コイルリング、コイルリングの製造方法、及び発電装置
【課題】 量産に適した構造を有し、なおかつ軽量化、低コスト化、メンテナンス性の向上を図ることが可能なコイルリング、及びその製造方法、さらにはそのコイルリングを備える発電装置を提供する。
【解決手段】 発電装置に設けられるコイルリングであって、複数のコイルをそれぞれコイル包含部材により内包させた状態に成形され、かつそれぞれの外形形状が同一に成形された複数のコイル部材と、前記コイルを内包したコイル部材が、前記回転軸の軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けられるリング部材と、を備える。
【解決手段】 発電装置に設けられるコイルリングであって、複数のコイルをそれぞれコイル包含部材により内包させた状態に成形され、かつそれぞれの外形形状が同一に成形された複数のコイル部材と、前記コイルを内包したコイル部材が、前記回転軸の軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けられるリング部材と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に設けられるコイルリングと、その製造方法、さらにそのコイルリングが設けられた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全のため、再生可能エネルギーを用いた発電方法として、二酸化炭素等の温室効果ガスを排出しない風力発電等に注目が集まっている（例えば特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３９１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、風力発電等が広く普及し始めると、発電装置の量産化が必要となる。さらに、一般家庭にも普及させていくことを考えると、発電装置の軽量化、低コスト化、メンテナンス性の向上等が求められる。
【０００５】
本発明の課題は、量産に適した構造を有し、なおかつ軽量化、低コスト化、メンテナンス性の向上を図ることが可能なコイルリング、及びその製造方法、さらにはそのコイルリングを備える発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のコイルリングは、
回転軸の軸線周りに環状配列された複数の磁界形成部と、軸線周りに環状配列された複数のコイルとが軸線を同じくして対向配置され、回転軸の回転に伴うそれら磁界形成部とコイルとの相対回転により発電する発電装置に設けられ、
複数のコイルをそれぞれコイル包含部材により内包させた状態で、かつそれぞれの外形形状が同一に形成された複数のコイル部材と、
コイルを内包したコイル部材が、回転軸の軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けられるリング部材と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記本発明の構成によれば、予め多数のコイル部材とリング部材とを準備し、準備したリング部材にコイル部材を取り付けていくだけで簡易にコイルリングを形成できる。
【０００８】
本発明におけるリング部材には、回転軸の軸線周りにおいて所定間隔おきに溝部が形成されており、それら溝部に嵌め込まれる形でコイル部材が取り付けられている。この構成によれば、リング部材の溝部にコイル部材を嵌合配置する形で取り付けることができる。リング部材上の配置位置が溝部により位置決めされるから、取り付けが容易となる。
【０００９】
本発明におけるリング部材は、その外周面あるいは内周面に、回転軸の軸線に対する径方向に垂直で、かつ回転軸の軸線方向に平行となる複数の平坦面を有し、溝部は、各平坦面の中央部において軸線方向に延びる形でそれぞれ形成することができる。平坦面を形成した上で溝部を形成することで精度よく溝部を形成できる。同時に、リング部材の余計な部分を切り取ることになるから、発電装置全体の軽量化・低コスト化にも貢献する。
【００１０】
本発明におけるリング部材は、回転軸の軸線周りにおいて平坦面が隣接形成されることで、軸線方向から見たときに平坦面を辺とする正多角形が視認可能とされる形状を有するとともに、その多角形の各辺の中央部に、軸線方向に貫通する溝部を有した形状とすることができる。この構成によれば、リング部材の余計な部分をより多く簡易に切り取ることができ、発電装置全体の軽量化・低コスト化にも貢献するし、形状に対称性があるため全体の重量バランスが崩れることも無い。
【００１１】
本発明におけるリング部材の溝部は、軸線方向における断面が矩形状断面となる形で形成され、コイル部材は、それら溝部に嵌合可能な形状にて形成することができる。矩形状断面における角部を利用する形での位置決めが可能となり、各コイル部材のリング部材への仮配置及び本固定が容易となる。
【００１２】
本発明における各コイル部材は、直方体状の本体部と、本体部の長手方向の第一側から該長手方向に対し垂直に突出する突出部と、を有したＬ字形状をなし、その突出部を、リング部材の溝部に嵌合する嵌合用突出部とすることができる。この構成によれば、リング部材の溝部の溝深さとコイル部材の突出部の突出高さを同じとすれば、単純なリング部材の外周面（あるいは内周面）にコイル部材を配置したシンプルな形状となる。
【００１３】
また、本発明における各コイル部材の突出部は、本体部の一方の主表面の上記長手方向の第一側で、その突出方向（突出部が突出している方向）と上記長手方向と垂直な方向における中央部から突出し、その両脇が上記主表面から続く平坦面となっているよう構成できる。この構成によれば、コイル部材の突出部の突出先端面と側面とが、リング部材の溝部の溝底面と溝側面にそれぞれ当接（面接触）し、さらにコイル部材の突出部両脇の平坦面が、リング部材において溝部が形成される平坦面にも当接（面接触）するから、より安定的な位置決めが可能となり、各コイル部材のリング部材への仮配置及び本固定がより一層容易となる。
【００１４】
本発明におけるコイル部材は、巻き回されたコイルの巻き回し中心孔内を通過する形で貫通形成された貫通孔を有し、リング部材における所定載置位置に配置された状態で、貫通孔内に締結部材が挿通されることにより、リング部材に締結固定されることができる。この構成によれば、仮にコイル内包部材が樹脂材料のようなものであれば、内包されるコイルはその強度を保持する芯のような役割を果たしており、その環状の芯の中心部を締結部材に通過させることにより、コイル部材に部分的な強度低下を生じることが無い。
【００１５】
本発明において、コイル部材に形成される上記貫通孔は、本体部の第一側と嵌合用突出部との双方を貫通する形で形成することができる。この構成によれば、締結部材の挿通長さが長くなるため、リング部材に対しより安定して固定できる。
【００１６】
本発明において、コイル内包部材は樹脂成形体とすることができ、各コイル部材は、巻き回されたコイルを樹脂材料で包み込んだ形で形成することができる。本構成によれば、巻き回されたを内包する形でインサート成形された樹脂射出成型体とすることができ、これにより、全てのコイル部材を同形状（同じ外形形状）となるよう容易に成形できる。
【００１７】
本発明の発電装置は、複数のコイル部材がステータに設けられ、複数の磁界形成部がロータに設けられたものとすることができる。また、ロータは、１方向クラッチを介して回転軸に取り付けられるフライホイールをなす回転体とすることができる。また、ステータは、フライホイールを内包する発電装置筐体（発電機ケース体）に固定（例えば締結固定）させ、回転軸に対し非回転とすることができる。
【００１８】
本発明におけるコイルリングの製造方法は、
巻き回されたコイルを形成する巻回コイル形成工程と、
形成されたコイルを樹脂材料で包み込んで、所定外形形状を有するコイル部材を形成する樹脂モールド工程と、
形成されたコイル部材を、リング部材に対し、その軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けるコイル部材固定工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
上記本発明のコイルリングの製造方法によれば、樹脂モールド工程によりコイル部材を容易に形成することができ、さらに、形成されたコイル部材をリング部材に取り付けるだけで、容易にコイルリングを製造できる。リング部材の取り付けが、ボルトなどの締結部材による着脱可能な固定であれば、コイルリングの交換が容易に可能となり、メンテナンス性にも優れる。樹脂モールド工程に関しては、例えば、巻き回された状態のコイルを金型の成形空間内に内包させ、その成形空間内に熱硬化性樹脂を流し込み、これを硬化させることにより、コイル部材を成形させることで、コイル部材を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のコイルリングを備えた発電装置において、ケースの一部を取り外して内部を示した斜視図。
【図２】図１の発電装置における発電ケース体内部を拡大した拡大断面図。
【図３】図１の発電装置の図２とは異なる実施形態であり、その実施形態における発電ケース体内部を拡大した拡大断面図。
【図４】図１のコイルリングの斜視図。
【図５】図４のコイルリングの正面図。
【図６】図４のコイルリングの側面図。
【図７】図５のＡ−Ａ断面図。
【図８】図７の部分拡大図。
【図９】図４のコイルリングを切断した状態の斜視図。
【図１０】図４のコイルリングを構成するリング部材の正面図。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ断面図。
【図１２】図１１の部分拡大図。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ断面図。
【図１４】図４のコイルリングを構成するコイル部材の斜視図。
【図１５】図１４のコイル部材の上面視図。
【図１６】図１５のＤ−Ｄ断面図。
【図１７】図４のコイルリングの製造方法を示す第一の図。
【図１８】図１７の第一側金型の構成を説明する図。
【図１９】図４のコイルリングの製造方法を示す第二の図。
【図２０】本発明の発電装置の一実施形態である風力発電装置であって、ブレード及びハブを受風方向上流側から見た図。
【図２１】図２０の部分拡大図と、それを平面視した図。
【図２２】図２０の風車を有した風力発電装置の部分断面図であって、錘部材が径方向内側に位置した状態を示す図。
【図２３】図２２の部分拡大図。
【図２４】図２０の風車を有した風力発電装置の部分断面図であって、錘部材が径方向外側に位置した状態を示す図。
【図２５】図２４の部分拡大図。
【図２６】図２３の状態を簡略的に示した模式図。
【図２７】図２３を平面視した状態を簡略的に示した模式図。
【図２８】図２５の状態を簡略的に示した模式図。
【図２９】図２５を平面視した状態を簡略的に示した模式図。
【図３０】図２０の実施形態におけるブレードの回転動作を簡略的に説明する模式図。
【図３１】図２０の実施形態を適用可能な本発明の風力発電装置の一実施形態を簡略的に示す外観図。
【図３２】図３１の風力発電装置の電気的構成を簡略的に示すブロック図。
【図３３】図３１の風力発電装置の出力部の電気的構成の一例を簡略的に示すブロック図とその変形例を簡略的に示すブロック図。
【図３４】図３１の風力発電装置における風車部分を簡略的に示す拡大断面図。
【図３５】図３１の風力発電装置における支柱部分の拡大断面図。
【図３６】図２０とは異なる実施形態の風力発電装置の側面図。
【図３７】図３６の正面図。
【図３８】図３６の背面図。
【図３９】図３６の後方側斜視図。
【図４０】図３６の前方側斜視図。
【図４１】図３６の側面断面図（側面透視図）。
【図４２】図３６の風導ケース部分の底面透視図。
【図４３】図３１とは異なる本発明の実施形態である風力発電装置を示す斜視図。
【図４４】図４３の風車のブレードの斜視図。
【図４５】図４４のブレードの背面図。
【図４６】図４４のブレードの正面図。
【図４７】図４５のブレードの左側面図。
【図４８】図４５のブレードの右側面図。
【図４９】図４５のブレードの平面図。
【図５０】図４５のブレードの底面図。
【図５１】図４３の風力発電装置の風車部分の側面図。
【図５２】図４３の正面図。
【図５３】図４３の背面図。
【図５４】図４３の後方側斜視図。
【図５５】図４３の前方側斜視図。
【図５６】図２０及び図３６とは異なる実施形態の風力発電装置であって、ブレード及びハブを背面側から見た図。
【図５７】図５６の部分拡大図と、それを平面視した図。
【図５８】図５６の風車を有した風力発電装置の部分断面図であって、錘部材が径方向内側に位置した状態を簡略的に示した模式図。
【図５９】図５８を平面視した状態を簡略的に示した模式図。
【図６０】図５６の風車を有した風力発電装置の部分断面図であって、錘部材が径方向外側に位置した状態を簡略的に示した模式図。
【図６１】図６０を平面視した状態を簡略的に示した模式図。
【図６２】図５６に示す実施形態におけるブレードの回転動作を簡略的に説明する模式図。
【図６３】図６２に続く図。
【図６４】図４４のブレードの変形例を示す平面図。
【図６５】図６４の底面図。
【図６６】図２１及び図５７とは異なる角度変更機構を説明する図。
【図６７】図２１、図５７及び図６６とは異なる角度変更機構を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のコイルリングを備えた発電装置の実施形態の一例を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の発電装置の内部構造を示すために、該発電装置のケース体の一方を取り外して内部を露出させた状態を示した斜視図であり、図２は、その発電装置の内部構造を示す断面図である。
【００２２】
発電装置１は、回転軸２と、該回転軸２の軸線２ｘ周りにＮ極とＳ極の磁界形成部９２が交互に複数環状配列された環状磁界形成部群９２０と、該回転軸の軸線周りに各コイル９４が巻き回しの向きが交互に逆向きとなる形で複数環状に配列された環状コイル群９４０と、を備え、該回転軸２の軸線２ｘと同軸をなす形でそれら環状磁界形成部群９２０と環状コイル群とが対向配置される。そして、回転軸２の回転に伴い、それら環状磁界形成部群９２０と環状コイル群９４０との相対回転が生じ、これにより発電が生じるよう構成されている。
【００２３】
本実施形態の発電装置１は、図２に示すように、発電ケース体１００内に、回転軸２の周りを回転可能なロータ（発電機回転子）５１，９１と、該ロータ５１，９１に対し非回転となるステータ（発電機固定子）５３，９３と、を回転軸２と軸線を同じくして配置される形で構成される。ロータ（発電機回転子）５１，９１には、その周方向に沿って所定間隔おきに、磁界形成部をなす複数の磁性部材５２，９２が設けられる。ステータ５３，９３には、それら磁性部材５２，９２に対しエアギャップを形成する形で対向する形で、ステータコイル５４，９４が設けられる。それら磁性部材５２，９２とステータコイル５４，９４との相対回転により電力を生成する。生成される電力（発電電力）は、その相対回転速度が大きいほどが大となる。ここでの磁性部材５２，９２は永久磁石であり、例えばネオジウム磁石等を用いることができる。また、磁性部材５２，９２とステータコイル５４，９４との数の比は、ここでは３：４であり、ステータコイル５４，９４からは三相の交流電力が出力される。
【００２４】
なお、本実施形態の発電装置１は、一般的な発電装置とは異なり、第１の発電機５及び第２の発電機９を備えて構成され、それら第１の発電機５及び第２の発電機９のそれぞれがロータ５１，９１と、ステータ（発電機固定子）５３，９３とを備えて構成され、さらにロータ５１，９１がフライホイール７に一体回転可能に固定されている。つまり、ロータ５１，９１は、フライホイール７を含んだ回転体ともいえる。
【００２５】
本発明のコイルリング９００は、こうした発電装置１に設けられるものである。本実施形態のコイルリング９００は、図４〜図９に示すように、上記発電装置１のステータ５３，９３として設けられており、複数のコイル５４，９４をそれぞれコイル包含部材９６０により内包させて非露出とした状態に形成され、かつそれぞれの外形形状が同一となる形で形成された複数のコイル部材９６と、それらコイル５４，９４を内包する各コイル部材９６を回転軸２の軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けたリング部材９５と、により構成されている。ここでのコイル内包部材９６０は樹脂材料からなる樹脂成形体であり、各コイル部材９６は、巻き回されたコイル５４，９４を樹脂材料で包み込んだ形で形成されている。
【００２６】
なお、本実施形態においては、ステータ５３，９３の双方ともが同様のコイルリング９００として構成されている。
【００２７】
コイルリング９００におけるリング部材９５には、図１０〜図１３に示すように、回転軸２の軸線２ｘ周りにおいて所定間隔おきに溝部９５Ａが形成されており、それら溝部９５Ａに嵌め込まれる形でコイル部材９６が取り付けられる。
【００２８】
具体的に言えば、本実施形態のリング部材９５は、図１３に示すように、その外周面（あるいは内周面でもよい）に、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向に垂直で、かつ回転軸２の軸線２ｘの延出方向（軸線方向）に平行となる複数の平坦面９５ｃを有し、溝部９５Ａは、各平坦面９５ｃの中央部において軸線２ｘの延出方向（軸線方向）に延びる形でそれぞれ形成される。リング部材９５は、回転軸２の軸線２ｘ周りにおいて平坦面９５ｃが隣接形成されることで、その軸線方向から見たときに、それら平坦面９５ｃを辺とし、かつ周方向において隣接する該平坦面９５ｃ同士の隣接点９６ｄを頂点とする正多角形状が視認可能とされる形状を有する。そして、その正多角形の各辺の中央部には、上記軸線方向に貫通する溝部９５Ａが形成されている。本実施形態の溝部９５Ａは、上記軸線方向における断面が矩形状断面となる形で形成されている。
【００２９】
他方、コイルリング９００におけるコイル部材９６は、上記溝部９５Ａに嵌合可能な形状にて形成される。各コイル部材９６は、巻き回されたコイル５４，９４を所定外形形状を有する中空のケース体に内包させる形で形成されていてもよいが、ここでは、巻き回されたコイル５４，９４を内包する形でインサート成形された樹脂射出成型体であり、全てが同形状に成形される。コイル部材９６は、図１４〜図１６に示すように、直方体状の本体部９６Ｂと、本体部９６Ｂの裏面９６ｂの長手方向第一側（図中の上側）からその長手方向に対し垂直に突出する突出部９６Ａと、を有したＬ字形状をなす。
【００３０】
本実施形態の突出部９６Ａは、本体部９６Ｂの長手方向の第一側端部のうち、その長手方向及び突出方向に対し垂直な方向における中央部において突出形成されており、その垂直な方向の両端側は、本体部９５Ｂの裏面９６ｂから続く面（符号９６ａｃ：図１４参照）として形成されている。
【００３１】
なお、ここでいう直方体状とは、直方体の角部に対し、該直方体における直線をなす各辺よりも小幅の面取りがなされ、その一部が切り取られたような形状も含む。本実施形態においては、図１５に示すように、コイル部材９６の本体部９６Ｂには、その表裏両主面９６ｃ、９６ｂ（図１６参照）の四辺をなす角部９６ｘに、湾曲面を形成する形で面取り部が設けられる一方、本体部９６Ｂの外周面の四つの角部９６ｙに、角部９６ｘよりも径大の湾曲面を形成する形で面取り部が設けられる。また、図１５に示すように、コイル部材９６の突出部９６Ａは、リング部材９５の溝部９５Ａに嵌合する嵌合用突出部であり、該突出部９６Ａの裏側主面９６ａ（図１４参照）の四辺をなす角部９６ｗには、湾曲面を形成する形で面取り部が設けられており、該突出部９６Ａの外周面の四つの角部のうち長手方向第一側とは逆の長手方向第二側（図中下側）の２つの角部９６ｚが、角部９６ｗよりも径大の湾曲面を形成する形で面取り部が設けられる。本実施形態の溝部９５Ａは、上記軸線方向に貫通する形で形成されており、該溝部９５Ａにコイル部材９６が取り付けられた際に、コイル部材９６における長手方向の第一側端面９６ｓが、リング部材９５の同じ側（上記軸線方向の第一側：図中上側）の端面９５ｓと面一となるように形成されている（図８参照）。
【００３２】
また、本実施形態において、コイル部材９６とリング部材９５とを固定する固定部材は、図２に示すように、ボルト等の締結部材９７であり、該締結部材９７によってコイル部材９６とリング部材９５とが一体に固定され、コイルリング９００となる。コイル部材９６とリング部材９５との双方には、締結部材９７を挿通させるための孔９６Ｄ，９５Ｄが形成されている。本実施形態のコイル部材９６には、本体部９６Ｂの長手方向第一側と突出部９６Ａとの双方を貫通する位置に、締結部材挿通用の貫通孔９６Ｄが、突出部９６Ａの突出方向に貫通する形で形成されており、他方、リング部材９５にも、溝部９５Ａの底面９５ａから径方向に雌ネジ穴９５Ｄが形成されている。なお、コイル部材９６の貫通孔９６Ｄは、図８及び図１６に示すように、巻き回された状態で内包されているコイル５４，９４の巻き回し中心孔５４Ｑ，９４Ｑ（図１７参照）内を通過する形で形成されている。
【００３３】
ここで、コイルリング９００の製造方法について説明する。まずは、コイルリング９００のコイル部材９６の製造方法について、図１７及び図１８を用いて説明する。
【００３４】
コイル部材９６の製造方法は、巻き回されたコイル５４，９４を形成する巻回コイル形成工程と、形成されたコイル５４，９４を樹脂材料で包み込んで、所定外形形状を有するコイル部材９６を形成する樹脂モールド工程と、形成された各コイル部材９６を、リング部材９５に対し、その軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けていくコイル部材固定工程と、をこの順で行う形でなされる。
【００３５】
巻回コイル形成工程は、図１７の左上に示されている巻き回されたコイル５４，９４を形成する工程である。図１７の左上のコイル５４，９４は、予め定められた数だけ巻き回され、テープ５４ａ，９４ａにより２か所で固定されて形成されたものであり、これらが多数形成される。
【００３６】
樹脂モールド工程は、図１７において、その左上から左下、右下、最後に右上という順で示されている。具体的には、成形されるコイル部材９６の外周を被う貫通孔（コイル部材９６の外周形状と一致する貫通孔）９０１Ｂを有した中央型９０１と、該中央型９０１の上下方向における第一側（ここでは下側）に配置され、成形されるコイル部材９６の主表面９６ｃ（図１６参照）を被う第一側型９０２と、該中央型９０１の上下方向における第二側（ここでは上側）に配置されるとともに、成形されるコイル部材９６の主裏面９６ｂ（図１６参照）を被う第二側型９０３と、を有した金型９０００を用いる。第一側型９０２は、成形されるコイル部材９６の主表面９６ｃと密着する面に、該コイル部材９６に貫通孔９６Ｄを形成するための貫通孔形成用突起部９０２ｄと、該コイル部材９６の表面側中央凹部９６Ｆを形成するための表面側中央凹部形成用突起部９０２ｆと、を有する。第二側型９０３は、図１８に示すように、中央型の貫通孔９０１Ｂに対応する位置に同様の貫通孔（コイル部材９６の外周形状と一致する貫通孔）９０３Ｂを有した型本体９０３Ｃを備えるとともに、該型本体９０３Ｃとは別体で、成形されるコイル部材９６の主裏面９６ｂと密着する面に、該型本体９０３Ｃの貫通孔９０３Ｂ内に配置されて突起部形成用凹部９０３ａと、該コイル部材９６の裏面側中央凹部９６Ｅを形成するための表面側中央凹部形成用突起部９０２eと、を有する内包型９０３Ａと、を備えて構成される。
【００３７】
樹脂モールド工程では、この金型９０００の成形空間をなす貫通孔９０１の内部に、図１７の左下に示すように、巻回コイル形成工程で形成されたコイル５４，９４を、両端部５４ｂ、９４ｂが外部に出る形で配置する。具体的に言えば、コイル５４，９４は、自身の巻き回し中心孔５４Ｑ，９４Ｑ内を第一側型９０２の貫通孔形成用突起部９０２ｄが貫通する形で配置される。
【００３８】
その上で、図１７の右下に示すように、第一側型９０２、中央型９０１、第二側型９０３をこの順で積み上げ、成形空間をなす貫通孔９０１の内部に、流動状態の熱硬化性樹脂を充填するとともに、これらの型９０１，９０２，９０３を上下の挟圧板９０４，９０５で挟み込み、押圧機構９６により押し付ける形で保持する。この押圧機構９６は、中央型９０１と第一側型９０２と第二側型９０３の型本体９０３Ｃに形成される内部空間に充填された樹脂材料を、その開口部（貫通孔）９０３Ｂから押し付ける役割を果たしており、この状態で、内部に充填された樹脂材料を硬化させる。硬化後は、型９０１，９０２，９０３をばらけて、図１７の右上に示すように、中央型９０１から、成形されたコイル部材９６’を取り外すとともに、ばり等を取り除いてコイル部材９６として仕上げる。
【００３９】
なお、製造されたコイル部材９６には、本体部９６Ｂの第一側と嵌合用突出部９６Ａとの双方を貫通し、さらに、内包している巻き回されたコイル５４，９４の巻き回し中心孔内を貫通する形で貫通孔９６Ｄを有する。また、製造されたコイル部材９６には、その表裏領主表面９６ｂ，９６ｃのそれぞれに、上記軸線方向において突出部９６Ａよりも第二側の位置に、表面側中央凹部９６Ｆと裏面側中央凹部９６Ｅが形成されており、それら表面側中央凹部９６Ｆと裏面側中央凹部９６Ｅは、コイル部材９６を突出部９６Ａの突出方向から見たときに、巻き回された状態で内包されているコイル５４，９４の巻き回し中心孔内に位置するように形成されている。
【００４０】
次に、このようにして製造されたコイル部材９６を、図１０〜図１３に示すリング部材９５に固定するコイル部材固定工程が行われる。コイル部材固定工程は、図１９に示すように、リング部材９５の溝部９５Ａに、コイル部材９６の突出部９６Ａを嵌合させる形で配置し、その状態で締結部材９７により双方を締結固定する形でなされる。
【００４１】
具体的に言えば、コイル部材９６とリング部材９５とを固定する際には、まずはリング部材９５における所定載置位置にコイル部材９６を配置し、ボルトをなす金属製締結部材９７（図２参照）をコイル部材９６の貫通孔９６Ｄに挿通させ、該締結部材９７の先端の雄ネジ部をリング部材９５の雌ネジ穴９５Ｄにねじ込む。これにより、そのコイル部材９６は挟圧される形でリング部材９５に締結固定される。一方で、この締結部材９７を逆向きに回せば、コイル部材９６をリング部材９５から取り外すこともできる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、リング部材９５所定載置位置にコイル部材９６を配置する際には、コイル部材９６における突出部９６Ａの先端面９６ａ（図１４参照）とリング部材９５における溝部９５Ａの溝底面９５ａ（図１１参照）とが当接（面接触）し、コイル部材９６における突出部９６Ａの両脇に位置する本体部９６Ｂの裏面９６ａｃ（図１４参照）とリング部材９５における溝部９５Ａの両脇の外周平坦面９５ｃ（図１１参照）とが当接（面接触）し、コイル部材９６における突出部９６Ａの周方向側面９６ａｂ（図１４参照）とリング部材９５の溝部９５Ａの溝側面（周方向両側の側面：図１１参照）９５ｂとが当接（面接触）することにより周方向において位置決めし、その上で、締結部材９７による固定がなされる。
【００４３】
ところで、本実施形態の発電装置１では、コイルリング９００として形成されるステータ５３，９３は、フライホイール７等を内包する発電機ケース体１００（発電装置筐体）の内部に固定されている。
【００４４】
発電ケース体１００は、互いに別体形成された受風方向２ｗの上流側のケース体１００Ａと下流側のケース体１００Ｂとが締結部材によって締結固定される形で筐体化されたものであり、ステータ９３をなすコイルリング９００は、上流側ケース体１００Ａの内面に面接触させた形で、ボルト等の締結部材９８を、その上流側ケース体１００Ａの外側から、内部で面接触しているリング部材９５のネジ穴９５Ｃにねじ込むことにより締結固定される。ステータ５３をなすコイルリング９００も同様、下流側ケース体１００Ｂの内面に面接触させた形で、その下流側ケース体１００Ｂの外側から、内部で面接触しているリング部材９５のネジ穴９５Ｃにねじ込むことにより締結固定される。ステータ９３，５３は発電ケース体１００（１００Ａ，１００Ｂ）に固定され、回転軸２に対し非回転な固定状態となっている。
【００４５】
コイル５４，９４は、コイル部材９６の本体部９６Ａの上記長手方向の第一側の側面から引き出されている。図１７の左上の図における符号５４ｂ、９４ｂが、コイル５４，９４が引き出された部分である。そして、少なくともリング部材９５の上記長手方向の第一側の側面９５ｓが面接触する形で、リング部材９６が発電機ケース体１００（１００Ａ，１００Ｂ）にボルト等の締結部材９８により締結固定されている。ここでは、コイル部材９６の上記長手方向の第一側の側面９６ｓと、リング部材９５の上記長手方向の第一側の側面９５ｓが面接触する形で、リング部材９６が発電機ケース体１００に固定されている。
【００４６】
以下、本実施形態の発電装置を採用した風力発電装置について、図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００４７】
なお、本発明の発電装置は、以下で述べる構成の風力発電装置の構成に限られるものではなく、また、風力発電に限られるものでもなく、他の発電方法を採用した発電装置であってもよい。
【００４８】
図２０は、本実施形態の風力発電装置においてブレード及びハブを正面側から見た図であり、図２１はその部分拡大図である。図２２は、図２０の風車３を有した本実施形態の風力発電装置の部分断面図であり、図２３はその部分拡大図であり、双方とも、後述する錘部材３５が内方に位置している。図２４は、図２０の風車を有した本実施形態の風力発電装置の部分断面図であり、図２５はその部分拡大図であり、双方とも、後述する錘部材３５が外方に位置している。
【００４９】
図２０に示す本実施形態の風力発電装置１の風車３は、風力を受けて所定の回転軸２の周りを一定回転方向に回転するものであり、該回転軸２の周りに２以上設けられるブレード（翼）３０と、該ブレード３０を、その受風面３０ｗ（図３０参照）の幅方向Ｗと回転軸２の回転軸線２ｘの方向とのなす角度θが可変可能となる形で回転軸２に対し固定されるブレード固定部３３と、該ブレード３０の角度θを、風力が所定の微風レベルを下回る場合に最も風平行寄り（風平行方向Ｘ寄り：受風方向２ｗ寄り）となる所定の初期回転用角度位置Ａとして加速回転しやすいようにする第一段階（回転開始段階）と、風力が所定の微風レベルをこえた場合に風直交寄り（風直交面Ｙ寄り）に可変してより高速回転となりやすいようにする第二段階（高回転段階）と、風力が所定の強風レベルをこえた場合に過回転が防止されるようにする第三段階（過剰回転防止段階）という風力に応じた各段階を有し、それら各段階する形で、風力に応じて自立的に可変するよう調整する角度調整機構３００（図２２及び図２４参照）と、を備えて構成される。
【００５０】
本実施形態の風車３は、図２２及び図２４に示すように、受風方向２ｗが回転軸２の回転軸線２ｘの方向と一致している。風車３は、該受風方向２ｗから風力を受けることで一定方向に回転するように配置される複数のブレード３０と、それら複数のブレード３０を回転軸２と一体回転可能に連結（接続）するハブ２２と、を備えて構成される。
【００５１】
ブレード３０は、受風面３０ｗ（図３０参照）が受風方向２ｗに対し交差するように配置されており、回転軸２の回転軸線２ｘの方向からの風力を受けて回転する。ブレード３０は、回転軸線２ｘの周りに所定間隔おきに２以上設けられ（ここでは等間隔おきに３枚）、各々が回転軸２に対し径方向外向きに延出する。
【００５２】
ハブ２２は、図２３及び図２５に示すように、回転軸２に対し一体回転する形で固定される軸固定部（固定部材）２２１と、各ブレード３０を軸固定部２２１に固定するブレード固定部（翼固定部）３３と、を有する。これにより、各ブレード３０は、対応するブレード固定部３３によって軸固定部２２１（図２０及び図２１参照）に固定され、回転軸２と一体に回転する。
【００５３】
軸固定部２２１は、図２３及び図２５に示すように、円盤形状をなす環状の前端部２２１Ａと、その前端部２２１Ａの中心部が回転軸２の受風方向下流側に延出した筒状の後端部２２１Ｂとを有した形状をなす。軸固定部２２１は、受風方向上流側から回転軸２が挿通されており、それらが締結部材によって互いが一体に回転するよう固定されている。
【００５４】
ブレード固定部３３は、図２３及び図２５に示すように、複数あるブレード３０毎に設けられ、対応するブレード３０が風力を受けた場合にその受風面３０ｗの幅方向Ｗが風平行寄りとなるよう押圧力ＦＷ（図３０参照）を受ける形で、なおかつ該幅方向Ｗと回転軸線２ｘの方向とのなす角度θが可変可能な形で、共通の軸固定部（固定部材）２２１に固定される。これにより、各ブレード固定部３３は、回転軸２と一体回転可能に固定された共通の軸固定部（固定部材）２２１を介して回転軸２に対し一体に固定される。
【００５５】
本実施形態のブレード固定部３３は、ブレード３０の延出方向に延びる回転支軸３３Ｚと、該回転支軸３３Ｚの軸線３３ｚ（図２１参照）周りにおいて互いのなす角度を可変可能とされた対をなす２つの固定部３３Ａ，３３Ｂとを有した蝶番部材である。一方の固定部３３Ａは、ブレード取付部材３３０を介した形で、ブレード３０（ブレード３０の内周側端部をなす固定部３０Ｕ）に対し締結部材によって一体に固定される。他方の固定部３３Ｂは回転軸２側の軸固定部２２１に対し同じく締結部材によって一体に固定され、これによりブレード固定部３３全体が軸固定部２２１と一体回転可能となる。
【００５６】
本実施形態のブレード取付部材３３０は、図２１に示すように、ブレード３０を挟持するための対をなす平行板部３３０Ａ，３３０Ａと、これらを直交する形で結合する直交結合部３３０Ｂとを有して構成され、平行板部３３０Ａ，３３０Ａに挟まれたブレード３０（固定部３０Ｕ）が締結部材によって一体に固定される。図２１の（ａ）は、図２０における１つのプレート固定部を拡大した部分断面図であり、図２１の（ｂ）及び（ｄ）は図２１（ａ）のＡ−Ａ断面、図２１（ｃ）及び（ｅ）は図２１（ａ）のＢ−Ｂ断面を簡略的に示した模式図である。ただし、図２１の（ｂ）及び（ｄ）と、図２１の（ｃ）及び（ｅ）とではブレード３０の幅方向Ｗと回転軸線２ｘの方向とのなす角度θが異なっており、図２１の（ｂ）及び（ｄ）はブレード３０が風直交寄りの状態、図２１の（ｃ）及び（ｅ）はブレード３０が風平行寄りの状態を示している。図２１においては、ブレード固定部３３の固定部３３Ａが直交結合部３３０Ｂに対し締結固定され、ブレード３０が平行板部３３０Ａ，３３０Ａと共に回転支軸３３Ｚの軸線３３ｚ周りに回転可能とされている。他方、ブレード固定部３３の固定部３３Ｂは、軸固定部２２１に対し締結部材によって直接固定されている。
【００５７】
回転支軸３３Ｚは、図２７及び図２９に示すように、ブレード３０が幅方向Ｗにおける第一側の端部３０Ａ側を中心にして、他方の第二側の端部３０Ｂ側が回転するよう、第一側の端部３０Ａ側に偏った位置に設けられている。本実施形態においては、第一側の端部３０Ａが軸線３３ｚに対し内周側となり、第二側の端部３０Ｂが外周側となっており、ここでの回転支軸３３Ｚは、第一側の端部３０Ａ側の端縁位置よりも外側に軸線３３ｚが位置している。
【００５８】
角度調整機構３００は、図３０に示すように、風力が所定の微風レベルを下回る場合に、その風力を受けるブレード３０を幅方向Ｗが最も風平行寄り（風平行方向Ｘ寄り）となる所定の初期回転用角度位置Ａに保持させる初期位置保持手段（ここでは後述する延出部３８０と当接部３９０）と、翼３０をその初期回転用角度位置Ａに付勢保持する付勢手段３４（図２３及び図２５参照）と、風力がその微風レベルを上回った場合に、遠心力ＦＡが、ブレード３０に加わるその風力による受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４の付勢力ＦＢとに打ち勝つことにより自らを外方に変位させつつブレード３０が風直交寄り（風直交面Ｙ寄り）に可変するようリンク機構３７（図２３及び図２５参照）を介してブレード３０に連結する錘部材３５（図２３及び図２５参照）と、を備え、風力が所定の強風レベルに達した場合には、ブレード３０を幅方向Ｗが最も風直交寄りとなる所定の高速回転用角度位置Ｂに到達させるとともに、風力がその強風レベルをさらに上回った場合には、その風力による押圧力ＦＷと付勢手段３４の付勢力ＦＢとが遠心力ＦＡに打ち勝って錘部材３５を内方に押し戻すことにより、ブレード３０をその幅方向Ｗが風平行寄りとなるよう復帰させる。
【００５９】
なお、本発明において、ブレード３０の受風面３０ｗの幅方向Ｗが風平行寄りであるとは、ブレード３０の受風面３０ｗの幅方向Ｗと、受風方向２ｗ（即ち回転軸２の回転軸線２ｘの方向、即ち風平行方向Ｘ）とのなす角が小さい側に寄るという意味であり、ブレード３０の受風面３０ｗの幅方向Ｗが風直交寄りであるとは、ブレード３０の受風面３０ｗの幅方向Ｗと、受風方向２ｗに直交する面Ｙ（即ち回転軸２の回転軸線２ｘの方向に対する直交面Ｙ）とのなす角が小さい側に寄るという意味である。
【００６０】
以下、本実施形態の角度調整機構３００の構成を、図２６〜図２９を用いて説明する。なお、本発明の角度調整機構３００は、以下で述べる本実施形態の構成に限られるものではない。
【００６１】
錘部材３５は、複数あるブレード３０毎に設けられ、図２６及び図２８に示すように、それぞれが回転軸２に対し一体回転可能となるよう取り付けられる。これら錘部材３５は、回転軸２の回転に伴い自らも回転し、自らが受ける遠心力に応じて回転軸線２ｘに対する径方向内外に変位可能となるよう、リンク機構３７（図２３及び図２５参照）を介して回転軸２と一体にあるいは連動して回転可能に設けられている。ここでは軸固定部２２１に対し、その径方向（対応する錘部材３５が変位する径方向）と回転軸線２ｘとの双方に対し直交する回転軸線３７１ｙ周りに回転可能な形で連結固定される。一方で、リンク機構３７を介して共通の連結部材３６に対し連結し、これにより、連結部材３６は、錘部材３５の径方向における内外への変位に応じて、回転軸２上をスライド移動するように設けられる。
【００６２】
リンク機構３７は、回転軸２の回転速度が大きいほど大きく作用する遠心力ＦＡによって可動するものであり、遠心力ＦＡが大きくなるほど錘部材３５が外方に位置し、遠心力が小さくなるほど錘部材３５が内方に位置するよう、予め定められた径方向範囲の中で錘部材３５を変位させる。本実施形態においては、図２６及び図２８に示すように、互いがリンク結合する第一リンク部材３７１と第二リンク部材３７２とを有して構成される。Ｌ字形状に形成された第一リンク部材３７１には、一方の端部３７１Ａに錘部材３５が締結部材により一体に固定され、他方の端部３７１Ｂに第二リンク部材３７２の一方の端部３７２Ａが、回転軸線２ｘとその径方向（対応する錘部材３５が変位する径方向）との双方に直交する回転軸線３７２ｙを有する形で互いに回転可能に取り付けられる。第二リンク部材３７２の他方の端部３７２Ｂは、円盤形状をなした環状の連結部材３６の外周部に対し、回転軸線３７２ｙと平行な回転軸線３７３ｙを有する形で互いに回転可能に取り付けられる。また、Ｌ字形状に形成された第一リンク部材３７１の中間に位置する屈曲部３７１Ｃには、軸固定部２２１に対し同じく回転軸線３７２ｙと平行な回転軸線３７１ｙを有する形で回転可能に取り付けられる。軸固定部２２１は、回転軸２と一体に固定されており、錘部材３５の径方向の移動に伴い変位を生じることはなく、この軸固定部２２１を固定リンクとする形で、第一リンク部材３７１と第二リンク部材３７２とが可動する。
【００６３】
付勢手段３４は、ばね部材（引っ張りばね）であり、ブレード３０毎に設けられ、それら付勢手段３４は、図２６及び図２８に示すように、一方の端部が軸固定部２２１におけるブレード固定部３３とは逆の面側にて固定されるとともに、他方の端部が、回転軸線２ｘの方向にて対向する連結部材３６の対向面側にて固定される。本実施形態においては、軸固定部２２１の受風方向上流側の面に、ばね部材３４の一端を固定するばね固定部２２１ｃ（図２１（ａ）参照）が設けられ、連結部材３６の受風方向下流側の面に、ばね部材３４の他端を固定するばね固定部３６ｃ（図２３及び図２５参照）が設けられている。このばね固定部２２１ｃ，３６ｃの対が予め複数個所（ここでは三箇所）に設けられていることで、ばね部材３４の数を増やす形での付勢力の調整が可能となっている。
【００６４】
連結部材３６は、リンク機構３７及び軸固定部２２１を介して回転軸２に対し一体回転可能とされるとともに、錘部材３５の径方向内方への変位により回転軸線２ｘの第一側にスライド移動し（図２６及び図２７参照）、錘部材３５の径方向外方への変位により回転軸線２ｘの第二側にスライド移動する（図２８及び図２９参照）ように、中央部にて軸受装置を介して回転軸２に対し連結している。ここでは第一側が受風方向下流側（軸固定部２２１側）、第二側が受風方向上流側である。
【００６５】
連結部材３６には、対応するブレード３０を、錘部材３５の径方向内方への変位による回転軸線２ｘの第一側へのスライド移動によって角度θが風平行寄りとなるよう直接的又は間接的に押し付け、錘部材３５の径方向外方への変位による回転軸線２ｘの第二側へのスライド移動によって角度θが風直交寄りとなるよう直接的又は間接的に引き戻す押付部材３６２が、ブレード３０毎に設けられている。これにより、各ブレード３０の角度θは、それら錘部材３５の径方向における内外への移動に伴いスライド移動する連結部材３６の回転軸上の位置に応じて決定されるよう構成されており、これにより各ブレード３０の角度θが互いに同期して同角度となる形で変化する。
【００６６】
なお、図２６〜図２９における各押付部材３６２は、対応するブレード３０を直接的に押し付ける、あるいは引き戻す構成として図示されているが、実際のところは図２１に示すように、軸固定部２２１の円盤状の前端部２２１Ａに形成された貫通孔２２１ｈを貫通する形で延出し、その延出先端部が、対応するブレード３０に一体に固定される固定部３３Ａ（ここでは受風方向上流側の平行板部３３０Ａに設けられた回転固定部３３０ａ）に対し、回転支軸３３Ｚの軸線３３ｚと平行な軸線周りに回動可能な形で固定されている。なお、ここでの押付部材３６２は、固定部３３Ａの回転支軸３３Ｚから遠い側の第二側に対し回動可能に固定されている。
【００６７】
また、錘部材３５は、径方向における可動範囲があらかじめ規定されている。図２８の状態は、錘部材３５が径方向の最外位置にある状態であり、リンク機構３７の構成上、これ以上径方向外側には変位できない。錘部材３５が、この最外位置に到達したときに、ブレード３０は、その受風面３０ｗの幅方向Ｗが最も風直交寄りとなる所定の高速回転用角度位置Ｂに到達する（図３０参照）。一方で、図２６の状態は、錘部材３５が径方向の最内位置にある状態であり、これ以上径方向内側には変位できない。ただし、これはリンク機構３７の構成により規定される最内位置ではない。即ち、その最内位置は、ブレード３０を含むブレード３０の風平行寄りへの角度変更動作に連動して動作する可動構造体に対し、その動作方向に対向する位置に設けられた当接部材３８との当接位置として規定されている。図２６及び図２７、さらには図３０（ａ）の状態において、ブレード３０は、風力による押圧力ＦＷと付勢手段３４による付勢力ＦＢにより風平行寄りに付勢されるが、それらの力ＦＷ及びＦＢによるブレード３０の風平行寄りへの角度変更動作は、ブレード３０を含むブレード３０の角度変更動作に連動して動作する可動構造体に対し当接部材３８が当接する形で止まる。そして、その停止位置が、錘部材３５の径方向における最内位置であって、同時のそのときのブレード３０の位置が、初期回転用角度位置Ａとなっている。
【００６８】
本実施形態においては、各ブレード固定部３３が、回転軸２と一体回転可能に固定された共通の固定部材を介して回転軸２に対し固定され、その固定部材が当接部材３８として機能する。ここでは、軸固定部２２１が当接部材３８である。一方、連結部材３６は、ブレード３０の幅方向Ｗが風平行寄りとなるに従い上記固定部材に接近するようリンク機構３７と接続しており、上記の可動構造体３９として機能する。そして、当接部材３８である軸固定部２２１及び可動構造体３９である連結部材３６のいずれか又は双方には他方の部材に向けて延出する延出部３８０が形成されており、その延出部３８０における他方の部材側の先端がその他方の部材の当接部３９０に対し当接することにより、ブレード３０が初期回転用角度位置Ａに位置保持される。ここでは、連結部材３６に、その中央部から軸固定部２２１側に向けて延出形成された筒状部又は突起部が延出部３８０として形成されており、その先端と軸固定部２２１の当接部３９０とが当接することにより、ブレード３０は、初期回転用角度位置Ａに位置保持される。なお、当接部材３８の当接部及び可動構造体３９の当接部のうち少なくとも一方は、ゴム等の弾性部材として設けられている。ここでは、軸固定部２２１の当接部３９０が弾性部材として設けられている。
【００６９】
このような構成を有することにより、ブレード３０は、図３０に示すような形で動作することになる。
【００７０】
即ち、風力が所定の微風レベルを下回る場合には、図３０（ａ）に示すように、その風力によるブレード３０の受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４の付勢力ＦＢとが遠心力ＦＡに打ち勝って錘部材３５を内方に押し付けて、ブレード３０は初期回転用角度位置Ａに付勢保持される。具体的にいえば、風力が所定の微風レベルを下回る場合、上述の可動構造体３９が当接部材３８に当接するよう上記の押圧力ＦＷと付勢力ＦＢとにより押し付けられ、その当接位置である初期回転用角度位置Ａにブレード３０が位置保持され、このときブレード３０は、その受風面の幅方向が最も風平行寄りとなる。この状態は、わずかな風力でも風車３が高いトルクを得やすい状態で、風車３が回転し易い状態である。ただし、高い回転数を得難い状態である。
【００７１】
風力が上記の微風レベルを上回った場合には、図３０（ｂ）に示すように、遠心力ＦＡが増大し始めて、受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４の付勢力ＦＢとに打ち勝ち、ＦＡと、ＦＷ及びＦＢとが釣り合う位置まで錘部材３５が外方へ変位するとともに、ブレード３０の角度θも初期回転用角度位置Ａを離れ、風直交寄りへと位置を変える。この状態は、風直交寄りとなるほど高いトルクは得にくくなるものの、より高速回転に適した状態へ遷移している途中の状態である。
【００７２】
ただし、錘部材３５は最外位置が規定されている。風力が上記の微風レベルを上回った所定の強風レベルに達すると、錘部材３５はその最外位置に到達し、それよりも外方へは変位できなくなる。このとき、ブレード３０は、その幅方向Ｗが最も風直交寄りとなる所定の高速回転用角度位置Ｂに到達した状態となる。この状態は、風車３が最も高速で回転可能な状態である。
【００７３】
風力がその強風レベルをさらに上回った場合には、図３０（ｃ）に示すように、その風力による受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４の付勢力ＦＢとが遠心力ＦＡに打ち勝って、今度は錘部材３５を内方に押し戻すことにより、ブレード３０を幅方向Ｗが風平行寄りとなるように復帰させる。この状態は、風車３が徐々に高い回転数を得難い状態へと遷移している途中の状態である。ここでのブレード３０は、上述の可動構造体３９が当接部材３８に当接する初期回転用角度位置Ａまで位置復帰可能とされている。
【００７４】
このように、本実施形態によれば、付勢手段３４と錘部材３５とリンク機構３７とを有することで、微風時に回転し易いようにブレード３０の角度θを風平行寄りとする第一段階と、風速が増した時に高回転となり易いようにブレード３０の角度θを風直交寄りとする第二段階と、強風時に過回転が防止されるように風直交寄りから風平行寄りにブレード３０が押し戻される第三段階という三段階にて、ブレード３０の角度θを可変させることが可能となり、この三段階のブレード３０の角度変更による自律的な回転速度制御によって、風車３は、始動性に優れ、高回転時の効率も高く、なおかつ強風時の過剰回転の抑制も可能となっている。
【００７５】
以下、上記した風車３を備える風力発電装置１の構成について説明する。
【００７６】
本実施形態の風力発電装置１は、上記のような構成を有することにより所定の受風方向２ｗからの風力を受けて所定の回転軸線２ｘの周りを一定回転方向に回転する風車３（図２０，図３１及び図３２参照）と、上記一定回転方向において、回転軸２が増速している場合には該回転軸２と一体回転状態となって自身も増速回転し、回転軸２が減速している場合には該回転軸２から切り離されて慣性回転するように１方向クラッチ６（ワンウェイクラッチ：図２参照）を介して配置されるフライホイール７（図２参照）を備えて構成され、さらにここでは、フライホイール７と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ９１（図２参照）を有してフライホイール７の回転に伴う該ロータ９１の回転により電力を生成する発電機（発電手段）９（図３２参照）を備えて構成される。
【００７７】
さらにいえば、発電機９を第二の発電機とし、フライホイール７と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ５１を有してフライホイール７の回転に伴う該ロータ５１の回転により電力を生成する、第２の発電機９とは異なる第１の発電機５を備えて構成されている。ここでは、図２に示すように、フライホイール７に対する受風方向下流側に第一の発電機５が設けられ、受風方向上流側に第二の発電機９が設けられる。
【００７８】
そして、本実施形態の風力発電装置１は、図３３Ａ及び図３３Ｂに示すように、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力入力を受け、それらを合わせて外部出力する出力部（出力手段）１０を備えて構成される。つまり、第１の発電機５及び第２の発電機９の発電電力の出力ラインを、外部出力に至るまでの間で接続し、１系統で外部出力する形で構成される。
【００７９】
出力部１０は、例えば図３３Ａに示すように、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の三相の交流電力を、それぞれ整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１１に入力して所定の電圧で出力し、さらにそれをパワーコンディショナ１５にて入力して、入力された直流の電力を系統電力に変換し、出力するように構成できる。これにより、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力を合わせて外部の電源系統１９Ａに供給することができ、例えば売電等が可能となる。また、パワーコンディショナ１５にて、家庭内で使える交流電力に変換して出力してもよい。また、出力部１０は、図３３Ｂに示すように、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力をそれぞれ、整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１３に入力し、所定電圧とされた直流の電力をバッテリー（蓄電手段）１９Ｂに供給して蓄電させてもよい。また、バッテリー（蓄電手段）１９Ｂに蓄電された電力を、パワーコンディショナ１５を介して外部の電源系統１９Ａに供給するようにしてもよい。
【００８０】
図３４は、本実施形態の風力発電装置１を簡略的に示した拡大断面図である。風車３は、回転軸２の回転軸線２ｘの方向に同軸をなす形で筒状に延出する筒状風洞部（ダクト）３１の内側に配置される。筒状風洞部３１は、風車３の受風方向２ｗの上流側から下流側に向けて開口面積が減少していく形で形成される。具体的にいえば、筒状風洞部３１は、受風方向２ｗの上流側の環状端部３１Ａから下流側の環状端部３１Ｂまでの間の区間において、径方向内向きに膨出した湾曲形状をなす。この筒状風洞部３１において取り込まれた風は、圧縮された形で下流に供給され、下流側のブレードがこれを受けることになるので、風車３が得る回転力を増すことができる。
【００８１】
筒状風洞部３１は、その内周面に、ナセル２１の外周面２１Ａから外向きに放射状に延出する複数の支持部材（ＦＲＰ）３２が固定されており、ナセル２１と共に回転軸２に対し非回転に設けられている。ナセル２１は、第１の発電機５とフライホイール７と第２の発電機９、さらに回転軸２を内部に収容し、ここではさらに角度調整機構３００を収容している。ハブ２２及びブレード３０は、受風方向２ｗにおいてナセル２１よりも下流側に設けられており、下流側のブレード３０で得た回転力が、回転軸２を介して受風方向２ｗの上流側に位置する発電機５，９側へと伝達される。
【００８２】
ナセル２１は、図３４に示すように、地表の基礎部１９０（図３１参照）から延びる支柱（タワー）１１０の上端部１１０Ｔと共に、支柱本体１１０Ｓに対し風向きに合わせて水平面内において向きを変えることが可能（支柱本体１１０Ｓの鉛直方向の軸線１１０ｘの周りに回転可能）に取り付けられている。本実施形態においては、各ブレード３０を外周側から被う筒状風洞部３１が、ナセル２１の受風方向２ｗの下流側に設けられているため、その筒状風洞部３１が、風車３の受風方向２ｗを可変する尾翼のような手段として機能する。即ち、筒状風洞部３１の筒状外周面３１Ｃ（特にその水平方向側の面：図３１参照）が風を受けると、支柱１１０の上端部１１０Ｔに対し回転し、風が来る向きに回転軸２の回転軸線２ｘを受風方向上流側に向ける。
【００８３】
図３５は、図３４のナセルを軸線２ｘ，１１０ｘを通過する平面で切断した断面図である。ナセル２１の内部には、フライホイール７と第１の発電機５と第２の発電機９とを、風車３の受風方向２ｗの上流側からこの順で収容した発電ケース体１００が配置され、ナセル２１に対し締結部材によって締結固定される。
【００８４】
図３５に示すように、支柱１１０の上端部１１０Ｔの上端軸部１１１Ｔには、スリップリング１１０ＳＡ，１１０ＳＢが設けられており、各スリップリング１１０ＳＡ，１１０ＳＢ上を摺動するブラシ１０２ＣＡ（図示有り），１０２ＣＢ（図示なし）を介し、ステータコイル５４，９４から発電出力を取り出すよう構成されている。取り出された発電出力は、筒状の支柱（タワー）１１０の内部空間を通る配線を介して、出力部１０に接続される。
【００８５】
なお、支柱１１０の上端部１１０Ｔの上端面には、回転軸２に回転可能に固定するために、図３５に示すように、軸受装置を内包した固定部１２０が締結部材により締結固定されている。発電ケース体１００は、それら固定部１２０よりも受風方向上流側に設けられている。なお、回転軸２の受風方向上流側では、回転軸２と、これを延長する回転軸延長部２’とが軸連結部１３０により一体回転可能に連結されている。発電ケース体１００内を挿通する回転軸２はその回転軸延長部２’である。
【００８６】
図２に示すように、発電ケース体１００は、その内部に、受風方向２ｗの上流側から順に、第２の発電機９を収容する上流側収容空間９Ｓと、フライホイール７を収容する中間収容空間７Ｓと、第１の発電機５を収容する下流側収容空間５Ｓとを有し、これらをひとつながりの空間とする形状をなす。このひとつながりの空間は、フライホイール７が中間収容空間７Ｓ内に配置されることで、上流側収容空間９Ｓと下流側収容空間５Ｓとに分断される。これら円筒状の上流側収容空間９Ｓ及び下流側収容空間５Ｓよりも、同じく円筒状の中間収容空間７Ｓの方が径大で、かつ収容されるフライホイール７自体も、径方向において中間収容空間７Ｓの円筒状外周壁に対し近接して位置するため、フライホイール７が配置されたときには、上流側収容空間９Ｓと下流側収容空間５Ｓとは、フライホイール７の外周側においてのみ連通するので、より確実な分離状態となっている。これにより、上流側収容空間９Ｓ及び下流側収容空間５Ｓのうち、一方の空間内での回転体（ロータ９１，５１）の回転に伴う気流の乱れの影響を、他方の空間が受けることがない。
【００８７】
回転軸２は、発電ケース体１００に対し自身の軸線方向に貫通し、なおかつ発電ケース体１００に対し円滑に相対回転するよう軸受装置６０を介して取り付けられる（図２参照）。本実施形態の軸受装置６０は、例えばシール装置（Ｏリング等）やグリース等のような密閉機能付きの密閉型軸受装置であり、その密閉機能によって密閉状態としている。密閉された発電ケース体１００内部は、空気が大気圧で充填されている場合に、内部の回転体５１，９１，７等が受ける充填気体による抵抗（空気抵抗）が軽減されるよう、減圧状態等のような内部状態とされている。
【００８８】
本実施形態の第１の発電機５及び第２の発電機９は、ロータ５１，９１として、回転軸２と同軸をなしフライホイール７と共に互いに一体回転する第１ロータ部５１Ａ，９１Ａと第２ロータ部５１Ｂ，９１Ｂとを有する。それら双方のロータ部５１Ａ，９１Ａと５１Ｂ，９１Ｂは、エアギャップを介して互いに対向（対面）する対向面を有し、それら双方の対向面上には、周方向において複数の磁性部材９２が所定間隔おきに同数配置され、締結部材により固定されている。ただし、一方のロータ部５１Ａ，９１Ａの磁性部材５２Ａ（５２），９２Ａ（９２）と他方のロータ部５１Ｂ，９１Ｂの磁性部材５２Ｂ（５２），９２Ｂ（９２）とは、互いに異なる極性（磁極）の着磁面同士にて対面している。さらに、それら第１ロータ部５１Ａ，９１Ａと第２ロータ部５２Ａ，９２Ａとの間の空隙にステータ５３，９３のステータコイル５４，９４が位置する。ステータコイル５４，９４は、回転するそれら双方のロータ５１Ａ，５１Ｂと９１Ａ，９１Ｂの磁性部材間５２，５２と９２，９２に挟まれるステータ５３，９３上の環状の対向領域に、その周方向に沿って所定間隔おきに複数配置される。
【００８９】
また、第１の発電機５及び第２の発電機９において、第１ロータ部５１Ａ，９１Ａ及び第２ロータ部５１Ｂ，９１Ｂは、回転軸２の回転軸線２ｘに対する径方向に対向して配置される。第１ロータ部５１Ａ，９１Ａは、フライホイール７の固定部７０Ａの外周側に形成される固定部５０Ａ，９０Ａに対し、フライホイール７に対し同軸をなして一体回転するよう固定されている。第２ロータ部をなす円筒状部５１Ｂ，９１Ｂは、フライホイール７の固定部７０Ａの内周側に形成される固定部５０Ｂ，９０Ｂに対し、フライホイール７に対し同軸をなして一体回転するよう固定されている。
【００９０】
なお、本実施形態のフライホイール７は、回転軸２に対し１方向クラッチ（ワンウェイクラッチ）６を介して固定される軸固定部７０Ｃと、軸固定部７０Ｃから径方向外側に延出する円盤状の中間部７０Ｂと、中間部７０Ｂの径方向外側にて第１ロータ部５１Ａ，９１Ａ及び第２ロータ部５１Ｂ，９１Ｂが一体に固定される固定部７０Ａとを有する。さらに本実施形態では、固定部７０Ａから径方向外側に延出する外端部７０Ｄを有する。
【００９１】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
【００９２】
例えば上記実施形態を、以下のように変更することができる。
【００９３】
図３に示す実施形態の風力発電装置１は、所定の受風方向２ｗからの風力を受けて所定の回転軸線２ｘの周りを一定回転方向に回転する風車３と、風車３の回転軸２と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ５１を有して回転軸２の回転に伴う該ロータ５１の回転により電力を生成する第１の発電機（発電手段）５と、回転軸２と同軸をなし、かつ上記一定回転方向において、回転軸２が増速している場合には該回転軸２と一体回転状態となって自身も増速回転し、回転軸２が減速している場合には該回転軸２から切り離されて慣性回転するように１方向クラッチ（ワンウェイクラッチ）６を介して配置されるフライホイール７と、フライホイール７と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ９１を有してフライホイール７の回転に伴う該ロータ９１の回転により電力を生成する、第１の発電機５とは異なる第２の発電機（発電手段）９と、を備えて構成される。
【００９４】
さらに、図３の風力発電装置１の場合は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力入力を受け、それらを合わせて外部出力する出力部（出力手段）１０を備えて構成される。つまり、第１の発電機５及び第２の発電機９で発電された互いに位相の異なる発電電力を、１系統で外部出力する形で構成される。なお、この場合の出力部１０の構成は図３３Ａ及び図３３Ｂと同様とすることができる。
【００９５】
図３の第１の発電機５は、ロータ５１として、回転軸２と同軸をなし互いに一体回転する第１ロータ部５１Ａと第２ロータ部５１Ｂとを有する。それら双方のロータ部５１Ａ，５１Ｂは、エアギャップを介して互いに対向（対面）する対向面を有し、それら双方の対向面上には、周方向において複数の磁性部材５２が所定間隔おきに同数配置され、締結部材により固定されている。ただし、それら双方のロータ部５１Ａ，５１Ｂのうち、一方のロータ部５１Ａの磁性部材５２Ａ（５２）と他方のロータ部５１Ｂの磁性部材５２Ｂ（５２）とは、互いに異なる極性（磁極）の着磁面同士にて対面している。さらに、それら第１ロータ部５１Ａと第２ロータ部５１Ｂとの間の空隙にステータ５３のステータコイル５４が位置し、ステータコイル５４は、回転するそれら双方のロータ部５１Ａ，５１Ｂの磁性部材５２，５２間に挟まれるステータ５３上の環状の対向領域に、その周方向に沿って所定間隔おきに複数配置される。
【００９６】
また、第１の発電機５において、第１ロータ部５１Ａ及び第２ロータ部５１Ｂは、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向（ラジアル方向）に対向して配置される。本実施形態においては、ロータ５１の本体部として、回転軸２と一体回転するよう固定される軸固定部５０Ｃと、軸固定部５０Ｃから径方向外側に延出する円盤状の中間部５０Ｂと、中間部５０Ｂの径方向外側の外端部５０Ａと、を有したロータ本体部５０を備える。ただし、ロータ本体部５０は、外周側に大重量を有するフライホイール７よりも軽く、小径である。第１ロータ部をなす円筒状部５１Ａと、第２ロータ部をなす、円筒状部５１Ａよりも径大の円筒状部５１Ｂとは、ロータ本体部５０に対し同軸をなす形で一体回転するよう双方とも、ロータ本体部５０の外端部５０Ａに固定されている。
【００９７】
図３の第２の発電機９は、ロータ９１として、回転軸２と同軸をなしフライホイール７と共に互いに一体回転する第１ロータ部９１Ａと第２ロータ部９１Ｂとを有する。それら双方のロータ部９１Ａ，９１Ｂは、エアギャップを介して互いに対向（対面）する対向面を有し、それら双方の対向面上には、周方向において複数の磁性部材９２が所定間隔おきに同数配置され、締結部材により固定されている。ただし、それら双方のロータ９１Ａ，９１Ｂのうち、一方のロータ部９１Ａの磁性部材９２Ａ（９２）と他方のロータ部９１Ｂの磁性部材９２Ｂ（９２）とは、互いに異なる極性（磁極）の着磁面同士にて対面している。さらに、それら第１ロータ部９１Ａと第２ロータ部９１Ｂとの間の空隙にステータ９３のステータコイル９４が位置する。ステータコイル９４は、回転するそれら双方のロータ９１Ａ，９１Ｂの磁性部材間９２，９２に挟まれるステータ９３上の環状の対向領域に、その周方向に沿って所定間隔おきに複数配置される。
【００９８】
また、第２の発電機９において、第１ロータ部９１Ａ及び第２ロータ部９１Ｂは、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向に対向して配置される。第１ロータ部９１Ａは、フライホイール７に対し、第１ロータ部をなす円筒状部９１Ａと、第２ロータ部をなす、円筒状部９１Ａよりも径大の円筒状部９１Ｂとが、フライホイール７に対し同軸をなして共に一体回転するよう固定されている。
【００９９】
なお、本実施形態のフライホイール７は、回転軸２に対し１方向クラッチ（ワンウェイクラッチ）６を介して固定される軸固定部７０Ｃと、軸固定部７０Ｃから径方向外側に延出する円盤状の中間部７０Ｂと、中間部７０Ｂの径方向外側にて第１ロータ部をなす円筒状部９１Ａと第２ロータ部をなす円筒状部９１Ｂを固定する固定部７０Ａとを有し、本実施形態ではさらに、固定部７０Ａから径方向外側に延出する外端部７０Ｄを有する。
【０１００】
また、図３の実施形態におけるステータ５３，９３の構造は、互いの径・大きさは異なるものの、既に述べた実施形態と同様、コイル部材９６とリンク部材９５を有して構成されている。
【０１０１】
ここで、上記実施形態とは異なる風導ケース（ナセル）２００について説明する。
【０１０２】
図３６〜図４０に示すように、風車３（ブレード３０）の風上側に、発電部ケース(ハウジング)を兼ねる風導ケース（ナセル）２００を設け、このケース２００の内部に発電部を格納するとともに、その風導ケース２００（ケース本体２０１でもある）の外部に風向フィン（風向板部）２０２を一体的に形成することができる。この例では、風車３の外側に図３１、図３４に示したような筒状風洞部（ダクト）３１は存在せず、風車３がむき出し（露出状態）で風を受ける。風導ケース２００のケース本体２０１は風車３の軸方向に直角な断面が、縦長楕円状又は円形状等をなす滑らかな外周面を有し、そのケース本体２０１の風上側の端部は先端側ほど滑らかに細くなり、先端が曲率の小さい円弧状の縦断面を有している。
【０１０３】
ケース本体２０１の外周面には、上述の風向フィン２０２が、風車３の軸方向に沿う方向において、そのケース本体２０１（風導ケース２００）の外周面から外方に（例えば上向きに）突出するように形成され、風向フィン２０２は風車３の回転面と直角な位置関係を占める。風向フィン２０２はケース本体２０１の軸方向長さと同等か少し短い長さを有し、かつケース本体２０１の風上側先端近傍から漸次高さが円弧状（又は直線状）に増加する斜辺２０３を備えて、ケース本体２０１の風下側の端部近傍で最大高さとなり、その頂部から風上側へ円弧状（湾曲状）に食い込む（えぐれる）ように降下する後端部２０４を備え（風下側に円弧状に膨出する後端部、あるいは直線状に垂下する後端部でもよいが）、その下端がケース本体２０１の上部面に連続する。また風向フィン２０２は、その斜辺２０３がナイフエッジ状に先鋭に形成され、また中間部から後端部２０４に向かっても後端ほど先鋭となる曲面を有して、風向フィン２０２の風向き方向の中間部が最も厚く形成され、風上からみて、図３７に示すように先鋭な三角形状をなしている。
【０１０４】
このような風向フィン２０２とはケース本体２０１の軸線をはさんで反対側（下側）には、風車３を所定の高さに維持する支柱（ポール）２０６と接続する支柱接続部２０８が形成され、ここに支柱２０６が接続される。この支柱接続部２０８はケース本体２０１の下面から下方に突出するとともに、滑らかに先細りとなり、下端部が円筒状になるように形成されて、その円筒状部に支柱２０６の円形断面の上端部が嵌合され、かつ、図３６に示すように軸受（ベアリング）２１０を介して、風導ケース２００及び風車３が、支柱２０６の軸線（垂直軸）の周りに回転自在に支持されている。その結果、風導ケース２００に形成された風向フィン２０２が風向きに沿うように、言い換えれば風車３の回転面が常に風向きと正対するように、風車３及び風導ケース２００がフリーな状態に保持されることとなる。
【０１０５】
図４１は風車３と風導ケース２００を含む部分の側面断面図（透視図）であり、風導ケース２００の内部に、風車３の回転軸２が風導ケース２００の中心線と同心的に配置され、また図２又は図３に示した発電ケース体１００がその回転軸２に同心的に組み付けられる。さらに、図２１〜図３０で説明した風車３の角度調整機構３００もこの風導ケース２００内に収容される。
【０１０６】
なお、図３６、図３９及び図４１に示すように、風車３の中心部（ブレード３０の基端部）は、円形断面の筒状部２１２が占めるようにされ、この筒状部２１２の中心部から前記風導ケース２００とは反対側（風下側）へコーン状に突出するコーン状中心部２１４が形成され、このコーン状中心部２１４と筒状部２１２（風下側へややテーパ状に縮径されたほぼ円筒部）との間には、円環状でかつ底部側ほど幅が狭くなるコーン付き環状凹部２１６が形成され、それらの内部にハブ２２やブレード固定部３３が配置されている。仮に、風向きが大きく変わって、風導ケース２００の後方から風が吹くようになっても、そのコーン付き環状凹部２１６が後方からの風を受けて回転モーメントを生じ、その結果、フリー状態の風導ケース２００及び風車３が姿勢（向き）を例えば１８０度近く変え、風導ケース２００の先端が風上を向く（風に正対する）ように姿勢変更することができる。
【０１０７】
ここで、上記実施形態におけるブレード３０の変形例について、以下で説明する。
【０１０８】
図４３は、上記実施形態とはブレード３０の形状が異なる風車を備えた風力発電装置１の実施形態を示す斜視図である。図４３に示す風力発電装置１の風車３には、回転軸２の軸線方向２ｘ（図２０参照）からの風力を受けて該回転軸２の周りを一定回転方向に回転するよう形成されたブレード３０が、回転軸２の周りに２以上設けられている。ブレード３０は、回転軸線２ｘ周りに所定間隔おきに配置され、互いに同形状をなして形成される。
【０１０９】
ブレード３０は、既に述べた実施形態と同様であるが、回転軸２側と先端３０ｓ側で流れの速度に差が生ずるように、受風面３０ｗにねじりを設けた形で形成されている。具体的にいえば、ブレード３０は、先端３０ｓ側ほどピッチが浅くなる形で形成されている。
【０１１０】
さらに、本発明のブレード３０は、回転軸２に対し径方向外向きに延出するブレード本体部３０Ｔと、ブレード本体部３０Ｔの外側から一定回転方向とは逆側に延出するブレード先端部３０Ｓと、を備える。つまり、ブレード３０は、その外側の先端部が一定回転方向とは逆側に曲がった形状をなしており、ブレード３０の回転に対し尾を引くような形状を有している。
【０１１１】
ブレード先端部３０Ｓは、正面視（図４６）及び背面視（図４５）において、直線状に延出するブレード本体部３０Ｔから湾曲して続くように見える形状をなす。ここでのブレード先端部３０Ｓは、ブレード本体部３０Ｔの外周側から滑らかに連続して続く形で形成されており、正面視（図４６）及び背面視（図４５）において、直線状に延びて見えるブレード本体部３０Ｔの外周側から、弧状を描く形で湾曲したフック状に見えるように形成されている。
【０１１２】
また、ブレード先端部３０Ｓは、正面視（図４６）及び背面視（図４５）において、ブレード本体部３０Ｔとは逆に位置する先端３０ｓが直線状に見える形状をなす。つまり、ブレード３０において湾曲する先端が直線状にカットされたような形状をなす。そのカット面は、上記一定回転方向とは逆向きを臨むよう形成されている。ここでは、ブレード先端部３０Ｓの先端３０ｓが、正面視（図４６）及び背面視（図４５）において、回転軸２に対する径方向に直線状に延出するブレード本体部３０Ｔの、上記一定回転方向側の端面（端縁部）３０ａと略平行に見える形で形成されている。
【０１１３】
ブレード３０の背面３０ｖ（受風面３０ｗとは逆側の面）には、ブレード本体部３０Ｔからブレード先端部３０Ｓにかけてブレード延出方向に沿った稜線３０ｐを有するよう幅方向中央部に山型の凸部３０Ｐが形成されている。また、この凸部３０Ｐは、背面３０ｖの幅方向Ｗにおいて、上記稜線３０ｐが後述するブレード固定部３３の回転支軸３３Ｚ（図２１参照）側に偏った位置に設けられている。即ち、ここでの凸部３０Ｐは、図４５に示すように、上記稜線３０ｐが背面３０ｖの幅方向Ｗにおいて一定回転方向側（図４５の上側）に偏った位置となるよう形成され、一定回転方向側（図４５の上側）の面３０ｐ１の面幅のほうが、その逆側（図４５の下側）の面３０ｐ２の面幅よりも短い。
【０１１４】
ブレード先端部３０Ｓは、上記したブレード３０の一定回転方向側を上側とした場合、その上面視（図４９）及び下面視（図５０）において、ブレード本体部３０Ｔの延出方向に対し、ブレード本体部３０の受風面側（受風方向とは逆向き）に曲がった形状とされている。この屈曲形状により、ブレード３０は、その屈曲部分において風を受け止めやすくなっている。このため、受け止めた風によって効率的に回転できる。また、ブレード３０の先端側（外周側）に加わる応力に対しては、ブレード先端側が受風方向にしなる形で抗することができ、高い強度を有した構造となっている。また、既に述べたように、ブレード３０の先端側（外周側）が回転方向逆側に屈曲していることにより、上記応力に対し、ブレード先端側が弾性的にねじれる形でも風力に対し抗することができるから、より高い強度を有した構造となっている。
【０１１５】
また、図４９及び図５０に示すように、ブレード本体部３０Ｔの受風面３０ｗは、外周側（ブレード先端部側）に向かうに従い受風方向にわずかに反った形状となっており、その外周側に、受風方向逆向き（受風面側）に屈曲するブレード先端部３０Ｓが設けられている。さらに、図４７及び図４８に示すように、翼先端部３０Ｓの先端３０ｓの外周側端縁位置は、翼本体部３０Ｔの受風面３０ｗよりも、受風方向逆向き（受風面側）に突出して位置している。
【０１１６】
ブレード３０は、内周側（根元側）の端部３０ｔに向かうに従い厚みが増し、なおかつ外周側（先端）に向かうに従い受風面３０ｗの面幅が減少する先細りの全体形状を有する。端部３０ｔのさらに内周側には、ブレード固定部３３により固定される固定部３０Ｕを有する。
【０１１７】
図５１〜図５５は、図３６〜図４０に示す実施形態の風車３のブレード３０を、上記した図４４〜図５０のブレードに置き換えた図である。
【０１１８】
また、上記実施形態における角度調整機構３００の変形例について、以下で説明する。
【０１１９】
上記実施形態における角度調整機構３００では、付勢手段３４として、ブレード３０の受風面３０ｗの幅方向Ｗが初期回転用角度位置Ａと高速回転用角度位置Ｂとの間に位置する間、その幅方向Ｗが風平行寄り側となるようブレード３０を初期回転用角度位置Ａ側へと一定の付勢力で付勢するばね部材３４を使用しているが、ブレード３０に対し、その受風面３０ｗの幅方向Ｗを初期回転用角度位置Ａ側へと付勢する付勢力が、初期回転用角度位置Ａから離間するほど増大するものに変更してもよい。以下、図５６〜図６３を用いて、上記実施形態とは異なる角度調整機構３００’及び風車３’について説明する。
【０１２０】
図５６は、上記実施形態の風車３とは異なる角度調整機構３００’を備える風車３’を示すものである。また、図５７の（ａ）は、図５６における１つのプレート固定部を拡大した部分断面図であり、図５７の（ｂ）及び（ｄ）は図５７（ａ）のＡ−Ａ断面、図５７（ｃ）及び（ｅ）は図５７（ａ）のＢ−Ｂ断面を簡略的に示した模式図である。ただし、図５７の（ｂ）及び（ｄ）と、図５７の（ｃ）及び（ｅ）とではブレード３０の幅方向Ｗと回転軸線２ｘの方向とのなす角度θが異なっており、図５７の（ｂ）及び（ｄ）はブレード３０が風直交寄りの状態、図５７の（ｃ）及び（ｅ）はブレード３０が風平行寄りの状態を示している。
【０１２１】
図５６に示す風車３’の角度調整機構３００’は、図５７〜図６１に示すように、図２０の実施形態において付勢手段として使用したばね部材３４に代わって、ネオジム磁石等のマグネット（磁性部材）３４０ａ，３４０ｂを使用している点が異なる。マグネット３４０ｂは、受風面３０ｗ（図６２及び図６３参照）の幅方向Ｗと回転軸２の回転軸線２ｘの方向とのなす角度θが可変可能なブレード（可動構造体）３０の、受風方向上流側に取り付けられる。具体的に言えば、ブレード３０を取り付けるためのブレード取付部材（可動構造体）３３０をなす平行板部３３０Ａ，３３０Ａのうち受風方向上流側の平行板部３３０Ａに締結部材によって直接固定される。他方、マグネット３４０ａは、マグネット３４０ｂが取り付けられた平行板部３３０Ａ（ブレード３０）が風直交寄りとなるほど接近してくる軸固定部（固定構造部）２２１に、マグネット３４０ｂと対向する形で取り付けられる。具体的に言えば、軸固定部（固定構造部）２２１の受風方向下流側に締結部材によって直接固定される。対向するマグネット（磁性部材）３４０ａ，３４０ｂは互いの極性が同じであり、接近時には互いの接近を妨げる反発力ＦＭ（図６２及び図６３参照）を生ずる。この反発力ＦＭは、対向するマグネット（磁性部材）３４０ａ，３４０ｂの対向間距離が小さくなるほど増大する。
【０１２２】
このような構成を有することにより、ブレード３０は、図６２及び図６３に示すような形で動作することになる。
【０１２３】
即ち、風力が所定の微風レベルを下回る場合には、図６２（ａ）に示すように、その風力によるブレード３０の受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４０ａ，３４０ｂの付勢力ＦＭとが遠心力ＦＡに打ち勝って錘部材３５を内方に押し付けて、ブレード３０は初期回転用角度位置Ａに付勢保持される。具体的にいえば、風力が所定の微風レベルを下回る場合、上述の可動構造体３９が当接部材３８に当接するよう上記の押圧力ＦＷと付勢力ＦＢとにより押し付けられ、その当接位置である初期回転用角度位置Ａにブレード３０が位置保持され、このときブレード３０は、その受風面の幅方向が最も風平行寄りとなる。この状態は、図３０（ａ）と同様の状態であるが、ここでは付勢力ＦＭがマグネット３４０ａ，３４０ｂの反発力であり、ここではマグネット３４０ａ，３４０ｂの対向間距離が長いことから、付勢力ＦＭは図３０（ａ）のときの付勢力ＦＢよりもはるかに小さく、極めて小さい力として作用している。
【０１２４】
風力が上記の微風レベルを上回った場合には、図６２（ｂ）に示すように、遠心力ＦＡが増大し始めて、受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４０ａ，３４０ｂの付勢力ＦＭとに打ち勝ち、錘部材３５が、ＦＡと、ＦＷ及びＦＭとが釣り合う位置まで外方へと変位するとともに、ブレード３０の角度θも初期回転用角度位置Ａを離れ、風直交寄りへと位置を変える。この状態は、図３０（ｂ）と同様の状態であるが、ここでの付勢力ＦＭは依然として付勢力ＦＢよりもはるかに小さい。
【０１２５】
風力が上記の微風レベルを上回った所定の強風レベルに達した場合には、図６２（ｃ）に示すように、ブレード３０は、その幅方向Ｗが、初期回転用角度位置Ａよりも風直交寄りとなる所定の高速回転用角度位置Ｂに到達した状態となる。この状態は、風車３が最も高速で回転可能な状態である。
この段階となると、対向するマグネット（磁性部材）３４０ａ，３４０ｂの対向間距離が小さくなってくるため、付勢力ＦＭは、徐々に付勢力としての機能を有する程度に大きくなってくる。
【０１２６】
風力が所定の強風レベルをさらに上回った場合には、図６３（ｄ）に示すように、遠心力ＦＡがさらに増大し、ブレード３０の角度θは、高速回転用角度位置Ｂを超えた状態、風直交面Ｙ側の位置となる。高速回転用角度位置Ｂを超えたブレード３０の角度θの範囲（以下、回転減速用角度範囲という）Ｑでは、これまでプラスピッチであったブレード３０がマイナスピッチとなり、ブレード３０には、これまでとは逆の回転力が生じる。即ち、ブレード３０は、受風方向２ｗからの風力を受けて回転する予め定められた一定回転方向に回転するよう構成されているが、ブレード３０の角度θの変化によって高速回転用角度位置Ｂを超えると、その一定回転方向とは逆方向に回転しようとする逆方向回転力が生じる。この逆方向回転力は、回転減速用角度範囲Ｑ内において高速回転用角度位置Ｂから離れるほど強まる。このため、回転減速用角度範囲Ｑ内に位置するブレード３０は、上記一定回転方向への回転にブレーキがかかった状態となり、回転速度が減じられ、これに伴い錘部材３５の遠心力ＦＡも低下する。一方で、付勢手段３４０ａ，３４０ｂの付勢力ＦＭは、回転減速用角度範囲Ｑ内に位置するブレード３０が、高速回転用角度位置Ｂから離れていくほど増大する。このため、回転減速用角度範囲Ｑ内に位置するブレード３０は、再び高速回転用角度位置Ｂへと押し戻され、その時点におけるＦＡと、ＦＷ及びＦＭとが釣り合った位置となる。
【０１２７】
このように、角度調整機構３００’は、付勢手段３４０ａ，３４０ｂと錘部材３５とリンク機構３７とを有することで、微風時に回転し易いようにブレード３０の角度θを風平行寄りとする第一段階と、風速が増した時に高回転となり易いようにブレード３０の角度θを風直交寄りとする第二段階と、強風時に過回転が防止されるようにブレード３０の角度θが回転減速用角度範囲に到達する第三段階という三段階にて、ブレード３０の角度θを可変させることが可能となり、この三段階のブレード３０の角度変更による自律的な回転速度制御によって、風車３’は、始動性に優れ、高回転時の効率も高く、なおかつ強風時の過剰回転の抑制も可能となっている。
【０１２８】
なお、既に述べた図３０におけるブレード３０の高速回転用角度位置Ｂは、風直交面Ｙに達する手前に位置しているが、これは遠心力ＦＡの最大値や一定の付勢力ＦＢの大きさによって規定される可動限界角度位置であり、風車が最も高速で回転可能な状態となる真の高速回転用角度位置は、その可動限界位置よりもさらに風直交面Ｙ側にあってもよい。ただし、図３０に示すように、遠心力ＦＡの最大値や一定の付勢力ＦＢの大きさによって規定されるブレード３０の可動限界角度位置を、風直交面Ｙと一致する位置Ｄとし、この位置Ｄを高速回転用角度位置とすることが、回転性能上、最も望ましい。一方で、図６２及び図６３で述べた実施形態においては、図６３（ｄ）のようにブレード３０の角度位置が位置Ｂを越えていても、ＦＡが最大とならないよう構成されている。ここでは、マグネット３４０ａ，３４０ｂの磁力（磁気的反発力）の大きさにより規定される形で、風直交面Ｙよりも奥側となる位置に、ブレード３０の可動限界角度位置が存在している。
【０１２９】
なお、この実施形態（マグネット仕様）において採用されるブレード３０は、上記実施形態（ばね仕様）における図４４〜図５０の形状のものを採用してもよいが、ここでは図４４〜図５０の形状のものとは異なる形状をなす。具体的に言えば、図４９及び図５０に示したブレード３０の上面視（平面図）及び下面視（底面図）が、図６４及び図６５のように視認されるように変更される。なお、図６４及び図６５のように変更した場合、図４４〜図４８と同様の視点から翼を見たときにその見た目に違いが現れるが、その違いは微妙な違いにすぎず、図４４〜図４８とほぼ同様に視認されるため、図示を省略する。
【０１３０】
本発明における風力発電装置の風車に採用されるブレード３０は、受風方向２ｗからの風力を受けて一定回転方向に回転するように、回転軸２側と先端側で流れの速度に差が生ずるよう、回転軸２側から先端側にかけてねじりを付ける形で受風面３０ｗが形成される。既に述べた実施形態においては、図４４〜図５０に示したように、受風面３０ｗは、ブレード３０の幅方向Ｗが風直交面Ｙ上に位置した状態でブレード３０を回転方向逆側から見たときに（図５０参照）、回転軸２側から先端側にかけて面幅が減少していきながらも視認することができ、逆に、ブレード３０の幅方向Ｗが風直交面Ｙ上に位置した状態でブレード３０を回転方向側から見たときには（図４９参照）視認できないようなねじり形状となっていた。この場合、ブレード３０は、その角度位置が位置Ａから位置Ｂの間で変化したとしても、ブレード３０を回転方向の逆側から見たときには常に受風面３０ｗを視認でき、回転方向側から見たときには常に受風面３０ｗを視認できない（プラスピッチ）。したがって、ブレード３０は、受風方向２ｗから風力を受けると、その風力が、回転方向逆側から視認される受風面３０ｗを押し付ける形で作用して、常に一定回転方向への回転力を得て回転する。
【０１３１】
これに対し、この実施形態において採用されるブレード３０は、その幅方向Ｗが風直交面Ｙ上に位置した状態で回転方向逆側から見たときに（図６５参照）、受風面３０ｗが回転軸２側から先端側にむかう途中の中間位置までしか視認できない形状となっており、その中間位置から外側では、今度は、同じ状態でブレード３０を回転方向側から見たときに（図６４参照）受風面３０ｗがブレード３０の先端側で視認できるようなねじり形状となっている。この場合、ブレード３０は、その幅方向Ｗが位置Ａから風直交面Ｙ上に位置する少し手前の位置Ｂに位置した状態において、ブレード３０を、回転方向逆側から見たときに受風面３０ｗが視認され、回転方向側から見たときには受風面３０ｗが視認されないが（プラスピッチ）、位置Ｂを越えると、回転方向側から見たときにも受風面３０ｗが先端側に視認されるようになる（マイナスピッチ）。このため、ブレード３０は、その位置Ｂに位置した状態において、風車３’が最も高速で回転可能な状態となるが、その位置Ｂを越えた角度範囲（回転減速用角度範囲）Ｑ内に達すると、受風方向２ｗから風力を受けたときに、その風力が、ブレード３０を回転方向逆側から見たときに視認される受風面３０ｗを押し付ける形で作用して、上記一定回転方向への回転力を得て回転するだけでなく、その風力は、ブレード３０を回転方向側から見たときに視認される受風面３０ｗも押し付ける形で作用するので、上記一定回転方向とは逆向きの回転力も得る。これにより、ブレード３０は、ブレーキが作用しているような減速回転状態となる。ブレード３０は、位置Ｂを越えると、回転方向側から見たときに、その先端側から受風面３０ｗが視認できるようになり、位置Ｂを越えて離れていくほど、より内周側にも受風面３０ｗが視認できるようになる形でその面積が増大し、上記の逆向きの回転力が増大していく。
【０１３２】
また、上記実施形態における角度調整機構３００，３００’は、図６６及び図６７に示すような形に変形することができる。
【０１３３】
図６６は、図２０〜図３０にて説明した角度調整機構３００の変形例である。図２０〜図３０において、ばね部材をなす付勢手段３４は、一方の端部が、ブレード３０の角度変化に連動して動作する可動構造体（ここでは連結部材）３６に固定され、他方の端部が、ブレード３０の角度変化に連動して動作せず、回転軸２に一体固定された固定構造体（ここでは軸固定部）２２１に固定された引っ張りばねであり、ブレード３０が初期回転用角度位置Ａから風直交よりに変位するに伴い固定構造体２２１から離間していく可動構造体３６を引っ張る形で作用している。これに対し、図６６の角度調整機構３００では、ばね部材をなす付勢手段３４’は、一方の端部が、上記と同様の可動構造体（ここではブレード取付部材）３３０に固定され、他方の端部が、同じく上記と同様の固定構造体（ここでは軸固定部）２２１に固定された圧縮ばねであり、ブレード３０が初期回転用角度位置Ａから風直交よりに変位するに伴い固定構造体２２１に接近していく可動構造体３６を押し返す形で作用している。
【０１３４】
図６７は、図５６〜図６３にて説明した角度調整機構３００の変形例である。図５６〜図６３において、マグネットをなす付勢手段３４０ａ，３４０ｂのうち、一方のマグネット３４０ｂが、ブレード３０の角度変化に連動して動作する可動構造体（ここではブレード取付部材）３３０に固定され、他方のマグネット３４０ａが、ブレード３０の角度変化に連動して動作せず、回転軸２に一体固定された固定構造体（ここでは軸固定部）２２１に固定されるとともに、それらマグネット３４０ａ，３４０ｂは、同極のもの同士が対向する形で配置されており、ブレード３０が初期回転用角度位置Ａから風直交よりに変位するに伴い固定構造体２２１に接近していく可動構造体３３０に対し反発力を生じ、その接近を妨げる形で作用している。これに対し、図６７の角度調整機構３００では、マグネットをなす付勢手段３４０ａ’，３４０ｂ’のうち、一方のマグネット３４０ｂ’が、上記と同様の可動構造体（ここでは連結部材）３６に固定され、他方のマグネット３４０ｂが、同じく上記と同様の固定構造体（ここでは軸固定部）２２１に固定されるとともに、それらマグネット３４０ａ，３４０ｂは、異なる極のもの同士が対向する形で配置されており、ブレード３０が初期回転用角度位置Ａから風直交よりに変位するに伴い固定構造体２２１から離間していく可動構造体３３０に対し吸引力を生じ、その離間を妨げる形で作用している。
【符号の説明】
【０１３５】
９００ コイルリング
９５ リング部材
９５Ａ 溝部
９６ コイル部材
９６Ａ 突出部
１ 風力発電装置
２ 回転軸
２１，２００ ナセル
２２１Ａ 軸固定部の前端部
２２１Ｂ 軸固定部の後端部
２２１ｈ 貫通孔
２２ ハブ
２２１ 軸固定部
２ｘ 回転軸線
２ｗ 受風方向
３ 風車
３０ ブレード（翼）
３０ｗ 受風面
３１ 筒状風洞部（ダクト）
３００ 角度調整機構（翼角度調整機構）
３３ ブレード固定部（翼固定部）
３３Ａ，３３Ｂ 固定部
３３Ｚ 回転支軸
３４ 付勢手段
３５ 錘部材
３６ 連結部材
３６２ 押付部材
３７ リンク機構
３７１ 第一リンク部材
３７１Ａ 第一リンク部材の一方の端部
３７１Ｂ 第一リンク部材の他方の端部
３７１Ｃ 第一リンク部材の屈曲部
３７１ｙ 回転軸線
３７２ 第二リンク部材
３７２Ａ 第二リンク部材の一方の端部
３７２Ｂ 第二リンク部材の他方の端部
３７２ｙ 回転軸線
３７３ｙ 回転軸線
３８ 当接部材
３９ 可動構造体
５１，９１ ロータ（発電機回転子）
５２，９２ 磁性部材
５３，９３ ステータ（発電機固定子）
５４，９４ ステータコイル
１００ 発電ケース体
Ｗ ブレードの幅方向
θ ブレードの幅方向と回転軸の軸線方向とのなす角度
Ｘ 風平行方向
Ｙ 風直交面
Ａ 初期回転用角度位置
Ｂ 高速回転用角度位置
ＦＷ 風力によりブレードに加えられる押圧力
ＦＡ 遠心力（リンク機構３７により遠心力を回転軸線２ｘ方向に変換させた力）
ＦＢ 付勢手段（ばね部材）の付勢力
ＦＭ 付勢手段（磁性部材）の付勢力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に設けられるコイルリングと、その製造方法、さらにそのコイルリングが設けられた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全のため、再生可能エネルギーを用いた発電方法として、二酸化炭素等の温室効果ガスを排出しない風力発電等に注目が集まっている（例えば特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３９１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、風力発電等が広く普及し始めると、発電装置の量産化が必要となる。さらに、一般家庭にも普及させていくことを考えると、発電装置の軽量化、低コスト化、メンテナンス性の向上等が求められる。
【０００５】
本発明の課題は、量産に適した構造を有し、なおかつ軽量化、低コスト化、メンテナンス性の向上を図ることが可能なコイルリング、及びその製造方法、さらにはそのコイルリングを備える発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のコイルリングは、
回転軸の軸線周りに環状配列された複数の磁界形成部と、軸線周りに環状配列された複数のコイルとが軸線を同じくして対向配置され、回転軸の回転に伴うそれら磁界形成部とコイルとの相対回転により発電する発電装置に設けられ、
複数のコイルをそれぞれコイル包含部材により内包させた状態で、かつそれぞれの外形形状が同一に形成された複数のコイル部材と、
コイルを内包したコイル部材が、回転軸の軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けられるリング部材と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記本発明の構成によれば、予め多数のコイル部材とリング部材とを準備し、準備したリング部材にコイル部材を取り付けていくだけで簡易にコイルリングを形成できる。
【０００８】
本発明におけるリング部材には、回転軸の軸線周りにおいて所定間隔おきに溝部が形成されており、それら溝部に嵌め込まれる形でコイル部材が取り付けられている。この構成によれば、リング部材の溝部にコイル部材を嵌合配置する形で取り付けることができる。リング部材上の配置位置が溝部により位置決めされるから、取り付けが容易となる。
【０００９】
本発明におけるリング部材は、その外周面あるいは内周面に、回転軸の軸線に対する径方向に垂直で、かつ回転軸の軸線方向に平行となる複数の平坦面を有し、溝部は、各平坦面の中央部において軸線方向に延びる形でそれぞれ形成することができる。平坦面を形成した上で溝部を形成することで精度よく溝部を形成できる。同時に、リング部材の余計な部分を切り取ることになるから、発電装置全体の軽量化・低コスト化にも貢献する。
【００１０】
本発明におけるリング部材は、回転軸の軸線周りにおいて平坦面が隣接形成されることで、軸線方向から見たときに平坦面を辺とする正多角形が視認可能とされる形状を有するとともに、その多角形の各辺の中央部に、軸線方向に貫通する溝部を有した形状とすることができる。この構成によれば、リング部材の余計な部分をより多く簡易に切り取ることができ、発電装置全体の軽量化・低コスト化にも貢献するし、形状に対称性があるため全体の重量バランスが崩れることも無い。
【００１１】
本発明におけるリング部材の溝部は、軸線方向における断面が矩形状断面となる形で形成され、コイル部材は、それら溝部に嵌合可能な形状にて形成することができる。矩形状断面における角部を利用する形での位置決めが可能となり、各コイル部材のリング部材への仮配置及び本固定が容易となる。
【００１２】
本発明における各コイル部材は、直方体状の本体部と、本体部の長手方向の第一側から該長手方向に対し垂直に突出する突出部と、を有したＬ字形状をなし、その突出部を、リング部材の溝部に嵌合する嵌合用突出部とすることができる。この構成によれば、リング部材の溝部の溝深さとコイル部材の突出部の突出高さを同じとすれば、単純なリング部材の外周面（あるいは内周面）にコイル部材を配置したシンプルな形状となる。
【００１３】
また、本発明における各コイル部材の突出部は、本体部の一方の主表面の上記長手方向の第一側で、その突出方向（突出部が突出している方向）と上記長手方向と垂直な方向における中央部から突出し、その両脇が上記主表面から続く平坦面となっているよう構成できる。この構成によれば、コイル部材の突出部の突出先端面と側面とが、リング部材の溝部の溝底面と溝側面にそれぞれ当接（面接触）し、さらにコイル部材の突出部両脇の平坦面が、リング部材において溝部が形成される平坦面にも当接（面接触）するから、より安定的な位置決めが可能となり、各コイル部材のリング部材への仮配置及び本固定がより一層容易となる。
【００１４】
本発明におけるコイル部材は、巻き回されたコイルの巻き回し中心孔内を通過する形で貫通形成された貫通孔を有し、リング部材における所定載置位置に配置された状態で、貫通孔内に締結部材が挿通されることにより、リング部材に締結固定されることができる。この構成によれば、仮にコイル内包部材が樹脂材料のようなものであれば、内包されるコイルはその強度を保持する芯のような役割を果たしており、その環状の芯の中心部を締結部材に通過させることにより、コイル部材に部分的な強度低下を生じることが無い。
【００１５】
本発明において、コイル部材に形成される上記貫通孔は、本体部の第一側と嵌合用突出部との双方を貫通する形で形成することができる。この構成によれば、締結部材の挿通長さが長くなるため、リング部材に対しより安定して固定できる。
【００１６】
本発明において、コイル内包部材は樹脂成形体とすることができ、各コイル部材は、巻き回されたコイルを樹脂材料で包み込んだ形で形成することができる。本構成によれば、巻き回されたを内包する形でインサート成形された樹脂射出成型体とすることができ、これにより、全てのコイル部材を同形状（同じ外形形状）となるよう容易に成形できる。
【００１７】
本発明の発電装置は、複数のコイル部材がステータに設けられ、複数の磁界形成部がロータに設けられたものとすることができる。また、ロータは、１方向クラッチを介して回転軸に取り付けられるフライホイールをなす回転体とすることができる。また、ステータは、フライホイールを内包する発電装置筐体（発電機ケース体）に固定（例えば締結固定）させ、回転軸に対し非回転とすることができる。
【００１８】
本発明におけるコイルリングの製造方法は、
巻き回されたコイルを形成する巻回コイル形成工程と、
形成されたコイルを樹脂材料で包み込んで、所定外形形状を有するコイル部材を形成する樹脂モールド工程と、
形成されたコイル部材を、リング部材に対し、その軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けるコイル部材固定工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
上記本発明のコイルリングの製造方法によれば、樹脂モールド工程によりコイル部材を容易に形成することができ、さらに、形成されたコイル部材をリング部材に取り付けるだけで、容易にコイルリングを製造できる。リング部材の取り付けが、ボルトなどの締結部材による着脱可能な固定であれば、コイルリングの交換が容易に可能となり、メンテナンス性にも優れる。樹脂モールド工程に関しては、例えば、巻き回された状態のコイルを金型の成形空間内に内包させ、その成形空間内に熱硬化性樹脂を流し込み、これを硬化させることにより、コイル部材を成形させることで、コイル部材を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のコイルリングを備えた発電装置において、ケースの一部を取り外して内部を示した斜視図。
【図２】図１の発電装置における発電ケース体内部を拡大した拡大断面図。
【図３】図１の発電装置の図２とは異なる実施形態であり、その実施形態における発電ケース体内部を拡大した拡大断面図。
【図４】図１のコイルリングの斜視図。
【図５】図４のコイルリングの正面図。
【図６】図４のコイルリングの側面図。
【図７】図５のＡ−Ａ断面図。
【図８】図７の部分拡大図。
【図９】図４のコイルリングを切断した状態の斜視図。
【図１０】図４のコイルリングを構成するリング部材の正面図。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ断面図。
【図１２】図１１の部分拡大図。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ断面図。
【図１４】図４のコイルリングを構成するコイル部材の斜視図。
【図１５】図１４のコイル部材の上面視図。
【図１６】図１５のＤ−Ｄ断面図。
【図１７】図４のコイルリングの製造方法を示す第一の図。
【図１８】図１７の第一側金型の構成を説明する図。
【図１９】図４のコイルリングの製造方法を示す第二の図。
【図２０】本発明の発電装置の一実施形態である風力発電装置であって、ブレード及びハブを受風方向上流側から見た図。
【図２１】図２０の部分拡大図と、それを平面視した図。
【図２２】図２０の風車を有した風力発電装置の部分断面図であって、錘部材が径方向内側に位置した状態を示す図。
【図２３】図２２の部分拡大図。
【図２４】図２０の風車を有した風力発電装置の部分断面図であって、錘部材が径方向外側に位置した状態を示す図。
【図２５】図２４の部分拡大図。
【図２６】図２３の状態を簡略的に示した模式図。
【図２７】図２３を平面視した状態を簡略的に示した模式図。
【図２８】図２５の状態を簡略的に示した模式図。
【図２９】図２５を平面視した状態を簡略的に示した模式図。
【図３０】図２０の実施形態におけるブレードの回転動作を簡略的に説明する模式図。
【図３１】図２０の実施形態を適用可能な本発明の風力発電装置の一実施形態を簡略的に示す外観図。
【図３２】図３１の風力発電装置の電気的構成を簡略的に示すブロック図。
【図３３】図３１の風力発電装置の出力部の電気的構成の一例を簡略的に示すブロック図とその変形例を簡略的に示すブロック図。
【図３４】図３１の風力発電装置における風車部分を簡略的に示す拡大断面図。
【図３５】図３１の風力発電装置における支柱部分の拡大断面図。
【図３６】図２０とは異なる実施形態の風力発電装置の側面図。
【図３７】図３６の正面図。
【図３８】図３６の背面図。
【図３９】図３６の後方側斜視図。
【図４０】図３６の前方側斜視図。
【図４１】図３６の側面断面図（側面透視図）。
【図４２】図３６の風導ケース部分の底面透視図。
【図４３】図３１とは異なる本発明の実施形態である風力発電装置を示す斜視図。
【図４４】図４３の風車のブレードの斜視図。
【図４５】図４４のブレードの背面図。
【図４６】図４４のブレードの正面図。
【図４７】図４５のブレードの左側面図。
【図４８】図４５のブレードの右側面図。
【図４９】図４５のブレードの平面図。
【図５０】図４５のブレードの底面図。
【図５１】図４３の風力発電装置の風車部分の側面図。
【図５２】図４３の正面図。
【図５３】図４３の背面図。
【図５４】図４３の後方側斜視図。
【図５５】図４３の前方側斜視図。
【図５６】図２０及び図３６とは異なる実施形態の風力発電装置であって、ブレード及びハブを背面側から見た図。
【図５７】図５６の部分拡大図と、それを平面視した図。
【図５８】図５６の風車を有した風力発電装置の部分断面図であって、錘部材が径方向内側に位置した状態を簡略的に示した模式図。
【図５９】図５８を平面視した状態を簡略的に示した模式図。
【図６０】図５６の風車を有した風力発電装置の部分断面図であって、錘部材が径方向外側に位置した状態を簡略的に示した模式図。
【図６１】図６０を平面視した状態を簡略的に示した模式図。
【図６２】図５６に示す実施形態におけるブレードの回転動作を簡略的に説明する模式図。
【図６３】図６２に続く図。
【図６４】図４４のブレードの変形例を示す平面図。
【図６５】図６４の底面図。
【図６６】図２１及び図５７とは異なる角度変更機構を説明する図。
【図６７】図２１、図５７及び図６６とは異なる角度変更機構を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のコイルリングを備えた発電装置の実施形態の一例を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の発電装置の内部構造を示すために、該発電装置のケース体の一方を取り外して内部を露出させた状態を示した斜視図であり、図２は、その発電装置の内部構造を示す断面図である。
【００２２】
発電装置１は、回転軸２と、該回転軸２の軸線２ｘ周りにＮ極とＳ極の磁界形成部９２が交互に複数環状配列された環状磁界形成部群９２０と、該回転軸の軸線周りに各コイル９４が巻き回しの向きが交互に逆向きとなる形で複数環状に配列された環状コイル群９４０と、を備え、該回転軸２の軸線２ｘと同軸をなす形でそれら環状磁界形成部群９２０と環状コイル群とが対向配置される。そして、回転軸２の回転に伴い、それら環状磁界形成部群９２０と環状コイル群９４０との相対回転が生じ、これにより発電が生じるよう構成されている。
【００２３】
本実施形態の発電装置１は、図２に示すように、発電ケース体１００内に、回転軸２の周りを回転可能なロータ（発電機回転子）５１，９１と、該ロータ５１，９１に対し非回転となるステータ（発電機固定子）５３，９３と、を回転軸２と軸線を同じくして配置される形で構成される。ロータ（発電機回転子）５１，９１には、その周方向に沿って所定間隔おきに、磁界形成部をなす複数の磁性部材５２，９２が設けられる。ステータ５３，９３には、それら磁性部材５２，９２に対しエアギャップを形成する形で対向する形で、ステータコイル５４，９４が設けられる。それら磁性部材５２，９２とステータコイル５４，９４との相対回転により電力を生成する。生成される電力（発電電力）は、その相対回転速度が大きいほどが大となる。ここでの磁性部材５２，９２は永久磁石であり、例えばネオジウム磁石等を用いることができる。また、磁性部材５２，９２とステータコイル５４，９４との数の比は、ここでは３：４であり、ステータコイル５４，９４からは三相の交流電力が出力される。
【００２４】
なお、本実施形態の発電装置１は、一般的な発電装置とは異なり、第１の発電機５及び第２の発電機９を備えて構成され、それら第１の発電機５及び第２の発電機９のそれぞれがロータ５１，９１と、ステータ（発電機固定子）５３，９３とを備えて構成され、さらにロータ５１，９１がフライホイール７に一体回転可能に固定されている。つまり、ロータ５１，９１は、フライホイール７を含んだ回転体ともいえる。
【００２５】
本発明のコイルリング９００は、こうした発電装置１に設けられるものである。本実施形態のコイルリング９００は、図４〜図９に示すように、上記発電装置１のステータ５３，９３として設けられており、複数のコイル５４，９４をそれぞれコイル包含部材９６０により内包させて非露出とした状態に形成され、かつそれぞれの外形形状が同一となる形で形成された複数のコイル部材９６と、それらコイル５４，９４を内包する各コイル部材９６を回転軸２の軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けたリング部材９５と、により構成されている。ここでのコイル内包部材９６０は樹脂材料からなる樹脂成形体であり、各コイル部材９６は、巻き回されたコイル５４，９４を樹脂材料で包み込んだ形で形成されている。
【００２６】
なお、本実施形態においては、ステータ５３，９３の双方ともが同様のコイルリング９００として構成されている。
【００２７】
コイルリング９００におけるリング部材９５には、図１０〜図１３に示すように、回転軸２の軸線２ｘ周りにおいて所定間隔おきに溝部９５Ａが形成されており、それら溝部９５Ａに嵌め込まれる形でコイル部材９６が取り付けられる。
【００２８】
具体的に言えば、本実施形態のリング部材９５は、図１３に示すように、その外周面（あるいは内周面でもよい）に、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向に垂直で、かつ回転軸２の軸線２ｘの延出方向（軸線方向）に平行となる複数の平坦面９５ｃを有し、溝部９５Ａは、各平坦面９５ｃの中央部において軸線２ｘの延出方向（軸線方向）に延びる形でそれぞれ形成される。リング部材９５は、回転軸２の軸線２ｘ周りにおいて平坦面９５ｃが隣接形成されることで、その軸線方向から見たときに、それら平坦面９５ｃを辺とし、かつ周方向において隣接する該平坦面９５ｃ同士の隣接点９６ｄを頂点とする正多角形状が視認可能とされる形状を有する。そして、その正多角形の各辺の中央部には、上記軸線方向に貫通する溝部９５Ａが形成されている。本実施形態の溝部９５Ａは、上記軸線方向における断面が矩形状断面となる形で形成されている。
【００２９】
他方、コイルリング９００におけるコイル部材９６は、上記溝部９５Ａに嵌合可能な形状にて形成される。各コイル部材９６は、巻き回されたコイル５４，９４を所定外形形状を有する中空のケース体に内包させる形で形成されていてもよいが、ここでは、巻き回されたコイル５４，９４を内包する形でインサート成形された樹脂射出成型体であり、全てが同形状に成形される。コイル部材９６は、図１４〜図１６に示すように、直方体状の本体部９６Ｂと、本体部９６Ｂの裏面９６ｂの長手方向第一側（図中の上側）からその長手方向に対し垂直に突出する突出部９６Ａと、を有したＬ字形状をなす。
【００３０】
本実施形態の突出部９６Ａは、本体部９６Ｂの長手方向の第一側端部のうち、その長手方向及び突出方向に対し垂直な方向における中央部において突出形成されており、その垂直な方向の両端側は、本体部９５Ｂの裏面９６ｂから続く面（符号９６ａｃ：図１４参照）として形成されている。
【００３１】
なお、ここでいう直方体状とは、直方体の角部に対し、該直方体における直線をなす各辺よりも小幅の面取りがなされ、その一部が切り取られたような形状も含む。本実施形態においては、図１５に示すように、コイル部材９６の本体部９６Ｂには、その表裏両主面９６ｃ、９６ｂ（図１６参照）の四辺をなす角部９６ｘに、湾曲面を形成する形で面取り部が設けられる一方、本体部９６Ｂの外周面の四つの角部９６ｙに、角部９６ｘよりも径大の湾曲面を形成する形で面取り部が設けられる。また、図１５に示すように、コイル部材９６の突出部９６Ａは、リング部材９５の溝部９５Ａに嵌合する嵌合用突出部であり、該突出部９６Ａの裏側主面９６ａ（図１４参照）の四辺をなす角部９６ｗには、湾曲面を形成する形で面取り部が設けられており、該突出部９６Ａの外周面の四つの角部のうち長手方向第一側とは逆の長手方向第二側（図中下側）の２つの角部９６ｚが、角部９６ｗよりも径大の湾曲面を形成する形で面取り部が設けられる。本実施形態の溝部９５Ａは、上記軸線方向に貫通する形で形成されており、該溝部９５Ａにコイル部材９６が取り付けられた際に、コイル部材９６における長手方向の第一側端面９６ｓが、リング部材９５の同じ側（上記軸線方向の第一側：図中上側）の端面９５ｓと面一となるように形成されている（図８参照）。
【００３２】
また、本実施形態において、コイル部材９６とリング部材９５とを固定する固定部材は、図２に示すように、ボルト等の締結部材９７であり、該締結部材９７によってコイル部材９６とリング部材９５とが一体に固定され、コイルリング９００となる。コイル部材９６とリング部材９５との双方には、締結部材９７を挿通させるための孔９６Ｄ，９５Ｄが形成されている。本実施形態のコイル部材９６には、本体部９６Ｂの長手方向第一側と突出部９６Ａとの双方を貫通する位置に、締結部材挿通用の貫通孔９６Ｄが、突出部９６Ａの突出方向に貫通する形で形成されており、他方、リング部材９５にも、溝部９５Ａの底面９５ａから径方向に雌ネジ穴９５Ｄが形成されている。なお、コイル部材９６の貫通孔９６Ｄは、図８及び図１６に示すように、巻き回された状態で内包されているコイル５４，９４の巻き回し中心孔５４Ｑ，９４Ｑ（図１７参照）内を通過する形で形成されている。
【００３３】
ここで、コイルリング９００の製造方法について説明する。まずは、コイルリング９００のコイル部材９６の製造方法について、図１７及び図１８を用いて説明する。
【００３４】
コイル部材９６の製造方法は、巻き回されたコイル５４，９４を形成する巻回コイル形成工程と、形成されたコイル５４，９４を樹脂材料で包み込んで、所定外形形状を有するコイル部材９６を形成する樹脂モールド工程と、形成された各コイル部材９６を、リング部材９５に対し、その軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けていくコイル部材固定工程と、をこの順で行う形でなされる。
【００３５】
巻回コイル形成工程は、図１７の左上に示されている巻き回されたコイル５４，９４を形成する工程である。図１７の左上のコイル５４，９４は、予め定められた数だけ巻き回され、テープ５４ａ，９４ａにより２か所で固定されて形成されたものであり、これらが多数形成される。
【００３６】
樹脂モールド工程は、図１７において、その左上から左下、右下、最後に右上という順で示されている。具体的には、成形されるコイル部材９６の外周を被う貫通孔（コイル部材９６の外周形状と一致する貫通孔）９０１Ｂを有した中央型９０１と、該中央型９０１の上下方向における第一側（ここでは下側）に配置され、成形されるコイル部材９６の主表面９６ｃ（図１６参照）を被う第一側型９０２と、該中央型９０１の上下方向における第二側（ここでは上側）に配置されるとともに、成形されるコイル部材９６の主裏面９６ｂ（図１６参照）を被う第二側型９０３と、を有した金型９０００を用いる。第一側型９０２は、成形されるコイル部材９６の主表面９６ｃと密着する面に、該コイル部材９６に貫通孔９６Ｄを形成するための貫通孔形成用突起部９０２ｄと、該コイル部材９６の表面側中央凹部９６Ｆを形成するための表面側中央凹部形成用突起部９０２ｆと、を有する。第二側型９０３は、図１８に示すように、中央型の貫通孔９０１Ｂに対応する位置に同様の貫通孔（コイル部材９６の外周形状と一致する貫通孔）９０３Ｂを有した型本体９０３Ｃを備えるとともに、該型本体９０３Ｃとは別体で、成形されるコイル部材９６の主裏面９６ｂと密着する面に、該型本体９０３Ｃの貫通孔９０３Ｂ内に配置されて突起部形成用凹部９０３ａと、該コイル部材９６の裏面側中央凹部９６Ｅを形成するための表面側中央凹部形成用突起部９０２eと、を有する内包型９０３Ａと、を備えて構成される。
【００３７】
樹脂モールド工程では、この金型９０００の成形空間をなす貫通孔９０１の内部に、図１７の左下に示すように、巻回コイル形成工程で形成されたコイル５４，９４を、両端部５４ｂ、９４ｂが外部に出る形で配置する。具体的に言えば、コイル５４，９４は、自身の巻き回し中心孔５４Ｑ，９４Ｑ内を第一側型９０２の貫通孔形成用突起部９０２ｄが貫通する形で配置される。
【００３８】
その上で、図１７の右下に示すように、第一側型９０２、中央型９０１、第二側型９０３をこの順で積み上げ、成形空間をなす貫通孔９０１の内部に、流動状態の熱硬化性樹脂を充填するとともに、これらの型９０１，９０２，９０３を上下の挟圧板９０４，９０５で挟み込み、押圧機構９６により押し付ける形で保持する。この押圧機構９６は、中央型９０１と第一側型９０２と第二側型９０３の型本体９０３Ｃに形成される内部空間に充填された樹脂材料を、その開口部（貫通孔）９０３Ｂから押し付ける役割を果たしており、この状態で、内部に充填された樹脂材料を硬化させる。硬化後は、型９０１，９０２，９０３をばらけて、図１７の右上に示すように、中央型９０１から、成形されたコイル部材９６’を取り外すとともに、ばり等を取り除いてコイル部材９６として仕上げる。
【００３９】
なお、製造されたコイル部材９６には、本体部９６Ｂの第一側と嵌合用突出部９６Ａとの双方を貫通し、さらに、内包している巻き回されたコイル５４，９４の巻き回し中心孔内を貫通する形で貫通孔９６Ｄを有する。また、製造されたコイル部材９６には、その表裏領主表面９６ｂ，９６ｃのそれぞれに、上記軸線方向において突出部９６Ａよりも第二側の位置に、表面側中央凹部９６Ｆと裏面側中央凹部９６Ｅが形成されており、それら表面側中央凹部９６Ｆと裏面側中央凹部９６Ｅは、コイル部材９６を突出部９６Ａの突出方向から見たときに、巻き回された状態で内包されているコイル５４，９４の巻き回し中心孔内に位置するように形成されている。
【００４０】
次に、このようにして製造されたコイル部材９６を、図１０〜図１３に示すリング部材９５に固定するコイル部材固定工程が行われる。コイル部材固定工程は、図１９に示すように、リング部材９５の溝部９５Ａに、コイル部材９６の突出部９６Ａを嵌合させる形で配置し、その状態で締結部材９７により双方を締結固定する形でなされる。
【００４１】
具体的に言えば、コイル部材９６とリング部材９５とを固定する際には、まずはリング部材９５における所定載置位置にコイル部材９６を配置し、ボルトをなす金属製締結部材９７（図２参照）をコイル部材９６の貫通孔９６Ｄに挿通させ、該締結部材９７の先端の雄ネジ部をリング部材９５の雌ネジ穴９５Ｄにねじ込む。これにより、そのコイル部材９６は挟圧される形でリング部材９５に締結固定される。一方で、この締結部材９７を逆向きに回せば、コイル部材９６をリング部材９５から取り外すこともできる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、リング部材９５所定載置位置にコイル部材９６を配置する際には、コイル部材９６における突出部９６Ａの先端面９６ａ（図１４参照）とリング部材９５における溝部９５Ａの溝底面９５ａ（図１１参照）とが当接（面接触）し、コイル部材９６における突出部９６Ａの両脇に位置する本体部９６Ｂの裏面９６ａｃ（図１４参照）とリング部材９５における溝部９５Ａの両脇の外周平坦面９５ｃ（図１１参照）とが当接（面接触）し、コイル部材９６における突出部９６Ａの周方向側面９６ａｂ（図１４参照）とリング部材９５の溝部９５Ａの溝側面（周方向両側の側面：図１１参照）９５ｂとが当接（面接触）することにより周方向において位置決めし、その上で、締結部材９７による固定がなされる。
【００４３】
ところで、本実施形態の発電装置１では、コイルリング９００として形成されるステータ５３，９３は、フライホイール７等を内包する発電機ケース体１００（発電装置筐体）の内部に固定されている。
【００４４】
発電ケース体１００は、互いに別体形成された受風方向２ｗの上流側のケース体１００Ａと下流側のケース体１００Ｂとが締結部材によって締結固定される形で筐体化されたものであり、ステータ９３をなすコイルリング９００は、上流側ケース体１００Ａの内面に面接触させた形で、ボルト等の締結部材９８を、その上流側ケース体１００Ａの外側から、内部で面接触しているリング部材９５のネジ穴９５Ｃにねじ込むことにより締結固定される。ステータ５３をなすコイルリング９００も同様、下流側ケース体１００Ｂの内面に面接触させた形で、その下流側ケース体１００Ｂの外側から、内部で面接触しているリング部材９５のネジ穴９５Ｃにねじ込むことにより締結固定される。ステータ９３，５３は発電ケース体１００（１００Ａ，１００Ｂ）に固定され、回転軸２に対し非回転な固定状態となっている。
【００４５】
コイル５４，９４は、コイル部材９６の本体部９６Ａの上記長手方向の第一側の側面から引き出されている。図１７の左上の図における符号５４ｂ、９４ｂが、コイル５４，９４が引き出された部分である。そして、少なくともリング部材９５の上記長手方向の第一側の側面９５ｓが面接触する形で、リング部材９６が発電機ケース体１００（１００Ａ，１００Ｂ）にボルト等の締結部材９８により締結固定されている。ここでは、コイル部材９６の上記長手方向の第一側の側面９６ｓと、リング部材９５の上記長手方向の第一側の側面９５ｓが面接触する形で、リング部材９６が発電機ケース体１００に固定されている。
【００４６】
以下、本実施形態の発電装置を採用した風力発電装置について、図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００４７】
なお、本発明の発電装置は、以下で述べる構成の風力発電装置の構成に限られるものではなく、また、風力発電に限られるものでもなく、他の発電方法を採用した発電装置であってもよい。
【００４８】
図２０は、本実施形態の風力発電装置においてブレード及びハブを正面側から見た図であり、図２１はその部分拡大図である。図２２は、図２０の風車３を有した本実施形態の風力発電装置の部分断面図であり、図２３はその部分拡大図であり、双方とも、後述する錘部材３５が内方に位置している。図２４は、図２０の風車を有した本実施形態の風力発電装置の部分断面図であり、図２５はその部分拡大図であり、双方とも、後述する錘部材３５が外方に位置している。
【００４９】
図２０に示す本実施形態の風力発電装置１の風車３は、風力を受けて所定の回転軸２の周りを一定回転方向に回転するものであり、該回転軸２の周りに２以上設けられるブレード（翼）３０と、該ブレード３０を、その受風面３０ｗ（図３０参照）の幅方向Ｗと回転軸２の回転軸線２ｘの方向とのなす角度θが可変可能となる形で回転軸２に対し固定されるブレード固定部３３と、該ブレード３０の角度θを、風力が所定の微風レベルを下回る場合に最も風平行寄り（風平行方向Ｘ寄り：受風方向２ｗ寄り）となる所定の初期回転用角度位置Ａとして加速回転しやすいようにする第一段階（回転開始段階）と、風力が所定の微風レベルをこえた場合に風直交寄り（風直交面Ｙ寄り）に可変してより高速回転となりやすいようにする第二段階（高回転段階）と、風力が所定の強風レベルをこえた場合に過回転が防止されるようにする第三段階（過剰回転防止段階）という風力に応じた各段階を有し、それら各段階する形で、風力に応じて自立的に可変するよう調整する角度調整機構３００（図２２及び図２４参照）と、を備えて構成される。
【００５０】
本実施形態の風車３は、図２２及び図２４に示すように、受風方向２ｗが回転軸２の回転軸線２ｘの方向と一致している。風車３は、該受風方向２ｗから風力を受けることで一定方向に回転するように配置される複数のブレード３０と、それら複数のブレード３０を回転軸２と一体回転可能に連結（接続）するハブ２２と、を備えて構成される。
【００５１】
ブレード３０は、受風面３０ｗ（図３０参照）が受風方向２ｗに対し交差するように配置されており、回転軸２の回転軸線２ｘの方向からの風力を受けて回転する。ブレード３０は、回転軸線２ｘの周りに所定間隔おきに２以上設けられ（ここでは等間隔おきに３枚）、各々が回転軸２に対し径方向外向きに延出する。
【００５２】
ハブ２２は、図２３及び図２５に示すように、回転軸２に対し一体回転する形で固定される軸固定部（固定部材）２２１と、各ブレード３０を軸固定部２２１に固定するブレード固定部（翼固定部）３３と、を有する。これにより、各ブレード３０は、対応するブレード固定部３３によって軸固定部２２１（図２０及び図２１参照）に固定され、回転軸２と一体に回転する。
【００５３】
軸固定部２２１は、図２３及び図２５に示すように、円盤形状をなす環状の前端部２２１Ａと、その前端部２２１Ａの中心部が回転軸２の受風方向下流側に延出した筒状の後端部２２１Ｂとを有した形状をなす。軸固定部２２１は、受風方向上流側から回転軸２が挿通されており、それらが締結部材によって互いが一体に回転するよう固定されている。
【００５４】
ブレード固定部３３は、図２３及び図２５に示すように、複数あるブレード３０毎に設けられ、対応するブレード３０が風力を受けた場合にその受風面３０ｗの幅方向Ｗが風平行寄りとなるよう押圧力ＦＷ（図３０参照）を受ける形で、なおかつ該幅方向Ｗと回転軸線２ｘの方向とのなす角度θが可変可能な形で、共通の軸固定部（固定部材）２２１に固定される。これにより、各ブレード固定部３３は、回転軸２と一体回転可能に固定された共通の軸固定部（固定部材）２２１を介して回転軸２に対し一体に固定される。
【００５５】
本実施形態のブレード固定部３３は、ブレード３０の延出方向に延びる回転支軸３３Ｚと、該回転支軸３３Ｚの軸線３３ｚ（図２１参照）周りにおいて互いのなす角度を可変可能とされた対をなす２つの固定部３３Ａ，３３Ｂとを有した蝶番部材である。一方の固定部３３Ａは、ブレード取付部材３３０を介した形で、ブレード３０（ブレード３０の内周側端部をなす固定部３０Ｕ）に対し締結部材によって一体に固定される。他方の固定部３３Ｂは回転軸２側の軸固定部２２１に対し同じく締結部材によって一体に固定され、これによりブレード固定部３３全体が軸固定部２２１と一体回転可能となる。
【００５６】
本実施形態のブレード取付部材３３０は、図２１に示すように、ブレード３０を挟持するための対をなす平行板部３３０Ａ，３３０Ａと、これらを直交する形で結合する直交結合部３３０Ｂとを有して構成され、平行板部３３０Ａ，３３０Ａに挟まれたブレード３０（固定部３０Ｕ）が締結部材によって一体に固定される。図２１の（ａ）は、図２０における１つのプレート固定部を拡大した部分断面図であり、図２１の（ｂ）及び（ｄ）は図２１（ａ）のＡ−Ａ断面、図２１（ｃ）及び（ｅ）は図２１（ａ）のＢ−Ｂ断面を簡略的に示した模式図である。ただし、図２１の（ｂ）及び（ｄ）と、図２１の（ｃ）及び（ｅ）とではブレード３０の幅方向Ｗと回転軸線２ｘの方向とのなす角度θが異なっており、図２１の（ｂ）及び（ｄ）はブレード３０が風直交寄りの状態、図２１の（ｃ）及び（ｅ）はブレード３０が風平行寄りの状態を示している。図２１においては、ブレード固定部３３の固定部３３Ａが直交結合部３３０Ｂに対し締結固定され、ブレード３０が平行板部３３０Ａ，３３０Ａと共に回転支軸３３Ｚの軸線３３ｚ周りに回転可能とされている。他方、ブレード固定部３３の固定部３３Ｂは、軸固定部２２１に対し締結部材によって直接固定されている。
【００５７】
回転支軸３３Ｚは、図２７及び図２９に示すように、ブレード３０が幅方向Ｗにおける第一側の端部３０Ａ側を中心にして、他方の第二側の端部３０Ｂ側が回転するよう、第一側の端部３０Ａ側に偏った位置に設けられている。本実施形態においては、第一側の端部３０Ａが軸線３３ｚに対し内周側となり、第二側の端部３０Ｂが外周側となっており、ここでの回転支軸３３Ｚは、第一側の端部３０Ａ側の端縁位置よりも外側に軸線３３ｚが位置している。
【００５８】
角度調整機構３００は、図３０に示すように、風力が所定の微風レベルを下回る場合に、その風力を受けるブレード３０を幅方向Ｗが最も風平行寄り（風平行方向Ｘ寄り）となる所定の初期回転用角度位置Ａに保持させる初期位置保持手段（ここでは後述する延出部３８０と当接部３９０）と、翼３０をその初期回転用角度位置Ａに付勢保持する付勢手段３４（図２３及び図２５参照）と、風力がその微風レベルを上回った場合に、遠心力ＦＡが、ブレード３０に加わるその風力による受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４の付勢力ＦＢとに打ち勝つことにより自らを外方に変位させつつブレード３０が風直交寄り（風直交面Ｙ寄り）に可変するようリンク機構３７（図２３及び図２５参照）を介してブレード３０に連結する錘部材３５（図２３及び図２５参照）と、を備え、風力が所定の強風レベルに達した場合には、ブレード３０を幅方向Ｗが最も風直交寄りとなる所定の高速回転用角度位置Ｂに到達させるとともに、風力がその強風レベルをさらに上回った場合には、その風力による押圧力ＦＷと付勢手段３４の付勢力ＦＢとが遠心力ＦＡに打ち勝って錘部材３５を内方に押し戻すことにより、ブレード３０をその幅方向Ｗが風平行寄りとなるよう復帰させる。
【００５９】
なお、本発明において、ブレード３０の受風面３０ｗの幅方向Ｗが風平行寄りであるとは、ブレード３０の受風面３０ｗの幅方向Ｗと、受風方向２ｗ（即ち回転軸２の回転軸線２ｘの方向、即ち風平行方向Ｘ）とのなす角が小さい側に寄るという意味であり、ブレード３０の受風面３０ｗの幅方向Ｗが風直交寄りであるとは、ブレード３０の受風面３０ｗの幅方向Ｗと、受風方向２ｗに直交する面Ｙ（即ち回転軸２の回転軸線２ｘの方向に対する直交面Ｙ）とのなす角が小さい側に寄るという意味である。
【００６０】
以下、本実施形態の角度調整機構３００の構成を、図２６〜図２９を用いて説明する。なお、本発明の角度調整機構３００は、以下で述べる本実施形態の構成に限られるものではない。
【００６１】
錘部材３５は、複数あるブレード３０毎に設けられ、図２６及び図２８に示すように、それぞれが回転軸２に対し一体回転可能となるよう取り付けられる。これら錘部材３５は、回転軸２の回転に伴い自らも回転し、自らが受ける遠心力に応じて回転軸線２ｘに対する径方向内外に変位可能となるよう、リンク機構３７（図２３及び図２５参照）を介して回転軸２と一体にあるいは連動して回転可能に設けられている。ここでは軸固定部２２１に対し、その径方向（対応する錘部材３５が変位する径方向）と回転軸線２ｘとの双方に対し直交する回転軸線３７１ｙ周りに回転可能な形で連結固定される。一方で、リンク機構３７を介して共通の連結部材３６に対し連結し、これにより、連結部材３６は、錘部材３５の径方向における内外への変位に応じて、回転軸２上をスライド移動するように設けられる。
【００６２】
リンク機構３７は、回転軸２の回転速度が大きいほど大きく作用する遠心力ＦＡによって可動するものであり、遠心力ＦＡが大きくなるほど錘部材３５が外方に位置し、遠心力が小さくなるほど錘部材３５が内方に位置するよう、予め定められた径方向範囲の中で錘部材３５を変位させる。本実施形態においては、図２６及び図２８に示すように、互いがリンク結合する第一リンク部材３７１と第二リンク部材３７２とを有して構成される。Ｌ字形状に形成された第一リンク部材３７１には、一方の端部３７１Ａに錘部材３５が締結部材により一体に固定され、他方の端部３７１Ｂに第二リンク部材３７２の一方の端部３７２Ａが、回転軸線２ｘとその径方向（対応する錘部材３５が変位する径方向）との双方に直交する回転軸線３７２ｙを有する形で互いに回転可能に取り付けられる。第二リンク部材３７２の他方の端部３７２Ｂは、円盤形状をなした環状の連結部材３６の外周部に対し、回転軸線３７２ｙと平行な回転軸線３７３ｙを有する形で互いに回転可能に取り付けられる。また、Ｌ字形状に形成された第一リンク部材３７１の中間に位置する屈曲部３７１Ｃには、軸固定部２２１に対し同じく回転軸線３７２ｙと平行な回転軸線３７１ｙを有する形で回転可能に取り付けられる。軸固定部２２１は、回転軸２と一体に固定されており、錘部材３５の径方向の移動に伴い変位を生じることはなく、この軸固定部２２１を固定リンクとする形で、第一リンク部材３７１と第二リンク部材３７２とが可動する。
【００６３】
付勢手段３４は、ばね部材（引っ張りばね）であり、ブレード３０毎に設けられ、それら付勢手段３４は、図２６及び図２８に示すように、一方の端部が軸固定部２２１におけるブレード固定部３３とは逆の面側にて固定されるとともに、他方の端部が、回転軸線２ｘの方向にて対向する連結部材３６の対向面側にて固定される。本実施形態においては、軸固定部２２１の受風方向上流側の面に、ばね部材３４の一端を固定するばね固定部２２１ｃ（図２１（ａ）参照）が設けられ、連結部材３６の受風方向下流側の面に、ばね部材３４の他端を固定するばね固定部３６ｃ（図２３及び図２５参照）が設けられている。このばね固定部２２１ｃ，３６ｃの対が予め複数個所（ここでは三箇所）に設けられていることで、ばね部材３４の数を増やす形での付勢力の調整が可能となっている。
【００６４】
連結部材３６は、リンク機構３７及び軸固定部２２１を介して回転軸２に対し一体回転可能とされるとともに、錘部材３５の径方向内方への変位により回転軸線２ｘの第一側にスライド移動し（図２６及び図２７参照）、錘部材３５の径方向外方への変位により回転軸線２ｘの第二側にスライド移動する（図２８及び図２９参照）ように、中央部にて軸受装置を介して回転軸２に対し連結している。ここでは第一側が受風方向下流側（軸固定部２２１側）、第二側が受風方向上流側である。
【００６５】
連結部材３６には、対応するブレード３０を、錘部材３５の径方向内方への変位による回転軸線２ｘの第一側へのスライド移動によって角度θが風平行寄りとなるよう直接的又は間接的に押し付け、錘部材３５の径方向外方への変位による回転軸線２ｘの第二側へのスライド移動によって角度θが風直交寄りとなるよう直接的又は間接的に引き戻す押付部材３６２が、ブレード３０毎に設けられている。これにより、各ブレード３０の角度θは、それら錘部材３５の径方向における内外への移動に伴いスライド移動する連結部材３６の回転軸上の位置に応じて決定されるよう構成されており、これにより各ブレード３０の角度θが互いに同期して同角度となる形で変化する。
【００６６】
なお、図２６〜図２９における各押付部材３６２は、対応するブレード３０を直接的に押し付ける、あるいは引き戻す構成として図示されているが、実際のところは図２１に示すように、軸固定部２２１の円盤状の前端部２２１Ａに形成された貫通孔２２１ｈを貫通する形で延出し、その延出先端部が、対応するブレード３０に一体に固定される固定部３３Ａ（ここでは受風方向上流側の平行板部３３０Ａに設けられた回転固定部３３０ａ）に対し、回転支軸３３Ｚの軸線３３ｚと平行な軸線周りに回動可能な形で固定されている。なお、ここでの押付部材３６２は、固定部３３Ａの回転支軸３３Ｚから遠い側の第二側に対し回動可能に固定されている。
【００６７】
また、錘部材３５は、径方向における可動範囲があらかじめ規定されている。図２８の状態は、錘部材３５が径方向の最外位置にある状態であり、リンク機構３７の構成上、これ以上径方向外側には変位できない。錘部材３５が、この最外位置に到達したときに、ブレード３０は、その受風面３０ｗの幅方向Ｗが最も風直交寄りとなる所定の高速回転用角度位置Ｂに到達する（図３０参照）。一方で、図２６の状態は、錘部材３５が径方向の最内位置にある状態であり、これ以上径方向内側には変位できない。ただし、これはリンク機構３７の構成により規定される最内位置ではない。即ち、その最内位置は、ブレード３０を含むブレード３０の風平行寄りへの角度変更動作に連動して動作する可動構造体に対し、その動作方向に対向する位置に設けられた当接部材３８との当接位置として規定されている。図２６及び図２７、さらには図３０（ａ）の状態において、ブレード３０は、風力による押圧力ＦＷと付勢手段３４による付勢力ＦＢにより風平行寄りに付勢されるが、それらの力ＦＷ及びＦＢによるブレード３０の風平行寄りへの角度変更動作は、ブレード３０を含むブレード３０の角度変更動作に連動して動作する可動構造体に対し当接部材３８が当接する形で止まる。そして、その停止位置が、錘部材３５の径方向における最内位置であって、同時のそのときのブレード３０の位置が、初期回転用角度位置Ａとなっている。
【００６８】
本実施形態においては、各ブレード固定部３３が、回転軸２と一体回転可能に固定された共通の固定部材を介して回転軸２に対し固定され、その固定部材が当接部材３８として機能する。ここでは、軸固定部２２１が当接部材３８である。一方、連結部材３６は、ブレード３０の幅方向Ｗが風平行寄りとなるに従い上記固定部材に接近するようリンク機構３７と接続しており、上記の可動構造体３９として機能する。そして、当接部材３８である軸固定部２２１及び可動構造体３９である連結部材３６のいずれか又は双方には他方の部材に向けて延出する延出部３８０が形成されており、その延出部３８０における他方の部材側の先端がその他方の部材の当接部３９０に対し当接することにより、ブレード３０が初期回転用角度位置Ａに位置保持される。ここでは、連結部材３６に、その中央部から軸固定部２２１側に向けて延出形成された筒状部又は突起部が延出部３８０として形成されており、その先端と軸固定部２２１の当接部３９０とが当接することにより、ブレード３０は、初期回転用角度位置Ａに位置保持される。なお、当接部材３８の当接部及び可動構造体３９の当接部のうち少なくとも一方は、ゴム等の弾性部材として設けられている。ここでは、軸固定部２２１の当接部３９０が弾性部材として設けられている。
【００６９】
このような構成を有することにより、ブレード３０は、図３０に示すような形で動作することになる。
【００７０】
即ち、風力が所定の微風レベルを下回る場合には、図３０（ａ）に示すように、その風力によるブレード３０の受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４の付勢力ＦＢとが遠心力ＦＡに打ち勝って錘部材３５を内方に押し付けて、ブレード３０は初期回転用角度位置Ａに付勢保持される。具体的にいえば、風力が所定の微風レベルを下回る場合、上述の可動構造体３９が当接部材３８に当接するよう上記の押圧力ＦＷと付勢力ＦＢとにより押し付けられ、その当接位置である初期回転用角度位置Ａにブレード３０が位置保持され、このときブレード３０は、その受風面の幅方向が最も風平行寄りとなる。この状態は、わずかな風力でも風車３が高いトルクを得やすい状態で、風車３が回転し易い状態である。ただし、高い回転数を得難い状態である。
【００７１】
風力が上記の微風レベルを上回った場合には、図３０（ｂ）に示すように、遠心力ＦＡが増大し始めて、受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４の付勢力ＦＢとに打ち勝ち、ＦＡと、ＦＷ及びＦＢとが釣り合う位置まで錘部材３５が外方へ変位するとともに、ブレード３０の角度θも初期回転用角度位置Ａを離れ、風直交寄りへと位置を変える。この状態は、風直交寄りとなるほど高いトルクは得にくくなるものの、より高速回転に適した状態へ遷移している途中の状態である。
【００７２】
ただし、錘部材３５は最外位置が規定されている。風力が上記の微風レベルを上回った所定の強風レベルに達すると、錘部材３５はその最外位置に到達し、それよりも外方へは変位できなくなる。このとき、ブレード３０は、その幅方向Ｗが最も風直交寄りとなる所定の高速回転用角度位置Ｂに到達した状態となる。この状態は、風車３が最も高速で回転可能な状態である。
【００７３】
風力がその強風レベルをさらに上回った場合には、図３０（ｃ）に示すように、その風力による受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４の付勢力ＦＢとが遠心力ＦＡに打ち勝って、今度は錘部材３５を内方に押し戻すことにより、ブレード３０を幅方向Ｗが風平行寄りとなるように復帰させる。この状態は、風車３が徐々に高い回転数を得難い状態へと遷移している途中の状態である。ここでのブレード３０は、上述の可動構造体３９が当接部材３８に当接する初期回転用角度位置Ａまで位置復帰可能とされている。
【００７４】
このように、本実施形態によれば、付勢手段３４と錘部材３５とリンク機構３７とを有することで、微風時に回転し易いようにブレード３０の角度θを風平行寄りとする第一段階と、風速が増した時に高回転となり易いようにブレード３０の角度θを風直交寄りとする第二段階と、強風時に過回転が防止されるように風直交寄りから風平行寄りにブレード３０が押し戻される第三段階という三段階にて、ブレード３０の角度θを可変させることが可能となり、この三段階のブレード３０の角度変更による自律的な回転速度制御によって、風車３は、始動性に優れ、高回転時の効率も高く、なおかつ強風時の過剰回転の抑制も可能となっている。
【００７５】
以下、上記した風車３を備える風力発電装置１の構成について説明する。
【００７６】
本実施形態の風力発電装置１は、上記のような構成を有することにより所定の受風方向２ｗからの風力を受けて所定の回転軸線２ｘの周りを一定回転方向に回転する風車３（図２０，図３１及び図３２参照）と、上記一定回転方向において、回転軸２が増速している場合には該回転軸２と一体回転状態となって自身も増速回転し、回転軸２が減速している場合には該回転軸２から切り離されて慣性回転するように１方向クラッチ６（ワンウェイクラッチ：図２参照）を介して配置されるフライホイール７（図２参照）を備えて構成され、さらにここでは、フライホイール７と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ９１（図２参照）を有してフライホイール７の回転に伴う該ロータ９１の回転により電力を生成する発電機（発電手段）９（図３２参照）を備えて構成される。
【００７７】
さらにいえば、発電機９を第二の発電機とし、フライホイール７と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ５１を有してフライホイール７の回転に伴う該ロータ５１の回転により電力を生成する、第２の発電機９とは異なる第１の発電機５を備えて構成されている。ここでは、図２に示すように、フライホイール７に対する受風方向下流側に第一の発電機５が設けられ、受風方向上流側に第二の発電機９が設けられる。
【００７８】
そして、本実施形態の風力発電装置１は、図３３Ａ及び図３３Ｂに示すように、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力入力を受け、それらを合わせて外部出力する出力部（出力手段）１０を備えて構成される。つまり、第１の発電機５及び第２の発電機９の発電電力の出力ラインを、外部出力に至るまでの間で接続し、１系統で外部出力する形で構成される。
【００７９】
出力部１０は、例えば図３３Ａに示すように、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の三相の交流電力を、それぞれ整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１１に入力して所定の電圧で出力し、さらにそれをパワーコンディショナ１５にて入力して、入力された直流の電力を系統電力に変換し、出力するように構成できる。これにより、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力を合わせて外部の電源系統１９Ａに供給することができ、例えば売電等が可能となる。また、パワーコンディショナ１５にて、家庭内で使える交流電力に変換して出力してもよい。また、出力部１０は、図３３Ｂに示すように、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力をそれぞれ、整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１３に入力し、所定電圧とされた直流の電力をバッテリー（蓄電手段）１９Ｂに供給して蓄電させてもよい。また、バッテリー（蓄電手段）１９Ｂに蓄電された電力を、パワーコンディショナ１５を介して外部の電源系統１９Ａに供給するようにしてもよい。
【００８０】
図３４は、本実施形態の風力発電装置１を簡略的に示した拡大断面図である。風車３は、回転軸２の回転軸線２ｘの方向に同軸をなす形で筒状に延出する筒状風洞部（ダクト）３１の内側に配置される。筒状風洞部３１は、風車３の受風方向２ｗの上流側から下流側に向けて開口面積が減少していく形で形成される。具体的にいえば、筒状風洞部３１は、受風方向２ｗの上流側の環状端部３１Ａから下流側の環状端部３１Ｂまでの間の区間において、径方向内向きに膨出した湾曲形状をなす。この筒状風洞部３１において取り込まれた風は、圧縮された形で下流に供給され、下流側のブレードがこれを受けることになるので、風車３が得る回転力を増すことができる。
【００８１】
筒状風洞部３１は、その内周面に、ナセル２１の外周面２１Ａから外向きに放射状に延出する複数の支持部材（ＦＲＰ）３２が固定されており、ナセル２１と共に回転軸２に対し非回転に設けられている。ナセル２１は、第１の発電機５とフライホイール７と第２の発電機９、さらに回転軸２を内部に収容し、ここではさらに角度調整機構３００を収容している。ハブ２２及びブレード３０は、受風方向２ｗにおいてナセル２１よりも下流側に設けられており、下流側のブレード３０で得た回転力が、回転軸２を介して受風方向２ｗの上流側に位置する発電機５，９側へと伝達される。
【００８２】
ナセル２１は、図３４に示すように、地表の基礎部１９０（図３１参照）から延びる支柱（タワー）１１０の上端部１１０Ｔと共に、支柱本体１１０Ｓに対し風向きに合わせて水平面内において向きを変えることが可能（支柱本体１１０Ｓの鉛直方向の軸線１１０ｘの周りに回転可能）に取り付けられている。本実施形態においては、各ブレード３０を外周側から被う筒状風洞部３１が、ナセル２１の受風方向２ｗの下流側に設けられているため、その筒状風洞部３１が、風車３の受風方向２ｗを可変する尾翼のような手段として機能する。即ち、筒状風洞部３１の筒状外周面３１Ｃ（特にその水平方向側の面：図３１参照）が風を受けると、支柱１１０の上端部１１０Ｔに対し回転し、風が来る向きに回転軸２の回転軸線２ｘを受風方向上流側に向ける。
【００８３】
図３５は、図３４のナセルを軸線２ｘ，１１０ｘを通過する平面で切断した断面図である。ナセル２１の内部には、フライホイール７と第１の発電機５と第２の発電機９とを、風車３の受風方向２ｗの上流側からこの順で収容した発電ケース体１００が配置され、ナセル２１に対し締結部材によって締結固定される。
【００８４】
図３５に示すように、支柱１１０の上端部１１０Ｔの上端軸部１１１Ｔには、スリップリング１１０ＳＡ，１１０ＳＢが設けられており、各スリップリング１１０ＳＡ，１１０ＳＢ上を摺動するブラシ１０２ＣＡ（図示有り），１０２ＣＢ（図示なし）を介し、ステータコイル５４，９４から発電出力を取り出すよう構成されている。取り出された発電出力は、筒状の支柱（タワー）１１０の内部空間を通る配線を介して、出力部１０に接続される。
【００８５】
なお、支柱１１０の上端部１１０Ｔの上端面には、回転軸２に回転可能に固定するために、図３５に示すように、軸受装置を内包した固定部１２０が締結部材により締結固定されている。発電ケース体１００は、それら固定部１２０よりも受風方向上流側に設けられている。なお、回転軸２の受風方向上流側では、回転軸２と、これを延長する回転軸延長部２’とが軸連結部１３０により一体回転可能に連結されている。発電ケース体１００内を挿通する回転軸２はその回転軸延長部２’である。
【００８６】
図２に示すように、発電ケース体１００は、その内部に、受風方向２ｗの上流側から順に、第２の発電機９を収容する上流側収容空間９Ｓと、フライホイール７を収容する中間収容空間７Ｓと、第１の発電機５を収容する下流側収容空間５Ｓとを有し、これらをひとつながりの空間とする形状をなす。このひとつながりの空間は、フライホイール７が中間収容空間７Ｓ内に配置されることで、上流側収容空間９Ｓと下流側収容空間５Ｓとに分断される。これら円筒状の上流側収容空間９Ｓ及び下流側収容空間５Ｓよりも、同じく円筒状の中間収容空間７Ｓの方が径大で、かつ収容されるフライホイール７自体も、径方向において中間収容空間７Ｓの円筒状外周壁に対し近接して位置するため、フライホイール７が配置されたときには、上流側収容空間９Ｓと下流側収容空間５Ｓとは、フライホイール７の外周側においてのみ連通するので、より確実な分離状態となっている。これにより、上流側収容空間９Ｓ及び下流側収容空間５Ｓのうち、一方の空間内での回転体（ロータ９１，５１）の回転に伴う気流の乱れの影響を、他方の空間が受けることがない。
【００８７】
回転軸２は、発電ケース体１００に対し自身の軸線方向に貫通し、なおかつ発電ケース体１００に対し円滑に相対回転するよう軸受装置６０を介して取り付けられる（図２参照）。本実施形態の軸受装置６０は、例えばシール装置（Ｏリング等）やグリース等のような密閉機能付きの密閉型軸受装置であり、その密閉機能によって密閉状態としている。密閉された発電ケース体１００内部は、空気が大気圧で充填されている場合に、内部の回転体５１，９１，７等が受ける充填気体による抵抗（空気抵抗）が軽減されるよう、減圧状態等のような内部状態とされている。
【００８８】
本実施形態の第１の発電機５及び第２の発電機９は、ロータ５１，９１として、回転軸２と同軸をなしフライホイール７と共に互いに一体回転する第１ロータ部５１Ａ，９１Ａと第２ロータ部５１Ｂ，９１Ｂとを有する。それら双方のロータ部５１Ａ，９１Ａと５１Ｂ，９１Ｂは、エアギャップを介して互いに対向（対面）する対向面を有し、それら双方の対向面上には、周方向において複数の磁性部材９２が所定間隔おきに同数配置され、締結部材により固定されている。ただし、一方のロータ部５１Ａ，９１Ａの磁性部材５２Ａ（５２），９２Ａ（９２）と他方のロータ部５１Ｂ，９１Ｂの磁性部材５２Ｂ（５２），９２Ｂ（９２）とは、互いに異なる極性（磁極）の着磁面同士にて対面している。さらに、それら第１ロータ部５１Ａ，９１Ａと第２ロータ部５２Ａ，９２Ａとの間の空隙にステータ５３，９３のステータコイル５４，９４が位置する。ステータコイル５４，９４は、回転するそれら双方のロータ５１Ａ，５１Ｂと９１Ａ，９１Ｂの磁性部材間５２，５２と９２，９２に挟まれるステータ５３，９３上の環状の対向領域に、その周方向に沿って所定間隔おきに複数配置される。
【００８９】
また、第１の発電機５及び第２の発電機９において、第１ロータ部５１Ａ，９１Ａ及び第２ロータ部５１Ｂ，９１Ｂは、回転軸２の回転軸線２ｘに対する径方向に対向して配置される。第１ロータ部５１Ａ，９１Ａは、フライホイール７の固定部７０Ａの外周側に形成される固定部５０Ａ，９０Ａに対し、フライホイール７に対し同軸をなして一体回転するよう固定されている。第２ロータ部をなす円筒状部５１Ｂ，９１Ｂは、フライホイール７の固定部７０Ａの内周側に形成される固定部５０Ｂ，９０Ｂに対し、フライホイール７に対し同軸をなして一体回転するよう固定されている。
【００９０】
なお、本実施形態のフライホイール７は、回転軸２に対し１方向クラッチ（ワンウェイクラッチ）６を介して固定される軸固定部７０Ｃと、軸固定部７０Ｃから径方向外側に延出する円盤状の中間部７０Ｂと、中間部７０Ｂの径方向外側にて第１ロータ部５１Ａ，９１Ａ及び第２ロータ部５１Ｂ，９１Ｂが一体に固定される固定部７０Ａとを有する。さらに本実施形態では、固定部７０Ａから径方向外側に延出する外端部７０Ｄを有する。
【００９１】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
【００９２】
例えば上記実施形態を、以下のように変更することができる。
【００９３】
図３に示す実施形態の風力発電装置１は、所定の受風方向２ｗからの風力を受けて所定の回転軸線２ｘの周りを一定回転方向に回転する風車３と、風車３の回転軸２と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ５１を有して回転軸２の回転に伴う該ロータ５１の回転により電力を生成する第１の発電機（発電手段）５と、回転軸２と同軸をなし、かつ上記一定回転方向において、回転軸２が増速している場合には該回転軸２と一体回転状態となって自身も増速回転し、回転軸２が減速している場合には該回転軸２から切り離されて慣性回転するように１方向クラッチ（ワンウェイクラッチ）６を介して配置されるフライホイール７と、フライホイール７と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ９１を有してフライホイール７の回転に伴う該ロータ９１の回転により電力を生成する、第１の発電機５とは異なる第２の発電機（発電手段）９と、を備えて構成される。
【００９４】
さらに、図３の風力発電装置１の場合は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力入力を受け、それらを合わせて外部出力する出力部（出力手段）１０を備えて構成される。つまり、第１の発電機５及び第２の発電機９で発電された互いに位相の異なる発電電力を、１系統で外部出力する形で構成される。なお、この場合の出力部１０の構成は図３３Ａ及び図３３Ｂと同様とすることができる。
【００９５】
図３の第１の発電機５は、ロータ５１として、回転軸２と同軸をなし互いに一体回転する第１ロータ部５１Ａと第２ロータ部５１Ｂとを有する。それら双方のロータ部５１Ａ，５１Ｂは、エアギャップを介して互いに対向（対面）する対向面を有し、それら双方の対向面上には、周方向において複数の磁性部材５２が所定間隔おきに同数配置され、締結部材により固定されている。ただし、それら双方のロータ部５１Ａ，５１Ｂのうち、一方のロータ部５１Ａの磁性部材５２Ａ（５２）と他方のロータ部５１Ｂの磁性部材５２Ｂ（５２）とは、互いに異なる極性（磁極）の着磁面同士にて対面している。さらに、それら第１ロータ部５１Ａと第２ロータ部５１Ｂとの間の空隙にステータ５３のステータコイル５４が位置し、ステータコイル５４は、回転するそれら双方のロータ部５１Ａ，５１Ｂの磁性部材５２，５２間に挟まれるステータ５３上の環状の対向領域に、その周方向に沿って所定間隔おきに複数配置される。
【００９６】
また、第１の発電機５において、第１ロータ部５１Ａ及び第２ロータ部５１Ｂは、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向（ラジアル方向）に対向して配置される。本実施形態においては、ロータ５１の本体部として、回転軸２と一体回転するよう固定される軸固定部５０Ｃと、軸固定部５０Ｃから径方向外側に延出する円盤状の中間部５０Ｂと、中間部５０Ｂの径方向外側の外端部５０Ａと、を有したロータ本体部５０を備える。ただし、ロータ本体部５０は、外周側に大重量を有するフライホイール７よりも軽く、小径である。第１ロータ部をなす円筒状部５１Ａと、第２ロータ部をなす、円筒状部５１Ａよりも径大の円筒状部５１Ｂとは、ロータ本体部５０に対し同軸をなす形で一体回転するよう双方とも、ロータ本体部５０の外端部５０Ａに固定されている。
【００９７】
図３の第２の発電機９は、ロータ９１として、回転軸２と同軸をなしフライホイール７と共に互いに一体回転する第１ロータ部９１Ａと第２ロータ部９１Ｂとを有する。それら双方のロータ部９１Ａ，９１Ｂは、エアギャップを介して互いに対向（対面）する対向面を有し、それら双方の対向面上には、周方向において複数の磁性部材９２が所定間隔おきに同数配置され、締結部材により固定されている。ただし、それら双方のロータ９１Ａ，９１Ｂのうち、一方のロータ部９１Ａの磁性部材９２Ａ（９２）と他方のロータ部９１Ｂの磁性部材９２Ｂ（９２）とは、互いに異なる極性（磁極）の着磁面同士にて対面している。さらに、それら第１ロータ部９１Ａと第２ロータ部９１Ｂとの間の空隙にステータ９３のステータコイル９４が位置する。ステータコイル９４は、回転するそれら双方のロータ９１Ａ，９１Ｂの磁性部材間９２，９２に挟まれるステータ９３上の環状の対向領域に、その周方向に沿って所定間隔おきに複数配置される。
【００９８】
また、第２の発電機９において、第１ロータ部９１Ａ及び第２ロータ部９１Ｂは、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向に対向して配置される。第１ロータ部９１Ａは、フライホイール７に対し、第１ロータ部をなす円筒状部９１Ａと、第２ロータ部をなす、円筒状部９１Ａよりも径大の円筒状部９１Ｂとが、フライホイール７に対し同軸をなして共に一体回転するよう固定されている。
【００９９】
なお、本実施形態のフライホイール７は、回転軸２に対し１方向クラッチ（ワンウェイクラッチ）６を介して固定される軸固定部７０Ｃと、軸固定部７０Ｃから径方向外側に延出する円盤状の中間部７０Ｂと、中間部７０Ｂの径方向外側にて第１ロータ部をなす円筒状部９１Ａと第２ロータ部をなす円筒状部９１Ｂを固定する固定部７０Ａとを有し、本実施形態ではさらに、固定部７０Ａから径方向外側に延出する外端部７０Ｄを有する。
【０１００】
また、図３の実施形態におけるステータ５３，９３の構造は、互いの径・大きさは異なるものの、既に述べた実施形態と同様、コイル部材９６とリンク部材９５を有して構成されている。
【０１０１】
ここで、上記実施形態とは異なる風導ケース（ナセル）２００について説明する。
【０１０２】
図３６〜図４０に示すように、風車３（ブレード３０）の風上側に、発電部ケース(ハウジング)を兼ねる風導ケース（ナセル）２００を設け、このケース２００の内部に発電部を格納するとともに、その風導ケース２００（ケース本体２０１でもある）の外部に風向フィン（風向板部）２０２を一体的に形成することができる。この例では、風車３の外側に図３１、図３４に示したような筒状風洞部（ダクト）３１は存在せず、風車３がむき出し（露出状態）で風を受ける。風導ケース２００のケース本体２０１は風車３の軸方向に直角な断面が、縦長楕円状又は円形状等をなす滑らかな外周面を有し、そのケース本体２０１の風上側の端部は先端側ほど滑らかに細くなり、先端が曲率の小さい円弧状の縦断面を有している。
【０１０３】
ケース本体２０１の外周面には、上述の風向フィン２０２が、風車３の軸方向に沿う方向において、そのケース本体２０１（風導ケース２００）の外周面から外方に（例えば上向きに）突出するように形成され、風向フィン２０２は風車３の回転面と直角な位置関係を占める。風向フィン２０２はケース本体２０１の軸方向長さと同等か少し短い長さを有し、かつケース本体２０１の風上側先端近傍から漸次高さが円弧状（又は直線状）に増加する斜辺２０３を備えて、ケース本体２０１の風下側の端部近傍で最大高さとなり、その頂部から風上側へ円弧状（湾曲状）に食い込む（えぐれる）ように降下する後端部２０４を備え（風下側に円弧状に膨出する後端部、あるいは直線状に垂下する後端部でもよいが）、その下端がケース本体２０１の上部面に連続する。また風向フィン２０２は、その斜辺２０３がナイフエッジ状に先鋭に形成され、また中間部から後端部２０４に向かっても後端ほど先鋭となる曲面を有して、風向フィン２０２の風向き方向の中間部が最も厚く形成され、風上からみて、図３７に示すように先鋭な三角形状をなしている。
【０１０４】
このような風向フィン２０２とはケース本体２０１の軸線をはさんで反対側（下側）には、風車３を所定の高さに維持する支柱（ポール）２０６と接続する支柱接続部２０８が形成され、ここに支柱２０６が接続される。この支柱接続部２０８はケース本体２０１の下面から下方に突出するとともに、滑らかに先細りとなり、下端部が円筒状になるように形成されて、その円筒状部に支柱２０６の円形断面の上端部が嵌合され、かつ、図３６に示すように軸受（ベアリング）２１０を介して、風導ケース２００及び風車３が、支柱２０６の軸線（垂直軸）の周りに回転自在に支持されている。その結果、風導ケース２００に形成された風向フィン２０２が風向きに沿うように、言い換えれば風車３の回転面が常に風向きと正対するように、風車３及び風導ケース２００がフリーな状態に保持されることとなる。
【０１０５】
図４１は風車３と風導ケース２００を含む部分の側面断面図（透視図）であり、風導ケース２００の内部に、風車３の回転軸２が風導ケース２００の中心線と同心的に配置され、また図２又は図３に示した発電ケース体１００がその回転軸２に同心的に組み付けられる。さらに、図２１〜図３０で説明した風車３の角度調整機構３００もこの風導ケース２００内に収容される。
【０１０６】
なお、図３６、図３９及び図４１に示すように、風車３の中心部（ブレード３０の基端部）は、円形断面の筒状部２１２が占めるようにされ、この筒状部２１２の中心部から前記風導ケース２００とは反対側（風下側）へコーン状に突出するコーン状中心部２１４が形成され、このコーン状中心部２１４と筒状部２１２（風下側へややテーパ状に縮径されたほぼ円筒部）との間には、円環状でかつ底部側ほど幅が狭くなるコーン付き環状凹部２１６が形成され、それらの内部にハブ２２やブレード固定部３３が配置されている。仮に、風向きが大きく変わって、風導ケース２００の後方から風が吹くようになっても、そのコーン付き環状凹部２１６が後方からの風を受けて回転モーメントを生じ、その結果、フリー状態の風導ケース２００及び風車３が姿勢（向き）を例えば１８０度近く変え、風導ケース２００の先端が風上を向く（風に正対する）ように姿勢変更することができる。
【０１０７】
ここで、上記実施形態におけるブレード３０の変形例について、以下で説明する。
【０１０８】
図４３は、上記実施形態とはブレード３０の形状が異なる風車を備えた風力発電装置１の実施形態を示す斜視図である。図４３に示す風力発電装置１の風車３には、回転軸２の軸線方向２ｘ（図２０参照）からの風力を受けて該回転軸２の周りを一定回転方向に回転するよう形成されたブレード３０が、回転軸２の周りに２以上設けられている。ブレード３０は、回転軸線２ｘ周りに所定間隔おきに配置され、互いに同形状をなして形成される。
【０１０９】
ブレード３０は、既に述べた実施形態と同様であるが、回転軸２側と先端３０ｓ側で流れの速度に差が生ずるように、受風面３０ｗにねじりを設けた形で形成されている。具体的にいえば、ブレード３０は、先端３０ｓ側ほどピッチが浅くなる形で形成されている。
【０１１０】
さらに、本発明のブレード３０は、回転軸２に対し径方向外向きに延出するブレード本体部３０Ｔと、ブレード本体部３０Ｔの外側から一定回転方向とは逆側に延出するブレード先端部３０Ｓと、を備える。つまり、ブレード３０は、その外側の先端部が一定回転方向とは逆側に曲がった形状をなしており、ブレード３０の回転に対し尾を引くような形状を有している。
【０１１１】
ブレード先端部３０Ｓは、正面視（図４６）及び背面視（図４５）において、直線状に延出するブレード本体部３０Ｔから湾曲して続くように見える形状をなす。ここでのブレード先端部３０Ｓは、ブレード本体部３０Ｔの外周側から滑らかに連続して続く形で形成されており、正面視（図４６）及び背面視（図４５）において、直線状に延びて見えるブレード本体部３０Ｔの外周側から、弧状を描く形で湾曲したフック状に見えるように形成されている。
【０１１２】
また、ブレード先端部３０Ｓは、正面視（図４６）及び背面視（図４５）において、ブレード本体部３０Ｔとは逆に位置する先端３０ｓが直線状に見える形状をなす。つまり、ブレード３０において湾曲する先端が直線状にカットされたような形状をなす。そのカット面は、上記一定回転方向とは逆向きを臨むよう形成されている。ここでは、ブレード先端部３０Ｓの先端３０ｓが、正面視（図４６）及び背面視（図４５）において、回転軸２に対する径方向に直線状に延出するブレード本体部３０Ｔの、上記一定回転方向側の端面（端縁部）３０ａと略平行に見える形で形成されている。
【０１１３】
ブレード３０の背面３０ｖ（受風面３０ｗとは逆側の面）には、ブレード本体部３０Ｔからブレード先端部３０Ｓにかけてブレード延出方向に沿った稜線３０ｐを有するよう幅方向中央部に山型の凸部３０Ｐが形成されている。また、この凸部３０Ｐは、背面３０ｖの幅方向Ｗにおいて、上記稜線３０ｐが後述するブレード固定部３３の回転支軸３３Ｚ（図２１参照）側に偏った位置に設けられている。即ち、ここでの凸部３０Ｐは、図４５に示すように、上記稜線３０ｐが背面３０ｖの幅方向Ｗにおいて一定回転方向側（図４５の上側）に偏った位置となるよう形成され、一定回転方向側（図４５の上側）の面３０ｐ１の面幅のほうが、その逆側（図４５の下側）の面３０ｐ２の面幅よりも短い。
【０１１４】
ブレード先端部３０Ｓは、上記したブレード３０の一定回転方向側を上側とした場合、その上面視（図４９）及び下面視（図５０）において、ブレード本体部３０Ｔの延出方向に対し、ブレード本体部３０の受風面側（受風方向とは逆向き）に曲がった形状とされている。この屈曲形状により、ブレード３０は、その屈曲部分において風を受け止めやすくなっている。このため、受け止めた風によって効率的に回転できる。また、ブレード３０の先端側（外周側）に加わる応力に対しては、ブレード先端側が受風方向にしなる形で抗することができ、高い強度を有した構造となっている。また、既に述べたように、ブレード３０の先端側（外周側）が回転方向逆側に屈曲していることにより、上記応力に対し、ブレード先端側が弾性的にねじれる形でも風力に対し抗することができるから、より高い強度を有した構造となっている。
【０１１５】
また、図４９及び図５０に示すように、ブレード本体部３０Ｔの受風面３０ｗは、外周側（ブレード先端部側）に向かうに従い受風方向にわずかに反った形状となっており、その外周側に、受風方向逆向き（受風面側）に屈曲するブレード先端部３０Ｓが設けられている。さらに、図４７及び図４８に示すように、翼先端部３０Ｓの先端３０ｓの外周側端縁位置は、翼本体部３０Ｔの受風面３０ｗよりも、受風方向逆向き（受風面側）に突出して位置している。
【０１１６】
ブレード３０は、内周側（根元側）の端部３０ｔに向かうに従い厚みが増し、なおかつ外周側（先端）に向かうに従い受風面３０ｗの面幅が減少する先細りの全体形状を有する。端部３０ｔのさらに内周側には、ブレード固定部３３により固定される固定部３０Ｕを有する。
【０１１７】
図５１〜図５５は、図３６〜図４０に示す実施形態の風車３のブレード３０を、上記した図４４〜図５０のブレードに置き換えた図である。
【０１１８】
また、上記実施形態における角度調整機構３００の変形例について、以下で説明する。
【０１１９】
上記実施形態における角度調整機構３００では、付勢手段３４として、ブレード３０の受風面３０ｗの幅方向Ｗが初期回転用角度位置Ａと高速回転用角度位置Ｂとの間に位置する間、その幅方向Ｗが風平行寄り側となるようブレード３０を初期回転用角度位置Ａ側へと一定の付勢力で付勢するばね部材３４を使用しているが、ブレード３０に対し、その受風面３０ｗの幅方向Ｗを初期回転用角度位置Ａ側へと付勢する付勢力が、初期回転用角度位置Ａから離間するほど増大するものに変更してもよい。以下、図５６〜図６３を用いて、上記実施形態とは異なる角度調整機構３００’及び風車３’について説明する。
【０１２０】
図５６は、上記実施形態の風車３とは異なる角度調整機構３００’を備える風車３’を示すものである。また、図５７の（ａ）は、図５６における１つのプレート固定部を拡大した部分断面図であり、図５７の（ｂ）及び（ｄ）は図５７（ａ）のＡ−Ａ断面、図５７（ｃ）及び（ｅ）は図５７（ａ）のＢ−Ｂ断面を簡略的に示した模式図である。ただし、図５７の（ｂ）及び（ｄ）と、図５７の（ｃ）及び（ｅ）とではブレード３０の幅方向Ｗと回転軸線２ｘの方向とのなす角度θが異なっており、図５７の（ｂ）及び（ｄ）はブレード３０が風直交寄りの状態、図５７の（ｃ）及び（ｅ）はブレード３０が風平行寄りの状態を示している。
【０１２１】
図５６に示す風車３’の角度調整機構３００’は、図５７〜図６１に示すように、図２０の実施形態において付勢手段として使用したばね部材３４に代わって、ネオジム磁石等のマグネット（磁性部材）３４０ａ，３４０ｂを使用している点が異なる。マグネット３４０ｂは、受風面３０ｗ（図６２及び図６３参照）の幅方向Ｗと回転軸２の回転軸線２ｘの方向とのなす角度θが可変可能なブレード（可動構造体）３０の、受風方向上流側に取り付けられる。具体的に言えば、ブレード３０を取り付けるためのブレード取付部材（可動構造体）３３０をなす平行板部３３０Ａ，３３０Ａのうち受風方向上流側の平行板部３３０Ａに締結部材によって直接固定される。他方、マグネット３４０ａは、マグネット３４０ｂが取り付けられた平行板部３３０Ａ（ブレード３０）が風直交寄りとなるほど接近してくる軸固定部（固定構造部）２２１に、マグネット３４０ｂと対向する形で取り付けられる。具体的に言えば、軸固定部（固定構造部）２２１の受風方向下流側に締結部材によって直接固定される。対向するマグネット（磁性部材）３４０ａ，３４０ｂは互いの極性が同じであり、接近時には互いの接近を妨げる反発力ＦＭ（図６２及び図６３参照）を生ずる。この反発力ＦＭは、対向するマグネット（磁性部材）３４０ａ，３４０ｂの対向間距離が小さくなるほど増大する。
【０１２２】
このような構成を有することにより、ブレード３０は、図６２及び図６３に示すような形で動作することになる。
【０１２３】
即ち、風力が所定の微風レベルを下回る場合には、図６２（ａ）に示すように、その風力によるブレード３０の受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４０ａ，３４０ｂの付勢力ＦＭとが遠心力ＦＡに打ち勝って錘部材３５を内方に押し付けて、ブレード３０は初期回転用角度位置Ａに付勢保持される。具体的にいえば、風力が所定の微風レベルを下回る場合、上述の可動構造体３９が当接部材３８に当接するよう上記の押圧力ＦＷと付勢力ＦＢとにより押し付けられ、その当接位置である初期回転用角度位置Ａにブレード３０が位置保持され、このときブレード３０は、その受風面の幅方向が最も風平行寄りとなる。この状態は、図３０（ａ）と同様の状態であるが、ここでは付勢力ＦＭがマグネット３４０ａ，３４０ｂの反発力であり、ここではマグネット３４０ａ，３４０ｂの対向間距離が長いことから、付勢力ＦＭは図３０（ａ）のときの付勢力ＦＢよりもはるかに小さく、極めて小さい力として作用している。
【０１２４】
風力が上記の微風レベルを上回った場合には、図６２（ｂ）に示すように、遠心力ＦＡが増大し始めて、受風面３０ｗへの押圧力ＦＷと付勢手段３４０ａ，３４０ｂの付勢力ＦＭとに打ち勝ち、錘部材３５が、ＦＡと、ＦＷ及びＦＭとが釣り合う位置まで外方へと変位するとともに、ブレード３０の角度θも初期回転用角度位置Ａを離れ、風直交寄りへと位置を変える。この状態は、図３０（ｂ）と同様の状態であるが、ここでの付勢力ＦＭは依然として付勢力ＦＢよりもはるかに小さい。
【０１２５】
風力が上記の微風レベルを上回った所定の強風レベルに達した場合には、図６２（ｃ）に示すように、ブレード３０は、その幅方向Ｗが、初期回転用角度位置Ａよりも風直交寄りとなる所定の高速回転用角度位置Ｂに到達した状態となる。この状態は、風車３が最も高速で回転可能な状態である。
この段階となると、対向するマグネット（磁性部材）３４０ａ，３４０ｂの対向間距離が小さくなってくるため、付勢力ＦＭは、徐々に付勢力としての機能を有する程度に大きくなってくる。
【０１２６】
風力が所定の強風レベルをさらに上回った場合には、図６３（ｄ）に示すように、遠心力ＦＡがさらに増大し、ブレード３０の角度θは、高速回転用角度位置Ｂを超えた状態、風直交面Ｙ側の位置となる。高速回転用角度位置Ｂを超えたブレード３０の角度θの範囲（以下、回転減速用角度範囲という）Ｑでは、これまでプラスピッチであったブレード３０がマイナスピッチとなり、ブレード３０には、これまでとは逆の回転力が生じる。即ち、ブレード３０は、受風方向２ｗからの風力を受けて回転する予め定められた一定回転方向に回転するよう構成されているが、ブレード３０の角度θの変化によって高速回転用角度位置Ｂを超えると、その一定回転方向とは逆方向に回転しようとする逆方向回転力が生じる。この逆方向回転力は、回転減速用角度範囲Ｑ内において高速回転用角度位置Ｂから離れるほど強まる。このため、回転減速用角度範囲Ｑ内に位置するブレード３０は、上記一定回転方向への回転にブレーキがかかった状態となり、回転速度が減じられ、これに伴い錘部材３５の遠心力ＦＡも低下する。一方で、付勢手段３４０ａ，３４０ｂの付勢力ＦＭは、回転減速用角度範囲Ｑ内に位置するブレード３０が、高速回転用角度位置Ｂから離れていくほど増大する。このため、回転減速用角度範囲Ｑ内に位置するブレード３０は、再び高速回転用角度位置Ｂへと押し戻され、その時点におけるＦＡと、ＦＷ及びＦＭとが釣り合った位置となる。
【０１２７】
このように、角度調整機構３００’は、付勢手段３４０ａ，３４０ｂと錘部材３５とリンク機構３７とを有することで、微風時に回転し易いようにブレード３０の角度θを風平行寄りとする第一段階と、風速が増した時に高回転となり易いようにブレード３０の角度θを風直交寄りとする第二段階と、強風時に過回転が防止されるようにブレード３０の角度θが回転減速用角度範囲に到達する第三段階という三段階にて、ブレード３０の角度θを可変させることが可能となり、この三段階のブレード３０の角度変更による自律的な回転速度制御によって、風車３’は、始動性に優れ、高回転時の効率も高く、なおかつ強風時の過剰回転の抑制も可能となっている。
【０１２８】
なお、既に述べた図３０におけるブレード３０の高速回転用角度位置Ｂは、風直交面Ｙに達する手前に位置しているが、これは遠心力ＦＡの最大値や一定の付勢力ＦＢの大きさによって規定される可動限界角度位置であり、風車が最も高速で回転可能な状態となる真の高速回転用角度位置は、その可動限界位置よりもさらに風直交面Ｙ側にあってもよい。ただし、図３０に示すように、遠心力ＦＡの最大値や一定の付勢力ＦＢの大きさによって規定されるブレード３０の可動限界角度位置を、風直交面Ｙと一致する位置Ｄとし、この位置Ｄを高速回転用角度位置とすることが、回転性能上、最も望ましい。一方で、図６２及び図６３で述べた実施形態においては、図６３（ｄ）のようにブレード３０の角度位置が位置Ｂを越えていても、ＦＡが最大とならないよう構成されている。ここでは、マグネット３４０ａ，３４０ｂの磁力（磁気的反発力）の大きさにより規定される形で、風直交面Ｙよりも奥側となる位置に、ブレード３０の可動限界角度位置が存在している。
【０１２９】
なお、この実施形態（マグネット仕様）において採用されるブレード３０は、上記実施形態（ばね仕様）における図４４〜図５０の形状のものを採用してもよいが、ここでは図４４〜図５０の形状のものとは異なる形状をなす。具体的に言えば、図４９及び図５０に示したブレード３０の上面視（平面図）及び下面視（底面図）が、図６４及び図６５のように視認されるように変更される。なお、図６４及び図６５のように変更した場合、図４４〜図４８と同様の視点から翼を見たときにその見た目に違いが現れるが、その違いは微妙な違いにすぎず、図４４〜図４８とほぼ同様に視認されるため、図示を省略する。
【０１３０】
本発明における風力発電装置の風車に採用されるブレード３０は、受風方向２ｗからの風力を受けて一定回転方向に回転するように、回転軸２側と先端側で流れの速度に差が生ずるよう、回転軸２側から先端側にかけてねじりを付ける形で受風面３０ｗが形成される。既に述べた実施形態においては、図４４〜図５０に示したように、受風面３０ｗは、ブレード３０の幅方向Ｗが風直交面Ｙ上に位置した状態でブレード３０を回転方向逆側から見たときに（図５０参照）、回転軸２側から先端側にかけて面幅が減少していきながらも視認することができ、逆に、ブレード３０の幅方向Ｗが風直交面Ｙ上に位置した状態でブレード３０を回転方向側から見たときには（図４９参照）視認できないようなねじり形状となっていた。この場合、ブレード３０は、その角度位置が位置Ａから位置Ｂの間で変化したとしても、ブレード３０を回転方向の逆側から見たときには常に受風面３０ｗを視認でき、回転方向側から見たときには常に受風面３０ｗを視認できない（プラスピッチ）。したがって、ブレード３０は、受風方向２ｗから風力を受けると、その風力が、回転方向逆側から視認される受風面３０ｗを押し付ける形で作用して、常に一定回転方向への回転力を得て回転する。
【０１３１】
これに対し、この実施形態において採用されるブレード３０は、その幅方向Ｗが風直交面Ｙ上に位置した状態で回転方向逆側から見たときに（図６５参照）、受風面３０ｗが回転軸２側から先端側にむかう途中の中間位置までしか視認できない形状となっており、その中間位置から外側では、今度は、同じ状態でブレード３０を回転方向側から見たときに（図６４参照）受風面３０ｗがブレード３０の先端側で視認できるようなねじり形状となっている。この場合、ブレード３０は、その幅方向Ｗが位置Ａから風直交面Ｙ上に位置する少し手前の位置Ｂに位置した状態において、ブレード３０を、回転方向逆側から見たときに受風面３０ｗが視認され、回転方向側から見たときには受風面３０ｗが視認されないが（プラスピッチ）、位置Ｂを越えると、回転方向側から見たときにも受風面３０ｗが先端側に視認されるようになる（マイナスピッチ）。このため、ブレード３０は、その位置Ｂに位置した状態において、風車３’が最も高速で回転可能な状態となるが、その位置Ｂを越えた角度範囲（回転減速用角度範囲）Ｑ内に達すると、受風方向２ｗから風力を受けたときに、その風力が、ブレード３０を回転方向逆側から見たときに視認される受風面３０ｗを押し付ける形で作用して、上記一定回転方向への回転力を得て回転するだけでなく、その風力は、ブレード３０を回転方向側から見たときに視認される受風面３０ｗも押し付ける形で作用するので、上記一定回転方向とは逆向きの回転力も得る。これにより、ブレード３０は、ブレーキが作用しているような減速回転状態となる。ブレード３０は、位置Ｂを越えると、回転方向側から見たときに、その先端側から受風面３０ｗが視認できるようになり、位置Ｂを越えて離れていくほど、より内周側にも受風面３０ｗが視認できるようになる形でその面積が増大し、上記の逆向きの回転力が増大していく。
【０１３２】
また、上記実施形態における角度調整機構３００，３００’は、図６６及び図６７に示すような形に変形することができる。
【０１３３】
図６６は、図２０〜図３０にて説明した角度調整機構３００の変形例である。図２０〜図３０において、ばね部材をなす付勢手段３４は、一方の端部が、ブレード３０の角度変化に連動して動作する可動構造体（ここでは連結部材）３６に固定され、他方の端部が、ブレード３０の角度変化に連動して動作せず、回転軸２に一体固定された固定構造体（ここでは軸固定部）２２１に固定された引っ張りばねであり、ブレード３０が初期回転用角度位置Ａから風直交よりに変位するに伴い固定構造体２２１から離間していく可動構造体３６を引っ張る形で作用している。これに対し、図６６の角度調整機構３００では、ばね部材をなす付勢手段３４’は、一方の端部が、上記と同様の可動構造体（ここではブレード取付部材）３３０に固定され、他方の端部が、同じく上記と同様の固定構造体（ここでは軸固定部）２２１に固定された圧縮ばねであり、ブレード３０が初期回転用角度位置Ａから風直交よりに変位するに伴い固定構造体２２１に接近していく可動構造体３６を押し返す形で作用している。
【０１３４】
図６７は、図５６〜図６３にて説明した角度調整機構３００の変形例である。図５６〜図６３において、マグネットをなす付勢手段３４０ａ，３４０ｂのうち、一方のマグネット３４０ｂが、ブレード３０の角度変化に連動して動作する可動構造体（ここではブレード取付部材）３３０に固定され、他方のマグネット３４０ａが、ブレード３０の角度変化に連動して動作せず、回転軸２に一体固定された固定構造体（ここでは軸固定部）２２１に固定されるとともに、それらマグネット３４０ａ，３４０ｂは、同極のもの同士が対向する形で配置されており、ブレード３０が初期回転用角度位置Ａから風直交よりに変位するに伴い固定構造体２２１に接近していく可動構造体３３０に対し反発力を生じ、その接近を妨げる形で作用している。これに対し、図６７の角度調整機構３００では、マグネットをなす付勢手段３４０ａ’，３４０ｂ’のうち、一方のマグネット３４０ｂ’が、上記と同様の可動構造体（ここでは連結部材）３６に固定され、他方のマグネット３４０ｂが、同じく上記と同様の固定構造体（ここでは軸固定部）２２１に固定されるとともに、それらマグネット３４０ａ，３４０ｂは、異なる極のもの同士が対向する形で配置されており、ブレード３０が初期回転用角度位置Ａから風直交よりに変位するに伴い固定構造体２２１から離間していく可動構造体３３０に対し吸引力を生じ、その離間を妨げる形で作用している。
【符号の説明】
【０１３５】
９００ コイルリング
９５ リング部材
９５Ａ 溝部
９６ コイル部材
９６Ａ 突出部
１ 風力発電装置
２ 回転軸
２１，２００ ナセル
２２１Ａ 軸固定部の前端部
２２１Ｂ 軸固定部の後端部
２２１ｈ 貫通孔
２２ ハブ
２２１ 軸固定部
２ｘ 回転軸線
２ｗ 受風方向
３ 風車
３０ ブレード（翼）
３０ｗ 受風面
３１ 筒状風洞部（ダクト）
３００ 角度調整機構（翼角度調整機構）
３３ ブレード固定部（翼固定部）
３３Ａ，３３Ｂ 固定部
３３Ｚ 回転支軸
３４ 付勢手段
３５ 錘部材
３６ 連結部材
３６２ 押付部材
３７ リンク機構
３７１ 第一リンク部材
３７１Ａ 第一リンク部材の一方の端部
３７１Ｂ 第一リンク部材の他方の端部
３７１Ｃ 第一リンク部材の屈曲部
３７１ｙ 回転軸線
３７２ 第二リンク部材
３７２Ａ 第二リンク部材の一方の端部
３７２Ｂ 第二リンク部材の他方の端部
３７２ｙ 回転軸線
３７３ｙ 回転軸線
３８ 当接部材
３９ 可動構造体
５１，９１ ロータ（発電機回転子）
５２，９２ 磁性部材
５３，９３ ステータ（発電機固定子）
５４，９４ ステータコイル
１００ 発電ケース体
Ｗ ブレードの幅方向
θ ブレードの幅方向と回転軸の軸線方向とのなす角度
Ｘ 風平行方向
Ｙ 風直交面
Ａ 初期回転用角度位置
Ｂ 高速回転用角度位置
ＦＷ 風力によりブレードに加えられる押圧力
ＦＡ 遠心力（リンク機構３７により遠心力を回転軸線２ｘ方向に変換させた力）
ＦＢ 付勢手段（ばね部材）の付勢力
ＦＭ 付勢手段（磁性部材）の付勢力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の軸線周りに環状配列された複数の磁界形成部と、前記軸線周りに環状配列された複数のコイルとが前記軸線を同じくして対向配置され、前記回転軸の回転に伴うそれら磁界形成部とコイルとの相対回転により発電する発電装置に設けられ、
前記複数のコイルをそれぞれコイル包含部材により内包させた状態に成形され、かつそれぞれの外形形状が同一に成形された複数のコイル部材と、
前記コイルを内包したコイル部材が、前記回転軸の軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けられるリング部材と、
を備えることを特徴とするコイルリング。
【請求項２】
前記リング部材には、前記回転軸の軸線周りにおいて所定間隔おきに溝部が形成されており、それら溝部に嵌め込まれる形で前記コイル部材が取り付けられている請求項１に記載のコイルリング。
【請求項３】
前記リング部材は、その外周面あるいは内周面に、前記回転軸の軸線に対する径方向に垂直で、かつ前記回転軸の軸線方向に平行となる複数の平坦面を有し、前記溝部は、各前記平坦面の中央部において前記軸線方向に延びる形でそれぞれ形成されている請求項２に記載のコイルリング。
【請求項４】
前記リング部材は、前記回転軸の軸線周りにおいて前記平坦面が隣接形成されることで、前記軸線方向から見たときに前記平坦面を辺とする正多角形が視認される形状を有するとともに、その正多角形の各辺の中央部に、前記軸線方向に貫通する溝部を有した形状となっている請求項３に記載のコイルリング。
【請求項５】
前記溝部は、前記軸線方向における断面が矩形状断面となる形で形成され、前記コイル部材は、それら溝部に嵌合可能な形状にて形成されている請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のコイルリング。
【請求項６】
各前記コイル部材は、直方体状の本体部と、前記本体部の長手方向の第一側から該長手方向に対し垂直に突出する突出部と、を有したＬ字形状をなし、前記突出部が前記リング部材の溝部に嵌合する嵌合用突出部である請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載のコイルリング。
【請求項７】
前記コイル部材は、巻き回された前記コイルの巻き回し中心孔内を通過する形で貫通形成された貫通孔を有し、前記リング部材における所定載置位置に配置された状態で、前記貫通孔内に締結部材が挿通されることにより、前記リング部材に締結固定されている請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のコイルリング。
【請求項８】
前記コイル内包部材は樹脂成形体であり、各前記コイル部材は、巻き回されたコイルを包み込む形で形成されている請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のコイルリング。
【請求項９】
前記複数のコイル部材がステータに設けられ、前記複数の磁界形成部がロータに設けられることを特徴とする発電装置。
【請求項１０】
前記ロータは、フライホイールをなす回転体である請求項９に記載の発電装置。
【請求項１１】
前記ステータは、前記フライホイールを内包する発電装置筐体に固定されている請求項１０に記載の発電装置。
【請求項１２】
請求項８に記載のコイルリングの製造方法であって、
巻き回された前記コイルを形成する巻回コイル形成工程と、
形成された前記コイルを樹脂材料で包み込み、所定外形形状を有する前記コイル部材を形成する樹脂モールド工程と、
形成された前記コイル部材を、前記リング部材に対し、その軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けるコイル部材固定工程と、
を備えることを特徴とするコイルリングの製造方法。
【請求項１】
回転軸の軸線周りに環状配列された複数の磁界形成部と、前記軸線周りに環状配列された複数のコイルとが前記軸線を同じくして対向配置され、前記回転軸の回転に伴うそれら磁界形成部とコイルとの相対回転により発電する発電装置に設けられ、
前記複数のコイルをそれぞれコイル包含部材により内包させた状態に成形され、かつそれぞれの外形形状が同一に成形された複数のコイル部材と、
前記コイルを内包したコイル部材が、前記回転軸の軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けられるリング部材と、
を備えることを特徴とするコイルリング。
【請求項２】
前記リング部材には、前記回転軸の軸線周りにおいて所定間隔おきに溝部が形成されており、それら溝部に嵌め込まれる形で前記コイル部材が取り付けられている請求項１に記載のコイルリング。
【請求項３】
前記リング部材は、その外周面あるいは内周面に、前記回転軸の軸線に対する径方向に垂直で、かつ前記回転軸の軸線方向に平行となる複数の平坦面を有し、前記溝部は、各前記平坦面の中央部において前記軸線方向に延びる形でそれぞれ形成されている請求項２に記載のコイルリング。
【請求項４】
前記リング部材は、前記回転軸の軸線周りにおいて前記平坦面が隣接形成されることで、前記軸線方向から見たときに前記平坦面を辺とする正多角形が視認される形状を有するとともに、その正多角形の各辺の中央部に、前記軸線方向に貫通する溝部を有した形状となっている請求項３に記載のコイルリング。
【請求項５】
前記溝部は、前記軸線方向における断面が矩形状断面となる形で形成され、前記コイル部材は、それら溝部に嵌合可能な形状にて形成されている請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のコイルリング。
【請求項６】
各前記コイル部材は、直方体状の本体部と、前記本体部の長手方向の第一側から該長手方向に対し垂直に突出する突出部と、を有したＬ字形状をなし、前記突出部が前記リング部材の溝部に嵌合する嵌合用突出部である請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載のコイルリング。
【請求項７】
前記コイル部材は、巻き回された前記コイルの巻き回し中心孔内を通過する形で貫通形成された貫通孔を有し、前記リング部材における所定載置位置に配置された状態で、前記貫通孔内に締結部材が挿通されることにより、前記リング部材に締結固定されている請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のコイルリング。
【請求項８】
前記コイル内包部材は樹脂成形体であり、各前記コイル部材は、巻き回されたコイルを包み込む形で形成されている請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のコイルリング。
【請求項９】
前記複数のコイル部材がステータに設けられ、前記複数の磁界形成部がロータに設けられることを特徴とする発電装置。
【請求項１０】
前記ロータは、フライホイールをなす回転体である請求項９に記載の発電装置。
【請求項１１】
前記ステータは、前記フライホイールを内包する発電装置筐体に固定されている請求項１０に記載の発電装置。
【請求項１２】
請求項８に記載のコイルリングの製造方法であって、
巻き回された前記コイルを形成する巻回コイル形成工程と、
形成された前記コイルを樹脂材料で包み込み、所定外形形状を有する前記コイル部材を形成する樹脂モールド工程と、
形成された前記コイル部材を、前記リング部材に対し、その軸線周りにおいて所定間隔おきに取り付けるコイル部材固定工程と、
を備えることを特徴とするコイルリングの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−９０４４４（Ｐ２０１３−９０４４４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８８３８（Ｐ２０１１−２２８８３８）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（５０１４４３２３８）株式会社ビルメン鹿児島 (18)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（５０１４４３２３８）株式会社ビルメン鹿児島 (18)
【Ｆターム（参考）】
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