(57)【要約】      （修正有）【課題】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、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、発電効率の高い羽ばたき型風力発電機を提供する。【解決手段】羽ばたき型風力発電機では、風を受けて羽ばたきの往復運動をする翼とその往復運動手段と、翼のピッチ角を正負に反転させるピッチ角反転手段と、翼の往復運動を伝達する伝達手段と、その伝達された運動により発電する発電手段と、風に対して正対する為のヨー角回転手段と、強風回避の為の翼を折りたたむフォールディング手段とを用いることにより可能とする。【選択図】図１
2010261316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けて羽ばたくための翼と、前記翼の羽ばたきの往復回転運動が伝えられる回転軸と、台座となるベーステーブルと、前記ベーステーブルに前記回転軸を回転自在に支持する回転軸支持体と、前記回転軸に連結されたリンクを介して前記回転軸の回転運動を受けて往復運動を行うピストンと、
前記ピストンの往復運動を受けて回転運動にするクランクを介した回転運動またはその増速された回転運動を受けて発電する発電機と、又は、及び、前記ピストン又は前記ピストンのハウジングに付設され、前記ピストンの往復運動を受けて直接発電するための磁石と発電コイルを有するリニア発電機と、
前記翼の付け根部である受け側ブーツと、前記受け側ブーツから前記翼の長手方向の先端に向かうピッチ回転軸の回りに前記翼が回転自在になるように前記受け側ブーツと結合をした前記翼の回転結合部と、
前記羽ばたきの最上位置と最下位置で、風向きに対する前記翼の板面のなす角度であるピッチ角が、前記翼の慣性力により反転するように、前記ピッチ回転軸から前記翼の重心位置をずらせる手段と前記ピッチ角を決めるために前記翼の回転結合部と前記受け側ブーツのどちらか一方にはツメを、他方には前記ツメを停止する停止片を有するピッチ角反転手段と、
前記回転軸に固定された回転軸連結具と、
前記受け側ブーツ又は前記受け側ブーツに固定された部分と前記回転軸連結具を連結するものであって、回転自在なリード・ラグ回転連結具と、風により前記翼が受ける応力に対抗して、前記受け側ブーツ又は前記受け側ブーツに固定された部分を弾性的に支えるリード・ラグ角保持手段と、
前記回転軸を中心にして、前記回転軸連結具の前記翼とは反対側の部分に付設され、前記翼の重量によるトルクを緩和するためのカウンタウェイトと、固定台座と、前記固定台座と前記ベーステーブルを連結する連結具であって、前記ベーステーブルに直角な軸の回りに回転自在なヨー角回転手段と、を有し、
左右の前記翼の羽ばたきによる各々の前記回転軸の回転を受ける各々の前記リンクを１つの共通のピストンに接続されていることで、左右の前記翼が対称に同期した羽ばたきを行うようにしたことを特徴とする羽ばたき型風力発電機。
【請求項２】
前記リード・ラグ角保持手段は、左右の前記翼のリード・ラグ角を左右連動して等しく保つために、左右の前記翼の各々の前記受け側ブーツ又は前記受け側ブーツに固定された部分を支持する一つの共通した弾性的支持体であることを特徴とする請求項１記載の羽ばたき型風力発電機。
【請求項３】
前記リード・ラグ角保持手段は、前記受け側ブーツ又は前記受け側ブーツに固定された部分に接続した伝達ケーブルと前記伝達ケーブルの他端が接続したガススプリングとを有し、前記翼が受ける風圧を前記受け側ブーツ又は前記受け側ブーツに固定された部分から前記ガススプリングに伝達し、前記風圧を前記ガススプリングが緩和して前記リード・ラグ回転連結具の回転により前記風圧に対応した前記リード・ラグ角を保持し、前記ガススプリングの限度を超える強風に対しては、前記リード・ラグ回転連結具の回転により前記翼を折りたたむフォールディング状態にすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の羽ばたき型風力発電機。
【請求項４】
前記ピッチ角反転手段は、前記翼の翼端の後縁側に付設した錘、又は、前記翼の回転結合部に付設した前記ピッチ回転軸に直角な方向のアームとその先端についた錘によるボブウェイトであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の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、翼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。図６は従来の風力発電機と本発明による風力発電機を比較する図である。６−Ａでは従来の風力発電機の外観を示している。風を受けて回転する翼６０１の回転をそのまま発電手段に伝えることが出来るので、パワー伝達効率がよい。然しながら、電力を取る発電機では、翼６０１の大きさも大きくなって、回転による翼先端が描く円６０２の面積分の空間を他のものと干渉することなく占有させなければならない。そのためにその空間を上空に支える大掛かりな支柱６０３が必要となって、製作、設置工事、メンテナンスの空間、規模が大きくなり、コストのかさむ要因となっている。
上記のような事情から、解決しようとする課題は、６−Ｂで示すように翼６０１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、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として、本発明者は、特許文献３、特許文献４に見るように羽ばたき型風力発電機を提案してきた。特許文献３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。しかしながら、効率を上げる構成としては、必ずしも十分ではなかった為、特許文献４では特に翼の重量を補って、実質的に軽くして弱い風でも持ち上がるようにし、風力発電電力を効率よくえる手段を提案した。そのような中、更なる発電の高効率化への要求に答える為、さまざまな改善が必要になってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３４３９５９
【特許文献２】特開２０００−１６１１９７
【特許文献３】特願２００８−０３６８３８
【特許文献４】特願２００８−２１６９３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の羽ばたき型風力発電機の課題は、特許文献３、特許文献４で記載した風力発電機の発電効率を更に高効率化するため、１つ目は、左右の翼を、発電手段に伝える伝達手段と連結することにより、左右の翼を同期させて回転往復運動を行うこと、２つ目は、翼の向きの変化点において、翼のピッチ角を正負に反転させるピッチ角反転効率をさらに向上させること、３つ目は、翼の重量を補い、弱い風でも容易に起動するように改善をして、風力発電の効率を上げること、４つ目は、安全な運転を実現する為、翼に受ける風圧に応じて翼のリード・ラグ角を調節し、過度な強風を回避するフォールディング(折り畳んだ)状態を創出すること、５つ目は、発電機に伝達された運動をより効率的に電気エネルギーに変換することができる発電手段を用いることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための手段として、本発明の羽ばたき型風力発電機では、風を受けて羽ばたく翼と、翼の付け根から翼の先端に伸びる向きの軸の回りに翼と翼の付け根で回転できる接続部を設け、この回転軸から前記翼の重心位置をずらすことで、慣性力により前記翼の向きの変化点で翼が軸の回りに回転し、風に対する翼の平板面のなす角度（ピッチ角）を正負に反転させるピッチ角反転手段と、前記翼の重量を補って翼の回転往復運動を容易にするカウンタバランス手段と、強風下において翼のリード・ラグ角を変化させ、翼を折りたたむ事によって安全状態を創出するフォールディング手段と、羽ばたきの往復運動を発電手段に伝える伝達手段又は及び前記羽ばたきの前記往復運動を回転運動に変えて発電手段に伝える伝達手段と、前記往復運動と前記回転運動のうち少なくとも一つの運動により発電する前記発電手段を備え、前記羽ばたく左右の翼が、各々の羽ばたきの往復運動を発電手段に伝える一つの共通の伝達手段と連結されることで、左右の翼が同期して回転往復運動を行う構成となっている。以下、請求の範囲に沿って説明する。
【０００６】
請求項１記載の発明は、羽ばたき型風力発電機であって、
風を受けて羽ばたくための翼と、前記翼の羽ばたきの往復回転運動が伝えられる回転軸と、台座となるベーステーブルと、前記ベーステーブルに前記回転軸を回転自在に支持する回転軸支持体と、前記回転軸に連結されたリンクを介して前記回転軸の回転運動を受けて往復運動を行うピストンと、
前記ピストンの往復運動を受けて回転運動にするクランクを介した回転運動またはその増速された回転運動を受けて発電する発電機と、又は、及び、前記ピストン又は前記ピストンのハウジングに付設され、前記ピストンの往復運動を受けて直接発電するための磁石と発電コイルを有するリニア発電機と、
前記翼の付け根部である受け側ブーツと、前記受け側ブーツから前記翼の長手方向の先端に向かうピッチ回転軸の回りに前記翼が回転自在になるように前記受け側ブーツと結合をした前記翼の回転結合部と、
前記羽ばたきの最上位置と最下位置で、風向きに対する前記翼の板面のなす角度であるピッチ角が、前記翼の慣性力により反転するように、前記ピッチ回転軸から前記翼の重心位置をずらせる手段と前記ピッチ角を決めるために前記翼の回転結合部と前記受け側ブーツのどちらか一方にはツメを、他方には前記ツメを停止する停止片を有するピッチ角反転手段と、前記回転軸に固定された回転軸連結具と、
前記受け側ブーツ又は前記受け側ブーツに固定された部分と前記回転軸連結具を連結するものであって、回転自在なリード・ラグ回転連結具と、風により前記翼が受ける応力に対抗して、前記受け側ブーツ又は前記受け側ブーツに固定された部分を弾性的に支えるリード・ラグ角保持手段と、
前記回転軸を中心にして、前記回転軸連結具の前記翼とは反対側の部分に付設され、前記翼の重量によるトルクを緩和するためのカウンタウェイトと、固定台座と、前記固定台座と前記ベーステーブルを連結する連結具であって、前記ベーステーブルに直角な軸の回りに回転自在なヨー角回転手段と、を有し、
左右の前記翼の羽ばたきによる各々の前記回転軸の回転を受ける各々の前記リンクを１つの共通のピストンに接続されていることで、左右の前記翼が対称に同期した羽ばたきを行うようにしたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の羽ばたき型風力発電機において、前記リード・ラグ角保持手段は、左右の前記翼のリード・ラグ角を左右連動して等しく保つために、左右の前記翼の各々の前記受け側ブーツ又は前記受け側ブーツに固定された部分を支持する一つの共通した弾性的支持体であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の羽ばたき型風力発電機において、前記リード・ラグ角保持手段は、前記受け側ブーツ又は前記受け側ブーツに固定された部分に接続した伝達ケーブルと前記伝達ケーブルの他端が接続したガススプリングとを有し、前記翼が受ける風圧を前記受け側ブーツ又は前記受け側ブーツに固定された部分から前記ガススプリングに伝達し、前記風圧を前記ガススプリングが緩和して前記リード・ラグ回転連結具の回転により前記風圧に対応した前記リード・ラグ角を保持し、前記ガススプリングの限度を超える強風に対しては、前記リード・ラグ回転連結具の回転により前記翼を
折りたたむフォールディング状態にすることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の羽ばたき型風力発電機において、前記ピッチ角反転手段は、前記翼の翼端の後縁側に付設した錘、又は、前記翼の回転結合部に付設した前記ピッチ回転軸に直角な方向のアームとその先端についた錘によるボブウェイトであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように構成されるので、本発明の羽ばたき型風力発電機では、左右の翼の羽ばたきの運動が1つのピストンに伝えられることにより、左右の翼の運動エネルギーが1つの発電機に伝えられ効率的に発電でき、且つ、左右の運動バランスが均衡して、機械的強度劣化を防ぐことができる。又、翼の重心を軸からずらす手段により翼の向きの変化点で翼のピッチ角を正負に反転させるピッチ角反転が効果的に行え、カンターバランスと翼の重量の軽量化による弱風下における起動性能の向上、フォールディング手段による強風時における安全状態の創出、また、ピストンでリニア発電機を直接駆動することで、羽ばたきによって得られた運動エネルギーを、効率よく電気エネルギーに変換することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による羽ばたき型風力発電機の一実施態様の全体動作を説明する図である。
【図２】本発明による羽ばたき型風力発電機のピッチ角の効果的反転手段の一実施態様、特にピッチ角を決めるツメを説明する図である。
【図３】本発明による羽ばたき型風力発電機のピッチ角の効果的反転手段の一実施態様、特にピッチ回転を有効にする錘を説明する図である。
【図４】本発明による羽ばたき型風力発電機の風に対する左右のリード・ラグ角の維持、強風時の翼のフォールディング機能の一実施態様について説明する図である。
【図５】本発明の羽ばたき型風力発電機の発電手段の別の実施態様を示す図である。
【図６】従来の風力発電機と本発明の風力発電機を比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明を実施するための形態として、本発明の羽ばたき型風力発電機は、風を受けて羽ばたく翼と、前記翼の重心位置をピッチ回転の軸からずらせたことと慣性力による、前記翼の向きの変化点で翼のピッチ角を正負に反転させるピッチ角反転手段と、その羽ばたきの往復運動を発電手段に伝える伝達手段又は及び前記羽ばたきの前記往復運動を回転運動に変えて発電手段に伝える伝達手段と、前記往復運動と前記回転運動のうち少なくとも一つの運動により発電する前記発電手段と、前記翼の重量に逆らって前記翼の回転往復運動を容易にするカウンタバランスのためのカウンタウエイトと、強風回避のため翼に受けた風速に応じて前記翼のリード・ラグ角を変化させ、ある風速以上になると前記翼を折りたたむフォールディング手段を備えており、左右の翼の各々が一つの共通の前記伝達手段と連結されることにより、前記左右の翼が同期して前記往復運動を行うことを可能としている。以下実施例をもって発明の提案を説明する。
【００１３】
図１は、本発明の羽ばたき型風力発電機の一実施態様を示す図である。また、図２は、本発明の羽ばたき型風力発電機のピッチ角反転を説明する図である。図３は、ピッチ角反転手段の一実施態様を示す図である。図４は、強風回避の為の風速対応リード・ラグ角調整手段の一実施態様を示す図である。大きく分けて以下の５つの機能手段を各図を用いて説明する。
【００１４】
一つ目は、風を受けて羽ばたきの往復運動をする翼とその往復運動手段、二つ目は、その左右の翼の往復運動を1つの共通のピストンを介してクランクで回転運動に変える伝達手段、三つ目は、その回転運動を増速して発電手段を回す発電手段、四つ目は、強風回避の為、風速に応じて、前記翼のリード・ラグ角を変化させ、前記翼を折りたたむフォールディング手段、五つ目は、ピストンの往復運動から直接発電する発電手段である。
【実施例】
【００１５】
図1は、本発明による羽ばたき型風力発電機の一実施態様の全体動作を説明する図である。
１−Ａにおいて、説明する。ここでは、翼１００は、実際には長いのであるが、図を小さく納めるため、途中で切って短く描いてある。
翼１００の付け根側には、ピッチ回転のための回転ブーツ１０２が付いている。
なお、回転ブーツ１０２は、請求の範囲においては、翼の回転結合部と記述する。
回転ブーツ１０２は、受け側ブーツ１０３に回転自在に嵌め込まれている。両者の間のピッチ回転軸１０１は、翼１００の付け根側から翼の先端に向かっている。この軸の回りに翼が反転することで風に対する翼１００の板面のなす角度（ピッチ角という）を変えることができる。これは、翼１００の羽ばたきの浮揚局面では、風による揚力を受ける角度に、下降局面では、風による負の揚力を受ける角度に、各々の局面で翼１００の向きを反転させなければならない。下降局面で揚力を受けては、効率よく下降してくれないからである。浮揚局面でも同様である。
翼１００の往復運動は、風による揚力で浮き上がった後、最上部に達したら、次は、下降する動きをしなければならない。最下部では、その逆となる。そのためには、最上部と最下部でピッチ角を変わるようにする。これは、手漕ぎ船の櫓の運動と同じである。
ピッチ角の安定且つ簡単に決める手段は、例えば、回転ブーツ１０２と受け側ブーツ１０３に付いたツメ（停止片）が担っている。両者に付いたツメが接触した位置以上にはピッチ回転はせず、ピッチ角は変わらずに維持される。この事情は、図２で説明する。
更に、翼１００の最上部と最下部で、羽ばたきが瞬間停止した時点で、慣性力を受けて、翼１００がピッチ回転軸１０１の回りに自己回転するには、慣性力により、ピッチ回転軸１０１の回りに回転するトルクが働く必要があり、このためには、翼１００の重心がピッチ回転軸１０１からずれていなければならない。この事情は図３で説明する。
尚、ピッチ角を可変させるにあたり、アクチュエーターを用いて電気的に可変させることも勿論可能であるが、ピッチ角規定ツメを付設するという単純な機械的機構によって羽ばたきの回転往復運動を実現させることは、翼重量の軽量化につながり、羽ばたきの回転往復運動を効率良く行うことが可能となる他、生産やメンテナンス等のコスト面、また不必要な電力を消費しないという上でも重要なことである。
【００１６】
受け側ブーツ１０３は、リード・ラグ回転連結具１０４を介して、回転軸連結具１０５に接続されている。回転軸連結具１０５は、回転軸１０８に連結され、回転軸１０８は、回転軸支持体１０７の回転穴にはめ込まれていて、回転軸支持体１０７は、台座であるベーステーブル１１９に固定されている。従って、翼１００の浮揚と下降の羽ばたき往復運動により、回転軸１０８が回転往復運動を行うことになる。
尚、翼１００の羽ばたき運動において、翼１００の重量により、回転軸１０８の回りに不必要なトルクが生じて、翼１００の浮揚が邪魔されるのを回避するため、回転軸１０８を中心にして、回転軸連結具１０５の翼１００とは反対側の部分に、重量物によるカウンタウェイト１０６を付設して、重量による不要なトルクを打ち消している。この事情を１−Ｂにおいて、後述する。
翼１００の回転往復運動で一緒に動くものは、翼１００、回転ブーツ１０２、受け側ブーツ１０３、リード・ラグ回転連結具１０４、回転軸連結具１０５、カウンタウェイト１０６、回転軸１０８となっている。
【００１７】
図１−Bでは、回転軸１０８を回転の中心にした翼１００の回転往復運動を示した図である。
回転型の風力発電機と違って、羽ばたき型風力発電機では、翼が回転往復運動することが特徴である。翼には自重があるので、上下の向きで翼の重量により揚力に違いがでる。また、上下端では、一旦停止する為、停止状態から小さい風速でも容易に動かすことが効率を上げるポイントになる。そのため、翼の重量を補うカウンタバランス手段を使用することがよい。一般的なカウンタバランス手段として、エレベータなどで使用されるワイヤー等で連結された錘が挙げられるが、羽ばたき型風力発電機の特徴である翼の回転往復運動に用いるのは、構造が複雑になり不適切であるため、回転軸１０８を中心にして翼１００の反対側にカウンタウエイト１０６を付設している。これにより、重量のバランスが取れ、小さい風速でも容易に回転往復運動を行うことが可能となる。また、翼１００の羽ばたき回転往復運動の上端で一旦停止する時の設定角度は、左右の翼の翼端が接触しない程度の９０°＋１乃至＋２°に設定することにより、ピッチ角の反転を容易にし、翼の下行への移行がスムーズに行うことが可能となる。
【００１８】
次に、１−A、１−C、１−Ｄにおいて、翼１００の羽ばたきにより回転往復運動をする回転軸１０８の運動を発電機に伝達する伝達手段について説明する。
回転軸１０８に接続し、回転軸１０８に対して径方向に伸びるアーム１０９に、回転結合をしたメインリンク１１０が、リンク受け具１１１に連結され、リンク受け具１１１には、ピストン１１２が固定され、ピストン１１２は、ピストンハウジング１１３に収容されていて、これをガイドにして往復運動を行う。
左右の翼１００の各々に対応して、回転軸１０８、アーム１０９、メインリンク１１０が各々存在し、１つの共通のリンク受け具１１１、したがって、１つの共通のピストン１１２に接続されているので、左右の翼１００は、対称に同期した羽ばたきを行うことができる。この結果、動作がバランスし、過度な強度の設計をする必要がなくなる。又、伝達手段から発電機までの構成を簡単にし、これは、本発明の羽ばたき型風力発電機において、極めて重要な構成要件である。
ピストン１１２の下端につけた連結具１１４と、連結バー１１５を介して、クランク１１６に回転運動をもたらしている。この回転運動は、増速器１１７で増速され、発電手段１１８を回して発電するようになっている。
【００１９】
また、図示はされていないが、風向きに対して前後にも左右一対の翼を従列して装備する別の実施態様では、前後の翼が上下の同一方向に羽ばたいた場合、前の翼の陰になって、有効に風の力を生かせない。又、翼をずらせても上下に同一方向では、風による揚力が翼の間で相手の翼の運動を阻害する方向に働いて効果が低減する。従って、翼同士は、一箇所のみで交差する上下に反対方向に同期して動作をすることが重要であり、これによって、発電効率をさらに向上させることが可能となる。
【００２０】
尚、翼１００は、風に対して正対することが発電効率を良くする。そのためには、ベーステーブル１１９と発電機が収納された固定台座１２１との間には、垂直軸の回りで回転自在に連結するヨー角回転手段１２２がある。
これによって、風向きに応じた動作を可能としている。尚、ヨー角回転手段は、伝達手段のピストン１１２の軸の回りにヨー角回転を行う。
発電手段の出力は、図示しないインバータを介して、商用電源との連係運転に供される。又、風向きに応じた動作は、左右の翼１００と尾翼１２０が受ける風による力のバランスする向きに常に向くようになっているが、風向きに対して前後にも左右一対の翼が従列して装備する別の実施態様の構成おいては、尾翼１２０は必ずしも必要ではない。
【００２１】
以上が、羽ばたき型風力発電機の一実施態様における全体の動作であるが、次に、この動作を効率的に行うための翼の往復運動と上下端におけるピッチ角の効果的反転手段を図２と図３を用いて説明する。
【００２２】
図２は、本発明による羽ばたき型風力発電機のピッチ角の効果的反転手段の一実施態様、特にピッチ角を決めるツメを説明する図である。
図２において、２−Aでは、「ベルヌーイの定理」として広く知られる空気の性質について示した図である。翼１００の前方から風２０１が流れている時、翼１００の上面はカーブしている分、下面より面に沿う風の走る距離が長いので、翼上面を流れる風２０２は、翼下面を流れる風２０３よりも長い距離を早いスピードで流れなければならなくなる。「水や空気のような流体は、流速が早くなるにしたがって圧力が低くなる」という「ベルヌーイの定理」によって、翼上面を高速で流れる風の圧力は、翼下面に比べ低下する。生じた圧力の差は圧力の高い下方から圧力の低い上方へと翼を引き上げる揚力２０５を生み出している。
【００２３】
本発明の羽ばたき型風力発電機では、このような特性と慣性力を利用して羽ばたきを実現している。２−Bでは翼１００の上行時、２−Cでは翼１００の下行時を示しているが、ピッチ角規定ツメ２０４を付設した。図１では、翼１００に付いた回転ブーツ１０２と受け側ブーツ１０３に付いたツメ（停止片）を例示した。そこでは、翼１００の一部（回転ブーツ１０２のツメ）とピッチ角規定ツメ２０４（受け側ブーツ１０３に付いたツメ）があたり、翼１００の風に対するピッチ角がツメの位置により決まるようになっている。
風２０１に対して翼のピッチ角を保ったまま、効果的に空力トルクを発生させ、上下端まで往復運動を行うことが可能となる。
【００２４】
図３は、本発明による羽ばたき型風力発電機のピッチ角の効果的反転手段の一実施態様、特にピッチ回転を有効にする錘を説明する図である。
図において、翼１００の翼端後縁部分に錘３００を付設することにより、上下端でのピッチ角反転において、慣性力によりピッチ角を正負に反転させることが可能となる。尚、この図には示さないが、ピッチ回転軸の回りに反転するトルクを与えるために、翼１００の付け根側の回転ブーツ１０２に、ピッチ回転軸に直角な方向にアームをつけ錘（ボブウェイト）を設ける手段も取れる。
【００２５】
図４は、本発明による羽ばたき型風力発電機の風に対する左右のリード・ラグ角の維持、強風時の翼のフォールディング機能について説明する図である。強風下で本発明の羽ばたき型風力発電機を運転すると、設計上の強度を超えて回転往復運動を行う場合が考えられ、破損の原因となる為、受ける風圧を軽減させる手段が必要となる。そこで、本発明の羽ばたき型風力発電機では、翼１００に閾値以上の風圧を受けた場合に、翼のリード・ラグ角を変化させ、前記翼を折りたたむフォールディング手段を創出することを提案する。リード・ラグ角とは、風向きと直角、且つ水平な方向と翼の付け根から先端に向く軸のなす角度である。これが大きいときは翼が風向きに平行に近くなり、強風による風圧を逃がすことが可能である。
【００２６】
４−Aは通常運転時の状態を表し、４−Bは強風４００の風圧に対応して、翼１００が後方へ折り畳まれたラグ状態を表している。
図1では、受け側ブーツ１０３は、リード・ラグ回転連結具１０４を介して、回転軸連結具１０５に接続されていることを記述した。
リード・ラグ回転連結具１０４の回転軸は、水平且つ回転軸１０８に直角な方向であるので、回転軸連結具１０５に対して、受け側ブーツ１０３、従って、翼１００は、回転軸１０８の長さ方向に回転し折れ曲がることができる。
受け側ブーツ１０３または、これに固定された部分には、伝達ワイヤー４０１の一端が接続されている。伝達ワイヤー４０１のアウターチューブ４０２の一端は、回転軸連結具１０５の側面に固定されている。また、伝達ワイヤー４０１の他端は、ガススプリング４０３の一端に固定され、伝達ワイヤーのアウターチューブ４０２の他端は、ベーステーブル１１９に固定されたガススプリング設置架台４０４についたアウターチューブ固定部４０５に接続されている。
また、ガススプリング４０３の下端は、ガススプリング設置架台４０４の下部に回転自在に取り付けられ、上端は、ガススプリング設置架台４０４の上部に回転自在に取り付けられている。
【００２７】
尚、ガススプリングの働きは、以下のように風圧に抗して翼１００のリード・ラグ角を保持することであるので、一般的には、ガススプリング以外にも弾性体であれば利用することが可能である。
４−Aの通常運転時の状態では、左右の翼１００は、風２０１の風圧に対して、伝達ワイヤー４０１を介しガススプリング４０３の反発力によりカウンタバランスされており、リード・ラグ角は変化することなく翼１００には空力トルクが掛かるため、回転往復運動を行うことができる。
【００２８】
しかし、４−Bでは、ガススプリング４０３の反発力を、強風４００の風圧が上回る状態であって、伝達ワイヤー４０１が、翼１００、従って、受け側ブーツ１０３または、これに固定された部分に引っ張られ、リード・ラグ回転連結具１０４の回転軸の回りに回転し後方へ折り畳まれることにより、強風を回避するフォールディング状態を創出する。また、翼１００に受けた強風４００の風圧が弱まれば、ガススプリング４０３の反発力によって伝達ワイヤー４０１が戻され、フォールディング状態から通常運転状態へと復帰することが可能となる。
【００２９】
また、左右の翼が各々の伝達ワイヤー４０１を介して、１つのガススプリング４０３に接続することで、左右の翼が同期してリード・ラグ角の変化をすることで、より安定して強風回避を行うことが可能となる。
【００３０】
次に、図５は、本発明による羽ばたき型風力発電機の別の実施態様であり、ピストンの往復運動から直接リニア発電機を駆動する例を示す。
５−Aは本発明の羽ばたき型風力発電機を前面から示している。図１で説明したように、翼１００、従って、回転軸１０８の回転往復運動を、アーム１０９とメインリンク１１０を介してリンク受け具１１１に伝え、リンク受け具１１１に接続されたピストン１１２へ往復運動を伝達している。
回転発電機では、ピストン１１２の往復運動をクランク１１６の機構により回転運動に変えて、増速器１１７を介して、発電手段１１８を駆動して発電していた。図5では、回転運動による発電を行わず、ピストン１１２の往復運動から発電を行う。
この例では、ピストン１１２が貫通しているピストンハウジング１１３部分にリニア式の発電手段を備えることにより、更に発電効率を向上させることを提案する。
【００３１】
５−Bでは、５−Aのピストンハウジング１１３の部分を拡大して示した透視図である。ピストンハウジング１１３内側には、ピストン１１２を取り巻くような円筒形様を成すように数個の発電コイル５０１が段組して付設され、ピストン１１２には、発電コイル５０１の内側に収まる大きさの円筒形様に数個付設した高性能な磁石５００が、ピストン１１２を取り巻くように付設されている。翼１００の羽ばたきによる回転往復運動がピストン１１２に伝達されることにより、ピストンハウジング１１３内で、ピストン１１２とともに、磁石５００が往復運動を行うことにより、発電コイル５０１に電位差が生じ、発電が成される。この時、ピストンハウジング１１３から下方向へ突き抜けているピストン１１２の下端部分に、１−Cで説明した、連結具１１４、連結バー１１５、クランク１１６、増速器１１７を介して、回転式の発電機に接続することも可能であり、この場合は、リニア式発電機と回転式の発電機、両方の発電手段を用いることにより、より多くの発電量を創出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明による羽ばたき型風力発電機は、羽ばたく左右の翼が、同期して回転往復運動を行い、翼の向きの変化点で翼のピッチ角を正負に反転させるピッチ角反転を有効に行わせ、リード・ラグ角を左右の翼で同期させ、弱風下における起動性能を向上させ、強風時においては、安全状態を創出することにより、破損の危険性を軽減し、また、羽ばたきによって得られた運動エネルギーを、回転による発電以外にピストンの往復運動から直接発電を行わせることもでき、又、二つの発電手段を用いて効率よく電気エネルギーに変換する手段などを備え、発電動作を効率的行うことが可能となるので、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】
【００３３】
１００、６０１  翼
１０１  ピッチ回転軸
１０２  回転ブーツ
１０３  受け側ブーツ
１０４  リード・ラグ回転連結具
１０５  回転軸連結具
１０６  カウンタウエイト
１０７  回転軸支持体
１０８  回転軸
１１２  ピストン
１１３  ピストンハウジング
１０９  アーム
１１０  メインリンク
１１１  リンク受け具
１２０  尾翼
１１８  発電手段
１１９  ベーステーブル
１１７  増速器
１１４  連結具
１１５  連結バー
１１６  クランク
１２１  固定台座
１２２  ヨー角回転手段
２０１  風
２０２  翼上面を流れる風
２０３  翼下面を流れる風
２０４  ピッチ角規定ツメ
２０５  揚力
３００  錘
４００  強風
４０１  伝達ワイヤー
４０２  アウターチューブ
４０３  ガススプリング
４０４  ガススプリング設置架台
４０５  アウターチューブ固定部
５００  磁石
５０１  発電コイル
６０２  円
６０３  支柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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