(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗り物の通路下部に、当該通路を交差するように設けられて使用される溝と、当該溝の中に配置されている風力発電部とで構成されている風力発電機において、
前記風力発電部は、軸を定めた向きに回動することによって発電を行う発電部と、前記軸に対して放射状に取り付けられた複数の羽根を有している風車部と、を含んでおり、
前記複数の羽根の各々は、1枚のシート状で、前記通路中央部分に生じた風を受けて前記軸を回動させるための面を有している主部と、前記主部の側部に繋がっており、前記主部の面に風が当たる側に谷折りし、続いて山折りしたときに、この間に形成され、溝の中心から端へと向かう風を斜めに受けて軸を回動させる向きの分力を生じさせる面を有している副部と、1枚のシート状で、前記副部に繋がっており、軸方向に沿う向きに伸びる面を有している端部であって、当該端部の面に面する隣り合う別の羽根の端部の裏面との間で、前記副部を通った風を軸方向に沿う向きに整流して前記溝の端へと送る端部と、で構成されていることを特徴とする風力発電機。
【請求項２】
前記複数の羽根の各々の前記端部の裏面は、前記裏面に面する隣り合う位置にある前記とは別の羽根の端部との間を通る風によって、軸を回動させる向きの揚力を生じるように、端に行くにつれて表面との厚みが薄くなる湾曲面を有していることを特徴とする、請求項1に記載の風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電機に関し、特に、鉄道列車等の乗り物が通過する際に下部に生じる風を使って発電する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道列車の通過時に鉄道路の下部に生じる風を使って、線路下側に配置したファンを回転させて発電を行う風力発電機が提案されている（図７を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５―５９５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、線路下側の地面に、左右に貫通している溝を作ろうとすると、多量の盛り土が必要になるので、上方の開口されている直方体の溝にファンを納めて使用する設計が想定される。この場合、鉄道列車の通過時に下部に生じる風は、前記溝のほぼ中央部分に最も強く当たり、そこから溝の両端へと向かう風を生じる。ところが、クロスフローファン等を使用する従来の風力発電機は、ファンに直交する風を受けて定めた向きに回動し、発電するように設計されている。このため、前記溝の両端に向かう風、即ちファンの軸に沿って流れる乱れた風によって、ファンの定めた向きへの回動を停止させる逆方向の力が作用する等、その影響は考慮されていなかった。
【０００５】
本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、列車等の乗り物の通過時に、その下部で溝の中に吹き込む風を用いる場合に、高効率な発電を行う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】
上記目的を達成するために本発明の風力発電機は、乗り物の通路下部に、当該通路を交差するように設けられて使用される溝と、当該溝の中に配置されている風力発電部とで構成されている風力発電機において、前記風力発電部は、軸を定めた向きに回動することによって発電を行う発電部と、前記軸に対して放射状に取り付けられた複数の羽根を有している風車部と、を含んでおり、前記複数の羽根の各々は、1枚のシート状で、前記通路中央部分に生じた風を受けて前記軸を回動させるための面を有している主部と、前記主部の側部に繋がっており、前記主部の面に風が当たる側に谷折りし、続いて山折りしたときに、この間に形成され、溝の中心から端へと向かう風を斜めに受けて軸を回動させる向きの分力を生じさせる面を有している副部と、1枚のシート状で、前記副部に繋がっており、軸方向に沿う向きに伸びる面を有している端部であって、当該端部の面に面する隣り合う別の羽根の端部の裏面との間で、前記副部を通った風を軸方向に沿う向きに整流して前記溝の端へと送る端部と、で構成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、前記複数の羽根の各々の前記端部の裏面は、裏面に面する隣り合う位置にある前記とは別の羽根の端部との間を通る風によって、軸を回動させる向きの揚力を生じるように、端に行くにつれて表面との厚みが薄くなる湾曲面を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、副部を備えたことによって、溝へと吹き込んだ後に、両端へと向かう風の力を羽根を発電する向きに回動する力として使用できると共に、端部を備えたことによって、羽根を発電する向きと逆向きに作用する風の影響を少なくできる。溝の中に吹き込む風の動きを考慮し、1枚仕立てのシート状の羽根に、複数の機能を持たせたことによって、故障する虞のある可動箇所を少なくでき、高効率及び高い保守性能を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る風力発電機を鉄道列車の線路下部に配置した状態を示す斜視図。
【図２】同風力発電機の構成を説明するための分解斜視図。
【図３】同風力発電機の風力発電部が備えている複数の羽根の内の1枚の（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）底面図。
【図４】羽根の斜視図。
【図５】改良例に係る羽根の（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）底面図。
【図６】改良例に係る羽根の斜視図。
【図７】従来の風力発電機の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の風力発電機は、鉄道、車等の乗り物の通路（鉄道線路、車道路等）の下部に、当該通路を例えば直交するように、交差して設けられて使用される溝と、溝の中に配置されている風力発電部とで構成されている。風力発電部は、軸を定めた向きに回動することによって発電を行う発電部と、軸に対して、直接又は間接的に、放射状に取り付けられた複数の羽根を有している風車部と、を含んでいる。風車部の複数の羽根のそれぞれは、概略矩形の1枚のシート状で、通路中央部分に強く生じる風を受けて軸を回動させるための面を有している主部と、主部の側部に繋がっている副部及び端部とで構成されている。主部は、乗り物が通過することによって通路中央部分に生じた風を受けて軸を回動させる。副部は、主部の側部に繋がっており、主部の風が当たる側に谷折りし、続いて山折りしたときに、この間に形成され、溝の中心から端へと向かう風を斜めに受けて軸を回動させる向きの分力を生じさせる面を有している。副部を備えたことによって、溝へと吹き込んだ後に、両端へと向かう風の力の分力を羽根を発電する向きに回動する力として使用できる。端部は、副部に繋がっており、軸方向に沿う向きに伸びて、副部を通った風を整流して溝の端へと送る面を有している。端部を備えたことによって、羽根を発電する向きと逆向きに作用する風の影響を少なくできる。このように、溝の中に吹き込む風の動きを考慮し、1枚仕立てのシート状の羽根に、複数の機能を持たせたことによって、故障する虞のある可動箇所を少なくし、高効率な発電と高い保守性能とを有することができる。
【００１１】
なお、端部の裏面は、裏面に面する隣り合う位置にある別の羽根の端部との間を通る風によって、軸を回動させる向きの揚力を生じるように、翼のように、端に行くにつれて表面との厚みが薄くなる湾曲面を有しているのが好ましい。当該構成を採用することによって、より効率の良い発電を可能にする。1枚仕立てのシート状の羽根に、溝に吹き込む風専用に、複数の機能を持たせたことによって、部品点数少なく、即ち、故障する虞のある可動箇所を少なくし、より高効率な発電と高い保守性能とを有することができる。
【００１２】
本発明の一実施の形態に係る風力発電機について、添付の図面を参照しつつ説明を行う。
図１は、鉄道列車の線路１００の下部、より詳しくは、枕木１０１、１０２の間に埋設された状態の風力発電機１を示す。風力発電機１は、乗り物の通路下部に、通路を直交するように設けられ使用される溝２と、溝２の中に配置されている風力発電部３とで構成されている。溝２は、上方の開口されている直方体の容器状の構造物で、好ましくは耐食性のあるコンクリート、樹脂等で造られており、その上部には、線路上のゴミ、小石が入り込まないように、かつ、風で飛んでいかないように、例えば金属製で重量のある網２ａが被されている。
【００１３】
図２は、風力発電機1の分解斜視図である。風力発電機１の溝２内に収められている風力発電部３は、軸４を定めた向きに回動することによって発電を行う発電部５と、軸４に対して放射状に取り付けられた複数（例えば５枚〜１０枚）の羽根６を有している風車部７と、を含んでいる。軸４の発電部５の反対側の端は、ベアリング軸受８で回動可能に支持されている。発電部５で発電された電力は蓄電池９に蓄積される。
【００１４】
図３は、複数の羽根６の内の１枚の（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）底面図を示す。
羽根６は、耐食性のある材料、例えばステンレス製で概略矩形（例えば長さ１０００ｍｍ、幅２５０ｍｍ）の1枚のシート状（例えば均一な厚さ２ｍｍ）のもので、主部６ａと、当該主部６ａを中心に左右対称に展開する副部６ｂ及び端部６ｃとを備えている。主部６ａは、乗り物が通過することによって溝２の中央部分に巻き込まれる風を受けて軸４を回動させるための面を有している。副部６ｂは、主部６ａの側部に繋がっており、主部が風を受ける側（図３（ａ）において手前側）に谷折りした後に、山折りされたときに、その間に形成される面、本実施形態では図３（ｂ）の上部から下部にかけて幅８０ｍｍ〜１０ｍｍの幅の面であって、溝の中心から端へと向かう風を斜めに受けて軸４を回動させる向きの分力を生じさせる面を有している。この副部６ｂの面は、主部６ａの面に対して、例えば４５度傾いている。端部６ｃは、副部６ｂに繋がっており、副部６ｂを通った風を整流して溝２の端へと送る、軸４の方向に沿う向きに伸びている面を有している。
【００１５】
列車が鉄道線路１００上を通過すると、図４に示すように風１０が溝２に吹き込む。この風１０は、溝２の中央部分が一番強く、溝２に入った風１０は、その後、溝２の両端に向かう。図４は、羽根６に当たる風１０を実線の矢印１０ａ、１０ｂ、１０ｃで示し、主部６ａ、副部６ｂに当たることによって生じる、軸４を回動させる力を点線の矢印１１ａ、１１ｂで示す。主部６ａの面には、風１０は正面から当るので点線矢印１１ａの向きに力が加えられる。副部６ｂは、斜めの面を有しており、両端に向かう風１０ｂを受けて、点線矢印１１ｂ方向の分力を生じる。なお、端部６ｃの面と、当該端部６ｃの面に面する隣り合う別の羽根６’（図２を参照）の端部の裏面との間を通る風１０ｃは、軸４（図２を参照）に沿う向きに整流され、結果、乱れた風によって羽根６にかかる、発電のための方向と逆向きに回転させようとする力が低減される。
【００１６】
なお、羽根６は、ステンレス製の場合、材料をプレス加工又は削り出し加工により形成するが、熱可塑性の樹脂等の材料を使用する場合は、型へ注入し形成する。何れの場合でも、1枚仕立てのシート状の羽根であるので、部品点数が多い場合に比べて、少ない工程で製造することができる。
【００１７】
上記構成の羽根６を備えたことによって、溝２へ吹き込んだ風１０が直接羽根６を回転させる力（矢印１１ａ）だけでなく、両端へと向かう時の風１０ｂの分力（矢印１１ｂ）も、発電に使用させることができ、更には、溝２の両端で羽根６の発電方向への回動を妨げる風を少なくすることができる。このように、1枚仕立てのシート状の羽根に、溝２の中に吹き込む風専用に、複数の機能を持たせたことによって、部品点数少なく、即ち、故障する虞のある可動箇所を少なくでき、高効率及び高い保守性能を有することができる。
【００１８】
図５は、改良例に係る羽根１６の（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図を示す。羽根１６は、耐腐食性のある材料、例えばステンレス製で概略矩形（例えば長さ１０００ｍｍ、幅２５０ｍｍ）の1枚のシート状（例えば主部１６ａの厚さ２ｍｍ）のもので、主部１６ａと、主部１６ａを中心に左右に展開する副部１６ｂ及び端部１６ｃとで構成されている。主部１６ａは、乗り物が通過することによって溝２の中央部分に巻き込まれる風を受けて軸４を回動させるための面を有している。副部１６ｂは、主部１６ａの側部に繋がっており、主部１６ａが風を受ける側（図５（ｂ）において手前側）に谷折りした後、山折りしたときに、この間に形成される面、本実施形態では図５（ｂ）の上部から下部にかけて幅８０ｍｍ〜０ｍｍの幅の面であって、溝の中心から端へと向かう風を斜めに受けて軸４を回動させる向きの分力を生じさせる面を有している。端部１６ｃは、副部１６ｂに繋がっており、副部１６ｂを通った風を整流して溝２の端へと送る、軸４の方向に沿う向きに伸びている面を有している。この端部１６ｃの裏面は、当該端部１６ｃの裏面に面する隣り合う位置にある別の羽根１６’の端部の面（図２を参照）との間を通る風によって、軸を回動させる向き（矢印α方向）の揚力を生じるように、点線１６ｄで囲んで示すように、端に行くにつれて端部１６ｃの表面との厚みが薄くなる湾曲面を有している。
【００１９】
なお、図５（ａ）（ｃ）に一点鎖線１６ｅで示すように、端部１６ｃの裏面を、裏面に面する隣り合う位置にある別の羽根１６’の端部（図２を参照）を通る風によって、軸を回動させる向き（矢印α方向）の揚力を生じるように、主部１６ａの背面近傍から、翼のように、端に行くにつれて端部１６ｃの表面との厚みが薄くなる湾曲面としても良い。本明細書において、「シート状」という文言は、図３に示した羽根６のように均一な厚みのものだけでなく、点線１６ｄに囲んで示すように、端に行くにつれて、端部１６ｃの表面との厚みが薄くなる場合、更には、点線１６ｅで示すように、主部１６ａの背面近傍から、翼のように、端に行くにつれて端部１６ｃの表面との厚みが薄くなる場合も、羽根全体として見たときに、長さ及び幅に比して厚みが薄い形状を「シート状」と表し、使用する。
【００２０】
図６は、羽根１６に当たる風２０を実線の矢印２０ａ、２０ｂ、２０ｃで示し、主部１６ａ、副部１６ｂ、端部１６ｃに当たることによって生じる、軸４を回動させる力を点線の矢印２１ａ、２１ｂ、２１ｃで示す。主部１６ａの面には、風２０は正面から当るので点線矢印２１ａの向きに力が加えられる。副部１６ｂは、前記副部６ｂと同様、主部１６ａの面に比べて斜めとなっている面を有しており、両端に向かう風２０ｂを受けて、点線矢印２１ｂ方向の分力を生じる。端部１６ｃの面と、当該端部１６ｃの面に面する隣り合う別の羽根１６”（図２を参照）の端部の裏面との間を通る風２０ｃは、軸４（図２を参照）に沿う向きに整流される。端部１６ｃの裏面は、端に行くにつれて表面との厚みが薄くなる湾曲面となっており、この端部１６ｃの形状により、軸４から外れて、端部１６ｃの裏面に沿うように流れようとする風２１ｄができる。しかし、この風２１ｄには、軸４に沿う向きへと整流する力が作用するので、この作用によって、いわゆる揚力、点線矢印２１ｃで示す力が生じる。
【００２１】
さらに、改良された羽根１６は、図５（ｃ）に示すように、直線状の下縁を有するように加工されている。このため、直線状の下縁を備えた羽根を使用する既存の発電部の軸に、特別な加工無しで使用できるという汎用性を有しており、製品開発工程を大幅に簡略化できる利点を有している。
【００２２】
説明した改良例の羽根１６は、端部１６ｃの構成を、整流された風が直進しようとする力を用いて、揚力を生じる形状にしたことで、より効率の良い発電を可能にする。1枚仕立てのシート状の羽根に、溝の中に吹き込む風専用に、複数の機能を持たせたことによって、部品点数少なく、即ち、故障する虞のある可動箇所を少なくでき、より高効率及び高い保守性能を有することができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、羽根６及び改良した羽根１６の側方から見た形状は、直状になっているが、風を受ける面側に湾曲していても良い。
【００２４】
また、羽根６及び改良した羽根１６は、主部６ａ、１６ａを中心に左右対称に副部及び端部が展開する構成となっているが、これは、図１に示すような鉄道線路の中央部分に溝２が載置される場合を想定しているからである。例えば、溝２の長手方向長さを半分程度にし、線路１００の中央から左右何れか位置に溝を載置する場合を想定する場合、羽根６、１６を略中心で半分に分け、主部６ａ、１６ａの当該半分に分けた部分を軸４が保持するような片持ちのような形態にすることで、前記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
また、風車部7は、軸４の代わりに短い軸を有し、当該軸の先端から放射状に伸びるスポーク状の支持材の先に、羽根の端に向かう風が通過できるように、羽根を軸に対して放射状に間接的に取り付けた構成を用いても良い。本願明細書では、風車部７の「軸に対して放射状に取り付けられた羽根」は、このような構成を含む。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、高速鉄道線路等の鉄道線路の下部に使用できる他、車道、滑走路等、乗り物（人の乗っていない貨物を含む）の通過する道に溝を埋設する形式で使用できる。
【符号の説明】
【００２７】
１          風力発電機
２          溝
３          風力発電部
４          軸
５          発電部
６、１６    羽根
７          風車部
８          ベアリング軸受
９          蓄電池
１０、２０  溝に入ってくる風
１００      鉄道線路
１０１、１０２  枕木
【要約】
【課題】乗り物の通過時に、下部の溝に吹き込む風を用いて、効率よく発電を行う風力発電機を提供する。
【解決手段】本発明の風力発電機（１）は乗り物の通路下部に交差するように設けられている溝（２）と、溝の中にある風力発電部（３）とで構成され、風力発電部は軸（４）を回動して発電を行う発電部（５）と、軸に放射状に取り付けられた複数の羽根（６）を有している風車部（７）とを含み、各羽根は、1枚のシート状で、風を受けて軸を回動させる主部と、主部の側部に繋がっており、主部が風を受ける側に屈曲しており、溝の中心から端へと向かう風を斜めに受けて軸を回動させる分力を生じさせる副部と、副部に繋がっており、風を整流して溝の端へと送る、軸方向に沿う向きに伸びている端部とで構成されている。これにより、溝に吹き込んでから両端へと向かう風の力を羽根を発電する向きに回動する力として使用でき、高効率な発電を実現する。
【選択図】図２【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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