WO2015034096A1 - 羽根構造体及び発電システム - Google Patents

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WO2015034096A1
WO2015034096A1 PCT/JP2014/073746 JP2014073746W WO2015034096A1 WO 2015034096 A1 WO2015034096 A1 WO 2015034096A1 JP 2014073746 W JP2014073746 W JP 2014073746W WO 2015034096 A1 WO2015034096 A1 WO 2015034096A1
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WO
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blade
rotation
force
fluid
blades
Prior art date
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PCT/JP2014/073746
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English (en)
French (fr)
Inventor
英寿 中山
橋本　裕二
Original Assignee
株式会社Ｎｅｗ Ａｃｔ
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/066—Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
    • F03D3/067—Cyclic movements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/062—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
    • F03B17/065—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having a cyclic movement relative to the rotor during its rotation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a vane structure that can be rotated by hydraulic power, wind power, and the like, and a power generator using the vane structure.
  • a vertical axis wind turbine whose rotation axis extends in the vertical direction and a horizontal axis wind turbine whose rotation axis extends in the horizontal direction are known.
  • the vertical axis wind turbine includes a drag type in which a drag generated on a blade is a rotational force of the wind turbine (see, for example, Patent Document 1) and a lift type in which a lift generated on a blade is a rotational force of the wind turbine.
  • Resistance-type wind turbines such as saponius-type wind turbines and self-rotating blade-type wind turbines are simple in structure and easy to inspect and repair because mechanical parts such as the power generation unit are at low positions. With characteristics.
  • This invention is made in view of this point, The place made into the objective is to provide the blade structure and the electric power generation system which can increase a rotational force.
  • the vane structure of the present invention supports a plurality of vanes receiving a fluid force, which is a fluid force, and the vanes, and is rotatable around an axis of rotation extending perpendicularly to the fluid force. And a blade rotation mechanism for freely rotating the blades by a predetermined rotation angle around the rotation axis.
  • the blade structure can change the position of the blade so that the drag of the blade is increased by the fluid force, and the rotational force can be improved.
  • the power generation system of the present invention has a rotating shaft extending in a direction perpendicular to the fluid force, a plurality of blades receiving the fluid force, and supports the blades and extends in the direction perpendicular to the fluid force.
  • a blade structure having a support member rotatable around a rotation axis, and a blade rotation mechanism for freely rotating a blade by a predetermined rotation angle around the rotation axis, and rotation of the blade structure transmitted via the rotation axis It was made to have a power generator which converts power into electric power.
  • the rotational force can be improved by changing the position of the blade so that the drag of the blade is increased by the flow force.
  • the present invention can realize a blade structure and a power generation system capable of improving rotational force by changing the position of a blade so that the drag of the blade is increased by a fluid force.
  • FIG. 1 shows the power generation system 1 as a whole, for example, power generation is performed by fluid power, which is fluid flow power such as water power or wind power using tidal power or river water.
  • fluid power which is fluid flow power such as water power or wind power using tidal power or river water.
  • the vane structure 2 is connected to the power generation device 4 so as to be rotatable in the lateral direction by causing the central rotation axis 3 to penetrate in the longitudinal direction in the central hole 21 provided in the central portion.
  • the power generation device 4 includes an energy conversion mechanism that converts the rotational force transmitted from the blade structure 2 via the central rotation shaft 3 into electric power.
  • the blade structure 2 has a so-called vertical propeller structure that rotates in response to a force in a direction substantially perpendicular to the flow of fluid so that the fluid flows in the lateral direction in the figure, and in the lateral direction Rotate. Within this lateral direction, the vane structure 2 is rotatable regardless of the flow direction of the fluid.
  • the power generation device 4 may have a function according to the characteristics of the fluid, such as a waterproof function.
  • FIG. 2 is a view of the blade structure 2 in FIG. 1 as viewed from above in the longitudinal direction.
  • the blade structure 2 has a cylindrical center support 25 at the center, and a center hole 21 is provided at the center thereof.
  • Eight blade rotating shafts 23 are concentrically provided on the outer side of the center support 25, and eight blades 22 (22 a to 22 g) can be rotated from the blade rotating shafts 23 toward the outside. Is provided.
  • the blades 22 are curved so as to receive more flow in one direction. There is no particular limitation on the degree of curvature.
  • disc-like upper and lower surfaces 26 and 27 are provided in the vertical up and down direction of the center support 25.
  • the blade structure 2 is provided with eight rod-like angle adjustment parts 24 concentrically along the outer edges of the upper and lower surfaces 26 and 27.
  • FIG. 4 shows a layout of the blade rotation shaft 23 and the angle adjustment unit 24.
  • the blade rotation shafts 23 are arranged on the outside of the center support 25 at substantially equal intervals.
  • the angle adjusting portions 24 are arranged at substantially equal intervals along the inside of the outer edge of the upper and lower surfaces 26 and 27 so as to alternate with the blade rotation shaft 23.
  • the blade rotation shaft 23 and the angle adjustment unit 24 are disposed at an interval of 45 degrees.
  • the angle adjustment unit 24 is disposed at a position shifted by approximately 22.5 degrees in the rotational direction with reference to the blade rotation shaft 23.
  • the blade 22 d can freely rotate the region surrounded by the two angle adjustment units 24. That is, the angle adjustment unit 24 limits the rotation angle of the blade 22 d to a predetermined rotation angle.
  • the conventional blade structure P2 will be described with reference to FIG.
  • the conventional blade structure P2 will be described with P attached to the beginning of the same reference numerals as in FIGS.
  • the angle of the blade P22 is fixed without rotating.
  • the direction in which the fluid flows is taken as the X direction, and the direction in which the fluid flows (eg, windward) is taken as the Y direction.
  • the blades P22a to P22d positioned on the left side in the drawing can receive the fluid force in the rotational direction.
  • the blades P22e to P22h positioned on the right side in the drawing receive a fluid force in a direction opposite to the rotation direction (hereinafter, referred to as a reverse rotation direction). If the blades P22a to P22g are flat (not shown), the fluid forces received by the left blades P22a to P22d and the right blades P22e to P22h are balanced and do not rotate.
  • the blades P22a to P22g are curved so as to easily receive the fluid force in one direction, the fluid force received in the rotational direction exceeds the fluid force received in the anti-rotation direction by the amount of curvature, and as a result, The conventional blade structure P2 is to be rotated.
  • the flow force received by each blade P22 is examined.
  • the blade P22 located at the most perpendicular angle to the rotation direction that is, the blade P22c (FIG. 6) can efficiently convert the flow force into the rotation force.
  • the blade P22b positioned in the X direction receives much of the flow force. Since the blade P22b is inclined with respect to the fluid force, the rotational force is reduced accordingly, and the efficiency is poor.
  • the blade structure 2 in the present embodiment can freely rotate by the rotation angle TZ in the adjustment area surrounded by the two angle adjustment units 24. That is, the blades 22a to 22h tend to be positioned in the Y direction as much as possible due to the influence of the fluid force.
  • the rotational force in the rotational direction can greatly exceed the rotational force in the counter-rotation direction, and the rotational force can be significantly improved as compared with the conventional case.
  • the blade structure 2 according to the present embodiment is provided with the blades 22 so as to be able to freely rotate in the adjustment region, thereby eliminating symmetry between left and right and a blade that can receive fluid power most efficiently.
  • the fluid can be concentrated to 22b, and the energy conversion efficiency when converting the fluid into a rotational force can be improved.
  • the blade structure 2 of the present invention indirectly supports the blades 22 through the plurality of blades 22 that receive fluid force of air, water, or the like, and the blade rotation shaft 23. It has upper and lower surfaces 26 and 27 rotatable about a central rotational axis 3 as an axis of rotation extending perpendicularly to the flow force, and the vanes 22 are free by a predetermined rotational angle TZ around the central rotational axis 3 I was able to rotate.
  • the blade structure 2 can change the positional relationship of the blades 22a to 22h without artificial power by always positioning the blades 22 in the Y direction in which the fluid flows by the fluid force. It is possible to improve the conversion efficiency of force to torque.
  • the blade structure 2 is attached to the upper and lower surfaces 26 and 27 and includes a blade rotation shaft 23 for rotating the blade 22 around the central rotation axis 3 and an angle adjustment unit 24 for adjusting the rotation angle TZ of the blade 22. It has a blade rotation mechanism. Thereby, the blade structure 2 can adjust the rotation angle TZ of the blade 22 with a simple configuration.
  • the angle adjustment unit 24 is a rod that inhibits the rotational movement of the blade 22, and an elastic material is used in at least a part of a portion in contact with the blade 22. Thereby, the impact applied to the blade 22 is reduced, and the durability of the blade 22 is improved. Moreover, it is not necessary to increase the weight of the blade 22.
  • the power generation system 1 of the present invention includes the central rotation shaft 3, the blade structure 2, and the power generation device 4 for converting the rotational force of the blade structure 2 transmitted through the central rotation shaft 3 into electric power.
  • the rotational power can be improved to significantly improve the energy conversion efficiency in a power generation system such as wind power or water power.
  • the blade structure 102 is different from the first embodiment in the arrangement of the blade rotation shaft 123 and the angle adjustment portion 124 and the configuration of the center support 125.
  • the same components as those of the first embodiment are denoted by 100.
  • the configuration of the power generation system 1 is the same as that of the first embodiment except for the configuration of the blade structure 102.
  • FIG. 7 and 8 show the configuration of the blade structure 102 according to the second embodiment.
  • the diameter of the center support 125 is smaller than that of the center support 25 of the first embodiment, and the adjustment ring 130 for adjusting the direction of the flow outside the center support 125 is provided. It is provided.
  • the blade rotation shafts 123 are arranged concentrically equally, but the diameter of the concentric circle is larger than that of the first embodiment, and the blade rotational shafts 123 are arranged near the angle adjustment unit 124.
  • the ratio of the distance from the center of the blade structure 102 to the blade rotation axis 123 and the distance from the center of the blade structure 102 to the angle adjustment unit 124 is about 1: 2.
  • the rotation angle TZ is about 90 degrees, which is larger than that of the first embodiment.
  • the angle adjustment unit 124 (FIG. 7) is disposed at a position deviated by about 15 degrees in the rotational direction from the blade rotation shaft 123. That is, in the rotation angle TZ, the blade 122 has a small degree of inclination to the rotation direction side and a large degree of inclination to the opposite rotation direction side. As a result, when the blade 122 falls in the rotational direction, the blade 122 stands up, and when the blade 122 falls in the opposite rotational direction, the blade 122 is in a lying state.
  • stand up refers to a state with a smaller inclination (that is, closer to 0 degree) with respect to a straight line passing through the center of the blade structure 102 and the blade rotation axis 123 which is the rotation center of the blade 122.
  • “To go to sleep” refers to a state of being more inclined to the straight line. The greater the difference in the degree of inclination, the greater the effect. Preferably, the difference is 5 degrees or more, more preferably 15 degrees or more.
  • the vanes 122 receive the fluid force in the forward direction in the rotational direction, but on the left side in the figure, they can protrude from the upper and lower surfaces 126 and 127 and receive a large fluid force.
  • the blades 122 On the right side in the drawing, which receives the rotation direction in the opposite direction, the blades 122 hardly protrude from the upper and lower surfaces 126 and 127, and receive a small influence of the flow force.
  • the blades 122 are rotatably attached by the rotation angle TZ, whereby the blades 122 are displaced by the flow force,
  • the energy of the fluid can be efficiently converted to the rotational force by the vanes 122 of the portion receiving the fluid in the rotational direction opening largely in the direction in which the fluid comes.
  • blade rotation axis 123 and angle adjustment unit 124 so that blade structure 102 has a small degree of inclination of blade 122 in the rotational direction and a large degree of inclination in the opposite rotational direction of rotation angle TZ. The position of is adjusted.
  • the blade structure 102 is configured such that the blade 122 stands up when receiving the flow force in the forward direction in the rotation direction, and lays the blade 122 when the flow force is received in the reverse direction in the rotation direction.
  • the angle can be changed.
  • the difference between the fluid forces received in the forward direction and the reverse direction can be increased, and the energy of the fluid can be efficiently converted into the rotational force.
  • the diameter of the concentric circle on which the blade rotation shaft 123 is disposed is large, and the distance from the center of the blade structure 102 to the blade rotation shaft 123 and the center of the blade structure 102 to the angle adjustment portion 124
  • the ratio to the distance is set to about 1: 2.
  • the rotation angle TZ can be set large, and the difference in the inclination degree to the rotation direction side and the counter rotation direction side of the blade 122 can be enlarged.
  • wing 22 described the case where a rectangular flat plate becomes a shape curved toward one direction.
  • the present invention is not limited to this, and may have, for example, a free curve shape, and is the most suitable shape according to various factors such as the type of fluid, the number and size of blades 22, and the size of fluid. It is possible to select as appropriate.
  • the present invention is not limited thereto. It can select suitably according to various factors, such as a position to attach a sheath, and a size of fluid power.
  • the rotation angle TZ it is preferable to set the rotation angle TZ to 60 to 120 degrees, and it is preferable to have 6 to 12 blades 22. More preferably, there are 8 to 10 sheets. According to the positional relationship with the blade rotation shaft 23, the rotation angle between the blades 22 can be set near 90 degrees. As described above, it is preferable that an optimal angle be selected as the rotation angle TZ according to the shape of the blade and the positional relationship between the blade rotation shaft 23 and the angle adjustment unit 24.
  • the angle adjustment unit 24 is disposed at a position shifted 15 degrees from the blade rotation axis 23 .
  • the present invention is not limited to this, and the angle of the blade 122 is such that the blade 122 stands up when receiving the flow force in the forward direction in the rotation direction, and lays the blade 122 when receiving the flow force in the reverse direction in the rotation direction. It is good if it can be changed.
  • the angle adjustment unit 24 is deviated from the blade rotation axis 23 by 0 degrees to less than 22.5 degrees.
  • the angle adjustment unit 24 is disposed at a position from the reference position to less than half the angle between the blade rotation axes 23 It is possible to obtain the same effect by
  • the adjustment ring 130 for adjusting the flow of fluid is provided.
  • the present invention is not limited to this, and the adjustment ring 130 is not necessarily required.
  • the shape of the adjustment ring 130 is not limited, and may be, for example, a polygonal shape.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention does not necessarily have to be arranged concentrically.
  • they may be alternately arranged (zigzag shape), and are preferably arranged according to various factors such as the configuration of the blade structure 2 and the type and size of the fluid.
  • the present invention is not limited to this.
  • only one of the upper and lower surfaces 26 and 27 may support the blade 22.
  • a rod extended from the center support 25 having the center hole 21 supports the blade 22 via the blade rotation shaft 23, and the angle adjustment is performed in the rod shape
  • the part 24 may be provided.
  • the central support 25 can also support the vanes 22 directly by rotatably attaching the vanes 22 to the central support 25.
  • the angle adjustment unit 24 is formed in a cylindrical rod shape.
  • the present invention is not limited to this, as long as the rotation angle of the blade 22 can be limited.
  • the protrusion protruding from the upper and lower surfaces 27 may be used, and the shape and arrangement thereof are not limited.
  • the blade rotation shaft 23 is disposed along the periphery of the central support 25 having a diameter much larger than that of the central hole 21, ie, concentrically on a diameter substantially larger than the central hole 21. Described the case where The present invention is not limited to this, and the central support 25 may be made smaller, and the blade rotation shaft 23 may be disposed on a concentric circle slightly larger in diameter than the central hole 21.
  • the rotation angle TZ changes according to the position at which the blade rotation shaft 23 is arranged and the positional relationship at which the angle adjustment unit 24 is arranged, so that the blade rotation shaft 23 and the rotation shaft 23 It is preferable that the angle adjustment unit 24 be disposed.
  • the distance from the center of the central hole 21 to the blade rotation axis 23 and the distance from the center of the central hole 21 to the tip of the blade 22 are preferably 1:20 to 1: 2, more preferably Is 1: 8 to 1: 2.
  • the blade structure of the present invention includes the blade 22 as a blade, the upper and lower surfaces 26 and 27 as a support member, and the blade rotating shaft 23 and the angle adjusting unit 24 as a blade rotating mechanism.
  • the case where the wing structure 2 of the present invention is configured is described.
  • the present invention is not limited to this, and the blade structure of the present invention may be configured by blades having other various configurations, a support member, and a blade rotation mechanism.
  • the present invention is not limited to this, and the power generation system of the present invention may be configured by the central rotary shaft 3, the blade structure 2 and the power generation device having various other configurations.
  • the third embodiment shown in FIGS. 9 to 11 is different from the second embodiment in that the blade structure 102X has a configuration of the blade 190 and an air tank 150.
  • the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the configuration of the power generation system 1 is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the blade structure 102 is different. The same applies to the following embodiments.
  • the blade structure 102 ⁇ / b> X has eight blades 190.
  • the blade 190 is connected to the blade rotation shaft 123 in a rotatable state by the blade rotation shaft 123 penetrating through a rotation hole 199 formed in the vicinity of the end on the base side. ing.
  • the vanes 190 receive the fluid force in the rotational direction on the fluid receiving surface 194, and receive the fluid force in the reverse rotational direction on the reaction force receiving surface 193.
  • the tip end 191 of the blade 190 is formed in a thin plate shape, while the body portion 192 is formed thicker toward the center of rotation.
  • the angle between the reaction force receiving surface 193 and the tip end 191 is made gentler and the flow force in the opposite rotational direction is released as compared with the case where the thickness of the body portion 192 is uniform (shown by the center line CT). be able to.
  • the blade 190 can make the angle between the fluid receiving surface 194 and the tip end 191 steep and firmly receive the fluid force in the rotational direction.
  • reaction force receiving surface 193 is surface-treated so as to increase the flow resistance while the flow resistance is suppressed.
  • the flow is carried out by adding unevenness that simulates the skin of marine animals such as fish, dolphins and sharks, or applying water repellent or hydrophilic processing with paint. It is possible to reduce the power.
  • the flow is wind power, it is possible to add unevenness that simulates the flight of an animal such as a bird or an insect, or to suppress the flow by a special paint.
  • the flow force in the reverse rotation direction can be released as much as possible while largely receiving the flow force in the rotation direction, and the rotation force of the blade structure 102X can be further increased.
  • the above-described processing may be performed on either the reaction force receiving surface 193 or the fluid receiving surface 194.
  • the point is that if the surface condition of the reaction force receiving surface 193 and the fluid receiving surface 194 is processed so that the fluid resistance at the reaction receiving surface 193 becomes smaller than the fluid resistance at the fluid receiving surface 194, the rotational force is correspondingly Can be improved.
  • an air tank 150 is provided outside the central rotation shaft 103.
  • the air tank 150 can be made to generate almost no buoyancy in water as a whole of the blade structure 102X.
  • the volume and weight of the vane structure 102X determine the amount of gas contained, and the gas is sealed so as not to leak to the outside.
  • the blade 190 by making the blade 190 thick and thin at the tip end, it is possible to efficiently receive the fluid force and improve the rotational force. Further, by adjusting the buoyancy with the air tank 150, the position of the blade structure 102 in water can be stabilized. Furthermore, by providing a difference in surface state between the reaction force receiving surface 193 and the fluid receiving surface 194 in the blade 190 so that the resistance of the fluid in the fluid receiving surface 194 becomes larger than that of the reaction receiving surface 193, the blade 190 The rotational force can be further improved by providing a difference in the flow force received from the fluid between the rotational direction and the anti-rotational direction.
  • the fourth embodiment shown in FIGS. 12 to 13 is different from the third embodiment in that the blade structure 102Y has angle adjusting units 124a and 124b as an angle adjusting unit.
  • the same components as those in the third embodiment are indicated by the same reference numerals and the explanation will be omitted.
  • the blade structure 102 ⁇ / b> Y includes a pair of angle adjustment units 124 a and 124 b as an angle adjustment unit.
  • the angle adjustment unit 124a adjusts the angle of the blade 190 when receiving the fluid force in the reverse rotational direction
  • the angle adjustment unit 124b adjusts the angle of the blade 190 when receiving the fluid force in the rotational direction.
  • the angle adjustment units 124 a and 124 b are alternately arranged at equal intervals on the same circumference.
  • the rotation angle TZ of the blade 190 is approximately half compared to the third embodiment.
  • rising distance the distance in which the blade 190 moves from the angle adjustment units 124a to 124b by receiving the flow force in the rotational direction, and the flow force via the angle adjustment unit 124b.
  • the fluid flow in the rotational direction is made quick by shortening the rising distance until the blade 190 moves from the angle adjustment units 124 a to 124 b to a position where torque can be transmitted. Can be transmitted to the blade structure 102Y to improve the rotational force.
  • the vane structure 202 is different from that of the third embodiment in the number of the vanes 290 and the configuration of the vane rotation mechanism.
  • the same components as those in the third embodiment are designated by the same reference numerals, and the description will be omitted.
  • the blade structure 202 has twelve blades 290.
  • the vanes 290 have a tapered shape that tapers toward the end while the reaction force receiving surface 293 and the fluid receiving surface 294 curve gently to draw a circular arc.
  • the radius of curvature of 294 is smaller than that of the reaction force receiving surface 293.
  • the tip end 291 of the blade 290 is slightly curved in the direction opposite to the arc of the reaction force receiving surface 293 and the fluid receiving surface 294.
  • An arc-shaped arc curve 294 a centered on the blade rotation axis 123 is formed on the root side of the fluid receiving surface 294, and the arc curve 294 a is connected to the gentle curve of the reaction force receiving surface 293. .
  • the connection portion is provided with a step to form a protrusion 295 projecting toward the root side.
  • the angle adjustment unit 224 has a flat hexagonal shape, and is disposed near the root of the blade 290. When the blade 290 stands perpendicular to the circumferential direction, the projection 295 is caught by the angle adjustment portion 224, and the position is fixed. That is, the angle adjustment unit 224 and the protrusion 295 form a pair to form an angle adjustment unit.
  • the blade 290 can be largely rotated, and as a result, it abuts on the adjacent blade 290 (FIG. 14). As a result, when fluid is received in the opposite direction, the vanes 290 prevent the fluid from entering, thereby preventing the occurrence of turbulent flow and reducing the fluid resistance.
  • the rotation angle TZ is increased by providing the angle adjustment unit 224 on the base side of the blade 290.
  • the projection 295 is locked to the angle adjusting portion 224 to receive the fluid force, while when receiving the fluid force in the reverse rotation direction, the blade 295 continues contact with the adjacent blade 290.
  • the 290 can be rotated to bring the vanes 290 adjacent and in contact, reducing the effects of flow forces.
  • the sixth embodiment shown in FIG. 16 is different from the fifth embodiment in that the wing structure 202X has a connection ring 280 for connecting the angle adjustment unit 224.
  • the same components as those in the fifth embodiment are indicated by the same reference numerals and the explanation will be omitted.
  • connection ring 280 is formed in a circumferential shape connecting the angle adjustment portion 224, and connects the upper and lower surfaces 126 and 127.
  • the connection ring 280 may seal the inside thereof, but it is not necessary to seal the inner space, as it is not necessary to generate turbulent flow, and holes and gaps may be provided as appropriate.
  • connection ring 280 immediately inside the blade 290, it is possible to prevent the turbulent flow generated inside the blade 290 and to improve the rotational force.
  • the number of blades 290 of the blade structure 202Y is different from that of the sixth embodiment.
  • the same components as those in the sixth embodiment are indicated by the same reference numerals and the explanation will be omitted.
  • the blade structure 202 ⁇ / b> Y has sixteen blades 290.
  • the optimum number of turbine blades is 32.
  • the number of blades 290 is preferably selected according to various factors such as the size of the blade structure 202Y, the type and strength of the fluid, and the relationship with the size of the blade structure 202Y.
  • the shape of the vanes 290Z is different from that of the seventh embodiment.
  • the same components as those in the seventh embodiment are indicated by the same reference numerals and the explanation will be omitted.
  • the blade 290 ⁇ / b> Z has two protrusions 295 a and 295 b protruding toward the base.
  • the protrusion 295a is provided on the side of the reaction force receiving surface 293, and when the blade 290Z protrusion base side stands vertically to the circumferential direction, the protrusion 295a is caught by the angle adjusting portion 224, and the position is fixed.
  • the projecting part 295b is provided on the fluid receiving surface 294 side, and when the blade 290Z projection base side becomes close to parallel to the circumferential direction and becomes lying down, it catches on the angle adjusting part 224, The position is fixed.
  • the rotation angle TZ can be kept within a certain angle, and the flow distance can be quickly transmitted to the blade structure 202Z by shortening the rising distance.
  • the rotational force can be increased.
  • the blade structure 302 is different from that of the third embodiment in the number and configuration of the blades 390.
  • the same components as those in the third embodiment are indicated by the same reference numerals and the explanation will be omitted.
  • the blade structure 302 has six blades 390 and is arranged at equal intervals on the circumference.
  • the vanes 390 are rotatably installed near circumferential ends of the upper and lower surfaces 126 and 127.
  • the blade 390 has a body portion 392, a tip 391 that curves in the opposite direction of rotation, and a root 396 that curves in the direction of rotation, and the reaction force receiving surface 393 and the fluid receiving surface 394 are S-shaped Or reverse S-shaped curve is drawn.
  • the blade 390 has a radius of curvature smaller than that of the reaction force receiving surface 393 on the tip end side than the blade rotation axis 123, and on the base side of the blade rotation axis 123 than on the reaction force receiving surface 393
  • the radius of curvature of the fluid receiving surface 394 is large, and as a whole, has a point-symmetrical structure with the blade rotation axis 123 as a center point.
  • Blade 390 is formed longer at the base side toward the center as compared to blade 290 (FIG. 14), and the tip of base 396 (FIG. 21) is the outer wall of air tank 150 when receiving fluid force in the rotational direction. The position is fixed by abutting on the That is, the root 396 and the air tank 150 function as an angle adjustment unit. Since the vanes 390 have a large area, they can be converted into rotational force without losing flow in the rotational direction.
  • the blade 390 since the blade 390 has a very large rotation angle TZ and is separated from the adjacent blades 390, the blade 390 has the least resistance to the flow in the reverse rotation direction, that is, almost parallel to the circumferential direction. You can stay in bed.
  • the blade 390 is greatly extended inward and locked by the air tank 150, whereby the area of the blade 390 is increased and the flow force in the rotational direction is largely received. While being able to do it, it is possible to improve the degree of freedom with respect to the fluid force in the reverse rotation direction, to minimize the fluid force resistance, and to improve the rotational force of the blade structure 302.
  • the blade 390 ⁇ / b> X has the blade rotation shaft 123 positioned on the base side of the center, and the rotation shaft of the blade 390 ⁇ / b> X is eccentric.
  • the blade 390X can concentrate the fluid on one side to make it easy to rotate the blade 390X, and can quickly switch the reaction force receiving surface 393 and the fluid receiving surface 394 to increase the rotational force of the blade structure 302X. be able to.
  • the direction of eccentricity may be either on the center side or on the circumferential side.
  • the flow force received by the blade 390X can be biased on the base side and the tip side.
  • the blade 390X can be quickly rotated to increase the rotational force of the blade structure 302X.
  • the blade structure 402 does not have the upper and lower surfaces 126 and 127, and is partially recessed from the outer wall of the air tank 450 to make the base of the blade 490 as an angle adjusting portion.
  • the point of having a function is different from the third embodiment.
  • the same components as those in the third embodiment are indicated by the same reference numerals and the explanation will be omitted.
  • the outer wall 451 of the air tank 450 is formed thick, and a recess 452 is formed.
  • the recess 452 has a function of locking the blade 490 and adjusting its angle, as in the angle adjusting unit 224 (FIG. 14).
  • the recess 452 is formed in an arc shape and has a locking portion 452 a protruding from the arc shape at the end on the fluid receiving surface 494 side.
  • the blade 490 is largely curved from the vicinity of the blade rotation shaft 123 to the fluid receiving surface 494 side from the vicinity of the blade rotation shaft 123 and receives the fluid force in the rotational direction.
  • the position is fixed by being locked by the locking portion 452 a formed in the recess 452.
  • wing structure 402 does not have upper and lower surfaces 126 and 127, and as shown in FIGS. 25 and 26 showing a partial cross section of recess 452, upper and lower surface portions 451x extended in the vertical direction from outer wall 451.
  • the blade rotation shaft 123 is connected to the outer wall 451 by having the shaft extension part 123 x fixed to the outer wall 451 or extended to the outer wall 451. That is, in the blade structure 402, the air tank 450 plays a role of a support member for supporting the blade 490.
  • the angle adjustment mechanism is configured by the recess 452 formed in the outer wall 451 of the air tank 450 and the base portion 496 of the blade 490.
  • the shape of the outer wall 451X is different from that of the eleventh embodiment.
  • the same components as those in the eleventh embodiment are indicated by the same reference numerals and the explanation will be omitted.
  • a protrusion 451Xa which is a protrusion in the vicinity of the locking portion 452a in the outer wall 451X, and a recess 452X are formed in a substantially linear shape.
  • the outer wall 451X as a whole has a substantially hexagonal shape, and the protruding portion 451Xa is formed at the corner portion, and the locking portion 452a is formed on the rotational direction side of the protruding portion 451Xa.
  • the outer wall 451 of the air tank 450 reduces the flow resistance in the reverse rotation direction by utilizing the shape of each side of the polygon, or in the rotation direction. Fluid force can be received, and the rotational force of the blade structure 402X can be increased.
  • the shape of each side of the outer wall 451 is not particularly limited, and various shapes can be used. Of course, depending on the number of blades 490, polygonal shapes other than hexagonal can also be used.
  • the wing structure 502 is different from the second embodiment in the shape of the wing 590, the arrangement of the angle adjusting portion 124, and the absence of the central support 125. ing.
  • the same components as those in the second embodiment are indicated by the same reference numerals and the explanation will be omitted.
  • the blade 590 is substantially flat except that the vicinity of the blade rotation shaft 123 is slightly expanded, and the long portion 592 x and the long portion 592 x are shorter around the blade rotation shaft 123. And a short portion 592y.
  • the blade rotation shaft 123 is disposed in the vicinity of the circumference of the upper and lower surfaces 126 and 127, and rotatably fixes the blade 590.
  • the blade rotation shaft 123 is positioned at a position deviated from the center, and a root portion 596 which is an end of the long portion 592x is locked to the angle adjustment unit 124 against the flow force in the rotation direction. And fix its position.
  • the blade 590 can be rotated without bringing the tip 591 which is the end of the short portion 592 y into contact with the angle adjustment unit 124. For this reason, the blade 590 directs the tip 591 to the upstream side of the flow of fluid so as to reduce the fluid resistance against the flow force in the reverse rotational direction.
  • the blade 590 has two tipped projections 591x whose tips 591 are rounded. It is preferable that the front protrusion 591x be formed in a shape corresponding to the fluid, and have a shape in which the fluid resistance is minimized. Of course, the number of the front protrusions 591x is not limited, and may be only one.
  • the blade 590 has a shape close to a flat plate, and the angle adjustment unit 124 is disposed on the base side, and only one end of the blade 590 is used in the angle adjustment unit 124.
  • the blade rotation shaft 123 is eccentrically arranged to abut. Thereby, the blade structure 502 can minimize the fluid resistance to the blade 590 with respect to the flow force in the reverse rotation direction, and can increase the rotational force.
  • the wing structure 602 has a point that the outer wall 651 has a triangular shape and has a reaction force hood 570 in a region to which the fluid force in the reverse rotational direction is applied. Is different from the eleventh embodiment. In the fourteenth embodiment, the same components as those in the eleventh embodiment are indicated by the same reference numerals and the explanation will be omitted.
  • the blade 690 is substantially flat and the tip 691 is slightly tapered.
  • a recess 652 is formed in the outer wall 651 of the air tank 650, and a locking portion 652a is formed on the reaction force receiving surface 693 side.
  • a gentle slope 652 b is formed on the fluid receiving surface 694 side in the recess 652, and the blade 690 can lie on the outer wall 651 along this slope.
  • the outer wall 651 has a generally triangular shape in which each side slightly swells as a whole, and each side plays a role of receiving fluid force.
  • Three wings 690 are disposed on each side.
  • the number of blades 690 arranged per side and the shape of each side are not limited, and can be appropriately changed according to the type and strength of the fluid.
  • the blade structure 602 has a reaction force hood 570 connecting the upper and lower surfaces 126 and 127 on the outermost side of a region (hereinafter referred to as a reaction force region, referred to as a left half in the drawing) to which a fluid force is applied in the reverse rotational direction. is set up.
  • the reaction force hood 570 may be formed in a semicircular shape, for example, over the entire reaction force area, or may be partially formed, for example, in the reaction force area.
  • the reaction force hood 570 is preferably formed to be half or more, more preferably 2/3 or more, of the reaction force area. Thereby, in the reaction force region, it is possible to minimize the force in the reverse rotation direction applied to the rotating body (the blades 690, the air tank 650, and the central rotation shaft 103).
  • the blade structure 602 is installed, for example, in a place where the flow direction is fixed, such as a river or a ditch.
  • the outer wall 651 has a polygonal shape, and the plurality of blades 690 are disposed on one side. Thereby, in the blade structure 602, regardless of the number of blades 690, the shape of the outer wall 651 can be optimized, and the rotational force can be increased.
  • the blade structure 602 the upper and lower surfaces 126 and 127 and the blade rotation shaft 123 are not connected, and only the rotating body is rotated, and the reaction force hood 570 is provided in the reaction force region. Thereby, the blade structure 602 can minimize the force in the reverse rotation direction applied to the rotating body, and can increase the rotational force.
  • the vane structure supports the plurality of vanes receiving the fluid force which is the force of the fluid, and the vanes, and around the rotation axis (vane rotation shaft 123) extending in the direction perpendicular to the fluid force.
  • Support members upper and lower surfaces 126 and 127, or air tanks 450 and 650
  • a blade rotation mechanism for freely rotating the blades by a predetermined rotation angle around the rotation axis.
  • the blade structure can increase the rotational force because the angle of the reaction force receiving surface receiving the flow force in the rotational direction and the reaction force receiving surface receiving the flow force in the opposite rotational direction can be made different. .
  • the blade rotation mechanism has a blade rotation shaft attached to the support member and configured to rotate the blade about the rotation axis, and an angle adjustment unit configured to adjust the rotation angle of the blade, and a part of the blade is brought into contact with the angle adjustment unit. Adjust the rotation angle of the blade.
  • the angle adjustment unit is a rod or a protrusion that suppresses the rotational movement of the blade, and an elastic material is used in at least a part of a portion in contact with the blade. As a result, it is possible to reduce the noise generated when the blade and the angle adjustment portion abut, and to prevent the damage of the abutted portion.
  • the angle adjustment unit adjusts the rotation angle of the blade so that the inclination degree of the blade in the rotation direction of the blade structure is smaller than the inclination degree of the blade in the opposite rotation direction opposite to the rotation direction.
  • the angle adjustment unit adjusts the rotation angle by locking the vicinity of the base end of the blade.
  • the angle adjustment unit can set the rotation angle of the blade to a large value, and abuts the base side of the blade having a small speed, thereby reducing the impact when the blade abuts.
  • the blades adjust the rotation angle by abutting on the adjacent blades. In this way, in the reaction force region in which the flow in the reverse rotational direction is applied, the gap generated between the blades can be reduced, and the turbulent flow generated by the blades can be reduced.
  • the angle adjustment unit is a protrusion provided on the outside of the ring (connection ring 280). Thereby, the strength of the angle adjusting unit can be increased as compared to the case where the angle adjusting unit is provided alone.
  • the blade has, as a part of the angle adjustment portion, a protrusion that abuts on the angle adjustment portion near the end on the base side. Thereby, the blade can lock the blade at a free angle regardless of the shape of the main body portion of the blade, and the degree of freedom in design can be improved.
  • the blade can freely adjust the rotation angle by having two protrusions.
  • the blade rotation axis is disposed at a position offset from the center of the blade. As a result, the blades can accelerate the rotation when receiving a fluid force, and can quickly switch the surfaces receiving the fluid force (a fluid force receiving surface and a reaction force receiving surface) to improve the rotational force.
  • the blade structure has a ring (an outer wall 451, 451X, and 651) on which an angle adjustment portion is formed on the center side of the blade, and the ring is selected in shape so as to rotate by receiving a fluid force. .
  • the blade structure can increase the rotational force also by the flow force on the ring in addition to the blade.
  • the vane structure has an air tank which is used in water and which is gas filled in a sealed manner.
  • the wing structure can adjust the specific gravity of the wing structure so that the buoyancy and gravity in water are hardly exerted, and the attitude in water can be stabilized.
  • the flow receiving surface receiving the flow in the rotational direction is subjected to surface processing to increase the fluid resistance. Thereby, the force received in the rotational direction can be increased.
  • a surface treatment for reducing the fluid resistance is applied to the reaction force receiving surface which receives the fluid force in the reverse rotation direction opposite to the rotation direction. Thereby, the force received in the reverse rotation direction can be reduced.
  • the present invention is not limited to the first to fourteenth embodiments, and the number and shape of each part, such as blades, support members, angle adjustment units, rotary shafts, air tanks, upper and lower surfaces, etc. may be combined appropriately and changed. It is possible. The point is that it is important to receive a large amount of flow in the rotational direction and to receive a small amount of flow in the opposite direction and to control the flow of the fluid, which is optimal depending on the type, directionality, and strength of the fluid. It is preferable to combine parts.
  • the present invention can be applied to, for example, power generation systems used for wind power, water power, and tidal power generation.
  • Power generation system 2 Blade structure 3: Center rotation shaft 4: Power generation device 21: Center holes 22, 122, 190, 290, 390, 490, 590, 690: Blades 23, 123: Blade rotation shaft 24, 124: Angle adjustment unit 25: center support 26: upper and lower surfaces 27: upper and lower surfaces 102, 102X, 102Y, 202, 202X, 202Y, 202Z: blade structure 103: central rotation shaft 123: blade rotation shaft 126, 127: upper and lower surfaces 130 : Adjustment ring 150: Air tank 193: Reaction force receiving surface 194: Fluid force receiving surface 295, 295 a, 295 b: Protruding part TZ: Rotation angle

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Abstract

　本発明の羽根構造体２は、流体の力である流力を受ける複数の羽根２２と、羽根２２を支持すると共に、流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と、回転軸周りに所定の回転角度ＴＺだけ、羽根２２を自由回転させる羽根回転機構とを有するようにした。これにより、流力を使って羽根を流力の方向へ傾斜させ、羽根の対称性を崩すことができ、羽根に発生する抗力を大きくできるため、羽根構造体２としての回転力を向上させ得る。

Description

羽根構造体及び発電システム
　本発明は、例えば水力、風力などによって回転可能な羽根構造体及び当該羽根構造体を用いた発電装置に関するものである。
　従来より、風力発電用の風車として、回転軸が垂直方向に延びる垂直軸風車や、回転軸が水平方向に延びる水平軸風車が知られている。また、垂直軸風車には、羽根に発生する抗力が風車の回転力となる抗力型（例えば、特許文献１参照） 、羽根に発生する揚力が風車の回転力となる揚力型が含まれる。サポニウス型風車や自転羽根式風車などの抗力型の風車は、構造が簡単で、発電装置部分などの機械部分が低位置にあるため点検や修理がしやすく、低風速から始動可能であるなどの特性を持つ。
　しかしながら、このような抗力型の風車では、風向に対して風車の回転軸を挟んだ一側では、羽根に発生する抗力によって回転力が生じるが、上記回転軸を挟んだ他側では、羽根に発生する抗力が回転力にならない上に、風車の回転力を減少させる力が働いてしまうことになり、このような抗力型の風車を備えた発電システムは、風力エネルギのエネルギ変換効率が悪い。
　そこで、特許文献１の風車では、羽根に向かって進行する風を増速させる増速部設けて、風力エネルギのエネルギ変換効率の向上を図っている。これは、上記増速部によって、羽根に発生する抗力を大きくし、通常よりも大きな回転力を得ようとしている。
特開平２００１－２１１５６９号公報
　昨今では、自然エネルギを一段と活用する必要性が生じていることから、上述した抗力型の風車や水車よりも、さらに回転力を増大させたいという要望があった。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転力を増大させ得る羽根構造体及び発電システムを提供するものである。
　かかる課題を解決するため、本発明の羽根構造体は、流体の力である流力を受ける複数の羽根と、羽根を支持すると共に、流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と、回転軸周りに所定の回転角度だけ、羽根を自由回転させる羽根回転機構とを有するようにした。
　これにより、羽根構造体は、流力によって、羽根の抗力が大きくなるように羽根の位置を変化させることができ、回転力を向上させ得る。
　また、本発明の発電システムは、流体の力である流力に対して垂直方向に延びる回転軸と、流力を受ける複数の羽根と、羽根を支持すると共に流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と、回転軸周りに所定の回転角度だけ、羽根を自由回転させる羽根回転機構とを有する羽根構造体と、回転軸を介して伝達される羽根構造体の回転力を電力に変換する発電装置とを有するようにした。
　これにより、発電システムでは、流力によって、羽根の抗力が大きくなるように羽根の位置を変化させて回転力を向上させ得る。
　本発明は、流力によって、羽根の抗力が大きくなるように羽根の位置を変化させて回転力を向上させ得る羽根構造体及び発電システムを実現できる。
第１の実施の形態における発電システムの構成を示す略線図である。 第１の実施の形態における羽根構造体の構成（１）を示す略線図である。 第１の実施の形態における羽根構造体の構成（２）を示す略線図である。 第１の実施の形態における羽根構造体の構成（３）を示す略線図である。 従来の羽根構造体の回転の説明に供する略線図である。 第１の実施の形態における羽根構造体の回転の説明に供する略線図である。 第２の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第２の実施の形態における羽根構造体の回転の説明に供する略線図である。 第３の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第３の実施の形態における羽根の構成（１）を示す略線図である。 第３の実施の形態における羽根の構成（２）を示す略線図である。 第４の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第４の実施の形態における羽根の回転の説明に供する略線図である。 第５の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第５の実施の形態における羽根の回転の説明に供する略線図である。 第６の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第７の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第８の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第８の実施の形態における羽根の回転の説明に供する略線図である。 第９の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第９の実施の形態における羽根の回転の説明に供する略線図である。 第１０の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１１の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１１の実施の形態における羽根の回転の説明に供する略線図である。 第１１の実施の形態における羽根の配置（１）の説明に供する略線図である。 第１１の実施の形態における羽根の配置（２）の説明に供する略線図である。 第１２の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１３の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１３の実施の形態における羽根の構成を示す略線図である。 第１４の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。
　次に本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
＜第１の実施の形態＞
［１－１．発電システムの構成］
　図１は全体として発電システム１を示しており、例えば潮力や河川の水などを利用した水力や風力など、流体の流れる力である流力で発電を行うようになされている。
　羽根構造体２は、中心部分に設けられた中心孔２１に、縦方向に中心回転軸３を貫通させることにより、横方向に回転可能な状態で、発電装置４と接続されている。発電装置４は、羽根構造体２から中心回転軸３を介して伝達される回転力を電力に変換するエネルギ変換機構を備えている。
　羽根構造体２は、流体の流れに対してほぼ垂直方向に力を受けて回転する、いわゆる垂直型のプロペラ構造を有しており、図中の横方向に流体が流れ、当該横方向内で回転する。この横方向内において、羽根構造体２は、流体の流れ方向に関係なく回転可能である。なお、発電装置４は、例えば防水機能などのように、流体の特性に応じた機能を有していても良い。
[１－２．羽根構造体の構成]
　図２は、図１における羽根構造体２を縦方向の上から見た図である。羽根構造体２は、円柱状の中心支持体２５を中心に有しており、その中央には中心孔２１が設けられている。中心支持体２５の外側には、８つの羽根回転軸２３が同心円上に設けられており、各羽根回転軸２３から外側に向けて、回転可能な状態で８枚の羽根２２（２２ａ～２２ｇ）が設けられている。
　この羽根２２は、一方向へより多くの流力を受けられるように、湾曲している。この湾曲度合いについて、特に制限はない。
　図３に示すように、中心支持体２５の縦上下方向には、円盤状の上下面２６及び２７が設けられている。羽根構造体２は、上下面２６及び２７の外縁に沿った同心円上に、棒状の角度調整部２４が８つ設けられている。
　図４に、羽根回転軸２３及び角度調整部２４の配置図を示している。羽根回転軸２３は、中心支持体２５の外側にほぼ均等間隔で配置されている。角度調整部２４は、羽根回転軸２３と互い違いになるように、上下面２６及び２７の外縁内側に沿って、ほぼ均等間隔で配置されている。
　すなわち、羽根回転軸２３及び角度調整部２４は、４５度置きに配置されている。また、角度調整部２４は、羽根回転軸２３を基準に、回転方向へ向けてほぼ２２．５度だけずれた位置に配置されている。
　この結果、図２に示したように、例えば羽根２２ｄは、２つの角度調整部２４に囲まれた領域を自由に回転することが可能である。すなわち、角度調整部２４は、羽根２２ｄの回転角度を所定の回転角度に制限している。なお、角度調整部２４は、流力によって羽根２２と衝突したときの衝撃を小さくするため、羽根２２と当接する部分の少なくとも一部に、弾性材を使用することが好ましい。
　ここで、従来の羽根構造体Ｐ２について、図５を用いて説明する。以下、従来の羽根構造体Ｐ２に関しては、図１～４と同一の符号の先頭にＰを附して説明する。羽根構造体Ｐ２において、羽根Ｐ２２は、回転することなく、その角度が固定されている。
　流体の流れてくる方向（例えば風上）をＸ方向、流れゆく方向（例えば風下）をＹ方向とする。このとき、図中左側に位置する羽根Ｐ２２ａ～Ｐ２２ｄは、回転方向に流力を受けることができる。
　一方、図中右側に位置する羽根Ｐ２２ｅ～Ｐ２２ｈは、回転方向とは逆方向（以下、これを反回転方向と呼ぶ）に流力を受けることになる。仮に、羽根Ｐ２２ａ～Ｐ２２ｇが平板だった場合（図示せず）、左側の羽根Ｐ２２ａ～Ｐ２２ｄと右側の羽根Ｐ２２ｅ～Ｐ２２ｈとが受ける流力は釣り合い、回転することはない。
　しかしながら、羽根Ｐ２２ａ～Ｐ２２ｇは一方向への流力を受けやすいように湾曲しているため、湾曲している分だけ回転方向に受ける流力が反回転方向に受ける流力を上回り、この結果、従来の羽根構造体Ｐ２が回転することになる。
　次に、各羽根Ｐ２２が受ける流力について検討する。物理的法則によると、回転方向に対して最も垂直の角度で位置する羽根Ｐ２２、すなわち羽根Ｐ２２ｃ（図６）が、効率よく流力を回転力へと変換できる。
　ところが、位置関係により、Ｘ方向に位置する羽根Ｐ２２ｂが流力の多くを受けることになる。羽根Ｐ２２ｂは、流力に対して傾斜しているため、その分回転力が小さくなり、効率が悪い。
　本実施の形態における羽根構造体２は、上述したように、２つの角度調整部２４に囲まれた調整領域において回転角度ＴＺだけ自由に回転することが可能である。すなわち、羽根２２ａ～２２ｈは、流力の影響により、なるべくＹ方向へ位置しようとする。
　この結果、最もＸ方向に位置する羽根２２ａと、２番目に位置する羽根２２ｂとの間は開口し、流力の殆どが流力に対して最も垂直な角度で位置する羽根２２ｂに集中し、当該はね２２ｂが流力を非常に効率よく回転力へと変換することが可能となる。
　一方、右側に位置する羽根２２ｅ～２２ｈは、従来の羽根構造体Ｐ２と同様、最も垂直でない羽根２２ｈに流力が集中するため、反回転方向への回転力が小さくなる。このため、本発明の羽根構造体２は、回転方向への回転力が反回転方向への回転力を大きく上回ることができ、従来と比して回転力を著しく向上させ得る。
　このように、本実施の形態における羽根構造体２は、調整領域内を自由に回転できるように羽根２２を設けたことにより、左右の対称性を無くし、最も効率よく流力を受けられ得る羽根２２ｂに対して流力を集中させ、流力を回転力へ変換させるときのエネルギ変換効率を向上し得る。
　以上の構成によれば、本発明の羽根構造体２は、空気や水などの流体の流力を受ける複数の羽根２２と、羽根回転軸２３を介して羽根２２を間接的に支持すると共に、流力に対して垂直方向に延びる回転軸としての中心回転軸３周りに回転可能な上下面２６及び２７とを有し、羽根２２が、中心回転軸３周りに所定の回転角度ＴＺだけ、自由回転できるようにした。
　これにより、羽根構造体２は、流力によって常に羽根２２を流力の流れていくＹ方向へ位置させることにより、羽根２２ａ～２２ｈの位置関係を人工的な動力なく変化させることができ、流力の回転力への変換効率を向上し得る。
　また、羽根構造体２は、上下面２６及び２７に取り付けられ、羽根２２を中心回転軸３周りに回転させる羽根回転軸２３と、羽根２２の回転角度ＴＺを調整する角度調整部２４とからなる羽根回転機構を有している。これにより、羽根構造体２は、簡易な構成で羽根２２の回転角度ＴＺを調整できる。
　角度調整部２４は、羽根２２の回転動作を抑止する棒であり、羽根２２と当接する箇所の少なくとも一部分に、弾性材が用いられている。これにより、羽根２２に加わる衝撃を減少させ、羽根２２の耐久性を向上させる。また、羽根２２の重量を増大させずに済む。
　本発明の発電システム１は、中心回転軸３と、羽根構造体２と、中心回転軸３を介して伝達される羽根構造体２の回転力を電力に変換する発電装置４とを有することにより、回転力を向上させて風力や水力などの発電システムにおけるエネルギ変換効率を著しく向上させることができる。
＜第２の実施の形態＞
［２－１．羽根構造体の構成］
　図７～８に示した第２の実施の形態において、羽根構造体１０２は、羽根回転軸１２３及び角度調整部１２４の配置と、中心支持体１２５の構成が第１の実施の形態と異なっている。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同一構成の箇所に、１００を附して示している。羽根構造体１０２の構成が相違するだけで、発電システム１としての構成は第１の実施の形態と同様である。
　図７及び図８に、第２の実施の形態における羽根構造体１０２の構成を示している。羽根構造体１０２は、中心支持体１２５の径が第１の実施の形態の中心支持体２５と比して小さく、中心支持体１２５の外側に流力の方向を調整するための調整リング１３０が設けられている。
　羽根回転軸１２３は、同心円上に均等に配置されているが、第１の実施の形態よりも同心円の直径が大きく、角度調整部１２４に近い位置に配置されている。なお、羽根構造体１０２の中心から羽根回転軸１２３までの距離と、羽根構造体１０２の中心から角度調整部１２４までの距離との比率は、約１：２である。この結果、本実施の形態において、回転角度ＴＺは約９０度と、第１の実施の形態と比して大きくなっている。
　また、角度調整部１２４（図７）は、羽根回転軸１２３から、回転方向に向かって約１５度ずれた位置に配置されている。すなわち、羽根１２２は、回転角度ＴＺのうち、回転方向側への傾斜度合いが小さく、反回転方向側への傾斜度合いが大きくなる。この結果、回転方向側に羽根１２２が倒れたときには羽根１２２が立ち、反回転方向側に羽根１２２が倒れたときには寝た状態になる。なお、ここで「立つ」とは、羽根構造体１０２の中心と羽根１２２の回転中心となる羽根回転軸１２３を通る直線に対し、より傾斜の小さい状態（すなわち０度に近い）を言い、「寝る」とは当該直線に対してより大きく傾斜する状態を言う。この傾斜度合いの差異が大きい方が、より効果が大きくなる。好ましくは差異が５度以上、より好ましくは１５度以上である。
　このため、図８に示したように、羽根１２２は、流力を回転方向に順方向で受ける図中左側において、上下面１２６及び１２７からはみ出て流力を大きく受けられるのに対し、流力を回転方向に逆方向で受ける図中右側において、羽根１２２が上下面１２６及び１２７からほとんどはみ出ず、流力の影響を小さく受けることになる。
　すなわち、第２の実施の形態における羽根構造体１０２では、第１の実施の形態と同様、羽根１２２が回転角度ＴＺだけ回転可能に取り付けられていることにより、羽根１２２が流力によって変位し、回転方向に流力を受ける部分の羽根１２２が、流力がくる方向に大きく開口することにより、流力のエネルギを効率よく回転力へ変換することができる。
　さらに、羽根構造体１０２は、回転角度ＴＺのうち、羽根１２２の回転方向側への傾斜度合いが小さく、反回転方向側への傾斜度合いが大きくなるように、羽根回転軸１２３と角度調整部１２４の位置を調整している。
　これにより、羽根構造体１０２は、流力を回転方向に順方向で受ける際には羽根１２２が立ち、流力を回転方向に逆方向で受ける際には羽根１２２を寝かせるように、羽根１２２の角度を変化させることができる。この結果、順方向と逆方向に受ける流力の差異を大きくすることができ、流力のエネルギを効率よく回転力へ変換することができる。
　また、羽根構造体１０２は、羽根回転軸１２３が配置された同心円の直径が大きく、羽根構造体１０２の中心から羽根回転軸１２３までの距離と、羽根構造体１０２の中心から角度調整部１２４までの距離との比率は、約１：２に設定されている。これにより、回転角度ＴＺを大きく設定でき、羽根１２２の回転方向側及び反回転方向側への傾斜度合いの差異を大きくすることができる。
＜他の実施の形態＞
　なお上述した第１の実施の形態において、羽根２２は、矩形の平板が一方向へ向けて湾曲した形状でなる場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば自由曲線形状を有していても良く、流力の種類や羽根２２の枚数や大きさ、流力の大きさなど種々の要因に応じて、最も適した形状を適宜選択することが可能である。
　また、上述した第１の実施の形態において、羽根構造体２は、羽根２２を８枚有するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、流力の種類や羽根２２の大きさや取り付ける位置、流力の大きさなど種々の要因に応じて適宜選択することができる。なお、流力を効率よく受けるという本発明の効果を最も良く引き出すためには、回転角度ＴＺを３０～１２０度に設定することが好ましく、羽根２２を６～１２枚有することが好ましい。さらに好ましくは、８～１０枚である。
　一方、第２の実施の形態においては、回転角度ＴＺを６０～１２０度に設定することが好ましく、羽根２２を６～１２枚有することが好ましい。さらに好ましくは、８～１０枚である。羽根回転軸２３との位置関係により、羽根２２間の回転角度を９０度近傍に設定することができる。このように、回転角度ＴＺは、羽根の形状や羽根回転軸２３と角度調整部２４の位置関係に応じて、最適な角度が選択されることが好ましい。
　さらに、上述した第２の実施の形態においては、角度調整部２４が羽根回転軸２３から１５度ずれた位置に配置されるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、流力を回転方向に順方向で受ける際には羽根１２２が立ち、流力を回転方向に逆方向で受ける際には羽根１２２を寝かせるように、羽根１２２の角度を変化させられればよい。例えば、第２の実施の形態の場合、角度調整部２４が羽根回転軸２３から０度～２２．５度未満だけずれていれば、同様の効果を得ることが可能である。言い換えると、羽根回転軸２３と中心を通る同一線上にある位置を基準位置としたとき、角度調整部２４を、当該基準位置から羽根回転軸２３間の角度の半分未満までの位置に配置させることにより、同様の効果を得ることが可能である。
　さらに、上述した第２の実施の形態においては、流力の流れを調整する調整リング１３０を有するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、必ずしも調整リング１３０は必要ではない。また、調整リング１３０の形状に制限はなく、例えば多角形状でも良い。
　さらに、上述した第１の実施の形態において、羽根回転軸２３と角度調整部２４とが同心円上に配置されるようにした場合につて述べた。本発明はこれに限らず、必ずしも同心円上に配置される必要はない。例えば一つ置きに互い違い（ジグザグ状）に配置されてもよく、羽根構造体２の構成や流体の種類及び大きさなど、種々の要因に応じて配置されることが好ましい。
　さらに、上述した第１の実施の形態において、上下面２６及び２７が羽根回転軸２３を介して羽根２２を支持するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば上下面２６及び２７の一方だけが羽根２２を支持しても良い。また、上下面２６及び２７がなくても、例えば、中心孔２１を有する中心支持体２５から延接された棒が羽根回転軸２３を介して羽根２２を支持するようにし、当該棒状に角度調整部２４が設けられても良い。さらに、中心支持体２５に羽根２２が回転可能に取り付けられることにより、中心支持体２５が直接的に羽根２２を支持することもできる。
　さらに、上述した第１の実施の形態において、角度調整部２４は、円柱の棒状でなるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、要は、羽根２２の回転角度を制限できればよく、例えば上下面２７から突出する突起であっても良く、その形状や配置に制限はない。
　さらに上述した第１の実施の形態においては、中心孔２１よりかなり大きい直径を有する中心支持体２５の周りに沿って、すなわち中心孔２１よりかなり大きな直径の同心円上に羽根回転軸２３が配置されるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、中心支持体２５を小さくし、中心孔２１より僅かに大きな直径の同心円上に羽根回転軸２３が配置されても良い。羽根回転軸２３が配置される位置と、角度調整部２４が配置される位置関係によって、回転角度ＴＺは変化するため、流体や羽根２２の形状に応じた最も適切な位置に羽根回転軸２３及び角度調整部２４が配置されることが好ましい。なお、中心孔２１の中心から羽根回転軸２３までの距離と、中心孔２１の中心から羽根２２の先端までの距離は、１：２０～１：２までの間であることが好ましく、より好ましくは１：８～１：２である。
　さらに上述した実施の形態においては、羽根としての羽根２２と、支持部材としての上下面２６及び２７と、羽根回転機構としての羽根回転軸２３及び角度調整部２４とによって本発明の羽根構造体としての羽根構造体２を構成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる羽根と、支持部材と、羽根回転機構とによって本発明の羽根構造体を構成するようにしても良い。
　さらに上述した実施の形態においては、回転軸としての中心回転軸３と、羽根構造体としての羽根構造体２と、発電装置としての発電装置４を構成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成による中心回転軸３と、羽根構造体２と、発電装置とによって本発明の発電システムを構成するようにしても良い。
＜第３の実施の形態＞
　図９～１１に示した第３の実施の形態において、羽根構造体１０２Ｘは、羽根１９０の構成、エアタンク１５０を有する点が第２の実施の形態と異なっている。なお、第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。なお、羽根構造体１０２の構成が相違するだけで、発電システム１としての構成は第１の実施の形態と同様である。以下の実施の形態についても同様である。
　図９に示すように、羽根構造体１０２Ｘは、羽根１９０を８枚有している。図１０及び１１に示すように、羽根１９０は、根本側の端部近傍に形成された回転孔１９９に羽根回転軸１２３が貫通されることにより、回転自在な状態で羽根回転軸１２３に接続している。
　羽根１９０は、流力受面１９４で回転方向への流力を受け、反力受面１９３で反回転方向への流力を受けることになる。羽根１９０は、先端１９１は薄い板状に形成されているのに対し、ボディ部１９２では、回転中心へ行くに従って厚く形成されている。羽根１９０では、ボディ部１９２の厚みが一律な場合（中心線ＣＴで示す）と比較して、反力受面１９３と先端１９１との成す角度を緩やかにして反回転方向への流力を逃がすことができる。一方、羽根１９０は、流力受面１９４と先端１９１との成す角度を急峻にし、回転方向への流力をしっかりと受け止めることができる。
　また、反力受面１９３は、流力の抵抗を抑える一方、流力受面１９４は、流力の抵抗が増すよう、表面加工が施されている。
　流力の抵抗を抑える加工としては、例えば流力が水力である場合、魚やイルカ、サメなどの海洋動物の皮を模した凹凸を付けたり、塗料によって撥水又は親水加工を施すことで、流力を抑えることが可能である。また、流力が風力である場合、鳥や昆虫などの飛翔動物の羽根などを模した凹凸を付けたり、特殊な塗料によって流力を抑えることが可能である。
　流力の抵抗を増大させる加工としては、表面をできるだけ平滑にしたり、乱流を生じさせるような凹凸を付けるたり、特殊な塗料を塗布することにより、流力を増大させることが可能である。
　これにより、羽根１９０では、回転方向への流力を大きく受けながら、反回転方向への流力を極力逃がすことができ、羽根構造体１０２Ｘの回転力をより増大させることができる。
　なお、反力受面１９３及び流力受面１９４のいずれかにおいて上述した加工が行われても良い。要は、反力受面１９３における流体抵抗が流力受面１９４における流体抵抗よりも小さくなるように反力受面１９３及び流力受面１９４の表面状態を加工すれば、その分だけ回転力を向上させることができる。
　また、羽根構造体１０２Ｘでは、中心回転軸１０３の外側に、エアタンク１５０を有している。エアタンク１５０は、所定量の空気などのガスを含有することにより、羽根構造体１０２Ｘ全体として、水中においてほとんど浮力が生じないようにできる。具体的には、羽根構造体１０２Ｘの体積及び重量から、含有するガスの量が定められると共に、ガスが外部に漏れないように密封されている。
　これにより、羽根構造体１０２の水中での位置を安定させ、浮かんでしまって空気に露出したり、沈んでしまって水底に接触してしまうことを防止することができと共に、不要な力を排除できるため、水中での姿勢を安定化することができる。
　このように、第３の実施の形態では、羽根１９０をでは厚く、先端側では薄くすることにより、流力を効率良く受け止め、回転力を向上させることができる。また、エアタンク１５０によって浮力を調整することにより、羽根構造体１０２を水中における位置を安定させることができる。さらに、流力受面１９４における流体の抵抗が反力受面１９３よりも大きくなるように羽根１９０における反力受面１９３と流力受面１９４との表面状態に差異を設けることにより、羽根１９０において回転方向及び反回転方向間で流体から受ける流力に差異を設け、回転力を一段と向上させ得る。
＜第４の実施の形態＞
　図１２～１３に示した第４の実施の形態において、羽根構造体１０２Ｙは、角度調整部として、角度調整部１２４ａ及び１２４ｂを有する点が第３の実施の形態と異なっている。なお、第４の実施の形態では、第３の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。
　図１２及び１３に示すように、羽根構造体１０２Ｙは、角度調整部として、対の角度調整部１２４ａ及び１２４ｂを有している。角度調整部１２４ａは、反回転方向の流力を受けたときの羽根１９０の角度を調整し、角度調整部１２４ｂは、回転方向への流力をうけたときの羽根１９０の角度を調整する。
　角度調整部１２４ａ及び１２４ｂは同一円周上に等間隔で交互に配置されている。この結果、羽根１９０の回転角度ＴＺは、第３の実施の形態と比較して、約半分となる。この結果、回転方向の流力を受けて羽根１９０が角度調整部１２４ａから１２４ｂまで移動する距離（以下、これを立上り距離と呼ぶ）を短くすることができ、角度調整部１２４ｂを介して流力を迅速に羽根構造体１０２Ｙに伝達することができる。なお、角度調整部１２４ａ及び１２４ｂが配置される間隔を等間隔にする必要性はなく、角度調整部１２４ａ及び１２４ｂの配置によって立上り距離を自由に設定し、立上り距離を任意に定めることができる。
　このように、第４の実施の形態では、角度調整部１２４ａから１２４ｂまで羽根１９０が移動してトルクを伝達できる位置まで移動するまでの立上り距離を短くすることにより、回転方向の流力を迅速に羽根構造体１０２Ｙに伝達して回転力を向上させることができる。
＜第５の実施の形態＞
　図１４～１５に示した第５の実施の形態において、羽根構造体２０２は、羽根２９０の枚数及び羽根回転機構の構成が第３の実施の形態と異なっている。なお、第５の実施の形態では、第３の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。
　図１４に示すように、羽根構造体２０２は、１２枚の羽根２９０を有している。図１５に示すように、羽根２９０は、反力受面２９３及び流力受面２９４が緩やかにカーブして円弧を描きながら、先に向かって細くなる先細り形状をしており、流力受面２９４の曲率半径が反力受面２９３よりも小さく形成されている。また、羽根２９０の先端２９１は、反力受面２９３及び流力受面２９４の円弧とは逆向きにわずかに湾曲している。
　流力受面２９４の根本側には、羽根回転軸１２３を中心とした円弧状の円弧カーブ２９４ａが形成されており、当該円弧カーブ２９４ａが反力受面２９３のなだらかなカーブと接続している。この接続部分は、段差が設けられており、根本側に向けて突出する突出部２９５を形成している。
　角度調整部２２４は、扁平な六角形形状をしており、羽根２９０の根本近傍に配置されている。羽根２９０が円周方向に対して垂直に立ったとき、突出部２９５が角度調整部２２４に引っかかり、その位置が固定される。すなわち、角度調整部２２４と突出部２９５とが対となって角度調整部を構成している。
　また、流力受面２９４の円弧カーブ２９４ａは角度調整部２２４とは接触することがないため、羽根２９０は大きく回転可能であり、その結果、隣接する羽根２９０と当接する（図１４）。この結果、反回転方向に流力を受けるときには、羽根２９０同士が流体の進入を防ぎ、乱流の発生を防止して流体抵抗を低減できる。
　このように、第５の実施の形態では、羽根２９０の根本側に角度調整部２２４を設けることにより、回転角度ＴＺを大きくする。これにより、回転方向に流力を受けるときには、突出部２９５を角度調整部２２４に係止させて流力を受け止める一方、反回転方向に流力を受けるときには、隣接する羽根２９０と当接するまで羽根２９０を回転させて、羽根２９０同士を隣接及び接触させ、流力の影響を低減することができる。
＜第６の実施の形態＞
　図１６に示した第６の実施の形態において、羽根構造体２０２Ｘは、角度調整部２２４を接続する接続リング２８０を有する点が第５の実施の形態と異なっている。なお、第６の実施の形態では、第５の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。
　図１６に示すように、接続リング２８０は、角度調整部２２４を繋ぐ円周状に形成されており、上下面１２６及び１２７を接続している。これにより、角度調整部２２４及び羽根構造体２０２Ｘ全体の強度を向上させることができると共に、接続リング２８０の内部において乱流が発生することを防止することができる。なお、接続リング２８０は、その内部を密封しても良いが、要は乱流を発生させなければよいため、内部空間を密封する必要はなく、適宜孔や間隙を設けることができる。
　このように、第６の実施の形態では、羽根２９０のすぐ内側に接続リング２８０を設けることにより、羽根２９０の内側で生じる乱流を未然に防止でき、回転力を向上させることができる。
＜第７の実施の形態＞
　図１７に示した第７の実施の形態において、羽根構造体２０２Ｙは、羽根２９０の枚数が第６の実施の形態と異なっている。なお、第７の実施の形態では、第６の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。
　図１７に示すように、羽根構造体２０２Ｙでは、羽根２９０を１６枚有している。一般的に、水車の羽根の数は３２枚が最適ともいわれている。羽根２９０の枚数は、羽根構造体２０２Ｙのサイズや流体の種類や強さ、羽根構造体２０２Ｙのサイズとの関係など、種々の要因に応じて適宜選択することが好ましい。
　このように、第７の実施の形態では、羽根２９０を増やすことにより、流力を効率良く受けることができ、回転力を増大させることができる。
＜第８の実施の形態＞
　図１８に示した第８の実施の形態において、羽根構造体２０２Ｚは、羽根２９０Ｚの形状が第７の実施の形態と異なっている。なお、第８の実施の形態では、第７の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。
　図１９に示すように、羽根２９０Ｚは、根本側に向けて突出する２つの突出部２９５ａ及び２９５ｂを有している。突出部２９５ａは、反力受面２９３側に設けられており、羽根２９０Ｚ突起根本側が円周方向に対して垂直に立ったとき、角度調整部２２４に引っかかり、その位置が固定される。
　一方、突出部２９５ｂは、流力受面２９４側に設けられており、羽根２９０Ｚ突起根本側が円周方向に対して平行に近くなり寝た状態になったとき、角度調整部２２４に引っかかり、その位置が固定される。
　これにより、羽根２９０Ｚでは、回転角度ＴＺを一定の角度内に収めることができ、立上り距離を短くして流力を迅速に羽根構造体２０２Ｚに伝達することができる。
　このように、第８の実施の形態では、接続リング２８０によって乱流の発生を抑制しつつ、２つの突出部２９５ａ及び２９５ｂを設けて立上り距離を小さくしたため、回転力を増大することができる。
＜第９の実施の形態＞
　図２０～２１に示した第９の実施の形態において、羽根構造体３０２は、羽根３９０の枚数及び構成が第３の実施の形態と異なっている。なお、第９の実施の形態では、第３の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。
　図２０及び図２１に示すように、羽根構造体３０２は、羽根３９０を６枚有しており、円周上に等間隔に配置されている。羽根３９０は、上下面１２６及び１２７における円周方向の端部近傍において回転可能に設置されている。
　羽根３９０は、ボディ部３９２と、反回転方向に湾曲する先端３９１と、回転方向に湾曲する根本３９６とを有しており、反力受面３９３及び流力受面３９４が緩やかなＳ字（若しくは逆Ｓ字）カーブを描いている。言い換えると、羽根３９０は、羽根回転軸１２３より先端側において、反力受面３９３よりも流力受面３９４の曲率半径が小さく、羽根回転軸１２３より根本側において、反力受面３９３よりも流力受面３９４の曲率半径が大きく、全体として羽根回転軸１２３を中心点とした点対称構造を有する。
　羽根３９０は、羽根２９０（図１４）と比較すると、中心側に向けて、根本側が長く形成されており、回転方向への流力を受けると根本３９６（図２１）の先端がエアタンク１５０の外壁に当接することにより、その位置が固定される。すなわち、根本３９６及びエアタンク１５０が角度調整部として機能する。羽根３９０は、面積が大きいため、回転方向の流力を逃すことなく、回転力へと変換することができる。
　一方、羽根３９０は、回転角度ＴＺが非常に大きく、隣接する羽根３９０とも離隔しているため、反回転方向への流力に対し、最も抵抗が小さい状態、すなわち円周方向に対してほぼ平行に寝るような状態を保つことができる。
　このように、第９の実施の形態では、羽根３９０を内側に大きく延ばし、エアタンク１５０によって係止させるようにしたことにより、羽根３９０の面積を大きくして回転方向の流力を大きく受けることができると共に、反回転方向への流力に対して自由度を向上させて流力抵抗を極力小さくでき、羽根構造体３０２の回転力を向上させることができる。
＜第１０の実施の形態＞
　図２２に示した第１０の実施の形態において、羽根構造体３０２Ｘは、羽根回転軸１２３の位置が第９の実施の形態と異なっている。なお、第１０の実施の形態では、第９の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。
　図２２に示すように、羽根３９０Ｘは、中心よりも根本側に羽根回転軸１２３を位置させており、羽根３９０Ｘの回転軸が偏心している。これにより、羽根３９０Ｘは、流力を片側に集中させて羽根３９０Ｘを回転させ易くでき、反力受面３９３及び流力受面３９４の切り換えを迅速にして羽根構造体３０２Ｘの回転力を増大させることができる。なお、偏心の方向は中心側又は円周側のどちらでも良い。
　このように、第１０の実施の形態では、面積の大きい羽根３９０Ｘの根本側及び先端側のバランスを敢えて崩すことにより、羽根３９０Ｘが受ける流力に根本側及び先端側で偏りを生じさせることができ、羽根３９０Ｘを迅速に回転させて、羽根構造体３０２Ｘの回転力を増大させることができる。
＜第１１の実施の形態＞
　図２３に示した第１１の実施の形態において、羽根構造体４０２は、上下面１２６及び１２７を有さず、エアタンク４５０の外壁を一部窪ませて羽根４９０の根本側と共に角度調整部としての機能を有する点が第３の実施の形態と異なっている。なお、第１１の実施の形態では、第３の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。
　図２３に示すように、羽根構造体４０２では、エアタンク４５０の外壁４５１が厚く形成されており、窪み４５２が形成されている。窪み４５２は、角度調整部２２４（図１４）と同様、羽根４９０を係止してその角度を調整する機能を有している。窪み４５２は、円弧状にえぐられたように形成されており、流力受面４９４側の端部に円弧状から突出する係止部４５２ａを有している。
　図２４に示すように、羽根４９０は、羽根回転軸１２３近傍から根本側が、流力受面４９４側へ大きく湾曲しており、回転方向の流力を受けたときに、根本部４９６の先端を窪み４５２に形成された係止部４５２ａに係止されてその位置が固定される。
　また、羽根構造体４０２は、上下面１２６及び１２７を有しておらず、窪み４５２の部分断面を表す図２５及び図２６に示すように、外壁４５１から上下方向を延長された上下面部分４５１ｘに固定されたり、外壁４５１まで延設された軸延長部１２３ｘを有することにより、羽根回転軸１２３が外壁４５１に接続されている。すなわち、羽根構造体４０２では、エアタンク４５０が羽根４９０を支持する支持部材の役割を果たす。
　このように、第１１の実施の形態では、エアタンク４５０の外壁４５１に形成された窪み４５２と、羽根４９０の根本部４９６によって角度調整機構を構成するようにした。これにより、羽根構造体４０２は、羽根４９０以外にエアタンク４５０の外側に突出するものが無いため、乱流の発生を防止すると共に、耐久性を向上させ得る。
＜第１２の実施の形態＞
　図２７に示した第１２の実施の形態において、羽根構造体４０２Ｘは、外壁４５１Ｘの形状が第１１の実施の形態と異なっている。なお、第１２の実施の形態では、第１１の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。
　図２７に示すように、羽根構造体４０２Ｘは、外壁４５１Ｘにおける係止部４５２ａ近傍の突出部分である突出部４５１Ｘａと窪み４５２Ｘとが略直線状に形成されている。言い換えると、外壁４５１Ｘは、全体として略六角形状を有しており、角部分に突出部４５１Ｘａが形成され、突出部４５１Ｘａの回転方向側に係止部４５２ａが形成されている。
　このように、エアタンク４５０の外壁４５１を多角形状に形成することにより、多角形の各辺の形状を利用して、外壁４５１によって反回転方向への流力抵抗を低減させたり、回転方向への流力を受けたりすることができ、羽根構造体４０２Ｘの回転力を増大させることができる。なお、外壁４５１の各辺の形状に特に制限はなく、様々な形状にすることが可能である。もちろん、羽根４９０の枚数に応じて六角形以外の多角形状にすることもできる。
＜第１３の実施の形態＞
　図２８～２９に示した第１３の実施の形態において、羽根構造体５０２は、羽根５９０の形状と、角度調整部１２４の配置及び中心支持体１２５がない点が第２の実施の形態と異なっている。なお、第１３の実施の形態では、第２の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。
　図２８に示すように、羽根５９０は、羽根回転軸１２３近傍が僅かに膨らんでいる以外はほぼ平板状であり、羽根回転軸１２３を中心に、長部分５９２ｘと、当該長部分５９２ｘよりも短い短部分５９２ｙとを有している。羽根回転軸１２３は、上下面１２６及び１２７の円周近傍に配置されており、羽根５９０を回転可能な状態で固定している。羽根５９０は、中心からずれた箇所に羽根回転軸１２３を位置させており、回転方向への流力に対し、長部分５９２ｘの端部である根本部５９６を角度調整部１２４に係止させることで、その位置を固定させる。
　また、羽根５９０は、短部分５９２ｙの端部である先端５９１を角度調整部１２４に接触させることなく回転することができる。このため、反回転方向への流力に対し、羽根５９０は、流体抵抗が小さくなるよう、先端５９１を流体の流れてくる上流側へ向けることになる。
　図２９に示すように、羽根５９０は、先端５９１が丸みを帯びた２つの先突部５９１ｘを有している。この先突部５９１ｘは、流体に応じた形状に形成され、流体抵抗が極力小さくなる形状であることが好ましい。もちろん、先突部５９１ｘの数に制限はなく、１つのみであってもよい。
　このように、第１３の実施の形態では、羽根５９０を平板に近い形状にし、角度調整部１２４を根本側に配置すると共に、羽根５９０の両端うち、一方の端部のみが角度調整部１２４に当接するように羽根回転軸１２３を偏心させるようにした。これにより、羽根構造体５０２は、反回転方向の流力に対する羽根５９０への流体抵抗を極力小さくすることができ、回転力を増大させることができる。
＜第１４の実施の形態＞
　図３０に示した第１４の実施の形態において、羽根構造体６０２は、外壁６５１が三角形状をしており、反回転方向の流力が加わる領域において、反力フード５７０を有している点が第１１の実施の形態と異なっている。なお、第１４の実施の形態では、第１１の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。
　図３０に示すように、羽根６９０は、ほぼ平板状であり、先端６９１がわずかに先細っている。エアタンク６５０の外壁６５１には、窪み６５２が形成されており、反力受面６９３側に係止部６５２ａが形成されている。窪み６５２における流力受面６９４側は、なだらかな傾斜６５２ｂが形成されており、この傾斜に沿って羽根６９０が外壁６５１に対して寝た状態にすることができる。
　外壁６５１は、全体として各辺が僅かに膨らむ略三角形状を有しており、各辺が流力を受ける役割を果たす。各辺には、各３枚の羽根６９０が配置されている。なお、一辺当たりに配置される羽根６９０の数や各辺の形状に制限はなく、流体の種類や強度などに応じて、適宜変更することができる。
　羽根構造体６０２は、反回転方向の流力が加わる領域（以下、これを反力領域と呼ぶ、図面左側半分を指す）の最外側に、上下面１２６及び１２７を接続する反力フード５７０が設置されている。反力フード５７０は、例えば反力領域全域に、半円状に形成されても良く、また、例えば反力領域において部分的に形成されても良い。反力フード５７０は、好ましくは反力領域の半分以上、より好ましくは２／３以上に形成される。これにより、反力領域において、回転体（羽根６９０、エアタンク６５０及び中心回転軸１０３）に加わる反回転方向の力を極力小さくすることができる。
　なお、羽根構造体６０２は、例えば川や溝などのように、流力の方向が定まっている箇所に設置されることが好ましい。
　このように、第１４の実施の形態では、外壁６５１を多角形状にし、一辺に複数の羽根６９０を配置するようにした。これにより、羽根構造体６０２では、羽根６９０の枚数に拘わらず、外壁６５１の形状を最適化することができ、回転力を増大させることができる。
　また、羽根構造体６０２では、上下面１２６及び１２７と羽根回転軸１２３とを接続せず、回転体のみが回転するようにし、反力領域において反力フード５７０を設けるようにした。これにより、羽根構造体６０２は、回転体に加わる反回転方向の力を極力小さくすることができ、回転力を増大させることができる。
＜動作及び効果＞
　以上の構成によれば、羽根構造体は、流体の力である流力を受ける複数の羽根と、羽根を支持すると共に、流力に対して垂直方向に延びる回転軸（羽根回転軸１２３）周りに回転可能な支持部材（上下面１２６及び１２７、又はエアタンク４５０、６５０）と、回転軸周りに所定の回転角度だけ、羽根を自由回転させる羽根回転機構とを有する。
　これにより、羽根構造体は、回転方向の流力を受ける流力受面と反回転方向の流力を受ける反力受面の角度を相違させることができるため、回転力を増大させることができる。
　羽根回転機構は、支持部材に取り付けられ、羽根を回転軸周りに回転させる羽根回転軸と、羽根の回転角度を調整する角度調整部とを有し、羽根の一部分を角度調整部に当接させることにより、羽根の回転角度を調整する。
　角度調整部は、羽根の回転動作を抑止する棒又は突起であり、羽根と当接する箇所の少なくとも一部分に、弾性材が用いられている。これにより、羽根と角度調整部とが当接する際に発生する音を低減すると共に、当接箇所の破損を防止できる。
　角度調整部は、羽根構造体の回転方向への羽根の傾斜度合いが、回転方向の逆方向である反回転方向への羽根の傾斜度合いよりも小さくなるように、羽根の回転角度を調整する。
　角度調整部は、羽根における根本側の端部近傍を係止することにより、回転角度を調整する。これにより、角度調整部は、羽根の回転角度を大きく設定することができると共に、速度が小さい羽根の根本側を当接するため、当接するときの衝撃を小さくすることができる。
　羽根は、隣接する羽根に当接することにより、回転角度を調整する。これにより、反回転方向の流力が加わる反力領域において、羽根間に生じる間隙を小さくすることができ、羽根間によって生じる乱流を低減させることができる。
　角度調整部は、リング（接続リング２８０）の外側に設けられた突起である。これにより、単体で角度調整部が設けられている場合と比較して、角度調整部の強度を増大させることができる。
　羽根は、角度調整部の一部として、根本側の端部近傍に、角度調整部に当接する突出部を有する。これにより、羽根は、羽根の本体部分の形状に関係なく、自由な角度で羽根を係止させることができ、設計の自由度を向上させることができる。
　羽根は、２つの突出部を有することにより、回転角度を自由に調整することができる。
　羽根回転軸は、羽根の中心からずれた位置に配置されている。これにより、羽根は、流力を受けたときの回転を促進し、流力を受ける面（流力受面及び反力受面）の切替を迅速にし、回転力を向上できる。
　羽根構造体は、羽根より中心側において、角度調整部が形成されたリング（外壁４５１、４５１Ｘ、及び６５１）を有し、リングは、流力を受けて回転するように形状が選定されている。
　これにより、羽根構造体は、羽根に加えて、リングに対する流力によっても回転力を増大させることができる。
　羽根構造体は、水中で使用され、密閉状態でガスが充填されたエアタンクを有する。これにより、羽根構造体は、水中での浮力及び重力が殆どかからないように羽根構造体の比重を調整することができ、水中での姿勢を安定化させ得る。
　羽根において、回転方向の流力を受ける流力受面には、流体抵抗を増大させる表面加工が施されている。これにより、回転方向に受ける力を増大させることができる。
　羽根において、回転方向とは逆となる反回転方向の流力を受ける反力受面には、流体抵抗を低下させる表面加工が施されている。これにより、反回転方向に受ける力を低減することができる。
　本発明は、第１～第１４の実施の形態に限られるものではなく、羽根、支持部材、角度調整部、回転軸、エアタンク、上下面など、各パーツの数や形状を適宜組み合わせて変更することが可能である。要は、回転方向の流力を大きく受ける一方、反回転方向の流力を小さく受けると共に、流体の流れを制御することが重要であり、流体の種類や方向性、強度などの要因によって最適なパーツを組み合わせることが好ましい。
　本発明は、例えば風力や水力、潮力発電に用いられる発電システムに適用することができる。
１　　　　　：発電システム
２　　　　　：羽根構造体
３　　　　　：中心回転軸
４　　　　　：発電装置
２１　　　　：中心孔
２２、１２２、１９０、２９０、３９０、４９０、５９０、６９０：羽根
２３、１２３：羽根回転軸
２４、１２４：角度調整部
２５　　　　：中心支持体
２６　　　　：上下面
２７　　　　：上下面
１０２、１０２Ｘ、１０２Ｙ、２０２、２０２Ｘ、２０２Ｙ、２０２Ｚ　：羽根構造体
１０３　　　：中心回転軸
１２３　　　：羽根回転軸
１２６、１２７　：上下面
１３０　　　：調整リング
１５０　　　：エアタンク
１９３　　　：反力受面
１９４　　　：流力受面
２９５、２９５ａ、２９５ｂ：突出部
ＴＺ　　　　：回転角度

 

Claims (15)

  1. 　流体の力である流力を受ける複数の羽根と、
    　前記羽根を支持すると共に、前記流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と、
    　前記回転軸周りに所定の回転角度だけ、前記羽根を自由回転させる羽根回転機構と
    を有することを特徴とする羽根構造体。
  2. 　前記羽根回転機構は、
    　前記支持部材に取り付けられ、前記羽根を前記回転軸周りに回転させる羽根回転軸と、
    前記羽根の前記回転角度を調整する角度調整部とを有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の羽根構造体。
  3. 　前記角度調整部は、
    　前記羽根の回転動作を抑止する棒又は突起であり、羽根と当接する箇所の少なくとも一部分に、弾性材が用いられている
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の羽根構造体。
  4. 　前記角度調整部は、
    　前記羽根構造体の回転方向への前記羽根の傾斜度合いが、前記回転方向の逆方向である反回転方向への前記羽根の傾斜度合いよりも小さくなるように、前記羽根の前記回転角度を調整する
    ことを特徴とする請求項２～４のいずれかに記載の羽根構造体。
  5. 　前記角度調整部は、
    　前記羽根における根本側の端部近傍を係止することにより、前記回転角度を調整する
    　ことを特徴とする請求項２～４のいずれかに記載の羽根構造体。
  6. 　前記羽根は、
    　隣接する羽根に当接することにより、前記回転角度を調整する
    　ことを特徴とする請求項２～５のいずれかに記載の羽根構造体。
  7. 　前記角度調整部は、
    　リングの外側に設けられた突起である
    　ことを特徴とする請求項２に記載の羽根構造体。
  8. 　前記羽根は、
    　前記角度調整部の一部として、
    　根本側の端部近傍に、前記角度調整部に当接する突出部を有する
    　ことを特徴とする請求項２～７のいずれかに記載の羽根構造体。
  9. 　前記羽根は、
    　２つの前記突出部を有する
    　ことを特徴とする請求項８に記載の羽根構造体。
  10. 　前記羽根回転軸は、
    　前記羽根の中心からずれた位置に配置されている
    　ことを特徴とする請求項５に記載の羽根構造体。
  11. 　前記羽根構造体は、
    　前記羽根より中心側において、前記角度調整部が形成されたリングを有し、
    　前記リングは、
    　前記流力を受けて回転するように形状が選定されている
    　ことを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の羽根構造体。
  12. 　前記羽根構造体は、
    　水中で使用され、
    　密閉状態でガスが充填されたエアタンクを有する
    　ことを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載の羽根構造体。
  13. 　前記羽根において、回転方向の流力を受ける流力受面には、
    　流体抵抗を増大させる表面加工が施されている
    　ことを特徴とする請求項１～１２のいずれかに記載の羽根構造体。
  14. 　前記羽根において、回転方向とは逆となる反回転方向の流力を受ける反力受面には、
    　流体抵抗を低下させる表面加工が施されている
    　ことを特徴とする請求項１～１３のいずれかに記載の羽根構造体。
  15. 　流体の力である流力に対して垂直方向に延びる回転軸と、
    　前記流力を受ける複数の羽根と、前記羽根を支持すると共に前記流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と、前記回転軸周りに所定の回転角度だけ、前記羽根を自由回転させる羽根回転機構とを有する羽根構造体と、
    　前記回転軸を介して伝達される前記羽根構造体の回転力を電力に変換する発電装置と
    を有することを特徴とする発電システム。
    　

     
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