(57)【要約】【課題】本発明は、洋上等に設置して大出力でクリーンな発電出力を得ることができ、かつ、強風時や、暴風雨時においても安定性に優れ倒壊等のおそれのない水上自然エネルギー利用発電装置を提供する。【解決手段】本発明は、平面視三角形状に枠組みされ、各頂点位置に各々フロート１５３を備えて、各フロート１５３が水上に表出する状態で水上に浮く浮力を誘導する浮体１５２と、浮体１５２の中心位置で支持されるとともに、水面下から水面上方にわたって垂直に立設した基軸 １６１と、基軸１６１により支持した回転力を受けて発電するロータ、コアレス型コイル体を同軸反転式とした発電機１と、発電機１から突出させた垂直軸１３６を内装する上部基筒１７０に設けた軸受体により回転可能に軸支され、風力エネルギーにより回転して垂直軸１３６を介して発電機１を回転させる垂直軸垂直翼型の風車２と、基軸１６１の水面下の端部に取り付けた揺動復元作用を発揮する缶体に水を封入した構造からなる錘体１７１と、浮体１５２又は錘体１７１を水底に係留する係留体１７２と、を有するものである。【選択図】図１
2012035610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視多角形状に枠組みされ、各頂点位置に各々フロートを備えて装置全体が水上に浮く浮力を誘導する浮体と、
前記浮体の中心位置で該浮体により支持されるとともに、水面下から水面上方にわたって垂直に立設した基軸と、
前記基軸により支持した回転力を受けて発電するロータ、コアレス型コイル体を同軸反転式とした発電機と、
前記発電機から突出させた垂直軸を内装する上部基筒に設けた軸受体により回転可能に軸支され、風力エネルギーにより回転して前記垂直軸を介して発電機を回転させる垂直軸垂直翼型の風車と、
前記基軸の水面下の端部に取り付けた揺動復元作用を発揮する錘体と、
前記浮体又は錘体を水底に係留する係留体と、
を有することを特徴とする水上自然エネルギー利用発電装置。
【請求項２】
平面視三角形状に枠組みされ、各頂点位置に各々フロートを備えて、各フロートが水上に表出する状態で水上に浮く浮力を誘導する浮体と、
前記浮体の中心位置で該浮体により支持されるとともに、水面下から水面上方にわたって垂直に立設した基軸と、
前記基軸により支持した回転力を受けて発電するロータ、コアレス型コイル体を同軸反転式とした発電機と、
前記発電機から突出させた垂直軸を内装する上部基筒に設けた軸受体により回転可能に軸支され、風力エネルギーにより回転して前記垂直軸を介して発電機を回転させる垂直軸垂直翼型の風車と、
前記基軸の水面下の端部に取り付けた揺動復元作用を発揮する缶体に水を封入した構造からなる錘体と、
前記浮体又は錘体を水底に係留する鎖、アンカー又は錨から選定される係留体と、
を有することを特徴とする水上自然エネルギー利用発電装置。
【請求項３】
平面視三角形状に枠組みされ、各頂点位置に各々フロートを備えて、各フロートが水上に表出する状態で水上に浮く浮力を誘導する浮体と、
前記浮体の中心位置で該浮体により支持されるとともに、水面下から水面上方にわたって垂直に立設した基軸と、
前記基軸により支持した回転力を受けて発電するロータ、コアレス型コイル体を同軸反転式とした発電機と、
前記発電機から突出させた垂直軸を内装する上部基筒に設けた軸受体により回転可能に軸支され、風力エネルギーにより回転して前記垂直軸を介して発電機を回転させる垂直軸垂直翼型の風車と、
前記浮体における各フロートのうちの一部又は全てのフロート上に配置した太陽光パネルと、
前記基軸の水面下の端部に取り付けた揺動復元作用を発揮する缶体に水を封入した構造からなる錘体と、
前記浮体又は錘体を水底に係留する鎖、アンカー又は錨から選定される係留体と、
を有することを特徴とする水上自然エネルギー利用発電装置。
【請求項４】
前記同軸反転式とした発電機は、
前記基軸により固定支持された発電機軸と、該発電機軸により回転可能に支持され、前記風車により回転駆動されるマグネット付きのアウターロータと、前記アウターロータ内に同軸配置にかつ発電機軸により支持されて回転可能に内蔵され、前記マグネットと対応配置にコイル部を配置したコアレス型コイル体と、前記発電機軸により軸支され、前記アウターロータ、コアレス型コイル体双方に円形配置に設けた円形ギアとギア結合してアウターロータの回転に応じてコアレス型コイル体を逆方向に回転させる逆転用ギアと、を有し、前記アウターロータ、コアレス型コイル体の逆方向の回転による前記マグネットとコイル部との相対速度の上昇に応じた発電出力を前記コアレス型コイル体のコイル部出力端から前記発電機軸の周りに固定配置した集電子を介して取り出すように構成したこと、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水上自然エネルギー利用発電装置。
【請求項５】
前記上部基筒に設けた軸受体は、
前記上部基筒内に設けた浮力発生用の液体を収納した浮力室と、前記風車の中心円盤部から垂下され前記浮力室の液体内に臨ませた軸内フロートと、この軸内フロートの下端から前記浮力室を液密状態で貫いて前記上部基筒内で下方に延長され発電機に連結した垂直軸と、を具備し、前記浮力室内の液体から前記軸内フロートに作用する浮力により前記風車のスラスト荷重を分担させて該風車を前記フロート、垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部を有すること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の水上自然エネルギー利用発電装置。
【請求項６】
前記上部基筒に設けた軸受体は、
前記上部基筒内において上部基筒内周部に固定した円環状の磁石と、前記風車の中心円盤部の中心部から垂下され前記円環状の磁石を貫通して上部基筒内で下方に延長され発電機に連結した垂直軸と、該垂直軸に対して前記円環状の磁石に対向する配置で固定した円板状の浮上磁石とを具備し、前記磁石と浮上磁石との反発力により浮上磁石を介して前記風車のスラスト荷重を分担させ該風車を垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部を有すること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の水上自然エネルギー利用発電装置。
【請求項７】
平面視多角形状に枠組みされ、各頂点位置に各々フロートを備えて装置全体が水上に浮く浮力を誘導する浮体と、前記浮体の中心位置で該浮体により支持されるとともに、水面下から水面上方にわたって垂直に立設した基軸と、前記基軸により支持した回転力を受けて発電するロータ、コアレス型コイル体を同軸反転式とした発電機と、前記発電機から突出させた垂直軸を内装する上部基筒に設けた軸受体により回転可能に軸支され、風力エネルギーにより回転して前記垂直軸を介して発電機を回転させる垂直軸垂直翼型の風車と、前記基軸の水面下の端部に取り付けた揺動復元作用を発揮する錘体と、前記浮体又は錘体を水底に係留する係留体と、を有し、前記発電機による発電電力を出力するように構成した水上自然エネルギー利用発電装置を、
水上に複数個列設したことを特徴とする水上自然エネルギー利用発電装置集合体。
【請求項８】
平面視三角形状に枠組みされ、各頂点位置に各々フロートを備えて、各フロートが水上に表出する状態で水上に浮く浮力を誘導する浮体と、前記浮体の中心位置で該浮体により支持されるとともに、水面下から水面上方にわたって垂直に立設した基軸と、前記基軸により支持した回転力を受けて発電するロータ、コアレス型コイル体を同軸反転式とした発電機と、前記発電機から突出させた垂直軸を内装する上部基筒に設けた軸受体により回転可能に軸支され、風力エネルギーにより回転して前記垂直軸を介して発電機を回転させる垂直軸垂直翼型の風車と、前記基軸の水面下の端部に取り付けた揺動復元作用を発揮する缶体に水を封入した構造からなる錘体と、前記浮体又は錘体を水底に係留する鎖、アンカー又は錨から選定される係留体と、を有し、前記発電機による発電電力を出力するように構成した水上自然エネルギー利用発電装置を、
水上に複数個列設したことを特徴とする水上自然エネルギー利用発電装置集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水上自然エネルギー利用装置及び水上自然エネルギー利用発電装置集合体に関し、詳しくは、例えば海等の海水上に設置し、風力エネルギーを利用して大出力でクリーンな発電出力を得ることができる水上自然エネルギー利用装置及び水上自然エネルギー利用発電装置集合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然環境保護、自然エネルギー活用の観点から、世界各国で風力発電の開発が進められているが、わが国又は外国においては、主に湾岸部の陸上に風力発電装置を設置することが多い。【０００３】
風力発電のエネルギー源である風は、障害物のある陸上に比べて洋上のほうが一般に風速が大きく、風向も安定しおり、わが国のような長大な海岸線を有する国においては、陸上ではなく洋上に風力発電装置を設置することが大出力でかつ安定した発電電力を得る上で好ましい。一方、わが国には毎年台風が襲来することから、風力発電装置としては強風や、暴風雨に耐え得る高い安定性を具備することが不可欠の要素となる。【０００４】
この種の洋上風力発電装置としては、従来、平面視三角形状の枠組み構造物の各頂点位置に風力発電機を立設し、風力発電機と枠組み構造物を水面上に浮かべる浮体を枠組み構造物に取り付け、さらに、枠組み構造物を洋上所定位置に係留するアンカーを設置を有する構成の洋上風力発電装置（特許文献１）や、洋上に浮かぶ浮体上に、発電用のプロペラ型風車を支持するタワーを昇降可能に設け、強風時には前記タワーの主要部を海面下に没するように下降させ、強風時に風車を退避させるように構成した洋上風力発電設備（特許文献２）が提案されている。【０００５】
しかし、特許文献１の洋上風力発電装置の場合、三角形状の枠組み構造物の各頂点位置に大重量の風力発電機を立設した構造であるため、強風時や、暴風雨時における安定性の点で必ずしも十分ではないと推定される。【０００６】
また、特許文献２の洋上風力発電設備の場合、プロペラ型風車のプロペラサイズが大きい場合、強風時や、暴風雨時においてタワーの主要部を海面下に没するように下降させたとしても、なおプロペラ型風車に大きな風圧が作用することから、やはり強風時や、暴風雨時における安定性の点で必ずしも十分ではないと推定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１３０１１３号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする問題点は、洋上に設置して大出力でクリーンな発電出力を得ることができ、かつ、強風時や、暴風雨時においても安定性に優れ倒壊等のおそれのない水上自然エネルギー利用発電装置が存在しない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の水上自然エネルギー利用発電装置は、平面視多角形状に枠組みされ、各頂点位置に各々フロートを備えて装置全体が水上に浮く浮力を誘導する浮体と、前記浮体の中心位置で該浮体により支持されるとともに、水面下から水面上方にわたって垂直に立設した基軸と、前記基軸により支持した回転力を受けて発電するロータ、コアレス型コイル体を同軸反転式とした発電機と、前記発電機から突出させた垂直軸を内装する上部基筒に設けた軸受体により回転可能に軸支され、風力エネルギーにより回転して前記垂直軸を介して発電機を回転させる垂直軸垂直翼型の風車と、前記基軸の水面下の端部に取り付けた揺動復元作用を発揮する錘体と、前記浮体又は錘体を水底に係留する係留体と、を有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、平面視多角形状に枠組みし、端部位置にフロートを備えた浮体を採用し、この浮体の中心位置に垂直に立設した基軸により同軸反転式とした発電機を支持し、さらに、前記浮体上方に配置した垂直軸垂直翼型の風車により風力エネルギーによる回転力を発電機に伝達して発電出力を得るとともに、前記基軸の海面下の端部に取り付けられ、係留体により海底に係留される錘体により風車、浮体に揺動復原力を作用させるように構成したものであるから、洋上、湖水上等に設置して大出力でクリーンな風力による発電出力を得ることができ、かつ、強風時や、暴風雨時においても安定性に優れ  倒壊等のおそれのない水上自然エネルギー利用発電装置を提供することができる。【００１１】
請求項２記載の発明によれば、平面視三角形状に枠組みし、３箇所の端部位置にフロートを備えた浮体を採用し、この浮体の中心位置に垂直に立設した基軸により同軸反転式とした発電機を支持し、さらに、前記浮体上方に配置した垂直軸垂直翼型の風車により風力エネルギーによる回転力を発電機に伝達して発電出力を得るとともに、前記基軸の海面下の端部に取り付けられ、鎖、アンカー又は錨から選定される係留体により海底に係留される錘体により風車、浮体に揺動復原力を作用させるように構成したものであるから、請求項１記載の発明と同様、洋上、湖水上等に設置して大出力でクリーンな風力による発電出力を得ることができ、かつ、強風時や、暴風雨時においても安定性に優れ倒壊等のおそれのない水上自然エネルギー利用発電装置を提供することができる。【００１２】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様な効果を発揮し、かつ、各フロートのうちの一部又は全てのフロート上に太陽光パネルを配置したことにより、より発電出力の大きい水上自然エネルギー利用発電装置を提供することができる。【００１３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、アウターロータ、コアレス型コイル体を同軸反転式とした発電機を備えているので、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果を奏するとともに、風力による大きな発電出力を効率よく得ることができる水上自然エネルギー利用発電装置を提供することができる。【００１４】
請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、浮力を利用して風車のスラスト荷重を分担させて、風車をフロート、垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部を備えることから、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果を奏するとともに、風車の回転の安定性の向上、騒音低減に寄与することができる水上自然エネルギー利用発電装置を提供することができる。【００１５】
請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、磁力を利用して風車のスラスト荷重を分担させて、風車をフロート、垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部を備えることから、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果を奏するとともに、風車の回転の安定性の向上、騒音低減に寄与することができる水上自然エネルギー利用発電装置を提供することができる。【００１６】
請求項７記載の発明によれば、上述した請求項１記載の水上自然エネルギー利用発電装置を、洋上、湖水上等に複数個列設する構成としたものであるから、極めて大きい発電出力を得ることができ、自然エネルギーを利用した電力基地として機能させることができる水上自然エネルギー利用発電装置集合体を提供することができる。【００１７】
請求項８記載の発明によれば、上述した請求項２記載の平面視三角形状で各頂点位置に各々フロートを有する水上自然エネルギー利用発電装置を、洋上、湖水上等に複数個列設する構成としたものであるから、極めて大きい発電出力を得ることができ、自然エネルギーを利用した電力基地として機能させることができる水上自然エネルギー利用発電装置集合体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明の実施例１に係る水上自然エネルギー利用発電装置の全体構成を示す概略斜視図である。
【図２】図２は本実施例１に係る水上自然エネルギー利用発電装置における風車を構成するブレードの表面から見た概略斜視図である。
【図３】図３は本実施例１に係る水上自然エネルギー利用発電装置における風車を構成するブレードの裏面から見た概略斜視図である。
【図４】図４は本実施例１に係る水上自然エネルギー利用発電装置における発電機の概略分解断面図である。
【図５】図５は本実施例１に係る水上自然エネルギー利用発電装置における発電機の概略平面図である。
【図６】図６は本実施例１に係る水上自然エネルギー利用発電装置における上部基筒に設けた浮力式の軸受体を示す部分切欠概略斜視図である。
【図７】図７は本実施例１に係る水上自然エネルギー利用発電装置における上部基筒に設けた浮力式の軸受体を示す概略断面図である。
【図８】図８は本実施例１に係る水上自然エネルギー利用発電装置における上部基筒に設けた磁力式の軸受体を示す部分切欠概略斜視図である。
【図９】図９は本実施例１に係る水上自然エネルギー利用発電装置における上部基筒に設けた磁力式の軸受体を示す概略断面図である。
【図１０】図１０は本実施例１に係る水上自然エネルギー利用発電装置における発電電力の出力系を示すブロック図である。
【図１１】図１１は本発明の実施例２に係る水上自然エネルギー利用発電装置の全体構成を示す概略斜視図である。
【図１２】図１２は本発明の実施例３に係る水上自然エネルギー利用発電装置集合体の全体構成を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、海等の海水上に設置して大出力でクリーンな発電出力を実現でき、かつ、強風時や、暴風雨時においても安定性に優れ倒壊等のおそれのない水上自然エネルギー利用発電装置を提供するという目的を、平面視三角形状に枠組みされ、各頂点位置に各々フロートを備えて、各フロートが水上に表出する状態で水上に浮く浮力を誘導する浮体と、前記浮体の中心位置で該浮体により支持されるとともに、水面下から水面上方にわたって垂直に立設した基軸と、前記基軸により支持した回転力を受けて発電するロータ、コアレス型コイル体を同軸反転式とした発電機と、前記発電機から突出させた垂直軸を内装する上部基筒に設けた軸受体により回転可能に軸支され、風力エネルギーにより回転して前記垂直軸を介して発電機を回転させる垂直軸垂直翼型の風車と、前記基軸の水面下の端部に取り付けた揺動復元作用を発揮する缶体に水を封入した構造からなる錘体と、前記浮体又は錘体を水底に係留するアンカー又は錨からなる係留体と、を有する構成により実現した。
【実施例】
【００２０】
以下に、本発明の実施例に係る水上自然エネルギー利用装置及び水上自然エネルギー利用装置集合体について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１に係る水上自然エネルギー利用装置１５１について、図１乃至図１０を参照して詳細に説明する。【００２２】
本実施例１に係る水上自然エネルギー利用装置１５１は、図１に示すように、全体として例えば平面視正三角形状に枠組みされ、各頂点位置に各々１個ずつ、合計３個の缶体状のフロート１５３を備えた海面上に浮く浮体１５２と、前記浮体１５２の中心位置で該浮体１５２により支持されるとともに、海面下から海面上方にわたって垂直に立設した基軸１６１と、前記基軸１６１により支持されるとともに、風エネルギーで回転する風車２の回転力を利用して発電出力を得るロータ、コアレス型コイル体を同軸反転式とした発電機（同軸反転式コアレス発電機）１と、この発電機１から垂直上方に突出させた円筒状の上部基筒１７０に設けた複数個、例えば４個構成で、図１において上から下に順に配列したスラスト型の軸受体１６２、及び、ラジアル型の軸受体１６３、１６４、１６５により連結アーム３を介して回転可能に軸支されて風エネルギーで回転するとともに、例えばジャイロミル形（垂直軸垂直翼タイプ）で流線形のブレード５を例えば３枚有する風車２と、前記基軸１６１の海面下の端部に取り付けられ、いわゆるヤジロベー構造の基に水上自然エネルギー利用装置１５１自体が台風等の強風に晒され、揺れ動く場合でも安定した揺動復原力を作用させる錘体１７１と、前記錘体１７１に一端を連結し、海底に他端を連結して水上自然エネルギー利用装置１５１自体を定位置に係留する鎖１７４、アンカー又は錨から選定される係留体１７２と、を有している。
前記フロート１５３の海中部には、浮体１５２の回転を抑制するスタビライザーを配置する構成とすることもできる。【００２３】
前記錘体１７１は、例えば、中空の缶体に所要量の海水を入れて封入した簡略構造としている。【００２４】
前記風車２の各ブレード５と、４段配置の前記各軸受体１６２、１６３、１６４、１６５とは、前記上部基筒１７０の回りに１２０度間隔でかつ垂直方向に所定間隔をもって配置した各々４個ずつの連結アーム３により一体に連結され、これにより各ブレード５は前記上部基筒１７０に内装した垂直軸１３６とともに回転するように構成している。【００２５】
前記浮体１５２を構成する３個の缶体状のフロート１５３は、水平配置の３個の基礎枠体１５６を用いて平面視正三角形状に枠組み連結されている。【００２６】
また、前記各フロート１５３と、基軸１６１との間に、基軸１６１を中心として１２０度間隔配置に３個の支持枠体１５７が架設され、これにより前記浮体１５２により基軸１６１をその中心位置において垂直配置に支持するようにしている。前記基礎枠体１５６、支持枠体１５７は、各々トラス構造を採用し、これらの強度を大きくしている。【００２７】
前記係留体１７２は、前記錘体１７１の底部に一端を取り付け、海底に打設した杭１７３に他端を取り付けた例えば鎖１７４とから構成することができ、これにより、水上自然エネルギー利用装置１５１自体を安定して定位置、又は、一定範囲内の移動を許容する状態で係留するように構成している。【００２８】
前記鎖１７４の長さは、前記錘体１７１と、杭１７３との間を緊張した状態で連結する長さ、前記フロート１５３と、杭１７３との間を余裕をもって連結する長さ（水上自然エネルギー利用装置１５１の一定範囲内の移動を許容する）等、種々の態様とすることができる。【００２９】
また、前記鎖１７４における前記錘体１７１と、杭１７３との間における任意の位置に、鎖を巻回収納し、鎖を繰り出したり巻き込んだりして全長を変化させる鎖伸縮機構部を配置し、水上自然エネルギー利用装置１５１の一定範囲内の移動を許容する構成とすることもできる。【００３０】
前記係留体１７２としては、この他、図示しないがアンカー、錨等を用いて構成することもできる。【００３１】
さらに、前記係留体１７２は、前記各フロート１５３と、海底との間に上述した場合と同様に配置し、水上自然エネルギー利用装置１５１を定位置に、又は、一定範囲内の移動を許容する状態に係留するように構成することもできる。【００３２】
前記風車２の３枚の各ブレード５は、図２、図３に示すように、その側面形状を図２に示すように風力エネルギーにより揚力を生成する流線形状とし、また、全体として平面略長方形状に形成している。【００３３】
また、前記ブレード５の裏面には、図３に示すように、複数箇所にわたって風力エネルギーを裏面側から捉える開口部５ａを設けている。【００３４】
さらに、前記ブレード５は、その大型化及び強風時における強度確保、及び、重量軽減のため、ブレード５自体の外形部をアルミニウム合金、チタン合金などの軽量金属合金、炭素繊維素材、ＦＲＰ（強化プラスチック）素材等から選ばれる素材で形成し、その内部に発泡ウレタン、強化発泡スチロール等を充填して、前記ブレード５内部の強化を図っている。
前記ブレード５の外形部の成形には、ベンダー等による折り曲げ加工、型枠等による一体成型の技術を採用している。【００３５】
このようなブレード５を採用することにより、例えば風速３ｍ／ｓｅｃから強風時にわたって、また、風向きを問わず風力エネルギーを効率よく発電電力に変換することができ、かつ、機械的強度が高く耐久性、安全性に優れた風車２を構成している。【００３６】
尚、前記風車２のブレード５の枚数は、図１には３枚構成として示すが、この他、２枚、４枚、５枚等とすることもでき、図１に示す例に限定されるものではない、【００３７】
次に、本実施例１の水上自然エネルギー利用装置１５１における発電機１について、図４、図５を参照して具体的に説明する。【００３８】
前記発電機１は、発電機本体１０と、この発電機本体１０を回転可能に支持する軸支体１１とを有し、前記軸支体１１を基軸１６１の上端に取り付けている【００３９】
前記発電機本体１０は、前記風車２の回転力を受けて回転するアウターロータ１２と、このアウターロータ１２の中央部を軸支し、該アウターロータ１２を回転可能とする発電機軸１３と、前記発電機軸１３により中央部が支持される状態でアウターロータ１２内に内蔵した円盤状のコアレス型コイル体（円盤状に圧縮されたコイルの束）１４と、を有している。【００４０】
前記発電機軸１３は、下端にネジ１３ａを、上端側に大径部１３ｂを、この大径部１３ｂの下側に突出円板部１３ｃを各々設けている。【００４１】
前記アウターロータ１２は、下側が開口した皿円盤状の上部ロータ２１と、上側が開口した皿円盤状の下部ロータ３１とを上下配置に突き合わせて接合し、両者の外周近傍位置において、円形に配列する多数の固定ボルト２２を用いて一体的に固定されるようになっている。【００４２】
前記アウターロータ１２のうちの上部ロータ２１は、その中央部下側に発電機軸１３の上端部を嵌合させるとともに、その中央部に上側に突出する円柱状の取り付け部２１ａを設けている。【００４３】
前記取り付け部２１ａには、図５に示すように、円形配置に多数のネジ孔２１ｂが設けられ、前記垂直軸１３６の下端部１３６ａに接合して取り付けボルト１３７により上部ロータ２１と垂直軸１３６の下端部１３６ａとを一体的に結合し、垂直軸１３６の回転力をアウターロータ１２に伝達するように構成している。【００４４】
尚、前記垂直軸１３６は、図示省略するが、前記取り付けボルト１３７を下端部１３６ａの内底部側から前記取り付け部２１ａのネジ孔２１ｂに螺合し得るように複数分割構造としている。【００４５】
また、前記発電機軸１３における大径部１３ｂの上面側と、その近傍の上部ロータ２１の内底部との間に主軸受２３を配置し、上部ロータ２１、したがってアウターロータ１２を回転可能に軸支している。【００４６】
前記上部ロータ２１の内底部における前記主軸受２３の外側位置には、大径部１３ｂよりも若干大きい内径を有する円形突部２５が設けられ、この円形突部２５の下端面に全周にわたって円形ギア２６を設けている。【００４７】
前記上部ロータ２１の内底部における外周近傍位置には、端面を内底面に臨ませる状態で所要数のマグネット２４を円形配置に埋設している。【００４８】
前記下部ロータ３１は、前記上部ロータ２１と上下略対称形状に形成されている。すなわち、その中央部上面には前記突出円板部１３ｃが入り込む円形凹段部３２が設けられるとともに、この円形凹段部３２の中心位置を前記発電機軸１３が貫通するように構成している。【００４９】
また、下部ロータ３１の内底部における外周近傍位置には、端面を内底面に臨ませる状態で、かつ、前記上部ロータ２１側のマグネット２４と対向する配置で所要数のコイル部４１を円形配置に埋設している。【００５０】
このような上部ロータ２１、下部ロータ３１の構成により、両者の内部にコアレス型コイル体１４を収容する収容室３３を形成している。【００５１】
前記下部ロータ３１の下面側には、その中央部に下側に突出する円柱状の取り付け部３４を設け、この取り付け部３４に円形配置にネジ孔３５を設けている。【００５２】
前記コアレス型コイル体１４は、前記収容室３３内において前記アウターロータ１２と同軸配置されるとともに、その中央部には、前記上部ロータ２１の円形突部２５が入り込む内径を有する上孔と、前記発電機軸１３の大径部１３ｂより若干大径の下孔とが設けられ、大径部１３ｂが貫通するように構成している。【００５３】
そして、大径部１３ｂの下端外周と、前記コアレス型コイル体１４の下孔との間に配置した軸受４６を介してコアレス型コイル体１４を前記発電機軸１３により回転可能に支持している。【００５４】
また、前記コアレス型コイル体１４の上面には、前記上部ロータ２１側のマグネット２４と対応配置で、かつ、近接する状態にコイル部４１を配置し、同様にその下面には、前記下部ロータ３１側のマグネット２４と対応配置で、かつ、近接する状態にコイル部４１を配置している。【００５５】
さらに、前記コアレス型コイル体１４における上下の各コイル部４１における各コイル部出力端４２は、このコアレス型コイル体１４の下面に臨む位置に配置され、前記円形凹段部３２内に位置する発電機軸１３における突出円板部１３ｃに対向させるように構成している。【００５６】
そして、前記突出円板部１３ｃの上面に設けた前記各コイル部出力端４２に対応する配置の各ブラシ（集電子）４３、この各ブラシ４３に接続した出力ケーブル４４を介して発電機本体１０による発電出力を取り出すように構成している。【００５７】
前記各コイル部出力端４２、ブラシ４３の構成に替えて、例えば一次トランス、二次トランスの電磁誘導結合を利用する構成や、コアレス型コイル体１４に磁石を、突出円板部１３ｃ側にコイル及び転流用の電子回路を設けた構成等からなるブラシレス型の集電子とすることもできる。【００５８】
前記前記コアレス型コイル体１４における下孔を形成する円形突出部１４ａの上面側（上孔側）には、前記円形突部２５の円形ギア２６と同様な円形ギア４５を全周にわたって設けている。【００５９】
また、前記発電機軸１３の大径部１３ｂ外周には、前記上孔内に位置して回転軸を水平方向とした複数の逆転用ギア５１が取り付けられ、この逆転用ギア５１を前記円形ギア２６、円形ギア４５に各々ギア結合している。【００６０】
このような構成により、前記アウターロータ１２が図４に示す矢印ａ方向（反時計方向）に回転するとき、コアレス型コイル体１４は逆転用ギア５１により図４に示す矢印ｂ方向に逆回転するように構成している。【００６１】
すなわち、前記アウターロータ１２と、コアレス型コイル体１４とを逆転用ギア５１を用いて同軸反転するように構成している。【００６２】
前記軸支体１１は、前記発電機軸１３を中央孔６１ａ内に嵌装して下方に突出させ、発電機軸１３のネジ１３ａに下側からナット６２をねじ込んで固定支持する固定支持体６１と、この固定支持体６１上に密接状態で配置され中央部に設けた前記中央孔６１ａと同径の貫通孔７１ａを前記発電機軸１３が貫通する回転支持体７１との重合構造としている。【００６３】
すなわち、前記回転支持体７１は固定支持体６１に対してこれら両者間に設けた軸受６３を介して回転可能に支持されるとともに、固定支持体６１の上面外周部に設けた円形溝６１ｂに回転支持体７１の下面外周部に設けた円形突条７１ｂを嵌め込み、これにより、回転支持体７１は固定支持体６１上で密接しつつ円滑に回転し得るように構成している。【００６４】
前記固定支持体６１の側面には、中央孔６１ａの軸線方向と直交する配置にネジ孔６４が設けられ、固定支持体６１の下側から前記基軸１６１の上端部を嵌め込み、ボルト６５を用いて前記軸支体１１を基軸１６１の上端部に取り付けるように構成している。【００６５】
前記回転支持体７１には、前記下部ロータ３１における取り付け部３４のネジ孔３５に対応する配置に取り付けボルト７２が配置され、回転支持体７１と固定支持体６１とを組み付ける前段階において、この回転支持体７１を前記下部ロータ３１に取り付け、その後固定支持体６１を回転支持体７１に組みつけるように構成している。【００６６】
前記回転支持体７１における貫通孔７１ａの上端部には、発電機軸１３用の支持軸受７３を配置している。【００６７】
尚、図４において、５２は上部ロータ２１とコアレス型コイル体１４間、及び、下部ロータ３１とコアレス型コイル体１４間に各々配置したコロ軸受である。【００６８】
また、図４において、７４は前記上部基筒１７０の下端部に対して前記発電機１の上方及び側方を非接触で被うように配置した発電機カバー体である。【００６９】
上述した水上自然エネルギー利用装置１５１における発電機１によれば、前記風車２が風エネルギーにより例えば図４に示す矢印ａ方向に回転するとき、前記アウターロータ１２も矢印ａ方向に回転し、このアウターロータ１２の回転力は、逆転用ギア５１に伝達され、この結果逆転用ギア５１を介してコアレス型コイル体１４は図４に示す矢印ｂ方向に回転する（同軸反転）。【００７０】
この結果、前記各マグネット２４とコイル部４１との相対速度の上昇に応じた大きい発電出力を前記コアレス型コイル体１４のコイル部出力端４２から前記ブラシ４３、出力ケーブル４４を介して図示しないコントローラに伝送し、さらには負荷に電力供給を行うことができる。【００７１】
さらに詳述すると、前記発電機１によれば、前記アウターロータ１２とコアレス型コイル体１４とを、前記風車２の回転に応じて回転する逆転用ギア５１という簡略な要素のみで同軸反転させるように構成しているので、通常のロータ、ステータを使用する発電機に比べてアウターロータ１２、コアレス型コイル体１４間に例えば２倍の相対速度を得ることができ、同一の風エネルギーという条件下において通常の風力発電用の発電機よりも大きい発電出力を得ることが可能となる。【００７２】
具体的には、通常の発電機において１００の回転速度で発電出力が１００であると仮定した場合、本実施例に係る発電機１によれば、５０の回転速度で１００の発電出力を得ることができる。又は、１００の回転速度であれば２００の発電出力を得ることができる。
次に、前記水上自然エネルギー利用装置１５１における上部基筒１７０に設けた軸受体１６２乃至１６５について説明する。
前記軸受体１６２、１６３、１６４、１６５のうちの最上段の軸受体１６２は、図６、図７に示すように、風車２のスラスト荷重を分担する浮上軸受部１２１を構成している。
前記浮上軸受部１２１は、上部基筒１７０の頂部に、各連結アーム３の基端部を各々連結する中心円盤部１１２を配置している。【００７３】
前記浮上軸受部１２１は、上部基筒１７０の開口端側から内方下方に所定寸法分下がった位置である下部において、例えば半球状の閉塞部材１３２の開口端を上部基筒１７０の内周部に溶接等で固着し閉塞することにより形成した浮力室１３１を有している。【００７４】
そして、前記浮力室１３１内に浮力発生用の不凍液１３３及びこの不凍液１３３の液面を被うオイル１３４からなる液体を収納している。前記オイル１３４は、不凍液１３３の液面を被うことで、この不凍液１３３の蒸発を防止するものである。【００７５】
また、前記浮上軸受部１２１は、前記中心円盤部１１２の下面に、連結部材１１６を介して上端部が連結された状態で垂下され、略全体を前記浮力室１３１の不凍液１３３内に臨ませた外形が略長楕円体形状のフロート１３５と、このフロート１３５の下端から前記閉塞部材１３２を例えば図示しないがシール部材を介在させつつ液密状態で貫いて上部基筒１７０内を下方に延長し、発電機１に連結する垂直軸１３６と、を具備している。【００７６】
また、前記上部基筒１７０の上端と前記中心円盤部１１２の内周部には上部側のラジアル軸受部１２２を設けている。
このラジアル軸受部１２２は、前記上部基筒１７０の頂部の外周部に設けた円形軸受片部１７０ａと、前記中心円盤部１１２の内周側の円形内周部１１２ａに設けた円形軸受片部１１２ｂとを対向配置とし、これらの間に軸受用の鋼球１２４を多数介在させたボールベアリング構造としている。【００７７】
前記軸受体１６３、１６４、１６５は、例えばボールベアリング構造を採用し、前記上部基筒１７０の外周部に所定の間隔で設けられて、各々３個の連結アーム３に連結されて前記風車２のラジアル荷重を分担するように構成している。【００７８】
前記軸受体１６２乃至１６５の軸支動作について図７をも参照して説明する。【００７９】
前記浮上軸受部１２１においては、前記浮力室１３１内で不凍液１３３内に臨ませたフロート１３５に対して不凍液１３３による浮力Ｆが作用する。【００８０】
このとき、フロート１３５を垂直下方に押し下げる方向に作用する前記風車２の荷重Ｍとすると、浮力Ｆ＞荷重（スラスト荷重）Ｍとなるように予め設定しておくことにより、前記風車２は前記浮上軸受部１２１により不凍液１３３を介して浮上した状態で支持されることになる。【００８１】
一方、前記上部側のラジアル軸受部１２２は、前記上部基筒１７０の頂部の外周部領域において、前記風車２のラジアル荷重を分担し、また、前記軸受体１６３、１６４、１６５は、上部基筒１７０の頂部から所定間隔下方に隔てた位置において各々前記風車２のラジアル荷重を分担する。【００８２】
この結果、上述した浮力室１３１、不凍液１３３、フロート１３５を用いた簡略構造からなる浮上軸受部１２１によって、大重量の風車２をフロート１３５、垂直軸１３６とともにこの垂直軸１３６を軸心としてその回りに横揺れを伴うことなく高精度にかつ安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができ、風車２の回転に伴う騒音低減を図ることもできる。【００８３】
次に、前記水上自然エネルギー利用装置１５１における上部基筒１７０に設けた前記軸受体１６２の他例である軸受体１６２Ａについて、図８、図９を参照して説明する。尚、前記軸受体１６２の場合と同一の要素には同一の符号を付し、その詳細説明は省略する。【００８４】
図８、図９に示す軸受体１６２Ａは、磁力による浮上軸受部２１０としたものであり、この浮上軸受部２１０は、前記上部基筒１７０内においてその中心線方向に間隔を隔て水平配置、かつ、同心配置に固定した円環状の第１磁石２１１及び第２磁石２１２を有している。【００８５】
また、前記浮上軸受部２１０は、中心円盤部１１２の中心部に取り付けた連結部材１１６に上端を取り付けつつ垂直下方に垂下され、前記第１磁石２１１及び第２磁石２１２を貫通して上部基筒１７０内を下方に延長した垂直軸１３６と、この垂直軸１３６に対して前記第１磁石２１１、第２磁石２１２間で、かつ、各々第１磁石２１１、第２磁石２１２と間隙をもって、かつ、同心配置で垂直軸１３６に水平状態で連結した円板状の浮上磁石２２１とを有している。【００８６】
前記第１磁石２１１、浮上磁石２２１、第２磁石２１２は、上から下に順番に概略円筒状のハウジング２１３内に収納している。このハウジング２１３により、前記第１磁石２１１及び第２磁石２１２を固定支持するとともに、これらの間に前記浮上磁石２２１を非接触で上下から挟む態様に構成している。前記ハウジング２１３の外周部は、連結片２１４を介して前記上部基筒１７０の内周部に固定連結している。【００８７】
さらに、前記軸受体１６２Ａは、図７、図８に示す場合と同一構造のラジアル軸受部１２２を設けている。【００８８】
次に、前記軸受体１６２Ａによる風車２の軸支動作について図９をも参照して説明する。【００８９】
前記軸受体１６２Ａを構成する浮上軸受部２１０においては、図９に原理的に示すように、前記第１磁石２１１と浮上磁石２２１を例えばＳ極同士の同磁極で対向させ、前記第２磁石２１２と浮上磁石２２１を例えばＮ極同士の同磁極で対向させて、これら第１磁石２１１と浮上磁石２２１間及び第２磁石２１２と浮上磁石２２１間に作用する各反発力により浮上磁石２２１を介して前記風車２の荷重（スラスト荷重）Ｍを相殺し、これにより、浮上磁石２２１を介して前記風車２を垂直軸１３６とともに浮上状態で回転可能に軸支する。【００９０】
一方、前記上部側のラジアル軸受部１２２は、前記上部基筒１７０の頂部の外周部領域において、前記風車２のラジアル荷重を分担する。【００９１】
また、図８、図９には図示していないが、前記軸受体１６３、１６４、１６５は、上部基筒１７０の頂部から所定間隔下方に隔てた位置において前記風車２のラジアル荷重を各々分担する。【００９２】
この結果、上述した磁力利用の軸受体１６２Ａによって、大重量の風車２を、垂直軸１３６とともにこの垂直軸１３６を軸心としてその回りに横揺れを伴うことなく高精度かつ安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を大幅に低減した状態で軸支することができ、風車２の回転に伴う騒音低減を図ることもできる。【００９３】
次に、本実施例１の水上自然エネルギー利用装置１５１における発電電力の出力系について図１０を参照して説明する。【００９４】
この発電電力の出力系は、具体的配線は省略するが、前記発電機１の発電出力を、出力ケーブル４４を介して例えば水上自然エネルギー利用装置１５１のフロート１５３内に設置したコントローラ１４１に送電し、さらに、水上自然エネルギー利用装置１５１から電力ケーブル１４２を経て前記水上自然エネルギー利用装置１５１の設置箇所近くの陸上に設けた配電設備１８０に送電し、各種負荷設備に電力供給したり、電力会社に売電するように構成することができる。【００９５】
また、水上自然エネルギー利用装置１５１のフロート１５３内に図示しないが蓄電設備（バッテリー）を配置して、コントローラ１４１からの電力により蓄電設備を充電し、必要に応じて水上自然エネルギー利用装置１５１に設けた負荷設備（例えばレストラン、フロート１５３上に設置したヘリポート等）に電力供給するようにすることもできる。【００９６】
さらに、本実施例１に係る水上自然エネルギー利用装置１５１の発電電力運用方式としては、商用電源と連系する電力系統連系式、電力系統と連系し電力系統停電時のバックアップを行なうバックアップ電源式、電力系統とは連系しない独立発電式等の各種の発電電力運用方式を採用することができる。【００９７】
本実施例１における前記風車２、発電機１等の仕様の具体例について言及すれば、前記風車２の最高部の高さは海面から９０ｍ、前記ブレード５のサイズは、長さ６０ｍ、幅９ｍ、発電機１の出力１２００ｋＷ、前記フロート１５３の直径３０ｍ、隣り合うフロート１５３同士の間隔９０ｍ等の例を挙げることができる。【００９８】
本実施例１の水上自然エネルギー利用装置１５１によれば、風力エネルギーを利用して地球温暖化を招来しないクリーンで、かつ、大きい発電出力を得ることができ、電力供給の観点から産業の発達に大きく貢献できる。
【実施例２】
【００９９】
次に、本発明の実施例２に係る水上自然エネルギー利用装置１５１Ａについて図１１を参照して説明する。【０１００】
尚、本実施例２に係る水上自然エネルギー利用装置１５１Ａにおいて、実施例１に係る水上自然エネルギー利用装置１５１の場合と同一の要素には同一の符号を付し、その詳細説明は省略する。【０１０１】
本実施例２に係る水上自然エネルギー利用装置１５１Ａは、基本的構成は実施例１に係る水上自然エネルギー利用装置１５１の場合と同様であるが、前記浮体１５２におけるフロート１５３の上面に太陽光パネル１５４を設置したこと、及び、前記上部基筒１７０上の最上段の軸受体１６２の上部にさらに支持円板１５５を配置し、この支持円板１５５上にも太陽光パネル１５４を設置したことが特徴である。残余の構成は、既述した実施例１の場合と同様である。【０１０２】
尚、前記各フロート１５３上に対する太陽光パネル１５４の設置態様は、３個のフロート１５３の全てに設置する、３個のフロート１５３のうちの２個に設置する、３個のフロート１５３のうちの１個のみに設置する等、任意の設置態様を採用し得ることはいうまでもない。【０１０３】
本実施例２に係る水上自然エネルギー利用装置１５１Ａによれば風力エネルギー、太陽光エネルギーの双方を利用して地球温暖化を招来しないクリーンで、かつ、大きい発電出力を得ることができ、電力供給の観点から産業の発達に大きく貢献できる。
【実施例３】
【０１０４】
次に、本発明の実施例３に係る水上自然エネルギー利用装置集合体２０１について図１２を参照して説明する。【０１０５】
本実施例３に係る水上自然エネルギー利用装置集合体２０１は、図１に示す水上自然エネルギー利用装置１５１を、水上（洋上）に多数個列設配置し、風力エネルギーによる複合的で、かつ、極めて大きい発電出力を得るようにしたことが特徴である。【０１０６】
前記水上自然エネルギー利用装置１５１の列設個数の一例をあげると、図１２に示すように、我国の沿岸部の洋上における３ｋｍ×３ｋｍの広大なスペースに、前記水上自然エネルギー利用装置１５１を例えば縦横配置に１００基列設する例を挙げることができる。【０１０７】
この場合、一基の発電出力を１２００ｋＷとすれば、全体として合計１２万ｋＷの極めて大きい発電出力を得ることが可能である。【０１０８】
さらには、このような水上自然エネルギー利用装置集合体２０１を例えば１０箇所我国の沿岸部に設置することにより、その総発電出力は１２０万ｋＷとなり、原子力発電所一基分にも相当する大出力を実現することができる。【０１０９】
また、図１１に示す既述した実施例２の水上自然エネルギー利用装置１５１Ａを用いて水上自然エネルギー利用装置集合体２０１を構築した場合には、風力エネルギー、太陽光エネルギーの双方を利用した発電出力がより大きく、かつ、発電出力がより安定した水上自然エネルギー利用装置集合体２０１とすることができる。【０１１０】
尚、前記水上自然エネルギー利用装置１５１、１５１Ａにおいては、フロート１５３内に例えばレストランを構築し遊覧船等で顧客を招いたり、フロート１５３上でヘリコプターを発着させたり、前記浮体１５２の内部に魚礁を付加して魚を集めたり等の多目的、広範の用途への適用も可能である。また、前記水上自然エネルギー利用装置１５１、１５１Ａのフロート１５３に図示しないが蓄電設備（バッテリー）を配置して、コントローラ１４１からの電力により蓄電設備を充電し、水上自然エネルギー利用装置１５１内における負荷設備に電力供給するようにすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の水上自然エネルギー利用装置は、洋上はもちろんのこと、風や太陽光の条件が良好な港湾近辺や湖上等に自然エネルギーを利用した電力基地として設置し、近辺の工場、ビル、住宅等に対して地球温暖化を招来しないクリーンな発電方式による電力供給を行なう等の用途に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１    発電機
２    風車
３    連結アーム
５    ブレード
５ａ  開口部
１０    発電機本体
１１    軸支体
１２    アウターロータ
１３    発電機軸
１３ａ  ネジ
１３ｂ  大径部
１３ｃ  突出円板部
１４    コアレス型コイル体
１４ａ  円形突出部
２１    上部ロータ
２１ａ  取り付け部
２１ｂ  ネジ孔
２２    固定ボルト
２３    主軸受
２４    マグネット
２５    円形突部
２６    円形ギア
３１    下部ロータ
３２    円形凹段部
３３    収容室
３４    取り付け部
３５    ネジ孔
４１    コイル部
４２    コイル部出力端
４３    ブラシ
４４    出力ケーブル
４５    円形ギア
４６    軸受
５１    逆転用ギア
６１    固定支持体
６１ａ  中央孔
６１ｂ  円形溝
６２    ナット
６３    軸受
６４    ネジ孔
６５    ボルト
７１    回転支持体
７１ａ  貫通孔
７１ｂ  円形突条
７２    ボルト
７３    支持軸受
１１２    中心円盤部
１１２ａ  円形内周部
１１２ｂ  円形軸受片部
１１６    連結部材
１２１    浮上軸受部
１２２    ラジアル軸受部
１２４    鋼球
１３１    浮力室
１３２    閉塞部材
１３３    不凍液
１３４    オイル
１３５    フロート
１３６    垂直軸
１３６ａ  下端部
１３７    ボルト
１４１    コントローラ
１４２    電力ケーブル
１５１    水上自然エネルギー利用装置
１５１Ａ  水上自然エネルギー利用装置
１５２    浮体
１５３    フロート
１５４    太陽光パネル
１５５    支持円板
１５６    基礎枠体
１５７    支持枠体
１６１    基軸
１６２    軸受体
１６２Ａ  軸受体
１６３    軸受体
１６４    軸受体
１６５    軸受体
１７０    上部基筒
１７０ａ  円形軸受片部
１７１    錘体
１７２    係留体
１７３    杭
１７４    鎖
１８０    配電設備
２０１    水上自然エネルギー利用装置集合体
２１０    浮上軸受部
２１１    第１磁石
２１２    第２磁石
２１３    ハウジング
２１４    連結片
２２１    浮上磁石
Ｆ    浮力
Ｍ    荷重
【図１】
2012035610.tif 000003
【図２】
2012035610.tif 000004
【図３】
2012035610.tif 000005
【図４】
2012035610.tif 000006
【図５】
2012035610.tif 000007
【図６】
2012035610.tif 000008
【図７】
2012035610.tif 000009
【図８】
2012035610.tif 000010
【図９】
2012035610.tif 000011
【図１０】
2012035610.tif 000012
【図１１】
2012035610.tif 000013
【図１２】
2012035610.tif 000014
【国際調査報告】
2012035610.tif 000015
2012035610.tif 000016
2012035610.tif 000017
2012035610.tif 000018