JP2002147334A - 風力発電装置 - Google Patents
風力発電装置Info
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- JP2002147334A JP2002147334A JP2000342132A JP2000342132A JP2002147334A JP 2002147334 A JP2002147334 A JP 2002147334A JP 2000342132 A JP2000342132 A JP 2000342132A JP 2000342132 A JP2000342132 A JP 2000342132A JP 2002147334 A JP2002147334 A JP 2002147334A
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- Japan
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- transmission
- output
- rotor
- sensor
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 風力発電装置の効率および寿命の向上。
【解決手段】 風力発電装置のロータ２と発電機６とを
変速機４を介して連結し、発電機６の出力を表わすパラ
メータを検出するセンサ10からの信号に基づいて、変速
機４の変速比を変更する制御器８を設け、この制御器８
により、発電機６の出力が低回転数で最大の出力が確保
できる一定範囲に納まるように、変速機６の出力軸の回
転数を調節する。
変速機４を介して連結し、発電機６の出力を表わすパラ
メータを検出するセンサ10からの信号に基づいて、変速
機４の変速比を変更する制御器８を設け、この制御器８
により、発電機６の出力が低回転数で最大の出力が確保
できる一定範囲に納まるように、変速機６の出力軸の回
転数を調節する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、風力によりロー
タを回して発電機を駆動する風力発電装置に関し、より
詳しくは、効率のよい発電を行うとともに、長寿命とな
るように、ロータと発電機とを連結する変速機を制御す
るようにしたものである。
タを回して発電機を駆動する風力発電装置に関し、より
詳しくは、効率のよい発電を行うとともに、長寿命とな
るように、ロータと発電機とを連結する変速機を制御す
るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】風力を利用した風力発電は、風を受けて
回転するプロペラその他のロータを使用して風の運動エ
ネルギーを動力に変換し、この動力で発電機を駆動して
電気エネルギーに変換する。このように、風力発電は自
然現象たる風に頼るものであることから、その出力は日
により、また時間によっても激しく変動する。風速が変
化すると、ロータの回転数も変化し、それに伴って発電
機の回転数も変化するため、発電電力が変動する。
回転するプロペラその他のロータを使用して風の運動エ
ネルギーを動力に変換し、この動力で発電機を駆動して
電気エネルギーに変換する。このように、風力発電は自
然現象たる風に頼るものであることから、その出力は日
により、また時間によっても激しく変動する。風速が変
化すると、ロータの回転数も変化し、それに伴って発電
機の回転数も変化するため、発電電力が変動する。
【０００３】従来、ロータと発電機との間に変速機を設
置して、変速機の入力軸をロータと連結し、変速機の出
力軸を発電機の回転軸と連結し、この変速機の変速比を
調節することによって、ロータの回転数変化に拘らず出
力軸の回転数を一定範囲内に保つようにしたり（特開平
２−１５７４８３号公報）、ロータブレードのピッチを
可変とし、風速に応じてロータブレードのピッチを制御
することによって発電機を常に一定の速度範囲で回転さ
せる技術が提案されている（特開昭６２−１２９５７８
号公報）。
置して、変速機の入力軸をロータと連結し、変速機の出
力軸を発電機の回転軸と連結し、この変速機の変速比を
調節することによって、ロータの回転数変化に拘らず出
力軸の回転数を一定範囲内に保つようにしたり（特開平
２−１５７４８３号公報）、ロータブレードのピッチを
可変とし、風速に応じてロータブレードのピッチを制御
することによって発電機を常に一定の速度範囲で回転さ
せる技術が提案されている（特開昭６２−１２９５７８
号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、効
率がよく、しかも長寿命の風力発電装置を提供すること
にある。
率がよく、しかも長寿命の風力発電装置を提供すること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に記
載された風力発電装置は、風を受けて回転するロータ２
と、前記ロータ２を入力軸に結合した変速機４と、前記
変速機４の出力軸に結合された発電機６と、前記発電機
６の発電能力を検出するセンサ１０と、前記センサ１０
からの信号に基づいて前記変速機６の変速比を変化させ
る制御器８とからなり、前記制御器８は前記発電機６の
発電能力が最大になる最も低い回転数近傍に保つように
制御することを特徴とするものである。
載された風力発電装置は、風を受けて回転するロータ２
と、前記ロータ２を入力軸に結合した変速機４と、前記
変速機４の出力軸に結合された発電機６と、前記発電機
６の発電能力を検出するセンサ１０と、前記センサ１０
からの信号に基づいて前記変速機６の変速比を変化させ
る制御器８とからなり、前記制御器８は前記発電機６の
発電能力が最大になる最も低い回転数近傍に保つように
制御することを特徴とするものである。
【０００６】この発明の請求項２に記載された風力発電
装置は、風を受けて回転するロータ２と、前記ロータ２
を入力軸に結合した変速機４と、前記変速機４の出力軸
に結合された発電機６と、前記発電機６の出力を表わす
パラメータを検出するセンサ１０と、前記センサ１０か
らの信号に基づいて前記変速機４の変速比を変化させる
制御器８とからなり、前記制御器８は、前記発電機６の
出力が定格出力を上限とする一定範囲で最も低い回転数
近傍に前記変速機４の出力軸の回転数を調節することを
特徴とするものである。
装置は、風を受けて回転するロータ２と、前記ロータ２
を入力軸に結合した変速機４と、前記変速機４の出力軸
に結合された発電機６と、前記発電機６の出力を表わす
パラメータを検出するセンサ１０と、前記センサ１０か
らの信号に基づいて前記変速機４の変速比を変化させる
制御器８とからなり、前記制御器８は、前記発電機６の
出力が定格出力を上限とする一定範囲で最も低い回転数
近傍に前記変速機４の出力軸の回転数を調節することを
特徴とするものである。
【０００７】発電機６の出力が定格出力を上限とする一
定範囲内になるように変速機４の変速比を制御すること
により、発電機６に最大能力を発揮させつつ、発電機６
の回転数を必要以上に高くすることが避けられるので寿
命向上を図られる。指定された条件の下における発電機
の使用限度を定格といい、通常は出力で表わし、これを
定格出力という。発電機６の定格出力は、言い換えれば
当該発電機の最大発電能力を意味する。発電機の出力を
表わすパラメータには回転数、電流、電圧、電力等が含
まれる。したがって、上記センサ１０としては、検出対
象に応じた適切なセンサを選択して用いることができ
る。
定範囲内になるように変速機４の変速比を制御すること
により、発電機６に最大能力を発揮させつつ、発電機６
の回転数を必要以上に高くすることが避けられるので寿
命向上を図られる。指定された条件の下における発電機
の使用限度を定格といい、通常は出力で表わし、これを
定格出力という。発電機６の定格出力は、言い換えれば
当該発電機の最大発電能力を意味する。発電機の出力を
表わすパラメータには回転数、電流、電圧、電力等が含
まれる。したがって、上記センサ１０としては、検出対
象に応じた適切なセンサを選択して用いることができ
る。
【０００８】変速機４としては、知られている種々のタ
イプのものを採用することができる。例示するならば、
ベルト・プーリ式、遊星歯車式、トラクションドライブ
式を挙げることができる。また、必ずしも無段変速機に
限る必要はなく、有段の変速機であってもよい。
イプのものを採用することができる。例示するならば、
ベルト・プーリ式、遊星歯車式、トラクションドライブ
式を挙げることができる。また、必ずしも無段変速機に
限る必要はなく、有段の変速機であってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に従ってこの発明の実
施の形態を説明する。
施の形態を説明する。
【００１０】図１に示すように、風力発電装置は、ロー
タ２と、変速機４と、発電機６とを有している。ここで
はロータ２はプロペラ型で、ハウジング１に回転自在に
支持された回転軸に支持されている。このロータ２の回
転軸は変速機４の入力軸と連結されている。変速機４の
出力軸は発電機６の回転軸と連結されている。なお、ロ
ータ２の回転軸と変速機４の入力軸、および、変速機４
の出力軸と発電機６の回転軸とは、同一または直結した
ように図示してあるが、いずれも、適当なカップリング
または動力伝達機構を介して連結することもできる。
タ２と、変速機４と、発電機６とを有している。ここで
はロータ２はプロペラ型で、ハウジング１に回転自在に
支持された回転軸に支持されている。このロータ２の回
転軸は変速機４の入力軸と連結されている。変速機４の
出力軸は発電機６の回転軸と連結されている。なお、ロ
ータ２の回転軸と変速機４の入力軸、および、変速機４
の出力軸と発電機６の回転軸とは、同一または直結した
ように図示してあるが、いずれも、適当なカップリング
または動力伝達機構を介して連結することもできる。
【００１１】図１（Ｂ）において、符号８は制御器を示
す。発電機６の発電出力を表わすパラメータを検出する
ためのセンサ１０を設ける。たとえば、変速機４の出力
軸または発電機６の回転軸の回転速度を検出する速度セ
ンサ、あるいは、発電機６の発電出力を検出するための
電流計、電圧計、電力計等である。センサ10からの信号
は制御器８に送られる。この入力信号に基づいて、制御
器８は、変速機６の変速制御機構に制御信号を送り、変
速機４の変速比を変化させる。
す。発電機６の発電出力を表わすパラメータを検出する
ためのセンサ１０を設ける。たとえば、変速機４の出力
軸または発電機６の回転軸の回転速度を検出する速度セ
ンサ、あるいは、発電機６の発電出力を検出するための
電流計、電圧計、電力計等である。センサ10からの信号
は制御器８に送られる。この入力信号に基づいて、制御
器８は、変速機６の変速制御機構に制御信号を送り、変
速機４の変速比を変化させる。
【００１２】図２は、横軸に風速（ｍ／ｓ）をとり、縦
軸に発電出力（Ｗ）をとった発電機６の発電特性線図で
ある。通常、同図における最大出力を定格出力とする。
そして、制御器８は、発電機６の出力が定格出力の上限
であり、できる限り低い回転数で最大の出力を確保する
一定範囲（図２の斜線部）内になるように、変速機４の
変速比を制御する。定格出力を上限とするのは、一つに
は過負荷運転を防止するためであり、もう一つは、でき
る限り低い回転数で最大の出力を確保することによっ
て、発電機６をはじめとする機器の寿命向上を図るため
である。制御器８は、過負荷運転を防止するという意味
では一種のロードリミッタの役割を果たすことになる。
軸に発電出力（Ｗ）をとった発電機６の発電特性線図で
ある。通常、同図における最大出力を定格出力とする。
そして、制御器８は、発電機６の出力が定格出力の上限
であり、できる限り低い回転数で最大の出力を確保する
一定範囲（図２の斜線部）内になるように、変速機４の
変速比を制御する。定格出力を上限とするのは、一つに
は過負荷運転を防止するためであり、もう一つは、でき
る限り低い回転数で最大の出力を確保することによっ
て、発電機６をはじめとする機器の寿命向上を図るため
である。制御器８は、過負荷運転を防止するという意味
では一種のロードリミッタの役割を果たすことになる。
【００１３】上述のように構成される風力発電装置の場
合、風速の変化により、ロータ２の回転数が変化した場
合、制御器８が変速機６の変速制御機構に信号を送り、
変速機６の変速比を変化させるため、発電機６の回転数
は常に、定格回転数を上限とする一定範囲内となり、発
電出力が大きく変動することがない。たとえば、風速が
低く、ロータ２の回転数が低い場合には、変速機４の増
速比を大きくする。逆に、風速が高く、ロータ２の回転
数が高い場合には、変速機４の増速比を小さくする。い
ずれの場合も、制御器８は、発電機６の回転数が定格回
転数を上限とする一定範囲内になるように、変速機４の
変速比を制御する。
合、風速の変化により、ロータ２の回転数が変化した場
合、制御器８が変速機６の変速制御機構に信号を送り、
変速機６の変速比を変化させるため、発電機６の回転数
は常に、定格回転数を上限とする一定範囲内となり、発
電出力が大きく変動することがない。たとえば、風速が
低く、ロータ２の回転数が低い場合には、変速機４の増
速比を大きくする。逆に、風速が高く、ロータ２の回転
数が高い場合には、変速機４の増速比を小さくする。い
ずれの場合も、制御器８は、発電機６の回転数が定格回
転数を上限とする一定範囲内になるように、変速機４の
変速比を制御する。
【００１４】図３〜図５に変速機４を例示する。図３は
遊星ローラ型トラクションドライブ式の変速機を示す。
図示するように、サンローラ３６と同軸上に外輪３８が
配置され、これらの空間にサンローラ３６と外輪３８に
接する遊星ローラ４０が配置されており、遊星キャリア
４２がプロペラ（図示省略）に連結されている。外輪３
８の外周に外歯４４が形成され、モータ４８に連結され
た差動ピニオン４６がこれに噛み合っている。そして、
センサ（図示省略）の出力に応じてモータ４８を駆動し
て変速比を制御する。
遊星ローラ型トラクションドライブ式の変速機を示す。
図示するように、サンローラ３６と同軸上に外輪３８が
配置され、これらの空間にサンローラ３６と外輪３８に
接する遊星ローラ４０が配置されており、遊星キャリア
４２がプロペラ（図示省略）に連結されている。外輪３
８の外周に外歯４４が形成され、モータ４８に連結され
た差動ピニオン４６がこれに噛み合っている。そして、
センサ（図示省略）の出力に応じてモータ４８を駆動し
て変速比を制御する。
【００１５】図４はトロイダル型トラクションドライブ
式の無段変速機を例示する。すなわち、入力ディスク５
０と出力ディスク５２とに密接するローラ５４の傾斜角
度を変えることで、入力ディスク５０と出力ディスク５
２との間の変速比を変えるものである。図４（Ａ）はハ
ーフトロイダル型、図４（Ｂ）はフルトロイダル型であ
る。
式の無段変速機を例示する。すなわち、入力ディスク５
０と出力ディスク５２とに密接するローラ５４の傾斜角
度を変えることで、入力ディスク５０と出力ディスク５
２との間の変速比を変えるものである。図４（Ａ）はハ
ーフトロイダル型、図４（Ｂ）はフルトロイダル型であ
る。
【００１６】図５はコーン型のトラクションドライブ式
無段変速機を例示する。入力軸２１と出力軸２２が同軸
状に配置され、入力軸２１は軸受２３とホルダー２４を
介してケーシング２５で回動自在に支持され、出力軸２
２は軸受２６を介してケーシング２５で支持されてい
る。ケーシング２５内で出力軸２２の周囲に配置した複
数のダブルコーン２７が、出力軸２２の軸方向に移動自
在となるよう配置したキャリア２８の支持軸２９に自転
可能となるよう支持されている。入力軸２１の先端にダ
ブルコーン２７の一方円錐面２７ａに接触する環状部材
３０が設けられ、出力軸２２の端部にはダブルコーン２
７の他方円錐面２７ｂに接触するコーン３１が設けられ
ている。ダブルコーン２７の両円錐面２７ａ，２７ｂと
環状部材３０およびコーン３１は、ダブルコーン２７の
摩擦接触面に作用する環状部材３０とコーン３１の圧接
力の反力として生じる入力軸２１および出力軸２２の軸
力が互いに引張る方向に作用するような関係の構造にな
っている。したがって、入力軸２１の回転が環状部材３
０を介してダブルコーン２７に伝わり、ダブルコーン２
７の回転がコーン３１を介して出力軸２２に取り出され
る。そして、キャリア２８と連動した移動手段３２でダ
ブルコーン２７を出力軸２７の軸方向に移動させること
により、出力軸２２の回転を変速させることができる。
無段変速機を例示する。入力軸２１と出力軸２２が同軸
状に配置され、入力軸２１は軸受２３とホルダー２４を
介してケーシング２５で回動自在に支持され、出力軸２
２は軸受２６を介してケーシング２５で支持されてい
る。ケーシング２５内で出力軸２２の周囲に配置した複
数のダブルコーン２７が、出力軸２２の軸方向に移動自
在となるよう配置したキャリア２８の支持軸２９に自転
可能となるよう支持されている。入力軸２１の先端にダ
ブルコーン２７の一方円錐面２７ａに接触する環状部材
３０が設けられ、出力軸２２の端部にはダブルコーン２
７の他方円錐面２７ｂに接触するコーン３１が設けられ
ている。ダブルコーン２７の両円錐面２７ａ，２７ｂと
環状部材３０およびコーン３１は、ダブルコーン２７の
摩擦接触面に作用する環状部材３０とコーン３１の圧接
力の反力として生じる入力軸２１および出力軸２２の軸
力が互いに引張る方向に作用するような関係の構造にな
っている。したがって、入力軸２１の回転が環状部材３
０を介してダブルコーン２７に伝わり、ダブルコーン２
７の回転がコーン３１を介して出力軸２２に取り出され
る。そして、キャリア２８と連動した移動手段３２でダ
ブルコーン２７を出力軸２７の軸方向に移動させること
により、出力軸２２の回転を変速させることができる。
【００１７】
【発明の効果】この発明の風力発電装置は、ロータ２と
発電機６とを変速機４を介して連結し、発電機６の出力
を表わすパラメータを検出するセンサ１０からの信号に
基づいて、変速機４の変速比を変更する制御器８を設
け、この制御器８により、発電機６の出力が定格出力を
上限とする一定範囲内で最も低い回転数近傍に変速機６
の出力軸の回転数を調節するようにしたことにより、常
に定格出力近傍の出力が得られるため効率がよく、しか
も、発電機の回転数が当該出力を得るために必要な最低
領域の回転数に抑えられるため寿命が向上する。
発電機６とを変速機４を介して連結し、発電機６の出力
を表わすパラメータを検出するセンサ１０からの信号に
基づいて、変速機４の変速比を変更する制御器８を設
け、この制御器８により、発電機６の出力が定格出力を
上限とする一定範囲内で最も低い回転数近傍に変速機６
の出力軸の回転数を調節するようにしたことにより、常
に定格出力近傍の出力が得られるため効率がよく、しか
も、発電機の回転数が当該出力を得るために必要な最低
領域の回転数に抑えられるため寿命が向上する。
【図１】（Ａ）は風力発電装置の概略立面図、（Ｂ）は
風力発電装置のブロック図である。
風力発電装置のブロック図である。
【図２】風力発電装置の出力特性線図である。
【図３】遊星ローラ型トラクションドライブ式変速機の
斜視図である。
斜視図である。
【図４】トロイダル型トラクションドライブ式変速機の
断面図である。
断面図である。
【図５】コーン型トラクションドライブ式変速機の断面
図である。
図である。
２ ロータ ４ 変速機 ６ 発電機 ８ 制御器 １０ センサ ２１ 入力軸 ２２ 出力軸 ２３ 軸受 ２４ ホルダー ２５ ケーシング ２６ 軸受 ２７ ダブルコーン ２７ａ 円錐面 ２７ｂ 円錐面 ２８ キャリア ２９ 支持軸 ３０ 環状部材 ３１ コーン ３２ 移動手段 ３６ サンローラ ３８ 外輪 ４０ 遊星ローラ ４２ 遊星キャリア ４４ 外歯 ４６ 差動ピニオン ４８ モータ ５０ 入力ディスク ５２ 出力ディスク ５４ ローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷垣 豊 大阪府大阪市西区京町堀１丁目３番17号 エヌティエヌ株式会社内 (72)発明者 高木 万寿夫 大阪府大阪市西区京町堀１丁目３番17号 エヌティエヌ株式会社内 Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB08 BB11 BB12 CC02 CC13 CC22 CC54 CC64 5H590 AA30 CA14 CB01 CB03 CB10 HA02 HA04 HA06 HA27 HB04 JA08
Claims (4)
- 【請求項１】 風を受けて回転するロータと、前記ロー
タを入力軸に結合した変速機と、前記変速機の出力軸に
結合された発電機と、前記発電機の発電能力を検出する
センサと、前記センサからの信号に基づいて前記変速機
の変速比を変化させる制御器とからなり、前記制御器は
前記発電機の発電能力が最大になる最も低い回転数近傍
に保つように制御することを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項２】 風を受けて回転するロータと、前記ロー
タを入力軸に結合した変速機と、前記変速機の出力軸に
結合された発電機と、前記発電機の出力を検出するセン
サと、前記センサからの信号に基づいて前記変速機の変
速比を変化させる制御器とからなり、前記制御器は、前
記発電機の検出出力が定格出力を上限とする一定範囲で
最も低い回転数近傍に、前記変速機の出力軸の回転数を
調節することを特徴とする風力発電装置。 - 【請求項３】 前記センサが回転センサであることを特
徴とする請求項１または２に記載に風力発電装置。 - 【請求項４】 前記変速機が遊星ローラ型トラクション
ドライブ式変速機であることを特徴とする請求項１また
は２に記載の風力発電装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000342132A JP2002147334A (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 風力発電装置 |
| US09/985,636 US6608397B2 (en) | 2000-11-09 | 2001-11-05 | Wind driven electrical power generating apparatus |
| US10/442,963 US6720670B2 (en) | 2000-11-09 | 2003-05-22 | Wind driven electrical power generating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000342132A JP2002147334A (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 風力発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002147334A true JP2002147334A (ja) | 2002-05-22 |
Family
ID=18816748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000342132A Withdrawn JP2002147334A (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 風力発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002147334A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020045601A (ko) * | 2002-05-31 | 2002-06-19 | 이영준 | 풍력 발전기 |
| US8169096B2 (en) | 2008-02-15 | 2012-05-01 | Seiko Epson Corporation | Power generator and motor device |
| WO2011112448A3 (en) * | 2010-03-08 | 2012-06-14 | Morgan Frederick E | Flywheel system with a variable speed drive |
| KR101430403B1 (ko) * | 2012-12-18 | 2014-08-14 | 한국생산기술연구원 | 이상발생부위의 판별이 가능한 연속가변식 변속기 |
| JP2015116075A (ja) * | 2013-12-13 | 2015-06-22 | 中国電力株式会社 | 自然エネルギー利用型の発電装置 |
| CN112664396A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-16 | 诸暨和创磁电科技有限公司 | 基于双转盘实现功率稳定输出的风力发电机 |
| CN113949212A (zh) * | 2021-06-10 | 2022-01-18 | 国家电投集团科学技术研究院有限公司 | 风力发电系统和风力发电系统的控制方法 |
-
2000
- 2000-11-09 JP JP2000342132A patent/JP2002147334A/ja not_active Withdrawn
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