(57)【要約】【課題】  ブレードのピッチ角を可変としながら、簡単な機構により、強風時には、外部からの動力を用いることなく、プロペラ（ブレード）の過回転を防止できる風力原動機を提供する。【解決手段】  可変ピッチ型風力原動機10は、ブレード軸線BXの周りに回動可能に主軸5に連結された複数のブレード31を有し、ブレード31を互いに連動してブレード軸線周りに回動させ、かつ、主軸5の回転数が高いほどブレード31を低ピッチ角側BRに回動させる連動ピッチ変更機構7と、ブレード31よりも先端側ASに配置されたスピナー4と、スピナー4を主軸線方向AHに進退可能に保持すると共に、先端側ASに向けて付勢し、先端側ASからスピナー4に加わる風力の大きさに応じて、スピナー4が後端側AKに移動するように構成されたスピナー保持機構8と、所定風速以上の高風速時の風力によるスピナー4の後端側AKへの移動により、ブレード31を高ピッチ角側BCに回動させるピッチ戻し機構9とを備える。【選択図】  図２
2014214679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸の径方向外側に向けて放射状に延び、かつ自身のブレード軸線の周りに回動可能に前記主軸に連結された複数のブレードを有する可変ピッチ型の風力原動機であって、
複数の上記ブレードを互いに連動して各々の上記ブレード軸線の周りに回動させ、かつ、上記主軸の回転数が高いほどまたは風速が大きいほど、上記ブレードを低ピッチ角側に回動させる連動ピッチ変更機構と、
上記ブレードよりも上記主軸に沿う主軸線方向の先端側に配置されたスピナーと、
上記スピナーを上記主軸線方向に進退可能に保持すると共に、上記スピナーを上記主軸線方向の上記先端側に向けて付勢し、上記主軸線方向の上記先端側から上記スピナーに加わる風力の大きさに応じて、上記スピナー自身が上記主軸線方向の後端側に移動するように構成されたスピナー保持機構と、
所定風速以上の高風速時に加わる上記風力による、上記スピナーの上記後端側への移動により、上記ブレードを高ピッチ角側に回動させるピッチ戻し機構と、を備える
風力原動機。
【請求項２】
請求項１に記載の風力原動機であって、
前記連動ピッチ変更機構は、
前記主軸と共にこの主軸の周りを回転する錘を含み、上記回転によって上記錘に生じた遠心力で各々の前記ブレードを連動して前記低ピッチ角側に回動させる遠心力利用機構であり、
前記ピッチ戻し機構は、
前記高風速時に、前記スピナーを前記後端側へ変位させる力で、上記ブレードを回動させる上記遠心力の少なくとも一部を相殺して、上記ブレードを前記高ピッチ角側に回動させる遠心力相殺機構である
風力原動機。
【請求項３】
請求項２に記載の風力原動機であって、
前記ブレードの基端部を、上記ブレード軸線の周りに回動可能に、前記主軸に保持する保持部材を備え、
前記遠心力利用機構は、
各々の上記ブレードの上記基端部に形成された複数の第１傘歯車と、
上記ブレードの上記基端部よりも前記主軸線方向の前記先端側に、上記主軸の周りに回転自在に配置され、複数の上記第１傘歯車とそれぞれ噛み合う第２傘歯車と、
上記ブレードの上記基端部、上記第１傘歯車、及び上記第２傘歯車のいずれかに連結した前記錘であって、前記遠心力で直接または上記第１傘歯車及び上記第２傘歯車を介して、各々の上記ブレードを前記低ピッチ角側に回動させる前記錘と、を有する
風力原動機。
【請求項４】
請求項３に記載の風力原動機であって、
前記スピナー保持機構は、
前記スピナーを、前記主軸線方向に進退可能としつつ、前記主軸の周りを回転自在に保持してなり、
上記スピナーは、回転しない、または自身に加わる風力によって上記主軸とは逆方向に回転する形態とされてなり、
前記遠心力相殺機構は、
前記高風速時に、上記スピナーを上記主軸線方向の前記後端側へ変位させる前記力で、上記スピナーを直接または間接に前記第２傘歯車に当接させ、上記主軸と同方向に回転している上記第２傘歯車の回転を減速させて、前記ブレードを前記高ピッチ角側に回動させる構成としてなる
風力原動機。
【請求項５】
請求項４に記載の風力原動機であって、
前記遠心力相殺機構は、
前記スピナーに設けられ上記スピナーの移動と共に前記主軸線方向に移動する移動側磁石と、上記主軸線方向に自身の位置が固定された固定側磁石との間に生じる反発力及び吸引力の少なくともいずれかを用いて、上記スピナーを上記主軸線方向の前記後端側へ変位させ、上記スピナーが直接または間接に上記第２傘歯車に当接する力を増加させる構成とされてなる
風力原動機。
【請求項６】
請求項１に記載の風力原動機であって、
前記主軸に固定され、前記ブレードの基端部を前記ブレード軸線の周りに回動可能に保持する保持部材を備え、
前記スピナー保持機構は、
前記スピナーを、前記主軸線方向に進退可能としつつ、上記主軸と一体に回転する形態に保持してなり、
前記連動ピッチ変更機構は、
各々の上記ブレードの上記基端部に形成された複数の第１傘歯車と、
上記ブレードの上記基端部よりも上記主軸線方向の前記先端側に、上記主軸の周りに回転自在に配置され、複数の上記第１傘歯車とそれぞれ噛み合う第２傘歯車と、
上記第２傘歯車と上記スピナーとを結び、前記所定風速未満の風速範囲において、上記スピナーに加わる前記風力により上記スピナーが上記主軸線方向の前記後端側に移動するほど、上記第２傘歯車を、この第２傘歯車を回動させたときに各々の上記ブレードのピッチ角が小さくなる低ピッチ角方向に、回動させる低ピッチ結合回動機構と、を有し、
前記ピッチ戻し機構は、
上記第１傘歯車と、
上記第２傘歯車と、
上記第２傘歯車と上記スピナーとを結び、上記所定風速以上の前記高風速時において、上記スピナーに加わる上記風力により上記スピナーが上記主軸線方向の上記後端側に移動するほど、上記低ピッチ角方向とは逆の高ピッチ角方向に、上記第２傘歯車を回動させる高ピッチ結合回動機構と、を有する
風力原動機。
【請求項７】
請求項６に記載の風力原動機であって、
前記低ピッチ結合回動機構及び前記高ピッチ結合回動機構は、
前記第２傘歯車のうち、複数の前記第１傘歯車とそれぞれ噛み合う第２傘歯車本体から前記主軸の周囲を前記主軸線方向の前記先端側に延びる筒状の歯車側筒部と、
前記スピナーのうち、上記主軸の周囲を上記主軸線方向の前記後端側に延び、上記歯車側筒部の径方向内側または径方向外側に位置するスピナー側筒部とを有し、
上記歯車側筒部及び上記スピナー側筒部のうち一方は、上記主軸線方向に延びると共に周方向にも変移している有底または貫通した溝を含み、
上記歯車側筒部及び上記スピナー側筒部のうち他方は、上記溝に係合して相対的に移動する突起を含み、
上記歯車側筒部と上記スピナー側筒部のうち、上記低ピッチ結合回動機構をなす部位では、
前記風速が前記所定風速未満のときに、上記スピナーの移動に伴って上記突起が上記溝内を相対的に移動する第１移動範囲において、上記溝は、上記スピナー側筒部が上記後端側に移動するほど上記第２傘歯車が前記低ピッチ角方向に回動する形態とされ、
上記歯車側筒部と上記スピナー側筒部のうち、上記高ピッチ結合回動機構をなす部位では、
上記風速が上記所定風速以上のときに、上記スピナーの移動に伴って上記突起が上記溝内を相対的に移動する第２移動範囲において、上記溝は、上記スピナー側筒部が上記後端側に移動するほど上記第２傘歯車が前記高ピッチ角方向に回動する形態とされてなる
風力原動機。
【請求項８】
主軸の径方向外側に向けて放射状に延び、かつ自身のブレード軸線の周りに回動可能に前記主軸に連結された複数のブレードを有する可変ピッチ型の風力原動機であって、
上記ブレードよりも上記主軸に沿う主軸線方向の先端側に配置されたスピナーと、
上記スピナーを上記主軸線方向に進退可能に、かつ、上記主軸と一体に回転する形態に保持すると共に、上記スピナーを上記主軸線方向の上記先端側に向けて付勢し、上記主軸線方向の上記先端側から上記スピナーに加わる風力の大きさに応じて、上記スピナー自身が上記主軸線方向の後端側に移動するように構成されたスピナー保持機構と、
所定風速未満の風速範囲において、上記スピナーに加わる上記風力により上記スピナーが上記主軸線方向の上記後端側に移動するほど、上記ブレードを低ピッチ角側に回動させ、
上記所定風速以上の風速範囲において、上記スピナーに加わる上記風力により上記スピナーが上記主軸線方向の上記後端側に移動するほど、上記ブレードを高ピッチ角側に回動させる
スピナー移動ピッチ変更機構と、を備える
風力原動機。
【請求項９】
請求項８に記載の風力原動機であって、
前記スピナー移動ピッチ変更機構は、
各々の上記ブレードの基端部に形成された複数の第１傘歯車と、
上記ブレードの基端部よりも前記主軸線方向の前記先端側に、上記主軸の周りに回転自在に配置され、
複数の上記第１傘歯車とそれぞれ噛み合う第２傘歯車本体及び、
前記主軸の周囲を上記主軸線方向の上記先端側に延びる筒状の歯車側筒部を含む
第２傘歯車と、
前記スピナーのうち、上記主軸の周囲を上記主軸線方向の前記後端側に延び、上記歯車側筒部の径方向内側または径方向外側に位置するスピナー側筒部と、を有し、
上記歯車側筒部及び上記スピナー側筒部のうち一方は、上記主軸線方向に延びると共に周方向にも変移している有底または貫通した溝を含み、
上記歯車側筒部及び上記スピナー側筒部のうち他方は、上記溝に係合して相対的に移動する突起を含み、
風速が前記所定風速未満のときに、上記スピナーの移動に伴って上記突起が上記溝内を相対的に移動する第１移動範囲において、上記溝は、上記スピナー側筒部が上記後端側に移動するほど上記第２傘歯車が低ピッチ角方向に回動する形態とされ、
上記風速が上記所定風速以上のときに、上記スピナーの移動に伴って上記突起が上記溝内を相対的に移動する第２移動範囲において、上記溝は、上記スピナー側筒部が上記後端側に移動するほど上記第２傘歯車が高ピッチ角方向に回動する形態とされてなる
風力原動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロペラが主軸の周りを回転する、風力発電機などの風力原動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プロペラで主軸を回転させて動力を得る構造の風力原動機が知られている。さらに、プロペラの回転速度に応じて、ブレードのピッチ角（羽根角）を変化させる可変ピッチ型のブレードを有する風力原動機も知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、風速が大きく、プロペラの回転速度（回転数）が高くなるほど、より風を受けやすくプロペラを高回転で回転させるべく、ブレードのピッチ角を小さく（低ピッチ角に）する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５９−１９０９７８号公報（第１図参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、台風など強風時には、プロペラの回転数が高くなりすぎる過回転となり、ブレードや軸受けなどに過大な負荷が掛かる虞がある。
そこで、強風時には、プロペラを回転しないように強制的にロックしたり、過回転を防止すべくブレードのピッチ角を強制的に大きく（高ピッチ角に）する機構を設けることがある。このような機構としては、外部からの動力により、モータや油圧系統を用いて、ブレードを強制的に回動させるなどの機構が有るが、いずれも外部からの動力を要し機構が複雑である上、コスト高で保守も面倒である。
【０００５】
本件は、かかる問題点に鑑みて為されたものであって、ブレードのピッチ角を可変としながら、簡単な機構により、強風時には、外部からの動力を用いることなく、プロペラ（ブレード）の過回転を防止できる風力原動機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明の一態様は、主軸の径方向外側に向けて放射状に延び、かつ自身のブレード軸線の周りに回動可能に前記主軸に連結された複数のブレードを有する可変ピッチ型の風力原動機であって、複数の上記ブレードを互いに連動して各々の上記ブレード軸線の周りに回動させ、かつ、上記主軸の回転数が高いほどまたは風速が大きいほど、上記ブレードを低ピッチ角側に回動させる連動ピッチ変更機構と、上記ブレードよりも上記主軸に沿う主軸線方向の先端側に配置されたスピナーと、上記スピナーを上記主軸線方向に進退可能に保持すると共に、上記スピナーを上記主軸線方向の上記先端側に向けて付勢し、上記主軸線方向の上記先端側から上記スピナーに加わる風力の大きさに応じて、上記スピナー自身が上記主軸線方向の後端側に移動するように構成されたスピナー保持機構と、所定風速以上の高風速時に加わる上記風力による、上記スピナーの上記後端側への移動により、上記ブレードを高ピッチ角側に回動させるピッチ戻し機構と、を備える風力原動機である。
【０００７】
連動ピッチ変更機構の作用によって、ピッチ角が小さくされているブレードを、強風時に強制的に回動させピッチ角を大きくする（高ピッチ角側に回動させる）には、何等かの動力が必要となる。
上述の風力原動機は、連動ピッチ変更機構、スピナー、スピナー保持機構を有するほか、所定風速以上（例えば、風速２０ｍ／ｓ以上）の高風速時（以下、強風時ともいう。逆に所定風速未満の風速時を、通常風速時ともいう。）にスピナーの移動によりブレードを高ピッチ角側に回動させるピッチ戻し機構を有している。
スピナーは、主軸線方向先端側から当たる風によって風力を受ける。このスピナーは、スピナー保持機構により、スピナーを自身に掛かる風力の大きさに応じて、主軸線方向後端側に移動するように保持されているので、風力に起因するこのスピナーを移動させる力を用いることができる。これにより、外部からの油圧やモータなどの動力を得ることなく、強風時に、ブレードを高ピッチ角側に回動させることができる。これにより、強風時には、主軸の回転数を低下させることができ、過回転となることがなく、ブレードや軸受けなどへの負荷を減少できる。
【０００８】
ここで、風力原動機としては、発電機を有し、主軸を発電機に接続しブレードの回転により電力を発生させる風力発電機や、主軸の回転を機械的な動力として利用する、ウィンドウミルなど各種の機器をも含む。
また、プロペラをなすブレードとしては、ブレード軸が主軸に直交するもののほか、ブレード軸が斜交している形態のブレードを用いても良い。
ピッチ角は、ブレードの横断面において、プロペラ（ブレード）の回転面に対するブレードの角度（迎角）を言う。
【０００９】
連動ピッチ変更機構は、プロペラの回転数（ブレードの回転速度）が低いあるいは風速が小さい場合には、ブレードのピッチ角を大きくする（ブレードを高ピッチ角側に回動させる）。一方、プロペラの回転数（ブレードの回転速度）が高いあるいは風速が大きい場合には、ブレードのピッチ角を小さくする（ブレードを低ピッチ角側に回動させる）。この連動ピッチ変更機構としては、例えば、主軸と共に回転する部材（錘など）に生じる遠心力や、風速に応じて主軸線方向後端側に変位するように構成されたスピナーから受ける力などを用い、主軸の回転速度（ブレードの回転速度）や風速に応じて、互いに連動するブレードを回動させてピッチ角を変更する機構が挙げられる。具体的には、主軸に固定された保持部材（ハブ）に、各々のブレードをブレード軸線の周りに回動可能に保持しておき、主軸の回転により錘に生じる遠心力を、リンク機構、ギア、ギア機構など機械的結合によって、各々のブレードを連動して回動させる力として利用する機構が挙げられる。さらに具体的に、リンク機構を用いる例としては、例えば、前述の実開昭５９−１９０９７８号公報の第１図に記載の機構が挙げられる。また、主軸に固定された保持部材に、各々のブレードをブレード軸線の周りに回動可能に保持しておき、スピナーが風力を受けて主軸線方向後端側に移動させられる力を、リンク機構、ギア、ギア機構など機械的結合によって、各々のブレードを連動して回動させる力として利用する機構も挙げられる。なお、回転数が低下したり風速が低下した場合に、ブレードのピッチ角を増大させ易く（ピッチ角が大きい状態に戻り易く）するべく、上述の連動ピッチ変更機構において、この機構がピッチ角の大きい場合に取る形態に近づける方向に機構をなす部材を付勢するバネなどを、補助的に付設しておくのが好ましい。
【００１０】
スピナーは、主軸の主軸線方向先端側に配置された覆いであり、例えば、先端側を半球殻形状や腹が膨らんだ円錐殻形状などのドーム状の形態としたものが挙げられる。スピナーは、スピナー保持機構により、主軸線方向に進退可能に保持されている。
スピナーとしては、ピッチ戻し機構が作用していない主軸と同方向に回転するもののほか、スピナーが主軸とは逆回転するあるいはスピナーは回転しない形態のものも挙げられる。逆回転するスピナーとしては、例えば、スピナーの周囲に突出し逆回転する形状の翼を適数形成したものが挙げられる。
【００１１】
また、スピナー保持機構としては、例えば、スピナーを主軸線方向先端側に向けて付勢し、かつ、スピナーの主軸線方向への移動を許容しつつこのスピナーを主軸や主軸に固定した保持部材（ハブ）などで保持するものが挙げられる。具体的には、スピナーを主軸線方向の先端側に向けて付勢するコイルスプリングなどのバネ材を有し、リニアシャフト用の無給油ブッシュ（ＰＴＦＥ、ポリアセタール、黄銅製）やリニアブッシュ、リニアベアリング、リニアスライドなどの直動用部材を用いて主軸や保持部材（ハブ）にスピナーを保持させるものが挙げられる。
またピッチ戻し機構は、風力によるスピナーの主軸線方向の後端側への移動を用いて、ブレードを高ピッチ角側への回動させる機構である。ピッチ戻し機構としては、直接ブレードに作用してこれを回動させるもののほか、連動ピッチ変更機構をなす部材、例えば錘や歯車等に作用して、間接にブレードを回動させるものも含まれる。
【００１２】
上述の風力原動機であって、前記連動ピッチ変更機構は、前記主軸と共にこの主軸の周りを回転する錘を含み、上記回転によって上記錘に生じた遠心力で各々の前記ブレードを連動して前記低ピッチ角側に回動させる遠心力利用機構であり、前記ピッチ戻し機構は、前記高風速時に、前記スピナーを前記後端側へ変位させる力で、上記ブレードを回動させる上記遠心力の少なくとも一部を相殺して、上記ブレードを前記高ピッチ角側に回動させる遠心力相殺機構である風力原動機とすると良い。
【００１３】
上述の風力原動機では、連動ピッチ変更機構である遠心力利用機構は、錘に生じる遠心力を利用し、この力で各ブレードを連動して低ピッチ角側に回動させる。一方、ピッチ戻し機構である遠心力相殺機構は、高風速時に、錘に生じ各ブレードを回動させる遠心力の少なくとも一部を相殺することで、ブレードを逆向きの高ピッチ角側に回動させる。これにより、外部からの動力を用いることなく、高風速時以外（通常風速時、具体的には、低風速時及び中風速時）では、ブレードのピッチ角を主軸の回転数（ブレードの回転速度）に応じた、ピッチ角にすることができる。具体的には、主軸の回転数が高いほど、ブレードを低ピッチ角とすることができる。
加えて、高風速時（強風時）には、外部からの動力を用いることなく、遠心力相殺機構により、容易に、強制的に各ブレードのピッチ角を大きくすることができ、主軸の回転数を低下させ過回転を防止して、ブレードや軸受けなどへの負荷を減少できる。
【００１４】
遠心力利用機構としては、錘に生じる遠心力を錘の変位や回動の運動に変換して、この変位や回動を利用して各ブレードを回動させる機構が挙げられる。具体的には、例えば、錘の変位でリンク機構を作動させブレードを回動させる実開昭５９−１９０９７８号公報の第１図に記載の機構が挙げられる。また、錘に生じる遠心力を自身及びこの錘が固定されたブレードの回動に直接変換する機構も挙げられる、さらにこの錘に生じる遠心力で錘自身を回動させ、この錘の回転力をギアの回動に変換し、さらにこれに噛み合うギア群を通じて、ブレードを回動させる機構も挙げられる。
【００１５】
さらに上述の風力原動機であって、前記ブレードの基端部を、上記ブレード軸線の周りに回動可能に、前記主軸に保持する保持部材を備え、前記遠心力利用機構は、各々の上記ブレードの上記基端部に形成された複数の第１傘歯車と、上記ブレードの上記基端部よりも前記主軸線方向の前記先端側に、上記主軸の周りに回転自在に配置され、複数の上記第１傘歯車とそれぞれ噛み合う第２傘歯車と、上記ブレードの上記基端部、上記第１傘歯車、及び上記第２傘歯車のいずれかに連結した前記錘であって、前記遠心力で直接または上記第１傘歯車及び上記第２傘歯車を介して、各々の上記ブレードを前記低ピッチ角側に回動させる前記錘と、を有する風力原動機とすると良い。
【００１６】
上述の風力原動機では、遠心力利用機構として、第１傘歯車、第２傘歯車、及びブレードを回動させる錘を有する。このため、遠心力利用機構をコンパクトにでき、かつ、各ブレードを確実に連動して同じ大きさだけ低ピッチ角側に回動させることができる。
【００１７】
なお、第１傘歯車は、保持部材での保持の態様に応じて、ブレードの基端部の基端に設けても、基端部の途中に設けても良い。また、基端部自身に形成しても、基端部に別途形成した傘歯車を取り付けても良い。
第２傘歯車を、ブレードの基端部よりも主軸線方向の先端側に設けるほか、ブレードの基端部よりも主軸線方向後端側にも第２傘歯車と同様に各第１傘歯車と噛み合う第３傘歯車を設けて、第１，第２，第３傘歯車を差動歯車の形態に構成しても良い。
錘としては、遠心力が働くと主軸の回転方向と逆方向に回動する形態の錘とすると良い。プロペラの回転数が増加する段階で、錘が動きやすくブレードのピッチ角を減少させやすいからである。さらに加えて、錘の回動中心を含む錘基端部と錘の重心を含む主部と、錘基端部から延びて主部に至る延出部とを有する錘において、延出部の形態が、錘の回動中心と錘の重心とを結ぶ線に対して、一方側に偏った形態の錘を用いるとすると良い。回動中心から重心に向けてまっすぐ延びて偏りのない延出部を有する錘に比して、遠心力が発生した場合に、錘が重心のある側に回動しやすいからである。
【００１８】
さらに上述の風力原動機であって、前記スピナー保持機構は、前記スピナーを、前記主軸線方向に進退可能としつつ、前記主軸の周りを回転自在に保持してなり、上記スピナーは、回転しない、または自身に加わる風力によって上記主軸とは逆方向に回転する形態とされてなり、前記遠心力相殺機構は、前記高風速時に、上記スピナーを上記主軸線方向の前記後端側へ変位させる前記力で、上記スピナーを直接または間接に前記第２傘歯車に当接させ、上記主軸と同方向に回転している上記第２傘歯車の回転を減速させて、前記ブレードを前記高ピッチ角側に回動させる構成としてなる風力原動機とすると良い。
【００１９】
この風力原動機では、スピナーを第２傘歯車に当接させ、スピナーの持つ慣性力あるいはこれとスピナーを逆回転させる慣性力で、第２傘歯車の回転を減速させて、各第１傘歯車を介して、各ブレードを高ピッチ角側に回動させる。このため、各ブレードを確実に連動して同じ大きさだけ高ピッチ角側に回動させることができる。
【００２０】
なお、スピナーを第２傘歯車に当接させるに当たり、スピナーを第２傘歯車に直接当接させても良いが、スピナーの当接部及び第２傘歯車の当接部の少なくとも一方にブレーキパッドを固着し、これを介して当接させると良い。また、第２傘歯車とスピナーとを当接させるにあたり、第２傘歯車にこれから主軸線方向の先端側に突出する（例えば筒状に突出する）突出部を設け、この第２傘歯車の突出部とスピナーとを当接させるようにしても良い。
【００２１】
さらに上述の風力原動機であって、前記遠心力相殺機構は、前記スピナーに設けられ上記スピナーの移動と共に前記主軸線方向に移動する移動側磁石と、上記主軸線方向に自身の位置が固定された固定側磁石との間に生じる反発力及び吸引力の少なくともいずれかを用いて、上記スピナーを上記主軸線方向の前記後端側へ変位させ、上記スピナーが直接または間接に上記第２傘歯車に当接する力を増加させる構成とされてなる風力原動機とすると良い。
【００２２】
この風力原動機では、遠心力相殺機構に、磁石を用いた増加機構を有するので、より強くスピナーを第２傘歯車に当接させることができ、スピナーの当接で確実に第２傘歯車の回転を減速させて、ブレードを高ピッチ角側に回動させることができる。
【００２３】
増加機構としては、移動側磁石と固定側磁石との間に生じる反発力、吸引力を用いて、スピナーが上記第２傘歯車に当接する力を増加させる構成とされている。固定側磁石は、例えば、主軸、第２傘歯車、ブレードを保持する保持部材、主軸等を包囲する風力原動機の筐体などに設けることができる。磁石としては、永久磁石が挙げられるが、主軸や第２傘歯車等の回転を用いて発電した電力を用いた電磁石を利用することもできる。永久磁石としては、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石等が挙げられる。
【００２４】
あるいは、当初に記載の風力原動機であって、前記主軸に固定され、前記ブレードの基端部を前記ブレード軸線の周りに回動可能に保持する保持部材を備え、前記スピナー保持機構は、前記スピナーを、前記主軸線方向に進退可能としつつ、上記主軸と一体に回転する形態に保持してなり、前記連動ピッチ変更機構は、各々の上記ブレードの上記基端部に形成された複数の第１傘歯車と、上記ブレードの上記基端部よりも上記主軸線方向の前記先端側に、上記主軸の周りに回転自在に配置され、複数の上記第１傘歯車とそれぞれ噛み合う第２傘歯車と、上記第２傘歯車と上記スピナーとを結び、前記所定風速未満の風速範囲において、上記スピナーに加わる前記風力により上記スピナーが上記主軸線方向の前記後端側に移動するほど、上記第２傘歯車を、この第２傘歯車を回動させたときに各々の上記ブレードのピッチ角が小さくなる低ピッチ角方向に、回動させる低ピッチ結合回動機構と、を有し、前記ピッチ戻し機構は、上記第１傘歯車と、上記第２傘歯車と、上記第２傘歯車と上記スピナーとを結び、上記所定風速以上の前記高風速時において、上記スピナーに加わる上記風力により上記スピナーが上記主軸線方向の上記後端側に移動するほど、上記低ピッチ角方向とは逆の高ピッチ角方向に、上記第２傘歯車を回動させる高ピッチ結合回動機構と、を有する風力原動機とすると良い。
【００２５】
この風力原動機の連動ピッチ変更機構は、第１傘歯車，第２傘歯車のほか、低ピッチ結合回動機構を有しており、風力によるスピナーの移動を低ピッチ結合回動機構によってこれと結合している第２傘歯車の回動に変え、ブレードのピッチ角の変更を行っている。このため、適切に各ブレードのピッチ角を連動して変更できる。なお、低ピッチ結合回動機構では、所定風速未満（例えば、２０ｍ／ｓ未満）の風速範囲において、スピナーが主軸線方向の後端側に移動するほど、つまり通常風速時おいて風速が大きくなるほど、ブレードのピッチ角を小さくする。
加えて、この風力原動機のピッチ戻し機構は、連動ピッチ変更機構にも含まれる第１傘歯車及び第２傘歯車のほか、高ピッチ結合回動機構を有しており、風力によるスピナーの移動を高ピッチ結合回動機構によってこれと結合している第２傘歯車の回動に変え、ブレードのピッチ角の変更を行っている。このため、適切に各ブレードのピッチ角を連動して変更できる。なお、高ピッチ結合回動機構では、高風速時において、スピナーが主軸線方向の後端側に移動するほど、つまり強風時において風速が大きくなるほど、ブレードのピッチ角を大きくする。
【００２６】
低ピッチ結合回動機構と高ピッチ結合回動機構とは、互いに独立した別の機構として構成しても良い。
あるいは、低ピッチ結合回動機構と高ピッチ結合回動機構とを、第２傘歯車とスピナーとを結ぶ単一の機構で構成し、その作用が生じる風速の範囲（所定風速未満の風速範囲と所定風速以上の風速範囲）で使い分ける、即ち、所定風速未満の風速範囲では低ピッチ結合回動機構として機能し、所定風速以上の風速範囲では高ピッチ結合回動機構として機能するようにしても良い。この場合、第２傘歯車とスピナーとを結び、低ピッチ結合回動機構及び高ピッチ結合回動機構を兼ねる機構としては、例えば、風力によるスピナーの主軸線方向の移動を、円筒カムを用いて、第２傘歯車の回動に変換する機構が挙げられる。具体的には、所定風速未満の風速範囲に生じるスピナーの主軸線方向の移動範囲では、円筒カムの一部を用いて、風速が大きくなるほど第２傘歯車を低ピッチ角方向へ回動させ（低ピッチ結合回動機構）、及び所定風速以上の風速範囲に生じるスピナーの主軸線方向の移動範囲では、円筒カムの他の一部を用いて、風速が大きくなるほど第２傘歯車を高ピッチ角方向への回動させる機構を用いると良い。
また、第２傘歯車とスピナーとを結ぶ、低ピッチ結合回動機構及び高ピッチ結合回動機構としては、スピナーの主軸線方向の移動を、リンク機構で，第２傘歯車の回動に変換する機構とし、風速に応じて、第２傘歯車の低ピッチ角方向への回動、及びに高ピッチ角方向への回動に変換する機構も挙げられる。
第２傘歯車について低ピッチ角方向とは、第２傘歯車の回動方向のうち、ブレードのピッチ角が小さくなる回動方向をいう。また、第２傘歯車について高ピッチ角方向とは、第２傘歯車の回動方向のうち、逆に、ブレードのピッチ角が大きくなる回動方向をいう。
【００２７】
また上述の風力原動機であって、前記低ピッチ結合回動機構及び前記高ピッチ結合回動機構は、前記第２傘歯車のうち、複数の前記第１傘歯車とそれぞれ噛み合う第２傘歯車本体から前記主軸の周囲を前記主軸線方向の前記先端側に延びる筒状の歯車側筒部と、前記スピナーのうち、上記主軸の周囲を上記主軸線方向の前記後端側に延び、上記歯車側筒部の径方向内側または径方向外側に位置するスピナー側筒部とを有し、上記歯車側筒部及び上記スピナー側筒部のうち一方は、上記主軸線方向に延びると共に周方向にも変移している有底または貫通した溝を含み、上記歯車側筒部及び上記スピナー側筒部のうち他方は、上記溝に係合して相対的に移動する突起を含み、上記歯車側筒部と上記スピナー側筒部のうち、上記低ピッチ結合回動機構をなす部位では、前記風速が前記所定風速未満のときに、上記スピナーの移動に伴って上記突起が上記溝内を相対的に移動する第１移動範囲において、上記溝は、上記スピナー側筒部が上記後端側に移動するほど上記第２傘歯車が前記低ピッチ角方向に回動する形態とされ、上記歯車側筒部と上記スピナー側筒部のうち、上記高ピッチ結合回動機構をなす部位では、上記風速が上記所定風速以上のときに、上記スピナーの移動に伴って上記突起が上記溝内を相対的に移動する第２移動範囲において、上記溝は、上記スピナー側筒部が上記後端側に移動するほど上記第２傘歯車が前記高ピッチ角方向に回動する形態とされてなる風力原動機とすると良い。
【００２８】
この風力原動機では、低ピッチ結合回動機構と高ピッチ結合回動機構は、共通の機構をなし、歯車側筒部とスピナー側筒部とを有し、その一方は溝を、他方はこの溝に係合して移動する突起を含む。そして、歯車側筒部とスピナー側筒部のうち、低ピッチ結合回動機構をなす部位では、溝が、スピナーのスピナー側筒部が後端側に移動するほど第２傘歯車が低ピッチ角方向に回動する形態にされている。また、高ピッチ結合回動機構をなす部位では、溝が、スピナーのスピナー側筒部が後端側に移動するほど第２傘歯車が高ピッチ角方向に回動する形態にされている。
このように、いずれも筒状の歯車側筒部とスピナー側筒部とを設け、溝と突起による円筒カム構造でスピナーの移動を第２傘歯車の低ピッチ角方向あるいは高ピッチ角方向への回動に変換しているので、構造が簡単で、しかも、風速に応じて、確実に第２傘歯車を回動させることができ、ブレードのピッチ角を適切に変更することができる。
【００２９】
なお、第２傘歯車の歯車側筒部とスピナーのスピナー側筒部のいずれに溝を他方に突起を設けてもよく、また、歯車側筒部とスピナー側筒部のいずれを径大にして外側に配置し、他方を径小にして内側に配置しても良い。
【００３０】
さらに、他の態様は、主軸の径方向外側に向けて放射状に延び、かつ自身のブレード軸線の周りに回動可能に前記主軸に連結された複数のブレードを有する可変ピッチ型の風力原動機であって、上記ブレードよりも上記主軸に沿う主軸線方向の先端側に配置されたスピナーと、上記スピナーを上記主軸線方向に進退可能に、かつ、上記主軸と一体に回転する形態に保持すると共に、上記スピナーを上記主軸線方向の上記先端側に向けて付勢し、上記主軸線方向の上記先端側から上記スピナーに加わる風力の大きさに応じて、上記スピナー自身が上記主軸線方向の後端側に移動するように構成されたスピナー保持機構と、所定風速未満の風速範囲において、上記スピナーに加わる上記風力により上記スピナーが上記主軸線方向の上記後端側に移動するほど、上記ブレードを低ピッチ角側に回動させ、上記所定風速以上の風速範囲において、上記スピナーに加わる上記風力により上記スピナーが上記主軸線方向の上記後端側に移動するほど、上記ブレードを高ピッチ角側に回動させるスピナー移動ピッチ変更機構と、を備える風力原動機である。
【００３１】
この風力原動機では、スピナーに加わる風力の大きさに応じて、スピナー自身が主軸線方向の後端側に移動する変位によって、所定風速未満の風速範囲においては、風力によりスピナーが後端側に移動するほど、ブレードを低ピッチ角側に回動させる一方、所定風速以上の風速範囲においては、風力によりスピナーが後端側に移動するほど、ブレードを高ピッチ角側に回動させるスピナー移動ピッチ変更機構を備えている。
このように、スピナーに加わる風力により、その風速に応じて、ブレードを低ピッチ角側及び高ピッチ角側に回動させるので、外部からの動力を用いなくとも、しかも、風速に応じて、適切にブレードのピッチ角を変更できる。かくして、所定風速未満の風速範囲においては、風速が大きくなるほど、ピッチ角を小さくして、効率よくプロペラを回転させることができるうえ、所定風速以上の風速範囲で、ブレードのピッチ角を大きくして、主軸の回転数を低下させることができ、過回転となることがなく、ブレードや軸受けなどへの負荷を減少できる。
【００３２】
なお、スピナー移動ピッチ変更機構としては、具体的には、風力によるスピナーの主軸線方向後端側への移動を、円筒カムなどのカム機構、リンク機構、ギア機構などによって、ブレード軸線の周りに回動可能に主軸に連結されたブレードの低ピッチ角側への回動及び高ピッチ角側への回動に変換する機構が挙げられる。
【００３３】
さらに、上述の風力原動機であって、前記スピナー移動ピッチ変更機構は、各々の上記ブレードの基端部に形成された複数の第１傘歯車と、上記ブレードの基端部よりも前記主軸線方向の前記先端側に、上記主軸の周りに回転自在に配置され、複数の上記第１傘歯車とそれぞれ噛み合う第２傘歯車本体、及び、前記主軸の周囲を上記主軸線方向の上記先端側に延びる筒状の歯車側筒部を含む第２傘歯車と、前記スピナーのうち、上記主軸の周囲を上記主軸線方向の前記後端側に延び、上記歯車側筒部の径方向内側または径方向外側に位置するスピナー側筒部と、を有し、上記歯車側筒部及び上記スピナー側筒部のうち一方は、上記主軸線方向に延びると共に周方向にも変移している有底または貫通した溝を含み、上記歯車側筒部及び上記スピナー側筒部のうち他方は、上記溝に係合して相対的に移動する突起を含み、風速が前記所定風速未満のときに、上記スピナーの移動に伴って上記突起が上記溝内を相対的に移動する第１移動範囲において、上記溝は、上記スピナー側筒部が上記後端側に移動するほど上記第２傘歯車が低ピッチ角方向に回動する形態とされ、上記風速が上記所定風速以上のときに、上記スピナーの移動に伴って上記突起が上記溝内を相対的に移動する第２移動範囲において、上記溝は、上記スピナー側筒部が上記後端側に移動するほど上記第２傘歯車が高ピッチ角方向に回動する形態とされてなる風力原動機とすると良い。
【００３４】
この風力原動機では、いずれも筒状の歯車側筒部とスピナー側筒部とを設け、溝と突起による円筒カム構造でスピナーの移動を第２傘歯車の低ピッチ角方向あるいは高ピッチ角方向への回動に変換しているので、構造が簡単で、しかも、風速に応じて、確実に第２傘歯車を回動させることができ、ブレードのピッチ角を適切に変更することができる。
なお、第２傘歯車の歯車側筒部とスピナーのスピナー側筒部のいずれに溝を他方に突起を設けてもよく、また、歯車側筒部とスピナー側筒部のいずれを径大にして外側に配置し、他方を径小にして内側に配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態１〜３にかかる風力発電装置の外観を示す図である。
【図２】実施形態１にかかる風力発電体の内部構造を示す説明図である。
【図３】実施形態１にかかり、ブレード、第１傘歯車、第２傘歯車、及びスピナーの関係を示す分解斜視図である。
【図４】実施形態１にかかり、ギアボックスの構造を示す分解斜視図である。
【図５】実施形態１にかかり、錘の形状及びその動きを説明する説明図である。
【図６】ブレードのピッチ角を説明する図であり、（ａ）は高ピッチ角の状態、（ｂ）は低ピッチ角の状態を示す。
【図７】実施形態１にかかり、スピナーと第２傘歯車との離間と当接をコントロールするコマ歯車の作用を説明する、図２のＰ−Ｐ矢視断面図であり、（ａ）は通常風速時、（ｂ）は強風時の状態を示す。
【図８】実施形態２にかかり、ブレード、ギアボックス及び連動ピッチ変更機構の構造を示す斜視図である。
【図９】実施形態２にかかり、連動ピッチ変更機構をなす偏心した錘の形状及びその動き、第２傘歯車の回動との関係を説明する説明図である。
【図１０】実施形態２にかかる風力発電体の内部構造を示す説明図であり、通常風速時のスピナー及びピッチ戻し機構の状態を示す。
【図１１】実施形態２にかかる風力発電体の内部構造を示す説明図であり、強風時のスピナー及びピッチ戻し機構の状態を示す。
【図１２】実施形態３にかかり、ブレード、ギアボックス及びそのうちの第２傘歯車の構造を示す斜視図である。
【図１３】実施形態３にかかる風力発電体の内部構造のうち、通常風速時における第２傘歯車とスピナー周囲の構造を示す説明図である。
【図１４】実施形態３にかかる風力発電体の内部構造のうち、第２傘歯車とスピナー周囲の構造を、図１３とは９０度回転した断面について示す説明図であり、（ａ）は通常風速時、（ｂ）は強風時の形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（実施形態１）
本発明の第１の実施形態を、図１〜図７の図面を参照しつつ説明する。風力発電装置１０は、プロペラ型の風力発電体１をポスト１２の上部に、このポスト１２の軸線周りに旋回自在に配置してなる。そして、破線で示す発電機１１で発電した電力をポスト１２内の配線１４を通じて、コンバータ１３で商用周波数の電力に変換し、電力系統や家庭などに送電する。このうち、風力発電体１は、この風力発電体１を風上方向に向ける尾翼２Ａを含む本体筐体２、その前方（図中、左方）に配置されたプロペラ３，さらにその前方に配置されたドーム状のスピナー４を有している、本体筐体２内には、前述の発電機１１のほか、プロペラ３の回転を主軸５の回転として伝えるための機構を有しており、この主軸５の回転によって発電機１１を回転させる。プロペラ３は、本実施形態では、９０度ずつ位相をずらして配置された４枚のブレード３１を有している。
【００３７】
なお、主軸５の主軸線ＡＸに沿う主軸線方向ＡＨのうち、図１において左方を先端側ＡＳ、図１において右方を後端側ＡＫとする。また、主軸線ＡＸをその先端側ＡＳから後端側ＡＫに向かって見た場合に、時計回り方向を主軸順方向ＡＣ、反時計回り方向を主軸逆方向ＡＲとする。
また、ブレード３１は、それぞれ主軸５の径方向外側に向かって延びており、その軸線ＢＸに沿うブレード軸線方向ＢＨのうち、径方向外側を先端側ＢＳ、径方向内側を基端側ＢＫとする。また、ブレード軸線ＢＸをその先端側ＢＳから基端側ＢＫに向かって見た場合に、時計回り方向をブレード軸順方向ＢＣ、反時計回り方向をブレード軸逆方向ＢＲとする。
本実施形態の風力発電装置１０（風力発電体１）では、プロペラ３（ブレード３１）が、主軸線ＡＸの周りを主軸順方向ＡＣに回転するように、ブレード３１の形状が定められている。
【００３８】
次いで、風力発電体１の内部構造について図２〜図４，図７を参照して説明する。図３及び図４に示すように、ブレード３１は、その基端側ＢＫに位置する軸状の基端部３２と風力を受ける翼部３３とからなる。各ブレード３１は、主軸５の径方向外側に向けて放射状に延びる形態に配置されており、このブレード３１は、保持部材６で主軸５に連結されている。具体的には、主軸５に固設された基端保持軸受６２及び枠状の保持ブラケット６１のブラケット保持軸受６１Ａによって、ブレード３１の基端部３２は、ブレード軸線ＢＸの周りに回動可能に主軸５に連結されている。
【００３９】
ブレード３１よりも先端側ＡＳには、スピナー４が主軸５の周りに配置されている。このスピナー４は、樹脂からなり先端側ＡＳに凸状のドーム型のスピナー本体４１を有している。また、図２に示すように、スピナー保持軸受８１を軸受保持部４３で保持しており、これにより、スピナー４は、主軸線方向ＡＨに進退可能に、かつ、主軸５の周りに回動自在に保持されている。さらに、このスピナー４は、主軸５に回転自在に設けられたバネ保持軸受８３と軸受保持部４３との間に保持された付勢バネ８２により、主軸線方向ＡＨの先端側ＡＳに向けて付勢されている。従って、このスピナー４は、前方、即ち、主軸線方向ＡＨの先端側ＡＳから風を受けた場合、その風力（風速）の大きさに応じて、付勢バネ８２による先端側ＡＳへの付勢力に抗して、スピナー４自身が主軸線方向ＡＨの後端側ＡＫに移動する形態とされている。これらスピナー保持軸受８１、スピナー４の軸受保持部４３、付勢バネ８２、及びバネ保持軸受８３は、スピナー保持機構８を構成している。
【００４０】
また、このスピナー本体４１の外側周囲には、スピナー回転翼４５が複数設けられている。このスピナー回転翼４５は、主軸線方向ＡＨの先端側ＡＳから風を受けた場合に、プロペラ３（ブレード３１）の回転方向である主軸順方向ＡＣとは逆の主軸逆方向ＡＲにスピナー４を回転させる力を発生する形態とされている。即ち、風力発電体１は、風を受けると、プロペラ３及び主軸５が主軸順方向ＡＣに回転する形態に、また、スピナー４が主軸逆方向ＡＲに回転する形態にされている。さらに、このスピナー４は、径方向内側かつやや後端側ＡＫに向けて環状に突出する当接リブ４２を有している。この当接リブ４２に機能については後述する。
【００４１】
各ブレード３１の基端部３２のうち翼部３３寄りの部位には、ゴム系のパッキン１７が取り付けられている。さらに、このパッキン１７に結合し、主軸５及びギアボックス１５の周囲を囲む、リング状のシール部材１６が、スピナー４のスピナー本体４１と本体筐体２との間に配置されて、風力発電体１の内部に雨水が浸入するのを防止している。
【００４２】
本実施形態の風力発電体１では、複数（４枚）のブレード３１は、互いに連動して各々のブレード軸線ＢＸの周り（ブレード軸順方向ＢＣ及びブレード軸逆方向ＢＲ）に回動させることができる構造となっている。具体的には、各々のブレード３１の軸状の基端部３２には、第１傘歯車７１，１７１が固設されている。さらに、各ブレード３１及びこれに固設した第１傘歯車７１，１７１は、９０度ずつ位相を変えて配置され、これらの先端側ＡＳに位置し主軸５と同軸に配置された第２傘歯車７２と各第１傘歯車７１，１７１とが噛み合っている。この第２傘歯車７２は、第２傘歯車軸受７３により、主軸５に対し主軸線方向ＡＨに位置決めされ、かつ、主軸５の周りに回動自在に保持されている。加えて、第１傘歯車７１，１７１の後端側ＡＫに位置し主軸５と同軸に配置された第３傘歯車７４も各第１傘歯車７１，１７１と噛み合っている。この第３傘歯車７４は、第３傘歯車軸受７５により、主軸５に対し主軸線方向ＡＨに位置決めされ、かつ、主軸５の周りに回動自在に保持されている。これにより、第１傘歯車７１，１７１と第２傘歯車７２と第３傘歯車７４とは、保持ブラケット６１内に配置され、差動歯車の形態とされたギアボックス１５をなしている。
【００４３】
ブレード３１で受けた風力により、このブレード３１、第１傘歯車７１，１７１、第２傘歯車７２、第３傘歯車７４、及び、これらを保持する保持部材６（保持ブラケット６１、基端保持軸受６２）は、主軸５と共に、主軸順方向ＡＣに回転する。但し、上述したように、第２傘歯車７２及び第３傘歯車７４は、主軸５と同軸ではあるが、この主軸５に対して回転自在に保持されている。このため、いずれかのブレード３１をブレード軸線ＢＸの周りに回動させると、第１傘歯車７１（あるいは第１傘歯車１７１）を介して、主軸５の回転とは独立して、第２傘歯車７２及び第３傘歯車７４が回動し、残るブレード３１も各々のブレード軸線ＢＸの周りを同方向に連動して回動する。また逆に、第２傘歯車７２を主軸線ＡＸの周りに回動させると、各第１傘歯車７１，１７１を介して、各ブレード３１が、ブレード軸線ＢＸの周りを同方向に連動して回動する。即ち、各ブレード３１のピッチ角αを、連動して変化させることができる。
【００４４】
なお、上述したように、主軸５と第２傘歯車７２（第３傘歯車７４）は、ブレード３１のピッチ角αが変化途中でない場合には、同じ回転数で同期して回転している。そこで、主軸５の回転に対する第２傘歯車７２の回転の位相差φを考える（主軸５の位相を基準として、第２傘歯車７２の位相との位相差φを、主軸逆方向ＡＲに正、主軸順方向ＡＣに負に取ることとする）。すると、ブレード３１のピッチ角αが変化途中でない場合には、位相差φを一定に保ちつつ両者が同期して回転する。一方、ブレード３１のピッチ角αを変化させると、位相差φが変化する。具体的には、ブレード３１のピッチ角αを小さくすると、主軸５に対する第２傘歯車７２の位相が進み（主軸順方向ＡＣに回動し）、例えば、位相差φ１からφ２に減少（φ１＞φ２）し、その後、再び一定の位相差φ２で両者が同期して回転する。逆に、第２傘歯車７２を主軸５に対し相対的に回動させ、位相差φを変化させると、これに連動して、ブレード３１のピッチ角αが変化する。具体的には、主軸５に対し第２傘歯車７２を主軸逆方向ＡＲに相対的に回動させ、位相差φをφ３からφ４に増加（φ３＜φ４）させると、これに連動して、ブレード３１がブレード軸順方向ＢＣに回動して、そのピッチ角α大きくなる。
【００４５】
ここで、ブレード３１のピッチ角αは、図６に示すように、ブレード３１（翼部３３）の横断面において、ブレード３１の回転面とブレード３１（翼部３３）の翼弦線３３Ｌとのなす角をいう。図６のうち、（ａ）はピッチ角αが大きい場合を示し、（ｂ）はピッチ角αが小さい場合を示す。本実施形態では、ブレード３１は、ピッチ角可変範囲Ｒα内でピッチ角αを変化させることができるようにされている。後述するように、風速が小さい場合には、ブレード３１のピッチ角αを大きくして用いる（図６（ａ）参照）。一方、風速が中程度の場合には、ブレード３１のピッチ角αを小さくして用いる（図６（ｂ）参照）。さらに、風速が所定風速以上（例えば、風速２０ｍ／ｓ以上）の強風時には、再び、ブレード３１のピッチ角αを大きくして（図６（ａ）参照）、プロペラ３の回転数が高くなりすぎるのを防止する。
【００４６】
第１傘歯車１７１は、他の第１傘歯車７１と若干形状が異なっている。即ち、第１傘歯車１７１は、他の第１傘歯車７１の傘歯部７１Ａと同形状の傘歯部１７１Ａを有しているほか、径大の周縁部分が歯車形状の周歯部１７１Ｂとされている。この第１傘歯車１７１は、傘歯部７１Ａで第２傘歯車７２に噛み合うほか、後述するように、周歯部１７１Ｂで、コマ歯車９１と噛み合って、自身の回動によりコマ歯車９１を回動させる（図２、図７参照）。
【００４７】
保持ブラケット６１には、図４、図５に示す錘７６、及び、引き戻しバネ７７が設けられている。引き戻しバネ７７は、端部が保持ブラケット６１及び錘７６にそれぞれ接続され、次述するように、錘７６が遠心力でブレード軸逆方向ＢＲに回動をした場合に、これを引き戻す方向に付勢している。錘７６は、厚い金属板からなり、ブレード３１の基端部３２に直接固定された錘基端部７６Ａと、大きな面積（重量）を有する主部７６Ｂと、これを結ぶ延出部７６Ｅとからなる。この錘７６は、ブレード軸線ＢＸに一致する回動中心７６Ｄを中心に、ブレード３１と共に回動する。この錘７６は、ブレード３１やギアボックス１５や主軸５と共に、主軸線ＡＸを中心に回転する。すると、この錘７６には、遠心力が掛かる。図４を参照すれば理解できるように、錘７６は、実線で示した状態よりも、破線で示した状態の方が、その重心７６Ｃが、主軸線ＡＸから遠ざかった状態となる。従って、ブレード３１等が主軸順方向ＡＣに回転すると、この錘７６は、遠心力により、ブレード軸逆方向ＢＲに回動しようとする。これにより、錘７６と共に、これが固設されたブレード３１が、ブレード軸逆方向ＢＲ、即ち、ピッチ角αが小さくなる方向に回動させられる。
【００４８】
なお、図４を参照すれば理解できるように、本実施形態では、錘７６の形態を、回転によって錘７６に遠心力が働くと、主軸５の回転方向（本実施形態では主軸順方向ＡＣ）と逆方向（ブレード軸逆方向ＢＲ）に回動する形態としてある。このようにすると、プロペラ３の回転数が増加する段階で、錘７６が動きやすくピッチ角αを減少させやすい。加えて、この錘７６を取り付けたブレード３１の軸心ＢＸ（回動中心７６Ｄ）と錘７６の重心７６Ｃとを結ぶ線Ｌ７６に対して、錘基端部７６Ａから延びて主部７６Ｂに至る延出部７６Ｅが、一方側（図５において、ブレード軸順方向ＢＣ）に偏った形態とされている。この形態とすることで、延出部が回動中心７６Ｄから重心７６Ｃに向かってまっすぐ延びる偏りのない形状の錘を用いた場合に比して、回転して遠心力が発生した場合に、錘７６が重心７６Ｃのある側（ブレード軸逆方向ＢＲ）に回動しやすい。
【００４９】
本実施形態の風力発電体１では、所定風速未満（例えば、風速２０ｍ／ｓ未満）の低風速時ないし中風速時、即ち通常風速の風速範囲では、風速に応じてプロペラ３が回転する。風力発電体１は、上述のように構成されているので、所定風速未満の風速範囲では、風速が大きくなるほどプロペラ３の回転数は高くなる。すると、錘７６に生じる（重心７６Ｃに掛かる）遠心力が大きくなり、錘７６及びこれが固設されたブレード３１が、ブレード軸逆方向ＢＲに回動する。すると、このブレード３１の回動に連動して、第１傘歯車７１，１７１及び第２傘歯車７２を介して、残りのブレード３１もブレード軸逆方向ＢＲに回動する。かくして、所定風速未満の通常風速時には、風速が大きく（速く、高風速に）なるほど、各ブレード３１のピッチ角αが小さく設定される。これにより、さらに効率よくプロペラ３が高速回転し、主軸５を通じて、発電機１１で多くの電力を発生できるようになる。
【００５０】
次いで、スピナー４の当接リブ４２について説明する。第２傘歯車７２は、第１傘歯車７１，１７１と噛み合う傘歯部７２Ａとは逆側（先端側ＡＳ）に突出して円錐台面をなす被当接部７２Ｂを有している。一方前述したように、スピナー４は、内側に向けて環状に突出する当接リブ４２を有している。この当接リブ４２の先端部分は、スピナー４の移動によって第２傘歯車７２の被当接部７２Ｂに当接し、摩擦により第２傘歯車７２の回転を減速させ第１当接部４２Ａをなしている。さらに、当接リブ４２の先端付近は、コマ歯車９１に当接する第２当接部４２Ｂをもなしている。なお、図２に示すように、当接リブ４２（第２当接部４２Ｂ）とコマ歯車９１（次述する円弧部９１Ｂ）との間の隙間Ｓ２は、当接リブ４２（第１当接部４２Ａ）と第２傘歯車７２の被当接部７２Ｂとの間の隙間Ｓ１に比して小さく（Ｓ１＞Ｓ２）設定されている。
【００５１】
さらに、コマ歯車９１について説明する（図２、図７参照）。コマ歯車９１は、前述したように、第１傘歯車１７１の周歯部１７１Ｂに噛み合っている。このコマ歯車９１は、図２に示すように、保持ブラケット６１に固設された歯車軸９２に回動自在に保持されている。このコマ歯車９１は、図７に示すように、異形の歯車であり、第１傘歯車１７１の周歯部１７１Ｂと噛み合う歯車部９１Ａのほか、外周円弧状の円弧部９１Ｂと、直線状に切り欠かれ、円弧部９１Ｂよりも径小とされた切り欠き部９１Ｃとを有している。前述したように、第１傘歯車１７１は、ピッチ角可変範囲Ｒαの範囲内でプロペラ３の回転数に応じて回動する。コマ歯車９１の歯車部９１Ａは、この第１傘歯車１７１のピッチ角可変範囲Ｒαに適合する範囲に設けられている。このため、第１傘歯車１７１が例えばブレード軸逆方向ＢＲに回動すると、コマ歯車９１はこれに従動して第１方向Ｍ１に回動する。さらに、コマ歯車９１は、この回動範囲では、コマ歯車９１の最も先端側ＡＳ側の部位が、円弧部９１Ｂとなる形態としてある。従って、図７（ａ）に示すように、たとえスピナー４の当接リブ４２が後端側ＡＫに移動した場合でも、後端側ＡＫへの当接リブ４２の移動範囲は、コマ歯車９１の円弧部９１Ｂによって決定される。つまり、所定風速未満の通常風速時には、最も大きくスピナー４が移動した場合でも、スピナー４の当接リブ４２の第２当接部４２Ｂが、コマ歯車９１の円弧部９１Ｂに当接するに止まる。前述したように、隙間Ｓ１が隙間Ｓ２より大きい（Ｓ１＞Ｓ２）ため、所定風速未満の通常風速時には、スピナー４の当接リブ４２の第１当接部４２Ａが、第２傘歯車７２の被当接部７２Ｂに当接することはない。
【００５２】
しかるに、所定風速以上の高風速の風が吹いている強風時には、第１傘歯車１７１は、さらにブレード軸逆方向ＢＲに回動し、コマ歯車９１が第１方向Ｍ１に回動するので、図７（ｂ）に示すように、切り欠き部９１Ｃが、当接リブ４２の第２当接部４２Ｂに対向する配置となる。このため、強風によって、スピナー４が後端側ＡＫに移動すると、円弧部９１Ｂと切り欠き部９１Ｃとの径差Ｋ１分だけ、さらに、後端側ＡＫに移動可能となる。本実施形態の風力発電体１では、隙間Ｓ２と隙間Ｓ１との差は、径差Ｋ１よりも小さく設定してある（Ｓ２−Ｓ１＜Ｋ１）。このため、強風によって、スピナー４が後端側ＡＫに移動すると、スピナー４の当接リブ４２の第２当接部４２Ｂが、コマ歯車９１の切り欠き部９１Ｃに当接するよりも前に、当接リブ４２の第１当接部４２Ａが、第２傘歯車７２の被当接部７２Ｂに当接する。
【００５３】
前述したように、スピナー４は、スピナー回転翼４５によって主軸逆方向ＡＲに、つまり第２傘歯車７２とは逆方向に回転している。このため、スピナー４の第１当接部４２Ａが当接することで、スピナー４自身の慣性及び逆回転による慣性によって、主軸５と同速度で主軸順方向ＡＣへ回転していた第２傘歯車７２の回転が減速される。これにより、主軸５に比して、相対的に第２傘歯車７２が主軸逆方向ＡＲに回動されたことになる。即ち、主軸５の回転に対する第２傘歯車７２の回転の位相差φが、増加することになる。すると、この第２傘歯車７２の回動に連動して、第１傘歯車７１，１７１を介して、ブレード３１がそれぞれブレード軸順方向ＢＣに回動して、そのピッチ角αが大きくなる。つまり、第１当接部４２Ａの当接により、錘７６に生じていた遠心力が、一部相殺される。これにより、プロペラ３を回転させる力が減少し回転数が低下する。かくして、強風時に、プロペラ３の過回転が防止される。
【００５４】
以上のように、本実施形態１の風力発電装置１０（風力発電体１）において、第１傘歯車７１，１７１、第２傘歯車７２、及び、ブレード３１に固設された錘７６が、主軸５の回転数が高いほど、ブレード３１を低ピッチ角側であるブレード軸逆方向ＢＲに回動させる連動ピッチ変更機構７を構成している。具体的には、これらは、錘７６に生じた遠心力で各々のブレード３１を連動してブレード軸逆方向（低ピッチ角側）ＢＲに回動させる遠心力利用機構７となっている。
また、スピナー４の当接リブ４２及びコマ歯車９１は、強風時の風力によるスピナー４の後端側ＡＫへの移動により、ブレード３１をブレード軸順方向ＢＣ（高ピッチ角側）に回動させるピッチ戻し機構９を構成している。具体的には、スピナー４を後端側ＡＫへ変位させる力で、錘７６に生じる遠心力の少なくとも一部を相殺して、ブレード３１をブレード軸順方向ＢＣ（高ピッチ角側）に回動させる遠心力相殺機構９となっている。さらに具体的には、強風時にスピナー４を後端側ＡＫへ変位させる力で、スピナー４を第２傘歯車７２に当接させ、第２傘歯車７２の回転を減速させて、ブレード３１をブレード軸順方向ＢＣ（高ピッチ角側）に回動させる構成としてなる。
【００５５】
なお、本実施形態では、この錘７６を１つのブレード３１の基端部３２に固設した例を示したが、２つ以上（例えば４つ全部）のブレード３１の基端部３２に設けても良い。また、錘７６をブレード３１の基端部３２に直接固設支、ブレード３１を回動させるほか、錘の回動によって、第１傘歯車７１，１７１を回動させ、または第２傘歯車７２を回動させ、ギアボックス１５を通じて、ブレード３１を連動して回動させるように構成しても良い。
【００５６】
また、本実施形態では、スピナー４を第２傘歯車７２とは逆方向（主軸逆方向ＡＲ）に回転させるべく、スピナー回転翼４５を設ける例を示した。しかし、スピナー本体に溝を設けるなどスピナーを適宜の形状として、スピナーを逆方向に回転させても良い。また、スピナーの慣性による第２傘歯車７２の減速が十分得られるならば、スピナーを回転しないようにしても良い。
【００５７】
加えて、本実施形態では、スピナー４の当接リブ４２を直接、第２傘歯車７２の被当接部７２Ｂに当接させたが、ブレーキパッドなどの部材を介して間接に当接させても良い。あるいは、スピナー４の移動に従動するリンク機構を用いて別部材を、第２傘歯車７２に（先端側ＡＳから、径方向外側から、あるいは径方向内側から）当接させても良い。また、スピナー４の部位を第２傘歯車７２に当接させたが、第１傘歯車７１あるいは錘７６に当接あるいはこれらの回動に作用して、錘７６の遠心力の一部を相殺し、ブレード３１をブレード軸順方向ＢＣ（高ピッチ角側）に回動させるようにしても良い。
【００５８】
（実施形態２）
上述した実施形態１の風力発電装置１０では、錘７６で直接ブレード３１を回動させた。また、強風時に、ブレード３１をブレード軸順方向ＢＣ（高ピッチ角側）に回動させるにあたり、スピナー４の当接リブ４２及びコマ歯車９１を用いて、第２傘歯車７２の回転を減速させた。さらに、第２傘歯車７２の被当接部７２Ｂへの第１当接部４２Ａの当接力には、スピナー４に掛かる風力のみを用いていた。これに対し、本実施形態２の風力発電装置２１０では、スピナー２４０のうち主軸５の周囲に形成した主軸包囲筒２４４を第２傘歯車２７２に当接させる点、錘２７６の形態及び錘２７６の回動により第２傘歯車２７２を回動させる点、及び、磁石２９３，２９４によって当接する力を増加させる点で異なり、他の部分はほぼ同様である。そこで、異なる部分を中心に説明し、同様な部分についてはその記載を省略あるいは簡略化する。
【００５９】
まず、本実施形態２の風力発電体２０１の内部構造について、図８〜図１１を参照して説明する。本実施形態２では、実施形態１において説明したギアボックス１５（図４参照）とほぼ同様のギアボックス２１５を用いて、各ブレード３１のピッチ角αを連動して変更する。即ち、保持ブラケット６１内に配置され、差動歯車の形態に噛み合わされた第１傘歯車７１、第２傘歯車２７２及び第３傘歯車７４を用い、第２傘歯車２７２の回動を、各ブレード３１の回動に変換する。但し、実施形態１とは、第２傘歯車２７２の形態が異なる。即ち、実施形態１では、第２傘歯車７２は、そのうち傘歯部７２Ａの逆側に被当接部７２Ｂを有していた。しかし、本実施形態の第２傘歯車２７２では、その中央付近、主軸５の周囲を、被当接部２７２Ｂとしている（図９参照）。なお、実施形態１おけるコマ歯車９１に相当する部材は特に設けていない。
【００６０】
保持ブラケット６１には、錘２７６が回動自在に取り付けられている。この錘２７６は、実施形態１の錘７６と同様の作用を奏するが、その形態及び自身の回動によって、ブレード３１ではなく第２傘歯車２７２を回動させる。この錘２７６も、厚い金属板からなる。錘２７６は、保持ブラケット６１に軸支された錘基端部２７６Ａと、大きな面積（重量）を有する主部２７６Ｂと、これを結ぶ延出部２７６Ｅのほか、この延出部２７６Ｅに対しほぼ逆方向であるが、延出部２７６Ｅとは「く」の字状に曲がって延びる歯車接続部２７６Ｆとからなる。この錘２７６は、回動中心２７６Ｄを中心に回動可能となっている。なお、この歯車接続部２７６Ｆには、長孔形状のスリット２７６Ｇが穿孔されている。この第２傘歯車２７２に植設されたピン２７２Ｃが配置されて、歯車接続部２７６Ｆと係合している。
【００６１】
この錘２７６も、ブレード３１やギアボックス２１５や主軸５と共に、主軸線ＡＸを中心に主軸順方向ＡＣに回転する。すると、この錘２７６にも、遠心力が掛かる。図９を参照すれば理解できるように、錘２７６は、実線で示した状態よりも、二点鎖線及び一点鎖線で示した状態の方が、その重心２７６Ｃが、主軸線ＡＸから遠ざかった状態となる。従って、ブレード３１等が主軸順方向ＡＣに回転すると、この錘２７６は、遠心力により、主軸逆方向ＡＲに回動しようとする。すると、錘２７６の歯車接続部２７６Ｆに係合しているピン２７２Ｃと共に、第２傘歯車２７２が、主軸順方向ＡＣに回動させられる。即ち、主軸５に対する第２傘歯車２７２の位相が進む。するとこれに連動して、第１傘歯車７１を介して、ブレード３１がブレード軸逆方向ＢＲにそれぞれ回動して、そのピッチ角αが小さくなる。かくして、所定風速未満の通常風速の範囲では、プロペラ３（主軸５）の回転数が大きくなるほど、各ブレード３１のピッチ角αが小さく設定される。
【００６２】
次いで、スピナー２４０と第２傘歯車２７２の当接による、第２傘歯車２７２の減速について、図１０，図１１を参照して説明する。スピナー２４０も、樹脂からなり先端側ＡＳに凸状のドーム型のスピナー本体２４１を有している。また、スピナー２４０は、その内部中央に、後端側ＡＫに突出し、主軸５を包囲する円筒状の主軸包囲筒２４４を有している。この主軸包囲筒２４４の軸受保持部２４４Ａには、スピナー保持軸受２８１が保持されている。これにより、スピナー２４０は、主軸線方向ＡＨに進退可能に、かつ、主軸５の周りに回動自在に保持されている。さらに、このスピナー２４０は、主軸５の先端面５Ｓとスピナー本体２４１の内側中央のバネ当接面２４１Ｔとの間に回転自在に保持された付勢バネ２８２により、主軸線方向ＡＨの先端側ＡＳに向けて付勢されている。従って、このスピナー２４０は、前方、即ち、主軸線方向ＡＨの先端側ＡＳから風を受けた場合、その風力（風速）の大きさに応じて、付勢バネ２８２による先端側ＡＳへの付勢力に抗して、スピナー２４０自身が主軸線方向ＡＨの後端側ＡＫに移動する形態とされている。これらスピナー保持軸受２８１、スピナー２４０の軸受保持部２４４Ａ、付勢バネ２８２、及び主軸５（先端面５Ｓ）は、スピナー保持機構２８０を構成している。
【００６３】
主軸包囲筒２４４のうち、軸受保持部２４４Ａよりも後端側ＡＫの磁石保持部２４４Ｂには、円筒状の永久磁石からなるスピナー側磁石２９３が埋め込まれている。このスピナー側磁石２９３は、自身の軸線方向（図１０において、主軸線方向ＡＨ）に磁化され、先端側ＡＳがＳ極に後端側ＡＫがＮ極にされている。
さらに、主軸包囲筒２４４のうち、後端側ＡＫの端部は、後述するように第２傘歯車２７２に当接する当接部２４４Ｃとされている。
【００６４】
なお、実施形態１のスピナー４と同じく、このスピナー本体２４１の外側周囲にも、スピナー回転翼２４５が複数設けられている。このスピナー回転翼２４５により、スピナー２４０は主軸逆方向ＡＲに回転する。即ち、風力発電体２０１も、風を受けると、プロペラ３及び主軸５が主軸順方向ＡＣに回転する形態に、また、スピナー４が主軸逆方向ＡＲに回転する形態にされている。
【００６５】
一方、主軸５のうち、第２傘歯車２７２を保持する第２傘歯車軸受７３よりもやや先端側ＡＳには、スピナー側磁石２９３と主軸線方向ＡＨ寸法が同じで、これ及び軸受保持部２４４Ａよりも径小とされた、円筒状の永久磁石からなる主軸側磁石２９４が固定されている。この主軸側磁石２９４も、自身の軸線方向（図１０において、主軸線方向ＡＨ）に磁化され、スピナー側磁石２９３とは逆に、先端側ＡＳがＮ極に後端側ＡＫがＳ極にされている。
【００６６】
スピナー側磁石２９３と主軸側磁石２９４との、主軸線方向ＡＨの配置は、風が止まっている場合（風速が０の場合）、図１０に示すように、スピナー側磁石２９３はその全体が、主軸側磁石２９４の主軸線方向ＡＨ先端側ＡＳの端２９４Ｑよりも先端側ＡＳに位置する配置とされている。また、風速が所定風速以上の強風時の場合、スピナー２４０が大きく後端側ＡＫに移動し（図１１参照）、主軸包囲筒２４４の当接部２４４Ｃが第２傘歯車２７２の被当接部２７２Ｂ（図９参照）に当接する。この状態で、スピナー側磁石２９３は、その主軸線方向ＡＨの中央位置２９３Ｐが、主軸側磁石２９４の主軸線方向ＡＨ先端側ＡＳの端２９４Ｑよりも後端側ＡＫで、かつ、主軸側磁石２９４の主軸線方向ＡＨの中央位置２９４Ｐよりも先端側ＡＳに位置する配置とされている。
なお、スピナー側磁石２９３と主軸側磁石２９４との上述の配置を満たすように、スピナー側磁石２９３、主軸側磁石２９４及び主軸包囲筒２４４の主軸線方向ＡＨの寸法、付勢バネ２８２のバネ定数及び圧縮範囲、第２傘歯車２７２の主軸線方向ＡＨの位置、スピナー本体２４１の大きさ（風力を受ける実行断面積）等が考慮されている。
【００６７】
本実施形態２の風力発電体２０１では、まず、風速が０あるいは低風速の場合には、付勢バネ２８２の付勢力によって、図１０に示すように、スピナー２４０の主軸包囲筒２４４の当接部２４４Ｃは、第２傘歯車２７２の被当接部２７２Ｂと主軸線方向ＡＨ（図中左右方向）に離間している。
さらに、所定風速未満の中風速において風速が上昇（増大）する場合、スピナー２４０は、付勢バネ２８２の付勢力に抗して、後端側ＡＫに移動する。但し、スピナー２４０が後端側ＡＫに移動するほど、スピナー側磁石２９３（Ｎ極）と主軸側磁石２９４（Ｎ極）とが強く反発するため、この先端側ＡＳに向かう反発力も、スピナー２４０の後端側ＡＫへの移動を妨げることになる。なお、この時点では、前述のように、ブレード３１のピッチ角αは、小さく、かつ、錘２７６に生じる遠心力に応じた角度に設定されている。
【００６８】
一方、所定風速以上の高風速である強風時には、付勢バネ２８２の付勢力及びスピナー側磁石２９３（Ｎ極）と主軸側磁石２９４（Ｎ極）との反発力に抗して、さらにスピナー２４０が後端側ＡＫに移動し、スピナー側磁石２９３の主軸線方向ＡＨの中央位置２９３Ｐが、主軸側磁石２９４の主軸線方向ＡＨ先端側ＡＳの端２９４Ｑよりも後端側ＡＫに位置する。すると、スピナー側磁石２９３のＮ極と主軸側磁石２９４のＳ極とが引き合い、スピナー側磁石２９３のＮ極と主軸側磁石２９４のＮ極とが反発し合い、スピナー側磁石２９３のＳ極と主軸側磁石２９４のＮ極とが引き合うため、一転して、スピナー側磁石２９３には後端側ＡＫに向かう吸引力及び反発力が働く。これと共に、主軸包囲筒２４４の当接部２４４Ｃが第２傘歯車２７２の被当接部２７２Ｂに当接する（図１１参照）。なおこの状態では、主軸側磁石２９４により、スピナー側磁石２９３には後端側ＡＫに向かう力が働いているので、当接部２４４Ｃの被当接部２７２Ｂへの当接に当たっては、スピナー本体２４１が受ける風力のほか、上述の主軸側磁石２９４からの力も付加されて、当接部２４４Ｃが被当接部２７２Ｂに当接する力がより増加された状態となっている。
【００６９】
前述したように、スピナー２４０は、スピナー回転翼２４５によって主軸逆方向ＡＲに、つまり第２傘歯車２７２とは逆方向に回転している。このため、スピナー２４０の主軸包囲筒２４４の当接部２４４Ｃが当接することで、スピナー２４０自身の慣性及び逆回転による慣性によって、主軸５と同速度で主軸順方向ＡＣへ回転していた第２傘歯車２７２の回転が減速される。これにより、相対的に第２傘歯車７２が主軸逆方向ＡＲに回動され、主軸５と第２傘歯車７２の位相差φが増加する。即ち、当接部２４４Ｃの当接により、錘２７６に生じていた遠心力が、一部相殺される。すると、この第２傘歯車７２の回動に連動して、第１傘歯車７１を介して、ブレード３１がそれぞれブレード軸順方向ＢＣに回動して、そのピッチ角αが大きくなる。これにより、プロペラ３の回転数が低下し、強風時にプロペラ３の過回転が防止される。
【００７０】
しかも、本実施形態２の風力発電体２０１では、ブレード３１のピッチ角αの大小に拘わらず、強風が継続している間、スピナー２４０の主軸包囲筒２４４の当接部２４４Ｃが第２傘歯車２７２の被当接部２７２Ｂに当接し続けて（図１１参照）、ブレード３１のピッチ角αを大きくする方向に作用し続ける。このため、強風時に、確実にかつ十分にブレード３１のピッチ角αを大きくし、プロペラ３の回転数を確実に低下させることができる。
【００７１】
以上のように、本実施形態２の風力発電装置２１０（風力発電体２０１）において、第１傘歯車７１、第２傘歯車２７２、及び、錘２７６が、主軸５の回転数が高いほど、ブレード３１をブレード軸逆方向ＢＲに回動させる連動ピッチ変更機構２７０を構成している。具体的には、これらは、錘２７６に生じた遠心力で各々のブレード３１を連動して回動させる遠心力利用機構２７０となっている。
また、スピナー２４０の主軸包囲筒２４４、スピナー側磁石２９３及び主軸側磁石２９４は、強風時の風力によるスピナー２４０の後端側ＡＫへの移動により、ブレード３１をブレード軸順方向ＢＣ（高ピッチ角側）に回動させるピッチ戻し機構２９０を構成している。具体的には、スピナー２４０を後端側ＡＫへ変位させる力で、錘２７６に生じる遠心力の少なくとも一部を相殺して、ブレード３１をブレード軸順方向ＢＣ（高ピッチ角側）に回動させる遠心力相殺機構２９０となっている。さらに具体的には、強風時にスピナー２４０を後端側ＡＫへ変位させる力及び磁石２９３，２９４間に生じる吸引力及び反発力で、スピナー２４０を第２傘歯車２７２に当接させ、これの回転を減速させて、ブレード３１をブレード軸順方向ＢＣに回動させる構成とされている。特に、スピナー側磁石２９３と主軸側磁石２９４とは、スピナー２４０が第２傘歯車２７２に当接する力を増加させている。
【００７２】
なお、本実施形態２では、スピナー２４０の当接部２４４Ｃと第２傘歯車２７２の被当接部２７２Ｂとを、直接当接させた例を示した。しかし、図１０に破線で示すように、当接部２４４Ｃと被当接部２７２Ｂの少なくとも一方にブレーキパッド２９５を固着し、これを介して間接に当接部２４４Ｃと被当接部２７２Ｂとが当接するなど、他部材を介して間接に当接させても良い。
また、主軸側磁石２９４を主軸５に設けたが、例えば、第２傘歯車のうち主軸５の周囲に、先端側ＡＳの突出する筒部を設け、この筒部にスピナー側磁石と作用し合う磁石を設けても良い。また、実施形態２では、強風時に、スピナー側磁石に後端側ＡＫを向く吸引力が作用するのみならず、所定風速未満の通常風速時に、スピナー側磁石に先端側ＡＳを向く反発力が作用する形態に、スピナー側磁石２９３及び主軸側磁石２９４を配置したが、強風時に、スピナー側磁石に後端側ＡＫを向く吸引力が作用するのみとする構成に両磁石を配置しても良い。
【００７３】
（実施形態３）
上述した実施形態１，２の風力発電装置１０，２１０では、錘７６，２７６を用いることで、通常風速時においてプロペラ３の回転数が上昇するほど、直接あるいは間接にブレード３１を回動させた。一方、強風時には、錘７６，２７６による回動とは別に、スピナー４，２４０の一部を第２傘歯車７２に当接させて、その回転を減速させ、ブレード３１をブレード軸順方向ＢＣ（高ピッチ角側）に回動させた。
これに対し、本実施形態３の風力発電装置３１０では、錘を有しない。また、スピナー３４０のスピナー側筒部３４６及びカムピン３４７と、第２傘歯車３７２の歯車側筒部３７２Ｂ（貫通溝３７２Ｃ）とがなす円筒カム構造によって、スピナー３４０の後端側ＡＫへの移動を、直接、第２傘歯車３７２の主軸順方向ＡＣあるいは主軸逆方向ＡＲへの回動に変換する。そしてこれにより、通常風速時においては風速が大きいほど、ブレード３１をブレード軸逆方向（低ピッチ角側）ＢＲへ回動させる。一方、強風時において風速が大きいほど、ブレード軸順方向（高ピッチ角側）ＢＣへ回動させる。これらの点で実施形態１，２と異なり、他の部分はほぼ同様である。そこで、異なる部分を中心に説明し、同様な部分についてはその記載を省略あるいは簡略化する。
【００７４】
まず、本実施形態３の風力発電体３０１の内部構造について、図１２〜図１４を参照して説明する。本実施形態３では、実施形態１，２において説明したギアボックス１５，２１５（図４，図８参照）とほぼ同様のギアボックス３１５を用いて、各ブレード３１のピッチ角αを連動して変更する。即ち、保持ブラケット６１内に配置され、差動歯車の形態に噛み合わされた第１傘歯車７１、第２傘歯車３７２及び第３傘歯車７４を用い、第２傘歯車３７２の回動を、各ブレード３１の回動に変換する。但し、実施形態１，２とは、第２傘歯車３７２の形態が異なる。即ち、本実施形態３の第２傘歯車３７２は、第２傘歯車本体３７２Ａのほか、この第２傘歯車本体３７２Ａのうち、その中央付近で主軸５（第２傘歯車軸受７３）の周囲部分から、先端側ＡＳに突出する歯車側筒部３７２Ｂを有している。この歯車側筒部３７２Ｂには、主軸線方向ＡＨに延び、かつ、歯車側筒部３７２Ｂの周方向（主軸順方向ＡＣ及び主軸逆方向ＡＲ）に変移する「く」字状の貫通溝３７２Ｃが穿孔されている（図１４参照）。
【００７５】
本実施形態３のスピナー３４０も、スピナー４，２４０と同じく、樹脂からなり先端側ＡＳに凸状のドーム型のスピナー本体３４１を有している（図１２参照）。また、スピナー３４０は、その内部中央に、後端側ＡＫに突出して、主軸５を包囲する筒状のスピナー側筒部３４６を有している。このスピナー側筒部３４６は、主軸５に対して摺動し主軸線方向ＡＨに進退可能に主軸５に保持されている。但し、実施形態１，２とは異なり、主軸５とスピナー側筒部３４６とは、主軸５の周方向（主軸順方向ＡＣ及び主軸逆方向ＡＲ）に噛み合っており、回転不能とされている。即ち、スピナー３４０は、主軸５に対し、主軸線方向ＡＨについて移動可能であるが、周方向（主軸順方向ＡＣ及び主軸逆方向ＡＲ）について回転不能に保持されている。従って、本実施形態３では、このスピナー３４０も、ブレード３１及び主軸５の主軸順方向ＡＣの回転に従動して、主軸５と一体に回転する。さらに、このスピナー３４０は、主軸５の先端面５Ｓとスピナー本体３４１の内側中央のバネ当接面３４１Ｔとの間に保持された付勢バネ３８２により、主軸線方向ＡＨの先端側ＡＳに向けて付勢されている。従って、このスピナー３４０も、前方、即ち、主軸線方向ＡＨの先端側ＡＳから風を受けた場合、その風力（風速）の大きさに応じて、付勢バネ３８２による先端側ＡＳへの付勢力に抗して、スピナー３４０自身が主軸線方向ＡＨの後端側ＡＫに移動する形態とされている。これらスピナー３４０のスピナー側筒部３４６、付勢バネ３８２、及び主軸５（先端面５Ｓ）は、スピナー保持機構３８０を構成している。
【００７６】
さらに、スピナー３４０のスピナー側筒部３４６のうち、後端側ＡＫの部位には、一部がスピナー側筒部３４６の径方向外側（図１２において上方）に突出するカムピン３４７が植設されている。このカムピン３４７は、前述の歯車側筒部３７２Ｂの貫通溝３７２Ｃ内に配置されて貫通溝３７２Ｃ内を摺動する。これにより、スピナー３４０のスピナー側筒部３４６及びカムピン３４７と、第２傘歯車３７２の歯車側筒部３７２Ｂに形成した貫通溝３７２Ｃとは、スピナー側筒部３４６を原節とし、第２傘歯車３７２の歯車側筒部３７２Ｂを従節とする円筒カム構造となっており、スピナー側筒部３４６の主軸線方向ＡＨの動作を、歯車側筒部３７２Ｂの周方向の動きに変換することができる。
【００７７】
次いで、スピナー３４０の移動による第２傘歯車３７２及びブレード３１の回動について、図１４を参照して説明する。本実施形態２の風力発電体３０１では、まず、風速が０の場合には、付勢バネ３８２の付勢力によって、図１４（ａ）に示すように、スピナー３４０のカムピン３４７は、貫通溝３７２Ｃのうち、最も先端側ＡＳに位置する。そこで、この状態において、各ブレード３１のピッチ角αが、最も高い状態（図６（ａ）参照）となるように、予め、設定しておく。
【００７８】
所定風速未満の低風速ないし中風速の風速範囲では、スピナー３４０は、付勢バネ３８２の付勢力に抗して、風速に応じて主軸線方向ＡＨを移動する。これにより、カムピン３４７は、貫通溝３７２Ｃのうち、低中風速時使用域Ｃ１内を移動する。なお、貫通溝３７２Ｃは、この低中風速時使用域Ｃ１において、後端側ＡＫほど主軸逆方向ＡＲに変移する形態とされている。従って、所定風速未満の通常風速時においては風速が大きいほど、スピナー３４０は後端側ＡＫへの移動しこれに伴って、カムピン３４７も低中風速時使用域Ｃ１内を後端側ＡＫへ移動する。ところで前述したように、スピナー３４０は主軸５に対してその周方向に回転不能とされているので、カムピン３４７が後端側ＡＫへ移動すると、第２傘歯車３７２（歯車側筒部３７２Ｂ及び第２傘歯車本体３７２Ａ）が、貫通溝３７２Ｃ（低中風速時使用域Ｃ１）の変移とは逆の主軸順方向ＡＣに回動される。即ち、主軸５に対する第２傘歯車３７２の位相が進む。するとこれに連動して、第１傘歯車７１を介して、ブレード３１がブレード軸逆方向ＢＲにそれぞれ回動して、そのピッチ角αが減少する（図６（ｂ）参照）。かくして、所定風速未満の通常風速時には、風速に応じ風速が高速になるほど、各ブレード３１のピッチ角αが小さく設定される。これにより、さらに効率よくプロペラ３が高速回転し、主軸５を通じて、発電機１１で多くの電力を発生できるようになる。
【００７９】
本実施形態３の風力発電装置３１０（風力発電体３０１）では、上述のように、カムピン３４７が貫通溝３７２Ｃの低中風速時使用域Ｃ１内を移動している状態における、第１傘歯車７１、第２傘歯車３７２（第２傘歯車本体３７２Ａ、歯車側筒部３７２Ｂ、貫通溝３７２Ｃ）、スピナー３４０のスピナー側筒部３４６、及び、カムピン３４７が、風速が大きいほど、ブレード３１をブレード軸逆方向（低ピッチ角側）ＢＲに回動させる連動ピッチ変更機構３７０を構成している。また、第２傘歯車３７２の歯車側筒部３７２Ｂ及び貫通溝３７２Ｃと、スピナー３４０のスピナー側筒部３４６と、カムピン３４７は、第２傘歯車３７２とスピナー３４０とを結び、所定風速未満の風速範囲において、スピナー３４０が後端側ＡＫに移動するほど、第２傘歯車３７２を、ブレード３１のピッチ角αが小さくなる主軸順方向ＡＣに、回動させる低ピッチ結合回動機構３７８をなしている。
【００８０】
一方、所定風速以上の高風速の風速範囲、つまり強風時にも、スピナー３４０は、付勢バネ３８２の付勢力に抗して、風速に応じて主軸線方向ＡＨを移動する。これにより、カムピン３４７は、貫通溝３７２Ｃのうち、高風速時使用域Ｃ２内を移動する。なお、貫通溝３７２Ｃは、この高風速時使用域Ｃ２において、後端側ＡＫほど主軸順方向ＡＣに変移する形態とされている。従って、所定風速以上の強風時においても風速が大きくなるほど、スピナー３４０は後端側ＡＫへ移動しこれに伴って、カムピン３４７も高風速時使用域Ｃ２内を後端側ＡＫへ移動する。すると、第２傘歯車３７２（歯車側筒部３７２Ｂ及び第２傘歯車本体３７２Ａ）が、貫通溝３７２Ｃ（高風速時使用域Ｃ２）の変移とは逆の主軸逆方向ＡＲに回動される。即ち、主軸５に対する第２傘歯車３７２の位相が遅れる。するとこれに連動して、第１傘歯車７１を介して、ブレード３１がブレード軸順方向ＢＣにそれぞれ回動して、そのピッチ角αが増大する。かくして、所定風速以上の強風時には、風速に応じ風速が高速になるほど、各ブレード３１のピッチ角αが大きく設定される。これにより、プロペラ３を回転させる力が減少し回転数が低下する。かくして、強風時に、プロペラ３の過回転が防止される。
【００８１】
本実施形態３の風力発電装置３１０（風力発電体３０１）では、上述のように、カムピン３４７が貫通溝３７２Ｃの高風速時使用域Ｃ２内を移動している状態における、第１傘歯車７１、第２傘歯車３７２（第２傘歯車本体３７２Ａ、歯車側筒部３７２Ｂ、貫通溝３７２Ｃ）、スピナー３４０のスピナー側筒部３４６、及び、カムピン３４７が、所定風速以上の高風速時に加わる風力による、スピナー３４０の後端側ＡＫへの移動により、ブレード３１をブレード軸順方向（高ピッチ角側）ＢＣに回動させるピッチ戻し機構３９０を構成している。また、第２傘歯車３７２の歯車側筒部３７２Ｂ及び貫通溝３７２Ｃと、スピナー３４０のスピナー側筒部３４６と、カムピン３４７は、第２傘歯車３７２とスピナー３４０とを結び、所定風速以上の風速範囲において、スピナー３４０が後端側ＡＫに移動するほど、第２傘歯車３７２を、ブレード３１のピッチ角αが大きくなる主軸逆方向ＡＲに、回動させる高ピッチ結合回動機構３９１をなしている。
【００８２】
また、本実施形態３の風力発電装置３１０（風力発電体３０１）では、第１傘歯車７１、第２傘歯車３７２（第２傘歯車本体３７２Ａ、歯車側筒部３７２Ｂ、貫通溝３７２Ｃ）、スピナー３４０のスピナー側筒部３４６、及び、カムピン３４７は、所定風速未満の風速範囲において、スピナー３４０に加わる風力によりスピナー３４０が主軸線方向ＡＨの後端側ＡＫに移動するほど、ブレード３１をブレード軸逆方向（低ピッチ角側）ＢＲに回動させ、所定風速以上の風速範囲において、風力によりスピナー３４０が後端側ＡＫに移動するほど、ブレード３１をブレード軸順方向（高ピッチ角側）ＢＣに回動させるスピナー移動ピッチ変更機構３５０を構成している。
【００８３】
本実施形態３の風力発電体３０１では、強風が継続している間、カムピン３４７が貫通溝３７２Ｃの高風速時使用域Ｃ２内に位置し続けて、ブレード３１のピッチ角αを大きい状態のままとする。このため、強風時に、確実にブレード３１のピッチ角αを大きくし、プロペラ３の回転数を確実に低下させることができる。
【００８４】
また本実施形態３の風力発電体３０１では、ブレード３１のピッチ角αは、カムピン３４７の主軸線方向ＡＨの位置、従って、スピナー３４０の主軸線方向ＡＨの位置によって設定される。このため、風速に応じた適切なピッチ角αを設定することができる。しかも、貫通溝３７２Ｃの形状を適宜定めることにより、各風速におけるピッチ角αの大きさを容易に設定できる利点もある。
さらに、本実施形態３では、図１４に示すように、貫通溝３７２Ｃを、後端側ＡＫの後端側端３７２ＣＢの周方向位置が、先端側ＡＳの先端側端３７２ＣＡの周方向位置よりも、主軸順方向ＡＣに位置する形態としている。これにより、カムピン３４７が貫通溝３７２Ｃの後端側端３７２ＣＢに達するほどの強風の場合には、ブレード３１のピッチ角αを風速０の場合（図６（ａ）参照）よりも大きくして、プロペラ３（ブレード３１）に受ける風力をより減少させ、確実にプロペラ３の過回転を防止している。
【００８５】
以上において、本発明を実施形態１〜３に即して説明したが、本発明は上記実施形態１〜３に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態１〜３では、連動ピッチ変更機構７，２７０，３７０において、複数のブレード３１について連動してそのピッチ角αを変更するにあたり、第１傘歯車及び第２傘歯車を用いた歯車による力の伝達を用いて、ピッチ角αを変更した。しかし、連動ピッチ変更機構としては、例えば、実開昭５９−１９０９７８号公報（第１図）に記載のように、リンク機構を用いて、複数のブレード３１について連動してそのピッチ角αを変更する構成としても良い。
【００８６】
また、実施形態１〜３では、連動ピッチ変更機構７，２７０，３７０において、第１傘歯車７１等、第２傘歯車７２のほか、第３傘歯車７４をも用いた、差動歯車の形状のギアボックス１５等を用いたが、第３傘歯車を用いない形態とすることもできる。
また、実施形態２では、保持ブラケット６１のうち第２傘歯車２７２側（先端側ＡＳ）に、錘２７６を配置した。しかし、錘２７６を保持ブラケット６１の後端側ＡＫに配置し、第３傘歯車７４を錘２７６で回動させるようにしても良い。また、錘２７６で、第１傘歯車７１を回動させる構成としても良い。
【００８７】
さらに、実施形態３では、第２傘歯車３７２の歯車側筒部３７２Ｂに貫通溝３７２Ｃを、スピナー３４０のスピナー側筒部３４６にカムピン３４７を設けた例を示したが、これとは逆に、第２傘歯車３７２の歯車側筒部３７２Ｂにカムピンを、スピナー３４０のスピナー側筒部３４６に溝を設けても良い。また、スピナー３４０のスピナー側筒部３４６を、第２傘歯車３７２の歯車側筒部３７２Ｂの径方向内側に配置（スピナー側筒部３４６を歯車側筒部３７２Ｂよりも径小と）したが、これとは逆に、スピナー側筒部３４６を歯車側筒部３７２Ｂの径方向外側に配置（スピナー側筒部３４６を歯車側筒部３７２Ｂよりも径大と）しても良い。
【符号の説明】
【００８８】
ＡＸ  主軸線
ＡＨ  （主軸線に沿う）主軸線方向
ＡＳ  （主軸線方向のうち）先端側
ＡＫ  （主軸線方向のうち）後端側
ＡＣ  （低ピッチ角方向、主軸線の先端側から見た場合の時計回り方向である）主軸順方向
ＡＲ  （高ピッチ角方向、主軸線の先端側から見た場合の反時計回り方向である）主軸逆方向
ＢＸ  ブレード軸線
ＢＨ  （ブレード軸線に沿う）ブレード軸線方向
ＢＫ  （ブレード軸線方向のうち）基端側
ＢＣ  （高ピッチ角側，ブレード軸線の先端側から見た場合の時計回り方向である）ブレード軸順方向
ＢＲ  （低ピッチ角側，ブレード軸線の先端側から見た場合の反時計回り方向である）ブレード軸逆方向
α  （ブレードの）ピッチ角
１０，２１０，３１０  風力発電装置（風力原動機）
１，２０１，３０１  風力発電体
３  プロペラ
３１  ブレード
３２  （ブレードの）基端部
４，２４０，３４０  スピナー
４２  当接リブ
４２Ａ  （第２傘歯車の被当接部に当接する）第１当接部
４２Ｂ（コマ歯車に当接する）第２当接部
２４４  主軸包囲筒
２４４Ｃ  （主軸包囲筒のうち）当接部
３４６  スピナー側筒部
３４７  カムピン（突起）
３５０  スピナー移動ピッチ変更機構
５  主軸
５Ｓ  （主軸の）先端面
６  保持部材
６１  保持ブラケット
６２  基端保持軸受
７，２７０  連動ピッチ変更機構（遠心力利用機構）
３７０  連動ピッチ変更機構
７１，１７１  第１傘歯車
７２，２７２，３７２  第２傘歯車
７２Ｂ，２７２Ｂ  （スピナーが当接する）被当接部
３７２Ａ  第２傘歯車本体
３７２Ｂ  歯車側筒部
３７２Ｃ  貫通溝
Ｃ１  （貫通溝のうち）低中風速時使用域（第１移動範囲）
Ｃ２  （貫通溝のうち）高風速時使用域（第２移動範囲）
７６，２７６  錘
７６Ｃ，２７６Ｃ  重心
７６Ｄ，２７６Ｄ  回動中心
７６Ｅ，２７６Ｅ  延出部
Ｌ７６，Ｌ２７６  （錘の回動中心と重心とを結ぶ）線
３７８  低ピッチ結合回動機構
８，２８０，３８０  スピナー保持機構
８２，２８２，３８２  付勢バネ
９  第２傘歯車ブレーキ機構（遠心力相殺機構、ピッチ戻し機構）
９１  コマ歯車
２９０  ピッチ戻し機構（増加機構、遠心力相殺機構）
２９３  スピナー側磁石（移動側磁石）
２９３Ｐ  （スピナー側磁石の主軸線方向の）中央位置
２９４  主軸側磁石（固定側磁石）
２９４Ｐ  （主軸側磁石の主軸線方向の）中央位置
２９４Ｑ  （主軸側磁石の主軸線方向後端側の）端
３９０  ピッチ戻し機構
３９１  高ピッチ結合回動機構
３５０  スピナー移動ピッチ変更機構
１１  発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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