JP2023127122A

JP2023127122A - 浮体式洋上風力発電機

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Publication number: JP2023127122A
Application number: JP2022030706A
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Inventors: 繁夫織田; Shigeo Oda
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Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2023-09-13
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Abstract

【課題】今後増加が予想される浮体式洋上風力発電機は、建設費用およびメンテナンス費用が掛かると言われているため、水深が５０ｍ～１５０ｍの海域に設置する際の手間がかからず安定した係留が可能であり、かつ従来の風力発電機で必要な装置の機能を他の装置で代替えすることにより、コスト低減を図ることが可能な浮体式洋上風力発電機を提供する。【解決手段】主フロート１３に取付けた支柱１４に回転リング１７を取り付け、回転リングの外側に補助フロート２０を取り付けた係留索体２３をつないで放射状に配置し、風力発電機設定時に複数の係留索体を同時に同程度の力で引っ張って回転リングに結び付けることで、風車体９を海水面の一定の位置に安定して係留することが可能となる。同時に主フロートは海面上で回転可能に保持されていることから、風車体は自然の風力による回頭が可能となる。【選択図】図１０

Description

本発明は、海岸線から比較的近い距離で、５０ｍから１５０ｍ程度の水深の海上に係留・設置し、電力を発電するために適した浮体式洋上風力発電機に関するものである。

近年の再生可能エネルギー利用増加の機運に伴い、今後日本でも洋上風力発電機の建設が増えることが予想される。洋上は地上に対し風を遮る障害物が少なく、風向き、風速が地上と比べて定常であることから、安定した電力を得られることが期待できる。現在実用化されている洋上風力発電設備は、基本的に風力発電機自体の構造は陸上で実用化されているものと同じであり、地上の風力発電機を土地の利用と比較して設置する上での制約が少ない洋上へと移設したものである。

また四方を海に囲まれた日本では、洋上風力発電機を設置可能な沿岸が多いと考えられる反面、海岸線からの距離と比較して水深が深い海域が多い。そのため、今後洋上風力発電機の技術開発の主体は、今までに普及している着床式（海底にタワーの基部を固定し、海面上に突き出たタワーの頂部に風力発電機を設置する方式）ではなく、浮体式（タワーを含む風力発電機全体を海上に浮かべ、海底に投錨したアンカーに取付けた複数のロープにより風力発電機を係留・保持する方式）に移行しつつあるのが現状である。

現在実用化されている浮体式洋上風力発電設備には、非特許文献１で述べられている通り、スパー型、ＴＬＰ型、セミサブ型、バージ型があり、それぞれ長所、短所があることが紹介されている。それらの型式は、バージ型を除いて浮体に対する係留ロープの取付け位置が水中であることから設置に手間が掛かる点が、建設コスト低減を妨げる要因のひとつになると考えられる。
また洋上風力発電機建設時には、発電機、増速機、制御装置等を搭載したナセルを洋上にてタワー先端部に設置する作業や、ハブに対してブレードを取付ける作業を海面上高度５０ｍ以上の高所にて行う必要があり、大型の重機を備えた専用の作業船が必要となる。この点も建設コストアップにつながると考えられる。

更に風力発電機本体については、建設費用に対する効果（＝発電出力）の比率を上げるため、設備１台当たりの大出力化が志向されており、それに伴いナセルの質量も増加傾向にある。その様な大出力の風力発電機では、長大なブレードを取り付けた質量の大きなナセルをタワー上で風向きに合わせて回転させるヨー制御や、風に対するブレードの迎え角を変化させるピッチ制御には強力なアクチュエータや信頼性の高いギア装置が必要であり、この様なアクチュエータは一般に付加価値が高いことから、この点も建設コストの増加を招くと予想される。（非特許文研２、６８頁参照）

また特許文献２ではコンパクトセミサブ型の浮体により、波浪よる風力発電機揺動の低減を図った上で、浮体下側の水中に回転可能な係留ポイントを取付けることにより、浮体構造を簡略化し、建設コストの低減を図る提案が示されている。この構成によれば風車体の受風面が風に向かおうとする効果（風向追従性）が得られ、洋上風力発電機の効率的な運用が可能となり、同時に運用経費低減が可能と考えられる。
一方特許文献３の中で述べられている、回転機構を備えた係留ポイントが海中であることから、定期的な係留ポイントの点検、メンテナンス等を海中で行う必要がるため、特殊技術者による作業が必要となるものと推定される。

更に特許文献３では、バージ型の浮体式風力発電機を係留するための海底に設置するアンカーの位置や係留ロープの長さについて提案されている。バージ型は臨海地域の工場等で量産可能であり、今後普及が予想される。特許文献３では、大型のバージ式浮体の係留を行うための係留ライン設定について高度な内容が紹介されており、これも特殊技術を要すると考えられる。

特願２０１０－２４８５１１「風力発電施設の回動揺動制御装置及び浮体式洋上風力発電施設」特開２０１９－６７０４１「浮体基礎および浮体式発電装置」特開２０１９－１２８９９５「係留システムの設置方法および係留浮体の設置方法」

「風力発電に関する現状と展望について」令和２年１１月資源エネルギー庁「トコトンやさしい風力発電の本」Ｂ＆Ｔブックス日刊工業新聞社

本発明が解決しようとする課題の一つは、浮体式洋上風力発電機を水深５０ｍ～１５０ｍの海域に設置する際、設置の際の浮体への係留ロープの取付け作業や係留ロープの張力調整作業、および海底面へのアンカー設定作業を出来るだけ海面上で行うことにより、作業の手間および建設費用の低減を図ることである。

本発明が解決しようとするもう３つ目の課題は、沖合での潮位の変化や波浪による影響が少ない浮体式風力発電機の係留装置を提供することである。

本発明が解決しようとするもう一つの課題は、浮体式洋上風力発電機において今後1基当たりの出力増加に伴いナセルの大型化、質量増加が予想されるため、風車体の受風面を風に向ける回頭制御（又はヨー制御）が技術的に難しくなると考えられる。この課題に対し、風力発電機とタワーを含む風車体全体を海面上で水平方向に回転させる構成を提案し、回頭制御を容易にすることである。

本発明が解決しようとするもう４つ目の課題は、従来の一般的風力発電機で必要であったヨーアクチュエータ、ピッチアクチュエータ、増速機、負荷遮断時のブレーキ等を省略し他の装置で代替えすることにより、浮体式洋上風力発電機の建設コスト低減、およびメンテナンス費用の低減を実現することである。

本発明の実施例１による浮体式洋上風力発電機は、以下の通り構成される。
本発明が対象とする風力発電機は、水平方向の回転軸に対して直角方向に複数のブレードを設置することにより風車体が構成された、一般に受風面が垂直の水平軸多翌式と呼ばれている風力発電機である。この型式の風力発電機は、受風面が風に向かいブレードに風が当たって発生する風車体の回転力を、発電機の駆動軸に伝えて電気を発生させる。
本発明の実施例１による風車体の回転軸は、海面上の台座上に設置した複数のサポートによって水平方向に保持される。この回転軸は両端部に軸受けを取付けた構造、若しくは中空構造の回転軸の中に軸受けの役割を担う両端固定軸を通し、固定軸に保持された状態で中空構造の回転軸が回転する構成のいずれかとする。
以上述べた風車体を海面上に保持するため、海面上に浮かせた主フロートの中央部に、垂直上向きに支柱を取り付け、支柱の上端部で前記台座の下面を固定する。また主フロート下方の水中に、海面上での主フロートの波浪による揺動を復元させるためのウエイトを取付ける。以上の構成により、前記風車体は主フロートによって海面上に浮かび保持された状態となる。

更に前記主フロート上に設置した前記支柱は円柱形状とし、支柱の断面形状に合致した摺動面を、有する回転リングを支柱に対して水平方向に回転可能な状態で取付ける。この回転リングの外面には複数のフックが取り付けられ、各フックには補助ロープが取り付けられる。補助ロープのもう一方の端部には海面上に浮かべた補助フロートを繋いだ上で、各補助フロートに対して係留ロープをつなぎ、係留ロープのもう一方の端部は、海底に設置されたアンカーと繋がれた構成とする。
以上述べた、一対のフック、補助ロープ、補助フロート、係留ロープ、アンカーの組合せを、以降係留索体と記載する。従って、係留索体の補助フロートは海面上に浮かび、補助ロープは海面上、係留ロープとアンカーは、海中に没した位置に設置される。

次に複数の係留索体のアンカーを、上方から見て前記主フロートを中心として放射状に、主フロートから離れた位置の海底面に設置した上で、係留索体の補助ロープを同時に同等の張力で引き寄せて前記係留リングのフックに締結する。この設定作業により、主フロートは放射状に設置した係留索体の中央付近にて、複数の補助ロープによって同等の力で外側に向かって水平方向に引っ張られた状態となり、その結果主フロートは海面上で一定の位置に留まると考えられる。
更に前記回転リングは前記支柱に対して回転可能な状態で取り付けられていることから、風車体の受風面は海面上で水平方向に３６０度回転可能な状態で一定の位置に保持される。従って前記主フロートを円筒形等にすれば、海面上に浮かんでいる主フロートが回転する際の抵抗力が小さくなると考えられる。

また以上述べた構成による受風面が垂直の風車体は、受風面に吹きつける風が一定の風速以上の場合には、受風面に向かって垂直の中心軸に対して右側に受ける風の抵抗力と、左側に受ける風の抵抗力がバランスしようとするため、風が吹いてくる方向に受風面が向かおうとする性質（風向き追従性）を有する、と考えられる。
一方前記主フロートを円筒形状にすることにより、（００１６）で述べた通り、海面上に浮かんだ主フロート回転時の抵抗力を小さくすることが出来る。同時に円筒形状であれば、海面近くの潮流による影響も少ないと考えられるので、従来のタワーの頂上にナセルを搭載する構成では実現できなかった、自然の風力による受風面の回頭制御（ヨー制御）が実現可能であると考えられる。

本発明の実施例２による浮体式洋上風力発電機は、実施例１で述べた係留索体の中の補助フロートを、係留索体の引っ張り方向に複数取付けた構成を示す。この構成により、最低潮位と最高潮位の差が大きな海域や、波浪の高さが高い海域においても、主フロートを一定の位置に安定して保持することが可能となる。

本発明の実施例３による浮体式洋上風力発電機は、前方および後方への推進力を有するスクリュー等を取り付けた推進装置を、実施例１または実施例２に記載の主フロートに対して、取付け角度を固定し複数取付けたものである。この推進装置により、主フロートを海面上で水平方向に時計回り、又は反時計回りに３６０度任意の角度に回転させることが可能となり、風速が小さな場合でも、風車体の受風面を風に向かう方向、或いは風に沿う方向等、最適な向きに回頭させることが可能となる。

本発明の実施例４による浮体式洋上風力発電機は、実施例１～実施例３で述べた支柱に対してブレーキディスクを取付け、回転リングに取付けたブレーキ装置によりブレーキディスクに制動を加えて、支柱の回転方向の動きを一時的に停止させる構成を示している。この構成により、洋上にて風速や風速が不安定に変化する状況下でも風車体の受風面を一定の角度に安定して保持することが可能となると考えられる。

本発明の実施例５による浮体式洋上風力発電機は、実施例１～実施例４で述べた回転リングに対し、前後方向、左右方向の傾きを許容する自在継手機構を付加した構成を表している。この構成により、波浪等により支柱が大きく傾いた場合でも、支柱と回転リングとの間に生じる回転時の摩擦抵抗を低減可能である。

本発明の実施例６による浮体式洋上風力発電機は、実施例１～実施例５のいずれかで述べた風車体に対し、強度アップを目的として、ブレードの途中、或いは先端部同士をブレード梁でつないだ構造とする。更にブレード先端部に取付けたブレード梁を利用し、ブレード梁とブレード梁との間に平板を取付けることにより、更なる強度アップと同時に、台風等強風時に風車体を風に沿う方向に回頭すれば、ブレードに対する強風の直撃を遮ることが可能となる。(実施例１０参照)

本発明の実施例７による浮体式洋上風力発電機は、実施例１～実施例５のいずれかで述べた風車体に対し、風車体の回転軸の外面から直角方向に複数のスポークを設置し、回転軸の中心から同一半径の位置で前記スポークの先端同士をスポーク梁でつなぎ、更にスポークの先端から外周方向にブレードを取付け、ブレードの先端同士をブレード梁でつないだ構成を示す。この構成により、風車体の受風面に当たる風の一部が風車体中央のブレードが無い部分を素通りするため、風車体全体として風の通りが良くなると考えられる。

本発明の実施例８による浮体式洋上風力発電機は、実施例１～実施例５のいずれかで述べた風車体のブレードの先端同士を円筒形フレームで結び、円筒形フレームの外表面に対して発電機の駆動軸先端部に取付けた車輪が接触し回転することにより発電を行う構成である。この構成により、発電機駆動軸は高速回転が可能となるため、発電機を小型化することが可能となる。

本発明の実施例９による浮体式洋上風力発電機は、実施例１～実施例８のいずれかで述べた支柱の先端に水平方向のアームを設置し、アーム上の風上側に実施例１～実施例８のいずれかで説明した台座を含む風車体を取付け、更に前記アームの風下側に風を受けるための垂直翼、および水平翼を設置した構成を示す。この構成により、風速が低い場合でも垂直翼が風になびくことで、風車体の受風面を風に向かわせる回頭が容易になる。合わせて水平翼の迎え角を、強風時に風力により風車体が傾く力を相殺する方向に設定することにより、風車体の傾きを抑制する効果も期待できる。

本発明の実施例１０による浮体式洋上風力発電機は、実施例３～実施例９のいずれかで述べた風車体の近傍に風向きを測定する風向計、および風の強さを測定する風速計を設置し、それらの計測機により得られた風向き、風速についての情報を信号として制御盤に逐次伝え、合わせて支柱に対する回転リングの角度、風車体の回転数、地上の電力系統の停電等必要な情報を制御盤に伝え、制御盤内にてこれらの情報を処理し、その結果を用いて実施例３～実施例９のいずれかで述べたスクリューの運転、停止操作を行う。これにより風向き、風速、およびその他の必要な運転情報に基づき風力発電機を自動で適切に運転することが可能となる。

本発明の実施例１および実施例２による浮体式洋上風力発電機は、風車体および発電に必要な発電機、軸受け等の付属装置、およびサポート、支柱、等全ての構成要素を主フロート上に載せて水面上に浮かんだ状態で、複数の係留索体により同時に作用する引っ張り力により海面上の一定の位置に保持され、同時に支柱に取付けた回転リングにより海面上で水平方向に３６０度回転可能である。
これより、実施例１および実施例２による浮体式洋上風力発電機は海面上の一定の位置に係留され、合わせて風車体の受風面が風に向かう性質（風向き追従性）があることから、自然の風力により回頭し、発電効率が向上する効果が期待できる。

さらに本発明の実施例１および実施例２による浮体式洋上風力発電機は、風車体を係留するために回転リングへ取付ける補助ロープの取付け位置や、補助フロートへの係留ロープの取付け位置が、いずれも海面上、若しくは海面近くであることから、建設時における係留索体設定の際、作業の手間が少なく容易であり、かつ風力発電機運用中のメンテナンス作業についても手間が掛からないため、建設費用、メンテナンス費用の低減効果が期待できる。

また、本発明の実施例１および実施例２による浮体式洋上風力発電機は、主フロートの下側海水中に釣り棒を取付け、釣り棒の下端部にウエイトを取付けることにより、主フロートの復元力が増し、波浪が高い場合でも主フロートの揺動が抑制され、姿勢が安定することから、沖合の波浪によって生じる風力発電機の振動、揺動による影響を低減させる効果が期待できる。

また、本発明の実施例２による浮体式洋上風力発電機は、係留索体の中の補助フロートを、前記補助ロープおよび係留ロープの引っ張り方向に複数取付けた構成を示す。この構成により、係留索体設置時の潮位に対する風力発電機運用時の潮位の差が大きな場合や、荒天時に海面上の波高が大きくなった場合でも、アンカーに近い側の補助フロートが海中に没し、主フロートに近い側の補助フロートが海面上に浮いた状態で維持されると考えられる。従って、補助ロープを取付けた回転リングは、潮位や波浪が高くなってもほぼ水平方向に補助ロープにより引っ張られる。この効果により、主フロートの海面の条件が厳しい場合でも安定した係留状態が維持されるので、荒天時等も風力発電機の安定した運用が期待できる。

本発明の実施例３による浮体式洋上風力発電機は、従来の風力発電機では、構成要素を収納した結果重量が重くなったナセルをタワー上で水平方向に回転させるため、強力な回頭制御用アクチュエータが必要であったが、実施例３ではこれをフロートに取り付けたスクリューで代替えすることで、今後大型化、質量増加が予想される浮体式洋上風力発電機の回頭制御が容易になる効果が期待できる。同時に建設時及び発電機運用時のコストダウンも期待できる。
同時に実施例３の様に、反対方向に推進力を有する複数のスクリューをフロートに取付けることにより、電力供給先の系統にて停電等が発生し系統に対する負荷遮断が必要となった時、複数の反対向きのスクリューを同時に動かすことにより、風力発電機で生じる余剰エネルギーを放出させることが可能となり、無負荷状態による発電機の回転速度過大（空回り）を防止する効果が期待できる。これにより、従来の風力発電機で必要であった駆動軸のブレーキ装置を無くすことも可能である。

本発明の実施例４による浮体式洋上風力発電機は、風車体の支柱に対して回転方向のブレーキ装置を取付けて、必要に応じ支柱の回転方向の動きを一時的に停止させる構成である。このブレーキ装置により、洋上にて風速や風速が不安定に変化する状況下でも風車体の受風面の角度が一定に維持されることから、より安定した発電出力を得る効果が期待できる。

本発明の実施例５による浮体式洋上風力発電機は、支柱に取り付けた回転リングに対し、前後方向、左右方向の傾きを許容する自在継手機構を装着した構成を示している。これにより、波浪等により支柱が大きく傾いた場合でも、支柱と回転リングとの間に生じる回転時の摩擦抵抗が低減するため、風車体の回頭制御が容易になる効果が期待できる。

本発明の実施例６による浮体式洋上風力発電機は、風車体に対し、強度アップを目的として、ブレードの途中、或いは先端部同士をブレード梁でつないだ構造を示す。更にブレード先端部に取付けたブレード梁を利用し、ブレード梁とブレード梁の間に平板を取付けることにより、更なる強度アップと同時に、強風時等に風車体を風に沿う方向に回頭すれば、ブレードに対する強風の直撃を遮ることが可能となり、ブレードの損傷を防ぐ効果も期待できる。（実施例１０および図２４右下の付図参照）

本発明の実施例７による浮体式洋上風力発電機は、実施例６の風車体に取付けたブレードに対し、回転軸側のブレードの一部をスポークとすることにより、受風面の中央部に風が素通りする領域を形成した構造を示す。この構成により、受風面に当たる風の一部が風車体中央のブレードが無い部分を通過するため、風車体全体として風の通りが良くなり、結果として発電効率が向上する効果が期待できる。

本発明の実施例８による浮体式洋上風力発電機は、実施例６及び実施例７の風車体のブレードの先端同士を円筒形フレームでつなぎ、円筒形フレームの外表面に対し発電機の駆動軸に取付けた車輪を接触させることにより駆動軸を回転させ、発電を行う構成を示す。この構成により、発電機駆動軸は高速回転が可能となるため、従来の風力発電機で必要であった増速機を省略することが可能である。あるいは近年の風力発電機の中には、駆動軸の回転速度が小さくても増速機を必要としないタイプのものが実用化されているが、このタイプは一般に高速回転の発電機と比較し大型となると考えられる。従って実施例８の構成により、発電機の小型化を図かることで、風力発電機建設費用、およびメンテナンス費用の低減効果が期待できると考えられる。
更に電力供給先の系統内で停電等が発生し、電力系統への発電機の負荷遮断が必要となった際に、前記車輪を円筒形フレームから離す方向に移動させ、車輪と円筒形フレーム外面との接触を無くすことで、発電機の回転数過大（空回り）を防ぐことが出来るので、発電機の損傷を防止することが可能となる。

本発明の実施例９による浮体式洋上風力発電機は、支柱の先端に水平方向のアームを設置し、アーム上の風上側に台座を含む風車体を取付け、アームの風下側に風を受けるための垂直翼、および水平翼を設置した構成である。この構成により、風速が低い場合でも風下にある垂直翼が風になびいて風車体の受風面を風に向かうため、自然の風力による回頭を実現可能と考えられる。同時に水平翼に対して風力により上向きの力が作用する様に迎え角を付けておけば、受風面に作用する風車体が風下側へと傾く力と相殺することで、風車体の傾きを抑制する効果も期待できる。

本発明の実施例１０による浮体式洋上風力発電機は、実施例１～実施例９のいずれかで説明した風車体の運転に必要な風向き等の気象条件や、風車体の回転数、地上の電力系統の停電等、必要な情報を信号として制御盤に伝え、制御盤内にてこれらの情報を処理し、その結果を用いて前記スクリューの運転、停止操作を行う。これにより風向き、風速、およびその他の必要な運転情報に基づいて、自動制御により風向きに対する風車体の向きを適切な方向に制御可能であり、常に最適な条件で風力発電機を運転することが可能となる。

図１は本発明の実施例１の浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図である。図２は本発明の実施例１の回転軸に対し無垢棒を適用した回転軸部分の断面図である。図３は本発明の実施例１の回転軸に対し中空棒を適用した回転軸部分の断面図である。図４は本発明の実施例１の支柱および回転リングの断面図である。図５は本発明の実施例１の浮体式洋上風力発電機の係留索体による係留原理の説明図である。図６は本発明の実施例１の浮体式洋上風力発電機の海面上における動きを表す説明図である。図７は本発明の実施例１の浮体式洋上風力発電機の設置手順を示す説明図である。図８は本発明の実施例２の浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図である。図９は本発明の実施例２の浮体式洋上風力発電機の係留索体による係留原理の説明図である。図１０は本発明の実施例３の浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図である。図１１は本発明の実施例３の回頭状況を表す説明図である。図１２は本発明の実施例４の浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図である。図１３は本発明の実施例４の支柱に取付けたブレーキ装置を示す鳥瞰図である。図１４は本発明の実施例５の浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図である。図１５は本発明の実施例５の支柱に取付けた自在継手の断面図である。図１６は本発明の実施例５の支柱に取付けた自在継手の動きを示す説明図である。図１７は本発明の実施例６の浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図である。図１８は本発明の実施例７の浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図である。図１９は本発明の実施例７につき、風車体への風の流れを従来の風力発電機と比較して示す説明図である。図２０は本発明の実施例８の浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図である。図２１は本発明の実施例８の発電機周辺の説明図である。図２２は本発明の実施例９浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図である。図２３は本発明の実施例９の風を受ける状態を横方向から見た図である。図２４は本発明の実施例１０によるスクリューの運転・制御を行うための、計測装置、制御対象と信号の流れを示す構成図である。図２５は本発明の実施例１０による制御盤内の運転制御のブロック図である。図２６は本発明の実施例１０による運転制御ロジックのフロー図である。

本発明に係る浮体式洋上風力発電機は、水深が５０ｍ～１５０ｍの海域において風力発電機建設の際の係留ロープ設定作業の手間を軽減するとともに、同海域において風力発電機を一定の位置に安定して係留することが可能となる。合わせて、従来の風力発電機で必要であった回頭制御（又はヨー制御）を行うためのヨー制御アクチュエータ等を他の装置で代替えすることにより、コスト低減を図ることが可能となる。
以下にその内容を説明する。

図１は実施例１の浮体式洋上風力発電機全体の鳥瞰図を示す。
本発明の実施例１による風車体において回転軸３は、海面上の台座１上に設置した複数のサポート２の先端部に取り付けられた軸受け４により水平方向に保持される。風を受けるための複数のブレード６は、ハブ５を介して回転軸３に対し直角方向に放射状に固定されており、ブレード６に風が当たることにより発生する回転力を、ナセル７内に取付けた発電機８の駆動軸に伝えて電気を発生させる。以上の組合せによって風車体９を形成する。
次に図２、図３により回転軸３および軸受け部周辺の構造を説明する。図２および図３は図１のＡ－Ａ断面を示しており、図２は回転軸３に無垢丸棒を用い、無垢丸棒の両端部に軸受け４を取付けた構造である。或いは、図３に示す様な、固定軸１０を中空構造の回転軸１１の中に通し、固定軸１０に保持された状態で固定軸１０の周りを中空の回転軸１１が回転する構造も実施可能である。
なお、図２では回転軸の出力は直接発電機、または増速機に伝えられ、図３では回転軸の出力はギア１２を介して発電機に伝えられる。
更に、海面上に浮かせた主フロート１３の中央部に、上向きに支柱１４を取り付け、支柱１４の上端部で前記台座１の下面を固定し保持する。また主フロート１３下方の水中に、釣り棒１５を介して主フロート１３の海面上での傾きを復元させる目的のウエイト１６を取付ける。以上の構成により、前記風車体９は主フロート１３によって海面上に浮かび保持された状態となる。

図４は図１のＢ－Ｂ断面図であり、実施例１にて支柱１４に対して取付けた回転リング１７周辺の断面図を示す。支柱１４は円柱形状とし、この断面形状に合致する摺動面を有する回転リング１７を、支柱１４に対して水平方向に回転可能な状態で取付ける。この回転リングの外面には複数のフック１８が取り付けられ、各フック１８には補助ロープ１９が締結される。図１にて補助ロープ１９のもう一方の端部に補助フロート２０をつなぎ、更に補助フロート２０に対して係留ロープ２１をつなぎ、係留ロープ２１は海底に設置されたアンカー２２と繋がれた構成とする。なお、補助フロート２０は係留ロープ２１をつないだ状態でも、海面に浮かんで状態を維持できる十分な浮力を有するものとする。
以上述べた補助ロープ１９、補助フロート２０、係留ロープ２１、アンカー２２の組合せを、以降係留索体２３と記載する。

次に図１にて係留索体２３を、前記主フロート１３を中心として上方から見て放射状に、主フロートから離れた位置の海底面に設置した上で、係留索体２３の補助ロープ１９を同時に同等の張力で引き寄せて回転リング１７のフック１８に締結する。この設定作業により、回転リング１７につながった複数の補助ロープ同士の引っ張り力がバランスするため、主フロート１３は放射状に設置した係留索体２３の中央付近の一定の位置に留まる。
更に回転リング１７は支柱１４に対して回転可能であることから、台座１を介して支柱１４に取り付けられた風車体９は、海面上にて水平方向に３６０度回転可能な状態で一定の位置に保持される。

次に、図５により実施例１の係留索体２３による係留の原理を説明する。
図５（１）、（２）、（３）は図１に示した実施例１の浮体式洋上風力発電機を横方向から見た図である。回転リング１７に対して複数の補助ロープ１９を締結する作業は、図５（１）に示す通り潮位が低い時に行うものとする。この設定作業により、風車体は主フロート１３を中心として放射状に設定された係留索体２３の中央付近に保持される。（００４３項参照）
図５（２）は、（１）よりも潮位が上昇した状態を表している。潮位の上昇とともに主フロートは上方に移動しそれに伴って補助フロートも上方に移動するが、アンカー２２に取り付けられた係留ロープ２１の長さは一定なので、補助フロート２０の一部が水没し、その結果補助ロープの１９水平方向の引っ張り力は増す。回転リング１７には複数の補助ロープ１９が締結されているので、潮位が上昇した時でも補助ロープ同士の引っ張り力がバランスし、風車体９は係留索体２３の中央付近の位置に留まる。図５（３）は更に潮位が上昇した状態を表しており、補助フロート２０全体がほぼ水没した状態でも、回転リングにつながれた複数の補助ロープ１９同士で引っ張り力がバランスするため、風車体９は係留索体２３の中央付近の海面の位置に保持される。

なお悪天候には波浪等により、複数の補助フロート２０の中の一部が水没し、補助ロープの引っ張り力にアンバランスが生じることが予想される。その時には、主フロートは他よりも引っ張り力が増加した補助ロープの力によって、海面上を水平方向に移動すると考えられる。
但し主フロート１３は風車体９やウエイト１６を含めた構造物を浮かせる浮力を有することから、体積および質量が大きいため、主フロートに比べて体積が小さな補助フロートによる引っ張り力によって主フロートを移動させるためには、一定の時間が必要となると考えられる。従って浮体式洋上風力発電機が大型化し質量が増して大型化しても動きが緩慢となり、そのため実施例１の構成で係留された主フロートは、悪天候時でも一定の位置に安定し留まる傾向となることが期待できる。

次に図６により、実施例１による浮体式洋上風力発電機の海面上での挙動を説明する。（００４３）項で説明した通り、実施例１の構成では主フロート１３は海面上にて回転可能に保持されているので、主フロート１３が回転する際の抵抗力は小さく、かつ主フロート１３が点対称の同心円形状であれば、潮流による回転動作への影響も少ないと考えられる。従って、図６（１）、（２）に表す通り、自然の風力による受風面の回頭を実現可能であると考えられる。これは従来の風力発電機の様に、タワーの頂上に設置したナセルを回転させるヨー制御では実現できなかった効果である。（００１７項及び００２７項参照。）
更に図６（３）に表す通り、複数の補助ロープ１９による回転リング１８の外面に加わる力は主に水平方向の引っ張り力であり、上下方向に作用する力は小さいため、回転リングを取付けた支柱１４の前後・左右の傾きを抑制する力は小さい。従って、支柱１４が回転する際回転リングの摺動面の摩擦抵抗は小さく、支柱１４が傾いた状態で水平方向に回転する場合でも、回転はスムーズとなる。
同時にウエイト１６による主フロート１３の海面上での姿勢復元効果によって、悪天候時も安定した係留状態を維持する効果が期待できる。

次に風力発電機建設時に、本発明の実施例１を設置するための手順を、図７により説明する。図７（１）は、港に隣接する風力発電設備生産拠点にて主フロート１３、支柱１４、回転リング１７等を組立てた上で、仮サポート２４、ストッパー２５を用いてハブ５、ナセル７等を仮組みし、さらに補助フロート２０、係留ロープ２１、アンカー２２を一部つないで係留索体２３を組み合わせておく。その状態で海上に浮かべ、牽引船により設置海域へと移動する様子を表している。
図７（１）の中で、支柱１４はフロート１３の中央部を貫通し上下方向に移動可能な状態とし、ストッパー２５により上方に固定されているものとする。またアンカー２２はケーソン方式のコンクリートブロック形態とし、海面上に浮かべての移動を想定している。

図７（２）以降は、設置海域に到着後係留索体、および浮体式風力発電機本体の設定手順を示す。
図７（２）では、先ず係留ロープ２１を海中に投入し、同時に補助フロート２０に対して補助ロープ１９をつなげる。次に支柱１４に取付けたストッパー２５を外してウエイトを海中に沈め、所定の位置で主フロート１３に対して支柱１４を固定する。
次に図７（３）に示す様に、ケーソン方式のアンカーをクレーン船により海底の目標位置に沈め、更に補助フロート２０につないだ補助ロープ１９の反対側端部を回転リング１７に仮締結する。合わせて仮サポートを利用してブレード６をハブ５に対して取付け、仮サポート２４を取り外しながら、台座１およびサポート２を取り付けて、軸受けおよびナセル７を固定する。

更に図７（４）に示すようにアンカーの目標地点への設置が完了した状態で、回転リング１７に仮締結した補助ロープを同時に同等の力で引っ張り、主フロート１３を複数の係留索体２３の中央部に設定する。
なお、この作業は設置海域の潮位が最も低くなる時点に行うよう考慮が必要であり、合わせて補助ロープ１９の引っ張り力は、補助フロート２０が一部水没し、かつ風力発電機運転中に受風面が受ける風力を保持するために余裕がある力となる様、調整を行う必要がある。
図７（５）は、実施例１に示す風力発電機の設置が完了し、複数の補助ロープ１９による引っ張り力がバランスした状態を示している。
以上図７に示す設置手順により、アンカーの設置や回転リングへの補助ロープ取付け、引っ張り力調整等の作業を海面上で行うことが可能であることから、設置作業の手間および設置費用の低減を図ることが可能になると考えられる。

次に本発明の実施例２の浮体式洋上風力発電機の構成を、図８に示す。
図８は実施例１で説明した係留索体２３の中の補助フロートを、係留索体２３の引っ張り方向に複数取付けた構成を示す。補助ロープ１９につながった方を補助フロートＡ（符合２６）、係留ロープにつながった方を補助フロートＢ（符合２７）とする。補助フロート同士は接続ロープ２８によってつないだ構成とする。
図９（１）、（２）、（３）により実施例２における係留の原理を説明する。図９（１）は潮位が低い時に実施例２の洋上風力発電機を設定した状況を、横方向から見た図である。（００４３）で説明した通り、複数の補助ロープ１９を回転リングに向かって引き寄せる作業により、補助フロートＢ（符合２７）は係留ロープに２１よって下向きに引っ張られて海中に沈む。一方補助ロープ１９につながった補助フロートＡ（符合２６）は、接続ロープ２８により外側に向かってほぼ水平方向に引っ張られるので、水中への沈まずに海面上に浮かんだ状態を維持する。この補助フロートＡと補助フロートＢとの位置関係が、潮位が上昇した図９（２）、および更に潮位が上昇最高潮位となる図９（３）でも維持される。この作用により、潮位差が大きな海域においても複数の補助ロープ１９による引っ張り力はバランスするため、風車体９は一定の位置に留まり、安定した係留状態を維持することが可能である。

次に本発明の実施例３の構成を、図１０に示す。
図１０はフロート１３の海中の側面に対し、推進装置３０の前後方向にスクリュー２９を取付けた複数の推進装置３０を取付けた状態の鳥瞰図を示す。なお、フロート１３に対する推進装置３０の取付け角度は固定されているものとする。
図１１（１）及び（２）は実施例３を上から見た図を示す。図１１（１）は、フロート１３が複数の係留索体２３の中央部にて水平方向に回転可能に保持された状態を示しており、補助フロート１３の側面に固定した推進装置３０の片側のスクリュー２９の推進力により、時計回りに回転する状況を示す。
図１１（２）は、推進装置３０のもう片方のスクリュー２９の推進力により、反時計方向に回転する状況を示す。
以上の構成により、実施例３では風車体９の向きを任意に制御可能であり、風向きに応じて風車体９適切な方向に回転させることが出来るので、効率良く安定した発電を行うことが可能となる。

同時に実施例３に示す通り、反対方向に推進力を有する複数のスクリューを主フロート１３に取付けることにより、電力供給先の系統にて停電等が発生し系統に対する負荷遮断が必要となった時、複数の反対向きのスクリューを同時に動かすことにより、風力発電機で生じる余剰エネルギーを放出させることが可能となる。これにより、無負荷状態での発電機の回転速度過大（空回り）を防ぎ、損傷を防止する効果が期待できる。（００３１参照）

次に本発明の実施例４による浮体式洋上風力発電機の構成を、図１２および図１３に示す。
図１２は実施例４の鳥瞰図であり、図１３は回転リング１７周辺の（Ｅ）部拡大図を示す。図１３は、支柱１４に対してブレーキディスク３１を取付け、回転リング１７に取付けたブレーキ装置３２によりブレーキディスクに制動を加えて、支柱の回転方向の動きを一時的に停止させる構成を示している。
この構成により、洋上にて風速や風速が不安定に変化する状況下でも風車体の受風面の角度を一定に保持することが可能となり、安定した発電が可能となる。

次に本発明の実施例５による浮体式洋上風力発電機の構成を、図１４～図１６に示す。
図１４は実施例５の鳥瞰図であり、実施例１～実施例４で述べた回転リング部に自在継手を付加した構成を示す。また図１５は図１４に示す自在継手回りのＤ－Ｄ断面図、およびＥ－Ｅ断面図を表している。
実施例５による自在継手の具体的構造は図１５に示す通り、支柱１４に対して水平方向に回転可能な摺動面を有するセンターリング３３に対し、センターリング３３の外側にピン３４を介して外リングＡ（符合３５）、および外リングＡの更に外側に、ピン３４を介して外リングＢ（符合３６）を取付けた構成とする。更に外リングＢの外面にフック１８を取り付け、フック１８に対し補助ロープ１９を締結している。
この構成により図１６に示すように、荒天時の波浪や強風による受風面への風圧によって、支柱１４が前後・左右に大きく傾いた時でも、センターリング３３は支柱１４の水平方向の回転を拘束しないため、風車体９の安定した回頭制御が可能となる。

次に本発明の実施例６による浮体式洋上風力発電機の構成を、図１７に示す。
実施例６の浮体式洋上風力発電機は、風車体９に対し強度アップを目的として、ブレード６の途中、或いは先端部同士をブレード梁３７でつないだ構造である。更にブレード先端部に取付けたブレード梁３７を利用し、ブレード梁３７の間に平板３８を取付けることにより、更なる強度アップが期待できる。合わせて、台風等の強風時には、推進装置３０を使って受風面を風に沿う方向に回頭することで、平板３８が風を遮断し、強風のブレード６への直撃を回避出来るので、荒天時におけるブレードの損傷防止効果が期待できる。（００３４項及び図２６中の右下付図参照）

次に本発明の実施例７による浮体式洋上風力発電機の構成を、図１８、図１９に示す。
図１８は実施例７の浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図であり、実施例６に対して回転軸３の中心から外側に向かって放射状に同一半径のスポーク３９を取り付け、スポーク３９同士をスポーク梁４０でつなぎ、更にスポーク３９の外側に対してブレード６を取り付け、ブレード６の先端同士をブレード梁３７でつないだ構成を示す。また実施例６と同様に、ブレード梁３７とブレード梁３７の間に平板３８を取り付けることにより、更なる強度アップが可能となる。
実施例７の効果は図１９（１）（２）に示す通り、図１９（１）に示すブレード６を回転軸から風車体の先端までの全長に取付けた場合は、風車体に向かって吹く風の一部が受風面の空力抵抗によって外側に向かうのに対し、図１９（２）に示す様に風車体の中央付近のブレードを無くすことにより、風車体に向かって吹く風の一部がブレードの無い部分を素通りするので、受風面の空力抵抗が減少し、結果として受風面が受ける風速が上がるので、発電効率が向上する効果が期待できる。

次に本発明の実施例８による浮体式洋上風力発電機の構成を、図２０、図２１に示す。
図２０は実施例８の浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図であり、ブレード６の先端同士を円筒形フレーム４１でつなぎ、円筒形フレーム４１の外表面に対し、発電機ユニット４２の発電機駆動軸に取付けた車輪を接触させることにより駆動軸を回転させ、発電を行う構成を示す。
図２１（１）は発電機ユニット４２周辺の構成を示しており、台座１上に円筒形フレーム４１に向かう方向に移動可能な発電機ベース４３を取り付け、発電機ベース４３上に発電機駆動軸４５の先端部に車輪４６を取り付けた発電機４４を固定している。図２１（２）に示す通り、発電機ユニットの車輪４６を回転する円筒形フレーム４１に接触させることにより、発電が行われる。車輪４６の外径に対して、円筒形フレーム４１の外径が大きいことから車輪４６の回転数は増加し、発電機駆動軸は高速回転となるため、従来の風力発電機で必要であった増速機が不要となると考えられる。あるいは近年の風力発電機には、駆動軸の回転速度が小さくても増速機を必要としないタイプのものが実用化されているが、このタイプは一般に高速回転の発電機と比較し大型となると考えられるので、実施例８の構成により、発電機の小型化を図ることで、風力発電機建設費用、およびメンテナンス費用の低減効果が期待できる。

次に本発明の実施例９による浮体式洋上風力発電機の構成を、図２２、図２３に示す。
図２２は実施例９の浮体式洋上風力発電機の鳥瞰図であり、支柱１４の先端部に水平方向のアーム４７を設置し、アーム４７上の風上側に台座１を含む風車体９を取付け、更に前記アーム４７の風下側に風を受けるための垂直翼４８、および水平翼４９を設置した構成を示す。この構成により、風速が低い場合でも垂直翼４８が風になびくことで、自然の風力により風車体の受風面を風に向ける回頭が可能になると考えられる。
合わせて図２３に示す様に、水平翼４９に対して風によって上向きに力が作用する様迎え角を設定しておくことにより、強風時に風車体が風下側へ傾く力が水平翼４９による上向き力によって相殺され、風車体の傾きを抑制する効果も期待できる。

次に本発明の実施例１０による浮体式洋上風力発電機の運転・制御につき、図２４～図２６に示す。図２４は実施例３～８で述べた洋上風力発電機のスクリューの運転・制御を行うための、計測装置、制御対象と信号の流れの例を示す構成図である。
浮体により海面上浮いて上方に突き出した計測用タワー５０の上端部に設置した風向計５１で風向きを計測し、その情報を風向きの信号５２として無線信号で発信し、アンテナ５３を設置した制御装置５４が受信する。
同様に、計測用タワー５０の上端部に設置した風速計５５で風速を計測し、その情報を風速
信号５６として無線信号で発信し、アンテナ５３を設置した制御装置５４が受信する。

風車体の風向きに対する角度については、回転リング１７に取付けた角度計５７で計測し、その情報を係留装置角度の信号５８として信号ケーブルを経由して制御盤５４が受信する。前記と同様に、風車体の回転数については回転数計５９で計測し、その情報を風車体の回転数の信号６０として信号ケーブルを経由して制御盤５４が受信する。
更に図２４の中で、地上の電力系統６１で停電等運用上の異常が発生した場合、電力系統の停電信号６２として通信ケーブルを経由し制御盤５４が受信する構成を示している。

図２５は実施例１０において、風向きの信号５２、風速の信号５６、回転リングの角度の信号５７、風車体回転数の信号６０、および電力系統停電の信号６２を用いて、制御盤内でのスクリューの運転／停止指令信号６３により、風力発電機の運転制御を行う場合のブロック図の例を示している。

図２６は実施例１０において、制御盤内でのスクリューに対する運転・制御ロジックのフロー図の例を示している。本図は、フローの起点または終点を示す図形６４、前記各信号情報のインプットを示す矢印６５、および各信号情報を用いた判断を示す図形６６、スクリューの動作、または停止を示す図形６７を用い、制御ロジックのフローの例を示している。

本願は今後建設件数の増加と大型化が予想される浮体式洋上風力発電機について、海岸から少し離れた沿岸の海面上でも一定の位置に安定して係留が可能であり、設置に手間がかからず、建設コストの低減が可能である。また従来のヨーアクチュエータの機能をスクリューで代替えする等、従来の風力発電機で必要であった付加価値の高い機器を減らすことも出来るので、建設費用、及びメンテナンス費用を低減可能である。
合わせて、船舶に係る技術や経験も活かせるので、この産業分野からの洋上風力発電への参画に道が開けると思われる。

１台座
２サポート
３回転軸
４軸受け
５ハブ
６ブレード
７ナセル
８発電機
９風車体
１０固定軸
１１中空の回転軸
１２ギア
１３主フロート
１４支柱
１５釣り棒
１６ウエイト
１７回転リング
１８フック
１９補助ロープ
２０補助フロート
２１係留ロープ
２２アンカー
２３係留索体
２４仮サポート
２５ストッパー
２６補助フロートＡ
２７補助フロートＢ
２８接続ロープ
２９スクリュー
３０推進装置
３１ブレーキディスク
３２ブレーキ装置
３３センターリング
３４ピン
３５外リングＡ
３６外リングＢ
３７ブレード梁
３８平板
３９スポーク
４０スポーク梁
４１円筒形フレーム
４２発電機ユニット
４３発電機ベース
４４発電機
４５発電機駆動軸
４６車輪
４７アーム
４８垂直翼
４９水平翼
５０計測用タワー
５１風向計
５２風向きの信号
５３受信アンテナ
５４制御盤
５５風速計
５６風速の信号
５７回転リングの角度計
５８回転リング角度の信号
５９風車体の回転数計
６０風車体の回転数の信号
６１電力系統
６２電力系統停電の信号
６３スクリューの駆動／停止信号
６４フローチャート上のフローの起点又は終点を表す図形
６５フローチャート上の信号情報のインプット
６６フローチャート上の信号データを用いた判断を表す図形
６７フローチャート上のスクリューの動作または停止を表す図形

更に風力発電機本体については、建設費用に対する効果（＝発電出力）の比率を上げるため、設備１台当たりの大出力化が志向されており、それに伴いナセルの質量も増加傾向にある。その様な大出力の風力発電機では、長大なブレードを取り付けた質量の大きなナセルをタワー上で風向きに合わせて回転させるヨー制御や、風に対するブレードの迎え角を変化させるピッチ制御には強力なアクチュエータや信頼性の高いギア装置が必要であり、この様なアクチュエータは一般に付加価値が高いことから、この点も建設コストの増加を招くと予想される。（非特許文献２、６８頁参照）

また特許文献２ではコンパクトセミサブ型の浮体により、波浪よる風力発電機揺動の低減を図った上で、浮体下側の水中に回転可能な係留ポイントを取付けることにより、浮体構造を簡略化し、建設コストの低減を図る提案が示されている。この構成によれば風車体の受風面が風に向かおうとする効果（風向追従性）が得られ、洋上風力発電機の効率的な運用が可能となり、同時に運用経費低減が可能と考えられる。
一方特許文献２の中で述べられている、回転機構を備えた係留ポイントが海中であることから、定期的な係留ポイントの点検、メンテナンス等を海中で行う必要がるため、特殊技術者による作業が必要となるものと推定される。

本発明が解決しようとするもう２つ目の課題は、沖合での潮位の変化や波浪による影響が少ない浮体式風力発電機の係留装置を提供することである。

本発明が解決しようとする３つ目の課題は、浮体式洋上風力発電機において今後1基当たりの出力増加に伴いナセルの大型化、質量増加が予想されるため、風車体の受風面を風に向ける回頭制御（又はヨー制御）が技術的に難しくなると考えられる。この課題に対し、風力発電機とタワーを含む風車体全体を海面上で水平方向に回転させる構成を提案し、回頭制御を容易にすることである。

本発明が解決しようとする４つ目の課題は、従来の一般的風力発電機で必要であったヨーアクチュエータ、ピッチアクチュエータ、増速機、負荷遮断時のブレーキ等を省略し他の装置で代替えすることにより、浮体式洋上風力発電機の建設コスト低減、およびメンテナンス費用の低減を実現することである。

本発明の実施例６による浮体式洋上風力発電機は、風車体に対し、強度アップを目的として、ブレードの途中、或いは先端部同士をブレード梁でつないだ構造を示す。更にブレード先端部に取付けたブレード梁を利用し、ブレード梁とブレード梁の間に平板を取付けることにより、更なる強度アップと同時に、強風時等に風車体を風に沿う方向に回頭すれば、ブレードに対する強風の直撃を遮ることが可能となり、ブレードの損傷を防ぐ効果も期待できる。（実施例１０および図２６右下の付図参照）

次に風力発電機建設時に、本発明の実施例１を設置するための手順を、図７により説明する。図７（１）は、港に隣接する風力発電設備生産拠点にて主フロート１３、支柱１４、回転リング１７等を組立てた上で、仮サポート２４、ストッパー２５を用いてハブ５、ナセル７等を仮組みし、さらに補助フロート２０、係留ロープ２１、アンカー２２を一部つないで係留索体２３を組み合わせておく。その状態で海上に浮かべ、曳舟により設置海域へと移動する様子を表している。
図７（１）の中で、支柱１４はフロート１３の中央部を貫通し上下方向に移動可能な状態とし、ストッパー２５により上方に固定されているものとする。またアンカー２２はケーソン方式のコンクリートブロック形態とし、海面上に浮かべての移動を想定している。

Claims

洋上に設置し、中心軸が水平の回転軸に対し、直角方向に放射状に取り付けた複数のブレードにより風車体を形成し、前記風車体に風が当たってブレードに力が生じることで発生する風車体の回転力を、発電機の駆動軸に伝えることにより発電する洋上風力発電機において、回転軸は水平方向に支持された無垢丸棒又は中空丸棒であり、前記回転軸に対し直角方向に放射状に複数のブレードを取り付けて風車体を形成し、かつ前記回転軸は海水面の上方に海水面から離れた位置にある台座上に設置したサポートに取り付けた軸受けにより支持されており、かつ前記台座は、前記風車体中心の下方を中心として、海水面に浮かべた主フロート、および前記主フロートの中央部に上方に向かって設置した、断面が円形の支柱の上端部に固定されて海水面の上方に保持された形態とし、かつ前記主フロート下部の海中に下端部にウエイトを取り付けた釣り棒を設置し、さらに前記支柱の断面形状に合致した摺動面を有し、前記支柱に嵌合して外周部が水平方向に回転可能な回転リングを取り付け、さらに海底面に前記主フロートを中心として放射状に設置した複数のアンカーに対して複数の係留ロープの片端部をつなぎ、前記係留ロープのもう一方の端部を海水面に浮かせた複数の補助フロートにつないだ形態とし、かつ前記補助フロートと前記回転リングの外面を複数の補助ロープでつないだ上で、前記複数の補助ロープをほぼ均一な張力で前記回転リングに向かって引き寄せて前記回転リングの外表面に結び付けることにより、前記主フロートは前記複数の補助フロートに周囲を囲まれた位置で海水面に浮かんだ状態となると同時に海水面で水平方向に時計回り、又は反時計回りに３６０度回転可能となり、前記風車体も海水面で水平方向に時計回り、又は反時計回りに３６０度回転可能となることを特徴とする、浮体式洋上風力発電機。
請求項１に記載の係留ロープと請求項１に記載の補助ロープとの間にて、請求項１に記載の補助フロートを複数海水面に浮かべた上で、前記複数の補助フロートの中の一つを前記係留ロープにつなぎ、かつ前記複数の補助フロートの中の別の一つを前記補助ロープにつなぎ、更に前記複数の補助フロート同士を連結ロープによりつなげた形態とすることにより、潮位の差が大きな海域の海水面上においても使用可能であることを特徴とする、請求項１に記載の浮体式洋上風力発電機。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の主フロートの外壁の水中部分に、前方向或いは後方向に推進力を発生させるスクリュー等を備えた複数の推進装置を、前記主フロートに対する取付け角度を固定して取付けることにより、前記スクリューの推進力で前記主フロートを海水面にて水平方向に時計回り、又は反時計回りに３６０度回転させることが可能となり、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の風車体を、海水面にて任意の向きに向けることが可能となることを特徴とする、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の浮体式洋上風力発電機。
請求項１～請求項３のいずれかに記載の支柱に対し、ブレーキ用ディスクを取付け、請求項１～請求項３のいずれかに記載の回転リング上に、前記ブレーキ用ディスクを挟むことにより前記ブレーキ用ディスクに対して制動を加えるブレーキ装置を取付けて、前記支柱の回転方向の動きを停止させることにより、請求項１～請求項３のいずれかに記載の風車体の水平方向の回転を停止させることが出来ることを特徴とする、請求項１～請求項３のいずれかに記載の浮体式洋上風力発電機。
請求項１～請求項４のいずれかに記載の回転リングは、請求項１～請求項４のいずれかに記載の支柱を回転可能に保持しながら前記支柱の前後方向、又は左右方向の傾きを許容する自在継手を備えることにより、請求項１～請求項４のいずれかに記載の風車体が海面の波浪等により前後方向、又は左右方向に傾いても海水面にて水平方向に回転可能であることを特徴とする、請求項１～請求項４のいずれかに記載の浮体式洋上風力発電機。
請求項１～請求項５のいずれかに記載の複数のブレードに対し、請求項１～請求項５のいずれかに記載の回転軸の中心から同一半径の位置の前記ブレードの途中、又は前記ブレードの先端同士をブレード梁でつなぎ、若しくは前記ブレード梁でつないだ上で、前記ブレード梁と前記ブレード梁との間を平板つないで風車体を形成することを特徴とする、請求項１～請求項５のいずれかに記載の浮体式洋上風力発電機。
請請求項１～請求項５のいずれかに記載の回転軸に対し、前記回転軸に対して直角方向に放射状に、前記回転軸の中心から同一半径の複数のスポークを設置し、前記スポークの先端同士をスポーク梁でつなぎ、さらに前記スポークの先端から外周方向に放射状に複数のブレードを設置し、前記ブレードの先端同士をブレード梁でつなぎ、若しくは前記ブレードの先端同士を前記ブレード梁でつないだ上で、前記ブレード梁と前記ブレード梁との間を平板つないで風車体を形成することを特徴とする、請求項１～請求項５のいずれかに記載の浮体式洋上風力発電機。
請求項１～請求項５のいずれかに記載のブレードの先端同士を、請求項１～請求項５のいずれかに記載の回転軸から前記ブレードの先端までの長さと同じ長さの半径でかつ外表面を有する円筒形のフレームでつないで風車体を形成し、更に請求項１～請求項５のいずれかに記載の台座上に前記円筒形のフレームに向かう方向に移動可能なテーブルを取り付け、前記テーブル上に先端部に車輪を取りつけた駆動軸を有する発電機を設置して発電機ユニットを形成した上で、前記テーブルを回転している前記円筒形のフレームに向かって移動させることにより、前記車輪が前記円筒形フレームの外表面と接触して回転し、前記発電機の駆動軸が回転することにより発電することを特徴とする、請求項１～請求項５のいずれかに記載の浮体式洋上風力発電機。
請求項１～請求項８のいずれかに記載の支柱の上端に水平方向にアームを設置し、前記アームの風上側端部に請求項１～請求項８のいずれかに記載の風車体を設置し、かつ前記アームの風下側端部に垂直翼及び風に対して迎え角を有する水平翼を設置することにより、風力によって前記風車体が風に向かい、かつ風力による前記風車体の風下側への倒れを抑制することを特徴とする、請求項１～請求項８のいずれかに記載の浮体式洋上風力発電機。
請求項３～請求項９のいずれかに記載の浮体式風力発電機は、請求項３～請求項９のいずれかに記載のスクリューの動作・停止を制御する制御盤を備えているものとし、前記制御盤は前記浮体式洋上風力発電機の近傍に設置した風向計によって測定した風向きの信号と、前記浮体式洋上風力発電機の近傍に設置した風速計によって測定した風速の信号と、請求項３～請求項９のいずれかに記載の回転リングに対して取り付けた回転リング角度計の信号と、請求項３～請求項９のいずれかに記載の風車体に対して取り付けた風車体の回転数の信号と、地上の電力系統の運用状態の信号を受信し、それらの信号を用いて前記スクリューの動作・停止を制御することにより、前記風車体が運転環境下で適切な運転状態に維持できることを特徴とする、請求項３～請求項９のいずれかに記載の浮体式洋上風力発電機。