专利名称：垂直轴型风力发电装置及叶片的制造方法、风力发电装置的风车的安装构造及安装方法 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及垂直轴型风力发电装置的改良、风力发电装置的风车的安装构造及安装方法、以及防风用风力发电厂，所述风力发电装置备有垂直翼打蛋(Darrieus)型风车，所述风车沿着相对于风向垂直的旋转轴具有纵向的叶片，该叶片会借助风而朝向旋转轴的旋转方向旋转。
背景技术：
以往，垂直轴型风力发电装置或风力发电厂等的技术是众所皆知的。
例如，有日本特开平10-110666号公报所揭示的构造。该日本特开平10-110666号公报所揭示的构造，是直线翼垂直轴(H-打蛋(Darrieus))型风车，其叶片的两端部沿着旋转轴方向被固定在位于垂直方向上的一对支承部件上。为了防止温室效应或为了节省能源，如日本特开平10-110666号公报的图1、图2、图7，为了得到更大的电力，需要将风车设置在上方，而增加风车的旋转。因此，最好将风车设置在房屋或建筑物等的屋顶上。
以往的垂直轴型风车，如日本专利第3368537号公报所揭示那样，是以从由直立的金属制的中空外转子所构成的旋转轴水平延伸的上下两根玻璃纤维制的臂，来支承玻璃纤维制的叶片的构造。这种风车，是将直线翼部配置在垂直轴的周围，以支承翼部将该直线翼部连结在轴侧的直线翼型风水车，要考虑到效率、自起动性或噪音等，也要要求叶片充填系数、安装角、翼厚度等的适当化。
如日本特开2003-56447号公报所揭示的发电用风车，是将风车的叶片的安装部分作成可动的，根据风向来切换叶片倾斜的方向及角度，无论风向如何变化，风车的旋转方向都能始终保持一定。用其取代防风林，将其并排延伸设置来防风，且利用风使风车旋转，建成连结其旋转力来驱动发电机的可防风的发电厂。
可是，日本特开平10-110666号公报的构造，并不能控制风在叶片周围的流动，所以叶片的旋转有时会不稳定。为了提升风的发电效率，还需要对叶片的构造加以改善。并且，有时因建筑物的状况而不能设置在建筑物的屋顶上，而是将风车设置在固定于地面的支柱上。在这种情况下，由于强风会对风车施加很强的力量，而需要将支承风车的支柱可靠地固定在地面上。因此，需要对地面进行深度挖掘，风车的设置作业则需要很多时间，与其伴随，设置费用也会变得很高。
而日本专利第3368537号公报的构造，无法充分地防止在臂与叶片的接合部或叶片中央所产生的由于离心力所造成的弯矩。该弯矩在叶片的高速旋转下，会成为非常大的值，结果可能会让叶片破损。为了抑制该弯矩，必须采取将臂作粗或加强叶片的强度的措施，从而会导致垂直轴型风车的重量增重。当受到横向风时，由于会有非常大的弯矩作用在旋转轴上，而需要将旋转轴作成相当粗的，而伴随着也需要增加旋转轴的轴承等的直径，而对于使用在发电装置中来说有装置大型化的问题。
而日本特开2003-56447号公报的构造，是将风车的叶片的安装部分作成可动的，可根据风向来自动切换叶片倾斜方向及角度，所以如果与相邻的其它发电用风车没有距离一定距离以上的话，风车彼此会互相接触。因此，无法得到效率较好的防风效果。
本发明的目的，是要提供可使叶片稳定旋转，且能使发电效率提升的垂直轴型风力发电装置及叶片的制造方法，与能容易设置在建筑物的上部的风力发电装置的风车的安装构造及安装方法、以及使用风力发电装置的防风用风力发电厂。
发明内容本发明的垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其中，上述叶片具有横向的整流板。
本发明的垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其中，上述叶片包括叶片长度方向的骨架、以插入状态固定在该骨架上的多个翼状板、以及张设于该翼状板的周围的外型板。
本发明的叶片的制造方法，将多个翼状板以插入状态固定在叶片长度方向的骨架上，将外型板张设并安装在该翼状板的周围，其中，具备第一工序，相对于多个翼状板的一个面将外型板的一端侧定位，并将外型板的一端侧固定在上述翼状板的一个面上；以及第二工序，一边拉曳外型板的另一端侧一边相对于多个翼状板的另一个面将外型板的另一端侧定位，并将外型板的另一端侧固定在上述翼状板的另一个面上。
本发明的垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其中，在上述旋转轴上设置有横向的支承部件，在该支承部件的前端，经由铰链与弹簧部件以在上述叶片的纵向上倾斜的方式安装着上述叶片的纵向的中间部。
本发明的垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其中，在上述旋转轴上设置有横向的支承部件，在该支承部件的前端，经由铰链与弹簧部件以在上述叶片的横向上倾斜的方式安装着上述叶片的纵向的中间部。
本发明的垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其中，在上述旋转轴上设置有横向朝上的上部支承部件与横向朝下的下部支承部件，上述叶片的纵向的上下部安装在上述上部支承部件及上述下部支承部件的前端。
本发明的垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其中，在上述旋转轴的前端设置有转子，支承上述叶片的纵向的上下两处的两根上下臂相对于上述转子安装成向下或向上倾斜，支承上述叶片的上述上下两处之间的中间两处的两根中间臂安装在上述转子或上述上下臂上。
本发明的垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其中，上述旋转轴包括上述叶片侧的上侧旋转轴、发电机侧的下侧旋转轴、以及两旋转轴的嵌合部，上述嵌合部形成为，传递转矩的部分具有嵌合间隙。
本发明的垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿上述旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其中，具备有筒状部件，在内部配置上述旋转轴；径向轴承，配置在上述筒状部件内部的上方或中途部分，旋转自如地支承上述旋转轴；推力轴承，配置在上述筒状部件内部的下方，旋转自如地支承上述旋转轴；轴承，在上述推力轴承的附近，与上述旋转轴间具有间隙地设置在上述筒状部件内壁上；上述旋转轴当朝横向摆动时，与上述设置在筒状部件内壁上的轴承接触。
本发明的垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其中，设置有将电从上述旋转轴放掉的电刷，或者在上述旋转轴与支承该旋转轴的轴承的外筒之间设置有绝缘件。
本发明的垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿上述旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其中，还具备有与上述旋转轴的中心轴同心地配置在上述旋转轴上部附近的筒状旋转体、平面呈水平地设置在上述筒状旋转体内部的板状部件、以及旋转自如地支承上述旋转轴的轴承，上述筒状旋转体，在上述筒状旋转体内的上下方向中心附近，经由上述板状部件连接在上述旋转轴上，上述轴承，配置在上述连接的位置的正下方附近。
本发明的小型风力发电装置的风车的安装构造，将具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿上述旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片的小型风力发电装置的风车安装在建筑物上，其中，具有以上端部支承上述风车并且下端部固定在地基中的固定棒、以及将上述固定棒的较中央部靠上方的区域的至少一部分连结于上述建筑物上的连结部件。
本发明的小型风力发电装置的风车的安装方法，将具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿上述旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片的小型风力发电装置的风车安装在建筑物上，其中，将上述风车安装在固定棒的前端部上，并且将该固定棒的下端部固定在地面上之后，将该固定棒的较中央部靠上方的区域的至少一部分连结于上述建筑物上。
本发明的防风用风力发电厂，具备多个具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片的垂直轴型风力发电装置，其中，各上述垂直轴型风力发电装置紧密配置，且使得相邻的上述垂直轴型风力发电装置的叶片彼此在旋转中不会接触。
图1是本发明的垂直轴型风力发电装置的正剖视图。
图2，(a)是表示将四片整流板安装在叶片上的实施方式的图，(b)是将(a)的整流板相对于风向朝向上方安装的叶片的立体图，(c)是(b)的侧视图。
图3，是表示本发明的垂直型风力发电装置的叶片除去了外型板的骨架构造的立体图。
图4，(a)是表示将叶片纵向倾斜自如地以铰链及弹簧安装于支承部件的实施方式的图，(b)是图(a)的(b)-(b)向视图，(c)是表示将叶片纵向倾斜自如地以铰链及弹簧安装于支承部件的实施方式的图。
图5，(a)是表示将电从旋转轴放掉的实施方式的一例的图，(b)是表示将电从旋转轴放掉的实施方式的另一例的图。
图6是翼状板的立体图。
图7是表示旋转轴的高度调节机构及旋转轴支承机构的图。
图8，(a)是表示在旋转轴上设置有横向朝上的上部支承部件与横向朝下的下部支承部件，将上述叶片的纵向的上下部安装在上部支承部件及下部支承部件的前端的实施方式的图，(b)是(a)的局部俯视图，(c)是(b)的(c)-(c)剖视图，(d)是(b)的(d)-(d)剖视图。
图9是表示抑制旋转轴的旋转负荷的实施方式的一例的图。
图10是由挤出材料所构成的骨架的立体图。
图11是表示外皮张设安装的顺序的图。
图12是叶片安装构造的剖视图。
图13是表示本发明的垂直轴型风力发电装置的构造的示意图。
图14是表示本发明的垂直轴型风力发电装置的立体图。
图15是表示本发明的垂直轴型风力发电装置的臂的立体图。
图16是表示本发明的垂直轴型风力发电装置的叶片所负荷的弯矩的示意图。
图17是根据有限元法来求出本发明的垂直轴型风力发电装置所负荷的各弯矩的最大值所描绘的等高线的图表。
图18是将参数a/c固定，来求出本发明的垂直轴型风力发电装置所负荷的各弯矩的变化的图表。
图19是将参数b/c固定，来求出本发明的垂直轴型风力发电装置所负荷的各弯矩的变化的图表。
图20是表示本发明的垂直轴型风力发电装置的变形例的一例的结构的示意图。
图21是表示本发明的垂直轴型风力发电装置的变形例的另一例的结构的示意图。
图22是表示本发明的垂直轴型风力发电装置的结构的示意图。
图23是表示本发明的垂直轴型风力发电装置的变形例的一例的结构的示意图。
图24是本发明的垂直轴型风力发电装置的整体概略图。
图25，是图24的垂直轴型风力发电装置的筒状旋转体周边部的一例的剖视图。
图26，是图24的垂直轴型风力发电装置的筒状旋转体周边部的另一例的剖视图。
图27是表示本发明的垂直轴型风力电装置的叶片的截面形状的图。
图28是本发明的垂直轴型风力发电装置的俯视图。
图29是本发明的风车装置的立体图。
图30是本发明的优选实施方式的风车装置的安装构造的概略图。
图31，(a)是图30所描绘的设置有连结部件的部分的剖视图，(b)是图30所描绘的设置有连结部件的部分的俯视图。
图32，(a)是描绘于图30的固定棒与地基的固定部分的剖视图，(b)是描绘于图30的固定棒与地基的固定部分的俯视图。
图33，(a)是表示形成固定棒的管体的连结构造的图，(b)是图30所描绘的连接器部分的放大图。
图34，(a)是变形例的风车装置的安装构造的连结部件的立体图，(b)是变形例的风车装置的安装构造的连结部件的俯视图。
图35是表示本发明的防风用风力发电厂的概略图。
图36是表示防风用风力发电厂的设置例子的概略图，(a)是表示将垂直轴型风力发电装置在平坦的地面上沿着海岸线仅配置一列的情况的图，(b)是表示在(a)列的陆地侧，配置有第二列的垂直轴型风力发电装置的情况的图。
图37是表示本发明的防风用风力发电厂的另一例的概略图。
图38是表示各垂直轴型风力发电装置的叶片的高度位置分别不同的防风用风力发电厂的概略图，(a)是配置成从上面来看防风用风力发电厂时叶片的旋转轨迹在一点重叠的发电厂的侧视图，(b)是配置成从上面来看防风用风力发电厂时叶片的旋转轨迹重叠的发电厂的侧视图。
具体实施方式以下虽然具体说明本发明的实施方式，可是本发明并不限定于这些实施方式。
图1是本发明的垂直轴型风力发电装置的正剖视图。101是基座，是以简易的混凝土所形成。102是旋转轴，以后述的机构保持在直立状态。103是用来产生风力发电的动力的叶片，在旋转轴102的上部，被配置于固定在与轴心方向垂直的方向上的支承部件104的各相对面相互之间，沿着周缘部配置有多个。在叶片103的上下端，设置有调整叶片103周围的风的流动的整流板105。106是筒状体，使旋转轴102位于其内部空间，通过位于上下内表面的轴承107、108支承着旋转轴102使其转动自如。109是部件支承用框体，被固定在基座101的适当位置，保持着上述筒状体106的下端部。100是缆索固定机构，包括缆索100a、以及用来向该钢索100a赋予张力的缆索张力调整机构100b。该缆索固定机构100的两端，在上述筒状体106的固定部位106a与地面侧的固定部位110之间配置于至少三个位置(120度间隔)上。该缆索固定机构100构成维持旋转轴102的垂直状态的自立补充机构，所述旋转轴102会由于叶片103所受到的风压而受到应力，而有从轴心向直角方向位移的趋势。112是发电机，被固定在上述框体109上，在其旋转轴上具备有带轮113。114是带轮，在旋转轴102上，被固定在与上述带轮113相同高度的位置。115是皮带，卡合在上述带轮113、114相互之间，将旋转轴102的旋转力传递到发电机112，在由于风向与叶片的位置关系、风的强度等的原因而导致风车不能起动时，也可以使该发电机112兼具起动用马达的功能。
图2(a)，是表示在叶片上安装有四片整流板的实施方式的图。
整流板251，在叶片253的上端部、下端部、以及上下端部到叶片253与支承部件255接合的接合部之间的上下中途部分上，各安装有一片。
根据上述构造，可以防止风的气流从叶片漏掉，并且可以消除叶片的旋转声音，可以确保叶片顺畅旋转。结果，可以高效地发电。
在本实施方式中虽然是将四片整流板安装在叶片上，而也可以再将需要的数量安装在叶片的中途部分。
图2(b)、(c)，是表示将图2(a)的接近支承部件255设置的整流板254相对于风向向上安装的叶片的一例的图。整流板254安装成相对于叶片253倾斜。
如果配置有多片这种整流板的话，会产生升力，可以减少轴承的载荷。结果，能够减少轴承的机械损失而可以提升发电效率并延长轴承的使用寿命。由于多片整流板会均匀地承受从叶片的端部逸出的风，所以能够更可靠地对朝向叶片的风的流动进行整流，可以调整叶片的旋转。
图3，是表示风车用叶片的骨架构造的立体图，图6，是其翼状板的立体图。该图3所示的叶片，例如，可以用作图1的垂直轴型风力发电装置的叶片。
叶片3，如图27所示，截面为飞机的机翼截面状，一个面3a为流线较长的凸状面，另一面3b为流线较短的平坦面。如图所示，一个面3a并不限于配置成面向外侧，一个面3a也可以配置成面向朝向轴的内侧。
在图3中，叶片3，是由骨架构造形成，所述骨架构造包括叶片长度方向的骨架31、32、以插入状态固定在该骨架31、32上的多个翼状板33、张设于该翼状板33的周围的外型板(外皮)34。
骨架31、32，是以三角截面的中空角材所形成，例如，利用如图10所示的铝合金的挤出材料、或铝合金板的弯折加工或铝合金板的接合构造制造。在图3中，将弯折成山形的第一板部与平坦的第二板部接合，使用铆接接合的构造。在翼状板33的前后设置有两根骨架31、32。也可以根据叶片3的大小，设置三根骨架。上述的支承部件12、13，相对于该骨架31、32，以螺栓紧固等方式来接合。
如图6所示，翼状板33，是以冲压成型方式来将铝合金板冲成翼状板的外形而成的。该冲压成型，是使用NC机来进行。因此，翼状板33的外周，是通过利用直线的组合进行的曲线近似形成的。也有以翼状的模具来进行冲裁的加工方法。
翼状板33，形成有插入上述骨架31、32的缺口孔35、36、后述外皮34贯穿其上而被定位的突起部37、38、以及相对于翼状板33弯折90°形成的载置外皮34并使其稳定的多个座部39、40。突起部37与两个座部39，设置在翼状板33的凸状面侧，突起部38与三个座部40，设置在翼状板33的平坦状面侧。
如图3所示，翼状板33，是以预定间隔插入到骨架31、32上。骨架31、32与翼状板33之间通过多处熔接而加以固定。借助两者的固定，形成了如图3所示的牢固的骨架构造。
外型板也就是外皮34，是铝合金的薄板，沿着翼状板33的周围张设并安装。外皮34，贯穿于翼状板33的突起部37、38，载置于翼状板33的座部39、40。在图3中，在张设并安装了外皮34之后，突起部37、38是处在残留的状态，但也可以沿着外皮34表面将其切断，还可以沿着外皮34将其弯折。外皮34，相对于座部39、40，是以铆接方式加以固定的。
图11，表示外皮34的张设安装顺序。
〔第一工序〕如图11(a)所示，将外皮34的一端侧的孔34a穿过翼状板33的平坦状面(一个面)的突起38来进行定位，拉曳外皮34的另一端侧，使其沿着翼状板33。在该拉曳动作时，是通过拉住张设并安装在外皮34的另一端侧的延长带部件60来进行的。借助该延长带部件60，外皮34不会产生皱折，能够均匀地拉曳。
相对于座部40，以铆钉62来固定外皮34。如图11(c)，铆钉62使用的是盲铆钉，从外皮34侧，在预先设置的座部40的贯通孔中，插入盲铆钉组装体，将轴63抽出时，盲铆钉的下方会膨胀，而轴63被摘取掉后，如图所示利用铆钉62形成了固定状态。而平坦状面侧的座部40、外皮34的另一端侧，预先向外弯折成「ヘ」字状，与一端侧平坦地接合。
〔第二工序〕接着，如图11(b)，将外皮34的另一端侧的孔34b穿过翼状板33的凸状面(另一面)侧的突起37来进行定位，拉着外皮34的另一端侧，使其沿着翼状板33的剩余的部分。在该牵引动作时，是通过拉住张设在外皮34的另一端侧的延长带部件60来进行的。借助该延长带部件60，外皮34不会产生皱折，能够均匀地拉曳。然后利用点焊方式来固定外皮34的一端侧与另一端侧的接合部分61。
然后，相对于座部39，以铆钉62来固定外皮34。如图11(c)，铆钉62使用的是盲铆钉，从外皮34侧，在预先设置的座部39的贯通孔中，插入盲铆钉组装体，将轴63抽出时，盲铆钉的下方会膨胀变形，轴63被摘取掉后，如图所示利用铆钉62形成了固定状态。
以这种制造方法所形成的叶片3，是利用铝合金制的中空角材的骨架31、32来保持强度的构造，是以铝合金板的翼状板33来保持形状的构造。利用突起37，可穿过外皮34的另一端侧的孔34b来进行定位，容易使外皮34沿着翼状板33。因此，利用铝合金制的薄外皮34，能容易形成叶片3的外形。
这样能将叶片3作成整体既具轻量性又具有强度的叶片。结果，借助作用于叶片3的风能让叶片3有效地旋转。
安装在垂直轴型风力发电装置中的叶片3的数量，也可以是多片以上。而叶片3，也可以在内周侧配置多片，在外周侧配置多片，配置成同心多圆状。
不限于将叶片3的凸状面朝向外周配置，也可以将叶片3的平坦面朝向外周配置。
如上所述，由于是既具轻量性又具强度的叶片3，所以以适当片数设置的叶片3会借助风力而有效地旋转。
接下来，针对本发明的叶片的安装构造来加以说明。图12是叶片的安装构造的剖视图。
骨架31、32，如图10、图12所示，是截面为三角形的挤出材料，这些截面的三角形的一条边分别设置成与翼弦长平行。
安装托架41，是板状部件，具有两个大致凸型的孔，以能够嵌合骨架31、32。安装托架41的一部分安装成贯穿外皮34且突出到旋转轴2侧，且其平行面是水平的。并且，安装托架41，在其突出部分上具有与翼弦长(图12的单点划线)平行的边41a。
支承部件42，是管状部件或板状部件。例如，如果是管状部件，则可以使用细长的椭圆形截面的部件，以抑制风的阻力。
螺栓43，是将安装托架41与支承部件42螺栓接合的部件。在图12中，是用四根螺栓来接合，而至少用两根螺栓43来接合就可以了。
销44，是为了对安装托架41与支承部件42进行定位，而定位接合安装托架41与支承部件42的部件。在图12中，虽然是以两根销44来进行销接合，而至少用一支销44来进行销接合就可以了。可是，为了要更可靠地进行定位，安装托架41与支承部件42，最好是用两根以上的销44来进行销接合。而也可取代销，利用密配合螺栓或凹凸的嵌合来进行定位接合。
如果是这种叶片的安装构造，则由于安装托架41在突出部分具有与翼弦长平行的边41a，故能够容易掌握叶片3的翼弦长方向，容易进行叶片3的安装角度的调整。
由于能可靠地进行定位，安装角度不会偏移，而能够维持所希望的安装角度。
由于设置成骨架31、32的截面的三角形的一条边分别与翼弦长平行，所以叶片3的翼弦长方向能够以三角形的一条边为基准而加以掌握，不使用安装托架41也能进行叶片的安装角度的调整。而骨架31、32，不一定要是截面三角形的构造，是其它多边形也可以，只要多边形的骨架的一条边设置成与叶片3的翼弦长方向平行，便能达到与截面为三角形的骨架相同的效果。
图4(a)，是表示将叶片纵向倾斜自如地以铰链及弹簧安装于支承部件的实施方式的图，图4(b)是图4(a)的(b)-(b)向视图。
支承部件275，是垂直于地面的方向上的截面为大致T字型的部件。在其前端部276处，以铰链可摆动地接合着叶片273。在前端部276相反一侧的前端部附近，叶片273，也借助弹簧274安装成在叶片273的纵向上倾斜自如。
根据上述实施方式，如果由于强风而在叶片273上产生一定以上的离心力或风压的话，叶片273可于叶片273的纵向自由倾斜。因此，可以减小该一定以上的离心力或风压，而不会让剧烈的应力施加在叶片上，基本不会产生破损。
而虽然没有图示，但如果以销接合实现前端部276与叶片273的接合，则在叶片273的纵向及横向上摆动自如。
图4(c)，设成使图4(a)中的支承部件275以支承部件275的轴为中心旋转了90度的状态，叶片273以在横向上倾斜自如的方式而与图4(a)同样地以铰链及弹簧接合着。
根据上述实施方式，可得到与图4(a)的实施方式同样的效果。
图8(a)是表示垂直轴型风力发电装置的旋转轴312上部附近的图，其中，在旋转轴312上，横向朝上的上部支承部件314a与横向朝下的下部支承部件314b，分别设置在旋转轴312上部所设置的上下两片圆板311a、311b上，叶片313的纵向的上下部安装在上部支承部件314a及下部支承部件314b的前端。圆板311a、311b，中心部分是以螺栓等固定支承在旋转轴312上。在安装第一支承部件314a或下部支承部件314b的圆板311a、311b的边缘部分有狭缝，使得它们可以弯折以便于安装各支承部件。没有弯折的部位的狭缝之间的圆周部附近部位316，是以熔接方式加以固定。
图8(b)是图8(a)的俯视图，图8(c)是图8(b)的(c)-(c)向视图，图8(d)是图8(b)的(d)-(d)向视图。如图8(b)、(c)、(d)所示，上部支承部件314a及下部支承部件314b，形成为越向前端其截面模量越小，截面是大致山形。上部支承部件314a及下部支承部件314b，一侧面沿圆板311a、311b的径向安装，另一侧面，则由被固定在上部支承部件314a及下部支承部件314b的圆板侧端的山形背面侧的板部件315加强，以能够承受住朝向圆板311a、311b的圆周方向的力(由叶片313所受到的风压产生的力)。
根据上述实施方式，可以稳定地支承叶片313，可以防止在叶片313旋转时产生异常现象。
为了克服产生于叶片的离心力，也可以作成连结邻接设置于圆周方向的叶片的构造。例如，以板状部件连结叶片彼此、或作成以缆索来结合上述支承部件314a与叶片313结合的部分附近彼此的实施方式。
如果用铝作为上述各叶片的材质的话，则可以实现装置的轻量化。
接下来，针对能够充分抑制在臂与叶片的接合部或叶片中央产生的离心力所造成的弯矩的、轻量的垂直轴型风力发电装置来加以说明。图13是表示本发明的能够充分抑制弯矩的轻量的垂直轴型风力发电装置的构造的示意图。图14是表示图13的垂直轴型风力发电装置的立体图。
垂直轴型风力发电装置1，包括垂直设置的旋转轴2、多片配置在旋转轴2的圆周方向上的纵向的叶片9、设置在旋转轴2的前端的转子18、20、相对于转子18、20向下或向上倾斜地安装在转子18、20上并支承叶片9的纵向的上下两处的两根上下臂4、6、以及安装在转子18、20或上下臂4、6上并支承叶片9的位于上下两处之间的中间两处的两根中间臂11、14。
叶片9，是与上述图3所示的叶片3相同的构造。
在旋转轴2的前端插设·接合着筒状转子20。筒状转子20的形状，圆形的筒状、多边形的筒状、骨架构造等都可以，在这里是圆形的筒状。通过以轻量且坚固的铝合金来形成筒状转子20，可以实现垂直轴型风力发电装置1的轻量化。
筒状转子20的轴方向的重心，位于叶片9的纵向的长度c的中心也就是c/2处，圆周方向的重心是与旋转轴2同轴的轴心。由此，垂直轴型风力发电装置1的重心位置就是筒状转子20的重心位置。筒状转子20，是相对于重心位置上下对称，左右对称的形状。
在筒状转子20的重心位置更下方，经由轴承21a、轴承21及推力轴承30，将旋转轴2旋转自如地支承在壳体22中，筒状转子20与旋转轴2一起旋转。通过将筒状转子20的重心位置与轴承21a的距离m设成最小，可以减低相对于横风等的横向载荷的弯曲应力。
上臂4，相对于筒状转子20设置成向下倾斜，第一端部3被安装在筒状转子20的上部，将上接合部7接合在叶片9的骨架19上，由此支承叶片9的纵向的上方。下臂6，相对于筒状转子20设置成向上倾斜，第二端部5被安装在筒状转子20的下部，将下接合部8接合在叶片9的骨架19上，由此支承叶片9的纵向的下方。
上臂4与下臂6，安装在垂直轴型风力发电装置的重心位置附近，也就是筒状转子20的上部与下部，从而能够均衡产生于上接合部7与下接合部8的弯矩。
上臂4及下臂6，如图15所示，是截面为扁平状的中空筒，是以轻量且坚固的铝合金等所形成。由此，可以实现垂直轴型风力发电装置1的轻量化，并且根据其截面形状，可以得到减低气流损失、减低惯性的效果。
第一中间臂11，是将第三端部10安装在筒状转子20的上部，设置成水平状，且将第一中间接合部12接合在叶片9的骨架19上，由此支承叶片9的中间上方的主轴。第二中间臂14，是将第四端部13安装在筒状转子20的下部，设置成水平状，且将第二中间接合部15接合在叶片9的骨架19上，由此支承叶片9的中间下方的主轴。
第一中间臂11与第二中间臂14，安装在垂直轴型风力发电装置的重心位置，也就是安装成相对于筒状转子20的重心位置上下对称，由此来均衡产生于第一中间接合部12与第二中间接合部15的弯矩。
第一中间臂11及第二中间臂14，与如图15所示的上臂4及下臂6同样地，是截面为扁平状的中空的筒部，为了成为牢固地支承叶片9的主轴，与上臂4及下臂6相比较粗。第一中间臂11及第二中间臂14是以轻量且坚固的铝合金等所形成。由此，可以实现垂直轴型风力发电装置1的轻量化，并且根据其截面形状，可以得到减低气流损失、减低惯性的效果。
在图13中，虽然两根中间臂与上下臂向筒状转子20安装的位置是不同位置，可是当然也可以设成，第一中间臂11与上臂4向筒状转子20安装的位置是相同的，第二中间臂14与下臂6向筒状转子20安装的位置是相同的。
壳体22具有底座23，底座23是以适当的固定机构固定在基座上的。而在旋转轴2的下方，经由适当的变速机构24连结着发电机25。而也可以将发电机25直接连结在旋转轴2上。
接下来，说明垂直轴型风力发电装置1的动作。
承受横向风的叶片9会朝向旋转轴2的圆周方向旋转，与之伴随筒状转子20旋转。筒状转子20的旋转力，作用在由轴承21、21a垂直地支承着、并由承受轴方向的载荷的推力轴承30水平支承着的旋转轴2上，旋转轴2旋转，其旋转力会传递到旋转轴2下方的变速机构24然后作用于发电机25，垂直轴型风力发电装置进行发电。
接下来，为了得到上述构造中的垂直轴型风力发电装置的叶片与臂的最佳位置关系，进行了下述的试验。
首先，如图13及图16示意性地示出的那样，设叶片的纵向的长度为c，从叶片的上端16至上接合部7的距离为a，从上接合部至第一中间接合部12的距离为b。同样地，设从叶片的下端17至下接合部8的距离为a，设从下接合部8至第二中间接合部15的距离为b。
接下来，如图16所示，设产生于上接合部7及下接合部8的弯矩为M1，产生于第一中间接合部12及第二中间接合部15的弯矩为M2，产生于叶片中央的弯矩为M3，产生于距离b间的弯矩为M4。
接着，利用有限元法，求出各弯矩的绝对值|M1|～|M4|(以下|Mi|)所描绘的等高线。其结果如图17所示。这里的纵轴是b/c，横轴是a/c。从图6可看出在a/c＝0.11、b/c＝0.28附近，存在有各弯矩的绝对值|Mi|的最小值。
接着，将a/c固定在0.11附近，将横轴设为b/c，纵轴设为|Mi|/|M0|，测定使b/c变化时的|Mi|/|M0|的大小。这里的|M0|，是以中央一点来支承叶片时的弯矩的绝对值。其结果如图18所示。从图7，可看出以b/c＝0.18～0.37，能将|Mi|抑制在|M0|的10％以下。
接着，将b/c固定在0.28附近，将横轴设为a/c，纵轴设为|Mi|/|M0|，测定使a/c变化时|Mi|/|M0|的大小。结果如图19所示，可看出以a/c＝0.02～0.16，能将|Mi|抑制在|M0|的10％以下。
如上所述，垂直轴型风力发电装置1，通过设定为b/c＝0.18～0.37，a/c＝0.02～0.16，则可以使离心力所造成的各弯矩M1～M4最小化。
由此，即使四根臂较细、较短、较轻，叶片仍相对于弯矩有充分的耐久性，所以能够提供可降低成本且轻量化的垂直轴型风力发电装置。
接下来说明垂直轴型风力发电装置1的效果。
在以上所构成的垂直轴型风力发电装置中，叶片9，是通过安装在筒状转子20的重心位置附近的两根上下臂4、6及两根中间臂11、14，而在上下及中间两点被支承着，且使叶片9的支承点的位置相对于筒状转子20的重心位置上下对称地均衡，所以可以使离心力所造成的产生于叶片9的弯矩最小化。特别是如上所述，进而通过将各支承点之间的距离最优化，则可以可靠地使弯矩最小化。而且是以截面在横向上是扁平的形状且轻量化的臂所构成，所以可以减少施加于臂的阻力，可以减低气流损失，可以使垂直轴型风力发电装置轻量化。
本发明的第一实施方式的垂直轴型风力发电装置1，也可以如图20那样构成。也就是说，第一中间臂11及第二中间臂14是倾斜地设置的。第一中间臂11的第三端部10，接合在筒状转子20与上臂4的接合部也就是第一端部3上，第二中间臂14的第四端部13，接合在筒状转子20与下臂6的接合部也就是第二端部5上。
在图20中，虽然两根中间臂与上下臂向筒状转子20安装的位置是相同位置，可是当然也可以设成，将两根中间臂与上下臂安装在不同的位置。
垂直轴型风力发电装置1，也可以作成图21的构造。即、第一中间臂11及第二中间臂14设置成水平的，第一中间臂11的第三端部10接合在上臂4上，第二中间臂14的第四端部13接合在下臂6上。由此，则可以缩短两根中间臂。
第一中间臂11与第二中间臂14并不限于设置成水平的，也可以设置成倾斜的。
接下来，根据图22来说明垂直轴型风力发电装置1的其它例子即垂直轴型风力发电装置200的构造。垂直轴型风力发电装置200的构造与垂直轴型风力发电装置1相异之处，是在旋转轴2的上方，代替筒状转子20，设置有圆板18。
上臂4，设置成相对于圆板18向下倾斜，第一端部3被安装在圆板18的向上弯折部上，且上接合部7接合在叶片9的骨架19上，由此支承叶片9的纵向的上部。下臂6，设置成相对于圆板18向上倾斜，第二端部5被安装在圆板18的向下弯折部上，且下接合部8接合在叶片9的骨架19上，由此支承叶片9的纵向的下部。
第一中间臂11倾斜地设置，其第三端部10安装在圆板18的向上弯折部上，且第一中间接合部12安装在叶片9的骨架19上，由此来支承叶片9的中间上方。第二中间臂14倾斜地设置，其第四端部13安装在圆板18的向下弯折部上，且第二中间接合部15安装在叶片9的骨架19上，由此来支承叶片9的中间下方。
在图22中，虽然两根中间臂与上下臂向圆板18安装的位置是相同位置，可是当然也可以设成，将两根中间臂与上下臂安装在不同的位置。
对于其它方面，与上述的垂直轴型风力发电装置1相同，动作、效果也一样，通过将叶片与臂的位置关系最佳化，则也可以使弯矩最小化，这一点也相同，所以省略其说明。
垂直轴型风力发电装置200，也可以作成图23的构造。即、第一中间臂11及第二中间臂14设置成水平的，第一中间臂11的第三端部10接合在上臂4上，第二中间臂14的第四端部13接合在下臂6上。由此，则可以缩短两根中间臂。
第一中间臂11与第二中间臂14并不限于设置成水平的，也可以设置成倾斜的。
而虽然是针对本发明的优选实施方式进行了说明，而不在超过本发明的主旨的范围也可以加以变更。也就是说，在图13所示的垂直轴型风力发电装置1中，通过将邻接于筒状转子20的轴承21a的位置设成轴方向的重心位置，则可以使横向载荷导致的弯矩成为0。
这里虽然是将两根中间臂11、14作为支承叶片9的主轴，可是也可以将上下臂4、6作为主轴。在这种情况下，可以将上下臂4、6作成比两根中间臂11、14更粗，以牢固地支承叶片9。
纵向的叶片，也可以作成多片设置于旋转轴的内周的内周的叶片、与连结于内周的叶片而设置于外周的外周的叶片的双重构造。在这种情况下，支承内周的叶片的四根臂，设置成使离心力所造成的弯矩最小化，且从内周的叶片延伸并连结·支承外周的叶片的四根臂，设置成使离心力所造成的弯矩最小化，由此可以作成提高了相对于风的升力的垂直轴型风力发电装置。
图7是表示旋转轴的高度调节机构与旋转轴支承机构的图。如图7(a)、(d)所示，旋转轴的高度调节机构300，包括将安装着叶片303的支承部件305安装于上部，并在下部面对面设置有切成同样形状的两个部位的筒状的旋转轴301、在上部沿径向设置有多个贯通孔，并在下部有局部缺口的棒状的旋转轴302、以及固定支承旋转轴301与旋转轴302的固定支承棒304。
旋转轴302有多个贯通孔302a，所以可以通过改变固定支承棒304向贯通孔302a插入的位置来固定支承旋转轴301与旋转轴302，而调整旋转轴301的高度。而旋转轴302，如图7(b)所示，下部作有缺口以便嵌合于支承旋转轴302下部的旋转轴支承部件306中，且能够卸下。而只要旋转轴302与旋转轴支承部件306嵌合，也可以不是如图7(b)所示的形状，例如也可以是三角形或四边形等多边形，也可以是花键。
图7(c)，是表示固定支承棒304部分处的旋转轴的截面的图。
如果将上述实施方式与其它实施方式加以组合的话，则在各装置中能容易进行旋转轴的高度调节，并且有下述效果，即、即使支柱弯曲、或是热膨胀，由于滑动所以也不会有不合理的力量作用。
图9，是表示抑制旋转轴的旋转负荷的实施方式的一例的图。在垂直设置的筒部601的内部，配置有径向滚珠轴承602、推力球轴承603、旋转轴604、以及触底球轴承605。
径向滚珠轴承602，承受垂直于旋转轴方向的方向上的载荷，在筒部601内壁上方被固定着，旋转自如地支承着旋转轴604。
推力球轴承603，承受旋转轴方向的载荷，包括一侧的环状的板部件603a、另一侧的环状的板部件603b、以及多个滚珠603c。一侧的环状的板部件603a，在筒部601内部下方被固定成与筒部601垂直，配置成与筒部601内壁隔开间隙。另一侧的环状的板部件603b，被固定成与旋转轴604垂直，配置成与旋转轴604的外壁隔开间隙。多个滚珠603c，夹持在板部件603a与板部件603b之间，沿着设置在它们内侧的没有图示的圆周方向的槽移动自如。根据上述构造，推力球轴承603旋转自如地支承着旋转轴604。
旋转轴604，在筒部601的中央部分，由径向滚珠轴承602与推力球轴承603旋转自如地支承着。旋转轴604下方的截面形成为阶梯状，嵌合着推力球轴承603上部的环状的板。而在旋转轴604的触底球轴承605下部附近，为了与触底球轴承605一起限制旋转轴604朝上方的移动，而安装有环状的板部件606。
触底球轴承605，在推力球轴承603的上方附近，与旋转轴604间具有间隙地设置在筒部601内壁上。
接下来，针对本实施方式的作用来加以说明。推力球轴承603不能承受横向的载荷。旋转轴604朝横向摆动时的载荷，集中在设于上部的径向滚珠轴承602上，成为相对于横向的载荷较弱的构造。因此，在筒体601下方设置触底球轴承605，以该触底球轴承605来承受旋转轴604摆动时的横向的载荷，在旋转轴604的旋转稳定下来之前旋转自如地支承着旋转轴604。当旋转轴604开始稳定旋转时，则旋转轴604会从触底球轴承605离开。
根据本实施方式，可以代替不能承受横向的载荷的推力球轴承603，以触底球轴承605来承受旋转轴604摆动时的横向的载荷。结果，使旋转轴604可稳定旋转。
而也可代替径向滚珠轴承602，使用径向滚子轴承。径向滚珠轴承602的位置，也可以固定在筒部601的中途部分。
也可代替推力球轴承603，使用推力滚子轴承或推力磁力轴承。并且，也可代替触底球轴承605，使用触底滚子轴承。而触底球轴承605的位置，也可以在推力球轴承603的下方附近。
图5(a)，是表示将电从旋转轴放掉的实施方式的一例的图。将电从旋转轴282放掉的电刷281，被设置在轴承285的外筒284的中途部分，其前端部分与旋转轴282相接。电刷281的接触旋转轴282的一侧的相反侧部分连接到地面。
根据上述实施方式，可防止落雷时的损伤。
图5(b)，是表示将电从旋转轴放掉的实施方式的其它例子的图。在旋转轴282与支承旋转轴的轴承285的外筒284之间设置有绝缘件286。
根据上述实施方式，可得到与图5(a)的实施方式同样的效果。
接下来，针对图24所示的本发明的垂直轴型风力发电装置来加以说明。图25，是图24的垂直轴型风力发电装置的筒状旋转体周边部的一例的剖视图。
本发明的垂直轴型风力发电装置400，如图24及图25所示，具备有垂直设置的旋转轴402、沿旋转轴402的圆周方向安装的纵向的两片叶片403、经由圆板状的凸缘405、406安装在旋转轴402上的圆筒状的筒状旋转体404、连结该筒状旋转体404与各叶片403的支承部件407、经由轴承409、410、411而旋转自如地支承旋转轴402的筒部408、配置在旋转轴402下部的发电装置412、以及支承装置整体的基座413。
旋转轴402，配置在垂直轴型风力发电装置401的中心，将旋转体404的旋转力传递到发电装置412。
叶片403，其截面是如图27所示的飞机机翼的截面形状或是近似于飞机机翼的截面形状的形状。而如图28所示，叶片403构成为，当从上面来看垂直轴型风力发电装置400时，以筒状旋转体404为中心配置成对称状。在本实施方式中，叶片403的数量虽然是两片，而三片以上也可以。而且也可以将图28所示的两片叶片403的一面403a与另一面403b的朝向分别颠倒过来。
筒状旋转体404是截面圆形的筒体，在中心部水平地具备有板状的凸缘405。筒状旋转体404、凸缘405及叶片3配置成筒状旋转体404、凸缘405、及叶片403各自的上下方向的中心线一致(参照图25的单点划线)。即、如图25所示，将从长度为L的筒状旋转体404的一端起L/2的位置作为中心线，来配置筒状旋转体404、凸缘405、及叶片403。
筒状旋转体404，也可以是截面为多边形的筒部、骨架构造的筒状构造、或在上下方向上为纺锤状的筒体。
凸缘406，是用来将凸缘405可靠地固定在旋转轴2上的部件。
支承部件407，是固定支承叶片403与筒状旋转体404的构造，配置成以图25的单点划线为中心上下对称。支承部件407，可以是棒状或管状的构造，也可以是板状的构造。当是管状的构造时，也可以通过按压截面方向，将截面作成椭圆形，沿抑制空气阻力的方向安装。也可以通过组合较细的支承部件与较粗的支承部件，达到强度与轻量化的平衡。
在垂直设置的筒部408的内部配置有径向滚珠轴承409、410、旋转轴402、以及推力球轴承411。
径向滚珠轴承409、410承受垂直于旋转轴方向的载荷，在筒部408内壁上方及中途被固定着，旋转自如地支承着旋转轴402。而也可以替代径向滚珠轴承410，使用仅当旋转轴402朝横向摆动时暂时性地承受其载荷的所谓的触底球轴承。
推力球轴承411承受旋转轴402的长度方向的载荷，在筒部408内壁上，被配置在径向滚珠轴承410下部附近。
而也可代替径向滚珠轴承409、410，使用径向滚子轴承。而且也可代替推力球轴承411，使用推力滚子轴承或推力磁力轴承等。
在使用触底球轴承的情况下，也可代替触底球轴承，使用触底滚子轴承。在这种情况下，触底球轴承的位置，也可以在推力球轴承411的下方附近。
接下来，针对垂直轴型风力发电装置400的作用来加以说明。
承受风的叶片403，经由支承部件407将风力所产生的动力传递到筒状旋转体404。安装在筒状旋转体404上的支承部件407和叶片403，以图25的单点划线为中心取得重心的平衡地配置，且由于筒状旋转体404的重心位置与轴承的设置位置的距离较小，所以筒状旋转体404会在圆周方向上平衡性良好地旋转。而且，筒状旋转体404，经由设置在筒状旋转体404内部中央的凸缘405、406而将旋转力传递到旋转轴402。旋转轴402，一边由筒部408内部的轴承409、410、411而旋转自如地支承着一边旋转，将旋转力传递到发电装置412。结果，借助发电装置412来进行发电。
根据本实施方式，安装在筒状旋转体404上的支承部件407或叶片403，是以图25的单点划线为中心取得重心平衡地加以配置，且筒状旋转体404的重心位置与轴承的设置位置的距离较小，所以筒状旋转体404，会沿圆周方向平衡性良好地旋转，而能够减小旋转轴402由于横向风造成的水平方向的弯矩。结果，旋转轴不必很粗，可以缩小轴承的直径，所以可以提供能抑制机械损失，能高效率地发电，且小型并轻量的垂直轴型风力发电装置。
接下来，针对本发明的垂直轴型风力发电装置400的其它例子来进行说明。图26，是图24的垂直轴型风力发电装置的筒状旋转体的其它例子的剖视图。对于与上述的垂直轴型风力发电装置400的同样的部分则省略说明。
图26的具有筒状旋转体404的垂直轴型风力发电装置，虽然是与上述的垂直轴型风力发电装置400大致相同的构造，但在下述一点上不同，即、筒状旋转体404、径向滚珠轴承409及叶片403配置成筒状旋转体404、径向滚珠轴承409、及叶片403各自的上下方向的中心线一致(参照图26中的单点划线)。具体来说，如图26所示，将从长度为L的筒状旋转体404的一端起L/2的位置作为中心线，来配置筒状旋转体404、径向滚珠轴承409、及叶片403。
接下来，针对垂直轴型风力发电装置400的其它例子的作用来加以说明。
承受风的叶片403，经由支承部件407将风力所产生的动力传递到筒状旋转体404。
安装在筒状旋转体404上的支承部件407和叶片403，是以图26的单点划线为中心取得重心的平衡地配置，且筒状旋转体404的重心位置与轴承的设置位置的距离较小，所以筒状旋转体404，在圆周方向上平衡性良好地旋转。而且，筒状旋转体404，经由设置在筒状旋转体404内部中央的凸缘405、406而将旋转力传递到旋转轴2。旋转轴2，一边由筒部408内部的轴承409、410、411旋转自如地支承着一边旋转，将旋转力传递到发电装置412。结果，借助发电装置412来进行发电。
根据该垂直轴型风力发电装置400的其它例子的装置，可以得到与上述的垂直轴型风力发电装置400同样的效果。
接下来，针对本发明的小型风力发电装置的风车的安装构造及安装方法来加以说明。
首先，针对本发明的风车装置511来加以说明。如图29所示，在风车装置511上，具有旋转轴512、叶片513、旋转板514、及聚风部件515。聚风部件515，是中空的且具有切去圆锥的尖端部的形状。在聚风部件515的切去尖端部的面上，具有可插入旋转轴512的孔(没有图示)，在该孔中旋转自如地插设有旋转轴512。
在旋转轴512的上端部附近，设置有圆盘形状的旋转板514，与旋转轴512一起旋转。而在旋转轴512上，连接着没有图示的发电机，利用旋转轴512的旋转驱动力来进行发电。在旋转板514上设置有上部支承部件513a、与下部支承部件513b，上部支承部件513a、下部支承部件513b，分别被固定设置在叶片513的上部与下部。
多片叶片513，经由上述的上部支承部件513a及下部支承部件513b均匀地设置于旋转板514上。叶片513，沿垂直于旋转方向的方向延伸，具有容易承受风A的弯曲形状。风A会推动叶片513的弯曲部而使叶片513旋转，与此同时旋转轴512也会旋转。而吹向叶片513的下方的风A的朝向，会通过聚风部件515的裙状的侧面向上方改变，由此，叶片513旋转。
接下来，针对在将上述的风车装置511设置在钢筋混凝土的建筑物510上时的本实施方式的安装构造来加以说明。如图30所示，本实施方式的风车安装构造具有固定棒501、连结部件502、连接器503、以及风车固定部件504。
风车固定部件504，设置在固定棒501的上端部。风车固定部件504具有没有图示的轴承，经由轴承将风车装置511的旋转轴512旋转自如地支承在风车固定部件504上。由此，风车装置511，被支承在固定棒501的上端部。也可以将连接于上述的旋转轴512上的发电机设置在风车固定部件504内。
固定棒501，在设置着风车装置511的上端部附近，通过连结部件502而固定设置在建筑物510上。这里针对连结部件502来加以说明。如图31所示，连结部件502具有U字型配件521、螺母522、螺栓523、氯丁橡胶525a·525b、及コ字型配件524。
U字型配件521，在U字型配件上，具有孔(没有图示)的两个接头设置在U字型配件的开口部分上。U字型的凹入部分，嵌装着固定棒501，使U字型配件521的接头部分紧贴在建筑物510的壁部510a上。而在固定棒501的设置有U字型配件521的部分上，有发泡橡胶也就是氯丁橡胶525a卷装在固定棒501上。由此，当利用U字型配件521来固定固定棒501时，可以毫无间隙地固定在壁部510a上，可以使固定部分更牢固。
在经由建筑物510的壁部510a而与U字型配件521相对置的位置上，配置有氯丁橡胶525b及コ字型配件524。氯丁橡胶525b，夹设在壁部510a与コ字型配件524之间。在建筑物510的壁部510a、与氯丁橡胶525b及コ字型配件524的两端附近，设置有孔(没有图示)，是以各孔重合的方式来配置氯丁橡胶525b及コ字型配件524的。
从U字型配件521侧将螺栓523插入到孔中，并从U字型配件521的相反侧紧固螺母522，来将U字型配件521、氯丁橡胶525b及コ字型配件524固定在壁部510a上。此时，在螺栓523与U字型配件521之间，以及螺母522与コ字型配件524之间，分别夹设有垫圈523a、以及弹簧垫圈523b。
滤丁橡胶525b，是用来使得在コ字型配件524与壁部510a之间没有间隙，以将コ字型配件524牢固地固定设置在壁部510a上的部件。コ字型配件524具有コ字形状，围绕着螺母522的上下。通过设置コ字形配件524，能在紧固螺母522时，使螺母522紧固压力分散，不会集中在一处，使耐久性更好。
在设置于壁部510a的孔的内壁、螺母522、螺栓523、以及各垫圈523a·523b的表面上，分别涂敷有防水密封剂。由此，可以避免由于下雨等导致水渗入到壁部510a内。
并且，连结部件502设置成位于固定棒501的较中央部更上方处。由此，从连结部件502的设置位置至固定棒501的下端部的距离，比从连结部件502的设置位置至固定棒501的上端部的距离更长，即使在有强风施加在风车上时，也不会有很强的力量施加在后述的固定棒501与地基509的固定部分上。
固定棒501的下端部被埋设在地基509中。如图32(a)及图32(b)所示，固定棒501的埋设部分，在地基509中形成有深度30cm左右的孔509a。而且，在孔509a的底部上填铺有厚度10cm左右的砂石508。为了固定所填铺的砂石508，将水泥(没有图示)流到砂石508上。
在水泥凝固之前，在所流入的水泥上，排列设置横向的块体506。块体506，具有长方体的形状，且具有沿垂直于长度方向的方向贯通的孔506a。而且，将孔506a与地基509垂直时的方向作为块体506的纵向。在排列设置的块体506上，再流入水泥，垂直地载置固定棒501。使纵向载置的四个块体506形成为卍型，来围绕固定所载置的固定棒501。将水泥流入形成为卍型的四个块体506的孔506a中。并且，将土装填到孔509a中，来固定固定棒501与地基509。
固定棒501，可装卸地连结着多个管体501a·501b..，形成为一根圆柱状的棒体。如图33(a)所示，管体501a·501b是圆筒状，在其任一端，设置有较该圆筒状小一圈的圆筒部。通过使管体501a的设置有小一圈的圆筒部的一端与管体501b的没有设置小一圈的圆筒部的一端嵌合，来连结管体501a·501b。
连接器503，以覆盖管体501a·501b的连结部分的方式固定着连结部分。连接器503，具有能够围绕管体501a·501b(固定棒501)的中空的圆柱状的配件。并且，圆柱状的配件的一部分被作成缺口，在该缺口部分，设置有具有孔(没有图示)的两个接头，该两个接头可隔离地重叠着。通过将两个接头朝向相反方向打开，缺口部分打开，而可以将管体501a·501b嵌装在连接器503的中空的圆柱状的配件中。
在将管体501a·501b嵌装于连接器503中的状态下，从位于连接器503的接头上的孔的一边将螺栓523插入，再从另一边紧固螺母522，从而管体501a·501b被连接器503固定。
接下来，针对风车装置511的安装方法来加以说明。首先，如上所述，在地基509上形成孔509a，将固定棒501垂直地固定于地基509上。在固定棒501的较中央部靠上方的区域，借助连结部件502来将固定棒501固定在建筑物510上。
并且，将具有轴承的风车固定部件504设置在固定棒501的上端。以经由风车固定部件504的轴承而旋转自如地支承风车装置511的旋转轴512的方式，来将风车装置511设置在风车固定部件504上。
如以上说明的那样，根据本发明，通过使固定棒501与建筑物510的连结位置在固定棒501的较中央部靠上方处，从连结位置到固定棒501的下端部的距离，比从连结位置到固定棒501的上端部的距离更长。因此，在将连结位置考虑为支点时，即使在由于强风而有很大的力量施加在风车装置511时，在与地基509固定在一起的固定棒501的下端部，由于力平衡关系的原因，也不会有很大的力量作用。由此，不需要将固定棒501牢固地固定在地基509上，从而不需要将孔509a挖掘得很深，使得设置作业更容易进行。由此还可以抑制设置费用的增加。而由于固定棒501是可装卸地连结着多个管体501a·501b...，所以容易进行搬运。
在本实施方式中，虽然是针对将风车装置511固定在钢筋混凝土的建筑物510上的情况来叙述，而作为变形例，也可以固定在木造的房屋上。在这种情况下，如图34所示，是借助具有固定配件526的连结部件505来将固定棒501固定设置在木造的柱子520上。固定配件526，其U字形配件521的接头具有与木造的柱子520大致相同的宽度，并且在接头部分上设置有夹持柱子520的配件。在夹持柱子520的配件及柱子520上，设置有没有图示的孔，固定配件526设置成各自的孔重合。
与U字形配件521同样地，使固定棒501卷装在固定配件526的U字形部分的凹部中，并使其紧贴以夹持柱子520。此时，在固定棒501的接触固定配件526与柱子520的部分上，卷装着氯丁橡胶525a。而且，向孔中从一边插入螺栓523，且从另一边紧固螺母522，由此固定棒501被固定在柱子520上。在螺栓523与固定配件526之间，以及螺母522与固定配件526之间，分别夹设着垫圈523a、弹簧垫圈523b。而在设置于柱子520上的孔的内壁、螺母523、以及各垫圈523a、523b的表面上，分别涂敷有防水密封剂，可以避免水渗入到柱子520内。
虽然是基于优选实施方式对本发明进行的说明，但本发明可在不超过其主旨的范围内加以变更。
例如，固定所说明的固定棒501的连结部件502及连接器503的构造，并不限定于本实施方式所说明的构造，将固定棒501埋设于地基中的构造也不限于此。当然，形成于地基509上的孔509a的具体深度的数值，并不限定于此。虽然是连结多根管体来将固定棒501形成为一根圆柱，而也可以使用较长的一根棒体，也可以不是圆柱状的构造。而管体501a·501b...的连结构造，并不限定于上述实施方式。例如，也可以使用螺栓式的构造作为连结部分。
风车装置511，并不限定于本实施方式中说明的风车装置。并且，将风车装置固定在固定棒501上的风车固定部件504的构造，也可以是本实施方式所说明的构造之外的构造。
固定棒501，借助连结部件502而被固定在建筑物510上，但也可以在多个位置将固定棒501固定在建筑物510上。在这种情况下，也可以在固定棒501的中央部起下方部分将固定棒501连结在建筑物510上。在风车装置511的安装方法中，并不限定于本实施方式所说明的安装顺序。
接下来，针对本发明的风力发电厂来加以说明。
本发明的一实施方式的防风用风力发电厂610，如图35的概略图所示，具备有设置于海岸线等的预定位置上的多个垂直轴型风力发电装置601。作为该垂直轴型风力发电装置601，可以使用上述的各垂直轴型风力发电装置或风车装置。
图36是表示防风用风力发电厂的设置例子的概略图，(a)是表示将垂直轴型风力发电装置在平坦的地面上沿着海岸线仅配置一列的情况的图，(b)是表示在(a)的列的陆地侧配置有第二列垂直轴型风力发电装置的情况的图。内侧的圆部分是表示中心轴602，外侧的圆是表示叶片603的旋转轨道。而叶片603的截面形状，最好是飞机机翼的截面形状。
在图36(a)中，垂直轴型风力发电装置601，以等间隔沿着海岸线配置成一列。各垂直轴型风力发电装置601，为了防止各叶片彼此的接触，设置成离开从旋转轴602的中心到叶片603最外部的距离(旋转半径)的两倍以上即可。
这样，由于使用具有纵向的叶片603的垂直轴型风力发电装置601，所以可以将各垂直轴型风力发电装置601彼此接近设置，可以有效地防风，同时也可进行发电。
在图36(b)的防风用风力发电厂630中，在图36(a)的防风用风力发电厂620列的陆地侧设置有第二列的垂直轴型风力发电装置，相邻的垂直轴型风力发电装置以等间隔配置。
由于使用具有纵向的叶片603的垂直轴型风力发电装置601，所以可以将各垂直轴型风力发电装置601彼此接近地紧密设置，可以比图36(a)所示的发电厂更有效地防风，同时也可进行发电。
在上述的防风用风力发电厂620、630中，虽然是示出了将垂直轴型风力发电装置601排列成一列及两列的情况，但并不限于此，即使是排列了三列以上的垂直轴型风力发电装置601的防风用风力发电厂也可以。
接下来，在图37中表示防风用发电厂的其它例子。如图37所示，即使沿着海岸线附近的稜角线设置，也可有效地防风，同时也可进行发电。
接下来在图38中表示防风用风力发电厂的其它例子。图38，是表示各垂直轴型风力发电装置的叶片的高度位置不同的防风用风力发电厂的概略图，(a)是配置成从上面来看防风用风力发电厂时叶片的旋转轨迹在一点重叠的发电厂的侧视图，(b)是配置成从上面来看防风用风力发电厂时叶片的旋转轨迹重叠的发电厂的侧视图。
如图38(a)所示，防风用风力发电厂650，以下述方式将各垂直轴型风力发电装置601配置成一列，即、当从上面看防风用风力发电厂650时，垂直轴型风力发电装置601a中配置在上层的叶片603的旋转轨迹，与垂直轴型风力发电装置601b中配置在下层的叶片603的旋转轨迹在一点上重叠(参照图38(a)的虚线)。
通过这样配置，可以有效地捕捉上下的风，可以有效地防风，同时也可进行发电。
如图38(b)所示，以下述方式将各垂直轴型风力发电装置601紧密地配置成一列，即、当从上面看防风用风力发电厂651时，垂直轴型风力发电装置651a中配置在上层的叶片603的旋转轨迹，与垂直轴型风力发电装置601b中配置在下层的叶片603的旋转轨迹重叠。
通过这样配置，可以比图38(a)所示的防风用风力发电厂650更有效地捕捉上下的风，可以有效地防风，同时可进行发电。
在图38(a)、(b)中，虽然是示出了将垂直轴型风力发电装置配置为一列的情况，但并不限于此，配置为两列以上也可以。另外，叶片603的位置虽然是设为垂直轴型风力发电装置601a、601b的上下两层，而也可以设成三层以上。
也可以设成由图38(b)与图36(b)的组合所构成的防风用风力发电厂。并且，也可以设成具有三列以上的垂直轴型风力发电装置601的防风用风力发电厂。
工业实用性由于能够提供利用风这一自然能源的高效率的风力发电装置和发电厂，而能够有助于解决环境问题。
权利要求
1.一种垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其特征在于，上述叶片具有横向的整流板。
2.如权利要求1所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，上述整流板的截面，是将上述叶片的水平截面的外形相似地放大了的形状。
3.如权利要求1或2所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，上述整流板倾斜地安装在上述叶片上，以使得在上述旋转轴上产生升力。
4.一种垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其特征在于，上述叶片包括叶片长度方向的骨架、以插入状态固定在该骨架上的多个翼状板、以及张设于该翼状板的周围的外型板。
5.如权利要求4所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，上述骨架、上述翼状板、上述外型板是以铝合金制成的。
6.如权利要求5所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，在上述翼状板的周围设置有贯通上述外型板的突起部。
7.如权利要求5所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，在上述翼状板的周围形成有上述外型板载置于其上的弯折状的座部。
8.一种叶片的制造方法，将多个翼状板以插入状态固定在叶片长度方向的骨架上，将外型板张设并安装在该翼状板的周围，其特征在于，具备第一工序，相对于多个翼状板的一个面将外型板的一端侧定位，并将外型板的一端侧固定在上述翼状板的一个面上；以及第二工序，一边拉曳外型板的另一端侧一边相对于多个翼状板的另一个面将外型板的另一端侧定位，并将外型板的另一端侧固定在上述翼状板的另一个面上。
9.如权利要求8所述的叶片的制造方法，其特征在于，上述第二工序的外型板另一端侧的拉曳，是经由张设于外型板的另一端侧的延长带部件进行的。
10.如权利要求4或5所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，上述骨架的截面是多边形，上述骨架的截面的多边形的一条边与翼弦长平行。
11.如权利要求10所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，在上述骨架上还具备有板状的安装托架，该安装托架安装成其一部分贯通上述外型板并突出到上述旋转轴侧，而且其平行面呈水平，上述安装托架，在上述突出部分平面上的至少一部分上具有与翼弦长平行的边。
12.如权利要求11所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，还具备有支承上述叶片的、设置于上述旋转轴上的支承部件，至少以两点接合上述支承部件与上述托架的上述突出部分，而且在至少一点上，进行用于定位的定位接合。
13.一种垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其特征在于，在上述旋转轴上设置有横向的支承部件，在该支承部件的前端，经由铰链与弹簧部件以在上述叶片的纵向上倾斜的方式安装着上述叶片的纵向的中间部。
14.一种垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其特征在于，在上述旋转轴上设置有横向的支承部件，在该支承部件的前端，经由铰链与弹簧部件以在上述叶片的横向上倾斜的方式安装着上述叶片的纵向的中间部。
15.一种垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其特征在于，在上述旋转轴上设置有横向朝上的上部支承部件与横向朝下的下部支承部件，上述叶片的纵向的上下部安装在上述上部支承部件及上述下部支承部件的前端。
16.如权利要求15所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，上述上部支承部件及上述下部支承部件形成为越向前端截面模量越小，截面为大致山形。
17.一种垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其特征在于，在上述旋转轴的前端设置有转子，支承上述叶片的纵向的上下两处的两根上下臂相对于上述转子安装成向下或向上倾斜，支承上述叶片的上述上下两处之间的中间两处的两根中间臂安装在上述转子或上述上下臂上。
18.如权利要求17所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，当设上述叶片的纵向的长度为c，从上述叶片的上下端至上述上下两处的支承点的距离为a，从上述上下两处的支承点至上述中间两处的距离为b时，上述上下两处的支承点位于a/c为0.02～0.16的范围，上述中间两处的支承点位于b/c为0.18～0.37的范围。
19.如权利要求17或18所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，作为上述转子，使用的是筒状的转子，上述上下臂安装在上述转子的上下端。
20.如权利要求17或18所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，上述两根上下臂及上述两根中间臂，是由截面为中空的中空臂形成的。
21.如权利要求17或18所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，上述两根上下臂及上述两根中间臂，形成为其截面在横向上呈扁平的形状。
22.一种垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其特征在于，上述旋转轴包括上述叶片侧的上侧旋转轴、发电机侧的下侧旋转轴、以及两旋转轴的嵌合部，上述嵌合部形成为，传递转矩的部分具有嵌合间隙。
23.一种垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿上述旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其特征在于，具备有筒状部件，在内部配置上述旋转轴；径向轴承，配置在上述筒状部件内部的上方或中途部分，旋转自如地支承上述旋转轴；推力轴承，配置在上述筒状部件内部的下方，旋转自如地支承上述旋转轴；轴承，在上述推力轴承的附近，与上述旋转轴间具有间隙地设置在上述筒状部件内壁上；上述旋转轴当朝横向摆动时，与上述设置在筒状部件内壁上的轴承接触。
24.一种垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其特征在于，设置有将电从上述旋转轴放掉的电刷，或者在上述旋转轴与支承该旋转轴的轴承的外筒之间设置有绝缘件。
25.一种垂直轴型风力发电装置，具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿上述旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片，其特征在于，还具备有与上述旋转轴的中心轴同心地配置在上述旋转轴上部附近的筒状旋转体、平面呈水平地设置在上述筒状旋转体内部的板状部件、以及旋转自如地支承上述旋转轴的轴承，上述筒状旋转体，在上述筒状旋转体内的上下方向中心附近，经由上述板状部件连接在上述旋转轴上，上述轴承，配置在上述连接的位置的正下方附近。
26.如权利要求25所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，上述板状部件的位置位于上述筒状旋转体的上下方向中心位置上。
27.如权利要求25所述的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，配置上述轴承的位置位于上述筒状旋转体的上下方向中心位置上。
28.一种小型风力发电装置的风车的安装构造，将具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿上述旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片的小型风力发电装置的风车安装在建筑物上，其特征在于，具有以上端部支承上述风车并且下端部固定在地基中的固定棒、以及将上述固定棒的较中央部靠上方的区域的至少一部分连结于上述建筑物上的连结部件。
29.如权利要求28所述的小型风力发电装置的风车的安装构造，其特征在于，上述固定棒是通过以可装卸的方式连结多个管体而形成的。
30.一种小型风力发电装置的风车的安装方法，将具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿上述旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片的小型风力发电装置的风车安装在建筑物上，其特征在于，将上述风车安装在固定棒的前端部上，并且将该固定棒的下端部固定在地面上之后，将该固定棒的较中央部靠上方的区域的至少一部分连结于上述建筑物上。
31.一种防风用风力发电厂，具备多个具有垂直设置的旋转轴、以及多片沿该旋转轴的圆周方向安装的纵向的叶片的垂直轴型风力发电装置，其特征在于，各上述垂直轴型风力发电装置紧密配置，且使得相邻的上述垂直轴型风力发电装置的叶片彼此在旋转中不会接触。
32.如权利要求31所述的防风用风力发电厂，其特征在于，相邻的上述垂直轴型风力发电装置的叶片的设置位置的高度不同。
33.如权利要求31或32所述的防风用风力发电厂，其特征在于，上述叶片的截面形状是飞机机翼的截面形状。
全文摘要
本发明提供能使叶片稳定旋转，且通过轻量化而使叶片的旋转更顺畅，由此可提升发电效率的垂直轴型风力发电装置及叶片的制造方法、能够容易地设置在建筑物的上部的风力发电装置的风车的安装构造及安装方法、以及使用沿着海岸线设置的垂直轴型风力发电装置或风车而防风的防风用风力发电厂。
文档编号F03D3/00GK1802503SQ20048001601
公开日2006年7月12日 申请日期2004年1月7日 优先权日2003年6月9日
发明者大久保和夫, 加藤一路, 今林弘资, 三木利夫, 田村英树, 三毛博雄, 塩崎明, 佐藤雄志, 松永智彦, 木村哲行, 斋藤伸浩, 片冈弘树 申请人:神钢电机株式会社