WO2005003554A1

WO2005003554A1 - 風力発電システム、永久磁石の配置構造および電気・力変換装置

Info

Publication number: WO2005003554A1
Application number: PCT/JP2004/009662
Authority: WO
Inventors: Hisakazu Uchiyama
Original assignee: Cosmo Plant Co., Ltd
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2005-01-13
Also published as: CA2531383A1; KR20060110263A; KR101141943B1; US7417334B2; US20070040385A1; US20080315709A1; US7944069B2; EP1650432A1; EP1650432A4

Abstract

フレームと、そのフレームによって回転自在に支持される羽根車１２と、羽根車１２に設けた、その回転中心から等距離で配列される複数個の永久磁石３１と、フレームに設けた環状に配列されるコイル群３２とからなる風力発電システム１０。永久磁石３１とコイル群３２とが近接して相対的に運動することにより、リニアモータと逆の作用でコイル群３２が電力を発生する。コイル群３２はフレームに設けたリングに取り付け、永久磁石３１は羽根車の縦羽根２６の下端に設ける。

Description

明細書

風力発電システム、永久磁石の配置構造および電気'力変換装置技術分野

[0001] 本発明は風力発電システム、永久磁石の配置構造および電気 '力変換装置に関する。さら〖こ詳しくは、リニアモータの原理を発電機して採用した風力発電システムならびにその風力発電システムに好適に採用しうる永久磁石の配置構造および電気- 力変換装置に関する。なお、ここにいう「電気'力変換装置」とは、機械的エネルギカを電気工ネルギに変換する発電機能を備えた装置と、電気的エネルギを機械的エネルギに変換するモータ (原動機)機能を備えた装置の両方、ならびに操作によって両方の機能を発揮する装置を含む概念である。

背景技術

[0002] 特公平 3— 10037号公報（以下、特許文献 1という）には、羽根車の軸をリングギヤに連結し、そのリングギヤと内接する複数個の遊星ギヤを介して羽根車の軸心と同心状に配置される太陽ギヤを回転させ、その太陽ギヤの軸を発電機に連結した風力発電装置が開示されている。これらのリングギヤ、遊星ギヤ、太陽ギヤは遊星歯車減速機を構成しており、リングギヤに連結される羽根車の回転は、その減速機で増速されて発電機に伝えられる。それにより風力が弱ぐ羽根車の回転数が少ない場合でも、効率よく発電機を作動させることができる。

[0003] 特開 2001— 132617号公報（以下、特許文献 2という）には、羽根車の軸と、この回転軸に同心状に外嵌合される上下の羽根車とを有し、それらの上下の羽根車の風受け面同士が反対向きにされている風力発電装置が開示されている。このものは、いずれの方向に風が吹いても、上下いずれかの羽根車が風を強く受けるので、効率的に発電することができる。また、磁石の反発力で羽根車を浮かせ、低摩擦で回転させることち開示されている。

特許文献 1：特公平 3— 10037号公報

特許文献 2：特開 2001—132617号公報

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0004] 風力発電装置が利用する風は、自然現象であり、弱風の状態から強風の状態まで、かなり変動が大きい。そのため、風力発電装置にはその変動に対して機敏に対応できることが求められる。従来の風力発電機では、そのような広範囲の風力の変動に対応するため、広範囲の回転数に対応できる性能の発電機が採用されているが、微風力も強風まで広く対応できる発電機は実用化されていない。前述の特許文献 1の風力発電装置は遊星歯車減速機の出力側であるリングギヤに入力し、太陽ギヤ側から出力させることで効率的な増速作用を得ることを意図しているが、微風の状態ではトルクが足らず、ー且止まってしまう。そのため、静止摩擦抵抗を超える強い風が吹き始めるまで、発電することができない。また、周辺部の縦羽根から中心軸まで支持棒などでトルクを伝達する必要があるので、羽根車の重量が重くなる。そのため微風での回転が一層困難である。

[0005] 本発明は、従来の装置では止まってしまうような微風に対しても羽根車の回転が停止せず、効率よく発電することができる風力発電システムを提供することを技術課題としている。さらに本発明はそのような風力発電システムに好適に用いられる電気-力変換装置を提供することを技術課題としてヽる。

[0006] 特許文献 1、 2の風力発電装置を含め、従来の風力発電装置は風の強さなど、自然環境に強く影響を受けるので、立地条件の制約を受ける。また、できるだけ風を受けるときの障害を少なくするため、羽根車を細い枠材などで支持しており、羽根車は外部に露出している。そのため、台風などの場合は、羽根車が損傷を受けるおそれがある。本発明は風に依らずに羽根車を回転させることができ、台風などから保護しやすぐ風向きや風力などの自然環境に基づく立地条件に関わらず効率的に発電することができる羽根車を用いた発電装置を提供することを技術課題としている。課題を解決するための手段

[0007] 本発明の風力発電システムは、フレームと、そのフレームによって回転自在に支持される羽根車と、その羽根車またはフレームのうち、いずれか一方に羽根車の回転中心から等距離で配列される複数個の界磁用磁石 (磁界磁石)と、他方に環状に配列されるコイル群とからなり、前記界磁用磁石とコイル群とが近接して相対的に運動することにより、リニアモータと逆の作用でコイル群が電力を発生するように構成していることを特徴としている。界磁用磁石は永久磁石でもよぐ電磁石でもよい。

[0008] このような風力発電システムにおいては、前記界磁用磁石が羽根車の外周部近辺ないし中間部に環状に配列されており、前記フレームにおけるそれらのコイル群と近接する位置に、リング状の部材が設けられ、そのリング状の部材に前記コイル群が取り付けられているものが好ましい。界磁用磁石は周方向に間隔をあけて設けるのが好ましい。

[0009] さらに前記コイル群が取りつけられているリング状の部材力羽車に環状に取りつけられる界磁用磁石を挟むように一対で設けられており、一方のコイル群および他方のコイル群が、交流を発生させるように、それぞれ交互にまたは循環的に配列される複数のコイル群を備えており、一方の特定の位相のコイル群と、その位相に対応する位相の他方のコイル群とが周方向にずれて配列されるとともに、一方のコイル群と、そのコイル群と対応する位相の他方のコイル群とが、直列に接続されているものが好ましい。

[0010] また、前記一方および他方のコイル群が、 3相交流を発生させるように、それぞれ循環的に配列される第 1コイル群、第 2コイル群および第 3コイル群を備えており、一方の第 1コイル群が他方の第 2コイル群または第 3コイル群と対向するように互いにずれているものが好ましい。また、前記リング状の部材力重ねられた複数枚の金属からなるコアと、その外周に巻き付けられる導線力もなるコイル群と、それらを一体に固める合成樹脂とからなる所定の長さのリング片を複数個、リング状に連結したものであるものが好ましい。

[0011] 外周部または途中部分とフレームとの間に、羽根車の回転を許しながら羽根車の重量の少なくとも一部を支持する円環状の支持手段が介在されている風力発電システムが好ましい。

[0012] そのような支持手段は、フレームと羽根車のうち、いずれか一方に設けられる転動体群または摺動体群と、他方に設けられ、転動体群または摺動体群と接触する走行路とから構成することができる。また、前記支持手段は、フレームに設けられる第 1の磁石群と、それらの磁石群と互いに反発するように羽根車に設けられる第 2の磁石群と力ら構成することもできる。さらに前記第 1磁石群がフレームに対して実質的に連続する環状に配列されており、前記羽根車が放射状に配列される複数枚の羽根を有し

、前記第 2の磁石群がそれらの羽根を支持するように、放射状に配列されているものが好ましい。

[0013] さらに本発明の風力発電システムでは、前記フレームと羽根車に設けられる複数個の界磁用磁石とコイル群との隙間を調整するための間隔調整手段を備えているものが好ましい。

[0014] また、風力が一時的に弱くなつたとき、前記コイル群の一部ないし全部に電流を流し、界磁用磁石とコイル群にリニアモータの作用を生じさせ、それにより風車に回転トルクを与えるように構成して、るものが好まし、。

[0015] 前記支持手段は、前記フレームまたは羽根車のうち一方に回転中心を中心とする円環状のガイドと、他方に設けられ、そのガイドに沿って走行するスライダとから構成するのが好ましい。

[0016] 本発明の風力発電システムの第 2の態様は、フレームと、そのフレームによって回転自在に支持される羽根車と、その羽根車の回転によって発電する発電機とからなり、前記フレームまたは羽根車のうち一方に回転中心を中心とする円環状のガイドが設けられ、他方にそのガイドに沿って走行するスライダが設けられていることを特徴としている。

[0017] 前記ガイドおよびスライダで羽根車を回転自在に支持して、る場合は、ガイドおよびスライダをリニアスライドボールベアリングのガイドとスライダによって構成するのが好ましい。前記円環状のガイドが内面および外面に平滑な円筒状のガイド面を有し、前記スライダがそれらのガイド面に沿って転動する、垂直方向の軸周りに回転するガイドローラを備えているものが好ましい。また、羽根車の回転中心は水平方向を向いて!、てもよ、。もちろん 10直方向を向ヽて、てもよ、。

[0018] 本発明の電気 '力変換装置の第 1の態様は、移動子と、その両側に配置される固定子とを有し、前記移動子の両面に、 N極と S極の対で構成した磁石部を、 N極と S 極、 S極と N極とが交互に位置するように移動子の周方向に沿って配置している。このような電気 ·力変換装置では、隣り合った磁石部を非磁性金属体で結合するのが望ましい。なお、ここにいう「移動子」には、回転するものと、直進状に走行するものの両方が含まれる。

[0019] 本発明の永久磁石の配置構造では、永久磁石の一面を同じ極面に並設すると共に、両永久磁石の間に該永久磁石の厚みより短い磁性体を介在させていることを特徴としている。

[0020] 本発明の電気'力変換装置の第 2の態様では、移動子の磁極の両側に固定子を持ち、前記両側の固定子に卷装する固定子コイルを同相間で互、に交差させて、る。この場合、一方の固定子コイルの相順を u— z— V— X— w— y相とした場合に、他方の固定子コイルの相順を X— w— y— u— z— V相として、これらを対向して配列すると共に、両側の固定子コイルを同相間で互いに交差させるのが望ましい。

[0021] 本発明の風力発電システムの第 3の態様は、複数枚の羽根と、それらの羽根を環状に配列して保持する環状の支持部材と、その支持部材と対向して設けられ、前記支持部材を支持するガイド部材と、前記支持部材とガイド部材の一方に設けられる界磁用磁石と、他方に設けられ、前記界磁用磁石と相対的に運動することにより電気を発生するコイルとを備え、羽根の中心部に軸を有しないことを特徴としている。

[0022] 本発明の電気 '力変換装置の第 3の態様は、移動子と、その移動子の両側に配置される固定子と、前記移動子と一緒に移動するように配置される移動側反発磁石と、その移動側反発磁石と反発する固定側反発磁石とを備え、前記移動子を中立位置に付勢するように前記移動側反発磁石および固定側反発磁石のうち、ずれか一方が他方を挟むように配置されていることを特徴としている。この場合、前記固定側反発磁石が移動子を挟んで一対で配置されていてもよぐまた、前記移動側反発磁石が固定側反発磁石を挟んで一対で配置されて、てもよ、。

[0023] また、前記間隔調整手段が、周囲の温度変化でフレームないし羽根車の寸法が変化したときに、前記界磁用磁石とコイル軍の隙間を所定の範囲に維持するように自動的に調整するものが好ましい。

[0024] その場合前記間隔調整手段が、風力が弱いときに界磁用磁石とコイル郡の隙間を拡げ、風力が強、ときに隙間を狭くするように自動調整するものが好ま、。

[0025] また前記コイル郡のうち少なくともいくつかのコイル群が直列 Z並列の切り替え自在に配線されており、風力が弱いときに並列に切り替えて低電圧で発電し、風力が強い時に直列に切り替えて高電圧で発電するように構成されて、るものが好まし、。

[0026] 本発明の羽根車を用いた発電装置は、上部および下部が外気と連通する縦向きの気流通路と、その気流通路内に設けられる上向きの気流によって回転する羽根車と、その羽根車の回転部と連動して作動する発電機とを備えていることを特徴としている。このような発電装置においては、前記羽根車が鉛直方向に延びる回転軸心まわりに回転するものが好ましい。また、前記気流通路が建物と一体に構成されているものが好ましい。さらに前記気流通路が、開閉自在の窓を備えた筒状の形態を有する外壁によって構成されているものが好ましい。また、前記気流通路の外面ないし内部に、太陽熱を受けて温度上昇する熱吸収部を備えているものが好ましい。さらに前記気流通路が、建物の廃熱通路を兼ねて、るものが好ま、。

[0027] さらに前記気流通路を構成するパイプが複数本環状に配列されており、それらのパイブによって支持される横風用の風力発電装置をさらに備えているものが好ましい。さらに前記気流通路を構成するパイプが複数本環状に配列されており、それらのパイブ列の下部に、太陽熱を受けて湿度上昇する熱吸収部を備えており、その熱吸収部とパイプの下部とが連通しているものが好ましい。本発明の熱変換システムは、地上近辺に設けられる第 1の熱変と、地上付近と温度が異なる位置に設けられる第 2の熱変換機と、第 1の熱変換機と第 2の熱変換機の間をループ状に連結する配管と、その配管内を流れる熱媒体に循環流をもたらす手段とを備えていることを特徴としている。このような熱変換システムにおいては、前記熱媒体に循環流をもたらす手段の動力が風力によってまかなわれるものが好ま、。

[0028] 前記羽根車は、一対のリングと、それらのリングで保持する羽根と、リングに設けられるスポーク状の支持部材と、その支持部材の中心に設けられるボスとを備えているものが好ましい。また、前記移動子が界磁用の磁石を備えた薄板状の回転板によつて構成されて、るものが好ま、。回転板は円板状あるいは円筒状にすることができる。さらに前記回転板の端部に回転板と直交する向きの補強壁が設けられており、その補強壁がガイドされて、るものが好まし、。

発明の効果 [0029] 本発明の風力発電システムでは、羽根車が回転すると、フレームと羽根車にそれぞれ環状に配列した界磁用磁石とコイルとで、いわばリニアモータと逆の作用で発電する。そしてそのような界磁用磁石やコイルは、羽根車の周囲ないし途中の円周に沿つて多数配列することができ、相対的な速度は力なり速くなる。さらに風を受ける羽根車の外周部で発電するので、中心部に大きい力を伝達する必要がなぐ羽根車を軽量にすることができる。そのため微風でも羽根車が回転しやすぐまた、羽根車の回転速度が遅ヽ場合でも、コイル群から充分な発電量を得ることができる。

[0030] 前記界磁用磁石が羽根車の外周部近辺ないし中間部に環状に配列されており、前記フレームにおけるそれらのコイル群と近接する位置に、リング状の部材が設けられ、そのリング状の部材に前記コイル群が取り付けられている風力発電システムにお V、ては、電気配線を必要とするコイル群を静止して、るフレームに設けて、るので、構造が簡単になる。さらに摺動する部品、たとえばブラシなどが不要であるので、回転抵抗が少ない。そのため微風でも回転しやすい。また、フレームに設けたリング状の部材でコイル群を支持することができるので、フレーム全体の形状は比較的任意に選択することができる。

[0031] 前記コイル群が取りつけられているリング状の部材力羽根車に環状に取りつけられる界磁用磁石を挟むように一対で設けられており、一方のコイル群および他方のコィル群が、交流を発生させるように、それぞれ交互にまたは循環的に配列される複数のコイル群を備えており、一方の特定の位相のコイル群と、その位相に対応する位相の他方のコイル群とが周方向にずれて配列されるとともに、一方のコイル群と、そのコィル群と対応する位相の他方コイル群とが、直列に接続されてい場合は、他方のコィル群と界磁用磁石の間に生ずる磁力と、一方のコイル群と界磁用磁石の間に生ずる磁力とが自然とバランスする。そのため、界磁用磁石と他方のコイル群との間の隙間、および界磁用磁石と一方のコイル群との間の隙間をそれほど大きくしなくても、一方または他方に一方的に大き、力が加わることがな!、。

[0032] その場合、前記一方および他方のコイル群が、 3相交流を発生させるように、それぞれ循環的に配列される第 1コイル群、第 2コイル群および第 3コイル群を備えており、一方の第 1コイル群が他方の第 2コイル群または第 3コイル群と対向するように互ヽにずらしている場合は、羽根車が回転して界磁用磁石が他方のコイル群と一方のコィル群の間を走行するにしたがって、第 1コイル群、第 2コイル群および第 3コイル群から 3相交流を取り出すことができる。

[0033] 前記リング状の部材が、重ねられた複数枚の金属板からなるコアと、その外周に卷き付けられる導線力もなるコイル群と、それらを一体に固める合成樹脂とからなる所定の長さのリング片を複数個、リング状に連結したものである場合は、リング片を小さくすることができるので、製造および組み立てが容易になる。

[0034] 前記羽根車の外周部または途中部分とフレームとの間に、羽根車の回転を許しな力羽根車の重量の少なくとも一部を支持する円環状の支持手段が介在されている場合は、羽根車の軸と軸受けの抵抗が少なくなる。そのため、微風でも回転しやすく

、止まりにくい。

[0035] 前記支持手段が、フレームと羽根車のうち、 V、ずれか一方に設けられる転動体群または摺動体群と、他方に設けられ、転動体群または摺動体群と接触する走行路とからなる場合は、個々の転動体または摺動体が羽根車の重量を分担し、しかも摩擦抵抗が少なくなるので、支持部材における回転抵抗が少なくなる。

[0036] 前記支持手段が、フレームに設けられる第 1の磁石群と、それらの磁石群と互いに反発するように羽根車に設けられる第 2の磁石群とからなる場合は、無接触で支持することができるので、支持部材における抵抗が一層少なくなる。その場合、さらに前記第 1磁石群がフレームに対して実質的に連続する環状に配列されており、前記羽根車が放射状に配列される複数枚の羽根を有し、前記第 2の磁石群がそれらの羽根を支持するように、放射状に配列されている場合は、重量が集中する羽根の部分で第 2の磁石群がフレームの第 1の磁石群力磁力の反発を受ける。そのため、羽根車が安定して効率よく支持される。

[0037] 前記フレームと羽根車に設けられる複数個の界磁用磁石とコイル群との隙間を調整するための間隔調整手段を備えている風力発電システムの場合は、風力の大きさに応じて、あるいは熱膨張の有無に応じて、界磁用磁石と各コイルの隙間を調整することができる。そのため発電効率が向上し、回転数が低い場合でも、発電量が多い [0038] 風力が一時的に弱くなつたとき、前記コイル群の一部ないし全部に電流を流し、界磁用磁石とコイル群にリニアモータの作用を生じさせ、それにより風車に回転トルクを与えるように構成している風力発電システムは、風が一時的に弱くなつても羽根車を止めずに回転を維持させることができる。また、回転の開始時に発電による抵抗を少なくすることができる。そのため、静止摩擦抵抗が大きくても、回転をスムーズに開始させることができ、微風であっても効率よく発電をすることができる。

[0039] 前記支持手段が、フレームまたは羽根車のうち一方に回転中心を中心とする円環状のガイドと、他方に設けられ、そのガイドに沿って走行するスライダとから構成する場合は、羽根車の重量を支持するだけでなぐ半径方向の力も支持し、ガイドすることができる。そのため、羽根車の中心シャフトの強度および剛性は高くする必要はなく、シャフトや軸受けを省略することもできる。それにより羽根車を一層軽量にすることができる。

[0040] 本発明の風力発電システムの第 2の態様は、フレームに対する羽根車の支持を、円環状のガイドとそのガイドに沿って走行するスライダとで行って、るので、羽根車の中心軸の強度および剛性は高くする必要はなぐ中心軸や軸受けを省略することもできる。それにより羽根車を軽量に構成することができ、羽根車の大型化にも容易に対応することができる。

[0041] 前記ガイドおよびスライダで羽根車を回転自在に支持して、るシステムにお、て、ガイドおよびスライダをリニアスライドボールベアリングのガイドとスライダによって構成する場合は、摺動抵抗が少なぐ羽根車の回転がスムーズである。さらに前記円環状のガイドがその両面に滑らかなガイド面を有し、前記スライダがそれらのガイド面に沿つて転動する、垂直方向の軸周りに回転するガイドローラを備えている場合は、厚さを大きくしなくても、スライダが確実にガイドされる。それにより界磁用磁石とコイル群との隙間を適接に維持しながら安定して回転する。上記構成を、羽根車の回転中心が水平方向を向いているタイプの風車に適用する場合は、風の向きが一定の場合に、効率的に発電することができる。

[0042] 本発明の電気'力変換装置の第 1の態様では、移動子の両側の磁極 (磁石)を対にして構成しているので、同じ磁気回路上で両側の磁石が動作することになり、移動子の偏芯が生じても、両側の磁石の磁気吸引力がバランスして、移動子全体では、力がゼロになり、更に移動子を移動させる力の発生することは計算上無くなる。また、同じ磁気回路上に磁石を取り付けるので、従来構造の考えでは必要としていた磁極間の回転子ヨーク部を必要とせずに、移動子の重量低減と移動子の幅 (移動方向に対して横方向の幅)を低減できるという効果を奏する。また、隣り合った磁石部を非磁性金属体で結合して、る場合は、隣の磁極に磁束が漏れることも無くなる。

[0043] 本発明の永久磁石の配置構造では、隣り合った永久磁石の反発力と吸引力を低減でき、そのため、永久磁石の取り付け作業が容易になり、現地での組み立て作業時間を短縮することができる。また、永久磁石間の吸引力が低減するので、発電機の分解点検作業が容易であり、さらに、永久磁石間の反発力対策として、永久磁石を固定する構造物を必要としな、効果がある。

[0044] 本発明の電気'力変換装置の第 2の態様は、両固定子の磁束分布の差異に伴う誘起電圧の差異を、回転子の磁極対の両側の固定子コイルを交差させることで、両側の固定子コイルに常時流れる循環電流の発生を防ぎ、両側の固定子の発生電圧を同じにして、負荷電流の流れを均等にでき、負荷時の磁束分布を両側の固定子とも同じにすることで、磁気吸引力を低減させることができる。特に、外側の固定子コイルの配列を u— z— V— X— w— yとし、内側の固定子コイルの配列を X— w— y— u— z— Vとして、これらのコイルの配列を対向させ、各同相間で固定子コイルを交差させる場合は、発生電圧が均等になり、両側の固定子コイル間での循環電流の発生を抑えることができる。

[0045] 本発明の風力発電システムの第 3の態様は、中心部に軸を有しないので、軽量に構成することができ、少な、風で回転することができる。

[0046] 本発明の電気'力変換装置の第 3の態様では、移動側反発磁石または固定側反発磁石が両側の固定側反発磁石または移動側反発磁石によって反発され、中立位置に来るように付勢される。すなわち一方に近づくように変位すると、その側の相手側反発磁石による反発力が強くなり、元の位置に戻る。したがって移動子は安定して移動し、移動子が回転子である場合は安定して回転する。

[0047] このような電気 '力変換装置において、前記固定側反発磁石が移動子を挟んで一対で配置されている場合は、固定子の両側で上記の安定ィ匕作用が得られるので、左右の傾きが少なくなり、一層安定して移動する。逆に移動側反発磁石が固定子を挟んで一対で配置されている場合も、両側の移動側反発磁石が固定側反発磁石によつて中立位置に付勢されるので、安定して移動する。

[0048] また前記間隔調整手段が、周囲の温度変化でフレームないし羽根車の寸法が変化したときに前記界磁用の磁石とコイル群の隙間を所定の範囲に維持するように自動的に調整するものである場合は、発電量が安定する。

[0049] 他方、前記間隔調整手段が、風力が弱いときに界磁用磁石とコイル群の隙間を拡げ。風力が強いときに隙間を狭くするように自動調整する場合は、風力が弱いときに発電量を低下させて回転抵抗を減少させ、風力が強いときに発電量を増加させることができる。そのため発電効率を高くすることができる。

[0050] 本発明の発電装置では、気流通路の上部と下部が外気に連通している状態では上部と下部の間で気圧差が生じ、気流通路内に上昇気流が生ずる。そのため、風が吹いていない場合でも、その上昇気流により羽根車を回転させることができ、発電することがでさる。

[0051] このような発電装置において、前記羽根車が鉛直方向に延びる回転軸心まわりに回転するものである場合は、羽根の全体で上昇気流を受けさせることができる。そのため、上昇気流によって発生する回転力を充分に活用することができる。ただし水平方向の回転軸心回りに回転するものであってもよぐその場合はたとえば上向きに回転する部分のみを気流通路内に露出させる。そして下向きに回転する部分は雨水を受けて回転する水車とすることもできる。

[0052] また、前記気流通路が建物と一体に構成されている場合は、建物に沿って生ずる上昇気流を羽根車の回転に有効に利用することができる。また、気流通路を建物の壁などで構成することができるので、大型の発電装置を容易かつ安価に製造することができ、経済性が向上する。

[0053] 前記気流通路が、開閉自在の窓を備えた筒状の形態を有する外壁によって構成されている場合は、風が強い場合は窓を開放して側方からの風を内部に導入し、上昇気流にして羽根車を回転させることができる。そのため風が弱い場合、あるいは台風などの強すぎる風の場合は壁面を閉じて上昇気流のみで発電をさせることができる。したがって発電効率が一層向上することができ、しかも羽根車を強風から保護することがでさる。

[0054] 前記気流通路の外面ないし内部に、太陽熱を受けて温度上昇する熱吸収部を備えている場合は、太陽熱を受けた部分の空気の温度が上昇し、膨張により空気密度が減少し、それによつて温度上昇した空気が気流通路内を上昇する。そのため上昇気流が一層強くなり、発電効率が向上する。熱吸収部としては、赤外線を吸収しやす V、黒色な、し暗色の塗装面を設けたり、その色のフィルムを貼り合わせたものが用いられる。気流通路を透明な壁面で構成する場合は、外部からの赤外線を透過させ、内部からの赤外線を透過させにくいフィルムを設けるのが好まし、。

[0055] さらに前記気流通路が、建物の廃熱通路を兼ねている場合は、エアコンディショナなどの廃熱を気流通路によって効率的に排出することができ、し力もその廃熱によつて上昇気流を強くして発電効率を向上させることができる。前記コイル群のうち、少なくともいくつかのコイル群が直列/並列の切り替え自在に配線されており、風力が弱いときに並列に切り替えて低電圧で発電し、風力が強いときに直列に切り替えて高電圧で発電するように構成する場合は、微風力強風まで効率的に発電を行うことができる。

[0056] 本発明の熱変換システムは、第 2の熱変換機で冷却または加熱された熱媒体の熱を地上近辺の第一の熱変換機で取り出すことができるので、冷却や暖房に用いるエネルギーを節約することができる。さらに熱媒体の循環に前述の風力発電システムを用 V、ることにより、一層省エネルギー化を計ることができる。

図面の簡単な説明

[0057] [図 1]図 1は本発明の風力発電システムの一実施形態を概念的に示す平面図である

[図 2]図 2はその風力発電システムの全体を示す斜視図である。

[図 3]図 3はそのシステムの立断面図である。

[図 4]図 4は図 2の風力発電システムにおけるフレームを示す斜視図である。

[図 5]図 5は図 2の風力発電システムの平面図である。 [図 6]図 6は図 2の風力発電システムにおける羽根車を示す斜視図である。

[図 7]図 7は図 2の風力発電システムの要部立面断面図である。

圆 8]図 8は本発明の風力発電システムのさらに他の実施形態を示す要部立面断面図である。

[図 9]図 9a— cはそれぞれ本発明の風力発電システムのさらに他の実施形態を示す要部立面断面図である。

圆 10]図 10は本発明の風力発電システムのさらに他の実施形態を示す要部立面断面図である。

圆 11]図 11は本発明の風力発電システムのさらに他の実施形態を示す要部立面断面図である。

圆 12]図 12は本発明の風力発電システムのさらに他の実施形態を示す要部斜視図である。

[図 13]図 13はそのシステムの要部断面図である。

[図 14]図 14aおよび図 14bはそれぞれ図 12の風力発電システムの全体を示す縦断面図および平面図である。

[図 15]図 15aおよび図 15bはそれぞれ本発明のシステムのさらに他の実施形態を示す要部立面断面図である。

[図 16]図 16aおよび図 16bはそれぞれ本発明のシステムのさらに他の実施形態を示す正面図および側面図である。

[図 17]図 17は本発明のシステムのさらに他の実施形態を示す斜視図である。

[図 18]図 18は本発明のシステムのさらに他の実施形態を示す斜視図である。

[図 19]図 19は本発明のシステムのさらに他の実施形態を示す要部立面断面図である。

[図 20]図 20aおよび図 20bはそれぞれ本発明のシステムのさらに他の実施形態を示す要部立面断面図である。

[図 21]図 21は本発明のシステムの他の実施形態を示す要部断面図である。

[図 22]図 22は図 21の ΧΧΠ-ΧΧΠ線断面図である。

圆 23]図 23は本発明のシステムの回転子および固定子の実施形態を示す斜視図である。

圆 24]図 24は本発明のシステムの回転子および固定子の実施形態を示す斜視図である。

[図 25]図 25は本発明のシステムの固定子の磁界用コイルの結線状態を示す結線図である。

[図 26]図 26a— cはそれぞれ本発明のシステムに関わる磁気浮上構造の他の実施形態を示す断面図である。

[図 27]図 27a— bはそれぞれ本発明のシステムに関わる磁気浮上構造の他の実施形態を示す断面図である。

[図 28]図 28は本発明の電気'力変換装置の第 1の態様の一実施形態を従示す断面図である。

圆 29]図 29は本発明に関わる発電機の磁極と回転子ヨーク部の構造を示す説明図である。

圆 30]図 30は本発明に関わる両側に固定子を持つ発電機の他の実施形態を示す構造図である。

圆 31]図 31は本発明に関わる回転子の両側の磁極を従来構造で構成した発電機で軸の偏芯が生じた場合を示す説明図である。

圆 32]図 32は本発明の永久磁石を使用した回転機のモデルの磁気回路を示す説明図である。

[図 33]図 33は本発明の回転子の両側の磁石を対にして両側の固定子との間で磁気回路を 1つに構成を示す説明図である。

[図 34]図 34は本発明の磁石を対にした場合の磁気回路のモデル図である。

圆 35]図 35は本発明の電気'力変換装置の具体的な構成を示す構成図である。圆 36]図 36は本発明の有限要素法による磁気吸引力の計算結果を示すグラフである。

[図 37]図 37は本発明の永久磁石の配置構造を備えた磁気浮上装置の一実施形態を示す断面図である。

圆 38]図 38はその磁気浮上装置の一部を示す説明図である。圆 39]図 39は本発明の 2つの高性能磁石を近接させた時の流体の磁束分布を示す説明図である。

圆 40]図 40は本発明の空気中に置かれた高性能磁石の反発力を示す説明図である。

圆 41]図 41は本発明の磁石の側面に磁性体を取り付けた時の端部の磁束分布を示す説明図である。

[図 42]図 42は本発明の空気中に置かれた 2つの高性能磁石の間に磁性体をサンドイッチした時の吸引力を示す説明図である。

圆 43]図 43は本発明の磁石の側面に磁性体を取り付けた時の端部の磁束分布を示す説明図である。

[図 44]図 44は本発明の空気中に置かれた 2つの高性能磁石の間に磁性体をサンドイッチした時の吸引力を示す説明図である。

圆 45]図 45は本発明の電気 '力変換装置の第 2の態様の実施形態を示す断面構造図である。

圆 46]図 46は本発明の回転子の磁石の外側固定子と内側固定子の距離を検討するための説明図である。

圆 47]図 47は本発明の外側固定子と内側固定子の磁束密度分布を示す図である。圆 48]図 48は本発明の回転子磁石の外側固定子と内側固定子の距離を示す説明図である。

[図 49]図 49は本発明の固定子コイルの配列を示すモデル図である。

[図 50]図 50は本発明の磁石の位置を磁束密度の大きさを示すモデル図である。圆 51]図 51は本発明の外側と内側の固定子コイルを交差した場合の発生電圧の評価を固定子コイルの相順との関係で示す図である。

[図 52]図 52は本発明の固定子コイルの交差を示す模式図である。

[図 53]図 53は本発明の固定子コイルの具体的な結線方法を示す結線図である。圆 54]図 54は本発明に関わる羽根車の他の実施形態を示す斜視図である。

圆 55]図 55は本発明に関わる羽根車のさらに他の実施形態を示す斜視図である。

[図 56]図 56a、図 56bおよび図 56cはそれぞれ本発明に関わる発電部のさらに他の実施形態を示す概略平面図、断面図および概略平面図である。

圆 57]図 57aは本発明に関わる回転子の他の実施形態を示す要部斜視図、図 57b はその要部断面図、図 57cはその要部平面断面図である。

[図 58]図 58aおよび図 58bはそれぞれ本発明に関わる回転子のさらに他の実施形態を示す要部断面図である。

圆 59]図 59a— cはそれぞれ本発明に関わる回転子のさらに他の実施形態を示す概略平面図である。

圆 60]図 60は本発明の電気 '力変換装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。

圆 61]図 61はその電気 ·力変換装置を用いた風力発電システムの一実施形態を示す要部断面斜視図である。

圆 62]図 62はその電気 ·力変換装置を用いた風力発電システムの一実施形態を示す要部断面斜視図である。

圆 63]図 63は本発明の電気，力変換装置のさらに他の実施形態を示す要部断面図である。

[図 64]図 64は図 63におけるスプロケットまわりを示す要部平面図である。

[図 65]図 65は本発明にかかわる風力発電システムの他の実施形態を示- である。

[図 66]図 66は本発明にかかわる風力発電システムの他の実施形態を示- である。

圆 67]図 67は本発明の発電装置の基本的な実施形態を示す概略断面図である。

[図 68]図 68は図 67の Π-Π線断面図である。

[図 69]図 69は図 67の III- III線断面図である。

圆 70]図 70は本発明に関わる羽根車の支持構造および発電機の一実施形態を示す断面図である。

圆 71]図 71は本発明の発電装置を建物と組み合わせる場合の実施形態を示す概略斜視図および概略断面図である。

圆 72]図 72は本発明の発電装置を建物と組み合わせる場合の実施形態を示す概略斜視図および概略断面図である。

圆 73]図 73は本発明に関わる羽根車の他の実施形態を示す斜視図である。

圆 74]図 74は本発明の発電装置のさらに他の実施形態を示す要部断面図である。圆 75]図 75は本発明の発電装置のさらに他の実施形態を示す一部切り欠斜視図でめる。

[図 76]図 76は本発明の熱変換システムの実施形態を示すブロック図である。

圆 77]図 77は本発明の風力発電システムのさらに他の実施形態を示す要部斜視図である。

圆 78]図 78は本発明の風力発電システムのさらに他の実施形態を示す要部斜視図である。

[図 79]図 79は本発明の風力発電システムに用いる羽根車のさらに他の実施形態を示す概略斜視図である。

発明を実施するための最良の形態

[0058] 始めに図 2を参照して風力発電システムの全体を説明する。図 2に示す風力発電システム 10は、フレーム 11と、そのフレーム内に上下 2段で設けられる羽根車 12とを備えており、羽根車 12は、フレーム 11に対して鉛直方向の軸心回りに回転自在に設けられている。そして羽根車 12の下端部とフレーム 11のリング 18との間で、リニアモータの作用と逆の作用で発電する発電部（いわばリニアジェネレータ） 14を備えている

[0059] 前記フレーム 11は図 3および図 4に示すように、上下方向に延びる 3本の脚 15と、それらの脚を円周方向等間隔に連結する連結部材 16とを備えている。連結部材 16 は脚 15の上端と、下端からある程度上側の位置と、それらの中間の 3段で設けられている。各連結部材 16の間のスペース Sl、 S2には、前記羽根車 12が収容される。連結部材 16は、放射状に延びる 3本のスポーク 17と、それらのスポーク 17の外側の端部近辺同士をつなぐ前述のリング 18とを備えている。さらに各連結部材 16のスポーク 17の中心部には、羽根車 12を回転自在に支持するための軸受け 19、 20が上下一対で設けられている。

[0060] 前記羽根車 12は、図 5および図 6に示すように、上下方向に延びるシャフト 22と、そのシャフトに固定されている上下一対のボス 23、 24と、各ボスから放射状に延びる 5 本の横羽根 25と、上下の横羽根 25の先端に固定される縦羽根 26とから構成されている。すなわちこの実施形態では、 5枚の縦羽根 26と、その倍の 10枚の横羽根 25を備えている。さらに各縦羽根 26の上端同士および下端同士は、それらの内周に取り付けられる補強リング 21、 21によって互いに連結されており、それにより羽根車 12全体の強度を向上させている。ただし補強リング 21は設けなくてもよい。横羽根 25は、この実施形態ではシャフト 22が上力も見たときの反時計方向に回転したときに上向きに浮力が働くような断面形状を有する翼型を呈している。なお、回転方向に関して前端が上向きになるように傾いていてもよぐ特定の翼型と特定の傾きとを組み合わせてもよい。さらに傾きを調節できるようにしてもよい。また縦羽根 26の枚数は、 3枚程度でもよく、 10枚以上であってもよい。なお、想像線のように、羽根車 12の上下のシャフト 22同士を連結して上下を貫通する 1本のシャフトとすることもできる。

[0061] 前記縦羽根 26は横方向からの風を受けるときに、 5枚の縦羽根 26に生ずる力の合力が上力も見たときに反時計方向のモーメントを生ずるような翼型を呈している。縦羽根 26も、鉛直方向の軸心回りに傾いていてもよぐ翼型と傾きを組み合わせてもよい。さらに傾きを調節するようにしてもよい。

[0062] 図 3に示すように、各羽根車 12のシャフト 22の上端および下端はそれぞれ上側の軸受け 19および下側の軸受け 20によって回転自在に支持されている。図 2のように取り付けられた状態では、羽根車 12の重量は基本的に、下側の軸受け 20によって支持される。ただし後述するように、車輪や磁気浮上などで支持することもできる。また、回転するに従って、横羽根 25が生ずる揚力によっても支持される。

[0063] 図 7の実施形態では、各縦羽根 26の下端に車輪 27が回転自在に取り付けられている。そしてフレーム 11のリング 18の内側の部分が環状の走行路 28となっている。そのため、縦羽根 26や横羽根 25の重量の全部または一部が車輪 27を介してフレーム 11で支えられる。そのため、軸受け 19、 20の負担が少ない。また、横羽根 25の橈みが少なくなるので、発電部 14の作用が安定する。さらに橈みが少ないため、羽根車 12全体を発泡榭脂ゃ繊維強化プラスチックなどの軽量の材料で構成する場合でも、回転が安定する。 [0064] 前記発電部 14は、羽根車 12の縦羽根 26の下端近辺に設けられた永久磁石 31からなる界磁用磁石と、フレームのリング 18に設けられたコイル群 32と、図 1に示される制御部 33と、蓄電部 34とから構成されている。コイル群 32は、図 7に示すように環状のカバー 38によって覆われている。なお、界磁用磁石としては、永久磁石のほ力、電磁石を用いることもできる。し力し永久磁石の方力配線が不要なため、設置工事およびメンテナンスが容易である。ただし大規模な風力発電システムの場合は、電磁石の方が取り扱、やす、利点がある。以下の実施の形態でも同様に永久磁石あるいは電磁石の、ずれも界磁用磁石として採用することができる。

[0065] 前記コイル群 32は、図 1に示すように、 3個一組で順に並んだ第 1コイル列 35、第 2 コイル列 36および第 3コイル列 37から構成されて!、る。そしてそれぞれのコイル列 35 、 36、 37の各コイルの端部は、電力を取り出すための第 1送電線 41、第 2送電線 42 および第 3送電線 43に並列で接続されて、る。ただし直列で接続することもできる。また、各送電線 41、 42、 43は 2本としている力アース線を共通にすることもできる。各送電線 41、 42、 43は、制御部 33に導かれ、外部送電線 45によって外部に送電できるようにしている。また、制御部 33に送電線 46によって接続されている蓄電部 34 は、発電された電力の一部を蓄えておく部位であり、後述するように、発電部 14をモータとして利用するときに電力を供給する。なお、コイル群 32のコイルの個数は、縦羽根 26の枚数で割り切れる数とするのが好ましい。この実施形態では、 3つのグループに分けているので、 3 X 5 = 15の倍数、たとえば 15個、 30個あるいは 45個程度である。ただし 60個以上でもよい。

[0066] コイル群 32の各コイルは、ほぼ等間隔で配置されている。そしてそれぞれの縦羽根 26の下端外面に設けられる永久磁石 31とコイルとの間は、充分接近させて配置しており、永久磁石とコイルとの間隔 S3は、たとえば 1一 5mm程度である。コイル群 32のそれぞれのコイルには、鉄心を入れてもよぐまた、入れなくてもよい。

[0067] 上記のように、構成される風力発電システム 10においては、風が吹くと、羽根車 12 が上力も見たときの反時計方向（図 1の矢印 P1)に回転する。そして永久磁石の磁力線がコイル群 32のコイルを順に横切っていくので、リニアモータと逆の作用により、コィルに起電力が生じ、両端力電力を取り出すことができる。なお、この実施形態では、 3組のコイル列 35、 36、 37で順番に発電するので、 3相交流の形で発電される。得られた電力は、送電線 41、 42、 43によって制御部 33まで送られる。制御部 33では、電力の脈動を平坦にしたり、あるいはきれいなサインカーブを組み合わせた 3相交流の状態で外部に送電する。そのとき、一部の電力は蓄電部 34に蓄える。

[0068] 上記の風力発電システム 10では、永久磁石 31が羽根車 12の外周近辺に設けられるので、羽根車の慣性が大きくなり、そのため回転の開始時の必要トルクは大きいが、ー且回転すると、止まりにくぐ風力が変化しても回転数が変化しにくい。そのため、安定した発電を行うことができる。さらに風を受けて回転力を発生する縦羽根と、発電の反作用で負荷となる発電部 32とが、いずれも縦羽根 26の外周円の接線方向となる。そのため横羽根 25でトルクを伝達する必要がなぐ強度も低くてよい。したがって発泡榭脂成形品や、繊維強化プラスチックなどの軽量の材料で羽根車 12を構成することができる。そのため回転の抵抗も少なぐ発電効率が高い。

[0069] また、風力が低下して羽根車の回転数が低下したときは、制御部 33で蓄電部 34と接続する送電線 46の結線状態を切り換え、蓄電部 34からコイル群 32に電力を供給するように構成するのが好ましい。それにより発電部 14はリニアモータとして作用し、羽根車 12を同じ方向に回転させることができる。そのため、羽根車 12が停止せず、遅くても回転を継続する。なお、その間は発電できないので、送電をやめるか、あるいは蓄電部 34から送電する。そして再び風が強く吹き始めると、制御部 33と蓄電部 34の送電線 46を元に戻し、発電させるようにする。その場合、羽根が停止していないので、停止状態力も回転を始める場合のような静止摩擦力に杭して回転させる必要がない。したがって全体としては電力を無駄にせず、効率のよい発電を行うことができる。なお、上記のモータ作用と発電作用の切り替えは、たとえば回転数を検出センサを設け、所定の回転数の基準値より回転数が減じたか、あるいは増力!]したかによつて自動的に切り換えるようにしてもよ!、。

[0070] 図 1の場合は、すべてのコイルが第 1送電線 41、第 2送電線 42、第 3送電線のいずれかに常時連結されているが、コイルと各送電線との間に遮断機の接点を介在させると共に、それらのコイル群をたとえば 4つのグループに分け、いずれかのグループから電力を取り出すか、遮断機の入り切りで選択できるようにしてもよい。その場合は、風羽根車 12の回転の負荷を変化させることができるので、微風状態では少ないコィルで発電させ、風力が回復すると、発電させるコイルの数を増やすように制御することができる。それによつて風力の広い範囲に渡って効率のよい発電を行うことができる。なお、稼働させるコイルの増減は、各組 1個ずつ増減するほか、 2個ずつ、あるいは 3個ずつなどとすることもできる。なおシャフト 22に関して対称位置にある 2— 3台のコイルを一緒に遮断する方力羽根車 12の回転抵抗についてバランスがとれる。また、一部のコイルで発電させると共に、他のコイルでモータとして駆動させることもできる。

[0071] また図 7の実施形態では、縦羽根 26の下端に車輪 27が取り付けられ、フレーム 11 の側に走行路 28を設けている力逆にフレーム 11のリング 18に複数個の車輪 27を上向きにして設け、羽根車 12にそれらの車輪 27と当接するリング状の走行路 28を設けることもできる。さらにフレーム 11または羽根車 12に、橇または橇状のスライダを設け、橇ゃスライダを走行路に対して摺動させることもできる。

[0072] 図 8に示す実施形態では、縦羽根 26の下端およびフレーム 11のリング 18に対し、上下方向で互いに対向するように磁石 47とコイル 48を設け、互いに磁力で反発するように構成して、る。それにより磁気浮上により羽根車の重量の全部あるいは一部を負担させることができる。このものは接触せずに重量の支持ができるので、高速回転でも抵抗が少ない。なお、コイル 48に代えて永久磁石を設けてもよい。さらに前記磁気浮上の構成は、磁石の吸着力を利用して、羽根車 12の上端側とフレーム 11との間で行わせることもできる。さらに羽根車の下端側で反発させる方式に加えて、縦羽根 26の上端とその上側のフレームのリング 18との間に互いに反発する磁石を設けることもできる。その場合は羽根車 12が上下に反発されて重量と釣り合う高さで回転する。そのため回転時の安定性が高い。前記コイル 48についても、鉄心を入れてもよく、入れなくてもよい。上記の磁気浮上の構成は、羽根車の周囲近辺だけでなぐ後述するように横羽根 25の途中とフレームのスポークの途中の間に設けることもできる。

[0073] 前記実施形態ではコイル群 32をフレーム 11の側に固定している力図 9aに示すように、羽根車 12の側に設けてもよい。また、図 9bに示すように、コイル群 32を半径方向に隙間をあけて一対で設け、その隙間に永久磁石 31などの界磁用磁石を通すようにしてもよい。逆に図 9cに示すように、永久磁石 31などの界磁用磁石を隙間をあけて設け、その隙間にコイル群 32を通すようにしてもょ、。

[0074] さらに前記実施形態では、縦羽根 26の外側面とリング 18の間に発電部 14を設けているが、図 10aに示すように、縦羽根 26の下端とリング 18の上面との間に、上下方向で向かい合うように設けることもできる。その場合は車輪 27を横羽根 25の途中に設け、走行路 28はスポーク 17の途中に設ければよい。なお、車輪 27と走行路 28に代えて、磁気浮上のための磁石を両者に設けることもできる。また、図 10bに示すように、横羽根 25の途中に支持リング 52を設け、フレーム 18のスポーク 17の上面の途中に、前記支持リング 52と対向する支持リング 53を設け、両方の支持リング 52、 53 の間に永久磁石 31などの界磁用磁石とコイル部 32とからなる発電部 54を設置することもできる。なおこの構成は、図 7などの羽根車の外周に設ける発電部 32にカ卩えて第 2発電部として設けることもできる。

[0075] 前述のように、コイル群 32と永久磁石 31などの界磁用磁石とは 1一 5mm程度の隙間であり、両者は高速で相対的に移動する。そのため、羽根車 12が太陽熱などで熱膨張すると、隙間がなくなって干渉するおそれがある。逆に熱収縮で隙間が拡がり、発電効率が低下する場合がある。フレーム 11と羽根車 12の材料が同じであれば、両者の熱膨張係数が同じであるが、フレーム 11に強度が高い鋼材を用い、羽根車に軽量の合成樹脂を用いる場合は、とくに熱膨張係数の差による隙間の増大および減少が大きくなる。図 11は、そのような場合に用いられる間隔調整装置の実施の形態を示している。

[0076] 図 11に示す間隔調整装置 56では、コイル群 32をコイルケース 57に収容し、そのコィルケースをリング 18に対して半径方向に移動自在に設け、コイルケース 57をリングに対して半径方向に駆動する電動式または油圧式の駆動機構 58を設け、さらに横羽根 25の伸縮量を検出するセンサ 59を設け、横羽根 25の伸縮量に合わせて駆動機構 58を制御する制御装置 60を設けて、る。駆動機構 58はボールネジとモータで回転するナットとを組み合わせたもの、あるいはリニアモータを用いたものなどが用いられる。なお固定したナットとモータで回転するボールネジとを組み合わせてもよ、。

[0077] 伸縮量のセンサ 59としては、たとえば横羽根 25およびフレーム 11のスポーク 17にそれぞれ設けた歪みゲージなどが用いられる。その場合は各センサの検出値の差を演算させ、それに基づいて補償すべき値が定められる。また、たとえば横羽根 25に発光ダイオードを設け、フレームのスポーク 17に光センサを半径方向に多数配列させたものを設けることにより、構成することができる。その場合は、相対的な長さ変化、すなわち熱膨張量の差を直接検出することができる。前記間隔調整装置 56は、通常は羽根車 12を停止させた状態で作動させる。ただし運転中に自動的に作動させるように構成することも可能である。

[0078] このような間隔調整装置 56を設けた風力発電システムは、太陽熱や気候によって羽根車が熱膨張あるいは熱収縮をしても、コイル群 32と永久磁石 31などの界磁用磁石の隙間がほとんど変化しない。そのため、両者の隙間を小さくすることができ、効率的な発電を行うことができる。し力も四季の気候あるいは一日の気温が大きく変化する地域にも設置することが可能である。また、フレームと羽根車の材質が異なってもよいので、羽根車に軽量の発砲榭脂ゃ繊維強化プラスチックを用いることができる。

[0079] 上記の風力発電システム 10は、従来の風力発電用の風車と同様に、たとえば海岸線に沿って設置したり、山や台地などの小高い地形を利用して、風を多く受けることができるような位置に設置する。ただしビルの屋上など、都会に設けることもできる。そして風が吹くと、縦羽根 26が風を受けて羽根車 12が図 5の反時計方向に回転する。そのとき、横羽根 25が断面翼型の場合、あるいは前述の磁気浮上タイプの場合は、上向きの揚力ないし反発力を生ずるので、羽根車 12の重量を支えている下側の軸受け 20の負担が少ない。それにより回転抵抗が少なぐ少ない風であっても、羽根車 12が効率よく回転する。羽根車 12が回転すると、稼働しているコイルが発電し、その電気は図 1の送電線 36、 37によって消費地に送られ、あるいは蓄電部 34に保存される。送電する地域が遠方の場合は、交流発電機を用い、変圧器で変圧して力送電する。ただし直流発電機を用い、インバータなどで一旦交流に変換して力変圧し、送電するようにしてもよい。

[0080] 前記実施の形態では、シャフト 22の上端および下端を軸受け 19、 20で回転自在に支持している力逆に軸受け 19、 20側に軸を設け、それらの軸で上下のボス 23、 24を回転自在に支持するようにしてもよい。また前記実施形態では、羽根車 12の縦羽根 26とボス 23、 24とを横羽根 25で連結している力単なる棒材などの支持部材を採用することもできる。その場合は横羽根による揚力は生じない。

[0081] 図 12および図 13に示す風力発電システム 62では、フレーム 11のリング 18の内面に筒状の支持リング 63を取り付け、その支持リング 63の上に、同心状に 2列のコイル群 32を対向するように、かつ、隙間をあけて配列している。そしてその隙間に羽根車 12に取り付けられる一群の永久磁石 64が界磁用磁石として配置されている。界磁用磁石として電磁石を採用することもできる。とくに大型のシステムでは、電磁石の方が好ましい場合がある。前記コイル群 32はたとえばブラケット 65によって支持リング 63 に取り付けている。なお、それらのブラケット 65は調整ネジ 66によって羽根車の半径方向（図 13では左右方向）の位置を調節できるようにしている。

[0082] 他方、縦羽根 26の下端力も外向きに羽根保持アーム 67が設けられ、その羽根保持アーム 67に取り付けた補強リング 68の外周面および内周面にそれぞれ前記磁石 64、 64が固定されている。補強リング 68は湾曲させた角パイプによってリング状に構成しており（図 14b参照）、断面コ字状のカバー 70の下面にネジ 70aなどで固定されている。そのカバー 70は、前述のコイル群 32を取り付けたブラケット 65の外側を覆つており、それにより雨水がコイル群 32に侵入しないようにしている。さらに支持リング 6 3の外側のリング 18の上面とカバー 70の間、およびカバー 70の下端とブラケット 65との間にも、雨水の侵入を防ぐためのラビリンス 72、 72が設けられている。

[0083] 補強リング 68の上面には、カバー 70の天面を挟んで羽根保持部材 73が取り付けられている。そしてその羽根保持部材 73に前記羽根保持アーム 67がその長手方向に摺動自在に嵌合されている。それにより補強リング 68や横羽根（図 12の符号 25) の熱膨張'熱収縮を自由にさせる構造にしている。横羽根に代えて、支持ステーを用いることもできる。羽根保持アーム 67や羽根保持部材 73には繊維強化榭脂 (FRP) などが用いられる。この羽根支持部材 73による羽根保持アーム 67の摺動自在の保持構造、あるいは前述の調整ネジ 66は、いずれも簡易な間隔調整装置を構成している。

[0084] 前記支持リング 63の上には、 2列のコイル群 32のほぼ中心を通るように、環状のガイド 74が羽根車と同心状に配置され、ネジなどで支持リング 63に固定されている。そしてこのガイド 74に複数個のスライダ 75が摺動自在に設けられ、そのスライダ 75に前記補強リング 68の下面が固定されている。この実施形態では、ガイド 74およびスライダ 75として、いわゆるリニアスライドボールベアリングのガイドとスライダが採用されている。ただしガイド 74は横方向に湾曲され、複数本の湾曲したガイド片を組み合わせて環状の軌道を形成するようにして、る。

[0085] リニアスライドボールベアリングは、ボールスプラインなどと同様の構成を有する。すなわちスライダ側には、複数の無端状のボール軌条が設けられており、そのボール軌条に保持されるボール群は「行き行程」でスライダの表面に現れ、「帰り行程」でスライダ内に隠れるようにしている。そして表面に出ているボール群は、ガイド 74の係合溝 74aなどと嚙み合って、スライダ 75がガイド 74力も抜けないように保持し、かつ、スライダ 75がガイド 74に沿って少な、摩擦抵抗でスムーズに転動するように案内する。このようなリニアスライドベアリングとしては、たとえば THK社製の LMガイドなどを用いることがでさる。

[0086] 前記スライダ 75の個数はとくに限定されないが、羽根車 12の重量を支持する羽根保持部材 73の近辺では密に配置し、他の部位では疎に配置するのが好ましい。ただし等ピッチで設けてもよい。このようなガイド構造 77を採用することにより、羽根車 1 2はフレーム 11に対して自軸回りに回転自在に支持される。したがって図 14aおよび図 14bに示すように、羽根車 12の中心部にシャフト（図 3の符号 22参照）や軸受けを設ける必要はない。また、縦羽根 26が受けた風による回転トルクは、横羽根を経由せずに羽根保持アーム 67、羽根保持部材 73および補強リング 68を経由して、コイル群 32と永久磁石 64の相対運動に伝えられ、その部位で発電時に生ずる抵抗やリニァガイドによる摩擦抵抗などに杭して羽根車 12を回転させることができる。それにより、リニアモータと逆の原理で発電させることができる。

[0087] 前記実施形態では横羽根やシャフトを備えていないが、図 14aおよび図 14bに想像線で示すように、横羽根 25を設け、それらの中心に設けたボス 24やシャフト 22で羽根車 12を支持することもできる。このような横羽根 25を設ける場合は、図 14bに想像線で示すように、横羽根 25の途中に補強リング 68および支持リングを設け、それらの補強リング 68に取り付けたスライダと支持リングに設けたガイドとで羽根車 12を回転自在に支持することもできる。その場合も永久磁石を補強リング 68に取り付け、支持リングにコイル群を取り付けることにより、リニアモータと逆の原理で発電させることができる。

[0088] また、図 15a、図 15bに示すように、縦羽根 26の縦方向の中間位置に補強リング 68 を取り付け、前フレーム 11の対応する部位に支持リング 63を設けることもできる。図 1 5aのシステムでは、補強リング 68にスライダを横向きに取り付け、支持リング 63の内面側にスライダを案内するガイド 74を取り付けている。また、支持リング 63の内面側にコイルを設け、補強リング 68の上下の面に永久磁石を取り付けている。他方、図 1 5bのシステムでは、支持リング 63の上方に補強リング 68を配置し、図 13の場合と同様に、スライダ、ガイド、コイル、永久磁石を配置している。このようなシステムでは、縦長の羽根車であっても安定して保持することができる。

[0089] 前記実施形態では、羽根車は鉛直方向に延びる回転中心まわりに回転させている 1S 図 16a、図 16bに示すように、回転中心 Ctが水平方向に延びるように羽根車 12 を保持することもできる。このものはリング 18、脚 15およびスポーク 17などからなるフレーム 11の構成が異なるだけで、羽根車 12およびその支持構造は図 3などの風力発電システムと実質的に同じである。このような横向きタイプの風車は、羽根車を回転させる風の向きが制限されるので、風の方向が一定の土地に設置するのが好ましい。また、軸方向に複数個設けることが容易であるので、大規模な発電設備に適する。

[0090] 図 17は横向きタイプの風車を備え、フレーム 11に設けたリング 18と羽根車 12に設けた補強リング 63の間にスライドガイドを介在させ、中心のシャフトや横羽根を省略した場合を示している。このようなシステムでは、図 13の場合と同様のガイドおよびスライダ力もなるガイド構造 77を採用するのが好ましい。

[0091] 図 18の横向きタイプの風力発電システムは、複数枚のプロペラ状の羽根 78を放射状に設けた羽根車 12を採用している。このものも羽根車 12に設けた補強リング 68と、フレーム 11に設けた支持リング 63との間に前述のようなガイド構造を介在させることにより、羽根車 12をフレーム 11によって回転自在に支持することができる。なお、想像線で示すように、羽根車 12の中心に設けたボス 23をシャフト 22で回転自在に支持することもできる。また羽根車 12の中心に設けたシャフトをフレーム 11に設けた軸受けで回転自在に支持することもできる。それらの場合も、補強リング 68と支持リング 63の間に介在させるコイル群と、それに対向する永久磁石などの界磁用磁石との組み合わせで、リニアモータと逆の原理で発電させることができる。

[0092] 図 19は磁気浮上方式によるガイド構造 80の実施形態を示している。このガイド構造 80では、磁石 47とくに永久磁石を、電磁石 (コイル 48)の外側に設けたガイド突起 81で水平方向に案内をしており、上下方向については、永久磁石と電磁石による磁気浮上構造としている。他の部分については、前述の発電システムと実質的に同様である。このものは回転の抵抗が少ないので、発電効率が高い。なお、回転する上側の磁石を電磁石とし、下側の固定側を永久磁石とすることもできる。さらに上下とも永久磁石としてもよぐ上下とも電磁石とすることもできる。

[0093] 図 20aのガイド構造 83は、円環状のガイド 84と、その両側面および上面を囲むように配置され、それらに沿って転動するローラ 85を備えたスライダ 86とから構成されている。スライダ 86の個数は前述のリニアスライドボールベアリングにおけるスライダと同じ程度でよい。このようなガイド構造 83を、羽根車 12に取り付けた補強リング 68と、フレーム 11に取り付けた支持リング 63の間に介在させることにより、羽根車 12をフレーム 11に対して回転自在〖こ支持することができる。

[0094] 図 20bのガイド構造では、補強リング 68の側にリニアスライドボールベアリング用の環状のガイド 74を取り付け、支持リング 63の側にそのガイド 74に案内されるスライダ 75を取り付けている。他の構成は図 13の場合と同様である。このものは羽根車 12にガイド 74を設けているので、羽根車 12の重量が重くなる力その強度および剛性が高くなる利点がある。なお、上記のリニアスライドボールベアリング用の環状のガイド 7 4と、その環状ガイドと摺動（実際は転動）するスライダ 75との組み合わせは、リニアモータと反対の原理で発電する発電機を備えた発電システムに限らず、他の発電機を用いた発電システムでも適用することができ、同じ作用効果を奏する。たとえば、羽根車の周縁部あるいは途中に環状の歯列を設け、その歯列と嚙み合うギヤを入力軸に取り付けた通常の発電機を、フレーム 11 (とくにリング 18)に、複数台環状に配置することもできる。また、羽根車の中心部に回転するシャフト 22を設けた発電システムでは、そのシャフト 22に通常の発電機の入力軸を連結するようにしてもよい。 [0095] 図 21の風力発電システム 88では、支持リング 63の上部に取りつけた永久磁石 89 と、羽根保持アーム 67の下面に取りつけた永久磁石 90とを向かい合わせて構成した磁気浮上構 itilを設けている。それにより、永久磁石 89、 90同士の磁気反発力で羽根車の重量を支持することができる。すなわちこの実施形態では、プレート状の支持リング 63の半径方向内側（図 21の右側）力も複数列の支持ロッド 91を立ち上げ、その上端に内側リングプレート 92を固定し、その内側リングプレート 92の上面に多数の永久磁石 89を環状に配列している。そして羽根保持アーム 67の下面に、数個の永久磁石 90を取りつけている。なおこの実施形態では図 22に示すように、矩形状の内側プレート 92aを複数枚環状に配置して内側リングプレート 92を構成しており、 1 枚の内側プレート 92aには、たとえば複数個 3個の矩形状の永久磁石 89を所定の隙間をあけて配列し、それらの隙間に磁石で吸着する鉄片 93を介在させている。

[0096] それらの永久磁石 89と鉄片 93は、枠体 94で固定支持されて、る。永久磁石 89の磁極の向きは、同じ向きである。すなわち上側を N極に揃える力あるいは S極に揃える。このように鉄片 93を介在させるのは、永久磁石 90同士を直接隣接させると、強い反発力（たとえば図 42の場合で 10N程度）が働くので、取りつける作業が大変である力らである。そして上記のように鉄片 93を介在させると、それぞれの永久磁石 89が鉄片 93と磁着するので、鉄片 93を介して磁石群が一体に磁着され、取り付けが容易になる。なお、羽根保持アーム 67の下面に配列した永久磁石 90についても、同様に隙間をあけてその隙間に鉄片を介在させ、枠体 95で囲むようにして羽根保持アーム 67に取りつけている。

[0097] なお、前記支持リング 63は、図 22に示すように、所定の幅の矩形状のプレート 63a で構成し、環状に配列して構成している。また、支持ロッド 91は、内側 1列と外側 1列の全体の 2列で内側リングプレート 92を支持している。また、この風力発電システム 8 8では、支持リング 63の外側にも 2列の支持ロッド 91aを立ち上げて、その上端に外側リングプレート 96を固定している。そして外側の支持ロッド 91aの内側の列および内側の支持ロッド 91の外側の列には、それぞれ高さ方向の中間部に固定子を構成するコイル群 32、 32を取りつけている。そして両者の間に永久磁石 64を設けた回転子を配置し、その回転子を羽根車に固定している。 [0098] 前記永久磁石 64は、図 23に示すように矩形状を呈し、中間の補強リング 68の内面および外面の両側に、それぞれ隙間をあけて配列固定している。それらの隙間にも、鉄片を介在させるのが好ましい。永久磁石 64は、内側を N極にしたもの 64aと、 S極にしたもの 64bを交互に配列している。外側の永久磁石 64についても同様であり、通常は内側の永久磁石の極と、それと対応する外側の永久磁石の極は同極にしている。補強リング 68の中間部には上下に貫通する孔 68aが形成されており、図 21に示すように、その孑し 68aに吊り口ッ 97力通されて!/、る。

[0099] その吊りロッド 97は、上から上端スぺーサ 98、上ガイド円板 99、上側スぺーサ 100 、補強リング (コア） 68、下側スぺーサ 101および下側ガイド円板 102を貫通し、全体を締め付けて固定している。上端スぺーサ 98、上側スぺーサ 100、下側スぺーサ 10 1はそれぞれステンレス鋼などの非磁性の金属などで構成することができる。また、内側リングプレート 92の外縁部および外側リングプレート 96の内縁部には、上ガイド円板 99の上面と隙間をあけて対向するガイドローラ 103、 103が回転自在に支持されている。さらに下側の支持リング 63には、下ガイド円板 102の下面と隙間をあけて対向するガイドローラ 104、 104がそれぞれ回転自在に支持されている。それらのガイドローラ 103、 104の回転中心は、水平に配置され、羽根車の半径方向を向いている。それらのガイドローラ 103、 104と上下のガイド円板 99、 102とは、磁気浮上構邀 1の不調などで回転子が上下方向に移動しても、回転子と固定子とが接触しないように最低限の隙間を維持する安全機構である。

[0100] 前記コイル群 32は、図 24に示すように、多数のケィ素鋼板などの金属板を重ねて形成したコア 32aの外周に、電線 32bを巻き付けたものであり、支持ロッド 91、 9 laを通すため、上下方向に孔 108が形成されている。そして図 21に示すように、支持ロッド 91、 91aの上下方向の中間部に固定され、支持されている。なお、コイル群 32を支持する支持ロッド 91、 91aの上部には上ガイド円板 99の内周面または外周面と隙間をあけて対向するガイドローラ 105、 105が回転自在に設けられている。そしてコイル群 32を支持する支持ロッド 91、 91aの下部には、下ガイド円板 102の内周面または外周面と隙間をあけて対向するガイドローラ 106、 106が回転自在に設けられている。それらのガイドローラ 105、 106と上下のガイド円板 99、 102は、回転子が半径方向外側あるいは内側に移動しても、固定子と回転子の隙間を適切に維持するための安全機構である。なお、図 23および図 24では、回転子および固定子をそれぞれ直線状の部材で構成している。そして風力発電システムでは、これらの直線状の部材をいくらか角度をつけて多角形状に配列し、環状の回転子および固定子を構成する。このように多数の部材を連結して環状部材を構成することにより、取り扱、が容易になる。なお、それぞれの固定子および回転子の部品をいくらか湾曲させ、連結したときに円環状になるように構成することもできる。また、回転子および固定子は、回転するときに互いに、あるいは他の周囲のものと干渉しないように、ガラス繊維強化合成榭脂で固めて所定の寸法に仕上げるのが好ましい。

[0101] さらに図 21の風力発電システム 88では、吊りロッド 97の下端あるいは下ガイド円板 102の下面の間に、互いに反発する磁石群 107、 108を配置して、羽根車の重量、とくに回転子の重量を支持させる補助磁気浮上構邀2を設けて、る。すなわち前述の上部に設けた磁気浮上構 itilは、片車側の永久磁石を羽根保持アーム 67ごと〖こ設けているので、複数枚の縦羽根の重量をそれらの直下で支持することができるが、縦羽根の間の回転子の重量は充分に支持できない。そのため、補助磁気浮上構 i i 2により、その間の回転子の重量を支持させるようにして!/、る。

[0102] つぎに図 25を参照して、固定子のコイル群 32の配列および結線状態を説明する。

外側および内側の固定子のコイル群 32は、 3相交流の電流を得るために、それぞれ 3糸且のコィノレ群 11 la、 112a, 113a, 111b, 112b, 113b【こよって構成して!/ヽる。そして内側の第 1コイル群 11 laと外側の第 1コイル群 11 lbとは、長手方向に 1ブロック分だけずらせて配置され、し力も、内側の第 1コイル群 11 laの端部と外側の第 1コィル群 11 lbの端部とは接続線 11 lcで連結されて、る。第 2コイル群および第 3コイル群につ、ても同様である。各コイル群のブロックの巻き数は同一にして、る。

[0103] 上記のように構成される固定子のコイル群 32の間に回転子の永久磁石 64がー方向に走行すると、走行する永久磁石 64の磁界は固定子のコイル群に対してほぼサイン曲線となる磁界変化を付与し、それに基づいてそれぞれのコイル群 32に交流が生ずる。したがって各コイル群 32から交流の電気を取り出すことができる。そしてこの実施形態では、第 1コイル群、第 2コイル群、第 3コイル群から 3相交流を取り出すことができる。

[0104] また、上記のようにして各コイル群 32に電流が流れると、固定子のコイル群 32に磁界が生じ、その磁界と固定子の永久磁石 64の間に吸引力および反発力が生ずる。しかし内側と外側の対応するコイル群同士が接続線 11 lc、 112c, 113cでそれぞれ接続されているので、内側に引っ張られる力と外側に押される力がバランスする。すなわち内側の第 1コイル群 11 laの電流が減少すると、外側の第 1コイル群 11 lbの電流も同等に減少するため、内側に引つ張られる力と外側に押される力がバランスし、同様【こ第 2コィノレ群 112a、 112b同士および第 3コィノレ群 113a、 113b同士の力もノランスする。そのため、回転子は固定子に対してほぼ一定の間隔を維持しながら走行すること〖こなる。したがって回転数が変化しても、全体としてスムーズな回転が得られる。

[0105] 図 26aに示す磁気浮上構邀3は、回転する羽根車側、たとえば羽根保持アームに取りつけられる永久磁石 90が下向きに開口する断面略コ字状を呈している。固定されたフレーム側、たとえば支持リングに取りつけられる永久磁石 89は縦向きの板状である。このような断面コ字状の永久磁石 90は、水平に配置される中央の板状の磁石 9 Oaと、縦向きに配置される内側および外側の板状の磁石 90b、 90cの 3枚の磁石をたとえば N極を内側にするように組み合わせることにより得ることができる。その場合は相手側の縦向きの永久磁石 89の上端側を同じ N極にする。コ字状の永久磁石 90 の内面側を S極にする場合は、縦向きの永久磁石の上端側も S極にする。そして基準状態では、固定側の永久磁石 89の先端は、回転側の永久磁石 90の先端同士を結ぶ線 Lにほぼ一致させておく。なお、固定側の永久磁石 90をほぼ連続する環状に配置し、回転側の永久磁石 89を羽根保持アームの部分のみに設ける点については、前述の図 21の磁気浮上構 itilの場合と同様である。ただし固定側を部分的に設け、回転側をほぼ連続する環状に配置してもよ、。

[0106] このように構成される磁気浮上構 iti 3は、回転側の中央の磁石 90aの N極と固定側の永久磁石 89の上端の N極とが反発するので、羽根車の重量を支えることができる。また、回転側に中央に向力力が加わっても、内側の磁石 90bと縦向きの永久磁石 89とが反発するので、上記の力に対応する力が生ずる。逆に外側に向力う力が加わっても、外側の磁石 90cと縦向きの永久磁石 89との間で元に戻そうとする力が働く。そのため、この磁気浮上構邀3は、常に基準位置を維持させる機能を備えている。また、回転側の永久磁石 90の幅は、図 22からもわ力るように、羽根保持アームの幅と同じでよいため、磁石の節約になる。また、いずれも板状の磁石を用いるので、巿販の磁石から容易に構成することができる。

[0107] 図 8に示す実施形態では、縦羽根 26の下端およびフレーム 11のリング 18に対し、上下方向で互いに対向するように磁石 47とコイル 48を設け、互いに磁力で反発するように構成して、る。それにより磁気浮上により羽根車の重量の全部あるいは一部を負担させることができる。このものは接触せずに重量の支持ができるので、高速回転でも抵抗が少ない。なお、コイル 48に代えて永久磁石を設けてもよい。さらに前記磁気浮上の構成は、磁石の吸着力を利用して、羽根車 12の上端側とフレーム 11との間で行わせることもできる。さらに羽根車の下端側で反発させる方式に加えて、縦羽根 26の上端とその上側のフレームのリング 18との間に互いに反発する磁石を設けることもできる。その場合は羽根車 12が上下に反発されて重量と釣り合う高さで回転する。そのため回転時の安定性が高い。前記コイル 48についても、鉄心を入れてもよく、入れなくてもよい。上記の磁気浮上の構成は、羽根車の周囲近辺だけでなぐ後述するように横羽根 25の途中とフレームのスポークの途中の間に設けることもできる。

[0108] 前記実施形態ではコイル群 32をフレーム 11の側に固定している力図 9aに示すように、羽根車 12の側に設けてもよい。また、図 9bに示すように、コイル群 32を半径方向に隙間をあけて一対で設け、その隙間に永久磁石 31などの界磁用磁石を通すようにしてもよい。逆に図 9cに示すように、永久磁石 31などの界磁用磁石を隙間をあけて設け、その隙間にコイル群 32を通すようにしてもょ、。

[0109] さらに前記実施形態では、縦羽根 26の外側面とリング 18の間に発電部 14を設けているが、図 10aに示すように、縦羽根 26の下端とリング 18の上面との間に、上下方向で向かい合うように設けることもできる。その場合は車輪 27を横羽根 25の途中に設け、走行路 28はスポーク 17の途中に設ければよい。なお、車輪 27と走行路 28に代えて、磁気浮上のための磁石を両者に設けることもできる。また、図 10bに示すように、横羽根 25の途中に支持リング 52を設け、フレーム 18のスポーク 17の上面の途中に、前記支持リング 52と対向する支持リング 53を設け、両方の支持リング 52、 53 の間に永久磁石 31などの界磁用磁石とコイル部 32とからなる発電部 54を設置することもできる。なおこの構成は、図 7などの羽根車の外周に設ける発電部 32にカ卩えて第 2発電部として設けることもできる。

[0110] 前述のように、コイル群 32と永久磁石 31などの界磁用磁石とは 1一 5mm程度の隙間であり、両者は高速で相対的に移動する。そのため、羽根車 12が太陽熱などで熱膨張すると、隙間がなくなって干渉するおそれがある。逆に熱収縮で隙間が拡がり、発電効率が低下する場合がある。フレーム 11と羽根車 12の材料が同じであれば、両者の熱膨張係数が同じであるが、フレーム 11に強度が高い鋼材を用い、羽根車に軽量の合成樹脂を用いる場合は、とくに熱膨張係数の差による隙間の増大および減少が大きくなる。図 11は、そのような場合に用いられる間隔調整装置の実施の形態を示している。

[0111] 図 11に示す間隔調整装置 56では、コイル群 32をコイルケース 57に収容し、そのコィルケースをリング 18に対して半径方向に移動自在に設け、コイルケース 57をリングに対して半径方向に駆動する電動式または油圧式の駆動機構 58を設け、さらに横羽根 25の伸縮量を検出するセンサ 59を設け、横羽根 25の伸縮量に合わせて駆動機構 58を制御する制御装置 60を設けて、る。駆動機構 58はボールネジとモータで回転するナットとを組み合わせたもの、あるいはリニアモータを用いたものなどが用いられる。なお固定したナットとモータで回転するボールネジとを組み合わせてもよ、。

[0112] 伸縮量のセンサ 59としては、たとえば横羽根 25およびフレーム 11のスポーク 17にそれぞれ設けた歪みゲージなどが用いられる。その場合は各センサの検出値の差を演算させ、それに基づいて補償すべき値が定められる。また、たとえば横羽根 25に発光ダイオードを設け、フレームのスポーク 17に光センサを半径方向に多数配列させたものを設けることにより、構成することができる。その場合は、相対的な長さ変化、すなわち熱膨張量の差を直接検出することができる。前記間隔調整装置 56は、通常は羽根車 12を停止させた状態で作動させる。ただし運転中に自動的に作動させるように構成することも可能である。

[0113] このような間隔調整装置 56を設けた風力発電システムは、太陽熱や気候によって羽根車が熱膨張あるいは熱収縮をしても、コイル群 32と永久磁石 31などの界磁用磁石の隙間がほとんど変化しない。そのため、両者の隙間を小さくすることができ、効率的な発電を行うことができる。し力も四季の気候あるいは一日の気温が大きく変化する地域にも設置することが可能である。また、フレームと羽根車の材質が異なってもよいので、羽根車に軽量の発砲榭脂ゃ繊維強化プラスチックを用いることができる。

[0114] 上記の風力発電システム 10は、従来の風力発電用の風車と同様に、たとえば海岸線に沿って設置したり、山や台地などの小高い地形を利用して、風を多く受けることができるような位置に設置する。ただしビルの屋上など、都会に設けることもできる。そして風が吹くと、縦羽根 26が風を受けて羽根車 12が図 5の反時計方向に回転する。そのとき、横羽根 25が断面翼型の場合、あるいは前述の磁気浮上タイプの場合は、上向きの揚力ないし反発力を生ずるので、羽根車 12の重量を支えている下側の軸受け 20の負担が少ない。それにより回転抵抗が少なぐ少ない風であっても、羽根車 12が効率よく回転する。羽根車 12が回転すると、稼働しているコイルが発電し、その電気は図 1の送電線 36、 37によって消費地に送られ、あるいは蓄電部 34に保存される。送電する地域が遠方の場合は、交流発電機を用い、変圧器で変圧して力送電する。ただし直流発電機を用い、インバータなどで一旦交流に変換して力変圧し、送電するようにしてもよい。

[0115] 前記実施の形態では、シャフト 22の上端および下端を軸受け 19、 20で回転自在に支持している力逆に軸受け 19、 20側に軸を設け、それらの軸で上下のボス 23、 24を回転自在に支持するようにしてもよい。また前記実施形態では、羽根車 12の縦羽根 26とボス 23、 24とを横羽根 25で連結している力単なる棒材などの支持部材を採用することもできる。その場合は横羽根による揚力は生じない。

[0116] 図 12および図 13に示す風力発電システム 62では、フレーム 11のリング 18の内面に筒状の支持リング 63を取り付け、その支持リング 63の上に、同心状に 2列のコイル群 32を対向するように、かつ、隙間をあけて配列している。そしてその隙間に羽根車 12に取り付けられる一群の永久磁石 64が界磁用磁石として配置されている。界磁用磁石として電磁石を採用することもできる。とくに大型のシステムでは、電磁石の方が好ましい場合がある。前記コイル群 32はたとえばブラケット 65によって支持リング 63 に取り付けている。なお、それらのブラケット 65は調整ネジ 66によって羽根車の半径方向（図 13では左右方向）の位置を調節できるようにしている。

[0117] 他方、縦羽根 26の下端力も外向きに羽根保持アーム 67が設けられ、その羽根保持アーム 67に取り付けた補強リング 68の外周面および内周面にそれぞれ前記磁石 64、 64が固定されている。補強リング 68は湾曲させた角パイプによってリング状に構成しており（図 14b参照）、断面コ字状のカバー 70の下面にネジ 70aなどで固定されている。そのカバー 70は、前述のコイル群 32を取り付けたブラケット 65の外側を覆つており、それにより雨水がコイル群 32に侵入しないようにしている。さらに支持リング 6 3の外側のリング 18の上面とカバー 70の間、およびカバー 70の下端とブラケット 65との間にも、雨水の侵入を防ぐためのラビリンス 72、 72が設けられている。

[0118] 補強リング 68の上面には、カバー 70の天面を挟んで羽根保持部材 73が取り付けられている。そしてその羽根保持部材 73に前記羽根保持アーム 67がその長手方向に摺動自在に嵌合されている。それにより補強リング 68や横羽根（図 12の符号 25) の熱膨張'熱収縮を自由にさせる構造にしている。横羽根に代えて、支持ステーを用いることもできる。羽根保持アーム 67や羽根保持部材 73には繊維強化榭脂 (FRP) などが用いられる。この羽根支持部材 73による羽根保持アーム 67の摺動自在の保持構造、あるいは前述の調整ネジ 66は、いずれも簡易な間隔調整装置を構成している。

[0119] 前記支持リング 63の上には、 2列のコイル群 32のほぼ中心を通るように、環状のガイド 74が羽根車と同心状に配置され、ネジなどで支持リング 63に固定されている。そしてこのガイド 74に複数個のスライダ 75が摺動自在に設けられ、そのスライダ 75に前記補強リング 68の下面が固定されている。この実施形態では、ガイド 74およびスライダ 75として、いわゆるリニアスライドボールベアリングのガイドとスライダが採用されている。ただしガイド 74は横方向に湾曲され、複数本の湾曲したガイド片を組み合わせて環状の軌道を形成するようにして、る。

[0120] リニアスライドボールベアリングは、ボールスプラインなどと同様の構成を有する。すなわちスライダ側には、複数の無端状のボール軌条が設けられており、そのボール軌条に保持されるボール群は「行き行程」でスライダの表面に現れ、「帰り行程」でスライダ内に隠れるようにしている。そして表面に出ているボール群は、ガイド 74の係合溝 74aなどと嚙み合って、スライダ 75がガイド 74力も抜けないように保持し、かつ、スライダ 75がガイド 74に沿って少な、摩擦抵抗でスムーズに転動するように案内する。このようなリニアスライドベアリングとしては、たとえば THK社製の LMガイドなどを用いることがでさる。

[0121] 前記スライダ 75の個数はとくに限定されないが、羽根車 12の重量を支持する羽根保持部材 73の近辺では密に配置し、他の部位では疎に配置するのが好ましい。ただし等ピッチで設けてもよい。このようなガイド構造 77を採用することにより、羽根車 1 2はフレーム 11に対して自軸回りに回転自在に支持される。したがって図 14aおよび図 14bに示すように、羽根車 12の中心部にシャフト（図 3の符号 22参照）や軸受けを設ける必要はない。また、縦羽根 26が受けた風による回転トルクは、横羽根を経由せずに羽根保持アーム 67、羽根保持部材 73および補強リング 68を経由して、コイル群 32と永久磁石 64の相対運動に伝えられ、その部位で発電時に生ずる抵抗やリニァガイドによる摩擦抵抗などに杭して羽根車 12を回転させることができる。それにより、リニアモータと逆の原理で発電させることができる。

[0122] 前記実施形態では横羽根やシャフトを備えていないが、図 14aおよび図 14bに想像線で示すように、横羽根 25を設け、それらの中心に設けたボス 24やシャフト 22で羽根車 12を支持することもできる。このような横羽根 25を設ける場合は、図 14bに想像線で示すように、横羽根 25の途中に補強リング 68および支持リングを設け、それらの補強リング 68に取り付けたスライダと支持リングに設けたガイドとで羽根車 12を回転自在に支持することもできる。その場合も永久磁石を補強リング 68に取り付け、支持リングにコイル群を取り付けることにより、リニアモータと逆の原理で発電させることができる。

[0123] また、図 15a、図 15bに示すように、縦羽根 26の縦方向の中間位置に補強リング 68 を取り付け、前フレーム 11の対応する部位に支持リング 63を設けることもできる。図 1 5aのシステムでは、補強リング 68にスライダを横向きに取り付け、支持リング 63の内面側にスライダを案内するガイド 74を取り付けている。また、支持リング 63の内面側にコイルを設け、補強リング 68の上下の面に永久磁石を取り付けている。他方、図 1 5bのシステムでは、支持リング 63の上方に補強リング 68を配置し、図 13の場合と同様に、スライダ、ガイド、コイル、永久磁石を配置している。このようなシステムでは、縦長の羽根車であっても安定して保持することができる。

[0124] 前記実施形態では、羽根車は鉛直方向に延びる回転中心まわりに回転させている 1S 図 16a、図 16bに示すように、回転中心 Ctが水平方向に延びるように羽根車 12 を保持することもできる。このものはリング 18、脚 15およびスポーク 17などからなるフレーム 11の構成が異なるだけで、羽根車 12およびその支持構造は図 3などの風力発電システムと実質的に同じである。このような横向きタイプの風車は、羽根車を回転させる風の向きが制限されるので、風の方向が一定の土地に設置するのが好ましい。また、軸方向に複数個設けることが容易であるので、大規模な発電設備に適する。

[0125] 図 17は横向きタイプの風車を備え、フレーム 11に設けたリング 18と羽根車 12に設けた補強リング 63の間にスライドガイドを介在させ、中心のシャフトや横羽根を省略した場合を示している。このようなシステムでは、図 13の場合と同様のガイドおよびスライダ力もなるガイド構造 77を採用するのが好ましい。

[0126] 図 18の横向きタイプの風力発電システムは、複数枚のプロペラ状の羽根 78を放射状に設けた羽根車 12を採用している。このものも羽根車 12に設けた補強リング 68と、フレーム 11に設けた支持リング 63との間に前述のようなガイド構造を介在させることにより、羽根車 12をフレーム 11によって回転自在に支持することができる。なお、想像線で示すように、羽根車 12の中心に設けたボス 23をシャフト 22で回転自在に支持することもできる。また羽根車 12の中心に設けたシャフトをフレーム 11に設けた軸受けで回転自在に支持することもできる。それらの場合も、補強リング 68と支持リング 63の間に介在させるコイル群と、それに対向する永久磁石などの界磁用磁石との組み合わせで、リニアモータと逆の原理で発電させることができる。

[0127] 図 19は磁気浮上方式によるガイド構造 80の実施形態を示している。このガイド構造 80では、磁石 47とくに永久磁石を、電磁石 (コイル 48)の外側に設けたガイド突起 81で水平方向に案内をしており、上下方向については、永久磁石と電磁石による磁気浮上構造としている。他の部分については、前述の発電システムと実質的に同様である。このものは回転の抵抗が少ないので、発電効率が高い。なお、回転する上側の磁石を電磁石とし、下側の固定側を永久磁石とすることもできる。さらに上下とも永久磁石としてもよぐ上下とも電磁石とすることもできる。

[0128] 図 20aのガイド構造 83は、円環状のガイド 84と、その両側面および上面を囲むように配置され、それらに沿って転動するローラ 85を備えたスライダ 86とから構成されている。スライダ 86の個数は前述のリニアスライドボールベアリングにおけるスライダと同じ程度でよい。このようなガイド構造 83を、羽根車 12に取り付けた補強リング 68と、フレーム 11に取り付けた支持リング 63の間に介在させることにより、羽根車 12をフレーム 11に対して回転自在〖こ支持することができる。

[0129] 図 20bのガイド構造では、補強リング 68の側にリニアスライドボールベアリング用の環状のガイド 74を取り付け、支持リング 63の側にそのガイド 74に案内されるスライダ 75を取り付けている。他の構成は図 13の場合と同様である。このものは羽根車 12にガイド 74を設けているので、羽根車 12の重量が重くなる力その強度および剛性が高くなる利点がある。なお、上記のリニアスライドボールベアリング用の環状のガイド 7 4と、その環状ガイドと摺動（実際は転動）するスライダ 75との組み合わせは、リニアモータと反対の原理で発電する発電機を備えた発電システムに限らず、他の発電機を用いた発電システムでも適用することができ、同じ作用効果を奏する。たとえば、羽根車の周縁部あるいは途中に環状の歯列を設け、その歯列と嚙み合うギヤを入力軸に取り付けた通常の発電機を、フレーム 11 (とくにリング 18)に、複数台環状に配置することもできる。また、羽根車の中心部に回転するシャフト 22を設けた発電システムでは、そのシャフト 22に通常の発電機の入力軸を連結するようにしてもよい。

[0130] 図 21の風力発電システム 88では、支持リング 63の上部に取りつけた永久磁石 89 と、羽根保持アーム 67の下面に取りつけた永久磁石 90とを向かい合わせて構成した磁気浮上構 itilを設けている。それにより、永久磁石 89、 90同士の磁気反発力で羽根車の重量を支持することができる。すなわちこの実施形態では、プレート状の支持リング 63の半径方向内側（図 21の右側）力も複数列の支持ロッド 91を立ち上げ、その上端に内側リングプレート 92を固定し、その内側リングプレート 92の上面に多数の永久磁石 89を環状に配列している。そして羽根保持アーム 67の下面に、数個の永久磁石 90を取りつけている。なおこの実施形態では図 22に示すように、矩形状の内側プレート 92aを複数枚環状に配置して内側リングプレート 92を構成しており、 1 枚の内側プレート 92aには、たとえば複数個 3個の矩形状の永久磁石 89を所定の隙間をあけて配列し、それらの隙間に磁石で吸着する鉄片 93を介在させている。

[0131] それらの永久磁石 89と鉄片 93は、枠体 94で固定支持されている。永久磁石 89の磁極の向きは、同じ向きである。すなわち上側を N極に揃える力あるいは S極に揃える。このように鉄片 93を介在させるのは、永久磁石 90同士を直接隣接させると、強い反発力（たとえば図 42の場合で 10N程度）が働くので、取りつける作業が大変である力らである。そして上記のように鉄片 93を介在させると、それぞれの永久磁石 89が鉄片 93と磁着するので、鉄片 93を介して磁石群が一体に磁着され、取り付けが容易になる。なお、羽根保持アーム 67の下面に配列した永久磁石 90についても、同様に隙間をあけてその隙間に鉄片を介在させ、枠体 95で囲むようにして羽根保持アーム 67に取りつけている。

[0132] なお、前記支持リング 63は、図 22に示すように、所定の幅の矩形状のプレート 63a で構成し、環状に配列して構成している。また、支持ロッド 91は、内側 1列と外側 1列の全体の 2列で内側リングプレート 92を支持している。また、この風力発電システム 8 8では、支持リング 63の外側にも 2列の支持ロッド 91aを立ち上げて、その上端に外側リングプレート 96を固定している。そして外側の支持ロッド 91aの内側の列および内側の支持ロッド 91の外側の列には、それぞれ高さ方向の中間部に固定子を構成するコイル群 32、 32を取りつけている。そして両者の間に永久磁石 64を設けた回転子を配置し、その回転子を羽根車に固定している。

[0133] 前記永久磁石 64は、図 23に示すように矩形状を呈し、中間の補強リング 68の内面および外面の両側に、それぞれ隙間をあけて配列固定している。それらの隙間にも、鉄片を介在させるのが好ましい。永久磁石 64は、内側を N極にしたもの 64aと、 S極にしたもの 64bを交互に配列している。外側の永久磁石 64についても同様であり、通常は内側の永久磁石の極と、それと対応する外側の永久磁石の極は同極にしている。補強リング 68の中間部には上下に貫通する孔 68aが形成されており、図 21に示すように、その孑し 68aに吊り口ッ 97力通されて!/、る。

[0134] その吊りロッド 97は、上から上端スぺーサ 98、上ガイド円板 99、上側スぺーサ 100 、補強リング (コア） 68、下側スぺーサ 101および下側ガイド円板 102を貫通し、全体を締め付けて固定している。上端スぺーサ 98、上側スぺーサ 100、下側スぺーサ 10 1はそれぞれステンレス鋼などの非磁性の金属などで構成することができる。また、内側リングプレート 92の外縁部および外側リングプレート 96の内縁部には、上ガイド円板 99の上面と隙間をあけて対向するガイドローラ 103、 103が回転自在に支持されている。さらに下側の支持リング 63には、下ガイド円板 102の下面と隙間をあけて対向するガイドローラ 104、 104がそれぞれ回転自在に支持されている。それらのガイドローラ 103、 104の回転中心は、水平に配置され、羽根車の半径方向を向いている。それらのガイドローラ 103、 104と上下のガイド円板 99、 102とは、磁気浮上構邀 1の不調などで回転子が上下方向に移動しても、回転子と固定子とが接触しないように最低限の隙間を維持する安全機構である。

前記コイル群 32は、図 24に示すように、多数のケィ素鋼板などの金属板を重ねて形成したコア 32aの外周に、電線 32bを巻き付けたものであり、支持ロッド 91、 9 laを通すため、上下方向に孔 108が形成されている。そして図 21に示すように、支持ロッド 91、 91aの上下方向の中間部に固定され、支持されている。なお、コイル群 32を支持する支持ロッド 91、 91aの上部には上ガイド円板 99の内周面または外周面と隙間をあけて対向するガイドローラ 105、 105が回転自在に設けられている。そしてコイル群 32を支持する支持ロッド 91、 91aの下部には、下ガイド円板 102の内周面または外周面と隙間をあけて対向するガイドローラ 106、 106が回転自在に設けられている。それらのガイドローラ 105、 106と上下のガイド円板 99、 102は、回転子が半径方向外側あるいは内側に移動しても、固定子と回転子の隙間を適切に維持するための安全機構である。なお、図 23および図 24では、回転子および固定子をそれぞれ直線状の部材で構成している。そして風力発電システムでは、これらの直線状の部材をいくらか角度をつけて多角形状に配列し、環状の回転子および固定子を構成する。このように多数の部材を連結して環状部材を構成することにより、取り扱、が容易になる。なお、それぞれの固定子および回転子の部品をいくらか湾曲させ、連結したときに円環状になるように構成することもできる。また、回転子および固定子は、回転するときに互いに、あるいは他の周囲のものと干渉しないように、ガラス繊維強化合成榭脂で固めて所定の寸法に仕上げるのが好ましい。

[0136] さらに図 21の風力発電システム 88では、吊りロッド 97の下端あるいは下ガイド円板 102の下面の間に、互いに反発する磁石群 107、 108を配置して、羽根車の重量、とくに回転子の重量を支持させる補助磁気浮上構邀2を設けて、る。すなわち前述の上部に設けた磁気浮上構 itilは、片車側の永久磁石を羽根保持アーム 67ごとに設けているので、複数枚の縦羽根の重量をそれらの直下で支持することができるが、縦羽根の間の回転子の重量は充分に支持できない。そのため、補助磁気浮上構 i i 2により、その間の回転子の重量を支持させるようにして!/、る。

[0137] つぎに図 25を参照して、固定子のコイル群 32の配列および結線状態を説明する。

[0138] 上記のように構成される固定子のコイル群 32の間に回転子の永久磁石 64がー方向に走行すると、走行する永久磁石 64の磁界は固定子のコイル群に対してほぼサイン曲線となる磁界変化を付与し、それに基づいてそれぞれのコイル群 32に交流が生ずる。したがって各コイル群 32から交流の電気を取り出すことができる。そしてこの実施形態では、第 1コイル群、第 2コイル群、第 3コイル群から 3相交流を取り出すことができる。

[0139] また、上記のようにして各コイル群 32に電流が流れると、固定子のコイル群 32に磁界が生じ、その磁界と固定子の永久磁石 64の間に吸引力および反発力が生ずる。しかし内側と外側の対応するコイル群同士が接続線 11 lc、 112c, 113cでそれぞれ接続されているので、内側に引っ張られる力と外側に押される力がバランスする。すなわち内側の第 1コイル群 11 laの電流が減少すると、外側の第 1コイル群 11 lbの電流も同等に減少するため、内側に引つ張られる力と外側に押される力がバランスし、同様【こ第 2コィノレ群 112a、 112b同士および第 3コィノレ群 113a、 113b同士の力もノランスする。そのため、回転子は固定子に対してほぼ一定の間隔を維持しながら走行すること〖こなる。したがって回転数が変化しても、全体としてスムーズな回転が得られる。

[0140] 図 26aに示す磁気浮上構邀3は、回転する羽根車側、たとえば羽根保持アームに取りつけられる永久磁石 90が下向きに開口する断面略コ字状を呈している。固定されたフレーム側、たとえば支持リングに取りつけられる永久磁石 89は縦向きの板状である。このような断面コ字状の永久磁石 90は、水平に配置される中央の板状の磁石 9 Oaと、縦向きに配置される内側および外側の板状の磁石 90b、 90cの 3枚の磁石をたとえば N極を内側にするように組み合わせることにより得ることができる。その場合は相手側の縦向きの永久磁石 89の上端側を同じ N極にする。コ字状の永久磁石 90 の内面側を S極にする場合は、縦向きの永久磁石の上端側も S極にする。そして基準状態では、固定側の永久磁石 89の先端は、回転側の永久磁石 90の先端同士を結ぶ線 Lにほぼ一致させておく。なお、固定側の永久磁石 90をほぼ連続する環状に配置し、回転側の永久磁石 89を羽根保持アームの部分のみに設ける点については、前述の図 21の磁気浮上構 itilの場合と同様である。ただし固定側を部分的に設け、回転側をほぼ連続する環状に配置してもよ、。

[0141] このように構成される磁気浮上構 iti 3は、回転側の中央の磁石 90aの N極と固定側の永久磁石 89の上端の N極とが反発するので、羽根車の重量を支えることができる。また、回転側に中央に向力力が加わっても、内側の磁石 90bと縦向きの永久磁石 89とが反発するので、上記の力に対応する力が生ずる。逆に外側に向力う力が加わっても、外側の磁石 90cと縦向きの永久磁石 89との間で元に戻そうとする力が働く。そのため、この磁気浮上構邀3は、常に基準位置を維持させる機能を備えている。また、回転側の永久磁石 90の幅は、図 22からもわ力るように、羽根保持アームの幅と同じでよいため、磁石の節約になる。また、いずれも板状の磁石を用いるので、巿販の磁石から容易に構成することができる。

[0142] 図 26bに示す磁気浮上構邀4は、図 26aの場合とは逆に、回転側に縦向きの永久磁石 90を設け、固定側に断面コ字状の永久磁石 89を設けている。この磁気浮上構邀4も図 26aに示す磁気浮上構邀3と同様に、羽根車の磁気浮上作用と、中心維持作用の両方の機能を備えており、実質的に同じ作用効果を奏する。

[0143] 図 26cに示す磁気浮上構 iti 5は、固定側の永久磁石 89として、内向きに開くコ字状断面を備えた外側の磁石 89cと、外向き開くコ字状断面を備えた内側の磁石 89b とカゝらなる。そして回転側の永久磁石 90は、固定側の永久磁石の間に水平に配置される板状のものが用いられる。回転側の永久磁石 90はたとえばステンレススチールなどの非磁性体材料力もなる支持部材 119で羽根車側、たとえば羽根保持アームなどに取りつけられる。なお、外側のコ字状の磁石 90cの内面側を N極にする場合は、内側のコ字状の磁石 90bの内面側を反対の S極とし、回転側の永久磁石 90は外側の端部を N極に、内側の端部を S極にする。それにより、強力な上向きの磁気浮上作用と中心維持作用とを発揮することができる。

[0144] 図 27aの磁気浮上構邀6は図 26cの磁気浮上構邀5とは逆に、回転型の永久磁石 90として、外側および内側に配置されるそれぞれ断面コ字状の磁石 90c、 90bを採用し、固定側の永久磁石 89として水平方向に配置される板状の磁石を採用している。なお、この実施形態では、回転側の外側の磁石 90cと内側の磁石 90bの上部同士をステンレススチールなどの非磁性体材料力なる部材で連結して、る。それにより取り扱いが容易になる。

[0145] 図 27bに示す磁気浮上構邀7は、固定側の磁石 120として、図 26bの場合とほぼ同様の上向きに開く断面コ字状の磁石 121と、その間に介在される電磁石 122とを組み合わせたものを採用している。このものは電磁石 122のコイルに流す電流を制御することにより、電磁石 122の磁力を調整することができる。それにより必要に応じて磁気浮上力を調整することができる。

[0146] つぎに図 28— 36を参照して、本発明の電気'力変換装置の第 1の態様の実施形態を説明する。図 28は風力発電システムの先の実施形態における図 21に示すような両側に磁極を持つ回転子を持つ発電機のブロック構成図（断面図）を示しており、両側に永久磁石 126を持つ回転子 127と、この回転子 127を軸支する軸受け部 128 と、この軸受け部 128を支持する台 129と、回転子 127を回転駆動する羽根車 12などから構成される原動機部 130と、回転子 127の永久磁石 126と対畤している固定子 131とで構成されている。なお、上記軸受け部 128の代わりに上述した永久磁石などによる磁気浮上構造としても良い。電気'力変換装置は紙面に対して直角方向に延びている。風力発電装置に用いる場合は円環状に配置されるが、直線状あるいは緩やかな曲線状に延びていてもよい。以下の説明では、円環状に配置される場合を説明する。

[0147] 回転子 127の両側に 2つの固定子 131を持つ発電機の回転子 127は、ドーナツ状の回転子で円周状に分布配置されている。このような発電機においては、固定子 13 1の寸法低減のために回転子 127の内外径の差が小さいことと、回転子 127の軸受け荷重の軽減のために回転子 127の重量が軽、ことが求められる。

[0148] 図 29は片側に固定子 131を持つ発電機の回転子ヨーク部 132の構造を示している。なお、図 28と同様の機能を有する要素には同一の番号を付している。回転子 12 7の固定子 131と対向している面には N極と S極と交互に永久磁石 126を配置しており、また、矢印は磁束を示している。この片側に固定子 131を持つ発電機の回転子 1 27は、 N極の磁極と S極の磁極の間に磁束が通り易くするため、鉄でできた磁気回路が必要である。この回転子 127の磁気回路の幅は、磁極幅 (永久磁石 126の幅）の半分の大きさである。

[0149] 他方、固定子 131が回転子 127の両側にある発電機で、両側に磁極 (永久磁石 12 6)を持つ回転子 127を構成した場合には、図 30に示すように、半径方向に対して大きな幅の回転子ヨーク部 132が必要となる。したがって、回転子 127の内外径の差が大きぐ二重に回転子ヨーク部 132が必要となり、回転子 127の重量が重くなる。

[0150] この回転子 127の両側に磁極を持つ構成で、磁極に永久磁石 126を使用した時に、軸の偏芯（回転子 127が軸芯力もずれて固定子 131側に寄ること）が生じた場合には、固定子 131と回転子 127の空隙が狭くなるために、寄った側の永久磁石 126は、回転子 127に独自のヨーク部を持つので、残りの回転子 127側の永久磁石 126とは無関係に、独自の磁気抵抗だけに左右されて、消費アンペアターンが減少し、永久磁石 126の発生磁束量が増加する。また、残り側も独自のヨーク部を持つので、永久磁石 126の発生磁束量は減少する。これを図 31に示す。これにより図 31の上側の回転子 127の半径方向に作用する磁気吸引力が大きくなり、上側の固定子 131側に回転子 127が更に移動する。この力を式にて説明する。 [0151] 図 32は永久磁石 134を使用した回転機のモデルの磁気回路を示し、略コ字型の珪素鋼板力もなる磁性体 135の対向する先端の一方に永久磁石 134を配置し、この永久磁石 134と磁性体 135の他方の先端との間に空隙を設けている。一般に永久磁石 134の発生する空隙の磁束密度 Bは、図 32の位置関係の時に、

B = Bv (t/ μ )/(ί/ μ +Α) …（1)

(但し、 Br:永久磁石 134の残留磁束密度、 t:永久磁石 134の厚み、 μ：永久磁石 134の透磁率、 A：空隙の長さ）

と、示される。

[0152] 両側にヨーク部を持つ回転子構造では、外側磁石の磁気吸引力 P1及び内側磁石の磁気吸引力 P2は、

仮に、磁石（永久磁石 134)の厚さ tを、 10. 5mm、空隙 Aを 10mm、 kを磁極面積とした時、

Pl=k- ((Br- (X/ ιχ)/(χ/ ix +Α))²

=k- (Br)² /4 ·'·· (2)

P2 = k- ((Br- (X/ ιχ)/(χ/ ix +Α))²

=k- (Br)² /4 ·'·· (3)

である。したがって、同じ空隙の時の磁気吸引力は同じとなり、回転子 127は移動しない。

[0153] ところが仮に回転子 127が 5mm中心力もずれて回転子 127側に寄った時、回転子 127の（図 31で上側の空隙が狭くなつた時の） Pl、 P2は、以下のようになる。

Pl=k- ((Br- (X/ ιχ)/(χ/ ix +Α))²

=k- (Br)² *4Z9 · · · · (4)

P2 = k- ((Br- (X/ ιχ)/(χ/ ix +A))²

=k- (Br)² *4Z25 ···· (3)

これにより磁気吸引力に差が生じ、回転子 127を更に偏芯させるように力が作用する。

[0154] 更に、回転子 127の両側に磁極 (永久磁石 126)を持つ場合の磁気吸引力は、回転子 127の片側のみに磁極 (永久磁石 126)を持つ発電機に比して、回転軸に対して 180° の位置にも回転子 127の両側に磁極 (永久磁石 126)が存在するので、 2倍の磁気吸引力が作用することになる。したがって、回転子 127の両側に永久磁石 12 6の磁極を持つ発電機を片側に磁極を持つ構造の考えのままで製作すると回転子 1 27の重量が重ぐまた軸偏芯時の磁気吸引力が大きいという問題がある。この構造の考えの問題点は、回転子 127の重量が重ぐまた軸偏芯時の磁気吸引力が大きいということである。すなわち、回転子 127の構成にあることになる。その回転子 127の構成で、二重に必要とする回転子ヨーク部 132にあることになる。回転子ヨーク部 13 2の幅の低減、回転子ヨーク部 132の共有ィ匕が考えられる。

[0155] この回転子ヨーク部 132の幅の低減は、重量低減にはなる力回転子ヨーク部 132 の磁気抵抗を増加させて、永久磁石 126の能力を低減させることになり、磁気吸引力が大きいという問題解決にはならない。また、回転子ヨーク部 132の共有ィ匕は、回転子 127の外側の磁極と内側の磁極の位置を、磁極の極ピッチの半分ずらすことが考えられ、重量低減には効果がある力共有化では、外側と内側の磁極が独自に動き、磁気吸引力が大きいことの解決にはならない。

[0156] したがって、回転子 127の両側の磁極力偏芯が生じてもそれぞれの独自の磁気回路で磁石が動作しないように、回転子 127の外側と内側の両者の磁気回路を一本化できれば、回転子ヨーク部 132が同じになり、重量も低減でき、磁気吸引力が低減できること〖こなる。よって、課題は、回転子 127の外側と内側の永久磁石 126の磁気回路を一本ィ匕することである。

[0157] そこで、回転子 127の両側の磁極、 N極と S極の永久磁石を対に構成すれば、磁気回路の一本ィ匕を図ることができる。この構成を図 33に示す。図 33において、 N極と S極の磁石 136、 136を対にした部材である磁石部 137を等間隔で該磁石部 137の N極と S極が交互に反対側に位置するように周方向に配置して回転子 127を形成し、この回転子 127の両側に固定子 131を配置している。このような構成にすることで、同じ磁力線が回転子 127の両側の磁石部 137及び両側の固定子 131を通ることになり、両側の空隙の磁束密度も同じになり、磁気吸引力も同じになる。

[0158] この状態をモデルィ匕した状態を図 34に示す。このモデルでの両側の磁極の磁束密度は、以下のようになる。 2つの磁石 (磁石部 137)は、同じ磁気回路上にあるので、磁石厚さと空隙は合算されて、

B=Br'(2tZ ） Z(2tZw +A+B) · · · · (6)

(但し、 Br:磁石の残留密度、 t:磁石の厚み、 μ：磁石の透磁率、 Αと Β:空隙の長さ）と示される。

[0159] 今、仮に、 A磁石と B磁石の厚み tを 10. 5mm、 μを 1. 05、空隙 Αと Βを 10mmとした時、回転子 127の両側の磁石に作用する磁気吸引力 Pl、 P2は、

Pl=k' ((Br'(2tZ ） Z(2tZw +A+B))²

=k- (Br)² /4 ·'·· (7)

P2=k' ((Br'(2tZ ） Z(2tZw +Α+Β))²

=k- (Br)² /4 ·'·· (8)

で示される。

[0160] 更に、仮に、回転子 127の回転軸が 5mm偏芯した場合 (磁石 Αと磁石 Βが空隙 A 側に 5mm移動したとする）の磁気吸引力 Pl、 P2は、空隙の (A— 5) + (B + 5)が当初の A+Bのままであるので、同じ磁気吸引力となる。

[0161] したがって、両側の磁石の磁気吸引力は回転子 127の両側でバランスするので、回転子 127全体が受ける力はゼロになり、偏芯があっても、回転子 127を更に径方向に移動させる力は生じな!/、ことが計算上示される。

[0162] また、図 33に示すように、回転子 127の周方向で、隣り合った磁極を非磁性金属体 138で結合することで、隣の磁極に磁束が漏れることも無くすことができる。

[0163] 力かる構成とすることで、回転子 127の両側の磁石 136、 136を N極と S極と対にし、磁気回路を 1つにした構成とすることで、回転子 127の周方向で隣り合った磁極を非磁性金属体 138で結合でき、そのため、従来構造の鉄の磁気回路を必要とせずに、回転子 127の軸が偏芯が生じても、回転子 127全体では磁気吸引力が計算上は発生しないという作用効果を生ずる。また、前述の構造の回転機で必要としていた周方向で隣り合った磁極間の回転子ヨーク部を必要としないという作用効果を生む。

[0164] 図 35に具体的な実施形態を示す。図示するように、回転子 127の両側にそれぞれ固定子 131があり、回転子 127は N極と S極の磁石 136、 136を全周に設けた非磁性金属体 138の上に設置したものである。回転子 127の周方向上に隣り合った磁石 136、 136 (磁石部 137)同士の間は、非磁性金属体 138で結合されている。この時に、回転子 127の両側の磁石 136、 136間を非磁性金属体 138に代えて磁性金属で接続すれば、両側の磁石 136、 136間の磁気抵抗が減少する。この回転子 127の両側の磁石 136、 136間の磁性金属は、回転子 127の両側の磁石 136、 136と同じ磁気回路上にあるので、図 31の構造の周方向上に存在する鉄の磁気回路とは、その作用が異なるので、本発明の原理には触れない。

[0165] 理論的には、上記（6)式と（7)式で示したように、回転子 127の両側の磁石 136、 1 36で生じる磁気吸引力は同じである。しかし、実際は、一般に磁束は磁束密度を低減させるために空間に広がる性質を持ち、固定子 131が周方向に存在するために、上記 (6)式と（7)式の磁極面積の定数 kが、回転子 127が近接した側と離れた側では異なる。近接した側では kが大きくなり、離れた側では小さくなる。このために、近接した側の磁気吸引力が、離れた側より大きくなる。この二次的な現象は、本発明の原理には直接触れないが、この二次的な現象も含めた磁気吸引力の有限要素法による磁界解析による磁気吸引力の計算結果を図 36に示す。この計算は、図 32の構造と図 35の両側の磁石寸法と空隙を同じとし、図 32の周方向の隣り合った磁極間の鉄の回転子ヨーク部を磁石の幅の半分で行なったものである。この結果にも示すように、図 35に示す構造の磁気吸引力は、従来構造の場合よりも小さいものである。

[0166] このように本実施形態では、回転子 127の両側の磁極を対にして構成すると、同じ磁気回路上で両側の磁石 136、 136が動作することになり、回転子 127の偏芯が生じても、両側の磁石 136、 136の磁気吸引力がバランスして回転子 127全体では力がゼロになり、更に回転子 127を移動させる力の発生することは計算上無くなる。また、同じ磁気回路上に磁石 136、 136を取り付けるので、従来構造の考えでは必要とした隣り合った磁極間の回転子ヨーク部を必要とせずに、回転子 127の重量低減と回転子 127の径方向の幅を低減できるという効果を奏する。

[0167] つぎに図 37—図 44を参照して本発明の永久磁石の配列構造の実施形態を説明する。以下の実施形態では、本発明の永久磁石の配列構造を磁気浮上装置に適用する場合を説明する。しカゝしこの永久磁石の配列構造は、これに限らず、複数個の永久磁石を同じ極を同じ向きになるように並べる場合の種々の構成にに適用することができる。図 37は両側に固定子をもつ回転子の磁気浮上の構造を示すものであり、先の実施形態と同様の原動機部 153にて回転駆動される回転子 151の両側には固定子 152を持ち、この回転子 151は磁気浮上構 iti 10にて浮上する構造となつて、る。この磁気浮上構 i ilOは、回転子 151側の永久磁石 154と、台 156側に固定されている固定側の永久磁石 155とで構成されており、永久磁石 154と永久磁石 155の対向面は互いに反発する N極同士、あるいは S極同士となって!/、る。

[0168] 図 37に示すように、両側に固定子 152をもつ発電機の回転子 151は、水平に置かれ、周方向に分布配置されている。このような構造の発電機の回転子 151は上述したように水平に設置できるがために、永久磁石 154、 155により磁気浮上させることができる。しかし、永久磁石 154、 155の取り扱いの際には、近接する磁性金属に接着しても、取り外すことができるようにしている。あるいは、所定の位置にアルミ材などの非磁性体を介して永久磁石 154、 155を取り付けた後は、このアルミ材などを取り外す必要がある。永久磁石 154、 155の取り付けのためには、アルミ材などが必要であり、取り付けのために有効利用できな、スペースが必要となって、る。

[0169] また、永久磁石 154、 155の反発力により磁気浮上させている状態で回転子 151が移動している場合には、固定側と回転側に隙間なく多量の磁石 (永久磁石 154、 15 5)を取り付ける必要がある。高性能磁石は、最大寸法に制限があり、多くの個数が必要となる。図 38に示すように、磁気浮上のためには同じ極の磁石 (永久磁石 154、 1 55)をそれぞれ横に配置する必要がある。図 38では、移動側の永久磁石 154の空隙側を N極とし、固定側の永久磁石 155の空隙側を S極として反発力を得てヽる。

[0170] しかし、図 39に示すように、同じ方向の磁極面を持つ磁石の側面を近接させると、反発力が生じ、並設して取り付けることは容易ではなぐ多くの人力を必要として固定している。すなわち、図 39は高性能の磁石 Aと磁石 Bを近接させた時の両磁石 A、 B の流体の磁束分布の状態を示し、磁石 Aと磁石 Bを近接させても、端部では、同じ N 極から発生した磁束（図中の端部の漏れ磁束)が近接するために (磁束が鎖交しな!/ヽので)反発力を生じる。したがって、両磁石 A、 Bを近接して保持することは困難である。

[0171] また、図 40は空気中に置かれた高性能磁石 A、 Bの反発力（磁石 Aを固定とした場合）の説明図を示し、両磁石 A、 Bの厚さを 5mm、長さを 20mm、幅を 10mmとして、磁石 Aの端面に磁石 Bを吸着させた場合に、磁石 Bに作用する反発力は、約 30Nであり、人の手で長時間保持し続けることは非常に困難である。

[0172] なお、全体機器を分解点検するために、設置した磁石がこの反発力のために飛ぶことがないように、磁石固定用の非磁性材を取り外す作業にも時間を要することになる。更に、この取り付け '分解作業を、設備を用いて効率良く工場で行なうのではなく、現場で実施するとなれば、更に時間を要することになる。このように、高性能磁石を機器 (風力発電システムなどに）に組み込むには、取り付け作業に時間を要する。

[0173] このようにして高性能磁石の組み込む際の作業性の悪ィ匕は、その磁石が高性能であるが故に、磁束が空気中に漏れて、近接した磁性体との間に吸引力が発生することである。計画した方向に向いて!/、る磁束が磁性体との間に吸引力が発生すること、あるいは浮上のための磁石間での反発力は、高性能磁石を使用する目的でもあるので、この磁束が生む吸引力の対策は機能上必要なことであり、問題ではない。しかし、所定方向以外の磁石の側面を通る磁束は、漏れ磁束であり、この漏れ磁束が近接した磁性体との不要な吸引力を生むこと、あるいは、同じ方向を向いた磁石との間に不要な反発力を生じることを防止することができれば、作業性を向上させることができる。

[0174] 永久磁石を鉄のような磁性体に取り付けると、この磁性体の外側にある磁性体の吸引力が低減することは周知の事実である。この周知の事実により、例えば、 1cm立法の磁石を単純に数 cmの厚い鉄で側面を囲むと、不用意な吸引力は発生しないが、作業場内での運搬する重量が増し、逆に作業性が悪くなる。また、図 41に示すように、磁石を磁性体 158で囲ったものに、別の高性能磁石を配置すると大きな吸引力が発生し、これらを分離するためには、大きな力を必要とする。

[0175] すなわち、図 41は磁石 Aの側面に磁性体 158を取り付けた時の端部の磁束分布を示す図であり、磁石 Aの側面に磁性体 158を取り付けた場合には、磁石 Bの端部の磁束がその磁性体 158に浸入し、吸引力が生じる。また、図 42は、空気中に置かれた高性能磁石 Aと磁石 Bとの間に磁性体 158をサンドイッチした時の吸引力を示している。この図 42において、両磁石 A、 B共に、厚さを 5mm、長さを 20mm、幅を 10m mとし、磁性体 158の厚さを 5mm、長さを lmm、幅を 10mmとした場合、磁石 Bが磁性体 158側力受ける吸引力は、約 30Nであり、磁石 Bを磁性体 158から分離しょうとすると大きな力を必要とする。そのため、両磁石 A、 Bの分離は困難である。

[0176] 更に、反発形の磁気浮上では、磁石側面に取り付けた磁性体が、磁石表面より突き出ると、この部分の表面に相手方の磁石の磁束が集中して、浮上用の反発力の低下を招く。

[0177] したがって、同じ極面同士の高性能磁石を近接した時に、反発力と吸引力が小さくなるような磁石側面に取り付けた磁性体あるいは磁石側面を囲む磁性体の構成が磁石に密に並んでいるような薄い磁性体の厚みを求めることが課題となる。

[0178] 同じ極面間で、高性能永久磁石を近接させると、反発し、また高性能磁石に磁性体を取り付けると吸引して離れない。この反発と吸引の両者の状態を、磁性体を用いて発生させることができれば、同じ極面の高性能磁石を密接に並べても反発と吸引が生じないことになる。このために、図 43に示すように磁石の側面の磁性体 160の外側を一部磁束が漏れるように、磁性体 160の高さを磁石の厚みより短くするようにしたものである。

[0179] そして、図 44に示すように、この一部を切り欠いた磁性体 160を高性能磁石 Aと B の間に側面でサンドイッチする。高性能磁石 A、 Bの漏れ磁束が、この磁性体 160の高さを欠いた部分力漏れた磁束が互いに反発し、反発力を発生していて、磁性体 160の部分では、磁性体 160に互いに高性能磁石 A, Bが吸引している状態になる。したがって、磁界解析によりその磁石 A、 Bに応じて反発力と吸引力がバランスするように磁性体 160の高さと厚みを適切に設定することができるので、課題を解決することができる。

[0180] このように、高性能磁石 A, Bの厚さよりも短い磁性体 160を磁石 A、 Bの側面に取り付けるという工夫により、隣り合った磁石 A、 Bの反発力と吸引力をバランスさせる作用が生じる。また、磁性体 160の長さは、磁石 A、 Bの長さより小さぐ磁石が密に並んでいる状態でもある。更に、磁性体 160は磁石 A、 Bの面より内側に引っ込んでおり、浮上側の磁石 154と固定側の磁石 155よりの磁束力この部分に集中することはないという作用をもち、磁気浮上に悪影響を及ぼすことはない。 [0181] 図 44は具体的実施形態を示し、図示するように、磁石 A、 Bの厚みより、短い磁性体 160を磁石 A、 Bの側面に取り付けたものである。また、この時の磁性体 160の長さは約 lmmで、磁石 A、 Bの長さ 20mmより短い。したがって、多数の磁石が密に並んでいる状態に近い。この磁石の配列で、磁界解析を行なった計算結果を図 44に示す。

[0182] 磁石 A、 Bの厚み 5mmより、 1. 2mm短い磁性体 160 (厚さ 3. 8mm、長さ lmm、幅 10mm)を磁石 Aの側面に取り付けた時の磁石 Bに作用する力は、吸引力で、約 1 Nである。この力は、図 44に示す同じ大きさの磁石 Aと磁石 Bを磁性体 160無しで接した場合の反発力（図 40)約 30Nより小さい。また、磁石の厚さと同じ高さの磁性体を介在させた時の吸引力（図 42)約 10Nより小さい。したがって、この実施形態に示すように、磁石の厚さより短い磁性体 160を介在させることで、磁石の設置が容易となり、特別に反発力対策として磁石を固定する構造物を必要としないものである。

[0183] このように本実施形態では、高性能磁石 A、 B (永久磁石 154、 155)の厚さよりも短い磁性体 160を該磁石 A、 Bの側面に取り付けて、隣り合った磁石 A、 Bの反発力と吸引力を低減させたので、磁石 A、 B (永久磁石 154、 155)の取り付け作業が容易になり、現地にての組み立ての作業時間を短縮することができる。また、磁石 A、 B間の吸引力が低減したので、発電機の分解点検作業が容易となる。更に、磁石 A、 B間の反発力対策として、磁石 A、 Bを固定する構造物を必要としないという種々の効果を奏するものである。

[0184] なお、図 44に示すような構成の磁性体 160を、図 38に示す移動側の多数の永久磁石 154の間に磁性体 160を介在させているものである。また、同様に固定側の多数の永久磁石 155の間にも磁性体 160を介在させている。

[0185] つぎに図 45— 51を参照して本発明の電気'力変換装置の第 3の態様の実施形態を説明する。図 45は、風力発電システムの先の実施形態における図 21に示すような両側に磁極を持つ回転子を持つ発電機のブロック構成図を示しており、両側に永久磁石 163を持つ回転子 164と、この回転子 164を軸支する軸受け部 165と、この軸受け部 165を支持する台 166と、回転子 164を回転駆動する羽根車 12など力も構成される原動機部 167と、回転子 164の永久磁石 163と対畤している固定子 170とで構成されている。なお、上記軸受け部 165の代わりに上述した永久磁石などによる磁気浮上構造としても良い。

[0186] 回転子 164の両側に固定子 170を持つ発電機では、外側と内側の固定子コイルを幾何学的にコイルを配置しても、図 46に示すように回転子 164の内側と外側の磁束分布が相違する力外側の固定子 170aと内側の固定子 170bでの U相、 V相、 W相の発生電圧の波形とピーク値および位相に差が生じる可能性がある。

[0187] 図 46は、回転子 164の磁石 163の外側固定子 170aと内側固定子 170bの距離を示すものであり、磁石 163の磁束分布が外側固定子 170aと内側固定子 170bでは異なることを説明するために距離の差で示した図である。図 46において、磁石 163を直方体とした時に、磁石 163と外側固定子 170a及び内側固定子 170bとの距離は部位毎に以下のようにする。

a :磁石 163の一方の端と外側固定子 170aの距離

b :磁石 163の中央部と外側固定子 170aの距離

c：磁石 163の他方の端と外側固定子 170aの距離

d:磁石 163の一方の端と内側固定子 170bの距離

e :磁石 163の中央部と内側固定子 170bの距離

f :磁石 163の他方の端と内側固定子 170bの距離

[0188] この時に、磁石 163と外側固定子 170aの内径との距離について、以下のようになる。

D &、 o c、 a = c

であり、内側固定子 170bの外径については、以下のようになる。

d>e、 f >e、 d=f

また、 b = eとすると、 a< b< dとなる。

[0189] これは、磁石 163の部位毎に磁路長が異なり、外側固定子 170aと内側固定子 170 bで磁束分布が異なることになる。この磁束分布の推定を図 47に示す。

[0190] 図 47aは外側固定子 170aの磁束密度分布を示し、図 47bは内側固定子 170bの磁束密度分布を示している。図 46に示したように、外側固定子 170aと内側固定子 1 70bとの間の空隙で、磁石 163の部位により磁路長が異なるので、両固定子 170a、 170bでは磁束密度分布が図 47に示すように異なる。

[0191] 図 47に示すように、外側固定子 170aの磁束密度分布は台形状で、内側固定子 1 70bの磁束密度分布は三角状であることが推定される。したがって、外側固定子 170 aと内側固定子 170bのコイルに誘起される電圧のピーク値と波形が異なることが予想され、外側固定子 170aと内側固定子 170bの電圧のピーク値と波形が異なることは、両固定子 170a、 170bの誘起電圧の基本波成分の位相も異なる可能性がある。

[0192] また、回転子 164の両側に固定子 170を持つ発電機で、外側と内側のコイルを横切る磁束密度 Bが同じ場合には、外側固定子 170aの発生電圧を el、内側固定子 1 70bの発生電圧を e2とした時、以下の式で示される。

el = B -l-vl

e2 = B -l-v2

但し、符号 1はコイルの長さ、 vl、 v2は、外側と内側のコイルを横切る磁束の速度とする。

[0193] この時に、 vl =v2 'rlZr2である。但し、 rlは外側固定子 170aの内径、 r2は内側固定子 170bの外径である。

[0194] このように、回転子 164の両側に固定子 170を持つ発電機では、コイルを横切る磁束の速度が、外側と内側で異なるので、発生電圧が異なる。また、上記では、外側と内側の固定子コイル部での磁束密度も同じとした力前述のようにこれも同じではない。これを単純に結線すると外側と内側のコイルの間に循環電流が流れる可能性があり、不要な損失あるいは、更なる温度上昇を生じる可能性があった。

[0195] ここで若干補足すると、従来の一般の発電機は、回転子の外径側に固定子を配置しているので、固定子コイルと回転子の磁極を周方向に幾何学的に周期的に配置すれば、 U相、 V相、 W相の発生電圧は、片側の同じ周方向にあるので、位相差は生じにくい。

[0196] 更に、一般に永久磁石を使用している発電機では、偏芯により回転子の磁極が近接した側では、空隙の寸法が狭くなるので、磁石の消費アンペアターンが少なくなり、起磁力のバランスが崩れて、近接する側に、近接する前の状態の起磁力より、近接した方が固定子表面の磁束密度は大きくなり、磁束密度の高い領域は広がる。また、離れた側の磁束密度は低くなり、その面積も狭くなる。このために、回転子の作用する磁気吸引力には、差分が生じて、磁極に近接した側に更に偏芯することが生じていた。これに対して、回転子の左右に磁極を持ち回転子の両側に固定子を持つこの発電機では磁極構造に関して対策を行な、、これを低減する工夫を行なって、るが

、図 46及び図 47で示したように、磁束密度分布に関して本質的に均等でないので、偏芯側に更に近接する可能性はある。

[0197] 回転子 164の両側に固定子 170を持つ発電機の問題をまとめると、以下のようになる。

(1)外側と内側の固定子 170の発生電圧の大きさ及び波形、位相に差が生じる。したがって、それぞれの固定子コイルを結線すると両固定子 170a、 170b間で循環電流が流れることになり、常時損失が発生する。

(2)回転子 164の偏芯時には、偏芯した側に更に偏芯する可能性があるので、更に、両側の固定子 170a、 170bの発生電圧に差を生じる可能性がある。

[0198] この原因は磁石 163の形状にあるので、この磁束密度分布の解明を行ない、これに適切な磁石形状を決めることも出来るが、解明に要する時間と費用と適切な磁石形状を製作するための金型等の費用を考慮すると、経済的ではない。また、回転子 1 64の偏芯時の発生電圧の問題については、正常状態の磁石形状では、対応できな Vヽと予想されるので、磁石側だけで解決できる問題ではな!/ヽ。

[0199] したがって、解決しょうとする課題は、固定子コイル側で、磁束密度分布の差に起因した発生電圧の差と磁気吸引力の低減を図る必要がある。この固定子コイル側で、解決策を見いだすことが課題となる。

[0200] 課題を解決するための手段として、問題は、両側の固定子の磁束密度分布が異なることにより発生しているので、この分布の違いを考慮して、固定子コイルを巻き、電圧を発生するようにすればよい。この発電機は、固定子コイルを両側にもつので、この同相の固定子コイルを交差させると、固定子コイルの発生電圧は、偏芯のない正常状態では同じになる。この時に、回転子 164の偏芯があっても、正常状態と同じような発生電圧であれば、更に、偏芯していく度合いを低減できることになる。このような交差を固定子コイルで行なえばょ、。 [0201] 永久磁石の場合には、磁石の磁束密度は磁石の磁気回路の消費アンペアターンと固定子の電機子反作用で決まる。このうち磁気回路の消費アンペアターンは図 46 で示したように固定子 170a、 170bと磁石 163の間の空隙の大きさで大部分決まる。回転子 164の偏芯が生じた場合の両固定子 170a、 170bでの磁束密度を磁石 163 と固定子 170a、 170bの間の空隙の寸法で図 48にて検討する。

[0202] 図 48は回転子 164の偏芯時の磁束密度の大きさとコイルの配列についての回転子 164側の磁石 163の外側固定子 170aと内側固定子 170bの距離 (空隙）の検討用の図であり、該図では磁石 163を直方体とした時に、磁石 163と固定子 170a、 17 Obとの距離を部位に次のようにする。ここでは便宜上、磁石 163の番号を磁石 1、磁石 2、磁石 3として説明し、 al、 a2、 a3の 1、 2、 3の添字は、これら磁石 1一 3の番号に対応させている。

[0203] a:磁石の一方の端と外側固定子 170aの距離

b:磁石の中央部と外側固定子 170aの距離

c：磁石の他方の端と外側固定子 170aの距離

d:磁石の一方の端と内側固定子 170bの距離

e:磁石の中央部と内側固定子 170bの距離

f：磁石の他方の端と内側固定子 170bの距離

[0204] 回転子 164の偏芯時の磁石 163と固定子 170a、 170bの距離の大きさの順は、次のようになる。

al<bl<c2<a2<b2<e2<d2<f2<el<dl

また、

al = cl、 dl=fl、 f2 = d3、 e2 = e3、 d2=f3

したがって、偏芯時の固定子 170a、 170bの磁石 163の各部位の磁束密度の順は、上記の逆となる。

al>bl>c2>a2>b2>e2>d2>f2>el>dl

[0205] 図 49は固定子コイル 172の配列を示す図であり、固定子コイル 172は、 u— z— v— x -w-yの相順で配置される。外側固定子 170aの固定子コイル 172をこの順で配列した時に、回転子 164に図 49に示すように磁極 (磁石 163 (磁石 2、磁石 1、磁石 3)を取り付けた場合には、内側固定子 170bの固定子コイル 172の配列は、 u-z-v-x- w— yの相順と、 X— w— y— u— z— Vの相順がある。この固定子コイル 172の並びの時の磁石 163の位置と空隙部の位置 a, b, c, d, e, fを図 49に示す。

[0206] 図 50は、磁石 163の位置と磁束密度の大きさを示す図であり、仮に、 alを 10、 bl を 9として、磁石 163の部位毎に大きさを図 50に示す。この時に正常状態に近い空隙距離となっているのは、 d2と f3であるので、正常状態では磁束密度も 4と仮定できる。図 50に示すように、相により誘起電圧が異なることが判る。回転子 164の偏芯が生じた場合も考慮すると単純に両側の固定子コイル 172を交差できないことになる。

[0207] 図 49及び図 50のモデル図により外側の固定子コイル 172aと内側の固定子コイル 172bを交差した場合の発生電圧 (合計した磁束密度)の評価を固定子コイル 172との相順との関係で図 51に示す。なお、固定子コイル 172の交差は同相間で行なっている。上記のことから、固定子コイル 172の交差を行なう場合、偏芯があった場合の発生電圧は、外側の固定子コイル 172aの相順と内側の固定子コイル 172bの相順に関係することになる。この時に、正常状態が 8であるので、各相の発生電圧が 8に近い状態をもつ相順、すなわち、 X— w— y— u— z— Vの場合が全体として大きな発生電圧がなく、固定子コイル 172に流れる電流も小さくなる。固定子コイル 172の u-z-v- X— w— yの配列時には発生電圧は大きぐ固定子コイル 172の流れる電流も大きい。

[0208] 図 52は、外側の固定子コイル 172aの配列を u— z— V— X— w— yとし、内側の固定子コイル 172bの配列を X— w— y— u— z— Vとして、これらのコイルの配列を対向させ、各同相間でコイルを交差させたものである。図 53は外側固定子 170aと内側固定子 17 Obへの固定子コイル 172の具体的な結線方法を示す図であり、この図では相順を外側と内側で、 180° 変えている。

[0209] このように、両固定子 170a、 170bの磁束分布の差異に伴う誘起電圧の差異を、回転子 164の磁極対の両側の固定子コイル 172を交差させることで、両側の固定子コィル 172に常時流れる循環電流の発生を防ぎ、両側の固定子 170a、 170bの発生電圧を同じにして、負荷電流の流れるを均等にでき、負荷時の磁束分布を両側の固定子 170a、 170bとも同じにすることで、磁気吸引力を低減させることができる。特に、外側の固定子コイル 172aの配列を u— z— V— X— w— yとし、内側の固定子コイル 172 bの配列を x— w— y— u— z— vとして、これらのコイルの配列を対向させ、各同相間で固定子コイル 172を交差させることで、発生電圧が均等になり、両側の固定子コイル 17 2間での循環電流の発生を抑えることができる。

[0210] 前述の電気'力変換装置の実施形態では、いずれも風力発電装置に適用できるように、円環状に配列された回転子とその両側の円環状の固定子の対について説明したが、左右一対の固定子が直線状ないし蛇行する曲線状に配列し、その間を所定長さの移動子を走行させるようにすることもできる。それによりリニアジェネレータとなる。また、前述の実施形態では、風力発電用の発電機に用いる場合を説明したが、他の動力を利用した発電機として利用することができる。逆に固定子のコイルに交流を流すことにより、モータとして利用することもできる。モータとして利用する場合は、回転型の交流モータとして動力源に用いることができる。また、リニアモータとして用いる場合は、各種の搬送機、乗り物、ジェットコースタなどの遊戯具など、種々の動力源として用いることができる。

[0211] 図 54は、図 14a、図 14bの羽根車 12とほぼ同様の中心部に軸も軸受けも設けない羽根車 173を示している。放射状に設ける横羽根も有しない。また、図 14a、図 14b の羽根車 12では、縦羽根 26が支持リングの内周に設けられている力図 54の羽根車 173では、複数枚の縦羽根 26の上端および下端を支持リング 52、 53で連結し、全体として籠型に構成している。この籠型の羽根車 173は、上端および下端の支持リング 52、 53をフレームのリング 18で走行自在に支持することができる。支持リング 52 、 53とそれを支持するリング 18には、それぞれ図 12などに示される発電機が設けられる。なお、上または下の片方だけに発電機を設けてもよい。すなわち支持リング 52 、 53とリング 18のうち、一方に界磁用磁石が設けられ、他方にコイル群が設けられる

[0212] 図 55に示す羽根車 174は、図 54の羽根車 173とほぼ同様で、縦羽根 26の上端近辺および下端近辺が支持リング 52、 53を貫通して全体として籠型を呈している。このものも横羽根や中心部の軸を有しない。そしてフレームのリング 18は、縦羽根 26の上端および下端とそれぞれ対向するように設けられて、る。

[0213] 前記実施形態では、回転子 (移動子）の両側に固定子を配置し、フレームやそのフレームに固定したリングなどに固定している力図 56aに示す発電部 180のように、コィル群（固定子） 32を半径方向（幅方向）にずらせるように位置調節自在に構成してもよい。このような構成は、たとえば図 21のコイル群 32を支持している支持ロッド 91、 91aの位置を半径方向外側または内側に移動可能に、かつ、移動した位置に固定できるように構成することにより、実現できる。このものは、外側のコイル群 32を外側に移動させ、内側のコイル群 32を内側に移動させて、固定子と回転子の隙間が広がるように調節すると、発電量が少なくなる。逆に狭くなるように調節すると、発電量が増加する。なお、円環状に配列した固定子の場合は、多数の固定子を隙間をあけて配列しておく。半径方向内側に移動させる場合はそれらの隙間が詰まっていくが、通常の調節範囲では問題がない。なお、図 56の場合は円環状に配列しているが、通常のリニアモータのように直線状に配列することもできる。

[0214] また、図 56bに示す発電部のように、コイル群（固定子） 32を上下方向に位置調節自在に構成してもよい。その場合も、固定子と回転子の上下方向の位置をずらせると発電量を少なくすることができ、上下方向の位置を合わせると、発電量が増加する。なお、図 56aの半径方向（幅方向）の位置調節と図 56bの上下方向の位置調節を組み合わせてもよい。このような位置調節機構は、組立時に調節する力メンテナンスのときに調節できればよいが、モータなどの駆動源によって遠隔操作で調節できるように構成してもよい。その場合は、たとえば必要な電力に応じて、あるいはそのときの風力に応じて自動的に調節するように構成することもできる。

[0215] 図 56cに示す発電部 181は、中心部の支持枠 182の外側と内側にそれぞれ永久磁石 (界磁用磁石） 31を半径方向に位置調節可能に取りつけた回転子を備えている。このような調節機構は、たとえば支持枠 182に設けた楔部材 183と、永久磁石 31に設けた楔部材 184とを摺動自在に、かつ、位置調節した位置で固定できるように構成することにより実現できる。ただしネジなど、他の位置調節機構を用いることもできる。このように回転子の永久磁石 31の幅 (厚さ）を調節できるように構成する場合は、コイル群（固定子） 32と回転子の永久磁石 31のギャップを拡げると発電量が低下し、狭くすると発電量が増加する。したがって風量の増減ある!、は必要な発電量の増減に応じて発電量を調節することができる。 [0216] 図 23などに示す回転子では、積層した珪素鋼板 57など力もなるコアの内面および外面にそれぞれ永久磁石を取りつけて、ガラス繊維強化樹脂で一体に固めた構成としているが、図 57aに示すように、一枚の永久磁石 31で外側の永久磁石と内側の永久磁石を兼用させてもよい。この回転子では、それぞれ板状の上ガイド円板 99と下ガイド円板 102の間に保持枠 186を取りつけて、その保持枠で永久磁石 31を保持している。保持枠 186の上下には、それぞれ吊りロッド 97aを溶接などで固定し、それらの吊りロッド 97aを上ガイド円板 99および下ガイド円板 102にナット 97bで取りつけている。回転子 185は、図 57cに示すように、平角状の永久磁石 31を多角形状に配列し、それらをガラス繊維や炭素繊維などの補強繊維で補強した繊維強化合成樹脂 3 laで円環状に固めたものである。そして隣接する永久磁石 31の間の繊維強化合成榭脂 31aの部位に半径方向の貫通孔を形成し、図 57bに示すようにボルト 187およびナット 188で支持枠 186に固定している。なお、永久磁石 31の配列は、図 57cに示すように、 N極と S極とが交互に外向きになるように配列して、る。

[0217] 図 57aに示す薄型の回転子 185は、外側の永久磁石と内側の永久磁石を 1枚の永久磁石で兼用するので、発電能力をそれほど低下させることなぐ大幅に軽量化およびコストの軽減を図ることができる。なお、図 57bに示すように、ボルト 187およびナツト 188の出っ張りを少なくするため、支持枠 186に凹部を形成し、その部分にボルト 1 87の頭部やナット 188が入るようにするのが好ましい。また、前記吊りロッド 97a、 97a は上下に分かれているが、繊維強化合成樹脂 31aを上下に貫通させた 1本の吊り口ッドなどで保持することもできる。

[0218] 図 57aなどでは、保持枠 186で永久磁石 31の全周を保持している力たとえば図 5 8aに示すように、永久磁石 31の上端と下端のみをコ字状の保持枠 186a、 186bで保持するようにしてもよい。また、それらの保持枠は、コ字状の外枠 190で保持させることもできる。また、図 58bに示すように、永久磁石 31の上端と下端を角パイプ状の上スぺーサ 100および下スぺーサ 101を介して上ガイド円板 99および下ガイド円板 102で挟むことにより、永久磁石 31を保持させることもできる。

[0219] 図 59aに示す回転子（ないし移動子）は、図 57aに示す回転子 185とほぼ同様の中心部に対し、表裏交互に追カ卩の永久磁石 31を貼り付けたものである。このように追カロの永久磁石 31を設けることにより、重量は増加するが、磁力を増加させることができ、発電量の増加をは力ることができる。

[0220] 図 59bは図 58aの回転子と同様の中心部に対し、両面に永久磁石 31を貼り付けて 3列にしたものである。永久磁石 31の表面の磁極は S極と N極が交互に表面に現れるように、かつ、表面側と裏面側とで磁極が逆になるように配置する。このものも簡易な構成で磁力を増大させることができ、発電量を増大させることができる。

[0221] 図 59cに示す回転子 (ないし移動子）は、図 56cの回転子とほぼ同様で、支持枠 18 2の表面および裏面にそれぞれ永久磁石 31を取りつけている。それぞれの側の永久磁石 31は N極と S極が交互に外側に現れるように配列しており、表面側と裏面側とでは、互いに逆の磁極となるように配列している。この回転子 (ないし移動子)ものも軽量化と発電量の増大とを達成することができる。図 59a、図 59bおよび図 59cのいずれの回転子も、永久磁石 31の隙間および表面に繊維強化合成樹脂を充填して一体化するのが好ましい。

[0222] 前記の風力発電装置の実施形態では、羽根車と回転子 (な!/、し移動子）とを機械的にしつカゝりと結合してヽるが、可撓性を有する索条なヽし「ひも」で連結することもできる。その場合は、引っ張り方向の駆動力を索条を介して回転子に伝達することができる。また、羽根を支持する横羽根などの伸び縮みにも柔軟に対応することができる。さらに羽根車と回転子とをリンクで連結することもできる。それぞれリンクの一端は羽根車に回動自在に連結し、他端は回転子 (な、し移動子）に回動自在に連結する。羽根車と回転子とをひもやリンクで柔軟に連結する場合は、羽根車に横羽根などのスポーク状の支持部材と軸受けな、し軸とを設けて、ある、は他のガイド機構な、し支持機構を設けて、羽根車の中心を安定させる。

[0223] 図 60に示す電気.力変換装置 190は、図 57の回転子 185の上下方向に構造材を延長して円筒状の回転板 191とすると共に、その回転板の上端近辺および下端近辺にローラガイド 192を設けている。さらに回転板 191の上部および下部に、発電用の永久磁石 31とは別個に、移動側反発磁石 193、 194を配置している。そして上側の移動側反発磁石 193の内側および外側に、上側の固定側反発磁石 195、 195を配置し、下側の移動側反発磁石 194の内側および外側に、下側の固定側反発磁石 19 6、 196を配置している。それぞれの反発磁石は通常は永久磁石で構成するが、電磁石でもよい。固定側反発磁石 195、 196はそれぞれボルト 197およびナット 198などのネジ構造で回転板 191との間隔を調整できるように支持されている。

[0224] 上記のように構成される電気'力変換装置 190は、ローラガイド 192で回転中心がほぼ確保される力実際にはローラガイド 192と回転板 191の表面との間にいくらかの隙間を設ける必要がある。そしてこの状態で回転すると左右に振れようとする。その場合、移動側反発磁石 193、 194がそれらの両側に配置されている固定側反発磁石 195、 196により挟まれているので、一方に移動したときは逆方向の反発力が強くなり、元の左右の力が均衡する位置に戻ろうとする。したがって安定した回転運動が行われる。

[0225] 図 60の電気 ·力変換装置 190は、たとえば円筒状の回転板 191の上端に羽根を取りつけて風力発電機として使用することができる（図 12、図 21参照)。また、逆に固定子に交流を流して回転磁場を形成することによりモータとして使用することもできる。さらに直進運動をするリニアモータカーなどに用いることもできる。回転機の場合は中心軸を設けてもよぐ設けないコアレス回転機とすることもできる。

[0226] 図 60の電気 '力変換装置 190では円筒状の回転板 191の内側および外側にコィルを内蔵する固定子 200および固定側反発磁石 195、 196を配置している力図 61 に示す風力発電機のように、回転板 191を中央を抜いた円板状 (ディスク状)とし、その上下に固定子 200および固定側反発磁石 195、 196を配置することもできる。図 6 0の場合は半径方向のスペースを少なくすることができ、図 61の場合は上下方向のスペースを少なくすることができる。なお、このようなディスクタイプの回転板を採用する構成は、図 12あるいは図 21などの風力発電機ないし電動機、回転機においても用!/、ることができる。

[0227] 前記実施形態では、固定子 200および回転板 191をそれぞれ縁属する円環状にしているが、固定子 20を実質的に連続するように配置する場合は、回転板 (移動子） 191は部分的に、たとえば羽根がある部位のみに設けてもよい。逆に回転板 (移動子 ) 191を連続的に設ける場合は、固定子 200を部分的に設けるようにしてもよい。

[0228] 図 63に示す風力発電システム（電気 ·力変換装置） 205は、固定子 200と回転板（移動子） 191の間隔を調整自在としている。上下の固定子 200はガイド 206によって回転しないように、かつ、上下にスライド自在に配置されている。そして固定子 200の背面側にネジ軸 207を固定すると共に、そのネジ軸 207をナット部材 208でブラケット 209に支持している。それによりナット部材 208がー方向に回転すると、ネジ軸 207 が上昇して固定子 200と回転板 109との距離が拡がり、反対方向に回転すると、距離が狭くなる。

[0229] さらにこの実施形態ではナット部材 208をスプロケット 210と一体に構成し、あるいはスプロケット 210に連結し、そのスプロケット 210を図 64に示すチェーン 211で回転駆動するようにしている。スプロケット 210とチェーン 211の嚙み合い状態は、配列されている複数個のスプロケット 210に対して 1個置きに反対側から嚙み合うようにしており、チェーン 211はいわば千鳥状ないしジグザグ状に走行する。それにより嚙み合い率が高くなり、チェーン 211からスプロケット 210への力の伝達効率が高くなる。

[0230] チェーン 211をジグザグに配置することに伴、、前記ネジ軸 207のネジは、隣接する固定子 200ごとに、右ネジと左ネジとが交互に並ぶようにしている。なお、すべての固定子 200を 1本のチェーン 211で連結する必要はなぐ適切な個数の固定子ごとに 1本のチェーン 211を配置すればよ!、。

[0231] 図 63では示していないが、下側の固定子 200についても同様にスプロケットとチェーンで上下方向に位置調節自在に構成している。そして上側のスプロケット 210と下側のスプロケットは同調して、上側の固定子 200が上昇するときは下側の固定子 200 が下降し、上側の固定子 200が下降するときは下側の固定子 200が上昇するように構成している。それぞれのチェーン 211は、図示しない調整用のモータに連結した駆動用のスプロケットなどで駆動することができる。なお、図 63に示すように、戻りのチェーン 211はスプロケット 210の横を通すようにする力下側に通して同一のチェーン 2 11のループで上下のスプロケット 210を同調して駆動することもできる。

[0232] 上記の風力発電機 205では、風力を検出するセンサ、ある!、は発電量を検出する検出器、たとえば電圧計ないし電流計などの電気計測器に基づいて、チェーン 211 を駆動するモータを自動制御するように構成している。すなわち風力が弱いとき、あるいは発電量が低、ときは、固定子 200と回転板 191の距離が大きくなるようにモータを回転させる。固定子 200と回転板 191の距離が大きくなると、固定子 200のコイルと回転板 191の磁石との相互作用が弱くなり、発電力が少なくなる。それにより発電に基づく抵抗が少なくなり、風力が弱いとき、あるいは回転の最初でも回転しやすい。

[0233] 他方、風力が強くなると、あるいは発電量が増大すると、距離を小さくするように調整用のモータを回転させる。固定子 200と回転板 191の距離が小さくなると、固定子 200のコイルと回転板 191の磁石との相互作用が強くなり、発電力が多くなる。それにより発電に基づく抵抗が強くなる力風力が大きい場合には回転を継続することができる。図 63の風力発電機 205では、上記のように回転の初期にスムーズに回転させることができ、風力が強い場合も弱い場合も効率的に発電を継続することができる

[0234] なお、固定子 200側にナット部材 208を固定して、スプロケット 210にネジ軸 207を取り付けても同じ作用効果を奏する。また、ネジーナット機構に代えて、ラックピニオン機構など、他の回転-直進変構を用いることもできる。さらに図 63のような水平ディスク型の風力発電機のほか、たとえば図 56a、図 60などの円筒状の回転子を採用する風力発電機の場合にも、図 63と同様の自動的に固定子と回転子の間隔を調節する調節装置を採用することができる。

[0235] 図 65の風力発電システム 212は、固定子 200のコイル 213を直列に接続する直列回路 214と並列に接続する並列回路 215と、それらの回路を選択するリレーないし遮断器などの選択手段 216とを備えている。そして回転の初期、あるいは風力が弱いときは並列回路 215で発電させ、風力が強くなると直列回路 214に切り換える。それにより風力が弱いときは発電する電圧が低くなるので風車の回転抵抗が少なくなり回転させやすくなる。逆に風力が強くなると発電する電圧が高くなるので、発電効率が高くなる。

[0236] なお、図 65では、理解しやすいようにコイル群を位相ごとに区別していないが、実際には発電しょうとする交流の形態に合わせて、図 1や図 49のように、位相ごとに区別したコイル群を採用する。

[0237] 図 66は複数のコィノレのうち、いくつ力のコィノレ 215aを他のコィノレ 215bと切り離し、特定のコイル 215aは発電した電力を取り出す発電回路 217と、逆に電力を加えてモータとして利用するモータ回路 218とに切り換えることができるように構成して、る。それにより羽根車の回転の初期、あるいは風力が弱い場合は、特定のコイル 215aをモータとして作動させて羽根車を強制的に回転させるようにしている。そしてある程度回転が早くなつたとき、あるいは風力が強いときは、前記特定のコイル 215aを発電用に利用する。それにより回転の初期の回転がスムーズになり、回転数が上がると発電効率が高くなる。

[0238] 図 67に示す発電装置 220は、上下方向に延びる筒状の壁体 221と、その内部の気流通路 222に配置される、上昇気流によって回転する羽根車 223と、その羽根車の支持部 224に設けられるリニアタイプの発電機 225とを備えている（図 70参照)。さらにこの実施形態では、円筒状の壁体 221の上端に、横風を受けて回転する横風用の羽根車 226および第 2の発電機 227が合わせて設けられている。壁体 221は円筒状であり、その内面に上下方向に複数個の支持部 224を配列している。各支持部 22 4は、前述の上昇気流によって回転する羽根車 223の周縁部を摺動自在あるいは転動自在に支持している。また壁体 221の上端近辺には、横風用の羽根車 226の周縁部を摺動自在あるいは転動自在に支持する支持部 228が設けられてヽる。発電機 2 25および第 2の発電機 227は、リニアタイプのものが好ましいが、回転軸を入力軸とする通常の回転タイプの発電機であってもよい。

[0239] 前記横風用の羽根車 226は、上端および下端に設けられるリング状の支持環 231 と、それらの支持環の間に配列される複数枚の縦羽根 232とを備えている。縦羽根 2 32は、図 68に示すように、支持環 231に沿って配列されており、それぞれの縦羽根 232は回転方向に関して同じ方向を向いた翼型の断面を備えている。そのため、縦羽根 232は側方から風を受けると一方向（たとえば矢印 P方向）に回転する。図 68の場合は横風用の羽根車 226の中心部は空洞にしている力想像線で示すように、縦羽根 232同士を連結する横梁ないし横羽根 233を設けてもよい。さらに横梁ないし横羽根の中心部に回転支持軸 234を設けることもできる。横羽根 233とする場合は、回転により揚力を受ける向きの翼型断面とするのが好ましい。

[0240] 前記上昇気流用の羽根車 223は、図 67に示すように、リング状の支持環 236と、その内部に放射状に配列される横羽根 237とを備えている。各横羽根 237は所定の傾斜角 Θをもって支持環 236に取りつけられている。また図 69に示すように、それぞれの横羽根 237は外側に向力つて幅が広くなるように拡がって、てもよ、。横羽根 237 の中心部には、放射状に延びる横羽根 237の中心側同士を互いに連結する中心棒 238が設けられている。ただし中心棒 238は省略してもよい。また、上下の羽根車 22 3の中心部同士を連結棒 239で連結するようにしてもょ、。その場合は上下の一連の羽根車 223同士が一斉に同じ方向に同じ回転数で回転する。羽根車 223は 1基の発電装置 220に上下に 2— 20個程度、場合により数十個程度配列する。中心棒 23 8あるいは連結棒 239を採用する場合は、それらに回転式の発電機の入力軸を連結することができる。

[0241] さらに図 67の発電装置 220では、壁体 221に開閉自在の扉ないし窓 240が設けられている。窓 240はスライド窓でもよぐまた、ヒンジで開閉する窓であってもよい。窓 2 40は、上下の羽根車 223の中間部に設けるのが好ましい。また、壁体 221の下部に集中的に設け、上部に設けないようにしてもよい。窓 240は円周方向に数力所に配置し、個別に開閉できるようにしている。窓 240の開閉はモータ駆動などで行ない、通常は操作室など力も遠隔操作で開閉できるようにする。また、風の有無を検知して、壁体の外部の風の風速が好ま、稼働速度 (たとえば数メートル Ζ秒から 20メートル Ζ秒程度)で自動的に開き、下限 (たとえば数メートル Ζ秒)を下回ったとき、および上限 (たとえば 20メートル Ζ秒)を超えたとにきに自動的に閉じるようにしてもよい。

[0242] 発電装置 220の壁体 221の外径はとくに限定されず、たとえば数メートル力も数十メートル、場合によっては数キロメートル程度とすることができる。壁体 221の高さも、数十メートル力も数キロメートルとすることができる。

[0243] 上記のように構成される発電装置 220は、壁体 221の内部に設けられる気流通路 2 22の上端が大気中に開放されており、下端近辺も通常は大気中に開放している。ただし上端および下端をそれぞれ開閉式の扉な、し窓で連通 Ζ遮断自在とすることもできる。そして上端および下端を大気に開放し、途中の窓 240は閉じておく。その場合、上空の気圧と地面の近くの気圧の差により、気流通路 222に上昇気流が生ずる。そのため、複数個の羽根車 223が回転し、それらを受ける支持部 224に設けられるリニアタイプの発電機 225が発電する。発電した電力は周波数調整装置を介した上で、通常の送電線を用いて需要地域に送られる。なお、発電機 225が直流タイプの場合は、適切な周波数の交流に変換して力送電する。上記の気圧差に基づく上昇気流は、風の有無に関わりなく常に生ずるので、基本的な発電量が確保される。

[0244] さらに上記の発電装置 220では、風があるときは壁体 221の上端の横風用の羽根車 226が回転し、第 2の発電機 227が発電する。それにより発電量が増加する。また、横風が適当に大きぐ気圧差による上昇気流による場合よりも発電効率が高い場合は、風上側の窓 240を開き、横風を気流通路 222内に導く。それにより気流通路 222 内に導かれた横風が上昇気流に転じ、発電効率が増大する。風の向きが変わる場合は、それに応じて風上側の窓 240を開き、それ以外の窓 240を閉じるように制御する。それにより、風向きが変化しても、適切な発電量を得ることができる。上記のようにこの発電装置 220では、風があるときはもちろんのこと、風が弱い場合、あるいは風がない場合でも、適切な発電量を確保できる。

[0245] 前記支持部 224および発電機 225としては、たとえば図 70に示すリニアタイプのものが好適である。この実施形態では、支持部 224として、リニアスライドボールべァリングが用いられている。このリニアスライドボールベアリングは、固定側のリニアガイド 242と、そのガイドに対して摺動自在に取りつけられる複数個のスライダ 243とから構成されている。リニアガイド 242はベース 244上に連続するように環状に配列され、ネジ 242aで固定されている。スライダ 243は、走行方向に配列されるボール列 33aを備えている。ボール列 243aは、リニアガイド 242と接触する走行側のガイド溝と戻り側のガイド溝とが連続して無端状のガイド溝内を転動する。リニアガイド 242およびスライダ 243は上面にスリット 245aを有するカバー 245によって囲まれている。

[0246] スライダ 243の上面には、断面コ字状の支持プレート 246およびスぺーサブロック 2 47を介して回転プレート 248が固定されている。回転プレート 248はボルト 248aおよび支持プレート 246の下面側のナット 248bによって支持プレート 246に取りつけられている。支持プレート 246の上面には、羽根車の支持環（図 67の符号 236参照）が取りつけられる。それにより羽根車は、リニアガイド 242が形成する環状ガイドの中心軸回りに回転することができる。

[0247] 支持プレート 246とカバー 245との間には、リニアタイプの発電機（リニアジエネレータ） 225が設けられている。この発電機 225は、スぺーサブロック 247の両側に取りつけられる磁石 250と、その磁石を外側と内側から挟むようにカバー 245の上面に取りつけられる一対のコイル 251と力もなる。磁石 250は通常は永久磁石が用いられる。しかし電磁石でもよい。各コイル 251は積層した珪素鋼板など力もなるコア 252の周囲にコイル線を巻き付けたものである。外側および内側のコイル 251は、ネジ 253によってカバー 245に固定されており、そのネジ 253の上端にはそれぞれガイドローラ 254が回転自在に取りつけられている。そしてボルト 248aには、外側のガイドローラ 254と内側のガイドローラ 254の間に介在されるガイドプレート 255が取りつけられている。このガイドプレート 255は、ガイドローラ 254と共に、磁石 250とコィノレ 251の隙間を適切に調節するためのものである。

[0248] 前記発電機 225の内側および外側はそれぞれカバー 256、 257によって囲まれてヽる。それらのカノ一 256、 257と回転プレート 248の隙間には、発電機 225の内咅に塵埃が侵入するのを防止するためのラビリンスシール 258が設けられている。

[0249] 上記のように構成されるリニアタイプの発電機 225は、羽根車が回転して回転プレート 248が回転すると、磁石 250が左右のコイル 251の間を通り抜ける。それによりコィル 251に起電力が生じ、コイル 251の巻き線の端部から電力を取り出すことができる。取り出した電力は前述のように送電される。上記のようなリニアタイプの発電機 22 5は、中心の回転軸が不要で、羽根車の重量を広い範囲で支持することができる。そのため、羽根車の重量を安定して支持することができる。たとえば図 67および図 69 の羽根車 223が数トン程度ある場合でも、摩擦抵抗が少なぐ羽根車がスムーズに回転する。なお、横風用の羽根車 226についても、同様のリニアタイプの発電機を用いるのが好ましい。ただし上昇気流用および横風用の羽根車の中心に回転軸を設け、通常の回転タイプの発電機を設けることもできる。

[0250] 前記発電装置 220の外壁 221は、単に上昇気流を生じさせる煙突状のものでもよいが、図 71および図 72に示すように、建物と一体に構成することもできる。図 71の場合は、建物本体 260が円柱状であり、その周囲に隙間 261をあけて外壁 221が設けられている。そして羽根車 223は、隙間 261を通る上昇気流を受けるように、建物本体 260の周囲に環状に配置されている。なお、建物本体 260が通信設備などを収容している窓が不要な建物である場合や、地下に設けられている場合は、外壁 221は不透明であってもよい。しかし人が入るビルディングなどの建物である場合は、外壁 2 21は透明なパネル力も構成するのが好ましい。このような透明パネルで外壁 221を構成する場合は、外壁 221の表面または内面に外部力ゝらの赤外線を透過し、かつ、内部からの赤外線を透過しな、透明なフィルムを貼るのが好まし、。そのような、わゆる温室効果を奏するフィルムとしては、たとえば温室のガラスに貼る合成樹脂フィルムなどがあげられる。それにより外壁 221と建物本体 260との隙間 261に熱がこもり、上昇気流が発生しやすくなる。

[0251] 図 71に示す建物 262は、内部に円筒状の空間 263を有し、その空間 263内に上昇気流により回転する羽根車 223を設けている。この建物 262は内部の空間 263が気流通路を構成しており、それにより上昇気流を生じて羽根車 223を回転させる。なおこの場合は建物全体が特許請求の範囲にいう外壁となる。この建物 262は外部がパネルによって遮られないので、通常の外観を呈し、窓を設けることも自由である。図 71の建物本体 260の場合も、図 72の建物 262の場合も、建物の換気の空調機器の排気通路を気流通路に開放すれば、排出された暖気によって上昇気流が生ずるので、羽根車 223を一層回転させることができ、廃熱の有効利用となる。したがって省エネルギ効果が奏される。

[0252] 前記実施形態では、上昇気流用の羽根車と横風用の羽根車は別個にしているが、図 73に示すように、 1個の羽根車で横風用と上昇気流用とを兼ねさせることもできる。この羽根車 265は、図 67および図 68の縦羽根を備えた横風用の羽根車 226の羽根に捻りをカ卩えたものである。すなわち各羽根 266は、スクリューコンベアのような形態を有し、下方から上昇気流が当たると、矢印 Q方向に回転する。また、横風が当たる場合は、風が上に抜けるようにしているので、矢印 Qと逆向きに回転する。そのため、図 67の場合の横風用の羽根車 226に代えて用いると、横風と下からの上昇気流風の両方に対して回転する。なお、風が下に抜けるようにしておくと、羽根車 265は矢印 Q方向に回転するので、上昇気流と横風とで一層よく回転する。さらにこの羽根車 265は、図 67のような窓 240を開いて横風を受け入れるタイプの発電装置 220の上昇気流用の羽根車 223に対しても採用することができる。その場合も窓 240からの横風と下力の上昇気流の両方に対して回転することができるので、効率が高!、。

[0253] 図 74の発電装置 267は、外壁 221に形成された開口部 268に配置され、水平方向に延びる軸心回りに回転する羽根車 269と、その羽根車の回転によって発電する発電機を備えている。羽根車 269の回転中心は外壁 221に沿っており、そのため羽根車 268の羽根の一部は外壁 221の内部にあり、他の羽根は外壁 221の外に出ている。そのため、外壁 221内の気流通路 222を流れる上昇気流により、羽根車 269の内側の羽根は上向きに付勢され、羽根車は矢印 R方向に回転する。そして外部に出ている羽根に雨水が力かると、羽根車 269の外側の羽根が下向きに付勢される。そのため羽根車 269は一層矢印 R方向に回転する。

[0254] 前記実施形態では円筒状の気流通路を採用しているが、四角筒、六角筒などの角筒状の気流通路を採用することもできる。また、前記気流通路は一重の通路としている力同心状に重ねた二重あるいは三重以上の通路を採用することもできる。その場合の外側の気流通路に設けられる羽根車は、たとえば図 71に示す環状の羽根車 22 3とする。また、建築物を構成するパイプ、たとえばパイプ状の柱の内部を気流通路として採用することちでさる。

[0255] 図 75では図 2の発電システム 10において、脚 15をパイプとし、そのパイプ製の脚 1 5の内部を気流通路としている。それらの場合は、たとえば複数本の鋼管で建築物の柱や発電システム 10の脚 15を形成し、それらの柱や脚で囲まれる空間に建物や発電システム 10を建設すると共に、各鋼管の内部に羽根車 223を配置し、羽根車と連結した発電機 245で発電させる。その場合、鋼管製の柱は太陽光で高温になるので、鋼管内に上昇気流が生じ、発電効率が高くなる。鋼管は数本ないし数十本で建物を囲むように設ける。

[0256] なお、図 75の場合は、さらに脚 15の下部に蓄熱作用を高めるための赤外線吸収シートや透明なパネルで囲んだ領域 (熱吸収部） 270を設け、その熱吸収部 270と鋼管製の脚 15の下部とを連通させている。それにより熱吸収部で高温になった空気が脚 15内の気流通路を上昇して効率的に発電する。鋼管のような細い気流通路を採用する場合は、図 70などのリニアタイプの発電機よりも、羽根車の中心軸を入力軸とする回転タイプの発電機とするほうがよヽ場合もある。 [0257] 前記開閉自在の窓を備えた筒状の気流通路を有する発電装置の実施形態では、台風などの強風の場合に窓を閉じると説明している力逆にすベての窓を開け放して、窓を閉じるパネルを強度が高い骨組部分の陰に隠すこともできる。さらに筒状の外壁を強度が高い骨組み部分と、その骨組み部分の表面を覆う通常の位置と、骨組み部分の陰に隠れる待避位置との間で移動自在に設けられる壁パネルとから構成することもできる。このような実施形態では、通常の使用状態ではパネルで上昇気流の通路となる外壁を構成し、強風の場合には壁パネルを骨組部分の陰に待避させて、風を通すようにすることができる。上記のように窓を覆うパネルや壁パネルを構成する場合は、低い強度のパネルで壁を構成することができる。なお、パネルを待避させる場合は、羽根車が強風に曝されるので、たとえば油圧シリンダなどを用いたロック機構を設け、羽根車の回転をロックするのが好ましい。それにより外壁および羽根車を強風力保護することができる。

[0258] 前記骨組の構造は、たとえば図 2に示す発電システム 10の場合と同様に、縦方向に延びる複数本の支柱 15と、上下方向に所定の間隔を開けて配置される、支柱同士を連結するリング状の部材 16とから構成することができる。その場合、リング状の部材 16の上下方向の幅をある程度広くしておき、そのリング状の部材 16の内面側に壁パネルを隠すようにすればよい。なお、壁パネルは折り畳み自在なもの、あるいは重ねて収容することができるものにしておくと、リング状の部材 16の幅を狭くすることができ、開放したときの開口部が広くなるので好ましい。

[0259] 図 70の実施形態ではリニアスライドボールベアリングで羽根車の重量を支持すると共に、回転中心を規制している力図 63の場合と同様に、磁石の反発力ないし吸着力を利用して羽根車の重量を支持することもできる。たとえば羽根車の支持環と、その支持環と対向するように配置したリング状のフレームに、互ヽに反発するように永久磁石を配置して反発力で羽根車の重量の全体あるいは大部分を支持させることができる。その場合は電磁石を用いる場合に比して余分な電力を消費しないので好ましい。また、フレーム側あるいは羽根車側に電磁石を配置し、両者で反発させることもできる。その場合は電磁石に流す電流を調整することにより反発力を調整し、隙間を調整しやすい。 [0260] さらに一方を永久磁石とし、他方を電磁石とすることもできる。その場合は羽根車の側を永久磁石にする方が配線が容易である。また、フレーム側および羽根車側にそれぞれ永久磁石を設けると共に、一方に隙間調整用の弱い電磁石を配置することもできる。その場合はフレーム側に電磁石を設けるほうが、配線が容易である。このようにすることにより、使用電力を少なくすることができ、しかも電磁石の電流を調整して隙間の大きさを容易に調整することができる。とくに長期間使用する場合、永久磁石の反発力が弱くなるが、電磁石の電流を大きくしていくことにより、隙間を最適な状態に維持することができる。なお、磁石と共に、ローラあるいはベアリング、スライドシュ一などを併用して重量を支持させることもできる。それらのローラなどは、羽根車側に設けてもよぐフレーム側に設けてもよい。

[0261] また、羽根車に永久磁石ないし電磁石を設け、それらの磁石に対向するようにフレームに永久磁石な、し電磁石を設けて互、に吸着するように付勢させるようにしてもよい。その場合は実際には吸着しない程度の磁力とする力あるいはローラなどでガイドさせる。磁石の吸引力を利用する場合は、片方を磁石で吸着できる鋼材、とく〖こ軟鉄などとすることもできる。羽根車を吸引する磁力で浮かす場合は、羽根車の上端に設けた支持環と、その上側に配置したリング状のフレームとの間に上記の磁石などを設けることができる。

[0262] 図 67の発電装置 220では壁体 221の上端に 1基の横風用の羽根車 226を設けている力図 70に示すように、中心の支柱を上方に延設して中心軸周りに回転する複数基の羽根車および発電機を複数段で設けるようにしてもよい。あるいは壁体 221の上端力複数本の支柱を上方に延ばし、複数段の円環状の支持部 224を設けて複数基の羽根車および発電機を多段で設けるようにしてもよい。また、それらの横風用の羽根車 226と壁体 221内の上昇気流用の羽根車 223とを連結棒 239で連結し、横風が強いときに横風用の羽根車 226の回転力で上昇気流用の発電機を駆動するようにしてもょ、。その場合は連結棒 239に連結 Z切り離し自在のクラッチを介在させるなどにより、必要に応じて連結 Z切り離しを切り換えるようにするのが好ましい。

[0263] 図 76に示す熱交換システム 271は、地上に設置した第 1熱交浦 272と、地上より気温が低い上空に設けた第 2熱交 273と両者をループ状に連結する管路 274と、そのループ状の管路 274に熱媒体を循環させるためのポンプ 275とを備えている。ポンプ 275の駆動源は、前述の風力発電システム 10により発生させた電力を用いるのが好ましい。図 67の風力発電機 220を採用することもできる。また、風力発電システム 10や風力発電機 220の回転軸とポンプ 275の回転軸とを連結することもできる。

[0264] この熱交換システム 271は、上空の第 2熱交換機 273で熱媒体を冷却し、その冷熱を地上の熱交 272を介して取り出すことができる。なお、想像線で示すように、地中に埋めた第 3熱交浦 276の管路 277と切り換えることができるように構成し、冬季に温熱を取り出すように構成することもできる。このような地上、上空および地中の温度の差を利用する熱交換システム 271を採用すると、空調機器の使用エネルギを減少させることができる。

[0265] 図 76に示す風力発電システム（電気 ·力変換装置） 280は、図 63の風力発電システム 205の一部を変更したものである。この風力発電システム 280では、扁平な回転板 191の内側に筒状の補強壁 281を設けると共に、その補強壁 281の下部に車輪ないしローラ 282を設け、その下方にローラ 282が転動するリング状のガイドレール 2 83を配置している。補強壁 281は回転板 191の外周に設けてもよい。このような補強壁 281を設けることにより、回転板 191の剛性を高くすることができる。さらにこの実施形態では、補強壁 281の上端にもローラ 282を設けており、その上部に配置したガイドレール（図示省略）によってガイドされている。上下のガイドレール 283はフレームに固定されている。他の部分は図 63の場合とほぼ同様である。すなわち回転板 191には発電用の永久磁石 31が設けられ、その永久磁石を挟むように上下にコイル（固定子） 200を隙間を開けて配置している。コイル 200と回転板 191との隙間を調整するため、コイル 200はネジ軸 207で保持し、そのネジ軸 207は、ブラケット 209に回転自在に、かつ軸方向に移動しないように保持したナット部材 208と螺合させている。ナツト部材 208はたとえばスプロケット 210とチェーンとで駆動することができる（図 63、図 64参照)。

[0266] なお、想像線で示すように、コイル 200にガイドローラ 285を取り付けて、回転板 19 1の延長部に設けたガイド 191aと対向させるようにしてもよい。それによりコイル 200 と回転板 191との最小の隙間を確保することができ、両者の干渉を避けることができる。すなわちガイドローラ 285とガイド 19 laは、コイル 200の移動についてのストッパとして作用する。なお、回転板 191側にガイドローラ 285を配置し、コイル 200側にそのガイドローラ 285と対向するガイドを設けることもできる。

[0267] 図 77の風力発電システム 287は、薄い円筒状の回転板（回転子） 191の外側のみにコイル（固定子） 200を設け、ネジ軸 207で回転板 191との間隔を調整できるように構成している。そして回転板 191に自転車の車輪のスポークと同様の支持部材 288 を取り付け、その中心のボス 23に連結している。このスポーク状の支持部材 288はヮィャゃ細い棒材により構成するので、回転板 191の重量およびその回転板に連結される羽根車の重量を支持できない。そのため、回転板 191の下端に設けたローラ 28 2とその下方に設けたガイドレール 283とで支持する。羽根車の下端、たとえば縦羽根の下端にローラを設けてもよい。上記のようなスポーク状の支持部材 288を用いる場合は、回転板 191の中心位置をぶれないように支持することができ、し力も回転部分を軽量に構成することができる。

[0268] 図 78の羽根車 290は、上下のリング 291で縦羽根 26を支持すると共に、それぞれのリング 291にスポーク状の支持部材 292を設け、その中心のボス 23で羽根車全体を支持している。それらのボス 23は図 2の風力発電システム 10と同様に、軸受けや軸で支持することができる。上ある、は下のリング 291の外周面ある!/、は上面な!/、し下面には、図 76,図 77など、前述のいずれかの力-電気変構を設ける。すなわち、リング側に磁石を備えた回転子を設け、その回転子に隣接してコイルを備えた固定子を配置する。なお、スポーク状の支持部材 292に代えて、あるいは支持部材 29 2と共に、図 6と同様の横羽根（図 2の符号 25参照)を設けることもできる。上記のようにスポーク状の支持部材 292で縦羽根を支持する場合は、羽根車を軽量にすることができる。

Claims

請求の範囲

[1] フレームと、そのフレームによって回転自在に支持される羽根車と、その羽根車またはフレームのうち、いずれか一方に羽根車の回転中心から等距離で配列される複数個の界磁用磁石と、他方に環状に配列されるコイル群とからなり、

前記界磁用磁石とコイル群とが近接して相対的に運動することにより、リニアモータと逆の作用でコイル群が電力を発生するように構成して、る風力発電システム。

[2] 前記界磁用磁石が羽根車の外周部近辺ないし中間部に環状に配列されており、前記フレームにおけるそれらのコイル群と近接する位置に、リング状の部材が設けられ、そのリング状の部材に前記コイル群が取り付けられている請求項 1記載の風力発電システム。

[3] 前記コイル群が取りつけられているリング状の部材力羽車に環状に取りつけられる界磁用磁石を挟むように一対で設けられており、

一方のコイル群および他方のコイル群力交流を発生させるように、それぞれ交互にまたは循環的に配列される複数のコイル群を備えており、

一方の特定の位相のコイル群と、その位相に対応する位相の他方のコイル群とが周方向にずれて配列されるとともに、一方のコイル群と、そのコイル群と対応する位相の他方のコイル群とが、直列に接続されている、

請求項 2記載の風力発電システム。

[4] 前記一方および他方のコイル群が、 3相交流を発生させるように、それぞれ循環的に配列される第 1コイル群、第 2コイル群および第 3コイル群を備えており、一方の第 1コィル群が他方の第 2コイル群または第 3コイル群と対向するように互いにずれて、る請求項 3記載の風力発電システム。

[5] 前記リング状の部材が、重ねられた複数枚の金属板からなるコアと、その外周に巻き付けられる導線力もなるコイル群と、それらを一体に固める合成樹脂とからなる所定の長さのリング片を複数個、リング状に連結したものである請求項 2記載の風力発電システム。

[6] 前記羽根車の外周部または途中部分とフレームとの間に、羽根車の回転を許しながら羽根車の重量の少なくとも一部を支持する円環状の支持手段が介在されている請求項 1記載の風力発電システム。

[7] 前記支持手段が、フレームと羽根車のうち、いずれか一方に設けられる転動体群または摺動体群と、他方に設けられ、転動体群または摺動体群と接触する走行路とからなる請求項 3記載の風力発電システム。

[8] 前記支持手段が、フレームに設けられる第 1の磁石群と、それらの磁石群と互いに反発するように羽根車に設けられる第 2の磁石群とからなる請求項 3記載の風力発電システム。

[9] 前記第 1磁石群がフレームに対して実質的に連続する環状に配列されており、前記羽根車が放射状に配列される複数枚の羽根を有し、前記第 2の磁石群がそれらの羽根を支持するように、放射状に配列されて!ヽる請求項 8記載の風力発電システム。

[10] 前記フレームと羽根車に設けられる複数個の界磁用磁石とコイル群との隙間を調整するための間隔調整手段を備えている請求項 1記載の風力発電システム。

[11] 風力が一時的に弱くなつたとき、前記コイル群の一部ないし全部に電流を流し、界磁用磁石とコイル群にリニアモータの作用を生じさせ、それにより風車に回転トルクを与えるように構成して、る請求項 1記載の風力発電システム。

[12] 前記支持手段が、前記フレームまたは羽根車のうち一方に回転中心を中心とする円環状のガイドと、他方に設けられ、そのガイドに沿って走行するスライダとからなる請求項 3記載の風力発電システム。

[13] フレームと、そのフレームによって回転自在に支持される羽根車と、その羽根車の回転によって発電する発電機とからなり、

前記フレームまたは羽根車のうち一方に回転中心を中心とする円環状のガイドが設けられ、他方にそのガイドに沿って走行するスライダが設けられて、る風力発電システム。

[14] 前記ガイドおよびスライダがリニアスライドボールベアリングのガイドとスライダである請求項 12または 13記載の風力発電システム。

[15] 前記円環状のガイドがその両面に滑らかなガイド面を有し、前記スライダがそれらのガイド面に沿つて転動する、垂直方向の軸周りに回転するガイドローラを備えて、る請求項 12記載の風力発電システム。

[16] 前記羽根車の回転中心が水平方向を向いている請求項 1または 9記載の風力発電システム。

[17] 移動子と、その両側または片側に配置される固定子とを有し、前記移動子の両面に、 N極と S極の対で構成した磁石部を、 N極と S極、 S極と N極とが交互に位置するように移動子の周方向に沿って配置して、る電気 ·力変換装置。

[18] 隣り合った磁石部を非磁性金属体で結合してヽる請求項 17記載の電気 '力変換装置。

[19] 永久磁石の一面を同じ極面に並設すると共に、両永久磁石の間に該永久磁石の厚みより短!、磁性体を介在させて!/、る永久磁石の配置構造。

[20] 移動子の磁極の両側に固定子を持ち、前記両側の固定子に卷装する固定子コイルを同相間で互、に交差させて、る電気 '力変換装置。

[21] 一方の固定子コイルの相順を u— z— V— X— w— y相とした場合に、他方の固定子コイルの相順を X— w— y— u— z— V相として、これらを対向して配列すると共に、両側の固定子コイルを同相間で互いに交差させている請求項 20記載の電気 ·力変換装置。

[22] 複数枚の羽根と、それらの羽根を環状に配列して保持する環状の支持部材と、その支持部材と対向して設けられ、前記支持部材を支持するガイド部材と、前記支持部材とガイド部材の一方に設けられる界磁用磁石と、他方に設けられ、前記界磁用磁石と相対的に運動することにより電気を発生するコイルとを備え、羽根の中心部に軸を有しな、風力発電システム。

[23] 移動子と、その移動子の両側に配置される固定子と、前記移動子と一緒に移動するように配置される移動側反発磁石と、その移動側反発磁石と反発する固定側反発磁石とを備え、前記移動子を中立位置に付勢するように前記移動側反発磁石および固定側反発磁石のうち、ずれか一方が他方を挟むように配置されてヽる電気 ·力変換

[24] 前記固定側反発磁石が移動子を挟んで一対で配置されている請求項 23記載の電気 ·力変換装置。

[25] 前記移動側反発磁石が固定側反発磁石を挟んで一対で配置されて!ヽる請求項 23 記載の電気'力変換装置。

[26] 前記間隔調整手段が、周囲の温度変化でフレームないし羽根車の寸法が変化したときに、前記界磁用磁石とコイル軍の隙間を所定の範囲に維持するように自動的に調整するものである請求項 10記載の風力発電システム。

[27] 前記間隔調整手段が、風力が弱いときに界磁用磁石とコイル郡の隙間を拡げ、風力が強いときに隙間を狭くするように自動調整するものである請求項 10記載の風力発電システム。

[28] 前記コイル郡のうち少なくともいくつかのコイル群が直列 Z並列の切り替え自在に配線されており、風力が弱いときに並列に切り替えて低電圧で発電し、風力が強い時に直列に切り替えて高電圧で発電するように構成されている請求項 1記載の風力発電システム。

[29] 上部および下部が外気と連通する縦向きの気流通路と、その気流通路内に設けられる上向きの気流によって回転する羽根車と、その羽根車の回転部と連動して作動する発電機とを備えてヽる羽根車を用いた発電装置。

[30] 前記羽根車が鉛直方向に延びる回転軸心まわりに回転する請求項 29記載の発電

[31] 前記気流通路が建物と一体に構成されている請求項 29記載の発電装置。

[32] 前記気流通路が、開閉自在の窓を備えた筒状の形態を有する外壁によって構成されて、る請求項 29記載の発電装置。

[33] 前記気流通路の外面ないし内部に、太陽熱を受けて温度上昇する熱吸収部を備えて、る請求項 29記載の発電装置。

[34] 前記気流通路が、建物の廃熱通路を兼ねている請求項 31記載の発電装置。

[35] 前記気流通路を構成するパイプが複数本環状に配列されており、それらのパイプによって支持される横風用の風力発電装置をさらに備えている請求項 29記載の発電

[36] 前記気流通路を構成するパイプが複数本環状に配列されており、それらのパイプ列の下部に、太陽熱を受けて湿度上昇する熱吸収部を備えており、その熱吸収部とパイブの下部とが連通している請求項 29記載の発電装置。

[37] 地上近辺に設けられる第 1の熱変換機と、地上付近と温度が異なる位置に設けられる第 2の熱変換機と、第 1の熱変換機と第 2の熱変換機の間をループ状に連結する配管と、その配管内を流れる熱媒体に循環流をもたらす手段とを備えている熱交換システム。

[38] 前記熱媒体に循環流をもたらす手段の動力が風力によってまかなわれる請求項 37 記載の熱交換システム。

[39] 前記羽根車が、一対のリングと、それらのリングで保持する羽根と、リングに設けられるスポーク状の支持部材と、その支持部材の中心に設けられるボスとを備えている請求項 1記載の風力発電システム。

[40] 前記移動子が界磁用の磁石を備えた薄板状の回転板によって構成されている請求項 17記載の電気 ·力変換装置。

[41] 前記回転板の端部に回転板と直交する向きの補強壁が設けられており、その補強壁がガイドされて、る請求項 40記載の電気 '力変換装置。