特許 6961865 運動体、運動体複合体、及び、エネルギー変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6961865

(24)【登録日】2021年10月18日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】運動体、運動体複合体、及び、エネルギー変換装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 1/06 20060101AFI20211025BHJP

   F03B 17/06 20060101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   F03D1/06 Z

   F03B17/06

【請求項の数】8

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2017-116817(P2017-116817)

(22)【出願日】2017年6月14日

(65)【公開番号】特開2018-53891(P2018-53891A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2019年8月16日

(31)【優先権主張番号】特願2016-174490(P2016-174490)

(32)【優先日】2016年9月7日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】516269618

【氏名又は名称】株式会社ハイドロヴィーナス

(74)【代理人】

【識別番号】100127203

【弁理士】

【氏名又は名称】奈良 泰宏

(72)【発明者】

【氏名】比江島 慎二

(72)【発明者】

【氏名】上田 剛慈

【審査官】 北村 一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２２６２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０１４８５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０００１７６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３３０３５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０１１６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−００５７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４９４７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ １／００−８０／８０

Ｆ０３Ｂ １３／００−１３／２６；１７／００−１７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の流れ場において、ギャロッピングの原理で振動又は回転を発生可能な運動体であって、
断面アスペクト比（長径／短半径）が４〜８の半楕円形状の断面を有した半楕円柱であり、
前記半楕円形状の断面の直線部分が前記流体の流れの上流側に向くように配置されることを特徴とする運動体。

【請求項2】

流体の流れ場において、ギャロッピングの原理で振動又は回転を発生可能な運動体であって、
下記条件（ｉ）〜（ｖ）の関係を満たす基本線１及び基本線２に囲まれてなる形状の断面を有していることを特徴とする運動体。
（ｉ）前記基本線１は、直交座標系のｙ≧０において定義される線ｙ_１＝ｆ（ｘ_１）である。前記基本線２は、直交座標系のｙ≦０において定義される線ｙ_２＝ｆ（ｘ_２）である。また、ｙ軸の正方向は、前記流体の流れ方向と一致している。なお、前記基本線１及び前記基本線２は角形状を持たない滑らかな線である。
（ｉｉ）前記基本線１及び前記基本線２は、ｘ軸上の２点ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘで交わる。
ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘは、ｘ_１及びｘ_２の最小値と最大値である。
ｘ_１とｘ_２とは、極小値及び極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘはｙ_１の最大値であり、ｙ_１は極小値を持たない。
ｙ_ｍｉｎはｙ_２の最小値であり、ｙ_２は極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘ+ｙ_ｍｉｎ≧０、且つ、ｙ_ｍａｘ＞０である。また、ｙ_ｍｉｎ＝０のとき、前記基本線２はｘ軸上の線分となる。
（ｉｉｉ）前記基本線１及び前記基本線２に囲まれてなる形状の断面について、ｅ＝（ｘ_ｍａｘ−ｘ_ｍｉｎ)／（ｙ_ｍａｘ−ｙ_ｍｉｎ)とするとき、１．５≦ｅ≦１５である。
（ｉｖ）前記基本線１のうちｙ_ｍａｘの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
前記基本線２のうちｙ_ｍｉｎの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
（ｖ）前記基本線１及び前記基本線２のｘ軸線との交点における接線とｘ軸とはいずれも垂直に交わっており、前記基本線１及び前記基本線２のｘ軸線との交点を含む前記運動体の両端部は曲線又は直線形状となっている。

【請求項3】

流体の流れ場において、ギャロッピングの原理で振動又は回転を発生可能な運動体であって、
下記条件（ｉ）〜（ｖ）の関係を満たす基本線１及び基本線２に囲まれてなる形状を基にして前記基本線２側から内部をくり抜いてなる凹状の断面を有し、
前記運動体の両端部の先端に突起が設けられていることを特徴とする運動体。
（ｉ）前記基本線１は、直交座標系のｙ≧０において定義される線ｙ_１＝ｆ（ｘ_１）である。前記基本線２は、直交座標系のｙ≦０において定義される線ｙ_２＝ｆ（ｘ_２）である。また、ｙ軸の正方向は、前記流体の流れ方向と一致している。なお、前記基本線１及び前記基本線２はｘ軸との交点以外に角形状を持たない滑らかな線である。
（ｉｉ）前記基本線１及び前記基本線２は、ｘ軸上の２点ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘで交わる。
ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘは、ｘ_１及びｘ_２の最小値と最大値である。
ｘ_１とｘ_２とは、極小値及び極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘはｙ_１の最大値であり、ｙ_１は極小値を持たない。
ｙ_ｍｉｎはｙ_２の最小値であり、ｙ_２は極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘ+ｙ_ｍｉｎ≧０、且つ、ｙ_ｍａｘ＞０である。また、ｙ_ｍｉｎ＝０のとき、前記基本線２はｘ軸上の線分となる。
（ｉｉｉ）前記基本線１及び前記基本線２に囲まれてなる形状の断面について、ｅ＝（ｘ_ｍａｘ−ｘ_ｍｉｎ)／（ｙ_ｍａｘ−ｙ_ｍｉｎ)とするとき、１．５≦ｅ≦１５である。
（ｉｖ）前記基本線１のうちｙ_ｍａｘの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
前記基本線２のうちｙ_ｍｉｎの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
（ｖ）ｘ軸上の前記基本線１と前記基本線２との交点を含む前記運動体の両端部の形状は、角形状又は曲線形状である。

【請求項4】

前記流体の流れ方向と垂直な面に対してピッチ角を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の運動体。

【請求項5】

前記運動体の両端部の先端に突起が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の運動体。

【請求項6】

比重が周囲の前記流体の比重よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の運動体。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載の運動体と、
回転軸に、前記流体の流れ方向に直交する方向に柱状に形成され、一方の端部が前記回転軸に固定されて自励振動又は自励回転により前記回転軸を中心として運動可能な１以上の別の運動体と、
が設けられていることを特徴とする運動体複合体。

【請求項8】

流体の運動エネルギーを別のエネルギーに変換するエネルギー変換装置であって、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の運動体、又は請求項７に記載の運動体複合体と、
前記請求項１〜６のいずれか１項に記載の運動体、又は請求項７に記載の運動体複合体に、間接的に復元力を付加し前記運動体の運動を制御するバネ機構と、
が設けられていることを特徴とするエネルギー変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体の流れによる運動エネルギーを電気エネルギーなどの別のエネルギーに変換することにより、電力を発生する発電装置などのエネルギー変換装置に使用可能な運動体、及び、該運動体を複数備えた運動体複合体、及び、エネルギー変換装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、身近にある自然エネルギーを利用した発電が様々提案されている。その一例として、風力発電、水力発電等が知られている。風力発電及び水力発電はそれぞれ、風力、水力によってプロペラ翼等を回転させることによりロータを回転させて、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装置が用いられている。また、発電装置として、風、水等の流体の流れ場内に位置することによって振動する運動体を用いたものがある。

【0003】

例えば特許文献１には、流体の流れ場内に位置することによって発生する運動体の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置が開示されている。この発電装置では、運動体の一方の端部が流体の流れ場において流体の流れ方向に平行な軸に軸支されて、運動体が軸の周りに自励振動により往復運動することで、電気エネルギーを生成するようになっている。ここで、流体の流れが運動体に当たると、運動体の後ろ側にはカルマン渦が発生し、運動体はカルマン渦の周波数によって加振され、渦励振と呼ばれる流体励起振動を発生する状態となる。そして、運動体の固有振動数とカルマン渦の発生周波数とが近接する共振状態のときに大振幅の振動が発生し、両固有振動数が一致するときに最大振幅が発生する。したがって、発電装置が効率良く電気エネルギーを生成するためには、運動体を共振状態として大振幅の振動を発生させることが重要になる。

【0004】

なお、渦励振は、断面形状に角部がない円柱などの運動体で発生するが、所定位置において断面形状の上流部側の両端部に角部を持つ四角柱又は三角柱などの運動体では、ギャロッピングと呼ばれる流体励起振動が発生することが知られている。ギャロッピングは、運動体自身の動きによってより大きな流体力が発生し、自己励起的に振動が増幅する流体励起振動であり、渦励振よりも大振幅の振動が発生する。そのため、ギャロッピングを利用すれば、渦励振よりもより大きなエネルギーを流体の流れ場から取り出すことが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５３０３６８６号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、エネルギー変換効率を向上させることが可能となるように、従来よりもさらに大きい振幅のギャロッピングを発生させることができる運動体が望まれている。大きな振幅のギャロッピングを発生させるには、流体よりも運動体の比重を小さくすることが望ましいが、比重の小さい運動体は流体抵抗に対する耐性が低く振動が止まりやすい。流体抵抗は運動体の断面形状に依存するため、なるべく流体抵抗の小さい断面形状が理想的である。ギャロッピングを生じる断面形状として一般的によく知られた四角柱及び三角柱などは、運動体の進行（運動）方向に大きな流体抵抗を受けやすい断面形状であり、効率が悪い。

【0007】

そこで、本発明は、流体の流れを利用したエネルギー変換装置において使用でき、ギャロッピングを発生しやすい断面形状の特徴を有しながら、同時に、運動体の進行（運動）方向の流体抵抗が小さい断面形状を用いることで、従来よりもエネルギー変換性能に優れた運動体、及び、該運動体を複数備えた運動体複合体、並びに、該運動体又は該運動体複合体を有したエネルギー変換装置、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】

【0008】

（１）本発明は、流体の流れ場において、ギャロッピングの原理で振動又は回転を発生可能な運動体であって、断面アスペクト比（長径／短半径）が４〜８の半楕円形状の断面を有した半楕円柱であり、前記半楕円形状の断面の直線部分が前記流体の流れの上流側に向くように配置されることを特徴とする。

【0009】

（２）別の観点として、本発明は、流体の流れ場において、ギャロッピングの原理で振動又は回転を発生可能な運動体であって、下記条件（ｉ）〜（ｖ）の関係を満たす基本線１及び基本線２に囲まれてなる形状の断面を有していることを特徴とするものであってもよい
（ｉ）前記基本線１は、直交座標系のｙ≧０において定義される線ｙ_１＝ｆ（ｘ_１）である。前記基本線２は、直交座標系のｙ≦０において定義される線ｙ_２＝ｆ（ｘ_２）である。また、ｙ軸の正方向は、前記流体の流れ方向と一致している。なお，前記基本線１及び前記基本線２は角形状を持たない滑らかな線である。
（ｉｉ）前記基本線１及び前記基本線２は、x軸上の２点ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘで交わる。
ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘは、ｘ_１及びｘ_２の最小値と最大値である。
ｘ_１とｘ_２とは、極小値及び極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘはｙ_１の最大値であり、ｙ_１は極小値を持たない。
ｙ_ｍｉｎはｙ_２の最小値であり、ｙ_２は極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘ+ｙ_ｍｉｎ≧０、且つ、ｙ_ｍａｘ＞０である。また、ｙ_ｍｉｎ＝０のとき、前記基本線２はx軸上の線分となる。
（ｉｉｉ）前記基本線１及び前記基本線２に囲まれてなる形状の断面について、ｅ＝（ｘ_ｍａｘ−ｘ_ｍｉｎ)／（ｙ_ｍａｘ−ｙ_ｍｉｎ)とするとき、１．５≦ｅ≦１５（２≦e≦１２が好ましい）である。
（ｉｖ）前記基本線１のうちｙ_ｍａｘの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
前記基本線２のうちｙ_ｍｉｎの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
（ｖ）前記基本線１及び前記基本線２のｘ軸線との交点における接線とｘ軸とはいずれも垂直に交わっており、前記基本線１及び前記基本線２のｘ軸線との交点を含む前記運動体の両端部（例えば、交点付近のみの幅の狭い範囲）は曲線又は直線形状となっている。
なお、第２の運動体を振動させる場合、該第２の運動体の断面形状は、ｙ軸を対称軸として左右が線対称となっていることが好ましい。

【0010】

（３）他の観点として、本発明は、流体の流れ場において、ギャロッピングの原理で振動又は回転を発生可能な運動体であって、下記条件（ｉ）〜（ｖ）の関係を満たす基本線１及び基本線２に囲まれてなる形状を基にして前記基本線２側から内部をくり抜いてなる凹状の断面を有し、前記運動体の両端部の先端に突起が設けられていることを特徴とするものであってもよい。
（ｉ）前記基本線１は、直交座標系のｙ≧０において定義される線ｙ_１＝ｆ（ｘ_１）である。前記基本線２は、直交座標系のｙ≦０において定義される線ｙ_２＝ｆ（ｘ_２）である。また、ｙ軸の正方向は、前記流体の流れ方向と一致している。なお、前記基本線１及び前記基本線２はｘ軸との交点以外に角形状を持たない滑らかな線である
（ｉｉ）前記基本線１及び前記基本線２は、ｘ軸上の２点ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘで交わる。
ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘは、ｘ_１及びｘ_２の最小値と最大値である。
ｘ_１とｘ_２とは、極小値及び極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘはｙ_１の最大値であり、ｙ_１は極小値を持たない。
ｙ_ｍｉｎはｙ_２の最小値であり、ｙ_２は極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘ+ｙ_ｍｉｎ≧０、且つ、ｙ_ｍａｘ＞０である。また、ｙ_ｍｉｎ＝０のとき、前記基本線２はｘ軸上の線分となる
（ｉｉｉ）前記基本線１及び前記基本線２に囲まれてなる形状の断面について、ｅ＝（ｘ_ｍａｘ−ｘ_ｍｉｎ)／（ｙ_ｍａｘ−ｙ_ｍｉｎ)とするとき、１．５≦ｅ≦１５（２≦ｅ≦１２が好ましい）である。
（ｉｖ）前記基本線１のうちｙ_ｍａｘの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
前記基本線２のうちｙ_ｍｉｎの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている
（ｖ）ｘ軸上の前記基本線１と前記基本線２との交点を含む前記運動体の両端部の形状は、角形状又は曲線形状である
なお、第３の運動体を振動させる場合、該第３の運動体の断面形状は、ｙ軸を対称軸として左右が線対称となっていることが好ましい。

【0011】

上記（１）〜（３）の構成によれば、容易に、端部の流体の流れ場下流側に、ギャロッピングに関与する剥離せん断層を形成することができる。さらに、運動体の進行（運動）方向に流線形状に近いため、四角柱又は三角柱などの断面に比べて流体抵抗が小さく、これにより、運動体により大きな振幅のギャロッピングを発生させることができる。したがって、流体の流れを利用したエネルギー変換装置において使用でき、簡単な構成でありながら、従来よりもエネルギー変換性能に優れた運動体とすることができる。なお、基本線１及び基本線２を、ｘ軸との交点以外に角形状を持たない滑らかな線としているのは、各基本線の中間に角形状を有したものとすると、運動体の進行方向の流れが角部で剥離し、流体抵抗が大きくなってしまうためである。したがって、運動体は、流体の流れ場方向に剥離を伴う形状であっても、運動体の進行（運動）方向に滑らかな形状（基本線１及び基本線２それぞれを微分した関数ｄｙ_１／ｄｘ_１、ｄｙ_２／ｄｘ_２がいずれも連続な関数で表される形状。例えば流線形状又は曲線形状）であることが好ましい。ここで、例えば、上記（１）〜（３）の構成のうち、特に強い流体力を誘起する断面形状の運動体を、流体の流れ方向に平行な回転軸を軸として回動するようなギャロッピングを発生させる場合、プロペラのように片方向のみに連続的に回転させることが可能である。また、上記（１）〜（３）の構成の本発明は、水車又は風車のプロペラブレードとして従来から多用されている翼型ブレードとは原理が全く異なるものの、回転機能は同じであり，翼型ブレードに代わるプロペラブレードとして使用可能である。また、上記（１）〜（３）の構成の本発明は、３次元的に複雑な形状の翼型ブレードに比べてシンプルな柱状体であるため、従来に比べて製造しやすく低コストである。さらに、上記（１）〜（３）の構成の本発明は、シンプルな形状に形成することが可能な運動体ゆえ、内部空間に補強構造を組み込みやすく、比較的高い強度を得やすいなどの長所がある。

【0012】

（４）上記（１）〜（３）の運動体においては、流体の流れ方向と垂直な面に対してピッチ角を有していることが好ましい。

【0013】

上記（４）の構成によれば、より回転運動しやすい運動体とすることができる。

【0014】

（５）上記（１）又は（２）の運動体においては、前記運動体の両端部の先端に突起が設けられていることが好ましい。

【0015】

（６）上記（１）〜（５）の運動体においては、比重が周囲の前記流体の比重よりも小さいことが好ましい。

【0016】

上記（５）又は（６）の構成によれば、より振動又は回転運動しやすい運動体とすることができる。

【0017】

（７）本発明の運動体複合体は、上記（１）〜（６）の運動体のいずれか１つと、回転軸に、前記流体の流れ方向に直交する方向に柱状に形成され、一方の端部が前記回転軸に固定されて自励振動又は自励回転により前記回転軸を中心として運動可能な１以上の別の運動体と、が設けられていることを特徴とする。

【0018】

上記（７）の構成によれば、各運動体の自励振動運動、又は、各運動体の自励回転運動が合わさることにより、さらに運動エネルギーを増加させることができる。

【0019】

（８）本発明は、流体の運動エネルギーを別のエネルギー（例えば、機械的な運動エネルギー、位置エネルギー、電気エネルギー又は圧力エネルギーなど）に変換するエネルギー変換装置であって、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の運動体、又は上記（７）に記載の運動体複合体と、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の運動体、又は上記（７）に記載の運動体複合体に、間接的に復元力を付加し前記運動体の運動を制御するバネ機構と、が設けられていることを特徴とする。

【0020】

上記（８）の構成によれば、例えば取り付けた軸を中心として回転する運動体の回転運動をバネの復元力で制御し、往復振動運動にすることが可能となるので、運動体が回転できるほどのスペースが無くても、該スペース内で運動体を振動運動させることが可能である。したがって、上記（８）の構成によれば、比較的狭いスペースでも運動エネルギーを別のエネルギーに変換することができる装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施の形態における運動体を用いた発電装置の概略構成図である。

【図2】（Ａ）は図１の運動体を流体の上流方向から見た図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図3】（Ａ）、（Ｂ）は図１の運動体の変形例を示す図であって、流体の流れ方向から見た図である。

【図4】図１の運動体の変形例の断面形状を示す図である。

【図5】本発明の実施の形態における運動体の断面を一般化した場合を説明するための図であって、（Ａ）が両端部に角部を持つもの、（Ｂ）が両端部に曲面形状を持つもの、（Ｃ）が一部をくり抜いてなる形状のもの、を示す図である。

【図6】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施の形態における運動体複合体の例を模式的に説明した図である。

【図7】図１の運動体の他の変形例を示す断面図であって、（Ａ）が流体の流れ方向と垂直な面に対してピッチ角をつけたもの、（Ｂ）が流体の流れ方向に対して下流側に傾倒したもの、を示した図である。

【図8】図１の運動体を有した発電装置の変形例を示す概略構成図である。

【図9】図１の運動体を有した発電装置の他の変形例を示す概略構成図である。

【図10】本発明の実施の形態における運動体複合体を用いた発電装置において測定したパワー係数の結果を示す図である。

【図11】本発明の実施の形態における運動体を用いた発電装置において測定したパワー係数の結果を示す図である。

【図12】従来例と断面アスペクト比を２とした各運動体とを図１の発電装置に使用した場合の仕事率の測定結果を示すグラフである。

【図13】本発明に係る実施例６のパワー係数の測定結果を示すグラフである。

【図14】本発明に係る実施例７のパワー係数の測定結果を示すグラフである。

【図15】本発明に係る実施例８のパワー係数の測定結果を示すグラフである。

【図16】（Ａ）は、本発明に係る実施例９のパワー係数の測定結果を示すグラフであり、（Ｂ）は実施例９における運動体の断面形状の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態における発電装置の概略構成図、図２（Ａ）は図１の運動体を流体の流れ方向から見た図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図３（Ａ）、（Ｂ）は図１の運動体の変形例を示す図であって、流体の流れ方向から見た図、図４は、図１の運動体の変形例の断面形状を示す図である。

【0023】

図１において、本発明の実施の形態における発電装置１００は、運動体１０と回転軸２と発電部３とを有し、流れ場Ｆを有する流体内に設けられている。運動体１０は、流体の流れ方向（図１の流れ場Ｆの矢印方向）に直交する長方形の面１を有し、流体の流れ方向に直交する方向に延びる柱状に形成されている。運動体１０は、流れ場Ｆ内で流体の流れ方向に直交する面１を有することによって発生する流体励起振動のギャロッピングの原理により回転軸２周りに振動又は回転する。

【0024】

回転軸２は、流体の流れ方向に平行に延設されているとともに、運動体１０の軸受け部４の孔４ａを介して軸受け部４に固定されている。また、回転軸２は、支持フレーム５の板部材５ａ、５ｂにより一端部付近と途中部分とが回転可能に支持されている。また、回転軸２は、他端部の先端にベルト６を架けることができるようになっており、ベルト６を介して発電部３の発電用モータに接続されている。なお、支持フレーム５は、板部材５ａなどの板部材を直方体状に組み上げて固定してなるものである。

【0025】

発電部３は、支持フレーム５の上部に取り付けられた４本の支持フレーム７に支持されている板部材８に固定されており、電気エネルギーを生成するための発電用モータ（図示せず）等を内部に備えている。この発電部３では、該発電用モータの入力回転軸３ａに架けられたベルト６が作動することで入力回転軸３ａが回転して内部のロータ及びステータを介して発電用モータが回転し、発電される。

【0026】

運動体１０は、図２（Ａ）に示すように、鉛直方向下端側に軸受け部４を備えている。この軸受け部４は、回転軸２に孔４ａを介して固定されており、回転軸２を中心に回転自在になっている。また、図２（Ｂ）に示すように、運動体１０の断面（図２（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面）は、半楕円形に形成されている。運動体１０は、流れ場Ｆ内に位置することによって、上流側の両端部に流体の剥離が生じる剥離点Ｐを有するようになる。そして、運動体１０の下流側に、剥離点Ｐから剥離した流体の流れである剥離せん断層９を形成することができるようになっている。

【0027】

ここで、運動体１０の断面の半楕円形の長径をａ、短半径をｂとするとき、運動体１０の断面アスペクト比はａ／ｂとなる。流体（例えば水）の流速が０．３ｍ／ｓ〜６．０ｍ／ｓの流れ場Ｆ内に運動体１０を配置した場合にギャロッピングの原理により振動又は回転を発生させるためには、断面アスペクト比（ａ／ｂ）が１．５≦（ａ／ｂ）≦１５の運動体１０を用いることが好ましい。特に、断面アスペクト比（ａ／ｂ）が２≦e≦１２の運動体１０を用いることが好ましい。なお、断面アスペクト比（ａ／ｂ）が１０を超えると、運動体１０の厚みが薄くなり、製作するのも困難で構造的な強度が弱すぎるとともに，発生する振動や回転がかなり弱くなると考えられる。また、運動体１０の長さＬは、３ｃｍ〜３０００ｃｍとすることが好ましい。また、運動体１０の流体の流れ方向に直交する面１のアスペクト比（Ｌ／ａ）の範囲は、運動体１０が損壊しない範囲であれば特に限定されない。

【0028】

運動体１０の比重は、流体の比重よりも大きくても小さくてもよいが、運動体１０が流れ場Ｆ内で振動又は回転しやすくするためには、運動体１０の比重は流体の比重より小さいことが好ましい。また、運動体１０は、流体が水の場合、例えば中空状の塩化ビニル、繊維強化プラスチック、鋼材、木材（竹を含む）等で構成されることが好ましく、流体が空気の場合、例えばポリ塩化ビニル、ハイパロン等で構成されることが好ましい。なお、流体が水の場合であって、運動体１０が中空状である場合には、水が浸入しないように、運動体１０内部に発泡ウレタンのような素材を詰めておいてもよい。また、流体が空気の場合には、運動体１２の比重を空気よりも小さくするために、空気よりも比重が小さい、ヘリウム又は水素のような気体を、中空状の運動体１２内に充填することが好ましい

【0029】

（発電装置１００の動作）
上記構成の発電装置１００は、流体の流れ場Ｆ内に位置することによって、運動体１０の両端部の剥離点Ｐで上流側から下流側に剥離せん断層９が形成されるようになり、自然界の小さな乱れによって両端部の剥離点Ｐで交互に圧力が変動し、運動体１０に流体の流れ方向に直交する方向の力が作用し、運動体１０が回動し始める。運動体１０が回動し始めると、運動体１０の進行方向側の剥離せん断層９が運動体１０に近づくため、運動体１０の進行方向側のアフターボディ（運動体１０の一部）の表面圧力が低下し、運動体１０の進行方向にさらに大きな回動力が作用するようになる。そのため、運動体１０の回動速度は増加し、それによって運動体１０の進行方向側の剥離せん断層９がさらに運動体１０に近づき、さらに大きな回動力が運動体１０に作用するというフィードバック増幅機構が発生する。このとき、重力、浮力、バネ力などの復元力が運動体１０に作用している場合、運動体１０は少しずつ振幅を増しながら回転軸２周りに往復振動するようになり、時間と共に大振幅の振動に成長する。一方、運動体１０に作用する重力や浮力が弱い場合、あるいはバネを用いない場合、運動体１０は往復振動せず、水車又は風車のプロペラのように片方向への回転を発生する。

【0030】

このようにして、運動体１０が回転軸２周りに振動又は回転することにより、ベルト６を介して発電部３の発電用モータを回転させて、運動体１０の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し発電が行われる。

【0031】

（発電装置１００の特徴）
上記構成の発電装置１００によれば、運動体１０に従来よりもさらに大きい振幅の振動（運動体１０を回転させる場合を含む）を発生させることができるので、簡単な構成でありながら、従来よりも発電性能に優れた装置とすることができる。

【0032】

（変形例）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。例えば、下記変形例が挙げられる。

【0033】

例えば、運動体の流体の流れ方向に直交する面の形状は、長方形に限定されるものではなく、図３（Ａ）に示すように、鉛直方向上端側の先端に向かうほど運動体１０ａの幅ａ（断面の半楕円形の長径）が徐々に細くなる台形、又は図３（Ｂ）に示すように、鉛直方向上端側の先端に向かうほど運動体１０ｂの幅ａが徐々に太くなる台形であってもよい。また、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したテーパー部１１を曲線状（凹形状又は凸形状の扇形状など）にしてもよい。また、運動体の鉛直方向上端側の先端は、翼端渦を形成しないように先端を丸くしたり、折り曲げたりする変更も可能である。

【0034】

また、上記実施の形態における運動体の断面形状は、半楕円形に限定されるものではなく、図４（Ａ）に示すように面１ｃが凹んだ円弧形に形成された運動体１０ｃであってもよい。他に、図４（Ｂ）に示すように、面１ｄが凸形状となっていて、両端部に剥離点Ｐとなる角部を有している運動体１０ｄでもよい。また、図４（Ｃ）に示すように、面１ｅが凸形状となっていて、両端部が曲面を有しており、両曲面の先端部が剥離点Ｐとなるものであってもよい。なお、図４（Ａ）〜（Ｃ）の運動体は中空状のものであってもよい。

【0035】

また、運動体の形状に関わるパラメータとして、質量、長さ、断面アスペクト比（ａ／ｂ）、流体の流れ方向に直交する面１のアスペクト比（Ｌ／ａ）があるが、これらは、実施態様に応じて適切な値を決定すればよい。また、上記実施形態の発電装置１００では、発電部３が発電用モータを用いたロータ方式であるが、運動体１０の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための形態としては、公知の形態を用いることが可能である。例えば、永久磁石等の磁場発生器を振動体の先端に取り付け、該磁場発生器の移動位置に対応する位置にコイル等の導電体を並列配置（例えば円周状配置）してなる電磁誘導方式の発電装置等が挙げられる。また、運動体を回転軸に軸支して回転振動させるだけでなく、運動体の両端をバネで吊るなどして上下方向に並進振動させることでエネルギーを取り出すことも可能である。

【0036】

（運動体の断面形状の一般化）
ここまで本発明の実施の形態に係る運動体を説明してきたが、ここで、本発明に係る運動体の断面形状について一般化したものを示す。この一般化した運動体の断面形状としては、大きく３種類の形状に分別することができる。以下、それぞれについて説明する。

【0037】

第１の一般化した運動体は、流体の流れ場において、ギャロッピングの原理で振動又は回転を発生可能なものであって、下記条件（ｉ）〜（ｖｉ）の関係を満たす基本線１及び基本線２に囲まれてなる形状の断面を有している。

【0038】

（ｉ）該基本線１は、直交座標系のｙ≧０において定義される線ｙ_１＝ｆ（ｘ_１）である。該基本線２は、直交座標系のｙ≦０において定義される線ｙ_２＝ｆ（ｘ_２）である。また、ｙ軸の正方向は、該流体の流れ方向と一致している。なお、該基本線１及び該基本線２はｘ軸との交点以外に角形状を持たない滑らかな線である。
（ｉｉ）該基本線１及び該基本線２は、x軸上の２点ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘで交わる。
ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘは、ｘ_１及びｘ_２の最小値と最大値である。
ｘ_１とｘ_２とは、極小値及び極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘはｙ_１の最大値であり、ｙ_１は極小値を持たない。
ｙ_ｍｉｎはｙ_２の最小値であり、ｙ_２は極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘ+ｙ_ｍｉｎ≧０、且つ、ｙ_ｍａｘ＞０である。また、ｙ_ｍｉｎ＝０のとき、該基本線２はx軸上の線分となる。
（ｉｉｉ）該基本線１及び該基本線２に囲まれてなる形状の断面について、ｅ＝（ｘ_ｍａｘ−ｘ_ｍｉｎ）／（ｙ_ｍａｘ−ｙ_ｍｉｎ）とするとき、１．５≦ｅ≦１５（２≦e≦１２が好ましい）である。なお、上記実施の形態及び変形例において、ａは（ｘ_ｍａｘ−ｘ_ｍｉｎ）に対応し、ｂは（ｙ_ｍａｘ−ｙ_ｍｉｎ）に対応している。すなわち、（ａ／ｂ）はｅと対応している。
（ｉｖ）該基本線１のうちｙ_ｍａｘの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
該基本線２のうちｙ_ｍｉｎの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
（ｖ）該基本線２のｘ軸線との交点における接線とｘ軸との交角が９０°よりも小さく、該基本線１及び該基本線２のｘ軸線との交点を含む該運動体の両端部は角形状となっている。
この第１の一般化した運動体の断面形状を例示すると、図５（Ａ）に示した薄墨色の部分（線ｙ_１＝ｆ（ｘ_１）と線ｙ_２＝ｆ（ｘ_２）とに囲まれた部分）となる。
（ｖｉ）この第１の一般化した運動体を振動させる場合、該運動体の断面形状は、ｙ軸を対称軸として左右が線対称となっていることが好ましい。

【0039】

次に、第２の一般化した運動体は、流体の流れ場において、ギャロッピングの原理で振動又は回転を発生可能なものであって、下記条件（ｉ）〜（ｖｉ）の関係を満たす基本線１及び基本線２に囲まれてなる形状の断面を有している。
（ｉ）該基本線１は、直交座標系のｙ≧０において定義される線ｙ_１＝ｆ（ｘ_１）である。該基本線２は、直交座標系のｙ≦０において定義される線ｙ_２＝ｆ（ｘ_２）である。また、ｙ軸の正方向は、該流体の流れ方向と一致している。なお、該基本線１及び該基本線２は角形状を持たない滑らかな線である。
（ｉｉ）該基本線１及び該基本線２は、x軸上の２点ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘで交わる。
ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘは、ｘ_１及びｘ_２の最小値と最大値である。
ｘ_１とｘ_２とは、極小値及び極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘはｙ_１の最大値であり、ｙ_１は極小値を持たない。
ｙ_ｍｉｎはｙ_２の最小値であり、ｙ_２は極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘ+ｙ_ｍｉｎ≧０、且つ、ｙ_ｍａｘ＞０である。また、ｙ_ｍｉｎ＝０のとき、該基本線２はx軸上の線分となる。
（ｉｉｉ）該基本線１及び該基本線２に囲まれてなる形状の断面について、ｅ＝（ｘ_ｍａｘ−ｘ_ｍｉｎ)／（ｙ_ｍａｘ−ｙ_ｍｉｎ）とするとき、１．５≦ｅ≦１５（２≦e≦１２が好ましい）である。なお、上記実施の形態及び変形例において、ａは（ｘ_ｍａｘ−ｘ_ｍｉｎ）に対応し、ｂは（ｙ_ｍａｘ−ｙ_ｍｉｎ）に対応している。すなわち、（ａ／ｂ）はｅと対応している。
（ｉｖ）該基本線１のうちｙ_ｍａｘの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
該基本線２のうちｙ_ｍｉｎの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
（ｖ）該基本線１及び該基本線２のｘ軸線との交点における接線とｘ軸とはいずれも垂直に交わっており、該基本線１及び該基本線２のｘ軸線との交点を含む該運動体の両端部は曲線あるいは直線形状となっている。
この第２の一般化した運動体の断面形状を例示すると、図５（Ｂ）に示した薄墨色の部分（線ｙ_１＝ｆ（ｘ_１）と線ｙ_２＝ｆ（ｘ_２）とに囲まれた部分）となる。
（ｖｉ）この第２の一般化した運動体を振動させる場合、該運動体の断面形状は、ｙ軸を対称軸として左右が線対称となっていることが好ましい。

【0040】

第３の一般化した運動体の断面形状は、流体の流れ場において、ギャロッピングの原理で振動又は回転を発生可能なものであって、下記条件（ｉ）〜（ｖｉ）の関係を満たす基本線１及び基本線２に囲まれてなる形状を基にして該基本線２側から内部をくり抜いてなる凹状の断面を有している。
（ｉ）該基本線１は、直交座標系のｙ≧０において定義される線ｙ_１＝ｆ（ｘ_１）である。該基本線２は、直交座標系のｙ≦０において定義される線ｙ_２＝ｆ（ｘ_２）である。また、ｙ軸の正方向は、該流体の流れ方向と一致している。なお、該基本線１及び該基本線２はｘ軸との交点以外に角形状を持たない滑らかな線である。
（ｉｉ）該基本線１及び該基本線２は、x軸上の２点ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘで交わる。
ｘ_ｍｉｎ、ｘ_ｍａｘは、ｘ_１及びｘ_２の最小値と最大値である。
ｘ_１とｘ_２とは、極小値及び極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘはｙ_１の最大値であり、ｙ_１は極小値を持たない。
ｙ_ｍｉｎはｙ_２の最小値であり、ｙ_２は極大値を持たない。
ｙ_ｍａｘ+ｙ_ｍｉｎ≧０、且つ、ｙ_ｍａｘ＞０である。また、ｙ_ｍｉｎ＝０のとき、該基本線２はx軸上の線分となる。
（ｉｉｉ）該基本線１及び該基本線２に囲まれてなる形状の断面について、ｅ＝（ｘ_ｍａｘ−ｘ_ｍｉｎ)／（ｙ_ｍａｘ−ｙ_ｍｉｎ）とするとき、１．５≦ｅ≦１５（２≦e≦１２が好ましい）である。なお、上記実施の形態及び変形例において、ａは（ｘ_ｍａｘ−ｘ_ｍｉｎ）に対応し、ｂは（ｙ_ｍａｘ−ｙ_ｍｉｎ）に対応している。すなわち、（ａ／ｂ）はｅと対応している。
（ｉｖ）該基本線１のうちｙ_ｍａｘの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
該基本線２のうちｙ_ｍｉｎの点を含む部分が、直線形状、又は、中心から外側に向けて凸の曲率を持つ曲線形状となっている。
（ｖ）ｘ軸上の該基本線１と該基本線２との交点を含む該運動体の両端部の形状は、角形状又は曲線形状である。
（ｖｉ）この第３の一般化した運動体を振動させる場合、該運動体の断面形状は、ｙ軸を対称軸として左右が線対称となっていることが好ましい。
この第３の一般化した運動体の断面形状を例示すると、図５（Ｃ）に示した薄墨色の部分となる。なお、ここでの運動体は、図５（Ｃ）に示したように薄肉状のものでもいいし、単に凹んだ部分を中央に有しているものでもよい。

【0041】

なお、上述の一般化した図５（Ａ）〜（Ｃ）の各運動体の断面形状の両端部の先端には、例えば、図５（Ｄ）に示したような突起が設けられていてもよい。この２箇所の突起によっても剥離せん断層が形成され、ギャロッピングを発生させることができるため、運動体を自励振動又は自励回転させることが可能である。また、上述の一般化した図５（Ａ）〜（Ｃ）の各運動体の表面に、ドーム状、円錐、四角錐、三角錐、横に倒した半円柱、直方体、又は、横に倒した三角柱などの凹凸を設けてもよい。この場合、該凹凸の深さ又は高さは断面アスペクト比の短軸長の１／１０程度以下であって、該凹凸が均された平均の曲線は上述の一般化した図５（Ａ）〜（Ｃ）の各基本線１及び各基本線２の各条件を満たす。

【0042】

（運動体複合体）
次に本発明に係る運動体複合体について説明する。例えば、上述の運動体を複数組み合わせてなる図６（Ａ）、（Ｂ）に示したような運動体複合体が挙げられる。本運動体複合体は、上記実施の形態における運動体１０の代わりに、プロペラとして２枚翼の運動体複合体２０又は３枚翼の運動体複合体３０を用いたものである。以下、運動体複合体２０、運動体複合体３０のそれぞれについて詳述する。

【0043】

運動体複合体２０は、上記実施の形態における断面形状が半楕円形の運動体１０と同様の翼部材２０ａ、２０ｂを有したものである。具体的には、図６（Ａ）に示すように、運動体複合体２０は中央に軸受け部２４を備え、翼部材２０ａ、２０ｂが軸受け部２４から流体の流れ方向に直交する方向に延びる柱状に形成されている。また、翼部材２０ａ、２０ｂは、軸受け部２４の周方向に１８０度間隔をあけて対称的に形成され、流体の流れ方向の上流側において流体の流れ方向に直交する長方形の面２１ａ、２１ｂをそれぞれ有している。軸受け部２４は、回転軸２２により軸支されており、回転軸２２を中心として時計回り方向又は反時計回り方向に回転自在になっている。他の点は上記実施の形態と同様であるので、説明を省略するが、これらの構成により、上記実施の形態よりも効率よく発電できる。

【0044】

運動体複合体３０は、上記実施の形態における断面形状が半楕円形の運動体１０と同様の翼部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃを有したものである。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、運動体複合体３０は中央に軸受け部３４を備え、この軸受け部３４の周方向に等間隔をあけて、翼部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃが軸受け部３４から流体の流れ方向に直交する方向に放射状に形成されている。また、翼部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、流体の流れ方向の上流側において、流体の流れ方向に直交する長方形の面３１ａ、３１ｂ、３１ｃをそれぞれ有している。軸受け部３４は、回転軸３２により軸支されており、回転軸３２を中心として時計回り方向又は反時計回り方向に回転自在になっている。他の点は上記実施の形態と同様であるので、説明を省略するが、これらの構成により、上記実施の形態及び図６（Ａ）のものよりも効率よく発電できる。

【0045】

また、上記実施の形態の他の変形例としては、運動体１０の代わりに、図７（Ａ）、（Ｂ）に示した運動体４０、５０を用いることが挙げられる。具体的には、図７（Ａ）に示したように、流体の流れ場Ｆの方向と垂直な面に対してピッチ角θ（例えば０°を超えた値〜１５°程度）を与えた面４１を有した運動体４０とすることにより、上記実施の形態の運動体１０を用いるよりもパワー係数を大きくすることができる。また、図７（Ｂ）に示したように、運動体５０を、流体の流れ場Ｆの方向に対して下流側に傾けて回転軸５２に軸支したものとしてもよい。なお、ピッチ角θを設けない場合には、静止しやすい状態（例えば、流体の流速変動が激しい場合）において、左右どちらの方向にも回転することが可能である。

【0046】

また、上記実施の形態の他の変形例として、図８に示したものが挙げられる。なお、特に示さないかぎり、本変形例の各部分を示す符号の下一桁の数字が上記実施の形態の各部分を示す符号と一致するものは、同様の部位であるので、説明を省略する。図８に示した発電装置２００は、一端が回転軸１０２の端部に固定され、回転軸１０２に倣って回動する棒状部材１２０と、一端が棒状部材の他端において支持され、他端が支持フレーム１０５に支持されている引張バネ１２１、１２２と、を備えている点で上記実施の形態の発電装置１００と異なっている。このような構成であれば、引張バネ１２１、１２２の復元力を利用して、運動体１１０の復元力（ギャロッピングにより傾倒してから初期状態の立っている状態に戻ってくるための力）が小さい場合でも、振動させることができる。また、運動体１１０が自励回転をするほど運動する場合でも、引張バネ１２１、１２２の復元力を所定の力に設定して回転運動を制御し、振動運動のみにすることも可能である。なお、引張バネ１２１、１２２はどちらか１つでもよい。また、特に、以下の場合にバネを用いると効果的である。
（１）倒立状態の運動体に作用する浮力−重力（＝復元力）＜０
（２）吊り下げ状態の運動体（重力方向を初期状態とするもの）を用いた場合、該運動体に作用する重力−浮力（＝復元力）＜０
（３）運動体に作用する浮力と重力との差（＝復元力）が小さすぎて振動が生じにくいとき。
また、図８の引張バネの代わりに、回転軸が回転した際、該回転軸の回転を復元する方向に付勢する巻きバネを設けてもよい。これにより、図８に示した引張バネの場合と同様の効果を奏することができる。

【0047】

また、図８の引張バネの代わりに、図９に示した回転バネ２２１を用いてもよい。具体的には、運動体２０１と、回転軸２０２、２０４、２０５と、運動体２０１の下端に他端が固定されている回転軸２０２の一端に回転軸２０２に倣って回転するように設けられた第１プーリ２３０と、回転軸２０４の一端に設けられ、回転軸２０４の回転を復元する方向に付勢する回転バネ２２１と、回転軸２０４の他端に設けられ、回転軸２０４に倣って回転するように設けられた第２プーリ２３１と、回転軸２０４の途中に回転軸２０４に倣って回転するように設けられた第３プーリ２３２と、回転軸２０５の他端に設けられ、回転軸２０５に倣って回転するように設けられた第４プーリ２３３と、第１プーリ２３０と第２プーリ２３１とに架設されているベルト２４１と、第３プーリ２３２と第４プーリ２３３とに架設されているベルト２４２と、回転軸２０５の一端に接続された発電部２０３と、を備えた構成の発電装置としてもよい。これにより、図８に示した引張バネの場合と同様の効果を奏することができる。

【0048】

また、回転する上記実施形態の運動体１０の回転を所定位置までで制御して往復振動させることとしてもよい。具体的には、例えば、運動体１０の回転位置の途中に第１の邪魔部材を設けて、それ以上回転しないようにすれば、逆方向に運動するような剥離せん断層が剥離点で上流側から下流側にかけて発生した際、運動体１０は逆方向に運動する。このとき、運動体１０の回転位置の途中に第２の邪魔部材を設けておけば、同様の作用により、最初の方向に運動することとなり、結果的に往復振動させることができるようになる。このような制御を行えば、運動体１０の回転するスペースがなくても、往復振動するスペースを確保するだけでよく、例えば、図１の発電装置の支持フレーム５内だけで十分運動させることも可能となる。結果として、小型の発電装置を提供できる。

【0049】

また、各運動体の用途として発電装置を示したが、これに限られない。例えば、各運動体は、加圧器に用いてもよい。具体的には、上述の各運動体の回転運動又は振動運動を、各運動体の軸となる回転軸とは異なる他の回転軸にベルトなどで伝えて、該回転軸に取り付けたピニオンギアなどからラックを使って並進運動に変え、ラックでピストンなどを押してシリンダ内で圧力を発生させて、発生した圧力で圧力モータ（油圧モータ、水圧モータなど）を作動させ、圧力エネルギーを回転エネルギーなどに変換して他の運動に変えて、他の機械を動かし、加圧器として作動させるようにしてもよい。

【実施例】

【0050】

（実施例１）
次に、図８と同構成の発電装置を製作し、該装置を水中で使用して、半円柱の運動体の発電量の測定を行った。また、比較例として、円柱の運動体を用いた装置も製作し、同様の測定を行った。なお、円柱の運動体、半円柱の運動体ともに、材料はステンレスで中空状（見かけ上の密度は、円柱の運動体が０．２９ｇ／ｃｍ^３、半円柱の運動体が０．４６ｇ／ｃｍ^３）であり、長さ５０ｃｍ、直径１１．５ｃｍである。また、ここで、円柱の運動体の場合に試したバネの回転バネ定数は、下記表１の実施例１の欄に示したものとなっている。まず、水の流速が０．９ｍ／ｓの流れ場Ｆ内に運動体として円柱又は半円柱を配置し、該運動体が往復振動してから、それぞれの発電量を測定すると、円柱の運動体と、上記１．６Ｎｍ／ｒａｄ〜２．７Ｎｍ／ｒａｄの範囲の回転バネ定数のバネそれぞれとを使用した場合、５Ｗであった。同様の条件で、半円柱の運動体と、上記７．５Ｎｍ／ｒａｄ〜１３．７Ｎｍ／ｒａｄの範囲の回転バネ定数のバネそれぞれとを使用した場合、発電量は３０Ｗであった。よって、上記所定範囲の回転バネ定数のいずれかのバネで各運動体を間接的に制御した上記発電装置において、ギャロッピングによる半円柱の運動体の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する形態は、従来のカルマン渦による円柱の運動体の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する形態よりも６倍の発電量を得ることが確認された。

【表1】

【0051】

（実施例２）
次に、実施例１と同様の装置構成であって、長さ３０ｃｍの運動体（半楕円柱）の断面アスペクト比（ａ／ｂ）を変化させた場合において、発電量を測定した。なお、実施例１と同様、流れ場の水の流速は０．９ｍ／ｓである。結果を上記表１の実施例２の欄に示す。

【0052】

表１の結果から、運動体１０の断面アスペクト比（ａ／ｂ）が６のものが最大の発電量を得ることが分かった。よって、この場合の発電装置１００では、発電性能が高い運動体１０の断面アスペクト比（ａ／ｂ）は６付近であることが確認された。また、運動体１０の断面アスペクト比（ａ／ｂ）を変化させると、剥離せん断層９が変化し、剥離せん断層９と運動体１０の相互作用が変化することによって、運動体１０で発生するギャロッピングの特性が変化した結果として、生成される電気エネルギーが変化したものと考える。

【0053】

上述したように、本実施の形態における発電装置１００は、流体の流れ場Ｆ内に位置することによって、運動体１０の両端部の剥離点Ｐから下流側に剥離せん断層９が形成されるとともに発生するギャロッピングのメカニズムにより、運動体１０が回転軸２周りに振動又は回転し、その運動エネルギーを電気エネルギーに変換し発電することができるので、従来よりも簡単な構成で発電性能を向上させることができる。

【0054】

（実施例３）
次に、本発明に係る実施の形態及びその変形例と同構成の発電装置を製作し、水槽内において該装置を使用して、流速を変えてパワー係数をそれぞれ計測した。以下、具体的に説明する。まず、各装置のプロペラ（半楕円柱の運動体）として、１枚翼からなる運動体（上記実施の形態で示した運動体１０と同構成のもの：表１の実施例３の上段参照）、２枚翼からなる運動体（図６（Ａ）に示した２枚翼の運動体複合体２０と同構成のもの：表１の実施例３の中段参照）、３枚翼からなる運動体（図６（Ｂ）に示した３枚翼の運動体複合体３０と同構成のもの：表１の実施例３の下段参照）を用いた。上記２枚翼及び上記３枚翼の各翼には、上記１枚翼と同じ設計のものを使用した。また、パワー係数は、下記のように定義される。
パワー係数（％）＝（プロペラで取得した仕事率）／（１／２・ρ・Ａ・Ｕ^３）
ρは流体の密度、Ｕは流体の流速、Ａはプロペラ回転面積で、プロペラ直径Ｄとすると、Ａ＝π・（Ｄ／２）^２ である。

【0055】

このようにして製作した各プロペラを備えた発電装置を実際に水中で使用し、水の流速を変化させた場合のパワー係数を測定した。結果を図１０に示す。

【0056】

図１０に示す結果から、３枚翼のプロペラを用いた場合（自励回転）に、他よりも高いパワー係数となり、最大で約３４．２％であった。これは、プロペラ回転面積に流入してきた水流エネルギーのうち約３４．２％をプロペラの回転によって取り出すことができることを示す。また、２枚翼のプロペラを用いた場合（自励回転）、パワー係数は最大で約２９．０％で、１枚翼のプロペラを用いた場合（自励回転）、パワー係数は最大で約１９．６％であった。よって、３枚翼のプロペラを用いた場合は、１枚翼のプロペラを用いた場合よりも約１．７５倍のパワー係数であることが分かった。

【0057】

また、流速０．３ｍ／ｓにおいて、３枚翼のプロペラを用いた場合、パワー係数は約２２．２％で、他よりも特に高い値となり、これは１枚翼のプロペラを用いた場合の最大のパワー係数よりも高い値であることが分かった。つまり、１枚翼又は２枚翼のプロペラを用いた場合には、パワー係数が３％に達しない流速０．３ｍ／ｓにおいても、３枚翼のプロペラを用いた場合は、十分にエネルギーを取り出すことができることが分かった。よって、３枚翼のプロペラを用いることにより、幅広い流速に対してパワー係数を高め、効率よく発電できることが確認された。

【0058】

したがって、本変形例の発電装置は、流体の流れ場内に位置することによって、プロペラに発生するギャロッピングにより、プロペラが回転軸周りに回転し、その運動エネルギーを電気エネルギーに変換し発電することができる。さらに、プロペラを１枚翼から３枚翼に変更することで、幅広い流速に対して容易に発電効率を高めることができる。

【0059】

（実施例４）
なお、実施例３における１枚翼のプロペラを用いた場合においては０．８ｍ／ｓ以上の流速中で、２枚翼及び３枚翼のプロペラを用いた場合においては０．６ｍ／ｓ以上の流速中で、パワー係数が低下している。これは、水深の浅い水槽で実験したため、各プロペラの先端が水面近くに移動した際、各プロペラの回転が高速流域の水面のうねりの影響を受けて減衰してしまったのが原因と考えられる。この点を検証するために、１枚翼のプロペラ（上記実施の形態で示した運動体１０と同構成のもの）を用いた発電装置を、プロペラの回転が高速流域の水面のうねりの影響を受けないと予想される深さ（最も水面に近接した場合のプロペラの先端と、水面との距離が７０ｃｍ〜８０ｃｍとなる水中位置）に配置して、発電実験を行った。なお、１枚翼のプロペラについては、長さ４０ｃｍ、断面アスペクト比６のもの（表１の実施例４の上段参照）、長さ５０ｃｍ、断面アスペクト比６のもの（表１の実施例４の下段参照）、２種類を用いて実験を行った。

【0060】

上記実験の結果をまとめたグラフを図１１に示す。図１１の結果から、十分水深の深い位置に発電装置を設置し、高速流域の水面のうねりの影響を受けないようにした場合には、予想通りパワー係数が低下せず、高流速域においてほぼ一定以上のパワー係数を維持できることがわかった。

【0061】

（実施例５）
次に、中空円柱の運動体（表１の実施例５の１段目参照）と、断面アスペクト比を２とした場合の本発明の実施例に係る各運動体（中空楕円柱（表１の実施例５の２段目参照）、中空半円柱（図１の運動体１０に類似する形状で中空にしたもの：表１の実施例５の３段目参照）、薄肉半円柱（図４（Ａ）の運動体１０ｃに類似する形状で薄肉にしたもの：表１の実施例５の４段目参照）を図８に示した装置において使用して、流速を変えて図８に示した装置の仕事率（Ｗ）を計測した。その結果を図１２に示す。なお、各運動体はＡＢＳ樹脂製であって、各運動体の回転軸中心から先端までの長さは１５ｃｍであり、各運動体の断面の寸法は、中空円柱：直径１８ｍｍ，肉厚１ｍｍ、中空楕円柱：長径１８ｍｍ，肉厚１ｍｍ、中空半円柱：直径１８ｍｍ，肉厚１ｍｍ、薄肉半円柱：直径１８ｍｍ，肉厚１ｍｍ、である。

【0062】

図１２からわかるように、０．３ｍ／ｓの流速の流体中（ここでは水中）においては、各運動体について差異はほとんど見られず、中空半円柱の運動体及び薄肉半円柱の運動体のみ、やや仕事率が高くなっただけであった。しかしながら、０．４ｍ／ｓの流速の流体中において、中空半円柱の運動体及び薄肉半円柱の運動体は、中空円柱の運動体及び中空楕円柱の運動体に比べて、２倍以上の仕事率であった。次に、０．５ｍ／ｓ以上の流速の流体中においては、中空円柱の運動体と比べて、中空楕円柱の運動体、中空半円柱の運動体及び薄肉半円柱の運動体は、明らかに２倍以上の仕事率を達成していることがわかった。特に、０．６ｍ／ｓ以上の流速の流体中において、中空円柱の運動体と比べて、中空楕円柱の運動体、中空半円柱の運動体及び薄肉半円柱の運動体を用いた場合の仕事率の向上が顕著に見られた。これにより、断面アスペクト比を２とした場合の本発明の実施例に係る各運動体を図１に示した装置に用いた場合、従来技術の中空円柱の運動体を用いた場合に比べて、大幅に仕事率を向上できることがわかった。

【0063】

（実施例６）
表１の実施例６の欄に記載した断面アスペクト比の各半楕円柱の運動体を、図１の流体内に設けられた装置において使用して、流速を変えてパワー係数をそれぞれ計測した。その結果を図１３に示す。なお、表１の実施例６の欄に示したように、各半楕円柱の運動体における断面アスペクト比以外の各実験条件は、同じである。

【0064】

図１３に示す結果から、長さ８．６ｃｍの半楕円柱の運動体において、断面アスペクト比が６、かつ、流速が０．６ｍ／ｓの場合に、パワー係数は最大値となり、約２１．３％であった。また、半楕円柱の運動体の断面アスペクト比が３以上であれば、本運動体の回転面積に流入してきた水流エネルギーを本運動体の回転によって取り出すことができ、パワー係数を得ることができる、ということがわかった。なお、断面アスペクト比が６〜８の範囲において、他の断面アスペクト比の運動体よりも高いパワー係数を得ることができる、ということがわかった。

【0065】

（実施例７）
表１の実施例７の欄に記載した断面アスペクト比の各楕円柱の運動体を、図１の流体内に設けられた装置において使用して、流速を変えてパワー係数をそれぞれ計測した。その結果を図１４に示す。なお、表１の実施例７の欄に示したように、各楕円柱の運動体における断面アスペクト比以外の各実験条件は、同じである。

【0066】

図１４に示す結果から、長さ８．６ｃｍの楕円柱の運動体において、断面アスペクト比が３、かつ、流速が０．６ｍ／ｓの場合に、パワー係数は最大値となり、約１２．８％であった。また、楕円柱の運動体の断面アスペクト比が２．５以上であれば、本運動体の回転面積に流入してきた水流エネルギーを本運動体の回転によって取り出すことができ、パワー係数を得ることができる、ということがわかった。なお、断面アスペクト比が３〜８の範囲において、他の断面アスペクト比の運動体よりも高いパワー係数を得ることができる、ということがわかった。

【0067】

（実施例８）
表１の実施例８の欄に記載した断面アスペクト比の各薄肉半楕円柱の運動体を、図１の流体内に設けられた装置において使用して、流速を変えてパワー係数をそれぞれ計測した。その結果を図１５に示す。なお、表１の実施例８の欄に示したように、各薄肉半楕円柱の運動体における断面アスペクト比以外の各実験条件は、同じである。

【0068】

図１５に示す結果から、長さ８．６ｃｍの薄肉半楕円柱の運動体において、断面アスペクト比が８、かつ、流速が０．５ｍ／ｓの場合に、パワー係数は最大値となり、約１６．９％であった。また、薄肉半楕円柱の運動体の断面アスペクト比が２以上であれば、本運動体の回転面積に流入してきた水流エネルギーを本運動体の回転によって取り出すことができ、パワー係数を得ることができる、ということがわかった。なお、断面アスペクト比が６〜１２の範囲において、他の断面アスペクト比の運動体よりも高いパワー係数を得ることができる、ということがわかった。

【0069】

（実施例９）
表１の実施例９の欄に記載した断面アスペクト比の各円弧柱の運動体を、図１の流体内に設けられた装置において使用して、流速を変えてパワー係数をそれぞれ計測した。その結果を図１６（Ａ）に示す。なお、ここでの運動体の断面形状を例示すると、図１６（Ｂ）に示すように円弧形に形成されたものである。また、表１の実施例９の欄に示したように、各円弧柱の運動体における断面アスペクト比以外の各実験条件は、同じである。

【0070】

図１６（Ａ）に示す結果から、長さ８．６ｃｍの円弧柱の運動体において、断面アスペクト比が６、かつ、流速が０．６ｍ／ｓの場合に、パワー係数は最大値となり、約１８．１％であった。また、円弧柱の運動体の断面アスペクト比が３以上であれば、本運動体の回転面積に流入してきた水流エネルギーを本運動体の回転によって取り出すことができ、パワー係数を得ることができる、ということがわかった。なお、断面アスペクト比が６〜１０の範囲において、他の断面アスペクト比の運動体よりも高いパワー係数を得ることができる、ということがわかった。

【符号の説明】

【0071】

１、１ｃ、１ｄ、１ｅ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、４１、１０１ 面
２、２２、３２、５２、１０２、２０２、２０４、２０５ 回転軸
３、１０３、２０３ 発電部
３ａ、１０３ａ 入力回転軸
４、２４、３４、１０４ 軸受け部
４ａ 孔
５、７、１０５、１０７ 支持フレーム
５ａ、５ｂ、８、１０８ 板部材
６、１０６、２４１、２４２ ベルト
９ 剥離せん断層
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１２、４０、５０、１１０、２０１ 運動体
１１ テーパー部
２０、３０ 運動体複合体
２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 翼部材
１００、２００ 発電装置
１２１、１２２ 引張バネ
２２１ 回転バネ
２３０ 第１プーリ
２３１ 第２プーリ
２３２ 第３プーリ
２３３ 第４プーリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】