(57)【要約】【課題】風力発電装置に於いて、微風であっても効率よく発電して蓄電装置に充電する。【解決手段】風力発電装置５は、回転中心に対して回転可能なロータを備えるモノポール構成発電機１ａ，１ｂと、モノポール構成発電機１ａ，１ｂが発電する電力を、スイッチなどを用いてコイルレスで昇圧してバッテリを充電する充電回路と、ロータに接続され、回転中心の回りに配列された複数の羽根部３を備える回転駆動部とを備える。モノポール構成発電機１ａ，１ｂは、コギングトルクフリーなので微風でも効率よく発電する。充電回路は、コイルレスで昇圧するので、昇圧に伴う電力のロスを抑えて車載のバッテリや持ち出し可能な二次電池やウルトラキャパシタと呼ばれる大容量コンデンサなどに好適に充電することができると共に、スタンドアローン電源として負荷に電力を供給することができる。【選択図】図１
2014204648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心に対して回転可能なロータを備えるモノポール構成の発電機と、
前記発電機が発電する電力を、切替回路を用いてコイルレスで昇圧して蓄電装置を充電する昇圧回路と、
前記ロータに接続され、前記回転中心の回りに配列された複数の羽根を有する回転駆動部と、
を備えることを特徴とするモノポール構成の風力発電装置。
【請求項２】
前記昇圧回路は、前記切替回路を用いて前記発電機にバイアス電圧を印加することにより前記発電機が発電する電力をコイルレスで昇圧する、
ことを特徴とする請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項３】
前記昇圧回路は、前記発電機にバイアス電圧を印加する他の蓄電装置を備えており、
前記蓄電装置を充電したならば、更に前記蓄電装置から前記他の蓄電装置に電流を流し、電圧を均等化する、
ことを特徴とする請求項２に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項４】
前記昇圧回路は、複数のコンデンサを備え、
前記切替回路を用いて前記複数のコンデンサを並列接続し、前記発電機が発電する電力により前記複数のコンデンサを充電したのち、前記複数のコンデンサを直列接続に切り替えることによりコイルレスで昇圧する、
ことを特徴とする請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項５】
前記回転駆動部を覆うシュラウドを更に備え、
前記シュラウドは、内部に流入する風量を規制する入口フィルタを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項６】
トンネル内に設置される、
ことを特徴とする請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項７】
車両のルーフ上部に設置される、
ことを特徴とする請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項８】
前記車両のエンジンを切った状態にて、発電を行う、
ことを特徴とする請求項７に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項９】
前記車両のエンジンが掛かっている状態にて、発電を行う、
ことを特徴とする請求項７に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項１０】
前記回転駆動部は、軸方向が地面に対して垂直になるように設置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項１１】
前記複数の羽根は、奇数枚で構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項１２】
前記回転駆動部は、軸方向が地面に対して水平になるように設置されており、
前記回転駆動部は、略円筒形である、
ことを特徴とする請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項１３】
前記回転駆動部の前記複数の羽根は平面状である、
ことを特徴とする請求項１２に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項１４】
前記回転駆動部の前記複数の羽根は、所定の回転方向に湾曲している、
ことを特徴とする請求項１２に記載のモノポール構成の風力発電装置。
【請求項１５】
回転中心に対して回転可能なロータを備えるモノポール構成の発電機と、
前記ロータに接続され、前記回転中心の回りに配列される複数の羽根を有する第１の回転駆動部と、
前記ロータに接続され、前記回転中心の回りに配列される複数の羽根を有し、同一の風に対して前記第１の回転駆動部とは逆方向に回転する第２の回転駆動部と、
を備えることを特徴とするモノポール構成の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノポール構成の風力発電装置に関し、特に、小型で簡素なモノポール構成の風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電は、脱原発の救世主として注目されている安全な再生エネルギのひとつである。従来の風力発電装置は、大型の風車によって大電力を発電することが一般的である。大電力を発電するため、風力発電装置の風車は、ベーン、ブレード共に大きなものである必要があった。このような大型の風車では、躯体が大きいが故に、バードストライクなどによる鳥への被害、倒壊、過大入力などの懸案事項が多く、更にその高さと空中権の問題により、設置場所が制約される虞があった。
【０００３】
近年のセンサや街路灯など各種デバイスの省電力化に伴い、小型で簡素な風力発電装置のニーズが高まってきた。例えば、トンネルの壁面や天井付近の疲労を監視するトンネル壁面疲労監視システムに対して、停電などが発生しても継続的にデータを取得可能なロバスト性を持たせるため、各監視センサは、独立電源でバックアップすることが望ましい。トンネルには太陽光が射さないため、太陽光発電装置をセンサのバックアップ電源とすることはできない。しかし、トンネル内では風が吹くことから、風力発電装置をセンサのバックアップ電源とすることが考えられる。これにより、トンネル壁面疲労監視システムに、ロバスト性を持たせることが可能となる。
【０００４】
小型で簡素な風力発電装置を実現する上で、発電機のコギングトルクの問題がある。永久磁石による発電機では、外部から駆動されているときに、電気的負荷を掛けることにより発電が行われる。このような永久磁石による発電機に於いて、電機子巻線に電流を流さない状態で軸を回した際には、引っかかるような力が働き、脈動を感じる。これはコギングトルクと呼ばれている。コギングトルクとは、非励磁状態で回転子を動かした際に発生する磁気吸引力のことである。
従来の永久磁石による発電機では、コイルを通過する磁束密度を増やすため、磁束を導く珪素鋼鈑などのコアを備えていた。よって、コアと永久磁石との間に発生する磁気吸引力によって、比較的大きなコギングトルクが発生していた。
発電機は、コギングトルクが大きいと、負荷に対して入力が小さいときに発電しなくなる。従来の風力発電装置では、発電機のコギングトルクを乗り越えて発電するために風車を大型に構成しており、小型で簡素な風力発電装置の実現は難しいとされてきた。よってコギングトルクは、外部入力に対する外乱となるため、できる限り小さくすべきである。
【０００５】
特許文献１，２には、コギングトルクを小さくした発電機に関する技術が提案されている。特許文献１の要約書には、課題として、「低流速の流体を動力源として発電する場合であっても十分な発電能力を発揮する永久磁石発電機の提供。」と記載されている。特許文献１の段落００２０には、「第１永久磁石（６）と第２永久磁石（７）は同数個とされ、互いに向かい合う位置に配置される。第１永久磁石（６）と第２永久磁石（７）の対向面は互いに反対の極性とされる。これにより、第１永久磁石（６）から第２永久磁石（７）へ、或いは、第２永久磁石（７）から第１永久磁石（６）へ向けて磁力線が形成される。この磁力線は、コア無しコイル（５）の空心部（１２）を貫くことができる。また、第１永久磁石（６）は、隣り合う磁石の極性が同じ側の面で互いに反対の極性とされ、第２永久磁石（７）においても同様とされる。」と記載されている。
【０００６】
特許文献２の要約書には、課題として、「風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置において、増速機を使用しないで微風でも発電が可能で低速回転時における発電効率が高く構造の簡単な風力発電装置を提供することを目的とする。」と記載されている。
特許文献２の段落００２７には、「コイル１１Ａの空心部１４を扇形状に形成し、コイル１１Ａに対面する永久磁石９Ａの形状を、径方向は空心部１４と同一とし、周方向は空心部１４より拡げ、巻線部１５の略中間に延在する大きさの扇形状に形成した構成とする。」と記載されている。特許文献２の段落００３０には、「永久磁石９ＢをＮ極１６とＳ極１７の２個の磁石を組にしたユニット１８に分割して形成する。」と記載されている。
【０００７】
特許文献１に記載の技術は、発電機にコア無し（コアレス）コイルを用いている。特許文献２に記載の技術は、発電機に同様な空芯の（コアレス）コイルを用いている。これらの技術によれば、コギングトルクを抑えて、比較的小さな入力でも発電させることができる。特許文献１，２に記載の発電機は、磁石の磁性を交互に配置するバイポール配列によって構成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３２０３６４号公報
【特許文献２】特開平１１−２９９２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記したように、従来の永久磁石による発電機では、コイルを通過する磁束密度を増やすため、磁束を導く鉄心（コア）を備えていた。この発電機は、コギングトルクにより、入力が微弱な場合には発電できない。そのため、この発電機を備えた風力発電装置は、大型のものとなっていた。
【００１０】
特許文献１，２に記載の技術は、発電機にコアレスコイルを用いている。この発電機は、コギングトルクを抑えて、比較的小さな入力でも発電させることができる。しかし、特許文献１，２に記載の技術は、Ｎ極とＳ極とを交互に配置したバイポール配列の発電機であり、各コイルに流れる電流は周期的に反転を繰り返す。よって、電力を取り出していない状態でも、エネルギロスが発生すると共に、コギングトルクが発生する。
風力発電装置が、或る程度以上の大きさの風車を備えていれば、このコギングトルクを乗り越えて持続的に回転して発電可能である。しかし、小型で簡素な風力発電装置が備えている小さな風車では、微風で回りだそうとする際のコギングトルクを乗り越えられず、持続的に発電できない虞があった。
【００１１】
特許文献１，２に記載の技術では、発電機が発電するのは交流電力である。風力発電装置の出力電力の不安定さを補うには、発電した電力をバッテリなどの蓄電装置に充電して平準化する必要がある。よって、蓄電装置に充電するためには、交流を直流に整流する必要があった。
更にバッテリなどに充電するためには、このバッテリに１２Ｖ以上の電圧を印加する必要がある。昇圧コイルによる昇圧は、コイルの表皮効果による電力損失が無視し得ないために、好ましくない。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、微風であっても効率よく発電して蓄電装置に充電することが可能なモノポール構成の風力発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、モノポール構成の風力発電装置であって、回転中心に対して回転可能なロータを備えるモノポール構成の発電機と、前記発電機が発電する電力を、切替回路を用いてコイルレスで昇圧して蓄電装置を充電する昇圧回路と、前記ロータに接続され、前記回転中心の回りに配列される複数の羽根を有する回転駆動部とを備えるものである。
この発明によれば、コギングトルクが少ないモノポール構成の発電機を備えているので、微風であっても発電可能である。モノポール構成の発電機は、直流を発電するので、整流回路によるロスが発生しない。更にコイルレスで昇圧する昇圧回路を備えているので、昇圧コイルによる電力ロスを抑えて好適に蓄電装置に充電することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、前記昇圧回路は、前記切替回路を用いて前記発電機にバイアス電圧を印加することにより前記発電機が発電する電力をコイルレスで昇圧するものである。
この発明によれば、発電機が発電した電力を蓄電装置の両端電圧に昇圧することなく、蓄電装置を充電することができる。よって、昇圧コイルによる電力ロスを抑えて、好適に蓄電装置を充電することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、前記昇圧回路は、前記発電機にバイアス電圧を印加する他の蓄電装置を備えており、前記蓄電装置を充電したならば、更に前記蓄電装置から前記他の蓄電装置に電流を流し、電圧を均等化するものである。
この発明によれば、蓄電装置の電圧と、バイアス電圧を印加する他の蓄電装置の電圧とを均等化できるので、継続的に蓄電装置を充電することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、前記昇圧回路は、複数のコンデンサを備え、前記切替回路を用いて前記複数のコンデンサを並列接続し、前記発電機が発電した電力により前記複数のコンデンサを充電したのち、前記複数のコンデンサを直列接続に切り替えることによりコイルレスで昇圧するものである。
この発明によれば、複数のコンデンサを用いてコイルレスで昇圧して、蓄電装置を充電しているので、昇圧コイルによるロス無く好適に蓄電装置を充電することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、前記回転駆動部を覆うシュラウドを更に備え、前記シュラウドは、内部に流入する風量を規制する入口フィルタを備えるものである。
この発明によれば、シュラウドと入口フィルタによって回転駆動部を駆動する風量を規制しているので、耐久性を向上させることができる。更に、入口フィルタによって、所定風量を超えたときだけ規制するようにしたので、風量が少ないときには効率的に発電することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、トンネル内に設置されるものである。
この発明によれば、太陽光発電装置が設置できず、頻繁に風が吹くことが多いトンネル内に設置して、充分な電力を発電可能な場合が多く、トンネル内への設置に好適である。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、車両のルーフ上部に設置されるものである。
この発明によれば、風力発電装置は、より多くの電力を発電できる。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、前記車両のエンジンを切った状態にて発電を行うものである。
この発明によれば、車両の９５％以上を占める駐車状態に於いても発電することができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、前記車両のエンジンが掛かっている状態にて、発電を行うものである。
この発明によれば、車両の走行時やアイドリング時に於いても発電できる。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、前記回転駆動部は、軸方向が地面に対して垂直になるように設置されるものである。
この発明によれば、回転駆動部を充分な強度で支持することができる。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、前記複数の羽根は、奇数枚で構成されるものである。
この発明によれば、微風であっても、時計回り方向の力と反時計回り方向の力が釣り合うことなく回転を開始することができる。
【００２４】
請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、前記回転駆動部は、軸方向が地面に対して水平になるように設置されており、前記回転駆動部は、略円筒形であるものである。
この発明によれば、軸方向が地面に対して垂直になるように設置するよりも、回転駆動部の空間占有率が小さくなり、空力ドラッグの影響が小さくなり、着脱が簡便になり、ジャイロ効果を抑えて操縦安定性に対する影響が小さくなる。
【００２５】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、前記回転駆動部の前記複数の羽根が平面状のものである。
この発明によれば、前方からの風と後方からの風のどちらによっても、比較的好適に発電することができる。
【００２６】
請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載のモノポール構成の風力発電装置であって、前記回転駆動部の前記複数の羽根は、所定の回転方向に湾曲したものである。
この発明によれば、前方からの風によって、特に好適に発電することができる。
【００２７】
請求項１５に記載の発明は、モノポール構成の風力発電装置であって、回転中心に対して回転可能なロータを備えるモノポール構成の発電機と、前記ロータに接続され、前記回転中心の回りに等間隔で配列された複数の羽根を備える第１の回転駆動部と、前記ロータに接続され、前記回転中心の回りに等間隔で配列された複数の羽根を備え、同一の風に対して前記第１の回転駆動部とは逆方向に回転する第２の回転駆動部とを備えるものである。
この発明によれば、第１の回転駆動部による回転力と、第２の回転駆動部による回転力とが打ち消し合うので、操縦安定性が向上する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、微風であっても効率よく発電して蓄電装置に充電することが可能なモノポール構成の風力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に於ける風力発電装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に於ける入口フィルタの動作を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に於けるモノポール構成発電機の外観図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に於けるモノポール構成発電機の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に於けるコイルと磁石を示す構成図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に於ける発電装置の充電回路を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に於ける充電回路のモード遷移図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に於ける充電処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態に於ける風力発電装置を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に於けるモノポール構成発電機の断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に於ける風力発電装置の内部構成を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に於ける羽根の断面形状を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態の変形例に於ける羽根の断面形状を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に於ける発電装置の充電回路を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に於ける充電回路のモード遷移図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に於ける充電処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
なお、図面中の各要素は、発明の理解を容易にするために、適宜拡大、縮小又は簡略化されて描かれることがある。
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施形態に於ける風力発電装置５を示す斜視図である。
図１に示すように、第１の実施形態の風力発電装置５は、車両７のルーフ上側に設置され、入口フィルタ５１と、左右一対の側面シュラウド５２と、上面シュラウド５３とを備え、内部空間にモノポール構成発電機１ａ，１ｂを備えている。モノポール構成発電機１ａ，１ｂは、それぞれ円筒状のハウジングの回りに配列された複数の羽根部３を備えている。風力発電装置５は、風力によって発電した電力を、蓄電装置である車載のバッテリ６１（図６参照）に充電するものである。なお、図１では、入口フィルタ５１を取り外した状態を示している。
【００３２】
一般的に、車両７は、９５％以上がエンジンを切った駐車状態である。風力発電装置５は小型であり、エンジンを切った駐車状態とエンジンが掛かった状態の両方に於いて発電可能であり、特に駐車状態に受ける風を有効に利用可能なように構成されている。風力発電装置５は、コギングトルクが少ないモノポール構成発電機１ａ，１ｂを備えているので、例え微風であっても直流電力を発電することができる。よって、モノポール構成発電機１ａ，１ｂは、車両７の駐車状態に於いて強風から微風に亘って広く発電可能である。風力発電装置５は、太陽電池のような晴天と雨天との性能差が現れず、かつ、駐車場所が日陰であっても発電することができる。更に、風力発電装置５は、車両７の走行状態に於いてエンジンの充電装置と並行して発電することが可能である。
【００３３】
モノポール構成発電機１ａ，１ｂは、直流を発電するので、整流回路によるロスを発生させることなく、車載のバッテリなどに代表される蓄電装置に充電することができると共に、スタンドアローン電源として負荷に電力を供給することができる。モノポール構成発電機１ａ，１ｂが充電可能な蓄電装置は、車載バッテリに限定されず、他の持ち出し可能な二次電池やウルトラキャパシタと呼ばれる大容量コンデンサなどであってもよい。
風力発電装置５は、駐車時に発電した電力を車載のバッテリ６１（図６参照）に蓄えて、走行時の電動デバイスの駆動電源とすることで、車両７の燃費に貢献することができる。風力発電装置５は更に、冬季のプリヒートデバイスの駆動電源とすることで、車両７内部の寒さを緩和可能である。
入口フィルタ５１は、風を内部空間に取り込むものである。この入口フィルタ５１は、風が強すぎるときに、羽根部３を駆動する風量を規制するスクリーンを有している。これにより、風力発電装置５の劣化を防いで耐久性を向上させることができる。入口フィルタ５１の反対側には、出口部５４が開口している。出口部５４は、入口フィルタ５１から取り込まれた風の出口である。
【００３４】
側面シュラウド５２および上面シュラウド５３は、モノポール構成発電機１ａ，１ｂを格納する内部空間を形成している。側面シュラウド５２および上面シュラウド５３は、入口フィルタ５１と共に、風の強さを規制して、この風力発電装置５の劣化を防いで耐久性を向上させている。更に、側面シュラウド５２および上面シュラウド５３は、モノポール構成発電機１ａ，１ｂの羽根部３を覆っており、羽根部３の回転からユーザを保護している。
【００３５】
モノポール構成発電機１ａ，１ｂは、入口フィルタ５１近傍に２台が設置されている。モノポール構成発電機１ａ，１ｂの羽根部３は、軸方向が地面に対して垂直に設置されている。これにより、回転駆動する部位を充分な強度で支持することができる。
これらモノポール構成発電機１ａの円筒形のハウジング（第１の回転駆動部が）備える羽根部３と、モノポール構成発電機１ｂの円筒形のハウジング（第２の回転駆動部）が備える羽根部３とは、入口フィルタ５１を通過した同一の風によって、それぞれ時計回りと反時計回りに回転するように構成されている。これにより、モノポール構成発電機１ａの羽根部３の回転力と、モノポール構成発電機１ｂの羽根部３の回転力とが打ち消しあうので、車両７の操縦安定性を向上させることができる。
【００３６】
図２（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に於ける入口フィルタ５１の動作を示す図である。図２（ａ）は、風力発電装置５が設置された車両７を示している。図２（ｂ）は、風を規制している状態を示している。図２（ｃ）は、風を規制していない状態を示している。
図２（ａ）に示すように、風力発電装置５は、車両７のルーフ上部に設置されている。高所では、より強い風が吹くことが経験的に知られている。よって、風力発電装置５は、駐車時に於いて最も強い風を受けることができる。更に風力発電装置５は、車両７の前部からの風を受けるように構成されている。
【００３７】
図２（ｂ）に示すように、風が強すぎるときには、入口フィルタ５１が風の強さを規制する。これにより、内部空間へ取り込まれる風量は少なくなる。モノポール構成発電機１ａ，１ｂの回転速度は所定値で飽和するため、それ以上の風量を取り込まないように入口フィルタ５１で規制することにより、風力発電装置５の耐久性および効率を向上させることができる。
【００３８】
図２（ｃ）に示すように、入口フィルタ５１が風の強さを規制していないときには、内部空間に取り込まれる風量は多くなる。よって、モノポール構成発電機１ａ，１ｂの回転速度が飽和していないときには、風量を規制せずに発電することができる。
【００３９】
図３（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に於けるモノポール構成発電機１ａの外観図である。図３（ａ）は、モノポール構成発電機１ａの平面図を示している。図３（ｂ）は、モノポール構成発電機１ａを斜め上方から見た外観図である。図３（ｃ）は、モノポール構成発電機１ａを斜め下方から見た外観図である。なお、モノポール構成発電機１ｂは、モノポール構成発電機１ａの鏡像対称となるように構成されている。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、モノポール構成発電機１ａは、破線で示した中空シャフト２７を中心に、上部ハウジング１４が回転可能に取り付けられている。この中空シャフト２７は、地面に対して垂直に設置される。これにより、回転中心を含んだ中空シャフト２７は、回転駆動部である上部ハウジング１４や下部ハウジング１６を、充分な強度で支持することができる。
上部ハウジング１４には、５枚の羽根部３の上部支持部３１が取り付けられている。５枚の羽根部３は、破線で示した中空シャフト２７の回りに放射状に配列されている。
図に示すＡ−Ａ線は、後記する図４の断面を示す図である。モノポール構成発電機１ａは、奇数枚である５枚の羽根部３を備えている。これにより、微風であっても、時計回り方向の力と反時計回り方向の力が釣り合うことなく回転を開始することができる。
【００４１】
図３（ｂ）に示すように、モノポール構成発電機１ａは、円形の上部ハウジング１４に５個の上部支持部３１が取り付けられている。上部ハウジング１４は、円筒形の側面ハウジング１５の上に固定されている。円形の下部ハウジング１６（不図示）は、５個の下部支持部３３が取り付けられている。
上部支持部３１と下部支持部３３との間には、それぞれ反時計方向に湾曲した羽根３２が取り付けられて、羽根部３を構成している。羽根部３は、円筒形のハウジングの回りに配列されている。この羽根３２が風を受けて反時計方向に回転することにより、上部ハウジング１４、側面ハウジング１５、下部ハウジング１６が反時計方向に回転する。
【００４２】
図３（ｃ）に示すように、モノポール構成発電機１ａは、固定台４の上に回転可能に取り付けられている。この固定台４を車両７（図１参照）のルーフ上側に固定して風を導くことにより、モノポール構成発電機１ａの回転子を回転させて発電することができる。
【００４３】
図４は、第１の実施形態に於けるモノポール構成発電機１ａの断面図である。
図４に示すように、第１の実施形態のモノポール構成発電機１ａは、回転子である円板状のロータ１２と、同一の極が片面を向くようにロータ１２に設置された６個の磁石１１と、これら磁石１１に軸方向に近接し、かつ、ロータ１２に対して垂直に配置された固定子であるコアレスコイル２１とを有するものである。
【００４４】
磁石１１は、ロータ１２の回転中心に対して回転対称に設置されている、ロータ１２は、コアレスコイル２１と磁石１１との間隔を調整するギャップ調整リング１３を介して、円形の上部ハウジング１４の内側下面に接着されている。この上部ハウジング１４は、円筒形の側面ハウジング１５の上にネジで固定されている。側面ハウジング１５の下側には、円形の下部ハウジング１６がネジで固定されている。上部ハウジング１４の中央および下部ハウジング１６の中央には、ボールベアリング１７が設置されて中空シャフト２７と接している。このボールベアリング１７によって、上部ハウジング１４と下部ハウジング１６とは、中空シャフト２７に対して回転可能である。
【００４５】
羽根部３は、その上部支持部３１によって上部ハウジング１４にネジで固定され、下部支持部３３によって下部ハウジング１６にネジで固定されている。上部支持部３１と下部支持部３３とは、羽根３２を支持している。この羽根３２が風を受けて回転することにより、羽根部３は上部ハウジング１４と下部ハウジング１６とを回転駆動する。羽根部３、上部ハウジング１４、側面ハウジング１５、下部ハウジング１６は、回転駆動部を構成している。
回転軸である中空シャフト２７は、筒型であり、固定台４に固定されている。中空シャフト２７の内部には、コイル線２６が通っている。中空シャフト２７には、モールディングコイル２０を支持するコイル台固定フランジ２５が固定されている。
【００４６】
モールディングコイル２０は、円形のコイルケース２４の上に、各コアレスコイル２１を固定するコイルベース２３が接着されている。各コアレスコイル２１は、注入樹脂２２によってコイルベース２３に固定されている。モールディングコイル２０の構造については、後記する図４、図５で詳細に説明する。
固定子であるコアレスコイル２１は、回転子であるロータ１２の回転方向を向くように設置されている。
図５（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態に於けるコアレスコイル２１と磁石１１の構成を示す断面図、平面図、下面図である。
図５（ａ）の断面図と、図５（ｂ）の平面図に示すように、回転子である円形のロータ１２の下部には、６個の磁石１１が回転対称に設けられている。各磁石１１は、同一の極が片面を向くようにロータ１２に設置されている。
【００４７】
図５（ｃ）の平面図と、図５（ｄ）の断面図に示すように、円形のコイルベース２３の上部には、固定子である１０個のコアレスコイル２１が回転対象に設けられている。
図５（ｅ）の平面図は、コアレスコイル２１と磁石１１とが軸方向に近接している様子を示した図である。各コアレスコイル２１は、ロータ１２に対して垂直に配置されている。
ロータ１２が回転することにより、各コアレスコイル２１に直流電流が生じる。よって、モノポール構成発電機１は、直流電力を発電することができる。
【００４８】
但し、バッテリ６１（図６参照）を充電するには、１２Ｖレベルでなければならない。
ここで、昇圧コイルを用いて電圧を１２Ｖに昇圧すると、微風によって発電した電力の殆どが昇圧コイルの表皮効果で消滅してしまう虞がある。よって、以下のような昇圧回路である充電回路６によって、モノポール構成発電機１が発電した電力をコイルレスで昇圧することにより、バッテリ６１（図６参照）に充電することができる。
【００４９】
図６（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に於ける発電装置の充電回路６を示す図である。図６（ａ）は、全てオフのモードを示している。図６（ｂ）は、コンデンサ充電モードを示している。図６（ｃ）は、バッテリ充電モードを示している。
図６（ａ）に示すように、昇圧回路である充電回路６は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１と、コンデンサＣ１〜Ｃ４と、電圧センサ６２，６４，６５と、電流センサ６３と、不図示の制御回路とを備えている。制御回路（不図示）には、電圧センサ６２，６４，６５が検知した電圧情報と、電流センサ６３が検知した電流情報とが出力され、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を制御する制御信号を出力する。充電回路６は、バッテリ６１に充電するため、モノポール構成発電機１が発電した電力を昇圧する昇圧回路である。充電回路６は、コイルレスで昇圧しているので、昇圧コイルによる電力ロスを抑えて好適にバッテリ６１に充電することができる。
【００５０】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１は、例えばＦＥＴ（Field effect transistor）であり、制御回路（不図示）の制御信号によってオンとオフとを切り替えるものである。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１は、コンデンサＣ１〜Ｃ４を並列接続や直列接続に切り替える切替回路を構成する。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１は、電磁リレー、ソリッドステート・リレー、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）などの任意のスイッチ素子を用いてもよい。
電圧センサ６２は、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃを計測するものである。電圧センサ６４は、バッテリ６１の両端電圧Ｖｂを計測するものである。電流センサ６３は、バッテリ６１に流れる電流Ｉｂを計測するものである。
モノポール構成発電機１の正極は、スイッチＳＷ１１を介してコンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他端とモノポール構成発電機１の負極とは、グランドに接続されている。更に、モノポール構成発電機１には、電圧センサ６５が接続されている。制御回路（不図示）は、電圧センサ６５によって、モノポール構成発電機１が発電しているか否かを検知する。
【００５１】
コンデンサＣ１の一端は、スイッチＳＷ１を介してコンデンサＣ２の一端に接続され、スイッチＳＷ４を介してコンデンサＣ２の他端に接続されている。コンデンサＣ１の他端は、スイッチＳＷ７を介してコンデンサＣ２の他端に接続されている。
コンデンサＣ２の一端は、スイッチＳＷ２を介してコンデンサＣ３の一端に接続され、スイッチＳＷ５を介してコンデンサＣ３の他端に接続されている。コンデンサＣ２の他端は、スイッチＳＷ８を介してコンデンサＣ３の他端に接続されている。
【００５２】
コンデンサＣ３の一端は、スイッチＳＷ３を介してコンデンサＣ４の一端に接続され、スイッチＳＷ６を介してコンデンサＣ４の他端に接続されている。コンデンサＣ３の他端は、スイッチＳＷ９を介してコンデンサＣ４の他端に接続されている。
コンデンサＣ４の一端は、スイッチＳＷ１０と電流センサ６３とを介して、バッテリ６１の正極側に接続されている。バッテリ６１の負極側は、グランドに接続されている。
図６（ａ）に示す全てオフのモードでは、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ１１がオフ状態である。
【００５３】
図６（ｂ）に示すように、コンデンサ充電モードに於いて、充電回路６は、スイッチＳＷ１１と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３と、スイッチＳＷ７〜ＳＷ９とがオン状態である。スイッチＳＷ４〜ＳＷ６と、スイッチＳＷ１０とがオフ状態である。モノポール構成発電機１の正極と負極との間に、コンデンサＣ１〜Ｃ４が並列に接続される。よって、コンデンサＣ１〜Ｃ４は、モノポール構成発電機１が発電した電流に基づき、電荷を蓄えることができる。
制御回路（不図示）は、モノポール発電状態が維持できている中風の場合や強風の場合は、無負荷の場合の回転速度の７０％程度になるように、コンデンサＣ１〜Ｃ４やコアレスコイル２１の並列数の切り替えと負荷制御とを行う。コンデンサＣ１〜Ｃ４やコアレスコイル２１の並列数の切り替えは、マイコンを備えた制御回路（不図示）が各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を切り替えることによって行う。これにより、微風から強風までの入力による最適化を図ることができる。負荷制御は、マイコンを備えた制御回路（不図示）が行い、充電する電流値を制限してコアレスコイル２１による損失を低減させて、充電効率を高めるものである。
【００５４】
図６（ｃ）に示すように、バッテリ充電モードに於いて、充電回路６は、スイッチＳＷ１１と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３と、スイッチＳＷ７〜ＳＷ９とがオフ状態である。スイッチＳＷ４〜ＳＷ６と、スイッチＳＷ１０とがオン状態である。コンデンサＣ１〜Ｃ４は直列に接続されて昇圧し、バッテリ６１に昇圧された電圧を印加し、蓄えた電荷をバッテリ６１に流して充電する。よって、昇圧回路である充電回路６は、昇圧コイルによるロス無く好適に、蓄電装置であるバッテリ６１を充電することができる。
【００５５】
図７は、第１の実施形態に於ける充電回路６のモード遷移図である。
この風力発電装置５が起動すると、初期モードＭ１０を介して、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１が全てオフされているモードＭ１１に遷移する。
モードＭ１１に於いて、制御回路（不図示）は、モノポール構成発電機１が発電していることを検知したならば、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を図６（ｂ）の状態に切り替えてコンデンサ充電モードＭ１２に遷移する。
【００５６】
コンデンサ充電モードＭ１２は、充電回路６により、モノポール構成発電機１が発電した電力を、コンデンサＣ１〜Ｃ４の電荷として蓄えるモードである。
コンデンサ充電モードＭ１２に於いて、制御回路（不図示）は、コンデンサＣ１〜Ｃ４の充電が完了し、かつ、バッテリ６１の充電が未了であることを検知したならば、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を図６（ｃ）の状態に切り替えてバッテリ充電モードＭ１３に遷移する。更に制御回路（不図示）は、モノポール構成発電機１が発電していないことを検知したならば、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を全てオフしてモードＭ１１に遷移する。
バッテリ充電モードＭ１３は、充電回路６により、コンデンサＣ１〜Ｃ４が蓄えた電荷を、バッテリ６１に流して充電するモードである。
バッテリ充電モードＭ１３に於いて、制御回路（不図示）は、コンデンサＣ１〜Ｃ４の充電が未了であることを検知したならば、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を図６（ｂ）の状態に切り替えてコンデンサ充電モードＭ１２に遷移する。制御回路（不図示）は、バッテリ６１の充電が完了したことを検知したならば、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を全てオフしてモードＭ１１に遷移する。
【００５７】
図８は、第１の実施形態に於ける充電処理を示すフローチャートである。制御回路（不図示）が充電処理のフローチャートを実行することにより、図７に示すモード遷移が実現される。
充電回路６の制御回路（不図示）は、例えば、タイマ割り込みなどにより、周期的に処理を開始する。
【００５８】
ステップＳ１０に於いて、制御回路（不図示）は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１の状態を判定する。制御回路（不図示）は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１が全てオフされていたならば、ステップＳ１１の処理を行い、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１がコンデンサ充電モードに切り替えられていたならば、ステップＳ１３の処理を行い、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１がバッテリ充電モードに切り替えられていたならば、ステップＳ１８の処理を行う。
ステップＳ１１に於いて、制御回路（不図示）は、電圧センサ６５により、モノポール構成発電機１の両端電圧を検知し、所定値を超えているか否かによって、モノポール構成発電機１が発電しているか否かを検知する。制御回路（不図示）は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１２の処理を行い、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、図８の処理を終了する。
【００５９】
ステップＳ１２に於いて、制御回路（不図示）は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１をコンデンサ充電モードに設定し、図８の処理を終了する。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４は、モノポール構成発電機１が発電した電力を電荷として蓄えることができる。
【００６０】
ステップＳ１３に於いて、制御回路（不図示）は、電圧センサ６２により電圧Ｖｃを測定し、例えば３［Ｖ］を超えているか否かによって、コンデンサＣ１〜Ｃ４の充電が完了したか否かを判断する。ここで３［Ｖ］とは、バッテリ６１の電圧１２［Ｖ］を、コンデンサＣ１〜Ｃ４の個数で割った値である。制御回路（不図示）は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１４の処理を行い、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ１６の処理を行う。
ステップＳ１４に於いて、制御回路（不図示）は、電圧センサ６４により電圧Ｖｂを測定し、充電完了値を超えているか否かによって、バッテリ６１の充電が完了したか否かを判断する。制御回路（不図示）は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１６の処理を行い、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ１５の処理を行う。
【００６１】
ステップＳ１５に於いて、制御回路（不図示）は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１をバッテリ充電モードに設定し、図８の処理を終了する。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４に蓄えた電荷をバッテリ６１に流して充電することができる。
ステップＳ１６に於いて、制御回路（不図示）は、電圧センサ６５によりモノポール構成発電機１の両端電圧を検知し、所定値を超えているか否かによって、モノポール構成発電機１が発電しているか否かを検知する。制御回路（不図示）は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、図８の処理を終了し、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ１７の処理を行う。
ステップＳ１７に於いて、制御回路（不図示）は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を全てオフして、図８の処理を終了する。
【００６２】
ステップＳ１８に於いて、制御回路（不図示）は、電圧センサ６４により電圧Ｖｂを測定し、充電完了値を超えているか否かによって、バッテリ６１の充電が完了したか否かを判断する。制御回路（不図示）は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１９の処理を行い、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ２０の処理を行う。
ステップＳ１９に於いて、制御回路（不図示）は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を全てオフして、図８の処理を終了する。
ステップＳ２０に於いて、制御回路（不図示）は、電圧センサ６２により電圧Ｖｃを測定し、例えば３［Ｖ］を超えているか否かによって、コンデンサＣ１〜Ｃ４の充電が完了したか否かを判断する。制御回路（不図示）は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、図８の処理を終了し、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ２１の処理を行う。
ステップＳ２１に於いて、制御回路（不図示）は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１をコンデンサ充電モードに設定し、図８の処理を終了する。
【００６３】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態に於ける風力発電装置５Ａを示す斜視図である。
図９に示すように、風力発電装置５Ａは、車両７のルーフ上側に設置され、風量を規制する実装シュラウド５５と、２個のフィルタ５１Ａとを備え、内部空間に２台の羽根部３Ａに機械的に接続されたモノポール構成発電機１Ａを２台備えている。これら２台の羽根部３Ａは、軸受５７で回転可能に支持され、かつ、２個の防護ケース５６で覆われている。この防護ケース５６は、金属製の網で構成され、羽根部３Ａの回転からユーザを保護するものである。なお、図９では、説明のため、手前側の防護ケース５６を取り外した状態を示している。
【００６４】
実装シュラウド５５は、モノポール構成発電機１Ａと羽根部３Ａと軸受５７と防護ケース５６とを覆っている。２個のフィルタ５１Ａは、実装シュラウド５５の上側に対称的に設けられており、羽根部３Ａの下部に風が当たらないように規制する共に、羽根部３Ａの上部に風を当てるようにしている。これにより、羽根部３Ａは、風によって回転駆動する。
２個のフィルタ５１Ａは、風を内部空間に取り込むものである。これらフィルタ５１Ａは、風が強すぎるときに、羽根部３Ａを駆動する風量を規制するスクリーンを有している。これにより、風力発電装置５Ａの劣化を防いで耐久性を向上させることができる。
羽根部３Ａは、軸方向が地面に対して水平になるように設置されている。これにより、軸方向が地面に対して水平になるように設置するよりも、空間占有率が小さくなり、空力ドラッグの影響が小さくなり、着脱が簡便になり、ジャイロ効果を抑えて操縦安定性に対する影響が小さくなる。
【００６５】
図１０は、第２の実施形態に於けるモノポール構成発電機１Ａの断面図である。
図１０に示すように、第２の実施形態のモノポール構成発電機１Ａは、第１の実施形態と同様に、回転子である円板状のロータ１２と、同一の極が片面を向くようにロータ１２に設置された６個の磁石１１と、これら磁石１１に軸方向に近接し、かつ、ロータ１２に対して垂直に配置された固定子であるコアレスコイル２１とを有するものである。固定子であるコアレスコイル２１は、回転子であるロータ１２の回転方向を向くように設置されている、このコアレスコイル２１は、コイルシュラウド２２Ａによって固定されている。
【００６６】
磁石１１は、ロータ１２の回転中心に対して回転対称に設置されている、ロータ１２は、回転軸である回転シャフト２７Ａに固定されている。回転シャフト２７Ａは、第１ハウジング１４Ａおよび第２ハウジング１６Ａと、ボールベアリング１７を介して回転可能に接している。
第１ハウジング１４Ａは、側面ハウジング１５Ａにネジで固定されている。側面ハウジング１５Ａには、第２ハウジング１６Ａがネジで固定されている。第１ハウジング１４Ａおよび第２ハウジング１６Ａには、ボールベアリング１７が設置されて回転シャフト２７Ａと接している。このボールベアリング１７によって、回転シャフト２７Ａは、第１ハウジング１４Ａおよび第２ハウジング１６Ａに対して回転可能である。
更に側面ハウジング１５Ａは、コイルシュラウド２２Ａを固定している。コイルシュラウド２２Ａの構造については、後記する図９、図１０で詳細に説明する。
【００６７】
図１１（ａ），（ｂ）は、第２の実施形態に於ける風力発電装置５Ａの内部構成を示す図である。
図１１（ａ）に示すように、風力発電装置５Ａの内部には、２台のモノポール構成発電機１Ａが線対称に設けられている。各モノポール構成発電機１Ａと軸受５７との間には、羽根部３Ａが回転可能に設けられている。２つの羽根部３Ａは、それぞれ防護ケース５６によって覆われている。図１１（ａ）では説明のため、手前側の防護ケース５６を取り外した状態を示している。
【００６８】
図１１（ｂ）は、羽根部３Ａから防護ケース５６を取り外し、更にモノポール構成発電機１Ａの第１ハウジング１４Ａと側面ハウジング１５Ａと第２ハウジング１６Ａを取り外した状態を示している。コイルシュラウド２２Ａの中心には、回転シャフト２７Ａが差し込まれて回転し、よってロータ１２（磁石１１）がコアレスコイル２１に、軸方向に近接して回転する。このロータ１２は、羽根部３Ａと機械的に接続されて回転するように構成されている。羽根部３Ａは、ロータ１２に回転シャフト２７Ａが機械的に接続されており、回転駆動部を構成している。
羽根部３Ａは、回転軸３６と、その両端に固定された円板状の端部３４，３５と、羽根３２Ａとを備えている。羽根３２Ａは、平板状であり、端部３４，３５の間に固定され、かつ、回転軸３６の回りに放射状に配列している。羽根部３Ａは、その上部に風を受けることにより、モノポール構成発電機１Ａのロータ１２を回転させて発電する。
【００６９】
図１２（ａ１）〜（ｂ２）は、第２の実施形態に於ける羽根部３Ａの断面形状を示す図である。
羽根部３Ａは、回転軸３６の回りに放射状に配列された３枚の羽根３２Ａを備えている。羽根部３Ａは、奇数枚である３枚の羽根３２Ａを備えているので、微風であっても、時計回り方向の力と反時計回り方向の力が釣り合うことなく回転を開始することができる。
図１２（ａ１）に示すように、前方である図左側から風力Ｗ１を受けたとき、羽根部３Ａに、時計回り方向の回転力Ｗ４が発生する。それと共に、図１２（ａ２）に示すように、風力Ｗ１の巻き込みＷ２と、羽根３２Ａを外側に引っ張る力Ｗ３とが発生する。
図１２（ｂ１）に示すように、後方である図右側から風力Ｗ５を受けたとき、羽根部３Ａに、反時計回り方向の回転力Ｗ８が発生する。それと共に、図１２（ｂ２）に示すように、風力Ｗ１の巻き込みＷ６と、羽根３２Ａを外側に引っ張る力Ｗ７が発生する。
このように、羽根３２Ａを平板状とすることにより、前方からの風力Ｗ１と後方からの風力Ｗ５のどちらによっても、比較的好適にモノポール構成発電機１Ａのロータ１２を回転させて発電することができる。
また、回転軸３６と３枚の羽根３２Ａとの間には、空隙３７が設けられている。これにより、羽根部３Ａは、風の異方性による羽根まわりの抵抗などを緩和することができ、効率よく双方向に回転することができる。
【００７０】
図１３は、第２の実施形態の変形例に於ける羽根部３Ｂの断面形状を示す図である。
図１３に示すように、羽根部３Ｂは、回転軸３６の回りに放射状に配列された羽根３２Ｂを備えている。羽根３２Ｂは、時計回り方向に湾曲している。このとき、前方である図左側から風力Ｗ１を受けたとき、羽根部３Ｂに、時計回り方向の回転力Ｗ４が最も好適に発生する。よって、前方からの風力Ｗ１により、特に好適にモノポール構成発電機１Ａのロータ１２を回転させて発電することができる。また、回転軸３６と３枚の羽根３２Ｂとの間には、空隙３７が設けられている。これにより、羽根部３Ｂは、風の異方性による羽根まわりの抵抗などを緩和することができ、効率よく双方向に回転することができる。
【００７１】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施形態に於ける発電装置の充電回路６Ａを示す図である。図１４（ａ）は、全てオフのモードを示している。図１４（ｂ）は、発電中モードを示している。図１４（ｃ）は、電圧均等化モードを示している。
図１４（ａ）に示すように、昇圧回路である充電回路６Ａは、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２と、電圧センサ６４−１，６４−２，６５と、電流センサ６３−１，６３−２と、第１バッテリ６１−１と、不図示の制御回路とを備え、第２バッテリ６１−２に接続されている。充電回路６Ａは、モノポール構成発電機１Ａにバイアス電圧を掛けて昇圧し、第２バッテリ６１−２に充電するものである。この図では、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２は両方ともオフ状態である。
【００７２】
第１バッテリ６１−１は、両端電圧が１２［Ｖ］の二次電池であり、この風力発電装置５Ａが備えているものである。第１バッテリ６１−１の負極はグランドに接続されている。第１バッテリ６１−１の両端には、電圧センサ６４−１が接続されている。第１バッテリ６１−１の正極は、スイッチＳＷ２１を介してモノポール構成発電機１Ａの負極に接続されている。スイッチＳＷ２１は、モノポール構成発電機１Ａに対して１２［Ｖ］のバイアス電圧を掛けるか否かを切り替えるものである。
モノポール構成発電機１Ａの正極と負極との間には、電圧センサ６５が接続されている。モノポール構成発電機１Ａの正極は、電流センサ６３−２を介して第２バッテリ６１−２の正極に接続されている。第２バッテリ６１−２の両端には、電圧センサ６４−２が接続されている。第２バッテリ６１−２の負極は、グランドに接続されている。
第２バッテリ６１−２は、車両７（図９参照）に搭載されて、この車両７の各種電動デバイスを駆動するものである。第１バッテリ６１−１の正極と第２バッテリ６１−２の正極との間は、電流センサ６３−１とスイッチＳＷ２２とが直列に接続されている。
【００７３】
図１４（ｂ）に示すように、発電中モードに於いて、制御回路（不図示）は、切替回路であるスイッチＳＷ２１をオンし、スイッチＳＷ２２をオフするように制御する。これにより、モノポール構成発電機１Ａが微風によって回り始めて電圧が数［Ｖ］だけ上昇した場合であっても、モノポール構成発電機１Ａの負極に１２［Ｖ］のバイアス電圧を印加しているので、１２［Ｖ］以上を第２バッテリ６１−２に印加して電流Ｉｂ２を流し、充電することができる。モノポール構成発電機１Ａに１２［Ｖ］のバイアス電圧を印加するのは、他の蓄電装置である第１バッテリ６１−１である。
充電回路６Ａは、発電機が発電した電力を蓄電装置の両端電圧に昇圧することなく、バイアス電圧を印加してコイルレスで昇圧している。よって、昇圧コイルによる電力ロスを抑えて、好適に蓄電装置である第２バッテリ６１−２を充電することができる。
【００７４】
図１４（ｃ）に示すように、電圧均等化モードに於いて、制御回路（不図示）は、スイッチＳＷ２１をオフし、スイッチＳＷ２２をオンするように制御する。これにより、第２バッテリ６１−２の正極から第１バッテリ６１−１の正極に電流Ｉｂ１が流れる。よって、第１バッテリ６１−１の電圧Ｖｂ１と第２バッテリ６１−２の電圧Ｖｂ２とを、均等化することができる。よって、充電回路６Ａは、第１バッテリ６１−１の電圧降下を防ぎ、蓄電装置である第２バッテリ６１−２を継続的に充電することができる。
【００７５】
図１５は、第２の実施形態に於ける充電回路６Ａのモード遷移図である。
この風力発電装置５Ａが起動すると、初期モードＭ２０を介して、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２が全てオフされているモードＭ２１に遷移する。
モードＭ２１に於いて、制御回路（不図示）は、モノポール構成発電機１Ａが発電しており、かつ、第２バッテリ６１−２の充電が未了であることを検知したならば、各スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を図１４（ｂ）の状態に切り替えて、発電中モードＭ２２に遷移する。
【００７６】
発電中モードＭ２２は、充電回路６Ａにより、モノポール構成発電機１Ａにバイアス電圧を印加して、発電した電力を蓄電装置である第２バッテリ６１−２に充電するモードである。
発電中モードＭ２２に於いて、制御回路（不図示）は、モノポール構成発電機１Ａが発電しておらず、または、第２バッテリ６１−２の充電が完了したことを検知したならば、各スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を図１４（ｃ）の状態に切り替えて、電圧均等化モードＭ２３に遷移する。
電圧均等化モードＭ２３は、充電回路６Ａにより、第２バッテリ６１−２から第１バッテリ６１−１に電流を流して、これらの電圧を均等化するモードである。
電圧均等化モードＭ２３に於いて、制御回路（不図示）は、モノポール構成発電機１Ａが発電しており、かつ、第２バッテリ６１−２の充電が未了であることを検知したならば、各スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を図１４（ｂ）の状態に切り替えて、発電中モードＭ２２に遷移する。更に制御回路（不図示）は、第１バッテリ６１−１の電圧Ｖｂ１と、第２バッテリ６１−２の電圧Ｖｂ２との均等化が完了したならば、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２が全てオフしてモードＭ２１に遷移する。
【００７７】
図１６は、第２の実施形態に於ける充電処理を示すフローチャートである。制御回路（不図示）が充電処理のフローチャートを実行することにより、図１５に示すモード遷移が実現される。
充電回路６Ａの制御回路（不図示）は、例えば、タイマ割り込みなどにより、周期的に処理を開始する。
【００７８】
ステップＳ３０に於いて、制御回路（不図示）は、電圧センサ６５によりモノポール構成発電機１Ａの両端電圧を検知し、所定値を超えているか否かによって、モノポール構成発電機１Ａが発電しているか否かを判断する。制御回路（不図示）は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ３１の処理を行い、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ３３の処理を行う。
ステップＳ３１に於いて、制御回路（不図示）は、電圧センサ６４−２により電圧Ｖｂ２を検知し、所定値を超えているか否かによって、第２バッテリ６１−２が充電完了しているか否かを判断する。制御回路（不図示）は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ３３の処理を行い、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ３２の処理を行う。
なお、これに限られず、制御回路（不図示）は、発電中モードに於いて、電流センサ６３−２に流れる電流値が所定値以下であるか否かによって、第２バッテリ６１−２が充電完了しているか否かを判断してもよい。
【００７９】
ステップＳ３２に於いて、制御回路（不図示）は、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を、図１４（ｂ）に示す発電中モードに設定し、図１６の処理を終了する。
ステップＳ３３に於いて、制御回路（不図示）は、電圧センサ６４−１，６４−２により、それぞれ電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２を検知し、これら電圧Ｖｂ１と電圧Ｖｂ２の差の絶対値が所定値以下であるかによって、電圧均等化済みであるか否かを判断する。制御回路（不図示）は、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ３４の処理を行い、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ３５の処理を行う。
なお、これに限られず、制御回路（不図示）は、発電中モードに於いて、電流センサ６３−１に流れる電流値が所定値以下であるかによって、電圧均等化済みであるか否かを判断してもよい。
ステップＳ３４に於いて、制御回路（不図示）は、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を、図１４（ｃ）に示す電圧均等化モードに設定し、図１６の処理を終了する。
ステップＳ３５に於いて、制御回路（不図示）は、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を全てオフして、図１６の処理を終了する。
【００８０】
（変形例）
以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
本発明の変形例として、例えば、次の（ａ）〜（ｆ）のようなものがある。
【００８１】
（ａ）  上記実施形態の風力発電装置５，５Ａを用いて、車載のバッテリ６１ではなく、外付けの二次電池などに充電して、非常時持ち出し電源として活用してもよい。
【００８２】
（ｂ）  上記実施形態の風力発電装置５，５Ａが発電した電力は、電力系統などを介して売電してもよい。
【００８３】
（ｃ）  上記実施形態の風力発電装置５，５Ａは、車載用途に限定されず、トンネルや高架下へ設置してもよい。このような場所では、太陽光があまり入射しないため、太陽光発電は適していない。また、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などを用いた環境振動発電では、充分な電力を発電できない。トンネルや高架下では、頻繁に風が吹くことが多いため、風力発電装置５，５Ａは、充分な電力を発電可能な場合が多く、よって、これらの場所への設置に好適である。
【００８４】
（ｄ）  上記実施形態の風力発電装置５，５Ａは、二次電池と組み合わせて、例えば、夜間監視モニタの駆動用電源や、防災センサの駆動用電源や、街路灯の駆動用電源などの独立電源に用いてもよい。これにより、電力線を新たに敷設することなくセンサやモニタなどを駆動させることができるので、地域の防犯や防災などに役立てることができる。
【００８５】
（ｅ）  第１実施形態の風力発電装置５は、充電回路６の代わりに第２の実施形態の充電回路６Ａを備えていてもよい。同様に第２実施形態の風力発電装置５Ａは、充電回路６Ａの代わりに第１の実施形態の充電回路６を備えていてもよい。
【００８６】
（ｆ）  上記実施形態の風力発電装置５，５Ａは、正極と負極とを電圧センサで計測することにより、発電しているか否かを判断している。しかし、これに限られず、風力発電装置は、ホールセンサなどでロータ１２が回転しているか否かを判断することにより、発電しているか否かを判断してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１，１ａ，１ｂ，１Ａ  モノポール構成発電機
１１  磁石
１２  ロータ
１３  ギャップ調整リング
１４  上部ハウジング  （ハウジング）
１４Ａ  第１ハウジング  （ハウジング）
１５  側面ハウジング  （ハウジング）
１５Ａ  側面ハウジング  （ハウジング）
１６  下部ハウジング  （ハウジング）
１６Ａ  第２ハウジング  （ハウジング）
１７  ボールベアリング
２０  モールディングコイル
２１  コアレスコイル
２２  注入樹脂
２２Ａ  コイルシュラウド
２３  コイルベース
２４  コイルケース
２５  コイル台固定フランジ
２６  コイル線
２７  中空シャフト  （回転中心）
２７Ａ  回転シャフト  （回転中心）
３，３Ａ  羽根部
３１  上部支持部
３２，３２Ａ，３２Ｂ  羽根
３７  空隙
４  固定台
５，５Ａ  風力発電装置
５１  入口フィルタ
５１Ａ  フィルタ
５２  側面シュラウド
５３  上面シュラウド
５４  出口部
５５  実装シュラウド
５６  防護ケース
５７  軸受
６，６Ａ  充電回路  （昇圧回路）
６１  バッテリ  （蓄電装置）
６１−１  第１バッテリ  （他の蓄電装置）
６１−２  第２バッテリ  （蓄電装置）
６３，６３−１，６３−２  電流センサ
６２，６４，６４−１，６４−２，６５  電圧センサ
【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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【図１５】
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【図１６】
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