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特許6014928非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機、該同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニット及び該多段連結駆動ユニットを使用した風力発電装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6014928
(24)【登録日】2016年10月7日
(45)【発行日】2016年10月26日
(54)【発明の名称】非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機、該同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニット及び該多段連結駆動ユニットを使用した風力発電装置
(51)【国際特許分類】
H02K 21/14 20060101AFI20161013BHJP
F03D 9/11 20160101ALI20161013BHJP
H02K 7/10 20060101ALI20161013BHJP
【ＦＩ】
H02K21/14 G
F03D9/11
H02K7/10 B
【請求項の数】6
【全頁数】33
(21)【出願番号】特願2011-268508(P2011-268508)
(22)【出願日】2011年12月8日
(65)【公開番号】特開2013-121268(P2013-121268A)
(43)【公開日】2013年6月17日
【審査請求日】2014年12月8日
(73)【特許権者】
【識別番号】308023963
【氏名又は名称】株式会社ＷＩＮＰＲＯ
(74)【代理人】
【識別番号】100069420
【弁理士】
【氏名又は名称】奈良 武
(72)【発明者】
【氏名】原 明緒
【審査官】
宮崎 基樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１１−０４３１７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−０８３１５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−０６０７０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００９／００７４５６６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２０１０−００７５２７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０２Ｋ ２１／００−２１／４８
Ｆ０３Ｄ ９／１１
Ｈ０２Ｋ ７／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
略円筒状で垂直に固定配置される発電機支持筒部と、
前記発電機支持筒部の回りに回転可能に支持された回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、
前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに水平配置され、アウターロータの回転に連動してアウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構と、
前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、
前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、
前記発電機支持筒部の回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構とコイル部とに連結され、前記非接触磁気遊星歯車増速機構の回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、
前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部と、を有し、
前記一対の永久磁石円盤と前記コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構の増速比で定まる相対速度に応じた発電出力を得るように構成したこと、
を特徴とする非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機。
前記発電機支持筒部の回りに回転可能に支持された回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、
前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに水平配置され、アウターロータの回転に連動してアウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構と、
前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、
前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、
前記発電機支持筒部の回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構とコイル部とに連結され、前記非接触磁気遊星歯車増速機構の回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、
前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部と、を有し、
前記一対の永久磁石円盤と前記コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構の増速比で定まる相対速度に応じた発電出力を得るように構成したこと、
を特徴とする非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機。
【請求項2】
略円筒状で垂直に固定配置される発電機支持筒部と、
前記発電機支持筒部の回りに回転可能に支持された回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、
前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに水平配置され、内周部に固着するとともに、内周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のアウターマグネットギアケースと、前記発電機支持筒部を囲むように配置するとともに、外周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のサンマグネットギアケースと、外周にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を有する複数のプラネタリーマグネットギアを所定の間隔で円形配置し、各プラネタリーマグネットギアの各磁極部を前記アウターマグネットギアケースの磁極部、及び、前記サンマグネットギアケースの磁極部に非接触で磁気結合したプラネタリーマグネットギアユニットと、を具備し、前記アウターマグネットギアケース、サンマグネットギアケース、プラネタリーマグネットギアユニットの各磁極部を各段が対向するように複数段に分割し、かつ、各段の磁極部を周方向にずらした多段スキュー構造に構成し、前記アウターロータの回転に連動して前記サンマグネットギアケースにおいて前記アウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構と、
前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、
前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、
前記発電機支持筒部の回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構のサンマグネットギアケースと前記コイル部とに連結され、前記サンマグネットギアケースの回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、
前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部と、を有し、
前記一対の永久磁石円盤と、前記コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構のアウターマグネットギアケースの磁極部の磁極数とサンマグネットギアケース磁極部の磁極数との比からなる増速比で定まる前記コイル部との相対速度に応じた発電出力を得るように構成したこと、
を特徴とする非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機。
前記発電機支持筒部の回りに回転可能に支持された回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、
前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに水平配置され、内周部に固着するとともに、内周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のアウターマグネットギアケースと、前記発電機支持筒部を囲むように配置するとともに、外周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のサンマグネットギアケースと、外周にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を有する複数のプラネタリーマグネットギアを所定の間隔で円形配置し、各プラネタリーマグネットギアの各磁極部を前記アウターマグネットギアケースの磁極部、及び、前記サンマグネットギアケースの磁極部に非接触で磁気結合したプラネタリーマグネットギアユニットと、を具備し、前記アウターマグネットギアケース、サンマグネットギアケース、プラネタリーマグネットギアユニットの各磁極部を各段が対向するように複数段に分割し、かつ、各段の磁極部を周方向にずらした多段スキュー構造に構成し、前記アウターロータの回転に連動して前記サンマグネットギアケースにおいて前記アウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構と、
前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、
前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、
前記発電機支持筒部の回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構のサンマグネットギアケースと前記コイル部とに連結され、前記サンマグネットギアケースの回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、
前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部と、を有し、
前記一対の永久磁石円盤と、前記コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構のアウターマグネットギアケースの磁極部の磁極数とサンマグネットギアケース磁極部の磁極数との比からなる増速比で定まる前記コイル部との相対速度に応じた発電出力を得るように構成したこと、
を特徴とする非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機。
【請求項3】
垂直起立配置した枠体の内部において垂直に起立配置したインナーシャフトに対して、ｎ（ｎは正の整数、ｎ≧２）個のアウターロータ型で非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機と、各同軸反転発電機間に介在する状態で同軸配置としたｎ−１個のクラッチとを、最上段を同軸反転発電機として多段交互構成に組み込んだ同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニットであって、
前記同軸反転発電機は、インナーシャフトの回りに回転可能に支持され、回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、前記アウターロータ内でインナーシャフトの回りに水平配置され、アウターロータの回転に連動してアウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る複数段の磁極部を多段スキュー構造に構成した非接触磁気遊星歯車増速機構と、前記アウターロータ内でインナーシャフトの回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、前記インナーシャフトの回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構とコイル部とに連結され、前記非接触磁気遊星歯車増速機構の回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部と、を有し、
前記クラッチは、前記インナーシャフトにより軸支されるとともに、前段の同軸反転発電機のアウターロータの回転力を受けて回転する回転力入力部材と、前記インナーシャフトにより軸支されるとともに、後段の同軸反転発電機のアウターロータに連結された回転力出力部材と、前記インナーシャフトの回りで、前記回転力入力部材、回転力出力部材間の非接触結合、結合解除を行うクラッチ本体と、前記各クラッチ本体に回転力に応じた非接触結合、結合解除用の動作制御信号を送る制御手段と、を備え、
回転力の入力の大小に応じて前記各クラッチ本体により各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え制御可能とし、
稼働する前記各同軸反転発電機において、前記一対の永久磁石円盤と前記コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構の増速比で定まる相対速度に応じた発電出力を得る構成としたこと、
を特徴とする同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニット。
前記同軸反転発電機は、インナーシャフトの回りに回転可能に支持され、回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、前記アウターロータ内でインナーシャフトの回りに水平配置され、アウターロータの回転に連動してアウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る複数段の磁極部を多段スキュー構造に構成した非接触磁気遊星歯車増速機構と、前記アウターロータ内でインナーシャフトの回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、前記インナーシャフトの回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構とコイル部とに連結され、前記非接触磁気遊星歯車増速機構の回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部と、を有し、
前記クラッチは、前記インナーシャフトにより軸支されるとともに、前段の同軸反転発電機のアウターロータの回転力を受けて回転する回転力入力部材と、前記インナーシャフトにより軸支されるとともに、後段の同軸反転発電機のアウターロータに連結された回転力出力部材と、前記インナーシャフトの回りで、前記回転力入力部材、回転力出力部材間の非接触結合、結合解除を行うクラッチ本体と、前記各クラッチ本体に回転力に応じた非接触結合、結合解除用の動作制御信号を送る制御手段と、を備え、
回転力の入力の大小に応じて前記各クラッチ本体により各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え制御可能とし、
稼働する前記各同軸反転発電機において、前記一対の永久磁石円盤と前記コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構の増速比で定まる相対速度に応じた発電出力を得る構成としたこと、
を特徴とする同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニット。
【請求項4】
垂直起立配置した枠体の内部において垂直に起立配置したインナーシャフトに対して、ｎ（ｎは正の整数、ｎ≧２）個のアウターロータ型で非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機と、各同軸反転発電機間に介在する状態で同軸配置としたｎ−１個のクラッチとを、最上段を同軸反転発電機として多段交互構成に組み込んだ同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニットであって、
前記同軸反転発電機は、インナーシャフトの回りに回転可能に支持され、回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに水平配置され、内周部に固着するとともに、内周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のアウターマグネットギアケースと、前記発電機支持筒部を囲むように配置するとともに、外周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のサンマグネットギアケースと、外周にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を有する複数のプラネタリーマグネットギアを所定の間隔で円形配置し、各プラネタリーマグネットギアの各磁極部を前記アウターマグネットギアケースの磁極部、及び、前記サンマグネットギアケースの磁極部に非接触で磁気結合したプラネタリーマグネットギアユニットと、を具備し、前記アウターマグネットギアケース、サンマグネットギアケース、プラネタリーマグネットギアユニットの各磁極部を各段が対向するように複数段に分割し、かつ、各段の磁極部を周方向にずらした多段スキュー構造に構成し、前記アウターロータの回転に連動して前記サンマグネットギアケースにおいて前記アウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構と、前記アウターロータ内でインナーシャフトの回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、前記インナーシャフトの回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構とコイル部とに連結され、前記非接触磁気遊星歯車増速機構の回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部と、を有し、
前記クラッチは、前記インナーシャフトにより軸支されるとともに、前段の同軸反転発電機のアウターロータの回転力を受けて回転する回転力入力部材と、前記インナーシャフトにより軸支されるとともに、後段の同軸反転発電機のアウターロータに連結された回転力出力部材と、
前記インナーシャフトの回りで、前記回転力入力部材、回転力出力部材間の磁力又はオイルを利用した非接触結合、結合解除を行うクラッチ本体と、前記各クラッチ本体に回転力に応じた非接触結合、結合解除用の動作制御信号を送る制御手段と、を備え、
回転力の入力の大小に応じて前記各クラッチ本体により各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え制御可能とし、
稼働する前記各同軸反転発電機において、前記一対の永久磁石円盤と、前記非接触磁気遊星歯車増速機構のアウターマグネットギアケースの磁極部の磁極数とサンマグネットギアケース磁極部の磁極数との比からなる増速比で定まる前記コイル部との相対速度に応じた発電出力を得るように構成したことを特徴とする同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニット。
前記同軸反転発電機は、インナーシャフトの回りに回転可能に支持され、回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに水平配置され、内周部に固着するとともに、内周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のアウターマグネットギアケースと、前記発電機支持筒部を囲むように配置するとともに、外周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のサンマグネットギアケースと、外周にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を有する複数のプラネタリーマグネットギアを所定の間隔で円形配置し、各プラネタリーマグネットギアの各磁極部を前記アウターマグネットギアケースの磁極部、及び、前記サンマグネットギアケースの磁極部に非接触で磁気結合したプラネタリーマグネットギアユニットと、を具備し、前記アウターマグネットギアケース、サンマグネットギアケース、プラネタリーマグネットギアユニットの各磁極部を各段が対向するように複数段に分割し、かつ、各段の磁極部を周方向にずらした多段スキュー構造に構成し、前記アウターロータの回転に連動して前記サンマグネットギアケースにおいて前記アウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構と、前記アウターロータ内でインナーシャフトの回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、前記インナーシャフトの回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構とコイル部とに連結され、前記非接触磁気遊星歯車増速機構の回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部と、を有し、
前記クラッチは、前記インナーシャフトにより軸支されるとともに、前段の同軸反転発電機のアウターロータの回転力を受けて回転する回転力入力部材と、前記インナーシャフトにより軸支されるとともに、後段の同軸反転発電機のアウターロータに連結された回転力出力部材と、
前記インナーシャフトの回りで、前記回転力入力部材、回転力出力部材間の磁力又はオイルを利用した非接触結合、結合解除を行うクラッチ本体と、前記各クラッチ本体に回転力に応じた非接触結合、結合解除用の動作制御信号を送る制御手段と、を備え、
回転力の入力の大小に応じて前記各クラッチ本体により各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え制御可能とし、
稼働する前記各同軸反転発電機において、前記一対の永久磁石円盤と、前記非接触磁気遊星歯車増速機構のアウターマグネットギアケースの磁極部の磁極数とサンマグネットギアケース磁極部の磁極数との比からなる増速比で定まる前記コイル部との相対速度に応じた発電出力を得るように構成したことを特徴とする同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニット。
【請求項5】
中心回転部に上部アームを連結するとともに、上部アームと対をなす下部アームと、前記上部アーム、下部アームに連結したブレードと、中心回転部から垂下した風車軸とを有する垂直軸垂直翼型の風車と、
設置面から垂直に起立配置された前記風車支持用の軸受支持筒体と、
前記軸受支持筒体内の下部に配置したｎ（ｎは正の整数、ｎ≧２）個のアウターロータ型に構成されるとともに、各々アウターマグネットギア、プラネタリーマグネットギア、サンマグネットギアを備え前記アウターロータの回転に連動してアウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構により駆動される同軸反転発電機と、各同軸反転発電機間に介在する状態で同軸としたｎ−１個のクラッチとを、奇数段目を同軸反転発電機として多段交互構成に組み込み、前記風車の回転力に応じて前記クラッチにより各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え可能とした同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニットと、
前記軸受支持筒体の上部に設けられ、前記軸受支持筒体内に前記１段目の同軸反転発電機に連結する風車軸を垂下した前記中心回転部とともに前記風車自体を回転可能に、かつ、前記風車のスラスト荷重を相殺した浮上状態となる態様で支持する浮上軸支構造と、
前記軸受支持筒体の側部に設けた前記風車の下部アームが連結されるラジアル軸受部と、を有し、
前記浮上軸支構造により風車のスラスト荷重を相殺した浮上状態の前記風車の回転に基づき、
前記各同軸反転発電機において、前記一対の永久磁石円盤と前記コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構の増速比で定まる相対速度に応じた発電出力を得るとともに、
前記多段連結駆動ユニットにおいて、風車の回転力に応じて前記クラッチにより各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え可能としたことを特徴とする多段連結駆動ユニットを使用した風力発電装置。
設置面から垂直に起立配置された前記風車支持用の軸受支持筒体と、
前記軸受支持筒体内の下部に配置したｎ（ｎは正の整数、ｎ≧２）個のアウターロータ型に構成されるとともに、各々アウターマグネットギア、プラネタリーマグネットギア、サンマグネットギアを備え前記アウターロータの回転に連動してアウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構により駆動される同軸反転発電機と、各同軸反転発電機間に介在する状態で同軸としたｎ−１個のクラッチとを、奇数段目を同軸反転発電機として多段交互構成に組み込み、前記風車の回転力に応じて前記クラッチにより各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え可能とした同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニットと、
前記軸受支持筒体の上部に設けられ、前記軸受支持筒体内に前記１段目の同軸反転発電機に連結する風車軸を垂下した前記中心回転部とともに前記風車自体を回転可能に、かつ、前記風車のスラスト荷重を相殺した浮上状態となる態様で支持する浮上軸支構造と、
前記軸受支持筒体の側部に設けた前記風車の下部アームが連結されるラジアル軸受部と、を有し、
前記浮上軸支構造により風車のスラスト荷重を相殺した浮上状態の前記風車の回転に基づき、
前記各同軸反転発電機において、前記一対の永久磁石円盤と前記コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構の増速比で定まる相対速度に応じた発電出力を得るとともに、
前記多段連結駆動ユニットにおいて、風車の回転力に応じて前記クラッチにより各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え可能としたことを特徴とする多段連結駆動ユニットを使用した風力発電装置。
【請求項6】
中心回転部に上部アームを連結するとともに、上部アームと対をなす下部アームと、前記上部アーム、下部アームに連結したブレードと、中心回転部から垂下した風車軸とを有する垂直軸垂直翼型の風車と、
設置面から垂直に起立配置された前記風車支持用の軸受支持筒体と、
インナーシャフトの回りに回転可能に支持され、回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに水平配置され、内周部に固着するとともに、内周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のアウターマグネットギアケースと、前記発電機支持筒部を囲むように配置するとともに、外周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のサンマグネットギアケースと、外周にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を有する複数のプラネタリーマグネットギアを所定の間隔で円形配置し、各プラネタリーマグネットギアの各磁極部を前記アウターマグネットギアケースの磁極部、及び、前記サンマグネットギアケースの磁極部に非接触で磁気結合したプラネタリーマグネットギアユニットと、を具備し、前記アウターマグネットギアケース、サンマグネットギアケース、プラネタリーマグネットギアユニットの各磁極部を各段が対向するように複数段に分割し、かつ、各段の磁極部を周方向にずらした多段スキュー構造に構成し、前記アウターロータの回転に連動して前記サンマグネットギアケースにおいて前記アウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構と、
前記アウターロータ内でインナーシャフトの回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、前記インナーシャフトの回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構とコイル部とに連結され、前記非接触磁気遊星歯車増速機構の回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部と、を有するとともに、前記軸受支持筒体内の下部に配置したｎ（ｎは正の整数、ｎ≧２）個の同軸反転発電機と、
各同軸反転発電機間に介在する状態で同軸としたｎ−１個の磁力又はオイルを利用した非接触結合、結合解除を行うクラッチとを、奇数段目を同軸反転発電機として多段交互構成に組み込み、前記風車の回転力に応じて前記クラッチにより各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え可能とした同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニットと、
前記軸受支持筒体の上部に設けられ、前記軸受支持筒体内に前記１段目の同軸反転発電機に連結する風車軸を垂下した前記中心回転部とともに前記風車自体を回転可能に、かつ、前記風車のスラスト荷重を相殺した浮上状態となる態様で支持する浮力式 又は磁気式の浮上軸支構造と、
前記軸受支持筒体の側部に設けた前記風車の下部アームが連結されるラジアル軸受部と、を有し、
前記浮上軸支構造により風車のスラスト荷重を相殺した浮上状態の前記風車の回転に基づき、
前記各同軸反転発電機において、前記一対の永久磁石円盤と前記コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構の増速比で定まる相対速度に応じた発電出力を得るとともに、
前記多段連結駆動ユニットにおいて、風車の回転力に応じて前記クラッチにより各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え可能としたことを特徴とする多段連結駆動ユニットを使用した風力発電装置。
設置面から垂直に起立配置された前記風車支持用の軸受支持筒体と、
インナーシャフトの回りに回転可能に支持され、回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに水平配置され、内周部に固着するとともに、内周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のアウターマグネットギアケースと、前記発電機支持筒部を囲むように配置するとともに、外周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のサンマグネットギアケースと、外周にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を有する複数のプラネタリーマグネットギアを所定の間隔で円形配置し、各プラネタリーマグネットギアの各磁極部を前記アウターマグネットギアケースの磁極部、及び、前記サンマグネットギアケースの磁極部に非接触で磁気結合したプラネタリーマグネットギアユニットと、を具備し、前記アウターマグネットギアケース、サンマグネットギアケース、プラネタリーマグネットギアユニットの各磁極部を各段が対向するように複数段に分割し、かつ、各段の磁極部を周方向にずらした多段スキュー構造に構成し、前記アウターロータの回転に連動して前記サンマグネットギアケースにおいて前記アウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構と、
前記アウターロータ内でインナーシャフトの回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、前記インナーシャフトの回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構とコイル部とに連結され、前記非接触磁気遊星歯車増速機構の回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部と、を有するとともに、前記軸受支持筒体内の下部に配置したｎ（ｎは正の整数、ｎ≧２）個の同軸反転発電機と、
各同軸反転発電機間に介在する状態で同軸としたｎ−１個の磁力又はオイルを利用した非接触結合、結合解除を行うクラッチとを、奇数段目を同軸反転発電機として多段交互構成に組み込み、前記風車の回転力に応じて前記クラッチにより各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え可能とした同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニットと、
前記軸受支持筒体の上部に設けられ、前記軸受支持筒体内に前記１段目の同軸反転発電機に連結する風車軸を垂下した前記中心回転部とともに前記風車自体を回転可能に、かつ、前記風車のスラスト荷重を相殺した浮上状態となる態様で支持する浮力式 又は磁気式の浮上軸支構造と、
前記軸受支持筒体の側部に設けた前記風車の下部アームが連結されるラジアル軸受部と、を有し、
前記浮上軸支構造により風車のスラスト荷重を相殺した浮上状態の前記風車の回転に基づき、
前記各同軸反転発電機において、前記一対の永久磁石円盤と前記コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構の増速比で定まる相対速度に応じた発電出力を得るとともに、
前記多段連結駆動ユニットにおいて、風車の回転力に応じて前記クラッチにより各同軸反転発電機の稼働、非稼働を切り替え可能としたことを特徴とする多段連結駆動ユニットを使用した風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機、該同軸反転発電機を使用した多段連結駆動ユニット及び該多段連結駆動ユニットを使用した風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
発電技術の分野において、昨今の電力事情に鑑み、風力発電装置、太陽熱発電装置等の自然エネルギーを利用する発電装置に関する技術開発が盛んとなり、多くの製品が実用化され、また、多くの提案がなされている。
【0003】
そして、風力発電装置の技術の分野では、自然力である風車の回転エネルギーを効率よく発電出力に変換することが特に要請されているところである。
【0004】
この場合、風力発電装置は、環境への配慮から、低騒音であること、低周波の発生を軽減すること、などが求められ、また、一台の風車の回転により可能な限り大きい発電出力が得られること、設置面積が可能な限り省スペースであること、発電の効率（コストパフォーマンス）が良いこと、等が要請されるところである。
【0005】
特許文献１には、プロペラ型の風車の風車軸に、複数のクラッチ装置を介して複数の通常の発電機を例えば直列配置に接続し、風力に応じて各クラッチ装置を接、断制御することで、所望の数の発電機を所定の回転数で回転駆動し、高効率での運転を可能に構成したとする風力発電機が提案されている。
【0006】
しかし、この特許文献１に開示された技術を含め、１台の風車の回転力を基に通常の発電機１台を使用した場合に比べはるかに大きい発電出力を得ることができ、かつ、騒音対策にも考慮したような発電機や、通常の発電機を複数使用した場合に比べ、より大きい発電出力を容易に得ることができ、また、広範な発電出力範囲を簡略に切り替え制御可能な状態で得ることができる発電機の連結駆動ユニット、さらには、これを利用しかつ、騒音対策にも考慮した発電効率に優れた風力発電装置は存在しないのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００３−３３６５７１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、１台の風車の回転力を基に通常の発電機１台を使用した場合に比べはるかに大きい発電出力を得ることができ、かつ、騒音対策にも考慮した発電効率に優れた風力発電機が存在しない点である。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係る非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機は、略円筒状で垂直に固定配置される発電機支持筒部と、前記発電機支持筒部の回りに回転可能に支持された回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに水平配置され、アウターロータの回転に連動してアウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構と、前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、前記発電機支持筒部の回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構とコイル部とに連結され、前記非接触磁気遊星歯車増速機構の回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部とを有し、前記一対の永久磁石円盤と前記コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構の増速比で定まる相対速度に応じた発電出力を得るように構成したことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
請求項１、２記載の発明によれば、非接触磁気遊星歯車増速機構を用いた磁気結合増速駆動式で、通常の発電機に比べ、１台当たりＮ倍（Ｎは９以上の正数）以上等の高出力な発電出力を得ることができ、低騒音、かつ、小型化が可能であり、また、非接触磁気遊星歯車増速機構において反転トルクの軽減を可能とし、また、磁石配列構造として多段スキュー構造を採用することによりコギングトルクを軽減し、回転力の伝達をより円滑に行うこともできる同軸反転発電機を提供することができる。
【0011】
請求項３、４記載の発明によれば、発電出力範囲が極めて広範囲であり、また、ｎ台の高出力の同軸反転発電機の稼働、非稼働制御が容易であり、騒音発生防止の点でも優れ、また、非接触磁気遊星歯車増速機構において反転トルクの軽減を可能とし、また、磁石配列構造として多段スキュー構造を採用することによりコギングトルクを軽減し回転力の伝達をより円滑に行うこともでき、さらには、省スペース化の実現、メンテンナンスや故障対応の簡略容易化、量産性、組み立て性の向上、製造コスト低減とを図ることもできる実用価値の高い多段連結駆動ユニットを提供することができる。
【0012】
請求項５、６記載の発明によれば、風車を横揺れや騒音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、さらに、発電出力範囲が極めて広範囲であり、また、ｎ台の高出力の同軸反転発電機の稼働、非稼働制御が容易であり、騒音発生防止の点でも優れ、同軸反転発電機における非接触磁気遊星歯車増速機構において反転トルクの軽減を可能とし、また、磁石配列構造として多段スキュー構造を採用することによりコギングトルクを軽減し回転力の伝達をより円滑に行うこともでき、さらには、省スペース化の実現、メンテンナンスや故障対応の簡略容易化、量産性、組み立て性の向上、製造コスト低減を図ることもできる極めて実用価値の高い風力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明は、１台の風車の回転力を基に通常の発電機１台を使用した場合に比べはるかに大きい発電出力を得ることができ、かつ、騒音対策にも考慮した同軸反転発電機を提供するという目的を、略円筒状で垂直に固定配置される発電機支持筒部と、前記発電機支持筒部の回りに回転可能に支持された回転力の入力により回転駆動されるアウターロータと、前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに水平配置され、内周部に固着するとともに、内周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のアウターマグネットギアケースと、前記発電機支持筒部を囲むように配置するとともに、外周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を備える円環状のサンマグネットギアケースと、外周にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部を有する複数のプラネタリーマグネットギアを所定の間隔で円形配置し、各プラネタリーマグネットギアの各磁極部を前記アウターマグネットギアケースの磁極部、及び、前記サンマグネットギアケースの磁極部に非接触で磁気結合したプラネタリーマグネットギアユニットと、を具備し、前記アウターマグネットギアケース、サンマグネットギアケース、プラネタリーマグネットギアユニットの各磁極部を各段が対向するように複数段に分割し、かつ、各段の磁極部を周方向にずらした多段スキュー構造に構成し、前記アウターロータの回転に連動して前記サンマグネットギアケースにおいて前記アウターロータの回転力とは反対方向の回転出力を得る非接触磁気遊星歯車増速機構と、前記アウターロータ内で発電機支持筒部の回りに上下間隔を隔て水平平行配置に固定した一対の永久磁石円盤と、前記一対の永久磁石円盤間に間隙をもって水平配置した円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部と、前記発電機支持筒部の回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構のサンマグネットギアケースと前記コイル部とに連結され、前記サンマグネットギアケースの回転出力をコイル部に伝達し、コイル部をアウターロータ及び永久磁石円盤に対して反転させる回転伝達体と、前記コイル部による発電出力を取り出す発電出力取り出し部と、を有し、前記一対の永久磁石円盤と、前記コイル部との前記非接触磁気遊星歯車増速機構のアウターマグネットギアケースの磁極部の磁極数とサンマグネットギアケース磁極部の磁極数との比からなる増速比で定まる前記コイル部との相対速度に応じた発電出力を得るように構成したことにより実現した。
【実施例1】
【0015】
以下に本発明の実施例１に係る非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機について、図１乃至図６を参照して詳細に説明する。
【0016】
本実施例１に係る非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機１は、図１乃至図３に示すように、略円筒状で垂直に固定配置される円筒基体３と、この円筒基体３の上端に一体配置した上部環状円板４及び円筒基体３の下端に一体配置した下部環状円板５とを具備する発電機支持筒部２と、前記発電機支持筒部２の回りに同軸配置に、かつ、回転可能に支持された外部回転力により回転駆動されるとともに、上部ロータ１２、下部ロータ１３を一体構成とし、上部ロータ１２上に環状受円盤１４を同軸配置に取り付けた全体として略中空円筒ドラム状のアウターロータ１１と、前記アウターロータ１１内で発電機支持筒部２の回りに水平配置され、アウターロータ１１の回転に連動してアウターロータ１１の回転力とは反対方向の回転出力を得る多段スキュー構造に構成した非接触磁気遊星歯車増速機構３１と、前記アウターロータ１１内で発電機支持筒部２の回りに上下間隔を隔て水平平行配置するとともに、各々アウターロータ１１の内周部に固着した一対の永久磁石円盤４１Ａ、４１Ｂと、前記一対の永久磁石円盤４１Ａ、４１Ｂ間に上面及び下面を永久磁石円盤４１Ａ、４１Ｂに各々間隙をもって水平配置するとともに、三相交流電力出力構成とした円盤状のコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部５１と、前記発電機支持筒部２の回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構３１とコイル部５１とに連結され、前記非接触磁気遊星歯車増速機構３１の回転出力をコイル部５１に伝達し、このコイル部５１を前記アウターロータ１１及び永久磁石円盤４１Ａ、４１Ｂに対して反転駆動する回転伝達体６１と、前記コイル部５１による発電出力を取り出す発電出力取り出し部７１と、を有している。
【0017】
そして、前記上下平行の一対の永久磁石円盤４１Ａ、４１Ｂと前記コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部５１との前記非接触磁気遊星歯車増速機構３１の増速比で定まる相対速度に応じた三相の発電出力を得るように構成している。
【0018】
前記発電機支持筒部２の上部環状円板４の外周部と、上部ロータ１２に取り付けた環状受円盤１４の内周部との間には、上部軸受体６が配置され、発電機支持筒部２の下部環状円板５の内周部と、下部ロータ１３の下端内周部との間には下部軸受体７が配置され、これにより、前記アウターロータ１１は、上部軸受体６、下部軸受体７により軸支され、発電機支持筒部２の回りで回転可能に軸支されている。
【0019】
次に、前記非接触磁気遊星歯車増速機構３１について説明する。
【0020】
前記非接触磁気遊星歯車増速機構３１は、多段スキュー構造を採用したものであり、図１、図４乃至図６に示すように、外周側を前記下部ロータ１３の内周部に固着するとともに、内周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部３３（磁極数Ｍｉ）を備える円環状で同心配置のアウターマグネットギア３２ａ、３２ｂ、３２ｃの垂直方向多段分割構成からなるアウターマグネットギアケース３２と、前記発電機支持筒部２を囲むように配置するとともに、外周側にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部３５（磁極数Ｍｏ）を備える円環状で同心配置のサンマグネットギア３４ａ、３４ｂ、３４ｃの垂直方向多段分割構成からなるサンマグネットギアケース３４と、外周にＮ，Ｓ磁極を交互に垂直方向に列設した磁極部３８を有する円板状で同心配置のプラネタリーマグネットギア３７ａ、３７ｂ、３７ｃの垂直方向多段分割構成からなり、かつ、アウターマグネットギアケース３２とサンマグネットギアケース３４との間に所定の間隔で円形配置した例えば４個構成のプラネタリーマグネットギアユニット３６と、を有している。
【0021】
前記プラネタリーマグネットギアユニット３６は、各プラネタリーマグネットギア３７ａ、３７ｂ、３７ｃの中心に貫通配置し、かつ、上方下方に突出させた軸部４０の上下両端を回転可能に支持する円形の環状板３９Ａ、３９Ｂを備え、下側の環状板３９Ｂの内周側を前記下部環状円板５の上面に固着する構成としている。そして、前記プラネタリーマグネットギアユニット３６の各プラネタリーマグネットギア３７ａ、３７ｂ、３７ｃの各磁極部３８を、前記アウターマグネットギアケース３２の各アウターマグネットギア３２ａ、３２ｂ、３２ｃの各磁極部３３、及び、前記サンマグネットギアケース３４の各サンマグネットギア３４ａ、３４ｂ、３４ｃ各磁極部３５に非接触で磁気結合する構成としている。
また、各アウターマグネットギア３２ａ、３２ｂ、３２ｃの各磁極部３３に対して各プラネタリーマグネットギア３７ａ、３７ｂ、３７ｃの各磁極部３８を周方向にずらし、
各プラネタリーマグネットギア３７ａ、３７ｂ、３７ｃの各磁極部３８に対して各サンマグネットギア３４ａ、３４ｂ、３４ｃの各磁極部３５を周方向にずらした多段スキュー構造としている。
【0022】
このような非接触磁気遊星歯車増速機構３１は、前記アウターマグネットギアケース３２が回転力の入力側、サンマグネットギアケース３４が回転力の出力側として機能するようにものである。また、上述したような前記非接触磁気遊星歯車増速機構３１の多段スキュー構造を採用することにより、前記各アウターマグネットギア３２ａ、３２ｂ、３２ｃの各磁極部３３から前記各プラネタリーマグネットギア３７ａ、３７ｂ、３７ｃの各磁極部３８に非接触で回転力が伝達される際に、これらの間の磁束密度分布の偏在が少なくなり、同様に前記各プラネタリーマグネットギア３７ａ、３７ｂ、３７ｃの各磁極部３８から前記各サンマグネットギア３４ａ、３４ｂ、３４ｃの各磁極部３５非接触で回転力が伝達される際に、これらの間の磁束密度分布の偏在が少なくなって、全体としてコギング（Ｃｏｇｇｉｎｇ）トルクが低減され、円滑な回転力伝達を行うことが非接触磁気遊星歯車増速機構３１を実現することができる。
【0023】
尚、前記各アウターマグネットギア３２ａ、３２ｂ、３２ｃは機械的構造の内歯歯車式のアウターギアに相当し、前記各サンマグネットギア３４ａ、３４ｂ、３４ｃは機械的構造の太陽ギアに相当し、前記各プラネタリーマグネットギア３７ａ、３７ｂ、３７ｃは機械的構造の遊星ギアに相当するものである。
【0024】
前記回転伝達体６１は、前記発電機支持筒部２の回りで、前記非接触磁気遊星歯車増速機構３１のサンマグネットギアケース３４の上面から垂直上方に所定の間隔をもって立設した所要数（例えば６本）の連結棒体６２と、図１に示すように、片側断面形状が略コ状（又は逆コ状）を呈するフランジ付き円筒体６３と、を具備している。
【0025】
すなわち、前記フランジ付き円筒体６３は、前記発電機支持筒部２の外径よりも内径を大きくした中央円筒部６４と、この中央円筒部６４の下端部から水平方向に突設した円形の下部フランジ６５と、前記中央円筒部６４の上端部から水平方向に突設した円形の上部フランジ６６とを一体に具備している。
【0026】
そして、前記下部フランジ６５の上面外周部により前記コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部５１の内周下部を固定支持している。
【0027】
また、前記上部フランジ６６の突出端縁は、前記上部軸受体６の下方に臨ませている。
【0028】
さらに、前記各連結棒体６２の上端を前記下部フランジ６５に連結し、これにより、前記非接触磁気遊星歯車増速機構３１のサンマグネットギアケース３４の回転出力を、前記コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部５１に伝達し、このコイル部５１を前記アウターロータ１１及び永久磁石円盤４１Ａ、４１Ｂに対して反対の方向に駆動するように構成している。
【0029】
前記発電出力取り出し部７１は、前記コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部５１から引き出したこのコイル部５１とともに回転する三相用の取り出しケーブル７２を、同軸反転発電機１の上方に導き、前記発電機支持筒部２を構成する上部環状円板４の中心部に配置した公知のスリップリング体７３内に端部を嵌入し、さらにこのスリップリング体７３の下部から導出した非回転の三相用の出力ケーブル７６を経て前記同軸反転発電機１の発電出力を図示しないが外部機器に送電するように構成している。
【0030】
前記スリップリング体７３は、下部固定円筒体７４と、この下部固定円筒体７４上に配置した上部回転円筒体７５とを具備し、図示しないが下部固定円筒体７４、上部回転円筒体７５の内部の接合部分に三相用の摺動接点部を設け、取り出しケーブル７２から送電される三相電力を摺動接点部を介して出力ケーブル７６に送電するように構成している。前記発電出力取り出し部７１について更に詳述する。
【0031】
前記スリップリング体７３の下部固定円筒体７４は、前記発電機支持筒部２を構成する上部環状円板４の中心部に対して、取り付け板７７及び円筒状支持体７８を用いて垂直配置に取り付けている。
【0032】
また、上部回転円筒体７５には、中心に関して１２０度間隔配置に３個の突出板部８０を配置した回転補助アーム板７９の中心部を固着している。そして、各突出板部８０の突出端を前記上部軸受体６の上方に臨ませている。
【0033】
上部軸受体６は、詳細構造は省略するが、内側円環状軸受部６ａ、外側円環状軸受部６ｂを有する内外２重構造で、内側円環状軸受部６ａ、外側円環状軸受部６ｂの間に円形隙間６ｃを有している。
【0034】
前記回転補助アーム板７９における各突出板部８０の突出端には、前記円形隙間６ｃに対応する位置に三相用の取り出しケーブル７２を挿通するための孔８０ａを設けている。また、各突出板部８０の突出端下面には三相用の取り出しケーブル７２を挿通するための孔８１ａを設けた添着板８１を固着し、前記上部軸受体６における内側円環状軸受部６ａ、外側円環状軸受部６ｂ間の円形隙間６ｃの下側には、内側円環状軸受部６ａ、外側円環状軸受部６ｂに跨る配置で、かつ、三相用の取り出しケーブル７２を挿通するための孔８２ａを設けた下部添着板８２を、前記内側円環状軸受部６ａ、外側円環状軸受部６ｂに摺接する配置で設けている。
【0035】
そして、前記コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部５１から引き出した三相用の取り出しケーブル７２を、前記フランジ付き円筒体６３に添設しつつこのフランジ付き円筒体６３の上部フランジ６６を貫通させて前記上部軸受体６の下側に導出し、前記下部添着板８２の孔８２ａ、円形隙間６ｃ、添着板８１の孔８１ａ、突出板部８０の孔８０ａを通過させ、その端部を前記スリップリング体７３の上部回転円筒体７５内に導き、摺動接点部に接続する構成としている。
【0036】
このように、前記取り出しケーブル７２、フランジ付き円筒体６３、下部添着板８２、添着板８１、回転補助アーム板７９、及び、上部回転円筒体７５は、前記コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部５１の回転に連動して前記発電機支持筒部２の回りを回転するように構成している。
【0037】
次に、本実施例１に係る非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機１の発電動作について説明する。
【0038】
本実施例１に係る同軸反転発電機１において、前記アウターロータ１１が、外部からの回転入力、例えば後述する風車軸３０２からの回転入力によって発電機支持筒２の回りに、例えば、図２に示す矢印ａ方向（反時計方向）に回転駆動されると、このアウターロータ１１の回転に伴い、前記非接触磁気遊星歯車増速機構３１のアウターマグネットギアケース３２もアウターロータ１１に連動して矢印ａ方向に回転駆動される。
【0039】
そして、プラネタリーマグネットギアユニット３６により回転可能に軸支されている各プラネタリーマグネットギア３７ａ、３７ｂ、３７ｃの各磁極部３８は、アウターマグネットギアケース３２の各アウターマグネットギア３２ａ、３２ｂ、３２ｃの各磁極部３３に非接触で磁気結合して前各記磁極部３３から磁力を受け、軸部４０の回りで反時計方向に回転駆動される。
【0040】
前記プラネタリーマグネットギア３７ａ、３７ｂ、３７ｃの反時計方向への回転に伴い、前記サンマグネットギアケース３４のサンマグネットギア３４ａ、３４ｂ、３４ｃの各磁極部３５は、プラネタリーマグネットギア３７ａ、３７ｂ、３７ｃの各磁極部３８と非接触で磁気結合して前記各磁極部３８から磁力を受け、アウターマグネットギアケース３２とは反対の矢印ｂ方向（時計方向）に回転駆動される（同軸反転）。
【0041】
このとき、アウターマグネットギアケース３２の磁極部３３（磁極数Ｍｉ）、すなわち、永久磁石円盤４１Ａ、４１Ｂに対する、サンマグネットギアケース３４の磁極部３５（磁極数Ｍｏ）、すなわち、コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部５１の増速比は、機械式ギアを用いた遊星歯車機構の場合と同様な理論の基に、入力側の磁極数Ｍｉと出力側の磁極数Ｍｏとの比であるＭｉ／Ｍｏで決定される。
【0042】
例えば、磁極数Ｍｏ＝６０、磁極数Ｍｉ＝３０に設定すれば、増速比は６０／３０＝２．０となる。
【0043】
すなわち、アウターロータ１１及び永久磁石円盤４１Ａ、４１Ｂが反時計方向に１回転するときコイル部５１は時計方向に２回転することになり、反転する相対速度は、反転しない通常の反時計方向1回転と比較し、３回転となる。
【0044】
また、磁極数Ｍｏ＝６０、磁極数Ｍｉ＝２８とすれば、増速比は６０／２８＝２．１となり、磁極数Ｍｏ＝６０、磁極数Ｍｉ＝２４とすれば、増速比は６０／２４＝２．５となる。この結果、本実施例１に係る非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機１によれば、通常のロータ、ステータ方式の発電機の場合と比較し、例えば、Ｎ倍（Ｎは９以上の正数）以上等の発電出力をコイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部５１から取り出すことが可能となる。
【0045】
前記増速比（Ｍｉ／Ｍｏ）は、種々に設定可能であり、さらに大きな増速比（３倍、３．５倍、４倍等）に設定することも可能である。
【0046】
前記コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部５１による発電出力（三相電力）は、前記発電出力取り出し部７１を構成する取り出しケーブル７２、スリップリング体７３、出力ケーブル７６を経て外部に送電され、図示しない負荷に供給されることになる。
【0047】
本実施例１に係る非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機１の発電出力の数値例を以下に示す。
【0048】
通常のロータ、ステータ型の発電機を使用した場合に比べ、本実施例１に係る非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機１の場合、前記増速比２．０（アウターローター部が反時計方向1回転に対し、コイル部が時計方向２回転）のとき相対速度は３回転となり、発電出力は電圧（V）が３．０倍となり、同様に電流（A）が３．０倍となる為、電力（W）は９．０倍（電圧×電流＝電力）となる。前記増速比２．１など２，０以上等の場合はより大きな倍数の電力を得られる事が出来、通常の発電機を使用する場合にくらべ遥かに大出力を実現できる。
【0049】
本実施例１に係る非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機１によれば、前記非接触磁気遊星歯車増速機構３１の増速比を２．０以上等に設定することにより、通常の発電機に比べ、１台当たりＮ倍（Ｎは９以上の正数）以上等の発電出力を得ることができ、小型で高出力の発電電力を得ることができる同軸反転発電機１を実現することができる。
【0050】
また、本実施例１に係る非接触磁気結合増速駆動式の同軸反転発電機１によれば、前記永久磁石円盤４１Ａ、４１Ｂと、前記コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル５１との相対速度を早める手段として非接触磁気結合式の前記非接触磁気遊星歯車増速機構３１を採用しているので、同軸上に反転させる為のトルクが極めて小さく、騒音、摩耗が無く、耐久性に優れている。さらに、非接触磁気遊星歯車増速機構３１の磁石配列構造として多段スキュー構造を採用することによりコギングトルクを軽減させ、回転力の伝達をより円滑に行うこともできる同軸反転発電機１を実現することができる。
【実施例2】
【0051】
次に本発明の実施例２に係る前記同軸反転発電機１を使用した多段連結駆動ユニット１０１について、図７乃至図１２を参照して詳細に説明する。
【0052】
本実施例２に係る多段連結駆動ユニット１０１は、図７に示すように、ｎ（ｎは正の整数、ｎ≧２）個の前記同軸反転発電機１と、ｎ−１個のクラッチ１０２とを垂直方向同心配置に所定の間隔をもって内装し、多段連結駆動ユニット１０１を構成する例えば外観が枠組み直方体形状を呈する枠体１２２を具備している。
【0053】
尚、図７においては、前記同軸反転発電機１を３個、クラッチ１０２を２個使用し、合計５段の構成を示している。
【0054】
前記立体形状の枠体１２２は、例えば正方形の四隅に配置する４本の四角柱状の縦支柱１２３と、４本の縦支柱１２３を連結する同じく多数の四角柱状の横枠１２４と、を有し、４本の縦支柱１２３の各下端部間を最下部の横枠１２４を用いて連結するとともに、４本の縦支柱１２３の上端近くから下端近くにわたって各縦支柱１２３の垂直壁に対して、所定の間隔をもって合計５段、４本ずつの横枠１２４を連結した枠組み構造としている。
【0055】
また、最下部の横枠１２４の中心位置には、インナーシャフト支持部１２５を固定配置し、このインナーシャフト支持部１２５により円筒状のインナーシャフト１２６（実施例１の発電機支持筒２に相当）を前記枠体１２２の中央位置において垂直配置に支持している。
【0056】
そして、前記インナーシャフト１２６により、前記４本の縦支柱１２３の上端近くから下端近くの領域内側において、３個の同軸反転発電機１と、２個の磁気式のクラッチ１０２とを垂直方向に、かつ、同心配置に所定の間隔をもって各々軸支する構成としている。
【0057】
尚、本実施例２では、前記インナーシャフト１２６を、３分割した構成を例示している。すなわち、１段目の同軸反転発電機１と２段目のクラッチ１０２間、３段目の同軸反転発電機１と４段目のクラッチ１０２間及び５段目の同軸反転発電機１とインナーシャフト支持部１２５間に同軸垂直配置で３個のインナーシャフト１２６を配置した構成としている。前記多段連結駆動ユニット１０１における前記同軸反転発電機１、クラッチ１０２の配置についてさらに詳述すると、本実施例２においては上段から下段に向かって同軸反転発電機１、クラッチ１０２、同軸反転発電機１、クラッチ１０２、同軸反転発電機１の順に交互に配置し、合計５段構成としている。
【0058】
本実施例２の多段連結駆動ユニット１０１についてさらに詳述する。
【0059】
本実施例２の多段連結駆動ユニット１０１においては、前記インナーシャフト１２６により軸支された一段目、三段目及び五段目の各同軸反転発電機１の外周を覆う発電機カバー１ａを、枠体１２２における一段目、三段目及び五段目の各横枠１２４に固定配置した各発電機支持片１２４ａにより支持する構成としている。
【0060】
また、二段目の磁気式のクラッチ１０２においては、前記インナーシャフト１２６により軸支するとともに、二段目の横枠１２４に固定配置したコイル支持片１２４ｂにより水平配置に固定支持した環状の励磁コイル１０４の内周側を、磁気式のクラッチ本体１０３の外周に隙間をもって対向するように配置している。
【0061】
同様にして、四段目の磁気式のクラッチ本体１０３を前記インナーシャフト１２６により軸支するとともに、四段目の横枠１２４に固定配置したコイル支持片１２４ｂにより水平配置に固定支持した環状の励磁コイル１０４の内周側を、前記クラッチ本体１０３の外周に隙間をもって対向するように配置している。
【0062】
すなわち、本実施例２の多段連結駆動ユニット１０１においては、３個の同軸反転発電機１と２個の磁気式のクラッチ１０２とを前記各インナーシャフト１２６の回りに垂直同心配置で連結し、合計５段の多段連結構成としている。
【0063】
そして、風車軸３０２の下端に設けたフランジ部３０３を、最上段の同軸反転発電機１のアウターロータ１１の上面に連結して、風車軸３０２の回転力により同軸反転発電機１のアウターロータ１１を回転駆動するように構成している。
【0064】
次に、本実施例２の多段連結駆動ユニット１０１における磁気式のクラッチ１０２について図７乃至図１０を参照して詳述する。
【0065】
本実施例２において、前記クラッチ１０２は、パウダー（磁性粉）クラッチ構造の磁気式のものを採用している。
【0066】
尚、図９においては、前記インナーシャフト１２６の外周等に配置する軸受１０５を黒丸印で示している。
【0067】
前記クラッチ本体１０３は、図９に示すように、前記インナーシャフト１２６の外周に軸受１０５を介して配置され前段の同軸反転発電機１に連結される回転力入力部材１１１と、前記インナーシャフト１２６の外周に回転力入力部材１１１を囲むように配置され、回転力入力部材１１１の一部を内部に収納した中空円盤状に構成したクラッチハウジング１１２と、前記インナーシャフト１２６の外周に軸受１０５を介して配置されるとともに、前記クラッチハウジング１１２の下部と、後段の同軸反転発電機１とに連結した回転力出力部材１１３と、を具備し、前記クラッチハウジング１１２の外周外側に微小な間隔を持って配置されるとともに、前記横枠１２４に固定配置したコイル支持片１２４ｂにより水平配置に支持した環状の励磁コイル１０４により励磁又は非励磁状態とするように構成している。
【0068】
前記回転力入力部材１１１は、前記インナーシャフト１２６により軸受１０５を介して回転可能に軸支される筒状部１１４と、この筒状部１１４の上端に設けられ、前段の同軸反転発電機１のアウターロータ１１の下面に連結した段付円板状の上部フランジ部と、前記筒状部１１４の下部側から水平方向に突設した磁性体からなる円板部１１５とを具備している。
【0069】
前記クラッチハウジング１１２は、磁性体からなり中空円盤状に構成されるとともに、 前記回転力入力部材１１１の一部を構成する磁性体からなる円板部１１５をギャップ（パウダーギャップ）Ｇを有しつつ内部に収納し、かつ、前記ギャップＧの部分に、図１０に拡大して示すように、透磁率の大きいパウダー（磁性粉）Ｐを収納した構成としている。前記回転力入力部材１１１の筒状部１１４は、前記インナーシャフト１２６により軸支され、かつ、前記クラッチハウジング１１２の上部側筒部１１２ａを貫通し、この筒状部１１４と一体の円板部１１５を内部の中空領域に臨ませるように構成している。
【0070】
前記回転力出力部材１１３は、前記クラッチハウジング１１２の内周側下部に一体に連結され、前記インナーシャフト１２６により軸受１０５を介して回転可能に軸支した筒状部１１６と、この筒状部１１６の下端から水平方向に突設されるとともに、後段の同軸反転発電機１のアウターロータ１１の環状受円盤１４の上面に連結した段付円板状の下部フランジ部１１７と、を具備している。
【0071】
前記励磁コイル１０４は、後述する励磁・非励磁制御部１７１により励磁・非励磁制御され、前記クラッチ１０２を非接触の結合状態（磁気結合状態）、又は、結合解除状態とするように構成している。
【0072】
前記クラッチ１０２は、公知のように、励磁コイル１０４が非励磁状態で前記円板部１１５が前記クラッチハウジング１１２内で回転しているときには、パウダーＰは遠心力で前記クラッチハウジング１１２の内壁面に押し付けられ、前記円板部１１５とクラッチハウジング１１２とは磁気結合せず結合解除状態となっている。
【0073】
また、前記励磁コイル１０４が励磁状態で前記円板部１１５が前記クラッチハウジング１１２内で回転しているときには、励磁コイル１０４からの磁束により前記パウダーＰは磁束に沿って鎖状の連結状態になり、これにより、前記円板部１１５とクラッチハウジング１１２とは磁気結合状態、すなわち非接触の結合状態となり、前記円板部１１５からクラッチハウジング１１２に回転力が伝達されるという原理の基に動作する磁気式のラッチ動作を行うものである。
【0074】
本実施例２においては、上述した構成の磁気式のクラッチ１０２を、既述したように、１段目の同軸反転発電機１と３段目の同軸反転発電機１との間、及び３段目の同軸反転発電機１と５段目の同軸反転発電機１との間に各々配置している。
【0075】
この他、前記インナーシャフト１２６に対して、ｎ個（５個、７個・・・１０個等）の同軸反転発電機１と、ｎ−１個（４個、６個・・・９個等）のクラッチ１０２とを、各同軸反転発電機１間に各クラッチ１０２が介在する状態で同軸多段構造で軸支する構成とすることも可能である。
【0076】
次に、本実施例２における前記クラッチ１０２に関するクラッチ制御系について、図１１、図１２を参照して説明する。
【0077】
このクラッチ制御系は、前記クラッチ１０２を例えば自然エネルギー（風力）に応じて非接触の結合状態、又は、結合解除状態に切り替える制御を行う制御手段により構成するものである。
【0078】
クラッチ制御系の制御手段は、例えば風車軸３０２の回りに配置され、その回転数を検出する例えばロータリーエンコーダのような回転センサ１７２と、この回転センサ１７２の出力信号に応じて各クラッチ１０２の励磁コイル１０４に対する個別の励磁、非励磁制御を行う励磁・非励磁制御１７１とを具備している。
【0079】
そして、図１２に示すように、前記回転センサ１７２の出力信号の小、中、大（風速：弱、中、強）に応じて、回転センサ１７２の出力信号の小のときには２段目のクラッチ１０２及び４段目のクラッチ１０２をともに結合解除とし、最上段の同軸反転発電機１のみの１機運転状態、回転センサ１７２の出力信号の中のときには２段目のクラッチ１０２を結合状態、４段目のクラッチ１０２を結合解除とし、最上段の同軸反転発電機１と３段目の同軸反転発電機１との２機運転状態、回転センサ１７２の出力信号の大のときには２段目のクラッチ１０２及び４段目のクラッチ１０２をともに結合状態とし、最上段の同軸反転発電機１と３段目の同軸反転発電機１と、５段目の同軸反転発電機１との３機運転状態という３態様に動作制御するように構成している。
【0080】
以上説明したように、本実施例２に係る前記同軸反転発電機１を使用した多段連結駆動ユニット１０１によれば、各々実施例１で述べたような効果を発揮する３個の同軸反転発電機１と、磁気式の２個のクラッチ１０２を用い、立体形状の枠体１２２により垂直に支持したインナーシャフト１２６に対して、これらを上から下に向かって順に同心配置した合計５段構成とし、１段目の同軸反転発電機１に風車軸３０２から回転力を付与する構成を採用している。
【0081】
そして、２個の磁気式のクラッチ１０２に対する例えば自然エネルギーを利用した風車３０１の回転に応じた励磁、非励磁制御による各クラッチ１０２の結合、結合解除を実行することによって、実施例１で説明したような作用、効果を発揮する同軸反転発電機１の１個のみの単機運転、又は、２機運転及び３機運転の各運転状態を得ることができる。
【0082】
すなわち、全体として、発電出力範囲が極めて広範囲であり、また、３台の同軸反転発電機１の稼働、非稼働制御も容易な実用価値の高い多段連結駆動ユニット１０１を提供することが可能となる。また、各同軸反転発電機１における非接触磁気遊星歯車増速機構３１の磁石配列構造として多段スキュー構造を採用することにより回転力の伝達を円滑に行うこともできる同軸反転発電機１を備えた多段連結駆動ユニット１０１を提供することが可能となる。
【0083】
また、前記磁気式のクラッチ１０２により非接触で各同軸反転発電機１間の回転力伝達、伝達解除を行うものであるから騒音発生防止の点でも優れている。
【0084】
特に、本実施例２において例えば、大型化した１０個の同軸反転発電機１と、９個のクラッチ１０２とにより多段連結駆動ユニット１０１を構築した場合には、例えば１台の同軸反転発電機１の発電出力を５００ｋＷとしたとき、最大発電出力５ＭＷという極めて大出力の多段連結駆動ユニット１０１を提供することが可能となる。
【0085】
さらに、本実施例２においては、立体形状の枠体１２２に対して、ｎ個（例えば３個）の同軸反転発電機１と、ｎ−１個（例えば２個）のクラッチ１０２とを組み込む構成としているので、省スペース化の実現、メンテンナンスや故障対応の簡略容易化、さらには量産性、組み立て性の向上、製造コスト低減をも実現することが可能となる。
【0086】
（実施例２の変形例）次に、図１３乃至図１９を参照して、本発明の実施例２に係る多段連結駆動ユニット１０１の変形例について説明する。
【0087】
尚、本変形例に係る多段連結駆動ユニット１０１Ａにおいて、既述した実施例２の多段連結駆動ユニット１０１の場合と同一の要素には同一の符号を付して示す。
【0088】
本変形例に係る多段連結駆動ユニット１０１Ａは、基本的構成は実施例２の多段連結駆動ユニット１０１の場合と略同様であるが、前記クラッチ１０２に替えて、オイルクラッチからなるクラッチ１０２Ａを採用したことが特徴である。
【0089】
本変形例においては、２個のクラッチ１０２Ａを、１段目の同軸反転発電機１と３段目の同軸反転発電機１との間、３段目の同軸反転発電機１と５段目の同軸反転発電機１との間に各々配置している。
【0090】
すなわち、本変形例においては、３個の同軸反転発電機１と、２個のクラッチ１０２Ａを用い、前記インナーシャフト１２６に対して上から下に向かって順に同軸反転発電機１、クラッチ１０２Ａ、同軸反転発電機１、クラッチ１０２Ａ、同軸反転発電機１を同心配置した合計５段構成としている。
【0091】
各同軸反転発電機１の前記枠体１２２に対する取り付け構造は、実施例２の場合と同様であり、詳細説明は省略する。
【0092】
前記クラッチ１０２Ａは、前記枠体１２２の縦支柱１２３に取り付けたクラッチ支持片１２４ｃに外周部を水平に固定配置するとともに、内周部の上部円筒部１８２ｂ、下部円筒部１８３ｂを各々前記インナーシャフト１２６の外周近傍に臨ませた上部クラッチハウジング１８２、下部クラッチハウジング１８３を接合した構造を有し、全体として中空で略円盤状に形成され、図１５、図１７に示すように、オイルＯを内部に収納したクラッチハウジング１８１と、前記インナーシャフト１２６により軸受１０５を介して軸支されるとともに、前段の同軸反転発電機１のアウターロータ１１に連結されその回転力を受ける段付円筒状の回転力入力部材１９１と、前記インナーシャフト１２６により軸受１０５を介して軸支されるとともに、前記回転力入力部材１９１とのオイル流動結合により回転力が伝達され、後段の同軸反転発電機１のアウターロータ１１に回転力を伝達する回転力出力部材２０１と、前記クラッチハウジング１８１内に配置されるとともに、前記クラッチハウジング１８１内に収納したオイルＯに対する流通、流通遮断のための開閉動作を行い、回転力入力部材１９１、回転力出力部材２０１間の回転力伝達、遮断を行うオイルシャッター２１１と、を有している。
【0093】
前記回転力入力部材１９１は、前記同軸反転発電機１のアウターロータ１１の下面に接合固着する接合フランジ部１９２と、前記インナーシャフト１２６の外周に軸受１０５を介して回転可能に軸支した筒状部１９３と、この筒状部１９３の下端から水平方向に突設した略円盤状の羽根車１９４との一体構成からなり、前記羽根車１９４を前記クラッチハウジング１８１内のオイルＯ内に水平配置で浸漬させている。
【0094】
前記回転力出力部材２０１は、前記クラッチハウジング１８１内のオイルＯ内に水平配置で浸漬させるとともに前記回転力入力部材１９１の羽根車１９４と所定の間隔で対向配置した略円盤状の羽根車２０４と、前記インナーシャフト１２６の外周に軸受１０５を介して回転可能に軸支するとともに上端に羽根車２０４の内周部を連結した筒状部２０３と、この筒状部２０３の下端から水平方向に突設し、後段の同軸反転発電機１の上面に接合固着する接合フランジ部２０２と、の一体構成としている。
【0095】
前記クラッチハウジング１８１の上部フランジ部１８２ａの内周と、前記回転力入力部材１９１の筒状部１９３の外周との間に軸受１０５が配置され、また、クラッチハウジング１８１の下部フランジ部１８３ａの内周と、前記回転力出力部材２０１の筒状部２０３の外周との間に軸受１０５が配置されて、これにより、前記回転力入力部材１９１、回転力出力部材２０１は各々前記インナーシャフト１２６の回りを回転可能となっている。
【0096】
前記オイルシャッター２１１は、外周部が前記上部クラッチハウジング１８２、下部クラッチハウジング１８３の外周内面部により挟み込まれる状態で固定支持される外周固定円板部２１２と、この外周固定円板部２１２の中央部に設けたシャッター羽根２１３と、を具備し、前記シャッター羽根２１３の部分を前記オイルＯ内に水平配置で浸漬させつつ前記羽根車１９４、羽根車２０４の間に非接触配置に臨ませている。
【0097】
また、前記シャッター羽根２１３は、例えば、カメラのレンズシャッターのように、複数のシャッター羽根を円形に組み合わせて構成され、後述する制御手段である開閉制御部２２１からの開信号又は閉信号により、前記オイルＯに対する流通、流通遮断のための開閉動作を行い、図１６に示すように、開状態でオイル流動による回転力入力部材１９１、回転力出力部材２０１間の回転力伝達を行い、閉状態でオイル流動を遮断して回転力入力部材１９１、回転力出力部材２０１間の回転力伝達を遮断するように構成している。すなわち、前記クラッチハウジング１８１内に非接触のクラッチ機構を内蔵した構成としている。
【0098】
次に、本変形例における前記クラッチ１０２Ａに関するクラッチ制御系について、図１８、図１９を参照して説明する。
【0099】
このクラッチ制御系は、前記クラッチ１０２Ａを風車軸３０２の回転数に応じて非接触の結合状態、結合解除状態に切り替える制御を行う制御手段により構成するものである。
【0100】
クラッチ制御系は、例えば実施例２の場合と同様、前記風車軸３０２の回転数を検出する回転センサ１７２と、この回転センサ１７２の出力信号に応じて２個のクラッチ１０２Ａのオイルシャッター２１１に対する個別の開閉制御を行う開閉制御部２２１とを具備している。
【0101】
前記開閉制御部２２１としては、例えば図示しないが回転センサ１７２の出力信号に応じて動作し、シャッター羽根２１３を開閉駆動するアクチュエータを用いる例を挙げることができる。
【0102】
そして、図１９に示すように、回転センサ１７２の出力信号の小、中、大（風速：弱、中、強）に応じて、回転センサ１７２の出力信号の小のときには２段目のクラッチ１０２Ａ及び４段目のクラッチ１０２Ａをともに閉状態とし、最上段の同軸反転発電機１のみの１機運転状態、回転センサ１７２の出力信号の中のときには２段目のクラッチ１０２Ａを開状態、４段目のクラッチ１０２Ａを閉状態とし、最上段の同軸反転発電機１と３段目の同軸反転発電機１との２機運転状態、回転センサ１７２の出力信号の大のときには２段目のクラッチ１０２Ａ及び４段目のクラッチ１０２Ａをともに開状態とし、最上段の同軸反転発電機１と３段目の同軸反転発電機１と、５段目の同軸反転発電機１との３機運転状態という３態様に動作制御するように構成している。
【0103】
以上説明したように、本変形例に係る多段連結駆動ユニット１０１Ａによれば、各々実施例１で述べた効果を発揮する３個の同軸反転発電機１と、オイル式の２個のクラッチ１０２Ａを用い、立体形状の枠体１２２により垂直に支持したインナーシャフト１２６に対して、上から下に向かって順に同軸反転発電機１、クラッチ１０２Ａ、同軸反転発電機１、クラッチ１０２Ａ、同軸反転発電機１を同心配置した合計５段構成としている。
【0104】
そして、１段目の同軸反転発電機１に風車軸３０２から回転力を付与する構成を採用し、２個のクラッチ１０２Ａに対する風車軸３０２の回転数に応じた開閉制御を実行することによって、同軸反転発電機１の１個のみの１機運転、２機運転及び３機運転の各運転状態を得ることができ、実施例２の場合と同様、発電出力範囲が広範囲で実用価値の高い多段連結駆動ユニット１０１Ａを提供することが可能となる。また、各同軸反転発電機１における非接触磁気遊星歯車増速機構３１の磁石配列構造として多段スキュー構造を採用することにより回転力の伝達を円滑に行うこともできる同軸反転発電機１を備えた多段連結駆動ユニット１０１Ａを提供することが可能となる。
【0105】
また、前記クラッチ１０２Ａにより非接触で回転力伝達、伝達解除を行うものであるから騒音発生防止の点でも優れている。さらに、本変形例によれば、実施例２の場合と同様、通常の発電機に比べ、１台当たりＮ倍の発電出力を得ることができる同軸反転発電機１を採用しているので、単に通常の発電機を３台用いた構成に比べ、その全体の最大発電出力もＮ倍とすることができる同軸反転発電機１を用いた多段連結駆動ユニット１０１Ａを提供することが可能となる。
【0106】
すなわち、実施例２の場合と同様、例えば、大型化した１０個の同軸反転発電機１と、９個のクラッチ１０２Ａとにより多段連結駆動ユニット１０１Ａを構築した場合には、例えば１台の同軸反転発電機１の発電出力を５００ｋＷとしたとき、最大発電出力５ＭＷという極めて大出力の多段連結駆動ユニット１０１Ａを提供することが可能となる。
【0107】
さらに、本変形例においては、実施例２の場合と同様、立体形状の枠体１２２に対して、ｎ個（例えば３個）の同軸反転発電機１と、ｎ−１個（例えば２個）のクラッチ１０２Ａとを組み込む構成としているので、省スペース化の実現、メンテンナンスや故障対応の簡略容易化、さらには量産性、組み立て性の向上、製造コスト低減をも実現することが可能となる。
【0108】
尚、上述した実施例２、変形例では、回転センサ１７２の信号によりクラッチ１０２又はクラッチ１０２Ａを動作させる構成としたが、この他、例えば予め設定したプログラムによる制御によりクラッチ１０２又はクラッチ１０２Ａを動作させる構成とすることももちろん可能である。
【実施例3】
【0109】
次に、本発明の実施例３に係る前記多段連結駆動ユニット１０１（又は多段連結駆動ユニット１０１Ａ）を使用した風力発電装置３００について図２０乃至図２４を参照して説明する。
【0110】
本実施例３に係る風力発電装置３００は、実施例２の多段連結駆動ユニット１０１（又は多段連結駆動ユニット１０１Ａ）を使用し、この多段連結駆動ユニット１０１（又は多段連結駆動ユニット１０１Ａ）の外周に円筒状の軸受支持筒体３０４を起立配置するとともに、この軸受支持筒体３０４の上部に垂直軸垂直翼型の風車３０１を配置し、さらに、実施例２の多段連結駆動ユニット１０１（又は多段連結駆動ユニット１０１Ａ）を軸受支持筒体３０４内の下部に配置して、多段構成の各同軸反転発電機１を前記風車３０１により回転駆動するように構成したものである。
【0111】
すなわち、本実施例３に係る風力発電装置３００は、金属製で円筒状の軸受支持筒体３０４の頂部に、風車３０１の中心回転部３１２を配置し、この中心回転部３１２を支持する軸受支持筒体３０４内に設けた浮力型の浮上軸受部３２１により前記風車３０１のスラスト荷重を分担させて風車３０１を軸受支持筒体３０４に対して浮上状態で回転可能に軸支するように構成している。
【0112】
前記風車３０１は、図２０、図２１に示すように、前記中心回転部３１２と、この中心回転部３１２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）３１３と、前記軸受支持筒体３０４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３２３の外周部から１２０度配置で、かつ、前記上部アーム３１３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３１４と、上下配置に並ぶ一対ずつの前記上部アーム３１３、下部アーム３１４の各端部に垂直配置に、 すなわち、前記軸受支持筒体３０４の垂直壁面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で流線形の３個のブレード３１５と、を有している。
【0113】
また、前記ブレード３１５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３１５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ている、また、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３１５内部の強化を図ることも可能である。
【0114】
さらに、前記ブレード３１５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。
【0115】
また、前記ブレード３１５の裏面には、図２０に示すように、複数箇所にわたって風力エネルギーを裏面側から捉える開口部３１５ａを設けている。
【0116】
前記中心回転部３１２の内部には、詳細は後述する上部側のラジアル軸受部３２２を設けている。
【0117】
前記浮上軸受部３２１は、図２１、図２２に示すように、前記軸受支持筒体３０４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３３２の開口端を前記軸受支持筒体３０４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３３１を有している。
【0118】
そして、浮力室３３１内に浮力発生用の不凍液３３３及びこの不凍液３３３の液面を被うオイル３３４からなる液体を収納している。前記オイル３３４は、不凍液３３３の液面を被うことで、この不凍液３３３の蒸発を防止するものである。
【0119】
また、前記浮上軸受部３２１は、前記風車３０１の中心回転部３１２の下面に、連結部材３１６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３３１の不凍液３３３内に臨ませた外形が略長楕円体形状のフロート３３５と、このフロート３３５の下端から前記閉塞部材３３２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前記軸受支持筒体３０４内を下方に延長した風車軸３０２と、を具備している。
【0120】
前記風車軸３０２の下端のフランジ部３０３は、前記多段連結駆動ユニット１０１（又は多段連結駆動ユニット１０１Ａ）の１段目（最上段）の同軸反転発電機１に連結している。
【0121】
上述した上部側のラジアル軸受部３２２は、図２１、図２２に示すように、前記軸受支持筒体３０４の頂部の外周部と、前記中心回転部３１２に設けた円形内周部３１２ａとにわたって設けられ、前記風車３０１のラジアル荷重を分担するように構成している。
【0122】
すなわち、上部側のラジアル軸受部３２２は、前記軸受支持筒体３０４の頂部の外周部に設けた円形軸受片部３０４ａと、前記中心回転部３１２の外周側の円形内周部３１２ａに設けた円形軸受片部３１２ｂとを対向配置とし、これらの間に軸受用の鋼球３２４を多数介在させたボールベアリング構造としている。
【0123】
上述した下部側のラジアル軸受部３２３は、軸受支持筒体３０４の外周に内周部を固定した内部環状体３４１と、この内部環状体３４１の外側の外部環状体３４２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３４２を内部環状体３４１の周囲で回転可能とするボールベアリング構造として、前記風車３０１のラジアル荷重を分担するように構成している。
【0124】
また、前記外部環状体３４２の外周部から１２０度配置で、かつ、前記上部アーム３１３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３１４を突設した構成としている。
【0125】
本実施例３に係る風力発電装置３００において、前記風車３０１が風力により回転する場合に、 前記浮上軸受部３２１においては、図２２に示すように、前記浮力室３３１内において、不凍液３３３内に臨ませたフロート３３５に対して不凍液３３３による浮力Ｆが作用する。
【0126】
このとき、フロート３３５を垂直下方に押し下げる方向に作用する前記風車３０１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、前記風車３０１は前記浮上軸受部３２１により不凍液３３３を介して浮上した状態で支持されることになる。
【0127】
一方、前記上部側のラジアル軸受部３２２は、前記軸受支持筒体３０４の頂部の外周部領域において、前記風車３０１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３２３は、軸受支持筒体３０４の頂部から所定間隔下方に隔てた位置において前記風車３０１のラジアル荷重を分担する。
【0128】
この結果、上述した浮力室３３１、不凍液３３３、フロート３３５を用いた簡略構造からなる浮上軸支構造によって、大重量の風車４０１をフロート３３５、風車軸３０２とともにこの風車軸３０２を軸心としてその回りに横揺れや騒音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。
【0129】
この結果、上述した浮力型の浮上軸支構造によって、大重量の風車３０１を、風車軸３０２とともにこの風車軸３０２を軸心としてその回りに横揺れや騒音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、風車３０１の回転に伴う騒音低減を図ることができる。
【0130】
また、前記風力発電装置３００によれば、前記風車３０１の回転に応じて回転駆動される前記多段連結駆動ユニット１０１（又は多段連結駆動ユニット１０１Ａ）が、実施例２又は実施例２の変形例で述べた場合と同様な顕著な作用、効果を発揮する。また、各同軸反転発電機１における非接触磁気遊星歯車増速機構３１の磁石配列構造として多段スキュー構造を採用することにより回転力の伝達を円滑に行うことができる同軸反転発電機１を備えた風力発電装置３００を提供することができる。
【0131】
（実施例３の変形例）次に、本発明の実施例３の変形例の風力発電装置３００Ａについて、図２３、図２４を参照して説明する。
【0132】
本変形例は、基本的構造は実施例３の風力発電装置３００と同様であるが、前記浮力型の浮上軸受部３２１に替えて、磁力支持型の浮上軸支構造３２１Ａを採用したことが特徴であり、この他の構成は上述した実施例３の場合と同様であるため、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。
【0133】
本変形例の風力発電装置３００Ａにおける磁力支持型の浮上軸支構造３２１Ａは、図２３、図２４に示すように、前記軸受支持筒体３０４内において、風車３０１における中心回転部３１２の中心部の下面から下方に垂下した風車軸３０２と、この風車軸３０２の回りに所定の間隔をもって水平配置に、かつ、同心に配置され、外周部をハウジング４１３により保持されて連結片４１４を介して前記軸受支持筒体３０４の内周部に固定連結された第１磁石４１１及び第２磁石４１２と、第１磁石４１１、第２磁石４１２の間に所定の隙間をもって配置され、中心部を前記風車軸３０２に連結した円盤状の浮上磁石４２１とを具備している。
【0134】
すなわち、前記第１磁石４１１、浮上磁石４２１、第２磁石４１２は、上から下に順番に概略円筒状のハウジング４１３内に収納している。
【0135】
そして、このハウジング４１３により、前記第１磁石４１１及び第２磁石４１２を固定支持するとともに、これらの間に前記第１磁石４１１及び第２磁石４１２から磁力を作用させる浮上磁石４２１を非接触で上下から挟む態様に構成している。
【0136】
前記風車軸３０２は、実施例３の場合と同様前記多段連結駆動ユニット１０１（又は多段連結駆動ユニット１０１Ａ）の１段目の同軸反転発電機１に連結している。
【0137】
また、本変形例においては、実施例３の場合と同一構造の上部側のラジアル軸受部３２２と、図２３、図２４には図示しない実施例３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。
【0138】
また、本変形例の風車３０１の構成は実施例３の場合と同様である。
【0139】
本変形例の風力発電装置３００Ａにおいては、磁力支持型の浮上軸支構造を採用しているので、図２４に示すように、前記第１磁石４１１と浮上磁石４２１を例えばＳ極同士の同磁極で対向させ、前記第２磁石４１２と浮上磁石４２１を例えばＮ極同士の同磁極で対向させて、これら第１磁石４１１と浮上磁石４２１間及び第２磁石４１２と浮上磁石４２１間に作用する各反発力により浮上磁石４２１を介して前記風車３０１の荷重（スラスト荷重）Ｍを相殺し、これにより、浮上磁石４２１を介して前記風車３０１を風車軸３０２とともに浮上状態で回転可能に軸支する。
【0140】
一方、前記上部側のラジアル軸受部３２２は、前記軸受支持筒体３０４の頂部の外周部領域において、前記風車３０１のラジアル荷重を分担し、また、図２３、図２４には図示していないが、前記下部側のラジアル軸受部３２３は、軸受支持筒体３０４の頂部から所定間隔下方に隔てた位置において前記風車３０１のラジアル荷重を分担する。
【0141】
この結果、上述した磁力支持型の浮上軸支構造によって、実施例３の場合と同様、大重量の風車３０１を、風車軸３０２とともにこの風車軸３０２を軸心としてその回りに横揺れや騒音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、風車３０１の回転に伴う騒音低減を図ることができる。
【0142】
また、本変形例の風力発電装置３００Ａにおいても、前記風車３０１の回転に応じて回転駆動される前記多段連結駆動ユニット１０１（又は多段連結駆動ユニット１０１Ａ）が、実施例２又は実施例２の変形例で述べた場合と同様な顕著な作用、効果を発揮する。また、各同軸反転発電機１における非接触磁気遊星歯車増速機構３１の磁石配列構造として多段スキュー構造を採用することにより回転力の伝達を円滑に行うことができる同軸反転発電機１を備えた風力発電装置３００Ａを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【0143】
本発明の同軸反転発電機、多段連結駆動ユニットは、回転入力手段として風車（風力発電）を用いる場合の他、水車（水力発電）、その他、多くの回転入力手段(発電)とする応用も可能であり、また、本発明の風力発電装置は、風車や、多段連結駆動ユニット等を大型化することによって極めて大出力の風力発電装置を構成でき、大規模な電力需要に対応できる自然エネルギーを利用した発電装置として有用である。
【符号の説明】
【0144】
１ 同軸反転発電機１ａ 発電機カバー
２ 発電機支持筒部
３ 円筒基体
４ 上部環状円板
５ 下部環状円板
６ 上部軸受体
６ａ 内側円環状軸受部
６ｂ 外側円環状軸受部
６ｃ 円形隙間
７ 下部軸受体
１１ アウターロータ
１２ 上部ロータ
１３ 下部ロータ
１４ 環状受円盤
３１ 非接触磁気遊星歯車増速機構
３２ アウターマグネットギアケース
３２ａ アウターマグネットギア
３２ｂ アウターマグネットギア
３２ｃ アウターマグネットギア
３３ 磁極部
３４ サンマグネットギアケース
３４ａ サンマグネットギア
３４ｂ サンマグネットギア
３４ｃ サンマグネットギア
３５ 磁極部
３６ プラネタリーマグネットギアユニット
３７ａ プラネタリーマグネットギア
３７ｂ プラネタリーマグネットギア
３７ｃ プラネタリーマグネットギア
３８ 磁極部
３９Ａ 環状板
３９Ｂ 環状板
４０ 軸部
４１Ａ 永久磁石円盤
４１Ｂ 永久磁石円盤
５１ コイル部又は内部に鉄芯の無いコアレス型コイル部
６１ 回転伝達体
６２ 連結棒体
６３ 円筒体
６４ 中央円筒部
６５ 下部フランジ
６６ 上部フランジ
７１ 発電出力取り出し部
７２ 取り出しケーブル
７３ スリップリング体
７４ 下部固定円筒体
７５ 上部回転円筒体
７６ 出力ケーブル
７７ 取り付け板
７８ 円筒状支持体
７９ 回転補助アーム板
８０ 突出板部
８０ａ 孔
８１ 添着板
８１ａ 孔
８２ 下部添着板
８２ａ 孔
１０１ 多段連結駆動ユニット
１０１Ａ 多段連結駆動ユニット
１０２ クラッチ
１０２Ａ クラッチ
１０３ クラッチ本体
１０４ 励磁コイル
１０５ 軸受
１１１ 回転力入力部材
１１２ クラッチハウジング
１１２ａ 上部側筒部
１１３ 回転力出力部材
１１４ 筒状部
１１５ 円板部
１１６ 筒状部
１１７ 下部フランジ部
１２２ 枠体
１２３ 縦支柱
１２４ 横枠
１２４ａ 発電機支持片
１２４ｂ コイル支持片
１２４ｃ クラッチ支持片
１２５ インナーシャフト支持部
１２６ インナーシャフト
１７１ 励磁・非励磁制御部
１７２ 回転センサ
１８１ クラッチハウジング
１８２ 上部クラッチハウジング
１８２ａ 上部フランジ部
１８２ｂ 上部円筒部
１８３ 下部クラッチハウジング
１８３ａ 下部フランジ部
１８３ｂ 下部円筒部
１９１ 回転力入力部材
１９２ 接合フランジ部
１９３ 筒状部
１９４ 羽根車
２０１ 回転力出力部材
２０２ 接合フランジ部
２０３ 筒状部
２０４ 羽根車
２１１ オイルシャッター
２１２ 外周固定円板部
２１３ シャッター羽根
２２１ 開閉制御部
３００ 風力発電装置
３００Ａ 風力発電装置
３０１ 風車
３０２ 風車軸
３０３ フランジ部
３０４ 軸受支持筒体
３０４ａ 円形軸受片部
３１２ 中心回転部
３１２ａ 円形内周部
３１２ｂ 円形軸受片部
３１３ 上部アーム
３１４ 下部アーム
３１５ ブレード
３１５ａ 開口部
３１６ 連結部材
３２１ 浮上軸受部
３２１Ａ 浮上軸受部
３２２ ラジアル軸受部
３２３ ラジアル軸受部
３２４ 鋼球
３３１ 浮力室
３３２ 閉塞部材
３３３ 不凍液
３３４ オイル
３３５ フロート
３４１ 内部環状体
３４２ 外部環状体
４１１ 第１磁石
４１２ 第２磁石
４１３ ハウジング
４１４ 連結片
４２１ 浮上磁石
Ｆ 浮力
Ｇ ギャップ
Ｍ 荷重
Ｏ オイル
Ｐ パウダー