(57)【要約】【課題】単位当たりの発電機出力のコストが、現在の風力発電より安い風力発電機を提供することを課題とする。【解決手段】６ｌ≧３．９９８MPAになると、風速センサ近傍が所定の風速になる風を送り、ピッチ駆動機構(空気圧方式)は、風洞体内の６ｌが３．９９８MPA〜４．０１MPAの時に作動するように設定し、風洞体内の空気の密度ρを４．０MPA〜4.００３MPAにし、プロペラ周辺に風速の大きい所定の風Vを送り、風洞体内の１ｍ2当たりの風力エネルギーを求める式E = 1/2・ρ・V3  のEを増大させて発電し、本願で発生する電気で蓄電池を充電し蓄電池の寿命を延ばすことによって、単位当たりの発電機出力のコストを現在の風力発電より安くすることによって課題を解決している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電池と、
DC／AC変換インバーターと、
電動モーター、二段空気圧縮機、空気タンクで構成される圧縮空気ユニットと、
複数の圧縮空気注入管と、
複数の圧力センサと、
複数の真空ポンプと、
人造風を生成する複数の送風機と、
プロペラ近傍の風速を計測する複数の風速センサと、
ローターヘッドに、接続してあるプロペラ及びピッチ駆動機構(空気圧方式)と、
水平方向に設けられたシャフト９と、
前記、シャフト９軸上に設置してある回転センサと、
前記、シャフト９軸上の回転センサと増速機との間に設置してある、シャフト９の回転数を一定にするためのハイブリッド型励磁回路と、
前記、シャフト９に設置してある増速機と、
シャフト１９に設置してある、発電機が誘導発電機又は同期発電機で構成される発電装置と、
前記、発電機で発生した交流を直流に変換し、前記、蓄電池を充電する充電器と、
発電機出力を増大させるシステムと、
風洞体内の空気密度を一定の範囲に保ち、定格出力を確保するシステムとで構成されている人造風を駆動源とする風力発電装置。
【請求項２】
前記、発電機出力を増大させるシステムは風洞体内の開閉弁２a、２ｂ〜２ｄ、２eを閉じ、圧縮空気注入管１aから４．０５MPA、逆支弁のついた１ｃ〜１ｆから４．０MPAの圧縮空気を注入し、I方向に流れようとする空気を、１aで発生する４．０５MPAの空気で押し戻して風洞体内の空気の密度ρを４．０MPA〜4.００３MPAにし、プロペラ周辺に風速の大きい風Vを送り、風洞体内の１ｍ2当たりの風力エネルギーを求める式E = 1/2・ρ・V3  のEを増大させて発電することを特徴とする、請求項１記載の人造風を駆動源とする風力発電装置。
【請求項３】
前記、風洞体内の空気密度を一定の範囲に保ち、定格出力を確保するシステムは、ピッチ駆動機構(空気圧方式)を、風洞体内の平均気圧６ｌが３．９９８MPA〜４．０１MPAの時に作動するように設定し、開閉弁２a〜２eを閉じ、圧縮空気注入管１aから４．０５MPA、逆支弁のついた１ｃ〜１ｆからは常時４．０MPAの圧縮空気を注入し、６ｌ≧３．９９８MPAになると風速センサ近傍が所定の風速になる風を送り、発電を開始する。
６ｌ＞４．0MPAになると、１aから４．０５MPAの空気を注入しつつ、リレー操作によって、M1（誘導発電機の場合）≧０．０００８２１秒、又は、M２（同期発電機の場合）≧０．０００８３３秒ならば、２a，２eを開け、２ｂ〜２ｄを閉じ、KaをONにし、１ｂで４．０１MPAの圧縮空気を追加された空気を２eからC内に注入し、
０．０００８２１秒＞M1≧0.0007８９５秒、又は、０．０００８３３秒＞M２≧0.000８秒ならば、２a，２eを開け、２ｂ〜２ｄを閉じ、KaをOFFにし、空気を２aから入れて２eからC内に循環流入し、
0.0007８９５秒＞M1、又は、0.000８秒＞M２ならば、２a、２ｂ〜２ｄを開け、２eを閉じて、KaをONにし、２ｂ〜２ｄから風胴体外に空気を排出してC内の６ｌを低下させ、この間ピッチ駆動機構で定格出力を確保するシステムと、
６ｌ＞４．００５MPAの時、１aからの圧縮空気注入を停止し（６ｌ≦４．００３MPAになるまで）、２a，２ｂ〜２ｄを開け、２eは閉じて、KaをONにし、２ｂ〜２ｄと、Jから風胴体外に空気を排出してC内を減圧し、６ｌ＜４．0MPAの時、２a〜２eを閉じ、６ｌ≧４．0MPAになるまで、１aから４．０５MPA、逆支弁のついた１ｃ〜１ｆから４．０MPAの圧縮空気を注入し、６ｌ≧３．９９８MPAまではピッチ駆動機構でプロペラの回転数を調整し、万一、６ｌ＞４．０１MPA、或いは、６ｌ＜３．９９８MPAになった場合は、ピッチ駆動機構でなく、ハイブリッド型励磁回路でシャフト９の回転を調整して定格出力を確保する等、風洞体内の空気密度を４．０MPA〜4.００３MPAの範囲に保ち、定格出力を確保することを特徴とする請求項１記載の人造風を駆動源とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人造風を駆動源とする風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
わが国の地形は風力発電に適していないから、欧米に比べると普及が遅れており、更に風力発電の適地が少なくなっていることも将来の展望を暗くしている。
風力発電の閉塞感を打破するには、他の発電にはない風力発電だけが持っている長所を生かし、現在の風力発電の欠点を無くすることである。
風力発電の長所は次の点である。
１．  クリーンエネルギーである。
２.発電機出力は、風速の3乗に比例するので、風速を変化させれば自由に操作出来る。
３.１ｍ2当たりの風力エネルギーは空気の密度に比例するので、空気の密度を濃くすれば、発電機出力を増大出来る。
現在の風力発電の欠点は主に次の５点であり、全て空中に設置していることが原因である。
４.風力発電の発電機出力は風速の3乗、プロペラの径の２乗に比例するので、      風速の大きい場所、プロペラの径を大きく出来る場所、プロペラの騒音が問題にならない場所に設置されるという制約を受けている。
設置場所が制限されるため、日本における設置は風速のある山間部に多くなっているが、それでも適地が少なくなってきているし、山間部設置のために建設コストも高くなっている。
５.設置場所が山間部のため送電網敷設が必要になることと、送電ロスが発生するのでコストが高い。
６．自然の風が相手のため風速、風向きが一定でないので、発電効率が低く、コストが高くなり、ピッチ制御機構、ヨー設備が必要となる。
７．発電機出力を大きくするため、プロペラの径を大きくしようとすると、発電機の重量と面積も大きくなり、支柱の上にプロペラと発電機等を載せてあるナセルも大型化せざるを得なくなる。
ナセルの大型化は、ナセルを乗せている支柱の強度等技術的な問題を解決する必要があるため、出力は簡単に大きく出来ない。
これは、現在の風力発電が空中に設置するため、垂直方向にしか拡大出来ないことから起こる解決困難な問題である。
８．雷対策、鳥害対策が必要である。
風力発電の長所を生かし、現在の風力発電の欠点を修正した技術に特許文献１（特許第４２６１６１７号）があり、空気の密度ρを考慮した技術に特許文献２（特開２００５−２４０７２５号）がある。
特許文献１と本願との相違点は、
イ、特許文献１は、風速を増大させることによって、発電機出力を増大させているが、本願では、風速を増大させる他、風洞体内の空気密度ρを４．０MPA〜4.００３MPAに増大させて、１ｍ2当たりの風力エネルギーを増大させて発電機出力を大幅に増大させている。
ロ、特許文献１は、電源が商用電源なので１００％クリーンエネルギーではないのに対し、本願の電源は蓄電池なので、１００％クリーンエネルギーになる。
ハ、本願では、発電機出力が飛躍的に増大し、更に、電源である蓄電池を本願で発生する電気で充電して蓄電池の寿命を延ばしているので、特許文献１に比べて単位当たりの発電機出力のコストが安くなる。
特許文献２と本願との相違点は、
特許文献２は自然界で発生している当該風力発電装置周辺の空気密度情報（ρ）を獲得し、発電機出力を最適にするシステムであるのに対し、本願は、風洞体内の空気密度ρを４．０MPA〜4.００３MPAに増圧し、風速も増大させて１ｍ2当たりの風力エネルギーを飛躍的に増大させて発電機出力を大幅に増大させている点にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２６１６１７号
【特許文献２】特開２００５−２４０７２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこでこの発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、単位当たりの発電機出力のコストが、現在の風力発電より安い風力発電機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】
【０００５】
１、発電以前。
イ、開閉弁２a〜２eを閉じ、圧縮空気注入管１aから４．０５MPA、逆支弁のついた１ｃ〜１ｆから、４．０MPAの圧縮空気を注入する。
この時、C内の空気は風下のE1の部分に向かうが、１aから出てくる４．０５MPAの圧縮空気に押し戻され、出口がないのでC内の気圧は高まり、６ｌ≧３．９９８MPAになる。
２、６ｌ≧３．９９８MPAになった時以後。
２−１  風速について
６ｌ≧３．９９８MPAになると、風速センサ近傍が所定の風速になる風が送られ、５a乃至５dの風速は個々に計測され、５a乃至５dのどれかが所定の風速以外になると、対応する送風機４a乃至４dの風量は調節される。
２−２  風洞体内の平均気圧について
ピッチ駆動機構(空気圧方式)は、風洞体内の６ｌが３．９９８MPA〜４．０１MPAの時に作動するように設定し、６ｌ≧３．９９８MPAになると風速センサ近傍が所定の風速になる風を送り、発電を開始する。
ロ、６ｌ＞４．0MPAになると、１aから４．０５MPAの空気を注入しつつ、リレー操作によって、M1（誘導発電機の場合）≧０．０００８２１秒、又は、M２（同期発電機の場合）≧０．０００８３３秒ならば、２a，２eを開け、２ｂ〜２ｄを閉じ、KaをONにし、１ｂで４．０１MPAの圧縮空気を追加された空気を２eからC内に注入し、C内の６ｌを０．０００８２１秒＞M1、又は、０．０００８３３秒＞M２まで増大させる。
０．０００８２１秒＞M1≧0.0007８９５秒、又は、０．０００８３３秒＞M２≧0.000８秒ならば、２a，２eを開け、２ｂ〜２ｄを閉じ、KaをOFFにし、C内の空気を２aから入れて２eからC内に循環流入させ、0.0007８９５秒＞M1、又は、0.000８秒＞M２ならば、２a、２ｂ〜２ｄを開け、２eを閉じて、KaをONにし、２ｂ〜２ｄから風胴体外に空気を排出して、C内の６ｌを０．０００８２１秒＞M1≧0.0007８９５秒、又は、０．０００８３３秒＞M２≧0.000８秒に低下させる。
圧縮空気注入口が内臓されている管F６〜F９と連通している逆支弁のついた１ｃ〜１ｆからは、常時４．0MPAの圧縮空気が送られているが、６ｌ＞４．0MPAになると、風胴体内の気圧が圧縮空気より高いので、風胴体内の空気は圧縮空気を押し戻して管F６〜F９を経由して風胴体外に排出され、６ｌ＜４．０MPAになると、圧縮空気より風胴体内の気圧が低いので、４．０MPAの圧縮空気が風胴体内に注入され６ｌは４．０MPA〜4.００３MPAに保たれる。
この時、E1の部分に向かった風Hは、１aから出てくる４．０５MPAの圧縮空気に押し戻され、風Gと合流し２aに入り、風GとHは、２eを通じてC内に循環して使用されたり、リレー操作を行って２ｂ〜２ｄから風胴体外に排出されるのでC内の気圧は一定の範囲内に維持され（０．０００８２１秒＞M1≧0.0007８９５秒、又は、０．０００８３３秒＞M２≧0.000８秒に維持される）、ピッチ駆動機構の作動範囲内なので、ピッチ駆動機構でプロペラの回転数が調整され、定格出力４，０００Wは確保される。
ハ、６ｌ＞４．００５MPAの時、１aからからの圧縮空気注入を停止し（６ｌ≦４．００３MPAになるまで）、２a，２ｂ〜２ｄを開け、２eは閉じて、２ｂ〜２ｄと、Jから風胴体外に空気を排出してC内を減圧し、６ｌ＜４．0MPAになった場合、２a〜２eを閉じ、６ｌ≧４．0MPAになるまで、１aから４．０５MPA、逆支弁のついた１ｃ〜１ｆからは常時４．０MPAの圧縮空気が注入されているので、６ｌ≧３．９９８MPAまではピッチ駆動機構でプロペラの回転数を調整するので、定格出力４，０００Wは確保される。
６ｌ＞４．００５MPAの段階で、圧縮空気注入は停止され、空気は風胴体外に排出されるので、６ｌ＞４．０１MPAは通常発生しないが、万一、６ｌ＞４．０１MPAになった場合は、ピッチ駆動機構でなく、ハイブリッド型励磁回路でシャフト９の回転を調整し、定格出力４，０００Wは確保される。
６ｌ＜４．0MPAになると、２a〜２eが閉じられ、１aから４．０５MPA、逆支弁のついた１ｃ〜１ｆからは常時４．０MPAの圧縮空気が注入されているので、６ｌ＜３．９９８MPAは通常発生しないが、万一、６ｌ＜３．９９８MPAになった場合は、ピッチ駆動機構でなく、ハイブリッド型励磁回路でシャフト９の回転を調整し、定格出力４，０００Wは確保される。
ニ、６ｌ＞４．0MPAになった時以後、ロ〜ハの行程が繰返し行われて、風洞体内の空気密度を４．０MPA〜4.００３MPAの範囲に保ちつつ、定格出力を確保することと、本願で発生する電気で蓄電池を充電し、蓄電池の寿命を延ばすことによって、単位当たりの発電機出力のコストを安くすることによって課題を解決している。
【発明の効果】
【０００６】
現在の風力発電はコストが高く、コストを下げることが最も重要な点になる。
本発明は、風洞体内の空気密度を４．０MPA〜4.００３MPAに増圧し、風速の大きい風でプロペラを回転させて発電機出力を増大させ、蓄電池を本発明の電気で充電し、寿命を延ばしているのでコストが安くなるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】は、本発明の全体図。
【図２】は、D1、D２,  開閉弁  ２a、２e,  穴Jの概念図。
【図３】は、プロペラを通過した風が、D1に当たった後の流れの概念図。
【図４】は、管F1の概念図。
【図５】は、回転センサであるロータリーエンコーダーの概念図。
【図６】は、励磁回路の断面図。
【０００８】
（図面に基づく本発明の説明）
蓄電池はサイクル用鉛蓄電池、真空ポンプはダイアフラム式真空ポンプ、回転センサはロータリーエンコーダー、発電機は４極式、５０HZ、風速４０ｍ／s、３枚プロペラ、ロータ径３．５ｍ、風洞体内の空気密度＝４．０MＰＡ、ピッチ駆動機構の作動範囲＝６ｌが３．９９８MPA〜４．０１MPA、励磁回路は５相励磁、発電機が誘導発電機の場合、入力パルスの周波数１、３００ＨＺ、同期発電機の場合、１、２５０ＨＺとして４，０００KWを生成する発電装置の構成、及び運転状況を図１〜図６で説明する。
【０００９】
（本発明の装置、及び呼称）
本発明では、送風機から発電機方向を風下、ハブのローターヘッドから増速機までの回転軸をシャフト９、増速機の風下から発電機までの回転軸をシャフト１９、風速センサ５a乃至５dの平均風速を５e、圧力センサ６a乃至６ｄの平均気圧を６ｊ、圧力センサ６e乃至６hの平均気圧を６k、平均気圧６ｊと６ｋの平均気圧を６ｌ、シャフト９のステップ角１０個の平均回転時間をM1（誘導発電機の場合）, M２（同期発電機の場合）と呼称している。
【００１０】
（サイクル用鉛蓄電池及び本発明で使用される電源）
サイクル用鉛蓄電池は負荷に応じて組電池として設けてあり、送風機、風速センサ、圧力センサ、ロータリーエンコーダー、圧縮空気ユニットは直流、コンピューター、ダイアフラム式真空ポンプ、ハイブリッド型励磁回路、発電機が誘導発電機の場合の電源等はインバーターでDC／AC変換された交流が使用される。
本発明では、本発明で発生する交流電気を直流に変換し、充電器を経由して、鉛蓄電池充電用に供給している。
適切な充放電が行われた場合、サイクル用鉛蓄電池の寿命は１０〜１４年なので、本発明の運転コストは大幅に安くなる。
【００１１】
（圧縮空気注入管、送風機、風速センサ、圧力センサ、プロペラ、ピッチ駆動機構、ローターヘッドの構成）
図１に示すように、風胴体C は円筒形で風上から風下に向かって伸び、Aの部分からBの部分までで構成され、C内には圧縮空気注入管１a、１ｃ乃至１ｆ、送風機４a乃至４d、風速センサ５a乃至５d、圧力センサ６a乃至６h、プロペラ７、ピッチ駆動機構(図示せず)、ローターヘッド８、シャフト９が設置され、C には図２に示すように、E1の部分にシャフト９と適切の空間を有して同心環状の壁D1があり、E1より風下方向へ、順に、内部に圧縮空気注入管１aが設けてある同心環状の環D２が設置してあり、D２の風下には、穴Jが穿たれ、Jにはダイアフラム式真空ポンプKbに連結されている管F2が連結されている。
図３に示す圧縮空気注入管１aは同心環状の環D２の内部に注入口を風Hに向かって設けられ、図４に示す１ｂは管F1内に、逆支弁のついた１ｃは、ローターヘッド８の中心部を通る垂直線の上方向の線がCと交差するC上に設置され、逆支弁のついた１ｄ、１e、１fは、１cより時計周りに90度の間隔でC上に設置され、圧縮空気注入口が内臓されている管F６〜F９(図示せず)と連通している。
１ｃ〜１ｆは、常時４．０MPAの圧縮空気を注入し、６ｌ≦４．０MPAになるまで４．０MPAの圧縮空気をローターヘッド８の中心部に向かって注入し、６ｌ＞４．0MPAになると、風胴体内の気圧が１ｃ〜１ｆで作られる圧縮空気より高くなるので、管F６〜F９内の空気は押し戻されて、風胴体内の空気と一緒に管F６〜F９を経由して風胴体外に排出される。
図２に示すように、D1の風上には開閉弁２aがあり、２aには管F1の一端が連結され、図４に示すように、F1にはダイアフラム式真空ポンプKa、開閉弁２ｂ〜２ｄ、圧縮空気注入管１ｂが設けられ、管F1の多端は開閉弁２eでCに連通している。
管F1には開閉弁２ｂ〜２ｄを経由する管F３〜F5が連結されており、開閉弁２ｂ〜２ｄを開けるとダイアフラム式真空ポンプKc〜Ke に連結されている管F３〜F5を経由して風胴体外に空気を排出され、排出しない時は、２aから入れて２eからC内に循環流入させたり、１ｂで４．０１MPAの圧縮空気を追加された空気が開閉弁２eからC内に注入される。
管F2〜F９の内部には、風速を落とすために上部は空間で、下部は風を止める壁が複数設けられている。
シャフト９ の内部はE2にある垂直方向の壁D３で完全に分離され、風胴体内の空気は、D３より風下部分にあるシャフト９ の内部には侵入しない。
送風機４aは、ローターヘッド８の中心部を通る水平線の、風上方向右上４５度の位置にあるC上に設けられ、４aより９０度の間隔で、４b、４c、４dが時計周りにC上に４台設置され、プロペラに向かっている。
風速センサ５a乃至５dは前述の送風機４a乃至４dの水平線上であると共に、プロペラの風上に、前記、送風機４a乃至４dに対向して４個設置されている。
圧力センサ６a乃至６dは前述の風速センサ５a乃至５dとプロペラの風上間に４個、６e乃至６hは６a乃至６dの水平線上であると共に、D1の風上、D1と６a乃至６dの中間地点に４個設置され(図示せず)、ローターヘッド８はシャフト９の頭頂部分にあり、ローターヘッド８にはプロペラ３枚を持つ風車と、空気圧で作動するピッチ駆動機構(図示せず)が接続してある。
シャフト９のD３の風下には、回転センサのロータリーエンコーダーL、ロータリーエンコーダーと増速機１８の間には、同心円状環１０内に、鉄心に電線が巻かれた電磁石１１を設けたステータ１２と、前記電磁石１１に対向していると共に、軸の周りに軸方向に同心状に磁化された磁石１４が設けてあるロータ１３、同心円状環１０の下方には、プログラマブルコントローラ１５、コントローラ１６及び電磁石１１と接続してあるドライバ１７で構成される５相励磁のハイブリッド型励磁回路が設けられ、シャフト９には増速機１８、シャフト１９には発電機２０として誘導発電機又は同期発電機が設置され，電源２１は発電機が誘導発電機の場合のみ設けられる。
【００１２】
（空気の流れについて）
図３に示すように、プロペラを通過した空気はCに設けられたD1に遮られたG、とHに分かれる。
Gは２aから、ダイアフラム式真空ポンプKa に連結されている管F1に吸い込まれ、Hは同心環状の環D２の内部に設けてある１aから出ている４．０５MPAの圧縮空気に押し戻されて、Gと合流して管F1に吸い込まれる。
GとHは、リレー操作によって、６ｌ＞４．0MPAの時、M1≧０．０００８２１秒、又は、M２≧０．０００８３３秒ならば、２a，２eを開け、２ｂ〜２ｄを閉じ、KaをONにし、１ｂで４．０１MPAの圧縮空気を追加された空気と一緒になって、２eからC内に注入され、０．０００８２１秒＞M1≧0.0007８９５秒、又は、０．０００８３３秒＞M２≧0.000８秒ならば、２a，２eを開け、２ｂ〜２ｄを閉じ、KaをOFFにし、２aから入って２eからC内に循環流入され、0.0007８９５秒＞M1、又は、0.000８秒＞M２ならば、２a、２ｂ〜２ｄを開け、２eを閉じて、KaをONにし、リレー操作を行って２ｂ〜２ｄから風胴体外に排出され、
６ｌ＞４．００５MPAの時、２a，２ｂ〜２ｄを開け、２eは閉じて、Ka、Kc〜KeをONにし、２ｂ〜２ｄからダイアフラム式真空ポンプKc〜Ke に連結されている管F３〜F5と、Jを通じてF２から風胴体外に排出される（６ｌ≦４．００３MPAになるまで）。
１aから出ている圧縮空気の一部は、図３に示すD２とシャフト９の間を通過してI方面に流れるが、穴Jにあるダイアフラム式真空ポンプKbに連結されている管F2に吸い込まれ風胴体外に排出される。
【００１３】
（プロペラ７を、一定の回転数近傍で回転し始めさせる構成）
本発明では、風胴体内の平均気圧６ｌが４．０MＰＡの時、風速センサ５a乃至５dの地点の風速を４０ｍ／sにする、送風機４a乃至４dからの風量情報は予め入手してある。
送風機４a乃至４dからの送風は、送風機４a乃至４dからの風量と、風速センサ５a乃至５dの地点の適正風速データーを比較の上、風速センサ５a乃至５dの風速が４０ｍ／sになるような風量になる。
圧縮空気が注入されて、６ｌ≧3.998MPAになると、風速センサ近傍が風速４０ｍ／sになる風が送風される。
プロペラ７が回転する場所の空気密度と風速は一定でないが、ピッチ駆動機構は、揚力を求める式  
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における、流体の密度＝ρを平均気圧６ｊ、対気速度＝Vを平均風速５eとして、
揚力係数＝CLである迎え角を適切な角度に調節して、プロペラは誘導発電機の場合、1分間に１４６回転（１ステップ角を.０．０００８２２秒で回転）、同期発電機の場合、1分間に１４４回転(１ステップ角を０．０００８３４秒で回転)近傍で回転し始める。
【００１４】
（ロータリーエンコーダーLの構成）
図５は回転センサ、ロータリーエンコーダーの概念図であり、スリットは１ステップ角に対応して５００孔設けられ、分解能は５00パルス/1回転に設定してある。
シャフト９の回転速度は１スリット孔＝１ステップ角毎に計測され、１ステップ角当たりの所要時間１０個の平均回転時間M1（誘導発電機の場合）、又は、M２（同期発電機の場合）が求められる。
６ｌと、M1、又は、M２のデーターに基づき、管F1内の空気を風胴体外に排出したり、C内に還流させたりして、風洞体内の空気密度を一定の範囲に保ち、プロペラの回転は誘導発電機の場合、1分間に１４６回転、同期発電機の場合、1分間に１４４回転近傍に維持される。
【００１５】
（ハイブリッド型励磁回路の構成、及び運転状況の説明）
図６は５相励磁回路の断面図であり、入力パルスの周波数は誘導発電機の場合、１、３００ＨＺ、同期発電機の場合、１、２５０ＨＺ、１ステップ角＝０．７２°で、前記コントローラ１６に電流が流されるとドライバ１７へパルス信号が与えられ、ドライバ１７は電磁石１１の磁極の切り替えを１秒間に１、３００回又は１、２５０回行う。
６ｌ≧３．９９８MPAになると、風速センサ近傍が４０ｍ／sになる風が、送風機から吹き出す。
ピッチ駆動機構の調節で、プロペラは誘導発電機の場合、1分間に１４６回転（１ステップ角を.０．０００８２２秒で回転）、同期発電機の場合、1分間に１４４回転(１ステップ角を０．０００８３４秒で回転)近傍で回転し始めるが、前記電磁石１１の磁極が切り替えられると、磁石１３は１ステップ角毎に電磁石１１の磁極に反応するので、シャフト９は１ステップ角毎に回転速度を励磁回路の回転速度と同一とし、１秒間に１、３００回又は１、２５０回の回転数調整を行いながら励磁回路と同じ回転数で回転する。
プロペラの回転数と励磁回路の回転数の１ステップ角同士の差異は殆どの場合微差であり、調整が不十分で、１ステップ角で回転数の差異が発生してプロペラの回転が励磁回路の回転より速くなっても、４％遅く設定してあるので４％以上早くなったら、充分な抑止力がある電磁石１１の磁力で対処され、４％以上遅くなったら、８％以上の追加磁力を必要とするが、ステッピングモーターの回転力で調整され、回転方向への慣性力があるので、その調整には大きな磁力を必要とせず、シャフト９の回転は１ステップ角毎に回転速度を励磁回路の回転速度と同一となり、差異は１ステップ角毎に調整され、回転数の誤差は累積せず、誤差は最大０．７２°未満である。
本発明の特徴は、シャフト９の駆動源の９６％をプロペラの回転力に求め、プロペラの回転を励磁回路の回転より意識的に１ステップ角毎に４％（０．０２８８°）遅く設定して、励磁回路の回転をプロペラの回転より先行させ、先行するステッピングモーターの回転力で、シャフト９の駆動源の４％を賄いながら、シャフト９の回転を１ステップ角毎に調節することを基本にしていることにある。
即ち、プロペラの回転を１ステップ角毎に励磁回路の回転（誘導発電機の場合、１ステップ角の所要時間0.0007８９５秒、同期発電機の場合、１ステップ角の所要時間0.000８秒）より、誘導発電機の場合、１ステップ角の所要時間を０.00003０5秒、同期発電機の場合、１ステップ角の所要時間を0.0000３４秒長くし、遅行するシャフト９を１ステップ角毎に、ステッピングモーターの回転力で調節することを基本にし、プロペラの回転が先行する場合を出来るだけ少なくしようとするものである。
仮に調整が不十分で、１ステップ角で５％の遅れが発生した場合、シャフト９の回転は励磁回路の回転より９％（０．０６４８°）遅くなるのでトルクが発生し、９％の修正を行う回転のための電磁石１１の磁力を必要とするが、ステッピングモーターの回転力と回転方向への慣性力で調整される。
逆に早い時は、４％遅く設定してあるので、１％以上の速度調整の抑止力が必要となるが充分な抑止力がある電磁石１１の磁力で対応される。
本発明では第一次的に、ピッチ駆動機構でプロペラの回転数を調整し、第二次的に６ｌと、M1、又は、M２のデーターに基づき、１ステップ角毎にC内の空気密度を一定の範囲に維持するが（０．０００８２１秒＞M1≧0.0007８９５秒、又は、０．０００８３３秒＞M２≧0.000８秒に維持される）、万一、これらによる調整が不十分の場合でも、ハイブリッド型励磁回路で１ステップ角毎に回転数を修正し続けるので、シャフト９の回転は１ステップ角毎に調整され、誤差は累積せず一定の回転数になる。
「本発明におけるトルクとは、“励磁回路の回転（電磁石１１の磁力）で、シャフト９を回転させるのに必要なエネルギー” の意味で使用している」。
【００１６】
（遊星歯車、発電機２０、電源２１の構成）
入力側の遊星歯車と出力側の太陽歯車との歯車比は太陽歯車を１０倍増速するよう設定され、電源２１は発電機が誘導発電機の場合のみ設置される。
発電機が誘導発電機の場合シャフト９の回転数（１５２回転／分）は、増速機で発電機の同期回転数（１５００回転／分）より１．３％早い１５２０回転／分に増速され、シャフト１９に伝達され、誘導発電機は電気を発生する。
発電機が同期発電機の場合シャフト９の回転数（１５０回転／分）は、増速機で発電機の同期回転数の１５００回転／分に確実に増速され、シャフト１９に伝達され、同期発電機２０で発電する。
【００１７】
（圧縮空気ユニット、真空ポンプの構成）
鉛蓄電池と接続してある電動モーターの延伸された軸が６MPAの圧空気を生成する二段空気圧縮機と連結され、生成された６MPAの圧空気を空気タンクに４．５MPAの圧空気として貯蔵し、空気タンクにピッチ駆動機構と、圧縮空気注入管が連結されている。
インバーターに接続されたダイアフラム式真空ポンプKa、Kｂ、Kc〜Ke が管F1、F２、F３〜F5に設けてある。
【００１８】
（発電機出力の検証）
ウインドフアーム立川の定格出力１００KWの仕様はロータ径１８ｍ、定格風速１３．０ｍ／ｓである。（http://www.town.shonai.yaMagata.Ｊp/windoMe/参照）
風力エネルギーは、ロータ直径の２乗に比例し、風速の３乗に比例するから、
ウインドフアーム立川の定格出力１００KW の風力エネルギーEは、
E＝１３×１３×１３×１８×１８＝７１１，８２８    １となる。
本事例では風速４０．０ｍ／ｓ、ロータ径３．５ｍに設定してある。
従って、空気の密度を４０倍にする前の風力エネルギーEは、
E＝４０×４０×４０×３．５×３．５＝７８４、０００    ２となる。
２＞１なので、定格出力１００Wは確保していることになる。
１ｍ2当たりの風力エネルギーEは次の式で求められる。
E = 1/2・ρ・V3
ρ :  空気の密度（1.29  kg/ｍ3）
V ：  風速(ｍ/s)
E ：  １ｍ2当たりの風力エネルギー（W）または（Ｊ/s）
本事例では、空気の密度ρを４０倍にしてあるから、発生する風力エネルギーも４０倍になり、発電機出力も４０倍になる。
１００KW×４０＝４，０００KWの発電機出力は確保されていることになる。
【００１９】
〔実施形態の効果〕
１ｍ2当たりの風力エネルギーは上述の通り空気の密度に比例する。
本事例では空気の密度を４０倍にし、発電機出力も４０倍に増大させている。
又、本事例の電源である蓄電池は、CO2を出さず、本願で発生する電気を利用して充電されるので、蓄電池の寿命が延ばされるのでコストは低減され、どのような場所にも設置可能なので、温暖化対策のための再生エネルギーとしては理想的である。
【符号の説明】
【００２０】
１a乃至１ｆ＝圧縮空気注入管
２a乃至２e＝開閉弁
４a乃至４d＝送風機
５a乃至５d＝風速センサ
６a乃至６h＝圧力センサ
７＝プロペラ
８＝ローターヘッド
９＝シャフト９
１０＝ローターヘッド８と増速機１８との間にある同心円状環
１１＝電磁石
１２＝ステータ
１３＝ロータ
１４＝シャフト９の周りに、軸方向に同心状に磁化された磁石
１５＝プログラマブルコントローラ
１６＝コントローラ
１７＝ドライバ
１８＝増速機
１９＝シャフト１９
２０＝発電機
２１＝電源
A〜B＝風胴体の前部〜後部
C＝風胴体
D１＝Cに設けてある同心環状の壁
D2= Cに設けてある同心環状の環
D３=シャフト９ のE2にある垂直方向の壁
E１=風胴体C と、シャフト９間に適切な空間を有してD1が設けてある場所
E２=シャフト９ のD３が設けてある場所
F１乃至F９=管
G乃至H=プロペラを通過した空気の流れ
I=１aから出ている空気の一部で、D２とシャフト９の間を通過した空気
J= Iの風を吸い込む穴
K a乃至Ke=ダイアフラム式真空ポンプ
L=ロータリーエンコーダー
M１＝シャフト９のステップ角１０個の平均回転時間（誘導発電機の場合）
M2=シャフト９のステップ角１０個の平均回転時間（同期発電機の場合）
【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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