革命的な風力タービン Ⅷ

   

 

　　　２６　　大いなる蓄積　　／　　山天大蓄（さんてんだいちく）
 

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　 　　

　　　　※　「大畜」は「９．小蓄」と対比され、大が小をとどめ、やしなう、つ
　　　　　　まり偉大な王者が人材を擁すること、また大いにとどめ、やしなうこ
　　　　　　と、実力かをたくわえることを意昧する。畜の古字は蓄であり、田が
　　　　　　茲る、つまり豊作のこと、大畜は大豊作で倉庫に穀物が山と積まれた
　　　　　　状態である。大望を抱く者は、まず力をたくわえなければならない。
　　　　　　人徳、知識、人材、資金を十分にたくわえ、気力充実、精気横溢して
　　　　　　はじめて大事業がなしとげられる。危険や障害も堂々と克服してゆけ
　　　　　　る。卦の形は天の気（三）を大いに蓄えて草木を養い育てる山（）
　　　　　　を示している。

 
【室内トレーニング奮戦記：骨ホルモンとは何か】

Calcium and Parathyroid Hormone
 

●　脳を活性化！血糖値ダウン！新発見「骨ホルモン」

ブログでも掲載したように、腹筋のストレッチを繰り返すようになり、気持ちお腹周り
の贅肉が取れているように思える。ところで、今朝、彼女が貴方が言うように、足の爪
先ストレッチ（→合気道の姿勢矯正屈伸体操、ここでは「かかと落とし」と呼ぶらしい）
の効果がすごいのよと報告するので、録画（ＮＨＫ番組「ためしてガッテン」）してい
たので観るよと返事する。番組の概要はこうだ。

「骨ホルモン」は、今世界中の研究者が大注目している新物質。骨を上手に刺激すると
骨から大量に放出されて全身へ運ばれ、脳や肝臓、すい臓、腎臓など、様々な臓器を活
性化してくれることが分かってきた。 逆に骨ホルモンが少ない人は、糖尿病や動脈硬
化などを引き起こす可能性があるので要注意しろ、という趣向。

①血液中の骨ホルモン（オステオカルシン）の量が少ない人は、血糖値が高い傾向にあ
ることが分かってきた。②その理由ははっきりしていないが、『タンパク質の糖化』と
いう現象が大きく関わっている。③実は、糖はタンパク質と非常に反応しやすい性質を
持ち、④血液中の糖が多い状態が続くと、細胞などを構成するタンパク質に糖がくっつ
いてしまう「糖化」という現象が起き、⑤骨の中にももちろん多くのタンパク質がある
が、糖化したタンパク質は本来の働きができなくなってしまうためも鈍ってしまうので
はないかという専門家の見解があり、⑥高血糖が骨ホルモンを減らし、そのことがさら
に高血糖を加速させ負の循環を誘因、⑦これを断ち切る運動（骨を刺激する）の『かか
と落とし』だという設定である。それで、かかと落としは、骨に体重と動きによる加速
度をかけた負荷を加え、体全体の骨に効率よく刺激を加えることが目的です。そのため
にはいくつかのポイントがあるというのだが、その手順及び要領は以下の通り。

1. 姿勢をよくして、ゆっくり大きく真上に伸び上がり、ストンと一気にかかとを落
   とす――かかとから頭までが一直線になって動くことで、骨全体に負荷をかける
   ことができる。頭の上から見えない糸でつり下げられているイメージで大きく真
   上に伸び上がる。
2. １日３０回以上が目標――筋トレや有酸素運動よりも体への負担が少ないのが特
   徴。最初は無理せず楽にできる回数で構わない。また必ずしも連続で行う必要は
   ない、空いた時間にちょこちょこと行い、１日の合計が３０回以上を目指す。な
   れればもっと回数を増やしても構わないが、１日に多くやるよりも毎日継続する
   ことの方が大切。
3. 血糖値が高めの人にオススメ――現在はオステオカルシンの血中濃度を測定する
   ことはできないが、血糖値が高めの人はすでに骨ホルモンが少なくなっている可
   能性があり、運動とともに「かかと落とし」のような骨への刺激がオススメ。

それにしても、いろんなことがわかってきているんだねと感心。「アプリオルなコミッ
トがあるから成果が生まれる」と言い聞かせる。実に面白いではないか。

【不思議なオステオカルシン】 

それにしても、今夜中にオステオカルシンを理解することは到底不可能。そこで、オス
テオカルシン (osteocalcin)を大雑把に知っておき、残りはまた別の機会で掲載してみよ
う。これは、骨の非コラーゲン性タンパク質として25％を占めるタンパク質であるとい
う。また、骨芽細胞のビタミンK依存性カルボキシラーゼによって、タンパク質のγ-グ
ルタミン残基に炭酸イオンが付加されたもので、①鉱質形成やカルシウムイオンの恒常
性維持に寄与していると考えられており、②骨形成の負の制御因子であるともされてい
るが、その役割については明らかになっていない。③ホルモンとしての作用もあり、膵
臓のβ細胞に働いてインスリン分泌を促したり、脂肪細胞に働インスリン感受性を高め
るタンパク質であるアディポネクチンの分泌を促進するとの報告があるのだという。
（出典：Wikipedia）

このように、オステオカルシンは骨芽細胞のみから分泌され、代謝調節および骨形成促
進性に働くものと考えられており、骨の石灰化とカルシウムイオンの恒常性維持に関与
すると考えられている。オステオカルシンは、膵臓のβ細胞にインスリンの産生を促し、
脂肪細胞にインスリン感受性を向上させるホルモンであるアディポネクチンを産生させ
るホルモンとしての作用を持つ。また、オステオカルシンは骨芽細胞によって分泌され
ることから、しばしば骨形成過程のマーカーとして利用される。また、血清中のオステ
オカルシン濃度は骨粗鬆症に対するテリパラチドのような薬物治療時の骨密度改善と比
較的よく正の相関を示すことが知られている。多くの研究において、オステオカルシン
は骨形成に対する薬物の効果を示す予備的なマーカーとして利用されている。

話はここまでだけれど、録画では遊園地のジェットコースターで加速度を身体に掛け（
映像では７Ｇもの重力が掛かったとき、
 

おまけだよ！

●　デルターパワーに注目！（次回、ＮＨＫ番組「ためしてガッテン」）

脳波には周波数帯域によって名前が付けられており、比較的ゆっくりした０.５～４.５
Ｈｚの帯域をデルタ波と呼ばれる。このデルタ波の振れ幅より算出されるもので、この
デルタ波の量を表す数値を「デルターパワー」と定義、デルタ波は深い睡眠（ノンレム
睡眠）の際に多く出て、脳波の中でのデルタ波の比率が高いほどデルタパワーは上昇、
デルタパワーが大きいほど眠りが深いと考えられており、よい睡眠がとれないと、血糖
のコントロールが不調となり動脈硬化の原因につながると考えられている。したがって、
ノンレム睡眠時には脳の休息以外に、②交感神経活動の低下と、③副交感神経活動の上
昇が起こり、夜間の血圧低下や②血糖コントロールの改善が起こる。睡眠時間の短縮は
糖尿病のリスクを高めると考えられており、デルタパワーを高めることができれば糖尿
病の予防や治療に役立つと期待されている。

そこで、最新の研究によると、ある清酒酵母を摂取することで睡眠の質を改善する作用
が得られることが発見され、ＬＩＯＮ社製の「清酒酵母GSP6」を摂取すると睡眠の満足
感が高まり、デルタパワーの増大が確認されていると言われている（上図）。

  

【ＲＥ１００倶楽部：スマート風力タービンの開発 ２６】 

革新的なスマート風車タービンを開発し新製品販売ににこぎ着けるには、「開発のため
のビンテージ・ポイントのある構想」のアクションプランには「群・実証実験・評価測
定システム」の開発も同時に構想しておかなけならない。そこで、下図の「特開2017-
003483 回転体、特に垂直軸風車の動的不釣り合いの測定方法及びその測定装置、並び
に、垂直軸風車の動的アンバランス修正方法」をひとつの事例として参考掲載しておき、
昨夜の続きに移っていこう。


　　　　　　　　　

【要約】

垂直軸風車の回転軸１１をエンコーダ１３を介して回転軸の駆動用電動機１４に結合し
た風車回転軸結合体１０を、下部片持ち支持の状態で、即ち、垂直軸風車を上方にして
垂直方向に支持し、かつ回転軸の軸方向に設けた複数個の軸受Ｂ_１，Ｂ_２を介して垂直
支持装置１５に取り付け、垂直支持装置の軸方向下端部を架台に水平に固定した多分力
検出器１２に結合した上で、例えばエンコーダ１３に基づく実回転角θおよび回転角速
度ωの出力値と、多分力検出器による４分力検出値（Ｆx，Ｆy，Ｍx，Ｍy）とにより、
所定の演算式に基づいて、垂直軸風車の２面釣合わせにおける動的不釣り合い量および
その位相角を測定することで、多分力検出器を用いて、従来に比較して簡単かつ小型な
装置により、被測定物、特に、垂直軸風車の回転体の動的不釣り合いが精度よく簡便に
できる測定方法並びに測定装置を提供する。

●　事例研究：特開2017-031920 垂直型風力発電システム、
　　　　　　　及び垂直型風力発電システムにおける制御方法 Ⅳ  

 ●　実施形態１

 従って、Ｃ_ｐが高くかつ安定した回転数制御を行うには、周速比に応じた回転角度テーブル１４
を用い、Ｃ_ｐが最大となるように常に相対角度８を角度制御する場合、周速比（回転数）の制御
ポイントは、必ず周速比はＣｐ－周速比カーブにおいてピークの右側とすることが必要になる。

図１１の左欄は、風速および周速比（TSR）の変化に対応したピッチ角度３９（PITCH
ANGLE）および図１１の右欄は、その時のＣｐの改善効果（点線がピッチ角度を０度に
固定した場合、実線が本発明に係る制御を行った場合）を示した一例であり、ピッチ角
度３９を調整することで、あらゆる風速１６および周速比で最適なＣｐを大きく変化さ
せていることがわかる。

たとえば、風速は４ｍ／ｓ以下は微風とし、８ｍ／ｓを超える風速は強風と定義した時、
周速比レベルは、周速比が１以下の回転数は低速とし、周速比が１を超える回転数は高
速とすると、Ｃｐを最大とするピッチ角度８のパターンはそれぞれの風速１６および周
速比で大きく変化している。

この時、回転角度テーブル１４は、回転エネルギー変換効率Ｃｐを向上させることを目
的として、風速１６および周速比によりピッチ角度８を導いた値とし、風速レベルが微
風でかつ周速比レベルが低速の場合は直線翼２から発生する力のうち比較的抗力による
接線方向の回転力が大きくなるピッチ角度３９とし、風速レベルが強風でかつ周速速レ
ベルが高速の場合は直線翼から発生する力のうち比較的揚力４０による接線方向の回転
力が大きくなるピッチ角度３９または揚抗比が比較的大きくなるピッチ角度３９とし、
風速レベルが強風でかつ周速比レベルが低速の場合は直線翼から発生する力のうち比較
的抗力４１による前記接線方向の回転力が大きくなるピッチ角度３９とし、風速レベル
が微風でかつ周速比レベルが高速の場合は直線翼２から発生する力のうち比較的揚力40
による接線方向の回転力が大きくなるピッチ角度３９または揚抗比が比較的大きくなる
ピッチ角度３９とし、それ以外の風速レベルおよび周速比レベルの領域では揚抗比が大
きくなるピッチ角度３９としている。

この時、精度は落ちるが、周速比レベルのみで回転角度テーブル１４を構成しても良い
し、風速１６のみで回転角度テーブル１４を構成しても良い。特に、図１１では、ピッ
チ角度３９のパターンが周速比レベルに依存していることが分かり、周速比レベルでピ
ッチ角度３９を定義する構成が、Ｃｐを改善するうえで、最も効果的である。

周速比が１以下の場合（起動時を含む）、また周速比が１以上の場合においても、平面
座標系１１における第一または第二の象限の指定のブレード回転角度１３または指定の
ゾーンのみ抗力による回転トルクの低下を減らす、第３象限から第４象限の指定のブレ
ード回転角度１３または指定のゾーンのみ抗力により回転トルクを増加させる、などの
新たな相対角度８の調整を入れることでＣｐを大幅に改善することができることもわか
る。この時、風向はＸ軸と一致するような平面座標系としているが、実際の風向を別途
加算する必要がある。

下図１２Ａおよび図１２Ｂは、垂直型ブレード１全体におけるそれぞれ強風かつ高速時、
微風かつ低速時のＣｐを最大にする相対角度８における、接線方向力（回転トルク）の
揚力４０による寄与分と抗力４１による寄与分を示している。FIXED PITCHはピッチ角
度３９が固定で、VARIABLE PITCHはピッチ角度３９を調整した図である。また、AZI－
MUTH ANGLEはブレード回転角度１３でTANGENTIAL FORCEは接線方向の回転力（回
転トルク）を示し、DRAGは抗力と、LIFTは揚力４０をそれぞれ示した図である。

どちらの場合も、揚力４０の寄与度を低下させて、特定のAZIMUTH ANGLE（ブレード
回転角度１３、またはゾーン）で抗力４１による悪化分（回転抑止トルク、マイナスト
ルク）を低減しつつ、抗力４１による回転トルクを増加させて、結果として抗力４１の
ΔＣ_ｐへの寄与度を増加させている。特に、微風かつ低速時は０度から１８０度のブレ
ード回転角度１３の領域付近で抗力の回転抑止トルクを減少させることが効果的である
ことが分かる。

 

上図１２Ｃは、最適なピッチ角度３９の制御によるゾーンごとのΔＣ_ｐ（CP DEFERENCE）
を示しており、固定ピッチ（ピッチ角度３９は固定）におけるＣｐに対してピッチ角度
３９をＣｐ最大値に制御することで、強風または微風、高速または低速などの様々な条
件における全域で、揚力４０および抗力による回転トルクをコントロールすることで、
回転エネルギー変換効率Ｃｐを大幅に向上させることができる。図１２Ｄは微風、低速
時においてピッチ角度３９の調整を行った場合と、ピッチ角度３９を固定とした場合の
回転トルクの改善量を示した一例である。ピッチ角度３９の調整により大きく回転トル
クが増加していることが分かる。この結果、垂直型ブレード１の微風からの起動特性（
自己起動性）が大きく改善されることがわかる。


下図13は、強風および微風の条件での固定ピッチとそれぞれのＴＳＲごとのBEST PITCH
（最適なピッチ角度３９）におけるＣｐの値を示している。図中の黒点がそれぞれの周
速比における回転数の制御ポイントとなり、この黒点を結んだ線が、それぞれの風速で
のいわゆるパワーカーブとなる。ピッチ角度３９を０度で固定した場合（図中のFIX 0
DEG）と、ピッチ角度３９を３度で固定した場合（図中のFIX 3 DEG）と比較して、ピ
ッチ角度３９をＴＳＲ毎に調整した場合は大幅にＣｐが改善しており、ピッチ角度３９
を調整可能とすることで大幅に回転エネルギー変換効率Ｃ_ｐを向上させることが可能と
なることが分かる。図１４は、対称翼、非対称翼における周速比が低速および高速の時
のブレード回転角度１３とピッチ角度３９との関係を示した図で、非対称翼Ａ（図４
（ｂ）の状態）と非対称翼Ｂは図４（ｂ）の断面形状に背側と腹側を反転させて搭載し
ている。

この際、対称翼、非対称翼ともにピッチ角度３９のブレード回転角度１３との形状が大
きく変化なく、非常に似た形状となっている。したがって、本発明の回転角度テーブル
１４があれば、様々な翼型に展開できると推測できる。図１１？では、ブレード回転角
１３とピッチ角度３９との関係は、比較的ジグザグ状ののこぎりの刃の形状としている
が、図１５に示すようにＳＩＮ波型、台形型、ステップ型でもよいし、階段型でもよい。
さらに、図７Ｂに示すように、それぞれのブレード回転角１３とピッチ角度３９の関係
（形状）において、周速比が小さくなるに従い、ピッチ角度３９の変動量を大きくした
回転角度テーブル１４の構成でもよい。

実施の形態１では、回転エネルギー変換効率を向上させるために周速比、風速、大きさ、
ソリディティー、消費電力、信頼性などの観点よりピッチ角度３９とブレード回転角度
１３との関係である回転角度テーブル１４を構成した。この構成により、回転エネルギ
ー変換効率Ｃｐおよび発電効率に優れた垂直型風力発電システム１５を実現できるとと
もに、信頼性の高い垂直型風力発電システム１５を実現できる。

尚、実施の形態１では、周速比、風速の状態で揚力４０または抗力４１による寄与分を
考慮した（分類した）が、全ての周速比および風速で、揚抗比が大きくなるピッチ角度
３９またはＣｐが最大となるピッチ角度３９を選択した回転角度テーブル１４としても
問題ないことは言うまでもない。この際、起動時のみ抗力型（抗力４１による回転トル
クが増加する構成）とすることが望ましい。

また、実施の形態１では、Ｃｐを最大にするために図７の（ｂ）、図１２に示すピッチ
角度３９が一つ前のゾーンと部分的に大きく変化するゾーンが発生する。この場合、
Ｃｐを犠牲にしてピッチ角度３９の変化を小さくする制御方法を選択して回転角度テー
ブル１４を構成してもよい。その場合は、予め定めたΔＣｐとピッチ角度３９の変化量
においてどちらを優先するかの判断となる。

以上、次回は、【実施形態２】に移り、そこでは「増速機」（あるいは変速機）に触れ
ておきたい。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　この項つづく

 

　　●　今夜の一曲

ボロディン: 弦楽四重奏曲 String Quartet No.1, in A

弦楽四重奏曲第1番 イ長調は、アレクサンドル・ボロディンが1874年から1879年にかけ
て作曲した弦楽四重奏曲。ボロディンは、その創作の初期段階に未完や消失した作品を
含めるとかなりの数の室内楽曲を作曲しているが、ミリイ・バラキレフらと出会い「ロ
シア５人組」の一員として活躍し始めてからは、この分野からは遠ざかる。この弦楽四
重奏曲は、ボロディンが十数年ぶりに手掛けた室内楽曲で、今日レパートリーに残る彼
の室内楽曲としては初めての作品。1874年の冬に作曲が開始され、翌1875年の4月には
スケッチを終えているが、ボロディンの仕上げにはその後数年を要し、1879年の8月に
なってようやく完成する。

ボロディンが絶対音楽である弦楽四重奏曲に目を向けたことは、スターソフやムソルグ
スキーから強い非難を浴びたが、同時期に他の「５人組」のメンバーであるリムスキー
＝コルサコフ、やや遅れてキュイもまた同じ編成による作曲を行っている。ベートーヴ
ェンの主題を用い、ベートーヴェンに対する畏敬の念が作曲の動機があるが、ボロディ
ン自身は記録を残さなかった。曲はリムスキー＝コルサコフ夫人ナジェージダ・リムス
カヤ＝コルサコヴァに献呈。1880年12月30日にサンクトペテルブルクでロシア音楽協会
四重奏団により行われる。手書き楽譜により演奏に臨んだため、ミスが相次ぎ、結局、
曲の最初から弾き直すという事態に陥り、失敗に終わる。およそ一月後の1881年1月26日
に同じメンバーの再演でが行われ成功を収める。

【楽曲構成】

１．第１楽章　Moderato - Allegro イ長調　2/4拍子　ソナタ形式　第１ヴァイオリンが
　　          第１主題を提示。　
２．第２楽章　Andante con moto  嬰ヘ短調 3/4拍子
３．第３楽章　Presto  ヘ長調 3/8拍子　最後に書き上げられた楽章で、中間部のトリオ
              ではハーモニクス奏法が使われている。
４．第４楽章　Andante -　Allegro risoluto　イ短調 - イ長調 ソナタ形式