特許 7186445 マグナス式推力発生装置、前記マグナス式推力発生装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、及び、前記マグナス式推力発生装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機

(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】

(24)【登録日】2022-12-01

(45)【発行日】2022-12-09

(54)【発明の名称】マグナス式推力発生装置、前記マグナス式推力発生装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、及び、前記マグナス式推力発生装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/06 20060101AFI20221202BHJP

   F03B 13/26 20060101ALI20221202BHJP

   F03B 17/06 20060101ALI20221202BHJP

【ＦＩ】

F03D3/06 H

F03B13/26

F03B17/06

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019164475

(22)【出願日】2019-09-10

(65)【公開番号】P2021042696

(43)【公開日】2021-03-18

【審査請求日】2022-07-27

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515043772

【氏名又は名称】株式会社チャレナジー

(74)【代理人】

【識別番号】100214260

【弁理士】

【氏名又は名称】相羽 昌孝

(74)【代理人】

【識別番号】100139103

【弁理士】

【氏名又は名称】小山 卓志

(74)【代理人】

【識別番号】100139114

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 貞嗣

(72)【発明者】

【氏名】清水 敦史

(72)【発明者】

【氏名】黒田 芳雄

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／００２７５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０８５８９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｄ ３／０６

Ｆ０３Ｂ １３／２６

Ｆ０３Ｂ １７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持筐体と、
前記支持筐体に対して第１の回転軸を中心として回転可能な回転部と、
前記第１の回転軸を中心として公転可能であって、前記第１の回転軸に対して平行な第２の回転軸を中心として自転可能な複数の円筒翼と、
前記複数の円筒翼とともに各組を構成し、前記各組の円筒翼の軸方向に沿って長手方向が配置される複数の整流板と、
前記回転部に固定されることで前記第１の回転軸を中心として回転可能であって、前記各組毎に、前記第１の回転軸を中心とする円周上に前記円筒翼を支持するとともに、前記円筒翼が公転するときの進行方向とは反対側に前記整流板を支持する支持部とを備え、
前記支持部は、
前記長手方向に対する前記整流板の両端部間に亘って前記長手方向に沿うように前記整流板を支持する整流板支持部を、前記各組毎に備える、
マグナス式推力発生装置。

【請求項2】

前記整流板支持部は、
前記整流板の前記両端部間に亘って前記長手方向に沿うように配置されて、前記整流板を支持する整流板支持アーム部と、
前記長手方向に対して所定の間隔で配置されるとともに、前記整流板の幅方向に対する両縁部間に亘って前記長手方向に対して所定の角度を有するように配置されて、前記整流板を支持する複数の整流板補強部材とを備える、
請求項１に記載のマグナス式推力発生装置。

【請求項3】

前記整流板支持アーム部は、
前記幅方向に対して前記整流板の表面の領域を３等分したとき、前記幅方向に対して中央の前記領域に配置される、
請求項２に記載のマグナス式推力発生装置。

【請求項4】

前記支持部は、
前記整流板支持アーム部の一端部と、前記回転部とを連結する第１の連結アーム部と、
前記整流板支持アーム部の他端部と、前記回転部とを連結する第２の連結アーム部と、
前記整流板支持アーム部の中間部と、前記第１の連結アーム部の前記回転部側の端部及び前記第２の連結アーム部の前記回転部側の端部が隣接する隣接部とを連結する第３の連結アーム部とを、前記各組毎にさらに備える、
請求項２又は請求項３に記載のマグナス式推力発生装置。

【請求項5】

前記整流板支持部は、
前記整流板に対して前記第１の回転軸側に配置されて、前記第１の回転軸側から前記整流板を支持する、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のマグナス式推力発生装置。

【請求項6】

前記整流板は、
前記長手方向に対して並べられて配置される複数の板材により構成される、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のマグナス式推力発生装置。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のマグナス式推力発生装置を用いた、
風力回転装置、水力回転装置又は潮力回転装置。

【請求項8】

請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のマグナス式推力発生装置を用いた、
風力発電機、水力発電機又は潮力発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体中で回転する略円筒形状の円筒翼が発生するマグナス力を用いたマグナス式推力発生装置、前記マグナス式推力発生装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、及び、前記マグナス式推力発生装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機などの流体機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、流体中で回転する円筒翼が発生するマグナス力を利用する装置が存在する（特許文献１）。特許文献１に開示された推力発生装置は、円筒翼に発生するマグナス力によって効率的に回転力を得るための部材（整流板）を円筒翼の進行方向の背面側に設けたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６１７５５９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、整流板の軽量化及び簡素化を可能とするとともに、装置全体として部品コストを低減することができるマグナス式推力発生装置、前記マグナス式推力発生装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、及び、前記マグナス式推力発生装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機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】

【0005】

本発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係るマグナス式推力発生装置は、
支持筐体と、
前記支持筐体に対して第１の回転軸を中心として回転可能な回転部と、
前記第１の回転軸を中心として公転可能であって、前記第１の回転軸に対して平行な第２の回転軸を中心として自転可能な複数の円筒翼と、
前記複数の円筒翼とともに各組を構成し、前記各組の円筒翼の軸方向に沿って長手方向が配置される複数の整流板と、
前記回転部に固定されることで前記第１の回転軸を中心として回転可能であって、前記各組毎に、前記第１の回転軸を中心とする円周上に前記円筒翼を支持するとともに、前記円筒翼が公転するときの進行方向とは反対側に前記整流板を支持する支持部とを備え、
前記支持部は、
前記長手方向に対する前記整流板の両端部間に亘って前記長手方向に沿うように前記整流板を支持する整流板支持部を、前記各組毎に備える。

【0006】

また、本発明の一実施形態に係る風力回転装置、水力回転装置又は潮力回転装置は、前記マグナス式推力発生装置を用いる。

【0007】

また、本発明の一実施形態に係る風力発電機、水力発電機又は潮力発電機は、前記マグナス式推力発生装置を用いる。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一実施形態に係るマグナス式推力発生装置によれば、整流板支持部が、長手方向に対する整流板の両端部間に亘って整流板の長手方向に沿うように整流板を支持するので、整流板は、整流板支持部により整流板の長手方向に対して補強された状態で支持される。

【0009】

そのため、整流板が、円筒翼及び整流板の周囲を流れる流体から流体圧（例えば、風圧や水圧）を受けることにより整流板に外力が作用した場合、整流板単体の強度だけで当該外力に対抗するのではなく、整流板と、整流板の長手方向に沿うように整流板を支持する整流板支持部とが一体となって発揮される強度で当該外力に対抗することができる。したがって、整流板は、整流板単体で外力に耐え得るような強固で複雑な構造を有する必要がないので、整流板の軽量化及び簡素化が可能となり、装置全体として部品コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機１の一例を示す斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機１の一例を示す正面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機１の一例を示す分解正面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機１の一例を示す平面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機１の一例を示すV－V線断面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る整流板５及び整流板支持部６１の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。

【図7】本発明の実施形態に係る整流板５及び整流板支持部６１の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。

【図8】図６（ｂ）に示すVIII部の拡大側面図である。

【図9】図６（ｃ）に示すIX部の拡大背面図である。

【0011】

以下に、本発明の具体的な実施形態を示す。実施形態はあくまで一例であり、この例に限定されるものではない。なお、以下の実施形態では、マグナス式推力発生装置の適用例の１つとして、マグナス式推力発生装置を用いた垂直軸型マグナス式風力発電機１について説明する。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機１の一例を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機１の一例を示す正面図である。図３は、本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機１の一例を示す正面図である。図４は、本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機１の一例を示す平面図である。図５は、本発明の実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機１の一例を示すV－V線断面図である。

【0013】

垂直軸型マグナス式風力発電機１は、設置面Ｓに対して設置される支持筐体２と、支持筐体２の内部に配置される発電機２１及び増速機２２と、増速機２２を介して発電機２１に連結されるとともに、設置面Ｓに対して垂直な第１の回転軸Ｏ１を中心として回転可能な回転部３と、第１の回転軸Ｏ１を中心として公転可能であって、第１の回転軸Ｏ１に対して平行な第２の回転軸Ｏ２を中心として自転可能な複数の円筒翼４と、複数の円筒翼４とともに各組を構成し、各組の円筒翼４の軸方向に沿って長手方向５Ｌが配置される複数の整流板５と、回転部３に固定されることで第１の回転軸Ｏ１を中心として回転可能であって、円筒翼４及び整流板５の各組毎に、第１の回転軸Ｏ１を中心とする円周Ｃ１上に円筒翼４を支持するとともに、円筒翼４が公転するときの進行方向とは反対側に整流板５を支持する支持部６とを備える。

【0014】

なお、本実施形態の説明において、「平行」とは、完全に平行な場合だけでなく、垂直軸型マグナス式風力発電機１の機能が損なわれない程度のずれを許容した略平行な場合も含む。同様に、「垂直」とは、完全に垂直な場合でだけでなく、垂直軸型マグナス式風力発電機１の機能が損なわれない程度のずれを許容した略垂直な場合も含む。また、本実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機１は、図１に示すように、２つの円筒翼４と、２つの整流板５とを備え、円筒翼４及び整流板５の組数は、２組であるものとして説明する。

【0015】

支持筐体２は、第１の回転軸Ｏ１と同軸状に配置される円筒状の筐体である。支持筐体２の上部には、上部から回転部３の上部３０を突設させるとともに、第１の回転軸Ｏ１が設置面Ｓに対して垂直となるように、回転部３を軸支する軸受けユニット２０を備える。なお、支持筐体２は、トラス状の筐体としてもよい。

【0016】

回転部３は、軸受けユニット２０に軸支される回転シャフト等で構成されており、軸受けユニット２０の上面に対して突設された上部３０の周壁部分に支持部６が固定される。

【0017】

発電機２１は、増速機２２を介して回転部３に連結されており、回転部３が回転する際の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電するように構成されている。なお、発電機２１は、増速機２２を介さずに直接回転部３に連結してもよい。

【0018】

垂直軸型マグナス式風力発電機１の定格出力として、例えば、１０ｋｗ程度を想定する場合には、円筒翼４の外寸は、長さ１０ｍ程度、直径１ｍ程度であり、整流板５の外寸は、長さ１０ｍ程度、幅１．６ｍ程度、厚さ０．５～３ｍｍ程度である。

【0019】

複数の円筒翼４は、支持部６により円周Ｃ１上に支持されることで、図５に示すように、第１の回転軸Ｏ１及び第２の回転軸Ｏ２に垂直な平面上において、複数の第２の回転軸Ｏ２は、円周Ｃ１上で所定の間隔（円筒翼支持間隔）を空けるようにして円周Ｃ１上に配置される。本実施形態では、２つの円筒翼４に対する２つの第２の回転軸Ｏ２は、第１の回転軸Ｏ１を挟んで対向するようにして円周Ｃ１上に配置される。

【0020】

円筒翼４は、円筒状に形成されており、第２の回転軸Ｏ２と平行な円筒翼４の軸方向に対する両端部として、上端部（一端部）４０ａと、下端部（他端部）４０ｂとを備える。また、円筒翼４は、上端部４０ａ及び下端部４０ｂにそれぞれ配置されて、円筒翼４の直径よりも大きな円板状の翼端板４１と、第２の回転軸Ｏ２を中心として円筒翼４を時計回りＲ２に回転（自転）させる円筒翼モータ４２とを備える。

【0021】

整流板５は、平板状に形成されており、整流板５の長手方向５Ｌに対する両端部として、上端部（一端部）５０ａと、下端部（他端部）５０ｂとを備え、整流板５の幅方向５Ｗに対する両縁部として、円筒翼４側に配置される前端縁部５０ｃと、前端縁部５０ｃとは反対側の後端縁部５０ｄとを備える。また、整流板５は、整流板５の板厚方向に対して垂直な表面として、第１の回転軸Ｏ１側に配置される内側表面５０ｅと、内側表面５０ｅとは反対側の外側表面５０ｆとを備える。

【0022】

整流板５は、支持部６により支持されることで、図５に示すように、第１の回転軸Ｏ１及び第２の回転軸Ｏ２に垂直な平面上において、円筒翼４の進行方向とは反対側に配置される。また、整流板５は、円筒翼４の進行方向とは反対側に伸びるように、前端縁部５０ｃ及び後端縁部５０ｄが配置される。なお、整流板５の具体的構成は後述する。

【0023】

支持部６は、円筒翼４及び整流板５の各組毎に、第１の回転軸Ｏ１を中心とする円周Ｃ１上に円筒翼４を配置するように、軸方向に対する円筒翼４の両端部４０ａ、４０ｂを軸支するとともに、円筒翼４が第１の回転軸Ｏ１を中心として時計回りＲ１に公転するときの進行方向とは反対側に整流板５を配置するように、長手方向５Ｌに対する整流板５の両端部５０ａ、５０ｂを支持する。

【0024】

支持部６が、円周Ｃ１上に円筒翼４を支持する態様としては、支持部６が、図５に示すように、円筒翼４の中心である第２の回転軸Ｏ２と円周Ｃ１とが重なった状態で円筒翼４を支持する場合だけでなく、第２の回転軸Ｏ２と円周Ｃ１との間には、垂直軸型マグナス式風力発電機１の機能が損なわれない程度のずれが許容されるものであり、支持部６が、例えば、円筒翼４の円形状の断面と円周Ｃ１とが重なった状態で円筒翼４を支持する場合も含む。なお、支持部６の具体的構成は後述する。

【0025】

垂直軸型マグナス式風力発電機１は、円筒翼モータ４２により第２の回転軸Ｏ２を中心として円筒翼４を時計回りＲ２に回転（自転）させた状態において、所定の方向から風（空気流）を受けると、円筒翼４にマグナス力が発生する。そして、円筒翼４に発生したマグナス力は、第１の回転軸Ｏ１を中心として円筒翼４を時計回りＲ１に公転させる方向に作用する。

【0026】

このとき、整流板５は、風向に対して円筒翼４が存在する位置に応じて、マグナス力の大きさを制御する。具体的には、円筒翼４が、風上側に存在する場合には、整流板５は、風向と円筒翼４の自転方向とが逆方向になる領域（流れ減速側）に存在する。そのため、整流板５は、流れ減速側における風の流れを阻害することになるが、円筒翼４に発生するマグナス力を大きく低下させることにはならないため、マグナス力は、円筒翼４を公転させる回転力として作用する。

【0027】

一方、円筒翼４が、風下側に存在する場合には、整流板５は、風向と円筒翼４の自転方向とが一致する領域（流れ加速側）に存在する。そのため、整流板５は、流れ加速側における風の流れを阻害することにより、円筒翼４に発生するマグナス力を低下させるため、マグナス力が、円筒翼４を公転させる回転力を打ち消すように作用することを抑制する。

【0028】

以上のように、円筒翼４が、整流板５により円筒翼４に発生するマグナス力が制御された状態で時計回りＲ１に公転することにより、回転部３を時計回りに回転させて、回転部３に連結された発電機２１で発電する。

【0029】

（整流板５及び支持部６の具体的構成）
支持部６は、整流板５に対して第１の回転軸Ｏ１側に配置されて、長手方向５Ｌに対する整流板５の両端部５０ａ、５０ｂ間に亘って整流板５の長手方向５Ｌに沿うように整流板５を支持する整流板支持部６１と、整流板支持部６１の上端部（一端部）６１０ａと回転部３とを連結する第１の連結アーム部６２と、整流板支持部６１の下端部（他端部）６１０ｂと回転部３とを連結する第２の連結アーム部６３と、円筒翼４の上端部４０ａを軸支するとともに、第１の連結アーム部６２に連結される第１の円筒翼支持部６４と、円筒翼４の下端部４０ｂを軸支するとともに、第２の連結アーム部６３に連結される第２の円筒翼支持部６５とを、円筒翼４及び整流板５の各組毎（本実施形態では２組）に備える。

【0030】

整流板支持部６１は、両端部５０ａ、５０ｂ間に亘って整流板５の長手方向５Ｌに沿うように配置されて、整流板５を支持する整流板支持アーム部６１０と、整流板５の長手方向５Ｌに対して所定の間隔（補強間隔）で配置されるとともに、整流板５の幅方向５Ｗに対する整流板５の両縁部５０ｃ、５０ｄ間に亘って長手方向５Ｌに対して所定の角度（本実施形態では直角）を有するように配置されて、整流板５を支持する複数の整流板補強部材６１１とを備える。なお、整流板支持部６１の上端部６１０ａ及び下端部６１０ｂは、整流板５の長手方向５Ｌに対する整流板支持アーム部６１０の一端部及び他端部に相当する。

【0031】

第１の連結アーム部６２は、回転部３に固定される回転部３側の固定端部６２０ａと、整流板支持部６１の上端部６１０ａが連結される先端部６２０ｂと、固定端部６２０ａと先端部６２０ｂとの間であって、先端部６２０ｂ寄りに位置する屈曲部６２０ｃとを備える。

【0032】

第２の連結アーム部６３は、回転部３に固定される回転部３側の固定端部６３０ａと、整流板支持部６１の下端部６１０ｂが連結される先端部６３０ｂと、固定端部６３０ａと先端部６３０ｂとの間であって、先端部６３０ｂ寄りに位置する屈曲部６３０ｃとを備える。

【0033】

第１の連結アーム部６２及び第２の連結アーム部６３は、固定端部６２０ａ、６３０ａから離れるに従って離間するとともに、整流板５の長手方向５Ｌ外側を通過するように屈曲部６２０ｃ、６３０ｃを介して屈曲して配置される。

【0034】

本実施形態では、回転部３の上部３０は、第１の回転軸Ｏ１及び第２の回転軸Ｏ２の軸方向において、円筒翼４の上端部４０ａ及び下端部４０ｂの中間に配置される。そのため、第１の連結アーム部６２は、固定端部６２０ａから屈曲部６２０ｃまで斜め上方向に配置されるとともに、屈曲部６２０ｃから先端部６２０ｂまで水平方向に配置される。また、第２の連結アーム部６３は、固定端部６３０ａから屈曲部６３０ｃまで斜め下方向に配置されるとともに、屈曲部６３０ｃから先端部６３０ｂまで水平方向に配置される。

【0035】

第１の円筒翼支持部６４は、円筒翼４の上端部４０ａを軸支する円筒翼軸支部６４０と、第１の連結アーム部６２の先端部６２０ｂと円筒翼軸支部６４０とを連結する第１の円筒翼支持アーム部６４１と、第１の連結アーム部６２の屈曲部６２０ｃと円筒翼軸支部６４０とを連結する第２の円筒翼支持アーム部６４２とを備える。円筒翼軸支部６４０は、その内部に、円筒翼４の上端部４０ａに設けられた回転軸を軸支する軸受け（不図示）等を備える。

【0036】

第２の円筒翼支持部６５は、円筒翼４の下端部４０ｂを軸支する円筒翼軸支部６５０と、第２の連結アーム部６３の先端部６３０ｂと円筒翼軸支部６５０とを連結する第１の円筒翼支持アーム部６５１と、第２の連結アーム部６３の屈曲部６３０ｃと円筒翼軸支部６５０とを連結する第２の円筒翼支持アーム部６５２とを備える。円筒翼軸支部６５０は、その内部に、円筒翼４の下端部４０ｂに設けられた回転軸を軸支する軸受け（不図示）等を備えるとともに、円筒翼モータ４２の回転駆動力が、その円筒翼４の回転軸に伝達されるように、円筒翼モータ４２を支持する。

【0037】

また、支持部６は、整流板５の長手方向５Ｌに対する整流板支持アーム部６１０の中間部６１０ｃと、第１の連結アーム部６２の回転部３側の固定端部６２０ａ及び第２の連結アーム部６３の回転部３側の固定端部６３０ａが隣接する隣接部６６１とを連結する第３の連結アーム部６６を、円筒翼４及び整流板５の各組毎（本実施形態では２組）にさらに備える。

【0038】

第３の連結アーム部６６は、隣接部６６１に固定される固定端部６６０ａと、整流板支持アーム部６１０の中間部６１０ｃに連結される連結端部６６０ｂとを備える。

【0039】

支持部６が備える各アーム部（整流板支持アーム部６１０、第１の連結アーム部６２、第２の連結アーム部６３、第１の円筒翼支持アーム部６４１、６５１、第２の円筒翼支持アーム部６４２、６５２、及び、第３の連結アーム部６６）は、例えば、スチール、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金等の金属材料や、炭素繊維強化樹脂、ガラス繊維強化樹脂等の樹脂材料を用いて、例えば、円形、楕円形、多角形等の任意の断面形状を有する管状部材、例えば、Ｌ型、Ｈ型、Ｉ型等の任意の断面形状を有する板状部材、又は、ワイヤー部材として形成されている。管状部材又は板状部材として形成する場合には、長手方向に沿ってリブ等の補強部を設けるようにしてもよい。本実施形態では、支持部６が備える各アーム部は、円形の断面形状を有する管状部材により形成されている。

【0040】

なお、支持部６が備える各アーム部は、各アーム部が配置される場所や各部が支持する荷重に応じて、各部の外形形状、断面形状、断面積、及び、材料等を変更するようにしてもよい。例えば、第１の連結アーム部６２及び第２の連結アーム部６３は、固定端部６２０ａ、６３０ａ側の直径が大きく、屈曲部６２０ｃ、６３０ｃ側の直径が小さいテーパー管状にすることで、固定端部６２０ａ、６３０ａ側の剛性を高めつつ、重量を低減することができる。

【0041】

また、支持部６が備える各アーム部は、複数のアーム部が一体的に形成された複数の複合アーム部材により構成されており、各複合アーム部材間は、任意の接合方法（溶接、接着、ねじ固定、圧入、リベット、ピン結合、継手等）による接合部を介して接合される。

【0042】

本実施形態では、例えば、第１の連結アーム部６２、第２の連結アーム部６３、第１の円筒翼支持アーム部６４１、６５１及び第２の円筒翼支持アーム部６４２、６５２が一体的に形成されることで、第１の複合アーム部材６０Ａを構成する。また、整流板支持アーム部６１０及び第３の連結アーム部６６が一体的に形成されることで、第２の複合アーム部材６０Ｂを構成する。そして、第１の複合アーム部材６０Ａは、接合部６００Ａ、６００Ｂを介して回転部３に接合される。第２の複合アーム部材６０Ｂは、接合部６０１Ａ～６０１Ｃを介して第１の複合アーム部材６０Ａに接合される。

【0043】

なお、支持部６が備える各アーム部を、複合アーム部材６０Ａ、６０Ｂとして一体的に形成する方法について、第１の連結アーム部６２及び第２の連結アーム部６３を一体的に形成する場合を例にして説明すると、第１の連結アーム部６２を形成する部材と、第２の連結アーム部６３を形成する部材とが、上記の任意の接合方法により接合することで一体的に形成してもよいし、第１の連結アーム部６２及び第２の連結アーム部６３を形成する１つの部材の中間位置に対して曲げ加工を行うことで一体的に形成してもよいし、第１の連結アーム部６２及び第２の連結アーム部６３とは別のアーム連結部材に、第１の連結アーム部６２を形成する部材と、第２の連結アーム部６３を形成する部材とを、上記の任意の接合方法によりそれぞれ接合することで一体的に形成してもよい。

【0044】

また、複合アーム部材６０Ａ、６０Ｂは、両部材が工場等で事前に接合された状態で垂直軸型マグナス式風力発電機１の設置場所に輸送されるようにしてもよいし、両部材が分割された状態（両部材の各々がさらに細かく分割された場合も含む。）で垂直軸型マグナス式風力発電機１の設置場所に輸送され、設置場所にて接合されるようにしてもよい。

【0045】

（整流板５及び整流板支持部６１の具体的構成）
図６は、本発明の実施形態に係る整流板５及び整流板支持部６１の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。図７は、本発明の実施形態に係る整流板５及び整流板支持部６１の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。図８は、図６（ｂ）に示すVIII部の拡大側面図である。図９は、図６（ｃ）に示すIX部の拡大背面図である。

【0046】

整流板５は、整流板５の長手方向５Ｌに対して並べられて配置される複数の板材５１により構成される。整流板５の長さが、例えば、１０ｍ程度である場合、複数の板材５１の１枚当たりの長さは、例えば、１ｍ～２ｍ程度として、複数の板材５１は、整流板５の長手方向５Ｌに対して所定の長さ分だけ重畳された重畳部５１０を形成した状態で隙間なく配置される。

【0047】

板材５１は、例えば、亜鉛メッキ鋼板、アルミニウム板、ステンレス板等の金属材料を用いて、矩形の平板状に形成されている。なお、板材５１には、表面に凹凸を付けるビード加工等の表面加工処理や、腐食を防止する塗装処理等が施されていてもよい。また、板材５１は、波板状に形成されて、波板状の模様が整流板５の幅方向５Ｗに対して平行に配置されるようにしてもよい。さらに、板材５１は、金属材料に代えて、炭素繊維強化樹脂、ガラス繊維強化樹脂等の繊維強化樹脂材料、硬質なポリカーボネイトや塩化ビニル等の硬質樹脂材料、プラスチックフィルム等の薄膜材料、帆布やテント生地等の生地を用いてもよい。

【0048】

なお、整流板５は、その形状として、図６に示すような矩形の平板状に代えて、例えば、上端部５０ａ及び下端部５０ｂに近付くにつれて幅が狭まるように形成されていてもよいし、端部５０ａ及び下端部５０ｂに、ウィングレットと呼ばれる折り曲げ部が形成されていてもよい。また、整流板５は、整流板５の長手方向５Ｌに対して弓形状に反るように形成されていてもよいし、整流板５の幅方向５Ｗに対して弓形状に反るように形成されていてもよい。

【0049】

整流板支持部６１は、上述したように、整流板支持アーム部６１０と、複数の整流板補強部材６１１とを備えるとともに、整流板５の長手方向５Ｌに対して整流板補強部材６１１の補強間隔と同じ間隔で配置されて、複数の整流板補強部材６１１の各々が取り付けられる複数の取付ブラケット６１２と、複数の整流板補強部材６１１の前端縁部５０ｃ側に取り付けられる複数のキャップ部材６１３とをさらに備える。整流板補強部材６１１、取付ブラケット６１２、及び、キャップ部材６１３は、整流板支持アーム部６１０や板材５１と同様の金属材料や樹脂材料で形成されている。

【0050】

整流板支持アーム部６１０は、図９に示すように、整流板５の幅方向５Ｗに対して整流板５の表面（内側表面５０ｅ又は外側表面５０ｆ）を、領域５２ａ～５２ｃのように３等分したとき、整流板５の幅方向５Ｗに対して中央の領域５２ｂに配置されるのが好ましい。

【0051】

整流板補強部材６１１は、整流板５の幅と同程度の長さを有し、整流板支持アーム部６１０に対して所定の角度（本実施形態では直角）を有するようにして配置される。すなわち、整流板補強部材６１１は、整流板５の幅方向５Ｗに対して平行に配置されて、整流板５の前端縁部５０ｃと後端縁部５０ｄとの間に亘って整流板５の幅方向５Ｗに沿うように整流板５を支持する。また、整流板補強部材６１１は、板材５１と取付ブラケット６１２とを連結し、両者を取り付ける取付部材として機能する。

【0052】

整流板補強部材６１１は、図８に示すように、例えば、コ字状の断面形状を有することにより、整流板５の内側表面５０ｅに対して平行に配置される第１の補強板片６１１ａと、第１の補強板片６１１ａに対して垂直に配置される第２の補強板片６１１ｂと、第２の補強板片６１１ｂに対して垂直に配置される第３の補強板片６１１ｃとを備える。

【0053】

なお、整流板補強部材６１１は、その断面形状として、図８に示すようなコ字状の断面形状に代えて、例えば、Ｌ字状、逆Ｔ字状、略Ｚ字状等の断面形状を有するものでもよいし、角パイプ形状を有するものでもよい。また、整流板補強部材６１１は、例えば、整流板支持アーム部６１０に近付くにつれて断面積が大きくなるように形成されていてもよい。さらに、整流板補強部材６１１は、整流板５の幅方向５Ｗに対して分割された複数の部材で構成されていてもよく、例えば、整流板支持アーム部６１０を中心に分割された２つの部材を、幅方向５Ｗに対して並べて配置するようにしてもよい。また、整流板補強部材６１１は、整流板５の長手方向５Ｌ又は板厚方向５Ｔに対して分割された複数の部材で構成されていてもよく、例えば、Ｌ字状の断面形状の整流板補強部材６１１を、整流板５の長手方向５Ｌ又は板厚方向５Ｔに対して並べて配置し、逆Ｔ字状の形状になるように構成してもよい。

【0054】

取付ブラケット６１２は、整流板支持アーム部６１０の径方向両側から径方向外側に向かって延設されるように、上記の任意の接合方法（本実施形態では、溶接）により整流板支持アーム部６１０に取り付けられる。取付ブラケット６１２は、図８に示すように、例えば、Ｌ字状の断面形状を有することにより、整流板５の内側表面５０ｅに対して平行に配置される第１の取付板片６１２ａと、第１の取付板片６１２ａに対して垂直に配置される第２の取付板片６１２ｂとを備える。

【0055】

キャップ部材６１３は、整流板補強部材６１１の端面を覆うようにして、第２の補強板片６１１ｂに取り付けられる。これにより、円筒翼４が、何らかの理由で整流板補強部材６１１の端面に接触した場合に損傷することを防止することができる。

【0056】

整流板５及び整流板支持部６１の組立方法の一例としては、まず、整流板支持アーム部６１０に取り付けられた複数の取付ブラケット６１２に対して、複数の整流板補強部材６１１をそれぞれ固定する。このとき、整流板補強部材６１１の第１の補強板片６１１ａを、取付ブラケット６１２の第１の取付板片６１２ａに面接触させて、複数の固定ボルト６１４Ａにより第１の取付板片６１２ａに固定する。また、整流板補強部材６１１の第２の補強板片６１１ｂを、取付ブラケット６１２の第２の取付板片６１２ｂに面接触させて、複数の固定ボルト６１４Ｂにより第２の取付板片６１２ｂに固定する。なお、上記固定ボルト６１４Ａ、６１４Ｂによる固定に加えて又は代えて、接着剤や両面テープにより接着してもよいし、溶接してもよい。

【0057】

そして、取付ブラケット６１２に固定された整流板補強部材６１１に対して、例えば、整流板５の下端部５０ｂ側から順に、板材５１を１枚ずつ固定していくことにより、整流板５の長手方向５Ｌに対して複数の板材５１を隙間なく並べて固定する。なお、本実施形態では、複数の整流板補強部材６１１は、１枚の板材５１に対して４つの整流板補強部材６１１が割り当てられるような補強間隔で配置されている。

【0058】

具体的には、板材５１の表面を、複数の整流板補強部材６１１における第３の補強板片６１１ｃにそれぞれ面接触させて、複数のリベット６１５により第３の補強板片６１１ｃに固定する。そして、隣接する板材５１の間の重畳部５１０では、図８に示すように、例えば、下端部５０ｂ側の板材５１の上縁部に、上端部５０ａ側の板材５１の下縁部を重畳させた状態で、複数のリベット６１５により重畳部５１０の高さに配置される整流板補強部材６１１の第３の補強板片６１１ｃに共締めするように固定する。

【0059】

上記のように、整流板５及び整流板支持部６１が組み立てられることで、整流板支持アーム部６１０及び整流板補強部材６１１が、図６（ｃ）、図９に示すように、魚骨形状の骨組となって、整流板５を補強した状態で支持する。このとき、整流板支持アーム部６１０は、整流板５の長手方向５Ｌに対する補強部材として機能する。また、整流板補強部材６１１は、整流板５の幅方向５Ｗに対する補強部材として機能するとともに、整流板５を整流板支持アーム部６１０に取り付けるための取付部材としても機能する。

【0060】

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0061】

例えば、上記実施形態では、円筒翼４が、第１の回転軸Ｏ１を中心として時計回りＲ１に公転するものとして説明したが、反時計回りに公転するようにしてもよい。その場合には、円筒翼４が自転する方向を時計回りＲ２から反時計回りに変更するとともに、それに合わせて整流板５の配置を変更すればよい。

【0062】

また、上記実施形態では、円筒翼４及び整流板５の組数は、２組であるものとして説明したが、円筒翼４及び整流板５の組数は適宜変更してもよく、垂直軸型マグナス式風力発電機１は、３組以上の円筒翼４及び整流板５を備えるようにしてもよい。

【0063】

また、上記実施形態では、整流板５は、整流板補強部材６１１及び取付ブラケット６１２を介して整流板支持アーム部６１０に取り付けられるものとして説明したが、整流板５を整流板支持アーム部６１０に取り付ける取付部材の構造、形状、部品点数等は適宜変更してもよい。

【0064】

また、上記実施形態では、複数の板材５１は、整流板５の長手方向５Ｌに対して並べられて配置されるものとして説明したが、板材５１のサイズや形状等は適宜変更してもよく、例えば、整流板５の長手方向５Ｌだけでなく、整流板５の幅方向５Ｗに対しても並べられて配置されるようにしてもよい。

【0065】

また、上記実施形態では、整流板支持部６１は、１つの整流板支持アーム部６１０を備えるものとして説明したが、複数の整流板支持アーム部６１０を備えるようにしてもよい。その場合には、複数の整流板支持アーム部６１０は、整流板５の幅方向５Ｗに対して所定の間隔で並べられて配置されるようにし、中央の領域５２ｂだけでなく、両側の領域５２ａ、５２ｃに配置されるようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、整流板支持アーム部６１０は、直線状に形成されたものとして説明したが、整流板支持アーム部６１０は、湾曲状に形成されたものでもよい。

【0066】

また、上記実施形態では、整流板支持部６１は、整流板５に対して第１の回転軸Ｏ１側に配置されて、整流板５の内側表面５０ｅを支持するものとして説明したが、整流板支持部６１は、整流板５に対して第１の回転軸Ｏ１側とは反対に配置されて、整流板５の外側表面５０ｆを支持するようにしてもよいし、整流板５の内側表面５０ｅ及び外側表面５０ｆの両側を支持するようにしてもよい。

【0067】

また、上記実施形態では、整流板補強部材６１１は、長手方向５Ｌに対する所定の角度として、長手方向５Ｌに対して垂直な幅方向５Ｗに沿うように配置されるものとして説明したが、所定の角度は適宜変更してもよく、例えば、長手方向５Ｌに対して斜めに配置されるようにしてもよい。さらに、整流板補強部材６１１は、例えば、格子状のように、複数の方向（例えば、長手方向５Ｌ及び幅方向５Ｗの両方）に沿うように配置されるようにしてもよい。

【0068】

また、上記実施形態では、第３の連結アーム部６６は、整流板支持アーム部６１０の中間部６１０ｃと隣接部６６１とを連結するものとして説明したが、第３の連結アーム部６６が連結される部分は適宜変更してもよいし、複数の第３の連結アーム部６６により連結されるようにしてもよい。

【0069】

また、上記実施形態では、マグナス式推力発生装置の適用例の１つとして、マグナス式推力発生装置を用いた垂直軸型マグナス式風力発電機１について説明したが、回転部３を発電機２１に連結することに代えて、回転部３をポンプ等の回転機械に連結することにより、マグナス式推力発生装置を用いた風力回転装置としてもよい。

【0070】

また、上記実施形態では、マグナス式推力発生装置の適用例の１つとして、マグナス式推力発生装置を用いた垂直軸型マグナス式風力発電機１について説明したが、エネルギー源として、風（空気流）を用いることに代えて、水流、波、潮流等を用いることにより、マグナス式推力発生装置を用いた水力発電機又は潮力発電機としてもよいし、さらに回転部３を発電機２１に連結することに代えて、回転部３をポンプ等の回転機械に連結することにより、マグナス式推力発生装置を用いた水力回転装置又は潮力回転装置としてもよい。

【0071】

以上のように、上記実施形態に係る垂直軸型マグナス式風力発電機（マグナス式推力発生装置）１によれば、整流板支持部６１が、長手方向５Ｌに対する整流板５の両端部５０ａ、５０ｂ間に亘って整流板５の長手方向５Ｌに沿うように整流板５を支持するので、整流板５は、整流板支持部６１により整流板５の長手方向５Ｌに対して補強された状態で支持される。

【0072】

そのため、整流板５が、円筒翼４及び整流板５の周囲を流れる流体から流体圧（例えば、風圧や水圧）を受けることにより整流板５に外力が作用した場合、整流板５単体の強度だけで当該外力に対抗するのではなく、整流板５と、整流板５の長手方向５Ｌに沿うように整流板５を支持する整流板支持部６１とが一体となって発揮する強度で当該外力に対抗することができる。したがって、整流板５は、整流板５単体で外力に耐え得るような強固で複雑な構造を有する必要がないため、整流板５の軽量化及び簡素化が可能となり、装置全体として部品コストを低減することができる。

【0073】

また、整流板支持部６１は、両端部５０ａ、５０ｂ間に亘って整流板５の長手方向５Ｌに沿うように配置されて、整流板５を支持する整流板支持アーム部６１０と、整流板５の長手方向５Ｌに対して所定の間隔で配置されるとともに、両縁部５０ｃ、５０ｄ間に亘って整流板５の幅方向５Ｗに沿うように配置されて、整流板５を支持する複数の整流板補強部材６１１とを備える。そのため、整流板５は、整流板支持アーム部６１０及び複数の整流板補強部材６１１により形成される魚骨形状の骨組により、長手方向５Ｌ及び幅方向５Ｗの２方向に対して補強された状態で支持されるので、整流板５の軽量化及び簡素化を図ることができる。

【0074】

また、整流板支持アーム部６１０は、図９に示すように、整流板５の幅方向５Ｗに対して整流板５の表面（内側表面５０ｅ又は外側表面５０ｆ）の領域５２ａ～５２ｃを３等分したとき、整流板５の幅方向５Ｗに対して中央の領域５２ｂに配置される。そのため、整流板支持アーム部６１０は、整流板５が、円筒翼４及び整流板５の周囲を流れる流体から流体圧（例えば、風圧や水圧）を受けたときの空力中心付近に配置されるので、当該流体圧に対抗して整流板５を適切に支持することができる。

【0075】

また、整流板支持部６１は、整流板５に対して第１の回転軸Ｏ１側に配置されて、第１の回転軸Ｏ１側から整流板５を支持する。そのため、整流板支持部６１は、整流板５が第１の回転軸Ｏ１を中心として回転するとき、円筒翼４及び整流板５の周囲を流れる流体から流体圧（例えば、風圧や水圧）を受けにくくなり、流体抵抗の上昇を抑制するので、垂直軸型マグナス式風力発電機１は、回転力を効率的に得ることができる。

【0076】

また、整流板５は、整流板５の長手方向５Ｌに対して並べられて配置される複数の板材５１により構成される。そのため、複数の板材５１の各々は、整流板５に比べて短尺化されるので、製造、輸送、設置及び保守等の各工程における作業性を向上させることができる。また、例えば、複数の板材５１のうち特定の板材５１が破損したような場合には、その特定の板材５１のみを交換することが可能となる。

【0077】

また、支持部６は、整流板支持部６１の上端部６１０ａと回転部３とを連結する第１の連結アーム部６２と、整流板支持部６１の下端部６１０ｂと回転部３とを連結する第２の連結アーム部６３と、円筒翼４の上端部４０ａを軸支するとともに、第１の連結アーム部６２に連結される第１の円筒翼支持部６４と、円筒翼４の下端部４０ｂを軸支するとともに、第２の連結アーム部６３に連結される第２の円筒翼支持部６５とを、各組毎にさらに備える。そのため、整流板支持部６１、第１の連結アーム部６２及び第２の連結アーム部６３が、整流板５を支持するフレーム構造を形成するとともに、そのフレーム構造に、第１の円筒翼支持部６４及び第２の円筒翼支持部６５がさらに連結されることで、円筒翼４の支持構造を兼ねるので、円筒翼４及び整流板５の支持構造を簡潔な構成で実現することができる。

【0078】

また、第１の円筒翼支持部６４及び第２の円筒翼支持部６５は、第１の連結アーム部６２の先端部６２０ｂ及び第２の連結アーム部６３の先端部６３０ｂと、円筒翼４の上端部４０ａ及び下端部４０ｂとをそれぞれ連結する第１の円筒翼支持アーム部６４１、６５１と、第１の連結アーム部６２の屈曲部６２０ｃ及び第２の連結アーム部６３の屈曲部６３０ｃと、円筒翼４の上端部４０ａ及び下端部４０ｂとをそれぞれ連結する第２の円筒翼支持アーム部６４２、６５２とを備える。そのため、第１の連結アーム部６２（先端部６２０ｂ及び屈曲部６２０ｃの中間部分）、第１の円筒翼支持アーム部６４１及び第２の円筒翼支持アーム部６４２と、第２の連結アーム部６３（先端部６３０ｂ及び屈曲部６３０ｃの部分）、第１の円筒翼支持アーム部６５１及び第２の円筒翼支持アーム部６５２とが、三角形状のフレーム構造として、円筒翼４を支持することにより、円筒翼４の上端部４０ａ及び下端部４０ｂの間に軸ずれが発生しにくくなるので、円筒翼４及び円筒翼４を軸支する円筒翼軸支部６４０、６５０の耐久性を向上させることができる。

【0079】

また、支持部６は、整流板支持アーム部６１０の中間部６１０ｃと隣接部６６１とを連結する第３の連結アーム部６６を、各組毎に備える。そのため、第３の連結アーム部６６が、整流板支持部６１、第１の連結アーム部６２及び第２の連結アーム部６３に対して、筋交いのような補強部材として機能するので、支持部６の剛性を向上させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0080】

本発明のマグナス式推力発生装置は、整流板支持部６１が、整流板５の長手方向５Ｌに沿うように整流板５を支持することによって、整流板５の軽量化及び簡素化を可能とし、風力回転装置、水力回転装置及び潮力回転装置並びに風力発電機、水力発電機及び潮力発電機としても利用できる。

【符号の説明】

【0081】

１…垂直軸型マグナス式風力発電機（マグナス式推力発生装置）、
２…支持筐体、
２０…軸受けユニット、２１…発電機、２２…増速機、
３…回転部、３０…上部、
４…円筒翼、
４０ａ…上端部（一端部）、４０ｂ…下端部（他端部）、
４１…翼端板、４２…円筒翼モータ、４３…外端円、４４…法線、
５…整流板、
５Ｌ…長手方向、５Ｗ…幅方向、５Ｔ…板厚方向、
５０ａ…上端部（一端部）、５０ｂ…下端部（他端部）、
５０ｃ…前端縁部、５０ｄ…後端縁部、５０ｅ…内側表面、５０ｆ…外側表面、
５１…板材、５１０…重畳部、５２ａ～５２ｃ…領域、
６…支持部、
６０Ａ…第１の複合アーム部材、６０Ｂ…第２の複合アーム部材、
６００Ａ、６００Ｂ…接合部、６０１Ａ～６０１Ｃ…接合部、
６１…整流板支持部、
６１０…整流板支持アーム部、
６１０ａ…上端部（一端部）、６１０ｂ…下端部（他端部）、６１０ｃ…中間部、
６１１…整流板補強部材、
６１１ａ…第１の補強板片、６１１ｂ…第２の補強板片、
６１１ｃ…第３の補強板片、
６１２…取付ブラケット、６１２ａ…第１の取付板片、６１２ｂ…第２の取付板片
６１３…キャップ部材、６１４Ａ、６１４Ｂ…固定ボルト、６１５…リベット、
６２…第１の連結アーム部、
６２０ａ…固定端部、６２０ｂ…先端部、６２０ｃ…屈曲部、
６３…第２の連結アーム部、
６３０ａ…固定端部、６３０ｂ…先端部、６３０ｃ…屈曲部、
６４…第１の円筒翼支持部、
６４０…円筒翼軸支部、
６４１…第１の円筒翼支持アーム部、６４２…第２の円筒翼支持アーム部、
６５…第２の円筒翼支持部、
６５０…円筒翼軸支部、
６５１…第１の円筒翼支持アーム部、６５２…第２の円筒翼支持アーム部、
６６…第３の連結アーム部、
６６０ａ…固定端部、６６０ｂ…連結端部、６６１…隣接部、
Ｏ１…第１の回転軸、Ｏ２…第２の回転軸、Ｓ…設置面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】