JP2000197392A - Wind power generator - Google Patents

Wind power generator

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JP2000197392A
JP2000197392A JP10366352A JP36635298A JP2000197392A JP 2000197392 A JP2000197392 A JP 2000197392A JP 10366352 A JP10366352 A JP 10366352A JP 36635298 A JP36635298 A JP 36635298A JP 2000197392 A JP2000197392 A JP 2000197392A
Authority
JP
Japan
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propeller
connection
wind power
generator
switching circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10366352A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Endo
茂 遠藤
Takeshi Takizawa
岳史 滝澤
Hiromasa Fukuyama
寛正 福山
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JP2000197392A publication Critical patent/JP2000197392A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind power generator in which power can be stored easily and efficiently in a power storage unit, e.g. a battery, regardless of fluctuation of wind power. SOLUTION: When a propeller 220 receives wind power, rotation of the propeller 220 is transmitted to a multipolar generator 230. A connection switching circuit 240 switches connection of respective winding coils of the multipolar generator 230 appropriately in star, delta, series or parallel dependin on the r.p.m. of the propeller 220. When the propeller 220 is rotating at low speed with a breeze, output from each winding coil decreases and the connection switching circuit 240 provides a connection of high voltage low current type. When the propeller 220 is rotating at high speed with strong wind, output from each winding coil increases and the connection switching circuit 240 provides a connection of low voltage high current type. Consequently, the peak value of AC output voltage from the connection switching circuit 240 is kept at a substantially constant level.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、風力によって回
転するプロペラの回転を駆動源とする風力発電装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wind turbine generator driven by the rotation of a propeller rotated by wind power.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年地
球規模の環境問題が深刻な問題として取り上げられ、ク
リーンなエネルギー供給源として風力発電が利用される
ようになってきている。ここで、風力発電は、風力、風
向ともに一定でないのが前提であり、風力が弱いときで
も強風下でも安定した電力供給ができるものでなければ
ならない。
2. Description of the Related Art In recent years, global environmental problems have been taken up as serious problems, and wind power generation has been used as a clean energy supply source. Here, the wind power generation is based on the premise that both the wind power and the wind direction are not constant, and it must be able to supply power stably even when the wind power is weak or under strong wind.

【0003】従来の風力発電装置として、プロペラと発
電機との間にギヤ装置等からなる結合装置を設けて回転
子の回転速度を調節したり、風向きに対するプロペラの
対向角度を変更したりすることにより、様々な風況で安
定した発電を行う試みがなされていた。しかし、回転子
の回転速度を調節したりプロペラの対向角度を変更した
のでは、結合装置や角度調節装置等を設ける必要が生
じ、風力発電装置の構造が複雑になるという問題があ
る。
As a conventional wind power generator, a coupling device such as a gear device is provided between a propeller and a generator to adjust the rotation speed of a rotor or change the angle of the propeller facing the wind. As a result, attempts have been made to perform stable power generation in various wind conditions. However, adjusting the rotation speed of the rotor or changing the facing angle of the propeller requires the provision of a coupling device, an angle adjustment device, and the like, which causes a problem that the structure of the wind power generation device becomes complicated.

【0004】また、例えば特開昭57−208849号
公報に示されるように、発電機の固定子を構成する巻線
として、高速回転時に適当周波数の出力を発生する高速
側巻線と、低速回転時に適当周波数の出力を発生する低
速側巻線とからなる2重巻線を使用し、発電機からの出
力周波数が大きく変化しないように、回転数に応じて発
電機からの出力を高速側或いは低速側に切り換える出力
切換装置を有する風力発電装置がある。しかし、固定子
の電磁極に高速側巻線及び低速側巻線を2重に巻いたの
では、固定子ひいては発電機が大型化してしまうという
問題がある。
As shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-208849, a winding constituting a stator of a generator includes a high-speed winding for generating an output of an appropriate frequency during high-speed rotation, and a low-speed rotation. Sometimes a double winding consisting of a low-speed winding that generates an output of an appropriate frequency is used, and the output from the generator is changed to the high-speed side or the output according to the rotation speed so that the output frequency from the generator does not greatly change. There is a wind power generator having an output switching device for switching to a low speed side. However, if the high-speed side winding and the low-speed side winding are wound twice around the electromagnetic pole of the stator, there is a problem that the size of the stator and thus the generator is increased.

【0005】また、特開平9−317626号公報に示
されるように、プロペラの回転数に応じて極数を切り換
える極数切換装置を有する多極式交流発電機を備える風
力発電装置がある。しかし、上記の極数切換装置は、発
電周波数を一定にしようとするものであり、風力が微弱
な場合には、発電電圧を高くすることができず、バッテ
リーに有効に蓄電することができないという問題があ
る。
Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-317626, there is a wind power generator equipped with a multi-pole AC generator having a pole number switching device for switching the number of poles according to the rotation speed of a propeller. However, the above-mentioned pole number switching device attempts to keep the power generation frequency constant, and when the wind power is weak, the power generation voltage cannot be increased, and the battery cannot be effectively stored. There's a problem.

【0006】そこで、本発明は、風力の強弱があっても
バッテリー等の蓄電装置に簡易かつ効率的に蓄電できる
風力発電装置を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a wind power generator that can easily and efficiently store power in a power storage device such as a battery even when there is a strong or weak wind.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の風力発電装置は、プロペラの回転に伴って
回転するマグネットを有するロータと、前記マグネット
と対向して配置される複数の電磁極を有するステータと
を備えるものであって、前記複数の電磁極のそれぞれに
設けた複数の巻線コイルの結線を切り替える結線切替機
構を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a wind power generator according to the present invention comprises a rotor having a magnet that rotates with the rotation of a propeller, and a plurality of electromagnetic devices arranged to face the magnet. And a connection switching mechanism for switching connection of a plurality of winding coils provided for each of the plurality of electromagnetic poles.

【0008】上記風力発電装置では、複数の電磁極のそ
れぞれに設けた複数の巻線コイルの結線を切り替える結
線切替機構を設けているので、弱風下では、ロータの回
転速度が低速でも蓄電に必要な所定の電圧を発生するよ
うに複数の巻線コイルの結線を切り替え、強風下では、
蓄電に必要な所定の電圧で、かつ、出力電流が大きくな
るように複数の巻線コイルの結線を切り替えることで、
効率的な風力発電を実現できる。
In the above-mentioned wind power generator, a connection switching mechanism for switching the connection of a plurality of winding coils provided in each of a plurality of electromagnetic poles is provided. Switching the connection of multiple winding coils to generate a predetermined voltage, under strong wind,
By switching the connection of a plurality of winding coils at a predetermined voltage required for power storage and so that the output current becomes large,
Efficient wind power generation can be realized.

【0009】結線切替機構は、例えば風力が弱から強に
変化するときに、その変化に対応して複数の巻線コイル
をスター結線からデルタ結線に切り替え、風力が強から
弱に変化するときに、その変化に対応して複数の巻線コ
イルをデルタ結線からスター結線に切り替える。
The connection switching mechanism switches a plurality of winding coils from a star connection to a delta connection in response to, for example, when the wind power changes from weak to strong, and when the wind power changes from strong to weak. In response to the change, the plurality of winding coils are switched from delta connection to star connection.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】〔第1実施形形態〕図1は、第1
実施形態の風力発電装置の構造を説明するブロック図で
ある。この風力発電装置は、風力を受けるプロペラ22
0と、プロペラ220の回転が伝達される多極発電機2
30と、多極発電機230を構成する各巻線コイルの端
子の結線を切り替える結線切替回路240と、結線切替
回路240の出力を整流する整流回路250と、整流回
路250の出力電圧を蓄電するバッテリ260と、プロ
ペラ220の回転数を検出する回転センサ270とを備
える。なお、バッテリ260に接続されたインバータ2
80は、バッテリ260から取り出した直流を例えば1
00Vの交流に変換する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] FIG.
It is a block diagram explaining the structure of the wind power generator of an embodiment. This wind power generator includes a propeller 22 that receives wind power.
0, the multipolar generator 2 to which the rotation of the propeller 220 is transmitted
30, a connection switching circuit 240 for switching the connection of the terminals of the respective winding coils constituting the multipolar generator 230, a rectification circuit 250 for rectifying the output of the connection switching circuit 240, and a battery for storing the output voltage of the rectification circuit 250 260, and a rotation sensor 270 for detecting the number of rotations of the propeller 220. Note that the inverter 2 connected to the battery 260
The reference numeral 80 designates the direct current extracted from the battery 260 as 1
Convert to 00V AC.

【0011】図2は、多極発電機230の構造を説明す
る縦断面図である。図1のプロペラ220に接続されて
いるシャフト221は、一対の軸受222を介して本体
290側に支持されている。シャフト221には、筒状
回転体223が固定されており、この筒状回転体223
の内周面には、4極のロータ224が固定されている。
一方、本体290の外周面には、ロータ224に対向し
て3相6極のステータ225が固定されている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view for explaining the structure of the multipolar generator 230. The shaft 221 connected to the propeller 220 in FIG. 1 is supported on the main body 290 side via a pair of bearings 222. A cylindrical rotator 223 is fixed to the shaft 221.
A four-pole rotor 224 is fixed to the inner peripheral surface of the rotor.
On the other hand, a three-phase six-pole stator 225 is fixed to the outer peripheral surface of the main body 290 so as to face the rotor 224.

【0012】図3は、ロータ224及びステータ225
の配置を説明する横断面図である。ロータ224は、円
周上の4方向に均等に配置された4つの永久磁石224
a、224b、224c、224dを備える。これらの
永久磁石224a〜224dは、隣接するもの同士で極
性が入れ替わるように配置されている。ステータ225
は、外周の6方向に均等な配置で形成された6極のステ
ータコアUa、Va、Wa、Ub、Vb、Wbを備え
る。各ステータコアUa、Va、Wa、Ub、Vb、W
bには、それぞれ磁気発生用の巻線コイルUa、Va、
Wa、Ub、Vb、Wbが巻き回されてこれに保持され
ている。
FIG. 3 shows a rotor 224 and a stator 225.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the arrangement. The rotor 224 has four permanent magnets 224 evenly arranged in four directions on the circumference.
a, 224b, 224c, and 224d. These permanent magnets 224a to 224d are arranged such that the polarity is switched between adjacent magnets. Stator 225
Includes six-pole stator cores Ua, Va, Wa, Ub, Vb, and Wb formed in an equal arrangement in six directions on the outer periphery. Each stator core Ua, Va, Wa, Ub, Vb, W
b, winding coils Ua, Va,
Wa, Ub, Vb and Wb are wound and held there.

【0013】図4は、図3のステータ225と結線切替
回路240との接続を説明する図である。ステータ22
5に設けた各巻線コイルUa、Va、Wa、Ub、V
b、Wbから延びる一対の出力端子は、結線切替回路2
40に設けた入力端子TUa、TVa、TWa、TU
b、TVb、TWbにそれぞれ接続される。結線切替回
路240は、入力端子TUa、TVa、TWa、TU
b、TVb、TWb間を、回転センサ270から出力さ
れる風速状態に基づいて適当な配列で結線して3端子T
1、T2、T3に接続する。
FIG. 4 is a diagram for explaining the connection between the stator 225 and the connection switching circuit 240 in FIG. Stator 22
5, the winding coils Ua, Va, Wa, Ub, V
b, a pair of output terminals extending from Wb are connected to the connection switching circuit 2
40, input terminals TUa, TVa, TWa, TU
b, TVb, and TWb. The connection switching circuit 240 includes input terminals TUa, TVa, TWa, TU
b, TVb, and TWb are connected in an appropriate arrangement based on the wind speed state output from the rotation sensor 270, and the three terminals T
Connect to 1, T2, T3.

【0014】図5は、結線切替回路240による巻線コ
イルUa、Va、Wa、Ub、Vb、Wb間の結線を説
明する図である。図5(a)は、対向配置された巻線コ
イルを直列に結線した3相のコイル(すなわち、第1相
コイルUa、Ub、第2相コイルVa、Vb、第3相コ
イルWa、Wb)をスター接続したものである。図5
(b)は、対向配置された巻線コイルを直列に結線した
3相のコイル(すなわち、第1相コイルUa、Ub、第
2相コイルVa、Vb、第3相コイルWa、Wb)をデ
ルタ接続したものである。図5(c)は、3相のコイル
(すなわち、第1コイルUa、第2コイルVa、第3コ
イルWa)をスター接続したものと、別の3相のコイル
(すなわち、第1コイルUb、第2コイルVb、第3コ
イルWb)をスター接続したものを並列に接続したもの
である。図5(d)は、対向配置された巻線コイルを並
列に結線した3相のコイル(すなわち、第1コイルU
a、Ub、第2コイルVa、Vb、第3コイルWa、W
b)をデルタ接続したものである。
FIG. 5 is a diagram illustrating the connection between the winding coils Ua, Va, Wa, Ub, Vb, and Wb by the connection switching circuit 240. FIG. 5A shows a three-phase coil in which winding coils arranged opposite to each other are connected in series (that is, first-phase coils Ua and Ub, second-phase coils Va and Vb, and third-phase coils Wa and Wb). Are star-connected. FIG.
(B) shows a three-phase coil (that is, a first-phase coil Ua, Ub, a second-phase coil Va, Vb, and a third-phase coil Wa, Wb) in which winding coils that are opposed to each other are connected in series. Connected. FIG. 5C shows a three-phase coil (that is, the first coil Ua, the second coil Va, and the third coil Wa) connected in a star connection, and another three-phase coil (that is, the first coil Ub, The star-connected second coil Vb and the third coil Wb) are connected in parallel. FIG. 5D shows a three-phase coil (that is, the first coil U) in which the winding coils arranged facing each other are connected in parallel.
a, Ub, second coils Va, Vb, third coils Wa, W
b) is a delta connection.

【0015】結線切替回路240は、図示を省略する
が、回転センサ270から出力される回転速度信号が最
も大きい状態から、回転速度信号が最も小さい状態まで
の間を4段階に分けて各段階に対応する信号を発生する
判別部と、判別部の出力する信号に応じて結線を切り替
えるスイッチ装置とを備える。回転速度信号が最も小さ
い弱風状態を示す第1段階では、巻線コイルUa、V
a、Wa、Ub、Vb、Wbが図5(a)の直列スター
結線にスイッチされ、回転速度信号が次に大きい中弱風
状態を示す第2段階では、図5(b)の直列デルタ結線
にスイッチされ、回転速度信号が次に大きい中強風状態
を示す第3段階では、図5(c)の並列スター結線にス
イッチされ、回転速度信号が最も大きい強風状態を示す
第4段階では、図5(d)の並列デルタ結線にスイッチ
される。つまり、図5(a)の直列スター結線は、微風
・低回転状態に対応し、結線切替回路240からの出力
は高電圧小電流タイプとなる。一方、図5(b)の並列
デルタ結線は、強風・高回転状態に対応し、結線切替回
路240からの出力は低電圧高電流タイプとなる。
Although not shown, the connection switching circuit 240 is divided into four stages from a state where the rotation speed signal output from the rotation sensor 270 is the largest to a state where the rotation speed signal is the smallest. A determination unit that generates a corresponding signal; and a switch device that switches a connection according to a signal output from the determination unit. In the first stage in which the rotation speed signal indicates the weakest wind state, the winding coils Ua, V
a, Wa, Ub, Vb, and Wb are switched to the serial star connection shown in FIG. 5A, and in the second stage in which the rotation speed signal indicates the next strong low wind condition, the series delta connection shown in FIG. In the third stage, in which the rotation speed signal is switched to the parallel high star condition in FIG. 5C, and the rotation speed signal is switched to the parallel star connection in FIG. 5 (d) is switched to the parallel delta connection. In other words, the serial star connection in FIG. 5A corresponds to a light wind / low rotation state, and the output from the connection switching circuit 240 is a high-voltage small-current type. On the other hand, the parallel delta connection in FIG. 5B corresponds to a strong wind / high rotation state, and the output from the connection switching circuit 240 is a low-voltage high-current type.

【0016】回転センサ270は、プロペラ220に負
荷を与えることなくプロペラ220の回転数を検出する
ものである。例えば、プロペラ220のシャフトの周囲
にシャフトとともに回転する磁性体のリングを配置し、
このリングの周方向に周期的な開口を形成する。そし
て、このリングに対向するように配置され多極発電機2
30の本体側に固定された磁気センサで上記リングの開
口での磁気変化を検出し、この磁気変化をパルス数に変
換してプロペラ220の回転数を求めることもできる。
なお、このような磁気センサを利用したパルスカウンタ
の代わりに、タコジェネレータ等の各種回転計測装置を
使用することができることは言うまでもない。
The rotation sensor 270 detects the rotation speed of the propeller 220 without applying a load to the propeller 220. For example, a magnetic ring that rotates with the shaft of the propeller 220 is arranged around the shaft,
Periodic openings are formed in the circumferential direction of the ring. Then, the multipolar generator 2 is disposed so as to face the ring.
The magnetic change at the opening of the ring can be detected by a magnetic sensor fixed to the main body side of the ring 30, and this magnetic change can be converted into the number of pulses to determine the rotation speed of the propeller 220.
It is needless to say that various kinds of rotation measuring devices such as a tachometer can be used instead of the pulse counter using such a magnetic sensor.

【0017】以下、第1実施形態の風力発電装置の動作
について説明する。プロペラ220が風力を受けると、
プロペラ220の回転が多極発電機230に伝達され
る。多極発電機230に設けた各巻線コイルUa、V
a、Wa、Ub、Vb、Wbには、風力すなわちプロペ
ラ220の回転数に応じた交流電力が生じる。この際、
結線切替回路240は、回転センサ270が検出したプ
ロペラ220の回転数に応じて各巻線コイルUa、V
a、Wa、Ub、Vb、Wbの結線を図5に示すように
スター又はデルタ、直列又は並列に適宜切り替える。こ
の結果、微風でプロペラ220が低速で回転している場
合には、各巻線コイルUa、Va、Wa、Ub、Vb、
Wbの出力は小さくなるが、結線切替回路240の結線
が高電圧小電流タイプとなり、強風でプロペラ220が
高速で回転している場合には、各巻線コイルUa、V
a、Wa、Ub、Vb、Wbの出力は大きくなるが、結
線切替回路240の結線が低電圧大電流タイプとなり、
結線切替回路240の出力する交流電圧のピーク値はほ
ぼ一定に保たれる。多極発電機230からほぼ一定強度
を有して出力される交流電圧は、整流回路250で整流
され、蓄電に必要な固有の閾値以上の直流電圧としてバ
ッテリ260に供給される。バッテリ260は、微風で
プロペラ220が低速で回転している場合、小電流で徐
々に充電され、強風でプロペラ220が高速で回転して
いる場合には、大電流で迅速に充電される。
Hereinafter, the operation of the wind power generator according to the first embodiment will be described. When the propeller 220 receives the wind,
The rotation of propeller 220 is transmitted to multipolar generator 230. Each winding coil Ua, V provided in the multipolar generator 230
In a, Wa, Ub, Vb, and Wb, wind power, that is, AC power corresponding to the rotation speed of the propeller 220 is generated. On this occasion,
The connection switching circuit 240 controls each winding coil Ua, V according to the rotation speed of the propeller 220 detected by the rotation sensor 270.
The connections of a, Wa, Ub, Vb, and Wb are appropriately switched to star or delta, serial or parallel as shown in FIG. As a result, when the propeller 220 is rotating at a low speed due to the breeze, each of the winding coils Ua, Va, Wa, Ub, Vb,
Although the output of Wb is small, when the connection of the connection switching circuit 240 is of a high voltage and small current type and the propeller 220 is rotating at high speed due to strong wind, each winding coil Ua, V
Although the outputs of a, Wa, Ub, Vb, and Wb are large, the connection of the connection switching circuit 240 is a low-voltage large-current type,
The peak value of the AC voltage output from the connection switching circuit 240 is kept substantially constant. The AC voltage output from the multipolar generator 230 with substantially constant intensity is rectified by the rectifier circuit 250 and supplied to the battery 260 as a DC voltage equal to or higher than a specific threshold necessary for power storage. Battery 260 is gradually charged with a small current when propeller 220 is rotating at a low speed due to light wind, and is rapidly charged with a large current when propeller 220 is rotating at a high speed due to strong wind.

【0018】〔第2実施形形態〕以下、本発明の第2実
施形態について説明する。第2実施形の風力発電装置
は、第1実施形態の装置の変形例であり、同一部分には
同一の符号を付して重複説明を省略する。
[Second Embodiment] Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. The wind power generator according to the second embodiment is a modified example of the device according to the first embodiment, and the same portions are denoted by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.

【0019】図6は、第2実施形態の風力発電装置の要
部構造を説明するブロック図である。この風力発電装置
では、プロペラ220に接続されているシャフト221
を磁気軸受322で支持している。つまり、筒状回転体
223の内周面に固定されたロータ224と、本体29
0の外周面に固定されたステータ225とからなる多極
発電機230の軸受として磁気軸受322が用いられて
いる。
FIG. 6 is a block diagram illustrating the main structure of the wind turbine generator according to the second embodiment. In this wind turbine, the shaft 221 connected to the propeller 220
Are supported by a magnetic bearing 322. That is, the rotor 224 fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical rotating body 223 and the main body 29
A magnetic bearing 322 is used as a bearing of the multipolar generator 230 including the stator 225 fixed to the outer peripheral surface of the motor.

【0020】図7は、磁気軸受322をその軸心に沿っ
て切断して示す縦断面図である。ハウジング100b、
100c内において回転自在に支持されているシャフト
221には、略中央から半径方向に延在するスラスト磁
気軸受の一部を構成するフランジ部80が形成されてい
る。シャフト221の軸方向両端側の外周には、ラジア
ル磁気軸受の一部を構成するロータコア2が嵌合されて
いる。ロータコア2は、I型磁性鋼板の円周方向積層体
であり、各ロータコア2の外周に配置された保持部材3
によって締まり嵌めで締め付けられており、軸線方向両
側の固定リング4によってシャフト221に対して固定
されている。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the magnetic bearing 322 cut along its axis. Housing 100b,
A shaft portion 221 rotatably supported in the shaft 100c is provided with a flange portion 80 that forms a part of a thrust magnetic bearing extending in a radial direction from substantially the center. The rotor core 2 that forms a part of the radial magnetic bearing is fitted to the outer periphery of both ends in the axial direction of the shaft 221. The rotor core 2 is a circumferentially laminated body of I-type magnetic steel sheets, and holding members 3 arranged on the outer periphery of each rotor core 2.
And is fixed to the shaft 221 by the fixing rings 4 on both sides in the axial direction.

【0021】ロータコア2の半径方向外方において、ラ
ジアル磁気軸受の一部を構成するコ字形の電磁鋼板積層
体であるステータコア10が、ハウジング100bに対
して円周方向に等間隔で4つ配置されている。3つ以上
であれば足りるこのステータコア10は、軸線方向に延
在する基部と半径方向内方に延在するヨークとからなる
断面L字状の本体部材10cと、本体部材10cから半
径方向内方に延在する断面I字状のヨーク部材10dと
からなる。本体部材10cとヨーク部材10dとの間に
は、バイアス磁束発生用の平板状の永久磁石20が配置
されている。本体部材10cのヨーク部とヨーク部材1
0dとには、磁束調節用の励磁コイル31、32がそれ
ぞれ巻き付けられている。ステータコア10のうちロー
タコア2に対向する面は、電磁極になっている。なお、
ハウジング100b、100c内においてシャフト22
1の軸方向両端に対向して配置された半径方向変位セン
サー5は、シャフト221の半径方向位置を感知する。
Outside the rotor core 2 in the radial direction, four stator cores 10 each of which is a U-shaped electromagnetic steel sheet laminate constituting a part of the radial magnetic bearing are arranged at regular intervals in the circumferential direction with respect to the housing 100b. ing. The stator core 10 suffices if it has three or more. The main body member 10c has an L-shaped cross section and includes a base extending in the axial direction and a yoke extending inward in the radial direction. And a yoke member 10d having an I-shaped cross section. A flat permanent magnet 20 for generating a bias magnetic flux is disposed between the main body member 10c and the yoke member 10d. Yoke part of main body member 10c and yoke member 1
The excitation coils 31 and 32 for adjusting the magnetic flux are wound around 0d, respectively. The surface of the stator core 10 facing the rotor core 2 is an electromagnetic pole. In addition,
The shaft 22 in the housings 100b and 100c
The radial displacement sensors 5 disposed opposite to both ends in the axial direction sense the radial position of the shaft 221.

【0022】さらに、この磁気軸受322は、スラスト
磁気軸受の一部として、シャフト221に設けられたフ
ランジ部80の軸方向両面に対向して同心で設置される
断面コ字状の磁性材質の円環体40と、断面コ字状円環
体40の断面一部において同心で介在する円環状永久磁
石50と、断面コ字状円環体40の溝部に巻き回される
励磁コイル60と、フランジ部80の軸方向位置を感知
する軸方向変位センサー70とを備える。
Further, the magnetic bearing 322 is a part of a thrust magnetic bearing, and is a circle of a magnetic material having a U-shaped cross section which is installed concentrically opposite to both axial sides of a flange portion 80 provided on the shaft 221. An annular body 40, an annular permanent magnet 50 concentrically interposed at a part of the cross section of the U-shaped annular body 40, an exciting coil 60 wound around a groove of the U-shaped annular body 40, and a flange. An axial displacement sensor 70 for sensing the axial position of the section 80.

【0023】円環体40は、半径方向に延在する基部と
軸線方向に延在するヨークとからなる断面L字状の本体
部材40cと、本体部材40cから軸線方向に延在する
環状ヨーク部40dとからなり、一対の支持部材540
を介してハウジング100bに取付けられている。な
お、フランジ部80の外周部の一方の側面に対向して、
一方の支持部材540に軸方向変位センサー70が配置
されている。
The annular body 40 is composed of a main body member 40c having an L-shaped cross section including a base portion extending in the radial direction and a yoke extending in the axial direction, and an annular yoke portion extending in the axial direction from the main body member 40c. 40d, and a pair of support members 540
Is attached to the housing 100b via the. In addition, facing one side surface of the outer peripheral portion of the flange portion 80,
An axial displacement sensor 70 is arranged on one support member 540.

【0024】シャフト221の軸方向両端に形成された
小径部221aの半径方向外方には、通常はそれに当接
しないタッチダウン軸受100aが配置されてハウジン
グ100cに固定されている。
Touch-down bearings 100a which do not normally come into contact with the small-diameter portions 221a formed at both ends in the axial direction of the shaft 221 are arranged and fixed to the housing 100c.

【0025】上記の磁気軸受322では、図示を省略す
る制御回路が変位センサー5、70の出力に基づいて励
磁コイル31、32、60に必要な電流を供給して、シ
ャフト221を目標位置に浮上させる。このような位置
制御は、PID制御や現代制御理論によって行うことが
できる。その後、励磁コイル31、32、60に流れる
電流の値がゼロになるように制御回路の目標位置信号を
変更する。つまり、シャフト221を支持する目標位置
を永久磁石20、50による吸引力がバランスする位置
と一致させるフィードバック制御を行う。この状態で
は、ゼロ電流制御が達成されており、励磁コイル31、
32、60にはほとんど電流が流れない。つまり、励磁
コイル31、32、60に流す制御電流は、シャフト2
21の微小変動を抑える微分動作のみの微小電流となっ
ており、この磁気軸受322の消費電力は極めて小さ
い。
In the above-described magnetic bearing 322, a control circuit (not shown) supplies a necessary current to the exciting coils 31, 32, 60 based on the outputs of the displacement sensors 5, 70, so that the shaft 221 floats to a target position. Let it. Such position control can be performed by PID control or modern control theory. Thereafter, the target position signal of the control circuit is changed so that the value of the current flowing through the exciting coils 31, 32, 60 becomes zero. That is, feedback control is performed so that the target position for supporting the shaft 221 matches the position where the attraction force of the permanent magnets 20 and 50 is balanced. In this state, zero current control has been achieved, and the exciting coil 31,
Current hardly flows through 32 and 60. That is, the control current flowing through the exciting coils 31, 32, 60
21 is a very small current of only the differential operation for suppressing the minute fluctuation, and the power consumption of the magnetic bearing 322 is extremely small.

【0026】以上の第2実施形態の風力発電装置によれ
ば、プロペラ220や多極発電機230の軸受として非
接触の磁気軸受322を使用しているので、軸受部分の
保守性が良好で、風力の小さいときもエネルギーを有効
に利用することができる。
According to the above-described wind power generator of the second embodiment, since the non-contact magnetic bearing 322 is used as the bearing of the propeller 220 and the multipolar generator 230, the maintainability of the bearing portion is good. Energy can be used effectively even when the wind is small.

【0027】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、上記実施形態では多極発電機230を4極
3相としたが、風力発電装置の設置場所等の状況に応じ
て極数や相数を変更することができ、並列に配列するコ
イル数も適宜変更できる。この際、極数や相数、並列コ
イル数等の設定に応じて結線切替回路240の内部配線
等を適宜変更することになる。
Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the multi-pole generator 230 has four poles and three phases. However, the number of poles and the number of phases can be changed according to the situation such as the installation location of the wind power generator, and the number of coils arranged in parallel Can also be changed as appropriate. At this time, the internal wiring and the like of the connection switching circuit 240 are appropriately changed according to the setting of the number of poles, the number of phases, the number of parallel coils, and the like.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の風力発電装置によれば、複数の電磁極のそれぞれに設
けた複数の巻線コイルの結線を切り替える結線切替機構
を設けているので、弱風下では、ロータの回転速度が低
速でも蓄電に必要な所定の電圧を発生するように複数の
巻線コイルの結線を切り替え、強風下では、蓄電に必要
な所定の電圧で、かつ、出力電流が大きくなるように複
数の巻線コイルの結線を切り替えることで、効率的な風
力発電を実現できる。
As is apparent from the above description, according to the wind power generator of the present invention, the connection switching mechanism for switching the connection of the plurality of winding coils provided for each of the plurality of electromagnetic poles is provided. In weak wind, the connection of a plurality of winding coils is switched so as to generate a predetermined voltage required for power storage even at a low rotation speed of the rotor. By switching the connection of the plurality of winding coils so that the current increases, efficient wind power generation can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る風力発電装置の構
造を説明するブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a structure of a wind turbine generator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の風力発電装置の多極発電機の部分を説明
する部分断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating a multipolar generator of the wind power generator of FIG.

【図3】図2の多極発電機の構造を説明する断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of the multipolar generator of FIG.

【図4】図1の風力発電装置の結線切替回路を説明する
図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a connection switching circuit of the wind turbine generator of FIG. 1;

【図5】図4の結線切替回路による結線を説明する図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating connection by the connection switching circuit of FIG. 4;

【図6】第2実施形態に係る風力発電装置の構造を説明
するブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a structure of a wind turbine generator according to a second embodiment.

【図7】図6の風力発電装置の要部を説明する断面図で
ある。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a main part of the wind turbine generator of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5,70 変位センサー 10 ステータコア 20,50 永久磁石 31,32,60 励磁コイル 40 円環体 220 プロペラ 221 シャフト 222 軸受 223 筒状回転体 224 ロータ 224a〜224d 永久磁石 225 ステータ 230 多極発電機 240 結線切替回路 250 整流回路 260 バッテリ 270 回転センサ 322 磁気軸受 5,70 Displacement sensor 10 Stator core 20,50 Permanent magnet 31,32,60 Exciting coil 40 Annular body 220 Propeller 221 Shaft 222 Bearing 223 Cylindrical rotor 224 Rotor 224a to 224d Permanent magnet 225 Stator 230 Multipole generator 240 Connection Switching circuit 250 Rectifier circuit 260 Battery 270 Rotation sensor 322 Magnetic bearing

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福山 寛正 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目5番50号 日本精工株式会社内 Fターム(参考) 3H078 AA02 AA26 BB06 CC22 CC32 CC52 CC57 CC72 5H019 AA04 BB01 BB02 BB05 BB08 BB17 CC04 EE10 FF03 5H590 AA02 CA14 CC02 CC18 CC24 CC32 CC34 CD01 CD03 CE05 EA07 FC26 HA11 HA27 HB12 HB14 JA12 JA13 JA14 5H621 BB10 GA04 GB10 HH02 JK19 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiromasa Fukuyama 1-5-50 Kugenuma Shinmei, Fujisawa-shi, Kanagawa F-term in NSK Ltd. (Reference) 3H078 AA02 AA26 BB06 CC22 CC32 CC52 CC57 CC72 5H019 AA04 BB01 BB02 BB05 BB08 BB17 CC04 EE10 FF03 5H590 AA02 CA14 CC02 CC18 CC24 CC32 CC34 CD01 CD03 CE05 EA07 FC26 HA11 HA27 HB12 HB14 JA12 JA13 JA14 5H621 BB10 GA04 GB10 HH02 JK19

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プロペラの回転に伴って回転するマグネ
ットを有するロータと、前記マグネットと対向して配置
される複数の電磁極を有するステータとを備える風力発
電装置において、 前記複数の電磁極のそれぞれに設けた複数の巻線コイル
の結線を切り替える結線切換機構を備えることを特徴と
する風力発電装置。
1. A wind turbine generator comprising: a rotor having a magnet that rotates with the rotation of a propeller; and a stator having a plurality of electromagnetic poles arranged to face the magnet, wherein each of the plurality of electromagnetic poles A wind power generator, comprising: a connection switching mechanism that switches connection of a plurality of winding coils provided in the wind power generation device.
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