WO2024048395A1

WO2024048395A1 - 風力発電機、風力発電機の制御方法及び風力発電機の制御プログラム

Info

Publication number: WO2024048395A1
Application number: PCT/JP2023/030355
Authority: WO
Inventors: 敏郎漆谷
Original assignee: Ｓｄグリーンエナジー株式会社
Priority date: 2022-08-30
Filing date: 2023-08-23
Publication date: 2024-03-07
Also published as: JPWO2024048395A1; JP7481779B1; TW202419742A

Abstract

【課題】風車の小型化が可能であり、風の力が増加しても破損することなく発電を止めずに継続して安定して発電をすることができる風力発電機を提供すること。【解決手段】風力発電機１の連結部材７０は、ブレード３１の基部３１Ｂ側に設けられて、風Ｗの力を受けるとブレード３１を連結部材７０に対して屈曲させて風Ｗの力の方向に対するブレード３１のピッチ角αを大きくさせる第１屈曲部７１と、中心部材５０側に設けられて、強い風Ｗの力を受けると連結部材７０を中心部材５０に対して屈曲させて風Ｗの力の方向に対するブレード３１のピッチ角αをさらに大きくさせる第２屈曲部７２を有し、第２屈曲部７２において連結部材７０を中心部材５０に対して屈曲させた後により強い風Ｗの力を受けると風Ｗの力を逃がすために第１屈曲部７１をさらに屈曲させて風Ｗの力の方向に対するブレード３１のピッチ角αをさらに大きくさせる構成。

Description

風力発電機、風力発電機の制御方法及び風力発電機の制御プログラム

　本発明は、風力を用いて羽根を回すことで発電を行う風力発電機、風力発電機の制御方法及び風力発電機の制御プログラムに関する。

　風力発電機は、風の力を利用して風車を回し、風車の回転運動を発電機に伝えて発電機により電気を起こす。
　特許文献１には、３つの羽根と、支柱と、管状ハウジングを備える風力発電機が開示されている。この風力発電機の支柱の上部には管状ハウジングが取り付けられており、管状ハウジングには、シャフトが回転可能に支持されている。シャフトの先端には三角形平板が固定されている。一方、各羽根の根本は、各平板を介して主ハブ部材に連結されている。各羽根の根本と各平板の一端部とは機械的な連結構造の第１蝶番で連結され、主ハブ部材の端部と各平板の他端部とは機械的な連結構造の第２蝶番で連結されている。三角形平板と各平板は、コイルバネで連結されている。

　このような風力発電機の構造により、第１蝶番と第２蝶番は、主ハブ部材に対して、各羽根の折り目の役割を果たし、しかもコイルバネの弾性力が各平板を三角形平板側に引き寄せているので、各羽根は三角形平板側に片寄らせた形で静止位置に位置される。すなわち、各羽根の先端は、風の力で羽根が押されて羽根が回転すると、羽根の長手方向沿いに作用する遠心力が、コイルバネの弾性力に抗して働いて、風速が回転して発電を行う。増加するにつれて羽根のピッチ角が徐々に減少していくようにすることで、羽根の回転速度を一定に保持する。

特表平５－５０３５５９号

　しかし、従来の風力発電機の構造であると、各羽根の根本と各平板の一端部とは機械的な第１蝶番で連結され、主ハブ部材の端部と各平板の他端部とは機械的な第２蝶番で連結されていて、スプリングで各羽根の動きを抑制しているだけである。このため、風の力、特に強風や暴風が吹いて各羽根にかかる風の力がある一定以上増加すると、羽根や平板の第１蝶番と第２蝶番が耐えられずに破損してしまい、継続して安定して発電をすることができなくなる恐れがある。また、第１蝶番と第２蝶番は、風雨に晒されると寿命が短く、風力発電機のメンテナンス回数が増加してしまう。
　また、別の種類の従来の風力発電機には、風の力に応じて羽根の向きを機械的に変える可変ピッチ機構を備える風力発電機もある。しかし、この可変ピッチ機構を備える風力発電機は、構造が複雑であり大型化と重量増が避けられず、風力発電機の設置が容易ではない。
　本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、風車の小型化が可能であり、風の力が増加しても破損することなく発電を止めずに継続して安定して発電をすることができる風力発電機、風力発電機の制御方法及び風力発電機の制御プログラムを提供することを目的とする。

　前記目的は、本発明によれば、風の力を利用して風車を回して、前記風車の回転運動を発電機に伝えて電気に変換する風力発電機であって、タワーと、前記タワーにおいて回転可能に支持されている本体と、を備え、前記風車は前記本体の一端部に回転可能に保持され、前記発電機は前記本体の他端部に保持され、前記風車から前記発電機に前記回転運動を伝える水平軸部が前記本体に収容され、前記風車は、前記水平軸部に固定された中心部材と、前記中心部材に対して間隔をおいて対面した状態で前記水平軸部に固定された固定部材と、複数の羽根部材と、各前記羽根部材の基部と前記中心部材との間に配置されて、前記羽根部材の前記基部と前記中心部材とを連結する連結部材と、前記羽根部材の前記基部側の前記連結部材の部分と前記固定部材との間に配置されて、前記羽根部材が前記発電機側から前記風車の方向に前記風の力を受ける際に前記風の力により生じる前記固定部材に対する前記羽根部材の移動を抑制する弾性機構部と、を備え、前記連結部材は、前記羽根部材の前記基部側に設けられて、前記風の力を受けると前記羽根部材を前記連結部材に対して屈曲させて前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角を大きくさせる第１屈曲部と、前記中心部材側に設けられて、強い前記風の力を受けると前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲させて前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせる第２屈曲部と、を有し、前記第２屈曲部において前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲させた後により強い前記風の力を受けると、前記風の力を逃がすために前記第１屈曲部をさらに屈曲させて前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせる構成となることを特徴とする本発明の風力発電機により、達成される。

　前記構成によれば、連結部材の第１屈曲部は、風の力を受けると羽根部材を連結部材に対して屈曲させて風の力の方向に対する羽根部材のピッチ角を大きくさせる。連結部材の第２屈曲部は、強い風の力を受けると連結部材を中心部材に対して屈曲させて風の力の方向に対する羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせる。しかも、第２屈曲部において連結部材を中心部材に対して屈曲させた後により強い風の力を受けると風の力を逃がすために第１屈曲部をさらに屈曲させて風の力の方向に対する羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせることができる。これにより、風車の羽根部材が風の力を受けて発電機が発電する際に、羽根部材のピッチ角を、風の力の大きさに応じて連続的に変えていくので、発電機は、急激に風の力が増加してより強い風の力を受けても羽根部材を破損させずに、発動動作を中断することなく、連続して発電することができる。本発明の風力発電機では、本体に対して風車と発電機と水平軸部を搭載しているだけの構成であるので、風車の小型化が可能であり、風の力が増加しても破損することなく、発電を止めずに継続して安定して発電をすることができる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記弾性機構部は、前記強い前記風の力を受けて引っ張りの弾性力を発揮する第１弾性部材と、前記第１弾性部材よりも引っ張りの弾性力が強い第２弾性部材であって、前記第１弾性部材に続いて前記引っ張りの弾性力を発揮する前記第２弾性部材と、を有することを特徴とする。

　前記構成によれば、風の力を受けて弾性機構部の第１弾性部材が引っ張りの弾性力を発揮し始めた後に、強い第２弾性部材が引っ張りの弾性力を発揮する。風力エネルギは、羽根部材における風の受風面積に比例し、風の風速の３乗に比例することが知られているが、第１弾性部材と第１弾性部材と比べて引っ張り弾性力の大きい第２弾性部材を用意しておくことで、弾性機構部は、急激に大きくなる風力エネルギに対応して、風の力を受ける際に風の力により生じる固定部材に対する羽根部材の移動を抑制して適切に風の力を受けることができる。このため、風の力が増加しても破損することなく発電を止めずに継続して安定して発電をすることができる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記羽根部材は、前記風の力に耐えうる板状の部材であり、前記基部側から前記基部とは反対側の先端部にかけて先細りになるように形成されていることを特徴とする。

　前記構成によれば、羽根部材は、風の力に耐えうる板状の部材であり、先細りに形成されているので、風車の耐久性と軽量化が図れる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記羽根部材は、ガラス熱可塑性樹脂複合材により作られている板状の部材であることを特徴とする。

　前記構成によれば、羽根部材は、ガラス熱可塑性樹脂複合材により作られているので、風車の軽量化と耐久性の向上が図れる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記第１弾性部材は、複数本のコイルバネにより構成され、前記第２弾性部材は、複数本のコイルバネにより構成され、前記第１弾性部材が前記強い前記風の力を受けて前記引っ張りの弾性力を発揮した直後には、前記第２弾性部材は、前記引っ張りの弾性力を発揮しない不感領域を有し、前記第２弾性部材は、前記第１弾性部材が前記引っ張りの弾性力を発揮している際に、続けて前記引っ張りの弾性力を発揮することを特徴とする。

　前記構成によれば、前記風力発電機の第２弾性部材は、引っ張りの弾性力を発揮しない不感領域を有し、第２弾性部材は、第１弾性部材が引っ張りの弾性力を発揮している際に、続けて引っ張りの弾性力を発揮する。これにより、弾性機構部は、急激に大きくなる風力エネルギに対応して、風の力を受ける際に風の力により生じる固定部材に対する羽根部材の移動を抑制して適切に風の力を受けることができる。このため、風の力が増加しても破損することなく、発電を止めずに継続して安定して発電をすることができる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記風車は、３つの前記羽根部材を有し、前記中心部材と前記固定部材は、それぞれ正三角形状の板状部材であり、前記連結部材の前記第１屈曲部側は、前記羽根部材の前記基部に対して着脱可能に固定され、前記連結部材の前記第２屈曲部側は、前記中心部材の１つの辺部に対して着脱可能に固定されていることを特徴とする。

　前記構成によれば、中心部材と固定部材は、それぞれ正三角形状の板状部材を用いているので、風車の軽量化と小型化が図れる。連結部材は、羽根部材の基部と中心部材に対して着脱可能に固定されているので、設置場所での連結部材のメンテナンス時の交換が容易である。

　好ましくは、前記風力発電機の前記発電機は前記水平軸部の軸方向に関して薄型に形成されており、前記本体における前記風車と前記発電機との間の重心が、前記タワーの軸中心と一致されていることを特徴とする。

　前記構成によれば、発電機は水平軸部に関して薄型であり、本体における風車と発電機との間の重心が、タワーの軸中心と一致されている。このため、本体は、時々刻々と変わる風の向きに追従してタワーの軸を中心として回転して、発電機側から風車側に向けて風を常に当てることができ、発電機は連続して発電できる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記発電機は、前記水平軸部に連結されておりマグネットを有するロータと、前記風車の回転に同期して前記ロータが回転することにより発電を行うコイルを有するステータと、を有し、前記発電機はブラシレス発電機であることを特徴とする。

　前記構成によれば、発電機のロータは水平軸部に連結されており、構造が簡単なブラシレス発電機であるので、風力発電機の小型化と軽量化が図れる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記風車と前記発電機の前記ロータは、ギアボックスを介さずに、前記水平軸部により直接的に接続されていることを特徴とする。

　前記構成によれば、本体には、ギアボックスを設ける必要がないので、本体の小型化と軽量化が図れ、発電機側から風車側に向けて風を常に当てることができ、発電機は連続して発電できる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記本体は、金属で筒状に作られていて、前記本体内には、前記発電機により発電された電力を、前記本体側から前記タワー側へ送る電送装置が配置されていることを特徴とする。

　前記構成によれば、金属製の筒状の本体内に電送装置が配置され、電送装置が発電機により発電された電力を、本体からタワー側へ送る構造なので、電送装置は本体により日射、風雨、塩害のような過酷な外部環境から保護できる。従って、発電機が発電した電力は、タワー側へ、安定して長期間に渡って安全に供給することができる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記電送装置は、前記タワー側に固定されていることで、前記風の吹く方向に応じて前記本体が前記タワーに対して回転する際に前記本体側の回転動作には伴わない固定側のスリップリングと、固定側の前記スリップリングに対して電気的にしかも機械的に接触していて、前記本体側に固定されていることで、前記風の吹く方向に応じて前記本体が前記タワーに対して回転する際に前記本体と一体的に回転可能であり、前記発電機より発電された電力を前記スリップリングへ伝えるブラシと、前記スリップリングと前記ブラシとを密閉して収容していて、前記風の吹く方向に応じて生じる前記本体の回転動作に伴って前記本体と前記ブラシとともに回転する収容容器と、を備えることを特徴とする。

　前記構成によれば、電送装置のスリップリングは、タワー側に固定されていることで、このスリップリングは、本体がタワーに対して回転する際に本体側の回転動作には伴わない固定側の要素である。これに対して、電送装置のブラシは、スリップリングに対して電気的にしかも機械的に接触していて、本体側に固定されている回転側の要素である。このブラシは、風の吹く方向に応じて本体がタワーに対して回転する際に本体と一体的に回転可能であり、発電機より発電された電力をスリップリングへ伝える。収容容器は、スリップリングとブラシとを密閉して収容していて、本体の回転動作に伴って本体とブラシとともに回転する。これにより、電送装置のブラシは、発電機からの電力を、風の吹く方向に応じて本体とともに回転しながら、タワー側のスリップリングへ常時安定して伝えることができる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記収容容器は、前記本体側に固定されて、前記スリップリングと前記ブラシとを収容し、開口部を有する収容本体と、前記収容本体の前記開口部を着脱可能に閉じて、前記収容本体内において前記スリップリングと前記ブラシを外部から密閉する蓋体と、を備えることを特徴とする。

　前記構成によれば、蓋体により収容本体の開口部を密閉して閉じることで、収容本体に収容されているスリップリングとブラシは、本体と収容容器により日射、風雨、塩害のような過酷な外部環境から保護できる。従って、発電機が発電した電力は、タワー側へ安定して長期間に渡って安全に供給することができる。また、蓋体は、収容容器の開口部を着脱可能に閉じるようになっているので、蓋体を外せばスリップリングとブラシを容易にメンテナンスでき、メンテナンス性が向上する。

　好ましくは、前記風力発電機の前記発電機により発電された電力は、３相の交流起電力であり、前記発電機は前記水平軸部の軸方向に関して薄型に形成されており、前記本体における前記風車と前記発電機との間の重心が、前記タワーの軸中心と一致されていて、前記スリップリングは前記タワーの前記軸中心に位置されていることを特徴とする。

　前記構成によれば、固定側のスリップリングが、タワーの軸中心に位置されているので、スリップリングは、タワーの安定した位置に固定できる。そして、風の吹く方向に応じて、本体と収容容器とブラシが、タワーの軸中心を中心としてタワーに対して回転する際に、ブラシはスリップリングの外周面を電気的にしかも機械的に確実に接触しながら、電力をブラシからスリップリング側へ円滑に伝えることができる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記スリップリングには、電力供給対象に対して電力を送る送電ケーブルが電気的に接続されており、前記送電ケーブルは、前記タワー内を通して前記電力供給対象へ電気的に接続されていることを特徴とする。

　前記構成によれば、スリップリングに電気的に接続されている送電ケーブルは、タワー内を通すことで、送電ケーブルが日射、風雨、塩害のような過酷な外部環境から保護できることから、発電機が発電した電力は、タワーを通じて電力供給対象へ安定して長期間に渡って安全に供給することができる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記本体には、前記水平軸部の回転を停止させるブレーキ装置を備えることを特徴とする。

　前記構成によれば、メンテナンス時や緊急に停止させたい場合に、ブレーキ装置を用いて、水平軸部と風車の回転を安全に停止させることができる。

　好ましくは、前記風力発電機の前記タワーは、前記タワーの設置部に対して直立状態から倒してメンテナンスするためのメンテナンス状態に移行可能なタワー駆動操作部を有することを特徴とする。

　前記構成によれば、タワー駆動操作部は、メンテナンス時に、本体と風車と発電機を、メンテナンス状態に移行でき、このメンテナンス状態において、収容本体から蓋体を外すことができ、外せば収容本体内のスリップリングとブラシを容易にメンテナンスでき、メンテナンス性が向上する。

　前記目的は、本発明によれば、風の力を利用して風車を回して、前記風車の回転運動を発電機に伝えて電気に変換し、タワーと、前記タワーにおいて回転可能に支持されている本体と、を備え、前記風車は前記本体の一端部に回転可能に保持され、前記発電機は前記本体の他端部に保持され、前記風車から前記発電機に前記回転運動を伝える水平軸部が前記本体に収容され、前記風車は、前記水平軸部に固定された中心部材と、前記中心部材に対して間隔をおいて対面した状態で前記水平軸部に固定された固定部材と、複数の羽根部材と、各前記羽根部材の基部と前記中心部材との間に配置されて、前記羽根部材の前記基部と前記中心部材とを連結する連結部材と、を有する風力発電機の制御方法であって、前記羽根部材の前記基部側の前記連結部材の部分と前記固定部材との間に配置される弾性機構部が、前記羽根部材が前記発電機側から前記風車の方向に前記風の力を受ける際に前記風の力により生じる前記固定部材に対する前記羽根部材の移動を抑制し、前記連結部材の第１屈曲部は、前記羽根部材の前記基部側に設けられて、前記風の力を受けると前記羽根部材を前記連結部材に対して屈曲し、前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角を大きくさせ、前記連結部材の第２屈曲部は、前記中心部材側に設けられて、強い前記風の力を受けると前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲し、前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせ、前記第２屈曲部において前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲させた後により強い前記風の力を受けると、前記風の力を逃がすために前記第１屈曲部をさらに屈曲させて前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせる構成となることを特徴とする風力発電機の制御方法により達成される。

　前記目的は、本発明によれば、風の力を利用して風車を回して、前記風車の回転運動を発電機に伝えて電気に変換し、タワーと、前記タワーにおいて回転可能に支持されている本体と、を備え、前記風車は前記本体の一端部に回転可能に保持され、前記発電機は前記本体の他端部に保持され、前記風車から前記発電機に前記回転運動を伝える水平軸部が前記本体に収容され、前記風車は、前記水平軸部に固定された中心部材と、前記中心部材に対して間隔をおいて対面した状態で前記水平軸部に固定された固定部材と、複数の羽根部材と、各前記羽根部材の基部と前記中心部材との間に配置されて、前記羽根部材の前記基部と前記中心部材とを連結する連結部材と、を有する風力発電機に、前記羽根部材の前記基部側の前記連結部材の部分と前記固定部材との間に配置される弾性機構部が、前記羽根部材が前記発電機側から前記風車の方向に前記風の力を受ける際に前記風の力により生じる前記固定部材に対する前記羽根部材の移動を抑制する機能、前記連結部材の第１屈曲部は、前記羽根部材の前記基部側に設けられて、前記風の力を受けると前記羽根部材を前記連結部材に対して屈曲し、前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角を大きくさせる機能、前記連結部材の第２屈曲部は、前記中心部材側に設けられて、強い前記風の力を受けると前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲し、前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせる機能、前記第２屈曲部において前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲させた後により強い前記風の力を受けると、前記風の力を逃がすために前記第１屈曲部をさらに屈曲させて前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせる機能、を実現させるための風力発電機の制御プログラムにより達成される。

　本発明によれば、風車の小型化が可能であり、風の力が増加しても破損することなく発電を止めずに継続して安定して発電をすることができる風力発電機、風力発電機の制御方法及び風力発電機の制御プログラムを提供することができる。

図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る風力発電機の側面図であり、図１（Ｂ）は、風力発電機の正面図である。図１に示す本体と風車と発電機を示す斜視図である。図２のＶ方向から見た発電機等を示す図である。は、風車の一部分と、本体の内部構造例と、発電機を示す斜視図である。図４のＶ１方向から見た風車の一部分と、本体の内部構造例と、発電機を示す図である。中心部材の形状例を示す平面図である。中心部材と連結部材と３つのブレードの連結状態を示す平面図である。風車を構成する中心部材と連結部材とブレードと弾性機構部の連結状態を示す斜視図である。風車を構成する中心部材と連結部材とブレードと弾性機構部の連結状態を、別の角度から示す斜視図である。連結部材の形状例を示す図である。連結部材のＪ－Ｊ線における断面図である。連結部材の主層内に配置されている補強部材の例を示す図である。連結部材の着脱可能な連結構造例を示す図である。図１４（Ａ）は、弾性機構部の好ましい構造例を示す正面図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）におけるＡ－Ａ線における断面図である。風Ｗの力の力を受ける場合のブレードの状態を示す図である。風の力を受ける場合のブレードの状態を示す斜視図である。風の力を受ける場合のブレードの別の状態を示す斜視図である。弾性機構部の第１弾性部材と第２弾性部材が引っ張り弾性力を発揮することによる第１弾性部材と第２弾性部材の変化例を示す図である。図１９（Ａ）は、本発明の実施形態の風力発電機の風力発電出力と風速の関係例を示し、図１９（Ｂ）は、比較例の風力発電機の風力発電出力と風速の関係例を示す図である。図５に示す本体の内部構造に配置された電送装置と発電機とを示す図である。図２０に示す電送装置とその周辺部分の好ましい構造例をさらに詳しく示す断面図である。発電機で発電された電力が、電送装置と送電ケーブルを通じて、整流機へ送電される送電系統の例を示す図である。収容容器の構造例を示す一部断面を有する正面図である。図２３において収容本体をＥ方向から見た側面図である。図２３において収容本体をＦ方向から見た平面図である。

　以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
　なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（風力発電機１の全体説明）
　図１は、本発明の実施形態に係る風力発電機を示している。図１（Ａ）は、本発明に実施形態の風力発電機１の側面図であり、図１（Ｂ）は、風力発電機１の正面図である。図１に示す風力発電機１は、複数のブレード３１を有するプロペラ型の風車３０を有する風の力を利用して発電を行う風力発電機である。図１（Ａ）に示すように、この風力発電機１では、風車３０の回転軸が水平になっている水平軸部である例えば、水平軸２３を有する水平型の風力発電機である。

　風力発電機１は、自然エネルギを利用しており、発電時に二酸化炭素等を排出しないので、環境にやさしい。この風力発電機１は、風の弱い地域や風の強い地域、そして風の強弱が激しい地域であっても発電を停止することなく安定して連続発電でき、発電効率が良く、騒音が出にくく、離島やへき地等の多様な設置場所に設置できる。風力発電機１は、例えば一般家庭用発電、農業用発電、電気通信事業用発電、公共事業用発電、離島での発電等に使用可能である。通常用いられている風力発電機は、２５ｍ／ｓｅｃを超える強風では安全のために、風車の回転を止めて発電動作を停止する必要がある。しかし、本発明の実施形態の風力発電機１は、強力な低気圧や台風等が通過して２５ｍ／ｓｅｃを超える環境下であっても、風車３０の破損を防いで発電動作を中断することが無く連続して発電できる特徴がある。

　しかも、風力発電機１は、例えばクラス１の風速７０ｍ／ｓｅｃまたはこれを超える環境下でも連続して発電可能であり、強風により他の通常の風力発電機が停止を余儀なくされるような場合でも、発電動作を継続できる。特に、台風等の強風や暴風時であっても、風力発電機１は発電動作を中断せずに継続できるので、離島や南極等の極地や洋上、山頂等での電源確保が可能である。
　この風力発電機１は、シンプルな構造を備えており故障を極力無くすことができる。図１（Ａ）に示すように、風力発電機１は、発電機４０側から後方より風Ｗの力を受ける、いわゆるダウンウインド型の風車３０を備えていることで、風車３０は自動的に主風向に正対して、通常の弱い風Ｗだけでなく強風や乱気流等のさらにより強い風Ｗであっても受け流して発電を継続できる。風力発電機１の風車３０は、例えば６．５ｋＷ程度の発電が可能なダウンウインド型の風車であり、防爆仕様である。

　風力発電機１は、シンプルな構造であり小型で軽量化されているので、設置作業やメンテナンス作業、撤去作業が容易である。風力発電機１は、地産地消の再生エネルギの創出ができ、低炭素で循環型の社会に貢献できる。風力発電機１は、導入する用途として、例えば通信基地用、産業用や鉄道用、電気自動車給電気用、淡水化施設用、軍事用等多方面に用いることができる。

　図１に示す風力発電機１は、風Ｗの力を利用して風車３０を回して、風車３０の回転運動を発電機４０に伝えて電気に変換する。風力発電機１は、概略的には、支柱であるタワー１０と、本体２０と、ロータである風車３０と、発電機４０を備える。
　風車３０は、複数のブレード３１（図示例では、３つの風車３０）を有している。風車３０が受けることができる風Ｗの風力エネルギは、ブレード３１における風Ｗの受風面積に比例し、すなわちロータである風車３０の直径の２乗に比例し、風Ｗの風速の３乗に比例することが知られている。このため、風車３０は、少しでも強い風Ｗを安定して受けることができる設置場所に設置されることが重要である。

＜タワー１０＞
　図１に示すタワー１０は、鉄等の金属で作られていて、設置場所として、例えば地盤に設けられた基礎である設置部１１に対して、垂直軸Ｌを中心として、垂直に立てて設けられている。タワー１０は、下部１２が最も太く、上部１４に行くに従って徐々に細くなるように先細りに作られている。これにより、タワー１０における風Ｗの抵抗を低減し、軽量化を図っている。
　設置部１１とタワー１０の下部１２との間には、タワー駆動操作部１３が設けられている。タワー駆動操作部１３は、タワー１０の設置部１１に対して直立状態から図１（Ｂ）に示すようにＱ方向に沿って地盤側に倒すことができるので、本体２０や風車３０や発電機４０等をメンテナンスするためのメンテナンス状態に、容易に移行できる。

　具体的には、図１（Ｂ）に示すように、タワー駆動操作部１３は、ヒンジ部１３Ａと、油圧シリンダ等のアクチュエータ１３Ｂとを備えている。図示しない制御部からの指令により油圧シリンダ１３Dのロッド１３Ｃが収縮作動すると、タワー１０の下部１２は、タワー基部１２Ｒに対して、Ｑ方向で示すように傾けることができる。油圧式のアクチュエータ１３Ｂを採用していることで、風車３０や発電機４０等の高さ位置を下げることができる。このため、タワー駆動操作部１３は、メンテナンス時に、本体２０と風車３０と発電機４０を、メンテナンス状態に移行できるので、メンテナンスが容易に行える。風力発電機１を設置する場合の設置作業が短期に行え、風車３０や発電機４０等のメンテナンス作業が容易にでき、短期のメンテナンス作業ができる。

＜風向案内部１５＞
　図２は、図１に示す本体２０と風車３０と発電機４０を示す斜視図である。図１と図２に示すように、タワー１０の上部１４には、風向案内部１５が垂直軸Ｌを中心にして着脱可能でしかも回転可能に保持されており、風向案内部１５の上には本体２０が着脱可能に固定されている。図２に示す風向案内部１５の形状例では、発電機４０側の風向案内部１５の厚みｔ１は、風車３０側の風向案内部１５の厚みｔ２に比べて大きく設定されており、厚みｔ１から厚みｔ２にかけて、すなわち風Ｗを受ける方向に沿って徐々に薄くなるように先細りに形成されている。

　このように、風向案内部１５の先細りの構造を採用することで、風向案内部１５は、風Ｗの向きに応じて本体２０を、垂直軸Ｌを中心にして回転させる。従って、本体２０の向きは、発電機４０側から風車３０の方向にうまく風Ｗの力を受けられるように、風Ｗの方向に正対させることができる。これにより、本体２０の風車３０は、後方からの風Ｗを受けるようにして、自動的に主風向に正対して、通常の弱い風Ｗだけでなく強風や乱気流等のより強い風Ｗをも受け流して発電を継続できる。しかも、従来用いられている複雑な構造を有するヨー制御装置を別途設ける必要としないので、風力発電機１の軽量化と構造の簡単化が図れ、コストダウンも図れる。

＜本体２０＞
　一方、図１（Ａ）と図２に示すように、風車３０は本体２０の一端部２０Ａにおいて回転可能に保持され、発電機４０は本体２０の他端部２０Ｂに保持されている。風車３０は、例えば３つの同じサイズで同じ構造のブレード３１を備えており、図２に示すように、各ブレード３１は回転中心Ｃを中心として、１２０度ごとに半径方向に延びている。寸法例を挙げれば、図１（Ｂ）に示す風車３０の直径Ｄは、例えば５．６ｍである。風車３０を含めた風力発電機１の全高Ｈは、例えば１７．８ｍである。図１（Ａ）に示す本体２０の中心までの高さＨ１は、例えば１５ｍである。

　次に、本体２０と風車３０について、図２から図５を参照してさらに説明する。
　図３は、図２のＶ方向から見た発電機４０等を示す図である。図４は、風車３０の一部分と、本体２０の内部構造例と、発電機４０を示す斜視図である。図４では、本体２０のケーシングの図示は省略している。図５は、図４のＶ１方向から見た風車３０の一部分と、本体２０の内部構造例と、発電機４０を示す図である。

　図１（Ａ）と図２に示す本体２０は、別名でナセルとも言い、鉄やステンレス等の耐候性に優れた金属で筒状に作られていている。図５に示すように、好ましくは、本体２０の一端部２０Ａの直径は、他端部２０Ｂの直径に比べて、小さく設定されており、他端部２０Ｂから一端部２０Ａにかけて少しずつ先細りになるように形成されている。これにより、本体２０の外周面に沿って、風Ｗを風車３０の各ブレード３１側に案内し易く、一端部２０Ａ側の風車３０は、自動的に主風向に正対させることができる。これにより、本体２０の風車３０は、自動的に主風向に正対して、通常の弱い風の風Ｗだけでなく、強風や乱気流等のより強い風Ｗでも風の力を受け流して発電を継続できる。

　これにより、本体２０の風車３０は、後方からの風Ｗを受けるようにして、自動的に主風向に正対して、通常の弱い風Ｗだけでなく強風や乱気流等のより強い風Ｗをも受け流して発電を継続できる。本体２０の先細りの特徴的な構造と、上述した風向案内部１５の先細りの特徴的な構造の両方あるいはいずれか一方を採用することで、従来用いられている複雑な構造を有する大きなヨー制御装置を別途設ける必要がないので、風力発電機１の軽量化と構造の簡単化が図れ、コストダウンも図れる。

＜水平軸２３＞
　図２と図４と図５に示すように、水平軸２３が、本体２０の中心を通っていて、図５に示すように、２つの軸受け２１，２２により水平にしかも回転可能に支持されている。水平軸２３の一端部には、風車３０が着脱可能に固定されている。水平軸２３の他端部には、発電機４０のロータ４１が着脱可能に設けられている。

＜発電機４０＞
　次に、発電機４０について説明する。
　図３から図５に示すように、発電機４０は、例えばブラシレスダイレクトドライブ永久磁石型のものであり、定格出力は例えば６．５ｋＷである。図５に示すように、発電機４０は、ロータ４１とステータ４２を有し、好ましくは樹脂で封止することで、塩害や水害から保護されている。ロータ４１は、マグネットを有し、ステータ４２は、コイルを有する。ロータ４１は、水平軸２３の他端部に着脱可能に固定されている。ステータ４２は、通常の弱い風Ｗあるいはより強い風Ｗにより生じる風車３０の回転に同期してロータ４１が回転することにより、例えば３００Ｖで３相の交流の起電力を発生して、発電を行う。
　発電機４０のロータ４１は、水平軸２３を介して風車３０に対して、ギアボックスを用いずに直接接続されているダイレクトドライブ方式を採用している。風車３０は、例えば風Ｗの力により好ましくは２００ｒｐｍ～２５０ｒｐｍ程度までの回転範囲で回転するので、風車３０と水平軸２３との間にはギアボックスは不要である。これにより、通常のギアボックスを用いる風力発電機の場合に比べて、風力発電機１の本体２０内における機構部の構成の簡略化と、軽量化が図れる。

　図１（Ａ）に示すように、発電機４０により発電した電力は、整流機１５１に送られ、インバータ１５２を介してバッテリ（蓄電池）１５３に蓄電され、蓄電された電力は、電力供給対象１５４に供給される。発電機４０により発電した電力は、例えば３相の３００Ｖであり、整流機１５１は、発電した電力を整流して、インバータ１５２は、例えば３相２００Ｖに変換した後に、バッテリ１５３に蓄電する。電力供給対象１５４としては、例えば離島に風力発電機１が設置された場合には、離島に設けられている公共施設等であるが、特に限定されない。

　図５に示すように、発電機４０の水平軸２３の軸方向ＲＴに沿った厚みＮは、できる限り薄くしてある。軸方向ＲＴとタワー１０の垂直軸Ｌとは、直交している。タワー１０の上部１４の上には、延長軸１４Ｂが取り付けられており、延長軸１４Ｂの上端部には、本体２０の基部２０Ｆが着脱可能に固定されている。この基部２０Ｆには、上述した２つの軸受け２１，２２が固定されている。軸受け２１は、風車３０寄りの位置に固定され、軸受け２２は、発電機４０寄りの位置に固定されている。なお、図４と図５に示すように、風向案内部１５を構成する骨組みとして、部材１５Ｂと部材１５Ｃを備えている。

　このように、発電機４０の厚みＮが薄く形成されている薄型の発電機４０を用い、しかも本体２０における発電機４０の搭載位置は、垂直軸Ｌにできる限り近づけてある。発電機４０のステータ４２の外面から垂直軸Ｌまでの距離Ｋ１は、風車３０の中心位置から垂直軸Ｌまでの距離Ｋ２に比べて短くなっている。本体２０と風車３０と発電機４０から成る構造体において、風車３０と本体２０と、風車３０の重量に比べると重い発電機４０との重心Ｇは、タワー１０の垂直軸Ｌに一致させている。これにより、本体２０と風車３０と発電機４０から成る構造体は、垂直軸Ｌを中心とする重量バランスを最適化でき、垂直軸Ｌを中心として、風Ｗの向きに応じてスムーズに回転できる。発電機４０と垂直軸Ｌとの距離Ｋ１を距離Ｋ２に比べて小さくできるので、風力発電機１の小型化が図れる。本体２０は、垂直軸Ｌを中心として回転し、風車３０に対して、後方からの風Ｗに対して、自動的に主風向に正対して、通常の弱風の風Ｗだけでなく強風や乱気流等野より強い風Ｗをも受け流して発電を継続できる。

＜風車３０の構造例＞
　次に、風車３０の好ましい構造例を説明する。
　図２と図４に示すように、風車３０は、すでに説明したように、発電機４０側の前方からの風Ｗを受けるダウンウインド型の風車であり、風車３０は自動的に主風向に正対することができる。

＜風車３０のブレード３１＞
　図２から図４に示すように、風車３０は、３つのブレード３１を有している。各ブレード３１は、例えばガラス熱可塑性樹脂複合材により作られていて、例えば７０ｍ／ｓｅｃよりもより強い風Ｗを受けても風Ｗより変形をせずに形状を保って折れない板状の部材である。すなわち、ブレード３１は、ｃｌａｓｓ１（７０ｍ／ｓｅｃ）の耐風速対応になっていて、７０ｍ／ｓｅｃを超えても、発電を中止することなく連続稼働できる。図４に示すように、ブレード３１は、基部３１Ｂと、先端部３１Ｃと、中間部３１Ｄを有しており、基部３１Ｂは最も幅が広く、中間部３１Ｄから先端部３１Ｃに向っていくと、徐々に幅が狭くなっている。各ブレード３１の厚みは、例えば基部３１Ｂから先端部３１Ｃに至るまで均一になっているか、あるいは基部３１Ｂから先端部３１Ｃに至るまで徐々に薄く形成されているが、特に限定されない。これにより、風車３０が破損することがなく、風力発電機１は連続発電をすることができる。

　図４には、ブレード３１のピッチ角αを示している。ブレード３１の「ピッチ角α」とは、風Ｗの方向に対して直交している風車３０の水平軸２３を中心とする回転平面ＰＬに対するブレード３１の面の成す角度である。
　ブレード３１は、弱い風Ｗの力を受けてもピッチ角αは変わらないが、より強い風Ｗの力を受けると、より強い風Ｗの力を逃がすために風Ｗの力の方向に対するブレード３１のピッチ角αを徐々に大きくさせるようになっている。ブレード３１は、低気圧や台風のようなより強い風Ｗが当たっても、破損することはない。このブレード３１のピッチ角αの変化動作例については、後で説明する。図４に例示するように、ピッチ角αの角度範囲としては、例えば好ましくは初期設定角度６度から最大角度１７度の範囲で変化できる。初期設定角度６度は、予めせってされているブレード３１に対して風Ｗが当たっていない場合であり、最大角度１７度は、例えば７０ｍ／ｓｅｃかそれ以上のより強い風Ｗが当たっている場合の角度である。

＜中心部材５０と固定部材６０＞
　図２から図５に示すように、風車３０は、３つの羽根部材の一例であるブレード３１と、１つのデルタ型の中心部材５０と、もう１つのデルタ型の固定部材６０と、３つの連結部材７０と、３組の弾性機構部１００と、を有する。
　図６は、中心部材５０の形状例を示す平面図である。図７は、中心部材５０と連結部材７０と３つのブレード３１の連結状態を示す平面図である。図８は、風車３０を構成する中心部材５０と連結部材７０とブレード３１と弾性機構部１００の連結状態を示す斜視図である。図９は、風車３０を構成する中心部材５０と連結部材７０とブレード３１と弾性機構部１００の連結状態を、別の角度から示す斜視図である。なお、図４、図５、図７から図９において、図面の簡単化のために、風車３０の一部分を図示している。

　図６から図９に示す中心部材５０は、風車３０の回転ハブであり、鉄等の金属板によりほぼ正三角形状（板状部材）に作られている。図８と図９に示すように、中心部材５０は、水平軸２３の先端位置に固定されている。中心部材５０は、連結用の複数の孔５０Ｈと、１つの中心孔５０Ｒを有する。中心孔５０Ｒには、水平軸２３が通っているが、水平軸２３と中心部材５０は固定されている。複数の孔５０Ｈは、中心部材５０の３つの直線状に形成された辺部５０Ｓに沿って、それぞれ直列に配列されている。

　一方、固定部材６０は、図８と図９に示すように、中心部材５０と同様にして、鉄等の金属板により例えば正三角形状（板状部材）に作られており、固定部材６０は、水平軸２３の途中であって、中心部材５０に対面するようにして水平軸２３の途中の位置に固定されている。ただし、固定部材６０の各頂点６０Ｓは、中心部材５０の１つの辺部５０Ｓの中央位置に対応した位置にある。図５に示すように、中心部材５０と固定部材６０は、本体２０において、２つの軸受け２１，２２を用いて、水平軸２３とも一体となって水平軸２３の軸方向ＲＴを中心として回転可能になっている。なお、中心部材５０と固定部材６０との間には、補強のための保持部材６０Ｊが設けられていて、強い風Ｗが吹いたとしても、中心部材５０と固定部材６０との相対位置と間隔を保持し、中心部材５０と固定部材６０が変形するのを防いでいる。

＜連結部材７０＞
　次に、連結部材７０について、図７から図１３を参照して説明する。
　図１０は、連結部材７０の形状例を示す正面図であり、図１１は、連結部材７０のＪ－Ｊ線における断面図である。図１０に示すように、連結部材７０は、ほぼ直角三角形状を有する板状の部材であり、弾性変形可能である。図７と図８に示すように、連結部材７０は、各ブレード３１の基部３１Ｂと中心部材５０の各辺部５０Ｓとの間に配置されて、各ブレード３１の基部３１Ｂと中心部材５０の各辺部５０Ｓと、を着脱可能に連結している。

　図１０に示すように、連結部材７０は、直線状の第１縁部６６と、直線状の第２縁部６７と、直線状の第１側部６８と、直線状の第２側部６９と、直線状の第１屈曲部７１と、直線状の第２屈曲部７２を有する。第１縁部６６は、第２縁部６７に対して、例えば最も好ましくは４５度程度の角度θで傾斜されている。この角度θは、好ましくは３０度から６０度の範囲で選択することで、各ブレード３１がより強い風Ｗを受けた時に、ブレード３１における風Ｗの受風面積を小さくすることで、より強い風Ｗを受ける時にはわざと風車３０の回転をある程度失速させる。このため、風車３０の回転を抑えながら、本体２０の水平軸２３に加わるスラスト力を低減できるので、本体２０からタワー１０自体に加わる力を小さくできる。これにより、非常に強い風Ｗが吹いても、タワー１０自体に加わる力を低減でき、タワー１０自体の太さを小さくでき、風力発電機１の小型化が図れる。もし、角度θが３０度よりも小さいか６０度よりも大きいと、風車３０の各ブレード３１が非常に強い風Ｗを受け易くなるので好ましくはない。

　図１０に示すように、第１側部６８と第２側部６９は平行であり、第１側部６８と第２側部６９は第２縁部６７に対して垂直になっている。第１屈曲部７１は、第１縁部６６に平行に形成され、第２屈曲部７２は、第２縁部６７に平行に形成されている。第１屈曲部７１と第２屈曲部７２は、例えば他の部分に比べて少し厚みを薄くすることで作られている。図８と図９に示すように、各第１縁部６６は、各ブレード３１の基部３１Ｂに対して着脱可能に固定されている。また、各第２縁部６７は、中心部材５０の各辺部５０Ｓに対して着脱可能に固定されている。これにより、第１屈曲部７１は、風Ｗの力を受けると図１０（Ａ）と図８に示すＣ１方向に関して、各ブレード３１の基部３１Ｂを連結部材７０に対して屈曲させ、図４に示すブレード３１のピッチ角αの変化させる機能を有する。同様にして、第２屈曲部７２は、強い風Ｗの力を受けると図１０（Ａ）と図８に示すＣ２方向に連結部材７０を中心部材５０に対して屈曲させる機能を有する。

　図１１に示すように、連結部材７０は、主層７５と、補強部材７６と、被覆層７７，７８により形成されている。主層７５は、樹脂のエラストマー等の柔軟性と成型性の高い材料により平板状に作られている。被覆層７７，７８は、薄いアルミニウムやステンレススチール等の金属板であり、主層７５の表裏を被覆していることで、主層７５の柔軟性と耐候性を確保している。

　図１２は、連結部材７０の主層７５内に配置されている補強部材７６の例を示しており、図１２（Ａ）では、連結部材７０には力が加わっていない状態を示し、図１２（Ｂ）では、第１屈曲部７１において連結部材７０がＣ１方向に屈曲している様子を示す。補強部材７６は、主層７５内に引張強度と曲げ強度の補強のために配置されており、例えばポリエステル等の樹脂製のロープである。

＜連結部材７０の補強部材７６＞
　図１２に示す例では、ロープ状の補強部材７６が、連結部材７０の主層７５の全体に渡ってらせん状に均一になるように配置されている。ロープ状の補強部材７６の配置のＺ方向（主方向）は、第１屈曲部７１から第２屈曲部７２に向かう方向であり、第１縁部６６と第２縁部６７で交互に折り曲げることで、第１縁部６６と第２縁部６７の間で繰り返して平行になるように配置されている。
　また、補強部材７６は、第１屈曲部７１と第２屈曲部７２を交差するように配置されているので、連結部材７０の全体補強だけではなく、第１屈曲部７１と第２屈曲部７２の補強も兼ねている。補強部材７６は、特に第１屈曲部７１から第２屈曲部７２に向かうＺ方向の引張強度と曲げ強度を確保している。これにより、各ブレード３１が弱い風Ｗだけでなく、より強い風Ｗを受けても、連結部材７０が第１屈曲部７１から第２屈曲部７２に向かう方向に引っ張られたり、曲げられても、図１１に示す柔軟性に富んだ主層７５における亀裂の発生や断裂等を防止できる。従って、連結部材７０は、軽量であり、大きくて厚みのある丈夫な金属製の部材を用いて強度の確保をする必要が無く、ブレード３１は連結部材７０を用いて中心部材５０に連結されているだけであるので、風車３０自体の小型化と軽量化が可能であり、風の力が増加しても風の力に追従して、破損することなく発電を止めずに継続して安定して発電をすることができる。

　図１０に示すように、連結部材７０の直線状の第１縁部６６と直線状の第２縁部６７に沿って、それぞれ連結用の複数の孔６６Ｈ、６７Ｈが形成されている。
　図１３は、連結部材７０の着脱可能な連結例を示す図である。図１３は、連結部材７０の第１縁部６６とブレード３１の基部３１Ｂとの着脱可能な連結例と、連結部材７０の第２縁部６７と中心部材５０の辺部５０Ｓとの着脱可能な連結例とを示してる。連結部材７０の第１縁部６６とブレード３１の基部３１Ｂとの連結と、連結部材７０の第２縁部６７と中心部材５０の辺部５０Ｓとの連結は、ともに例えば塩害等に強い耐候性を有するボルト８０とナット８１を用いて、着脱可能に固定されている。これにより、ブレード３１、連結部材７０、中心部材５０を、例えば５年ごとに定期メンテナンスを行う場合に、ボルト８０とナット８１を外すことで、容易に分解することができ、設置場所における風力発電機１の維持管理が容易になる。

＜弾性機構部１００＞
　次に、図１４と図４と図８と図９を参照して、弾性機構部１００について説明する。
　図１４（Ａ）は、弾性機構部１００の好ましい構造例を示す正面図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）におけるＡ－Ａ線における断面図である。
　図１４に示す弾性機構部１００の一方の取付け基部１０３と他方の取付け基部１０４は、図８と図９に示すように、各ブレード３１側に固定されている連結部材７０が第１屈曲部７１付近と、固定部材６０にそれぞれ着脱可能に固定されている。ブレード３１が図２に示すように、発電機４０側から風車３０の方向に風Ｗの力を受ける際に、弾性機構部１００は、風Ｗの力により、中心部材５０と固定部材６０に対して、連結部材７０の第１屈曲部７１の付近部分が移動するのと、ブレード３１が移動するのを、弾発力により抑制する役割を有し、例えば７０ｍ／ｓｅｃよりも強い風Ｗの場合にはブレード３１のピッチ角αを最大にして、風Ｗを受け流すことができる。

　図１４に示す弾性機構部１００の構成例では、弾性機構部１００は、２本の第１弾性部材１０１，１０１と、２本の第２弾性部材１０２，１０２と、２つの取付け基部１０３，１０４を有する。第１弾性部材１０１と第２弾性部材１０２は、ともに金属製あるいは樹脂製の圧縮コイルバネであり、第２弾性部材１０２は第１弾性部材１０１に比べて太く、第２弾性部材１０２のバネ常数は、第１弾性部材１０１のバネ常数よりも大きく設定されている。２本の第１弾性部材１０１は、図２に示す弱い風Ｗの力を受けて、図１０に示す連結部材７０の第１屈曲部７１とともに図４に示すブレード３１を連結部材７０に対して屈曲させると、単独で弾性力を発揮する。

　次に、２本の第２弾性部材１０２は、第１弾性部材１０１よりも引っ張りの弾性力が強い。このため、第２弾性部材１０２は、強い風Ｗの力を受けて、図１０に示す連結部材７０の第２屈曲部７２が連結部材７０を図４に示す中心部材５０に対して屈曲させる際に、第１弾性部材１０１とともに引っ張りの弾性力を発揮する。

　図示例では、２本の第１弾性部材１０１と２本の第２弾性部材１０２は、２つの取付け基部１０３，１０４の間で、同じ平面において並行に配列されている。２本の第１弾性部材１０１が、２本の第２弾性部材１０２の間の位置に配置されていて、各第２弾性部材１０２は、２本の第１弾性部材１０１の左右位置にそれぞれ配置されている。
　図８に示すように、一方の取付け基部１０３は、連結部材７０の第１屈曲部７１側に着脱可能に固定され、他方の取付け基部１０４は、固定部材６０の縁部分６０Tに着脱可能に固定されている。一方の取付け基部１０３は、連結部材７０の第１屈曲部７１側に着脱可能に固定されていて、ブレード３１の基部３１Ｂには直接固定されていないのは、ブレード３１が比較的自由にピッチ角αを確保できるようにするためである。

　ところで、図１４に示す第１弾性部材１０１の両端部と、第２弾性部材１０２の両端部は、ともに取付け基部１０３，１０４に固定されている。２本の第１弾性部材１０１が図２に示す弱い風Ｗの力を受けて、図８に示す第１屈曲部７１がブレード３１の基部３１Ｂを７０に対して屈曲させるまでの間、単独で弾性力を発揮する際には、２本の第２弾性部材１０２は、引っ張り弾性力を発揮しない不感領域となっている。

　すなわち、弱い風Ｗがブレード３１にかかった場合には、２本の第１弾性部材１０１だけが先に引っ張り弾性力を発揮するが、２本の第２弾性部材１０２にはその弱い風Ｗの力はかからないことから引っ張り力は発揮しないで待機状態にある。そして、より強い風Ｗの力以上の力がブレード３１にかかった場合には、２本の第１弾性部材１０１が引っ張り力を発揮するのに加えて、２本の第２弾性部材１０２もより強い引っ張り力を発揮するようになっている。弾性機構部１００は、２種類のバネ序数の異なる弾性部材１０１，１０２を用いることで、非線形な引っ張り弾性力を発揮できる。もし、バネ常数が一緒の弾性部材を用いると、線形の引っ張り弾性力しか発揮できない。

　本発明の実施形態において、弾性機構部１００が上述したように引っ張りの弾性力を非線形になるような構造を採用するのは、既に述べたように、風Ｗの風力エネルギは、ブレード３１における風Ｗの受風面積に比例し、すなわちロータである風車３０の直径の２乗に比例し、風Ｗの風速の３乗に比例するからである。これにより、弾性機構部１００は、３つのブレード３１を含む風車３０が、弱い風Ｗの力を受けても、急激に上昇したより強い風Ｗの力以上の力を受けても、風Ｗの風力エネルギの急激な変化に対応して風車３０が連続回転でき、風車３０の各ブレード３１と、連結部材７０が、中心部材５０が、破損しない。なお、弾性機構部１００の耐候性を高めるために、図示しないが弾性機構部１００を耐候性に優れた膜部材や板部材で覆うようにしても良い。

（風力発電機１の動作例と作用効果の説明）
　次に、図１５以降の図面を参照しながら、上述した風力発電機１の動作例と作用効果を説明する。
　図１５は、風車３０が受ける風Ｗの力の強さにより風車３０の形態が変化する状態を示しており、図１５（Ａ）は、弱い風Ｗの力を受けている風車３０のブレード３１の状態例を示し、図１５（Ｂ）は、強い風Ｗの力を受けている風車３０のブレード３１の状態例を示している。

　図１６（Ａ）～図１６（Ｃ）と図１７（Ｄ）～図１７（Ｅ）は、無風の風Ｗの力から強い風Ｗとより強い風Ｗと非常に強い風Ｗの力を受ける場合のブレード３１の状態例を示す斜視図である。
　なお、以下に説明する際に例示する風車３０が受ける風速例の範囲や、風Ｗの風速の値は、あくまでも説明を分かりやすくするための一例を示すものであり、限定されるものではない。

　まず、図１５に示す本発明の実施形態の風力発電機１は、発電機４０から風車３０に向けた風Ｗであるダウンウインドを利用しており、風速７０ｍ／ｓｅｃのより強い風Ｗであっても風車３０は止まらずに、発電動作を継続することができる。一方、通常用いられている風力発電機は、２５ｍ程度の強風が吹くと、風車の回転を停止させて発電を中止して風車の破損を防ぐ必要がある。

　図１５（Ａ）に示すように、風力発電機１の本体２０は、発電機４０側から風車３０側にかけて先細りになっている風向案内部１５を有しているが、この風向案内部１５は、本体２０と、タワー１０の上部１４と、の間に配置されている。これにより、風向案内部１５は、本体２０の向きを、発電機４０側から風車３０の方向に風Ｗの力を受ける方向になるように、本体２を、垂直軸Ｌを中心として回転して、風車３０のブレード３１を風Ｗの方向に自動的に正対させることができる。

　しかも、管状あるいは筒状の本体２０は、発電機４０を保持している部分である他端部２０Ｂから、風車３０を保持している部分である一端部２０Ａに掛けて先細りに形成されている。これにより、本体２０の向きを、発電機４０側から風車３０の方向に風Ｗの力を受ける方向になるように、垂直軸Ｌを中心として回転して風Ｗの方向に自動的に正対させることができる。これらの風向案内部１５の先細り構造と本体２０の先細り構造は、両方を採用しても、少なくとも一方を設けるようにしても良い。
　いずれにしても、風車３０は、風Ｗの方向に自動的に正対させることができる、いわゆるフリーヨー（ｆｒｅｅ　ｙａｗ）の構造を採用している。このため、本発明の実施形態の風力発電機１は、通常用いられているヨー制御装置を別途必要としない。従って、風力発電機１の構造を簡単化でき、重量の軽減とコストダウンが図れる。

＜第１段階ＳＴ１の風速の範囲における風車３０の挙動＞
　図１６（Ａ）は、第１段階ＳＴ１の風速の範囲例における風車３０の挙動を示している。この場合における風車３０が受ける風速例の範囲としては、風Ｗの風速として無風０ｍ／ｓｅｃから弱い風１１ｍ／ｓｅｃ程度を挙げている。
　図４に示すブレード３１自体は、低気圧や台風等でのより強い風Ｗを受けても変形や破損はしない。ブレード３１が無風の風から弱い風Ｗの力を受ける第１段階ＳＴ１においては、連結部材７０の第１屈曲部７１においても屈曲現象は発生しない。従って、各ブレード３１のピッチ角αは初期設定角度α０（６度）のままで変化がない。また、弾性機構部１００は引っ張り弾性力を発揮していない。これにより、ブレード３１は第１段階の比較的弱い風Ｗを受けながらブレード３１が破損しないようにして、風車３０を連続回転して、発電機４０は発電をすることができる。

＜第２段階ＳＴ２の風速の範囲における風車３０の挙動＞
　次に、図１６（Ｂ）は、第２段階ＳＴ２の風速の範囲例における風車３０の挙動に示している。この場合には、風車３０が受ける風速例の範囲としては、風Ｗの風速として弱い風１１ｍ／ｓｅｃからやや強い風２０ｍ／ｓｅｃ程度を挙げている。
　ブレード３１が第２段階ＳＴ２の風Ｗの力を受けると、ブレード３１は、風Ｗの力を受けることで、連結部材７０の第１屈曲部７１が、中心部材５０と連結部材７０に対してＣ１方向に屈曲される。しかし、弾性機構部１００には力は全くかかっておらず、弾性機構部１００は引っ張り弾性力を発揮していない。これにより、ブレード３１のピッチ角αは、ピッチ角α１（α１＞α０）へ少し増加させることができる。各ブレード３１の姿勢が変わることで、風Ｗを受けるブレード３１の受風面積が減少するので、風車３０の回転数は第１段階ＳＴ１の場合と同程度になり、風車３０の回転が停止することはない。従って、ブレード３１が第２段階ＳＴ２の風Ｗを受けると、風車３０のブレード３１自体の姿勢に少し変化が生じた状態で、風車３０は連続回転して、発電機４０は発電をすることができる。この際に、ブレード３１自体の形状は全く変形していない。

＜第３段階ＳＴ３の風速の範囲における風車３０の挙動＞
　次に、図１６（Ｃ）は、第３段階ＳＴ３の風速の範囲例における風車３０の挙動に示している。この場合には、風車３０が受ける風速例の範囲としては、風Ｗの風速としてやや強い風２０ｍ／ｓｅｃからより強い風５０ｍ／ｓｅｃ程度である。ブレード３１が次の第３段階ＳＴ３の強い風Ｗの力を受けると、強い風Ｗの力により、ブレード３１は、さらに弾性機構部１００の第１弾性部材１０１の引っ張りの弾性力に抗して、連結部材７０の第２屈曲部７２が中心部材５０に対してＣ２方向に屈曲される。これにより、ブレード３１のピッチ角αは、ピッチ角α２（α２＞α１）へ増加させることができる。このため、ブレード３１のピッチ角α２は、風Ｗの方向に対して大きくなるので、ブレード３１は風Ｗを逃がすようにして風Ｗを受ける。各ブレード３１の姿勢が変わることで、さらに強い風Ｗを受けるブレード３１の受風面積が減少するので、風車３０の回転数は第２段階ＳＴ２の場合に比べて同じか少なくなるが、風車３０の回転が停止することはない。この際に、ブレード３１自体の形状は全く変形していない。従って、ブレード３１が第３段階ＳＴ３の風Ｗを受けると、風車３０のブレード３１の姿勢にさらに変化が生じた状態で、風車３０はスムーズに連続回転して、発電機４０は発電をすることができる。

＜第４段階ＳＴ４の風速の範囲における風車３０の挙動＞
　次に、図１７（Ｄ）は、第４段階ＳＴ４の風速の範囲例における風車３０の挙動に示している。この場合には、風車３０が受ける風速例の範囲としては、風Ｗの風速として非常に強い風５０ｍ／ｓｅｃ以上である。ブレード３１が次の第４段階ＳＴ４のさらに強い風Ｗの力を受けると、ブレード３１は、風Ｗの力による弾性機構部１００の第２弾性部材１０２の引っ張りの弾性力に抗して、連結部材７０の第１屈曲部７１が、連結部材７０と中心部材５０に対して、さらにＣ１方向に屈曲される。これにより、ブレード３１自体の形は変わらないが、ブレード３１の姿勢は、連結部材７０と中心部材５０に対してさらに変わり、ブレード３１のピッチ角αは、最大角度α３（α３＝１７度＞α２）となる。従って、ブレード３１は、風Ｗを積極的に逃がすようにして風Ｗを受けることができる。この際に、ブレード３１自体の形状は全く変形していない。各ブレード３１の姿勢が変わることで、さらに強い風Ｗを受けるブレード３１の受風面積が減少するので、風車３０の回転数は第３段階ＳＴ３と同じか少なくなるが、風車３０の回転が停止することはなく、次の風Ｗの状態の変化に備えることができる。

　そして、例えば、風Ｗが、再び図１７（Ａ）に示す第１段階ＳＴ１の範囲に戻れば、風車３０の状態は、図１７（Ａ）に示す状態に戻る。また、風Ｗが、再び図１７（Ｂ）に示す第２段階ＳＴ２の範囲に戻れば、風車３０の状態は、図１７（Ｂ）に示す状態に戻る。さらに、風Ｗが、図１７（Ｃ）の範囲に戻れば、風車３０の状態は、図１７（Ｃ）に示す状態に戻る。

　このように、３つのブレード３１を含む風車３０は、風Ｗの力の大小にかかわらずに、長期間破損せずに、スムーズに回転し続けながら絶え間なく発電することができる。強風時には、ブレード３１が風Ｗの方向に押されてはいるが、風速の大きさに応じて各ブレード３１における風Ｗの受風面積を減少させることで風Ｗの力を積極的に逃がしており、しかもブレード３１自体の変形や破損が生じない。これにより、風力発電機１は、通常の弱い風Ｗは勿論のこと、２５ｍ／ｓｅｃ以上の強い風Ｗであっても、発電を続けることができる。ブレード３１が、好ましくはガラス熱可塑性樹脂複合材により作られていて剛体であり、２５ｍ／ｓｅｃを超える強風であって、７０ｍ／ｓｅｃに達して、さらに超えるようなより強い強風であっても、変形や破損が生じない。従って、風力発電機１は、発電を中止することなく、発電動作を続けることができる。

　図１８は、風の力を受けて図８と図１４に示す弾性機構部１００の第１弾性部材１０１と第２弾性部材１０２が引っ張り弾性力を発揮する際に生じる第１弾性部材１０１と第２弾性部材１０２の変化例を示している。図１８の横軸は、第１弾性部材１０１と第２弾性部材１０２の伸びを示し、縦軸は、第１弾性部材１０１と第２弾性部材１０２にかかる荷重を示している。

　図１８に示すように、直線領域Ｓ０は、通常用いられている１種類のバネ常数を有する単一のスプリングを用いた場合を示しており、荷重に対する伸びは、荷重の全域にわたって正比例で単純増加している。
　これに対して、本発明の実施形態の弾性機構部１００を用いると、風の力が弱い場合に細い第１弾性部材１０１が引っ張り弾性力を発揮する直線領域Ｓ１では、荷重に対する伸びは、比較的小さい傾きであって正比例で増加し、その後風の力が増加して、細い第１弾性部材１０１に加えて太い第２弾性部材１０２が引っ張り弾性力を発揮する直線領域Ｓ２では、傾きが急激に増加してその後直線領域Ｓ３になる。これにより、通常の常に同じ直線領域Ｓ０で変化する荷重に対する伸びとは異なり、弾性機構部１００は、直線領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の複数段階で、非線形の引っ張り弾性力を発揮できる。このような弾性機構部１００を採用するのは、風Ｗの力は、風速の３乗で上昇する特性に対応して、風Ｗの力の上昇が非線形であることにできるだけ合わせて、ブレード３１のピッチ角αを風速の大小に合わせて変えて、発電効率を上げるためである。

　図１９（Ａ）は、本発明の実施形態の風力発電機１の風力発電出力と風速の関係例を示し、図１９（Ｂ）は、比較例の風力発電機の風力発電出力と風速の関係例を示している。
　図１９（Ａ）に示すように、発電機４０の定格出力が例えば６．５ｋＷである場合に、例えばカットイン風速が２．５ｍ／ｓｅｃであると、発電機４０の風力発電出力は、カットイン風速から開始して最大の定格出力で発電できる。しかも、カットアウト風速はないので、風車３０は回転を停止しないことから、カットアウト風速で風力発電出力が出力減少もしくは出力消滅をすることなく追加発電分ＢＴを確保できる。ブレード３１は、回転による遠心力と、向心力と、揚力とのバランスを取りながら、風速の大きさによらず追加で発電をし続けることができる。風車３０は、最小回転可能風速であるカットイン風速が、例えば２．５ｍ／ｓｅｃであり、最大受容風速であるカットアウト風速は、無制限であり、カットアウト風速が風車３０に加わっても破損せずに、継続して回転稼働して、発電を継続することができる。
　これに対して、図１９（Ｂ）の比較例では、カットイン風速が３～５ｍ／ｓｅｃである。カットアウト風速が２４～２５ｍ／ｓｅｃに達すると、風車の回転は強制的に止められて、風力発電出力がゼロになるので、図１９（Ａ）の本発明の実施形態に比べると、追加発電分Ｖだけ出力減少もしくは出力消滅をする。

　上述した風力発電機１の風車３０は、各ブレード３１にかかる遠心力と揚力と向心力のバランスを取りながら回転をし、各ブレード３１は、風Ｗの力の強さに応じて、ブレード３１自体の受風面積を変えていくことで風Ｗの力を逃がしながら、風車３０は例えば２００ｒｐｍ～２５０ｒｐｍの回転数を維持しながら、強風や暴風であっても発電を中止することなく継続できる。また、各ブレード３１は、風Ｗの力の強さに応じてピッチ角を変えて、ブレード３１自体の受風面積を減らしていくことで風Ｗの力を逃がすので、「ブーン」という風切り音の発生を抑制でき、風力発電機１の静音化が図れる。

　風力発電機１は、従来用いられている大がかりなヨー制御装置等が不要であり、構造がシンプルであり故障が生じにくい。風力発電機１は、強風や暴風下であっても、発電を継続することができ、離島や無人島等のあらゆる厳しい設置環境であっても設置できる。風力発電機１の用途の例としては、電気通信事業、軍事目的、工業や鉄道事業、国際支援事業、海水の脱塩事業等であるが、現場での保守管理や整備管理の必要性が低く、国内の電力網に依存しないでスタンドアローンで発電できる。また、この風力発電機１は、従来用いられているディーゼル発電機の代替になり、環境に優しい。風力発電機１は、構造が簡単であり、小型化が図れるので、トラックにより輸送でき、人力のみで設置ができる。

（別の実施形態）
＜電送装置４００＞
　次に、上述した本発明の別の実施形態を、図２０から図２５を参照して説明する。
　図２０は、図５に示す本体２０の内部に配置された電送装置４００の好ましい構造例と、発電機４０を示している。
　図２０に示すように、本体２０は、複数の骨組みである取付部材２０Ｒ、２０Ｓ、２０Ｔを有し、これらの取付部材２０Ｒ、２０Ｓ、２０Ｔは、固定部材６０と、発電機４０と、を連結している。取付部材２０Ｒ、２０Ｓ、２０Ｔは、本体２０内に内部空間ＳＳを形成している。電送装置４００は、本体２０の内部空間ＳＳ内に収容されていて、電送装置４００は、本体２０により外部環境から隔離された状態で、保護されている。

　電送装置４００は、本体２０の内部空間ＳＳ内において、特に本体２０の一端部２０Ａ寄りの位置ではなく、発電機４０の位置に近い本体２０の他端部２０Ｂ寄りの位置において、水平になるように配置されている。これにより、発電機４０と電送装置４００との間に配線されている発電機ケーブル４９０の長さを最短にすることができ、発電機４０により発電された電力の送電損失を最小にできる。

　しかも、電送装置４００は、本体２０の内部空間ＳＳ内であって、取付部材２０Ｔの上において、取付部材２０Ｔに対して、水平状態で着脱可能に固定されている。これにより、電送装置４００自体の交換作業やメンテナンス作業が容易になる。電送装置４００は内部空間ＳＳにおいて、取付部材２０Ｔと水平軸２３の間に配置されていて、電送装置４００の存在は、水平軸２３の回転に支障を与えない。

　図２１は、図２０に示す電送装置４００とその周辺部分の好ましい構造例をさらに詳しく示す断面図である。
　図２２は、発電機４０で発電された電力が、電送装置４００と送電ケーブル５００を通じて、整流機１５１へ送電される送電系統の例を示している。
　図２０と図２１に示す電送装置４００は、図２０に示す発電機４０で発電された電力を、図２２に示す発電機ケーブル４９０と送電ケーブル５００とを通じて、整流機１５１側へ送電する役目を果たす。図２０と図２１に示す電送装置４００は、図２３から図２５に示す収容容器４０１を有する。

　図２３は、収容容器４０１の構造例を示す一部断面を有する正面図である。図２４は、図２３において収容本体４０２をＥ方向から見た側面図であり、図２５は、図２３において収容本体４０２をＦ方向から見た平面図である。

＜収容容器４０１＞
　図２１から図２３に示すように、収容容器４０１は、収容本体４０２と、蓋体４０３とにより構成されている。収容容器４０１の収容本体４０２と蓋体４０３は、塩害や水分あるいは気圧の変化に対して耐久性を有し、本体２０側にアースを取ることができる材質、例えば銅合金により作られている。図２３に示すように、収容本体４０２は、底部４１１と開口部４０８を有する容器である。図２４と図２５に示すように、収容本体４０２には、フランジ部４０４が全周囲に渡って水平に形成されている。

　図２１と図２３に示すように、フランジ部４０４の上面４０５には、上面４０５と蓋体４０３の下面４０６との密着性を確保して、収容本体４０２内の気密性を保持するために、ゴムシールのようなシール部材４６６が配置されている。図２１に示すように、フランジ部４０４と蓋体４０３とは、複数のボルト４０７とナット４０９により着脱可能に固定されており、ボルト４０７は、図２５に示すフランジ部４０４に形成されているボルト孔４１０を通っている。

　図２５に示すように、収容本体４０２の形状は、上から見てほぼ楕円形あるいはほぼひし形に形成されているが、特に限定されない。図２１と図２３に示すように、収容本体４０２の底部４１１は、取付け用のナット部４１２と、取付け用の別のナット部４１３と、送電ケーブル５００等を通すための貫通孔４１４と、円筒部分４２０を有する。また、図２３に示すように、ナット部４１５が、収容本体４０２の側部に形成されている。

　図２３に示すナット部４１２は、底部４１１の下面側に突出して形成されている。ナット部４１３は、底部４１１の内面側に形成されている。貫通孔４１４は、底部４１１において、ナット部４１２とナット部４１３からは離れた位置であって、図２０において示す本体２０の他端部２０Ｂ寄りの位置に形成されている。図２３に示す円形の貫通孔４１４は、円筒部分４２０の内部に通じている。円筒部分４２０は、底部４１１から下方に突出して形成されており、収容本体４０２の内部は、円筒部分４２０を通じて収容本体４０２の外部へ通じている。ナット部４１５は、収容本体４０２の側壁部分４１６において貫通して形成されている。

　図２１に示すように、収容容器４０１は、スリップリング４３０と、ブラシ４４０と、を外部環境からは密閉した状態で収容している。収容容器４０１は、これらのスリップリング４３０とブラシ４４０を密閉した状態で収容して保護しており、亜硫酸ガス等の着火性の気体が収容容器４０１内に侵入して、スリップリング４３０とブラシ４４０が着火性ガスに触れるのを防ぐ。これにより、収容容器４０１は、電送装置４００の防爆性能を確保しながら、電送装置４００の雨水や海水を防ぐ防水性能を確保し、しかも電送装置４００の塩害の防止を果たす。収容容器４０１は、アース線４２５を用いて例えば金属製の取付部材２０Ｓに対して電気的アースを取っている。

　図２１に示すように、収容本体４０２の底部４１１は、取付部材２０Ｔに対して、緩衝材であるブッシュ４６０と、取付ボルト４６１とを用いて、着脱可能に固定されている。取付ボルト４６１は、取付部材２０Ｔ側からナット部４１２にねじ込まれている。また、収容本体４０２の円筒部分４２０は、取付部材２０Ｔの貫通孔２０Ｑに差し込まれて、取付部材２０Ｔに固定されている。円筒部分４２０は、部材４９９と、部材４４４と、スリーブ２０Uを介して取付部材２０Ｔに対して保持されている。部材４９９は、タワー１０の上部１４の延長軸１４Ｂの外周面に固定されている。スリーブ２０Uは、円筒部分４２０とガイドチューブ４４５の間に配置されている。

　ガイドチューブ４４５の内部４２９には、送電ケーブル５００が通してあり、ガイドチューブ４４５は送電ケーブル５００を外部環境から保護している。ガイドチューブ４４５は、好ましくは、タワー１０の上部１４の延長軸１４Ｂの内部を通って下方に導かれており、送電ケーブル５００は、図１に示すタワー１０の下端部に達して、図２２に示す整流機１５１に電気的に接続されている。

＜スリップリング４３０とブラシ４４０＞
　次に、図２１に示すスリップリング４３０とブラシ４４０を説明する。
　スリップリング４３０は、導電性を有する材料、例えば銅製の筒状部材であり、内部の中央には、はめ込み用の孔４３１を有する。このはめ込み用の孔４３１には、ガイドチューブ４４５の上端部４４６がはめ込まれて固定されている。スリップリング４３０の上端部には、電気接続部４３２，４３３等が設けられており、送電ケーブル５００の電気ケーブル線５０１，５０２が、ボルトを介して、電気接続部４３２，４３３に対してそれぞれ着脱可能に、電気的にしかも機械的に接続されている。

　一方、図２１に示すブラシ４４０は、導電性を有し摩擦に対して耐久性を有する材料、例えばカーボンで作られているブラシであり、３相交流に対応して、３つ用意されている。各ブラシ４４０は、スリップリング４３０の３相の各相に対応する位置に対して、電気的にしかも機械的に常時接している。
　各ブラシ４４０は、それぞれ発電機ケーブル４９０の接続端部に対して、電気的にしかも機械的に接続されている。発電機ケーブル４９０は、電気絶縁性のガイド部材４９１を通じて、収容容器４０１の外側に導出されている。ガイド部材４９１は、収容本体４０２のナット部４１５に対して着脱可能に固定されていて、発電機ケーブル４９０の取り外しや交換が容易にできるようになっている。

＜発電機ケーブル４９０＞
　発電機ケーブル４９０は、図２２に示すように、発電機４０のステータ４２に対して電気的にしかも機械的に接続されている。図２１に戻ると、各ブラシ４４０は、取り付けボルト４９２を用いて、収容容器４０１のナット部４１３に対して着脱可能にねじ込まれていることで、収容容器４０１内において収容容器４０１に対して固定されている。これにより、各ブラシ４４０の交換が容易にできるようになっている。

　図２０に示す本体２０は、実際の風向に応じて垂直軸Ｌを中心として回転する回転側の領域部分あるいは回転する可動要素である。これに対して、図２１に示す収容容器４０１内のスリップリング４３０と、送電ケーブル５００と、ガイドチューブ４４５と、タワー１０の延長軸１４Ｂは、一体構造になっていて、本体２０とは異なり回転しない固定側の領域部分あるいは回転しない固定要素である。
　しかも、本体２０が、実際の風向に応じて垂直軸Ｌを中心として回動あるいは回転すると、収容容器４０１と、各ブラシ４４０と、発電機ケーブル４９０は、本体２０と一体構造になって回動あるいは回転する。上述した固定側の領域部分あるいは回転しない固定要素であるスリップリング４３０と送電ケーブル５００とガイドチューブ４４５とタワー１０の延長軸１４Ｂに対して、収容容器４０１と、各ブラシ４４０と、発電機ケーブル４９０と、本体２０とは、相対的に垂直軸Ｌを中心として回転する回転側の領域部分あるいは可動要素である。

＜ブレーキ装置７００＞
　図２０に示すように、本体２０はブレーキ装置７００を備えている。このブレーキ装置７００は、ディスク７０１と、ブレーキパッド７０２と、引っ張り用のワイヤー７０３を備える。ディスク７０１は、水平軸２３に固定されている。例えば、管理者が何等かの理由、例えば点検やメンテナンス時にあるいは緊急事態の際に、水平軸２３の回転、すなわち風車３０の回転を停止させたい場合には、ワイヤー７０３を下方に引く。これにより、ブレーキパッド７０２がディスク７０１を挟み込んで、水平軸２３と風車３０のブレード３１の回転を、強制的に停止させることができる。

＜電送装置４００の動作例＞
　次に、上述した電送装置４００の動作例を、簡単に説明する。
　図２２において、風Ｗにより生じる風車３０の回転に同期して発電機４０のロータ４１がＲＴ方向に回転することにより、発電機４０のステータ４２は、例えば３００Ｖで３相の交流の起電力を発生して、発電を行う。
　発生した３相の交流の起電力は、図２２に示す発電機ケーブル４９０を通じて、図２１に示す各ブラシ４４０に送られて、各ブラシ４４０からスリップリング４３０に供給される。そして、３相の交流の起電力は、送電ケーブル５００の電気ケーブル線５０１，５０２を介して、図２２に示す整流機１５１に送られる。この整流機１５１は、発電した電力を整流して、インバータ１５２は、例えば３相２００Ｖに変換した後に、バッテリ１５３に蓄電する。

　図１に示す風力発電機１が風Ｗの力を利用して発電を行う際に、本体２０の向きは、発電機４０側から風車３０の方向にうまく風Ｗの力を受けられるように、風Ｗの方向に正対させる。これにより、本体２０の風車３０は、後方からの風Ｗを効率よく受けるようにして、自動的に主風向に正対して、通常の弱い風Ｗだけでなく強風や乱気流等のより強い風Ｗをも受け流して回転できることから、発電機４０は風Ｗがあるかぎり、常時発電を継続できるメリットがある。

　この際に、図２１に示すスリップリング４３０は、図１にも示す固定側のタワー１０と一体となっていて、回転することなくタワー１０側に固定されている。しかし、各ブラシ４４０は、収容容器４０１とともに、本体２０の向きに合わせて本体２０とともに垂直軸Ｌを中心として回動あるいは回転でき、各ブラシ４４０は、スリップリング４３０の周囲面に対して絶えず電気的にしかも機械的に接触しながら回転できる。従って、本体２０の向きが風Ｗの向きが時々刻々変化しても、各ブラシ４４０は、スリップリング４３０への電力の伝達を常時絶え間なく行え、電力供給を安定して円滑に行える。

　しかも、収容容器４０１は、スリップリング４３０と、ブラシ４４０と、を密閉した状態で収容していて、スリップリング４３０とブラシ４４０との電気接点部の保護を行っている。これにより、収容容器４０１は、これらのスリップリング４３０とブラシ４４０に対して、着火気体の侵入を防ぐことで防爆性能を確保しながら、雨水や海水を防ぐ防水性能を確保し、しかも塩害の防止を果たす。従って、図１に示す風力発電機１は、高温環境下、低温環境下、強い風雨のある環境下、海水に晒される環境下のような過酷な環境であっても、安定して電力供給が行える。

　図２０に示すように、本発明の実施形態の風力発電機１では、本体２０は、金属で筒状に作られていて、本体２０内には、発電機４０により発電された電力を、図２２に示すように、本体２０からタワー１０側へ送る電送装置４００が配置されている。これにより、電送装置４００は、本体２０により日射、風雨、塩害のような過酷な外部環境から保護できることから、発電機４０が発電した電力は、タワー１０側へ安定して長期間に渡って安全に供給することができる。

　図２２に示す電送装置４００の固定側のスリップリング４３０は、タワー１０側に固定されている。これにより、本体２０と風車３０が固定側のタワー１０に対して垂直軸Ｌを中心に回転する際には、スリップリング４３０は本体２０側の回転動作には連れ回りせず、固定されている。一方、可動側のブラシ４４０は、固定側のスリップリング４３０に対して電気的にしかも機械的に接触していて、収容容器４０１を介して本体２０側に固定されている。収容容器４０１は、スリップリング４３０とブラシ４４０とを密閉して収容していて、収容容器４０１は、風Ｗの吹く方向に応じて生じる本体２０の回転動作に伴って、本体２０とブラシ４４０とともに回転する。

　これにより、本体２０が風Ｗの吹く方向に応じてタワー１０に対して垂直軸Ｌを中心に回転する際に、ブラシ４４０は、本体２０と一体的に回転可能であり、ブラシ４４０は、発電機４０より発電された電力を、スリップリング４３０へ電気的にしかも機械的に接触しながら、常時安定して伝えることができる。

　図２１に示すように、収容容器４０１は、収容本体４０２と蓋体４０３を有する。収容本体４０２は、本体２０側に固定されて、スリップリング４３０とブラシ４４０とを収容し、開口部４０８を有する。蓋体４０３は、収容本体４０２の開口部４０８を着脱可能に閉じて、収容本体４０２内においてスリップリング４３０とブラシ４４０を外部から密閉する。このように、蓋体４０３により収容本体４０２の開口部４０８を密閉して閉じることで、収容本体４０２内のスリップリング４３０とブラシ４４０は、本体２０と収容容器４０１により、日射、風雨、塩害のような過酷な外部環境から保護できる。

　これにより、発電機４０が発電した電力は、タワー１０側へ安定して長期間に渡って安全に供給することができる。また、蓋体４０３は、収容容器４０１の開口部４０８を着脱可能に閉じるようになっているので、蓋体４０３を外せばスリップリング４３０とブラシ４４０を容易にメンテナンスでき、メンテナンス性が向上する。

　発電機４０により発電された電力は、３相の交流起電力であり、図１に示すように、発電機４０は水平軸２３の軸方向に関して薄型に形成されている。本体２０における風車３０と発電機４０との間の重心が、タワー１０の軸中心（垂直軸Ｌ）と一致されていて、スリップリング４３０はタワー１０の軸中心に位置されている。これにより、スリップリング４３０は、タワー１０の頂部であって安定した位置に固定できる。そして、風Ｗの吹く方向に応じて、本体２０と収容容器４０１が、タワー１０の軸中心を中心としてタワー１０に対して回転する際に、ブラシ４４０はタワー１０の軸中心に位置されたスリップリング４３０の周囲を、タワー１１０の軸中心を中心にして、電気的にしかも機械的に確実に接触しながら電力をブラシ４４０からスリップリング４３０側へ伝えることができる。

　図２１に示すスリップリング４３０には、電力を送る送電ケーブル５００が電気的に接続されている。図２２に示す送電ケーブル５００は、タワー１０内を通して電力供給対象１５４へ電気的に接続されている。送電ケーブル５００は、タワー１０内を通すことで、送電ケーブル５００が日射、風雨、塩害のような過酷な外部環境から保護できることから、発電機が発電した電力は、タワー１０を通じて電力供給対象へ安定して長期間に渡って安全に供給することができる。

　図１に示すように、タワー１０は、タワー１０の設置部に対して直立状態から倒してメンテナンスするためのメンテナンス状態に移行可能なタワー駆動操作部１３を有する。これにより、タワー駆動操作部１３は、メンテナンス時に、本体２０と風車３０と発電機４機を、メンテナンス状態に移行できる。このメンテナンス状態において、図２１に示す収容本体４０２から蓋体４０３を容易に取り外すことができるので、収容本体４０２内のスリップリング４３０とブラシ４４０を容易に交換したり、定期的なメンテナンスをすることができ、メンテナンス性が向上する。

　以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。
　例えば、風車３０は、３つのブレードを用いているが、２つまたは４つのブレードを用いても良い。発電機４０は、マグネットロータとコイルステータを有しているが、コイルロータと、マグネットステータを用いても良い。なお、補強部材７６は、ロープ状でなくても例えば網状であっても良い。
　図示した収容容器４０１、スリップリング４３０やブラシ４４０の各形状は、一例であり、任意の形状を採用できる。

　１・・・風力発電機、１０・・・タワー、１１・・・設置部、１２・・・タワーの下部、１３・・・タワー駆動操作部、１４・・・タワーの上部、１５・・・風向案内部、２０・・・本体、２３・・・水平軸、３０・・・風車、３１・・・ブレード（羽根部材の例）、３１Ｂ・・・ブレードの基部、４０・・・発電機、４１・・・ロータ、４２・・・ステータ、５０・・・中心部材、６０・・・固定部材、７０・・・連結部材、７１・・・連結部材の第１屈曲部、７２・・・連結部材の第２屈曲部、７５・・・主層、７６・・・補強部材、７７，７８・・・被覆層、１００・・・弾性機構部、１０１・・・第１弾性部材、１０２・・・第２弾性部材、１５１・・・整流機、１５２・・・インバータ、１５３・・・バッテリ（蓄電池）、１５４・・・電力供給対象、４００・・・電送装置、４０１・・・収容容器、４０２・・・収容本体、４０３・・・蓋体、４３０・・・スリップリング、４４０・・・ブラシ、４４５・・・ガイドチューブ、４９０・・・発電機ケーブル、５００・・・送電ケーブル、７００・・・ブレーキ装置、Ｌ・・・垂直軸、ＲＴ・・・軸方向、ＳＴ１・・・第１段階、ＳＴ２・・・第２段階、ＳＴ３・・・第３段階、ＳＴ４・・・第４段階、α、α０～α３・・・ブレードのピッチ角、Ｇ・・・重心、Ｋ１，Ｋ２・・・距離、ＰＬ・・・回転平面、Ｗ・・・風

Claims

　風の力を利用して風車を回して、前記風車の回転運動を発電機に伝えて電気に変換する風力発電機であって、
　タワーと、
　前記タワーにおいて回転可能に支持されている本体と、を備え、
　前記風車は前記本体の一端部に回転可能に保持され、前記発電機は前記本体の他端部に保持され、前記風車から前記発電機に前記回転運動を伝える水平軸部が前記本体に収容され、
　前記風車は、
　前記水平軸部に固定された中心部材と、
　前記中心部材に対して間隔をおいて対面した状態で前記水平軸部に固定された固定部材と、
　複数の羽根部材と、
　各前記羽根部材の基部と前記中心部材との間に配置されて、前記羽根部材の前記基部と前記中心部材とを連結する連結部材と、
　前記羽根部材の前記基部側の前記連結部材の部分と前記固定部材との間に配置されて、前記羽根部材が前記発電機側から前記風車の方向に前記風の力を受ける際に前記風の力により生じる前記固定部材に対する前記羽根部材の移動を抑制する弾性機構部と、
を備え、
　前記連結部材は、前記羽根部材の前記基部側に設けられて、前記風の力を受けると前記羽根部材を前記連結部材に対して屈曲させて前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角を大きくさせる第１屈曲部と、前記中心部材側に設けられて、強い前記風の力を受けると前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲させて前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせる第２屈曲部と、を有し、
　前記第２屈曲部において前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲させた後により強い前記風の力を受けると、前記風の力を逃がすために前記第１屈曲部をさらに屈曲させて前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせる構成となることを特徴とする風力発電機。
　前記弾性機構部は、
　前記強い前記風の力を受けて引っ張りの弾性力を発揮する第１弾性部材と、
　前記第１弾性部材よりも引っ張りの弾性力が強い第２弾性部材であって、前記第１弾性部材に続いて前記引っ張りの弾性力を発揮する前記第２弾性部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載の風力発電機。
　前記羽根部材は、前記風の力に耐えうる板状の部材であり、前記基部側から前記基部とは反対側の先端部にかけて先細りになるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電機。
　前記羽根部材は、ガラス熱可塑性樹脂複合材により作られている板状の部材であることを特徴とする請求項３に記載の風力発電機。
　前記第１弾性部材は、複数本のコイルバネにより構成され、前記第２弾性部材は、複数本のコイルバネにより構成され、
　前記第１弾性部材が前記強い前記風の力を受けて前記引っ張りの弾性力を発揮した直後には、前記第２弾性部材は、前記引っ張りの弾性力を発揮しない不感領域を有し、前記第２弾性部材は、前記第１弾性部材が前記引っ張りの弾性力を発揮している際に、続けて前記引っ張りの弾性力を発揮することを特徴とする請求項２に記載の風力発電機。
　前記風車は、３つの前記羽根部材を有し、前記中心部材と前記固定部材は、それぞれ正三角形状の板状部材であり、前記連結部材の前記第１屈曲部側は、前記羽根部材の前記基部に対して着脱可能に固定され、前記連結部材の前記第２屈曲部側は、前記中心部材の１つの辺部に対して着脱可能に固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電機。
　前記発電機は前記水平軸部の軸方向に関して薄型に形成されており、前記本体における前記風車と前記発電機との間の重心が、前記タワーの軸中心と一致されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電機。
　前記発電機は、
　前記水平軸部に連結されておりマグネットを有するロータと、
　前記風車の回転に同期して前記ロータが回転することにより発電を行うコイルを有するステータと、を有し、前記発電機はブラシレス発電機であることを特徴とする請求項７に記載の風力発電機。
　前記風車と前記発電機の前記ロータは、ギアボックスを介さずに、前記水平軸部により直接的に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の風力発電機。
　前記本体は、金属で筒状に作られていて、前記本体内には、前記発電機により発電された電力を、前記本体側から前記タワー側へ送る電送装置が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機。
　前記電送装置は、
　前記タワー側に固定されていることで、前記風の吹く方向に応じて前記本体が前記タワーに対して回転する際に前記本体側の回転動作には伴わない固定側のスリップリングと、
　固定側の前記スリップリングに対して電気的にしかも機械的に接触していて、前記本体側に固定されていることで、前記風の吹く方向に応じて前記本体が前記タワーに対して回転する際に前記本体と一体的に回転可能であり、前記発電機より発電された電力を前記スリップリングへ伝えるブラシと、
　前記スリップリングと前記ブラシとを密閉して収容していて、前記風の吹く方向に応じて生じる前記本体の回転動作に伴って前記本体と前記ブラシとともに回転する収容容器と、を備えることを特徴とする請求項１０に記載の風力発電機。
　前記収容容器は、
　前記本体側に固定されて、前記スリップリングと前記ブラシとを収容し、開口部を有する収容本体と、
　前記収容本体の前記開口部を着脱可能に閉じて、前記収容本体内において前記スリップリングと前記ブラシを外部から密閉する蓋体と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載の風力発電機。
　前記発電機により発電された電力は、３相の交流起電力であり、前記発電機は前記水平軸部の軸方向に関して薄型に形成されており、前記本体における前記風車と前記発電機との間の重心が、前記タワーの軸中心と一致されていて、前記スリップリングは前記タワーの前記軸中心に位置されていることを特徴とする請求項１１に記載の風力発電機。
　前記スリップリングには、電力供給対象に対して電力を送る送電ケーブルが電気的に接続されており、前記送電ケーブルは、前記タワー内を通して前記電力供給対象へ電気的に接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の風力発電機。
　前記本体には、前記水平軸部の回転を停止させるブレーキ装置を備えることを特徴とする請求項１０に記載の風力発電機。
　前記タワーは、前記タワーの設置部に対して直立状態から倒してメンテナンスするためのメンテナンス状態に移行可能なタワー駆動操作部を有することを特徴とする請求項１２に記載の風力発電機。
　風の力を利用して風車を回して、前記風車の回転運動を発電機に伝えて電気に変換し、タワーと、前記タワーにおいて回転可能に支持されている本体と、を備え、前記風車は前記本体の一端部に回転可能に保持され、前記発電機は前記本体の他端部に保持され、前記風車から前記発電機に前記回転運動を伝える水平軸部が前記本体に収容され、前記風車は、前記水平軸部に固定された中心部材と、前記中心部材に対して間隔をおいて対面した状態で前記水平軸部に固定された固定部材と、複数の羽根部材と、各前記羽根部材の基部と前記中心部材との間に配置されて、前記羽根部材の前記基部と前記中心部材とを連結する連結部材と、を有する風力発電機の制御方法であって、
　前記羽根部材の前記基部側の前記連結部材の部分と前記固定部材との間に配置される弾性機構部が、前記羽根部材が前記発電機側から前記風車の方向に前記風の力を受ける際に前記風の力により生じる前記固定部材に対する前記羽根部材の移動を抑制し、
　前記連結部材の第１屈曲部は、前記羽根部材の前記基部側に設けられて、前記風の力を受けると前記羽根部材を前記連結部材に対して屈曲し、前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角を大きくさせ、
　前記連結部材の第２屈曲部は、前記中心部材側に設けられて、強い前記風の力を受けると前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲し、前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせ、
　前記第２屈曲部において前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲させた後により強い前記風の力を受けると、前記風の力を逃がすために前記第１屈曲部をさらに屈曲させて前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせる構成となることを特徴とする風力発電機の制御方法。
　風の力を利用して風車を回して、前記風車の回転運動を発電機に伝えて電気に変換し、タワーと、前記タワーにおいて回転可能に支持されている本体と、を備え、前記風車は前記本体の一端部に回転可能に保持され、前記発電機は前記本体の他端部に保持され、前記風車から前記発電機に前記回転運動を伝える水平軸部が前記本体に収容され、前記風車は、前記水平軸部に固定された中心部材と、前記中心部材に対して間隔をおいて対面した状態で前記水平軸部に固定された固定部材と、複数の羽根部材と、各前記羽根部材の基部と前記中心部材との間に配置されて、前記羽根部材の前記基部と前記中心部材とを連結する連結部材と、を有する風力発電機に、
　前記羽根部材の前記基部側の前記連結部材の部分と前記固定部材との間に配置される弾性機構部が、前記羽根部材が前記発電機側から前記風車の方向に前記風の力を受ける際に前記風の力により生じる前記固定部材に対する前記羽根部材の移動を抑制する機能、
　前記連結部材の第１屈曲部は、前記羽根部材の前記基部側に設けられて、前記風の力を受けると前記羽根部材を前記連結部材に対して屈曲し、前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角を大きくさせる機能、
　前記連結部材の第２屈曲部は、前記中心部材側に設けられて、強い前記風の力を受けると前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲し、前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせる機能、
　前記第２屈曲部において前記連結部材を前記中心部材に対して屈曲させた後により強い前記風の力を受けると、前記風の力を逃がすために前記第１屈曲部をさらに屈曲させて前記風の力の方向に対する前記羽根部材のピッチ角をさらに大きくさせる機能、を実現させるための風力発電機の制御プログラム。