JP2002130110A - 縦軸型風力発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】風力エネルギーの捕捉効率のよいサボニウス型
風力発電装置 【解決手段】集風機能のあるガイドベーン２７及び補助
ガイドベーン２９を装着したサボニウス型の風車ユニッ
ト３０を複数個，同軸に積み重ねて一端に発電機４６を
連結して風力発電装置を構成し，地表よりの高さの異な
る各高度の風力エネルギーを捕捉する。それぞれの風車
ユニット３０のロータ２０とロータ軸２３は爪２５と爪
車２６で連結してロータ２０のトルクをロータ軸２３に
伝達し，それぞれのロータ２０は協同してトルクを発電
機４６に伝え，電力を発生する。ガイドベーン２７は可
動式であって強風時には通風路を閉鎖する。発電機４６
にはフライホイール調速機４９で回転速度及び蓄積エネ
ルギーを調整できるフライホイール５２を選択的に付加
し，風力の強弱に応じて過剰エネルギーを蓄積及び放出
して発電機入力を平準化する。複数の風力発電装置ユニ
ット５４を設置する場合には，装置間ガイドベーン５４
Ａによってより効果的に集風する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，縦軸型風力発電
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より実用されている風力発電装置は
横軸型と縦軸型に区分される。横軸型には高速型のプロ
ペラ型のほか，多翼型などの低速型があり，縦軸型には
ダリウス型やサボニウス型がある。現在は横軸型のプロ
ペラ型が最も多く実用されているが，この型は一般に風
向に従って方位制御が必要という特徴がある。一方，縦
軸型は現在はあまり実用されていないが，構造が簡単で
あって，破壊に強く，かつ，風向に関係しない即ち方位
制御が不要であるという特徴がある。プロペラ型及びダ
リウス型は揚力利用の高速型であって，現在では最も風
力エネルギー捕捉効率が高いとされている，一方，サボ
ニウス型は抗力利用の低速型であって風力エネルギー変
換効率が基本的に低いとされている。

【０００３】この発明はサボニウス型風車又はそのルー
ツであるＳ字型ロータ風車による風力発電装置の改良に
関わる。従来の基本的なサボニウス型風車は，図１に示
すように円筒を縦半分に切った形の一対の受風用のバケ
ット２を向かい合わせ，中心軸３よりずらして２枚の円
形の端板１の間に取り付けている。順風となる気流Ｆは
一対のバケット２の開口側に進入し，一方のバケット２
に回転作用を及ぼした後，偏向作用を受け，中心軸３近
傍の両バケット２の隙間より他側のバケット２側に流
れ，他側のバケット２にも付加的な回転作用を及ぼすも
のである。なお，Ｓ字型風車は，図面は省略するが，サ
ボニウス型風車の両バケット２の内縁を中心軸３の位置
でＳ字状に連結したものである。

【０００４】サボニウス型又はＳ字型風車は，バケット
２の凹面に当たる順風によって大きな回転力を生じるも
のの，バケット２の凸面に当たる気流は逆風となってバ
ケット２に逆方向の回転力を与えるので，総合的には風
力エネルギーを効率よく捕捉できないという欠点があ
る。

【０００５】エンジンの出力Ｐは一般に Ｐ＝ω・Ｔ の関係にある。特にサボニウス型風車の場合は， Ｔ＝Ｔｆ−Ｔａ とすることができる。ここに，ωはロータの角速度，Ｔ
は回転トルク，Ｔｆは順風トルクすなわちバケットの凹
側に作用するトルク，Ｔａは逆風トルクすなわちバケッ
トの凸側に作用するトルクで，Ｔｆ＞Ｔａによって回転
力を得ている。

【０００６】サボニウス型風車は抗力型で低速型の風車
であって，角速度ωは小さいが，順風によるトルクＴｆ
を大きくする一方，逆風によるトルクＴａを小さくする
ことができれば，前述の欠点が改善され，トルクＴは大
きくなって，エネルギーの捕捉効率は上がる。

【０００７】この問題を改善するために，ガイドベーン
付きサボニウス型風車が発表されている。これは，小川
武範，田原和之，鈴木計夫の３氏が日本機械学会論文集
（Ｂ編）５１巻４７１号（昭和６０―１１）に「サボニ
ウス風車に関する研究（第２報，静止案内羽根をもつ場
合）」と題して発表されたものである。

【０００８】この発表による風車は，図２に示すよう
に，図１の基本的なサボニウス型風車に対して，ロータ
４の周囲に複数の軸対称の静止案内羽根（ガイドベー
ン）５を付加し，静止案内羽根５によって集風，偏向し
てロータ４に作用する実効風速を高め，さらにディフュ
ーザ効果により性能を向上させることが試みられてい
る。

【０００９】この研究は，構造上のパラメータを種々変
化させて行われているが，代表的な試験結果を図３に示
す。同図は，風向Ｆに対するバケットの方向Φｓと起動
トルク係数Ｃｔの関係を静止案内羽根がある場合とない
場合で比較したもので，静止案内羽根の数は８，バケッ
トの数は２，案内羽根の取付角度は３０度の場合であ
る。同図に示すように，起動トルク係数Ｃｔは明らかに
静止案内羽根５を使用しないときよりも増加し，静止案
内羽根５の効果が表れている。また，いずれの場合と
も，起動トルク係数は風向Ｆに対するバケット２の方向
Φｓによって変化が大きいことが分かる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明は，方位制御
が不要であるというサボニウス型風車本来の特徴を生か
し，かつ先行技術による静止案内羽根（ガイドベーン）
に改良を加え，更に次に挙げる 諸課題を解決すること
である。

【００１１】課題１．風力は本来密度の小さいエネルギ
ーである。したがって電力変換に際してはできるだけそ
のエネルギー密度を大きくし，かつ負の作用を制限する
必要がある。そのためにガイドベーンによって順風トル
クＴｆを強めるよう集風し，同時に逆風トルクＴａを制
限して回転トルクの大きいサボニウス型風車を構成する
ことである。

【００１２】課題２．風速は高度が増すに伴って増加す
るが，装置占有面積を大きくすることなく，高低各層の
風力エネルギーを有効に捕捉することである。 プロペ
ラ型風車では高層の風力を利用するには支柱を高くしな
けばならないが，それでは低層の風力エネルギーを利用
できない。また，プロペラ直径を大きくすると装置占有
面積が大きくなるという問題がある。

【００１３】課題３．風力は元来，時間的な変動の激し
いエネルギー源である。ロータと発電機を常時連結して
いる風力発電装置では，発電機が一定の速度で回転中に
風速が低下し，ロータの回転速度が低下するとき，ロー
タが発電機に対してブレーキとなる。故に，その作用を
防止する必要がある。

【００１４】課題４．前述の風力エネルギーの入力変動
を平準化して安定した電気的出力を取り出すことであ
る。

【００１５】課題５．従来の風力発電装置の発電機は，
変動の激しい風力エネルギーの利用範囲の最大値に見合
う比較的大きい容量のものを備えるているが，この発明
では，平準化された風力エネルギーに対応した比較的小
さい容量のものとし，発電機の機械損・電気損を少なく
し，装置の使用率とエネルギー効率を高め，経済性を高
めることである。現在広く実施されているプロペラ型の
風力発電装置は，風況の良好な立地点であっても装置の
使用率は３０％程度であって，設備容量が十分生かされ
ていない。

【００１６】すなわち，プロペラ型風力発電装置は一般
的に出力を開始する最低風速（カットイン）は３ｍ／ｓ
程度，発電機の定格出力を発生する定格風速は１４ｍ／
ｓ程度であるが，使用率３０％は平均風速が７〜８ｍ／
ｓに対応する。装置はこのように平均的な出力よりもか
なり大容量の発電機を装備しているのが常である。ま
た，それに伴って，設備費が高価で発電単価も高くな
り，在来型の発電方式と経済的に対抗することが難し
い。

【００１７】課題６．抗力型のサボニウス風車は揚力型
のプロペラ風車に比べて回転速度が低いので歯車増速機
を使用するのが常識的であるが，運転騒音の一因になる
からそれを排除する。

【００１８】課題７．風向が比較的安定している場合
で，複数の装置を設置する場合は風力発電装置群を構成
し，装置群全体で集風して，さらに出力を高めることで
ある。

【００１９】課題８．風力発電装置群を構成する場合
は，装置相互の間隔を短縮し，装置占有総面積を少なく
することである。

【００２０】課題９．抗力型の風車にあって，強風時に
入力を制限できる機構とすることである。

【００２１】課題１０．暴風に際しても破壊されない装
置とすることである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に関わる
手段は，鉛直な中心軸をもち，間隔を隔てて同軸かつ平
行に保持される上下一対のフレーム端板よりなるフレー
ムにロータ軸を中心軸上に回転自在に装着し，間隔を隔
てて同軸に配置された一対の円盤状のロータ端板の間に
山型又は円弧状に湾曲した板による複数個のバケットを
湾曲方向を揃えてロータ端板の中心軸に対して等しい角
度間隔となるように分散して装着されたロータをロータ
軸に回転自在に貫挿し，ロータとロータ軸間はロータの
一定方向の回転運動をロータ軸の回転運動に伝達するが
ロータ軸の一定方向の回転運動はロータに伝達しない方
向性回転運動伝達機構で連結し，円弧状に湾曲した板で
構成され，一端に装着されたガイドベーン軸によってフ
レーム端板のロータの外側直近部分に等角度間隔に支承
される複数のガイドベーンを備え，装置の閉鎖状態では
ガイドベーンがロータの外周を遮蔽し，装置の開口状態
ではガイドベーンの各々が閉鎖状態より一定の角度まで
回動してロータの通風口を開くようにガイドベーンを回
動操作するガイドベーン操作機構とによって風車ユニッ
トを構成し，風車ユニットの複数個を同軸に積重ね，そ
れぞれの風車ユニットのロータ軸を連結し，最下段の風
車ユニットのフレームを支柱によって基礎上に固定し，
連結されたロータ軸の一端と発電機の回転軸の一端とを
結合して縦軸型風力発電装置 を構成する。

【００２３】請求項２の発明に関わる手段は，請求項１
による縦軸型風力発電装置において，発電機の回転軸の
他端にフライホイール調速機とフライホイールとを連結
するものである。

【００２４】請求項３に関わる手段は，請求項１又は２
による縦軸型風力発電装置において，風車ユニットの外
周にあって，開口状態のガイドベーンの外端に一端が接
近し，開口状態のガイドベーンを延長する方向に板状の
補助ガイドベーンをフレーム端板に装着するものであ
る。

【００２５】請求項４記載の発明に関わる手段は，請求
項２又は３による縦軸型風力発電装置において，連結さ
れたロータ軸の一端と発電機の回転軸の一端との間にも
発電機調速機を挿入するものである。

【００２６】請求項５に関わる手段は，請求項１又は３
による縦軸型風力発電装置の複数基を時間的持続性の最
も強い風向に対向して一列に相互に若干の間隔を隔てて
配列して風力発電装置群を構成し，縦軸型風力発電装置
相互間に装置間ガイドベーンを設けるものである。

【００２７】この発明による作用及び効果は次のとおり
である。

【００２８】効果１．ガイドベーンによって順風が流通
する開口面積を大きくするとともに集風して実効風速を
高めて風力のエネルギー密度を高め，効果的に順風トル
クＴｆを増強するとともに，逆風の流通路を遮蔽して逆
風トルクＴａを制限し，両者あいまって回転トルクの大
きいサボニウス型風車を構成することができる。

【００２９】効果２．各風車ユニットに，補助ガイドベ
ーンを付加した場合は，集風効果がさらに高まり，若干
の経済的負担増でさらに電気的出力を大きくすることが
できる。

【００３０】効果３．複数の風車ユニットを同軸に積み
重ねて高層構造とし，それぞれのロータ軸を連結して，
低層より高層に至る風力を捕捉するようにすることによ
って，プロペラ型風力発電装置に比較して小さい装置占
有面積で大きい出力を得ることができる。

【００３１】効果４．高層構造とした場合，上層と下層
では風速が異なるが，それぞれの風車ユニットのロータ
とロータ軸は固着されておらず，爪と爪車の組み合わせ
のように方向性回転運動伝達機構で結合されているの
で，風速が弱く，トルクの小さい下層の風車ユニットの
ロータが，風速が強く，トルクの大きい上層の風車ユニ
ットのロータに対してブレーキになることなく，各層の
風速に応じた動力を効果的に電力に変換することができ
る。

【００３２】効果５．発電機運転中に風速が弱まってロ
ータの回転速度が低下しつつあるとき，ロータと発電機
が機械的に結合されていると，ロータがブレーキになっ
て発電機の回転エネルギーを奪うが，本発明では，ロー
タとロータ軸が前述の方向性回転運動伝達機構で連結さ
れているので，その場合にロータがブレーキになること
なく，発電機は慣性で回転を持続することができる。特
にこの発明では，発電機にフライホイールが連結されて
いるので，風速が弱まったときでも動力がフライホイー
ルより供給されて発電機の運転を積極的に継続するもの
であり，その時にロータがブレーキにならないようにし
ている。

【００３３】効果６．風速が強くて電気出力の所要分又
は発電機定格値の１００％相当分を取り出してもなお動
力が過剰である場合に，過剰分をフライホイールに機械
的エネルギーとして一時的に蓄積し，風速が弱まったと
きにそれを電力に変換するので，出力の平準化が図れ，
装置の使用率が向上する。

【００３４】効果７．発電機にフライホイールを連結す
ると，風力エネルギーは電気エネルギーに変換する前の
機械エネルギーの段階で平準化されるので，発電機の容
量はこの平準化された値，すなわち通常取り出せる出力
の平均値程度の比較的小さい値に設計して，装置の使用
率を高め，同時に発電機の機械損・電気損を軽減してエ
ネルギー効率を高め，さらに装置の経済性を高めること
ができる。

【００３５】参考までに，プロペラ型風力発電装置は，
設備の使用率は高くても３０％程度で低い。また，エネ
ルギーを発電機で電力に変換した後，インバータで交流
変換するものがあるが，その場合でも，発電機は定格風
速に相当する容量のものが必要であり，発電機の機械損
・電気損を軽減することができない。

【００３６】効果８．発電機にフライホイールを連結し
ているので，風速の急変に対して発電機の速度が急変す
ることはない。

【００３７】効果９．フライホイールにはその前段に専
用の調速機が付属しているので，フライホイール回転体
の慣性モーメントは一定であっても回転速度の調整によ
って貯蔵回転エネルギーの大きさが調整できる可変速型
で，慣性エネルギー可調整型のフライホイールを提供す
る。また，フライホイールがエネルギーを放出する時も
発電機の回転速度を調節することができる。

【００３８】なお，回転エネルギーの大きさは，慣性モ
ーメントをＩ，角速度をωとすると（Ｉω²／２）であ
る。本発明のフライホイールは，Ｉを固定値とし，ωを
可変としている。

【００３９】効果１０．発電機が商用周波の交流として
出力しようとするときは，増速機と２台のフライホイー
ル調速機とフライホイールとの連携作用により，発電機
の回転速度を制御できる。したがって，同期発電機を使
用する場合は出力周波数を安定させることができる。ま
た，誘導発電機を使用する場合は滑り及び出力を制御す
ることができる。

【００４０】効果１１．本発明の方式は発電機やフライ
ホイールを収容するナセルが風の流通路内に配置されて
いないため，ナセル直径を大きくし，発電機を直径の大
きい超多極機（たとえば１２０ないし１８０極程度のも
の）として調速機による増速率を小さくするか，もしく
は省略することが可能である。同時にフライホイールも
直径を大きくして慣性モーメントの大きいものを得るこ
とが容易である。

【００４１】なお，風向とロータ回転軸と発電機回転軸
が同方向である一般的なプロペラ型風力発電装置では，
直径の大きい超多極機を設置すると通風が阻害されるの
で限界がある。

【００４２】効果１２．本発明のサボニウス型風車は低
速型であるが，ガイドベーンによってロータに作用する
実効風速を高めるとともに，ロータの実効半径を小さく
して回転速度を高めることができる。したがって，発電
機を同期発電機として１２０極を超えるほどの超多極型
とすれば，交流出力は低風速時でも１０Ｈｚ程度の周波
数が得られ，インバータによって商用周波にして系統に
接続することができるので，ロータと発電機の間に歯車
増速機を設置する必要がなく，ギアレスで騒音の低い装
置とすることができる。

【００４３】効果１３．風力発電装置を複数基設置する
場合で風向が比較的安定している場合は，装置を最も時
間的持続性の最も強い風向に対向して一列に相互に若干
の間隔を隔てて配列して風力発電装置群を構成し，装置
相互間の間隙には装置間ガイドベーンを設けることによ
って装置外を通過する気流も積極的に集風して出力を高
めることができる。

【００４４】効果１４．装置群を構成するときは，風力
発電装置相互の中心間隔を装置直径の１．５倍以下の程
度に短縮できるので，装置占有総面積を少なくすること
ができる。

【００４５】なお，現在広く実用されているプロペラ型
風車発電装置では，乱流による出力低下を防止するため
に装置中心間隔をプロペラ直径の３倍以上としている。

【００４６】効果１５．強風時に発電機が定格出力を発
生し，かつ，フライホイールが回転エネルギーの計画最
大値を蓄積してもなお風力が過剰である場合は，適当数
の風車ユニットをガイドベーンによって閉鎖し，入力を
制限することができる。

【００４７】効果１６．装置を破壊する恐れがある暴風
時には，全風車ユニットのガイドベーンを閉鎖し，風を
ロータの外周に逃がして入力を完全に阻止し，ロータを
破壊から防止することができる。

【００４８】その他の一般的な効果としては，通常のサ
ボニウス型風車はバケット数が２であるが，この発明の
実施形態ではこれを６とし，風向に対するロータの位置
によるトルク変動を少なくしている。

【００４９】また，ロータを後述する分割シフトバケッ
ト型とする場合には，トルク変動を更に少なくすること
ができる。

【００５０】また，従来のプロペラ型風力発電装置で
は，タワーによって風の流れが阻害されるタワーシャド
ウ現象がおきるが，本発明では関係がない。

【００５１】また，発電装置の最大高さが６０ｍを超過
する場合には，航空法による航空障害灯を設置しなけれ
ばならないが，従来のプロペラ式風力発電装置では専用
の塔を設けてその先端に障害灯を設置していた。しかし
この発明では風力発電装置自体に障害灯を設置すること
ができる。

【００５２】更に，本発明の風力発電装置は，電気要素
が装置下部にあり，フレームなどの上部及び外周部分は
接地が容易な金属製とするのが常識的であり，雷害対策
は万全であるという特徴も具備している。

【００５３】

【発明の実施の形態】図４はこの発明の縦軸型風力発電
装置の基本構造の側面図で，風車ユニットが単一の場合
である。図５及び図６は風車ユニットの断面平面図で，
図５はガイドベーンの開口状態を，図６はその閉鎖状態
を示す。図４に明示されている線Ｚ−Ｚは，この装置の
鉛直中心軸で，以下に説明するようにロータなど多くの
主要な部材の回転中心となっている。

【００５４】これらの諸図において，１０はフレーム
で，同心で平行な上下一対の円盤状のフレーム端板１１
Ａ，１１Ｂと，その間隔を固定する６本のスペーサ１２
で構成されている。フレーム１０は支柱１３によって支
持され基礎１４に固定されている。

【００５５】１５は諸軸の軸受けで，後述するロータ軸
２３を軸支するもののほか，発電機やフライホイールを
軸支するもので多数が使用されている。１６は天板で，
雨滴を防ぐものである。

【００５６】２０はロータで，同軸上で平行な上下一対
の円盤状のロータ端板２１Ａ，２１Ｂと，両ロータ端板
相互間に固定された６個のバケット２２より構成されて
いる。バケット２２は，図５及び図６に示すように山型
又は円弧状に湾曲した板材で，一端をロータ端板２１
Ａ，２１Ｂの外周にほぼ一致させて，他端は同心の小円
ｒ上に位置するよう等角度間隔で，かつ湾曲方向を揃え
て配列されている。２３はロータ軸で，軸受け１５によ
ってフレーム１０に軸支され，ロータ軸２３は上下一対
のロータ受け２４を介してロータ２０を中心軸Ｚ−Ｚに
同心で軸支している。ロータ２０の回転方向はバケット
２２の湾曲方向によって定まり，図５に示す矢印Ｒの方
向である。

【００５７】２５は一対の爪で，下側のロータ端板２１
Ｂに回転自在に軸支され，ロータ軸２３に固定された爪
車２６に対峙し，ロータ２０の矢印Ｒ方向の回転をロー
タ軸２３に伝えるが，ロータ軸２３の同方向の回転はロ
ータ２０には伝えない方向性回転運動伝達機構となって
いる。爪２５と爪車２６の関係は図４の正面図のほか，
図７にロータ２０の側より見た平面図で示されている。
すなわち，一対の爪２５は，ばね２５Ａで押圧されて爪
車２６の歯に係合している。ロータ軸２３の回転方向も
ロータ２０と同じく矢印Ｒの方向で，逆回転はしない。

【００５８】２７はガイドベーンで，バケット２２と同
数の６個有り，円弧状に湾曲した板で，フレーム端板１
１Ａ，１１Ｂによって軸支されたガイドベーン軸２７Ａ
に固定されている。ガイドベーン２７はガイドベーン軸
２７Ａを中心に回動する。その回動範囲は図５の状態よ
り図６の状態までで，図５の位置で通風口の開口状態，
図６の位置で通風口の閉鎖状態となる。図６の閉鎖状態
では，６枚のガイドベーン２７は集合して円を形成す
る。２７Ｂはガイドベーン２７の補強板で，ガイドベー
ン２７の上下両端に接合されている。

【００５９】２７Ｃ及び２７Ｄはガイドベーン操作板で
６本のガイドベーン軸２７Ａがそれぞれ下側のフレーム
端板１１Ｂの下部に突出した部分に一端が固着されてい
る。ガイドベーン操作板２７Ｃ及び２７Ｄはともに三角
形状のリンクで，１個のガイドベーン操作板２７Ｃだけ
は外周がギアになっている。隣接するガイドベーン操作
板２７Ｃ，２７Ｄはそれぞれの隣接リンク点相互間をガ
イドベーン操作リンク２７Ｅで全体が環状になるように
連結されている。ガイドベーン操作板２７Ｃはウオーム
２８Ａを装着したガイドベーン操作モータ２８で操作さ
れる。すなわち，ガイドベーン操作モータ２８の正逆転
によって，ガイドベーン操作板２７Ｃ，２７Ｄが揺動
し，ガイドベーン２７を図５と図６の状態の間の開閉を
する。

【００６０】なお，以上のガイドベーン操作機構は電動
方式のものについて説明したが，油圧式又は空圧式とし
てもよい。また，ガイドベーン２７の全数をガイドベー
ン操作リンク２７Ｅで連結して一括して操作する代わり
に，図は省略するが，ガイドベーン２７を複数のグルー
プに分割してそれぞれのグループごとにガイドベーン操
作リンク２７Ｅで結合し，それぞれのグループをガイド
ベーン操作モータ２８で個別に操作することもできる。

【００６１】２９は補助ガイドベーンで，図５に示すよ
うにガイドベーン２７の開口状態でおおむねその延長線
上に位置し，フレーム端板１１Ａ，１１Ｂに固定されて
いる。

【００６２】ガイドベーン２７及び補助ガイドベーン２
９を含むフレーム１０とロータ２０とロータ軸２３との
集合体を風車ユニット３０と定義する。

【００６３】４０はナセルで，下側のフレーム端板１１
Ｂに取り付けられ，下方に延びるナセルカバー４０Ａが
次に述べる発電機等の機械・電気系の諸部材を収容して
いる。

【００６４】ナセル４０内の機構を上より順に説明す
る。４１は歯車増速機で必要に応じて設けられるもので
ある。以下にその詳細を説明する。４１Ａ及び４１Ｂは
一対の第一歯車で，第一中間軸４１Ｃを経て一対の第二
歯車４１Ｄ及び４１Ｅに連結され，さらに第二中間軸４
１Ｆに連結されている。歯車増速機４１は風車ユニット
３０のロータ軸２３の回転運動を増速して第二中間軸４
１Ｆに伝達する。第一中間軸４１Ｃは中心軸Ｚ−Ｚより
シフトした位置にあるが，第二中間軸４１Ｆは中心軸Ｚ
−Ｚ上に戻っている。

【００６５】４２は発電機調速機で，これも必要に応じ
て設けられる。以下にその詳細を説明する。図８及び図
９は発電機調速機の平面図で，それぞれニュートラル状
態及び最大増速状態又は最大減速状態を表している。発
電機調速機４２は，一対の半円形断面の溝をもつ上側デ
ィスク４２Ａと下側ディスク４２Ｂと，中間子４３とよ
り構成されている。両ディスク４２Ａ，４２Ｂは同心で
あり，細隙４２Ｃを隔てて対向配置され，上側ディスク
４２Ａは上方より加圧ばね４２Ｄで下方に押圧されてい
る。両ディスク４２Ａ，４２Ｂの半円形の溝は対向して
円を構成する。

【００６６】中間子４３は図８及び図９にて示されるよ
うに中心軸Ｚ−Ｚの周辺に対称に４組配置され，それぞ
れの中間子４３はゴムタイヤで構成されるリム４３Ａ
と，ハブ４３Ｂとよりなり，中間子支持枠４３Ｃに回転
可能に支持されている。中間子支持枠４３Ｃには中間子
操作軸４３Ｄが中間子４３の幅の中心上で回転中心軸と
直交する方向に両側に延びている。中間子操作軸４３Ｄ
はそれぞれ２個の中間子支持台４３Ｅによって支持さ
れ，両端に傘歯車４３Ｆを装着し，隣接する中間子４３
の傘歯車４３Ｆと結合して全体的に正方形に環状結合さ
れる。

【００６７】４組の中間子４３の内の一組には延長中間
子操作軸４３Ｇがナセルカバー４０Ａの外側に導出さ
れ，先端にウオームギア４３Ｈを備えて中間子操作モー
タ４３Ｊで操作される。

【００６８】発電機調速機４２の動作は，中間子操作モ
ータ４３Ｊ及びウオームギア４３Ｈの回転により４組の
中間子４３がいっせいに中心軸Ｚ−Ｚに関して対称に回
動する。図４に示されている目盛「Ｎ」の位置では，中
間子４３と上側ディスク４２Ａ及び下側ディスク４２Ｂ
との接触点は中心軸Ｚ−Ｚより等距離であり，発電機調
速機４２は増速も減速もしないニュートラル状態で，単
に動力を伝達するだけである。

【００６９】中間子４３が図４に示すように目盛「Ａ」
方向に回動すると，中間子４３と上側ディスク４２Ａと
の接触点は中心軸Ｚ−Ｚより遠ざかり，下側ディスク４
２Ｂとの接触点は中心軸Ｚ−Ｚに接近するので下側ディ
スク４２Ｂは増速される。逆に，中間子４３が目盛
「Ｄ」方向に回動すると下側ディスク４２Ｂは減速され
る。

【００７０】リム４３Ａは，ゴムタイヤの代わりに磁気
を帯びたゴム輪又は永久磁石とし，上側及び下側ディス
ク４２Ａ及び４２Ｂは磁性体としてもよい。強力な永久
磁石を使用する場合は，加圧ばね４２Ｄを省略し，さら
に，上側及び下側ディスク４２Ａ，４２Ｂと中間子４３
の間は僅かなギャップを保って非接触とすることができ
る。この方法は調速機の摩擦損を減じるという特長をも
つ。

【００７１】下側ディスク４２Ｂには第三中間軸４２Ｅ
が接続され，さらに第一クラッチ４５を経て発電機（記
号「Ｇ」）４６の回転軸の上側の一端４６Ａに接続され
ている。発電機４６は，誘導発電機又は同期発電機の何
れであってもよい。４６Ｂは発電機ロータ，４６Ｃは発
電機ステータである。

【００７２】４６Ｄは発電機４６の回転軸の下側の他端
で，第二クラッチ４７が接続され，更に第四中間軸４８
を経てフライホイール調速機４９が接続されている。フ
ライホイール調速機４９の構造は，上側ディスク４９
Ａ，下側ディスク４９Ｂ及び中間子５０が主要な構成要
素であり，その構造及び動作は発電機調速機４２と全く
同様で，発電機調速機と同様に目盛「Ｎ」がニュートラ
ル位置，目盛「Ａ」が増速方向，目盛「Ｄ」が減速方向
である。

【００７３】フライホイール調速機４９の下側ディスク
４９Ｂにはフライホイール軸５１及びフライホイール５
２が接続されている。発電機ロータ４６Ｂの回転運動は
フライホイール調速機４９で増減速してフライホイール
５２に伝達する。

【００７４】なお，以上に述べたフライホイール調速機
４９とフライホイール５２は一組の組合わせの場合につ
いて説明したが，これを二組以上のタンデムとし，フラ
イホイールの容量増しと制御性の向上を図ることができ
る。

【００７５】Ｓ１乃至Ｓ６は，６個の回転速度センサー
で，Ｓ１はロータ２０，Ｓ２はロータ軸２３，Ｓ３は第
三中間軸４２Ｅ，Ｓ４は発電機ロータ４６Ｂ，Ｓ５は第
四中間軸４８，Ｓ６はフライホイール５２の回転速度を
それぞれ検出している。

【００７６】以上に述べた歯車増速機４１からフライホ
イール５２までの諸部材と回転速度センサーＳ２乃至Ｓ
６とがナセルカバー４０Ａ内に収納されて，ナセル４０
を構成している。

【００７７】発電機４６の出力はスイッチＳを経て商用
周波電力系統（記号Ｌ）５５に接続されている。

【００７８】次に以上に述べた風力発電装置の基本動作
を説明する。通風路の開口状態である図５において左側
を風上とし，気流を矢印Ｆ１ないしＦ７とする。気流Ｆ
１は補助ガイドベーン２９に衝突し，矢印Ｆ１Ａで示す
ように一部は装置内に，他は装置外に流れる。気流Ｆ２
及びＦ３はガイドベーン２７に衝突し，Ｆ１Ａの一部と
合体して気流Ｆ８となってバケット２２の凹面に作用
し，ロータ２０を回転させる。気流Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６は
Ｆ９に集合してバケット２２の凹面に作用しロータ２０
を回転させる主力となる。気流Ｆ７は補助ガイドベーン
２９に衝突し，矢印Ｆ７Ａで示すように一部は装置内に
進行して気流Ｆ１０となり，同様にロータ２０を回転さ
せ，残部は装置外に流れる。ロータ２０は風向に関係な
く矢印「Ｒ」の方向に回転する。

【００７９】ロータ２０を回転させた気流Ｆ８，Ｆ９，
Ｆ１０は，気流Ｆ１１，Ｆ１２となって風下側に排出さ
れる。ガイドベーン２７及び補助ガイドベーン２９の配
置は風下側が広がっているので排気の風圧が低下し，排
出を容易とするディフューザ効果を生む。なお，バケッ
ト２２に作用した気流の一部はロータ軸２３の周辺に設
けられた隙間を通って反対側のバケット２２の凹側に作
用し，ロータ２０のトルクを補足するサボニウス風車固
有の効果を発揮する。

【００８０】このように，ガイドベーン２７及び補助ガ
イドベーン２９の存在は，集風してバケット２２の凹面
に作用する順風の実効風速を高め，バケット２２の凸面
に作用する逆風をカットし，排気に対してディフューザ
効果を発揮してロータ２０の順風トルクを増加させ，逆
風トルクを削減する。なお，補助ガイドベーン２９はこ
の機能を強化するものであって，ガイドベーン２７単独
であっても適宜その機能を発揮する。

【００８１】風速が強くなり，発電機４６及びフライホ
イール５２がそのエネルギーを吸収しきれない場合又は
ロータ２０等装置が破壊される恐れがある場合には，図
６に示すようにガイドベーン２７がロータ２０の周囲を
閉鎖する。この動作は，ガイドベーン操作モータ２８に
よってガイドベーン操作板２７Ｃを回動させ，ガイドベ
ーン操作リンク２７Ｅによってすべてのガイドベーン操
作板２７Ｄを連動して回動させて行う。

【００８２】通常の風速状態では，ロータ軸２３の回転
は歯車増速機４１で一定の比率で加速され，発電機調速
機４２に入力される。発電機調速機４２は低風速時には
目盛「Ａ」寄りに，高風速時には目盛「Ｄ」寄りに制御
され，第三中間軸４２Ｅを同期速度に保持する。風速が
きわめて弱く，第三中間軸４２Ｅを同期速度に保てない
場合は，第一クラッチが不動作になっているが，その他
の場合は動作して発電機４６を駆動し，電力を発生す
る。

【００８３】風速が増すに従って，ロータ２０の回転速
度が上昇するが，発電機４６は発電機調速機４２によっ
て速度を一定に保たれて出力を増す。このようなときに
は発電機４６の回転速度は出力の大きさと発電機調速機
４２の位置によって決定される。風速が低下してくる
と，ロータ２０の回転速度が低下するが，発電機は出力
を制限し，発電機調速機４２を制御することで一定速度
が保たれる。それでもなお風速が低下すると，ロータ２
０は停止に向かうが，発電機は慣性で依然として回転を
続けているので，ロータ２０はロータ軸２３よりも回転
速度が低下する。このような事態になっても，発電機４
６の回転は爪車２６を回転させるが爪２５はエスケープ
するので，ロータ２０がブレーキ作用することなく発電
機４６の回転は維持される。

【００８４】風速が強くて発電機４６が定格負荷を出力
してもなお回転速度が増えようとする場合には，第二ク
ラッチ４７を作動させ，フライホイール５２を始動させ
る。フライホイール５２を始動するときは，フライホイ
ール調速機４９は目盛「Ｄ」側より出発し，発電機４６
の回転速度を定格に維持しながら次第に目盛「Ａ」側に
移行させ，フライホイール５２の回転速度を上昇させ
る。フライホイール５２の回転速度を高めることで蓄積
エネルギーが増すので，発電機４６の定格出力を超過す
る動力が風車より入力される場合は一時的にフライホイ
ール５２に慣性エネルギーとして貯蔵し，風速が低下し
たときに取り出して電力に変換する。このようにして，
フライホイール調速機４９とフライホイール５２の組み
合わせによって，慣性エネルギー可調整型のフライホイ
ールを構成している。

【００８５】フライホイール５２の慣性エネルギーを電
力に変換するときは，ロータ２０の回転速度が低下した
ときであるが，その場合でも爪２５と爪車２６によっ
て，ロータ２０はブレーキ作用することなく，発電機は
回転速度を維持できる。

【００８６】次に図１０及び図１１によって実用的な実
施の形態と動作を説明する。図１０は地表又は水面より
の高さと風速の関係を示す図で，横軸の風速は変動する
ので数値は記載していないが，上層のほうが風速が強い
ことを示している。図１１は複数の風車ユニットを積み
重ねた風力発電装置ユニット５４の構成を示す図であ
る。

【００８７】図１０より分かるように，できるだけ上層
の気流を捕捉することが有利である。そのために，図１
１に示すように複数の風車ユニット３０を積み重ねてそ
れぞれのロータ軸２３を連結してナセル４０内の既述の
諸要素を作動させている。図１１の実施形態では風車ユ
ニット３０の数は５である。この場合，連結されたロー
タ軸２３が長くなるので，歪みを受けないようにそれぞ
れのロータ軸２３の間の結合は緩やかにしておく。ま
た，既述のとおり，各風車ユニット３０のロータ２０と
ロータ軸２３とは爪２５及び爪車２６により結合されて
いる。

【００８８】このようにすることによって，下層より上
層に至る広い範囲の気流を捕捉することができる。各部
の風速の差異によって，動力の負担率に差異が生じ，風
速の低下時には上層のロータ２０が回転し，下層のロー
タ２０が停止する場合もあるが，ロータ軸２３は爪２５
と爪車２６によって停止したロータ２０がブレーキ作用
を及ぼすことなく回転を維持する。

【００８９】また，強風時に発電機４６が全定格を出力
し，フライホイール５２が最大エネルギーに達し，なお
風力に余りある場合は，いくつかの風車ユニット３０の
ガイドベーン２７を全閉し，それぞれのロータ２０を停
止させて入力を調整する。その場合でも停止されたロー
タ２０がブレーキ作用を及ぼすことなく，ロータ軸２３
はガイドベーン２７の開放状態にある風車ユニット３０
で運転が継続される。

【００９０】次に，複数の風力発電装置ユニット５４に
よって風力発電装置群を構成する場合について説明す
る。風向は本質的には不定であるが，立地点によっては
浜風や谷風等といわれるように風向がほぼ一定もしくは
風上，風下が１８０度逆転する場合がある。本発明の発
電装置では，複数の装置を風向に対してほぼ直角方向に
間隔を接近して配列して風力発電装置群とし，気流に対
して障壁を構成する場合は，集風効果を更に高めること
ができる。この場合はサボニウス風車の特長である無方
向性は抹殺される。

【００９１】図１２及び図１３はそれぞれ風力発電装置
群の正面図及びその風車ユニット３０の断面平面図であ
る。両図に示すように風力発電装置群は，図１１に示す
風力発電装置ユニット５４の複数基を若干の間隙を隔て
て並立させ，装置間ガイドベーン５４Ａが風力発電装置
ユニット５４の配列方向に対して傾斜して設置されて間
隙を閉鎖している。装置間ガイドベーン５４Ａの左右の
両端は両側の風車ユニット３０の補助ガイドベーン２９
と連結されている。各風力発電装置ユニット５４の最上
段と最下段の風車ユニット３０の上側と下側のフレーム
端板１１Ａ，１１Ｂはそれぞれを連結板５４Ｂで連結さ
れている。

【００９２】図１３に示すように，風向をＦとする。風
向Ｆは図示と正反対であってもよい。風車ユニット２０
の正面に吹き付ける気流は図５で説明したように補助ガ
イドベーン２９及びガイドベーン２７に案内，集風され
てロータ２０を回転させる。風車ユニット３０の正面か
ら外れた位置に吹き付ける気流は，装置間ガイドベーン
５４Ａ及び連結板５４Ｂに案内，集風されて装置外に逃
れることなく風上より見て左側の風車ユニット３０に引
き込まれる。強風の場合にガイドベーン２７が閉鎖され
ると気流はロータ２０に作用することなく，その外周を
通過する。

【００９３】図１４は風力発電装置群の別の一形態で，
図１２のロータ２０がすべて同一回転方向であるのに対
して，図１４では発電装置ユニット５４ごとに交互にロ
ータ２０の回転方向を逆転させているもので，装置間ガ
イドベーン５４Ａ２は風力発電装置ユニット５４の配列
方向に平行に設置されている。

【００９４】風力発電装置群は風力発電装置ユニット５
４を図１２又は図１４に示すように比較的接近して配置
される。その発電装置ユニット５４の中心間隔は装置直
径の１．２ないし１．５倍程度とするが，この程度であ
ってもロータ２０には乱流によってさしたる悪影響はな
いので装置占有総面積を小さくすることができる。この
点については，現在広く実用されているプロペラ型風力
発電装置ではこの間隔は風車直径の３倍程度必要であっ
て，しかも装置間を通過する気流は捕捉できないことと
対比すると，この発明の実施形態は装置占有総面積に対
する電気出力が相当大きいということができる。なお，
図４，図１１，図１２では，風力発電装置を陸上に設置
した図となっているが，これを洋上に設置することもで
きる。

【００９５】次に，この発明のロータ２０の改良型とし
て，分割シフトバケット型ロータについて説明する。図
１５及び図１６は，それぞれ分割シフトバケット型ロー
タ２０Ａの断面上面図ならびに側面図である。図１６に
示すように，分割シフトバケット型ロータ２０Ａは２枚
の仕切り板２１Ｃによって上下方向に３分割され，各区
画にはそれぞれ６枚の小バケット２２Ａ，２２Ｂ，２２
Ｃが上から順に装着されている。それぞれの区画におい
て，小バケット２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃはバケット２２
と同様に角度６０度間隔に配置されているが，各区画相
互間は図１５に示すように上から順に角度２０度ずつシ
フトしている。

【００９６】この分割シフトバケット型ロータ２０Ａの
機能を説明する。本発明の基本構造では図５に示すよう
に，ロータ２０のバケット２２及びガイドベーン２７の
数は６で，円周を６等分して角度６０度おきに配置され
ている。ロータ２０の回転に伴ってガイドベーン２７の
開口部とバケット２２の開口部の相対関係が変化するの
で回転トルクが回転角６０度ごとに脈動する。したがっ
て，このロータを３段に分割し，バケットを２０度ずつ
シフトすると，この脈動は回転角２０度ごととなって平
準化され，トルクが安定する。

【００９７】次に，ナセル４０内の機械系統及び出力側
の電気系統の諸要素の可能な組み合わせについて説明す
る。既述の発明の実施の形態に述べた構造は次に挙げる
要素組合せＩに該当する。

【００９８】次にいう多極発電機とは８０乃至１２０極
程度の低速の定格回転速度の同期又は誘導発電機，超多
極発電機とは１２０極乃至１８０極程度の極低速の定格
回転速度の同期又は誘導発電機を意味する。また，低周
波交流励磁式非同期発電機とは，多極又は超多極の非同
期発電機であって，発電機ロータに可変低周波の回転磁
界を発生させ，発電機ロータの回転速度と回転磁界の相
対速度が同期速度となる発電機である。

【００９９】要素組合せＩ（図４）：機械系統；歯車増
速機４１・発電機調速機４２・発電機４６（多極型同期
発電機又は多極型誘導発電機）・フライホイール調速機
４９・フライホイール５２，電気系統；発電機４６より
直接商用周波電力系統５５へ電力送出

【０１００】要素組合せII（図１７）：機械系統；発電
機調速機４２・発電機４６（超多極型同期発電機又は超
多極型誘導発電機）・フライホイール調速機４９・フラ
イホイール５２，電気系統；発電機４６より直接商用周
波電力系統５５へ電力送出

【０１０１】要素組合せIII（図１８）：機械系統；発
電機４６（超多極型同期発電機）・フライホイール調速
機４９・フライホイール５２，電気系統；発電機４６よ
り出力用インバータ５６を経て商用周波電力系統５5へ
電力送出

【０１０２】要素組合せIV（図１９）：機械系統；発電
機調速機４２・発電機４６（低周波交流励磁式非同期発
電機）・フライホイール調速機４９・フライホイール５
２，電気系統；発電機４６より直接商用周波電力系統５
５へ電力送出，発電機の励磁は界磁用インバータ５７に
よって低周波回転磁界を発電機ロータ４６Ｂに発生させ
る。

【０１０３】要素組合せＶ（図２０）：機械系統；発電
機４６（超多極型同期発電機），電気系統；発電機４６
より出力用インバータ５６を経て商用周波電力系統５５
へ電力送出

【０１０４】図１７に示す要素組合せIIについて説明す
る。この組合せは発電機４６を超多極型として極低速の
定格回転速度のものとし，発電機調速機４２によって同
期発電機使用の場合は同期速度に，誘導発電機使用の場
合は負の滑りになるように発電機４６の速度を制御し，
商用周波の電気出力を発生する。

【０１０５】図１８に示す要素組合せIIIについて説明
する。この組合せは前述の組合せIIの発電機調速機４２
を省略し，代わりに出力用インバータ５６を使用するも
のである。発電機調速機４２を省略して増速は全くなさ
れないので，同期発電機４６は超多極型であっても風速
が弱いときには出力周波数は低く，また周波数調整機能
がないので出力周波数は風速に応じて変動する。したが
って，出力用インバータ５６でＤＣリンクして安定した
商用周波の電気出力に変換する。.

【０１０６】図１９に示す要素組合せIVについて説明す
る。この組合せは発電機調速機４２によって発電機４６
を同期速度近傍に粗調整し，界磁用インバータ５７によ
って発電機ロータ４６Ｂに可変低周波の回転磁界を発生
させ，発電機ロータ４６Ｂの回転速度と回転磁界の相対
速度が同期速度となるように回転磁界の速度を微調整
し，発電機ステータ４６Ｃに商用周波の電力を発生させ
るもので，出力用インバータ５６は省略できる。

【０１０７】図２０に示す要素組合せＶについて説明す
る。この組合せは発電機４６を超多極型として発電機調
速機４２を省略し，電気的出力は出力用インバータ５６
によってＤＣリンクして安定した商用周波に変換される
最も簡単な組み合わせである。しかしこの方法はフライ
ホイール５２及びフライホイール調速機４９も省略して
いるので，変動する風力エネルギーを機械エネルギーの
状態で一時的に蓄積することができない。したがって，
発電機４６は定格風速に適合する定格容量としなければ
ならない。この組み合わせでは設備使用率は低下する。

【０１０８】以上に説明する実施の形態及び動作によっ
て，この風力発電装置は前述の課題に対処して前述の効
果を奏するものである。

【０１０９】以上のＩ乃至Ｖによる組合わせにおいて，
発電機４６は一般に三相交流用が適用されるが，本発明
による風車は本来低速型であって，発電機４６は多極型
になり，発電機ロータ４６Ｂは直径対長さの比Ｄ／Ｌが
大きいマシーンにならざるをえない。

【０１１０】そこで，直径を大きくすることなく極数を
３倍増する手段として，図２１に示すように発電機ステ
ータ４６Ｃを４６Ｃ１，４６Ｃ２，４６Ｃ３のように３
分割し，おのおのに共通の回転軸４６Ａ，４６Ｄをもつ
発電機ロータ４６Ｂ１，４６Ｂ２，４６Ｂ３を対応させ
て３台の単相発電機４６−１，４６−２，４６−３と
し，おのおのの発電機ステータ４６Ｃ１，４６Ｃ２，４
６Ｃ３は発電機ロータ４６Ｂ１，４６Ｂ２，４６Ｂ３を
基準として電気角で１２０度づつずらせて設定し，発電
機ステータから三相電力を取り出すことによって同一の
回転子直径で在来型の三相発電機４６の極数を３倍増で
き，同一回転数において出力周波数が３倍高くなる。ま
た，歯車増速機４１を使用する要素組合わせＩの場合は
必要な増速率を１／３に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のサボニウス型風車

【図２】従来技術の静止案内羽根をもつサボニウス型風
車

【図３】図２による風車の代表的な試験結果

【図４】本発明の実施の形態による風力発電装置の基本
構造の側面図で，風車ユニットが単一の場合

【図５】風車ユニットの断面平面図で，ガイドベーンの
開口状態

【図６】風車ユニットの断面平面図で，ガイドベーンの
閉鎖状態

【図７】ロータに設けられた爪と爪車の平面図

【図８】フライホイール調速機又は発電機調速機のニュ
ートラル状態の平面図

【図９】フライホイール調速機又は発電機調速機の増速
又は減速状態の平面図

【図１０】地表又は水面よりの高さと風速の関係

【図１１】複数の風車ユニットを積み重ねた風力発電装
置（風力発電装置ユニット）

【図１２】風力発電装置群（ロータ回転方向がすべて同
一の場合）

【図１３】風力発電装置群の風車ユニットの断面平面図

【図１４】風力発電装置群（ロータ回転方向が風力発電
装置ユニットごとに逆転させる場合）

【図１５】分割シフトバケット型ロータの断面平面図

【図１６】図１５の側面図

【図１７】要素組合せIIによるナセル内機械要素及び出
力側電気要素の構成図

【図１８】要素組合せIIIによるナセル内機械要素及び
出力側電気要素の構成図

【図１９】要素組合せIVによるナセル内機械要素及び出
力側電気要素の構成図

【図２０】要素組合せＶによるナセル内機械要素及び出
力側電気要素の構成図

【図２１】単相発電機３台の組合わせによる多極三相発
電機の構成図

【符号の説明】

１０ フレーム，１１Ａ・１１Ｂ フレーム端板，２０
ロータ，２１Ａ・２１Ｂ ロータ端板，２２ バケッ
ト，２３ ロータ軸，２５ 爪，２６ 爪車（２５・２
６ 方向性回転運動伝達機構），２７ ガイドベーン，
２９ 補助ガイドベーン，３０ 風車ユニット，４０
ナセル，４０A ナセルカバー，４１ 歯車増速機，４
２ 発電機調速機，４６ 発電機，４９ フライホイー
ル調速機，５２ フライホイール，５４ 風力発電装置
ユニット，５４Ａ 装置間ガイドベーン，５５ 商用
周波電力系統，５６ 出力用インバータ，５７ 界磁用
インバータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉛直な中心軸をもち，間隔を隔てて同軸か
   つ平行に保持される上下一対のフレーム端板よりなるフ
   レームにロータ軸を前記中心軸上に回転自在に装着し，
   間隔を隔てて同軸に配置された一対の円盤状のロータ端
   板の間に山型又は円弧状に湾曲した板による複数個のバ
   ケットを湾曲方向を揃えて前記ロータ端板の中心軸に対
   して等しい角度間隔となるように分散して装着されたロ
   ータを前記ロータ軸に回転自在に貫挿し，前記ロータと
   前記ロータ軸間は前記ロータの一定方向の回転運動を前
   記ロータ軸の回転運動に伝達するが前記ロータ軸の前記
   一定方向の回転運動は前記ロータに伝達しない方向性回
   転運動伝達機構で連結し，円弧状に湾曲した板で構成さ
   れ，一端に装着されたガイドベーン軸によって前記フレ
   ーム端板の前記ロータの外側直近部分に等角度間隔に支
   承される複数のガイドベーンを備え，装置の閉鎖状態で
   は前記ガイドベーンが前記ロータの外周を遮蔽し，装置
   の開口状態では前記ガイドベーンの各々が閉鎖状態より
   一定の角度まで回動して前記ロータの通風口を開くよう
   に前記ガイドベーンを回動操作するガイドベーン操作機
   構とによって風車ユニットを構成し，前記風車ユニット
   の複数個を同軸に積重ね，それぞれの前記風車ユニット
   の前記ロータ軸を連結し，最下段の前記風車ユニットの
   前記フレームを支柱によって基礎上に固定し，前記連結
   されたロータ軸の一端と発電機の回転軸の一端とを結合
   した縦軸型風力発電装置 。
2. 【請求項２】前記発電機の回転軸の他端にフライホイー
   ル調速機とフライホイールとを連結したことを特徴とす
   る請求項１記載の縦軸型風力発電装置。
3. 【請求項３】前記風車ユニットの外周にあって，開口状
   態の前記ガイドベーンの外端に一端が接近し，開口状態
   の前記ガイドベーンを延長する方向に板状の補助ガイド
   ベーンを前記フレーム端板に装着したことを特徴とする
   請求項１又は２記載の縦軸型風力発電装置。
4. 【請求項４】前記連結されたロータ軸の一端と前記発電
   機の回転軸の一端との間にも発電機調速機を挿入したこ
   とを特徴とする請求項２又は３記載の縦軸型風力発電装
   置。
5. 【請求項５】請求項１又は３記載の縦軸型風力発電装置
   の複数基を時間的持続性の最も強い風向に対向して一列
   に相互に若干の間隔を隔てて配列して風力発電装置群を
   構成し，前記縦軸型風力発電装置相互間には装置間ガイ
   ドベーンを設けたことを特徴とするもの。