(57)【要約】【課題】回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力をスパイラル条によって増大させて、発電効率を格段に上昇させることができるマグナス型風力発電装置を提供する。【解決手段】各回転円柱７の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力により水平回転軸５を回転させて発電機構部３を駆動するマグナス型風力発電装置１であって、回転円柱７の外周表面７’には、凸状に形成されたスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが設けられ、このスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃにより回転円柱７の外周表面７’に、少なくとも回転円柱７の軸と平行な空気の流れ成分Ｖを発生させる構造を有し、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃにおける回転円柱７の外周表面７’からの突出長が、回転円柱７の水平回転軸５に近い基端部側よりも回転円柱７の先端部側の方が大きく形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機構部に回転トルクを伝達する水平回転軸と、該水平回転軸から略放射状に所要数配設された回転円柱とを備え、該各回転円柱がこれら回転円柱の軸周りに回転することで、該各回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力により前記水平回転軸を回転させて前記発電機構部を駆動するマグナス型風力発電装置であって、
前記回転円柱の外周表面には、凸状に形成されたスパイラル条が設けられ、該スパイラル条により前記回転円柱の外周表面に、少なくとも該回転円柱の軸と平行な空気の流れ成分を発生させる構造を有し、
前記スパイラル条における前記回転円柱の外周表面からの突出長が、該回転円柱の前記水平回転軸に近い基端部側よりも該回転円柱の先端部側の方が大きく形成されていることを特徴とするマグナス型風力発電装置。
【請求項２】
前記回転円柱の直径は、その基端部から先端部にかけて同径に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマグナス型風力発電装置。
【請求項３】
前記スパイラル条は、前記回転円柱の基端部から先端部にかけてひとつながりに連なって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のマグナス型風力発電装置。
【請求項４】
前記回転円柱には、該回転円柱の基端部の領域と、該回転円柱の先端部の領域との少なくとも２つの領域が設けられており、前記スパイラル条の突出長は、それぞれの前記領域内で、それぞれ一定の突出長として形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のマグナス型風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力により水平回転軸を回転させて発電機構部を駆動させるマグナス型の風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水平回転軸に対して放射状に所要数配設した回転円柱を備え、駆動モータを駆動させることにより各回転円柱をその軸周りに回転させ、これらの回転する回転円柱に自然風が当たったときに、回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス効果による揚力により水平回転軸を回転させて、その水平回転軸の回転を発電機に伝達することで発電を行うマグナス型風力発電装置がある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、マグナス型風力発電装置における回転円柱の長手方向の全長に渡って、スパイラル状の突条（スパイラル条）が、回転円柱の外周面に一体に巻き回して形設され、自然風や回転円柱の回転によって発生する回転円柱の表層の空気の動きとは別に、突条によって回転円柱の外周面に空気流動を発生させることで、マグナス揚力を増大させ、風力発電装置の発電効率を低風速域から比較的高風速域にかけて格段に上昇させたマグナス型風力発電装置がある（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
【特許文献１】米国特許第４３６６３８６号明細書
【特許文献２】国際公開第２００５／７５８２０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のマグナス型風力発電装置にあっては、回転円柱を回転させることでマグナス揚力を発生させ、水平回転軸を回転させて発電を行っているため、発電量を上げるためには、回転円柱の回転速度を上げてマグナス揚力を強める必要がある。しかしながら、回転円柱を高速で回転させるために、多くのエネルギーが消費されてしまい発電効率が悪くなるという問題がある。【０００６】
また、特許文献２に記載のマグナス型風力発電装置にあっては、回転円柱に突条（スパイラル条）を設けることでマグナス揚力を増大させることができるが、その突条の突出長が、回転円柱の長手方向の全長に渡って均一に形成されおり、回転円柱が水平回転軸を中心として回動した際に、回転円柱の先端部には、その基端部よりも多くの空気流が当たるようになっているため、回転円柱の先端部と基端部とで、同じ突出長の突条を用いていたのでは、十分に発電効率を高められないという問題がある。【０００７】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力をスパイラル条によって増大させて、発電効率を格段に上昇させることができるマグナス型風力発電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のマグナス型風力発電装置は、
発電機構部に回転トルクを伝達する水平回転軸と、該水平回転軸から略放射状に所要数配設された回転円柱とを備え、該各回転円柱がこれら回転円柱の軸周りに回転することで、該各回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力により前記水平回転軸を回転させて前記発電機構部を駆動するマグナス型風力発電装置であって、
前記回転円柱の外周表面には、凸状に形成されたスパイラル条が設けられ、該スパイラル条により前記回転円柱の外周表面に、少なくとも該回転円柱の軸と平行な空気の流れ成分を発生させる構造を有し、
前記スパイラル条における前記回転円柱の外周表面からの突出長が、該回転円柱の前記水平回転軸に近い基端部側よりも該回転円柱の先端部側の方が大きく形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、回転円柱が水平回転軸を中心として回動されると、回転円柱の先端部側の周速度は、基端部側の周速度よりも早くなっており、その状態の回転円柱の先端部側には、基端部側よりも多くの空気流が当たるようになっている。そのためスパイラル条の突出長を回転円柱の基端部側よりも先端部側の方を大きく形成することで、回転円柱の先端部側の空気流を突出長の大きいスパイラル条によって、効率よく回転円柱の軸と平行な空気の流れ成分を含んだ空気流とすることができる。従って、回転円柱の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力が増大し、風力発電装置の発電効率を格段に上昇させることができる。【０００９】
本発明の請求項２に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項１に記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記回転円柱の直径は、その基端部から先端部にかけて同径に形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、回転円柱およびスパイラル条を含めた受風面積が、回転円柱の基端部側よりも先端部側の方が大きくなり、自然風や回転円柱が水平回転軸を中心として回動することで回転円柱の先端部に当たる多くの空気流をスパイラル条で十分に受けられるようになる。【００１０】
本発明の請求項３に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項１または２に記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記スパイラル条は、前記回転円柱の基端部から先端部にかけてひとつながりに連なって形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、スパイラル条によって形成される回転円柱の軸と平行な空気の流れ成分を含んだ空気流が、スパイラル条に沿ってスムーズに流れるようになる。【００１１】
本発明の請求項４に記載のマグナス型風力発電装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載のマグナス型風力発電装置であって、
前記回転円柱には、該回転円柱の基端部の領域と、該回転円柱の先端部の領域との少なくとも２つの領域が設けられており、前記スパイラル条の突出長は、それぞれの前記領域内で、それぞれ一定の突出長として形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、回転円柱の基端部および先端部のそれぞれの領域内で、スパイラル条の突出長を一定に形成することで、スパイラル条の製造が容易になり、マグナス型風力発電装置の製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】マグナス揚力の説明図である。
【図２】実施例１におけるマグナス型風力発電装置を示す正面図である。
【図３】実施例１におけるマグナス型風力発電装置を示す側面図である。
【図４】実施例１におけるスパイラル条が設けられた回転円柱を示す正面図である。
【図５】図４における回転円柱を示すＡ−Ａ断面図である。
【図６】図４における回転円柱を示すＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図４における回転円柱を示すＣ−Ｃ断面図である。
【図８】従来におけるスパイラル条が設けられた回転円柱を示す正面図である。
【図９】実施例２におけるスパイラル条が設けられた回転円柱を示す正面図である。
【図１０】実施例３におけるスパイラル条が設けられた回転円柱を示す正面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１                マグナス型風力発電装置
３                発電機構部
５                回転体（水平回転軸）
７                回転円柱
７’              外周表面
８ａ，８ｂ，８ｃ  スパイラル条
１０              アウターシャフト（水平回転軸）
１５              発電機
１８              駆動モータ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るマグナス型風力発電装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下に説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図１は、マグナス揚力の説明図であり、図２は、実施例１におけるマグナス型風力発電装置を示す正面図であり、図３は、実施例１におけるマグナス型風力発電装置を示す側面図であり、図４は、実施例１におけるスパイラル条が設けられた回転円柱を示す正面図であり、図５は、図４における回転円柱を示すＡ−Ａ断面図であり、図６は、図４における回転円柱を示すＢ−Ｂ断面図であり、図７は、図４における回転円柱を示すＣ−Ｃ断面図であり、図８は、従来におけるスパイラル条が設けられた回転円柱を示す正面図である。以下、図２、図４および図８の紙面手前側をマグナス型風力発電装置の正面側（前方側）とし、図３、図５、図６および図７の紙面右方側をマグナス型風力発電装置の正面側（前方側）として説明する。【００１６】
一般的なマグナス揚力の発生メカニズムについて説明すると、図１の円筒形状を成す回転円柱Ｃの断面図に示すように、回転する回転円柱Ｃに当たった空気の流れは、図１のような回転円柱Ｃの回転方向（左回り）と空気流Ｎ０の向きでは、回転円柱Ｃの回転とともに上方に流れるようになり、このとき回転円柱Ｃの上方側を流れる空気が、回転円柱Ｃの下方側を流れる空気の速度よりも速く流れるので、回転円柱Ｃの上方側の負圧と下方側の正圧とで空気圧に差が生じるマグナス効果が生じるようになり、回転円柱Ｃには、空気の流れＮ０と垂直をなす方向にマグナス揚力Ｙ０が発生するようになっている。【００１７】
図２および図３に示す符号１は、本発明の適用されたマグナス型風力発電装置であり、このマグナス型風力発電装置１は、地面に立設された支台２の上部に、水平方向に旋回自在に軸支される発電機構部３を有しており、この発電機構部３は、内部に配置された鉛直モータ４を駆動させることで水平方向に旋回できるようになっている。【００１８】
図２および図３に示すように、発電機構部３の正面側には、回転の軸心が水平方向を向く本実施例における水平回転軸としての回転体５が配置されており、この回転体５は図２を参照すると正面視で右回りに回転するように軸支されている。回転体５の正面側には、フロントフェアリング６が取り付けられており、回転体５の外周には、５本の略円筒形状の回転円柱７が放射状に配置されている。各々の回転円柱７は、これら回転円柱７の軸周りの予め決められた回転方向に回転自在に軸支されている。【００１９】
図４に示すように、回転円柱７の外周表面７’には、回転円柱７の基端部から先端部までの全長に渡って、スパイラル（螺旋）状に形成されたスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが一体に巻き回して形成されており、このスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃは、回転円柱７の外周表面７’から突出するように略凸状に形成されている。また、この凸状スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃは、１つの回転円柱７の外周表面７’に６条設けられている。【００２０】
また、回転円柱７の直径は、その基端部から先端部にかけて同径に形成されており、更に、回転円柱７の先端面には、回転円柱７の直径よりも大きな直径を有する円盤状のエンドキャップ９が取り付けられている。【００２１】
所要幅、所要高さの６重螺旋をなすスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃは、回転円柱７の長手方向の全体に渡って設けられ、回転円柱７の先端側から見たときに右ネジ状の右螺旋状をなすように固着されている（図５、図６、図７参照）。【００２２】
本実施例では、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃは、ポリカーボネート等の合成樹脂の材質で形成されている。尚、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃは、耐候性および耐久性を有する軽量合金等の材質で製作してもよいし、耐候性および耐久性を有するスポンジ等の材質で製作してもよい。【００２３】
図３に示すように、発電機構部３の内部には、長手方向が水平方向を向く本実施例における水平回転軸としてのアウターシャフト１０が配置されており、アウターシャフト１０は発電機構部３内部に配置されたベアリング１１を介して垂直方向に回動自在に支持されている。このアウターシャフト１０の軸内は貫通されており、アウターシャフト１０の軸内には、インナーシャフト１２が挿設されている。【００２４】
図３に示すインナーシャフト１２はアウターシャフト１０内部に配置されたベアリング１３を介して垂直方向に回動自在に軸支されている。アウターシャフト１０およびインナーシャフト１２は互いに独立して回動することができる。【００２５】
図３に示すように、アウターシャフト１０の後端には、ギア１４が固着されており、このギア１４は、発電機構部３内の発電機１５に接続されているギア１６と係合されている。アウターシャフト１０の前端には、発電機構部３の外方に突出されており、このアウターシャフト１０の前端に回転体５が固着されている。【００２６】
図３に示すように、インナーシャフト１２の後端は、アウターシャフト１０から突出されたギア１７が固着されており、このギア１７は、発電機構部３内の駆動モータ１８と連動されているギア１９と係合される。また、インナーシャフト１２の前端は、アウターシャフト１０から突出されており、このインナーシャフト１２の前端には、大径のベベルギア２０が固着されている。【００２７】
図３に示す駆動モータ１８とギア１９との間には、駆動モータ１８の回転力を一方向に伝達するワンウェークラッチ２２が配置されており、ギア１９の回転によって駆動モータ１８に逆方向の回転力が加わっても、ワンウェークラッチ２２によって駆動モータ１８の逆回転を防止できるようになっている。更に、発電機構部３内部には、駆動モータ１８の起動用の電力を蓄えるバッテリー２３が配置されている。尚、鉛直モータ４や駆動モータ１８は、マグナス型風力発電装置１の周囲環境の風向や風速を観測する風向計（図示略）や風速計（図示略）に接続された制御回路２４によって制御されるようになっている。【００２８】
図２に示すように、インナーシャフト１２に固着された大径のベベルギア２０は、アウターシャフト１０に固着された正面側の回転体５内部の中心に配置されるとともに、このベベルギア２０は前方側に向かって窄まるように配置されている。更に、この大径のベベルギア２０には、５つの小径のベベルギア２１が係合されており、５つの小径のベベルギア２１は、回転体５の外周に配置された５本の回転円柱７の基部に連結されている。【００２９】
図３に示す発電機構部３内部の駆動モータ１８を駆動させるとインナーシャフト１２を介して駆動モータ１８の動力が大径のベベルギア２０に伝達され、このベベルギア２０に係合される５つの小径のベベルギア２１が回転され、各々のベベルギア２１に連結された５本の回転円柱７が、該回転円柱７の軸回りに回転されるようになっている。【００３０】
マグナス型風力発電装置１を用いて発電する際には、先ず風向計（図示略）によって風向きを検出し、制御回路２４が鉛直モータ４を駆動させて、回転体５の正面側から風が当たるように、風向きに合わせて発電機構部３を旋回させる。すると図３に示すように、マグナス型風力発電装置１の正面側から自然風Ｎが当たるようになる。【００３１】
そして、発電機構部３内部のバッテリー２３に蓄えられている起動用の電力を駆動モータ１８に供給し、駆動モータ１８を駆動させる。インナーシャフト１２およびベベルギア２０、２１を介して駆動モータ１８の動力が伝達され、各々の回転円柱７が回転しはじめる。各々の回転円柱７の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力Ｙによって、回転円柱７および回転体５は、アウターシャフト１０を軸心として回転されるようになる。【００３２】
図５、図６、図７を参照して回転円柱７の回転方向とスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの巻き方について詳述すると、回転円柱７の先端側から見たときに、回転円柱７のスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの巻き方が右ネジ状の右螺旋状をなす場合、回転円柱７の回転方向は左回りとなっている。スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの巻き方向が回転円柱７の回転方向に対して逆向きとなっているため、図２および図４に示すように、回転円柱７の外周表面７’を流れる空気を回転体５に近づく方向に向けて流すことができる。【００３３】
図４に示すように、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが回転円柱７に施されることにより、回転円柱７の回転時に、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃによって、空気の流れＦが発生する。この際、回転円柱７の外周表面７’に、自然風Ｎや回転円柱７と伴に回転する回転円柱７の表層の空気の動きとは別に、回転円柱７の軸と平行な空気の流れ成分Ｖ（ベクトル成分Ｖ）を発生させることができる。図２に示すように、この空気の流れ成分Ｖは、回転円柱７の先端側から回転体５（回転円柱７の基端側）に向けて流れるようになっている。【００３４】
図４および図５に示すように、回転円柱７の外周の空気流、すなわち回転円柱７の外周表面７’に空気流動Ｆを発生させることで、自然風Ｎと、回転円柱７と伴に回転する回転円柱７の表層の空気の動きとで形成される三次元的な空気流が形成される。【００３５】
そして図５に示すように、各々の回転円柱７の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力Ｙが増大される。ここで言うスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃで与えられる空気の流れＦは、全てが回転円柱７の軸と平行な方向を向いている必要はなく、少なくとも回転円柱７の軸と平行なベクトル成分Ｖがあれば十分効果がある。発明者の１つの考察であるが、マグナス揚力Ｙが高まる理由として、回転円柱７に加わる負圧と正圧との差圧が高まる現象や、揚力発生面が拡大する現象等が発生していると考えられる。【００３６】
また、エンドキャップ９を利用すると、マグナス効果が向上するようになっている。すなわちエンドキャップ９が回転円柱７の先端面に設けられることによって、このエンドキャップ９が空気流Ｆに好影響を与え、マグナス揚力Ｙの向上が見られる。【００３７】
図３に示すように、回転体５が回転すると、アウターシャフト１０の後端に連結された発電機１５が駆動されて発電が行われる。更に、この回転円柱７の回転に基づいて、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃによる回転円柱７の軸方向への空気の流れが増大するので、回転円柱７のマグナス揚力Ｙが増大され、発電機１５を駆動するアウターシャフト１０の回転トルクが増大されるようになる。従って、マグナス型風力発電装置１の発電効率を上げることができるようになっている。【００３８】
尚、発電機１５によって発電が開始されると、この発電された電力の一部を、回転円柱７を回転させるための駆動モータ１８に供給させて補助電力として利用でき、かつ次回の起動用の電力としてバッテリー２３に蓄えることもできる。【００３９】
次に、本実施例のマグナス型風力発電装置１に用いられている凸状スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃについて詳述する。先ず図５、図６、図７に示すように、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの形状は、断面視で略矩形状を成しており、このスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの断面形状は、各々のスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの長手方向全体に渡って同一になるように形成されている。【００４０】
また、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの回転円柱７の外周表面７’からの突出長Ｌは、略２０〜３０ｍｍとなるように形成されている。本実施例では、２０ｍｍの突出長Ｌ１を有するスパイラル条８ａと、２５ｍｍの突出長Ｌ２を有するスパイラル条８ｂと、３０ｍｍの突出長Ｌ３を有するスパイラル条８ｃの３種類の高さの異なるスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが設けられている。更に、図４に示すように、回転円柱７は、回転体５に近い側から順に、基端部の領域Ｄ１と、中央部の領域Ｄ２と、先端部の領域Ｄ３との３つの領域に区分けることができる。【００４１】
図４および図５に示すように、回転円柱７における基端部の領域Ｄ１には、所定の突出長Ｌ１を有する６条のスパイラル条８ａが、回転円柱７の断面円周上において等間隔に設けられている。尚、回転円柱７の基端部の領域Ｄ１に設けられている６条のスパイラル条８ａの内、３条のスパイラル条８ａは、回転円柱７の中央部の領域Ｄ２まで延設されている（図６参照）。【００４２】
図４および図６に示すように、回転円柱７における中央部の領域Ｄ２には、前述した基端部の領域Ｄ１から延設された３条のスパイラル条８ａと、所定の突出長Ｌ２を有する３条のスパイラル条８ｂとが、回転円柱７の断面円周上において等間隔に設けられ、これら突出長Ｌ２の大きいスパイラル条ｂと、突出長Ｌ１が小さいスパイラル条８ａとが、それぞれ交互に適正に配置されている。尚、回転円柱７の中央部の領域Ｄ２に設けられているスパイラル条８ｂは、回転円柱７の先端部の領域Ｄ３まで延設されている（図７参照）。【００４３】
図４および図７に示すように、回転円柱７における先端部の領域Ｄ３には、前述した中央部の領域Ｄ２から延設された３条のスパイラル条８ｂと、所定の突出長Ｌ３を有する３条のスパイラル条８ｃとが、回転円柱７の断面円周上において等間隔に設けられ、これら突出長Ｌ３の大きいスパイラル条８ｃと、突出長Ｌ２が小さいスパイラル条８ｂとが、それぞれ交互に適正に配置されている。【００４４】
尚、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃは、各々のスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが設けられた領域Ｄ内では、一定の突出長Ｌとして形成されている。すなわち、スパイラル条８ｃは、回転円柱７の先端部の領域Ｄ３内で、一定の突出長Ｌ３に形成され、スパイラル条８ｂは、回転円柱７の先端部の領域Ｄ３から中央部の領域Ｄ２に渡って、一定の突出長Ｌ２に形成されている。【００４５】
尚、突出長Ｌ１のスパイラル条８ａに関しては、回転円柱７の基端部の領域Ｄ１に設けられた６条のスパイラル条８ａの内、３条のスパイラル条８ａは、回転円柱７の基端部の領域Ｄ１内で、一定の突出長Ｌ１に形成され、残りの３条のスパイラル条８ａは、回転円柱７の基端部の領域Ｄ１から中央部の領域Ｄ２に渡って、一定の突出長Ｌ１に形成されている。【００４６】
このように回転円柱７の基端部、中央部、先端部のそれぞれの領域内Ｄで、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの突出長Ｌを一定に形成することで、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの製造が容易になり、マグナス型風力発電装置１の製造コストを低減させることができる。【００４７】
尚、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの突出長Ｌは、最小の突出長Ｌ１が略２０ｍｍ以上で、最大の突出長Ｌ３が略３０ｍｍ以下であることが好適である。また、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの突出長Ｌは、回転円柱７の長さや直径に関係なく、略２０〜３０ｍｍとなっていればよく、そのため各々の突出長Ｌのスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの生産ラインを共用化できるようになり、回転円柱７の製造コストが低減される。【００４８】
また、スパイラル条８ａとスパイラル条８ｂとは、回転円柱７の基端部の領域Ｄ１から中央部の領域Ｄ２にかけてひとつながりに連なって形成されているとともに、スパイラル条８ｂとスパイラル条８ｃとは、回転円柱７の中央部の領域Ｄ２から先端部の領域Ｄ３にかけてひとつながりに連なって形成されている。このようにスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃは、回転円柱７の基端部から先端部にかけてひとつながりに連なって形成されていることで、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃによって形成される回転円柱７の軸と平行な空気の流れ成分Ｖを含んだ空気流が、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃに沿ってスムーズに流れるようになる。【００４９】
また、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの突出長Ｌは、回転円柱７の基端部の領域Ｄ１、中央部の領域Ｄ２、先端部の領域Ｄ３の順で大きくなっていくことが好ましい。このようにスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの突出長Ｌを回転円柱７の基端部、中央部、先端部の順で、順次変化させていくことで、回転円柱７の各々の部位（領域Ｄ）に当たる空気流に応じてスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが空気の流れ成分Ｖを発生させることができ、効率的にマグナス揚力Ｙを発生させることができる。【００５０】
尚、本実施例では、回転円柱７の中央部の領域Ｄ２では、突出長Ｌ１のスパイラル条８ａと突出長Ｌ２のスパイラル条８ｂとが設けられ、回転円柱７の先端部の領域Ｄ３では、突出長Ｌ２のスパイラル条８ｂと突出長Ｌ３のスパイラル条８ｃとが設けられているが、本実施例の場合には、各々の領域Ｄにおけるスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの突出長Ｌを平均した値が、回転円柱７の基端部、中央部、先端部の順で、順次大きくなるように構成すればよい。【００５１】
以上、本実施例におけるマグナス型風力発電装置１では、回転円柱７が回転体５中心として回動されると、回転円柱７の先端部側の周速度は、基端部側の周速度よりも早くなっており、その状態の回転円柱７の先端部の領域Ｄ３には、その基端部の領域Ｄ１よりも多くの空気流が当たるようになっている。そのためスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの突出長Ｌを回転円柱７の基端部側よりも先端部側の方を大きく形成することで、回転円柱７の先端部側の空気流を突出長Ｌ２，Ｌ３の大きいスパイラル条８ｂ，８ｃによって、効率よく回転円柱７の軸と平行な空気の流れ成分Ｖを含んだ空気流Ｆとすることができる。従って、回転円柱７の回転と風力との相互作用で生じるマグナス揚力Ｙが増大し、風力発電装置１の発電効率を格段に上昇させることができる。また、回転円柱７の先端部側、すなわち回転体５から離れた箇所のマグナス揚力Ｙを増大させることで、発電機構部３を駆動する回転体５の回転トルクを効率よく増大させることができる。【００５２】
また、回転円柱７の直径は、その基端部から先端部にかけて同径に形成されていることで、回転円柱７およびスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃを含めた受風面積が、回転円柱７の基端部側よりも先端部側の方が大きくなり、自然風Ｎや回転円柱７が回転体５を中心として回動することで回転円柱７の先端部に当たる多くの空気流を突出長Ｌ２，Ｌ３の大きいスパイラル条８ｂ，８ｃで十分に受けられるようになる。【００５３】
次に、発明者がスパイラル条８ａの突出長Ｌについて検証した検証実験の結果を詳述する。この検証実験では、前述した図４に示す実施例１におけるスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが設けられた回転円柱７を備えたマグナス型風力発電装置１の正味出力[W]の値と、図８に示す従来におけるスパイラル条８ａが設けられた回転円柱７０を備えたマグナス型風力発電装置１の正味出力[W]の値とを比較して行った。尚、正味出力[W]とは、マグナス型風力発電装置１が発電した電力から、駆動モータ１８の駆動に用いた電力を減算したときの電力である。【００５４】
図８に示すように、従来における回転円柱７０には、回転円柱７の基端部から先端部までの全長に渡って、一定の突出長Ｌ１（２０ｍｍ）を有する６条のスパイラル条８ａが設けられている。【００５５】
表１は、実施例１におけるスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが設けられた回転円柱７を用いて実験したときの自然風の風速[m/s]と、マグナス型風力発電装置１の正味出力[W]との関係を示すグラフであり、表２は、従来におけるスパイラル条８ａが設けられた回転円柱７０を用いて実験したときの自然風の風速[m/s]と、マグナス型風力発電装置１の正味出力[W]との関係を示すグラフである。【００５６】
【表１】
2008087699.tif 000003
【００５７】
【表２】
2008087699.tif 000004
【００５８】
表１および表２に示すように、風速１〜１２m/sの状態において、実施例１におけるスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが設けられた回転円柱７を備えたマグナス型風力発電装置１の正味出力[W]の値が、従来におけるスパイラル条８ａが設けられた回転円柱７０を備えたマグナス型風力発電装置１の正味出力[W]の値よりも高くなっていることが分かる。【００５９】
以上の検証実験の結果からも分かるように、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃにおける回転円柱７の外周表面７’からの突出長Ｌが、回転円柱７の回転体５に近い基端部側よりも回転円柱７の先端部側の方が大きくなるように、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃを回転円柱７に施すことが、最も効率的に発電効率を上昇できることが分かる。
【実施例２】
【００６０】
次に、実施例２に係る回転円柱７について、図９を参照して説明する。尚、実施例１に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。実施例２におけるスパイラル条８ａ，８ｃが設けられた回転円柱７を示す正面図である。以下、図９の紙面手前側を回転円柱７の正面側（前方側）として説明する。【００６１】
図９に示すように、回転円柱７の外周表面７’には、凸状スパイラル条８ａ，８ｃが一体に巻き回して形成され、１つの回転円柱７に対して６条のスパイラル条８ａ，８ｃが設けられている。実施例３では、実施例１で用いた２０ｍｍの突出長Ｌ１を有するスパイラル条８ａと、３０ｍｍの突出長Ｌ３を有するスパイラル条８ｃの２種類の高さの異なるスパイラル条８ａ，８ｃが設けられている。更に、回転円柱７は、回転体５に近い側から順に、基端部の領域Ｄ４と、先端部の領域Ｄ５との２つの領域に区分けることができる。【００６２】
スパイラル条８ａ，８ｃについて詳述すると、回転円柱７における基端部の領域Ｄ４には、所定の突出長Ｌ１を有する６条のスパイラル条８ａは、回転円柱７の断面円周上において等間隔に設けられている。尚、回転円柱７の基端部の領域Ｄ４に設けられている６条のスパイラル条８ａの内、３条のスパイラル条８ａは、回転円柱７の中央部の領域Ｄ５まで延設されている。【００６３】
更に、回転円柱７における先端部の領域Ｄ５には、前述した先端部の領域Ｄ４から延設された３条のスパイラル条８ａと、所定の突出長Ｌ３を有する３条のスパイラル条８ｃとが、回転円柱７の断面円周上において等間隔に設けられ、これら突出長Ｌ３の大きいスパイラル条８ｃと、突出長Ｌ１が小さいスパイラル条８ａとが、それぞれ交互に適正に配置されている。【００６４】
尚、スパイラル条８ａ，８ｃは、各々のスパイラル条８ａ，８ｃが設けられた領域Ｄ内では、一定の突出長Ｌとして形成されている。すなわち、スパイラル条８ｃは、回転円柱７の先端部の領域Ｄ５内で、一定の突出長Ｌ３に形成されており、突出長Ｌ１のスパイラル条８ａに関しては、回転円柱７の基端部の領域Ｄ４に設けられた６条のスパイラル条８ａの内、３条のスパイラル条８ａは、回転円柱７の基端部の領域Ｄ４内で、一定の突出長Ｌ１に形成され、残りの３条のスパイラル条８ａは、回転円柱７の基端部の領域Ｄ４から先端部の領域Ｄ５に渡って、一定の突出長Ｌ１に形成されている。【００６５】
以上、実施例２におけるマグナス型風力発電装置１では、回転円柱７が回転体５中心として回動することで、回転円柱７の先端部の領域Ｄ５には、その基端部の領域Ｄ４よりも多くの空気流が当たるようになっており、その空気流を突出長Ｌ３の大きいスパイラル条８ｃによって、効率よく回転円柱７の軸と平行な空気の流れ成分Ｖを含んだ空気流Ｆとすることができる。
【実施例３】
【００６６】
次に、実施例３に係る回転円柱７について、図１０を参照して説明する。尚、実施例１に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。実施例３におけるスパイラル条８ａ，８ｃが設けられた回転円柱７を示す正面図である。以下、図１０の紙面手前側を回転円柱７の正面側（前方側）として説明する。【００６７】
図１０に示すように、回転円柱７の外周表面７’には、凸状スパイラル条８ａ，８ｃが一体に巻き回して形成され、１つの回転円柱７に対して６条のスパイラル条８ａ，８ｃが設けられている。実施例３では、実施例１で用いた２０ｍｍの突出長Ｌ１を有するスパイラル条８ａと、３０ｍｍの突出長Ｌ３を有するスパイラル条８ｃの２種類の高さの異なるスパイラル条８ａ，８ｃが設けられている。更に、回転円柱７は、回転体５に近い側から順に、基端部の領域Ｄ６と、先端部の領域Ｄ７との２つの領域に区分けることができる。【００６８】
スパイラル条８ａ，８ｃについて詳述すると、回転円柱７における基端部の領域Ｄ６には、所定の突出長Ｌ１を有する６条のスパイラル条８ａは、回転円柱７の断面円周上において等間隔に設けられている。回転円柱７における先端部の領域Ｄ７には、所定の突出長Ｌ３を有する６条のスパイラル条８ｃが、回転円柱７の断面円周上において等間隔に設けられている。【００６９】
尚、スパイラル条８ａ，８ｃは、各々のスパイラル条８ａ，８ｃが設けられた領域Ｄ内では、一定の突出長Ｌとして形成されている。すなわち、スパイラル条８ｃは、回転円柱７の先端部の領域Ｄ７内で、一定の突出長Ｌ３に形成されており、スパイラル条８ａは、回転円柱７の先端部の領域Ｄ６内で、一定の突出長Ｌ１に形成されている。【００７０】
以上、実施例３におけるマグナス型風力発電装置１では、回転円柱７が回転体５中心として回動することで、回転円柱７の先端部の領域Ｄ７には、その基端部の領域Ｄ６よりも多くの空気流が当たるようになっており、その空気流を突出長Ｌ３の大きいスパイラル条８ｃによって、効率よく回転円柱７の軸と平行な空気の流れ成分Ｖを含んだ空気流Ｆとすることができる。【００７１】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。【００７２】
例えば、前記実施例では、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが、１つの回転円柱７に６条設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが１つの回転円柱７に、７条や８条や１０条、或いはそれ以上の複数条のスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃを回転円柱７に設けてもよい。【００７３】
また、前記実施例では、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃが、１つの回転円柱７に対して複数条設けられているが、回転円柱７には、少なくとも１条のスパイラル条が設けられていればよく、その１条のスパイラル条の突出長Ｌが、回転円柱７において基端部よりも先端部が大きくなっていれば、前記実施例と同様な効果を得ることができる。【００７４】
尚、回転円柱７に複数条設けられた全てのスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの突出長Ｌを変化させなくとも、少なくとも１条のスパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの突出長Ｌが、回転円柱７の基端部側よりも先端部側が大きくなっていれば、回転円柱７の軸と平行な空気の流れ成分Ｖを含んだ空気流Ｆを効率よく発生させることができる。【００７５】
また、前記実施例では、スパイラル条８ａ，８ｂ，８ｃの突出長Ｌが回転円柱７における所定の領域Ｄ内で、それぞれ一定の突出長Ｌとして形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、回転円柱７の長手方向全体に渡って設けられたスパイラル条の突出長Ｌが、回転円柱７の基端部から先端部に行くに従って次第に大きくなるように形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明のマグナス型風力発電装置によれば、大型風力発電から家庭用の小型風力発電に及んで活用できるようになり、風力発電業界に多大に貢献するようになる。更に、本発明のマグナス型の揚力発生メカニズムを、ロータ船、ロータビークル等に利用すれば、乗物における運動効率も向上すると考えられる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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