专利名称：垂直轴风车的支持臂安装结构和垂直轴风车的制作方法
技术领域：
本发明涉及垂直轴风车的旋转部分的支持结构和旋转转矩的传递结构以及具备该结构的垂直轴风车。
背景技术：
以往已知一种发电用风车，其结构为使用多个水平翼作为支撑垂直轴打蛋(ダリゥス)型风车的叶片的支持臂(或支柱)，并且每个水平翼的前端呈直角地向上方或下方延伸作为垂直轴内周侧构成部件，该部件通过与垂直叶片的外周侧构成部件重合地接合来形成翼型垂直叶片，并由与上述内周侧构成部件一体结构的上述水平翼支持叶片。
该发电用风车翼，可以充分确保垂直翼和水平翼的结合强度，并使垂直翼和水平翼的抵接部分不需要使空气阻力增加的各种连接零件，垂直翼和水平翼使空气阻力极大降低并可以使起动风速下降，可以实现最佳化的翼型形状，并且使组装作业效率极大提高，不论组装工作如何，都可能形成精巧且高强度的打蛋型风车翼(例如，参照专利文献1。)。
专利文献1特开2003-239847号公报(第1-3、7-9页，图3-6)专利文献1所记载的发电用风车翼，充分确保垂直翼和水平翼的结合强度，并使垂直翼和水平翼的抵接部分不需要使空气阻力增加的各种连接零件，但是存在的问题是，由于将水平翼和垂直翼一体化，因此从水平向垂直弯曲部分的接合方法很难，并且在该接合部分发生应力集中。
并且存在以下问题，由于上述发电用风车翼的垂直翼和水平翼形状相同，因此水平翼也需要与垂直翼同样形状的很大的翼，增加了空气阻力损失并使制造成本提高，并且旋转体整体质量的增加使风车的平衡恶化，成为发生振动的原因。
并且存在以下问题，由于上述发电用风车翼的垂直翼和水平翼一体化，不能进行使水平翼和垂直翼成为不同形状等的改造。
并且，在以往的一般的垂直轴风车中，将叶片和旋转轴固定时，需要在叶片的翼型下面的表面或叶片的翼内部设置某种接头，来接合叶片和支持臂。并且，需要在旋转轴侧设置某种接合支持臂的接头，来接合旋转轴和支持臂。
发明内容
因此本发明有鉴于上述以往情况，其目的在于提供一种垂直轴风车的支持臂安装结构和垂直轴风车，可以分散负荷和应力、不易发生连接的松动、消除过度的应力集中、降低振动和接合面的摩擦腐蚀等。并且其目的在于提供一种垂直轴风车的支持臂安装结构和垂直轴风车，通过将垂直轴风车的各构成部件模块化，使在现场的作业简单并降低成本，并且可以对每个模块进行改造。
为了解决上述问题的本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的特征为，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状；以及轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定。
并且，本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的特征为，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状；轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定；以及夹持器，设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，通过在与上述轮毂之间按压上述支持臂来进行固定。
并且，本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的特征为，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔；轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，并且设置有插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，通过按压上述支持臂来进行固定；以及定位部件，包括插入上述支持臂的定位固定孔和上述轮毂的定位固定孔的柱状螺栓、铆钉或销。
并且，本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的特征为，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔；轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，并且设置有插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，通过按压上述支持臂来进行固定；夹持器，设置有与上述支持臂的外形相同形状的支持臂固定部、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，通过在与上述轮毂之间按压上述支持臂来进行固定；以及定位部件，包括插入上述支持臂的定位固定孔、上述轮毂的定位固定孔和上述夹持器的定位固定孔的柱状螺栓、铆钉或销。
并且，本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的特征为，在上述轮毂上具备抵接部，对按压上述支持臂时的直角方向的变形进行限制。
并且，本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的特征为，在上述夹持器上具备抵接部，对按压上述支持臂时的直角方向的变形进行限制。
并且，本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的特征为，叶片，剖切面具有中空剖面，并且分别由多个单元叶片的连结而构成，通过风力产生旋转转矩；支持臂，具有流线型剖面形状，在上述单元叶片连结部对上述叶片进行保持；以及叶片侧夹持器，设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定，并且具有固定上述叶片的叶片固定部。
并且，本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的特征为，具备叶片，剖切面具有中空剖面，并且分别由多个单元叶片的连结而构成，通过风力产生旋转转矩；支持臂，具有流线型剖面形状、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，在上述单元叶片连结部对上述叶片进行保持；叶片侧夹持器，设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定，并且具有插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔、和对垂直轴风车的叶片进行固定的叶片固定部；以及定位部件，包括插入上述支持臂的定位固定孔、上述叶片侧夹持器的定位固定孔的柱状螺栓、铆钉或销。
并且，本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的特征为，在上述叶片侧夹持器上具备抵接部，对按压上述支持臂时的直角方向的变形进行限制。
并且，本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的特征为，具备叶片，剖切面具有中空剖面，并且分别由多个单元叶片的连结而构成，通过风力产生旋转转矩；支持臂，剖面形状为流线型，并且安装有固定上述叶片的叶片侧夹持器，安装范围的剖面的后缘切除翼弦长的预定长度；叶片侧夹持器，被安装在上述支持臂上，支持臂安装孔的剖面的大部分与上述支持臂外形为相同翼型，且翼厚度方向的嵌合尺寸被实施松动配合到过渡配合的孔加工；接合部，与上述叶片侧夹持器一体地与上述叶片壁面接合；固定部件，包括柱状螺栓或铆钉，从安装有上述支持臂的上述叶片侧夹持器的外表面向翼厚度方向按压支持臂并固定上述叶片；以及紧固兼防滑螺钉，在上述支持臂与上述叶片侧夹持器的嵌合部的嵌合松弛的支持臂翼型前缘部分，从上述支持臂的端面向长度方向嵌入。
并且，本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的特征为在上述支持臂与上述叶片侧夹持器的嵌合部，在支持臂外形和安装孔形状的上面和下面设置有将前缘侧或后缘侧中的一个加厚、另一个减薄的2个平面，在上述嵌合部的厚度厚的一侧从支持臂端面向长度方向嵌入紧固兼防滑螺钉。
为了解决上述问题的本发明所涉及的垂直轴风车的特征为，具有上述垂直轴风车的支持臂安装结构。
发明的效果根据本发明，由于具备支持臂，具有流线型剖面形状；和轮毂，在垂直轴风车的旋转体的旋转轴侧设置有具有与支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部、通过按压支持臂来进行固定，因此成为在支持臂固定部从周围按压支持臂来进行固定的结构，可以使负荷和应力分散到宽大的接合面，难以产生支持臂的松动并消除应力过度集中，并且可以将疲劳损坏、接合面的压坏、摩擦腐蚀、由支持臂的松动引起的振动的产生等危险显著减少。
并且根据本发明，由于具备支持臂，具有流线型剖面形状；轮毂，在垂直轴风车的旋转体的旋转轴侧设置有具有与支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部、并通过按压支持臂来进行固定；以及夹持器，设置有具有与支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部、并通过在与轮毂之间按压支持臂来进行固定，因此成为在支持臂固定部从周围按压支持臂整个面来进行固定的结构，可以使负荷和应力分散到宽大的接合面，难以产生支持臂的松动并消除应力过度集中，并且可以将疲劳损坏、接合面的压坏、摩擦腐蚀、由支持臂的松动引起的振动的产生等危险显著减少。
并且根据本发明，由于将柱状螺栓、铆钉或销等定位部件插入支持臂来进行固定，因此可以将支持臂更确实地固定，并防止支持臂的脱落、飞散。
并且根据本发明，由于具备支持臂，具有流线型剖面形状；和叶片侧夹持器，设置有具有与支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部、通过压住支持臂来进行固定、并且具有固定垂直轴风车叶片的叶片固定部，并由于在叶片侧的支持臂固定部从周围按压支持臂来进行固定，因此可以使负荷和应力分散到宽大的接合部，难以产生支持臂的松动并消除应力过度集中，并且可以将疲劳损坏、接合面的压坏、摩擦腐蚀、由支持臂的松动引起的振动的产生等危险显著减少。
并且根据本发明，由于具备支持臂，具有流线型剖面形状和插入定位部件的定位固定孔；叶片侧夹持器，设置有具有与支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部、通过按压支持臂来进行固定、并且具有插入定位部件的定位固定孔和固定垂直轴风车叶片的叶片固定部；以及定位部件，插入支持臂的定位固定孔和夹持器侧叶片的定位固定孔的柱状螺栓、铆钉或销等，因此可以将支持臂更确实地固定，并防止支持臂的脱落、飞散。
并且根据本发明，由于在垂直轴风车的支持臂安装结构中，在轮毂、夹持器或叶片侧夹持器具备抵接部，该抵接部对按压支持臂时的直角方向的变形进行限制，因此可以防止支持臂安装时的支持臂的直角方向的变形或破损。
并且根据本发明，由于垂直轴风车的支持臂或叶片的连结部分的结构为螺栓或销的组装结构，因此，可以使垂直轴风车在现场的组装作业性提高。并且，可以使修理或撤去作业容易进行。
并且根据本发明，垂直轴风车的支持臂安装结构具备叶片，剖切面具有中空剖面，并且分别由多个单元叶片的连结而构成，通过风力产生旋转转矩；支持臂，剖面形状为流线型，并且安装有固定上述叶片的叶片侧夹持器，安装范围的剖面的后缘切除翼弦长的预定长度(例如1％以上)；叶片侧夹持器，被安装在支持臂上，支持臂安装孔的剖面的大部分与支持臂外形为相同翼型，且翼厚度方向的嵌合尺寸被实施松动配合到过渡配合的孔加工；接合部，与叶片侧夹持器一体地与叶片壁面接合；固定部件，包括柱状螺栓或铆钉，从安装有支持臂的叶片侧夹持器的外表面向翼厚度方向按压支持臂并固定叶片；以及紧固兼防滑螺钉，在支持臂与叶片侧夹持器的嵌合部的嵌合松弛的支持臂翼型前缘部分，从支持臂的端面向长度方向嵌入，因此与由上下2个夹持器固定时比较，零件数量减少。在夹持器上通过支持臂的孔的嵌合以间隙配合到过渡配合来组装时存在小的间隙，使防止拔出的摩擦阻力减弱，并且存在由于动态的振动负荷导致摩擦腐蚀并使间隙扩大的危险。因此通过将支持臂向厚度小的一侧按压并嵌入紧固兼防滑螺钉，可以表面压力变大并发挥确实地防止拔出的效果。
并且根据本发明，在支持臂和叶片侧夹持器的嵌合部，在支持臂外形和安装孔形状的上面和下面设置有将前缘侧或后缘侧中的一个加厚、另一个减薄的2个平面，并在嵌合部的厚度厚的一侧从支持臂端面向长度方向嵌入紧固兼防滑螺钉。由此，嵌合部分为该形状也具有与翼型剖面时功能上类似的效果，因此可以扩大制作时的选择面。
并且根据本发明，在垂直轴风车中准备叶片或支持臂的长度不同的变更时，也可以使轮毂或夹持器、叶片侧夹持器等零件为共通的零件，因此当存在多个垂直轴风车的变更时，可以以相同的连接零件来对应多个制品。因此，当垂直轴风车的种类多时，可以减少零件的种类，并使零件的存货减少。
图1是垂直轴风车的外观立体图。
图2是安装支持臂的轮毂部分的主视剖视图。
图3是安装支持臂的轮毂部分的俯视图、是表示图2的A-A剖面的图。
图4是表示安装支持臂的轮毂部分的详细的主视剖视图。
图5是安装支持臂的轮毂部分的侧视剖视图、是表示图4的B-B剖面的图。
图6是表示安装支持臂的轮毂部分的其他的实施例的详细的侧视剖视图。
图7是图2所示的叶片的C-C剖面的侧视图。
图8是图7所示的叶片的D-D剖面的主视图。
图9是图8所示的叶片的E-E剖面的侧视图。
图10是表示支持臂安装结构的其他例的图。
图11是图10所示的支持臂安装部的A-A剖视图。
图12是表示叶片侧夹持器的构成的图。
图13是表示嵌合部的其他构成例的图。
符号说明8杆 10垂直轴风车 12安装部14内轮侧固定轴 16发电机 17外轮侧旋转体18叶片 20支持臂 22外轮套筒24转矩传递罩26增速机 28联接器29电线 30a、30b、30c轴承 32、33轴承螺母36防尘密封 80、81、180轮毂 82、83定位螺钉84夹持器85紧固兼防滑螺钉 86、87、186支持臂固定部
88夹持器固定螺栓 89、189柱状螺栓90、91抵接部92中央叶片 93翼端叶片 94叶片接合部件95埋头螺栓 96、98、120叶片侧夹持器96a、98a连接板部分 96b、98b夹持器部分100、102支持臂部分 104、106固定螺栓110、112抵接部121叶片接合部 122支持臂安装孔 123孔124A、124B埋头螺栓用孔 182螺旋开槽184退出部 188切口紧固螺栓具体实施方式
以下，对本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构和垂直轴风车的结构进行说明。图1是垂直轴风车的外观立体图。
如图1所示的垂直轴风车10上设置有安装部12，安装在电线杆或其他的杆8上；单柱式内轮侧固定轴14，通过安装部12和固定的向心轴承，对垂直轴风车10的外轮侧旋转体17进行支持；发电机16，设置在单柱式内轮侧固定轴14的开放端一侧；外轮侧旋转体17，通过风力产生旋转转矩。
外轮侧旋转体17上设置有叶片18，将风速变换为升力并产生转矩；支持臂20，上下对叶片18进行保持并具有流线型剖面；上下轮毂80、81，位于外轮侧旋转体17的旋转轴侧并通过按压支持臂20来固定支持臂20；外轮套筒22，用于安装轮毂80、81；转矩传递罩24，将转矩从轮毂80传递给发电机16。另外，在该图所示的例中，表示了在外轮侧旋转体17上设置4个叶片18的例，但是叶片18的个数也可以是3个、5个等奇数个。
内轮侧固定轴14的结构为，通过安装部12与柱8固定，并且内轮侧固定轴14自身不旋转。因此，可以不考虑惯性力矩等，简单地将内轮侧固定轴14设计为挠性少、剖面系数大的大尺寸。由此可以使内轮侧固定轴14为中空结构(参照图12)，因此可以在内轮侧固定轴14的内部进行连接发电机16的电线29或各种控制线的配线。
在以往的垂直轴风车中很多例子是，将发电机设置在风车转子的下方，并通过齿轮传递机构来传递风车转子的旋转转矩。像本发明那样，在将旋转体设置在外轮一侧的结构中，由于可以使单柱结构的内轮侧固定轴14贯通到外轮侧旋转体17的上部，因此可以进行在内轮侧固定轴14的前端容易地设置发电机16和单元型增速机26的设计。并且，传递旋转转矩的转矩传递罩24可以在风雨中保护发电机16、增速机26和联接器28。
另外，在将发电机设置到轴承下方的结构中，在外轮侧旋转体上安装齿轮并在发电机侧安装小齿轮，还需要设置覆盖这些传递机构的罩类和防水结构。包括上述齿轮和小齿轮的齿轮传递机构是传递效率低和成为噪音的产生源的可能性高的构成。
图2是安装支持臂的轮毂部分的主视剖视图。图3是安装支持臂的轮毂部分的俯视图，是表示图2的A-A剖面的图。图4是表示安装支持臂的轮毂部分的详细的主视剖视图。
如图2所示，在内轮侧固定轴14和外轮套筒22之间，设置有轴承30a、30b、30c，内轮侧固定轴14可旋转地支持外轮套筒22。轴承30a和30b的外轮通过轴承螺母32固定在外轮套筒22上。同样轴承30c的外圈也通过轴承螺母32固定在外轮套筒22上。并且，轴承30a和30b的内轮通过轴承螺母33固定在内轮侧固定轴14上。
并且，在图2所示的例中，轴承30a的上方和轴承30c的下方设置防尘密封36，防止尘埃或水分混入到轴承30a和轴承30c中。
如上所述，安装在内轮侧固定轴14上的外轮套筒22承受外轮侧旋转体17整体的重量和动态的力、及所有的力矩，并使内轮侧固定轴承14的外周旋转。外轮侧旋转体17的外轮套筒22，为了通过跨越作用于外轮侧旋转体17的风压中心位置(参照图1的G)的2处轴承(例如轴承30a、30b)来支持径向方向的力，使外轮套筒22的倾斜减小到极小、固有频率提高，并减少发生振摆回转等引起的大振动的可能性。
在图2所示的例中，在轴承30a、30b中将可支承径向负荷和轴向负荷双方负荷的角向轴承背面相对地使用，但是本发明并不限定于该组合，也可以使用圆锥滚子轴承，也可以设置独立的向心轴承和推力轴承。并且在图2所示的例中，轴承30c使用可以支承径向负荷的球轴承，但是本发明不限定于球轴承。
如图2所示，外轮套筒22上固定有保持支持臂20的轮毂80、81。轮毂80、81是通过定位螺钉82与外轮套筒22进行固定。并且如图3所示，转矩传递罩24使用定位螺钉83固定在轮毂80上。
如图4和图2所示，支持臂20通过夹在轮毂80和夹持器84、或轮毂81和夹持器84之间来进行固定。在轮毂80、81上呈放射状地设置有支持臂固定部86，该支持臂固定部86与叶片18或支持臂20的数量配合、并具有与支持臂20的外形相同形状的部分。另一方的夹持器84、84上也设置有支持臂固定部87，该支持臂固定部87具有与支持臂20的外形相同形状的部分。
另外，夹持器84也可以是圆环形状，还可以是在每个支持臂20接合部都分割的扇形。
支持臂20夹在轮毂80、81和夹持器84、84之间，通过紧固夹持器固定螺栓88来按压轮毂80、81并进行固定。并且在该图所示的例中，在支持臂20、轮毂80、81、夹持器84上设置用于贯通柱状螺栓89、铆钉或销等定位部件的定位固定孔，使用柱状螺栓89、铆钉或销等定位部件对轮毂80或81、和支持臂20进行定位，并防止支持臂20从轮毂80或81脱落、飞散。
图5是安装支持臂的轮毂部分的侧视剖视图、是表示图4的B-B剖面的图。
如图5的剖视图所示，本实施例中说明的支持臂20为流线型的剖面形状，并使垂直轴风车的地面侧为产生升力的翼型剖面形状。通过支持臂20在地面侧产生升力来产生辅助的旋转转矩，并可以防止由于向上吹的风力的外轮侧旋转体17的抖动或跳动。
在与该支持臂20接触并固定的轮毂80、81的支持臂固定部86、或夹持器84的支持臂固定部87上，设置与支持臂20的外形相同形状的部分，使夹持器固定螺栓88或柱状螺栓89的紧固力以更均匀的力按压支持臂20地作用。该支持臂固定部86、87与支持臂20接触的面，成为将作用于支持臂20的旋转转矩传递给轮毂80、81的面。
并且，为了防止由于夹持器固定螺栓88或柱状螺栓89引起的紧固力的支持臂20的破损变形，在轮毂80、81和夹持器84上设置抵接部90、91，对按压支持臂20时的直角方向的变形(支持臂20的前缘和后缘之间的伸长的变形)进行限制。
在叶片18和支持臂20上施加来自所有方向的风力。该力通过支持臂20被全部传递到轮毂80、81。例如横风时，来自支持臂20的径向力施加到轮毂80、81，并且使用于使发电机16旋转的力矩或制动(无图示)起作用时的力矩作用。
并且，在地上预定的高度设置垂直轴风车10时、或在山腹设置垂直轴风车10时，风的吹上或吹下引起的轴向的力通过支持臂20被施加到轮毂80、81。并且，叶片18的整个面受到横风时，由于产生使叶片18弯曲的力，因此在轮毂80、81上也作用向轴向弯曲的力。并且，由于作用于叶片18的力不一定是均匀的，因此使外轮套筒22严重扭曲的力起作用等，经由支持臂20向轮毂80、81作用来自所有方向的反复负荷。
在以往的垂直轴风车中，由于该反复的负荷，固定轮毂和支持臂的接触面产生错位，并产生由摩擦腐蚀引起的接合面之间的破损、进一步发展产生接合面的松动。
根据本发明，由于在作为应力集中部分的轮毂80、81的支持臂固定部86、或夹持器84的支持臂固定部87上，设置有与支持臂20的外形相同形状的部分，因此可以从周围按压支持臂20，可以防止支持臂20的变形，并将支持臂20固定于轮毂80或81。
并且根据本发明，由于轮毂80、81的形状或尺寸的自由度大，因此容易进行提高外轮侧旋转体17的刚性的设计。因此可以使运转时的振动发生的危险减少。例如，当预测到垂直轴风车运转中共振现象的发生时，也可以通过外轮套筒22的壁厚加强或轮毂80、81的壁厚加强、或大直径化等，部件的局部的设计变更来容易地对应。
图6是表示安装支持臂的轮毂部分的其他的实施例的详细的侧视剖视图。
如该图所示，轮毂180上也可以设置有具有与支持臂20的外形相同形状的部分的支持臂固定部186，并设置有插入固定螺栓189、铆钉或销等定位部件的定位固定孔、和切口紧固结构，并且通过紧固切口紧固螺栓(割締めボルト)188或固定螺栓189，来按压支持臂20地进行固定。另外，为了发挥切口紧固的效果，也可以设置螺旋开槽182和退出部184。并且，支持臂固定部186和退出部184也可以是通过精密铸造等形成。
图7是图2所示的叶片的C-C剖面的侧视图。图8是图7所示的叶片的D-D剖面的主视图。图9是图8所示的叶片的E-E剖面的侧视图。
如图2和图7～图9所示，叶片18由中央叶片92和翼端叶片93构成。翼端叶片93覆盖支持臂20与中央叶片92的接合部分，进行中央叶片92的端面处理，并为了减少由作用于中央叶片92的升力所产生的翼端旋涡，对空气流进行整流。
如图8所示，中央叶片92、翼端叶片93、叶片接合部件94和叶片侧夹持器96、98是通过埋头螺钉95进行固定。在叶片侧夹持器96、98上设置有具有与支持臂20的外形相同形状的部分的支持臂固定部100、102。叶片侧接合部件94和叶片侧夹持器96、98，承受基于作用于中央叶片92和翼端叶片93的升力的各叶片的弯曲负荷，并将中央叶片92和翼端叶片93相对于支持臂20直角、垂直地固定并维持。
在图9所示的例中，叶片侧夹持器96、98将固定中央叶片92或翼端叶片93的连接板部分96a、98a与具有保持固定支持臂20的支持臂固定部100、102的夹持器部分96b、98b焊接而组装。
支持臂20夹在叶片侧夹持器96、98之间，并通过固结固定螺栓104、106来按压支持臂20进行固定。并且该图所示的例中，支持臂20和叶片侧夹持器96、98上设置有贯通柱状螺栓89、铆钉或销等定位部件的定位固定孔，使用柱状螺栓89、铆钉或销等定位部件对叶片侧夹持器96或98、和支持臂20进行定位，并防止支持臂20从叶片侧夹持器96、98脱落、飞散。
叶片侧夹持器96、98通过夹住支持臂20来进行固定，因此即使固定了支持臂20时，也要预先空出间隙以便使叶片侧夹持器96、98之间不紧贴。
另外，在叶片侧夹持器96、98的支持臂20的安装部分，也可以使用如图6所示的切口紧固结构。
如图9所示，本实施例使用的支持臂20具有流线型的剖面形状。其结构为，在与该支持臂20接触固定的叶片侧夹持器96、98的支持臂固定部100、102上，设置与支持臂20的外形相同形状的部分，因此固定螺栓104、106或柱状螺栓89的固结力，以更均匀的力对支持臂20进行按压地作用。
并且，为了防止由于固定螺栓104、106或柱状螺栓89的固结力的支持臂20的破损变形，在叶片侧夹持器96、98上设置抵接部110、112，对按压支持臂20时的直角方向的变形(支持臂20的前缘和后缘之间的伸长的变形)进行限制。
叶片18上被反复施加来自所有方向的风力，该力全部通过支持臂20被传递到轮毂80、81。以往的垂直轴风车中，由于该反复负荷，固定叶片和支持臂的接触面产生错位，并产生由于摩擦腐蚀引起的接合面之间的破损，进一步发展产生接合面的松动。
根据本发明，由于支持臂固定部100、102上设置有与支持臂20的外形相同形状的部分，因此可以从周围按压支持臂20，可以防止支持臂20的变形并将叶片18固定于支持臂20。
通过采用如上所述的叶片18和支持臂20的连接结构，如果进行设计只使中央叶片92与翼端叶片93的外面和内面的连结部分的基本尺寸配合，则可以使细小部件不同的翼之间简单地接合，并且由于从外观看不到叶片接合部件94，因此可以减少空气阻力的增大。并且可以维持外观的统一性。
下面，参照图对本发明所涉及的垂直轴风车的支持臂安装结构的其他例进行说明。
图10是表示支持臂安装结构的其他例的图。图10中省略了固定叶片接合部121和叶片18(92、93)的螺钉。图11是图10所示的支持臂安装部的A-A剖视图。并且图12是表示叶片侧夹持器的构成的图。
如图10和图11所示，支持臂20，剖面形状为流线型，并且安装有固定叶片18(92、93)的叶片侧夹持器120、形成安装范围的剖面的后缘切除翼弦长的预定长度(例如1％以上)的形状。
如图12所示，叶片侧夹持器120设置有安装支持臂孔的端部的支持臂安装孔122，该支持臂安装孔122的剖面的大部分是与支持臂外形相同的翼型，且翼厚度方向的嵌合尺寸被进行松动配合到过渡配合的孔加工。
并且，叶片侧夹持器120和用于与叶片壁面接合的叶片接合部121一体形成。在叶片接合部121上设置多个用于将叶片侧夹持器120固定于叶片壁面的埋头螺栓用孔124A、124B。
该叶片侧夹持器120上设置有，从安装有支持臂20的叶片侧夹持器120的外表面向翼厚方向按压支持臂20、并固定叶片的柱状螺栓(固定部件)89用孔123。另外，作为固定部件也可以使用铆钉等。
并且，设置有紧固兼防滑螺钉85，将支持臂20向后缘侧强力按压，并在支持臂20与叶片侧夹持器120的嵌合部的嵌合松动的支持臂翼型前缘部分，在从支持臂20的端面向长度方向嵌入。
此时，使叶片侧夹持器120为上下不可分离的一体结构，并使安装支持臂20的嵌合部分向翼厚方向间隙配合到过渡配合，并且将支持臂20的后缘切除少许并自由向后缘方向移动，因此通过将支持臂20强力向后缘侧按压，可以使嵌合部的松动消失、使嵌合紧密。
并且，对于作为其代价的在前缘侧产生的间隙，通过将支持臂20强力向后缘侧按压并从支持臂20的端面向长度方向嵌入紧固兼防滑螺钉85，由此可以使松送消失并使嵌合面的表面压力足够提高，因此在叶片18和叶片侧夹持器120高速旋转时，由于离心力从支持臂20飞出的危险消失，显著提高安全性。
并且，图13是表示嵌合部的其他构成例的图。图13中的(A)是切除少的例，图13中的(B)是切除大的例。如图13所示，在支持臂20和叶片侧夹持器120的嵌合部，在支持臂20的外形和支持臂安装孔122的上面和下面设置将前缘侧或后缘侧的一个加厚、另一个减薄的2个平面，并且，组装时在嵌合部的厚度厚的一侧从支持臂20的端面向长度方向嵌入紧固兼防滑螺钉85。由此，嵌合部分为该形状也与翼型剖面时具有功能上类似的效果，因此可以扩大制作上的选择面。
另外，在上述的实施例中，每个叶片18由多个单元叶片(中央叶片92和翼端叶片93)的连结所构成，但不限定于此，例如中央叶片92和翼端叶片93也可以是一体形成。
产业上的可利用性通过使用本发明所涉及的支持臂和轮毂的连结结构，使支持臂或叶片使用挤压材料的量产的制造成本容易降低，并且由于应力的分散，可以将疲劳损坏或接合面的压坏和接合部的松动、振动、脱落飞散等危险显著减少，其结果可以安心地在人的生活范围中设置便宜的垂直轴风车。
并且通过使用本发明所涉及的叶片和支持臂的连结结构，使支持臂或叶片使用挤压材料的量产的制造成本容易降低，并且由于应力的分散，可以将疲劳损坏或接合面的压坏和接合部的松动、振动、脱落飞散等危险显著减少，其结果可以安心地在人的生活范围中设置便宜的垂直轴风车。
通过在支持臂和轮毂的连结部分的结构采用本发明的模块结构，可以提高制造上的量产效果，并使垂直轴风车的价格降低，可以设定为需要者容易购买的价格。
并且，通过在叶片和支持臂的连结部分的结构采用本发明的模块结构，可以提高制造上的量产效果，并使垂直轴风车的价格降低，可以设定为需要者容易购买的价格。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.(补正后)一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状；以及轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定，该支持臂固定部具有与上述支持臂的外形的预定部分相同形状的部分，以便与上述支持臂以大接触面接触。
2.(补正后)一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状；轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定，该支持臂固定部具有与上述支持臂的外形的预定部分相同形状的部分，以便与上述支持臂以大接触面接触；以及夹持器，设置有具有与上述支持臂的外形的预定部分相同形状的部分的支持臂固定部，通过在与上述轮毂之间按压上述支持臂来进行固定。
3.(补正后)一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔；轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有支持臂固定部，并且设置有插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，通过按压上述支持臂来进行固定，该支持臂固定部具有与上述支持臂的外形的预定部分相同形状的部分，以便与上述支持臂以大接触面接触；以及定位部件，包括插入上述支持臂的定位固定孔和上述轮毂的定位固定孔的柱状螺栓、铆钉或销。
4.(补正后)一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔；轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有支持臂固定部，并且设置有插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，通过按压上述支持臂来进行固定，该支持臂固定部具有与上述支持臂的外形的预定部分相同形状的部分，以便与上述支持臂以大接触面接触；夹持器，设置有具有与上述支持臂的外形的预定部分相同形状的部分的支持臂固定部、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，通过在与上述轮毂之间按压上述支持臂来进行固定；以及定位部件，包括插入上述支持臂的定位固定孔、上述轮毂的定位固定孔和上述夹持器的定位固定孔的柱状螺栓、铆钉或销。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，在上述轮毂上具备抵接部，对按压上述支持臂时的直角方向的变形进行限制。
6.根据权利要求2或4所述的垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，在上述夹持器上具备抵接部，对按压上述支持臂时的直角方向的变形进行限制。
7.(补正后)一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备叶片，剖切面具有中空剖面，并且分别由多个单元叶片的连结而构成，通过风力产生旋转转矩；支持臂，具有流线型剖面形状，在上述单元叶片连结部对上述叶片进行保持；以及叶片侧夹持器，设置有被收容在上述叶片的内部、具有与上述支持臂的外形的预定部分相同形状的部分以便与上述支持臂以大接触面相接的支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定，并且具有固定上述叶片的叶片固定部。
8.(补正后)一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备叶片，剖切面具有中空剖面，并且分别由多个单元叶片的连结而构成，通过风力产生旋转转矩；支持臂，具有流线型剖面形状、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，在上述单元叶片连结部对上述叶片进行保持；叶片侧夹持器，设置有被收容在上述叶片的内部、具有与上述支持臂的外形的预定部分相同形状的部分以便与上述支持臂以大接触面相接的支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定，并且具有插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔、和对垂直轴风车的叶片进行固定的叶片固定部；以及定位部件，包括插入上述支持臂的定位固定孔、上述叶片侧夹持器的定位固定孔的柱状螺栓、铆钉或销。
9.根据权利要求7或8所述的垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，在上述叶片侧夹持器上具备抵接部，对按压上述支持臂时的直角方向的变形进行限制。
10.一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备叶片，剖切面具有中空剖面，并且分别由多个单元叶片的连结而构成，通过风力产生旋转转矩；支持臂，剖面形状为流线型，并且安装有固定上述叶片的叶片侧夹持器，安装范围的剖面的后缘切除翼弦长的预定长度；叶片侧夹持器，被安装在上述支持臂上，支持臂安装孔的剖面的大部分与上述支持臂外形为相同翼型，且翼厚度方向的嵌合尺寸被实施松动配合到过渡配合的孔加工；接合部，与上述叶片侧夹持器一体地与上述叶片壁面接合；固定部件，包括柱状螺栓或铆钉，从安装有上述支持臂的上述叶片侧夹持器的外表面向翼厚度方向按压支持臂并固定上述叶片；以及紧固兼防滑螺钉，在上述支持臂与上述叶片侧夹持器的嵌合部的嵌合松弛的支持臂翼型前缘部分，从上述支持臂的端面向长度方向嵌入。
11.根据权利要求10所述的垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，在上述支持臂与上述叶片侧夹持器的嵌合部，在支持臂外形和安装孔形状的上面和下面设置有将前缘侧或后缘侧中的一个加厚、另一个减薄的2个平面，在上述嵌合部的厚度厚的一侧从支持臂端面向长度方向嵌入紧固兼防滑螺钉。
12.一种垂直轴风车，其特征在于，具备权利要求1～11中任一项所述的垂直轴风车的支持臂安装结构。
权利要求
1.一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状；以及轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定。
2.一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状；轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定；以及夹持器，设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，通过在与上述轮毂之间按压上述支持臂来进行固定。
3.一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔；轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，并且设置有插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，通过按压上述支持臂来进行固定；以及定位部件，包括插入上述支持臂的定位固定孔和上述轮毂的定位固定孔的柱状螺栓、铆钉或销。
4.一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备支持臂，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片进行保持，并且具有流线型剖面形状、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔；轮毂，位于垂直轴风车的旋转体的旋转轴一侧，呈放射状地设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，并且设置有插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，通过按压上述支持臂来进行固定；夹持器，设置有与上述支持臂的外形相同形状的支持臂固定部、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，通过在与上述轮毂之间按压上述支持臂来进行固定；以及定位部件，包括插入上述支持臂的定位固定孔、上述轮毂的定位固定孔和上述夹持器的定位固定孔的柱状螺栓、铆钉或销。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，在上述轮毂上具备抵接部，对按压上述支持臂时的直角方向的变形进行限制。
6.根据权利要求2或4所述的垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，在上述夹持器上具备抵接部，对按压上述支持臂时的直角方向的变形进行限制。
7.一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备叶片，剖切面具有中空剖面，并且分别由多个单元叶片的连结而构成，通过风力产生旋转转矩；支持臂，具有流线型剖面形状，在上述单元叶片连结部对上述叶片进行保持；以及叶片侧夹持器，设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定，并且具有固定上述叶片的叶片固定部。
8.一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备叶片，剖切面具有中空剖面，并且分别由多个单元叶片的连结而构成，通过风力产生旋转转矩；支持臂，具有流线型剖面形状、和插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔，在上述单元叶片连结部对上述叶片进行保持；叶片侧夹持器，设置有具有与上述支持臂的外形相同形状的部分的支持臂固定部，通过按压上述支持臂来进行固定，并且具有插入包括柱状螺栓、铆钉或销的定位部件的定位固定孔、和对垂直轴风车的叶片进行固定的叶片固定部；以及定位部件，包括插入上述支持臂的定位固定孔、上述叶片侧夹持器的定位固定孔的柱状螺栓、铆钉或销。
9.根据权利要求7或8所述的垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，在上述叶片侧夹持器上具备抵接部，对按压上述支持臂时的直角方向的变形进行限制。
10.一种垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，具备叶片，剖切面具有中空剖面，并且分别由多个单元叶片的连结而构成，通过风力产生旋转转矩；支持臂，剖面形状为流线型，并且安装有固定上述叶片的叶片侧夹持器，安装范围的剖面的后缘切除翼弦长的预定长度；叶片侧夹持器，被安装在上述支持臂上，支持臂安装孔的剖面的大部分与上述支持臂外形为相同翼型，且翼厚度方向的嵌合尺寸被实施松动配合到过渡配合的孔加工；接合部，与上述叶片侧夹持器一体地与上述叶片壁面接合；固定部件，包括柱状螺栓或铆钉，从安装有上述支持臂的上述叶片侧夹持器的外表面向翼厚度方向按压支持臂并固定上述叶片；以及紧固兼防滑螺钉，在上述支持臂与上述叶片侧夹持器的嵌合部的嵌合松弛的支持臂翼型前缘部分，从上述支持臂的端面向长度方向嵌入。
11.根据权利要求10所述的垂直轴风车的支持臂安装结构，其特征在于，在上述支持臂与上述叶片侧夹持器的嵌合部，在支持臂外形和安装孔形状的上面和下面设置有将前缘侧或后缘侧中的一个加厚、另一个减薄的2个平面，在上述嵌合部的厚度厚的一侧从支持臂端面向长度方向嵌入紧固兼防滑螺钉。
12.一种垂直轴风车，其特征在于，具备权利要求1～11中任一项所述的垂直轴风车的支持臂安装结构。
全文摘要
本发明提供一种垂直轴风车的支持臂安装结构，可以分散作用于垂直轴风车的轮毂与支持臂的接合部、或叶片与支持臂的接合部的负荷和应力，消除过度应力集中，并降低振动和接合面的摩擦腐蚀等。例如，垂直轴风车的支持臂安装结构具备支持臂(20)，对通过风力产生旋转转矩的垂直轴风车的叶片(18)进行保持，并具有流线型剖面形状；轮毂(80、81)，位于垂直轴风车(10)的旋转体的旋转轴侧，并呈放射状地设置有具有与支持臂(20)的外形相同形状的部分的支持臂固定部(86)，通过按压支持臂(20)来进行固定。
文档编号F03D3/00GK1954147SQ20058001520
公开日2007年4月25日 申请日期2005年5月11日 优先权日2004年5月13日
发明者横井正 申请人:株式会社Ipb