WO2011151943A1

WO2011151943A1 - 風力発電装置

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Publication number: WO2011151943A1
Application number: PCT/JP2010/073577
Authority: WO
Inventors: 一喜野元; 一臣野元; 学屋宜
Original assignee: Birumen Kagoshima Co Ltd
Current assignee: Birumen Kagoshima Co Ltd
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2012-11-30
Also published as: US20130043679A1; KR20120025013A; CN102770665B; TWI448617B; HK1173763A1; TW201142140A; AU2010354596B2; CN102770665A; AU2010354596A1; US8749083B2; CA2796810A1; CA2796810C; KR101170697B1

Abstract

　風力を受けて所定の回転軸２の周りを一定回転方向に回転する風車３を備える風力発電装置１において、回転軸２と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ４を有して回転軸２の回転に伴う該ロータ４の回転により電力を生成する第１の発電機５と、回転軸２と同軸をなし、かつ回転軸２の一定回転方向において、回転軸２が増速している場合には該回転軸２と一体回転状態となって自身も増速回転し、回転軸２が減速している場合には該回転軸２から切り離されて慣性回転するようにワンウェイクラッチ６を介して配置されるフライホイール７と、フライホイール７と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ８を有してフライホイール７の回転に伴う該ロータ８の回転により電力を生成する、第１の発電機５とは異なる第２の発電機９と、それら双方の発電機５，９により生成された電力のいずれかを外部出力する出力部（出力手段）１０を備える。これにより、風力発電における不安定な発電出力をより安定化させることが可能な風力発電装置を提供する。

Description

風力発電装置

　本発明は、風力発電装置に関する。

　近年、地球環境の保全のため、再生可能エネルギーを用いた発電方法として、二酸化炭素などの温室効果ガスを排出しない風力発電に注目が集まっている（例えば特許文献１等）。

特開２００４－２３９１１３号公報

　ところが、風力発電は、風速の変動に伴い発電出力が変動するため、安定しないという課題がある。

　本発明の課題は、風力発電における不安定な発電出力をより安定化させることが可能な風力発電装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

　上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置は、
　風力を受けて所定の回転軸線周りを一定回転方向に回転する風車と、
　前記風車の回転軸と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータを有し、前記回転軸の回転に伴う該ロータの回転により電力を生成する第１の発電手段と、
　前記回転軸と同軸をなし、かつ前記一定回転方向において、前記回転軸が増速している場合には該回転軸と一体回転状態となって自身も増速回転し、前記回転軸が減速している場合には該回転軸から切り離されて慣性回転するように１方向クラッチを介して配置されるフライホイールと、
　前記フライホイールと同軸をなして一体回転するよう配置されたロータを有し、前記フライホイールの回転に伴う該ロータの回転により電力を生成する、前記第１の発電手段とは異なる第２の発電手段と、
　前記第１の発電手段と前記第２の発電手段により生成された電力のうち、少なくとも前記第２の発電手段により生成された電力の入力を受け、入力された電力を外部出力する出力手段と、
　を備え、前記第１の発電手段と前記第２の発電手段により生成された電力のうち前記第１の発電手段により生成された電力の少なくとも一部が、前記出力手段に入力されて前記第２の発電手段により生成された電力と合わせて外部出力される、もしくは駆動電力供給手段によって前記フライホイールを前記一定回転方向に回転駆動させる電動駆動手段に対する駆動電力として供給されるかのいずれかであることを特徴とする。

　上記本発明の構成によれば、第１の発電手段によって発電される電力は、風車が受ける風力に応じて大きく変動するが、第２の発電手段によって発電される電力は、フライホイールに蓄積された安定的な回転エネルギーに基づいて生成されるものであるから出力が安定しており、少なくともこの第２の発電手段によって発電された電力が出力されることにより（第１の発電手段による発電電力が重畳された形で出力されることも含む）、比較的安定な発電出力を得ることができる。

　さらにいえば、これら第１の発電手段と第２の発電手段による双方の発電電力が重畳された形で出力されれば、第１の発電手段による発電電力の不安定さは緩和され、全体として比較的安定な発電出力を得ることができる。

　また、風車の減速回転時や回転停止時には、フライホイールは、ワンウェイクラッチにより風車の回転軸と切り離された状態（本発明ではこれを慣性回転状態という）となるため、回り続ける。つまり、慣性回転状態となることで、フライホイール側の減速要素が大幅に減じられるためより長時間の回転継続が可能となり、仮に風車が停止したとしても、フライホイールの回転は継続する。そして、その間、第２の発電手段からは、経時的になだらかな減衰は生じるものの安定した発電出力を得ることができ、これを外部に出力できる。仮に第１の発電手段による発電電力がこれに重畳されるとしても、第１の発電手段による発電電力の不安定さは大幅に緩和される。

　また、風車の増速回転時には、風車の回転軸とフライホイールとが一体回転状態となってフライホイールに回転エネルギーが蓄積されるので、その後、風車が減速したとしても、増速回転時に蓄積された回転エネルギーによって第２の発電手段からは安定した発電出力を、蓄積した分だけ長く継続的に得続けることができる。また、風車の増速回転時には、第１の発電手段と第２の発電手段による２段発電状態となって発電出力は増すが、より重量のあるフライホイールが回転抵抗となる形で風車に極端な増速（加速）回転が生じて全体の発電出力が極端に増すことは無く、２段発電状態になったとしても、全体の発電出力を比較的安定した状態に保つことができる。

　さらに、風車の増速回転時には、風車の回転軸とフライホイールとが一体回転状態となるため、仮にフライホイールが停止ないしは極めて低速な回転状態となっていたとしても、風車の回転速度が増していけば、フライホイールには風車からの直接的なトルクが作用して、回転速度が増す。このため、フライホイールの停止時及び低速時であっても、風車が回転を始めて加速していくことで、フライホイールにトルクが伝達され、回転を継続することができる。

　また、上記本発明の構成によれば、第１の発電手段により生成された電力の少なくとも一部を使ってフライホイールの回転をアシストしてもよい。フライホイールの回転停止時及び低速回転時に（特に回転停止したとき）、再度回転を開始するためには非常に大きなトルクが必要となるが、この構成によると、フライホイールの回転が停止しないように駆動電力供給手段が、フライホイールを回転駆動させる電動駆動手段に、第１の発電手段により生成された電力の少なくとも一部を供給して駆動させることができるので、回転停止を予防でき、再度回転を開始するためのトルクを発生させる必要が無くなる。仮に回転が停止したとしても、再度回転を開始させることが可能となる。

　上記本発明において、前記電動駆動手段と、前記駆動電力供給手段とを備え、さらに、前記フライホイールの回転速度レベルを検出する回転速度レベル検出手段と、検出された前記回転速度レベルが予め定められた閾回転速度レベルを下回った場合に、前記駆動電力供給手段に対し前記電動駆動手段への駆動電力供給を実行させる駆動電力制御手段と、を備えて構成できる。

　また、上記本発明によれば、フライホイールの回転速度が一定レベル以下となると、電動駆動手段がフライホイールの一定回転方向への回転をアシストするので、その安定して出力されるフライホイールによる発電出力を、より長い時間継続して出力することができる。フライホイールの回転停止時及び低速回転時に（特に回転停止したとき）、再度回転を開始するためには非常に大きなトルクが必要となるが、上記構成によると、駆動電力制御手段によって、フライホイールの回転が停止しないように駆動電力供給手段が制御されるので、再度回転を開始するためのトルクを発生させる必要が無くなる。また、例えば、フライホイールの回転速度が一定レベル以下となる状態をフライホイールの回転停止状態と定めれば、電動駆動手段により、当該回転停止状態のフライホイールの回転を再開させることもできる。

　本発明において、前記駆動電力供給手段は、外部の電源系統から供給される電力に基づく前記電動駆動手段用の駆動電力を該電動駆動手段に供給するように構成できる。これにより、外部の電源系統から供給される電力を利用して電動駆動手段を駆動できるため、安定した電動駆動手段への電力供給が可能となり、フライホイールを停止させる心配がない。

　本発明において、前記駆動電力供給手段は、蓄電手段に蓄電された電力に基づく前記電動駆動手段用の駆動電力を該電動駆動手段に供給するように構成できる。この場合も、蓄電手段に予め蓄電された電力を利用して電動駆動手段を駆動できるため、安定した電動駆動手段への電力供給が可能となり、フライホイールを停止させる心配がない。

　本発明において、前記第１の発電手段により生成された電力が蓄電手段に蓄電されるように構成することができる。この場合、前記出力手段は、前記第２の発電手段により生成された電力のみを外部に供給するように構成できる。この構成によれば、出力が不安定な第１の発電手段により生成された電力が蓄電手段に蓄電され、出力が安定した第２の発電手段により生成された電力のみを外部に出力することが可能となる。

　本発明において、前記第１の発電手段と前記第２の発電手段により生成された双方の電力が蓄電手段に蓄電されるように構成することができる。この場合、前記出力手段から外部に供給される電力は、前記蓄電手段に一旦は蓄電された電力とすることができる。この構成によれば、外部への電力供給源が蓄電手段となるため、安定した電力の出力が可能となる。

　本発明では、第１の蓄電手段に蓄電された電力に基づく前記電動駆動手段用の駆動電力が該電動駆動手段に供給され、なおかつ、第２の蓄電手段に前記第１の発電手段と前記第２の発電手段により生成された双方の電力のうちいずれかが蓄電される構成を有する場合、第１の蓄電手段と、第２の蓄電手段とを共通の蓄電手段として備えるように構成できる。これにより、蓄電手段を複数備える必要が無くなる。また、この場合、共通の蓄電手段の残量を検出する残量検出手段と、検出される前記残量が予め定められた閾残量を上回った場合に、前記出力手段に対し、前記蓄電手段に蓄電された電力を外部に供給させる出力電力制御手段と、を備えて構成することができる。これにより、蓄電手段にはフライホイールを回転させるための一定の駆動電力を絶えず確保しておくことが可能となる。

　また、本発明において、蓄電手段に蓄電された電力により電動駆動手段を駆動する構成の場合、前記蓄電手段の残量を検出する残量検出手段と、検出される前記残量が予め定められた閾残量を上回っていない場合に、前記蓄電手段に電力を供給して蓄電を実行させ、前記閾残量を上回った場合には、前記閾残量を上回っていなければ前記蓄電手段に供給されるべき電力を（前記閾残量を上回っていなければ前記蓄電手段に供給されていたはずの電力を）、前記出力手段に入力し、外部出力させる蓄電電力制御手段と、を備えて構成することができる。これにより、蓄電手段に蓄電されない余剰電力を外部に出力できるため、外部への出力電力を増すことができる。

　本発明において、前記出力手段は、前記第１の発電手段と前記第２の発電手段により生成された双方の電力入力を合わせて外部に供給するものとできる。第１の発電手段と第２の発電手段による双方の発電電力が重畳された形で出力されることにより、第１の発電手段による発電電力の不安定さは緩和され、全体として比較的安定な発電出力を外部に供給できる。例えば、外部の電源系統や、蓄電手段に供給することができる。

　上記本発明における電動駆動手段は、前記第１の発電手段により生成された電力を駆動源として、前記フライホイールを前記一定回転方向に回転駆動させるものとすることができ、この場合、駆動電力供給手段は、前記第１の発電手段により生成された全電力を前記電動駆動手段に対する駆動電力として供給し、前記出力手段は、第２の発電手段により生成された電力を外部に出力するものとすることができる。

　上記本発明の構成によれば、第１の発電手段によって発電される電力は、風車が受ける風力に応じて大きく変動するが、その発電電力は全てかつ常時、フライホイールを回転するための駆動電力として利用され、他方の第２の発電手段によって発電される電力のみが外部に出力される。第２の発電手段によって発電される電力は、フライホイールに蓄積された安定的な回転エネルギーに基づいて生成されるものであるから、出力される発電電力は、気象条件などの影響を受けることなく安定して出力されるし、第１の発電手段により生成された電力によって電動駆動手段がフライホイールの一定回転方向への回転をアシストするので、その安定して出力されるフライホイールによる発電出力をより長い時間継続して出力することができる。

　また、第２の発電手段と電動駆動手段は、フライホイールに対し一体に設けられるとともに、第２の発電手段のロータ及びステータよりも、電動駆動手段のロータ及びステータの方が外周側に位置させることができる。電動駆動手段がより外周側に位置していることにより、フライホイールの一定回転方向へのアシスト力が径方向のより外側にて作用するため、回転力を効果的に伝達することができる。

　また、フライホイールは、前記回転軸の軸線方向において、前記第１の発電手段と前記第２の発電手段との間に配置することができる。即ち、発電機ケース体内における第１の発電手段と第２の発電手段は、回転軸２の軸線方向において、間にフライホイールを挟む形で位置し、発電ケース体内のひとつづきの空間がフライホイールによって一方の発電手段を収容する上流側収容空間と他方の発電手段を収容する下流側収容空間とに分断しておくことができる。これにより、上流側収容空間及び下流側収容空間において、一方の空間内での回転体の回転に伴う気流の乱れの影響を、他方の空間が受けることがなく、各々の空間内の回転体の回転が安定する。

本発明の第一ないし第三実施形態である風力発電装置を簡略的に示す外観図。第一実施形態の風力発電装置の電気的構成を簡略的に示すブロック図。第一実施形態の風力発電装置の出力部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第一例。第一実施形態の風力発電装置の出力部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第二例。第一ないし第三実施形態の風力発電装置における風車部分を簡略的に示す拡大断面図。第一実施形態の風力発電装置におけるナセル部分の拡大断面図。第一実施形態の風力発電装置における発電ケース体内部を拡大した拡大断面図。第一ないし第三実施形態の風力発電装置における発電機のステータの斜視図。図７のステータの正面図。図８ＡのステータのＡ－Ａ断面図。図８ＡのステータのＢ－Ｂ断面図。図７のステータと、磁性部材との位置関係を示す斜視図。図９のステータ及び磁性部材の正面図及び部分拡大図。本発明の第二実施形態である風力発電装置の電気的構成を簡略的に示すブロック図。第二実施形態の風力発電装置の出力部及び駆動電力供給部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第一例。第二実施形態の風力発電装置の出力部及び駆動電力供給部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第二例。第二及び第三実施形態の風力発電装置におけるナセル部分の拡大断面図。第二及び第三実施形態の風力発電装置における発電ケース体内部を拡大した拡大断面図。第二及び第三実施形態の風力発電装置における電動機のステータの斜視図。図１５のステータの正面図。図１６ＡのステータのＣ－Ｃ断面図。図１６ＡのステータのＤ－Ｄ断面図。図１５のステータと、磁性部材の位置関係を示す正面図及び部分拡大図。電動機への駆動電力供給制御の流れを示すフローチャートの第一例。第二実施形態の風力発電装置における出力部及び駆動電力供給部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第一変形例。第二実施形態の風力発電装置における出力部及び駆動電力供給部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第二変形例。第二実施形態の風力発電装置における出力部及び駆動電力供給部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第三変形例。外部への電力供給制御の流れを示すフローチャート。第二実施形態の風力発電装置における出力部及び駆動電力供給部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第四変形例。蓄電手段への電力入力制御の流れを示すフローチャート。第二実施形態の風力発電装置における出力部及び駆動電力供給部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第五変形例。第二実施形態の風力発電装置における出力部及び駆動電力供給部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第六変形例。本発明の第三実施形態である風力発電装置の電気的構成を簡略的に示すブロック図。第三実施形態の風力発電装置の出力部及び駆動電力供給部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第一例。第三実施形態の風力発電装置の出力部及び駆動電力供給部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第二例。第二実施形態の風力発電装置における出力部及び駆動電力供給部の電気的構成を簡略的に示すブロック図の第七変形例。電動機への駆動電力供給制御の流れを示すフローチャート第二例。本発明の別の実施例の側面図。図３０の正面図。図３０の背面図。図３０の後方側斜視図。図３０の前方側斜視図。図３０の側面断面図（側面透視図）。図３５の風導ケース部分の底面透視図。

　以下、本発明の風力発電装置の第一実施形態を、図面を参照して説明する。

　図１は、本発明の第一実施形態である風力発電装置の構成を概略的に示す概略図である。また、図２は、図１の風力発電装置の構成を簡略的に示すブロック図である。図１及び図２に示す第一実施形態の風力発電装置１は、所定の受風方向２ｗからの風力を受けて所定の回転軸線２ｘの周りを一定回転方向に回転する風車３と、風車３の回転軸２と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ５１を有して回転軸２の回転に伴う該ロータ５１の回転により電力を生成する第１の発電機（発電手段）５と、回転軸２と同軸をなし、かつ上記一定回転方向において、回転軸２が増速している場合には該回転軸２と一体回転状態となって自身も増速回転し、回転軸２が減速している場合には該回転軸２から切り離されて慣性回転するように１方向クラッチ（ワンウェイクラッチ）６を介して配置されるフライホイール７と、フライホイール７と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ９１を有してフライホイール７の回転に伴う該ロータ９１の回転により電力を生成する、第１の発電機５とは異なる第２の発電機（発電手段）９と、を備えて構成される。

　なお、フライホイール７に関して具体的にいえば、フライホイール７は、上記一定回転方向において、回転軸２が自身よりも増速する場合には該回転軸２と一体回転状態となって自身も増速回転し、回転軸２が自身よりも減速する場合には該回転軸２から切り離されて慣性回転するとともに、回転軸２が自身と等速の場合、特に停止している場合には、該回転軸２から切り離されて慣性回転するように、１方向クラッチ（ワンウェイクラッチ）６を介して配置されている。

　さらに、第一実施形態の風力発電装置１は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された電力のうち、少なくとも第２の発電機９により生成された電力の入力を受け、入力された電力を外部出力する出力部１０を備える。そして、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された電力のうち第１の発電機５により生成された電力の少なくとも一部が、出力部１０に入力されて第２の発電機９により生成された電力と合わせて外部出力される、もしくは駆動電力供給部（駆動電力供給手段）１６によってフライホイール７を上記の一定回転方向に回転駆動させる電動機（電動駆動手段）７０に対する駆動電力として供給されるかのいずれかに構成することができる。第１の発電機５により生成された電力の少なくとも一部とは、当該電力における一定比率分の電力でもよいし、一定電力量を上回った分の電力でもよいし、一定期間中に生成された電力でもよい。

　第一実施形態においては、出力部（出力手段：図３Ａ及び図３Ｂ参照）１０として、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力入力を受け、それらを合わせて外部１９に出力する出力部を備えて構成される。つまり、第１の発電機５及び第２の発電機９の発電電力の出力ラインを、外部出力に至るまでの間で接続し、１系統で外部出力する形で構成される。

　出力部１０は、例えば図３Ａに示すように、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の三相の交流電力を、それぞれ整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１１に入力して所定の電圧で出力し、さらにそれをパワーコンディショナ１５にて入力して、入力された直流の電力を系統電力に変換し、出力するように構成できる。これにより、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力を合わせて外部の電源系統１９Ａに供給することができ、例えば売電等が可能となる。また、パワーコンディショナ１５にて、家庭内で使える交流電力に変換して出力してもよい。また、出力部１０は、図３Ｂに示すように、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方をそれぞれ、整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１３に入力し、所定電圧とされた直流の電力をバッテリー（蓄電手段）１９Ｂに供給して蓄電させてもよい。また、バッテリー（蓄電手段）１９Ｂに蓄電された電力を、パワーコンディショナ１５を介して外部の電源系統１９Ａに供給するようにしてもよい。

　第一実施形態の風車３は、図２に示すように、受風方向２ｗが回転軸２の軸線２ｘの延出方向（以下、軸線方向という）と一致しており、該受風方向２ｗから風力を受けることで一定方向に回転するよう複数のブレード３０を有する。各ブレード３０はハブ２２を介して回転軸２と連結（接続）する。

　図４は、第一実施形態の風力発電装置１の風車部分の拡大断面図である。ただし、ナセル２１の内部構造については簡略化して示している。風車３は、回転軸２の軸線方向に同軸をなす形で筒状に延出する筒状風洞部（ダクト）３１の内側に配置される。筒状風洞部３１は、風車３の受風方向２ｗの上流側から下流側に向けて開口面積が減少していく形で形成される。具体的にいえば、筒状風洞部３１は、受風方向２ｗの上流側の環状端部３１Ａから下流側の環状端部３１Ｂまでの間の区間において、ラジアル方向内向きに膨出した湾曲形状をなす。この筒状風洞部３１において取り込まれた風は、圧縮された形で下流に供給され、下流側のブレードがこれを受けることになるので、風車３が得る回転力を増すことができる。

　図４の筒状風洞部３１は、その内周面に、ナセル２１の外周面２１０から外向きに放射状に延出する複数の支持部材（ＦＲＰ）３２が固定されており、ナセル２１と共に回転軸２に対し非回転に設けられている。

　ナセル２１は、第１の発電機５とフライホイール７と第２の発電機９、さらに回転軸２を内部に収容する。図４及び図５に示すように、ナセル２１の外表面２１Ａは、少なくとも回転軸２の軸線２ｘ上の、受風方向２ｗの上流側に頂点部２１ａを有する湾曲面として形成される。具体的にいえば、その外表面２１Ａは、回転軸２の軸線方向の周りに回転させても面形状が変化しない回転対称面をなし、ここでは流線型をなす。他方、ナセル２１の受風方向２ｗの下流側には、風車３に対し一体回転するようその回転軸２に固定されるハブ２２が設けられ、その外表面２２Ａは、ナセル２１の外表面２１Ａをなす湾曲面から受風方向２ｗに滑らかに続く湾曲面をなし、かつ回転軸２の軸線２ｘ上の受風方向２ｗの上流側に頂点部２２ａを有する湾曲面をなす。具体的にいえば、その外表面２２Ａは、回転軸２の軸線方向の周りに回転させても面形状が変化しない回転対称面をなしており、ナセル２１の外表面２１Ａから続く流線型をなしている。ここでのナセル２１とハブ２２の外表面２１Ａ，２２Ａは、それら全体で球体表面を形成しており、その球体表面２１Ａ，２２Ａは、上流側の頂点部２１ａが下流側の頂点部２２ａよりも曲率半径が大とされた卵状をなしている。

　なお、ナセル２１は、少なくとも一部が筒状風洞部３１の内側に位置し、残りが筒状風洞部３１の外側に突出する。第一実施形態のナセル２１は、図４に示すように、その頂点部２１ａが風車３の受風側（受風方向２ｗの上流側）に筒状風洞部３１の内部から突出する形で配置される。また、ナセル２１の受風方向２ｗの下流側には、各ブレード３０と回転軸２を接続するハブ２２が設けられる。つまり、ブレード３０は、受風方向２ｗにおいてナセル２１よりも下流側に設けられており、下流側のブレード３０で得た回転力が、回転軸２を介して受風方向２ｗの上流側に位置する発電機５，９側へと伝達される。ハブ２２は、図５に示すように、円盤状をなしてその中心部が回転軸２の受風方向２ｗの下流側端部に対し締結部材によって固定される軸固定部２２１と、軸固定部２２１における受風方向２ｗの下流側主面の外周部に対し締結部材によって固定される筒状のブレード取付部２２２とを有しており、ブレード取付部２２２の外周面から放射状に複数のブレード３０が延びている。

　ナセル２１は、地表の基礎部１９０（図１参照）から延びる支柱（タワー）１１０の上端部１１０Ｔに対し、風向きに合わせて水平面内において向きを変えることが可能（該支柱１１０の鉛直方向の軸線１１０ｘ（図４参照）の周りに回転可能）に取り付けられている。このとき、各ブレード３０を外周側から被う筒状風洞部３１が、ナセル２１の受風方向２ｗの下流側に設けられており、これにより、筒状風洞部３１は風車３の受風方向２ｗを可変する尾翼のような手段として機能する。即ち、筒状風洞部３１の筒状外周面３１Ｃ（特にその水平方向側の面：図１参照）が風を受けると、支柱１１０の上端部１１０Ｔに対し回転し、風が来る向きにナセル２１の頂点部２１ａを向ける。また、筒状風洞部３１がナセル２１よりも受風方向２ｗの下流側に位置することで、わずかな風向きの変化でナセル２１の向き、つまりは風車３の受風面の向きが細かく変化することを防ぐことも可能となる。

　図５は、図４のナセルを軸線２ｘ，１１０ｘを通過する平面で切断した断面図である。ナセル２１の内部には、第２の発電機９とフライホイール７と第１の発電機５とを、風車３の受風方向２ｗの上流側からこの順で収容した発電機ケース体１００が配置され、ナセル２１に対し締結部材１０３によって締結固定されている。図６に示すように、発電機ケース体１００内の内部空間は、図６に示すように、受風方向２ｗの上流側から順に、第２の発電機９を収容する上流側収容空間９Ｓと、フライホイール７を収容する中間収容空間７Ｓと、第１の発電機５を収容する下流側収容空間５Ｓとを有し、これらをひとつながりの空間とする形状をなす。このひとつながりの空間は、フライホイール７が中間収容空間７Ｓ内に配置されることで、上流側収容空間９Ｓと下流側収容空間５Ｓとに分断される。これら円筒状の上流側収容空間９Ｓ及び下流側収容空間５Ｓよりも、同じく円筒状の中間収容空間７Ｓの方が径大で、かつ収容されるフライホイール７自体も、径方向において中間収容空間７Ｓの円筒状外周壁に対し近接して位置するため、フライホイール７が配置されたときには、上流側収容空間９Ｓと下流側収容空間５Ｓとは、フライホイール７の外周側においてのみ連通するので、より確実な分離状態となっている。

　発電機ケース体１００内の第１の発電機５と第２の発電機９は、図５及び図６に示すように、回転軸２の軸線方向において、間にフライホイール７を挟む形で位置し、発電ケース体１００内の空間がフライホイール７によって上流側収容空間９Ｓと下流側収容空間５Ｓとで分断されている。これにより、上流側収容空間９Ｓ及び下流側収容空間５Ｓのうち、一方の空間内での回転体（ロータ９１，５１）の回転に伴う気流の乱れの影響を、他方の空間が受けることがない。第一実施形態においては、図５に示すように、受風方向２ｗの上流側から、第２の発電機９、フライホイール７、第１の発電機５の順で位置し、さらにその下流側にハブ２２が位置する。なお、フライホイール７には磁気シールド材料（例えば鉄等の軟磁性材料）を用いてもよく、これにより、発電ケース体１００内の空間をフライホイール７によって第１の発電機５側と第２の発電機９側とを磁気的に分断し、互いの磁気的な干渉を防止するようにしてもよい。

　回転軸２は、発電ケース体１００に対し自身の軸線方向に貫通し、なおかつ発電ケース体１００に対し円滑に相対回転するよう軸受装置６０を介して取り付けられる（図６参照）。第一実施形態の軸受装置６０は、例えばシール装置（Ｏリング等）やグリース等のような密閉機能付きの密閉型軸受装置であり、その密閉機能によって密閉状態としている。密閉された発電機ケース体１００内部は、空気が大気圧で充填されている場合に、内部の回転体５１，９１，７等が受ける充填気体による抵抗（空気抵抗）が軽減されるよう、減圧状態等のような内部状態とされている。ここでは、発電ケース体１００内にＨｅガスを充填することで、回転体であるロータ５１，９１やフライホイール７等の回転抵抗を減じている。

　第１の発電機５及び第２の発電機９は、回転軸２の周りを回転可能なロータ（発電機回転子）５１，９１の周方向に沿って所定間隔おきに複数の磁性部材５２，９２が配置されるとともに、それら磁性部材５２，９２に対しエアギャップを形成する形で対向し、かつ該ロータ５１，９１に対し非回転となるステータコイル５４，９４が配置されたステータ（発電機固定子）５３，９３を備えて構成され、それら磁性部材５２，９２とステータコイル５４，９４との相対回転により電力を生成する。生成される電力（発電電力）は、その相対回転速度が大きいほどが大となる。なお、第一実施形態における磁性部材５２，９２は永久磁石であり、例えばネオジウム磁石等を用いることができる。ただし、永久磁石に代わって電磁石を用いてもよい。

　第一実施形態においては、磁性部材５２，９２とステータコイル５４，９４との数の比が３：４であり、ステータコイル５４，９４からは三相の交流電力が出力される。支柱１１０の上端部１１０Ｔに設けられた上端軸部にはスリップリング１１０ＳＡ，１１０ＳＢが設けられており、各スリップリング１１０ＳＡ，１１０ＳＢ上を摺動するブラシ１０２ＣＡ，１０２ＣＢを介し、ステータコイル５４，９４から発電出力を取り出すよう構成されている。取り出された発電出力は、筒状の支柱（タワー）１１０の内部空間を通る配線を介して、出力部１０に接続される。

　第１の発電機５及び第２の発電機９における双方のステータ５３，９３は、発電機ケース体１００からケース内部に向けて回転軸２の軸線方向に沿って突出形成された筒状部材として設けられる。図７に示すように、それら筒状部材５３，９３には、径方向に貫通する開口部５７，９７が周方向に沿って所定間隔おきに形成される。これらの開口部５７，９７は、周方向に設けられた回転軸２の軸線方向に延びる各柱部５６，９６により区画される。各柱部５６，９６には、図８ＡのＡ－Ａ断面図である図８Ｂ及び図８ＡのＢ－Ｂ断面図である図８Ｃに示すように、ステータコイル５４，９４が巻き付けられており、第一実施形態においては、隣接する柱部５６，９６で巻き方向が逆向きとなっている。

　第一実施形態のステータ５３，９３について詳細に説明する。

　第一実施形態のステータ５３，９３はそれぞれ筒状部材として形成されており、それらが互換性を有するよう互いに同形状をなす。これらの筒状部材５３，９３は、耐熱性を有する硬化性樹脂（例えば不飽和ポリエステル樹脂を主体とし、充填材とガラス繊維などで構成した熱硬化性の成形材料）であり、図６に示すように、発電ケース体１００において受風方向２ｗの上流側及び下流側にて外側に露出する主表面１２１Ａ，１２２Ａを形成する各主面部１２１，１２２の主裏面（ケース内側の面）１２１Ｂ，１２２Ｂから、ケース内に向けて回転軸２の軸線方向に沿って筒状に突出する形で配置される。

　具体的にいえば、図６に示すように、筒状部材５３，９３は、主面部１２１，１２２の主裏面（ケース内側の面）１２１Ｂ，１２２Ｂに設けられた環状の嵌合溝部１２１Ｃ、１２２Ｃに対し嵌合する形で固定される嵌合固定部５３Ａ，９３Ａと、その嵌合固定部５３Ａ，９３Ａに径方向（ラジアル方向）の段差を形成する形で回転軸２の軸線方向に延出する上記した各柱部５６，９６と、それら柱部５６，９６をその延出先端部（主面部１２１，１２２とは逆側の端部：図８Ｂ参照）５６Ｄ，９６Ｄにて筒状に連結する筒状連結部５３Ｄ，９３Ｄとを有して構成される。各柱部５６，９６の両端が環状部材（嵌合固定部５３Ａ，９３Ａと筒状連結部５３Ｄ，９３Ｄ）で連結されていることで、筒状部材５３，９３は高い強度を有する。第一実施形態の筒状部材５３，９３は、嵌合固定部５３Ａ，９３Ａにおいて主面部１２１，１２２に対し締結部材（ボルト等）１０９，１０９によって締結固定される。

　また、図７、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、嵌合固定部５３Ａ，９３Ａの外周面５３１，９３１の延出先端側（嵌合固定部５３Ａ，９３Ａとは逆側）には、その外周面５３１，９３１から径方向外側に立上る外周側立面５６１，９６１を有する。このため、嵌合固定部５３Ａ，９３Ａの外周面５３１，９３１と、当該外周側立面５６１，９６１と、柱部５６，９６の径方向外側の面５６２，９６２とによって段差５６Ａ，９６Ａが形成されている。他方、各柱部５６，９６におけるそれらの段差５６Ａ，９６Ａとは逆側には、上述した筒状連結部５３Ｄ，９３Ｄが形成されており、この筒状連結部５３Ｄ，９３Ｄは、各柱部５６，９６の延出先端部５６Ｄ，９６Ｄの径方向内側端部から周方向に延出する形で、隣接する柱部５６，９６へと延出し、全体が環状をなす。このため、柱部５６，９６の径方向外側の面５６２，９６２と、該柱部５６，９６の延出先端部５６Ｄ，９６Ｄの周方向における側面５６３，９６３と、該柱部５６，９６の延出先端部５６Ｄ，９６Ｄの径方向内側端部から周方向に延出する筒状連結部５３Ｄ，９３Ｄの径方向外側の面５３２，９３２とによって段差５６Ｂ，９６Ｂ（図７参照）が形成されている。

　第一実施形態のステータコイル５４，９４は、軸線２ｘに対する径方向に軸線５ｘ、９ｘを有する形で環状に巻きつけられる。ここでは、上述の段差５６Ａ，９６Ａと５６Ｂ，９６Ｂを利用する形で、各柱部５６，９６に四角形状をなして巻きつけられる。具体的にいえば、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、ステータコイル５４，９４は、柱部５６，９６の延出方向（回転軸２の軸線方向）の一方の端面５６１，９６１と、他方の端面５６４，９６４と、該柱部５６，９６の周方向における一方の側面５６３，９６３と、他方の側面５６３，９６３とにより形成される環状面を取り巻く形で巻きつけられる。このとき、段差５６Ａ，９６Ａにおいて段差下面をなす嵌合固定部５３Ａ，９３Ａの外周面５３１，９３１と、段差５６Ｂ，９６Ｂにおいて段差下面をなす筒状連結部５３Ｄ，９３Ｄの径方向外側の面５３２，９３２とが、柱部５６，９６に巻きつけられるステータコイル５４，９４の、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向内側における巻き付け位置を規制する巻き付け位置規制部（巻き付け位置規制手段）として機能し、これにより、ステータコイル５４，９４は各柱部５６，９６に安定的に巻きつけられている。

　また、各柱部５６，９６は、図８Ｂに示すように、延出先端部５６Ｄ，９６Ｄの径方向外側端部からさらに同方向に延出する突起部５６Ｅ，９６Ｅを有する。突起部５６Ｅ，９６Ｅは、柱部５６，９６に巻きつけられるステータコイル５４，９４の、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向外側における巻き付け位置を規制する巻き付け位置規制部（巻き付け位置規制手段）として機能しており、これもステータコイル５４，９４を各柱部５６，９６に安定的に巻きつけられる要因となっている。このように、第一実施形態では、径方向の内外でステータコイル５４，９４の位置規制がなされているため、ステータコイル５４，９４が各柱部５６，９６に安定して巻き付いた状態を保つことができ、作業者による巻き付け作業も容易となっている。

　第一実施形態の第１の発電機５のロータ５１について詳細に説明する。

　第一実施形態の第１の発電機５は、図６に示すように、ロータ５１として、回転軸２と同軸をなし互いに一体回転する第１ロータ部５１Ａと第２ロータ部５１Ｂとを有する。それら双方のロータ部５１Ａ，５１Ｂは、エアギャップを介して互いに対向（対面）する対向面５１ＳＡ，５１ＳＢを有し、それら双方の対向面５１ＳＡ，５１ＳＢ上には、周方向において複数の磁性部材５２が所定間隔おきに同数配置され、締結部材により固定されている。ただし、それら双方のロータ部５１Ａ，５１Ｂのうち、一方のロータ部５１Ａの磁性部材５２Ａ（５２）と他方のロータ部５１Ｂの磁性部材５２Ｂ（５２）とは、図１０に示すように、互いに異なる極性（磁極）の着磁面同士にて対面している。さらに、それら第１ロータ部５１Ａと第２ロータ部５１Ｂとの間の空隙にステータ５３のステータコイル５４が位置する。ステータコイル５４は、図９に示すように、回転するそれら双方のロータ部５１Ａ，５１Ｂの磁性部材５２，５２間に挟まれるステータ５３上の環状の対向領域に、その周方向に沿って所定間隔おきに複数配置される。

　また、第１の発電機５において、第１ロータ部５１Ａ及び第２ロータ部５１Ｂは、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向（ラジアル方向）に対向して配置される。第一実施形態においては、図６に示すように、ロータ５１の本体部として、回転軸２と一体回転するよう固定される軸固定部５０Ｃと、軸固定部５０Ｃから径方向外側に延出する円盤状の中間部５０Ｂと、中間部５０Ｂの径方向外側の外端部５０Ａと、を有したロータ本体部５０を備える。ただし、ロータ本体部５０は、外周側に大重量を有するフライホイール７よりも軽く、小径である。第１ロータ部をなす円筒状部５１Ａと、第２ロータ部をなす、円筒状部５１Ａよりも径大の円筒状部５１Ｂとは、ロータ本体５０に対し同軸をなす形で一体回転するよう双方とも外端部５０Ａに固定されている。このように第一実施形態においては、回転軸２に対し１つの回転体（ロータ本体部５０）を取り付けるだけで、第１ロータ部５１Ａと第２ロータ部５１Ｂとの双方を設けることが可能であり、回転軸２に対し第１ロータ部５１Ａと第２ロータ部５１Ｂとを個別の回転体としてそれぞれ固定する場合よりもシンプルな構成となる。なお、中間部５０Ｂは、内周側の軸固定部５０Ｃ及び外端部５０Ａの第１ロータ部５１Ａとの固定部よりも厚み（回転軸２の軸線方向幅）が薄くなっている。

　第一実施形態の第１の発電機５において、ロータ本体部５０の外端部５０Ａは、第１ロータ部をなす内周側の円筒状部５１Ａを固定するための内周側固定部５０Ａ１と、第２ロータ部をなす外周側の円筒状部５１Ｂを固定するための外周側固定部５０Ａ２と、を備えて構成される。内周側固定部５０Ａ１は、回転軸２の軸線方向に突出する円筒状をなし、他方、外周側固定部５０Ａ２は、中間部５０Ｂから径方向に続く形で延出する形状をなす。

　第１の発電機５において第１ロータ部をなす円筒状部５１Ａは、ロータ本体部５０の円筒状の内周側固定部５０Ａ１の外周側に嵌合する筒状の嵌合部５１Ａ１と、内周側固定部５０Ａ１の延出先端面に当接するよう嵌合部５１Ａ１の端部から径方向内向きに延出する環状の当接部５１Ａ２とを備える。筒状の嵌合部５１Ａ１は、その外周面が磁性部材５２の配置面５１ＳＡとされており、他方、環状の当接部５１Ａ２は、ロータ本体部５０（内周側固定部５０Ａ１）との固定部として機能する。具体的にいえば、第１ロータ部をなす円筒状部５１Ａは、当接部５１Ａ２の周方向の複数箇所において締結部材１０６Ａによってロータ本体部５０の内周側固定部５０Ａ１に対し締結固定される。

　第１の発電機５において第２ロータ部をなす円筒状部５１Ｂは、全体が円筒形状をなす。そのうち一方の端部５１Ｂ２は、ロータ本体部５０の外周側固定部５０Ａ２の、内周側固定部５０Ａ１が延出する側の面の外周側領域に対し先端面が当接した形で固定される固定部をなし、他方の端部５１Ｂ１側は、その内周面が第１ロータ部をなす円筒状部５１Ａの嵌合部５１Ａ１の外周面と径方向にて対向（対面）し、当該内周面が磁性部材５２の配置面５１ＳＢとされている。第２ロータ部をなす円筒状部５１Ｂは、一方の端部５１Ｂ２の周方向の複数箇所において締結部材１０６Ｂによってロータ本体部５０の外周側固定部５０Ａ２に対し締結固定される。

　なお、ステータ５３の嵌合固定部５３Ａ側において発電ケース体１００の主面部１２１側とは逆側の側面と、柱部５６の内周面との間に形成される環状の角部５５Ｂには、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、内周側の第１ロータ部５１に対し非接触となるよう、回転軸２の軸線方向において該第１ロータ部５１から離れる側に窪んだ環状の湾曲面が形成されている。この角部５５Ｂには、第１ロータ部をなす内周側の円筒状部５１Ａと、その外周面上に固定設置される磁性部材５２とが近接しており、それら双方に対し非接触となるよう、それら双方の近接部位が、それらから遠ざかる方向に窪んだ２つの湾曲面５５Ｂ１，５５Ｂ２が隣接して形成されている。

　第一実施形態の第２の発電機９のロータ９１について詳細に説明する。

　第一実施形態の第２の発電機９は、図６に示すように、ロータ９１として、回転軸２と同軸をなしフライホイール７と共に互いに一体回転する第１ロータ部９１Ａと第２ロータ部９１Ｂとを有する。それら双方のロータ部９１Ａ，９１Ｂは、エアギャップを介して互いに対向（対面）する対向面９１ＳＡ，９１ＳＢを有し、それら双方の対向面上９１ＳＡ，９１ＳＢには、周方向において複数の磁性部材９２が所定間隔おきに同数配置され、締結部材により固定されている。ただし、それら双方のロータ９１Ａ，９１Ｂのうち、一方のロータ部９１Ａの磁性部材９２Ａ（９２）と他方のロータ部９１Ｂの磁性部材９２Ｂ（９２）とは、図１０に示すように、互いに異なる極性（磁極）の着磁面同士にて対面している。さらに、それら第１ロータ部９１Ａと第２ロータ部９２Ａとの間の空隙にステータ９３のステータコイル９４が位置する。ステータコイル９４は、図９に示すように、回転するそれら双方のロータ９１Ａ，９１Ｂの磁性部材間９２，９２に挟まれるステータ９３上の環状の対向領域に、その周方向に沿って所定間隔おきに複数配置される。

　また、第２の発電機９において、第１ロータ部９１Ａ及び第２ロータ部９１Ｂは、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向（ラジアル方向）に対向して配置される。図６に示すように、第１ロータ部９１Ａは、フライホイール７の外周側の中間部（外周端部でもよい）に形成される固定部９０Ａに対し、第１ロータ部をなす円筒状部９１Ａと、第２ロータ部をなす、円筒状部９１Ａよりも径大の円筒状部９１Ｂとが共に、フライホイール７に対し同軸をなして一体回転するよう固定されている。この場合、回転軸２に対し１つの回転体（フライホイール７）を取り付けるだけで、第１ロータ部９１Ａと第２ロータ部９１Ｂとの双方を設けることが可能であり、回転軸２に対し第１ロータ部９１Ａと第２ロータ部９１Ｂとを個別の回転体として固定する場合よりも簡単な構成となる。

　なお、第一実施形態のフライホイール７は、回転軸２に対し１方向クラッチ（ワンウェイクラッチ）６を介して固定される軸固定部７０Ｃと、軸固定部７０Ｃから径方向外側に延出する円盤状の中間部７０Ｂと、中間部７０Ｂの径方向外側の固定部７０Ａとを有し、第一実施形態ではさらに、固定部７０Ａから径方向外側に延出する外端部７０Ｄを有することにより、上述のロータ本体部５０よりも径大で大重量をなしており、回転エネルギー保存手段として機能する。なお、中間部７０Ｂは、内周側の軸固定部７０Ｃと、外周側の固定部７０Ａ及び外端部７０Ｄよりも厚み（回転軸２の軸線方向幅）が薄くなっている。特に固定部７０Ａ及び外端部７０Ｄが中間部７０Ｂよりも厚く形成され、より重くなっていることでロータ９１が形成される外周側により大きな遠心力が作用する。

　第一実施形態の第２の発電機９において、フライホイール７の固定部７０Ａは、第１ロータ部をなす内周側の円筒状部９１Ａを固定するための内周側固定部７０Ａ２と、第２ロータ部をなす外周側の円筒状部９１Ｂを固定するための外周側固定部７０Ａ１と、を備えて構成される。

　第２の発電機９において第１ロータ部をなす円筒状部９１Ａと第２ロータ部をなす円筒状部９１Ｂとは共に、全体が円筒形状をなす。それぞれの一方の端部９１Ａ２，９１Ｂ２は、フライホイール７の固定部７０Ａ（７０Ａ１，７０Ａ２）の、第１の発電機５とは逆側の面に対し先端面が当接した形で固定される固定部をなす。また、他方の端部９１Ａ１，９１Ｂ１のうち、端部９１Ａ１側は、その外周面９１ＳＡが第２ロータ部をなす円筒状部９１Ｂの内周面９１ＳＢと径方向にて対向（対面）し、端部９１Ｂ１側は、その内周面９１ＳＢが第１ロータ部をなす円筒状部９１Ａの外周面９１ＳＡと径方向にて対向（対面）し、それら外周面９１ＳＡ及び内周面９１ＳＢが磁性部材９２，９２の配置面とされている。フライホイール７の固定部７０Ａ１，７０Ａ２は、第１ロータ部及び第２ロータ部をなす円筒状部９１Ａ，９１Ｂの端部９１Ａ２，９１Ｂ２を嵌合するよう、第１の発電機５とは逆側の面に形成された回転軸２の軸線方向に窪む環状の溝が形成された嵌合溝部である。第１ロータ部をなす円筒状部９１Ａと第２ロータ部をなす円筒状部９１Ｂとは共に、嵌合溝部７０Ａ１，７０Ａ２の環状の溝に端部９１Ａ２，９１Ｂ２を嵌合し、それら端部９１Ａ２，９１Ｂ２の周方向の複数箇所において締結部材１０７Ａ，１０７Ｂによってフライホイール７の固定部７０Ａに対し締結固定される。

　なお、ステータ９３の嵌合固定部９３Ａ側において発電ケース体１００の主面部１２２側とは逆側の側面と、柱部９６の内周面との間に形成される環状の角部９５Ｂには、内周側の第１ロータ部９１に対し非接触となるよう、回転軸２の軸線方向において該第１ロータ部９１から離れる側に窪んだ環状の湾曲面が形成されている。この角部９５Ｂには、第１ロータ部をなす内周側の円筒状部９１Ａと、その外周面上に固定設置される磁性部材９２とが近接しており、それら双方に対し非接触となるよう、それら双方の近接部位が、それらから遠ざかる方向に窪んだ２つの湾曲面９５Ｂ１，９５Ｂ２が隣接して形成されている。

　ところで、支柱１１０は、図５に示すように、上述した発電機５，９及びフライホイール７を収容する発電ケース体１００の下端部１０２に対し固定されている。また、発電ケース体１００はナセル２１に対し固定されている。

　発電ケース体１００は、地表から延びる支柱（タワー）１１０の上端部１１０Ｔにて、ナセル２１と共に、上述のように風向きに応じて回転可能である。ナセル２１の下端には内外を上下に貫通する下端開口２１Ｈが設けられ、発電ケース体１００の下端部１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ）に対し固定された支柱固定部１０２Ｃが、当該下端開口２１Ｈを貫通してナセル２１の外部に突出する形で配置される。支柱固定部１０２Ｃには下端に開口する筒状に形成され、当該開口内に支柱１１０の上端部１１０Ｔを挿通させ、かつそれら支柱固定部１０２Ｃと支柱１１０の上端部１１０Ｔとの双方の間に軸受装置６３を介在させる形で、発電ケース体１００側が支柱１１０に対し支柱軸線１１０ｘ周りに回転可能となるよう組み付けられている。発電ケース体１００の支柱固定部１０２Ｃにはブラシ１０２ＣＡ，１０２ＣＢが取り付けられており、これらとそれぞれが摺動可能となる形で支柱上端部１１０Ｔの軸部１１０ＴＡにはスリップリング１１０ＳＡ，１１０ＳＢが取り付けられている。発電機５，９で発電した電力は、それらブラシ１０２ＣＡ，１０２ＣＢ及びスリップリング１１０ＳＡ，１１０ＳＢを介して出力部１０に出力される。

　なお、図５に示すように、発電ケース体１００の下端部１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ）は、支柱固定部１０２Ｃと一体に固定されている。第一実施形態における発電ケース体１００は、上流側収容空間９Ｓ及び下流側収容空間５Ｓの外周壁を形成する小径の円筒状外周壁部１２９，１２５と、それらの間に中間収容空間７Ｓの外周壁を形成するそれらよりも大径の円筒状外周壁部１２７とを有した形状をなしており、支柱固定部１０２Ｃは、その大径の円筒状外周壁部１２７の下端突出部を回転軸２の軸線方向両側から挟み込む挟持部１０２Ｇと、それら挟持部１０２Ｇの上端にて回転軸２の軸線方向において互いの対向方向とは逆向きに広がって小径の円筒状外周壁部１２９，１２５の下端面を当接させる当接部１０２Ｓ，１０２Ｓとを有し、挟持部１０２Ｇにおいて円筒状外周壁部１２７の下端突出部に対し締結部材１０８，１０８により締結固定される。

　また、第一実施形態の発電ケース体１００は、図５に示すように、受風方向２ｗ（回転軸２の軸線方向）における中間収容空間７Ｓの中間位置にて、上流側ケース体１００Ａと下流側ケース体１００Ｂとに２分割されており、それらケース体１００Ａ，１００Ｂを互いの位置を合わせて密着させ、それらの上端部１０１Ａ，１０１Ｂと下端部１０２Ａ，１０２Ｂとの双方が締結部材（ボルト）１０３，１０３によって締結固定されている。他方、ナセル２１には、密着状態のケース体１００Ａ，１００Ｂの上下の端部１０１（１０１Ａ，１０１Ｂ），１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ）を、受風方向２ｗの上流側と下流側で挟み込む固定用板部２１０，２１０が設けられており、これら固定用板部２１０，２１０と、これらに挟み込まれた密着状態のケース体１００Ａ，１００Ｂの上下の端部１０１（１０１Ａ，１０１Ｂ），１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ）が上記の締結部材１０３，１０３によって締結固定される。これにより、発電ケース体１００がナセル２１に固定される。第一実施形態の固定用板部２１０は、Ｌ字状に屈曲した板材であり、ナセル２１の内部上端面に固定される水平部と、その水平部の端部からケース体１００Ａ，１００Ｂの上下の端部１０１，１０２の周側面に沿って下方に延び、締結部材１０３が挿通する垂下部とを有する。

　以上、本発明の第一実施形態を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。以下、上記実施形態とは異なる実施形態について説明する。ただし、共通の構成部分については上記実施形態と同一の符号を付することにより説明を省略する。

　以下、本発明の第二実施形態について説明する。

　第二実施形態の風力発電装置は、図１及び図４と同様の構成を有するが、ブロック図の構成は図２とは異なって図１１のようになっている。また、出力部１０の構成についても、図３Ａ及び図３Ｂとは異なり、図１２Ａ及び図１２Ｂのようになっており、発電ケース１００内の構成も、図５及び図６とは異なり、図１３及び図１４のようになっている。発電機５，９に関するステータ５３，９３やステータコイル５４，９４、磁性部材５２，５４の構成・配置については、図７～図１０に示したような構成に変更はない。

　具体的にいえば、第二実施形態の風力発電装置１は、上記第一実施形態における風車３と、第１の発電機（発電手段）５と、フライホイール７と、第２の発電機（発電手段）９とに加えて、図１１，図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、風車３の受風時における回転軸２の回転方向（上記一定回転方向）と同方向にフライホイール７を回転駆動させる電動機（即ち、フライホイール７の上記一定方向の回転をアシストする電動機であり、ここではモータ：電動駆動手段）７０と、電動機７０に対し駆動電力を供給する駆動電力供給部（駆動電力供給手段）１６と、フライホイール７の回転速度レベルを検出する回転速度レベル検出部（回転速度レベル検出手段）７０１と、回転速度レベル検出部７０１にて検出された回転速度レベルが予め定められた閾回転速度レベルを下回った場合に、駆動電力供給手段に対し前記電動駆動手段への駆動電力供給を実行させる制御部（駆動電力制御手段）７００と、を備えて構成される。

　駆動電力供給部１６は、例えば図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、外部から入力される三相の交流電力を、三相交流用インバータ１７に入力して、電動機（ここでは三相交流モータ）７０の励磁用電力（駆動電力）とし、これを電動機７０のステータコイル７４に出力する。図１２Ａ及び図１２Ｂに示す実施形態においては、外部の電源系統１９Ａから供給される電力に基づく電動機７０用の駆動電力が、該電動機７０に供給される。即ち、外部の電源系統１９Ａから供給される電力を電動機７０用の駆動電力に変換して該電動機７０に供給される。また、第二実施形態の変形例として、図２５に示すように、駆動電力供給部１６は、外部のバッテリー（蓄電手段）１９Ｂから供給される電力に基づく電動機７０用の駆動電力が、該電動機７０に供給されるようにしてもよい。即ち、外部のバッテリー１９Ｂから供給される直流電力を、例えばインバータ１８を介して電動機（ここでは三相交流モータ）７０を回転駆動するための励磁用の駆動電力に変換する等、電動機７０用の駆動電力に変換して該電動機７０に供給されるようにしてもよい。

　さらに、第二実施形態の風力発電装置１は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された電力のうちいずれか又は双方の入力を受け、入力された電力を外部１９に出力する出力部（出力手段）１０を備えて構成される。ここでの出力部１０は、出力電力の安定化のため、少なくとも第２の発電機９により生成された電力が入力され、これが外部出力されるよう構成されている。例えば、図１２Ａ及び図１２Ｂ、さらには図２５に示すように、出力部１０は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力入力を受け、それらを合わせて外部出力する出力部（出力手段）１０を備えて構成することができる。つまり、第１の発電機５及び第２の発電機９の発電電力の出力ラインを、外部出力に至るまでの間で接続し、１系統で外部出力する形で構成することができる。

　つまり、第二実施形態の図１２Ａ及び図１２Ｂ、さらには図２５の構成では、出力部１０は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の全電力を合わせて外部１９（外部の電源系統１９Ａやバッテリー１９Ｂ）に出力するとともに、駆動電力供給部１６は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された電力ではなく、外部１９（外部の電源系統１９Ａやバッテリー１９Ｂ）から供給される電力に基づいた電動機７０用の駆動電力を、該電動機７０に供給している。

　図１２Ａの出力部１０は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の三相の交流電力を、それぞれ整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１１に入力して所定の電圧で出力し、さらにそれをパワーコンディショナ１５にて入力して、入力された直流の電力を系統電力に変換し、外部出力するように構成できる。これにより、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力を合わせて外部の電源系統１９Ａに供給することができ、例えば売電等が可能となる。また、パワーコンディショナ１５にて、家庭内で使える交流電力に変換して外部出力してもよい。また、図１２Ｂ及び図２３の出力部１０は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方をそれぞれ、整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１３に入力し、所定電圧とされた直流の電力をバッテリー（蓄電手段）１９Ｂに供給して蓄電させてもよい。また、バッテリー（蓄電手段）１９Ｂに蓄電された電力を、パワーコンディショナ１５を介して外部の電源系統１９Ａに供給するようにしてもよい。なお、電源系統１９Ａ及びバッテリー（蓄電手段）１９Ｂはいずれも装置外部の電源１９である。

　制御部７００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える周知のマイコンとして構成されており、ＲＯＭ等の記憶部には、各種の制御プログラム及び制御パラメータ等が格納され、ＣＰＵがそれらを用いて制御を実施する。第二実施形態の制御部７００は、回転速度レベル検出部（回転速度レベル検出手段）７０１と接続しており、ＣＰＵがＲＯＭ等の記憶部に記憶された制御プログラムを実行する形で、図１８に示すような電動機７０への駆動電力供給制御を実行する。具体的にいえば、制御部７００は、まずは回転速度レベル検出部（回転速度レベル検出手段）７０１から、フライホイール７の回転速度レベルを反映した値を取得し（Ｓ１）、取得した値が示す回転速度レベルがＲＯＭ等の記憶部に記憶された閾回転速度レベルを下回った場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、駆動電力供給部１６の電力供給切替部（切替スイッチ）１６Ｓを供給側に切り替えて、電動機７０への駆動電力の供給を実施させる（Ｓ４）。他方、閾回転速度レベルを下回っていない場合には（Ｓ２：Ｎｏ）、駆動電力供給部１６の電力供給切替部（切替スイッチ）１６Ｓを遮断側に切り替えて、電動機７０への駆動電力の供給を遮断・停止させる（Ｓ３）。なお、上述における閾回転速度レベルを下回った場合とは、例えばフライホイール７の回転停止時や極めて低速の回転時とすることができる。

　なお、第二実施形態の回転速度レベル検出部７０１は、フライホイールの回転速度が第２の発電機９の発電電力に反映されることを利用して、第２の発電機９の発電電力の電流値を検出する周知の電流計として設けられているが、フライホイールの回転速度を直接的に検出するものでもよい。例えば図２４に示すように、回転速度レベル検出部をなす電流計７０１に代わって、フライホイールの回転速度を検出する磁気式又は光学式の周知の回転センサ（例えばロータリエンコーダ）７０３を設けてもよい。

　第二実施形態の電動機７０について詳細に説明する。

　電動機７０は、図１１に示すように、フライホイール７を一定回転方向に回転駆動させるモータであり、駆動電力供給部１６から供給される駆動電力によって駆動する。電動機７０は、図１４に示すように、回転軸２の周りを回転可能なロータ（電動機回転子）７１の周方向に沿って所定間隔おきに複数の磁性部材７２が配置されるとともに、それら磁性部材７２に対しエアギャップを形成する形で対向し、かつ該ロータ７２に対し非回転となるステータコイル７４が配置されたステータ（電動機固定子）７３を備えて構成される。なお、本実施形態における磁性部材７２は永久磁石であり、例えばネオジウム磁石等を用いることができる。ただし、永久磁石に代わって電磁石を用いてもよい。電動機７０は、ステータコイル７４に駆動電力供給部１６から励磁電流が供給されると、フライホイール７を上記一定回転方向に回転駆動し、その回転速度を増速させる。電動機７０の回転駆動力は、供給される電力（発電電力）が大きいほど大となる。つまり、第１の発電機５の発電電力が大となるほど大きくなる。

　本実施形態においては、磁性部材７２とステータコイル７４との数の比が３：４であり、ステータコイル７４には三相の交流電力が駆動電力として入力される。駆動電力供給部１６は、ナセル２１の内部に設けられている。

　また、本実施形態においては、第２の発電機９と電動機７０は、フライホイール７に対し一体に設けられる。さらに、フライホイール７において、第２の発電機９のロータ９１（磁性部材９２）及びステータ９３（コイル９４）よりも、電動機７０のロータ７１（７２）及びステータ７３（コイル７４）の方が外周側に位置している。

　電動機７０におけるステータ７３は、発電機ケース体１００に設けられる。本実施形態においては、図１４に示すように、ステータ７３は筒状部材であり、発電ケース体１００においてフライホイール７を収容する、第１及び第２の発電機５，９側よりも大径の中間収容空間７Ｓの外周壁を形成する円筒状外周壁部１２７の内周面と近接する形で一体となる配置・固定される。なお、本実施形態のステータ７３は、発電機５，９のステータ５３，９３と類似の形状をなす。具体的にいえば、図１５に示すように、ステータ７３には、径方向に貫通する開口部７７が周方向に沿って所定間隔おきに形成され、これらの開口部７７が、周方向に設けられた回転軸２の径方向内向きに突出する各柱部７６により区画される。各柱部７６には、ステータコイル７４が巻き付けられており、本実施形態においては、隣接する柱部７６で巻き方向が逆向きとなっている。なお、電動機７０のステータ７３は、発電機５，９のステータ５３，９３よりも径大の筒形状をなす。

　また、本実施形態の筒状のステータ７３は、耐熱性を有する硬化性樹脂（例えば不飽和ポリエステル樹脂を主体とし、充填材とガラス繊維などで構成した熱硬化性の成形材料）であり、図１４に示すように、発電ケース体１００の中間収容空間７Ｓの外周側を、受風方向２ｗの上流側及び下流側にて覆う環状側壁部１２３，１２４の主裏面（ケース内側の面）１２３Ｂ，１２４Ｂのうち一方から、他方の主裏面１２３Ｂ，１２４Ｂに向けて回転軸２の軸線方向に沿って筒状に突出する形で配置される。

　具体的にいえば、図１４に示す筒状のステータ７３は、図１５に示すように、環状側壁部１２３，１２４の主裏面（ケース内側の面）１２３Ｂ，１２４Ｂのうち一方（ここでは主裏面１２３Ｂ）に設けられた環状の嵌合溝部１２３Ｃに対し嵌合する形で固定される嵌合固定部７３Ａと、その嵌合固定部７３Ａに径方向（ラジアル方向）の段差を形成する形で回転軸２の軸線方向に延出する上記した各柱部７６と、それら柱部７６をその延出先端部（ここでは主裏面１２３Ｂ側の端部：図１６Ｂ及び図１６Ｃ参照）７６Ｄにて筒状に連結する筒状連結部７３Ｄとを有して構成される。各柱部７６の両端が環状部材（嵌合固定部７３Ａと筒状連結部７３Ｄ）で連結されていることで、筒状のステータ７３は高い強度を有する。本実施形態の筒状部材７３は、嵌合固定部７３Ａにおいて環状側壁部１２３，１２４の一方に対し締結部材（ボルト等）１２６によって締結固定される。

　また、図１５、図１６Ａ、図１６Ｂ及び図１６Ｃに示すように、嵌合固定部７３Ａの外周面７３１の延出先端側（嵌合固定部７３Ａとは逆側）には、その外周面７３１から径方向外側に立上る外周側立面７６１を有する。このため、嵌合固定部７３Ａの外周面７３１と、当該外周側立面７６１と、柱部７６の径方向外側の面７６２とによって段差７６Ａが形成されている。他方、各柱部７６におけるそれらの段差７６Ａとは逆側には、上述した筒状連結部７３Ｄが形成されており、この筒状連結部７３Ｄは、各柱部７６の延出先端部７６Ｄの径方向内側端部から周方向に延出する形で、隣接する柱部７６へと延出し、全体が環状をなす。このため、柱部７６の径方向外側の面７６２と、該柱部７６の延出先端部７６Ｄの周方向における側面７６３と、該柱部７６の延出先端部７６Ｄの径方向内側端部から周方向に延出する筒状連結部７３Ｄの径方向外側の面７３２とによって段差７６Ｂ（図１５参照）が形成されている。

　第二実施形態のステータコイル７４は、軸線２ｘに対する径方向に軸線７ｘを有する形で環状に巻きつけられる。ここでは、上述の段差７６Ａと７６Ｂを利用する形で、各柱部７６に四角形状をなして巻きつけられる。具体的にいえば、ステータコイル７４は、柱部７６の延出方向（回転軸２の軸線方向）の一方の端面７６１と、他方の端面７６４と、該柱部７６の周方向における一方の側面７６３と、他方の側面７６３とにより形成される環状面を取り巻く形で巻きつけられる。このとき、段差７６Ａにおいて段差下面をなす嵌合固定部７３Ａの外周面７３１と、段差７６Ｂにおいて段差下面をなす筒状連結部７３Ｄの径方向外側の面７３２とが、柱部７６に巻きつけられるステータコイル７４の、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向内側における巻き付け位置を規制する巻き付け位置規制部（巻き付け位置規制手段）として機能し、これにより、ステータコイル７４は各柱部７６に安定的に巻きつけられている。

　また、各柱部７６は、図１６Ｂに示すように、延出先端部７６Ｄの径方向外側端部からさらに同方向に延出する突起部７６Ｅを有する。突起部７６Ｅは、柱部７６に巻きつけられるステータコイル７４の、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向外側における巻き付け位置を規制する巻き付け位置規制部（巻き付け位置規制手段）として機能しており、これもステータコイル７４を各柱部７６に安定的に巻きつけられる要因となっている。このように、本実施形態では、径方向の内外でステータコイル７４の位置規制がなされているため、ステータコイル７４が各柱部７６に安定して巻き付いた状態を保つことができ、作業者による巻き付け作業も容易となっている。

　電動機７０におけるロータ７１は、回転軸２と同軸をなしフライホイール７と一体回転する。ロータ７１におけるステータコイル７４との対向面には、周方向において複数の磁性部材７２が所定間隔おきに同数配置され、締結部材により固定される。ステータコイル７４は、図１７に示すように、回転するロータ７１の磁性部材７２と同心をなして対向するステータ７３上の環状の対向領域に、その周方向に沿って所定間隔おきに複数配置される。本実施形態においては、磁性部材７２と、ステータ７４とは、回転軸２の軸線２ｘに対する径方向に対向している。

　また、本実施形態の電動機７０におけるロータ７１は、フライホイール７、さらにいえばフライホイール７の外周端部７０Ｄの先端であるということができ、フライホイール７に対し同軸をなして一体回転する。フライホイール７の外周端部７０Ｄの先端７１は、回転軸２の軸線方向の一方又は双方に向けて突出したけ以上を有することにより外周面７１Ｓの面積を広く確保しており、各磁性部材７２は、その外周面７１Ｓ上に直接設置され、各々が締結部材により締結固定される。つまり、フライホイール７の外周面７１Ｓが磁性部材９２，９２の配置面とされている。本実施形態の電動機７０の磁性部材７２及びステータコイル７４は、第１の発電機５及び第２の発電機９の磁性部材５２，９２及びステータコイル５４，９４とは別位置に設けられ、異なるものであり、電動機７０によりフライホイール７が回転中であっても、第２の発電機９における発電が実施される。

　以下、第二実施形態の変形例について説明する。

　上記実施形態においては、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、駆動電力供給部１６は、外部１９の電源（１９Ａや１９Ｂ）から供給される電力を、電動機７０用の駆動電力として電動機７０に供給していたが、以下のようにしてもよい。即ち、図２８のように構成し、制御部（駆動電力制御手段）７００が、回転速度レベル検出部（回転速度レベル検出手段）７０１によって検出されたフライホイールの回転速度レベルが予め定められた閾回転速度レベルを下回った場合に、前記駆動電力供給手段に対し前記電動駆動手段への駆動電力として外部１９の電源（１９Ａや１９Ｂ）から電力を供給させ、閾回転速度レベルを下回っていない場合には、前記駆動電力供給手段に対し前記電動駆動手段への駆動電力として第１の発電機（発電手段）５の発電電力を供給させるようにしてもよい。具体的に言えば、図２９に示すように、制御部７００は、まずは回転速度レベル検出部（回転速度レベル検出手段）７０１から、フライホイール７の回転速度レベルを反映した値を取得し（Ｓ３１）、取得した値が示す回転速度レベルがＲＯＭ等の記憶部に記憶された閾回転速度レベルを下回った場合には（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、駆動電力供給部１６の電力供給元切替部（切替スイッチ）１６Ｓ’を外部供給側に切り替えて、外部１９の電源（１９Ａや１９Ｂ）から電力を電動機７０への駆動電力として供給させる（Ｓ３３）。他方、閾回転速度レベルを下回っていない場合には（Ｓ３２：Ｎｏ）、駆動電力供給部１６の電力供給元切替部（切替スイッチ）１６Ｓ’を第１の発電機５側に切り替えて、当該発電機５の発電電力を電動機７０への駆動電力として供給させる（Ｓ３４）。これにより、フライホイールの回転速度が低い時には外部１９（１９Ａや１９Ｂ）から安定的な電力の供給を受けて、回転速度を直ちに復帰させることが可能であり、ある程度の回転速度がある場合には、第１の発電機５の発電電力の供給を受けてわずかであっても回転速度を増すようにすることができる。なお、上述における閾回転速度レベルを下回った場合とは、例えばフライホイール７の回転停止時や極めて低速の回転時とすることができる。

　また、上記実施形態においては、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、駆動電力供給部１６は、外部の電源系統１９Ａから供給される電力に基づく電動機７０用の駆動電力を、電動機７０に供給していたが、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、バッテリー等の蓄電手段１６Ｂに蓄電された電力に基づく電動機７０用の駆動電力を電動機７０に供給するようにしてもよい。図１９Ａ及び図１９Ｂの駆動電力供給部１６はいずれも、蓄電手段であるバッテリー１６Ｂに蓄電された電力を、電動機７０用の駆動電力に変換して該電動機７０に供給するように構成されている。

　図１９Ａの場合は、第１の発電機５により生成された電力が全て、蓄電手段であるバッテリー１６Ｂに蓄電されるとともに、出力部１０には、第２の発電機９により生成された電力のみが入力され、外部に供給されるように構成されている。具体的にいえば、図１９Ａの駆動電力供給部１６は、第１の発電機５により生成された電力を蓄電するバッテリー（蓄電手段）１６Ｂを含み、第１の発電機５により生成された三相の交流電力を整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１３に入力し、所定電圧とされた直流の電力をバッテリー（蓄電手段）１６Ｂに供給して蓄電する一方、バッテリー１６Ｂからインバータ１８を介して電動機（ここでは三相交流モータ）７０を回転駆動するための励磁用の駆動電力を取り出し、これを電動機７０のステータコイル７４に出力するように構成されている。一方、出力部１０は、第２の発電機９により生成された三相の交流電力を整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１１に入力して所定の電圧で出力し、さらにそれをパワーコンディショナ１５にて入力して、入力された直流の電力を系統電力に変換し、外部出力する。これにより、第２の発電機９により生成された電力のみが外部の電源系統１９Ａに供給される。

　他方、図１９Ｂの場合は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力が蓄電手段であるバッテリー１６Ｂ’に蓄電されるとともに、出力部１０から外部に供給される電力は、そのバッテリー１６Ｂ’に一旦は蓄電された電力となっている。図１９Ｂの駆動電力供給部１６は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の三相の交流電力を、それぞれ整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１３に入力し、所定電圧とされた直流の電力をバッテリー（蓄電手段）１６Ｂ’に供給して蓄電する一方、バッテリー１６Ｂ’からインバータ１８を介して電動機（ここでは三相交流モータ）７０を回転駆動するための励磁用の駆動電力を取り出し、これを電動機７０のステータコイル７４に出力するように構成されている。一方、出力部１０は、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力のみが蓄電されているバッテリー１６Ｂ’から、蓄電された電力をパワーコンディショナ１５にて入力して、入力された直流の電力を系統電力に変換し、外部出力する。これにより、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力が外部の電源系統１９Ａに供給される。

　なお、第１の蓄電手段に蓄電された電力に基づいて電動機７０用の駆動電力が出力され、なおかつ第２の蓄電手段に、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力のうちいずれかが蓄電される構成を有する場合、それら第１の蓄電手段と第２の蓄電手段とを、図１９Ａ及び図１９Ｂのような共通の蓄電手段１６Ｂや１６Ｂ’として備えてもよいし、それぞれを異なる蓄電手段として備えてもよい。ただし、第１の発電機５の発電電力のみが蓄電される蓄電手段１６Ｂと、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の発電電力が蓄電される蓄電手段１６Ｂ’とでは、前者（１６Ｂ）よりも後者（１６Ｂ’）の蓄電手段の方が、蓄電容量が大となる。また、外部の蓄電手段１９Ｂ（図１２Ｂ参照）も、第１の発電機５の発電電力のみが蓄電される蓄電手段１６Ｂよりも、蓄電容量が大となる。また、蓄電手段１６Ｂ及び蓄電手段１６Ｂ’は、発電機５，９及び電動機７０に対し回転摺動等を伴わない形で電気的に接続されることが望ましく、また、配線距離も短い方が望ましいので、ナセル２１内部に設けられる。特に容量の小さい蓄電手段１６Ｂは、そのサイズ面から、ナセル２１内に補助バッテリーとして搭載するのに好適となる。

　また、図１９Ａ及び図１９Ｂのように、出力部１０から外部に供給される電力が、蓄電手段であるバッテリー１６Ｂ，１６Ｂ’に一旦は蓄電された電力である場合には、例えば図２０に示すように、その蓄電手段であるバッテリー１６Ｂ，１６Ｂ’の残量を検出する残量検出部（残量検出手段）７０２と、検出される残量が予め定められた第１の閾残量を上回った場合には、出力部１０に対しバッテリー１６Ｂ，１６Ｂ’に蓄電された電力を外部へと供給する際の供給切替制御を行う制御部（出力電力制御手段）７００と、を備えて構成することができる。具体的にいえば、制御部７００を残量検出部７０２と接続させ、そのＣＰＵが、外部への電力供給制御を図２１に示すような形で実行する。図２１では、まずは制御部７００が、残量検出部７０２からバッテリー１６Ｂ’の残量情報を取得する（Ｓ１１）。ＲＯＭ等の記憶部には第１の閾残量レベル（例えばフル充電レベル等）が記憶されているので、取得した残量情報が示すバッテリー残量がその第１の閾残量レベルを上回った場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、外部出力切替部（切替スイッチ）１０Ｓを供給側（出力側）に切り替えて、外部への電力供給を実施させる（Ｓ１３）。他方、その第１の閾残量レベルを上回っていない場合には（Ｓ１２：Ｎｏ）、外部出力切替部（切替スイッチ）１０Ｓを遮断側に切り替えて、外部への電力供給を遮断・停止させる（Ｓ１４）。

　また、図１９Ａ、図１９Ｂ及び図２０のように、電動機７０の駆動電力が、蓄電手段であるバッテリー１６Ｂ，１６Ｂ’に一旦は蓄電された電力である場合には、例えば図２２に示すように、その蓄電手段であるバッテリー１６Ｂ，１６Ｂ’の残量を検出する残量検出部（残量検出手段）７０２と、検出される残量が予め定められた第２の閾残量を上回ったか否かに応じて、その蓄電手段であるバッテリー１６Ｂ，１６Ｂ’に蓄電のために入力される電力の入力切替制御を実行する制御部（蓄電電力制御手段）７００と、を備えて構成することができる。具体的にいえば、制御部７００を残量検出部７０２と接続させ、そのＣＰＵが、蓄電手段であるバッテリー１６Ｂ，１６Ｂ’への電力入力制御を図２３に示すような形で実行する。図２３では、まずは制御部７００が、残量検出部７０２からバッテリー１６Ｂの残量情報を取得する（Ｓ２１）。ＲＯＭ等の記憶部には第２の閾残量レベル（例えばフル充電レベル等）が記憶されているので、取得した残量情報が示すバッテリー残量がその第２の閾残量レベルを上回っていない場合には（Ｓ２２：Ｎｏ）、蓄電手段であるバッテリー１６Ｂへの入力切替部（切替スイッチ）１４をバッテリー供給側（バッテリー入力側）に切り替えて、バッテリー１６Ｂへの発電電力入力を実施し、蓄電させる（Ｓ２４）。他方、その第２の閾残量レベルを上回った場合には（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、バッテリー１６Ｂへの入力切替部（切替スイッチ）１４を遮断側（バッテリー入力禁止側）に切り替えて、バッテリー１６Ｂへの発電電力入力を遮断・停止させる（Ｓ２３）。あるいは、図２２の場合であれば、その第２の閾残量レベルを上回った場合に（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、バッテリー１６Ｂへの入力切替部（切替スイッチ）１４を外部出力側（出力部１０側）に切り替えて、第１の発電機５により発電された電力を、第２の発電機９により発電された電力と合わせて、出力部１０から外部（例えば外部の系統電力１９Ａ）に出力するようにしてもよい（Ｓ２３）。図２２の場合、入力切替部（切替スイッチ）１４が外部出力側（出力部１０側）に切り替えられると、昇圧コントローラ１３においてバッテリー１６Ｂへの入力用に昇圧された電力が、出力部１０の昇圧コントローラ１１に入力され、それをパワーコンディショナ１５にて入力して外部出力される。

　なお、第１の蓄電手段に蓄電された電力に基づいて電動機７０用の駆動電力が出力され、なおかつ第２の蓄電手段に、第１の発電機５と第２の発電機９により生成された双方の電力のうちいずれかが蓄電される構成を有する場合、第１の蓄電手段と、第２の蓄電手段とを、図１９Ａ、図１９Ｂ及び図１２Ｂのような共通の蓄電手段１６Ｂ，１６Ｂ’，１９Ｂとして備えてもよいが、それぞれを異なる蓄電手段として備えてもよい。特に一方の蓄電手段が容量の小さい上記の補助用の蓄電手段１６Ｂであれば、比較的大容量となる蓄電手段１６Ｂ’，１９Ｂとは別に設けてもよい。特に外部の蓄電手段１９Ｂとは別に設けるとよい。

　以下、第三実施形態の変形例について説明する。

　第三実施形態の風力発電装置は、図１及び図４と同様の構成を有するが、ブロック図の構成は第一実施形態や第二実施形態のものとは異なって図２６のようになっている。また、出力部１０及び駆動電力供給部１６の構成についても、第一実施形態や第二実施形態のものとは異なり、図２７Ａ及び図２７Ｂのようになっている。なお、発電ケース１００内の構成は、第二実施形態と同様、図１３及び図１４のように電動機７０を備えた構成となっている。発電機５，９に関するステータ５３，９３やステータコイル５４，９４、磁性部材５２，５４の構成・配置についても、第二実施形態と同様である。

　第三実施形態の風力発電装置１は、上記第一及び第二実施形態における風車３と、第１の発電機（発電手段）５と、フライホイール７と、第２の発電機（発電手段）９とに加えて、図２６に示すように、第１の発電機５により生成された電力を駆動源としてフライホイール７を上記一定回転方向に回転駆動させる電動機（モータ：電動駆動手段）７０と、第１の発電機５により生成された全電力を電動機７０に対する駆動電力として供給する駆動電力供給部（駆動電力供給手段）１６と、を備えて構成される。

　駆動電力供給部１６は、例えば図２７Ａ及び図２７Ｂに示すように、第１の発電機５により生成された三相の交流電力を、三相交流用インバータ１７に入力して、電動機（ここでは三相交流モータ）７０の励磁用電力（駆動電力）とし、これを電動機７０のステータコイル７４に出力する。第三実施形態においては、第１の発電機５により生成された電力が蓄電されることはなく、第１の発電機５により生成された電力はそのままフライホイール７の回転駆動用の駆動電力として供給される。

　さらに、第三実施形態の風力発電装置１は、第２の発電機９により生成された電力入力のみを受け、それを外部１９に出力する出力部（出力手段）１０を備えて構成される。

　出力部１０は、例えば図２７Ａに示すように、第２の発電機９により生成された三相の交流電力を整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１１に入力して所定の電圧で出力し、さらにそれをパワーコンディショナ１５にて入力して、入力された直流の電力を系統電力に変換し、出力するように構成できる。これにより、第２の発電機９により生成された電力のみを外部の電源系統１９Ａに供給することができ、例えば売電等が可能となる。また、パワーコンディショナ１５にて、家庭内で使える交流電力に変換して出力してもよい。また、出力部１０は、図２７Ｂに示すように、第２の発電機９により生成された電力を整流器１２に入力した上で、昇圧コントローラ１３に入力し、所定電圧とされた直流の電力をバッテリー（蓄電手段）１９Ｂに供給して蓄電させてもよい。また、バッテリー（蓄電手段）１９Ｂに蓄電された電力を、パワーコンディショナ１５を介して外部の電源系統１９Ａに供給するようにしてもよい。

　なお、上記した実施形態に適用可能な他の変形例について以下で説明する。

　図３０～図３４に示すように、風車３（ブレード３０）の風上側に、発電部ケース(ハウジング)を兼ねる風導ケース（ナセル）２００を設け、このケース２００の内部に発電部を格納するとともに、その風導ケース２００（ケース本体２０１でもある）の外部に風向フィン（風向板部）２０２を一体的に形成することができる。この例では、風車３の外側に図３３、図３６に示したような筒状風洞部（ダクト）３１は存在せず、風車３がむき出し（露出状態）で風を受ける。風導ケース２００のケース本体２０１は風車３の軸方向に直角な断面が、縦長楕円状又は円形状等をなす滑らかな外周面を有し、そのケース本体２０１の風上側の端部は先端側ほど滑らかに細くなり、先端が曲率の小さい円弧状の縦断面を有している。

　ケース本体２０１の外周面には、上述の風向フィン２０２が、風車３の軸方向に沿う方向において、そのケース本体２０１（風導ケース２００）の外周面から外方に（例えば上向きに）突出するように形成され、風向フィン２０２は風車３の回転面と直角な位置関係を占める。風向フィン２０２はケース本体２０１の軸方向長さと同等か少し短い長さを有し、かつケース本体２０２の風上側先端近傍から漸次高さが円弧状（又は直線状）に増加する斜辺２０３を備えて、ケース本体２０２の風下側の端部近傍で最大高さとなり、その頂部から風上側へ円弧状（湾曲状）に食い込む（えぐれる）ように降下する後端部２０４を備え（風下側に円弧状に膨出する後端部、あるいは直線状に垂下する後端部でもよいが）、その下端がケース本体２０１の上部面に連続する。また風向フィン２０２は、その斜辺２０３がナイフエッジ状に先鋭に形成され、また中間部から後端部２０４に向かっても後端ほど先鋭となる曲面を有して、風向フィン２０２の風向き方向の中間部が最も厚く形成され、風上からみて、図３１に示すように先鋭な三角形状をなしている。

　このような風向フィン２０２とはケース本体２０１の軸線をはさんで反対側（下側）には、風車３を所定の高さに維持する支柱（ポール）２０６と接続する支柱接続部２０８が形成され、ここに支柱２０６が接続される。この支柱接続部２０８はケース本体２０１の下面から下方に突出するとともに、滑らかに先細りとなり、下端部が円筒状になるように形成されて、その円筒状部に支柱２０６の円形断面の上端部が嵌合され、かつ、図３０に示すように軸受（ベアリング）２１０を介して、風導ケース２００及び風車３が、支柱２０６の軸線（垂直軸）の周りに回転自在に支持されている。その結果、風導ケース２００に形成された風向フィン２０２が風向きに沿うように、言い換えれば風車３の回転面が常に風向きと正対するように、風車３及び風導ケース２００がフリーな状態に保持されることとなる。

　図３５は、風車３と風導ケース２００を含む部分の側面断面図（透視図）であり、風導ケース２００の内部に、風車３の回転軸２が風導ケース２００の中心線と同心的に配置され、また図５及び図６や、図１３及び図１４に示した発電ケース体１００がその回転軸２に同心的に組み付けられる。

　なお、図３０、図３３及び図３５に示すように、風車３の中心部（ブレード３０の基端部）は、円形断面の筒状部２１２が占めるようにされ、この筒状部２１２の中心部から前記風導ケース２００とは反対側（風下側）へコーン状に突出するコーン状中心部２１４が形成され、このコーン状中心部２１４と筒状部２１２（風下側へややテーパ状に縮径されたほぼ円筒部）との間には、円環状でかつ底部側ほど幅が狭くなるコーン付き環状凹部２１６が形成され、それらの内部にハブ２２やブレード固定部３３が配置されている。仮に、風向きが大きく変わって、風導ケース２００の後方から風が吹くようになっても、そのコーン付き環状凹部２１６が後方からの風を受けて回転モーメントを生じ、その結果、フリー状態の風導ケース２００及び空車３が姿勢（向き）を例えば１８０度近く変え、風導ケース２００の先端が風上を向く（風に正対する）ように姿勢変更することができる。

　１　風力発電装置
　２　回転軸
　２ｘ　回転軸線
　２ｗ　受風方向
　３　風車
　５　第１の発電機（発電手段）
　６　１方向クラッチ（ワンウェイクラッチ）
　７　フライホイール
　９　第２の発電機（発電手段）
　３０　ブレード
　３１　筒状風洞部（ダクト）
　２１　ナセル
　２２　ハブ
　１００　発電ケース体
　１１０　支柱（タワー）
　５１，９１　ロータ（発電機回転子）
　５１Ａ　第１のロータ
　５１Ｂ　第２のロータ
　５２，９２　磁性部材
　５３，９３　ステータ（発電機固定子）
　５４，９４　ステータコイル
　７０　電動機（電動駆動手段）
　１６　駆動電力供給部（駆動電力供給手段）

Claims

　風力を受けて所定の回転軸線周りを一定回転方向に回転する風車と、
　前記風車の回転軸と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータを有し、前記回転軸の回転に伴う該ロータの回転により電力を生成する第１の発電手段と、
　前記回転軸と同軸をなし、かつ前記一定回転方向において、前記回転軸が増速している場合には該回転軸と一体回転状態となって自身も増速回転し、前記回転軸が減速している場合には該回転軸から切り離されて慣性回転するように１方向クラッチを介して配置されるフライホイールと、
　前記フライホイールと同軸をなして一体回転するよう配置されたロータを有し、前記フライホイールの回転に伴う該ロータの回転により電力を生成する、前記第１の発電手段とは異なる第２の発電手段と、
　前記第１の発電手段と前記第２の発電手段により生成された電力のうち、少なくとも前記第２の発電手段により生成された電力の入力を受け、入力された電力を外部出力する出力手段と、
　を備え、前記第１の発電手段と前記第２の発電手段により生成された電力のうち前記第１の発電手段により生成された電力の少なくとも一部が、前記出力手段に入力されて前記第２の発電手段により生成された電力と合わせて外部出力される、もしくは駆動電力供給手段によって前記フライホイールを前記一定回転方向に回転駆動させる電動駆動手段に対する駆動電力として供給されるかのいずれかであることを特徴とする風力発電装置。
　前記出力手段は、入力された電力を外部の電源系統に供給するものである請求の範囲第１項に記載の風力発電装置。
　前記出力手段から供給される電力を蓄電する蓄電手段を備える請求の範囲第１項に記載の風力発電装置。
　前記電動駆動手段と、前記駆動電力供給手段とを備えるとともに、
　前記フライホイールの回転速度レベルを検出する回転速度レベル検出手段と、
　検出された前記回転速度レベルが予め定められた閾回転速度レベルを下回った場合に、前記駆動電力供給手段に対し前記電動駆動手段への駆動電力供給を実行させる駆動電力制御手段と、を備える請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の風力発電装置。
　前記駆動電力供給手段は、外部の電源系統から供給される電力に基づく前記電動駆動手段用の駆動電力を該電動駆動手段に供給するものである請求の範囲第４項に記載の風力発電装置。
　前記駆動電力供給手段は、蓄電手段に蓄電された電力に基づく前記電動駆動手段用の駆動電力を該電動駆動手段に供給するものである請求の範囲第４項に記載の風力発電装置。
　前記出力手段は、前記第１の発電手段と前記第２の発電手段により生成された双方の電力入力を合わせて外部に供給するものである請求の範囲第５項又は第６項に記載の風力発電装置。
　前記第１の発電手段により生成された生成電力が蓄電手段に蓄電されるとともに、
　前記出力手段は、前記第２の発電手段により生成された電力のみを外部に供給するものである請求の範囲第４項ないし第６項のいずれか１項に記載の風力発電装置。
　前記第１の発電手段と前記第２の発電手段により生成された双方の生成電力が蓄電手段に蓄電されるとともに、
　前記出力手段から外部に供給される電力は、前記蓄電手段に蓄電された電力である請求の範囲第４項ないし第６項のいずれか１項に記載の風力発電装置。
　前記蓄電手段の残量を検出する残量検出手段と、
　検出される前記残量が予め定められた閾残量を上回った場合に、前記出力手段に対し、当該蓄電手段に蓄電された電力を外部に供給させる出力電力制御手段と、を備える請求の範囲第８項又は第９項に記載の風力発電装置。
　前記蓄電手段の残量を検出する残量検出手段と、
　検出される前記残量が予め定められた閾残量を上回っていない場合に、前記蓄電手段に前記生成電力を供給して蓄電を実行させる一方、前記閾残量を上回った場合には、前記生成電力を前記出力手段に入力し、外部出力させる蓄電電力制御手段と、を備える請求の範囲第８項又は第９項に記載の風力発電装置。
　前記電動駆動手段は、前記第１の発電手段により生成された電力を駆動源として、前記フライホイールを前記一定回転方向に回転駆動させるものであり、
　前記駆動電力供給手段は、前記第１の発電手段により生成された全電力を前記電動駆動手段に対する駆動電力として供給し、
　前記出力手段は、第２の発電手段により生成された電力を外部に出力するものである請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の風力発電装置。
　前記フライホイールは、前記回転軸の軸線方向において、前記第１の発電手段と前記第２の発電手段との間に配置されている請求の範囲第１項ないし第１３項のいずれか１項に記載の風力発電装置。