(57)【要約】【課題】ジャイロミル型の羽根車において、風力・水力といった流体の流れの力と回転力との変換効率の向上を図ること。【解決手段】羽根車は、回転軸と、この回転軸に連結され当該回転軸を中心とする円周上に当該回転軸の軸方向と平行に翼長方向が位置して配置された回転翼と、を備え、上記回転翼は、上記回転軸に連結され当該回転軸の円周上に設けられた上記回転翼の翼長方向に沿って延びる回転翼軸を中心に回転可能なよう軸支されており、上記回転翼に対して所定の距離だけ離れて当該回転翼と一体的に連結され、上記回転軸の回転速度及び／又は周囲の流体の流速に応じて、上記回転翼に対して上記回転翼軸を中心とした回転力を付勢する回転力付勢手段を備えた。【選択図】図１
2010150999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、この回転軸に連結され当該回転軸を中心とする円周上に当該回転軸の軸方向と平行に翼長方向が位置して配置された回転翼と、を備え、
前記回転翼は、前記回転軸に連結され当該回転軸の円周上に設けられた前記回転翼の翼長方向に沿って延びる回転翼軸を中心に回転可能なよう軸支されており、
前記回転翼に対して所定の距離だけ離れて当該回転翼と一体的に連結され、前記回転軸の回転速度及び／又は周囲の流体の流速に応じて、前記回転翼に対して前記回転翼軸を中心とした回転力を付勢する回転力付勢手段を備えた、
羽根車。
【請求項２】
請求項１記載の羽根車であって、
前記回転力付勢手段は、前記回転翼に対する相対的な前記周囲の流体の流れを受けて、当該周囲の流体の流れの向き及び流速に応じた揚力を発生し、当該揚力にて前記回転翼に対して回転力を付勢する、
羽根車。
【請求項３】
請求項２記載の羽根車であって、
前記回転力付勢手段は、前記回転翼軸から離間して設けられ、当該回転翼の翼弦方向とほぼ平行な翼弦の補助翼を有する、
羽根車。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の羽根車であって、
前記回転力付勢手段は、前記回転軸の回転によって当該回転軸の回転速度に応じた遠心力を発生し、当該遠心力にて前記回転翼に対して回転力を付勢する、
羽根車。
【請求項５】
請求項４記載の羽根車であって、
前記回転翼付勢手段は、前記回転翼軸から離間して設けられた所定の質量を有する重り部材を有する、
羽根車。
【請求項６】
回転軸と、この回転軸に連結され当該回転軸を中心とする円周上に当該回転軸の軸方向と平行に翼長が位置して配置された回転翼と、を備え、
前記回転翼は、前記回転軸に連結され当該回転軸の円周上に設けられた前記回転翼の翼長方向に沿って延びる回転翼軸を中心に回転可能なよう軸支されており、
前記回転翼から離間して当該回転翼の前縁側又は後縁側であり当該回転翼の翼弦方向の延長上に、当該翼弦方向に沿って翼弦が位置する補助翼を、前記回転翼と一体的に連結して設けた、
羽根車。
【請求項７】
請求項６記載の羽根車であって、
前記補助翼の翼弦は、前記回転翼の翼弦よりも短く形成されている、
羽根車。
【請求項８】
請求項６乃至７記載の羽根車であって、
前記回転翼から離間して当該回転翼と一体的に連結し、当該回転翼が位置する前記回転軸の円周の外側に位置する、所定の質量を有する重り部材を備えた、
羽根車。
【請求項９】
回転軸と、この回転軸に連結され当該回転軸を中心とする円周上に当該回転軸の軸方向と平行に翼長が位置して配置された回転翼と、を備え、
前記回転翼は、前記回転軸に連結され当該回転軸の円周上に設けられた前記回転翼の翼長方向に沿って延びる回転翼軸を中心に回転可能なよう軸支されており、
前記回転翼軸から離間して当該回転翼と一体的に連結し、当該回転翼が位置する前記回転軸の円周の外側に位置する、所定の質量を有する重り部材を備えた、
羽根車。
【請求項１０】
請求項９記載の羽根車であって、
前記重り部材を、前記回転翼の翼弦方向に対してほぼ垂直方向に設けた、
羽根車。
【請求項１１】
請求項９記載の羽根車であって、
前記重り部材を、前記回転翼の翼弦方向に対して垂直方向以外の方向に設けた、
羽根車。
【請求項１２】
請求項１乃至１１記載の羽根車であって、
前記回転軸の回転力を電力に変換する発電手段を備えた、
羽根車。
【請求項１３】
請求項１２記載の羽根車であって、
前記回転翼が、前記回転翼軸を中心として予め設定された角度以上回転することを規制する回転規制手段を備えた、
羽根車。
【請求項１４】
請求項１乃至１１記載の羽根車であって、
前記回転軸を回転駆動する駆動手段を備えた、
羽根車。
【請求項１５】
回転軸と、この回転軸に連結され当該回転軸を中心とする円周上に当該回転軸の軸方向と平行に翼長方向が位置して配置されたほぼ同一形状の一対の回転翼を備えた回転翼ユニットと、を備え、
前記回転翼ユニットは、前記一対の回転翼が所定の間隔をあけて当該回転翼の翼弦がほぼ平行に相互に連結されており、前記回転軸に連結されて当該回転軸の円周上に設けられた前記一対の回転翼の相互間の中心に位置するユニット軸を中心に回転可能なよう軸支されており、
前記一対の回転翼のうち、一方の前記回転翼を他方の前記回転翼よりも重く形成した、
羽根車。
【請求項１６】
請求項１５記載の羽根車であって、
前記一対の回転翼のうち、前記回転軸を中心とした円周よりも内側に位置する前記回転翼を、他の前記回転翼よりも重く形成し、
前記回転軸を回転駆動する駆動手段を備えた、
羽根車。
【請求項１７】
請求項１５記載の羽根車であって、
前記回転翼ユニットは、前記一対の回転翼の各翼弦とほぼ平行であり当該各翼弦よりも長い翼弦を有し、前記ユニット軸に前縁側が固定軸支された主回転翼を有する、
羽根車。
【請求項１８】
請求項１５又は１７記載の羽根車であって、
前記一対の回転翼のうち、前記回転軸を中心とした円周よりも外側に位置する前記回転翼を、他の前記回転翼よりも重く形成し、
前記回転軸の回転力を電力に変換する発電手段を備えた、
羽根車。
【請求項１９】
請求項１８記載の羽根車であって、
前記回転翼ユニットが、前記ユニット軸を中心として予め設定された角度以上回転することを規制する回転規制手段を備えた、
羽根車。
【請求項２０】
回転軸と、この回転軸に連結され当該回転軸を中心とする円周上に当該回転軸の軸方向と平行に翼長が位置して配置された回転翼と、前記回転軸を回転駆動する駆動手段と、を備え、
前記回転翼は、前記回転軸に連結され当該回転軸の円周上に設けられた前記回転翼の翼長方向に沿って延びる回転翼軸を中心に回転可能なよう軸支されており、
前記回転翼から離間して当該回転翼の後縁側であり当該回転翼の翼弦方向の延長上に、当該翼弦方向に沿って翼弦が位置する補助翼を、前記回転翼と一体的に連結して設け、
前記補助翼が一体的に設けられた前記回転翼を、前記回転翼軸を中心として所定の方向に回転駆動する回転翼回転駆動手段を備えた、
羽根車。
【請求項２１】
請求項２０記載の羽根車であって、
前記回転翼に連結して当該回転翼の翼弦方向に対してほぼ垂直方向に延び、前記回転翼の翼弦が前記回転軸の円周の接線とほぼ平行な状態のときに当該回転軸に向かって延びる第一の連結部材及びその反対側に向かって延びる第二の連結部材と、
前記第一の連結部材の先端部に装備された重り部材と、を備え、
前記回転翼回転駆動手段は、前記第一の連結部材の先端部及び／あるいは前記第二の連結部材の先端部を、前記第一の連結部材及び／あるいは前記第二の連結部材の長手方向に沿って押圧して可動し、前記補助翼が一体的に設けられた前記回転翼を、前記回転翼軸を中心として所定の方向に回転駆動する、
羽根車。
【請求項２２】
請求項２０又は２１記載の羽根車であって、
前記補助翼の翼弦は、前記回転翼の翼弦よりも短く形成されている、
羽根車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車にかかり、特に、ジャイロミル型の羽根車に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力や水力によって回転する羽根車は、例えば、風力を電気に変換する風力発電機に用いられる。そして、風力発電機に用いられる羽根車の一例として、地面に垂直に立設された支柱と、この支柱の上端部分に設けられた地面（水平方向）に対して平行な回転軸である平行回転軸と、この回転軸から軸方向に延びるブレードと、を備えた、プロペラ型の羽根車がある。また、別の例として、特許文献１，２に示すような、地面に対して垂直な回転軸である垂直回転軸と、この回転軸の周囲に設けられ当該回転軸と平行に翼長を有する回転翼と、を備えたジャイロミル型の羽根車がある。
【０００３】
そして、上記ジャイロミル型の羽根車は、回転翼に風が当たると、風の下流方向には抗力が発生し、垂直方向には揚力が発生する。このとき、抗力と揚力の関係やそれぞれの大きさは、回転翼の形状、当該回転翼に当たる風の仰角などによって決定される。そして、揚力と抗力とは、それぞれ回転軸を回転させることができ、発電機としても利用することが可能であるが、揚力を利用する方が発電効率の面で有利である。
【０００４】
ところが、上述したジャイロミル型の羽根車の場合には、回転軸の回転速度や風速の変化によって、回転翼に当たる相対的な風の方向が動的に変化しうる。これに伴い、最大揚力を発生するために理想的な仰角も時々刻々と変化しうる。このため、ジャイロミル型の羽根車において、回転翼の位置、速度、風向きの変化に、回転翼の仰角を適切に対応させる必要がある。
【０００５】
ここで、特許文献１，２に、ジャイロミル型の羽根車おいて、回転翼の角度を可変とした構成のものが開示されている。具体的に、特許文献１では、回転翼が回転可能に軸支されており、特に、強風時に回転翼が風向きに対して平行となるよう構成されている。また、特許文献２では、上記同様に、回転翼がアーム部材にて回転可能に軸支されていると共に、さらに、回転翼の向きを変えるためのガバナアームが連結されている。そして、このガバナアームを作動円盤に連結し、当該作動円盤の回転を羽根車の回転速度（遠心力）に応じて制御する構成を採っている。これにより、風速や風向きに対して適宜回転翼の角度が変更される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３３９８５４号公報
【特許文献２】特開２０００−２３４５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献に開示の技術は、特定の回転位置において、回転翼の角度を可変とし、また、強風時における回転翼の角度を固定する、という構成を採っているため、各回転位置により回転翼を適切な角度に可変することができない。従って、羽根車における風力・水力といった流体の流れの力と回転力との変換効率のさらなる向上を図ることができない、という問題があった。
【０００８】
このため、本発明の目的は、上述した課題である、ジャイロミル型の羽根車において、風力・水力といった流体の流れの力と回転力との変換効率の向上を図ること、ことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため本発明の一形態である羽根車は、
回転軸と、この回転軸に連結され当該回転軸を中心とする円周上に当該回転軸の軸方向と平行に翼長方向が位置して配置された回転翼と、を備え、
上記回転翼は、上記回転軸に連結され当該回転軸の円周上に設けられた上記回転翼の翼長方向に沿って延びる回転翼軸を中心に回転可能なよう軸支されており、
上記回転翼に対して所定の距離だけ離れて当該回転翼と一体的に連結され、上記回転軸の回転速度及び／又は周囲の流体の流速に応じて、上記回転翼に対して上記回転翼軸を中心とした回転力を付勢する回転力付勢手段を備えた、という構成を採る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上のように構成されることにより、流体の流れの向きと回転翼の回転位置に応じて、回転翼の仰角が適切となるよう当該回転翼の向きが自動的に設定される。その結果、流体の流れの力と回転力との変換効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態を、図１乃至図２を参照して説明する。図１は、本発明である羽根車を発電装置として利用する場合の構成及び動作の概略を説明する図である。また、図２は、本発明である羽根車を推進装置として利用する場合の構成及び動作の概略を説明する図である。なお、本実施形態では、羽根車の構成及び動作の概略を説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態における羽根車は、回転軸１と、この回転軸１に連結され当該回転軸１を中心とする円周２上に当該回転軸の軸方向と平行に翼長方向が位置して配置された回転翼３と、を備えている。なお、本実施形態では、回転翼３を矢印にて示しており、矢印方向に前縁が向いて配置されていることとする。
【００１３】
そして、上記回転翼３は、上記回転軸１に連結され当該回転軸１の円周２上に設けられた上記回転翼３の翼長方向に沿って延びる回転翼軸４を中心に回転可能なよう軸支されている。さらに、上記回転翼３に対して所定の距離だけ離れて当該回転翼３と一体的に連結され、上記回転軸１の回転速度及び／又は周囲の流体の流速に応じて、上記回転翼３に対して上記回転翼軸４を中心とした回転力を付勢する回転力付勢手段（図示せず）を備えた、という構成を採る。
【００１４】
また、上記羽根車では、上記回転力付勢手段は、上記回転翼に対する相対的な上記周囲の流体の流れを受けて、当該周囲の流体の流れの向き及び流速に応じた揚力を発生し、当該揚力にて上記回転翼に対して回転力を付勢する、という構成を採る。
【００１５】
また、上記羽根車では、上記回転力付勢手段は、上記回転翼軸から離間して設けられ、当該回転翼の翼弦方向とほぼ平行な翼弦の補助翼を有する、という構成を採る。
【００１６】
また、上記羽根車では、上記回転力付勢手段は、上記回転軸の回転によって当該回転軸の回転速度に応じた遠心力を発生し、当該遠心力にて上記回転翼に対して回転力を付勢する、という構成を採る。
【００１７】
また、上記羽根車では、上記回転翼付勢手段は、上記回転翼軸から離間して設けられた所定の質量を有する重り部材を有する、という構成を採る。
【００１８】
上記構成の羽根車によると、まず、図１に示すように、羽根車３の周囲に風などの流体Ａが流れると、当該流体Ａが回転軸１の周囲に複数設けられた回転翼３に対して前縁側からに入射し、いずれかの回転翼３、例えば、図１に示す例では、流体の流れの上流側と下流側に位置する回転翼３に揚力Ｆ１が発生する。そして、この揚力Ｆ１にて、回転軸１を中心として矢印Ｒ１に示すように、羽根車が回転する。
【００１９】
そして、周囲に回転翼３が配置された回転軸１の回転速度や周囲の流体Ａの流速が変化すると、これに応じて、回転翼３の前縁に対して入射する周囲の流体の相対的な向きが変化する。このとき、例えば補助翼や重り部材である回転力付勢手段は、流体Ａの向き及び流速に応じた揚力や、回転軸１の回転速度に応じた遠心力を発生させ、このような揚力や遠心力にて、回転翼３を回転翼軸４を中心として回転させる回転力Ｆ３を付勢する。すると、回転翼３は、符号Ｒ２に示す方向に回転する。なお、図１の例では、回転翼３に生じた抗力などによって付勢される回転力Ｆ２も図示しているが、符号Ｆ３に示す回転力付勢手段によって発生された回転力Ｆ３の方が大きいこととする。
【００２０】
これにより、回転翼３の前縁が周囲の流体の相対的な流れの向きに対して適切な仰角を保つように当該回転翼３が回転し、当該回転翼３に効率よく揚力が生じる。つまり、回転翼３に対する相対的な流体の流れの向きの変化に応じて、当該回転翼３に効率よく揚力が発生するよう、当該回転翼３の向きを自動的に適切に設定することができる。その結果、流体の流れの力と回転力との変換効率の向上を図ることができる。そして、回転軸１に発電手段を設けることで、高効率な発電装置として利用することができる。
【００２１】
なお、上記構成では、回転軸１に駆動手段を設け、当該回転軸１を回転させることで、羽根車自体をシュナイダープロペラのような推進装置として利用することもできる。つまり、まず、図２に示すように、回転軸１を駆動手段にて矢印Ｒ１に示すように回転させると、その周囲に複数設けられた回転翼３が回転軸１を中心として回転する。そして、回転翼３を回転翼軸４を中心として回転させる回転力を付勢して所定の向きに回転させることで、流体が相対的に回転翼の前縁に入射し、当該回転翼に揚力Ｆ１が生じる。この揚力Ｆ１により、羽根車に所定の方向の推進力が生じる。なお、ここでは、図２の符号Ｂに示すよう方向に推進力が発生したとする。
【００２２】
そして、回転軸１が回転し、かつ、羽根車自体が所定の方向に移動すると、回転翼の前縁に対して入射する周囲の流体の相対的な向きがさらに変化する。このとき、例えば補助翼や重り部材である回転力付勢手段は、上述同様に、流体の向き及び流速に応じた揚力や、回転軸の回転速度に応じた遠心力を発生させ、このような揚力や遠心力にて、回転翼３を回転翼軸４を中心として回転させる回転力Ｆ３を付勢し、回転翼３が回転翼軸４を中心として符号Ｒ２方向に回転する。なお、図２の例では、回転翼３に生じた抗力などによって付勢される回転力Ｆ２も図示しているが、符号Ｆ３に示す回転力付勢手段によって発生された回転力Ｆ３の方が大きいこととする。
【００２３】
これにより、矢印Ｒ１の動きに対しても回転翼３の前縁が周囲の流体の流れ向きに対向して向くよう回転し、当該回転翼３に効率よく揚力が生じる。従って、効率よく推進力を発生させるよう、回転翼３の向きつまり仰角を自動的に適切に設定することができる。その結果、流体の流れの力と回転力との変換効率の向上を図ることができ、高効率な推進装置を実現できる。
【００２４】
＜実施形態２＞
本発明の第２の実施形態を、図３乃至図７を参照して説明する。図３乃至図４は、羽根車の構成の概略の一部を示す図である。図５乃至図７は、羽根車の動作の様子を示す図である。
【００２５】
なお、本実施形態は、上述した実施形態１にて開示した羽根車の具体的な一例を示すものである。特に、本実施形態では、羽根車を発電装置として利用する場合の一部の構成を示している。
【００２６】
［構成］
本実施形態における羽根車は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、回転軸１１と、この回転軸１１に連結され当該回転軸１１を中心とする円周１２上に当該回転軸１１の軸方向と平行に翼長が位置して配置された回転翼１３と、を備えている。そして、上記回転翼１３は、上記回転軸１１に連結され当該回転軸１１の円周１２上に設けられた上記回転翼１３の翼長方向に沿って延びる回転翼軸１４を中心に回転可能なよう軸支されている。さらに、上記回転翼１３から離間して当該回転翼１３の前縁側であり当該回転翼１３の翼弦方向の延長上に、当該翼弦方向に沿って翼弦が位置する補助翼１６を、上記回転翼１３と一体的に連結して備えている。以下、さらに詳述する。
【００２７】
まず、上記回転軸１１は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、水平方向に対して垂直な方向に沿って軸方向が位置するよう備えられている。そして、この回転軸１１には、下端付近に当該回転軸１１の回転力を電力に変換する発電機２０（発電手段）を備えている。これにより、本実施形態における羽根車を発電装置として利用することが可能である。
【００２８】
そして、上記回転軸１１の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平面を形成する一対の円形の支持部材１１ａ，１１ｂが固定されている。これら支持部材１１ａ，１１ｂの外周付近、つまり、回転軸１１の周囲に、当該回転軸１１の軸方向と平行に延び、支持部材１１ａ，１１ｂを連結する上記回転翼軸１４が設けられている。
【００２９】
また、上記回転翼軸１４の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平方向にほぼ直線状に延びる一対の第二支持部材１５が、回転翼軸１４に対して回転自在に軸支されて設けられている。そして、これら第二支持部材１５の間には、当該第二支持部材１５に沿って翼弦が位置するよう、上述した回転翼１３と、この回転翼１３から所定の距離を開けて当該回転翼１３の前縁側に位置する補助翼１６と、を備えている。これにより、同一直線状に位置する回転翼１３と補助翼１６とは、相互の位置関係を維持したまま、回転翼軸１４を中心に回転可能となっている。なお、補助翼１６は、上記回転翼１３よりも形状が小さく形成されており、具体的には、補助翼１６の翼弦は、回転翼１３の翼弦よりも短く形成されている。
【００３０】
また、図４に示すように、上記支持部材１１ａ，１１ｂに設けられた回転翼軸１４の周囲には、回転翼１３を挟むよう相互に所定の角度Ｙ１を成して支持部材１１ａ，１１ｂから突出する一対のストッパー３１（回転規制手段）が設けられている。このストッパー３１は、例えば、図４に示すように、回転翼１３が回転軸１１の円周１２上の接線方向に沿って翼弦が位置するような状態から、当該接線に対して回転翼軸１４を中心として左右にそれぞれ所定の角度まで回転すると当接するよう配置されている。これにより、回転翼１３の回転翼軸１４を中心とした回転は、予め設定された角度以上回転することが規制されている。
【００３１】
そして、上述した回転翼１３及び補助翼１６を備えた回転翼ユニット１７は、図示しないが、回転軸１１の回転円周上、つまり、支持部材１１ａ，１１ｂの外周付近に、等間隔に複数備えられている。
【００３２】
なお、羽根車の構成は、必ずしも上述した構成に限定されない。例えば、上記では、第二支持部材１５が回転翼軸１４に対して回転自在となっていることとして説明したが、第二支持部材１５は回転翼軸１４に固定されていて、当該回転翼軸１４が支持部材１１ａ，１１ｂに回転自在に軸支されていてもよい。
【００３３】
［動作］
次に、上記構成の羽根車の動作を、図５乃至図７を参照して説明する。はじめに、図５及び図６を参照して、羽根車の周囲に流体の一例である風が符号Ａに示す方向に吹いており、羽根車が回転し始めたときの様子を説明する。
【００３４】
まず、初期状態では、羽根車の各回転翼１３は、ストッパー３１内（角度Ｙ１の範囲内）のいずれかの位置にある。なお、図５は、その一例であり、例えば、各回転翼１３は、回転円周１２の接線とほぼ平行な状態にある。その後、図６に示すうように、風Ａが吹くと、上流側（図６で上側）に位置する回転翼１３には、風Ａの抗力によって、回転翼軸１４にて軸支された前縁側とは反対側の後縁側が下流側に押され、図６に示すように、回転する。つまり、回転翼１３及び補助翼１６は、回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線に対して、垂直方向に翼弦が向くよう回転する。なお、羽根車の下流側に位置する回転翼１３も同様である。
【００３５】
すると、回転翼１３は、図６に示すように、ストッパー３１によって回転が係止され、回転翼１３と補助翼１６の前縁側が、風が吹いてくる方向に向くこととなり、当該回転翼１３と補助翼１６の前縁に、風Ａが入射するようになる。これにより、回転翼１３には、図６の符号Ｆ１に示すように揚力が生じ、羽根車は、回転軸１１を中心として矢印Ｒ１方向に回転することとなる。このとき、特に、回転翼１３の前縁側に対して入射する相対的な風Ａの向きは、符号Ａ１のよう傾いた状態となる。すると、風は回転翼１３の前縁に対向して入射することとなり、当該回転翼１３に対して適切な仰角となって、回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。従って、小さな流速でも、回転軸１１を中心とした回転が開始される。
【００３６】
そして、上記の場合には、補助翼１６に対しても適切な仰角となり、当該補助翼１６に効率よく揚力が生じることとなり、補助翼１６には符号Ｒ２に示す回転力が生じる。すると、風Ａにより回転翼１３にかかる抗力と、補助翼１６に発生する回転力Ｒ２とが釣り合うことで、回転始動時には、例えば、図６に示すように、回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線に対する垂直方向と、翼弦方向との角度が小さくなるよう、回転翼１３の角度が適切な仰角となるよう維持される。
【００３７】
なお、下流側でも、上述同様に作動する。つまり、初期状態では、羽根車は図５に示す状態であるが、風Ａが吹くと、回転翼１３には、風Ａの抗力によって、回転翼軸１４にて軸支された前縁側とは反対側の後縁側が下流側に押され、図６に示すように回転する。すると、回転翼１３は、ストッパー３１によって回転が係止され、回転翼１３と補助翼１６の前縁側が、風が吹いてくる方向に向くこととなり、当該回転翼１３と補助翼１６の前縁に、風Ａが入射するようになる。これにより、回転翼１３には、図６の符号Ｆ１に示すように揚力が生じ、羽根車は、回転軸１１を中心として矢印Ｒ１方向に回転することとなる。このとき、特に、回転翼１３の前縁側に対して入射する相対的な風Ａの向きは、符号Ａ２のよう傾いた状態となる。すると、風は回転翼１３の前縁に対向して入射することとなり、当該回転翼１３に対して適切な仰角となり、回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。従って、小さな流速でも、回転軸１１を中心とした回転が開始される。
【００３８】
続いて、図７を参照して、羽根車の回転速度が増加したときの様子を説明する。上述した図６に示すように、補助翼１６に適切な仰角で風Ａが入射すると、補助翼１６にさらに大きな回転力Ｒ２が生じ、図７に示すように、回転翼１３は回転翼軸１４を中心に、その翼弦方向と回転円周の接線方向との角度が小さくなるよう回転する。
【００３９】
そして、図７の場合には、回転軸１１を中心とした羽根車の回転速度は、上述した図６の場合よりも速くなっているため、当該羽根車に対する相対的な風Ａの向きは、図７の符号Ａ１に示すように、回転軸１１の回転円周の接線方向に対する垂直方向から、接線方向側にさらに傾いた状態となる。すると、回転翼１３と補助翼１６の前縁側が、風Ａが吹いてくる方向に向くこととなり、回転翼１３と補助翼１６の前縁に、風Ａが入射するようになる。このとき、特に、風Ａにより回転翼１３にかかる抗力と、補助翼１６に発生する回転力Ｒ２とが釣り合うことで、図７に示すように、相対的な風の向きＡ１に対して、回転翼１３及び補助翼の角度が適切な仰角となるよう維持される。従って、回転翼１３は風に対して適切な仰角となり、回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。なお、下流側でも、図７において左右が逆となるが、同様である。
【００４０】
以上により、上述した構成の羽根車を用いることで、流体の力と回転力との変換効率の向上を図ることができ、高効率な発電装置を実現することができる。
【００４１】
＜実施形態３＞
次に、本発明の第３の実施形態を、図８乃至図９を参照して説明する。図８乃至図９は、本実施形態における羽根車の構成の概略及び動作の様子を示す図である。なお、本実施形態は、上述した実施形態１にて開示した羽根車の具体的な一例を示すものである。特に、本実施形態では、羽根車を発電装置として利用する場合の構成を示している。
【００４２】
［構成］
本実施形態における羽根車は、図８に示すように、回転軸１１と、この回転軸１１に連結され当該回転軸１１を中心とする円周１２上に当該回転軸１１の軸方向と平行に翼長が位置して配置された回転翼１３と、を備えている。そして、上記回転翼１３は、上記回転軸１１に連結され当該回転軸１１の円周１２上に設けられた上記回転翼１３の翼長方向に沿って延びる回転翼軸１４を中心に回転可能なよう軸支されている。さらに、上記回転翼１３から離間して当該回転翼１３と一体的に連結し、当該回転翼１３が位置する上記回転軸１３の円周の外側に位置する所定の質量を有する重り部材４２を備えている。以下、さらに詳述する。
【００４３】
まず、上記回転軸１１及び回転翼１３は、上述した実施形態２で説明した羽根車と同様の構成を採っている。つまり、図３に示す構成と同様に、回転軸１１は、下端に発電機２０を備えており、また、当該回転軸１１の上下端付近には、円形の支持部材１１ａ，１１ｂが固定されている。そして、これら支持部材１１ａ，１１ｂの外周付近、つまり、回転軸１１の周囲に、前縁側にて回転翼軸１４を中心に回転可能に軸支された回転翼１３を備えている。
【００４４】
また、重り部材４２は、図８に示すように、一端が回転翼１３と一体的に連結された所定の長さの連結部材４１の他端に設けられている。これにより、重り部材４２は、回転翼１３が回転翼軸１４を中心に回転すると、これに伴い回転することとなる。
【００４５】
そして、本実施形態では、特に、回転翼１３の翼弦方向とほぼ垂直方向に重り部材４２が位置するよう設けられている。具体的には、図８に示すように、回転翼１３の翼弦と回転軸１１を中心とする回転円周１２の接線方向とがほぼ平行な状態（図７の左右に位置する状態）において、重り部材４２は、回転軸１１を中心とする回転円周１２よりも外側に位置するよう設けられている。
【００４６】
なお、実施形態２で説明したように、本実施形態においても、上記一対のストッパー３１（回転規制手段）が設けられている。これにより、回転翼１３の回転翼軸１４を中心とした回転は、予め設定された角度以上回転することが規制されている。
【００４７】
そして、上述した回転翼１３及び重り部材４２を備えた回転翼ユニット１７は、図示しないが、回転軸１１の回転円周１２上に、等間隔に複数備えられている。なお、羽根車の構成は、必ずしも上述した構成に限定されない。例えば、重り部材４２は、必ずしも回転翼１３の翼弦に対して垂直方向に設けられていることに限定されない。
【００４８】
［動作］
次に、上記構成の羽根車の動作を、図８乃至図９を参照して説明する。はじめに、図８を参照して、羽根車の周囲に流体の一例である風が符号Ａに示す方向に吹いており、羽根車が回転し始めたときの様子を説明する。
【００４９】
まず、風Ａが吹くと、上流側（図８で上側）に位置する回転翼１３には、風Ａの抗力によって、回転翼軸１４にて軸支された前縁側とは反対側の後縁側が下流側に押され、図８のように回転翼軸１４を中心として回転する。つまり、回転翼１３は、回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線に対する垂直方向と翼弦方向との角度が小さくなる回転する。なお、羽根車の下流側に位置する回転翼１３も同様である。
【００５０】
すると、回転翼１３は、図８に示すように、ストッパー３１によって回転が係止され、回転翼１３の前縁側が、風Ａが吹いてくる方向に向くこととなり、当該回転翼１３の前縁に風Ａが入射するようになる。これにより、回転翼１３には、図８の符号Ｆ１に示すように揚力が生じ、羽根車は回転軸１１を中心として、矢印Ｒ１方向に回転することとなる。このとき、特に、回転翼１３の前縁側に対して入射する相対的な風Ａの向きは、符号Ａ１のよう傾いた状態となる。すると、風は回転翼１３の前縁に対向して入射することとなり、当該回転翼１３に対して適切な仰角となり、回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。従って、小さな流速でも、回転軸１１を中心とした回転が開始される。
【００５１】
そして、上述したように羽根車が回転軸１１を中心として回転すると、重り部材４２には、回転軸１１を中心とした遠心力Ｆ４が生じる。すると、この遠心力Ｆ４により、回転翼１３には符号Ｒ２に示す方向の回転力が生じる。そして、風Ａにより回転翼１３にかかる抗力と回転力Ｒ２とが釣り合った状態となる。
【００５２】
また、上記の位置から時計回りに９０度回転した位置における回転翼１３は、風Ａの抗力によって図８の右側に示すように、ストッパー３１に当接するまで回転する。このとき、回転翼１３は、風Ａの抗力を受けることで、回転軸１１を中心とした回転力が付勢される。
【００５３】
なお、下流側では、上流側とは回転方向が逆方向となるため、下流側の回転翼１３に対する相対的な風Ａの向きは、図８の符号Ａ２のようになる。そして、回転翼１３の回転方向も、上流側とは逆となる。このため、下流側の回転翼においても、風が回転翼１３の前縁に対向して入射することとなり、当該回転翼１３が適切な仰角となり、回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。
【００５４】
続いて、図９を参照して、羽根車の回転速度が増加したときの様子を説明する。羽根車の回転速度が増加すると、重り部材１４にかかる遠心力Ｆ４が大きくなる。すると、回転翼１３にさらに大きな回転力Ｒ２が生じ、回転翼１３は、回転翼軸１４を中心に矢印Ｒ２方向にさらに回転する。具体的には、図９に示すように、回転翼１３の翼弦方向と回転円周１２の接線方向との角度が小さくなるよう回転する。そして、風Ａにより回転翼１３にかかる抗力と回転力Ｒ２とが釣り合った状態となる。
【００５５】
このとき、図９の場合には、回転軸１１を中心とした羽根車の回転速度が上述した図８の場合よりも速くなっているため、当該羽根車に対する相対的な風Ａの向きは、図９の符号Ａ１に示すように、回転軸１１の回転円周１２の接線方向に対する垂直方向から、接線方向にさらに傾いた状態となる。すると、回転翼１３の前縁側が、風Ａが吹いてくる方向に向くこととなり、回転翼１３の前縁に風Ａが入射するようになる。従って、回転翼１３は風に対して適切な仰角となり、回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。なお、下流側でも、図９において左右が逆となるが、同様である。
【００５６】
以上により、上述した構成の羽根車を用いることで、流体の力と回転力との変換効率の向上を図ることができ、高効率な発電装置を実現することができる。
【００５７】
なお、上記では、回転翼１３の翼弦方向とほぼ垂直方向に重り部材４２が位置するよう、当該重り部材４２を設けた場合を例示したが、垂直方向以外の方向に重り部材４２を設けてもよい。このようにすることで、回転翼１３の過回転を抑制でき、羽根車自体の最高回転速度を抑制することができ、作動状態の安定化を図ることができる。
【００５８】
＜実施形態４＞
次に、本発明の第４の実施形態を、図１０乃至図１２を参照して説明する。図１０は、羽根車の構成の概略を示す図である。図１１乃至図１２は、羽根車の動作の様子を示す図である。
【００５９】
なお、本実施形態は、上述した実施形態１にて開示した羽根車の具体的な一例を示すものである。特に、本実施形態では、羽根車を発電装置として利用する場合の構成を示している。
【００６０】
［構成］
本実施形態における羽根車は、上述した実施形態２，３で説明した羽根車の構成を組み合わせた構成を採っている。つまり、回転軸１１と、回転翼１３と、補助翼１６と、重り部材５１と、を備えている。以下、各構成について具体的に説明する。
【００６１】
図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記回転軸１１は、下端付近に発電機２０を備えているこれにより、本実施形態における羽根車を発電装置として利用することが可能である。
【００６２】
そして、上記回転軸１１の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平面を形成する円形の支持部材１１ａ，１１ｂが固定されている。これら支持部材１１ａ，１１ｂの外周付近、つまり、回転軸１１の周囲に、当該回転軸１１の軸方向に沿って鉛直方向に延び、支持部材１１ａ，１１ｂを連結する回転翼軸１４が設けられている。
【００６３】
また、上記回転翼軸１４の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平面を形成する一対の円形の第二支持板１８が固定されている。そして、一対の第二支持板１８は、その中心にて、回転翼軸１４を中心として回転自在に軸支されて設けられている。また、第二支持板１８の間には、当該第二支持板１８に対して垂直方向に、つまり回転軸１１に沿って、翼長が位置する回転翼１３と、この回転翼１３から所定の距離を開けて当該回転翼１３の前縁側に位置する補助翼１６と、が固定されている。なお、補助翼１６は、上記回転翼１３よりも形状が小さく形成されており、具体的には、補助翼１６の翼弦は、回転翼１３の翼弦よりも短く形成されている。
【００６４】
ここで、回転翼１３は、円形の第二支持板１８の中心つまり回転翼軸１４が、当該回転翼１３の前縁付近に位置するよう配置されている。そして、回転翼１３と補助翼１６とは、その翼弦方向が同一直線状に位置し、上記第二支持板１８と一体的に構成され、回転翼ユニット１７を形成している。従って、回転翼ユニット１７が回転翼軸１４を中心として回転することで、回転翼１３は前縁付近を中心に回転することとなる。
【００６５】
なお、実施形態２で説明したように、本実施形態においても上述した一対のストッパー３１（回転規制手段）が設けられている（図１０には図示せず、図１１参照）。これにより、回転翼１３の回転翼軸１４を中心とした回転は、予め設定された角度以上回転することが規制されている。
【００６６】
そして、本実施形態では、さらに、上記第二支持板１８のいずれか一方に、図１０及び図１１に示すように、上記回転翼１３から離間して、当該回転翼１３が位置する上記回転軸１１の回転円周１２の外側に位置するよう、所定の質量を有する重り部材５１を内蔵している。具体的には、上記第二支持板１８の外周付近であり、回転翼１３の翼弦方向とほぼ垂直方向に重り部材５１が位置するよう配置される。つまり、図１１に示すように、回転翼１３の翼弦方向と回転軸１１を中心とする回転円周１２の接線方向とがほぼ平行な状態（図１１の左右に位置する状態）において、重り部材５１は回転軸１１を中心とする回転円周よりも外側に位置するよう配置される。そして、重り部材５１は、第二支持板１８に内蔵されていることから、回転翼１３と一体的に連結した状態となっている。これにより、重り部材５１は、回転翼１３が回転翼軸１４を中心に回転すると、これに伴い回転することとなる。
【００６７】
なお、上述したように、第二支持板１８、回転翼１３、補助翼１６、重り部材５１を備えた回転翼ユニット１７は、回転軸１１の回転円周上に、等間隔に複数備えられている。なお、羽根車の構成は、必ずしも上述した構成に限定されない。例えば、重り部材５１は、必ずしも回転翼１３の翼弦に対して垂直方向に設けられていることに限定されない。
【００６８】
［動作］
次に、上記構成の羽根車の動作を、図１１乃至図１２を参照して説明する。はじめに、図１１を参照して、羽根車の周囲に流体の一例である風が符号Ａに示す方向に吹いており、羽根車が回転し始めたときの様子を説明する。
【００６９】
まず、風Ａが吹くと、上流側（図１１で上側）に位置する回転翼１３には、風Ａの抗力によって、回転翼軸１４にて軸支された前縁側とは反対側の後縁側が下流側に押され、図１１のように回転する。つまり、回転翼１３及び補助翼１６は、回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線に対する垂直方向と翼弦方向との角度が小さくなるよう回転する。なお、羽根車の下流側に位置する回転翼１３も同様である。
【００７０】
すると、回転翼１３は、図１１に示すように、ストッパー３１によって回転が係止され、回転翼１３と補助翼１６の前縁側が、風が吹いてくる方向に向くこととなり、回転翼１３と補助翼１６の前縁に、風Ａが入射するようになる。これにより、回転翼１３には、図１１の符号Ｆ１に示すように揚力が生じ、羽根車は回転軸１１を中心として、矢印Ｒ１方向に回転することとなる。このとき、特に、回転翼１３の前縁側に対して入射する相対的な風Ａの向きは、符号Ａ１のよう傾いた状態となる。すると、風は回転翼１３の前縁に対向して入射することとなり、当該回転翼１３に対して適切な仰角となり、回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。従って、小さな流速でも、回転軸１１を中心とした回転が開始される。
【００７１】
そして、上記の場合には、補助翼１６に対して適切な仰角となり、当該補助翼１６には符号Ｆ３に示す揚力が生じる。同時に、羽根車が回転軸１１を中心として回転することにより、重り部材５１には回転軸１１を中心とした遠心力Ｆ４が生じる。すると、この遠心力Ｆ４と上述した補助翼１６による揚力Ｆ３とによって、回転翼１３には符号Ｒ２に示す方向の回転力が生じる。また、上記の位置から９０度回転した位置における回転翼１３は、最初は風Ａによる抗力によって、ストッパー３１に当接するまで回転する。このとき、回転翼１３は、風Ａの抗力を受けることで、回転軸１１を中心とした回転力が付勢される。
【００７２】
なお、下流側では、上流側とは回転方向が逆方向となるため、下流側の回転翼１３に対する相対的な風Ａの向きは、符号Ａ２のようになる。そして、回転翼１３及び補助翼１６の回転方向も、上流側とは逆となる。このため、下流側の回転翼においても、風が回転翼１３の前縁に対向して入射することとなり、当該回転翼１３に対して適切な仰角となり、回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。
【００７３】
続いて、図１２を参照して、羽根車の回転速度が増加したときの様子を説明する。上述した図１１に示すように、補助翼１６に適切な仰角で風Ａ１が入射すると、補助翼１６に大きな揚力Ｆ３が生じると共に、重り部材５１には大きな遠心力Ｆ４が生じる。すると、回転翼１３にはより大きな回転力Ｒ２が生じ、図１２に示すように、回転翼１３は回転翼軸１４を中心に回転し、その翼弦方向と回転円周１２の接線方向との角度が小さくなるよう設定される。
【００７４】
そして、図１２の場合には、回転軸１１を中心とした羽根車の回転速度は、上述した図１１の場合よりも速くなっているため、当該羽根車に対する相対的な風Ａの向きは、図１２の符号Ａ１に示すように、回転軸１１の回転円周１２の接線方向に対する垂直方向から、接線方向側にさらに傾いた状態となる。すると、回転翼１３と補助翼１６の前縁側が風Ａが吹いてくる方向に向くこととなり、回転翼１３と補助翼１６の前縁に、風Ａが入射するようになる。従って、回転翼１３は風に対して適切な仰角となり、回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。なお、下流側でも、図１２において左右が逆となるが、同様である。
【００７５】
以上により、上述した構成の羽根車を用いることで、流体の力と回転力との変換効率の向上を図ることができ、高効率な発電装置を実現することができる。
【００７６】
＜実施形態５＞
次に、本発明の第５の実施形態を、図１３乃至図１４を参照して説明する。図１３は、羽根車の構成の概略を示す図である。図１４は、羽根車の動作の様子を示す図である。
【００７７】
なお、本実施形態は、上述した実施形態１にて開示した羽根車の具体的な一例を示すものである。特に、本実施形態では、羽根車を発電装置として利用する場合の構成を示している。
【００７８】
［構成］
本実施形態における羽根車は、一部には上述した実施形態２，３で説明した構成を備えており、図１３に示すように、回転軸１１と、回転翼１３（主回転翼）と、一対の補助翼１６ａ，１６ｂ（回転翼）と、一方の補助翼である重り部材と、を備えている。以下、各構成について具体的に説明する。
【００７９】
図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記回転軸１１は、下端付近に発電機２０を備えているこれにより、本実施形態における羽根車を発電装置として利用することが可能である。
【００８０】
そして、上記回転軸１１の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平面を形成する円形の支持部材１１ａ，１１ｂが固定されている。これら支持部材１１ａ，１１ｂの外周付近、つまり、回転軸１１の周囲に、当該回転軸１１の軸方向に沿って鉛直方向に延び、支持部材１１ａ，１１ｂを連結する上記回転翼軸１４が設けられている。
【００８１】
また、上記回転翼軸１４の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平面を形成する一対の略長方形状の第二支持板１９が固定されている。そして、回転翼軸１４が、支持部材１１ａ，１１ｂに対して回転自在に支持されている。
【００８２】
また、第二支持板１９の間には、当該第二支持板１９に対して垂直方向つまり回転軸１１に沿って、翼長が位置する回転翼１３と、この回転翼１３から所定の距離を開けて当該回転翼１３の左右に翼弦が相互にほぼ平行に位置する一対の補助翼１６ａ，１６ｂと、が固定されている。これにより、第二支持板１９、回転翼１３、一対の補助翼１６ａ，１６ｂは一体的に構成され、回転翼ユニット１７を構成している。従って、回転翼１３と補助翼１６ａ，１６ｂとは、相互の位置関係を維持したまま、回転翼軸１４を中心に回転可能となっている。
【００８３】
ここで、回転翼ユニット１７は、上記回転翼軸１４（ユニット軸）を中心に回転するが、この回転翼軸１４は回転翼１３の前縁付近に位置している。従って、回転翼１３は、前縁付近を中心に回転することとなる。また、各補助翼１６ａ，１６ｂは、回転翼１３からほぼ同一距離だけ離れて配置されており、各補助翼１６ａ，１６ｂの前縁付近と、回転翼の前縁付近と、回転翼軸１４と、がほぼ一直線上に位置するよう配置されている。なお、補助翼１６ａ，１６ｂは、上記回転翼１３よりも形状が小さく形成されており、具体的には、補助翼１６ａ，１６ｂの翼弦は、回転翼１３の翼弦よりも短く形成されている。
【００８４】
なお、実施形態２で説明したように、本実施形態においても上述した一対のストッパー３１（回転規制手段）が設けられている（図１３には図示せず、図１４参照）。これにより、回転翼１３つまり回転翼ユニット１７の回転翼軸１４を中心とした回転は、予め設定された角度以上回転することが規制されている。
【００８５】
そして、本実施形態では、さらに、上記一対の補助翼１６ａ，１６ｂの一方の質量が、他方の質量よりも重く形成されており、実施形態３，４で説明した重り部材（４２，５１）として機能する。具体的には、図１３で塗りつぶして図示したように、上記回転翼１３から離間して、当該回転翼１３が位置する上記回転軸１１の円周１２の外側に位置する一方の補助翼１６ａを他方よりも重く形成し、重り部材として機能させている。このとき、回転翼１３及び一対の補助翼１６ａ，１６ｂは第二支持板１９で連結されていることから、重り部材として機能する一方の補助翼１６ａや他方補助翼１６ｂは、回転翼１３が回転翼軸１４を中心に回転すると、これに伴い回転することとなる。
【００８６】
なお、上述したように、第二支持板１９、回転翼１３、一対の補助翼１６ａ，１６ｂを備えた回転翼ユニット１７は、図示していないが、回転軸１１の回転円周上に等間隔に複数備えられている。なお、羽根車の構成は、必ずしも上述した構成に限定されない。
【００８７】
［動作］
次に、上記構成の羽根車の動作を、図１４を参照して説明する。はじめに、図１４を参照して、羽根車の周囲に流体の一例である風が符号Ａに示す方向に吹いており、羽根車が回転し始めたときの様子を説明する。
【００８８】
まず、風Ａが吹くと、上流側（図１４で上側）に位置する回転翼１３には、風Ａの抗力によって、回転翼軸１４にて軸支された前縁側とは反対側の後縁側が下流側に押され、図１３のように回転する。つまり、回転翼１３及び一対の補助翼１６ａ，１６ｂは、回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線方向に対する垂直方向と、翼弦方向との角度が小さくなる方向に回転する。なお、羽根車の下流側に位置する回転翼１３も同様である。
【００８９】
すると、回転翼１３は、図１４に示すように、ストッパー３１によって回転が係止され、回転翼１３と一対の補助翼１６ａ，１６ｂの前縁側が風が吹いてくる方向に向くこととなり、回転翼１３と一対の補助翼１６ａ，１６ｂの前縁に風Ａが入射するようになる。このとき、特に、回転翼１３の前縁側に対して入射する相対的な風Ａの向きは、符号Ａ１のよう傾いた状態となる。すると、風は回転翼１３の前縁に対向して入射することとなり、当該回転翼１３に対して適切な仰角となり、回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。従って、小さな流速でも、回転軸１１を中心とした回転が開始される。また、一対の補助翼１６ａ，１６ｂにも、図１４の符号Ｆ１１，Ｆ１２に示すように揚力が生じ、羽根車は回転軸１１を中心として矢印Ｒ１方向に回転することとなる。
【００９０】
このとき、羽根車が回転軸１１を中心として回転することにより、重り部材として機能する一方の補助翼１６ａには遠心力Ｆ４が生じる。すると、この遠心力Ｆ４によって、回転翼１３にはさらに大きな符号Ｒ２に示す方向の回転力が生じる。
【００９１】
なお、下流側では、上流側とは回転方向が逆方向となるため、下流側の回転翼１３に対する相対的な風Ａの向きは、符号Ａ２のようになる。そして、回転翼１３及び一対の補助翼１６ａ，１６ｂの回転方向も、上流側とは逆となる。このため、下流側の回転翼１３においても、風Ａ２が回転翼１３の前縁に対向して入射することとなり、当該回転翼１３に対して適切な仰角となり、回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。
【００９２】
その後、羽根車の回転速度が増加した場合には、重り部材として機能する一方の補助翼１６ａに大きな遠心力Ｆ４が生じる。すると、回転翼１３にはより大きな回転力Ｒ２が生じ、当該回転翼１３は回転翼軸１４を中心に、回転円周の接線方向と翼弦方向との角度が小さくなるよう回転する。
【００９３】
このとき、回転軸１１を中心とした羽根車の回転速度は速くなっているため、当該羽根車に対する相対的な風Ａの向きは、さらに、回転軸１１の回転円周１２の接線方向に対する垂直方向から、接線方向にさらに傾いた状態となる。すると、回転翼１３と一対の補助翼１６ａ，１６ｂの前縁側が、風Ａが吹いてくる方向に対向するようになり、回転翼１３と補助翼１６ａ，１６ｂとの前縁に、風Ａが入射するようになる。従って、回転翼１３及び補助翼１６ａ，１６ｂは風に対して適切な仰角となり、回転翼１３及び補助翼１６ａ，１６ｂに効率よく揚力が生じることとなる。なお、下流側でも左右が逆となるが、同様である。
【００９４】
以上により、上述した構成の羽根車を用いることで、流体の力と回転力との変換効率の向上を図ることができ、高効率な発電装置を実現することができる。
【００９５】
＜実施形態６＞
次に、本発明の第６の実施形態を、図１５乃至図１６を参照して説明する。図１５は、羽根車の構成の概略を示す図である。図１６は、羽根車の動作の様子を示す図である。
【００９６】
なお、本実施形態は、上述した実施形態１にて開示した羽根車の具体的な一例を示すものである。特に、本実施形態では、羽根車を発電装置として利用する場合の構成を示している。
【００９７】
［構成］
本実施形態における羽根車は、上述した実施形態５で説明した構成から、回転翼１３を取り除いた構成を採っており、図１５に示すように、回転軸１１と、一対の補助翼１６ａ，１６ｂ（回転翼）と、一方の補助翼である重り部材と、を備えている。以下、各構成について具体的に説明する。
【００９８】
まず、図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記回転軸１１は、下端付近に発電機２０を備えている。これにより、本実施形態における羽根車を発電装置として利用することが可能である。
【００９９】
そして、上記回転軸１１の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平面を形成する円形の支持部材１１ａ，１１ｂが固定されている。これら支持部材１１ａ，１１ｂの外周付近、つまり、回転軸１１の周囲に、当該回転軸１１の軸方向に沿って鉛直方向に延び、支持部材１１ａ，１１ｂを連結すると共に、支持部材１１ａ，１１ｂに対して回転自在に軸支されている回転翼軸１４が設けられている。
【０１００】
また、上記回転翼軸１４の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平面を形成する一対の略長方形状の第二支持板１９が固定されている。そして、一対の第二支持板１９の間には、当該第二支持板１９に対して垂直方向つまり回転軸１１に沿って、翼長が位置する一対の補助翼１６ａ，１６ｂが固定されている。具体的に、一対の補助翼１６ａ，１６ｂは、第二支持板１９の両端側に、相互に翼弦が平行に位置して設けられており、これら一対の補助翼１６ａ，１６ｂの各前縁付近間の中央に、上記回転翼軸１４が位置している。このように、一対の第二支持板１９とその間に固定された一対の補助翼１６ａ，１６ｂとにより、回転翼ユニット１７が構成されている。
【０１０１】
なお、上記一対の補助翼１６ａ，１６ｂは、上記実施形態５で説明した回転翼１３を備えた構成における補助翼１６ａ，１６ｂよりも、その形状が大きく、つまり翼弦の長さが長く形成されている。
【０１０２】
また、図示しないが、実施形態２で説明したように、本実施形態においても上述した一対のストッパー３１（回転規制手段）が設けられている。これにより、一対の補助翼１６ａ，１６ｂを備えた回転翼ユニット１７の回転翼軸１４（ユニット軸）を中心とした回転は、予め設定された角度以上回転することが規制されている。
【０１０３】
そして、本実施形態では、さらに、上記一対の補助翼１６ａ，１６ｂの一方の質量が、他方の質量よりも重く形成されており、実施形態３，４で説明した重り部材（４２，５１）として機能する。具体的には、図１６で塗りつぶして図示したように、上記回転翼１３から離間して、当該回転翼１３が位置する上記回転軸１１の円周１２の外側に位置する一方の補助翼１６ａを他方よりも重く形成し、重り部材として機能させている。このとき、一対の補助翼１６ａ，１６ｂは第二支持板１９で連結されていることから、重り部材として機能する一方の補助翼１６ａや他方補助翼１６ｂは、回転翼ユニット１７が回転翼軸１４を中心に回転すると、これに伴い回転することとなる。
【０１０４】
なお、上述したように、第二支持板１９、一対の補助翼１６ａ，１６ｂを備えた回転翼ユニット１７は、図示しないが、回転軸１１の回転円周１２上に等間隔に複数備えられている。なお、羽根車の構成は、必ずしも上述した構成に限定されない。
【０１０５】
［動作］
次に、上記構成の羽根車の動作を、図１６を参照して説明する。はじめに、図１６を参照して、羽根車の周囲に流体の一例である風が符号Ａに示す方向に吹いており、羽根車が回転し始めたときの様子を説明する。
【０１０６】
まず、風Ａが吹くと、上流側（図１６で上側）に位置する一対の補助翼１６ａ，１６ｂには、風Ａの抗力によって、回転翼軸１４にて軸支された前縁側とは反対側の後縁側が下流側に押され、図１６のように回転する。つまり、一対の補助翼１６ａ，１６ｂは、回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線方向に対する垂直方向と、翼弦方向との角度が小さくなる方向に回転する。なお、羽根車の下流側に位置する回転翼１３も同様である。
【０１０７】
すると、一対の補助翼１６ａ，１６ｂは、図１６に示すように、図示しないストッパー３１によって回転が係止され、一対の補助翼１６ａ，１６ｂの前縁側が風が吹いてくる方向に向くこととなり、一対の補助翼１６ａ，１６ｂの前縁に、風Ａが入射するようになる。すると、一対の補助翼１６ａ，１６ｂには、図１６の符号Ｆ１１，Ｆ１２に示すように揚力が生じ、これにより、羽根車は回転軸１１を中心として、矢印Ｒ１方向に回転することとなる。そして、特に、一対の補助翼１６ａ，１６ｂの前縁側に対して入射する相対的な風Ａの向きは、符号Ａ１のよう傾いた状態となる。すると、風は補助翼１６ａ，１６ｂの前縁に対向して入射することとなり、当該補助翼１６ａ，１６ｂに対して適切な仰角となり、効率よく揚力が生じることとなる。従って、小さな流速でも、回転軸１１を中心とした回転が開始される。
【０１０８】
このとき、羽根車が回転軸１１を中心として回転することにより、重り部材として機能する一方の補助翼１６ａには遠心力Ｆ４が生じる。すると、この遠心力Ｆ４によって、回転翼ユニット１７には符号Ｒ２に示す方向の回転力が生じる。これにより、風Ａにより補助翼１６ａ，１６ｂにかかる抗力と回転力Ｒ２とが釣り合うことにより、回転始動時には、例えば、図１６に示すように、補助翼１６ａ，１６ｂの向きは、回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線に対する垂直方向と、補助翼１６ａ，１６ｂの翼弦方向と、の角度が小さくなるよう設定される。
【０１０９】
なお、下流側では、上流側とは回転方向が逆方向となるため、下流側の補助翼１６ａ，１６ｂに対する相対的な風Ａの向きは、符号Ａ２のようになる。そして、一対の補助翼１６ａ，１６ｂの回転方向も上流側とは逆となる。このため、下流側の補助翼１６ａ，１６ｂにおいても、風Ａ２が補助翼１６ａ，１６ｂの前縁に対向して入射して適切な仰角となり、当該補助翼１６ａ，１６ｂに効率よく揚力が生じることとなる。
【０１１０】
その後、羽根車の回転速度が増加した場合には、重り部材として機能する一方の補助翼１６ａには大きな遠心力Ｆ４が生じる。すると、回転翼ユニット１７にはより大きな回転力Ｒ２が生じ、補助翼１６ａ，１６ｂは回転翼軸１４を中心に、回転円周の接線方向と翼弦方向との角度が小さくなるよう回転する。
【０１１１】
このとき、回転軸１１を中心とした羽根車の回転速度は速くなっているため、当該羽根車に対する相対的な風Ａの向きは、さらに、回転軸１１の回転円周の接線方向に対する垂直方向から、接線方向にさらに傾いた状態となる。すると、一対の補助翼１６ａ，１６ｂの前縁側が、風Ａが吹いてくる方向に対向することとなり、補助翼１６ａ，１６ｂの前縁に、風Ａが入射するようになる。従って、補助翼１６ａ，１６ｂは風に対して適切な仰角となり、当該補助翼１６ａ，１６ｂに効率よく揚力が生じることとなる。なお、下流側でも左右が逆となるが、同様である。
【０１１２】
以上により、上述した構成の羽根車を用いることで、流体の力と回転力との変換効率の向上を図ることができ、高効率な発電装置を実現することができる。
【０１１３】
＜実施形態７＞
次に、本発明の第７の実施形態を、図１７乃至図２０を参照して説明する。図１７は、羽根車の構成の概略を示す図である。図１８乃至図２０は、羽根車の動作の様子を示す図である。
【０１１４】
なお、本実施形態は、上述した実施形態１にて開示した羽根車の具体的な一例を示すものである。特に、本実施形態では、羽根車を推進装置として利用する場合の構成を示している。そして、この推進装置を、例えば、船に搭載し、羽根車部分を水中に配置することで、シュナイダープロペラのような縦軸型の推進装置として利用することが可能である。
【０１１５】
［構成］
本実施形態における羽根車は、基本的には、上述した実施形態６で説明したものとほぼ同様の構成を採っており、図１７に示すように、回転軸１１と、一対の補助翼１６ａ，１６ｂ（回転翼）と、一方の補助翼である重り部材と、を備えている。以下、各構成について具体的に説明する。
【０１１６】
まず、図１７（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記回転軸１１は、下端付近に当該回転軸１１を回転駆動する駆動装置２１（駆動手段）を備えている。これにより、本実施形態における羽根車を推進装置として利用することが可能である。
【０１１７】
そして、上記回転軸１１の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平面を形成する円形の支持部材１１ａ，１１ｂが固定されている。これら支持部材１１ａ，１１ｂの外周付近、つまり、回転軸１１の周囲に、当該回転軸１１の軸方向に沿って鉛直方向に延び、支持部材１１ａ，１１ｂを連結すると共に、支持部材１１ａ，１１ｂに対して回転自在に軸支されている回転翼軸１４が設けられている。
【０１１８】
また、上記回転翼軸１４の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平面を形成する一対の略長方形状の第二支持板１９が固定されている。そして、一対の第二支持板１９の間には、当該第二支持板１９に対して垂直方向つまり回転軸１１に沿って翼長が位置する一対の補助翼１６ａ，１６ｂが固定されている。具体的に、一対の補助翼１６ａ，１６ｂは、第二支持板１９の両端側に、相互に翼弦が平行に位置して設けられており、これら一対の補助翼１６ａ，１６ｂの各前縁付近間の中央に、上記回転翼軸１４が位置することとなる。このように、一対の第二支持板１９とその間に固定された一対の補助翼１６ａ，１６ｂとにより、回転翼ユニット１７が構成されている。
【０１１９】
なお、上記一対の補助翼１６ａ，１６ｂは、上記実施形態５で説明した回転翼１３を備えた構成における補助翼よりも、その形状が大きく、つまり翼弦の長さが長く形成されている。
【０１２０】
そして、本実施形態では、さらに、上記一対の補助翼１６ａ，１６ｂの他方の質量が、一方の質量よりも重く形成されており、実施形態３，４で説明した重り部材（４２，５１）として機能する。具体的には、図１８で塗りつぶして図示したように、上記回転軸１１の回転円周１２の内側に位置する他方の補助翼１６ｂを、一方の補助翼１６ａよりも重く形成し、重り部材として機能させている。このとき、一対の補助翼１６ａ，１６ｂは第二支持板１９で連結されていることから、重り部材として機能する他方の補助翼１６ｂや一方の補助翼１６ａは、回転翼ユニット１７が回転翼軸１４を中心に回転すると、これに伴い回転することとなる。
【０１２１】
また、本実施形態では、図示しないが、上記一対の補助翼１６ａ，１６ｂを有する回転翼ユニット１７に回転力を付勢する回転力付勢装置（回転力付勢手段、回転翼回転駆動手段）を備えている。具体的に、回転力付勢装置は、図１８において進行方向が上方である場合には、上方に位置する回転翼ユニット１７の補助翼１６ａ，１６ｂの前縁が図１９に示すように上方に向くよう、回転力を付勢する構成を採っている。例えば、各回転翼ユニット１７の回転軸１４に取り付けられ、回転力を付勢するものであってもよく、あるいは、補助翼１６ａ，１６ｂに接触して押圧することで、当該補助翼１６ａ，１６ｂの向きを変えてもよい。
【０１２２】
なお、上述したように、第二支持板１９、一対の補助翼１６ａ，１６ｂを備えた回転翼ユニット１７は、回転軸１１の回転円周上に等間隔に複数備えられている。なお、羽根車の構成は、必ずしも上述した構成に限定されない。
【０１２３】
［動作］
次に、上記構成の羽根車の動作を、図１８乃至図２０を参照して説明する。はじめに、駆動装置２１にて図１８の矢印Ｒ１に示す方向に回転軸１１を回転させると、その回転周囲に複数設けられた回転翼ユニット１７が回転軸１１周りに回転する。その後、回転翼ユニット１７を、図１９に示すように回転させる。例えば、上側に位置する回転翼ユニット１７の補助翼１６ａ，１６ｂの前縁が上方に向くよう、図示しない回転力付勢装置にて回転させる。すると、回転軸１１を中心とした回転によって、補助翼１６ａ，１６ｂには前縁側から相対的に流体が入射し（符号Ａ１，Ａ２参照）、これによって当該補助翼１６ａ，１６ｂに揚力Ｆ１１，Ｆ１２が生じる。これにより、図１９に示すように、羽根車に所定の方向の推進力が生じる。なお、ここでは、図１９の矢印Ｂに示すよう方向に推進力が発生したとする。
【０１２４】
すると、一対の補助翼１６ａ，１６ｂには、矢印Ｂ方向に進むことによって流体の抗力が生じ、回転翼軸１４にて軸支された前縁側とは反対側の後縁側が下流側に押され、さらに図１９のように回転力Ｒ２が生じる。つまり、一対の補助翼１６ａ，１６ｂは、回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線方向と翼弦方向との角度が、さらに０から大きくなる方向に向くよう回転する。なお、羽根車の下流側に位置する回転翼１３も同様である。
【０１２５】
また、羽根車が回転軸１１を中心として回転することにより、重り部材として機能する他方の補助翼１６ｂには遠心力Ｆ４が生じる。すると、この遠心力Ｆ４によって、回転翼ユニット１７には符号Ｒ２に示す方向の回転力が生じる。なお、ここでは、他方の補助翼１６ｂの重心は、前縁側に位置することとする。
【０１２６】
これにより、流体の流れによる補助翼１６ａ，１６ｂにかかる抗力と回転力Ｒ２とが釣り合うことにより、推進移動開始時には、例えば、図１９に示すように、補助翼１６ａ，１６ｂの向きは、回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線方向と補助翼１６ａ，１６ｂの翼弦方向との角度が小さくなるよう設定される。
【０１２７】
そして、このとき、羽根車は回転軸１１を中心に回転しているため、補助翼１６ａ，１６ｂの前縁側に対して入射する相対的な流体の向きは、符号Ａ１のようになる。すると、流体が補助翼１６ａ，１６ｂの前縁に対向して入射することとなり、補助翼１６ａ，１６ｂに対して適切な仰角となり、当該補助翼１６ａ，１６ｂに効率よく揚力が生じることとなる。
【０１２８】
なお、下流側では、上流側とは回転方向が逆方向となるため、下流側の補助翼１６ａ，１６ｂに対する相対的な流体の向きは、符号Ａ２のようになる。そして、一対の補助翼１６ａ，１６ｂの回転方向も、上流側とは逆となる。このため、下流側の補助翼１６ａ，１６ｂにおいても、流体が補助翼１６ａ，１６ｂの前縁に対向して入射して適切な仰角となり、当該補助翼１６ａ，１６ｂに効率よく揚力が生じることとなる。
【０１２９】
その後、羽根車の回転速度が増加した場合には、重り部材として機能する他方の補助翼１６ｂには大きな遠心力Ｆ４が生じる。すると、回転翼ユニットにはより大きな回転力Ｒ２が生じ、補助翼１６ａ，１６ｂは、回転翼軸１４を中心に、回転円周の接線方向に対する垂直方向と翼弦方向との角度が小さくなるよう回転する。
【０１３０】
このとき、回転軸１１を中心とした羽根車の回転速度に伴い、当該羽根車の推進移動速度も速くなっているため、当該羽根車に対する相対的な流体の向きは、さらに、回転軸１１の回転円周の接線方向から、当該接線方向に対する垂直方向側にさらに傾いた状態となる。すると、一対の補助翼１６ａ，１６ｂの前縁側が、流体の流れの向きに対向して向くこととなり、補助翼１６ａ，１６ｂの前縁に、流体が入射するようになる。従って、補助翼１６ａ，１６ｂは流体に対して適切な仰角となり、当該補助翼１６ａ，１６ｂに効率よく揚力が生じることとなる。なお、下流側でも左右が逆となるが、同様である。
【０１３１】
以上により、上述した構成の羽根車を用いることで、流体の流れの力と回転力との変換効率の向上を図ることができ、高効率な推進装置を実現することができる。
【０１３２】
＜実施形態８＞
次に、本発明の第８の実施形態を、図２１を参照して説明する。図２１は、羽根車の構成の概略及び羽根車の動作の様子を示す図である。
【０１３３】
なお、本実施形態は、上述した実施形態１にて開示した羽根車の具体的な一例を示すものである。特に、本実施形態では、羽根車を上述したように発電装置として利用でき、また、推進装置としても利用する場合の構成を示している。
【０１３４】
そして、本実施形態における羽根車は、基本的には、上述した実施形態７で説明したものとほぼ同様の構成を採っており、図２１に示すように、回転軸１１と、一対の補助翼１６ａ，１６ｂ（回転翼）と、一方の補助翼である重り部材と、を備えている。さらに、本実施形態では、一対の補助翼１６ａ，１６ｂの中央の前縁側に、翼弦が平行に位置する第３の補助翼１６ｃを備えている。なお、一対の補助翼１６ａ，１６ｂと第３の補助翼１６ｃとは、相互に支持板１９にて連結されており、一体的な回転翼ユニット１７を形成している。
【０１３５】
この第３の補助翼は、上述した実施形態２等と同様に機能し、風や流体が前縁から流入することで揚力が生じる。これにより、上記同様に、回転翼ユニット１７に、回転翼軸１４を中心とした回転力Ｒ２を発生させることができ、一対の補助翼１６ａ，１６ｂが周囲の流体の流れに対して適切な仰角となる。
【０１３６】
＜実施形態９＞
次に、本発明の第９の実施形態を、図２２乃至図２５を参照して説明する。図２２は、羽根車の構成の概略を示す図である。図２３乃至図２５は、羽根車の動作の様子を示す図である。
【０１３７】
なお、本実施形態は、上述した実施形態１にて開示した羽根車の具体的な一例を示すものである。特に、本実施形態では、羽根車を推進装置として利用する場合の構成を示している。そして、この推進装置を、例えば、船に搭載し、羽根車部分を水中に配置することで、シュナイダープロペラといった縦軸型の推進装置として利用することが可能である。
【０１３８】
［構成］
本実施形態における羽根車は、図２２（Ａ），（Ｂ）に示すように、回転軸１１と、この回転軸１１に連結され当該回転軸１１を中心とする円周１２上に当該回転軸１１の軸方向と平行に翼長が位置して配置された回転翼１３と、上記回転軸１１を回転駆動する駆動装置２１と、を備えている。
【０１３９】
そして、上記回転翼１３は、上記回転軸１１に連結され当該回転軸１１の円周上に設けられた上記回転翼１３の翼長方向に沿って延びる回転翼軸１４を中心に回転可能なよう軸支されている。また、上記回転翼１３から離間して当該回転翼１３の後縁側であり当該回転翼１３の翼弦方向の延長上に、当該翼弦方向に沿って翼弦が位置する補助翼１６を、上記回転翼１３と一体的に連結して設けている。
【０１４０】
また、上記回転翼１３に連結して当該回転翼１３の翼弦方向に対してほぼ垂直方向に延び、上記回転翼１３の翼弦が上記回転軸１１の円周１２の接線とほぼ平行な状態のときに当該回転軸１１に向かって延びる内側連結部材６２（第一の連結部材）を備えている。また、同様に、回転軸１１とは反対側に向かって延びる外側連結部材６３（第二の連結部材）も備えている。なお、内側連結部材６２と外側連結部材６３とは、ほぼ同一直線状に位置する。さらに、上記内側連結部材６２の先端部には、所定の質量を有する重り部材６４が設けられている。
【０１４１】
また、上記内側連結部材６２や外側連結部材６３に対して、その長手方向に沿って押圧して、回転翼１３に回転力を付勢するよう可動するカム（回転力付勢手段、回転翼回転駆動手段）を備えている。具体的には、まず、外側連結部材６３を可動する第二のカム６５は、回転翼１３が回転軸１１を中心とした円周１２の接線と平行な状態であるときに、当該円周１２から外側に延びる外側連結部材６３の先端部に接触せずに近接した状態である。そして、この第二のカム６５は、外側連結部材６３の長手方向に沿って可動可能であり、当該外側連結部材６３を押圧したり、離間したりするよう可動する（図２４参照）。特に、外側連結部材６３を押圧すると、回転翼ユニット１７を回転翼軸１４を中心に回転させることができる。
【０１４２】
また、内側連結部材６２を可動する第一のカムとして、上記回転翼１３の翼弦が上記回転軸１１の円周１２の接線とほぼ平行な状態のときに、上記連結部材６２の先端部に対して外周がわずかに離間し、上記回転軸１１箇所に中心が位置する円形部材６１と、この円形部材６１を当該円形部材６１の半径方向に可動する円形部材可動装置２２と、を備えている。そして、この第一のカム６１は、第二のカム６５と連動して半径方向に可動することで、内側連結部材６２や外側連結部材６３を押圧したり、さらに離間したりするよう可動する（図２４参照）。特に、内側連結部材６２を押圧することで、回転翼ユニット１７を回転翼軸１４を中心に回転させることができる。
【０１４３】
そして、回転軸１１を駆動装置２１にて回転駆動することで、本実施形態における羽根車を推進装置として利用するよう構成している。以下、各構成についてさらに詳述する。
【０１４４】
まず、上記回転軸１１の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平面を形成する円形の支持部材１１ａ，１１ｂが固定されている。また、回転軸１１の上端側に位置する支持部材１１ａのさらに上方には、当該支持部材１１ａよりも径の小さく、所定の厚みを有する円形の円形部材６１が備えられている。
【０１４５】
そして、この円形部材６１のさらに上方には、上記回転軸１１に連結し、当該回転軸１１を回転駆動する駆動装置２１（駆動手段）と、上記円形部材６１や第二のカム６５を半径方向に駆動する円形部材可動装置２２（円形部材可動手段）とを備えている。なお、円形部材可動装置２２は、例えば、円形部材６１に当接して当該円形部材６１を押圧したり引っ張る力を付勢する構成を備えており、図２４の矢印Ｙ１に示す方向やその反対方向、さらには、円形部材６１における任意の半径方向に、当該円形部材６１を可動するよう構成されている。また、円形部材可動装置２２は、上記第二のカム６５にも連結しており、上記円形部材６１の可動と連動して、当該円形部材６１と同一方向に第二のカム６５を可動するよう構成されている。なお、円形部材６１を第二のカム６５と連動させて回転可動させることによって、例えば、図２４の左右方向に、羽根車の進行方向を方向転換させることが可能となる。
【０１４６】
また、上記回転翼軸１４の上下端付近には、相互に所定の間隔をあけて水平面を形成する一対の円形の第二支持板１８が固定されている。そして、一対の第二支持板１８は、回転翼軸１４に対して回転自在に軸支されて設けられている。また、第二支持板１８の間には、当該第二支持板１８に対して垂直方向つまり回転軸１１に沿って、翼長が位置する回転翼１３と、この回転翼１３から所定の距離を開けて当該回転翼１３の後縁側に位置する補助翼１６と、が固定されている。これにより、第二支持板１９、回転翼１３、補助翼１６は一体的に構成され、回転翼ユニット１７を構成している。従って、回転翼１３と補助翼１６とは、相互の位置関係を維持したまま、回転翼軸１４を中心に回転可能となっている。
【０１４７】
ここで、回転翼ユニット１７は、上記回転翼軸１４（ユニット軸）を中心に回転するが、この回転翼軸１４は回転翼１３の前縁付近に位置している。従って、回転翼１３は、前縁付近を中心に回転することとなる。また、回転翼１３と補助翼１６とは、各翼弦がほぼ同一直線上に位置するよう配置されている。なお、補助翼は、上記回転翼１３よりも形状が小さく形成されており、具体的には、補助翼１６の翼弦は、回転翼１３の翼弦よりも短く形成されている。
【０１４８】
そして、本実施形態では、さらに、上述したように、上記回転翼１３の翼弦が上記回転軸１１の円周１２の接線とほぼ平行な状態のときに、回転翼１３の前縁付近に連結され、所定の剛性を有する棒状の内側連結部材６２及び外側連結部材６３が、当該回転翼１３の翼弦に垂直方向に延びて設けられている。
【０１４９】
具体的には、内側連結部材６２は、回転軸１１の回転円周の内側、つまり、回転軸１１に向かって延びており、その長さは、上述した円形部材６１の中心が回転軸１１とほぼ同一箇所に位置している場合に、当該円形部材６１の外周面（外側面）に連結部材６２の先端が接触せず、所定の距離があく程度の長さである。一方で、上記円形部材６１が半径方向に可動することで、当該円形部材６１が内側連結部材６３の端部に位置する重り部材６４に接触して押圧し、これにより、回転翼１３が回転することとなる。
【０１５０】
また、外側連結部材６３は、回転軸１１の回転円周の外側、つまり、回転軸１１側とは反対側に向かって延びている。そして、この外側連結部材６３の端部には、上述した第二のカム６５が接触せずに近接して装備されている。
【０１５１】
ここで、上述した第二支持板１８、回転翼１３、補助翼１６、に加えて、上記連結部材６２，６３を含む回転翼ユニット１７は、回転軸１１の回転円周上に等間隔に複数備えられている。なお、羽根車の構成は、必ずしも上述した構成に限定されない。
【０１５２】
また、本実施形態においては、上記構成の羽根車を船に搭載して推進装置として使用するが、この場合に、例えば、図２２（Ｂ）に示すように、回転翼１３及び補助翼１６部分を水中に位置するよう配置し、連結部材６２、円形部材６１さらには駆動装置２１や円形部材可動装置２２を船上に配置する。
【０１５３】
［動作］
次に、上記構成の羽根車の動作を、図２３乃至図２５を参照して説明する。はじめに、駆動装置２１にて図２３の矢印Ｒ１に示す方向に回転軸１１を回転させると、その回転周囲に複数設けられた回転翼ユニット１７が回転軸１１周りに回転する。このとき、各回転翼ユニット１７に装備された外側連結部材６３は、それぞれ第二のカム６５に接触しておらず、当該回転翼ユニット１７は回転翼軸１４を中心に回転することが規制されていない。
【０１５４】
その後、円形部材駆動装置２２にて円形部材６１を、図２４の矢印Ｙ１に示すように、その中心が回転軸１１からずれるよう可動する。また、同時に、第二のカム６５を、同じ方向つまり矢印Ｙ１に示す方向に可動する。すると、上流側（図２４で上側）に位置する回転翼ユニット１７の外側連結部材６３は、第二のカム６５にて回転軸１１方向に押圧される。このとき、回転翼ユニット１７は、矢印Ｒ２に示すよう方向に回転する。同時に、下流側（図２４で下側）に位置する回転翼ユニット１７の内側連結部材６２は、円形部材６１にて回転軸１１から離間するよう押圧される。このとき、回転翼ユニット１７は、矢印Ｒ２に示すよう方向に回転する。
【０１５５】
すると、各回転翼１３の向きは、図２４に示すようになり、回転軸１１を中心とした回転にて相対的に回転翼１３の前縁から流体が入射する。これにより、当該回転翼１３に揚力Ｆ１が生じ、羽根車に所定の方向の推進力が生じる。ここでは、図２４の矢印Ｂに示すよう方向に推進力が発生する。
【０１５６】
また、回転翼１３には、羽根車が矢印Ｂ方向に進むことによって流体の抗力が生じ、回転翼軸１４にて軸支された前縁側とは反対側の後縁側が下流側に押され、図２４のように回転する。つまり、回転翼１３は、回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線方向に対する垂直方向と翼弦方向との角度が、０から大きくなる方向に回転する。なお、羽根車の下流側に位置する回転翼１３も同様である。
【０１５７】
同時に、回転翼１３の前縁から流入した液体は当該回転翼１３を通過し、符号Ａ３に示すよう、当該回転翼１３の後縁側に位置する補助翼１６の前縁側に入射する。すると、この補助翼１６には、符号Ｆ３に示す方向の揚力が生じる。そして、この揚力Ｆ３にて回転翼１３つまり回転翼ユニット１７に符号Ｒ２に示す方向の回転力が生じる。さらに、内側連結部材６２の先端部に設けた重り部材６４には、遠心力が生じているため、これによっても回転力ユニット１７を回転させる符号Ｒ２方向の回転力が生じる。
【０１５８】
このように、推進移動開始時には、例えば、図２４に示すように、回転翼１３が、当該回転翼１３の翼弦方向が回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線方向よりも進行方向に向くよう傾いた状態となる。
【０１５９】
そして、このとき、羽根車は矢印Ｂ方向に移動しているため、回転翼１３の前縁側に対して入射する相対的な流体の向きは符号Ａ１のようになる。すると、流体は回転翼１３の前縁に対向して入射して適切な仰角となり、当該回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。
【０１６０】
また、下流側の回転翼ユニット１７では、円形部材６１が回転翼ユニットの連結部材６２を押すため、当該回転翼ユニットは符号Ｒ２方向に回転可能な状態となる。そして、上述した上流側の回転翼ユニットとは回転方向が逆方向となり、上述と同一方向の揚力Ｆ１が回転翼１３に生じる。また、同様に補助翼１６にも揚力Ｆ３が発生するため、回転翼１３に回転力Ｒ２が生じる。そして、下流側の回転翼１３に対する相対的な流体の向きは符号Ａ２のようになるため、下流側の回転翼１３においても、流体が回転翼１３の前縁に対向して入射して適切な仰角となり、当該回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。さらに、上述同様に、内側連結部材６２の先端部に設けた重り部材６４には、遠心力が生じているため、これによっても回転力ユニット１７を回転させる符号Ｒ２方向の回転力が生じる。
【０１６１】
その後、羽根車の推進速度が増加した場合には、補助翼１６に対して大きな揚力Ｆ３が生じ、また、重り部材に大きな回転力が生じる。すると、回転翼１３にはより大きな回転力Ｒ２が生じ、当該回転翼１３は、図２５に示すように、回転軸１１を中心とした回転円周１２の接線方向と翼弦方向との角度がさらに大きくなるよう、回転する。なお、羽根車の下流側に位置する回転翼１３も同様である。
【０１６２】
このとき、羽根車の推進移動速度は速くなっているため、当該羽根車に対する相対的な流体の向きは、さらに、回転軸１１の回転円周の接線方向から、当該接線方向に対する垂直方向にさらに傾いた状態となる。すると、回転翼１３の前縁側が、流体の流れの向きに対向して向くこととなり、当該回転翼１３の前縁に、流体が入射するようになる。従って、回転翼１３は流体に対して適切な仰角となり、当該回転翼１３に効率よく揚力が生じることとなる。なお、下流側でも同様である。
【０１６３】
以上により、上述した構成の羽根車を用いることで、流体の力と回転力との変換効率の向上を図ることができ、高効率な推進装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６４】
本発明における羽根車は、風力発電機や推進装置といった用途に利用することができ、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】実施形態１において、発電装置に利用する場合の羽根車の構成及び動作の概略を説明する図である。
【図２】実施形態１において、推進装置に利用する場合の羽根車の構成及び動作の概略を説明する図である。
【図３】実施形態２における羽根車の構成の概略を示す図である。
【図４】実施形態２における羽根車の構成の概略を示す図である。
【図５】実施形態２における羽根車の動作を説明する図である。
【図６】実施形態２における羽根車の動作を説明する図である。
【図７】実施形態２における羽根車の動作を説明する図である。
【図８】実施形態３における羽根車の構成の概略及び動作を説明する図である。
【図９】実施形態３における羽根車の構成の概略及び動作を説明する図である。
【図１０】実施形態４における羽根車の構成の概略を示す図である。
【図１１】実施形態４における羽根車の動作を説明する図である。
【図１２】実施形態４における羽根車の動作を説明する図である。
【図１３】実施形態５における羽根車の構成の概略を示す図である。
【図１４】実施形態５における羽根車の動作を説明する図である。
【図１５】実施形態６における羽根車の構成の概略を示す図である。
【図１６】実施形態６における羽根車の動作を説明する図である。
【図１７】実施形態７における羽根車の構成の概略を示す図である。
【図１８】実施形態７における羽根車の動作を説明する図である。
【図１９】実施形態７における羽根車の動作を説明する図である。
【図２０】実施形態７における羽根車の動作を説明する図である。
【図２１】実施形態８における羽根車の構成の概略を示す図である。
【図２２】実施形態９における羽根車の構成の概略を示す図である。
【図２３】実施形態９における羽根車の動作を説明する図である。
【図２４】実施形態９における羽根車の動作を説明する図である。
【図２５】実施形態９における羽根車の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【０１６６】
１，１１  回転軸
３，１３  回転翼
４，１４  回転翼軸（ユニット軸）
１６，１６ａ，１６ｂ  補助翼
１７  回転翼ユニット
２０  発電機
２１  駆動装置
２２  円形部材可動装置
３１  ストッパー
４２，５１  重り部材
６１  円形部材
６２  内側連結部材
６３  外側連結部材
６４  重り部材
６５  第二のカム
【図１】
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【図２】
2010150999.tif 000004
【図３】
2010150999.tif 000005
【図４】
2010150999.tif 000006
【図５】
2010150999.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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