风力发电装置 【技术领域】
本发明是关于一种风力发电装置。背景技术 近年来， 为了保护地球环境， 在使用可再生能源的发电方法中， 不排出二氧化碳等 温室效应气体的风力发电受到相当的瞩目 ( 例子请参照专利文献 1 等 )。
现有技术文献
专利文献
专利文献 1 ： 特开 2004-239113 号公报
发明内容 发明所要解决的课题
然而， 风力发电的发电输出会随着风速的变动而变动， 所以， 有不稳定的问题。
本发明的课题在提供一种可将风力发电中不稳定的发电输出变得更稳定的风力 发电装置。
用于解决课题的方法与发明效果
为了解决上述课题， 本发明的风力发电装置的其特征在于包括 ：
风车， 具有承受风力朝向一定旋转方向在既定的旋转轴线周围旋转 ；
第一发电装置， 在配置上与上述风车的旋转轴同轴而一体旋转的转 子， 藉由伴随 上述旋转轴的旋转的该转子的旋转来产生电力 ；
飞轮， 与上述旋转轴同轴， 通过单方向离合器而配置， 该配置朝向上述一定旋转方 向， 当上述旋转轴增速时， 变成与该旋转轴一体旋转的状态且自身也增速旋转， 当上述旋转 轴减速时， 与该旋转轴分离且产生惯性旋转动作 ；
第二发电装置， 具有与上述飞轮同轴且以一体旋转的方式配置的转子， 藉由伴随 上述飞轮的旋转的该转子的旋转来产生电力 ；
输出装置， 接受上述第一发电装置与上述第二发电装置所产生的电力中至少上述 第二发电装置所产生的电力的输入， 将所输入的电力输出至外部 ；
其中， 上述第一发电装置与第二发电装置所产生的电力中上述第一发电装置所产 生的电力的至少一部分输入至上述输出装置， 汇集上述第二发电装置所产生的电力输出至 外部， 或者， 作为使用驱动电力供给装置使上述飞轮朝向一定旋转方向旋转驱动的电动驱 动装置所对应的驱动电力来供给。
根据上述本发明的构造， 第一发电装置所发出的电力随着风车所受到的风力而产 生大幅度的变动， 但第二发电装置所发出的电力是根据蓄积于飞轮的稳定旋转能量而产 生， 所以， 输出稳定， 藉由输出至少此第二发电装置所发出的电力 ( 亦包含与第一发电装置 所发出的发电电力重叠的型态 )， 可得到较稳定的发电输出。
再者， 可以说若第一发电装置与第二发电装置双方所产生的发电电力以重叠型态
输出， 第一发电装置所产生的发电电力的不稳定情况可得到缓和， 可在整体上得到较稳定 的发电输出。
又， 当风车进行减速旋转或中止旋转时， 飞轮藉由单向离合器呈与风车的旋转轴 分离的状态 ( 在本发明中， 将此称为惯性旋转状态 )， 所以， 会继续旋转。即， 藉由惯性旋转 状态， 飞轮那侧的减速要素大幅减少， 所以可更长时间地继续旋转， 即使风车停止， 飞轮的 旋转也会继续。另外， 在此期间， 虽然第二发电装置会随着时间在功能上产生轻微的衰减， 但仍得到稳定的发出电力， 并可将此输出至外部。即使第一发电装置所产生的发电电力与 此重叠， 第一发电装置所产生的发电电力的不稳定情况也可大幅缓和。
当风车增速旋转时， 风车的旋转轴与飞轮变成一体旋转状态， 在飞轮上蓄积旋转 能量， 所以， 即使之后风车减速下来， 也可藉由在增速旋转时所蓄积的旋转能量使第二发电 装置所发出的稳定发出电力随着蓄积的程度而继续下去。 又， 当风车增速旋转时， 变成第一 发电装置与第二发电装置所产生的两段发电状态， 发电输出增加， 但更重的飞轮变成旋转 抵抗的状态， 在风车上进行极端的增速 ( 加速 ) 旋转， 整体的电力输出却不会极端增加， 即 使变成两段发电状态， 也可使整体的发电输出保持在比较稳定的状态。
再者， 当风车增速旋转时， 风车的旋转轴与飞轮为一体旋转的状态， 所以， 即使飞 轮停止或变成低速旋转的状态， 增加风车的旋转速度可使来自风车的力矩直接作用在飞轮 上， 使旋转速度增加。 因此， 即使在飞轮停止时及低速时， 也可藉由使风车开始旋转并加速， 将力矩传达到飞轮上， 使旋转持续。
又， 根据上述本发明的构造， 可使用第一发电装置所产生的电力的至少一部分来 协助飞轮的旋转。 当飞轮停止旋转及进行低速旋转时 ( 特别是停止旋转时 )， 为了开始再次 旋转， 需要非常大的力矩， 然而根据此构造， 为了不使飞轮的旋转停止， 驱动电力供给装置 可对用来旋转驱动飞轮的电动驱动装置， 供给第一发电装置所产生的电力的至少一部分， 以使其驱动， 所以， 可预防旋转停止， 不需要产生用来开始再次旋转的力矩。 即使旋转停止， 也可开始再次旋转。
在上述本发明中， 包括上述电动驱动装置及上述驱动电力供给装 置， 并且， 包括 用来检出上述飞轮的旋转速度的旋转速度检出装置及驱动电力控制装置， 在该驱动电力控 制装置中， 当所检出的上述旋转速度低于预先设定的临界值旋转速度时， 使上述驱动电力 供给装置进行对上述电动驱动装置的驱动电力供给。
又， 根据上述本发明， 当飞轮的旋转速度下降至一定水平时， 电动驱动装置会协助 飞轮朝向一定旋转方向旋转， 所以， 可使该安定输出的飞轮所产生的发电输出以更长时间 继续输出。当飞轮停止旋转时及进行低速旋转时 ( 特别是停止旋转时 )， 为了开始再次旋 转， 需要非常大的力矩， 然而根据上述构造， 可藉由驱动电力控制装置， 以不使飞轮的旋转 停止的方式控制驱动电力供给装置， 所以， 不需要产生用来开始再次旋转的力矩。又， 若将 飞轮的旋转速度下降至一定水平以下的状态设定为飞轮的旋转停止状态， 藉由电动驱动装 置， 可使该旋转停止状态的飞轮再次开始旋转。
在本发明中， 上述驱动电力供给装置根据从外部的电源系统所供给的电力， 将上 述电动驱动装置专用的驱动电力供给至该电动驱动装置。藉此， 可利用从外部的电源系统 供给的电力驱动电动驱动装置， 所以， 可对电动驱动装置进行稳定的电力供给， 不需担心飞 轮会停止。在本发明中， 上述驱动电力供给装置根据蓄积于蓄电装置的电力， 将上述电动驱 动装置专用的驱动电力供给至该电动驱动装置。在此情况下也是一样， 可利用预先蓄积于 蓄电装置的电力驱动电动驱动装置， 所以， 可对电动驱动装置进行稳定的电力供给， 不需担 心飞轮会停止。
在本发明中， 上述第一发电装置所产生的电力可蓄积于蓄电装置。 在此情况下， 上 述输出装置仅将上述第二发电装置所产生的电力供给至外部， 将其供给至外部。根据此构 造， 可将输出不稳定的第一发电装置所产生的电力蓄积于蓄电装置， 仅将输出稳定的第二 发电装置所产生的电力输出至外部。
在本发明中， 上述第一发电装置与上述第二发电装置双方所产生的产生电力蓄积 于蓄电装置内。在此情况下， 从上述输出装置供给至外部的电力可作为一次蓄积至上述蓄 电装置的电力。根据此构造， 供给至外部的电力供给源变成蓄电装置， 所以， 可产生稳定的 电力输出。
在本发明中， 所具有的构造为， 根据蓄积于第一蓄电装置的电力， 将上述电动驱动 装置专用的驱动电力供给至该电动驱动装置， 并且， 对第二蓄电装置蓄积上述第一发电装 置与第二发电装置两者中任意一个所产生的电力， 在此种情况下， 在构造上可将第一蓄电 装置与第二蓄电装置变成一个共通的蓄电装置。藉此， 便不需要包括复数个蓄电装置。又， 在此情况下， 包括用来检出上述蓄电装置的剩余量的剩余量检出装置及输出电力控制装 置， 在该输出电力控制装置中， 当所检出的上述剩余量高于预先设定的临界值剩余量时， 针 对上述输出装置， 将蓄积于该蓄电装置的电力供给至外部。 藉此， 可完全对蓄电装置确保用 来旋转飞轮的一定驱动电力。
又， 在本发明中， 在藉由蓄积于蓄电装置的电力来驱动电动驱动装置的情况下， 在 构造上可包括用来检出上述蓄电装置的剩余量的剩余量检出装置及蓄电电力控制装置， 在 该蓄电电力控制装置中， 当所检出的上述剩余量尚未超过预先设定的临界值剩余量时， 将 电力供给至上述蓄电装置以进行蓄电， 当高于上述临界值剩余量时， 将为了使上述剩余量 不超过而需要供给至上述蓄电装置的电力 ( 为了使上述剩余量不超过而需要供给至上述 蓄电装置的电力 ) 输出至上述输出装置， 再输出至外部。藉此， 可将不蓄积于蓄电装置的剩 余电力输出至外部， 所以， 可增加输出至外部的输出电力。
在本发明中， 上述输出装置汇集上述第一发电装置与上述第二发电装置双方所产 生的电力出入， 将其供给至外部。藉由以第一发电装置与第二发电装置双方所产生的发电 电力重叠的状态来输出， 可缓和第一发 电装置所产生的发电电力的不稳定状态， 整体上以 比较稳定的发电输出供给至外部。例如， 可供给至外部的电源系统、 蓄电装置等。
上述本发明中的电动驱动装置可将上述第一发电装置所产生的电力作为驱动源， 使上述飞轮朝向一定旋转方向旋转驱动， 在此情况下， 驱动电力供给装置可将上述第一发 电装置所产生的所有电力作为上述电动驱动装置所对应的驱动电力来供给， 上述输出装置 可将第二发电装置所产生的电力输出至外部。
根据上述本发明的构造， 第一发电装置所发出的电力会随着风车所承受的风力而 有大幅的变动， 不过， 该发电电力完全或决大多数时间都作为用来旋转飞轮的驱动电力来 使用， 仅将第二发电装置所发出的电力输出至外部。第二发电装置所发出的电力根据蓄积 于飞轮的稳定旋转能量而产生， 所以， 所输出的发电电力不会受气象条件等的影响， 仍然稳定输出， 并且， 第一发电装置所产生的电力可使用电动驱动装置协助飞轮朝向一定旋转方 向旋转， 所以， 可使该安定输出的飞轮所产生的发电输出以更长时间继续输出。
又， 第二发电装置与电动驱动装置针对飞轮设置为一体， 并且， 相对于第二发电装 置的转子及固定子， 可将电动驱动装置的转子及固定子设置于更外圆周侧的位置。藉由使 电动驱动装置位于更外圆周侧的位置， 飞轮在一定旋转方向所受到的助力会作用于径方向 的更为外侧的位置， 所以， 可更有效地传达旋转力。
又， 飞轮可朝向上述旋转轴的轴线方向， 配置于上述第一发电装置与上述第二发 电装置之间。即， 发电壳体内的第一发电装置与第二发电装置朝向旋转轴 2 的轴线方向， 以 夹持飞轮的型态位于其间， 发电壳体内的一系列空间可被飞轮分割为用来收纳其中一个发 电装置的上游侧收纳空间和用来收纳另一发电装置的下游侧收纳空间。藉此， 在上游侧收 纳空间及下游侧收纳空间中， 伴随其中一空间内的旋转体的旋转而产 生的乱流影响， 另一 空间不会接收到， 各个空间内的旋转体的旋转呈现稳定状态。 附图说明
第 1 图为简略表示本发明第 1 至第 3 实施型态的风力发电装置的外观图。第 2 图为简略表示第 1 实施型态的风力发电装置的电子构造的方块图。
第 3A 图为简略表示第 1 实施型态的风力发电装置的输出部的电子构造的方块图 的第一例。
第 3B 图为简略表示第 1 实施型态的风力发电装置的输出部的电子构造的方块图 的第二例。
第 4 图为简略表示第 1 至第 3 实施型态的风力发电装置中的风车部分的放大剖面 图。
第 5 图为第 1 实施型态的风力发电装置中的短舱部分的放大剖面图。
第 6 图为第 1 实施型态的风力发电装置中的发电壳体内部被放大的放大剖面图。
第 7 图为第 1 至第 3 实施型态的风力发电装置中的发电机的固定子的立体图。
第 8A 图为第 7 图的固定子的正面图。
第 8B 图为第 8A 图的固定子的 A-A 剖面图。
第 8C 图为第 8A 图的固定子的 B-B 剖面图。
第 9 图为表示第 7 图的固定子与磁性组件的位置关系的立体图。
第 10 图为第 9 图的固定子及磁性组件的正面图及部分放大图。
第 11 图为简略表示本发明第 2 实施型态的风力发电装置的电子构 造的方块图。
第 12A 图为简略表示第 2 实施型态的风力发电装置的输出部及驱动电力供给部的 电子构造的方块图的第一例。
第 12B 图为简略表示第 2 实施型态的风力发电装置的输出部及驱动电力供给部的 电子构造的方块图的第二例。
第 13 图为第 2 及第 3 实施型态的风力发电装置中的短舱部分的放大剖面图。
第 14 图为第 2 及第 3 实施型态的风力发电装置中的发电壳体内部被放大的放大 剖面图。
第 15 图为第 2 及第 3 实施型态的风力发电装置中的电动机的固定子的立体图。第 16A 图为第 15 图的固定子的正面图。
第 16B 图为第 16A 图的固定子的 C-C 剖面图。
第 16C 图为第 16A 图的固定子的 D-D 剖面图。
第 17 图为表示第 15 图的固定子与磁性组件的位置关系的正面图及部分放大图。
第 18 图为表示对电动机进行驱动电力供给控制的流程的流程图的第一例。
第 19A 图为简略表示第 2 实施型态的风力发电装置中的输出部及驱动电力供给部 的电子构造的方块图的第一变形例。
第 19B 图为简略表示第 2 实施型态的风力发电装置中的输出部及驱动电力供给部 的电子构造的方块图的第二变形例。
第 20 图为简略表示第 2 实施型态的风力发电装置中的输出部及驱动电力供给部 的电子构造的方块图的第三变形例。
第 21 图为表示对外部进行电力供给控制的流程的流程图。
第 22 图为简略表示第 2 实施型态的风力发电装置中的输出部及驱 动电力供给部 的电子构造的方块图的第四变形例。
第 23 图为表示对蓄电装置进行电力输入控制的流程的流程图。 第 24 图为简略表示第 2 实施型态的风力发电装置中的输出部及驱动电力供给部 的电子构造的方块图的第五变形例。
第 25 图为简略表示第 2 实施型态的风力发电装置中的输出部及驱动电力供给部 的电子构造的方块图的第六变形例。
第 26 图为简略表示本发明第 3 实施型态的风力发电装置的电子构造的方块图。
第 27A 图为简略表示第 3 实施型态的风力发电装置的输出部及驱动电力供给部的 电子构造的方块图的第一例。
第 27B 图为简略表示第 3 实施型态的风力发电装置的输出部及驱动电力供给部的 电子构造的方块图的第二例。
第 28 图为简略表示第 2 实施型态的风力发电装置中的输出部及驱动电力供给部 的电子构造的方块图的第七变形例。
第 29 图为表示对电动机进行驱动电力供给控制的流程的流程图的第二例。
第 30 图为本发明另一实施例的侧面图。
第 31 图为第 30 图的正面图。
第 32 图为第 30 图的背面图。
第 33 图为第 30 图的后方侧立体图。
第 34 图为第 30 图的前方侧立体图。
第 35 图为第 30 图的侧面剖面图 ( 侧面透视图 )。
第 36 图为第 35 图的风导外壳部分的底面透视图。
具体实施方式
以下将参照图面， 说明本发明的风力发电装置的第一实施型态。
第 1 图为概略表示本发明第 1 实施型态的风力发电装置的构造的概略图。又， 第 2 图为简略表示第 1 图的风力发电装置的构造的方块图。第 1 图及第 2 图所示的第 1 实施型态的风力发电装置 1 在构造上包括承受来自既定受风方向 2w 的风力朝向一定旋转方向 在既定的旋转轴线 2x 的周围旋转的风车 3、 具有与风车 3 的旋转轴 2 同轴、 以一体旋转的 方式配置的转子 51 并藉由伴随旋转轴 2 的旋转的该转子 51 的旋转来产生电力的第一发电 机 ( 发电装置 )5、 与旋转轴 2 同轴并通过单方向离合器 ( 单向离合器 )6 来配置的飞轮 7， 其中， 该飞轮 7 朝向上述一定旋转方向， 当旋转轴 2 增速时， 变成与该旋转轴 2 一体旋转的 状态， 自身也增速旋转， 当旋转轴 2 减速时， 与该旋转轴 2 分离并进行惯性旋转动作， 风力发 电装置 1 又包括与第一发电机 5 不同的第二发电机 ( 发电装置 )9， 其具有与飞轮同轴且以 一体旋转的方式配置的转子 91， 藉由伴随飞轮 7 的旋转的该转子 91 的旋转来产生电力。
此外， 若要具体地描述飞轮 7， 飞轮 7 朝向上述一定旋转方向， 通过单方向离合器 ( 单向离合器 ) 来配置， 如此， 当旋转轴 2 相对于其本身为增速时， 变成与该旋转轴 2 一体旋 转的状态， 自身也增速旋转， 当旋转轴 2 相对于其本身为减速时， 与该旋转轴 2 分离， 进行惯 性旋转动作， 并且， 当旋转轴 2 与其本身为等速时， 特别是当停止时， 与该旋转轴 2 分离并进 行惯性旋转动作。
再者， 第 1 实施型态的风力发电装置 1 包括输出部 10， 其接受第一发电机 5 与第二 发电机 9 所产生的电力中至少第二发电机 9 所产生的电力的输入， 将所输入的电力输出至 外部。另外， 第一发电机 5 与第二发电机 9 所产生的电力中的第一发电机 5 所产生的电力 的至少一部分输入至输出部 10， 汇集第二发电机 9 所产生的电力输出至外部， 或者， 针对藉 由驱动电力供给部 ( 驱动电力供给装置 )16 使飞轮 7 朝向上述的一定旋转方向旋转驱动的 电动机 ( 电动驱动装置 )70， 作为驱动电力来供给。第 一发电机 5 所产生的电力的至少其 中一部分可为该电力中的一定比率的电力， 可为超过一定电力量的电力， 亦可为在一定期 间内产生的电力。
在第 1 实施型态中， 在构造上包括输出部， 作为输出部 ( 输出装置 ： 参照第 3A 图及 第 3B 图 )10， 其接受第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的电力输入， 汇集两者并将其 输出至外部 19。即， 第一发电机 5 与第二发电机 9 的发电电力的输出线在输出至外部之前 相互连接， 以一个系统输出至外部。
输出部 10 如第 3A 图所示， 第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的三相交流电 力可分别输入整流器 12， 然后， 输入升压控制器 11， 以既定的电压输出， 然后， 再将其输入 电力调节器 15， 将所输入的直流电力转换为系统电力并输出。 藉此， 可汇集第一发电机 5 与 第二发电机 9 双方所产生的电力并将其供给至外部的电源系统 19A， 例如， 可卖出此电力。 又， 在电力调节器 15 中， 可先转换为家庭内所使用的交流电力再输出。又， 输出部 10 亦可 如第 3B 图所示， 将第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的电力分别输入至整流器 12， 然后， 再输入升压控制器 13， 将设定为既定电压的直流电力供给至电池 ( 蓄电装置 )19B， 以 进行蓄电。又， 亦可将蓄积于电池 ( 蓄电装置 )19B 的电力通过电力调节器 15 供给至外部 的电源系统 19A。
第 1 实施型态的风车 3 如第 2 图所示， 具有复数个叶片 30， 其受风方向 2w 与旋转 轴 2 的轴线 2x 的延伸方向 ( 以下称为轴线方向 ) 一致， 藉由从该受风方向承受风力， 朝向 一定方向旋转。各叶片 30 通过轮毂 22 连结 ( 连接 ) 至旋转轴 2。
第 4 图为第 1 实施型态的风力发电装置 1 的风车部分的放大剖面图。不过， 其仅 简略表示短舱 21 的内部构造。风车 3 配置于筒状风洞部 ( 导管 )31 的内侧， 该筒状风洞部以与旋转轴 2 的旋转轴线的方向同轴的形式延伸成筒状。筒状风洞部 31 的形成方式为， 开 口面积从风车 3 的受 风方向 2w 的上游侧朝向下游侧逐渐减少。具体而言， 筒状风洞部 31 在从受风方向 2w 的上游侧的环状端部 31A 到下游侧的环状端部 31B 之间的区间内， 形成朝 向径向内侧膨胀出的弯曲形状。被收进此筒状风洞部 31 中的风以压缩的形式供给至下游， 下游侧的叶片承受此风， 所以， 可增加风车 3 所得到的旋转力。
第 4 图的筒状风洞部 31 在其内圆周面， 固定有复数个从短舱 21 的外圆周面 210 向 外延伸成放射状的支持组件 (FRP)32， 其设置方式为， 不与短舱 21 一起对旋转轴 2 旋转。
短舱 21 将第一发电机 5、 飞轮 7、 第二发电机 9 及旋转轴 2 收纳于内部。如第 4 图 及第 5 图所示， 短舱 21 的外表面 21A 至少形成弯曲面， 其在旋转轴 2 的轴线 2x 上的受风方 向 2w 的上游侧具有顶点部 21a。具体而言， 该外表面 21A 即使在旋转轴 2 的轴线方向的周 围旋转， 面的形状也会形成不产生变化的旋转对称面， 在此形成流线形状。另一方面， 在短 舱 21 的受风方向 2w 的下游侧， 以一体旋转的方式在风车 3 上设置固定于该旋转轴 2 上的 轮毂 22， 其外表面 22A 从形成短舱 21 的外表面 21A 的弯曲面形成沿着受风方向 2w 顺畅连 接的弯曲面， 并且， 在旋转轴 2 的轴线 2x 上的受风方向 2w 的上游侧， 形成具有顶点部 22a 的弯曲面。具体而言， 其外表面 22A 即使在旋转轴 2 的轴线方向的周围旋转， 面的形状也会 形成不产生变化的旋转对称面， 即形成从短舱 21 的外表面 21A 延续过来的流线形状。在此 的短舱 21 和轮毂 22 的外表面 21A， 22A 在各自的整体上形成球体表面， 该球体表面 21A， 22A 形成上游侧的顶点部 21a 的曲率半径大于下游侧的顶点部 22a 的鸡蛋状。
此外， 短舱 21 的至少一部分位于筒状风洞部 31 的内侧， 剩余的部分突出至筒状风 洞部 31 外的外侧。第 1 实施型态的短舱 21 如第 4 图所示， 其顶点部 21a 的配置方式为， 于 风车 3 的受风侧 ( 受风方向 2w 的上游侧 ) 从筒状风洞部 31 的内部突出。又， 在短舱 21 的 受风方向 2w 的下 游侧， 设有连接各叶片 30 与旋转轴 2 的轮毂 22。即， 叶片 30 沿着受风方 向 2w， 相对于短舱 21， 设置于下游侧， 在下游侧的叶片 30 所得到的旋转力通过旋转轴 2 传 达至位于受风方向 2w 的上游侧的发电机 5， 9 那侧。轮毂 22 如第 5 图所示， 具有轴固定部 221， 其形成圆盘状， 其中心部藉由缔结组件固定于旋转轴 2 的受风方向 2w 的下游侧端部， 轮毂 22 又具有筒状的叶片安装部 222， 其藉由缔结组件固定于轴固定部 221 中的受风方向 2w 的下游侧主面外的外周部， 复数个叶片 30 从叶片安装部 222 的外圆周面延伸为放射状。
短舱 21 的安装方式， 可针对从地表的基础部 190( 参照第 1 图 ) 延伸出的支柱 ( 塔 )110 的上端部 110T， 配合风向， 朝向水平面内改变方向 ( 可在该支柱 110 的铅直方向 的轴线 110x( 参照第 4 图 ) 的周围旋转 )。此时， 从外圆周侧覆盖各叶片 30 的筒状风洞部 31 设置于短舱 21 的受风方向 2w 的下游侧， 藉此， 筒状风洞部 31 作为可改变风车 3 的受风 方向 2w 的尾翼来使用。即， 当筒状风洞部 31 的筒状外圆周面 31C( 特别是其水平方向那侧 的面 ： 参照第 1 图 ) 承受风力时， 对支柱 110 的上端部 110T 旋转， 顺着风来的方向， 使短舱 21 的顶点部 21a 改变方向。又， 藉由使筒状风洞部 31 相对于短舱 21 位于受风方向 2w 的下 游侧， 也可防止短舱 21 的方向亦即风车 3 的受风面的方向因一点点风向的变化而产生细微 的改变。
第 5 图为以通过轴线 2x， 110x 的平面切开第 4 图的短舱的剖面图。在短舱 21 的 内部， 配置有发电壳体 100， 其从风车 3 的受风方向 2w 的上游侧依序收纳第二发电机 9、 飞 轮 7 及第一发电机 5， 藉由缔结组件 103 缔结固定于短舱 21 上。如第 6 图所示， 在发电壳体 100 内的内部空间中， 从受风方向 2w 的上游侧， 依序具有收纳第二发电机 9 的上游侧收 纳空间 9S、 收纳飞轮 7 的中间收纳空间 7S、 收纳第一发电机 5 的下游侧收纳空间 5S， 形成一 系列空间的形状。 在这一系列的空间中， 飞轮 7 配置于中间收纳空间 7S 内， 藉此， 分割了上 游侧收纳空间 9S 及下游侧收纳空间 5S。 相对于这两个圆筒状的上游侧收纳空间 9S 及下游 侧收纳空间 5S， 同样也是圆筒状的中间收纳空间 7S 的直径较大， 并且， 所收纳的飞轮 7 本身 的位置为沿着径向靠近中间收纳空间 7S 的圆筒状外周壁， 所以， 当配置飞轮 7 时， 上游侧收 纳空间 9S 及下游侧收纳空间 5S 仅连通至飞轮 7 的外圆周侧， 所以， 为更确实的分离状态。
发电壳体 100 内的第一发电机 5 与第二发电机 9 如第 5 图及第 6 图所示， 沿着旋 转轴 2 的轴线方向， 以夹持飞轮 7 的型态位于其间， 发电壳体 100 内的空间藉由飞轮 7 被分 割成上游侧收纳空间 9S 与下游侧收纳空间 5S。藉此， 伴随上游侧收纳空间 9S 及下游侧收 纳空间 5S 中的其中一空间内的旋转体 ( 转子 91， 51) 的旋转的乱流所带来的影响， 不会使 另一空间接收到。在第 1 实施型态中， 如第 5 图所示， 从受风方向 2w 的上游侧， 依序定位第 二发电机 9、 飞轮 7 及第一发电机 5， 再到下游侧， 定位轮毂 22。此外， 飞轮 7 可使用磁屏蔽 材料 ( 例如铁等软磁性材料 )， 藉此， 飞轮 7 能够以磁性方式将发电壳体 100 内的空间分割 为第一发电机 5 那侧与第二发电机 9 那侧， 防止相互产生磁性干扰。 旋转轴 2 相对于发电壳体 100 通过轴承装置 60 安装， 以针对发电壳体 100 贯通自 身的轴线方向， 并相对于发电壳体 100 顺畅地转动 ( 参照第 6 图 )。第 1 实施型态的轴承 装置 60 为密封装置 (O 环等 ) 或藉由油脂之类来产生密封机能的密封型轴承装置， 藉由该 密封机能来形成密封状态。当所密封的发电壳体 100 的内部在大气压力下填充空气时， 内 部的旋转体 51， 91， 7 等所承受的填充气体所产生的阻力 ( 空气阻力 ) 得以减轻， 成为类似 减压状态的内部状态。在此， 藉由在发电壳体 100 内填充氦气， 减少作为旋转体的转子 51， 91、 飞轮 7 等的旋转阻力。
在第一发电机 5 及第二发电机 9 中， 沿着可在旋转轴 2 的周围旋转的转子 ( 发电 机旋转子 )51， 91 的圆周方向， 以既定间隔配置复数个磁性 组件 52， 92， 并且， 以形成气隙 的形式与这些磁性组件 52， 92 相向， 同时， 在构造上包括固定子 ( 发电机固定子 )53， 93， 其 上配置有不对该转子 51， 91 旋转的固定子线圈 54， 94， 藉由这些磁性组件 52， 92 与固定子线 圈 54， 94 的相对旋转， 产生电力。所产生的电力 ( 发电电力 ) 在其对旋转速度越大时便越 大。此外， 第 1 实施型态中的磁性组件 52， 92 为永久磁铁， 可使用钕磁铁等。亦可使用电磁 铁来取代永久磁铁。
在第 1 实施型态中， 磁性组件 52， 92 与固定子线圈 54， 94 的数目比为 3 ： 4， 从固定 子线圈 54， 94 输出三相的交流电力。在设置于支柱 110 的上端部 110T 的上端轴部上， 设有 滑环 110SA， 110SB， 在构造上， 通过在各滑环 110SA， 110SB 上滑动的刷子 102CA， 102CB， 从固 定子线圈 54， 94 汲取发电输出。所汲取的发电输出通过筒状的支柱 ( 塔 )110 的内部空间 的配线， 连接至输出部 10。
第一发电机 5 及第二发电机 9 双方的固定子 53， 93 作为沿着旋转轴 2 的轴线方向 从发电壳体 100 朝向壳体内部突出形成的筒状元件来设置。如第 7 图所示， 在这些筒状元 件 53， 93 上， 沿着周缘方向以既定间隔形成沿着径向产生贯通的开口部 57， 97。这些开口 部 57， 97 藉由在设置于周缘方向的旋转轴 2 的轴线方向上延伸的各柱部 56， 96 产生区隔， 在各柱部 56， 96 上， 如作为第 8A 图的 A-A 剖面图的第 8B 图、 作为第 8A 图的 B-B 剖面图的
第 8C 图所示， 有固定子线圈 54， 94 缠绕， 在第 1 实施型态中， 相邻柱部 56， 96 的线圈缠绕方 向为相反方向。
在此将详细说明第 1 实施型态的固定子 53， 93。
第 1 实施型态的固定子 53， 93 分别形成筒状元件， 为了具有互换性， 它们彼此为相 同形状。这些筒状元件 53， 93 为具有耐热性的硬化性树脂 ( 例如以不饱和聚酯树脂为主体 并以填充材料及玻璃纤维等所构成的热硬化性的成形材料 )， 如第 6 图所示， 其配置的形式 为， 在发电壳壳体 100 沿着受风方向 2w 的上游侧及下游侧露出至外侧的主表面 121A， 122A 形成于各主面部 121， 122 上， 从各主面 121， 122 的主背面 ( 壳体内侧的面 )121B， 122B 朝向 壳体内并沿着旋转轴 2 的轴线方向突出成筒状。
具体而言， 如第 6 图所示， 筒状元件 53， 93 在构造上具有嵌合固定部 53A， 93A， 其以 嵌合的形式固定于在主面部 121， 122 的主背面 ( 壳体内侧的面 )121B， 122B 上所设置的环 状嵌合沟部 121C， 122C， 筒状元件 53， 93 在构造上又具有上述各柱部 56， 96， 其以在该嵌合 固定部 53A， 93A 上形成径方向 ( 半径方向 ) 的段差的形式沿着旋转轴 2 的轴线方向延伸， 筒状元件 53， 93 在构造上又具有筒状连结部 53D， 93D， 其将这些柱部 56， 96 连结至该延伸 先端部 ( 与主面部 121， 122 为相反侧的端部 ： 参照第 8B 图 )56D， 96D 并形成筒状。各柱部 56， 96 的两端藉由使用环状元件 ( 嵌合固定部 53A， 93A 与筒状连结部 53D， 93D) 来连结， 使 筒状元件 53， 93 具有高强度。第 1 实施型态的筒状元件 53， 93 在嵌合固定部 53A， 93A 上藉 由缔结组件 ( 螺钉等 )109， 109 缔结固定于主面部 121， 122。
又， 如第 7 图、 第 8A 图、 第 8B 图及第 8C 图所示， 在嵌合固定部 53A， 93A 的外圆周面 531， 931 的延伸先端侧 ( 与嵌合固定部 53A， 93A 为相反侧 )， 具有从外圆周面 531， 931 上升 至径方向外侧的外周立面 561， 961。因此， 藉由嵌合固定部 53A， 93A 的外圆周面 531， 931、 该外圆周侧立面 561， 961、 柱部 56， 96 的径方向外侧的面 562， 962 形成段差 56A， 96A。另一 方面， 在与各柱部 56， 96 上的各个段差 56A， 96A 相反的那侧， 形成上述的筒状连结部 53D， 93D， 此筒状连结部 53D， 93D 从各柱部 56， 96 的延伸先端部 56D， 96D 的径方向内侧端部沿着 圆周方向延伸， 以此形式延伸至邻接的柱部 56， 96， 整体形成环状。 因此， 藉由柱部 56， 96 的 径方向外侧的面 562， 962、 该柱部 56， 96 的延伸先端部 56D， 96D 沿着圆周方向的侧面 563， 963、 从该柱部 56， 96 的延 伸先端部 56D， 96D 的径方向内侧端部沿着圆周方向延伸的筒状 连结部 53D， 93D 的径方向外侧的面 532， 932 形成段差 56B， 96B( 参照第 7 图 )。
第 1 实施型态的固定子线圈 54， 94 沿着朝向轴线 2x 的径方向具有轴线 5x， 9x， 以 此形式缠绕成环状。在此， 藉由使用上述的段差 56A， 96A 及 56B， 96B， 在各柱部 56， 96 上形 成四边形而缠绕。具体而言， 如第 8A 图、 第 8B 图及第 8C 图所示， 固定子线圈 54， 94 藉由 柱部 56， 96 沿着延伸方向 ( 旋转轴 2 的轴线方向 ) 的其中一端面 561， 961、 另一端面 564， 964、 该柱部 56， 96 沿着圆周方向的其中一侧面 563， 963、 另一侧面 563， 963 形成环状面， 以 缠绕该环状面的形式进行缠绕。此时， 在段差 56A， 96A 中形成段差下面的嵌合固定部 53A， 93A 的外圆周面 531， 931、 在段差 56B， 96B 中形成段差下面的筒状连结部 53D， 93D 的径方向 外侧的面 532， 932 作为缠绕位置规定部 ( 缠绕位置规定装置 ) 来使用， 其规定缠绕于柱部 56， 96 的固定子线圈 54， 94 沿着相对于旋转轴 2 的轴线 2x 的径方向内侧的缠绕位置， 藉此， 固定子线圈 54， 94 可稳定地缠绕于各柱部 56， 96 上。
又， 各柱部 56， 96 如第 8B 图所示， 具有从延伸先端部 56D， 96D 的径方向外侧端部进一步沿着同方向延伸的突起部 56E， 96E。突起部 56E， 96E 作为缠绕位置规定部 ( 缠绕位 置规定装置 ) 来使用， 其规定缠绕于柱部 56， 96 的固定子线圈 54， 94 沿着相对于旋转轴 2 的轴线 2x 的径方向内侧的缠绕位置， 这也是能使固定子线圈 54， 94 稳定缠绕于各柱部 56， 96 上的主要原因。 如此， 在第 1 实施型态中， 于径方向的内外规定了固定子线圈 54， 94 的位 置， 所以， 固定子线圈 54， 94 可保持在稳定缠绕于各柱部 56， 96 上的状态， 作业员在进行缠 绕作业时也变得容易。
在此将详细说明第 1 实施型态的第一发电机 5 的转子 51。
第 1 实施型态的第一发电机 5 如第 6 图所示， 具有与旋转轴 2 同轴 且相互一体旋 转的第一转子部 51A 及第二转子部 51B， 作为转子 51。两个转子部 51A， 51B 具有通过气隙 相向的相向面 51SA， 52SB， 在两个相向面 51SA， 51SB 上， 沿着圆周方向以相同数目并以相同 间隔配置复数个磁性组件 52， 藉由缔结组件来固定。 不过， 两个转子部 51A， 51B 中的一转子 部 51A 的磁性组件 52A(52) 与另一转子部 51B 的磁性组件 52B(52) 如第 10 图所示， 以不同 极性 ( 磁极 ) 的着磁面相对。再者， 在这些第一转子部 51A 与第二转子部 51B 之间的空隙 中， 有固定子 53 的固定子线圈 54 介于其中。固定子线圈 54 如第 9 图所示， 沿着其周缘方 向， 以既定间隔配置复数个于双方用来旋转的转子 51A， 51B 的磁性组件 52， 52 之间所夹持 的固定子 53 上的环状相向区域上。
又， 在第一发电机 5 上， 第一转子部 51A 及第二转子部 51B 配置成与旋转轴 2 的旋 转轴线 2x 的径方向 ( 半径方向 ) 相向。在第 1 实施型态中， 如第 6 图所示， 包括转子本体 部 50 作为转子 51 的本体部， 其具有与旋转轴 2 一体旋转而固定的轴固定部 50C、 从轴固定 部 50C 朝向径方向外侧延伸的圆盘状中间部 50B、 中间部 50B 的径方向外侧的外端部 50A。 不过， 转子本体部 50 相对于在外圆周侧具有很大重量的飞轮 7， 重量较轻， 半径较小。形成 第一转子部的圆筒状部 51A 与形成第二转子部且半径比圆筒状部 51A 大的圆筒状部 51B 以 与转子本体部 50 同轴的形式一体旋转， 两者固定于转子本体部 50 的外端部 50A 上。如此， 在第 1 实施型态中， 仅藉由将 1 个旋转体 ( 转子本体部 50) 安装于旋转轴 2 上， 可设置第一 转子部 51A 与第二转子部 51B 两者， 相对于将第一转子部 51A 与第二转子部 51B 作为个别 旋转体分别固定于旋转轴 2 上的情况， 是更为简单的构造。此外， 中间部 50B 相对于内圆周 侧的轴固定部 50C 及外端部 50A 的第一转子部 51A 的固定部， 厚度 ( 旋转轴 2 的轴线方向 宽度 ) 较薄。
在第 1 实施型态的第一发电机 5 中， 转子本体部 50 的外端部 50A 在构造上具有用 来固定形成第一转子部的内圆周侧的圆筒状部 51A 的内圆周侧固定部 50A1、 用来固定形成 第二转子部的外圆周侧的圆筒状部 51B 的外圆周侧固定部 50A2。内圆周侧固定部 50A1 形 成沿着旋转轴 2 的轴线方向突出的圆筒状， 另一方面， 外圆周侧固定部 50A2 形成以从中间 部 50B 沿着径方向延续的形式延伸出来的形状。
在第一发电机 5 中形成第一转子部的圆筒状部 51A 包括嵌合至转子本体部 50 的 圆筒状的内圆周侧固定部 50A1 的外圆周侧的筒状嵌合部 51A1、 与内圆周侧固定部 50A1 的 延伸先端面衔接而从嵌合部 51A1 的端部朝向径方向内部延伸的环状衔接部 51A2。筒状的 嵌合部 51A1 的外圆周面为磁性组件 52 的配置面 51SA， 另一方面， 环状的衔接部 51A2 作为 与转子本体部 50( 内圆周侧固定部 50A1) 之间的固定部来使用。具体而言， 形成第一转子 部的圆筒状部 51A 在衔接部 51A2 的圆周方向的复数个位置藉由缔结组件缔结固定于转子本体部 50 的内圆周侧固定部 50A1 上。
在第一发电机 5 中形成第二转子部的圆筒状部 51B 整体上形成圆筒形状。其中一 端部 51B2 形成固定部， 其先端面衔接至转子本体部 50 的外圆周侧固定部 50A2 的内圆周侧 固定部 50A1 延伸的那侧的面的外圆周侧区域而固定， 在另一端部 51B 1 那侧， 其内圆周面 沿着径方向与形成第一转子部的圆筒状部 51A 的嵌合部 51A1 的外圆周面相向， 该内圆周面 作为磁性组件 52 的配置面 51SB。形成第二转子部的圆筒状部 51B 在其中一端部 51B2 的圆 周方向的复数个位置藉由缔结组件 106B 缔结固定于转子本体部 50 的外圆周侧固定部 50A2 上。
此外， 在固定子 53 的嵌合固定部 53A 那侧与发电壳体 100 的主面部 121 那侧相反 的侧面与柱部 56 的内侧面之间所形成的环状角部 55B 上， 如第 8B 图及第 8C 图所示， 不与 内圆周侧的第一转子部 51 接触， 在沿着旋转轴 2 的轴线方向与该第一转子部 51 分离的那 侧， 形成下凹 的环状弯曲面。在此角部 55B 上， 形成第一转子部的内圆周侧圆筒状部 51A 与固定设置于其外圆周面上的磁性组件 52 接近， 两者不接触， 两者的接近部位由朝向离两 者较远的方向下凹的 2 个弯曲面 55B1， 55B2 邻接而形成。
在此将详细说明第 1 实施型态的第二发电机 9 的转子 91。
第 1 实施型态的第二发电机 9 如第 6 图所示， 具有与旋转轴 2 同轴且与飞轮 7 相 互一体旋转的第一转子部 91A 及第二转子部 91B， 作为转子 91。两个转子部 91A， 91B 具有 通过气隙相向的相向面 91SA， 92SB， 在两个相向面 91SA， 91SB 上， 沿着圆周方向以相同数目 并以相同间隔配置复数个磁性组件 92， 藉由缔结组件来固定。 不过， 两个转子部 91A， 91B 中 其中一转子部 91A 的磁性组件 92A(92) 与另一转子部 91B 的磁性组件 92B(92) 如第 10 图 所示， 以不同极性 ( 磁极 ) 的着磁面相对。再者， 在这些第一转子部 91A 与第二转子部 91B 之间的空隙中， 有固定子 93 的固定子线圈 94 介于其中。固定子线圈 94 如第 9 图所示， 沿 着其周缘方向， 以既定间隔配置复数个于双方用来旋转的转子 91A， 91B 的磁性组件 92， 92 之间所夹持的固定子 53 上的环状相向区域上。
又， 在第二发电机 9， 第一转子部 91A 及第二转子部 91B 配置成与旋转轴 2 的旋转 轴线 2x 的径方向 ( 半径方向 ) 相向。如第 6 图所示， 在第一转子部 91A 上， 形成第一转子 部的圆筒状部 91A 与形成第二转子部且半径比圆筒状部 91A 大的圆筒状部 91B 以与飞轮 7 同轴的形式一体旋转， 固定于在飞轮 7 的外圆周侧的中间部 ( 亦可为外周端部 ) 上形成的 固定部 90A 上。在此情况下， 仅藉由将 1 个旋转体 ( 飞轮 7) 安装于旋转轴 2 上， 可设置第 一转子部 91A 与第二转子部 91B 两者， 相对于将第一转子部 91A 与第二转子部 91B 作为个 别旋转体分别固定于旋转轴 2 上的情况， 是更为简单的构造。
此外， 第 1 实施型态的飞轮 7 具有通过单方向离合器 ( 单向离合器 )6 固 定于旋 转轴 2 上的轴固定部 70C、 从轴固定部 70C 朝向径方向外侧延伸的圆盘状中间部 70B、 中间 部 70B 的径方向外侧的固定部 70A， 在第 1 实施型态中， 进一步具有从固定部 70A 朝向径方 向外侧延伸的外端部 70D， 藉此， 具有比上述的转子本体部 50 大的半径并具有较大重量， 作 为旋转能量保存装置来使用。此外， 中间部 70B 相对于内圆周侧的轴固定部 70C、 外圆周侧 的固定部 70A 及外端部 70D， 厚度 ( 旋转轴 2 的轴线方向宽度 ) 较薄。特别是， 固定部 70A 及外端部 70D 形成得比中间部 70B 厚， 变得更重， 藉此， 使比具有转子 91 的外圆周侧还大的 离心力产生作用。在第 1 实施型态的第二发电机 9 中， 飞轮 7 的固定部 70A 的构造包括内圆周侧固 定部 70A2， 用来固定具有第一转子部的内圆周侧的圆筒状部 91A， 又包括外圆周侧固定部 70A1， 用来固定具有第二转子部的外圆周侧的圆筒状部 91B。
在第二发电机 9 中具有第一转子部的圆筒状部 91A 与具有第二转子部的圆筒状 部 91B 皆在整体上形成圆筒形状。各自的其中一端部 91A2， 91B2 形成飞轮 7 的固定部 70A(70A1， 70A2) 这样的固定部， 其先端面衔接至与第一发电机 5 的相反侧那面的形式来进 行固定。又， 在另一端部 91A1， 91B 1 中的端部 91A1 那侧， 其外圆周面 91SA 沿着径向与具 有第二转子部的圆筒状部 91B 的内圆周面 91SB 相对， 在端部 91B1 那侧， 其内圆周面 91SB 沿着径向与具有第一转子部的圆筒状部 91A 的外圆周面 91SA 相对， 外圆周面 91SA 及内圆 周面 91SB 作为磁性组件 92， 92 的配置面。飞轮 7 的固定部 70A1， 70A2 为形成环状沟的嵌 合沟部， 嵌合具有第一转子部及第二转子部的圆筒状部 91A， 91B 的端部 91A2， 91B2， 沿着在 与第一发电机 5 相反那侧的面形成的旋转轴 2 的轴线方向下凹。具有第一转子部的圆筒状 部 91A 与具有第二转子部的圆筒状部 91B 皆使端部 91A2， 91B2 嵌合至嵌合沟部 70A1， 70A2 的环状沟， 在 端部 91A2， 91B2 的圆周方向的复数个位置， 藉由缔结组件 107A， 107B 缔结固 定至飞轮 7 的固定部 70A。
此外， 在固定子 93 的嵌合固定部 93A 那侧， 于与发电壳体 100 的主面部 122 那侧 相反的侧面与柱部 96 的内圆周面之间所形成的环状角部 95B 上， 以不与内圆周侧的第一转 子部 91 接触的状态， 形成环状弯曲面， 其在沿着旋转轴 2 的轴线方向与该第一转子部 91 分 离的那侧下凹。在此角部 95B 上， 具有第一转子部的内圆周侧的圆筒状部 91A 与固定设置 于其外圆周面上的磁性组件 92 靠近， 在双方不接触的状态下， 形成相邻的 2 个弯曲面 95B1， 95B2， 双方的靠近部位与朝向远离双方的方向下凹。
然而， 支柱 110 如第 5 图所示， 固定在收纳有上述发电机 5， 9 及飞轮 7 的发电壳体 100 的下端部 102 上。又， 发电壳体 100 固定在短舱 21 上。
发电壳体 100 藉由从地表延伸的支柱 ( 塔 )110 的上端部 110T， 与短舱 21 一起如 上所述， 可随着风向而旋转。在短舱 21 的下端， 设有沿着上下方向贯通内外的下端开 21H， 固定于发电壳体 100 的下端部 102(102A， 102B) 的支柱固定部 102C 以贯通该下端开 21H 并 突出至短舱 21 的外部的型态来配置。在支柱固定部 102C 上， 形成于下端开口的筒状， 对该 开口内插通支柱 110 的上端部 110T， 并且， 支柱固定部 102C 与支柱 110 的上端部 110T 双 方之间存在轴承装置 63， 发电壳体 100 那侧以能够旋转的方式组装于支柱轴线 110x 周围。 在发电壳体 100 的支柱固定部 102C 上， 安装刷子 102CA， 102CB， 以能够一起及各自滑动的型 态， 在支柱上端部 110T 的轴部 110TA 上安装滑环 110SA， 110SB。发电机 5， 9 所发出的电力 通过刷子 102CA， 102CB 及滑环 110SA， 110SB 输出至输出部 10。
此外， 如第 5 图所示， 发电壳体 100 的下端部 102(102A， 102B) 与 支柱固定部 102C 固定为一体。第 1 实施型态中的发电壳体 100 具有形成上游侧收纳空间 9S 及下游侧收纳 空间 5S 的外周壁的具有较小外径的圆筒状外周壁部 129， 125、 在这些部位中间形成中间收 纳空间 7S 的外周壁且外径比其大的圆筒状外周壁部 127， 以形成形状， 支柱固定部 102C 具 有从旋转轴 2 的轴线方向夹持其外径较大的圆筒状外周壁部 127 的下端突起部的夹持部 102G、 通过这些夹持部 102G 的上端沿着旋转轴 2 的轴线方向朝与彼此相向方向相反地方向 扩大并使外径较小的圆筒状外周壁部 129， 125 的下端面衔接的衔接部 102S， 102S， 在夹持部 102G， 藉由缔结组件 108， 108 缔结固定于圆筒状外周壁部 127 的下端突起部。
又， 第 1 实施型态的发电壳体 100 如第 5 图所示， 藉由受风方向 2w( 旋转轴 2 的轴 线方向 ) 上的中间收纳空间 7S 的中间位置， 分割为上游侧壳体 100A 与下游侧壳体 100B 两 者， 壳体 100A， 100B 配合彼此的位置而密合， 其上端部 101A， 101B 与下端部 102A， 102B 双方 藉由缔结组件 ( 螺钉 )103， 103 缔结固定。 另一方面， 在短舱 21 上设置固定用板部 210， 210， 于受风方向 2w 的上游侧与下游侧夹持密合状态的壳体 100A， 100B 的上下端部 101(101A， 101B)， 102(102A， 102B)， 固定用板部 210， 210 与被夹持且为密合状态的壳体 100A， 100B 的 上下端部 101(101A， 101B)， 102(102A， 102B) 藉由上述的缔结组件 103， 103 缔结固定。 藉此， 发电壳体 100 固定于短舱 21 上。第 1 实施型态的固定用板部 210 为弯曲成 L 字形的板材， 具有固定于短舱 21 的内部上端面的水平部、 从该水平部的端部沿着壳体 100A， 100B 的上下 端部 101， 102 的圆周侧面延伸至下方且插通缔结组件 103 的垂下部。
以上说明了本发明的第 1 实施型态， 但完全不受该例子限定， 本发明亦不受该实 施型态限定， 只要在不脱离权利要求书的主旨的范围内， 可根据本领域技术人员的知识进 行各种变更。以下将说明与上述实施型态不同的实施型态特点。不过， 关于共通的构造部 位， 将附加与上述实 施型态相同的符号， 藉此省略说明。 以下将说明本发明的第 2 实施型态。
第 2 实施型态的风力发电装置具有与第 1 图及第 4 图相同的构造， 但方块图的构 造与第 2 图不同， 而是如第 11 图所示。又， 关于输出部 10 的构造也是一样， 与第 3A 图及第 3B 图不同， 而是如第 12A 图及第 12B 图所示， 发电壳体 100 内的构造也与第 5 图及第 6 图不 同， 而是如第 13 图及第 14 图所示。与发电机 5， 9 有关的固定子 53， 93、 固定子线圈 54， 94、 磁性组件 52， 54 的构造及配置如第 7 图至第 10 图所示的构造， 没有变更。
具体而言， 第 2 实施型态的风力发电装置 1 在构造上除了包括上述第 1 实施型态 中的风车 3、 第一发电机 ( 发电装置 )5、 飞轮 7、 第二发电机 ( 发电装置 )9， 如第 11 图、 第 12A 图及第 12B 图所示， 还包括风车 3 受风时会朝向与旋转轴 2 的旋转方向 ( 上述固定旋转方 向 ) 相同的方向旋转驱动飞轮 7 的电动机 ( 即， 协助飞轮 7 朝上述既定方向的旋转的电动 机， 在此为马达 ： 电动驱动装置 )70、 对电动机 70 供给驱动电力的驱动电力供给部 ( 驱动电 力供给装置 )16、 用来检出飞轮 7 的旋转速度的旋转速度检出部 ( 旋转速度检出装置 )701、 控制部 ( 驱动电力控制装置 )700， 其中， 当旋转速度检出部 701 所检出的旋转速度低于预先 设定的临界值旋转速度时， 上述电动驱动装置对驱动电力供给装置进行驱动电力供给。
驱动电力供给部 16 如第 12A 图及第 12B 图所示， 将从外部输入的三相交流电力输 入至三相交流用变频器 17， 作为电动机 ( 在此为三相交流马达 )70 的激磁用电力 ( 驱动电 力 )， 并将其输出至电动机 70 的固定子线圈 74。在第 12A 图及第 12B 图所示的实施型态 中， 根据外部的电源系统 19A 所供给的电力， 电动机 70 专用的驱动电力供给至该电动机 70。 即， 将外部的电源系统 19A 所供给的电力转换为电动机 70 专用的驱动电力， 供给至该电动 机 70。又， 作为第 2 实施型态的变形例， 如第 25 图所示， 驱动电力供给部 16 可根据外部的 电池 ( 蓄电装置 )19B 所供给的电力， 将电动机 70 专用的驱动电力供给至该电动机 70。即， 外部的电池 19B 所供给的直流电力可通过变频器 18 等转换为用来旋转驱动电动机 ( 在此 为三相交流马达 )70 的激磁用驱动电力等电动机 70 专用的驱动电力， 供给至该电动机 70。
再者， 第 2 实施型态的风力发电装置 1 在构造上包括输出部 ( 输出装置 )10， 其接
受第一发电机 5 与第二发电机 9 中任意一个或双方所产生的电力的输入， 再将所输入的电 力输出至外部 19。 在此的输出部 10 为了稳定输出电力， 在构造上至少输入第二发电机 9 所 产生的电力以作为外部输出。例如， 如第 12A 图、 第 12B 图以及第 25 图所示， 可在构造上包 括输出部 ( 输出装置 )10， 其接受第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的电力输入， 汇 集两者再输出至外部。即， 第一发电机 5 及第二发电机 9 的发电电力的输出线可在输出至 外部之前连接， 为以一个系统来输出至外部的型态。
即， 在第 2 实施型态的第 12A 图、 第 12B 图以及第 25 图的构造中， 输出部 10 汇集第 一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的所有电力， 输出至外部 19( 外部的电源系统 19A、 电池 19B)， 并且， 驱动电力供给部 16 并非第一发电机 5 与第二发电机 9 所产生的电力， 而是 根据外部 19( 外部的电源系统 19A、 电池 19B) 所供给的电力将电动机 70 专用的驱动电力供 给至该电动机 70。
在第 12A 图的输出部 10 中， 第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的三相交 流电力可分别输入整流器 12， 然后， 输入升压控制器 11， 以既定的电压输出， 然后， 再将其 输入电力调节器 15， 将所输入的直流电力转换为系统电力， 输出至外部。藉此， 可汇集第一 发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的电力并将其供给至外部的电源系统 19A， 例如， 可卖 出此电力。又， 在电力调节器 15 中， 可先转换为家庭内所使用的 交流电力再输出。又， 第 12B 图及第 23 图的输出部 10 将第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的电力分别输入 至整流器 12， 然后， 再输入升压控制器 13， 将设定为既定电压的直流电力供给至电池 ( 蓄电 装置 )19B， 以进行蓄电。又， 亦可将蓄积于电池 ( 蓄电装置 )19B 的电力通过电力调节器 15 供给至外部的电源系统 19A。此外， 电源系统 19A 及电池 ( 蓄电装置 )19B 中任意一个为装 置外部的电源 19。
控制部 700 在构造上作为包括 CPU、 ROM、 RAM 等的习知微电脑， ROM 等记忆部储存 有各种控制程序及控制参数等， CPU 使用这些来进行控制。 第 2 实施型态的控制部 700 与旋 转速度检出部 ( 旋转速度检出装置 )701 连接， CPU 以进行储存于 ROM 等记忆部的控制程序 的形式来进行第 18 图所示的对电动机 70 的驱动电力供给控制。具体而言， 控制部 700 首 先从旋转速度检出部 ( 旋转速度检出装置 )701 取得反映出飞轮 7 的旋转速度的值 (S1)， 当 所取得的值所代表的旋转速度低于 ROM 等记忆部中所储存的临界值旋转速度时 (S2 ： Yes)， 驱动电力供给部 16 的电力供给切换部 ( 切换开关 )16S 切换至供给侧， 进行对电动机 70 的 驱动电力供给 (S4)。另一方面， 当未低于临界值旋转速度 (S2 ： No) 时， 驱动电力供给部 16 的电力供给切换部 ( 切换开关 )16S 切换至遮断侧， 遮断或停止对电动机 70 的驱动电力供 给 (S3)。 此外， 所谓低于上述中的临界值旋转速度， 可以是飞轮 7 停止旋转时或以极低速旋 转的状态。
此外， 第 2 实施型态的旋转速度检出部 701 利用飞轮的旋转速度对第二发电机 9 的发电电力的反映， 作为用来检出第二发电机 9 的发电电力的电流值的习知电流计， 但亦 可直接检出飞轮的旋转速度。例如如第 24 图所示， 为了检测飞轮的旋转速度， 可设置众所 周知的磁性或光学式旋转传感器 ( 例如旋转编码器 )703 来取代具有旋转速度检出部的电 流计 701。
在此详细说明第 2 实施型态的电动机 70。
电动机 70 如第 11 图所示， 为朝向既定旋转方向旋转驱动飞轮 7 的马达， 藉由驱动电力供给部 16 所供给的驱动电力进行驱动。电动机 70 如第 14 图所示， 沿着可在旋转轴 2 的周围转的转子 ( 电动机旋转子 )71 的圆周方向并以既定间隔配置复数个磁性组件 72， 并 且， 在构造上包括固定子 ( 电动机固定子 )73， 其以对这些磁性组件 72 形成气隙的形式彼此 相向， 并配置有不对该转子 72 旋转的固定子线圈 74。 此外， 本实施型态中的磁性组件 72 为 永久磁铁， 可使用钕磁铁等。不过， 也可使用电磁铁取代永久磁铁。当电动机 70 从驱动电 力供给部 16 对固定子线圈 74 供给激磁电流时， 使飞轮 7 朝向上述既定方向旋转驱动， 增加 其旋转速度。电动机 70 的旋转驱动力是， 当所供给的电力 ( 发电电力 ) 越大， 就越大。即， 第一发电机 5 的发电电力越大， 其就越大。
在本实施型态中， 磁性组件 72 与固定子线圈 74 的数目比为 3 ： 4， 三相交流电力作 为驱动电力输入至固定子线圈 74。驱动电力供给部 16 设置于短舱 21 的内部。
又， 在本实施型态中， 第二发电机 9 与电动机 70 以一体的状态设置于飞轮 7 上。 再 者， 在飞轮 7 上， 相对于第二发电机 9 的转子 91( 磁性组件 92) 及固定子 93( 线圈 94)， 电动 机 70 的转子 71(72) 及固定子 73( 线圈 74) 位于外圆周侧。
电动机 70 中的固定子 73 设置于发电壳体 100 上。在本实施型态中， 如第 14 图所 示， 固定子 73 为筒状元件， 以与圆筒状外周壁部 127 的内圆周面靠近的形式配置并固定为 一体， 其中， 圆筒状外周壁部 127 具有外径大于在发电壳体 100 中收纳飞轮 7 的第一及第二 发电机 5， 9 那侧的中间收纳空间 7S 的外周壁。此外， 本实施型态的固定子 73 形成与发电 机 5， 9 的固定子 53， 93 类似的形状。具体而言， 如第 15 图所示， 在固定子 73 上， 沿着圆周 方向并以既定间隔形成沿着径向贯通的开口部 77， 这些开口部 77 藉由沿着设置于圆周方 向的旋转轴 2 的径向朝内 突出的各柱部 76 区隔开来。在各柱部 76 上， 缠绕着固定子线圈 74， 在本实施型态中， 相邻柱部 76 的线圈缠绕方向为相反方向。此外， 电动机 70 的固定子 73 形成外径比发电机 5， 9 的固定子 53， 93 大的筒状。
又， 本实施型态的筒状固定子 73 为具有耐热性的硬化性树脂 ( 例如不饱和聚酯树 脂为主体并以填充材料、 玻璃纤维等构成的热硬化性成形材料 )， 如第 14 图所示， 其发电壳 体 100 的中间收纳空间 7S 的外圆周侧的配置形式为， 从被受风方向 2w 的上游侧及下游侧 覆盖的环状侧壁部 123， 124 的主背面 ( 壳体内侧的面 )123B， 124B 中任意一个， 朝向另一主 背面 123B， 124B 沿着旋转轴 2 的轴线方向突出成筒状。
具体而言， 第 14 图所示的筒状固定子 73 如第 15 图所示， 在构造上具有嵌合固定 部 73A， 其以嵌合的形式固定于在环状侧壁部 123， 124 的主背面壳体内侧的面 )123B， 124B 中任意一个 ( 在此为主背面 123B) 上所设置的环状嵌合沟部 123C， 筒状固定子 73 在构造上 又具有上述各柱部 76， 其以在该嵌合固定部 73A 上形成径方向 ( 半径方向 ) 的段差的形式 沿着旋转轴 2 的轴线方向延伸， 筒状固定子 73 在构造上又具有筒状连结部 73D， 其将这些柱 部 76 藉由该延伸先端部 ( 在此为主背面 123B 那侧的端部 ： 参照第 16B 图及第 16C 图 )76D 连结成筒状。各柱部 76 的两端藉由使用环状元件 ( 嵌合固定部 73A 与筒状连结部 73D) 来 连结， 使筒状固定子 73 具有高强度。本实施型态的筒状元件 73 在嵌合固定部 73A 上藉由 缔结组件 ( 螺钉等 )126 缔结固定于环状侧壁部 123， 124 的其中一者。
又， 如第 15 图、 第 16A 图、 第 16B 图及第 16C 图所示， 在嵌合固定部 73A 的外圆周 面 731 的延伸先端侧 ( 与嵌合固定部 73A 为相反侧 )， 具有从外圆周面 731 上升至径方向外 侧的外周立面 761。因此， 藉由嵌合固定部 73A 的外圆周面 731、 该外圆周侧立面 761、 柱部76 的径方向外侧的面 762 形成段差 76A。另一方面， 在与各柱部 76 上的各个段差 76A 相反 的那侧， 形成上述的筒状连结部 73D， 此筒状连结部 73D 从各柱部 76 的延伸先端部 76D 的径 方向内侧端部沿着圆周方向延伸， 以此形式延伸至邻接的柱部 76， 整体形成环状。因此， 藉 由柱部 76 的径方向外侧的面 762、 该柱部 76 的延伸先端部 76D 沿着圆周方向的侧面 763、 从该柱部 76 的延伸先端部 76D 的径方向内侧端部沿着圆周方向延伸的筒状连结部 73D 的 径方向外侧的面 732 形成段差 76B( 参照第 15 图 )。
第 2 实施型态的固定子线圈 74 沿着朝向轴线 2x 的径方向具有轴线 7x， 以此形式 缠绕成环状。在此， 藉由使用上述的段差 76A， 76B， 在各柱部 76 上形成四边形而缠绕。具 体而言， 固定子线圈 74 藉由柱部 76 沿着延伸方向 ( 旋转轴 2 的轴线方向 ) 的其中一端面 761、 另一端面 764、 该柱部 76 沿着圆周方向的其中一侧面 763、 另一侧面 763 形成环状面， 以缠绕该环状面的形式进行缠绕。此时， 在段差 76A 中形成段差下面的嵌合固定部 73A 的 外圆周面 731、 在段差 76B 中形成段差下面的筒状连结部 73D 的径方向外侧的面 732 作为缠 绕位置规定部 ( 缠绕位置规定装置 ) 来使用， 其规定缠绕于柱部 76 的固定子线圈 74 沿着 相对于旋转轴 2 的轴线 2x 的径方向内侧的缠绕位置， 藉此， 固定子线圈 74 可稳定地缠绕于 各柱部 76 上。
又， 各柱部 76 如第 16B 图所示， 具有从延伸先端部 76D 的径方向外侧端部进一步 沿着同方向延伸的突起部 76E。突起部 76E 作为缠绕位置规定部 ( 缠绕位置规定装置 ) 来 使用， 其规定缠绕于柱部 76 的固定子线圈 74 沿着相对于旋转轴 2 的轴线 2x 的径方向外侧 的缠绕位置， 这也是能使固定子线圈 74 稳定缠绕于各柱部 76 上的主要原因。如此， 在本实 施型态中， 于径方向的内外规定了固定子线圈 74 的位置， 所以， 固定子线圈 74 可保持在稳 定缠绕于各柱部 76 上的状态， 技术工人在进行缠绕作业时也变得容易。
电动机 70 中的转子 71 与旋转轴 2 同轴， 与飞轮 7 一体旋转。在与 转子 71 中的 固定子线圈 74 相向的那面上， 沿着圆周方向以相同数目并以既定间隔配置复数个磁性组 件 72， 藉由缔结组件固定。固定子线圈 74 如第 17 图所示， 在与欲旋转的转子 71 的磁性组 件 72 同心而相向的固定子 73 上的环状相向区域上， 沿着其圆周方向以既定间隔配置复数 个。在本实施型态中， 磁性组件 72 与固定子 74 沿着相对于旋转轴 2 的轴线 2x 的径方向相 对。
又， 本实施型态的电动机 70 中的转子 71 可为飞轮 7， 进一步地说， 可为飞轮 7 的外 周端部 70D 的先端， 其与飞轮 7 同轴并一体旋转。飞轮 7 的外周端部 70D 的先端 71 朝向旋 转轴 2 的轴线方向的其中一者或双方突出， 藉此， 可确保外圆周面 71S 的面积宽广， 各磁性 组件 72 直接设置于其外圆周面 71S， 各自藉由缔结组件来缔结固定。 即， 飞轮 7 的外圆周面 71S 作为磁性组件 92， 92 的配置面。本实施型态的电动机 70 的磁性组件 72 及固定子线圈 74 与第一发电机 5 及第二发电机 9 的磁性组件 52， 92、 固定子线圈 54， 94 分别设置于不同 的位置， 是不同的部位， 藉由电动机 70， 即使飞轮 7 正在旋转， 第二发电机 9 中的发电也可进 行。
以下说明第 2 实施型态的变形例。
在上述实施型态中， 如第 12A 图及第 12B 图所示， 驱动电力供给部 16 将外部 19 的 电源 (19A 或 19B) 所供给的电力作为电动机 70 专用的驱动电力， 供给至电动机 70， 但供给 方式也可以如下所示。即， 可包括第 28 图所示的构造， 控制部 ( 驱动电力控制装置 )700 在旋转速度检出部 ( 旋转速度检出装置 )701 所检出的飞轮旋转速度低于预先设定的临界值 旋转速度时， 作为上述电动驱动装置的驱动电力， 从外部 19 的电源 (19A 或 19B) 供给电力 至上述驱动电力供给装置， 当不低于临界值旋转速度时， 作为上述电动驱动装置的驱动电 力， 第一发电机 ( 发电装置 )5 的发电电力供给至上述驱动电力供给装置。具体而言， 如第 29 图所示， 控 制部 700 首先从旋转速度检出部 ( 旋转速度检出装置 )701 取得反映出飞轮 7 的旋转速度的值 (S31)， 当所取得的值所代表的旋转速度低于 ROM 等记忆部中所储存的 临界值旋转速度时 (S32 ： Yes)， 驱动电力供给部 16 的电力供给切换部 ( 切换开关 )16S’ 切 换至外部供给侧， 从外部 19 的电源 (19A 或 19B) 供给电力， 以作为电动机 70 的驱动电力 (S33)。另一方面， 当未低于临界值旋转速度 (S32 ： No) 时， 驱动电力供给部 16 的电力供给 切换部 ( 切换开关 )16S’ 切换至第一发电机 5 那侧， 供给该发电机 5 的发电电力， 作为电动 机 70 的驱动电力 (S34)。藉此， 当飞轮的旋转速度较低时， 可从外部 19(19A 或 19B) 接受稳 定的电力供给， 马上恢复旋转速度， 当具有某种程度的旋转速度时， 即使接受一点点第一发 电机 5 的发电电力的供给， 也可增加旋转速度。此外， 所谓低于上述中的临界值旋转速度， 可以是飞轮 7 停止旋转时或以极低速旋转的状态。
又， 在上述实施型态中， 如第 12A 图及第 12B 图所示， 驱动电力供给部 16 根据外部 的电源系统 19A 供给的电力， 将电动机 70 专用的驱动电力供给至电动机 70， 但如第 19A 图 及第 19B 图所示， 也可根据蓄积于电池等蓄电装置 16B 的电力， 将电动机 70 专用的驱动电 力供给至电动机 70。第 19A 图及第 19B 图的驱动电力供给部 16 在构造上， 皆将作为蓄电装 置的电池 16B 所储存的电力转换为电动机 70 专用的驱动电力， 并将其供给至该电动机 70。
在第 19A 图的情况下所具有的构造为， 第一发电机 5 所产生的电力全部蓄积至作 为蓄电装置的电池 16B， 并且， 仅对输出部 10 输入第二发电机 9 所产生的电力， 并供给至外 部。具体而言， 第 19A 图的驱动电力供给部 16 包含用来蓄积第一发电机 5 所产生的电力的 电池 ( 蓄电装置 )16B， 第一发电机 5 所产生的三相交流电力可输入整流器 12， 然后， 输入升 压控制器 13， 将具有既定电压的直流电力供给至电池 ( 蓄电装置 )16B 以进行蓄电， 另一方 面， 从电池 16B 通过变频器 18 取出用来旋 转驱动电动机 ( 在此为三相交流马达 )70 的激磁 用驱动电力， 再将其输出至电动机 70 的固定子线圈 74。 另一方面， 输出部 10 将第二发电机 9 所产生的三相交流电力输入整流器 12 后， 输入升压控制器 11， 以既定的电压输出， 然后， 再将其输入电力调节器 15， 将所输入的直流电力转换为系统电力， 输出至外部。藉此， 可仅 将第二发电机 9 所产生的电力供给至外部的电源系统 19A。
另一方面， 在第 19B 图情况下， 第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的电力蓄 积于作为蓄电装置的电池 16B’ ， 并且， 从输出部 10 供给至外部的电力成为一次蓄积于该电 池 16B’ 的电力。第 19B 图的驱动电力供给部 16 将第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产 生的三相交流电力分别输入整流器 12， 然后， 输入升压控制器 13， 将具有既定电压的直流 电力供给至电池 ( 蓄电装置 )16B’ 以进行蓄电， 另一方面， 从电池 16B’ 通过变频器 18 取出 用来旋转驱动电动机 ( 在此为三相交流马达 )70 的激磁用驱动电力， 再将其输出至电动机 70 的固定子线圈 74。另一方面， 输出部 10 从仅蓄积第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所 产生的电力的电池 16B’ ， 将蓄积的电力输入至电力调节器 15， 再将所输入的直流电力转换 为系统电力， 输出至外部。藉此， 可将第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的电力供给 至外部的电源系统 19A。此外， 根据蓄积于第一蓄电装置的电力， 电动机 70 专用的驱动电力被输出， 并且， 当第二蓄电装置具有可蓄积第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的电力中任意一个的 构造时， 第一蓄电装置与第二蓄电装置可作为如第 19A 图及第 19B 图的共通蓄电装置 16B、 16B’ 来包括， 也可分别作为不同的蓄电装置。不过， 在仅仅蓄积第一发电机 5 的发电电力 的蓄电装置 16B 和蓄积第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的发电电力的蓄电装置 16B’ 中， 前者 (16B) 的蓄电装置比后者 (16B’ ) 具有较大的蓄电容量。又， 外部的蓄电装置 19B( 参照第 12B 图 ) 也比仅仅 蓄积第一发电机 5 的发电电力的蓄电装置 16B 具有较大的 蓄电容量。又， 蓄电装置 16B 及蓄电装置 16B’ 应该以不伴随旋转或滑动等的状态与发电机 5， 9 及电动机 70 作电子连接， 又， 配线距离也应该短一点， 所以， 设置于短舱 21 内部。特别 是对容量较小的蓄电装置 16B， 若从其尺寸方面来看， 最好是作为辅助电池， 搭载于短舱 21 内。
又， 如第 19A 图及第 19B 图所示， 可在构造上包括剩余量检出部 ( 剩余量检出装 置 )702， 其在从输出部 10 供给至外部的电力变成一次蓄积至作为蓄积装置的电池 16B， 16B’ 的电力时， 如第 20 图所示， 检出作为该蓄电装置的电池 16B， 16B’ 的剩余量， 同时可在 构造上包括控制部 ( 输出电力控制装置 )700， 当所检出的剩余量高于预先设定的第一临界 值剩余量， 对输出部 10 进行将蓄积于电池 16B， 16B’ 的电力供给至外部时的供给切换控制。 具体而言， 将控制部 700 连接至剩余量检出部 702， 其 CPU 以第 21 图所示的方式进行对外部 的电力供给控制。在第 21 图中， 首先控制部 700 从剩余量检出部 702 取得电池 16B’ 的剩余 量信息 (S 11)。在 ROM 等记忆部中， 储存有第一临界值剩余量准位 ( 例如全充电准位等 )， 所以， 当所取得的剩余量信息所代表的电池剩余量高于其第一临界值剩余量准位时 (S12 ： Yes)， 外部输出切换部 ( 切换开关 )10S 切换至供给侧 ( 输出侧 )， 进行对外部的电力供给 (S13)。另一方面， 当未高于该第一临界值剩余量准位时 (S12 ： No)， 外部输出切换部 ( 切换 开关 )10S 切换至遮断侧， 遮断并停止对外部的电力供给 (S14)。
又， 如第 19A 图、 第 19B 图及第 20 图所示， 在构造上可包括剩余量检出部 ( 剩余量 检出装置 )702， 其在电动机 70 的驱动电力为一次蓄积于作为蓄电装置的电池 16B， 16B’ 的 电力时， 如第 22 图所示， 检出作为该蓄电装置的电池 16B， 16B’ 的剩余量， 同时可在构造上 包括控制部 ( 蓄电电力控制装置 )700， 根据是否所检出的剩余量高于预先设定的第二临界 值剩余量， 对作为该蓄电装置的电池 16B， 16B’ 进行为了蓄电 而输入电力的输入切换控制。 具体而言， 将控制部 700 连接至剩余量检出部 702， 其 CPU 以第 23 图所示的方式对作为蓄电 装置的电池 16B， 16B’ 电力输入控制。在第 23 图中， 首先控制部 700 从剩余量检出部 702 取得电池 16B 的剩余量信息 (S21)。在 ROM 等记忆部中， 储存有第二临界值剩余量准位 ( 例 如全充电准位等 )， 所以， 当所取得的剩余量信息所代表的电池剩余量未高于其第二临界值 剩余量准位时 (S22 ： No)， 针对作为蓄电装置的电池 16B 的输入切换部 ( 切换开关 )14 切换 至电池供给侧 ( 电池输入侧 )， 对电池 16B 进行发电电力输入， 进行蓄电 (S24)。另一方面， 当高于该第二临界值剩余量准位时 (S22 ： Yes)， 针对电池 16B 的输入切换部 ( 切换开关 )14 切换至遮断侧 ( 电池输入禁止侧 )， 遮断并停止对电池 16B 的发电电力输入 (S23)。或者， 如同第 22 图的情况， 当高于其第二临界值剩余量准位时 (S22 ： Yes)， 可针对电池 16B 的的 输入切换部 ( 切换开关 )14 切换至外部输出侧 ( 输出部 10 那侧 )， 将第一发电机 5 所发出 的电力汇集至第二发电机 9 所发出的电力那边， 从输出部 10 输出至外部 ( 例如外部的系统电力 19A)。在第 22 图的情况下， 若输入切换部 ( 切换开关 )14 切换至外部输出侧 ( 输出部 10 那侧 )， 在升压控制器 13 中升压以用来输入至电池 16B 的电力输入至输出部 10 的升压 控制器 11， 再将其输入至电力调节器 15， 然后输出至外部。
此外， 根据蓄积于第一蓄电装置的电力， 电动机 70 专用的驱动电力被输出， 并且， 当第二蓄电装置具有可蓄积第一发电机 5 与第二发电机 9 双方所产生的电力中任意一个的 构造时， 第一蓄电装置与第二蓄电装置可作为如第 19A 图、 第 19B 图及第 12B 图的共通蓄电 装置 16B、 16B’ 、 19B 来包括， 也可分别作为不同的蓄电装置。特别是若其中一个蓄电装置为 容量较小的上述辅助用蓄电装置 16B， 可另外设置容量较大的蓄电装置 16B’ ， 19B。也可特 别另外设置外部的蓄电装置 19B。
以下将说明第 3 实施型态的变形例。
第 3 实施型态的风力发电装置具有与第 1 图及第 4 图相同的构造， 但方块图的构 造与第 1 实施型态、 第 2 实施型态的不同， 而是如第 26 图所示。又， 关于输出部 10 及驱动 电力供给部 16 的构造也是一样， 与第 1 实施型态、 第 2 实施型态的不同， 而是如第 27A 图及 第 27B 图所示。此外， 发电壳体 100 内的构造与第 2 实施型态相同， 如第 13 图及第 14 图所 示， 在构造上包括电动机 70。 关于与发电机 5， 9 有关的固定子 53， 93、 固定子线圈 54， 94、 磁 性组件 52， 54 的构造及配置， 也是一样， 与第 2 实施型态相同。
第 3 实施型态的风力发电装置 1 在构造上除了包括上述第 1 及第 2 实施型态中的 风车 3、 第一发电机 ( 发电装置 )5、 飞轮 7、 第二发电机 ( 发电装置 )9， 如第 26 图所示， 还包 括将第一发电机 5 所产生的电力作驱动源并使飞轮 7 朝向上述既定旋转方向旋转驱动的电 动机 ( 马达 ： 电动驱动装置 )70、 将第一发电机 5 所产生的全部电力作为对电动机 70 的驱 动电力来供给的驱动电力供给部 ( 驱动电力供给装置 )16。
驱动电力供给部 16 如第 27A 图及第 27B 图所示， 将第一发电机 5 所产生的三相交 流电力输入至三相交流用变频器 17， 作为电动机 ( 在此为三相交流马达 )70 的激磁用电力 ( 驱动电力 )， 并将其输出至电动机 70 的固定子线圈 74。在第 3 实施型态中， 第一发电机 5 所产生的电力并未蓄积下来， 第一发电机 5 所产生的电力仍然作为飞轮 7 的旋转驱动用的 驱动电力来供给。
再者， 第 3 实施型态的风力发电装置 1 在构造上包括输出部 ( 输出装置 )10， 其仅 接受第二发电机 9 所产生的电力输入， 再将其输出至外部 19。
输出部 10 如第 27A 图所示， 在构造上可将第二发电机 9 所产生的三相交流电力输 入至整流器 12， 然后， 输入升压控制器 11， 以既定的电压输出， 然后， 再将其输入电力调节 器 15， 将所输入的直流电力转换 为系统电力， 输出至外部。 藉此， 可仅将第二发电机 9 所产 生的电力供给至外部的电源系统 19A， 例如， 可卖出此电力。又， 在电力调节器 15 中， 可先 转换为家庭内所使用的交流电力再输出。又， 输出部 10 如第 27B 图所示， 在将第二发电机 9 所产生的电力输入至整流器 12， 然后， 再输入升压控制器 13， 将设定为既定电压的直流电 力供给至电池 ( 蓄电装置 )19B， 以进行蓄电。又， 也可将蓄积于电池 ( 蓄电装置 )19B 的电 力通过电力调节器 15 供给至外部的电源系统 19A。
此外， 关于可应用于上述的实施型态的其它变形例， 将在以下进行说明。
如第 30 图至第 34 图所示， 在风车 3( 叶片 30) 的迎风面上， 设有兼具发电部外壳 ( 外壳 ) 功能的风导外壳 ( 短舱 )200， 此外壳 200 的内部可收纳有发电部， 并且， 可该风导外壳 200( 也具有外壳本体 201) 的外部一体形成风向鳍板 ( 风向板部 )202。在此例中， 风 车 3 的外侧不存在第 33 图、 第 36 图所示的筒状风洞部 ( 导管 )31， 风车 3 以露出状态承受 风力。风导外壳 200 的外壳本体 201 沿着风车 3 的轴方向具有直角剖面为纵长椭圆形或圆 形之类的光滑外圆周面， 就该外壳本体 201 的迎风面的端部而言， 越靠近先端侧则越细小， 具有先端曲率较小的圆弧状垂直剖面。
在外壳本体 201 的外圆周面上， 上述的风向鳍板 202 在沿着风车 3 的轴方向的方 向上， 从该外壳本体 201( 风导外壳 200) 的外圆周面突出 ( 例如向上突出 ) 至外方而形成， 风向鳍板 202 与风车 3 的旋转面有直角方面的位置关系。风向鳍板 202 具有与外壳本体 201 的轴方向长度相等或比其短的长度， 并包括从外壳本体 201 的迎风侧先端附近以圆弧 状 ( 或直线状 ) 逐渐增加高度的斜边 203， 又包括在外壳本体 201 的迎风侧的端部附近到 达最大高度并从其顶部朝向迎风侧切入形成圆弧状 ( 弯曲状 ) 而下降的后端部 204( 可为 在背风面膨胀成圆弧状的后端部或以直线状下垂的后端部 )， 其下端连接至外壳本体 201 的上部面。又， 风向鳍板 202 的斜 边 203 形成如刀锋般的尖锐状， 又， 从中间部朝向后端部 204 也有越靠近后端越尖锐的曲面， 风向鳍板 202 的风向方向的中间部形成得最厚， 从迎风 面来看， 如第 31 图所示， 形成尖锐的三角形。 与此种风向鳍板 202 一起夹持外壳本体 201 的轴线， 于相反侧 ( 下侧 ) 形成支柱 连接部 208， 其与使风车 3 维持既定高度的支柱 ( 竿 )206 连接， 支柱 206 连接于此。此支柱 连接部 208 从外壳本体 201 的下面突出， 并且， 平滑地形成锥状， 下端部形成圆筒状， 在该圆 筒状上， 嵌合了支柱 206 的圆形剖面的上端部， 并且， 如第 30 图所示， 通过轴承 210， 风导外 壳 200 及风车 3 以自由旋转的方式受到支柱 206 的轴线 ( 垂直轴 ) 的周围支持。结果， 形 成于风导外壳 200 的风向鳍板 202 沿着风向， 换言之， 风车 3 的旋转面经常正对着风向， 如 此， 风车 3 及风导外壳 200 保持在自由状态。
第 35 图为包含风车 3 及风导外壳 200 的部分的侧面剖面图 ( 透视图 )， 在风导外 壳 200 的内部， 风车 3 的旋转轴 2 以同心的状态配置于风导外壳 200 的中心线， 又， 第5图 及第 6 图或第 13 图及第 14 图所示的发电壳体 100 以同心的状态组合至其旋转轴 2 上。
此外， 如第 30 图、 第 33 图及第 35 图所示， 风车 3 的中心部 ( 叶片 30 的基端部 ) 被圆形剖面的筒状部 212 所占据， 形成从此筒状部 212 的中心部到与上述风导外壳 200 相 反的那侧突出成锥状的锥状中心部 214， 在此锥状中心部 214 与筒状部 212( 到了受风下侧 稍微收缩成锥形的几乎圆筒状 ) 之间， 形成圆环状且到了底部那侧变窄的附带锥形的环状 凹部 216， 在其内部， 配置有轮毂 22 及叶片固定部 33。即使风向有大幅的改变而使风从风 导外壳 200 的后方吹过来， 该附带锥形的环状凹部 216 也受到来自后方的风而产生旋转动 作， 结果， 自由状态的风导外壳 200 及风车 3 的姿态 ( 方向 ) 产生将近 180 度的改变， 风导 外壳 200 的先端可以正对着风的方式变更姿态。
主要组件符号说明
1 ～风力发电装置 ；
2 ～旋转轴 ；
2x ～旋转轴线 ；
2w ～受风方向 ；
3 ～风车 ；
5 ～第一发电机 ( 发电装置 ) ； 6 ～单方向离合器 ( 单向离合器 ) ； 7 ～飞轮 ； 9 ～第二发电机 ( 发电装置 ) ； 30 ～叶片 ； 31 ～筒状风洞部 ( 导管 ) ； 21 ～短舱 ； 22 ～轮毂 ； 100 ～发电壳体 ； 110 ～支柱 ( 塔 ) ； 51， 91 ～转子 ( 发电机旋转子 ) ； 51A ～第一转子 ； 51B ～第二转子 ； 52， 92 ～磁性组件 ； 53， 93 ～固定子 ( 发电机固定子 ) ； 54， 94 ～固定子线圈 ； 70 ～电动机 ( 电动驱动装置 ) ； 16 ～驱动电力供给部 ( 驱动电力供给装置 )。