(57)【要約】【課題】ランナーの回転軸の回転速度が高くなりすぎた場合に発電量が過剰になることを抑制し、ランナーの回転軸の回転速度が低くなりすぎた場合に発電量が過少になりすぎないようにすること。【解決手段】ランナーの回転軸３２（ロータ１３２付き）と同軸上に従動回転体１２１（ステータ１３３付き）を回転自在に設け、回転軸３２に固定した原動節１５２ａの回転を摩擦車１５４を介して従動回転体１２１と一体に回転する従動節１５３ａに伝達することで、ロータ１３２とステータ１３３とを互いに反対方向に回転させて両者の間の相対的な回転速度差を増大させる。ランナーの回転軸３２の回転速度が高く（低く）なりすぎた場合には、摩擦車１５４を揺動させて原動節１５２ａから従動節１５３ａに回転伝達する速度比を変動させ、ロータ１３２とステータ１３３との間の相対的な回転速度差を小さく（大きく）する。【選択図】図２
2015116075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動する流体に駆動されて回転軸を回転させるランナーと、
前記回転軸と同軸上に回転自在に設けられた従動回転体と、
前記回転軸と一体になって回転するロータとこのロータに対面させて前記従動回転体に設置したステータとによって発電を行なう発電部と、
前記回転軸に固定された円環形状の原動節と前記従動回転体と一体になって回転する円環形状の従動節とを前記回転軸の軸心を中心とするアニュラスの位置で対面させ、この対面部分に前記回転軸の軸心を中心とするトーラスの一部をなす形状の円弧部を形成し、これらの円弧部に配置した摩擦車を介して前記原動節の回転を前記従動節に摩擦伝動する回転伝達部と、
一方の前記円弧部に接する部分ともう一方の前記円弧部に接する部分との滑り移動量を変えて前記摩擦車を角度可変自在に支持し、電力によって動作する動力源を用いて前記摩擦車の角度を可変することで、前記原動節から前記従動節に回転伝達する速度比を変動させる速度比可変部と、
を備えることを特徴とする自然エネルギー利用型の発電装置。
【請求項２】
前記ロータと前記ステータとの間の回転速度差に応じた物理量を検出する回転検出部と、
前記検出された物理量が規定の値を維持するように前記動力源を駆動制御して前記原動節から前記従動節に伝達する速度比を調節する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の自然エネルギー利用型の発電装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記検出された物理量が前記規定の値よりも大きな第２の規定の値を超えた場合、前記原動節から前記従動節に回転伝達できない角度まで前記摩擦車の軸の角度を可変する、
ことを特徴とする請求項２に記載の自然エネルギー利用型の発電装置。
【請求項４】
前記速度比可変部は、
前記動力源に駆動されて前記回転軸に対して近接離反する第１のリンクと、
前記第１のリンクと前記摩擦車の支軸とを同一方向の回転自由度を持つ二つのジョイントを介して連結する第２のリンクと、
を備え、
前記ジョイントのうち前記第１のリンクに連結する方を、前記摩擦車の回転軸を含む直線よりも、曲率が大きい方の前記円弧部に寄せてオフセット配置した、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の自然エネルギー利用型の発電装置。
【請求項５】
前記原動節と前記従動節とで前記円弧部の曲率を異ならせる、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の自然エネルギー利用型の発電装置。
【請求項６】
前記摩擦車の滑り移動量が大きい方の前記円弧部は、前記摩擦車との接触領域を多段階に可変する複数条の位置保持溝を、前記回転軸の軸心を中心とするアニュラス上に備える、
を特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の自然エネルギー利用型の発電装置。
【請求項７】
電気部品に電力を供給する太陽発電パネルを備える、
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一に記載の自然エネルギー利用型の発電装置。
【請求項８】
前記回転軸を包囲する構造体によって前記従動回転体を形成してその一側部に前記従動節を形成し、
前記ロータを前記回転軸の外周に設置し、
前記ステータを前記従動回転体の内周に設置した、
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載の自然エネルギー利用型の発電装置。
【請求項９】
前記回転軸に固定した原動回転体の端部に前記原動節を形成し、
前記従動回転体の端部に前記従動節を形成し、
前記原動回転体と前記従動回転体との互いに対面する部分に前記ロータと前記ステータとを設置した、
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載の自然エネルギー利用型の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風や流水という自然エネルギーを利用して発電を行なう発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーを利用して発電を行なう伝統的な発電装置としては、風車や水車を利用したものがよく知られている。風車は、風の流れを利用してランナーを回転させ、その回転を発電機のロータに伝達して発電をする。水車は、水の流れを利用してランナーを回転させ、その回転を発電機のロータに伝達して発電をする。利用する自然エネルギーが風なのか流水なのかの相違はあるが、いずれも流体の流れを利用して発電する点では共通性を有している。
【０００３】
その一方で、風車や水車を利用した発電装置は、人智が及ばず制御が利かない「自然」というものにエネルギー源を頼るため、常に充分なエネルギーをもってランナーを回転させられるとは限らない。
【０００４】
そこで従来、ランナーの回転速度が低くても、充分な発電量を得られるように工夫した自然エネルギー利用型の発電装置が提案されている（特許文献１参照）。この発電装置は、ロータのみならずステータもロータと反対方向に回転させることで、ステータとロータとの間の相対的な回転速度差を増大させるように工夫している。
【０００５】
その他にも、自然エネルギー利用型の発電装置ではないものの、ロータとステータとを反対方向に回転させるようにした発電装置の従来例が幾つか散見される（特許文献２、３参照）。
【０００６】
以下、各文献中における機械要素の名称及びこれに付された符号をそのまま引用し、それぞれについて簡単に説明する。
【０００７】
特許文献１が開示する発電装置は、ロータ（特許文献１では電気子（８））とステータ（特許文献１では界磁（３））とを互いに回転自在にし、ロータとステータとを互いに逆方向に回転駆動するようにしている。そのための構造として、平行に配置された二軸（２９と３０）を平歯車（３１と３２）で連結して互いに逆回転するようにしておき、Ｖベルト（２６と２７）を利用した巻き掛け伝動機構を用いて、一方の軸（２９）の回転をロータの軸（電気子軸９）に、そしてもう一方の軸（３０）の回転をステータにそれぞれで伝達する構造を採用している。したがって、一方の軸（２９）を外力により回転させると、ロータとステータとが互いに反対方向に回転し、両者の相対回転速度差が増大する。
【０００８】
特許文献２が開示する発電装置は、風を受けて回転するプロペラ型の翼車（２）を用い、この翼車（２）の回転軸（３）に連結されたインナーロータ（７）とこれを包囲するアウターロータ（５）とを互いに逆回転させて発電する。そのために用いているのが差動歯車列である。つまりアウターロータ（５）は、その内周に内歯ギア（９）を有し、リングギアとして機能する。翼車（２）の回転軸（３）には太陽ギア（１０）を固定する。この太陽ギア（１０）と内歯ギア（９）との間には、遊星ギア保持体（１２）に回転自在に保持された三つの遊星ギア（１１）を介在させて噛み合わせる。
【０００９】
したがって、翼車（２）が風を受けて回転すると、インナーロータ（７）が回転すると共に、翼車（２）の回転軸（３）に固定された太陽ギア（１０）の回転が三つの遊星ギア（１１）を介して内歯ギア（９）に伝達され、アウターロータ（５）も回転する。この際、インナーロータ（７）とアウターロータ（５）とは互いに逆方向に回転するため、両者の相対回転速度差が増大する。その結果、翼車（２）の回転数が低くても、充分な発電量が得られるわけである。
【００１０】
特許文献３が開示する発電装置は、ロータ（特許文献３では永久磁石（１３））とステータ（特許文献３ではコイル（１６））とを互いに回転自在にし、ロータとステータとを互いに逆方向に回転駆動するようにしている。そのための構造として特許文献３が採用しているのは、傘歯車を利用した歯車伝達機構（２３）である。つまりロータの軸（回転駆動軸（１２））に固定した傘歯車（駆動傘歯車（２１））とステータ側に固定した傘歯車（従動傘歯車（２２））とを対面させ、これらを中間傘歯車（中間伝動傘歯車２３）で連結した構造である。したがって、ロータの軸を回転させると、ロータとステータとが互いに反対方向に回転し、両者の相対回転速度差が増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平０８−３１７６２１号公報
【特許文献２】特開２００５−２８７２１５号公報
【特許文献３】実開平０５−０７８１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ロータのみならずステータもロータと反対方向に回転させることで、ロータとステータとの間の相対的な回転速度差を増大させるように工夫した発電装置は、回転軸の回転速度が比較的低速であるときに絶大な効果を発揮する。その反面、回転軸の回転速度が高くなりすぎると発電量が過剰になり、トリップなどの不都合を引き起こしてしまう。このためロータとステータとの間の速度比を決定するに際しては、中庸をとるような速度比に設定せざるを得ない。つまり回転速度差がさほど高くなりすぎず、かといってさほど低くなりすぎないような速度比である。
【００１３】
ところがこの場合、激しい強風時にはロータとステータとの間の速度差が過剰になり、結局はトリップの防止を図ることができない。そればかりか、微風時にはロータとステータとの間の回転速度差が極端に小さくなり、回転速度差を増大させるように工夫した構成を活かしきれない。
【００１４】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、ロータとステータとの間の相対的な回転速度差を増大させる構成を採用しながらも、ランナーの回転軸の回転速度が高くなりすぎた場合に発電量が過剰になることを抑制し、ランナーの回転軸の回転速度が低くなりすぎた場合に発電量が過少になりすぎないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の自然エネルギー利用型の発電層は、流動する流体に駆動されて回転軸を回転させるランナーと、前記回転軸と同軸上に回転自在に設けられた従動回転体と、前記回転軸と一体になって回転するロータとこのロータに対面させて前記従動回転体に設置したステータとによって発電を行なう発電部と、前記回転軸に固定された円環形状の原動節と前記従動回転体と一体になって回転する円環形状の従動節とを前記回転軸の軸心を中心とするアニュラスの位置で対面させ、この対面部分に前記回転軸の軸心を中心とするトーラスの一部をなす形状の円弧部を形成し、これらの円弧部に配置した摩擦車を介して前記原動節の回転を前記従動節に摩擦伝動する回転伝達部と、一方の前記円弧部に接する部分ともう一方の前記円弧部に接する部分との滑り移動量を変えて前記摩擦車を角度可変自在に支持し、電力によって動作する動力源を用いて前記摩擦車の角度を可変することで、前記原動節から前記従動節に回転伝達する速度比を変動させる速度比可変部と、を備えることによって上記課題を解決した。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、原動節から従動節に回転伝達する速度比を変動させることで、ロータとステータとの間の相対的な回転速度差を可変することができ、したがって、ランナーの回転軸を回転させる流体の速度が比較的低いときにはロータとステータとの逆回転によって十分な発電量を得ることができ、流体の速度が比較的高くなったときにはロータとステータとの間の相対的な回転速度差が過剰になることによるトリップなどの不都合の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態として、風力発電装置への適用例を示す斜視図。
【図２】発電ユニットの縦断正面図。
【図３】（ａ）は回転軸から従動回転体に回転伝達する速度比を速くした状態、（ｂ）は回転軸から従動回転体に回転伝達する速度比を小さくした状態、ｃ）は回転を非伝達にした状態をそれぞれ示す、回転伝達部と速度比可変部の平面図。
【図４】速度比可変部の平面図。
【図５】各部の電気的接続を示すブロック図。
【図６】制御部が実行するプロセスを示すフローチャート。
【図７】第２の実施の形態として、（ａ）は回転軸から従動回転体に回転伝達する速度比を速くした状態、（ｂ）は回転軸から従動回転体に回転伝達する速度比を小さくした状態、ｃ）は回転を非伝達にした状態をそれぞれ示す、回転伝達部と速度比可変部の平面図。
【図８】第３の実施の形態として、水力発電装置への適用例を示す斜視図。
【図９】発電ユニットの縦断正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態を図１ないし図６に基づいて説明する。本実施の形態の発電装置１は、風力発電装置への適用例である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態の発電装置１は、ポール１１の上部に発電ユニット１０１を備えている。発電ユニット１０１は、ランナー３１の回転軸３２の回転によって発電するユニットであり、ランナー３１は風（流動する流体）を四枚の羽根３３が受けて回転軸３２を回転させる。発電装置１は太陽発電パネル４１をポール１１に固定し、太陽発電パネル４１から発電ユニット１０１に給電している。
【００２０】
図２に示すように、発電ユニット１０１は上部が曲面形状に形成された円筒形状のハウジング１１１を備え、このハウジング１１１の内部に各部を収納している。代表的な収納物はランナー３１の回転軸３２である。ハウジング１１１の内部には先端軸受１１２と後端軸受１１３とがそれぞれ上下位置に配置され、回転軸３２は先端軸受１１２と後端軸受１１３とのインナーリングに固定されている。先端軸受１１２と後端軸受１１３とは、インナーリングとアウターリングとの間に複数個のボールを収納保持するボールベアリングである。先端軸受１１２はハウジング１１１の上部に固定された円環形状の上部ホルダ１１４にアウターリングを固定されて支持され、後端軸受１１３はハウジング１１１の下部に固定された円環形状の下部ホルダ１１５にアウターリングを固定されて支持されている。こうしてハウジング１１１の内部に回転自在に収納保持された回転軸３２は、ポール１１と同軸上に配置されている。
【００２１】
ハウジング１１１の内部に収納されているもう一つの重要な構成要素は、従動回転体１２１である。従動回転体１２１は回転軸３２を包囲する金属製のフレーム構造体であり、回転軸３２にインナーリングが固定された二つの軸受１２２，１２３のアウターリングに固定されている。これらの二つの軸受１２２，１２３は、インナーリングとアウターリングとの間に複数個のボールを収納保持するボールベアリングである。従動回転体１２１は、導電性を有しさえすれば、必ずしも金属によって形成されている必要はなく、例えば導電性プラスチックによってその全部又は一部が形成されていてもよい。
【００２２】
図２及び図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ハウジング１１１には更に、発電部１３１、回転伝達部１５１、及び速度比可変部１７１が収納されている。
【００２３】
発電部１３１は、回転軸３２の外周に固定されたロータ１３２と従動回転体１２１の内周に固定されたステータ１３３とを備えている（図２参照）。ロータ１３２とステータ１３３とは隙間を開けて対面し、回転軸３２と従動回転体１２１との回転又は回転軸３２のみの回転によって発生する両者間の相対回転速度差によって発電する。発電部１３１で発電した電気は、例えばスリップリング１３４とブラシ（図示せず）を利用して外部に導き出すことができる。
【００２４】
回転伝達部１５１は、回転方向を逆にして回転軸３２の回転を従動回転体１２１に伝達する構造のものである（図２、図３（ａ）〜（ｃ）参照）。そのために回転伝達部１５１が採用するのは、回転軸３２に円板形状の原動回転体１５２を固定し、この原動回転体１５２の端部に形成した円環形状の原動節１５２ａの回転を、従動回転体１２１と一体になって回転する円環形状の従動節１５３ａに摩擦車１５４を介して回転伝達するという構造である。
【００２５】
原動節１５２ａと従動節１５３ａとは、回転軸３２の軸心を中心とするアニュラスの位置で対面し、この対面部分に、回転軸３２の軸心を中心とするトーラスの一部をなす形状の円弧部１５２ｂ，１５３ｂを形成している。そして円弧部１５２ｂ，１５３ｂの間に摩擦車１５４を配置している。摩擦車１５４の配置方向は、一対の円弧部１５２ｂ，１５３ｂを含むトーラスの円周に対して、支軸１５５を直交させる方向である。したがって原動節１５２ａが回転すると、この回転が摩擦車１５４を介して従動節１５３ａに摩擦伝達される。
【００２６】
一対の円弧部１５２ｂ，１５３ｂについては、原動節１５２ａ側と従動節１５３ａ側とで曲率が異なり、円弧部１５３ｂの方が円弧部１５２ｂよりも曲率が大きく形成されている。
【００２７】
摩擦車１５４は外周面を弾性部材によって形成し、この外周面に複数条の溝１５４ａを形成している。これらの溝１５４ａの形成方向は、摩擦車１５４の支軸１５５に沿った方向である。
【００２８】
速度比可変部１７１は、摩擦車１５４の支軸１５５の角度を可変し、原動節１５２ａから従動節１５３ａに回転伝達する速度比を変動させる構造のものである（図２、図３（ａ）〜（ｃ）、図４参照）。そのための構造として速度比可変部１７１は、動力源としてのソレノイド１７２と、第１のリンク１７３と、第２のリンク１７４とを備えている。
【００２９】
第１のリンク１７３は、ソレノイド１７２の可動鉄心によって形成され、ランナー３１の回転軸３２の方向に先端部を向けている。したがって第１のリンク１７３は、ソレノイド１７２に駆動されると回転軸３２に対して近接離反自在である。
【００３０】
第２のリンク１７４は、図４に示すように、一対の平板部材からなり、第１のリンク１７３と摩擦車１５４の支軸１５５とをジョイント１７６によって連結している。ジョイント１７６は、一自由度の回転のみを許容するピン・ジョイントである。つまり一方のジョイント１７６は、連結対象である摩擦車１５４の支軸１５５に形成したジョイント孔１５５ａを挿通させたピン１７６ａを、第２のリンク１７４に圧入固定している。もう一方のジョイント１７６は、連結対象である第１のリンク１７３に形成したジョイント孔１７３ａを挿通させたピン１７６ａを、第２のリンク１７４に圧入固定している。したがってジョイント１７６は、摩擦車１５４の支軸１５５及び第１のリンク１７３の軸方向と直交する軸を中心とする回転方向にのみ回転自在である。
【００３１】
速度比可変部１７１において重要なことは、ジョイント１７６のうち第１のリンク１７３に連結する方を、摩擦車１５４の支軸１５５を含む直線よりも、曲率が大きい方の円弧部１５３ｂに寄せてオフセット配置した点である。こうすることで摩擦車１５４には、ソレノイド１７２に駆動された第１のリンク１７３の進退に応じて、曲率が大きい方の円弧部１５３ｂに接する部分の側を揺動中心として揺動するようなモーメントが発生する。したがってソレノイド１７２を駆動することで、摩擦車１５４の角度を可変することができる。
【００３２】
図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、速度比可変部１７１における摩擦車１５４の揺動構造の理解を深める。図３（ａ）は、摩擦車１５４の支軸１５５が水平状態に保たれたポジションである。この状態から第１のリンク１７３が回転軸３２に近接する方向に移動すると、摩擦車１５４が押されて揺動し、最終的には図３（ｂ）に示す状態に遷移する。反対に第１のリンク１７３が回転軸３２から離反する方向に移動すると、摩擦車１５４が引っ張られて揺動し、最終的には図３（ｃ）に示す状態に遷移する。このような状態遷移に際して摩擦車１５４は揺動するわけであるが、厳密には円弧部１５３ｂ上を小さく滑りながら原動節１５２ａの円弧部１５２ｂ上を大きく滑って揺動する（図３（ｂ）と（ｃ）を参照のこと）。このときに重要なことは、摩擦車１５４と一対の円弧部１５２ｂ，１５３ｂとの間の接触圧を一定にしたいということである。そこで一対の円弧部１５２ｂ，１５３ｂは、摩擦車１５４の揺動軌跡に沿った曲率に形成されている必要がある。そうなると必然的に、従動節１５３ａの円弧部１５３ｂの方が原動節１５２ａの円弧部１５２ｂよりも曲率が大きくなるわけである。
【００３３】
ここで原動回転体１５２から従動回転体１２１に伝達する回転速度比と摩擦車１５４の角度との関係を確認しておく。
【００３４】
図３（ａ）に示すように摩擦車１５４の支軸１５５が水平状態に保たれたポジションでは、原動回転体１５２から従動回転体１２１に１対１の速度比で回転伝達が行われる。このとき原動回転体１５２と従動回転体１２１とは逆方向に回転するわけであるから、仮に原動回転体１５２が時計方向に一回転すると従動回転体１２１は反時計方向に一回転し、原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転速度差は二回転分となる。
【００３５】
本実施の形態では、このポジションにおいて原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転速度差が最大になるように設定している。そこで便宜上、このポジションを最大ポジションと呼ぶ。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように摩擦車１５４の支軸１５５が傾斜した状態では、最大ポジションに比べ、摩擦車１５４は原動節１５２ａのより内周側に接触し、従動節１５３ａの少しだけ外側に接触する。このため原動回転体１５２から従動回転体１２１に伝達される速度比は、全体として１対１よりもαだけ小さくなる。仮に原動回転体１５２が時計方向に一回転したときに従動回転体１２１は反時計方向に一回転−αしか回転せず、原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転速度差は二回転−α分となる。
【００３７】
本実施の形態では、このポジションにおいて原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転速度差が最小になるように設定している。そこで便宜上、このポジションを最小ポジションと呼ぶ。
【００３８】
図３（ｃ）に示すように摩擦車１５４の支軸１５５が傾斜した状態では、摩擦車１５４が原動節１５２ａの円弧部１５２ｂから脱落するため、原動回転体１５２から従動回転体１２１への回転伝達が遮断される。仮に原動回転体１５２が時計方向に一回転した場合でも、従動回転体１２１は静止状態を維持し、原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転速度差は一回転となる。
【００３９】
本実施の形態では便宜上、このポジションを非接触ポジションと呼ぶ。
【００４０】
図５に示すように、発電装置１は、回転検出部２０１と制御部２０２とソレノイド１７２用のドライバ２０３とを備えている。これらの回転検出部２０１、制御部２０２及びドライバ２０３は、太陽発電パネル４１からの給電によって動作する。
【００４１】
回転検出部２０１は、ロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度差に応じた物理量を検出するための回路である。一例として、回転軸３２と従動回転体１２１とに設けたエンコーダ（図示せず）から取り込んだ信号に基づいて上記物理量を検出する回路を用いることができる。つまり回転軸３２と従動回転体１２１とにそれらの回転数を検出するためのエンコーダを取り付けておく。回転検出部２０１は、それぞれのエンコーダの出力信号に基づいてロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度差を上記物理量として演算によって求めるわけである。このような構成の回転検出部２０１は、例えばデジタル回路によって実現され、エンコーダはハウジング１１１に収納されている必要があるものの、演算回路は必ずしもハウジング１１１に収納されている必要はない。
【００４２】
図６に示すように、制御部２０２は、回転検出部２０１が検出した物理量、つまりロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度差の値ｘと規定の値ａ及び第２の規定の値ｂとを比較し、その比較結果に応じてドライバ２０３に信号を出力し、ソレノイド１７２を駆動する。規定の値ａは、目標とする回転速度差の値である。一例として、摩擦車１５４の角度が図３（ａ）と図３（ｂ）との中間の角度であるとき、規定の値ａとなるように設定されている。これに対して第２の規定の値ｂは、回転速度差がこれ以上増加すると発電部１３１での発電量が過大になり、トリップなどの不都合が発生してしまうという観点から定められた、いわばリミットを規定する回転速度差の値である。
【００４３】
つまり制御部２０２は、ロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度差の値ｘが目標値である規定の値ａを維持するようにソレノイド１７２を駆動し、摩擦車１５４の角度を図３（ａ）から図３（ｂ）の間に制御する。そして回転速度差の値ｘがリミット値である第２の規定の値ｂを超えたならば、原動節１５２ａの円弧部１５２ｂから摩擦車１５４を脱落させるようにソレノイド１７２を駆動し、摩擦車１５４の角度を図３（ｃ）の角度に制御する。このような構成の制御部２０２は、例えばシーケンサやデジタル回路によって実現され、ハウジング１１１に収納されていてもハウジング１１１の外部に設置されていてもよい。
【００４４】
作用効果について説明する。
【００４５】
風を受けたランナー３１が回転軸３２を回転させると、その回転が原動回転体１５２の原動節１５２ａから摩擦車１５４を介して従動回転体１２１の従動節１５３ａに伝達され、回転軸３２と従動回転体１２１とが互いに反対方向に回転する。これにより、ロータ１３２のみが単独で回転する場合と比較し、回転軸３２に固定されているロータ１３２と従動回転体１２１に固定されているステータ１３３との間の相対的な回転速度差が増大する。このため、例えば微風時などのランナー３１の回転速度が比較的低い場合であっても、発電部１３１での発電量が増大し、効率のよい発電を行なうことができる。
【００４６】
この際、安定した発電を行なうためには、風の強さに依存することなく、原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転速度差を一定にして、発電部１３１での発電量を一定に維持したいものである。また強風時などのランナー３１の回転速度が高くなりすぎた場合には、発電部１３１での発電量が増大しすぎてトリップが発生してしまう可能性がある。このような事態の発生は未然に防止したいものである。本実施の形態の発電装置１は、図５の処理を実行することで、これらの要望を叶えることができるようにしている。その処理を次に説明する。
【００４７】
制御部２０２は、回転検出部２０１が算出したロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度差の値ｘと第２の規定の値ｂとを比較する（ステップＳ１０１）。回転速度差が過剰に大きくなりすぎていないかどうかをチェックするわけである。
【００４８】
制御部２０２は、回転速度差の値ｘが第２の規定の値ｂを下回っているならば（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、回転検出部２０１が算出したロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度差の値ｘと規定の値ａとを比較する（ステップＳ１０３）。比較の結果、回転速度差の値ｘが規定の値ａに一致しているならば（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、ステップＳ１０１の比較処理にリターンする。
【００４９】
これに対して回転速度差の値ｘが規定の値ａに一致していない場合（ステップＳ１０３のＮＯ）、制御部２０２は規定の値ａが回転速度差の値ｘよりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ１０４）。回転速度差の値ｘが規定の値ａよりも大きいということは（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、風が強くなっていることを意味する。そこで制御部２０２は可動鉄心である第１のリンク１７３を押し出すようにソレノイド１７２を駆動し（＋１）、原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転伝達比を小さくする（ステップＳ１０５）。つまり摩擦車１５４をより寝た角度にするわけである。反対に回転速度差の値ｘが規定の値ａよりも小さいということは（ステップＳ１０４のＮＯ）、風が弱くなっていることを意味する。そこで制御部２０２は可動鉄心である第１のリンク１７３を引き込むようにソレノイド１７２を駆動し（−１）、原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転伝達比を大きくする（ステップＳ１０６）。つまり摩擦車１５４をより立った角度にするわけである。こうして摩擦車１５４の角度制御を行った後（ステップＳ１０５、ステップＳ１０６）、制御部２０２はステップＳ１０１にリターンし、回転速度差の値ｘが規定の値ａに一致するまで（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、同じ処理を繰り返す。この際、回転速度比をどの程度のきめ細かさで可変するかは、ソレノイド１７２を駆動する一単位（＋１、−１）の大きさに依存している。単位を小さくすればするほど、回転速度比をきめ細かく調節することが可能である。
【００５０】
以上説明したように、風が強くなった場合には、摩擦車１５４を寝た角度に駆動制御して、原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転伝達比を小さくする（ステップＳ１０５）。ところが強風時には、摩擦車１５４を最小ポジション（図３（ｂ）参照）に位置させてもなお、規定の値ａが回転速度差の値ｘよりも大きくなってしまうことがある（ステップＳ１０４のＹＥＳ）。このとき制御部２０２は、ステップ１０１のＹＥＳ判定、ステップＳ１０３のＮＯ判定、ステップＳ１０４のＹＥＳ判定を繰り返し、図６のフローチャートでは示さないが、ステップＳ１０５の処理を実行せずにステップＳ１０１にリターンする。したがって摩擦車１５４は最小ポジションに維持され、回転速度差の値ｘが規定の値ａよりも増加して発電部１３１での発電量が多くなるわけである。
【００５１】
風がもっと強くなり、回転速度差の値ｘが第２の規定の値ｂを上回ったならば（ステップＳ１０１のＮＯ）、制御部２０２はステップＳ１０２の処理を実行する。つまり可動鉄心となる第１のリンク１７３を最大限引き込み、原動節１５２ａの円弧部１５２ｂから摩擦車１５４を脱落させ、非接触ポジションにするのである（図３（ｃ）参照）。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ロータ１３２とステータ１３３とを互いに反対方向に回転させて両者の相対的な回転速度差を大きくし、発電部１３１での発電量を増大することができる。この際、ランナー３１の回転速度が比較的低いときには回転速度差を大きくし、反対に比較的高いときには回転速度差を小さくし、原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転速度差を一定にして、発電部１３１での発電量を一定に維持することができる。これによって安定した発電が図られる。また強風が吹き荒れて、ランナー３１の回転軸３２の回転速度が異常に高くなった場合には、摩擦車１５４を非接触ポジションに位置させることで、発電部１３１での発電量が増大しすぎてトリップが発生してしまうような不都合の発生を未然に防止することができる。
【００５３】
本実施の形態では、ソレノイド１７２の可動鉄心を第１のリンク１７３とし、この第１のリンク１７３と摩擦車１５４の支軸１５５とをジョイント１７６を介して第２のリンク１７４で連結するだけという簡単な構造で速度比可変部１７１を構成した。したがって速度比可変部１７１の構造が簡単で、その組み立ても容易である。
【００５４】
本実施の形態では、原動節１５２ａと従動節１５３ａとで円弧部１５２ｂ，１５３ｂの曲率を異ならせ、曲率が大きい方の円弧部１５３ｂに摩擦車１５４の揺動中心となる側の部分を接触させるようにし、一対の円弧部１５２ｂ，１５３ｂを摩擦車１５４の揺動軌跡に沿った曲率に形成した。したがって摩擦車１５４の傾斜角度にかかわらず、摩擦車１５４と一対の円弧部１５２ｂ，１５３ｂとの間の接触圧を一定にすることができる。これにより摩擦車１５４の角度可変動作が円滑になり、また摩擦車１５４の偏磨耗の防止が図られる。
【００５５】
本実施の形態は、電気部品（ソレノイド１７２、回転検出部２０１、制御部２０２）に電力を供給する太陽発電パネル４１を備えるので、電気部品を駆動するために外部電力を用意する必要をなくすことができる。
【００５６】
本実施の形態は、回転軸３２を包囲する構造体によって従動回転体１２１を形成し、ロータ１３２を回転軸３２の外周に設置し、ステータ１３３を従動回転体１２１の内周に設置した。これにより、従動回転体１２１の軸方向長さによってロータ１３２とステータ１３３との大きさを設定することができ、例えばより大きな発電量を望む場合には従動回転体１２１の軸方向長さを長くするなど、発電部１３１における発電量の調節を容易にすることができる。
【００５７】
（第２の実施の形態）
第３の実施の形態を図７に基づいて説明する。第１２の実施の形態と同一部分は同一符号で示し説明も省略する。
【００５８】
本実施の形態は、一対の円弧部１５２ｂ，１５３ｂのうち、曲率が小さい方の円弧部１５２ｂに、摩擦車１５４との接触領域を多段階に可変する複数条の位置保持溝１５６を形成したものである。これらの位置保持溝１５６は、回転軸３２の軸心を中心とするアニュラス上に配置されている。
【００５９】
本実施の形態は、位置保持溝１５６を三条形成した一例を示している。摩擦車１５４が非接触ポジションとなる場合も含めて（図７（ｃ）参照）、原動回転体１５２から従動回転体１２１に伝達する回転速度比を四段階に変化させる一例である。このため本実施の形態では、ソレノイドを駆動する一単位の値（図６中のステップＳ１０５の「＋１」とステップＳ１０６の「−１」の値）は、隣接する位置保持溝１５６に嵌り込むまで摩擦車１５４の角度を可変する値に設定されている。また図６中のステップＳ１０３とステップＳ１０４とにおいて回転速度差の値ｘと比較される規定の値ａは、ある程度の幅を持たされている。摩擦車１５４の角度可変動作を不必要なほど頻繁に生じさせないためである。
【００６０】
このような構成において、摩擦車１５４は位置保持溝１５６に入り込んで位置保持されるため、摩擦車１５４の配置状態を安定させることができる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態を図８及び図９に基づいて説明する。本実施の形態の発電装置１は、風力発電装置への適用例である。第１及び第２の実施の形態と同一部分は同一符号で示し説明も省略する。
【００６２】
図８に示すように、本実施の形態の発電装置１は、水車の羽根車の形態のランナー３１の回転軸３２の回転を利用して発電ユニット１０１で発電する。つまりランナー３１は、互いに対面する一対の大径部５１と小径部５２とを複数個のスポーク５３で連結したもので、一対の大径部５１の間には水流を受ける複数個の受け板５４が嵌められている。ランナー３１は、その回転軸３２の一端側に連結する発電ユニット１０１が水路近くの地面に設置されたユニット支持部５５に支持されることで、水路に一部を浸した状態で設置されている。
【００６３】
図９に示すように、本実施の形態の発電ユニット１０１が第１の実施の形態の発電ユニット１０１と相違するのは、従動回転体１２１が第１の実施の形態のようなフレーム構造体ではなく、原動回転体１５２と同様の円板形状である点が一つ。もう一つは原動回転体１５２と従動回転体１２１との対面部分にそれぞれ、ロータ１３２とステータ１３３とを固定した点である。
【００６４】
このような構成において、ランナー３１は、水路を流れる水の水流を受け板５４で受けて回転軸３２を回転させる。回転軸３２の回転による発電ユニット１０１の発電動作、そしてロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度比の調節については、第１及び第２の実施の形態と同一なので説明を省略する。
【００６５】
本実施の形態は、回転軸３２に固定した原動回転体１５２の端部に原動節１５２ａを形成し、従動回転体１２１の端部に従動節１５３ａを形成し、原動回転体１５２と従動回転体１２１との互いに対面する部分にロータ１３２とステータ１３３とを設置したので、発電ユニット１０１の軸方向長さを短くすることができる。
【００６６】
（変形例）
実施に際しては各種の変形及び変更が可能である。以下、第１〜第５の変形例を例示する。もっともこれらの第１〜第５の変形例は限定列挙ではなく例示列挙である。実施に際しては、第１〜第５の変形例以外の変形例が許容されることは言うまでもない。
【００６７】
（第１の変形例）
例えば上記第１〜第３の実施の形態では、従動節１５３ａの円弧部１５３ｂに接する部分を揺動中心として、原動節１５２ａの円弧部１５２ｂに接する部分が揺動するように摩擦車１５４を支持したが、実施に際してはこれを反対にしてもよい。つまり原動節１５２ａの円弧部１５２ｂに接する部分の側を揺動中心として、従動節１５３ａの円弧部１５３ｂに接する部分が揺動するように摩擦車１５４を支持するのである。
【００６８】
従動節１５３ａの円弧部１５３ｂに接する部分を揺動中心として、原動節１５２ａの円弧部１５２ｂに接する部分を揺動させる第１〜第３の実施の形態の場合、最大ポジションにおいて（図３（ａ）及び図７（ａ）参照）、原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転速度差は二回転分となる。そして摩擦車１５４が揺動し、最大ポジションから最小ポジションに向けて変位するに従い（図３（ｂ）及び図７（ｂ）参照）、原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転速度差は二回転分−α、つまり二回転分よりも小さくなる。つまり第１〜第３の実施の形態では、ロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度差が二回転分を最大とし、摩擦車１５４の姿勢制御によってその回転速度差を小さくすることができるわけである。
【００６９】
原動節１５２ａの円弧部１５２ｂに接する部分の側を揺動中心として、従動節１５３ａの円弧部１５３ｂに接する部分を揺動させる第１の変形例の場合、最大ポジションと最小ポジションとの関係が反対になる。つまり摩擦車１５４の支軸１５５が水平に維持されるポジションが最小ポジションであり、このときの原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転速度差は二回転分である。これに対して摩擦車１５４の支軸１５５が水平状態から傾斜するに従い、原動回転体１５２と従動回転体１２１との間の回転速度差は二回転分＋α、つまり二回転分よりも大きくなる。つまり第１の変形例では、ロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度差が二回転分を最小とし、摩擦車１５４の姿勢制御によってその回転速度差を大きくすることができるわけである。
【００７０】
以上見てきたように、第１〜第３の実施の形態及び第１の変形例ではロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度差二回転分を最大又は最小とし、摩擦車１５４の姿勢制御によってその回転速度差を小さくするか大きくすることができるわけである。これに対して円弧部１５２ｂ（第１の変形例では円弧部１５３ｂ）の先端部を延ばす、つまり第１の実施の形態で例示すれば（図３（ａ）〜（ｃ）参照）、円弧部１５２ｂを紙面左側に延ばすことも可能である。こうすれば、摩擦車１５４の支軸１５５を水平にした状態でロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度差を二回転分とし、摩擦車１５４の姿勢制御によってその回転速度差を二回転分−αにも二回転分＋αにもすることができる。
【００７１】
（第２の変形例）
上記第１〜第３の実施の形態では、揺動中心となるべき部分が従動節１５３ａの円弧部１５３ｂに対して僅かに滑らせながら摩擦車１５４を揺動させた。つまり摩擦車１５４は、従動節１５３ａの円弧部１５３ｂに接する部分そのものを揺動中心とするわけではなく、円弧部１５３ｂに接する部分の側を揺動中心として揺動するわけである。これに対して、実施に際しては円弧部１５３ｂに接する部分そのものを揺動中心として摩擦車１５４を揺動させるようにしてもよい。これは、円弧部１５３ｂに対する摩擦車１５４の接触を線接触に近い状態とし、摩擦車１５４の傾斜角度にかかわらず、その接触線の位置をずらさないように摩擦車１５４の角度を可変することによって実現する。
【００７２】
（第３の変形例）
上記第１〜第３の実施の形態では、ソレノイド１７２の可動鉄心そのものを用いることで、回転軸３２に対して近接離反することが要求される第１のリンク１７３の直線運動を実現させた。これに対して、実施に際しては第１のリンク１７３を直線運動させるためのあらゆる機構を用いることができる。例えばモータの回転をラック＆ピニオン機構やボールナット構造を用いて第１のリンク１７３の直線運動に変換するようにしてもよい。あるいは第１のリンク１７３の後端部分にねじを切り、これに噛合するナットをモータの回転軸に回転自在に取り付けた機構を用いてもよい。
【００７３】
（第４の変形例）
上記第１〜第３の実施の形態の原動回転体１５２、そして第３の実施の形態の従動回転体１２１には円板形状のものを用いたが、実施に際してはこのような形状のものに限定されない。例えば回転軸３２から放射方向に延びる複数本のスポークに原動節１５２ａや従動節１５３ａを固定したようなものも、原動回転体１５２及び第３の実施の形態の従動回転体１２１として用いることが可能である。
【００７４】
（第５の変形例）
回転検出部２０１にてロータ１３２とステータ１３３との間の回転速度差に応じた物理量を検出する仕組みとして、エンコーダ以外にも、従来知られている他のあらゆるものを用いることができる。
【符号の説明】
【００７５】
３１    ランナー
３２    回転軸
４１    太陽発電パネル
１２１    従動回転体
１３１    発電部
１３２    ロータ
１３３    ステータ
１５１    回転伝達部
１５２ａ  原動節
１５２ｂ  円弧部
１５３ａ  従動節
１５３ｂ  円弧部
１５４    摩擦車
１５６    位置保持溝
１７１    速度比可変部
１７２    ソレノイド（動力源）
１７３    第１のリンク
１７４    第２のリンク
１７６    ジョイント
２０１    回転検出部
２０２    制御部
【図１】
2015116075.tif 000003
【図２】
2015116075.tif 000004
【図３】
2015116075.tif 000005
【図４】
2015116075.tif 000006
【図５】
2015116075.tif 000007
【図６】
2015116075.tif 000008
【図７】
2015116075.tif 000009
【図８】
2015116075.tif 000010
【図９】
2015116075.tif 000011