(57)【要約】【課題】本発明の課題は、羽の羽ばたきによる往復運動をカム機構により回転運動に変換して回転発電機を回す機構を排除して、羽ばたきによる往復運動により直接リニア発電機を動作させることを可能とする羽とこれを用いた羽ばたき型風力発電機を提供することである。【解決手段】手段として、羽に付設され、羽と共に動くことで遠心力を受けて遠心方向に動く錘部と、錘のスライド運動をガイドするガイド部と、錘と羽の付け根部との間に接続し、羽の羽ばたきの折り返し毎に、錘を向心方向に戻すためのバネ体と、これらのいずれかに接続しこれらとともに動く永久磁石又は発電用コイルとを有する羽と、これを用いた羽ばたき型風力発電機となっている。【選択図】図１
2010281209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽と、前記羽に付設され、前記羽と共に動くリニア発電機とを有し、
前記羽は、風を受けて浮揚・下降するための翼部と、その羽ばたき運動である部分的回転往復運動の中心となる前記羽の付け根部に、前記部分的回転往復運動の回転軸に接続される羽回転軸接続部と、前記翼部と前記羽回転軸接続部に間にあって、前記羽の付け根部から前記羽の伸びた方向を回転軸として一方を他方に対して、自由に回転可能なピッチ回転接合部を有し、
前記リニア発電機は、
前記羽の付け根を回転の中心とした部分的回転往復運動である羽ばたき運動に伴う遠心力を受けてリニア（直線的）な往復運動を行う錘と、
前記錘を移動自在に保持し、前記錘の遠心力方向のスライド運動をガイドする遠心力方向に伸びたガイド部と、
錘と羽の付け根の固定部との間に接続し、羽の羽ばたきの折り返し時に遠心力がなくなったことに対応して、錘を向心方向に戻すためのバネ体と、前記錘または前記バネ体のいずれかに接続しこれらとともに動く永久磁石又は発電用コイルと、が配置され、
更に、前記永久磁石が配置された場合には、前記永久磁石の磁力線を受けて発電するための発電コイルと、前記発電用コイルが配置された場合には、前記発電用コイルに磁力線を与えて発電させるための永久磁石とを、前記ガイド部の内外に配置されたことを特徴とする遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽。
【請求項２】
羽ばたきの前記折り返し時に、前記遠心力方向の軸の周りに自律的に回転し羽のピッチ角を変えるために、前記羽の前記遠心力方向の先端側に前記軸から外れたところに重心を有することを特徴とする請求項１記載の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽。
【請求項３】
前記翼部側につけた突起と、前記羽回転軸接続部につけた停止片を有し、前記ピッチ角を変えたときに前記停止片に前記突起が接触するようにして前記翼部のピッチ回転を止めることを可能としたことを特徴とする請求項２記載の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽。
【請求項４】
左右の対の上記の羽と、前記羽が前記羽回転軸接続部により接続され、
その羽ばたきの前記部分的回転往復運動をさせる回転軸と、前記回転軸を回転可能に保持する保持具を有する台座と、前記左右の羽を左右対称に動かす同期を取るための同期連結部と、前記羽の部分的回転往復運動において往復の反転位置を決めるための前記羽を止める羽反転停止部と、羽の前記反転位置において、前記羽の伸びた方向の軸に関して回転しピッチ角を変えるためのピッチ回転接続部と、前記羽の重さを補って前記羽ばたきを容易にするために、前記羽とは前記軸の反対側についた重量物によるカウンターバランス部とを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽を用いた羽ばたき型風力発電機。
【請求項５】
前記同期連結部は、往復運動が可能なピストンと、前記部分的回転往復運動をさせる前記回転軸と、前記ピストンに可動自在に連結された機械的アーム部とを有し、
前記左右の羽の各々の前記回転軸及び各々の前記機械的アーム部の動作が、前記１つのピストンに連結されることで、前記左右の羽が同期して左右対称に羽ばたきを行うようにしたことを特徴とする請求項４記載の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽を用いた羽ばたき型風力発電機。
【請求項６】
前記台座は、第１の台座、第２の台座、第３の台座を有し、第１の台座は、前記羽と、前記羽の前記部分的回転往復運動をさせる前記回転軸と、前記保持具と、前記同期連結部が付設されたものであり、第２の台座と第１の台座は、前記部分的回転往復運動の前記回転軸とは直角且つ水平に配置された第２の軸の回りに回転自在に結合されたことで、前記羽の風に対する傾きを変え、第２の台座と第３の台座は、第３の台座の面に直角な方向の第３の軸の回りに回転自在に結合されたことで風に正対することを可能としたことを特徴する請求項４または請求項５記載の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽を用いた羽ばたき型風力発電機。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽ばたき型の風力発電機の羽とこれを用いた羽ばたき型の風力発電機に関し、
往復羽ばたき運動により発生する遠心力を用いて羽ばたき往復運動のエネルギーを遠心方向の往復運動として発電するリニア発電部を有する羽と、これを用いた風力発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、風力発電機としては、羽が風力を受けて回転し、その回転により発電手段を稼動する回転型風力発電機が主流であり、多くの場所で目にすることが出来、特許文献１、特許文献２のような多くの文献に見ることが出来る。
【０００３】
従来型の風力発電機に対して、出願人は、羽ばたき型の風力発電機を提案してきた。それは、羽が風を受けて、鳥の羽ばたきのように羽ばたきをさせ、その往復運動を往復運動のピストンで受けて、クランクにより回転運動に変換し、発電機を回転させ発電するものであった。
これは、翼先端が描く面積分の空間を極力少なく（略上半円以下）することで、従来の風力発電機の大掛かりな支柱を必須のものから除外し、製作、設置工事、メンテナンスの空間、規模を小規模にでき、陸屋根のような平面屋根の上にも設置でき、回転翼とは違った美観を与える風力発電機を提供するものであった。
この提案においては、羽ばたき型風力発電機の基本的動作を持つものは提示できたが、元々羽は、往復運動であるので、回転力に変換することなく往復運動をそのまま発電することで、回転力に変換する機構を減らし、構成を更に簡素化できないかという要求が生じてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４３９５９
【特許文献２】特開２０００−１６１１９７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽とこれを用いた羽ばたき型風力発電機の課題は、前述のように、羽の羽ばたきによる往復運動をクランク機構により回転運動に変換して回転発電機を回す機構を排除して、羽ばたきによる往復運動により直接リニア発電機を動作させることを可能とする羽とこれを用いた羽ばたき型風力発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための手段として、本発明の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽とこれを用いた羽ばたき型風力発電機では、羽ばたき型風力発電機の羽の羽ばたき運動が、羽の付け根を回転の中心とした部分的な回転往復運動であるという特徴に着目すると、回転運動に伴う遠心力が、羽とともに動くものに発生するために、この遠心力を受けてリニア（直線的）な往復運動を得て、これにより羽に付設されたリニア発電部を動作させるものであり、羽に付設され、羽と共に動くことで遠心力を受けて遠心方向に動く錘部と、錘のスライド運動をガイドするガイド部と、錘と羽の付け根部との間に接続し、羽の羽ばたきの折り返し毎に、錘を向心方向に戻すためのバネ体と、これらのいずれかに接続しこれらとともに動く永久磁石又は発電用コイルと、永久磁石が配置された場合には、その磁力線を受けて発電するためのガイド部の内外に配置された発電用コイル、発電用コイルが配置された場合には、これに磁力線を与えて発電させるための導管の内外に配置された永久磁石を有する羽であり、発電機は、これを用いて、羽ばたき型風力発電機は、左右の対の上記の羽と、その羽ばたきの部分的回転往復運動をさせる回転軸とこれを回転可能に保持する台座と、左右の羽を左右対称に動かす同期を取るための同期連結部と、羽の部分的回転往復運動において往復の反転部を決めるための羽を止める停止部と、羽の反転部において、羽の伸びた方向の軸に関して回転しピッチ角を変えるためのピッチ回転接続部と、羽の重さを補って、羽ばたきを容易にするカウンターバランス部とを有するものである。
以下、請求項に沿って説明する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽であって、羽と、前記羽に付設され、前記羽と共に動くリニア発電機とを有し、
前記羽は、風を受けて浮揚・下降するための翼と、その羽ばたき運動である部分的回転往復運動の中心となる前記羽の付け根部に、前記部分的回転往復運動の回転軸に接続される羽回転軸接続部と、前記翼と前記羽回転軸接続部に間にあって、前記羽の付け根部から前記羽の伸びた方向を回転軸として一方を他方に対して、自由に回転可能なピッチ回転接続部を有し、
前記リニア発電機は、
前記羽の付け根を回転の中心とした部分的回転往復運動である羽ばたき運動に伴う遠心力を受けてリニア（直線的）な往復運動を行う錘と、
前記錘を移動自在に保持し、前記錘の遠心力方向のスライド運動をガイドする遠心力方向に伸びたガイド部と、
錘と羽の付け根の固定部との間に接続し、羽の羽ばたきの折り返し時に遠心力がなくなったことに対応して、錘を向心方向に戻すためのバネ体と、前記錘または前記バネ体のいずれかに接続しこれらとともに動く永久磁石又は発電用コイルと、が配置され、
更に、前記永久磁石が配置された場合には、前記永久磁石の磁力線を受けて発電するための発電用コイルと、前記発電用コイルが配置された場合には、前記発電用コイルに磁力線を与えて発電させるための永久磁石とを、前記ガイド部の内外に配置されたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽において、羽ばたきの前記折り返し時に、前記遠心力方向の軸の周りに自律的に回転し羽のピッチ角を変えるために、前記羽の前記遠心力方向の先端側に前記軸から外れたところに重心を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽において、前記翼側につけた突起と、前記羽回転軸接続部につけた停止片を有し、前記ピッチ角を変えたときに前記停止片に前記突起が接触するようにして前記翼のピッチ回転を止めることを可能としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽を用いた羽ばたき型風力発電機において、左右の対の上記の羽と、前記羽が前記羽回転軸接続部により接続され、その羽ばたきの前記部分的回転往復運動をさせる回転軸と、前記回転軸を回転可能に保持する保持具を有する台座と、前記左右の羽を左右対称に動かす同期を取るための同期連結部と、前記羽の部分的回転往復運動において往復の反転位置を決めるための前記羽を止める羽反転停止部と、羽の前記反転位置において、前記羽の伸びた方向の軸に関して回転しピッチ角を変えるためのピッチ回転接続部と、前記羽の重さを補って前記羽ばたきを容易にするために、前記羽とは前記軸の反対側についた重量物によるカウンターバランス部とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽を用いた羽ばたき型風力発電機において、前記同期連結部は、往復運動が可能なピストンと、前記部分的回転往復運動をさせる前記回転軸と、前記ピストンに可動自在に連結された機械的アーム部とを有し、
前記左右の羽の各々の前記回転軸及び各々の前記機械的アーム部の動作が、前記１つのピストンに連結されることで、前記左右の羽が同期して左右対称に羽ばたきを行うようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項４または請求項５記載の遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽を用いた羽ばたき型風力発電機において、前記台座は、第１の台座、第２の台座、第３の台座を有し、第１の台座は、前記羽と、前記羽の前記部分的回転往復運動をさせる前記回転軸と、前記保持具と、前記同期連結部が付設されたものであり、第２の台座と第１の台座は、前記部分的回転往復運動の前記回転軸とは直角且つ水平に配置された第２の軸の回りに回転自在に結合されたことで、前記羽の風に対する傾きを変え、第２の台座と第３の台座は、第３の台座の面に直角な方向の第３の軸の回りに回転自在に結合されたことで風に正対することを可能としたことを特徴する。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように構成されているので、本発明による遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽とこれを用いた羽ばたき型風力発電機では、羽の羽ばたきによる往復運動をクランク機構により回転運動に変換して回転発電機を回す機構を排除して、羽ばたきによる往復運動により直接リニア発電機を動作させることを可能とし、構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明による遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽とこれを用いた羽ばたき型風力発電機の羽の一実施態様を示す図である。
【図２】本発明による遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽を用いた羽ばたき型風力発電機の一実施態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明による遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽は、
羽に付設され、羽と共に動くことで遠心力を受けて遠心方向に動く錘と、錘のスライド運動をガイドするガイド部と、錘と羽の付け根部との間に接続し、羽の羽ばたきの折り返し毎に、錘を向心方向に戻すためのバネ体と、これらのいずれかに接続しこれらとともに動く永久磁石又は発電用コイルとを有し、更に、永久磁石が配置された場合には、その磁力線を受けて発電するための発電用コイルと、発電用コイルが配置された場合には、これに磁力線を与えて発電させるため永久磁石とをガイド部の内外に有したものである。
【００１６】
以上の羽を用いた羽ばたき型風力発電機は、左右の対の上記の羽と、その羽ばたきの部分的回転往復運動をさせる回転軸とこれを回転可能に保持する台座と、左右の羽を左右対称に動かす同期を取るための同期連結部と、羽の部分的回転往復運動において往復の反転位置を決めるための羽を止める羽反転停止部と、羽の反転位置において、羽の伸びた方向の軸に関して回転しピッチ角を変えるためのピッチ回転接続部と、羽の重さを補って、羽ばたきを容易にするカウンターバランス部とを有するものである。
以下、実施例を用い本発明の提案を説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明による遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽とこれを用いた羽ばたき型風力発電機の羽の一実施態様を示す図である。
１−Ａにおいて、羽１００は、これを使用する羽ばたき型風力発電機に回転自在に取り付ける羽回転軸接続部１０１を有し、羽１００は、羽ばたきの往復運動の反転時に翼の向きを変えるためには、羽回転軸接続部１０１から羽の伸びた先端に向かう方向の軸の周りに回転が必要である。これは、船を進めるときの櫓をこぐ返しの運動同じく、羽が上向きと下向きに動くときでは、翼の角度（ピッチ角という）を違えなければならない。上向きでは、風を受け揚力が発生する向きのピッチ角であり、下向きでは風を受けて下降力が発生する向きのピッチ角であることが必要だからである。又、羽には、反転時に翼の向きを変えるためには、羽の反転時（瞬間停止状態になる）に慣性力をトルクとして、翼が回転してピッチ角が変わるためには、翼の重心特に先端側の重心が、回転軸より離れていることが必要であり、そのため、羽１００では、回転軸１０２より下側の翼を重くしている。そのためには、形状を変えること、重しをつけるなどの手段が取ることができる。羽回転軸接続部１０１に対して、翼１２０のピッチ角を変えることが可能なように、羽の伸びた方向を回転軸として一方を他方に対して、自由に回転可能なピッチ回転接続部１２１を両者の間に有している。
【００１８】
羽は、図示されない羽ばたき型風力発電機の羽ばたき用の回転軸に回転自在に接続されて、羽ばたきを行うものであるから、この羽ばたき用の回転軸の周りに部分的回転往復運動をするものである。回転運動に伴う遠心力が、羽とともに動くものに発生する。リニア発電機１１０が羽に設置され、羽とともに動く。そのため、リニア発電機１１０の中にある固定されずに自由な物体は、羽の羽ばたきの運動中は、遠心方向に引かれ、羽の反転停止の瞬時は、遠心力が無くなる。このような状態で、錘１１１がバネ１１２に接続し、バネ１１２は遠心力の向く方向の端で動かない固定部に接続されている。この例では、固定部１１３は羽の根元側にある例であるが、羽の先端側でも動作に支障はない。
【００１９】
錘１１１は、羽の羽ばたきの運動中は遠心方向に引かれるので、この図の例で見ると、バネ１１２は伸びる。反対に羽の先端側に固定部１１３がある場合は、バネ１１２は縮む。
錘１１１は、羽の反転停止の瞬時には、バネ１１２が伸縮した先端に対応する位置から、遠心力が無くなることに対応して、バネの復元力により瞬時に、初期の位置に戻る。一方は、錘１１１とバネ１１２のいずれかに取り付けられ、これらとともに動き、他方は固定設置された永久磁石１１４と発電用コイル１１５のリニア発電部が配置されている。１−Ａの例では、永久磁石１１４が錘１１１とともに動く例を示している。
尚、錘１１１のスライド運動をガイドする円管や方形管などの管やレール等のガイド部１１６を有していて、これにより錘１１１の自由なスライドを可能としている。
【００２０】
発電用コイル１１５を永久磁石１１４の磁束が貫き、磁束の大きさが変わることで発電が行われ、発電用コイル１１５の先端に起電力が生じる。発電用コイル１１５の先端は、羽の付け根の部分で図示しない風力発電機の台座または筺体側に導かれる。
【００２１】
１−Ａでは、錘１１１と永久磁石１１４は、別体の例であったが、１−Ｂにおいて、永久磁石１１４は錘を兼ねている例である。従って、特に錘を示していない。
【００２２】
１−Ａでは、永久磁石は、錘とともに動く例であったが、１−Ｃでは、永久磁石１１４は、固定配置されていて、錘とともに動くのは、発電用コイル１１５である例である。この例では永久磁石１１４はガイド部１１６の外側に配置した例であるが、内側でも可能である。
或いは、永久磁石１１４がガイド部に埋め込まれた例も可能である。
【００２３】
図２は、本発明による遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽を用いた羽ばたき型風力発電機の一実施態様を示す図である。羽２００は、図１で説明したものである。羽２００は、ピッチ角を変えるための回転自在のピッチ回転接続部２０１で、羽回転軸接続部２０２と接続され、羽回転軸接続部２０２は、羽の重量に抗して羽ばたきを容易にするためのカウンターウイトなどのカウンターバランス具２０３を有し、更に、羽ばたき用の回転軸２０４Ａに接続している。羽ばたき用の回転軸２０４Ａは、回転軸固定具２０５Ａにより、回転自在に第１の台座２０６に保持されていて、従って、羽２００の羽ばたきにより、羽ばたき用の回転軸２０４Ａが部分的回転往復運動を行う。羽ばたき用回転の往復において、どの角度（ストローク角）で往復するかは、羽ばたき用回転を行う側についた突起２０７をストップする第１の台座２０６等の固定体についた停止片２０８でとめる等の手段を用いることができる。一方の羽を羽ばたきさせるには、これで十分である。
【００２４】
左右の羽を同期させて対称に動かすために、同期連結部２１０を有している。
同期連結部２１０は、往復運動が可能なピストンと、羽ばたきの部分的回転往復運動をさせる回転軸に連結し、ピストンに可動自在に連結された機械的アーム部とを有している。左右の羽の各々の回転軸及び各々の機械的アーム部の動作が、１つのピストンに連結されることで、左右の羽が同期して左右対称に羽ばたきを行うようにしている。以下、具体的に説明する。
同期連結部２１０は、固定の台座に対して往復運動が自在に可能な往復可動軸２１１を有し、往復を容易にするため、バネ２１２を往復可動軸２１１の周りに有するのが好ましい。往復可動軸２１１の先端には接続具２１３が固定接続され、羽ばたき用の回転軸２０４Ａには接続された回転アーム２１４があり、回転アーム２１４の他の端に回転結合し、回転アーム２１４の回転により往復する押し引きアーム２１５が、接続具２１３に結合しているので、羽ばたき、従って、回転アーム２１４の回転により、接続具２１３が上下に動くことになる。他方の羽と回転アームから接続具２１３への構成の図示は同様なので、見易さを考えて図示を省略している。接続具２１３には、左右の羽に対応する接続が行われているので、左右の羽は、一緒に同期して動くことになる。尚、左右のみでなく、前後の羽を有する４枚羽では、前後の羽は上下反対向きに動く方がよいので、同様に反対方向に動く同期連結部を備えることがよい。即ち、前後の羽の対に対して、各々同期連結部を設け、前後の同期連結部の接続具を真ん中を支点として固定した天秤棒の先端に接続すると、天秤棒の先端は、上下反対向きに動くので、反対向きの同期が可能となる。
【００２５】
尚、翼のピッチ角を決めるには、簡単には、翼側につけた突起２２０と羽回転軸接続部２０２についた停止片２２１とで、適当なピッチ角の回転を行ったときに停止片２２１に突起２２０に接触するようにして翼のピッチ回転を止めることで可能である。
【００２６】
図では更に、第１の台座２０６は、回転自在の結合具２３０により第２の台座２３１に結合している。
又、第１の台座２０６は、ガススプリング等のダンパー２３２により第２の台座２３１に結合している。これゆえ、風の強いときは、第２の台座２３１に対して、第１の台座２０６の角度を変えて、羽２００を風から逃がすことができ、又、風の衝撃をダンパー２３２により緩和することができる。又、風に羽が正対（風に正面から向く）するために第３の台座２４１と第２の台座２３１との間には回転自在の風正対具２４０がある。尚、風に羽を正対させるために図には示されない垂直尾翼又はその働きを行う正対手段を設けることが好ましい。
【００２７】
尚、本願では、明細書と請求の範囲において、翼は、風を受けて浮揚・下降を行うための力を得るための板状体を意味し、羽は、翼と、羽ばたきの部分的回転往復運動の中心となる回転軸に接続される羽回転軸接続部と、羽の伸びた方向を回転軸として翼を羽回転軸接続部に対して自由に回転可能とするピッチ回転接続部と、の全体を意味している。図１の１−Ａにおいて、羽回転軸接続部１０１、翼１２０、ピッチ回転接続部１２１が示されている。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上の様に、本発明による遠心力を往復運動に変換したリニア発電部を有する羽とこれを用いた羽ばたき型風力発電機は、羽の部分的回転往復運動を遠心力として羽に付設したリニア発電機の移動部を直接動かし、構成が簡単になるので、極めて好都合であり、産業上大きな利用性を有している。
【符号の説明】
【００２９】
１００、２００  羽
１０１、２０２  羽回転軸接続部
２０１  回転接続部
１０２  回転軸
１１０  リニア発電機
１１１  錘
１１２、２１２  バネ
１１３  固定部
１１４  永久磁石
１１５  発電用コイル
１１６  ガイド部
１２０  翼
１２１  ピッチ回転接続部
２０３  カウンターバランス具
２０４Ａ  羽ばたき用回転軸
２０５Ａ  回転固定具
２０６  第１の台座
２０７、２２０  突起
２０８、２２１  停止片
２１０  同期連結部
２１１  往復可動軸
２１３  接続具
２１４  回転アーム
２１５  押し引きアーム
２３０  結合具
２３１  第２の台座
２３２  ダンパー
２４０  風正対具
２４１  第３の台座
【図１】
2010281209.tif 000003
【図２】
2010281209.tif 000004