WO2022239487A1 - 風力発電装置 - Google Patents

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正道 安藤
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • 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
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • 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
    • 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

  • This invention relates to a wind turbine generator.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-32239
  • An object of the present invention is to provide a wind turbine generator capable of reducing noise.
  • a wind power generator includes a support shaft, a rotor supported by the support shaft so as to be rotatable about a central axis of the support shaft, a rotating body made of a dielectric, and the rotating body. a plurality of electrodes arranged on the surface of the body at intervals along the circumferential direction around the central axis; and a power supply for applying a predetermined voltage to each electrode of the plurality of electrodes at predetermined time intervals. , and a generator coupled to the rotating body.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wind turbine generator according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. It is a figure which shows roughly the cross section of the rotating body in a wind turbine generator.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship between electrodes and a voltage applying section; It is a figure for demonstrating the mechanism by which a rotating body rotates. It is a figure which shows the modification of a rotating body. It is a figure which shows the modification of a rotating body.
  • 1 is a diagram schematically showing a wind turbine generator group consisting of a plurality of wind turbine generators; FIG. FIG.
  • FIG. 6 is a partially enlarged view of a rotating body and electrodes in a wind power generator according to a second embodiment of the present invention
  • 9 is a perspective view of the electrode shown in FIG. 8
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 8
  • It is a sectional view showing a modification of the 2nd electrode roughly.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wind turbine generator according to a first embodiment of the invention.
  • the wind turbine generator 1 includes a support shaft 10 , a rotor 20 , a plurality of electrodes 30 , a coating layer 40 , a power source 50 and a generator 60 .
  • This wind power generator 1 does not have blades, unlike so-called horizontal or vertical axis wind power generators.
  • the up-down direction in FIG. 1 is demonstrated as a perpendicular direction.
  • the installation posture of the wind turbine generator 1 is not limited to the posture shown in FIG. Note that FIG. 1 is a schematic diagram, and the dimensions and ratios of each member, the spacing between the electrodes 30, and the like are different from the actual device. This also applies to other drawings.
  • the support shaft 10 is, for example, cylindrical.
  • the support shaft 10 is installed on an installation surface such as the ground.
  • the posture of the support shaft 10 with respect to the installation surface is not particularly limited.
  • the rotating body 20 is supported by the support shaft 10 so as to be rotatable around the central axis 10A of the support shaft 10.
  • Rotating body 20 is made of a dielectric.
  • the rotating body 20 is made of resin, a metal member covered with an insulating coating, or the like.
  • Rotating body 20 is preferably made of fiber-reinforced plastic.
  • the rotor 20 is hollow. In this embodiment, the rotor 20 is configured as a hollow sphere.
  • the diameter of the rotating body 20 is, for example, about 1 m to 5 m. However, the size of the rotating body 20 can be set arbitrarily.
  • a plurality of electrodes 30 are provided on the surface of the rotating body 20 so as to be spaced apart along the circumferential direction around the central axis 10A. It is preferable that the plurality of electrodes 30 be arranged on the surface of the rotating body 20 at equal intervals over the entire circumferential direction. However, a region in which no electrode 30 is provided (a region in which the electrode 30 is missing) may be provided on a part of the surface of the rotating body 20, and even if there are places where the intervals between the electrodes 30 in the circumferential direction are different. good. As shown in FIG. 2, each electrode 30 has a shape extending along a portion where a plane including the central axis 10A and the surface of the rotating body 20 intersect.
  • An angle ⁇ 1 between a plane P perpendicular to the central axis 10A and passing through the center 20A of the rotor 20 and a straight line L1 connecting the center 20A and the upper end 30a of the electrode 30 is set to about 45 degrees. is preferred.
  • the angle ⁇ 2 between the plane P and the straight line L2 connecting the center 20A and the lower end 30b of the electrode 30 is preferably set to about 45 degrees.
  • the interval between the electrodes 30 adjacent to each other is in the range of 1.7 ⁇ m to 90 ⁇ m, for example.
  • the width of each electrode 30 (dimension of each electrode 30 in the circumferential direction) ranges from 20 ⁇ m to 100 ⁇ m, for example.
  • the spacing between the electrodes 30 and the width of the electrodes 30 are determined in consideration of efficiency and ease of manufacture.
  • the width of the electrode 30 need not be uniform, and portions with different widths may be provided according to the shape of the surface of the rotating body 20 .
  • the width of each electrode 30 is set from the middle portion of each electrode 30 to the upper end portion of each electrode 30 in the vertical direction. and may be made thinner as it approaches the lower end. Note that FIG. 2 shows the rotating body 20 and one electrode 30 out of the plurality of electrodes 30 .
  • the coating layer 40 covers the entire surface of the rotor 20 including the surfaces of the electrodes 30 .
  • the coating layer 40 is made of an insulating material such as resin or silicate glass.
  • the coating layer 40 is preferably formed thin.
  • the coating layer 40 is preferably made of a colored material so that the electrodes 30 cannot be visually recognized from the outside. With this configuration, oxidation and sulfurization of the electrode 30 are suppressed, and stable characteristics are maintained over a long period of time.
  • the coating layer 40 may cover only the electrodes 30 instead of the entire surface of the rotor 20 .
  • the power supply 50 applies a predetermined voltage to each electrode 30 at predetermined time intervals.
  • the power supply 50 applies a voltage to each electrode 30 so that an airflow is formed on the surface of the rotating body 20 along the circumferential direction by an electric field gradient force (dielectric gradient force).
  • the method of applying this voltage that is, the method of forming an airflow along the direction in which the plurality of electrodes 30 are arranged (method of conveying the gas) is the same as the principle described in Japanese Patent No. 5633373 .
  • the plurality of electrodes 30 are commonly connected, for example, every four electrodes in the order of their arrangement, and are respectively connected to the output terminals of the power source 50, and the power source 50 changes over time.
  • the pulse voltage has a value in the range of 330 V to 950 V, and the pulse rise time is 1 ⁇ s or less.
  • the strength of the airflow AR41 can be adjusted by the magnitude of the voltage and the period of the voltage.
  • FIG. 3 shows linear electrodes arranged on a plane. This corresponds to an enlarged part of the rotating body 20 and the electrode 30 in this embodiment. Considering the size of the rotating body 20, the width of the electrode 30, and the spacing between a pair of electrodes 30 adjacent to each other, the rotating body 20 with respect to several to ten-odd electrodes 30 can be regarded as a substantially flat surface. For the sake of convenience, it is shown in this way.
  • the electrodes 30 corresponding to the first to fourth phases are indicated by E 1 (j) to E 4 (j) , respectively.
  • (j) is the period number of the four-phase repetition period.
  • the number of electrodes 30 in one set and the number of pulse voltage phases are not limited to 4, and can be set to any integer n.
  • the output terminal of the power supply is connected to the electrode through the capacitor, but the capacitor may not be interposed. The connection direction from the output terminal of the power supply is not limited to that shown in FIG.
  • the generator 60 is connected to the rotating body 20.
  • the generator 60 generates electric power by rotating the rotating body 20 .
  • the generator 60 has magnets 62 and a stator 64 .
  • the magnet 62 is fixed to the inner surface of the rotating body 20 so as to rotate integrally with the rotating body 20.
  • the magnet 62 is fixed to the rotating body 20 directly or indirectly via another member.
  • the stator 64 is surrounded by magnets 62 .
  • the stator 64 is fixed directly to the support shaft 10 or indirectly via another member.
  • the power supply 50 applies a voltage to each electrode 30 in the manner described above. As a result, an airflow AR41 that flows in the circumferential direction on the surface of the rotating body 20 is formed. In addition, in FIG. 4, the airflow AR41 is indicated by a chain double-dashed line. In addition, since the pulse voltage does not cause an actual current to flow, the power consumption is small.
  • the rotating body 20 rotates about the central axis 10A in the direction AR42 opposite to the direction of the airflow AR41.
  • the wind power generator 1 in this embodiment does not have blades that are provided in horizontal or vertical axis wind power generators, so noise is reduced. Furthermore, since the sense of fear given to people by the rotation of the blades is substantially eliminated, the wind turbine generator 1 can be installed in urban areas and the like.
  • the power supply 50 adjusts the magnitude and period of the voltage applied to each electrode 30 based on the wind speed of the wind W striking the rotor 20 .
  • the wind speed of the wind W striking the rotor 20 is detected by a wind speed sensor provided on the support shaft 10 or the like. Alternatively, it is possible to detect the wind force by the number of revolutions per minute of the rotating body 20 itself.
  • the power supply 50 adjusts the magnitude and period of the voltage applied to each electrode 30 so that the number of revolutions of the rotating body 20 does not exceed a specified number of revolutions.
  • the power supply 50 stops applying voltage to each electrode 30 .
  • the body of revolution 20 may be composed of an oblate sphere obtained by rotating an ellipse with its short axis as the rotation axis.
  • the rotor 20 is supported by the support shaft 10 so that its rotation axis (minor axis) coincides with the central axis 10A.
  • the body of revolution 20 may be composed of an elongated sphere obtained by rotating an ellipse with its long axis as the axis of rotation.
  • the rotating body 20 may be formed in a cylindrical shape.
  • the wind turbine generator 1 having such a shape is extremely low-noise compared to a type in which a propeller or a windmill rotates, and at the same time, does not give people a sense of fear of the rotating body.
  • There is a sense of wonder in terms of design and as shown in FIG. 7, when a plurality of wind power generators 1 are arranged in a forest with variations in size, height, and shape, they can function as a monument.
  • the surface of the rotating body 20 may be plain, or may be provided with a display portion 20D for characters, advertisement designs, etc., as shown in FIG.
  • the display unit 20D is indicated by oblique lines. The range in which the display section 20D is provided can be arbitrarily set.
  • This wind turbine generator 1 can be installed in station squares, parking lots of various public facilities, theme parks, and the like.
  • the cross section of the outer peripheral surface of the rotating body 20 on a plane orthogonal to the central axis 10A may be formed in a polygonal shape.
  • the rotating body 20 may be configured by a polyhedron.
  • the wind turbine generator 1 may include a photovoltaic panel attached to the upper portion of the rotating body 20 (the portion where the electrodes 30 are not formed), and store the power generated by the rotation of the rotating body 20. It may have a battery.
  • the generator 60 may have a coil that rotates instead of the magnet 62 that rotates. Also, the generator 60 may be arranged at a position spaced apart from the support shaft 10 .
  • FIG. 8 to 10 correspond to enlarged views of a part of the rotor 20 and the electrode 30 in this embodiment.
  • the rotating body 20 can be regarded as substantially flat with respect to several to ten-odd electrodes 30. In FIG. 10, it is illustrated in this way for convenience.
  • the multiple electrodes 30 have multiple first electrodes 31 and multiple second electrodes 32 .
  • the first electrodes 31 and the second electrodes 32 are arranged alternately in the circumferential direction around the central axis 10A.
  • Each first electrode 31 is formed in a flat plate shape. Each first electrode 31 is provided on the surface of the rotating body 20 . Each first electrode 31 is connected to, for example, a positive output terminal of the power source 50 .
  • Each second electrode 32 is arranged at a position adjacent to the first electrode 31 in the circumferential direction. Each second electrode 32 is connected to, for example, a negative output terminal of the power supply 50 .
  • the second electrode 32 has a first portion 32a, a second portion 32b, and a connecting portion 32c.
  • the first portion 32a is located on the surface of the rotating body 20.
  • the first portion 32 a has the same shape as the first electrode 31 .
  • the second portion 32b is positioned within the rotating body 20, as shown in FIG.
  • the second portion 32b is formed in a flat plate shape.
  • the second portion 32b is substantially parallel to the first portion 32a.
  • the connecting portion 32c connects the first portion 32a and the second portion 32b.
  • the connecting portion 32c is orthogonal to the first portion 32a and the second portion 32b.
  • the electric field strength between a specific first electrode 31 among the plurality of first electrodes 31 and the second electrode 32 positioned on one side of the specific first electrode 31 among the plurality of second electrodes 32 in the circumferential direction is , and the second electrode 32 positioned on the other side of the specific first electrode 31 among the plurality of second electrodes 32 in the circumferential direction.
  • the electric field intensity between the first electrode 31 and the first portion 32a adjacent to each other in the circumferential direction is set to be stronger than the electric field intensity between the first electrode 31 and the second portion 32b.
  • the shortest distance D1 between the first electrode 31 and the first portion 32a adjacent to each other in the circumferential direction is longer than the shortest distance D2 between the first electrode 31 and the second portion 32b in the radial direction of the rotating body 20. set large.
  • the power supply 50 periodically repeats the application and stoppage of voltage to the electrodes 31 and 32 . That is, in this embodiment, unlike the first embodiment, the positive and negative of the electrodes 31 and 32 are not interchanged each time a voltage is applied. In FIG. 10, arrows indicate electric fields generated when voltages are applied to the electrodes 31 and 32 by the power source 50 .
  • the second electrode 32 is formed in a flat plate shape such that a portion thereof is exposed on the surface of the rotating body 20 and the remaining portion is embedded in the rotating body 20 .
  • FIG. 11 may be placed in FIG. 11 is also illustrated as a plane for the sake of convenience, like FIG. 10 and the like.
  • the wind turbine generator includes a support shaft, and is supported by the support shaft so as to be rotatable about the central axis of the support shaft. a plurality of electrodes arranged at intervals along the circumferential direction of the body; a power source for applying a predetermined voltage to each electrode of the plurality of electrodes at predetermined time intervals; a generator;
  • this wind power generator by applying a predetermined voltage to each electrode at predetermined time intervals, an airflow is formed along the circumferential direction on the surface of the rotating body.
  • the rotating body receives no particular resistance from the wind along the airflow, but receives resistance from the wind opposite to the airflow. Therefore, the rotating body rotates around the central axis in the direction opposite to the direction of the airflow. This rotation produces electrical power.
  • Each of the electrodes has a shape extending along a portion where a plane including the central axis and the surface of the rotating body intersect, and the power source is an n-phase pulse that periodically changes over time.
  • a voltage may be applied to each of the electrodes.
  • the plurality of electrodes be arranged in the circumferential direction at regular intervals.
  • the plurality of electrodes are composed of a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes alternately arranged in the circumferential direction, and a specific first electrode among the plurality of first electrodes and a plurality of the plurality of second electrodes are arranged alternately.
  • the electric field strength between the specific first electrode and the second electrode positioned on one side of the specific first electrode in the circumferential direction among the two electrodes is the specific first electrode and the circumferential and a second electrode located on the other side of the particular first electrode in direction, the power source periodically applying a voltage to the plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes. may be applied and stopped repeatedly.
  • the body of revolution may be a sphere, an oblate sphere obtained by rotating an ellipse about its minor axis, a prolate sphere obtained by rotating an ellipse about its major axis, or a cylinder. preferably configured.
  • a wind power generator having such a shape makes extremely low noise compared to rotating propellers or windmills, and at the same time, does not give people a sense of fear of the rotating body.
  • the wind turbine generator further include a coating layer that covers the plurality of electrodes.
  • the coating layer is made of an insulating material.
  • Wind power generator 10 Support shaft, 10A Central shaft, 20 Rotating body, 30 Electrode, 31 First electrode, 32 Second electrode, 32a First part, 32b Second part, 32c Connecting part, 40 Coating layer, 50 Power supply , 60 generator, 62 magnet, 64 stator.

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Abstract

風力発電装置（１）は、支持軸（１０）と、前記支持軸の中心軸まわりに回転可能となるように前記支持軸に支持されており、誘電体からなる回転体（２０）と、前記回転体の表面に前記中心軸まわりの周方向に沿って間隔を置いて並ぶように設けられた複数の電極（３０）と、前記複数の電極の各電極に所定の時間間隔で所定の電圧を印加する電源（５０）と、前記回転体に連結された発電機（６０）と、を備える。

Description

風力発電装置
　この発明は、風力発電装置に関する。
　従来、特開２０２１－３２２３９号公報（特許文献１）等に見られるようないわゆる水平軸型の風力発電装置や、いわゆる垂直軸型の風力発電装置が知られている。
特開２０２１－３２２３９号公報
　水平軸型あるいは垂直軸型の風力発電装置は、ブレードを備える回転体が高速で回転しており、騒音が発生するため、市街地等に設置することが困難である。
　本発明の目的は、騒音を低減可能な風力発電装置を提供することである。
　本発明の一局面に従った風力発電装置は、支持軸と、前記支持軸の中心軸まわりに回転可能となるように前記支持軸に支持されており、誘電体からなる回転体と、前記回転体の表面に前記中心軸まわりの周方向に沿って間隔を置いて並ぶように設けられた複数の電極と、前記複数の電極の各電極に所定の時間間隔で所定の電圧を印加する電源と、前記回転体に連結された発電機と、を備える。
　この発明によれば、騒音を低減可能な風力発電装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態の風力発電装置の斜視図である。 風力発電装置における回転体の断面を概略的に示す図である。 電極と電圧印加部との関係を概略的に示す図である。 回転体が回転する機構を説明するための図である。 回転体の変形例を示す図である。 回転体の変形例を示す図である。 複数の風力発電装置からなる風力発電装置群を概略的に示す図である。 本発明の第２実施形態の風力発電装置における回転体及び電極の部分拡大図である。 図８に示される電極の斜視図である。 図８におけるＸ－Ｘ線での断面図である。 第２電極の変形例を概略的に示す断面図である。
　この発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態の風力発電装置の斜視図である。風力発電装置１は、支持軸１０と、回転体２０と、複数の電極３０と、コーティング層４０と、電源５０と、発電機６０と、を備えている。この風力発電装置１は、いわゆる水平軸型あるいは垂直軸型の風力発電装置と異なり、ブレードを備えていない。なお、以下では、図１における上下方向が鉛直方向として説明される。ただし、風力発電装置１の設置姿勢は、図１に示される姿勢に限られない。なお、図１は模式図であって、各部材の寸法や比率、電極３０同士の間隔等は、実際の装置とは異なる。このことは、他の図においても同様である。
　支持軸１０は、例えば、筒状に形成されている。支持軸１０は、地面等の設置面に設置される。なお、設置面に対する支持軸１０の姿勢は、特に限定されない。
　回転体２０は、支持軸１０の中心軸１０Ａまわりに回転可能となるように支持軸１０に支持されている。回転体２０は、誘電体からなる。回転体２０は、樹脂や、絶縁被覆された金属部材等からなる。回転体２０は、繊維強化プラスチックで形成されることが好ましい。回転体２０は、中空状に形成されている。本実施形態では、回転体２０は、中空状の球体で構成されている。回転体２０の直径は、例えば、１ｍから５ｍ程度である。ただし、回転体２０の大きさは、任意に設定可能である。
　複数の電極３０は、回転体２０の表面に中心軸１０Ａまわりの周方向に沿って間隔を置いて並ぶように設けられている。複数の電極３０は、回転体２０の表面に周方向の全域にわたって等間隔に並ぶように設けられることが好ましい。ただし、回転体２０の表面の一部に電極３０を設けない領域（電極３０が欠落している領域）を設けてもよいし、周方向における電極３０の間隔が異なる箇所を有していてもよい。図２に示されるように、各電極３０は、中心軸１０Ａを含む平面と回転体２０の表面とが交差する部位に沿って延びる形状を有している。中心軸１０Ａと直交しかつ回転体２０の中心２０Ａを通る平面Ｐと、前記中心２０Ａと電極３０の上端部３０ａとを結ぶ直線Ｌ１と、のなす角θ１は、４５度程度に設定されることが好ましい。同様に、前記平面Ｐと、前記中心２０Ａと電極３０の下端部３０ｂとを結ぶ直線Ｌ２と、のなす角θ２は、４５度程度に設定されることが好ましい。互いに隣接する電極３０同士の間隔は、例えば、１．７μｍ乃至９０μｍの範囲である。各電極３０の幅（周方向における各電極３０の寸法）は、例えば、２０μｍ乃至１００μｍでの範囲である。ただし、電極３０同士の間隔、及び電極３０の幅に関しては効率や製造のし易さを鑑みて決定される。電極３０の幅は一様である必要はなく、回転体２０の表面の形状に応じて幅の異なる部分が設けられていても良い。本実施形態においては、互いに隣接する一対の電極３０間の距離を上下方向に略同一にするために、各電極３０の幅は、上下方向における各電極３０の中間部から各電極３０の上端部と下端部に近づくほど細くしても良い。なお、図２では、回転体２０と、複数の電極３０のうちの一つの電極３０と、が示されている。
　コーティング層４０は、各電極３０の表面を含む回転体２０の表面の全域を被覆している。コーティング層４０は、樹脂や珪酸ガラスなどの絶縁材料からなる。コーティング層４０は、薄く形成されることが好ましい。コーティング層４０は、外部から電極３０を視認できないように有色の材料からなることが好ましい。この構成により、電極３０の酸化や硫化が抑制されて長期に亘って安定した特性が維持される。なお、コーティング層４０は、回転体２０の表面の全域でなく、電極３０の部分のみを被覆しても良い。
　電源５０は、各電極３０に所定の時間間隔で所定の電圧を印加する。電源５０は、電界勾配力（誘電勾配力）によって前記周方向に沿って回転体２０の表面に気流が形成されるように各電極３０に電圧を印加する。この電圧の印加方法、すなわち、複数の電極３０の並ぶ方向に沿った気流の形成方法（気体の搬送方法）は、特許第５６３３３７３号公報に記載の原理と同様である。要するに、図３に示されるように、複数の電極３０は、その並び順に例えば４本ごとに共通接続されるとともに、電源５０の出力端子にそれぞれ接続されており、電源５０は、時間の経過に伴って周期的に変化する４相のパルス電圧Ｖ１～Ｖ４を出力する。これにより、複数の電極３０の並び方向に沿った気流が形成される。本実施形態では、複数の電極３０は、中心軸１０Ａまわりの周方向に連続的につながった回転体２０の表面に沿うように配置されているため、回転体２０の表面に沿って周方向に流れる気流ＡＲ４１（図４を参照）が形成される。パルス電圧は、３３０Ｖ乃至９５０Ｖの範囲内の値で、パルスの立ち上がり時間は１μｓ以下である。なお、気流ＡＲ４１の強さは、電圧の大きさと電圧の周期によって調整可能である。
　図３は、平面に配置した直線状の電極を示している。これは、本実施形態における回転体２０及び電極３０の一部分を拡大したものに相当する。回転体２０の大きさ、電極３０の幅及び互いに隣接する一対の電極３０の間隔を考慮すると、数本～十数本の電極３０に対する回転体２０はほぼ平面にみなすことができるため、図３では、便宜上このように図示している。
　図３では、４本を一組として互いに平行に配置された電極３０のうち、１相目～４相目に対応する電極３０がそれぞれＥ１ （ｊ）～Ｅ４ （ｊ）で示されている。また、（ｊ）は４相の繰り返し周期の周期番号である。なお、一組の電極３０の本数及びパルス電圧の相数は、４に限られず、任意の整数ｎに設定可能である。また、図３では電源の出力端子からキャパシタを介して電極に接続しているが、キャパシタを介さなくても良い。電源の出力端子からの接続方向も、図３に示したものに限らない。
　発電機６０は、回転体２０に接続されている。発電機６０は、回転体２０の回転によって電力を生成する。発電機６０は、磁石６２と、ステータ６４と、を有している。
　磁石６２は、回転体２０と一体的に回転するように回転体２０の内面に固定されている。磁石６２は、回転体２０に直接的に、又は、別の部材を介して間接的に固定されている。
　ステータ６４は、磁石６２に包囲されている。ステータ６４は、支持軸１０に直接的に、又は、別の部材を介して間接的に固定されている。
　次に、図４を参照しながら、回転体２０が中心軸１０Ａまわりに回転する機構について説明する。
　まず、電源５０が上記の方法で各電極３０に対して電圧を印加する。これにより、回転体２０の表面に周方向に流れる気流ＡＲ４１が形成される。なお、図４では、気流ＡＲ４１は二点鎖線で示されている。また、パルス電圧では実電流が流れないため、消費電力は小さい。
　この状態において、回転体２０に対して中心軸１０Ａと直交する方向の成分を有する風Ｗが当たると、回転体２０は、気流ＡＲ４１に沿う風（図４において回転体２０の左側の部位に当たる風）からは特に抵抗を受けないものの、気流ＡＲ４１と反対向きの風（図４において回転体２０の右側の部位に当たる風）からは抵抗を受ける。このため、回転体２０は、気流ＡＲ４１の向きと反対方向ＡＲ４２に中心軸１０Ａまわりに回転する。この回転により、電力が生成される。
　なお、上記のように、気流ＡＲ４１が形成されている状態の回転体２０に風Ｗが当たった場合のみならず、停止している回転体２０に対して風Ｗが当たっている状態において、電源５０による各電極３０への電圧の印加によって気流ＡＲ４１を形成した場合においても、回転体２０は、気流ＡＲ４１の向きと反対方向ＡＲ４２に中心軸１０Ａまわりに回転する。
　以上に説明したように、本実施形態における風力発電装置１は、水平軸型あるいは垂直軸型の風力発電装置が具備するブレードを備えていないため、騒音が低減される。さらに、ブレードの回転が人に与える恐怖感が実質的になくなるため、風力発電装置１を市街地等に設置することが可能となる。
　この風力発電装置１では、回転体２０に当たる風Ｗの風速に応じて回転体２０の回転数を調整することが好ましい。回転体２０の回転数は、風Ｗと気流ＡＲ４１との摩擦力によって調整される。すなわち、電源５０は、回転体２０に当たる風Ｗの風速に基づいて各電極３０に印可する電圧の大きさや周期を調整する。これにより、回転体２０に当たる風Ｗの風速に応じた効率的な電力の生成が可能となる。なお、回転体２０に当たる風Ｗの風速は、支持軸１０等に設けられた風速センサによって検出される。或いは回転体２０の毎分当たりの回転数そのものでも風力を検知することが可能である。電源５０は、回転体２０の回転数が規定回転数以上とならないように、各電極３０に印可する電圧の大きさや周期を調整する。
　また、回転体２０の回転を停止させる場合、電源５０は、各電極３０への電圧の印加を停止させる。
　上記実施形態において、図５に示されるように、回転体２０は、楕円をその短軸を回転軸として回転させたときに得られる扁球で構成されてもよい。この場合、回転体２０は、その回転軸（短軸）が中心軸１０Ａと一致するように支持軸１０に支持される。
　あるいは、回転体２０は、楕円をその長軸を回転軸として回転させたときに得られる長球で構成されてもよい。また、図６に示されるように、回転体２０は、円筒状に形成されてもよい。
　このような形状の風力発電装置１は、プロペラや風車が回転するタイプと比較するときわめて低騒音であると同時に、人に対して感覚的に回転体に対する恐怖を与えない。デザイン的に不思議な感覚があり、図７に示されるように、大きさ、高さ、形状のバリエーションをつけて複数の風力発電装置１を林立させた場合、モニュメントしても機能する。回転体２０の表面は、無地でも良いし、図７に示されるように、キャラクターや広告デザイン等の表示部２０Ｄが設けられてもよい。なお、図７では、表示部２０Ｄが斜線で示されている。この表示部２０Ｄが設けられる範囲は、任意に設定可能である。また、回転体２０には、回転により見え方が変わる幾何学的模様が描かれても構わない。さらに、回転体２０の内部に光源を入れて回転体２０自体が淡く光るようにしても良いし、回転体２０の内部からのプロジェクション、或いは回転体２０の外部からのプロジェクションによって、回転体２０の表面に動画や静止画を表示することもできる。この風力発電装置１は、駅前広場や、各種公共施設の駐車場、テーマパークなどにも設置が可能である。
　また、中心軸１０Ａと直交する平面での回転体２０の外周面の断面は、多角形に形成されてもよい。また、回転体２０は、多面体で構成されてもよい。
　また、風力発電装置１は、回転体２０の上部（電極３０が形成されていない部位）に取り付けられた太陽光発電パネルを備えていてもよいし、回転体２０の回転により生じた電力を蓄えるバッテリーを備えていてもよい。
　また、発電機６０は、磁石６２が回転するのでなく、コイルが回転するものでもよい。また、発電機６０は、支持軸１０から離間した位置に配置されてもよい。
　（第２実施形態）
　次に、図８～図１０を参照しながら、本発明の第２実施形態の風力発電装置１について説明する。なお、図８では、コーティング層４０の図示は省略されている。また、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。図８～図１０は、本実施形態における回転体２０及び電極３０の一部分を拡大したものに相当する。回転体２０の大きさ、電極３０の幅及び互いに隣接する一対の電極３０間隔を考慮すると、数本～十数本の電極３０に対する回転体２０はほぼ平面にみなすことができるため、図８～図１０では、便宜上このように図示している。
　本実施形態では、複数の電極３０は、複数の第１電極３１と、複数の第２電極３２と、を有している。各第１電極３１及び各第２電極３２は、中心軸１０Ａまわりの周方向に交互に並ぶように配置されている。
　各第１電極３１は、平板状に形成されている。各第１電極３１は、回転体２０の表面に設けられている。各第１電極３１は、電源５０の例えば正極の出力端子に接続される。
　各第２電極３２は、周方向に第１電極３１に隣接する位置に配置されている。各第２電極３２は、電源５０の例えば負極の出力端子に接続される。第２電極３２は、第１部分３２ａと、第２部分３２ｂと、連結部３２ｃと、を有している。
　第１部分３２ａは、回転体２０の表面に位置している。第１部分３２ａは、第１電極３１と同じ形状を有している。
　第２部分３２ｂは、図１０に示されるように、回転体２０内に位置している。第２部分３２ｂは、平板状に形成されている。第２部分３２ｂは、実質的に第１部分３２ａと平行である。
　連結部３２ｃは、第１部分３２ａと第２部分３２ｂとを連結している。連結部３２ｃは、第１部分３２ａ及び第２部分３２ｂと直交している。
　複数の第１電極３１における特定の第１電極３１と、複数の第２電極３２のうち周方向における特定の第１電極３１の一方側に位置する第２電極３２と、の間の電界強度は、特定の第１電極３１と、複数の第２電極３２のうち周方向における特定の第１電極３１の他方側に位置する第２電極３２と、の間の電界強度より強く設定される。具体的には、周方向に互いに隣接する第１電極３１及び第１部分３２ａ間の電界強度は、第１電極３１及び第２部分３２ｂ間の電界強度よりも強く設定される。本実施形態では、周方向に互いに隣接する第１電極３１及び第１部分３２ａ間の最短距離Ｄ１は、回転体２０の径方向における第１電極３１及び第２部分３２ｂ間の最短距離Ｄ２よりも大きく設定されている。
　電源５０は、周期的に各電極３１，３２への電圧の印加と停止とを繰り返す。すなわち、本実施形態では、第１実施形態と異なり、電圧の印加ごとに各電極３１，３２の正負が入れ替わらない。図１０には、電源５０により各電極３１，３２に電圧が印加された際に生じる電界が矢印で示されている。
　図１０に示されるように、各電極３１，３２に電圧が印可されると、第１電極３１から第２部分３２ｂに向かう方向ＡＲ９２に相対的に小さな電界が生じ、第１電極３１から第１部分３２ａに向かう方向ＡＲ９１に相対的に大きな電界が生じる。つまり、各電極３１，３２に電圧が印可されると、回転体２０の表面には、常に周方向における一方向に沿った電界勾配力が形成される。
　本実施形態では、電源５０の制御や回路構成等が第１実施形態に比べて簡素になる。
　第２実施形態において、図１１に示されるように、第２電極３２は、平板状に形成され、その一部が回転体２０の表面に露出するとともにその残部が回転体２０内に埋没するように配置されてもよい。図１１も、図１０等と同様に、便宜上平面として図示している。
　以上に説明した風力発電装置１の構成とそれによって奏される効果とのまとめは、以下のとおりである。
　風力発電装置は、支持軸と、前記支持軸の中心軸まわりに回転可能となるように前記支持軸に支持されており、誘電体からなる回転体と、前記回転体の表面に前記中心軸まわりの周方向に沿って間隔を置いて並ぶように設けられた複数の電極と、前記複数の電極の各電極に所定の時間間隔で所定の電圧を印加する電源と、前記回転体に連結された発電機と、を備える。
　この風力発電装置では、各電極に所定の時間間隔で所定の電圧を印加することにより、回転体の表面に周方向に沿った気流が形成される。この気流が形成された状態の回転体に対して風が当たると、回転体は、気流に沿う風からは特に抵抗を受けないものの、気流と反対向きの風からは抵抗を受ける。このため、回転体は、気流の向きと反対方向に中心軸まわりに回転する。この回転により、電力が生成される。
　前記各電極は、前記中心軸を含む平面と前記回転体の表面とが交差する部位に沿って延びる形状を有し、前記電源は、時間の経過に伴って周期的に変化するｎ相のパルス電圧を前記各電極に印可してもよい。
　この場合において、前記複数の電極は、前記周方向に等間隔に並ぶように配置されていることが好ましい。
　あるいは、前記複数の電極は、前記周方向に交互に配置された複数の第１電極と複数の第２電極とからなり、前記複数の第１電極における特定の第１電極と、前記複数の第２電極のうち前記周方向における前記特定の第１電極の一方側に位置する第２電極と、の間の電界強度は、前記特定の第１電極と、前記複数の第２電極のうち前記周方向における前記特定の第１電極の他方側に位置する第２電極と、の間の電界強度より強く、前記電源は、周期的に前記複数の第１電極及び前記複数の第２電極への電圧の印加と停止とを繰り返してもよい。
　また、前記回転体は、球体、楕円をその短軸を回転軸として回転させたときに得られる扁球、楕円をその長軸を回転軸として回転させたときに得られる長球、又は、円筒で構成されていることが好ましい。このような形状の風力発電装置は、プロペラや風車が回転するものと比較するときわめて低騒音であると同時に、人に対して感覚的に回転体に対する恐怖を与えない。
　また、前記風力発電装置は、前記複数の電極を被覆するコーティング層をさらに備えることが好ましい。
　また、前記コーティング層は、絶縁材料からなることが好ましい。
　なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
　１　風力発電装置、１０　支持軸、１０Ａ　中心軸、２０　回転体、３０　電極、３１　第１電極、３２　第２電極、３２ａ　第１部分、３２ｂ　第２部分、３２ｃ　連結部、４０　コーティング層、５０　電源、６０　発電機、６２　磁石、６４　ステータ。

Claims (7)

  1. 　支持軸と、
    　前記支持軸の中心軸まわりに回転可能となるように前記支持軸に支持されており、誘電体からなる回転体と、
    　前記回転体の表面に前記中心軸まわりの周方向に沿って間隔を置いて並ぶように設けられた複数の電極と、
    　前記複数の電極の各電極に所定の時間間隔で所定の電圧を印加する電源と、
    　前記回転体に連結された発電機と、を備える、風力発電装置。
  2. 　前記各電極は、前記中心軸を含む平面と前記回転体の表面とが交差する部位に沿って延びる形状を有し、
    　前記電源は、時間の経過に伴って周期的に変化するｎ相のパルス電圧を前記各電極に印可する、請求項１に記載の風力発電装置。
  3. 　前記複数の電極は、前記周方向に等間隔に並ぶように配置されている、請求項２に記載の風力発電装置。
  4. 　前記複数の電極は、
    　前記周方向に交互に配置された複数の第１電極と複数の第２電極とからなり、
    　前記複数の第１電極における特定の第１電極と、前記複数の第２電極のうち前記周方向における前記特定の第１電極の一方側に位置する第２電極と、の間の電界強度は、前記特定の第１電極と、前記複数の第２電極のうち前記周方向における前記特定の第１電極の他方側に位置する第２電極と、の間の電界強度より強く、
    　前記電源は、周期的に前記複数の第１電極及び前記複数の第２電極への電圧の印加と停止とを繰り返す、請求項１に記載の風力発電装置。
  5. 　前記回転体は、球体、楕円をその短軸を回転軸として回転させたときに得られる扁球、楕円をその長軸を回転軸として回転させたときに得られる長球、又は、円筒で構成されている、請求項１から４のいずれかに記載の風力発電装置。
  6. 　前記複数の電極を被覆するコーティング層をさらに備える、請求項１から５のいずれかに記載の風力発電装置。
  7. 　前記コーティング層は、絶縁材料からなる、請求項６に記載の風力発電装置。
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