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公開番号2025086244
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-06
出願番号2023200170
出願日2023-11-27
発明の名称垂直軸風車
出願人日軽金アクト株式会社,国立大学法人鳥取大学
代理人個人
主分類F03D 7/06 20060101AFI20250530BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】風車自体の大型化に対応すべくより高強度でかつ可動翼の取付、取外しを容易にして保守点検を容易にする過回転抑制機構を備える垂直軸風車を提供する。
【解決手段】発電部を有する基部と、上記基部に対して垂直軸周りに回転する回転部と、上記回転部に固定アームを介して連結されて垂直軸周りに回転する複数の風車翼と、を備える垂直軸風車であって、固定アーム14に一対の垂直アーム17を垂設し、上記両垂直アーム17を結ぶ回転軸35の軸周りに回転可能な過回転抑制用の可動アーム15を有し、可動アーム15に、風車の回転時に生じる遠心力の作用によって可動アーム15を回転軸35の軸周りに傾斜させ、上記風車の回転停止時には可動アーム15を初期状態に戻す補助翼16を設ける。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
発電部を有する基部と、上記基部に対して垂直軸周りに回転する回転部と、上記回転部に固定アームを介して連結されて垂直軸周りに回転する複数の風車翼と、を備える垂直軸風車であって、
上記固定アームに垂設される一対の垂直アームと、
上記両垂直アームを結ぶ回転軸の軸周りに回転可能な過回転抑制用の可動アームと、
上記可動アームに設けられ、上記風車の回転時に生じる遠心力の作用によって上記可動アームを上記回転軸の軸周りに傾斜させ、上記風車の回転停止時には上記可動アームを初期状態に戻す過回転抑制誘導体と、を具備する、
ことを特徴とする垂直軸風車。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載の垂直軸風車であって、
上記過回転抑制誘導体は、上記可動アームの下部における上記回転軸に対して回転方向の前縁側又は後縁側の偏倚位置に設けられている、
ことを特徴とする垂直軸風車。
【請求項３】
請求項１に記載の垂直軸風車であって、
上記風車翼と上記固定アーム、上記垂直アーム、上記可動アーム及び上記過回転抑制誘導体は、同形状の中空部を有する翼型断面形状に形成されている、
ことを特徴とする垂直軸風車。
【請求項４】
請求項３に記載の垂直軸風車であって、
上記垂直アームは、上記中空部内に長手通しに挿入固定される垂直ブラケットを有し、
上記垂直ブラケットは、上記固定アームの上記中空部内に挿入固定されるブラケットを貫通する固定部材によって連結されている、
ことを特徴とする垂直軸風車。
【請求項５】
請求項４に記載の垂直軸風車であって、
上記垂直ブラケットと、上記固定アームの上記中空部内に挿入固定される上記ブラケットは、上記中空部の一部を構成する区画された中空部内に挿入固定される同一の断面形状に形成されている、
ことを特徴とする垂直軸風車。
【請求項６】
請求項３に記載の垂直軸風車であって、
上記過回転抑制誘導体は、該過回転抑制誘導体の頂部における上記中空部内に挿入固定される下補強ブラケットを有し、
上記下補強ブラケットは、上記可動アームの上記中空部内に挿入固定される上補強ブラケットを貫通する固定部材にて連結されている、
ことを特徴とする垂直軸風車。
【請求項７】
請求項６に記載の垂直軸風車であって、
上記下補強ブラケットと、上記上補強ブラケットは、上記中空部の一部を構成する区画された中空部内に挿入固定される同一の断面形状に形成されている、
ことを特徴とする垂直軸風車。
【請求項８】
請求項６に記載の垂直軸風車であって、
上記上補強ブラケットを貫通する上記固定部材は、上記可動アームと上記過回転抑制誘導体との間に介在される筒状スペーサ内に挿通されている、
ことを特徴とする垂直軸風車。
【請求項９】
請求項１に記載の垂直軸風車であって、
上記回転軸は、上記垂直アームと上記可動アームのいずれか一方に一体化され、かつ上記垂直アームと上記可動アームとの他方の部材に相対回転可能に形成され、
上記回転軸と上記他方の部材とを相対回転させるモーメントに対抗した反力トルクを発生させるダンパ機構を更に具備する、
ことを特徴とする垂直軸風車。
【請求項１０】
請求項９に記載の垂直軸風車であって、
上記ダンパ機構は、上記回転軸と上記他方の部材とが相対回転する相対速度に応じて上記反力トルクが大きくなるオイルダンパを含む、
ことを特徴とする垂直軸風車。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉛直方向に配置された風車翼で発生する揚力により回転することで発電する垂直軸風車に関するもので、更に詳細には、過回転抑制機構を備える垂直軸風車に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、発電部を有する基部と、上記基部に対して垂直軸周りに回転する回転部と、上記回転部にアームを介して連結されて垂直軸周りに回転する複数の風車翼（主翼）と、を備える垂直軸風車は、その性能が風向に依存しないため、構造がシンプルになり、低コスト化に向いているとされている。
また、最近では、小形垂直軸風車を密集配置することにより、単位設置面積当りの出力が、大型の水平軸風車の風力発電所（ウインドファーム）以上になる可能性も示されており、再生可能エネルギーの導入促進において小形垂直軸風車のウインドファーム実現も期待されている。
【０００３】
一方、垂直軸風車は、性能が風向に依存しない特性であるがために、制動コントロールが難しいという一面も有する。すなわち、水平軸風車では尾翼（側翼）などを使用して、風車のロータ面（翼の回転する面）を風向に正対する向きからそらすこと（ファーリング）で、過回転を比較的容易に防止できるが、垂直軸風車では風向に依存しないため、ファーリングは不可能である。
【０００４】
そこで、垂直軸風車の回転速度に応じて垂直軸風車の回転方向に対抗する空力ブレーキトルクを発生させる過回転抑制機構が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された過回転抑制機構は、回転部と主翼とに連結されたアームの長手方向を回転軸中心として回動する可動翼と、その可動翼の前縁側、または後縁側から鉛直方向に垂下した過回転抑制誘導体とによって構成されている。
【０００５】
したがって、垂直軸風車の回転速度に応じて過回転抑制誘導体に作用する遠心力は、可動翼の前縁を鉛直方向における上側または下側に回動させる方向のモーメントとして可動翼に作用する。また、可動翼には、可動翼に作用する空気力によるモーメント、可動翼の自重に応じたモーメント、過回転抑制誘導体に作用する空気力によるモーメント、過回転抑制誘導体の重量に応じたモーメント、及び可動翼に作用する遠心力に応じたモーメントが可動翼の迎角を変更するように作用する。
【０００６】
すなわち、特許文献１に記載された垂直軸風車は、可動翼に作用するモーメントの大小関係に応じて可動翼の迎角が変化して、垂直軸風車を回転させるトルクに対抗した抵抗トルクを発生させ垂直軸風車の過回転を抑制するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０２２－１０８９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の垂直軸風車では、可動翼が、固定アームに直列的に結合されており、可動翼がアームの長手方向を回転軸中心として回動する構造であるため、可動翼の回転軸が固定アームと同等の荷重を担う必要があり、風車自体を大型化すると、それに対応する強度のものを製造するには、可動翼の回転軸の構造的強度が不足する懸念がある。
また、アームと同軸上に可動翼が取り付けられているため、可動翼の取外しが困難であり、風車自体の保守点検に問題が生じる懸念がある。
【０００９】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、風車自体の大型化に対応すべくより高強度でかつ可動翼の取付、取外しを容易にして保守点検を容易にする過回転抑制機構を備える垂直軸風車を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために、この発明は、発電部を有する基部と、上記基部に対して垂直軸周りに回転する回転部と、上記回転部に固定アームを介して連結されて垂直軸周りに回転する複数の風車翼と、を備える垂直軸風車であって、上記固定アームに垂設される一対の垂直アームと、上記両垂直アームを結ぶ回転軸の軸周りに回転可能な過回転抑制用の可動アームと、上記可動アームに設けられ、上記風車の回転時に生じる遠心力の作用によって上記可動アームを上記回転軸の軸周りに傾斜させ、上記風車の回転停止時には上記可動アームを初期状態に戻す過回転抑制誘導体と、を具備することを特徴とする（請求項１）。
（【００１１】以降は省略されています）

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