(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線を中心に回転可能に設けられ、流体を受ける回転翼であって、
前記回転軸線と平行かつ回転方向の前方に突出するように湾曲する前方翼面と、
前記前方翼面の背面側に配置され、前記回転軸線と平行かつ前記回転方向の前方に凹むように湾曲し、前記前方翼面よりも湾曲深さが小さい後方翼面とを備え、
前記回転軸線に直交する平面視において、前記前方翼面の、前記回転軸線に遠い側の端部を外側端部、前記回転軸線に近い側の端部を内側端部として、
前記前方翼面は、
前記回転軸線から離れた部分を構成し、前記外側端部から前記回転方向の前方に向かって形成される第１湾曲面と、
前記回転軸線に近い部分を構成し、前記第１湾曲面の前記外側端部の反対側から前記回転方向の後方に向かって前記内側端部に繋がるように形成され、前記平面視における面長が前記第１湾曲面よりも短い第２湾曲面とを備え、
前記第１湾曲面には凹部が形成され、
前記第１湾曲面の、前記凹部が形成されていない部分を主面として、
前記凹部は、前記回転方向の後方を臨む段差を形成する第１内側面と、前記第１内側面の凹み方向における端部から前記回転方向の後方に向かって形成されて前記外側端部又は前記主面に繋がる第２内側面とを備え、
前記主面と前記第１内側面との境界部から前記凹部側に、該境界部での前記主面の曲率と同一曲率の面を延長した面を仮想曲面とし、
前記回転軸線に直角な断面で見て前記主面と前記第１内側面との境界部での前記主面の接線を該境界部から外側に延長した延長線と、該境界部での前記第１内側面の接線との成す角度、又は前記仮想曲面と前記第１内側面との境界部での前記仮想曲面の接線と、該境界部での前記第１内側面の接線との成す角度を前記第１内側面の傾斜角とし、
前記回転軸線に直角な断面で見て前記第２内側面と前記主面との境界部での前記第２内側面の接線を該境界部から外側に延長した延長線と、該境界部での前記主面の接線との成す角度、又は前記仮想曲面と前記第２内側面との境界部での前記仮想曲面の接線と、該境界部での前記第２内側面の接線との成す角度を前記第２内側面の傾斜角としたとき、
前記第２内側面の前記傾斜角は、前記第１内側面の前記傾斜角より小さい角度である、
回転翼。
【請求項２】
前記第１内側面の前記傾斜角は９０度以上１５０度以下である請求項１に記載の回転翼。
【請求項３】
回転軸線を中心に回転可能に設けられ、流体を受ける回転翼であって、
前記回転軸線と平行かつ回転方向の前方に突出するように湾曲する前方翼面と、
前記前方翼面の背面側に配置され、前記回転軸線と平行かつ前記回転方向の前方に凹むように湾曲し、前記前方翼面よりも湾曲深さが小さい後方翼面と、
前記前方翼面及び前記後方翼面の、前記回転軸線に平行な方向における端部を支持する翼支持部とを備え、
前記回転軸線に直交する平面視において、前記前方翼面の、前記回転軸線に遠い側の端部を外側端部、前記回転軸線に近い側の端部を内側端部として、
前記前方翼面は、
前記回転軸線から離れた部分を構成し、前記外側端部から前記回転方向の前方に向かって形成される第１湾曲面と、
前記回転軸線に近い部分を構成し、前記第１湾曲面の前記外側端部の反対側から前記回転方向の後方に向かって前記内側端部に繋がるように形成され、前記平面視における面長が前記第１湾曲面よりも短い第２湾曲面とを備え、
前記第１湾曲面には凹部が形成され、
前記翼支持部は、
前記前方翼面及び前記後方翼面を支持するとともに、前記平面視で見て前記後方翼面に重なる位置又は前記後方翼面よりも前記回転方向の後方の位置に回転径方向に延びる後端部を形成する本体部と、
前記後端部に沿って形成されるとともに、前記後端部から、前記回転軸線に平行な方向における前記後方翼面が配置される側の反対側に向かう方向成分と前記回転方向の後方に向かう方向成分とを有した斜め方向に形成される傾斜部とを備える、
回転翼。
【請求項４】
前記凹部は、前記第１湾曲面と前記第２湾曲面との境界部よりも前記外側端部に近い位置に形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転翼。
【請求項５】
前記第１湾曲面の、前記凹部が形成されていない部分を主面として、
前記凹部は、前記回転方向の後方を臨む段差を形成する第１内側面と、前記第１内側面の凹み方向における端部から前記回転方向の後方に向かって形成されて前記外側端部又は前記主面に繋がる第２内側面とを備える請求項３に記載の回転翼。
【請求項６】
前記前方翼面及び前記後方翼面の、前記回転軸線に平行な方向における端部を支持する翼支持部を備え、
前記翼支持部は、
前記前方翼面及び前記後方翼面を支持するとともに、前記平面視で見て前記後方翼面に重なる位置又は前記後方翼面よりも前記回転方向の後方の位置に回転径方向に延びる後端部を形成する本体部と、
前記後端部に沿って形成されるとともに、前記後端部から、前記回転軸線に平行な方向における前記後方翼面が配置される側の反対側に向かう方向成分と前記回転方向の後方に向かう方向成分とを有した斜め方向に形成される傾斜部とを備える請求項１又は２に記載の回転翼。
【請求項７】
前記本体部は、
前記回転軸線の位置に設けられる中央部と、
前記中央部の外周から回転径方向に延びるように設けられて、前記前方翼面及び前記後方翼面を支持するとともに、前記後端部を形成するアーム部とを備える請求項３又は６に記載の回転翼。
【請求項８】
前記翼支持部は、前記後端部に沿って間隔をあけて設けられて前記アーム部と前記傾斜部の双方の面から立つように設けられる複数の立設部を備える請求項７に記載の回転翼。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の複数の回転翼が前記回転軸線の周りに等間隔に配置された段部を、前記回転軸線の方向に複数備え、
前記段部は、複数の前記段部間で互いに同一の個数の前記回転翼を備え、前記回転翼の回転方向は複数の前記段部間で同一方向であり、複数の前記段部間で前記回転軸線の周りの方向における前記回転翼の配置位置に角度差を有しており、前記角度差を維持しながら回転するように複数の前記段部が連結される回転装置。
【請求項１０】
回転軸線を中心に回転可能に設けられる、流体を受ける複数の回転翼が前記回転軸線の周りに等間隔に配置された段部を、前記回転軸線の方向に複数備え、
前記回転翼は、
前記回転軸線と平行かつ回転方向の前方に突出するように湾曲する前方翼面と、
前記前方翼面の背面側に配置され、前記回転軸線と平行かつ前記回転方向の前方に凹むように湾曲し、前記前方翼面よりも湾曲深さが小さい後方翼面とを備え、
前記回転軸線に直交する平面視において、前記前方翼面の、前記回転軸線に遠い側の端部を外側端部、前記回転軸線に近い側の端部を内側端部として、
前記前方翼面は、
前記回転軸線から離れた部分を構成し、前記外側端部から前記回転方向の前方に向かって形成される第１湾曲面と、
前記回転軸線に近い部分を構成し、前記第１湾曲面の前記外側端部の反対側から前記回転方向の後方に向かって前記内側端部に繋がるように形成され、前記平面視における面長が前記第１湾曲面よりも短い第２湾曲面とを備え、
前記第１湾曲面には凹部が形成され、
前記段部は、複数の前記段部間で互いに同一の個数の前記回転翼を備え、前記回転翼の回転方向は複数の前記段部間で同一方向であり、複数の前記段部間で前記回転軸線の周りの方向における前記回転翼の配置位置に角度差を有しており、前記角度差を維持しながら回転するように複数の前記段部が連結される回転装置。
【請求項１１】
前記角度差を維持しながら同一方向に回転するように連結される前記段部の個数は２つであり、
前記角度差は、１つの前記段部に備えられる複数の前記回転翼の、前記回転軸線の周りの方向における配置間隔を示す角度の半分の角度である請求項９又は１０に記載の回転装置。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の回転装置である第１回転装置と、
前記第１回転装置と前記回転軸線を共通にして設けられ、前記第１回転装置の回転方向と逆方向に回転するように設けられる、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の回転装置である第２回転装置と、
前記第１回転装置の回転に連動して回転する界磁用磁石と前記第２回転装置の回転に連動して回転する発電用コイルとを備えた発電部と、
を備える発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は気流、水流等の流体を受けて回転する回転翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３には、風力（気流）を受けて回転軸線を中心に回転する複数の回転翼（羽根、風車翼）を備えた回転装置（風車、風力発電機）が開示されている。特許文献１〜３に開示の回転翼は、回転軸線と平行かつ回転方向の前方に突出するように湾曲する前方翼面（前側面、前方凸面）と、前方翼面の背面側に配置され、回転軸線と平行かつ回転方向の前方に凹むように湾曲し、前方翼面よりも湾曲深さが小さい後方翼面（後側面、後方凹面）とを備える。前方翼面は、回転軸線から離れた部分を構成する第１湾曲面（気流高速通過面、第１面、第１凸面）と、回転軸線に近い部分を構成し、平面視における面長が第１湾曲面よりも短い第２湾曲面（気流低速通過面、第２面、第２凸面）とを備える。特許文献１〜３によれば、後方翼面で風を受けたときに生じる抗力と、前方翼面の第１湾曲面と第２湾曲面とに沿って流れる気流の速度差により生じる揚力とにより、回転翼を回転させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９０５１２１号公報
【特許文献２】特開２００８−８２２５１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１４／１８１５８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１〜３の回転翼及びそれを複数備えた回転装置では例えば以下の点で回転効率向上の課題がある。
・前方からの流体の一部が前方翼面に沿って流れた後に後方翼面に対向した領域に回り込むことで、後続する回転翼に回転抵抗を生んでしまう。
・回転翼において後方翼面で流体を受ける時に最大抗力（換言すれば最大回転トルク）が発生する。複数の回転翼が回転軸線周りに配置された回転装置にあっては、複数の回転翼の回転に伴い回転翼ごとの最大抗力が交互に発生するが、回転位置に対する抗力（換言すれば回転トルク）の変動が大きい。
【０００５】
本開示は上記事情に鑑みてなされ、上記前方翼面（第１湾曲面及び第２湾曲面）と後方翼面とを有した回転翼、又はそれを複数備えた回転装置において、回転効率を向上できる回転翼又は回転装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本開示の回転翼は、
回転軸線を中心に回転可能に設けられ、流体を受ける回転翼であって、
前記回転軸線と平行かつ回転方向の前方に突出するように湾曲する前方翼面と、
前記前方翼面の背面側に配置され、前記回転軸線と平行かつ前記回転方向の前方に凹むように湾曲し、前記前方翼面よりも湾曲深さが小さい後方翼面とを備え、
前記回転軸線に直交する平面視において、前記前方翼面の、前記回転軸線に遠い側の端部を外側端部、前記回転軸線に近い側の端部を内側端部として、
前記前方翼面は、
前記回転軸線から離れた部分を構成し、前記外側端部から前記回転方向の前方に向かって形成される第１湾曲面と、
前記回転軸線に近い部分を構成し、前記第１湾曲面の前記外側端部の反対側から前記回転方向の後方に向かって前記内側端部に繋がるように形成され、前記平面視における面長が前記第１湾曲面よりも短い第２湾曲面とを備え、
前記第１湾曲面には凹部が形成される。
【０００７】
これによれば、後方翼面で流体を受けることで、回転翼を回転させる抗力を発生させることができる。また、前方翼面の第１湾曲面に沿って後方に流れる流体と第２湾曲面に沿って後方に流れる流体の流速差により揚力を生じさせることができる。これら抗力及び揚力により回転翼を効率よく回転させることができる。さらに、第１湾曲面に形成される凹部をボルテックスジェネレータ（渦流生成器）として機能させることができる。すなわち凹部に局所的な流体の溜まり（渦流）を生成して、この溜まりにより前方からの流体が後方翼面に対向した領域に回り込むのを抑制でき、後続する回転翼に回転抵抗を生んでしまうのを抑制できる。また、後方からの流体を凹部で受けることで、回転翼を前方に移動させる抗力を、後方翼面に加えて凹部で発生させることができる。以上より、回転翼の回転効率を向上できる。
【０００８】
また、本開示の回転翼は、
前記前方翼面及び前記後方翼面の、前記回転軸線に平行な方向における端部を支持する翼支持部を備え、
前記翼支持部は、
前記前方翼面及び前記後方翼面を支持するとともに、前記平面視で見て前記後方翼面に重なる位置又は前記後方翼面よりも前記回転方向の後方の位置に回転径方向に延びる後端部を形成する本体部と、
前記後端部に沿って形成されるとともに、前記後端部から、前記回転軸線に平行な方向における前記後方翼面が配置される側の反対側に向かう方向成分と前記回転方向の後方に向かう方向成分とを有した斜め方向に形成される傾斜部とを備えてもよい。
【０００９】
これによれば、翼支持部に設けられる傾斜部で、後方からの流体を受けることができる。これにより、回転翼を前方に移動させる抗力を、後方翼面に加えて傾斜部で発生させることができる。また、傾斜部は、平面視で見て後方翼面に重なる位置又は後方翼面よりも回転方向の後方の位置に設けられ、さらに、回転軸線に平行な方向における後方翼面が配置される側の反対側に向かう方向成分と回転方向の後方に向かう方向成分とを有した斜め方向に形成されるので、傾斜部に当たった後方からの流体を後方翼面に案内できる。また、傾斜部は上記斜め方向に形成されることで、前方からの流体に対して傾斜部が抵抗となってしまうのを抑制できる。傾斜部は、翼支持部の本体部から立つように設けられるので、翼支持部の剛性を向上でき、回転翼が回転方向以外の方向に変位してしまうのを抑制できる。以上より、回転翼の回転効率を向上できる。
【００１０】
本開示の回転装置は、
本開示の複数の回転翼が前記回転軸線の周りに等間隔に配置された段部を、前記回転軸線の方向に複数備え、
前記段部は、複数の前記段部間で互いに同一の個数かつ同一の回転方向の前記回転翼を備え、複数の前記段部間で前記回転軸線の周りの方向における前記回転翼の配置位置に角度差を有しており、前記角度差を維持しながら回転するように複数の前記段部が連結される。
【００１１】
これによれば、同一回転方向に設けられる複数の段部を備えて、それらが回転軸線周りの方向に角度差を有しているので、いずれかの段部が抗力が生じにくい回転位置にある場合であっても、回転方向に角度差を持って設けられる他の段部により、抗力の落ち込みを抑制できる。これにより、回転位置に対する抗力（回転トルク）の変動を小さくでき、回転装置の回転効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】風力発電装置の側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線の位置での風力発電装置の平面図である。
【図３】第１風車の上段部の斜視図である。
【図４】第１風車の上段部の上面図である。
【図５】回転方向の前方から風を受けた回転翼の平面図である。
【図６】図４のＡ部拡大図であって、第１湾曲面に形成される凹部の拡大平面図である。
【図７】翼支持部のアーム部の拡大斜視図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線での翼支持部の断面図である。
【図９】第１風車の上段部の回転翼と下段部の回転翼との回転方向における位置関係を示す平面図である。
【図１０】発電機を、回転軸線を面内に含む平面で切った断面図である。
【図１１】発電機の第１ロータにおける界磁用磁石の配置を示す平面図である。
【図１２】発電機の第２ロータにおける発電用コイルの配置を示す平面図である。
【図１３】第１風車の上段部の平面図であって、回転翼で受ける風の流れを破線で示した図である。
【図１４】第１風車の上段部の平面図であって、図１３の状態から回転した後の状態を示すとともに、回転翼で受ける風の流れを破線で示した図である。
【図１５】回転翼の前方翼面（第１湾曲面）に回転方向の後方からの風が作用した状態を示した平面図である。
【図１６】第１湾曲面に凹部が形成されていない比較例の回転翼の平面図であって、前方翼面（第１湾曲面）に回転方向の後方からの風が作用した状態を示した図である。
【図１７】回転翼の前方翼面（第１湾曲面）に回転方向の前方からの風が作用した状態を示した平面図である。
【図１８】第１湾曲面に凹部が形成されていない比較例の回転翼の平面図であって、回転方向の前方からの風が前方翼面（第１湾曲面）に沿って流れた後に後方翼面側に回り込む様子を示した図である。
【図１９】回転軸線に平行な面で回転翼を切った断面図であって、回転翼に回転方向の後方からの風が作用した状態を示した図である。
【図２０】回転軸線に平行な面で回転翼を切った断面図であって、回転翼に回転方向の前方からの風が作用した状態を示した図である。
【図２１】回転翼及び回転軸にかかる抗力の、回転位置に対する変動を示した実験データである。
【図２２】回転軸線周りに４枚の回転翼が配置された平面図である。
【図２３】第１湾曲面の凹部周辺部分の変形例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示の実施形態を図面を参照して説明する。図１に示す発電装置としての風力発電装置１は、鉛直方向に延びた回転軸線Ｌ１を中心に回転する複数の回転翼を備えた垂直軸型の風力発電装置である。風力発電装置１は、風（気流）の流れ方向に対して回転軸線Ｌ１が垂直となるように設けられる。風力発電装置１は、支持フレーム９、第１風車２、第２風車５、及び発電機８を備えている。なお、第１風車２及び第２風車５が回転装置に相当し、第１風車２が第１回転装置に相当し、第２風車５が第２回転装置に相当する。また発電機８が発電部に相当する。
【００１４】
支持フレーム９は、鉛直方向に延びた３本の支柱１０と、各々の支柱１０の間を連結する複数の梁部材１１とを備えている（図２も参照）。３本の支柱１０は、鉛直方向（上下方向）に直交する平面視（図２参照）で見て、正三角形の頂点位置に配置されている。梁部材１１は、支柱１０の上端部を含む複数の高さ位置で各々の支柱１０を連結している。各高さ位置の３本の梁部材１１により、正三角形状が構成されている（図２参照）。なお、図２では後述の第２風車５の上段部６の回転翼は図示しているが、下段部７（図１参照）の回転翼の図示は省略している。また、図２では、回転翼の第１湾曲面に形成される後述の凹部の図示を省略している。
【００１５】
また、支持フレーム９は、上下方向の複数の高さ位置において各支柱１０から回転軸線Ｌ１が位置する中心側に向かって水平方向に延びる複数の連結部材１２を備えている。連結部材１２は、図１に示すように、風力発電装置１の第１回転軸５１が位置する高さ位置と、第４回転軸５４が位置する高さ位置と、発電機８が位置する高さ位置とに設けられる。連結部材１２の、支柱１０に接続される反対側の端部は、第１回転軸５１を支持する軸支持部、第４回転軸５４を支持する軸支持部、又は発電機８に連結されている。
【００１６】
第１風車２及び第２風車５は、いわゆる垂直型の風車であり、図１に示すように、鉛直方向に延びる共通の回転軸線Ｌ１を有している。なお、回転軸線Ｌ１は仮想の軸線であり、実際の回転軸５１、５２、５３、５４は、各風車２、５を貫通せずに、各風車２、５の上下に設けられている。なお、回転軸線Ｌ１及び回転軸５１、５２、５３、５４は、支持フレーム９を上下方向から見たときの正三角形の重心に位置する。
【００１７】
第１風車２は、第２風車５よりも上段に配置されている。第１風車２は、側方の何れの方向から風を受けても一定の方向に回転するように構成されている。詳しくは、第１風車２は、上下２段に分割されており、上段部３と下段部４とを備えている。
【００１８】
上段部３は、図３、図４に示すように、４枚の回転翼１５を備えている。なお、図４では、後述の蓋プレート２８の図示を省略している。４枚の回転翼１５は、各々同一形状とされ、取付位置のみ異なる。４枚の回転翼１５は、回転軸線Ｌ１を中心とした円周方向に等間隔（すなわち回転角が９０度の間隔）に、かつ、回転軸線Ｌ１から径方向への距離が互いに同じ距離となる位置に配置されている。回転翼１５の材質としては、アルミニウム、ジュラルミン、チタン、などの軽合金、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の合成樹脂などを用いることができる。
【００１９】
回転翼１５は、回転軸線Ｌ１に直角な面で気流（風力）を受けて、受けた気流により回転力を生じさせるための部材である。回転翼１５は、鉛直方向から見て、図５に示すように、翼形状ＷＩを想定し、その前方部分を用いた形状とされている。翼形状ＷＩは、前方からの風（ＷＩＮＤ）に対して揚力を発生させることの可能な、一般的な飛行機の翼の断面と同様の形状であり、翼弦ＷＧに対して一方側（後述の第１湾曲面１９の側）が他方側（後述の第２湾曲面２０の側）よりも大きく膨らんだ形状とされている。回転に伴う相対風の向きをＡＫ、自然風をＡＳとすると、回転翼１５には揚力Ｆが作用して、回転軸線Ｌ１の周りをＸ方向に回転する。
【００２０】
回転翼１５の、鉛直方向からみた断面は、どの水平断面位置でも同様の形状とされている。回転翼１５は、鉛直方向からみて、進行方向（回転方向）Ｘの前側は、前側プレート１６で構成され、進行方向Ｘの後側は、後側プレート１７で構成され、それらプレート１６、１７の間は空間となっており、つまり中空形状となっている。
【００２１】
前側プレート１６の外面である前方翼面は、回転軸線Ｌ１と平行かつ回転方向Ｘの前方に突出するように湾曲する凸湾曲面として構成されている。前方翼面１６は、後側プレート１７（後方翼面）よりも湾曲深さが大きな形状に形成されている。詳細には、前方翼面１６は、回転翼１５の回転半径方向における中間位置に曲率が極大となる頂点部１８を有し、その頂点部１８よりも回転中心（回転軸線Ｌ１）から離れた側に位置して回転半径方向の外側を向く第１湾曲面１９と、頂点部１８よりも回転中心側に位置して回転方向Ｘを向く第２湾曲面２０とで構成されている。頂点部１８は、第１湾曲面１９と第２湾曲面２０との境界に位置する部分（境界部）である。
【００２２】
第１湾曲面１９は、回転軸線Ｌ１から遠い側に配置されており、頂点部１８から回転方向Ｘの後方に向かって連続形成されている。換言すれば、第１湾曲面１９は、頂点部１８の反対側の端部である外側端部２１から回転方向Ｘの前方に向かって連続形成されている。第１湾曲面１９は例えば頂点部１８付近を除いて一定の曲率の円弧形状に形成されている。第１湾曲面１９は、鉛直方向からみて、図５に示すように、翼型ＷＩの翼弦ＷＧを考えた場合、第２湾曲面２０よりも翼弦ＷＧから離れる方向に大きく膨らむ曲面形状とされている。また、図４、図５の平面視での第１湾曲面１９の面長は、第２湾曲面２０よりも長く、換言すれば第２湾曲面２０よりも回転方向Ｘの後方に延びている。第１湾曲面１９の回転方向後端部（頂点部１８と反対側の端部）である外側端部２１は、回転翼１５のなかで最も回転軸線Ｌ１から遠い位置に配置され、第２湾曲面２０の後端部である内側端部２２よりも回転方向Ｘの後方に配置されている。第１湾曲面１９は、頂点部１８から外側端部２１に向けて第１湾曲面１９に沿って生ずる相対気流の速度が、頂点部１８から内側端部２２に向けて第２湾曲面２０に沿って生ずる相対気流の速度よりも大きくなるよう、高速気流通過面として機能する。
【００２３】
さらに、第１湾曲面１９には部分的に凹部２３が形成されている。本実施形態では、１つの回転翼１５当たりに２つの凹部２３が形成されている。凹部２３は、頂点部１８よりも外側端部２１に近い位置に形成されている。換言すれば、図４、図５の平面視で見て、第１湾曲面１９の領域を、第１湾曲面１９の中間の位置を境に２つに分けたときに、凹部２３は外側端部２１側の領域に形成されており、頂点部１８側の領域には形成されていない。また、凹部２３は、第２湾曲面２０及び後方翼面１７には形成されていない。
【００２４】
以下の説明では、第１湾曲面１９の、凹部２３が形成されていない部分を主面という。凹部２３は、回転軸線Ｌ１に直角な断面で見て、図６に示すように、第１湾曲面１９の、回転方向Ｘの後方を臨む段差を形成する第１内側面２４と、第１内側面２４の凹み方向における端部２３２から回転方向Ｘの後方に向かって形成されて、外側端部２１又は主面２６に繋がる第２内側面２５とを含んで構成される。第１内側面２４は、凹部２３の内面のうち、回転方向Ｘの前方に位置する内面を構成する。第１内側面２４の、主面２６に対する傾斜角θ１（図６参照）は、例えば６０度以上１５０度以下であり、好ましくは９０度以上１５０度以下である。なお、傾斜角θ１は、主面２６と第１内側面２４との境界部２３１での主面２６の接線を境界部２３１から外側（凹部２３側）に延長した第１接線延長線２５０と、上記境界部２３１での第１内側面２４の接線との成す角度である。換言すれば、傾斜角θ１は、境界部２３１での主面２６の法線Ｎ１と、境界部２３１での第１内側面２４の法線Ｎ２との成す角度である。なお、境界部２３１がＲ形状の場合には、Ｒ形状が開始又は終了する点での主面２６の接線又は法線Ｎ１と第１内側面２４の接線又は法線Ｎ２とに基づいて傾斜角θ１が定められる。第１内側面２４は、図６の断面でみて、主面２６との境界部２３１から第２内側面２５に向かって直線状又は一定の曲率の曲線状に延びている。
【００２５】
第２内側面２５の、第１内側面２４に対する傾斜角θ２（図６参照）は例えば９０度以上１５０度以下である。なお、傾斜角θ２は、第１内側面２４と第２内側面２５との境界部２３２での第１内側面２４の接線を境界部２３２から外側に延長した第２接線延長線２５１と、上記境界部２３２での第２内側面２５の接線との成す角度である。換言すれば、傾斜角θ２は、境界部２３２での第１内側面２４の法線Ｎ３と、境界部２３２での第２内側面２５の法線Ｎ４との成す角度である。なお、境界部２３２がＲ形状の場合には、Ｒ形状が開始又は終了する点での第１内側面２４の接線又は法線Ｎ３と第２内側面２５の接線又は法線Ｎ４とに基づいて傾斜角θ２が定められる。
【００２６】
ここで、主面２６と第１内側面２４との境界部２３１から凹部２３側に、境界部２３１での主面２６の曲率と同一曲率の面を延長した面２６０（図６参照）を仮想曲面と定義する。第２内側面２５は、仮想曲面２６０から凹んだ位置に形成されている。第２内側面２５は、図６の断面でみて、第１内側面２４との境界部２３２から仮想曲面２６０に向かって直線状に又は一定の曲率の曲線状に延びている。
【００２７】
また、第２内側面２５の、主面２６に対する傾斜角θ３（図６参照）は、上記傾斜角θ１、θ２より小さい角度であり、具体的には例えば１０度以上９０度未満である。なお、傾斜角θ３は、第２内側面２５と主面２６との境界部２３３での第２内側面２５の接線を境界部２３３から外側に延長した第３接線延長線２５２と、境界部２３３での主面２６の接線との成す角度である。換言すれば、傾斜角θ３は、上記境界部２３３での第２内側面２５の法線Ｎ５と、境界部２３３での主面２６の法線Ｎ６との成す角度である。なお、境界部２３３がＲ形状の場合には、Ｒ形状が開始又は終了する点での第２内側面２５の接線又は法線Ｎ５と主面２６の接線又は法線Ｎ６とに基づいて傾斜角θ３が定められる。また例えば図６の断面における第２内側面２５の面長は第１内側面２４よりも長い。これにより、傾斜角θ３が傾斜角θ１よりも小さい角度であることを満たしやすくなる。
【００２８】
なお、上記傾斜角θ１は上記仮想曲面２６０に対する第１内側面２４の傾斜角と同じ意味であり、すなわち仮想曲面２６０と第１内側面２４との境界部２３１での仮想曲面２６０の接線又は法線と、境界部２３１での第１内側面２４の接線又は法線との成す角度を意味する。また、上記傾斜角θ３は上記仮想曲面２６０に対する第２内側面２５の傾斜角と同じ意味であり、すなわち仮想曲面２６０と第２内側面２５との境界部２３３での仮想曲面２６０の接線又は法線と、境界部２３３での第２内側面２５の接線又は法線との成す角度を意味する。
【００２９】
また、境界部２３１、２３３に主面２６が存在しない場合、具体的には図２３に示すように第１凹部２３Ａと第２凹部２３Ｂとが主面２６を介在させずに隣接する場合、又は第１凹部２３Ａが主面２６を介在させずに外側端部２１に繋がる場合には、上記仮想曲面２６０を設定して、この仮想曲面２６０に対する第１内側面２４の傾斜角θ１’又は第２内側面２５の傾斜角θ３’を定義すればよい。この場合、傾斜角θ１’は上記傾斜角θ１と同様の値に定められる。また、傾斜角θ３’は傾斜角θ１’よりも小さく、上記傾斜角θ３と同様の値に定められる。
【００３０】
図６の例では、最も外側端部２１に近い凹部２３Ａの第２内側面２５と外側端部２１との間に主面２６又は曲率が極大となる点２３３が介在している。このとき、凹部２３Ａの後端部２３３（曲率極大点２３３）と外側端部２１との直線距離は、例えば凹部２３Ａの前端部２３１と後端部２３３との直線距離よりも小さいとしてよい。これによれば、外側端部２１により近い位置に凹部２３Ａ、２３Ｂが形成されることで、凹部２３Ａ、２３Ｂを後述のボルテックスジェネレータとして機能させやすい。なお、図２３に示すように、凹部２３Ａの第２内側面２５と外側端部２１とが直接に（主面２６又は曲率極大点２３３を介在させずに）接続されてもよい。なお、この場合には、第２内側面２５の、第１内側面２４が接続される側の反対側の端部が外側端部２１となることを意味する。またこの場合、第１湾曲面１９には、外側端部２１に連続するように凹部としての切欠き２３Ａが形成されることを意味する。また、図６の例では、第１凹部２３Ａと第２凹部２３Ｂとの間に主面２６が介在しているが、図２３に示すように、主面２６が介在していなくてもよい。すなわち、第２凹部２３Ｂの第２内側面２５の端部と、第１凹部２３Ａの第１内側面２４の端部とが直接に（主面２６を介在させずに）接続されてもよい。
【００３１】
また、凹部２３は、前方翼面１６の、回転軸線Ｌ１に平行な方向における一方の端部から他方の端部までを貫通するように（換言すれば連続するように）形成されている。凹部２３の、回転軸線Ｌ１に直角な断面形状は、回転軸線Ｌ１上のいずれの位置においても同一形状（図６に示す形状）に形成されている。
【００３２】
なお、２つの凹部２３Ａ、２３Ｂは互いに同一形状に形成されていてもよいし、異なる形状に形成されてもよい。具体的には、第１内側面２４の長さ、第２内側面２５の長さ、又は上記傾斜角θ１〜θ３が、凹部２３Ａ、２３Ｂ間で同じでもよいし異なっていてもよい。
【００３３】
第２湾曲面２０は、回転軸線Ｌ１に近い側に配置されており、頂点部１８から回転方向Ｘの後方に向かって連続形成されている。第２湾曲面２０は、例えば頂点部１８付近を除いて一定の曲率の円弧形状に形成されている。第２湾曲面２０の、頂点部１８と反対側の端部である内側端部２２は、回転翼１５のなかで最も回転軸線Ｌ１に近い位置に配置されている。また、第２湾曲面２０は、回転方向Ｘで前隣りに位置する回転翼１５の後方翼面１７と対向している（図４参照）。また、図４、図５の平面視における第２湾曲面２０の面長は第１湾曲面１９よりも短い。
【００３４】
後側プレート１７は、前側プレート１６（前方翼面）の背面側に配置され、前側プレート１６の外側端部２１と内側端部２２とを結び、回転方向Ｘの前方 に向かって凹状に湾曲されている。つまり、後側プレート１７の外面である後方翼面は、回転軸線Ｌ１と平行かつ回転方向Ｘの前方に凹むように湾曲した凹湾曲面として構成されている。後方翼面１７は、回転軸線Ｌ１を面内に含む円筒面の一部になっている。換言すれば、図４、図５の平面視でみて、後方翼面１７の形状である円弧を回転軸線Ｌ１側へ延長した位置に、回転軸線Ｌ１が配置されている。これにより、回転翼１５は、後方翼面１７に当たった風（気流）を後述の風洞部４１（図３参照）へ向けて流し、その風を風洞部４１を挟んで反対側の回転翼１５に当てることができる。また、後方翼面１７は前方翼面１６よりも湾曲深さが小さい。したがって、前方翼面１６と後方翼面１７との間には中空の空間Ｒ（図５参照）が構成される。
【００３５】
図３に示すように、回転翼１５は、上記前側プレート１６及び後側プレート１７の他に蓋プレート２８を備えている。蓋プレート２８は、回転翼１５毎に２枚設けられる。２枚の蓋プレート２８は互いに同一形状に形成され、かつ、図５で示される平面視における中空空間Ｒの形状と同様の形状の板状に形成されている。２枚の蓋プレート２８のうちの一方は、前側プレート１６及び後側プレート１７の、回転軸線Ｌ１に平行な方向における一方の端部である上端部に固定されており、空間Ｒ（図５参照）を閉鎖している。他方の蓋プレート２８は、前側プレート１６及び後側プレート１７の、回転軸線Ｌ１に平行な方向における他方の端部である下端部に固定されており、空間Ｒ（図５参照）を閉鎖している。
【００３６】
また、回転翼１５は、上下方向で対峙した１対の翼支持部３０（３０Ａ、３０Ｂ）を備えている。前側プレート１６、後側プレート１７及び蓋プレート２８は翼支持部３０により支持されている。言い換えれば、前方翼面１６及び後方翼面１７の、回転軸線Ｌ１に平行な方向における端部（上端部、下端部）が、蓋プレート２８を介して間接的に翼支持部３０に接続（支持）されている。翼支持部３０は４枚の回転翼１５を支持する。翼支持部３０の材質としては、アルミニウム、ジュラルミン、チタン、などの軽合金、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の合成樹脂などを用いることができる。
【００３７】
上側の翼支持部３０Ａは、板状に形成され、後述の中央部３１の法線が回転軸線Ｌ１に平行な方向を向くように設けられる。翼支持部３０Ａは、図３、図４に示すように、回転軸線Ｌ１の位置に設けられる円形の中央部３１と、中央部３１の外周縁から径方向外向きに放射状に延びた４つのアーム部３２とを備えている。中央部３１の中心が回転軸線Ｌ１上に位置している。中央部３１の中心には第１回転軸５１（図１参照）が固定されている。
【００３８】
４つのアーム部３２は、互いに同一形状であり、中央部３１の中心（換言すれば回転軸線Ｌ１）の周りの円周方向に等間隔に設けられている。アーム部３２は、中央部３１の外周縁から径方向外向きに延びたアーム本体３３（図７参照）を備えている。アーム本体３３は、回転方向Ｘ（進行方向）の前側に、中央部３１から遠ざかるに従って回転方向Ｘと逆方向を向くように湾曲した形状（円弧状）に形成された前端部３３ａと、回転方向Ｘの後側に直線状の後端部３３ｂとを有する。前端部３３ａの曲率は後方翼面１７の曲率と同等である。前端部３３ａ及び後端部３３ｂは、回転径方向の外側から内側へ延びるように形成されている。前端部３３ａと蓋プレート２８の後端部とが重ねられており、それらがビス等により固定されることで、各回転翼１５（前方翼面１６、後方翼面１７及び蓋プレート２８）は各アーム本体３３に接続されている。後端部３３ｂは、アーム本体３３が接続される接続対象回転翼１５の後方翼面１７よりも回転方向Ｘの後方に位置し、かつ、該接続対象回転翼１５の後ろ隣りに位置する後続回転翼１５の前方翼面１６よりも回転方向Ｘの前方に位置する。なお、中央部３１及びアーム本体３３が本体部に相当する。
【００３９】
アーム部３２は、図７、図８に示すように、アーム本体３３に加えて、アーム本体３３の後端部３３ｂから斜め方向に起立した傾斜部３４を備えている。傾斜部３４は溶接等によりアーム本体３３に接続される。なお、傾斜部３４はアーム本体３３を構成する板材を曲げ加工することにより形成されてもよい。傾斜部３４は、後端部３３ｂに沿って直線状に延びた板状に形成されている。本実施形態では傾斜部３４の全体が上記接続対象回転翼１５の後方翼面１７よりも回転方向Ｘの後方に位置し、かつ、上記後続回転翼１５の前方翼面１６よりも回転方向Ｘの前方に位置する。
【００４０】
上記斜め方向は、回転軸線Ｌ１に平行な方向における回転翼１５（言い換えれば後方翼面１７）が配置される側の反対側に向かう方向成分（つまり上側の翼支持部３０Ａにあっては上方向成分、下側の翼支持部３０Ｂにあっては下方向成分）と回転方向Ｘの後方に向かう方向成分とを有した方向である。したがって、傾斜部３４の、アーム本体３３に接続される側の端部を基端部（アーム本体３３の後端部３３ｂに相当）、その反対側の端部３４ａを先端部としたとき、上側の翼支持部３０Ａにおける傾斜部３４は、基端部から先端部３４ａに向かうにしたがって次第に上方かつ回転方向Ｘの後方に位置が変わる。上側の翼支持部３０Ａにおける傾斜部３４の一方の表面３４ｂ（図８参照）は、上方かつ回転方向Ｘの前方の領域を臨んでいる。傾斜部３４の他方の表面３４ｃ（図８参照）は、下方かつ回転方向Ｘの後方の領域すなわち上記接続対象回転翼１５の後方翼面１７に対向した領域を臨んでいる。
【００４１】
図８に示すように、傾斜部３４の、アーム本体３３に対する傾斜角θ４は例えば９０度未満であり、より具体的には例えば１５度以上４５度以下である。なお、傾斜角θ４は、アーム本体３３の面を後端部３３ｂから外側に延長した仮想平面３５と傾斜部３４との成す角度である。
【００４２】
また、アーム部３２は、図７、図８に示すように、アーム本体３３及び傾斜部３４に加えてリブとしての複数の板状の立設部３６を備えている。複数の立設部３６は、アーム本体３３の後端部３３ｂに沿って間隔をあけて設けられている。各立設部３６は、アーム本体３３の外側の面（後述の風洞部４１が形成される側と反対側の面、後方翼面１７に対向した領域を臨む面と反対側の面）（上側の翼支持部３０Ａにあっては上面、下側の翼支持部３０Ｂにあっては下面）と、傾斜部３４の、回転方向Ｘの前方を臨む面３４ｂの双方から立つように設けられる。立設部３６は、三角形の板状に形成されており、三角形の１辺の全部がアーム本体３３に溶接等で接続され、他の１辺の全部が傾斜部３４に溶接等で接続されており、残りの１辺はどこにも接続されていない。立設部３６の、傾斜部３４に接続される１辺の一端は、傾斜部３４の基端部３３ｂに位置し、他端は傾斜部３４の先端部３４ａに位置している。また、立設部３６の、アーム本体３３に接続される１辺の一端は、アーム本体３３の後端部３３ｂに位置し、他端はアーム本体３３の前端部３３ａから離れて位置する。
【００４３】
図７に示すように、複数の立設部３６は、例えばアーム本体３３の後端部３３ｂの両端に位置する２つの立設部３６ａ、３６ｂと、それら立設部３６ａ、３６ｂの間に位置する複数（図７の例では３つ）の立設部３６ｃとを含む。複数の立設部３６により、傾斜部３４の前方が複数の空間３７に区画されている。
【００４４】
また、各立設部３６は、アーム本体３３と傾斜部３４の一方又は双方に対して直角以外の角度に接続され、又は隣りの立設部３６と非平行に設けられてもよい。
【００４５】
下側の翼支持部３０Ｂは、回転軸線Ｌ１に直交する平面に対する上側の翼支持部３０Ａの対称形状に形成されている。つまり、翼支持部３０Ｂは、傾斜部３４及び立設部３６がアーム本体３３の下方に設けられる点で上側の翼支持部３０Ａと異なっており、それ以外は上側の翼支持部３０Ａと同じである。下側の翼支持部３０Ｂの中心は第１スペーサ７１（図１参照）にネジ等で固定されている。
【００４６】
図３に示すように、上下の翼支持部３０Ａ、３０Ｂと４枚の回転翼１５とに囲まれた部分に、回転軸線Ｌ１を中心とし、隣り合う回転翼１５、１５の間が気流の出入口４１Ａとなる空洞部である風洞部４１が形成されている。風洞部４１には実体の回転軸は設けられていない。
【００４７】
第１風車２の下段部４（図１参照）は、上段部３の下方に設けられ、上段部３と共通の回転軸線Ｌ１を有する。下段部４は、回転軸線Ｌ１周りの方向において上段部３に対して所定角度だけずれた位置に配置されており、それ以外は上段部３の構成と同じである。具体的には、下段部４は、図９に示すように、上段部３の回転翼１５と同じ枚数（つまり４枚）の回転翼４５を備えている。回転翼４５は互いに同一形状であり、上段部３の回転翼１５と同じ形状である。これら回転翼４５は、回転軸線Ｌ１の方向に等間隔に配置されている。また回転翼４５は、上段部３の回転翼１５と同じ方向Ｘに回転するように設けられ、すなわち回転翼４５の前方翼面（凸湾曲面）は方向Ｘを向き、後方翼面（凹湾曲面）は方向Ｘと逆向きとなるように設けられる。上記所定角度は、上段部３の回転翼１５の、回転軸線Ｌ１の周りの方向における配置間隔を示す角度（具体的には９０度）の半分の角度つまり４５度である。したがって、下段部４の各回転翼４５は、図９の平面視でみて、上段部３の隣り合う回転翼１５、１５の間の中間の位置に設けられる。なお、本実施形態では、下段部４（回転翼４５）の、回転軸線Ｌ１に平行な方向における長さは上段部３（回転翼１５）の長さと同じであるが、上段部３の長さと異なっていてもよい。なお、図９では、第１湾曲面に形成される凹部、翼支持部に形成される傾斜部及び立設部の図示を省略している。
【００４８】
下段部４の上側の翼支持部の中心は第１スペーサ７１（図１参照）にネジ等で固定されている。また下段部４の下側の翼支持部の中心は第２回転軸５２（図１参照）が固定されている。
【００４９】
上段部３及び下段部４は、第１スペーサ７１によって、回転軸線Ｌ１の方向に間隔をあけて設けられ、かつ、互いに同一の回転方向かつ同一の回転速度で一体回転するように連結されている。そのため、上段部３の回転翼１５と下段部４の回転翼４５とは４５度の回転角度差を維持しながら回転方向Ｘに回転する。
【００５０】
第１スペーサ７１は、その軸線が回転軸線Ｌ１に一致するように設けられて、軸線周りの回転が可能に設けられる。第１スペーサ７１の軸線方向の長さは、上段部３の下側の翼支持部３０Ｂの傾斜部（図７、図８の翼支持部３０Ａの傾斜部３４に対応する部分）と、下段部４の上側の翼支持部の傾斜部（図７、図８の傾斜部３４に対応する部分）とが接触しない長さに設定されている。
【００５１】
第１風車２の上下に接続された第１回転軸５１及び第２回転軸５２は回転軸線Ｌ１を規定する部材であって、それぞれ軸支持部によって軸線Ｌ１周りに回転可能に支持されている。そのため、第１風車２は軸線Ｌ１周りに回転可能に設けられる。
【００５２】
第２風車５は、全体の形状が第１風車２を回転軸線Ｌ１に直交する平面に対して鏡像反転させた形状になっている点と、第１風車２よりも回転軸線Ｌ１の方向に長くなっている点を除いて、第１風車２と同様の構成になっている。すなわち、第２風車５は、発電機８を間に挟んで第１風車２の下方に配置されている。第２風車５は、第１風車２と共通の回転軸線Ｌ１を有するが、第１風車２の回転方向と逆方向に回転するように設けられる。また、第２風車５は、上下２段に分割されており、上段部６と下段部７とを備えている。
【００５３】
上段部６は、第１風車２の上段部３又は下段部４の回転翼１５、４５と同じ枚数（つまり４枚）の回転翼（上下一対の翼支持部を含む）を備えて構成される。上段部６の各回転翼の前方翼面、後方翼面及び蓋プレートは、回転方向が逆方向である点を除いて、第１風車２の回転翼１５、４５と同様の形状である。また、上段部６の翼支持部は、回転方向が逆方向である点を除いて、第１風車２の翼支持部３０Ａ、３０Ｂと同様の形状である。上段部６の上側の翼支持部の中心は第３回転軸５３（図１参照）に固定されている。上段部６の下側の翼支持部の中心は第２スペーサ７２（図１参照）に固定されている。
【００５４】
下段部７は、上段部６の回転翼と同じ枚数（つまり４枚）の回転翼を備え、それら回転翼が、上段部６の回転翼と同一方向に回転するように、かつ上段部６の回転翼に対して回転方向に４５度だけずれた位置に設けられる。下段部７の上側の翼支持部の中心は第２スペーサ７２に固定されている。下段部７の下側の翼支持部の中心は第４回転軸５４（図１参照）に固定されている。なお、本実施形態では、下段部７の、回転軸線Ｌ１に平行な方向における長さは上段部６の長さと同じであるが、上段部６の長さと異なっていてもよい。
【００５５】
上段部６及び下段部７は、第２スペーサ７２によって、回転軸線Ｌ１の方向に間隔をあけて設けられ、かつ、互いに同一の回転方向かつ同一の回転速度で一体回転するように連結されている。そのため、上段部６の回転翼と下段部７の回転翼とは４５度の回転角度差を維持しながら回転する。
【００５６】
第２スペーサ７２は、その軸線が回転軸線Ｌ１に一致するように設けられて、軸線周りの回転が可能に設けられる。第２スペーサ７２の軸線方向の長さは、上段部６の下側の翼支持部の傾斜部（図７、図８の傾斜部３４に対応する部分）と、下段部７の上側の翼支持部の傾斜部（図７、図８の傾斜部３４に対応する部分）とが接触しない長さに設定されている。
【００５７】
第２風車５の上下に接続された第３回転軸５３及び第４回転軸５４は回転軸線Ｌ１を規定する部材であって、それぞれ軸支持部によって軸線Ｌ１周りに回転可能に支持されている。そのため、第２風車５は軸線Ｌ１周りに回転可能に設けられる。
【００５８】
なお、本実施形態では、第２風車５の、軸線Ｌ１に平行な方向における長さは第１風車２よりも長いが、第１風車２と同一長さに設定されてもよい。
【００５９】
発電機８は、第１風車２と第２風車５の間に配置され、図１０に示すように、ケース１２０の内部に第１ロータ６１及び第２ロータ６２を備えている。ケース１２０は、連絡部材１２（図２参照）によって支持フレーム９の支柱１０に固定されている。
【００６０】
図１１に示すように、第１ロータ６１には、複数の界磁用磁石１０１が、着磁された状態で回転軸線Ｌ１の周りに等間隔に設けられている。具体的には、第１ロータ６１は、中空構造の扁平な第１ロータ本体１０３の内側に界磁用磁石１０１を備えてなり、第１ロータ本体１０３の中心から上方に延びた第２回転軸５２に、上述した第１風車２が一体回転可能に結合されている。なお、界磁用磁石１０１は、厚さ方向（上下方向）に着磁された扁平な永久磁石であって、隣接する磁石同士の極性が互いに反転するように配置されている。
【００６１】
第１ロータ本体１０３は、図１０に示すように、上側ロータ部品１０３Ａと下側ロータ部品１０３Ｂとで構成され、各ロータ部品１０３Ａ、１０３Ｂに、同数の界磁用磁石１０１が備えられている。下側ロータ部品１０３Ｂに取り付けられた界磁用磁石１０１Ｂは、上側ロータ部品１０３Ａに取り付けられた界磁用磁石１０１Ａに対応する位置に配置され、界磁用磁石１０１Ａと界磁用磁石１０１Ｂとは、互いに逆向きに着磁されている。即ち、界磁用磁石１０１Ａの下側を向いた面がＮ（Ｓ）であれば、界磁用磁石１０１Ｂの上側を向いた面がＳ（Ｎ）となる。なお、第２回転軸５２は、上側ロータ部品１０３Ａに一体回転可能に取り付けられている。
【００６２】
図１２に示すように、第２ロータ６２には、界磁用磁石１０１によって励磁される発電用コイル１０２が複数備えられている。発電用コイル１０２は、中心軸が回転軸線Ｌ１と平行となるように配置され、界磁用磁石１０１と同じ数だけ回転軸線Ｌ１の周りに等間隔に設けられている。そして、界磁用磁石１０１と発電用コイル１０２とが、回転軸線Ｌ１方向に隙間を介して対向配置されている。
【００６３】
具体的には、第２ロータ６２は、円盤状の第２ロータ本体１０６に形成されたコイル固定孔１３０に発電用コイル１０２を固定して備えている。第２ロータ本体１０６は、第１ロータ本体１０３内に配置され、第２ロータ本体１０６の中心から下方に延びた第３回転軸５３が、第１ロータ本体１０３の下側ロータ部品１０３Ｂを貫通している。そして、この第３回転軸５３に、上述した第２風車５が一体回転可能に結合されている。また、第３回転軸５３には、複数の発電用コイル１０２に各々つながるスリップリング１３６が嵌合され、このスリップリング１３６と摺接するブラシ１３５を介して、発電出力を取り出すように構成されている。なお、発電用コイル１０２は、隣接するコイルの巻き線方向が互いに逆向きとなるようにコイル固定孔１３０に組み付けられている。なお、第２回転軸５２及び第３回転軸５３はケース１２０内に設けられる軸受け１２４によって軸線Ｌ１周りに回転可能に支持されている。軸受け１２４及びこれを収容支持するケース１２０が回転軸５２、５３の軸支持部として機能する。第１回転軸５１及び第４回転軸５４の軸支持部も軸受け及びこれを収容するケースにより構成されている。
【００６４】
次に、風力発電装置１の作用効果について説明する。図１３には、第１風車２の上段部３の４つの回転翼１５のうち２つの回転翼１５、１５の間から風洞部４１へと流れる方向に風を受けたときの風の流れが破線で示されている。なお、以下では、図１３において風上のうち回転方向Ｘ側に位置する回転翼１５を回転翼１５Ａとすると共に、回転翼１５Ａから回転方向Ｘに並ぶ回転翼１５を、順に回転翼１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄと称して、４つの回転翼１５を適宜区別することにする。
【００６５】
図１３に示すように、上段部３が回転翼１５Ａ側から風を受けると、回転翼１５Ａでは、前方翼面１６のうち外側を向いた第１湾曲面１９に風が当たり、回転方向Ｘと反対向きの力が発生する。一方、後方翼面１７には、回転翼１５Ｄの第２湾曲面２０によって回転翼１５Ａ側に進路が変更された風が当たり、回転方向Ｘの力が発生する。そして、これらの力が部分的に相殺され、回転翼１５Ａには、回転方向Ｘの力ＦＡ１が作用する。
【００６６】
また、回転翼１５Ｂでは、後方翼面１７にのみ風が当たり、回転方向Ｘの成分含んだ力ＦＢ１が作用する。
【００６７】
また、回転翼１５Ｃでは、回転翼１５Ａと回転翼１５Ｄの隙間から風洞部４１を通過した風が、後方翼面１７に直接当たる。これにより、回転翼１５Ｃにも、回転方向Ｘの力ＦＣ１が発生する。
【００６８】
回転翼１５Ｄでは、前方翼面１６に風が当たり、回転方向Ｘと逆向きの力が発生する。一方、図５で説明したのと同様に、回転翼１５Ｄには、第１湾曲面１９と第２湾曲面２０との相対気流の流速差による揚力が、回転翼１５Ｄを回転方向Ｘに回転させる向きに生じる。そして、この揚力は、回転方向Ｘに発生するので、前方翼面１６に作用する向かい風による力を少なくとも部分的に相殺する。
【００６９】
ここで、回転翼１５は、頂点部１８における法線方向に気流を受けたときの揚力トルクが向かい風による反力トルクに打ち勝つように設計されているので、回転翼１５Ｄでも小さいながら回転方向Ｘの成分を含んだ力ＦＤ１が作用する。
【００７０】
このように、図１３に示す状態では、回転翼１５に作用する力ＦＡ１〜ＦＤ１が全て回転方向Ｘへのトルク発生に寄与する。その結果、第１風車２の上段部３は、図１３から図１４への変化に示すように、回転方向Ｘに回転する。
【００７１】
上段部３が図１３に示す状態から回転すると、各回転翼１５に対する風の向きが変わり、それら回転翼１５に作用する力も変化する。具体的には、図１４に示すように、回転翼１５Ａでは、大半の風が後方翼面１７に当たり、回転方向Ｘへの成分を含んだ力ＦＡ２が作用する。
【００７２】
回転翼１５Ｂでは、回転翼１５Ｄが壁となって、ほとんど風が当たらない。従って、回転翼１５Ｂには、力がほとんど作用しない。
【００７３】
回転翼１５Ｃでは、前方翼面１６の第１湾曲面１９の一部に風が直接当たり、回転方向Ｘと反対向きの力が作用する。一方、回転翼１５Ｃの後方翼面１７には、回転翼１５Ａの後方翼面１７に当たった後、風洞部４１を通過してきた風が当たり、回転方向Ｘの力が作用する。これらの力は、部分的に相殺され、回転翼１５Ｃには、回転方向Ｘの成分を含んだＦＣ２が作用する。
【００７４】
回転翼１５Ｄでは、風が前方翼面１６に当たり、回転方向Ｘに対して向かい風となる。従って、前方翼面１６には、回転方向Ｘへの回転を妨げる力が作用する。一方、回転翼１５Ｄの前方翼面１６に当たった風は、回転翼１５Ａ側と回転翼１５Ｃ側とに分かれ、回転翼１５Ａ側に流れた風は、回転翼１５Ａの後方翼面１７によって風洞部４１へと案内される。即ち、回転翼１５Ａ側に流れた風は、頂点部１８を回って第２湾曲面２０に当たる。そして、図５で説明したのと同様に、回転翼１５Ｄには、第１湾曲面１９に当たって回転翼１５Ａ側へ流れた風と、第１湾曲面１９に当たって回転翼１５Ｃ側に流れた風の流速差によって、回転方向Ｘに揚力が発生する。これにより、回転翼１５Ａには、回転方向Ｘに力ＦＤ２が作用する。
【００７５】
このように、図１４に示す状態でも、回転翼１５Ａ〜１５Ｄには、回転方向Ｘの力ＦＡ２〜ＦＤ２が発生する。一方、第１風車２の下段部４は、上段部３とは回転方向に角度がずれていること以外は上段部３と同様の構成であるので、図１３及び図１４に示すのと同様に各回転翼４５に回転方向Ｘへの力が作用する。したがって、第１風車２は、側方の何れの方向から風が当たっても回転方向Ｘに回転し始め、風が当たっている間は、回転し続ける。
【００７６】
また、第２風車５は、第１風車２を上下に鏡像反転させた形状になっている点と、第１風車２よりも回転軸線Ｌ１方向に長くなっている点を除いて、第１風車２と同様の構成になっているので、側方の何れの方向から風が当たっても第１風車２の回転方向Ｘと逆方向に回転し始め、風が当たっている間は、回転し続ける。
【００７７】
第１風車２と第２風車５が回転すると、それら風車２、５と一体に第１ロータ６１及び第２ロータ６２が回転する。これにより、発電用コイル１０２に電流が発生し、発電が行われる。
【００７８】
ここで、第１風車２と第２風車５は、互いに逆方向にほぼ同じ速度で回転する。このため、第１ロータ６１に設けられた界磁用磁石１０１と、第２ロータ６２に設けられた発電用コイル１０２との相対回転速度は、界磁用磁石１０１及び発電用コイル１０２のうち一方が停止している場合の２倍の回転速度になる。このため、発電用コイル１０２の交流発電電圧は、界磁用磁石１０１及び発電用コイル１０２のうち一方が停止している場合の２倍の電圧にすることができる。
【００７９】
また、第１風車２と第２風車５は、互いに逆方向にほぼ同じ速度で回転するので、フレーム９（支柱１０など）に作用される回転トルクが打ち消され、安定した回転とすることができる。
【００８０】
（凹部の作用効果）
さらに、各回転翼の前方翼面の第１湾曲面には凹部が形成されているので以下に示す作用効果を得ることができる。図１５は、第１風車２の上段部３の回転翼１５に対して回転方向Ｘの後方からの風（ＷＩＮＤ）（つまり追い風）が作用した状態を模式的に示している。図１５に示すように、後方からの風（ＷＩＮＤ）の一部は第１湾曲面１９に形成された凹部２３に当たる。これによって、回転翼１５を回転方向Ｘに進行させる抗力Ｄ１を発生させることができる。後方翼面１７に加えて第１湾曲面１９でも抗力Ｄ１が発生することで、回転翼１５の回転力を向上でき、換言すれば回転翼１５を効率よく回転させることができる。
【００８１】
特に、凹部２３は、第２湾曲面２０ではなく、回転半径方向の外側に面した第１湾曲面１９に形成されることで、回転半径方向の外側を流れる風を回転力発生に有効利用することができ、つまり外側を流れる風を効果的に受けることができる。また、抗力発生部として機能する凹部２３は、回転翼１５の中で回転軸線Ｌ１から最も離れた外側端部２１に近い位置に形成されているので、回転軸線Ｌ１の位置にかかる回転トルクを大きくできる。また、凹部２３の第１内側面２４は回転方向Ｘの後方に向いており、第２内側面２５の、主面２６又は仮想曲面２６０に対する傾斜角θ３（図６参照）は、第１内側面２４の、主面２６又は仮想曲面２６０に対する傾斜角θ１（図６参照）よりも小さい角度なので、後方からの風を第２内側面２５から第１内側面２４まで案内して第１内側面２４で効果的に受けることができる。これにより、前方Ｘへの抗力Ｄ１を効果的に発生させることができる。
【００８２】
また、第１内側面２４の傾斜角θ１（図６参照）は、例えば６０度以上１５０度以下であり、好ましくは９０度以上１５０度以下であるので、方向Ｘに回転するのに伴い凹部２３の向きが変わったとしても、後方からの風を第１内側面２４で、該面２４に直角又は直角に近い角度で受けやすい。例えば、図１５において、風の向きはそのままで回転翼１５が反時計回りに３０度回転した場合であっても、凹部２３の第１内側面２４で直角に近い角度で風を受けることができる。これにより、抗力Ｄ１の持続時間を長くできる。
【００８３】
また、回転方向Ｘにおいて後方翼面１７の位置に加えて後方翼面１７とは異なる位置（凹部２３）でも抗力が発生することで、回転軸線Ｌ１周りの位置（換言すれば回転角度）に対する回転翼１５で発生する抗力の変動を抑制できる。
【００８４】
これに対して、特許文献１〜３に開示の回転翼には前方翼面に凹部が形成されていないので、図１６に示すように、前方翼面に沿って流れる追い風を、回転翼の回転力発生に有効利用できない。
【００８５】
図１７は、回転翼１５に対して回転方向Ｘの前方からの風（ＷＩＮＤ）（つまり向かい風）が作用した状態を模式的に示している。図１７に示すように、凹部２３がボルテックスジェネレータとして機能して、凹部２３に空気の渦流Ｔ（言い換えれば空気溜まり）が発生する。この局所的な渦流Ｔによって、前方から第１湾曲面１９に沿って流れる風（ＷＩＮＤ）が、後方翼面１７に対向する領域２００に回り込んでしまうのを抑制できる。これにより、後続する回転翼１５への空気抵抗を減らすことができ、回転翼１５を効率よく回転させることができる。
【００８６】
また、ボルテックスジェネレータ２３は凸部ではなく凹部として構成されているので、ボルテックスジェネレータ２３が回転方向Ｘへの移動を妨げる空気抵抗を生んでしまうのを抑制できる。
【００８７】
また、ボルテックスジェネレータ２３（凹部）は頂点部１８よりも外側端部２１に近い位置に形成されているので、外側端部２１から後方翼面対向領域２００への気流の回り込みを効果的に抑制できる。
【００８８】
さらに、凹部２３の第１内側面２４は回転方向Ｘの後方を向いており、第２内側面２５の、主面２６又は仮想曲面２６０に対する傾斜角θ３（図６参照）は、第１内側面２４の、主面２６又は仮想曲面２６０に傾斜角θ１（図６参照）よりも小さい角度なので、前方からの風が凹部２３に当たることにより生ずる後方への抗力を抑制できる。
【００８９】
これに対して、特許文献１〜３に開示の回転翼には前方翼面に凹部が形成されていないので、図１８に示すように、前方からの風の一部が前方翼面に沿って流れた後に後方翼面に対向した領域に回り込んでしまい、後続する回転翼に空気抵抗を生んでしまう。
【００９０】
第１風車２の下段部４の回転翼４５及び第２風車５の回転翼も、上段部３の回転翼１５と同様の形状に形成されているので、図１５、図１７に示した回転翼１５の作用効果と同じ作用効果を得ることができる。
【００９１】
（傾斜部の作用効果）
各回転翼の上下端を支持する翼支持部には傾斜部が形成されているので、以下に示す作用効果を得ることができる。図１９は、第１風車２の上段部３の回転翼１５に対して回転方向Ｘの後方からの風（ＷＩＮＤ）（つまり追い風）が作用した状態を模式的に示している。図１９に示すように、後方翼面１７に加えて上下の傾斜部３４でも後方からの風を受けることができ、回転翼１５の受風面積Ｓを大きくできる。言い換えれば、後方翼面１７に加えて傾斜部３４（翼支持部）でも前方Ｘへの抗力Ｄ２を発生させることができる。これにより、回転翼１５を効率よく回転させることができる。
【００９２】
また傾斜部３４は、回転翼１５の上下端から、回転軸線Ｌ１に平行な方向における回転翼１５（後方翼面１７）が配置される側の反対側に向かう方向成分と回転方向Ｘの後方に向かう方向成分とを有した斜め方向に起立するので、傾斜部３４の回転方向Ｘ前方領域に位置する空気Ｖ（図１９参照）を上記斜め方向に誘導でき、傾斜部３４が前方Ｘへの移動を妨げる空気抵抗を生んでしまうのを抑制できる。
【００９３】
また、傾斜部３４により板状の翼支持部３０の剛性を向上できる。特に、アーム本体３３の後端部３３ｂ及びこれに沿って形成される傾斜部３４は直線状に形成されるので、より一層、翼支持部３０の剛性を向上できる。これにより、翼支持部３０及びこれらに支持される回転翼１５（前方翼面１６、後方翼面１７及び蓋プレート２８）が回転方向Ｘ以外の方向に変位又は振動してしまうのを抑制でき、回転翼１５を効率よく方向Ｘに回転させることができる。また、後端部３３ｂ及び傾斜部３４が直線状に形成されることで、曲線状に形成される場合に比べて容易に翼支持部３０を製造できる。
【００９４】
また傾斜部３４は、後方翼面１７よりも回転方向Ｘの後方に設けられるので、後方からの風を後方翼面１７に案内するガイドベーン（案内羽根）として傾斜部３４を機能させることができる。これにより、後方翼面１７に後方からの風を集中させることができ、後方翼面１７にて発生する前方Ｘへの抗力を大きくできる。
【００９５】
図２０は、回転翼１５に対して回転方向Ｘの前方からの風（ＷＩＮＤ）（つまり向かい風）が作用した状態を模式的に示している。傾斜部３４は上記斜め方向に設けられるので、図２０に示すように、前方からの向かい風を上記斜め方向に誘導でき、傾斜部３４が前方Ｘへの移動を妨げる空気抵抗を生んでしまうのを抑制できる。また、上記斜め方向に誘導された風Ｗを、上段部３の上下方向に隣接する他の回転部の回転翼（具体的には下段部４の回転翼４５）の回転力発生に寄与させることができる。
【００９６】
第１風車２の下段部４の回転翼４５及び第２風車５の回転翼も、上段部３の回転翼１５と同様の形状に形成されているので、図１９、図２０に示した回転翼１５の作用効果と同じ作用効果を得ることができる。
【００９７】
（立設部の作用効果）
また、図７、図１９、図２０に示すように、上段部３の翼支持部３０にはアーム本体３３と傾斜部３４の双方の面から立つ複数の立設部３６が設けられているので、翼支持部３０の剛性をより一層向上できる。
【００９８】
また、各立設部３６をボルテックスジェネレータとして機能させることができる。すなわち、複数の立設部３６により、傾斜部３４の前方が複数の空間３７に区画されることで（図７参照）、各空間３７に局所的な渦流が発生して、この渦流により、前方からの風Ｗ（図２０参照）が後方翼面１７に対向した領域２００に回り込んでしまうのを抑制できる。特に、立設部３６はアーム本体３３と傾斜部３４の一方又は双方に対して直角以外の角度に接続され、又は隣りの立設部３６と非平行に設けられることで、立設部３６を効果的にボルテックスジェネレータとして機能させることができ、すなわち、立設部３６（空間３７）での局所的な渦流を効果的に発生させることができる。これにより、後続する回転翼１５への空気抵抗を減らすことができ、回転翼１５を効率よく回転させることができる。
【００９９】
第１風車２の下段部４の回転翼４５及び第２風車５の回転翼も、上段部３の回転翼１５と同様の形状に形成されているので、回転翼１５の立設部３６の作用効果と同じ作用効果を得ることができる。
【０１００】
（上段部と下段部とで円周方向に角度差があることによる作用効果）
また、第１風車２は上段部３と下段部４とに分割されており、これら上段部３及び下段部４が回転軸線Ｌ１を中心とした円周方向において４５度の角度差があるので、以下に説明するように回転角度に対する抗力（回転トルク）の変動を小さくできる。
【０１０１】
ここで、図２１は、特許文献１〜３に開示される従来の風車構造に対して回転軸線に直角な一定方向から風を供給したときの各回転翼及び回転軸にかかる抗力の、回転位置に対する変動をライン４１１〜４１５で示している。図２１の実験で用いた風車は、図２２に示すように、特許文献１〜３に開示される回転翼と同様の形状の４枚の回転翼４０１〜４０４を備えている。図２１の横軸は、図２２の各回転翼４０１〜４０４の回転軸４０５周りの位置を示しており、具体的には、第１回転翼４０１が１回転する間の経過時間を示しており、横軸上には３０度回転毎の第１回転翼４０１の位置を示す時間を示している。図２１中のライン４１１〜４１４は回転翼４０１〜４０４毎の抗力の変動を示している。ライン４１５は、回転軸４０５（図２２参照）にかかる抗力の変動を示している。
【０１０２】
図２１のライン４１１〜４１４で示されるように、各回転翼４０１〜４０４では、後方翼面で風を受けやすい回転角度（各ライン４１１〜４１４の極大点４２１〜４２４（最大抗力）での回転角度）（回転翼４０１〜４０４の進行方向に対して追い風となる回転角度）がある一方で、後方翼面で風を受けにくい回転角度（回転翼４０１〜４０４の進行方向に対して向かい風となる回転角度）があり、抗力の変動が大きい。また、回転翼４０１〜４０４毎の最大抗力４２１〜４２４は、回転翼４０１〜４０４の配置間隔角度（９０度）の間隔で交互に発生する。また、第１極大点４２１と第２極大点４２２の中間点４３１、第２極大点４２２と第３極大点４２３の中間点４３２、第３極大点４２３と第４極大点４２４の中間点４３３、及び第４極大点４２４と第１極大点４２１の中間点４３４ではそれぞれ抗力の落ち込みが生じている。また、回転翼４０１〜４０４で生ずる抗力４１１〜４１４の変動が大きいため、回転軸４０５での抗力４１５の変動も大きい。
【０１０３】
これに対して、本実施形態では、第１風車２は、円周方向に４５度の角度差で設けられる上段部３と下段部４とを備えているので、上段部３での最大抗力発生回転角度が図２１の極大点４２１〜４２４であると仮定すると、下段部４での最大抗力発生回転角度を破線ライン４４０で示されるように図２１の中間点４３１〜４３４に生じさせることができる。破線ライン４４０は、下段部４の、回転角度に対する抗力変動に相当する。これにより、中間点４３１〜４３４での抗力の落ち込みを抑制でき、回転角度に対する抗力の変動を抑制できる。抗力変動を抑制できることで、回転角度に対して変動する抗力の平均値（平均抗力）を大きくできる。すなわち、図２１において、２段構造の平均抗力を示すライン４５１（ライン４１１〜４１４及び破線ライン４４０の平均値）は、１段構造の平均抗力を示すライン４５０（ライン４１１〜４１４の平均値）よりも大きくなる。
【０１０４】
また、抗力変動を抑制できることは、回転翼が追い風を受けた時の回転翼の回転速度に対する、回転翼が向かい風を受けた時の回転翼の回転速度の低下を抑制できることを意味する。回転翼が向かい風を受けた時の回転速度の低下を抑制できることで、前方翼面において向かい風に抗する揚力を効果的に発生させることができ、換言すれば、前方翼面の第１湾曲面と第２湾曲面とで生ずる揚力を大きくできる。
【０１０５】
また、上段部３と下段部４とは回転軸線Ｌ１の方向の異なる位置に設けられるので、回転軸線Ｌ１の方向の同一位置に８枚の回転翼が等間隔に配置される構造に比べて、回転軸線Ｌ１周りの方向における回転翼間の空間を大きくできる。これにより、回転翼間に風を流しやすくできる。
【０１０６】
以上より、第１風車２の回転効率を向上できる。また第２風車５は、第１風車２の回転方向と逆方向になっている点を除いて第１風車２と同様の構造であるので、第１風車２と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０７】
ここで、本開示者は、比較例として、特許文献１〜３で示される従来回転翼と同様の形状の４枚の回転翼が円周方向に等間隔に配置された１段の回転体を準備して、この１段の回転体での、風速に対する発電量及び回転数の変化を測定した。また、本開示者は、実施例として、比較例の測定で使用した回転体を２つ準備して、それら２つの回転体を、回転方向が同一となるように、かつ、２つの回転体の間に円周方向に４５度の配置角度差を有するように、上下に連結した２段構造の回転体を構成した。そして、この２段構造の回転体に対して比較例と同様の測定を行った。なお、比較例及び実施例の測定に用いた回転体の直径は５００ｍｍである。また、比較例及び実施例の測定で使用した回転翼として、上述の凹部、傾斜部及び立設部が形成されていない回転翼を用いた。
【０１０８】
２段構造の実施例では、１段構造の比較例よりも発電量及び回転数が向上したことを確認できた。具体的には、比較例では最大発電量が約１３Ｗであったのに対し、実施例では最大発電量が約４０Ｗであった。比較例の最大発電量１３Ｗを２段の回転体で発電を行ったときの値に変換すると、１３Ｗ×２＝２６Ｗとなる。実施例の最大発電量４０Ｗは、単純に段数を２段にしたときの発電量２６Ｗに対して約１．５倍増大していた。これは２段の回転体の間で円周方向に４５度の角度差を設けたことによる効果である。すなわち、角度差を設けることで、上述したように、回転翼が向かい風を受けた時の回転速度の低下を抑制でき、前方翼面において向かい風に抗する揚力が効果的に発生したことによる効果と考えられる。
【０１０９】
下記表１は、風速と直径５００ｍｍの回転体の周速とが同一であるときの回転体の回転数を風速毎に示している。
【表１】
0006921455.tif 000002
【０１１０】
実施例では、風速１４ｍ／ｓのときの回転数が約７００ＲＰＭであった。この回転数７００ＲＰＭは、表１の風速１４ｍ／ｓのときの回転数５３５ＲＰＭよりも大きい。これは、実施例で使用した２段の回転体においては風速以上の速度で回転していることを意味する。実際に、風速に対する回転体の周速の比（周速比）を求めたところ、約１．３であった。これに対して、比較例では周速比が約１であった。
【０１１１】
サボ二ウス型風車等の抗力型風車では風速以上の周速を得ることはできない（つまり周速比が１を超えることができない）ことは技術常識であるが、本実施形態の風車では、抗力により回転力を得ることを基本としつつ、抗力に加えて揚力も効果的に発生することで、風速以上の周速を得ることができる（つまり１より大きい周速比を得ることができる）。
【０１１２】
なお、本開示は上記実施形態に限定されず種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、各風車の各段部（上段部、下段部）に備えられた回転翼の数がそれぞれ４つであったが、３つであっても、５つ以上であってもよい。
【０１１３】
また、上記実施形態では、互いに逆向きに回転する第１風車及び第２風車を上下２段に積み重ねた構成であったが、風車を１つだけ備えた構成であってもよい 。
【０１１４】
また、上記実施形態では、支持フレームが３つの支柱を備えた構成であったが、４つ以上の支柱を備えていてもよい。
【０１１５】
上記実施形態では、回転翼の後方翼面が回転翼の回転軸線を面内に含む円筒面の一部となっていたが、その円筒面の一部になっていなくてもよい。換言すれば、回転軸線に直角な平面視でみて、後方翼面の形状である円弧を回転軸線側へ延長した延長線と回転軸線とが交差しなくてもよい。
【０１１６】
また、上記実施形態では、発電機の界磁用磁石と発電用コイルとが、回転軸線方向に隙間を介して対向配置されたアキシャルギャップ型の発電機を例示したが、界磁用磁石と発電用コイルとが回転軸線に直角な径方向に隙間を介して対向配置されたラジアルギャップ型の発電機を適用してもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態では、第１風車及び第２風車はそれぞれ２段に分割された例を示したが、３段以上に分割されてもよい。この場合であっても、複数の段部間で回転方向を同一としつつ円周方向における回転翼の配置角度をずらす。例えば、各段部における回転翼の円周方向における配置間隔角度をＹ、段部の個数をＮとしたとき、複数の段部間でＹ／Ｎの角度だけ回転方向における回転翼の配置位置をずらす。例えば、上段部、中段部及び下段部の３段に分割され、各段部の回転翼の枚数が４枚であり、配置間隔角度Ｙが９０度である場合には、上段部と中段部との間で９０／３＝３０度だけ回転方向における回転翼の配置位置をずらし、中段部と下段部との間でも３０度だけ回転方向における回転翼の配置位置をずらす。これによっても、回転角度に対する抗力変動を抑制できる。
【０１１８】
また上記実施形態では、各風車の上段部と下段部との間で上記配置間隔角度Ｙの半分の角度（＝Ｙ／２）だけ回転翼の配置位置をずらす例を示したが、Ｙ／２以外の角度差で上段部及び下段部が設けられてもよい。この場合であっても、回転角度に対する抗力変動を抑制できる。
【０１１９】
また上記実施形態では、各風車の上段部と下段部とがスペーサにより軸線方向に隙間をあけて連結された例を示したが、スペーサを介さずに直接に上段部と下段部とが連結されてもよい。この場合、上段部の下側の翼支持部及び下段部の上側の翼支持部を、上記傾斜部及び立設部を有しない形状（つまり特許文献１〜３で示される翼支持部と同様の形状）として構成し、それら２つの翼支持部が直接に連結されてもよい。
【０１２０】
また、上記実施形態では、各風車の各段部（上段部、下段部）の上下それぞれの翼支持部に上記傾斜部及び立設部が形成された例を示したが、上下の翼支持部の一方のみに傾斜部及び立設部が形成されてもよい。
【０１２１】
また、上記実施形態では、前方翼面の第１湾曲面に２つの凹部が形成される例を示したが、凹部の個数は１つでもよいし、３つ以上でもよい。
【０１２２】
また、上記実施形態では、前方翼面と後方翼面との間に形成される中空部を閉鎖する蓋プレートと、回転翼を支持する翼支持部とが別部材である例を示したが、蓋プレートと翼支持部とが同一部材として構成されてもよい。
【０１２３】
また上記実施形態では、回転装置の回転軸線が鉛直方向を向いた例を示したが、流体の流れ方向に直角であれば回転軸線は鉛直方向以外の方向に向いていてもよい。
【０１２４】
また上記実施形態では、第１湾曲面に形成される凹部が、回転方向の後方を臨んだ第１内側面と、第１内側面の凹み方向の端部から後方に延びて第１湾曲面の主面又は前方翼面の外側端部に繋がる第２内側面との２面から構成される例を示したが、凹部は、回転方向の後方を臨んだ第１側面と、回転方向の前方を臨んだ第２側面と、これら第１側面の端部と第２側面の端部との間を繋ぐ底面との３面から構成される形状、又は凹湾曲面の形状、又はＶ字形状など、どのような形状でもよい。凹部は、その形状にかかわらず、向かい風に対してはボルテックスジェネレータとして機能して後方翼面側への風の回り込みを抑制でき、追い風に対しては回転方向前方への抗力発生部として機能する。ただし、上記実施形態で示した２面構造の凹部によれば、向かい風に対するボルテックスジェネレータの機能及び追い風に対する抗力発生部の機能を効果的に発生させることができる。
【０１２５】
また、上記実施形態では、回転軸線に直交する平面視でみて、翼支持部のアーム本体の後端部が後方翼面よりも回転方向後方に設けられる例を示したが、後方翼面に重なる位置で後方翼面と同様の曲率の円弧形状に設けられてもよい。これによっても、アーム本体の後端部から形成される傾斜部を、後方翼面に気流を案内するガイドベーンとして機能させることができる。また、アーム本体の後端部の一部が平面視で見て後方翼面よりも回転方向後方に位置し、該後端部の他の一部が平面視で見て後方翼面の重なる位置又は後方翼面よりも回転方向前方に位置してもよい。
【０１２６】
また水車に本開示の回転翼又は回転装置を適用してもよく、すなわち、水流（水力）を受ける回転翼又は回転装置の構造に本開示を適用してもよい。
【０１２７】
また上記実施形態では、（１）前方翼面の第１湾曲面に凹部が形成されること、（２）翼支持部に傾斜部が形成されること、（３）回転装置を複数の段部で構成して、各段部が同一方向に回転し、かつ回転方向における回転翼の配置位置に角度差があること、の全てを満たした回転装置の例を示したが、上記（１）、（２）、（３）の１つのみ又は２つのみを満たした回転翼又は回転装置を構成してもよい。これによっても、従来構造に比べて回転翼の回転効率を向上できる。また上記（２）を満たす場合においては、アーム本体と傾斜部の双方の面から立つ立設部が設けられてもよいし、設けられなくてもよい。
【０１２８】
また本開示の回転翼は以下のように構成されてもよい。
すなわち本開示の回転翼は、
回転軸線を中心に回転可能に設けられ、流体を受ける回転翼であって、
前記回転軸線と平行かつ回転方向の前方に突出するように湾曲する前方翼面と、
前記前方翼面の背面側に配置され、前記回転軸線と平行かつ前記回転方向の前方に凹むように湾曲し、前記前方翼面よりも湾曲深さが小さい後方翼面と、
前記前方翼面及び前記後方翼面の、前記回転軸線に平行な方向における端部を支持する翼支持部とを備え、
前記回転軸線に直交する平面視において、前記前方翼面の、前記回転軸線に遠い側の端部を外側端部、前記回転軸線に近い側の端部を内側端部として、
前記前方翼面は、
前記回転軸線から離れた部分を構成し、前記外側端部から前記回転方向の前方に向かって形成される第１湾曲面と、
前記回転軸線に近い部分を構成し、前記第１湾曲面の前記外側端部の反対側から前記回転方向の後方に向かって前記内側端部に繋がるように形成され、前記平面視における面長が前記第１湾曲面よりも短い第２湾曲面とを備え、
前記翼支持部は、
前記前方翼面及び前記後方翼面を支持するとともに、前記平面視で見て前記後方翼面に重なる位置又は前記後方翼面よりも前記回転方向の後方の位置に回転径方向に延びる後端部を形成する本体部と、
前記後端部に沿って形成されるとともに、前記後端部から、前記回転軸線に平行な方向における前記後方翼面が配置される側の反対側に向かう方向成分と前記回転方向の後方に向かう方向成分とを有した斜め方向に形成される傾斜部とを備える。
【０１２９】
また本開示の回転装置は以下のように構成されてもよい。
すなわち本開示の回転装置は、
複数の回転翼が回転軸線の周りに等間隔に配置された段部を、前記回転軸線の方向に複数備え、
前記回転翼は、
前記回転軸線を中心に回転可能に設けられ、流体を受ける回転翼であって、
前記回転軸線と平行かつ回転方向の前方に突出するように湾曲する前方翼面と、
前記前方翼面の背面側に配置され、前記回転軸線と平行かつ前記回転方向の前方に凹むように湾曲し、前記前方翼面よりも湾曲深さが小さい後方翼面とを備え、
前記回転軸線に直交する平面視において、前記前方翼面の、前記回転軸線に遠い側の端部を外側端部、前記回転軸線に近い側の端部を内側端部として、
前記前方翼面は、
前記回転軸線から離れた部分を構成し、前記外側端部から前記回転方向の前方に向かって形成される第１湾曲面と、
前記回転軸線に近い部分を構成し、前記第１湾曲面の前記外側端部の反対側から前記回転方向の後方に向かって前記内側端部に繋がるように形成され、前記平面視における面長が前記第１湾曲面よりも短い第２湾曲面とを備え、
前記段部は、複数の前記段部間で互いに同一の個数かつ同一の回転方向の前記回転翼を備え、複数の前記段部間で前記回転軸線の周りの方向における前記回転翼の配置位置に角度差を有しており、前記角度差を維持しながら回転するように複数の前記段部が連結される。
【符号の説明】
【０１３０】
１  風力発電装置（発電装置）
２  第１風車（第１回転装置）
３  第１風車の上段部
４  第１風車の下段部
５  第２風車（第２回転装置）
６  第２風車の上段部
７  第２風車の下段部
８  発電機（発電部）
１５、４５  回転翼
１６  前方翼面
１７  後方翼面
１９  第１湾曲面
２０  第２湾曲面
２１  回転翼の外側端部
２２  回転翼の内側端部
２３  凹部
３０、３０Ａ、３０Ｂ  翼支持部
３１  翼支持部の中央部
３２  翼支持部のアーム部
３３  アーム本体
３３ｂ  アーム本体の後端部
３４  アーム部の傾斜部
３６  アーム部の立設部
【要約】
【課題】流体を受けて回転する回転翼において回転効率を向上できる回転翼を提供する。
【解決手段】風力発電装置は回転軸線の周りに複数の回転翼１５を備える。各回転翼１５は、回転軸線と平行かつ回転方向の前方に突出するように湾曲する前方翼面１６と、前方翼面１６の背面側に配置され、回転軸線と平行かつ回転方向の前方に凹むように湾曲し、前方翼面１６よりも湾曲深さが小さい後方翼面１７とを備える。前方翼面１６は、回転軸線から離れた部分を構成し、回転翼１５の外側端部２１から回転方向の前方に向かって形成される第１湾曲面１９と、回転軸線Ｌ１に近い部分を構成し、前方翼面１６の頂点部１８から回転方向の後方に向かって内側端部２２に繋がるように形成され平面視における面長が第１湾曲面１９よりも短い第２湾曲面２０とを備える。第１湾曲面１９には、前方翼面１６の頂点部１８よりも外側端部２１に近い位置に、凹部２３が形成される。
【選択図】図４【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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