JP6523065B2 - 気流発生装置及び風力発電システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、気流発生装置、及び、風力発電システムに関する。

近年、全地球規模で再生エネルギー発電システムの導入が進められている。風力発電システムはその代表的な発電方式のひとつであるが、風速や風向によって発電量が左右される。このため、風力発電システムでは、発電出力を安定させることや、その安定状態を維持することが困難である。そこで、風力発電システムによる発電出力を安定させ、かつ、高効率に運用することのできる技術が強く望まれている。

こうした背景のもと、風車翼面に、バリア放電プラズマにより気流を発生させる気流発生装置を装備することにより、風速や風向の変動に対応した制御が可能な風車翼や、この風車翼を用いた風力発電システムが考案されている（特許文献１）。

また、風車が設置されるような屋外環境でも長時間使用可能な耐候性に優れ、かつ、風車翼の撓みによる破損がない柔らかい素材で構成されたプラズマ気流発生装置も開発されている（特許文献２）。

特開２００８−２５４３４号公報 特開２０１３−６４３５２号公報

気流発生装置は、翼表面に配置された電源ケーブルなどと接続することにより電圧が印加され、動作する。そのため、気流発生装置と当該電源ケーブルとを接続するための高電圧の接続部を気流発生装置から引き出しておく必要がある。また、気流発生装置は翼表面に設置されることから、厚さの制限を受けるため、誘電体を挟むように設置した電極は、シート状の材料や細線などを用いることが必要となる。

しかしながら、従来の気流発生装置では、上述の２点を満たす構成を満たすものは製造困難であり、前記接続部などにおいて局所的な電界上昇を引き起こし、気流発生装置が短寿命となる問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決するために、長期信頼性のある電圧印加部を有する気流発生装置を提供するものである。

本実施形態に係る気流発生装置は、
可撓性材料からなる第１の誘電体と、前記第１の誘電体の第１の面又は前記第１の面近傍に設けられた一定方向に延びる第１の電極と、前記第１の誘電体と異なる側の面である第２の面に前記第１の電極から一定の離隔距離を保って設けられた第２の電極と、前記第２の電極を覆うように設けられた第２の誘電体と、前記第１の電極に設けられた第１の高電圧印加部と、前記第２の電極に設けられた第２の高電圧印加部とを備えた気流発生装置であって、
前記第２の電極は、前記第１の電極から、前記第１の誘電体の前記第２の面の面方向に離隔する離隔部を有する。

本発明によれば、長期信頼性のある電圧印加部を有する気流発生装置を提供することができる。

図１は第１実施形態に係る気流発生装置を風車翼に装備した時の状態の一例を示す図である。 図２は図１における風車翼の断面を模式的に示す図である。 図３は第１実施形態に係る気流発生装置の断面を模式的に示す図である。 図４は第１実施形態に係る気流発生装置の上面を模式的に示す図である。 図５は第１実施形態に係る気流発生装置の他の例の断面を模式的に示す図である。 図６は第１実施形態に係る気流発生装置の他の例の上面を模式的に示す図である。 図７は第１実施形態の変形例に係る気流発生装置の上面を模式的に示す図である。 図８は第２実施形態に係る気流発生装置の上面を模式的に示す図である。 図９は第２実施形態の変形例に係る気流発生装置の上面を模式的に示す図である。 図１０は第２実施形態の変形例に係る気流発生装置の他の例の上面を模式的に示す図である。 図１１は第３実施形態に係る気流発生装置と導線の配置を風車翼の翼腹側から模式的に示す図である。 図１２は第３実施形態に係る気流発生装置と導線の配置を風車翼の断面から模式的に示す図である。 図１３は第４実施形態に係る気流発生装置の上面を模式的に示す図である。 図１４は第４実施形態に係る気流発生装置と導線の配置を風車翼の翼腹の一部を拡大して模式的に示す拡大図である。 図１５は第４実施形態に係る気流発生装置の他の例の上面を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る気流発生装置は、電界が高まる第１の電極及び第２の電極から接続導線への接続部において、これら２つの電極の間を離隔させることにより、放電による誘電体表面の侵食を抑制することを可能としたものである。より詳しくを、以下に説明する。

本実施形態に係る気流発生装置１０について、図１から図４を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る気流発生装置１０の利用態様の一例であり、風力発電システムにおける風車８０を示す斜視図である。

この図１に示すように、風車８０においては、地面に設置されたタワー８２の頂部に発電機等を収容したナセル８４が取り付けられている。このナセル８４から突出した発電機の回転軸に風車翼１００が取り付けられている。図１の例では、３枚の風車翼１００が発電機の回転軸に取り付けられており、この風車翼１００の翼の長手方向、すなわち翼根から翼端に向かう方向に沿って、気流発生装置１０が設置されている。具体的には、１枚の風車翼１００に対して、翼根から翼端に向かう方向に沿って、３つの気流発生装置１０が間欠的に配置されている。なお、風車翼１００の枚数や気流発生装置１０の設置個数は単なる例示であり、これらの枚数や個数に限定されるものではない。

図２は、図１の風車８０における風車翼１００の長手方向に垂直な面を示した断面図であり、風車翼１００における気流発生装置１０の配置を示す図である。この図２に示すように、気流発生装置１０は、風車翼１００の側面に配設され、翼背１０２近傍の気流を調整するために、気流７０を翼背１０２の方向へ発生させる。このとき、気流７０を翼背１０２の方向へ発生させるため、気流発生装置１０は、第１の電極３０が翼腹１０１側、第２の電極５０が翼背１０２側となるように風車翼の表面に配設されることとなる。すなわち、気流発生装置１０は、図１及び図２に図示されているとおり、風車翼１００の翼の長手方向に沿って、風車翼１００の風を受ける側の翼腹１０１と翼背１０２との境界線上、又は、翼腹１０１と翼背１０２の境界近傍に配設される。

図３は、本実施形態に係る気流発生装置１０の断面を模式的に示す図であり、図４は、本実施形態に係る気流発生装置１０を第１の誘電体２０の第１の面２０ａ側から見た図を模式的に示した図である。また、図３は、図４における気流発生装置１０のＡ−Ａ線断面図でもある。

図３に示すように、本実施形態に係る気流発生装置１０は、第１の誘電体２０と、第１の誘電体２０の一方の表面である第１の面２０ａ又は第１の面２０ａの近傍に配設された第１の電極３０と、第１の誘電体２０の他方の表面である第２の面２０ｂに面して設けられた第２の誘電体４０と、第２の誘電体４０の一方の表面である第１の面４０ａに配設された第２の電極５０と、を備えて構成されている。この図３の例では、第１の誘電体２０と第２の誘電体４０は、第１の誘電体２０の第２の面２０ｂと第２の誘電体４０の第１の面４０ａとで面する形で接着されているが、これら第１の誘電体２０と第２の誘電体４０は、一つの誘電体として形成されてもよい。

第１の誘電体２０及び第２の誘電体４０は、可撓性材料で構成されていることが望ましい。また、第１の誘電体２０及び第２の誘電体４０は、電気絶縁性能を有することが求められるため、樹脂材料で構成されていることが好ましい。第１の電極２０は、誘電体バリア放電を発生させる機能を求められるため、金属材料で構成されていることが好ましい。一方、第２の電極５０は第１の誘電体２０及び第２の誘電体４０で覆われているため、誘電体バリア放電に曝されることはなく、導電性材料で構成されていればよい。

第１の誘電体２０を構成する可撓性材料は、例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂等が挙げられ、熱可塑性樹脂として、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。中でも、気流発生装置の機械的強度や安定性を考慮すると、架橋ゴムが好ましく、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ノルボルネンゴムなどが挙げられる。

また、電気的特性を向上させるために、層状ケイ酸塩を含有している方が好ましい。層状ケイ酸塩の配合量は、第１の誘電体２０を形成する樹脂１００重量部に対して１〜５０重量部の範囲とすることが好ましい。無機ナノ粒子の配合量が１重量部未満であると、電気的特性に与える影響が非常に小さい。また、５０重量部を超えると、粒子間距離が非常に近くなるため、凝集体を形成し機械的強度の低下を引き起こす可能性がある。

層状ケイ酸塩としては、例えばスメクタイト群、カオリン群、マイカ群、バーミキュライト群からなる鉱物群から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。スメクタイト群に属する層状ケイ酸塩としては、モンモリロナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、バイデライト、ステブンサイト、ノントロナイト等が挙げられる。カオリン群に属する層状ケイ酸塩としては、カオリナイト、ナクライト、ディッカイト、ハロサイト等が挙げられる。マイカ群に属する層状ケイ酸塩としては、マスコバイト、マーガライト、イライト、クリントナイト、アナンダイト、バイオタイト、レピドライト等が挙げられる。バーミキュライト群に属する層状ケイ酸塩としては、トリオクタヘドラルバーミキュライト、ジオクタヘドラルバーミキュライト等が挙げられる。これらのうちでも、分散性等の点からスメクタイト群に属する層状ケイ酸塩を用いることが望ましい。これらの層状ケイ酸塩は、単独あるいは２種類以上の混合物として使用することができる。

第２の誘電体４０を構成する可撓性材料は、例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂等が挙げられ、熱可塑性樹脂として、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。中でも、気流発生装置の機械的強度や安定性を考慮すると、架橋ゴムが好ましく、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ノルボルネンゴムなどが挙げられる。

第１の誘電体２０との接着性や機械的特性を考えると、第１の誘電体２０と同一材料で構成されることが望ましいが、その限りではない。

第１の電極３０は、第２の電極５０から、気流７０が発生する方向とは逆方向にずれた位置に、第２の電極５０とほぼ平行に、第１の誘電体２０の第１の面２０ａ近傍に配設され、第１の誘電体２０を介して第２の電極５０と離隔されている。具体的には、第１の電極３０における気流７０が流れる方向の端部と、第２の電極５０における気流７０が流れる方向とは逆方向の端部とが、位置Ｌにおいて、第１の面２０ａ側から見て重なるように配置されている。第１の電極３０は、例えば、気流発生装置１０の長手方向に延びた棒状の導電体で構成される。図３には、長手方向に垂直な断面が四角形の平板状の電極を例示しているが、第１の電極３０の断面形状は特に限定されるものではなく、例えば、半円形、半楕円形、円形、楕円形などとしてもよい。

ここで、第１の電極３０は、気流が発生する側の電極であり、外部に露出して設けられているため、耐酸化性や耐放電性を有する導電性材料で構成されることが好ましい。上記の条件を満たす金属材料として、例えば、第１の電極３０は、ニッケル、ステンレス、チタン、モリブデン、タングステン、又はこれらの合金などで構成されることが望ましい。

第２の電極５０は、例えば、棒状の導電体で構成される。図３には、長手方向に垂直な断面が四角形の平板状の電極を例示しているが、第２の電極５０の断面形状も、第１の電極３０の断面形状と同様に、特に限定されるものではなく、例えば、半円形、半楕円形、円形、楕円形などとしてもよい。

図４に示すように、さらに、第２の電極５０は、第２の電極の離隔部５１と第２の電極の離隔開始部５２を備えている。第２の電極の離隔部５１は、第１の電極３０と第２の電極５０の一部分を第１の誘電体２０の第２の面２０ｂの面方向に離隔するために、第２の電極５０における、気流発生装置１０の長手方向端部に設けられている。第２の電極の離隔部５１は、第２の電極の離隔開始部５２を経て、第１の電極の端部３１と離隔される。また、第２の電極の離隔開始部５２は第１の電極の端部３１より、第２の電極５０における、気流発生装置１０の長手方向内側に位置している。

以上が本実施形態に係る気流発生装置１０の構成に関する説明であるが、次に、気流発生装置１０の作用について説明する。

図１及び図２から分かるように、気流発生装置１０は、電圧を印加されることにより、風車翼１００の受けた風が流れる方向、すなわち前縁から後縁に向かう方向に、翼背１０２に沿うように、気流７０を発生させる。ここで、一般に、風車翼１００が受けた風である気流の迎角が大きくなりすぎると、風車翼１００の前縁から後縁に向かって流れる気流が風車翼１００の翼背から離れてしまう剥離が生じる。この剥離が生じ得るような状況下で、気流発生装置１０から気流７０を発生させることにより、風の流れの剥離を押さえることができる。

図３において、図示しない放電用電源から第１の電極３０と第２の電極５０との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、第１の電極３０と第２の電極５０との間に誘電体バリア放電が起こる。この誘電体バリア放電に伴って放電プラズマが生成され、この放電プラズマによって第１の電極３０及び第２の電極５０の長手方向に垂直な一方の方向に第１の誘電体２０の第１の面２０ａに沿って気流７０が発生する。図３に示しているとおり、本実施形態においては、第１の電極３０から第２の電極５０に向かう方向に気流７０が発生する。また、第１の電極３０と第２の電極５０との間に印加する電圧を制御することにより、気流７０の風速も制御することが可能となる。

本実施形態に係る気流発生装置１０では、上述した気流７０を発生させるときに、第２の電極５０に第２の電極の離隔部５１を設けることにより、第２の電極の離隔開始部５２において電界が高まる。しかし、第２の電極の離隔開始部５２が第１の電極の端部３１より長手方向内側にあるため、高電界部が第１の誘電体２０と第２の誘電体４０との間、又は、第１の誘電体２０と第２の誘電体４０が一体成形されている場合には、誘電体の内部に埋設されていることとなる。

以上のように、本実施形態に係る気流発生装置１０によれば、第２の電極５０に、第２の電極の離隔部５１を設けることにより、第２の電極の離隔開始部５２において電界が高まるが、この高電界部が誘電体内に埋設されているため、気中側において放電が強まることはない。このため、第１の誘電体２０の第１の面２０ａ近傍において気中側の第１の電極３０からの放電が強まることがなく、第１の誘電体２０の侵食を抑制することができ、気流発生装置１０を長寿命化することができる。

なお、図３及び図４において、第１の電極３０の短手方向端部と第２の電極５０の短手方向端部は位置Ｌにて重なるように配設されているが、両端部は図５及び図６に示すように距離Ｄを離れて位置していてもよい。

（第１実施形態の変形例）
図４においては、第２の電極の離隔部５１及び第２の電極の離隔開始部５２は機械加工などにより成形された第２の電極５０の一部として図示しているが、複数の部品から構成されていてもよい。その場合、第２の電極の離隔開始部５２は第２の電極５０と同種の材料である方が好ましいが、これに限られず、異種材料であっても構わない。第２の電極５０と第２の電極の離隔部５１とを接続する方法として、いずれも金属材料の場合は、溶接により接続する方法が挙げられるが、電気的に連続した構成になるものあればどのような接続方法であってもよい。また、樹脂材料を用いる場合は、導電性接着剤により接着をする方法が挙げられるが、この場合もこの方法に限られるものではない。

図７は、第２の電極の離隔開始部５２を別部品とした気流発生装置１０の一例を模式的に示した図である。この図７に示されている本実施形態の変形例にあるように、離隔開始部を別部品にするだけではなく、第１の電極３０にも第１の電極の離隔開始部３２を設け、第１の電極の端部３１と第２の電極の離隔部５１をさらに離隔することもできる。この場合、第２の電極の離隔開始部５２を、第１の電極の離隔開始部３２よりも気流発生装置１０の長手方向内側に配設することにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、高電界部となる第２の電極の離隔開始部５２が誘電体内に埋設されているため、気中側における第１の電極３０の放電が第１の電極の離隔開始部３２において強まることがなく、強電界部における放電による誘電体表面近傍の侵食を抑制することができる。

（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、第２の電極５０に第２の電極の離隔部５１を設けて構成した気流発生装置１０の例を説明したが、第２実施形態においては、第１の電極３０及び第２の電極５０と、電源から接続される導線が、離隔された第１の電極の端部３１及び第２の電極の離隔部５１においてそれぞれ接続される構成としたものである。以下、上述した第１実施形態と異なる部分を説明する。

図８は、本実施形態に係る気流発生装置１０を説明するために気流発生装置１０の第１の誘電体２０の第１の面２０ａ側から見た図を模式的に示した図である。この図８に示されているとおり、本実施形態に係る気流発生装置１０と接続導線は、第１の電極３０と、第２の電極５０と、それぞれそれらに接続する第１の接続導線３３と、第２の接続導線５３とを備えている。

第１の電極３０は、第１の電極の端部３１と、第１の高電圧印加部３４とを備えている。第２の電極５０は、第２の電極の離隔部５１と、第２の電極の離隔開始部５２と、第２の高電圧印加部５４とを備えている。第２の電極５０は、第２の電極の離隔部５１を備えることにより、第１の電極３０から一部分において第１の誘電体２０の第２の面２０ｂの面方向に離隔されている。第２の電極の離隔開始部５２を経て、第２の電極の離隔部５１と第１の電極の端部３１が離隔されているのは、上述した第１実施形態と同様の構成である。

第１の高電圧印加部３４は、第１の電極３０に電圧を印加するための第１の接続導線３３と第１の電極の端部３１とを接続する部分であり、第１の電極の端部３１に設けられている。第２の高電圧印加部５４も同様に、第２の電極５０に電圧を印加するための第２の接続導線５３と第２の電極の離隔部５１とを接続する部分であり、第２の電極の離隔部５１の端部に設けられている。

第１の接続導線３３と第２の接続導線５３は、気流発生装置１０に電圧を印加するために、図示しない電源から電気的に接続されている導線である。第１の接続導線３３と第２の接続導線５３は、ともに絶縁材料によって被覆されていることが好ましい。第１の電極３０に接続する部分においては、第１の接続導線３３は被覆が施されず、この第１の接続導線の非被覆部３５と第１の高電圧印加部３４が接続されることにより、電源に第１の電極３０が電気的に接続される。第２の接続導線５３に関しても同様に、第２の電極５０と接続する部分において、第２の接続導線５３は被覆が施されず、この第２の接続導線の非被覆部５５と第２の高電圧印加部５４が接続されることにより、第２の電極５０と電源が電気的に接続される。なお、図８に図示しているとおり、第２の電極の絶縁被覆は、誘電体に埋設されている部分と誘電体外にある部分とで分離されていることは無く、連続した一体の絶縁材料によって被覆されている。

電極と導線を接続する方法としては、第１の電極３０及び第２の電極５０が金属材料であるときは、溶接、圧着、半田、導電ペーストを利用した接着などによる接続があるが、これらの方法に限られず電気的に接続されるのであればどのような接続方法でもよい。また、第２の接続導線５３は、図示しているとおり、絶縁被覆されている導線部分の少なくとも一部において第１の誘電体３０、第２の誘電体５０、又は、第１の誘電体３０と第２の誘電体５０との間に埋設されていることが好ましい。第１の接続導線３３においても、誘電体内に埋設されていてもよい。

次に、本実施形態に係る気流発生装置１０の作用について説明する。

第１の接続導線３３と第２の接続導線５３により、図示しない電源が第１の電極３０と第２の電極５０の間に電圧を印加する。電圧を印加した後の作用は第１実施形態と同じく、印加された電圧が一定の閾値以上になると、誘電体バリア放電が発生し、第１の電極３０から放電プラズマが放出される。この放電プラズマによって、図３の気流７０を発生させる。

以上のように、本実施形態によっても、第２の電極５０に、第２の電極の離隔部５１を設けることにより、第２の電極の離隔開始部５２において電界が高まるが、高電界部が誘電体内に埋設されているため、気中側での放電が強まることはなく、放電による誘電体表面の侵食を抑制することができ、気流発生装置１０を長寿命化することができる。

また、本実施形態に係る気流発生装置１０によれば、第１の高電圧印加部３４と第２の高電圧印加部５４が離隔されているため、第１の接続導線３３と第１の電極３０との接続部分である第１の接続導線の非被覆部３５近傍で高電界となることを回避することができ、この第１の接続導線の非被覆部３５において誘電体バリア放電を抑制することができ、第１の接続導線３３も長寿命化することもできる。

さらに、本実施形態によれば、第１の電極の端部３１と第２の電極の離隔部５１が、第２の電極の離隔開始部５２を経て第１の誘電体２０の第２の面２０ｂに沿って、面方向に離隔されている。このため、第１の電極の端部３１に設けられた第１の高電圧印加部３４と第１の接続導線３３との接続位置と、第２の電極の隔離部５１の端部に設けられた第２の高電圧印加部５４と第２の接続導線５３との接続位置を機械的に離隔することができる。すなわち、それぞれの電極と接続導線との接続を離隔した位置で容易に行うことができる。

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態に係る気流発生装置１０においては、第１の高電圧印加部３４と第２の高電圧印加部５４は、第１の電極３０と第２の電極５０の長手方向同じ側にあるものとした。本変形例における気流発生装置１０は、第１の電極３０と第１の接続導線３３との接続位置を、第２の電極５０と第２の接続導線５３との接続位置である第２の高電圧印加部５４と、気流発生装置１０の長手方向逆側に配設したものである。すなわち、第１の高電圧印加部３４と第２の高電圧印加部５４とを気流発生装置１０の長手方向逆側に設けたものである。

図９と図１０は、それぞれ、第１の高電圧印加部３４を、第２の高電圧印加部５４と気流発生装置１０の長手方向逆側に配設した気流発生装置１０の一例を、模式的に示した図である。

図９に図示されている気流発生装置１０は、第１の高電圧印加部３４に近い方の第２の電極５０の端部に第２の電極の離隔部５１を配設したものである。第２の電極の離隔開始部５２を設けることにより第１の電極の端部３１と第２の電極の離隔部５１とを離隔させ、第２の電極の離隔開始部５２を高電界部とすることにより、気中側の第１の電極３０において高電界部が発生することを抑制するものである。このため、図９に図示している気流発生装置１０によっても、第２実施形態に係る気流発生装置１０と同様の効果を得ることができる。

図１０は離隔部を設けない例である。このとき、第１の電極３０と第１の接続導線３３との接続部である第１の高電圧印加部３４及び第１の接続導線の非被覆部３５において、第１の電極３０及び第１の接続導線３３に高電圧が掛かることが無いように、第２の高電圧印加部５４と気流発生装置１０の長手方向逆側にある第２の電極５０の端部が、第１の電極の端部３１よりも、十分に気流発生装置１０の長手方向内側になるように構成されている必要がある。図１０に示されている変形例に係る気流発生装置１０によっても、第１の高電圧印加部３４が第２の電極５０から離隔されているため、第１の高電圧印加部３４と第１の接続導線の非被覆部３５において強電界による誘電体バリア放電が発生しない。このため、第１の誘電体２０が放電により侵食されることを抑制し気流発生装置１０を長寿命化することを可能とするとともに、第１の接続導線３３の長寿命化も可能となる。すなわち、第２実施形態に係る気流発生装置１０と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
上述した各実施形態においては、気流発生装置１０の構成についての例を説明したが、本実施形態は、気流発生装置１０を風車翼１００へ配設する際の、導線の配置に関するものであり、気流発生装置１０に電圧を印加する電源から気流発生装置１０に至る導線の配置に関するものである。以下、図１１から図１３を参照して、本実施形態に係る気流発生装置１０と導線の配置を説明する。

図１１は、本実施形態に係る気流発生装置１０と導線の配置を説明するための図であり、風車翼１００の翼腹１０１側から見た図を模式的に示した図である。図１１の示すとおり、本実施形態に係る導線の配置の構成は、第１の接続導線３３と、第１の導線接続部３６と、第１の電源導線３７と、第２の接続導線５３と、第２の導線接続部５６と、第２の電源導線５７に係るものである。なお、図１１においては３基の気流発生装置１０を設置している例であるが、気流発生装置１０の設置個数は、３基に限られるものではない。

第１の接続導線３３及び第２の接続導線５３は、気流発生装置１０に電圧を印加するために、気流発生装置１０の電極と接続する導線である。より具体的には、第１の電極３０から第１の導線接続部３６までを接続する導線が第１の接続導線３３であり、第２の電極５０から第２の導線接続部５６までを接続する導線が第２の接続導線５３である。第２実施形態に係る気流発生装置１０と同様に、これらの接続導線と気流発生装置１０の電極とは直接、電気的に接続される。

第１の導線接続部３６と第２の導線接続部５６は、風車翼１００の翼腹１０１の表面又は表面近傍に固定されている。第１の接続導線３３は、第１の導線接続部３６を介して図示しない電源から繋がれている第１の電源導線３７と接続され、第２の接続導線５３は、第２の導線接続部５６を介して第２の電源導線５７と接続される。すなわち、第１の導線接続部３６は、第１の接続導線３３と第１の電源導線３７を接続するために翼腹１０１上に固定されている接続部であり、第２の導線接続部５６も同様に、第２の接続導線５３と第２の電源導線５７を接続するために翼腹１０１上に固定されている接続部である。

第１の電源導線３７と第２の電源導線５７は、図１に図示しているナセル８４内にある電源と、電気的に接続する導線である。第１の電源導線３７及び第２の電源導線５７も、第１の接続導線３３及び第２の接続導線５３と同じく、絶縁材料により被覆されていることが好ましい。複数の各電源導線は、図１１の風車翼１００の翼根１０３から、翼腹１０１の表面に沿って設けられ、第１の導線接続部３６と第２の導線接続部５６に向かってほぼ平行に配設されている。すなわち、第１の電源導線３７と第２の電源導線５７は、風車翼１００の翼腹１０１を長手方向にそって配設される。この結果、翼腹１０１には、導線を配設することによる凹凸が生じることとなる。

図１２は、風車翼１００の翼根１０３方向から見た、風車翼１００の長手方向と垂直な方向の断面図を模式的に示した図である。この図１２では、本実施形態に係る導線の配置の内、第１の接続導線３３と、第２の接続導線５３と、第１の導線接続部３６と、第２の導線接続部５６との配置について説明をする。

気流発生装置１０の第１の電極３０に直接接続されている第１の接続導線３３は図１２に示されているとおり、風車翼１００の翼腹１０１に沿って翼腹１０１の表面に配設される。第２の電極５０に直接接続されている第２の接続導線５３も同様に、風車翼１００の翼腹１０１に沿って翼腹１０１の表面に配設される。

上述したように、第１の導線接続部３６と第２の導線接続部５６は風車翼１００の翼腹１０１に固定されており、それぞれ、図１１の第１の電源導線３７と第２の電源導線５７とに接続するための接続部である。第１の電極３０と接続された第１の接続導線３３は、この第１の導線接続部３６まで翼腹１０１の形状に沿って配設され、第１の導線接続部３６において図１１の第１の電源導線３７と接続される。第２の接続導線５３も同様に、第２の導線接続部５６まで翼腹１０１の形状に沿って配設され、第２の導線接続部５６において図１１の第２の電源導線５７と接続される。

なお、図１２は、導線の配置について模式的に表した図であるので、図面上では翼腹１０１に沿って、第２の接続導線５３を介して第１の接続導線３３が配設されているように図示されているが、実際には図１１に示したとおり、第１の接続導線３３と第２の接続導線５３の双方が、翼腹１０１の表面に沿って並行して配設されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

前述したとおり、第１の接続導線３３と第２の接続導線５３は、気流発生装置１０から風車翼１００の翼腹１０１側に引き出されており、そのまま翼腹１０１に沿って第１の導線接続部３６と第２の導線接続部５６に接続している。そして、第１の導線接続部３６と第２の導線接続部５６において、図示していない電源から翼腹１０１の表面にそって延びている第１の電源導線３７と第２の電源導線５７と接続されている。電源により、第１の電源導線３７と第２の電源導線５７との間に電圧が印加されると、それぞれ、第１の導線接続部３６と第２の導線接続部５６、そして第１の接続導線３３と第２の接続導線５３とを介して、第１の電極３０と第２の電極５０との間に電圧が印加される。第１の電極３０と第２の電極５０間に印加された電圧が一定の閾値以上になると、誘電体バリア放電が発生し、第１の電極３０から放電プラズマが放出される。この放電プラズマによって、図１２に示されているように、気流７０が翼背１０２側に向かって発生する。

以上のように、本実施形態によれば、複数の接続導線同士や複数の電源導線同士、そして接続導線と電源導線が翼腹１０１上において機械的に交差することがないので、導線の電気的ストレスが高まることがないように導線を配設することができる。

さらに、本実施形態に係る気流発生装置１０と導線の配置によれば、各々の導線全てを翼腹１０１側に配設しているので、翼背１０２側に導線が配設されることはない。このため、翼背１０２側に発生させる気流７０は、導線を配設することによってできる風車翼１００の長手方向に沿った凹凸によって乱されることがない。すなわち、本実施形態の導線の配置によれば、風車翼１００周りの意図しない気流の発生や気流の乱れを抑制することができ、気流発生装置１０による風車翼１００周りの気流制御効果を最大限得ることが可能となる。

（第４実施形態）
上述した第１実施形態及び第２実施形態においては電極に離隔部を設けることにより気中側での電界が高まることを抑制した気流発生装置１０を、第３実施形態においては翼腹側に接続導線を引き出すようにした気流発生装置１０と導線の配置について説明した。本実施形態においては、第２の電極５０が離隔部を有し、第１の電極３０と第２の電極５０から翼腹１０１側に接続導線を引き出し、さらに、第１の接続導線３３と第２の接続導線５３が気流発生装置１０の内部で交差しない構成に係るものである。以下、上述した各実施形態と異なる部分を詳しく説明する。

図１３は本実施形態に係る気流発生装置１０の第１の誘電体２０の第１の面２０ａ側から見た図を模式的に示した図である。この図１３に示されているとおり、本実施形態に係る気流発生装置１０と接続導線は、第１の電極３０と、第２の電極５０と、第１の接続導線３３と、第２の接続導線５３とを備えている。

第１の電極３０は、第１の電極の端部３１と第１の高電圧印加部３４とを備えている。第２の電極５０は、第２の電極の離隔部５１と、第２の電極の離隔開始部５２と、第２の高電圧印加部５４とを備えている。第２の電極の離隔部５１を備えることにより、第２の電極５０は第１の電極３０から一部分が離隔されている。第２の電極の離隔開始部５２を経て、第２の電極の離隔部５１と第１の電極の端部３１が離隔されているのは、上述した第１実施形態及び第２実施形態と同様である。また、第２実施形態と同様に、第１の接続導線３３は、第１の接続導線の非被覆部３５を介して第１の高電圧印加部３４と電気的に接続され、第２の接続導線５３は、第２の接続導線の非被覆部５５を介して第２の高電圧印加部５４と電気的に接続される。

ここで、本実施形態に係る気流発生装置１０においては、第１の高電圧印加部３４と接続されている第１の接続導線３３は、風車翼１００の翼腹１０１側に引き出されるように、気流発生装置１０の長手方向と垂直な方向に翼腹１０１側に曲げられている。第２の接続導線５３に関しても同様であり、第２の電極の離隔部５１と接続された後、第１の接続導線３３が曲げられた位置よりも気流発生装置１０の長手方向外側において、風車翼１００の翼腹１０１側に気流発生装置１０の長手方向と垂直な方向に、曲げられている。このように第１の接続導線３３及び第２の接続導線５３を配設することにより、第１の接続導線３３は、第２の電極５０とも第２の接続導線５３とも機械的に交差していない構成となっている。また、第２の接続導線５３も同様に、第１の電極３０とも第１の接続導線３３とも機械的に交差していない構成となっている。

図１４は風車翼１００の翼腹１０１側から気流発生装置１０と導線との接続部分の拡大図を模式的に示した図であり、図１１の気流発生装置１０と接続導線との接続部の一部を拡大した図に相当する図である。この図１４は本実施形態に係る気流発生装置１０を風車翼１００に配設したときの図であり、気流発生装置１０からは、第１の接続導線３３と第２の接続導線５３が翼腹１０１側に引き出されている。これらの引き出された接続導線は、それぞれ第１の導線接続部３６と第２の導線接続部５６に至るまで翼腹１０１に沿って配設され、これらの導線接続部において図１に示されているナセル８４内にある電源から接続されている第１の電源導線３７と第２の電源導線５７に接続されている。気流発生装置１０から相互に交差せずに引き出された接続導線は、翼腹１０１上でも上述した第３実施形態と同様に相互に交差せずに、それぞれ第１の導線接続部３６と第２の導線接続部５６まで配設される。導線接続部からも同様に、翼根までは、第１の電源導線３７と第２の電源導線５７は相互に交差することなく翼腹１０１上に配設される。

本実施形態に係る気流発生装置１０の作用については上述した各実施形態と同様であり、図示しない電源から、第１の電源導線３７と第２の電源導線５７との間に電圧が印加されると、第１の導線接続部３６と第２の導線接続部５７、そして第１の接続導線３３と第２の接続導線５３を介して、気流発生装置１０の第１の電極３０と第２の電極５０との間に電圧が印加される。印加された電圧が、ある一定の閾値以上となると、第１の電極３０において誘電体バリア放電が発生し、放電プラズマにより、一定方向に気流を発生させる。

以上のように、本実施形態に係る気流発生装置１０によっても、第２の電極５０に、第２の電極の離隔部５１を設けることにより、第２の電極の離隔開始部５２において電界が高まるが、高電界部が誘電体内に埋設されているため、気中側での放電が強まることはなく、放電による誘電体表面の侵食を抑制することができ、気流発生装置１０を長寿命化することができる。また、本実施形態に係る気流発生装置１０と導線の配置によっても、各々の導線を全て翼腹１０１側に引き出すことができるので、翼背１０２側に発生させる気流７０が、導線を配設することによる凹凸で乱されることがなく、風車翼１００周りの余計な気流を抑制することができ、気流制御効果を最大限得ることが可能となる。また、翼腹１０１上において、第１の接続導線３３、第２の接続導線５３、第１の電源導線３７、第２の電源導線５７のいずれもが相互に機械的に交差しないため、導線間に電気的なストレスが高まることが無く導線を配設することができる。

さらに、本実施形態に係る気流発生装置１０と導線の配置によれば、気流発生装置１０内部においても第１の接続導線３３は、第２の電極５０とも第２の接続導線５５とも機械的に交差することがなく、同様に、第２の接続導線５３も、第１の電極３０とも第１の接続導線３３とも機械的に交差することがない構成となっている。このため、気流発生装置１０内部においても、導線間及び導線と電極間における電気的ストレスが高まることなく、翼面に各導線を引き出すことが可能となる。

なお、上記で説明した本実施形態に係る気流発生装置１０は、第１実施形態における図４に係る気流発生装置１０を変形し構成されたものであるが、気流発生装置１０の構成はこれに限られず、例えば、図１５に示すように、図７に係る気流発生装置１０を変形して構成されたものとしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として呈示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を部分的に適宜組み合わせることも可能である。

１０：気流発生装置、２０：第１の誘電体、２０ａ：第１の誘電体の第１の面、２０ｂ：第１の誘電体の第２の面、３０：第１の電極、３１：第１の電極の端部、３２：第１の電極の離隔開始部、３３：第１の接続導線、３４：第１の高電圧印加部、３５：第１の接続導線の非被覆部、３６：第１の導線接続部、３７：第１の電源導線、４０：第２の誘電体、４０ａ：第２の誘電体の第１の面、５０：第２の電極、５１：第２の電極の離隔部、５２：第２の電極の離隔開始部、５３：第２の接続導線、５４：第２の高電圧印加部、５５：第２の接続導線の非被覆部、５６：第２の導線接続部、５７：第２の電源導線、７０：気流、８０：風車、８２：タワー、８４：ナセル、１００：風車翼、１０１：翼腹、１０２：翼背、１０３：翼根

Claims (7)

1. 可撓性材料からなる第１の誘電体と、前記第１の誘電体の第１の面又は前記第１の面近傍に設けられた一定方向に延びる第１の電極と、前記第１の誘電体と異なる側の面である第２の面に前記第１の電極から一定の離隔距離を保って設けられた第２の電極と、前記第２の電極を覆うように設けられた第２の誘電体と、前記第１の電極に設けられ前記第１の電極と第１の接続導線とを接続する第１の高電圧印加部と、前記第２の電極に設けられ前記第２の電極と第２の接続導線とを接続する第２の高電圧印加部と、を備え、
   前記第２の電極は、前記第１の電極から、前記第１の誘電体の前記第２の面の面方向に離隔する離隔部を有し、
   前記第２の接続導線は、少なくとも一部が前記第１の誘電体、前記第２の誘電体、又は、前記第１の誘電体と前記第２の誘電体との間に埋設され、
   前記第１の接続導線は、第１の電源導線を介して放電電源と接続され、
   前記第２の接続導線は、第２の電源導線を介して放電電源と接続され、
   前記第１の接続導線及び前記第２の接続導線が放電電源と接続されることにより、前記第１の電極に誘電体バリア放電を発生させる、
   気流発生装置、
   を備え、
   前記第１の電極が風車翼の翼腹側に、前記第２の電極が前記風車翼の翼背側になるように前記風車翼の表面に、前記気流発生装置が配設され、
   前記第１の接続導線と前記第１の電源導線、及び、前記第２の接続導線と前記第２の電源導線は、前記風車翼において前記気流発生装置よりも翼腹側において接続される、
   風力発電システム。
2. 可撓性材料からなる第１の誘電体と、前記第１の誘電体の第１の面又は前記第１の面近傍に設けられた一定方向に延びる第１の電極と、前記第１の誘電体と異なる側の面である第２の面に前記第１の電極から一定の離隔距離を保って設けられた第２の電極と、前記第２の電極を覆うように設けられた第２の誘電体と、前記第１の電極に設けられ前記第１の電極と第１の接続導線とを接続する第１の高電圧印加部と、前記第２の電極に設けられ前記第２の電極と第２の接続導線とを接続する第２の高電圧印加部と、を備え、
   前記第２の電極は、前記第１の電極から、前記第１の誘電体の前記第２の面の面方向に離隔する離隔部を有し、
   前記第２の接続導線は、少なくとも一部が前記第１の誘電体、前記第２の誘電体、又は、前記第１の誘電体と前記第２の誘電体との間に埋設され、
   前記第１の接続導線は、第１の電源導線を介して放電電源と接続され、
   前記第２の接続導線は、第２の電源導線を介して放電電源と接続され、
   前記第１の接続導線及び前記第２の接続導線が放電電源と接続されることにより、前記第１の電極に誘電体バリア放電を発生させる、
   気流発生装置、
   を備え、
   前記第１の電極が風車翼の翼腹側に、前記第２の電極が前記風車翼の翼背側になるように前記風車翼の表面に、前記気流発生装置が配設され、
   前記第１の接続導線と前記第２の接続導線は、相互に交差すること無く前記風車翼の翼腹側において、それぞれ、前記第１の電源導線と前記第２の電源導線と接続される、
   風力発電システム。
3. 前記第２の電極の離隔部は、前記第２の電極における、前記気流発生装置の長手方向端部に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電システム。
4. 前記第２の電極は、
   前記第１の電極に離隔部があるときは、前記第１の電極の離隔開始部より、前記第２の電極における前記気流発生装置の長手方向内側に前記第２の電極の離隔開始部を有し、
   前記第１の電極に離隔部がないときは、前記第１の電極の端部より、前記第２の電極における前記気流発生装置の長手方向内側に前記第２の電極の離隔開始部を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の風力発電システム。
5. 前記第２の高電圧印加部は、前記第２の電極の離隔部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の風力発電システム。
6. 前記第２の接続導線は、
   前記第１の誘電体、前記第２の誘電体、又は前記第１の誘電体と前記第２の誘電体との間に埋設されている少なくとも一部と、
   前記第１の誘電体、前記第２の誘電体、又は前記第１の誘電体と前記第２の誘電体との間から引き出されている引き出し部が、
   連続する絶縁材料によって被覆されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の風力発電システム。
7. 前記第１の接続導線と前記第１の電源導線とを接続する第１の導線接続部は、前記風車翼の表面に固定され、
   前記第２の接続導線と前記第２の電源導線とを接続する第２の導線接続部は、前記風車翼に表面に固定されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の風力発電システム。

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