WO2024185722A1 - 軽量垂直軸型風車及び軽量風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のサポニウス型風力発電機では風車回転軸の下部に発電機を連結するため風力発電装置全体は大きくなり、更にコンパクにする。　また、雨水、雪又は枯葉などが風力発電装置の各部に溜まりにくくする。　風向きや風速が急激に変化しても安定したトルクや起電力が得られ、水平方向だけでなく、垂直方向及び斜め方向の全方位からの風を利用できて回転トルクが得られる小型量軽量の風車及び風力発電装置。 【解決手段】上部には略半球面状のパドル部を、胴部には半円筒状のバケット胴部を形成したバケットであって、円筒を縦半分に切った面に沿ってそのまま水平にずらした状態に配置され、一方のバケットの凹面に流入した風が、他のバケットの凹面に流入するように前記バケットが配置された垂直軸型風車と、発電機をバケットの内側に備える風力発電装置。

Description

軽量垂直軸型風車及び軽量風力発電装置

本発明は風車及び風力発電装置に関する。

風力発電は、クリーンで無尽蔵の自然エネルギーを利用して発電エネルギーを得る装置であり、世界の再生可能エネルギーの中で最大規模の発電量を占めている。エネルギーの大半を海外からの輸入に頼っているわが国においては、今後、エネルギーの安全保障、脱酸素社会及び地球温暖化防止といった観点から最も成長が期待されている。現在、陸上及び洋上の大規模なウインドファームにおいては、空力の変換効率が高いプロペラ型の発電装置が主流である。

しかし、日本では特に設置場所に関する問題も大きい。国土の狭い日本では人口密集地帯が多く、大型風車の設置・保守が容易な平地には人が住んでいる。また特に海岸地帯には都市が多く設置場所が限られる。しかしながら山岳地帯に設置するとコストがかさむことから、設置場所に関しては課題が多い。特に設置場所の少ない日本では、軽量風車の実用性は高い。

そして、一般家庭やオフィスなどのローカルな電力需要に応えるために、風向きに左右されない垂直軸型の小型発電装置が普及している。垂直軸型の代表的な発電装置としては、例えば、サポニウス型（図１ｂ参照）がある。これは、羽２枚で構成されていて、左右の羽根を互いに遠い円周方向に多少重なり合わせ風をもう片方へ送りこむことで負圧を補い負圧抵抗を減らし空気抵抗が異なることで利用トルクを得る。サポニウス型風車で羽根にエンボスを形成して弱い風でも効率よく回転し、かつ、羽根の後面側での風切り音が小さい抗力利用型の風車が提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、サポニウス型にダリウス型を組み合わせた、例えば一般家庭向けのシンプルな構造の風力発電装置が既に提案されている（例えば特許文献２参照）。

特再表２００６－０４６３３７号公報

特開平１１－２９４３１３号公報

プロペラ型の風力発電装置は、上述したように変換効率において優れている。しかし、風力や風の方向の変化によって出力が不安定となるというデメリットがある。また、ダリウス型の発電装置はプロペラ型に比較して自己起動性が良くない。また、サポニウス型の発電装置は、無指向性であるといわれるが、上下の板が存在するため、上下及び斜め方向からの風には十分な受風ができないという問題がある。

また、従来のサポニウス型風力発電機では風車回転軸の下部に発電機を連結するため風力発電装置全体は大きくなり、更にコンパクにすることを課題とする。

また、パーツの取付け、取り外しが容易で製造しやすくメンテナンス性の改善という課題がある。

さらに、風車に大きな力（超過風力、突発風、飛来物）が加わった場合の大きな衝撃エネルギーを吸収し風力発電機の破壊を防止することも課題である。

また、従来の風力発電装置では、雨水、雪又は枯葉などが風力発電装置の各部に溜まり効率的に運転できないという課題がある。

さらに、軽量風力発電装置の欠点である出力が低い点の解決方法も課題とする。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、風向きや風速が急激に変化しても安定したトルクや起電力が得られ、水平方向だけでなく、垂直方向及び斜め方向の全方位からの風を利用できて回転トルクが得られる軽量の風車及び風力発電装置を提供することを目的としている。

（１）複数のバケットを備えた風車であって、バケットは、円筒を縦半分に切った面に沿ってそのまま水平にずらした状態に配置され、一方の前記バケットの凹面に流入した風が、他のバケットの凹面に流入するようにバケットが配置された垂直軸型風車であって、バケットの形状は、上部に略半球面状のパドル部を、且つ、胴部には半円筒状のバケット胴部を形成した垂直軸型風車を提供する。

（２）前記バケットは、前記パドル部の一部で前記バケット同士が取付、取り外し容易に連結されている前記（１）に記載の垂直軸型風車を提供する。

（３）前記バケット胴部にはリブが形成され、前記垂直軸型風車のロータ軸にハブが設けられ、リブとハブとは係合するように形成され、前記リブは前記ハブに取付け取り外し容易に形成された前記（１）に記載の垂直軸型風車を提供する。

（４）前記ロータ軸の下端とベースとの間で且つバケットの内側にマウントを配置した前記（１）に記載の垂直軸型風車を提供する。

（５）共締め用の切り欠きをリブに形成した、前記（３）に記載の垂直軸型風車を提供する。

（６）前記ハブにハブテーパ形成部が形成された、前記（３）に記載の垂直軸型風車を提供する。

（７）前記（１）乃至前記（６）のいずれかに記載の垂直軸型風車と、前記垂直軸型風車の前記ロータ軸の回転で発電する発電機をバケットの内側に備える風力発電装置を提供する。

本発明の風車によれば、パドル風車とサポニウス風車の利点を合わせ持ったバケット（羽根）を採用している。よって、導風板等の部品を用いる必要はなく効率よく風を取り込むことができる。その結果、比較的弱い風でも回転トルクが得られる。

また、バケットはリブを介してロータ軸のハブに取付けたときは、サポニウス型風車で必要な羽根を支持する上下２枚の円板を設ける必要はなく、本発明の風車は軽量に製作できる。

また、本発明のバケットの形状が上部には略半球面状のパドル部を、胴部には半円筒状のバケット胴部を形成した形状のため、本発明の風力発電装置では、雨水、雪又は枯葉などが各部に溜まりにくい。

本発明の風力発電装置によれば、風車が軽量であり、マウントを発電機の下部に設置することにより、風向きや風速が急激に変化しても安定した起電力を得ることができる。

本発明の風力発電機によれば、前記風車を用い比較的弱い風でも充電可能電圧に達し、電力をバッテリに蓄積できる。また、発電機をバケットの内側に設置できるのでコンパクトで軽量のため運搬が容易である。このため、設置場所を選ばす、風のある高所周辺への設置が容易である。

また、本発明の風力発電装置は、水平方向又は垂直方向へ数を増やすことで発電量を設定できる。

本発明の風力発電装置は、バケットの形状が丸みを帯びた形状であり安全で静音性・耐候性に優れた設置場所を問わず各所で使用が可能である。

本発明の一実施態様である風車のバケットの形状を示す説明図である。（ａ）は従来のパドル型風車である。（ｂ）は従来のサポニウス型風車である。（ｃ）は本発明の実施態様である風車のバケットの平面図である。（ｄ）は本発明の実施態様である風車のバケットの正面図である。

本発明の一実施態様である風車のバケットにおける風の流れを示す説明図である。（ａ）は風車を真上から見たパケットを通過する風の流れを説明する図である。（ｂ）は風車を真横から見た（Ａ－Ａ）パケットを通過する風の流れを説明する図である。 本発明の一実施態様である風車を示す図である。（ａ）は、本発明の一実施態様である風車の斜視図である。（ｂ）は、本発明の一実施態様である風車の平面図である。（ｃ）は、本発明の一実施態様である風車のリブ及びハブを取付た状態の平面図である。（ｄ）は、本発明の別一実施態様であるハブの形状を示す平面図である。

本発明の一実施態様である風力発電装置の各部の配置を示す説明図である。 本発明の一実施態様である風力発電装置のリブとハブとの取付状態を示す部分斜視図である。 本発明の一実施態様である風力発電装置に全方位からの風を受けた際のバケットの揺れを示す斜視図である。 本発明の一実施態様である風力発電装置に突発的強風や超過強風が受けたときのマウント及びバケットの傾きを示す説明図である。 本発明の一実施態様である風力発電装置のマウント各部の取付状態を示す部分斜視図である。（ａ）は、本発明の一実施態様であるマウントの設置を示す風力発電装置の正面図である。（ｂ）は、本発明の一実施態様であるマウントの正面図である。（ｃ）は、本発明の一実施態様であるマウントが傾いた状態の正面図である。（ｄ）は、本発明の一実施態様であるマウントを分解した状態の正面図である。（ｅ）は、本発明の一実施態様であるマウントが傾いた状態の正面図である。 本発明の一実施態様である風力発電装置を水平方向及び垂直方向に連結した状態を指名正面図である。

（本風車１－概要）
本発明の風車１は、垂直軸型風車に関する。好ましくは、垂直軸型風車の中で、サポニウス風車（図１（ｂ）であることが好ましい。本発明の風車１は、風に対して無指向性である。本発明の風車１は、小規模風力発電の一つとしてサポニウス型風車が考えられる。

サポニウス型風車とは、厳密には、中空円筒を縦半分に切って、これら半分割された円筒をその分割面に沿って左右互い違いにずらしかつ分割面と垂直な方向から視て一部同士が重なり合うように組み合わせた形で相対させ、半分割された円筒（羽根）の間を風が通り抜けるようにしたものである。しかし、本発明では、複数の羽根を有しかつ羽根の回転内側がリブにより回転軸に取り付けられてなる風車もサポニウス型風車という。

サポニウス型風車は垂直軸風車であり、円筒を縦に２分割した形状の羽根を風が受けられるように水平に位置をずらして置き、通り抜ける風が筒の内側に回り、その跳ね返りがもう一方の筒の内側に流れ込む構造である。回転方向に押す作用と向かい風の抵抗を抑える力が働き、回転効率を上げる。一般的には半円筒形の羽根２枚で構成されるが、３～４枚のもの、またこの風車を上下に重ねた多段式のものも存在する。水平軸風車が風に正対させる機構が必要であるのに対し、本風車は、風向きによらず機能を発揮する。
本発明の実施態様の風車（以下、本風車という。）及び本風車を備えた実施態様の風力発電装置（以下、本風力発電装置という。）について以下に説明する。

図１（ｄ）に示すように、本発明の一実施態様である風車（以下、本風車１という。）は、バケット１０という円筒形を縦に２つに切った形をした略半円筒形状の羽根２枚で構成される。ここで、説明の便宜のため図１（ｄ）で右側のバケット１０を右バケット、左のバケットを左バケットと呼ぶ。特に区別する必要がない場合は単にバケット１０と呼ぶ。

本風車１のバケット１０の配置は、図１（ｂ）に示すサポニウス型風車の羽根の配置と同様である。すなわち、半円筒形の羽根２枚で構成され、左右の羽根を互い違いに円周方向に多少重なり合う部分を残し、ずらして組み合わせたものである。別の表現をすれば、図２（ｂ）に示すように、風Ｗを受ける前面側へ凹状に湾曲する半円筒状の２枚のバケット１０（半分割された円筒）を、中心をずらして互いに向かい合わせるように取り付けたものである。
したがって、２枚のバケット１０の間を通り抜ける風Ｗが、反対側バケットの裏面に流れ込むようにすることにより、回転方向に押す作用と向かい風Ｗの抵抗を抑える力となり、回転効率を上げている（図２（ａ））。
しかし、サポニウス型風車の上下の円板は本風車１においては無く、代わりにパドル型風車Ｐの風杯Ｐ０１の部分がバケット１０の上下に形成されている。

また、本風車１のバケット１０の配置は、サポニウス型風車と同様に左右の羽根を互い違いに円周方向に多少重なり合う部分を残し、ずらして組み合わせたものである。したがって、２枚のバケット１０（半分割された円筒）の間を通り抜ける風Ｗが、反対側バケットの裏面に流れ込むようにすることにより、回転方向に押す作用と向かい風Ｗの抵抗を抑える力となり、回転効率を上げている。

本風車１は、比較的弱い風Ｗでも回転トルクが得られる。また、本風車１は、図３（ａ）に示す形状により効率よく風Ｗを取り込むことができ、雨水、雪又は枯葉など溜まりにくい構造である。
また、本風車１は、全方向からの受風が可能である（図６）。本風車１では真横方向の風Ｗｅだけでなく、パドル部を形成したため、斜め上方向の風Ｗ（Ｗｓｄ）、斜め下方向の風（Ｗｓｕ）、真下方向の風（Ｗｄ）や真上方向の風（Ｗｕ）をパドル部で受風可能である。このため、効率よく風Ｗをパドル部に取り込むことができる。
また、本風車１は、ベース６２の上側にマウント４２ｂを設置することによりヨー方向Ｙａ等の突発な風Ｗｅや飛来物体などからの衝撃を吸収し発電機４２の減速機や軸への負担を軽減する（図７）。　なお、マウント４２ｂは、平常風時は図８（ｂ）に示す固定された状態であり、超過風、突発風、飛来物による衝撃時に図８（ｃ）に示すように機能する。

すなわち、本風車１は、パドル型風車Ｐの風杯Ｐ０１の部分とサポニウス型風車の羽根部分とを一体的に組合わせて形成されたバケット１０を有する風車１である。言い換えれば、サポニウス型風車の上にパドル型風車Ｐの風杯Ｐ０１の上半分を形成し、好ましくは、サポニウス型風車の下にパドル型風車Ｐの風杯Ｐ０１の下半分を形成して形成されたバケット１０を有する風車１であるともいえる。
以下、本風車１の各部について説明する。

（パドル部）
本風車１の上パドル部の形状は、図１（ａ）に示すように、パドル型風車Ｐの風杯Ｐ０１の上部分（図１（ａ）の斜線部）の形状である。すなわち、本風車の上パドル部は、略半球面状の形状である。しかし、略半球面状の形状に限定されるものではない。すなわち、卵形の略半球面状であっても良い。楕円球面状や多角面形状であっても良い。また、パドル部の略半球面の厚みや大きさ（縦方向高さ及び横方向の幅等）は適宜決定することができる。
上パドル部の略半球面状の形状により、図６に示すように上方向の風Ｗｕや斜め上方向の風Ｗｓｕを抗力にすることができ、バケット内側に取り込むことができる。なお、本風車では横方向の風Ｗｈは、バケット胴部１５で受風できる。

パドル部は、以下に説明するバケット胴部と一体成形できる。また、バケット胴部と別体に製作し、接着剤や結合具により結合して形成することもできる。

本風車１のパドル部の材質は、ＦＲＰ、ポリカーボネート、塩ビ及びアルミ合金のような軽量で耐食性に優れた強度が高いプラスチックや金属材料が好適に用いることができる。

（パドル部の結合）
図３（ｂ）に示すように、本実施態様のバケット１０では左右のバケット１０のパドル部の一部でバケット同士をネジ止め又はボルト等の結合部品により容易に取付、取り外し容易に連結することが好ましい。本実施態様ではパドル部の一部に上部連結部１６を形成している。他の結合方法としては、左右のパドル部の表面同士に沿った形状のステーを渡しネジ止め等により結合することでも良い。
これによって、風車１全体の剛性を高められる。また、本風車１では、従来のサポニウス型風車で用いられる上下２枚の円板が不要となるため風車１の軽量化が可能となる。

したがって、本風車１によれば、パドル部ではパドル型風車Ｐの作用として、風杯Ｐ０１の凸側と凹側では空気抵抗が異なっていることにより利用トルクが得られる。このため、本風車１は、弱風で回り始めが良い。
そして、左右のパドル部の配置も、本風車１のバケット胴部の配置と同様である。すなわち、左右２枚のパドル部は、パドルの凹面が一部重なった状態でパドルの凸面を外側にして互いに向かい合わせに配置されている。このため左右のパドル部においても、一方のパドルで受けた風Ｗをもう片方のパドル部及びバケット胴部へ送りこむことができてバケット２枚に抗力による強いトルクが得られる。

（バケット胴部）

本風車１のバケット胴部の形状は、図３に示すように、半円筒形である。しかし、半円錐形状のように上側が細く下側が太く形成されても良い。また、上下を逆にして上側が太く下側が細く形成されても良い。
そして、本風車１のバケット胴部では、左右の半円筒形状の羽根２枚で構成され、一方の羽根を通過した風Ｗをもう片方へ送り込むことで羽根２枚に抗力による強いトルクが得られる。

また、本風車１は、２枚のバケット１０の実施態様を中心に説明するが、バケット１０が３枚又は４枚以上のもの、また本風車１を上に重ねた多段式のものや横に並列した並列式のものも本発明の範囲に含まれる。

（バケット１０全体）
本風車１のバケット１０について図を用いて説明する。
図１は、本発明の実施態様のバケット１０についてその形状の理解を容易とするための説明図である。本実施態様では、本風車１は、左右の２つのバケット１０を備えており、各バケット１０は、上パドル部１２とバケット胴部（１４，１５）及び下パドル部１３を有している（図１（ｄ））。バケット１０は、円筒を縦半分に切った面に沿ってそのまま水平にずらした状態に配置され、一方のバケットの凹面に流入した風が、他のバケットの凹面に流入するようにバケットが配置されている。

本実施態様では、バケット１０の上部に上パドル部が形成されている。バケット１０の下部にもパドル型風車Ｐの風杯Ｐ０１の下部を形成している（下パドル部１３）。　以下、本明細書において、上パドル部１２、下パドル部１３のいずれのパドル部であるかを特定する必要がない場合は単にパドル部と呼ぶ。

上パドル部１２の下には２枚の半円筒形の羽根部であるバケット胴部が形成されている（図１（ｄ）。バケット１０の役割は、受風し抗力により回転することである。

本実施態様では、左右のバケット同士の配置は、円筒を縦半分に切った面に沿ってそのままずらし一部重なった状態に配置されている。左右のバケット１０（羽根・ブレード）は、表面（おもて面）を外側にして一部重なった状態に互いに向かい合わせになっている。したがって、一方のバケット１０の裏面に流入した風Ｗは二つのバケット１０（半分割された円筒）の間を通り抜けて、反対側のバケットの裏面に流れ込む。したがって、二つのバケット１０の間を通り抜ける風Ｗが、反対側バケット１０の裏面に流れ込むことにより、回転方向に押す作用と向かい風Ｗの抵抗を抑える力となり、回転効率を上げて、強いトルクが得られる。

本実施態様ではバケット１０の数は２枚の場合を説明したが、バケット１０の数を３個、５個と複数個設けることもできる。

バケット１０の材質は、ＦＲＰ、ポリカーボネート、塩ビ及びアルミのような軽量で耐食性に優れた強度が高いプラスチックや金属材料が好適に用いることができる。これらの材料は、軽量であるためバケット１０を軽量に形成することができる。

本風車１は、図２に示すように、パドル部からも効率よく風Ｗをパケットに取り込むことができる。図２（ａ）は、真上から見た本風車１のパドル部を示し、図２（ｂ）は、Ａ－Ａ方向のパドル部及び羽根部での風Ｗの流れを示す。パドル部を通過する風Ｗの流れは、図２（ａ）では、バケット１０のオーバーラップ部１７からもう一方のパドル部へ垂直方向で下方向への流れをもたらしている。

このとき、パドル部の開口面積よりもオーバーラップ部１７の開口面積が小さくなるため本風車１ではパドル部でのオーバーラップ部１７の風Ｗ速は早くなり、二つのパドルの間を通り抜ける風Ｗが、反対側パドルの裏面に流れ込む速度が高くなることにより、回転方向に押す力が大きくなり、回転効率を上げている。

また、本風車１のバケット１０は、上パドル部１２が略半球面状で、下部パドル部も半円球面状のため雨水、雪又は枯葉などの飛来物が風車１の内外に溜まりにくい構造である。
なお、本風車１ではバケット１０の数は２枚の場合を説明したが、バケット１０数は適宜増加しても良い。

（リブの形状－全体）
本発明の実施態様では、バケット１０の回転をロータ軸に伝える部材として、バケット１０に略円弧状のリブを形成し、ロータ軸に固定したハブ２２にこのリブを取付ている。
ハブ２２は、２個の相対するバケット１０をロータ軸３４にリブを用いて連結する部分である。

本実施態様では、図３（ａ）（ｃ）に示すように、本風車１のバケット１０の内壁にリブが形成されている。本風車１の実施態様では、リブの形状は、風車の真上から見た場合に図３（ｃ）に示すように略円弧状の板状である。リブの上面（両面でも良い。）は軽量化を目的として凹部を形成することが好ましい。しかし、リブの形状は略円弧状の板状に限定されるものではなく、バケット１０を支持できてハブ２２に取付けることの可能な形状であればどのような形状でも良い。
本実施態様では、図５に示すようにリブの裏面（下面）でハブ２２の上面に係止され、ネジによってリブと結合されている。

（リブの位置）
本実施態様では、リブの形成される位置は、風車を正面から見てバケット１０の重心に近い高さの位置に設けることが好ましい。リブの形成される高さの位置が重心に近いとバケット１０の回転数が大きくなってもバケット１０の横ブレは小さい。

（ハブへのリブの取付）
本実施態様では、図５に示すように風車１の真上から見て左リブ１９の裏面にハブ２２の形状である略平行四辺形の凹部を形成している。これにより、リブ１９の裏面でハブ２２と嵌り合って、ハブに係合するように形成することが好ましい。

（リブの裏面）
この際に、左リブ１９の裏面の左リブ凹部１９ａにはリブテーパ形成部１９ｃを形成することが好ましい。リブ裏面の左リブ凹部１９ａの周囲をテーパのついた形状に形成しておけば、リブをハブ２２に取り付ける際の位置決めが容易となり、左リブ凹部１９ａとハブ２２の左半分とが嵌り合い易い。このため、取付けの作業性が向上する。

同様に、右リブ１８も左リブ１９と同様に凹部にテーパのついた形状に形成しておけば、右リブ１８をハブ２２の右半分に取り付ける際の位置決めが容易となり取付けの作業性が向上する。このように、ハブ２２に左リブ１９及び右リブ１８を同時にハブにしっかり取り付けることができバケット１０のガタつきが生じない。

（バケット１０のロータ軸への取り付け）
本風車１の実施態様では、２枚のバケット１０は、風車１のロータ軸に固定されたハブ２２にリブを介して取付けられる。リブは、ロータ軸に固定されたハブ２２にネジ等の締結部品により取り付けられる。
リブにはハブ２２への取付用にネジ穴が形成されている（図３（ｃ））。そして、ハブ２２には、ハブ２２の中心と両側２個の３か所で相対する２個のリブを結合するネジ穴等の取付部が形成されている（図３（ｃ））。中心のネジ穴は、相対する２つのリブを共締め用の切り欠きである。

（ロータ軸）
図１の本風車１では、バケット１０に形成した略円弧状のリブはロータ軸の上端部に形成したハブ２２を介して固定される。また、バケット１０に図３（ｃ）のような円弧状等のリブを形成し、リブやハブ２２を仲介してバケット１０を軸受けすることもできる。
しかし、ロータ軸の軸上２か所に軸受（例えば上部軸受と下部軸受）を配置してそれぞれの軸受にバケット１０を軸受してもよい。

（ハブ２２の形状－全体）
ハブ２２は、図３（ａ）（ｂ）に示すようにロータ軸に固定されている。本実施態様ではハブ２２の平面形状は、風車１の真上から見て略平行四辺形の板状である。しかし、ハブの形状は、リブを取り付けることができれば良くどのような形状であってもよい。
例えば、図３（ｄ）に示すようにフック形状２２ａを形成しても良い。

（ハブ２２の形状－リブとの合わせ面）
本実施態様では、図５に示すように、ハブ２２の平面形状は、両端が円形であり両端から中央にかけてハブ２２の幅が大きくなる形状である。すなわち、ハブの平面形状は、単なる円形や長方形ではなく、円形の両端部の付け根から中央方向に向かって直線状で幅が大きくなる略平行四辺形状である。

（ハブテーパ形成部２８）
このハブの円形の両端の付け根から中央に向かって直線で幅が大きくなる部分をハブテーパ形成部と呼ぶ。そして、ハブの円形の両端の付け根の形状は図３（ｄ）に示すようにフック形状２２ａとしても良い。
前述したように、左リブ１９の裏面には左ハブ２２の略平行四辺形の半分の形状と同じ形状の凹部１９ａが形成されている。このため、真上方向から左リブ１９をハブ２２の左半分に取付る際に、左リブがハブ２２の左半分に正確に嵌るので位置決めが容易である。
又、ハブの円形の両端の付け根の形状を図３（ｄ）に示すようにフック形状２２ａとすれば、真上方向から左リブ１９をハブ２２の左半分に取付る際に、左リブ１９がハブ２２の左半分に正確に嵌るので位置決めがさらに容易となる。フック形状２２ａを形成した場合は左リブ１９とハブ２２とを一時的に係止でき、左リブ１９をハブ２２へ取付け、取り外しの作業が極めて容易となる。
右リブをハブ２２の右半分に取り付ける場合も同様である。

ハブ２２には、ハブ２２の中心と両側２個の３か所でネジ穴が形成されている（図３（ｃ）。中心のネジ穴は、相対する２つのリブ（左リブ１９及び右リブ１８）を共締めするネジ穴である。両側２個のネジ穴（１８、１９）は、相対する２つのリブ（左リブ１９及び右リブ１８）を各々結合するネジ穴である。

以上のとおり、本発明の実施態様では、ハブ２２とリブとは嵌り合う形状とすることができ、リブの裏面に設けたの凹部の外周のテーパ１９ｃ、及びハブの略平行四辺形のテーパ形状２２ｂによって、リブをハブ２２に取付ける際の位置決めが容易で、バケット１０は発電機４２にガタのないしっかりした取り付けができる。

本発明の実施態様では、バケット１０は、リブをハブ２２に取り付けることにより風車回転軸に取り付けることができる。バケット１０やリブは非常に軽量であるため従来のサポニウス型風車で用いられる上下の円板は不要となり軽量に風車１を形成することができる。

（風力発電装置２）
上記した本風車１は、発電機４２を取り付けて風力発電が可能である。以下、本風車１を利用した風力発電装置について説明する。

（発電機４２の取り付け位置）
図４に示すように、本風車１の風力発電装置（以下、本明細書において本風力発電装置という。）では、発電機４２のロータ軸に設けたハブ２２にバケット１０のリブを取り付けることにより、本風力発電装置に発電機４２を設置することが可能である。
発電機４２は、少ない力で回転し、高い出力が得られる軽量の発電用モータが好ましい。図８（ａ）に示すように、本風車であれば、発電機はバケットの内側に設置することができる。好ましくは、マウントの上側でバケットの内側に発電機を配置することができる。
すなわち、発電機４２は、左右のバケット１０が発電機４２を取り囲むように配置される。

この結果、風車１を発電機４２の上に設置する従来のタイプの風力発電装置の場合と比較して、ベース６２から伸びる発電機４２の取付け軸に与える曲げ応力が小さくすることができる。
また、本風車１の内側、特にバケットの内側に発電機４２を設けることにより風力発電装置全体の小型量軽量化を達成した。
また、本風車１は軽量であるから本風力発電装置では発電機４２の回転軸を小径にできる。この結果、本風力発電装置は軸受け摩擦が軽減して回転トルクを増すことで発電効率を向上できる。

（マウント４２ｂ）
本明細書でマウント４２ｂとは、防振ゴムの一種である。図６に示すように、本風車１には全方向からの風Ｗの力を受ける。このため、本風車１は風Ｗを受けると前後、左右及び上下に揺れる。これを軽減するため、本風車１ではマウントはベース６２の上部に設置することが好ましい。本風車１ではマウント４２ｂはベース６２の上部でバケット１０の内側に設置することがより好ましい（図７、図８（ａ））。マウント４２ｂをバケット１０の内側に設置することにより、本風車をコンパクトにすることができる。

発電機４２を配置する場合は、ベース６２と発電機４２との間であって、且つバケット１０の内側にマウント４２ｂを配置することが好ましい。
本実施態様では、マウント４２ｂや発電機４２をバケット１０の内側に配置することができるので本風車１や本実施態様の風力発電機をコンパクトにすることができる。
マウント４２ｂは、それ自体に弾性があり、外からの力によって変形した物体が、その力が除かれたときに元の形に戻ろうとする性質がありバネとしての機能を持っている。このため、本風車１の揺れや振動をマウント４２ｂ自体の柔らかい動きと、動きやすい形状によって吸収し、振動エネルギーを吸収して防振効果を発揮できる。

次に、本実施態様のマウント４２ｂは、突風や飛来物体による風車１への衝突や衝撃を和らげることができる。マウント４２ｂはラバーマウントが好ましい。マウント４２ｂは衝撃を受けた際に、衝撃を加えたものの速度を素早く緩和することができる。また、風車１とベース６２との間にマウント４２ｂを配置するため、風車１に大きな力（超過風力、突発風）が加わった場合には、はじめはソフトに力を受けつつ、一定以上の超過風力（突発風）Ｗｅが加わるとマウント４２ｂの防振ゴムは急激にたわみにくくなり大きな衝撃エネルギーでも吸収することが可能である。

本発明の実施態様のマウント４２ｂは、リミットカップ４２ａ（図８（ｄ））が防振ゴムに結合されていることが好ましい。本発明のより好ましい実施態様のマウント４２ｂは、図８（ｄ）に示すように、リミットキャップ４２ａ、ラバーマウント４２ｂ及びリミットワッシャー４２ｃで構成されている。リミットキャップ４２ａは、ラバーマウント４２ｂの上に結合され、リミットワッシャー４２ｃはラバーマウント４２ｂの下側に結合されている。
図８（ｃ）に示すように、超過風力や突発風等により風車１に衝撃が加えられたときリミットカップ４２ａによりラバーマウント４２ｂの本風車１の傾きを一定角度に制限することができる。

この結果、本発明の実施態様の風力発電装置では、上下、左右、前後の全方向の風力を受けることができ、全方向からの突発風や飛来物などの衝撃も吸収し発電機４２の減速機や軸への負担を軽減することができる（図６）。

また、本発明の実施態様の風力発電装置では、マウント４２ｂを発電機４２とベース６２の間に設置したことにより強靭性が向上し壊れにくくなる。また、バケット１０が軽量であるため軽量な風力発電装置が得られる。また、バケット１０の上部のパドル部形状が半球面状であるため除雪効果が得られる。

また、本発明の実施態様の風力発電装置では、雪、雨水などの吹込みによる風車のバランスが偏ったときに、マウント４２ｂの偏心により、これら雪や雨水を風車１からふるい出すことも可能である。

（本風力発電装置２の連結）

また、本実施態様の風力発電装置を水平方向及び垂直方向に連結することにより発電量を増大させることが可能である。例えば、図１０はその一例である。縦主柱７１に多段の横支柱７２を設置し、多数の風力発電装置を設置している。本実施態様の風力発電装置を例えば水平方向に２個、３個、垂直方向に５段、６段と配置してツリー型に連結することが効果的である。本実施態様のツリー型の風力発電装置では、風力発電装置が軽量であるので多数の風力発電装置を縦横に連接する形態が可能である。風力発電装置の数を増減することにより目的とする発電量の増減が可能である。

　尚、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本風車１のバケット１０は、略半円筒形の羽根２枚で構成されるが、３～５枚のもの、またこの風車１を上下に重ねた多段式のものも本発明に含まれる。

１　風車
２　風力発電装置
１０　バケット
１２　上パドル部
１３　下パドル部
１４　右バケット胴部
１５　左バケット胴部
１６　連結部
１７　オーバーラップ部
１８　右リブ
１８ａ　右リブ凹部
１８ｂ　左ネジ穴
１８ｃ　共締め穴
１９　左リブ
１９ａ　左リブ凹部
１９ｂ　左ネジ穴
１９ｃ　リブテーパ部
２２　ハブ
２２ａ　フック形状
２２ｂ　ハブに形成したテーパ
３４　ロータ軸
４２　発電機
６２　ベース
６４　発電機取付け軸
４２　マウント
４２ａ　リミットカップ
４２ｂ　ラバーマウント
４２ｃ　リミットワッシャー
６２　ベース
７１　縦主柱
７２　横支柱
７３　土台
Ｐ　パドル型風車
Ｐ０１　風杯
Ｓ　サポニウス型風車
Ｗ　風
Ｗｄ　下方向の風
Ｗｈ　横方向の風
Ｗｕ　上方向の風
Ｗｅ　超過風力（突発風）
Ｗｓｕ　斜め上方向の風
Ｗｕ　斜め下方向の風
Ｙａ　ヨー方向
Ｙｂ　ロール方向
Ｙｃ　ピッチ方向

Claims (7)

1. 複数のバケットを備えた風車であって、
   前記バケットは、円筒を縦半分に切った面に沿ってそのまま水平にずらした状態に配置され、一方の前記バケットの凹面に流入した風が、他の前記バケットの凹面に流入するように前記バケットが配置された垂直軸型風車であって、
   前記バケットの形状は、
   上部に略半球面状のパドル部を、且つ、胴部には半円筒状のバケット胴部を形成した
   垂直軸型風車。
2. 前記バケットは、前記パドル部の一部で前記バケット同士が取付、取り外し容易に連結されている
   請求項１に記載の垂直軸型風車。
3. 前記バケット胴部にはリブが形成され、
   前記垂直軸型風車のロータ軸にはハブが設けられ、
   前記リブと前記ハブとは係合するように形成され、
   前記リブは前記ハブに取付け取り外し容易に形成された
   請求項１に記載の垂直軸型風車。
4. 前記ロータ軸の下端とベースとの間で且つ前記バケットの内側にマウントを配置した
   請求項１に記載の垂直軸型風車。
5. 共締め用の切り欠きを前記リブに形成した、
   請求項３に記載の垂直軸型風車。
6. 前記ハブにはハブテーパ形成部が形成された、
   請求項３に記載の垂直軸型風車。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の垂直軸型風車と、
   前記垂直軸型風車の前記ロータ軸の回転で発電する発電機を前記バケットの内側に備える風力発電装置。

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