(57)【要約】【課題】電力を効率良く伝送するとともに故障しにくい風力発電装置を提供すること。【解決手段】風力発電装置が有する所定の回転軸または回動軸の一部に、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下であり、回転軸または回動軸に応じて回転する第１および第２の電極（回転電極２１１，２１２）と、第１および第２の電極とは近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てるとともに、回転軸または回動軸を支持する支持体に所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下である第３および第４の電極（固定電極２１３，２１４）と、を有し、第１および第２の電極または第３および第４の電極に対して所定の周波数の交流電力を印加し、これらの電極間で電力を非接触で伝送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車によって風力を回転力に変換し、この回転力によって発電機を駆動して電力を発生する風力発電装置において、
前記風力発電装置が有する所定の回転軸または回動軸の一部に、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下であり、前記回転軸または前記回動軸に応じて回転する第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極とは近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てるとともに、前記回転軸または前記回動軸を支持する支持体に所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下である第３および第４の電極と、を有し、
前記第１および第２の電極または前記第３および第４の電極に対して所定の周波数の交流電力を印加し、これらの電極間で電力を非接触で伝送する、
ことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記第１および第２の電極は、前記所定の回転軸または回動軸の周に対応してそれぞれの断面が円形または多角形である筒状に形成されるとともに、軸方向に所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下であり、前記回転軸または前記回動軸に応じて回転する第１および第２の回転電極によって構成され、
前記第３および第４の電極は、前記第１および第２の回転電極に対応してそれぞれの断面が円形または多角形である筒状に形成されるとともに、前記第１および第２の回転電極とは近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てるとともに、軸方向に所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下であり、前記回転軸または前記回動軸を支持する支持体に設けられた第１および第２の固定電極によって構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記第１および第２の電極は、前記所定の回転軸または回動軸の端面の中心に設けられた第１の中心電極と、前記第１の中心電極を囲む環状形状を有し、前記第１の中心電極の外縁から径方向に所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む軸の中心からの合計幅が近傍界であるλ／２π以下である第１の環状電極とによって形成され、これら第１の中心電極および第１の環状電極は、前記回転軸または前記回動軸に応じて回転し、
前記第３および第４の電極は、前記第１の中心電極に対向するとともに、近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てて設けられた第２の中心電極と、前記第２の中心電極を囲む環状形状を有し、前記第２の中心電極の外縁から径方向に所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む軸の中心からの合計幅が近傍界であるλ／２π以下である第２の環状電極とによって形成され、これら第２の中心電極および第２の環状電極は、前記回転軸または前記回動軸を支持する支持体に設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記発電機が配置されたナセルと、
前記ナセルを地面から所定の高さの位置に配置するとともに、前記ナセルが風向きに応じて回動可能に支持するタワーとを有し、
前記回動軸は、前記ナセルと前記タワーの間のヨー軸であり、前記ナセルから前記タワーに対して電力を非接触で伝送する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記風車の表面には太陽電池パネルが配置され、
前記回転電極は前記風車の回転軸に配置され、
前記固定電極は前記発電機が配置されたナセルに配置され、
前記風車の前記太陽電池パネルで発電された電力を、前記ナセルに対して非接触で伝送する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記ナセルの表面には太陽電池パネルが配置され、
前記ナセルに配置された前記太陽電池パネルで発電された電力を含む電力を、前記ナセルから前記タワーに対して電力を非接触で伝送する、
ことを特徴とする請求項４または５に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、風力発電装置の風車の表面に太陽電池パネルを設けることで、風車のみで発電する場合に比較して、発電電力と稼働率を高めることが可能な風力発電装置が公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平６−３４１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された技術では、太陽電池パネルで発電された電力を、発電機が配置されたナセルに伝送する方法が開示されていない。一般的に、回転軸を介して電力を伝送する場合、回転軸に設けられた回転電極と、固定電極とを電気的に接触させることで電力を伝送する。しかし、このような方法では、機械的な摩擦が生じることから、接触不良によって電力の伝送ロスが生じたり、故障が生じたりする場合がある。また、風力発電装置は、高所に配置されることから、落雷に遭遇する可能性が高く、落雷に遭遇した場合には、このような回転電極と固定電極の間に非常に大きな電流が流れることから、故障を生じる原因となる。
【０００５】
そこで、本発明は、電力を効率良く伝送するとともに、故障しにくい風力発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、風車によって風力を回転力に変換し、この回転力によって発電機を駆動して電力を発生する風力発電装置において、前記風力発電装置が有する所定の回転軸または回動軸の一部に、所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下であり、前記回転軸または前記回動軸に応じて回転する第１および第２の電極と、前記第１および第２の電極とは近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てるとともに、前記回転軸または前記回動軸を支持する支持体に所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下である第３および第４の電極と、を有し、前記第１および第２の電極または前記第３および第４の電極に対して所定の周波数の交流電力を印加し、これらの電極間で電力を非接触で伝送する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、電力を効率良く伝送するとともに、故障しにくい風力発電装置を提供できる。
【０００７】
また、本発明の一側面は、前記第１および第２の電極は、前記所定の回転軸または回動軸の周に対応してそれぞれの断面が円形または多角形である筒状に形成されるとともに、軸方向に所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下であり、前記回転軸または前記回動軸に応じて回転する第１および第２の回転電極によって構成され、前記第３および第４の電極は、前記第１および第２の回転電極に対応してそれぞれの断面が円形または多角形である筒状に形成されるとともに、前記第１および第２の回転電極とは近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てるとともに、軸方向に所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む合計幅が近傍界であるλ／２π以下であり、前記回転軸または前記回動軸を支持する支持体に設けられた第１および第２の固定電極によって構成される、ことを特徴とする。
このような構成によれば、回転軸とその周辺部において電力の送受電が可能になる。
【０００８】
また、本発明の一側面は、前記第１および第２の電極は、前記所定の回転軸または回動軸の端面の中心に設けられた第１の中心電極と、前記第１の中心電極を囲む環状形状を有し、前記第１の中心電極の外縁から径方向に所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む軸の中心からの合計幅が近傍界であるλ／２π以下である第１の環状電極とによって形成され、これら第１の中心電極および第１の環状電極は、前記回転軸または前記回動軸に応じて回転し、前記第３および第４の電極は、前記第１の中心電極に対向するとともに、近傍界であるλ／２π以下の距離を隔てて設けられた第２の中心電極と、前記第２の中心電極を囲む環状形状を有し、前記第２の中心電極の外縁から径方向に所定の距離を隔てて配置され、当該所定の距離を含む軸の中心からの合計幅が近傍界であるλ／２π以下である第２の環状電極とによって形成され、これら第２の中心電極および第２の環状電極は、前記回転軸または前記回動軸を支持する支持体に設けられることを特徴とする。
このような構成によれば、回転軸の端面において電力の送受電が可能になる。
【０００９】
また、本発明の一側面は、前記発電機が配置されたナセルと、前記ナセルを地面から所定の高さの位置に配置するとともに、前記ナセルが風向きに応じて回動可能に支持するタワーとを有し、前記回動軸は、前記ナセルと前記タワーの間のヨー軸であり、前記ナセルから前記タワーに対して電力を非接触で伝送する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、ナセルが風によって回動した場合でも、電力を効率良く伝送するとともに、落雷による故障を防ぐことができる。
【００１０】
また、本発明の一側面は、前記風車の表面には太陽電池パネルが配置され、前記回転電極は前記風車の回転軸に配置され、前記固定電極は前記発電機が配置されたナセルに配置され、前記風車の前記太陽電池パネルで発電された電力を、前記ナセルに対して非接触で伝送する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、風車の表面に配置された太陽電池パネルからの電力を効率良く伝送することができる。
【００１１】
また、本発明の一側面は、前記ナセルの表面には太陽電池パネルが配置され、前記ナセルに配置された前記太陽電池パネルで発電された電力を含む電力を、前記ナセルから前記タワーに対して電力を非接触で伝送することを特徴とする。
このような構成によれば、ナセル本体の面積も有効利用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電力を効率良く伝送するとともに、故障しにくい風力発電装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る風力発電装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示す非接触電力伝送部２１の構成例を示す図である。
【図３】図１に示す非接触電力伝送部３０の構成例を示す図である。
【図４】図２，３に示す非接触電力伝送部の動作原理を説明するための図である。
【図５】図２，３に示す非接触電力伝送部の動作原理を説明するための図である。
【図６】図５の等価回路を示す図である。
【図７】図５に示す非接触電力伝送部の伝送効率および反射損の周波数特性を示す図である。
【図８】図５に示す非接触電力伝送部の入力インピーダンス特性を示す図である。
【図９】図２，３に示す非接触電力伝送部の他の構成例を説明するための図である。
【図１０】図２，３に示す非接触電力伝送部の他の構成例を説明するための図である。
【図１１】図１０の等価回路である。
【図１２】図１０に示す非接触電力伝送部の伝送効率および反射損の周波数特性を示す図である。
【図１３】図１０に示す非接触電力伝送部の入力インピーダンス特性を示す図である。
【図１４】図２，３に示す非接触電力伝送部の他の構成例を説明するための図である。
【図１５】図２，３に示す非接触電力伝送部の他の構成例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
（Ａ）実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る風力発電装置の構成例を示す図である。この図に示すように、本発明の実施形態に係る風力発電装置は、風車１０、ナセル２０、非接触電力伝送部３０、タワー４０、および、送電装置５０を主要な構成要素としている。
【００１６】
ここで、風車１０は、風力を回転力に変換し、回転軸１４を介してナセル２０に伝達する。風車１０の表面には太陽電池パネル１１が配置されており、この太陽電池パネル１１によって発生された電力は、図示しない接続線によって変換部１３に伝導される。変換部１３は、風車１０の中心に配置されたハブ１２内に配置され、太陽電池パネル１１の効率が最大になるようにＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行うとともに、直流電力を所定の周波数の交流電力に変換し、接続線１５を介して非接触電力伝送部２１に供給する。
【００１７】
ナセル２０は、非接触電力伝送部２１、増速機２２、発電機２３、合成部２４、および、接続線２５〜２７を主要な構成要素としている。
【００１８】
ここで、非接触電力伝送部２１は、後述するように、非接触で電力を伝送する機能を有し、変換部１３から供給される電力を、合成部２４に伝送する。増速機２２は、回転軸１４を介して伝達される風車１０の回転力を増速し（回転速度を増加し）、発電機２３に伝達する。
【００１９】
発電機２３は、増速機２２によって増速された回転力に応じて回転し、交流電力または直流電力を発生する。
【００２０】
合成部２４は、接続線２５を介して非接触電力伝送部２１から供給される電力と、接続線２６を介して発電機２３から供給される電力を合成し、所定の周波数の交流電力に変換し、接続線２７を介して、非接触電力伝送部３０に供給する。
【００２１】
非接触電力伝送部３０は、後述するように、非接触で電力を伝送する機能を有し、合成部２４から接続線２７を介して供給される電力を、接続線４１を介して送電装置５０に伝送する。なお、ナセル２０は、風向きに応じて回動可能にタワー４０に支持されている。すなわち、ナセル２０は、タワー４０をヨー軸として、回動可能に支持されている。
【００２２】
タワー４０は、柱状の部材によって構成され、台座４２によって地面に固定される。また、タワー４０は、ナセル２０を所定の高さの位置に回動可能に配置する。タワー４０の内部には、接続線４１が配置され、非接触電力伝送部３０から出力される電力を送電装置５０に供給する。
【００２３】
送電装置５０は、接続線４１を介して非接触電力伝送部３０から供給される交流電力を、商用電力の周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚに変換して電力網に送電する。
【００２４】
図２は、図１に示す非接触電力伝送部２１の概略構成例を示す図である。この図２に示すように、非接触電力伝送部２１は、回転電極２１１，２１２と、固定電極２１３，２１４を有している。ここで、回転電極２１１，２１２は、矩形形状を有する導電性部材によって構成され、この導電性部材を回転軸１４に応じた半径ｒ１にて、湾曲された筒状形状をそれぞれ有している。なお、この導電性部材の端部は接触しても接触しなくてもよい。回転電極２１１，２１２は、回転軸１４の軸方向に所定の距離ｄ１だけ離れた位置に平行に配置されている。また、距離ｄ１を含む回転電極２１１，２１２の幅Ｄは、これらの電極から放射される電界の波長をλとした場合に、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。回転電極２１１，２１２は、図示しない絶縁材（例えば、誘電体基板）を介して回転軸１４の周上に固定され、回転軸１４の回転に応じて回転する。また、回転電極２１１，２１２は、図示しないインダクタおよび接続線１５を介して変換部１３にそれぞれ接続される。なお、回転電極２１１，２１２および図示しないインダクタによって送電用カプラが構成される。
【００２５】
固定電極２１３，２１４は、回転電極２１１，２１２と同様に、矩形形状を有する導電性部材によって構成され、この導電性部材を半径ｒ２にて、湾曲された筒状形状をそれぞれ有している。なお、この導電性部材の端部は接触しても接触しなくてもよい。固定電極２１３，２１４は、回転軸１４の軸方向に所定の距離ｄ１だけ離れた位置に平行に配置されている。また、距離ｄ１を含む固定電極２１３，２１４の幅Ｄは、回転電極２１１，２１２から放射される電界の波長をλとした場合に、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。固定電極２１３，２１４は、図示しない絶縁材（例えば、誘電体基板）を介してナセル２０の一部に固定されるので、これらの電極は回転しない。固定電極２１３，２１４と回転電極２１１，２１２の間隔はｄ２とされている。また、固定電極２１３，２１４は、図示しないインダクタおよび接続線２５を介して合成部２４にそれぞれ接続される。これら、固定電極２１３，２１４および図示しないインダクタによって受電用カプラが構成される。
【００２６】
図３は、図１に示す非接触電力伝送部３０の概略構成例を示す図である。この図３に示すように、非接触電力伝送部３０は、非接触電力伝送部２１と同様の構成とされているので、詳細な説明は省略する。なお、非接触電力伝送部３０の回転電極３１１，３１２は、ナセル２０のヨー軸（風向きに応じて回動するための回動軸）に図示しない絶縁材（例えば、誘電体基板）を介して固定され、ナセル２０に応じて回動する。固定電極３１３，３１４は、タワー４０に図示しない絶縁材を介して固定されるので、これらの電極は回動しない。回転電極３１１，３１２は、図示しないインダクタおよび接続線２７を介して合成部２４にそれぞれ接続される。これら、固定電極３１１，３１２および図示しないインダクタによって送電用カプラが構成される。固定電極３１３，３１４は、図示しないインダクタおよび接続線４１を介して送電装置５０にそれぞれ接続される。これら、固定電極３１３，３１４および図示しないインダクタによって受電用カプラが構成される。
【００２７】
（Ｂ）実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態に係る風力発電装置の動作について説明する。なお、以下では、図４〜図８を参照して、非接触電力伝送部２１と非接触電力伝送部３０の動作原理について説明した後に、風力発電装置の詳細な動作について説明する。なお、図４〜図８では、説明を簡略化するために、図２および図３に示す非接触電力伝送部２１，３０を平面上に配置した場合（湾曲させない場合）を例に挙げて説明する。
【００２８】
図４は、非接触電力伝送部２１と非接触電力伝送部３０の動作を説明するための図である。図４に示す例は、直列共振を利用した非接触電力伝送部を構成する送電用カプラの詳細な構成例を示している。この図に示すように、直列共振を利用した非接触電力伝送部では、送電用カプラ１１０は、矩形の板状形状を有する絶縁部材（誘電体基板）によって構成される回路基板１１８の表（おもて）面１１８Ａ上に、矩形形状を有する導電性部材によって構成される電極１１１，１１２が配置されて構成される。回路基板１１８の裏面１１８Ｂには、この図１の例では、電極等は配置されていない。具体的な構成例としては、例えば、ガラスエポキシ基板やガラスコンポジット基板等によって構成される回路基板１１８上に、銅等の導電性の薄膜によって電極１１１，１１２が形成される。電極１１１，１１２は、所定の距離ｄ１だけ離れた位置に平行に配置されている。また、距離ｄ１を含む電極１１１，１１２の幅Ｄは、これらの電極から放射される電界の波長をλとした場合に、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。
【００２９】
回路基板１１８の電極１１１，１１２の短手方向の端部には、インダクタ１１３，１１４の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ１１３，１１４の他端は、接続線１１５，１１６の一端にそれぞれ接続されている。接続線１１５，１１６は、電極１１１，１１２の領域およびこれらに挟まれる領域を回避するように配置されるとともに、これらの領域から遠ざかる方向に伸延するように配置されている。より詳細には、電極１１１，１１２のそれぞれの矩形領域と、これら２つの電極１１１，１１２によって挟まれた領域を回避して配置されるとともに、これらの領域から遠ざかる方向に伸延するように配置されている。なお、図２の場合では、回転電極２１２については、ｘ方向の端部（図２の右側端部）に接続線１５の一方を接続し、回転電極２１１についてもｘ方向の端部（図２の左側端部）に接続線１５の他方を接続し、回転電極２１２のギャップを経由するように配置することができる。もちろん、これ以外の方法でもよい。また、固定電極２１３については、ｘ方向の端部（図２の右側端部）に接続線２５の一方を接続し、固定電極２１４についてもｘ方向の端部（図２の左側端部）に接続線２５の他方を接続し、これらの電極からそれぞれ遠ざかる方向に配置することができる。なお、図３の場合も図２の場合と同様に配置することができる。このように配置することで、電極１１１，１１２と接続線１１５，１１６の間の干渉を少なくすることができるので、伝送効率の低下を防止できる。
【００３０】
接続線１１５，１１６は、例えば、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成されている。なお、接続線１１５，１１６の他端は、図示しない交流電力発生部（非接触電力伝送部２１では変換部１３に対応し、非接触電力伝送部３０では合成部２４に対応する）の出力端子にそれぞれ接続されている。送電用カプラ１１０は、電極１１１，１１２が所定の距離ｄ１を隔てて配置されることによって形成されるキャパシタのキャパシタンスＣと、インダクタ１１３，１１４のインダクタンスＬによる直列共振回路を構成するので、これらによる固有の共振周波数ｆｃを有している。
【００３１】
受電用カプラ１２０は、送電用カプラ１１０と同様の構成とされ、回路基板１２８の表面１２８Ａ上に、矩形形状を有する導電性部材によって構成される電極１２１，１２２およびインダクタ１２３，１２４が配置され、インダクタ１２３，１２４の他端に接続線１２５，１２６が接続されて構成される。電極１２１，１２２によって形成されるキャパシタのキャパシタンスＣと、インダクタ１２３，１２４のインダクタンスＬによる直列共振回路の共振周波数ｆｃは送電用カプラ１１０と略同じに設定される。接続線１２５，１２６は、例えば、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成されている。受電用カプラ１２０の接続線１２５，１２６の他端には、図示しない負荷（非接触電力伝送部２１では合成部２４に対応し、非接触電力伝送部３０では送電装置５０に対応する）が接続される。
【００３２】
図５は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を対向配置した状態を示す図である。この図に示すように、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０は、回路基板１１８，１２８の表面１１８Ａ，１２８Ａが対向するように距離ｄ２を隔て、回路基板１１８，１２８が平行になるように配置される。
【００３３】
図６は、図５に示す非接触電力伝送部の等価回路を示す図である。この図６において、交流電力発生部２２１は、非接触電力伝送部２１では変換部１３に対応し、非接触電力伝送部３０では合成部２４に対応し、共振周波数に対応する周波数の交流電力を生成して出力する。電源部負荷２２２は、接続線１１５，１１６および接続線１２５，１２６の特性インピーダンスと等しい値を示し、Ｚ０の値を有している。インダクタ２２３はインダクタ１１３，１１４に対応し、Ｌ１の素子値を有している。抵抗２２４は、送電側回路、主にインダクタに付随する抵抗を示し、Ｒ１の素子値を有している。キャパシタ２２５は、電極１１１，１１２の間に生じる素子値Ｃ１のキャパシタである。キャパシタ２３１は、電極１２１，１２２の間に生じる素子値Ｃ２のキャパシタである。インダクタ２３２はインダクタ１２３，１２４に対応し、Ｌ２の素子値を有している。抵抗２３３は、受電側回路、主にインダクタに付随する抵抗を示し、Ｒ２の素子値を有している。負荷２３４は、非接触電力伝送部２１では合成部２４に対応し、非接触電力伝送部３０では送電装置５０に対応し、交流電力発生部２１１から出力され、送電用カプラおよび受電用カプラを介して伝送された電力が供給される。キャパシタ２４１は、電極１１１，１１２と電極１２１，１２２の間に生じるキャパシタを示し、Ｃｍ１の素子値を有している。
【００３４】
つぎに、図５に示す直列共振を利用した非接触電力伝送部の動作について説明する。図７は、図５に示す非接触電力伝送部の送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を２０ｃｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝２０ｃｍの場合）における送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０への伝送効率η２１（＝｜Ｓ２１｜２）と、反射損η１１（＝｜Ｓ１１｜２）の周波数特性を示す図である。この図において横軸は伝送する交流電力の周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸は伝送効率を示している。図７に示す例では、２７ＭＨｚ周辺において、伝送効率９０％以上を達成していることが分かる。なお、図５では、例えば、インダクタ１１３，１１４，１２３，１２４は、それぞれ、巻き数が１３回、インダクタンス値が約６μＨとされ、回路基板１１８，１２８のサイズ（ＤとＬ）は２５０×２５０ｍｍとされ、電極１１１，１１２および電極１２１，１２２間のギャップｄ１は３４．４ｍｍとされている。
【００３５】
図８は、図５に示す直列共振を利用した非接触電力伝送部の入力インピーダンス特性を示す図である。この図８に示すように、入力インピーダンスの実部Ｒｅは共振周波数である２７ＭＨｚ付近において約５０Ωとなり、虚部Ｉｍは約０Ωとなる。このように、送電用カプラ１１０の電極１１１，１１２と受電用カプラ１２０の電極１２１，１２２は、電界共振結合されていることから、送電用カプラ１１０の電極１１１，１１２と受電用カプラ１２０の電極１２１，１２２に対して電界によって交流電力が効率よく伝送される。
【００３６】
つぎに、図１に示す実施形態の動作について説明する。風車１０の表面に配置された太陽電池パネル１１は、太陽光を直流電力に変換して変換部１３に供給する。変換部１３は、太陽電池パネル１１の発電効率を高めるためのＭＰＰＴ動作を実行するとともに、太陽電池パネル１１から出力される直流電力を、非接触電力伝送部２１の共振周波数ｆｃに対応する周波数の交流電力に変換して出力する。
【００３７】
変換部１３から出力された交流電力は、接続線１５を介して、回転電極２１１，２１２に供給される。回転電極２１１，２１２に供給された交流電力は、図５および図６を参照して説明したように、電界共振結合によって、固定電極２１３，２１４に効率良く伝送される。固定電極２１３，２１４に伝送された電力は、接続線２５を介して合成部２４に供給される。
【００３８】
一方、風車１０は風力によって付勢され、回転軸１４を回転する。回転軸１４が回転すると、図２に示す回転電極２１１，２１２は回転するが、これらから放射される電界は回転の影響を受けないため、回転電極２１１，２１２から固定電極２１３，２１４への電力の伝送は影響を受けない。
【００３９】
増速機２２は、風車１０によって駆動される回転軸１４の回転速度を増速して発電機２３に伝達する。発電機２３は増速機２２によって増速された回転力によって駆動され、回転力に応じた電力を発生し、接続線２６を介して合成部２４に供給する。
【００４０】
合成部２４は、非接触電力伝送部２１から供給される電力と、発電機２３から供給される電力を合成するとともに、非接触電力伝送部３０の共振周波数ｆｃに対応する周波数の交流電力に変換し、接続線２７を介して、非接触電力伝送部３０に供給する。例えば、合成部２４は、非接触電力伝送部２１から供給される交流電力と、発電機２３から供給される交流電力を直流電力に変換し合成するとともに、非接触電力伝送部３０の共振周波数ｆｃに対応する周波数の交流電力に変換して出力する。
【００４１】
合成部２４から出力された交流電力は、図３に示す非接触電力伝送部３０の回転電極３１１，３１２に接続線２７を介して供給される。回転電極３１１，３１２に供給された交流電力は、図５および図６を参照して説明したように、電界共振結合によって、固定電極３１３，３１４に伝送される。固定電極３１３，３１４に伝送された電力は、接続線４１を介して送電装置５０に供給される。
【００４２】
ナセル２０は、風の方向によって回動する。ナセル２０が回動すると、図３に示す回転電極３１１，３１２は回動するが、電界は回動の影響を受けないため、回転電極３１１，３１２から固定電極３１３，３１４への電力の伝送は影響を受けない。
【００４３】
送電装置５０は、非接触電力伝送部３０から供給された周波数がｆｃの交流電力を、商用電源の周波数に対応する５０Ｈｚまたは６０Ｈｚに変換して電力網に対して送電する。
【００４４】
以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、非接触電力伝送部２１，３０を用いることで、非接触で、しかも、９０％を超える高い効率で電力を伝送することができることから、例えば、電極同士を接触させることで電力を伝送する場合に比較して、経年変化等による伝送効率の低下を防止することができる。
【００４５】
また、回転電極と固定電極の間は電気的に絶縁されていることから、例えば、落雷等を受けた場合であっても、大きな電流が通じて、装置や設備が損傷することを防止できる。
【００４６】
（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、説明を簡略化するために、非接触電力伝送部２１，３０は同じサイズを有するものとして説明したが、もちろん、回転軸の寸法や、伝送する電力の容量に応じて各部のサイズを適宜設定することができることは言うまでもない。また、伝送周波数についても、適宜設定することができる。
【００４７】
また、以上の実施形態では、非接触電力伝送部２１，３０としては、図４および図５に示す直列共振を用いる送電用カプラおよび受電用カプラを利用するようにしたが、例えば、図９および図１０に示すように、直列共振を利用するカプラに対して並列共振用のキャパシタを付加するようにしてもよい。
【００４８】
図９は、非接触電力伝送部に用いる送電用カプラの他の構成例を示す図である。この図において、図４と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図９では、図４に比較して、インダクタ１１３，１１４がチップコンデンサ３２１，３２２に置換され、また、相互に接続されたインダクタ１１３Ａ，１１４Ａが電極１１１，１１２の端部に接続されている。より詳細には、チップコンデンサ３２１は、一方の端子が接続線１１５の一端に接続され、他方の端子が電極１１１に接続されている。チップコンデンサ３２２は、一方の端子が接続線１１６の一端に接続され、他方の端子が電極１１２に接続されている。また、インダクタ１１３Ａ，１１４Ａはそれぞれの一端同士が相互に接続されるとともに、インダクタ１１３Ａの他端が電極１１１に接続され、インダクタ１１４Ａの他端が電極１１２に接続されている。これ以外の構成は、図４の場合と同様である。なお、受電用カプラ１２０Ａも送電用カプラ１１０Ａと同様の構成とされる。
【００４９】
図１０は、図９に示す送電用カプラ１１０Ａと受電用カプラ１２０Ａを用いた非接触電力伝送部の構成例を示す図である。この図の例では、送電用カプラ１１０Ａと受電用カプラ１２０Ａを１６ｃｍ隔てて対向配置されている。また、インダクタ１１３Ａ，１１４Ａ，１２３Ａ，１２４Ａは、それぞれ巻き数が８回とされ、インダクタンス値は約４μＨとされている。また、チップコンデンサ３２１，３２２，４２１，４２２の素子値はそれぞれ約１０ｐＦとされている。
【００５０】
図１１は、図１０に示す非接触電力伝送部の等価回路を示す図である。なお、図１１において、図６と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１１は、図６と比較すると、交流電力発生部２２１とインダクタ２２３および抵抗２２４の間にチップコンデンサ３２１，３２２に対応するキャパシタ５００がそれぞれ挿入され、負荷２３４とインダクタ２３２および抵抗２３３の間にチップコンデンサ４２１，４２２に対応するキャパシタ５０１がそれぞれ挿入されている。なお、これ以外の構成は図６と同様である。図１１に示す非接触電力伝送部では、チップコンデンサ３２１，３２２，４２１，４２２を直列に付加することで、キャパシタ２２５およびインダクタ２２３による並列共振周波数よりも低い周波数で、直列共振周が生じる。すなわち、共振周波数を下げることができる。なお、入力インピーダンスもチップコンデンサの付加によって変化するので、インダクタとチップコンデンサの素子値をうまく組み合わせることで、共振周波数において、例えば、５０Ωに整合を図ることができる。
【００５１】
図１２は、図１１に示す非接触電力伝送部２１の送電用カプラ１１０Ａと受電用カプラ１２０Ａを２０ｃｍ隔てて対向配置した場合における送電用カプラ１１０Ａから受電用カプラ１２０Ａへの伝送効率η２１（＝｜Ｓ２１｜２）と、反射損η１１（＝｜Ｓ１１｜２）の周波数特性を示す図である。なお、この例では、インダクタ１１３，１１４，１２３，１２４は、それぞれ、巻き数が８回、インダクタンス値が約４μＨとされ、回路基板１１８，１２８のサイズ（ＤとＬ）は２５０×２５０ｍｍとされ、電極１１１，１１２および電極１２１，１２２間のギャップｄ１は３４．４ｍｍとされている。この図に示すように、図１１に示す非接触電力伝送部の伝送効率η２１は約２７ＭＨｚにおいて９０％以上となり、また、反射損η１１は約２７ＭＨｚにおいて０となっている。
【００５２】
図１３は、図１１に示す非接触電力伝送部２１の入力インピーダンス特性を示す図である。図１３に示すように、入力インピーダンスの実部Ｒｅは約２７ＭＨｚにおいて約５０Ωとなり、また、虚部も約２７ＭＨｚにおいて０Ωとなっている。
【００５３】
このように、図１１に示す非接触電力伝送部では、チップコンデンサを直列接続することにより、同じ共振周波数でもインダクタとして素子値が小さいものを使用することが可能になるので、装置のサイズを小型化することができる。また、素子値が小さいインダクタを使用した場合でも、伝送効率を高く保つことができる。
【００５４】
図１４は、非接触電力伝送部のさらに他の構成例を示す図である。この図において、図１０と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１４では、図１０に比較して、チップコンデンサが除外され、その代わりに、回路基板１１８，１２８を利用したキャパシタが配置されている。より詳細には、図１４の例では、回路基板１２８の裏面１２８Ｂには、電極１２１，１２２の一部に対向する位置に、矩形形状を有する導電性部材によってキャパシタ電極７２１，７２２が形成され、回路基板１２８の表面１２８Ａに形成されている電極１２１，１２２との間にキャパシタが形成される。キャパシタ電極７２１，７２２は接続線１２５，１２６に接続されている。回路基板１１８の裏面１１９Ｂには、電極１１１，１１２の一部に対向する位置に、矩形形状を有する導電性部材によってキャパシタ電極６２１，６２２が形成され、回路基板１１８の表面１１８Ａに形成されている電極１１１，１１２との間にキャパシタが形成される。キャパシタ電極６２１，６２２は接続線１１５，１１６に接続されている。
【００５５】
図１４に示す構成例では、送電用カプラ１１０Ｂと受電用カプラ１２０Ｂを２０ｃｍ隔てて対向配置されている。また、インダクタ１１３Ａ，１１４Ａ，１２３Ａ，１２４Ａはそれぞれ巻き数が８回とされインダクタンス値は約４μＨとされている。また、キャパシタ電極６２１，６２２と電極１１１，１１２によるキャパシタの素子値は共振周波数が約２８ＭＨｚになるように設定され、キャパシタ電極７２１，７２２と電極１２１，１２２によるキャパシタの素子値も共振周波数が約２８ＭＨｚになるように設定されている。なお、図１４に示す構成例の等価回路は、図１１と同様である。
【００５６】
図１４に示す構成によっても、電力を非接触で、しかも、効率良く伝送することができる。また、図１４の例では、キャパシタ電極を用いることにより、装置のサイズ（厚さ）を厚くすることなく、電力を伝送することができる。
【００５７】
図１５は、非接触電力伝送部のさらに他の構成例を示す図である。図１５に示す実施形態では、円形状の中心電極６１１、円環状の環状電極６１２、インダクタ６１３，６１４、および、接続線６１５，６１６によって送電用カプラ６１０が構成され、円形状の中心電極６２１、円環状の環状電極６２２、インダクタ６２３，６２４、および、接続線６２５，６２６によって受電用カプラ６２０が構成される。図１５の例では、送電用カプラ６１０と受電用カプラ６２０を構成する各素子のサイズは同じとされている。もちろん、各素子のサイズが異なっても、共振周波数が同じになるように調整することで、電力を伝送することができる。なお、図１５の例では、電極だけが示されているが、ガラスエポキシ基板やガラスコンポジット基板等によって形成される基板または基材上に電極を形成することができる。このような基板に形成された送電用カプラ６１０は、回転軸１４およびナセル２０のヨー軸の端部に配置され、受電用カプラ６２０はナセル２０の一部およびタワー４０に配置される。
【００５８】
中心電極６１１は、半径ｒ１の円形形状を有する板状の導電性部材（例えば、銅、アルミニウム等の部材）によって構成される。環状電極６１２は、外周の半径がｒ２であり幅ｗの円環形状を有する板状の導電性部材によって構成される。なお、中心電極６１１と環状電極６１２は同一平面上に配置され、中心電極６１１の外周と環状電極６１２の内周間の距離はｄ１とされている。インダクタ６１３の一端は中心電極６１１に接続され、他端は接続線６１５の一端に接続される。インダクタ６１４の一端は環状電極６１２に接続され、他端は接続線６１６の一端に接続される。接続線６１５，６１６は、例えば、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成されている。接続線６１５，６１６の他端は、変換部１３の出力端または合成部２４の出力端にそれぞれ接続されている。なお、中心電極６１１と環状電極６１２によって形成されるキャパシタのキャパシタンスＣと、インダクタ６１３，６１４のインダクタンスＬによる直列共振回路の共振周波数はｆＣとされる。
【００５９】
中心電極６２１は、半径ｒ１の円形形状を有する板状の導電性部材によって構成される。環状電極６２２は、外周の半径がｒ２であり幅ｗの円環形状を有する板状の導電性部材によって構成される。中心電極６２１と環状電極６２２は同一平面上に配置され、中心電極６２１の外周と環状電極６２２の内周間の距離はｄ１とされている。また、中心電極６１１と環状電極６１２が配置される平面と、中心電極６２１と環状電極６２２が配置される平面は略平行に保たれる。インダクタ６２３の一端は中心電極６２１に接続され、他端は接続線６２５の一端に接続される。インダクタ６２４の一端は環状電極６２２に接続され、他端は接続線６２６の一端に接続される。接続線６２５，６２６は、例えば、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成されている。接続線６２５，６２６の他端は、合成部２５の入力端または送電装置５０の入力端にそれぞれ接続されている。なお、中心電極６２１と環状電極６２２によって形成されるキャパシタのキャパシタンスＣと、インダクタ６２３，６２４のインダクタンスＬによる直列共振回路の共振周波数ｆＣは送電用カプラ６１０と同じになるように設定される。
【００６０】
図１５に示す実施形態では、中心電極６１１および環状電極６１２と、中心電極６２１および環状電極６２２とは、電界共振結合されており、中心電極６１１および環状電極６１２から中心電極６２１および環状電極６２２に対して電界によって交流電力が伝送される。つまり、図１５に示す実施形態では、中心電極６１１および環状電極６１２と、中心電極６２１および環状電極６２２とは、近傍界であるλ／２πよりも短い距離ｄ２だけ隔てて配置されているので、中心電極６１１および環状電極６１２から放射される電界成分が支配的である領域に中心電極６２１および環状電極６２２が配置される。また、中心電極６２１と環状電極６２２の間に形成されるキャパシタおよびインダクタ６１３，６１４による共振周波数と、中心電極６２１と環状電極６２２の間に形成されるキャパシタおよびインダクタ６２３，６２４による共振周波数とは略等しくなるように設定されている。このように、中心電極６１１および環状電極６１２と、中心電極６２１および環状電極６２２とは、電界共振結合されていることから、送電用カプラ６１０から受電用カプラ６２０に対して電界によって交流電力が効率よく伝送される。
【００６１】
また、以上に示す実施形態では、１組の回転電極と固定電極はそれぞれ同じサイズとなるようにしたが、これらが異なるサイズを有するようにしてもよい。
【００６２】
また、図２および図３に示す実施形態では、回転電極と固定電極は断面が円形形状となる構成としたが、例えば、多角形形状としてもよい。また、図２および図３に示す実施形態では、回転電極と固定電極の端部が非接触の状態としたが、これらが接触状態としてもよい。
【００６３】
また、インダクタ１１３Ａ，１１４Ａ，１２３Ａ，１２４Ａ，１２４Ａ，１２４Ｂは、２つのインダクタを接続する構成としたが、これらを１つの構成としてもよい。また、以上の各実施形態では、インダクタとしては、導体線を円柱状に巻回して構成するようにしたが、例えば、マイクロストリップラインで使用されるような、平面上を蛇行する形状を有するものや、平面上で螺旋形状を有するものによって構成するようにしてもよい。
【００６４】
また、以上の実施形態では、１組の回転電極と固定電極を用いるようにしたが、２組以上の回転電極と固定電極を用いるようにしてもよい。
【００６５】
また、以上の実施形態では、回転電極を内側とし、固定電極を外側に配置するようにしたが、これらを逆に配置するようにしてもよい。
【００６６】
また、以上の実施形態では、太陽電池パネル１１は、風車１０にのみ設けるようにしたが、例えば、ハブ１２に設けたり、あるいは、ナセル２０に設けたりするようにしてもよい。なお、これらの太陽電池パネルよって発電された電力は、合成部２４によって合成し、送電装置５０を介して送電することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０  風車
１１  太陽電池パネル
１２  ハブ
１３  変換部
１４  回転軸
１５，２５〜２７，４１  接続線
２０  ナセル
２１  非接触電力伝送部
２２  増速機
２３  発電機
２４  合成部
３０  非接触電力伝送部
４０  タワー
５０  送電装置
２１１，２１２，３１１，３１２  回転電極（第１の電極、第２の電極）
２１３，２１４，３１３，３１４  固定電極（第３の電極、第４の電極）
６１１  中心電極（第１の電極または第２の電極）
６１２  環状電極（第１の電極または第２の電極）
６２１  中心電極（第３の電極または第４の電極）
６２２  環状電極（第３の電極または第４の電極）
【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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