(57)【要約】      （修正有）【課題】弱風から強風に至る広範囲の風速状況に応じた最大出力電力を得ることができる垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置を提供する。【解決手段】垂直軸型の風車の回転力により発電する発電機とを有する垂直軸型風力発電設備１００の発電電力変換装置１０１であって、風速に応じた発電機の回転数を検出する回転数検出部と、発電電圧を検出する電圧検出部と、発電出力が入力される回路系の主ラインに直列接続した可変抵抗手段を具備する電力変換回路１１１と、回転数検出部の出力信号と、電圧検出部の出力信号とを基に、その時の風速の大小を判定して可変抵抗手段の抵抗値を風速が大の時は小さく、風速が小のときは大きくする目標値信号を生成して可変抵抗手段の抵抗値制御を行う電力変換制御回路１２１とを有し、風速に応じた可変抵抗手段の抵抗値の変更により、電力変換回路からその時の風速に応じた最大電力を出力するように構成する。【選択図】図３
2011130541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸型の風車と、この風車の回転力により発電する発電機とを有する垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置であって、
風速に応じた発電機の回転数を検出する回転数検出部と、
前記発電機の発電電圧を検出する電圧検出部と、
前記発電機の発電出力が入力される回路系の主ラインに直列接続した可変抵抗手段を具備する電力変換回路と、
前記回転数検出部の出力信号と、前記電圧検出部の出力信号とを基に、その時の風速の大小を判定して前記可変抵抗手段の抵抗値を風速が大の時は小さく、風速が小のときは大きくする目標値信号を生成して前記可変抵抗手段の抵抗値制御を行う電力変換制御回路と、
を有し、
その時の風速に応じた前記電力変換回路の可変抵抗手段の抵抗値の変更により、前記電力変換回路からその時の風速に応じた最大電力を出力するように構成したことを特徴とする垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置。
【請求項２】
垂直軸型の風車と、この風車の回転力により発電する発電機とを有する垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置であって、
前記発電機に搭載され、風速に応じた発電機の回転数を検出する回転数検出部と、
前記発電機の出力側の回路系に配置され、その発電電圧を検出する電圧検出部と、
前記発電機の発電出力が入力される回路系の主ラインに直列接続したリアクトル及び電子ボリューム又はデジタルポテンショメータからなる可変抵抗手段と、前記回路系の主ライン、接地ライン間に接続したスイッチング素子とを具備する電力変換回路と、
前記回転数検出部の出力信号と、前記電圧検出部の出力信号とを基に、その時の風速の大小を判定して、風速が大の時は前記可変抵抗手段の抵抗値を小さくする目標値信号と前記スイッチング素子をオフ駆動するスイッチング素子駆動信号を生成して前記可変抵抗手段の抵抗値制御及び前記スイッチング素子のオフ制御を行い、
風速が小の時は前記可変抵抗手段の抵抗値を大きくする目標値信号と前記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング素子駆動信号を生成して前記可変抵抗手段の抵抗値制御及び前記スイッチング素子のスイッチング制御によるリアクトル電圧付加制御を行う電力変換制御回路と、
を有し、
その時の風速に応じた前記電力変換回路の可変抵抗手段の抵抗値の変更と、風速が小の時のリアクトル電圧付加によって、前記電力変換回路からその時の風速に応じた最大電力を出力するように構成したことを特徴とする垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置。
【請求項３】
前記発電機は、垂直配置に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、前記風車部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アウターロータ・コアレス同軸反転式発電機であることを特徴とする請求項１又は２記載の垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、公知のように、風力により回転する風車、風車の回転力を利用して発電する発電機、発電機の発電出力を適正に制御し、蓄電池に充電したり電力負荷に電力供給を行う発電電力制御回路等を組み合わせたものである。上述した風車としては、例えば垂直軸型の風車、プロペラ型の風車等が採用される。
【０００３】
このような風力発電装置において、前記風車は、当然のことであるが弱風時の回転数は小さく発電機の発電電力は少ない。逆に、強風時の回転数は大きく発電機の発電電力は多くなる。
【０００４】
このため、弱風時から強風時に至る範囲で安定して電力負荷に電力供給を行うことが可能な風力発電装置が要請されるところである。
【０００５】
一方、発電電力制御回路においては、風力発電装置の設置箇所毎にその設置箇所の例えば平均風速に対応する発電機出力電圧に応じ、回路中に抵抗値固定型の抵抗器を配置し、平均風速にて最大出力電力を得るように構成することが通常である。
【０００６】
上述した抵抗器は、一度設置すると手動にて取り替えない限りその抵抗値は一定である。
【０００７】
このような抵抗値固定型の発電電力制御回路の場合、例えば風車の回転数が小さい弱風時においてその時の最大出力電力を得るように抵抗器の抵抗値を大きく設定した場合、風車への負荷は等価的に小さくなり風車のトルクは等価的に小さくなって風車が回転し易くなるが、逆に風車の回転数が大きい強風時においてはその時の最大出力電力を効率的に得ることができなくなる。
【０００８】
上述した場合と逆に、風車の回転数が大きい強風時においてその時の最大出力電力を得るように抵抗器の抵抗値を小さく設定した場合、風車への負荷は等価的に大きくなり風車のトルクは等価的に大きくなり、このため弱風時においては発電機の発電量が少くなってしまう。
【０００９】
このように従来の抵抗値固定型の抵抗器を用いた発電電力制御回路の場合には、弱風から強風に至る広範囲の風速状況に応じ、各々その時の風速に対応した最大出力電力を得ることは困難であった。
【００１０】
特許文献１には、風車と、風車により駆動される回転子と、回転子に対向する鉄心に励磁コイルを巻装して成る固定子とを有する発電機と、を備えた風力発電装置において、可動接触子を有すると共に発電機の励磁コイルと電気的に接続した可変抵抗器、風車の回転速度に連動する回転ガバナとを備え、回転ガバナは、可変抵抗器の可動接触子と連動部材により機械的に接続され、風車の回転速度が減少すると、発電機の励磁電流を増大させると共に該発電機の出力負荷電流を減少させるように、回転ガバナに連動した連動部材が、可変抵抗器の可動接触子を移動させることによって、発電機の電圧出力を一定に維持するように構成した励磁電流制御型の風力発電装置が提案されている。
【００１１】
この特許文献１の場合、発電機の励磁電流を風車の回転速度に応じた可変抵抗器の抵抗制御により変化させることで発電機の電圧出力を風速の大小にかかわらず一定に維持することができると考えられるものの、発電機の電圧出力が一定に固定される結果、風車、発電機による全ての発電能力、特に強風時における発電能力を有効に利用できないものと推定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−１５１７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする問題点は、弱風から強風に至る広範囲の風速状況に応じ、各々そのときの風速に対応した最大出力電力を得ることができる、すなわち、最大電力点の自動追尾機能を有するような垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置が存在しない点である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置は、垂直軸型の風車と、この風車の回転力により発電する発電機とを有する垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置であって、風速に応じた発電機の回転数を検出する回転数検出部と、前記発電機の発電電圧を検出する電圧検出部と、前記発電機の発電出力が入力される回路系の主ラインに直列接続した可変抵抗手段を具備する電力変換回路と、前記回転数検出部の出力信号と、前記電圧検出部の出力信号とを基に、その時の風速の大小を判定して前記可変抵抗手段の抵抗値を風速が大の時は小さく、風速が小のときは大きくする目標値信号を生成して前記可変抵抗手段の抵抗値制御を行う電力変換制御回路と、を有し、その時の風速に応じた前記電力変換回路の可変抵抗手段の抵抗値の変更により、前記電力変換回路からその時の風速に応じた最大電力を出力するように構成したことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、回転数検出部による風速に応じた発電機の回転数の監視と、電圧検出部による発電機の発電電圧の監視とに応じ、電力変換制御回路により電力変換回路を制御し、その時の風速に応じた電力変換回路の可変抵抗手段の抵抗値の変更と、風速が小の時のリアクトル電圧付加とによって、弱風から強風に至る広範囲の風速状況に応じ、各々そのときの風速に対応した最大出力電力を得ることができる、すなわち、最大電力点の自動追尾機能を有する垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置を提供することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、回転数検出部による風速に応じた発電機の回転数の監視と、電圧検出部による発電機の発電電圧の監視とに応じ、その時の風速の大小を判定して、風速が大の時は前記可変抵抗手段の抵抗値を小さくする目標値信号と前記スイッチング素子をオフ駆動するスイッチング素子駆動信号を生成して前記可変抵抗手段の抵抗値制御及び前記スイッチング素子のオフ制御を行い、風速が小の時は前記可変抵抗手段の抵抗値を大きくする目標値信号と前記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング素子駆動信号を生成して前記可変抵抗手段の抵抗値制御及び前記スイッチング素子のスイッチング制御によるリアクトル電圧付加制御を行う電力変換制御回路により、リアクトル及び電子ボリューム又はデジタルポテンショメータからなる可変抵抗手段と、前記回路系の主ライン、接地ライン間に接続したスイッチング素子とを具備する電力変換回路を制御し、弱風から強風に至る広範囲の風速状況に応じ、各々そのときの風速に対応した最大出力電力を得ることができる、すなわち、最大電力点の自動追尾機能を有する垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置を提供することができる。
【００１７】
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奏するとともに、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ことから、通常の風力発電用の発電機よりも発電効率を向上することもできる垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明の実施例に係る発電電力変換装置を含む垂直軸型風力発電設備の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は本実施例に係る発電電力変換装置を含む垂直軸型風力発電設備の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図３】図３は本実施例に係る発電電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は本実施例に係る発電電力変換装置の風速に応じた電力変換動作説明図である。
【図５】図５は本実施例に係る垂直軸型風力発電設備における発電機の構成を示す概略分解断面図である。
【図６】図６は本実施例に係る垂直軸型風力発電設備における発電機の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、弱風から強風に至る広範囲の風速状況に応じ、各々そのときの風速に対応した最大出力電力を得ることができる、すなわち、最大電力点の自動追尾機能を有する垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置を提供するという目的を、垂直軸型の風車と、この風車の回転力により発電する発電機とを有する垂直軸型風力発電設備の発電電力変換装置であって、前記発電機に搭載され、風速に応じた発電機の回転数を検出する回転数検出部と、前記発電機の出力側の回路系に配置され、その発電電圧を検出する電圧検出部と、前記発電機の発電出力が入力される回路系の主ラインに直列接続したリアクトル及び電子ボリューム又はデジタルポテンショメータからなる可変抵抗手段と、前記回路系の主ライン、接地ライン間に接続したスイッチング素子とを具備する電力変換回路と、前記回転数検出部の出力信号と、前記電圧検出部の出力信号とを基に、その時の風速の大小を判定して、風速が大の時は前記可変抵抗手段の抵抗値を小さくする目標値信号と前記スイッチング素子をオフ駆動するスイッチング素子駆動信号を生成して前記可変抵抗手段の抵抗値制御及び前記スイッチング素子のオフ制御を行い、風速が小の時は前記可変抵抗手段の抵抗値を大きくする目標値信号と前記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング素子駆動信号を生成して前記可変抵抗手段の抵抗値制御及び前記スイッチング素子のスイッチング制御によるリアクトル電圧付加制御を行う電力変換制御回路と、を有し、その時の風速に応じた前記電力変換回路の可変抵抗手段の抵抗値の変更と、風速が小の時のリアクトル電圧付加によって、前記電力変換回路からその時の風速に応じた最大電力を出力する構成により実現した。
【実施例１】
【００２０】
以下に本発明の実施例に係る発電電力変換装置１０１を含む風力発電装置１００について詳細に説明する。
【００２１】
本実施例に係る発電電力変換装置１０１を含む風力発電装置１００は、図１に示すように、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枚有する構造の垂直軸、垂直翼型の風車２と、この風車２の下端と、この風車２を地上から所定の高さとなるように支持する基台７から立設した中空の支持基軸６の上端との間に配置され、風エネルギーで回転する前記風車２の回転力を利用して発電出力を得る同軸反転式コアレス発電機（以下「発電機」という）１と、前記発電機１に接続されるとともに、リチウムイオン電池等からなる蓄電池１０２を内蔵した発電電力変換装置１０１と、発電電力変換装置１０１の後段に接続したパワーコンディショナー１０３とを有している。
【００２２】
前記風車２は、風車軸３に対してアーム４を介して例えば３枚のブレード５を風車軸３の回りに１２０度等間隔配置に取り付け、該風車軸３の下端部３ａを前記発電機１に取り付けている。
【００２３】
本実施例においては、前記風車２を構成するブレード５の素材としては耐腐食性でリサイクル可能なアルミニウム合金材を採用し、その側面形状を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。
【００２４】
また、前記ブレード５の裏面（風車軸３側の面）には、図１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。
【００２５】
このようなブレード５を採用することにより、風速１ｍ／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。
【００２６】
尚、風車２としては、前記ブレード５の３枚構造に限定されるものではなく、４枚構造等も採用できる。
【００２７】
次に、本実施例に係る発電電力変換装置１０１についいて、図２乃至図４を参照して詳述する。
【００２８】
前記発電電力変換装置１０１は、図３に示すように、電力変換回路１１１と、電力変換制御回路１２１とを有している。
【００２９】
前記電力変換回路１１１は、前記発電機１の発電出力が入力される四端子回路構造の回路系の入力段に、例えば分圧抵抗を用い発電機１の発電電圧を検出する電圧検出部１１２を設けている。
【００３０】
また、前記電力変換回路１１１は、前記回路系の主ラインに大電力対応型のリアクトルＬと、電子ボリューム又はデジタルポテンショメータからなる可変抵抗手段１１３と、例えば大電力対応型のダイオードを用いた整流素子１１４とを直列接続している。
前記可変抵抗手段１１３の抵抗値は、例えば可変範囲０〜２００Ω（１〜２０Ωきざみ）に設定している。
【００３１】
さらに、前記電力変換回路１１１は、可変抵抗手段１１３の後段において主ラインと接地ラインとの間に、大電力対応型のコンデンサＣと、パワートランジスタ等からなるスイッチング素子ＳＷとを並列接続するとともに、回路系の後段に出力処理部１１５を接続し、この出力処理部１１５により前記蓄電池１０２に対する充電・放電処理、パワーコンディショナー１０３に対する電力出力処理を行うように構成している。
【００３２】
前記電力変換制御回路１２１は、後述する回転数検出部７４からＡＤ（アナログ／デジタル）変換部１２２ａを介して入力される発電機１の回転数に応じた出力信号と、前記電圧検出部１１２からＡＤ変換部１２２ｂを介して入力される発電機１の発電電圧に応じた出力信号とが入力される制御部１２３と、後述する回転数検出部７４の出力信号と、前記電圧検出部１１２の出力信号とを基に、その時の風速の大小を判定する判定プログラムを含む動作プログラムを格納したプログラムメモリ１２４と、前記プログラムメモリ１２４による判定結果に応じた前記制御部１２３の制御の基に風速が大（発電機の回転数大、発電機の発電電圧大）の時は前記可変抵抗手段１１３の抵抗値を小さくする目標値信号を、風速が中（発電機の回転数中、発電機の発電電圧中）の時は前記可変抵抗手段１１３の抵抗値を中とする目標値信号を、風速が小（発電機の回転数小、発電機の発電電圧小）の時は前記可変抵抗手段１１３の抵抗値を大きくする目標値信号を、各々生成し出力する目標値信号出力部１２５と、前記プログラムメモリ１２４による判定結果に応じた前記制御部１２３の制御の基に風速が大の時は前記スイッチング素子ＳＷをオフとするスイッチング素子駆動信号を生成して前記スイッチング素子ＳＷを制御し、風速が中、小の時は前記スイッチング素子ＳＷをスイッチングするスイッチング素子駆動信号を生成して前記スイッチング素子ＳＷを制御するスイッチング素子駆動部１２６と、を有している。
【００３３】
次に、前記発電機１について、図５、図６を参照して詳述する。
【００３４】
前記発電機１は、図５に示すように発電機本体１０と、この発電機本体１０を回転可能に支持するとともに、前記支持基軸６に連結される軸支体１１とを有している。
【００３５】
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。
【００３６】
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を設けている。
【００３７】
前記アウターロータ１２は、図５、図６に示すように、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。
【００３８】
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風車取り付け部２１ａを設けている。
【００３９】
前記風車取り付け部２１ａには、円形配置に多数のネジ孔２１ｂが設けられ、前記風車軸３の下端部３ａに接合して図示しない取り付けボルトにより上部ロータ２１と風車軸３の下端部３ａとを一体的に結合し、風車軸３の回転力を伝達するように構成している。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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マグネット２４を円形配置に埋設している。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
このような構成により、前記アウターロータ１２が図５に示す矢印ａ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５に示す矢印ｂ方向に逆回転するように構成している。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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の下側から前記支持基軸６の上端部を嵌め込み、ボルト６５を用いて前記軸支体１１を支持基軸６の上端部に取り付けるように構成している。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
前記固定支持体６１と、前記回転支持体７１との接合部分には、風速に応じた前記発電機１の回転数（発電機軸１３の回転数）を検出する例えばロータリエンコーダのような回転数検出部７４を配置している。
【００６３】
尚、図５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。
【００６４】
前記発電機１によれば、前記風車２が風エネルギーにより例えば図５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５に示す矢印ｂ方向に回転する（同軸反転）。
【００６５】
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を介して電力変換回路１１１に伝送する。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
次に、本実施例に係る風力発電装置１００について、前記発電電力変換装置１０１の作用、効果を主にして説明する。
【００６９】
本実施例の風力発電装置１００において、前記風を受けて回転する前記風車２の回転に伴い発電機１の回転数検出部７４は、発電機１の回転数に応じた出力信号を出力し、この出力信号は前記電力変換制御回路１２１のＡＤ変換部１２２ａを経て制御部１２３に伝送される。
【００７０】
また、前記発電機１の出力ケーブル４４からは、発電機１の回転数に応じた発電出力（発電電圧）が電圧変換回路１１１に入力され、前記電圧検出部１１２は、その発電電圧を検出し、この検出電圧は前記電力変換制御回路１２１のＡＤ変換部１２２ｂを経て制御部１２３に伝送される。
【００７１】
前記電力変換制御回路１２１の制御部１２３は、回転数検出部７４の出力信号と、前記電圧検出部１１２の出力信号とに基づいた判定プログラムの判定結果に応じて目標値信号出力部１２５を制御し、これにより、目標値信号出力部１２５から前記可変抵抗手段１１３は、図４に示すように、風速が大（発電機の回転数大、発電機の発電電圧大）の時は前記可変抵抗手段１１３の抵抗値を小さくする目標値信号を、風速が中（発電機の回転数中、発電機の発電電圧中）の時は前記可変抵抗手段１１３の抵抗値を中とする目標値信号を、風速が小（発電機の回転数小、発電機の発電電圧小）の時は前記可変抵抗手段１１３の抵抗値を大きくする目標値信号を前記可変抵抗手段１１３に向けて出力する。
【００７２】
これにより、前記可変抵抗手段１１３の抵抗値は、風速が大の時は小に、風速が中の時は中に、風速が小の時は大に各々設定される。
【００７３】
同時に、前記電力変換制御回路１２１の制御部１２３は、回転数検出部７４の出力信号と、前記電圧検出部１１２の出力信号とに基づいた判定プログラムの判定結果に応じてスイッチング素子駆動部１２６を制御し、これにより、スイッチング素子駆動部１２６は、風速が大の時は前記スイッチング素子ＳＷをオフ駆動し、風速が小（又は中）の時はスイッチング素子ＳＷをスイッチング駆動する。
【００７４】
このような前記電力変換制御回路１２１による電力変換回路１１１の制御によって、風速の大、中、小に応じた最大電力点追尾が自動的に行われ、その時の風速に応じて各々最大電力を前記発電電力変換装置１０１から出力処理部１１５を経てパワーコンディショナー１０３に出力したり、前記蓄電池１０２に蓄電したりすることができる。
【００７５】
すなわち、その時の風速に応じた前記電力変換回路１１１の可変抵抗手段１１３の抵抗値の変更による最適な抵抗負荷の自動設定と、風速が小（又は中）の時のスイッチング素子ＳＷのスイッチングによるリアクトルＬに誘起するリアクトル電圧付加によって、前記電力変換回路１１１からその時の風速に応じた最大電力を各々出力することができる。
【００７６】
尚、本実施例に係る風力発電装置１００は、強風時において前記風車２の過回転を検出し、風車２の回転数を抑えるように前記可変抵抗手段１１３の抵抗値を変更するという応用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の風力発電装置は、上述した垂直軸垂直翼型の風車を用いた風力発電設備の他、水平軸型の風車を用いた風力発電設備や垂直軸型で別の構造の風車を用いた風力発電設備等に関しても広範に適用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１    同軸反転式コアレス発電機
２    風車
３    風車軸
３ａ  下端部
４    アーム
５    ブレード
５ａ  開口部
６    支持基軸
７    基台
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  風車取り付け部
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    取り付けボルト
７３    支持軸受
７４    回転数検出部
１００    風力発電装置
１０１    発電電力変換装置
１０２    蓄電池
１０３    パワーコンディショナー
１１１    電力変換回路
１１２    電圧検出部
１１３    可変抵抗手段
１１４    整流素子
１１５    出力処理部
１２１    電力変換制御回路
１２２ａ  ＡＤ変換部
１２２ｂ  ＡＤ変換部
１２３    制御部
１２４    プログラムメモリ
１２５    目標値信号出力部
１２６    スイッチング素子駆動部
Ｃ    コンデンサ
Ｌ    リアクトル
ＳＷ    スイッチング素子
【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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