通信装置
【課題】外部からの電力の供給に頼らずに、公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断された地域と他の地域との間での電話回線を介した通信が半永久的に可能な通信装置を提供する。
【解決手段】直線翼垂直軸風車１２が回転すると、発電機１３から交流電力が出力される（風力発電）。発電機１３からの交流電力は、風力用コントローラ２２により、直流電力に変換される。一方、太陽電池パネル３が太陽光を受けると、太陽電池パネル３から直流電力が出力される（太陽光発電）。直流電力は、ＤＣ−ＡＣインバータ２５により、交流電力に変換される。ＤＣ−ＡＣインバータ２５から出力される交流電力は、衛星電話端末４の動作電力として使用される。
【解決手段】直線翼垂直軸風車１２が回転すると、発電機１３から交流電力が出力される（風力発電）。発電機１３からの交流電力は、風力用コントローラ２２により、直流電力に変換される。一方、太陽電池パネル３が太陽光を受けると、太陽電池パネル３から直流電力が出力される（太陽光発電）。直流電力は、ＤＣ−ＡＣインバータ２５により、交流電力に変換される。ＤＣ−ＡＣインバータ２５から出力される交流電力は、衛星電話端末４の動作電力として使用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電話回線を使用して通信する通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震などによる災害に伴い、被災地域の電話回線が不通になることがある。
【０００３】
たとえば、被災地域で公衆交換電話網の通信ケーブルが切断されると、被災地域の固定電話回線が不通になる。
【０００４】
また、被災地域で携帯電話網の基地局間を接続する通信ケーブルが切断されると、被災地域の携帯電話回線が不通になる。
【０００５】
携帯電話回線は、停電が原因で不通になることもある。被災地域において、送電線が切断され、携帯電話網の基地局への電力の供給が途絶えると、その基地局と移動局との間で電波を送受信することができなくなる。その結果、被災地域の携帯電話回線が不通になる。これを回避するため、基地局には、非常用のバックアップ電源（バッテリ）が備えられている。しかし、バックアップ電源に蓄えられている電力は、１日程度で使い果たされるため、バックアップ電源のみでは、基地局を一時的に稼働させることができるにすぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１５９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
被災地域において、通信ケーブルおよび送電線が切断され、固定電話回線および携帯電話回線の両方が不通になる状況が想定されうる。しかしながら、現在のところ、そのような状況下の被災地域と他の地域との間での電話回線を使用した通信が長期にわたって可能である装置は提供されておらず、今後の災害に備えて、そのような装置の提供が切望されている。
【０００８】
本発明の目的は、外部からの電力の供給に頼らずに、公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断された地域と他の地域との間での電話回線を介した通信が半永久的に可能な通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明に係る通信装置は、風力を受けて、交流電力を発生する風力発電装置と、前記風力発電装置からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器と、太陽光を受け、光電変換によって直流電力を発生する太陽電池パネルと、直流電力を交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換器と、前記ＤＣ−ＡＣ変換器から出力される交流電力を使用して、衛星電話網を介して通信可能な衛星電話端末とを含む。そして、前記風力発電装置は、支持軸と、前記支持軸の周囲で前記支持軸の周方向に並べられた複数の巻線を有し、前記支持軸に固定的に設けられた固定子と、前記支持軸に対して前記支持軸の中心軸線を中心に回転可能に設けられ、その回転に伴って前記複数の巻線と順次に対向する永久磁石を有する回転子と、前記回転子の周囲に前記回転子から前記回転子の回転半径方向に間隔を空けて、前記支持軸の前記中心軸線を中心とする等角度間隔で設けられ、それぞれ前記中心軸線に沿う方向に延びる複数のブレードと、前記回転子から各ブレードに向けて延び、前記回転子と各ブレードとを連結するためのアームとを備えている。
【００１０】
風力発電装置では、固定子（ステータ）は、複数の巻線を有し、支持軸に固定的に設けられている。複数の巻線は、支持軸の周囲で支持軸の周方向に並べられている。一方、回転子（ロータ）は、永久磁石を有し、支持軸に対して支持軸の中心軸線を中心に回転可能に設けられている。回転子の回転に伴って、永久磁石が複数の巻線と順次に対向し、各巻線に誘導電流が流れる。
【００１１】
回転子の周囲には、回転子から回転子の回転半径方向に間隔を空けて、複数のブレードが支持軸の中心軸線を中心とする等角度間隔で設けられている。そして、回転子とブレードとは、回転子から各ブレードに向けて延びるアームによって連結されている。
【００１２】
これにより、支持軸が支柱の上端部に固定されても、ブレードおよびアームと一体的に回転子が回転する時、つまり発電時に生じる支柱の振動を低減でき、また、支柱とその他の部材との共振が生じることを防止できる。その結果、振動による騒音を低減することができる。また、振動による各部の摩耗を防止することができる。たとえば、支持軸と回転子との間にベアリングが介在される場合、そのベアリングにおけるフレッティング摩耗を防止することができる。
【００１３】
ブレードおよびアームと一体的に回転子が回転すると、風力発電装置から交流電力が出力される（風力発電）。風力発電装置からの交流電力は、ＡＣ−ＤＣ変換器により、直流電力に変換される。一方、太陽電池パネルが太陽光を受けると、太陽電池パネルから直流電力が出力される（太陽光発電）。直流電力は、ＤＣ−ＡＣ変換器により、交流電力に変換される。ＤＣ−ＡＣ変換器から出力される交流電力は、衛星電話端末の動作電力として使用される。
【００１４】
これにより、昼間は、風力発電および／または太陽光発電による電力を使用して、衛星電話端末を動作させることができる。夜間は、風力発電による電力を使用して、衛星電話端末を動作させることができる。そして、風力発電装置は、風速０．７ｍ／ｓの微風でも発電する。そのため、昼夜を問わず、通信装置内で衛星電話端末の動作に必要な電力を発生させることができる。その結果、外部からの電力の供給がなくても、ほぼ常時、衛星電話端末による通信が可能である。
【００１５】
衛星電話端末は、衛星電話網を介して通信可能な端末である。したがって、この通信装置が設置されている地域において、公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、衛星電話端末により、その地域と他の地域との間で通信を行うことができる。
【００１６】
よって、通信装置が設置されている地域において、送電線ならびに公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、外部からの電力の供給に頼らずに、他の地域との間で電話回線を介した通信を半永久的に行うことができる。
【００１７】
風力発電装置で発生する電力は、ブレードが受ける風の風速によって変動する。また、太陽電池パネルから発生する電力は、日射強度および気温によって変動する。そこで、ＤＣ−ＡＣ変換器に入力される直流電力を安定させるために、ＡＣ−ＤＣ変換器から出力される直流電力および太陽電池パネルから出力される直流電力をバッファ的に蓄えるための蓄電池が備えられて、その蓄電池から出力される直流電力がＤＣ−ＡＣ変換器によって交流電力に変換されることが好ましい。
【００１８】
従来の風力または太陽光を利用する発電装置には、比較的大容量の蓄電池を備えるものがある。この蓄電池は、発電停止時のバックアップ電源として備えられている。すなわち、風力または太陽光による発電が停止したときにも、発電装置に接続されている負荷に電力を供給することができるように、発電装置には、その負荷の消費電力に応じた大容量の蓄電池が備えられている。大容量の蓄電池は、サイズが大きいので、その蓄電池を備える発電装置のサイズは、必然的に大きくなる。
【００１９】
これに対し、この通信装置では、発電がほぼ停止しないので、バックアップ電源は不可欠な要素ではない。そのため、蓄電池として、バックアップ電源として使用可能な大容量のものは必要ではなく、比較的小容量のもので必要十分である。よって、蓄電池を備えることによるサイズの大型化を招くことはない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、送電線ならびに公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じた地域において、外部からの電力の供給に頼らずに、他の地域との間で電話回線を介した通信を半永久的に行うことができる。しかも、風力発電時の振動が小さく、振動による騒音が小さいので、通信装置が住宅街に設置されても、騒音による苦情が出ない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る通信装置の構成を図解的に示す図である。
【図２】図２は、その通信装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、上ステータの各相巻線と下ステータの各相巻線とが直列接続された状態を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、上ステータの各相巻線と下ステータの各相巻線とが並列接続された状態を示す図である。
【図４】図４は、切替回路の構成を図解的に示す図である。
【図５】図５は、風力用コントローラの構成を示す図である。
【図６】図６は、他の構成に係る風力発電装置の使用状態における側面図である。
【図７】図７は、図６に示される風力発電装置の断面図である。
【図８】図８は、図６に示される風力発電装置の要部の分解断面図である。
【図９】図９は、さらに他の構成に係る風力発電装置の要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る通信装置の構成を図解的に示す図である。図２は、その通信装置の電気的構成を示すブロック図である。
【００２４】
通信装置１は、風力によって交流電力を発生（風力発電）する風力発電装置２と、太陽光によって直流電力を発生（太陽光発電）する太陽電池パネル３と、衛星電話網を介して通信可能な衛星電話端末４と、風力発電装置２からの交流電力および太陽電池パネル３からの直流電力を衛星電話端末４の動作電力に変換する電力変換器５とを備えている。
【００２５】
風力発電装置２および太陽電池パネル３は、図１に示されるように、略円柱状の支柱１１に支持されている。支柱１１は、屋外で地上または建物の屋上などに、鉛直方向に延びるように立設される。
【００２６】
風力発電装置２は、支柱１１の上端に回転可能に設けられた直線翼垂直軸風車１２と、支柱１１の上端部に内蔵された発電機１３とを含む。
【００２７】
直線翼垂直軸風車１２は、回転軸１４および３枚のブレード１５を備えている。
【００２８】
回転軸１４は、支柱１１の上端部に支持されて、支柱１１の上端から鉛直上方に延びている。回転軸１４は、その中心軸線を中心に回転可能に設けられている。
【００２９】
３枚のブレード１５は、回転軸１４のまわりに、回転軸１４の中心軸線（回転軸線）を中心とする等角度間隔（１２０°間隔）を空けて配置されている。各ブレード１５は、ＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastics）からなり、中空の略長方形板状に形成されている。各ブレード１５は、鉛直方向に延びるように設けられ、２本のアーム１６により、回転軸１４の上端部および上下方向の途中部に連結されている。
【００３０】
ブレード１５の軽量化および形状の工夫により、直線翼垂直軸風車１２は、風速０．７ｍ／ｓ以上の風で回転する。
【００３１】
発電機１３は、３相交流発電機であり、ロータおよびステータを備えている。
【００３２】
ロータは、直線翼垂直軸風車１２の回転軸１４と一体的に回転可能に設けられている。ロータには、永久磁石が保持されている。
【００３３】
ステータは、図３Ａ，３Ｂに示されるように、上ステータＵＳおよび下ステータＬＳに２分割されている。上ステータＵＳには、Ｕ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗが設けられている。Ｕ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗは、Ｙ結線されている。また、下ステータＬＳには、Ｕ相巻線１８Ｕ、Ｖ相巻線１８ＶおよびＷ相巻線１８Ｗが設けられている。
【００３４】
直線翼垂直軸風車１２が回転すると、発電機１３のロータが直線翼垂直軸風車１２の回転軸１４と一体的に回転し、電磁誘導により、発電機１３のＵ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗに交流電流が流れる。その結果、発電機１３から３相交流電力が出力される。
【００３５】
太陽電池パネル３は、たとえば、電気的に接続された複数の多結晶シリコン太陽電池をパネル状をなすように並べて形成されている。太陽電池パネル３は、図１に示されるように、支柱１１から延びるアーム１９の先端に固定されて、受光面２０を斜め上方に向けた傾斜姿勢に設けられている。
【００３６】
太陽電池パネル３の受光面２０に太陽光が照射されると、光起電力効果が生じ、太陽電池パネル３から直流電力が出力される。
【００３７】
衛星電話端末４は、通信衛星（静止衛星）を介して、地上に設置されている衛星電話基地局と通信を行うことができる。衛星電話基地局は、公衆交換電話網（固定電話回線）に接続されている。これにより、衛星電話端末４は、通信衛星、衛星電話基地局および公衆交換電話網を介して、固定電話端末や携帯電話端末などと通信することができる。
【００３８】
電力変換器５は、支柱１１の基端部に内蔵されている。電力変換器５は、図２に示されるように、切替回路２１、風力用コントローラ２２、太陽光用コントローラ２３、蓄電池２４およびＤＣ−ＡＣインバータ２５を備えている。
【００３９】
図４は、切替回路の構成を図解的に示す図である。
【００４０】
切替回路２１は、図４に示されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４、第５リレーＲｙ５、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を含む。
【００４１】
第１リレーＲｙ１は、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕの一端に設けられた端子Ｔ１の接続先を下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの一端に設けられた端子Ｔ４とその他端に設けられた端子Ｔ５とに切り替えるためのものである。端子Ｔ４は、第１リレーＲｙ１を介して、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵに接続されている。
【００４２】
第２リレーＲｙ２は、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖの一端に設けられた端子Ｔ２の接続先を下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖの一端に設けられた端子Ｔ６とその他端に設けられた端子Ｔ７とに切り替えるためのものである。端子Ｔ６は、第２リレーＲｙ２を介して、風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶに接続されている。
【００４３】
第３リレーＲｙ３は、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗの一端に設けられた端子Ｔ３の接続先を下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗの一端に設けられた端子Ｔ８とその他端に設けられた端子Ｔ９とに切り替えるためのものである。端子Ｔ８は、第３リレーＲｙ３を介して、風力用コントローラ２２のＷ相入力端子ＴＷに接続されている。
【００４４】
第４リレーＲｙ４は、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００４５】
第５リレーＲｙ５は、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００４６】
第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２および第３リレーＲｙが制御されて、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕの端子Ｔ１と下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とが接続され、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖの端子Ｔ２と下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とが接続され、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗの端子Ｔ３と下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とが接続される。また、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５が制御されて、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とが相互に切り離される。
【００４７】
これにより、図３Ａに示されるように、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗの中性点と風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵとの間で、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕと下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕとが直列に接続される。また、その中性点と風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとの間で、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖと下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖとが直列に接続される。さらに、その中性点と風力用コントローラ２２のＷ相入力端子ＴＷとの間で、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗと下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗとが直列に接続される。
【００４８】
そして、この状態で、直線翼垂直軸風車１２が回転すると、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗに交流電圧が生じ、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに交流電力が入力される。
【００４９】
一方、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２および第３リレーＲｙが制御されて、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕの端子Ｔ１と下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ４とが接続され、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖの端子Ｔ２と下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ６とが接続され、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗの端子Ｔ３と下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ８とが接続される。また、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５が制御されて、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とが相互に接続される。
【００５０】
これにより、図３Ｂに示されるように、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗの中性点と風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵとの間で、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕと下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕとが並列に接続される。また、その中性点と風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとの間で、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖと下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖとが並列に接続される。さらに、その中性点と風力用コントローラ２２のＷ相入力端子ＴＷとの間で、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗと下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗとが並列に接続される。
【００５１】
そして、この状態で、直線翼垂直軸風車１２が回転すると、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗに交流電圧が生じ、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに交流電力が入力される。
【００５２】
第６リレーＲｙ６は、風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとＷ相入力端子ＴＷとを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００５３】
第７リレーＲｙ７は、風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとＵ相入力端子ＴＵとを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００５４】
第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７が制御されて、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に接続されることにより、風力用コントローラ２２への３相交流電力の入力が遮断される。
【００５５】
図５は、風力用コントローラの構成を示す図である。
【００５６】
風力用コントローラ２２は、整流回路３１、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３、高電圧変換部３４および電圧変換制御部３５を備えている。
【００５７】
整流回路３１は、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷから入力される３相交流電力（交流電圧）を直流電力（直流電圧）に変換する。
【００５８】
低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４は、整流回路３１から出力される直流電圧を２４Ｖの直流電圧に変換する。
【００５９】
低電圧変換部３２は、トランス４１、スイッチング素子４２および整流平滑回路４３を含む電圧変換回路を備えている。トランス４１の１次巻線は、整流回路３１に接続されている。スイッチング素子４２は、整流回路３１とトランス４１の１次巻線との間に介装されている。整流平滑回路４３は、トランス４１の２次巻線に接続されている。
【００６０】
また、低電圧変換部３２には、マイクロコンピュータで構成されるスイッチング制御部４４が備えられている。スイッチング素子４２のオン／オフは、スイッチング制御部４４によって制御される。
【００６１】
低電圧変換部３２の動作時には、スイッチング素子４２のオン／オフが周期的に繰り返される。これにより、トランス４１の１次巻線に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。トランス４１の１次巻線に交流電圧が印加されると、電磁誘導により、トランス４１の２次巻線に交流電圧が発生し、トランス４１における交流電圧の変圧が達成される。トランス４１から出力される交流電圧は、整流平滑回路４３に入力されて、整流平滑回路４３により、２４Ｖの直流電圧に変換される。整流平滑回路４３から出力される直流電圧は、蓄電池２４に与えられる。
【００６２】
さらに、低電圧変換部３２には、整流平滑回路４３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の下限値未満であるか否かを判断する低電圧検出部４５と、整流平滑回路４３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の上限値以上であるか否かを判断する過電圧検出部４６とが備えられている。低電圧検出部４５および過電圧検出部４６は、マイクロコンピュータで構成される。低電圧検出部４５および過電圧検出部４６の判断結果は、それぞれフォトカプラ４７，４８を介して、スイッチング制御部４４に送信される。
【００６３】
スイッチング制御部４４は、低電圧検出部４５から電圧値が下限値未満である旨の判断結果（信号）または過電圧検出部４６から電圧値が上限値以上である旨の判断結果（信号）を受信すると、スイッチング素子４２をオフにする。これにより、低電圧変換部３２は、整流回路３１から切り離される。
【００６４】
中電圧変換部３３は、トランス５１、スイッチング素子５２および整流平滑回路５３を含む電圧変換回路を備えている。トランス５１の１次巻線は、整流回路３１に接続されている。スイッチング素子５２は、整流回路３１とトランス５１の１次巻線との間に介装されている。整流平滑回路５３は、トランス５１の２次巻線に接続されている。
【００６５】
また、中電圧変換部３３には、マイクロコンピュータで構成されるスイッチング制御部５４が備えられている。スイッチング素子５２のオン／オフは、スイッチング制御部５４によって制御される。
【００６６】
中電圧変換部３３の動作時には、スイッチング素子５２のオン／オフが周期的に繰り返される。これにより、トランス５１の１次巻線に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。トランス５１の１次巻線に交流電圧が印加されると、電磁誘導により、トランス５１の２次巻線に交流電圧が発生し、トランス５１における交流電圧の変圧が達成される。トランス５１から出力される交流電圧は、整流平滑回路５３に入力されて、整流平滑回路５３により、２４Ｖの直流電圧に変換される。整流平滑回路５３から出力される直流電圧は、蓄電池２４に与えられる。
【００６７】
さらに、中電圧変換部３３には、整流平滑回路５３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の下限値未満であるか否かを判断する低電圧検出部５５と、整流平滑回路５３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の上限値以上であるか否かを判断する過電圧検出部５６とが備えられている。低電圧検出部５５および過電圧検出部５６は、マイクロコンピュータで構成される。低電圧検出部５５および過電圧検出部５６の判断結果は、それぞれフォトカプラ５７，５８を介して、スイッチング制御部５４に送信される。
【００６８】
スイッチング制御部５４は、低電圧検出部５５から電圧値が下限値未満である旨の判断結果（信号）を受信すると、スイッチング素子５２をオフにする。また、スイッチング制御部５４は、過電圧検出部５６から電圧値が上限値以上である旨の判断結果（信号）を受信しても、スイッチング素子４２を周期的にオン／オフさせる。これにより、高電圧変換部３４の動作から中電圧変換部３３の動作に切り替えられたときに、中電圧変換部３３から直流電圧を速やかに出力させることができる。
【００６９】
高電圧変換部３４は、トランス６１、スイッチング素子６２，６３および整流平滑回路６４を含む電圧変換回路を備えている。トランス６１の１次巻線の一端は、スイッチング素子６２を介して、整流回路３１の一方の出力端子に接続されている。また、トランス６１の１次巻線の他端は、スイッチング素子６３を介して、整流回路３１の一方の出力端子に接続されている。また、１次巻線の中間点は、整流回路３１の他方の出力端子に接続されている。整流平滑回路６４の一方の出力端子は、トランス６１の２次巻線の一端に接続されている。整流平滑回路６４の他方の出力端子は、トランス６１の２次巻線の中間点に接続されている。
【００７０】
また、高電圧変換部３４には、マイクロコンピュータで構成されるスイッチング制御部６５が備えられている。スイッチング素子６２，６３のオン／オフは、スイッチング制御部６５によって制御される。
【００７１】
高電圧変換部３４は、低出力モードおよび高出力モードの２つの出力モードを有している。低出力モードでの高電圧変換部３４の動作時には、スイッチング素子６３がオフにされた状態で、スイッチング素子６２のオン／オフが周期的に繰り返される。これにより、トランス６１の１次巻線の一端と中間点との間に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。一方、高出力モードでの高電圧変換部３４の動作時には、スイッチング素子６２，６３の両方が同期して周期的にオン／オフされる。これにより、トランス６１の１次巻線の一端と中間点との間および他端と中間点との間に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。トランス６１の１次巻線に交流電圧が印加されると、電磁誘導により、トランス６１の２次巻線に交流電圧が発生し、トランス６１における交流電圧の変圧が達成される。トランス６１から出力される交流電圧は、整流平滑回路６４に入力されて、整流平滑回路６４により、２４Ｖの直流電圧に変換される。整流平滑回路６４から出力される直流電圧は、蓄電池２４に与えられる。
【００７２】
さらに、高電圧変換部３４には、整流平滑回路６４から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の下限値未満であるか否かを判断する低電圧検出部６６が備えられている。低電圧検出部６６は、マイクロコンピュータで構成される。低電圧検出部６６の判断結果は、それぞれフォトカプラ６７を介して、スイッチング制御部６５に送信される。
【００７３】
スイッチング制御部６５は、低電圧検出部６６から電圧値が下限値未満である旨の判断結果（信号）を受信すると、スイッチング素子６２，６３をオフにする。
【００７４】
そして、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４は、それらの定格電圧および出力容量がこの順に大きくなるように、電圧変換回路の回路定数やトランス４１，５１，６１の１次巻線および２次巻線の巻数などが設定されている。
【００７５】
電圧変換制御部３５は、マイクロコンピュータからなる。電圧変換制御部３５は、切替回路２１からＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数を常に監視している。電圧変換制御部３５は、交流電圧の周波数に基づいて、切替回路２１の第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４、第５リレーＲｙ５、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御して、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗの直列接続および並列接続を切り替える。また、電圧変換制御部３５は、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の電圧値（以下「入力電圧値」という。）に基づいて、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４を選択的に動作させる。入力電圧値は、たとえば、スイッチング制御部４４，５４，６５内で検出される。
【００７６】
具体的には、風速が小さく、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数が０〜２５．３Ｈｚの範囲内（入力電圧値が０〜１９０Ｖの範囲内）である場合には、電圧変換制御部３５は、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗがそれぞれ直列に接続されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５を制御する。また、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に切り離されるように、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御する。
【００７７】
そして、入力電圧値が８０Ｖ未満である場合には、電圧変換制御部３５は、低電圧変換部３２を動作させる。すなわち、中電圧変換部３３のスイッチング素子５２および高電圧変換部３４のスイッチング素子６２，６３をオフにした状態で、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２を周期的にオン／オフする。これにより、低電圧変換部３２から２４Ｖの直流電圧が出力される。低電圧変換部３２の出力容量は、たとえば、７．８Ｗである。
【００７８】
風速が上がり、入力電圧値が８０Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、中電圧変換部３３を動作させる。すなわち、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２および高電圧変換部３４のスイッチング素子６２，６３をオフにした状態で、中電圧変換部３３のスイッチング素子５２を周期的にオン／オフする。これにより、中電圧変換部３３から２４Ｖの直流電圧が出力される。中電圧変換部３３の出力容量は、たとえば、３２Ｗである。
【００７９】
風速がさらに上がり、入力電圧値が１５０Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、高電圧変換部３４を低出力モードで動作させる。すなわち、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２をオフにし、高電圧変換部３４のスイッチング素子６３をオフにした状態で、スイッチング素子６２を周期的にオン／オフする。これにより、高電圧変換部３４から２４Ｖの直流電圧が出力される。高電圧変換部３４の低出力モードでの出力容量は、たとえば、２１０Ｗである。
【００８０】
風速がさらに上がり、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数が２５．３Ｈｚを超えると、電圧変換制御部３５は、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗがそれぞれ並列に接続されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５を制御する。これにより、入力電圧値は、１９０Ｖから９５Ｖに低下する。そのため、これに応答して、電圧変換制御部３５は、中電圧変換部３３を動作させる。
【００８１】
その後、風速がさらに上がり、入力電圧値が１５０Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、高電圧変換部３４を低出力モードで動作させる。
【００８２】
風速がさらに上がり、入力電圧値が２００Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、高電圧変換部３４を高出力モードで動作させる。すなわち、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２をオフにした状態で、高電圧変換部３４のスイッチング素子６２，６３を周期的にオン／オフする。これにより、高電圧変換部３４から２４Ｖの直流電圧が出力される。高電圧変換部３４の低出力モードでの出力容量は、たとえば、５００Ｗである。
【００８３】
Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数が６１．３Ｈｚ以上（入力電圧値が２３０Ｖ以上）になると、電圧変換制御部３５は、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に接続されるように、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御する。その後、１０分間が経過すると、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に切り離されるように、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御する。そして、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗがそれぞれ直列に接続されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５を制御する。
【００８４】
このように、風速に応じて、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗの直列接続および並列接続が切り替えられ、また、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４が選択的に動作される。そのため、風力用コントローラ２２が過負荷によって破壊されることを防止できながら、低風速から高風速の広範囲において、風力用コントローラ２２から直流電力（直流電圧）を安定して出力することができる。
【００８５】
太陽光用コントローラ２３は、図２に示されるように、太陽電池パネル３および蓄電池２４に接続されている。太陽電池パネル３から出力される直流電力は、その電圧値が太陽光用コントローラ２３によって２４Ｖに変圧されて、太陽光用コントローラ２３から出力される。
【００８６】
そして、風力用コントローラ２２および太陽光用コントローラ２３から出力される直流電力は、蓄電池２４をバッファ的に経由して、ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される。蓄電池２４は、その容量が５０Ａｈ未満であるものが用いられ、具体的には、その容量が２０Ａｈであるものが用いられる。
【００８７】
ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される直流電力は、所定周波数および所定振幅の交流電力に変換されて、ＤＣ−ＡＣインバータ２５から衛星電話端末４に動作電力として与えられる。
【００８８】
以上のように、直線翼垂直軸風車１２が回転すると、発電機１３から交流電力が出力される（風力発電）。発電機１３からの交流電力は、風力用コントローラ２２により、直流電力に変換される。一方、太陽電池パネル３が太陽光を受けると、太陽電池パネル３から直流電力が出力される（太陽光発電）。直流電力は、ＤＣ−ＡＣインバータ２５により、交流電力に変換される。ＤＣ−ＡＣインバータ２５から出力される交流電力は、衛星電話端末４の動作電力として使用される。
【００８９】
これにより、昼間は、風力発電および／または太陽光発電による電力を使用して、衛星電話端末４を動作させることができる。夜間は、風力発電による電力を使用して、衛星電話端末４を動作させることができる。そして、直線翼垂直軸風車１２は、風速０．７ｍ／ｓの微風でも回転する。したがって、微風状態においても、発電機１３から電力を発生させることができる。そのため、昼夜を問わず、通信装置１内で衛星電話端末４の動作に必要な電力を発生させることができる。その結果、外部からの電力の供給がなくても、ほぼ常時、衛星電話端末４による通信が可能である。
【００９０】
衛星電話端末４は、衛星電話網を介して通信可能な端末である。したがって、この通信装置１が設置されている地域において、公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、衛星電話端末４により、その地域と他の地域との間で通信を行うことができる。
【００９１】
よって、通信装置１が設置されている地域において、送電線ならびに公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、外部からの電力の供給に頼らずに、他の地域との間で電話回線を介した通信を半永久的に行うことができる。
【００９２】
発電機１３で発生する電力は、直線翼垂直軸風車１２が受ける風の風速によって変動する。また、太陽電池パネル３から発生する電力は、日射強度および気温によって変動する。そこで、ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される直流電力を安定させるために、風力用コントローラ２２から出力される直流電力および太陽電池パネル３から出力される直流電力をバッファ的に蓄えるための蓄電池２４が備えられており、その蓄電池２４から出力される直流電力がＤＣ−ＡＣインバータ２５によって交流電力に変換される。
【００９３】
通信装置１では、発電がほぼ停止しないので、蓄電池２４としては、バックアップ電源として使用可能な大容量のものは必要ではなく、ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される直流電力を安定させることができる程度の比較的小容量のもので必要十分である。よって、蓄電池２４を備えることによるサイズの大型化を招くことはない。
【００９４】
図６は、他の構成に係る風力発電装置の使用状態における側面図である。
【００９５】
風力発電装置１０１は、鉛直方向に延びる略円筒状の支柱１０２の上端部に取り付けられて、屋外で使用される。
【００９６】
図７は、図６に示される風力発電装置の断面図である。図８は、図６に示される風力発電装置の要部の分解断面図である。
【００９７】
風力発電装置１０１は、略円筒状の支持軸１１１と、支持軸１１１に固定的に設けられたステータ１１２と、支持軸１１１に対して支持軸１１１の中心軸線Ｃを中心に回転可能に設けられたロータ１１３と、支持軸１１１を支柱１０２（図６参照）の上端部に固定するための固定部材１１４とを備えている。
【００９８】
支持軸１１１は、その中心軸線Ｃが鉛直方向に延びている。
【００９９】
ステータ１１２は、支持軸１１１の上端から少し下方の位置に設けられ、全体として支持軸１１１の周囲を取り囲む略円環板状（フランジ状）をなしている。ステータ１１２には、それぞれ複数のＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線（いずれも図示せず）が支持軸１１１の周方向に並べて設けられている。
【０１００】
ロータ１１３は、たとえば、上下２つに分割して構成されている。そして、ロータ１１３は、その２つの分割部分が互いに結合した状態で、ステータ１１２を包囲するように設けられ、扁平な略円環板状をなしている。より具体的には、ロータ１１３は、２つの分割部分が違いに結合した状態で、支持軸１１１の周囲を取り囲む円筒状の円筒部１１５と、円筒部１１５の上下方向の中央部から周囲に張り出すフランジ状の本体部１１６とを有している。ロータ１１３の上下方向の中央部には、円筒部１１５の内周面から本体部１１６の径方向の途中部に至るスペース１１７が形成されており、ロータ１１３は、そのスペース１１７に収容されている。
【０１０１】
円筒部１１５には、スペース１１７の上方および下方に、それぞれ円筒部１１５の内周面から径方向に窪む凹部１１８が形成されている。各凹部１１８には、ベアリング１１９が収容されている。ベアリング１１９の内輪の内周面は、円筒部１１５の内周面とほぼ段差なく連続しており、ベアリング１１９の内輪は、支持軸１１１に相対回転不能に外嵌されている。
【０１０２】
本体部１１６には、複数の永久磁石（図示せず）がロータ１１３の回転に伴ってＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線と順次に対向するように設けられている。
【０１０３】
固定部材１１４は、略円筒状の挿入部１２０と、挿入部１２０の周囲に張り出すフランジ状のフランジ部１２１とを一体的に有している。
【０１０４】
挿入部１２０は、支持軸１１１の外径とほぼ等しい内径を有している。挿入部１２０には、支持軸１１１の下端部が上方から挿入されて、ねじ１２２（図８参照）により、その支持軸１１１の下端部が固定されている。
【０１０５】
また、挿入部１２０は、支柱１０２の外径よりやや大きい内径を有している。風力発電装置１０１が支柱１０２に取り付けられるときには、図６に示されるように、挿入部１２０の下端部が支柱１０２の上端部に上方から冠着される。そして、フランジ部１２１が支柱１０２の上端に当接した状態で、ねじ（図示せず）により、挿入部１２０が支柱１０２に対して固定される。これにより、支持軸１１１が固定部材１１４を介して支柱１０２に対して相対回転不能に固定される。
【０１０６】
風力発電装置１０１は、１対（２枚）のベース板１３１、３枚のブレード１３２、６本のアーム１３３、各アーム１３３をベース板１３１に連結するための６個の基端側連結部材１３４および各アーム１３３をブレード１３２に連結するための６個の先端側連結部材１３５をさらに備えている。
【０１０７】
ベース板１３１は、ロータ１１３とほぼ同じ外径の略円板状をなし、ロータ１１３の上下にそれぞれ設けられている。上側のベース板１３１は、図７に示されるように、平面視でロータ１１３と同じ位置に配置されて、ロータ１１３の円筒部１１５に上方から当接した状態で、ねじ１３６でロータ１１３に固定されている。下側のベース板１３１は、図７に示されるように、平面視でロータ１１３と同じ位置に配置されて、ロータ１１３の円筒部１１５に下方から当接した状態で、ねじ１３７でロータ１１３に固定されている。
【０１０８】
３枚のブレード１３２は、ロータ１１３の周囲にロータ１１３から水平方向（ロータ１１３の回転半径方向）に間隔を空けて、支持軸１１１の中心軸線（ロータ１１３の回転軸線）を中心とする等角度間隔（１２０°間隔）で設けられている。各ブレード１３２は、ＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastics）からなり、鉛直方向に延びる略長方形板状の中空体に形成されている。
【０１０９】
アーム１３３は、図６に示されるように、各ブレード１３２に対して２本設けられている。各ブレード１３２に対する２本のアーム１３３は、それぞれ上側のベース板１３１とブレード１３２との間および下側のベース板１３１とブレード１３２との間で直線状に延びている。具体的には、上側のアーム１３３は、上側のベース板１３１の近傍からブレード１３２に向かって、水平面（支持軸１１１の中心軸線Ｃと直交する平面）に対して上方に約２６°の傾斜角で傾斜して延びている。下側のアーム１３３は、下側のベース板１３１の近傍からブレード１３２に向かって、水平面に対して下方に約２６°の傾斜角で傾斜して延びている。
【０１１０】
基端側連結部材１３４は、アーム１３３と同じ幅を有する細長い板状部材を途中部で屈曲させて形成されており、図７に示されるように、ベース板１３１の表面（上面または下面）に沿って延びるベース板側部分１３８およびアーム１３３に沿って延びるアーム側部分１３９を一体的に有している。
【０１１１】
ベース板側部分１３８が上側のベース板１３１の上面に接した状態で、ベース板側部分１３８がベース板１３１にボルト１４０およびナット１４１で固定され、アーム側部分１３９がアーム１３３の下面に接した状態で、アーム側部分１３９がアーム１３３にボルト１４２およびナット１４３で固定されることにより、アーム１３３の基端部が上側のベース板１３１に基端側連結部材１３４を介して連結固定されている。
【０１１２】
また、ベース板側部分１３８が下側のベース板１３１の下面に接した状態で、ベース板側部分１３８がベース板１３１にボルト１４４およびナット１４５で固定され、アーム側部分１３９がアーム１３３の上面に接した状態で、アーム側部分１３９がアーム１３３にボルト１４６およびナット１４７で固定されることにより、アーム１３３の基端部が下側のベース板１３１に基端側連結部材１３４を介して連結固定されている。
【０１１３】
上側のベース板１３１に固定される基端側連結部材１３４と下側のベース板１３１に固定される基端側連結部材１３４とは、平面視で互いに重なるように配置されている。これにより、各ブレード１３２に対する２本のアーム１３３は、平面視で互いに重なり、水平面に対してそれぞれ上方および下方に同じ傾斜角度で傾斜して延びている。そして、図７に示されるように、各アーム１３３の基端部からアーム１３３に沿ってベース板１３１側に延ばした直線Ｌ１，Ｌ２が中心軸線Ｃ上かつロータ１１３の上下方向の中央で交差するように、水平面に対するアーム１３３の傾斜角度が設定されている。
【０１１４】
先端側連結部材１３５は、アーム１３３と同じ幅を有する細長い板状部材を途中部で屈曲させて形成されており、アーム１３３に沿って延びるアーム側部分１４８および水平面に沿って延びる水平部分１４９を一体的に有している。
【０１１５】
アーム側部分１４８が上側のアーム１３３の下面に接した状態で、アーム側部分１４８がアーム１３３にボルト１５０およびナット１５１で固定され、水平部分１４９がブレード１３２に突設された接続板１５２の下面に接した状態で、水平部分１４９が接続板１５２にボルト１５３およびナット１５４で固定されることにより、上側のアーム１３３がブレード１３２に先端側連結部材１３５を介して連結固定されている。
【０１１６】
また、アーム側部分１４８が下側のアーム１３３の上面に接した状態で、アーム側部分１４８がアーム１３３にボルト１５５およびナット１５６で固定され、水平部分１４９がブレード１３２に突設された接続板１５７の下面に接した状態で、水平部分１４９が接続板１５７にボルト１５８およびナット１５９で固定されることにより、下側のアーム１３３がブレード１３２に先端側連結部材１３５を介して連結固定されている。
【０１１７】
ブレード１３２に突設された接続板１５２，１５７は、ブレード１３２の上下方向の中央に対してそれぞれ上方および下方に等間隔を空けた位置に配置されている。これにより、各ブレード１３２に関して、ブレード１３２、アーム１３３、基端側連結部材１３４、先端側連結部材１３５および接続板１５２，１５７を含む構造物は、上下対称の構成を有している。また、ブレード１３２の上下方向の中央は、ロータ１１３の上下方向の中央と上下方向の位置がほぼ一致している。
【０１１８】
ブレード１３２が風を受けると、各ブレード１３２とアーム１３３を介して連結されたロータ１１３が回転する。ロータ１１３が回転すると、その回転に伴って、ロータ１１３に保持された永久磁石がステータ１１２のＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線と順次に対向し、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に電磁誘導による交流電流が流れ、風力による発電が達成される。
【０１１９】
以上のように、風力発電装置１０１では、ステータ１１２は、複数のＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線を有し、支持軸１１１に固定的に設けられている。Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線は、支持軸１１１の周囲で支持軸１１１の周方向に並べられている。一方、ロータ１１３は、永久磁石を有し、支持軸１１１に対して支持軸１１１の中心軸線Ｃを中心に回転可能に設けられている。ロータ１１３の回転に伴って、永久磁石が複数のＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線と順次に対向し、各Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に誘導電流が流れる。
【０１２０】
ロータ１１３の周囲には、ロータ１１３からロータ１１３の回転半径方向に間隔を空けて、３枚のブレード１３２が支持軸１１１の中心軸線Ｃを中心とする等角度間隔で設けられている。そして、ロータ１１３とブレード１３２とは、ロータ１１３から各ブレード１３２に向けて延びるアーム１３３によって連結されている。
【０１２１】
この構成では、図１に示される回転軸１４に相当する部材が存在しないので、支持軸１１１が支柱１０２の上端部に固定されても、ロータ１１３の回転時、つまり発電時に生じる支柱１０２の振動を低減でき、また、支柱１０２とその他の部材との共振が生じることを防止できる。その結果、振動による騒音を低減することができる。また、振動による各部の摩耗を防止することができる。たとえば、支持軸１１１とロータ１１３との間にベアリングが介在される場合、そのベアリングにおけるフレッティング摩耗を防止することができる。
【０１２２】
また、図１に示される回転軸１４に相当する部材が不要であるので、図１に示される構成と比較して、その分のコストを低減することができる。
【０１２３】
ロータ１１３に対して中心軸線Ｃに沿う方向の上側および下側にベース板１３１が設けられ、各ベース板１３１がロータ１１３に固定されている。そして、各ブレード１３２に対して２本のアーム１３３が設けられて、そのうちの一方のアーム１３３は、基端部が上側のベース板１３１に固定され、ブレード１３２に向けて上方に傾斜して直線的に延び、先端部がブレード１３２に固定されており、他方のアーム１３３は、基端部が下側のベース板１３１に固定され、ブレード１３２に向けて上方に傾斜して直線的に延び、先端部がブレード１３２に固定されている。
【０１２４】
そして、各アーム１３３の基端部から当該アーム１３３に沿ってベース板１３１側に延ばした直線が中心軸線Ｃ上かつロータ１１３の中心軸線Ｃに沿う方向の中央で交差するように、各ブレード１３２に対する２本のアーム１３３が延びている。言い換えれば、各アーム１３３の基端部から当該アーム１３３に沿って延ばした直線の交点がロータ１１３の重心と一致するように、各ブレード１３２に対する２本のアーム１３３が延びている。
【０１２５】
これにより、ブレード１３２と一体的にロータ１１３が回転するときに、ロータ１１３に生じる応力のバランスを保つことができる。その結果、ロータ１１３の回転時の振動を低減することができる。
【０１２６】
図９は、さらに他の構成に係る風力発電装置の要部の断面図である。
【０１２７】
図９において、図７に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略する。
【０１２８】
図７に示される構成では、ロータ１１３の上側および下側にそれぞれベース板１３１が設けられている。これに対し、図９に示される構成では、ロータ１１３の上側のみにベース板１６１が設けられている。
【０１２９】
ベース板１６１は、ロータ１１３より大きい外径の略円環板状をなしている。ベース板１６１は、平面視でその中心がロータ１１３の中心と重なるように配置されて、中央の円形孔にロータ１１３の円筒部１１５が挿通されて、ロータ１１３の本体部１１６に上方から当接した状態で、ねじ１６２で本体部１１６に固定されている。
【０１３０】
そして、各ブレード１３２に対する２本のアーム１３３は、基端側連結部材１３４を介して、それぞれベース板１６１の上面および下面に連結固定されている。すなわち、上側のアーム１３３に固定された基端側連結部材１３４のベース板側部分１３８がベース板１３１の上面に接し、下側のアーム１３３に固定された基端側連結部材１３４のベース板側部分１３８がベース板１３１の下面に接した状態、言い換えれば、２本のアーム１３３に固定された基端側連結部材１３４のベース板側部分１３８でベース板１６１を挟んだ状態で、それらのベース板側部分１３８がベース板１６１にボルト１６３およびナット１６４で一括して固定されている。
【０１３１】
このように、図９に示される構成は、図７に示される構成よりも簡素化されている。よって、図９に示される構成では、図７に示される構成と比較して、コストを低減することができる。
【０１３２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１ 通信装置
２ 風力発電装置
３ 太陽電池パネル
４ 衛星電話端末
５ 電力変換器
１２ 直線翼垂直軸風車
１３ 発電機
２２ 風力用コントローラ（ＡＣ−ＤＣ変換器）
２４ 蓄電池
２５ ＤＣ／ＡＣインバータ（ＤＣ−ＡＣ変換器）
１０１ 風力発電装置
１０２ 支柱
１１１ 支持軸
１１２ ステータ（固定子）
１１３ ロータ（回転子）
１３１ ベース板
１３２ ブレード
１３３ アーム
１６１ ベース板
Ｃ 中心軸線
Ｌ１ 直線
Ｌ２ 直線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電話回線を使用して通信する通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震などによる災害に伴い、被災地域の電話回線が不通になることがある。
【０００３】
たとえば、被災地域で公衆交換電話網の通信ケーブルが切断されると、被災地域の固定電話回線が不通になる。
【０００４】
また、被災地域で携帯電話網の基地局間を接続する通信ケーブルが切断されると、被災地域の携帯電話回線が不通になる。
【０００５】
携帯電話回線は、停電が原因で不通になることもある。被災地域において、送電線が切断され、携帯電話網の基地局への電力の供給が途絶えると、その基地局と移動局との間で電波を送受信することができなくなる。その結果、被災地域の携帯電話回線が不通になる。これを回避するため、基地局には、非常用のバックアップ電源（バッテリ）が備えられている。しかし、バックアップ電源に蓄えられている電力は、１日程度で使い果たされるため、バックアップ電源のみでは、基地局を一時的に稼働させることができるにすぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１５９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
被災地域において、通信ケーブルおよび送電線が切断され、固定電話回線および携帯電話回線の両方が不通になる状況が想定されうる。しかしながら、現在のところ、そのような状況下の被災地域と他の地域との間での電話回線を使用した通信が長期にわたって可能である装置は提供されておらず、今後の災害に備えて、そのような装置の提供が切望されている。
【０００８】
本発明の目的は、外部からの電力の供給に頼らずに、公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断された地域と他の地域との間での電話回線を介した通信が半永久的に可能な通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明に係る通信装置は、風力を受けて、交流電力を発生する風力発電装置と、前記風力発電装置からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器と、太陽光を受け、光電変換によって直流電力を発生する太陽電池パネルと、直流電力を交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換器と、前記ＤＣ−ＡＣ変換器から出力される交流電力を使用して、衛星電話網を介して通信可能な衛星電話端末とを含む。そして、前記風力発電装置は、支持軸と、前記支持軸の周囲で前記支持軸の周方向に並べられた複数の巻線を有し、前記支持軸に固定的に設けられた固定子と、前記支持軸に対して前記支持軸の中心軸線を中心に回転可能に設けられ、その回転に伴って前記複数の巻線と順次に対向する永久磁石を有する回転子と、前記回転子の周囲に前記回転子から前記回転子の回転半径方向に間隔を空けて、前記支持軸の前記中心軸線を中心とする等角度間隔で設けられ、それぞれ前記中心軸線に沿う方向に延びる複数のブレードと、前記回転子から各ブレードに向けて延び、前記回転子と各ブレードとを連結するためのアームとを備えている。
【００１０】
風力発電装置では、固定子（ステータ）は、複数の巻線を有し、支持軸に固定的に設けられている。複数の巻線は、支持軸の周囲で支持軸の周方向に並べられている。一方、回転子（ロータ）は、永久磁石を有し、支持軸に対して支持軸の中心軸線を中心に回転可能に設けられている。回転子の回転に伴って、永久磁石が複数の巻線と順次に対向し、各巻線に誘導電流が流れる。
【００１１】
回転子の周囲には、回転子から回転子の回転半径方向に間隔を空けて、複数のブレードが支持軸の中心軸線を中心とする等角度間隔で設けられている。そして、回転子とブレードとは、回転子から各ブレードに向けて延びるアームによって連結されている。
【００１２】
これにより、支持軸が支柱の上端部に固定されても、ブレードおよびアームと一体的に回転子が回転する時、つまり発電時に生じる支柱の振動を低減でき、また、支柱とその他の部材との共振が生じることを防止できる。その結果、振動による騒音を低減することができる。また、振動による各部の摩耗を防止することができる。たとえば、支持軸と回転子との間にベアリングが介在される場合、そのベアリングにおけるフレッティング摩耗を防止することができる。
【００１３】
ブレードおよびアームと一体的に回転子が回転すると、風力発電装置から交流電力が出力される（風力発電）。風力発電装置からの交流電力は、ＡＣ−ＤＣ変換器により、直流電力に変換される。一方、太陽電池パネルが太陽光を受けると、太陽電池パネルから直流電力が出力される（太陽光発電）。直流電力は、ＤＣ−ＡＣ変換器により、交流電力に変換される。ＤＣ−ＡＣ変換器から出力される交流電力は、衛星電話端末の動作電力として使用される。
【００１４】
これにより、昼間は、風力発電および／または太陽光発電による電力を使用して、衛星電話端末を動作させることができる。夜間は、風力発電による電力を使用して、衛星電話端末を動作させることができる。そして、風力発電装置は、風速０．７ｍ／ｓの微風でも発電する。そのため、昼夜を問わず、通信装置内で衛星電話端末の動作に必要な電力を発生させることができる。その結果、外部からの電力の供給がなくても、ほぼ常時、衛星電話端末による通信が可能である。
【００１５】
衛星電話端末は、衛星電話網を介して通信可能な端末である。したがって、この通信装置が設置されている地域において、公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、衛星電話端末により、その地域と他の地域との間で通信を行うことができる。
【００１６】
よって、通信装置が設置されている地域において、送電線ならびに公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、外部からの電力の供給に頼らずに、他の地域との間で電話回線を介した通信を半永久的に行うことができる。
【００１７】
風力発電装置で発生する電力は、ブレードが受ける風の風速によって変動する。また、太陽電池パネルから発生する電力は、日射強度および気温によって変動する。そこで、ＤＣ−ＡＣ変換器に入力される直流電力を安定させるために、ＡＣ−ＤＣ変換器から出力される直流電力および太陽電池パネルから出力される直流電力をバッファ的に蓄えるための蓄電池が備えられて、その蓄電池から出力される直流電力がＤＣ−ＡＣ変換器によって交流電力に変換されることが好ましい。
【００１８】
従来の風力または太陽光を利用する発電装置には、比較的大容量の蓄電池を備えるものがある。この蓄電池は、発電停止時のバックアップ電源として備えられている。すなわち、風力または太陽光による発電が停止したときにも、発電装置に接続されている負荷に電力を供給することができるように、発電装置には、その負荷の消費電力に応じた大容量の蓄電池が備えられている。大容量の蓄電池は、サイズが大きいので、その蓄電池を備える発電装置のサイズは、必然的に大きくなる。
【００１９】
これに対し、この通信装置では、発電がほぼ停止しないので、バックアップ電源は不可欠な要素ではない。そのため、蓄電池として、バックアップ電源として使用可能な大容量のものは必要ではなく、比較的小容量のもので必要十分である。よって、蓄電池を備えることによるサイズの大型化を招くことはない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、送電線ならびに公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じた地域において、外部からの電力の供給に頼らずに、他の地域との間で電話回線を介した通信を半永久的に行うことができる。しかも、風力発電時の振動が小さく、振動による騒音が小さいので、通信装置が住宅街に設置されても、騒音による苦情が出ない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る通信装置の構成を図解的に示す図である。
【図２】図２は、その通信装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、上ステータの各相巻線と下ステータの各相巻線とが直列接続された状態を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、上ステータの各相巻線と下ステータの各相巻線とが並列接続された状態を示す図である。
【図４】図４は、切替回路の構成を図解的に示す図である。
【図５】図５は、風力用コントローラの構成を示す図である。
【図６】図６は、他の構成に係る風力発電装置の使用状態における側面図である。
【図７】図７は、図６に示される風力発電装置の断面図である。
【図８】図８は、図６に示される風力発電装置の要部の分解断面図である。
【図９】図９は、さらに他の構成に係る風力発電装置の要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る通信装置の構成を図解的に示す図である。図２は、その通信装置の電気的構成を示すブロック図である。
【００２４】
通信装置１は、風力によって交流電力を発生（風力発電）する風力発電装置２と、太陽光によって直流電力を発生（太陽光発電）する太陽電池パネル３と、衛星電話網を介して通信可能な衛星電話端末４と、風力発電装置２からの交流電力および太陽電池パネル３からの直流電力を衛星電話端末４の動作電力に変換する電力変換器５とを備えている。
【００２５】
風力発電装置２および太陽電池パネル３は、図１に示されるように、略円柱状の支柱１１に支持されている。支柱１１は、屋外で地上または建物の屋上などに、鉛直方向に延びるように立設される。
【００２６】
風力発電装置２は、支柱１１の上端に回転可能に設けられた直線翼垂直軸風車１２と、支柱１１の上端部に内蔵された発電機１３とを含む。
【００２７】
直線翼垂直軸風車１２は、回転軸１４および３枚のブレード１５を備えている。
【００２８】
回転軸１４は、支柱１１の上端部に支持されて、支柱１１の上端から鉛直上方に延びている。回転軸１４は、その中心軸線を中心に回転可能に設けられている。
【００２９】
３枚のブレード１５は、回転軸１４のまわりに、回転軸１４の中心軸線（回転軸線）を中心とする等角度間隔（１２０°間隔）を空けて配置されている。各ブレード１５は、ＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastics）からなり、中空の略長方形板状に形成されている。各ブレード１５は、鉛直方向に延びるように設けられ、２本のアーム１６により、回転軸１４の上端部および上下方向の途中部に連結されている。
【００３０】
ブレード１５の軽量化および形状の工夫により、直線翼垂直軸風車１２は、風速０．７ｍ／ｓ以上の風で回転する。
【００３１】
発電機１３は、３相交流発電機であり、ロータおよびステータを備えている。
【００３２】
ロータは、直線翼垂直軸風車１２の回転軸１４と一体的に回転可能に設けられている。ロータには、永久磁石が保持されている。
【００３３】
ステータは、図３Ａ，３Ｂに示されるように、上ステータＵＳおよび下ステータＬＳに２分割されている。上ステータＵＳには、Ｕ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗが設けられている。Ｕ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗは、Ｙ結線されている。また、下ステータＬＳには、Ｕ相巻線１８Ｕ、Ｖ相巻線１８ＶおよびＷ相巻線１８Ｗが設けられている。
【００３４】
直線翼垂直軸風車１２が回転すると、発電機１３のロータが直線翼垂直軸風車１２の回転軸１４と一体的に回転し、電磁誘導により、発電機１３のＵ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗに交流電流が流れる。その結果、発電機１３から３相交流電力が出力される。
【００３５】
太陽電池パネル３は、たとえば、電気的に接続された複数の多結晶シリコン太陽電池をパネル状をなすように並べて形成されている。太陽電池パネル３は、図１に示されるように、支柱１１から延びるアーム１９の先端に固定されて、受光面２０を斜め上方に向けた傾斜姿勢に設けられている。
【００３６】
太陽電池パネル３の受光面２０に太陽光が照射されると、光起電力効果が生じ、太陽電池パネル３から直流電力が出力される。
【００３７】
衛星電話端末４は、通信衛星（静止衛星）を介して、地上に設置されている衛星電話基地局と通信を行うことができる。衛星電話基地局は、公衆交換電話網（固定電話回線）に接続されている。これにより、衛星電話端末４は、通信衛星、衛星電話基地局および公衆交換電話網を介して、固定電話端末や携帯電話端末などと通信することができる。
【００３８】
電力変換器５は、支柱１１の基端部に内蔵されている。電力変換器５は、図２に示されるように、切替回路２１、風力用コントローラ２２、太陽光用コントローラ２３、蓄電池２４およびＤＣ−ＡＣインバータ２５を備えている。
【００３９】
図４は、切替回路の構成を図解的に示す図である。
【００４０】
切替回路２１は、図４に示されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４、第５リレーＲｙ５、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を含む。
【００４１】
第１リレーＲｙ１は、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕの一端に設けられた端子Ｔ１の接続先を下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの一端に設けられた端子Ｔ４とその他端に設けられた端子Ｔ５とに切り替えるためのものである。端子Ｔ４は、第１リレーＲｙ１を介して、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵに接続されている。
【００４２】
第２リレーＲｙ２は、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖの一端に設けられた端子Ｔ２の接続先を下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖの一端に設けられた端子Ｔ６とその他端に設けられた端子Ｔ７とに切り替えるためのものである。端子Ｔ６は、第２リレーＲｙ２を介して、風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶに接続されている。
【００４３】
第３リレーＲｙ３は、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗの一端に設けられた端子Ｔ３の接続先を下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗの一端に設けられた端子Ｔ８とその他端に設けられた端子Ｔ９とに切り替えるためのものである。端子Ｔ８は、第３リレーＲｙ３を介して、風力用コントローラ２２のＷ相入力端子ＴＷに接続されている。
【００４４】
第４リレーＲｙ４は、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００４５】
第５リレーＲｙ５は、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００４６】
第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２および第３リレーＲｙが制御されて、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕの端子Ｔ１と下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とが接続され、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖの端子Ｔ２と下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とが接続され、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗの端子Ｔ３と下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とが接続される。また、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５が制御されて、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とが相互に切り離される。
【００４７】
これにより、図３Ａに示されるように、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗの中性点と風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵとの間で、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕと下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕとが直列に接続される。また、その中性点と風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとの間で、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖと下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖとが直列に接続される。さらに、その中性点と風力用コントローラ２２のＷ相入力端子ＴＷとの間で、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗと下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗとが直列に接続される。
【００４８】
そして、この状態で、直線翼垂直軸風車１２が回転すると、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗに交流電圧が生じ、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに交流電力が入力される。
【００４９】
一方、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２および第３リレーＲｙが制御されて、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕの端子Ｔ１と下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ４とが接続され、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖの端子Ｔ２と下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ６とが接続され、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗの端子Ｔ３と下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ８とが接続される。また、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５が制御されて、下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕの端子Ｔ５とＶ相巻線１８Ｖの端子Ｔ７とＷ相巻線１８Ｗの端子Ｔ９とが相互に接続される。
【００５０】
これにより、図３Ｂに示されるように、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗの中性点と風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵとの間で、上ステータＵＳのＵ相巻線１７Ｕと下ステータＬＳのＵ相巻線１８Ｕとが並列に接続される。また、その中性点と風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとの間で、上ステータＵＳのＶ相巻線１７Ｖと下ステータＬＳのＶ相巻線１８Ｖとが並列に接続される。さらに、その中性点と風力用コントローラ２２のＷ相入力端子ＴＷとの間で、上ステータＵＳのＷ相巻線１７Ｗと下ステータＬＳのＷ相巻線１８Ｗとが並列に接続される。
【００５１】
そして、この状態で、直線翼垂直軸風車１２が回転すると、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗに交流電圧が生じ、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに交流電力が入力される。
【００５２】
第６リレーＲｙ６は、風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとＷ相入力端子ＴＷとを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００５３】
第７リレーＲｙ７は、風力用コントローラ２２のＶ相入力端子ＴＶとＵ相入力端子ＴＵとを接続するか否かを切り替えるためのものである。
【００５４】
第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７が制御されて、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に接続されることにより、風力用コントローラ２２への３相交流電力の入力が遮断される。
【００５５】
図５は、風力用コントローラの構成を示す図である。
【００５６】
風力用コントローラ２２は、整流回路３１、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３、高電圧変換部３４および電圧変換制御部３５を備えている。
【００５７】
整流回路３１は、風力用コントローラ２２のＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷから入力される３相交流電力（交流電圧）を直流電力（直流電圧）に変換する。
【００５８】
低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４は、整流回路３１から出力される直流電圧を２４Ｖの直流電圧に変換する。
【００５９】
低電圧変換部３２は、トランス４１、スイッチング素子４２および整流平滑回路４３を含む電圧変換回路を備えている。トランス４１の１次巻線は、整流回路３１に接続されている。スイッチング素子４２は、整流回路３１とトランス４１の１次巻線との間に介装されている。整流平滑回路４３は、トランス４１の２次巻線に接続されている。
【００６０】
また、低電圧変換部３２には、マイクロコンピュータで構成されるスイッチング制御部４４が備えられている。スイッチング素子４２のオン／オフは、スイッチング制御部４４によって制御される。
【００６１】
低電圧変換部３２の動作時には、スイッチング素子４２のオン／オフが周期的に繰り返される。これにより、トランス４１の１次巻線に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。トランス４１の１次巻線に交流電圧が印加されると、電磁誘導により、トランス４１の２次巻線に交流電圧が発生し、トランス４１における交流電圧の変圧が達成される。トランス４１から出力される交流電圧は、整流平滑回路４３に入力されて、整流平滑回路４３により、２４Ｖの直流電圧に変換される。整流平滑回路４３から出力される直流電圧は、蓄電池２４に与えられる。
【００６２】
さらに、低電圧変換部３２には、整流平滑回路４３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の下限値未満であるか否かを判断する低電圧検出部４５と、整流平滑回路４３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の上限値以上であるか否かを判断する過電圧検出部４６とが備えられている。低電圧検出部４５および過電圧検出部４６は、マイクロコンピュータで構成される。低電圧検出部４５および過電圧検出部４６の判断結果は、それぞれフォトカプラ４７，４８を介して、スイッチング制御部４４に送信される。
【００６３】
スイッチング制御部４４は、低電圧検出部４５から電圧値が下限値未満である旨の判断結果（信号）または過電圧検出部４６から電圧値が上限値以上である旨の判断結果（信号）を受信すると、スイッチング素子４２をオフにする。これにより、低電圧変換部３２は、整流回路３１から切り離される。
【００６４】
中電圧変換部３３は、トランス５１、スイッチング素子５２および整流平滑回路５３を含む電圧変換回路を備えている。トランス５１の１次巻線は、整流回路３１に接続されている。スイッチング素子５２は、整流回路３１とトランス５１の１次巻線との間に介装されている。整流平滑回路５３は、トランス５１の２次巻線に接続されている。
【００６５】
また、中電圧変換部３３には、マイクロコンピュータで構成されるスイッチング制御部５４が備えられている。スイッチング素子５２のオン／オフは、スイッチング制御部５４によって制御される。
【００６６】
中電圧変換部３３の動作時には、スイッチング素子５２のオン／オフが周期的に繰り返される。これにより、トランス５１の１次巻線に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。トランス５１の１次巻線に交流電圧が印加されると、電磁誘導により、トランス５１の２次巻線に交流電圧が発生し、トランス５１における交流電圧の変圧が達成される。トランス５１から出力される交流電圧は、整流平滑回路５３に入力されて、整流平滑回路５３により、２４Ｖの直流電圧に変換される。整流平滑回路５３から出力される直流電圧は、蓄電池２４に与えられる。
【００６７】
さらに、中電圧変換部３３には、整流平滑回路５３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の下限値未満であるか否かを判断する低電圧検出部５５と、整流平滑回路５３から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の上限値以上であるか否かを判断する過電圧検出部５６とが備えられている。低電圧検出部５５および過電圧検出部５６は、マイクロコンピュータで構成される。低電圧検出部５５および過電圧検出部５６の判断結果は、それぞれフォトカプラ５７，５８を介して、スイッチング制御部５４に送信される。
【００６８】
スイッチング制御部５４は、低電圧検出部５５から電圧値が下限値未満である旨の判断結果（信号）を受信すると、スイッチング素子５２をオフにする。また、スイッチング制御部５４は、過電圧検出部５６から電圧値が上限値以上である旨の判断結果（信号）を受信しても、スイッチング素子４２を周期的にオン／オフさせる。これにより、高電圧変換部３４の動作から中電圧変換部３３の動作に切り替えられたときに、中電圧変換部３３から直流電圧を速やかに出力させることができる。
【００６９】
高電圧変換部３４は、トランス６１、スイッチング素子６２，６３および整流平滑回路６４を含む電圧変換回路を備えている。トランス６１の１次巻線の一端は、スイッチング素子６２を介して、整流回路３１の一方の出力端子に接続されている。また、トランス６１の１次巻線の他端は、スイッチング素子６３を介して、整流回路３１の一方の出力端子に接続されている。また、１次巻線の中間点は、整流回路３１の他方の出力端子に接続されている。整流平滑回路６４の一方の出力端子は、トランス６１の２次巻線の一端に接続されている。整流平滑回路６４の他方の出力端子は、トランス６１の２次巻線の中間点に接続されている。
【００７０】
また、高電圧変換部３４には、マイクロコンピュータで構成されるスイッチング制御部６５が備えられている。スイッチング素子６２，６３のオン／オフは、スイッチング制御部６５によって制御される。
【００７１】
高電圧変換部３４は、低出力モードおよび高出力モードの２つの出力モードを有している。低出力モードでの高電圧変換部３４の動作時には、スイッチング素子６３がオフにされた状態で、スイッチング素子６２のオン／オフが周期的に繰り返される。これにより、トランス６１の１次巻線の一端と中間点との間に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。一方、高出力モードでの高電圧変換部３４の動作時には、スイッチング素子６２，６３の両方が同期して周期的にオン／オフされる。これにより、トランス６１の１次巻線の一端と中間点との間および他端と中間点との間に、整流回路３１から出力される電圧が交流電圧として印加される。トランス６１の１次巻線に交流電圧が印加されると、電磁誘導により、トランス６１の２次巻線に交流電圧が発生し、トランス６１における交流電圧の変圧が達成される。トランス６１から出力される交流電圧は、整流平滑回路６４に入力されて、整流平滑回路６４により、２４Ｖの直流電圧に変換される。整流平滑回路６４から出力される直流電圧は、蓄電池２４に与えられる。
【００７２】
さらに、高電圧変換部３４には、整流平滑回路６４から出力される直流電圧を検出して、その電圧値が所定の下限値未満であるか否かを判断する低電圧検出部６６が備えられている。低電圧検出部６６は、マイクロコンピュータで構成される。低電圧検出部６６の判断結果は、それぞれフォトカプラ６７を介して、スイッチング制御部６５に送信される。
【００７３】
スイッチング制御部６５は、低電圧検出部６６から電圧値が下限値未満である旨の判断結果（信号）を受信すると、スイッチング素子６２，６３をオフにする。
【００７４】
そして、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４は、それらの定格電圧および出力容量がこの順に大きくなるように、電圧変換回路の回路定数やトランス４１，５１，６１の１次巻線および２次巻線の巻数などが設定されている。
【００７５】
電圧変換制御部３５は、マイクロコンピュータからなる。電圧変換制御部３５は、切替回路２１からＵ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数を常に監視している。電圧変換制御部３５は、交流電圧の周波数に基づいて、切替回路２１の第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４、第５リレーＲｙ５、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御して、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗの直列接続および並列接続を切り替える。また、電圧変換制御部３５は、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の電圧値（以下「入力電圧値」という。）に基づいて、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４を選択的に動作させる。入力電圧値は、たとえば、スイッチング制御部４４，５４，６５内で検出される。
【００７６】
具体的には、風速が小さく、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数が０〜２５．３Ｈｚの範囲内（入力電圧値が０〜１９０Ｖの範囲内）である場合には、電圧変換制御部３５は、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗがそれぞれ直列に接続されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５を制御する。また、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に切り離されるように、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御する。
【００７７】
そして、入力電圧値が８０Ｖ未満である場合には、電圧変換制御部３５は、低電圧変換部３２を動作させる。すなわち、中電圧変換部３３のスイッチング素子５２および高電圧変換部３４のスイッチング素子６２，６３をオフにした状態で、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２を周期的にオン／オフする。これにより、低電圧変換部３２から２４Ｖの直流電圧が出力される。低電圧変換部３２の出力容量は、たとえば、７．８Ｗである。
【００７８】
風速が上がり、入力電圧値が８０Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、中電圧変換部３３を動作させる。すなわち、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２および高電圧変換部３４のスイッチング素子６２，６３をオフにした状態で、中電圧変換部３３のスイッチング素子５２を周期的にオン／オフする。これにより、中電圧変換部３３から２４Ｖの直流電圧が出力される。中電圧変換部３３の出力容量は、たとえば、３２Ｗである。
【００７９】
風速がさらに上がり、入力電圧値が１５０Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、高電圧変換部３４を低出力モードで動作させる。すなわち、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２をオフにし、高電圧変換部３４のスイッチング素子６３をオフにした状態で、スイッチング素子６２を周期的にオン／オフする。これにより、高電圧変換部３４から２４Ｖの直流電圧が出力される。高電圧変換部３４の低出力モードでの出力容量は、たとえば、２１０Ｗである。
【００８０】
風速がさらに上がり、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数が２５．３Ｈｚを超えると、電圧変換制御部３５は、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗがそれぞれ並列に接続されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５を制御する。これにより、入力電圧値は、１９０Ｖから９５Ｖに低下する。そのため、これに応答して、電圧変換制御部３５は、中電圧変換部３３を動作させる。
【００８１】
その後、風速がさらに上がり、入力電圧値が１５０Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、高電圧変換部３４を低出力モードで動作させる。
【００８２】
風速がさらに上がり、入力電圧値が２００Ｖ以上になると、電圧変換制御部３５は、高電圧変換部３４を高出力モードで動作させる。すなわち、低電圧変換部３２のスイッチング素子４２をオフにした状態で、高電圧変換部３４のスイッチング素子６２，６３を周期的にオン／オフする。これにより、高電圧変換部３４から２４Ｖの直流電圧が出力される。高電圧変換部３４の低出力モードでの出力容量は、たとえば、５００Ｗである。
【００８３】
Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷに入力される交流電圧の周波数が６１．３Ｈｚ以上（入力電圧値が２３０Ｖ以上）になると、電圧変換制御部３５は、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に接続されるように、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御する。その後、１０分間が経過すると、Ｕ相入力端子ＴＵ、Ｖ相入力端子ＴＶおよびＷ相入力端子ＴＷが相互に切り離されるように、第６リレーＲｙ６および第７リレーＲｙ７を制御する。そして、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗがそれぞれ直列に接続されるように、第１リレーＲｙ１、第２リレーＲｙ２、第３リレーＲｙ３、第４リレーＲｙ４および第５リレーＲｙ５を制御する。
【００８４】
このように、風速に応じて、Ｕ相巻線１７Ｕ，１８Ｕ、Ｖ相巻線１７Ｖ，１８ＶおよびＷ相巻線１７Ｗ，１８Ｗの直列接続および並列接続が切り替えられ、また、低電圧変換部３２、中電圧変換部３３および高電圧変換部３４が選択的に動作される。そのため、風力用コントローラ２２が過負荷によって破壊されることを防止できながら、低風速から高風速の広範囲において、風力用コントローラ２２から直流電力（直流電圧）を安定して出力することができる。
【００８５】
太陽光用コントローラ２３は、図２に示されるように、太陽電池パネル３および蓄電池２４に接続されている。太陽電池パネル３から出力される直流電力は、その電圧値が太陽光用コントローラ２３によって２４Ｖに変圧されて、太陽光用コントローラ２３から出力される。
【００８６】
そして、風力用コントローラ２２および太陽光用コントローラ２３から出力される直流電力は、蓄電池２４をバッファ的に経由して、ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される。蓄電池２４は、その容量が５０Ａｈ未満であるものが用いられ、具体的には、その容量が２０Ａｈであるものが用いられる。
【００８７】
ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される直流電力は、所定周波数および所定振幅の交流電力に変換されて、ＤＣ−ＡＣインバータ２５から衛星電話端末４に動作電力として与えられる。
【００８８】
以上のように、直線翼垂直軸風車１２が回転すると、発電機１３から交流電力が出力される（風力発電）。発電機１３からの交流電力は、風力用コントローラ２２により、直流電力に変換される。一方、太陽電池パネル３が太陽光を受けると、太陽電池パネル３から直流電力が出力される（太陽光発電）。直流電力は、ＤＣ−ＡＣインバータ２５により、交流電力に変換される。ＤＣ−ＡＣインバータ２５から出力される交流電力は、衛星電話端末４の動作電力として使用される。
【００８９】
これにより、昼間は、風力発電および／または太陽光発電による電力を使用して、衛星電話端末４を動作させることができる。夜間は、風力発電による電力を使用して、衛星電話端末４を動作させることができる。そして、直線翼垂直軸風車１２は、風速０．７ｍ／ｓの微風でも回転する。したがって、微風状態においても、発電機１３から電力を発生させることができる。そのため、昼夜を問わず、通信装置１内で衛星電話端末４の動作に必要な電力を発生させることができる。その結果、外部からの電力の供給がなくても、ほぼ常時、衛星電話端末４による通信が可能である。
【００９０】
衛星電話端末４は、衛星電話網を介して通信可能な端末である。したがって、この通信装置１が設置されている地域において、公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、衛星電話端末４により、その地域と他の地域との間で通信を行うことができる。
【００９１】
よって、通信装置１が設置されている地域において、送電線ならびに公衆交換電話網および携帯電話網の通信ケーブルが切断される被害が生じても、外部からの電力の供給に頼らずに、他の地域との間で電話回線を介した通信を半永久的に行うことができる。
【００９２】
発電機１３で発生する電力は、直線翼垂直軸風車１２が受ける風の風速によって変動する。また、太陽電池パネル３から発生する電力は、日射強度および気温によって変動する。そこで、ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される直流電力を安定させるために、風力用コントローラ２２から出力される直流電力および太陽電池パネル３から出力される直流電力をバッファ的に蓄えるための蓄電池２４が備えられており、その蓄電池２４から出力される直流電力がＤＣ−ＡＣインバータ２５によって交流電力に変換される。
【００９３】
通信装置１では、発電がほぼ停止しないので、蓄電池２４としては、バックアップ電源として使用可能な大容量のものは必要ではなく、ＤＣ−ＡＣインバータ２５に入力される直流電力を安定させることができる程度の比較的小容量のもので必要十分である。よって、蓄電池２４を備えることによるサイズの大型化を招くことはない。
【００９４】
図６は、他の構成に係る風力発電装置の使用状態における側面図である。
【００９５】
風力発電装置１０１は、鉛直方向に延びる略円筒状の支柱１０２の上端部に取り付けられて、屋外で使用される。
【００９６】
図７は、図６に示される風力発電装置の断面図である。図８は、図６に示される風力発電装置の要部の分解断面図である。
【００９７】
風力発電装置１０１は、略円筒状の支持軸１１１と、支持軸１１１に固定的に設けられたステータ１１２と、支持軸１１１に対して支持軸１１１の中心軸線Ｃを中心に回転可能に設けられたロータ１１３と、支持軸１１１を支柱１０２（図６参照）の上端部に固定するための固定部材１１４とを備えている。
【００９８】
支持軸１１１は、その中心軸線Ｃが鉛直方向に延びている。
【００９９】
ステータ１１２は、支持軸１１１の上端から少し下方の位置に設けられ、全体として支持軸１１１の周囲を取り囲む略円環板状（フランジ状）をなしている。ステータ１１２には、それぞれ複数のＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線（いずれも図示せず）が支持軸１１１の周方向に並べて設けられている。
【０１００】
ロータ１１３は、たとえば、上下２つに分割して構成されている。そして、ロータ１１３は、その２つの分割部分が互いに結合した状態で、ステータ１１２を包囲するように設けられ、扁平な略円環板状をなしている。より具体的には、ロータ１１３は、２つの分割部分が違いに結合した状態で、支持軸１１１の周囲を取り囲む円筒状の円筒部１１５と、円筒部１１５の上下方向の中央部から周囲に張り出すフランジ状の本体部１１６とを有している。ロータ１１３の上下方向の中央部には、円筒部１１５の内周面から本体部１１６の径方向の途中部に至るスペース１１７が形成されており、ロータ１１３は、そのスペース１１７に収容されている。
【０１０１】
円筒部１１５には、スペース１１７の上方および下方に、それぞれ円筒部１１５の内周面から径方向に窪む凹部１１８が形成されている。各凹部１１８には、ベアリング１１９が収容されている。ベアリング１１９の内輪の内周面は、円筒部１１５の内周面とほぼ段差なく連続しており、ベアリング１１９の内輪は、支持軸１１１に相対回転不能に外嵌されている。
【０１０２】
本体部１１６には、複数の永久磁石（図示せず）がロータ１１３の回転に伴ってＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線と順次に対向するように設けられている。
【０１０３】
固定部材１１４は、略円筒状の挿入部１２０と、挿入部１２０の周囲に張り出すフランジ状のフランジ部１２１とを一体的に有している。
【０１０４】
挿入部１２０は、支持軸１１１の外径とほぼ等しい内径を有している。挿入部１２０には、支持軸１１１の下端部が上方から挿入されて、ねじ１２２（図８参照）により、その支持軸１１１の下端部が固定されている。
【０１０５】
また、挿入部１２０は、支柱１０２の外径よりやや大きい内径を有している。風力発電装置１０１が支柱１０２に取り付けられるときには、図６に示されるように、挿入部１２０の下端部が支柱１０２の上端部に上方から冠着される。そして、フランジ部１２１が支柱１０２の上端に当接した状態で、ねじ（図示せず）により、挿入部１２０が支柱１０２に対して固定される。これにより、支持軸１１１が固定部材１１４を介して支柱１０２に対して相対回転不能に固定される。
【０１０６】
風力発電装置１０１は、１対（２枚）のベース板１３１、３枚のブレード１３２、６本のアーム１３３、各アーム１３３をベース板１３１に連結するための６個の基端側連結部材１３４および各アーム１３３をブレード１３２に連結するための６個の先端側連結部材１３５をさらに備えている。
【０１０７】
ベース板１３１は、ロータ１１３とほぼ同じ外径の略円板状をなし、ロータ１１３の上下にそれぞれ設けられている。上側のベース板１３１は、図７に示されるように、平面視でロータ１１３と同じ位置に配置されて、ロータ１１３の円筒部１１５に上方から当接した状態で、ねじ１３６でロータ１１３に固定されている。下側のベース板１３１は、図７に示されるように、平面視でロータ１１３と同じ位置に配置されて、ロータ１１３の円筒部１１５に下方から当接した状態で、ねじ１３７でロータ１１３に固定されている。
【０１０８】
３枚のブレード１３２は、ロータ１１３の周囲にロータ１１３から水平方向（ロータ１１３の回転半径方向）に間隔を空けて、支持軸１１１の中心軸線（ロータ１１３の回転軸線）を中心とする等角度間隔（１２０°間隔）で設けられている。各ブレード１３２は、ＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastics）からなり、鉛直方向に延びる略長方形板状の中空体に形成されている。
【０１０９】
アーム１３３は、図６に示されるように、各ブレード１３２に対して２本設けられている。各ブレード１３２に対する２本のアーム１３３は、それぞれ上側のベース板１３１とブレード１３２との間および下側のベース板１３１とブレード１３２との間で直線状に延びている。具体的には、上側のアーム１３３は、上側のベース板１３１の近傍からブレード１３２に向かって、水平面（支持軸１１１の中心軸線Ｃと直交する平面）に対して上方に約２６°の傾斜角で傾斜して延びている。下側のアーム１３３は、下側のベース板１３１の近傍からブレード１３２に向かって、水平面に対して下方に約２６°の傾斜角で傾斜して延びている。
【０１１０】
基端側連結部材１３４は、アーム１３３と同じ幅を有する細長い板状部材を途中部で屈曲させて形成されており、図７に示されるように、ベース板１３１の表面（上面または下面）に沿って延びるベース板側部分１３８およびアーム１３３に沿って延びるアーム側部分１３９を一体的に有している。
【０１１１】
ベース板側部分１３８が上側のベース板１３１の上面に接した状態で、ベース板側部分１３８がベース板１３１にボルト１４０およびナット１４１で固定され、アーム側部分１３９がアーム１３３の下面に接した状態で、アーム側部分１３９がアーム１３３にボルト１４２およびナット１４３で固定されることにより、アーム１３３の基端部が上側のベース板１３１に基端側連結部材１３４を介して連結固定されている。
【０１１２】
また、ベース板側部分１３８が下側のベース板１３１の下面に接した状態で、ベース板側部分１３８がベース板１３１にボルト１４４およびナット１４５で固定され、アーム側部分１３９がアーム１３３の上面に接した状態で、アーム側部分１３９がアーム１３３にボルト１４６およびナット１４７で固定されることにより、アーム１３３の基端部が下側のベース板１３１に基端側連結部材１３４を介して連結固定されている。
【０１１３】
上側のベース板１３１に固定される基端側連結部材１３４と下側のベース板１３１に固定される基端側連結部材１３４とは、平面視で互いに重なるように配置されている。これにより、各ブレード１３２に対する２本のアーム１３３は、平面視で互いに重なり、水平面に対してそれぞれ上方および下方に同じ傾斜角度で傾斜して延びている。そして、図７に示されるように、各アーム１３３の基端部からアーム１３３に沿ってベース板１３１側に延ばした直線Ｌ１，Ｌ２が中心軸線Ｃ上かつロータ１１３の上下方向の中央で交差するように、水平面に対するアーム１３３の傾斜角度が設定されている。
【０１１４】
先端側連結部材１３５は、アーム１３３と同じ幅を有する細長い板状部材を途中部で屈曲させて形成されており、アーム１３３に沿って延びるアーム側部分１４８および水平面に沿って延びる水平部分１４９を一体的に有している。
【０１１５】
アーム側部分１４８が上側のアーム１３３の下面に接した状態で、アーム側部分１４８がアーム１３３にボルト１５０およびナット１５１で固定され、水平部分１４９がブレード１３２に突設された接続板１５２の下面に接した状態で、水平部分１４９が接続板１５２にボルト１５３およびナット１５４で固定されることにより、上側のアーム１３３がブレード１３２に先端側連結部材１３５を介して連結固定されている。
【０１１６】
また、アーム側部分１４８が下側のアーム１３３の上面に接した状態で、アーム側部分１４８がアーム１３３にボルト１５５およびナット１５６で固定され、水平部分１４９がブレード１３２に突設された接続板１５７の下面に接した状態で、水平部分１４９が接続板１５７にボルト１５８およびナット１５９で固定されることにより、下側のアーム１３３がブレード１３２に先端側連結部材１３５を介して連結固定されている。
【０１１７】
ブレード１３２に突設された接続板１５２，１５７は、ブレード１３２の上下方向の中央に対してそれぞれ上方および下方に等間隔を空けた位置に配置されている。これにより、各ブレード１３２に関して、ブレード１３２、アーム１３３、基端側連結部材１３４、先端側連結部材１３５および接続板１５２，１５７を含む構造物は、上下対称の構成を有している。また、ブレード１３２の上下方向の中央は、ロータ１１３の上下方向の中央と上下方向の位置がほぼ一致している。
【０１１８】
ブレード１３２が風を受けると、各ブレード１３２とアーム１３３を介して連結されたロータ１１３が回転する。ロータ１１３が回転すると、その回転に伴って、ロータ１１３に保持された永久磁石がステータ１１２のＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線と順次に対向し、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に電磁誘導による交流電流が流れ、風力による発電が達成される。
【０１１９】
以上のように、風力発電装置１０１では、ステータ１１２は、複数のＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線を有し、支持軸１１１に固定的に設けられている。Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線は、支持軸１１１の周囲で支持軸１１１の周方向に並べられている。一方、ロータ１１３は、永久磁石を有し、支持軸１１１に対して支持軸１１１の中心軸線Ｃを中心に回転可能に設けられている。ロータ１１３の回転に伴って、永久磁石が複数のＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線と順次に対向し、各Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に誘導電流が流れる。
【０１２０】
ロータ１１３の周囲には、ロータ１１３からロータ１１３の回転半径方向に間隔を空けて、３枚のブレード１３２が支持軸１１１の中心軸線Ｃを中心とする等角度間隔で設けられている。そして、ロータ１１３とブレード１３２とは、ロータ１１３から各ブレード１３２に向けて延びるアーム１３３によって連結されている。
【０１２１】
この構成では、図１に示される回転軸１４に相当する部材が存在しないので、支持軸１１１が支柱１０２の上端部に固定されても、ロータ１１３の回転時、つまり発電時に生じる支柱１０２の振動を低減でき、また、支柱１０２とその他の部材との共振が生じることを防止できる。その結果、振動による騒音を低減することができる。また、振動による各部の摩耗を防止することができる。たとえば、支持軸１１１とロータ１１３との間にベアリングが介在される場合、そのベアリングにおけるフレッティング摩耗を防止することができる。
【０１２２】
また、図１に示される回転軸１４に相当する部材が不要であるので、図１に示される構成と比較して、その分のコストを低減することができる。
【０１２３】
ロータ１１３に対して中心軸線Ｃに沿う方向の上側および下側にベース板１３１が設けられ、各ベース板１３１がロータ１１３に固定されている。そして、各ブレード１３２に対して２本のアーム１３３が設けられて、そのうちの一方のアーム１３３は、基端部が上側のベース板１３１に固定され、ブレード１３２に向けて上方に傾斜して直線的に延び、先端部がブレード１３２に固定されており、他方のアーム１３３は、基端部が下側のベース板１３１に固定され、ブレード１３２に向けて上方に傾斜して直線的に延び、先端部がブレード１３２に固定されている。
【０１２４】
そして、各アーム１３３の基端部から当該アーム１３３に沿ってベース板１３１側に延ばした直線が中心軸線Ｃ上かつロータ１１３の中心軸線Ｃに沿う方向の中央で交差するように、各ブレード１３２に対する２本のアーム１３３が延びている。言い換えれば、各アーム１３３の基端部から当該アーム１３３に沿って延ばした直線の交点がロータ１１３の重心と一致するように、各ブレード１３２に対する２本のアーム１３３が延びている。
【０１２５】
これにより、ブレード１３２と一体的にロータ１１３が回転するときに、ロータ１１３に生じる応力のバランスを保つことができる。その結果、ロータ１１３の回転時の振動を低減することができる。
【０１２６】
図９は、さらに他の構成に係る風力発電装置の要部の断面図である。
【０１２７】
図９において、図７に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略する。
【０１２８】
図７に示される構成では、ロータ１１３の上側および下側にそれぞれベース板１３１が設けられている。これに対し、図９に示される構成では、ロータ１１３の上側のみにベース板１６１が設けられている。
【０１２９】
ベース板１６１は、ロータ１１３より大きい外径の略円環板状をなしている。ベース板１６１は、平面視でその中心がロータ１１３の中心と重なるように配置されて、中央の円形孔にロータ１１３の円筒部１１５が挿通されて、ロータ１１３の本体部１１６に上方から当接した状態で、ねじ１６２で本体部１１６に固定されている。
【０１３０】
そして、各ブレード１３２に対する２本のアーム１３３は、基端側連結部材１３４を介して、それぞれベース板１６１の上面および下面に連結固定されている。すなわち、上側のアーム１３３に固定された基端側連結部材１３４のベース板側部分１３８がベース板１３１の上面に接し、下側のアーム１３３に固定された基端側連結部材１３４のベース板側部分１３８がベース板１３１の下面に接した状態、言い換えれば、２本のアーム１３３に固定された基端側連結部材１３４のベース板側部分１３８でベース板１６１を挟んだ状態で、それらのベース板側部分１３８がベース板１６１にボルト１６３およびナット１６４で一括して固定されている。
【０１３１】
このように、図９に示される構成は、図７に示される構成よりも簡素化されている。よって、図９に示される構成では、図７に示される構成と比較して、コストを低減することができる。
【０１３２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１ 通信装置
２ 風力発電装置
３ 太陽電池パネル
４ 衛星電話端末
５ 電力変換器
１２ 直線翼垂直軸風車
１３ 発電機
２２ 風力用コントローラ（ＡＣ−ＤＣ変換器）
２４ 蓄電池
２５ ＤＣ／ＡＣインバータ（ＤＣ−ＡＣ変換器）
１０１ 風力発電装置
１０２ 支柱
１１１ 支持軸
１１２ ステータ（固定子）
１１３ ロータ（回転子）
１３１ ベース板
１３２ ブレード
１３３ アーム
１６１ ベース板
Ｃ 中心軸線
Ｌ１ 直線
Ｌ２ 直線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力を受けて、交流電力を発生する風力発電装置と、
前記風力発電装置からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器と、
太陽光を受け、光電変換によって直流電力を発生する太陽電池パネルと、
直流電力を交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換器と、
前記ＤＣ−ＡＣ変換器から出力される交流電力を使用して、衛星電話網を介して通信可能な衛星電話端末とを含み、
前記風力発電装置は、
支持軸と、
前記支持軸の周囲で前記支持軸の周方向に並べられた複数の巻線を有し、前記支持軸に固定的に設けられた固定子と、
前記支持軸に対して前記支持軸の中心軸線を中心に回転可能に設けられ、その回転に伴って前記複数の巻線と順次に対向する永久磁石を有する回転子と、
前記回転子の周囲に前記回転子から前記回転子の回転半径方向に間隔を空けて、前記支持軸の前記中心軸線を中心とする等角度間隔で設けられ、それぞれ前記中心軸線に沿う方向に延びる複数のブレードと、
前記回転子から各ブレードに向けて延び、前記回転子と各ブレードとを連結するためのアームとを備えている、通信装置。
【請求項２】
前記ＡＣ−ＤＣ変換器から出力される直流電力および前記太陽電池パネルから出力される直流電力をバッファ的に蓄えるための蓄電池をさらに含み、
前記ＤＣ−ＡＣ変換器は、前記蓄電池から出力される直流電力を交流電力に変換する、請求項１に記載の通信装置。
【請求項１】
風力を受けて、交流電力を発生する風力発電装置と、
前記風力発電装置からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器と、
太陽光を受け、光電変換によって直流電力を発生する太陽電池パネルと、
直流電力を交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換器と、
前記ＤＣ−ＡＣ変換器から出力される交流電力を使用して、衛星電話網を介して通信可能な衛星電話端末とを含み、
前記風力発電装置は、
支持軸と、
前記支持軸の周囲で前記支持軸の周方向に並べられた複数の巻線を有し、前記支持軸に固定的に設けられた固定子と、
前記支持軸に対して前記支持軸の中心軸線を中心に回転可能に設けられ、その回転に伴って前記複数の巻線と順次に対向する永久磁石を有する回転子と、
前記回転子の周囲に前記回転子から前記回転子の回転半径方向に間隔を空けて、前記支持軸の前記中心軸線を中心とする等角度間隔で設けられ、それぞれ前記中心軸線に沿う方向に延びる複数のブレードと、
前記回転子から各ブレードに向けて延び、前記回転子と各ブレードとを連結するためのアームとを備えている、通信装置。
【請求項２】
前記ＡＣ−ＤＣ変換器から出力される直流電力および前記太陽電池パネルから出力される直流電力をバッファ的に蓄えるための蓄電池をさらに含み、
前記ＤＣ−ＡＣ変換器は、前記蓄電池から出力される直流電力を交流電力に変換する、請求項１に記載の通信装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７０１９０（Ｐ２０１３−７０１９０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６５５５（Ｐ２０１１−２０６５５５）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（５１１２０９３２１）有限会社プライマリー (2)
【出願人】（５９５１１２８６７）株式会社西山電器製作所 (2)
【出願人】（５０４３６８４１３）オーハツ株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（５１１２０９３２１）有限会社プライマリー (2)
【出願人】（５９５１１２８６７）株式会社西山電器製作所 (2)
【出願人】（５０４３６８４１３）オーハツ株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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