特開 2022-154580 揚力型垂直軸風車、及び揚力型垂直軸風車の起動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022154580

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】揚力型垂直軸風車、及び揚力型垂直軸風車の起動方法

(51)【国際特許分類】

   F03D 7/06 20060101AFI20221005BHJP

   F03D 3/06 20060101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

F03D7/06 Z

F03D3/06 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021057684

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】302060926

【氏名又は名称】株式会社フジタ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】新納 薫

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA16

3H178AA40

3H178AA43

3H178BB02

3H178CC02

3H178DD54X

3H178EE02

3H178EE12

3H178EE23

(57)【要約】

【課題】カットイン風速を低減することができる揚力型垂直軸風車、及び揚力型垂直軸風車の起動方法を提供する。
【解決手段】揚力型垂直軸風車１は、垂直な主軸Ａｐ回りに回転可能であって遠心部に翼４が設けられる回転体３と、翼４を主軸Ａｐに平行な変向軸Ａｃ回りに回転させることで変向可能な変向機構と、翼４が受ける風流方向Ｗを検出する風向検出部６と、風向検出部６が検出した風流方向Ｗに基づいて翼４を変向させるよう変向機構を制御する制御装置と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直な主軸回りに回転可能であって遠心部に翼が設けられる回転体と、
前記翼を前記主軸に平行な変向軸回りに回転させることで変向可能な変向機構と、
前記翼が受ける風流方向を検出する風向検出部と、
前記風向検出部が検出した風流方向に基づいて前記翼を変向させるよう前記変向機構を制御する制御装置と、
を備える、揚力型垂直軸風車。

【請求項2】

前記制御装置は、前記風向検出部が検出した風流方向に基づいて前記翼の迎角を算出し、前記迎角に基づいて前記翼の前記主軸回りの回転力が最大となるように前記翼を変向させるよう前記変向機構を制御する、
請求項１に記載の揚力型垂直軸風車。

【請求項3】

前記翼は、前記変向軸回りに所定角度範囲内で回転可能であり、
前記制御装置は、前記所定角度範囲内において、前記翼の前記主軸回りの回転力が最大となるように前記翼を変向させるよう前記変向機構を制御する、
請求項１又は２に記載の揚力型垂直軸風車。

【請求項4】

前記制御装置は、前記回転体が回転起動した後、前記翼を初期姿勢に戻すように前記変向機構を制御する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の揚力型垂直軸風車。

【請求項5】

前記翼は、前記主軸回りに回転対称かつ等間隔に複数設けられ、
前記制御装置は、複数の前記翼について各々の迎角を算出し、前記迎角に基づいて各々の前記翼を変向させるよう前記変向機構を制御する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の揚力型垂直軸風車。

【請求項6】

垂直な主軸回りに回転可能な回転体の遠心部に設けられる翼が受ける風流方向を検出するステップと、
前記風流方向に基づいて前記翼の迎角を算出するステップと、
前記迎角に基づいて前記主軸に平行な変向軸回りの前記翼の変向角度を設定するステップと、
前記変向角度に前記翼を変向するステップと、
を含む、揚力型垂直軸風車の起動方法。

【請求項7】

前記変向角度に前記翼を変向した後、前記回転体の回転を検出するステップと、
前記回転体の回転の検出結果に基づいて前記翼を初期姿勢に戻すように変向するステップと、
を含む、請求項６に記載の揚力型垂直軸風車の起動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、揚力型垂直軸風車、及び揚力型垂直軸風車の起動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、揚力型垂直軸風車として、例えば垂直な主軸と一体で主軸回りに回転する複数の翼を有するストレートダリウス型風車（ジャイロミル型風車）が知られている。ストレートダリウス型風車は、翼に対して風流方向に作用する抗力と、風流方向に垂直な方向に作用する揚力との合力によって回転する。このように、ストレートダリウス型風車は、風向に対する依存性が低く、微風でも回転性能がよいため、風力発電機として利用される。例えば、特許文献１には、変化する風速に対して安定した回転を維持するため、回転数に基づいて翼を変向制御する風車が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－２７８６３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ストレートダリウス型風車等の揚力型垂直軸風車は、風速が低い場合又は無風である場合、翼を回転させるモーメントが小さくなり、特に停止状態からの起動が困難であるという課題があった。

【0005】

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、カットイン風速を低減することができる揚力型垂直軸風車、及び揚力型垂直軸風車の起動方法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】

【0006】

上記の目的を達成するため、本開示の一態様の揚力型垂直軸風車は、垂直な主軸回りに回転可能であって遠心部に翼が設けられる回転体と、前記翼を前記主軸に平行な変向軸回りに回転させることで変向可能な変向機構と、前記翼が受ける風流方向を検出する風向検出部と、前記風向検出部が検出した風流方向に基づいて前記翼を変向させるよう前記変向機構を制御する制御装置と、を備える。

【0007】

揚力型垂直軸風車の望ましい態様として、前記制御装置は、前記風向検出部が検出した風流方向に基づいて前記翼の迎角を算出し、前記迎角に基づいて前記翼の前記主軸回りの回転力が最大となるように前記翼を変向させるよう前記変向機構を制御する。

【0008】

揚力型垂直軸風車の望ましい態様として、前記翼は、前記変向軸回りに所定角度範囲内で回転可能であり、前記制御装置は、前記所定角度範囲内において、前記翼の前記主軸回りの回転力が最大となるように前記翼を変向させるよう前記変向機構を制御する。

【0009】

揚力型垂直軸風車の望ましい態様として、前記制御装置は、前記回転体が回転起動した後、前記翼を初期姿勢に戻すように前記変向機構を制御する。

【0010】

揚力型垂直軸風車の望ましい態様として、前記翼は、前記主軸回りに回転対称かつ等間隔に複数設けられ、前記制御装置は、複数の前記翼について各々の迎角を算出し、前記迎角に基づいて各々の前記翼を変向させるよう前記変向機構を制御する。

【0011】

また、本開示の一態様の揚力型垂直軸風車の起動方法は、垂直な主軸回りに回転可能な回転体の遠心部に設けられる翼が受ける風流方向を検出するステップと、前記風流方向に基づいて前記翼の迎角を算出するステップと、前記迎角に基づいて前記主軸に平行な変向軸回りの前記翼の変向角度を設定するステップと、前記変向角度に前記翼を変向するステップと、を含む。

【0012】

揚力型垂直軸風車の起動方法の望ましい態様として、前記変向角度に前記翼を変向した後、前記回転体の回転を検出するステップと、前記回転体の回転の検出結果に基づいて前記翼を初期姿勢に戻すように変向するステップと、を含む。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、カットイン風速を低減することができる揚力型垂直軸風車、及び揚力型垂直軸風車の起動方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態に係る揚力型垂直軸風車を模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、図１の揚力型垂直軸風車を模式的に示す平面図である。

【図3】図３は、図１の揚力型垂直軸風車の翼を初期姿勢から変向した一例を示す平面図である。

【図4】図４は、図１の揚力型垂直軸風車の翼の変向機構の一例を示す平面図である。

【図5】図５は、図１の揚力型垂直軸風車の機能ブロック図である。

【図6】図６は、実施形態に係る揚力型垂直軸風車の動作の一例を示すフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、本開示につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施形態の記載に限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した実施形態における構成要素は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。以下の実施形態では、本開示の実施形態を例示する上で、必要となる構成要素を説明し、その他の構成要素を省略する。

【0016】

（実施形態）
まず、実施形態に係る揚力型垂直軸風車１の構成について、図１から図５までを参照して説明する。図１は、実施形態に係る揚力型垂直軸風車１を模式的に示す斜視図である。図２は、図１の揚力型垂直軸風車１を模式的に示す平面図である。図３は、図１の揚力型垂直軸風車１の翼４を初期姿勢から変向した一例を示す平面図である。図４は、図１の揚力型垂直軸風車１の翼４の変向機構５の一例を示す平面図である。図５は、図１の揚力型垂直軸風車１の機能ブロック図である。

【0017】

揚力型垂直軸風車１は、風流に対して発生する揚力によって垂直軸回りに回転する風車である。実施形態の揚力型垂直軸風車１は、例えば、風力発電機として利用されるストレートダリウス型風車を含む。揚力型垂直軸風車１は、実施形態において、主軸部材２と、回転体３と、変向機構５と、風向検出部６と、回転検出部７と、制御装置９と、を備える。

【0018】

主軸部材２は、軸心である主軸Ａｐが垂直に設けられる軸部材である。主軸部材２は、主軸Ａｐ回りに回転可能に設けられる。主軸部材２は、例えば、発電機に接続し、回転方向Ｒへの回転駆動力を発電機へ出力する。発電機は、例えば、回転子と、固定子と、を含み、主軸部材２から入力される回転駆動力によって回転子が固定子に対して回転することによって、誘導電流を発生させる周知の発電機構を含む。発電機の回転子は、主軸部材２に対して、直接的に、又は変速機、ベルト等を介して間接的に連結される。

【0019】

回転体３は、主軸部材２に固定され、主軸Ａｐ回りに主軸部材２と一体で回転可能に設けられる。回転体３は、例えば、支持部材３１と、翼４と、を含む。支持部材３１は、主軸部材２から遠心方向に延設される棒形状である。支持部材３１は、一端が主軸部材２に固定される。支持部材３１は、遠心方向側の他端が翼４に接続する。より詳しくは、支持部材３１の他端は、後述の翼４の変向軸部４１を介して翼４に接続する。支持部材３１は、実施形態において、複数の支持部材３１－１、３１－２を含む。

【0020】

翼４は、回転体３の遠心部に設けられる。翼４は、変向軸部４１を介して、変向軸Ａｃ回りに支持部材３１に対して回動可能に支持される。翼４は、変向軸Ａｃ回りに所定角度範囲内で回転可能である。変向軸部４１は、翼４本体に固定されるか、又は翼４本体と一体で設けられる。変向軸Ａｃは、主軸Ａｐと平行かつ回転体３の遠心部に設けられる。揚力型垂直軸風車１は、翼４に風流を受けることによって、翼４及び支持部材３１を含む回転体３と主軸部材２とが、主軸Ａｐ回りに回転方向Ｒに回転する。

【0021】

翼４の水平断面形状は、図２に示す初期姿勢において、主軸部材２の回転方向Ｒの前方側である風上側が厚く、回転方向Ｒの後方側である風下側が薄い形状である。また、翼４は、平面視で主軸Ａｐからの遠心方向側の面が凸状の曲面であり、主軸Ａｐに対向する側の面が凹状の曲面又は略平坦な形状である。このように、翼４は、初期姿勢において、翼４の接線方向かつ主軸Ａｐ回りの回転方向Ｒと反対側に吹く風（図２に示す状態では、翼４－１に対して図２の下方から風が吹く場合）に対して最も揚力が大きくなる形状に設けられることが好ましい。

【0022】

翼４は、実施形態において、複数（実施形態では２つ）の翼４－１、４－２を含む。翼４－１、４－２は、実施形態において、主軸Ａｐ回りに回転対称、かつ主軸Ａｐに対して回転方向Ｒに等間隔に設けられる。なお、翼４は、２つに限定されず、３つ以上でもよい。翼４－１は、変向軸部４１－１を介して、主軸Ａｐと平行な変向軸Ａｃ－１回りに支持部材３１－１に対して回動可能に設けられる。翼４－２は、変向軸部４１－２を介して、主軸Ａｐと平行な変向軸Ａｃ－２回りに支持部材３１－２に対して回動可能に設けられる。翼４－１と翼４－２とは、互いに独立して主軸部材２に対して回動可能である。

【0023】

実施形態において、翼４の表面４２には、後述の風向検出部６の第１センサ６１及び第２センサ６２が設けられる。より詳しくは、翼４－１の表面４２－１には、後述の風向検出部６－１の第１センサ６１－１及び第２センサ６２－１が設けられる。また、翼４－２の表面４２－２には、後述の風向検出部６－２の第１センサ６１－２及び第２センサ６２－２が設けられる。

【0024】

図４及び図５に示す変向機構５は、翼４を主軸Ａｐに平行な変向軸Ａｃ回りに主軸部材２及び支持部材３１（図２及び図３参照）に対して回転させることで変向可能である。変向機構５は、後述の制御装置９から出力された制御信号に基づいて、翼４を所定角度回転させる。変向機構５は、各々の翼４－１、４－２に対して各々設けられる変向機構５－１、５－２（図５参照）を含む。

【0025】

図４に示すように、変向機構５は、実施形態において、平歯車５１と、冠歯車５２と、回転軸部材５３と、駆動部５４と、を含む。なお、以下の説明では、翼４－１に設けられる変向機構５－１の、平歯車５１－１、冠歯車５２－１、回転軸部材５３－１、及び駆動部５４－１について説明し、変向機構５－１と同様の構成である変向機構５－２については説明を省略する。

【0026】

平歯車５１－１は、軸心が変向軸Ａｃ－１に一致するよう翼４－１の変向軸部４１に固定して設けられる。平歯車５１－１は、変向軸Ａｃ－１回りに翼４－１と一体で支持部材３１－１（図２及び図３参照）に対して回転可能である。平歯車５１－１は、周面に冠歯車５２－１の歯部と噛み合う歯部を有する。翼４－１は、平歯車５１－１が冠歯車５２－１によって変向軸Ａｃ－１回りに回転することによって、平歯車５１－１と一体で回転する。

【0027】

冠歯車５２－１は、軸心が変向軸Ａｃ－１に対して直交するよう設けられる。冠歯車５２－１は、平歯車５１－１の歯部に噛み合う歯部を有する。回転軸部材５３－１は、軸心である回転軸Ａｒ－１回りに支持部材３１－１（図２及び図３参照）に対して回動可能に設けられる軸部材である。回転軸Ａｒ－１は、回転軸Ａｒ－１が冠歯車５２－１の軸心に一致するように設けられる。

【0028】

駆動部５４－１は、回転軸部材５３－１に回転軸Ａｒ－１回りの回転駆動力を伝達する。駆動部５４－１は、後述の制御装置９から出力された制御信号に基づいて、回転軸部材５３－１を回転軸Ａｒ－１回りに回転させる。駆動部５４－１は、回転軸部材５３－１及び冠歯車５２－１の回転軸Ａｒ－１回りの回転を介して、平歯車５１－１を変向軸Ａｃ－１回りに回転させることによって、翼４－１を変向させる。

【0029】

風向検出部６は、翼４が受ける風流方向Ｗを検出する。風向検出部６は、実施形態において、第１センサ６１及び第２センサ６２を含む差圧計である。風向検出部６は、計測した第１センサ６１と第２センサ６２との差圧から、翼４が受ける風流方向Ｗを検出する。風向検出部６は、実施形態において、各々の翼４－１、４－２に対して各々設けられる風向検出部６－１、６－２を含む。

【0030】

風向検出部６－１は、実施形態において、第１センサ６１－１及び第２センサ６２－１を含む差圧計である。第１センサ６１－１は、翼４－１の表面４２－１において、主軸部材２の回転方向Ｒの前方側かつ主軸Ａｐからの遠心方向側に設けられる。第２センサ６２－１は、翼４－１の表面４２－１において、主軸部材２の回転方向Ｒの前方側かつ主軸Ａｐに対向する側に設けられる。

【0031】

風向検出部６－２は、実施形態において、第１センサ６１－２及び第２センサ６２－２を含む差圧計である。第１センサ６１－２は、翼４－２の表面４２－２において、主軸部材２の回転方向Ｒの前方側かつ主軸Ａｐからの遠心方向側に設けられる。第２センサ６２－２は、翼４－２の表面４２－２において、主軸部材２の回転方向Ｒの前方側かつ主軸Ａｐに対向する側に設けられる。

【0032】

風向検出部６－１、６－２は、検出した風流方向Ｗを、後述の制御装置９へ出力する。なお、風向検出部６は、複数の翼４－１、４－２のうち、いずれかの翼４にのみ設けられてもよい。また、風向検出部６は、差圧計に限定されず、本開示では、別途設置される風向計でもよい

【0033】

図５に示す回転検出部７は、主軸部材２及び回転体３の回転を検出する。回転検出部７は、実施形態では主軸部材２に設けられるが、本開示では回転体３に設けられてもよい。回転検出部７は、例えば、主軸部材２の回転角度を検出するロータリーエンコーダ等の回転角センサ、主軸部材２のトルク及び回転数を計測する回転計等を含む。回転検出部７は、検出結果を後述の制御装置９へ出力する。

【0034】

制御装置９は、揚力型垂直軸風車１の各部の制御を行う。制御装置９は、各種の制御プログラム及び各種の制御処理に用いられるデータが記憶される記憶装置と、予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置と、を含む。制御装置９は、実施形態において、風向取得部９１と、迎角算出部９２と、変向設定部９３と、変向制御部９４と、回転取得部９５と、を含む。

【0035】

風向取得部９１は、風向検出部６から翼４が受ける風流方向Ｗを取得する。風向取得部９１は、実施形態において、各々の翼４－１、４－２に設けられる風向検出部６－１、６－２から、各々が検出した風流方向Ｗを取得する。風向取得部９１は、取得した風流方向Ｗのデータを、迎角算出部９２へ出力する。

【0036】

迎角算出部９２は、風向検出部６が検出した風流方向Ｗに基づいて翼４の迎角を算出する。より詳しくは、迎角算出部９２は、風向取得部９１が取得した風流方向Ｗに基づいて、各々の翼４－１、４－２の迎角α１、α２（図２参照）を算出する。迎角算出部９２は、算出した迎角α１、α２のデータを、変向設定部９３へ出力する。

【0037】

変向設定部９３は、翼４の迎角に基づいて各々の翼４－１、４－２を変向させる変向角度（ピッチ角）を設定する。より詳しくは、変向設定部９３は、翼４－１の迎角α１に基づいて翼４－１を変向させるピッチ角β１（図３参照）を設定する。また、変向設定部９３は、翼４－２の迎角α２に基づいて翼４－２を変向させるピッチ角β２（図３参照）を設定する。ピッチ角β１、β２は、各々の翼４－１、４－２の主軸Ａｐ回りの回転方向Ｒへの回転力が最大となるように設定される。変向設定部９３は、例えば、予め翼４の迎角と主軸Ａｐ回りの回転力との相関関係を記憶していてもよい。変向設定部９３は、設定したピッチ角β１、β２のデータを、変向制御部９４へ出力する。

【0038】

変向制御部９４は、変向設定部９３が設定したピッチ角に翼４を変向させるよう変向機構５を制御する。より詳しくは、変向制御部９４は、変向設定部９３が設定したピッチ角β１に翼４－１を偏向させるよう、翼４－１に対応する変向機構５－１の駆動部５４－１を駆動する制御信号を出力する。また、変向制御部９４は、変向設定部９３が設定したピッチ角β２に翼４－２を偏向させるよう、翼４－２に対応する変向機構５－２の駆動部５４－２を駆動する制御信号を出力する。

【0039】

すなわち、制御装置９は、風向検出部６が検出した風流方向Ｗに基づいて複数の翼４－１、４－２について各々の迎角α１、α２を算出し、各々の迎角α１、α２に基づいて各々の翼４－１、４－２を変向させるよう各々の変向機構５－１、５－２を制御する。この際、制御装置９は、各々の翼４－１、４－２の主軸Ａｐ回りの回転方向Ｒへの回転力が最大となるピッチ角β１、β２となるように各々の変向機構５－１、５－２を制御する。

【0040】

なお、翼４は、実施形態において、変向軸Ａｃ回りに所定角度範囲内で回転可能である。したがって、制御装置９は、翼４が回転可能な所定角度範囲内において、各々の翼４－１、４－２の主軸Ａｐ回りの回転方向Ｒへの回転力が最大となるピッチ角β１、β２となるように変向機構５－１、５－２を制御する。

【0041】

変向制御部９４は、回転体３が回転起動した後、翼４を図２に示す初期姿勢に戻すように変向機構５を制御する。より詳しくは、変向制御部９４は、後述の回転取得部９５が回転検出部７から主軸部材２及び回転体３が所定角度又は所定速度以上回転したことを示す検出結果を取得した場合、翼４－１を初期姿勢に戻すように翼４－１に対応する変向機構５－１の駆動部５４－１を駆動する制御信号を出力する。また、変向制御部９４は、回転取得部９５が回転検出部７から主軸部材２及び回転体３が所定角度又は所定速度以上回転したことを示す検出結果を取得した場合、翼４－２を初期姿勢に戻すように翼４－２に対応する変向機構５－２の駆動部５４－２を駆動する制御信号を出力する。

【0042】

回転取得部９５は、回転検出部７から主軸部材２及び回転体３の回転の検出結果を取得する。回転取得部９５は、例えば、回転検出部７から主軸部材２及び回転体３が所定角度又は所定速度以上回転したことを示す検出結果を取得する。回転取得部９５は、取得した検出結果を、変向制御部９４へ出力する。

【0043】

次に、実施形態に係る揚力型垂直軸風車１の動作について、図６を参照して説明する。図６は、実施形態に係る揚力型垂直軸風車１の動作の一例を示すフローチャート図である。図６に示すフローチャートの処理は、揚力型垂直軸風車１の制御装置９が、予め定められた制御プログラム及びデータに基づいて実行する。制御装置９は、制御装置９に電力が供給される、管理者等による開始操作に関する所定の操作信号を受け付ける、又は回転検出部７より主軸部材２及び回転体３が停止していることを示す検出結果を取得すること等によって、図６に示すステップＳ１０１に移行して処理を開始する。

【0044】

ステップＳ１０１において、制御装置９は、翼４が受ける風流方向Ｗを検出する。より詳しくは、風向取得部９１が、各々の翼４－１、４－２に設けられる風向検出部６－１、６－２から、各々が検出した風流方向Ｗを取得する。制御装置９は、ステップＳ１０２へ移行する。

【0045】

ステップＳ１０２において、制御装置９は、ステップＳ１０１で取得した風流方向Ｗに基づいて迎角を算出する。より詳しくは、迎角算出部９２が、風向取得部９１が取得した風流方向Ｗに基づいて、各々の翼４－１、４－２の迎角α１、α２を算出する。制御装置９は、ステップＳ１０３へ移行する。

【0046】

ステップＳ１０３において、制御装置９は、ステップＳ１０２で算出した迎角に基づいて変向角度（ピッチ角）を設定する。より詳しくは、変向設定部９３が、翼４－１の迎角α１に基づいて翼４－１を変向させるピッチ角β１を設定する。また、変向設定部９３が、翼４－２の迎角α２に基づいて翼４－２を変向させるピッチ角β２を設定する。制御装置９は、ステップＳ１０４へ移行する。

【0047】

ステップＳ１０４において、制御装置９は、ステップＳ１０３で設定した変向角度（ピッチ角）に翼４を変向するよう変向機構５を制御する。より詳しくは、変向制御部９４が、変向設定部９３が設定したピッチ角β１に翼４－１を偏向させるよう、翼４－１に対応する変向機構５－１の駆動部５４－１を駆動する制御信号を出力する。また、変向制御部９４が、変向設定部９３が設定したピッチ角β２に翼４－２を偏向させるよう、翼４－２に対応する変向機構５－２の駆動部５４－２を駆動する制御信号を出力する。

【0048】

各々の翼４－１、４－２の主軸Ａｐ回りの回転方向Ｒへの回転力が最大となるピッチ角β１、β２に翼４－１、４－２が変向されることによって、主軸部材２及び回転体３が回転方向Ｒへ回りやすくなり、揚力型垂直軸風車１が回転起動する。制御装置９は、ステップＳ１０５へ移行する。

【0049】

ステップＳ１０５において、制御装置９は、ステップＳ１０４で翼４を変向した後、回転体３の回転を検出する。より詳しくは、回転取得部９５が、回転検出部７から主軸部材２及び回転体３の回転の検出結果を取得する。制御装置９は、ステップＳ１０６へ移行する。

【0050】

ステップＳ１０６において、制御装置９は、ステップＳ１０５で取得した主軸部材２及び回転体３の回転の検出結果に基づいて、翼４を初期姿勢に戻すように変向機構５を制御する。より詳しくは、ステップＳ１０５で回転検出部７から主軸部材２及び回転体３が所定角度又は所定速度以上回転したことを示す検出結果を取得した場合、変向制御部９４が、翼４－１を初期姿勢に戻すように翼４－１に対応する変向機構５－１の駆動部５４－１を駆動する制御信号を出力する。また、変向制御部９４が、翼４－２を初期姿勢に戻すように翼４－２に対応する変向機構５－２の駆動部５４－２を駆動する制御信号を出力する。

【0051】

主軸部材２及び回転体３が回転方向Ｒへ回転し始めると、翼４は、回転方向Ｒとは反対方向から相対的に風流を受けることになるので、初期姿勢に戻ることによって、効率的に回転方向Ｒへ回転することができる。

【0052】

以上で説明したように、実施形態の揚力型垂直軸風車１は、垂直な主軸Ａｐ回りに回転可能であって遠心部に翼４が設けられる回転体３と、翼４を主軸Ａｐに平行な変向軸Ａｃ回りに回転させることで変向可能な変向機構５と、翼４が受ける風流方向Ｗを検出する風向検出部６と、風向検出部６が検出した風流方向Ｗに基づいて翼４を変向させるよう変向機構５を制御する制御装置９と、を備える。

【0053】

実施形態の揚力型垂直軸風車１は、停止状態において、風流方向Ｗに基づいて翼４を変向させるように制御するので、風流に対して十分な揚力が得られるように最適な角度に翼４を制御することができる。これにより、カットイン風速を低減することができ、揚力型垂直軸風車１による発電効率を向上させることができる。

【0054】

また、実施形態の揚力型垂直軸風車１において、制御装置９は、風向検出部６が検出した風流方向Ｗに基づいて翼４の迎角（迎角α１、α２）を算出し、迎角に基づいて翼４の主軸Ａｐ回りの回転力が最大となるように翼４を変向させるよう変向機構５を制御する。これにより、例えば、予め翼４の迎角と主軸Ａｐ回りの回転力との相関関係を記憶しておくことによって、風流を受ける好適な変向角度に翼４を迅速に変向させることができる。

【0055】

また、実施形態の揚力型垂直軸風車１において、翼４は、変向軸Ａｃ回りに所定角度範囲内で回転可能であり、制御装置９は、所定角度範囲内において、翼４の主軸Ａｐ回りの回転力が最大となるように翼４を変向させるよう変向機構５を制御する。これにより、例えば、風流方向Ｗに対して後ろ向きである翼４（例えば、図２に示す翼４－２）等が、主軸部材２及び回転体３の回転方向Ｒへの回転をできるだけ阻害しない変向角度に、翼４を変向させることができる。

【0056】

また、実施形態の揚力型垂直軸風車１において、制御装置９は、回転体３が回転起動した後、翼４を初期姿勢に戻すように変向機構５を制御する。主軸部材２及び回転体３が回転方向Ｒへ回転し始めると、翼４は、回転方向Ｒとは反対方向から相対的に風流を受ける。主軸部材２及び回転体３が回転起動した後に翼４を初期姿勢に戻すことによって、主軸部材２及び回転体３の回転を阻害せず、効率的に回転方向Ｒへの回転を継続させることができる。

【0057】

また、実施形態の揚力型垂直軸風車１において、翼４－１、４－２は、主軸Ａｐ回りに回転対称かつ等間隔に複数設けられ、制御装置９は、複数の翼４－１、４－２について各々の迎角α１、α２を算出し、迎角α１、α２に基づいて各々の翼４－１、４－２を変向させるよう変向機構５－１、５－２を制御する。このように、各々の翼４－１、４－２について、個別に変向させることにより、揚力型垂直軸風車１全体で最も主軸Ａｐ回りの回転力が得られるように制御することが可能である。

【0058】

また、実施形態の揚力型垂直軸風車１の起動方法は、垂直な主軸Ａｐ回りに回転可能な回転体３の遠心部に設けられる翼４が受ける風流方向Ｗを検出するステップＳ１０１と、風流方向Ｗに基づいて翼４の迎角（迎角α１、α２）を算出するステップＳ１０２と、迎角に基づいて主軸Ａｐに平行な変向軸Ａｃ回りの翼４の変向角度（ピッチ角β１、β２）を設定するステップＳ１０３と、変向角度に翼４を変向するステップＳ１０４と、を含む。

【0059】

実施形態の揚力型垂直軸風車１の起動方法は、停止状態において、風流方向Ｗに基づいて翼４を変向させるように制御するので、風流に対して十分な揚力が得られるように最適な角度に翼４を制御することができる。これにより、カットイン風速を低減することができ、揚力型垂直軸風車１による発電効率を向上させることができる。

【0060】

また、実施形態の揚力型垂直軸風車１の起動方法は、変向角度（ピッチ角β１、β２）に翼４を変向した後、回転体３の回転を検出するステップＳ１０５と、回転体３の回転の検出結果に基づいて翼４を初期姿勢に戻すように変向するステップＳ１０６と、を含む。主軸部材２及び回転体３が回転方向Ｒへ回転し始めると、翼４は、回転方向Ｒとは反対方向から相対的に風流を受ける。主軸部材２及び回転体３が回転起動した後に翼４を初期姿勢に戻すことによって、主軸部材２及び回転体３の回転を阻害せず、効率的に回転方向Ｒへの回転を継続させることができる。

【符号の説明】

【0061】

１ 揚力型垂直軸風車
２ 主軸部材
３ 回転体
３１、３１－１、３１－２ 支持部材
４、４－１、４－２ 翼
４１、４１－１、４１－２ 変向軸部
４２、４２－１、４２－２ 表面
５、５－１、５－２ 変向機構
５１、５１－１ 平歯車
５２、５２－１ 冠歯車
５３、５３－１ 回転軸部材
５４、５４－１、５４－２ 駆動部
６、６－１、６－２ 風向検出部
６１、６１－１、６１－２ 第１センサ
６２、６２－１、６２－２ 第２センサ
７ 回転検出部
９ 制御装置
９１ 風向取得部
９２ 迎角算出部
９３ 変向設定部
９４ 変向制御部
９５ 回転取得部
α１、α２ 迎角
β１、β２ ピッチ角
Ｒ 回転方向
Ｗ 風流方向
Ａｐ 主軸
Ａｃ、Ａｃ－１、Ａｃ－２ 変向軸
Ａｒ、Ａｒ－１ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】