(57)【要約】【課題】円盤を効率良く回転させることにより、発電の効率を向上させ、小さなエネルギーで効率良く発電を行えるようにする。【解決手段】流体の流れを受けて回転する回転体に接続され、当該回転体の回転と共に回転する中心回転軸と、前記中心回転軸の回転に伴って回転する円盤と、前記円盤の外周縁と当該円盤の周囲とにそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及びコイルとを有し、前記円盤は、前記回転体の外径よりも大きいことを特徴とする。【選択図】  図１
2019140785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れを受けて回転する回転体に接続され、当該回転体の回転と共に回転する中心回転軸と、
前記中心回転軸の回転に伴って回転する回転盤と、
前記回転盤と対向して設けられ、前記中心回転軸の回転に伴って回転しない固定盤と、
前記回転盤と前記固定盤とにおいて、前記中心回転軸の軸方向に対向する位置にそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及び前記軸方向に平行なコイル中心軸を有する扁平コイルと、
前記扁平コイルが配置された前記回転盤又は前記固定盤と、前記扁平コイルとの間に設置された軟磁性板と
を有することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記軟磁性板は、
薄板状の軟磁性薄板材が円形状に巻かれて形成されており、前記軟磁性薄板材の端面によって構成される巻回面を前記扁平コイルに対向させて敷設されている
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記扁平コイルは、
前記回転盤又は前記固定盤から見て略台形形状を有し、
複数の前記扁平コイルがドーナツ形になるように配置されており、
短い底辺が円周内側部を、長い底辺が円周外側部を構成し、台形の脚が前記回転盤又は前記固定盤の直径方向となる第１放射部及び第２放射部を構成する
ことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記扁平コイルは、
前記コイル中心軸を円周方向にずらして２重に設置され、
円周内側部及び円周外側部を前記軸方向へ傾斜させることにより、２重に設置された前記扁平コイルにおける第１放射部及び第２放射部がほぼ前記軸方向においてほぼ同位置になるよう配置される
ことを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記軟磁性板は、
珪素を含有する珪素鋼で形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項６】
前記軟磁性薄板材は、
厚さが０．０１〜３．０ｍｍであり、幅が５．０〜２０．０ｍｍである
ことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項７】
前記軟磁性板は、
中心に空洞を有するドーナツ状に形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項８】
複数の前記扁平コイルが直列に接続された直列コイルセットが３セット設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項９】
複数の前記扁平コイルが直列に接続された直列コイルセットが３セット設けら
前記磁石は、
前記直列コイルセットにおける各扁平コイルにおいて略同一位置に位置するように配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
【請求項１０】
流体の力である流力を受ける複数の羽根と、
前記羽根を支持すると共に、前記流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と、
前記回転軸周りに所定の回転角度だけ、前記羽根を自由回転させる羽根回転機構とを有する羽根構造体と、
前記羽根構造体に接続され、前記支持部材の回転と共に回転する中心回転軸と、
前記中心回転軸の回転に伴って回転する回転盤と、
前記回転盤と対向して設けられ、前記中心回転軸の回転に伴って回転しない固定盤と、
前記回転盤と前記固定盤とにおいて、前記中心回転軸の軸方向に対向する位置にそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及び前記軸方向に平行なコイル中心軸を有する扁平コイルと、
前記扁平コイルが配置された前記回転盤又は前記固定盤と、前記扁平コイルとの間に設置された軟磁性板と
を備える発電システム。
【請求項１１】
前記羽根回転機構は、
前記支持部材に取り付けられ、前記羽根を前記回転軸周りに回転させる羽根回転軸と、
前記羽根の前記回転角度を調整する角度調整部とを有する
ことを特徴とする請求項８に記載の発電システム。
【請求項１２】
前記複数の羽根は、緩やかにカーブし、前記支持部材が回転する回転方向とは逆の反回転方向に前記流力を受けたとき、隣接する前記羽根が当接する
ことを特徴とする請求項９に記載の発電システム。
【請求項１３】
前記羽根は、当接することにより流体の進入を防ぐ
ことを特徴とする請求項１０に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水力、風力などによる流体のエネルギーを回転力に変換して発電する発電装置及び発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水力、風力、火力等のエネルギーを回転エネルギーに変換し、変換した回転エネルギーで発電機を駆動して発電を行っている。一般に使用される発電装置は、Ｎ極およびＳ極を有する永久磁石を回転軸に取り付けた回転子、前記永久磁石により形成される磁極数に応じた磁極を有する電機子鉄心、および該電機子鉄心に巻回した発電コイルを備え、前記回転子を回転駆動することにより、電機子鉄心内に交流磁界を発生し、発生した交流磁界により前記発電コイルに交流電圧を発生させている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許登録第５３７２１１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる発電装置では、流体のエネルギーを効率良く電力に変換することが望まれる。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、流体のエネルギーを効率良く電力に変換可能な発電装置及び発電システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するため、本発明の発電装置は  流体の流れを受けて回転する回転体に接続され、当該回転体の回転と共に回転する中心回転軸と、
前記中心回転軸の回転に伴って回転する回転盤と、
前記回転盤と対向して設けられ、前記中心回転軸の回転に伴って回転しない固定盤と、
前記回転盤と前記固定盤とにおいて、前記中心回転軸の軸方向に対向する位置にそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及び前記軸方向に平行なコイル中心軸を有する扁平コイルと、
前記扁平コイルが配置された前記回転盤又は前記固定盤と、前記扁平コイルとの間に設置された軟磁性板と
を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の発電システムは、  流体の力である流力を受ける複数の羽根と、
前記羽根を支持すると共に、前記流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と、
前記回転軸周りに所定の回転角度だけ、前記羽根を自由回転させる羽根回転機構とを有する羽根構造体と、
前記羽根構造体に接続され、前記支持部材の回転と共に回転する中心回転軸と、
前記中心回転軸の回転に伴って回転する回転盤と、
前記回転盤と対向して設けられ、前記中心回転軸の回転に伴って回転しない固定盤と、
前記回転盤と前記固定盤とにおいて、前記中心回転軸の軸方向に対向する位置にそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及び前記軸方向に平行なコイル中心軸を有する扁平コイルと、
前記扁平コイルが配置された前記回転盤又は前記固定盤と、前記扁平コイルとの間に設置された軟磁性板とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、流体のエネルギーを効率良く電力に変換可能な発電装置及び発電システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態における発電システムの構成を示す略線図である。
【図２】第１の実施の形態における発電装置の分解斜視図を示す略線図である。
【図３】第１の実施の形態における扁平コイルの構成（１）を示す略線図である。
【図４】第１の実施の形態における扁平コイルの構成（２）を示す略線図である。
【図５】第１の実施の形態における扁平コイルと磁石の配置を示す略線図である。
【図６】第１の実施の形態における扁平コイルの配置を示す略線図である。
【図７】第１の実施の形態における直列コイルセットの説明に供する略線図である。
【図８】第１の実施の形態における羽根構造体の構成（１）を示す略線図である。
【図９】第１の実施の形態における羽根構造体の構成（２）を示す略線図である。
【図１０】第１の実施の形態における羽根構造体の構成（３）を示す略線図である。
【図１１】第１の実施の形態における羽根構造体の回転の説明に供する略線図である。
【図１２】第２の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。
【図１３】第２の実施の形態における羽根の動きの説明に供する略線図である。
【図１４】第３の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。
【図１５】第３の実施の形態における羽根の動きの説明に供する略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
＜第１の実施の形態＞
［１−１．発電システムの構成］
図１は全体として発電システム１を示しており、例えば潮力や河川の水などを利用した水力や風力など、流体の流れる力である流力で発電を行うようになされている。
【００１２】
羽根構造体２は、中心部分に設けられた中心孔２１に、縦方向に延びる中心回転軸３を介して発電装置４と接続されており、横方向に回転可能である。発電装置４は、羽根構造体２から中心回転軸３を介して伝達される回転力を電力に変換するエネルギー変換機構を備えている。
【００１３】
羽根構造体２は、流体の流れに対してほぼ垂直方向に力を受けて回転する、いわゆる垂直型のプロペラ構造を有しており、図中の横方向に流体が流れ、当該横方向内で回転する。この横方向内において、羽根構造体２は、流体の流れ方向に関係なく回転可能である（詳しくは後述する）。なお、発電装置４は、例えば防水機能などのように、流体の特性に応じた機能を有していても良い。
【００１４】
［１−２．発電機の構成］
次に、図１〜図７を用いて発電装置４の構成について説明する。
【００１５】
図１に示したように、発電装置４は、回転盤３１と、固定盤３３と、外周リング３２と、カバー３４とを有している。発電装置４のサイズや材質に特に制限はなく、必要とされる電力量や使用環境によって適宜変更することが可能である。以下、一例について説明する。
【００１６】
回転盤３１は、中心回転軸３に対して固着的に接続され、中心回転軸３の回転に応じて一緒に回転する。回転盤３１は、例えば直径が４００ｍｍ、厚さが１０ｍｍのアルミ板であり、中央部分に形成された中心孔３１Ａを介して中心回転軸３に接続されている。
【００１７】
固定盤３３は、回転盤３１に対向して配置されており、回転盤３１と固定盤３３との距離（ギャップ）は例えば３７ｍｍに設定されている。固定盤３３は、中心回転軸３の回転に応じて回転せず、その位置は固定されたままである。固定盤３３は、例えば直径が４００ｍｍ、厚さが１０ｍｍのアルミ板で形成されている。
【００１８】
外周リング３２は、固定盤３３の外周を取り囲んで設置されている。外周リング３２は、例えば外周４５０ｍｍ、高さ４７ｍｍ、厚さ４３．２ｍｍでなり、塩化ビニール製などのプラスティック製パイプをカットしたものが好適に使用される。
【００１９】
カバー３４は、外周リング３２の外側から発電装置４全体の上側を覆うように設置され、球体の一部を切り取ったようなドーム形状を有している。このカバー３４は、高さ約１００ｍｍ、厚さ２ｍｍ、直径４５４ｍｍであり、例えばポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂などの耐候性を有する樹脂素材が好適に使用される。
【００２０】
発電装置４では、回転盤３１及び固定盤３３のいずれか一方にはコイルが、他方には磁石が配置されることにより、回転盤３１の回転に伴って電磁誘導による電流が生成される。以下、固定盤３３の上面に扁平コイル４５，４６が、回転盤３１の下面に磁石４１が配置される場合について説明する。
【００２１】
図２に発電装置４の分解斜視図を示している。固定盤３３の上面には、下から順に軟磁性板４７、扁平コイル４６及び扁平コイル４５が固定される。一方、回転盤３１の下面には、上から順に磁石取付板４２及び磁石４１が固定される。また、固定盤３３の外周に沿って外周リング３２が固定され、外周リング３２の上部にカバー３４が設置される。
【００２２】
軟磁性板４７は、全体として中心に孔の空いたドーナッツ形状を有しており、厚さ約１０ｍｍ、外径３６０ｍｍ、孔径２７０ｍｍであり、リング状となる板部分（巻回面）の幅は４５ｍｍである。軟磁性板４７の材質やサイズは特に制限はなく、既知の軟磁性材料を適宜使用することができるが、陶磁性や鉄損などの特性から、鉄に数重量％の割合で珪素を含有させた、いわゆる珪素鋼が使用されることが好ましい。
【００２３】
軟磁性板４７は、幅１０ｍｍでなるテープ状の薄板材を巻回させることにより形成されている。薄板材の厚みとしては、０．０１〜０．５ｍｍ程度、特に０．０３〜０．１ｍｍであることが好ましい。薄すぎると加工性の難易度が上昇する一方、厚すぎると渦電力の発生を増大させるため好ましくない。
【００２４】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、扁平コイル４５，４６は、線対称でなる等脚台形状を有する扁平なコイルであり、幅Ｃｔが約１０ｍｍ、長さＣｌが約７５ｍｍ、長底辺４５Ｃ,４６Ｃの長さＣｏが９７．５ｍｍ、短底辺４５Ｂ，４６Ｂの長さＣｉが約６０ｍｍである。扁平コイル４５は、長底辺４５Ｃ及び短底辺４５Ｂが上方向に約３０〜６０°（好ましくは約４５°）の角度で折れ曲がっている。一方、扁平コイル４６は、長底辺４６Ｃ及び短底辺４６Ｂが下方向に約３０〜６０°（好ましくは約４５°）の角度で折れ曲がっている。なお、扁平コイル４５，４６における巻き線部分の厚さは、３〜１０ｍｍ、より好ましくは４〜７ｍｍである。
【００２５】
図４に示すように、扁平コイル４５，４６は、対辺４５Ａ，４６Ａの延長線同士成す角度Ｃαが約３０°になるように傾斜しており、対辺４５Ａ，４６Ａの延長線が中心回転軸３付近で交差するように配置される。また、扁平コイル４５，４６は、重複する長底辺４５Ｃ，４６Ｃ及び短底辺４５Ｂ及び４６Ｂが互いに反対方向へ折れ曲っている（折れ曲り箇所を破線で示す）ため、コイル半個分だけずらして互いを重ねたときに、対辺４５Ａ，４６Ａが上下方向に同位置に配置可能なようになされている。
【００２６】
図５に示すように、扁平コイル４５，４６は、軟磁性板４７の上部に沿って固定される。軟磁性板４７は幅が４５ｍｍであり、扁平コイル４５，４６の開口部の長さが５５ｍｍであることから、扁平コイル４５，４６は、対辺４５Ａ，４６Ａのみを軟磁性板４７上に接触させるようにして固定されることができる。なお、扁平コイル４５，４６の対辺４５Ａ，４６Ａの上面から磁石４１の下面までの距離（ギャップ）は、好ましくは２〜１２ｍｍ程度、より好ましくは３〜６ｍｍ程度に設定される。
【００２７】
すなわち、図６に示すように、台形の短底辺４６Ｂを内側に、長底辺４６Ｃを外側にして、各１２個の扁平コイル４５，４６が略円形になるように配置される。また、図６（Ｃ）に示すように扁平コイル４５，４６がコイル半個分（１５°）だけずらした状態で重複して設置される。従って、扁平コイル４５における中心近傍に扁平コイル４６の対辺４６Ａが、扁平コイル４６の中心近傍に扁平コイル４５の対辺４５Ａがそれぞれ配置される。
【００２８】
図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、扁平コイル４５における４個のコイルと、該扁平コイル４５に対して４５°ずれて配置された扁平コイル４６における４個のコイルの合計８個のコイルが直列に接続されている（以下、これを直列コイルセットと呼ぶ）。従って、図７（Ｃ）に示すように、直列コイルセットにおける扁平コイル４５，４６は、４５°ごとに等間隔で配置されている。すなわち、直列コイルセットにおける対辺４５Ａ，４６Ａは、中心回転軸３を中心とする放射状となって２２．５°ごとに配置されている。
【００２９】
発電装置４では、直列コイルセットを３セット配置することにより、高い効率で三相交流でなる電力を発電することができる。
【００３０】
また図７（Ｃ）に示すように、２４個の扁平コイル４５，４６の３／４倍である１６個の磁石４１が２２．５°ごとに配置されている。磁石４１は、永久磁石であり、その材質や形状に制限はないが、フェライト磁石、サマリウム・コバルト磁石、ネオジウム磁石など既知の構成のものが適宜使用される。磁石４１は、例えば４０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの矩形板状のものが使用される。
【００３１】
磁石４１は、上面及び下面がそれぞれＳ極及びＮ極となっており、扁平コイル４５，４６と対向する対向側の磁極が交互にＳ極とＮ極になるように隣接する磁石４１同士の磁極が反転して設置されている。従って、磁石４１は、直列コイルセットにおける対辺４５Ａ，４６Ａ上に位置するとき、扁平コイル４５，４６における一の対辺４５Ａ，４６Ａ上にＳ極を、他の対辺４５Ａ，４６Ａ上にＮ極を対峙させることができる。この結果、発電装置４では、直列コイルセットにおいて同一タイミングで電流を発生させると共に、同一コイルにおける電流の向きを揃えて発電効率を高めることができる。
【００３２】
[１−２．羽根構造体の構成]
図８は、図１における羽根構造体２を縦方向の上から見た図である。羽根構造体２は、円柱状の中心支持体２５を中心に有しており、その中央には中心孔２１が設けられている。中心支持体２５の外側には、８つの羽根回転軸２３が同心円上に設けられており、各羽根回転軸２３から外側に向けて、回転可能な状態で８枚の羽根２２（２２ａ〜２２ｇ）が設けられている。
【００３３】
この羽根２２は、一方向へより多くの流力を受けられるように、湾曲している。この湾曲度合いについて、特に制限はない。
【００３４】
図９に示すように、中心支持体２５の縦上下方向には、円盤状の上下面２６及び２７が設けられている。羽根構造体２は、上下面２６及び２７の外縁に沿った同心円上に、棒状の角度調整部２４が８つ設けられている。
【００３５】
図１０に、羽根回転軸２３及び角度調整部２４の配置図を示している。羽根回転軸２３は、中心支持体２５の外側にほぼ均等間隔で配置されている。角度調整部２４は、羽根回転軸２３と互い違いになるように、上下面２６及び２７の外縁内側に沿って、ほぼ均等間隔で配置されている。
【００３６】
すなわち、羽根回転軸２３及び角度調整部２４は、４５度置きに配置されている。また、角度調整部２４は、羽根回転軸２３を基準に、回転方向へ向けてほぼ２２．５度だけずれた位置に配置されている。
【００３７】
この結果、図１１に示したように、例えば羽根２２ｄは、２つの角度調整部２４に囲まれた領域を自由に回転することが可能である。すなわち、角度調整部２４は、羽根２２ｄの回転角度を所定の回転角度に制限している。なお、角度調整部２４は、流力によって羽根２２と衝突したときの衝撃を小さくするため、羽根２２と当接する部分の少なくとも一部に、弾性材を使用することが好ましい。
【００３８】
本実施の形態における羽根構造体２は、上述したように、２つの角度調整部２４に囲まれた調整領域において回転角度ＴＺだけ自由に回転することが可能である。すなわち、羽根２２ａ〜２２ｈは、流力の影響により、なるべくＹ方向へ位置しようとする。
【００３９】
この結果、最もＸ方向に位置する羽根２２ａと、２番目に位置する羽根２２ｂとの間は開口し、流力の殆どが流力に対して最も垂直な角度で位置する羽根２２ｂに集中し、当該はね２２ｂが流力を非常に効率よく回転力へと変換することが可能となる。
【００４０】
一方、右側に位置する羽根２２ｅ〜２２ｈは、従来の羽根構造体Ｐ２と同様、最も垂直でない羽根２２ｈに流力が集中するため、反回転方向への回転力が小さくなる。このため、本発明の羽根構造体２は、回転方向への回転力が反回転方向への回転力を大きく上回ることができ、従来と比して回転力を著しく向上させ得る。
【００４１】
このように、本実施の形態における羽根構造体２は、調整領域内を自由に回転できるように羽根２２を設けたことにより、左右の対称性を無くし、最も効率よく流力を受けられ得る羽根２２ｂに対して流力を集中させ、流力を回転力へ変換させるときのエネルギー変換効率を向上し得る。
【００４２】
＜第２の実施の形態＞
図１２〜１３に示した第２の実施の形態において、羽根構造体２０２は、羽根２９０の枚数及び羽根回転機構の構成が第２の実施の形態と異なっている。なお、第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同一構成の箇所に１００を加算した符号を附し、説明を省略する。
【００４３】
図１２に示すように、羽根構造体２０２は、１２枚の羽根２９０を有している。図１３に示すように、羽根２９０は、反力受面２９３及び流力受面２９４が緩やかにカーブして円弧を描きながら、先に向かって細くなる先細り形状をしており、流力受面２９４の曲率半径が反力受面２９３よりも小さく形成されている。また、羽根２９０の先端２９１は、反力受面２９３及び流力受面２９４の円弧とは逆向きにわずかに湾曲している。
【００４４】
流力受面２９４の根本側には、羽根回転軸１２３を中心とした円弧状の円弧カーブ２９４ａが形成されており、当該円弧カーブ２９４ａが反力受面２９３のなだらかなカーブと接続している。この接続部分は、段差が設けられており、根本側に向けて突出する突出部２９５を形成している。
【００４５】
角度調整部２２４は、扁平な六角形形状をしており、羽根２９０の根本近傍に配置されている。羽根２９０が円周方向に対して垂直に立ったとき、突出部２９５が角度調整部２２４に引っかかり、その位置が固定される。すなわち、角度調整部２２４と突出部２９５とが対となって角度調整部を構成している。
【００４６】
また、流力受面２９４の円弧カーブ２９４ａは角度調整部２２４とは接触することがないため、羽根２９０は大きく回転可能であり、その結果、隣接する羽根２９０と当接する（図１４）。この結果、反回転方向に流力を受けるときには、羽根２９０同士が流体の進入を防ぎ、乱流の発生を防止して流体抵抗を低減できる。
【００４７】
このように、第３の実施の形態では、羽根２９０の根本側に角度調整部２２４を設けることにより、回転角度ＴＺを大きくする。これにより、回転方向に流力を受けるときには、突出部２９５を角度調整部２２４に係止させて流力を受け止める一方、反回転方向に流力を受けるときには、隣接する羽根２９０と当接するまで羽根２９０を回転させて、羽根２９０同士を隣接及び接触させ、流力の影響を低減することができる。
【００４８】
＜第３の実施の形態＞
図１４に示した第３の実施の形態において、羽根構造体１２０２は、可動羽根本体１２５４の構成、中心支持体の代わりにエアタンク１２９０を有する点が第１５の実施の形態と異なっている。なお、第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。なお、羽根構造体１２０２の構成が相違するだけで、発電システム１としての構成は第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
図１４に示すように、可動羽根１２５２における可動羽根本体１２５４は、外周部分における固定羽根１０５１の間隔よりも長く形成されており、逃位置において、全体的に内側へ向けて緩い曲線を描くと共に、隣接する固定羽根１０５１より長く、先細形状の先端延長部１２５４ｃが外側へ向けて反り返っている。
【００５０】
図１５に示すように、可動羽根本体１２５４は、逃位置において、流力逃面１２５４ｙの根本側の当接領域１２５４ａが固定羽根１０５１の内面１０５１ａに当接することにより、固定羽根１０５１の延長線上と略同一方向へ係止される。
【００５１】
また、可動羽根本体１２５４は、受位置に置いて、流力受面１２５４ｘの先端側の当接領域１２５４ｂが隣の固定羽根１０５１の先端面に当接することにより、固定羽根１０５１に対して略垂直な位置に固定される。
【００５２】
この結果、羽根構造体１２０１は、受位置において、可動羽根１２５２を固定羽根１０５１の延長線と略同一方向へ向けて立たせることができる一方、逃位置において、可動羽根１２５２を固定羽根１０５１に対して略垂直方向へ寝かせることができる。
【００５３】
また、図１５に示すように、逃位置において、可動羽根１２５２は、固定羽根１０５１間を塞ぐと共に、先端延長部１２５４ｃにおける流力逃面１２５４ｙが外側へ反り返ることにより、逃位置における流体を外側方向へ逃がすことができる。
【００５４】
さらに、図１４に示したように、その先細り形状により、先端延長部１２５４ｃにおける流力受面１２５４ｘが、隣接する可動羽根１２５２の根本側に対して大きく外側に傾斜し、隙間を形成している。逃位置から受位置へ移行する際、この隙間に対して流体が入り込むことにより、可動羽根１２５２の立上りを迅速にし、より多くの流力を回転力に変換することができる。
【００５５】
また、流力逃面１２５４ｙは、流力の抵抗を抑える一方、流力受面１２５４ｘは、流力の抵抗が増すよう、表面加工が施されている。
【００５６】
流力の抵抗を抑える加工としては、例えば流力が水力である場合、魚やイルカ、サメなどの海洋動物の皮を模した凹凸を付けたり、塗料によって撥水又は親水加工を施すことで、流力を抑えることが可能である。また、流力が風力である場合、鳥や昆虫などの飛翔動物の羽根などを模した凹凸を付けたり、特殊な塗料によって流力を抑えることが可能である。
【００５７】
流力の抵抗を増大させる加工としては、表面をできるだけ平滑にしたり、乱流を生じさせるような凹凸を付けるたり、特殊な塗料を塗布することにより、流力を増大させることが可能である。
【００５８】
これにより、羽根１２５０では、回転方向への流力を大きく受けながら、反回転方向への流力を極力逃がすことができ、羽根構造体１２０２の回転力をより増大させることができる。
【００５９】
なお、流力逃面１２５４ｙ及び流力受面１２５４ｘのいずれかにおいて上述した加工が行われても良い。要は、流力逃面１２５４ｙにおける流体抵抗が流力受面１２５４ｘにおける流体抵抗よりも小さくなるように流力逃面１２５４ｙ及び流力受面１２５４ｘの表面状態を加工すれば、その分だけ回転力を向上させることができる。
【００６０】
また、羽根構造体１２０２では、中心回転軸３の外側に、エアタンク１２９０を有している。エアタンク１２９０は、所定量の空気などのガスを含有することにより、羽根構造体１２０２全体として、水中においてほとんど浮力が生じないようにできる。具体的には、羽根構造体１２０２の体積及び重量から、含有するガスの量が定められると共に、ガスが外部に漏れないように密封されている。
【００６１】
これにより、羽根構造体１２０２の水中での位置を安定させ、浮かんでしまって空気に露出したり、沈んでしまって水底に接触してしまうことを防止することができと共に、不要な力を排除できるため、水中での姿勢を安定化することができる。
【００６２】
このように、第３の実施の形態では、可動羽根に隣の可動羽根１２５２及び固定羽根１２５１よりも長い先端延長部１２５４ｃを設けることにより、受位置における流力を一段と効率良く受け止め、回転力を向上させることができる。
【００６３】
また、先端延長部１２５４ｃを外側に反り返させて逃位置における流体の流れをスムーズにすると共に、隣の固定羽根１２５１及び可動羽根１２５２と先端延長部１２５４ｃとの間に流体が入り込むための隙間を形成し、可動羽根１２５２の立上りを迅速にすることができる。
【００６４】
さらに、エアタンク１１９０によって浮力を調整することにより、羽根構造体１１０２を水中における位置を安定させることができる。さらに、流力受面１１９４における流体の抵抗が流力逃面１１９３よりも大きくなるように羽根１１５０における流力逃面１１９３と流力受面１１９４との表面状態に差異を設けることにより、羽根１１５０において回転方向及び反回転方向間で流体から受ける流力に差異を設け、回転力を一段と向上させ得る。
【００６５】
＜上記実施形態から抽出される発明＞
以下、上記した実施形態から抽出される発明群の特徴について、必要に応じて課題及び効果等を示しつつ説明する。なお以下においては、理解の容易のため、上記各実施形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。また、各特徴に記載した用語の意味や例示等は、同一の文言にて記載した他の特徴に記載した用語の意味や例示として適用しても良い。
【００６６】
本発明の発電装置（発電装置４）は、流体の流れを受けて回転する回転体（羽根構造体２）に接続され、当該回転体の回転と共に回転する中心回転軸（中心回転軸３）と、
前記中心回転軸の回転に伴って回転する回転盤（回転盤３１）と、
前記回転盤と対向して設けられ、前記中心回転軸の回転に伴って回転しない固定盤（固定盤３３）と、
前記回転盤と前記固定盤とにおいて、前記中心回転軸の軸方向に対向する位置にそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及び前記軸方向に平行なコイル中心軸を有する扁平コイル（扁平コイル４５，４６）と、
前記扁平コイルが配置された前記回転盤又は前記固定盤と、前記扁平コイルとの間に設置された軟磁性板（軟磁性板４７）とを有することを特徴とする。
【００６７】
これにより、発電装置は、扁平コイルと磁石との電磁誘導と、軟磁性板による磁界の形成により、高効率で発電を行うことができる。なお、「扁平」とは、コイル全体のサイズ（７５０ｍｍ×９７５ｍｍ）の短い方に対して厚さ方向が１／７以下であることを言う。
【００６８】
発電装置において前記軟磁性板は、
薄板状の軟磁性薄板材が円形状に巻かれて形成されており、前記軟磁性薄板材の端面によって構成される巻回面を前記扁平コイルに対向させて敷設されていることを特徴とする。
【００６９】
これにより、発電装置は、扁平コイルから軟磁性板へ向かう磁界の流れを形成すると共に、軟磁性板に生じる渦電流の発生を極力防止して発電効率を高めることができる。
【００７０】
発電装置において、前記扁平コイルは、
前記回転盤又は前記固定盤から見て略台形形状を有し、
複数の前記扁平コイルがドーナツ形になるように配置されており、
短い底辺が円周内側部を、長い底辺が円周外側部を構成し、台形の脚が前記回転盤又は前記固定盤の直径方向となる第１放射部及び第２放射部を構成することを特徴とする。
【００７１】
これにより、効率良く扁平コイルを配置することができ、発電効率を向上させ得る。
【００７２】
発電装置において、前記扁平コイルは、
前記コイル中心軸を円周方向にずらして２重に設置され、
円周内側部及び円周外側部を前記軸方向へ傾斜させることにより、２重に設置された前記扁平コイルにおける第１放射部及び第２放射部がほぼ前記軸方向においてほぼ同位置になるよう配置される。
【００７３】
これにより、効率良く扁平コイルを配置することができ、発電効率を向上させ得る。
【００７４】
発電装置において、前記軟磁性板は、
珪素を含有する珪素鋼で形成されていることを特徴とする。
【００７５】
これにより、高効率で磁界を形成でき、発電効率を高めることができる。
【００７６】
発電装置において、前記軟磁性薄板材は、
厚さが０．０１〜３．０ｍｍであり、幅が５．０〜２０．０ｍｍであることを特徴とする。
【００７７】
これにより、渦電流の発生を効果的に抑制し、発電効率を向上させることができる。
【００７８】
発電装置において、前記軟磁性板は、
中心に空洞を有するドーナツ状に形成されていることを特徴とする。
【００７９】
これにより、軟磁性板上にドーナッツ状に扁平コイルを高密度で配置することができる。
【００８０】
発電装置において、複数の前記扁平コイルが直列に接続された直列コイルセットが３セット設けられていることを特徴とする。
【００８１】
これにより、３相交流方式によって高効率での発電が可能となる。
【００８２】
発電装置において、複数の前記扁平コイルが直列に接続された直列コイルセットが３セット設けられ、
前記磁石は、前記直列コイルセットにおける各扁平コイルにおいて略同一位置に位置するように配置されていることを特徴とする。
【００８３】
これにより、発電装置は、各扁平コイルにおける電流の位相を揃えて発電効率を高めることができる。
【００８４】
発電システムにおいて、前記羽根回転機構は、
前記支持部材に取り付けられ、前記羽根を前記回転軸周りに回転させる羽根回転軸と、
前記羽根の前記回転角度を調整する角度調整部とを有することを特徴とする。
【００８５】
これにより、高効率な発電装置及び羽根回転機構を用いて効率のより発電が可能となる。
【００８６】
発電システムにおいて前記複数の羽根は、緩やかにカーブし、前記支持部材が回転する回転方向とは逆の反回転方向に前記流力を受けたとき、隣接する前記羽根が当接することを特徴とする。
【００８７】
これにより、流体の侵入による乱流を抑えて羽根回転機構の回転力を促進できる。
【００８８】
発電システムにおいて前記羽根は、当接することにより流体の進入を防ぐことを特徴とする。
【００８９】
これにより、流体の侵入による乱流を抑えて羽根回転機構の回転力を促進できる。
【００９０】
＜他の実施の形態＞
なお上述した実施の形態では、固定盤３３の上面に扁平コイル４５，４６が、回転盤３１の下面に磁石４１が配置されたが、固定盤の上面に磁石が配置され、回転盤の下面にコイルが配置されていても良い。また、回転盤と固定盤との一が反転しても良く、回転盤が下側に、固定盤が上側になるよう配置することも可能である。
【００９１】
また上述した実施の形態では、扁平コイルを上下方向に２重に配置したが、本発明はこれに限らず、１重や３重以上であっても良い。
【００９２】
さらに上述した実施の形態では、軟磁性板４７が軟磁性薄板材を巻回したドーナッツ形状を有したが、本発明はこれに限らず、必ずしもドーナッツ形状である必要は無く、例えば円形、角形の軟磁性板４７を扁平コイルの空心となる中心部分にのみ配置するようにしても良い。
【００９３】
なお上述した第１の実施の形態において、羽根２２は、矩形の平板が一方向へ向けて湾曲した形状でなる場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば自由曲線形状を有していても良く、流力の種類や羽根２２の枚数や大きさ、流力の大きさなど種々の要因に応じて、最も適した形状を適宜選択することが可能である。
【００９４】
また、上述した第１の実施の形態において、羽根構造体２は、羽根２２を８枚有するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、流力の種類や羽根２２の大きさや取り付ける位置、流力の大きさなど種々の要因に応じて適宜選択することができる。なお、流力を効率よく受けるという本発明の効果を最も良く引き出すためには、回転角度ＴＺを３０〜１２０度に設定することが好ましく、羽根２２を６〜１２枚有することが好ましい。さらに好ましくは、８〜１０枚である。
【００９５】
さらに、上述した第１の実施の形態においては、中心支持体２５を有するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、中心支持体２５の代わりに、ドーナツ状の調整リングを有するようにしても良い。また、調整リングの形状に制限はなく、例えば多角形状の枠でも良い。
【００９６】
なお上述した実施の形態において、固定羽根５１は、矩形の平板が一方向へ向けて湾曲した形状でなる場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば自由曲線形状を有していても良く、流力の種類や羽根２２の枚数や大きさ、流力の大きさなど種々の要因に応じて、最も適した形状を適宜選択することが可能である。
【００９７】
また、上述した実施の形態において、羽根構造体２は、羽根５０を１２枚有するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、流力の種類や羽根５０の大きさや取り付ける位置、流力の大きさなど種々の要因に応じて適宜選択することができる。なお、流力を効率よく受けるという本発明の効果を最も良く引き出すためには、可動羽根本体５４の回転角度を７０〜１１０度に設定することが好ましく、羽根５０を４〜３２枚有することが好ましい。さらに好ましくは、６〜１６枚である。
【００９８】
また、第３の実施の形態においては、エアタンク２９９と隣接して固定羽根５１が設けられるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えばエアタンク２９９の直径を小さくして固定羽根５１との間に間隙を設けることにより、中心に向かう流体の流れを形成することができ、可動羽根２５２の立上りを一段と迅速にできる。
【００９９】
本発明は、第１〜第３の実施の形態に限られるものではなく、固定羽根、可動羽根、支持部材、回転軸、エアタンク、上下面など、各パーツの数や形状を適宜組み合わせて変更することが可能である。要は、回転方向の流力を大きく受ける一方、反回転方向の流力を小さく受けると共に、流体の流れを制御することが重要であり、流体の種類や方向性、強度などの要因によって最適なパーツを組み合わせることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、例えば風力や水力、潮力発電に用いられる発電システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１          ：発電システム
２          ：羽根構造体
３          ：中心回転軸
４          ：発電装置
２１        ：中心孔
２３        ：羽根回転軸
２４        ：角度調整部
２５        ：中心支持体
２６        ：上下面
３１        ：回転盤
３１Ａ      ：中心孔
３２        ：外周リング
３３        ：固定盤
３４        ：カバー
４１        ：磁石
４２        ：磁石取付板
４５，４６  ：扁平コイル
４５Ａ，４６Ａ      ：対辺
４５Ｂ，４６Ｂ      ：短底辺
４５Ｃ，４６Ｃ      ：長底辺
５０        ：羽根
５１        ：固定羽根
５４        ：可動羽根本体
【図１】
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【図２】
2019140785.tif 000004
【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】
2019140785.tif 000011
【図１０】
2019140785.tif 000012
【図１１】
2019140785.tif 000013
【図１２】
2019140785.tif 000014
【図１３】
2019140785.tif 000015
【図１４】
2019140785.tif 000016
【図１５】
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