特許 6057198 垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6057198

(24)【登録日】2016年12月16日

(45)【発行日】2017年1月11日

(54)【発明の名称】垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/06 20060101AFI20161226BHJP

【ＦＩ】

   F03D3/06 E

   F03D3/06 D

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-543984(P2015-543984)

(86)(22)【出願日】2013年11月21日

(65)【公表番号】特表2016-502620(P2016-502620A)

(43)【公表日】2016年1月28日

(86)【国際出願番号】KR2013010621

(87)【国際公開番号】WO2014081219

(87)【国際公開日】20140530

【審査請求日】2015年6月30日

(31)【優先権主張番号】10-2012-0132723

(32)【優先日】2012年11月22日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】515124635

【氏名又は名称】コリア、ロパックス

(74)【代理人】

【識別番号】100071054

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 高久

(72)【発明者】

【氏名】ノ、ヨン−ギュ

【審査官】 加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】 韓国公開特許第１０−２００２−００２３７９５（ＫＲ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１１−００６０７７４（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ ３／００−３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直動力軸と、
前記垂直動力軸に独立して設けられ、風向変化により連動回転する風向連動部材と、
前記風向連動部材に垂直に固定され、側面の外周縁に沿って、軌道レールが形成されたチルトドラムと、
前記チルトドラムを中心に、風力によって水平方向に公転しながら、垂直動力軸に回転力を与え、羽根ステムと羽根板からなる羽根部材と、
前記羽根ステムの端中心に一端が固定され、他端は、前記軌道レールに設けられて、羽根部材の公転時に、軌道レールに沿って移動するチルトガイドとを含み、
前記軌道レールは、羽根部材の公転経路から両側に同一の距離離隔すると共に、１８０゜間隔をもって相互形成されながら、斜線状の一対の転換レール部に相互連結される直線状の正レール部と逆レール部とからなり、
前記チルトガイドは、前記羽根部材の正方向(風向と同一の方向)公転する場合、正レール部に沿って移動しながら、前記羽根板が風向と垂直になるようにし、逆方向(風向の反対方向)公転する場合、逆レール部に沿って移動しながら、羽根板が風向と水平になるようにし、一対の転換レール部を通しながら、羽根板が風向と垂直又は水平に傾斜するように、羽根部材をそれぞれ９０゜自転させることを特徴とする垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置。

【請求項2】

前記垂直動力軸に固定されて垂直動力軸と共に回転され、ステム支持管が設けられた羽根支持部材を、更に含み、
前記羽根部材は、羽根ステムが前記ステム支持管を通して、羽根支持部材に自転自在に設けられることを特徴とする請求項１に記載の垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置。

【請求項3】

垂直動力軸と、
前記垂直動力軸に独立して設けられ、風向変化により連動回転される風向連動部材と、
前記垂直動力軸と動力伝達可能に結合されながら、風向連動部材を水平方向に貫通して設けられる水平回転軸と、
前記風向連動部材に水平に固定され、側面の外周縁に沿って、軌道レールが形成されたチルトドラムと、
前記チルトドラムを中心に、風力により垂直方向公転しながら、水平回転軸に回転力を与え、羽根ステムと羽根板からなる羽根部材と、
前記羽根ステムの端中心に一端が固定され、他端は、前記軌道レールに設けられて、羽根部材の公転時に、軌道レールに沿って移動するチルトガイドとを含み、
前記軌道レールは、羽根部材の公転経路から両側に同一の距離離隔すると共に、１８０゜間隔をもって相互形成されながら、斜線状の一対の転換レール部に相互連結される直線状の正レール部と逆レール部とからなり、
前記チルトガイドは、前記羽根部材の正方向(風向と同一の方向)公転の場合、正レール部に沿って移動しながら、前記羽根板が風向と垂直になるようにし、逆方向(風向の反対方向)公転の場合、逆レール部に沿って移動しながら、羽根板が風向と水平になるようにし、一対の転換レール部を通しながら、羽根板が風向と垂直又は水平に傾斜するように、羽根部材をそれぞれ９０゜自転させることを特徴とする垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置。

【請求項4】

前記水平回転軸に固定されて水平回転軸と共に回転され、ステム支持管が設けられた羽根支持部材を、更に含み、
前記羽根部材は、羽根ステムが前記ステム支持管を通して、羽根支持部材に自転自在に設けられることを特徴とする請求項３に記載の垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置。

【請求項5】

前記チルトガイドは、前記羽根板と４５の゜角度をなすことを特徴とする請求項１又は３に記載の垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置。

【請求項6】

前記軌道レールに設けられるチルトガイドの他端には、羽根部材の公転時に、軌道レールに沿って回転運動するレールローラが備えられることを特徴とする請求項１又は３に記載の垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置。

【請求項7】

垂直型風力発電機の垂直動力軸に、風力による回転力を与える回転羽根装置であって、
前記垂直動力軸とギア結合され、軸線が風向とは垂直をなしながら、地面とは水平な水平回転軸と、
前記水平回転軸に自転自在に設けられる羽根ステムと、前記羽根ステムに固定される羽根板とを有し、前方側から吹き込む風によって、前記水平回転軸を中心に公転することで、水平回転軸に回転力を与える羽根部材と、
前記羽根ステムに形成され、前記羽根板の板面に対して水平方向に突出する正ガイドと、垂直方向に突出する逆ガイドとからなるガイド部材と、
前記羽根部材が前方側から後方側に正方向(風向と同一の方向)公転する場合、前記正ガイドが挿入案内される正軌道溝と、後方側から前方側に逆方向(風向と反対方向)公転する場合、前記逆ガイドが挿入案内される逆軌道溝とが形成され、前記正軌道溝の後方側と逆軌道溝の前方側とにはそれぞれ、案内される正ガイドと逆ガイドの回転を誘導して、羽根部材を９０゜自転させる回転誘導傾斜部が形成され、羽根部材が前記正方向に公転するときは、羽根板の板面が風向と垂直になるようにし、前記逆方向に公転するときは、風向と平行になるようにする羽根チルト部材とを含むことを特徴とする垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置であって、
前記正軌道溝と逆軌道溝とは、前記水平回転軸を中心にそれぞれ、上側と下側に対称の円弧状に同心円上に形成され、
前記回転誘導傾斜部は、正軌道溝又は逆軌道溝の底面から有線状に上向き傾斜して形成され、下端には、係止段差部が形成されることを特徴とする垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置。

【請求項8】

前記回転誘導傾斜部により正ガイド又は逆ガイドが回転するとき、対応する逆ガイド又は正ガイドが連動して回転できるように、前記正軌道溝の前方側と前記逆軌道溝の後方側とには、前記回転誘導傾斜部と逆に下向き傾斜する形態の回転印加傾斜部がそれぞれ形成されることを特徴とする請求項７に記載の垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力発電効率を極大化することができる垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置に関する。

【背景技術】

【0002】

風力発電装置は、回転軸が地面に水平に設置される水平型風力発電装置と、垂直に設置される垂直型風力発電装置とに分けられるが、垂直型風力発電装置は、水平型風力発電装置と比較して、風の方向によらずに発電が可能であり、また、設置コストが安く、メインテナンスが容易であることに対して、発電効率が低下するという不都合がある。

【0003】

この理由は、図１５に示しているように、回転羽の一側(а１)は、風力と同じ正方向回転をしながら、風(Ｗ)のエネルギーを、回転軸(ｂ)の回転力に変換させるが、他側(а２)は、風向と反対の逆方向回転をしながら、抵抗として作用して、エネルギーの変換効率を低下するためである。

【0004】

本発明者は、このような問題を解決するために、垂直型風力発電装置用チルト式回転羽根装置に対して、特許を受けており(大韓民国登録特許第10-1180832号)、該特許は、羽根部材の羽根板が逆方向の回転時には、風向と水平となり、正方向の回転時には、風向と垂直になるように傾斜させる構成であり、羽根部材の逆転による抵抗力を最小化して、風力発電効率を増大するものである。

【0005】

しかし、前記特許の場合、チルト構成が、固定ギアと回転ギア、一対の羽根ガイドとからなり、構成が極めて複雑であり、製造コストが増加すると共に、ギアの損傷や破損などで、長時間の安定したチルト作動が困難であり、これにより、メインテナンスに注意しなければならないという不都合がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、従来の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、羽根部材を傾斜して、風力発電効率を増大すると共に、構成が単純で且つ安定したチルト作動が可能であるようにチルト構造を改善することにより、メインテナンスも容易であり、長時間の安定した使用が可能な垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記の目的を達成するための本発明の一つの課題解決手段として、
垂直動力軸と、前記垂直動力軸に独立して設けられ、風向変化により連動回転する風向連動部材と、前記風向連動部材に垂直に固定され、側面の外周縁に沿って、軌道レールが形成されたチルトドラムと、前記チルトドラムを中心に、風力によって水平方向に公転しながら、垂直動力軸に回転力を与え、羽根ステムと羽根板からなる羽根部材と、前記羽根ステムの端中心に一端が固定され、他端は、前記軌道レールに設けられて、羽根部材の公転時に、軌道レールに沿って移動するチルトガイドとを含み、前記軌道レールは、羽根部材の公転経路から両側に同一の距離離隔すると共に、１８０゜間隔をもって相互形成されながら、斜線状の一対の転換レール部に相互連結される直線状の正レール部と逆レール部とからなり、前記チルトガイドは、前記羽根部材の正方向(風向と同一の方向)公転する場合、正レール部に沿って移動しながら、前記羽根板が風向と垂直になるようにし、逆方向(風向の反対方向)公転する場合、逆レール部に沿って移動しながら、羽根板が風向と水平になるようにし、一対の転換レール部を通しながら、羽根板が風向と垂直又は水平に傾斜するように、羽根部材をそれぞれ９０゜自転させることを特徴とする垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置が開示される。

【0008】

また、本発明の他の課題解決手段として、
垂直動力軸と、前記垂直動力軸に独立して設けられ、風向変化により連動回転される風向連動部材と、前記垂直動力軸と動力伝達可能に結合されながら、風向連動部材を水平方向に貫通して設けられる水平回転軸と、前記風向連動部材に水平に固定され、側面の外周縁に沿って、軌道レールが形成されたチルトドラムと、前記チルトドラムを中心に、風力により垂直方向公転しながら、水平回転軸に回転力を与え、羽根ステムと羽根板からなる羽根部材と、
前記羽根ステムの端中心に一端が固定され、他端は、前記軌道レールに設けられて、羽根部材の公転時に、軌道レールに沿って移動するチルトガイドとを含み、前記軌道レールは、羽根部材の公転経路から両側に同一の距離離隔すると共に、１８０゜間隔をもって相互形成されながら、斜線状の一対の転換レール部に相互連結される直線状の正レール部と逆レール部とからなり、前記チルトガイドは、前記羽根部材の正方向(風向と同一の方向)公転の場合、正レール部に沿って移動しながら、前記羽根板が風向と垂直になるようにし、逆方向(風向の反対方向)公転の場合、逆レール部に沿って移動しながら、羽根板が風向と水平になるようにし、一対の転換レール部を通しながら、羽根板が風向と垂直又は水平に傾斜するように、羽根部材をそれぞれ９０゜自転させることを特徴とする垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置も開示される。

【0009】

更に、本発明の他の課題解決手段として、
垂直型風力発電機の垂直動力軸に、風力による回転力を与える回転羽根装置であって、前記垂直動力軸とギア結合され、軸線が風向とは垂直をなしながら、地面とは水平な水平回転軸と、前記水平回転軸に自転自在に設けられる羽根ステムと、前記羽根ステムに固定される羽根板とを有し、前方側から吹き込む風によって、前記水平回転軸を中心に公転することで、水平回転軸に回転力を与える羽根部材と、前記羽根ステムに形成され、前記羽根板の板面に対して水平方向に突出する正ガイドと、垂直方向に突出する逆ガイドとからなるガイド部材と、前記羽根部材が前方側から後方側に正方向(風向と同一の方向)公転する場合、前記正ガイドが挿入案内される正軌道溝と、後方側から前方側に逆方向(風向と反対方向)公転する場合、前記逆ガイドが挿入案内される逆軌道溝とが形成され、前記正軌道溝の後方側と逆軌道溝の前方側とにはそれぞれ、案内される正ガイドと逆ガイドの回転を誘導して、羽根部材を９０゜自転させる回転誘導傾斜部が形成され、羽根部材が前記正方向に公転するときは、羽根板の板面が風向と垂直になるようにし、前記逆方向に公転するときは、風向と平行になるようにする羽根チルト部材とを含むことを特徴とする垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置が開示される。

【発明の効果】

【0010】

本発明による垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置によると、羽根部材のチルト作動により、風力による正方向の回転力だけが垂直動力軸に与えられることにより、風力発電効率を増大することができ、特に、羽根部材のチルトが、従来のギア作動方式とは異なり、軌道レールに沿って移動する単一のチルトガイドのみによって行われる構成であるので、構成が簡単で製造コストが節減されると共に、羽根部材のチルト作動が長時間安定し且つスムーズに行われるというメリットがある。

【0011】

また、羽根部材が地面に垂直方向に回転する構造であるので、垂直動力軸を中心に設置半径を大幅縮小することができ、これより、設置空間上の制約を大いに受けることなく、容易に設置することができるというメリットがある。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、第１実施例による全体的な構成を示す正面図である。

【図2】図２は、図１の断面構成図である。

【図3】図３は、第１実施例によるチルトドラムを示す図である。

【図4】図４は、第１実施例による羽根部材及びチルトガイドを示す図である。

【図5】図５は、第１実施例による羽根部材の公転を示す図である。

【図6】図６は、第２実施例による全体的な構成を示す正面図である。

【図7】図７は、図６の断面構成図である。

【図8】図８は、第２実施例による羽根部材の公転を示す図である。

【図9】図９は、第３実施例による全体的な構成を示す正面図である。

【図10】図１０は、図９の断面構成図である。

【図11】図１１は、羽根部材と羽根チルト部材の分解斜視図である。

【図12】図１２は、羽根部材と軸本体の分解斜視図である。

【図13】図１３は、羽根チルト部材の側面図である。

【図14】図１４は、ガイド部材の回転作動を示す断面図である。

【図15】図１５は、従来の垂直型風力発電装置の羽根回転を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付の図面を参照して、本発明の望ましい実施例を詳しく説明することにする。

【0014】

まず、明細書の全般で使用している用語において、自転は、回転軸に関係なく、羽根部材自体が、羽根ステムを回転中心に回転することをいい、公転は、羽根部材が回転軸を回転中心に回転することをいう。

【0015】

また、正方向は、風向と同一の方向を、逆方向は、風向の逆方向をいい、それで、正方向公転は、羽根部材が公転角０゜〜１８０゜の範囲内で風向と同一の方向に回転することを、また、逆方向公転は、羽根部材が公転角１８０゜〜３６０゜(又は０゜)の範囲内で風向と逆方向に回転することをいう。

【0016】

図１乃至図５は、本発明の第１実施例を示す図であり、第１実施例による垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置１００は、垂直動力軸１１０と、風向連動部材１２０と、チルトドラム１３０と、羽根部材１４０と、チルトガイド１５０とを含む。

【0017】

まず、垂直動力軸１１０は、地面に垂直に設けられる回転軸であって、動力伝達手段を介して、発電機(図示せず)に連結されるように設置可能であり、これより、風力による垂直動力軸１１０の回転動力が発電機に与えられることで電気が生成されることは、十分理解されるだろう。

【0018】

風向連動部材１２０は、垂直動力軸１１０から独立して設けられて、垂直動力軸１１０に関係なく、風向に連動して回転自在となり、このような風向連動部材１２０には、風向の変化により、風向連動部材に回転力を供する風向指示部材(図示せず)を設けることができ、このような風向指示部材の構成及び作用は、前記特許文献に開示されている公知の要素であるため、詳細な説明は、省略する。

【0019】

また、風向連動部材１２０が、垂直動力軸１１０によらずに回転自在になるように、図２に示しているような、垂直動力軸１１０の外部の支持構造物１１１と、スイングベアリングのような支持ベアリング(Ｂ)とにより、結合して設置することができる。

【0020】

チルトドラム１３０は、チルトガイド１５０との相互作用により、公転する羽根部材１４０を自転させて、羽根部材１４０が正方向公転の場合は、羽根板１４２が風向と垂直状態になるようにし、また、逆方向公転の場合は、羽根板１４２が風向と水平状態になるようにする。

【0021】

チルトドラム１３０は、図２に示しているように、その中心部が垂直動力軸１１０によって貫通しながら、風向連動部材１２０に垂直に固定されることにより、チルトドラム１３０は、垂直動力軸１１０の回転とはよらずに、風向連動部材１２０が風向変化により回転するとき、共に回転することになる。

【0022】

このようなチルトドラム１３０の側面の外周縁には、チルトガイド１５０をガイドする軌道レール１３１が形成され、図３に示しているように、軌道レール１３１は、チルトドラム１３０の側面の外周縁を３６０゜回しながら連続して形成される閉レールであって、正レール部１３２と、逆レール部１３３と、一対の転換レール部１３４、１３５とからなる。

【0023】

図５には、説明の便宜のために、チルトドラム１３０を展開した状態における軌道レール１３１が示されており、正レール部１３２と逆レール部１３３とはそれぞれ、直線状のレール部分であって、１８０゜の間隔をもって交互形成される。

【0024】

特に、正レール部１３２と逆レール部１３３とは、羽根部材１４０の公転経路(Ｒ)を基準に、両側に同一の距離離隔して形成されており、一対の転換レール部１３４、１３５は、正レール部１３２と逆レール部１３３とのそれぞれの両端部において、正レール部１３２と逆レール部１３３とを互いに連結する。

【0025】

ここで、羽根部材１４０は、チルトドラム１３０を中心に、公転経路(Ｒ)に沿って公転することになり、風向に対して公転角１８０゜毎に、正方向回転から逆方向回転に、又は逆方向回転から正方向回転に変換することになる。

【0026】

そこで、正レール部１３２は、羽根部材１４０の正方向公転角である０゜〜１８０゜の範囲内で形成され、逆レール部１３３は、逆方向公転角である１８０゜〜３６０゜(又は０゜)の範囲内で形成され、一対の転換レール部１３４、１３５は、０゜(３６０゜)と１８０゜の部分でそれぞれ対称をなして斜線状に形成されて、正レール部１３２と逆レール部１３３とを互いに連結する。

【0027】

ここで、羽根部材１４０が正方向から逆方向に変換する地点を、正逆変換地点(ＰＮ)と定義し、逆方向から正方向に変換する地点を、逆正変換地点(ＮＰ)と定義すると、０゜(３６０゜)部分の転換レール部１３４は、逆レール部１３３から正レール部１３２に連ねる逆正変換地点(ＮＰ)となり、１８０゜部分の転換レール部１３５は、正レール部１３２から逆レール部１３３に連ねる正逆変換地点(ＰＮ)となる。

【0028】

羽根部材１４０は、風力による回転力を、垂直動力軸１１０に与えるものであって、図４に示しているように、一定の長さを有する羽根ステム１４１と、羽根ステム１４１に固定される一定の面積を有する羽根板１４２とからなる。

【0029】

前記羽根部材１４０は、チルトドラム１３０を中心に、地面に水平方向に３６０゜公転しながら、垂直動力軸１１０に回転動力を与えると共に、自体的な回転(即ち、自転)が可能であるように設けられる。

【0030】

このため、図２に示しているように、垂直動力軸１１０には、羽根支持部材１４３が固設され、羽根支持部材１４３には、羽根ステム１４１が通過して設けられるパイプ状のステム支持管１４４が備えられ、羽根部材１４０が公転すると、羽根支持部材１４３及び垂直動力軸１１０が共に回転すると共に、ステム支持管１４４を通して支持された羽根ステム１４１は、自転も可能になる。

【0031】

このような羽根部材１４０は、羽根板１４２が風向と垂直をなすと、風力による最大の回転力を、垂直動力軸１１０に与え、また、水平をなすことになると、風力による最小の回転力を与えることになる。

【0032】

前記羽根部材１４０は、一定角度の間隔で複数設けることができ、図面には便宜のため、１８０゜間隔で２つの羽根部材１４０が設けられると示されているが、１２０゜間隔で３つ、９０゜間隔で４つ、設けても良い。

【0033】

チルトガイド１５０は、羽根部材１４０が公転すると、チルトドラム１３０の軌道レール１３１に沿って移動しながら、羽根部材１４０を傾斜させる役割を果たし、図４に示しているように、一端が羽根ステム１４１の端中心に固定され、羽根板１４２とは４５゜の角度をもって延在し、延在した他端は、軌道レール１３１に設けられる。

【0034】

また、軌道レール１３１に設けられるチルトガイド１５０の他端には、軌道レール１３１に沿ってスムーズに移動するように、レールローラ１５１が備えられる。

【0035】

このような構成により、図５に示しているように、チルトガイド１５０は、羽根部材１４０が正方向公転の場合は、軌道レール１３１の正レール部１３２に沿って移動しながら、羽根板１４２が風向に対して垂直状態を維持して公転させ、正逆変換地点(ＰＮ)である１８０゜部分の転換レール部１３５を通しながら、羽根ステム１４１を９０゜自転させて、羽根板１４２が風向に対して水平状態になるように傾斜させる。

【0036】

これに対して、羽根部材１４０が逆方向公転の場合は、逆レール部１３３に沿って移動しながら、傾斜した羽根板１４２が風向に対して水平状態をそのまま維持しながら公転させ、逆正変換地点(ＮＰ)である３６０゜(又は０゜)部分の転換レール部１３４を通しながら、羽根ステム１４１を更に９０゜自転させて、羽根板１４２が風向に対して垂直状態になるように傾斜させる。

【0037】

図６乃至図８は、本発明の第２実施例を示す図であって、第２実施例による垂直型風力発電用チルト式回転羽根装置２００は、前述した第１実施例と比較して、水平回転軸２６０を更に含み、また、羽根部材２４０が水平回転軸２６０を中心に、地面に垂直方向に公転する構成であることで相違する。

【0038】

以下では、本発明の第２実施例について説明するが、第１実施例と同一の部分については、重複説明を省略する。

【0039】

まず、垂直動力軸２１０は、地面に垂直に設けられ、風向連動部材２２０は、風向変化により連動するように、垂直動力軸２１０から独立して設けられる。

【0040】

ここで、風向連動部材２２０には、更に、水平回転軸２６０が支持されるように設けると共に、チルトドラム２３０が水平方向に設置されなければならないため、風向連動部材２２０の両端には、水平回転軸２６０を回転自在に支持し、且つチルトドラム２３０が固設される軸支持部２２１が形成される。

【0041】

水平回転軸２６０は、風向連動部材２２０の軸支持部２２１を貫通して水平方向に設けられ、このように、水平回転軸２６０が風向連動部材２２０に設けられることにより、風向が変わっても、水平回転軸２６０は、風向連動部材２２０と共に連動しながら、常時、風向に対してその軸線が垂直状態を維持することができる。

【0042】

このような水平回転軸２６０は、垂直動力軸２１０に回転力を伝達するように、動力伝達可能に結合され、図７に示しているように、水平回転軸２６０は、垂直動力軸２１０にベベルギアを介して結合されることができる。

【0043】

チルトドラム２３０は、正レール部２３２と、逆レール部２３３と、一対の転換レール部２３４、２３５とからなる軌道レール２３１が、側面の外周縁に沿って形成され、図７に示しているように、垂直動力軸２１０ではなく、水平回転軸２６０に中心部が貫通しながら、風向連動部材２２０の軸支持部２２１に水平方向に固設される。

【0044】

羽根部材２４０は、羽根ステム２４１と羽根板２４２とからなり、図７に示しているように、垂直動力軸２１０ではなく、水平回転軸２６０に備えられた羽根支持部材２４３のステム支持管２４４に、自転自在に設けられる。

【0045】

これより、羽根部材２４０は、地面に垂直方向に公転しながら、水平回転軸２６０に回転力を与え、このような水平回転軸２６０の回転力が、垂直動力軸２１０に伝達されることになる。

【0046】

また、チルトガイド２５０も、第１実施例と同様な構成、すなわち、羽根ステム２４１端の中心に一端が固定されながら、羽根板２４２と４５゜角度をもって延在し、延材した他端は、チルトドラム２３０の軌道レール２３１に設けられる。

【0047】

前記のチルトドラム２３０とチルトガイド２５０とは、前述した第１実施例と設置方向において、地面に垂直又は水平の差があるだけで、同様に作用する。

【0048】

すなわち、図８に示しているように、羽根部材２４０が風向(Ｗ)に対して正方向公転する場合は、チルトガイド２５０が、軌道レール２３１の正レール部２３２に沿って移動しながら、羽根板２４２が風向に対して垂直状態を維持して公転させ、また、逆方向公転する場合は、逆レール部２３３に沿って移動しながら、羽根板２４２が風向に対して水平状態をそのまま維持して公転させ、逆正変換地点(ＮＰ)である３６０゜(又は０゜)部分の転換レール部２３４と、正逆変換地点(ＰＮ)である１８０゜部分の転換レール部２３５とをそれぞれ、チルトガイド２５０が通しながら、羽根ステム２４１をそれぞれ９０゜自転させて、羽根板２４２が風向に垂直又は水平状態となるように、それぞれ傾斜させる。

【0049】

本発明の第２実施例は、羽根部材２４０が地面に垂直方向に回転する構造であるので、第１実施例と比較して、設置空間を大幅減少することができ、図６に示しているように、水平回転軸２６０の両側に構成部分を一対設置して、回転力を与えることができるので、より大きい回転力を、垂直動力軸２１０に伝達することができる。

【0050】

以下では、第１及び第２実施例の作動について説明する。

【0051】

ここで、第１実施例と第２実施例は、作動関係において、羽根部材２４０の公転方向が、地面に水平又は垂直であるかに差があるだけで、便宜のため、図８を参照して、第２実施例を基に説明する。

【0052】

羽根部材２４０がチルトドラム２３０を中心に、地面に垂直方向に公転することにおいて、まず、羽根部材２４０が風向(Ｗ)に対して公転角０゜から１８０゜に正方向公転する状態の場合、チルトガイド２５０は、公転経路(Ｒ)の一側に直線で形成された正レール部２３２に沿って移動することになるので、羽根板２４２は、風向(Ｗ)と垂直状態を維持し、これより、羽根部材２４０は、風力による最大の正方向の回転力を、水平回転軸２６０に与えながら、正方向に公転することになる。

【0053】

そして、羽根部材２４０が、公転角１８０゜付近に至ると、チルトガイド２５０は、正逆変換地点(ＰＮ)として機能する斜線状の転換レール部２３５を通しながら、正レール部２３２から逆レール部２３３に方向を切り換え、これより、羽根ステム２４１が９０゜自転となりながら、羽根板２４２は、風向(Ｗ)と水平にチルトされる。

【0054】

また、チルト後、引き続き、羽根部材２４０が、風向(Ｗ)に対して公転角１８０゜から３６０゜(又は、０゜)に逆方向公転すると、チルトガイド２５０が、自転経路(Ｒ)の他側に直線に形成された逆レール部２３３に沿って移動するので、羽根板２４２は、風向(Ｗ)と水平状態をそのまま維持し、そこで、羽根部材２４０は、水平回転軸２６０に与えられる逆方向の回転力を最小化して、逆方向公転をすることになる。

【0055】

なお、羽根部材２４０は、更に、逆方向から正方向に切り換えられる公転角３６０゜(又は、０゜)付近に至ることになり、ここで、チルトガイド２５０は、逆正変換地点(ＮＰ)として機能する斜線状の転換レール部２３４を通しながら、逆レール部２３３から正レール部２３２に更に方向を切り換え、これより、羽根ステム２４１が、更に９０゜自転となりながら、羽根板２４２は、風向(Ｗ)に対して、更に垂直にチルトされる。

【0056】

そして、このように羽根部材２４０が傾斜しながら、正方向に切り換えられると、前述したような正方向と逆方向の公転、及びチルト過程を繰返し、羽根部材２４０は、水平回転軸２６０に最大限の正方向の回転力のみを与えることができ、水平回転軸２６０に与えられた正方向の回転力は、ギア結合した垂直動力軸２１０に伝達されることで、エネルギー変換効率を向上することができる。

【0057】

図９乃至図１４は、第３実施例を示す図であり、水平回転軸３１０と、羽根部材３２０と、ガイド部材３３０と、羽根チルト部材３４０とを含む。
水平回転軸３１０は、風力発電機の垂直動力軸３５０とギアを介して結合され、羽根部材３２０の設置のために、水平回転軸３１０の端には、水平回転軸３１０よりも大径の軸本体３１１が形成される。

【0058】

羽根部材３２０は、一定の長さを有し、且つ軸本体３１１に設けられる羽根ステム３２１と、羽根ステム３２１の後端側に固定される羽根板３２２と、羽根ステム３２１の先端に形成された羽根ヘッド３２３とからなる。

【0059】

軸本体３１１の内部には、自転空間部３１２と、自転空間部３１２から延在し、軸本体３１１を貫通するステム貫通口３１３とが形成され、羽根ヘッド３２３は、軸本体３１１の自転空間部３１２に自転自在に収容設置され、羽根ステム３２１は、ステム貫通口３１３を介して、軸本体３１１の外側に延在する。

【0060】

このような構造により、羽根部材３２０は、水平回転軸３１０の回転によらずに自転ができると共に、風力によって公転する場合は、水平回転軸３１０を共に回転させて、その回転力を水平回転軸３１０に与えることができる。

【0061】

ガイド部材３３０は、羽根チルト部材３４０との相互作用により、羽根部材３２０をチルトさせる要素であって、羽根ステム３２１からそれぞれ一定の長さで突設する正ガイド３３１と、逆ガイド３３２とからなる。

【0062】

正ガイド３３１は、羽根板３２２の板面と水平方向に突出して、羽根部材３２０の正方向公転時に、羽根チルト部材３４０に挿入することで、羽根板３２２が風向と垂直状態で羽根ステム３２１の自転を抑制し、また、逆ガイド３３２は、羽根板３２２の板面と垂直方向に突出して、羽根部材３２０の逆方向公転時に、羽根チルト部材３４０に挿入することで、羽根板３２２が風向と平行状態で羽根ステム３２１の自転を抑制する。

【0063】

羽根チルト部材３４０は、ガイド部材３３０との相互作用により、公転する羽根部材３２０を自転させ、水平回転軸３１０により貫通されながら、軸本体３１１の一側に設けられ、正軌道溝３４１と、逆軌道溝３４２と、回転誘導傾斜部３４３と、回転印加傾斜部３４４とからなる。

【0064】

正軌道溝３４１と逆軌道溝３４２とは、羽根チルト部材３４０に一定の深さで形成される凹入溝であって、図１１及び図１２に示しているように、正軌道溝３４１と逆軌道溝３４２とはそれぞれ、円弧状に形成され、水平回転軸３１０を中心に、正軌道溝３４１は上側に形成され、逆軌道溝３４２は下側に形成される。

【0065】

そして、正軌道溝３４１と逆軌道溝３４２とは、水平回転軸３１０を中心に、同心円上で相互対称に設けられ、前方(Ｆ)と後方(Ｒ)では、相互重なる部分を有することになる。

【0066】

このような正軌道溝３４１と逆軌道溝３４２とはそれぞれ、ガイド部材３３０の正ガイド３３１と逆ガイド３３２とを選択的にガイドし、正軌道溝３４１には、羽根部材３２０が正方向に公転するとき、正ガイド３３１が挿入した状態にガイドされ、逆軌道溝３４２には、羽根部材３２０が逆方向に公転するとき、逆ガイド３３２が挿入した状態でガイドされる。

【0067】

回転誘導傾斜部３４３は、正ガイド３３１と逆ガイド３３２との回転を誘導して、羽根部材３２０が９０゜自転することになる。

【0068】

回転誘導傾斜部３４３は、正軌道溝３４１と逆軌道溝３４２とにそれぞれ形成され、正軌道溝３４１には、逆軌道溝３４２と重なる後方(Ｒ)側の部分に形成され、逆軌道溝３４２には、正軌道溝３４１と重なる前方(Ｆ)側の部分に形成される。

【0069】

回転誘導傾斜部３４３は、図１４に示しているように、正軌道溝３４１又は逆軌道溝３４２の底面から流線形に羽根チルト部材３４０の表面まで上向き傾斜して形成され、底面に会う下端には、係止段差部３４３ａが突設される。

【0070】

このような構成により、図１４に示しているように、正軌道溝３４１に案内された正ガイド３３１は、正方向公転により、正軌道溝３４１の後方(Ｒ)側の回転誘導傾斜部３４３に至ることになると、係止段差部３４３ａに係止して回転が誘導され、引き続き、上向き傾斜した面に沿って移動しながら回転され、最終的に、回転誘導傾斜部３４３を離脱すると、９０゜の回転が行われ、これより、羽根部材３２０も９０゜自転しながら、羽根板３２２は、風向に対して垂直した状態で平行な状態にチルトされる。

【0071】

これに対して、逆軌道溝３４２に案内された逆ガイド３３２は、逆方向公転により、逆軌道溝３４２の前方(Ｆ)側の方回転誘導傾斜部３４３を通しながら、同様に９０゜の回転が行われ、これより、羽根部材３２０も更に９０゜自転しながら、羽根板３２２は、風向に対して平行した状態で垂直な状態にチルトされる。

【0072】

回転印加傾斜部３４４は、前記回転誘導傾斜部３４３により、正ガイド３３１又は逆ガイド３３２が回転されるとき、これに対応する逆ガイド３３２又は正ガイド３３１を連動して回転させ、回転誘導傾斜部３４３とは逆に形成される。すなわち、回転印加傾斜部３４４は、正軌道溝３４１では、逆軌道溝３４２に形成された回転誘導傾斜部３４３と重なる前方(Ｆ)側に形成され、逆軌道溝３４２では、正軌道溝３４１に形成された回転誘導傾斜部３４３と重なる後方(Ｒ)側に形成される。

【0073】

また、回転印加傾斜部３４４は、羽根チルト部材３４０の表面から、正軌道溝３４１又は逆軌道溝３４２の底面に下向き傾斜する形態で設けられる。

【0074】

このような回転誘導傾斜部３４３、及び回転印加傾斜部３４４の構成により、逆方向から正方向に切り換えられるときは、逆軌道溝３４２に挿入した逆ガイド３３２が、逆軌道溝３４２の前方側の回転誘導傾斜部３４３を通しながら、回転が誘導されると共に、正ガイド３３１は、正軌道溝３４１の前方側の回転印加傾斜部３４４に沿って回転され、回転誘導傾斜部３４３と回転印加傾斜部３４４とを通した後は、羽根部材３２０が９０゜自転となり、正ガイド３３１は、正軌道溝３４１に挿入した状態であると共に、逆ガイド３３２は、逆軌道溝３４２から外して、羽根チルト部材３４０の表面と平行な状態となりながら、チルト作動が行われ、これより、羽根板３２２が風向と垂直な状態を維持しながら、正方向公転を続くことになる。

【0075】

また、正方向から逆方向に切り換えられるときは、前記とは逆に、正軌道溝３４１に挿入した正ガイド３３１が、正軌道溝３４１の後方側の回転誘導傾斜部３４３を通しながら、回転が誘導されると共に、逆ガイド３３２は、逆軌道溝３４２の後方側の回転印加傾斜部３４４に沿って回転が行われ、回転誘導傾斜部３４３と回転印加傾斜部３４４とを通した後は、羽根部材３２０が更に９０゜自転となり、逆ガイド３３２は、逆軌道溝３４２に挿入した状態であると共に、正ガイド３３１は、正軌道溝３４１から外して、羽根チルト部材３４０の表面と平行な状態となりながら、チルト作動が行われ、これより、羽根板３２２が風向と平行な状態を維持しながら、逆方向の公転が続くことになる。

【0076】

図１４の(ａ)には、前記でのように、正方向から逆方向に切り換えられるとき、正軌道溝３４１の後方側の回転誘導傾斜部３４３と、逆軌道溝３４２の後方側の回転印加傾斜部３４４とにおける正ガイド３３１及び逆ガイド３３２が共に回転する状態が示されており、(ｂ)と(ｃ)には、理解の便宜のために、回転誘導傾斜部３４３における正ガイド３３１の回転と、回転印加傾斜部３４４における逆ガイド３３２の回転とがそれぞれ示されている。

【0077】

一方、図９に示しているように、前記した羽根部材３２０と、ガイド部材３３０と、羽根チルト部材３４０とは、一対を成して、垂直動力軸３５０を中心に、水平回転軸３１０の両側に対称に設けられることができ、両側の羽根チルト部材３４０は、垂直動力軸３５０により中央部が貫通されながら、風向の変化によって回転自在に設けられる風向連動部材３６０に固定されることができる。

【0078】

以上では第３実施例を説明したが、その作動について説明する。

【0079】

まず、羽根部材３２０が正方向に(前方(Ｆ)側から後方(Ｒ)側に向けて)公転するとき、正ガイド３３１は、羽根チルト部材３４０の表面と垂直に突出して、羽根チルト部材３４０正軌道溝３４１に挿入した状態で案内され、逆ガイド３３２は、羽根チルト部材３４０の表面と平行な状態で移動されており、そこで、羽根ステム３２１の自転は抑制した状態で、羽根板３２２は、風向と垂直な状態を維持しながら正方向に公転することで、最大の正方向の回転力を水平回転軸３１０に与えることになる。

【0080】

以後、正方向の公転が行われながら、正軌道溝３４１に沿って案内された正ガイド３３１は、正軌道溝３４１に形成された回転誘導傾斜部３４３に至ることになり、同時に、逆ガイド３３２は、逆軌道溝３４２に形成された回転印加傾斜部３４４に至ることになる。

【0081】

更に、正ガイド３３１及び逆ガイド３３２は、回転誘導傾斜部３４３及び回転印加傾斜部３４４を通しながらそれぞれ、９０゜回転となり、これより、羽根部材３２０も同様に、９０゜自転となりながら、羽根板３２２は、風向と平行な状態にチルトされる。

【0082】

また、引き続き、羽根部材３２０が逆方向に(後方側から前方側に向けて)公転するときは、逆ガイド３３２は、逆軌道溝３４２に挿入した状態で案内されると共に、正ガイド３３１は、羽根チルト部材３４０の表面と平行な状態に移動され、そこで、羽根ステム３２１の自転は抑制した状態で、羽根板３２２は、風向と平行な状態を維持しながら逆方向に公転することで、逆方向の抵抗力を最小化することができる。

【0083】

以後、逆方向の公転が行われながら、逆軌道溝３４２に沿って案内された逆ガイド３３２は、逆軌道溝３４２に形成された回転誘導傾斜部３４３に至ることになり、同時に、正ガイド３３１も、正軌道溝３４１に形成された回転印加傾斜部３４４に至ることになる。

【0084】

更に、逆ガイド３３２及び正ガイド３３１は、回転誘導傾斜部３４３及び回転印加傾斜部３４４とを通しながら、更にそれぞれ９０゜回転となり、これより、羽根部材３２０も同様に、９０゜自転となりながら、羽根板３２２は、風向と垂直な状態にチルトされる。

【0085】

このように。羽根部材３２０が正方向に切り換えられると、前述したような過程を繰返しながら、羽根部材３２０は、風力によって続けて公転しながら、水平回転軸３１０に最大限の正方向の回転力のみを与えることになる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14(a)】

【図14(b)】

【図14(c)】

【図15】