WO2006109362A1 - 風力発電装置および風力発電システム - Google Patents

Abstract

　風力発電装置１は、対向する短辺の長さが互いに異なり、その長さが短辺の長さよりも極端に長い略台形状の板部材が、所定の角度θでその幅方向に二つ折りにされた構造を有する受風翼１０と、受風翼１０の振動によって発電する発電部たる圧電板１１ａ・１１ｂを具備する。受風翼１０が風力を受けることによってねじり振動し、圧電板１１ａ・１１ｂが撓んで発電する。

Description

明 細 書

風力発電装置および風力発電システム

技術分野

[0001] 本発明は風力を利用して電気エネルギーを取り出す風力発電装置およびこれを用 いた風力発電システムに関する。

背景技術

[0002] 近年、クリーンなエネルギーを用いた発電方法として風力発電が注目されて 、る。

一般的な風力発電装置としては、プロペラを風力で回転させてモータを回し、電磁誘 導により発電するものが実用化されて 、るが、これらは装置が大型であってコストが 高いことや、設置場所が制限されること、また、所定の設置間隔を取らなければ発電 効率が低下する等の問題がある。

[0003] このような問題を解決するために、圧電素子を用いた発電装置が提案されて 、る。

たとえば、特許文献 1には、枠状のフレーム部材と、フレーム部材の上開口面を覆う 振動板と、振動板の表面に取り付けられた受風翼とを具備し、振動板に屈曲変位を 生ずることにより発電するバイモルフ型等の圧電素子が取り付けられた構造を有する 風力発電装置が開示されている。この風力発電装置では、受風翼が風力を受けるこ とによって振動し、この振動が振動板に伝えられて圧電素子を屈曲させることにより、 電気工ネルギーを得ることができる。

[0004] し力しながら、このような風力発電装置では、振動板の振動がフレームによって抑制 されることにより、発電効率が低下する問題がある。一方、このような振動板のフレー ムによる振動抑制を低減させるためには、フレームを大きくしなければならず、設置 面積が広くなつてしまい、集積ィ匕の効率が悪いという問題がある。また、風が脈動して V、る力、または定常流であっても羽根の後方でカルマン渦を形成する場合しか振動 しないので、駆動効率が高いとは言い難い。また、屈曲型圧電素子の大きさには製 造技術上の制限があるために、大電力発電を目的とする場合には、必ずしも圧電素 子を用いることが適切ではな 、場合がある。

特許文献 1 :特開 2001— 231273号公報 発明の開示

[0005] 本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、構造が単純で、高い効率で 発電が可能な風力発電装置を提供することを目的とする。

また、設置面積を狭くすることができ、集積化が容易で、設置場所の制限も少ない 風力発電装置を提供することを目的とする。

また、構造が単純で、より風速の小さな微風でも高い効率で発電が可能な風力発 電装置を提供することを目的とする。

さらに本発明は、このような風力発電装置を用いた風力発電システムを提供するこ とを目的とする。

[0006] 本発明の第 1の観点は、長尺状でその幅方向に所定角度で二つ折りされた形状を 有し、その長手方向の一端が固定された状態で風力を受けた際に所定のねじれ振 動を生ずるように、その幅が長手方向にぉ 、て変化して 、る受風翼と、

前記受風翼の振動によって発電する発電部と、

を具備することを特徴とする風力発電装置、を提供する。

[0007] この風力発電装置においては、受風翼として、対向する短辺の長さが互いに異なる 略短冊状の 2枚の板部材が、所定の角度をなし、かつ、長手方向の一端が他端より も幅広となるように、その長辺で接合された構造を有するものが好適に用いられる。こ の場合、 2枚の板部材は一体であることが好ま 、。

[0008] また、本発明の第 2の観点は、長尺状で、その長さ方向に垂直な断面の形状が略 弧状であり、その長手方向の一端が固定された状態で風力を受けた際に所定のねじ れ振動を生ずるように、その幅が長手方向にぉ 、て変化して 、る受風翼と、

前記受風翼の振動によって発電する発電部と、

を具備することを特徴とする風力発電装置、を提供する。

[0009] 上記本発明に係る風力発電装置においては、発電部として屈曲することによって 発電する圧電素子を有するものが好適に用いられる。この場合、圧電素子を受風翼 に取り付けてもよい。また、受風翼とこの圧電素子とを連結する連結部材をさらに設け て、受風翼のねじれ振動がこの連結部材を介して圧電素子に伝えられるようにして圧 電素子を橈ませ、発電させてもよい。 [0010] 一方、発電部として電磁誘導により発電する発電コイルを用いることもできる。この 場合、受風翼と発電コイルとを連結する連結部材をさらに設けて、受風翼のねじれ振 動をこの連結部材を介して発電コイルに伝え、発電コイルを動作させることができる。 発電コイルに代えて、油圧ポンプおよび油圧発電機を用いてもよい。なお、本発明に ぉ ヽて、受風翼にはパネ性を有する金属材料ゃ榭脂材料が好適に用いられる。

[0011] 本発明の第 3発明の観点は、上記風力発電装置を複数用いて構成される風力発 電システムであって、

複数の前記受風翼が所定間隔で並べられ、

複数の前記発電部で発生する電気エネルギーを直列および Zまたは並列で集電 する集電装置を具備することを特徴とする風力発電システム、を提供する。

[0012] このような風力発電システムにおいては、所定数の受風翼が、風を受ける面が同じ 方向を向くように、縦列もしくは並列または縦並列または放射状に並べられた構成を 有する受風ユニットを複数具備し、これら複数の受風ユニットが、互いに風を受ける 面が異方向を向 、て 、る構成とすることが好まし 、。

[0013] また、所定数の受風翼が、風を受ける面が同じ方向を向くように、縦列もしくは並列 または縦並列または放射状に並べられた構成を有する受風ユニットと、尾翼と、受風 ユニットと尾翼とを連結する連結部材と、この連結部材を回転自在に支持する支持機 構とを具備し、尾翼が風力を受けることによって受風ユニットの風を受ける面が風向き の変化に応じて風上を向く構成とすることも好ましい。

[0014] 上記第 1〜第 3の観点の風力発電装置は、構造が簡単であり、 1個あたりの設置面 積が狭い。また、発電部に圧電素子を用いる場合には、受風翼の振動がダイレクトに 伝えられることにより、高い発電効率を実現することができる。さらに、発電部として圧 電素子を用いた場合と電磁誘導を用いた発電コイルを用いた場合とで、実質的に相 違のない構造を実現することができるので、例えば、受風翼の大きさや設置目的等に 合わせて、適切な発電部を選択することができる。このような風力発電装置を複数用 いれば、電気工ネルギ一の使用目的に応じて低出力から大出力の様々の発電を行 うことができる風力発電システムを容易に構築することができる。

[0015] 本発明の第 4の観点は、断面形状が略 V字状または所定の曲率の孤状である受風 翼と、

前記受風翼を支持する支持棒と、

前記支持棒をその軸芯回りに回転自在に保持する軸保持部材と、

前記軸保持部材が取り付けられる振動板と、

前記振動板を保持する振動板保持手段と、

前記受風翼が風力を受けて!/、な!、状態で前記受風翼を所定位置に保持し、前記 受風翼が風力を受けて前記受風翼と前記支持棒とがー体的に回転したときに、前記 受風翼を前記所定位置に戻すように前記支持棒の動きを制御する受風翼回帰機構 と、

前記受風翼が風力を受けることによって前記振動板に発生する橈みまたは振動を 利用して発電する発電機構と、

を具備することを特徴とする風力発電装置、を提供する。

[0016] この風力発電装置にお!、て、発電機構としては、屈曲変位を生じる圧電素子また はコイルと磁石が好適に用いられる。圧電素子を用いる場合には、圧電素子は振動 板に貼り付けることができる。一方、コイルと磁石を用いる場合には、その一方を振動 板に取り付け、他方を振動板に生じる橈みまたは振動によって振動板に取り付けた 一方が移動する際に電磁誘導によりコイルに電流が発生するように所定位置に配置 することができる。受風翼は、矩形板をその幅方向で二つ折りした形状を有するもの が好適に用いられる。支持棒は、その折り目部分に取り付けることが好ましい。受風 翼回帰機構には、スプリング、ゴム、ぜんまいパネが好適に用いられる。

[0017] 上記第 4の観点の風力発電装置によれば、受風翼が風力を受けて倒れることで振 動板を屈曲させ、その際に受風翼が回転することで受けた風を逃がして元の姿勢に 戻ろうとする力を受風翼回帰機構によりアシストし、受風翼が元の姿勢に戻れば再び 受風翼が風力を受けて倒れるという一連の動作により、振動板に橈みや振動を生じ させるもので、高い効率で発電することができる。また、本発明の風力発電装置は大 きさの設計の自由度が大きぐ集積化も容易である。なお、本発明の風力発電装置 は、機械的に大きな応力が集中する部分がないので、製品寿命が長い。

[0018] 本発明の第 5の観点は、長尺状でその幅方向に所定角度で二つ折りされた形状を 有し、その長手方向の一端が固定された状態で風力を受けた際に所定のねじれ振 動を生ずるように、その幅が長手方向にぉ 、て変化して 、る受風翼と、

前記受風翼の振動によって発電する板状発電部と、

前記発電部からの電気を取り出す電気回路と、

を具備する風力発電装置であって、前記板状発電部の板を含む平面と風向とが平 行であり、その振動方向が風向に対して略直角となるように設置されて 、ることを特 徴とする風力発電装置を提供する。

[0019] この風力発電装置においては、受風翼として、対向する短辺の長さが互いに異なる 略短冊状の 2枚の板部材が、所定の角度をなし、かつ、長手方向の一端が他端より も幅広となるように、その長辺で接合された構造を有するものが好適に用いられる。こ の場合、前記受風翼の二つ折りの折れ線部分相当部又は接合部分相当部に、ピア ノ線等の線状補強部材を有することが望ましい。補強部は、受風翼の長さ方向全体 に取り付けることもできる力 発電部との固着部力 受風翼の中途で止めることもでき る。このとき、受風翼の動きの制動を小さくしながら、受風翼を補強することができ、さ らに振動エネルギーを発電部分に着実に伝達できる。

[0020] また本発明の第 6の観点は、長尺状で、その長さ方向に垂直な断面の形状が略弧 状であり、その長手方向の一端が固定された状態で風力を受けた際に所定のねじれ 振動を生ずるように、その幅が長手方向において変化している受風翼と、前記受風 翼の振動によって発電する発電部と、このエネルギーを取り出す電気回路と、を具備 することを特徴とする風力発電装置であって、前記板状発電部の板を含む平面と風 向とが平行であり、その振動方向が風向に対して略直角となるように設置されて 、る ことを特徴とする風力発電装置を提供する。

[0021] 上記本発明に係る風力発電装置においては、発電部として屈曲することによって 発電する圧電素子を有するものが好適に用いられる。この場合、圧電素子を受風翼 に取り付けてもよい。また、受風翼とこの圧電素子とを連結する連結部材をさらに設け て、受風翼のねじれ振動がこの連結部材を介して圧電素子に伝えられるようにして圧 電素子を屈曲させ又は擁ませて、発電させてもよい。なお、本発明において、受風翼 にはパネ性を有する金属材料ゃ榭脂材料が好適に用 ヽられる。 [0022] 一方、発電部として電磁誘導により発電する発電コイルを用いることもできる。この 場合、受風翼と発電コイルとを連結する連結部材をさらに設けて、受風翼のねじれ振 動をこの連結部材を介して発電コイルに伝え、発電コイルを動作させることができる。 さらに、発電コイルに代えて、油圧ポンプおよび油圧発電機を用いて発電してもよ い。また、発電コイルと磁石で発電させる本方式と、圧電素子により発電させる方式を 併用する方式でも良い。例えば、板状発電部に圧電板と発電コイルの双方が含まれ る場合である。なお、本発明において、受風翼にはパネ性を有する金属材料ゃ榭脂 材料が好適に用いられる。

[0023] 本発明の第 7の観点は、前記第 5の観点または第 6の観点の風力発電装置を複数 用いて構成される風力発電システムであって、複数の前記受風翼が所定間隔で並べ られ、複数の前記発電部で発生する電気エネルギーを直列および Zまたは並列で 集電する集電装置を具備することを特徴とする風力発電システム、を提供する。

[0024] さらに、本発明の第 8の観点は、所定数の前記受風翼が、風を受ける面が同じ方向 を向くように、縦列もしくは並列または縦並列または放射状に並べられた構成を有す る受風ユニットと、尾翼と、前記受風ユニットと前記尾翼とを連結する連結部材と、前 記連結部材を回転自在に支持する支持機構と、を具備し、前記尾翼が風力を受ける ことによって前記受風ユニットの前記板状発電部の板を含む平面が風向と略平行で あり、その振動が風向に対して略垂直となることを特徴とする風力発電システム、を提 供する。

[0025] 上記第 5〜第 8の観点の風力発電装置によれば、構造が簡単であり、 1個あたりの 設置面積が狭い。また、発電部に圧電素子を用いる場合には、受風翼の振動がダイ レクトに伝えられ、前記板状発電部の板を含む平面が風向と略平行であり、その振動 方向を風向に対して略垂直とすることによって、弓 Iき続 、て吹く当該風による当該板 状発電部の振動運動の阻害を少なくすることにより、より風速の小さな微風でも発電 可能で、高い発電効率を実現することができる。また、発電部として圧電素子を用い た場合と電磁誘導を用いた発電コイルを用いた場合とで、実質的に相違のな 、構造 を実現することができ、さらに、受風翼の大きさや設置目的等に合わせて、適切な発 電部を選択することができる。このような風力発電ユニットを複数用いれば、電気エネ ルギ一の使用目的に応じて低出力から大出力に亘る効率の良い発電を行うことがで きる風力発電システムを容易に構築することができる。

図面の簡単な説明

[図 1]風力発電装置の概略構造を示す正面図。

[図 2]図 1に示す風力発電装置を構成する受風翼の斜視図。

[図 3]図 1に示す受風翼の振動形態を模式的に示す説明図。

[図 4]圧電板からの集電を行う集電回路の一例を示す説明図。

圆 5]別の風力発電装置の概略構造を示す正面図および側面図。

[図 6]図 5の風力発電装置の側面図。

圆 7]さらに別の風力発電装置の概略構造を示す側面図。

圆 8]さらに別の風力発電装置の概略構造を示す正面図。

圆 9]油圧発電ユニットの概略構成を示す説明図。

圆 10]さらに別の風力発電装置の概略構造を示す斜視図。

圆 11]別の受風翼の概略構造を示す斜視図。

圆 12]さらに別の受風翼の概略構造を示す斜視図。

圆 13]さらに別の受風翼の概略構造と構成比率を示す正面図。

圆 14]さらに別の受風翼の概略構造と構成比率を示す正面図。

圆 15]さらに別の受風翼の概略構造と構成比率を示す正面図。

圆 16]さらに別の風力発電装置の概略構成を示す正面図。

[図 17]図 16の A— A線矢視の断面図。

圆 18]複数の受風翼を用いて構成された受風ユニットの一例を示す説明図。

圆 19]複数の受風翼を用いて構成された受風ユニットの別の例を示す説明図。 圆 20]複数の受風翼を用いて構成された受風ユニットのさらに別の例を示す説明図 圆 21]複数の受風翼を用いて構成された受風ユニットの他の例を示す説明図。 圆 22]複数の受風翼を用いて構成された受風ユ ットのさらに他の例を示す説明図 圆 23]風力発電システムの概略構成を示す平面図。 [図 24]図 23の垂直断面図。

圆 25]別の風力発電システムの概略構成を示す説明図。

圆 26]さらに別の風力発電システムの概略構成を示す説明図。

[図 27]他の風力発電システムの概略構成を示す平面。

[図 28]図 28の風力発電システムの正面図。

[図 29]さらに他の風力発電システムの概略構成を示す説明図。

[図 30]発電装置、受風ユニット、風力発電システムの配置形態を模式的に示す説明 図。

圆 31]風力発電装置の概略構造を示す斜視図。

[図 32]風力発電装置の発電メカニズムを示す図。

圆 33]別の風力発電装置の概略構造を示す斜視図。

圆 34]別の受風翼の概略構造を示す斜視図。

[図 35]参考例の風力発電装置の概略構造を示す斜視図。

圆 36]風力発電装置の概略構造を示す斜視図。

[図 37]図 35に示す風力発電装置の概略平面図。

[図 38]図 36に示す風力発電装置の概略平面図。

[図 39]受風翼の説明図

圆 40]図 2に示す受風翼の振動形態を模式的に示す説明図。

[図 41]圧電板からの集電を行う集電回路の一例を示す説明図。

[図 42]風力発電装置の別の例の概略構造を示す正面図。

圆 43]図 42の風力発電装置の概略構造を示す側面図。

圆 44]さらに別の風力発電装置の概略構成を示す説明図。

圆 45]別の例の受風翼の概略構造を示す斜視図。

圆 46]さらに別の例の受風翼の概略構造を示す斜視図。

[図 47]他の例の受風翼の概略構造を示す斜視図。

圆 48]複数の受風翼を用いて構成された受風ユニットの一例を示す説明図。

圆 49]複数の受風翼を用いて構成された受風ユニットの別の例を示す説明図。 圆 50]複数の受風翼を用いて構成された受風ユニットのさらに別の例を示す説明図 [図 51]複数の風力発電装置を用いて構成された発電システムの一例を示す説明図。

[図 52]複数の受風翼を用いて構成された発電システムの別の例を示す説明図。 発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図 1は、 風力発電装置 1の概略構造を示す正面図であり、図 2は風力発電装置 1を構成する 受風翼 10の斜視図である。風力発電装置 1は、風力を受けることによって所定の振 動を生ずる受風翼 10と、受風翼 10に取り付けられ、受風翼 10の振動によって電気 エネルギーを発生する発電部たる圧電板 11a · l ibと、受風翼 10を保持する保持部 材 12と、を有している。

[0028] 図 2に示すように、受風翼 10の幅は長手方向において変化している。すなわち、受 風翼 10は、対向する短辺の長さがそれぞれ 2L、 2Lで互いに異なり（L >Lとする

1 2 1 2

)、受風翼 10の長さ Lが短辺の長さよりも極端に長い (L > >L )略台形状の板部材

3 3 1

力 所定の角度 0 (以下、「内角 0」という）で幅方向に二つ折りにされた構造を有し ている。保持部材 12は、受風翼 10の短辺のうちの短い方の端部側を保持している。

[0029] 受風翼 10としては、パネ性 (弾性)を有する金属材料または榭脂材料が好適に用 いられる。ここでは、受風翼 10は金属材料で構成されているとする。受風翼 10の長さ Lに制限はなぐ例えば、数センチメートル、数十センチメートル、数メートル、数十メ

3

一トルと、設置場所および設置目的によって任意に設定することができる。受風翼 10 の形状 (つまり、各辺の長さ L、 L、 L )と厚み、内角 Θは、使用される材料特性を考

1 2 3

慮して、後述する受風翼 10の振動が効率的に発生するように、適宜、設定される。短 辺の長さ 2Lと 2Lとの比率は、例えば L： L = 1. 2 : 1〜10 : 1に設定することが好ま

1 2 1 2

しい。また、短辺（長い方) Lと長手方向長さ Lとの比率は、例えば L： L = 1 : 5〜1：

1 3 1 3

15に設定することが好ましい。さらに、受風翼 10の折曲を解消した展開状態におい て、支持端力も解放端へ向かい拡幅する二つの辺の角度 (テーパー角）は、長手方 向の中心線に対して、 0° 〜30° となるように設定することが好ましい。

[0030] なお、図 2では、受風翼 10として 1枚の板部材を二つ折りにした形態を示した力 例 えば、短辺の長さが L、 Lで、長さが Lの 2枚の板部材をその長辺で接合することに より、受風翼 10を形成してもよい。受風翼 10はその厚みが薄い場合には、折り曲げ 板金カ卩ェにより二つ折りにすることができる力 厚みが厚いものの場合には、铸造等 により製造することができる。また、受風翼として榭脂製のものを用いる場合には、そ の厚みが薄い場合には、弾性フィルムを折り曲げカ卩ェすることにより、一方、その厚 みが厚い場合には射出成形や押し出し成形等により、所望の受風翼を製造すること ができる。

[0031] 発電部たる圧電板 1 la' l ibはそれぞれ、主面に図示しない電極膜を備えており、 厚み方向に分極されて 、る。圧電板 1 la' 1 lbはそれぞれ直接に受風翼 10の内角 Θ側の表面に、一方の電極膜が受風翼 10と導通するように、接着されている。これに より、風力発電装置 1では、電力を取り出すための出力電極として受風翼 10を用いる ことができるようになって!/、る。

[0032] 風力発電装置 1では、圧電板 1 la' l ibを受風翼 10の内角 Θ側に設けているが、 圧電板 l la' l ibは受風翼 10の外角側に設けてもよぐさらに受風翼 10の各面に任 意に設けてもよい。また、受風翼 10が大型の場合には、受風翼 10の各表面に、複数 の圧電板を配置することができる。なお、受風翼 10は、 2枚のュ-モルフ素子をその 長辺で内角 Θが形成されるように接合した構造であると、換言することができる。

[0033] 保持部材 12は、受風翼 10を保持することができる所定の硬さを有していればよぐ 例えば、金属材料、榭脂材料、セラミックス材料、これらの材料からなる複合材料等を 用!/、ることができる。

[0034] 図 3に受風翼 10の振動形態を模式的に示す説明図を示す。ここで、受風翼 10が 静止しているときの受風翼 10の長手方向、つまり受風翼 10における折り曲げ部の長 さ方向軸を Z軸とし、受風翼 10の内角 Θを 2等分する方向軸を X軸とし、 X軸および Z 軸と直交する方向軸を Y軸と定めることとする。また、受風翼 10の解放端側における 受風翼 10の折り曲げ部を P点とする。

[0035] 受風翼 10は、風が X方向力も受風翼 10の内角 Θ側の面に向けてあたるときに、最 も効率よく振動する。すなわち、受風翼 10が静止している状態では P点は、 X軸と Y 軸の交点（Z軸上）〖こ位置している。そして、受風翼 10に X方向力も風力を受けると、 受風翼 10は受けた風を逃がそうとするために、受風翼 10には、受風翼 10の支持端 側がパネとして機能して受風翼 10の解放端側の P点力 一 Y平面上の P点と P点と

1 2 の間を往復しながら z軸回りに回動するような「ねじれ振動」、が生ずる。このとき、圧 電板 1 la' l ibが橈んで圧電効果によって電気を発生する。なお、 P点と P点の位

1 2 置は、風があたる向きや風速 (風力）によって異なる。

[0036] このようなねじれ振動を効率的に受風翼 10に生じさせるためには、受風翼 10は X 軸について対称な構造を有していることが好ましぐまた、受風翼 10の内角 Θは、 45 度〜 135度の間に設定することが好ましぐ 90度近傍とすることがより好ましい。

[0037] 図 4は圧電板 11a · l ibからの集電を行う集電回路 90の一例を示す説明図である。

集電回路 90は、圧電板 l la' l ibが発生した電気（交流）を整流する整流回路 91と、 整流回路 91によって整流された電力の一部を貯蔵するとともに、貯蔵した電力を負 荷 92へ供給する充放電回路 93と、を有している。整流回路 91は、ダイオード 94がホ ィートストンブリッジ型に接続された構成を有する。また、充放電回路 93は、電力を貯 蔵 Z放出するコンデンサや二次電池等の電力貯蔵体 95を備えている。

[0038] このような集電回路 90によれば、整流回路 91により整流された電力のうち負荷 92 へ必要な電力をリアルタイムに送ることができる。一方、負荷 92で必要とされない余 剰電力を電力貯蔵体 95に貯蔵することができるために、例えば、受風翼 10が動作し ない無風時等には、この電力貯蔵体 95に貯蔵された電力を用いて負荷 92を動作さ せることができる。なお、発電電力が大きい場合には、例えば、電力会社へ給電する ことができる。

[0039] 風力発電装置 1の構成は種々に変形することができる。例えば、受風翼 10の全面 に圧電板 11a ' l ibを設けてもよい。また、受風翼自体を圧電機能を有する榭脂材等 で形成してもよい。さらに、圧電素子として単板の圧電板 11a ' l ibを示した力 後述 する風力発電装置 2に用いられて!/、るバイモルフ素子 21や、公知のュ-モルフ素子 や積層型バイモルフ素子（マルチモルフ素子）を用いてもょ 、。

[0040] 次に、本発明の風力発電装置の別の実施形態について説明する。図 5に風力発電 装置 2の概略構造を示す正面図を示し、図 6にその側面図を示す。この風力発電装 置 2は、受風翼 10と、発電部たるバイモルフ素子 21と、受風翼 10とバイモルフ素子 2 1とを連結する連結部材 22と、バイモルフ素子 21を保持する保持部材 23と、を備え ている。

[0041] 受風翼 10は図 2に示したものと同じである。バイモルフ素子 21は、周知の通り、金 属板等の補強板 21aに圧電板 21b ' 21cが貼り付けられた構造を有している。連結部 材 22は、受風翼 10の振動をバイモルフ素子 21に伝達する部材であり、できるだけ振 動を減衰させないように、例えば、金属やセラミックスで構成される。受風翼 10と連結 部材 22との接合、連結部材 22とバイモルフ素子 21との接合には、これらを構成する 材料を考慮して、溶接や樹脂接着剤による方法が採られる。樹脂接着剤を用いる場 合には、エポキシ榭脂等の硬質榭脂を用いることが好ま 、。

[0042] このような構造を有する風力発電装置 2でも、受風翼 10が風力を受けて図 3に示し た振動を起こすことにより、バイモルフ素子 21が屈曲して発電し、これにより、電気工 ネルギーを得ることができる。

[0043] 風力発電装置 2は、図 7の側面図に示す風力発電装置 2aの形態に変形することが できる。すなわち、受風翼 10の長手方向とバイモルフ素子 21の主面との角度は、風 力発電装置 2では 0度（平行)であったが、風力発電装置 2aでは 90度 (垂直）となつ ている。風力発電装置 2aでも、受風翼 10が風力を受けて図 3に示した振動を起こす ことにより、バイモルフ素子 21に屈曲変異が生じて発電し、これにより電気工ネルギ 一を得ることができる。

[0044] 風力発電装置 2のように、受風翼 10が連結部材 22で支持された構造の場合には、 発電部としてバイモルフ素子 21に代えて、電磁誘導により発電する発電コイルを用 いることもできる。図 8に発電コイル 40を備えた風力発電装置 5の模式図を示す。この 場合、受風翼 10の振動により連結部材 22に生ずる往復回動運動を利用して、発電 コイル 40を駆動する。特に、受風翼 10の長さが数メートルカゝら数十メートルに達する ような大型発電装置の場合には、受風翼 10を保持するために発電部にも高い機械 的強度が必要とされる。このような発電部として、発電コイル 40は好適に用いられる。

[0045] 発電コイル 40に代えて、油圧 (水圧および空気圧を含む、以下同様)を利用した油 圧発電ユニットを用いることも好ましい。図 9に油圧発電ユニット 50の概略構成を示 す説明図を示す。油圧発電ユニット 50は、油圧シリンダ 51と、アキュームレータ 52と 、油圧モータ 53と、油圧モータ 53へ送る油圧を調整する圧力調整弁 54と、発電機 5 5を備えている。

[0046] 受風翼 10が風力を受けて振動することで連結部材 22に生ずる往復回動運動が油 圧シリンダ 51のピストンを駆動するように、連結部材 22を油圧シリンダ 51のピストンで 直接的または間接的に支持する。ピストンの駆動により油圧シリンダ 51で発生した油 圧はアキュームレータ 52に蓄積される。アキュームレータ 52は、公知の通り、密閉さ れたシェル内がゴム袋でできた窒素ガスを封入した室と油室とに分けられており、窒 素ガスの圧縮比で圧油の貯蔵を行う。アキュームレータ 52に蓄積された油圧は圧力 調整弁 54を通して引き出され、この油圧で油圧モータ 53のスピンドルを回転させる。 この油圧モータ 53のスピンドル回転により発電機 55を駆動して、電気エネルギーを 発生させる。

[0047] なお、アキュームレータ 52は、必要に応じて作動油に生じる衝撃圧（油撃）を吸収し て圧油の脈動を減衰させたり、油圧シリンダ 51を停止させて受風翼 10の傾倒を防止 するための油圧源としても機能する。

[0048] 図 10に本発明のさらに別の実施形態である風力発電装置 3の概略構造を示す斜 視図を示す。この風力発電装置 3が具備する受風翼 30は、長尺状で、その長さ方向 に垂直な断面の形状が略弧状であり、かつ、その一端の弧の長さと他端の弧の長さ が異なる形状を有している。受風翼 30の弧の長さが短い方の端部は、保持部材 32 に保持されている。受風翼 30は、受風翼 10と同様に、パネ性 (弾性)を有する金属 材料または榭脂材料で構成される。

[0049] 圧電板 31a' 31bは受風翼 30の表面に取り付けられている。圧電板 31a' 31bが薄 ぐ受風翼 30の曲率が大きい場合には、圧電板 31a ' 31bを受風翼 30の曲面にそつ て曲げた状態で、貼り付けることができる。また、受風翼 30の曲率が小さい場合には 、圧電板として短冊状のものを複数貼り付けることで、これらの圧電板を受風翼 30〖こ 密着させて取り付けることができる。

[0050] 受風翼 30の内側曲面が風力を受けることによって、受風翼 30には受風翼 10と同 様の振動が発生し、これにより圧電板 31a ' 31bが橈み、発電する。受風翼 30の長さ 、厚さ、端部の曲率および弧の長さは、このような振動が効率よく生ずるように、設定 される。なお、先に説明した風力発電装置 2 ' 2aは風力発電装置 1に用いられている 受風翼 10を備えて 、たが、この受風翼 10に替えて受風翼 30を用いてもょ 、。

[0051] ところで、本発明の風力発電装置を構成する受風翼は、上記受風翼 10· 30に限定 されるものではなぐ長手方向の一端が固定された状態で風力を受けた際に所定の ねじれ振動を生ずるように、その幅が長手方向において変化していればよい。具体 的には、図 11に斜視図で示す受風翼 10aのように、端部が中心部よりも細ぐ幅方向 で二つ折りにされた構造であってもよい。受風翼 10aでは、さらにその解放端の端面 が直線的でなく曲線的であってもよい。また、図 12に斜視図で示す受風翼 30aのよう に、支持端力も解放端に向力 てその幅が徐々に広くなつた後に、先細りとなるよう な形状を有するものであってもよ 、。

[0052] 次に、図 13〜図 15を参照しながら、受風翼の形状を構成比率について説明を行う 例えば図 13および図 14に示すように、支持端力も解放端に向かってその幅が徐 々に広くなつた後に、先細りとなるような形状を有する受風翼 60a, 60bの場合には、 折曲部を中心に左右対称であることが必要だ力 その形状は問われない。ただし、 支持端力 最大拡幅部位までの長さ Lに対して、最大拡幅部位から先端 (解放端）

4

までの長さ Lはし≥Lとなるようにすることが好ましい。また、図示は省略する力 受

5 4 5

風翼 60a, 60bの折曲を解消した展開状態の最大拡幅部位の幅は支持端側の幅に 対して、 [最大拡幅部位の幅]： [支持端の幅] = 1. 2 : 1〜10： 1の比率となるようにす ることが好ましい。

さらに、支持端側の幅と、該支持端力 最大拡幅部位までの長さ Lとの比率は、 [

4

支持端の幅] : L = 1 : 5〜1： 15となるように設定することが好ましい。

4

また、受風翼 60a, 60bの折曲を解消した展開状態において、支持端から最大拡 幅部位へ向かい拡幅する二つの辺の角度 (テーパー角）は、長手方向の中心線に 対して、 0° 〜30° となるように設定することが好ましい。

[0053] また、図 15に示すように、弧状をした断面形状を有する受風翼 60cの場合には、受 風翼 60cの長手方向の長さ Lを、先端部 (解放端)の直径（円とした場合) Dの 3倍

6 1 以上に設定することが好ましい。また、支持端部の直径 D (円とした場合）は、先端部

2

(解放端)の直径 D (円とした場合)未満とすること (D < D )が好ましぐ D： D = 1 : 1. 2〜1 : 10とすることがより好ましい。

なお、以上に記した受風翼 10a, 60a, 60b, 60cの形状や比率は、他の実施形態 の受風翼にも適用できる。

[0054] 図 16および図 17に本発明のさらに別の実施形態である風力発電装置 4の概略構 造を示す説明図を示す。図 16は風力発電装置 4の正面図であり、図 17は正面図中 に示す矢視 AA断面図である。この風力発電装置 4では、バイモルフ素子 21の補強 板 21aが受風翼 10にブリッジするように配置されている。この構造では、バイモルフ 素子 21は、受風翼 10の解放端側の内角側面が風力を受けることができるように、受 風翼 10の支持端側に配置する。風力発電装置 4でも、受風翼 10が風力を受けて図 3に示す振動が生じることにより、バイモルフ素子 21が橈んで発電する。

[0055] 本発明に係る風力発電装置は、勿論、単体で設置することが可能であるが、複数 の受風翼を所定間隔で並べて配置し、各受風翼に生ずる振動エネルギーを基にし て各発電部で発生させた電気エネルギーを直列および Zまたは並列で集電するュ ニットを構成し、このようなユニットを単独でまたは複数組み合わせて、風力発電シス テムを構成することが好まし 、。

[0056] 以下に、風力発電ユニットの実施形態について説明する。

図 18〜図 22に複数の受風翼 10aを用いて構成された受風ユニットの種々の例を 示す説明図を示す。図 18に示す受風ユニット 61は、複数の受風翼 10aが棒状の保 持部材 71に一列で一定の間隔で取り付けられた構造を有する。図 19に示す受風ュ ニット 62は、複数の受風翼 10aが全体的な形状が略扇型となるように円板状の保持 部材 72に放射状に取り付けられた構造を有する。図 20に示す受風ユニット 63は、複 数の受風翼 10aが全体的な形状が円形となるように放射状に保持部材 72に取り付 けられた構造を有する。図 21に示す受風ユニット 64は、複数の受風翼 10aがフレー ム 73にその面内に収まるように配置された構造を有する。図 22に示す受風ユニット 6 5は、複数の受風翼 10aがパネル 74に縦横に並べて取り付けられた構造を有する。

[0057] これら受風ユニット 61〜64では、各受風翼 10aはその内角側の面が同じ方向を向 いていることが好ましい。また、受風ユニット 65では、各受風翼 10aの内角側の面が 一方向を向いた構造とした力 各受風翼 10aの内角側の面の向きはランダムであつ てもよい。なお、このような各種の発電ユニットには、その長さが数メートル〜 lmまた はこれ以下の受風翼が好適に用いられる。

[0058] このような受風ユニット 61〜64では、各受風翼が同時に同一振幅で振動することは 稀であると考えられるために、ユニット集電装置としては、受風翼ごとに整流回路 91 が設けられ、各整流回路 91から出力された電気エネルギーを直列および Zまたは並 列に接続して集電する構造のものが好適に用いられる。

[0059] 次に、このような受風ユニットを用いた発電システムの実施形態について説明する。

図 23〜24に複数の受風ユニット 61からなる風力発電システム 80の概略構成を示す 説明図を示す。図 23はその上面図であり、図 24はその鉛直断面図である。なお、図 23では、受風翼 10aを簡略的に黒点で示しており、図 24では紙面後方に位置する 受風ユニット 61の図示を省略して 、る。

[0060] 風力発電システム 80は榭木の形態を擬したものであり、複数の受風ユニット 61が 支柱 76の周囲に放射状に配置された構造を有している。この風力発電システム 80 は、図 24と同様にして図 25に示す風力発電システム 8( のように、その下部から上 部に向けて、大きさの異なる受風翼（図 25において、符号「10b」、 「10c」、 「10d」、 「 10e」で示し、この順番で受風翼は小さくなる）が配置された構造へ変形することも好 ましい。

[0061] 図 26に複数の受風ユニット 62からなる風力発電システム 81の概略構成を示す正 面図を示す。風力発電システム 81は、複数の受風ユニット 62を、隣接する受風ュ- ットどうしが左右交互に位置するように、支柱 77に一定の間隔で取り付けられた構造 を有する。なお、風力発電システム 81を、隣接する受風ユニットどうしが支柱 77の長 手方向から見たときに 90度ずれるように支柱 77に一定の間隔で取り付けられた構造 へと変形することも、好ましい。

[0062] 図 27〜28に受風ユニット 63からなる風力発電システム 82の概略構成を示す説明 図を示す。図 27はその上面図であり、図 28はその正面図である。風力発電システム 82では、十字型で棒部の長さが異なる保持部材 78b ' 78cが、交互に、かつ、棒部 が主支柱 78aの長手方向から見て 45度ずれるようにして、主支柱 78aの長手方向に 一定の間隔で取り付けられ、これら保持部材 78b ' 78cの棒部の各先端に受風ュ-ッ ト 63が取り付けられた構造を有して 、る。

[0063] 図 29に受風ユニット 63を用いた別の風力発電システム 83の概略構成を示す説明 図を示す。この風力発電システム 83は、尾翼 79aと、受風ユニット 63と尾翼 79aとを 連結する連結部材 79bと、連結部材 79bを回転自在に支持する支持機構 79cと、を 具備している。この風力発電システム 83では、尾翼 79aが風力を受けると、尾翼 79a は風下に、受風ユニット 63は風上に配置される。つまり、風見鶏のような動きをする。 したがって、風力発電システム 83では、風向きが変わっても、受風ユニット 63が常に 風上側に配置され、受風翼 10aが振動するために、稼働効率が高くなる。

[0064] 図 30に上述した発電装置、受風ユニット、風力発電システムの配置形態を示す説 明図を示す。受風翼の長さが数メートル〜数十メートルに及ぶ大型のものの設置場 所としては、既存のプロペラ式発電装置等が設置されている場所、例えば、海岸線 近くの自然の風が吹く場所、山間地の谷間等が挙げられる。この場合には、受風翼 を気象経験上の最大風速における振動振幅を考慮して、その振動時に接触しな 、 間隔で配置すればよい。

[0065] 榭木型の風力発電システム 8( 等は、例えば、海岸線や家屋の周囲に配置する ことができ、この場合には、防風林としての役割を担わせることができる。風力発電シ ステム 8( 等を砂浜近くに配置した場合には、防砂林としても機能させることができ る。また、パネル型の受風ユニット 64は、道路脇や線路脇、家屋回りに配置すること ができ、この場合には、受風ユニット 64に、ガードレールや横風防止柵、進入防止柵 、防音壁等としての役割を持たせることができる。さらに受風ユニット 64は、各種工場 やビル、家屋等で用いられる排気設備から排出される風、例えば、ボイラーゃェアコ ンの排気口に取り付けることができ、この場合には、自然環境に左右されない定期的 かつ効率的な発電が可能となる。受風ユニット 65は、例えば、家屋の屋根等に設け ることがでさる。

[0066] こうして所定の場所に設けられた風力発電装置等によって作り出された電気工ネル ギ一は、好ましくはその風力発電装置等が配置されている場所の近傍における家庭 用電力や道路'街頭照明用電力として、直接にまたは所定の充電装置に充電されて 、用いられる。 [0067] 次に、本発明の別の実施形態について図 31〜34を参照しながら詳細に説明する 図 31に風力発電装置 101の概略構造を表す斜視図を示す。風力発電装置 101は 、断面略 V字型の受風翼 102と、受風翼 102に取り付けられた支持棒 103と、支持棒 103をその軸芯回りに回転自在に保持するベアリング 104と、ベアリング 104が取り 付けられる振動板 105と、振動板 105を保持する振動板保持台 106と、支持棒 103 に取り付けられた受風翼回帰機構の一例としてのぜんまいパネ 107と、ぜんまいパネ 107を保持するためのパネ保持部材 108と、受風翼 102に貼り付けられた圧電素子 109と、を備えている。

[0068] 受風翼 102は、矩形板をその幅方向で二つ折りした形状を有するものが好適に用 いられ、これは 1枚の矩形板を折り曲げ加工したものであってもよいし、 2枚の矩形板 を接合したものであってもよい。折り曲げ角度 Θに制限はないが、好ましい折り曲げ 角度 Θは、 60〜120度の範囲である。 Θが 60度よりも小さい場合には、風力を受け る力が小さくなるために、後述する振動板の橈み量や振動振幅が小さくなり、 120度 よりも大きい場合には、受風翼 102の支持棒 103の軸芯回りの回転が起こり難くなつ て振動が発生し難くなる。受風翼 102には、例えば、金属やエンジニアリングプラス チック、 FRP等の材料が用いられ、受風翼 102はそれ自体が風力を受けても橈み等 の変形を起こさな 、ように、その形状 (寸法)を設定することが好まし 、。

[0069] 支持棒 103は受風翼 102その折り目部分に取り付けられる。これらは強固に接合さ れていることが好ましぐ受風翼 102と支持棒 103は一体成形品であってもよい。この 支持棒 103もまた、それ自体が屈曲しな 、程度の機械的強度を有することが好まし い。

[0070] ベアリング 104は振動板 105に取り付けられて、支持棒 103を回転自在に保持して いる。支持棒 103を保持する部材はベアリングに限定されるものではないが、支持棒 103がその軸芯回りにぶれが少な 、状態で回転自在に保持するものを用いることが 望ましい。

[0071] 振動板 105は、例えば、矩形の金属板ゃ榭脂板であり、適度な屈曲性とパネ性 (弾 性)を有するものが用いられる。圧電素子 109は、圧電セラミックスや圧電性榭脂から なる板状またはフィルム状の部材の表裏面に電極が形成されているものであってもよ いし（つまり、圧電素子 109と振動板 105とでュ-モルフ素子やバイモルフ素子の構 造とする）、ュ-モルフ素子やバイモルフ素子あるいは積層型バイモルフ素子等の屈 曲変位型圧電素子であってもよ 、。

[0072] 圧電素子 109の取り付け位置は、図 31に示す位置に限定されるものではなぐ後 述するように振動板 105が屈曲する際に、大きく橈む部分（曲率の変化が大き!、部分 )に設けることが好ましい。また、振動板 105には、複数の圧電素子を貼り付けてもよ いが、圧電素子が矩形形状の場合には、その長手方向を振動板 105の長手方向に 一致させることで、橈み量を大きく取ることができ、発電量を大きくすることができる。さ らに、圧電素子 109を振動板 105の表裏面に貼り付けることも好ましい。図 31では圧 電素子 109全体が振動板 105に貼り付けられた構造となっているが、圧電素子の一 部が振動板 105からはみ出るように振動板 105に貼り付けてもよい。

[0073] ぜんまいパネ 107は、その中心部分が支持棒 103に取り付けられ、その外周部が パネ保持部材 108に取り付けられており、このパネ保持部材 108は振動板 105に取 り付けられている。パネ保持部材 108は支持棒 103と直接に接合されていなければ よいので、例えば、パネ保持部材 108は振動板支持台 106に取り付けられていても よい。

[0074] 図 31に示した状態で支持棒 103を軸芯回りに一定角度、強制的に回転させる（ね じる）と（回転させる向きは時計回りでも反時計回りでも構わない）、ぜんまいパネ 107 が変形し、支持棒 103を元の状態に戻そうと力が支持棒 103に作用する。したがって 、支持棒 103を芯回りに回転させる力を除去すると、ぜんまいパネ 107のパネ力によ り、支持棒 103が元の状態に戻る。風力発電装置 101において、このように支持棒 1 03を軸芯回りに一定角度回転させる力は、受風翼 102に作用する風力である。

[0075] 次に、風力発電装置 101の主な発電態様について説明する。図 32に受風翼 102 の主な動きを受風翼 102の端面の動きで表し、これに対応する振動板 105の動きを 表した図を示す。風力発電装置 101が動作していない状態における受風翼 102の 位置を「待機位置」と呼ぶこととし、図 32に" P "で示す。また、受風翼 102が待機位

0

置にあるときの振動板 105の上端の位置を図 32に" Q "で示す。 [0076] 受風翼 102が待機位置 Pにある状態で、受風翼 102の折り曲げ角度 Θ側の面が

0

風を受けると、振動板 105が振動板保持台 106との境界部を支点として屈曲し、受風 翼 102が風下側へ移動する。これと同時に受風翼 102の一方の面が風下側へ移動 するような回転（ねじれ）が生じ、ぜんまいパネ 107が伸びる。こうして受風翼 102が 最も大きく動いた位置を「第 1変位位置」と呼び、図 32に" P "で示す。また、受風翼 1 02が第 1変位位置 Pにあるときの振動板 105の上端の位置を図 32に" Q "で示す。

[0077] 受風翼 102および振動板 105にこのような動きが生じる原因としては、次のことが考 えられる。すなわち、受風翼 102の折り曲げ角度 Θ側の面が風を受けた場合に、そ の面に均一な力が掛カるならば、受風翼 102は回転することなく直線的に風下側に 移動すると考えられる力 実際には風力のばらつき等によってそのような移動は起こ り難ぐそのため、受風翼 102は風力を受けて風下側に押されながら (これによつて振 動板 5が橈む）、強く風力が作用している側の面が風下側へ移動するように回転が生 じるちのと考免られる。

[0078] 受風翼 102には、こうして第 1変位位置 Pに移動した後に、待機位置 Pに戻る動き

1 0 が生じ、これと同時に振動板 105が元の姿勢 (橈みのない状態）に戻る動きが生じる 。このように受風翼 102が第 1変位位置 Pから待機位置 Pへ戻る動きが生じる原因と

1 0

しては次のことが考えられる。すなわち、受風翼 102が第 1変位位置 Pへ移動すると 、受風翼 102が受けた風が逃げやすくなつて受風翼 102が受ける風力が小さくなる ために、ぜんまいパネ 107のパネ力の方が風力よりも大きくなつて受風翼 102が元の 姿勢に戻る回転が生じ、これと同時に、振動板 105を橈ませる力も弱まるので、振動 板 105にもそのパネ力によって元の姿勢に戻る動きが生じる。

[0079] このようにして受風翼 102が静止位置 Pに戻ろうとすると、受風翼 102は静止位置

0

P

0を通り越して逆向きに回転変位しながら風下側へ移動する動きが生じ、振動板 10

5にも再び風下側への橈みが生じる。このときの受風翼 102の変位位置を「第 2変位 位置」と呼び、図 32に" P "で示す。

2

[0080] なお、図 32においては、受風翼 102の第 1変位位置 Pと第 2変位位置 Pの X方向

1 2 変位量を同じとし、また、受風翼 102の回転角度も同じとしている（その場合には、受 風翼 102が第 2変位位置 Pにある場合の振動板 105の先端の位置もまた位置 Qと なる）が、これら第 1変位位置 Pと第 2変位位置 Pの X方向変位量、受風翼 2の回転

1 2

角度は、ぜんまいパネ 107の作用や風力の変化等により異なることが一般的である。

[0081] 受風翼 102に第 2変位位置 Pへ移動する動きが生じる原因としては以下のことが考

2

えられる。すなわち、受風翼 102が待機位置 Pに戻ろうとすると、受風翼 102が受け

0

る風力が再び大きくなり、また、受風翼 102はそれ自体の運動量に起因する慣性によ つて待機位置 Pを超えて反対の向きに回転しようとし、さらに、ぜんまいパネ 107が

0

元の状態に戻ろうとするパネ力が受風翼 102の回転をアシストする。そのため、これら の力が合わさって、受風翼 102が第 2変位位置 Pへ移動する動きが生じると考えられ

2

る。

[0082] 続いて、受風翼 102は第 2変位位置 Pから待機位置 Pへ戻ろうとする。この動きは

2 0

、受風翼 102の第 1変位位置 Pから待機位置 Pへの動きと同様にして生じる。こうし

1 0

て結果的に、受風翼 102には、待機位置 P (または、受風翼 102および振動板 105

0

のぶれを考慮すると、待機位置 Pの近傍である場合もある）を通過して、第 1変位位

0

置 Pと第 2変位位置 Pとの間で移動する回動が生じ、その際に、振動板 105に橈み

1 2

振動が生じる。この橈み振動によって圧電素子 109が発電し、電力を得ることができ る。こうして圧電素子 109に発生する電圧は交流となるので、例えば、二次電池等の 充電に利用する場合には、ブリッジ整流回路等の整流回路を通して、直流に変換し て取り出すことが好ましい。

[0083] 上述の通りに振動板 105に橈み振動を生じさせるために受風翼 102が受ける風は 、脈動流であってもよぐ微弱な定常流でもあってもよい。そのため、風力発電装置 1 01は、無風状態時以外を除いた殆どの状態で駆動させることができるので、高い駆 動効率を実現することができる。

[0084] 図 33に別の風力発電装置 110の概略構造を表す斜視図を示す。この風力発電装 置 110は、先に説明した風力発電装置 101と比べると、ぜんまいパネ 107に代えてス プリング 117を、圧電素子 109に代えてコイル 119aと磁石（永久磁石） 119bを、用い たものであり、受風翼 102、支持棒 103、振動板 105の動きは、風力発電装置 101と 同じである。

[0085] スプリング 117を保持するためのスプリング保持部材 118は、支持棒 103に取り付 けられた第 1スプリング保持部材 118aと、振動板 105に取り付けられた第 2スプリング 保持部材 118bから構成されている。受風翼 102が風力を受けて回転して支持棒 10 3が軸芯回りに回転するとスプリング 117が伸び、この伸びたスプリング 117が受風翼 102を元の位置に戻そうとして縮む。風力発電装置 110では、スプリング 117の代わ りにゴムを用いることも好ましい。第 2スプリング保持部材 118は、振動板 105に固定 しなければならないものではない。例えば、振動板保持台 106から鉛直方向に延び る棒を設け、この棒の先端にスプリング 117を取り付けた構成としてもよい。

[0086] 図 33では振動板 105にコイル 119aを取り付けた構造を示した力 磁石 119bを振 動板 105に取り付けてもよい。振動板 105が先に図 32を参照しながら説明したように 橈み振動すると、コイル 119aと磁石 119bとの距離に変化が生じ、電磁誘導により発 電する。なお、図 33において、コイル 119aを振動板 105の両面に設け、磁石 119b を振動板 105を挟んで 2力所に設けることも好ましい。また、振動板 105において最も 大きく変位する部分は、振動板保持台 106とは反対側の端面であるから、その端面 側に近い位置にコイル 119aを設け、その位置に合わせて磁石 119bを配置すること も好ましい。

[0087] 上述の通りに説明した風力発電装置 101, 110は、支持棒 103の動きに支障が生 じな 、ように、受風翼 102と支持棒 103の一部を除 、て箱体内に格納配置することも 好ましぐ必要に応じて箱内へ水が浸入しない、または浸入し難い構成とすることが 好ましい。このように箱体に収容した構造とすることで、集積配置が容易となる。風力 発電装置 101, 110の設置方向には限定はなぐ受風翼 102を下側に向けた倒立姿 勢で配置してもよ 、し、横倒しにして配置してもよ 、。

[0088] 風力発電装置 101, 110の集積設置例としては、ビルの屋上、戸建て住宅やマン シヨンの敷地外周に設ける垣根、海岸線等の防風林、高速道路等の防風壁等が挙 げられ、このように従来は発電機能を付与することが困難であった場所への設置が可 能になることで、化石燃料を用いないクリーンなオンサイト発電を促進し、既存の大規 模発電施設への電力依存を軽減することができる。また、風力発電装置 101, 110の 大型のものは、既存のプロペラ式の風力発電設備に置き換えて設置することができる [0089] なお、本発明は図 31〜図 33に示す実施形態に限定されるものではない。例えば、 受風翼 102の運動の態様は図 32に示したものに限定されるものではなぐ風向きに よっても変化し、結果的に振動板 105を橈ませることができれば、発電が生じる。例え ば、受風翼 102が受風翼 102の折り曲げ角度 Θの反対側から風力を受けた場合（+ Xの逆向き）に、受風翼 102にその風下側へ移動するような動きが生じた場合にも振 動板 105は屈曲し、これにより圧電素子 109が発電する。このように、振動板 105を 撓ませるように受風翼 102を動かすことができれば、受風翼 102にあたる風の向きに 制限はない。

[0090] 受風翼 102は、図 31 ,図 33に示すものに限定されるものではない。図 34に、本発 明の風力発電装置に適用することができる別の受風翼 102aの概略斜視図を示す。 この受風翼 102aのように、断面が所定の曲率を有する円弧状のものであっても、風 力を受けて回転すると受けた風が逃げて、ぜんまいパネ 107等のパネ力により元の 姿勢に戻るような動きが生じる。さらに、受風翼 102, 102aをその端面側が中央部に 比べて細くなるような形状としてもよいし、一端が他端よりも細くなつている形状として ちょい。

[0091] 次に、本発明のさらに別の実施形態について図 35〜図 52を参照しながら詳細に 説明する。図 35は、参考例の風力発電装置の概略構造を示す斜視図であり、図 36 は、本発明の一実施形態に係る風力発電装置 201の概略構造を示す斜視図である 。図 37は参考例（図 35)の風力発電装置を構成する受風翼 210と板状発電部 211 の位置関係を示す概略の平面図であり、図 38は、風力発電装置 201 (図 36)を構成 する受風翼 210と板状発電部 211の位置関係を示す概略の平面図である。風力発 電装置 201は、風力を受けることによって所定の振動を生ずる受風翼 210と、受風翼 210に取り付けられ、受風翼 210の振動を板状発電部 211に伝える連結部材 212と 、板状発電部 211を保持する保持部材 240とを有して ヽる。

[0092] 図 35および図 36において、発電部たる圧電板 211はそれぞれ、主面に図示しな い電極膜を備えており、厚み方向に分極されている。

[0093] 連結部材 212は、受風翼 210を連結し、その振動を発電部に伝達することができる 所定の硬さを有していればよぐその形状は、任意でよい。受風翼と圧電部は、例え ば、金属材料、榭脂材料、セラミックス材料、これらの材料からなる複合材料等を用い ることがでさる。

[0094] 受風翼 210は、図 39に示すように、受風翼 210の幅は長手方向において変化して いる。すなわち、受風翼 210は、対向する短辺の長さがそれぞれ 2L、 2Lで互いに

1 2 異なり（L >Lとする）、受風翼 210の長さ Lが短辺の長さよりも極端に長い (L > >

1 2 3 3

L )略台形状の板部材が、所定の角度 Θ (以下、「内角 0」という）で幅方向に二つ折 りにされた構造を有している。連結部材 212は図示されていないが、受風翼 210の短 辺のうちの短 、方の端部側に連結して 、る。

[0095] 受風翼 210としては、パネ性 (弾性)を有する金属材料または榭脂材料 (剛性のある 不織布を含む）、紙 (接水効果をもたせた剛性のあるものを含む）が好適に用いられ る。ここでは、受風翼 210は金属材料で構成されているとする。受風翼 210の長さ L

3 に制限はなぐ例えば、数センチメートル、数十センチメートル、数メートル、数十メー トルと、設置場所および設置目的によって任意に設定することができる。受風翼 210 の形状 (つまり、各辺の長さ L、 L、 L )と厚み、内角 Θは、使用される材料特性を考

1 2 3

慮して、後述する受風翼 210の振動が効率的に発生するように、適宜、設定される。

[0096] なお、図 39では、受風翼 210として 1枚の板部材を二つ折りにした形態を示したが 、例えば、短辺の長さが L、 Lで、長さが Lの 2枚の板部材をその長辺で接合するこ

1 2 3

とにより、受風翼 210を形成してもよい。受風翼 210はその厚みが薄い場合には、折 り曲げ板金カ卩ェにより二つ折りにすることができる力 厚みが厚いものの場合には、 铸造等により製造することができる。また、受風翼として榭脂製のものを用いる場合に は、その厚みが薄い場合には、弾性フィルムを折り曲げ加工することにより、一方、そ の厚みが厚い場合には射出成形や押し出し成形等により、所望の受風翼を製造する ことができる。

[0097] 図 40に受風翼 210の振動形態を模式的に示す説明図を示す。ここで、受風翼 21 0が静止しているときの受風翼 210の長手方向、つまり受風翼 210における折り曲げ 部の長さ方向軸を Z軸とし、受風翼 210の内角 Θを 2等分する方向軸を X軸とし、 X軸 および Z軸と直交する方向軸を Y軸と定めることとする。また、受風翼 210の解放端側 における受風翼 210の折り曲げ部を P点とする。 [0098] 受風翼 210は、風が X方向力も受風翼 210の内角 Θ側の面に向けてあたるときに、 最も効率よく風力エネルギーをうけることができる。すなわち、受風翼 210が静止して いる状態では P点は、 X軸と Y軸の交点（Z軸上）〖こ位置している。そして、受風翼 210 に X方向力も風力を受けると、受風翼 210は受けた風を逃がそうとするために、受風 翼 210には、受風翼 210の支持端側がパネとして機能して受風翼 210の解放端側の P点が X— Y平面上の P点と P点との間を往復しながら Z軸回りに回動するような「ね

1 2

じれ振動」、が生ずる。このとき、振動エネルギーが、連結部材 213を通して板状発電 部 211を橈ませ、圧電効果によって電気を発生する。この僥みの Y軸成分は、板状 発電部 211の Y軸方向の振動成分として取り出すことができる。なお、前記板状発電 部 211の板を含む平面と風向とが平行であり、その振動方向が風向に対して略直角 となるように設置されているので、「ねじれ振動」によって P点、 P点は、 Y軸上力も若

1 2

干外れることとなるが、図 35の参考例に示した場合と比べて、その Y軸力 の外れは 、小さなものとなる。従って、 Y軸方向が板状発電部 211の主たる振動方向となり、こ の振動成分を利用した圧電板による発電を利用することができる。

[0099] このようなねじれ振動を効率的に受風翼 210に生じさせるためには、受風翼 210は X軸について対称な構造を有していることが好ましぐまた、受風翼 210の内角 Θは、 45度〜 135度の問に設定することが好ましく、 90度近傍とすることがより好ま 、。

[0100] 図 36には、内角 Θ側の面を風向き (X軸）とした受風翼に対して、振動板を X軸方 向に略平行に設置し、前記板状発電部 211の振動方向が風向に対して略直角（Y 軸方向）となるように設置した本発明の実施例を示し、図 35には振動板を Y軸方向に 平行に設置し、前記板状発電部 211の振動方向が風向に対して略平行となるように 設置した参考例を対比して示した。図 37および図 38には、両者における受風翼と板 状発電部 211の位置関係を対比した。 90度の内角 Θをもつ受風翼の実施例では、 同様の受風翼の参考例に比べて風速が変化しない定常風のとき、約 2. 5倍の振動 エネルギーを取り出すことができた。実施例（図 36)では、受風翼 210からの風のェ ネルギーを板状発電部 211の振動エネルギーへと変換する際に、受風翼 210の支 持端側がパネとして機能して受風翼 210の解放端側の P点力な— Y平面上の P点と P点との間を往復する「ねじれ振動」の Y軸成分は、板状発電部 211の Y軸方向の 振動成分として取り出すことができる。

一方、参考例（図 35)では、 X軸方向の風と板状発電部 211の振動方向力 略平行 となって、 X軸方向の振動運動を風自体のエネルギーが打ち消す方向に働くこととな る。この打ち消し効果は、略一定速度の風のエネルギーを電力に変換するときに、顕 著である。

[0101] 以上を踏まえると、長尺状で、その幅方向に所定角度で二つ折りされた形状を有し 、その長手方向の一端が支持された状態で風力を受けた際に所定のねじれ振動を 生ずるように、その幅が長手方向において変化している受風翼 210の場合には、図 3 6に示す風力発電装置 201のように、受風翼 210の開き角（内角 Θ )を二等分した場 合に折曲げ部を含むように X軸方向に広がる仮想的平面（二等分面）に対して、板状 発電部 211の振動方向が直交する角度となるように板状発電部 211を配備すること が好ましい。つまり、図 36に示す風力発電装置 201の構成は、図 35に示す参考例 の風力発電装置のように、二等分面に対して、板状発電部 211の振動方向が平行に なるように板状発電部 211を配備した場合に比べ、高 、発電効率が得られる。

[0102] また、例えば図 15や図 45 (後述）に示すように、長尺状で、その長さ方向に垂直な 断面の形状が略弧状であり、その長手方向の一端が支持された状態で風力を受け た際に所定のねじれ振動を生ずるように、その幅が長手方向にぉ 、て変化して 、る 受風翼の場合には、該受風翼の断面形状である円弧の二等分点を長手方向に連ね た線と、該円弧を含む円の中心を長手方向に連ねた線と、を含むような仮想的平面 を「二等分面」として、該二等分面に対して、板状発電部 211の振動方向が直交する 角度となるように板状発電部 211を配備することが好ましい。

なお、図 39に示すように二つ折りにされた受風翼 210や、長尺状でその長さ方向 に垂直な断面の形状が略弧状である受風翼（図 15、図 45等参照）においては、前記 二等分面と風向とが平行になったときに、最も風のエネルギーを効率よく受けることが できる。

[0103] 図 41は板状発電部 211の両側に設置した圧電板 211a, 211bからの集電を行う集 電回路 290の一例を示す説明図である。集電回路 290は、板状発電部 211の両側 に設置した圧電板 21 la, 21 lbが発生した電気（交流）を整流する整流回路 291と、 整流回路 291によって整流された電力の一部を貯蔵するとともに、貯蔵した電力を負 荷 292へ供給する充放電回路 293と、を有している。整流回路 291は、ダイオード 29 4がホイートストンブリッジ型に接続された構成を有する。また、充放電回路 293は、 電力を貯蔵 Z放出するコンデンサや二次電池等の電力貯蔵体 295を備えている。

[0104] このような集電回路 290によれば、整流回路 291により整流された電力のうち負荷 2 92へ必要な電力をリアルタイムに送ることができる。一方、負荷 292で必要とされな い余剰電力を電力貯蔵体 295に貯蔵することができるために、例えば、受風翼 210 が動作しない無風時等には、この電力貯蔵体 295に貯蔵された電力を用いて発光ダ ィオードを含む負荷 292を動作させることができる。なお、発電電力が大きい場合に は、例えば、電力会社へ給電することができる。

[0105] 風力発電装置 201の構成は種々に変形することができる。圧電素子として単板の 圧電板 211a, 211bを示した力 バイモルフ素子 221 (後述）や、公知のュ-モルフ 素子や積層型バイモルフ素子（マルチモルフ素子）を用いてもょ 、。

[0106] 振動運動によって、圧電素子に加えられる力による無振動時を基準とした変位とそ の圧電素子の起電力変化について説明すると、風力という外力により振動子が揺れ 始め、変位の速度が最大の瞬間をスタートにとり、風による振動運動させると、変位は 、強い風を受けたときに極大変位速度となり、不定期の周期で間歌的または連続的 ではあるが、強弱のある外力を受けながら減衰を繰り返すサインカーブを描いて変化 する。或いはこれらサインカーブの合成波が生ずる。

[0107] 次に、本発明の風力発電装置の実施形態についてさらに詳細に説明する。図 42 に風力発電装置 201の概略構造を示す側面図を示し、図 43にその平面図を示す。 この風力発電装置 202は、受風翼 210と、発電部たるバイモルフ素子 221と、受風翼 210とバイモルフ素子 221とを連結する連結部材 212と、バイモルフ素子 221を保持 する保持部材 240と、を備えている。

[0108] 受風翼 210は、図 36に示したものと同じである。バイモルフ素子 221は、周知の通 り、金属板等の補強板 221aに圧電板 221b, 221cが貼り付けられた構造を有してい る。連結部材 212は、受風翼 210の振動をバイモルフ素子 221に伝達する部材であ り、できるだけ振動を減衰させないように、例えば、金属やセラミックスで構成される。 受風翼 210と連結部材 212との接合、連結部材 212とバイモルフ素子 221との接合 には、これらを構成する材料を考慮して、溶接ゃ榭脂接着剤による方法が採られる。 榭脂接着剤を用いる場合には、エポキシ榭脂等の硬質榭脂を用いることが好まし ヽ

[0109] このような構造を有する風力発電装置では、受風翼 210が風力を受けて風向に対 して略直角方向の振動成分を大きくすることにより、バイモルフ素子 221が屈曲して 発電し、これにより、電気エネルギーを得ることができる。このとき、連結部材 212をピ ァノ線 224等の線材等で延長して、受風翼の中心線上に設置すると、受風翼 210の 強度を高め、耐久性を高めることができる。さらに、受風翼を「木の葉」とすると、図示 しない線材等の補強部材を受風翼 210に「葉脈」状に固着させることにより、耐久性 を持たせ、より柔軟かつ軽量な素材を受風翼 210に使用でき、より設計の幅を広げる ことが可能となる。例えば、軽量な合成樹脂製の受風翼 210を用い、これに、ピアノ 線 224を「広葉樹の網目模様」に固着することにより、耐久性が金属性受風翼と同等 で、より軽量な受風翼が得られる。また、網目の配置を受風翼下部に集中させて、風 力エネルギーを効率的に受けることができ、耐久性の優れた受風翼とすることもでき る。

[0110] 風力発電装置 202のように、受風翼 210が連結部材 212で支持された構造の場合 には、発電部としてバイモルフ素子 221に代えて、電磁誘導により発電する発電コィ ルを用いることもできる。図 44に発電コイル 232を備えた風力発電装置 203の模式 図を示す。この場合、受風翼 210の振動により連結部材 213を通して発電板 231で あるバネ材に生ずる往復回動運動を利用して、発電コイル 232を駆動する。発電板 2 31であるバネ材は、風向に対して略直角に振動して、風力エネルギーを効率良く振 動エネルギーとすることができる。特に、受風翼 210の長さが数メートル力も数十メー トルに達するような大型発電装置の場合には、受風翼 210を保持するために発電部 にも高い機械的強度が必要とされる。このような発電部として、発電コイル 232は好適 に用いられる。発電コイル 232がパネ板 231の運動にともない、磁石 233からの磁束 を、切ることにより、当コイルに起電力と電流が生ずることとなる。

[0111] 図 45に示す受風翼 230は、長尺状で、その長さ方向に垂直な断面の形状が略弧 状であり、かつ、その一端の弧の長さと他端の弧の長さが異なる形状を有している。 受風翼 230の弧の長さが短い方の端部は、連結部材に連結されている。受風翼 230 は、受風翼 210と同様に、パネ性 (弾性)を有する金属材料または榭脂材料で構成さ れる。

[0112] 受風翼 230の内側曲面が風力を受けることによって、受風翼 230には受風翼 210と 同様の振動が発生し、連結部を通して、発電部に伝達される。受風翼 230の長さ、厚 さ、端部の曲率および弧の長さは、このような振動が効率よく生ずるように、設定され る。

[0113] ところで、本発明の風力発電装置を構成する受風翼は、上記受風翼 210, 230に 限定されるものではなぐ長手方向の一端が固定された状態で風力を受けた際に所 定のねじれ振動を生ずるように、その幅が長手方向にお!、て変化して 、ればよ!/、。 図 46に示すように、端部が中心部よりも細ぐ幅方向で二つ折りにされた構造であつ てもよい。さらにその解放端の端面が直線的でなく曲線的であってもよい。また、図 4 7に斜視図で示す受風翼 230aのように、支持端力も解放端に向力つてその幅が徐 々に広くなつた後に、先細りとなるような形状を有するものであってもよい。

[0114] 本発明に係る風力発電装置は、勿論、単体で設置することが可能であるが、当該 風力発電装置を複数用いて構成される風力発電システムであって、複数の前記受風 翼が所定間隔で並べられ、複数の前記発電部で発生する電気エネルギーを直列お よび Zまたは並列で集電する集電装置を具備することを特徴とする風力発電システ ムとすることができる。即ち、複数の上記受風翼を所定間隔で並べて配置し、各受風 翼に生ずる風向に略直角方向に振動するエネルギーを主にして各発電部で発生さ せた電気エネルギーを直列および Zまたは並列で集電するユニットを構成し、このよ うなユニットを単独でまたは複数組み合わせて、風力発電システムを構成することが 好ましい。

[0115] 以下に、風力発電ユニットの実施形態について説明する。図 48〜図 50に複数の 受風翼 210aを用いて構成された受風ユニットの種々の例を示す説明図を示す。図 4 8に示す受風ユニット 261は、複数の受風翼 210aが棒状の保持部材 271に一列で 一定の間隔で取り付けられた構造を有する。図 49に示す受風ユニット 262は、複数 の受風翼 210aが全体的な形状が略扇型となるように円板状の保持部材 272に放射 状に取り付けられた構造を有する。図 50に示す受風ユニット 263は、複数の受風翼 2 10aが全体的な形状が円形となるように放射状に保持部材 272に取り付けられた構 造を有する。

[0116] これら受風ユニット 261〜263では、各受風翼 210aはその内角側の面が同じ方向 を向いていることが好ましい。なお、このような各種の発電ユニットには、その長さが数 メートル〜 lmまたはこれ以下の受風翼が好適に用いられる。

[0117] 次に、このような受風ユニットを用いた発電システムの実施形態についてさらに説明 する。図 51に複数の受風ユニット 261を含む風力発電システム 280の概略構成を示 す説明図を示す。

[0118] 風力発電システムは、同一方向に受風翼を配置し、同一平面に受風ユニットを収め る形態であり、複数の受風ユニット 261が支柱 279cに配置された構造を有して 、る。

[0119] この風力発電システムは、尾翼 279aと、受風ユニット 261と尾翼 279aとを連結する 連結部材 279bと、連結部材 279bを回転自在に支持する支持柱 279cと、を具備し ている。この風力発電システムでは、尾翼 279aが風力を受けると、尾翼 279a及び連 結部材 279bが風向に一致し、受風ユニット 261の受風翼は風向きに一致する。つま り、風見鶏のような動きをする。したがって、風力発電システムでは、風向きが変わつ ても、受風ユニット 261が常に風向きに一致し、発電部がその振動方向が風向きに略 直角となるように配置されている。受風翼 210aが常に風向きと一致するため、稼働効 率が高くなる。

[0120] このような受風ユニット 261〜263では、各受風翼が同時に風向に略平行となるが 、同一振幅で振動することは稀であると考えられるために、ユニット集電装置としては 、受風翼ごとに整流回路 291が設けられ、各整流回路 291から出力された電気エネ ルギーを直列および Zまたは並列に接続して集電する構造のものが好適に用いられ る。

[0121] こうして所定の場所に設けられた風力発電装置等によって作り出された電気工ネル ギ一は、好ましくはその風力発電装置等が配置されている場所の近傍における家庭 用電力や道路'街頭照明用電力として、直接にまたは所定の充電装置に充電されて 用いられる。

[0122] 図 52は、複数の受風ユニット 261を含む別の実現形態に係る風力発電システム 28 1の概略構成を示すものである。なお、図 52において、図 51と同じ構成には、同一の 符号を付して説明を省略する。

産業上の利用可能性

[0123] 本発明の風力発電装置および風力発電システムは、大型のものは大電力発電装 置として好適であり、中'小型のものは小型発電装置として、各種電気機器の運転や 充電装置として好適である。

Claims

請求の範囲

[1] 長尺状でその幅方向に所定角度で二つ折りされた形状を有し、その長手方向の一 端が固定された状態で風力を受けた際に所定のねじれ振動を生ずるように、その幅 が長手方向にぉ 、て変化して 、る受風翼と、

前記受風翼の振動によって発電する発電部と、

を具備することを特徴とする風力発電装置。

[2] 前記受風翼は、対向する短辺の長さが互いに異なる略短冊状の 2枚の板部材が、 所定の角度をなし、かつ、長手方向の一端が他端よりも幅広となるように、その長辺 で接合された構造を有することを特徴とする請求項 1に記載の風力発電装置。

[3] 前記 2枚の板部材は一体であることを特徴とする請求項 2に記載の風力発電装置。

[4] 長尺状で、その長さ方向に垂直な断面の形状が略弧状であり、その長手方向の一 端が固定された状態で風力を受けた際に所定のねじれ振動を生ずるように、その幅 が長手方向にぉ 、て変化して 、る受風翼と、

前記受風翼の振動によって発電する発電部と、

を具備することを特徴とする風力発電装置。

[5] 前記発電部は屈曲することによって発電する圧電素子を有し、

前記圧電素子は、前記受風翼に取り付けられていることを特徴とする請求項 1から 請求項 4の 、ずれか 1項に記載の風力発電装置。

[6] 前記受風翼と前記発電部とを連結する連結部材をさらに具備し、かつ、前記発電 部は屈曲することによって発電する圧電素子を有し、

前記受風翼のねじれ振動を、前記連結部材を介して前記圧電素子に伝えることに よって、前記圧電素子を橈ませて発電させることを特徴とする請求項 1から請求項 4 の!、ずれか 1項に記載の風力発電装置。

[7] 前記受風翼と前記発電部とを連結する連結部材をさらに具備し、かつ、前記発電 部は電磁誘導により発電する発電コイル、または、油圧ポンプおよび油圧発電機を 有し、

前記受風翼のねじれ振動を、前記連結部材を介して前記発電コイルまたは前記油 圧ポンプおよび油圧発電機に伝えることによって、前記発電コイルまたは前記油圧ポ ンプおよび油圧発電機を動作させて発電させることを特徴とする請求項 1から請求項 4の 、ずれか 1項に記載の風力発電装置。

[8] 請求項 1から請求項 6のいずれかに記載の風力発電装置を複数用いて構成される 風力発電システムであって、

複数の前記受風翼が所定間隔で並べられ、

複数の前記発電部で発生する電気エネルギーを直列および Zまたは並列で集電 する集電装置を具備することを特徴とする風力発電システム。

[9] 所定数の前記受風翼が、風を受ける面が同じ方向を向くように、縦列もしくは並列 または縦並列または放射状に並べられた構成を有する受風ユニットを複数具備し、 前記複数の受風ユニットは、互いに風を受ける面が異方向を向 、て 、ることを特徴 とする請求項 8に記載の風力発電システム。

[10] 所定数の前記受風翼が、風を受ける面が同じ方向を向くように、縦列もしくは並列 または縦並列または放射状に並べられた構成を有する受風ユニットと、

尾翼と、

前記受風ユニットと前記尾翼とを連結する連結部材と、

前記連結部材を回転自在に支持する支持機構と、

を具備し、

前記尾翼が風力を受けることによって前記受風ユニットの風を受ける面が風向きの 変化に応じて風上を向くことを特徴とする請求項 8に記載の風力発電システム。

[11] 断面形状が略 V字状または所定の曲率の孤状である受風翼と、

前記受風翼を支持する支持棒と、

前記支持棒をその軸芯回りに回転自在に保持する軸保持部材と、

前記軸保持部材が取り付けられる振動板と、

前記振動板を保持する振動板保持手段と、

前記受風翼が風力を受けて!/、な!、状態で前記受風翼を所定位置に保持し、前記 受風翼が風力を受けて前記受風翼と前記支持棒とがー体的に回転したときに、前記 受風翼を前記所定位置に戻すように前記支持棒の動きを制御する受風翼回帰機構 と、 前記受風翼が風力を受けることによって前記振動板に発生する橈みまたは振動を 利用して発電する発電機構と、

を具備することを特徴とする風力発電装置。

[12] 前記発電機構は屈曲変位を生じる圧電素子であり、当該圧電素子は前記振動板 に貼り付けられて 、ることを特徴とする請求項 11に記載の風力発電装置。

[13] 前記発電機構はコイルと磁石であり、前記コイルと磁石のうちの一方は前記振動板 に取り付けられ、他方は前記振動板に生じる橈みまたは振動によって前記一方が移 動する際に電磁誘導により前記コイルに電流が発生するように所定位置に配置され て 、ることを特徴とする請求項 11に記載の風力発電装置。

[14] 前記受風翼は、矩形板をその幅方向で二つ折りした形状を有し、その折り目部分 に前記支持棒が取り付けられて 、ることを特徴とする請求項 11に記載の風力発電装 置。

[15] 前記受風翼回帰機構は、スプリング、ゴム、ぜんま 、パネの 、ずれかであることを特 徴とする請求項 11に記載の風力発電装置。

[16] 長尺状でその幅方向に所定角度で二つ折りされた形状を有し、その長手方向の一 端が固定された状態で風力を受けた際に所定のねじれ振動を生ずるように、その幅 が長手方向にぉ 、て変化して 、る受風翼と、

前記受風翼の振動によって振動して発電する板状発電部と、

前記発電部からの電気を取り出す電気回路と、

を具備する風力発電装置であって、前記板状発電部の板を含む平面と風向とが平 行であり、その振動方向が風向に対して略直角となるように設置されて 、ることを特 徴とする風力発電装置。

[17] 前記受風翼は、対向する短辺の長さが互いに異なる略短冊状の 2枚の板部材が、 所定の角度をなし、かつ、長手方向の一端が他端よりも幅広となるように、その長辺 で接合された構造を有することを特徴とする請求項 16記載の風力発電装置。

[18] 前記受風翼の前記二つ折りの折れ線部又は前記接合部に、線状補強部材を有す ることを特徴とする請求項 16に記載の風力発電装置。

[19] 長尺状で、その長さ方向に垂直な断面の形状が略弧状であり、その長手方向の一 端が固定された状態で風力を受けた際に所定のねじれ振動を生ずるように、その幅 が長手方向にぉ 、て変化して 、る受風翼と、

前記受風翼の振動によって振動して発電する板状発電部と、

前記発電部からの電気を取り出す電気回路と、

を具備する風力発電装置であって、前記板状発電部の板を含む平面と風向とが平 行であり、その振動方向が風向に対して略直角となるように設置されて 、ることを特 徴とする風力発電装置。

[20] 前記発電部は屈曲することによって発電する板状圧電素子を有し、

前記圧電素子は、屈曲方向が受風に対して略垂直となるように、前記受風翼に取り 付けられて 、ることを特徴とする請求項 19に記載の風力発電装置。

[21] 前記発電部は電磁誘導により発電する発電コイルを有する板状バネ材及び磁石を 含み、

前記受風翼のねじれ振動により、前記発電コイルを通して動作させて発電させること を特徴とする請求項 19に記載の風力発電装置。

[22] 請求項 16から請求項 21のいずれかに記載の風力発電装置を複数用いて構成さ れる風力発電システムであって、

複数の前記受風翼が所定間隔で並べられ、

複数の前記発電部で発生する電気エネルギーを直列および Zまたは並列で集電す る集電装置を具備することを特徴とする風力発電システム。

[23] 所定数の前記受風翼が、風を受ける面が同じ方向を向くように、縦列もしくは並列 または縦並列または放射状に並べられた構成を有する受風ユニットと、

尾翼と、

前記受風ユニットと前記尾翼とを連結する連結部材と、

前記連結部材を回転自在に支持する支持機構と、

を具備し、

前記尾翼が風力を受けることによって前記受風ユニットの各板状発電部の板を含め た平面とが風向と略平行となり、その振動が風向に対して略垂直となることを特徴と する請求項 22に記載の風力発電システム。