特許 7649078 垂直軸型風車及び当該風車を利用した風力発電機

(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】2025-03-11

(45)【発行日】2025-03-19

(54)【発明の名称】垂直軸型風車及び当該風車を利用した風力発電機

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/06 20060101AFI20250312BHJP

【ＦＩ】

F03D3/06 D

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024148424

(22)【出願日】2024-08-30

【審査請求日】2024-08-30

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】524325535

【氏名又は名称】白井 洋人

(74)【代理人】

【識別番号】100134050

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 博孝

(72)【発明者】

【氏名】白井 洋人

【審査官】北村 一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００２０１２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２１１１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１５２９２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｄ １／００－８０／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直に設置される主軸と、当該主軸の周りを公転する複数の翼を備えた垂直型風車であって、
前記翼は、前記主軸から半径方向外側に向かって延びるメインアームによって前記主軸と平行なピッチ軸を中心に回転可能に支持されており、
前記メインアームとは別に、前記主軸と前記翼を繋ぐように架設されて前記翼のピッチ角を規制する補助アームを備え、
風速が所定以下のとき、前記補助アームは、風向きに応じて前記主軸から水平方向にオフセットされた位置が回転中心となるように前記翼に架設されており、
風速が所定以上となった段階で、前記オフセットをキャンセルするオフセットキャンセル機構を備え、
前記オフセットキャンセル機構は、前記オフセットされた位置から前記主軸の軸心方向に斜め上方に延びるスラントシャフトと、当該スラントシャフトに沿って移動する円盤体と、当該円盤体から回転可能に支持される回転枠とを備え、
当該回転枠から前記補助アームが支持されており、
前記円盤体を前記スラントシャフトに沿って上方に移動させる上方移動機構を有する
ことを特徴とする垂直型風車。

【請求項2】

請求項１において、
前記オフセットキャンセル機構が作動すると、前記補助アームの回転中心は前記主軸の軸心と一致し、前記全ての翼のピッチ角が同一となる
ことを特徴とする垂直型風車。

【請求項3】

請求項２において、
前記上方移動機構の作用がなくなると、前記円盤体は自重によって前記スラントシャフトに沿って下方に戻される
ことを特徴とする垂直型風車。

【請求項4】

請求項３において、
前記上方移動機構は、前記翼と共に前記主軸の周りを公転する公転子を有し、当該公転子に加わる遠心力を利用して前記円盤体を上方に移動させる
ことを特徴とする垂直型風車。

【請求項5】

請求項４において、
前記上方移動機構は、サーボモータの動力を利用して前記円盤体を前記スラントシャフトに沿って上方に移動させる
ことを特徴とする垂直型風車。

【請求項6】

請求項３～５のいずれかにおいて、
前記上方移動機構には、前記円盤体の上方への移動を上限高さまでに制限する制限機構を備え、
風速が規定値を超えた場合にのみ当該制限機構が解除され前記円盤体が前記上限高さを超えて上昇することによって、前記補助アームの回転中心を前記オフセットされた位置とは反対方向にオフセットさせることにより、前記翼のピッチ角を変化させて前記翼の公転を失速させる失速機構を備える
ことを特徴とする垂直型風車。

【請求項7】

請求項１～５に記載の垂直型風車の前記主軸の回転により発電する発電機を加えた風力発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風車に関し、特に詳しくは主軸が垂直に配置される垂直軸型風車に関する。

【背景技術】

【0002】

垂直軸風車には、翼に働く揚力を利用して回転力を得る揚力型風車と、翼に働く抗力を利用して回転力を得る抗力型風車が存在している（非特許文献１参照）。揚力型風車、抗力型風車にはそれぞれ様々なタイプのものが存在するが、揚力型風車の一例を図９に、抗力型風車の一例を図１０に示している。図９及び図１０はいずれも（ａ）が平面図、(ｂ)が斜視図である。

【0003】

図９に示す揚力型風車は、垂直に設置される主軸１０と、当該主軸１０の周りを公転する４つの翼２０を備えている。翼２０は、主軸１０から半径方向外側に向かって延びるメインアーム１２によって固定的に支持されている。

【0004】

図１０に示す抗力型風車は、垂直に設置される主軸１０と、当該主軸１０の周りを公転する４つの翼２０を備えている。翼２０は、主軸１０から半径方向外側に向かって延びるメインアーム１２によって主軸１０と平行なピッチ軸（図１０におけるメインアーム・翼ジョイント７０によって翼が回転する軸）を中心に回転可能に支持されている。更に、メインアーム１２とは別に、主軸１０と翼２０の先端側端部を繋ぐように架設されて翼２０の回転角（ピッチ角）を規制する補助アーム１４を備えており、この補助アーム１４は、主軸１０から水平方向にオフセットされた位置βが回転中心となるように前記翼に架設されている。なお、オフセットされる方向は、風見３０が受ける風向きに応じてオフセットプレート４０の延在方向が変化し、それに伴って変化する構成となっている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】「垂直軸風車には、抗力型風車と揚力型風車があります。」のページhttps://www2s.biglobe.ne.jp/~wesra/vawt/vawt.html

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

揚力型風車は、一定以上の風速が見込める場合には非常に効率が良いことが知られているが、停止時からの起動性に乏しいという問題点があり、別途起動させるための動力源を必要とするケースも多い。

【0007】

一方、抗力型風車は、低風速時から起動性に富むというメリットがあるものの、回転数が上がった場合に回転効率（風速に対する回転効率）が早い段階で頭打ちとなり、揚力型風車ほどの高効率が望めないという問題点がある。

【0008】

そこで本発明は、低風速時には抗力型風車の起動性を確保しつつ、高風速時には揚力型風車の効率を実現できるハイブリッド式垂直型風車及びこれを利用した風力発電機を提供する事をその課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するべく、本願発明は、垂直に設置される主軸と、当該主軸の周りを公転する複数の翼を備えた垂直型風車であって、前記翼は、前記主軸から半径方向外側に向かって延びるメインアームによって前記主軸と平行なピッチ軸を中心に回転可能に支持されており、前記メインアームとは別に、前記主軸と前記翼（の先端側端部）を（後述するオフセットキャンセル機構を介して）繋ぐように架設されて前記翼の回転角（ピッチ角）を規制する補助アームを備え、風速が所定以下のとき、前記補助アームは、風向きに応じて前記主軸から水平方向にオフセットされた位置が回転中心となるように前記翼に架設されており、風速が所定以上となった段階で、前記オフセットをキャンセルするオフセットキャンセル機構を備えることを特徴とする。

【0010】

このように構成したことによって、低風速時には抗力型風車の起動性を確保しつつ、高風速時には揚力型風車の高効率を実現できるハイブリッド式垂直型風車の提供が可能となっている。即ち、一定以上の風速となると、オフセットキャンセル機構が作動して、補助アームの回転中心は前記主軸の軸心と一致し、全ての翼の回転角（ピッチ角）が同一となる。即ち、風速が一定程度以上となった段階で、自動的に抗力型から揚力型に変化することによって、抗力型及び揚力型のそれぞれのデメリットを無くしているのである。

【0011】

また、前記オフセットキャンセル機構は、前記オフセットされた位置から前記主軸の軸心方向に斜め上方に延びるスラントシャフトと、当該スラントシャフトに沿って移動する円盤体と、当該円盤体から回転可能に支持される回転枠とを備え、当該回転枠から前記補助アームが支持されており、前記円盤体を前記スラントシャフトに沿って上方に移動させる上方移動機構を有することを特徴とする。

【0012】

このような構成によって、抗力型から揚力型への翼の回転角（ピッチ角）の変化を実現している。即ち、スラントシャフトを利用して円盤体を斜め上方に移動させることによって、もともとオフセット配置されていた補助アームの回転中心を主軸の軸心と一致させているのである。このような従来にない発想のシンプルな機構によってオフセットをキャンセルさせているため、複雑な構成や大きな動力を必要とせず、非常に軽量に仕上げることが可能である。

【0013】

また、前記上方移動機構の作用がなくなると、前記円盤体は自重によって前記スラントシャフトに沿って下方に戻されることを特徴とする。

【0014】

このように構成したことによって、風の弱まった際の揚力型から抗力型への変化は、自重（円盤体及び円盤体に支えられている部材乃至は円盤体から支えられている部材の自重）によってのみ実現されるため、円盤体を下方に戻すための制御やそのための機構が不要となり、全体を軽量に構成することができる。

【0015】

また、前記上方移動機構は、前記翼と共に前記主軸の周りを公転する公転子を有し、当該公転子に加わる遠心力を利用して前記円盤体を上方に移動させることを特徴とする。

【0016】

このように構成したことによって、外部からの動力を得ることなく、風車の回転だけを利用して円盤体の上昇、即ち、補助シャフト回転中心のオフセットキャンセルを実現できる。

【0017】

また、前記上方移動機構は、サーボモータの動力を利用して前記円盤体を前記スラントシャフトに沿って上方に移動させてもよい。

【0018】

本発明にかかるオフセットキャンセル機構は、スラントシャフトを利用した円盤体の斜め方向への上下動によって実現するという非常にシンプル且つ軽量な構成で実現しているため、円盤体をサーボモータによって動かす場合においても制御がし易く、小電力で実現することができる。即ち、（当該風車を利用して発電を行う場合に）サーボモータの電力消費によって、実質的な発電量を打ち消してしまうという程度を低く抑えることができる。

【0019】

また、前記上方移動機構には、前記円盤体の上方への移動を上限高さまでに制限する制限機構を備え、風速が規定値を超えた場合にのみ当該制限機構が解除され前記円盤体が前記上限を超えて上昇することによって、前記補助アームの回転中心を前記オフセットされた位置とは反対方向にオフセットさせることにより、前記翼の回転角（ピッチ角）を変化させて前記翼の公転を失速させる失速機構を備えることを特徴とする。

【0020】

このように構成したことによって、高回転になりすぎて破損する等の事態を未然に回避することができる。更に、当該制限機構は、オフセットキャンセル機構を構成するスラントシャフトをそのまま利用して実現しており、当該制限機構を実現する為の追加的な機構が少なく軽量性を犠牲にしないという大きなメリットがある。

【0021】

また本願発明は、上記に記載の垂直型風車の前記主軸の回転により発電する発電機を加えた風力発電機として捉える事も可能である。

【発明の効果】

【0022】

本発明を適用することで、低風速時には抗力型風車の起動性を確保しつつ、高風速時には揚力型風車の効率を実現できるハイブリッド式垂直型風車を軽量コンパクトに実現でき、及びこれを利用した風力発電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施形態の一例である垂直型風車の斜視図（一部パーツの記載省略あり）であって、オフセットキャンセル機構が作動する前の状態を示した図である。

【図2】本発明の実施形態の一例である垂直型風車の斜視図（一部パーツの記載省略あり）であって、オフセットキャンセル機構が作動した後の状態を示した図である。

【図3】オフセットキャンセル機構の概念を示した斜視図（一部パーツの記載省略あり）である。

【図4】オフセットキャンセル機構の概念を示した一部断面図（一部パーツの記載省略あり）であって、（ａ）はオフセットキャンセル機構が作動する前の状態を示した図、（ｂ）はオフセットキャンセル機構が作動した後の状態を示した図である。

【図5】上方移動機構の第１実施例を示した斜視図（一部パーツの記載省略あり）である。

【図6】上方移動機構の第２実施例を示した斜視図（一部パーツの記載省略あり）である。

【図7】制限機構の一例及びその動作を示した図であって、（ａ）はオフセットキャンセル機構が作動する前の状態であって制限機構も作動していない状態を示した図、（ｂ）はオフセットキャンセル機構が作動した後の状態であって制限機構も作動している状態を示した図、（ｃ）は、制限機構が解除された状態を示した図である。

【図8】制限機構の動作に伴う円盤体の動き及びその時の翼の状態の簡易的に示した図であって、（ａ）はオフセットキャンセル機構が作動する前の状態であって制限機構も作動していない状態の平面図、（ｂ）は同斜視図、（ｃ）はオフセットキャンセル機構が作動した後の状態であって制限機構も作動している状態の平面図、（ｄ）は同斜視図、（ｅ）は、制限機構が解除された状態の平面図、（ｆ）は同斜視図である。

【図9】従来例としての揚力型風車の一例を示す模式図であって、（ａ）は平面図、(ｂ)は斜視図である。

【図10】従来例としての抗力型風車の一例を示す模式図であって、（ａ）は平面図、(ｂ)は斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例である垂直軸型風車１００について説明を加える。なお、図面理解容易の為、各部の大きさや寸法を誇張して表現している部分があり、実際の製品と必ずしも一致しない部分があることを付記しておく。また各図面は符号の向きに見るものとし、当該向きを基本に上下左右、手前、奥と表現する。また、図面理解容易のため、実際には存在する一部の部品を省略して記載したり、図面毎に形状や構成が異なる場合がある。

【0025】

〈垂直軸型風車の構成〉
本発明にかかる垂直型風車１００は、従来例として説明した抗力型風車（図１０参照）をベースにして、所定の条件下において、当該抗力型風車におけるオフセットされた補助アーム１４の回転中心βを主軸１０の軸心αと一致させる機能を追加した風車である。なお、従来例との比較対象を容易とする目的で、従来例の風車と構造的若しくは機構的に同一又は類似する部分については、従来例を示した図面（図９及び図１０）で使用した符号と数字下二桁を共通にして説明する。

【0026】

図１及び図２に示している通り、本発明にかかる実施形態の一例として示す垂直型風車１００は、垂直に設置される主軸１１０と、当該主軸１１０の周りを公転する複数の（ここでは４枚の）翼１２０を備えている。翼１２０はそれぞれ、主軸１１０から半径方向外側に向かって延びるメインアーム１１２によって主軸１１０と平行なピッチ軸（メインアーム１１２と翼１２０を繋いでいるメインアーム・翼ジョイント１７０により回転する軸）を中心に回転可能に支持されている。

【0027】

また、メインアーム１１２とは別に、主軸１１０と翼１２０（の先端側端部）を繋ぐように架設されて翼１２０の回転角（ピッチ角）を規制する補助アーム１１４を備えている。

【0028】

主軸１１０の上端には、水平方向に延在するオフセットプレート１４１が備わっている。当該オフセットプレート１４１は主軸１１０上に回転可能に設置されており、主軸１１０の回転とは独立して回転する。更に当該オフセットプレート１４１の上には、当該オフセットプレート１４１から斜め上方に延びるスラントシャフト１４２が固定されている。なお、図面上のスラントシャフト１４２には一部鉛直方向に延在している部分があるが、当該部分は設計事項的な部分であり全体が斜めとなっていても構わない。また、スラントシャフト１４２の先端から風見１３０が取り付けられており、当該風見１３０が風を受けることによって、オフセットプレート１４１の向き、即ち、オフセット方向が変化する構成となっている。

【0029】

スラントシャフト１４２上には、円盤体１５０と、当該円盤体１５０の周りを回転する回転枠１５４がスラントシャフト１４２に沿ってスライド可能に取り付けられている。円盤体１５０には、スラントシャフト１４２を通せる程度の貫通孔１５１が斜めに形成されており、当該円盤体１５０の周りに、複数のローラ１５２を介して回転枠１５４が組み付けられている。前述した補助アーム１１４の一端は、当該回転枠１５４にジョイント（補助アーム・回転枠ジョイント１７４）を介して組み付けられている。このように構成したことによって、円盤体１５０及び回転枠１５４、並びに、補助アーム１１４の一端側は、スラントシャフト１４２に沿って上下に移動できる構成となっている。

【0030】

その結果、図１に示しているように、円盤体１５０がスラントシャフト１４２の下方に位置しているとき（風速が一定程度以下のとき）は、主軸１１０の軸心αと、回転枠１５４の回転中心βはオフセットプレート１４１の存在によってオフセットされた状態となっている。一方、図２に示しているように、円盤体１５０がスラントシャフト１４２の上方に位置しているとき（風速が一定程度以上のとき）は、主軸１１０の軸心αと、回転枠１５４の回転中心βは一致することとなる。

【0031】

なお、図１及び図２においては図面理解容易のため記載を省略しているが、図３～図４を参照しつつ、回転枠１５４の構造をより詳しく説明する。

【0032】

円盤体１５０及び回転枠１５４はオフセットプレート１４１上に浮いているわけではなく、回転枠１５４から下方に延びた脚部１５６と、当該脚部１５６内及び回転枠１５４を上下に貫通する貫通孔と、当該貫通孔内に挿通される垂直ガイド１６１と、当該垂直ガイド１６１の下端に取り付けられるローラ１５８によって、一定程度支えられて存在している。このような構成によって、円盤体１５０自体は回転しないが、回転枠１５４は、当該風車が回転している時はその回転に伴って常に回転しながら、垂直ガイド１６１に沿って上下動可能に構成されている。

【0033】

続いて、図５及び図６を参照しつつ、円盤体１５０をスラントシャフト１４２に沿って上方に移動させる上方移動機構について説明する。

【0034】

図５は上方移動機構の第１実施例を示したものである。ここでは回転枠１５４の外周に、当該回転枠１５４と一体的に回転する錘（公転子）１８０が取り付けられている。この錘１８０からは、回転枠１５４の上に設置されたガイドローラ１８４を介して垂直ガイド１６１の上端付近とワイヤ１８２で接続されている。即ち、遠心力によって錘１８０が半径方向外側に向かって飛び出すと、それによってワイヤ１８２が引っ張られ、ガイドローラ１８４の作用によって、回転枠１５４が上方に移動する構成となっている。

【0035】

なお、図面上省略しているが、錘１８０は反対側にも同じものが設置されている。その結果、回回転枠１５４の回転数が上がって錘１８０に加わる遠心力が一定程度以上となると、円盤体１５０やそれに付随している部材の自重に打ち勝って、円盤体１５０が回転枠１５４と共にスラントシャフト１４２に沿って斜め上方に移動する。当然ながら、回転枠１５４にジョイント（補助アーム・回転枠ジョイント１７４）を介して接続されている補助アーム１１４の一端側もスラントシャフト１４２に沿って斜め上方に移動する。遠心力が一定程度以下を下回ると、自重によって元に戻る構成となっている。

【0036】

当然ながら上方移動機構は上記の構成に限定されない。軽量な錘１８０であっても遠心力の力を効率良く利用することができるよう、図６に示しているような構成（上方移動機構の第２実施例）を採用してもよい。図６では、回転枠１５４の一部を図示しているように半径方向外側に大きく張り出すように構成し（このとき、例えば、補助アーム１１４と連結するジョイント（補助アーム・回転枠ジョイント１７４）は図示している部分の下方に設置されているため図面上表れない）、更にその張り出した先に、リンク１５９を介して回転アーム１５５を備えるような構成を採用してもよい。この構成の場合、回転枠１５４の貼り出し方向に向かって回転アーム１５５が真っ直ぐに位置するようになればなるほど、ワイヤ１８２が引っ張られて、回転枠１５４が上方に移動する構成となっている。このように構成すれば、むやみに錘１８０の重量を上げることなく、回転により錘１８０に生じる遠心力を利用して上方移動機構を構成することが可能となる。

【0037】

更にこの上方移動機構の第２実施例を前提として、制限機構について図７及び図８を参照しつつ説明する。図７（ａ）に示しているように、オフセットキャンセル機構が作動する前は、回転アーム１５５は閉じている。その後図７（ｂ）に示しているように、風車の回転数が一定程度以上となると、回転アーム１５５が開いてオフセットキャンセル機構が作動する。このとき回転アーム１５５は、回転アーム１５５根元に形成された突起１９１が、回転枠１５４上に設置されたフック１９２（バネ１９３によって支持されている）に引っ掛かりこれ以上開かない構成となっている。更に風車の回転数が上がり過ぎて危険なレベルになると、回転アーム１５５が開こうとする力がフック１９２を支えるバネ１９３に打ち勝って、図７（ｃ）に示したように最大限の位置まで広がるように構成される。ここではこれら突起１９１、フック１９２及びバネ１９３が制限機構として機能する。

【0038】

なお、図８は、上記制限機構の動きに伴う円盤体１５０や翼１２０の状態を模式的に示したものである。図８（ａ）（ｂ）は、オフセットキャンセル機構が作動する前であり、回転アーム１５５が閉じているときの円盤体１５０や翼１２０の状態である。図８（ｃ）（d）は、風車の回転数が一定程度以上となり、回転アーム１５５が開いてオフセットキャンセル機構が作動しているとき（即ち制限機構も作動している状態）の円盤体１５０や翼１２０の状態である。図８（ｅ）（ｆ）は、風車の回転数が上がり過ぎて危険なレベルとなり、回転アーム１５５が開こうとする力がフック１９２を支えるバネ１９３に打ち勝って最大限の位置まで広がったとき（即ち制限機構が解除された状態）の円盤体１５０や翼１２０の状態である。

【0039】

〈垂直軸型風車の作用・機能〉
上記説明した通り、本願発明は、垂直に設置される主軸１１０と、当該主軸１１０の周りを公転する複数の翼１２０を備えた垂直型風車１００であって、前記翼１２０は、前記主軸１１０から半径方向外側に向かって延びるメインアーム１１２によって前記主軸１１０と平行なピッチ軸を中心に回転可能に支持されており、前記メインアーム１１２とは別に、前記主軸１１０と前記翼１２０をオフセットキャンセル機構１４０を介して繋ぐように架設されて前記翼１２０の回転角（ピッチ角）を規制する補助アーム１１４を備え、風速が所定以下のとき、前記補助アーム１１４は、風向きに応じて前記主軸１１０から水平方向にオフセットされた位置が回転中心βとなるように前記翼１２０に架設されており、風速が所定以上となった段階で、前記オフセットをキャンセルするオフセットキャンセル機構を備えることを特徴としていた。

【0040】

このように構成したことによって、低風速時には抗力型風車の起動性を確保しつつ、高風速時には揚力型風車の効率を実現できるハイブリッド式垂直型風車の提供が可能となっている。即ち、一定以上の風速となると、オフセットキャンセル機構が作動して、補助アーム１１４の回転中心βは主軸１１０の軸心αと一致し、全ての翼１２０の回転角（ピッチ角）が同一となる。即ち、風速が一定程度以上となった段階で、自動的に抗力型から揚力型に変化することによって、抗力型及び揚力型のそれぞれのデメリットを無くしているのである。

【0041】

また、前記オフセットキャンセル機構は、前記オフセットされた位置から前記主軸１１０の軸心方向に斜め上方に延びるスラントシャフト１４２と、当該スラントシャフト１４２に沿って移動する円盤体１５０と、当該円盤体１５０から回転可能に支持される回転枠１５４とを備え、当該回転枠１５４から前記補助アーム１１４が支持されており、前記円盤体１５０を前記スラントシャフト１４２に沿って上方に移動させる上方移動機構を有することを特徴としていた

【0042】

このような構成によって、抗力型から揚力型への翼１２０の回転角（ピッチ角）の変化を実現している。即ち、スラントシャフト１４２を利用して円盤体１５０を斜め上方に移動させることによって、もともとオフセットプレート１４１によってオフセット配置されていた補助アーム１１４の回転中心βを主軸１１０の軸心αと一致させているのである。このような従来にない発想のシンプルな機構によってオフセットをキャンセルさせているため、複雑な構成や大きな動力を必要とせず、非常に軽量に仕上げることが可能である。

【0043】

また、前記上方移動機構の作用がなくなると、前記円盤体１５０は自重によって前記スラントシャフト１４２に沿って下方に戻されることを特徴としていた。

【0044】

このように構成したことによって、風の弱まった際の揚力型から抗力型への変化は、自重（円盤体１５０及び円盤体１５０に支えられている部材乃至は円盤体１５０から支えられている部材の自重）によってのみ実現されるため、円盤体１５０を下方に戻すための制御やそのための機構が不要となり、全体を軽量に構成することができる。

【0045】

また、前記上方移動機構は、前記翼１２０と共に前記主軸１１０の周りを公転する錘（公転子）１８０を有し、当該錘１８０に加わる遠心力を利用して前記円盤体１５０を上方に移動させることを特徴としていた。

【0046】

このように構成したことによって、外部からの動力を得ることなく、風車の回転だけを利用して円盤体１５０の上昇、即ち、補助アーム１１４回転中心βのオフセットキャンセルを実現できる。

【0047】

また、前記上方移動機構には、前記円盤体１５０の上方への移動を上限高さまでに制限する制限機構を備え、風速が規定値を超えた場合にのみ当該制限機構が解除され前記円盤体１５０が前記上限を超えて上昇することによって、前記補助アーム１１４の回転中心βを当初のオフセットされた位置βとは反対方向にオフセットさせることにより、前記翼１２０の回転角（ピッチ角）を変化させて前記翼１２０の公転を失速させる失速機構を備えることを特徴としていた。

【0048】

このように構成したことによって、高回転になりすぎて破損する等の事態を未然に回避することができる。更に、当該制限機構は、オフセットキャンセル機構を構成するスラントシャフト１４２をそのまま利用して実現しており、当該制限機構を実現する為の追加的な機構を少なく軽量性を犠牲にしないという大きなメリットがある。

【0049】

また本願発明は、上記に記載の垂直型風車１００の前記主軸１１０の回転により発電する発電機を加えれば、風力発電機として機能する。

【0050】

〈その他の構成例〉
上記説明した上方移動機構は、公転子に生じる遠心力を利用して外部からの動力を得ることなく実現していたが、サーボモータの動力を利用して前記円盤体を前記スラントシャフトに沿って上方に移動させてもよい。

【0051】

本発明にかかるオフセットキャンセル機構は、スラントシャフトを利用した円盤体の斜め方向への上下動によって実現するという非常にシンプル且つ軽量な構成で実現しているため、円盤体をサーボモータによって動かす場合においても制御がし易く、小電力で実現することができる。即ち、（当該風車を利用して発電を行う場合に）サーボモータの電力消費によって、実質的な発電量を打ち消してしまう程度を低く抑えることができる。

【0052】

また、上記説明及び添付図面においては、風見１３０が、翼１２０の上方に設置されているがこれに限られるものではない。例えば翼１２０の下方に設置されていても良いし、場合によっては、翼１２０と主軸１１０の間（内側）に設置されていてもよい。即ち、本質的な部分は斜め上方へと向かうスラントシャフトに沿ってオフセットキャンセル機構を可動させることであり、このオフセットキャンセル機構の設計が変わっていたり、それに伴って風見１３０が補助アーム１１４の下、翼１２０とメインアーム１１２の内側等に設置されてもよい。

【符号の説明】

【0053】

１００・・・垂直型風車
１１０・・・主軸
１１２・・・メインアーム
１１４・・・補助アーム
１２０・・・翼
１３０・・・風見
１４０・・・オフセットキャンセル機構
１４１・・・オフセットプレート
１４２・・・スラントシャフト
１５０・・・円盤体
１５１・・・貫通孔
１５２・・・ローラ
１５４・・・回転枠
１５６・・・脚部
１５８・・・ローラ
１６０・・・上方移動機構
１６１・・・垂直ガイド
１７０・・・メインアーム・翼ジョイント（ピッチ軸）
１７２・・・補助アーム・翼ジョイント
１７４・・・補助アーム・回転枠ジョイント
１８０・・・錘
１８２・・・ワイヤ
１８４・・・ガイドローラ
α・・・主軸の軸心
β・・・補助アームの回転中心

【要約】      （修正有）

【課題】低風速時には抗力型風車の起動性を確保しつつ、高風速時には揚力型風車の効率を実現できるハイブリッド式垂直型風車を提供する。
【解決手段】翼１２０は、主軸１１０から半径方向外側に向かって延びるメインアーム１１２によって前記主軸１１０と平行なピッチ軸を中心に回転可能に支持されており、前記メインアーム１１２とは別に、主軸１１０と翼１２０を繋ぐように架設されて翼１２０の回転角（ピッチ角）を規制する補助アーム１１４を備え、風速が所定以下のとき、補助アーム１１４は、風向きに応じて主軸１１４から水平方向にオフセットされた位置が回転中心βとなるように翼１２０に架設されており、風速が所定以上となった段階で、オフセットをキャンセルするオフセットキャンセル機構を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】