JP5684264B2 - 風力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置に関し、詳しくは、異物の衝突に対する安全性に優れ、また、風エネルギーの大小に応じた発電出力の調整範囲が広く、電力需要場所での実際の電力需要の大小に柔軟に対応できるとともに、設置や組み立て等の施工の容易化、低価格化を図ることができる風力発電装置に関するものである。

近年、有害排出ガス削減による自然環境保護、自然エネルギー活用の観点から、世界各国で自然風のエネルギーを利用した風力発電システムの開発が進められ、実際に設置、運転されている。

しかし、従来の風力発電システムの場合、風通しのよい市街地の高台や丘陵地域、さらには海岸近く等に設置される単体での発電出力が大きいものが殆どであり、このような風力発電システムは施工が難しく、また、施工コストもかなりの高額になることが知られている。

また、従来から、ビルデイングの屋上や家屋の屋根上、さらには市街地近傍の丘陵地域等に設置される比較的発電出力が小さい風力発電装置も知られている。

これらの風力発電装置の場合、一旦設置された後においては、発電出力の変更は困難で実際の電力需要に必ずしも対応していないものも多い。

特許文献１には、鋼製パイプを使用した平面視三角形状を呈する枠を用い、組み立て積み上げ式のコンポーネント式小型風力発電装置が提案されている。

しかし、この小型風力発電装置の場合には、強風に対する風力発電手段自体の揺れ対策や、例えば板片、木の枝等のような異物の飛来に対する風力発電手段の防護が必ずしも十分ではないもの推定される。

特開２００５−２３３０１５号公報

本発明が解決しようとする問題点は、異物の衝突に対する安全性に優れ、また、風エネルギーの大小に応じた発電出力の調整範囲が広く、電力需要場所での実際の電力需要の大小に柔軟に対応できるとともに、設置や組み立て等の施工の容易化、低価格化を図ることができるような風力発電装置が存在しない点である。

本発明に係る風力発電装置は、異物衝突防護用の複数の垂直支柱部と、複数の垂直支柱部の下端側、上端側を各々連結する下部枠部、上部枠部とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間を形成した立体形状の枠体と、前記枠体の収容空間に、軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸型の風車部及びこの風車部の上側、下側両方に配置した前記風車部の回転力により発電する２個構成の発電部とを有する風力発電手段と、前記枠体を構成する複数の垂直支柱部の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部と、前記風車部の回転状態に応じて前記２個構成の発電部の発電出力制御、制動制御を行う制御手段と、を有し、前記風力発電手段を収容した枠体を、設置面上に単段で、又は、２段以上Ｎ（Ｎは正の正数）段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能としたことをことを最も主要な特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、異物の衝突に対する安全性に優れ、また、２個構成の発電部の採用により風エネルギーの大小に応じた発電出力の調整範囲が広く、電力需要場所での実際の電力需要の大小に柔軟に対応できるとともに、軸心上下固定支持構造の採用により、強風に対しても風力発電手段の揺れ等を防止でき安定した運転を長期にわたって維持できる、さらに設置や組み立て等の施工の容易化、低価格化を図ることができる風力発電装置を提供できる。

特に、フロート構造による浮上軸受部を採用したことにより、大型、大重量の風車部の場合においても横揺れを伴うことなく高精度に、かつ、低騒音の安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができ、安定して風力による発電出力を得ることができる風力発電装置を提供できる。

請求項２記載の発明よれば、枠体を三本の垂直支柱部と下部枠部、上部枠部を組み合わせた三角塔状の構成の基に、請求項１記載の発明と同様な効果を奏する風力発電装置を提供できる。

請求項３記載の発明よれば、枠体を四本の垂直支柱部と下部枠部、上部枠部を組み合わせた四角塔状の構成の基に、請求項１記載の発明と同様な効果を奏する風力発電装置を提供できる。

そして、請求項２，３記載の発明によれば、請求項１記載の風力発電装置と同様にフロート構造による浮上軸受部を採用したことにより、大型、大重量の風車部の場合にも対応し、安定して風力による発電出力を得ることができる風力発電装置を提供できる。

請求項４記載の発明よれば、請求項１，２又は３のいずれかに記載の発明において、発電部にアウターロータ・コアレス同軸反転式の発電機を採用しているので、各発明の各風力発電装置の発電効率をも高めることができる。

請求項５，６記載の発明よれば、請求項１，２又は３のいずれかに記載の発明において、太陽光発電パネルを付加した構成とすることにより、上記各効果を各々奏し、かつ、風力、太陽光双方の自然エネルギーを利用したハイブリッド型の風力発電装置を提供することができる。

図１は本発明の実施例１に係る風力発電装置単体の概略斜視図である。である。 図２は本発明の実施例１に係る風力発電装置の風車部、発電部、枠体の連結状態を示す部分拡大概略図である。 図３は本発明の実施例１に係る垂直支持体、発電機、風車軸の連結状態を示す部分拡大図である。 図４は本発明の実施例１に係る発電機の部分拡大概略断面図である。 図５は本発明の実施例１に係る風力発電装置の浮上軸受部の一例を示す概略断面図である。 図６は本発明の実施例１に係る風力発電装置の浮上軸受部の他例を示す概略断面図である。 図７は本発明の実施例１に係る風力発電装置の制御系を示すブロック図である。 図８は本発明の実施例１に係る風力発電装置を多段に積み上げた状態を示す概略斜視図である。 図９は本発明の実施例１に係る風力発電装置における枠体の上面に太陽光パネルを付加した構成を示す概略斜視図である。 図１０は本発明の実施例１に係る風力発電装置における枠体の側面に太陽光パネルを付加した構成を示す概略斜視図である。 図１１は本発明の実施例２に係る風力発電装置単体の概略斜視図である。である。 図１２は本発明の実施例１に係る風力発電装置を多段に積み上げた状態を示す概略斜視図である。 図１３は本発明の実施例１に係る風力発電装置単体の他例を示す概略斜視図である。 図１４は本発明の実施例２に係る風力発電装置単体の他例を示す概略斜視図である。

本発明は、異物の衝突に対する安全性に優れ、また、風エネルギーの大小に応じた発電出力の調整範囲が広く、電力需要場所での実際の電力需要の大小に柔軟に対応できるとともに、設置や組み立て等の施工の容易化、低価格化を図ることができる風力発電装置を提供するという目的を、異物衝突防護用の複数の垂直支柱部と、複数の垂直支柱部の下端側、上端側を各々連結する下部枠部、上部枠部とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間を形成した平面視多角形状を呈する立体形状の枠体と、前記枠体の収容空間に、軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸型の風車部及びこの風車部の上側、下側両方に配置した前記風車部の回転力により発電するアウターロータ・コアレス同軸反転式の２個構成の発電部とを有する風力発電手段と、前記風力発電手段に組み込んだ前記垂直軸型の風車部を浮上状態で回転可能に軸支し、そのスラスト荷重を分担する浮上軸受部と、前記枠体を構成する複数の垂直支柱部の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部と、前記風車部の回転状態に応じて前記２個構成の発電部の発電出力制御、制動制御を行う制御手段と、を有し、前記風力発電手段を収容した枠体を、設置面上に単段で、又は、２段以上Ｎ（Ｎは正の正数）段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能とした構成により実現した。

以下に本発明の実施例１に係る風力発電装置について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施例１に係る風力発電装置１２０は、図１、図２、図３に示すように、異物衝突防護用の三本の中空の垂直支柱部１２２と、前記三本の垂直支柱部１２２の下端側、上端側を各々連結する下部枠部１３１、上部枠部１３２とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間１３０を形成した直方体形状（又は立方体形状）の枠体１２１と、前記枠体１２１の収容空間１３０内に、前記枠体１２１の上部枠部１３２、下部枠部１３１による軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸・垂直翼型の風車部１１２及びこの風車部１１２の回転力により発電するアウターロータ・コアレス同軸反転式の２個の発電機（例えば三相交流発電機）Ｇ１、Ｇ２からなる発電部１とを有する風車部１１２、発電部１直結構造の風力発電手段１１１と、前記枠体１２１を構成する三本の垂直支柱部１２２の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部１４１と、を有している。

前記２個の発電機Ｇ１、Ｇ２は、風車部１１２における中心部の下端の上側に下側の発電機Ｇ１を、風車部１１２における中心部の上端の上側に上側の発電機Ｇ２を配置した構成としている。
また、上側の発電機Ｇ２は、下側の発電機Ｇ１に対して上下反転構造としている。

前記下部枠部１３１は、図１、図２に示すように、前記各垂直支柱部１２２の下端近くの側壁から枠体１２１の中心に向けて突設した３本の中空の支持アーム１３３と、この支持アーム１３３が交差する枠体１２１の中心の位置に垂直に立設した円筒状の垂直支持体１３４とを一体的に構成し、垂直支持体１３４により下側の発電機Ｇ１の固定部分を一体的に支持している。

前記上部枠部１３２は、図１、図２に示すように、前記下部枠部１３１の場合と同様、前記各垂直支柱部１２２の上端近くの側壁から枠体１２１の中心に向けて突設した３本の中空の支持アーム１３３と、この支持アーム１３３が交差する枠体１２１の中心の位置に垂直に垂設した円筒状の垂直支持体１３４とを一体的に構成し、垂直支持体１３４により上側の発電機Ｇ２の固定部分を一体的に支持している。

前記連結機構部１４１は、例えば、垂直支柱部１２２の上端、下端に、各々ネジ穴付きのフランジ部を設け、積み重ねる垂直支柱部１２２の端部同士をボルト、ナットによる締結により連結する構成としている。

そして、前記風力発電手段１１１を収容した直方体形状の枠体１２１を設置面２００上に図１に示すように単段で、又は詳細は後述するように前記連結機構部１４１を用いて２段以上Ｎ（Ｎは正の正数：２、３、４、・・・、１０、・・・３０、・・・５０等）段にわたるタワー（塔）状の積み上げ状態で配置可能に構成している。

次に、前記発電部１、風車部１１２について、図２をも参照して説明する。

前記風車部１１２は、例えばジャイロミル形（垂直軸垂直翼タイプ）で、長さ方向と直交する方向の断面（又は端面）が流線形のアルミニウム合金材を用いた例えば３枚のブレード１１３と、前記各ブレード１１３に各々突出端側を連結した上下３個ずつ、合計６個のアーム１１６とを有している。
前記各ブレード１１３の裏面には風力エネルギーを裏面側から捉える開口部１１４を設けている。

また、前記風車部１１２は、前記上側の発電機Ｇ２の下側に配置したこの風車部１１２を浮上状態で回転可能に軸支し、そのスラスト荷重を分担する浮上軸受部１５１と、前記下側の発電機Ｇ１の上側に配置したラジアル軸受部１５２とを有している。

すなわち、前記風車部１１２は、前記発電機Ｇ１、Ｇ２の中心部を垂直配置で連結する風車軸１１５を内蔵する垂直配置の円筒状の固定筒体１５３と、この固定筒体１５３の上端に臨ませた円板状の中央回転体１５４と、有し、前記上側の３個のアーム１１６の基端側を前記中央回転体１５４の外周に所定の間隔で連結している。

また、前記下側の３個のアーム１１６の基端側を、固定筒体１５３の下端側の外周に設けたラジアル軸受部１５２の外周に所定の間隔で連結している。

すなわち、上側の３個のアーム１１６は中央回転体１５４とともに回転可能であり、下側の３個のアーム１１６はラジアル軸受部１５２により支持され、これらは各々前記固定筒体１４３の回りを水平方向に回転可能に構成している。これにより、３枚のブレード１１３も前記固定筒体１５３の回りに回転可能となっている。

前記中央回転体１５４の中心部には、垂直上方に向けて上部風車軸１１５ａが突設され、この上部風車軸１１５ａを上側の発電機Ｇ２に連結している。

前記固定筒体１５３の下端部は、前記下側の発電機Ｇ１の回りを覆うようにして配置した中空の固定箱体１５５の上面に連結し、また、固定箱体１５５の下面側は、前記下部枠部１３１側の垂直支持体１３４の上端部に連結している。

これにより、前記固定筒体１５３を、垂直支持体１３４、固定箱体１５５を介して風車軸１１５を内蔵しつつ垂直固定配置に立設している。

前記連結機構部１４１は、例えば、垂直支柱部１２２の上端、下端に、各々ネジ穴付きのフランジ部を設け、積み重ねる垂直支柱部１２２の端部同士をボルト、ナットによる締結により連結する構成としている。

次に、図３、図４を参照して前記発電部１を構成する発電機Ｇ１について説明する。尚、図４においては、固定箱体１５５を省略して示している。

前記発電機Ｇ１は、発電機本体１０と、この発電機本体１０を回転可能に支持する軸支体１１とを有し、この軸支体１１を前記下部枠部１３１側の垂直支持体１３４に嵌装するとともに、ボルト６５を用いて一体的に固定するようになっている。

前記発電機本体１０は、図４に示すように、前記風車部１１２の回転力を受けて回転するアウターロータ１２と、このアウターロータ１２の中央部を軸支し、該アウターロータ１２を回転可能とする発電機軸１３と、前記発電機軸１３により中央部が支持される状態でアウターロータ１２内に内蔵した円盤状のコアレス型コイル体（円盤状に圧縮されたコイルの束）１４と、を有している。

前記発電機軸１３は、下端外周にネジ１３ａを有し、このネジ１３ａの上方に大径部１３ｂを、この大径部１３ｂの下側に突出円板部１３ｃを設けている。

前記アウターロータ１２は、下側が開口した皿円盤状の上部ロータ２１と、上側が開口した皿円盤状の下部ロータ３１とを上下配置に突き合わせて接合し、両者の外周近傍位置において、円形に配列する多数の固定ボルト２２を用いて一体的に固定されるようになっている。

前記アウターロータ１２のうちの上部ロータ２１は、その中央部に上側に突出する取り付け部２１ａを設け、この取り付け部２１ａに風車部１１２を構成する円筒状の風車軸１１５の下端１１５ａを取り付けている。

前記風車取り付け部２１ａには、円形配置に多数のネジ孔２１ｂが設けられ、前記風車軸１１５の下端１１５ａに接合して取り付けボルト８０により上部ロータ２１と前記風車軸１１５とを一体的に結合し、風車部１１２の回転力を風車軸１１５を介して前記発電機Ｇ１に伝達するように構成している。

また、前記発電機軸１３における大径部１３ｂの上面側と、その近傍の上部ロータ２１の内底部との間に主軸受２３を配置し、上部ロータ２１、したがってアウターロータ１２を回転可能に軸支している。

前記上部ロータ２１の内底部における前記主軸受２３の外側位置には、大径部１３ｂよりも若干大きい内径を有する円形突部２５が設けられ、この円形突部２５の下端面に全周にわたって円形ギア２６を設けている。

前記上部ロータ２１の内底部における外周近傍位置には、端面を内底面に臨ませる状態で所要数のマグネット２４を円形配置に埋設している。

前記下部ロータ３１は、前記上部ロータ２１と上下略対称形状に形成されている。すなわち、その中央部上面には前記突出円板部１３ｃが入り込む円形凹段部３２が設けられるとともに、この円形凹段部３２の中心位置を前記発電機軸１３が貫通するように構成している。

また、下部ロータ３１の内底部における外周近傍位置には、端面を内底面に臨ませる状態で、かつ、前記上部ロータ２１側のマグネット２４と対向する配置で所要数のマグネット２４を円形配置に埋設している。

このような上部ロータ２１、下部ロータ３１の構成により、両者の内部にコアレス型コイル体１４を収容する収容室３３を形成している。

前記下部ロータ３１の下面側には、その中央部に下側に突出する円柱状の取り付け部３４を設け、この取り付け部３４に円形配置にネジ孔３５を設けている。

前記コアレス型コイル体１４は、前記収容室３３内において前記アウターロータ１２と同軸配置されるとともに、その中央部には、前記上部ロータ２１の円形突部２５が入り込む内径を有する上孔と、前記発電機軸１３の大径部１３ｂより若干大径の下孔とが設けられ、大径部１３ｂが貫通するように構成している。

そして、大径部１３ｂの下端外周と、前記コアレス型コイル体１４の下孔との間に配置した軸受４６を介してコアレス型コイル体１４を前記発電機軸１３により回転可能に支持している。

また、前記コアレス型コイル体１４の上面には、前記上部ロータ２１側のマグネット２４と対応配置で、かつ、近接する状態にコイル部４１を配置し、同様にその下面には、前記下部ロータ３１側のマグネット２４と対応配置で、かつ、近接する状態にコイル部４１を配置している。

さらに、前記コアレス型コイル体１４における上下の各コイル部４１における各コイル部出力端４２は、このコアレス型コイル体１４の下面に臨む位置に配置され、前記円形凹段部３２内に位置する発電機軸１３における突出円板部１３ｃに対向させるように構成している。

そして、前記突出円板部１３ｃの上面に設けた前記各コイル部出力端４２に対応する配置の各ブラシ（集電子）４３、この各ブラシ４３に接続した出力ケーブル４４を介して発電機本体１０による発電出力を取り出すように構成している。

前記各コイル部出力端４２、ブラシ４３の構成に替えて、例えば一次トランス、二次トランスの電磁誘導結合を利用する構成や、コアレス型コイル体１４に磁石を、突出円板部１３ｃ側にコイル及び転流用の電子回路を設けた構成等からなるブラシレス型の集電子とすることもできる。

前記前記コアレス型コイル体１４における下孔を形成する円形突出部１４ａの上面側（上孔側）には、前記円形突部２５の円形ギア２６と同様な円形ギア４５を全周にわたって設けている。

また、前記発電機軸１３の大径部１３ｂ外周には、前記上孔内に位置して回転軸を水平方向とした複数の逆転用ギア５１が取り付けられ、この逆転用ギア５１を前記円形ギア２６、円形ギア４５に各々ギア結合している。

このような構成により、前記アウターロータ１２が図４に示す矢印ａ方向（反時計方向）に回転するとき、コアレス型コイル体１４は逆転用ギア５１により図４に示す矢印ｂ方向（時計方向）に逆回転（同軸反転）するように構成している。

すなわち、前記アウターロータ１２と、コアレス型コイル体１４とを逆転用ギア５１を用いて同軸反転するように構成している。

前記軸支体１１は、前記発電機軸１３を中央孔６１ａ内に嵌装して下方に突出させ、発電機軸１３のネジ１３ａに下側からナット６２をねじ込んで固定支持する固定支持体６１と、この固定支持体６１上に密接状態で配置され中央部に設けた前記中央孔６１ａと同径の貫通孔７１ａを前記発電機軸１３が貫通する回転支持体７１との重合構造としている。

すなわち、前記回転支持体７１は固定支持体６１に対してこれら両者間に設けた軸受６３を介して回転可能に支持されるとともに、固定支持体６１の上面外周部に設けた円形溝６１ｂに回転支持体７１の下面外周部に設けた円形突条７１ｂを嵌め込み、これにより、回転支持体７１は固定支持体６１上で密接しつつ円滑に回転し得るように構成している。

前記固定支持体６１の側面には、中央孔６１ａの軸線方向と直交する配置にネジ孔６４が設けられ、固定支持体６１の下側を前記垂直支持体１３４の上端から内方に向けて嵌装するとともに、ボルト１０６をネジ孔６４にねじ込み締め付けることで前記発電機Ｇ１を前記垂直支持体１３４上において水平配置に取り付けるようになっている。

前記回転支持体７１には、前記下部ロータ３１における取り付け部３４のネジ孔３５に対応する配置に取り付けボルト７２が配置され、回転支持体７１と固定支持体６１とを組み付ける前段階において、この回転支持体７１を前記下部ロータ３１に取り付け、その後固定支持体６１を回転支持体７１に組み付けるように構成している。

前記回転支持体７１における貫通孔７１ａの上端部には、発電機軸１３用の支持軸受７３を配置している。

尚、図４において、５２は上部ロータ２１とコアレス型コイル体１４間、及び、下部ロータ３１とコアレス型コイル体１４間に各々配置したコロ軸受である。

前記発電機Ｇ１（発電機Ｇ２も同様）によれば、前記風車部１１２が風エネルギーにより例えば図４に示す矢印ａ方向に回転するとき、前記アウターロータ１２も矢印ａ方向に回転し、このアウターロータ１２の回転力は、逆転用ギア５１に伝達され、この結果逆転用ギア５１を介してコアレス型コイル体１４は図６に示す矢印ｂ方向に回転する（同軸反転）。

この結果、前記各マグネット２４とコイル部４１との相対速度の上昇に応じた大きい発電出力を、前記コアレス型コイル体１４のコイル部出力端４２から前記ブラシ４３、出力ケーブル４４を介して外部に導出することができる。

すなわち、本実施例１の風力発電装置１２０においては、前記出力ケーブル４４を前記下部枠部１３１の垂直支持体１３４、垂直支柱部１２２に内装し、外部に導出するように構成している。

さらに詳述すると、前記発電機Ｇ１によれば、前記アウターロータ１２とコアレス型コイル体１４とを前記風車部１１２の回転に応じて逆転用ギア５１という簡略な要素のみで同軸反転させるように構成しているので、通常のロータ、ステータを使用する発電機に比べてアウターロータ１２、コアレス型コイル体１４間に例えば２倍の相対速度を得ることができ、同一の風エネルギーという条件下において通常の風力発電用の発電機よりも大きい発電出力を得ることが可能となる。

具体的には、通常の発電機において１００の回転速度で発電出力が１００であると仮定した場合、本実施例１に係る発電部１によれば、５０の回転速度で１００の発電出力を得ることができる。又は、１００の回転速度であれば２００の発電出力を得ることができる。

上側の発電機Ｇ２は、上述した発電機Ｇ１と上下反転構造で上側の垂直支持体１３４に連結され、上述した発電機Ｇ１の場合と同様の作用、効果を発揮するように構成している。

次に、図５、図６を参照して、前記浮上軸受部１５１について説明する。

図５は前記浮上軸受部１５１の一例を示すものであり、この浮上軸受部１５１は、前記固定筒体１５３の開口端側から内方下方に所定寸法分下がった位置である下部において、例えば半球状の閉塞部材１６２の開口端を固定筒体１５３の内周部に溶接等で固着し閉塞することにより形成した浮力室１６１を有している。

そして、浮力室１６１内に浮力発生用の不凍液１６３及びこの不凍液１６３の液面を被うオイル１６４からなる液体を収納している。前記オイル１６４は、不凍液１６３の液面を被うことで、この不凍液１６３の蒸発を防止するものである。

また、前記浮上軸受部１５１は、前記中央回転体１５４の下面中央から垂下した連結風車軸１１５ｂに上端部が連結された状態で支持され、略全体を前記浮力室１６１の不凍液１６３内に臨ませた外形が略長楕円体形状のフロート１６５と、このフロート１６５の下端から前記閉塞部材１６２を例えば図示しないがシール部材を介在させつつ液密状態で貫いて前記下側の発電機Ｇ１に連結した風車軸１１５とを含んで構成している。

前記固定筒体１５３の頂部の外周部と、前記中央回転体１５４に設けた前記外周部より大径の円形内周部１５４ａとの間には、軸受用の鋼球１５６を多数介在させ、これにより、前記固定筒体１５３の頂部に対し前記中央回転体１５４をラジアル軸受構造で支持し、前記中央回転体１５４を水平方向に回転可能としている。

前記中央回転体１５４と、上側の発電機Ｇ２とは、既述したように、上部風車軸１１５ａにより連結し、前記中央回転体１５４の回転力、すなわち、風車部１１２の回転力を上側の発電機Ｇ２に伝達するように構成している。

上述した浮上軸受部１５１を採用した場合、前記浮力室１６１内において、不凍液１６３内に臨ませたフロート１６５に対して不凍液１６３による浮力Ｆが作用する。

このとき、フロート１６５を垂直下方に押し下げる方向に作用する前記風車部１１２の荷重Ｍとすると、浮力Ｆ＞荷重（スラスト荷重）Ｍとなるように予め設定しておくことにより、前記風車部１１２は前記浮上軸受部１５１により不凍液１６３を介して浮上した状態で支持されることになる。

また、前記鋼球１５６を用いたラジアル軸受構造により前記中央回転体１５４を含む前記風車部１１２のラジアル荷重を分担し、前記ラジアル軸受部１５２は、前記固定筒体１５３の頂部から所定間隔下方に隔てた位置において前記風車部１１２のラジアル荷重を分担する。

この結果、上述した浮力室１６１、不凍液１６３、フロート１６５を用いた簡略構造からなる浮上軸受部１５１を含む軸支構造によって、大型、大重量の風車部１１２の場合においても風車軸１１５の回りに横揺れを伴うことなく高精度に、かつ、低騒音の安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができ、大型大出力の風力発電装置１２０にも対応することが可能となる。

図６は、前記浮上軸受部１５１の他例である浮上軸受部１５１Ａを示すものであり、この浮上軸受部１５１Ａにおいて、前記浮上軸受部１５１場合と同一の要素には同一の符号を付し、その詳細説明は省略する。

図６に示す浮上軸受部１５１Ａは、前記固定筒体１５３内において、その中心線方向に間隔を隔て水平配置、かつ、風車軸１１５の回りに同心配置に固定した例えば永久磁石からなる円環状の第１磁石１７１及び第２磁石１７２と、前記第１磁石１７１、第２磁石１７２間で、かつ、各々第１磁石１７１、第２磁石１７２と間隙をもって、かつ、同心配置で風車軸１１５に水平状態で固定連結した例えば永久磁石からなる円板状の浮上磁石１７３とを有している。

前記第１磁石１７１、浮上磁石１７３、第２磁石１７２は、上から下に順番に概略円筒状のハウジング１７４内に収納している。
このハウジング１７４により、前記第１磁石１７１及び第２磁石１７２を固定支持するとともに、これらの間に前記浮上磁石１７３を非接触で上下から挟む態様に構成している。前記ハウジング１７４の外周部は、連結片１７５を介して前記前記固定筒体１５３の内周部に固定連結している。

前記固定筒体１５３の頂部の外周部と、前記中央回転体１５４に設けた前記外周部より大径の円形内周部１５４ａとの間の鋼球１５６を用いたラジアル軸受構造、及び、前記発電機Ｇ１、Ｇ２に対する連結構造は上述した場合と同一である。

図６に示す浮上軸受部１５１Ａを採用した場合、同図に原理的に示すように、前記第１磁石１７１と浮上磁石１７３を例えばＳ極同士の同磁極で対向させ、前記第２磁石１７２と浮上磁石１７３を例えばＳ極同士の同磁極で対向させて、これら第１磁石１７１と浮上磁石１７３間及び第２磁石１７２と浮上磁石１７３間に作用する各反発力により浮上磁石１７３を介して前記風車部１１２の荷重（スラスト荷重）Ｍを相殺し、これにより、浮上磁石１７３を介して前記風車部１１２を風車軸１１５とともに浮上状態で回転可能に軸支することができる。

前記風車部１１２のラジアル荷重の分担に関しては、上述した場合と同様である。

この結果、上述した磁力利用の風車部１１２の軸支構造によって、大型、大重量の風車部１１２の場合においても風車軸１１５の回りに横揺れを伴うことなく高精度に、かつ、低騒音の安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができ、大型大出力の風力発電装置１２０にも対応することが可能となる。

次に、図７を参照して本実施例１に係る風力発電装置１２０の制御系について説明する。

本実施例１に係る風力発電装置１２０は、前記風車部１１２の回転状態に応じて前記２個の発電機Ｇ１、Ｇ２の発電出力制御、制動制御を行う制御手段１８０を具備している。

前記制御手段１８０は、下側の発電機Ｇ１の発電出力制御を行う第１発電出力制御系１８１Ａと、上側の発電機Ｇ２の発電出力制御を行う第２発電出力制御系１８１Ｂと、風力発電装置１２０全体の制御を行う動作制御系１９０と、により構成し、さらに、蓄電又は放電を行うバッテリーＢを付加した構成としている。

前記第１発電出力制御系１８１Ａは、下側の発電機Ｇ１からの交流の発電出力を遮断又は導通させる例えば電磁開閉器を用いたスイッチ部１８２と、下側の発電機Ｇ１からの交流の発電出力を直流出力に変換（ＡＣ／ＤＣ変換）する電力変換部１８３と、この電力変換部１８３からの直流出力を取り込み、バッテリーＢへの蓄電又は外部負荷側への給電を行う出力コントロール部１８４と、この出力コントロール部１８４から給電される直流出力を所定の電圧（例えばＤＣ１２Ｖ、ＤＣ２４Ｖ等）に変換して外部負荷に向けて出力するＤＣ／ＤＣ変換部１８５と、前記出力コントロール部１８４から給電される直流出力を所定の交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖ等）に変換して外部負荷に向けて出力するＤＣ／ＡＣ変換部１８６と、を具備している。

前記第２発電出力制御系１８１Ｂは、前記第１発電出力制御系１８１Ａの場合と同様、上側の発電機Ｇ２からの交流の発電出力を遮断又は導通させる例えば電磁開閉器を用いたスイッチ部１８２と、上側の発電機Ｇ２からの交流の発電出力を直流出力に変換（ＡＣ／ＤＣ変換）する電力変換部１８３と、この電力変換部１８３からの直流出力を取り込み、バッテリーＢへの蓄電又は外部負荷側への給電を行う出力コントロール部１８４と、この出力コントロール部１８４から給電される直流出力を所定の電圧（例えばＤＣ１２Ｖ、ＤＣ２４Ｖ等）に変換して外部負荷に向けて出力するＤＣ／ＤＣ変換部１８５と、前記出力コントロール部１８４から給電される直流出力を所定の交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖ等）に変換して外部負荷に向けて出力するＤＣ／ＡＣ変換部１８６と、を具備している。

前記動作制御系１９０は、この動作制御系１９０全体の動作に必要な主プログラム、前記発電機Ｇ１、Ｇ２の発電出力切り換えプログラム、前記発電機Ｇ１、Ｇ２に対する制動プログラム等からなる動作制御プログラムを格納したプログラムメモリ１９１と、前記動作制御プログラムに基づいて全体の動作制御を行う動作制御部１９２と、前記電力変換部１８３の直流出力を監視し発電機Ｇ１、Ｇ２の各発電出力（電圧又は電流）を監視する２個の発電出力監視部１９３と、前記発電出力切り換えプログラムに基づく動作制御部１９２の制御の基に、前記２個のスイッチ部１８２に動作信号を送り、発電機Ｇ１、Ｇ２からの交流の各発電出力を各々遮断又は導通させる発電出力オン、オフ切り換え部１９４と、前記発電機Ｇ１、Ｇ２の電機子（前記コアレス型コイル体１４）側に接続した例えば電磁リレー、三相短絡回路を用いて構成され、三相短絡回路接続時前記各発電機Ｇ１、Ｇ２に対する回生制動を各々実行する２個の制動部１９５と、前記制動プログラムに基づく動作制御部１９２の制御の基に２個の制動部に各々駆動信号を送り、２個の制動部１９５における三相短絡回路の前記発電機Ｇ１、Ｇ２の電機子側への接続又は離脱を行う２個の制動駆動部１９６と、文字情報、画像情報等を表示する表示部１９７と、前記発電機Ｇ１、Ｇ２の運転条件（発電機Ｇ１、Ｇ２の発電出力オン、オフ切り換えのための例えば電圧又は電流閾値、前記発電機Ｇ１、Ｇ２の個別又は双方同時制動のような制動条件（発電出力における電圧又は電流閾値）を設定するキーボード、タッチパネル等を用いた運転条件設定部１９８と、を有している。

前記運転条件設定部１９８の設定による前記発電出力切り換えプログラムに基づく各発電機Ｇ１、Ｇ２の発電出力オン、オフ切り換えは、例えば前記発電出力監視部１９３の出力信号に対応した発電出力切り換えプログラムに基づく前記発電機Ｇ１側のスイッチ部１８２のみをオンにした発電機Ｇ１の発電出力のみ（例えば風力エネルギーが比較的大の時）、前記発電機Ｇ１の発電出力の基づいた発電機Ｇ２側のスイッチ部１８２のオンによる２台同時発電出力（例えば風力エネルギーが比較的小の時）、前記発電機Ｇ２側のスイッチ部１８２のみをオンにした発電機Ｇ２の発電出力のみ（例えば風力エネルギーが比較的大の時）等の態様を挙げることができるが、ここでは詳細説明は省略する。

前記運転条件設定部１９８の設定による前記制動プログラムに基づく各発電機Ｇ１、Ｇ２に対する回生制動は、例えば前記発電出力監視部１９３の出力信号に対応した制動プログラムに基づいた前記制動駆動部１９６、前記発電機Ｇ１側の制動部１９５の動作又は前記制動駆動部１９６、前記発電機Ｇ２側の制動部１９５の動作による発電機Ｇ１のみの又は発電機Ｇ２のみの制動による前記風車部１１２の減速（例えば強風時のような風力エネルギー大の時）、並びに、前記制動駆動部１９６、前記発電機Ｇ１、Ｇ２双方の制動部１９５の動作による発電機Ｇ１、Ｇ２双方の制動による前記風車部１１２の停止（例えば台風時のような風力エネルギーが極めて大の時）等の態様を挙げることができるが、ここでは詳細説明は省略する。

前記発電出力監視部１９３に替えて、発電機Ｇ１、Ｇ２に図示しないロータリーエンコーダー等を用いた回転数検出部を取り付け、この回転数検出部の検出信号を基に上述した制御を実行するように構成することももちろん可能である。

次に、本実施例１の風力発電装置１２０をＮ段用いタワー状の積み上げ状態とした風力発電装置１２０Ａについて図８を参照して説明する。

この風力発電装置１２０Ａは、前記風力発電装置１２０をＮ（Ｎは正の正数：２、３、４、・・・、１０、・・・３０、・・・５０等）個用意し、これらを前記連結機構部１４１による連結によって、Ｎ段にわたって垂直のタワー（塔）状に積み上げて構成するものである。

具体的には、設置箇所の需要電力の大小に応じて、風力発電装置１２０を２段、３段、１０段、５０段等のように垂直のタワー（塔）状に積み上げるものである。
前記風力発電装置１２０Ａによれば、この風力発電装置１２０Ａを設置する電力需要場所での実際の電力需要の大小の規模に応じ風力発電装置１２０の積み上げ個数を設定することにより、当該電力需要場所の電力需要に柔軟に対応することが可能となる。

上述した風力発電装置１２０を単段で設置する場合には、前記枠体１２１の上面に、図９に示すように、太陽光により発電する太陽光パネル２０１を付加し、風力、太陽光双方の自然エネルギーを利用したハイブリッド型の風力発電装置１２０又は１２０Ａとすることも可能である。

また、上述した風力発電装置１２０をＮ段積み重ねた風力発電装置１２０Ａの場合も、任意の枠体１２１の側面に、図１０に示すように、太陽光により発電する太陽光パネル２０１を配置したものを含め、風力、太陽光双方の自然エネルギーを利用したハイブリッド型の風力発電装置１２０Ａとすることも可能である。

さらには、図示していないが、枠体１２１の垂直支柱部１２２の垂直方向中間位置等に、異物防護用の防護バーや、防護鎖を張り渡した構成を採用することも可能である。

本実施例１の風力発電装置１２０によれば、電力需要場所での実際の設置や組み立てが容易で施工の容易化、低価格化を図ることができる。

また、本実施例１の風力発電装置１２０によれば、２個の発電機Ｇ１、Ｇ２を搭載し、これら２個の発電機Ｇ１、Ｇ２の風力エネルギーの大小に応じた発電出力オン、オフ切り換え制御や、減速、停止制御を行うようにしているので、発電出力の調整範囲が広く、電力需要場所での実際の電力需要の大小に柔軟に対応できるとともに、台風等のような異常な事態においても風力発電装置１２０の故障防止、安全確保を図ることができる。

さらに、前記三本の垂直支柱部１２２は、例えば木の枝等が飛来した場合の異物衝突防護作用を発揮するので、異物の衝突に対しても風力発電装置１２０の故障防止、安全確保を図ることができる。

さらにまた、本実施例１の風力発電装置１２０によれば、前記前記浮上軸受部１５１又は１５１Ａを採用した構成を採用することにより、大型、大重量の風車部１１２の場合においても横揺れを伴うことなく高精度に、かつ、低騒音の安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができる効果も奏する。

加えて、前記出力ケーブル４４を前記下部枠部１３１の垂直支持体１３４、垂直支柱部１２２に内装し、外部に導出するように構成しているので、前記出力ケーブル４４が枠体１２１の外部に露出せず、外観体裁の良好な風力発電装置１２０とすることができる。

また、本実施例１の風力発電装置１２０Ａによれば、個々の風力発電装置１２０が上述した作用、効果を発揮するとともに、既述した如く、前記風力発電装置１２０の積み上げ個数を電力需要場所の電力需要に応じた最適個数に設定することにより、当該電力需要場所の電力需要に柔軟、かつ、広範囲に対応することが可能となる。

さらに、本実施例１の風力発電装置１２０、１２０Ａによれば、前記枠体１２１の上部枠部１３２、下部枠部１３１による軸心上下固定支持構造を採用しているので、風力発電手段１１１が枠体１２１により強固に支持されることになり、強風に対しても風力発電手段１１１の揺れ等を防止でき、また、垂直支柱部１２２により異物の飛来による風力発電手段１１１、特に風車部１１２の損傷を防止でき、安定した運転を長期にわたって維持できる。

次に、本実施例２に係る風力発電装置１２０Ｂについて、図１１を参照して説明する。尚、本実施例２に係る風力発電装置１２０Ｂにおいて、上述した本実施例１に係る風力発電装置１２０の場合と同一の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施例２に係る風力発電装置１２０Ｂは、図１１に示すように、異物衝突防護用の四本の中空の垂直支柱部１２２と、四本の垂直支柱部１２２の下端側、上端側を各々連結する下部枠部１３１、上部枠部１３２とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間１３０を形成した直方体形状（又は立方体形状）の枠体１２１と、前記枠体１２１の収容空間１３０内に、前記枠体１２１の上部枠部１３２、下部枠部１３１による軸心上下固定支持構造で垂直配置した実施例１の場合と同一構造の垂直軸・垂直翼型の風車部１１２及びこの風車部１１２の回転力により発電する実施例１の場合と同一構造のアウターロータ・コアレス同軸反転式の２個の発電機Ｇ１、Ｇ２からなる発電部１とを有する風車部１１２、発電部１直結構造の風力発電手段１１１と、前記枠体１２１を構成する四本の垂直支柱部１２２の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部１４１と、を有している。

前記２個の発電機Ｇ１、Ｇ２は、風車部１１２における中心部の下端の上側に下側の発電機Ｇ１を、風車部１１２における中心部の上端の上側に上側の発電機Ｇ２を配置した構成としている。上側の発電機Ｇ２は、下側の発電機Ｇ１に対して上下反転構造としている。

前記下部枠部１３１は、図１１に示すように、前記各垂直支柱部１２２の下端近くの側壁から枠体１２１の中心に向けて突設した四本の中空の支持アーム１３３と、この支持アーム１３３が交差する枠体１２１の中心の位置に垂直に立設した円筒状の垂直支持体１３４とを一体的に構成し、垂直支持体１３４により下側の発電機Ｇ１の固定部分を一体的に支持している。

前記上部枠部１３２は、図１１に示すように、前記下部枠部１３１の場合と同様、前記各垂直支柱部１２２の上端近くの側壁から枠体１２１の中心に向けて突設した四本の中空の支持アーム１３３と、この支持アーム１３３が交差する枠体１２１の中心の位置に垂直に垂設した円筒状の垂直支持体１３４とを一体的に構成し、垂直支持体１３４により上側の発電機Ｇ２の固定部分を一体的に支持している。

前記連結機構部１４１は、例えば、垂直支柱部１２２の上端、下端に、各々ネジ穴付きのフランジ部を設け、積み重ねる垂直支柱部１２２の端部同士をボルト、ナットによる締結により連結する構成としている。

そして、前記風力発電手段１１１を収容した直方体形状の枠体１２１を設置面２００上に図１１に示すように単段で、又は図１２に示すように前記連結機構部１４１を用いて２段以上Ｎ（Ｎは正の正数：２、３、４、・・・、１０、・・・３０、・・・５０等）段にわたるタワー（塔）状の積み上げ状態で配置可能に構成している。

すなわち、本実施例２に係る風力発電装置１２０Ｂは、前記枠体１２１の形状を全体として直方体状又は立方体状とした以外は上述した実施例１に係る風力発電装置１２０の場合と同様な構成としたものである。

図１２は、本実施例２に係る風力発電装置１２０ＢをＮ段用いタワー状の積み上げ状態とした風力発電装置１２０Ｃを示すものである。

この風力発電装置１２０Ｃは、前記風力発電装置１２０ＢをＮ（Ｎは正の正数：２、３、４、・・・、１０、・・・３０、・・・５０等）個用意し、これらを前記連結機構部１４１による連結によって、Ｎ段にわたって垂直のタワー（塔）状に積み上げて構成するものである。

すなわち、本実施例２に係る風力発電装置１２０Ｃは、前記各枠体１２１の形状を全体として四角形の直方体状又は立方体状とした以外は上述した実施例１に係る風力発電装置１２０Ａの場合と同様な構成としたものである。

本実施例２に係る風力発電装置１２０Ｂ、風力発電装置１２０Ｃによっても、既述した実施例１に係る風力発電装置１２０、風力発電装置１２０Ａの場合と各々同様な作用、効果を発揮させることができる。

また、本実施例２に係る風力発電装置１２０Ｂ、風力発電装置１２０Ｃの場合も、前記枠体１２１の上面に、図示しないが太陽光により発電する太陽光パネルを付加したり、任意の枠体１２１の側面に、図示しないが太陽光により発電する太陽光パネル２０１を配置したハイブリッド型の風力発電装置１２０Ｂ、１２０Ｃとすることももちろん可能である。

次に、図１３を参照して実施例１に係る三角柱状の風力発電装置１２０の変形例である風力発電装置１２０Ｄについて説明する。

この変形例である風力発電装置１２０Ｄは、実施例１に係る風力発電装置１２０の構成に替えて、実施例１と略同様の枠体１２１Ａに対して、前記浮上軸受部１５１又は１５１Ａを用いない風車部１１２、１個の発電機Ｇ１のみを有する発電部１を組み込んだ構成としたものである。

この変形例の風力発電装置１２０Ｄによっても、実施例１に係る風力発電装置１２０における２個の発電機Ｇ１、Ｇ２による効果、及び、前記浮上軸受部１５１又は１５１Ａによる効果が無い点を除き、実施例１に係る風力発電装置１２０の場合と同様な効果を発揮させることができる。

また、変形例の風力発電装置１２０ＤをＮ（Ｎは正の正数：２、３、４、・・・、１０、・・・３０、・・・５０等）個用意し、これらを前記連結機構部１４１による連結によって、Ｎ段にわたって垂直のタワー（塔）状に積み上げて構成した場合も、２個の発電機Ｇ１、Ｇ２による効果、及び、前記浮上軸受部１５１又は１５１Ａによる効果が無い点を除き、実施例１に係るタワー（塔）状の風力発電装置１２０Ａの場合と同様な効果を発揮させることができる。

次に、図１４を参照して実施例２に係る四角柱状の風力発電装置１２０Ｂの変形例である風力発電装置１２０Ｅについて説明する。

この変形例である風力発電装置１２０Ｅは、実施例２に係る風力発電装置１２０Ｂの構成に替えて、実施例２と略同様の枠体１２１Ｂに対して、前記浮上軸受部１５１又は１５１Ａを用いない風車部１１２、１個の発電機Ｇ１のみを有する発電部１を組み込んだ構成としたものである。

この変形例の風力発電装置１２０Ｅによっても、実施例１に係る風力発電装置１２０における２個の発電機Ｇ１、Ｇ２による効果、及び、前記浮上軸受部１５１又は１５１Ａによる効果が無い点を除き、実施例２に係る風力発電装置１２０Ｂの場合と同様な効果を発揮させることができる。

また、変形例の風力発電装置１２０ＥをＮ（Ｎは正の正数：２、３、４、・・・、１０、・・・３０、・・・５０等）個用意し、これらを前記連結機構部１４１による連結によって、Ｎ段にわたって垂直のタワー（塔）状に積み上げて構成した場合も、２個の発電機Ｇ１、Ｇ２による効果、及び、前記浮上軸受部１５１又は１５１Ａによる効果が無い点を除き、実施例２に係るタワー（塔）状の風力発電装置１２０Ｃの場合と同様な効果を発揮させることができる。

本発明は、市街地はもとより、電力系統が未整備の都市部郊外、山間地等、設置場所の如何を問わず、種々の電力需要場所での設置、運用に多大に資することができる風力発電装置として広範に活用することができる。

１ 発電部
１０ 発電機本体
１１ 軸支体
１２ ウターロータ
１３ 発電機軸
１３ａ ネジ
１３ｂ 大径部
１３ｃ 突出円板部
１４ コアレス型コイル体
１４ａ 円形突出部
２１ 上部ロータ
２１ａ 取り付け部
２１ｂ ネジ孔
２２ 固定ボルト
２３ 主軸受
２４ マグネット
２５ 円形突部
２６ 円形ギア
３１ 下部ロータ
３２ 円形凹段部
３３ 収容室
３４ 取り付け部
３５ ネジ孔
４１ コイル部
４２ コイル部出力端
４３ ブラシ
４４ 出力ケーブル
４５ 円形ギア
４６ 軸受
５１ 逆転用ギア
６１ 固定支持体
６１ａ 中央孔
６１ｂ 円形溝
６２ ナット
６３ 軸受
６４ ネジ孔
６５ ボルト
７１ 回転支持体
７１ａ 貫通孔
７１ｂ 円形突条
７２ ボルト
７３ 支持軸受
８０ ボルト
１１１ 風力発電手段
１１２ 風車部
１１３ ブレード
１１４ 開口部
１１５ 風車軸
１１５ａ 下端
１１５ａ 上部風車軸
１１５ｂ 連結風車軸
１１６ アーム
１２０ 風力発電装置
１２０Ａ 風力発電装置
１２０Ｂ 風力発電装置
１２０Ｃ 風力発電装置
１２０Ｄ 風力発電装置
１２０Ｅ 風力発電装置
１２１ 枠体
１２１Ａ 枠体
１２１Ｂ 枠体
１２２ 各垂直支柱部
１３０ 収容空間
１３１ 下部枠部
１３２ 上部枠部
１３３ 支持アーム
１３４ 垂直支持体
１４１ 連結機構部
１４３ 固定筒体
１５１ 浮上軸受部
１５１Ａ 浮上軸受部
１５２ ラジアル軸受部
１５３ 固定筒体
１５４ 中央回転体
１５４ａ 円形内周部
１５５ 固定箱体
１５６ 鋼球
１６１ 浮力室
１６２ 閉塞部材
１６３ 不凍液
１６４ オイル
１６５ フロート
１７１ 第１磁石
１７２ 第２磁石
１７３ 浮上磁石
１７４ ハウジング
１７５ 連結片
１８０ 制御手段
１８１Ａ 第１発電出力制御系
１８１Ｂ 第２発電出力制御系
１８２ スイッチ部
１８３ 電力変換部
１８４ 出力コントロール部
１８５ ＤＣ／ＤＣ変換部
１８６ ＤＣ／ＡＣ変換部
１９０ 動作制御系
１９１ プログラムメモリ
１９２ 動作制御部
１９３ 発電出力監視部
１９４ 発電出力オンオフ切り換え部
１９５ 制動部
１９６ 制動駆動部
１９７ 表示部
１９８ 運転条件設定部
２００ 設置面
２０１ 太陽光パネル
Ｇ１ 発電機
Ｇ２ 発電機
Ｆ 浮力
Ｍ 荷重

Claims (6)

1. 異物衝突防護用の複数の垂直支柱部と、複数の垂直支柱部の下端側、上端側を各々連結する下部枠部、上部枠部とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間を形成した平面視多角形状を呈する立体形状の枠体と、
   前記枠体の収容空間に、軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸型の風車部及びこの風車部の上側、下側両方に配置した前記風車部の回転力により発電するアウターロータ・コアレス同軸反転式の２個構成の発電部とを有する風力発電手段と、
   前記風力発電手段に組み込んだ前記垂直軸型の風車部を浮上状態で回転可能に軸支し、そのスラスト荷重を分担する浮上軸受部と、
   前記枠体を構成する複数の垂直支柱部の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部と、
   前記風車部の回転状態に応じて前記２個構成の発電部の発電出力制御、制動制御を行う制御手段と、
   を有し、
   前記風力発電手段を収容した枠体を、設置面上に単段で、又は、２段以上Ｎ（Ｎは正の正数）段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能とした風力発電装置において、
   前記浮上軸受部は、前記風車部の中心に位置する垂直の風車軸の周りに垂直に固定配置された円筒体の内部に設けた浮力発生用の液体を収納した浮力室と、前記浮力室の液体内に臨ませたフロートと、を具備し、
   前記円筒体の上端側に位置する前記風車部の上部の複数のアームが連結された中心回転部を円筒体の上端に対して回転可能とし、中心回転部から上方に突出させた上部発電機軸を上部の発電機に連結し、前記フロートの下端から前記浮力室を液密状態で貫いて円筒体内を下方に延長した下部発電機軸を下部の発電機に連結することで、前記浮力室内の液体から前記フロートに作用する浮力により前記風車部のスラスト荷重を分担させて該風車部を浮上状態で回転可能に軸支する構成としたことを特徴とする風力発電装置。
2. 異物衝突防護用の三本の垂直支柱部と、三本の垂直支柱部の下端側、上端側を各々連結する下部枠部、上部枠部とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間を形成した立方体形状又は直方体形状の枠体と、
   前記枠体の収容空間に、前記枠体の上部枠部、下部枠部による軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸・垂直翼型の風車部及びこの風車部の上側、下側両方に配置した前記風車部の回転力により発電するアウターロータ・コアレス同軸反転式の２個構成の発電部とを有する風力発電手段と、
   前記枠体を構成する三本の垂直支柱部の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部と、
   前記風車部の回転状態に応じて前記２個構成の発電部の発電出力制御、制動制御を行う制御手段と、
   を有し、
   前記風力発電手段を収容した三本の垂直支柱部を有する立方体形状又は直方体形状の枠体を、設置面上に単段で、又は、前記連結機構部を用いて２段以上Ｎ（Ｎは正の正数）段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能とした風力発電装置において、
   前記風力発電手段は、前記垂直軸型の風車部を浮上状態で回転可能に軸支し、そのスラスト荷重を分担する浮上軸受部をさらに有するとともに、
   前記浮上軸受部は、前記風車部の中心に位置する垂直の風車軸の周りに垂直に固定配置された円筒体の内部に設けた浮力発生用の液体を収納した浮力室と、前記浮力室の液体内に臨ませたフロートと、を具備し、
   前記円筒体の上端側に位置する前記風車部の上部の複数のアームが連結された中心回転部を円筒体の上端に対して回転可能とし、中心回転部から上方に突出させた上部発電機軸を上部の発電機に連結し、前記フロートの下端から前記浮力室を液密状態で貫いて円筒体内を下方に延長した下部発電機軸を下部の発電機に連結することで、前記浮力室内の液体から前記フロートに作用する浮力により前記風車部のスラスト荷重を分担させて該風車部を浮上状態で回転可能に軸支する構成としたことを特徴とする風力発電装置。
3. 異物衝突防護用の四本の垂直支柱部と、四本の垂直支柱部の下端側、上端側を各々連結する下部枠部、上部枠部とを用いて、内部に自然風が流通する収容空間を形成した立方体形状又は直方体形状の枠体と、
   前記枠体の収容空間に、前記枠体の上部枠部、下部枠部による軸心上下固定支持構造で垂直配置した垂直軸・垂直翼型の風車部及びこの風車部の上側、下側両方に配置した前記風車部の回転力により発電するアウターロータ・コアレス同軸反転式の２個構成の発電部とを有する風力発電手段と、
   前記枠体を構成する四本の垂直支柱部の下端部、上端部に各々設けた他部材との固定連結用の連結機構部と、
   前記風車部の回転状態に応じて前記２個構成の発電部の発電出力制御、制動制御を行う制御手段と、
   を有し、
   前記風力発電手段を収容した四本の垂直支柱部を有する立方体形状又は直方体形状の枠体を、設置面上に単段で、又は、前記連結機構部を用いて２段以上Ｎ（Ｎは正の正数）段にわたるタワー状の積み上げ状態で配置可能としたことを特徴とする風力発電装置。
   前記風力発電手段は、前記垂直軸型の風車部を浮上状態で回転可能に軸支し、そのスラスト荷重を分担する浮上軸受部をさらに有するとともに、
   前記浮上軸受部は、前記風車部の中心に位置する垂直の風車軸の周りに垂直に固定配置された円筒体の内部に設けた浮力発生用の液体を収納した浮力室と、前記浮力室の液体内に臨ませたフロートと、を具備し、
   前記円筒体の上端側に位置する前記風車部の上部の複数のアームが連結された中心回転部を円筒体の上端に対して回転可能とし、中心回転部から上方に突出させた上部発電機軸を上部の発電機に連結し、前記フロートの下端から前記浮力室を液密状態で貫いて円筒体内を下方に延長した下部発電機軸を下部の発電機に連結することで、前記浮力室内の液体から前記フロートに作用する浮力により前記風車部のスラスト荷重を分担させて該風車部を浮上状態で回転可能に軸支する構成としたことを特徴とする風力発電装置。
4. 前記発電部を構成するアウターロータ・コアレス同軸反転式の発電機は、前記下部枠部の中心支持体により垂直配置に固定支持された発電機軸と、該発電機軸により回転可能に支持され、前記風車部により回転駆動されるマグネット付きのアウターロータと、前記アウターロータ内に同軸配置にかつ発電機軸により支持されて回転可能に内蔵され、前記マグネットと対応配置にコイル部を配置したコアレス型コイル体と、前記発電機軸により軸支され、前記アウターロータ、コアレス型コイル体双方に円形配置に設けた円形ギアとギア結合してアウターロータの回転に応じてコアレス型コイル体を逆方向に回転させる逆転用ギアと、を有し、
   前記アウターロータ、コアレス型コイル体の逆方向の回転による前記マグネットとコイル部との相対速度の上昇に応じた発電出力を前記コアレス型コイル体のコイル部出力端から前記発電機軸の周りに固定配置した集電子を介して取り出し、前記下部枠部、垂直支柱部に内装した出力ケーブルを経て外部に出力するように構成したことを特徴とする請求項１，２又は３のいずれかに記載の風力発電装置。
5. 前記風力発電手段を収容した単段の枠体の上端面、又は、タワー状の積み上げた最上段の枠体の上端面に、太陽光により発電する太陽光パネルを配置し、この太陽光パネルの発電出力も前記垂直支柱部に内装した出力ケーブルを経て外部に出力するように構成したことを特徴とする請求項１、２又は３のいずれかに記載の風力発電装置。
6. 前記風力発電手段を収容した枠体の側面に、太陽光により発電する太陽光パネルを配置し、この太陽光パネルの発電出力も前記垂直支柱部に内装した出力ケーブルを経て外部に出力するように構成したことを特徴とする請求項１、２又は３のいずれかに記載の風力発電装置。

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