(57)【要約】【課題】円筒形羽根車を磁気浮上させた回転体とすることにより、ｘ、ｙ、ｚの主慣性モーメントを等しい方向に近づけることができ、いわゆる球こまに近い安定性を得ることができる高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機を提供する。【解決手段】円形状の浮上用磁石１と、この円形状の浮上用磁石１の上部に固定され、この円形状の浮上用磁石１に垂直な方向に軸を有する円筒形羽根車２と、この円筒形羽根車２の上部に交互に極が一列に配置された発電用磁石３と、この発電用磁石３に対向して配置される発電用コイル９と、円形状の浮上用磁石１とギャップを有して対向する円形状の浮上用高温超電導体４とを具備し、円形状の浮上用磁石１を有する円筒形羽根車２を、冷却以前の浮上用高温超電導体４との間にギャップを持たせた後、浮上用高温超電導体４を冷却し、円筒形羽根車２を浮上させ、円筒形羽根車２に一定の回転力を与えた後は円筒形羽根車２の惰性で回転させ、発電用磁石３の回転により、発電用コイル９で発電する。【選択図】図１
2008038605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）円形状の浮上用磁石と、
（ｂ）該円形状の浮上用磁石の上部に固定され、該円形状の浮上用磁石の垂直な方向に軸を有する円筒形羽根車と、
（ｃ）該円筒形羽根車の上部に交互に極が一列に配置された発電用磁石と、
（ｄ）該発電用磁石に対向して配置される発電用コイルと、
（ｅ）前記円形状の浮上用磁石とギャップを有して対向する円形状の浮上用高温超電導体とを具備し、
（ｆ）前記円形状の浮上用磁石を有する円筒形羽根車を、冷却以前の前記浮上用高温超電導体との間にギャップを持たせた後、前記浮上用高温超電導体を冷却し、前記円筒形羽根車を浮上させ、前記円筒形羽根車に一定の回転力を与えた後は前記円筒形羽根車の惰性で回転させ、前記発電用磁石の回転により、前記発電用コイルで発電することを特徴とする高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機。
【請求項２】
請求項１記載の高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機において、前記円筒形羽根車の径を前記円形状の浮上用高温超電導体の径とほぼ同じか小さくすることにより、ピンニング作用で安定した回転運動を得ることを特徴とする高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機。
【請求項３】
請求項１記載の高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機において、前記円筒形羽根車と冷却以前の前記浮上用高温超電導体との間にギャップを持たせる手段は、前記円筒形羽根車の上部に前記極が一列に配置された発電用磁石の側面に配列した極配列と対になる配列の極を有する扛重用磁石により磁力吸引し、前記円筒形羽根車の上部の前記扛重用磁石により前記円筒形羽根車を持ち上げるか、前記円筒形羽根車中に機械的に持ち上げる機構を設置することを特徴とする高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機。
【請求項４】
請求項１記載の高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機において、前記発電用コイルは複数個を円周上に配置することを特徴とする高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機。
【請求項５】
請求項１記載の高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機において、前記円筒形羽根車の惰性回転は夜間時間（１６時間）回転していれば、日中の外部供給電源をソーラー発電に依存して、外部供給電源費用をなくすようにすることを特徴とする高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在開発されている超電導フライホイールは装置全体を真空にしている。また、フライホイールはコマ型である。このためオイラーの運動方程式により、回転軸のぶれが起こり易い。更に、従来の装置は大型で構造が複雑であるといった問題があった。
【０００３】
また、鉛直状の回転体を制御型ラジアル磁気軸受と、制御型アキシャル磁気軸受で安定回転位置に支持した状態で、超電導体を冷却して超電導軸受を作動状態にし、超電導軸受とラジアル磁気軸受で回転体を安定回転位置に支持し、回転体を回転させて運転を開始するようにした超電導軸受装置が提案されている（下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２３１８４０号公報
【特許文献２】特開２００１−３３９９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の装置は、構造が大型で、かつ複雑であり、コストが上昇するといった問題があった。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みて、円筒形羽根車を磁気浮上させた回転体とすることにより、ｘ、ｙ、ｚの主慣性モーメントを等しい方向に近づけることができ、いわゆる球こまに近い安定性を得ることができる高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機において、円形状の浮上用磁石と、この円形状の浮上用磁石の上部に固定され、この円形状の浮上用磁石の垂直な方向に軸を有する円筒形羽根車と、この円筒形羽根車の上部に交互に極が一列に配置された発電用磁石と、この発電用磁石に対向して配置される発電用コイルと、前記円形状の浮上用磁石とギャップを有して対向する円形状の浮上用高温超電導体とを具備し、前記円形状の浮上用磁石を有する円筒形羽根車を、冷却以前の前記浮上用高温超電導体との間にギャップを持たせた後、前記浮上用高温超電導体を冷却し、前記円筒形羽根車を浮上させ、前記円筒形羽根車に一定の回転力を与えた後は前記円筒形羽根車の惰性で回転させ、前記発電用磁石の回転により、前記発電用コイルで発電することを特徴とする。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載の高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機において、前記円筒形羽根車の径を前記円形状の浮上用高温超電導体の径とほぼ同じか小さくすることにより、ピンニング作用で安定した回転運動を得ることを特徴とする。
【０００８】
〔３〕上記〔１〕記載の高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機において、前記円筒形羽根車と冷却以前の前記円形状の浮上用高温超電導体との間にギャップを持たせる手段は、前記円筒形羽根車の上部に前記極が一列に配置された発電用磁石の側面に配列した極配列と同じ配列の極を有する扛重用磁石により磁力吸引し、前記円筒形羽根車の上部の前記扛重用磁石により前記円筒形羽根車を持ち上げるか、前記円筒形羽根車中に機械的に持ち上げる機構を設置することを特徴とする。
【０００９】
〔４〕上記〔１〕記載の高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機において、前記発電用コイルは複数個を円周上に配置することを特徴とする。
【００１０】
〔５〕上記〔１〕記載の高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機において、前記円筒形羽根車の惰性回転は夜間時間（１６時間）回転していれば、日中の外部供給電源をソーラー発電に依存して、外部供給電源費用をなくすようにすることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、
〔Ａ〕円筒形羽根車を、冷却以前の高温超電導体（イットリウム系、ガドリニウム系、サマリウム系、ネオジウム系などの臨界温度が液体窒素以上であること）との間にギャップを持たせた後、高温超電導体を冷却し、円筒形羽根車を浮上させ、円筒形羽根車の上部には極を交互に一列に配置された発電用磁石を設け、その発電用磁石を回転させ、一定の回転力を与えた後は円筒形羽根車の惰性（完全真空中なら慣性）で回転させ、前記発電用磁石の外部に固定された発電用コイルにより発電する。主に家庭用自己発電程度としてのものであるが、システム全体あるいは部分的に大型システムとしてもよい。
【００１２】
〔Ｂ〕円筒形羽根車の径が円形状の高温超電導体の径と同じか小さいことにより、ピンニング作用で安定した回転運動を得ることができる。円筒形羽根車は、導体あるいは絶縁体のどちらでも良いが下部浮上用磁石と発電用磁石の磁力の関係を配慮する必要がある。回転体内部は空洞でもよい。ただし、回転慣性は自重に比例するので、浮上力と目標回転数を考慮する必要がある。
【００１３】
〔Ｃ〕円形状の浮上用磁石と冷却以前の円形状の高温超電導体との間にギャップを持たせる方法は、発電用磁石の配列した磁石配列と対になる配列の磁石により磁力吸引し、発電用磁石を持ち上げるか、または、機械的に持ち上げる機構を設置してもよい。
【００１４】
〔Ｄ〕発電用コイルは複数を円周上に配置してもよい。発電用コイルを浮上用高温超電導体の冷却システムの寒剤蒸気あるいは冷却空気により冷却しても良い。発電用コイルを高温超電導線材（現在ではイットリウム系）としてもよい。この場合、冷却は浮上用高温超電導体の冷却システムを利用できる。コイル系を高温超電導線材を用いることにより、抵抗ロスと発熱をほぼなくすことができる。
【００１５】
〔Ｅ〕円筒形羽根車の惰性回転は夜間時間（１６時間）回転していれば、日中の外部供給電源をソーラー発電に依存して、外部供給電源費用をなくすことができる。風力とのハイブリッド発電も用いれば、回転体の回転を風力発電で補助しつつ、高速一定に維持することも可能である。
【００１６】
〔Ｆ〕磁界漏れの発生を防ぎたい場合には、システムが小型であるのでシステム全体をシールドすればよい。
【００１７】
〔Ｇ〕発電用磁石は、円筒形羽根車の上部に配置する場合には回転体の遠心力による回転体からの離脱、内側に配置する場合には磁石相互の吸引力による回転体からの離脱を防止するための外枠（円筒）あるいは内枠（円筒）が必要となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００１９】
（１）簡素な構成でエネルギーの損失を低減できる円筒型風力発電機を提供することができる。
【００２０】
（２）羽根を円筒形回転体とすることにより、ｘ、ｙ、ｚの主慣性モーメントを等しい方向に近づけることができ、いわゆる球こまに近い安定性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機は、円形状の浮上用磁石と、この円形状の浮上用磁石の上部に固定され、この円形状の浮上用磁石に垂直な方向に軸を有する円筒形羽根車と、この円筒形羽根車の上部に交互に極が一列に配置された発電用磁石と、この発電用磁石に対向して配置される発電用コイルと、前記円形状の浮上用磁石とギャップを有して対向する円形状の浮上用高温超電導体（イットリウム系、ガドリニウム系、サマリウム系、ネオジウム系などの臨界温度が液体窒素以上であること）とを具備し、前記円形状の浮上用磁石を有する円筒形羽根車を、冷却以前の前記浮上用高温超電導体との間にギャップを持たせた後、前記浮上用高温超電導体を冷却し、前記円筒形羽根車を浮上させ、前記円筒形羽根車に一定の回転力を与えた後は前記円筒形羽根車の惰性で回転させ、前記発電用磁石の回転により、前記発電用コイルで発電する。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の第１実施例を示す高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機の模式図である。
【００２４】
この図において、１は円形状の浮上用磁石、２はその浮上用磁石１の上部に固定され、かつ風力Ｆの方向に垂直な方向に軸を有する円筒形羽根車、３はその円筒形羽根車２の上部に配置される極を交互に一列に配置された発電用磁石である。その円形状の円形状の浮上用磁石１の下部に対向配置される円形状の浮上用高温超電導体４と、発電用磁石３に対向する位置に配置される発電用コイル９とを具備し、円形状の浮上用磁石１を、冷却以前の円形状の浮上用高温超電導体４との間にギャップを持たせた後、円形状の浮上用高温超電導体４を冷却し、円形状の浮上用磁石１を浮上させ、発電用磁石３を回転させ、円筒形羽根車２に一定の回転力を与えた後は円筒形羽根車２の惰性で回転させ、発電用磁石３の回転により、発電用磁石３の外部に設置した発電用コイル９で発電する。なお、５は冷却容器、６はその冷却容器５に充填される液体窒素あるいは液体窒素蒸気の導入管、７はその冷却容器５からの蒸発ガスの導出管、８は断熱層、１０発電用コイル９から発電される電力の測定装置である。
【００２５】
この図において、円筒形羽根車２と円形状の浮上用磁石１とは完全に固定されている。また、円筒形羽根車２と発電用磁石３も完全に固定されている。
【００２６】
また、円筒形羽根車２の径は円形状の浮上用高温超電導体４の径とほぼ同じか若干小さくすることにより、ピンニング作用で安定した回転運動を得るように構成することが望ましい。
【００２７】
円筒形羽根車２の浮上は、円形状の浮上用磁石１と円形状の浮上用高温超電導体４の間にギャップを持たせた後、円形状の浮上用高温超電導体４を冷却した後、ギャップを取り去ることにより得ることができる。
【００２８】
ギャップを持たせる方法は、機械的でも、後述するように上部からの磁石による磁力によってもよい。
【００２９】
羽根車の形状は円筒形でよい。超電導体のピンニング作用を利用するので、ＳＭＥＳのようなコマ型よりも安定する。円筒形羽根車の寸法は、浮上用磁石と発電用磁石との影響がないようにし、かつ安定な回転を得られるようにするには、直径と高さの比は１：１程度が望ましい。ただし、装置を小型にする場合には高さの比が直径を上回っても、ピンニング力が勝るならば安定した回転を得ることができる。
【００３０】
円筒形羽根車の初期の回転は羽根への風の吹きつけにより行うことができる。
【００３１】
図２は本発明の第２実施例を示す高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機の上面図である。
【００３２】
この図において、１１は発電用磁石、１２は円筒外枠、１３は円筒内枠、１４は発電用コイル支持板、１５〜１８は発電用コイル支持板１４上に周期的に配列される発電用コイル、１９は発電用コイル１５〜１８からの出力される電力の測定装置である。なお、発電用コイル支持板１４の下部に羽根車（図示なし）が配置される。
【００３３】
図３は本発明の第３実施例を示す円筒形羽根車を持ち上げる方法を示す模式図である。
【００３４】
この図において、２１は発電用磁石、２２は発電用磁石２１が固定される円筒形羽根車、２３は円筒形羽根車２２の下部に固定される円形状の浮上用磁石、２４は発電用磁石２１の極と対応する極を有する円筒形羽根車２２を持ち上げるための扛重用磁石であり、この扛重用磁石２４の持ち上げにより、円形状の浮上用磁石２３と浮上用高温超電導体（図示なし）との間にギャップを持たせることができる。
【００３５】
なお、このような磁気力により持ち上げ機構に限定されるものではなく、機械的な持ち上げ機構によってギャップを持たせるようにすることもできる。
【００３６】
このようにして、発電用磁石２１の側面に配列した磁石配列と対になる配列の扛重用磁石２４により磁力吸引し、円筒形羽根車２２を持ち上げることにより、円形状の浮上用磁石２３と円形状の浮上用高温超電導体（図示なし）との間にギャップを持たせることができる。
【００３７】
また、円筒形羽根車２２中に機械的に持ち上げる機構を設置するようにしてもよい。
【００３８】
そして、円筒形羽根車２２の浮上は、円形状の浮上用磁石２３と浮上用超電導体の間にギャップを持たせた後、浮上用超電導体を冷却した後、ギャップを取り去ることにより得る。
【００３９】
図４は本発明の第４実施例を示す冷却システムの模式図である。
【００４０】
この図において、発電用コイル９を浮上用高温超電導体の冷却システム３１の寒剤蒸気あるいは冷却空気により冷却するようにした。
【００４１】
更に、発電用コイル９を高温超電導線材３２とするように構成する。
【００４２】
このように、構成することにより、発電用コイルでの電力損失を大幅に低減し、電力の高出力化を図ることができる。
【００４３】
上記したように、風力による円筒形羽根車の回転により、円筒形羽根車と一体化されている発電用磁石も回転し、この発電用磁石の回転により、固定されている発電用コイルで発電を行うことができる。そのようにして得られた発電電力の変動は、円筒形羽根車の回転に応じて発電出力の一部を充放電するフライホイール装置の回転を制御する（上記特許文献２参照）などの手だてを施すことにより安定化させることができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機は、羽根車の回転が始まると、浮上力及びピンニングによりロスがなく、回転することができる円筒型風力発電機として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施例を示す高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機の模式図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機の上面図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す円筒形羽根車を持ち上げる方法を示す模式図である。
【図４】本発明の第４実施例を示す冷却システムの模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２３    円形状の浮上用磁石
２，２２    円筒形羽根車
３，１１，２１    発電用磁石
４    円形状の浮上用高温超電導体
５    冷却容器
６    液体窒素あるいは液体窒素蒸気の導入管
７    冷却容器からの蒸発ガスの導出管
８    断熱層
９，１５〜１８    発電用コイル
１０，１９    発電用コイルから発電される電力の測定装置
１２    円筒外枠
１３    円筒内枠
１４    発電用コイル支持板
２４    円筒形羽根車を持ち上げるための扛重用磁石
３１    浮上用高温超電導体の冷却システム
３２    高温超電導線材
【図１】
2008038605.tif 000003
【図２】
2008038605.tif 000004
【図３】
2008038605.tif 000005
【図４】
2008038605.tif 000006