気流発生装置、気流発生装置モジュールおよび風車
【課題】曲げ変形などが生じる環境下においても優れた耐久性を有し、配線などの電気的な接続を容易に行うことができる気流発生装置、気流発生装置モジュールおよび風車を提供する。
【解決手段】実施形態の気流発生装置１０は、一方向に延びる一つの第１の電極２０と、一方の表面が第１の電極２０に固着され、所定の間隔をあけて第１の電極２０の長手方向に配設された無機固体材料からなる複数の誘電体２３と、誘電体２３の一方の表面に対向する他方の表面に、複数の誘電体に亘って固着された、第１の電極２０と同じ方向に延びる一つの第２の電極２１と、各誘電体２３間の間隙を埋めるように充填された電気絶縁部材２４とを備える。第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧が印加されて気流を発生させる。
【解決手段】実施形態の気流発生装置１０は、一方向に延びる一つの第１の電極２０と、一方の表面が第１の電極２０に固着され、所定の間隔をあけて第１の電極２０の長手方向に配設された無機固体材料からなる複数の誘電体２３と、誘電体２３の一方の表面に対向する他方の表面に、複数の誘電体に亘って固着された、第１の電極２０と同じ方向に延びる一つの第２の電極２１と、各誘電体２３間の間隙を埋めるように充填された電気絶縁部材２４とを備える。第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧が印加されて気流を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、気流発生装置、気流発生装置モジュールおよび風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体工学の分野において、物体表面に放電プラズマを生成して気流を発生させ、流体機器における空気力学的特性を制御する気流発生装置が提案されている。この気流発生装置において発生された気流により空気力学的特性を改善することで、流体機器における震動や騒音の抑制、あるいは高効率化が可能となる。この気流発生装置は、様々な用途があり、例えば風力発電システムの風車翼への適用が期待されている。
【０００３】
上記した気流発生装置は、一対の電極が誘電体を介して配置されて構成されている。そして、これらの電極間に電圧を印加することで、一方の電極近傍の気体がイオン化されて気流が発生する。気流発生装置に備えられる誘電体として、アルミナなどのセラミックス材料やポリイミドなどの樹脂材料などが使用されている。
【０００４】
気流発生装置に備えられる誘電体としてセラミックス材料を使用する場合、セラミックス材料は、樹脂材料に比べて放電に対して優れた耐性を有するため、長期間放電に曝されることになる誘電体として好適である。一方、セラミックス材料は、樹脂材料と比較して靭性に劣り、曲げ応力などが生じると割れる。そのため、風車翼の翼根から翼端に亘って気流発生装置を設置する際には、放電用電極、対向電極および誘電体からなる気流発生装置を複数作製し、この独立した複数の気流発生装置を風車翼に配置して、セラミック材料にかかる曲げ応力を低減させる構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１７６５６号公報
【特許文献２】特開２００８−２５４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のように、独立した複数の気流発生装置を風車翼に配置する構成においては、複数の気流発生装置のそれぞれの電極に電圧を印加するための配線を接続する必要がある。このように、複数の気流発生装置のそれぞれの電極に配線をすることは、作業工数の増大を招き製造性を低下させるとともに、配線箇所が増大することによる信頼性の低下を招くことになる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、曲げ変形などが生じる環境下においても優れた耐久性を有し、配線などの電気的な接続を容易に行うことができる気流発生装置、気流発生装置モジュールおよび風車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の気流発生装置は、所定の幅を有して一方向に延びる第１の電極と、一方の表面が前記第１の電極に固着され、所定の間隔をあけて前記第１の電極の長手方向に配設された無機固体材料からなる複数の誘電体と、前記誘電体の一方の表面に対向する他方の表面に、複数の前記誘電体に亘って固着され、所定の幅を有して前記第１の電極と同じ方向に延びる第２の電極と、各前記誘電体間の間隙を埋めるように充填された電気絶縁部材とを備える。そして、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されて気流を発生させる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態の気流発生装置の一部を模式的に示した斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の気流発生装置における第２の電極と誘電体との接合部の断面を模式的に示した図である。
【図３】第１の実施の形態の気流発生装置において、ケーブルとの接続部に最も近い気流発生部の、長手方向に垂直な断面を模式的に示した図である。
【図４】第１の実施の形態の気流発生装置において、第１の電極および第２の電極の他の構成を説明するための、気流発生装置を上方から見たときの平面図である。
【図５】第２の実施の形態の気流発生装置の一部を模式的に示した斜視図である。
【図６】第３の実施の形態の気流発生装置モジュールを模式的に示した斜視図である。
【図７】第４の実施の形態の風車を模式的に示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の気流発生装置１０の一部を模式的に示した斜視図である。なお、図１では、第１の電極２０の長手方向に繰り返し構成される構成部の一部を省略して示している。
【００１２】
図１に示すように、気流発生装置１０は、第１の電極２０と、第２の電極２１と、これらの電極間に介在する複数の誘電体２３とを備えている。また、隣り合う誘電体２３との間には、電気絶縁部材２４が充填されている。
【００１３】
第１の電極２０は、所定の幅Ｌ１を有して、一方向に延びる一つの導電性部材で構成されている。第１の電極２０の形状として、例えば、図１に示すように、一方向に延びる平板状の部材が例示されるが、平板状に限れるものではない。例えば、第１の電極２０の長手方向に垂直な断面形状が、半円形、半楕円形、円形、楕円形などであってもよい。なお、誘電体２３との接合を強固にするためには、誘電体２３との接合面は、平面状であることが好ましい。
【００１４】
誘電体２３は、所定の間隔をあけて第１の電極２０の長手方向に複数配設され、それぞれの誘電体２３の一方の表面２３ａは、第１の電極２０に固着されている。ここで、隣り合う誘電体２３との間隔は、気流制御装置の曲げ応力を低減させる理由から、第１の電極２０の長手方向に沿う誘電体２３の長さと同程度に設定されることが好ましい。
【００１５】
なお、ここでは、第１の電極２０の幅Ｌ１が、誘電体２３の幅Ｍよりも狭く構成された一例を示しているが、第１の電極２０の幅Ｌ１を誘電体２３の幅Ｍと同じに構成してもよい。すなわち、誘電体２３の一方の表面２３ａ全体に亘って、第１の電極２０が固着されるように、第１の電極２０の幅Ｌ１を構成してもよい。
【００１６】
誘電体２３の形状は、例えば、図１に示すように、直方体または立方体のものを使用することができるが、この形状に限られるものではない。また、誘電体２３の形状は、例えば、気流発生装置１０に曲げ応力がかかった際に、各誘電体２３が曲げ応力の影響を受けない程度の形状（例えば、第１の電極２０の長手方向の長さ）に構成されている。なお、少なくとも、気流が発生する側（第２の電極２１側）の誘電体２３の表面は平面であることが好ましい。また、各誘電体２３の厚さは、等しいことが好ましい。
【００１７】
誘電体２３は、無機固体材料から構成されている。無機固体材料としては、例えば、セラミックス材料やガラス材料などを使用することができる。セラミックス材料としては、例えば、アルミナなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウム、窒化珪素などの非酸化物系のセラミックスを使用することができる。また、ガラス材料としては、例えば、シリカガラスなどを使用することができる。
【００１８】
なお、誘電体２３は、これらに限定されるものではなく、無機固体材料からなる誘電材料であればよく、その中でも耐放電性に優れたものを使用することが好ましい。ここで、耐放電性とは、放電による電子や、放電の過程で生じるイオンなどの衝突に対する、誘電体を構成する原子の耐スパッタリング性を意味する。
【００１９】
第２の電極２１は、所定の幅Ｌ２を有して、第１の電極２０と同じ方向に延びる一つの導電性部材で構成されている。第２の電極２１は、気流が発生する側の電極であり、外部に露出されて備えられることがあり、また、放電の影響を受けるため、耐酸化性や耐放電性を有する導電性材料で構成されることが好ましい。具体的には、例えば、ニッケル、ステンレス、チタン、モリブデン、タングステン、またはこれらの合金などの材料で構成されることが好ましい。
【００２０】
第２の電極２１の形状として、例えば、図１に示すように、一方向に延びる平板状の部材が例示されるが、平板状に限れるものではない。例えば、第２の電極２１の長手方向に垂直な断面形状が、半円形、半楕円形、円形、楕円形などであってもよい。なお、誘電体２３との接合を強固にするためには、誘電体２３との接合面は、平面状であることが好ましい。
【００２１】
第２の電極２１は、図１に示すように、誘電体２３の一方の表面２３ａに対向する他方の表面２３ｂに、複数の誘電体２３に亘って固着されている。すなわち、第１の電極２０と同様に、一つの導電性部材で構成される第２の電極２１が、各誘電体２３の他方の表面２３ｂに固着されている。また、第２の電極２１は、第１の電極２０から気流を発生させる方向にずらして、誘電体２３を介して離間されている。
【００２２】
なお、第１の電極２０の幅Ｌ１が誘電体２３の幅Ｍと同じに構成された場合には、第２の電極２１の幅Ｌ２は、第１の電極２０の幅Ｌ１よりも狭く構成される。そして、第２の電極２１は、図１に示された配置位置と同様に、誘電体２３の幅方向の中心よりも端部側にずらして固着される。
【００２３】
ここで、第２の電極２１と誘電体２３との接合部３０について説明する。なお、第１の電極２０と誘電体２３との接合部３０も、第２の電極２１と誘電体２３との接合部３０と同じ構成である。
【００２４】
第２の電極２１と誘電体２３との接合部３０は、例えば、第２の電極２１または誘電体２３の接合面に、銀や銅またはそれらの合金などをメッキ処理し、第２の電極２１と誘電体２３とを積層した状態でメッキ処理された金属を溶融して、接合してもよい。
【００２５】
また、この接合方法に限らず、例えば、誘電体２３との反応により誘電体２３の表面を金属化するメタライズ法や、チタンやジルコニウムなどのセラミックス材料と反応性の高い金属を含む活性金属ロウ材を用いたロウ付けなどによって、第２の電極２１と誘電体２３とを接合してもよい。この活性金属ロウ材を用いた接合では、活性金属ロウ材の成分と、誘電体２３に含まれる成分とが反応しながら硬化するため、より強固な接合界面を形成することができる。
【００２６】
また、第２の電極２１と誘電体２３との接合強度を向上させるために、次に示すような方法で、第２の電極２１と誘電体２３とを接合することが好ましい。図２は、第１の実施の形態の気流発生装置１０における第２の電極２１と誘電体２３との接合部の断面を模式的に示した図である。
【００２７】
図２に示すように、第２の電極２１と誘電体２３との接合部３０は、拡散層３１と接合層３２とを備えている。
【００２８】
拡散層３１は、誘電体２３の表面に形成されている。この拡散層３１は、誘電体２３を構成する無機固体材料を含む金属材料から構成されている。無機固体材料は、例えば、粒子、またはそれらが溶着した状態で含有される。金属材料としては、例えば、モリブデンとマンガンの合金、タングステン、チタンなどを使用することができる。
【００２９】
接合層３２は、拡散層３１に積層して形成され、拡散層３１と第２の電極２１とを接合している。接合層３２は、例えば、Ｎｉを主成分とする金属材料、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどを主成分元素とした活性金属ロウ材などによって構成される。
【００３０】
上記した接合部３０を形成する場合、まず、例えば、バインダなどと混合することでペースト状にした拡散層３１を形成するための材料を誘電体２３の表面に塗布し、還元雰囲気下で熱処理して拡散層３１を形成する。そして、例えば、ろう付けによって接合層３２を形成し、拡散層３１と第２の電極２１とを接合する。
【００３１】
なお、ここでは、接合部３０が拡散層３１と接合層３２と備える一例を示したが、接合部３０を拡散層３１のみで構成してもよい。この場合、ペースト状にした拡散層３１を形成するための材料を誘電体２３の表面に塗布し、第２の電極２１を積層した状態で、還元雰囲気下で熱処理を行う。
【００３２】
これらの接合により、ペースト状にした拡散層３１を形成するための材料の成分と、誘電体２３に含まれる成分とが反応しながら硬化するため、より強固な接合界面を形成することができる。
【００３３】
また、第２の電極２１は、気流が発生する側の電極であり、外部に露出されて備えられることがあり、また、放電の影響を受けるため、表面を耐酸化性や耐放電性を有する材料でコーティングしてもよい。コーティングによる皮膜は、例えば、金メッキ、タングステン、モリブデンなどの融点金属やアルミナなどのセラミックスの物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）などによって形成される。また、例えば、第２の電極２１にガラスペーストを塗布して焼き付ける方法（琺瑯）、アルミナなどのセラミックスの粒子を溶融状態で吹き付ける方法（溶射）などによって、コーティングによる皮膜を形成してもよい。これらのコーティングの中でも、セラミックスからなる皮膜は、屋外環境における酸化や腐食に対する耐環境性、および耐放電性の観点から有効である。
【００３４】
各誘電体２３間の間隙を埋めるように充填される電気絶縁部材２４は、例えば、シリカ粒子を含むエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂材料で構成される。各誘電体２３間の間隙、すなわち、誘電体２３が存在しない第１の電極２０と第２の電極２１との間に電気絶縁部材２４を設けることで、第１の電極２０と第２の電極２１との間の放電を防止することができる。
【００３５】
また、図１に示すように、ケーブル４０、４１を介して第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧を印加する放電用電源５０が備えられている。第１の電極２０および第２の電極２１は、それぞれ一方向に延びる一つの導電性部材で構成されているため、第１の電極２０の一端部と第２の電極２１との一端部に電圧を印加することで、気流発生装置１０全体に電圧が印加される。
【００３６】
放電用電源５０は、例えば、パルス状（正極性、負極性、正負の両極性（交番電圧））や交流状（正弦波、断続正弦波）の波形を有する電圧を出力する。放電用電源５０は、電圧値、周波数、電流波形、デューティ比などの電流電圧特性などを変化させて、第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧を印加することができる。
【００３７】
次に、気流発生装置１０の作用について説明する。
【００３８】
放電用電源５０から第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、第１の電極２０と第２の電極２１との間に放電が誘起される。この放電は、バリア放電とよばれ、低温プラズマが生成される。
【００３９】
この放電においては、気体中の電子のみにエネルギを与えることができるため、気体をほとんど加熱せずに気体を電離して電子およびイオンを生成することができる。生成された電子やイオンは、電界によって駆動され、それらが気体分子と衝突することで運動量が気体分子に移行する。すなわち、放電を印加することで、例えば第２の電極２１付近から、誘電体２３の他方の表面２３ｂに沿う気流を発生させることができる。
【００４０】
この気流の大きさや向きは、電極に印加する電圧、周波数、電流波形、デューティ比などの電流電圧特性を変化させることで制御可能である。ここでは、各誘電体２３の他方の表面２３ｂに、同じ方向に向けて気流が発生する。
【００４１】
上記した第１の実施の形態の気流発生装置１０によれば、第１の電極２０および第２の電極２１は、それぞれ一方向に延びる一つの導電性部材で構成されているため、第１の電極２０の一端部と第２の電極２１との一端部に電圧を印加することで、気流発生装置１０全体に電圧を印加することができる。そのため、第１の電極２０、第２の電極２１および誘電体２３からなる個々の気流発生部ごとに配線を接続する作業をする必要がなく、製造性を向上させ、第１の電極２０と第２の電極２１との間に、容易に電圧を印加することができる。
【００４２】
また、気流発生装置１０は、一方向に長く延びる構造を有しているが、複数の誘電体２３を所定の間隔をあけて第１の電極２０の長手方向に配設し、誘電体２３間に樹脂材料からなる電気絶縁部材２４を備えているため、曲げ応力などがかかった場合でも、誘電体２３を破損することがない。さらに、誘電体２３として、セラミックス材料やガラス材料が使用されているため、耐放電性を向上させることができる。
【００４３】
ここで、第１の実施の形態の気流発生装置１０は、上記した構成に限られるものではない。図３は、第１の実施の形態の気流発生装置１０において、ケーブル４０、４１との接続部に最も近い気流発生部の、長手方向に垂直な断面を模式的に示した図である。なお、気流発生部とは、気流発生装置１０を構成する、第１の電極２０、第２の電極２１および一つの誘電体２３からなる構成部をいう。
【００４４】
図３に示すように、例えば、ケーブル４０、４１との接続部に最も近い気流発生部の誘電体２３に貫通孔６０を形成し、この貫通孔６０を銅、ニッケル、タングステンなどの導電性部材で充填して、第２の電極２１に電気的に導通する導通パス６１を形成してもよい。
【００４５】
これによって、ケーブル４０、４１による接続を、気流発生装置１０の一方の側（この場合には、気流発生装置１０の第１の電極２０側）から行うことができる。そのため、ケーブル４０、４１との接続を容易に行うことができる。
【００４６】
なお、ここでは、第２の電極２１に電気的に導通する導通パス６１の一例を説明したが、導通パス６１は、第１の電極２０に電気的に導通するように構成されてもよい。
【００４７】
また、図４は、第１の実施の形態の気流発生装置１０において、第１の電極２０および第２の電極２１の他の構成を説明するための、気流発生装置１０を上方から見たときの平面図である。
【００４８】
図４に示すように、誘電体２３に固着されていない、誘電体２３間に位置する、第１の電極の幅Ｌ３および第２の電極の幅Ｌ４を、誘電体２３に固着されている、第１の電極の幅Ｌ１および第２の電極の幅Ｌ２よりも狭く構成してもよい。
【００４９】
このように構成することで、気流発生装置１０に曲げ応力がかかった際、第１の電極２０および第２の電極２１にかかる曲げ応力を低減することができる。そのため、例えば、気流発生装置１０を風車などの風車翼に設置した場合、風車翼の変形に対する気流発生装置１０の追従性を向上させることができる。
【００５０】
（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態の気流発生装置１１の一部を模式的に示した斜視図である。なお、図５では、第１の電極２０の長手方向に繰り返し構成される構成部の一部を省略して示している。また、第１の実施の形態の気流発生装置１０と同じ構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００５１】
図５に示すように、気流発生装置１１は、第１の電極２０と、第２の電極７０と、これらの電極間に介在する複数の誘電体２３とを備えている。
【００５２】
第１の電極２０は、第１の実施の形態における構成と同じであり、所定の幅Ｌ１を有して、一方向に延びる一つの導電性部材で構成されている。また、誘電体２３についても、第１の実施の形態における構成と同じである。
【００５３】
なお、ここでは、第１の電極２０の幅Ｌ１が、誘電体２３の幅Ｍよりも狭く構成された一例を示しているが、第１の電極２０の幅Ｌ１を誘電体２３の幅Ｍと同じに構成してもよい。すなわち、誘電体２３の一方の表面２３ａ全体に亘って、第１の電極２０が固着されるように、第１の電極２０の幅Ｌ１を構成してもよい。
【００５４】
第２の電極７０は、所定の幅Ｌ２を有し、誘電体２３の一方の表面２３ａに対向する他方の表面２３ｂに、それぞれ個別に固着されている。すなわち、第２の電極７０は、第１の実施の形態の第２の電極２１とは異なり一体形状からなる一つの電極ではなく、各誘電体２３ごとに独立して複数備えられている。また、第２の電極７０は、第１の電極２０から気流を発生させる方向にずらして、誘電体２３を介して離間されている。
【００５５】
なお、第１の電極２０の幅Ｌ１が誘電体２３の幅Ｍと同じに構成された場合には、第２の電極７０の幅Ｌ２は、第１の電極２０の幅Ｌ１よりも狭く構成される。そして、第２の電極７０は、図５に示された配置位置と同様に、誘電体２３の幅方向の中心よりも端部側にずらして固着される。また、第２の電極７０の材料などは、第１の実施の形態の第２の電極２１と同じである。
【００５６】
また、第１の電極２０および第２の電極７０の誘電体２３への接合方法も、第１の実施の形態における接合方法と同じである。
【００５７】
気流発生装置１１においては、隣り合う誘電体２３との間に、電気絶縁部材２４を設けずに構成することができるが、必要に応じて電気絶縁部材２４を設けてもよい。
【００５８】
また、図５に示すように、ケーブル４０、４１を介して第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧を印加する放電用電源５０が備えられている。第１の電極２０は、一方向に延びる一つの導電性部材で構成されているため、第１の電極２０の一端部にケーブル４０が接続されている。一方、第２の電極２１は、各誘電体２３に個別に備えられ、各第２の電極２１は、それぞれが導通されていないため、図５に示すように、各第２の電極２１にケーブル４１が接続されている。
【００５９】
放電用電源５０によって、第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、前述したように、例えば第２の電極２１付近から、誘電体２３の他方の表面２３ｂに沿う気流を発生させることができる。
【００６０】
上記した第２の実施の形態の気流発生装置１１によれば、第１の電極２０は、一方向に延びる一つの導電性部材で構成されているため、第１の電極２０の一端部にケーブル４０を接続することで、第１の電極２０側の導通を一体化することができる。そのため、各誘電体２３に個別に第１の電極２０が備えられている場合に比べて、製造性を向上させることができる。
【００６１】
また、気流発生装置１１は、一方向に長く延びる構造を有しているが、複数の誘電体２３を所定の間隔をあけて第１の電極２０の長手方向に配設しているため、曲げ応力などがかかった場合でも、誘電体２３を破損することがない。
【００６２】
ここで、第２の実施の形態の気流発生装置１１においても、各誘電体２３に貫通孔６０を形成し、この貫通孔６０を銅、ニッケル、タングステンなどの導電性部材で充填して、第２の電極７０に電気的に導通する導通パス６１を形成してもよい（図３参照）。
【００６３】
これによって、ケーブル４０、４１による接続を、気流発生装置１１の一方の側（この場合には、気流発生装置１１の第１の電極２０側）から行うことができる。そのため、ケーブル４０、４１との接続を容易に行うことができる。なお、導通パス６１は、第１の電極２０に電気的に導通するように構成されてもよい。
【００６４】
また、誘電体２３に固着されていない、誘電体２３間に位置する、第１の電極の幅Ｌ３を、誘電体２３に固着されている、第１の電極の幅Ｌ１よりも狭く構成してもよい（図４参照）。
【００６５】
このように構成することで、気流発生装置１１に曲げ応力がかかった際、第１の電極２０にかかる曲げ応力を低減することができる。そのため、例えば、気流発生装置１１を風車などの風車翼に設置した場合、風車翼の変形に対する気流発生装置１１の追従性を向上させることができる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
図６は、第３の実施の形態の気流発生装置モジュール１２を模式的に示した斜視図である。気流発生装置モジュール１２は、第１および第２の実施の形態における気流発生装置１０、１１の少なくとも一部を電気絶縁材料で覆ってモジュール化したものである。ここでは、第１の実施の形態における気流発生装置１０をモジュール化した場合を例示して説明する。
【００６７】
図６に示すように、気流発生装置モジュール１２は、気流発生装置１０の全体を電気絶縁材料でモールドして、モールド部７５を形成することで構成される。ここで、電気絶縁材料としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの絶縁性に優れる樹脂材料や、アクリル樹脂、フッソ樹脂などの紫外線に耐性のある樹脂材料などを使用することができる。
【００６８】
また、これらの樹脂材料に、上記した樹脂材料の特性をさらに向上させるために、例えば、シリカ、アルミナなどの無機材料を添加してもよい。これらの無機材料の形状は、粒子、破砕形状などである。例えば、樹脂材料の耐放電性の理由から、樹脂材料１００質量部に対して、これらの無機材料を４０〜７０体積部添加することが好ましい。
【００６９】
なお、ここでは、気流発生装置１０の全体をモールドした一例を示しているが、この構成に限られるものではない。例えば、気流が発生する側の、第２の電極２１、およびこの第２の電極２１が固着された誘電体２３の他方の表面２３ｂをモールドせずに、これらを露出させて構成してもよい。
【００７０】
例えば、気流発生装置１０を風車翼などに設置する際、気流が発生しない第１の電極２０側が風車翼に接触する側となるが、このように気流発生装置モジュール１２とすることで、風車翼と第１の電極２０との間の電気的な絶縁を確保することができる。また、気流発生装置モジュール１２においては、少なくとも、風車翼に接触する側が絶縁されているため、風車翼などの設置対象物への設置を容易に行うことができる。
【００７１】
（第４の実施の形態）
図７は、第４の実施の形態の風車１３を模式的に示した斜視図である。図７に示すように、風車１３において、地面８０に設置されたタワー９０の頂部に発電機（図示しない）などを収容したナセル９１が取付けられている。ナセル９１の上面には、風の風向や速度を計測する風向風速計１１０が設けられている。また、ナセル９１から突出した発電機の回転軸にロータ１００が取り付けられている。
【００７２】
ロータ１００は、ハブ１０１、およびこのハブ１０１に取り付けられた風車翼１０２を備えている。風車翼１０２は、例えば、ピッチ角が変更可能に備えられている。なお、ここでは、３枚の風車翼１０２を備える一例を示しているが、風車翼の数は、限定されるものではない。
【００７３】
風車翼１０２の前縁部には、図７に示すように、風車翼１０２の翼根から翼端に亘って気流発生装置１０、１１が設けられている。なお、気流発生装置１０、１１の代わりに、気流発生装置モジュール１２を備えてもよい。また、ここでは、風車翼１０２の翼根から翼端に亘って一つの気流発生装置１０、１１を設けた一例を示しているが、複数の気流発生装置１０、１１を設けるように構成されてもよい。
【００７４】
ここで、風車翼１０２が、例えば、電気絶縁材料で構成されている場合には、風車翼１０２と第１の電極２０との間の電気的な絶縁を確保することができるため、気流発生装置１０、１１を直接風車翼１０２に設置することができる。一方、風車翼１０２が、例えば、電気絶縁材料で構成されていない場合には、風車翼１０２と第１の電極２０との間の電気的な絶縁を確保するため、気流発生装置モジュール１２を設置することができる。
【００７５】
放電用電源５０は、例えば、ナセル９１内に設けられ、風車翼１０２の内部、ハブ１０１を介して配線されたケーブル４０、４１を介して、気流発生装置１０、１１への電圧の印加を行う。なお、回転部と静止部は、例えば、ブラシや放電ギャップによって電気的に接続される。
【００７６】
このように気流発生装置１０、１１を備えた風車翼１０２において、翼上面の流速と翼下面の流速の差から風車翼１０２には揚力が発生する。風車翼１０２の迎角を大きくすると揚力は増大するが、ある迎角以上では、翼上面から流れが剥離して揚力が低下する。このような流れの剥離を生じる部分の翼面上に気流発生装置１０、１１を備えて、気流を発生させることで、翼境界層における流速分布が変化し、流れの剥離の発生を抑えることができる。
【００７７】
上記したように、風車翼１０２に気流発生装置１０、１１を備えることで、流れの剥離の発生を抑えて高効率化を図るとともに、風車翼１０２の振動や騒音の抑制することができる。
【００７８】
また、気流発生装置１０、１１は、風車翼１０２の翼根から翼端に亘って、一方向に長く延びる構造を有しているが、複数の誘電体２３を所定の間隔をあけて第１の電極２０の長手方向に配設しているため、風車翼１０２に曲げ応力などがかかった場合でも、誘電体２３を破損することがない。さらに、誘電体２３として、セラミックス材料やガラス材料が使用されているため、耐放電性を向上させることができる。
【００７９】
また、気流発生装置１０、１１を備えることで、前述したように、第１の電極２０および第２の電極２１をそれぞれの導通を一体化、または第１の電極２０の導通を一体化することができるため、配線などの電気的な接続を容易にし、風車１３の製造性を向上させることができる。
【００８０】
以上説明した実施形態によれば、曲げ変形などが生じる環境下においても優れた耐久性を有し、配線などの電気的な接続を容易に行うことが可能となる。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８２】
１０，１１…気流発生装置、１２…気流発生装置モジュール、１３…風車、２０…第１の電極、２１，７０…第２の電極、２３…誘電体、２３ａ，２３ｂ…表面、２４…電気絶縁部材、３０…接合部、３１…拡散層、３２…接合層、４０，４１…ケーブル、５０…放電用電源、６０…貫通孔、６１…導通パス、７５…モールド部、８０…地面、９０…タワー、９１…ナセル、１００…ロータ、１０１…ハブ、１０２…風車翼、１１０…風向風速計。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、気流発生装置、気流発生装置モジュールおよび風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体工学の分野において、物体表面に放電プラズマを生成して気流を発生させ、流体機器における空気力学的特性を制御する気流発生装置が提案されている。この気流発生装置において発生された気流により空気力学的特性を改善することで、流体機器における震動や騒音の抑制、あるいは高効率化が可能となる。この気流発生装置は、様々な用途があり、例えば風力発電システムの風車翼への適用が期待されている。
【０００３】
上記した気流発生装置は、一対の電極が誘電体を介して配置されて構成されている。そして、これらの電極間に電圧を印加することで、一方の電極近傍の気体がイオン化されて気流が発生する。気流発生装置に備えられる誘電体として、アルミナなどのセラミックス材料やポリイミドなどの樹脂材料などが使用されている。
【０００４】
気流発生装置に備えられる誘電体としてセラミックス材料を使用する場合、セラミックス材料は、樹脂材料に比べて放電に対して優れた耐性を有するため、長期間放電に曝されることになる誘電体として好適である。一方、セラミックス材料は、樹脂材料と比較して靭性に劣り、曲げ応力などが生じると割れる。そのため、風車翼の翼根から翼端に亘って気流発生装置を設置する際には、放電用電極、対向電極および誘電体からなる気流発生装置を複数作製し、この独立した複数の気流発生装置を風車翼に配置して、セラミック材料にかかる曲げ応力を低減させる構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１７６５６号公報
【特許文献２】特開２００８−２５４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のように、独立した複数の気流発生装置を風車翼に配置する構成においては、複数の気流発生装置のそれぞれの電極に電圧を印加するための配線を接続する必要がある。このように、複数の気流発生装置のそれぞれの電極に配線をすることは、作業工数の増大を招き製造性を低下させるとともに、配線箇所が増大することによる信頼性の低下を招くことになる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、曲げ変形などが生じる環境下においても優れた耐久性を有し、配線などの電気的な接続を容易に行うことができる気流発生装置、気流発生装置モジュールおよび風車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の気流発生装置は、所定の幅を有して一方向に延びる第１の電極と、一方の表面が前記第１の電極に固着され、所定の間隔をあけて前記第１の電極の長手方向に配設された無機固体材料からなる複数の誘電体と、前記誘電体の一方の表面に対向する他方の表面に、複数の前記誘電体に亘って固着され、所定の幅を有して前記第１の電極と同じ方向に延びる第２の電極と、各前記誘電体間の間隙を埋めるように充填された電気絶縁部材とを備える。そして、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されて気流を発生させる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態の気流発生装置の一部を模式的に示した斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の気流発生装置における第２の電極と誘電体との接合部の断面を模式的に示した図である。
【図３】第１の実施の形態の気流発生装置において、ケーブルとの接続部に最も近い気流発生部の、長手方向に垂直な断面を模式的に示した図である。
【図４】第１の実施の形態の気流発生装置において、第１の電極および第２の電極の他の構成を説明するための、気流発生装置を上方から見たときの平面図である。
【図５】第２の実施の形態の気流発生装置の一部を模式的に示した斜視図である。
【図６】第３の実施の形態の気流発生装置モジュールを模式的に示した斜視図である。
【図７】第４の実施の形態の風車を模式的に示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の気流発生装置１０の一部を模式的に示した斜視図である。なお、図１では、第１の電極２０の長手方向に繰り返し構成される構成部の一部を省略して示している。
【００１２】
図１に示すように、気流発生装置１０は、第１の電極２０と、第２の電極２１と、これらの電極間に介在する複数の誘電体２３とを備えている。また、隣り合う誘電体２３との間には、電気絶縁部材２４が充填されている。
【００１３】
第１の電極２０は、所定の幅Ｌ１を有して、一方向に延びる一つの導電性部材で構成されている。第１の電極２０の形状として、例えば、図１に示すように、一方向に延びる平板状の部材が例示されるが、平板状に限れるものではない。例えば、第１の電極２０の長手方向に垂直な断面形状が、半円形、半楕円形、円形、楕円形などであってもよい。なお、誘電体２３との接合を強固にするためには、誘電体２３との接合面は、平面状であることが好ましい。
【００１４】
誘電体２３は、所定の間隔をあけて第１の電極２０の長手方向に複数配設され、それぞれの誘電体２３の一方の表面２３ａは、第１の電極２０に固着されている。ここで、隣り合う誘電体２３との間隔は、気流制御装置の曲げ応力を低減させる理由から、第１の電極２０の長手方向に沿う誘電体２３の長さと同程度に設定されることが好ましい。
【００１５】
なお、ここでは、第１の電極２０の幅Ｌ１が、誘電体２３の幅Ｍよりも狭く構成された一例を示しているが、第１の電極２０の幅Ｌ１を誘電体２３の幅Ｍと同じに構成してもよい。すなわち、誘電体２３の一方の表面２３ａ全体に亘って、第１の電極２０が固着されるように、第１の電極２０の幅Ｌ１を構成してもよい。
【００１６】
誘電体２３の形状は、例えば、図１に示すように、直方体または立方体のものを使用することができるが、この形状に限られるものではない。また、誘電体２３の形状は、例えば、気流発生装置１０に曲げ応力がかかった際に、各誘電体２３が曲げ応力の影響を受けない程度の形状（例えば、第１の電極２０の長手方向の長さ）に構成されている。なお、少なくとも、気流が発生する側（第２の電極２１側）の誘電体２３の表面は平面であることが好ましい。また、各誘電体２３の厚さは、等しいことが好ましい。
【００１７】
誘電体２３は、無機固体材料から構成されている。無機固体材料としては、例えば、セラミックス材料やガラス材料などを使用することができる。セラミックス材料としては、例えば、アルミナなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウム、窒化珪素などの非酸化物系のセラミックスを使用することができる。また、ガラス材料としては、例えば、シリカガラスなどを使用することができる。
【００１８】
なお、誘電体２３は、これらに限定されるものではなく、無機固体材料からなる誘電材料であればよく、その中でも耐放電性に優れたものを使用することが好ましい。ここで、耐放電性とは、放電による電子や、放電の過程で生じるイオンなどの衝突に対する、誘電体を構成する原子の耐スパッタリング性を意味する。
【００１９】
第２の電極２１は、所定の幅Ｌ２を有して、第１の電極２０と同じ方向に延びる一つの導電性部材で構成されている。第２の電極２１は、気流が発生する側の電極であり、外部に露出されて備えられることがあり、また、放電の影響を受けるため、耐酸化性や耐放電性を有する導電性材料で構成されることが好ましい。具体的には、例えば、ニッケル、ステンレス、チタン、モリブデン、タングステン、またはこれらの合金などの材料で構成されることが好ましい。
【００２０】
第２の電極２１の形状として、例えば、図１に示すように、一方向に延びる平板状の部材が例示されるが、平板状に限れるものではない。例えば、第２の電極２１の長手方向に垂直な断面形状が、半円形、半楕円形、円形、楕円形などであってもよい。なお、誘電体２３との接合を強固にするためには、誘電体２３との接合面は、平面状であることが好ましい。
【００２１】
第２の電極２１は、図１に示すように、誘電体２３の一方の表面２３ａに対向する他方の表面２３ｂに、複数の誘電体２３に亘って固着されている。すなわち、第１の電極２０と同様に、一つの導電性部材で構成される第２の電極２１が、各誘電体２３の他方の表面２３ｂに固着されている。また、第２の電極２１は、第１の電極２０から気流を発生させる方向にずらして、誘電体２３を介して離間されている。
【００２２】
なお、第１の電極２０の幅Ｌ１が誘電体２３の幅Ｍと同じに構成された場合には、第２の電極２１の幅Ｌ２は、第１の電極２０の幅Ｌ１よりも狭く構成される。そして、第２の電極２１は、図１に示された配置位置と同様に、誘電体２３の幅方向の中心よりも端部側にずらして固着される。
【００２３】
ここで、第２の電極２１と誘電体２３との接合部３０について説明する。なお、第１の電極２０と誘電体２３との接合部３０も、第２の電極２１と誘電体２３との接合部３０と同じ構成である。
【００２４】
第２の電極２１と誘電体２３との接合部３０は、例えば、第２の電極２１または誘電体２３の接合面に、銀や銅またはそれらの合金などをメッキ処理し、第２の電極２１と誘電体２３とを積層した状態でメッキ処理された金属を溶融して、接合してもよい。
【００２５】
また、この接合方法に限らず、例えば、誘電体２３との反応により誘電体２３の表面を金属化するメタライズ法や、チタンやジルコニウムなどのセラミックス材料と反応性の高い金属を含む活性金属ロウ材を用いたロウ付けなどによって、第２の電極２１と誘電体２３とを接合してもよい。この活性金属ロウ材を用いた接合では、活性金属ロウ材の成分と、誘電体２３に含まれる成分とが反応しながら硬化するため、より強固な接合界面を形成することができる。
【００２６】
また、第２の電極２１と誘電体２３との接合強度を向上させるために、次に示すような方法で、第２の電極２１と誘電体２３とを接合することが好ましい。図２は、第１の実施の形態の気流発生装置１０における第２の電極２１と誘電体２３との接合部の断面を模式的に示した図である。
【００２７】
図２に示すように、第２の電極２１と誘電体２３との接合部３０は、拡散層３１と接合層３２とを備えている。
【００２８】
拡散層３１は、誘電体２３の表面に形成されている。この拡散層３１は、誘電体２３を構成する無機固体材料を含む金属材料から構成されている。無機固体材料は、例えば、粒子、またはそれらが溶着した状態で含有される。金属材料としては、例えば、モリブデンとマンガンの合金、タングステン、チタンなどを使用することができる。
【００２９】
接合層３２は、拡散層３１に積層して形成され、拡散層３１と第２の電極２１とを接合している。接合層３２は、例えば、Ｎｉを主成分とする金属材料、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどを主成分元素とした活性金属ロウ材などによって構成される。
【００３０】
上記した接合部３０を形成する場合、まず、例えば、バインダなどと混合することでペースト状にした拡散層３１を形成するための材料を誘電体２３の表面に塗布し、還元雰囲気下で熱処理して拡散層３１を形成する。そして、例えば、ろう付けによって接合層３２を形成し、拡散層３１と第２の電極２１とを接合する。
【００３１】
なお、ここでは、接合部３０が拡散層３１と接合層３２と備える一例を示したが、接合部３０を拡散層３１のみで構成してもよい。この場合、ペースト状にした拡散層３１を形成するための材料を誘電体２３の表面に塗布し、第２の電極２１を積層した状態で、還元雰囲気下で熱処理を行う。
【００３２】
これらの接合により、ペースト状にした拡散層３１を形成するための材料の成分と、誘電体２３に含まれる成分とが反応しながら硬化するため、より強固な接合界面を形成することができる。
【００３３】
また、第２の電極２１は、気流が発生する側の電極であり、外部に露出されて備えられることがあり、また、放電の影響を受けるため、表面を耐酸化性や耐放電性を有する材料でコーティングしてもよい。コーティングによる皮膜は、例えば、金メッキ、タングステン、モリブデンなどの融点金属やアルミナなどのセラミックスの物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）などによって形成される。また、例えば、第２の電極２１にガラスペーストを塗布して焼き付ける方法（琺瑯）、アルミナなどのセラミックスの粒子を溶融状態で吹き付ける方法（溶射）などによって、コーティングによる皮膜を形成してもよい。これらのコーティングの中でも、セラミックスからなる皮膜は、屋外環境における酸化や腐食に対する耐環境性、および耐放電性の観点から有効である。
【００３４】
各誘電体２３間の間隙を埋めるように充填される電気絶縁部材２４は、例えば、シリカ粒子を含むエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂材料で構成される。各誘電体２３間の間隙、すなわち、誘電体２３が存在しない第１の電極２０と第２の電極２１との間に電気絶縁部材２４を設けることで、第１の電極２０と第２の電極２１との間の放電を防止することができる。
【００３５】
また、図１に示すように、ケーブル４０、４１を介して第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧を印加する放電用電源５０が備えられている。第１の電極２０および第２の電極２１は、それぞれ一方向に延びる一つの導電性部材で構成されているため、第１の電極２０の一端部と第２の電極２１との一端部に電圧を印加することで、気流発生装置１０全体に電圧が印加される。
【００３６】
放電用電源５０は、例えば、パルス状（正極性、負極性、正負の両極性（交番電圧））や交流状（正弦波、断続正弦波）の波形を有する電圧を出力する。放電用電源５０は、電圧値、周波数、電流波形、デューティ比などの電流電圧特性などを変化させて、第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧を印加することができる。
【００３７】
次に、気流発生装置１０の作用について説明する。
【００３８】
放電用電源５０から第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、第１の電極２０と第２の電極２１との間に放電が誘起される。この放電は、バリア放電とよばれ、低温プラズマが生成される。
【００３９】
この放電においては、気体中の電子のみにエネルギを与えることができるため、気体をほとんど加熱せずに気体を電離して電子およびイオンを生成することができる。生成された電子やイオンは、電界によって駆動され、それらが気体分子と衝突することで運動量が気体分子に移行する。すなわち、放電を印加することで、例えば第２の電極２１付近から、誘電体２３の他方の表面２３ｂに沿う気流を発生させることができる。
【００４０】
この気流の大きさや向きは、電極に印加する電圧、周波数、電流波形、デューティ比などの電流電圧特性を変化させることで制御可能である。ここでは、各誘電体２３の他方の表面２３ｂに、同じ方向に向けて気流が発生する。
【００４１】
上記した第１の実施の形態の気流発生装置１０によれば、第１の電極２０および第２の電極２１は、それぞれ一方向に延びる一つの導電性部材で構成されているため、第１の電極２０の一端部と第２の電極２１との一端部に電圧を印加することで、気流発生装置１０全体に電圧を印加することができる。そのため、第１の電極２０、第２の電極２１および誘電体２３からなる個々の気流発生部ごとに配線を接続する作業をする必要がなく、製造性を向上させ、第１の電極２０と第２の電極２１との間に、容易に電圧を印加することができる。
【００４２】
また、気流発生装置１０は、一方向に長く延びる構造を有しているが、複数の誘電体２３を所定の間隔をあけて第１の電極２０の長手方向に配設し、誘電体２３間に樹脂材料からなる電気絶縁部材２４を備えているため、曲げ応力などがかかった場合でも、誘電体２３を破損することがない。さらに、誘電体２３として、セラミックス材料やガラス材料が使用されているため、耐放電性を向上させることができる。
【００４３】
ここで、第１の実施の形態の気流発生装置１０は、上記した構成に限られるものではない。図３は、第１の実施の形態の気流発生装置１０において、ケーブル４０、４１との接続部に最も近い気流発生部の、長手方向に垂直な断面を模式的に示した図である。なお、気流発生部とは、気流発生装置１０を構成する、第１の電極２０、第２の電極２１および一つの誘電体２３からなる構成部をいう。
【００４４】
図３に示すように、例えば、ケーブル４０、４１との接続部に最も近い気流発生部の誘電体２３に貫通孔６０を形成し、この貫通孔６０を銅、ニッケル、タングステンなどの導電性部材で充填して、第２の電極２１に電気的に導通する導通パス６１を形成してもよい。
【００４５】
これによって、ケーブル４０、４１による接続を、気流発生装置１０の一方の側（この場合には、気流発生装置１０の第１の電極２０側）から行うことができる。そのため、ケーブル４０、４１との接続を容易に行うことができる。
【００４６】
なお、ここでは、第２の電極２１に電気的に導通する導通パス６１の一例を説明したが、導通パス６１は、第１の電極２０に電気的に導通するように構成されてもよい。
【００４７】
また、図４は、第１の実施の形態の気流発生装置１０において、第１の電極２０および第２の電極２１の他の構成を説明するための、気流発生装置１０を上方から見たときの平面図である。
【００４８】
図４に示すように、誘電体２３に固着されていない、誘電体２３間に位置する、第１の電極の幅Ｌ３および第２の電極の幅Ｌ４を、誘電体２３に固着されている、第１の電極の幅Ｌ１および第２の電極の幅Ｌ２よりも狭く構成してもよい。
【００４９】
このように構成することで、気流発生装置１０に曲げ応力がかかった際、第１の電極２０および第２の電極２１にかかる曲げ応力を低減することができる。そのため、例えば、気流発生装置１０を風車などの風車翼に設置した場合、風車翼の変形に対する気流発生装置１０の追従性を向上させることができる。
【００５０】
（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態の気流発生装置１１の一部を模式的に示した斜視図である。なお、図５では、第１の電極２０の長手方向に繰り返し構成される構成部の一部を省略して示している。また、第１の実施の形態の気流発生装置１０と同じ構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００５１】
図５に示すように、気流発生装置１１は、第１の電極２０と、第２の電極７０と、これらの電極間に介在する複数の誘電体２３とを備えている。
【００５２】
第１の電極２０は、第１の実施の形態における構成と同じであり、所定の幅Ｌ１を有して、一方向に延びる一つの導電性部材で構成されている。また、誘電体２３についても、第１の実施の形態における構成と同じである。
【００５３】
なお、ここでは、第１の電極２０の幅Ｌ１が、誘電体２３の幅Ｍよりも狭く構成された一例を示しているが、第１の電極２０の幅Ｌ１を誘電体２３の幅Ｍと同じに構成してもよい。すなわち、誘電体２３の一方の表面２３ａ全体に亘って、第１の電極２０が固着されるように、第１の電極２０の幅Ｌ１を構成してもよい。
【００５４】
第２の電極７０は、所定の幅Ｌ２を有し、誘電体２３の一方の表面２３ａに対向する他方の表面２３ｂに、それぞれ個別に固着されている。すなわち、第２の電極７０は、第１の実施の形態の第２の電極２１とは異なり一体形状からなる一つの電極ではなく、各誘電体２３ごとに独立して複数備えられている。また、第２の電極７０は、第１の電極２０から気流を発生させる方向にずらして、誘電体２３を介して離間されている。
【００５５】
なお、第１の電極２０の幅Ｌ１が誘電体２３の幅Ｍと同じに構成された場合には、第２の電極７０の幅Ｌ２は、第１の電極２０の幅Ｌ１よりも狭く構成される。そして、第２の電極７０は、図５に示された配置位置と同様に、誘電体２３の幅方向の中心よりも端部側にずらして固着される。また、第２の電極７０の材料などは、第１の実施の形態の第２の電極２１と同じである。
【００５６】
また、第１の電極２０および第２の電極７０の誘電体２３への接合方法も、第１の実施の形態における接合方法と同じである。
【００５７】
気流発生装置１１においては、隣り合う誘電体２３との間に、電気絶縁部材２４を設けずに構成することができるが、必要に応じて電気絶縁部材２４を設けてもよい。
【００５８】
また、図５に示すように、ケーブル４０、４１を介して第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧を印加する放電用電源５０が備えられている。第１の電極２０は、一方向に延びる一つの導電性部材で構成されているため、第１の電極２０の一端部にケーブル４０が接続されている。一方、第２の電極２１は、各誘電体２３に個別に備えられ、各第２の電極２１は、それぞれが導通されていないため、図５に示すように、各第２の電極２１にケーブル４１が接続されている。
【００５９】
放電用電源５０によって、第１の電極２０と第２の電極２１との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、前述したように、例えば第２の電極２１付近から、誘電体２３の他方の表面２３ｂに沿う気流を発生させることができる。
【００６０】
上記した第２の実施の形態の気流発生装置１１によれば、第１の電極２０は、一方向に延びる一つの導電性部材で構成されているため、第１の電極２０の一端部にケーブル４０を接続することで、第１の電極２０側の導通を一体化することができる。そのため、各誘電体２３に個別に第１の電極２０が備えられている場合に比べて、製造性を向上させることができる。
【００６１】
また、気流発生装置１１は、一方向に長く延びる構造を有しているが、複数の誘電体２３を所定の間隔をあけて第１の電極２０の長手方向に配設しているため、曲げ応力などがかかった場合でも、誘電体２３を破損することがない。
【００６２】
ここで、第２の実施の形態の気流発生装置１１においても、各誘電体２３に貫通孔６０を形成し、この貫通孔６０を銅、ニッケル、タングステンなどの導電性部材で充填して、第２の電極７０に電気的に導通する導通パス６１を形成してもよい（図３参照）。
【００６３】
これによって、ケーブル４０、４１による接続を、気流発生装置１１の一方の側（この場合には、気流発生装置１１の第１の電極２０側）から行うことができる。そのため、ケーブル４０、４１との接続を容易に行うことができる。なお、導通パス６１は、第１の電極２０に電気的に導通するように構成されてもよい。
【００６４】
また、誘電体２３に固着されていない、誘電体２３間に位置する、第１の電極の幅Ｌ３を、誘電体２３に固着されている、第１の電極の幅Ｌ１よりも狭く構成してもよい（図４参照）。
【００６５】
このように構成することで、気流発生装置１１に曲げ応力がかかった際、第１の電極２０にかかる曲げ応力を低減することができる。そのため、例えば、気流発生装置１１を風車などの風車翼に設置した場合、風車翼の変形に対する気流発生装置１１の追従性を向上させることができる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
図６は、第３の実施の形態の気流発生装置モジュール１２を模式的に示した斜視図である。気流発生装置モジュール１２は、第１および第２の実施の形態における気流発生装置１０、１１の少なくとも一部を電気絶縁材料で覆ってモジュール化したものである。ここでは、第１の実施の形態における気流発生装置１０をモジュール化した場合を例示して説明する。
【００６７】
図６に示すように、気流発生装置モジュール１２は、気流発生装置１０の全体を電気絶縁材料でモールドして、モールド部７５を形成することで構成される。ここで、電気絶縁材料としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの絶縁性に優れる樹脂材料や、アクリル樹脂、フッソ樹脂などの紫外線に耐性のある樹脂材料などを使用することができる。
【００６８】
また、これらの樹脂材料に、上記した樹脂材料の特性をさらに向上させるために、例えば、シリカ、アルミナなどの無機材料を添加してもよい。これらの無機材料の形状は、粒子、破砕形状などである。例えば、樹脂材料の耐放電性の理由から、樹脂材料１００質量部に対して、これらの無機材料を４０〜７０体積部添加することが好ましい。
【００６９】
なお、ここでは、気流発生装置１０の全体をモールドした一例を示しているが、この構成に限られるものではない。例えば、気流が発生する側の、第２の電極２１、およびこの第２の電極２１が固着された誘電体２３の他方の表面２３ｂをモールドせずに、これらを露出させて構成してもよい。
【００７０】
例えば、気流発生装置１０を風車翼などに設置する際、気流が発生しない第１の電極２０側が風車翼に接触する側となるが、このように気流発生装置モジュール１２とすることで、風車翼と第１の電極２０との間の電気的な絶縁を確保することができる。また、気流発生装置モジュール１２においては、少なくとも、風車翼に接触する側が絶縁されているため、風車翼などの設置対象物への設置を容易に行うことができる。
【００７１】
（第４の実施の形態）
図７は、第４の実施の形態の風車１３を模式的に示した斜視図である。図７に示すように、風車１３において、地面８０に設置されたタワー９０の頂部に発電機（図示しない）などを収容したナセル９１が取付けられている。ナセル９１の上面には、風の風向や速度を計測する風向風速計１１０が設けられている。また、ナセル９１から突出した発電機の回転軸にロータ１００が取り付けられている。
【００７２】
ロータ１００は、ハブ１０１、およびこのハブ１０１に取り付けられた風車翼１０２を備えている。風車翼１０２は、例えば、ピッチ角が変更可能に備えられている。なお、ここでは、３枚の風車翼１０２を備える一例を示しているが、風車翼の数は、限定されるものではない。
【００７３】
風車翼１０２の前縁部には、図７に示すように、風車翼１０２の翼根から翼端に亘って気流発生装置１０、１１が設けられている。なお、気流発生装置１０、１１の代わりに、気流発生装置モジュール１２を備えてもよい。また、ここでは、風車翼１０２の翼根から翼端に亘って一つの気流発生装置１０、１１を設けた一例を示しているが、複数の気流発生装置１０、１１を設けるように構成されてもよい。
【００７４】
ここで、風車翼１０２が、例えば、電気絶縁材料で構成されている場合には、風車翼１０２と第１の電極２０との間の電気的な絶縁を確保することができるため、気流発生装置１０、１１を直接風車翼１０２に設置することができる。一方、風車翼１０２が、例えば、電気絶縁材料で構成されていない場合には、風車翼１０２と第１の電極２０との間の電気的な絶縁を確保するため、気流発生装置モジュール１２を設置することができる。
【００７５】
放電用電源５０は、例えば、ナセル９１内に設けられ、風車翼１０２の内部、ハブ１０１を介して配線されたケーブル４０、４１を介して、気流発生装置１０、１１への電圧の印加を行う。なお、回転部と静止部は、例えば、ブラシや放電ギャップによって電気的に接続される。
【００７６】
このように気流発生装置１０、１１を備えた風車翼１０２において、翼上面の流速と翼下面の流速の差から風車翼１０２には揚力が発生する。風車翼１０２の迎角を大きくすると揚力は増大するが、ある迎角以上では、翼上面から流れが剥離して揚力が低下する。このような流れの剥離を生じる部分の翼面上に気流発生装置１０、１１を備えて、気流を発生させることで、翼境界層における流速分布が変化し、流れの剥離の発生を抑えることができる。
【００７７】
上記したように、風車翼１０２に気流発生装置１０、１１を備えることで、流れの剥離の発生を抑えて高効率化を図るとともに、風車翼１０２の振動や騒音の抑制することができる。
【００７８】
また、気流発生装置１０、１１は、風車翼１０２の翼根から翼端に亘って、一方向に長く延びる構造を有しているが、複数の誘電体２３を所定の間隔をあけて第１の電極２０の長手方向に配設しているため、風車翼１０２に曲げ応力などがかかった場合でも、誘電体２３を破損することがない。さらに、誘電体２３として、セラミックス材料やガラス材料が使用されているため、耐放電性を向上させることができる。
【００７９】
また、気流発生装置１０、１１を備えることで、前述したように、第１の電極２０および第２の電極２１をそれぞれの導通を一体化、または第１の電極２０の導通を一体化することができるため、配線などの電気的な接続を容易にし、風車１３の製造性を向上させることができる。
【００８０】
以上説明した実施形態によれば、曲げ変形などが生じる環境下においても優れた耐久性を有し、配線などの電気的な接続を容易に行うことが可能となる。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８２】
１０，１１…気流発生装置、１２…気流発生装置モジュール、１３…風車、２０…第１の電極、２１，７０…第２の電極、２３…誘電体、２３ａ，２３ｂ…表面、２４…電気絶縁部材、３０…接合部、３１…拡散層、３２…接合層、４０，４１…ケーブル、５０…放電用電源、６０…貫通孔、６１…導通パス、７５…モールド部、８０…地面、９０…タワー、９１…ナセル、１００…ロータ、１０１…ハブ、１０２…風車翼、１１０…風向風速計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の幅を有して一方向に延びる第１の電極と、
一方の表面が前記第１の電極に固着され、所定の間隔をあけて前記第１の電極の長手方向に配設された無機固体材料からなる複数の誘電体と、
前記誘電体の一方の表面に対向する他方の表面に、複数の前記誘電体に亘って固着され、所定の幅を有して前記第１の電極と同じ方向に延びる第２の電極と、
各前記誘電体間の間隙を埋めるように充填された電気絶縁部材と
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されて気流を発生させることを特徴とする気流発生装置。
【請求項２】
前記第１の電極および前記第２の電極において、前記誘電体に固着されていない、前記誘電体間に位置する電極の幅が、前記誘電体に固着されている電極の幅よりも狭く構成されていることを特徴とする請求項１記載の気流発生装置。
【請求項３】
所定の幅を有して一方向に延びる第１の電極と、
一方の表面が前記第１の電極に固着され、所定の間隔をあけて前記第１の電極の長手方向に配設された無機固体材料からなる複数の誘電体と、
前記誘電体の一方の表面に対向する他方の表面に、それぞれ個別に固着された複数の第２の電極と
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されて気流を発生させることを特徴とする気流発生装置。
【請求項４】
前記第１の電極において、前記誘電体に固着されていない、前記誘電体間に位置する電極の幅が、前記誘電体に固着されている電極の幅よりも狭く構成されていることを特徴とする請求項３記載の気流発生装置。
【請求項５】
前記第１の電極および前記第２の電極が、前記誘電体を構成する無機固体材料を含む金属材料からなる拡散層を介して、前記誘電体の表面に固着されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の気流発生装置。
【請求項６】
前記第１の電極および前記第２の電極が、前記誘電体の表面に形成された、前記誘電体を構成する無機固体材料を含む金属材料からなる拡散層、および前記拡散層に積層して形成された、金属材料からなる接合層を介して、前記誘電体の表面に固着されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の気流発生装置。
【請求項７】
前記誘電体に形成された貫通孔を介して、前記第１の電極または前記第２の電極に電気的に導通する導通パスが形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の気流発生装置。
【請求項８】
前記第１の電極および前記第２の電極のうち、気流が発生する側の電極の表面が、耐酸化性および耐放電性を有する材料でコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の気流発生装置。
【請求項９】
前記無機固体材料が、セラミックス材料またはガラス材料であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の気流発生装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の気流発生装置の少なくとも一部が電気絶縁材料で覆われて構成されていることを特徴とする気流発生装置モジュール。
【請求項１１】
風車翼の翼上面に、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の気流発生装置を備えたことを特徴とする風車。
【請求項１２】
風車翼の翼上面に、請求項１０記載の気流発生装置モジュールを備えたことを特徴とする風車。
【請求項１】
所定の幅を有して一方向に延びる第１の電極と、
一方の表面が前記第１の電極に固着され、所定の間隔をあけて前記第１の電極の長手方向に配設された無機固体材料からなる複数の誘電体と、
前記誘電体の一方の表面に対向する他方の表面に、複数の前記誘電体に亘って固着され、所定の幅を有して前記第１の電極と同じ方向に延びる第２の電極と、
各前記誘電体間の間隙を埋めるように充填された電気絶縁部材と
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されて気流を発生させることを特徴とする気流発生装置。
【請求項２】
前記第１の電極および前記第２の電極において、前記誘電体に固着されていない、前記誘電体間に位置する電極の幅が、前記誘電体に固着されている電極の幅よりも狭く構成されていることを特徴とする請求項１記載の気流発生装置。
【請求項３】
所定の幅を有して一方向に延びる第１の電極と、
一方の表面が前記第１の電極に固着され、所定の間隔をあけて前記第１の電極の長手方向に配設された無機固体材料からなる複数の誘電体と、
前記誘電体の一方の表面に対向する他方の表面に、それぞれ個別に固着された複数の第２の電極と
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されて気流を発生させることを特徴とする気流発生装置。
【請求項４】
前記第１の電極において、前記誘電体に固着されていない、前記誘電体間に位置する電極の幅が、前記誘電体に固着されている電極の幅よりも狭く構成されていることを特徴とする請求項３記載の気流発生装置。
【請求項５】
前記第１の電極および前記第２の電極が、前記誘電体を構成する無機固体材料を含む金属材料からなる拡散層を介して、前記誘電体の表面に固着されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の気流発生装置。
【請求項６】
前記第１の電極および前記第２の電極が、前記誘電体の表面に形成された、前記誘電体を構成する無機固体材料を含む金属材料からなる拡散層、および前記拡散層に積層して形成された、金属材料からなる接合層を介して、前記誘電体の表面に固着されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の気流発生装置。
【請求項７】
前記誘電体に形成された貫通孔を介して、前記第１の電極または前記第２の電極に電気的に導通する導通パスが形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の気流発生装置。
【請求項８】
前記第１の電極および前記第２の電極のうち、気流が発生する側の電極の表面が、耐酸化性および耐放電性を有する材料でコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の気流発生装置。
【請求項９】
前記無機固体材料が、セラミックス材料またはガラス材料であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の気流発生装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の気流発生装置の少なくとも一部が電気絶縁材料で覆われて構成されていることを特徴とする気流発生装置モジュール。
【請求項１１】
風車翼の翼上面に、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の気流発生装置を備えたことを特徴とする風車。
【請求項１２】
風車翼の翼上面に、請求項１０記載の気流発生装置モジュールを備えたことを特徴とする風車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６４３５３（Ｐ２０１３−６４３５３Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０３４３４（Ｐ２０１１−２０３４３４）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「省エネルギー革新技術開発事業／先導研究／動的流れ場に対するプラズマ気流制御最適化の研究開発」業務委託、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「省エネルギー革新技術開発事業／先導研究／動的流れ場に対するプラズマ気流制御最適化の研究開発」業務委託、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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