特許 7506367 風力タービン装置及び風力発電装置

(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】

(24)【登録日】2024-06-18

(45)【発行日】2024-06-26

(54)【発明の名称】風力タービン装置及び風力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/06 20060101AFI20240619BHJP

【ＦＩ】

F03D3/06 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020138826

(22)【出願日】2020-08-19

(65)【公開番号】P2022034899

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2023-07-05

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 公開１： 試験日 令和１年１０月５日、令和１年１１月１日、令和１年１１月１４日、令和１年１１月１９日 試験場所 富津海岸 公開２： 公開日 令和１年１１月２８日 公開場所 ウェリントン（ニュージーランド） 公開３： 掲載日 令和１年１２月２０日 ウェブサイトアドレス ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ０１３．ｕｐｐ．ｓｏ－ｎｅｔ．ｎｅ．ｊｐ／ｔｍｉｔ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ０１３．ｕｐｐ．ｓｏ－ｎｅｔ．ｎｅ．ｊｐ／ｔｍｉｔ／ｎｅｗｓ／渦巻き型凧発電風車．ｐｄｆ 公開４： 放送日 令和１年１２月２４日 放送番組 株式会社ＴＢＳテレビ 理論上可能です。

(73)【特許権者】

【識別番号】000201478

【氏名又は名称】前田建設工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520315844

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＩＴ

(73)【特許権者】

【識別番号】305027401

【氏名又は名称】東京都公立大学法人

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】丸山 勇祐

(72)【発明者】

【氏名】藤井 裕矩

(72)【発明者】

【氏名】ロデリック リード

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 大希

(72)【発明者】

【氏名】草谷 大郎

(72)【発明者】

【氏名】山本 広樹

【審査官】藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２８１６７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１９２０６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００５２０１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４４９１７３９（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０４０８４１０２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｄ １／００－８０／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

懸架体に対して回転可能に取り付けられ、風力によって回転軸周りに回転すると共にその回転トルクを発電機に伝達する風力タービン装置であって、
前記懸架体と前記発電機との間に複数段に亘って同軸に配置される複数の剛性リング体と、
前記複数の剛性リング体の少なくとも一つに設けられ、風力によって剛性リング体を一方向に回転させるタービンブレードと、
前記複数の剛性リング体の配列方向に沿って延在し、前記複数の剛性リング体同士を同軸に相互連結する複数の第１柔軟性連結線材と、
前記第１柔軟性連結線材に対して傾斜配置されるように、上下に隣接配置される一対の剛性リング体同士を連結する複数の第２柔軟性連結線材と、
を備え、
前記第１柔軟性連結線材及び前記第２柔軟性連結線材が、糸、紐、ライン、ストリング、ワイヤ、テグス、縄、綱、ケーブル、又はテザーであり、風力によって前記複数の剛性リング体が回転軸周りに回転する際、前記第２柔軟性連結線材を介して上段側に位置する剛性リング体の回転トルクが下段側に位置する剛性リング体に伝達される、
風力タービン装置。

【請求項2】

前記第１柔軟性連結線材が、前記懸架体側に位置する最上段の剛性リング体から前記発電機側に位置する最下段の剛性リング体に至るまで延在し、且つ、前記懸架体からの張力を最上段の剛性リング体から最下段の剛性リング体まで伝達する、
請求項１に記載の風力タービン装置。

【請求項3】

前記複数の剛性リング体の各々には、周方向における複数箇所に各第１柔軟性連結線材と連結される連結部が設けられている、
請求項１又は２に記載の風力タービン装置。

【請求項4】

前記連結部は、各剛性リング体の周方向に等間隔で配置されている、請求項３に記載の風力タービン装置。

【請求項5】

前記第２柔軟性連結線材は、上下に隣接配置される一対の剛性リング体と、当該一対の剛性リング体同士を連結すると共にこれらの周方向に隣接する一対の第１柔軟性連結線材とによって囲まれる四角形要素を複数の要素に分割するように上下に隣接配置される一対の剛性リング体同士を連結している、
請求項３又は４に記載の風力タービン装置。

【請求項6】

前記第２柔軟性連結線材が、前記四角形要素の各々における頂点を形成する４つの連結部のうち、上段側に位置する剛性リング体と回転方向側に位置する第１柔軟性連結線材とが連結される第１連結部と、当該第１連結部の対角方向に位置する第２連結部との間に張設されることで各四角形要素を２つの三角形要素に２分する、
請求項５に記載の風力タービン装置。

【請求項7】

前記タービンブレードは、少なくとも最上段の剛性リング体に設けられている、請求項１から６の何れか１項に記載の風力タービン装置。

【請求項8】

前記タービンブレードは、前記剛性リング体の周方向における複数箇所に等間隔で接続され、前記剛性リング体との接続箇所から前記剛性リング体の外側へ向けて延設されている、請求項１から７の何れか１項に記載の風力タービン装置。

【請求項9】

前記第１柔軟性連結線材は、前記回転軸の方向に沿って略直線状に延在している、請求項１から８の何れか１項に記載の風力タービン装置。

【請求項10】

前記第２柔軟性連結線材は、少なくとも一部が長手方向に伸縮可能な弾性部を含み、風が強い場合と比べて風が弱い場合に前記一対の剛性リング体同士の間を狭める、請求項１から９の何れか１項に記載の風力タービン装置。

【請求項11】

前記懸架体が凧である請求項１から１０の何れか１項に記載の風力タービン装置。

【請求項12】

請求項１から１１の何れか１項に記載の風力タービン装置と、
前記風力タービン装置を懸架する懸架体と、
前記風力タービン装置から伝達される回転トルクによって発電を行う発電機と、
を備える風力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力タービン装置及び風力発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

風車と当該風車の回転運動を電気エネルギーに変換する発電機を備えた風力発電装置が広く知られている。風力発電装置は、一般に、地上の構築物などによる風の乱れや風速低下を避けるためにある程度の高度に風車を設置する必要がある。そのため、風車を支える支柱には剛性が要求され、軽量化を困難なものとしている。また、一般に、風力発電装置における風車を支持する支柱は、コンクリート製の基礎等に埋設されており、その設置や運搬・移動を容易に行うことはできない。

【0003】

これに関連して、鉄塔等の建築物や凧に懸架される風力タービン装置において、タービンブレードを有する多段配置されたタービンアセンブリをタービンブレードの回転軸に沿って平行に配置された複数の線材を介して連結することで回転トルクを発電機に伝達する技術も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第５０４０９４８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１に記載された風力タービン装置においては、タービンアセンブリ同士が回転軸に沿った線材のみによって連結されているため、回転軸方向に沿った張力については線材を介して伝達できるものの、線材はねじり剛性が小さく、且つ、圧縮力に対しても抵抗することができない。そのため、多段配置されているタービンアセンブリ同士を連結する線材に捻じれや撓みが生じ易く、タービン装置全体の保形を維持することが難しい。その結果、タービンアセンブリの回転トルクを効率良く発電機に伝達することが難しいという問題があった。

【0006】

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量且つコンパクトで設置、運搬及び移動が容易であり、風力による回転トルクを効率良く発電機へ伝達することが可能な風力タービン装置に関する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明の風力タービン装置は、
懸架体に対して回転可能に取り付けられ、風力によって回転軸周りに回転すると共にその回転トルクを発電機に伝達する風力タービン装置であって、
前記懸架体と前記発電機との間に複数段に亘って同軸に配置される複数の剛性リング体と、
前記複数の剛性リング体の少なくとも一つに設けられ、風力によって剛性リング体を一方向に回転させるタービンブレードと、
前記複数の剛性リング体の配列方向に沿って延在し、前記複数の剛性リング体同士を同軸に相互連結する複数の第１柔軟性連結線材と、
前記第１柔軟性連結線材に対して傾斜配置されるように、上下に隣接配置される一対の剛性リング体同士を連結する複数の第２柔軟性連結線材と、
を備え、
風力によって前記複数の剛性リング体が回転軸周りに回転する際、前記第２柔軟性連結線材を介して上段側に位置する剛性リング体の回転トルクが下段側に位置する剛性リング体に伝達される。

【0008】

このように本発明の風力タービン装置は、トルクの伝達機構を柔軟性の線材を用いて構成したことにより、軽量且つコンパクトで設置や移動・収納を容易にできる。また、第２柔軟性連結線材が、第１柔軟性連結線材に対して傾斜配置されたことにより、風力によって前記複数の剛性リング体が回転軸周りに回転する際、第２柔軟性連結線材を介して上段側に位置する剛性リング体の回転トルクを下段側に位置する剛性リング体へ伝達してタービン装置の捻じれを抑え、タービンブレードによって得た回転トルクを効率良く発電機へ伝達することができる。

【0009】

前記風力タービン装置は、前記第１柔軟性連結線材が、前記懸架体側に位置する最上段の剛性リング体から前記発電機側に位置する最下段の剛性リング体に至るまで延在し、且つ、前記懸架体からの張力を最上段の剛性リング体から最下段の剛性リング体まで伝達してもよい。これにより、第１柔軟性連結線材が、最上段の剛性リング体から最下段の剛性リング体に至るまで直線的に連結すると共に、第１柔軟性連結線材に対して傾斜配置された第２柔軟性連結線材が、第１柔軟性連結線材の捻じれを抑制することにより、タービン装置全体の形状を安定して保つことができ、タービンブレードによって得た回転トルクを効率良く発電機へ伝達することができる。

【0010】

前記風力タービン装置において、前記複数の剛性リング体の各々には、周方向における複数箇所に各第１柔軟性連結線材と連結される連結部が設けられてもよい。これにより、第１柔軟性連結線材を剛性リング体の周方向における複数箇所に分散して接続できる。

【0011】

前記風力タービン装置において、前記連結部は、各剛性リング体の周方向に等間隔で配置されてもよい。これにより、第１柔軟性連結線材を剛性リング体の周方向にバランス良く接続できる。

【0012】

前記風力タービン装置において、前記第２柔軟性連結線材は、上下に隣接配置される一対の剛性リング体と、当該一対の剛性リング体同士を連結すると共にこれらの周方向に隣接する一対の第１柔軟性連結線材とによって囲まれる四角形要素を複数の要素に分割するように上下に隣接配置される一対の剛性リング体同士を連結してもよい。このように、剛性リング体と、第１柔軟性連結線材と、第２柔軟性連結線材とが連結された構成により、タービン装置全体の形状を安定して保つことができ、タービンブレードによって得た回転トルクを効率良く発電機へ伝達することができる。

【0013】

前記風力タービン装置において、前記第２柔軟性連結線材が、前記四角形要素の各々における頂点を形成する４つの連結部のうち、上段側に位置する剛性リング体と回転方向側に位置する第１柔軟性連結線材とが連結される第１連結部と、当該第１連結部の対角方向に位置する第２連結部との間に張設されることで各四角形要素を２つの三角形要素に２分してもよい。これにより、剛性リング体と、第１柔軟性連結線材と、第２柔軟性連結線材とがトラス構造を構成し、タービン装置全体の形状を安定して保つことができ、タービンブレードによって得た回転トルクを効率良く発電機へ伝達することができる。

【0014】

前記風力タービン装置において、前記タービンブレードは、少なくとも最上段の剛性リング体に設けられてもよい。これによりタービンブレードを懸架体側の適切な位置に配置できる。例えば、懸架体が、風力タービン装置の上段側を吊り上げた場合、高い位置にタービンブレードを配置でき、効率良く回転トルクを得ることができる。

【0015】

前記タービンブレードは、前記剛性リング体の周方向における複数箇所に等間隔で接続され、前記剛性リング体との接続箇所から前記剛性リング体の外側へ向けて延設されてもよい、これにより、タービンブレードを支える構造体として剛性リング体を兼用でき、大径のタービン装置を形成しやすくなり、効率良く回転トルクを得ることが可能になる。

【0016】

前記第１柔軟性連結線材は、前記回転軸の方向に沿って略直線状に延在してもよい。これにより、最上段の剛性リング体から最下段の剛性リング体にわたって懸架部による引張力を伝え、タービン装置の形状を適切に保つことができる。

【0017】

前記風力タービン装置において、前記第２柔軟性連結線材は、少なくとも一部が、長手方向に伸縮可能な弾性部材を含んでもよい。これにより第２柔軟性連結線材が、懸架体側に引張されていない場合に、第２柔軟性連結線材が縮むことにより、収納を容易にできる。また、懸架体として凧を用いた場合に、凧が受ける風力が減少し、凧による引張力が小さくなった場合でも、第２柔軟性連結線材が縮むことにより、風力タービン装置の形状を適切に保つことができる。

【0018】

上記課題を解決するため、本発明の風力発電装置は、
前記風力タービン装置と、
前記風力タービン装置を懸架する懸架体と、
前記風力タービン装置から伝達される回転トルクによって発電する発電機と、を備える。

【0019】

これにより、前記風力発電装置は、風力タービン装置が軽量且つコンパクトになり、設置や移動・収納を容易できると共に、風力による回転トルクを発電機へ効率良く伝達することができ、発電効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、設置及び移動・収納が容易で、風力による回転トルクを効率良く発電機へ伝達することが可能な風力タービン装置又は風力発電装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第一実施形態に係る風力発電装置の概略構成図である。

【図2】発電機の回転ホイールに接続された風力タービン装置の側面図である。

【図3】図２のＡ－Ａ線における風力タービン装置の断面図である。

【図4】剛性リング体を軸方向に見た図である。

【図5】剛性リング体の連結部付近を示す部分拡大図である。

【図6】剛性リング体の連結部付近を示す部分拡大図である。

【図7】複数の剛性リング体、第１柔軟性連結線材、及び第２柔軟性連結線材の一部を模式的に示した図である。

【図8】剛性リング体及び連結線材が構成するトラス構造の説明図である。

【図9】変形例に係る風力タービン装置について、風が強い状態と風が弱い状態とを模式的に示す図である。

【図10】第二実施形態に係る風力発電装置の概略構成図である。

【図11】第三実施形態に係る複数の剛性リング体、第１柔軟性連結線材、及び第２柔軟性連結線材の連結構造を模式的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

＜第一実施形態＞
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。但し、以下で説明する実施形態は本発明を実施するための例示であり、本発明は以下で説明する態様に限定されない。

【0023】

図１は、風力発電装置１００の概略構成図、図２は、発電機１の回転ホイール１３に接続された風力タービン装置２の側面図、図３は、図２のＡ－Ａ線における風力タービン装置２の断面図である。

【0024】

風力発電装置１００は、発電機１と、風力タービン装置２と、凧３とを備える。凧３は、骨組み（フレーム）に、紙や、プラスチックシート、布等を張った本体３１と、本体３１に接続されたライン３２，３３とを有する。ライン３２，３３は、本体３１を牽引する線状の部材であり、例えば糸や紐である。ライン３２は、一端が本体３１の四隅と接続され、他端が本体３１から所定の距離で一つに結ばれている。ライン３３は、一端がライン３２に接続され、他端が風力タービン装置２と接続されている。

【0025】

凧３は、風を受けて浮上し、風力タービン装置２の一端を吊り上げ、風力タービン装置２のタービンブレード２２が上空で風を受けることができるようにしている。即ち、本実施形態において、凧３は、風力タービン装置２を懸架する懸架体の一形態である。なお、凧３の構成は、特に限定されるものではなく、風力タービン装置２を懸架するための浮力が得られる大きさや強度を有するものであればよい。また、懸架体は、凧に限らず、気球であってもよい。

【0026】

発電機１は、本体１１内の回転子（不図示）と連結されたドライブシャフト１２や、ドライブシャフト１２と同軸に接続された回転ホイール１３、本体１１を支持する支持台１４を有している。発電機１の回転ホイール１３は、風力タービン装置２と連結され、風力タービン装置２の回転に伴って回転し、ドライブシャフト１２を回転させる。これにより発電機１は、回転子としての界磁又は電機子を回転させ、界磁と電機子とを相対的に変位させて電磁誘導により発電し、電力ケーブル１５を介して出力する。

【0027】

支持台１４は、地表に設置され、凧３が風を受けて風力タービン装置２の一端を引張した場合でも、発電機１の位置が変わらないように、本体１１等を保持している。また、本実施形態の支持台１４は、鉛直軸回りに回転可能に本体１１を支持し、発電機１の地表上の位置を保ちつつ、発電機１の向きを変えられるようにしている。

【0028】

回転ホイール１３は、外径形状が円形の円環部と、その円の中心部と周縁の円環部とを接続するスポークとを有し、中心部がドライブシャフト１２と接続されている。なお、本実施形態では、風力タービン装置によって回転される回転ホイールと、ドライブシャフト１２とが直結されているが、回転ホイールとドライブシャフト１２との間に、ギアや、プーリー等を用いた変速機を備えてもよい。

【0029】

風力タービン装置２は、凧３に対して回転可能に取り付けられ、風力によって回転軸周りに回転すると共にその回転トルクを発電機１に伝達する。風力タービン装置２は、複数の剛性リング体２１と、この複数の剛性リング体２１の少なくとも一つに取り付けられたタービンブレード２２と、複数の剛性リング体２１を連結する第１柔軟性連結線材２３及び第２柔軟性連結線材２４と、凧３に対して回転可能に接続する接続部２５とを備えている。なお、以下の説明で、第１柔軟性連結線材２３と第２柔軟性連結線材２４とを同時に示す場合は、連結線材２３，２４とも称す。

【0030】

連結線材２３，２４は、線形の部材であり、いわゆる糸、紐、ライン、ストリング、ワイヤ、テグス等である。また、連結線材２３，２４は、縄、綱、ケーブル、テザーなどであってもよい。連結線材２３，２４は、凧３が風を受けた際に、凧３によって引張されるので、この引張力によって破断しない程度の引っ張り強度を有している。また、連結線材２３，２４は、凧３によって容易に吊り上げられるように、軽量なものが望ましい。連結
線材２３，２４の材料は、例えば、木綿や、絹、麻、羊毛等の天然繊維を撚り合わせものや、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン等の化学繊維を用いたもの、布を紐状に成形したもの等が挙げられる。

【0031】

接続部２５は、一端に連結線材２３，２４が接続され、他端に凧３のライン３３が接続されている。このため凧３が風を受けて上昇した場合に、ライン３２，３３と共に接続部２５が上昇し、風力タービン装置２の一端が吊り上げられる。また、接続部２５は、例えば、スイベル、より戻し、回転継手等と呼ばれるものである。接続部２５は、連結線材２３，２４が接続された端部から、ライン３３が接続された端部に向かう方向を回転軸として、両端が互いに回転可能となっている。これによって風力タービン装置２が凧３に対して回転可能に接続され、風力タービン装置２が回転した場合であっても接続部２５の一端のみが回転し、凧３のライン３３に回転が伝わらない構成となっている。

【0032】

剛性リング体２１は、図２に示すように、発電機１と凧３との間に複数段（図２の例では６段）に亘って同軸に配置されている。この複数段の剛性リング体２１について、以下の説明では、凧側を上段側、発電機側を下段側とも称す。ここで上段又は下段は、便宜上の呼称であり、必ずしも物理的な高さを示すものではない。なお、風力タービン装置２は、使用時、風や重力の影響によって撓み、各部の位置が変化することがあるが、撓みのない状態では、図２及び図３のように構成されている。例えば風力タービン装置２を風の影響を受けずに垂直に吊り下げた状態では、図３に示すように、各剛性リング体２１の中心が一致し、各剛性リング体２１の中心を通る仮想の回転軸２６が図２に示すように直線状となる。風力タービン装置２は、使用時に撓んだとしても、凧３によって、連結線材２３，２４に十分な張力が働いている場合には、図２及び図３に近い形状となるため、以下の説明では、図２及び図３の状態に基づいて説明する。また、回転軸２６の長手方向を軸方向（配列方向）、風力タービン装置２の凧側（懸架体側）の端部を先端、発電機１側の端部を基端とも称す。

【0033】

複数の剛性リング体２１のうち、少なくとも最上段の剛性リング体２１には、タービンブレード２２が取り付けられている。また、タービンブレード２２は、複数段の剛性リング体２１に取り付けられてもよい。タービンブレード２２は、回転軸２６に対して所定の角度（迎え角）で翼面が傾斜し、翼面に風を受けることで、回転軸２６を中心に回転し、剛性リング体２１を一方向に回転させる。タービンブレード２２は、例えば、木材、プラスチック、又は金属等で形成される。また、タービンブレード２２は、発泡プラスチックを対候性の高い皮膜でコーティングしたものであってもよい。

【0034】

タービンブレード２２は、剛性リング体２１の周方向における複数箇所に等間隔で接続されている。図３に示すように、本実施形態では、剛性リング体２１の周方向における３か所にタービンブレード２２が接続されている。そして、各タービンブレード２２は、図３において、剛性リング体２１のやや内側から接続箇所を超え、剛性リング体２１の外側へ向けて延設されている。タービンブレード２２は、回転軸２６に近い位置では、風力を回転力に変換する効果が得られにくい場合がある。そこで、本実施形態では、回転軸２６に近い位置にはタービンブレード２２を設けず、回転軸から径方向に所定の距離を空け、剛性リング体２１近傍から外側にタービンブレード２２を張り出すように設けている。

【0035】

剛性リング体２１は、凧３の揚力によって吊り上げられるように軽量で、接続されている連結線材２３，２４の間隔を保持できる程度の剛性を有している。剛性リング体２１の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、アルミ合金やマグネシウム合金等の金属、プラスチックが挙げられる。また、剛性リング体２１は、中空のパイプ状で、軽量化を図りつつ、剛性を確保する構成であってもよい。剛性リング体２１は、凧３と発電機１との間に複数段設けられる。各剛性リング体２１の径は、特に限定されるものではないが
、本実施形態では、下段側と比べて上段側の剛性リング体２１の径が徐々に大きくなるように形成されている。これによりタービンブレード２２が接続される上段の剛性リング体２１の径を大きくし、タービンブレード２２の回転半径を大きく構成することができる。これにより効率良く回転トルクが得られるようにしている。

【0036】

図４は、剛性リング体２１を軸方向に見た図である。本実施形態の剛性リング体２１は、図４に示すように、円形の環である。これに限らず、剛性リング体２１は、多角形など、他の形状の環であってもよい。

【0037】

また、剛性リング体２１は、円環部２１１と、円環部２１１の周方向に複数の連結部２７を有している。図４の例では、各連結部２７が、周方向に６箇所、均等な間隔を空けて配置されている。即ち、各連結部２７は、隣接する他の連結部２７に対し、回転軸２６を中心として６０°の角度を有して円環部２１１上に配置され、回転対称（６回対称）となっている。

【0038】

複数の第１柔軟性連結線材２３は、凧３と発電機１との間に複数段設けられた剛性リング体２１の連結部２７と接続し、複数の剛性リング体２１同士を同軸に相互連結する。複数の第１柔軟性連結線材２３は、凧側に位置する最上段の剛性リング体２１から発電機側に位置する最下段の剛性リング体２１に至るまで延在し、且つ、凧３からの張力を最上段の剛性リング体から最下段の剛性リング体まで伝達する。また、図２に示すように、各第１柔軟性連結線材２３は、回転軸２６の方向に沿って略直線状に延在している。なお、第１柔軟性連結線材２３が最上段の剛性リング体２１から最下段の剛性リング体２１に至るまで延在するとは、第１柔軟性連結線材２３が、最上段の剛性リング体２１に接続した部分から最下段の剛性リング体２１に接続した部分まで連続した一つの部材であることに限定されるものではない。例えば、上下に隣接配置される一対の剛性リング体２１のうち、一方から他方までの長さの線状部材が、各剛性リング体２１の連結部２７に接続される。そして、最上段から最下段までの各剛性リング体２１の間に、この線状部材が接続され、各線状部材が連結部２７で連結されることで、一つながりの第１柔軟性連結線材２３が構成されてもよい。例えば図２のように、上下に６段の剛性リング体２１が配置される場合、各剛性リング体２１の間に連結される５つの線状部材で、１本の第１柔軟性連結線材２３を構成する。このように、複数の線状部材を連結して一本の第１柔軟性連結線材２３とすることで、第１柔軟性連結線材２３を部分的に交換することや、剛性リング体２１の段数を減らして第１柔軟性連結線材２３を短くすること、剛性リング体２１及び線状部材を追加して第１柔軟性連結線材２３を長くすることができる。また、第２柔軟性連結線材２４についても同様に、複数の線状部材で１本の第２柔軟性連結線材２４を構成してもよい。

【0039】

図５は、剛性リング体２１の連結部２７付近を示す部分拡大図である。図５に示すように、一つの連結部２７に一対の連結線材２３，２４が接続されている。連結部２７は、円環部２１１に取り付けられるクランプ２７１と、クランプ２７１に対して連結線材２３，２４を締め付けて固定することにより、連結線材２３，２４を剛性リング体２１に接続させるサドルバンド２７２とを備えている。即ち、本実施形態の連結部２７は、円環部２１１のクランプ２７１を取り付けた部分と、クランプ２７１と、サドルバンド２７２とから構成されている。

【0040】

図５の連結部２７は、一組のクランプ２７１とサドルバンド２７２とによって、連結線材２３，２４が、円環部２１１に接続されているが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、第１柔軟性連結線材２３が、クランプ２７１Ａとサドルバンド２７２Ａによって円環部２１１に接続され、第２柔軟性連結線材２４が、クランプ２７１Ｂとサドルバンド２７２Ｂによって円環部２１１に接続されていてもよい。このように、
第１柔軟性連結線材２３と第２柔軟性連結線材２４とが、別々に円環部２１１に接続されていても、連結線材２３，２４が近い位置に設けられ、円環部２１１の周方向に設けた６箇所（図４：Ｐ１～Ｐ６）のうち、一つの箇所に設けられていると見做せる場合、同じ連結部２７に接続されていると称す。本実施形態では、各連結部２７に、それぞれ一対の連結線材２３，２４が接続され、この連結線材２３，２４が軸方向に隣接する剛性リング体２１において、別々の連結部２７に接続されている。この接続関係が全ての連結部２７において繰り返されることで、本実施形態の風力タービン装置２は図２のように構成されている。

【0041】

図２の例において、各第１柔軟性連結線材２３及び各第２柔軟性連結線材２４は、その基端が発電機１の回転ホイール１３に接続され、先端が接続部２５と接続している。図２では、風力タービン装置２を側方から見た場合に、剛性リング体２１の手前部分に接続された連結線材２３，２４と、剛性リング体２１の奥側部分に接続された連結線材２３，２４とが重なり合い、連結線材２３，２４と剛性リング体２１との接続関係が分かりにくいため、図７を用いて連結線材２３，２４と剛性リング体２１との接続関係を説明する。

【0042】

図７は、複数の剛性リング体２１、第１柔軟性連結線材２３、及び第２柔軟性連結線材２４の一部を模式的に示した図である。図７では、図面の下方が発電機側、図面の上方が懸架体側である。即ち、連結線材２３，２４は、図の下から上の方向（引張方向）へ向かって引張される。また、図の左右方向が、剛性リング体２１の周方向であり、剛性リング体２１は、図の右から左の方向（回転方向）へ回転する。

【0043】

図７では、軸方向に配置された複数の剛性リング体２１のうち、発電機側のものを剛性リング体２１Ａ、懸架体側のものを剛性リング体２１Ｂと称す。また、図４と同様に、剛性リング体２１の円周上に設けられた複数の連結部２７のうちの一つが設けられた位置を符号Ｐ１、その回転方向側に隣接して設けられた連結部２７の位置を符号Ｐ２、更にその回転方向側に隣接して設けられた連結部２７の位置を符号Ｐ３で示している。また、図７では、複数の第１柔軟性連結線材２３について、剛性リング体２１の円周上に異なる位置Ｐ１～Ｐ３で接続するものに、それぞれ別の枝番を加え、符号２３－１～２３－３として区別している。同様に、第２柔軟性連結線材２４についても、枝番を加え、符号２４－１～２４－３として区別して示している。

【0044】

図７に示すように、第１柔軟性連結線材２３は、軸方向に沿って剛性リング体２１Ａ，２１Ｂと接続されている。即ち、剛性リング体２１Ｂにおいて、位置Ｐ１の連結部２７に接続された第１柔軟性連結線材２３－１は、剛性リング体２１Ａにおいて、円周上の同じ位置（同一箇所）Ｐ１の連結部２７に接続されている。同様に、第１柔軟性連結線材２３－２は、剛性リング体２１Ａ，２１Ｂにおいて、円周上の同じ位置Ｐ２にある連結部２７に接続されている。この周方向に隣接する一対の第１柔軟性連結線材２３－１、２３－２と、上下に隣接配置される一対の剛性リング体２１Ａ，２１Ｂとは、図７中、二点鎖線で示す四角形要素ＳＡを構成する。なお、図７では、四角形要素ＳＡを一つだけ二点鎖線で示したが、他の第１柔軟性連結線材２３間及び剛性リング体２１間にも同様に四角形要素が形成されている。そして、この四角形要素ＳＡの頂点を形成する４つの連結部２７のうち、上段側に位置する剛性リング体２１Ｂにおいて回転方向側の位置Ｐ１で第１柔軟性連結線材２３－１と連結される第１連結部２７－１と、当該第１連結部２７－１の対角方向に位置する第２連結部２７－２との間に第２柔軟性連結線材２４－１が張設され、四角形要素ＳＡを２つの三角形要素に２分する。

【0045】

このように第１柔軟性連結線材２３－１、第２柔軟性連結線材２４－１、及び剛性リング体２１Ａにおいて連結部２７の間に位置する一区間（以下、トラス形成区間）２３Ｔ、２４Ｔ、２１Ｔが、それぞれ三角形要素を形成する。この三角形要素は、図７に示した部
分だけでなく、最上段から最下段までの剛性リング体２１におけるトラス形成区間２１Ｔと、これら剛性リング体２１を連結する全ての連結線材２３、２４におけるトラス形成区間２３Ｔ、２４Ｔによって形成される。例えば、図８に示すように、最上段の剛性リング体２１から最下段の剛性リング体２１までの全域に亘って、三角形要素（ハッチング部分）が連続して形成される。なお、図８では、便宜上、背面側の三角形要素を省略して示したが、これら三角形要素は最上段から最下段までの剛性リング体２１の全周囲に形成される。また、図８では、図７に示した四角形要素ＳＡを２分した一方の三角形要素のみハッチングを施して示したが、ハッチングを施していない部分も逆向きの三角形要素を形成していると言える。このように本実施形態では、最上段から最下段までの剛性リング体２１の各トラス形成区間２１Ｔ、及びこれらを連結する全ての連結線材２３、２４の各トラス形成区間２３Ｔ，２４Ｔが、三角形要素を形成することで、トラス構造をとり、風力タービン装置２の形状が安定して維持される。そして、回転方向に張設された第２柔軟性連結線材２４が、下段側の剛性リング体２１に回転トルクを伝えるので、回転トルクが、効率良く発電機１に伝達される。

【0046】

なお、最下段の剛性リング体２１と、発電機１との接続構成は、特に限定されるものではなく、任意に形成され得るが、本実施形態では、最下段の剛性リング体２１と発電機１の回転ホイール１３との間が、図７の剛性リング体２１間と同様に接続されている。即ち、回転ホイール１３が、剛性リング体２１と同様に連結部を備え、剛性リング体２１と回転ホイール１３が、図７と同様に連結線材２３、２４によって接続され、トラス構造を構成している。

【0047】

本実施形態では、第２柔軟性連結線材２４が、最上段の剛性リング体２１から最下段の剛性リング体２１にかけて螺旋状（渦巻状）に延設され、軸方向に対して回転方向の傾きを有するように剛性リング体２１間に接続されている。このように第２柔軟性連結線材２４が、軸方向に働く引張力と、周方向に働く回転力との合力に近い傾きを有して接続されているため、回転力を効率良く発電機側へ伝達できる。

【0048】

また、本実施形態は、風力タービン装置２の先端が凧３に懸架され、風向きに応じて支持台１４を中心として鉛直軸回りに回転する。即ち、凧３が風下に移動し、風力タービン装置２のタービンブレード２２が回転しやすい方向に変化するため、発電効率を向上させることができる。

【0049】

また、本実施形態は、風力タービン装置２は、連結線材２３，２４によってトルクの伝達機構を構成しているため、比較的軽量で、設置や収納が容易になる。

【0050】

＜変形例＞
上述の第一実施形態では、凧３によって連結線材２３，２４に引張力を与え、風力タービン装置２の形状を安定させている。この場合、凧３に当たる風が弱くなると、連結線材２３，２４に与える引張力が小さくなり、連結線材２３，２４が自重によって弛み、風力タービン装置２の形状が不安定になる可能性がある。そこで、本変形例の風力タービン装置２は、第２柔軟性連結線材２４を長手方向に伸縮可能なバネ等の弾性部材とし、風が弱くなった際の弛みを吸収する構成としている。なお、その他の構成は前述の第一実施形態と同じであるため、同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略する。

【0051】

図９は、本変形例に係る風力タービン装置２について、風が強い状態と風が弱い状態とを模式的に示す図である。風が強い場合には、凧３による引張力が大きくなり、図９（Ａ）に示すように、各剛性リング体間の第１柔軟性連結線材２３が、ほぼ直線状となる。これに対し、風が弱い場合、凧３による引張力が小さくなり、この引張力よりも第２柔軟性連結線材２４の弾性力の影響が大きくなり、図９（Ｂ）に示すように、第２柔軟性連結線
材２４が縮み、各剛性リング体間の第１柔軟性連結線材２３が、第２柔軟性連結線材２４側に傾斜した状態となる。この場合、第１柔軟性連結線材２３は、凧３による引張力と第２柔軟性連結線材２４の弾性力とによって引っ張られ、これらが釣り合う姿勢をとるため、弛みが抑えられる。

【0052】

このように本変形例では、第２柔軟性連結線材２４を伸縮可能とし、風が弱くなった場合でも、第２柔軟性連結線材２４が縮み、第１柔軟性連結線材２３を折り畳むように剛性リング体２１間を狭めることで、連結線材２３，２４の弛みを抑え、連結線材２３，２４及び剛性リング体２１によるトラス構造を保持できる。これにより、風力タービン装置２の形状が適切に保たれ、連結線材２３，２４が絡まる等の不具合を抑制できる。また、弛みによるトルク伝達のロスが抑えられることで、発電効率を高く維持できる。

【0053】

＜第二実施形態＞
図１０は、第二実施形態に係る風力発電装置２００の概略構成図である。本実施形態は、前述の実施形態と比べて、懸架体を鉄塔等の建築物３０とした点が異なり、その他の構成は同じである。このため、同一の要素には同符号を付すなどして再度の説明を省略する。

【0054】

本実施形態の風力タービン装置２は、接続部２５の一端がライン３３によって建築物３０に懸架される。なお、本実施形態では、風向きによって風力タービン装置２の向きが変わることが無いので、支持台１４の回転機構を省略してもよい。

【0055】

本実施形態によれば、風の強さに依らず、常に風力タービン装置２のタービンブレード２２を上空に位置させることができ、安定して発電を行うことができる。

【0056】

＜第三実施形態＞
図１１は、第三実施形態に係る複数の剛性リング体、第１柔軟性連結線材、及び第２柔軟性連結線材の連結構造を模式的に示した図である。前述の第一実施形態及び第二実施形態では、図７に示すように、上下一対の剛性リング体２１Ａ，２１Ｂと第１柔軟性連結線材２３－１，２３－２が構成する四角形要素の対角線上を第２柔軟性連結線材２４－１が２分した例を示したが、本実施形態では、これに限らず、対角線以外の部分で四角形要素を分割するように第２柔軟性連結線材２４－１を剛性リング体２１Ａ，２１Ｂに連結した例を示す。なお、その他の構成は同じであるため、同一の要素には同符号を付すなどして再度の説明を省略する。

【0057】

前述の実施形態では、剛性リング体２１の円周上に設けられた複数の連結部２７がそれぞれ、第１柔軟性連結線材２３及び第２柔軟性連結線材２４と連結されていたが、本実施形態の連結部２７は、第１柔軟性連結線材２３又は第２柔軟性連結線材２４と個別に連結されている。

【0058】

図１１では、剛性リング体２１の円周上に設けられた複数の連結部２７のうち、第１柔軟性連結線材２３と連結されるものを連結部２７Ａとし、第２柔軟性連結線材２４と連結されるものを連結部２７Ｂとして示している。

【0059】

図１１に示すように、第１柔軟性連結線材２３は、軸方向に沿って剛性リング体２１Ａ，２１Ｂと接続されている。即ち、剛性リング体２１Ｂにおいて、位置Ｐ１の連結部２７に接続された第１柔軟性連結線材２３－１は、剛性リング体２１Ａにおいて、円周上の同じ位置（同一箇所）Ｐ１の連結部２７Ａに接続されている。同様に、第１柔軟性連結線材２３－２は、剛性リング体２１Ａ，２１Ｂにおいて、円周上の同じ位置Ｐ２にある連結部２７Ａに接続されている。

【0060】

一方、第２柔軟性連結線材２４は、上下に隣接配置される剛性リング体２１Ａ，２１Ｂにおいて、円周上の異なる位置に設けられた連結部２７Ｂに接続され、第１柔軟性連結線材に対して傾斜配置されている。

【0061】

図１１に示すように、周方向に隣接する一対の第１柔軟性連結線材２３－１、２３－２と、上下に隣接配置される一対の剛性リング体２１Ａ，２１Ｂとは、図１１中、二点鎖線で示す四角形要素ＳＡを構成する。なお、図１１では、四角形要素ＳＡを一つだけ二点鎖線で示したが、他の第１柔軟性連結線材２３間及び剛性リング体２１間にも同様に四角形要素が形成されている。そして、この四角形要素ＳＡの上辺を成す剛性リング体２１Ｂに設けられた連結部２７Ｂと、当該剛性リング体２１Ｂ上の連結部２７Ｂに対して、回転方向の上流側であって剛性リング体２１Ａに設けられた連結部２７Ｂとの間に第２柔軟性連結線材２４－１が張設され、四角形要素ＳＡを２つの要素に分割する。

【0062】

このように第１柔軟性連結線材２３－１、第２柔軟性連結線材２４－１、及び剛性リング体２１Ａにおいて連結部２７の間に位置する一区間（以下、要素区間）２３Ｙ、２４Ｙ、２１Ｙが、それぞれ台形要素を形成する。この台形要素は、図１１に示した部分だけでなく、最上段から最下段までの剛性リング体２１における要素区間２１Ｙと、これら剛性リング体２１を連結する全ての連結線材２３、２４における要素区間２３Ｙ、２４Ｙによって形成される。このように本実施形態では、最上段から最下段までの剛性リング体２１の各要素区間２１Ｙ、及びこれらを連結する全ての連結線材２３、２４の各要素区間２３Ｙ，２４Ｙが、台形要素を形成することで、風力タービン装置２の形状が安定して維持される。そして、回転方向に張設された第２柔軟性連結線材２４が、下段側の剛性リング体２１に回転トルクを伝えるので、回転トルクが、効率良く発電機１に伝達される。

【0063】

以上、本発明の好適な実施形態及び変形例を説明したが、本発明は、可能な限り実施形態及び変形例を組み合わせて実施することができる。例えば、前述の第一実施形態～第三実施形態では、第２柔軟性連結線材２４が、各四角形要素ＳＡをそれぞれ２つに分割するように設けられているが、一部の四角形要素ＳＡのみに第２柔軟性連結線材２４を設けても良い、このように、少なくとも一部に傾斜した第２柔軟性連結線材２４を備えることが、捻じれを抑制する観点から好ましい。この場合、剛性リング体２１の各段の少なくとも一部に第２柔軟性連結線材２４を設けることが更に好ましい。また、各段に設ける第２柔軟性連結線材２４は、剛性リング体２１の円周上において回転軸を中心として回転対称となる複数の位置に設けられることが好ましい。

【符号の説明】

【0064】

１ ：発電機
２ ：風力タービン装置
３ ：凧
２１ ：剛性リング体
２２ ：タービンブレード
２３ ：第１柔軟性連結線材
２４ ：第２柔軟性連結線材
２５ ：接続部
２７ ：連結部
１００ ：風力発電装置
２００ ：風力発電装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】