JPWO2008123154A1 - 流体式動力装置及び流体式発電装置 - Google Patents

Abstract

流体中に存在する物体の影響を受けることなく低速流体から効果的に動力を取り出すことができる流体式動力装置及びこれを備えた流体式発電装置を提供する。流体式動力装置２は、水流Ｗに対して略直角な方向に延在する揺動軸１１を中心に揺動自在な揺動部材１０と、揺動軸１１と平行な回動軸２１を介して揺動部材１０の上流側及び下流側に各々回動自在に取り付けられ水流Ｗ及び揺動軸１１に対して略直角な方向における力を発生させる一対の翼２０と、水流Ｗに対する翼２０の迎え角を変化させ上流側及び下流側の翼２０に相互に反対方向の力を発生させて翼２０の往復運動を実現させる迎角可変手段と、翼２０の往復運動を出力軸３０の回転運動に変換する動力変換手段と、を備える。流体式発電装置１は、流体式動力装置２と、出力軸３０の回転運動により電力を発生させる発電機３と、を備える。

Description

本発明は、流体式動力装置及び流体式発電装置に関する。

近年における環境保護意識の高まりに伴い、水力や風力等の自然エネルギを用いて発電を行う技術の開発が進められている。例えば、比較的浅い河川に小型のプロペラ水車を設置し、このプロペラ水車を用いて、河川の低速水流のエネルギを電気エネルギに変化する技術が提案されている（例えば、特開２００７−３２３３８号公報参照）。このような小型のプロペラ水車は、多様な立地条件に対応することが可能であるという利点を有している。

ところで、河川の低速水流を用いて大きな電力を発生させるためには、水流を大きな面積で受け止める必要がある。しかしながら、特開２００７−３２３３８号公報に記載したような小型のプロペラ水車は、比較的浅い河川に設置されるものであるため、ロータの直径が水深以下に設定されており、得られる電力量はきわめて小さいものであった。

また、プロペラ水車を採用すると、河川に存在する草やビニール袋等の種々の漂流物がプロペラに付着し易い。このような不都合を解消するためには、漂流物を取り除くためのフェンスを水車の前に設ける必要があり、また、フェンスに付着したゴミを頻繁に除去する必要があった。さらに、プロペラ水車を採用すると、河川に生息する魚等の生物が回転するプロペラに接触して傷つけられる可能性が少なからず存在する。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、流体中に存在する物体の影響を受けることなく低速流体から効果的に動力を取り出すことができる流体式動力装置及びこれを備えた流体式発電装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る第一の流体式動力装置は、流体の所定方向の流れに対して略直角な方向に延在する所定の揺動軸を中心に揺動自在とされ、揺動軸から前記流れの上流側及び下流側へと延在する腕部を有する揺動部材と、揺動軸と平行な方向に延在する回動軸を介して揺動部材の上流側及び下流側の腕部に各々回動自在に取り付けられ、前記流れ及び揺動軸に対して略直角な方向における力を発生させる少なくとも一対の翼と、前記流れに対する翼の迎え角を変化させ、上流側及び下流側の翼において相互に反対方向の力を発生させることにより翼の連続的な往復運動を実現させる迎角可変手段と、所定方向に延在する回転自在な出力軸と、翼の往復運動を出力軸の回転運動に変換する動力変換手段と、を備えるものである。

かかる構成を採用すると、流体の所定方向の流れに対する翼の迎え角を変化させ、前記流れに対して略直角な相互に反対方向の力を上流側及び下流側の翼に発生させることにより、翼の連続的な往復運動を実現させ、この翼の往復運動を出力軸の回転運動に変換することができる。翼は、流体中で揺動軸を中心に揺動自在とされる揺動部材の上流側及び下流側の腕部に取り付けられているため、僅かな力で動かすことができる。従って、大型の翼を採用することができるため、例えば河川の低速水流や微風のような比較的小さな空気流によっても翼で大きな揚力（流れに対して略直角な力）を発生させることができ、この翼の動きを回転運動に変換して大きな力を得ることが可能となる。また、翼は、迎え角を変えながら前記流れに対して略直角な方向（例えば上下方向）において往復運動をする。このため、河川や空中に漂う種々の物体（草やビニール袋等）が翼に付着し難く、付着した場合においても除去され易いという利点を有するとともに、河川や空中に存在する生物（魚や鳥等）を傷つける可能性が低く、環境に優しいという利点を有する。

また、本発明に係る第二の流体式動力装置は、流体の所定方向の流れに対して略直角な方向に延在する所定の揺動軸を中心に揺動自在とされ、揺動軸から前記流れの上流側へと延在する上流側揺動部材と、この上流側揺動部材とは非連動的に揺動軸を中心に揺動自在とされ、揺動軸から前記流れの下流側へと延在する下流側揺動部材と、揺動軸と平行な方向に延在する回動軸を介して上流側揺動部材及び下流側揺動部材に各々回動自在に取り付けられ、前記流れ及び揺動軸に対して略直角な方向における力を発生させる少なくとも一対の翼と、前記流れに対する翼の迎え角を変化させることにより翼の連続的な往復運動を実現させる迎角可変手段と、所定方向に延在する回転自在な出力軸と、翼の往復運動を出力軸の回転運動に変換する動力変換手段と、を備えるものである。

かかる構成を採用すると、流体の所定方向の流れに対する翼の迎え角を変化させ、前記流れに対して略直角な方向における力を翼に発生させることにより、翼の連続的な往復運動を実現させ、この翼の往復運動を出力軸の回転運動に変換することができる。翼は、流体中で揺動軸を中心に揺動自在とされる上流側揺動部材及び下流側揺動部材に取り付けられ、上流側揺動部材と下流側揺動部材とは非連動的に（相互に独立して）揺動するように構成されているため、上流側の翼の往復運動によるエネルギと、下流側の翼の往復運動によるエネルギと、の双方を別々に出力軸に与えることができる。従って、全体の出力トルク（出力軸の回転エネルギ）を増大させることができる。また、上流側の翼と下流側の翼とを相互に独立して動かすことができるので、上流側の翼の迎え角と下流側の翼の迎え角との双方が零（翼が流れと平行）となり翼の往復運動が停止してしまうような状況を回避することができる。従って、出力軸の回転運動を持続させることが可能となる。また、翼は、迎え角を変えながら前記流れに対して略直角な方向において往復運動をする。このため、河川や空中に漂う種々の物体が翼に付着し難く、付着した場合においても除去され易いという利点を有するとともに、河川や空中に存在する生物を傷つける可能性が低く、環境に優しいという利点を有する。

前記流体式動力装置において、揺動軸に対して平行な方向に延在する出力軸を採用することができる。かかる場合において、出力軸から上流側及び下流側に所定距離離隔した位置に配置され出力軸と平行な方向に延在する所定の回転軸を中心に回転する少なくとも一対の回転部材と、この回転部材の回転力を出力軸に伝達する回転力伝達部材と、翼の一部と回転部材の一部とを連結し翼の往復運動を回転部材の回転運動に変換する連結部材と、を有する動力変換手段を採用することができる。

また、前記流体式動力装置において、一端が回転軸に固定され回転軸を中心に回転して他端が円軌道を描く所定長さの回転柱状部材を有する回転部材を採用するとともに、 一端が翼の一部に固定され他端が回転軸と平行な方向に延在する回動軸を介して回転柱状部材の他端に回動自在に取り付けられる所定長さの連結柱状部材を有する連結部材を採用することができる。かかる場合、翼が往復運動の中心から最も離隔した位置に到達した直後に、翼が往復運動を続行するための力を発生させるように翼の迎え角を設定する連結柱状部材及び回転柱状部材を迎角可変手段として採用することができる。

かかる構成を採用すると、翼が往復運動の中心から最も離隔した位置に到達した直後に、翼が往復運動を続行するための力を発生させることができるので、翼の往復運動及びこれに伴う出力軸の回転運動を円滑に継続させることが可能となる。

また、前記流体式動力装置において、翼が往復運動の中心から最も離隔した位置に到達したときに、翼の迎え角を略零に設定する一方、翼が往復運動の中心から最も離隔した位置に到達した直後に、翼の往復運動に起因した回転柱状部材の回転運動の慣性力により連結柱状部材が作動して、翼が往復運動を続行するための力を発生させるように翼の迎え角を設定する迎角可変手段を採用することができる。

かかる構成を採用すると、翼が往復運動の中心から最も離隔した位置に到達したときに、翼の迎え角を略零に設定するので、翼が流体から受ける抵抗を低減させることができる。また、翼が往復運動の中心から最も離隔した位置に到達した直後に、翼の往復運動に起因した回転柱状部材の回転運動の慣性力により連結柱状部材が作動して、翼が往復運動を続行するための力を発生させることができる。従って、翼の往復運動及びこれに伴う出力軸の回転運動を円滑に継続させることが可能となる。

また、前記流体式動力装置を、所定の河川の水流を受ける位置に設置することができる。かかる場合、河川の水深方向上方及び下方における力を発生させる翼を採用するとともに、翼が往復運動の最下点に到達した直後に翼が水深方向上方への力を発生させるように翼の迎え角を設定する一方、翼が往復運動の最上点に到達した直後に翼が水深方向下方への力を発生させるように翼の迎え角を設定する迎角可変手段を採用することができる。

また、前記流体式動力装置を、風（空気流）を受ける位置に設置することができる。かかる場合、鉛直方向上方及び下方における力を発生させる翼を採用するとともに、翼が往復運動の最下点に到達した直後に翼が鉛直方向上方への力を発生させるように翼の迎え角を設定する一方、翼が往復運動の最上点に到達した直後に翼が鉛直方向下方への力を発生させるように翼の迎え角を設定する迎角可変手段を採用することができる。

また、本発明に係る流体式発電装置は、前記した流体式動力装置と、この流体式動力装置の出力軸の回転運動により電力を発生させる発電機と、を備えるものである。

かかる構成を採用すると、河川や空中に存在する物体の影響を受けることなく低速の流れのエネルギを利用して効果的に電力を発生させることができる。

前記流体式発電装置において、翼及び揺動部材を所定の河川の水中に配置し、出力軸及び発電機を翼及び揺動部材の上方であって河川の水面よりも上方に配置することができる。

このようにすると、本発明に係る流体式発電装置を、水力発電装置として使用することができる。

また、前記流体式発電装置において、出力軸及び発電機を、翼及び揺動部材の下方に配置することもできる。

このようにすると、比較的強い風が吹く高い位置に翼及び揺動部材を配置することができ、本発明に係る流体式発電装置を、風力発電装置として使用することができる。

本発明によれば、流体中に存在する物体の影響を受けることなく低速流体から効果的に動力を取り出すことができる流体式動力装置及びこれを備えた流体式発電装置を提供することが可能となる。

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。

＜第１実施形態＞
最初に、図１〜図６を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態においては、本発明に係る流体式発電装置を、比較的浅い河川に設置される水力発電装置に適用した例について説明することとする。

まず、図１〜図３を用いて、本実施形態に係る水力発電装置１の構成について説明する。

水力発電装置１は、図１〜図３に示すように、比較的浅い河川Ｒに設置され、河川Ｒの水流エネルギ（略水平方向（図１及び図３における前後方向）に流れる水流Ｗのエネルギ）を回転エネルギに変換して電力を発生させるものである。水力発電装置１は、水流Ｗのエネルギを所定の出力軸３０の回転エネルギに変換する流体式動力装置２と、流体式動力装置２の出力軸３０の回転エネルギにより電力を発生させる発電機３と、を備えている。

流体式動力装置２は、水流Ｗに対して略直角な方向（図２及び図３における左右方向）に延在する揺動軸１１を中心に揺動自在とされる揺動部材１０と、揺動部材１０の上流側及び下流側に各々取り付けられる翼２０（２０Ｕ・２０Ｄ）と、揺動軸１１に対して平行な方向（図２及び図３における左右方向）に延在する出力軸３０と、を備えている。流体式動力装置２は、水流Ｗに対する翼２０の迎え角を連続的に変化させることにより、翼２０の上下方向の往復運動を実現させ、この往復運動を出力軸３０の回転運動に変換するものである。

揺動部材１０は、揺動軸１１から水流Ｗの上流側及び下流側へと延在する上流側腕部１２及び下流側腕部１３を有しており、全体として長尺柱状に構成されている。揺動部材１０の上流側腕部１２及び下流側腕部１３の先端には、揺動軸１１と平行な方向（左右方向）に延在する回動軸２１を介して、各々、翼２０Ｕ・２０Ｄが回動自在に取り付けられている。揺動部材１０（上流側腕部１２及び下流側腕部１３）４２は、図２及び図３に示すように、左右に２本平行に並べられた状態で河川Ｒの内部（水中）に配置されており、水流Ｗの勢いにより下流側に流されないように、河川Ｒの川底に固定された左右一対の土台４に揺動軸１１を介して取り付けられている。

翼２０は、河川Ｒの内部（水中）に配置されており、水流Ｗにより上下方向における力（揚力）を発生させることが可能な翼型断面形状を有している。翼２０は、水流Ｗに対する迎え角が位置に応じて変化するように構成されており、このような迎え角の変化により、上流側の翼２０Ｕ及び下流側の翼２０Ｄにおいて相互に反対方向の力（上下方向における力）が発生して、上下方向の往復運動を行う。

翼２０の翼幅（図２及び図３における左右方向における長さ）、翼弦長及び翼厚は、河川Ｒの幅（図２及び図３における左右方向における長さ）、河川の深さ、水流Ｗの速度、水力発電装置１の規模等を勘案して適宜設定することができる。例えば、翼２０の翼幅を河川Ｒの幅と略同一の長さに設定することが可能である。本実施形態においては、揺動軸１１から上流側の翼２０Ｕの回動軸２１までの距離と、揺動軸１１から下流側の翼２０Ｄの回動軸２１までの距離と、を同一に設定するとともに、翼２０の翼幅方向中央部に回動軸２１を介して揺動部材１０を取り付けている。また、図２及び図３に示すように、翼２０Ｕの後縁部及び翼２０Ｄの前縁部に、揺動部材１０（上流側腕部１２及び下流側腕部１３）との干渉を阻止するための凹部２０Ｕａ・２０Ｄａを設けている。また、本実施形態においては、水中における翼２０の上下運動を容易にするため、翼２０の比重を略１に設定している。翼２０の材料としては、外皮部にステンレス等の金属材料を採用し、内部に発泡スチロール等の軽量の樹脂材料を採用することができる。

出力軸３０は、図示されていない支持部材を介して土台４の上部に回転自在に取り付けられている。出力軸３０の上方には発電機３が配置されており、出力軸３０の回転エネルギが動力伝達部材５を介して発電機３に伝達されることにより、電力が発生するようになっている。本実施形態においては、出力軸３０及び発電機３を、翼２０及び揺動部材１０の上方であって河川Ｒの水面よりも上方に配置することとしている。

出力軸３０から上流側及び下流側に所定距離離隔した位置には、出力軸３０と平行な方向（図２及び図３における左右方向）に延在する所定の回転軸４１を中心に所定方向（図１のＲ_１方向）に回転する回転部材４０が配置されている。回転部材４０は、一端が回転軸４１に固定され回転軸４１を中心にＲ_１方向に回転して他端が円軌道を描く所定長さの回転柱状部材４２と、回転柱状部材４２と一体的に回転軸４１を中心にＲ_１方向に回転する円板状部材４３と、を有している。回転部材４０を構成する回転柱状部材４２は、図２及び図３に示すように、上流側下流側ともに左右に２本平行に配置された状態で回転軸４１の両端部に固定され、回転軸４１を中心に同時に回転する。図１には、回転柱状部材４２の先端部の軌道を一点鎖線で示している。回転部材４０の回転力は、円板状部材４３に取り付けられた回転力伝達部材５０を介して出力軸３０に伝達される。また、回転部材４０は、連結柱状部材６０を介して翼２０に連結されている。なお、図２においては、回転力伝達部材５０の図示を省略している。

連結柱状部材６０は、翼２０の上下方向における往復運動を回転部材４０の回転運動に変換する所定長さの柱状部材であり、本発明における連結部材の一実施形態に相当する。連結柱状部材６０の一端は、翼２０の凹部２０Ｕａ・２０Ｄａ付近の部分に固定されている。この際、連結柱状部材６０と翼２０の翼弦とのなす角度が略直角になるように設定されている。連結柱状部材６０の他端は、回転部材４０の回転軸４１と平行な方向（図２及び図３における左右方向）に延在する回動軸６１を介して回動自在に回転柱状部材４２の他端に取り付けられている。回動軸６１は、図２及び図３に示すように、上流側下流側ともに左右に２個配置されている。また、連結柱状部材６０は、上流側下流側ともに左右に２本平行に配置された状態で、回動軸６１を介して回転柱状部材４２に取り付けられるとともに、翼２０に固定されている。なお、上流側に配置された連結柱状部材６０は、一端（翼２０側の端部）から他端（回転部材４０側の端部）までの距離を変更することができるように伸縮自在に構成されている。

連結柱状部材６０及び回転柱状部材４２は、翼２０が往復運動の最上点に到達した直後に翼２０に下方への力が作用して翼２０が下降するように翼２０の迎え角を設定する一方、翼２０が往復運動の最下点に到達した直後に翼２０に上方への力が作用して翼２０が上昇するように翼２０の迎え角を設定する。具体的には、翼２０が往復運動の最上点に到達した直後に、回転柱状部材４２の回転運動の慣性力で連結柱状部材６０を若干前傾させて翼２０の迎え角をわずかに負に設定する一方、翼２０が往復運動の最下点に到達した直後に、回転柱状部材４２の回転運動の慣性力で連結柱状部材６０を若干後傾させて翼２０の迎え角をわずかに正に設定する。

すなわち、連結柱状部材６０及び回転柱状部材４２は、水流Ｗに対する翼２０の迎え角を変化させて、上流側及び下流側の翼２０Ｕ・２０Ｄにおいて相互に反対方向の力を発生させることにより翼２０の連続的な往復運動及び揺動部材１０の連続的な揺動運動を実現させるものであり、本発明における迎角可変手段の一実施形態を構成する。翼２０の迎え角の大きさ（絶対値）は、連結柱状部材６０の長さ、回転柱状部材４２の長さ、連結柱状部材６０の翼２０に対する固定位置等を変更することにより、適宜変更することができる。また、これら連結柱状部材６０及び回転柱状部材４２（迎角可変手段）は、翼２０が往復運動の最上点及び最下点（往復運動の中心から最も離隔した位置）に到達したときに、翼２０の迎え角を略零に設定する。

また、翼２０の上下方向における往復運動が連結柱状部材６０により回転部材４０のＲ_１方向の回転運動に変換され、回転部材４０の回転運動が回転力伝達部材５０を介して出力軸３０に伝達されることにより、出力軸３０は所定方向（図１のＲ_２方向）の回転運動を行う。すなわち、連結柱状部材６０、回転部材４０及び回転力伝達部材５０は、翼２０の上下方向における往復運動を出力軸３０の回転運動に変換するものであり、本発明における動力変換手段の一実施形態を構成する。

次に、図１及び図４〜図６を用いて、本実施形態に係る水力発電装置１の動作について説明する。

以下の説明においては、図１に示した状態を初期状態として水力発電装置１を稼働させるものとする。初期状態においては、上流側の連結柱状部材６０は、鉛直方向に対してわずかに前傾した状態で上方に位置しており、回転部材４０の回転柱状部材４２も上方に位置している。これに伴って、上流側の翼２０Ｕは往復運動の最上点に近い位置に配置され、その迎え角はわずかに負となっている。一方、下流側の連結柱状部材６０は、鉛直方向に対してわずかに後傾した状態で下方に位置しており、回転部材４０の回転柱状部材４２も下方に位置している。これに伴って、下流側の翼２０Ｄは往復運動の最下点に近い位置に配置され、その迎え角はわずかに正となっている。

かかる初期状態においては、水流Ｗにより、迎え角が負となっている上流側の翼２０Ｕに下向きの力が作用する一方、迎え角が正となっている下流側の翼２０Ｄに上向きの力が作用する。この結果、図４に示すように、上流側の翼２０Ｕが下降する一方、下流側の翼２０Ｄが上昇する。また、上流側の翼２０Ｕに作用する下向きの力Ｆ_ｄにより、揺動部材１０の上流側の腕部１２が下方へと押し下げられる一方、揺動部材１０の揺動軸１１を中心とした回動により下流側の腕部１３が上方へと押し上げられる。すなわち、上流側の翼２０Ｕに作用する下向きの力Ｆ_ｄは、下流側の翼２０Ｄの上昇動作をアシストする。一方、下流側の翼２０Ｄに作用する上向きの力Ｆ_ｕにより、揺動部材１０の下流側の腕部１３が上方へと押し上げられる一方、揺動部材１０の揺動軸１１を中心とした回動により上流側の腕部１２が下方へと押し下げられる。すなわち、下流側の翼２０Ｄに作用する上向きの力Ｆ_ｕは、上流側の翼２０Ｕの下降動作をアシストする。

また、上流側の翼２０Ｕの下降に伴い、上流側の回転柱状部材４２がＲ_１方向に回転するとともに上流側の連結柱状部材６０が初期状態からさらに前傾するため、上流側の翼２０Ｕの負の迎え角は大きくなる。これにより、上流側の翼２０Ｕに作用する下向きの力Ｆ_ｄも大きくなるため、上流側の翼２０Ｕの下降速度は増大することとなる。一方、下流側の翼２０Ｄの上昇に伴い、下流側の回転柱状部材４２がＲ_１方向に回転するとともに下流側の連結柱状部材６０が初期状態からさらに後傾するため、下流側の翼２０Ｄの正の迎え角は大きくなる。これにより、下流側の翼２０Ｄに作用する上向きの力Ｆ_ｕも大きくなるため、下流側の翼２０Ｄの上昇速度は増大することとなる。

この後、図５に示すように、上流側の翼２０Ｕが往復運動の最下点近傍まで下降すると、上流側の連結柱状部材６０の前傾状態が徐々に解除されるため、上流側の翼２０Ｕの迎え角は零に近づき、上流側の翼２０Ｕが最下点に到達した瞬間に上流側の翼２０Ｕの迎え角は零となる。この瞬間においては上流側の翼２０Ｕに上向きの力は作用しないが、上流側の翼２０Ｕの下降に起因した上流側の回転柱状部材４２の回転運動の慣性力により上流側の連結柱状部材６０が前傾状態から後傾状態に即座に移行する。このため、上流側の翼２０Ｕが最下点に到達した直後に、上流側の翼２０Ｕの迎え角は正となり、上流側の翼２０Ｕには上向きの力が作用するようになる。

一方、図５に示すように、下流側の翼２０Ｄが往復運動の最上点近傍まで上昇すると、下流側の連結柱状部材６０の後傾状態が徐々に解除されるため、下流側の翼２０Ｄの迎え角は零に近づき、下流側の翼２０Ｄが最上点に到達した瞬間に下流側の翼２０Ｄの迎え角は零となる。この瞬間においては下流側の翼２０Ｄに下向きの力は作用しないが、下流側の翼２０Ｄの上昇に起因した下流側の回転柱状部材４２の回転運動の慣性力により下流側の連結柱状部材６０が後傾状態から前傾状態に即座に移行する。このため、下流側の翼２０Ｄが最上点に到達した直後に、下流側の翼２０Ｄの迎え角は負となり、下流側の翼２０Ｄには下向きの力が作用するようになる。

その後、図６に示すように、上向きの力Ｆ_ｕが作用した上流側の翼２０Ｕは上昇し、下向きの力Ｆ_ｄが作用した下流側の翼２０Ｄは下降する。また、上流側の翼２０Ｕに作用する上向きの力Ｆ_ｕにより、揺動部材１０の上流側の腕部１２が上方へと押し上げられる一方、揺動部材１０の揺動軸１１を中心とした回動により下流側の腕部１３が下方へと押し下げられる（上流側の翼２０Ｕによる下流側の翼２０Ｄの下降動作アシスト）。一方、下流側の翼２０Ｄに作用する下向きの力Ｆ_ｄにより、揺動部材１０の下流側の腕部１３が下方へと押し下げられる一方、揺動部材１０の揺動軸１１を中心とした回動により上流側の腕部１２が上方へと押し上げられる（下流側の翼２０Ｄによる上流側の翼２０Ｕの上昇動作アシスト）。

また、上流側の翼２０Ｕの上昇に伴い、上流側の回転柱状部材４２がＲ_１方向に回転するとともに上流側の連結柱状部材６０がさらに後傾するため、上流側の翼２０Ｕの正の迎え角は大きくなる。これにより、上流側の翼２０Ｕに作用する上向きの力Ｆ_ｕも大きくなるため、上流側の翼２０Ｕの上昇速度は増大することとなる。一方、下流側の翼２０Ｄの下降に伴い、下流側の回転柱状部材４２がＲ_１方向に回転するとともに下流側の連結柱状部材６０がさらに前傾するため、下流側の翼２０Ｄの負の迎え角は大きくなる。これにより、下流側の翼２０Ｄに作用する下向きの力も大きくなるため、下流側の翼２０Ｄの下降速度は増大することとなる。

この後、上流側の翼２０Ｕが往復運動の最上点近傍まで上昇すると、上流側の連結柱状部材６０の後傾状態が徐々に解除されるため、上流側の翼２０Ｕの迎え角は零に近づく。そして、上流側の翼２０Ｕが最上点に到達した直後に、上流側の翼２０Ｕの上昇に起因した上流側の回転柱状部材４２の回転運動の慣性力により上流側の連結柱状部材６０が後傾状態から前傾状態に即座に移行して、図１の初期状態に戻る。一方、下流側の翼２０Ｄが往復運動の最下点近傍まで下降すると、下流側の連結柱状部材６０の前傾状態が徐々に解除されるため、下流側の翼２０Ｄの迎え角は零に近づく。そして、下流側の翼２０Ｄが最下点に到達した直後に、下流側の翼２０Ｄの下降に起因した下流側の回転柱状部材４２の回転運動の慣性力により下流側の連結柱状部材６０が前傾状態から後傾状態に即座に移行して、図１の初期状態に戻る。

水力発電装置１は、以上の動作を順次繰り返すことにより、翼２０の連続的な上下方向の往復運動（及び揺動部材１０の連続的な揺動運動）を実現させ、翼２０の往復運動のエネルギを回転部材４０等を介して出力軸３０に伝達し、発電機３で電力を発生させることができる。

以上説明した実施形態に係る流体式動力装置２においては、水流Ｗに対する翼２０の迎え角を変化させ、相互に反対方向の力（上下方向の力）を上流側の翼２０Ｕ及び下流側の翼２０Ｄに発生させることにより、翼２０の連続的な往復運動を実現させ、この翼２０の往復運動を出力軸３０の回転運動に変換することができる。翼２０は、水中で揺動軸１１を中心に揺動自在とされる揺動部材１０の上流側及び下流側の腕部１２・１３に取り付けられているため、僅かな力で動かすことができる（上昇・下降動作の相互アシスト）。従って、大型の翼２０を採用することができるため、河川Ｒの低速水流によっても翼２０で大きな揚力を発生させることができ、この翼２０の動きを回転運動に変換して大きな力を得ることが可能となる。また、翼２０は、迎え角を変えながら水流Ｗに対して略直角な方向（上下方向）において往復運動をする。このため、河川Ｒに存在する草やビニール袋等の漂流物が翼２０に付着し難く、付着した場合においても除去され易いという利点を有するとともに、河川Ｒに存在する魚等の生物を傷つける可能性が低く、環境に優しいという利点を有する。

また、以上説明した実施形態に係る流体式動力装置２においては、回転軸４１を中心に回転する回転柱状部材４２と、一端が翼２０に固定され他端が回転柱状部材４２に回動自在に取り付けられた連結柱状部材６０と、からなる迎角可変手段により、翼２０が往復運動の最上点及び最下点に到達した直後に、翼２０が往復運動を続行するための力を発生させるように翼２０の迎え角を設定することができる。また、翼２０が往復運動の最上点及び最下点に到達した瞬間に、翼２０の迎え角を略零に設定することができ、翼２０が水流Ｗから受ける抵抗を低減させることができる。

また、以上説明した実施形態に係る水力発電装置１においては、前記したような特殊な構造を有する流体式動力装置２と、流体式動力装置２の出力軸３０の回転運動により電力を発生させる発電機３と、を備えるため、河川Ｒに存在する物体の影響を受けることなく低速の流れのエネルギを利用して効果的に電力を発生させることができる。

＜第２実施形態＞
続いて、図７〜図１０を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態においては、本発明に係る流体式発電装置を、地上に設置される風力発電装置に適用した例について説明することとする。

まず、図７を用いて、本実施形態に係る風力発電装置１Ａの構成について説明する。

風力発電装置１Ａは、比較的強い風が吹く丘陵や海岸沿いの地点等に設置され、風のエネルギ（略水平方向（図７における前後方向）に流れる空気流Ａのエネルギ）を回転エネルギに変換して電力を発生させるものである。風力発電装置１Ａは、図７に示すように、空気流Ａのエネルギを所定の出力軸３０の回転エネルギに変換する流体式動力装置２と、流体式動力装置２の出力軸３０の回転エネルギにより電力を発生させる発電機３と、を備えている。

流体式動力装置２は、図７に示すように、空気流Ａに対して略直角な方向（左右方向）に延在する揺動軸１１を中心に揺動自在とされる揺動部材１０と、揺動部材１０の上流側及び下流側に各々取り付けられる翼２０（２０Ｕ・２０Ｄ）と、揺動軸１１に対して平行な方向（左右方向）に延在する出力軸３０と、を備えている。流体式動力装置２は、空気流Ａに対する翼２０の迎え角を連続的に変化させることにより、翼２０の上下方向の往復運動を実現させ、この往復運動を出力軸３０の回転運動に変換するものである。

流体式動力装置２の構成は、第１実施形態で説明したものと実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。本実施形態においては、第１実施形態における流体式動力装置２を１８０°回転させて上下逆にし、出力軸３０を翼２０及び揺動部材１０の下方に配置している。また、本実施形態においては、図示されていない固定具を用いて地面から若干離隔した位置に支持部材４Ａを固定し、支持部材４Ａの上部に流体式動力装置２の揺動部材１０を取り付けている。また、本実施形態においては、流体式動力装置２の出力軸３０を支持部４Ａの下部に回転自在に取り付けるとともに、出力軸３０の下方に発電機３を配置している。この際、地面から若干離隔した位置に発電機３を配置してもよく、地中に発電機３を埋設してもよい。

次に、図７〜図１０を用いて、本実施形態に係る風力発電装置１Ａの動作について説明する。

以下の説明においては、図７に示した状態を初期状態として風力発電装置１Ａを稼働させるものとする。初期状態においては、上流側の連結柱状部材６０は、鉛直方向に対してわずかに後傾した状態で下方に位置しており、回転部材４０の回転柱状部材４２も下方に位置している。これに伴って、上流側の翼２０Ｕは往復運動の最下点に近い位置に配置され、その迎え角はわずかに正となっている。一方、下流側の連結柱状部材６０は、鉛直方向に対してわずかに前傾した状態で上方に位置しており、回転部材４０の回転柱状部材４２も上方に位置している。これに伴って、下流側の翼２０Ｄは往復運動の最上点に近い位置に配置され、その迎え角はわずかに負となっている。

かかる初期状態においては、空気流Ａにより、迎え角が正となっている上流側の翼２０Ｕに上向きの力が作用する一方、迎え角が負となっている下流側の翼２０Ｄに下向きの力が作用する。この結果、図８に示すように、上流側の翼２０Ｕが上昇する一方、下流側の翼２０Ｄが下降する。また、上流側の翼２０Ｕに作用する上向きの力Ｆ_ｕにより、揺動部材１０の上流側の腕部１２が上方へと押し上げられる一方、揺動部材１０の揺動軸１１を中心とした回動により下流側の腕部１３が下方へと押し下げられる。すなわち、上流側の翼２０Ｕに作用する上向きの力Ｆ_ｕは、下流側の翼２０Ｄの下降動作をアシストする。一方、下流側の翼２０Ｄに作用する下向きの力Ｆ_ｄにより、揺動部材１０の下流側の腕部１３が下方へと押し下げられる一方、揺動部材１０の揺動軸１１を中心とした回動により上流側の腕部１２が上方へと押し上げられる。すなわち、下流側の翼２０Ｄに作用する下向きの力Ｆ_ｄは、上流側の翼２０Ｕの上昇動作をアシストする。

また、上流側の翼２０Ｕの上昇に伴い、上流側の回転柱状部材４２がＲ_１方向に回転するとともに上流側の連結柱状部材６０が初期状態からさらに後傾するため、上流側の翼２０Ｕの正の迎え角は大きくなる。これにより、上流側の翼２０Ｕに作用する上向きの力Ｆ_ｕも大きくなるため、上流側の翼２０Ｕの上昇速度は増大することとなる。一方、下流側の翼２０Ｄの下降に伴い、下流側の回転柱状部材４２がＲ_１方向に回転するとともに下流側の連結柱状部材６０が初期状態からさらに前傾するため、下流側の翼２０Ｄの負の迎え角は大きくなる。これにより、下流側の翼２０Ｄに作用する下向きの力Ｆ_ｄも大きくなるため、下流側の翼２０Ｄの下降速度は増大することとなる。

この後、図９に示すように、上流側の翼２０Ｕが往復運動の最上点近傍まで上昇すると、上流側の連結柱状部材６０の後傾状態が徐々に解除されるため、上流側の翼２０Ｕの迎え角は零に近づき、上流側の翼２０Ｕが最上点に到達した瞬間に上流側の翼２０Ｕの迎え角は零となる。この瞬間においては上流側の翼２０Ｕに下向きの力は作用しないが、上流側の翼２０Ｕの上昇に起因した上流側の回転柱状部材４２の回転運動の慣性力により上流側の連結柱状部材６０が後傾状態から前傾状態に即座に移行する。このため、上流側の翼２０Ｕが最上点に到達した直後に、上流側の翼２０Ｕの迎え角は負となり、上流側の翼２０Ｕには下向きの力が作用するようになる。

一方、図９に示すように、下流側の翼２０Ｄが往復運動の最下点近傍まで下降すると、下流側の連結柱状部材６０の前傾状態が徐々に解除されるため、下流側の翼２０Ｄの迎え角は零に近づき、下流側の翼２０Ｄが最下点に到達した瞬間に下流側の翼２０Ｄの迎え角は零となる。この瞬間においては下流側の翼２０Ｄに上向きの力は作用しないが、下流側の翼２０Ｄの下降に起因した下流側の回転柱状部材４２の回転運動の慣性力により下流側の連結柱状部材６０が前傾状態から後傾状態に即座に移行する。このため、下流側の翼２０Ｄが最下点に到達した直後に、下流側の翼２０Ｄの迎え角は正となり、下流側の翼２０Ｄには上向きの力が作用するようになる。

その後、図１０に示すように、下向きの力Ｆ_ｄが作用した上流側の翼２０Ｕは下降し、上向きの力Ｆ_ｕが作用した下流側の翼２０Ｄは上昇する。また、上流側の翼２０Ｕに作用する下向きの力Ｆ_ｄにより、揺動部材１０の上流側の腕部１２が下方へと押し下げられる一方、揺動部材１０の揺動軸１１を中心とした回動により下流側の腕部１３が上方へと押し上げられる（上流側の翼２０Ｕによる下流側の翼２０Ｄの上昇動作アシスト）。一方、下流側の翼２０Ｄに作用する上向きの力Ｆ_ｕにより、揺動部材１０の下流側の腕部１３が上方へと押し上げられる一方、揺動部材１０の揺動軸１１を中心とした回動により上流側の腕部１２が下方へと押し下げられる（下流側の翼２０Ｄによる上流側の翼２０Ｕの下降動作アシスト）。

また、上流側の翼２０Ｕの下降に伴い、上流側の回転柱状部材４２がＲ_１方向に回転するとともに上流側の連結柱状部材６０がさらに前傾するため、上流側の翼２０Ｕの負の迎え角は大きくなる。これにより、上流側の翼２０Ｕに作用する下向きの力Ｆ_ｄも大きくなるため、上流側の翼２０Ｕの下降速度は増大することとなる。一方、下流側の翼２０Ｄの上昇に伴い、下流側の回転柱状部材４２がＲ_１方向に回転するとともに下流側の連結柱状部材６０がさらに後傾するため、下流側の翼２０Ｄの正の迎え角は大きくなる。これにより、下流側の翼２０Ｄに作用する上向きの力も大きくなるため、下流側の翼２０Ｄの上昇速度は増大することとなる。

この後、上流側の翼２０Ｕが往復運動の最下点近傍まで下降すると、上流側の連結柱状部材６０の前傾状態が徐々に解除されるため、上流側の翼２０Ｕの迎え角は零に近づく。そして、上流側の翼２０Ｕが最下点に到達した直後に、上流側の翼２０Ｕの下降に起因した上流側の回転柱状部材４２の回転運動の慣性力により上流側の連結柱状部材６０が前傾状態から後傾状態に即座に移行して、図７の初期状態に戻る。一方、下流側の翼２０Ｄが往復運動の最上点近傍まで上昇すると、下流側の連結柱状部材６０の後傾状態が徐々に解除されるため、下流側の翼２０Ｄの迎え角は零に近づく。そして、下流側の翼２０Ｄが最上点に到達した直後に、下流側の翼２０Ｄの上昇に起因した下流側の回転柱状部材４２の回転運動の慣性力により下流側の連結柱状部材６０が後傾状態から前傾状態に即座に移行して、図７の初期状態に戻る。

風力発電装置１Ａは、以上の動作を順次繰り返すことにより、翼２０の連続的な上下方向の往復運動（及び揺動部材１０の連続的な揺動運動）を実現させ、翼２０の往復運動のエネルギを回転部材４０等を介して出力軸３０に伝達し、発電機３で電力を発生させることができる。なお、本実施形態においては、風力発電装置１Ａの向きを固定した例を示したが、風力発電装置１Ａが常時風上側を向くような構成を採用することもできる。

以上説明した実施形態に係る流体式動力装置２においては、空気流Ａに対する翼２０の迎え角を変化させ、相互に反対方向の力（上下方向の力）を上流側の翼２０Ｕ及び下流側の翼２０Ｄに発生させることにより、翼２０の連続的な往復運動を実現させ、この翼２０の往復運動を出力軸３０の回転運動に変換することができる。翼２０は、空中で揺動軸１１を中心に揺動自在とされる揺動部材１０の上流側及び下流側の腕部１２・１３に取り付けられているため、僅かな力で動かすことができる（上昇・下降動作の相互アシスト）。従って、大型の翼２０を採用することができるため、比較的弱い風（低速空気流）によっても翼２０で大きな揚力を発生させることができ、この翼２０の動きを回転運動に変換して大きな力を得ることが可能となる。また、翼２０は、迎え角を変えながら空気流Ａに対して略直角な方向（上下方向）において往復運動をする。このため、空中に存在する物体が翼２０に付着し難く、付着した場合においても除去され易いという利点を有するとともに、空中に存在する鳥等の生物を傷つける可能性が低く、環境に優しいという利点を有する。

また、以上説明した実施形態に係る流体式動力装置２においては、回転軸４１を中心に回転する回転柱状部材４２と、一端が翼２０に固定され他端が回転柱状部材４２に回動自在に取り付けられた連結柱状部材６０と、からなる迎角可変手段により、翼２０が往復運動の最上点及び最下点に到達した直後に、翼２０が往復運動を続行するための力を発生させるように翼２０の迎え角を設定することができる。また、翼２０が往復運動の最上点及び最下点に到達した瞬間に、翼２０の迎え角を略零に設定することができ、翼２０が空気流Ａから受ける抵抗を低減させることができる。

また、以上説明した実施形態に係る風力発電装置１Ａにおいては、前記したような特殊な構造を有する流体式動力装置２と、流体式動力装置２の出力軸３０の回転運動により電力を発生させる発電機３と、を備えるため、空中に存在する物体の影響を受けることなく低速の流れのエネルギを利用して効果的に電力を発生させることができる。

＜第３実施形態＞
続いて、図１１〜図１４を用いて、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態においては、第１実施形態と同様に、本発明に係る流体式発電装置を水力発電装置に適用した例について説明することとする。

まず、図１１を用いて、本実施形態に係る水力発電装置１Ｂの構成について説明する。なお、本実施形態に係る水力発電装置１Ｂは、第１実施形態に係る水力発電装置１の揺動部材１０を「上流側揺動部材１２Ｂ及び下流側揺動部材１３Ｂ」に変更したものであり、その他の構成については第１実施形態と実質的に同一である。このため、異なる構成を中心に説明することとし、重複する構成については第１実施形態と同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

水力発電装置１Ｂは、図１１に示すように、比較的浅い河川Ｒに設置され、河川Ｒの水流エネルギを回転エネルギに変換して電力を発生させるものである。水力発電装置１Ｂは、水流Ｗのエネルギを所定の出力軸３０の回転エネルギに変換する流体式動力装置２Ｂと、流体式動力装置２Ｂの出力軸３０の回転エネルギにより電力を発生させる発電機３と、を備えている。

流体式動力装置２Ｂは、水流Ｗに対して略直角な方向（左右方向）に延在する揺動軸１１から水流Ｗの上流側へと延在する上流側揺動部材１２Ｂと、揺動軸１１から水流Ｗの下流側へと延在する下流側揺動部材１３Ｂと、これら上流側揺動部材１２Ｂ及び下流側揺動部材１３Ｂに各々取り付けられる翼２０（２０Ｕ・２０Ｄ）と、揺動軸１１に対して平行な方向（左右方向）に延在する出力軸３０と、を備えている。流体式動力装置２Ｂは、水流Ｗに対する翼２０の迎え角を連続的に変化させることにより、翼２０の上下方向の往復運動を実現させ、この往復運動を出力軸３０の回転運動に変換するものである。

上流側揺動部材１２Ｂ及び下流側揺動部材１３Ｂは、いずれも長尺柱状に構成されており、相互に独立して（非連動的に）揺動軸１１を中心に揺動することができるようになっている。上流側揺動部材１２Ｂの先端及び下流側揺動部材１３Ｂの先端には、揺動軸１１と平行な方向（左右方向）に延在する回動軸２１を介して、各々、翼２０Ｕ・２０Ｄが回動自在に取り付けられている。上流側揺動部材１２Ｂ及び下流側揺動部材１３Ｂは、河川Ｒの内部（水中）に配置されており、水流Ｗの勢いにより下流側に流されないように、河川Ｒの川底に固定された土台４に揺動軸１１を介して取り付けられている。

上流側揺動部材１２Ｂは、揺動軸１１から翼２０Ｕと反対方向（水流Ｗの下流側）へと若干延在する下流延在部分１２Ｂａを有しており、下流側揺動部材１３Ｂは、揺動軸１１から翼２０Ｄと反対方向（水流Ｗの上流側）へと延在する上流延在部分１３Ｂａを有している。流体式動力装置２Ｂを水中に配置していないときに、上流側揺動部材１２Ｂの下流延在部分１２Ｂａに、上流側の翼２０Ｕ等からなる部材群の重量と同程度の重量の錘を取り付けることにより、翼２０Ｕを地面から適当な高さまで上げておくことができる。また、同様に、下流側揺動部材１３Ｂの上流延在部分１３Ｂａに、下流側の翼２０Ｄ等からなる部材群の重量と同程度の重量の錘を取り付けることにより、翼２０Ｄを地面から適当な高さまで上げておくことができる。そして、流体式動力装置２Ｂを水中に配置したときには、下流延在部分１２Ｂａ及び上流延在部分１３Ｂａから錘を取り除いた状態で使用に供することができる。

発電機３、土台４、動力伝達部材５、揺動軸１１、翼２０、回動軸２１、出力軸３０、回転部材４０（回転軸４１、回転柱状部材４２、円板状部材４３）、回転力伝達部材５０、連結柱状部材６０、回動軸６１等の構成は、第１実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。

第１実施形態においては、１本の揺動部材１０に２つの翼２０Ｕ・２０Ｄが取り付けられるため、上流側の翼２０Ｕと下流側の翼２０Ｄとが連動し、下流側の翼２０Ｄの位置や動きにより上流側の翼２０Ｕの位置や動きがある程度拘束される。このため、第１実施形態においては、上流側に配置された連結柱状部材６０を伸縮自在とすることにより、下流側の翼２０Ｄの上流側の翼２０Ｕへの影響を抑制していた。これに対し、本実施形態においては、上流側揺動部材１２Ｂと下流側揺動部材１３Ｂとが相互に独立して揺動するように構成されているため、下流側の翼２０Ｄの位置や動きによって上流側の翼２０Ｕの位置や動きが拘束されない。このため、本実施形態においては、上流側及び下流側の双方に、長さが一定の連結柱状部材６０を採用することができる。

なお、上流側の翼２０Ｕと下流側の翼２０Ｄとは完全に独立しているわけではなく、回転力伝達部材５０を介して影響し合っている。すなわち、上流側の翼２０Ｕの上下方向の往復運動により上流側の回転部材４０が回転すると、上流側の回転部材４０の回転力が上流側の回転力伝達部材５０を介して出力軸３０に伝達されるが、この際、上流側の回転力は、出力軸３０に取り付けられた下流側の回転力伝達部材５０にも伝達される。この結果、下流側の回転部材４０を介して下流側の翼２０Ｄの上下方向の往復運動が間接的にアシストされる。一方、下流側の翼２０Ｄの上下方向の往復運動により下流側の回転部材４０が回転すると、下流側の回転部材４０の回転力が下流側の回転力伝達部材５０を介して出力軸３０に伝達されるが、この際、下流側の回転力は、出力軸３０に取り付けられた上流側の回転力伝達部材５０にも伝達される。この結果、上流側の回転部材４０を介して上流側の翼２０Ｕの上下方向の往復運動が間接的にアシストされることとなる。

次に、図１１〜図１４を用いて、本実施形態に係る水力発電装置１Ｂの動作について説明する。

以下の説明においては、図１１に示した状態を初期状態として水力発電装置１Ｂを稼働させるものとする。本実施形態においては、上流側の回転部材４０の回転柱状部材４２を第１実施形態の初期状態（図１）から約４５°Ｒ_１方向に回転させた状態を初期状態としている。かかる初期状態においては、連結柱状部材６０及び翼２０Ｕが第１実施形態の初期状態の位置よりも下方に配置され、翼２０Ｕの負の迎え角が第１実施形態の初期状態の負の迎え角よりも大きくなっている。一方、下流側の翼２０Ｄ、回転部材４０及び連結柱状部材６０の初期状態は、第１実施形態の初期状態（図１）と同様に設定されている。このように、本実施形態においては、第１実施形態のように上流側の翼２０Ｕと下流側の翼２０Ｄとを揺動軸１１を挟んで対称の位置に配置するのではなく、意図的に非対称の位置に配置することにより、双方の翼２０Ｕ・２０Ｄの迎え角が同時に零となることを回避するようにしている。

かかる初期状態においては、図１１に示すように、水流Ｗにより、迎え角が負となっている上流側の翼２０Ｕに下向きの力Ｆ_ｄが作用する一方、迎え角が正となっている下流側の翼２０Ｄに上向きの力Ｆ_ｕが作用する。この結果、図１２に示すように、上流側の翼２０Ｕが下降する一方、下流側の翼２０Ｄが上昇する。

この後、上流側の翼２０Ｕが往復運動の最下点近傍まで下降すると、上流側の連結柱状部材６０の前傾状態が徐々に解除されるため、上流側の翼２０Ｕの迎え角は零に近づき、上流側の翼２０Ｕが最下点に到達した瞬間に上流側の翼２０Ｕの迎え角は零となる。この瞬間においては上流側の翼２０Ｕに上向きの力は作用しないが、上流側の翼２０Ｕの下降に起因した上流側の回転柱状部材４２の回転運動の慣性力により上流側の連結柱状部材６０が前傾状態から後傾状態に即座に移行する。このため、上流側の翼２０Ｕが最下点に到達した直後に、図１３に示すように上流側の翼２０Ｕの迎え角は正となり、上流側の翼２０Ｕには上向きの力が作用するようになる。

一方、上流側の翼２０Ｕが最下点に到達し迎え角が零となった瞬間においても、下流側の翼２０Ｄは最上点に到達しておらず、依然として迎え角が正のままとなっており、下流側の翼２０Ｄには上向きの力が作用している。このため、下流側の翼２０Ｄの運動エネルギが、下流側の回転部材４０、下流側の回転力伝達部材５０、出力軸３０、上流側の回転力伝達部材５０及び上流側の回転部材４０を介して、上流側の翼２０Ｕに伝達され、最下点に到達した上流側の翼２０Ｕに上向きの力が与えられる。この結果、上流側の翼２０Ｕは、最下点に到達して迎え角が零となっても、下流側の翼２０Ｄの間接的なアシストにより速やかに上昇することができる。

また、図１３に示すように、下流側の翼２０Ｄが往復運動の最上点近傍まで上昇すると、下流側の連結柱状部材６０の後傾状態が徐々に解除されるため、下流側の翼２０Ｄの迎え角は零に近づき、下流側の翼２０Ｄが最上点に到達した瞬間に下流側の翼２０Ｄの迎え角は零となる。この瞬間においては下流側の翼２０Ｄに下向きの力は作用しないが、下流側の翼２０Ｄの上昇に起因した下流側の回転柱状部材４２の回転運動の慣性力により下流側の連結柱状部材６０が後傾状態から前傾状態に即座に移行する。このため、下流側の翼２０Ｄが最上点に到達した直後に、下流側の翼２０Ｄの迎え角は負となり、下流側の翼２０Ｄには下向きの力が作用するようになる。

一方、下流側の翼２０Ｄが最上点に到達し迎え角が零となった瞬間においても、上流側の翼２０Ｕは最上点に到達しておらず、依然として迎え角が正のままとなっており、上流側の翼２０Ｕには上向きの力が作用している。このため、上流側の翼２０Ｕの運動エネルギが、上流側の回転部材４０、上流側の回転力伝達部材５０、出力軸３０、下流側の回転力伝達部材５０及び下流側の回転部材４０を介して、下流側の翼２０Ｄに伝達され、最上点に到達した下流側の翼２０Ｄに下向きの力が与えられる。この結果、下流側の翼２０Ｄは、最上点に到達して迎え角が零となっても、上流側の翼２０Ｕの間接的なアシストにより速やかに下降することができる。

その後、図１４に示すように、上向きの力Ｆ_ｕが作用した上流側の翼２０Ｕは上昇し、下向きの力Ｆ_ｄが作用した下流側の翼２０Ｄは下降する。

水力発電装置１Ｂは、以上の動作を順次繰り返すことにより、翼２０の連続的な上下方向の往復運動（上流側揺動部材１２Ｂ及び下流側揺動部材１３Ｂの連続的な揺動運動）を実現させ、翼２０の往復運動のエネルギを回転部材４０等を介して出力軸３０に伝達し、発電機３で電力を発生させることができる。

以上説明した実施形態に係る流体式動力装置２Ｂにおいては、水流Ｗに対する翼２０の迎え角を変化させ、上下方向の力を翼２０に発生させることにより、翼２０の連続的な往復運動を実現させ、翼２０の往復運動を出力軸３０の回転運動に変換することができる。翼２０は、流体中で揺動軸１１を中心に揺動自在とされる上流側揺動部材１２Ｂ及び下流側揺動部材１３Ｂに取り付けられ、上流側揺動部材１２Ｂと下流側揺動部材１３Ｂとは非連動的に（相互に独立して）揺動するように構成されているため、上流側の翼２０Ｕの往復運動によるエネルギと、下流側の翼２０Ｄの往復運動によるエネルギと、の双方を別々に出力軸３０に与えることができる。従って、全体の出力トルク（出力軸３０の回転エネルギ）を増大させることができる。また、上流側の翼２０Ｕと下流側の翼２０Ｄとを相互に独立して動かすことができるので、上流側の翼２０Ｕの迎え角と下流側の翼２０Ｄの迎え角との双方が零（翼２０が流れと平行）となり翼２０の往復運動が停止してしまうような状況を回避することができる。従って、出力軸３０の回転運動を持続させることが可能となる。また、翼２０は、迎え角を変えながら水流Ｗに対して略直角な方向（上下方向）において往復運動をする。このため、河川Ｒに存在する草やビニール袋等の漂流物が翼２０に付着し難く、付着した場合においても除去され易いという利点を有するとともに、河川Ｒに存在する魚等の生物を傷つける可能性が低く、環境に優しいという利点を有する。

なお、以上の各実施形態においては、左右方向（図２及び図３参照）に延在する揺動軸１１を採用した例を示したが、揺動軸は、流体の所定方向の流れに対して略直角な方向に延在するものであればよく、例えば、図１や図７における上下方向（略水平方向に流れる水流Ｗや空気流Ａに対して直角な方向）に延在する揺動軸を採用することができる。このように上下方向に延在する揺動軸を採用した場合には、翼を左右方向（流れ及び揺動軸に対して略直角な方向）に往復運動させることができる。従って、本発明に係る流体式動力装置は、設置する空間の形状や大きさに応じてその向きを適宜変更して配置することができる。また、向きの異なる流体式動力装置を複数台配置することも可能となる。

また、以上の各実施形態においては、１台の流体式動力装置（及び発電装置）を設置した例を示したが、複数の流体式動力装置（及び発電装置）を同じ向きで配置することもできる。例えば、図２及び図３における左右方向（水流Ｗに対して直角な方向）に、複数の流体式動力装置２を、揺動軸１１を共通にして同じ向きで並設することができる。この際、各流体式動力装置２の揺動部材１０を揺動軸１１に対して各々異なる角度で取り付けることにより、各流体式動力装置２の翼２０の往復運動の位相をずらすことができる。このようにすると、一の流体式動力装置２の翼２０（一の翼）が往復運動の最上点又は最下点に到達した場合においても、他の流体式動力装置２の翼２０（他の翼）が運動状態となるため、他の翼の運動エネルギを揺動軸１１を介して一の翼に伝達して、一の翼の往復運動を強制的に続行させることができる。

また、以上の各実施形態においては、翼２０Ｕの後縁部及び翼２０Ｄの前縁部に、揺動部材１０（上流側揺動部材１２Ｂ及び下流側揺動部材１３Ｂ）との干渉を阻止するための凹部２０Ｕａ・２０Ｄａ（図２及び図３参照）を設けた例を示したが、翼と揺動部材との干渉を阻止するための構造はこれに限られるものではない。例えば、図１５及び図１６に示すように、棒状部材を屈曲させた略Ｌ次状の上流側揺動部材（上流側腕部）１２Ｃ及び下流側揺動部材（下流側腕部）１３Ｃを採用し、これら上流側揺動部材１２Ｃ及び下流側揺動部材１３Ｃの屈曲した部分の先端に、翼２０Ｕ・２０Ｄの内部に配置した回動軸２１を取り付けることもできる。

このような構成を採用すると、翼２０Ｕ・２０Ｄの下面に部材挿通用の比較的小さな孔を開けるだけで、翼２０Ｕと上流側揺動部材１２Ｃとの干渉及び翼２０Ｄと下流側揺動部材１３Ｃとの干渉を回避することができ、翼２０Ｕの後縁部及び翼２０Ｄの前縁部に大掛かりな凹部を設ける必要がなくなる。また、翼２０Ｕ・２０Ｄの下面に回動軸２１を配置し、この回動軸２１に上流側揺動部材１２Ｃ及び下流側揺動部材１３Ｃを取り付けることもできる。このようにすると、翼２０Ｕ・２０Ｄの下面に部材挿通用の孔を開ける必要もなくなる。

また、以上の各実施形態においては、回転柱状部材４２及び連結柱状部材６０から構成される迎角可変手段を採用した例を示したが、本発明における迎角可変手段の構成はこれに限られるものではない。すなわち、流体の所定方向の流れ（水流Ｗや空気流Ａ）に対する翼の迎え角を変化させ、上流側及び下流側の翼において相互に反対方向の力を発生させることにより翼の連続的な往復運動を実現させることができるような構成であれば、いかなる構成を採用してもよい。

また、以上の各実施形態においては、回転部材４０と、回転力伝達部材５０と、連結柱状部材６０と、から構成される動力変換手段を採用した例を示したが、動力変換手段の構成は、これに限られるものではない。すなわち、翼の往復運動を出力軸の回転運動に変換することができるような構成であれば、いかなる構成を採用してもよい。

本発明の第１実施形態に係る流体式発電装置（水力発電装置）の側面図である。 図１に示した流体式発電装置（水力発電装置）の正面図である。 図１に示した流体式発電装置（水力発電装置）の平面図である。 図１に示した水力発電装置の動作を説明するための側面図である。 同上。 同上。 本発明の第２実施形態に係る流体式発電装置（風力発電装置）の側面図である。 図７に示した風力発電装置の動作を説明するための側面図である。 同上。 同上。 本発明の第３実施形態に係る流体式発電装置（水力発電装置）の側面図である。 図１１に示した水力発電装置の動作を説明するための側面図である。 同上。 同上。 本発明の各実施形態に係る流体式発電装置の翼に取り付けられる揺動部材の変形例を示す説明図である。 同上。

符号の説明

１・１Ｂ…水力発電装置（流体式発電装置）、１Ａ…風力発電装置（流体式発電装置）、２・２Ｂ…流体式動力装置、３…発電機、１０…揺動部材、１１…揺動軸、１２・１３…腕部、１２Ｂ…上流側揺動部材、１３Ｂ…下流側揺動部材、２０・２０Ｕ・２０Ｄ…翼、２１…回動軸、３０…出力軸、４０…回転部材（動力変換手段）、４１…回転軸、４２…回転柱状部材（迎角可変手段）、５０…回転力伝達部材（動力変換手段）、６０…連結柱状部材（連結部材、動力変換手段、迎角可変手段）、６１…回動軸、Ａ…水流（流体の所定方向の流れ）、Ｒ…河川、Ｗ…空気流（流体の所定方向の流れ）。

Claims (10)

1. 流体の所定方向の流れに対して略直角な方向に延在する所定の揺動軸を中心に揺動自在とされ、前記揺動軸から前記流れの上流側及び下流側へと延在する腕部を有する揺動部材と、
   前記揺動軸と平行な方向に延在する回動軸を介して前記揺動部材の上流側及び下流側の前記腕部に各々回動自在に取り付けられ、前記流れ及び前記揺動軸に対して略直角な方向における力を発生させる少なくとも一対の翼と、
   前記流れに対する前記翼の迎え角を変化させ、上流側及び下流側の前記翼において相互に反対方向の力を発生させることにより前記翼の連続的な往復運動を実現させる迎角可変手段と、
   所定方向に延在する回転自在な出力軸と、
   前記翼の往復運動を前記出力軸の回転運動に変換する動力変換手段と、
   を備える、
   流体式動力装置。
2. 流体の所定方向の流れに対して略直角な方向に延在する所定の揺動軸を中心に揺動自在とされ、前記揺動軸から前記流れの上流側へと延在する上流側揺動部材と、
   前記上流側揺動部材とは非連動的に前記揺動軸を中心に揺動自在とされ、前記揺動軸から前記流れの下流側へと延在する下流側揺動部材と、
   前記揺動軸と平行な方向に延在する回動軸を介して前記上流側揺動部材及び前記下流側揺動部材に各々回動自在に取り付けられ、前記流れ及び前記揺動軸に対して略直角な方向における力を発生させる少なくとも一対の翼と、
   前記流れに対する前記翼の迎え角を変化させることにより前記翼の連続的な往復運動を実現させる迎角可変手段と、
   所定方向に延在する回転自在な出力軸と、
   前記翼の往復運動を前記出力軸の回転運動に変換する動力変換手段と、
   を備える、
   流体式動力装置。
3. 前記出力軸は、
   前記揺動軸に対して平行な方向に延在するものであり、
   前記動力変換手段は、
   前記出力軸から上流側及び下流側に所定距離離隔した位置に配置され前記出力軸と平行な方向に延在する所定の回転軸を中心に回転する少なくとも一対の回転部材と、
   前記回転部材の回転力を前記出力軸に伝達する回転力伝達部材と、
   前記翼の一部と前記回転部材の一部とを連結し前記翼の往復運動を前記回転部材の回転運動に変換する連結部材と、
   を有するものである、
   請求項１又は２に記載の流体式動力装置。
4. 前記回転部材は、
   一端が前記回転軸に固定され、前記回転軸を中心に回転して他端が円軌道を描く所定長さの回転柱状部材を有し、
   前記連結部材は、
   一端が前記翼の一部に固定され、他端が前記回転軸と平行な方向に延在する回動軸を介して前記回転柱状部材の前記他端に回動自在に取り付けられる所定長さの連結柱状部材を有し、
   前記連結柱状部材及び前記回転柱状部材は、
   前記翼が往復運動の中心から最も離隔した位置に到達した直後に、前記翼が往復運動を続行するための力を発生させるように前記翼の迎え角を設定する前記迎角可変手段である、
   請求項３に記載の流体式動力装置。
5. 前記迎角可変手段は、
   前記翼が往復運動の中心から最も離隔した位置に到達したときに、前記翼の迎え角を略零に設定する一方、前記翼が往復運動の中心から最も離隔した位置に到達した直後に、前記翼の往復運動に起因した前記回転柱状部材の回転運動の慣性力により前記連結柱状部材が作動して、前記翼が往復運動を続行するための力を発生させるように前記翼の迎え角を設定するものである、
   請求項４に記載の流体式動力装置。
6. 前記流れは、
   所定の河川の水流であり、
   前記翼は、
   前記河川の水深方向上方及び下方における力を発生させるものであり、
   前記迎角可変手段は、
   前記翼が往復運動の最下点に到達した直後に前記翼が水深方向上方への力を発生させるように前記翼の迎え角を設定する一方、前記翼が往復運動の最上点に到達した直後に前記翼が水深方向下方への力を発生させるように前記翼の迎え角を設定するものである、
   請求項１から５の何れか一項に記載の流体式動力装置。
7. 前記流れは、
   空気流であり、
   前記翼は、
   鉛直方向上方及び下方における力を発生させるものであり、
   前記迎角可変手段は、
   前記翼が往復運動の最下点に到達した直後に前記翼が鉛直方向上方への力を発生させるように前記翼の迎え角を設定する一方、前記翼が往復運動の最上点に到達した直後に前記翼が鉛直方向下方への力を発生させるように前記翼の迎え角を設定するものである、
   請求項１から５の何れか一項に記載の流体式動力装置。
8. 請求項１から７の何れか一項に記載の流体式動力装置と、
   前記流体式動力装置の前記出力軸の回転運動により電力を発生させる発電機と、
   を備える、
   流体式発電装置。
9. 前記翼及び前記揺動部材は、
   所定の河川の水中に配置されるものであり、
   前記出力軸及び前記発電機は、
   前記翼及び前記揺動部材の上方であって前記河川の水面よりも上方に配置されるものである、
   請求項８に記載の流体式発電装置。
10. 前記出力軸及び前記発電機は、
    前記翼及び前記揺動部材の下方に配置されるものである、
    請求項８に記載の流体式発電装置。

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