特許 5851644 タービン、タービンユニット及び垂直軸型発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5851644

(24)【登録日】2015年12月11日

(45)【発行日】2016年2月3日

(54)【発明の名称】タービン、タービンユニット及び垂直軸型発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/06 20060101AFI20160114BHJP

   F03B 1/02 20060101ALI20160114BHJP

【ＦＩ】

   F03D3/06 D

   F03B1/02

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-160071(P2015-160071)

(22)【出願日】2015年8月14日

【審査請求日】2015年8月14日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515223503

【氏名又は名称】田部井 貴一

(73)【特許権者】

【識別番号】515223514

【氏名又は名称】田部井 英夫

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】田部井 毅

【審査官】 佐藤 秀之

(56)【参考文献】

【文献】 特開平３−９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第８７７９６２０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第３８９７１７０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３７０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６６８２３０２（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 米国特許第５５７０９９７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ ３／０６

Ｆ０３Ｂ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

風又は水を含む動作源の流れによって発電する発電装置に用いられるタービンであって、
発電機に連結される第１の回転軸と、
前記第１の回転軸から放射状に延在するアームと、
前記アームに連結され、開閉可能な羽根ユニットと、
前記羽根ユニットにおける少なくとも開く動作を補助する補助部と、を備え、
前記羽根ユニットは、
湾曲凹面を有する内側面と湾曲凸面を有する外側面とを有し、前記アームに連結される第１の羽根と、
湾曲凹面を有する内側面と湾曲凸面を有する外側面とを有し、前記第１の羽根に開閉可能に連結される第２の羽根と、を備え、
前記第１の羽根の外側面は、前記タービンにおける設定された回転方向に配置され、
前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が閉じた状態となると、前記第２の羽根が前記第１の羽根によって覆われて、前記第１の羽根の内側面と前記第２の羽根の内側面とが向かい合い、
前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が開いた状態となると、前記第１の羽根と前記第２の羽根とが横並びになって互いの内側面が露出する、タービン。

【請求項2】

前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が閉じた状態で、前記第１の回転軸の延在方向から見ると、前記第１の羽根の外側面と前記第２の羽根の外側面とで紡錘形を形成する、請求項１に記載のタービン。

【請求項3】

前記補助部は、前記第１の羽根の外側面が前記動作源の流れの上流に向かって配置されたとき、前記第１の羽根の内側面と前記第２の羽根の内側面とが向かい合うように、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が閉じる動作を補助し、前記第１の羽根の内側面が前記動作源の上流に向かって配置されたとき、前記第１の羽根と前記第２の羽根とが横並びになって互いの内側面が露出するように、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が開く動作を補助する、請求項１又は２に記載のタービン。

【請求項4】

前記第２の羽根は、前記第１の回転軸と平行に配置される第２の回転軸を中心に前記第１の羽根に対して回転可能であり、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が開いた状態で当該第１の羽根に対して前記第１の回転軸側に配置される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタービン。

【請求項5】

前記補助部は、
前記第２の羽根に設けられ、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が開いた状態で前記第１の回転軸側に突出する突出部と、
前記第１の回転軸に回転可能に連結され、前記突出部に接触する第１の接触部が前記第１の回転軸から前記動作源の流れの下流に向かって配置されるように構成される閉塞補助部と、
前記第１の回転軸に回転可能に連結され、前記突出部に接触する第２の接触部が前記第１の回転軸から前記動作源の流れの上流に向かって配置されるように構成される開放補助部と、を備え、
前記閉塞補助部は、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が開いた状態で前記タービンが前記第１の回転軸を中心に回転して前記第１の接触部が前記突出部に接触すると、前記第２の羽根を前記第１の羽根に対して閉じる方向に回転させ、
前記開放補助部は、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が閉じた状態で前記タービンが前記第１の回転軸を中心に回転して前記第２の接触部が前記突出部に接触すると、前記第２の羽根を前記第１の羽根に対して開く方向に回転させる、請求項４に記載のタービン。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタービンと、
前記タービンが収容される筐体と、を備え、
前記筐体は、他の筐体が載置される載置部を有し、且つ前記タービンにおける第１の回転軸の上端部が露出する天部と、前記タービンにおける第１の回転軸の下端部が露出する底部と、前記天部と前記底部との間に形成される流路と、を有し、
前記タービンにおける第１の回転軸の上端部は、他のタービンにおける第１の回転軸の下端部に連結可能であり、前記タービンにおける第１の回転軸の下端部は、他のタービンにおける第１の回転軸の上端部又は前記発電機における入力軸の上端部に連結可能である、タービンユニット。

【請求項7】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタービンと、
前記タービンの第１の回転軸に連結される前記発電機と、
を備える、垂直軸型発電装置。

【請求項8】

請求項６に記載のタービンユニットと、
前記タービンの第１の回転軸に連結される前記発電機と、
を備える、垂直軸型発電装置。

【請求項9】

前記タービンユニットは複数重ねられ、重ねられる下側のタービンユニットにおけるタービンの第１の回転軸の上端部は上側のタービンユニットにおけるタービンの第１の回転軸の下端部に連結されている、請求項８に記載の垂直軸型発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タービン、タービンユニット及び垂直軸型発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、再生可能エネルギーを用いた発電装置の開発が盛んに行われている。その代表例として風力発電装置があり、発電効率の向上が試みられている。

【0003】

例えば、特許文献１の風力発電装置は、回転軸を挟んで両側に羽根が一つづつ配置された風車を備えており、羽根は軸部を中心に開閉する断面円弧形状の分割羽根体を備えている。このような風力発電装置は、一方の羽根が風上側に開いた形態となって多くの風を受け止め、他方の羽根が風下側に閉じた形態となって風の抵抗を低減することで、発電効率の向上を実現している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２０３９６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の風力発電装置のような、簡単な構成で発電効率の高い風力発電装置が開発されているが、一般的には、未だに複雑な構成を用いて発電効率の向上を試みているのが現実である。

【0006】

本発明は、簡単な構成で発電効率の高いタービン、タービンユニット及び垂直軸型発電装置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】

【0007】

本発明の一態様に係るタービンは、
風又は水を含む動作源の流れによって発電する発電装置に用いられるタービンであって、
発電機に連結される第１の回転軸と、
前記第１の回転軸から放射状に延在するアームと、
前記アームに連結され、開閉可能な羽根ユニットと、
前記羽根ユニットにおける少なくとも開く動作を補助する補助部と、を備え、
前記羽根ユニットは、
湾曲凹面を有する内側面と湾曲凸面を有する外側面とを有し、前記アームに連結される第１の羽根と、
湾曲凹面を有する内側面と湾曲凸面を有する外側面とを有し、前記第１の羽根に開閉可能に連結される第２の羽根と、を備え、
前記第１の羽根の外側面は、前記タービンにおける設定された回転方向に配置され、
前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が閉じた状態となると、前記第２の羽根が前記第１の羽根によって覆われて、前記第１の羽根の内側面と前記第２の羽根の内側面とが向かい合い、
前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が開いた状態となると、前記第１の羽根と前記第２の羽根とが横並びになって互いの内側面が露出する。

【0008】

上述のタービンにおいて、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が閉じた状態で、前記第１の回転軸の延在方向から見ると、前記第１の羽根の外側面と前記第２の羽根の外側面とで紡錘形を形成することが好ましい。

【0009】

上述のタービンにおいて、前記補助部は、前記第１の羽根の外側面が前記動作源の流れの上流に向かって配置されたとき、前記第１の羽根の内側面と前記第２の羽根の内側面とが向かい合うように、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が閉じる動作を補助し、前記第１の羽根の内側面が前記動作源の上流に向かって配置されたとき、前記第１の羽根と前記第２の羽根とが横並びになって互いの内側面が露出するように、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が開く動作を補助することが好ましい。

【0010】

上述のタービンにおいて、前記第２の羽根は、前記第１の回転軸と平行に配置される第２の回転軸を中心に前記第１の羽根に対して回転可能であり、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が開いた状態で当該第１の羽根に対して前記第１の回転軸側に配置されることが好ましい。

【0011】

上述のタービンにおいて、
前記補助部は、
前記第２の羽根に設けられ、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が開いた状態で前記第１の回転軸側に突出する突出部と、
前記第１の回転軸に回転可能に連結され、前記突出部に接触する第１の接触部が前記第１の回転軸から前記動作源の流れの下流に向かって配置されるように構成される閉塞補助部と、
前記第１の回転軸に回転可能に連結され、前記突出部に接触する第２の接触部が前記第１の回転軸から前記動作源の流れの上流に向かって配置されるように構成される開放補助部と、を備え、
前記閉塞補助部は、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が開いた状態で前記タービンが前記第１の回転軸を中心に回転して前記第１の接触部が前記突出部に接触すると、前記第２の羽根を前記第１の羽根に対して閉じる方向に回転させ、
前記開放補助部は、前記第１の羽根に対して前記第２の羽根が閉じた状態で前記タービンが前記第１の回転軸を中心に回転して前記第２の接触部が前記突出部に接触すると、前記第２の羽根を前記第１の羽根に対して開く方向に回転させることが好ましい。

【0012】

本発明の一態様に係るタービンユニットは、
上述のタービンと、
前記タービンが収容される筐体と、を備え、
前記筐体は、他の筐体が載置される載置部を有し、且つ前記タービンにおける第１の回転軸の上端部が露出する天部と、前記タービンにおける第１の回転軸の下端部が露出する底部と、前記天部と前記底部との間に形成される流路と、を有し、
前記タービンにおける第１の回転軸の上端部は、他のタービンにおける第１の回転軸の下端部に連結可能であり、前記タービンにおける第１の回転軸の下端部は、他のタービンにおける第１の回転軸の上端部又は前記発電機における入力軸の上端部に連結可能である。

【0013】

本発明の一態様に係る垂直軸型発電装置は、
上述のタービンと、
前記タービンの第１の回転軸に連結される前記発電機と、
を備える。

【0014】

本発明の一態様に係る垂直軸型発電装置は、
上述のタービンユニットと、
前記タービンの第１の回転軸に連結される前記発電機と、
を備える。

【0015】

上述の垂直軸型発電装置において、前記タービンユニットは複数重ねられ、重ねられる下側のタービンユニットにおけるタービンの第１の回転軸の上端部は上側のタービンユニットにおけるタービンの第１の回転軸の下端部に連結されていることが好ましい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、簡単な構成で発電効率の高いタービン、タービンユニット及び垂直軸型発電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態の垂直軸型発電装置を模式的に示す斜視図である。

【図2】実施の形態の垂直軸型発電装置を分解した状態を模式的に示す側面図である。

【図3】実施の形態の垂直軸型発電装置における羽根ユニットの開閉動作を説明するための図である。

【図4】回転軸を中心に９０°位置に配置された羽根ユニット周辺を拡大して示す図である。

【図5】回転軸を中心に１８０°位置に配置された羽根ユニット周辺を拡大して示す図である。

【図6】回転軸を中心に２７０°位置に配置された羽根ユニット周辺を拡大して示す図である。

【図7】回転軸を中心に０°（３６０°）位置に配置された羽根ユニット周辺を拡大して示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明に係るタービン、タービンユニット及び垂直軸型発電装置の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態の垂直軸型発電装置を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施の形態の垂直軸型発電装置を分解した状態を模式的に示す側面図である。図３は、本実施の形態の垂直軸型発電装置における羽根ユニットの開閉動作を説明するための図である。図４は、回転軸を中心に９０°位置に配置された羽根ユニット周辺を拡大して示す図である。図５は、回転軸を中心に１８０°位置に配置された羽根ユニット周辺を拡大して示す図である。図６は、回転軸を中心に２７０°位置に配置された羽根ユニット周辺を拡大して示す図である。図７は、回転軸を中心に０°（３６０°）位置に配置された羽根ユニット周辺を拡大して示す図である。なお、羽根ユニット８の回転位置は、図３に示すように、風上（即ち、動作源の流れの上流）を０°と定めた回転軸６を中心とした時計回りの角度に基づいている。

【0019】

本実施の形態の垂直軸型発電装置（以下、単に発電装置と省略する場合がある。）１は、風を動作源として発電する垂直軸型風力発電装置である。この発電装置１は、図１及び図２に示すように、タービンユニット２及び発電機ユニット３を備えている。タービンユニット２は、タービン４及び筐体５を備えている。

【0020】

タービン４は、図１に示すように、回転軸（第１の回転軸）６、アーム７、羽根ユニット８及び補助部９を備えている。回転軸６は、発電機ユニット３の発電機１０に連結されており、発電装置１の略上下方向に延在する。但し、後述のようにタービンユニット２が複数重ねられる場合は、他のタービンユニット２の回転軸６に連結されることもある。

【0021】

アーム７は、図１及び図３に示すように、発電装置１の上下方向から見て、回転軸６から略放射状（即ち、回転軸６を中心に略等間隔）に延在する。例えば、アーム７は、側面視が略Ｕ字形であり、略Ｕ字形の空隙部を挟む両端部が回転軸６の上下方向に間隔を開けて当該回転軸６に固定されている。このようなアーム７は、発電装置１の上下方向から見て、回転軸６を中心に略９０°間隔で配置されている。但し、アーム７の本数及び形状は特に限定されない。

【0022】

羽根ユニット８は、図１に示すように、アーム７に連結されており、開閉可能である。羽根ユニット８は、第１の羽根１１及び第２の羽根１２を備えている。第１の羽根１１は、図４に示すように、湾曲凹面を有する内側面１１ａ及び湾曲凸面を有する外側面１１ｂを備える風杯である。例えば、第１の羽根１１は、内側面１１ａと向かい合うように第１の羽根１１を見て、周縁が略円形である。

【0023】

このような第１の羽根１１は、タービン４における設定された回転方向（図３では、矢印Ｉ方向）に外側面１１ｂが配置されるように、アーム７に固定されている。つまり、各々のアーム７に固定される第１の羽根１１は、タービン４の回転方向に略等しい形態でアーム７に固定されている。

【0024】

例えば、発電装置１の上下方向から見て、第１の羽根１１における内側面１１ａの底部と開口部１１ｃの中央とを結んだ線が、アーム７が延在する方向に延びる線と略直交するように、第１の羽根１１は配置されている。言い換えると、発電装置１の上下方向から見て、第１の羽根１１の縁端部１１ｄが、アーム７が延在する方向に延びる線と略重なるように、第１の羽根１１は配置されている。そして、第１の羽根１１は、アーム７の空隙部７ａ内に配置されており、第１の羽根１１の縁端部１１ｄにおける回転軸６と逆側の部分近傍がアーム７の側部（即ち、略Ｕ字形の底部）に固定されている。

【0025】

第２の羽根１２は、図４に示すように、湾曲凹面を有する内側面１２ａ及び湾曲凸面を有する外側面１２ｂを備える風杯である。第２の羽根１２は、図６に示すように、第１の羽根１１の内側面１１ａと第２の羽根１２の内側面１２ａとが向かい合ったとき、第１の羽根１１によって略覆われる。例えば、第２の羽根１２は、内側面１２ａと向かい合うように第２の羽根１２を見て、周縁が第１の羽根１１と略等しい形状を有する。つまり、第２の羽根１２も、内側面１２ａと向かい合うように第２の羽根１２を見て、周縁が略円形である。

【0026】

このような第２の羽根１２は、第１の羽根１１に開閉可能に連結されている。例えば、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が閉じた状態となると、第１の羽根１１の内側面１１ａと第２の羽根１２の内側面１２ａとが向かい合い、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が開いた状態となると、第１の羽根１１と第２の羽根１２とが横並びになって互いの内側面１１ａ及び１２ａが露出するように、第２の羽根１２は第１の羽根１１に連結されている。

【0027】

詳細には、第２の羽根１２の縁端部１２ｃ近傍が、図４に示すように、回転軸（第２の回転軸）１３を介して第１の羽根１１の縁端部１１ｄにおける回転軸６側の部分近傍に連結されている。回転軸１３は、発電装置１の略上下方向に延在している。これにより、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が開いた状態となると、第２の羽根１２は、第１の羽根１１に対して回転軸６側に当該第１の羽根１１と横並びに配置される。ここで、発電装置１の上下方向から見て、第１の羽根１１の縁端部１１ｄと第２の羽根１２の縁端部１２ｃとが略同一直線上に配置されるようにストッパーなどを備えていることが好ましい。

【0028】

補助部９は、羽根ユニット８における少なくとも開く動作を補助する。例えば、補助部９は、図１に示すように、突出部１２ｄ、閉塞補助部１４及び開放補助部１５を備えている。突出部１２ｄは、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が開いた状態で回転軸６側に突出するように当該第２の羽根１２に設けられている。つまり、突出部１２ｄは、第２の羽根１２の縁端部１２ｃにおける回転軸１３を介して第１の羽根１１と連結される側と逆側の部分近傍から側方に向かって突出している。

【0029】

閉塞補助部１４は、第１の羽根１１の外側面１１ｂが風上に向かって配置されたとき、第１の羽根１１の内側面１１ａと第２の羽根１２の内側面１２ａとが向かい合うように、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が閉じる動作を補助する。

【0030】

詳細には、閉塞補助部１４は、回転軸６に回転可能に連結されており、第１の羽根１１に対して開いた状態の第２の羽根１２の突出部１２ｄに接触する接触部（第１の接触部）１４ａが回転軸６から風下（即ち、動作源の流れの下流）に向かうように構成されている。例えば、閉塞補助部１４は、図４に示すように、アーム７の空隙部７ａ内に配置されており、接触部１４ａ及び軸受部１４ｂを備えている。

【0031】

接触部１４ａは、発電装置１の上下方向に主面を有する板状部材である。接触部１４ａは、アーム７の空隙部７ａ内に配置されており、軸受部１４ｂに側部が固定されている。また、接触部１４ａは、発電装置１の上下方向から見て、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が開いた状態で、第２の羽根１２の突出部１２ｄに接触可能な長さで軸受部１４ｂから突出している。

【0032】

軸受部１４ｂは、アーム７の空隙部７ａ内に配置されており、回転軸６の周方向に回転可能に当該回転軸６に通されている。このような閉塞補助部１４は、所謂風見鶏のように、風が吹いた際に接触部１４ａが風受け部として機能し、回転軸６から接触部１４ａが風下に向いて配置されるように回転軸６を中心に回転する。

【0033】

開放補助部１５は、第１の羽根１１の内側面１１ａが風上に向かって配置されたとき、第１の羽根１１と第２の羽根１２とが横並びになって互いの内側面１１ａ、１２ａが露出するように、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が開く動作を補助する。

【0034】

詳細には、開放補助部１５は、回転軸６に回転可能に連結され、第１の羽根１１に対して閉じた状態の第２の羽根１２の突出部１２ｄに接触する接触部（第２の接触部）１５ａが回転軸６から風上に向かって配置されるように構成されている。例えば、開放補助部１５は、図７に示すように、アーム７の外側に配置されており、接触部１５ａ、風受け部（即ち、動作源の受け部）１５ｂ及び軸受部１５ｃを備えている。

【0035】

接触部１５ａは、側面視が略Ｕ字形であり、アーム７を囲むように配置されている。そして、接触部１５ａにおける略Ｕ字形の空隙部を挟む両端部は夫々、軸受部１５ｃに連結されており、発電装置１の上下方向から見て、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が閉じた状態で、第２の羽根１２の突出部１２ｄが接触可能な長さで軸受部１５ｃから突出している。

【0036】

風受け部１５ｂは、発電装置１の上下方向に主面を有する板状部材であり、発電装置１の上下方向から見て、接触部１５ａに対して１８０°の間隔（即ち、回転軸６を中心とする点対称の配置）で軸受部１５ｃに固定されている。そして、風受け部１５ｂは、風が吹いた際に接触部１５ａによる回転軸６回りのモーメントに対して風受け部１５ｂによる回転軸６回りのモーメントが大きくなるように形成されている。

【0037】

軸受部１５ｃは、アーム７における回転軸６への両連結部を挟むように上下に配置されており、回転軸６の周方向に回転可能に当該回転軸６に通されている。このような開放補助部１５は、風が吹いた際に所謂風見鶏のように動作して、風受け部１５ｂが回転軸６から風下に向かって配置され、接触部１５ａが回転軸６から風上に向かって配置されるように回転軸６を中心に回転する。このとき、風受け部１５ｂは、第１の羽根１１、第２の羽根１２及びアーム７などと干渉しない。

【0038】

筐体５は、図１及び図２に示すように、タービン４を収容する。例えば、筐体５は、天部５ａ、底部５ｂ及び流路５ｃを備えている。天部５ａは、後述するが他の発電機ユニット３が載置される載置部５ｄを備えており、タービン４の回転軸６の上端部が露出している。詳細には、天部５ａは、回転軸６の上端部に回転可能に通される軸受部５ｅ、発電装置１を上下方向から見て略正六角形に形成され、各々の角部から載置部５ｄが発電装置１の上方に突出する枠材５ｆ、及び軸受部５ｅから枠材５ｆの各々の角部に延在する梁材５ｇを備えている。

【0039】

底部５ｂは、天部５ａと略等しい略正六角形の板状部材であり、中央部からタービン４の回転軸６の下端部が露出している。天部５ａの角部と底部５ｂの角部とは、柱材５ｈで連結されている。このような構成により、筐体５は、内部に流路５ｃが形成されることになる。

【0040】

発電機ユニット３は、図１及び図２に示すように、筐体１６及び発電機１０を備えている。筐体１６は、発電機１０を収容する。詳細には、筐体１６は、内部に水などが浸入しないように密閉空間を有し、当該密閉空間内に発電機１０が収容されている。そして、筐体１６の上面から発電機１０の入力軸１０ａが露出している。この筐体１６の上面には、図２に示すように、タービンユニット２が載置される。ちなみに、筐体１６は、発電装置１の上下方向から見て、タービンユニット２と等しい形状（例えば、略正六角形）とされていることが好ましい。

【0041】

発電機１０は、一般的な発電機であり、入力軸１０ａの上端部にタービンユニット２における回転軸６の下端部が連結されている。発電機１０は、図示を省略した蓄電池に電気的に接続されており、発電機１０によって発電された電力が蓄電池に蓄電される。

【0042】

ちなみに、図２に示すように、発電機１０の入力軸１０ａにおける上端部の凸部に形成された雄ネジを、タービンユニット２の回転軸６における下端部の凹部に形成された雌ネジにねじ込んで、発電機１０の入力軸１０ａとタービンユニット２の回転軸６とを連結することが好ましい。これにより、水などが相互の連結部に溜まり難い構成とすることができる。

【0043】

次に、本実施の形態の発電装置１における各回転位置での羽根ユニット８の開閉動作を説明する。

【0044】

図３及び図４に示すように、羽根ユニット８が回転軸６を中心とする９０°の位置では、第１の羽根１１の内側面１１ａ及び第２の羽根１２の内側面１２ａが風上に向かって配置されるように、第１の羽根１１と第２の羽根１２とが横並びの状態となる。

【0045】

そして、第１の羽根１１の内側面１１ａ及び第２の羽根１２の内側面１２ａが風を受けて、タービン４が矢印Ｉ方向に回転する。本実施の形態の羽根ユニット８は、第１の羽根１１の内側面１１ａと第２の羽根１２の内側面１２ａとで多くの風を受け止めて回転軸６を回転させることができ、発電機１０で多くの電力を発電させることができるので、高い発電効率を実現することができる。

【0046】

このように第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が開いた状態で、羽根ユニット８が回転軸６を中心とする１８０°の位置まで回転すると、図３及び図５に示すように、第２の羽根１２の突出部１２ｄに閉塞補助部１４の接触部１４ａが接触して、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が閉じるように（即ち、矢印II方向に）回転する。このとき、閉塞補助部１４の接触部１４ａは、上述のように回転軸６から風下に向かって配置されている。

【0047】

そして、羽根ユニット８が矢印Ｉ方向にさらに回転すると、第２の羽根１２の外側面１２ｂが風を受けて、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２はさらに閉じるように回転し、図３及び図６に示すように、羽根ユニット８が回転軸６を中心とする２７０°の位置まで回転すると、発電装置１を風上から風下に向かって見ると、第１の羽根１１と第２の羽根１２とが略重なって、第１の羽根１１で第２の羽根１２を覆った状態となる。

【0048】

このとき、発電装置１を上下方向から見て、第１の羽根１１の外側面１１ｂと第２の羽根１２の外側面１２ｂとで紡錘形を形成することが好ましい。これにより、羽根ユニット８が回転軸６を中心とする２７０°の位置近傍で受ける空気抵抗を低減することができ、高い発電効率を実現することができる。

【0049】

このように第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が閉じた状態で、羽根ユニット８が回転軸６を中心とする０°の位置まで回転すると、図３及び図７に示すように、第２の羽根１２の突出部１２ｄに開放補助部１５の接触部１５ａが接触して、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が開くように（即ち、矢印III方向に）回転する。このとき、開放補助部１５の接触部１５ａは、上述のように回転軸６から風上に向かって配置されている。

【0050】

そして、羽根ユニット８が矢印Ｉ方向にさらに回転すると、第２の羽根１２の内側面１２ａが風を受けて、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２はさらに開く方向に回転し、図３及び図４に示すように、羽根ユニット８が回転軸６を中心とする９０°の位置まで回転すると、第１の羽根１１の内側面１１ａ及び第２の羽根１２の内側面１２ａが風上に向かって露出するように、第１の羽根１１と第２の羽根１２とが横並びの状態に戻る。

【0051】

このようなタービン４、タービンユニット２及び発電装置１は、第１の羽根１１の外側面１１ｂが風上に向かって配置されたとき、第１の羽根１１の内側面１１ａと第２の羽根１２の内側面１２ａとが向かい合うように、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が閉じて空気抵抗を低減し、第１の羽根１１の内側面１１ａが風上に向かって配置されたとき、第１の羽根１１の内側面１１ａと第２の羽根１２の内側面１２ａとが風上に向かって露出するように、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が開いて多くの風を受け止める。そのため、本実施の形態のタービン４、タービンユニット２及び発電装置１は、高い発電効率を実現できる。

【0052】

また、補助部９によって第１の羽根１１に対して第２の羽根１２を開閉させる簡単な構成であり、安価にタービン４を構成でき、しかも、メンテナンスが簡単である。

【0053】

ここで、図２に示すように、タービンユニット２を複数重ねて、下側のタービンユニット２のタービン４における回転軸６の上端部と上側のタービンユニット２のタービン４における回転軸６の下端部とを連結することが好ましい。これにより、より大きな力で発電機１０の入力軸１０ａを回転させることができ、高い発電効率を実現できる。

【0054】

このとき、図２に示すように、下側のタービンユニット２のタービン４の回転軸６における上端部の凸部に形成された雄ネジを、上側のタービンユニット２のタービン４の回転軸６における下端部の凹部に形成された雌ネジにねじ込んで、上下の回転軸６を連結することが好ましい。これにより、水などが回転軸６の連結部に溜まり難い構成とすることができる。

【0055】

さらに、本実施の形態の発電装置１は、発電装置１の上下方向から見て、略正六角形に形成されているので、側方から風を受けても転倒し難い構成とすることができる。但し、発電装置１の上下方向から見た形状は、円形又は多角形でもよい。

【0056】

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【0057】

上記の実施の形態では、回転軸１３を介して第１の羽根１１と第２の羽根１２とを連結しているが、板バネなどを介して第１の羽根１１と第２の羽根１２とを連結してもよい。このとき、第１の羽根１１に対して第２の羽根１２が閉じた状態となると板バネが復元力を発揮する構成とすると、板バネに補助部９の機能を担わせることができる。

【0058】

上記の実施の形態では、風の力を利用して、閉塞補助部１４の接触部１４ａを回転軸６から風下に向かって配置したり、開放補助部１５の接触部１５ａを回転軸６から風上に向かって配置したりしているが、この限りではない。例えば、図示を省略した風向計の検出結果に基づいて、アクチュエータを制御して、閉塞補助部１４の接触部１４ａを回転軸６から風下に向かって配置したり、開放補助部１５の接触部１５ａを回転軸６から風上に向かって配置したりしてもよい。

【0059】

上記の実施の形態の発電装置１は、風力発電装置として構成したが、水力発電装置として構成してもよい。要するに、発電装置１は、動作源の流れによってタービン４を回転させることができれば、動作源は特に限定されない。

【符号の説明】

【0060】

１ 発電装置
２ タービンユニット
３ 発電機ユニット
４ タービン
５ 筐体、５ａ 天部、５ｂ 底部、５ｃ 流路、５ｄ 載置部、５ｅ 軸受部、５ｆ 枠材、５ｇ 梁材、５ｈ 柱材
６ 回転軸
７ アーム、７ａ 空隙部
８ 羽根ユニット
９ 補助部
１０ 発電機、１０ａ 入力軸
１１ 第１の羽根、１１ａ 内側面、１１ｂ 外側面、１１ｃ 開口部、１１ｄ 縁端部
１２ 第２の羽根、１２ａ 内側面、１２ｂ 外側面、１２ｃ 縁端部、１２ｄ 突出部
１３ 回転軸
１４ 閉塞補助部、１４ａ 接触部、１４ｂ 軸受部
１５ 開放補助部、１５ａ 接触部、１５ｂ 風受け部、１５ｃ 軸受部
１６ 筐体

【要約】      （修正有）

【課題】簡単な構成で発電効率の高いタービンを提供する。
【解決手段】タービン４は、発電機に連結される第１の回転軸と、第１の回転軸６から放射状に延在するアーム７と、アームに連結され、開閉可能な羽根ユニット８と、羽根ユニットにおける少なくとも開く動作を補助する補助部９と、を備える。羽根ユニットは、第１の羽根１１と第１の羽根に開閉可能に連結される第２の羽根１２とを備え、第１の羽根の外側面は、タービンにおける設定された回転方向に配置される。第１の羽根に対して第２の羽根が閉じた状態となると、第２の羽根が第１の羽根によって覆われて、第１の羽根の内側面と第２の羽根の内側面とが向かい合い、第１の羽根に対して第２の羽根が開いた状態となると、第１の羽根と第２の羽根とが横並びになって互いの内側面が露出する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】