特許 7486246 抗力型タービン装置、前記抗力型タービン装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、並びに、前記抗力型タービン装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-09

(45)【発行日】2024-05-17

(54)【発明の名称】抗力型タービン装置、前記抗力型タービン装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、並びに、前記抗力型タービン装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/06 20060101AFI20240510BHJP

   F03B 13/26 20060101ALI20240510BHJP

   F03B 3/12 20060101ALI20240510BHJP

【ＦＩ】

F03D3/06 A

F03B13/26

F03B3/12

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023129082

(22)【出願日】2023-08-08

【審査請求日】2024-01-22

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515043772

【氏名又は名称】株式会社チャレナジー

(74)【代理人】

【識別番号】100214260

【弁理士】

【氏名又は名称】相羽 昌孝

(74)【代理人】

【識別番号】100139103

【弁理士】

【氏名又は名称】小山 卓志

(74)【代理人】

【識別番号】100139114

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 貞嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100227455

【弁理士】

【氏名又は名称】莊司 英史

(72)【発明者】

【氏名】清水 敦史

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１８３６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６６７７９９１（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｄ ３／０６

Ｆ０３Ｂ １３／２６

Ｆ０３Ｂ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転可能に軸支される支持軸と、
前記支持軸の軸方向に対して所定の間隔を空けて配置されて、少なくとも１つが前記支持軸に固定される複数の支持部材と、
隣り合う前記支持部材の間に前記支持軸の回転中心軸に対して対称的に一対配置されて、前記支持部材により支持される複数の受圧部材とを備え、
複数の前記受圧部材の各々は、
前記軸方向に垂直な平面視において、外側端と、前記回転中心軸に対して前記外側端の反対側で前記外側端よりも前記支持軸の径方向内側に配置される内側端との間に延設される壁面部として、
前記外側端と、前記外側端に対して前記受圧部材が流体圧を受けて前記支持軸が回転するときの進行方向側かつ前記回転中心軸寄りに配置される外側境界部との間に延設されて、前記径方向外側に膨出する曲面状に形成された外側壁面部と、
前記外側境界部と、前記外側境界部に対して前記進行方向側に配置される前記内側端との間に延設されて、前記径方向外側に膨出する曲面状又は平面状に形成された１又は複数の内側壁面部とを有し、
複数の前記支持部材の各々は、前記平面視における形状として、
一対の前記受圧部材の長手方向外側に対して前記外側壁面部に沿って曲線状にそれぞれ形成されて、前記外側端から離れるほど前記外側壁面部から前記径方向外側に突出した長手方向突出量が大きく設定された一対の曲線外形部と、
一対の前記受圧部材の短手方向外側に対して前記内側壁面部に沿って一対の前記曲線外形部同士を結ぶように直線状にそれぞれ形成されて、前記内側壁面部から前記短手方向外側に突出した一対の直線外形部とを有する、
抗力型タービン装置。

【請求項2】

複数の前記支持部材は、
前記軸方向の両端に配置された一対の前記支持部材であり、
一対の前記支持部材の間に所定の間隔を空けて配置されて、前記受圧部材を支持する、少なくとも１つの補助支持部材をさらに備え、
前記補助支持部材は、前記平面視における形状として、
前記外側壁面部から前記径方向外側に突出した長手方向突出量が前記支持部材よりも大きくならないように設定されるとともに、
前記内側壁面部から前記短手方向外側に突出した短手方向突出量が前記支持部材よりも小さく設定された外形部を有する、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。

【請求項3】

一対の前記曲線外形部の各々は、
前記平面視の形状が単一の曲率半径を有する円弧となる曲面状に形成されており、
前記曲率半径は、
前記回転中心軸を中心とする前記外側端の外接円の半径よりも小さく設定された、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。

【請求項4】

一対の前記曲線外形部の各々は、
前記平面視の形状が複数の曲率半径をそれぞれ有する複数の円弧となる曲面状に形成されて、
複数の前記曲率半径は、
前記外側端から離れるほど小さく設定されるとともに、
前記回転中心軸を中心とする前記外側端の外接円の半径よりも大きな曲率半径と、前記外接円の半径よりも小さな曲率半径とを含む、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。

【請求項5】

前記長手方向突出量は、
前記外側端から前記曲線外形部までの突出量を、前記長手方向突出量の基準値（Ｐ１）と定義したとき、
前記回転中心軸を中心とする前記外側端の外接円の直径（Ｄ）に対する前記長手方向突出量の基準値（Ｐ１）の比率が３％以上５％以下に設定されており、
一対の前記直線外形部の各々が前記内側壁面部から前記短手方向外側に突出した短手方向突出量は、
前記外側壁面部と同心状に設定された仮想円弧の接線上に前記直線外形部が形成された場合において、前記外側端から前記仮想円弧までの突出量を、前記短手方向突出量の基準値（Ｐ２）と定義したとき、
前記直径（Ｄ）に対する前記短手方向突出量の基準値（Ｐ２）の比率が１０％以上２０％以下に設定された、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。

【請求項6】

前記内側壁面部は、
前記外側境界部と、前記外側境界部に対して前記進行方向側かつ前記回転中心軸寄りに配置される内側境界部との間に延設されて、平面状に形成された第１の内側壁面部と、
前記内側境界部と、前記第１の内側壁面部の延長線に対して前記進行方向側に配置される前記内側端との間に延設されて、平面状に形成された第２の内側壁面部とを有する、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。

【請求項7】

一対の前記直線外形部の各々が前記内側境界部から前記短手方向外側に突出した短手方向突出量（Ｐ４）は、
一対の前記直線外形部の各々が前記内側端から前記短手方向外側に突出した短手方向突出量（Ｐ３）よりも小さく設定された、
請求項６に記載の抗力型タービン装置。

【請求項8】

前記支持軸、複数の前記支持部材及び複数の前記受圧部材を１つの抗力型タービンユニットとして、複数の前記抗力型タービンユニットを備え、
前記支持部材及び前記支持軸の少なくとも一方は、
複数の前記抗力型タービンユニットがそれぞれ備える前記支持軸が同軸上に配置されたときに隣接される前記支持部材同士及び前記支持軸同士の少なくとも一方を着脱可能に連結する連結機構部を備える、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。

【請求項9】

請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の抗力型タービン装置を用いた、
風力回転装置、水力回転装置又は潮力回転装置。

【請求項10】

請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の抗力型タービン装置を用いた、
風力発電機、水力発電機又は潮力発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、抗力型タービン装置、前記抗力型タービン装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、並びに、前記抗力型タービン装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、抗力型タービン装置を用いた回転装置や発電機が知られている。例えば、抗力型風力発電機として、特許文献１には、横断面がＣ字状（円弧状）の複数のブレードを有するサボニウス型風車が開示されている。また、特許文献２には、横断面がＪ字状の複数のブレードを有するバッハ型風車が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－１８３６４０号公報

【文献】特開平６－３２３２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１及び特許文献２に開示された抗力型風力発電機では、受圧部材を支持する支持部材（特許文献１の風車ローター、特許文献２の端板）は、円板状、すなわち、支持部材の平面視における形状として、円形状に形成されている。受圧部材の端部に支持部材が存在することで、受圧部材が回転したときに、受圧部材の端部（翼端）まで揚力が発生し、受圧部材の端部における渦の発生が抑制されるので、装置性能が向上することが知られている。

【0005】

しかしながら、円板状に形成された支持部材は、受圧部材から突出した部分の突出量や面積が大きく、受圧部材からのオーバーハングが大きくなる。そのため、受圧部材からのオーバーハングに応じて、支持部材４の流体抵抗と慣性モーメントが大きくなることから、装置性能を低下させる要因になり得るとともに、装置強度を確保するための対策が必要となっていた。

【0006】

そこで、本発明は、装置性能の低下を抑制しつつ、装置強度の確保を容易に実現することを可能とする抗力型タービン装置、前記抗力型タービン装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、並びに、前記抗力型タービン装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機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】

【0007】

本発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係る抗力型タービン装置は、
回転可能に軸支される支持軸と、
前記支持軸の軸方向に対して所定の間隔を空けて配置されて、少なくとも１つが前記支持軸に固定される複数の支持部材と、
隣り合う前記支持部材の間に前記支持軸の回転中心軸に対して対称的に一対配置されて、前記支持部材により支持される複数の受圧部材とを備え、
複数の前記受圧部材の各々は、
前記軸方向に垂直な平面視において、外側端と、前記回転中心軸に対して前記外側端の反対側で前記外側端よりも前記支持軸の径方向内側に配置される内側端との間に延設される壁面部として、
前記外側端と、前記外側端に対して前記受圧部材が流体圧を受けて前記支持軸が回転するときの進行方向側かつ前記回転中心軸寄りに配置される外側境界部との間に延設されて、前記径方向外側に膨出する曲面状に形成された外側壁面部と、
前記外側境界部と、前記外側境界部に対して前記進行方向側に配置される前記内側端との間に延設されて、前記径方向外側に膨出する曲面状又は平面状に形成された１又は複数の内側壁面部とを有し、
複数の前記支持部材の各々は、前記平面視における形状として、
一対の前記受圧部材の長手方向外側に対して前記外側壁面部に沿って曲線状にそれぞれ形成されて、前記外側端から離れるほど前記外側壁面部から前記径方向外側に突出した突出量が大きく設定された一対の曲線外形部と、
一対の前記受圧部材の短手方向外側に対して前記内側壁面部に沿って一対の前記曲線外形部同士を結ぶように直線状にそれぞれ形成されて、前記内側壁面部から前記短手方向外側に突出した一対の直線外形部とを有する。

【0008】

本発明の一実施形態に係る風力回転装置、水力回転装置又は潮力回転装置は、前記抗力型タービン装置を用いたものである。本発明の一実施形態に係る風力発電機、水力発電機又は潮力発電機は、前記抗力型タービン装置を用いたものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一実施形態に係る抗力型タービン装置によれば、支持部材の曲線外形部が、平面視において、受圧部材の長手方向外側に対して外側壁面部に沿って曲線状に形成されて、外側端から離れるほど外側壁面部から径方向外側に突出した突出量が大きく設定されている。支持部材において、外側端付近に発生する揚力のベクトルは、支持部材の長手方向の成分となるため、外側端付近の突出量を大きくしたとしても回転軸を回転させるための回転力の増加に与える影響は小さい。一方、外側端付近の突出量を大きくした場合、支持部材の流体抵抗と慣性モーメントが大きくなるため、装置性能が低下してしまう。したがって、曲線外形部の突出量が外側端から離れるほど大きく設定されていることにより、外側端付近の突出量を少なくしながら曲線外形部の突出量を確保することで、装置性能の低下を抑制することができる。

【0010】

また、支持部材の直線外形部は、平面視において、受圧部材の短手方向外側に対して内側壁面部に沿って曲線外形部同士を結ぶように直線状に形成されて、内側壁面部から短手方向外側に突出している。これにより、直線外形部の突出量は、支持部材の平面視における形状が円形状に形成されたときよりも小さくなるため、内側壁面部からのオーバーハングが低減されるので、装置強度の確保を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの一例を示す全体斜視図である。

【図2】第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの一例を示す部分分解斜視図である。

【図3】第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの一例を示す横断面図である。

【図4】第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの配置例と各パラメータを示す概要図である。

【図5】第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの配置例と各パラメータを示す概要図である。

【図6】曲線外形部４０における長手方向突出量の基準値Ｐ１を変化させたときの出力係数Ｃｐのシミュレーション結果を示すグラフである。

【図7】直線外形部４１における短手方向突出量の基準値Ｐ２を変化させたときの出力係数Ｃｐのシミュレーション結果を示すグラフである。

【図8】第２の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｂの一例を示す全体斜視図である。

【図9】第２の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｂの一例を示す横断面図である。

【図10】第２の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｂの配置例と各パラメータを示す概要図である。

【図11】第２の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｂの配置例と各パラメータを示す概要図である。

【図12】第３の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｃの一例を示す全体斜視図である。

【図13】第３の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｃの一例を示す横断面図である。

【図14】支持部材４の形状の変更及び補助支持部材６の有無による出力係数Ｃｐのシミュレーション結果の比較を示すグラフである。

【図15】第４の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｄの一例を示す全体斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明の具体的な実施形態を示す。実施形態はあくまで一例であり、この例に限定されるものではない。なお、以下の実施形態では、抗力型タービン装置の適用例の１つとして、抗力型タービン装置を用いた垂直軸抗力型風力発電機１（１Ａ～１Ｄ）について説明する。また、実施形態の説明において、「平行」とは、完全に平行な場合だけでなく、垂直軸抗力型風力発電機１の機能が損なわれない程度のずれを許容した略平行な場合も含む。同様に、「垂直」とは、完全に垂直な場合でだけでなく、垂直軸抗力型風力発電機１の機能が損なわれない程度のずれを許容した略垂直な場合も含む。さらに、実施形態の説明において、「円弧」とは、完全に真円状の円弧である場合だけでなく、垂直軸抗力型風力発電機１の機能が損なわれない程度のずれを許容した略円弧である場合も含む。

【0013】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの一例を示す全体斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの一例を示す部分分解斜視図である。図３は、第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの一例を示す横断面図である。

【0014】

垂直軸抗力型風力発電機１Ａは、設置面（不図示）に設置される支持筐体２と、支持筐体２に回転可能に軸支される支持軸３と、支持軸３の軸方向Ｄａに対して所定の間隔Ｌ１を空けて配置されて、少なくとも１つが支持軸３に固定される複数の支持部材４と、複数の支持部材４の間に配置されて、複数の支持部材４により支持される複数の受圧部材５とを備える。垂直軸抗力型風力発電機１Ａは、受圧部材５が所定の方向から流れる風（空気流）による風圧（流体圧）を受けることで、支持軸３が進行方向Ｄｔ（本実施形態では、時計回り（図３参照））に回転するものであり、抗力型の風力タービンとして機能する。

【0015】

垂直軸抗力型風力発電機１Ａの各構成部材（支持筐体２、支持軸３、支持部材４、受圧部材５）は、例えば、アルミニウム、ステンレス、チタニウム、鉄鋼等の金属材料（合金を含む）、炭素繊維強化樹脂、ガラス繊維強化樹脂等の繊維強化樹脂材料、ポリカーボネイトや塩化ビニル等の樹脂材料、又は、これらの複合材料を用いて製作される。なお、各構成部材は、上記のような各種の材料を適宜組み合わせて製作されてもよく、例えば、構成部材毎に異なる材料を用いて製作されてもよいし、構成部材の一部又は全てが、共通の材料を用いて製作されてもよい。

【0016】

本実施形態では、垂直軸抗力型風力発電機１Ａは、図１に示すように、複数の支持部材４として、３つの支持部材４を備える。また、垂直軸抗力型風力発電機１Ａは、複数の受圧部材５として、３つの支持部材４の各間、すなわち、隣り合う支持部材４の間に、支持軸３の回転中心軸Ｏ１に対して対称的に一対配置される複数の受圧部材５を備える。すなわち、全体では４つの受圧部材５を備える。

【0017】

支持筐体２は、支持軸３と同軸状に配置される円筒状の筐体である。支持筐体２は、その上部に、支持軸３を軸支するとともに、支持軸３が回転する際の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電ユニット２０を備える。なお、支持筐体２は、支持軸３の下端側だけを支持するものでもよいし、支持軸３の下端側に加えて支持軸３の上端側（支持軸３の上端でもよいし、支持軸３の上端に連結されたシャフト部材でもよい）をさらに支持するものでもよい。また、支持筐体２は、トラス状の筐体としてもよい。

【0018】

発電ユニット２０は、例えば、アウターロータ型の発電機で構成される。なお、発電ユニット２０は、インナーロータ型の発電機で構成されてもよい。また、支持軸３と、発電ユニット２０とは、直接連結されてもよいし、増速機を介して連結されてもよい。

【0019】

支持軸３は、円筒状又は円柱状のシャフト部材で構成され、回転中心軸Ｏ１を中心に発電ユニット２０により軸支される。なお、支持軸３は、１本のシャフト部材で構成されてもよいし、間隔Ｌ１と同程度の長さを有する複数本（本実施形態では、２本）のシャフト部材を連結することで構成されてもよい。

【0020】

複数の支持部材４の各々は、板状であり、例えば、平板材でそれぞれ構成される。本実施形態では、支持部材４は、支持軸３がその中央付近を貫通するようにして、支持軸３に対して任意の固定方法（溶接、接着、ねじ固定、圧入、リベット、ピン結合、継手等）により固定される。その際、支持部材４は、例えば、リング状又はフランジ状に形成された連結固定部材（不図示）を介して支持軸３に固定される。また、支持部材４は、上記のような任意の固定方法により受圧部材５に固定されて、受圧部材５を支持する。

【0021】

なお、複数の支持部材４のうち、少なくとも１つの支持部材４が支持軸３に固定されていればよい。例えば、支持軸３の両端に配置された支持部材４（図１の例では、下から１つ目及び３つ目の支持部材４）が、連結固定部材を介して支持軸３に固定されていてもよい。その際、両端の間に配置された中間の支持部材４の一部又は全て（図１の例では、下から２つ目の支持部材４）は、連結固定部材を介して支持軸３に固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。支持軸３に固定されていない中間の支持部材４は、受圧部材５同士を軸方向Ｄａに連結するとともに、受圧部材５を補強する連結補強部材として機能し、例えば、支持軸３が支持部材４に形成された貫通孔を通過するようにしてもよいし、支持軸３と支持部材４の貫通孔との間の隙間を塞ぐように、例えば、ゴム等の弾性材料でリング状に形成された連結弾性部材が配置されていてもよい。

【0022】

支持部材４は、軸方向Ｄａに垂直な平面視（図３参照）における形状（平面視形状）として、一対の受圧部材５がそれぞれ有する外側壁面部５０（詳細は後述）に沿って曲線状に形成された一対の曲線外形部４０と、一対の受圧部材５がそれぞれ有する内側壁面部５１、５２（詳細は後述）に沿って一対の曲線外形部４０同士を結ぶように直線状に形成された一対の直線外形部４１とを備える。したがって、支持部材４は、平面視において、平行に配置された２つの直線部分と、それら２つの直線部分の両端を曲線状に接続する２つの曲線部分とで形成される。

【0023】

一対の受圧部材５の長手方向は、平面視において、直線外形部４１が形成する直線に対して平行な方向と定義する。一対の受圧部材５の短手方向は、平面視において、直線外形部４１が形成する直線に対して垂直な方向と定義する。

【0024】

曲線外形部４０は、平面視において、一対の受圧部材５の長手方向外側Ｄｌに対してそれぞれ配置される。曲線外形部４０は、平面視において、外側壁面部５０から支持軸３の径方向外側Ｄｒ１に突出している。

【0025】

直線外形部４１は、平面視において、一対の受圧部材５の短手方向外側Ｄｓに対してそれぞれ配置される。直線外形部４１は、平面視において、内側壁面部５１、５２から短手方向外側Ｄｓに突出している。

【0026】

一対の受圧部材５の各々は、隣り合う支持部材４の間を軸方向Ｄａに沿って、かつ、支持軸３の径方向Ｄｒ１，Ｄｒ２に離間した状態で支持軸３の周囲に配置される。受圧部材５は、軸方向Ｄａに垂直な平面視（図３参照）において、外側端５３と、回転中心軸Ｏ１に対して外側端５３の反対側で外側端５３よりも径方向内側Ｄｒ２に配置される内側端５４との間に延設される壁面部５０～５２を有する。

【0027】

受圧部材５は、壁面部５０～５２として、外側端５３と外側境界部５５との間に延設されて、径方向外側Ｄｒ１に膨出する曲面状に形成された外側壁面部５０と、外側境界部５５と内側端５４との間に延設されて、径方向外側Ｄｒ１に膨出する曲面状又は平面状に形成された１又は複数の内側壁面部５１、５２とを有する。その際、外側境界部５５は、外側端５３に対して受圧部材５の進行方向側Ｄｔかつ回転中心軸Ｏ１寄りに配置される。また、内側端５４は、外側境界部５５に対して受圧部材５の進行方向側Ｄｔに配置される。

【0028】

本実施形態では、受圧部材５は、壁面部５０～５２として、外側端５３寄りに配置される外側壁面部５０と、内側端５４寄りに配置される第２の内側壁面部５２と、外側壁面部５０及び第２の内側壁面部５２の間に配置される第１の内側壁面部５１とを有する。また、受圧部材５は、外側壁面部５０及び第１の内側壁面部５１の境界部分に配置される外側境界部５５と、第１の内側壁面部５１及び第２の内側壁面部５２の境界部分に配置される内側境界部５６とを有する。その際、内側境界部５６は、外側境界部５５に対して受圧部材５の進行方向側Ｄｔかつ回転中心軸Ｏ１寄りに配置される。

【0029】

外側壁面部５０は、外側端５３と外側境界部５５との間に延設されて、径方向外側Ｄｒ１に膨出する曲面状に形成された外側壁面部である。外側壁面部５０は、風の流れを阻害しない曲面状であり、例えば、平面視形状が円弧、楕円弧、その他の曲線等となる曲面状である。本実施形態では、外側壁面部５０は、単一の曲率を有する円弧の曲面状に形成されている。なお、外側壁面部５０が円弧の曲面状である場合、その円弧の中心角は、例えば、７５度から１３５度の範囲が好ましく、さらに、９０度から１２０度の範囲がより好ましい。

【0030】

第１の内側壁面部５１は、外側境界部５５と内側境界部５６との間に延設されて、径方向外側Ｄｒ１に膨出する曲面状又は平面状に形成された内側壁面部である。第１の内側壁面部５１は、例えば、曲面状として、平面視形状が円弧、楕円弧、その他の曲線等となる任意の曲面状に形成される。また、第１の内側壁面部５１は、図３に示すように、平面視形状が直線となる平面状に形成される。なお、外側壁面部５０の平面視形状が円弧の曲面状である場合、第１の内側壁面部５１は、その外側壁面部５０の外側境界部５５側の端部から延長された接線上に配置される平面状とし、外側境界部５５は、その外側壁面部５０（円弧又は楕円弧）と、その第１の内側壁面部５１（円弧又は楕円弧に対する接線）との境界に位置するようにしてもよい。これにより、外側壁面部５０から第１の内側壁面部５１に向かう風の流れを円滑にすることができる。

【0031】

第２の内側壁面部５２は、内側境界部５６と内側端５４との間に延設されて、径方向外側Ｄｒ１に膨出する曲面状又は平面状に形成された内側壁面部である。第２の内側壁面部５２は、例えば、曲面状として、平面視形状が円弧、楕円弧、その他の曲線等となる曲面状に形成される。また、第２の内側壁面部５２は、図３に示すように、平面視形状が直線となる平面状に形成される。

【0032】

本実施形態では、第１の内側壁面部５１及び第２の内側壁面部５２は、平面視形状が直線の平面上に形成されて、内側端５４が、平面視において、第１の内側壁面部５１の延長線に対して進行方向側Ｄｔに配置されている。これにより、第１の内側壁面部５１と第２の内側壁面部５２とは、支持軸３側に鈍角を形成する。なお、外側壁面部５０と、第１の内側壁面部５１とについても、平面視において、外側境界部５５を介して径方向外側Ｄｒ１に凸状となるように配置されることで、外側壁面部５０と、第１の内側壁面部５１とは、支持軸３側に鈍角を形成するようにしてもよい。

【0033】

外側境界部５５及び内側境界部５６は、湾曲状又は屈曲状に形成される。なお、外側境界部５５及び内側境界部５６の形状は、同一でもよいし、異なっていてもよい。また、外側境界部５５が湾曲状とする場合には、外側壁面部５０又は第１の内側壁面部５１と同一の曲面状として形成されてもよいし、内側境界部５６が湾曲状とする場合には、第１の内側壁面部５１と同一の曲面状として形成されてもよい。

【0034】

壁面部５０～５２は、各部分（外側壁面部５０、外側境界部５５、第１の内側壁面部５１、内側境界部５６及び第２の内側壁面部５２）のうち隣接する各部分の一部又は全体が一体的に形成されてもよいし、複数の部品を接合することで形成されてもよい。例えば、壁面部５０～５２の全体（外側壁面部５０、外側境界部５５、第１の内側壁面部５１、内側境界部５６及び第２の内側壁面部５２）が一体的に形成される場合には、平板状の金属板や樹脂板等に対して、各部分に相当する範囲に曲げ加工を施すことで受圧部材５が製作されるようにすればよい。これにより、壁面部５０～５２に継ぎ目や留め具がなくなるため、受圧部材５の流体抵抗を低減することができる。本実施形態では、受圧部材５は、図３に示すように、壁面部５０～５２の全体が一体的にそれぞれ形成されたものである。

【0035】

また、壁面部５０～５２が、別々の部品として形成される場合には、外側境界部５５及び内側境界部５６で分割されたような３つの部品で構成されてもよいし、第１の内側壁面部５１の中間付近で分割されたような２つの部品で構成されてもよい。各部品が、上記のような任意の固定方法による固定部を介して固定することで受圧部材５が製作されるようにすればよい。

【0036】

一対の受圧部材５は、支持軸３の径方向Ｄｒ１，Ｄｒ２に離間した状態で支持軸３の周囲にて１８０度ずらした状態で対称的に配置される。そのため、一方の受圧部材５の第１の内側壁面部５１と、他方の受圧部材５の第２の内側壁面部５２とが対向する位置に配置されるとともに、受圧部材５の内側境界部５６と支持軸３の外周面との間に、間隙がそれぞれ形成される。その際、受圧部材５は、第１の内側壁面部５１と、第２の内側壁面部５２とは、内側境界部５６を介して径方向外側Ｄｒ１に凸状となるように配置されることで、平面視における一対の受圧部材５同士の間隔として、内側端５４側では相対的に狭く、内側境界部５６側では相対的に広くなるように配置される。したがって、一対の受圧部材５は、支持軸３側に近づくほど一対の受圧部材５同士の間隔が広くなる。

【0037】

また、一対の受圧部材５が対称的に配置される際、一方の受圧部材５の内側端５４は、平面視において、他方の受圧部材５の外側端５３と支持軸３の回転中心軸Ｏ１とを結ぶ線に対して進行方向側Ｄｔに配置されるのが好ましく、他方の受圧部材５の外側端５３と内側境界部５６とを結ぶ線に対して進行方向側Ｄｔに配置されるのがより好ましい。これにより、一対の受圧部材５の間に形成される通路の幅を適切に設定することができる。

【0038】

図４及び図５は、第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの配置例と各パラメータを示す概要図である。なお、図５では、支持軸３の図示を省略している。

【0039】

支持軸３の軸方向Ｄａに垂直な平面視において、垂直軸抗力型風力発電機１Ａの各部の配置や形状を特定するためのパラメータを以下のように定義する。なお、各パラメータは、各部の寸法に相当するため、正の値を取り得るものである。

【0040】

Ｄ：回転中心軸Ｏ１を中心とする外側端５３の外接円の直径（外側端直径）、
ｄ：支持軸３の直径（支持軸直径）、
Ｒ１：回転中心軸Ｏ１を中心とする外側端５３の外接円の半径（＝Ｄ／２）、
Ｒ２：回転中心軸Ｏ１を中心とする曲線外形部４０の外接円の半径
Ｒ３：外側壁面部５０の曲率半径、
Ｒ４：曲線外形部４０の曲率半径、
ｓ：一方の受圧部材５の第１の内側壁面部５１と、他方の受圧部材５の内側端５４との最短距離（第１の最短距離）、
ｔ：受圧部材５と、支持軸３の外周面との最短距離（第２の最短距離）、
θ：第１の内側壁面部５１と第２の内側壁面部５２とがなす角度
Ｐｘ：曲線外形部４０の外側壁面部５０からの長手方向突出量（変数）
Ｐｙ：直線外形部４１の内側壁面部５１、５２からの短手方向突出量（変数）
Ｐ１：外側端５３から曲線外形部４０までの突出量（長手方向突出量の基準値）
Ｐ２：外側端５３から仮想円弧４２までの突出量（短手方向突出量の基準値）
Ｐ３：直線外形部４１の内側端５４からの短手方向突出量
Ｐ４：直線外形部４１の内側境界部５６からの短手方向突出量

【0041】

曲線外形部４０は、平面視形状が単一の曲率半径Ｒ４を有する円弧となる曲面状に形成されている。曲線外形部４０における曲率半径Ｒ４は、外側端５３の外接円の半径Ｒ１よりも小さく設定されている。その際、曲線外形部４０の曲率半径Ｒ４は、外側壁面部５０の曲率半径Ｒ３よりも大きく設定されているのが好ましい。

【0042】

曲線外形部４０が外側壁面部５０から径方向外側Ｄｒ１に突出した長手方向突出量Ｐｘは、受圧部材５の外側端５３から離れるほど大きく設定されている。すなわち、曲線外形部４０が外側端５３から径方向外側Ｄｒ１に突出したときの突出量Ｐ１が最小であり、外側端５３から離れるほど曲線外形部４０の長手方向突出量Ｐｘが大きくなるように設定されている。外側端５３から曲線外形部４０までの突出量Ｐ１を、長手方向突出量の基準値Ｐ１と定義する。

【0043】

直線外形部４１は、外側壁面部５０と同心状に設定された仮想円弧４２の接線上に形成されている。仮想円弧４２の接線は、外側端５３の近傍で曲線外形部４０と交差するように引かれる。直線外形部４１と曲線外形部４０とは、平面視において、滑らかな曲線状で結ばれるのが好ましく、例えば、外側壁面部５０の曲率半径Ｒ３よりも小さく設定された曲率半径を有する円弧状に結ばれるようにすればよい。

【0044】

直線外形部４１が内側壁面部５１、５２から短手方向外側Ｄｓに突出した短手方向突出量Ｐｙは、内側境界部５６から離れて内側端５４に近づくほど大きく設定されている。すなわち、直線外形部４１が内側境界部５６から短手方向外側Ｄｓに突出した短手方向突出量Ｐ４は、直線外形部４１が内側端５４から短手方向外側に突出した短手方向突出量Ｐ３よりも小さく設定されている。外側壁面部５０と同心状に設定された仮想円弧４２の接線上に直線外形部４１が形成された場合において、外側端５３から仮想円弧４２までの突出量Ｐ２を、短手方向突出量の基準値Ｐ２と定義する。

【0045】

図６は、曲線外形部４０における長手方向突出量の基準値Ｐ１を変化させたときの出力係数Ｃｐのシミュレーション結果を示すグラフである。図７は、直線外形部４１における短手方向突出量の基準値Ｐ２を変化させたときの出力係数Ｃｐのシミュレーション結果を示すグラフである。

【0046】

垂直軸抗力型風力発電機１Ａの出力係数Ｃｐは、以下のように定義する。

【0047】

Ｃｐ＝Ｐ／（０．５×ρ×Ｕ^３×Ｄ）
ただし、
Ｐは、垂直軸抗力型風力発電機１Ａの高さ方向の単位幅あたりの出力、
ρは、空気密度、
Ｕは、風速である。

【0048】

垂直軸抗力型風力発電機１Ａの周速比λは、以下のように定義する。

【0049】

λ＝Ｖ／Ｕ
ただし、Ｖは、外側端５３の回転速度（周速）である。

【0050】

図６及び図７に示す出力係数Ｃｐのグラフは、周速比λが０．６である場合の出力係数Ｃｐをシミュレーションによりそれぞれ算出したものである。シミュレーションの実施条件として、外側端直径Ｄ、支持軸直径ｄ及び曲率半径Ｒ３の比率（Ｄ：ｄ：Ｒ３）が、
Ｄ＝１、ｄ／Ｄ＝０．０７、Ｒ／Ｄ＝０．２０
を満たす場合において、基準値Ｐ１、Ｐ２をそれぞれ変化させたときの出力係数Ｃｐを算出したものである。

【0051】

図６に示すグラフは、横軸に外側端直径Ｄに対する長手方向突出量の基準値Ｐ１の比率を取り、縦軸に出力係数Ｃｐを取ったものである。モデルＭ１～Ｍ３は、外側端直径Ｄに対する短手方向突出量の基準値Ｐ２の比率を、「１４％」、「２０％」、「３０％」にそれぞれ設定したものである。

【0052】

図６が示すように、曲線外形部４０が外側端５３から径方向外側Ｄｒ１に突出した長手方向突出量の基準値Ｐ１は、短手方向突出量の基準値Ｐ２に違いがあったとしても、外側端直径Ｄに対する長手方向突出量の基準値Ｐ１の比率が５％を超えると、出力係数Ｃｐが低下するとともに、その比率が３％未満では、出力係数Ｃｐが低下する可能性があることが分かった。したがって、外側端直径Ｄに対する長手方向突出量の基準値Ｐ１の比率は、３％以上５％以下に設定されているのが好ましい。

【0053】

図７に示すグラフは、横軸に外側端直径Ｄに対する短手方向突出量の基準値Ｐ２の比率を取り、縦軸に出力係数Ｃｐを取ったものである。モデルＭ４～Ｍ６は、外側端直径Ｄに対する長手方向突出量の基準値Ｐ１の比率を、「０」、「３％」、「５％」にそれぞれ設定したものである。

【0054】

図７に示すように、直線外形部４１が内側壁面部５１、５２から短手方向外側Ｄｓに突出した短手方向突出量の基準値Ｐ２は、長手方向突出量の基準値Ｐ１に違いがあったとしても、外側端直径Ｄに対する短手方向突出量の基準値Ｐ２の比率が１５％程度まで出力係数Ｃｐの上昇割合（傾き）が高く、その比率が１５％を超えても出力係数Ｃｐがさらに上昇することが分かった。したがって、外側端直径Ｄに対する短手方向突出量の基準値Ｐ２の比率は、１０％以上２０％以下に設定されているのが好ましい。

【0055】

上記の構成を有する垂直軸抗力型風力発電機１Ａは、所定の方向（風上）からの風を風下側の受圧部材５の外側壁面部５０で受けると、風下側の受圧部材５には、進行方向側Ｄｔに回転させるように回転力（抗力）が作用する。

【0056】

そして、その風が、風下側の受圧部材５の外側壁面部５０に沿って一対の受圧部材５の間に流れ込むと、風下側の受圧部材５の第１の内側壁面部５１と風上側の受圧部材５の第２の内側壁面部５２との間、風上側及び風下側の受圧部材５の内側境界部５６と支持軸３の外周面との間、風下側の受圧部材５の第２の内側壁面部５２と風上側の受圧部材５の第１の内側壁面部５１との間を順に通過し、その後、風上側の受圧部材５の外側壁面部５０に沿って流れ出る。また、風上側の受圧部材５が、風上からの風を直接受けることで、その受圧部材５の外側壁面部５０及び第１の内側壁面部５１を風下方向（進行方向反対側）に押圧するような回転力が発生する。一方、一対の受圧部材５の間に流れ込んだ風が風上側の受圧部材５の外側壁面部５０に沿って流れ出るときに、その風を風上側の受圧部材５の外側壁面部５０が受けることで、その受圧部材５の外側壁面部５０を風上方向（進行方向側Ｄｔ）に押圧するような回転力が発生するため、進行方向反対側に作用する回転力の一部が、進行方向側Ｄｔに作用する回転力により相殺される。

【0057】

また、垂直軸抗力型風力発電機１Ａのアジマス角が、特定の範囲を満たす場合、受圧部材５のうち、主に外側壁面部５０や第１の内側壁面部５１に揚力（負圧）が発生し、受圧部材５を進行方向側Ｄｔに押圧する回転力として寄与することが知られている。その際、支持部材４が、受圧部材５の壁面部５０～５２に対して径方向外側Ｄｒ１又は短手方向外側Ｄｓに突出していることで、受圧部材５の軸方向Ｄａの端部（翼端）まで揚力が発生するとともに、受圧部材５の軸方向Ｄａの端部における渦の発生を抑制することができる。これにより、受圧部材５を進行方向側Ｄｔに押圧する回転力をより増加することができる。

【0058】

このようにして、風下側の受圧部材５に対して進行方向側Ｄｔに回転させるような回転力が作用し、その回転力（回転エネルギー）が支持部材４を介して支持軸３に伝達されて、支持軸３が回転される。そして、一対の受圧部材５は、風下側と風上側とを交互に入れ替えながら、一連の動作を繰り返し行うことで、支持軸３が連続的に回転されて、支持軸３に連結された発電ユニット２０にて発電運転が行われる。

【0059】

以上のように、本実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａによれば、支持部材４が、受圧部材５の壁面部５０～５２に対して径方向外側Ｄｒ１又は短手方向外側Ｄｓに突出しているので、受圧部材５の軸方向Ｄａの端部（翼端）まで揚力が発生するとともに、受圧部材５の軸方向Ｄａの端部における渦の発生を抑制する。これにより、受圧部材５が、より強い力で進行方向側Ｄｔに押圧されることで、支持軸３を回転させるための回転力が増加するので、装置性能を向上することができる。なお、装置性能の向上効果は、後述する図１４からも理解することができる。

【0060】

そして、支持部材４の曲線外形部４０は、平面視において、受圧部材５の長手方向外側Ｄｌに対して外側壁面部５０に沿って曲線状に形成されて、外側端５３から離れるほど外側壁面部５０から径方向外側Ｄｒ１に突出した突出量Ｐｘが大きく設定されている。外側壁面部５０や第１の内側壁面部５１に発生する揚力のベクトルは、外側壁面部５０や第１の内側壁面部５１に直交するように発生するが、外側端５３付近では、径方向外側Ｄｒ１に向けて発生する。そのため、外側端５３付近の突出量Ｐ１を大きくしたとしても支持軸３を回転させるための回転力の増加に与える影響は小さい。一方、外側端５３付近の突出量Ｐ１を大きくした場合、支持部材４の流体抵抗と慣性モーメントが大きくなるため、装置性能が低下してしまう。そして、外側端５３から離れた位置の外側壁面部５０や第１の内側壁面部５１では、揚力のベクトルは、外側端５３に比べて進行方向Ｄｔ側に向けて発生するため、支持軸３を回転させるための回転力の増加に与える影響は大きい。したがって、曲線外形部４０の突出量Ｐｘが外側端５３から離れるほど大きく設定されていることにより、外側端５３付近の突出量Ｐ１を少なくしながら曲線外形部４０の突出量を確保することで、装置性能の低下を抑制することができる。

【0061】

また、支持部材４の直線外形部４１は、平面視において、受圧部材５の短手方向外側Ｄｓに対して内側壁面部５１、５２に沿って曲線外形部４０同士を結ぶように直線状に形成されて、内側壁面部５１、５２から短手方向外側Ｄｓに突出している。これにより、直線外形部４１の突出量Ｐｙは、支持部材４の平面視における形状が円形状に形成されたときよりも小さくなるため、内側壁面部５１、５２からのオーバーハングが低減されるので、装置強度の確保を容易に実現することができる。

【0062】

さらに、支持部材４の直線外形部４１は、平行な直線状に形成されるので、例えば、垂直軸抗力型風力発電機１Ａの製作時や搬送時に、直線外形部４１を仮置面として横置きしたり、複数の垂直軸抗力型風力発電機１Ａがそれぞれ有する支持部材４の直線外形部４１同士を対向させることで縦積みしたりすることができる。

【0063】

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｂの一例を示す全体斜視図である。図９は、第２の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｂの一例を示す横断面図である。

【0064】

本実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｂは、支持部材４の平面視形状を変更した点で第１の実施形態と相違し、その他の基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。以下では、本実施形態の特徴を中心に説明する。

【0065】

図１０及び図１１は、第２の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｂの配置例と各パラメータを示す概要図である。なお、図１１では、支持軸３の図示を省略している。

【0066】

支持軸３の軸方向Ｄａに垂直な平面視において、垂直軸抗力型風力発電機１Ｂの各部の配置や形状を特定するためのパラメータを以下のように定義する。ここでは、第１の実施形態と相違するパラメータについてのみ記載する。なお、各パラメータは、各部の寸法に相当するため、正の値を取り得るものである。

【0067】

Ｒ５：曲線外形部４０の第１の曲率半径（＝Ｒ２）、
Ｒ６：曲線外形部４０の第２の曲率半径

【0068】

曲線外形部４０は、平面視形状が複数の曲率半径Ｒ５、Ｒ６をそれぞれ有する複数の円弧となる曲面状に形成されている。曲線外形部４０における複数の曲率半径Ｒ５、Ｒ６は、外側端５３から離れるほど小さく設定されている。本実施形態では、曲線外形部４０は、複数の曲率半径をそれぞれ有する複数の円弧として、第１の曲率半径Ｒ５を有する円弧と、第１の曲率半径Ｒ５よりも小さな第２の曲率半径Ｒ６を有する円弧とが接続された曲面状に形成されている。なお、複数の曲率半径Ｒ５、Ｒ６は、本実施形態のように、２つである場合に限られず、３つ以上でもよい。また、複数の曲率半径Ｒ５、Ｒ６は、外側端５３から離れるほど大きく設定されていてもよい。

【0069】

その際、複数の曲率半径Ｒ５、Ｒ６は、回転中心軸Ｏ１を中心とする外側端５３の外接円の半径Ｒ１よりも大きな曲率半径Ｒ５と、外側端５３の外接円の半径Ｒ１よりも小さな曲率半径Ｒ６とを含むのが好ましい。本実施形態では、第１の曲率半径Ｒ５は、外側端５３の外接円の半径Ｒ１よりも大きく、曲線外形部４０の外接円の半径Ｒ２に等しい。また、第２の曲率半径Ｒ６は、外側端５３の外接円の半径Ｒ１よりも小さく、外側壁面部５０の曲率半径Ｒ３よりも大きい。

【0070】

以上のように、本実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｂによれば、第１の実施形態と同様に、装置性能の低下を抑制しつつ、装置強度の確保を容易に実現することができる。

【0071】

（第３の実施形態）
図１２は、第３の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｃの一例を示す全体斜視図である。図１３は、第３の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｃの一例を示す横断面図である。

【0072】

本実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｃは、複数の支持部材４として、軸方向Ｄａの両端に配置された一対の支持部材４を備えるとともに、一対の支持部材４の間に所定の間隔Ｌ１を空けて配置された、少なくとも１つの補助支持部材６をさらに備える点で第１の実施形態と相違し、その他の基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。本実施形態では、垂直軸抗力型風力発電機１Ｃは、図１２に示すように、１つの補助支持部材６を備える。以下では、本実施形態の特徴を中心に説明する。

【0073】

補助支持部材６は、一対の支持部材４とともに、その間に配置される受圧部材５を支持する。補助支持部材６は、支持部材４と平面視形状が異なり、平面視における面積が支持部材４よりも小さい外形を有する。補助支持部材６の材料、製作方法、固定方法等は、支持部材４と同様に構成される。

【0074】

補助支持部材６は、平面視形状として、補助支持部材６が外側壁面部５０から径方向外側Ｄｒ１に突出した長手方向突出量が支持部材４よりも大きくならないように設定されるとともに、補助支持部材６が内側壁面部５１、５２から短手方向外側Ｄｓに突出した短手方向突出量が支持部材４よりも小さく設定された外形部を有する。例えば、補助支持部材６の長手方向突出量は、支持部材４の曲線外形部４０が外側端５３から径方向外側Ｄｒ１に突出したときの突出量Ｐ１と同程度に設定されるともに、外側端５３から離れても大きく設定されず、突出量Ｐ１と同程度に設定される。なお、補助支持部材６の長手方向突出量は、支持部材４の長手方向突出量Ｐｘよりも小さく設定されていてもよい。

【0075】

本実施形態では、補助支持部材６は、平面視形状として、外側壁面部５０に沿って形成された一対の外側壁面外形部６０と、第１の内側壁面部５１に沿って形成された一対の第１の内側壁面外形部６１と、第２の内側壁面部５２に沿って形成された一対の第２の内側壁面外形部６２と、一対の外側壁面外形部６０と一対の第２の内側壁面外形部６２とをそれぞれを結ぶように形成された一対の直線外形部６３とを備える。なお、補助支持部材６の平面視形状は上記の例に限られず、適宜変更してもよい。その際、補助支持部材６の外形は、平面視において、支持部材４の外形の一部と重なっていてもよいし、支持部材４の外形よりも小さくてもよい。

【0076】

図１４は、支持部材４の形状の変更及び補助支持部材６の有無による出力係数Ｃｐのシミュレーション結果の比較を示すグラフである。図１４は、比較例となる垂直軸抗力型風力発電機９と、第１の実施形態に含まれる第１の実施例に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－１（２つの支持部材４）と、第１の実施形態に含まれる第２の実施例に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－２（３つの支持部材４）と、第３の実施形態に含まれる第３の実施例に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｃ－３（２つの支持部材４、１つの補助支持部材６）とに対する出力係数Ｃｐ（縦軸左側）をそれぞれ示すものである。また、比較例となる垂直軸抗力型風力発電機９の出力係数Ｃｐを基準としたときの他の実施例の垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－１、１Ａ－２、１Ｃ－３の出力係数Ｃｐの比率（縦軸右側）をそれぞれ示すものである。なお、比較例となる垂直軸抗力型風力発電機９は、平面視の面積が支持部材４よりも小さく、長手方向突出量が一定に設定された２つの支持部材を備える。その他の構成（例えば、受圧部材５の形状や配置等）については、比較例となる垂直軸抗力型風力発電機９と、第１乃至第３の実施例に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－１、１Ａ－２、１Ｃ－３との間で共通している。

【0077】

第１の実施例の垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－１は、比較例となる垂直軸抗力型風力発電機９に対して、両端に配置された支持部材４の形状を、長手方向突出量及び短手方向突出量が大きくなるように変更したものである。支持部材４の形状変更により、第１の実施例の垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－１は、比較例となる垂直軸抗力型風力発電機９に比べて出力係数Ｐが２０％程度向上することが分かった。

【0078】

第２の実施例の垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－２は、第１の実施例の垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－１に対して、両端の間に配置された中間の支持部材４を追加したものである。中間の支持部材４の追加により、第２の実施例の垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－２は、第１の実施例の垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－１に比べて出力係数Ｐは殆ど変化しないことが分かった。

【0079】

第３の実施例の垂直軸抗力型風力発電機１Ｃ－３は、第２の実施例の垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－２に対して、両端の間に配置された中間の支持部材４の形状を、長手方向突出量及び短手方向突出量が小さくなるように補助支持部材６に変更したものである。支持部材４から補助支持部材６への変更により、第３の実施例の垂直軸抗力型風力発電機１Ｃ－３は、第２の実施例の垂直軸抗力型風力発電機１Ａ－２に比べて出力係数Ｐは殆ど変化しないことが分かった。したがって、両端の間に配置された中間の補助支持部材６の形状は、装置性能の低下に影響しないため、装置の軽量化や積雪の防止の観点から極力小さくすることが好ましい。

【0080】

以上のように、本実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｃによれば、一対の支持部材４の間に配置された補助支持部材６が、外側壁面部５０及び内側壁面部５１、５２に沿うように形成されるので、平面視における補助支持部材６の面積を小さくすることができる。そのため、装置の軽量化を図ることができるとともに、第１の実施形態と同様に、装置性能の低下を抑制しつつ、装置強度の確保を容易に実現することができる。

【0081】

（第４の実施形態）
図１５は、第４の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｄの一例を示す全体斜視図である。

【0082】

本実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｄは、支持軸３、複数の支持部材４（本実施形態では、３つ）及び複数の受圧部材５（本実施形態では、４つ（二対））を１つの抗力型タービンユニット１０として、複数の抗力型タービンユニット１０を備えることで、タンデム構造を有する点で第１の実施形態と相違し、その他の基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。以下では、本実施形態の特徴を中心に説明する。

【0083】

支持軸３は、複数の抗力型タービンユニット１０がそれぞれ備える支持軸３が同軸上に配置されたときに隣接される支持軸３同士を着脱可能に連結する連結機構部３０を備える。また、支持部材４は、複数の抗力型タービンユニット１０がそれぞれ備える支持軸３が同軸上に配置されたときに隣接される支持部材４同士を着脱可能に連結する連結機構部４３を備える。支持軸３の連結機構部３０及び支持部材４の連結機構部４３は、例えば、任意の連結方法（ねじ固定、リベット、ピン結合、継手等）により支持軸３同士又は支持部材４同士を連結するものであり、例えば、工具により着脱可能とするものでもよいし、工具が不要なワンタッチで着脱可能とするものでもよい。なお、支持軸３の連結機構部３０及び支持部材４の連結機構部４３の一方は省略されてもよい。

【0084】

なお、本実施形態では、垂直軸抗力型風力発電機１Ｄは、図１５に示すように、２組の抗力型タービンユニット１０を備える場合について説明するが、抗力型タービンユニット１０の組数は、３組以上でもよい。また、複数の抗力型タービンユニット１０が、支持軸３の連結機構部３０及び支持部材４の連結機構部４３の少なくと一方を介して連結されたとき、複数の抗力型タービンユニット１０がそれぞれ備える受圧部材５は、図１５に示すように、同一の向きに配置されるようにしてもよいし、異なる向きに配置されてもよく、その場合、例えば、９０度ずつずらすようにしてもよいし、螺旋状にずらすようにしてもよい。また、抗力型タービンユニット１０を構成する支持部材４及び受圧部材５の数は適宜変更してもよい。例えば、抗力型タービンユニット１０を、２つの支持部材４と、２つ（一対）の受圧部材５とで構成するようにしてもよい。さらに、支持部材４及び受圧部材５の少なくとも一方の数が異なるような複数種類の抗力型タービンユニット１０を連結するようにしてもよい。

【0085】

以上のように、本実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｄによれば、複数の抗力型タービンユニット１０が連結することで、１つの垂直軸抗力型風力発電機１Ｄが構成されるので、抗力型タービンユニット１０のユニット数に応じて、垂直軸抗力型風力発電機１Ｄとしての発電出力を変更することができる。

【0086】

（他の実施形態）
上記のように、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0087】

上記実施形態では、複数の支持部材４として、３つの支持部材４を備える場合について説明したが、支持部材４の数は、２つでもよいし、４つ以上でもよい。

【0088】

上記実施形態では、受圧部材５が、回転中心軸Ｏ１を中心として時計回りに回転する場合について説明したが、反時計回りに回転するようにしてもよく、その場合には、支持部材４及び受圧部材５の形状を反転させればよい。

【0089】

上記実施形態では、複数の受圧部材５は、図３、図９等に示すような形状である場合について説明したが、受圧部材５の形状は、適宜変更してもよい。例えば、受圧部材５の形状は、サボニウス型風車で用いられるような横断面がＣ字状（円弧状）でもよいし、バッハ型風車で用いられるような横断面がＪ字状でもよい。その場合には、支持部材４の形状についても適宜変更すればよい。

【0090】

上記実施形態では、支持部材４は、例えば、平板材で構成される場合について説明したが、支持部材４は、その一部を貫通するような任意の形状の貫通孔を備えるものでもよい。貫通孔の数は、複数でもよく、その場合には、支持軸３に対して対称的に配置されるようにすればよい。これにより、装置の軽量化を図るとともに、支持部材４への積雪を小さくすることができ、積雪による破損の防止を図ることができる。

【0091】

上記実施形態では、支持軸３（回転中心軸Ｏ１）を、設置面に対して垂直（鉛直）に配置した、すなわち、鉛直方向に対して平行に配置したものとして説明したが、鉛直方向に対して斜めに配置してもよいし、鉛直方向に対して直角に、すなわち、水平方向に配置してもよい。

【0092】

上記実施形態では、抗力型タービン装置の適用例の１つとして、抗力型タービン装置を用いた垂直軸抗力型風力発電機１Ａ～１Ｄについて説明したが、支持軸３を発電ユニット２０に連結することに代えて、支持軸３をポンプ等の回転機械に連結することにより、抗力型タービン装置を用いた風力回転装置としてもよい。

【0093】

上記実施形態では、抗力型タービン装置の適用例の１つとして、抗力型タービン装置を用いた垂直軸抗力型風力発電機１Ａ～１Ｄについて説明したが、エネルギー源として、風（空気流）を用いることに代えて、水流、波、潮流等を用いることにより、抗力型タービン装置を用いた水力発電機又は潮力発電機としてもよいし、さらに支持軸３を発電ユニット２０に連結することに代えて、支持軸３をポンプ等の回転機械に連結することにより、抗力型タービン装置を用いた水力回転装置又は潮力回転装置としてもよい。

【符号の説明】

【0094】

１Ａ～１Ｄ…垂直軸抗力型風力発電機（抗力型タービン装置）、
２…支持筐体、３…支持軸、４…支持部材、５…受圧部材、６…補助支持部材、
１０…抗力型タービンユニット、２０…発電ユニット、３０…連結機構部、
４０…曲線外形部、４１…直線外形部、４３…連結機構部、５０～５２…壁面部、
５０…外側壁面部、５１…第１の内側壁面部、５２…第２の内側壁面部、
５３…外側端、５４…内側端、５５…外側境界部、５６…内側境界部、
６０…外側壁面外形部、６１…第１の内側壁面外形部、
６２…第２の内側壁面外形部、６３…直線外形部

【要約】

【課題】装置性能の低下を抑制しつつ、装置強度の確保を容易に実現することを可能とする抗力型タービン装置を提供する。
【解決手段】抗力型タービン装置１Ａは、支持軸３と、支持軸３の軸方向に対して所定の間隔を空けて配置されて、支持軸３に固定される複数の支持部材４と、隣り合う支持部材４の間に支持軸３の回転中心軸Ｏ１に対して対称的に一対配置されて、支持部材４により支持される複数の受圧部材５とを備える。受圧部材５は、曲面状に形成された外側壁面部５０と、曲面状又は平面状に形成された１又は複数の内側壁面部５１、５２とを有する。支持部材４は、平面視における形状として、外側壁面部５０に沿って曲線状に形成されて、外側端５３から離れるほど外側壁面部５０から径方向外側に突出した長手方向突出量が大きく設定された曲線外形部４０と、内側壁面部５１、５２に沿って直線状に形成された直線外形部４１とを有する。
【選択図】図３

【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】

【図15】