JP2018119460A - 発電装置及び発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】円盤を効率良く回転させることにより、発電の効率を向上させ、小さなエネルギで効率良く発電を行えるようにする。
【解決手段】流体の流れを受けて回転する回転体に接続され、当該回転体の回転と共に回転する中心回転軸と、前記中心回転軸の回転に伴って回転する円盤と、前記円盤の外周縁と当該円盤の周囲とにそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及びコイルとを有し、前記円盤は、前記回転体の外径よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】 図４３

Description

本発明は、例えば水力、風力などによる回転力を用いた発電装置及び発電システムに関するものである。

従来、水力、風力、火力等のエネルギを回転エネルギに変換し、変換した回転エネルギで発電機を駆動して発電を行っている。一般に使用される発電装置は、Ｎ極およびＳ極を有する永久磁石を回転軸に取り付けた回転子、前記永久磁石により形成される磁極数に応じた磁極を有する電機子鉄心、および該電機子鉄心に巻回した発電コイルを備え、前記回転子を回転駆動することにより、電機子鉄心内に交流磁界を発生し、発生した交流磁界により前記発電コイルに交流電圧を発生させている（例えば特許文献１参照）。

特許登録第５３７２１１５号

かかる発電装置では、大きなエネルギを回転エネルギに変換することを前提としており、できるだけたくさんの磁石とコイルとを密度高く設置するのが一般的であり、例えば水路や山奥の小川など、小さいエネルギを効率良く回転エネルギに変換することが困難であった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小さなエネルギであっても効率良く発電を行える発電装置及び発電システムを提供するものである。

かかる課題を解決するため、本発明の発電装置は、流体の流れを受けて回転する回転体に接続され、当該回転体の回転と共に回転する中心回転軸と、
前記中心回転軸の回転に伴って回転する円盤と、
前記円盤の外周縁と当該円盤の周囲とにそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及びコイルと、
を有し、
前記円盤は、
前記回転体の外径よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明の発電システムは、流体の力である流力を受ける複数の羽根と、
前記羽根を支持すると共に、前記流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と、
前記回転軸周りに所定の回転角度だけ、前記羽根を自由回転させる羽根回転機構とを有する羽根構造体と、
前記羽根構造体に接続され、当該回転体の回転と共に回転する中心回転軸と、
前記中心回転軸の回転に伴って回転し、前記羽根構造体よりも大きい外径を有する円盤と、
前記円盤の外周縁と当該円盤の周囲とにそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及びコイルとを有する発電装置とを備えることを特徴とする。

本発明は、小さなエネルギであっても効率良く発電を行える発電装置及び発電システムを実現できる。

第１の実施の形態における発電システムの構成を示す略線図である。 第１の実施の形態における羽根構造体の構成（１）を示す略線図である。 第１の実施の形態における羽根構造体の構成（２）を示す略線図である。 第１の実施の形態における羽根構造体の構成（３）を示す略線図である。 従来の羽根構造体の回転の説明に供する略線図である。 第１の実施の形態における羽根構造体の回転の説明に供する略線図である。 第２の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第２の実施の形態における流体の流れの説明に供する略線図である。 第２の実施の形態における羽根構造体の回転の説明に供する略線図である。 第３の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第３の実施の形態における羽根の構成（１）を示す略線図である。 第３の実施の形態における流体の流れの説明に供する略線図である。 第４の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第４の実施の形態における羽根の構成を示す略線図である。 第４の実施の形態における流体の流れの説明に供する略線図である。 第５の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第６の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第７の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第７の実施の形態における羽根の構成を示す略線図である。 第８の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第８の実施の形態における羽根の構成を示す略線図である。 第９の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１０の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１０の実施の形態における羽根の構成を示す略線図である。 第１１の実施の形態における羽根の構成（１）を示す略線図である。 第１１の実施の形態における羽根の構成（２）を示す略線図である。 第１２の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１３の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１３の実施の形態における羽根の構成を示す略線図である。 第１４の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１５の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１５の実施の形態における羽根の構成を示す略線図である。 第１６の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１６の実施の形態における羽根の構成を示す略線図である。 第１６の実施の形態における流体の流れの説明に供する略線図である。 第１７の実施の形態における羽根の構成を示す略線図である。 第１７の実施の形態における流体の流れの説明（１）に供する略線図である。 第１７の実施の形態における流体の流れの説明（２）に供する略線図である。 第１７の実施の形態における羽根構造体の回転の説明に供する略線図である。 第１８の実施の形態における羽根構造体の構成を示す略線図である。 第１８の実施の形態における羽根の構成を示す略線図である。 第１８の実施の形態における流体の流れの説明に供する略線図である。 第１９の実施の形態における発電システムの構成を示す略線図である。 第１９の実施の形態における発電装置の上面図を示す略線図である。 第１９の実施の形態における円盤の構成を示す略線図である。 第１９の実施の形態におけるＧＡＰと回転数と出力の関係（１）を示すグラフである。 第１９の実施の形態におけるＧＡＰと回転数と出力の関係（２）を示すグラフである。 第１９の実施の形態における負荷と回転数と出力の関係を示すグラフである。 第１９の実施の形態における円盤及びコイルの構成を示す略線図である。 第１９の実施の形態におけるコイルの接続を示す略線図である。 第１９の実施の形態におけるコイルの数と出力の関係を示す略線図である。

次に本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

＜第１の実施の形態＞
［１−１．発電システムの構成］
図１は全体として発電システム１を示しており、例えば潮力や河川の水などを利用した水力や風力など、流体の流れる力である流力で発電を行うようになされている。

羽根構造体２は、中心部分に設けられた中心孔２１に、縦方向に延びる中心回転軸３を介して発電装置４と接続されており、横方向に回転可能である。発電装置４は、羽根構造体２から中心回転軸３を介して伝達される回転力を電力に変換するエネルギ変換機構を備えている。

羽根構造体２は、流体の流れに対してほぼ垂直方向に力を受けて回転する、いわゆる垂直型のプロペラ構造を有しており、図中の横方向に流体が流れ、当該横方向内で回転する。この横方向内において、羽根構造体２は、流体の流れ方向に関係なく回転可能である。なお、発電装置４は、例えば防水機能などのように、流体の特性に応じた機能を有していても良い。

[１−２．羽根構造体の構成]
図２は、図１における羽根構造体２を縦方向の上から見た図である。羽根構造体２は、円柱状の中心支持体２５を中心に有しており、その中央には中心孔２１が設けられている。中心支持体２５の外側には、８つの羽根回転軸２３が同心円上に設けられており、各羽根回転軸２３から外側に向けて、回転可能な状態で８枚の羽根２２（２２ａ〜２２ｇ）が設けられている。

この羽根２２は、一方向へより多くの流力を受けられるように、湾曲している。この湾曲度合いについて、特に制限はない。

図３に示すように、中心支持体２５の縦上下方向には、円盤状の上下面２６及び２７が設けられている。羽根構造体２は、上下面２６及び２７の外縁に沿った同心円上に、棒状の角度調整部２４が８つ設けられている。

図４に、羽根回転軸２３及び角度調整部２４の配置図を示している。羽根回転軸２３は、中心支持体２５の外側にほぼ均等間隔で配置されている。角度調整部２４は、羽根回転軸２３と互い違いになるように、上下面２６及び２７の外縁内側に沿って、ほぼ均等間隔で配置されている。

すなわち、羽根回転軸２３及び角度調整部２４は、４５度置きに配置されている。また、角度調整部２４は、羽根回転軸２３を基準に、回転方向へ向けてほぼ２２．５度だけずれた位置に配置されている。

この結果、図２に示したように、例えば羽根２２ｄは、２つの角度調整部２４に囲まれた領域を自由に回転することが可能である。すなわち、角度調整部２４は、羽根２２ｄの回転角度を所定の回転角度に制限している。なお、角度調整部２４は、流力によって羽根２２と衝突したときの衝撃を小さくするため、羽根２２と当接する部分の少なくとも一部に、弾性材を使用することが好ましい。

ここで、従来の羽根構造体Ｐ２について、図５を用いて説明する。以下、従来の羽根構造体Ｐ２に関しては、図１〜４と同一の符号の先頭にＰを附して説明する。羽根構造体Ｐ２において、羽根Ｐ２２は、回転することなく、その角度が固定されている。

流体の流れてくる方向（例えば風上）をＸ方向、流れゆく方向（例えば風下）をＹ方向とする。このとき、図中左側に位置する羽根Ｐ２２ａ〜Ｐ２２ｄは、回転方向に流力を受けることができる。

一方、図中右側に位置する羽根Ｐ２２ｅ〜Ｐ２２ｈは、回転方向とは逆方向（以下、これを反回転方向と呼ぶ）に流力を受けることになる。仮に、羽根Ｐ２２ａ〜Ｐ２２ｇが平板だった場合（図示せず）、左側の羽根Ｐ２２ａ〜Ｐ２２ｄと右側の羽根Ｐ２２ｅ〜Ｐ２２ｈとが受ける流力は釣り合い、回転することはない。

しかしながら、羽根Ｐ２２ａ〜Ｐ２２ｇは一方向への流力を受けやすいように湾曲しているため、湾曲している分だけ回転方向に受ける流力が反回転方向に受ける流力を上回り、この結果、従来の羽根構造体Ｐ２が回転することになる。

次に、各羽根Ｐ２２が受ける流力について検討する。物理的法則によると、回転方向に対して最も垂直の角度で位置する羽根Ｐ２２、すなわち羽根Ｐ２２ｃ（図６）が、効率よく流力を回転力へと変換できる。

ところが、位置関係により、Ｘ方向に位置する羽根Ｐ２２ｂが流力の多くを受けることになる。羽根Ｐ２２ｂは、流力に対して傾斜しているため、その分回転力が小さくなり、効率が悪い。

本実施の形態における羽根構造体２は、上述したように、２つの角度調整部２４に囲まれた調整領域において回転角度ＴＺだけ自由に回転することが可能である。すなわち、羽根２２ａ〜２２ｈは、流力の影響により、なるべくＹ方向へ位置しようとする。

この結果、最もＸ方向に位置する羽根２２ａと、２番目に位置する羽根２２ｂとの間は開口し、流力の殆どが流力に対して最も垂直な角度で位置する羽根２２ｂに集中し、当該はね２２ｂが流力を非常に効率よく回転力へと変換することが可能となる。

一方、右側に位置する羽根２２ｅ〜２２ｈは、従来の羽根構造体Ｐ２と同様、最も垂直でない羽根２２ｈに流力が集中するため、反回転方向への回転力が小さくなる。このため、本発明の羽根構造体２は、回転方向への回転力が反回転方向への回転力を大きく上回ることができ、従来と比して回転力を著しく向上させ得る。

このように、本実施の形態における羽根構造体２は、調整領域内を自由に回転できるように羽根２２を設けたことにより、左右の対称性を無くし、最も効率よく流力を受けられ得る羽根２２ｂに対して流力を集中させ、流力を回転力へ変換させるときのエネルギ変換効率を向上し得る。

以上の構成によれば、本発明の羽根構造体２は、空気や水などの流体の流力を受ける複数の羽根２２と、羽根回転軸２３を介して羽根２２を間接的に支持すると共に、流力に対して垂直方向に延びる回転軸としての中心回転軸３周りに回転可能な上下面２６及び２７とを有し、羽根２２が、中心回転軸３周りに所定の回転角度ＴＺだけ、自由回転できるようにした。

これにより、羽根構造体２は、流力によって常に羽根２２を流力の流れていくＹ方向へ位置させることにより、羽根２２ａ〜２２ｈの位置関係を人工的な動力なく変化させることができ、流力の回転力への変換効率を向上し得る。

また、羽根構造体２は、上下面２６及び２７に取り付けられ、羽根２２を中心回転軸３周りに回転させる羽根回転軸２３と、羽根２２の回転角度ＴＺを調整する角度調整部２４とからなる羽根回転機構を有している。これにより、羽根構造体２は、簡易な構成で羽根２２の回転角度ＴＺを調整できる。

角度調整部２４は、羽根２２の回転動作を抑止する棒であり、羽根２２と当接する箇所の少なくとも一部分に、弾性材が用いられている。これにより、羽根２２に加わる衝撃を減少させ、羽根２２の耐久性を向上させる。また、羽根２２の重量を増大させずに済む。

本発明の発電システム１は、中心回転軸３と、羽根構造体２と、中心回転軸３を介して伝達される羽根構造体２の回転力を電力に変換する発電装置４とを有することにより、回転力を向上させて風力や水力などの発電システムにおけるエネルギ変換効率を著しく向上させることができる。

＜第２の実施の形態＞
［２−１．羽根構造体の構成］
図７〜８に示した第２の実施の形態において、羽根構造体１０２は、羽根回転軸１２３及び角度調整部１２４の配置と、中心支持体１２５の構成が第１の実施の形態と異なっている。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同一構成の箇所に、１００を附して示している。羽根構造体１０２の構成が相違するだけで、発電システム１としての構成は第１の実施の形態と同様である。

図７及び図８に、第２の実施の形態における羽根構造体１０２の構成を示している。羽根構造体１０２は、中心支持体１２５の径が第１の実施の形態の中心支持体２５と比して小さく、中心支持体１２５の外側に流力の方向を調整するための調整リング１３０が設けられている。

羽根回転軸１２３は、同心円上に均等に配置されているが、第１の実施の形態よりも同心円の直径が大きく、角度調整部１２４に近い位置に配置されている。なお、羽根構造体１０２の中心から羽根回転軸１２３までの距離と、羽根構造体１０２の中心から角度調整部１２４までの距離との比率は、約１：２である。この結果、本実施の形態において、回転角度ＴＺは約９０度と、第１の実施の形態と比して大きくなっている。

また、角度調整部１２４（図７）は、羽根回転軸１２３から、回転方向に向かって約１５度ずれた位置に配置されている。すなわち、羽根１２２は、回転角度ＴＺのうち、回転方向側への傾斜度合いが小さく、反回転方向側への傾斜度合いが大きくなる。この結果、回転方向側に羽根１２２が倒れたときには羽根１２２が立ち、反回転方向側に羽根１２２が倒れたときには寝た状態になる。なお、ここで「立つ」とは、羽根構造体１０２の中心と羽根１２２の回転中心となる羽根回転軸１２３を通る直線に対し、より傾斜の小さい状態（すなわち０度に近い）を言い、「寝る」とは当該直線に対してより大きく傾斜する状態を言う。この傾斜度合いの差異が大きい方が、より効果が大きくなる。好ましくは差異が５度以上、より好ましくは１５度以上である。

このため、図８に示したように、羽根１２２は、流力を回転方向に順方向で受ける図中左側において、上下面１２６及び１２７からはみ出て流力を大きく受けられるのに対し、流力を回転方向に逆方向で受ける図中右側において、羽根１２２が上下面１２６及び１２７からほとんどはみ出ず、流力の影響を小さく受けることになる。

すなわち、第２の実施の形態における羽根構造体１０２では、第１の実施の形態と同様、羽根１２２が回転角度ＴＺだけ回転可能に取り付けられていることにより、羽根１２２が流力によって変位し、回転方向に流力を受ける部分の羽根１２２が、流力がくる方向に大きく開口することにより、流力のエネルギを効率よく回転力へ変換することができる。

さらに、羽根構造体１０２は、回転角度ＴＺのうち、羽根１２２の回転方向側への傾斜度合いが小さく、反回転方向側への傾斜度合いが大きくなるように、羽根回転軸１２３と角度調整部１２４の位置を調整している。

これにより、羽根構造体１０２は、流力を回転方向に順方向で受ける際には羽根１２２が立ち、流力を回転方向に逆方向で受ける際には羽根１２２を寝かせるように、羽根１２２の角度を変化させることができる。この結果、順方向と逆方向に受ける流力の差異を大きくすることができ、流力のエネルギを効率よく回転力へ変換することができる。

また、羽根構造体１０２は、羽根回転軸１２３が配置された同心円の直径が大きく、羽根構造体１０２の中心から羽根回転軸１２３までの距離と、羽根構造体１０２の中心から角度調整部１２４までの距離との比率は、約１：２に設定されている。これにより、回転角度ＴＺを大きく設定でき、羽根１２２の回転方向側及び反回転方向側への傾斜度合いの差異を大きくすることができる。

＜他の実施の形態＞
なお上述した第１の実施の形態において、羽根２２は、矩形の平板が一方向へ向けて湾曲した形状でなる場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば自由曲線形状を有していても良く、流力の種類や羽根２２の枚数や大きさ、流力の大きさなど種々の要因に応じて、最も適した形状を適宜選択することが可能である。

また、上述した第１の実施の形態において、羽根構造体２は、羽根２２を８枚有するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、流力の種類や羽根２２の大きさや取り付ける位置、流力の大きさなど種々の要因に応じて適宜選択することができる。なお、流力を効率よく受けるという本発明の効果を最も良く引き出すためには、回転角度ＴＺを３０〜１２０度に設定することが好ましく、羽根２２を６〜１２枚有することが好ましい。さらに好ましくは、８〜１０枚である。

一方、第２の実施の形態においては、回転角度ＴＺを６０〜１２０度に設定することが好ましく、羽根２２を６〜１２枚有することが好ましい。さらに好ましくは、８〜１０枚である。羽根回転軸２３との位置関係により、羽根２２間の回転角度を９０度近傍に設定することができる。このように、回転角度ＴＺは、羽根の形状や羽根回転軸２３と角度調整部２４の位置関係に応じて、最適な角度が選択されることが好ましい。

さらに、上述した第２の実施の形態においては、角度調整部２４が羽根回転軸２３から１５度ずれた位置に配置されるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、流力を回転方向に順方向で受ける際には羽根１２２が立ち、流力を回転方向に逆方向で受ける際には羽根１２２を寝かせるように、羽根１２２の角度を変化させられればよい。例えば、第２の実施の形態の場合、角度調整部２４が羽根回転軸２３から０度〜２２．５度未満だけずれていれば、同様の効果を得ることが可能である。言い換えると、羽根回転軸２３と中心を通る同一線上にある位置を基準位置としたとき、角度調整部２４を、当該基準位置から羽根回転軸２３間の角度の半分未満までの位置に配置させることにより、同様の効果を得ることが可能である。

さらに、上述した第２の実施の形態においては、流力の流れを調整する調整リング１３０を有するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、必ずしも調整リング１３０は必要ではない。また、調整リング１３０の形状に制限はなく、例えば多角形状でも良い。

さらに、上述した第１の実施の形態において、羽根回転軸２３と角度調整部２４とが同心円上に配置されるようにした場合につて述べた。本発明はこれに限らず、必ずしも同心円上に配置される必要はない。例えば一つ置きに互い違い（ジグザグ状）に配置されてもよく、羽根構造体２の構成や流体の種類及び大きさなど、種々の要因に応じて配置されることが好ましい。

さらに、上述した第１の実施の形態において、上下面２６及び２７が羽根回転軸２３を介して羽根２２を支持するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば上下面２６及び２７の一方だけが羽根２２を支持しても良い。また、上下面２６及び２７がなくても、例えば、中心孔２１を有する中心支持体２５から延接された棒が羽根回転軸２３を介して羽根２２を支持するようにし、当該棒状に角度調整部２４が設けられても良い。さらに、中心支持体２５に羽根２２が回転可能に取り付けられることにより、中心支持体２５が直接的に羽根２２を支持することもできる。

さらに、上述した第１の実施の形態において、角度調整部２４は、円柱の棒状でなるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、要は、羽根２２の回転角度を制限できればよく、例えば上下面２７から突出する突起であっても良く、その形状や配置に制限はない。

さらに上述した第１の実施の形態においては、中心孔２１よりかなり大きい直径を有する中心支持体２５の周りに沿って、すなわち中心孔２１よりかなり大きな直径の同心円上に羽根回転軸２３が配置されるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、中心支持体２５を小さくし、中心孔２１より僅かに大きな直径の同心円上に羽根回転軸２３が配置されても良い。羽根回転軸２３が配置される位置と、角度調整部２４が配置される位置関係によって、回転角度ＴＺは変化するため、流体や羽根２２の形状に応じた最も適切な位置に羽根回転軸２３及び角度調整部２４が配置されることが好ましい。なお、中心孔２１の中心から羽根回転軸２３までの距離と、中心孔２１の中心から羽根２２の先端までの距離は、１：２０〜１：２までの間であることが好ましく、より好ましくは１：８〜１：２である。

さらに上述した実施の形態においては、羽根としての羽根２２と、支持部材としての上下面２６及び２７と、羽根回転機構としての羽根回転軸２３及び角度調整部２４とによって本発明の羽根構造体としての羽根構造体２を構成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる羽根と、支持部材と、羽根回転機構とによって本発明の羽根構造体を構成するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、回転軸としての中心回転軸３と、羽根構造体としての羽根構造体２と、発電装置としての発電装置４を構成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成による中心回転軸３と、羽根構造体２と、発電装置とによって本発明の発電システムを構成するようにしても良い。

＜第３の実施の形態＞
図９〜１１に示した第３の実施の形態において、羽根構造体１０２Ｘは、羽根１９０の構成、エアタンク１５０を有する点が第２の実施の形態と異なっている。なお、第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。なお、羽根構造体１０２の構成が相違するだけで、発電システム１としての構成は第１の実施の形態と同様である。以下の実施の形態についても同様である。

図９に示すように、羽根構造体１０２Ｘは、羽根１９０を８枚有している。図１０及び１１に示すように、羽根１９０は、根本側の端部近傍に形成された回転孔１９９に羽根回転軸１２３が貫通されることにより、回転自在な状態で羽根回転軸１２３に接続している。

羽根１９０は、流力受面１９４で回転方向への流力を受け、反力受面１９３で反回転方向への流力を受けることになる。羽根１９０は、先端１９１は薄い板状に形成されているのに対し、ボディ部１９２では、回転中心へ行くに従って厚く形成されている。羽根１９０では、ボディ部１９２の厚みが一律な場合（中心線ＣＴで示す）と比較して、反力受面１９３と先端１９１との成す角度を緩やかにして反回転方向への流力を逃がすことができる。一方、羽根１９０は、流力受面１９４と先端１９１との成す角度を急峻にし、回転方向への流力をしっかりと受け止めることができる。

また、反力受面１９３は、流力の抵抗を抑える一方、流力受面１９４は、流力の抵抗が増すよう、表面加工が施されている。

流力の抵抗を抑える加工としては、例えば流力が水力である場合、魚やイルカ、サメなどの海洋動物の皮を模した凹凸を付けたり、塗料によって撥水又は親水加工を施すことで、流力を抑えることが可能である。また、流力が風力である場合、鳥や昆虫などの飛翔動物の羽根などを模した凹凸を付けたり、特殊な塗料によって流力を抑えることが可能である。

流力の抵抗を増大させる加工としては、表面をできるだけ平滑にしたり、乱流を生じさせるような凹凸を付けるたり、特殊な塗料を塗布することにより、流力を増大させることが可能である。

これにより、羽根１９０では、回転方向への流力を大きく受けながら、反回転方向への流力を極力逃がすことができ、羽根構造体１０２Ｘの回転力をより増大させることができる。

なお、反力受面１９３及び流力受面１９４のいずれかにおいて上述した加工が行われても良い。要は、反力受面１９３における流体抵抗が流力受面１９４における流体抵抗よりも小さくなるように反力受面１９３及び流力受面１９４の表面状態を加工すれば、その分だけ回転力を向上させることができる。

また、羽根構造体１０２Ｘでは、中心回転軸１０３の外側に、エアタンク１５０を有している。エアタンク１５０は、所定量の空気などのガスを含有することにより、羽根構造体１０２Ｘ全体として、水中においてほとんど浮力が生じないようにできる。具体的には、羽根構造体１０２Ｘの体積及び重量から、含有するガスの量が定められると共に、ガスが外部に漏れないように密封されている。

これにより、羽根構造体１０２の水中での位置を安定させ、浮かんでしまって空気に露出したり、沈んでしまって水底に接触してしまうことを防止することができと共に、不要な力を排除できるため、水中での姿勢を安定化することができる。

このように、第３の実施の形態では、羽根１９０をでは厚く、先端側では薄くすることにより、流力を効率良く受け止め、回転力を向上させることができる。また、エアタンク１５０によって浮力を調整することにより、羽根構造体１０２を水中における位置を安定させることができる。さらに、流力受面１９４における流体の抵抗が反力受面１９３よりも大きくなるように羽根１９０における反力受面１９３と流力受面１９４との表面状態に差異を設けることにより、羽根１９０において回転方向及び反回転方向間で流体から受ける流力に差異を設け、回転力を一段と向上させ得る。

＜第４の実施の形態＞
図１２〜１３に示した第４の実施の形態において、羽根構造体１０２Ｙは、角度調整部として、角度調整部１２４ａ及び１２４ｂを有する点が第３の実施の形態と異なっている。なお、第４の実施の形態では、第３の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図１２及び１３に示すように、羽根構造体１０２Ｙは、角度調整部として、対の角度調整部１２４ａ及び１２４ｂを有している。角度調整部１２４ａは、反回転方向の流力を受けたときの羽根１９０の角度を調整し、角度調整部１２４ｂは、回転方向への流力をうけたときの羽根１９０の角度を調整する。

角度調整部１２４ａ及び１２４ｂは同一円周上に等間隔で交互に配置されている。この結果、羽根１９０の回転角度ＴＺは、第３の実施の形態と比較して、約半分となる。この結果、回転方向の流力を受けて羽根１９０が角度調整部１２４ａから１２４ｂまで移動する距離（以下、これを立上り距離と呼ぶ）を短くすることができ、角度調整部１２４ｂを介して流力を迅速に羽根構造体１０２Ｙに伝達することができる。なお、角度調整部１２４ａ及び１２４ｂが配置される間隔を等間隔にする必要性はなく、角度調整部１２４ａ及び１２４ｂの配置によって立上り距離を自由に設定し、立上り距離を任意に定めることができる。

このように、第４の実施の形態では、角度調整部１２４ａから１２４ｂまで羽根１９０が移動してトルクを伝達できる位置まで移動するまでの立上り距離を短くすることにより、回転方向の流力を迅速に羽根構造体１０２Ｙに伝達して回転力を向上させることができる。

＜第５の実施の形態＞
図１４〜１５に示した第５の実施の形態において、羽根構造体２０２は、羽根２９０の枚数及び羽根回転機構の構成が第３の実施の形態と異なっている。なお、第５の実施の形態では、第３の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図１４に示すように、羽根構造体２０２は、１２枚の羽根２９０を有している。図１５に示すように、羽根２９０は、反力受面２９３及び流力受面２９４が緩やかにカーブして円弧を描きながら、先に向かって細くなる先細り形状をしており、流力受面２９４の曲率半径が反力受面２９３よりも小さく形成されている。また、羽根２９０の先端２９１は、反力受面２９３及び流力受面２９４の円弧とは逆向きにわずかに湾曲している。

流力受面２９４の根本側には、羽根回転軸１２３を中心とした円弧状の円弧カーブ２９４ａが形成されており、当該円弧カーブ２９４ａが反力受面２９３のなだらかなカーブと接続している。この接続部分は、段差が設けられており、根本側に向けて突出する突出部２９５を形成している。

角度調整部２２４は、扁平な六角形形状をしており、羽根２９０の根本近傍に配置されている。羽根２９０が円周方向に対して垂直に立ったとき、突出部２９５が角度調整部２２４に引っかかり、その位置が固定される。すなわち、角度調整部２２４と突出部２９５とが対となって角度調整部を構成している。

また、流力受面２９４の円弧カーブ２９４ａは角度調整部２２４とは接触することがないため、羽根２９０は大きく回転可能であり、その結果、隣接する羽根２９０と当接する（図１４）。この結果、反回転方向に流力を受けるときには、羽根２９０同士が流体の進入を防ぎ、乱流の発生を防止して流体抵抗を低減できる。

このように、第５の実施の形態では、羽根２９０の根本側に角度調整部２２４を設けることにより、回転角度ＴＺを大きくする。これにより、回転方向に流力を受けるときには、突出部２９５を角度調整部２２４に係止させて流力を受け止める一方、反回転方向に流力を受けるときには、隣接する羽根２９０と当接するまで羽根２９０を回転させて、羽根２９０同士を隣接及び接触させ、流力の影響を低減することができる。

＜第６の実施の形態＞
図１６に示した第６の実施の形態において、羽根構造体２０２Ｘは、角度調整部２２４を接続する接続リング２８０を有する点が第５の実施の形態と異なっている。なお、第６の実施の形態では、第５の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図１６に示すように、接続リング２８０は、角度調整部２２４を繋ぐ円周状に形成されており、上下面１２６及び１２７を接続している。これにより、角度調整部２２４及び羽根構造体２０２Ｘ全体の強度を向上させることができると共に、接続リング２８０の内部において乱流が発生することを防止することができる。なお、接続リング２８０は、その内部を密封しても良いが、要は乱流を発生させなければよいため、内部空間を密封する必要はなく、適宜孔や間隙を設けることができる。

このように、第６の実施の形態では、羽根２９０のすぐ内側に接続リング２８０を設けることにより、羽根２９０の内側で生じる乱流を未然に防止でき、回転力を向上させることができる。

＜第７の実施の形態＞
図１７に示した第７の実施の形態において、羽根構造体２０２Ｙは、羽根２９０の枚数が第６の実施の形態と異なっている。なお、第７の実施の形態では、第６の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図１７に示すように、羽根構造体２０２Ｙでは、羽根２９０を１６枚有している。一般的に、水車の羽根の数は３２枚が最適ともいわれている。羽根２９０の枚数は、羽根構造体２０２Ｙのサイズや流体の種類や強さ、羽根構造体２０２Ｙのサイズとの関係など、種々の要因に応じて適宜選択することが好ましい。

このように、第７の実施の形態では、羽根２９０を増やすことにより、流力を効率良く受けることができ、回転力を増大させることができる。

＜第８の実施の形態＞
図１８に示した第８の実施の形態において、羽根構造体２０２Ｚは、羽根２９０Ｚの形状が第７の実施の形態と異なっている。なお、第８の実施の形態では、第７の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図１９に示すように、羽根２９０Ｚは、根本側に向けて突出する２つの突出部２９５ａ及び２９５ｂを有している。突出部２９５ａは、反力受面２９３側に設けられており、羽根２９０Ｚ突起根本側が円周方向に対して垂直に立ったとき、角度調整部２２４に引っかかり、その位置が固定される。

一方、突出部２９５ｂは、流力受面２９４側に設けられており、羽根２９０Ｚ突起根本側が円周方向に対して平行に近くなり寝た状態になったとき、角度調整部２２４に引っかかり、その位置が固定される。

これにより、羽根２９０Ｚでは、回転角度ＴＺを一定の角度内に収めることができ、立上り距離を短くして流力を迅速に羽根構造体２０２Ｚに伝達することができる。

このように、第８の実施の形態では、接続リング２８０によって乱流の発生を抑制しつつ、２つの突出部２９５ａ及び２９５ｂを設けて立上り距離を小さくしたため、回転力を増大することができる。

＜第９の実施の形態＞
図２０〜２１に示した第９の実施の形態において、羽根構造体３０２は、羽根３９０の枚数及び構成が第３の実施の形態と異なっている。なお、第９の実施の形態では、第３の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図２０及び図２１に示すように、羽根構造体３０２は、羽根３９０を６枚有しており、円周上に等間隔に配置されている。羽根３９０は、上下面１２６及び１２７における円周方向の端部近傍において回転可能に設置されている。

羽根３９０は、ボディ部３９２と、反回転方向に湾曲する先端３９１と、回転方向に湾曲する根本３９６とを有しており、反力受面３９３及び流力受面３９４が緩やかなＳ字（若しくは逆Ｓ字）カーブを描いている。言い換えると、羽根３９０は、羽根回転軸１２３より先端側において、反力受面３９３よりも流力受面３９４の曲率半径が小さく、羽根回転軸１２３より根本側において、反力受面３９３よりも流力受面３９４の曲率半径が大きく、全体として羽根回転軸１２３を中心点とした点対称構造を有する。

羽根３９０は、羽根２９０（図１４）と比較すると、中心側に向けて、根本側が長く形成されており、回転方向への流力を受けると根本３９６（図２１）の先端がエアタンク１５０の外壁に当接することにより、その位置が固定される。すなわち、根本３９６及びエアタンク１５０が角度調整部として機能する。羽根３９０は、面積が大きいため、回転方向の流力を逃すことなく、回転力へと変換することができる。

一方、羽根３９０は、回転角度ＴＺが非常に大きく、隣接する羽根３９０とも離隔しているため、反回転方向への流力に対し、最も抵抗が小さい状態、すなわち円周方向に対してほぼ平行に寝るような状態を保つことができる。

このように、第９の実施の形態では、羽根３９０を内側に大きく延ばし、エアタンク１５０によって係止させるようにしたことにより、羽根３９０の面積を大きくして回転方向の流力を大きく受けることができると共に、反回転方向への流力に対して自由度を向上させて流力抵抗を極力小さくでき、羽根構造体３０２の回転力を向上させることができる。

＜第１０の実施の形態＞
図２２に示した第１０の実施の形態において、羽根構造体３０２Ｘは、羽根回転軸１２３の位置が第９の実施の形態と異なっている。なお、第１０の実施の形態では、第９の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図２２に示すように、羽根３９０Ｘは、中心よりも根本側に羽根回転軸１２３を位置させており、羽根３９０Ｘの回転軸が偏心している。これにより、羽根３９０Ｘは、流力を片側に集中させて羽根３９０Ｘを回転させ易くでき、反力受面３９３及び流力受面３９４の切り換えを迅速にして羽根構造体３０２Ｘの回転力を増大させることができる。なお、偏心の方向は中心側又は円周側のどちらでも良い。

このように、第１０の実施の形態では、面積の大きい羽根３９０Ｘの根本側及び先端側のバランスを敢えて崩すことにより、羽根３９０Ｘが受ける流力に根本側及び先端側で偏りを生じさせることができ、羽根３９０Ｘを迅速に回転させて、羽根構造体３０２Ｘの回転力を増大させることができる。

＜第１１の実施の形態＞
図２３に示した第１１の実施の形態において、羽根構造体４０２は、上下面１２６及び１２７を有さず、エアタンク４５０の外壁を一部窪ませて羽根４９０の根本側と共に角度調整部としての機能を有する点が第３の実施の形態と異なっている。なお、第１１の実施の形態では、第３の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図２３に示すように、羽根構造体４０２では、エアタンク４５０の外壁４５１が厚く形成されており、窪み４５２が形成されている。窪み４５２は、角度調整部２２４（図１４）と同様、羽根４９０を係止してその角度を調整する機能を有している。窪み４５２は、円弧状にえぐられたように形成されており、流力受面４９４側の端部に円弧状から突出する係止部４５２ａを有している。

図２４に示すように、羽根４９０は、羽根回転軸１２３近傍から根本側が、流力受面４９４側へ大きく湾曲しており、回転方向の流力を受けたときに、根本部４９６の先端を窪み４５２に形成された係止部４５２ａに係止されてその位置が固定される。

また、羽根構造体４０２は、上下面１２６及び１２７を有しておらず、窪み４５２の部分断面を表す図２５及び図２６に示すように、外壁４５１から上下方向を延長された上下面部分４５１ｘに固定されたり、外壁４５１まで延設された軸延長部１２３ｘを有することにより、羽根回転軸１２３が外壁４５１に接続されている。すなわち、羽根構造体４０２では、エアタンク４５０が羽根４９０を支持する支持部材の役割を果たす。

このように、第１１の実施の形態では、エアタンク４５０の外壁４５１に形成された窪み４５２と、羽根４９０の根本部４９６によって角度調整機構を構成するようにした。これにより、羽根構造体４０２は、羽根４９０以外にエアタンク４５０の外側に突出するものが無いため、乱流の発生を防止すると共に、耐久性を向上させ得る。

＜第１２の実施の形態＞
図２７に示した第１２の実施の形態において、羽根構造体４０２Ｘは、外壁４５１Ｘの形状が第１１の実施の形態と異なっている。なお、第１２の実施の形態では、第１１の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図２７に示すように、羽根構造体４０２Ｘは、外壁４５１Ｘにおける係止部４５２ａ近傍の突出部分である突出部４５１Ｘａと窪み４５２Ｘとが略直線状に形成されている。言い換えると、外壁４５１Ｘは、全体として略六角形状を有しており、角部分に突出部４５１Ｘａが形成され、突出部４５１Ｘａの回転方向側に係止部４５２ａが形成されている。

このように、エアタンク４５０の外壁４５１を多角形状に形成することにより、多角形の各辺の形状を利用して、外壁４５１によって反回転方向への流力抵抗を低減させたり、回転方向への流力を受けたりすることができ、羽根構造体４０２Ｘの回転力を増大させることができる。なお、外壁４５１の各辺の形状に特に制限はなく、様々な形状にすることが可能である。もちろん、羽根４９０の枚数に応じて六角形以外の多角形状にすることもできる。

＜第１３の実施の形態＞
図２８〜２９に示した第１３の実施の形態において、羽根構造体５０２は、羽根５９０の形状と、角度調整部１２４の配置及び中心支持体１２５がない点が第２の実施の形態と異なっている。なお、第１３の実施の形態では、第２の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図２８に示すように、羽根５９０は、羽根回転軸１２３近傍が僅かに膨らんでいる以外はほぼ平板状であり、羽根回転軸１２３を中心に、長部分５９２ｘと、当該長部分５９２ｘよりも短い短部分５９２ｙとを有している。羽根回転軸１２３は、上下面１２６及び１２７の円周近傍に配置されており、羽根５９０を回転可能な状態で固定している。羽根５９０は、中心からずれた箇所に羽根回転軸１２３を位置させており、回転方向への流力に対し、長部分５９２ｘの端部である根本部５９６を角度調整部１２４に係止させることで、その位置を固定させる。

また、羽根５９０は、短部分５９２ｙの端部である先端５９１を角度調整部１２４に接触させることなく回転することができる。このため、反回転方向への流力に対し、羽根５９０は、流体抵抗が小さくなるよう、先端５９１を流体の流れてくる上流側へ向けることになる。

図２９に示すように、羽根５９０は、先端５９１が丸みを帯びた２つの先突部５９１ｘを有している。この先突部５９１ｘは、流体に応じた形状に形成され、流体抵抗が極力小さくなる形状であることが好ましい。もちろん、先突部５９１ｘの数に制限はなく、１つのみであってもよい。

このように、第１３の実施の形態では、羽根５９０を平板に近い形状にし、角度調整部１２４を根本側に配置すると共に、羽根５９０の両端うち、一方の端部のみが角度調整部１２４に当接するように羽根回転軸１２３を偏心させるようにした。これにより、羽根構造体５０２は、反回転方向の流力に対する羽根５９０への流体抵抗を極力小さくすることができ、回転力を増大させることができる。

＜第１４の実施の形態＞
図３０に示した第１４の実施の形態において、羽根構造体６０２は、外壁６５１が三角形状をしており、反回転方向の流力が加わる領域において、反力フード５７０を有している点が第１１の実施の形態と異なっている。なお、第１４の実施の形態では、第１１の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図３０に示すように、羽根６９０は、ほぼ平板状であり、先端６９１がわずかに先細っている。エアタンク６５０の外壁６５１には、窪み６５２が形成されており、反力受面６９３側に係止部６５２ａが形成されている。窪み６５２における流力受面６９４側は、なだらかな傾斜６５２ｂが形成されており、この傾斜に沿って羽根６９０が外壁６５１に対して寝た状態にすることができる。

外壁６５１は、全体として各辺が僅かに膨らむ略三角形状を有しており、各辺が流力を受ける役割を果たす。各辺には、各３枚の羽根６９０が配置されている。なお、一辺当たりに配置される羽根６９０の数や各辺の形状に制限はなく、流体の種類や強度などに応じて、適宜変更することができる。

羽根構造体６０２は、反回転方向の流力が加わる領域（以下、これを反力領域と呼ぶ、図面左側半分を指す）の最外側に、上下面１２６及び１２７を接続する反力フード５７０が設置されている。反力フード５７０は、例えば反力領域全域に、半円状に形成されても良く、また、例えば反力領域において部分的に形成されても良い。反力フード５７０は、好ましくは反力領域の半分以上、より好ましくは２／３以上に形成される。これにより、反力領域において、回転体（羽根６９０、エアタンク６５０及び中心回転軸１０３）に加わる反回転方向の力を極力小さくすることができる。

なお、羽根構造体６０２は、例えば川や溝などのように、流力の方向が定まっている箇所に設置されることが好ましい。

このように、第１４の実施の形態では、外壁６５１を多角形状にし、一辺に複数の羽根６９０を配置するようにした。これにより、羽根構造体６０２では、羽根６９０の枚数に拘わらず、外壁６５１の形状を最適化することができ、回転力を増大させることができる。

また、羽根構造体６０２では、上下面１２６及び１２７と羽根回転軸１２３とを接続せず、回転体のみが回転するようにし、反力領域において反力フード５７０を設けるようにした。これにより、羽根構造体６０２は、回転体に加わる反回転方向の力を極力小さくすることができ、回転力を増大させることができる。

＜第１５の実施の形態＞
図３１に示すように、羽根構造体１００２において、中心支持体１０２５の外側には、１２枚の羽根１０５０がほぼ均等な間隔で設けられている。すなわち、羽根１０５０は、ほぼ３０°の角度で配置されている。

羽根１０５０は、固定羽根１０５１と可動羽根１０５２とを有している。固定羽根１０５１は、中心支持体１０２５の外周から外側へ向けて延び、その位置が固定されている。固定羽根１０５１は、一方向へより多くの流力を受けられるように、湾曲している。固定羽根１０５１の形状や湾曲度合い、材質などについて、特に制限はなく、種々の形状及び材質を用いることができる。

可動羽根１０５２は、当該固定羽根１０５１の先端近傍に隣接して設けられている。可動羽根１０５２は、羽根構造体１００２の中心に向かう根本側の端部近傍に回転軸１０５３を有している。回転軸１０５３は、支持部材としての上下面１０２６及び１０２７に固着されており、可動羽根本体１０５４を回転可能に保持している。

可動羽根本体１０５４は、僅かに湾曲しており、内側の流力受面１０５４ｘと、反対側の流力逃面１０５４ｙを有している。図３２（ａ）に示すように、固定羽根１０５１のカーブの内側となる内面１０５１ａに対し、流力逃面１０５４ｙにおける根本側の当接領域１０５４ａが当接することにより、その位置が固定される。以下、この状態を受位置と呼ぶ。

また、図３２（ｂ）に示すように、固定羽根１０５１のカーブの外側となる外面１０５１ｂに対し、可動羽根本体１０５４の先端側の当接領域１０５４ｂが当接することにより、その位置が固定される。以下、この位置を逃位置と呼ぶ。なお、当接領域１０５４ｂは、外面１０５１ｂに沿うように形成されており、逃位置において固定羽根１０５１間をほぼ隙間無く防ぐことが可能である。

すなわち、可動羽根本体１０５４は、変位機構としての回転軸１０５３を中心として回転（変位）
し、自身の根本側及び先端側がそれぞれ固定羽根１０５１の内面１０５１ａ及び外面１０５１ｂに当接することにより、その位置が固定されるため、所定の回転角度だけ回転することが可能である。

本実施の形態における羽根構造体２は、上述したように、可動羽根１０５２が回転角度だけ自由に回転することが可能である。

図５（図３３）抜き
図３１に示すように、回転方向に流力を受けるとき、可動羽根１０５２は受位置（図４（ａ））に固定されて延びた状態となり、固定羽根１０５１と可動羽根１０５２とがほぼ同一方向に連なって羽根１０５０が長くなる。この受位置において、羽根１０５０は、外側に向かって連なる固定羽根１０５１と可動羽根５２によって大きな流力を受けることができる。

一方、反回転方向に流力を受けるとき、可動羽根１０５２は逃位置（図３２（ｂ））に固定され、折り畳まれた状態になる。この逃位置において、羽根１０５０は、可動羽根１０５２の流力逃面１０５４ｙで流力を受け流すと共に固定羽根１０５１間を塞ぎ、固定羽根１０５１に対して加えられる流力を小さくすることができる。

このように、本実施の形態における羽根構造体１００２は、回転方向に流力を受けるときは、固定羽根１０５１とほぼ同じ方向になるよう可動羽根１０５２を立たせ、反回転方向に流力を受けるときには固定羽根１０５１とほぼ垂直な方向になるよう可動羽根１０５２を円周方向に寝かせるようにした。

これにより、羽根構造体２は、回転方向に流力を受けるときには羽根１０５０を立たせて延ばす一方、反回転方向に流力を受けるときには羽根１０５０を折り畳んで短くすると共に、可動羽根１０５２を円周方向に寝かせて固定羽根１０５１に流力が極力加わらないようにできる。これにより、羽根構造体２」では、流力を回転力へ変換させるときのエネルギ変換効率を向上し得る。なお、ここで「立つ」とは、羽根構造体１００２の中心と羽根１０５０の回転中心となる羽根回転軸１０２３を通る直線に対し、より傾斜の小さい状態（すなわち０度に近い）を言い、「寝る」とは当該直線に対してより大きく傾斜する状態を言う。この立った状態（受位置）のときと寝た状態（逃位置）のときの傾斜度合いの差異が大きい方が、より効果が大きくなる。好ましくは差異が３０度以上、より好ましくは６０度以上である。

＜第１６の実施の形態＞
［２−１．羽根構造体の構成］
図３３〜３４に示した第１６の実施の形態において、羽根構造体１１０２は中心支持体がない点と、可動羽根１１５２の構成と、フード１１７０を有している点が第１５の実施の形態と異なっている。なお、第１６の実施の形態では、第１５の実施の形態と同一構成の箇所に、１００を附して示している。羽根構造体１１０２の構成が相違するだけで、発電システム１としての構成は第１の実施の形態と同様である。

図３３及び図３４に、第１６の実施の形態における羽根構造体１１０２の構成を示している。羽根構造体１１０２は、可動羽根１１５２における可動羽根本体１１５４が外周部分における固定羽根１０５１の間隔よりも短く形成されており、反回転方向の流力を受ける逃位置において、固定羽根１０５１の先端部分と可動羽根１１５２の先端部分との間に隙間を形成する。

図３４に示すように、回転軸１２５３は、固定羽根１０５１の延長線上、すなわち固定羽根１０５１の外側に設けられている。また、可動羽根本体１１５４は、可動羽根本体１１５４の根本側において、固定羽根１０５１と隣接する部分が曲線を描く一方、対向する部分は角張っている。すなわち、受位置において、可動羽根本体１１５４における内面１１５４ｘの根本側にはＲが形成される一方、外面１１５４ｙの根本側には角が形成されている。この結果、可動羽根１１５２は、曲線部分を利用することにより回転軸１１５３を中心として滑らかに回転することができる。

受位置において、当接領域１１５４ａは固定羽根１０５１の先端部分に当接して可動羽根本体１１５４の位置を固定し、可動羽根本体１１５４を固定羽根１０５１の延長線上に位置させる。一方、逃位置において、当接領域１１５４ｂは、固定羽根１０５１に当接して可動羽根本体１１５４の位置を固定し、可動羽根本体１１５４を固定羽根１０５１に対してほぼ垂直に位置させる。

また、図３５に示すように、羽根構造体１１０２は中心支持体を有さないため、中心回転軸３の周囲に流体が通過可能であり、羽根構造体１１０２の内部へ向かう流体の流れにより、可動羽根１１５２を迅速に受位置に立ち上げることができる。

一方、反回転方向に流力を受ける部分には、フード１１７０が設けられており、逃位置にある固定羽根１１５１に対して流力を受けさせないようにできる。なお、フード１１７０は、例えば発電装置４に対して固定されることにより、流力を受けても回転不能になされている。

このように、第１６の実施の形態では、可動羽根本体１１５４を短くして羽根構造体１１０２の内部に流体の流れを形成することにより、羽根１１５０全体として受ける回転方向の流力を増大させ、羽根構造体１１０２としての回転力を高めることができる。

さらに、第１６の実施の形態では、逃位置において羽根１１５０が受ける反回転方向の流力を防止する流力抑止部としてのフード１１７０を有することにより、反回転方向の流力を低減させ、羽根構造体１１０２としての回転力を高めることができる。

＜第１７の実施の形態＞
図３６〜図３９に示した第１７の実施の形態において、羽根構造体１２０２は、可動羽根本体１２５４の構成、中心支持体の代わりにエアタンク１２９０を有する点が第１５の実施の形態と異なっている。なお、第１７の実施の形態では、第１５の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。なお、羽根構造体１２０２の構成が相違するだけで、発電システム１としての構成は第１の実施の形態と同様である。

図３６に示すように、可動羽根１２５２における可動羽根本体１２５４は、外周部分における固定羽根１０５１の間隔よりも長く形成されており、逃位置において、全体的に内側へ向けて緩い曲線を描くと共に、隣接する固定羽根１０５１より長く、先細形状の先端延長部１２５４ｃが外側へ向けて反り返っている。

図３７に示すように、可動羽根本体１２５４は、逃位置において、流力逃面１２５４ｙの根本側の当接領域１２５４ａが固定羽根１０５１の内面１０５１ａに当接することにより、固定羽根１０５１の延長線上と略同一方向へ係止される。

また、可動羽根本体１２５４は、受位置に置いて、流力受面１２５４ｘの先端側の当接領域１２５４ｂが隣の固定羽根１０５１の先端面に当接することにより、固定羽根１０５１に対して略垂直な位置に固定される。

この結果、羽根構造体１２０１は、受位置において、可動羽根１２５２を固定羽根１０５１の延長線と略同一方向へ向けて立たせることができる一方、逃位置において、可動羽根１２５２を固定羽根１０５１に対して略垂直方向へ寝かせることができる。

また、図３８に示すように、逃位置において、可動羽根１２５２は、固定羽根１０５１間を塞ぐと共に、先端延長部１２５４ｃにおける流力逃面１２５４ｙが外側へ反り返ることにより、逃位置における流体を外側方向へ逃がすことができる。

さらに、図３９に示すように、その先細り形状により、先端延長部１２５４ｃにおける流力受面１２５４ｘが、隣接する可動羽根１２５２の根本側に対して大きく外側に傾斜し、隙間を形成している。逃位置から受位置へ移行する際、この隙間に対して流体が入り込むことにより、可動羽根１２５２の立上りを迅速にし、より多くの流力を回転力に変換することができる。

また、流力逃面１２５４ｙは、流力の抵抗を抑える一方、流力受面１２５４ｘは、流力の抵抗が増すよう、表面加工が施されている。

流力の抵抗を抑える加工としては、例えば流力が水力である場合、魚やイルカ、サメなどの海洋動物の皮を模した凹凸を付けたり、塗料によって撥水又は親水加工を施すことで、流力を抑えることが可能である。また、流力が風力である場合、鳥や昆虫などの飛翔動物の羽根などを模した凹凸を付けたり、特殊な塗料によって流力を抑えることが可能である。

流力の抵抗を増大させる加工としては、表面をできるだけ平滑にしたり、乱流を生じさせるような凹凸を付けるたり、特殊な塗料を塗布することにより、流力を増大させることが可能である。

これにより、羽根１２５０では、回転方向への流力を大きく受けながら、反回転方向への流力を極力逃がすことができ、羽根構造体１２０２の回転力をより増大させることができる。

なお、流力逃面１２５４ｙ及び流力受面１２５４ｘのいずれかにおいて上述した加工が行われても良い。要は、流力逃面１２５４ｙにおける流体抵抗が流力受面１２５４ｘにおける流体抵抗よりも小さくなるように流力逃面１２５４ｙ及び流力受面１２５４ｘの表面状態を加工すれば、その分だけ回転力を向上させることができる。

また、羽根構造体１２０２では、中心回転軸３の外側に、エアタンク１２９０を有している。エアタンク１２９０は、所定量の空気などのガスを含有することにより、羽根構造体１２０２全体として、水中においてほとんど浮力が生じないようにできる。具体的には、羽根構造体１２０２の体積及び重量から、含有するガスの量が定められると共に、ガスが外部に漏れないように密封されている。

これにより、羽根構造体１２０２の水中での位置を安定させ、浮かんでしまって空気に露出したり、沈んでしまって水底に接触してしまうことを防止することができと共に、不要な力を排除できるため、水中での姿勢を安定化することができる。

このように、第１７の実施の形態では、可動羽根に隣の可動羽根１２５２及び固定羽根１２５１よりも長い先端延長部１２５４ｃを設けることにより、受位置における流力を一段と効率良く受け止め、回転力を向上させることができる。

また、先端延長部１２５４ｃを外側に反り返させて逃位置における流体の流れをスムーズにすると共に、隣の固定羽根１２５１及び可動羽根１２５２と先端延長部１２５４ｃとの間に流体が入り込むための隙間を形成し、可動羽根１２５２の立上りを迅速にすることができる。

さらに、エアタンク１１９０によって浮力を調整することにより、羽根構造体１１０２を水中における位置を安定させることができる。さらに、流力受面１１９４における流体の抵抗が流力逃面１１９３よりも大きくなるように羽根１１５０における流力逃面１１９３と流力受面１１９４との表面状態に差異を設けることにより、羽根１１５０において回転方向及び反回転方向間で流体から受ける流力に差異を設け、回転力を一段と向上させ得る。

＜第１８の実施の形態＞
図４０〜４２に示した第１８の実施の形態において、羽根構造体２０２Ｙａは、羽根２９０Ｙａの構造が第７の実施の形態の羽根２９０とは異なっている。なお、第１８の実施の形態では、第７の実施の形態と同一構成の箇所に同一符号を附し、説明を省略する。

図４０に示すように、羽根構造体２０２Ｙａは、羽根構造体２０２Ｙとほぼ同一構成でなり、羽根２９０Ｙａが回転することにより、羽根２９０Ｙａの内側である流力受面２９４における先端近傍が隣接する羽根２９０Ｙａの外側である反力受面２９３の根元近傍に当接することにより、羽根２９０Ｙａ同士で略密閉空間を形成し、羽根構造体２０２Ｙａの内部（羽根２９０Ｙａの内側）における乱流の発生を抑制する。なお、先端近傍とは、先端２９１との境界から流力受面２９４における全長の１／２までの範囲を言い、根元近傍とは、反力受面２９３における根元から反力受面２９３の全長の１／２までの範囲をいう。

図４１は、羽根２９０Ｙａを視線ＷＦから見た図である。羽根２９０Ｙａは、外枠を構成する外羽根２９６と、芯を構成する内羽根２９７とを有しており、羽根回転軸２３を共有すると共に、別々に動くことが可能である。内羽根２９７が外羽根２９６の内側に収納されている状態において、外羽根２９６及び内羽根２９７はなだらかに接続しており、一体となって反力受面２９３及び流力受面２９４を構成している。

また、外羽根２９６の先端部２９７ａと対向する領域には、対流空間２９８が設けられている。対流空間２９８は、円の一部を直線で切り取った形状を有している。図４２に示すように、対流空間２９８の存在により、対流空間２９８から羽根２９０Ｙａで閉じられた空間の内部へと向かう（すなわち羽根２９０から中心側へ侵入する）流体の流れにより、内羽根２９７が先に開き、続いて外羽根２９６が開くことになる。これにより、羽根２９０Ｙａでは、内羽根２９７が先に開く分、回転方向の流力を早く受けて回転力とすることができる。

また、図４１に示したように、羽根２９０Ｙａの先端２９１Ｙａには、円を直線で切り取った形状の凹部２９１ａが縦方向に２つ並べて設けられている。言い換えると、先端２９１は、谷部分がなだらかな円弧状でなるＷ字形状を有している。

これにより、反回転方向への流力を受ける際、凹部２９１Ｙａｘによって流力を逃がし、半回転方向へ受ける流力を小さくして羽根構造体２０２Ｙａとしての回転力を向上させることができる。

なお、第１８の実施の形態における羽根２９０Ｙａの形状は、上述した第１〜第１７の実施の形態のいずれに適用することもできる。また、２枚羽根（外羽根２９６及び内羽根２９７）構成又は羽根２９０Ｙａの先端２９１ＹａのＷ形状のいずれか一方のみを採用することも可能である。

＜第１９の実施の形態＞
図４２〜４４に示した第１９の実施の形態においては、発電装置４の構成について説明する。なお、第１９の実施の形態では、第１の実施の形態と同一構成の箇所に、同一番号を附して示している。羽根構造体２としては、第１の実施の形態〜第１８の実施の形態の構成のもの、又はこれらを組み合わせた構成の物を適宜使用することができる。

上述したように、発電効率を向上させるため、中心回転軸と共に回転する円盤の外径は、羽根構造体の外径（可動式の場合は閉じたときの羽根の外径）よりも小さく設定すると共に、円盤の周囲に高密度でコイルを配置するのが一般的である。

本願発明人は、羽根構造体２の外径よりも円盤２００４の外径を大きくすると共に、コイル２００３Ａを隙間だらけの状態で配置することにより、負荷及び回転数が小さい場合の発電効率を非常に高くできることを見出した。

図４２は発電システム１全体を示す正面図、図４３は発電装置４の上面図である。図４２及び図４３に示すように、発電装置４は、中心回転軸３を貫通させるベース部２００１が位置固定部２００７によって縦方向の位置を固定されている。ベース部２００１にはフード部２００２が設けられ、発電装置４の全体を覆っている。なお、フード部２００２には窓枠２００５が設けられており、内部の回転の様子が目視で確認可能である。

中心回転軸３は、その端部近傍で円盤２００４と接続されており、中心回転軸３の回転に応じて円盤２００４が回転する。図４４に示すように、円盤２００４の周囲には、１０７個の凹部が設けられ、この凹部に磁石２０１０（図４９参照）が固定される。

図４３に示すように、円盤２００４の周囲には、ベース部２００１に固定された２０個のコイルセット２００３が配置されている。コイルセット２００３は、縦方向において円盤２００４と対向する位置に、横方向に平行に金属線（例えば銅線）が巻回されたコイル２００３Ａを有している。

羽根構造体２の回転に応じて、中心回転軸３が回転すると、円盤２００４が同時に回転し、コイル２００３Ａの前を磁石が通過する。このとき、磁石とコイルとの作用による電磁誘導により、電流が発生する。コイル２００３Ａに発生した電流は、配線（図５０参照）を介して集められ、電力として取り出される。

なお、磁石やコイルの数は、回転力や必要とされる電力量などの各種条件に応じて適宜変更することができる。また、円盤２００４の直径を羽根構造体２の直径よりも大きくすることにより、磁石とコイル２００３Ａの数を増大させ、大きな電力が得られるようにしているが、羽根構造体２の直径と円盤２００４の直径との関係に制限はない。流体の速度や量、想定される羽根構造体２の回転速度などの諸条件に応じて適宜変更される。

また、図４４における蓋２００６は、軸のブレを抑えるためのベアリング付きの蓋である。また図４４における中心部分の複数の円２００９と、その周囲にある２つセットの円×４はそのベアリングを固定する穴である。

このように、発電装置４では、中心回転軸３に円盤２００４を接続すると共に円盤２００４の周囲に磁石を設置し、当該磁石と対向する位置にコイル２００３Ａを配置する。これにより、発電装置４では、羽根構造体２の回転に応じて円盤２００４の磁石を移動させて磁力線を形成し、コイル２００３Ａとの間に生じる電磁誘導により電力を発生させることができる。このとき、円盤２００４及びコイルセット２００３間は非接触であるため、摩擦損失を最小限に抑えることができ、効率良く電力を発生させることができる。なお、コイルが円盤の外周縁に配置され、円盤の周囲に磁石が配置されても良い。

すなわち、発電システム１では、回転力を高めた羽根構造体と当該羽根構造体の回転力をそのまま活用できる非接触方式の発電装置４とを組み合わせることにより、高効率での発電を可能としている。

図４６に、円盤２００４の周囲にコイル２００３Ａを１０個設定して各コイルを整流後に並列接続し、所定の回転数で発電装置４の中心回転軸３を回転させたときのギャップと出力（発電量Ｗ）と回転数との関係を示している。なお、ギャップとは、コイル２００３Ａと磁石２０１０との距離である。また、図４７には、実際に発電システム１として水流によって羽根構造体２を回転させたときのギャップと回転数と出力の関係を示している。

これらの結果からわかるように、ギャップ２．０ｍｍや１．５ｍｍよりもギャップ１．０ｍｍの方が高い発電量を得ることができる。すなわち、ギャップはできるだけ小さく設定されることが好ましいといえる。好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下に設定されることにより、同一回転数における発電量を増大させることが可能である。

また、図４８に示すように、１０−５０ｒｐｍ程度の低回転数においては、負荷の差違があまり見られず、例えば負荷を２０−３０Ω程度にまで小さくして回転数を増大させることが好ましい。なお、この負荷は流力の大きさに応じて適正値に設定される。

本願発明では、図４３に示したように、羽根構造体２の外径よりも円盤２００４の外径を大きく（好ましくは閉じたときの羽根２２の外径よりも１．２倍〜１．８倍）すると共に、本来であれば１７個程度コイル２００３Ａを載置できる円盤２００４の外径辺長に対して、コイル２００３Ａの辺長が２０％〜７０％程度、より好ましくは２５〜５０％を占めるような少ない数（例えば６〜１２個）のコイル２００３Ａを配置するようにした。なお、コイル２００３Ａの辺長とは、コイルセット２００３の幅、すなわちコイルセット２００３を設置するために必要な長さをいい、コイルケース部分も含まれるものとする。

具体的には、円盤２００４の外径（直径）が６００ｍｍであり、羽根２２を全て閉じたときの羽根構造体２の外径（直径）が約４００ｍｍ、羽根２２の全部を広げたときの羽根構造体２の外径（直径）が約５７５ｍｍに設定している。

すなわち、円盤２００４の外径を大きくすることにより、円盤２００４におけるコイル２００３Ａと対向する面の曲率が小さくなり、コイル２００３Ａとのギャップの平均値を小さくすることができる。また、コイル２００３Ａの個数を減少させて重量を小さくできるため、負荷を小さくして回転力を向上させることができる。さらに、コイル２００３Ａ同士の干渉を減少させ、回転力の維持が可能となる。

これらの効果により、水流２３Ｌ／ｓ〜４２Ｌ／ｓ、水流の持つエネルギ１７Ｗ〜３０Ｗの水流における実験において、９．１〜９．３Ｗの電力を発電できることが確認された。この発電量は、水流の持つエネルギの１／２〜１／３に相当するものであり、非常に効果的な発電が行えることが確認された。

さらに、図４９及び５０に示すように、コイル２００３Ａの数を３の倍数とし、コイル２００３Ａを３個ずつ近接させて直列接続して直列コイルを形成し、整流器に接続した後に並列接続を行った。このとき、直列コイル同士はなるべく離隔するように配置した。図５１に示すように、コイル１０個を並列接続したときよりも大きい出力を得られることが確認された。なお、いずれの場合も、負荷は２２Ω、ギャップは１ｍｍに設定された。また、磁石２０１０として、５×１０×２０ｍｍ角のものが合計１０７個使用された。

このように、中心回転軸３の回転に伴って回転する円盤２００４の外径を羽根構造体２の外径よりも大きく設定し、円盤２００４に対向する円周線上の一部にのみコイル２００３Ａを配置することにより、少ない回転力でも円盤２００４を効率良く回転させて大きな発電量を得られることが明らかになった。また、コイル２００３Ａを３個セットで直列接続した後に、並列接続を行うことにより、発電量をさらに増大させ得ることが確認された。

＜動作及び効果１＞
以上の構成によれば、発電装置は、流体の流れを受けて回転する回転体に接続され、当該回転体の回転と共に回転する中心回転軸（中心回転軸３）と、前記中心回転軸の回転に伴って回転する円盤（円盤２００４）と、前記円盤の外周縁と当該円盤の周囲とにそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石（磁石２０１０）及びコイル（コイル２００３Ａ）とを有し、前記円盤は、前記回転体の外径よりも大きいことを特徴とする。

これにより、円盤の外径を大きくすることができるため、平らなコイル面に対して磁石の面を平らに近い状態で対向させることができ、ギャップの平均値を小さくして出力（発電量）を向上させることができる。この結果、円盤を効率良く回転させることができ、発電の効率を向上させ、小さなエネルギであっても効率良く発電を行える。

前記コイルは、前記円盤の外周縁長又は円盤の周囲辺長に対し、２０〜７０％、さらに好ましくは２５〜５０％を占めるように配置されていることを特徴とする。

これにより、前記円盤の外周縁長又は円盤の周囲辺長に対し、まだらにコイルを配置することができるため、コイル間の干渉を低減し、発電効率を向上させることができる。

前記コイルは、３個が直列接続されて直列コイルが形成された後、他の直列コイルと並列に接続されていることを特徴とする。

これにより、発電効率をさらに向上させることができる。また、直列に接続されたコイル同士を近接させ、直列コイル間を大きく離隔することにより、干渉防止効果をさらに高めることができる。

前記コイルは、前記円盤の周囲に配置されていることを特徴とする。これにより、配線が必要なコイルを回転させずに済み、設計の自由度を向上させることができる。

前記コイルは、前記円盤を囲むようにコの字状に配置されていることを特徴とする。これにより、電磁誘導を増大させて発電量を増大させることができる。

本発明の発電システムでは、流体の力である流力を受ける複数の羽根と、
前記羽根を支持すると共に、前記流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と、前記回転軸周りに所定の回転角度だけ、前記羽根を自由回転させる羽根回転機構とを有する羽根構造体と、
前記羽根構造体に接続され、当該回転体の回転と共に回転する中心回転軸と、
前記中心回転軸の回転に伴って回転し、前記羽根構造体よりも大きい外径を有する円盤と、前記円盤の外周縁と当該円盤の周囲とにそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及びコイルとを有する発電装置とを備える。

これにより、流体によって効率良く羽根を回転させて中心回転軸の回転力を増大させることができるため、発電効率を向上させ得る。

前記羽根回転機構は、前記支持部材に取り付けられ、前記羽根を前記回転軸周りに回転させる羽根回転軸と、前記羽根の前記回転角度を調整する角度調整部とを有することを特徴とする。

これにより、羽根を適正な角度に保つことができ、効率良く羽根を回転させて中心回転軸の回転力を増大させることができる。

前記複数の羽根は、緩やかにカーブし、前記支持部材が回転する回転方向とは逆の反回転方向に前記流力を受けたとき、隣接する前記羽根が当接することを特徴とする。これにより、羽根が閉じたときに羽根同士が当接し、反力を受けにくくできる。

前記羽根は、当接することにより流体の進入を防ぐことを特徴とする。これにより、乱流の発生を防ぎ、回転力を高めることができる。

前記羽根において前記回転方向に流力を受ける流力受面の曲率は、前記羽根において前記反回転方向に流力を受ける反力受面よりも小さく形成されていることを特徴とする。これにより、流力をより大きく、反力をより少なく受けることができ、回転力を高めることができる。

先端部分が前記流体受面及び反力受面とは逆方向に僅かに湾曲していることを特徴とする。これにより、湾曲部分に侵入した流体の力で迅速に羽根を開かせることができ、回転力を高めることができる。

＜動作及び効果２＞
従来より、風力発電用の風車として、回転軸が垂直方向に延びる垂直軸風車や、回転軸が水平方向に延びる水平軸風車が知られている。また、垂直軸風車には、羽根に発生する抗力が風車の回転力となる抗力型（例えば、特許文献１参照） 、羽根に発生する揚力が風車の回転力となる揚力型が含まれる。サポニウス型風車や自転羽根式風車などの抗力型の風車は、構造が簡単で、発電装置部分などの機械部分が低位置にあるため点検や修理がしやすく、低風速から始動可能であるなどの特性を持つ。

しかしながら、このような抗力型の風車では、風向に対して風車の回転軸を挟んだ一側では、羽根に発生する抗力によって回転力が生じるが、上記回転軸を挟んだ他側では、羽根に発生する抗力が回転力にならない上に、風車の回転力を減少させる力が働いてしまうことになり、このような抗力型の風車を備えた発電システムは、風力エネルギのエネルギ変換効率が悪い。

そこで、特開２００４−２１１５６９号に記載の風車では、羽根に向かって進行する風を増速させる増速部設けて、風力エネルギのエネルギ変換効率の向上を図っている。これは、上記増速部によって、羽根に発生する抗力を大きくし、通常よりも大きな回転力を得ようとしている。

ところで、昨今では、自然エネルギを一段と活用する必要性が生じていることから、上述した抗力型の風車や水車よりも、さらに回転力を増大させたいという要望があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転力を増大させ得る羽根構造体及び発電システムを提供するものである。

以上の構成によれば、本発明の羽根構造体（羽根構造体２）は、
流体の力である流力を受ける複数の羽根（羽根１０５０）と、
前記羽根を支持すると共に、前記流力に対して垂直方向に延びる回転軸（中心回転軸３）周りに回転可能な支持部材（上下面２６及び２７）と
を有し、
前記複数の羽根は、
前記回転軸を中心とした放射方向に向けて延びる固定羽根（固定羽根１０５１）と、
前記固定羽根の先端若しくは当該先端の近傍に回転軸を有する可動羽根（可動羽根１０５２）とを備えることを特徴とする。

これにより、羽根構造体は、回転方向に流力を受けるときのみ可動羽根を放射方向に延ばして流力を受けることができるため、回転方向の流力のみを大きく受けることができる。なお、放射方向とは、回転軸を中心として外側（円周方向）へ向かう方向をいい、必ずしも半径上を通らなくても良い。また、固定羽根が全体として放射方向を向いていれば良く、固定羽根が曲線を有してもよい。

前記可動羽根は、
前記羽根の回転方向への前記流力が前記羽根に加わったとき、前記可動羽根の一部が前記固定羽根に当接することにより、前記可動羽根の位置を受位置に固定させる。

これにより、羽根構造体は、あたかも可動羽根が固定羽根から延長したかのような形状にすることができ、回転方向の流力を効率良く受けることができる。

前記可動羽根は、
前記羽根の回転方向に対して反対となる反回転方向への前記流力が前記羽根に加わったとき、前記可動羽根の一部が前記固定羽根に当接することにより、前記可動羽根の位置を逃位置に固定させる。

これにより、羽根構造体は、反回転方向への流力が加わると可動羽根を寝かせて固定羽根間に蓋をすることができ、固定羽根に対して加わる反回転方向に受ける流力を低減することができる。

前記可動羽根は、
前記受位置において
前記固定羽根とほぼ同じ方向へ延びる。

これにより、羽根構造体は、効率良く流力を受ける位置に可動羽根を位置させることができ、回転方向の流力を効率良く受けることができる。

前記可動羽根は、
前記逃位置において
前記固定羽根とほぼ垂直方向へ折り畳まれる。

これにより、羽根構造体は、反回転方向の流力を外側へ流す流れを作り出すことができ、反回転方向に受ける流力を低減できる。

前記可動羽根（可動羽根１２５２）は、
前記逃位置において、
前記回転軸から離隔した隣の前記固定羽根より長く形成され、外側に向かって反り返る先端延長部（先端延長部１２５４ｃ）を有する。

これにより、可動羽根は、逃位置において受ける反回転方向の流力を外側に流すような流れを形成することができるため、反回転方向の流力の影響を低減できる。

前記先端延長部は、先細り形状でなる。これにより、可動羽根は、隣の固定羽根及び可動羽根からその先端を浮かせることができ、先端にできた隙間に入ってくる流体の流れを利用して、逃位置から受位置へ移行するときの可動羽根の立上りを迅速し、回転方向への流力をより大きく受けることができる。

前記可動羽根は、
前記逃位置において、前記回転軸から離隔した隣の前記固定羽根より短く形成され、
前記反回転方向への前記流力が加わる領域に、前記羽根に対して前記流力が加わることを防止する流力抑止部（フード１１７０）を有する。

これにより、羽根に対して加わる反回転方向への流力を低減させて、羽根構造体の回転力を増大させ得る。

羽根構造体は、水中で使用され、密閉状態でガスが充填されたエアタンクを有する。これにより、羽根構造体は、水中での浮力及び重力が殆どかからないように羽根構造体の比重を調整することができ、水中での姿勢を安定化させ得る。

羽根において、回転方向の流力を受ける流力受面には、流体抵抗を増大させる表面加工が施されている。これにより、回転方向に受ける力を増大させることができる。

羽根において、回転方向とは逆となる反回転方向の流力を受ける流力逃面には、流体抵抗を低下させる表面加工が施されている。これにより、反回転方向に受ける力を低減することができる。

また本発明の羽根構造体は、
流体の力である流力を受ける複数の羽根と、
前記羽根を支持すると共に、前記流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と
を有し、
前記複数の羽根は、
前記回転軸を中心とした放射方向に向けて延びる固定羽根と、
前記支持部材が回転する回転方向への流力が加わったときには前記固定羽根の延長線上と略同一な方向へ変位し、前記回転方向と反対となる反回転方向への流力が加わったときには前記固定羽根に対して略垂直な方向へ変位する変位機構を有する可動羽根とを有するようにした。
これにより、羽根構造体は、回転方向への流力を大きく受ける一方、反回転方向への流力を逃がすことができる。なお、固定羽根の延長線上と略同一な方向とは、固定羽根の延長線上から±４５°の範囲を言い、固定羽根に対して略垂直な方向とは、固定羽根に垂直から±４５°の範囲を言う。固定羽根の方向とは、固定羽根全体が向く方向（曲線の場合は平均）を言う。

以上の構成によれば、発電システム（発電システム１）は、流体の力である流力を受ける複数の羽根と、前記羽根を支持すると共に、前記流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材とを有する羽根構造体（羽根構造体１１０２）と、
前記回転軸を介して伝達される前記羽根構造体の回転力を電力に変換する発電装置（発電装置４）と
を有し、
前記複数の羽根は、
前記回転軸を中心とした放射方向に向けて延びる固定羽根と、
前記固定羽根の先端若しくは当該先端の近傍に回転軸を有する可動羽根とを有する。
これにより、発電システムは、可動羽根の可動によって効率良く流力を受けて発電することができるため、エネルギ変換効率を向上させ得る。

また、以上の構成によれば、本発明の羽根構造体は、
流体の力である流力を受ける複数の羽根と、
前記羽根を支持すると共に、前記流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と、
前記回転軸周りに所定の回転角度だけ、前記羽根を自由回転させる羽根回転機構とを有し、
前記羽根の先端は、なだらかな２つの凹部を有するＷ字形状でなることを特徴とする。

これにより、反回転方向の流力を羽根の先端形状によって逃がすことができるため、回転力を増大させることができる。

また、前記羽根は、
前記回転軸を共有すると共に別々に稼働する外羽根及び内羽根を有することを特徴とする。

これにより、回転方向の流力が加わったときに内羽根を先に開かせることができ、流力を長い時間受けて回転力を増大させ得る。

前記羽根は、外羽根と内羽根の間に、流体を羽根より中心側へと侵入させる空間である流体侵入部を有することを特徴とする。

これにより、流体を中心側へ侵入させることができ、内羽根を開き易くすることができる。

前記流体侵入部は、前記内羽根における先端近傍に設けられていることを特徴とする。なお、先端近傍とは、回転方向（羽根の長手方向）において内羽根の先端と外羽根とが対向する領域、又はその近傍をいい、例えば内羽根の側面（長手方向の外羽根と対向する面）における先端から近い領域に流体侵入部が設けられていても良い。

＜他の実施の形態＞
なお上述した第１５〜１７の実施の形態において、固定羽根５１は、矩形の平板が一方向へ向けて湾曲した形状でなる場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば自由曲線形状を有していても良く、流力の種類や羽根２２の枚数や大きさ、流力の大きさなど種々の要因に応じて、最も適した形状を適宜選択することが可能である。

また、上述した第１５〜１７の実施の形態において、羽根構造体２は、羽根５０を１２枚有するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、流力の種類や羽根５０の大きさや取り付ける位置、流力の大きさなど種々の要因に応じて適宜選択することができる。なお、流力を効率よく受けるという本発明の効果を最も良く引き出すためには、可動羽根本体５４の回転角度を７０〜１１０度に設定することが好ましく、羽根５０を４〜３２枚有することが好ましい。さらに好ましくは、６〜１６枚である。

さらに、上述した第１の実施の形態においては、中心支持体２５を有するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、中心支持体２５の代わりに、ドーナツ状の調整リングを有するようにしても良い。また、調整リングの形状に制限はなく、例えば多角形状の枠でも良い。

また、第１７の実施の形態においては、エアタンク２９９と隣接して固定羽根５１が設けられるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えばエアタンク２９９の直径を小さくして固定羽根５１との間に間隙を設けることにより、中心に向かう流体の流れを形成することができ、可動羽根２５２の立上りを一段と迅速にできる。

さらに、上述した第１の実施の形態において、上下面２６及び２７が羽根５０を支持するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば上下面２６及び２７の一方だけが羽根５０を支持しても良い。また、上下面２６及び２７がなくても、例えば、中心孔２１を有する中心支持体２５から延接された棒が回転軸５３を介して羽根５０を支持するようにしても良い。さらに、中心支持体２５に固定羽根５１が取り付けられ、固定羽根５１に対して回転可能に可動羽根本体５４が取り付けられるようにすることもできる。

さらに上述した実施の形態においては、羽根としての羽根５０と、支持部材としての上下面２６及び２７とによって本発明の羽根構造体としての羽根構造体２を構成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる羽根と、支持部材と、羽根回転機構とによって本発明の羽根構造体を構成するようにしても良い。また、固定羽根５１及び可動羽根本体５４の構成も同様に、公知の種々の構成を用いることができる。

また上述した実施の形態においては、可動羽根５２が変位機構としての回転軸５３を有するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成によって可動羽根本体５４を変位させることができる。

さらに上述した実施の形態においては、回転軸としての中心回転軸３と、羽根構造体としての羽根構造体２と、発電装置としての発電装置４を構成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成による中心回転軸３と、羽根構造体２と、発電装置とによって本発明の発電システムを構成するようにしても良い。

本発明は、第１〜第１９の実施の形態に限られるものではなく、固定羽根、可動羽根、支持部材、回転軸、エアタンク、上下面など、各パーツの数や形状を適宜組み合わせて変更することが可能である。要は、回転方向の流力を大きく受ける一方、反回転方向の流力を小さく受けると共に、流体の流れを制御することが重要であり、流体の種類や方向性、強度などの要因によって最適なパーツを組み合わせることが好ましい。

本発明は、例えば風力や水力、潮力発電に用いられる発電システムに適用することができる。

１ ：発電システム
２ ：羽根構造体
３ ：中心回転軸
４ ：発電装置
２１ ：中心孔
２２ ：羽根
２３ ：羽根回転軸
２５ ：中心支持体
２６ ：上下面
５０，１５０，２５０，２９０，２９０Ｙａ：羽根
５１ ：固定羽根
５２，１５２，２５２：可動羽根
５３ ：回転軸
５４，１５４，２５４：可動羽根本体
５４ａ，５４ｂ：当接領域
５４ｂ ：当接領域

Claims (12)

1. 流体の流れを受けて回転する回転体に接続され、当該回転体の回転と共に回転する中心回転軸と、
   前記中心回転軸の回転に伴って回転する円盤と、
   前記円盤の外周縁と当該円盤の周囲とにそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及びコイルと、
   を有し、
   前記円盤は、
   前記回転体の外径よりも大きい
   ことを特徴とする発電装置。
2. 前記コイルは、前記円盤の外周縁長又は円盤の周囲辺長に対し、２０〜７０％を占めるように配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
3. 前記コイルは、前記円盤の外周縁長又は円盤の周囲辺長に対し、２５〜５０％を占めるように配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
4. 前記コイルは、３個が直列接続されて直列コイルが形成された後、他の直列コイルと並列に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
5. 前記コイルは、前記円盤の周囲に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
6. 前記コイルは、前記円盤を囲むようにコの字状に配置されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の発電装置。
7. 流体の力である流力を受ける複数の羽根と、
   前記羽根を支持すると共に、前記流力に対して垂直方向に延びる回転軸周りに回転可能な支持部材と、
   前記回転軸周りに所定の回転角度だけ、前記羽根を自由回転させる羽根回転機構とを有する羽根構造体と、
   前記羽根構造体に接続され、当該回転体の回転と共に回転する中心回転軸と、
   前記中心回転軸の回転に伴って回転し、前記羽根構造体よりも大きい外径を有する円盤と、
   前記円盤の外周縁と当該円盤の周囲とにそれぞれ設けられ、円盤の回転に伴って電磁誘導により発電する磁石及びコイルとを有する発電装置と
   を備える発電システム。
8. 前記羽根回転機構は、
   前記支持部材に取り付けられ、前記羽根を前記回転軸周りに回転させる羽根回転軸と、
   前記羽根の前記回転角度を調整する角度調整部とを有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の発電システム。
9. 前記複数の羽根は、緩やかにカーブし、前記支持部材が回転する回転方向とは逆の反回転方向に前記流力を受けたとき、隣接する前記羽根が当接する
   ことを特徴とする請求項７に記載の発電システム。
10. 前記羽根は、当接することにより流体の進入を防ぐ
    ことを特徴とする請求項９に記載の発電システム。
11. 前記羽根において前記回転方向に流力を受ける流力受面の曲率は、前記羽根において前記反回転方向に流力を受ける反力受面よりも小さく形成されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の発電システム。
12. 先端部分が前記流力受面及び反力受面とは逆方向に僅かに湾曲している
    ことを特徴とする請求項９に記載の発電システム。
    
    

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