JP2011127495A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、強風でも駆動可能であり、高効率に電力を供給し得る風力発電装置を提供することにある。
【解決手段】
本発明の風力発電装置は、中空容器と、風向に略平行な第一の軸周りに回転可能な翼と、前記翼の一部に設けられた第一の磁界発生装置と、前記翼の外周に設けられた第二の磁界発生装置と、前記翼が受けた回転エネルギーを電気エネルギーに変換し発電する発電機とからなり、前記第一の磁界発生装置と前記第二の磁界発生装置によって、前記翼がリニア駆動可能であることを特徴とする。また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、前記発電機が、前記第一の軸に沿って配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置に関し、特に、リニア駆動可能な翼を有する風力発電装置に関する。

従来の風力発電装置としては、ロータ回転軸が水平となる横軸型と呼ばれるものと、垂直となる縦軸型と呼ばれるものに大別される。プロペラ型などの横軸型は、風向きに従って方位制御が必要であり、ダリウス型などの縦軸型は、耐久性に優れ、方位制御が不要である等の特徴をそれぞれ有している。起動してもトルクが低く、有効な発電効率を得にくい等の理由から、一般に、横軸型の風車が導入されている。最近では、風力発電装置に、さらに太陽光発電を備えた発電装置が知られている（特許文献１、２）。

特開２００１−２９５７５２号公報 特許第４３２２２５２号公報

しかしながら、上記特許文献１による技術を含めいわゆる水平軸型の風力発電装置は、効率が高く大型化が容易な反面、発電機などの重量物を風車上部に取り付けなければならないという設置、メンテナンス時の操作性の問題を有する。また、上記文献２による技術を含めいわゆる垂直軸型は、重量物を地上に設置できるので、設置、メンテナンス時の扱いが容易である反面、依然として、起動してもトルクが低く、有効な発電効率を得にくい等の問題点を有している。

また、普及している水平軸型は、強風時などには、耐久性、安全性の観点から、ほとんどの風力発電装置は、停止状態にせざるを得ないのが実情である。

したがって、強風でも駆動可能であり、高効率に電力を供給し得る風力発電装置が望まれる。しかしながら、このような技術はこれまで知られていない。

このような現状に鑑み、本発明の目的は、強風でも駆動可能であり、高効率に電力を供給し得る風力発電装置を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成した。

本発明の風力発電装置は、中空容器と、風向に略平行な第一の軸周りに回転可能な翼と、前記翼の一部に設けられた第一の磁界発生装置と、前記翼の外周に設けられた第二の磁界発生装置と、前記翼が受けた回転エネルギーを電気エネルギーに変換し発電する発電機とからなり、前記第一の磁界発生装置と前記第二の磁界発生装置によって、前記翼がリニア駆動可能であることを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、前記発電機が、前記第一の軸に沿って配置されていることを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、前記発電機が、さらに第一の磁界発生装置と第二の磁界発生装置によって形成される磁界を利用して発電することを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、コイルを前記磁界内に設置して、発電することを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、さらに、風下の風を風上へ戻すフィードバック機能を備えることを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、さらに、前記中空容器内に設けられた複数の仕切り板と、前記仕切り板に隣接して設けられ、風向に略平行な第一の軸周りに回転可能な第一の翼と、前記風向に略平行な第一の軸に略垂直な第二の軸と、前記第二の軸周りに回転可能な第二の翼とからなり、前記第一の翼の回転により圧縮された空気を前記第二の翼へ導入することにより前記第二の翼を回転させて、前記第二の翼の回転により得られた回転エネルギーを電気エネルギーへ変換して発電することを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、前記第二の軸に設けられた発電機により発電することを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、前記第二の軸の回転エネルギーを、第三の軸へ伝達し、第三の軸周りの回転により得られた回転エネルギーを電気エネルギーへ変換して発電することを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、前記第二の軸の回転エネルギーを、変速機を介して、前記第三の軸へ伝達することを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、変速機が、プーリーからなることを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、前記圧縮を、前記仕切り板に設けられた孔を介して空気を導入することにより行うことを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、空気の吸入側の前記孔の開口面積が、空気の排出側の前記孔の開口面積よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、隣接する前記仕切り板において、前記孔の位置がずれていることを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、さらに、太陽光発電を備えることを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、前記太陽光発電が、中空容器上、又は前記発電装置に設置されたウイング上に形成されていることを特徴とする。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、さらに、アンテナを備えることを特徴とする。

本発明によれば、磁界発生装置によりリニア駆動可能であるので、翼の回転抵抗を低く抑えることが可能であるという有利な効果を奏する。また、本発明によれば、磁界発生装置により形成される磁界を利用して発電可能であり、通常の発電装置の数倍の発電力を得ることが可能であるという有利な効果を奏する。

図１は、本発明の風力発電装置の一実施態様を示す。 図２は、本発明の風力発電装置の一実施態様を示す。 図３は、ベルヌーイの定理を利用した本発明の風力発電装置の構造の一実施態様を示す。 図４は、リニア駆動可能とした翼の構造の一実施態様を示す。 図５は、リニア駆動可能とした翼の構造の一実施態様を示す。 図６は、フィードバック機能の一例を示す。 図７は、ベルヌーイの定理の概念図を示す。

本発明の風力発電装置における第一の態様は、中空容器と、風向に略平行な第一の軸周りに回転可能な翼と、前記翼の一部に設けられた第一の磁界発生装置と、前記翼の外周に設けられた第二の磁界発生装置と、前記翼が受けた回転エネルギーを電気エネルギーに変換し発電する発電機とからなり、前記第一の磁界発生装置と前記第二の磁界発生装置によって、前記翼がリニア駆動可能であることを特徴とする。このようにリニア駆動可能としたことにより、翼の回転がスムーズに行われるという効果を有する。本発明において、中空容器は、特に限定されるものではなく、要するに中が空洞であり、翼等を設置することができれば特に形状等は限定されない。中空容器の断面は、円、多角形等でもよい。なお、中空容器の下方には、雨などが中空容器内に入った場合に、当該雨などによる水分を除去できるように、水抜き穴を設置してもよい。

風向に略平行は第一の軸周りに回転可能な翼は、少なくとも1つあればよく、複数あってもよい。当該翼は、どのような形状、構造でもよく、当該翼による回転エネルギ―を電気エネルギーに変換可能であればよい。また、翼の種類は問わない。第一の磁界発生装置は、前記翼の一部に設けられていれば足りる。よりリニア駆動の効果を上げる観点から、翼の中心からより離れた部分が好ましい。翼の外周に設けられた第二の磁界発生装置については、例えば、円筒の筒の外周に１つ又はそれ以上の永久磁石等を固定すればよい。磁界発生装置としては、典型的には、永久磁石、電磁石、超電導磁石等を例示できるが、発電という観点から、永久磁石が好ましい。第一の磁界発生装置と、第二の磁界発生装置は、互いに反発する向き、すなわち、同極同士を向き合わせて、リニア駆動させることができる。なお、円筒の筒の内側にブラシを設ければ、第一の磁界発生装置、例えば永久磁石に付着した砂鉄等を排除することも可能である。

翼が受けた回転エネルギーは、本発明の発電装置に設置された適当な発電機によって、電気エネルギーへ変換されて発電させることが可能である。好ましい実施態様において、前記発電機が、前記第一の軸に沿って配置される。このように、第一の軸に発電機を配置することにより、翼の回転により生じた回転エネルギーを電気エネルギ―へ変換することができる。発電機は、１つ又はそれ以上を設置することも可能であり、例えば、翼が複数個あれば、複数個の翼毎に発電機を設置してもよく、１つ又はそれ以上の発電機を、第一の軸の風下側に設置してもよい。

また、好ましい実施態様において、前記発電機が、さらに第一の磁界発生装置と第二の磁界発生装置によって形成される磁界を利用して発電する。これはいわゆるフレミングの右手の法則により理解することができる。第一の磁界発生装置と第二の磁界発生装置との間に、磁界が発生している。形成された磁束を横切るような導線(コイル)を形成させれば、コイルに電流が流れ発電可能となる。磁気の強さが強ければ強いほど、また翼の回転によるエネルギ―が大きいほど、コイルに流れる電流の大きさは大きくなる、すなわち、発電力が大となる。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、コイルを前記磁界内に設置して、発電することができる。例えば、三つ編みに編んだ導線を翼の外周上に設置してベルト状のコイルを形成して、発電させることができる。Ｓ極とＮ極の中でコイルを動かせば発電するが、強風等で高回転時に軸の摩擦や、発電機内の空気抵抗で発熱しまう。一般に高温に成ると電気の伝導率が低下し焼け付きをおこす。そのため発熱や焼け付きに対応するために、コイルを太くすると、焼きつきは軽減可能である。しかし、風量等が少ない場合太いコイルではロスが大きすぎて発電することが不可能となるおそれもある。そこで、細めのコイルを編む方法が考えられる。細いコイルなら磁界の影響を直ぐに受けることになる。コイルをベルト状にすれば強度もさらい上がる点好ましい。一本の太いコイルよりも、同じ太さの編んだコイルの方が強度は強い。そして、ベルト状なら放熱量も大きいことになる。また、磁界発生装置を棒磁石として用いて、棒磁石を一つの筒の中の一つのプロペラで同時にＳとＮを反発させてもよい。羽の周りに棒磁石を付けてその周りにコイルを巻き、筒の周りにも棒磁石を並べることもできる。このようにして、磁界を発生させてもよい。磁石の付いた筒の中に磁石とコイルの付いたプロペラを入れ、そしてコイルの編み始めの部分と編み終えた部分をまとめ電極に固定すると、発電装置を作ることができる。これは、市販モーターの内部構造において、小さく三つに分かれた小さい部分に相当する。

また、電極はプロペラ側だけでなく、筒の外円と磁石の間にコイルを巻いても発電する。その場合でも、編んだコイルの初めの部分と終わりの部分が電極になる。プロペラ側のコイルと、筒側のコイル両方で発電することも可能である。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、さらに、風下の風を風上へ戻すフィードバック機能を備えてもよい。中空容器の風下側末端は、開放していてもよいが、開閉式弁、例えば円形の開閉式弁を備えていてもよい。風下側へ流れた空気を、例えば、管を通じて風上側に戻して風力を再利用してもよい。この場合円滑に風下の空気を風上に導入するという観点から、管の曲線部では、クロソイド曲線を利用してもよく、また、管の途中で膨張室を設けて確実に風下へ送れるように設計してもよい。管の途中で逆止弁等を用いて、風の流れを制御してもよい。

また、本発明の風力発電装置の第二の態様は、中空容器と、前記中空容器内に設けられた複数の仕切り板と、前記仕切り板に隣接して設けられ、風向に略平行な第一の軸周りに回転可能な第一の翼と、前記風向に略平行な第一の軸に略垂直な第二の軸と、前記第二の軸周りに回転可能な第二の翼とからなり、前記第一の翼の回転により圧縮された空気を前記第二の翼へ導入することにより前記第二の翼を回転させて、前記第二の翼の回転により得られた回転エネルギーを電気エネルギーへ変換して発電することを特徴とする。すなわち、圧縮された空気を利用すれば、空気は常に圧縮されているので、風圧(外部圧力)よりも内部圧力が高いので、風圧の中でも安定的に空気を送りだすことができるという利点を有する。本発明において、中空容器は、特に限定されるものではなく、要するに中が空洞であり、翼等を設置することができれば特に形状等は限定されない。中空容器の断面は、円、多角形等でもよい。なお、中空容器の下方には、雨などが中空容器内に入った場合に、当該雨などによる水分を除去できるように、水抜き穴を設置してもよい。本発明の第二の態様に、前述の本発明の第一の態様を組み合わせてもよい。

当該中空容器内に設けられた複数の仕切り板は、翼と翼との間を仕切ることができ、最終的に風により流れて中空容器内に侵入してきた空気を圧縮することができれば、特に限定されない。仕切り板の材質等についても特に限定されない。また、仕切り板の間には、翼を囲むように円筒状の筒を設けてもよい。円筒状の筒には、上述の本発明の第一の態様と組み合わせる場合には、磁界発生装置を設けてもよい。また、仕切り板に、後述するような磁界ノイズを吸収する装置を入れてもよい。

前記仕切り板に隣接して設けられ、風向に略平行な第一の軸周りに回転可能な第一の翼は、どのような形状、構造でもよく、当該翼による回転エネルギ―を電気エネルギーに変換可能であればよい。翼の種類は問わない。また、第一の翼は、１つ又はそれ以上とすることができる。また、前記第二の軸周りに回転可能な第二の翼は、同様に、どのような形状、構造でもよく、当該翼による回転エネルギ―を電気エネルギーに変換可能であればよい。翼の種類は問わない。また、第二の翼は、１つ又はそれ以上とすることができる。

第一の翼の回転による圧縮方法は、特に限定されないが、例えば、前記仕切り板に設けられた孔を介して空気を導入することにより行うことが可能である。また、好ましい実施態様において、空気の吸入側の前記孔の開口面積が、空気の排出側の前記孔の開口面積よりも大きいことを特徴とする。空気の吸入側の前記孔の開口面積が、空気の排出側の前記孔の開口面積よりも大きいようにすると、仕切り板間に空気をより圧縮することが可能である。圧縮の効果を高めるために、隣接する翼を、逆羽根にしてもよく、また、仕切り板間に2つの翼を設けて、風上側を順方向の翼、風下側を逆方向の翼として、逆羽根の構成を採用してよい。

また、より圧縮効果を高めるという観点から、隣接する前記仕切り板において、前記孔の位置をずらしてもよい。孔の位置がずれていれば、特に限定されるものではない。孔間のずれは、孔の数にもよるが、例えば、孔の数が板当たり６個とすると、０〜６０度、好ましくは、１５〜４５度、より好ましくは、３０度±５度である。

本発明においては、仕切り板の孔を利用して空気の速度、圧力等を調整しているが、これは、いわゆるベルヌーイの定理を応用したものである。ここで、図７を用いて、ベルヌーイの定理を説明する。図７は、種々の太さの中空管である。図7中、A部において、最初の太さ、最初の流速、最初の圧力が存在すると仮定する。一定量が流れる流体、空気などは、流れることができる断面積が小さくなると速く流れる。この時、流れが速くなると運動エネルギーが増えるため、かわりに圧力エネルギ―は小さくなる(エネルギー保存)。逆に、流体が流れる断面積が大きくなると流速が低下して圧力が上昇する。図7中、Bの部分では、径が最初の径より細くなっている。このとき、流体の流速は、最初の流速より速くなり、圧力は低下する。一方、Cの部分では、径が最初の径より太くなっている。このとき、流体の流速は、最初の流速より遅くなり、圧力は上昇する。本発明においては、この定理を応用して、孔を設けることにより、流体の流速を速くし、翼の回転力を上げようとしている。例えば、図７のような中空管を中空容器として用いて、風速を速めた場所で翼が効率よく回転する場合には、そのような場所を発電に利用することができる。逆に、圧力を高めた場所で発電が効率的に行えるのであれば、そのような場所を発電に利用することができる。

好ましい実施態様において、前記発電機が、前記第一の軸に沿って配置されている。このように、第一の軸に発電機を配置することにより、翼の回転による生じた回転エネルギーを電気エネルギ―へ変換することができる。発電機は、１つ又はそれ以上を設置することも可能であり、例えば、翼が複数個あれば、複数個の翼毎に発電機を設置してもよく、１つ又はそれ以上の発電機を、第一の軸の風下側に設置してもよい。

また、別の態様において、発電機を、第二の軸に沿って配置してもよい。発電機は、１つ又はそれ以上を設置することも可能であり、例えば、第二の翼が複数個あれば、複数個の翼毎に発電機を設置してもよく、１つ又はそれ以上の発電機を、第二の軸に設置してもよい。

このように、第一軸又は第二の軸に設けられた発電機により発電することが可能である。

また、好ましい実施態様において、前記第二の軸の回転エネルギーを、前記第二の軸に略平行な第三の軸へ伝達し、第三の軸周りの回転による得られた回転エネルギーを電気エネルギーへ変換して発電してもよい。この場合、発電機を、第三の軸に沿って配置してもよい。発電機は、１つ又はそれ以上を設置することも可能である。

本発明において、前記第二の軸の回転エネルギーを、変速機を介して、前記第三の軸へ伝達することも可能である。また、変速機は、プーリーからなることできる。プーリーの構造について簡単に説明すれば、プーリーの内部には、ウエイトローラーが設置されており、回転が低速時では、このウエイトローラ―は内側にある。高速回転になると、ウエイトローラ―は、遠心力で外側に押し出されベルトを外に押し出す。これによって、プーリーの外側に配置されているベルトの径を変化させることができる。すなわち、低速時には、高速時に比べて直径が短くなっている構造となる。ウエイトローラーは、摩擦抵抗によって、いわゆるダンベリ（ダンベリとは、円柱状態ではなく、摩擦で多角的な状態になること。）状態になってしまう可能性がある。そこで、磁石を用いて中空状態にして、摩擦抵抗をなくする構成として、ウエイトローラーのダンベリ現象をなくしてもよい。オートマ（プーリー）の方が自動で風速（風圧等）に合わせて変速してくれるので、好ましい。一方、一般に、マニアル（プーリー）の場合、ギヤーチェンジするのにクラッチと言う変速設備が必要になる。

このように、変速機を用いることで、高速時でも回転エネルギーを制御可能となり、その結果、風速がきわめて強い場合でも、風力発電装置を停止することなく、発電を続けることが可能である。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、さらに、風下の風を風上へ戻すフィードバック機能を備えてもよい。中空容器の風下側末端は、開放していてもよいが、開閉式弁、例えば円形の開閉式弁を備えていてもよい。風下側へ流れた空気を、例えば、管を通じて風上側に戻して風力を再利用してもよい。この場合円滑に風下の空気を風上に導入するという観点から、管の曲線部では、クロソイド曲線を利用してもよく、また、管の途中で膨張室を設けて確実に風下へ送れるように設計してもよい。管の途中で逆止弁等を用いて、風の流れを制御してもよい。

また、本発明の風力発電装置の好ましい実施態様において、さらに、太陽光発電を備えることを特徴とする。太陽光発電の設置位置は特に限定されない。より多くの太陽光を得るという観点から、好ましくは、中空容器の上部か、または、前記発電装置に設置されたウイング上に形成されていてもよい。発電装置に設置されるウイングは、主として、本発明の発電装置が、強風で煽られないようにするためであり、ウイングが風を受けて、発電装置自体が地面に押しつけられるような構造であれば特に限定されない。例えば、飛行機の翼を上下反対にすれば、上から下への圧力が、風速に伴って上昇する結果、発電装置がより地面に押しつけられて安定した構造となる。また、中空容器の構造自体をウイングと同様の効果を得るように構成してもよい。例えば、中空容器の上部へ傾斜を設けて、風上側よりも風下側を高く設定すると、風速に伴って発電装置が地面に押しつけられる構成となる。

さらに、本発明の発電装置にアンテナを備えてもよい。当該アンテナは特に限定されず、電波を送受信可能なアンテナを挙げることができる。一般に、発電には、電磁波等の磁界ノイズもノイズとして発生してしまい、テレビ映像にノイズとして表れて悪影響を及ぼすおそれがある。発電装置を折角設置しても、発電による電磁波のノイズを完全にカットすることができないため、通常、風力発電等は人家等が遠く離れた山間や、海上に設けられている。発電による電磁波等の磁界ノイズをカットするために、本発明においては、例えば、磁界ノイズ吸収装置を備えてもよい。たとえば、アルミとコイルと珪藻土からなる磁界ノイズ吸収装置を備えてもよい。このような磁界ノイズ吸収装置により、発電時に様々なアンテナの周波数帯に影響を与える磁界ノイズをコイルとアルミと珪藻土で吸収できるだけ吸収して、それをアース(地面)に逃がすことが可能となる。このようにすれば、発電装置の機体や支柱に取り付けたアンテナの周波数に影響を与えずに発電が可能となる。

磁界ノイズ吸収装置は、例えば、アルミのパンチ板などにコイルをいろいろな編み方によって編んでいきその後、コイルからの導線の一部をパンチ板から引き出し、パンチ板を珪藻土で被膜することにより製造することができる。コイルから引き出した導線は、アースとして地面につなげば、磁界ノイズをカットすることができる。磁界ノイズ吸収装置の設置場所は、発電による磁界ノイズをカットすることができれば特に限定されないが、例えば、発電装置を構成する中空容器や機体の外壁の内側や、発電装置の本体等に取り付けることが可能である。

次に、図面を参照して、本発明の発電装置の一例について説明する。図１は、本発明の風力発電装置の一実施態様を示す。１は、翼である。翼１は、風２２からの風を中空容器７の内部へ送り込むような構造であれば、翼の形状、材質は特に問わない。翼２は、ここでは複数記載しているが、１つでもよく、また、翼１単独であってもよく、また、翼１が無くて、翼２単独であってもよい。要するに、発電機５又は6等により発電可能な回転を得ることができれば、翼の数、種類等は限定されない。翼２には、第一の磁界発生装置４（永久磁石）が設けられている。翼の外周には第二の磁界発生装置３（永久磁石）が設けられている。第一の永久磁石４と第二の永久磁石３とは互いに反発しあう向き、例えば、S極同士や、N極同士にセットされていて、翼２はリニア駆動可能となっている。これによりスムーズな回転を保証することになる。８は第一の軸であり、一本の軸としてもよく、翼毎に区分された軸でもよい。９は円柱筒である。ここでは円柱筒を使っているが、第二の永久磁石３を固定できるような構造であれば、特に筒状でなくてもよい。

なお、図示しないが、中空容器内に水抜き穴を設置すれば、雨水などを中空容器外へ排出することができる。また、１０の部分は、太陽光発電設置可能部分であり、この部分に太陽光発電を利用するために、パネルを設けてもよい。例えば、風が吹かない場合には、発電機５又は６をモータとして利用して、翼１及び／又は２を回転させると、もし第一の磁界発生装置４と第二の磁界発生装置３との間に発電機5又は６の磁界より強い磁界が発生していれば、モータ利用によるエネルギ―損失はあっても、発電力が勝り、結果として発電可能となる。このような態様も本発明においては有効である。

一度、風が吹くと、翼1及び／又は翼２の回転により、発電機５又は６が発電し始める。仮に、第一の磁界発生装置４と第二の磁界発生装置３とによって形成される磁界を利用して、装置間にコイルを形成すると、形成される磁界が強ければ強いほど、また回転エネルギーが高ければ高いほど、発電力が増加する。磁界発生装置３，４の磁界を利用すると、通常の発電機の数倍の発電力を得ることができる。従来のように、普通のダイナモの外部にプロペラを付けて発電を行うのよりも、ダイナモ内部に羽を入れて風速等をある程度コントロールした方が発電量が増えると考えることができる。

図２は、別の態様においる本発明の一例を示したものである。圧縮空気を利用した発電装置である。１は、翼である。翼１は、風２２からの風を中空容器７の内部へ送り込むような構造であれば、翼の形状、材質は特に問わない。翼２は、ここでは複数記載しているが、１つでもよく、また、翼１単独であってもよく、また、翼１が無くて、翼２単独であってもよい。要するに、発電機５又は6等により発電可能な回転を得ることができれば、翼の数、種類等は限定されない。１７は仕切り板１６に設けられた孔である。より空気を圧縮するために、図では、仕切り板１６どおしの間隔を風下に進むにつれて徐々に狭く設定している。このような構成を採用することで、より空気を圧縮させることができる。孔１７は、図では同じ大きさに見えるが、より圧縮させるために、風下に進むにつれて徐々に孔１７を小さくしてもよい。また、孔１７自体の構造としては、「風上側の孔１７の直径＞風下側の孔１７の直径」のように設計するのが、空気を圧縮する観点から、好ましい。孔１７の役割は、ベルヌーイの定理を利用して風速をさらに上げることである。特に、風速を増した状態でよく発電する発電機を利用している場合、このベルヌーイの定理を利用して、風速を調整してやると、よりよい発電効果を得ることができる。なお、１５は、方向翼(帆)である。回転翼１や２を常に、風向きの方向へ誘導することを確実にするためのものである。１５はあってもなくてもよいが、あれば誘導が確実となる。特に、中空容器の形状上で、風向きに対して翼1等が向かないか、向きにくい場合には有効である。

圧縮された空気は、最終的に、風向に略平行な第一の軸８に略垂直な第二の軸１２の周りを回転可能な第二の翼１１へ送られる。第二の翼１１へは、圧縮された空気でかつ風速が速い空気が送られる。翼１１の構造は、特に限定されず、軸１２を効率的に回転させることが可能であればよい。図では、軸１２には、変速機１３が接続されているが、変速機１３の代わりに発電機を設ければ、翼１１の回転により発電可能である。軸８上に発電機５等を設置すれば、当該発電機からの発電も可能である。

第二の軸１２の回転エネルギ―を、第二の軸１２に略平行な第三の軸１４へ伝達して、第三の軸１４周りの回転により得られた回転エネルギ―を電気エネルギーへ変換することもできる。この場合、発電機３３により発電可能である。発電機３３は図では中空容器の真下に設定しているが、この発電機は、地面近くに設置することも可能である。重量がある発電機を下の方に設置できれば、強風などにも強い構造とすることができる。

第三の軸１４への伝達は、いわゆる変速機１３を使用して行ってもよい。変速機の種類は問わないが、例えばプーリーを利用すると、軸１２が高速で回転した場合には、軸１２側のベルトの直径が大きくなる仕組みとなっている。このとき、軸１４側のベルト径は小さく設定しており、軸１４周りの回転を、より高い回転とすることができ、ひいては、より大きな発電力を得ることが可能となっている。

なお、図示しないが、この図２に示した態様において、翼の外周には第二の磁界発生装置３（永久磁石）や、翼の一部に第一の磁界発生装置４を設けてもよい。この場合、図1に記載の本発明の態様との組合せの構成となる。第一の永久磁石４と第二の永久磁石３とは互いに反発しあう向き、例えば、S極同士や、N極同士にセットされていて、翼２はリニア駆動可能となっている。これによりスムーズな回転を保証することになる。８は第一の軸であり、一本の軸としてもよく、翼毎に区分された軸でもよい。９は円柱筒である。ここでは円柱筒を使っているが、第二の永久磁石３を固定できるような構造であれば、特に筒状でなくてもよい。

図３は、ベルヌーイの定理を利用した本発明の風力発電装置の構造の一実施態様を示す。図3(A)及び（B）は、図２のa-b方向から見た断面図である。図３（A）は、風上側の仕切り板に設けられた孔１７を示し、図３（B）は、隣接する仕切り板に設けられた孔１７を示す。風下に向かっていくに従い、孔の直径を絞っているのがわかる。圧縮効果を上げるとともに、ベルヌーイの定理により風速を上げる効果を期待している。

図４は、図２のa-b方向から見た断面図であり、かつ磁界発生装置を備えた場合の一例を示している。１８、１９は磁界発生装置、例えば、永久磁石であり、お互いが反発するように設定されている。２０が翼である。また２１はブラシであり、翼２０の一部に設けられた磁界発生装置に付着した不純物を除去するためのものである。このような構造により翼２０はリニア駆動可能となっている。

図５は、リニア駆動可能とした翼の構造の一実施態様を示し、図２のｃ−d方向から見た図である。２２は、風の流れ、２３は、翼２４の回転方向、２５及び２６は、磁界発生装置を示す。圧縮された空気（風）２２は、孔１７を介してさらに風速を上げて翼２４に送られる。磁界発生装置２５、２６を、互いに反発しあう向きに設定すれば、翼２４はリニア駆動可能である。風速が上がった風と、リニア駆動により、回転エネルギーが増幅される。風は、さらに仕切り板１６を介して中空容器のさらに風下側へ送られるが、この風を次の図６に示すように再利用してもよい。

図６は、フィードバック機能の一例を示す。この図は、中空容器の風下側へ送られた空気（風）を有効利用しようとするものである。この図では仕切り板１６が設定されて、圧縮した空気を利用することが前提となっているが、仕切り板１６はあってもなくてもよい。つまり、圧縮されていない空気であっても、風下側に図のようなフィードバック機能を設けることができる。２７は逆止弁、２８は管、２９は膨張室、３０はクロソイド曲線、３１は安全弁である。中空容器の風下側へ送られた風は、矢印２２に従って、管をとおって再利用される。３０はクロソイド曲線としてスムーズな風の流れを起こさせようとしている。膨張室２９を設ければ、より逆向きの風の流れを引き起こすことが可能である。逆止弁２７を設置すると、反対方向の風の流れをより制御可能である。

図６では、圧縮空気を利用した発電装置にフィードバック機能を備えた態様を説明しているが、圧縮空気を利用しない発電装置に適用する場合には、プーリー１３、軸１２、仕切り板１６、孔１７等は存在しない。圧縮空気を利用しない発電装置に適用して風を再利用する場合には、管２８も延長して、風上側に戻す構造としてもよい。場合により、翼１や翼２より風上側に戻して風を再利用してもよい。図示しないが、安全弁３１の周りには、中空容器内の空気を外部へ排出するための排気口が、1又はそれ以上設置されている。弱い風の時はそのまま安全弁の周りにある排気口から空気が排出される。強風の場合には、安全弁３１を開いて、容器の膨張を防ぐ。また、フィードバック機構の吸入口の面積は、安全弁の周りの排出口の面積より大きく設定すれば、フィードバック機能の吸入口へ風が入り込み、再利用を促進する。なお、フィードバック機構は、図では、２つ記載しているが、1つ又はそれ以上を設置してもよい。

省エネルギ―技術として、既存のエネルギー技術の代替エネルギ―として幅広い分野において広範に利用することが可能である。

１ 翼
２ 翼
３ 第二の磁界発生装置
４ 第一の磁界発生装置
５、６ 発電機
７ 中空容器
８ 第一の軸
９ 円柱筒
１０ 太陽光発電設置可能部分
１１ 第二の翼
１２ 第二の軸
１３ 変速機
１４ 第三の軸
１５ 方向翼(帆)
１６ 仕切り板
１７ 孔の位置のずれ（（A）と（B）において、３０度孔の位置をずらしている。）
１８ 磁界発生装置
１９ 磁界発生装置
２０ 翼
２１ ブラシ
２２ 風の流れ
２３ 翼の回転方向
２４ 翼
２５ 磁界発生装置
２６ 磁界発生装置
２７ 逆止弁
２８ 管
２９ 膨張室
３０ クロソイド曲線
３１ 安全弁
３２ ベルト
３３ 発電機

Claims (16)

1. 中空容器と、
   風向に略平行な第一の軸周りに回転可能な翼と、
   前記翼の一部に設けられた第一の磁界発生装置と、
   前記翼の外周に設けられた第二の磁界発生装置と、
   前記翼が受けた回転エネルギーを電気エネルギーに変換し発電する発電機とからなり、前記第一の磁界発生装置と前記第二の磁界発生装置によって、前記翼がリニア駆動可能であることを特徴とする発電装置。
2. 前記発電機が、前記第一の軸に沿って配置されていることを特徴とする請求項1記載の発電装置。
3. 前記発電機が、さらに第一の磁界発生装置と第二の磁界発生装置によって形成される磁界を利用して発電する請求項1又は2項に記載の発電装置。
4. コイルを前記磁界内に設置して、発電する請求項３記載の発電装置。
5. さらに、風下の風を風上へ戻すフィードバック機能を備えた請求項１〜４項のいずれか1項に記載の発電装置。
6. さらに、前記中空容器内に設けられた複数の仕切り板と、
   前記仕切り板に隣接して設けられ、風向に略平行な第一の軸周りに回転可能な第一の翼と、
   前記風向に略平行な第一の軸に略垂直な第二の軸と、
   前記第二の軸周りに回転可能な第二の翼とからなり、前記第一の翼の回転により圧縮された空気を前記第二の翼へ導入することにより前記第二の翼を回転させて、前記第二の翼の回転により得られた回転エネルギーを電気エネルギーへ変換して発電することを特徴とする請求項１〜５項のいずれか1項に記載の発電装置。
7. 前記第二の軸に設けられた発電機により発電する請求項６記載の発電装置。
8. 前記第二の軸の回転エネルギーを、第三の軸へ伝達し、第三の軸周りの回転により得られた回転エネルギーを電気エネルギーへ変換して発電する請求項６又は７項に記載の発電装置。
9. 前記第二の軸の回転エネルギーを、変速機を介して、前記第三の軸へ伝達する請求項８記載の発電装置。
10. 変速機が、プーリーからなる請求項９記載の発電装置。
11. 前記圧縮を、前記仕切り板に設けられた孔を介して空気を導入することにより行う請求項６〜１０項のいずれか１項に記載の発電装置。
12. 空気の吸入側の前記孔の開口面積が、空気の排出側の前記孔の開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項６〜１１項のいずれか1項に記載の発電装置。
13. 隣接する前記仕切り板において、前記孔の位置がずれていることを特徴とする請求項６〜１２項のいずれか1項に記載の発電装置。
14. さらに、太陽光発電を備える請求項１〜１３項のいずれか１項に記載の発電装置。
15. 前記太陽光発電が、中空容器上、又は前記発電装置に設置されたウイング上に形成されている請求項１４記載の発電装置。
16. さらに、アンテナを備える請求項１〜１５項のいずれか１項に記載の発電装置。