(57)【要約】【課題】マグナス発電とジャイロミル発電等を組み合わせて効率的に発電を行うことができる混合型風力発電機を提供する。【解決手段】  この混合型風力発電機（１００）は、回転軸（１１１）周りに回転するように構成された支持体（１２１、１２３）と、前記回転体（１１１）が回転することによって発電を行う発電機（１１５）と、前記支持体（１２３）に立設された複数の筒状回転体（１０１）であって、駆動源（１１５）によって回転させられることでマグナス力を発生させる複数の筒状回転体（１０１）と、前記回転軸の半径方向に見て各筒状回転体（１０１）よりも径方向外側に配置された外側翼状体（１０５）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸周りに回転するように構成された支持体と、
前記回転体が回転することによって発電を行う発電機と、
前記支持体に立設された複数の筒状回転体であって、駆動源によって回転させられることでマグナス力を発生させる複数の筒状回転体と、
前記回転軸の半径方向に見て各筒状回転体よりも径方向外側に配置された外側翼状体と、
を備える、
混合型風力発電機。
【請求項２】
前記筒状回転体は奇数本である、請求項１に記載の混合型風力発電機。
【請求項３】
前記筒状回転体が３本であって、前記支持体を上面から見た場合における前記回転軸から半径方向に延びる第１の基準線を角度０°としたときに、
第１の前記筒状回転体が第１の基準線上に配置され、
第２の前記筒状回転体が第１の基準線と１２０°をなす第２の基準線上に配置され、
第３の前記筒状回転体が第１の基準線と２４０°をなす第３の基準線上に配置されている、
請求項１または２に記載の混合型風力発電機。
【請求項４】
さらに、
前記回転軸の半径方向に見て各筒状回転体よりも径方向内側に配置された内側翼状体を備える、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の混合型風力発電機。
【請求項５】
前記第１の筒状回転体が角度０°である第１の基準線上に配置されているとして、
前記内側翼状体は、前記第１の筒状回転体に対する１８０°方向からの風の少なくとも一部を遮る大きさに形成されている、
請求項４に従属する請求項５に記載の混合型風力発電機。
【請求項６】
筒状回転体を回転させるための前記駆動源がモータである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の混合型風力発電機。
【請求項７】
さらに、
前記モータを回転させるための電力を発生させる太陽光発電装置を備える、請求項６に記載の混合型風力発電機。
【請求項８】
前記発電機は、前記支持体の下方に配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の混合型風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合型風力発電機に関し、特には、マグナス発電とジャイロミル発電等を組み合わせて効率的に発電を行うことができる混合型風力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の円柱形状の回転子を気流中で自転させ、それにより発生するマグナス力によって支持体を回転させて発電を行う方式の発電機が知られている（例えば特許文献１参照）。このような回転子はマグナス棒等とも呼ばれる。
【０００３】
この方式では、マグナス棒の自転速度を調整することでマグナス力を制御して、その結果、支持体全体の回転速度のコントロールを行うことができるので、例えば台風のような強風の際にも発電装置が故障しにくいという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許５２０９８２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マグナス発電方式の発電機は強風下でも故障しにくいという利点があるものの、本発明者らは、単にマグナス棒のみではなく、ジャイロミルとして機能する翼状体を組み合わせることで更なる効率の改善を図ることができることを見出した。
【０００６】
そこで本発明の目的は、マグナス発電とジャイロミル発電等を組み合わせて効率的に発電を行うことができる混合型風力発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の一形態の混合型風力発電機は、以下の通りである：
回転軸周りに回転するように構成された支持体と、
前記回転体が回転することによって発電を行う発電機と、
前記支持体に立設された複数の筒状回転体であって、駆動源（さらに、駆動力を伝達する駆動機構を含めてもよい）によって回転させられることでマグナス力を発生させる複数の筒状回転体と、
前記回転軸の半径方向に見て各筒状回転体よりも径方向外側に配置された外側翼状体と、
を備える、混合型風力発電機。
【０００８】
このような、マグナス棒である筒状回転体とジャイロミルとして機能する外側翼状体との双方を備えた混合型の風力発電機によれば、マグナス棒のみの構成と比較してより効率的な発電を行うことが可能となる。
【０００９】
（用語の説明）
「筒状回転体」は、中実の柱状体であってもよいし、中空の柱状体であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、マグナス発電とジャイロミル発電等を組み合わせて効率的に発電を行うことができる混合型風力発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一形態の混合型風力発電の構成を示す図であり、図１（ａ）は平面図（説明の都合上、上支持板は図示していない）であり、図１（ｂ）は側面図（説明の都合上、回転軸および翼状体は図示していない）である。
【図２】マグナス棒およびそれに接続されるモータ等の関係を説明するための模式図である。
【図３】マグナス力の発生メカニズムを説明するための模式図である。
【図４】翼状体の構成例を示す斜視図である。
【図５】１本のマグナス棒とその周辺の翼状体（内側翼状体および外側翼状体）との位置関係の一例を説明するための図である。
【図６】図１の混合型風力発電機の動作例を示す図である。
【図７】内側翼状体の好ましい位置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を図面を参照して以下に説明する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の混合型風力発電機１００（以下、単に発電機１００ともいう）は、風力により回転軸１１１を回転させてそれに連結された発電機１１５で発電を行うものである。
【００１４】
（マグナス棒）
混合型風力発電機１００は、この例では、３本のマグナス棒１０１ａ〜１０１ｃ（以下、単にマグナス棒１０１ともいう）が設けられている。マグナス棒１０１は、円柱状の回転体として設けられたものであり、３本が互いに平行に延在するように配置されている。
【００１５】
各マグナス棒１０１は、図１（ｂ）のように、その上端および下端がそれぞれ上支持板１２１および下支持板１２３（以下、これらを区別せずに単に支持板１２１、１２３ともいう）とによって回転自在に支持されている。一例で、マグナス棒１０１は、垂直方向に延びるような姿勢となっており、より具体的には、支持板１２１、１２３に対して略垂直となるように設けられている。
【００１６】
上支持板１２１および下支持板１２３の形状は限定されるものではないが、それぞれ、一例として円板状であり、その中心部に回転軸１１１が配置されている。上支持板１２１および下支持板１２３は、回転軸１１１を中心に、時計方向および反時計方向に回転するように設けられている。支持板１２１、１２３と回転軸１１１とはこの例では一体的に回転するようになっている。
【００１７】
なお、図１の例では、上支持板１２１および下支持板１２３の両方を使用しているが、当然ながら、いずれか一方のみでもよい。支持板１２１、１２３は、マグナス棒１０１を回転可能に保持できるものであれば、いかなる形状としてもよい。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、３本のマグナス棒１０１ａ〜１０１ｃは、回転軸１１１周りに等間隔に配置されている。つまり、回転軸１１１の中心から放射状に延びる第１の基準線Ｌ１（０°）、第２の基準線Ｌ２（１２０°）、第３の基準線Ｌ３（２４０°）のそれぞれの線状にマグナス棒１０１が配置され、互いに１２０°間隔で配置された構成となっている。回転軸１１１から、各マグナス棒１０１までの距離は、この例ではいずれも同一である（これは、図示はしないが１つの基準円上に全てのマグナス棒１０１が配置されていることを意味する）。
【００１９】
マグナス棒１０１の機能について図２および図３を参照して簡単に説明すると、まず、マグナス棒１０１は、図２に模式的に示すように、駆動源であるモータＭに連結されており、このモータＭの駆動力によってマグナス棒１０１が回転する。なお、図２では、詳細な構造は図示していないが、モータＭの出力軸が直接的にマグナス棒１０１の回転軸に連結されていてもよいし、または、歯車またはベルト等の伝達機構を介してモータＭとマグナス棒１０１が連結されていてもよい。
【００２０】
モータＭの回転制御は、モータＭに電気的に接続された制御回路１０４ａによって行われてもよい。モータＭに電力を供給する電源１０４ｂとしては、商用電源であってもよいが、それに限らず、蓄電バッテリー（より具体的には、太陽光パネル等を通じて発電を行う太陽光発電装置など）であってもよい。
【００２１】
モータＭは、図１（ａ）に示すように、それぞれのマグナス棒１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに対して１つずつ設けられている（モータＭａ、Ｍｂ、Ｍｃを参照）。ここでは、モータＭａ、Ｍｂ、Ｍｃはそれぞれのマグナス棒１０１から少し離れて配置されているが、マグナス棒と同軸の位置に配置することもできる。
【００２２】
一方、モータＭの駆動を制御する制御回路１０４ａは共通の１つのみが備えられている。モータＭａ、Ｍｂ、Ｍｃは、全てが、同じタイミングおよび／または同じ速度で回転するようになっていてもよいし（したがって、全マグナス棒１０１が同期的に動作する）、モータＭａ、Ｍｂ、Ｍｃごとに異なる動作をさせることができるように構成してもよい。
【００２３】
マグナス棒１０１の原理は、次のようなものである（図３の平面図を参照）。ここでは、図３に示すように、風が図の左側から回転するマグナス棒１０１に向かって当たっていると想定する。このような条件で風がマグナス棒１０１に当たることにより、矢印に示すように、気流方向と概ね直交する方向に力が発生する。この力が一般にマグナス力と呼ばれる。
【００２４】
なお、図２では、マグナス棒１０１の外周面は凹凸などの無いスムースな面となっているが、これに限らず、外周面に所定の凹凸形状や螺旋状の隆起部が形成されていてもよい。または、軸線に交差する断面の形状が楕円形であって、全体として捻れている形態（つまり、軸線方向に沿って楕円の長軸方向の向きが徐々に回転していくような形態（位相が徐々にずれていくといってもよい））としてもよい。こうした形状的な特徴を付加することで、より大きなマグナス力を発生させることが可能となる。
【００２５】
（翼状体／ブレード）
本実施形態では、さらに、各マグナス棒１０１ａ〜１０１ｃの近傍に翼状体が設けられている。それぞれのマグナス棒１０１ａ〜１０１ｃについて、翼状体の形状および配置は同一（より正確には、マグナス棒１０１ａおよび翼状体１０５ａ、１０８ａを回転軸１１１周りに順次１２０°、２４０°回転させたような対称的な配置となっている）であるので、以下ではマグナス棒１０１ａを例として説明する。
【００２６】
外側翼状体１０５ａは、図５に示すように、マグナス棒１０１ａよりも半径方向（回転軸１１１の半径方向（図の上下方向）のことをいう）外側に配置された翼状体である。翼状体１０５ａとしては、図４のように、一枚の板材を曲げて作成したような形態のものを利用することができる。図５に示すように、翼状体１０５ａは、回転軸１１１を中心とした所定の基準円の円周にほぼ沿うような配置であってもよい。翼状体１０５ａの役割は、風を受けた際に翼の外側と内側とで気圧差を生じさせ所定の方向に力を生じさせるものである。
【００２７】
翼状体１０５ａは、固定的に支持板に取り付けられる。別の態様としては、翼の向きを変えることができるように、所定の支持軸周りに可動に保持させる構成としてもよい。なお、上記説明では、翼状体１０５ａを「一枚の板材を曲げて作成」する旨説明したが、当然ながら、プレス加工や樹脂成形など、別の手法で作成することもできる。これについては以下で述べる内側翼状体についても同様である。
【００２８】
外側翼状体１０５ａとマグナス棒１０１ａとの配置関係については適宜設定可能であるが、一例として、図５に示すようにマグナス棒１０１ａの中心が角度０°の基準線Ｌ１上にあるとした場合に、基準線Ｌ１よりもマイナス方向（時計回り方向）の領域（角度α１）内に少なくとも一部が位置するように配置されていることが好ましい。外側翼状体１０５ａの翼先端部の位置は、例えば、角度０°付近（角度０°＋／−１０°）の範囲内であってもよい。外側翼状体１０５ａの翼後端部の位置は、例えば、角度２０°付近（角度０°＋／−１０°）の範囲内であってもよい。
【００２９】
内側翼状体１０８ａは、マグナス棒１０１ａよりも半径方向内側に配置された翼状体である。翼状体１０８ａとしては、上記同様、一枚の板材を曲げて作成したような形態のものを利用することができる。図５に示すように、翼状体１０８ａも、回転軸１１１を中心とした他の所定の基準円の円周にほぼ沿って延在するような配置であってもよい。内側翼状体１０８ａの役割は基本的には外側翼状態１０５ａと共通である。
【００３０】
外側翼状体１０８ａとマグナス棒１０１ａとの配置関係は適宜設定可能であるが、一例として、基準線Ｌ１よりもプラス方向の領域（角度α２）内に少なくとも一部が位置するように配置されていることが好ましい。
【００３１】
内側翼状体１０８ａの翼先端部の位置は、例えば、角度１０°付近（角度０°＋／−１０°）の範囲内であってもよい。内側翼状体１０８ａの翼後端部の位置は、例えば、角度０°付近（角度０°＋／−１０°）の範囲内であってもよい。
【００３２】
内側翼状体１０８ａは、また、図５のような位置関係の場合に、例えば図示下方の方向から（つまり１８０°方向から）図示上向きの風が吹いていると想定して、少なくともその風の一部を遮ってマグナス棒１０１ａに当たらないような配置関係であることが好ましい。これは別な表現をすれば、翼状体１０８ａの少なくとも一部が、マグナス棒１０１ａを縦方向に投影した領域Ｒａ内に存在している、ということを意味する。
【００３３】
外側翼状体１０５および／または内側翼状体１０８の高さ方向の寸法（図１（ｂ）の上下方向の寸法のことをいう）に関して言えば、外側翼状体１０５および／または内側翼状体１０８の高さ方向の寸法は、マグナス棒１１１と同程度またはやや短い設計となっていてもよい。
【００３４】
発電機１１５としては、回転軸１１１の回転を電気エネルギーに変換できるものであれば種々のものを利用することができる。発電機１１５の配置位置は特に限定されるものではない。例えば、支持体１２３の下方に配置されていてもよい。
【００３５】
（動作）
以上のように構成された本実施形態の混合型風力発電機の動作について、図６を参照しながら説明する。なお、図６では、風向きが図示上方から下方に向かっているものとする。また、第１のマグナス棒１０１ａが角度０°の位置、第２のマグナス棒１０１ｂが１２０°の位置、第３のマグナス棒１０１ｃが２４０°の位置にあるものとする。また、マグナス棒や各翼状体で発生する力の大きさや向きは、実際には、マグナス棒のサイズや回転速度、または翼状体の形状、サイズや向きに等によって大きく異なってくるため、下記の説明はあくまで一例である。
【００３６】
まず、第１のマグナス棒１０１ａのところでは、マグナス棒１０１ａの反時計方向の回転によって図示左方向へのマグナス力が発生し、外側翼状体１０５ａおよび内側翼状体１０８ａのそれぞれでも図示左方向への力が発生し、結果として、図示白抜き矢印のような図示左方向への合成力が生じる。この合成力は、支持板をプラス方向の角度方向（反時計回り）に回転させるように作用する。
【００３７】
次いで、第２のマグナス棒１０１ｂのところでは、マグナス棒１０１ｂの回転によって図示右下方向への力が発生し、外側翼状体１０５ｂおよび内側翼状体１０８ｂのそれぞれでも図示右下方向への力が発生し、結果として、図示白抜き矢印のような図示右下方向への合成力が生じる。この合成力も、支持板をプラス方向の角度方向（反時計回り）に回転させるように作用する。
【００３８】
次いで、第３のマグナス棒１０１ｃのところでは、マグナス棒１０１ｃの回転によって図示右上方向への力が発生し、外側翼状体１０５ｃおよび内側翼状体１０８ｃのそれぞれでも図示右上方向への力が発生し、結果として、図示白抜き矢印のような図示右上方向への合成力が生じる。この合成力も、支持体をプラス方向の角度方向（反時計回り）に回転させるように作用する。
【００３９】
以上のようにして、支持体が回転軸１１１周りに回転することとなり、それにより、発電機１１５（図１）で発電が行われ、電力を得ることができる。
【００４０】
本実施形態の混合型風力発電機１００によれば、マグナス棒１０１のみならず、翼状体１０５、１０８を配置した構成となっているので、翼状態１０５、１０８を配置していない構成と比較して効率的な発電を実施することが可能となる。
【００４１】
本発明の一形態としては、内側翼状体１０８を設けず外側翼状体１０５のみを設ける構成としてもよい。
【００４２】
上記実施形態では、マグナス棒や翼状体をそれぞれ３つずつ配置した構成を例示したが、本発明はそれに限定されず、５つ、７つのように奇数個配置するようにすることが、一形態において、好ましい。別の形態では、偶数個配置するようにしてもよい。
【００４３】
内側翼状体１０８を、上記実施形態のように、マグナス棒１０１への風が遮られるような配置とすることで次のような作用効果が得られる。以下、図７を参照しながら説明する。
【００４４】
図７では、マグナス棒１０１が１８０°の位置であり、反時計方向に回転し、かつ、風が図示上方から下向きに吹いているものとする。この状態では、矢印ｆ７のように、本来、発電機の回転を阻害する方向のマグナス力が発生し、発電効率の低下の原因となる。しかしながら、本実施形態のように、マグナス棒１０１へと向かう風の少なくとも一部が内側翼状態１０８によって阻害される構成によれば、当該マグナス棒１０１のマグナス力を低減させ、ひいては、発電機全体の発電効率の低下を抑制することができ、好ましい。
【００４５】
本発明の技術思想は、様々なサイズの風力発電機として応用することが可能である。したがって、風力発電機を構成する各種部品のサイズや相互の位置関係などは、適宜設定すればよい。しかしながら、具体的な一形態としては、例えば図５に示すように、マグナス棒１１１と内側翼状体１０８とのギャップｄ１と、マグナス棒１１１と外側翼状体１０５とのギャップｄ２と、所定の関係としてもよい。すなわち、ギャップｄ１＜ギャップｄ２の関係となるようにしてもよい。
【００４６】
なお、ギャップｄ１およびギャップｄ２のそれぞれの絶対値としては、限定されるものではないが、一例で、１ｃｍ〜１０ｃｍｍ程度の範囲内であってもよく、１ｃｍ〜５ｃｍ程度の範囲内であってもよい。当然ながら、発電装置全体が大型のものであれば、当該数値も大きな値となる。ギャップｄ１およびギャップｄ２を一定程度狭くすることで、翼状態１０５とマグナス棒１０１（さらには翼状体１０８）によって略囲われる領域で風を受け易くなり、言わばパドルのような作用をもたせて、支持体を回転させ易くできることが期待される。
【００４７】
（他の構成例）
混合型風力発電機としては、以上に述べたようなものの他にも、例えば、発電機全体を横向きに（すなわち、回転軸１１１が略水平となるような向きで）設置するようにしてもよい。この場合、回転軸１１１に対するスラスト方向の荷重が低減するので、回転軸１１１を保持する軸受（不図示）での摩擦等による発電効率低下に対処できる。
【００４８】
（電力等制御）
発電量を検出するための回路、センサ、またはデバイスを有し、所定の制御装置によって、発電量がリアルタイムに検出され、必要に応じてディスプレイに表示される構成としてもよい。また、発電量の履歴を記憶デバイスに記憶させる構成、または、外部の機器に無線通信ないし有線通信で送信するデバイス等を備えていてもよい。
【００４９】
また、発電機に対する風向きおよび／または風力を調べるための回路、センサ、またはデバイスを有し、それらの検出結果に応じて、制御装置が発電機の所定の部位お動作を制御する構成としてもよい。
【００５０】
上述した実施形態では、３本のマグナス棒１０１が所定の基準円上にある形態（つまり、回転軸１１１の中心から各マグナス棒１０１までの距離が同一である形態）について述べたが、複数の基準円（例えば内側の軌道と外側の軌道）を設定して、その軌道上に複数のマグナス棒を配置する構成としてもよい。
【００５１】
本出願で開示する技術的特徴は、本発明の趣旨に反しない限り、適宜組合せて用いることができる。
【００５２】
（付記）
本出願は下記の発明を開示する（なお、カッコ内の符号は参考のため付したもので、本発明を限定することを意図したものではない）：
１．回転軸（１１１）周りに回転するように構成された支持体（１２１、１２３）と、
上記回転体（１１１）が回転することによって発電を行う発電機（１１５）と、
上記支持体（１２３）に立設された複数の筒状回転体（１０１）であって、駆動源（１１５）によって回転させられることでマグナス力を発生させる複数の筒状回転体（１０１）と、
上記回転軸の半径方向に見て各筒状回転体（１０１）よりも径方向外側に配置された外側翼状体（１０５）と、
を備える、混合型風力発電機（１００）。
【００５３】
２．上記筒状回転体（１０１）は奇数本である。
【００５４】
３．上記筒状回転体が３本であって、上記支持体を上面から見た場合における上記回転軸から半径方向に延びる第１の基準線（Ｌ１）を角度０°としたときに、
第１の上記筒状回転体が第１の基準線（Ｌ１）上に配置され、
第２の上記筒状回転体が第１の基準線（Ｌ１）と１２０°をなす第２の基準線（Ｌ２）上に配置され、
第３の上記筒状回転体が第１の基準線（Ｌ１）と２４０°をなす第３の基準線（Ｌ３）上に配置されている。
【００５５】
４．さらに、上記回転軸の半径方向に見て各筒状回転体（１０１）よりも径方向内側に配置された内側翼状体（１０８）を備える。
【００５６】
５．上記第１の筒状回転体が角度０°である第１の基準線（Ｌ１）上に配置されているとして、上記内側翼状体（１０８）は、上記第１の筒状回転体に対する１８０°方向からの風の少なくとも一部を遮る大きさに形成されている。
【００５７】
６．筒状回転体を回転させるための上記駆動源がモータである。
【００５８】
７．さらに、上記モータを回転させるための電力を発生させる太陽光発電装置を備える。
【００５９】
８．上記発電機（１１５）は、上記支持体（１２３）の下方に配置されている。
【符号の説明】
【００６０】
１００  混合型風力発電機
１０１  マグナス棒
１０４ａ  制御回路
１０４ｂ  電源
１０５  外側翼状体
１０８  内側翼状体
１１１  回転軸
１１５  発電機
１２１、１２３  支持板
Ｍ  モータ
【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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