JP2022105966A - 移動体への設置可能とする風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体に取り付けた状況と、移動体が停止した状況との両方で、発電を安全に効率よく行う。【解決手段】次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構と、次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構とを含む風力発電装置であって、前記風力発電機構には、(Ａ) 集風部、(Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、(Ｃ) 風車回転軸、及び(Ｄ) 発電機を含み、(Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、(Ｆ) 前記発電機が前記風車回転軸に直結しており、そして、前記本体支持機構には、(Ｇ)架台と、(Ｈ)姿勢制御手段を含む、静置して発電可能な又は移動体に固定設置して発電可能な風力発電装置。風力発電機構が、垂直軸型風車機構の後端部と水平軸型風車機構の下端部とを着脱可能に連結し、垂直軸型風力発電機構１１と水平軸型風車機構とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３の風力発電装置。【選択図】 図６

Description

本発明は、小型風力発電装置に係り、特に、移動体への設置可能とする風力発電装置の風車の外周部に風速を増加することができる装置を設置し、風の利用度を上げ、より大きな出力を得られるようにした風力発電装置に関する。

１．風力発電装置の種類

風は太陽エネルギーが地球上で変化した形態といえる。この風のエネルギーを利用する方法は、風車によって機械的運動の回転トルクに変えて取り出すことが基本となっている。そして、この回転トルクで発電機を回して発電するが、火力発電や水力発電ではタービンが密閉容器の中で高速で回るのに対して、風力発電では風力タービンが風を受けて大気中でむき出しでゆっくり回ることになる。

風力発電装置には様々な種類がある。羽根の形状で分けると、プロペラ型、マルチブレード型、ダリウス型、サボニウス型等がある。又、風車の種類は、風車の回転軸が水平に置かれているか、垂直に置かれているかによって、水平軸型風車と垂直軸型風車に大きく分類される。垂直軸型風車は、風車の回転面を風向に追尾させる方向制御機構が不要になる点と重量が大きな発電機を地面近くに置ける点が特徴といえる。

（水平軸型風車)

(Ａ)プロペラ型

プロペラ形は、羽根の回転軸が水平になるため水平軸型風車と呼ばれるが、羽根は飛行機のプロペラと同じ断面をもっていて高速回転をする。流体力学的には風車の翼数が少ないほど高速回転するとされ、中には高速に回転させるため１枚羽根や２枚羽根の風車もあるが、一般的にバランスが優れている３枚羽根が圧倒的に多く使われている。回転数より、むしろ回転トルクを大きくするため５～６枚羽根が使われることもある。

プロペラ型は高速回転に優れた特性をもっているが、反面で騒音が大きいとか、首振り運動による効率ロスを抱え、発電開始風速（３～４ｍ／ｓ)がやや高くなるという問題がある。しかし、プロペラ型風車は、風力発電装置において最もポピュラな存在で、マイクロ風車から大型風車まで多用されている。

（Ｂ）マルチブレード型風車

マルチブレード型風車は羽根が数多く（例えば、約２０枚）付いていて、この風車は羽根か多いため回転数は低くなるが、比較的トルクが大きくなるという特徴がある。マルチブレード型風車は、回転トルクが強く、音は静かであり、容易に風車を取り付けたり、修理もできることから、中小形の揚水動力源等にも活用されている。

（垂直軸型風車)

（Ｃ）サボニウス型風車

垂直軸型風車の代表としてサボニウス型風車がある。半円筒形の羽根２枚で構成され、左右の羽根を互い違いに円周方向に多少重なり合う部分を残し、ずらして組み合わせたものである。したがって、二つのバケット（半分割された円筒）の間を通り抜ける風が、反対側バケットの裏面に流れ込むようにすることにより、回転方向に押す作用と向かい風の抵抗を抑える力となり、回転効率を上げている。この風車はプロペラ型などの風の「揚力」を利用するのと違って「抗力」が主体となっている点が大きく相違する。したがって、周速比はほぼ１となり、回転数は低くなり、音は静かで、回転トルクが比較的大きい。風向に関係なく回転させられるという特徴がある。

（Ｄ）ダリウス形風車
同じく垂直軸型風車としてダリウス形風車がある。羽根は２～３枚が使用され、サボニウス型の抗力を利用するのと違って揚力型であるため、回転数か非常に大きくなるという特徴がある。また、風向に無関係なため方向舵が不必要であるが、停止状態で風から得られる回転トルク(起動トルク)は極めて小さいため、自力での回転開始が難しいという問題がある。そのためモータで起動したり、サボニウス型風車と組み合わせて起動性能を向上させるなど、さまざまな工夫が試されている。

（Ｅ）クロスフロー型風車
細長い湾曲状の羽根を、上下の円板外周縁部に適度な角度を付けて等間隔に多数設け、外部の風が羽根の隙間から内部空洞部を貫流して、反対側(風下)の羽根の隙間から外部へ排出しつつ、一定方向に回転する風車である。風に対しては無指向性で、全方位からの風を受けて回転する。前方から風が来たとき、左半分の風は風車を回転する方向に有効作用するが、右半分の風は回転方向運動に抵抗作用となり、起動トルクが大きいという特徴をもつが、回転速度は大きくならない。回転速度が低いので、回転トルクは高く、騒音は極めて静かであり、エアコンなどの送風用に多用されている。

２．風力発電にはどの風車が適しているか

プロペラ形風車はトルク係数が低いが、パワー係数が高く、周速比も高いため風力発電に多く用いられている。風力発電システムは、自然風から機械的な回転カヘの風車によるエネルギー変換の過程での損失が一番大きいことから、少しでも効率、すなわちパワー係数の高い風車が望まれる。また、抗力形風車に比較して増速歯車の比を小さくできることも利点と言える。このような理由で、プロペラ型やダリウス形風車が風力発電で圧倒的に多く使われている。
一方、独立電源としての小型風車では、プロペラ形風車以外にも、抗力形のサボニウス型風車などが用いられることもある。この場合には風車本来のパワー係数が低い上に、歯車やベルトなどでかなり大きな増速比で増速して発電機を駆動するため、さらに損失が加わることになり、システム全体としての効率はきわめて低くなってしまい、風力発電には不適と言える。

３.風力発電のメカニズム

風の力で風車を回し、その回転運動を発電機に伝えて電気を起こす。
風エネルギーは、風を受ける面積と空気の密度と風速の３乗に比例する。風を受ける面積や空気の密度を一定にすると、風速が２倍になると風エネルギーは８倍になる。
そのため、風車は風の吹いてくる方向に向きを変え、常に風の力を最大限に受け取れる仕組みになっている。
又、台風などで風が強すぎるときは、風車が壊れないように可変ピッチが働き、風を受けても風車が回らないようにする。
このように風力発電は、風の運動エネルギーの約４０％を電気工ネルギーに変換できるため効率性にも優れている。

水平軸型風車(プロペラ型)と垂直軸型風車の両風車タイプとも風力のうち、揚力を利用するタイプと抗力を利用するタイプがある。
揚力型では合成速度による揚力を利用して風車回転周りの回転トルクを発生させている。

(水平軸型風車)

水平軸型風車には、ロータの回転面がタワーの風上側に位置するアップウィンド方式と風下側に位置するダウンウィンド方式がある。
アップウィンド方式は、ロータがタワーの風上側にあるのでタワーによる風の乱れの影響を受けないという特徴を持ち、現在の風車ではアップウィンド方式が主流となっている。
一方、ダウンウィンド方式は、プロペラ方向を自動的に風向に合わせるためのヨー駆動装置が不要であるという特徴を持ち、小型風車への適用例は少なくないが、大型機でのダウンウィンド方式の風車も近年になって開発されている。
水平軸型風車の特徴として、次の５つ挙げられる。

(１) 効率が高く、大型化が容易である。
(２) 水平軸型風車は発電用に適している。
(３) アップウィンド方式の場合は風車の回転面を風に向ける必要がある(ヨー制御)。
(４）重量物(発電機、伝達機構、制御機構等)はナセル内に設置する必要がある。
（５）構造が比較的簡単である。

(垂直軸型風車)
垂直軸型風車の特徴として、次の５つ挙げられる。
(１) どの方向の風も利用可能で風向の依存性がない。
(２) 重量物は地上に設置できる。
(３) 羽根(ブレード)の製造がプロペラ式に比べて容易である。
(４) 自己起動時に大きな回転トルクが必要で回転数制御が難しい。
（５) 水平軸型風車と比較して効率が劣り、設置面積も大きい。

以上のとおり、現行の小型風力発電装置は、電力量が少なく教材やモニュメント程度の扱いであり、発電機としては殆ど普及していない。
本発明者は、これまで約１０年間、高安全・小面積・高効率発電を目的とした小型風力発電装置の考案と、琉球大学・中華科技大学（台湾）等との提携により多くの試作機の製作を行ってきた。

一方、脱炭素社会の重要性が認知され、環境などの取り組みを重視するＥＳＧ投資が世界的に広まる中、日本政府においても温室効果ガス排出量を２０５０年までに実質ゼロとする目標を宣言した。

２０１８年、世界の温室効果ガスの大半を占めるのは、エネルギー、燃焼を起源とする二酸化炭素排出であり、その量は３３５億トンであった。
その内、発電部門が最大の約４０％の排出量を占め、次に輸送部門が約２５％の排出量を占めた。また自動車部門の排出量は、製造部門の排出量６２憶トンとほぼ同じであった。
風力発電装置においても、脱炭素という社会の変化に対応すべく、多様な分野で使用可能な新たな発想が肝要である。

下記の特許文献は、本発明者の発明であり、センサー・ブレーキ等を使用せずに、吸引力と遠心力を利用する自動制御により、ブレードの自動開閉を行う風力発電装置に関するものである。

すなわち、球体～円柱を基本形状とし、中心軸と各ブレードを錘・バネ・油圧シリンダー・ガスシリンダー等で接続し、無風時は錘・バネ・磁石等の吸引力により、ブレード先端は風車内部に傾き容易に風を受ける形状となる。強風により風車回転数が増加すると、回転の遠心力によりブレードの先端は外側に戻り（球体形状となり、風車は受風しない形状となる。回転数が低下すると吸引力により、風車は再び受風形状となり、強風時においても風車は安全に回転し発電を継続するものである。

実登３１７２０６１号公報 実登３２０４７３６号公報 ＷＯ２０１９／１５３１０３ＡＩ号公報 特願２０２０－１０３９８２号

(小型化の必要性)

現在、実際に運用されているメガ・ソーラー発電及び大型風力発電機は、出力が天候に左右されるため発電が安定せず系統連系が難しく、また発電環境が整えば発電が集中する為に出力制限等も実施されるようになっている。
また遠距離送電網の高額な建設・メンテナンス費用、送電・変電ロスに加え、大規模停電のリスクも抱えている。
そこで、地域分散型発電・独立電電源として、環境が整えば２４時間発電が可能な高効率小型風力発電機の開発は有意義である。

(受風面積)

風力発電装置、特に垂直軸型風力発電機は、風向に左右されず発電が可能であり、騒音が少なく、小型化が可能などのメリットを有するため小型風力発電装置の本命となり得る可能性を有している。
しかし、風車の受風部分が小さく発電量が少ないというデメリットも併せ持つ。
また、垂直軸型風車においては順風を受風する面積は、風車の４分の１（９０度）のみが順風を受ける。同様に、逆風を受風する面積も４分の１（９０度）であり、そして後方部分は受風しない(図４を参照)。
したがって、発電に必要不可欠な風車の高速回転は難しいという問題点がある。この対策のためには、垂直軸型風力発電機では順風を受風する面積を拡大し、如何に風車の高速回転を実現するかが必須の課題である。

(無風対策)

また、風力発電装置の最大の課題は、風が無ければブレードは回転できず、発電不能となることである。従来の解決手段は、風力発電装置を風況の良い場所に設置する事であったが、これでは完璧な解決策には成り得ない。
確実に受風し、発電を可能とすることが最大の課題である。この最大の課題を解決するには、風車を移動体に取付けることである。

しかし、このように移動体に取り付けた場合には、移動体が移動している途中では問題なく水平軸型風力発電装置を選択すれば発電を行えるが、移動体が停止した状況では水平軸型風力発電装置による風力発電を効率よく行えないという問題点がある。
このような場合には、どの風向からでも風車回転が容易な垂直軸型風車の方が効率的である。

(安全性)
また、安全性の確保も最重要な課題である。特に小型風力発電装置の場合には、指の巻き込み等の事故を防止して、風力発電装置を手で触れる事ができるほどの高安全性を確保することが重要な課題である。

以上のとおり、本発明の課題は、移動体に取り付けた状況と、移動体が停止した状況との両方で、発電を安全に効率よく行うことのできる風力発電装置を提供することである。

(１)
上記目的を達成する本発明の第一実施態様風力発電装置は、
次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構と、次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構とを含む風力発電装置であって、前記風力発電機構には、(Ａ) 集風部、(Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、(Ｃ) 風車回転軸、及び(Ｄ) 発電機を含み、(Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、(Ｆ) 前記発電機が前記風車回転軸に直結しており、そして、前記本体支持機構には、(Ｇ)架台と、(Ｈ)姿勢制御手段を含む、静置して発電可能な又は移動体に固定設置して発電可能な風力発電装置を提供する。

(２)
また前記風力発電装置では、前記(Ａ)集風部が、前記風車の外周を囲繞する連設された複数の集風ダクトで形成されており、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、垂直軸型風車であってもよい。この構成によって、風車全体を覆い、受風面積の拡大と逆風の遮断し順風のみがブレードに当たる構造とし、風の勢いを増加し、風力を増強し、逆風を遮断する。

(３)
また前記風力発電装置では、前記(Ａ)集風部は、前記風車の外周を連設された複数の集風ダクトで囲繞され、前記複数の集風ダクトは、隣同士が一部重なり合うように前記風車の外周を囲繞して形成されていてもよい。この構成によって、約１２０度の風を風車内部に送り込む事ができる。

(４)
また、前記風力発電装置では、前記集風ダクトは、集風ダクトの吸入口よりも集風ダクトの吐出口に進むにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されていてもよい。この構成によって、集風ダクトにより、逆風を遮ると共に受風面積を拡大し、更にブレードに当たる風の勢いを増強させ、風車速回転数を増加することができる。

(５)
また、前記風力発電装置では 前記羽根は、ウイングレットと内羽根を形成した羽根としてもよい。この構成によって、翼端渦の発生を低減し、効率的な回転と騒音の防止を実現できる。

(６)
また前記風力発電装置では、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ棒状アームの形状を回転翼形状に形成するか、又は、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ前記棒状アームに回転翼形状の部材を形成してもよい。この構成によって、受風を容易にすると共に、抗力と揚力の効果を活用することができ、羽根の回転数が向上する。

(７)
また前記風力発電装置では、前記垂直軸型風力発電機構１１が縦に連結設置されてもよい。この構成によって、発電量を増加することができる。

(８)
また前記風力発電装置では、前記(Ａ)集風部が、ベルマウスダクトであり、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、前記(Ｄ)発電機が、前記水平軸型風車機構の風車回転軸と直結していてもよい。この構成によって、風車を小型化することができ、発電機と風車回転軸との直結を可能とした。

(９)
また前記風力発電装置では、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆いようにし、及び、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根とベルマウスダクトとの隙間がほとんど無いように羽根が形成されて水平軸型風車の受風部のほぼ全ての面積が羽根によって占められるようにしてもよい。
この構成によって、受風面積を大きくし最大限の受風が可能となり、水平軸型風車の受風部分のほぼ全てがブレードファンとなり、最大限に効率的な受風が可能となり、高速回転を実現することができる。

(１０)
また前記風力発電装置では、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が前記羽根の中央部にスピンナーを設けており、前記集風部が集風口にガードを設けており、前記風力発電機構が垂直安定版を設けた風力発電装置でもよい。この構成によって、水平軸型風車を風向に正対させることができ、手指の巻き込み防止及びバードストライクを防止することができる。

(１１)
また前記風力発電装置では、前記水平軸型風力発電機構１２が水平に連結設置されてもよい。この構成によって、発電量を増加することができる。

(１２)
また前記風力発電装置では、 前記風力発電機構が、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風力発電機構１２の両方の風力発電機構を備えた風力発電機構であってもよい。この構成によって、移動体が走行中の場合だけでなく、停止状態でも風力発電装置が可能となる。

(１３)
また前記風力発電装置では、前記風力発電機構が、前記垂直軸型風車機構の後端部と前記水平軸型風車機構の下端部とを着脱可能に連結し、垂直軸型風力発電機構１１と水平軸型風車機構とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３であってもよい。この構成により、部品点数が減少し、風力発電装置を小型、軽量化が可能となり、一体型風車の角度を任意に変更し最も効率的な発電を実現することができる。

(１４)
また前記風力発電装置では、 前記風力発電装置が、移動体に設置され移動体が走行する際には、水平軸型風車機構が風向に正対されるように、また、移動体が停止している際には、垂直軸型風車機構を風向きに垂直となるように、前記一体型風力発電機構１３の向きを姿勢制御手段により調整して風力発電を行うことのできる風力発電機構であってもよい。この構成によって、移動体が走行中の場合だけでなく、停止状態でも風力発電装置が可能となるだけでなく、それらの切替が容易となる。

(１５)
また前記風力発電装置では、前記風力発電装置により発電された電気を、前記移動体搭載のバッテリーに充電する充電制御機構を更に備えた風力発電装置としてもよい。この構成によって、移動体に備わった蓄電池だけでなく、予備の蓄電池にも充電が可能となり、予備の蓄電池を自家使用するだけでなく、他の移動体等にも譲渡提供することができる。

(１６)
前記垂直軸型風車機構は、次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構:(Ａ) 集風部、(Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、(Ｃ) 風車回転軸、及び(Ｄ) 発電機を含み、(Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、(Ｆ) 前記(Ｄ)発電機が、前記垂直軸型風車機構の風車回転軸と直結しており、そして、次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構:(Ｇ)架台と、(Ｈ)姿勢制御手段を含み、前記(Ａ)集風部が、前記風車の外周を囲繞する連設された複数の集風ダクトで形成されており、前記集風ダクトが、ダクト吸入口よりも吐出口に進むにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されている垂直軸型風車機構であり、そして、
前記水平軸型風車機構は、前記(Ａ)集風部が、ベルマウスダクトであり、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、前記(Ｄ)発電機が、前記水平軸型風車機構の風車回転軸と直結している水平軸型風車機構であり、前記風力発電機構が、前記水平軸型風車機構の後端部と前記垂直軸型風車機構の下端部とを着脱可能に連結して、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風車機構とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３であり、前記架台が、前記一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な架台とした、風力発電装置であってもよい。この構成によって、部品点数が減少し、風力発電装置を小型、軽量化が可能となり、一体型風車の角度を任意に変更し最も効率的な発電を実現することができる。

(１７)
前記垂直軸型風車機構は、次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構:(Ａ) 集風部、(Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、(Ｃ) 風車回転軸、(Ｄ）発電機、(Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、(Ｆ) 前記(Ｄ)発電機が、前記垂直軸型風車機構の風車回転軸と直結している垂直軸型風車機構であり、及び、次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構:(Ｇ)架台、(Ｈ)姿勢制御手段、とを含み、前記(Ａ)集風部が、前記風車の外周を囲繞する連設された複数の集風ダクトで形成されており、前記複数の集風ダクトは、隣同士が一部重なり合うように前記風車の外周を囲繞して形成されており、前記集風ダクトが、ダクト吸入口よりも吐出口に進むにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されており、前記羽根は、ウイングレットと内羽根を形成した羽根である垂直軸型風車機構であり、そして、前記水平軸型風車機構は、前記(Ａ)集風部が、ベルマウスダクトであり、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆いようにし、及び、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根とベルマウスダクトとの隙間がほとんど無いように羽根が形成されて水平軸型風車の受風部のほぼ全ての面積が羽根によって占められるように形成し、前記(Ｄ)発電機が、前記水平軸型風車機構の風車回転軸と直結している水平軸型風車機構であり、前記風力発電機構が、前記水平軸型風車機構の後端部と前記垂直軸型風車機構の下端部とを着脱可能に連結して、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風車機構とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３であり、前記架台が、前記一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な架台とした風力発電装置であってもよい。この構成によって、部品点数が減少し、風力発電装置を小型、軽量化が可能となり、一体型風車の角度を任意に変更し最も効率的な発電を実現することができる。

(１８)
前記垂直軸型風車機構は、次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構:(Ａ) 集風部、(Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、(Ｃ) 風車回転軸、及び(Ｄ）発電機、(Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、(Ｆ) 前記(Ｄ)発電機が、前記垂直軸型風車機構の風車回転軸と直結している垂直軸型風車機構であり、及び、次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構:(Ｅ)架台、(Ｆ)姿勢制御手段、とを含み、前記(Ａ)集風部が、前記風車の外周を囲繞する連設された複数の集風ダクトで形成されており、前記複数の集風ダクトは、隣同士が一部重なり合うように前記風車の外周を囲繞して形成されており、前記集風ダクトが、ダクト吸入口よりも吐出口にいくにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されており、前記羽根は、ウイングレットと内羽根を形成した羽根である垂直軸型風車機構であり、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ棒状アームの形状を回転翼形状に形成するか、又は、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ前記棒状アームに回転翼形状の部材を形成し、そして、前記水平軸型風車機構は、前記(Ａ)集風部が、ベルマウスダクトであり、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆いようにし、及び、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根とベルマウスダクトとの隙間がほとんど無いように羽根が形成されて水平軸型風車の受風部のほぼ全ての面積が羽根によって占められるように形成し、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、前記羽根の中央部にスピンナーを設けた風車であり、前記集風部が、集風口にガードを設けており、前記風力発電機構が、垂直安定版を設け、前記(Ｄ)発電機が、前記水平軸型風車機構の風車回転軸と直結している水平軸型風車機構であり、前記風力発電機構が、前記水平軸型風車機構の後端部と前記垂直軸型風車機構の下端部とを着脱可能に連結して、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風車機構とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３であり、前記架台が、前記一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な架台とした、請求項１に記載の風力発電装置であってもよい。この構成によって、部品点数が減少し、風力発電装置を小型、軽量化が可能となり、一体型風車の角度を任意に変更し最も効率的な発電を実現することができる。

(１９)
前記垂直軸型風車機構は、次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構:(Ａ) 集風部、(Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、(Ｃ) 風車回転軸、(Ｄ）発電機、(Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、及び(Ｆ) 前記(Ｄ)発電機が、前記垂直軸型風車機構の風車回転軸と直結しており、及び、次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構:(Ｇ)架台及び(Ｈ)姿勢制御手段を含む本体支持機構とを含み、前記(Ａ)集風部が、前記風車の外周を囲繞する連設された複数の集風ダクトで形成されており、前記複数の集風ダクトは、隣同士が一部重なり合うように前記風車の外周を囲繞して形成されており、更に、前記集風ダクトが、ダクト吸入口よりも吐出口にいくにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されており、前記羽根は、ウイングレットと内羽根を形成した羽根であり、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ棒状アームの形状が、回転翼形状に形成するか、又は、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ前記棒状アームに回転翼形状の部材が形成され、そして、
前記水平軸型風車機構は、
前記(Ａ)集風部が、ベルマウスダクトであり、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、更に、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆うようにし、及び、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根とベルマウスダクトとの隙間が、ほとんど無いように羽根が形成されて水平軸型風車の受風部のほぼ全ての面積が羽根によって占められるように形成し、更に、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、前記羽根の中央部にスピンナーを設けた風車であり、前記集風部が、集風口にガードを設けており、前記風力発電機構が、垂直安定版を設け、前記(Ｄ)発電機が、前記水平軸型風車機構の風車回転軸と直結している水平軸型風車機構であり、前記風力発電機構が、前記水平軸型風車機構の後端部と前記垂直軸型風車機構の下端部とを着脱可能に連結して、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風車機構とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３であり、前記架台が、前記一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な架台とした、請求項１に記載の風力発電装置としてもよい。この構成によって、部品点数が減少し、風力発電装置を小型、軽量化が可能となり、一体型風車の角度を任意に変更し最も効率的な発電を実現することができる。

本発明の風力発電装置は、「風が吹かなければ発電できない」 という風力発電装置の致命的欠陥を解決することができる。
すなわち、一体型風力発電装置を船舶等に取付けた場合、漁場へ移動する際には水平軸型風車により確実に発電し蓄電池等へ充電することにより、集魚灯等に使用する燃料を削減することができる。
また、停船中には垂直軸型風車により蓄電池等への充電を行うと共に、停泊中に使用する電源とする事が可能となる。

さらに、本発明の風力発電装置は、小型軽量のため、長距離トラック等の車両(鉄道を含む)に取付ける場合には、運転席上部の風防に２基程度の風車を設置することが可能であり、自動車の風防の形状を水平軸型風車の集風が容易な形状（集風ダクトへの送風）とすることにより、更に効率的な発電が可能となる。

特に、冷凍車・冷蔵車等の発電源とすることが有効であるが、ＥＶ車や燃料電池車への取付けも可能である。この結果、トラック等に搭載される蓄電池の削減及び走行距離の延長効果が期待できる。

一方、船舶・トラック等に風力発電装置を搭載すると空気抵抗が増大するというデメリットが生ずるが、走行に伴う慣性力により燃費の悪化を最小限に留めることができる。
また、社会情勢として、空気抵抗の増大によるデメリットよりも自然エネルギーの活用を優先する時代が到来している。

本発明の風力発電装置は、従来の固定設置に加え、移動体へも風力発電装置を取付けることにより、発電部門に加え、輸送部門の二酸化炭素の排出量も削減可能となる。

又、本発明の垂直軸型風車においては、ブレードの回転数に限界がある為、暴風であっても風車回転数は際限なく増加し続けることは無い。よって、三相モーターの電磁ブレーキによる制動と、強度のある材質を使用することにより高い安全性を確保できる。

また、風車外部の集風部２０は回転しない為、羽根が回転中でも風車に触れる事ができるほど安全な形状である。

水平軸型風車においては、本来高速回転が可能であるマルチブレードファンのブレード径を短くする事により、強度が増大し高い安全性を確保することができる。この場合においても、三相モーターの電磁ブレーキにより回転の制御を行うことができる。

ベルマウスダクト自体は回転しないので安全であるが、ベルマウスダクトの吸入口に網等の防護カバーを取り付けることにより、手指の巻き込み及びバードストライクも防止することができる。

また、一体型の場合、暴風時に横向き（水平軸型が地面と平行）設置とすることにより、垂直軸型風車へは暴風は侵入しない極めて安全な形状である。

本発明の風力発電装置は、部品点数が少ない単純構造の為、製造コストが安価で、メンテナンスも軽減され、また容易である。

本発明の第一実施態様の風力発電装置の一実施例の斜視図である。 本発明の第一実施態様の風力発電装置の一実施例の集風部の斜視図である。 (a)は、本発明の第一実施態様の風力発電装置の羽根部を拡大した斜視図であり、(ｂ)は本発明の第一実施態様の風力発電装置の風車部の斜視図である。 垂直軸型風車の受風状態を説明する参考図である。 本発明の第二実施態様の風力発電装置の斜視図である。 本発明の第三実施態様の一体型風力発電装置の水平に設置された状態を示し、その内部を示す断面説明図である。 本発明の第三実施態様の一体型風力発電装置の半分を内部説明図とした平面図である。 本発明の第三実施態様の一体型風力発電装置の背面を示す図である。 本発明の第三実施態様の一体型風力発電装置の正面を示す図である。 本発明の第３実施態様の一体型風力発電装置の垂直に設置された状態を示す図である。

以下、本考案の目的、特徴及び効果を示す実施形態を添付図面を参照して、実施の形態を説明する。

(１)第一実施態様(垂直軸型風力発電機構１１)
以下、本発明の第一実施態様について添付図面を参照して説明する。以下、明細書において第一実施態様の風力発電装置１を「垂直軸型」と記載する場合がある。本発明の第一実施態様に係る垂直軸型風力発電機構１１の構成を図１及び図２に示す。

(全体構成)
図１は、本発明の第一実施態様に係る垂直軸型風力発電機構１１を示す斜視図である。図１において、垂直軸型風力発電機構１１は、架台５１、風車３０と、風を集め羽根３２に向かって進行する風を加速させる集風部２０及び発電機Ａ４０aとを有している。
図１に示すように、本発明の第一実施態様の風力発電装置は、垂直軸型風力発電機構１１であるクロスフロー型風車３０の外周全体が集風部２０で囲繞される形状となっている。

(風車３０)
図１において、風車３０は、架台５１に対し回転自在に支持されるとともに、発電機４０ａの入力軸に連結され、風の進行方向に対して垂直方向に立設された風車回転軸３１と、この風車回転軸３１の周囲に沿って配置され、風を受けることにより風車回転軸３１に回転トルクを与える複数の羽根３２とを備えている。

(集風部２０)
図１、図２に示すように、本実施例の集風部２０は、外観が略三角柱状の複数の集風ダクトが外周全体を囲繞している。この集風ダクトによれば、風Ｗは、風車の外周を囲繞する複数の集風ダクトの吸入口から流入して吐出口から風車内に流れ込む。図２に示すように、風車内に流れ込む風Ｗの方向は、上から見て時計回りの風となり、風車の羽根には常に順風となって当たる。風車の羽根にとっての逆風は、集風ダクトの管壁で防御されて風車内に流入しないようになっている。

又、本発明の実施例の集風ダクトでは、風の入口である吸入口２２が広くなっており、受風面積を大きくし、先端に進むにしたがって内径を細く絞った管状の立体形状をしている。この形状により、吸入口２２よりも吐出口に進むにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されているので、風車３０への風が加速される。

本実施例の集風部２０を用いれば、逆風を阻止しつつ、前方角度約１２０度から約１８０度からの風を風車内部の羽根３２に順風として送り込むことができる。
この結果、本実施例の集風部２０を用いることによって、受風面積の拡大と逆風の遮断、風力の増強により、風車回転数を増加することができる。

又、図１、図２に示すように、本実施例の集風部２０では、隣り合う集風ダクトの部分が一部重なり風車３０の外周全体を覆うように取付けられており、風を最大限活用する立体形状となっているが、隣り合う集風ダクト同士が一部重なることなく離れた状態で風車３０の外周全体を覆うように取付けられても良い。

(アーム)
図１において、風車回転軸３１と羽根３２を繋ぐアームとして、本実施例では羽根３２の上下部分を円板で固定するタイプの円板型アーム３５としている。これは、垂直軸型風力発電機構１１は，風の強弱によって回転数が変化し慣性力による翼フレーム根元の疲労負荷が生じるという問題を解決するためである。
しかし、円板型アーム以外にも例えば、他のタイプのアームも採用することができる。例えば、図３に示すように、羽根３２1の上下の先端をウイングレット３３とする場合には、円板型アーム３５ではなく棒状アーム３６にして羽根３２１を支持することができる。

又、別の実施例では、風車回転軸３１と羽根とを繋ぐアームの形状を回転翼形状とするか、又は、図示しないが、風車回転軸３１と羽根とを繋ぐアームに回転翼形状のスポークブレード３８を形成しても良い。

(羽根３２1)
図１において、本実施例では羽根３２は複数枚の縦型の羽根３２を採用している。本実施例では直線的な形状を採用しているが、曲面状の形状であっても良い。

又、本実施例では、風車３０の羽根同士の間隔を比較的大きくしている。これによって、高速回転が可能な形状としている。

(ウイングレット３３)
図３に示す実施例では、羽根３２1の上下の先端をウイングレット３３としている。これにより、翼端渦の発生を低減し、効率的な回転と騒音の防止を実現している。従来のストレート翼では先端から風を逃してしまい，翼端失速を起こしてしまう。翼端失速をなくすため翼は翼端を内側に曲げたウイングレット３３とした。 クロスフロー型風車３０の羽根先端をウイングレット３３とすることにより、風車回転数が約２５％向上することを回転試験により確認している。

ウイングレット形状により風車回転数が向上する理由は、羽根先端のウイングレット３３及び羽根３２に内羽根５４を取付けることにより、風を最大限効果的に受風することができ、楊力と効力を活用することができ、マイナス要因である翼端渦の発生を低減することに因るものと考えられる。

(内羽根５４)
また、図３に示すように、羽根３２の回転方向（進行）側の先端に、内羽根５４を取付ける事により、受風を容易にすると共に、抗力と揚力の効果を活用することができ、羽根３２の回転数が向上する。すなわち、内羽根５４を取付けた場合、風車回転数を約２０％向上することが確認できている。

又、内羽根５４の取付け角度は、４５度～９０度の範囲内とすることが好ましい。この範囲の角度が、最も効果的であることを回転試験により確認した。

本実施態様の垂直軸型風車１１を単独で使用する場合、風車を縦に２段・３段と櫛型に連結することができる。本発明の垂直軸型風車機構１１で用いる風車は、ブレード面積が広く、トルクも大きい為、複数の風車を縦に櫛形に連結して、１つの発電機に連結するという形状が可能となる。これにより、発電量を増大させることができる。

(発電機４０ａ)
発電機Ａ４０ａは、風車３０の下部の発電機支持手段(図示しない)により、風車回転軸３１に直結されている。本実施例では、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と同一回転軸で形成されているが、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と軸継手で接合されているような場合であっても良い。

(架台)
風車３０及び集風部２０は架台５１に設けたターンテーブル及び姿勢制御軸５３によって水平方向、垂直方向に方向調整が可能である。

(作用効果)

第一実施態様の風力発電装置１の作用効果について説明する。
風力による発電量は風速の３乗に比例することに着目し、略三角柱状の立体形状の集風部２０を風車周りに取りつけることによって風車３０に当たる風を加速させ、大幅な出力増加を達成することができる。風を集め、風エネルギーを集中させて風を加速させるこの集風部２０を垂直軸型風力発電機構１１に適用し、垂直軸型風力発電機構１１の課題である起動特性を改善するとともに、大幅な発電出力を増加することが可能となる。

(２)第二実施態様(水平軸型風力発電機構１２)
次に図５を参照して、本発明の第二実施態様である水平軸型風力発電機構１２について説明する。第二実施態様では、第一実施態様と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。以下、明細書において第二実施態様の水平軸型風力発電機構１２を「水平軸型」と記載する場合がある。第二実施態様では、風力発電機構として水平軸型風力発電機構１２を使用している点が第一実施態様と異なっている。

(全体形状)
図５において、第二実施態様である水平軸型風力発電機構１２は、架台５１、風車３０、羽根３２２、集風部２０及び発電機Ａ４０ｂを備えている。

(集風部２０)
第二実施態様において、集風部２０は、風を集めてその風を風車に導くことができるものであれば特に限定されない。本実施例では、集風が容易なベルマウスダクトを採用している。

(スピンナー２１)
本実施例では、マルチブレードファン３２２の中央部に、円錐形状のスピンナー２１が取付けられている。これにより、抵抗や乱流を軽減でき効率的に集風することができる。

(羽根３２２)
本第二実施態様では、ベルマウスダクトの内側には、羽根３２２として、マルチブレードファン３２２を用いている。一般的には、マルチブレードファンは６,０００回転以上の回転能力を有するが、風力発電に使用する場合は１,０００回転程度でも十分な発電が可能である。また通常、マルチブレードファンは送風に使用されているが、風力発電の場合は受風の為に使用（逆ピッチ）するので騒音は少ないという利点がある。

マルチブレードファン３２２の羽根の数の限定は特にないが、本発明者による実証実験では、羽根３２２の枚数は、３枚羽根と９枚羽根の比較検証試験において、９枚羽根の回転数は３枚羽根の回転数の約２倍を達成することができたので、本実施例では９枚羽根を使用した。

又、風車の高速回転において最も重なことは、風車内部を通り抜けてしまう風を最小とし、風を最大限活用することである。風車が受風する風のエネルギーは同じなので、空気損失を減少し、受風についての効率を向上することが重要である。
本実施例では、羽根３２２の形状は、受風面積を大きくし最大限の受風が可能となるように羽根の形状が工夫されている。
すなわち、本実施態様の水平軸型風力発電機構１２においては、風車回転軸方向から見た場合に、複数の羽根３２２の隣り合う羽根３２２同士が重なり合って隙間がないようにして水平型風車の受風部分のほぼ全てを覆うようにすることが好ましく、更に、羽根３２２の先端とベルマウスダクトとの間隙も殆ど無いように羽根を形成することが好ましい。即ち、風車回転軸方向から見た場合に、複数の羽根３２２の投影面積が水平軸型風車の受風部分のほとんど全てを覆うように形成されていることが好ましい。

(２重の羽根３２)
又、マルチブレードファンを同軸に重ねて取付けて２連装以上の羽根構造とすることもできる。これにより、発電量を更に増大することができる。

(発電機)
本実施態様では、風車回転軸３１が発電機４０に直結する機構としている。このため、風力発電装置の小型化を可能とした。本実施例では、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と同一回転軸で形成されているが、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と軸継手で接合されているような場合であっても良い。

(スタビライザー)
又、ベルマウスダクトの上部には、方向を制御するを垂直安定版を取付けることもできる。垂直安定版を取付けることによって水平軸型風力発電機構１２を風向に正対させ効率的に発電することができる。

(防護カバー)
又、ベルマウスダクトの吸入口には網等の防護カバーを取付けることもできる。防護カバーを取付けることにより、手指の巻き込み防止及びバードストライクを防止することができる。

(安全性)
また、羽根３２２の径は短い形状とすることが好ましい。すなわち、羽根３２２の径が短いと、羽根３２２の強度が高まり、高い安全性の確保ができ、又、羽根３２２の根本部分と先端部分の周速比は変わらないため、短い径の羽根３２２でも効率的な回転が実現できるためである。そして、強度の増大による高い安全性の確保と高速回転を実現することができる。

(作用)
水平軸型風力発電機構１２の高速回転において最も重な事は、風車内部を通り抜けてしまう風を最小とし、風を最大限活用することである。すなわち、風車３０が受風する風のエネルギーは同じなので、空気損失を減少し、受風についての効率を向上する必要がある。
本実施例の水平軸風力発電機構１２では、ベルマウスダクトとスピンナー２１を有し、羽根３２２の径が短く、羽根同士が重なり合う形状としている。ベルマウスダクト２３と羽根３２２との間隔を狭くしたことにより、水平軸型風力発電機構１２の受風面積のほぼ全てが羽根３２の面積となり、最大限に効率的な受風が可能となり、高速回転を実現することができる。また、羽根の短い径と狭いベルマウスダクト２３との隙間によって騒音を少なくすることができる。

(３)第三実施態様(一体型風力発電機構１３)
図６から図１０を参照して本発明の第三実施態様である一体型風力発電機構１３について説明する。第三実施態様では、第一実施態様、第二実施態様と同様の構成要素には原則として同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図６から図１０に示すように、第三実施態様では、風力発電機構が、第一実施態様の垂直軸風力発電機構１１と第二実施態様の水平軸風力発電機構１２とを結合して一体化した風力発電機構であることが異なっている。
以下、明細書において第三実施態様の風力発電装置１を「一体型」、「一体型風力発電機構１３」又は「一体型風力発電機構１３」と記載する場合がある。

そして、一体型風力発電機構１３では、垂直軸型風力発電機構１１及び水平軸型風力発電機構１２それぞれの説明は前記したとおりであるので重複を避けるため省略し、必要な説明を以下詳細に説明する。
なお、第一実施態様の垂直軸風力発電機構１１では、実施例としては、風車部において、円板型アーム３６が採用されているが、以下に説明する一体型風力発電機構１３の垂直軸風力発電機構１１の部分では、実施例として、風車部において、棒状アームが用いられている点が相違する。

(全体形状)
図６は、一体型風力発電機構１３が水平に設置された状態を横側から見た状態を示し、その内部構造を示す断面説明図である。
図７は、半分を内部説明図とした平面図である。
図８は、一体型風力発電機構１３の背面図であり、
図９は、一体型風力発電機構１３の正面図であり、
図１０は、一体型風力発電機構１３が垂直に設置された状態の側面図である。

本発明の一体型風力発電機構１３は、架台５１、垂直軸型風力発電機構１１、水平軸型風力発電機構１２を含む。一体型風力発電機構１３は、風力発電機構として、前記した垂直軸型風力発電機構１１及び水平軸型風力発電機構１２が一体化した風力発電機構が用いられている。
すなわち、図６に示すように、一体型風力発電機構１３は、水平軸型風力発電機構１２の水平軸型風車後端部２６と、垂直軸型風力発電機構１１の垂直軸型風車下端部２５とが連結部材２７により連結されて一体化されている。
一体型風力発電機構１３は、水平軸型風車機構１２を前方に、垂直軸型風力発電機構１１を後方に配置する形態で一体化され、水平軸型風力発電機構１２を移動体の進行方向に向けて移動体に搭載して使用することができる。
図７に示すように、一体型風力発電機構１３は、一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な姿勢制御手段である姿勢制御軸５３によって架台５１に取り付けられている。

図６及び図７においては、一体型風力発電機構１３の風力発電装置１は、水平軸型風力発電機構１２部分が風Ｗを受けるように水平状態に設置されている状態を示し、図１０では、一体型風力発電機構１３が垂直軸型風力発電機構１１部分が風Ｗを受けるように垂直状態に設置された状態を示す。

図６に示す一体型風力発電機構１３では、垂直軸型風力発電機構１１の風車３０にはスポーク３９に支持された羽根３２１が採用されている。

又、垂直軸型風力発電機構１１も水平軸型風力発電機構１２も、発電機Ａ４０ａ、発電機Ａ４０ｂは、それぞれ風車回転軸３１ａ、３１ｂに直接結合されている。
本実施例では、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と同一回転軸で形成されているが、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と軸継手で接合されているような場合であっても良い。

(架台５１－左右)
一体型風力発電機構１３は、架台５１により、水平方向の向きを任意に変更し最も効率的な発電を実現することができる。すなわち、架台５１にターンテーブル(図示しない)を設置するなどして、ターンテーブルの回転により水平方向の向きを任意に変更し風向に正対することが可能である。併せて、本発明の一体型風力発電装置は、一体型風力発電機構１３の上部に垂直安定版(スタビライザー)(図示しない)を取付けることにより、一体型風力発電機構１３が風に対して自動的に正対して、効率的な発電をすることができる。

(架台５１－上下)
又、一体型風力発電機構１３は、架台５１の姿勢制御軸５３により、垂直方向の設置角度の変更が可能であり、一体型風力発電機構１３を地面と平行な向きとしたり、水平から角度をつけて設置することが可能である。

これにより、図６に示すような水平状態の一体型風力発電機構１３を後側に９０度倒して、図１０に示すような垂直状態に向きを変更することが可能であり、架台にターンテーブルを設置することにより、１８０度の回転も可能となり、一体型風力発電機構１３を風向に正対させることができる。

以上のように構成した本発明の風力発電装置１は、寸法、重量に厳密な限定はないが、好ましくは、縦、横及び高さがおおよそ１メートル未満、重量はおおよそ３０～５０キログラム程度未満であることが好ましい。従って、本発明の小型風力発電装置は静置して風力発電するだけでなく、自動車、船舶、航空機等の移動体に搭載設置して風力発電可能である。

(移動体へ搭載して移動時)
一体型風力発電機構１３を 自動車、船舶、航空機等の移動体に取り付けて走行した場合、風向は進行方向からのみに一定する。この場合には、風車全体が受風し発電する水平軸型風力発電機構１２が効率的に作動する。そこで、移動体が前進する際には、一体型風力発電機構１３を水平状態として水平軸型風力発電機構１２が地面と平行な向きとなるようにする。これにより、移動体に設置して走行時に、本実施態様の一体型風力発電機構１３は効率的な発電を行うことができる。

(スポークブレード３８ 回転翼)
また、本実施態様の一体型風力発電機構１３には、図６の垂直軸型風力発電機構１１の部分に示すように、風車回転軸３１と羽根３２１とを繋ぐアームに回転翼形状のスポークブレード３８を形成しても良く、又は、風車回転軸３１ａと羽根３２１とを繋ぐアームの形状を回転翼形状のスポークブレード３８に形成することもできる。
これにより、本実施態様の一体型風力発電機構１３では、風Ｗが水平軸型風力発電機構１２の内部を通過してそのまま垂直軸型風力発電機構１１に流入して、垂直軸型風力発電機構１１のスポークブレード３８に回転力を与えることができる。
このため、一体型風力発電機構１３を自動車等の移動体へ搭載して走行時でも、一体型風力発電機構１３の垂直軸型風力発電機構１１が休むことなく発電することが可能となり、良好な発電効率が得られる。

(移動体停止時)
そして、目的地に到着した場合のように移動体が停止した場合、一体型風力発電機構１３の取付け角度の変更を行ない、水平状態であった一体型風力発電機構１３を後側に９０度倒して、図１０に示すような垂直状態に向きを変更し、一体型風力発電機構１３を垂直にして垂直軸型風力発電機構１１が風Ｗを効率よく受けることができるようにして、一体型風力発電機構１３が効率的な発電が可能である。
従って、本発明の第三実施態様の風力発電装置１では、移動体が停止した場合のような風向きが一定しない場合でも、有効な発電が可能である。

本発明の第三実施態様の風力発電装置１では、図１０に示すように、垂直軸型風力発電機構１１の下部に水平軸型風力発電機構１２を連結しているが、上下逆に、水平軸型風力発電機構１２を上にして垂直軸型風力発電機構１１を下にすることもできる。この場合、水平軸型風力発電機構１２のマルチブレードファンは上方を向いている。

(同時発電)
前述したように、本発明の第三実施態様の風力発電装置１では、自動車等の移動体が移動中に、水平軸型風力発電機構１２が発電する際に、水平軸型風力発電機構１２の後方に位置する垂直軸型風力発電機構１１も同時に発電が可能である。
すなわち、本実施例では図６に示すように、垂直軸型風力発電機構１１の風車回転軸３１と羽根３２１を繋ぐ棒状アームにスポークブレード３８を形成して、スポークブレード３８の形状を回転翼形状としている。このため、水平軸型風力発電機構１２を通過した風の全量が垂直軸型風力発電機構１１の内部を通過し、垂直軸型風力発電機構１１に設けられたスポークブレード３８を回転し発電が可能である。

(その他の設備)
これらの機構を確実に機能させる為、水平軸型風力発電機構１２のベルマウスダクト２３の上部に方向を制御する垂直安定版を取付けることもできる。すなわち、架台５１にターンテーブル(図示しない)を設置している場合には、一体型風力発電機構の上部にスタビライザー(図示しない)を取付けることにより、ターンテーブルの回転によって水平方向の向きを指導的に変更し風向に正対することが可能である。このため、効率的な発電をすることができる。

(発電機)
本発明の第三実施態様の風力発電装置１では、発電機Ａ４０ａ、発電機Ａ４０ｂはそれぞれ垂直軸型風力発電機構１１、水平軸型風力発電機構１２内に発電機支持手段を用いて固定されている。そして、発電機Ａ４０ａ、発電機Ａ４０ｂはそれぞれ、風車回転軸３１ａ、風車回転軸３１ｂに直結され、羽根３２１、羽根３２２で生じた回転力によってそれぞれ独立して発電を行うことができる。

この際に、本実施例のように、風車回転軸３１ａは、発電機４０ａの回転軸４１ａと一体となっていて直結されていることが好適である。例えば、前記水平軸型風車機構１２の風車回転軸３１ｂ及び前記垂直軸型風力発電機構１１の風車回転軸３１ａそれぞれが、前記発電機４０ｂ、発電機４０ａそれぞれの回転軸４１ｂ、回転軸４１ａと同一回転軸で形成されているか、又は、風車回転軸３１ｂ、風車回転軸３１ａ、が、それぞれ発電機の回転軸４１ｂ、発電機の回転軸４１ａと軸継手で接合されていることが好適である。軸継手で接合することにより、心ズレを吸収しモータや風車に余計な負荷が掛からないようにして動力を伝達することができる。

本発明の第三実施態様の風力発電装置１では、種々の発電機を使用することができるが、垂直軸型風力発電機構１１には低風速用発電機を使用し、水平軸型風力発電機構１２には高風速用発電機を使用するように風車３０の特性に応じた発電機４０を使用することが好ましい。

特に、水平軸型風力発電機構１２に取付ける発電機は、車両用の交流発電機であるオルタネーターを使用することが好ましい。オルタネーターは、車両・船舶等に多く使用されていることから、取り扱い及びメンテナンスが容易であり、リビルド品も多数ある事から循環型社会への貢献も可能となる。

又、図６に示す実施例では２個の発電機４０が設置されているが、以下に述べるようにいずれか１個のみを設置し、風車回転軸３１ａ及び風車回転軸３１ｂと直結することも可能である。

(風車回転軸３１)
本発明の第三実施態様においては、水平軸型風力発電機構１２の風車回転軸３１ｂ、発電機４１ｂ、発電機４１ａ、及び垂直軸型風力発電機構１１の風車回転軸３１ａが同一軸線上に形成されており、発電機は発電機４１ｂと発電機４１ａの２個が設置されている。

本発明の別の第三実施態様の別の実施例としては、一個の発電機とすることが可能である。即ち、発電機４１ｂと発電機４１ａのいずれか一つを省略し、水平軸型風力発電機構１２の風車回転軸３１ｂ、発電機の回転軸及び垂直軸型風力発電機構１１の風車回転軸３１ａを、単一の回転軸とすることが可能である。これにより、コストの低減と、軽量化が可能となる。

(独立使用)
本発明の風力発電装置１は、一体型風力発電機構１３で使用する場合に限らず、垂直軸型風力発電機構１１の部分、水平軸型風力発電機構１２の部分とを分離して、それぞれ単体で独立して使用することもできる。しかし、より安価に製品を提供するためには、一体型風力発電機構１３、垂直軸型風力発電機構１１、水平軸型風力発電機構１２の３タイプを用意し、用途に応じていずれかのタイプを選択可能とすることが便利である。

(その他)
本発明の風力発電装置１は非常に単純な構造であり、又、ブレーキ・センサー等の部品も必要としないため、部品点数を少なくすることができるので低コストでの製造が可能である。

(適用例)
本発明の適用例として、船舶等では停船時にも海風が期待できるので一体型が好適である。又、長距離トラックのような自動車に搭載する場合には水平軸型が好ましい。また、災害時を想定した車両及びキャンプ等で使用する車両には一体型、海岸沿い等の風況の良い場所に設置する場合には垂直軸型が効果的に使用可能であるが、いずれの場合でも各タイプの風力発電装置は使用可能である。

各タイプを独立して使用する場合には、垂直軸型風力発電機構１１と水平軸型風力発電機構１２のそれぞれに発電機４０を取付ける機構となる。

また、高性能発電機が開発された場合には、トラック等においても垂直軸型風力発電機構１１のみを設置し使用することも可能である。

（充電制御機構）
また、本発明の風力発電装置により発電された電気を、移動体搭載のバッテリーや交換用の予備バッテリに充電する充電制御機構を更に備えることができる。そのような充電制御機構には、例えば、発電制御システム装置がある。これは、風車の回転数の変化に応じてオルタネータ電圧を制御し、バッテリへの充電を制御するシステム装置である。
発電制御システム装置では、マイクロコンピュータを用いて移動体の定速移動時にはオルタネータの発電電圧を下げ，移動体が減速時には発電電圧を上げる制御をすることで、オルタネーターの発電による風車の負荷を低減し、効率的な発電をすることができる。

(風車３０の縦連結)
また、垂直軸型風力発電機構１１を単独で使用する場合、発電量を増大させる方策として、垂直軸型風車３０を２段・３段と櫛型に連結することが効果的である。本発明では、風車３０は、ブレード面積が広く、回転トルクも大きい為、複数の風車３０に１つの発電機４０という形態が可能である。

(一体型風力発電機構１３の自動姿勢制御)

また、本発明の一体型風力発電装置は、ガスダンパーやガススプリングを架台51と風力発電装置とに取付けることにより、一体型風力発電機構１３の垂直/水平状態の姿勢を自動制御することが可能である。
例えば、ガスダンパーの一端を架台５１に取付け、そしてダンパーの他端(ロッド部分)を一体型風力発電機構１３に取付けることにより、移動体の移動時や停止時に応じて、一体型風力発電機構１３の垂直/水平状態の姿勢を自動制御することが可能である。
好ましくは、前記ガスダンパーは、架台51と垂直軸型風力発電機構11との間に取付けることが好ましい。
すなわち、まず移動体が静止状態の場合には、ガスダンパーのロッドが伸びきった状態にしておき(この状態では一体型風力発電機構１３は図6のような垂直状態である)、そして、移動体が走行し始めると一体型風力発電機構１３に当たる風圧が上がり、この風圧により、自動的に一体型風力発電機構１３に取付けられたガスダンパーのロッドがダンパーの筒内に押し込まれ縮んだ状態になる(この結果、一体型風力発電機構１３の姿勢は図10のような水平状態となる)。
そして、移動体の走行が停止すると、風圧が無くなりガスダンパーのロットが反発して再び伸びてガスダンパーのロッドの先端部で一体型風力発電機構１３を起こすように押上げて、一体型風力発電機構１３は図6のような垂直状態に戻る。
ガスダンパーとしては、例えば、自動車のハッチバックなどの開閉に用いられるような軽量のガスダンパーが好ましく用いられる。ガスダンパー以外にもガススプリングやオイルダンパー等も使用することができる。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 風力発電装置
１１ 垂直軸型風力発電機構１１
１２ 水平軸型風力発電機構１２
１３ 一体型風力発電機構１３
２０ 集風部
２１ スピンナー
２２ 吸入口
２３ ベルマウスダクト
２４ ガード
２５ 垂直軸型風車下端部
２６ 水平軸型風車後端部
２７ 一体化連結部材
３０ 風車部
３１ 風車回転軸
３１ａ 垂直軸型風車の風車回転軸
３１ｂ 水平軸型風車の風車回転軸
３２ 羽根
３２１ 第一実施態様の羽根
３２２ 第二実施態様の羽根
３３ ウイングレット
３４ 内羽根
３５ 円板型アーム
３６ 棒状アーム
３７ ステー
３８ スポークブレード
３９ スポーク
４０ 発電機
４０ａ 発電機Ａ
４０ｂ 発電機Ｂ
４１ 発電機回転軸
４１ａ 垂直軸型風車の発電機回転軸
４１ｂ 水平軸型風車の発電機回転軸
５１ 架台
５３ 姿勢制御軸
６５ 受風部
６６ 逆風部
６７ 後方部分
Ｒ 回転方向
Ｗ 風向

本発明は、小型風力発電装置に係り、特に、移動体への設置可能とする風力発電装置の風車の外周部に風速を増加することができる装置を設置し、風の利用度を上げ、より大きな出力を得られるようにした風力発電装置に関する。

１．風力発電装置の種類

風は太陽エネルギーが地球上で変化した形態といえる。この風のエネルギーを利用する方法は、風車によって機械的運動の回転トルクに変えて取り出すことが基本となっている。そして、この回転トルクで発電機を回して発電するが、火力発電や水力発電ではタービンが密閉容器の中で高速で回るのに対して、風力発電では風力タービンが風を受けて大気中でむき出しでゆっくり回ることになる。

風力発電装置には様々な種類がある。羽根の形状で分けると、プロペラ型、マルチブレード型、ダリウス型、サボニウス型等がある。又、風車の種類は、風車の回転軸が水平に置かれているか、垂直に置かれているかによって、水平軸型風車と垂直軸型風車に大きく分類される。垂直軸型風車は、風車の回転面を風向に追尾させる方向制御機構が不要になる点と重量が大きな発電機を地面近くに置ける点が特徴といえる。

（水平軸型風車）

（Ａ）プロペラ型

プロペラ形は、羽根の回転軸が水平になるため水平軸型風車と呼ばれるが、羽根は飛行機のプロペラと同じ断面をもっていて高速回転をする。流体力学的には風車の翼数が少ないほど高速回転するとされ、中には高速に回転させるため１枚羽根や２枚羽根の風車もあるが、一般的にバランスが優れている３枚羽根が圧倒的に多く使われている。回転数より、むしろ回転トルクを大きくするため５～６枚羽根が使われることもある。

プロペラ型は高速回転に優れた特性をもっているが、反面で騒音が大きいとか、首振り運動による効率ロスを抱え、発電開始風速（３～４ｍ／ｓ）がやや高くなるという問題がある。しかし、プロペラ型風車は、風力発電装置において最もポピュラな存在で、マイクロ風車から大型風車まで多用されている。

（Ｂ）マルチブレード型風車

マルチブレード型風車は羽根が数多く（例えば、約２０枚）付いていて、この風車は羽根か多いため回転数は低くなるが、比較的トルクが大きくなるという特徴がある。マルチブレード型風車は、回転トルクが強く、音は静かであり、容易に風車を取り付けたり、修理もできることから、中小形の揚水動力源等にも活用されている。

（垂直軸型風車）

（Ｃ）サボニウス型風車

垂直軸型風車の代表としてサボニウス型風車がある。半円筒形の羽根２枚で構成され、左右の羽根を互い違いに円周方向に多少重なり合う部分を残し、ずらして組み合わせたものである。したがって、二つのバケット（半分割された円筒）の間を通り抜ける風が、反対側バケットの裏面に流れ込むようにすることにより、回転方向に押す作用と向かい風の抵抗を抑える力となり、回転効率を上げている。この風車はプロペラ型などの風の「揚力」を利用するのと違って「抗力」が主体となっている点が大きく相違する。したがって、周速比はほぼ１となり、回転数は低くなり、音は静かで、回転トルクが比較的大きい。風向に関係なく回転させられるという特徴がある。

（Ｄ）ダリウス形風車
同じく垂直軸型風車としてダリウス形風車がある。羽根は２～３枚が使用され、サボニウス型の抗力を利用するのと違って揚力型であるため、回転数か非常に大きくなるという特徴がある。また、風向に無関係なため方向舵が不必要であるが、停止状態で風から得られる回転トルク（起動トルク）は極めて小さいため、自力での回転開始が難しいという問題がある。そのためモーターで起動したり、サボニウス型風車と組み合わせたりして起動性能を向上させるなど、さまざまな工夫が試されている。

（Ｅ）クロスフロー型風車
細長い湾曲状の羽根を、上下の円板外周縁部に適度な角度を付けて等間隔に多数設け、外部の風が羽根の隙間から内部空洞部を貫流して、反対側（風下）の羽根の隙間から外部へ排出しつつ、一定方向に回転する風車である。風に対しては無指向性で、全方位からの風を受けて回転する。前方から風が来たとき、左半分の風は風車を回転する方向に有効作用するが、右半分の風は回転方向運動に抵抗作用となり、起動トルクが大きいという特徴をもつが、回転速度は大きくならない。回転速度が低いので、回転トルクは高く、騒音は極めて静かであり、エアコンなどの送風用に多用されている。

２．風力発電にはどの風車が適しているか

プロペラ形風車はトルク係数が低いが、パワー係数が高く、周速比も高いため風力発電に多く用いられている。風力発電システムは、自然風から機械的な回転カヘの風車によるエネルギー変換の過程での損失が一番大きいことから、少しでも効率、すなわちパワー係数の高い風車が望まれる。また、抗力形風車に比較して増速歯車の比を小さくできることも利点と言える。このような理由で、プロペラ型やダリウス形風車が風力発電で圧倒的に多く使われている。
一方、独立電源としての小型風車では、プロペラ形風車以外にも、抗力形のサボニウス型風車などが用いられることもある。この場合には風車本来のパワー係数が低い上に、歯車やベルトなどでかなり大きな増速比で増速して発電機を駆動するため、さらに損失が加わることになり、システム全体としての効率はきわめて低くなってしまい、風力発電には不適と言える。

３．風力発電のメカニズム

風の力で風車を回し、その回転運動を発電機に伝えて電気を起こす。
風エネルギーは、風を受ける面積と空気の密度と風速の３乗に比例する。風を受ける面積や空気の密度を一定にすると、風速が２倍になると風エネルギーは８倍になる。
そのため、風車は風の吹いてくる方向に向きを変え、常に風の力を最大限に受け取れる仕組みになっている。
又、台風などで風が強すぎるときは、風車が壊れないように可変ピッチが働き、風を受けても風車が回らないようにする。
このように風力発電は、風の運動エネルギーの約４０％を電気工ネルギーに変換できるため効率性にも優れている。

水平軸型風車（プロペラ型）と垂直軸型風車の両風車タイプとも風力のうち、揚力を利用するタイプと抗力を利用するタイプがある。
揚力型では合成速度による揚力を利用して風車回転周りの回転トルクを発生させている。

（水平軸型風車）

水平軸型風車には、ロータの回転面がタワーの風上側に位置するアップウィンド方式と風下側に位置するダウンウィンド方式がある。
アップウィンド方式は、ロータがタワーの風上側にあるのでタワーによる風の乱れの影響を受けないという特徴を持ち、現在の風車ではアップウィンド方式が主流となっている。
一方、ダウンウィンド方式は、プロペラ方向を自動的に風向に合わせるためのヨー駆動装置が不要であるという特徴を持ち、小型風車への適用例は少なくないが、大型機でのダウンウィンド方式の風車も近年になって開発されている。
水平軸型風車の特徴として、次の５つ挙げられる。

（１） 効率が高く、大型化が容易である。
（２） 水平軸型風車は発電用に適している。
（３） アップウィンド方式の場合は風車の回転面を風に向ける必要がある（ヨー制御）。
（４）重量物（発電機、伝達機構、制御機構等）はナセル内に設置する必要がある。
（５）構造が比較的簡単である。

（垂直軸型風車）
垂直軸型風車の特徴として、次の５つ挙げられる。
（１） どの方向の風も利用可能で風向の依存性がない。
（２） 重量物は地上に設置できる。
（３） 羽根（ブレード）の製造がプロペラ式に比べて容易である。
（４） 自己起動時に大きな回転トルクが必要で回転数制御が難しい。
（５） 水平軸型風車と比較して効率が劣り、設置面積も大きい。

以上のとおり、現行の小型風力発電装置は、電力量が少なく教材やモニュメント程度の扱いであり、発電機としては殆ど普及していない。
本発明者は、これまで約１０年間、高安全・小面積・高効率発電を目的とした小型風力発電装置の考案と、琉球大学・中華科技大学（台湾）等との提携により多くの試作機の製作を行ってきた。

一方、脱炭素社会の重要性が認知され、環境などの取り組みを重視するＥＳＧ投資が世界的に広まる中、日本政府においても温室効果ガス排出量を２０５０年までに実質ゼロとする目標を宣言した。

２０１８年、世界の温室効果ガスの大半を占めるのは、エネルギー、燃焼を起源とする二酸化炭素排出であり、その量は３３５億トンであった。
その内、発電部門が最大の約４０％の排出量を占め、次に輸送部門が約２５％の排出量を占めた。また自動車部門の排出量は、製造部門の排出量６２憶トンとほぼ同じであった。
風力発電装置においても、脱炭素という社会の変化に対応すべく、多様な分野で使用可能な新たな発想が肝要である。

下記の特許文献は、本発明者の発明であり、センサー・ブレーキ等を使用せずに、吸引力と遠心力を利用する自動制御により、ブレードの自動開閉を行う風力発電装置に関するものである。

すなわち、球体～円柱を基本形状とし、中心軸と各ブレードを錘・バネ・油圧シリンダー・ガスシリンダー等で接続し、無風時は錘・バネ・磁石等の吸引力により、ブレード先端は風車内部に傾き容易に風を受ける形状となる。強風により風車回転数が増加すると、回転の遠心力によりブレードの先端は外側に戻り（球体形状となり、風車は受風しない形状となる。回転数が低下すると吸引力により、風車は再び受風形状となり、強風時においても風車は安全に回転し発電を継続するものである。

実登３１７２０６１号公報 実登３２０４７３６号公報 ＷＯ２０１９／１５３１０３ＡＩ号公報 特願２０２０－１０３９８２号

（小型化の必要性）

現在、実際に運用されているメガ・ソーラー発電及び大型風力発電機は、出力が天候に左右されるため発電が安定せず系統連系が難しく、また発電環境が整えば発電が集中する為に出力制限等も実施されるようになっている。
また遠距離送電網の高額な建設・メンテナンス費用、送電・変電ロスに加え、大規模停電のリスクも抱えている。
そこで、地域分散型発電・独立電電源として、環境が整えば２４時間発電が可能な高効率小型風力発電機の開発は有意義である。

（受風面積）

風力発電装置、特に垂直軸型風力発電機は、風向に左右されず発電が可能であり、騒音が少なく、小型化が可能などのメリットを有するため小型風力発電装置の本命となり得る可能性を有している。
しかし、風車の受風部分が小さく発電量が少ないというデメリットも併せ持つ。
また、垂直軸型風車においては順風を受風する面積は、風車の４分の１（９０度）のみが順風を受ける。同様に、逆風を受風する面積も４分の１（９０度）であり、そして後方部分は受風しない（図４を参照）。
したがって、発電に必要不可欠な風車の高速回転は難しいという問題点がある。この対策のためには、垂直軸型風力発電機では順風を受風する面積を拡大し、如何に風車の高速回転を実現するかが必須の課題である。

（無風対策）

また、風力発電装置の最大の課題は、風が無ければブレードは回転できず、発電不能となることである。従来の解決手段は、風力発電装置を風況の良い場所に設置する事であったが、これでは完璧な解決策には成り得ない。
確実に受風し、発電を可能とすることが最大の課題である。この最大の課題を解決するには、風車を移動体に取付けることである。

しかし、このように移動体に取り付けた場合には、移動体が移動している途中では問題なく水平軸型風力発電装置を選択すれば発電を行えるが、移動体が停止した状況では水平軸型風力発電装置による風力発電を効率よく行えないという問題点がある。
このような場合には、どの風向からでも風車回転が容易な垂直軸型風車の方が効率的である。

（安全性）
また、安全性の確保も最重要な課題である。特に小型風力発電装置の場合には、指の巻き込み等の事故を防止して、風力発電装置を手で触れる事ができるほどの高安全性を確保することが重要な課題である。

以上のとおり、本発明の課題は、移動体に取り付けた状況と、移動体が停止した状況との両方で、発電を安全に効率よく行うことのできる風力発電装置を提供することである。

(１) 削除

（１）
上記目的を達成する本発明の第一実施態様の風力発電装置は、
次の（Ａ）～（Ｄ）を含む風力発電機構と、次の（Ｇ）～（Ｈ）を含む支持機構とを含む風力発電装置であって、前記風力発電機構には、
（Ａ） 集風部、
（Ｂ） 複数の羽根を備えた風車、
（Ｃ） 風車回転軸、及び
（Ｄ） 発電機を含み、
前記集風部が、前記風車の外周を囲繞する集風ダクトで形成されており、
前記発電機が前記風車回転軸に直結しており、
そして、前記支持機構には、
（Ｇ）架台と、
（Ｈ）姿勢制御手段を含み、
前記姿勢制御手段が、水平方向と垂直方向のうち少なくとも垂直方向に風車及び集風部の方向調整が可能であり、
静置して発電可能な又は移動体に固定設置して発電可能な風力発電装置を提供する。
この構成によって、風車全体を覆い、受風面積の拡大と逆風の遮断し順風のみがブレードに当たる構造とし、風の勢いを増加し、風力を増強し、逆風を遮断する。

（２）
また前記風力発電装置では、前記（Ａ）集風部は、前記風車の外周を連設された複数の集風ダクトで囲繞され、 前記複数の集風ダクトは、隣同士が一部重なり合うように前記風車の外周を囲繞して形成されていてもよい。
この構成によって、約１２０度の風を風車内部に送り込む事ができる。

（３）
また、前記風力発電装置では、前記集風ダクトは、集風ダクトの吸入口よりも集風ダクトの吐出口に進むにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されていてもよい。
この構成によって、集風ダクトにより、逆風を遮ると共に受風面積を拡大し、更にブレードに当たる風の勢いを増強させ、風車速回転数を増加することができる。

（４）
また、前記風力発電装置では 前記羽根は、ウイングレットと内羽根を形成した羽根としてもよい。
この構成によって、翼端渦の発生を低減し、効率的な回転と騒音の防止を実現できる。

（５）
また前記風力発電装置では、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ棒状アームの形状を回転翼形状に形成するか、又は、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ前記棒状アームに回転翼形状の部材を形成してもよい。
この構成によって、受風を容易にすると共に、抗力と揚力の効果を活用することができ、羽根の回転数が向上する。

（６）
また前記風力発電装置では、前記垂直軸型風車が縦に連結設置されてもよい。この構成によって、発電量を増加することができる。

（７）
また本発明の風力発電装置では、
前記風力発電機構が水平軸型風力発電機構であり、
前記集風部が、ベルマウスダクトであり、
前記風車が、マルチブレードファン水平軸型風車である、
前記(1)記載の風力発電装置であってもよい。
この構成によって、風車を小型化することができ、発電機と風車回転軸との直結を可能とした。

（８）
また前記風力発電装置では、前記風車が、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆いようにし、及び、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根とベルマウスダクトとの隙間がほとんど無いように羽根が形成されて水平軸型風車の受風部のほぼ全ての面積が羽根によって占められるようにしてもよい。
この構成によって、受風面積を大きくし最大限の受風が可能となり、水平軸型風車の受風部分のほぼ全てがブレードファンとなり、最大限に効率的な受風が可能となり、高速回転を実現することができる。

（９）
また前記風力発電装置では、前記風車が前記羽根の中央部にスピンナーを設けており、前記集風部が集風口にガードを設けており、前記風力発電機構が垂直安定板を設けた風力発電装置でもよい。
この構成によって、水平軸型風車を風向に正対させることができ、手指の巻き込み防止及びバードストライクを防止することができる。

（１０）
また前記風力発電装置では、前記水平軸型風力発電機構が水平に連結設置されてもよい。
この構成によって、発電量を増加することができる。

（１１）
また前記風力発電装置では、
前記風力発電機構が、前記(2)に記載の垂直軸型風力発電機構と前記(7)に記載の水平軸型風力発電機構の両方の風力発電機構を備えた風力発電機構である風力発電装置であってもよい。
この構成によって、移動体が走行中の場合だけでなく、停止状態でも風力発電装置が可能となる。

（１２）
また前記風力発電装置では、前記一体型風力発電機構が、前記水平軸型風力発電機構の後端部と前記垂直軸型風力発電機構の下端部とを着脱可能に連結して一体化された一体型風力発電機構であり、前記姿勢制御手段が、前記一体型風力発電機構の向きを上下左右方向に調整可能とする姿勢制御手段としてもよい。
この構成により、部品点数が減少し、風力発電装置を小型、軽量化が可能となり、一体型風車の角度を任意に変更し最も効率的な発電を実現することができる。

（１３）
また前記風力発電装置では、 前記風力発電装置が移動体に設置され移動体が走行する際には、前記水平軸型風力発電機構が風向に正対されるようにし、そして、移動体が停止している際には、前記垂直軸型風力発電機構を風向きに垂直となるように前記一体型風力発電機構の向きを姿勢制御手段により調整して風力発電を行うことのできる風力発電装置であってもよい。
この構成によって、移動体が走行中の場合だけでなく、停止状態でも風力発電装置が可能となるだけでなく、それらの切替が容易となる。

（１４）
また前記風力発電装置では、前記風力発電装置により発電された電気を、前記移動体に搭載されたバッテリーに充電する充電制御機構を更に備えた風力発電装置としてもよい。
この構成によって、移動体に備わった蓄電池だけでなく、予備の蓄電池にも充電が可能となり、予備の蓄電池を自家使用するだけでなく、他の移動体等にも譲渡提供することができる。

（１５）
前記垂直軸型風力発電機構は、前記(2)に記載の垂直軸型風力発電機構であり、そして、
前記水平軸型風力発電機構は、前記（7）に記載の水平軸型風力発電機構であり、
風力発電機構が、前記水平軸型風力発電機構の後端部と前記垂直軸型風力発電機構の下端部とを着脱可能に連結して一体化された一体型風力発電機構であり、前記姿勢制御手段が、前記一体型風力発電機構の向きを上下左右方向に調整可能な姿勢制御手段とした、風力発電装置であってもよい。
この構成によって、部品点数が減少し、風力発電装置を小型、軽量化が可能となり、一体型風車の角度を任意に変更し最も効率的な発電を実現することができる。

（１６）
前記垂直軸型風力発電機構は、
前記複数の集風ダクトが前記風車の外周を囲繞して形成されている、垂直軸型風力発電機構であり、
そして、
前記水平軸型風力発電機構は、
前記風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆いようにし、及び、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根とベルマウスダクトとの隙間がほとんど無いように羽根が形成されて水平軸型風車の受風部のほぼ全ての面積が羽根によって占められるように形成した、水平軸型風力発電機構である、風力発電装置であってもよい。
この構成によって、部品点数が減少し、風力発電装置を小型、軽量化が可能となり、一体型風車の角度を任意に変更し最も効率的な発電を実現することができる。

（１７）
前記垂直軸型風力発電機構は、
前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ棒状アームの形状を回転翼形状に形成するか、又は、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ前記棒状アームに回転翼形状の部材を形成した、風力発電装置であってもよい。
この構成によって、部品点数が減少し、風力発電装置を小型、軽量化が可能となり、一体型風車の角度を任意に変更し最も効率的な発電を実現することができる。

（１８）
前記前記集風部が、集風口にガードを設けたことを特徴とする風力発電装置であってもよい。
これによって、手指の巻き込み防止及びバードストライクを防止することができる。
（１９）
更に、ガスダンパー、ガススプリング又はオイルダンパーのいずれかを前記架台と前記一体型風力発電機構との間に取付けた
ことを特徴とする風力発電装置であってもよい。
この構成によって、風力の強弱に応じて垂直型風力発電機構と水平型風力発電機構との切替が自動的に実現できる。

本発明の風力発電装置は、「風が吹かなければ発電できない」 という風力発電装置の致命的欠陥を解決することができる。
すなわち、一体型風力発電装置を船舶等に取付けた場合、漁場へ移動する際には水平軸型風車により確実に発電し蓄電池等へ充電することにより、集魚灯等に使用する燃料を削減することができる。
また、停船中には垂直軸型風車により蓄電池等への充電を行うと共に、停泊中に使用する電源とする事が可能となる。

さらに、本発明の風力発電装置は、小型軽量のため、長距離トラック等の車両（鉄道を含む）に取付ける場合には、運転席上部の風防に２基程度の風車を設置することが可能であり、自動車の風防の形状を水平軸型風車の集風が容易な形状（集風ダクトへの送風）とすることにより、更に効率的な発電が可能となる。

特に、冷凍車・冷蔵車等の発電源とすることが有効であるが、ＥＶ車や燃料電池車への取付けも可能である。この結果、トラック等に搭載される蓄電池の削減及び走行距離の延長効果が期待できる。

一方、船舶・トラック等に風力発電装置を搭載すると空気抵抗が増大するというデメリットが生ずるが、走行に伴う慣性力により燃費の悪化を最小限に留めることができる。
また、社会情勢として、空気抵抗の増大によるデメリットよりも自然エネルギーの活用を優先する時代が到来している。

本発明の風力発電装置は、従来の固定設置に加え、移動体へも風力発電装置を取付けることにより、発電部門に加え、輸送部門の二酸化炭素の排出量も削減可能となる。

又、本発明の垂直軸型風車においては、ブレードの回転数に限界がある為、暴風であっても風車回転数は際限なく増加し続けることは無い。よって、三相モーターの電磁ブレーキによる制動と、強度のある材質を使用することにより高い安全性を確保できる。

また、風車外部の集風部２０は回転しない為、羽根が回転中でも風車に触れる事ができるほど安全な形状である。

水平軸型風車においては、本来高速回転が可能であるマルチブレードファンのブレード径を短くする事により、強度が増大し高い安全性を確保することができる。この場合においても、三相モーターの電磁ブレーキにより回転の制御を行うことができる。

ベルマウスダクト自体は回転しないので安全であるが、ベルマウスダクトの吸入口に網等の防護カバーを取り付けることにより、手指の巻き込み及びバードストライクも防止することができる。

また、一体型の場合、暴風時に横向き（水平軸型が地面と平行）設置とすることにより、垂直軸型風車へは暴風は侵入しない極めて安全な形状である。

本発明の風力発電装置は、部品点数が少ない単純構造の為、製造コストが安価で、メンテナンスも軽減され、また容易である。

本発明の第一実施態様の風力発電装置の一実施例の斜視図である。 本発明の第一実施態様の風力発電装置の一実施例の集風部の斜視図である。 （ａ）は、本発明の第一実施態様の風力発電装置の羽根部を拡大した斜視図であり、（ｂ）は本発明の第一実施態様の風力発電装置の風車部の斜視図である。 垂直軸型風車の受風状態を説明する参考図である。 本発明の第二実施態様の風力発電装置の斜視図である。 本発明の第三実施態様の一体型風力発電装置の水平に設置された状態を示し、その内部を示す断面説明図である。 本発明の第三実施態様の一体型風力発電装置の半分を内部説明図とした平面図である。 本発明の第三実施態様の一体型風力発電装置の背面を示す図である。 本発明の第三実施態様の一体型風力発電装置の正面を示す図である。 本発明の第３実施態様の一体型風力発電装置の垂直に設置された状態を示す図である。

以下、本考案の目的、特徴及び効果を示す実施形態を説明する。

（１）第一実施態様（垂直軸型風力発電機構１１）
以下、本発明の第一実施態様について添付図面を参照して説明する。以下、明細書において第一実施態様の風力発電装置１を「垂直軸型」と記載する場合がある。本発明の第一実施態様に係る垂直軸型風力発電機構１１の構成を図１及び図２に示す。

（全体構成）
図１は、本発明の第一実施態様に係る垂直軸型風力発電機構１１を示す斜視図である。図１において、垂直軸型風力発電機構１１は、架台５１、風車３０と、風を集め羽根３２に向かって進行する風を加速させる集風部２０及び発電機Ａ４０ａとを有している。
図１に示すように、本発明の第一実施態様の風力発電装置は、垂直軸型風力発電機構１１であるクロスフロー型風車３０の外周全体が集風部２０で囲繞される形状となっている。

（風車３０）
図１において、風車３０は、架台５１に対し回転自在に支持されるとともに、発電機４０ａの入力軸に連結され、風の進行方向に対して垂直方向に立設された風車回転軸３１と、この風車回転軸３１の周囲に沿って配置され、風を受けることにより風車回転軸３１に回転トルクを与える複数の羽根３２とを備えている。

（集風部２０）
図１、図２に示すように、本実施例の集風部２０は、外観が略三角柱状の複数の集風ダクトが外周全体を囲繞している。この集風ダクトによれば、風Ｗは、風車の外周を囲繞する複数の集風ダクトの吸入口から流入して吐出口から風車内に流れ込む。図２に示すように、風車内に流れ込む風Ｗの方向は、上から見て時計回りの風となり、風車の羽根には常に順風となって当たる。風車の羽根にとっての逆風は、集風ダクトの管壁で防御されて風車内に流入しないようになっている。

又、本発明の実施例の集風ダクトでは、風の入口である吸入口２２が広くなっており、受風面積を大きくし、先端に進むにしたがって内径を細く絞った管状の立体形状をしている。この形状により、吸入口２２よりも吐出口に進むにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されているので、風車３０への風が加速される。

本実施例の集風部２０を用いれば、逆風を阻止しつつ、前方角度約１２０度から約１８０度からの風を風車内部の羽根３２に順風として送り込むことができる。
この結果、本実施例の集風部２０を用いることによって、受風面積の拡大と逆風の遮断、風力の増強により、風車回転数を増加することができる。

又、図１、図２に示すように、本実施例の集風部２０では、隣り合う集風ダクトの部分が一部重なり風車３０の外周全体を覆うように取付けられており、風を最大限活用する立体形状となっているが、隣り合う集風ダクト同士が一部重なることなく離れた状態で風車３０の外周全体を覆うように取付けられても良い。

（アーム）
図１において、風車回転軸３１と羽根３２を繋ぐアームとして、本実施例では羽根３２の上下部分を円板で固定するタイプの円板型アーム３５としている。これは、垂直軸型風力発電機構１１は，風の強弱によって回転数が変化し慣性力による翼フレーム根元の疲労負荷が生じるという問題を解決するためである。
しかし、円板型アーム以外にも例えば、他のタイプのアームも採用することができる。例えば、図３に示すように、羽根３２１の上下の先端をウイングレット３３とする場合には、円板型アーム３５ではなく棒状アーム３６にして羽根３２１を支持することができる。

又、別の実施例では、風車回転軸３１と羽根とを繋ぐアームの形状を回転翼形状とするか、又は、図示しないが、風車回転軸３１と羽根とを繋ぐアームに回転翼形状のスポークブレード３８を形成しても良い。

（羽根３２１）
図１において、本実施例では羽根３２は複数枚の縦型の羽根３２を採用している。本実施例では直線的な形状を採用しているが、曲面状の形状であっても良い。

又、本実施例では、風車３０の羽根同士の間隔を比較的大きくしている。これによって、高速回転が可能な形状としている。

（ウイングレット３３）
図３に示す実施例では、羽根３２１の上下の先端をウイングレット３３としている。これにより、翼端渦の発生を低減し、効率的な回転と騒音の防止を実現している。従来のストレート翼では先端から風を逃してしまい，翼端失速を起こしてしまう。翼端失速をなくすため翼は翼端を内側に曲げたウイングレット３３とした。 クロスフロー型風車３０の羽根先端をウイングレット３３とすることにより、風車回転数が約２５％向上することを回転試験により確認している。

ウイングレット形状により風車回転数が向上する理由は、羽根先端のウイングレット３３及び羽根３２に内羽根５４を取付けることにより、風を最大限効果的に受風することができ、楊力と効力を活用することができ、マイナス要因である翼端渦の発生を低減することに因るものと考えられる。

（内羽根５４）
また、図３に示すように、羽根３２の回転方向（進行）側の先端に、内羽根５４を取付ける事により、受風を容易にすると共に、抗力と揚力の効果を活用することができ、羽根３２の回転数が向上する。すなわち、内羽根５４を取付けた場合、風車回転数を約２０％向上することが確認できている。

又、内羽根５４の取付け角度は、４５度～９０度の範囲内とすることが好ましい。この範囲の角度が、最も効果的であることを回転試験により確認した。

本実施態様の垂直軸型風車１１を単独で使用する場合、風車を縦に２段・３段と櫛型に連結することができる。本発明の垂直軸型風力発電機構１１で用いる風車は、ブレード面積が広く、トルクも大きい為、複数の風車を縦に櫛形に連結して、１つの発電機に連結するという形状が可能となる。これにより、発電量を増大させることができる。

（発電機４０ａ）
発電機Ａ４０ａは、風車３０の下部の発電機支持手段（図示しない）により、風車回転軸３１に直結されている。本実施例では、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と同一回転軸で形成されているが、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と軸継手で接合されているような場合であっても良い。

（姿勢制御手段）
風車３０及び集風部２０の姿勢は、架台５１に設けたターンテーブル（図示しない）及び姿勢制御軸５３によって水平方向、垂直方向に風車３０及び集風部２０の方向調整が可能である。本明細書において、姿勢制御とは、風車及び集風部の姿勢を水平方向、垂直方向に方向調整することである。

（作用効果）

第一実施態様の風力発電装置１の作用効果について説明する。
風力による発電量は風速の３乗に比例することに着目し、略三角柱状の立体形状の集風部２０を風車周りに取りつけることによって風車３０に当たる風を加速させ、大幅な出力増加を達成することができる。風を集め、風エネルギーを集中させて風を加速させるこの集風部２０を垂直軸型風力発電機構１１に適用し、垂直軸型風力発電機構１１の課題である起動特性を改善するとともに、大幅な発電出力を増加することが可能となる。

（２）第二実施態様（水平軸型風力発電機構１２）
次に図５を参照して、本発明の第二実施態様である水平軸型風力発電機構１２について説明する。第二実施態様では、第一実施態様と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。以下、明細書において第二実施態様の水平軸型風力発電機構１２を「水平軸型」と記載する場合がある。第二実施態様では、風力発電機構として水平軸型風力発電機構１２を使用している点が第一実施態様と異なっている。

（全体形状）
図５において、第二実施態様である水平軸型風力発電機構１２は、架台５１、風車３０、羽根３２２、集風部２０及び発電機Ａ４０ｂを備えている。

（集風部２０）
第二実施態様において、集風部２０は、風を集めてその風を風車に導くことができるものであれば特に限定されない。本実施例では、集風が容易なベルマウスダクトを採用している。

（スピンナー２１）
本実施例では、マルチブレードファン３２２の中央部に、円錐形状のスピンナー２１が取付けられている。これにより、抵抗や乱流を軽減でき効率的に集風することができる。

（羽根３２２）
本第二実施態様では、ベルマウスダクトの内側には、羽根３２２として、マルチブレードファン３２２を用いている。一般的には、マルチブレードファンは６，０００回転以上の回転能力を有するが、風力発電に使用する場合は１，０００回転程度でも十分な発電が可能である。また通常、マルチブレードファンは送風に使用されているが、風力発電の場合は受風の為に使用（逆ピッチ）するので騒音は少ないという利点がある。

マルチブレードファン３２２の羽根の数の限定は特にないが、本発明者による実証実験では、羽根３２２の枚数は、３枚羽根と９枚羽根の比較検証試験において、９枚羽根の回転数は３枚羽根の回転数の約２倍を達成することができたので、本実施例では９枚羽根を使用した。

又、風車の高速回転において最も重なことは、風車内部を通り抜けてしまう風を最小とし、風を最大限活用することである。風車が受風する風のエネルギーは同じなので、空気損失を減少し、受風についての効率を向上することが重要である。
本実施例では、羽根３２２の形状は、受風面積を大きくし最大限の受風が可能となるように羽根の形状が工夫されている。
すなわち、本実施態様の水平軸型風力発電機構１２においては、風車回転軸方向から見た場合に、複数の羽根３２２の隣り合う羽根３２２同士が重なり合って隙間がないようにして水平型風車の受風部分のほぼ全てを覆うようにすることが好ましく、更に、羽根３２２の先端とベルマウスダクトとの間隙も殆ど無いように羽根を形成することが好ましい。即ち、風車回転軸方向から見た場合に、複数の羽根３２２の投影面積が水平軸型風車の受風部分のほとんど全てを覆うように形成されていることが好ましい。

（２重の羽根３２）
又、マルチブレードファンを同軸に重ねて取付けて２連装以上の羽根構造とすることもできる。これにより、発電量を更に増大することができる。

（発電機）
本実施態様では、風車回転軸３１が発電機４０に直結する機構としている。このため、風力発電装置の小型化を可能とした。本実施例では、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と同一回転軸で形成されているが、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と軸継手で接合されているような場合であっても良い。

（スタビライザー）
又、ベルマウスダクトの上部には、方向を制御する垂直安定板を取付けることもできる。垂直安定板を取付けることによって水平軸型風力発電機構１２を風向に正対させ効率的に発電することができる。

（防護カバー）
又、ベルマウスダクトの吸入口には網等の防護カバーを取付けることもできる。防護カバーを取付けることにより、手指の巻き込み防止及びバードストライクを防止することができる。

（安全性）
また、羽根３２２の径は短い形状とすることが好ましい。すなわち、羽根３２２の径が短いと、羽根３２２の強度が高まり、高い安全性の確保ができ、又、羽根３２２の根本部分と先端部分の周速比は変わらないため、短い径の羽根３２２でも効率的な回転が実現できるためである。そして、強度の増大による高い安全性の確保と高速回転を実現することができる。

（作用）
水平軸型風力発電機構１２の高速回転において最も重な事は、風車内部を通り抜けてしまう風を最小とし、風を最大限活用することである。すなわち、風車３０が受風する風のエネルギーは同じなので、空気損失を減少し、受風についての効率を向上する必要がある。
本実施例の水平軸風力発電機構１２では、ベルマウスダクトとスピンナー２１を有し、羽根３２２の径が短く、羽根同士が重なり合う形状としている。ベルマウスダクト２３と羽根３２２との間隔を狭くしたことにより、水平軸型風力発電機構１２の受風面積のほぼ全てが羽根３２の面積となり、最大限に効率的な受風が可能となり、高速回転を実現することができる。また、羽根の短い径と狭いベルマウスダクト２３との隙間によって騒音を少なくすることができる。

（３）第三実施態様（一体型風力発電機構１３）
図６から図１０を参照して本発明の第三実施態様である一体型風力発電機構１３について説明する。第三実施態様では、第一実施態様、第二実施態様と同様の構成要素には原則として同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図６から図１０に示すように、第三実施態様では、風力発電機構が、第一実施態様の垂直軸風力発電機構１１と第二実施態様の水平軸風力発電機構１２とを結合して一体化した風力発電機構であることが異なっている。
以下、明細書において第三実施態様の風力発電装置１を「一体型」、「一体型風力発電機構１３」又は「一体型風力発電機構１３」と記載する場合がある。

そして、一体型風力発電機構１３では、垂直軸型風力発電機構１１及び水平軸型風力発電機構１２それぞれの説明は前記したとおりであるので重複を避けるため省略し、必要な説明を以下詳細に説明する。
なお、第一実施態様の垂直軸風力発電機構１１では、実施例としては、風車部において、円板型アーム３６が採用されているが、以下に説明する一体型風力発電機構１３の垂直軸風力発電機構１１の部分では、実施例として、風車部において、棒状アームが用いられている点が相違する。

（全体形状）
図６は、一体型風力発電機構１３が水平に設置された状態を横側から見た状態を示し、その内部構造を示す断面説明図である。
図７は、半分を内部説明図とした平面図である。
図８は、一体型風力発電機構１３の背面図であり、
図９は、一体型風力発電機構１３の正面図であり、
図１０は、一体型風力発電機構１３が垂直に設置された状態の側面図である。

本発明の一体型風力発電機構１３は、架台５１、垂直軸型風力発電機構１１、水平軸型風力発電機構１２を含む。一体型風力発電機構１３は、風力発電機構として、前記した垂直軸型風力発電機構１１及び水平軸型風力発電機構１２が一体化した風力発電機構が用いられている。
すなわち、図６に示すように、一体型風力発電機構１３は、水平軸型風力発電機構１２の水平軸型風車後端部２６と、垂直軸型風力発電機構１１の垂直軸型風車下端部２５とが連結部材２７により連結されて一体化されている。
一体型風力発電機構１３は、水平軸型風力発電機構１２を前方に、垂直軸型風力発電機構１１を後方に配置する形態で一体化され、水平軸型風力発電機構１２を移動体の進行方向に向けて移動体に搭載して使用することができる。
図７に示すように、一体型風力発電機構１３は、一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な姿勢制御手段である姿勢制御軸５３によって架台５１に取り付けられている。

図６及び図７においては、一体型風力発電機構１３の風力発電装置１は、水平軸型風力発電機構１２部分が風Ｗを受けるように水平状態に設置されている状態を示し、図１０では、一体型風力発電機構１３において垂直軸型風力発電機構１１部分が風Ｗを受けるように垂直状態に設置された状態を示す。

図６に示す一体型風力発電機構１３では、垂直軸型風力発電機構１１の風車３０にはスポーク３９に支持された羽根３２１が採用されている。

又、垂直軸型風力発電機構１１も水平軸型風力発電機構１２も、発電機Ａ４０ａ、発電機Ａ４０ｂは、それぞれ風車回転軸３１ａ、３１ｂに直接結合されている。
本実施例では、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と同一回転軸で形成されているが、風車回転軸３１が発電機４０ａの回転軸と軸継手で接合されているような場合であっても良い。

（架台５１－左右）
一体型風力発電機構１３は、架台５１により、水平方向の向きを任意に変更し最も効率的な発電を実現することができる。すなわち、架台５１にターンテーブル（図示しない）を設置するなどして、ターンテーブルの回転により水平方向の向きを任意に変更し風向に正対することが可能である。併せて、本発明の一体型風力発電装置は、一体型風力発電機構１３の上部に垂直安定板（スタビライザー）（図示しない）を取付けることにより、一体型風力発電機構１３が風に対して自動的に正対して、効率的な発電をすることができる。

（架台５１－上下）
又、一体型風力発電機構１３は、架台５１の姿勢制御軸５３により、垂直方向の設置角度の変更が可能であり、一体型風力発電機構１３を地面と平行な向きとしたり、水平から角度をつけて設置したりすることが可能である。

これにより、図６に示すような水平状態の一体型風力発電機構１３を後側に９０度倒して、図１０に示すような垂直状態に向きを変更することが可能であり、架台にターンテーブルを設置することにより、１８０度の回転も可能となり、一体型風力発電機構１３を風向に正対させることができる。

以上のように構成した本発明の風力発電装置１は、寸法、重量に厳密な限定はないが、好ましくは、縦、横及び高さがおおよそ１メートル未満、重量はおおよそ３０～５０キログラム程度未満であることが好ましい。従って、本発明の小型風力発電装置は静置して風力発電するだけでなく、自動車、船舶、航空機等の移動体に搭載設置して風力発電可能である。

（移動体へ搭載して移動時）
一体型風力発電機構１３を 自動車、船舶、航空機等の移動体に取り付けて走行した場合、風向は進行方向からのみに一定する。この場合には、風車全体が受風し発電する水平軸型風力発電機構１２が効率的に作動する。そこで、移動体が前進する際には、一体型風力発電機構１３を水平状態として水平軸型風力発電機構１２が地面と平行な向きとなるようにする。これにより、移動体に設置して走行時に、本実施態様の一体型風力発電機構１３は効率的な発電を行うことができる。

（スポークブレード３８ 回転翼）
また、本実施態様の一体型風力発電機構１３には、図６の垂直軸型風力発電機構１１の部分に示すように、風車回転軸３１と羽根３２１とを繋ぐアームに回転翼形状のスポークブレード３８を形成しても良く、又は、風車回転軸３１ａと羽根３２１とを繋ぐアームの形状を回転翼形状のスポークブレード３８に形成することもできる。
これにより、本実施態様の一体型風力発電機構１３では、風Ｗが水平軸型風力発電機構１２の内部を通過してそのまま垂直軸型風力発電機構１１に流入して、垂直軸型風力発電機構１１のスポークブレード３８に回転力を与えることができる。
このため、一体型風力発電機構１３を自動車等の移動体へ搭載して走行時でも、一体型風力発電機構１３の垂直軸型風力発電機構１１が休むことなく発電することが可能となり、良好な発電効率が得られる。

（移動体停止時）
そして、目的地に到着した場合のように移動体が停止した場合、一体型風力発電機構１３の取付け角度の変更を行ない、水平状態であった一体型風力発電機構１３を後側に９０度倒して、図１０に示すような垂直状態に向きを変更し、一体型風力発電機構１３を垂直にして垂直軸型風力発電機構１１が風Ｗを効率よく受けることができるようにして、一体型風力発電機構１３が効率的な発電が可能である。
従って、本発明の第三実施態様の風力発電装置１では、移動体が停止した場合のような風向きが一定しない場合でも、有効な発電が可能である。

本発明の第三実施態様の風力発電装置１では、図１０に示すように、垂直軸型風力発電機構１１の下部に水平軸型風力発電機構１２を連結しているが、上下逆に、水平軸型風力発電機構１２を上にして垂直軸型風力発電機構１１を下にすることもできる。この場合、水平軸型風力発電機構１２のマルチブレードファンは上方を向いている。

（同時発電）
前述したように、本発明の第三実施態様の風力発電装置１では、自動車等の移動体が移動中に、水平軸型風力発電機構１２が発電する際に、水平軸型風力発電機構１２の後方に位置する垂直軸型風力発電機構１１も同時に発電が可能である。
すなわち、本実施例では図６に示すように、垂直軸型風力発電機構１１の風車回転軸３１と羽根３２１を繋ぐ棒状アームにスポークブレード３８を形成して、スポークブレード３８の形状を回転翼形状としている。このため、水平軸型風力発電機構１２を通過した風の全量が垂直軸型風力発電機構１１の内部を通過し、垂直軸型風力発電機構１１に設けられたスポークブレード３８を回転し発電が可能である。

（その他の設備）
これらの機構を確実に機能させる為、水平軸型風力発電機構１２のベルマウスダクト２３の上部に方向を制御する垂直安定板を取付けることもできる。すなわち、架台５１にターンテーブル（図示しない）を設置している場合には、一体型風力発電機構の上部にスタビライザー（図示しない）を取付けることにより、ターンテーブルの回転によって水平方向の向きを指導的に変更し風向に正対することが可能である。このため、効率的な発電をすることができる。

（発電機）
本発明の第三実施態様の風力発電装置１では、発電機Ａ４０ａ、発電機Ａ４０ｂはそれぞれ垂直軸型風力発電機構１１、水平軸型風力発電機構１２内に発電機支持手段を用いて固定されている。そして、発電機Ａ４０ａ、発電機Ａ４０ｂはそれぞれ、風車回転軸３１ａ、風車回転軸３１ｂに直結され、羽根３２１、羽根３２２で生じた回転力によってそれぞれ独立して発電を行うことができる。

この際に、本実施例のように、風車回転軸３１ａは、発電機４０ａの回転軸４１ａと一体となっていて直結されていることが好適である。例えば、前記水平軸型風力発電機構１２の風車回転軸３１ｂ及び前記垂直軸型風力発電機構１１の風車回転軸３１ａそれぞれが、前記発電機４０ｂ、発電機４０ａそれぞれの回転軸４１ｂ、回転軸４１ａと同一回転軸で形成されているか、又は、風車回転軸３１ｂ、風車回転軸３１ａ、が、それぞれ発電機の回転軸４１ｂ、発電機の回転軸４１ａと軸継手で接合されていることが好適である。軸継手で接合することにより、心ズレを吸収しモーターや風車に余計な負荷が掛からないようにして動力を伝達することができる。

本発明の第三実施態様の風力発電装置１では、種々の発電機を使用することができるが、垂直軸型風力発電機構１１には低風速用発電機を使用し、水平軸型風力発電機構１２には高風速用発電機を使用するように風車３０の特性に応じた発電機４０を使用することが好ましい。

特に、水平軸型風力発電機構１２に取付ける発電機は、車両用の交流発電機であるオルタネータを使用することが好ましい。オルタネータは、車両・船舶等に多く使用されていることから、取り扱い及びメオオルタネータあり、リビルド品も多数ある事から循環型社会への貢献も可能となる。

又、図６に示す実施例では２個の発電機４０が設置されているが、以下に述べるようにいずれか１個のみを設置し、風車回転軸３１ａ及び風車回転軸３１ｂと直結することも可能である。

（風車回転軸３１）
本発明の第三実施態様においては、水平軸型風力発電機構１２の風車回転軸３１ｂ、発電機４１ｂ、発電機４１ａ、及び垂直軸型風力発電機構１１の風車回転軸３１ａが同一軸線上に形成されており、発電機は発電機４１ｂと発電機４１ａの２個が設置されている。

本発明の別の第三実施態様の別の実施例としては、一個の発電機とすることが可能である。即ち、発電機４１ｂと発電機４１ａのいずれか一つを省略し、水平軸型風力発電機構１２の風車回転軸３１ｂ、発電機の回転軸及び垂直軸型風力発電機構１１の風車回転軸３１ａを、単一の回転軸とすることが可能である。これにより、コストの低減と、軽量化が可能となる。

（独立使用）
本発明の風力発電装置１は、一体型風力発電機構１３で使用する場合に限らず、垂直軸型風力発電機構１１の部分と、水平軸型風力発電機構１２の部分とを分離して、それぞれ単体で独立して使用することもできる。しかし、より安価に製品を提供するためには、一体型風力発電機構１３、垂直軸型風力発電機構１１、水平軸型風力発電機構１２の３タイプを用意し、用途に応じていずれかのタイプを選択可能とすることが便利である。

（その他）
本発明の風力発電装置１は非常に単純な構造であり、又、ブレーキ・センサー等の部品も必要としないため、部品点数を少なくすることができるので低コストでの製造が可能である。

（適用例）
本発明の適用例として、船舶等では停船時にも海風が期待できるので一体型が好適である。又、長距離トラックのような自動車に搭載する場合には水平軸型が好ましい。また、災害時を想定した車両及びキャンプ等で使用する車両には一体型、海岸沿い等の風況の良い場所に設置する場合には垂直軸型が効果的に使用可能であるが、いずれの場合でも各タイプの風力発電装置は使用可能である。

各タイプを独立して使用する場合には、垂直軸型風力発電機構１１と水平軸型風力発電機構１２のそれぞれに発電機４０を取付ける機構となる。

また、高性能発電機が開発された場合には、トラック等においても垂直軸型風力発電機構１１のみを設置し使用することも可能である。

（充電制御機構）
また、本発明の風力発電装置により発電された電気を、移動体搭載のバッテリーや交換用の予備バッテリーに充電する充電制御機構を更に備えることができる。そのような充電制御機構には、例えば、発電制御システム装置がある。これは、風車の回転数の変化に応じてオルタネータ電圧を制御し、ババッテリ充電を制御するシバッテリ置である。
発電制御システム装置では、マイクロコンピュータを用いて移動体の定速移動時にはオルタネータの発電電圧を下げ，移動体が減速時には発電電圧を上げる制御をすることで、オルタネータの発電による風車の負荷を低減し、効率的な発電をすることができる。

（風車３０の縦連結）
また、垂直軸型風力発電機構１１を単独で使用する場合、発電量を増大させる方策として、垂直軸型風車３０を２段・３段と櫛型に連結することが効果的である。本発明では、風車３０は、ブレード面積が広く、回転トルクも大きい為、複数の風車３０に１つの発電機４０という形態が可能である。

（一体型風力発電機構１３の自動姿勢制御）

また、本発明の一体型風力発電装置は、ガスダンパーやガススプリングを架台５１と風力発電装置とに取付けることにより、一体型風力発電機構１３の垂直／水平状態の姿勢を自動制御することが可能である。
例えば、ガスダンパーの一端を架台５１に取付け、そしてダンパーの他端（ロッド部分）を一体型風力発電機構１３に取付けることにより、移動体の移動時や停止時に応じて、一体型風力発電機構１３の垂直／水平状態の姿勢を自動制御することが可能である。
好ましくは、前記ガスダンパーは、架台５１と垂直軸型風力発電機構１１との間に取付けることが好ましい。
すなわち、まず移動体が静止状態の場合には、ガスダンパーのロッドが伸びきった状態にしておき（この状態では一体型風力発電機構１３は図６のような垂直状態である）、そして、移動体が走行し始めると一体型風力発電機構１３に当たる風圧が上がり、この風圧により、自動的に一体型風力発電機構１３に取付けられたガスダンパーのロッドがダンパーの筒内に押し込まれ縮んだ状態になる（この結果、一体型風力発電機構１３の姿勢は図１０のような水平状態となる）。
そして、移動体の走行が停止すると、風圧が無くなりガスダンパーのロットが反発して再び伸びてガスダンパーのロッドの先端部で一体型風力発電機構１３を起こすように押上げて、一体型風力発電機構１３は図６のような垂直状態に戻る。
ガスダンパーとしては、例えば、自動車のハッチバックなどの開閉に用いられるような軽量のガスダンパーが好ましく用いられる。ガスダンパー以外にもガススプリングやオイルダンパー等も使用することができる。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 風力発電装置
１１ 垂直軸型風力発電機構１１
１２ 水平軸型風力発電機構１２
１３ 一体型風力発電機構１３
２０ 集風部
２１ スピンナー
２２ 吸入口
２３ ベルマウスダクト
２４ ガード
２５ 垂直軸型風車下端部
２６ 水平軸型風車後端部
２７ 一体化連結部材
３０ 風車部
３１ 風車回転軸
３１ａ 垂直軸型風車の風車回転軸
３１ｂ 水平軸型風車の風車回転軸
３２ 羽根
３２１ 第一実施態様の羽根
３２２ 第二実施態様の羽根
３３ ウイングレット
３４ 内羽根
３５ 円板型アーム
３６ 棒状アーム
３７ ステー
３８ スポークブレード
３９ スポーク
４０ 発電機
４０ａ 発電機Ａ
４０ｂ 発電機Ｂ
４１ 発電機回転軸
４１ａ 垂直軸型風車の発電機回転軸
４１ｂ 水平軸型風車の発電機回転軸
５１ 架台
５３ 姿勢制御軸
６５ 受風部
６６ 逆風部
６７ 後方部分
Ｒ 回転方向
Ｗ 風向

（２）
上記目的を達成する本発明の第一実施態様の風力発電装置は、
次の（Ａ）～（Ｄ）を含む風力発電機構と、次の（Ｇ）～（Ｈ）を含む支持機構とを含む風力発電装置であって、前記風力発電機構には、
（Ａ） 集風部、
（Ｂ） 複数の羽根を備えた風車、
（Ｃ） 風車回転軸、及び
（Ｄ） 発電機を含み、
前記風力発電機構は、垂直軸型風力発電機構であり、
前記集風部は、前記風車の外周を囲繞する複数の集風ダクトで形成され、且つ、
前記集風ダクトは、前記集風ダクトの吐出口から吐出する風が前記風車の羽根に常に順風となって当たるように形成されるとともに、前記羽根にとっての逆風を前記集風ダクトの管壁によって流入しないようにでき、
前記発電機が前記風車回転軸に直結しており、
そして、前記支持機構には、
（Ｇ）架台と、
（Ｈ）姿勢制御手段を含み、
前記姿勢制御手段が、水平方向と垂直方向のうち少なくとも垂直方向に風車及び集風部の方向調整を可能とする姿勢制御手段であり、
静置して発電可能な又は移動体に固定設置して発電可能な風力発電装置を提供する。
この構成によって、複数の集風ダクトにより、風車に当たる逆風を遮ると共に受風面積を拡大し、更に羽根に当たる風の勢いを増強させ、風車速回転数を増加することができる。

（３）
また、前記風力発電装置では、前記集風ダクトは、前記集風ダクトの吸入口よりも前記集風ダクトの吐出口に進むにつれて前記集風ダクトの内径が小さくなるように形成された、前記(１)に記載の風力発電装置としてもよい。
この構成によって、集風ダクトにより、更にブレードに当たる風の勢いを増強させ、風車速回転数を増加することができる。

（１１）
また前記風力発電装置では、
集風部がベルマウスダクトであり風車がマルチブレードファン水平軸型風車である水平軸型風力発電機構を更に備えた、前記(１)に記載の風力発電装置であってもよい。
この構成によって、移動体が走行中の場合だけでなく、停止状態でも風力発電装置が可能となる。

（１２）
また前記風力発電装置では、
前記垂直軸型風力発電機構の下端部に請求項３に記載の水平軸型風力発電機構の後端部を着脱可能に連結した、前記(１)に記載の風力発電装置であってもよい。
この構成によって、移動体が走行中の場合だけでなく、停止状態でも風力発電装置が可能となる。

（１３）
また前記風力発電装置では、前記風力発電装置が移動体に設置されて前記移動体が走行する際には、前記水平軸型風力発電機構を風向に正対させ、前記移動体が停止している際には、前記垂直軸型風力発電機構を風向に垂直の状態となるよう前記(１)記載の姿勢制御手段により方向調整する、前記（３）に記載の風力発電装置でもよい。
この構成によって、移動体が走行中の場合だけでなく、停止状態でも風力発電装置が可能となるだけでなく、それらの切替が容易となる。

（１４）
また前記風力発電装置では、
前記風力発電装置により発電された電気を前記移動体に搭載されたバッテリーに充電する充電制御機構を更に備えた、前記（５）に記載の風力発電装置としてもよい。
この構成によって、移動体に備わった蓄電池だけでなく、予備の蓄電池にも充電が可能となり、予備の蓄電池を自家使用するだけでなく、他の移動体等にも譲渡提供することができる。

（１６）
前記マルチブレードファン水平軸型風車の羽根の幅と長さが、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆うような羽根幅に形成し、及び、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根の先端とベルマウスダクトとの隙間がほとんど無いように羽根の長さを形成した、
前記(３)に記載の風力発電装置としてもよい。
この構成によって、最大限に効率的な受風が可能となり、高速回転を実現することができる。また、短い羽根径と、羽根とベルマウスダクトとの狭い隙間によって騒音を少なくすることができる。

（１７）
また前記風力発電装置では、
前記(1)に記載の垂直軸型風力発電機構の風車回転軸と羽根とを繋ぐ棒状アームに、回転翼形状の部材を形成した、前記(４)に記載の風力発電装置であってもよい。
この構成によって、水平軸型風力発電機構を通過した風の全量が垂直軸型風力発電機構の内部を通過し、垂直軸型風力発電機構に設けられたスポークブレード３８を回転し発電することができる。

（１８）
また前記風力発電装置では、
前記集風部の集風口に、手指の巻き込み防止及びバードストライクを防止する防護カバーを設けた、前記（３）又は(４)に記載の風力発電装置であってもよい。
この構成によって、手指の巻き込み及びバードストライクも防止することができる。

（１８）
また前記風力発電装置では、
前記集風部の集風口に、手指の巻き込みを防止し及びバードストライクを防止する防護カバーを設けた、前記（３）又は(４)に記載の風力発電装置であってもよい。
この構成によって、手指の巻き込みを防止し及びバードストライクも防止することができる。

（姿勢制御手段）
風車３０及び集風部２０の姿勢は、架台５１に設けたターンテーブル（図示しない）及び姿勢制御軸５３（図示しない）によって水平方向、垂直方向に風車３０及び集風部２０の方向調整が可能である。本明細書において、姿勢制御とは、風車及び集風部の姿勢を水平方向、垂直方向に方向調整することである。

Claims (20)

1. 次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構と、次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構とを含む風力発電装置であって、前記風力発電機構には、
   (Ａ) 集風部、
   (Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、
   (Ｃ) 風車回転軸、及び
   (Ｄ) 発電機を含み、
   (Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、
   (Ｆ) 前記発電機が前記風車回転軸に直結しており、
   そして、前記本体支持機構には、
   (Ｇ)架台と、
   (Ｈ)姿勢制御手段を含む、
   静置して発電可能な又は移動体に固定設置して発電可能な風力発電装置。
2. 前記(Ａ)集風部が、前記風車の外周を囲繞する連設された複数の集風ダクトで形成されており、
   前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、垂直軸型風車である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記(Ａ)集風部は、前記風車の外周を連設された複数の集風ダクトで囲繞され、
   前記複数の集風ダクトは、隣同士が一部重なり合うように前記風車の外周を囲繞して形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
4. 前記集風ダクトは、集風ダクトの吸入口よりも集風ダクトの吐出口に進むにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されている請求項３に記載の風力発電装置。
5. 前記羽根は、ウイングレットと内羽根を形成した羽根である、
   請求項２に記載の風力発電装置。
6. 前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ棒状アームの形状を回転翼形状に形成するか、又は、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ前記棒状アームに回転翼形状の部材を形成した、
   請求項２に記載の風力発電装置。
7. 前記垂直軸型風力発電が縦に連結設置された請求項２項に記載の風力発電装置。
8. 前記(Ａ)集風部が、ベルマウスダクトであり、
   前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、
   前記(Ｄ)発電機が、前記水平軸型風車機構の風車回転軸と直結している、
   ことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
9. 前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆いようにし、及び、
   風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根とベルマウスダクトとの隙間がほとんど無いように羽根が形成されて水平軸型風車の受風部のほぼ全ての面積が羽根によって占められるようにした、
   請求項８記載の風力発電装置。
10. 前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、前記羽根の中央部にスピンナーを設けた風車であり、
    前記集風部が、集風口にガードを設けており、
    前記風力発電機構が、垂直安定版を設けた、
    請求項９に記載の風力発電装置。
11. 前記水平軸型風力発電機構１２が水平に連結設置された請求項９項に記載の風力発電装置。
12. 前記風力発電機構が、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風力発電機構１２の両方の風力発電機構を備えた風力発電機構である、
    請求項１に記載の風力発電装置。
13. 前記風力発電機構が、前記水平軸型風車機構の後端部と前記垂直軸型風車機構の下端部とを着脱可能に連結して、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風車機構とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３であり、
    前記架台が、前記一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な架台とした、
    請求項１に記載の風力発電装置。
14. 前記風力発電装置が移動体に設置され移動体が走行する際には、水平軸型風車機構が風向に正対されるようにし、そして、移動体が停止している際には、垂直軸型風車機構を風向きに垂直となるように前記一体型風力発電機構１３の向きを姿勢制御手段により調整して風力発電を行うことのできる、
    請求項１３に記載の風力発電装置。
15. 前記風力発電装置により発電された電気を、前記移動体搭載のバッテリーに充電する充電制御機構を更に備えた請求項１３に記載の風力発電装置。
16. 前記垂直軸型風車機構は、次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構:
    (Ａ) 集風部、
    (Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、
    (Ｃ) 風車回転軸、
    (Ｄ) 発電機を含み、
    (Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、
    (Ｆ) 前記(Ｄ)発電機が、前記垂直軸型風車機構の風車回転軸と直結しており
    と、次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構:
    (Ｇ)架台と、
    (Ｈ)姿勢制御手段
    を含み、
    前記(Ａ)集風部が、前記風車の外周を囲繞する連設された複数の集風ダクトで形成されており、
    前記集風ダクトが、ダクト吸入口よりも吐出口に進むにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されており、
    そして、
    前記水平軸型風車機構は、
    前記(Ａ)集風部が、ベルマウスダクトであり、
    前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、
    前記(Ｄ)発電機が、前記水平軸型風車機構の風車回転軸と直結している水平軸型風車機構であり、
    前記風力発電機構が、前記水平軸型風車機構の後端部と前記垂直軸型風車機構の下端部とを着脱可能に連結して、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風車機構とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３であり、
    前記架台が、前記一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な架台とした、
    請求項１に記載の風力発電装置。
17. 前記垂直軸型風車機構は、次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構:
    (Ａ) 集風部、
    (Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、
    (Ｃ) 風車回転軸、及び
    (Ｄ）発電機、
    (Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、
    (Ｆ) 前記(Ｄ)発電機が、前記垂直軸型風車機構の風車回転軸と直結している垂直軸型風車機構であり、
    及び、 次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構:
    (Ｇ)架台、
    (Ｈ)姿勢制御手段、
    とを含み、
    前記(Ａ)集風部が、前記風車の外周を囲繞する連設された複数の集風ダクトで形成されており、前記複数の集風ダクトは、隣同士が一部重なり合うように前記風車の外周を囲繞して形成されており、前記集風ダクトが、ダクト吸入口よりも吐出口にいくにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されており、前記羽根は、ウイングレットと内羽根を形成した羽根である垂直軸型風車機構であり、
    そして、
    前記水平軸型風車機構は、
    前記(Ａ)集風部が、ベルマウスダクトであり、
    前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆いようにし、及び、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根とベルマウスダクトとの隙間がほとんど無いように羽根が形成されて水平軸型風車の受風部のほぼ全ての面積が羽根によって占められるように形成し、
    前記(Ｄ)発電機が、前記水平軸型風車機構の風車回転軸と直結している水平軸型風車機構であり、
    前記風力発電機構が、前記水平軸型風車機構の後端部と前記垂直軸型風車機構の下端部とを着脱可能に連結して、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風車機構とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３であり、前記架台が、前記一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な架台とした、
    請求項１に記載の風力発電装置。
18. 前記垂直軸型風車機構は、次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構:
    (Ａ) 集風部、
    (Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、
    (Ｃ) 風車回転軸、及び
    (Ｄ）発電機、
    (Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、
    (Ｆ) 前記(Ｄ)発電機が、前記垂直軸型風車機構の風車回転軸と直結しており、
    及び、次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構:
    (Ｇ)架台、
    (Ｈ)姿勢制御手段、
    とを含み、
    前記(Ａ)集風部が、前記風車の外周を囲繞する連設された複数の集風ダクトで形成されており、前記複数の集風ダクトは、隣同士が一部重なり合うように前記風車の外周を囲繞して形成されており、前記集風ダクトが、ダクト吸入口よりも吐出口にいくにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されており、前記羽根は、ウイングレットと内羽根を形成した羽根である垂直軸型風車機構であり、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ棒状アームの形状を回転翼形状に形成するか、又は、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ前記棒状アームに回転翼形状の部材を形成し、
    そして、
    前記水平軸型風車機構は、
    前記(Ａ)集風部が、ベルマウスダクトであり、
    前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆いようにし、及び、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根とベルマウスダクトとの隙間がほとんど無いように羽根が形成されて水平軸型風車の受風部のほぼ全ての面積が羽根によって占められるように形成し、
    前記(Ｄ)発電機が、前記水平軸型風車機構の風車回転軸と直結している水平軸型風車機構であり、
    前記風力発電機構が、前記水平軸型風車機構の後端部と前記垂直軸型風車機構の下端部とを着脱可能に連結して、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風車機構とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３であり、前記架台が、前記一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な架台とした、
    請求項１に記載の風力発電装置。
19. 前記垂直軸型風車機構は、次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構:
    (Ａ) 集風部、
    (Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、
    (Ｃ) 風車回転軸、
    (Ｄ）発電機、
    (Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、及び
    (Ｆ) 前記(Ｄ)発電機が、前記垂直軸型風車機構の風車回転軸と直結しており、
    及び、次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構:
    (Ｇ)架台及び
    (Ｈ)姿勢制御手段
    とを含み、
    前記(Ａ)集風部が、前記風車の外周を囲繞する連設された複数の集風ダクトで形成されており、
    前記複数の集風ダクトは、隣同士が一部重なり合うように前記風車の外周を囲繞して形成されており、
    更に、前記集風ダクトが、ダクト吸入口よりも吐出口にいくにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されており、
    前記羽根は、ウイングレットと内羽根を形成した羽根であり、
    前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ棒状アームの形状が、回転翼形状に形成するか、又は、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ前記棒状アームに回転翼形状の部材が形成され、
    そして、
    前記水平軸型風車機構は、
    前記(Ａ)集風部が、ベルマウスダクトであり、
    前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、
    更に、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆うようにし、及び、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根とベルマウスダクトとの隙間が、ほとんど無いように羽根が形成されて水平軸型風車の受風部のほぼ全ての面積が羽根によって占められるように形成し、
    更に、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、前記羽根の中央部にスピンナーを設けた風車であり、前記集風部が、集風口にガードを設けており、前記風力発電機構が、垂直安定版を設け、
    前記(Ｄ)発電機が、前記水平軸型風車機構の風車回転軸と直結している水平軸型風車機構であり、
    前記風力発電機構が、前記水平軸型風車機構の後端部と前記垂直軸型風車機構の下端部とを着脱可能に連結して、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風車機構とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３であり、前記架台が、前記一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な架台とした、
    請求項１に記載の風力発電装置。
20. 前記垂直軸型風車機構は、次の(Ａ)～(Ｆ)を含む風力発電機構:
    (Ａ) 集風部、
    (Ｂ) 複数の羽根を備えた風車、
    (Ｃ) 風車回転軸、
    (Ｄ）発電機、
    (Ｅ) 前記(Ａ)集風部が、前記羽根の外周を囲繞して形成されており、及び
    (Ｆ) 前記(Ｄ)発電機が、前記垂直軸型風車機構の風車回転軸と直結しており、
    及び、次の(Ｇ)～(Ｈ)を含む本体支持機構:
    (Ｇ)架台及び
    (Ｈ)姿勢制御手段
    とを含み、
    前記(Ａ)集風部が、前記風車の外周を囲繞する連設された複数の集風ダクトで形成されており、
    前記複数の集風ダクトは、隣同士が一部重なり合うように前記風車の外周を囲繞して形成されており、
    更に、前記集風ダクトが、ダクト吸入口よりも吐出口にいくにつれて集風ダクトの内径が小さくなるように形成されており、
    前記羽根は、ウイングレットと内羽根を形成した羽根であり、
    前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ棒状アームの形状が、回転翼形状に形成するか、又は、前記風車回転軸と前記羽根とを繋ぐ前記棒状アームに回転翼形状の部材が形成され、
    そして、
    前記水平軸型風車機構は、
    前記(Ａ)集風部が、ベルマウスダクトであり、
    前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、マルチブレードファン水平軸型風車であり、
    更に、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根同士が重なり合って受風部分のほぼ全てを覆うようにし、及び、風車を風車回転軸方向から見た場合に、羽根とベルマウスダクトとの隙間が、ほとんど無いように羽根が形成されて水平軸型風車の受風部のほぼ全ての面積が羽根によって占められるように形成し、
    更に、前記(Ｂ)複数の羽根を備えた風車が、前記羽根の中央部にスピンナーを設けた風車であり、前記集風部が、集風口にガードを設けており、前記風力発電機構が、垂直安定版を設け、
    前記(Ｄ)発電機が、前記水平軸型風車機構の風車回転軸と直結している水平軸型風車機構１１であり、
    前記風力発電機構が、前記水平軸型風車機構の後端部２５と前記垂直軸型風車機構の下端部２６とを着脱可能に連結して、前記垂直軸型風力発電機構１１と前記水平軸型風車機構１２とが着脱可能に一体化された一体型風力発電機構１３であり、前記架台が、前記一体型風力発電機構１３の向きを上下左右方向に調整可能な架台とし、
    更に、ガスダンパー、ガススプリング又はオイルダンパーのいずれかを前記架台と前記垂直軸型風力発電機構との間に取付けた、
    請求項１に記載の風力発電装置。

Images