(57)【要約】【課題】流体の流れを利用し、低回転動作で高い発電効率が得られる発電システムを提供する。【解決手段】発電システムが、それぞれに回転軸に固設されてなる上側支持部および下側支持部の端縁部との間に設けられた複数の翼と備え、流体中に配置されると流体の流れを駆動源として回転軸を中心に回転する回転部と、磁束を発生させる界磁部と磁束に鎖交する複数のコイルが設けられた電機子部とを備える発電部と、を有し、発電部においては、界磁部と電機子部の一方が回転子とされ他方が固定子とされてなり、発電部の回転子が回転部と一体に設けられてなり、回転部を流体の流れによって回転させることにより電機子部において誘導起電力を発生させるようにした。【選択図】図１
2015050892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れを利用して発電する発電システムであって、
流体中に配置され、流体の流れを駆動源として回転軸を中心に回転する回転部と、
磁束を発生させる界磁部と前記磁束に鎖交する複数のコイルが設けられた電機子部とを備える発電部と、
を有し、
前記発電部においては、前記界磁部と前記電機子部の一方が回転子とされ他方が固定子とされてなり、
前記発電部の前記回転子が前記回転部と一体に設けられてなり、
前記回転部を前記流体の流れによって回転させることにより前記電機子部において誘導起電力を発生させる、
ことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電システムであって、
前記回転部が、
それぞれに前記回転軸に固設されてなり、ともに円板状をなしている上側支持部および下側支持部と、
前記上側支持部の端縁部と前記下側支持部の端縁部との間に設けられた複数の翼と、を備え、
前記複数の翼が前記流体から揚力または抗力の少なくとも一方を得ることによって前記回転部を回転させる、
ことを特徴とする発電システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発電システムであって、
前記界磁部が前記回転子であり、前記電機子部が前記固定子である、
ことを特徴とする発電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の発電システムであって、
前記界磁部が、中心位置において前記回転軸と直交するように前記回転部と一体に設けられた円板状の永久磁石である、
ことを特徴とする発電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の発電システムであって、
前記界磁部が、前記回転部の一部をなしている、
ことを特徴とする発電システム。
【請求項６】
請求項３に記載の発電システムであって、
前記界磁部が、複数の永久磁石を前記回転部の側部または上面部において周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配列するように列設することによって設けられてなる、
ことを特徴とする発電システム。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の発電システムであって、
前記界磁部が前記固定子であり、前記電機子部が前記回転子である、
ことを特徴とする発電システム。
【請求項８】
請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の発電システムであって、
前記界磁部において発生する磁束の向きおよび前記複数のコイルのそれぞれの中心軸方向が前記回転軸の延在方向と一致する、
ことを特徴とする発電システム。
【請求項９】
請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の発電システムであって、
前記複数のコイルのそれぞれは、中心軸方向が前記回転軸の延在方向と直交するように、前記界磁部の外周位置に列設されてなる、
ことを特徴とする発電システム。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の発電システムであって、
前記発電部においては、効率および出力が最大となる前記回転子の回転数が５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍである、
ことを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムに関し、特に、流体−機械エネルギー変換部を低速で回転させて発電する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２０１１年の東日本大震災以降、マイクロ水力発電システムやマイクロ風力発電システムなど、分散電源へのニーズが大きく高まっている。特に、地産地消の電力消費の考え方が重要な概念として位置付けられ、安価でかつ高効率な発電システムの開発が望まれている。
【０００３】
そうした分散電源の一例として、マイクロ水力発電システムであって駆動源にダリウス型水車を利用したものがすでに公知である（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】http://www.riam.kyushu-u.ac.jp/gikan/report/08/hydro_power.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のマイクロ水力発電システムやマイクロ風力発電システムの流体−機械エネルギー変換部の回転数は、数十〜数百ｒｐｍ程度である一方、従来の一般的な発電機の多くは、１０００ｒｐｍを上回る回転数（回転速度）で運転することで高い効率が得られるように設計されている。そのような発電機を数百ｒｐｍ以下の回転数で運転したとしても、十分な効率を得ることは難しい。
【０００６】
この点を鑑み、流体−機械エネルギー変換部と発電機との間に増速機（ギア）を設けるなどして発電機に与える回転数を増やすことにより、発電機の効率を高める態様がある。
【０００７】
しかしながら、そもそも水力発電や風力発電における流体エネルギー密度は原子力や火力発電に比較して非常に低いことから、ギアを介してしまうとその損失によって得られる電力がわずかになってしまうという問題がある。
【０００８】
また、高回転の発電機をユーザの近くに設置するのは、安全性の点で問題があり、さらには、水力発電用や風力発電用の発電機は通常、野外に設置されることから、防水が施されているとしても、ベアリングの寿命も含めて故障のリスクが高くなる。
【０００９】
なお、非特許文献１には、ダリウス型水車に自転車用の発電機を接続した構成が開示されているが、係る構成は、発電システムが発電可能なものであることを実証してはいるものの、必ずしも高い発電効率での発電が実現されているわけではない。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、流体の流れを利用して発電する発電システムであって、低回転動作で高い発電効率が得られる発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、第１の発明は、流体の流れを利用して発電する発電システムであって、流体中に配置され、流体の流れを駆動源として回転軸を中心に回転する回転部と、磁束を発生させる界磁部と前記磁束に鎖交する複数のコイルが設けられた電機子部とを備える発電部と、を有し、前記発電部においては、前記界磁部と前記電機子部の一方が回転子とされ他方が固定子とされてなり、前記発電部の前記回転子が前記回転部と一体に設けられてなり、前記回転部を前記流体の流れによって回転させることにより前記電機子部において誘導起電力を発生させる、ことを特徴とする。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明の発電システムであって、前記回転部が、それぞれに前記回転軸に固設されてなり、ともに円板状をなしている上側支持部および下側支持部と、前記上側支持部の端縁部と前記下側支持部の端縁部との間に設けられた複数の翼と、を備え、前記複数の翼が前記流体から揚力または抗力の少なくとも一方を得ることによって前記回転部を回転させる、ことを特徴とする。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明の発電システムであって、前記界磁部が前記回転子であり、前記電機子部が前記固定子である、ことを特徴とする。
【００１４】
第４の発明は、第３の発明の発電システムであって、前記界磁部が、中心位置において前記回転軸と直交するように前記回転部と一体に設けられた円板状の永久磁石である、ことを特徴とする。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明の発電システムであって、前記界磁部が、前記回転部の一部をなしている、ことを特徴とする。
【００１６】
第６の発明は、第３の発明の発電システムであって、前記界磁部が、複数の永久磁石を前記回転部の側部または上面部において周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配列するように列設することによって設けられてなる、ことを特徴とする。
【００１７】
第７の発明は、第１または第２の発明の発電システムであって前記界磁部が前記固定子であり、前記電機子部が前記回転子である、ことを特徴とする。
【００１８】
第８の発明は、第３ないし第７の発明のいずれかの発電システムであって、前記界磁部において発生する磁束の向きおよび前記複数のコイルのそれぞれの中心軸方向が前記回転軸の延在方向と一致する、ことを特徴とする。
【００１９】
第９の発明は、第３ないし第７の発明のいずれかの発電システムであって、前記複数のコイルのそれぞれは、中心軸方向が前記回転軸の延在方向と直交するように、前記界磁部の外周位置に列設されてなる、ことを特徴とする。
【００２０】
第１０の発明は、第１ないし第９の発明のいずれかの発電システムであって、前記発電部においては、効率および出力が最大となる前記回転子の回転数が５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
第１ないし第１０の発明によれば、河川における水流や、大気の流れ（自然風）などの流体の流れを回転部の駆動源としつつも、高効率かつ高出力な発電が可能な発電システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】発電システム１の構成を概念的に示す図である。
【図２】発電部１Ｂがアキシャルギャップ型をなしている発電システム１の構成図である。
【図３】発電部１Ｂがラジアルギャップ型をなしている発電システム１の構成図である。
【図４】翼７が回転部１Ａの回転効率をより高めるのに適した形状を有する場合における、翼７の長手方向に垂直な発電システム１の断面図である。
【図５】筐体２０を備えた発電システム１を水力発電に使用する場合の設置例を示す図である。
【図６】発電システム１の回転部１Ａと同様の構成を有するダリウス型水車ついての回転数Ｎと出力Ｐとの関係の変化を示すグラフである。
【図７】界磁部９に所定の回転を与えた場合の発電部１Ｂにおける回転数と最大効率との関係を示すグラフである。
【図８】界磁部９に所定の回転を与えた場合の発電部１Ｂにおける回転数と出力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は本発明の実施の形態に係る発電システム１の構成を概念的に示す図である。発電システム１は、概略、基台２の上に設けられた回転部１Ａを、河川における水流や、大気の流れ（自然風）などといった流体の流れを駆動源として回転させ、係る回転部１Ａの回転力によって発電部１Ｂにおいて三相交流発電を行うものである。
【００２４】
図２は、発電部１Ｂがアキシャルギャップ型をなしている発電システム１の構成図であり、図３は、発電部１Ｂがラジアルギャップ型をなしている発電システム１の構成図である。なお、図２および図３には、水平面において互いに直交する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、回転軸４（後述）の延在方向でもある鉛直方向をＺ軸方向とする右手系のＸＹＺ座標を付している。より詳細にいえば、図２（ａ）に示すのは、アキシャルギャップ型の発電システム１の正面図であり、図２（ｂ）に示すのは、同じ発電システム１のＸ軸に垂直な側面図である。また、図３に示すのは、ラジアルギャップ型の発電システム１のＸ軸に垂直な側面図である。なお、ラジアルギャップ型の発電システム１の正面図は、図２（ａ）と同様となる。
【００２５】
回転部１Ａは、上下端部をベアリング３において軸支された（ただし、図１においては上端側のみ図示）回転軸４と、それぞれに回転軸４に固設されてなり、ともに円板状をなしている上側支持部５および下側支持部６と、上側支持部５の端縁部とその直下の下側支持部６の端縁部との間に設けられた複数の翼７とを主として備える。回転部１Ａは、いわゆるダリウス型などの垂直軸型の水車あるいは風車の構成を有するものである。
【００２６】
より詳細にいえば、上側支持部５および下側支持部６とは、回転軸４の上下端部の間の相異なる位置において、互いに平行に、かつ、それぞれの中心位置が回転軸４に対する固設位置となるように、設けられてなる。
【００２７】
また、翼７は、上側支持部５および下側支持部６の端縁部の周方向において等間隔に、該周方向に沿う形状にて、かつ、それぞれの上下端部を上側支持部５と下側支持部６に固定する態様にて設けられてなる。
【００２８】
翼７においては、流体の流れを受けると揚力または抗力の少なくとも一方が発生する。係る揚力等が発生すると、回転部１Ａ全体に回転軸４周りのトルクが生じ、その大きさが所定のしきい値を上回るようになると、回転軸４をベアリング３によって軸支されてなる回転部１Ａが、トルクの作用する方向へと回転する。図１においては、回転部１Ａが矢印ＡＲに示すように反時計回りに回転する場合を例示している。
【００２９】
翼７の形状および配置数は、回転部１Ａの回転が、できるだけ効率的に生じるように、換言すれば、流体の流れが弱くても回転部１Ａが回転しやすいように定められるのが好ましい。それゆえ、図１においては回転部１Ａに３つの翼７が備わる場合を、図２および図３においては回転部１Ａに５つの翼７が備わる場合を、それぞれ例示しているが、翼７の配置数はこれらに限られるものではない。
【００３０】
また、図１においては、図示の簡単のため、翼７を（厚みが一様な）平面視長方形状のものとしているが、翼７の形状（断面形状）はこれに限られるものではない。図４は、翼７が回転部１Ａの回転効率をより高めるのに適した形状を有する場合における、翼７の長手方向に垂直な発電システム１の断面図である。図４に示す翼７は、回転部１Ａが回転する際の翼７の周回軌道（水平面内における上側支持部５および下側支持部６の端縁部と略一致する）となる円Ｒの接線Ｔを軸として線対称をなし、その進行方向先端部側は所定の曲率半径の曲面となっている一方で後端部側は鋭角をなしており、かつ、接線Ｔを基準として先端部側が後端部側よりも膨らんだ形状を有してなる。なお、図４の例示においては、図面視左側の上流側から水流Ｆを受けることに伴い、回転部１Ａが矢印ＡＲにて示す反時計回りに回転する場合を想定しているので、翼７も円Ｒ上を反時計回りに周回することとなる。
【００３１】
回転部１Ａのうち、上側支持部５や下側支持部６や翼７などは、例えばプラスチック、アルミニウム、ステンレス等、耐食性や対候性に優れる金属および産業用樹脂などで作成するのが好適である。回転軸４やベアリング３は、金属製（鉄鋼製）であるのが好適である。
【００３２】
発電部１Ｂは、界磁部９と電機子部１０とを主として備える。本実施の形態に係る発電システム１においては、界磁部９が、回転部１Ａの上側支持部５と一体のものとして設けられてなる。より一般的にいえば、界磁部９が、回転部１Ａと一体に回転する回転子（ロータ）として設けられてなる。
【００３３】
より詳細には、発電システム１は、図１に例示するように、円板状の上側支持部５の側部または上面部の少なくとも一方において、界磁部９をなすＮ極９ｎとＳ極９ｓとを、周方向に沿って繰り返し交互に配置させた構成を有する。界磁部９は、例えば、Ｎ極９ｎとＳ極９ｓとを周方向に沿って交互に備える一の円板状の永久磁石によって構成されてもよいし、複数の微小な永久磁石を、上側支持部５の側部または上面部に周方向に沿ってＮ極９ｎとＳ極９ｓとが交互に配列するように列設することによって構成されていてもよい。前者の場合は、円板状の永久磁石自体が上側支持部５を構成してもよい。すなわち、界磁部９が回転部１Ａの一部をなしていてもよい。図１は、係る態様を例示している。
【００３４】
一方、電機子部１０は、回転子としての界磁部９に対する固定子（ステータ）として、回転部１Ａの上側支持部５と同軸状に設けられてなり、その中央部分は、回転部１Ａの回転軸４の一方のベアリング３となっている。なお、他方のベアリング３は、基台２に設けられてなる。
【００３５】
また、具体的な構成態様は様々であるために図１においては図示を省略するが、図２および図３に例示するように、電機子部１０においては、周方向に沿って等間隔に、複数の鉄心ティース１０Ａが列設されてなるとともに、それぞれの鉄心ティース１０Ａには、三相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）各々についてのコイル１０Ｂが券装されてなる。コイル１０Ｂは銅線やアルミニウム線などの導電材料からなる。また、電機子部１０からは、各相に対応する引出線１１（１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ）が引き出されてなる。
【００３６】
鉄心ティース１０Ａおよびコイル１０Ｂは、コイル１０Ｂが磁束に鎖交するように、より具体的には、界磁部９の磁極（Ｓ極９ｓとＮ極９ｎ）における磁束の向きとコイルの中心軸方向とが一致するように、界磁部９と対向配置されてなる。例えば、図２に示すアキシャルギャップ型の発電システム１の場合であれば、磁束の向きがＺ軸方向と一致するため、コイル１０ＢはＺ軸方向に延在させた鉄心ティース１０Ａに券装されてなる。すなわち、コイル１０Ｂの中心軸方向もＺ軸方向と一致してなる。
【００３７】
一方、図３に示すラジアルギャップ型の発電システム１の場合であれば、界磁部９が円板状をなしていることで磁束の向きがＸＹ面内において回転軸４を中心に界磁部９の径方向（回転軸４に直交する方向）へと向いていることから、コイル１０Ｂは界磁部９と同じＸＹ面内において界磁部９の外周位置に径方向に延在する態様にて列設させた鉄心ティース１０Ａに券装されてなる。すなわち、コイル１０Ｂの中心軸方向も界磁部９の径方向と一致してなる。
【００３８】
ただし、図２および図３に示す発電システム１の構成は例示に過ぎず、例えば、発電システム１は、界磁部９として円板状の永久磁石を用いつつもアキシャルギャップ型の構成を有していてもよいし、複数の永久磁石にて界磁部９を構成しつつもラジアルギャップ型の構成を有していてもよい。
【００３９】
なお、電機子部１０のうち、少なくとも鉄心ティース１０Ａとコイル１０Ｂには、防水処理が施されてなる。例えば、樹脂コーティングによる防水処理が施されてなる。
【００４０】
また、図２および図３に例示する場合においてはいずれも、発電システム１は筐体２０に収容されている。筐体２０は、その下部が基台２を兼ねるとともに、その上部において電機子部１０を（例えば鉄心ティース１０Ａなどを）上方および側方から支持してなる。また、図２（ｂ）および図３に示すように、筐体２０の一方側部（図２および図３においてはＸ軸に垂直な側部の一方）にはコの字型の凹部２０Ｂが設けられており、かつ、図２（ａ）に示すように、該凹部２０Ｂの底部部分の中央付近には、矩形状の開口部２０Ａが設けられてなる。これにより、凹部２０Ｂのところに位置する翼７が、開口部２０Ａから筐体２０の外側へと突出する態様となっている。
【００４１】
図５は、係る筐体２０を備えた発電システム１を水力発電に使用する場合の設置例を示す図である。なお、図５においては、図３に例示したラジアルギャップ型の発電システム１を設置する場合を例示しているが、他の発電システム１を設置する場合も同様である。
【００４２】
図５においては詳細な図示を省略するが、発電システム１は、基台２を直接に水路の底部Ｔに載置するか、あるいはワイヤー等で懸架するなどして外部より何らかの手法にて支持することにより、あるいはさらに両者を併用する態様にて、水流Ｆ内に設置される。係る場合においては、図５に示すように、筐体２０を備えた発電システム１は、開口部２０Ａおよび凹部２０Ｂが備わる側部（発電システム１の正面側）を流体の上流側に向ける態様にて設置される。これは開口部２０Ａを通じて筐体２０の内側へと流体を流入させることで、凹部２０Ｂ以外のところに位置する翼７についても、より回転しやすくするためである。なお、発電システム１の設置場所は、図５に示すような傾斜した水路に限られるものではなく、上方から下方に向けて水が流れる垂直な水管内に設置されて使用される態様であってもよい。
【００４３】
発電システム１が図５に例示するような態様にて流体中に配置されると、翼７が流体の流れ（図５中に矢印にて例示）を受けることで回転部１Ａにトルクが生じ、その結果、基台２と電機子部１０に備わるベアリング３によって回転軸４が軸支されてなる回転部１Ａ全体が、矢印ＡＲに示すように回転する。
【００４４】
回転部１Ａの上側支持部５には、発電部１Ｂの界磁部９が一体に設けられているので、回転部１Ａが回転することで、電機子部１０に設けられたコイルを通過する界磁部９からの磁束が時間変化する。これにより、各コイルに誘導起電力が生じる。すなわち、発電システム１が駆動される。これが、発電システム１における発電の概略的なメカニズムである。
【００４５】
ただし、一般に、河川における水流や、大気の流れ（自然風）を駆動源として水車や風車の回転部を回転させることで得られる回転数は、せいぜい、数十〜数百ｒｐｍ程度である。しかも、必ずしも回転数が大きいほど高い出力が得られるわけでもないことも、実験的に確認されている。
【００４６】
例えば、図６は、発電システム１の回転部１Ａと同様の構成を有するダリウス型水車（上側支持部５に界磁部９は設けられていない）に評価用の発電機として風力発電用の低速・小型発電機（流体の回転による発電に最適化されたものではない）を接続し、該ダリウス式水車を実験用ダクト（深さ２８０ｍｍ、幅３００ｍｍ）に浸漬して、該ダクトにおける水流の流量Ｑ（単位：ｌ（リットル）／ｓ）を変化させたときの、回転数Ｎ（単位：ｒｐｍ）と出力Ｐ（単位：Ｗ）との関係の変化を示すグラフである。図６に示す結果は、少なくとも、１００ｒｐｍ〜２００ｒｐｍの範囲に出力の最大値（ピーク）があることを示している。なお、前記はダクト内における試験データであるが、大気に開放されている開水路においても同様の傾向を示す。
【００４７】
ただし、発電システム１が河川等で実使用される場合においては、流路における流体の流速は、環境によって大きく変わることが本質的であり、発電システム１は、係る環境条件に適したものとして設計すべきである。この点を踏まえると、流体の流れによる発電を想定している発電システム１は、発電部１Ｂにおいて５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍという回転数の範囲内で高効率・高出力が得られるのが好ましい。そして、そのためには、回転部１Ａの最大効率時回転数と発電部１Ｂの最大効率時回転数を一致させるのが好ましいといえる。
【００４８】
この点を鑑み、本実施の形態に係る発電システム１においては、回転部１Ａの上側支持部５と発電部１Ｂの界磁部９とを一体に設け、かつ、発電部１Ｂの電機子部１０に、回転部１Ａの回転軸４の軸受けであるベアリング３の一方を設けることによって、回転部１Ａの回転がそのまま、発電部１Ｂにおける界磁部９の回転とされてなる。すなわち、発電システム１は、回転部１Ａにおける回転数と発電部１Ｂの界磁部９の回転数とが自ら等しくなるように構成されてなる。係る場合においては、回転部１Ａと発電部１Ｂの間に増速ギアなどの機械的なエネルギー伝達要素が介在しないので、当該要素を原因とした損失が全く生じることはない。
【００４９】
また、一般論として、発電機の出力は、以下の式で与えられる。
【００５０】
（出力）＝（回転子体積）×（電機子巻線の有効アンペアターン（＝電流×巻数）：電気装荷）×（ギャップ磁束密度：磁気装荷）×（回転数）
回転数が低い場合、磁束を高くするだけの励磁電流が得られなくなるので、全体として出力が低下する。
【００５１】
一方、磁束の減少分を永久磁石の数を増やして補うには、多極にする必要があるが、あまり極数を多くすると、毎極辺りの磁束量が小さくなり、かつ、磁束が通るための磁路を確保するために鉄心ティースが太くなり、発電機の体格が大きくなる、などの問題が生じる。
【００５２】
それゆえ、本実施の形態に係る発電システム１の発電部１Ｂにおいては、１０００ｒｐｍを下回る回転数でも効率を維持するために一般的に多用される多極型発電機に比して、界磁部９に使用する永久磁石の量を相対的に低減する一方、コイル１０Ｂの巻数（つまり電気装荷）を相対的に多くすることで、低速での特性の改善を図っている。概略的に言えば、本実施の形態に係る発電システム１は、一般的な発電機に比して、（磁気装荷）に対する（電気装荷）の比率をより高くしたものであるといえる。
【００５３】
図７は、界磁部９に所定の回転を与えた場合の発電部１Ｂにおける回転数（Rotation Speed、単位：ｒｐｍ）と最大効率（Efficiency、単位：％）との関係を示すグラフである。また、図８は、同じ場合の発電部１Ｂにおける回転数（Rotation Speed、単位：ｒｐｍ）と出力（Output Power、単位：Ｗ）との関係を示すグラフである。いずれも、鉄心ティース１０Ａの構成材料として、ケイ素鋼板を用いた場合と、ケイ素鋼板よりも材質が劣り鉄損が生じやすいとされているＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）を用いた場合の２通りについての評価結果を示している。なお、いずれの場合も負荷は１５０Ωとした。また、発電部１Ｂとしては、ラジアル型の構成を有するものを用いた。
【００５４】
図７のグラフからは、５０〜２００ｒｐｍという低速回転の範囲においては、回転数が大きいほど最大効率が大きくなるが、増加率は徐々に小さくなり、１５０ｒｐｍを超えたあたりで飽和し始める傾向があることがわかる。特に、鉄心ティース１０Ａにケイ素鋼板を用いた場合には、５０ｒｐｍであっても約８５％という最大効率が得られ、２００ｒｐｍでは最大効率が約９１％にまで到達している。一方、鉄心ティース１０ＡにＳＰＣＣを用いた場合、ケイ素鋼板を用いた場合よりは値が劣るとはいえ、５０ｒｐｍであっても８１％という最大効率が実現され、２００ｒｐｍの場合には９０％弱という、ケイ素鋼板に比して遜色のない値が得られている。
【００５５】
一方、図８のグラフからは、５０〜２００ｒｐｍという低速回転の範囲においては、回転数が大きいほど出力が大きくなり、しかも、その増加率も徐々に大きくなる傾向があることがわかる。出力値は、１００ｒｐｍでは約２５０Ｗ、１５０ｒｐｍでは５００Ｗ強、２００ｒｐｍにおいて約１０００Ｗである。また、ケイ素鋼板の場合とＳＰＣＣの場合とで、出力にほとんど差がないこともわかる。
【００５６】
図７および図８に示す結果は、少なくとも１００ｒｐｍ〜２００ｒｐｍ程度の低速回転において高効率かつ高出力を得ることが出来る発電部１Ｂが実現されてなることを意味している。係る回転数の範囲は、図６に例示した、実験用ダクトでの実験にて回転部１Ａにおいて出力が最大となる回転数の範囲と同じである。このことは、水流や自然風の流れを回転部１Ａの駆動源としつつも、高効率かつ高出力の発電が可能となることを意味している。なお、上述のように、実使用の局面では、水流や自然風の流れを受けた回転部１Ａは、５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの範囲の回転数にて回転することが想定されるので、発電部１Ｂの各部の具体的構成要件を適宜に調整することによって、係る回転数の範囲で十分に大きな最大効率を得るようにすればよく、実際にそれは可能である。
【００５７】
また、鉄心ティース１０Ａの材質による差異が小さいということは、本実施の形態に係る発電システム１の構成が、鉄心ティース１０Ａにおける鉄損を生じさせにくいものであることを意味している。これにより、発電システム１においては、ケイ素鋼板に比して安価なＳＰＣＣを用いる場合であっても、高効率かつ高出力な発電を実現することが可能となる。
【００５８】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍという比較的低い回転数のもとで出力の最大値（ピーク）を有する回転部と、当該回転数の範囲において高効率かつ高出力での発電が可能な発電部とを、後者に備わる界磁部が回転部と一体のものとなるように構成することで、河川における水流や、大気の流れ（自然風）などの流体の流れを回転部の駆動源としつつも、高効率かつ高出力な発電が可能な発電システムを実現することができる。
【００５９】
＜変形例＞
上述の実施の形態において図１ないし図３において例示した発電システム１は、流体の流れ方向に対して回転軸４の延在方向が垂直となる立軸型の構成を有しているが、発電システム１は、流体の流れと回転軸４の延在方向とが一致する横軸型の構成を有するものであってもよい。係る場合においては、翼７の形状および配置を初めとする各部の構成が適宜、横軸型において高効率化と高出力化とを好適に実現できるものとされればよい。
【００６０】
また、上述の実施の形態においては、発電システム１を、三相交流発電を行うものとして説明しているが、これに代わり、単相による発電を行うものであってもよいし、３ｎ相（ｎ: 自然数）による発電を行うものであってもよい。係る場合においては、それぞれの場合に高効率化と高出力化とが実現されるように、電機子部１０が構成されればよい。
【００６１】
また、上述の実施の形態においては、界磁部９を永久磁石にて形成する態様となっているが、これに代わり、直流電磁石にて界磁部９を構成する態様であってもよい。
【００６２】
また、上述の実施の形態においては、電機子部１０は固定子とされ、界磁部９が回転部１Ａと一体的に回転する回転子とされていたが、これに代わり、界磁部９を固定子とし、電機子部１０を回転部１Ａと一体的に回転する回転子とする構成であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１  発電システム
２  基台
３  ベアリング
４  回転軸
５  上側支持部
６  下側支持部
７  翼
８  回転軸
９  界磁部
１０  電機子部
１０Ａ  鉄心ティース
１０Ｂ  コイル
１Ａ  回転部
１Ｂ  発電部
２０  筐体
２０Ａ  開口部
２０Ｂ  凹部
Ｆ  水流
Ｔ  底面
【図１】
2015050892.tif 000003
【図４】
2015050892.tif 000004
【図５】
2015050892.tif 000005
【図６】
2015050892.tif 000006
【図７】
2015050892.tif 000007
【図８】
2015050892.tif 000008
【図２】
2015050892.tif 000009
【図３】
2015050892.tif 000010