JP2021183840A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的に大量の電力が蓄積可能であり、かつ、発電効率が優れる風力発電装置の提供。【解決手段】この風力発電装置１は、風力によって回転される回転体２と、回転体２の回転に連動して周回される第１無端状ワイヤ１４及び第２無端状ワイヤ２０と、前記ワイヤに間隔をあけて取り付けられた複数の第１錘係合部２２及び第２錘係合部２４と、前記錘係合部を介して前記ワイヤに着脱可能な複数の錘２６と、前記錘を一時的に蓄えておく上部錘収容部３０と、錘２６の下降により回転する第２下部プーリ１８と、第２下部プーリ１８の回転により第２軸４０を介して発電する発電機４２とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置に関する。

近年、地球温暖化の１つの要因とされる温室効果ガスを排出しない、再生可能エネルギーの利用・促進がますます求められている。
再生可能エネルギーによる主な発電方式として、具体的には、風力発電、水力発電、太陽光発電、太陽熱発電、地熱発電等が挙げられる。
その中でも、特に風力発電は小規模分散型エネルギー源として注目されている。

風力発電装置の開発として、風を受けてそのエネルギーを効率よく回転運動に変更できるような回転体、及び、回転体の回転翼の大きさ・角度・向き等は種々検討されているが、風のエネルギーを効率よく貯蔵することはあまり検討されていない。

風力発電装置を利用する場合、風が吹いている時は、風力発電装置によって得られる電力を送電線によって、各所に供給するが、風が吹いていない時は、発電量がゼロであるため、他の発電方式で賄うのが一般的である。一方で、送電線のない地域では、風力発電装置によって得られる電力を最大限利用することは困難である。また、発電した電力を蓄電装置で貯蔵する方法もあるが、蓄電効率及び蓄電した電力の放出効率について、検討の余地がある。

そのような問題を解決するため、風力発電装置によって得られる電力を一旦別のエネルギー（例えば、位置エネルギー）に変換し、蓄積した上で、再度そのエネルギーを電力に変換するということが検討されている。

例えば、特許文献１には、縦軸式の風車において、該風車の水平回転を環状のチェーンベルトを用いて垂直回転として伝え、ギアを装置した発電機の該ギア部分をチェーンベルト上を可動できるよう金具で挟んで宙吊りにし、発電機がチェーンベルトを伝って落下する時に生じるギアの回転力を発電機の回転力として利用する方法を用いることにより、チェーンベルトが風力により回転する間も発電機が位置エネルギーを蓄積しつつ同時に電力エネルギーを引き出す風力発電装置が開示されている。

また、特許文献２には、風力発電による回転エネルギー（１）を、コントロール装置（２）により、電力供給過剰時において、複数の発電可能エネルギー貯蔵装置（３）へ、重力による位置エネルギー等に変換し、貯蔵し、必要時に風力による回転エネルギーと同質のエネルギーを供給することを特徴とする風力発電装置が開示されている。

特開２００３−２３９８４２号公報 実開平６−６７８６５号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２の風力発電装置は、小型の装置が前提とされており、また、構造上電力を位置エネルギーに変換できる量が限定されているため、貯蔵性に検討の余地がある。また、同一の設置場所でも時期によって風力の強さや環境（湿度等）が異なるため、時期によって適切な錘の重さや材質が存在するが、該錘の交換が容易でないため、発電効率の観点からも検討の余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、比較的に大量の電力が蓄積可能であり、かつ、発電効率が優れる風力発電装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
［１］本発明の第１の態様は、風力によって回転される回転体と、
上下に離間した一対のプーリ間に巻回され、前記回転体の回転に連動して周回される少なくとも１本の無端状のワイヤと、
前記ワイヤに間隔をあけて取り付けられた複数の錘係合部と、
前記錘係合部を介して前記ワイヤに着脱可能な複数の錘と、
前記回転体の回転に伴って前記ワイヤが上昇する上昇ラインの上部に設けられ、前記上昇ラインの前記錘係合部から前記錘を取り外す上部錘離脱機構と、
前記上部錘離脱機構が取り外した前記錘を一時的に蓄えておく上部錘収容部と、
前記回転体の回転に伴って前記ワイヤが下降する下降ラインの上部に設けられ、前記上部錘収容部に蓄えられた前記錘を前記下降ラインの前記錘係合部に取り付ける上部錘装着機構と、
前記下降ラインの下部に設けられ、前記錘係合部から前記錘を取り外す下部錘離脱機構と、
前記下部錘離脱機構が取り外した前記錘を一時的に蓄えておく下部錘収容部と、
前記上昇ラインの下部に設けられ、前記下部錘収容部に蓄えられた前記錘を前記上昇ラインの前記錘係合部に取り付ける下部錘装着機構と、
前記プーリの回転により発電する発電機とを具備する、風力発電装置である。

この風力発電装置は、風力によって回転体が軸まわりに回転し、前記回転体の回転に連動して、上下に離間した一対のプーリ間に、無端状のワイヤを周回させる。前記無端状のワイヤを周回させることにより、前記ワイヤに間隔をあけて取り付けられた複数の錘係合部も周回する。前記ワイヤが上昇する上昇ラインにおいて、前記周回する錘係合部に、下部錘装着機構を用いて、前記錘を取り付けることにより、前記錘を上昇させる。前記上昇された錘は、上部錘離脱機構により、前記周回する錘係合部から取り外される。前記取り外された錘は、上部錘収容部に一時的に蓄えられる。前記上部錘収容部に一時的に蓄えられた錘を降下させる際は、前記ワイヤが下降する下降ラインにおいて、前記周回する錘係合部に、上部錘装着機構により、前記錘を取り付けることにより、前記錘を下降させる。前記下降された錘は、下部錘離脱機構により、前記周回する錘係合部から取り外される。前記取り外された錘は、下部錘収容部に一時的に蓄えられる。前記錘を下降させることにより、前記プーリが回転し、前記プーリの回転により発電機が発電する。

したがって、この風力発電装置によれば、前記錘を前記上部錘収容部に、複数蓄えておくことができるため、大量の電力を、複数の前記錘（位置エネルギー）に変換することで蓄積可能である。また、前記錘は、着脱可能であるため、風力の強さや設置場所の環境によって、重さや材質を簡易に変更することができるため、効率的に発電することができる。

［２］前記［１］の装置は、前記上部錘収容部に設けられ、前記上部錘離脱機構が取り外した前記錘を、対応する前記上部錘装着機構まで移動させる上部移動機構と、
前記下部錘収容部に設けられ、前記下部錘離脱機構が取り外した前記錘を、対応する前記下部錘装着機構まで移動させる下部移動機構とを備えていてもよい。

この上部移動機構は、前記上部錘収容部に設けられ、前記上部錘離脱機構が取り外した前記錘を、対応する前記上部錘装着機構まで移動させる。また、この下部移動機構は、前記下部錘収容部に設けられ、前記下部錘離脱機構が取り外した前記錘を、対応する前記下部錘装着機構まで移動させる。

この場合、取り外した前記錘をより効率的に活用することができるため、より効率的な発電を行うことができるという利点を有する。

［３］前記［１］又は［２］の装置において、前記一対のプーリ及び前記無端状のワイヤをそれぞれ２組以上有してもよい。
この場合、より多くの前記錘を活用することができるため、より大量の発電を行うことができるという利点を有する。

［４］前記［１］〜［３］の装置において、前記上部錘離脱機構は、前記錘係合部に吊された前記錘の下に台座を挿入するとともに前記台座を上昇させ、前記錘を持ち上げることにより、前記錘係合部から前記錘を取り外す機構を有してもよい。
この錘係合部から錘を取り外す機構は、前記錘係合部に吊された前記錘の下に台座を挿入するとともに前記台座を上昇させ、前記錘を持ち上げることにより、前記錘係合部から前記錘を取り外す。
この場合、前記錘を持ち上げることにより取り外すため、前記錘を前記ワイヤから円滑に離脱させることができ、前記錘の係合構造の劣化を抑制することができるという利点を有する。

［５］前記［１］〜［４］の装置において、前記回転体と前記プーリとの間には、回転速度を調整するための減速機構を備えていてもよい。
この減速機構により、前記プーリの回転速度は調整させる。
この場合、非常に風力の強い場所に設置した場合であっても、安定して発電することができるという利点を有する。

［６］前記［１］〜［５］の装置において、前記錘は、錘本体と引っ掛け部を備え、前記引っ掛け部は、前記錘係合部が上部からは進入可能であるが、下部からは抜け出すことができない機構を有してもよい。
この機構は、前記錘の引っ掛け部において、前記錘係合部が上部からは進入可能であるが、下部からは抜け出すことができないようにさせる。
この場合、前記錘と前記錘係合部とを、複雑な制御を行わずに装着及び離脱することができるという利点を有する。

［７］前記［１］〜［５］の装置において、前記錘は、前記ワイヤから吊された状態において、前記ワイヤが通されるための垂直方向に貫通する溝を備えていてもよい。
この場合、前記錘を前記ワイヤで昇降させる際に、前記錘の重心が安定するため、前記錘を、より安定的に昇降させることができるという利点を有する。

［８］前記［７］の装置において、前記上部錘収容部及び下部錘収容部はそれぞれ、前記錘を周方向に半回転させることにより前記溝の向きを前記ワイヤへ向けるための回転機構を備えていてもよい。
この回転機構は、前記上部錘収容部及び下部錘収容部において、前記錘を周方向に半回転させることにより前記溝の向きを前記ワイヤへ向ける。
この場合、前記錘の前記溝の向きを簡易に制御することができ、前記上部錘収容部及び下部錘収容部を複雑な構造にする必要がないという利点を有する。

本発明によれば、比較的に大量の電力が蓄積可能であり、かつ、発電効率が優れる風力発電装置を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る風力発電装置の正面図である。 同風力発電装置の回転体の斜視図である。 同風力発電装置の上部移動機構を示す平面図である。 同風力発電装置の上部移動機構を示す正面図である。 同風力発電装置の下部移動機構を示す平面図である。 同風力発電装置の下部移動機構を示す正面図である。 同風力発電装置のプーリに巻回されている無端状ワイヤの状態を示す側面図である。 （ａ）は、同風力発電装置の錘の正面図である。（ｂ）は、同風力発電装置の錘の側面図である。 同風力発電装置の下部錘装着機構を示す側面図である。 同風力発電装置の錘が上昇している状態を示す図である。 同風力発電装置の上部錘離脱機構を示す側面図である。 同風力発電装置の上部錘装着機構を示す側面図である。 同風力発電装置の下部錘離脱機構を示す側面図である。 本発明の第二実施形態に係る風力発電装置１０１の正面図である。 同風力発電装置の上部移動機構を示す平面図である。 同風力発電装置の上部移動機構を示す正面図である。 同風力発電装置の下部移動機構を示す平面図である。 同風力発電装置の下部移動機構を示す正面図である。 （ａ）は、同風力発電装置の錘の平面図である。（ｂ）は、同風力発電装置の錘の正面図である。（ｃ）は、同風力発電装置の錘の側面図である。 同風力発電装置の下部錘装着機構を示す側面図である。 同風力発電装置の錘が上昇している状態を示す図である。 同風力発電装置の上部錘離脱機構を示す側面図である。 同風力発電装置の上部錘装着機構を示す側面図である。 同風力発電装置の下部錘離脱機構を示す側面図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である風力発電装置について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る風力発電装置１の正面図である。
風力発電装置１は、垂直方向に長く接地面ＧＬに直立した筒状の本体４と、この本体４の上端に設置され風を受けて回転する回転体２とを有する。回転体２は垂直な回転体軸６に固定され、回転体軸６は本体４の天板部を貫通して回転可能に取り付けられている。回転体軸６の下端には回転方向変換ギア８が取り付けられ、回転方向変換ギア８は、水平に伸びる第１軸７及びその両端に連結された第１上部プーリ１０及び第２上部プーリ１６を有する。第１上部プーリ１０には第１無端状ワイヤ１４が巻回されて下方へ延びて第１下部プーリ１２に巻回されている。また、第２上部プーリ１６には第２無端状ワイヤ２０が巻回されて下方へ延び第２下部プーリ１８に巻回されている。

風を受けて回転体２が回転すると、回転体２及び回転体軸６が水平方向に回転する。回転体軸６の水平方向の回転を受けて、回転方向変換ギア８は第１軸７及びその両端に連結された第１上部プーリ１０及び第２上部プーリ１６を垂直方向に回転させる。第１上部プーリ１０及び第２上部プーリ１６が垂直方向に回転すると、第１上部プーリ１０に巻回されている第１無端状ワイヤ１４、及び第２上部プーリ１６に巻回されている第２無端状ワイヤ２０が垂直方向に周回し、第１上部プーリ１０の同軸上の第１下部プーリ１２、及び第２上部プーリ１６の同軸上の第２下部プーリ１８も垂直方向に回転する。

第１無端状ワイヤ１４が上昇する上昇ラインの上部には、上部錘離脱機構２８が設けられ、第２無端状ワイヤ２０が下降する下降ラインの上部には、上部錘装着機構３２が設けられている。上部錘離脱機構２８は、細長い板状の上部走行台４６の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部が有する機構である。上部錘装着機構３２は、上部走行台４６の第２無端状ワイヤ２０側の長手方向端部が有する機構である。上部走行台４６は、長手方向に傾斜しており、上部錘離脱機構２８側から上部錘装着機構３２側へ徐々に低くなっている。上部走行台４６は、上部錘離脱機構２８と上部錘装着機構３２との間に上部錘収容部３０を有する。

第１無端状ワイヤ１４が上昇する上昇ラインの下部には、下部錘装着機構３８が設けられ、第２無端状ワイヤ２０が下降する下降ラインの下部には、下部錘離脱機構３４が設けられている。下部錘装着機構３８は、細長い板状の下部走行台４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部が有する機構である。下部錘離脱機構３４は、下部走行台４７の第２無端状ワイヤ２０側の長手方向端部が有する機構である。下部走行台４７は、長手方向に傾斜しており、下部錘離脱機構３４側から下部錘装着機構３８側へ徐々に低くなっている。下部走行台４７は下部錘離脱機構３４と下部錘装着機構３８との間に下部錘収容部３６を有する。第１無端状ワイヤ１４は、間隔をあけて取り付けられた複数の第１錘係合部２２を有し、第２無端状ワイヤ２０は、間隔をあけて取り付けられた複数の第２錘係合部２４を有する。第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２、及び、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４は、錘２６と着脱可能である。

第１無端状ワイヤ１４が上昇する上昇ラインにおいては、下部錘装着機構３８によって、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２と、錘２６とが係合し、錘２６が上昇する。上昇した錘２６は、上部錘離脱機構２８により、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２と、錘２６とが離脱し、上部錘収容部３０に一時的に蓄えられる。次いで、上部錘収容部３０に一時的に蓄えられた錘２６は、上部錘装着機構３２により、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４と係合する。次いで、錘２６は、第２無端状ワイヤ２０が下降する下降ラインの上部から、下部へと下降する。錘２６が下降することにより、第２下部プーリ１８に連結された第２軸４０が回転し、発電機４２により発電される。また、錘２６は、下部錘離脱機構３４により、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４と錘２６とが離脱し、下部錘収容部３６に一時的に蓄えられる。

したがって、風が吹いている時は、下部錘収容部３６に一時的に蓄えられる複数の錘２６は、下部錘装着機構３８によって、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２と、錘２６とが係合され、次々に上昇する。次いで、上昇した錘２６は、上部錘離脱機構２８により、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２と、錘２６とが離脱し、複数の錘２６が上部錘収容部３０に一時的に蓄えられる。全ての錘２６が、上部錘収容部３０に蓄えられた場合、回転体２の回転により、直接、回転体軸６、回転方向変換ギア８、第１軸７、第１上部プーリ１０、第１無端状ワイヤ１４、第１下部プーリ１２、第２上部プーリ１６、第２無端状ワイヤ２０、及び第２下部プーリ１８を介して第２軸４０が回転し、発電機４２により発電される。一方で、風が吹いていない場合は、上部錘収容部３０に一時的に蓄えられた複数の錘２６が、上部錘装着機構３２により、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４と係合され、次々に下降する。この錘２６が下降するエネルギーによって、第２上部プーリ１６、第２無端状ワイヤ２０、及び第２下部プーリ１８を介して第２軸４０が回転し、発電機４２により発電される。

図１には示していないが、回転体２と第１上部プーリ１０及び第２上部プーリ１６との間には、回転速度を調整するための減速機構を備えていてもよい。該減速機構としては、公知の減速機を用いることができる。

本体４の形状は特に限定されず、角筒状であっても、円筒状であってもよい。また、本体４は、複数の部材がつなぎ合わされて構成されていてもよい。

風力発電装置１の高さは、特に限定されないが、例えば、１０〜２００ｍが好ましく、２０〜２００ｍがより好ましく、３０〜２００ｍがさらに好ましい。風力発電装置１の高さは、風力発電装置１の設置場所の風力の強さ等で適宜設計することができる。
以下、風力発電装置１の各構成を詳細に説明する。

図２は、回転体２の斜視図である。回転体２は、垂直な回転体軸６に固定された回転翼３と、回転翼３をベアリング５を介して支持する回転体フレーム１１を有する。回転翼３は、風を受けた際に、回転翼中心軸９を中心軸として回転し、回転体軸６を回転させる。

本実施形態における回転体２は、垂直軸Ｓ型ロータ式の回転翼３であるが、回転翼の形状は特に限定されない。回転翼の形状としては、例えば、水平軸プロペラ式、水平軸セイルウィング式、水平軸オランダ式、水平軸多翼式、垂直軸直線翼式、垂直軸サボニウス式、垂直軸パドル式等の回転翼等が挙げられる。その中でも、回転翼の形状は、弱い風力でも回転できる垂直軸の回転翼が好ましく、垂直軸Ｓ型ロータ式の回転翼がより好ましい。

図３は、上部移動機構４４を示す平面図である。上部移動機構４４は、細長い板状の上部走行台４６で構成されている。上部走行台４６の長手方向の一方の端部には、上部錘離脱機構２８を有し、他方の端部には、上部錘装着機構３２を有し、上部錘離脱機構２８と上部錘装着機構３２との間には、上部錘収容部３０を有する。上部錘収容部３０の距離を長くするために、上部走行台４６は、上部走行台４６の上部錘離脱機構２８側の端部から、上部走行台４６の上部錘装着機構３２側の端部まで、上部走行台４６の上部錘装着機構３２側の端部の外側を周回するような形状となっている。

上部走行台４６の上部錘装着機構３２側の長手方向端部には、上部走行台４６の幅方向の上方に突出し、錘２６を静止させる端部ストッパ５１を有する。上部走行台４６は、上部走行溝４８を有し、上部走行溝４８は、上部走行台４６の上部錘離脱機構２８側の長手方向端部から、上部走行台４６の端部ストッパ５１に接するところまで、同一深さ及び幅で設けられている。上部走行台４６の長手方向の両端部は、上部走行台４６と第１無端状ワイヤ１４及び第２無端状ワイヤ２０とが接触しないように、切欠部５０を有する。

図４は、上部移動機構４４を示す正面図である。上部走行台４６は、長手方向に傾斜しており、上部錘離脱機構２８側から上部錘装着機構３２側へ徐々に低くなっている。上部走行台４６の上部錘離脱機構２８側端部の高さと上部走行台４６の上部錘装着機構３２側端部の高さとの差（上部錘離脱機構２８側端部の高さ−上部錘装着機構３２側端部の高さ）は、上部走行台４６に載置される錘２６が自重で上部錘離脱機構２８側端部から上部錘装着機構３２側端部まで、自動で移動可能な差であれば特に限定されないが、例えば、１０〜３０ｃｍが好ましい。

上部錘離脱機構２８により離脱した錘２６は、上部走行台４６に載置された後、上部走行溝４８に沿って自重で移動し、上部走行台４６の上部錘収容部３０を経由し、上部走行台４６の上部錘装着機構３２側へ自動で移動する。なお、図示していないが、上部走行台４６の上部錘装着機構３２側には、端部ストッパ５１以外の錘ストッパを少なくとも１つ有する。該ストッパにより、錘２６は一時的に停止し、錘２６が上部錘収容部３０に蓄積されていく。

図５は、下部移動機構５２を示す平面図である。下部移動機構５２は、細長い板状の下部走行台４７で構成されている。下部走行台４７の長手方向の一方の端部には、下部錘離脱機構３４を有し、他方の端部には、下部錘装着機構３８を有し、下部錘離脱機構３４と下部錘装着機構３８との間には、下部錘収容部３６を有する。下部錘収容部３６の距離を長くするために、下部走行台４７は、下部走行台４７の下部錘離脱機構３４側の端部から、下部走行台４７の下部錘装着機構３８側の端部まで、下部走行台４７の下部錘離脱機構３４側の端部の外側を周回するような形状となっている。

下部走行台４７は、下部走行溝４９を有し、下部走行溝４９は、下部走行台４７の下部錘離脱機構３４側の長手方向端部から、下部走行台４７の下部錘装着機構３８側の長手方向端部まで、同一深さ及び幅で設けられている。下部走行台４７の長手方向の両端部は、下部走行台４７と第１無端状ワイヤ１４及び第２無端状ワイヤ２０とが接触しないように、切欠部５３を有する。

図６は、下部移動機構５２を示す正面図である。下部走行台４７は、長手方向に傾斜しており、下部錘離脱機構３４側から下部錘装着機構３８側へ徐々に低くなっている。下部走行台４７の下部錘離脱機構３４側端部の高さと下部走行台４７の下部錘装着機構３８側端部の高さとの差（下部錘離脱機構３４側端部の高さ−下部錘装着機構３８側端部の高さ）は、下部走行台４７に載置される錘２６が自重で下部錘離脱機構３４側端部から下部錘装着機構３８側端部まで、自動で移動可能な差であれば特に限定されないが、例えば、１０〜３０ｃｍが好ましい。

下部錘離脱機構３４により離脱した錘２６は、下部走行台４７に載置された後、下部走行溝４９に沿って自重で移動し、下部走行台４７の下部錘収容部３６を経由し、下部走行台４７の下部錘装着機構３８側へ自動で移動する。なお、図示していないが、下部走行台４７の下部錘装着機構３８側には、錘ストッパを少なくとも１つ有する。該ストッパにより、錘２６は一時的に停止し、錘２６が下部錘収容部３６に蓄積されていく。

図７は、第１上部プーリ１０に巻回されている第１無端状ワイヤ１４の状態を示す側面図である。図７に示す通り、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２は、第１無端状ワイヤ１４の第１上部プーリ１０側とは反対側にのみ突出しているため、第１無端状ワイヤ１４が第１上部プーリ１０を巻回することを妨げない。同様に第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４も、第２上部プーリ１６側とは反対側にのみ突出しているため、第２無端状ワイヤ２０が第２上部プーリ１６を巻回することを妨げない。なお、本実施形態の第１錘係合部２２及び第２錘係合部２４はピン状（円柱状）であるが、第１錘係合部２２の形状は特に限定されず、第１錘係合部２２が係合する錘２６の形状によって適宜変更することができる。第１錘係合部２２の他の形状としては、先端がＬ字状の円柱形状、釣り針形状等が挙げられる。また、第１無端状ワイヤ１４、第２無端状ワイヤ２０、第１錘係合部２２及び第２錘係合部２４の材質は特に限定されないが、金属製であることが好ましい。

図８（ａ）は、錘２６の正面図である。図８（ｂ）は、錘２６の側面図である。錘２６は、錘本体５４と、錘本体５４の両側面に連結するはさみ爪５６と、錘本体５４の底面と連結する走行用ローラ６４とを有する。はさみ爪５６は、先端に鉤状部６８を有する一対の板状部材で構成されており、鉤状部６８が互いに向かい合い、鉤状部６８の先端同士が一部重なるように固定されている。はさみ爪５６の鉤状部６８の上側は、はさみ爪５６が重なり合う部分に向かって互いに傾斜している。一方で、はさみ爪５６の鉤状部６８の下側は略水平である。はさみ爪５６は、はさみカバー６６によりカバーされている。はさみカバー６６は、はさみ爪５６の互いに向かい合う面に、はさみ爪５６が閉まりすぎないように制御するストッパ部６７を有する。はさみ爪５６の下側端部は、スプリング６０により連結されている。スプリング６０は、スプリングカバー６２により覆われている。錘本体５４の底面と連結する走行用ローラ６４は、はさみ爪５６方向に回転できるように連結されている。

はさみ爪５６の下側端部は、スプリング６０により連結されているため、はさみ爪５６の鉤状部６８は、回動軸５８を回転軸として開閉可能である。また、はさみ爪５６の鉤状部６８の上側は、はさみ爪５６が重なり合う部分に向かって互いに傾斜しており、はさみ爪５６の鉤状部６８の下側は略水平であるため、第２錘係合部２４がはさみ爪５６の鉤状部６８の上側からは進入することができるが、はさみ爪５６の鉤状部６８の下側からは抜け出せない機構になっている。また、ストッパ部６７により、はさみ爪５６が閉まりすぎないように制御されている。

錘２６の重さは、風力発電装置１を設置する場所の風力や必要な発電量によって、適宜変更することができ、特に限定されないが、例えば、１〜１０００ｋｇの錘を用いることができる。より具体的には、風力発電装置１を、住宅や小規模施設に電力を供給するために用いる場合は、１〜１００ｋｇの錘を用いることが好ましく、２０〜１００ｋｇの錘を用いることがより好ましい。一方で、風力発電装置１を、工場等の大規模施設に電力を供給するために用いる場合は、１００〜１０００ｋｇの錘を用いることが好ましく、５００〜１０００ｋｇの錘を用いることがより好ましい。また、錘２６の材質は、鉄又はステンレス鋼であることが好ましい。

錘２６は、上部移動機構４４及び下部移動機構５２において、走行用ローラ６４により、上部走行溝４８、及び、下部走行溝４９上を走行する。本実施形態においては、錘２６は、走行用ローラ６４により移動するが、移動手段は特に限定されない。例えば、上部走行台４６及び下部走行台４７が、レールであり、錘２６が該レールに対応する車輪を有していてもよい。また、錘２６は移動手段を有しておらず、上部走行台４６及び下部走行台４７が、錘２６を移動させる手段を有していてもよい。例えば、上部走行台４６及び下部走行台４７が底面ローラを有する機構である場合や上部走行台４６及び下部走行台４７がベルトコンベアで構成されている場合が挙げられる。

図９は、下部錘装着機構３８を示す側面図である。下部走行台４７は、下部走行台４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部が低くなるように傾斜している。下部走行台４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部の下側には、第１垂直アクチュエータ７０を有する。第１垂直アクチュエータ７０には、下部走行台４７を貫通し、下部走行台４７の幅方向に伸縮可能な第１錘ストッパプレート７１が連結されている。

下部走行台４７は、下部走行台４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部が低くなるように傾斜しているため、錘２６は自重で、下部走行台４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部に向けて、自動で移動し、第１錘ストッパプレート７１により、下部走行台４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部で静止する。次いで、図示していないセンサにより、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２が上昇してきたことを感知し、第１垂直アクチュエータ７０により第１錘ストッパプレート７１を収納する。第１錘ストッパプレート７１が収納されると、再度、錘２６が自重で第１無端状ワイヤ１４側に移動し、錘２６のはさみ爪５６内に第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２が挿入することにより、錘２６のはさみ爪５６と、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２とは係合する。

図１０は、錘２６が上昇している状態を示す図である。錘２６は、錘２６のはさみ爪５６と第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２とが係合しているため、第１無端状ワイヤ１４の上昇に伴って上昇する。また、錘２６が上昇する際、第１無端状ワイヤ１４と錘２６のスプリングカバー６２とが接触する。錘２６は、錘２６のはさみ爪５６と第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２とが係合する点、及び、第１無端状ワイヤ１４とスプリングカバー６２とが接触する点の２点で支持されているため、安定して上昇する。

図示はしていないが、風力発電装置１は、回転体２の停止により錘２６が落下してしまわないように、錘落下ストッパを有する。錘落下ストッパは、第１無端状ワイヤ１４が上昇する上昇ラインに一定間隔で配置されており、回転体２の停止をセンサで感知することにより作動し、錘２６の落下を防止する。

図１１は、上部錘離脱機構２８を示す側面図である。上部走行台４６の下方には、第１水平アクチュエータ７２、及び、第１水平アクチュエータ７２に連結され水平方向に伸縮可能なロッド７３が配置され、ロッド７３は、第２垂直アクチュエータ７４及び第２垂直アクチュエータ７４に連結され垂直方向に伸縮可能なロッド７５を有し、ロッド７５の垂直方向の上端には、錘持上げ台座７６を有する。錘持上げ台座７６は、長手方向に傾斜しており、上部走行台４６側向けて徐々に低くなるように構成されている。第２垂直アクチュエータ７４が作動し、ロッド７５が上方に伸びると、錘持上げ台座７６の上面と上部走行台４６の上面とが接触するように構成されている。

第１水平アクチュエータ７２、ロッド７３、第２垂直アクチュエータ７４、ロッド７５、及び錘持上げ台座７６は、錘２６が上昇して来るまでは、第１水平アクチュエータ７２側に収納されており、錘２６の上昇を妨げない。錘２６が上昇してきたことを図示していないセンサで感知すると、第１水平アクチュエータ７２が作動し、ロッド７３が第１無端状ワイヤ１４方向に伸び、錘２６に接触しないように、錘２６の下方に第２垂直アクチュエータ７４、ロッド７５、及び、錘持上げ台座７６が挿入される。次いで、第２垂直アクチュエータ７４が作動し、ロッド７５が上方に伸び、錘２６を錘持上げ台座７６で持ち上げることにより、錘２６を第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２から離脱させる。錘持上げ台座７６は、長手方向に傾斜しており、上部走行台４６側向けて徐々に低くなるように構成されているため、第１無端状ワイヤ１４の第１錘係合部２２から離脱した錘２６は、自重で錘持上げ台座７６から上部走行台４６に自動で移動する。

図１２は、上部錘装着機構３２を示す側面図である。上部走行台４６の第２無端状ワイヤ２０側の長手方向端部は、下方に傾動する傾動台座８２と蝶番８６により連結されている。傾動台座８２の第２錘係合部２４側の長手方向端部には、上部走行台４６の幅方向の上方に突出する端部ストッパ５１を有する。上部走行台４６の第２無端状ワイヤ２０側の長手方向端部の下側には、第３垂直アクチュエータ８３を有する。第３垂直アクチュエータ８３には、上部走行台４６を貫通し、上部走行台４６の幅方向に伸縮可能な第２錘ストッパプレート８４が連結されている。また、上部走行台４６の第２無端状ワイヤ２０側の長手方向端部の下側には、第２水平アクチュエータ７８を有する。第２水平アクチュエータ７８は、水平方向に伸縮可能なロッド７９を有し、ロッド７９の第２水平アクチュエータ７８とは反対方向の先端には、ローラ８０が連結されている。ローラ８０は、傾動台座８２の底面と接触している。

上部走行台４６は、長手方向に傾斜しており、第２無端状ワイヤ２０側が低くなるように構成されているため、錘２６は自重で、上部走行台４６の第２錘係合部２４側の長手方向端部に向けて自動で移動し、傾動台座８２の端部ストッパ５１により、錘２６が静止する。錘２６の上方から第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４が下降して、錘２６のはさみ爪５６に接触すると、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４の押圧によりはさみ爪５６が一旦開き、はさみ爪５６内に第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４が進入し、はさみ爪５６が再度閉じる。図示していないセンサで、はさみ爪５６内に第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４が進入したことを感知すると、第２水平アクチュエータ７８が作動し、ロッド７９及びロッド７９の先端に連結しているローラ８０が第２水平アクチュエータ７８側に収納される。ローラ８０が第２水平アクチュエータ７８側に収納されると、傾動台座８２は支えが無くなり、下方に折れ曲がる。これにより、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４に係合した錘２６が下降していく。なお、複数の錘２６を使用する場合は、１つの錘２６が傾動台座８２上に載置された場合、複数の錘２６が傾動台座８２上に載置されないように、他の錘２６は、第２錘ストッパプレート８４により、上部走行台４６の第２無端状ワイヤ２０側の長手方向端部に静止される。錘２６が下降したことを図示していないセンサが感知すると、再度第２水平アクチュエータ７８が作動し、ロッド７９及びロッド７９の先端に連結しているローラ８０が水平方向に伸びることで、下方に折れ曲がった傾動台座８２が元の位置に戻る。

図示していないが、錘２６が下降する際、錘２６は、錘２６のはさみ爪５６と、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４とが係合する点、及び、第２無端状ワイヤ２０とスプリングカバー６２とが接触する点の２点で支持されているため、安定して下降する。

図１３は、下部錘離脱機構３４を示す側面図である。下部走行台４７は、長手方向に傾斜しており、下部走行台４７の第２無端状ワイヤ２０側が高くなるように構成されている。錘２６が下降してきて、下部走行台４７に載置されると、自重で第２無端状ワイヤ２０側とは反対側に自動で移動し、錘２６と、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４とが離脱する。

以上説明したように、この風力発電装置１は、風を受けて回転体２が回転するエネルギーにより、第２軸４０を回転させ、発電機４２により発電するのみではなく、風を受けて回転体２が回転するエネルギーにより、錘２６を上昇させ、錘２６を上部錘収容部３０に複数蓄えておくことができる。そのため、風のエネルギーを位置エネルギーに変換して蓄積することが可能である。また、上部錘収容部３０に蓄えられた複数の錘２６を、第２無端状ワイヤ２０の第２錘係合部２４と係合させ、下降させ、第２軸４０を回転させ、発電機４２により発電させることにより、蓄積した位置エネルギーを電力に変換することができる。よって、この風力発電装置１によれば、比較的に大量の電力を蓄積することができる。

また、錘２６は、着脱可能であるため、風力の強さや設置場所の環境によって、重さや材質を簡易に変更することができ、効率的に発電することができる。

また、風力発電装置１は、上部錘離脱機構２８が取り外した錘２６を、対応する上部錘装着機構３２まで移動させる上部移動機構４４と、下部錘離脱機構３４が取り外した錘２６を、対応する下部錘装着機構３８まで移動させる下部移動機構５２とを有するため、錘２６をより効率的に活用することができる。また、上部移動機構４４及び下部移動機構５２は、錘２６の自重により自動で移動させる機構であるため、風力発電装置１の装置内での電力消費が抑えられ、より効率的に発電することができる。

また、風力発電装置１は、一対のプーリ及び無端状のワイヤをそれぞれ２組（第１上部プーリ１０と第１下部プーリ１２、及び、第２上部プーリ１６と第２下部プーリ１８、並びに、第１無端状ワイヤ１４と第２無端状ワイヤ２０）有し、上部錘収容部３０及び下部錘収容部３６の距離が長くなるように構成されているため、より大量の電力の蓄積及び発電を行うことができる。

また、風力発電装置１の上部錘離脱機構２８は、第１錘係合部２２に吊された錘２６の下に錘持上げ台座７６を挿入するとともに錘持上げ台座７６を上昇させ、錘２６を持ち上げることにより、第１錘係合部２２から錘２６を取り外す機構であるため、錘２６のはさみ爪５６に負荷がかからず、錘２６のはさみ爪５６の劣化を抑制することができる。加えて、はさみ爪５６は第２錘係合部２４が上部からは進入可能であるが、下部からは抜け出すことができない機構を有するため、複雑な制御を行わずに第２錘係合部２４とはさみ爪５６とを装着することができる。

＜第二実施形態＞
図１４は、本発明の第二実施形態に係る風力発電装置１０１の正面図である。
風力発電装置１０１は、垂直方向に長く接地面ＧＬに直立した筒状の本体１０４と、この本体１０４の上端に設置され風を受けて回転する回転体１０２とを有する。回転体１０２は垂直な回転体軸１０６に固定され、回転体軸１０６は本体１０４の天板部を貫通して回転可能に取り付けられている。回転体軸１０６の下端には回転方向変換ギア１０８が取り付けられ、回転方向変換ギア１０８は、水平に伸びる第１軸１０７及びその両端に連結された第１上部プーリ１１０及び第２上部プーリ１１６を有する。第１上部プーリ１１０には第１無端状ワイヤ１１４が巻回されて下方へ延びて第１下部プーリ１１２に巻回されている。また、第２上部プーリ１１６には第２無端状ワイヤ１２０が巻回されて下方へ延び第２下部プーリ１１８に巻回されている。

風を受けて回転体１０２が回転すると、回転体１０２及び回転体軸１０６が水平方向に回転する。回転体軸１０６の水平方向の回転を受けて、回転方向変換ギア１０８は第１軸１０７及びその両端に連結された第１上部プーリ１１０及び第２上部プーリ１１６を垂直方向に回転させる。第１上部プーリ１１０及び第２上部プーリ１１６が垂直方向に回転すると、第１上部プーリ１１０に巻回されている第１無端状ワイヤ１１４、及び第２上部プーリ１１６に巻回されている第２無端状ワイヤ１２０が垂直方向に周回し、第１上部プーリ１１０の同軸上の第１下部プーリ１１２、及び第２上部プーリ１１６の同軸上の第２下部プーリ１１８も垂直方向に回転する。

第１無端状ワイヤ１１４が上昇する上昇ラインの上部には、上部錘離脱機構１２８が設けられ、第２無端状ワイヤ１２０が下降する下降ラインの上部には、上部錘装着機構１３２が設けられている。上部錘離脱機構１２８は、細長い板状の上部走行台１４６の第１無端状ワイヤ１１４側の長手方向端部が有する機構である。上部錘装着機構１３２は、上部走行台１４６の第２無端状ワイヤ１２０側の長手方向端部が有する機構である。上部走行台１４６は、長手方向に傾斜しており、上部錘離脱機構１２８側から上部錘装着機構１３２側へ徐々に低くなっている。上部走行台１４６は、上部錘離脱機構１２８と上部錘装着機構１３２との間に上部錘収容部１３０を有する。上部錘収容部１３０の一部は、上部走行台１４６と同形状の板状部材を有し、周方向に回転する上部回転機構１４１により置換されている。

第１無端状ワイヤ１１４が上昇する上昇ラインの下部には、下部錘装着機構１３８が設けられ、第２無端状ワイヤ１２０が下降する下降ラインの下部には、下部錘離脱機構１３４が設けられている。下部錘装着機構１３８は、細長い板状の下部走行台１４７の第１無端状ワイヤ１１４側の長手方向端部が有する機構である。下部錘離脱機構１３４は、下部走行台１４７の第２無端状ワイヤ１２０側の長手方向端部が有する機構である。下部走行台１４７は、長手方向に傾斜しており、下部錘離脱機構１３４側から下部錘装着機構１３８側へ徐々に低くなっている。下部走行台１４７は下部錘離脱機構１３４と下部錘装着機構１３８との間に下部錘収容部１３６を有する。下部錘収容部１３６の一部は、下部走行台１４７と同形状の板状部材を有し、周方向に回転する下部回転機構１４３により置換されている。第１無端状ワイヤ１１４は、間隔をあけて取り付けられた複数の第１錘係合部１２２を有し、第２無端状ワイヤ１２０は、間隔をあけて取り付けられた複数の第２錘係合部１２４を有する。第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２、及び、第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４は、錘１２６と着脱可能である。錘１２６は、第１無端状ワイヤ１１４及び第２無端状ワイヤ１２０が通されるための垂直方向に貫通する貫通溝１２７を有する。

第１無端状ワイヤ１１４が上昇する上昇ラインにおいては、下部錘装着機構１３８によって、第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２と、錘１２６とが係合し、錘１２６が上昇する。上昇した錘１２６は、上部錘離脱機構１２８により、第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２と、錘１２６とが離脱し、上部錘収容部１３０に一時的に蓄えられる。また、上部錘収容部１３０における上部回転機構１４１によって、錘１２６の貫通溝１２７の向きが、第１無端状ワイヤ１１４に対応する向きから、第２無端状ワイヤ１２０に対応する向きになるように、錘１２６を周方向に半回転させる。次いで、半回転した錘１２６は、上部錘装着機構１３２により、第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４と係合する。次いで、錘１２６は、第２無端状ワイヤ１２０が下降する下降ラインの上部から、下部へと下降する。錘１２６が下降することにより、第２下部プーリ１１８に連結された第２軸１４０が回転し、発電機１４２により発電される。また、錘１２６は、下部錘離脱機構１３４により、第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４と錘１２６とが離脱し、下部錘収容部１３６に一時的に蓄えられる。

したがって、風が吹いている時は、下部錘収容部１３６に一時的に蓄えられる複数の錘１２６は、下部錘装着機構１３８によって、第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２と、錘１２６とが係合され、次々に上昇する。次いで、上昇した錘１２６は、上部錘離脱機構１２８により、第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２と、錘１２６とが離脱し、複数の錘１２６が上部錘収容部１３０に一時的に蓄えられる。また、上部錘収容部１３０において、上部回転機構１４１によって、錘１２６の貫通溝１２７の向きを、第１無端状ワイヤ１１４に対応する向きから、第２無端状ワイヤ１２０に対応する向きになるように、錘１２６を周方向に半回転させる。全ての錘１２６が、上部錘収容部１３０に蓄えられた場合、回転体１０２の回転により、直接、回転体軸１０６、回転方向変換ギア１０８、第１軸１０７、第１上部プーリ１１０、第１無端状ワイヤ１１４、第１下部プーリ１１２、第２上部プーリ１１６、第２無端状ワイヤ１２０、及び第２下部プーリ１１８を介して第２軸１４０が回転し、発電機１４２により発電される。一方で、風が吹いていない場合は、上部錘収容部１３０に一時的に蓄えられた複数の錘１２６が、上部錘装着機構１３２により、第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４と係合され、次々に下降する。この錘１２６が下降するエネルギーによって、第２上部プーリ１１６、第２無端状ワイヤ１２０、及び第２下部プーリ１１８を介して第２軸１４０が回転し、発電機１４２により発電される。
以下、風力発電装置１０１の各構成を詳細に説明する。

風力発電装置１０１の回転体１０２は、風力発電装置１の回転体２と同一の形状である。

図１５は、上部移動機構１４４を示す平面図である。上部移動機構１４４は、細長い板状の上部走行台１４６で構成されている。上部走行台１４６の長手方向の一方の端部には、上部錘離脱機構１２８を有し、他方の端部には、上部錘装着機構１３２を有し、上部錘離脱機構１２８と上部錘装着機構１３２との間には、上部錘収容部１３０を有する。上部錘収容部１３０の距離を長くするために、上部走行台１４６は、上部走行台１４６の上部錘離脱機構１２８側の端部から、上部走行台１４６の上部錘装着機構１３２側の端部まで、上部走行台１４６の上部錘装着機構１３２側の端部の外側を周回するような形状となっている。上部錘収容部１３０の一部は、上部走行台１４６と同形状の板状部材を有し、周方向に回転する上部回転機構１４１により置換されている。上部回転機構１４１は、例えば、上部走行台１４６と同形状の板状部材と、該板状部材を周方向に回転させる回転装置で構成されている。

上部走行台１４６は、上部走行溝１４８を有し、上部走行溝１４８は、上部走行台１４６の上部錘離脱機構１２８側の長手方向端部から、上部走行台１４６の上部錘装着機構１３２側の長手方向端部まで、同一深さ及び幅で設けられている。上部走行台１４６の長手方向の両端部は、上部走行台１４６と第１無端状ワイヤ１１４及び第２無端状ワイヤ１２０とが接触しないように、切欠部１５３を有する。

図１６は、上部移動機構１４４を示す正面図である。上部走行台１４６は、長手方向に傾斜しており、上部錘離脱機構１２８側から上部錘装着機構１３２側へ徐々に低くなっている。上部走行台１４６の上部錘離脱機構１２８側端部の高さと上部走行台１４６の上部錘装着機構１３２側端部の高さとの差（上部錘離脱機構１２８側端部の高さ−上部錘装着機構１３２側端部の高さ）は、上部走行台１４６に載置される錘１２６が自重で上部錘離脱機構１２８側端部から上部錘装着機構１３２側端部まで、自動で移動可能な差であれば特に限定されないが、例えば、１０〜３０ｃｍが好ましい。

上部錘離脱機構１２８により離脱した錘１２６は、上部走行台１４６に載置された後、上部走行溝１４８に沿って自重で移動し、上部走行台１４６の上部錘収容部１３０を経由し、上部錘収容部１３０の上部回転機構１４１によって、錘１２６の貫通溝１２７の向きが、第１無端状ワイヤ１１４に対応する向きから、第２無端状ワイヤ１２０に対応する向きになるように、錘１２６が半回転した後、上部走行台１４６の上部錘装着機構１３２側へ自動で移動する。なお、図示していないが、上部走行台１４６の上部錘装着機構１３２側には、錘ストッパを少なくとも１つ有する。該ストッパにより、錘１２６は一時的に停止し、錘１２６が上部錘収容部１３０に蓄積されていく。また、上部走行台１４６は、上部回転機構１４１より上部錘離脱機構１２８側にも錘ストッパを有すると、１つの錘１２６が上部回転機構１４１より回転している際に、該回転を他の錘１２６が妨げることが無くなるため好ましい。

図１７は、下部移動機構１５２を示す平面図である。下部移動機構１５２は、細長い板状の下部走行台１４７で構成されている。下部走行台１４７の長手方向の一方の端部には、下部錘離脱機構１３４を有し、他方の端部には、下部錘装着機構１３８を有し、下部錘離脱機構１３４と下部錘装着機構１３８との間には、下部錘収容部１３６を有する。下部錘収容部１３６の距離を長くするために、下部走行台１４７は、下部走行台１４７の下部錘離脱機構１３４側の端部から、下部走行台１４７の下部錘装着機構１３８側の端部まで、下部走行台１４７の下部錘離脱機構１３４側の端部の外側を周回するような形状となっている。下部錘収容部１３６の一部は、下部走行台１４７と同形状の板状部材を有し、周方向に回転する下部回転機構１４３により置換されている。下部回転機構１４３は、例えば、下部走行台１４７と同形状の板状部材と、該板状部材を周方向に回転させる回転装置で構成されている。

下部走行台１４７は、下部走行溝１４９を有し、下部走行溝１４９は、下部走行台１４７の下部錘離脱機構１３４側の長手方向端部から、下部走行台１４７の下部錘装着機構１３８側の長手方向端部まで、同一深さ及び幅で設けられている。下部走行台１４７の長手方向の両端部は、下部走行台１４７と第１無端状ワイヤ１１４及び第２無端状ワイヤ１２０とが接触しないように、切欠部１５３を有する。

図１８は、下部移動機構１５２を示す正面図である。下部走行台１４７は、長手方向に傾斜しており、下部錘離脱機構１３４側から下部錘装着機構１３８側へ徐々に低くなっている。下部走行台１４７の下部錘離脱機構１３４側端部の高さと下部走行台１４７の下部錘装着機構１３８側端部の高さとの差（下部錘離脱機構１３４側端部の高さ−下部錘装着機構１３８側端部の高さ）は、下部走行台１４７に載置される錘１２６が自重で下部錘離脱機構１３４側端部から下部錘装着機構１３８側端部まで、自動で移動可能な差であれば特に限定されないが、例えば、１０〜３０ｃｍが好ましい。

下部錘離脱機構１３４により離脱した錘１２６は、下部走行台１４７に載置された後、下部走行溝１４９に沿って自重で移動し、下部走行台１４７の下部錘収容部１３６を経由し、下部錘収容部１３６の下部回転機構１４３によって、錘１２６の貫通溝１２７の向きが、第２無端状ワイヤ１２０に対応する向きから、第１無端状ワイヤ１１４に対応する向きになるように、錘１２６が半回転した後、下部走行台１４７の下部錘装着機構１３８側へ自動で移動する。なお、図示していないが、下部走行台１４７の下部錘装着機構１３８側には、錘ストッパを少なくとも１つ有する。該ストッパにより、錘１２６は一時的に停止し、錘１２６が下部錘収容部１３６に蓄積されていく。

図１９（ａ）は、錘１２６の平面図である。図１９（ｂ）は、錘１２６の正面図である。図１９（ｃ）は、錘１２６の側面図である。錘１２６は、錘本体１５４と、錘本体１５４の上面と連結する引っ掛け部１５６と、錘本体１５４の底面と連結する走行用ローラ１６４とを有する。引っ掛け部１５６は、逆Ｕ字形状をしており、引っ掛け部１５６の先端部１６６は、錘本体１５４内部に埋め込まれるように連結されている。また、錘本体１５４と引っ掛け部１５６とは、さらに連結部材１５８により連結されており、引っ掛け部１５６が水平方向及び垂直方向に動かないように固定されている。錘本体１５４は、第１無端状ワイヤ１１４及び第２無端状ワイヤ１２０が通されるための垂直方向に貫通する貫通溝１２７を有する。錘本体１５４の底面と連結する走行用ローラ１６４は、貫通溝１２７方向に回転できるように連結されている。

錘１２６が上昇及び下降する際は、錘１２６の引っ掛け部１５６内に、第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２、及び、第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４が挿入され、係合される。第１無端状ワイヤ１１４、及び、第２無端状ワイヤ１２０は、錘１２６の貫通溝１２７内を通る。錘１２６の引っ掛け部１５６と、第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２、及び、第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４とは重心の位置で係合されるため、錘１２６は安定して上昇及び下降する。

図２０は、下部錘装着機構１３８を示す側面図である。下部走行台１４７は、下部走行台１４７の第１無端状ワイヤ１１４側の長手方向端部が低くなるように傾斜している。下部走行台１４７の第１無端状ワイヤ１１４側の長手方向端部の下側には、第１垂直アクチュエータ１７０を有する。第１垂直アクチュエータ１７０には、下部走行台１４７を貫通し、下部走行台１４７の幅方向に伸縮可能な第１錘ストッパプレート１７１が連結されている。

下部走行台１４７は、下部走行台１４７の第１無端状ワイヤ１１４側の長手方向端部が低くなるように傾斜しているため、錘１２６は自重で、下部走行台１４７の第１無端状ワイヤ１１４側の長手方向端部に向けて、自動で移動し、第１錘ストッパプレート１７１により、下部走行台１４７の第１無端状ワイヤ１４側の長手方向端部で静止する。次いで、図示していないセンサにより、第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２が上昇してきたことを感知し、第１垂直アクチュエータ１７０により第１錘ストッパプレート１７１を収納する。第１錘ストッパプレート１７１が収納されると、再度、錘１２６が自重で第１無端状ワイヤ１１４側に移動し、錘１２６の引っ掛け部１５６内に第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２が挿入することにより係合する。

図２１は、錘１２６が上昇している状態を示す図である。錘１２６は、錘１２６の引っ掛け部１５６と第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２とが係合しているため、第１無端状ワイヤ１１４の上昇に伴って上昇する。錘１２６は、貫通溝１２７を有するため、錘１２６と第１無端状ワイヤ１１４とを、ある程度接近させることができ、錘１２６と、第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２とは、重心の位置で係合することができるため、錘１２６は安定して上昇する。

図示はしていないが、風力発電装置１０１は、回転体１０２の停止により錘１２６が落下してしまわないように、錘落下ストッパを有する。錘落下ストッパは、第１無端状ワイヤ１１４が上昇する上昇ラインに一定間隔で配置されており、回転体１０２の停止をセンサで感知することにより作動し、錘１２６の落下を防止する。

図２２は、上部錘離脱機構１２８を示す側面図である。上部走行台１４６の下方には、第１水平アクチュエータ１７２、及び、第１水平アクチュエータ１７２に連結され水平方向に伸縮可能なロッド１７３が配置され、ロッド１７３は、第２垂直アクチュエータ１７４及び第２垂直アクチュエータ１７４に連結され垂直方向に伸縮可能なロッド１７５を有し、ロッド１７５の垂直方向の上端には、錘持上げ台座１７６を有する。錘持上げ台座１７６は、長手方向に傾斜しており、上部走行台１４６側向けて徐々に低くなるように構成されている。第２垂直アクチュエータ１７４が作動し、ロッド１７５が上方に伸びると、錘持上げ台座１７６の上面と上部走行台１４６の上面とが接触するように構成されている。

第１水平アクチュエータ１７２、ロッド１７３、第２垂直アクチュエータ１７４、ロッド１７５、及び錘持上げ台座１７６は、錘１２６が上昇して来るまでは、第１水平アクチュエータ１７２側に収納されており、錘１２６の上昇を妨げない。錘１２６が上昇してきたことを図示していないセンサで感知すると、第１水平アクチュエータ１７２が作動し、ロッド１７３が第１無端状ワイヤ１１４方向に伸び、錘１２６に接触しないように、錘１２６の下方に第２垂直アクチュエータ１７４、ロッド１７５、及び、錘持上げ台座１７６が挿入される。次いで、第２垂直アクチュエータ１７４が作動し、ロッド１７５が上方に伸び、錘１２６を錘持上げ台座１７６で持ち上げることにより、錘１２６を第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２から離脱させる。錘持上げ台座１７６は、長手方向に傾斜しており、上部走行台１４６側向けて徐々に低くなるように構成されているため、第１無端状ワイヤ１１４の第１錘係合部１２２から離脱した錘１２６は、自重で錘持上げ台座１７６から上部走行台１４６に自動で移動する。

図２３は、上部錘装着機構１３２を示す側面図である。上部走行台１４６の第２無端状ワイヤ１２０側の長手方向端部は、下方に傾動する傾動台座１８２と蝶番１８６により連結されている。傾動台座１８２は、スプリング１８０により支持されており、荷重がかかると下方に傾動し、荷重が無くなるとスプリング１８０により上部走行台１４６の上面と水平となる位置まで戻る。上部走行台１４６の第２無端状ワイヤ１２０側の長手方向端部の下側には、第３垂直アクチュエータ１８３を有する。第３垂直アクチュエータ１８３には、上部走行台１４６を貫通し、上部走行台１４６の幅方向に伸縮可能な第２錘ストッパプレート１８４が連結されている。

上部走行台１４６は、長手方向に傾斜しており、第２無端状ワイヤ１２０側が低くなるように構成されているため、錘１２６は自重で、上部走行台１４６の第２錘係合部１２４側の長手方向端部に向けて自動で移動し、第２錘ストッパプレート１８４により一旦静止する。次いで、図示していないセンサで、第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４が下降してきたことを感知し、第３垂直アクチュエータ１８３により第２錘ストッパプレート１８４を収納する。第２錘ストッパプレート１８４が収納されると、再度、錘１２６が自重で第２無端状ワイヤ１２０側に移動し、錘１２６の引っ掛け部１５６内に第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４が挿入することにより係合する。また、錘１２６の引っ掛け部１５６と第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４とが係合するのと同時に、錘１２６の重さにより、傾動台座１８２が下方に折れ曲がる。これにより、第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４に係合した錘１２６が下降していく。

図２４は、下部錘離脱機構１３４を示す側面図である。下部走行台１４７は、長手方向に傾斜しており、下部走行台１４７の第２無端状ワイヤ１２０側が高くなるように構成されている。錘１２６が下降してきて、下部走行台１４７に載置されると、自重で第２無端状ワイヤ１２０側とは反対側に自動で移動し、錘１２６と、第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４とが離脱する。

以上説明したように、この風力発電装置１０１は、風を受けて回転体１０２が回転するエネルギーにより、第２軸１４０を回転させ、発電機１４２により発電するのみではなく、風を受けて回転体１０２が回転するエネルギーにより、錘１２６を上昇させ、錘１２６を上部錘収容部１３０に複数蓄えておくことができる。そのため、風のエネルギーを位置エネルギーに変換して蓄積することが可能である。また、上部錘収容部１３０に蓄えられた複数の錘１２６を、第２無端状ワイヤ１２０の第２錘係合部１２４と係合させ、下降させ、第２軸１４０を回転させ、発電機１４２により発電させることにより、蓄積した位置エネルギーを電力に変換することができる。よって、この風力発電装置１０１によれば、比較的大量の電力を蓄積することができる。

また、錘１２６は、着脱可能であるため、風力の強さや設置場所の環境によって、重さや材質を簡易に変更することができ、効率的に発電することができる。

また、風力発電装置１０１は、上部錘離脱機構１２８が取り外した錘１２６を、対応する上部錘装着機構１３２まで移動させる上部移動機構１４４と、下部錘離脱機構１３４が取り外した錘１２６を、対応する下部錘装着機構１３８まで移動させる下部移動機構１５２とを有するため、錘１２６をより効率的に活用することができる。また、上部移動機構１４４及び下部移動機構１５２は、錘１２６の自重により自動で移動させる機構であるため、風力発電装置１０１の装置内での電力消費が抑えられ、より効率的に発電することができる。

また、風力発電装置１０１は、一対のプーリ及び無端状のワイヤをそれぞれ２組（第１上部プーリ１１０と第１下部プーリ１１２、及び、第２上部プーリ１１６と第２下部プーリ１１８、並びに、第１無端状ワイヤ１１４と第２無端状ワイヤ１２０）有し、上部錘収容部１３０及び下部錘収容部１３６の距離が長くなるように構成されているため、より大量の電力の蓄積及び発電を行うことができる。

また、風力発電装置１０１の上部錘離脱機構１２８は、第１錘係合部１２２に吊された錘１２６の下に錘持上げ台座１７６を挿入するとともに錘持上げ台座１７６を上昇させ、錘１２６を持ち上げることにより、第１錘係合部１２２から錘１２６を取り外す機構であるため、錘１２６の引っ掛け部１５６に負荷がかからず、錘２６の引っ掛け部１５６の劣化を抑制することができる。

また、錘１２６は、第１無端状ワイヤ１１４及び第２無端状ワイヤ１２０が通されるための垂直方向に貫通する貫通溝１２７を有するため、錘１２６の重心が安定し、より安定的に錘１２６を昇降させることができる。

また、風力発電装置１０１は、上部錘収容部１３０及び下部錘収容部１３６において、錘１２６の貫通溝１２７の向きを、第１無端状ワイヤ１１４又は第２無端状ワイヤ１２０に対応する向きになるように錘１２６を周方向に半回転させる上部回転機構１４１及び下部回転機構１４３を有するため、錘１２６の貫通溝１２７の向きを簡易に制御することができる。

本発明の風力発電装置によれば、比較的に大量の電力が蓄積可能であり、かつ、発電効率が優れるという優れた効果を奏するから、本発明は産業上の利用が可能である。

１：風力発電装置、２：回転体、３：回転翼、４：本体、５：ベアリング、６：回転体軸、７：第１軸、８：回転方向変換ギア、９：回転翼中心軸、１０：第１上部プーリ、１１：回転体フレーム、１２：第１下部プーリ、１４：第１無端状ワイヤ、１６：第２上部プーリ、１８：第２下部プーリ、２０：第２無端状ワイヤ、２２：第１錘係合部、２４：第２錘係合部、２６：錘、２８：上部錘離脱機構、３０：上部錘収容部、３２：上部錘装着機構、３４：下部錘離脱機構、３６：下部錘収容部、３８：下部錘装着機構、４０：第２軸、４２：発電機、４４：上部移動機構、４６：上部走行台、４７：下部走行台、４８：上部走行溝、４９：下部走行溝、５０：切欠部、５１：端部ストッパ、５２：下部移動機構、５３：切欠部、５４：錘本体、５６：はさみ爪、５８：回動軸、６０：スプリング、６２：スプリングカバー、６４：走行用ローラ、６６：はさみカバー、６７：ストッパ部、６８：鉤状部、７０：第１垂直アクチュエータ、７１：第１錘ストッパプレート、７２：第１水平アクチュエータ、７３：ロッド、７４：第２垂直アクチュエータ、７５：ロッド、７６：錘持上げ台座、７８：第２水平アクチュエータ、７９：ロッド、８０：ローラ、８２：傾動台座、８３：第３垂直アクチュエータ、８４：第２錘ストッパプレート、８６：蝶番

１０１：風力発電装置、１０２：回転体、１０３：回転翼、１０４：本体、１０７：第１軸、１０８：回転方向変換ギア、１１０：第１上部プーリ、１１２：第１下部プーリ、１１４：第１無端状ワイヤ、１１６：第２上部プーリ、１１８：第２下部プーリ、１２０：第２無端状ワイヤ、１２２：第１錘係合部、１２４：第２錘係合部、１２６：錘、１２７：貫通溝、１２８：上部錘離脱機構、１３０：上部錘収容部、１３２：上部錘装着機構、１３４：下部錘離脱機構、１３６：下部錘収容部、１３８：下部錘装着機構、１４０：第２軸、１４１：上部回転機構、１４２：発電機、１４３：下部回転機構、１４４：上部移動機構、１４６：上部走行台、１４７：下部走行台、１４８：上部走行溝、１４９：下部走行溝、１５０：切欠部、１５２：下部移動機構、１５３：切欠部、１５４：錘本体、１５６：引っ掛け部、１５８：連結部材、１６４：走行用ローラ、１６６：先端部、１７０：第１垂直アクチュエータ、１７１：第１錘ストッパプレート、１７２：第１水平アクチュエータ、１７３：ロッド、１７４：第２垂直アクチュエータ、１７５：ロッド、１７６：錘持上げ台座、１８０：スプリング、１８２：傾動台座、１８３：第３垂直アクチュエータ、１８４：第２錘ストッパプレート、１８６：蝶番

Claims (8)

1. 風力によって回転される回転体と、
   上下に離間した一対のプーリ間に巻回され、前記回転体の回転に連動して周回される少なくとも１本の無端状のワイヤと、
   前記ワイヤに間隔をあけて取り付けられた複数の錘係合部と、
   前記錘係合部を介して前記ワイヤに着脱可能な複数の錘と、
   前記回転体の回転に伴って前記ワイヤが上昇する上昇ラインの上部に設けられ、前記上昇ラインの前記錘係合部から前記錘を取り外す上部錘離脱機構と、
   前記上部錘離脱機構が取り外した前記錘を一時的に蓄えておく上部錘収容部と、
   前記回転体の回転に伴って前記ワイヤが下降する下降ラインの上部に設けられ、前記上部錘収容部に蓄えられた前記錘を前記下降ラインの前記錘係合部に取り付ける上部錘装着機構と、
   前記下降ラインの下部に設けられ、前記錘係合部から前記錘を取り外す下部錘離脱機構と、
   前記下部錘離脱機構が取り外した前記錘を一時的に蓄えておく下部錘収容部と、
   前記上昇ラインの下部に設けられ、前記下部錘収容部に蓄えられた前記錘を前記上昇ラインの前記錘係合部に取り付ける下部錘装着機構と、
   前記プーリの回転により発電する発電機とを具備する、風力発電装置。
2. 前記上部錘収容部に設けられ、前記上部錘離脱機構が取り外した前記錘を、対応する前記上部錘装着機構まで移動させる上部移動機構と、
   前記下部錘収容部に設けられ、前記下部錘離脱機構が取り外した前記錘を、対応する前記下部錘装着機構まで移動させる下部移動機構とを備える、請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記一対のプーリ及び前記無端状のワイヤをそれぞれ２組以上有する、請求項１又は２に記載の風力発電装置。
4. 前記上部錘離脱機構は、前記錘係合部に吊された前記錘の下に台座を挿入するとともに前記台座を上昇させ、前記錘を持ち上げることにより、前記錘係合部から前記錘を取り外す機構を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の風力発電装置。
5. 前記回転体と前記プーリとの間には、回転速度を調整するための減速機構を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の風力発電装置。
6. 前記錘は、錘本体と引っ掛け部を備え、前記引っ掛け部は、前記錘係合部が上部からは進入可能であるが、下部からは抜け出すことができない機構を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の風力発電装置。
7. 前記錘は、前記ワイヤから吊された状態において、前記ワイヤが通されるための垂直方向に貫通する溝を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の風力発電装置。
8. 前記上部錘収容部及び下部錘収容部はそれぞれ、前記錘を周方向に半回転させることにより前記溝の向きを前記ワイヤへ向けるための回転機構を備える、請求項７に記載の風力発電装置。

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