JP2017089636A - 回転部材とこれを備える流体発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の流れで、従来よりも大きな回転モーメントを回転軸まわりに発生できる回転部材を提供する。【解決手段】第１回転軸Ｃ１まわりに回転可能に配置されて用いられる回転部材１０は、中実に形成されている。回転部材１０は、第１回転軸Ｃ１まわりの周方向において互いに異なる位置に設けられた複数のモーメント発生部３を含む。互いに反対を向く前記周方向を第１および第２の周方向として、各モーメント発生部３は、第１の周方向の側を向く第１面３ａと、第２の周方向の側を向く第２面３ｂとを含む。第１回転軸Ｃ１と直交する平面による回転部材の断面において、第２面３ｂは、この第２面に隣接するモーメント発生部３の第１面３ａに向かって延びる傾斜面部５を有し、第１面３ａと正対する正対方向Ｔから見た場合に、傾斜面部５の始点Ｐｘは、第１回転軸Ｃ１から、第１面３ａの反対側へずれており、傾斜面部５は、正対方向Ｔと直交する平面Ｕから第１面３ａへ傾いた方向へ始点Ｐｘから、第１面３ａへ延びている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転する回転部材と、回転部材の回転を利用して発電する流体発電装置に関する。

回転する回転部材は、例えば流体発電装置に利用される。流体発電装置は、風や水などの流体の流れによる回転部材の回転を利用して発電する。

流体発電装置として、例えば、図１（Ａ）に示すマグナス型風力発電装置がある。

このマグナス型風力発電装置は、水平方向を向く回転軸Ｃａまわりに回転する回転体５１と、この回転体５１に放射状に配置された複数の回転円柱５３（回転部材に対応）とを備えている。各回転円柱５３は、自身の軸Ｃｂまわりに回転可能に回転体５１に取り付けられている。これらの回転円柱５３が駆動装置（図示せず）により回転させられ、この回転と風との相互作用によるマグナス効果で、回転体５１が回転し、この回転により発電機（図示せず）が発電する。

マグナス効果とは、図１（Ｂ）に示すように、回転している物体に、その回転軸と垂直な方向に流れが当たるとき、流れの方向および回転軸に直交する方向に力（揚力）が物体に作用する現象である。この力は、流れの速度および物体の回転速度が大きいほど大きくなる。

このようなマグナス型風力発電装置の一例は、例えば下記の特許文献１に記載されている。

一方、流体発電装置として、マグナス効果を利用しない装置もある。この装置では、回転部材に発電機を設けており、この発電機が、回転部材の回転から直接的に発電する。

特許第４７１９２２１号公報

従来のマグナス型風力発電装置では、マグナス効果を得るために回転部材を駆動装置により回転軸まわりに回転駆動させている。

しかし、駆動装置を用いずに、流体の流れにより、十分なマグナス効果が得られるようにすることが望まれる。すなわち、流れて来る流体の力のみで、大きな回転モーメント（回転力）を回転部材に生じさせることにより、回転部材を回転軸まわりに回転駆動させることが望まれる。

また、マグナス効果を利用しない回転部材の回転により発電する場合でも、流体の流れで、より大きな回転モーメントを発生できる回転部材が望まれる。

そこで、本発明の目的は、流体の流れで、より大きな回転モーメントを発生できる回転部材を提供することにある。
また、本発明の目的は、このような回転部材を備える流体発電装置を提供することにある。

（１）上述した目的を達成するため、本発明によると、第１回転軸まわりに回転可能に配置されて用いられる回転部材であって、
中実に形成されており、
前記第１回転軸まわりの周方向において互いに異なる位置に設けられた複数のモーメント発生部を含み、
互いに反対を向く前記周方向を第１および第２の周方向とし、
各前記モーメント発生部は、第１の周方向の側を向く第１面と、第２の周方向の側を向く第２面とを含み、
前記第１回転軸と直交する平面による前記回転部材の断面において、
前記第２面は、該第２面に隣接する前記モーメント発生部の前記第１面に向かって延びる傾斜面部を有し、
該第１面と正対する正対方向から見た場合に、該傾斜面部の始点は、前記第１回転軸から、該第１面の反対側へずれた位置にあり、該傾斜面部は、前記正対方向と直交する平面から該第１面へ傾いた方向へ前記始点から該第１面へ延びている、回転部材が提供される。

上述した本発明によると、第１の周方向の側を向く第１面に流体圧が作用することにより、第１回転軸まわりの回転モーメントが回転部材に発生する。
これについて、第２面の傾斜面部は、隣接するモーメント発生部の第１面側へ傾斜して延びているので、流れて来る流体を第１面へ案内して、第１面に作用する流体圧を増やす。
さらに、第１面側に傾斜している傾斜面部は、該第１面と正対する正対方向から見た場合に、前記第１回転軸から該第１面の反対側へずれた位置から該第１面へ、広い範囲にわたって延びている。したがって、傾斜面部により第１面へ案内される流体量が増える。よって、第１面に作用する流体圧が大きくなるので、より大きな回転モーメントを回転部材に生じさせることができる。

上述の回転部材は、例えば以下のように構成することができる。

（２）上記（１）において、前記断面の位置が前記第１回転軸と平行な方向（第１回転軸に沿う方向）に移行するに従って、前記複数のモーメント発生部の周方向位置が連続的にまたは段階的に周方向に変化している。

このように、複数のモーメント発生部の周方向位置が連続的にまたは段階的に周方向に変化しているので、回転部材の回転位相により回転モーメントが変動することを抑えることができる。
すなわち、上述の回転部材には、第１面に作用する流体圧が大きいため、回転部材に生じる回転モーメントの変動も大きくなる可能性がある。
この課題は、モーメント発生部の周方向位置の連続的または段階的な変化により解決される。

（３）上記（１）または（２）において、前記断面では、前記第１面は、平面であり、または、全体として凹形状である。

この構成により、第１面に流れて来た流体が、第１面に周方向に圧力を作用させやすくなる。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記断面の形状は、第１回転軸を中心とした互いに点対称の２つの半円を結合させた形状であり、
前記モーメント発生部の数は、２つであり、
前記断面において、
２つの前記半円の直径部分は、前記第１回転軸を通る同一の直線上にあり、一方の前記半円の直径部分と円弧部分は、それぞれ、一方の前記モーメント発生部の前記第１面と前記第２面を形成し、他方の前記半円の直径部分と円弧部分は、それぞれ、他方の前記モーメント発生部の前記第１面と前記第２面を形成している。

このような形状の回転部材について、後述する風洞実験を行ったところ、揚力係数の値が、２．０にもなり、優れた揚力係数が得られることが確認された。

（５）上記（４）において、前記断面では、前記第１回転軸を通る同一の直線上にある２つの前記半円の直径部分は、互いに重なる状態から直径寸法の５０％をずらせて部分的に重なっている乃至直径寸法の１００％をずらせて接触している。

このような形状の回転部材についても、後述する実験を行ったところ、無負荷状態において、回転数が上昇する傾向が確認された。

（６）また、本発明によると、上記（１）〜（５）のいずれかの回転部材と、
前記回転部材が前記第１回転軸まわりに回転可能に取り付けられており、前記第１回転軸と交差する第２回転軸まわりに回転可能な回転体と、
前記回転体に設けられ、前記回転体の回転により発電する回転体発電機と、を備える、流体発電装置が提供される。

上述した本発明の流体発電装置では、回転部材が流体の流れにより回転すると、この流れと回転部材の回転により、回転部材には揚力が生じる。この揚力により回転体が回転する。
これについて、上述したように、流体の流れにより、回転部材には大きな回転モーメントが発生するので、その分、揚力も大きくなる。したがって、回転体発電機の発電量も大きくなる。

（７）上記（６）の流体発電装置は、前記回転部材に設けられ、前記回転部材の回転により発電する回転部材発電機を備えていてもよい。

このように、回転部材発電機をさらに設けているので、回転体の回転による発電に加えて、回転部材の回転によっても発電される。

（８）さらに、本発明によると、上記（１）〜（５）のいずれかの回転部材と、
前記回転部材に設けられ該回転部材の回転により発電する回転部材発電機と、を備える流体発電装置が提供される。

上述した本発明の流体発電装置では、上述したように、流体の流れにより、回転部材には大きな回転モーメントが発生するので、その分、回転部材の回転速度も高くなる。したがって、回転部材発電機の発電量も大きくなる。

上述した本発明の回転部材によると、モーメント発生部の第２面の傾斜面部は、隣接するモーメント発生部の第１面側へ傾斜して延びているので、流れて来る流体を第１面へ案内して、第１面に作用する流体圧を増やす。
さらに、第１面側に傾斜している傾斜面部は、該第１面と正対する正対方向から見た場合に、前記第１回転軸から該第１面の反対側へずれた位置から該第１面へ、広い範囲にわたって延びている。したがって、傾斜面部により第１面へ案内される流体量が増える。よって、第１面に作用する流体圧が大きくなるので、より大きな回転モーメントを回転部材に生じさせることができる。

（Ａ）は、マグナス型風力発電装置の構成を示し、（Ｂ）は、マグナス効果の説明図である。 本発明の実施形態による回転部材を示す。 本発明の実施形態による回転部材断面を示す。 本発明の実施形態による回転部材についての風洞実験の結果を示す。 本発明の実施形態による回転部材及び別の実施形態による回転部材を示す。 本発明の実施形態による回転部材及び別の実施形態による回転部材についての他の実験の結果を示す。 （Ａ）は、標準翼を示し、（Ｂ）（Ｃ）は、サボニウス型回転部材を示す。 本発明の実施形態による回転部材の揚力の変動の有無を示す実験結果である。 本発明の実施形態による流体発電装置を示す。 図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視図である。 本発明の別の実施形態による流体発電装置を示す。 本発明のさらに別の実施形態による流体発電装置を示す。 本発明の変更例１による回転部材を示す。 本発明の変更例２による回転部材を示す。 本発明の他の変更例による回転部材断面を示す。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

[回転部材の実施形態]
図２（Ａ）は、本発明の実施形態による回転部材１０を示す。図２において、（Ｂ）〜（Ｆ）は、それぞれ、（Ａ）のＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ、Ｅ−Ｅ、およびＦ−Ｆの断面図である。

回転部材１０は、空気や水などの流体が当たることにより第１回転軸Ｃ１（自身の軸）まわりに回転するように配置されて用いられる。この回転部材１０は、例えば、後述する流体発電装置２０，３０または４０に用いることができる。なお、回転部材１０は、流体の流れにより第１回転軸Ｃ１まわりに回転することにより揚力を発生させる目的で用いられ、この揚力を利用する他の装置に設けられてもよい。

回転部材１０は、複数（図２（Ｂ）の例では２つ）のモーメント発生部３を含む、複数のモーメント発生部３は、第１回転軸Ｃ１まわりの周方向（以下、単に周方向という）において互いに異なる位置に設けられている。第１回転軸Ｃ１は、回転部材１０の中心軸であってよい。好ましくは、複数のモーメント発生部３は、等しい周方向間隔をおいて設けられている。ここで、周方向間隔とは、周方向位置を示す位相の差を意味する。

図２（Ｂ）に示すように、第１回転軸Ｃ１と直交する平面による回転部材１０の断面（以下、単に回転部材断面という）において、各モーメント発生部３は、半円の形状を有する。図２（Ｂ）において、第１回転軸Ｃ１を通る破線は、２つのモーメント発生部３の境界である。ここで、互いに反対を向く上述の周方向を第１および第２の周方向とする。各モーメント発生部３は、第１および第２の周方向のうち第１の周方向の側を向く第１面３ａと、第１および第２の周方向のうち第２の周方向の側を向く第２面３ｂとを含む。

図３（Ａ）は、図２（Ｂ）に相当する回転部材断面を示し、第２面３ｂの説明図である。各モーメント発生部３の第２面３ｂは、次のように形成されている。回転部材の断面において、第２面３ｂは、この第２面３ｂに隣接するモーメント発生部３（すなわち、この第２面３ｂが属するモーメント発生部３に隣接するモーメント発生部３）の第１面３ａに向かって延びる傾斜面部５を有する。これらの傾斜面部５と第１面３ａは、この第１面３ａと正対する正対方向Ｔから見た場合に、回転部材断面において次の関係（ａ）（ｂ）を満たす。
（ａ）傾斜面部５の始点Ｐｘは、第１回転軸Ｃ１から、第１面３ａの反対側へ（図３（Ａ）の例では距離ｄだけ）ずれた位置にある。すなわち、第１面３ａと始点Ｐｘとの間に、第１回転軸Ｃ１が位置している。
（ｂ）傾斜面部５は、正対方向Ｔと直交する平面Ｕから、第１面３ａへ傾いた方向へ始点Ｐｘから第１面３ａへ延びている。図３（Ａ）の例では、傾斜面部５は、第１面３ａまで延びている。

なお、第１面３ａと正対する正対方向Ｔとは、回転部材断面において、第１面３ａの両端（例えば図３（Ａ）の位置Ｐ１と位置Ｐ２）を結ぶ直線に直交する方向である。

第１面３ａは、本実施形態では、回転部材断面において平面であるが、他の形状を有していてもよい。第２面３ｂは、回転部材断面において全体として凸形状を有する。すなわち、第２面３ｂは、回転部材断面において、第２の周方向の側に全体として盛り上がった形状を有する。
図２（Ｂ）と図３（Ａ）の例では、一方のモーメント発生部３について、回転部材断面において、第１面３ａは、位置Ｐ１から位置Ｐ２まで直線状に延びており、第２面３ｂは、位置Ｐ１から位置Ｐ３まで円弧状に延びており、他方のモーメント発生部３について、第１面３ａは、位置Ｐ４から位置Ｐ３まで直線状に延びており、第２面３ｂは、位置Ｐ４から位置Ｐ２まで円弧状に延びている。また、図３（Ｂ）の例において、各第２面３ｂの円弧形状の中心は、位置Ｐ２，Ｐ３である。ただし、本発明によると、回転部材断面の形状として、上記（ａ）（ｂ）の関係を満たす様々な形状を採用してよい。

回転部材断面において、各モーメント発生部３について、第２面３ｂは、盛り上がった形状にする。この形状における頂部が上記始点Ｐｘとなっている。これにより、第２面３ｂにおいて、傾斜面部５以外の部分（例えば始点ＰｘからＰ４までの曲線部分）は、流入してくる流体に対する抵抗が小さくなる。

本実施形態では、回転部材断面の形状は、第１回転軸Ｃ１を中心とした互いに点対称の２つの半円を結合させた形状である。２つの半円は、図３（Ａ）から分かるように、モーメント発生部３の数が２つであることに対応している。回転部材断面において、２つの半円の直径部分Ｓは、第１回転軸Ｃ１を通る同一の直線上にあり、かつ、部分的に互いに重なっている。また、回転部材断面において、一方の半円の直径部分Ｓと円弧部分Ｒは、それぞれ、一方のモーメント発生部３の第１面３ａと第２面３ｂを形成している。同様に、回転部材断面において、他方の半円の直径部分Ｓと円弧部分Ｒは、それぞれ、他方のモーメント発生部３の第１面３ａと第２面３ｂを形成している。

回転部材１０は中実に形成されている。すなわち、回転部材１０の内部には、空洞がない。回転部材１０は、例えば、樹脂、軽量合金などにより形成されていてよい。

図２（Ａ）〜（Ｆ）に示すように回転部材断面の位置が第１回転軸Ｃ１と平行な方向（第１回転軸Ｃ１に沿う方向）に移行するに従って、複数のモーメント発生部３の周方向位置が連続的に周方向に変化している。このような回転部材１０の３次元形状は、次のように表現することもできる。断面が半円である２つの半円柱を、その平らな側面同士を合わせた状態で互いに結合させたものを半円柱結合体とする。この半円柱結合体は、上述した回転部材断面と同じ形状を有する。この半円柱結合体を、第１回転軸Ｃ１まわりにねじったものは、図２（Ａ）の回転部材１０と同じ３次元形状を有する。

好ましくは、回転部材１０のねじれの割合は一定である。すなわち、各モーメント発生部３について、第１回転軸Ｃ１と平行な方向における回転部材断面の位置の変化量に対する、モーメント発生部３の周方向位置の変化量（すなわち、第１回転軸Ｃ１まわりの位相変化）の割合は、一定である。ここで、「一定」とは、第１回転軸Ｃ１と平行な方向におけるモーメント発生部３の存在範囲全体にわたって一定であることを意味する。以下、周方向位置の変化を、単に位相変化ともいう。

この場合、好ましくは、１つの周方向位置を任意に選択したときに、この周方向位置にモーメント発生部３が位置することになる軸方向位置（第１回転軸Ｃ１と平行な方向の位置）の数は、一定である。すなわち、この数は、選択された周方向位置によらず一定である。このことは、次のように表現することもできる。第１回転軸Ｃ１まわりの１周の位相変化量を３６０度とし、モーメント発生部３の数をｎとし、１以上の整数をｍとした場合に、好ましくは、各モーメント発生部３について、モーメント発生部３の全位相変化量は、３６０度をｎで除した値（３６０／ｎ）のｍ倍である。

（実施形態による回転部材の効果）
上述した本実施形態の回転部材１０によると、第１面３ａに流体圧（動圧）が作用することにより、第１回転軸Ｃ１まわりの回転モーメントが回転部材１０に発生する。
これについて、第２面３ｂの傾斜面部５は、隣接するモーメント発生部３の第１面３ａ側へ傾斜して延びているので、流れて来る流体を第１面３ａへ案内して、第１面３ａに作用する流体圧を増やす。
さらに、傾斜面部５は、第１面３ａと正対する方向から見た場合に、第１回転軸Ｃ１から第１面３ａの反対側へずれた位置から第１面３ａへ、広い範囲にわたって延びている。したがって、傾斜面部５により第１面３ａへ案内される流体量が増える。よって、第１面３ａに作用する流体圧が大きくなるので、より大きな回転モーメントを回転部材１０に生じさせることができる。例えば、図３（Ａ）において、第１回転軸Ｃ１よりも、この図の下側において回転部材１０に流入する流れＡも、第１面３ａへ向かう流れＢになって第１面３ａへの圧力に寄与する。その結果、回転部材１０に生じる回転モーメントが大きくなる。

また、回転部材１０は、中実に形成されているので、剛性の高い回転部材１０が得られる。したがって、回転部材１０の回転による回転部材１０の変形が防止される。よって、回転部材１０は、安定して高速回転できる。
これに対し、例えば、風力発電装置に用いられる従来のサボニウス型回転部材（後述の図７（Ｂ）（Ｃ）を参照）は、中空部を有するため剛性が不足し、回転速度が上がってくると変形し回転性能が低下してしまい、その結果、回転部材を高速回転させることが困難になる場合がある。

（実験での揚力計測）
図２の回転部材１０について風洞実験を行った。この実験では、水平に配置した回転部材１０の両端部を回転可能に支持し、第１回転軸Ｃ１に直交する水平方向に回転部材１０に風を当てた。

この実験では、回転部材１０の揚力Ｆ_Ｌと抗力Ｆ_Ｄと回転部材１０の回転数を計測した。図３（Ｂ）は、図２（Ｂ）に相当する回転部材１０の断面図であり、回転部材１０に風を当てることにより回転部材１０に発生する揚力Ｆ_Ｌと抗力Ｆ_Ｄを示す。揚力Ｆ_Ｌと抗力Ｆ_Ｄは、次の式で表される。
Ｆ_Ｌ＝（１／２）ρＶ^２Ｃ_ＬＤ
Ｆ_Ｄ＝（１／２）ρＶ^２Ｃ_ＤＤ
ここで、ρは空気密度であり、Ｖは風速であり、Ｄは図３（Ｂ）に示す回転部材１０の幅であり、Ｃ_Ｌは揚力係数であり、Ｃ_Ｄは抗力係数である。

図４（Ａ）（Ｂ）は、この実験における各計測値を示す。
図４（Ａ）において、横軸は、図２の回転部材１０に当てた風の速さを示し、縦軸は、揚力係数Ｃ_Ｌまたは抗力係数Ｃ_Ｄを示す。すなわち、図４（Ａ）において、丸印のプロットは、回転部材１０に作用した抗力の計測値から求めた抗力係数であり、四角印のプロットは、回転部材１０の揚力の計測値から求めた揚力係数を示す。この図から分かるように、揚力係数は、最大で２．０になった。なお、この値は、図７（Ａ）に示す標準翼で得られる揚力係数の最大値である１．６よりも大幅に大きい。なお、図７（Ａ）の標準翼は、この図の一点鎖線に介して線対称な形状の翼であり、厚みが弦長の１２％である。

図４（Ｂ）において、横軸は、図２の回転部材１０に当てた風の速さを示し、縦軸は、回転部材の回転数（ｒｐｍ）を示す。図４（Ｂ）において、黒の三角印のプロットは、図２の回転部材１０の場合を示し、白の三角印のプロットは、参考例としての図７（Ｂ）に示すサボニウス型回転部材の場合を示す。このサボニウス型回転部材は、回転軸Ｃｓまわりに回転可能に配置された。また、図７（Ｃ）は、図５（Ｂ）のＣ−Ｃ断面である。図７（Ｃ）のように、サボニウス型回転部材には、空気が入り込む空洞が内部に設けられている。図７（Ｂ）（Ｃ）では、サボニウス型回転部材は、２つの円弧状板と、これらを結合する結合板とを有する。
図４（Ｂ）から分かるように、図２の回転部材１０では、回転数は、風速の増加につれて増加し、ここでの例では最大で３０００ｒｐｍを越えても安定して回転を続けた。一方、サボニウス型回転部材は、回転数が上がると、遠心力により部材が外側に変形して回転性能が低下し、風速５ｍ程度で大きな振動を発生させた。

図８は、上述の風洞実験において、回転部材１０に作用する風速が９．６ｍ／ｓである時点で計測した揚力の値を示す。図８（Ａ）は、後述する図１４のようにモーメント発生部３の周方向位置を一定にした場合を示し、図８（Ｂ）は、図２（Ａ）〜（Ｆ）のようにモーメント発生部３の周方向位置を変化させた場合を示す。図８（Ａ）は、回転部材１０の回転数が１７２４ｒｐｍである状態での計測値を示し、図８（Ｂ）は、回転部材１０の回転数が１９００ｒｐｍである状態での計測値を示す。同じ風速において、モーメント発生部３の周方向位置を変化させた場合の方が優れた回転性能を示した。

図８（Ａ）では、揚力が、最小値の−２５（Ｎ）程度から最大値の４５（Ｎ）程度の間で変動している。これに対して、図８（Ｂ）では、揚力は、ほぼ１０（Ｎ）程度の一定値をとっている。したがって、モーメント発生部３の周方向位置を変化させることにより、揚力の変動を防止できる。

本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、回転部材断面において、モーメント発生部３に対応する２つの半円の直径部分Ｓは、第１回転軸Ｃ１を通る同一の直線上にあり、かつ、直径部分Ｓが重なる状態から互いに直径寸法の５０％をずらせて（オフセットさせて）部分的に重なっている（５０％オフセットモデル）。

ここで、２つの半円のオフセット量をパラメータとして実験を行ったところ、図６に示す結果を得た。
図６において、図４（Ｂ）と同じく横軸は、回転部材に当てた流速を示し、縦軸は、回転部材の回転数（ｒｐｍ）を示す。図６において、ひし形印のプロットは、図５（Ａ）の５０％オフセットモデルを示し、三角印のプロットは、図５（Ｂ）の２つの半円の直径部分Ｓを互いに直径寸法の１００％をずらせて接触させた１００％オフセットモデルを示し、四角印のプロットは、参考例として、図５（Ｃ）の２つの半円の直径部分Ｓを互いに直径寸法の３３％をずらせて部分的に重ねた３３％オフセットモデルを示す。

図６から分かるように、無負荷状態において流速を増加させた場合、図５（Ｃ）の３３％オフセットモデルよりも、図５（Ａ）の５０％オフセットモデル及び図５（Ｂ）の１００％オフセットモデルの方の回転数が上昇する傾向が確認された。
したがって、モーメント発生部３に対応する２つの半円の直径部分Ｓのオフセット量を５０％〜１００％に設定することが望ましい。

[流体発電装置の実施形態]
図９は、本発明の実施形態による流体発電装置２０を示す。図１０は、図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視図である。なお、図１０では、一部（ハッチング部分）を断面として図示している。流体発電装置２０は、上述した回転部材１０と、回転体２１と、回転体発電機２３とを備える。

回転体２１には、回転部材１０が第１回転軸Ｃ１まわりに回転可能に取り付けられている。回転体２１は、第１回転軸Ｃ１と交差（例えば直交）する第２回転軸Ｃ２まわりに回転可能に回転体支持体２５に支持されている。好ましくは、このような回転部材１０が、複数設けられている。複数の回転部材１０の第１回転軸Ｃ１が、回転体２１の第２回転軸Ｃ２を中心として放射状に延びるように、複数の回転部材１０が配置されている。

回転体発電機２３は、回転体２１の回転により発電する。回転体発電機２３の回転子２３ａは、回転部材１０に固定され、回転体発電機２３の固定子２３ｂは、回転体支持体２５に固定されている。回転子２３ａは、磁界の変化により発電するための巻線と永久磁石の一方であり、固定子２３ｂは、これら巻線と永久磁石の他方であってよい。

上述した本実施形態の流体発電装置２０では、回転部材１０が流体の流れ（図９では風）により第１回転軸Ｃ１まわりに回転すると、この流れと回転部材１０の回転により、図１に基づいて上述したマグナス効果による揚力が回転部材１０に生じる。この揚力により回転体２１が回転する。
これについて、上述したように、流体の流れにより、回転部材１０には大きな回転モーメントが発生するので、その分、揚力も大きくなる。したがって、回転体発電機２３の発電量も大きくなる。

[流体発電装置の別の実施形態]
図１１は、図１０の部分拡大図に相当し、本発明の別の実施形態による流体発電装置３０を示す。図１１の流体発電装置３０について、以下で説明する以外の点は、図１０と図１１の流体発電装置２０と同じである。

流体発電装置３０は、回転部材１０に設けられた回転部材発電機３１を備える。回転部材発電機３１は、第１回転軸Ｃ１まわりの回転部材１０の回転により発電する。この例では、各回転部材１０に回転部材発電機３１が設けられている。回転部材発電機３１の回転子３１ａは、回転部材１０に固定され、回転部材発電機３１の固定子３１ｂは、回転体２１に固定されている。回転子３１ａは、磁界の変化により発電するための巻線と永久磁石の一方であり、固定子３１ｂは、これら巻線と永久磁石の他方であってよい。

上述した流体発電装置３０では、第２回転軸Ｃ２まわりの回転体２１の回転による発電に加えて、第１回転軸Ｃ１まわりの回転部材１０の回転によっても発電される。

[流体発電装置のさらに別の実施形態]
図１２は、本発明のさらに別の実施形態による流体発電装置４０を示す。流体発電装置４０は、上述した回転部材１０と回転部材発電機４１とを備える。

回転部材発電機４１は、回転部材１０に設けられ、第１回転軸Ｃ１まわりの回転部材１０の回転により発電する。回転部材発電機４１の回転子４１ａは、回転部材１０に固定され、回転部材発電機４１の固定子４１ｂは、回転部材１０を回転可能に支持する回転部材支持体４３に固定されている。回転子４１ａは、磁界の変化により発電するための巻線と永久磁石の一方であり、固定子４１ｂは、これら巻線と永久磁石の他方であってよい。図１２の例では、回転部材発電機４１は、固定子４１ｂが固定されたケーシング４１ｃを有し、ケーシング４１ｃは回転部材支持体４３に固定されている。すなわち、固定子４１ｂはケーシング４１ｃを介して回転部材支持体４３に固定されている。

上述した本実施形態の流体発電装置４０では、上述したように、流体の流れにより、回転部材１０には大きな回転モーメントが発生するので、回転部材発電機４１の発電量も大きくなる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜５のいずれかを採用してもよいし、変更例１〜５を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で説明しない点は、上述と同じである。

（変更例１）
上述では、回転部材断面の位置が第１回転軸Ｃ１と平行な方向に移行するに従って、複数のモーメント発生部３の周方向位置が連続的に周方向に変化していた。しかし、回転部材断面の位置が第１回転軸Ｃ１と平行な方向に移行するに従って、複数のモーメント発生部３の周方向位置が段階的に周方向に変化していてもよい。

この場合の回転部材１０の一例を図１３に示す。図１３は、本発明の変更例１による回転部材１０を示す。図１３において、（Ｂ）〜（Ｆ）は、それぞれ、（Ａ）のＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ、Ｅ−Ｅ、およびＦ−Ｆの断面図である。

複数のモーメント発生部３の周方向位置を段階的に周方向に変化させることによっても、回転部材１０に生じる揚力の変動を抑えることができる。

（変更例２）
第１回転軸Ｃ１と平行な方向における回転部材断面の位置によらず、複数のモーメント発生部３の周方向位置は一定であってもよい。この場合の回転部材１０の一例を図１４に示す。図１４（Ａ）は、本発明の変更例２による回転部材１０を示す。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。第１回転軸Ｃ１と平行な方向における回転部材断面の位置によらず、複数のモーメント発生部３の周方向位置は、図１４（Ｂ）の場合と同じである。

（変更例３）
上述では、第１面３ａは、本実施形態では、回転部材断面において平面であったが、他の形状を有していてもよい。例えば、回転部材断面において、各モーメント発生部３の第１面は、図２（Ｂ）に相当する図１５（Ａ）のように、全体として凹形状を有していてもよい。

（変更例４）
上述では、第２面３ｂは、回転部材断面において円弧形状であったが、回転部材断面において、全体として凸形状を有していれば、他の形状を有していてもよい。例えば、回転部材断面において、各モーメント発生部３の第２面３ｂは、図２（Ｂ）に相当する図１５（Ｂ）のように、三角形の２辺により形成されていてもよい。

（変更例５）
上述では、モーメント発生部３の数は、２つであったが、３つであっても、４つ以上であってもよい。図１５（Ｃ）は、モーメント発生部３の数が３つの場合を示し、図２（Ｂ）に対応する回転部材断面を示す。

３ モーメント発生部
３ａ 第１面
３ｂ 第２面
５ 傾斜面部
１０ 回転部材
２０ 流体発電装置
２１ 回転体
２３ 回転体発電機
２３ａ 回転子
２３ｂ 固定子
２５ 回転体支持体
３０ 流体発電装置
３１ 回転部材発電機
３１ａ 回転子
３１ｂ 固定子
４０ 流体発電装置
４１ 回転部材発電機
４１ａ 回転子
４１ｂ 固定子
４１ｃ ケーシング
４３ 回転部材支持体
Ｃ１ 第１回転軸
Ｃ２ 第２回転軸
Ｒ 円弧部分
Ｓ 直径部分

Claims (8)

1. 第１回転軸まわりに回転可能に配置されて用いられる回転部材であって、
   中実に形成されており、
   前記第１回転軸まわりの周方向において互いに異なる位置に設けられた複数のモーメント発生部を含み、
   互いに反対を向く前記周方向を第１および第２の周方向とし、
   各前記モーメント発生部は、第１の周方向の側を向く第１面と、第２の周方向の側を向く第２面とを含み、
   前記第１回転軸と直交する平面による前記回転部材の断面において、
   前記第２面は、該第２面に隣接する前記モーメント発生部の前記第１面に向かって延びる傾斜面部を有し、
   該第１面と正対する正対方向から見た場合に、該傾斜面部の始点は、前記第１回転軸から、該第１面の反対側へずれた位置にあり、該傾斜面部は、前記正対方向と直交する平面から該第１面へ傾いた方向へ前記始点から該第１面へ延びている、回転部材。
2. 前記断面の位置が前記第１回転軸と平行な方向に移行するに従って、前記複数のモーメント発生部の周方向位置が連続的にまたは段階的に周方向に変化している、請求項１に記載の回転部材。
3. 前記断面において、前記第１面は、平面であり、または、全体として凹形状である、請求項１または２に記載の回転部材。
4. 前記断面の形状は、第１回転軸を中心とした互いに点対称の２つの半円を結合させた形状であり、
   前記モーメント発生部の数は、２つであり、
   前記断面において、
   ２つの前記半円の直径部分は、前記第１回転軸を通る同一の直線上にあり、一方の前記半円の直径部分と円弧部分は、それぞれ、一方の前記モーメント発生部の前記第１面と前記第２面を形成し、他方の前記半円の直径部分と円弧部分は、それぞれ、他方の前記モーメント発生部の前記第１面と前記第２面を形成している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転部材。
5. 前記断面において、
   前記第１回転軸を通る同一の直線上にある２つの前記半円の直径部分は、互いに重なる状態から直径寸法の５０％をずらせて部分的に重なっている乃至直径寸法の１００％をずらせて接触している、請求項４に記載の回転部材。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転部材と、
   前記回転部材が前記第１回転軸まわりに回転可能に取り付けられており、前記第１回転軸と交差する第２回転軸まわりに回転可能な回転体と、
   前記回転体に設けられ、前記回転体の回転により発電する回転体発電機と、を備える、流体発電装置。
7. 前記回転部材に設けられ、前記回転部材の回転により発電する回転部材発電機を備える、請求項６に記載の流体発電装置。
8. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転部材と、
   前記回転部材に設けられ該回転部材の回転により発電する回転部材発電機と、を備える流体発電装置。

Images