潮流発電機用のプロペラ構造

【課題】出力シャフトの回転加速度を安定させることにより、安定した発電量を得ることができる潮流発電装置用のプロペラ構造を提供する。
【解決手段】潮流発電装置用のプロペラ構造3は、潮流発電装置1の発電機5に接続される出力シャフト7と、この出力シャフト7に固定されたm個のロータ9とを備え、m個のロータ9の各々は、出力ャフト7を中心に放射状に延び、互いに等角度をなして出力シャフト7に固定されたn個の翼部11を有し、n個の翼部11の各々は、潮流を受けるようになったブレード13と、出力シャフト7と直交方向に延びブレード13を回動自在に支持するようになった支持シャフト15と、ブレード13が回動してブレード13の面が出力シャフト7と平行になる状態でブレード13の回動を規制する規制シャフト17とを有し、m個のロータ9は、上面視したときにm個のロータ9の全ての翼部11が隣接する翼部11に対してシャフトの軸周りに360／(mn)度の間隔をもって配置されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潮流発電機用のプロペラ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、潮流エネルギーを用いて発電を行うための潮流発電機用のプロペラ構造として特許文献１に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８０８７３号公報
【０００４】
特許文献１には、互いに回動可能に連結された二枚のブレードで開閉回転羽根を形成し、この開閉回転羽根をシャフト周りに９０度間隔で４枚配置したロータを備えたプロペラ構造が記載されている。また、特許文献１には、このようなロータを複数個設けることにより、プロペラ構造による出力トルクを増加させることが記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のプロペラ構造では、各々のロータにおけるブレードの位置関係について考慮されていないため、例えば、プロペラ構造を出力シャフトの軸線方向に沿ってみたときに、全てのロータのブレードが重なるような位置関係を有している場合には、重なっているブレードが同時に潮流を受けて出力シャフトの回転加速度を増加させる。反対に、隣接するブレード間の角度を二等分した位置にある面が潮流と直交するような位置では、全てのブレードが潮流を受け流してしまうので、出力シャフトの回転加速度を増加させることはできない。このように特許文献１に記載されたプロペラ構造では、出力シャフトの回転加速度を安定させることができず、結果として潮流発電装置による発電量を安定させることができないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、出力シャフトの回転加速度を安定させることにより、安定した発電量を得ることができる潮流発電装置用のプロペラ構造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】
上述した課題を解決するために、本発明は、潮流発電装置用のプロペラ構造において、潮流発電装置の発電機に接続される出力シャフトと、この出力シャフトに固定されたｍ個のロータとを備え、ｍ個のロータの各々は、出力ャフトを中心に放射状に延び、互いに等角度をなして出力シャフトに固定されたｎ個の翼部を有し、翼部の各々は、潮流を受けるようになったブレードと、出力シャフトと直交方向に延びブレードを回動自在に支持するようになった支持シャフトと、ブレードが回動してブレードの面が出力シャフトと平行になる状態でブレードの回動を規制する規制部材とを有し、ロータは、上面視したときに、ｍ個のロータの全てのブレードが、隣接するブレードに対してシャフトの軸周りに３６０／（ｍｎ）度の間隔をもって配置されていること特徴とする。
【０００８】
このように構成された本発明によれば、出力シャフトと直交する支持シャフトに対して回動可能に支持されたブレードを備えるプロペラ構造における全てのプロペラを、出力シャフトの周囲に、等しい角度間隔で配置することができる。そしてこのように全てのプロペラを等しい角度間隔に配置することによって、潮流を受けて回転するプロペラ構造の回転時の角加速度を常に、ほぼ一定に保つことができる。
【０００９】
また、本発明において、好ましくは、規制部材は、所定の間隔をもって支持シャフトと平行に延び、出力シャフトと平行な状態にあるブレードと接触して当該ブレードの回動を規制する規制シャフトを備える。
このように構成された本発明によれば、簡単な構造によって、支持シャフトに対するブレードの回動範囲を制限することができる。
【００１０】
また、本発明において、好ましくは、規制シャフトは、支持シャフトよりも下側において出力シャフトに固定されており、ブレードの上端近傍が、支持シャフトに回動自在に支持され、ブレードの下端近傍が規制シャフトに接触するようになっている。
このように構成された本発明によれば、潮流を受けて水平状態まで回動したブレードを、簡単な構造を用いて、重力を利用して出力シャフトと平行な状態に戻すことができる。
【００１１】
また、本発明において好ましくは、規制シャフトとブレードが接触する箇所に設けられた緩衝部材をさらに備える。
このように構成された本発明によれば、緩衝部材によってブレードと規制シャフトとの間の衝撃を低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、潮流発電装置用のプロペラ構造において、出力シャフトの回転加速度を安定させることができ、これにより潮流発電装置の発電量を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態によるプロペラ構造を備えた潮流発電装置を載せた台船の側面図である。
【図２】本発明の実施形態によるプロペラ構造を備えた潮流発電装置を載せた台船の底面図である。
【図３】本発明の実施形態によるプロペラ構造の立面図である。
【図４】本発明の実施形態によるプロペラ構造の上面図である。
【図５】本発明の実施形態によるプロペラの断面図である。
【図６】本発明の実施形態によるプロペラ構造のロータの上面図である。
【図７】本発明の実施例による、流速０．５ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角速度を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例による、流速０．５ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角加速度を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例による、流速１．０ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角速度を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例による、流速１．０ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角加速度を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例による、流速１．５ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角速度を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例による、流速１．５ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角加速度を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例による、流速２．０ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角速度を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例による、流速２．０ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角加速度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による潮流発電装置用のプロペラ構造について説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるプロペラ構造を備えた潮流発電装置を載せた台船の側面図であり、図２は、図１の台船の底面図である。
【００１５】
図１及び２に示すように、潮流発電装置１は、複数のプロペラ構造３と、複数の発電機５を備えており、各々のプロペラ構造３で得られたエネルギーを発電機５に伝達して電力を発生させるようになっている。台船上の発電機５は、送電線（図示せず）を介して陸上の変電設備に接続されている。そして潮流発電装置１は、海上において潮流によってプロペラ構造３を回転させて、そのエネルギーを発電機５において電力に変換するようになっている。
【００１６】
台船には、複数のプロペラ構造３が搭載されており、各々のプロペラ構造３は同一の構造を有している。プロペラ構造３は、台船の両側にそれぞれ六個ずつ等間隔で配列されている。
【００１７】
図３は、プロペラ構造３の立面図であり、図４は、このプロペラ構造３の上面図である。プロペラ構造３は、発電機５に接続される出力シャフト７と、この出力シャフト７に固定された複数のロータ９とを備える。垂直方向に延びる出力シャフト７の上端は、発電機５の回転子を有する軸受けに固定されており、潮流によって回転するロータ９のエネルギーを、回転力として発電機５に伝達するようになっている。また、複数のロータ９は、出力シャフト７の軸線方向に沿って互いに重なるようになっている。
【００１８】
ロータ９は、出力シャフト７と直交する方向において、出力シャフト７を中心として放射状に延びる複数の翼部１１を有している。一つのロータ９に設けられた複数の翼部１１は、互いに等しい角度間隔で出力シャフト７に固定されている。そして本実施形態では、一つのロータ９に、四枚の翼部１１が設けられており、一つのロータ９における各翼部１１は、隣接する翼部１１から出力シャフト７の周方向に９０度離れた位置において出力シャフト７に固定されている。そしてロータ９は、後述するように、潮流を受けて回転するようになっており、ロータ９が出力シャフト回りに回転したときの軌跡で形成される円の直径は、例えば７２００ｍｍ乃至７３００ｍｍ程度とされる。
尚、本実施形態では、プロペラ構造３が四個のロータ９を備えているものとするが、本発明によるプロペラ構造では、ロータの個数（ｍ：ｍ＞１）を適宜変更することができる。また、一つのロータ９に四個の翼部１１が設けられているものとするが、本発明によるプロペラ構造では、一つのロータに設けられる翼部の個数（ｎ：ｎ＞１）は四個に限られるものではない。
【００１９】
ロータ９に設けられた四個の翼部１１は、全て同一の構造を有しており、各翼部１１は、潮流を受けるためのブレード１３と、ブレード１３を出力シャフト７に対して支持するための支持シャフト１５とを備える。支持シャフト１５は、一端が出力シャフト７に固定されており、そこから出力シャフト７と直交するように延びている。そして、支持シャフト１５の他端側には、ブレード１３が支持シャフト１５に対して回動可能に支持されている。また、翼部１１は、ブレード１３の回動を規制するための規制シャフト１７を有している。この規制シャフト１７は、出力シャフト７から支持シャフト１５と平行に且つ出力シャフト７と直交するように延びている。そして規制シャフト１７は、支持シャフト１５よりも下方において、出力シャフト７に固定されている。また、支持シャフト１５と規制シャフト１７との間には、複数のリブ部材１９がわたされており、これにより支持シャフト１５、規制シャフト１７、及びリブ部材１９によって、梯子状のフレーム２１を形成している。
【００２０】
ブレード１３は、例えば高さ６１０ｍｍ、長さ２４００ｍｍ程度の長方形の板状部材によって構成されており、この長方形の面が潮流に対して所定の角度を有するときに潮流を受けて、潮流によるエネルギーを、支持シャフト１５を通じて出力シャフト７に伝達するようになっている。また、ブレード１３の面によって受けた潮流が出力シャフト７の回転させるモーメントを作り出すことを考慮して、ブレード１３の先端と、支持シャフト１５（及び規制シャフト１７）の先端とを整列させて、出力シャフト７に加わるモーメントを大きくするようにすることが好ましい。
【００２１】
図５は、翼部の断面図である。支持シャフト１５の回りには、支持シャフト１５の外径よりも大きい内径を有するリング部材２３が設けられており、このリング部材２３は、ブレード１３の上端近傍に固定されている。また、規制シャフト１７におけるブレード１３と接触する側には、緩衝部材２５が設けられており、ブレード１３の下端近傍が接触するようになっている。このようなブレード１３は、フレーム２１に対して、プロペラ構造３の回転の上流側に配置されている。そしてブレード１３は、リング部材２３を介して支持シャフト１５回りを回動するようになっており、ブレード１３の面がほぼ垂直（出力シャフトと平行な状態）になったときに、ブレード１３の下端が緩衝部材２５に接触し、これによりブレード１３が支持シャフト１５回りにそれ以上回動しないようになっている。
【００２２】
本実施形態によるプロペラ構造３は、上述した四個の翼部１１を有するロータ９を四つ有する。そして各ロータ９は、互いに、出力シャフト７の軸回りに所定の角度をもって固定されている。従って、プロペラ構造３を上面視した場合、図４に示すように、合計十六個の翼部１１が出力シャフト７を中心に放射状に延びるようになっている。そして上面視したときの隣接する翼部１１同士の角度は、３６０／（ロータの個数×ロータ毎の翼部の個数）によって決定される。従って、四個のロータ９がそれぞれ四個の翼部１１を有しているプロペラ構造３では、上面視したときに隣接する翼部１１同士の角度が２２．５度になるように設定される。この角度の調整は、ロータ９を出力シャフト７に固定するときに、上下に隣接するロータ９同士を２２．５度ずつずらして固定することで行われる。
【００２３】
次に、本発明の実施形態によるプロペラ構造の動作について説明する。図６は、プロペラ構造３の一個のロータ９の上面図を示す。同図における直線矢印Ａは、潮の流れる方向を示し、曲線矢印Ｂは、プロペラ構造３の回転方向を示す。また、以下では、説明の便宜状、四個の翼部１１を、プロペラ構造３の回転方向上流側から、各々、第一翼部１１ａ、第二翼部１１ｂ、第三翼部１１ｃ、第四翼部１１ｄと称して説明する。同図では、第一翼部１１ａ及び第三翼部１１ｃのブレード１３の面が潮流に対して直交する方向に延びており、第二翼部１１ｂ及び第四翼部１１ｄのブレード１３が、潮流に対してほぼ平行に延びている。
【００２４】
同図に示す状態では、第一翼部１１ａのブレード１３は、フレーム２１に対して潮流の上流側に位置しているので、このブレード１３の面に潮流を受けると、ブレード１３がフレーム２１に押しつけられ、潮流の力によって出力シャフト７を回転させるモーメントが発生する。またこのとき第二翼部１１ｂのブレード１３は、潮流に対してほぼ平行方向に延びているので、潮流の影響を受けない。またこのとき第三翼部１１ｃのブレード１３は、フレーム２１に対して潮流の下流側に位置しているので、このブレード１３によって潮流を受けると、ブレード１３は支持シャフト１７回りに回動して、ほぼ水平状態になる。これにより、潮流はブレード１３に当たることなく、フレーム２１の開口部を通って下流側に流れる。
【００２５】
このように一つのプロペラ構造３では、主に、上述した第一翼部１１ａのように、ブレード１３がフレーム２１に対して潮流の上流側に位置し、且つ潮流に対して直交方向に延びている翼部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄによって出力シャフト７を回転させるエネルギーを発生させる。そして、一つのプロペラ構造３では、図６に示すように、一個の翼部１１のブレード１３がフレーム２１に対して潮流の上流側に位置し、且つ潮流に対して直交方向に延びている状態にあるときに、出力シャフト７に伝達されるエネルギーが最大となると考えられる。そして、上述したように、複数のロータ９を形成し、プロペラ構造３を上面視したときに、全てのロータ９の全ての翼部１１が、隣接する翼部１１に対して出力シャフト７の軸周りに３６０／（ｍｎ）度の間隔をもって配置することにより、何れかのロータ９の翼部１１のブレード１３がフレーム２１に対して潮流の上流側に位置し、且つ潮流に対して直行方向に延びている状態を継続的に作り出すことができる。これにより、出力シャフト７に伝達されるエネルギーが比較的多い状態を保つことができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施例について詳述する。以下では、それぞれ、幅２４３８ｍｍ、高さ６１０ｍｍのブレードを４個有する４個のロータを備えたプロペラ構造を、所定の流速で流れる水の中に入れた場合における、プロペラ構造の角速度・角加速度を計測した結果を示す。角速度の計測は、水上からプロペラ構造を撮影し、この画像を経時的に解析することにより行った。
【００２７】
図７は、流速０．５ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角速度を示すグラフであり、図８は、該条件におけるプロペラ構造の角加速度を示すグラフである。図９は、流速１．０ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角速度を示すグラフであり、図１０は、該条件におけるプロペラ構造の角加速度を示すグラフである。図１１は、流速１．５ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角速度を示すグラフであり、図１２は、該条件におけるプロペラ構造の角加速度を示すグラフである。図１３は、流速２．０ｍ／ｓで流れる水の中でのプロペラ構造の角速度を示すグラフであり、図１４は、該条件におけるプロペラ構造の角加速度を示すグラフである。
【００２８】
これらの図に示すように、何れの流速においてもプロペラ構造の角加速度の増減は非常に少ないことが分かる。
【符号の説明】
【００２９】
１潮流発電装置
３プロペラ構造
５発電機
７出力シャフト
９ロータ
１１翼部
１３ブレード
１５支持シャフト
１７規制シャフト
２５緩衝部材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
潮流発電装置用のプロペラ構造において、
前記潮流発電装置の発電機に接続される出力シャフトと、
この出力シャフトに固定されたｍ個のロータとを備え、
ｍ個のロータの各々は、前記出力ャフトを中心に放射状に延び、互いに等角度をなして前記出力シャフトに固定されたｎ個の翼部を有し、
前記翼部の各々は、潮流を受けるようになったブレードと、前記出力シャフトと直交方向に延び前記ブレードを回動自在に支持するようになった支持シャフトと、前記ブレードが回動して当該ブレードの面が前記出力シャフトと平行になる状態で前記ブレードの回動を規制する規制部材とを有し、
前記ロータは、上面視したときに、前記ｍ個のロータの全ての前記ブレードが、隣接するブレードに対して前記シャフトの軸周りに３６０／（ｍｎ）度の間隔をもって配置されている、プロペラ構造。
【請求項２】
前記規制部材は、所定の間隔をもって前記支持シャフトと平行に延び、前記出力シャフトと平行な状態にある前記ブレードと接触して当該ブレードの回動を規制する規制シャフトを備える、請求項１に記載の潮流発電装置用のプロペラ構造。
【請求項３】
前記規制シャフトは、前記支持シャフトよりも下側において前記出力シャフトに固定されており、前記ブレードの上端近傍が、前記支持シャフトに回動自在に支持され、前記ブレードの下端近傍が前記規制シャフトに接触するようになっている、請求項２に記載の潮流発電装置用のプロペラ構造。
【請求項４】
前記規制シャフトと前記ブレードが接触する箇所に設けられた緩衝部材をさらに備える、請求項２又は３に記載の潮流発電装置用のプロペラ構造。

【図１】