垂直軸型流体発電装置
【課題】軸体を円滑に回転させて、発電効率を高めることができる垂直軸型流体発電装置を提供する。
【解決手段】軸体２と、前記軸体２の中心軸Ｃ回りに間隔をあけて配列されるとともに、該軸体２に接続される複数のブレード１Ａと、軸受３を介して前記軸体２を前記中心軸Ｃ回りに回転可能に支持する支持体４と、前記軸体２が周方向に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機５と、を備えた垂直軸型流体発電装置１０であって、前記軸受３は、ラジアル軸受１３と、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂと、を含むことを特徴とする。
【解決手段】軸体２と、前記軸体２の中心軸Ｃ回りに間隔をあけて配列されるとともに、該軸体２に接続される複数のブレード１Ａと、軸受３を介して前記軸体２を前記中心軸Ｃ回りに回転可能に支持する支持体４と、前記軸体２が周方向に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機５と、を備えた垂直軸型流体発電装置１０であって、前記軸受３は、ラジアル軸受１３と、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂと、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直軸型流体発電装置に関するものであり、特に、風力発電装置に適した垂直軸型流体発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流れを利用して発電を行う垂直軸型流体発電装置として、例えば、風（作動流体）の流れを利用した風力発電装置が開発されている。このような垂直軸型風力発電装置は、軸体と、軸体の中心軸回りに間隔をあけて配列されるとともに、該軸体に接続される複数のブレード（風車）と、軸受を介して軸体を中心軸回りに回転可能に支持する支持体と、軸体が周方向に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機と、を備えている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された風力発電装置では、垂直翼（ブレード）に一体とされた回転機構（軸体）が、地面に対して鉛直方向（水平面に対して垂直な方向）に延設されているとともに一対のベアリング（軸受）が設けられることにより回転可能とされた状態で、中間固定シャフト（支持体）に支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０７３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の垂直軸型流体発電装置においては、下記の課題を有していた。
すなわち、作動流体の移動やブレード及び軸体の自重等によって、軸受には軸体の中心軸方向に交差するラジアル方向や中心軸方向に沿うスラスト方向の外力が作用するが、これらの荷重を軸受が十分に支持しきれず、装置に振動が発生するなどして、軸体が円滑に回転しなくなることがあった。
【０００６】
また、軸受同士の同軸度を精度よく設定することが難しく、該同軸度の精度が十分に確保できなかった場合において、軸体の回転中心が該軸体の中心軸から振れやすくなり、軸体が円滑に回転しなくなることがあった。
流体発電装置において、前述のように軸体が円滑に回転しなくなることは、発電機の発電効率を低下させることから好ましくない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、軸体を円滑に回転させて、発電効率を高めることができる垂直軸型流体発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち本発明は、軸体と、前記軸体の中心軸回りに間隔をあけて配列されるとともに、該軸体に接続される複数のブレードと、軸受を介して前記軸体を前記中心軸回りに回転可能に支持する支持体と、前記軸体が周方向に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機と、を備えた垂直軸型流体発電装置であって、前記軸受は、ラジアル軸受と、複列のアンギュラ軸受と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る垂直軸型流体発電装置によれば、軸体を円滑に回転させて、発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置を示す外観図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の要部を簡略化して示す側断面図である。
【図３】図２の変形例を示す側断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の要部を簡略化して示す側断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の要部を簡略化して示す側断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の回転軸及び支持軸を示す側面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の要部を示す側断面図である。
【図８】図７におけるラジアル軸受近傍を拡大して示す側断面図である。
【図９】図７におけるアンギュラ軸受近傍を拡大して示す側断面図である。
【図１０】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【図１１】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【図１２】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【図１３】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【図１４】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【図１５】図１４のＢ部を拡大して示す図である。
【図１６】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１、図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）１０は、風（作動流体）Ｗを受けて回転する回転機構と、回転機構により得られた機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機構と、を有している。前記回転機構は、回転軸（軸体）２と、風車１の構成要素であり回転軸２の中心軸Ｃ回りに間隔をあけて配列されるとともに、該回転軸２に接続される複数のブレード１Ａと、軸受３を介して回転軸２を中心軸Ｃ回りに回転可能に支持するケーシング（支持体）４と、を備えている。また、前記発電機構は、回転軸２が周方向（中心軸Ｃ回り）に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機５を備えている。これら回転機構及び発電機構は、地面Ｆに立設されて鉛直方向に延びるタワー（支柱）６の上部に配設されている。
【００１２】
風Ｗを受ける風車１は、矩形板状又は帯板状をなし地面Ｆと鉛直方向に延びるブレード１Ａを複数有しており、これらブレード１Ａは、中心軸Ｃ回りに周方向均等に間隔をあけて配設されている。そのため、風向きに対して依存性がない設定、すなわち、どの方向からの風Ｗに対しても風車１を回転軸２の中心軸Ｃ回りに回転可能な形状に設定されている。
【００１３】
詳しくは、各ブレード１Ａは、風Ｗを受けると揚力を発生する形状とされているので、この揚力によって風車１が回転軸２の中心軸Ｃ回りに回転する。
【００１４】
また、中心軸Ｃが地面Ｆに対して垂直となるように、回転軸２が鉛直方向に延びて配設されている。また、図２において、回転軸２は、鋼材等からなるとともに例えば、ボルト止めや溶接等により風車１（ブレード１Ａ）に一体とされた第１回転部材１１と、焼入れ可能な高炭素鋼等からなり軸受３に軸支された第２回転部材１２と、を備えている。第１回転部材１１の発電機構（発電機５）側の下端部と第２回転部材１２の上端部とは、図中に符号Ｓで示す連結部においてボルト・ナット（ねじ作用による嵌め合い）等により中心軸Ｃ方向に連結されている。
尚、前述の説明では第１回転部材１１と第２回転部材１２とが別体であるとしたが、これらが一体とされていてもよい。
【００１５】
第１回転部材１１の外周面には、矩形板状又は帯板状をなすアーム１Ｂの一端が接続され径方向外方へ向けて複数突設されているとともに、これらアーム１Ｂは周方向均等に間隔をあけて配設されている。また、アーム１Ｂの他端は、ブレード１Ａに連結されている。図示の例では、１つのブレード１Ａに対応して、該ブレード１Ａを支持するアーム１Ｂが中心軸Ｃ方向に離間して一対設けられている。
本実施形態の風車１は、風Ｗを受ける複数のブレード１Ａと、これらブレード１Ａを支持する複数のアーム１Ｂとを備えた、所謂ジャイロミル型風車である。
【００１６】
また、第２回転部材１２は、その上端部近傍と下端部近傍とに軸受３がそれぞれ設けられることにより、ケーシング４に対して回転可能とされている。軸受３は、回転軸２の中心軸Ｃ方向に互いに離間するラジアル軸受１３と、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂと、を備えている。図示の例では、第２回転部材１２の上端部にラジアル軸受１３が設けられ、第２回転部材１２の下端部近傍に複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが設けられている。詳しくは、ラジアル軸受１３は、回転軸２における中心軸Ｃ方向に沿う風車１側（一方側）に配設され、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂは、回転軸２の中心軸Ｃ方向に沿う発電機５側（他方側）の端部に配設されている。
尚、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとの上下位置は、前述とは反対に設定されていてもよい。すなわち、ラジアル軸受１３が回転軸２の中心軸Ｃ方向に沿う発電機５側に配設され、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが回転軸２の中心軸Ｃ方向に沿う風車１側に配設されていてもよい。
【００１７】
また、第２回転部材１２においてラジアル軸受１３が設けられる部分と、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが設けられる部分とには、複数のボール（転動体）７が転走する転走面がそれぞれ設けられている。
【００１８】
ラジアル軸受１３は、第２回転部材１２の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の外輪１５と、を有している。また、第２回転部材１２のラジアル軸受１３に対応する転走面には、ボール７を転走させる第１溝部１６が形成されている。第１溝部１６は、第２回転部材１２の外周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図２の側断面視において中心軸Ｃ側に向かって窪む凹曲線状とされている。
【００１９】
アンギュラ軸受１４Ａ（１４Ｂ）は、第２回転部材１２の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の外輪１７と、を有している。図示の例では、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂ同士は、互いに背面合わせに配設されている。このように背面合わせに配設されることにより、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂ同士の作用点間距離を大きく設定できることから、モーメント剛性が高められる。尚、これらアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂ同士は、背面合わせ以外の正面合わせや並列合わせとされていてもよい。また、図示の例においては、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂ同士は、互いの外輪１７、１７を直接当接させており、この当接によってボール７に予圧を付与しているが、この代わりに、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの間にスペーサや弾性体を挟んで前記予圧を付与することとしても構わない。
【００２０】
第２回転部材１２の複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂに対応する転走面には、各列のボール７を転走させる複列の第２溝部１８Ａ、１８Ｂが形成されている。第２溝部１８Ａ、１８Ｂは、第２回転部材１２の外周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図２の側断面視において中心軸Ｃ側に向かって窪む凹曲線状とされている。
【００２１】
図２中の符号Ｇは、これら第２溝部１８Ａ、１８Ｂを研削加工するための円板状の砥石の一部断面を示している。砥石Ｇの外周面には、径方向外方へ突出するとともに周方向に沿って延びる環状をなし、互いに軸方向に離間された凸部ＧＡ、ＧＢが形成されている。これら凸部ＧＡ、ＧＢは、外周面からの突出高さや形状が互いに同一に設定されている。このような砥石Ｇによって、第２溝部１８Ａ、１８Ｂは同一工程で同一形状に研削加工される。
【００２２】
また、図１において、ケーシング４は、例えば、風車１側（一方側）の上側部分４Ａが該風車１とは反対のタワー６側（他方側）の下側部分４Ｂよりも縮径された多段筒状をなしており、下側部分４Ｂの下端部は、タワー６の上端部に連結されている。図２において、ケーシング４の上側部分４Ａの内周面における上端部には、ラジアル軸受１３のボール７を挟んで第１溝部１６に対向して、該ラジアル軸受１３の外輪１５が固設されている。また、上側部分４Ａの内周面における下端部近傍には、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂのボール７、７を挟んで第２溝部１８Ａ、１８Ｂに対向して、該アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７、１７が固設されている。また、ケーシング４の下側部分４Ｂ内には、発電機５や制御部（不図示）等が収容されている。
【００２３】
発電機５は、回転軸２の回転によって得られる回転力（機械エネルギー）を電気エネルギーに変換して電力を発電するものである。発電機５は、回転軸２の下端部の径方向に連結されて該回転軸２とともに回転するマグネットロータ８と、マグネットロータ８の外周側を取り囲むようにケーシング４の下側部分４Ｂに配設されたコイルステータ９と、を備えている。
【００２４】
そして、風車１が風Ｗを受けて回転軸２の中心軸Ｃ回りに回転すると、この回転が回転軸２を介してマグネットロータ８に伝わって、マグネットロータ８が風車１及び回転軸２と同軸上で回転する。マグネットロータ８がコイルステータ９に対して中心軸Ｃ回りに回転することにより、マグネットロータ８とコイルステータ９との間で電磁誘導が発生して、電力が発電される。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態に係る垂直軸型風力発電装置１０によれば、軸受３が設けられることにより、回転軸２がケーシング４に対して該回転軸２の中心軸Ｃ回りに回転可能とされており、前記軸受３が、ラジアル軸受１３と、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとを含んでいる。これらラジアル軸受１３及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが設けられることにより、下記のような作用効果を奏する。
【００２６】
すなわち、軸受３としてラジアル軸受１３が設けられることにより、風Ｗを受けることによって風車１及び回転軸２に対して中心軸Ｃに交差する水平方向（ラジアル方向）に外力が作用した際、ラジアル軸受１３は荷重を確実に受けとめつつ回転軸２を円滑に回転させることができる。また、軸受３としてアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが設けられることにより、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂは前述のラジアル方向の荷重を受けとめつつ、風車１及び回転軸２の自重等により生じる中心軸Ｃ方向（スラスト方向）への荷重を確実に受けとめて、回転軸２を円滑に回転させることができる。
【００２７】
さらに、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが複列とされていることから、これらアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂを本実施形態で説明した背面合わせ（ＤＢ構造）に組み合わせることにより、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂはスラスト方向の両側（上下）への荷重を確実に受けとめることができる。
【００２８】
このように、本実施形態の軸受３（ラジアル軸受１３及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの組合せ）は、ラジアル方向及びスラスト方向への荷重を確実に受けとめるので、風Ｗを受けることや風車１及び回転軸２の自重等による振動が確実に抑制（吸収）されるとともに、回転軸２の回転がスムースとなる。これにより、たとえ風車１に当たる風Ｗの風量（風速）が微かなものであっても、風車１及び回転軸２が回転しやすくされているので、垂直軸型風力発電装置１０の発電効率が高められるのである。
【００２９】
また、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとは、回転軸２の中心軸Ｃ方向に互いに離間して配置されているので、回転軸２の回転中心が中心軸Ｃから振れにくくなり、該回転軸２の回転がより安定して高精度に行われる。
【００３０】
また、回転軸２の外周面には、ラジアル軸受１３のボール７を転走させる転走面である第１溝部１６と、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの各ボール７を転走させる転走面である複列の第２溝部１８Ａ、１８Ｂと、が形成されているとともに、回転軸２と軸受３とが一体の構成とされているので、下記のような作用効果が得られる。
【００３１】
すなわち、ラジアル軸受１３のボール７及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの各ボール７が、回転軸２の外周面（転走面）上を直接転動することから、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとの同軸度が向上するとともに、回転軸２の回転中心が中心軸Ｃ上に重なるように精度よく位置することとなる。これにより、回転軸２の回転がスムースとなるので、たとえ風車１に当たる風Ｗの風量（風速）が微かなものであっても風車１（及び回転軸２）が回転しやすくなり、発電効率が高められる。
【００３２】
詳しくは、例えば、回転軸２が中心軸Ｃ方向に離間して設けられた従来の一対の軸受を介してケーシング４に支持された構成においては、これら軸受を取り付ける回転軸２部分及びケーシング４部分の加工誤差や組み付け誤差（傾き、隙間）により、前記軸受同士の同軸度を出すことは難しかった。一方、本実施形態の垂直軸型風力発電装置１０においては、ボール７を転走させる第１溝部１６、第２溝部１８Ａ、１８Ｂが回転軸２の外周面（転走面）上に直接形成されていることから、前述の加工誤差や組み付け誤差を大幅に低減でき、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとの同軸度が高精度に設定されるのである。
【００３３】
また一般に、複列のアンギュラ軸受を用いる場合においては、該アンギュラ軸受の各列同士の配置間隔（中心軸Ｃ方向に沿うボール７、７同士のピッチ）を精度よく設定することは難しかった。すなわち、複列のアンギュラ軸受においては、各列の内輪同士・外輪同士を互いに中心軸Ｃ方向に接近・離間させる向きに位置調整して、ボール７に対する予圧を調整しているとともに、該ボール７のがたを無くし剛性及び精度を確保するようにしている。しかしながら、この位置調整が難しく、前記配置間隔が所定の寸法に決まらなかった場合にボール７に対する予圧が不足又は不安定となり、回転軸２を回転させるためのトルク（回転トルク）が大きくなってしまうことがあった。このように回転トルクが大きくなることは、垂直軸型風力発電装置の発電効率を低下させることから好ましくない。
【００３４】
一方、本実施形態の垂直軸型風力発電装置１０では、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂ同士の前記配置間隔は、回転軸２に直接形成された複列の第２溝部１８Ａ、１８Ｂにより精度よく簡単に決まるので、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの各列同士の位置調整が容易である。詳しくは、本実施形態で説明したように、例えば、第２溝部１８Ａ、１８Ｂを同一工程で研削加工できる砥石Ｇを用いることにより、前記配置間隔を高精度かつ容易に設定できる。従って、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの各列のボール７に対する予圧の精度が確保されて、前記回転トルクが確実に低減されるとともに回転軸２が回転しやすくなり、発電効率が高められるのである。
【００３５】
さらに、回転軸２と軸受３とが一体の構成とされていることにより、軸受３の内輪を削除できることから、装置の径方向の外形をコンパクトに形成でき、かつ、コストダウンとなる。
【００３６】
また、この垂直軸型風力発電装置１０では、回転軸２が、中心軸Ｃ方向に互いに連結された第１、第２回転部材１１、１２を備えている。すなわち、この回転軸２においては、第１、第２回転部材１１、１２をそれぞれ別体として製造した後、これらを連結できることから、風車１と一体とされることが好ましい第１回転部材１１を該風車１に溶接可能な鋼材等で形成し、軸受３のボール７が直接転走する（すなわち高硬度が望まれる）第２回転部材１２を焼入れ可能な高炭素鋼等で形成できる。これにより、第１回転部材１１と風車１とを強固に一体化でき、かつ、第２回転部材１２の第１溝部１６及び第２溝部１８Ａ、１８Ｂがボール７を長期に亘り安定して高精度に転走させる。
【００３７】
また、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが回転軸２において中心軸Ｃ方向の発電機５側（他方側）に配設されていることから、該アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂを回転軸２の端部（下端部）に配置できる。これにより、下記の作用効果が得られる。
【００３８】
すなわち、一般に、回転軸２の中心軸Ｃ方向に対して、複列アンギュラ軸受はラジアル軸受に比べて大きな荷重を受けることができるので、装置のコンパクト化や軽量化等を目的として、図３の変形例に示すように、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが配置される回転軸２部分（下端部）の軸径を他の部分の軸径よりも小さく形成する場合が考えられるが、このような場合における回転軸２の加工性が十分に確保される。また、例えば、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂを回転軸２（第２回転部材１２）の上端部や中央部に配設して該アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂに対応する部位を他の部分よりも縮径して形成した場合においては、該縮径した部分が回転軸２を部分的に括れさせることから、該回転軸２の剛性が十分に確保できないことがある。一方、本実施形態の変形例で説明した図３の構成（回転軸２の下端部が縮径されている）によれば、回転軸２を部分的に括れさせないので、剛性が十分に確保される。
【００３９】
また、本実施形態で説明した垂直軸型風力発電装置１０は、回転軸２がその中心軸Ｃを地面Ｆに垂直な鉛直方向に延ばすように配設されており、回転軸２及び風車１の自重等により、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂには中心軸Ｃ方向に向けて常に負荷がかかっている。また、ラジアル軸受１３には中心軸Ｃの周方向（径方向）に負荷がかかっている。このような垂直軸型風力発電装置１０に対して、前述した本実施形態の軸受３の構成を用いることにより、長期に亘り安定して効率よく電力を発電できることから、より有効である。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）２０について、図４を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
本実施形態の垂直軸型風力発電装置２０においては、第１溝部２６、第２溝部２８Ａ、２８Ｂが、回転軸２に形成される代わりにケーシング４に形成されている点等で、前述の第１実施形態とは異なっている。
【００４２】
この垂直軸型風力発電装置２０では、軸受３として、ケーシング４の上側部分４Ａの内周面における上端部に配設されたラジアル軸受２３と、前記内周面の下端部近傍に配設された複列のアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂと、を備えている。また、ケーシング４の上側部分４Ａにおいてラジアル軸受２３が設けられる部分と、複列のアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂが設けられる部分とには、複数のボール（転動体）７が転走する転走面がそれぞれ設けられている。
【００４３】
ラジアル軸受２３は、ケーシング４の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の内輪２５と、を有している。また、ケーシング４のラジアル軸受２３に対応する転走面には、ボール７を転走させる第１溝部２６が形成されている。第１溝部２６は、ケーシング４の内周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図４の側断面視において中心軸Ｃとは反対側に向かって窪む凹曲線状とされている。
【００４４】
アンギュラ軸受２４Ａ（２４Ｂ）は、ケーシング４の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の内輪２７と、を有している。図示の例においては、アンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂ同士は背面合わせ（ＤＢ構造）に組み合わされており、互いの内輪２７、２７を直接当接させることによってボール７に予圧を付与している。
尚、これらアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂ同士は、背面合わせ以外の正面合わせや並列合わせとされていてもよい。
【００４５】
ケーシング４の複列のアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂに対応する転走面には、各列のボール７を転走させる複列の第２溝部２８Ａ、２８Ｂが形成されている。第２溝部２８Ａ、２８Ｂは、ケーシング４の内周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図４の側断面視において中心軸Ｃとは反対側に向かって窪む凹曲線状とされている。
【００４６】
また、ラジアル軸受２３は、第２回転部材１２の上端部に配置されているとともに、その内輪２５が前記上端部の外周面に固設されている。詳しくは、ラジアル軸受２３の内輪２５は、該ラジアル軸受２３のボール７を挟んで第１溝部２６に対向して配置されている。また、アンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂは、第２回転部材１２の下端部近傍に配置されているとともに、その内輪２７、２７が前記下端部近傍の外周面に固設されている。詳しくは、アンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの内輪２７、２７は、該アンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂのボール７、７を挟んで第２溝部２８Ａ、２８Ｂに対向して配置されている。
尚、ラジアル軸受２３とアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂとの上下位置は、前述とは反対に設定されていてもよい。すなわち、ラジアル軸受２３が回転軸２の中心軸Ｃ方向に沿う発電機５側に配設され、アンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂが回転軸２の中心軸Ｃ方向に沿う風車１側に配設されていてもよい。
【００４７】
本実施形態の垂直軸型風力発電装置２０においても、前述した垂直軸型風力発電装置１０と同様の作用効果が得られる。
すなわち、軸受３（ラジアル軸受２３及び複列のアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの組合せ）がラジアル方向及びスラスト方向への荷重を確実に受けとめるので、風Ｗを受けることや風車１及び回転軸２の自重等による振動が確実に抑制（吸収）されるとともに、回転軸２の回転がスムースとなる。これにより、たとえ風車１に当たる風Ｗの風量（風速）が微かなものであっても、風車１及び回転軸２が回転しやすくされているので、垂直軸型風力発電装置２０の発電効率が高められる。
【００４８】
また、ケーシング４の内周面には、ラジアル軸受２３のボール７を転走させる転走面である第１溝部２６と、複列のアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの各ボール７を転走させる転走面である複列の第２溝部２８Ａ、２８Ｂと、が形成されているとともに、ケーシング４と軸受３とが一体の構成とされているので、下記のような作用効果が得られる。
【００４９】
すなわち、ラジアル軸受２３のボール７及びアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの各ボール７が、ケーシング４の内周面（転走面）上を直接転動することから、ラジアル軸受２３とアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂとの同軸度が向上するとともに、回転軸２の回転中心が中心軸Ｃ上に重なるように精度よく位置することとなる。これにより、回転軸２の回転がスムースとなるので、たとえ風車１に当たる風Ｗの風量（風速）が微かなものであっても風車１（及び回転軸２）が回転しやすくなり、発電効率が高められる。
【００５０】
尚、本実施形態の垂直軸型風力発電装置２０においては、前述の実施形態のように回転軸２の外周面上をボール７が転走しないことから、第２回転部材１２として高炭素硬等を用いる代わりに、鋼材等を用いてもよい。この場合、回転軸２全体を鋼材等により一体に形成してもよい。
また、ラジアル軸受２３の内輪２５及びアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの内輪２７を用いずに、回転軸２の外周面上に第１実施形態で説明した転走面である第１溝部１６及び第２溝部１８Ａ、１８Ｂを形成して、ラジアル軸受２３及びアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの内輪・外輪を削除しても構わない。この場合、装置の外形（直径）がよりコンパクトとなり、さらなるコストダウンが可能である。詳しくは、本発明の第１溝部、第２溝部は、回転軸２及びケーシング４の少なくとも一方（すなわち回転軸２又は／及びケーシング４）に形成される。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）３０について、図５〜図９を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態の垂直軸型風力発電装置３０は、回転軸（軸体）３２が中空軸状（筒状）をなしており、この回転軸３２の内部に同軸に収容された支持軸（支持体）３１が、軸受３を介して該回転軸３２を中心軸Ｃ側（径方向の内側）から回転軸３２の中心軸Ｃ回りに回転可能に支持している。回転軸３２の外周面には、風車１のアーム１Ｂが突設されている。また、回転軸３２の下端部（の径方向）には、マグネットロータ８が配設されている。
【００５３】
支持軸３１の下端部は、該支持軸３１よりも大径の支持台３９に支持されており、支持台３９の下端部は図示しないタワー６の上端部に連結されている。また、支持台３９の上面には、マグネットロータ８を囲繞するようにコイルステータ９が配設されている。そして、マグネットロータ８及びコイルステータ９を備えた発電機５が形成されている。尚、図５の例では、支持軸３１は中実の軸状に形成されており、図６〜図９に示す例では、支持軸３１は中空の軸状（筒状）に形成されている。
【００５４】
回転軸３２は、その内周面における上端部近傍と下端部近傍とに軸受３がそれぞれ設けられることにより、支持軸３１に対して回転可能とされている。軸受３は、回転軸３２の中心軸Ｃ方向に互いに離間するラジアル軸受３３と、複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂと、を備えている。図示の例では、回転軸３２の上端部にラジアル軸受３３が設けられ、回転軸３２の下端部近傍に複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂが設けられている。
尚、ラジアル軸受３３とアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂとの上下位置は、前述とは反対に設定されていてもよい。すなわち、回転軸３２の上端部にアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂが設けられ、回転軸３２の下端部近傍にラジアル軸受３３が設けられていてもよい。
【００５５】
また、支持軸３１においてラジアル軸受３３が設けられる部分と、背面合わせ（ＤＢ構造）の複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂが設けられる部分とには、複数のボール７が転走する転走面がそれぞれ設けられている。
【００５６】
ラジアル軸受３３は、支持軸３１の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の外輪３５と、を有している。外輪３５は、回転軸３２の内周面における上端部に固設されている。また、支持軸３１のラジアル軸受３３に対応する転走面には、ボール７を転走させる第１溝部３６が形成されている。第１溝部３６は、支持軸３１の外周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図５の側断面視において中心軸Ｃ側に向かって窪む凹曲線状とされている。ラジアル軸受３３の外輪３５は、該ラジアル軸受３３のボール７を挟んで第１溝部３６に対向して配置されている。製造時において、ラジアル軸受３３内にボール７を充填（挿入）する際には、図８において、回転軸３２の外周面に開閉可能とされた転動体挿入部３２Ａからボール７を挿入すればよい。
【００５７】
アンギュラ軸受３４Ａ（３４Ｂ）は、支持軸３１の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の外輪３７と、を有している。外輪３７は、回転軸３２の内周面における下端部近傍に固設されている。図５の例では、複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂ同士は、背面合わせに互いに当接して配置されている。図６〜図９の例では、背面合わせに組み合わせた複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂ同士の間にはスペーサ４０が配設されており、このスペーサ４０によって各列のボール７、７に予圧を付与するようにしている。
【００５８】
また、支持軸３１の複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂに対応する転走面には、各列のボール７を転走させる複列の第２溝部３８Ａ、３８Ｂが形成されている。第２溝部３８Ａ、３８Ｂは、支持軸３１の外周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図５の側断面視において中心軸Ｃ側に向かって窪む凹曲線状とされている。アンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂの外輪３７、３７は、該アンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂのボール７、７を挟んで第２溝部３８Ａ、３８Ｂに対向して配置されている。製造時において、アンギュラ軸受３４Ａ（３４Ｂ）内にボール７を充填（挿入）する際には、図９において、外輪３７と支持軸３１との隙間から下方（上方）へ向けてボール７を挿入すればよい。
【００５９】
そして、風車１が風Ｗを受けて回転軸３２の中心軸Ｃ回りに回転すると、この回転が回転軸３２を介してマグネットロータ８に伝わって、マグネットロータ８が風車１及び回転軸３２と同軸上で回転する。マグネットロータ８がコイルステータ９に対して中心軸Ｃ回りに回転することにより、マグネットロータ８とコイルステータ９との間で電磁誘導が発生して、電力が発電される。
【００６０】
本実施形態の垂直軸型風力発電装置３０においても、前述した垂直軸型風力発電装置１０、２０と同様の作用効果が得られる。
また、本実施形態の垂直軸型風力発電装置３０では、軸受３に加わるモーメントが小さくなることから、モーメントによるラジアル荷重が小さくなる。
【００６１】
尚、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前述の実施形態では、垂直軸型流体発電装置として、作動流体に風Ｗを用いて風車１を回転させる垂直軸型風力発電装置１０、２０、３０について説明したが、これに限定されるものではなく、作動流体に水を用いて水車（羽根車）を回転させる垂直軸型水力発電装置であってもよい。
【００６２】
また、前述の実施形態では、軸受３のうち、ラジアル軸受が回転軸２、３２の中心軸Ｃ方向の上側（一方側）に配置され、複列のアンギュラ軸受が回転軸２、３２の中心軸Ｃ方向の下側（他方側）に配置されていることとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、複列のアンギュラ軸受が回転軸２、３２の中心軸Ｃ方向の上側に配置され、ラジアル軸受が回転軸２、３２の中心軸Ｃ方向の下側に配置されていてもよい。
【００６３】
また、軸受３の転動体にボール７を用いることとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、軸受３の転動体としてローラ等を用いてもよい。
【００６４】
また、垂直軸型風力発電装置としては、ジャイロミル型に限定されない。すなわち、それ以外のダリウス型、直線翼型、サボニウス型、パドル型、クロスフロー型、Ｓ型ロータ型等であってもよい。
【００６５】
また、図２を用いて説明した前述の第１実施形態の構成の代わりに、下記変形例を用いてもよい。
図１０〜図１６は、第１実施形態の変形例を示している。尚、第１実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
図２で説明したように、回転軸２の外周面に軸受３のボール７が転走する転走面（溝部）が形成され、回転軸２と軸受３とが一体の構成とされている場合には、回転軸２を軸受３の外輪内に緩挿した状態から、回転軸２と外輪との間にボール７を挿入する必要がある。複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂにボール７を挿入するには、例えば、外輪１７に径方向に貫通するボール挿入孔を形成することが考えられる。ただしこの場合、外輪１７の転走面にボール挿入孔が開口するため、ボール７のスムースな転走の妨げになったり、外輪１７が破損したりする可能性が考えられる。そこで、ボール７をスムースに精度よく転走させ、かつ、外輪１７の破損を防止する目的で、図１０のような構成としてもよい。
【００６７】
図１０に示される例では、回転軸２の第２回転部材１２には、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂのボール７を転走させる単列の第２溝部５０が形成されている。第２溝部５０は、回転軸２の外面から窪むとともに周方向に沿って延びる環状をなしており、中心軸Ｃ方向の幅が、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂに対応するように設定されているとともに、前述の第２溝部１８Ａ、１８Ｂより広くなっている。尚、第２溝部５０は、図２で説明した例のように、複列としてもよい。
【００６８】
第２溝部５０における中心軸Ｃ方向に沿う一端部（図１０における上端部）には、アンギュラ軸受１４Ａのボール７を転走させる断面円弧状の転走面５０Ａが形成されている。転走面５０Ａは、ボール７を間に挟んで、アンギュラ軸受１４Ａの外輪１７の転走面に対向配置されている。また、第２溝部５０における中心軸Ｃ方向に沿う他端部（図１０における下端部）には、アンギュラ軸受１４Ｂのボール７を転走させる断面円弧状の転走面５０Ｂが形成されている。転走面５０Ｂは、ボール７を間に挟んで、アンギュラ軸受１４Ｂの外輪１７の転走面に対向配置されている。
【００６９】
転走面５０Ａと転走面５０Ｂとは、これらの間に位置する第２溝部５０の底面５０Ｃを介して、互いに滑らかに連なっている。具体的に、底面５０Ｃの深さ（回転軸２の外面から窪む距離）、転走面５０Ａの最深部の深さ及び転走面５０Ｂの最深部の深さは、互いに同一となっている。
【００７０】
また、ラジアル軸受１３の外輪１５及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７は、筒状のハウジング（支持体）５１の内面に径方向外方から当接されており、ラジアル軸受１３及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂは、径方向内方の回転軸２と径方向外方のハウジング５１との間に支持されている。回転軸２は、ラジアル軸受１３及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂを介して、ハウジング５１に対して中心軸Ｃ回りに回転可能であり、かつ、中心軸Ｃ方向へのスライド移動が規制されている。
【００７１】
ハウジング５１の内面のうち、ラジアル軸受１３の外輪１５に当接する部位（図１０におけるハウジング５１の上側部分、以下、ラジアル軸受当接部位）５１Ａは、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７に当接する部位（図１０におけるハウジング５１の下側部分、以下、アンギュラ軸受当接部位）５１Ｂより、径方向内方に向けて突出して形成されている。また、ハウジング５１の内面におけるアンギュラ軸受当接部位５１Ｂの一方側（図１０における上側）部分には、他方側（図１０における下側）を向くとともに、アンギュラ軸受１４Ａの外輪１７の一端面（上端面）に当接する端面５１Ｃが形成されている。
【００７２】
また、回転軸２とハウジング５１との間におけるアンギュラ軸受１４Ｂの他方側には、軸受押さえ部材５２が配設されている。軸受押さえ部材５２は、円環板状の基部５２Ａと、基部５２Ａの一端面から立設される筒状の押さえ部５２Ｂと、を有している。軸受押さえ部材５２は、ハウジング５１にボルト等により着脱可能に固定され、該軸受押さえ部材５２の押さえ部５２Ｂの一端面は、アンギュラ軸受１４Ｂの外輪１７の他端面（下端面）に当接している。また、軸受押さえ部材５２の基部５２Ａにおいて径方向内方を向く内周面と、回転軸２の外周面との間には、若干の隙間が設けられている。
【００７３】
そして、この変形例においては、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７同士の間に、間座５３が配設されている。間座５３は、全体として例えば円環板状をなしており、周方向に分割可能、又は径方向に変形可能（例えば、周方向の一部を開口させるようにヒンジ部を介して開閉可能など）とされて、前記外輪１７同士の間に着脱可能に配設されている。
【００７４】
この変形例では、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂに下記の手順でボール７を挿入する。すなわち、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７の径方向外方にハウジング５１が配設されていない状態、かつ、間座５３が外輪１７同士の間に配設されていない状態で、外輪１７を中心軸Ｃ方向に移動させるとともに、該外輪１７の転走面と、第２溝部５０の転走面５０Ａ又は転走面５０Ｂとの間に、外部からボール７を挿入可能な隙間を設ける。
【００７５】
次いで、前記隙間からボール７を挿入して、外輪１７を中心軸Ｃ方向にスライド移動させるとともに該隙間を狭め、ボール７を転走面同士の間に収容した状態とする。このようにアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの両方にボール７を挿入したら、これらアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７同士の間に、間座５３を装着する。
【００７６】
次いで、回転軸２に対して、中心軸Ｃ方向に沿う他方側に向けてハウジング５１をスライド移動させつつ、該ハウジング５１の内面をラジアル軸受１３の外輪１５及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７に当接させて、回転軸２とハウジング５１との間にラジアル軸受１３及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂを支持させる。これにより、間座５３の径方向外方がハウジング５１に覆われるとともに、該間座５３が外輪１７同士の間から径方向外方に抜け落ちるようなことが規制される。また、ハウジング５１が他方側に向けてスライド移動させられていくと、該ハウジング５１の端面５１Ｃとアンギュラ軸受１４Ａの外輪１７の一端面とが当接させられて、それ以上の他方側へ向けたハウジング５１のスライド移動が規制される。
【００７７】
次いで、回転軸２とハウジング５１との間に、中心軸Ｃ方向の一方側へ向けて軸受押さえ部材５２を挿入するとともに、該軸受押さえ部材５２の押さえ部５２Ｂの一端面と、アンギュラ軸受１４Ｂの外輪１７の他端面とを当接させた状態で、軸受押さえ部材５２をハウジング５１に固定する。
【００７８】
このように、アンギュラ軸受１４Ａの外輪１７が、中心軸Ｃ方向の一方側からハウジング５１の端面５１Ｃに当接され、アンギュラ軸受１４Ｂの外輪１７が、中心軸Ｃ方向の他方側から軸受押さえ部材５２の押さえ部５２Ｂの一端面に当接されることにより、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７同士が、間座５３を挟んで互いに接近した状態に維持されているとともに、中心軸Ｃ方向への相対移動が規制されている。
【００７９】
以上説明した図１０の変形例によれば、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７を、回転軸２の第１溝部５０に対して中心軸Ｃ方向にスライド移動させることによりボール７を挿入できるので、外輪１７にボール挿入孔を形成する必要がない。つまり、外輪１７の転走面に段差を生じさせることなく滑らかに形成できるので、ボール７をスムースに精度よく転走させることができ、かつ、外輪１７の破損を防止できる。またこの構成によれば、組立の作業性がよい。
【００８０】
尚、図１０で説明した例のように、ハウジング５１の内面に、ラジアル軸受当接部位５１Ａとアンギュラ軸受当接部位５１Ｂとが形成されている場合、これら当接部位５１Ａ、５１Ｂを同一工程で加工することにより、当接部位５１Ａ、５１Ｂ同士の同軸度を出すことは可能であるが、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとの同軸度については、それぞれの部品の加工精度に依存するため、精度を確保することが難しい。また、軸受３同士の同軸度を、組立時に調整することはできない。そこで、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの同軸度を精度よく設定する目的で、図１１のような構成としてもよい。
【００８１】
図１１に示される例では、ハウジング５１が、中心軸Ｃ方向に分割されて、複数の部材から構成されている。具体的に、ハウジング５１は、内面にラジアル軸受当接部位５１Ａが形成された筒状のラジアル軸受支持部５４と、内面にアンギュラ軸受当接部位５１Ｂが形成された筒状のアンギュラ軸受支持部５５と、を有している。
【００８２】
ラジアル軸受支持部５４の他方側の端部には、径方向外方に突出するとともに周方向に沿って延びる環状のフランジ５４Ａが形成されている。また、アンギュラ軸受支持部５５の一方側の端部には、径方向外方に突出するとともに周方向に沿って延びる環状のフランジ５５Ａが形成されている。これらフランジ５４Ａ、５４Ｂは、ボルト等の連結部材により互いに連結されており、これにより、ラジアル軸受支持部５４とアンギュラ軸受支持部５５とが一体に連結されている。
【００８３】
そして、この変形例では、ラジアル軸受支持部５４とアンギュラ軸受支持部５５とが、少なくとも径方向に相対移動可能に連結されている。すなわち、図１１において、アンギュラ軸受支持部５５は、ラジアル軸受支持部５４に対して、符号Ａ１で示される径方向に移動可能であり、これにより、ラジアル軸受支持部５４とアンギュラ軸受支持部５５との相対的なＡ１方向（径方向）の位置が調整可能とされている。
【００８４】
また、ラジアル軸受支持部５４の他端面とアンギュラ軸受支持部５５の一端面との間にスペーサーを介在させたり、これら端面同士の距離をねじ作用により調整可能に構成して、軸受支持部５４、５５同士の中心軸Ｃ方向の相対位置を調整可能としても構わない。この場合、アンギュラ軸受支持部５５は、ラジアル軸受支持部５４に対して例えば符号Ａ２で示される傾斜方向に移動可能とされる。
【００８５】
以上説明した図１１の変形例によれば、ラジアル軸受当接部位５１Ａとアンギュラ軸受当接部位５１Ｂとの径方向の相対位置を調整可能であるから、ハウジング５１を配設する組立工程において、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの同軸度を精度よく設定（調整）できる。また、軸受３同士の同軸度が高精度に確保されるから、偏心荷重が低減されるとともに、回転軸２がスムースに回りやすくなり、発電効率が向上する。
【００８６】
また、垂直軸型風力発電装置１０は、自然の風Ｗを受けやすい野外に設置されるものであり、軸受３のボール７や転走面に塵埃等が付着するおそれがある。また、軸受３から外部にグリースが漏れ出る可能性がある。そこで、軸受３のボール７や転走面に対して塵埃等が付着することや、軸受３からのグリース漏れを防止する目的で、図１２のような構成としてもよい。
【００８７】
図１２に示される例では、回転軸２の外周面における第２溝部５０の中心軸Ｃ方向の他方側には、該外周面から窪むとともに周方向に沿って延びる環状のシール取付溝５７Ａが形成されている。シール取付溝５７Ａは、第２溝部５０に接近して配置されている。また、軸受押さえ部材５２の押さえ部５２Ｂの内周面において、シール取付溝５７Ａより中心軸Ｃ方向の他方側に位置する部分には、該内周面から窪むとともに周方向に沿って延びる環状のシール取付溝５７Ｂが形成されている。
【００８８】
そして、この変形例においては、ハウジング５１と回転軸２との間に、軸受３のボール７を中心軸Ｃ方向から覆うように、シール部材５６が配設されている。具体的には、ハウジング５１の軸受押さえ部材５２と、回転軸２との間に、アンギュラ軸受１４Ｂのボール７を中心軸Ｃ方向の他方側から覆うように、環状のシール部材５６Ａ、５６Ｂが配設されている。
【００８９】
シール部材５６Ａは、その径方向内方の部分がシール取付溝５７Ａに挿入されている。シール部材５６Ｂは、その径方向外方の部分がシール取付溝５７Ｂに挿入されている。シール部材５６Ａの径方向外方部分と、シール部材５６Ｂの径方向内方部分とは、中心軸Ｃ方向に互いに重なり合うように配設されている。これらシール部材５６Ａ、５６Ｂは、回転軸２とハウジング５１との間で、該シール部材５６Ａ、５６Ｂの一方側空間（軸受３側の空間）と他方側空間（外部空間）とを迂回させるように連通させており、これにより、シール部材５６を含むラビリンス構造（迂回構造）が構成されている。
【００９０】
以上説明した図１２の変形例によれば、軸受３のボール７や転走面と外部とを区画するように、ハウジング５１と回転軸２との間にシール部材５６Ａ、５６Ｂが配設されているので、外部から塵埃等が進入することが防止されるとともに、ボール７や転走面に付着することが防止されている。よって、ボール７が安定して転走し、回転軸２がスムースに回りやすくなり、発電効率が高められる。また、シール部材５６Ａ、５６Ｂが設けられることにより、軸受３からグリースが外部に漏れ出ることが防止されるので、軸受３が長期にわたり安定して動作するとともに、メンテナンスが簡便となる。
また、前述したラビリンス構造を備えることにより、防塵効果が十分に高められ、かつ、グリース漏れを防止する効果が向上する。
【００９１】
尚、図示の例では、シール部材５６Ａ、５６Ｂをアンギュラ軸受１４Ｂのボール７を中心軸Ｃ方向の他方側から覆うように配設しているが、これに限定されるものではなく、例えばシール部材５６Ａ、５６Ｂが、ラジアル軸受１３のボール７を中心軸Ｃ方向の一方側から覆うように配設されていてもよい。また、シール部材５６の数量も限定されない。
【００９２】
また、図２で説明した第１実施形態では、回転軸２は、鋼材等からなり風車１に一体とされた第１回転部材１１と、高炭素鋼等からなり軸受３に軸支された第２回転部材１２と、を備えるとしたが、これに限定されるものではなく、図１３〜図１６に示される下記変形例を用いてもよい。
【００９３】
図２においては、中実の棒状をなす回転軸２の第２回転部材１２全体を、高炭素鋼で形成している。これは、回転軸２において、軸受３のボール７が転走する転走面に硬度が要求されるためである。しかしながら、高炭素鋼は高価であり、回転軸２の製作費用が嵩んでしまう。そこで、軸受３のボール７が回転軸２の転走面を精度よく転走しつつ、該回転軸２の製作費用を削減することを目的として、図１３のような構成としてもよい。
【００９４】
図１３に示される例では、回転軸２が中空のパイプ状となっている。また、回転軸２は、溶接部５８により中心軸Ｃ方向に連結された転走部５９及び連結部６０を有する。転走部５９は、例えばＳＣＭ４２０等の浸炭材からなり、溶接部５８を防炭した上で浸炭焼入を行い形成される。また、転走部５９には、その外周面における中心軸Ｃ方向の両端部の間に、転走面を有する第１溝部１６又は第２溝部１８Ａ、１８Ｂが形成されている。連結部６０は、例えばＳＴＫＭ等の鋼材からなり、その外周面には転走面が形成されていない。
【００９５】
図１３の変形例によれば、回転軸２のうち、軸受３のボール７が転走する転走面以外の部位を、鋼材からなる安価な連結部６０とすることができる。すなわち、軸受３のボール７が転走する転走面は高硬度に形成し、ボール７のスムースな転走を確保しつつも、回転軸２の多くの部分を鋼材で作製でき、費用削減の効果が得られる。
【００９６】
尚、図１３で説明した例では、互いに材質の異なる転走部５９と連結部６０とを溶接部５８で溶接し連結するため、当該溶接部５８の強度を確保することが難しい。具体的に、高炭素鋼からなる転走部５９は含有炭素量が多いため、溶接により強度を確保することが難しい。そこで、軸受３のボール７が回転軸２の転走面を高精度に転走しつつ、回転軸２を安価に製造でき、かつ、回転軸２の強度を確保する目的で、図１４及び図１５のような構成としてもよい。
【００９７】
図１４及び図１５に示される例では、回転軸２の転走部５９及び連結部６０が、ともにＳＴＫＭ等の鋼材からなる。そして、転走部５９における第１溝部１６又は第２溝部１８Ａ、１８Ｂの内面に、例えば窒化珪素等からなるセラミックス膜（高硬度膜）６１が形成されている。セラミックス膜６１は、例えば、第１溝部１６又は第２溝部１８Ａ、１８Ｂへの溶射により形成される。
【００９８】
図１４及び図１５の変形例によれば、回転軸２のうち、軸受３のボール７が転走する転走面以外の部位を、安価な鋼材で作製できる。すなわち、軸受３のボール７が転走する転走面はヤング率の高いセラミックス膜６１により形成し、ボール７のスムースな転走を確保しつつも、それ以外の回転軸２の大部分を鋼材で作製でき、費用削減の効果が得られる。さらに、転走部５９と連結部６０が、ともに鋼材からなるので、溶接部５８の強度が十分に確保されるとともに、回転軸２の強度が確保される。
【００９９】
尚、軸受３のボール７の転走をより高精度に行い、回転軸２の強度を高め、かつ、生産性を向上させることを目的として、図１４で説明した例に代えて、図１６の構成としてもよい。
【０１００】
図１６に示される例では、回転軸２は、溶接部５８により連結される転走部５９と連結部６０とを有していない。すなわち、回転軸２全体が、鋼材により一体に形成されている。そして、回転軸２の外周面に形成された第１溝部１６又は第２溝部１８Ａ、１８Ｂの内面に、セラミックス膜６１が溶射されている。
【０１０１】
図１６の変形例によれば、前述した図１４の変形例と同様の効果が得られつつ、軸受３のボール７の転走をより高精度に行うことができ（ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの同軸度を出しやすい）、回転軸２の強度を高めることができ、かつ、生産性を向上できる。
【０１０２】
その他、本発明の前述の実施形態及び変形例で説明した構成要素を、適宜組み合わせても構わない。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前述の構成要素を周知の構成要素に置き換えることも可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１…風車、 １Ａ…ブレード、 ２、３２…回転軸（軸体）、 ３…軸受、 ４…ケーシング（支持体）、 ５…発電機、 ７…ボール（転動体）、 １０、２０、３０…垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）、 １３、２３、３３…ラジアル軸受、 １４Ａ、１４Ｂ、２４Ａ、２４Ｂ、３４Ａ、３４Ｂ…アンギュラ軸受、 １６、２６、３６…第１溝部、 １８Ａ、１８Ｂ、２８Ａ、２８Ｂ、３８Ａ、３８Ｂ、５０…第２溝部、 ３１…支持軸（支持体）、 ５１…ハウジング（支持体）、 Ｃ…中心軸、 Ｗ…風（作動流体）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直軸型流体発電装置に関するものであり、特に、風力発電装置に適した垂直軸型流体発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流れを利用して発電を行う垂直軸型流体発電装置として、例えば、風（作動流体）の流れを利用した風力発電装置が開発されている。このような垂直軸型風力発電装置は、軸体と、軸体の中心軸回りに間隔をあけて配列されるとともに、該軸体に接続される複数のブレード（風車）と、軸受を介して軸体を中心軸回りに回転可能に支持する支持体と、軸体が周方向に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機と、を備えている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された風力発電装置では、垂直翼（ブレード）に一体とされた回転機構（軸体）が、地面に対して鉛直方向（水平面に対して垂直な方向）に延設されているとともに一対のベアリング（軸受）が設けられることにより回転可能とされた状態で、中間固定シャフト（支持体）に支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０７３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の垂直軸型流体発電装置においては、下記の課題を有していた。
すなわち、作動流体の移動やブレード及び軸体の自重等によって、軸受には軸体の中心軸方向に交差するラジアル方向や中心軸方向に沿うスラスト方向の外力が作用するが、これらの荷重を軸受が十分に支持しきれず、装置に振動が発生するなどして、軸体が円滑に回転しなくなることがあった。
【０００６】
また、軸受同士の同軸度を精度よく設定することが難しく、該同軸度の精度が十分に確保できなかった場合において、軸体の回転中心が該軸体の中心軸から振れやすくなり、軸体が円滑に回転しなくなることがあった。
流体発電装置において、前述のように軸体が円滑に回転しなくなることは、発電機の発電効率を低下させることから好ましくない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、軸体を円滑に回転させて、発電効率を高めることができる垂直軸型流体発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち本発明は、軸体と、前記軸体の中心軸回りに間隔をあけて配列されるとともに、該軸体に接続される複数のブレードと、軸受を介して前記軸体を前記中心軸回りに回転可能に支持する支持体と、前記軸体が周方向に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機と、を備えた垂直軸型流体発電装置であって、前記軸受は、ラジアル軸受と、複列のアンギュラ軸受と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る垂直軸型流体発電装置によれば、軸体を円滑に回転させて、発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置を示す外観図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の要部を簡略化して示す側断面図である。
【図３】図２の変形例を示す側断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の要部を簡略化して示す側断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の要部を簡略化して示す側断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の回転軸及び支持軸を示す側面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る垂直軸型風力発電装置の要部を示す側断面図である。
【図８】図７におけるラジアル軸受近傍を拡大して示す側断面図である。
【図９】図７におけるアンギュラ軸受近傍を拡大して示す側断面図である。
【図１０】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【図１１】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【図１２】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【図１３】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【図１４】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【図１５】図１４のＢ部を拡大して示す図である。
【図１６】図２に示される第１実施形態の要部の変形例を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１、図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）１０は、風（作動流体）Ｗを受けて回転する回転機構と、回転機構により得られた機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機構と、を有している。前記回転機構は、回転軸（軸体）２と、風車１の構成要素であり回転軸２の中心軸Ｃ回りに間隔をあけて配列されるとともに、該回転軸２に接続される複数のブレード１Ａと、軸受３を介して回転軸２を中心軸Ｃ回りに回転可能に支持するケーシング（支持体）４と、を備えている。また、前記発電機構は、回転軸２が周方向（中心軸Ｃ回り）に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機５を備えている。これら回転機構及び発電機構は、地面Ｆに立設されて鉛直方向に延びるタワー（支柱）６の上部に配設されている。
【００１２】
風Ｗを受ける風車１は、矩形板状又は帯板状をなし地面Ｆと鉛直方向に延びるブレード１Ａを複数有しており、これらブレード１Ａは、中心軸Ｃ回りに周方向均等に間隔をあけて配設されている。そのため、風向きに対して依存性がない設定、すなわち、どの方向からの風Ｗに対しても風車１を回転軸２の中心軸Ｃ回りに回転可能な形状に設定されている。
【００１３】
詳しくは、各ブレード１Ａは、風Ｗを受けると揚力を発生する形状とされているので、この揚力によって風車１が回転軸２の中心軸Ｃ回りに回転する。
【００１４】
また、中心軸Ｃが地面Ｆに対して垂直となるように、回転軸２が鉛直方向に延びて配設されている。また、図２において、回転軸２は、鋼材等からなるとともに例えば、ボルト止めや溶接等により風車１（ブレード１Ａ）に一体とされた第１回転部材１１と、焼入れ可能な高炭素鋼等からなり軸受３に軸支された第２回転部材１２と、を備えている。第１回転部材１１の発電機構（発電機５）側の下端部と第２回転部材１２の上端部とは、図中に符号Ｓで示す連結部においてボルト・ナット（ねじ作用による嵌め合い）等により中心軸Ｃ方向に連結されている。
尚、前述の説明では第１回転部材１１と第２回転部材１２とが別体であるとしたが、これらが一体とされていてもよい。
【００１５】
第１回転部材１１の外周面には、矩形板状又は帯板状をなすアーム１Ｂの一端が接続され径方向外方へ向けて複数突設されているとともに、これらアーム１Ｂは周方向均等に間隔をあけて配設されている。また、アーム１Ｂの他端は、ブレード１Ａに連結されている。図示の例では、１つのブレード１Ａに対応して、該ブレード１Ａを支持するアーム１Ｂが中心軸Ｃ方向に離間して一対設けられている。
本実施形態の風車１は、風Ｗを受ける複数のブレード１Ａと、これらブレード１Ａを支持する複数のアーム１Ｂとを備えた、所謂ジャイロミル型風車である。
【００１６】
また、第２回転部材１２は、その上端部近傍と下端部近傍とに軸受３がそれぞれ設けられることにより、ケーシング４に対して回転可能とされている。軸受３は、回転軸２の中心軸Ｃ方向に互いに離間するラジアル軸受１３と、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂと、を備えている。図示の例では、第２回転部材１２の上端部にラジアル軸受１３が設けられ、第２回転部材１２の下端部近傍に複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが設けられている。詳しくは、ラジアル軸受１３は、回転軸２における中心軸Ｃ方向に沿う風車１側（一方側）に配設され、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂは、回転軸２の中心軸Ｃ方向に沿う発電機５側（他方側）の端部に配設されている。
尚、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとの上下位置は、前述とは反対に設定されていてもよい。すなわち、ラジアル軸受１３が回転軸２の中心軸Ｃ方向に沿う発電機５側に配設され、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが回転軸２の中心軸Ｃ方向に沿う風車１側に配設されていてもよい。
【００１７】
また、第２回転部材１２においてラジアル軸受１３が設けられる部分と、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが設けられる部分とには、複数のボール（転動体）７が転走する転走面がそれぞれ設けられている。
【００１８】
ラジアル軸受１３は、第２回転部材１２の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の外輪１５と、を有している。また、第２回転部材１２のラジアル軸受１３に対応する転走面には、ボール７を転走させる第１溝部１６が形成されている。第１溝部１６は、第２回転部材１２の外周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図２の側断面視において中心軸Ｃ側に向かって窪む凹曲線状とされている。
【００１９】
アンギュラ軸受１４Ａ（１４Ｂ）は、第２回転部材１２の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の外輪１７と、を有している。図示の例では、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂ同士は、互いに背面合わせに配設されている。このように背面合わせに配設されることにより、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂ同士の作用点間距離を大きく設定できることから、モーメント剛性が高められる。尚、これらアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂ同士は、背面合わせ以外の正面合わせや並列合わせとされていてもよい。また、図示の例においては、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂ同士は、互いの外輪１７、１７を直接当接させており、この当接によってボール７に予圧を付与しているが、この代わりに、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの間にスペーサや弾性体を挟んで前記予圧を付与することとしても構わない。
【００２０】
第２回転部材１２の複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂに対応する転走面には、各列のボール７を転走させる複列の第２溝部１８Ａ、１８Ｂが形成されている。第２溝部１８Ａ、１８Ｂは、第２回転部材１２の外周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図２の側断面視において中心軸Ｃ側に向かって窪む凹曲線状とされている。
【００２１】
図２中の符号Ｇは、これら第２溝部１８Ａ、１８Ｂを研削加工するための円板状の砥石の一部断面を示している。砥石Ｇの外周面には、径方向外方へ突出するとともに周方向に沿って延びる環状をなし、互いに軸方向に離間された凸部ＧＡ、ＧＢが形成されている。これら凸部ＧＡ、ＧＢは、外周面からの突出高さや形状が互いに同一に設定されている。このような砥石Ｇによって、第２溝部１８Ａ、１８Ｂは同一工程で同一形状に研削加工される。
【００２２】
また、図１において、ケーシング４は、例えば、風車１側（一方側）の上側部分４Ａが該風車１とは反対のタワー６側（他方側）の下側部分４Ｂよりも縮径された多段筒状をなしており、下側部分４Ｂの下端部は、タワー６の上端部に連結されている。図２において、ケーシング４の上側部分４Ａの内周面における上端部には、ラジアル軸受１３のボール７を挟んで第１溝部１６に対向して、該ラジアル軸受１３の外輪１５が固設されている。また、上側部分４Ａの内周面における下端部近傍には、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂのボール７、７を挟んで第２溝部１８Ａ、１８Ｂに対向して、該アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７、１７が固設されている。また、ケーシング４の下側部分４Ｂ内には、発電機５や制御部（不図示）等が収容されている。
【００２３】
発電機５は、回転軸２の回転によって得られる回転力（機械エネルギー）を電気エネルギーに変換して電力を発電するものである。発電機５は、回転軸２の下端部の径方向に連結されて該回転軸２とともに回転するマグネットロータ８と、マグネットロータ８の外周側を取り囲むようにケーシング４の下側部分４Ｂに配設されたコイルステータ９と、を備えている。
【００２４】
そして、風車１が風Ｗを受けて回転軸２の中心軸Ｃ回りに回転すると、この回転が回転軸２を介してマグネットロータ８に伝わって、マグネットロータ８が風車１及び回転軸２と同軸上で回転する。マグネットロータ８がコイルステータ９に対して中心軸Ｃ回りに回転することにより、マグネットロータ８とコイルステータ９との間で電磁誘導が発生して、電力が発電される。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態に係る垂直軸型風力発電装置１０によれば、軸受３が設けられることにより、回転軸２がケーシング４に対して該回転軸２の中心軸Ｃ回りに回転可能とされており、前記軸受３が、ラジアル軸受１３と、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとを含んでいる。これらラジアル軸受１３及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが設けられることにより、下記のような作用効果を奏する。
【００２６】
すなわち、軸受３としてラジアル軸受１３が設けられることにより、風Ｗを受けることによって風車１及び回転軸２に対して中心軸Ｃに交差する水平方向（ラジアル方向）に外力が作用した際、ラジアル軸受１３は荷重を確実に受けとめつつ回転軸２を円滑に回転させることができる。また、軸受３としてアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが設けられることにより、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂは前述のラジアル方向の荷重を受けとめつつ、風車１及び回転軸２の自重等により生じる中心軸Ｃ方向（スラスト方向）への荷重を確実に受けとめて、回転軸２を円滑に回転させることができる。
【００２７】
さらに、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが複列とされていることから、これらアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂを本実施形態で説明した背面合わせ（ＤＢ構造）に組み合わせることにより、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂはスラスト方向の両側（上下）への荷重を確実に受けとめることができる。
【００２８】
このように、本実施形態の軸受３（ラジアル軸受１３及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの組合せ）は、ラジアル方向及びスラスト方向への荷重を確実に受けとめるので、風Ｗを受けることや風車１及び回転軸２の自重等による振動が確実に抑制（吸収）されるとともに、回転軸２の回転がスムースとなる。これにより、たとえ風車１に当たる風Ｗの風量（風速）が微かなものであっても、風車１及び回転軸２が回転しやすくされているので、垂直軸型風力発電装置１０の発電効率が高められるのである。
【００２９】
また、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとは、回転軸２の中心軸Ｃ方向に互いに離間して配置されているので、回転軸２の回転中心が中心軸Ｃから振れにくくなり、該回転軸２の回転がより安定して高精度に行われる。
【００３０】
また、回転軸２の外周面には、ラジアル軸受１３のボール７を転走させる転走面である第１溝部１６と、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの各ボール７を転走させる転走面である複列の第２溝部１８Ａ、１８Ｂと、が形成されているとともに、回転軸２と軸受３とが一体の構成とされているので、下記のような作用効果が得られる。
【００３１】
すなわち、ラジアル軸受１３のボール７及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの各ボール７が、回転軸２の外周面（転走面）上を直接転動することから、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとの同軸度が向上するとともに、回転軸２の回転中心が中心軸Ｃ上に重なるように精度よく位置することとなる。これにより、回転軸２の回転がスムースとなるので、たとえ風車１に当たる風Ｗの風量（風速）が微かなものであっても風車１（及び回転軸２）が回転しやすくなり、発電効率が高められる。
【００３２】
詳しくは、例えば、回転軸２が中心軸Ｃ方向に離間して設けられた従来の一対の軸受を介してケーシング４に支持された構成においては、これら軸受を取り付ける回転軸２部分及びケーシング４部分の加工誤差や組み付け誤差（傾き、隙間）により、前記軸受同士の同軸度を出すことは難しかった。一方、本実施形態の垂直軸型風力発電装置１０においては、ボール７を転走させる第１溝部１６、第２溝部１８Ａ、１８Ｂが回転軸２の外周面（転走面）上に直接形成されていることから、前述の加工誤差や組み付け誤差を大幅に低減でき、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとの同軸度が高精度に設定されるのである。
【００３３】
また一般に、複列のアンギュラ軸受を用いる場合においては、該アンギュラ軸受の各列同士の配置間隔（中心軸Ｃ方向に沿うボール７、７同士のピッチ）を精度よく設定することは難しかった。すなわち、複列のアンギュラ軸受においては、各列の内輪同士・外輪同士を互いに中心軸Ｃ方向に接近・離間させる向きに位置調整して、ボール７に対する予圧を調整しているとともに、該ボール７のがたを無くし剛性及び精度を確保するようにしている。しかしながら、この位置調整が難しく、前記配置間隔が所定の寸法に決まらなかった場合にボール７に対する予圧が不足又は不安定となり、回転軸２を回転させるためのトルク（回転トルク）が大きくなってしまうことがあった。このように回転トルクが大きくなることは、垂直軸型風力発電装置の発電効率を低下させることから好ましくない。
【００３４】
一方、本実施形態の垂直軸型風力発電装置１０では、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂ同士の前記配置間隔は、回転軸２に直接形成された複列の第２溝部１８Ａ、１８Ｂにより精度よく簡単に決まるので、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの各列同士の位置調整が容易である。詳しくは、本実施形態で説明したように、例えば、第２溝部１８Ａ、１８Ｂを同一工程で研削加工できる砥石Ｇを用いることにより、前記配置間隔を高精度かつ容易に設定できる。従って、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの各列のボール７に対する予圧の精度が確保されて、前記回転トルクが確実に低減されるとともに回転軸２が回転しやすくなり、発電効率が高められるのである。
【００３５】
さらに、回転軸２と軸受３とが一体の構成とされていることにより、軸受３の内輪を削除できることから、装置の径方向の外形をコンパクトに形成でき、かつ、コストダウンとなる。
【００３６】
また、この垂直軸型風力発電装置１０では、回転軸２が、中心軸Ｃ方向に互いに連結された第１、第２回転部材１１、１２を備えている。すなわち、この回転軸２においては、第１、第２回転部材１１、１２をそれぞれ別体として製造した後、これらを連結できることから、風車１と一体とされることが好ましい第１回転部材１１を該風車１に溶接可能な鋼材等で形成し、軸受３のボール７が直接転走する（すなわち高硬度が望まれる）第２回転部材１２を焼入れ可能な高炭素鋼等で形成できる。これにより、第１回転部材１１と風車１とを強固に一体化でき、かつ、第２回転部材１２の第１溝部１６及び第２溝部１８Ａ、１８Ｂがボール７を長期に亘り安定して高精度に転走させる。
【００３７】
また、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが回転軸２において中心軸Ｃ方向の発電機５側（他方側）に配設されていることから、該アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂを回転軸２の端部（下端部）に配置できる。これにより、下記の作用効果が得られる。
【００３８】
すなわち、一般に、回転軸２の中心軸Ｃ方向に対して、複列アンギュラ軸受はラジアル軸受に比べて大きな荷重を受けることができるので、装置のコンパクト化や軽量化等を目的として、図３の変形例に示すように、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂが配置される回転軸２部分（下端部）の軸径を他の部分の軸径よりも小さく形成する場合が考えられるが、このような場合における回転軸２の加工性が十分に確保される。また、例えば、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂを回転軸２（第２回転部材１２）の上端部や中央部に配設して該アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂに対応する部位を他の部分よりも縮径して形成した場合においては、該縮径した部分が回転軸２を部分的に括れさせることから、該回転軸２の剛性が十分に確保できないことがある。一方、本実施形態の変形例で説明した図３の構成（回転軸２の下端部が縮径されている）によれば、回転軸２を部分的に括れさせないので、剛性が十分に確保される。
【００３９】
また、本実施形態で説明した垂直軸型風力発電装置１０は、回転軸２がその中心軸Ｃを地面Ｆに垂直な鉛直方向に延ばすように配設されており、回転軸２及び風車１の自重等により、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂには中心軸Ｃ方向に向けて常に負荷がかかっている。また、ラジアル軸受１３には中心軸Ｃの周方向（径方向）に負荷がかかっている。このような垂直軸型風力発電装置１０に対して、前述した本実施形態の軸受３の構成を用いることにより、長期に亘り安定して効率よく電力を発電できることから、より有効である。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）２０について、図４を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
本実施形態の垂直軸型風力発電装置２０においては、第１溝部２６、第２溝部２８Ａ、２８Ｂが、回転軸２に形成される代わりにケーシング４に形成されている点等で、前述の第１実施形態とは異なっている。
【００４２】
この垂直軸型風力発電装置２０では、軸受３として、ケーシング４の上側部分４Ａの内周面における上端部に配設されたラジアル軸受２３と、前記内周面の下端部近傍に配設された複列のアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂと、を備えている。また、ケーシング４の上側部分４Ａにおいてラジアル軸受２３が設けられる部分と、複列のアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂが設けられる部分とには、複数のボール（転動体）７が転走する転走面がそれぞれ設けられている。
【００４３】
ラジアル軸受２３は、ケーシング４の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の内輪２５と、を有している。また、ケーシング４のラジアル軸受２３に対応する転走面には、ボール７を転走させる第１溝部２６が形成されている。第１溝部２６は、ケーシング４の内周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図４の側断面視において中心軸Ｃとは反対側に向かって窪む凹曲線状とされている。
【００４４】
アンギュラ軸受２４Ａ（２４Ｂ）は、ケーシング４の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の内輪２７と、を有している。図示の例においては、アンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂ同士は背面合わせ（ＤＢ構造）に組み合わされており、互いの内輪２７、２７を直接当接させることによってボール７に予圧を付与している。
尚、これらアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂ同士は、背面合わせ以外の正面合わせや並列合わせとされていてもよい。
【００４５】
ケーシング４の複列のアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂに対応する転走面には、各列のボール７を転走させる複列の第２溝部２８Ａ、２８Ｂが形成されている。第２溝部２８Ａ、２８Ｂは、ケーシング４の内周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図４の側断面視において中心軸Ｃとは反対側に向かって窪む凹曲線状とされている。
【００４６】
また、ラジアル軸受２３は、第２回転部材１２の上端部に配置されているとともに、その内輪２５が前記上端部の外周面に固設されている。詳しくは、ラジアル軸受２３の内輪２５は、該ラジアル軸受２３のボール７を挟んで第１溝部２６に対向して配置されている。また、アンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂは、第２回転部材１２の下端部近傍に配置されているとともに、その内輪２７、２７が前記下端部近傍の外周面に固設されている。詳しくは、アンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの内輪２７、２７は、該アンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂのボール７、７を挟んで第２溝部２８Ａ、２８Ｂに対向して配置されている。
尚、ラジアル軸受２３とアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂとの上下位置は、前述とは反対に設定されていてもよい。すなわち、ラジアル軸受２３が回転軸２の中心軸Ｃ方向に沿う発電機５側に配設され、アンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂが回転軸２の中心軸Ｃ方向に沿う風車１側に配設されていてもよい。
【００４７】
本実施形態の垂直軸型風力発電装置２０においても、前述した垂直軸型風力発電装置１０と同様の作用効果が得られる。
すなわち、軸受３（ラジアル軸受２３及び複列のアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの組合せ）がラジアル方向及びスラスト方向への荷重を確実に受けとめるので、風Ｗを受けることや風車１及び回転軸２の自重等による振動が確実に抑制（吸収）されるとともに、回転軸２の回転がスムースとなる。これにより、たとえ風車１に当たる風Ｗの風量（風速）が微かなものであっても、風車１及び回転軸２が回転しやすくされているので、垂直軸型風力発電装置２０の発電効率が高められる。
【００４８】
また、ケーシング４の内周面には、ラジアル軸受２３のボール７を転走させる転走面である第１溝部２６と、複列のアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの各ボール７を転走させる転走面である複列の第２溝部２８Ａ、２８Ｂと、が形成されているとともに、ケーシング４と軸受３とが一体の構成とされているので、下記のような作用効果が得られる。
【００４９】
すなわち、ラジアル軸受２３のボール７及びアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの各ボール７が、ケーシング４の内周面（転走面）上を直接転動することから、ラジアル軸受２３とアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂとの同軸度が向上するとともに、回転軸２の回転中心が中心軸Ｃ上に重なるように精度よく位置することとなる。これにより、回転軸２の回転がスムースとなるので、たとえ風車１に当たる風Ｗの風量（風速）が微かなものであっても風車１（及び回転軸２）が回転しやすくなり、発電効率が高められる。
【００５０】
尚、本実施形態の垂直軸型風力発電装置２０においては、前述の実施形態のように回転軸２の外周面上をボール７が転走しないことから、第２回転部材１２として高炭素硬等を用いる代わりに、鋼材等を用いてもよい。この場合、回転軸２全体を鋼材等により一体に形成してもよい。
また、ラジアル軸受２３の内輪２５及びアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの内輪２７を用いずに、回転軸２の外周面上に第１実施形態で説明した転走面である第１溝部１６及び第２溝部１８Ａ、１８Ｂを形成して、ラジアル軸受２３及びアンギュラ軸受２４Ａ、２４Ｂの内輪・外輪を削除しても構わない。この場合、装置の外形（直径）がよりコンパクトとなり、さらなるコストダウンが可能である。詳しくは、本発明の第１溝部、第２溝部は、回転軸２及びケーシング４の少なくとも一方（すなわち回転軸２又は／及びケーシング４）に形成される。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）３０について、図５〜図９を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態の垂直軸型風力発電装置３０は、回転軸（軸体）３２が中空軸状（筒状）をなしており、この回転軸３２の内部に同軸に収容された支持軸（支持体）３１が、軸受３を介して該回転軸３２を中心軸Ｃ側（径方向の内側）から回転軸３２の中心軸Ｃ回りに回転可能に支持している。回転軸３２の外周面には、風車１のアーム１Ｂが突設されている。また、回転軸３２の下端部（の径方向）には、マグネットロータ８が配設されている。
【００５３】
支持軸３１の下端部は、該支持軸３１よりも大径の支持台３９に支持されており、支持台３９の下端部は図示しないタワー６の上端部に連結されている。また、支持台３９の上面には、マグネットロータ８を囲繞するようにコイルステータ９が配設されている。そして、マグネットロータ８及びコイルステータ９を備えた発電機５が形成されている。尚、図５の例では、支持軸３１は中実の軸状に形成されており、図６〜図９に示す例では、支持軸３１は中空の軸状（筒状）に形成されている。
【００５４】
回転軸３２は、その内周面における上端部近傍と下端部近傍とに軸受３がそれぞれ設けられることにより、支持軸３１に対して回転可能とされている。軸受３は、回転軸３２の中心軸Ｃ方向に互いに離間するラジアル軸受３３と、複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂと、を備えている。図示の例では、回転軸３２の上端部にラジアル軸受３３が設けられ、回転軸３２の下端部近傍に複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂが設けられている。
尚、ラジアル軸受３３とアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂとの上下位置は、前述とは反対に設定されていてもよい。すなわち、回転軸３２の上端部にアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂが設けられ、回転軸３２の下端部近傍にラジアル軸受３３が設けられていてもよい。
【００５５】
また、支持軸３１においてラジアル軸受３３が設けられる部分と、背面合わせ（ＤＢ構造）の複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂが設けられる部分とには、複数のボール７が転走する転走面がそれぞれ設けられている。
【００５６】
ラジアル軸受３３は、支持軸３１の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の外輪３５と、を有している。外輪３５は、回転軸３２の内周面における上端部に固設されている。また、支持軸３１のラジアル軸受３３に対応する転走面には、ボール７を転走させる第１溝部３６が形成されている。第１溝部３６は、支持軸３１の外周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図５の側断面視において中心軸Ｃ側に向かって窪む凹曲線状とされている。ラジアル軸受３３の外輪３５は、該ラジアル軸受３３のボール７を挟んで第１溝部３６に対向して配置されている。製造時において、ラジアル軸受３３内にボール７を充填（挿入）する際には、図８において、回転軸３２の外周面に開閉可能とされた転動体挿入部３２Ａからボール７を挿入すればよい。
【００５７】
アンギュラ軸受３４Ａ（３４Ｂ）は、支持軸３１の転走面を転走する複数のボール７と、これらボール７の径方向に当接して該ボール７を転走させる環状の外輪３７と、を有している。外輪３７は、回転軸３２の内周面における下端部近傍に固設されている。図５の例では、複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂ同士は、背面合わせに互いに当接して配置されている。図６〜図９の例では、背面合わせに組み合わせた複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂ同士の間にはスペーサ４０が配設されており、このスペーサ４０によって各列のボール７、７に予圧を付与するようにしている。
【００５８】
また、支持軸３１の複列のアンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂに対応する転走面には、各列のボール７を転走させる複列の第２溝部３８Ａ、３８Ｂが形成されている。第２溝部３８Ａ、３８Ｂは、支持軸３１の外周面において周方向に沿って延びる環状をなしており、図５の側断面視において中心軸Ｃ側に向かって窪む凹曲線状とされている。アンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂの外輪３７、３７は、該アンギュラ軸受３４Ａ、３４Ｂのボール７、７を挟んで第２溝部３８Ａ、３８Ｂに対向して配置されている。製造時において、アンギュラ軸受３４Ａ（３４Ｂ）内にボール７を充填（挿入）する際には、図９において、外輪３７と支持軸３１との隙間から下方（上方）へ向けてボール７を挿入すればよい。
【００５９】
そして、風車１が風Ｗを受けて回転軸３２の中心軸Ｃ回りに回転すると、この回転が回転軸３２を介してマグネットロータ８に伝わって、マグネットロータ８が風車１及び回転軸３２と同軸上で回転する。マグネットロータ８がコイルステータ９に対して中心軸Ｃ回りに回転することにより、マグネットロータ８とコイルステータ９との間で電磁誘導が発生して、電力が発電される。
【００６０】
本実施形態の垂直軸型風力発電装置３０においても、前述した垂直軸型風力発電装置１０、２０と同様の作用効果が得られる。
また、本実施形態の垂直軸型風力発電装置３０では、軸受３に加わるモーメントが小さくなることから、モーメントによるラジアル荷重が小さくなる。
【００６１】
尚、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前述の実施形態では、垂直軸型流体発電装置として、作動流体に風Ｗを用いて風車１を回転させる垂直軸型風力発電装置１０、２０、３０について説明したが、これに限定されるものではなく、作動流体に水を用いて水車（羽根車）を回転させる垂直軸型水力発電装置であってもよい。
【００６２】
また、前述の実施形態では、軸受３のうち、ラジアル軸受が回転軸２、３２の中心軸Ｃ方向の上側（一方側）に配置され、複列のアンギュラ軸受が回転軸２、３２の中心軸Ｃ方向の下側（他方側）に配置されていることとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、複列のアンギュラ軸受が回転軸２、３２の中心軸Ｃ方向の上側に配置され、ラジアル軸受が回転軸２、３２の中心軸Ｃ方向の下側に配置されていてもよい。
【００６３】
また、軸受３の転動体にボール７を用いることとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、軸受３の転動体としてローラ等を用いてもよい。
【００６４】
また、垂直軸型風力発電装置としては、ジャイロミル型に限定されない。すなわち、それ以外のダリウス型、直線翼型、サボニウス型、パドル型、クロスフロー型、Ｓ型ロータ型等であってもよい。
【００６５】
また、図２を用いて説明した前述の第１実施形態の構成の代わりに、下記変形例を用いてもよい。
図１０〜図１６は、第１実施形態の変形例を示している。尚、第１実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
図２で説明したように、回転軸２の外周面に軸受３のボール７が転走する転走面（溝部）が形成され、回転軸２と軸受３とが一体の構成とされている場合には、回転軸２を軸受３の外輪内に緩挿した状態から、回転軸２と外輪との間にボール７を挿入する必要がある。複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂにボール７を挿入するには、例えば、外輪１７に径方向に貫通するボール挿入孔を形成することが考えられる。ただしこの場合、外輪１７の転走面にボール挿入孔が開口するため、ボール７のスムースな転走の妨げになったり、外輪１７が破損したりする可能性が考えられる。そこで、ボール７をスムースに精度よく転走させ、かつ、外輪１７の破損を防止する目的で、図１０のような構成としてもよい。
【００６７】
図１０に示される例では、回転軸２の第２回転部材１２には、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂのボール７を転走させる単列の第２溝部５０が形成されている。第２溝部５０は、回転軸２の外面から窪むとともに周方向に沿って延びる環状をなしており、中心軸Ｃ方向の幅が、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂに対応するように設定されているとともに、前述の第２溝部１８Ａ、１８Ｂより広くなっている。尚、第２溝部５０は、図２で説明した例のように、複列としてもよい。
【００６８】
第２溝部５０における中心軸Ｃ方向に沿う一端部（図１０における上端部）には、アンギュラ軸受１４Ａのボール７を転走させる断面円弧状の転走面５０Ａが形成されている。転走面５０Ａは、ボール７を間に挟んで、アンギュラ軸受１４Ａの外輪１７の転走面に対向配置されている。また、第２溝部５０における中心軸Ｃ方向に沿う他端部（図１０における下端部）には、アンギュラ軸受１４Ｂのボール７を転走させる断面円弧状の転走面５０Ｂが形成されている。転走面５０Ｂは、ボール７を間に挟んで、アンギュラ軸受１４Ｂの外輪１７の転走面に対向配置されている。
【００６９】
転走面５０Ａと転走面５０Ｂとは、これらの間に位置する第２溝部５０の底面５０Ｃを介して、互いに滑らかに連なっている。具体的に、底面５０Ｃの深さ（回転軸２の外面から窪む距離）、転走面５０Ａの最深部の深さ及び転走面５０Ｂの最深部の深さは、互いに同一となっている。
【００７０】
また、ラジアル軸受１３の外輪１５及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７は、筒状のハウジング（支持体）５１の内面に径方向外方から当接されており、ラジアル軸受１３及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂは、径方向内方の回転軸２と径方向外方のハウジング５１との間に支持されている。回転軸２は、ラジアル軸受１３及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂを介して、ハウジング５１に対して中心軸Ｃ回りに回転可能であり、かつ、中心軸Ｃ方向へのスライド移動が規制されている。
【００７１】
ハウジング５１の内面のうち、ラジアル軸受１３の外輪１５に当接する部位（図１０におけるハウジング５１の上側部分、以下、ラジアル軸受当接部位）５１Ａは、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７に当接する部位（図１０におけるハウジング５１の下側部分、以下、アンギュラ軸受当接部位）５１Ｂより、径方向内方に向けて突出して形成されている。また、ハウジング５１の内面におけるアンギュラ軸受当接部位５１Ｂの一方側（図１０における上側）部分には、他方側（図１０における下側）を向くとともに、アンギュラ軸受１４Ａの外輪１７の一端面（上端面）に当接する端面５１Ｃが形成されている。
【００７２】
また、回転軸２とハウジング５１との間におけるアンギュラ軸受１４Ｂの他方側には、軸受押さえ部材５２が配設されている。軸受押さえ部材５２は、円環板状の基部５２Ａと、基部５２Ａの一端面から立設される筒状の押さえ部５２Ｂと、を有している。軸受押さえ部材５２は、ハウジング５１にボルト等により着脱可能に固定され、該軸受押さえ部材５２の押さえ部５２Ｂの一端面は、アンギュラ軸受１４Ｂの外輪１７の他端面（下端面）に当接している。また、軸受押さえ部材５２の基部５２Ａにおいて径方向内方を向く内周面と、回転軸２の外周面との間には、若干の隙間が設けられている。
【００７３】
そして、この変形例においては、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７同士の間に、間座５３が配設されている。間座５３は、全体として例えば円環板状をなしており、周方向に分割可能、又は径方向に変形可能（例えば、周方向の一部を開口させるようにヒンジ部を介して開閉可能など）とされて、前記外輪１７同士の間に着脱可能に配設されている。
【００７４】
この変形例では、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂに下記の手順でボール７を挿入する。すなわち、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７の径方向外方にハウジング５１が配設されていない状態、かつ、間座５３が外輪１７同士の間に配設されていない状態で、外輪１７を中心軸Ｃ方向に移動させるとともに、該外輪１７の転走面と、第２溝部５０の転走面５０Ａ又は転走面５０Ｂとの間に、外部からボール７を挿入可能な隙間を設ける。
【００７５】
次いで、前記隙間からボール７を挿入して、外輪１７を中心軸Ｃ方向にスライド移動させるとともに該隙間を狭め、ボール７を転走面同士の間に収容した状態とする。このようにアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの両方にボール７を挿入したら、これらアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７同士の間に、間座５３を装着する。
【００７６】
次いで、回転軸２に対して、中心軸Ｃ方向に沿う他方側に向けてハウジング５１をスライド移動させつつ、該ハウジング５１の内面をラジアル軸受１３の外輪１５及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７に当接させて、回転軸２とハウジング５１との間にラジアル軸受１３及びアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂを支持させる。これにより、間座５３の径方向外方がハウジング５１に覆われるとともに、該間座５３が外輪１７同士の間から径方向外方に抜け落ちるようなことが規制される。また、ハウジング５１が他方側に向けてスライド移動させられていくと、該ハウジング５１の端面５１Ｃとアンギュラ軸受１４Ａの外輪１７の一端面とが当接させられて、それ以上の他方側へ向けたハウジング５１のスライド移動が規制される。
【００７７】
次いで、回転軸２とハウジング５１との間に、中心軸Ｃ方向の一方側へ向けて軸受押さえ部材５２を挿入するとともに、該軸受押さえ部材５２の押さえ部５２Ｂの一端面と、アンギュラ軸受１４Ｂの外輪１７の他端面とを当接させた状態で、軸受押さえ部材５２をハウジング５１に固定する。
【００７８】
このように、アンギュラ軸受１４Ａの外輪１７が、中心軸Ｃ方向の一方側からハウジング５１の端面５１Ｃに当接され、アンギュラ軸受１４Ｂの外輪１７が、中心軸Ｃ方向の他方側から軸受押さえ部材５２の押さえ部５２Ｂの一端面に当接されることにより、アンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７同士が、間座５３を挟んで互いに接近した状態に維持されているとともに、中心軸Ｃ方向への相対移動が規制されている。
【００７９】
以上説明した図１０の変形例によれば、複列のアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの外輪１７を、回転軸２の第１溝部５０に対して中心軸Ｃ方向にスライド移動させることによりボール７を挿入できるので、外輪１７にボール挿入孔を形成する必要がない。つまり、外輪１７の転走面に段差を生じさせることなく滑らかに形成できるので、ボール７をスムースに精度よく転走させることができ、かつ、外輪１７の破損を防止できる。またこの構成によれば、組立の作業性がよい。
【００８０】
尚、図１０で説明した例のように、ハウジング５１の内面に、ラジアル軸受当接部位５１Ａとアンギュラ軸受当接部位５１Ｂとが形成されている場合、これら当接部位５１Ａ、５１Ｂを同一工程で加工することにより、当接部位５１Ａ、５１Ｂ同士の同軸度を出すことは可能であるが、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂとの同軸度については、それぞれの部品の加工精度に依存するため、精度を確保することが難しい。また、軸受３同士の同軸度を、組立時に調整することはできない。そこで、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの同軸度を精度よく設定する目的で、図１１のような構成としてもよい。
【００８１】
図１１に示される例では、ハウジング５１が、中心軸Ｃ方向に分割されて、複数の部材から構成されている。具体的に、ハウジング５１は、内面にラジアル軸受当接部位５１Ａが形成された筒状のラジアル軸受支持部５４と、内面にアンギュラ軸受当接部位５１Ｂが形成された筒状のアンギュラ軸受支持部５５と、を有している。
【００８２】
ラジアル軸受支持部５４の他方側の端部には、径方向外方に突出するとともに周方向に沿って延びる環状のフランジ５４Ａが形成されている。また、アンギュラ軸受支持部５５の一方側の端部には、径方向外方に突出するとともに周方向に沿って延びる環状のフランジ５５Ａが形成されている。これらフランジ５４Ａ、５４Ｂは、ボルト等の連結部材により互いに連結されており、これにより、ラジアル軸受支持部５４とアンギュラ軸受支持部５５とが一体に連結されている。
【００８３】
そして、この変形例では、ラジアル軸受支持部５４とアンギュラ軸受支持部５５とが、少なくとも径方向に相対移動可能に連結されている。すなわち、図１１において、アンギュラ軸受支持部５５は、ラジアル軸受支持部５４に対して、符号Ａ１で示される径方向に移動可能であり、これにより、ラジアル軸受支持部５４とアンギュラ軸受支持部５５との相対的なＡ１方向（径方向）の位置が調整可能とされている。
【００８４】
また、ラジアル軸受支持部５４の他端面とアンギュラ軸受支持部５５の一端面との間にスペーサーを介在させたり、これら端面同士の距離をねじ作用により調整可能に構成して、軸受支持部５４、５５同士の中心軸Ｃ方向の相対位置を調整可能としても構わない。この場合、アンギュラ軸受支持部５５は、ラジアル軸受支持部５４に対して例えば符号Ａ２で示される傾斜方向に移動可能とされる。
【００８５】
以上説明した図１１の変形例によれば、ラジアル軸受当接部位５１Ａとアンギュラ軸受当接部位５１Ｂとの径方向の相対位置を調整可能であるから、ハウジング５１を配設する組立工程において、ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの同軸度を精度よく設定（調整）できる。また、軸受３同士の同軸度が高精度に確保されるから、偏心荷重が低減されるとともに、回転軸２がスムースに回りやすくなり、発電効率が向上する。
【００８６】
また、垂直軸型風力発電装置１０は、自然の風Ｗを受けやすい野外に設置されるものであり、軸受３のボール７や転走面に塵埃等が付着するおそれがある。また、軸受３から外部にグリースが漏れ出る可能性がある。そこで、軸受３のボール７や転走面に対して塵埃等が付着することや、軸受３からのグリース漏れを防止する目的で、図１２のような構成としてもよい。
【００８７】
図１２に示される例では、回転軸２の外周面における第２溝部５０の中心軸Ｃ方向の他方側には、該外周面から窪むとともに周方向に沿って延びる環状のシール取付溝５７Ａが形成されている。シール取付溝５７Ａは、第２溝部５０に接近して配置されている。また、軸受押さえ部材５２の押さえ部５２Ｂの内周面において、シール取付溝５７Ａより中心軸Ｃ方向の他方側に位置する部分には、該内周面から窪むとともに周方向に沿って延びる環状のシール取付溝５７Ｂが形成されている。
【００８８】
そして、この変形例においては、ハウジング５１と回転軸２との間に、軸受３のボール７を中心軸Ｃ方向から覆うように、シール部材５６が配設されている。具体的には、ハウジング５１の軸受押さえ部材５２と、回転軸２との間に、アンギュラ軸受１４Ｂのボール７を中心軸Ｃ方向の他方側から覆うように、環状のシール部材５６Ａ、５６Ｂが配設されている。
【００８９】
シール部材５６Ａは、その径方向内方の部分がシール取付溝５７Ａに挿入されている。シール部材５６Ｂは、その径方向外方の部分がシール取付溝５７Ｂに挿入されている。シール部材５６Ａの径方向外方部分と、シール部材５６Ｂの径方向内方部分とは、中心軸Ｃ方向に互いに重なり合うように配設されている。これらシール部材５６Ａ、５６Ｂは、回転軸２とハウジング５１との間で、該シール部材５６Ａ、５６Ｂの一方側空間（軸受３側の空間）と他方側空間（外部空間）とを迂回させるように連通させており、これにより、シール部材５６を含むラビリンス構造（迂回構造）が構成されている。
【００９０】
以上説明した図１２の変形例によれば、軸受３のボール７や転走面と外部とを区画するように、ハウジング５１と回転軸２との間にシール部材５６Ａ、５６Ｂが配設されているので、外部から塵埃等が進入することが防止されるとともに、ボール７や転走面に付着することが防止されている。よって、ボール７が安定して転走し、回転軸２がスムースに回りやすくなり、発電効率が高められる。また、シール部材５６Ａ、５６Ｂが設けられることにより、軸受３からグリースが外部に漏れ出ることが防止されるので、軸受３が長期にわたり安定して動作するとともに、メンテナンスが簡便となる。
また、前述したラビリンス構造を備えることにより、防塵効果が十分に高められ、かつ、グリース漏れを防止する効果が向上する。
【００９１】
尚、図示の例では、シール部材５６Ａ、５６Ｂをアンギュラ軸受１４Ｂのボール７を中心軸Ｃ方向の他方側から覆うように配設しているが、これに限定されるものではなく、例えばシール部材５６Ａ、５６Ｂが、ラジアル軸受１３のボール７を中心軸Ｃ方向の一方側から覆うように配設されていてもよい。また、シール部材５６の数量も限定されない。
【００９２】
また、図２で説明した第１実施形態では、回転軸２は、鋼材等からなり風車１に一体とされた第１回転部材１１と、高炭素鋼等からなり軸受３に軸支された第２回転部材１２と、を備えるとしたが、これに限定されるものではなく、図１３〜図１６に示される下記変形例を用いてもよい。
【００９３】
図２においては、中実の棒状をなす回転軸２の第２回転部材１２全体を、高炭素鋼で形成している。これは、回転軸２において、軸受３のボール７が転走する転走面に硬度が要求されるためである。しかしながら、高炭素鋼は高価であり、回転軸２の製作費用が嵩んでしまう。そこで、軸受３のボール７が回転軸２の転走面を精度よく転走しつつ、該回転軸２の製作費用を削減することを目的として、図１３のような構成としてもよい。
【００９４】
図１３に示される例では、回転軸２が中空のパイプ状となっている。また、回転軸２は、溶接部５８により中心軸Ｃ方向に連結された転走部５９及び連結部６０を有する。転走部５９は、例えばＳＣＭ４２０等の浸炭材からなり、溶接部５８を防炭した上で浸炭焼入を行い形成される。また、転走部５９には、その外周面における中心軸Ｃ方向の両端部の間に、転走面を有する第１溝部１６又は第２溝部１８Ａ、１８Ｂが形成されている。連結部６０は、例えばＳＴＫＭ等の鋼材からなり、その外周面には転走面が形成されていない。
【００９５】
図１３の変形例によれば、回転軸２のうち、軸受３のボール７が転走する転走面以外の部位を、鋼材からなる安価な連結部６０とすることができる。すなわち、軸受３のボール７が転走する転走面は高硬度に形成し、ボール７のスムースな転走を確保しつつも、回転軸２の多くの部分を鋼材で作製でき、費用削減の効果が得られる。
【００９６】
尚、図１３で説明した例では、互いに材質の異なる転走部５９と連結部６０とを溶接部５８で溶接し連結するため、当該溶接部５８の強度を確保することが難しい。具体的に、高炭素鋼からなる転走部５９は含有炭素量が多いため、溶接により強度を確保することが難しい。そこで、軸受３のボール７が回転軸２の転走面を高精度に転走しつつ、回転軸２を安価に製造でき、かつ、回転軸２の強度を確保する目的で、図１４及び図１５のような構成としてもよい。
【００９７】
図１４及び図１５に示される例では、回転軸２の転走部５９及び連結部６０が、ともにＳＴＫＭ等の鋼材からなる。そして、転走部５９における第１溝部１６又は第２溝部１８Ａ、１８Ｂの内面に、例えば窒化珪素等からなるセラミックス膜（高硬度膜）６１が形成されている。セラミックス膜６１は、例えば、第１溝部１６又は第２溝部１８Ａ、１８Ｂへの溶射により形成される。
【００９８】
図１４及び図１５の変形例によれば、回転軸２のうち、軸受３のボール７が転走する転走面以外の部位を、安価な鋼材で作製できる。すなわち、軸受３のボール７が転走する転走面はヤング率の高いセラミックス膜６１により形成し、ボール７のスムースな転走を確保しつつも、それ以外の回転軸２の大部分を鋼材で作製でき、費用削減の効果が得られる。さらに、転走部５９と連結部６０が、ともに鋼材からなるので、溶接部５８の強度が十分に確保されるとともに、回転軸２の強度が確保される。
【００９９】
尚、軸受３のボール７の転走をより高精度に行い、回転軸２の強度を高め、かつ、生産性を向上させることを目的として、図１４で説明した例に代えて、図１６の構成としてもよい。
【０１００】
図１６に示される例では、回転軸２は、溶接部５８により連結される転走部５９と連結部６０とを有していない。すなわち、回転軸２全体が、鋼材により一体に形成されている。そして、回転軸２の外周面に形成された第１溝部１６又は第２溝部１８Ａ、１８Ｂの内面に、セラミックス膜６１が溶射されている。
【０１０１】
図１６の変形例によれば、前述した図１４の変形例と同様の効果が得られつつ、軸受３のボール７の転走をより高精度に行うことができ（ラジアル軸受１３とアンギュラ軸受１４Ａ、１４Ｂの同軸度を出しやすい）、回転軸２の強度を高めることができ、かつ、生産性を向上できる。
【０１０２】
その他、本発明の前述の実施形態及び変形例で説明した構成要素を、適宜組み合わせても構わない。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前述の構成要素を周知の構成要素に置き換えることも可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１…風車、 １Ａ…ブレード、 ２、３２…回転軸（軸体）、 ３…軸受、 ４…ケーシング（支持体）、 ５…発電機、 ７…ボール（転動体）、 １０、２０、３０…垂直軸型風力発電装置（垂直軸型流体発電装置）、 １３、２３、３３…ラジアル軸受、 １４Ａ、１４Ｂ、２４Ａ、２４Ｂ、３４Ａ、３４Ｂ…アンギュラ軸受、 １６、２６、３６…第１溝部、 １８Ａ、１８Ｂ、２８Ａ、２８Ｂ、３８Ａ、３８Ｂ、５０…第２溝部、 ３１…支持軸（支持体）、 ５１…ハウジング（支持体）、 Ｃ…中心軸、 Ｗ…風（作動流体）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸体と、
前記軸体の中心軸回りに間隔をあけて配列されるとともに、該軸体に接続される複数のブレードと、
軸受を介して前記軸体を前記中心軸回りに回転可能に支持する支持体と、
前記軸体が周方向に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機と、を備えた垂直軸型流体発電装置であって、
前記軸受は、ラジアル軸受と、複列のアンギュラ軸受と、を含むことを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の垂直軸型流体発電装置であって、
前記軸体には、前記ラジアル軸受の転動体を転走させる第１溝部と、複列の前記アンギュラ軸受の転動体を転走させる第２溝部と、が形成されていることを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の垂直軸型流体発電装置であって、
前記支持体には、
前記ラジアル軸受の転動体を挟んで前記第１溝部に対向して、該ラジアル軸受の外輪が設けられ、
前記アンギュラ軸受の転動体を挟んで前記第２溝部に対向して、該アンギュラ軸受の外輪が設けられることを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の垂直軸型流体発電装置であって、
前記軸体の中心軸方向に沿う一方側に前記ブレードが配設され、他方側に前記発電機が配設され、
前記ラジアル軸受は、前記一方側に配設され、
前記アンギュラ軸受は、前記他方側に配設されることを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
【請求項５】
請求項１又は４に記載の垂直軸型流体発電装置であって、
前記支持体は、筒状をなす前記軸体を前記中心軸側から支持し、
前記支持体には、前記ラジアル軸受の転動体を転走させる第１溝部と、複列の前記アンギュラ軸受の転動体を転走させる第２溝部と、が形成されていることを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
【請求項１】
軸体と、
前記軸体の中心軸回りに間隔をあけて配列されるとともに、該軸体に接続される複数のブレードと、
軸受を介して前記軸体を前記中心軸回りに回転可能に支持する支持体と、
前記軸体が周方向に回転することで得られる機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電させる発電機と、を備えた垂直軸型流体発電装置であって、
前記軸受は、ラジアル軸受と、複列のアンギュラ軸受と、を含むことを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の垂直軸型流体発電装置であって、
前記軸体には、前記ラジアル軸受の転動体を転走させる第１溝部と、複列の前記アンギュラ軸受の転動体を転走させる第２溝部と、が形成されていることを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の垂直軸型流体発電装置であって、
前記支持体には、
前記ラジアル軸受の転動体を挟んで前記第１溝部に対向して、該ラジアル軸受の外輪が設けられ、
前記アンギュラ軸受の転動体を挟んで前記第２溝部に対向して、該アンギュラ軸受の外輪が設けられることを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の垂直軸型流体発電装置であって、
前記軸体の中心軸方向に沿う一方側に前記ブレードが配設され、他方側に前記発電機が配設され、
前記ラジアル軸受は、前記一方側に配設され、
前記アンギュラ軸受は、前記他方側に配設されることを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
【請求項５】
請求項１又は４に記載の垂直軸型流体発電装置であって、
前記支持体は、筒状をなす前記軸体を前記中心軸側から支持し、
前記支持体には、前記ラジアル軸受の転動体を転走させる第１溝部と、複列の前記アンギュラ軸受の転動体を転走させる第２溝部と、が形成されていることを特徴とする垂直軸型流体発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１７７３６（Ｐ２０１２−１７７３６Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９２７７（Ｐ２０１１−１２９２７７）
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
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