特許 6245486 回転装置、推進装置及び発電装置

(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】6245486

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】回転装置、推進装置及び発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 80/00 20160101AFI20171204BHJP

   F03D 1/06 20060101ALI20171204BHJP

   F03B 3/04 20060101ALI20171204BHJP

   F03B 3/12 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   F03D80/00

   F03D1/06 A

   F03B3/04

   F03B3/12

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-72579(P2017-72579)

(22)【出願日】2017年3月14日

【審査請求日】2017年4月18日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】517115765

【氏名又は名称】中澤 弘幸

(73)【特許権者】

【識別番号】517014697

【氏名又は名称】保江 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】230121452

【弁護士】

【氏名又は名称】十河 陽介

(72)【発明者】

【氏名】坂和 伸一

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１３２３２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平５−６００５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ ８０／００

Ｆ０３Ｂ ３／０４

Ｆ０３Ｂ ３／１２

Ｆ０３Ｄ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１端を有する回転軸と、
前記回転軸の前記第１端に取り付けられ、複数のブレードから構成される羽根車とを備え、
前記複数のブレードの各々は、前記回転軸の側に位置する第１部分と、前記第１部分に連なる第２部分と、前記第２部分に連なる第３部分と、前記第３部分に連なり、かつ前記回転軸の延在方向と略平行に延在する第４部分とを有し、
前記複数のブレードの各々は、第１エッジと、前記第１エッジの反対側に位置する第２エッジとを有し、
前記複数のブレードの各々は、前記第１エッジの側から前記第２エッジの側に向かうにつれ、前記第１端から遠ざかるように傾斜しており、
前記第１部分と前記回転軸の延在方向とは、前記第１エッジにおいて第１角度をなし、
前記第２部分と前記回転軸の延在方向とは、前記第１エッジにおいて第２角度をなし、
前記第３部分と前記回転軸の延在方向とは、前記第１エッジにおいて第３角度をなし、
前記第１角度は、前記第２角度より小さく、
前記第３角度は、前記第１角度より大きく、前記第２角度より小さい、回転装置。

【請求項2】

平面視における前記第１部分の幅は、平面視における前記第２部分の幅よりも狭い、請求項１に記載の回転装置。

【請求項3】

前記第１角度は、負角である、請求項１に記載の回転装置。

【請求項4】

前記第４部分に位置する前記第２エッジは、前記第３部分に位置する前記第２エッジから突出している、請求項１に記載の回転装置。

【請求項5】

複数の請求項１〜４のいずれか１項に記載の前記回転装置と、
前記複数の前記回転装置の前記回転軸の回転が伝達されることにより発電を行う発電機とを備え、
前記複数の前記回転装置の各々は、直列に接続される、発電装置。

【請求項6】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の前記回転装置と、
前記回転軸に接続され、前記回転軸を回転させる動力源とを備える、推進装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転装置、推進装置及び発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、風、水等の流体の流れを回転運動に変換することにより発電を行う風力発電、水力発電が知られている。水力発電、風力発電に用いられる回転装置の一般的な構造は、例えば特開２００２−２９５３５９号公報（特許文献１）及び特開平５−６００５３号公報（特許文献２）に記載されている。一般的な構造を有する回転装置は、回転軸と、羽根車とを有している。羽根車は、回転軸に取り付けられ、回転軸の延在方向に対して略直交するように延在している複数のブレードを有している。特許文献１及び特許文献２に記載の回転装置においては、回転軸の延在方向に略平行な風、水等の流体の流れがブレードと接触することにより、ブレードは、回転軸を中心軸周りに回転させる。回転軸の中心軸周りの発電により、発電機は発電を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−２９５３５９号公報

【特許文献2】特開平５−６００５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的な構造の回転装置においては、流体の流れの下流側に乱流が生じやすい。その結果、例えば風力発電においては、そのような乱流に起因して、ブレードや回転軸が損傷するおそれがある。また、例えば水力発電においては、そのような乱流が羽根車の回転の妨げとならないように、回転装置の下流側に、このような乱流を散逸させるための空間を配置する必要がある。さらに、一般的な構造の回転装置においては、ブレードの端部において、ブレードの回転領域の外側を通過する流体との間で抵抗が生じる。このような抵抗に起因して、乱流の発生、ブレードの損傷、騒音の発生等の問題が生じる。

【0005】

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、回転装置の下流側及び外側における乱流の発生を抑えつつ、効率を向上させることができる回転装置及び発電装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る回転装置は、回転軸と、羽根車とを備えている。羽根車は、回転軸に取り付けられている。羽根車は、複数のブレードから構成されている。複数のブレードの各々は、第１部分と、第２部分と、第３部分と、第４部分とを有している。

【0007】

第１部分は、回転軸の側に配置されている。第２部分は、第１部分に連なっている。第３部分は、第２部分に連なっている。第４部分は、第３部分に連なり、かつ第３部分から回転軸の延在方向に略平行に延在している。

【0008】

第１部分と回転軸の延在方向とは、第１角度をなしている。第２部分と回転軸の延在方向とは、第２角度をなしている。第３部分と回転軸の延在方向とは、第３角度をなしている。第１角度は、第２角度よりも小さい。第３角度は、第１角度より大きく、第２角度より小さい。

【0009】

本発明の一態様に係る回転装置によると、回転装置の下流側及び外側における乱流の発生を抑えつつ、回転装置に入力される流体から効率的に回転エネルギーを取り出すことができる。

【0010】

上記回転装置において、平面視における第１部分の幅は、平面視における第２部分の幅より狭くてもよい。この場合には、さらに回転装置の下流側及び外側における乱流の発生を抑えつつ、回転装置に入力される流体からさらに効率的に回転エネルギーを取り出すことができる。

【0011】

上記回転装置において、第１角度は、負角をなしていてもよい。この場合には、ブレードの強度を高めながら、回転装置の下流側及び外側における乱流の発生を抑えつつ、回転装置に入力される流体からさらに効率的に回転エネルギーを取り出すことができる。

【0012】

上記回転装置において、回転軸は、第１端を有していてもよい。複数のブレードの各々は、回転軸の第１端の側に取り付けられていてもよい。複数のブレードの各々は、第１エッジと、第１エッジの反対側に位置する第２エッジとを有していてもよい。複数のブレードは、第１エッジの側から第２のエッジの側に向かうにつれ、第１端から遠ざかるように傾斜していてもよい。第４部分に位置する第２エッジは、第１部分、第２部分及び第３部分に位置する第２エッジから突出していてもよい。

【0013】

この場合には、さらに回転装置の下流側及び外側における乱流の発生を抑えつつ、回転装置に入力される流体からさらに効率的に回転エネルギーを取り出すことができる。

【0014】

本発明の一態様に係る発電装置は、複数の上記回転装置と、発電機とを備えている。複数の上記回転装置の各々は、直列に接続されている。発電機には、上記回転装置の回転軸の回転が伝達される。本発明の一態様に係る発電装置によると、回転装置を複数直列に接続する場合であっても、効率的な発電を行うことができる。

【0015】

本発明の一態様に係る推進装置は、上記の回転装置と、動力源とを備える。動力源は、上記の回転装置の回転軸に接続され、かつ当該回転軸を中心軸周りに回転させる。本発明の一態様に係る推進装置によると、回転装置を通過する流体の流れ方向の下流側及び回転装置の外側における乱流の発生を抑制することにより、動力源から効率的に推進力を得ることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の一態様に係る回転装置によると、回転装置の下流側及び外側における乱流の発生を抑えつつ、回転装置に入力される流体から効率的に回転エネルギーを取り出すことができる。本発明の一態様に係る発電装置によると、回転装置を複数直列に接続する場合であっても、効率的な発電を行うことができる。本発明の一態様に係る推進装置によると、回転装置を通過する流体の流れ方向の下流側及び回転装置の外側における乱流の発生を抑制することにより、動力源から効率的に推進力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態に係る回転装置の平面図である。

【図2】実施形態に係る回転装置の側面図である。

【図3】実施形態に係る回転装置のブレード２１における断面図である。

【図4】実施形態に係る発電装置の構成を示す模式図である。

【図5】実施形態に係る回転装置における流体の流れを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施形態の詳細について、図を参照して説明する。なお、各図中同一又は相当部分には同一符号を付している。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

【0019】

（実施形態に係る回転装置の構成）
以下に、実施形態に係る回転装置１の構成について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、実施形態に係る回転装置１の平面図である。図２は、実施形態に係る回転装置１の側面図である。図３は、実施形態に係る回転装置のブレード２１の断面図である。なお、図３には、例示として、第２部分２１ｂにおける断面図が示されている。図１及び図２に示すように、実施形態に係る回転装置１は、回転軸１０と、羽根車２０とを有している。

【0020】

回転軸１０は、第１端１０ａと、第２端１０ｂとを有している。第２端１０ｂは、第１端１０ａの反対側の端である。回転軸１０は、実施形態に係る回転装置１に入力する流体（風、水等）の流れ方向と略平行に配置される。第１端１０ａは、例えば実施形態に係る回転装置１に入力する流体の流れ方向の上流側を向くように配置されている。なお、以下においては、第１端１０ａから第２端１０ｂに向かう方向を、回転軸１０の延在方向という。

【0021】

羽根車２０は、回転軸１０に取り付けられている。より具体的には、羽根車２０は、回転軸１０の第１端１０ａ側に取り付けられている。羽根車２０は、複数のブレードにより構成されている。羽根車２０は、例えばブレード２１、ブレード２２、ブレード２３及びブレード２４を有している。

【0022】

なお、羽根車２０を構成するブレードの枚数は、４枚に限られるものではない。例えば、羽根車２０を構成するブレードの枚数は、２枚又は３枚であってもよいし、５枚以上であってもよい。

【0023】

ブレード２１、ブレード２２、ブレード２３及びブレード２４は、平面視において（回転軸１０の延在方向に平行な方向からみて）、等間隔に配置されている。ブレード２１、ブレード２２、ブレード２３及びブレード２４の構成は、共通している。そのため、以下においては、ブレード２１の構成について代表して説明するものとする。

【0024】

ブレード２１は、第１部分２１ａと、第２部分２１ｂと、第３部分２１ｃと、第４部分２１ｄとを有している。第１部分２１ａは、ブレード２１の回転軸１０側に配置されている。第２部分２１ｂは、第１部分２１ａに連なっている。第３部分２１ｃは、第２部分２１ｂに連なっている。

【0025】

このことを別の観点からいえば、第１部分２１ａ、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃのうち、第１部分２１ａが最も径方向における内側に配置され、第３部分２１ｃが最も径方向における外側に配置されており、第２部分２１ｂが径方向において第１部分２１ａと第３部分２１ｃとに挟み込まれるように配置されている。

【0026】

第４部分２１ｄは、第３部分２１ｃに連なっている。第４部分２１ｄは、回転軸１０の延在方向（第１端１０ａから第２端１０ｂに向かう方向）に略平行に延在している。より具体的には、第４部分２１ｄは、回転装置１に入力される流体の流れ方向における上流側に向かって延在している。ここで、第４部分２１ｄが回転軸１０の延在方向と略平行に延在するとは、第４部分２１ｄの延在方向が、回転軸１０の延在方向との間で、０°±１０°の角度をなしていることをいう。

【0027】

ブレード２１は、第１エッジ２１ｅと、第２エッジ２１ｆとを有している。第２エッジ２１ｆは、第１エッジ２１ｅと反対側に位置するブレード２１のエッジである。ブレード２１は、第１エッジ２１ｅ側から第２エッジ２１ｆ側に向かうにつれて、第１端１０ａから遠ざかるように傾斜している。

【0028】

第４部分２１ｄに位置する第２エッジ２１ｆは、平面視において（回転軸１０の延在方向に平行な方向からみて）、第１部分２１ａ、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃに位置する第２エッジ２１ｆよりも突出していることが好ましい。

【0029】

第１部分２１ａと回転軸１０の延在方向とは、第１角度θ１をなしている。第２部分２１ｂと回転軸１０の延在方向とは、第２角度θ２をなしている。第３部分２１ｃと回転軸１０の延在方向とは、第３角度θ３をなしている。第１角度θ１、第２角度θ２及び第３角度θ３は、例えば、第２エッジ２１ｆにおいて測定される。第１角度θ１は、例えば第１部分２１ａにおける第１エッジ２１ｅから第２エッジ２１ｆに向かう方向と回転軸１０の延在方向とがなす角度としてもよい。第２角度θ２は、例えば第２部分２１ｂにおける第１エッジ２１ｅから第２エッジ２１ｆに向かう方向と回転軸１０の延在方向とがなす角度としてもよい。第３角度θ３は、例えば第３部分２１ｃにおける第１エッジ２１ｅから第２エッジ２１ｆに向かう方向と回転軸１０の延在方向とがなす角度としてもよい。

【0030】

第１角度θ１は、第２角度θ２よりも小さい。第３角度θ３は、第１角度θ１よりも大きく、第２角度θ２よりも小さい。すなわち、第１角度θ１、第２角度θ２及び第３角度θ３は、第１角度θ１＜第３角度θ３＜第２角度θ２との関係を充足している。

【0031】

第１角度θ１は、負角であってもよい。すなわち、第１部分２１ａは、回転軸１０の延在方向に対して、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃとは逆方向に傾斜していてもよい。

【0032】

第１角度θ１は、好ましくは、−３０°以上３０°以下である。第２角度θ２は、好ましくは、２０°以上７５°以下である。第３角度θ３は、好ましくは、１０°以上６０°以下である。

【0033】

ブレード２１は、平面視において（回転軸１０の延在方向に平行な方向からみて）、幅Ｗを有している。幅Ｗは、別の観点からいえば、第１エッジ２１ｅを通過し、かつ回転軸１０の延在方向に平行な直線と、第２エッジ２１ｆを通過し、かつ回転軸１０の延在方向に平行な直線との距離である（図３参照）。なお、第１部分２１ａにおける部材自体の幅は、第１部分２１ａにおける幅Ｗよりも広くなっている。第１部分２１ａにおける幅Ｗは、第１角度θ１が正角である場合には、第２部分２１ｂにおける幅Ｗよりも小さい。なお、第１角度θ１が負角である場合には、第１部分２１ａにおける幅Ｗは、第２部分２１ｂにおける幅Ｗよりも大きくてもよい。

【0034】

図３に示すように、ブレード２１は、第１面２１ｇと、第２面２１ｈとを有している。第１面２１ｇは、実施形態に係る回転装置１に入力される流体の上流側を向いている面である。なお、第１角度θ１が負角である場合、第１部分２１ａに位置する第１面２１ｇは、実施形態に係る回転装置１に入力される流体の下流側を向くことになる。第２面２１ｈは、第１面２１ｇの反対面である。

【0035】

第１面２１ｇは、断面視において、Ｓ字形状を有していることが好ましい。すなわち、第１面２１ｇは、第１エッジ２１ｅと第２エッジ２１ｆとの間に変曲点を有していることが好ましい。より具体的には、第１面２１ｇは、断面視において、第１面２１ｇの接線方向と回転軸１０の延在方向とがなす角度が第１エッジ２１ｅ側から第２エッジ２１ｆ側に向かうにしたがって一旦増加した後、さらに第２エッジ２１ｆ側に向かうにしたがって減少するような曲線形状を有していることが好ましい。

【0036】

なお、第１角度θ１が負角である場合、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃに位置する第１面２１ｇは第１端１０ａ側（流体の流れ方向における上流側）に向いている一方、第１部分２１ａに位置する第１面２１ｇは、第２端１０ｂ側（流体の流れ方向における下流側）に向くようになるため、第１部分２１ａに位置する第１面２１ｇは、断面視において、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃに位置する第１面２１ｇとは逆のＳ字形状となる。

【0037】

この場合には、第１部分２１ａから第２部分２１ｂにかけて、第１面２１ｇと第２面２１ｈとが、流体の上流側からみた平面視において、反転したような形状となる。その結果、第１部分２１ａの近傍を通過する流体は、第２部分２１ｂを通過する流体の裏側に入り込むように移動する。その結果、各ブレード間を通過する流体が、より効率的に羽根車２０の回転方向とは反対方向の渦巻状の回転に変換される。また、この場合には、第１部分２１ａに位置する第２エッジ２１ｆ近傍の空間が広げられるため、第１部分２１ａを通過する流体は、第２部分２１ｂを通過する流体を引き込む結果、相乗的な流体の移動エネルギーを得ることになる。

【0038】

このように、各ブレード間を通過する流体の渦巻状の回転が、第１部分２１ａと第２部分２１ｂとの境界に位置する第２エッジ２１ｆを通過した流体により生じる渦巻状の流れが基軸となり、ブレード２１全体によって生じる渦巻状の回転が促され、この渦巻状の回転が羽根車２０の回転をさらに付勢する際（後述）に、羽根車２０に働く力を第１部分２１ａに位置する第１面２１ｇがより効率的に受け、羽根車２０の回転をより付勢することができる。

【0039】

第１面２１ｇは、断面視において、第１エッジ２１ｅにおける接線方向と回転装置１に流入しようとする流体の流れ方向とが略平行となる（例えば、第１部分２１ａに位置する第１エッジ２１ｅにおける接線方向と回転軸１０の延在方向とがなす角度が０°±１０°、第２部分２１ｂに位置する第１エッジ２１ｅにおける接線方向と回転軸１０の延在方向とがなす角度が０°から６０°、第３部分２１ｃに位置する第１エッジ２１ｅにおける接線方向と回転軸１０の延在方向とがなす角度が、０°から３０°となる場合）曲線形状を有していることが好ましい。第１面２１ｇは、断面視において、第２エッジ２１ｆにおける接線方向が回転装置１を通過しようとする際の流体の流れ方向に沿うような曲線形状を有していることが好ましい。

【0040】

これにより、流体と各ブレードの接触に伴う抗力を抑制し、乱流の発生をさらに抑制することができる。なお、ブレード２１が上記のような断面形状（Ｓ字形状）を有することは必須ではなく、ブレード２１は、平板をつなぎ合わせたような形状で構成されていてもよい。

【0041】

第１面２１ｇと第２面２１ｈとは、平行であることが好ましい。すなわち、ブレード２１は、第１エッジ２１ｅと第２エッジ２１ｆとの間に位置するブレード２１の厚みは、第１エッジ２１ｅ及び第２エッジ２１ｆに位置するブレード２１の厚みよりも大きくなっていないことが好ましい。このことを別の観点からいえば、第２面２１ｈは、断面視において、第１面２１ｇと同様の形状を有してもよい。

【0042】

図２に示すように、ブレード２１は、第１部分２１ａ側から第３部分２１ｃ側に向かうにしたがって、第２端１０ｂから第１端１０ａに向かう方向への湾曲が大きくなっていてもよい。

【0043】

（実施形態に係る発電装置の構成）
以下に、実施形態に係る発電装置の構成について図４を参照して説明する。
図４は、実施形態に係る発電装置の構成を示す模式図である。図４に示すように、実施形態に係る発電装置は、回転装置１と、発電機３０とを有している。回転装置１の数は、複数であることが好ましい。複数の回転装置１の各々は、直列に接続されている。すなわち、複数の回転装置１の各々は、流体の流れ方向の上流側から下流側に向かって順次接続されている。このことをさらに別の観点からいえば、複数の回転装置１は、１本の回転軸１０を共通して用いている。

【0044】

発電機３０には、回転装置１の回転軸１０が接続されている。回転軸１０は、回転数変換機構（増速機、減速機等）を介して発電機３０に接続されていてもよい。回転数変換機構は、例えば歯車機構（ギアボックス）により実現される。発電機３０は、回転装置１の回転軸１０の中心軸周りの回転が伝達されることにより、発電動作を行う。より具体的には、回転装置１の回転軸１０の中心軸周りの回転が発電機３０の回転軸に伝達されることにより、発電機３０は発電動作を行う。

【0045】

（実施形態に係る回転装置の効果）
以下に、実施形態に係る回転装置１の効果について説明する。
まず、実施形態に係る回転装置１の羽根車２０の流体の流れ方向での上流側の面において生じる現象について説明する。図５は、実施形態に係る回転装置１における流体の流れを示す模式図である。図５中において、流体の流れは、実線矢印により示されている。なお、図５中において、羽根車２０は、時計回り方向に回転する。

【0046】

上記のとおり、第１角度θ１、第２角度θ２及び第３角度θ３は、第１角度θ１＜第３角度θ３＜第２角度θ２との関係を充足している。そのため、実施形態に係る回転装置１に入力される流体が第１部分２１ａ、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃの近傍を通過する際に曲げられる程度は、（第１部分２１ａ近傍を通過する際に曲げられる程度）＜（第３部分２１ｃ近傍を通過する際に曲げられる程度）＜（第２部分２１ｂを通過する際に曲げられる程度）との関係を充足することになる。

【0047】

その結果、図５に示すように、実施形態に係る回転装置１に入力される流体は、羽根車２０の各ブレードに接触して羽根車２０を回転させるとともに、羽根車２０の各ブレードの間を通過する際に、当該接触により渦巻状に回転する。なお、この渦巻状の回転方向は、羽根車２０の回転方向と逆方向になる。

【0048】

上記のとおり、第４部分２１ｄは、回転軸１０の延在方向と略平行に延在しているため、各ブレードの回転軌道により画される領域の内側における流体の流れと、当該領域の外側に位置する領域における流体の流れとを分離することができ（すなわち、各ブレードと回転装置１の外側を流れる流体との間の抵抗を軽減することができ）、当該領域の外側に位置する領域からの影響を低減することができる。

【0049】

また、第４部分２１ｄに位置する第２エッジ２１ｆが第３部分２１ｃに位置する第２エッジ２１ｆよりも突出している場合、流体が羽根車の各ブレードを通過する際に形成される渦巻状の流れが径方向外側に散逸してしまうことを抑制することができる。

【0050】

次に、実施形態に係る回転装置１の羽根車２０の流体の流れ方向での下流側の面において生じる現象について説明する。
上記のとおり、各ブレードの間を通過した流体は、羽根車２０の回転方向と逆方向に回転するため、回転軸１０等との摩擦による抵抗が減少する。また、本発明者らが見出した知見によると、各ブレード間を渦巻状に回転して通過した流体は、圧力が周囲よりも低下する。この渦巻状に回転する流れは、上記のとおり、回転方向が羽根車２０と逆であるため、上流側との圧力差に起因して、羽根車２０をさらに付勢する。さらに、この渦巻状に回転する流れは、羽根車２０の外側を流れる流体との圧力差に起因して、羽根車２０の外側（すなわち、各ブレードの回転軌道により画される領域の外側）を流れる流体を引き込む。羽根車２０の外側を流れる流体は、等速直線的な流れであるため、各ブレード間を通過した渦巻状の流れは、これと合流することで、再び等速直線的な流れに近づく。

【0051】

このように、実施形態に係る回転装置１によると、入力される流体は、羽根車２０の流体の流れ方向での上流側の面のみならず、下流側の面においても、羽根車２０を回転させるように作用するため、入力される流体から効率的に回転エネルギーを取り出すことができる。さらに、実施形態に係る回転装置１によると、入力される流体が羽根車２０の流体の流れ方向での下流側の面において羽根車２０の外側を通過する流体と合流する際に、渦巻状の回転が解消されるため、回転装置の下流側における乱流を生じさせ難くすることができる。そして、入力される流体の流れ方向の上流側においては、第４部分２１ｄが回転装置１の外側を流れる流体との間の抵抗を減少させる。

【0052】

以上の結果として、実施形態に係る回転装置１によると、回転装置１の下流側及び外側における乱流の発生を抑えつつ、効率を向上させることができる。なお、上記においては、回転装置１を流体の流れの中に配置する場合を例に説明したが、回転装置１を推進装置に組み込む場合や送風装置に組み込む場合においては、上記とは流体の流れの方向が逆となるが、上記と類似した現象が生じることにより、動力源によって生じる回転装置１の回転から効率的かつ安定した流体の流れを取り出すことができる。

【0053】

実施形態に係る回転装置１において、第１部分２１ａにおける幅Ｗが第２部分２１ｂにおける幅Ｗよりも小さい場合、流体は、第１部分２１ａの近傍をより低い抵抗で通過する。したがって、この場合には、羽根車２０の各ブレードを通過する際の渦巻状の回転をさらに生じさせやすくなる。そのため、この場合には、さらに効率的に流体から回転エネルギーを取り出すことが可能となる。

【0054】

実施形態に係る回転装置１において、第４部分２１ｄに位置する第２エッジ２１ｆが、平面視において、第１部分２１ａ、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃに位置する第２エッジ２１ｆよりも突出している場合、上記の通り、流体が羽根車の各ブレードを通過する際に形成される渦巻状の流れが径方向外側に散逸してしまうことを抑制することができる。その結果、より多くの各ブレード間を通過する渦巻状の流体の流れを、羽根車２０よりも外側かつ下流側を流れる流体の流れと合流させることができる。そのため、この場合には、さらに効率的に流体から回転エネルギーを取り出すことが可能となる。

【0055】

実施形態に係る回転装置１において、第１角度θ１が負角である場合、第１部分２１ａにおける部材自体の幅を大きくしても、流体は、第１部分２１ａの近傍をより低い抵抗で通過する。そのため、この場合には、流体が羽根車２０の各ブレードを通過する際の渦巻状の回転を生じさせつつ、各ブレードの強度を向上させることができる。また、実施形態に係る回転装置１において、第１角度θ１が負角である場合、各ブレードの間を渦巻状に回転しながら通過する流体が、羽根車２０の回転をさらに付勢しやすくなる。そのため、この場合には、さらに効率的に流体から回転エネルギーを取り出すことが可能となる。

【0056】

実施形態に係る回転装置１においては、原理的に、第１エッジ２１ｅと第２エッジ２１ｆとの間において、ブレード２１の厚みが大きくなっている必要がない。そのため、実施形態に係る回転装置１において、ブレード２１が第１面２１ｇと、第１面２１ｇの反対面であり、かつ第１面２１ｇに平行な第２面２１ｈとを有する場合には、ブレード２１の軽量化、ブレード２１の製造工程の簡略化が可能となる。

【0057】

（実施形態に係る発電装置の効果）
上記のとおり、実施形態に係る回転装置１は、回転装置の下流側及び外側における乱流の発生を抑制しつつ、流体から効率的に回転エネルギーを取り出すことができる。そのため、実施形態に係る発電装置によると、効率的な発電を行うことができる。

【0058】

より具体的には、流体の速度及び密度が概ね同一である流体の中に複数の回転装置を配置する場合、回転装置の各々の回転が同期する。そのため、実施形態に係る発電装置によると、各回転装置１間で回転軸１０を共通化することができる。また、上記のとおり、実施形態に係る回転装置１においては、回転装置１の下流側かつ外側を流れる流体を、各ブレードの間を通過する流体に合流させることができる。そのため、実施形態に係る発電装置によると、実施形態に係る回転装置１の下流側かつ外側を流れる流体をも発電動作に寄与させることができる。

【0059】

（その他）
上記においては、実施形態に係る回転装置１の回転軸１０を発電機３０に接続して発電装置として用いる例について説明したが、実施形態に係る回転装置１の具体的な適用例はこれに限られるものではない。例えば、実施形態に係る回転装置１は、推進装置に用いることができる。この推進装置は、実施形態に係る回転装置１と、モータ、エンジン等の動力源とを有している。実施形態に係る回転装置１の回転軸１０は、動力源に接続される。動力源は、回転軸１０を中心軸周りに回転させる。

【0060】

このような推進装置は、回転装置１を通過する流体の流れ方向の下流側及び回転装置１の外側における乱流の発生及び回転装置１の外側を通過する流体に対する乱流の発生を抑制することにより、効率的に推進力を得ることができる。

【0061】

また、実施形態に係る回転装置１においては、通過する流体の流れ方向の下流側及び回転装置１の外側における乱流の発生を抑制することができるため、実施形態に係る回転装置１は、整流装置にも好適に組み込まれる。

【0062】

さらに、回転装置１は、回転装置１を通過する流体の流れ方向の下流側及び回転装置１の外側における乱流の発生及び回転装置１の外側を通過する流体に対する乱流の発生を抑制することができるため、実施形態に係る回転装置１は、回転軸１０がモータ等の動力源に接続されることにより、安定した流体の流れを生じさせることができるため、扇風機、送風ファン等の送風装置としても好適に用いることができる。

【0063】

今回開示された実施形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0055】

上記の実施形態は、例えば風力発電装置、水力発電装置等の発電装置、推進装置、整流装置、送風装置及びそのような装置に用いられる回転装置に特に好適に適用される。

【符号の説明】

【0064】

１ 回転装置
１０ 回転軸
１０ａ 第１端
１０ｂ 第２端
２０ 羽根車
２１，２２，２３，２４ ブレード
２１ａ 第１部分
２１ｂ 第２部分
２１ｃ 第３部分
２１ｄ 第４部分
２１ｅ 第１エッジ
２１ｆ 第２エッジ
２１ｇ 第１面
２１ｈ 第２面
３０ 発電機
Ｗ 幅

【要約】

【課題】本発明は、乱流の発生を抑制しつつ、効率を向上させることができる回転装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係る回転装置は、回転軸と、ブレードとを備えている。ブレードは、回転軸に取り付けられている。ブレードは、第１部分と、第２部分と、第３部分と、第４部分とを有している。第１部分は、回転軸の側に配置されている。第２部分は、第１部分に連なっている。第３部分は、第２部分に連なっている。第４部分は、第３部分に連なり、かつ第３部分から回転軸の延在方向に略平行に延在している。第１部分と回転軸の延在方向とは、第１角度をなしている。第２部分と回転軸の延在方向とは、第２角度をなしている。第３部分と回転軸の延在方向とは、第３角度をなしている。第１角度は、第３角度よりも小さい。第２角度は、第１角度と第３角度との間の角度である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】