 序。
接下來，針對本發明的風力發電廠來加以說明。
本發明的一實施方式的防風用風力發電廠610,如圖35的概略圖所 示，具備有設置于海岸線等的預定位置上的多個垂直軸型風力發電裝 置601。作為該垂直軸型風力發電裝置601，可以使用上述的各垂直軸 型風力發電裝置或風車裝置。
圖36是表示防風用風力發電廠的設置例子的概略圖，(a)是表示 將垂直軸型風力發電裝置在平坦的地面上沿著海岸線僅配置一列的情 況的圖，(b)是表示在(a)的列的陸地側配置有第二列垂直軸型風 力發電裝置的情況的圖。內側的圓部分是表示中心軸602，外側的圓是 表示葉片603的旋轉軌道。而葉片603的截面形狀，最好是飛機機翼的 截面形狀。
在圖36(a)中，垂直軸型風力發電裝置601，以等間隔沿著海岸 線配置成一列。各垂直軸型風力發電裝置601，為了防止各葉片彼此的
接觸，設置成離開從旋轉軸602的中心到葉片603最外部的距離(旋轉 半徑)的兩倍以上即可。
這樣，由于使用具有縱向的葉片603的垂直軸型風力發電裝置 601，所以可以將各垂直軸型風力發電裝置601彼此接近設置，可以有 效地防風，同時也可進行發電。
在圖36 (b)的防風用風力發電廠630中，在圖36 (a)的防風用風 力發電廠620列的陸地側設置有第二列的垂直軸型風力發電裝置，相鄰 的垂直軸型風力發電裝置以等間隔配置。
由于使用具有縱向的葉片603的垂直軸型風力發電裝置601，所以 可以將各垂直軸型風力發電裝置601彼此接近地緊密設置，可以比圖36 (a)所示的發電廠更有效地防風，同時也可進行發電。
在上述的防風用風力發電廠620、 630中，雖然是示出了將垂直軸 型風力發電裝置601排列成一列及兩列的情況，但并不限于此，即使是 排列了三列以上的垂直軸型風力發電裝置601的防風用風力發電廠也 可以。
接下來，在圖37中表示防風用發電廠的其它例子。如圖37所示， 即使沿著海岸線附近的稜角線設置，也可有效地防風，同時也可進行 發電。
接下來在圖38中表示防風用風力發電廠的其它例子。圖38，是表 示各垂直軸型風力發電裝置的葉片的高度位置不同的防風用風力發電 廠的概略圖，(a)是配置成從上面來看防風用風力發電廠時葉片的旋 轉軌跡在一點重疊的發電廠的側視圖，(b)是配置成從上面來看防風 用風力發電廠時葉片的旋轉軌跡重疊的發電廠的側視圖。
如圖38(a)所示，防風用風力發電廠650,以下述方式將各垂直 軸型風力發電裝置601配置成一列，即、當從上面看防風用風力發電廠 65 0時，垂直軸型風力發電裝置601a中配置在上層的葉片603的旋轉軌 跡，與垂直軸型風力發電裝置601b中配置在下層的葉片603的旋轉軌跡 在一點上重疊(參照圖38 (a)的虛線)。
通過這樣配置，可以有效地捕捉上下的風，可以有效地防風，同 時也可進行發電。
如圖38 (b)所示，以下述方式將各垂直軸型風力發電裝置601緊 密地配置成一列，即、當從上面看防風用風力發電廠651時，垂直軸型
風力發電裝置651a中配置在上層的葉片603的旋轉軌跡，與垂直軸型風 力發電裝置601b中配置在下層的葉片603的旋轉軌跡重疊。
通過這樣配置，可以比圖38 (a)所示的防風用風力發電廠650更 有效地捕捉上下的風，可以有效地防風，同時可進行發電。
在圖38 (a) 、 (b)中，雖然是示出了將垂直軸型風力發電裝置 配置為一列的情況，但并不限于此，配置為兩列以上也可以。另外， 葉片603的位置雖然是設為垂直軸型風力發電裝置601a、 601b的上下兩 層，而也可以設成三層以上。
也可以設成由圖38 (b)與圖36 (b)的組合所構成的防風用風力 發電廠。并且，也可以設成具有三列以上的垂直軸型風力發電裝置601 的防風用風力發電廠。
工業實用性
由于能夠提供利用風這一自然能源的高效率的風力發電裝置和發 電廠，而能夠有助于解決環境問題。
權利要求
1.一種垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以及多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其特征在于，上述旋轉軸包括上述葉片側的上側旋轉軸、發電機側的下側旋轉軸、以及兩旋轉軸的嵌合部，上述嵌合部形成為，傳遞轉矩的部分具有嵌合間隙。
2. —種垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以及 多片沿上述旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其特征在于，具備有筒狀部件，在內部配置上述旋轉軸；徑向軸承，配置在 上述筒狀部件內部的上方或中途部分，旋轉自如地支承上述旋轉軸； 推力軸承，配置在上述筒狀部件內部的下方，旋轉自如地支承上述旋 轉軸；軸承，在上述推力軸承的附近，與上述旋轉軸間具有間隙地設 置在上述筒狀部件內壁上；上述旋轉軸當朝橫向擺動時，與上述設置在筒狀部件內壁上的軸 承接觸。
3. —種垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以及 多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其特征在于，設置有將電從上述旋轉軸放掉的電刷，或者在上述旋轉軸與支承 該旋轉軸的軸承的外筒之間設置有絕緣件。
4. 一種垂直軸型風力發電裝置，具有垂直設置的旋轉軸、以及 多片沿上述旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片，其特征在于，還具備有與上述旋轉軸的中心軸同心地配置在上述旋轉軸上部 附近的筒狀旋轉體、平面呈水平地設置在上述筒狀旋轉體內部的板狀 部件、以及旋轉自如地支承上述旋轉軸的軸承，上述筒狀旋轉體，在上述筒狀旋轉體內的上下方向中心附近，經 由上述板狀部件連接在上述旋轉軸上，上述軸承，配置在上述連接的位置的正下方附近。
5. 如權利要求4所述的垂直軸型風力發電裝置，其特征在于，上 述板狀部件的位置位于上述筒狀旋轉體的上下方向中心位置上。
6. 如權利要求4所述的垂直軸型風力發電裝置，其特征在于，配 置上述軸承的位置位于上述筒狀旋轉體的上下方向中心位置上。
7. —種小型風力發電裝置的風車的安裝構造，將具有垂直設置的旋轉軸、以及多片沿上述旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片的小型 風力發電裝置的風車安裝在建筑物上，其特征在于，具有以上端部支承上述風車并且下端部固定在地基中的固定棒、以及將上述固定棒的較中央部靠上方的區域的至少一部分連結于 上述建筑物上的連結部件。
8. 如權利要求7所述的小型風力發電裝置的風車的安裝構造，其 特征在于，上述固定棒是通過以可裝卸的方式連結多個管體而形成 的。
9. 一種小型風力發電裝置的風車的安裝方法，將具有垂直設置的 旋轉軸、以及多片沿上述旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片的小型 風力發電裝置的風車安裝在建筑物上，其特征在于，將上述風車安裝在固定棒的前端部上，并且將該固定棒的下端部 固定在地面上之后，將該固定棒的較中央部靠上方的區域的至少一部 分連結于上述建筑物上。
10. —種防風用風力發電廠，具備多個具有垂直設置的旋轉軸、 以及多片沿該旋轉軸的圓周方向安裝的縱向的葉片的垂直軸型風力發 電裝置，其特征在于，各上述垂直軸型風力發電裝置緊密配置，且使得相鄰的上述垂直 軸型風力發電裝置的葉片彼此在旋轉中不會接觸。
11. 如權利要求10所述的防風用風力發電廠，其特征在于，相鄰 的上述垂直軸型風力發電裝置的葉片的設置位置的高度不同。
12. 如權利要求10或11所述的防風用風力發電廠，其特征在于， 上述葉片的截面形狀是飛機機翼的截面形狀。
全文摘要
本發明提供能使葉片穩定旋轉，且通過輕量化而使葉片的旋轉更順暢，由此可提升發電效率的垂直軸型風力發電裝置、能夠容易地設置在建筑物的上部的風力發電裝置的風車的安裝構造及安裝方法、以及使用沿著海岸線設置的垂直軸型風力發電裝置或風車而防風的防風用風力發電廠。
文檔編號F03D3/00GK101113716SQ20071013870
公開日2008年1月30日 申請日期2004年1月7日 優先權日2003年6月9日
發明者三木利夫, 三毛博雄, 今林弘資, 佐藤雄志, 加藤一路, 塩崎明, 大久保和夫, 齋藤伸浩, 木村哲行, 松永智彥, 片岡弘樹, 田村英樹 申請人:神鋼電機株式會社