(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で発電効率を向上させた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１は、４枚の羽根を備え、前側の羽根２１，２２は前側揺動軸４２の前端に回動可能に取り付けられた支持ブロック５１，５２に支持され、後側の羽根２３，２４は後側揺動軸４４の後端に回動可能に取り付けられた支持ブロック５３，５４に支持され、前後一方の対の羽根が倒れた位置にあるときに他方の対の羽根が立ち上がった位置にある様に取り付けられる。各羽根が倒れた位置にあるときに前縁が前方を向き、各羽根が立ち上がった位置にあるとき前縁が後方を向く様に、マグネットＭＧ１ａ、ＭＧ１ｂ、ＭＧ２ａ、ＭＧ２ｂを備えると共に、前側の羽根を支持する支持ブロック５１，５２に対しては、当該支持ブロックに支持されている羽根が倒れた位置に向かって下降する際に、当該支持ブロックを前側に回動させるカウンタウェイト９１，９２を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部から左右に伸びる羽根の羽ばたき運動によって発電機を回転させて風力発電を行う羽ばたき型風力発電機であって、以下の構成を備えたことを特徴とする羽ばたき型風力発電機。
（１）前記羽根として、前記本体部の前側で左右に伸びる２枚の羽根と、前記本体部の後側で左右に伸びる２枚の羽根とをそれぞれ対とした４枚の羽根を備えていること。
（２）前記前側の２枚の羽根が、それぞれ、前記本体部の前側左右に備えた前側揺動軸の前端に回動可能に取り付けられた支持ブロックに対して、前記前側揺動軸と交差する方向に伸びる様に支持され、前記後側の羽根が、前記本体部の後側左右に備えた後側揺動軸の後端に回動可能に取り付けられた支持ブロックに対して、前記後側揺動軸と交差する方向に伸びる様に支持され、前側の２枚の羽根と、後側の２枚の羽根とは、一方の対の羽根が倒れた位置にあるときに他方の対の羽根が立ち上がった位置にある様に、前記本体部に対して取り付けられている。
（３）前記前側揺動軸及び前記後側揺動軸は、それぞれレバー及びコネクタを介して、発電機に回転力を与えるクランク軸から突設された４本のアームのそれぞれとの間で四節回転連鎖を形成する様に連結されていること。
（４）前記４本のアームは、左右の前側揺動軸と連結されるアーム同士は、前記クランク軸の軸方向にずれた位置において位相角１８０度となる関係で設置され、左右の後側揺動軸と連結されるアーム同士は、前記クランク軸の軸方向にずれた位置において位相角１８０度となる関係で設置されていること。
（５）前記各羽根が倒れた位置にあるときに前縁が前方を向き、前記各羽根が立ち上がった位置にあるとき前縁が後方を向く様に、前記各支持ブロックを、それぞれが支持している羽根の昇降動作に対応して回動させるブロック回動手段を備えていること。
【請求項２】
さらに、以下の構成をも備えていることを特徴とする請求項１に記載の羽ばたき型風量発電機。
（６）前記４本のアームは、左側の前側揺動軸と連結されるアームと左側の後側揺動軸と連結されるアームとは、前記クランク軸に対して位相角４５度又は２２５度となる関係で設置され、右側の前側揺動軸と連結されるアームと、右側の後側揺動軸と連結されるアームとは、前記クランク軸に対して位相角４５度又は２２５度となる関係で設置されていること。
【請求項３】
さらに、以下の構成をも備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の羽ばたき型風量発電機。
（７）前記ブロック回動手段は、前記支持ブロック側に取り付けたマグネットと、前記本体部側に取り付けたマグネットとの吸引及び反発を利用して前記支持ブロックを回動させる手段として構成されていること。
【請求項４】
さらに、以下の構成をも備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の羽ばたき型風量発電機。
（８）前記ブロック回動手段として、前記前側の羽根を支持する支持ブロックに対しては、当該支持ブロックに支持されている羽根が倒れた位置に向かって下降する際に、当該支持ブロックを前側に回動させるカウンタウェイトを備えていること。
【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】
従来からの風力発電機においては、翼の回転に伴って発生する低周波騒音の問題が指摘されている。そこで、回転によるのではなく、左右２枚の羽根をゆっくりとばたく様に動作させて発電する羽ばたき型風力発電機が提案されている（特許文献１〜６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１７３５４９
【特許文献２】特開２００９−１９７５８６
【特許文献３】特開２０１０−５３７１４
【特許文献４】特開２０１０−２６１３１６
【特許文献５】特開２０１０−２８１２０９
【特許文献６】特開２０１２−９２７２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜６に記載の羽ばたき型風力発電機は、低周波騒音の問題は解消できるものの発電効率が劣るという問題がある。発電効率は、翼面積を増大することによって改善できるものの、構造的に限界があると共に、羽根の長大化による装置の大型化という問題も発生する。また、特許文献１〜６に記載の羽ばたき型風力発電機では、上反角効果によって生じる転倒モーメントを打ち消すためのバランサや、風向に追従させるための尾翼を備える必要があり、これらによっても装置の重量増や大型化を避けられない。この問題は、翼面積を増大させるとさらに深刻になる。
【０００５】
そこで、本発明は、小型で発電効率を向上させた羽ばたき型風力発電機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】
【０００６】
上記目的を達するためになされた本発明の羽ばたき型風力発電機は、本体部から左右に伸びる羽根の羽ばたき運動によって発電機を回転させて風力発電を行う羽ばたき型風力発電機であって、以下の構成を備えたことを特徴とする。
（１）前記羽根として、前記本体部の前側で左右に伸びる２枚の羽根と、前記本体部の後側で左右に伸びる２枚の羽根とをそれぞれ対とした４枚の羽根を備えていること。
（２）前記前側の２枚の羽根が、それぞれ、前記本体部の前側左右に備えた前側揺動軸の前端に回動可能に取り付けられた支持ブロックに対して、前記前側揺動軸と交差する方向に伸びる様に支持され、前記後側の羽根が、前記本体部の後側左右に備えた後側揺動軸の後端に回動可能に取り付けられた支持ブロックに対して、前記後側揺動軸と交差する方向に伸びる様に支持され、前側の２枚の羽根と、後側の２枚の羽根とは、一方の対の羽根が倒れた位置にあるときに他方の対の羽根が立ち上がった位置にある様に、前記本体部に対して取り付けられている。
（３）前記前側揺動軸及び前記後側揺動軸は、それぞれレバー及びコネクタを介して、発電機に回転力を与えるクランク軸から突設された４本のアームのそれぞれとの間で四節回転連鎖を形成する様に連結されていること。
（４）前記４本のアームは、左右の前側揺動軸と連結されるアーム同士は、前記クランク軸の軸方向にずれた位置において位相角１８０度となる関係で設置され、左右の後側揺動軸と連結されるアーム同士は、前記クランク軸の軸方向にずれた位置において位相角１８０度となる関係で設置されていること。
（５）前記各羽根が倒れた位置にあるときに前縁が前方を向き、前記各羽根が立ち上がった位置にあるとき前縁が後方を向く様に、前記各支持ブロックを、それぞれが支持している羽根の昇降動作に対応して回動させるブロック回動手段を備えていること。
【０００７】
本発明の羽ばたき型風力発電機によれば、前後各２枚の４枚の羽根は、前後一方の対の羽根が倒れた位置にあるときに他方の対の羽根が立ち上がった位置にある様に、互いに反対方向に昇降動作する羽ばたき運動を行うので、転倒モーメントを打ち消し合うことができ、バランサを備える必要がない。また、前後一方の対の羽根が立ち上がることで風向追従作用を奏するから、尾翼を備える必要もない。そして、倒れた位置にある羽根は前縁を前方に向け、立ち上がった位置にある羽根は前縁を後方に向ける様に回動するから、互いに干渉し合うことなく、羽ばたき運動をスムーズに実行することができる。なお、さらに、「（６）前記４本のアームは、左側の前側揺動軸と連結されるアームと左側の後側揺動軸と連結されるアームとは、前記クランク軸に対して位相角４５度又は２２５度となる関係で設置され、右側の前側揺動軸と連結されるアームと、右側の後側揺動軸と連結されるアームとは、前記クランク軸に対して位相角４５度又は２２５度となる関係で設置されていること。」という構成をも備えることにより、上昇端及び下降端における動きをスムーズにすることができる。
【０００８】
ここで、本発明の羽ばたき型風力発電機は、さらに、以下の構成をも備えるとよい。
（７）前記ブロック回動手段は、前記支持ブロック側に取り付けたマグネットと、前記本体部側に取り付けたマグネットとの吸引及び反発を利用して前記支持ブロックを回動させる手段として構成されていること。
【０００９】
マグネットを利用することで、動力を用いなくても羽根の向きを変えながら羽ばたき運動を実行させることができる。
【００１０】
また、本発明の羽ばたき型風力発電機は、さらに、以下の構成をも備えるとよい。
（８）前記ブロック回動手段として、前記前側の羽根を支持する支持ブロックに対しては、当該支持ブロックに支持されている羽根が倒れた位置に向かって下降する際に、当該支持ブロックを前側に回動させるカウンタウェイトを備えていること。
【００１１】
前側の羽根を、倒れた位置において確実に前縁を前方に向いた状態にすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型で発電効率を向上させた羽ばたき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】
【００１３】
【図１】実施例１の羽ばたき型風力発電機を示し、（Ａ）は前方から見た斜視図、（Ｂ）は後方から見た斜視図である。
【図２】実施例１の羽ばたき型風力発電機の本体内部構造を示し、（Ａ）は前方から見た斜視図、（Ｂ）は後方から見た斜視図である。
【図３】実施例１の羽ばたき型風力発電機のクランク機構を示す前方から見た斜視図である。
【図４】実施例１の羽ばたき型風力発電機の動作を示す説明図である。
【図５】実施例１の羽ばたき型風力発電機の羽根を示し、（Ａ）は全体の平面図、（Ｂ）は羽根本体とフレームの平面図である。
【図６】実施例１の羽ばたき型風力発電機の羽根本体を示し、（Ａ）は左側面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）はａ−ａ端面図、（Ｅ）はｂ−ｂ端面図、（Ｆ）はｃ−ｃ端面図、（Ｇ）はｄ−ｄ端面図である。
【図７】実施例１の羽ばたき型風力発電機のフレームを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は要部の分解斜視図、（Ｃ）は要部の断面図、（Ｄ）はｅ−ｅ端面図である。
【図８】実施例１の羽ばたき型風力発電機のフレームを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は要部の分解斜視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するのに適した羽ばたき型風力発電機の実施形態を実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
実施例１の羽ばたき型風力発電機１は、図１に示す様に、支柱２の上端に取り付けられた本体部１０から左右に伸びる前側２枚、後側２枚がそれぞれ対となった全部で４枚の羽根２１〜２４を備え、昆虫のトンボの胴体の様な外観を呈している。
【００１６】
本体１０のカバーの内側には、図２に示す様に、発電機構部３０が収納されている。発電機構部３０には、発電機３１と、プーリ３２，３３及びタイミングベルト３４を介して発電機３１を回転させるクランク軸３５が備えられている。
【００１７】
前側の羽根２１，２２は、図３に示す様に、前側揺動軸４１，４２の前端に回動可能に取り付けられた支持ブロック５１，５２に対して、前側揺動軸４１，４２と交差する方向に伸びる様に支持されている。同様に、後側の羽根２３，２４は、後側揺動軸４３，４４の後端に回動可能に取り付けられた支持ブロック５３，５４に対して、後側揺動軸４３，４４と交差する方向に伸びる様に支持されている。
【００１８】
前側揺動軸４１，４２及び後側揺動軸４３，４４は、レバー６１〜６４及びコネクタ７１〜７４を介してクランク軸３５から突設されたアーム８１〜８４との間で四節回転連鎖を形成する様に連結されている。
【００１９】
左の前側揺動軸４１と連結されるアーム８１と、右の前側揺動軸４２と連結されるアーム８２とは、クランク軸３５の軸方向にずれた位置において位相角１８０度となる関係で設置されている。同じく、左の後側揺動軸４３と連結されるアーム８３と、右の後側揺動軸４４と連結されるアーム８４とは、クランク軸３５の軸方向にずれた位置において位相角１８０度となる関係で設置されている。
【００２０】
そして、左の前側揺動軸４１と連結されるアーム８１と、左の後側揺動軸４３と連結されるアーム８３とは、クランク軸３５に対して位相角４５度（又は２２５度）となる関係で設置され、同様に、右の前側揺動軸４２と連結されるアーム８２と、右の後側揺動軸４４と連結されるアーム８４とは、クランク軸３５に対して位相角４５度（又は２２５度）となる関係で設置されている。
【００２１】
各支持ブロック５１〜５４には、図２，図３に示す様に、マグネットＭＧ１ａ，ＭＧ１ｂ，ＭＧ２ａ，ＭＧ２ｂ等が取り付けられると共に、揺動軸４１〜４４の支持ブラケット側にもマグネットＭＧ１ｃ，…，ＭＧ２ｃ，ＭＧ２ｄ等が取り付けられている。これらマグネットの作用により、各羽根２１〜２４は、上昇位置において風を受けたときに下向きの揚力が働き、下降位置において風を受けたときに上向きの揚力が働く状態となる様に、支持ブロック５１〜５４が揺動軸４１〜４４に対して回動される。
【００２２】
また、本実施例においては、図２（Ａ）に示す様に、前側の羽根２１，２２を取り付ける支持ブロック５１，５２にはカウンタウェイト９１，９２が取り付けられている。上述の様に、マグネットの作用によって各羽根２１〜２４は、下降位置において上向きの揚力が発生する状態となる様に回動されるのであるが、前側の羽根２１，２２については、この状態を的確に生じさせる様に、カウンタウェイト９１，９２が、図示矢印の方向へと支持ブロック５１，５２を回動させる役割を果たしている。
【００２３】
次に、実施例の羽ばたき型風力発電機１の動作について、図４に基づいて説明する。
【００２４】
図４（Ａ）に示す様に、前側の羽根２１，２２が所定の上反角となる倒れ位置にあるとき、後側の羽根２３，２４は立ち上がり位置にある。このとき、前側の羽根２１，２２は前縁を前方に向かせた状態となり、後側の羽根２３，２４は前側の縁を後ろに向かせた状態に回動している。
【００２５】
この状態で前方から風を受けると、図４（Ｂ）に示す様に、前側の羽根２１，２２では上方に向かう揚力が発生し、逆に、後側の羽根２３，２４では下方に向かう揚力が発生する。この結果、前側の羽根２１，２２が上方に引き上げられ、後側の羽根２３，２４が下方に引き下げられ、クランク軸３５が正面視反時計周り（又は時計周り）に回転し始める。そして、前後の羽根が重なる位置では、前側の羽根２１，２２と後側の羽根２３，２４との間で反転翼効果が発揮され、後側の羽根２３，２４に発生する下向きの揚力が強くなる。
【００２６】
なお、上昇中の前側の羽根２１，２２は、前縁側を揚力で引き上げられる結果、前縁を内側に向ける方向の回転を伴いながら上昇をする。後側の羽根２３，２４は、逆に、前縁を外側に向ける方向の回転を伴いながら下降する。そして、図４（Ｃ）に示す様に、前側の羽根２１，２２が立ち上がり位置、後側の羽根２３，２４が倒れ位置に移動し終わるころには、後側の羽根２３，２４は前縁を前方に向けた状態に、前側の羽根２１，２２は前縁を後方に向けた状態に回転する。
【００２７】
この状態で前方から風を受けると、図４（Ｄ）に示す様に、後側の羽根２３，２４では上方に向かう揚力が発生し、逆に、前側の羽根２１，２２では下方に向かう揚力が発生する。この結果、後側の羽根２３，２４が上方に引き上げられ、前側の羽根２１，２２が下方に引き下げられ、クランク軸３５が正面視反時計周りの回転を続行する。このときも、昇降途中の所定範囲にあるときは、強い反転翼効果が発揮される。
【００２８】
以下、所定範囲の風速の風を受け続けている間、４枚の羽根２１〜２４による羽ばたき運動が繰り返し実行される。このとき、前側の羽根２１．２２は、カウンタウェイト９１，９２の作用により、倒れ位置においてしっかりと前縁を前方に向けることができる。そして、４枚の羽根２１〜２４によってクランク軸３５を所定方向へと連続的に回転させることにより、プーリ３２，３３及びタイミングベルト３４を介して発電機３１を所定方向へ回転させ、連続的に発電が行われる。なお、発電機３１は時計方向、反時計方向のいずれの方向にクランク軸３５が回転しても発電可能なタイプを採用している。
【００２９】
なお、本実施例によれば、風向に対しては、立ち上がっている方の羽根が追従性を発揮するから、尾翼を備える必要がない。また、前後の羽根に発生する揚力の方向が反対方向になることから、強い転倒モーメントを生じることがなく、バランサを備える必要もない。
【００３０】
次に、本実施例の羽ばたき発電機１に取り付けられる羽根２１〜２４の構造及び製造方法について図５〜図８に基づいて説明する。なお、羽根２１〜２４は、同一寸法、同一形状、同一構造となっている。以下の説明では、羽根２０として説明を行う。
【００３１】
羽根２０は、図５に示す様に、羽根本体１００と、フレーム１１０とから構成されている。
【００３２】
羽根本体１００は、図６に示す様に、翼断面形状を有する中空体であって、ポリプロピレンを素材とするブロー成形によって製造されている。羽根本体１００は、全体として、前縁１０１近くに最大厚みを有する断面形状を呈し、後縁１０２側には９個のレセス１０３を形成する様に潰された形状とされている。また、前縁１０１は根元１０４まで連続し、後縁１０２は根元１０４までは連続しておらず、根元１０４の後側に開口部１０５が形成された形状となっている。
【００３３】
フレーム１１０は、図７に示す様に、炭素繊維性の中空パイプ１１１の前側から鋼製のリブ１１２を取り付けると共に、元側端部１１３にステム部品１１４を取り付けた構造となっている。リブ１１２は、リブ本体１１２ａの周囲を取り巻く様にフランジ部１１２ｂを備えた断面コ字型とされている。リブ本体１１２ａの後端部は、中空パイプ１１１を嵌り込ませる凹入部１１２ｃとされている。リブ１１２は、この凹入部１１２ｃに中空パイプ１１１を嵌り込ませる様にして接着剤及びピンによって結合される。なお、ステム部品１１４は、図８に示す様に、支持ブロック５１〜５４にねじ込むための鋼製のネジ部１１４ａと、羽根本体１００の開口部１０５を塞ぐ様に内側から嵌り込むＦＲＰ製の蓋部１１４ｂとを結合させたものによって構成されている。
【００３４】
上述の様な構造からなる中空の羽根本体１００に対し、開口部１０５からフレーム１１０を挿入し、羽根本体１００とフレーム１１０とをリベット接合によって一体化する。こうして製造された羽根２０は、中心やや前方に位置する様に炭素繊維製の中空パイプ１１１が芯を構成し、前縁１０１側をリブ１０２で補強すると共に、後縁１０２側はレセス１０３の間がリブとなって補強される。この様な構造からなる羽根２０は軽量であるにも拘わらず、十分な強度を有するものとなる。
【００３５】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれに限らず、その要旨を逸脱しない範囲内での種々なる変形実施が可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
風力発電に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・羽ばたき型風力発電機、２・・・支柱、１０・・・本体部、２０，２１〜２４・・・羽根、３０・・・発電機構部、３１・・・発電機、３２，３３・・・プーリ、３４・・・タイミングベルト、３５・・・クランク軸、４１，４２・・・前側揺動軸、４３，４４・・・後側揺動軸、５１〜５４・・・支持ブロック、６１〜６４・・・レバー、７１〜７４・・・コネクタ、８１〜８４・・・アーム、９１，９２・・・カウンタウェイト、１００・・・羽根本体、１０１・・・前縁、１０２・・・後縁、１０３・・・レセス、１０４・・・根元、１０５・・・開口部、１１０・・・フレーム、１１１・・・中空パイプ、１１２・・・リブ、１１３・・・元側端部、１１４・・・ステム部品、１１２ａ・・・リブ本体、１１２ｂ・・・フランジ部、１１２ｃ・・・凹入部、１１４ａ・・・ネジ部、１１４ｂ・・・蓋部、ＭＧ１ａ，ＭＧ１ｂ，ＭＧ１ｃ，ＭＧ２ａ，ＭＧ２ｂ等・・・マグネット。
【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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