(57)【要約】      （修正有）【課題】大重量の回転体をそのスラスト荷重を相殺し又は低減した状態で垂直軸の回りに安定してかつ高精度に回転可能に軸支する回転体軸支構造を提供する。【解決手段】垂直起立状態のポール１０２により、中心回転部１１２を備え、この中心回転部１１２にポール１０２に沿って垂直配置される外側回転物を連結した回転体を垂直配置で軸支する回転体浮上軸支構造であって、ポール１０２の開口端側から内方下方に至る位置に設けた不凍液１３３を収納した浮力室１３１と、不凍液１３３内に臨ませたフロート１３５と、このフロート１３５下部の浮力室１３１の下端を貫いてポール１０２内を下方に延長した垂直軸とを具備し、フロート１３５に作用する浮力により回転体のスラスト荷重を分担させて浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部１２１と、ラジアル荷重を分担する上部側のラジアル軸受部１２２と、ラジアル荷重を分担する下部側のラジアル軸受部とを有する。【選択図】図３
2011043171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直起立状態で固定配置した円形筒状のポールにより、このポールの頂部に配置する中心回転部を備えこの中心回転部の外周部に外側回転物を連結した回転体を垂直配置で軸支する回転体浮上軸支構造であって、
前記ポール内に設けた浮力発生用の液体を収納した浮力室と、前記回転体の中心回転部から垂下され前記浮力室の液体内に臨ませたフロートと、このフロートの下端から前記浮力室を液密状態で貫いてポール内を下方に延長した垂直軸と、を具備し、前記浮力室内の液体から前記フロートに作用する浮力により前記回転体のスラスト荷重を分担させて該回転体を前記フロート、垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部と、
前記ポールの外周部と、前記中心回転部に設けた円形内周部とにわたって設けられ、前記回転体のラジアル荷重を分担するラジアル軸受部と、
を有することを特徴とする回転体浮上軸支構造。
【請求項２】
垂直起立状態で固定配置した円形筒状のポールにより、このポールの頂部に配置する中心回転部を備えこの中心回転部の外周部に外側回転物を連結した回転体を垂直配置で軸支する回転体浮上軸支構造であって、
前記ポールの開口端側から内方下方に至るとともにその下部を閉塞部材で閉塞することにより形成され、浮力発生用の不凍液及びこの不凍液の液面を被うオイルからなる液体を収納した浮力室と、前記回転体の中心回転部から垂下され前記浮力室の不凍液内に臨ませた外形が略長楕円体形状のフロートと、このフロートの下端から前記閉塞部材を液密状態で貫いてポール内を下方に延長した垂直軸と、を具備し、前記浮力室内の不凍液から前記フロートに作用する浮力により前記回転体のスラスト荷重を分担させて該回転体を前記フロート、垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部と、
前記ポールの外周部と、前記中心回転部に設けた円形内周部とにわたって設けられ、前記回転体のラジアル荷重を分担するラジアル軸受部と、
を有することを特徴とする回転体浮上軸支構造。
【請求項３】
垂直起立状態で固定配置した円形筒状のポールにより、中心部に前記ポールの頂部に配置する中心回転部を備え、この中心回転部に前記ポールに沿って垂直配置される風車用の複数の垂直翼型のブレードを円形分離配置してなる外側回転物を連結した回転体を垂直配置で軸支する回転体浮上軸支構造であって、
前記ポールの開口端側から内方下方に至るとともにその下部を閉塞部材で閉塞することにより形成され、浮力発生用の不凍液及びこの不凍液の液面を被うオイルからなる液体を収納した浮力室と、前記回転体の中心回転部から垂下され前記浮力室の不凍液内に臨ませた外形が略長楕円体形状のフロートと、このフロートの下端から前記閉塞部材を液密状態で貫いてポール内を下方に延長した垂直軸と、を具備し、前記浮力室内の不凍液から前記フロートに作用する浮力により前記回転体のスラスト荷重を分担させて該回転体を前記フロート、垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部と、
前記ポールの頂部の外周部と、前記中心回転部に設けた円形内周部とにわたって設けられ、前記回転体のラジアル荷重を分担する上部側のラジアル軸受部と、
前記ポールに沿って垂直配置される前記複数のブレードの下部をポールに連結するアームの端部と、前記ポールの前記アームの端部に対応する位置の外周部とにわたって設けられ、前記回転体のラジアル荷重を分担する下部側のラジアル軸受部と、
を有することを特徴とする回転体浮上軸支構造。
【請求項４】
垂直起立状態で固定配置した円形筒状のポールにより、このポールの頂部に配置する中心回転部を備えこの中心回転部の外周部に外側回転物を連結した回転体を垂直配置で軸支する回転体浮上軸支構造であって、
前記ポール内においてポール内周部に固定した円環状の磁石と、前記中心回転部の中心部から垂下され前記円環状の磁石を貫通してポール内を下方に延長した垂直軸と、該垂直軸に対して前記円環状の磁石に対向する配置で固定した円板状の浮上磁石とを具備し、前記磁石と浮上磁石との反発力により浮上磁石を介して前記回転体のスラスト荷重を分担させ該回転体を垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部と、
前記ポールの外周部と、前記中心回転部に設けた円形内周部とにわたって設けられ、前記回転体のラジアル荷重を分担するラジアル軸受部と、
を有することを特徴とする回転体浮上軸支構造。
【請求項５】
垂直起立状態で固定配置した円形筒状のポールにより、このポールの頂部に配置する中心回転部を備えこの中心回転部の外周部に外側回転物を連結した回転体を垂直配置で軸支する回転体浮上軸支構造であって、
前記ポール内においてポール中心線方向に間隔を隔て水平配置に固定した円環状の第１磁石及び第２磁石と、前記中心回転部の中心部から垂下され第１磁石及び第２磁石を貫通してポール内を下方に延長した垂直軸と、該垂直軸に対して前記第１磁石、第２磁石間で、かつ、各々第１磁石、第２磁石と間隙をもって水平配置に連結した円板状の浮上磁石とを具備し、前記第１磁石と浮上磁石を同磁極で対向させ、前記第２磁石と浮上磁石を同極で対向させて、これら第１磁石と浮上磁石間及び第２磁石と浮上磁石間の各反発力により浮上磁石を介して前記回転体のスラスト荷重を分担させ該回転体を垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部と、
前記ポールの外周部と、前記中心回転部に設けた円形内周部とにわたって設けられ、前記回転体のラジアル荷重を分担するラジアル軸受部と、
を有することを特徴とする回転体浮上軸支構造。
【請求項６】
垂直起立状態で固定配置した円形筒状のポールにより、中心部に前記ポールの頂部に配置する中心回転部を備え、この中心回転部に前記ポールに沿って垂直配置される風車用の複数の垂直翼型のブレードを円形分離配置してなる外側回転物を連結した回転体を垂直配置で軸支する回転体浮上軸支構造であって、
前記ポール内においてポール中心線方向に間隔を隔て水平配置に固定した円環状の第１磁石及び第２磁石と、前記中心回転部の中心部から垂下され第１磁石及び第２磁石を貫通してポール内を下方に延長した垂直軸と、該垂直軸に対して前記第１磁石、第２磁石間で、かつ、各々第１磁石、第２磁石と間隙をもって水平配置に連結した円板状の浮上磁石とを具備し、前記第１磁石と浮上磁石を同磁極で対向させ、第２磁石と浮上磁石を同極で対向させて、これら第１磁石と浮上磁石間及び第２磁石と浮上磁石間の各反発力により浮上磁石を介して前記回転体のスラスト荷重を分担させ該回転体を垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部と、
前記ポールの頂部の外周部と、前記中心回転部に設けた円形内周部とにわたって設けられ、前記回転体のラジアル荷重を分担する上部側のラジアル軸受部と、
前記ポールに沿って垂直配置される前記複数のブレードの下部をポールに連結するアームの端部と、前記ポールの前記アームの端部に対応する位置の外周部とにわたって設けられ、前記回転体のラジアル荷重を分担する下部側のラジアル軸受部と、
を有することを特徴とする回転体浮上軸支構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体浮上軸支構造に関し、詳しくは垂直軸の回りで回転する大重量の回転体を浮上状態で回転可能に軸支する回転体浮上軸支構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、風力発電用の垂直軸型の風車のような大重量の回転体の場合、この回転体を軸支構造により高精度で支持しつつ垂直軸の回りを回転し得るように構成することが良好な回転特性を得るうえで不可欠となる。
【０００３】
また、例えば風力発電用の風車のような大重量の回転体の場合、微風時においても回転体を回転させることが要請されることから、回転体のスラスト荷重を可能な限り低減させることが好ましい。
【０００４】
この種の回転体軸支構造としては、例えば特許文献１に、流水から得られる浮力を利用して縦軸水車のスラスト軸受部分のスラスト荷重を軽減するようにした回転体の軸支構造が開示されている。しかし、この特許文献１の場合、流水から得られる浮力を利用するものであるため、安定した浮力を得ることは容易ではない。
【０００５】
また、特許文献２には、フライホイールを有する垂直軸の回転体を、超伝導磁石と永久磁石との間の磁気反発力を利用して非接触状態で支持する構成の軸受装置が開示されている。しかし、この特許文献２の場合、超伝導磁石を組み込んだ複雑構造を余儀なくされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−０２８４２６号公報
【０００７】
【特許文献２】特開平０８−２９６６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする問題点は、大重量の回転体を垂直軸の回りに安定してかつ高精度に回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支し得るような簡略構造からなる回転体軸支構造が存在しない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回転体浮上軸支構造は、垂直起立状態で固定配置した円形筒状のポールにより、このポールの頂部に配置する中心回転部を備えこの中心回転部の外周部に外側回転物を連結した回転体を垂直配置で軸支する回転体浮上軸支構造であって、前記ポール内に設けた浮力発生用の液体を収納した浮力室と、前記回転体の中心回転部から垂下され前記浮力室の液体内に臨ませたフロートと、このフロートの下端から前記浮力室を液密状態で貫いてポール内を下方に延長した垂直軸と、を具備し、前記浮力室内の液体から前記フロートに作用する浮力により前記回転体のスラスト荷重を分担させて該回転体を前記フロート、垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部と、前記ポールの外周部と、前記中心回転部に設けた円形内周部とにわたって設けられ、前記回転体のラジアル荷重を分担するラジアル軸受部と、を有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、大重量の回転体を、浮上軸受部を構成する浮力室内に配置したフロートに作用する浮力を利用して、垂直軸とともにこの垂直軸を軸心としてその回りに横揺れを伴うことなく高精度に回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができる回転体浮上軸支構造を提供することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、大重量の回転体を、浮力発生用の不凍液及びこの不凍液の液面を被うオイルからなる液体を収納した浮力室内に配置したフロートに作用する浮力を利用して、垂直軸とともにこの垂直軸を軸心としてその回りに横揺れを伴うことなく高精度に回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができる回転体浮上軸支構造を提供することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、風車用の複数の垂直翼型のブレードを円形分離配置してなる大重量の外側回転物を有する回転体を浮力室内に配置したフロートに作用する浮力を利用して浮上状態で軸支し、さらに、上部側、下部側のラジアル軸受部を採用した構成の基に、大重量の回転体を垂直軸とともにこの垂直軸を軸心としてその回りに横揺れを伴うことなく高精度に回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができ、例えば風力発電装置の軸支構造として極めて好適な回転体浮上軸支構造を提供することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、大重量の回転体のスラスト荷重を、浮上軸受部を構成するポール内の円環状の磁石と、円板状の浮上磁石との間の反発力により分担し、さらに、ラジアル軸受部を採用した構成の基に、大重量の回転体を浮上磁石を介して浮上状態として垂直軸を軸心としてその回りに横揺れを伴うことなく高精度に回転可能に、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができる回転体浮上軸支構造を提供することができる。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、ポール内において第１磁石と浮上磁石を同磁極で対向させ、前記第２磁石と浮上磁石を同極で対向させる構成の浮上軸受部を採用し、さらに、ラジアル軸受部を採用した構成の基に、大重量の回転体を浮上磁石を介して浮上状態としで垂直軸を軸心としてその回りに横揺れを伴うことなく高精度に回転可能に、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができる回転体浮上軸支構造を提供することができる。
【００１５】
請求項６記載の発明によれば、ポール内において固定した第１磁石と垂直軸側の浮上磁石を同磁極で対向させ、ポール内において固定した第２磁石と垂直軸側の浮上磁石を同極で対向させる構成の浮上軸受部を採用し、さらに、上部側、下部側のラジアル軸受部を採用した構成の基に、風車用の複数の垂直翼型のブレードを円形分離配置してなる大重量の回転体を浮上磁石を介して浮上状態として垂直軸を軸心としてその回りに横揺れを伴うことなく高精度に回転可能に、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができ、例えば風力発電装置の軸支構造として極めて好適な回転体浮上軸支構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の実施例１に係る回転体浮上軸支構造を備える回転体の概略斜視図である。
【図２】図２は本実施例１に係る回転体浮上軸支構造の部分拡大斜視図である。
【図３】図３は本実施例１に係る回転体浮上軸支構造の動作原理説明図である。
【図４】図４は本実施例１に係る回転体浮上軸支構造を構成する垂直軸の回転で発電する発電機を示す概略分解断面図である。
【図５】図５は本実施例１に係る回転体浮上軸支構造を構成する垂直軸の回転で発電する発電機を示す概略平面図である。
【図６】図６は本発明の実施例２に係る回転体浮上軸支構造の部分拡大斜視図である。
【図７】図７は本発明の実施例２に係る回転体浮上軸支構造の動作原理説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、大重量の回転体を垂直軸の回りに安定してかつ高精度に回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支できる簡略構造の回転体軸支構造を提供するという目的を、垂直起立状態で固定配置した円形筒状のポールにより、中心部に前記ポールの頂部に配置する中心回転部を備え、この中心回転部に前記ポールに沿って垂直配置される風車用の複数の垂直翼型のブレードを円形分離配置してなる外側回転物を連結した回転体を垂直配置で軸支する回転体浮上軸支構造であって、前記ポールの開口端側から内方下方に至るとともにその下部を閉塞部材で閉塞することにより形成され、浮力発生用の不凍液及びこの不凍液の液面を被うオイルからなる液体を収納した浮力室と、前記回転体の中心回転部から垂下され前記浮力室の不凍液内に臨ませた外形が略長楕円体形状のフロートと、このフロートの下端から前記閉塞部材を液密状態で貫いてポール内を下方に延長した垂直軸と、を具備し、前記浮力室内の不凍液から前記フロートに作用する浮力により前記回転体のスラスト荷重を分担させて該回転体を前記フロート、垂直軸とともに浮上状態で回転可能に軸支する浮上軸受部と、前記ポールの頂部の外周部と、前記中心回転部に設けた円形内周部とにわたって設けられ、前記回転体のラジアル荷重を分担する上部側のラジアル軸受部と、前記ポールに沿って垂直配置される前記複数のブレードの下部をポールに連結するアームの端部と、前記ポールの前記アームの端部に対応する位置の外周部とにわたって設けられ、前記回転体のラジアル荷重を分担する下部側のラジアル軸受部と、を有する構成により実現した。
【実施例１】
【００１８】
以下に本発明の実施例１に係る回転体浮上軸支構造１０１について図１乃至図３を参照して説明する。
【００１９】
本実施例１に係る回転体浮上軸支構造１０１は、垂直起立状態で固定配置した例えば金属製で円形筒状のポール１０２の頂部に、例えば風力発電用の風車のような回転体１１１の中心回転部１１２を配置し、ポール１０２内に設けた浮上軸受部１２１により回転体１１１のスラスト荷重を分担させて前記回転体１１１を浮上状態で回転可能に軸支するように構成している。
【００２０】
前記回転体１１は、図１に示すように、前記中心回転部１１２と、この中心回転部１１２から例えば１２０度間隔の円形分離配置で外方三方向に突出させた３個の上部アーム（ストラット）１１３と、前記ポール１０２の頂部から所定間隔下方に隔てた位置に設けた下部側のラジアル軸受部１２３の外周部から１２０度配置で、かつ、前記上部アーム１１３と対応配置で外方三方向に突出させた３個の下部アーム１１４と、上下配置に並ぶ一対ずつの前記上部アーム１１３、下部アーム１１４の各端部に垂直配置に、すなわち、前記ポールに沿う配置で内壁の上部、下部を各々取り付けた例えばジャイロミル形（垂直軸垂直翼タイプ）で流線形の３個のブレード１１５と、を有している。
【００２１】
前記上部アーム１１３、下部アーム１１４及びブレード１１５により、風力発電用の風車として機能する外側回転物１１７を構成している。
また、前記ブレード１１５は、その大型化及び強風時における強度確保、及び、重量軽減のため、ブレード１１５自体の外形部をアルミニウム合金、チタン合金、炭素繊維素材、ＦＲＰ（強化プラスチック）素材等から選ばれる素材で形成し、その内部に発泡ウレタン、強化発泡スチロール等を注入して、前記ブレード１１５内部の強化を図っている。さらに、前記ブレード１１５の外径部の成形には、ベンダー等による折り曲げ加工、型枠等による一体成型の技術を採用している。
【００２２】
前記中心回転部１１２の内部には、詳細は後述する上部側のラジアル軸受部１２２を設けている。
【００２３】
前記浮上軸受部１２１は、図２、図３に示すように、前記ポール１０２の開口端側から内方下方に所定寸法分下がった位置である下部において、例えば半球状の閉塞部材１３２の開口端をポールの内周部に溶接等で固着し閉塞することにより形成した浮力室１３１を有している。
【００２４】
そして、浮力室１３１内に浮力発生用の不凍液１３３及びこの不凍液１３３の液面を被うオイル１３４からなる液体を収納している。前記オイル１３４は、不凍液１３３の液面を被うことで、この不凍液１３３の蒸発を防止するものである。
【００２５】
また、前記浮上軸受部１２１は、前記回転体１１１の中心回転部１１２の下面に、連結部材１１６を介して上端部が連結された状態で垂下され、略全体を前記浮力室１３１の不凍液１３３内に臨ませた外形が略長楕円体形状のフロート１３５と、このフロート１３５の下端から前記閉塞部材１３２を例えば図示しないがシール部材を介在させつつ液密状態で貫いてポール１０２内を下方に延長した垂直軸１３６と、を具備している。
【００２６】
上述した上部側のラジアル軸受部１２２は、図２に示すように、前記ポール１０２の頂部の外周部と、前記中心回転部１１２に設けた円形内周部１１２ａとにわたって設けられ、前記回転体１１１のラジアル荷重を分担するように構成している。
【００２７】
すなわち、上部側のラジアル軸受部１２２は、前記ポール１０２の頂部の外周部に設けた円形軸受片部１０２ａと、前記中心回転部１１２の外周側の円形内周部１１２ａに設けた円形軸受片部１１２ｂとを対向配置とし、これらの間に軸受用の鋼球１２４を多数介在させたボールベアリング構造としている。
【００２８】
上述した下部側のラジアル軸受部１２３は、ポール１０２の外周に内周部を固定した内部環状体１４１と、この内部環状体１４１の外側の外部環状体１４２とを有し、これらの間に図示しないが軸受用の鋼球を円形配置に多数介在させ、外部環状体１４２を内部環状体１４１の周囲で回転可能とするボールベアリング構造として、前記回転体１１１のラジアル荷重を分担するように構成している。
【００２９】
また、前記外部環状体１４２の外周部から１２０度配置で、かつ、前記上部アーム１１３と対応配置で外方三方向に突出させた３個の下部アーム１１４を突設している。
【００３０】
本実施例１に係る回転体浮上軸支構造１０１は、上述した構成からなる前記浮上軸受部１２１、上部側のラジアル軸受部１２２、下部側のラジアル軸受部１２３を有して構成している。
【００３１】
この回転体浮上軸支構造１０１による前記回転体１１１の軸支動作について図３をも参照して説明する。
【００３２】
前記浮上軸受部１２１は、前記浮力室１３１内において、不凍液１３３内に臨ませたフロート１３５に対して不凍液１３３による浮力Ｆが作用する。
【００３３】
このとき、フロート１３５を垂直下方に押し下げる方向に作用する前記回転体１１１の荷重Ｍとすると、浮力Ｆ＞荷重（スラスト荷重）Ｍとなるように予め設定しておくことにより、前記回転体１１１は前記浮上軸受部１２１により不凍液１３３を介して浮上した状態で支持されることになる。
【００３４】
一方、前記上部側のラジアル軸受部１２２は、前記ポール１０２の頂部の外周部領域において、前記回転体１１１のラジアル荷重を分担し、また、前記下部側のラジアル軸受部１２３は、ポール１０２の頂部から所定間隔下方に隔てた位置において前記回転体１１１のラジアル荷重を分担する。
【００３５】
この結果、上述した浮力室１３１、不凍液１３３、フロート１３５を用いた簡略構造からなる回転体浮上軸支構造１０１によって、大重量の回転体１１１をフロート１３５、垂直軸１３６とともに垂直軸１３６を軸心としてその回りに横揺れを伴うことなく高精度にかつ安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を相殺し又は大幅に低減した状態で軸支することができる。
【００３６】
次に、風エネルギーにより発電出力を得る風力発電装置１００について図１、図４、図５を参照して説明する。
【００３７】
前記風力発電装置１００は、前記ポール１０２の下端部に前記垂直軸１３６の回転力を受けて発電する同軸反転式コアレス発電機１を取り付け、前記回転体１０１及び同軸反転式コアレス発電機１を地上から所定の高さとなるように支持する垂直配置かつ前記ポール１０２と同心配置の下部ポール１４１と、この下部ポール１４１を地上から起立支持する基台１４３と、を有している
【００３８】
前記同軸反転式コアレス発電機１は、図４、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軸支体１１とを有し、前記軸支体１１を下部ポール１４１の上端に取り付けている
【００３９】
前記発電機本体１０は、前記回転体１１１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。
【００４０】
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。
【００４１】
前記アウターロータ１２は、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。
【００４２】
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取り付け部２１ａを設けている。
【００４３】
前記取り付け部２１ａには、円形配置に多数のネジ孔２１ｂが設けられ、前記垂直軸１３６の下端部１３６ａに接合して取り付けボルト１３７により上部ロータ２１と垂直軸１３６の下端部１３６ａとを一体的に結合し、垂直軸１３６の回転力をアウターロータ１２に伝達するように構成している。
【００４４】
尚、前記垂直軸１３６は、図示省略するが、前記取り付けボルト１３７を下端部１３６ａの内底部側から前記取り付け部２１ａのネジ孔２１ｂに螺合し得るように複数分割構造としている。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
このような構成により、前記アウターロータ１２が図４に示す矢印ａ方向（反時計方向）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４に示す矢印ｂ方向に逆回転するように構成している。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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の下側から前記下部ポール１４１の上端部を嵌め込み、ボルト６５を用いて前記軸支体１１を下部ポール１４１の上端部に取り付けるように構成している。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
尚、図４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。
【００６８】
また、図４において、７４は前記ポール１０２の下端部に対して前記同軸反転式コアレス発電機１の上方及び側方を非接触で被うように配置した発電機カバー体である。
【００６９】
上述した風力発電装置１００における同軸反転式コアレス発電機１によれば、前記回転体１１１が風エネルギーにより例えば図４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４に示す矢印ｂ方向に回転する（同軸反転）。
【００７０】
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を介して図示しないコントローラに伝送し、さらには負荷に電力供給を行うことができる。
【００７１】
さらに詳述すると、前記同軸反転式コアレス発電機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、前記回転体１１１の回転に応じて回転する逆転用ギア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。
【００７２】
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、本実施例に係る同軸反転式コアレス発電機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。
【実施例２】
【００７３】
次に、本発明の実施例２に係る回転体浮上軸支構造２０１について図６、図７を参照して説明する。尚、実施例２に係る回転体浮上軸支構造２０１において、実施例１に係る回転体浮上軸支構造１０１の場合と同一の要素には同一の符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００７４】
本実施例２に係る回転体浮上軸支構造２０１は、前記ポール１０２内においてポール中心線方向に間隔を隔て水平配置、かつ、同心配置に固定した円環状の第１磁石２１１及び第２磁石２１２と、
【００７５】
前記回転体１１１における中心回転部１１２の中心部に取り付けた連結部材１１６に上端を取り付けつつ垂直下方に垂下され、前記第１磁石２１１及び第２磁石２１２を貫通してポール１０２内を下方に延長した垂直軸１３６と、この垂直軸１３６に対して前記第１磁石２１１、第２磁石２１２間で、かつ、各々第１磁石２１１、第２磁石２１２と間隙をもって、かつ、同心配置で垂直軸１３６に水平状態で連結した円板状の浮上磁石２２１とを有する浮上軸受部２１０を具備している。
【００７６】
前記第１磁石２１１、浮上磁石２２１、第２磁石２１２は、上から下に順番に概略円筒状のハウジング２１３内に収納している。このハウジング２１３により、前記第１磁石２１１及び第２磁石２１２を固定支持するとともに、これらの間に前記浮上磁石２２１を非接触で上下から挟む態様に構成している。前記ハウジング２１３の外周部は、連結片２１４を介して前記ポール１０２の内周部に固定連結している。
【００７７】
本実施例２に係る回転体浮上軸支構造２０１は、さらに実施例１の場合と同一構造の上部側のラジアル軸受部１２２と、図６には図示しない実施例１の場合と同一構造の下部側のラジアル軸受部とを有している。また、本実施例２に回転体１１１の構成は実施例１の場合と同様である。
【００７８】
本実施例２に係る回転体浮上軸支構造２０１は、上述した構成からなる前記浮上軸受部２１０、上部側のラジアル軸受部１２２、図６には図示しない下部側のラジアル軸受部を有して構成している。
【００７９】
次に、前記回転体浮上軸支構造２０１による前記回転体１１１の軸支動作について図７をも参照して説明する。
【００８０】
前記回転体浮上軸支構造２０１における浮上軸受部２１０においては、図７に原理的に示すように、前記第１磁石２１１と浮上磁石２２１を例えばＳ極同士の同磁極で対向させ、前記第２磁石２１２と浮上磁石２２１を例えばＳ極同士の同磁極で対向させて、これら第１磁石２１１と浮上磁石２２１間及び第２磁石２１２と浮上磁石２２１間に作用する各反発力により浮上磁石２２１を介して前記回転体１１１の荷重（スラスト荷重）Ｍを相殺し、これにより、浮上磁石２２１を介して前記回転体１１１を垂直軸１３６とともに浮上状態で回転可能に軸支する。
【００８１】
一方、前記上部側のラジアル軸受部１２２は、前記ポール１０２の頂部の外周部領域において、前記回転体１１１のラジアル荷重を分担し、また、前記下部側のラジアル軸受部は、ポール１０２の頂部から所定間隔下方に隔てた位置において前記回転体１１１のラジアル荷重を分担する。
【００８２】
この結果、上述した磁力利用の回転体浮上軸支構造２０１によって、大重量の回転体１１１を、垂直軸１３６とともに垂直軸１３６を軸心としてその回りに横揺れを伴うことなく高精度かつ安定した状態で回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を大幅に低減した状態で軸支することができる。
【００８３】
上述した回転体浮上軸支構造２０１及び外側回転物１１７を搭載して実施例１の場合と同様に風エネルギーにより発電出力を得る風力発電装置１００を構成した場合にも、実施例１で述べたと同様、回転体１１１を垂直軸１３６を軸心としてその回りに横揺れを伴うことなく高精度に回転可能に軸支し、かつ、そのスラスト荷重を大幅に低減した状態で軸支しつつ、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な風力発電装置１００を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の回転体浮上軸支構造は、上述した場合の他、例えば立軸型水車等の垂直軸の回りを回転する大重量の回転体用の好適な軸支構造として広範に応用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１    同軸反転式コアレス発電機
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  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
５２    コロ軸受
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    発電機カバー体
１００    風力発電装置
１０１    回転体浮上軸支構造
１０２    ポール
１０２ａ  円形軸受片部
１１１    回転体
１１２    中心回転部
１１２ａ  円形内周部
１１２ｂ  円形軸受片部
１１３    上部アーム
１１４    下部アーム
１１５    ブレード
１１６    連結部材
１１７    外側回転物
１２１    浮上軸受部
１２２    ラジアル軸受部
１２３    ラジアル軸受部
１２４    鋼球
１３１    浮力室
１３２    閉塞部材
１３３    不凍液
１３４    オイル
１３５    フロート
１３６    垂直軸
１３６ａ  下端部
１３７    取り付けボルト
１４１    下部ポール
１４１    内部環状体
１４２    外部環状体
１４３    基台
２０１    回転体浮上軸支構造
２１０    浮上軸受部
２１１    第１磁石
２１２    第２磁石
２１３    ハウジング
２１４    連結片
２２１    浮上磁石
Ｆ    浮力
Ｍ    荷重
【図１】
2011043171.tif 000003
【図２】
2011043171.tif 000004
【図３】
2011043171.tif 000005
【図４】
2011043171.tif 000006
【図５】
2011043171.tif 000007
【図６】
2011043171.tif 000008
【図７】
2011043171.tif 000009