JP2003129936A - Wind power generator - Google Patents

Wind power generator

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JP2003129936A
JP2003129936A JP2001329841A JP2001329841A JP2003129936A JP 2003129936 A JP2003129936 A JP 2003129936A JP 2001329841 A JP2001329841 A JP 2001329841A JP 2001329841 A JP2001329841 A JP 2001329841A JP 2003129936 A JP2003129936 A JP 2003129936A
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JP
Japan
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outer peripheral
inner peripheral
wind
generator
peripheral ring
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2001329841A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Etsunori Ueda
悦紀 上田
Takuji Fujikawa
卓爾 藤川
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

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  • Wind Motors (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind power generator capable of converting wind power into electric power more efficiently than a conventional wind power generator. SOLUTION: This wind power generator is provided with an outer peripheral wheel 4 having a cylindrical shape, an inner peripheral wheel 2 guided to an inner side of the outer peripheral wheel 4 and rotatable centered on a rotary shaft 8, an inner peripheral vane 3 fixed to the inner peripheral wheel 2 to rotate the inner peripheral wheel 2 by wind, and a synchronous generator 11 generating electric power by relative movement of the inner peripheral wheel 2 for the outer peripheral wheel 4. In this wind power generator 1 constituted in this way, a diameter of the synchronous generator 11 is large, relative velocity with rotary magnetic field and an armature is high, and the realization of large capacity and multipole of the generator is easy. As a result, the synchronous generator 11 can generate AC electric power having sufficient frequency and voltage, even if rotation speed of the inner peripheral wheel 2 is small.

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】本発明は、風力発電装置に関
し、特に、同期発電機を用いて発電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, and more particularly to a wind turbine generator that uses a synchronous generator to generate electric power.

【0002】[0002]

【従来の技術】風車は、自然エネルギーから回転動力を
生成するために古くから利用され、近年、風力を電力に
変換する風力発電装置が広く利用されている。その風力
発電装置は、風力を回転に変換する風車と、回転を電力
に変換する発電機とを備えている。その風力発電装置の
発電機には、一般的に誘導発電機が適用されている。誘
導発電機が適用されている風力発電装置は、風車の回転
数が一定であり、要求される交流電力の周波数に適合し
た回転運動に変換して発電機に伝達するギアを備えてい
る。
2. Description of the Related Art Wind turbines have been used for a long time to generate rotational power from natural energy, and in recent years, wind power generators that convert wind power into electric power have been widely used. The wind turbine generator includes a wind turbine that converts wind power into rotation, and a generator that converts rotation into electric power. An induction generator is generally applied to the generator of the wind turbine generator. A wind turbine generator to which an induction generator is applied has a gear that has a constant number of rotations of a wind turbine and that converts it into a rotational movement suitable for a required frequency of AC power and transmits the rotational movement to the generator.

【0003】誘導発電機は、同期発電機と比較して、構
造が簡単であり、コストが安い。しかし、そのギアは騒
音を発生してうるさい。またしばしば故障の原因とな
る。誘導発電機は、励磁用の電力を取得するため送電系
統と繋いで用いる必要があり、単独では運転できない。
さらに、誘導発電機は、風速の変動によりトルクが変動
して出力が変動する。誘導発電機は、送電系統に電力を
投入する時に突入電流やそれに伴う電圧降下などの外乱
を与えるので系統側からみて適当な電源とはいえない。
風速の変動に追随することができる同期発電機が適用さ
れる風力発電装置が望まれている。
Induction generators have a simpler structure and are less expensive than synchronous generators. However, the gear is noisy and noisy. It also often causes breakdowns. The induction generator needs to be connected to the power transmission system to obtain electric power for excitation, and cannot be operated alone.
Further, in the induction generator, the torque fluctuates due to the fluctuation of the wind speed, and the output fluctuates. An induction generator is not an appropriate power source when viewed from the system side, since it causes disturbance such as inrush current and accompanying voltage drop when power is applied to the transmission system.
A wind turbine generator to which a synchronous generator capable of following fluctuations in wind speed is applied is desired.

【0004】図7は、公知の同期発電機が適用された風
力発電装置を示している。その風力発電装置101は、
風車102、同期発電機103、タワー104およびナ
セル105を備えている。風車102は、翼106と風
車ロータ107とを備えている。タワー104は、地表
に固定されて建造されている。ナセル105は、鉛直方
向を回転軸に回転可能にタワー104に支持されてい
る。風車102は、翼106と風車ロータ107とを備
えている。風車ロータ107は、軸受け108を介して
回転軸109を中心にして回転可能にナセル105に支
持されている。ナセル105は、回転軸105が風向と
平行になるようにタワー107に対して回転する。
FIG. 7 shows a wind turbine generator to which a known synchronous generator is applied. The wind power generator 101 is
The wind turbine 102, the synchronous generator 103, the tower 104, and the nacelle 105 are provided. The wind turbine 102 includes blades 106 and a wind turbine rotor 107. The tower 104 is fixedly constructed on the surface of the earth. The nacelle 105 is supported by the tower 104 so as to be rotatable about a vertical axis of rotation. The wind turbine 102 includes blades 106 and a wind turbine rotor 107. The wind turbine rotor 107 is rotatably supported by the nacelle 105 around a rotating shaft 109 via a bearing 108. The nacelle 105 rotates with respect to the tower 107 so that the rotating shaft 105 is parallel to the wind direction.

【0005】同期発電機103は、ナセル105の内部
に配置されている。同期発電機103は、回転子11
0、固定子111および発電機ロータ112を備えてい
る。発電機ロータ112は、風車102の風車ロータ1
07と一体であり、回転子110と同体に結合されてい
る。固定子111は、永久磁石から形成されている。固
定子111は、ナセル105に対して固定され回転子1
10が回転する外側に配置されている。
The synchronous generator 103 is arranged inside the nacelle 105. The synchronous generator 103 includes a rotor 11
0, a stator 111, and a generator rotor 112. The generator rotor 112 is the windmill rotor 1 of the windmill 102.
07, and is integrally connected to the rotor 110. The stator 111 is formed of a permanent magnet. The stator 111 is fixed to the nacelle 105 and the rotor 1
10 is arranged on the outer side of rotation.

【0006】この風力発電装置101が風を受けると、
風車102はその風力に応じた回転数で回転し、同期発
電機102は、任意の周波数および電圧の交流電力を生
成する。その交流電力は、一旦直流にされてからインバ
ータを用いて要求される周波数・電圧の交流電力に変換
され、高品質で系統に送電される。このような風力発電
装置101は、突風が吹いたときに、回転数が増加する
ことにより風力を受け流すことができ、強度が大きい。
このような風力発電装置101は、さらに低風のときの
性能が良い。弱い風力をより効率よく電力に変換する風
力発電装置が望まれている。
When the wind turbine generator 101 receives wind,
The wind turbine 102 rotates at a rotation speed according to the wind power, and the synchronous generator 102 generates AC power having an arbitrary frequency and voltage. The AC power is once converted to DC, then converted into AC power having a required frequency and voltage using an inverter, and is transmitted to the grid with high quality. When the wind gust blows, such a wind turbine generator 101 can receive wind power by increasing the rotation speed, and has high strength.
Such a wind turbine generator 101 has better performance in low wind. A wind power generator that converts weak wind power into electric power more efficiently is desired.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、風力
をより効率よく電力に変換する風力発電装置を提供する
ことにある。本発明の他の課題は、同期発電機を小型化
する風力発電装置を提供することにある。本発明のさら
に他の課題は、より弱い風で発電する風力発電装置を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wind power generator that converts wind power into electric power more efficiently. Another object of the present invention is to provide a wind turbine generator that reduces the size of the synchronous generator. Still another object of the present invention is to provide a wind turbine generator that generates power with a weaker wind.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特
許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載と
の対応関係を明らかにするために付加されたものであ
り、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的
範囲の解釈に用いてはならない。
[Means for Solving the Problems] Means for solving the problems will be described below by using the numbers and symbols used in the embodiments of the present invention. These numbers and signs are added to clarify the correspondence between the description in [Claims] and the description in [Embodiments of the invention], and are described in [Claims]. It should not be used to interpret the technical scope of the claimed invention.

【0009】本発明による風力発電装置(1、21、4
1)は、円筒形である外周輪(4、24、44)と、外
周輪(4、24、44)の内側に案内されて回転軸
(8、28、52)を中心に回転可能である内周輪
(2、22、42)と、内周輪(2、22、42)の内
側に配置され風により内周輪(2、22、42)を回転
させる内周翼(3、23、43)と、外周輪(4、2
4、44)に対する内周輪(2、22、42)の相対的
な運動によって発電する同期発電機(11、31、5
4)とを具備している。このような風力発電装置(1、
21、41)は、同期発電機(11、31、54)の径
が大きく、回転界磁と電機子との相対速度が大きく、発
電機の大容量化と多極化が容易である。この結果、同期
発電機(11、31、54)は、内周輪(2、22、4
2)の回転速度が遅いときでも、周波数・電圧が十分で
ある交流電力を生成することができる。
The wind power generator (1, 21, 4 according to the present invention
1) is a cylindrical outer peripheral ring (4, 24, 44) and is guided inside the outer peripheral ring (4, 24, 44) and rotatable about a rotation shaft (8, 28, 52). An inner peripheral wheel (2, 22, 42) and an inner peripheral blade (3, 23, which is arranged inside the inner peripheral wheel (2, 22, 42) and rotates the inner peripheral wheel (2, 22, 42) by wind. 43) and outer rings (4, 2)
Synchronous generators (11, 31, 5) that generate electricity by relative movement of the inner peripheral wheels (2, 22, 42) with respect to 4, 44)
4) and are provided. Such a wind turbine generator (1,
21 and 41), the diameter of the synchronous generator (11, 31, 54) is large, the relative speed between the rotating field and the armature is large, and it is easy to increase the capacity and increase the number of poles of the generator. As a result, the synchronous generators (11, 31, 54) are
Even when the rotation speed of 2) is slow, it is possible to generate AC power with sufficient frequency and voltage.

【0010】本発明による風力発電装置(21)は、更
に、外周輪(24)を支持するタワー(26)を具備し
ていることが好ましい。外周輪(24)が固定されてい
ることにより、互いに運動している物体を連続的に電気
的に接触させるスリップリング(14、57)が不要で
ある。
The wind turbine generator (21) according to the present invention preferably further comprises a tower (26) supporting the outer ring (24). The fixed outer ring (24) eliminates the need for slip rings (14, 57) to continuously make electrical contact between moving objects.

【0011】本発明による風力発電装置(1)は、更
に、回転軸(8)を中心にして回転可能に外周輪(4)
を支持するタワー(6)と、外周輪(4)の外側に配置
され風により外周輪(4)を回転させる外周翼(5)と
を具備していることが好ましい。外周翼(5)のさらに
外側を回転可能に支持する場合より、軽量化を図ること
ができる。
The wind turbine generator (1) according to the present invention is further rotatably mounted on the outer peripheral ring (4) about the rotary shaft (8).
It is preferable to include a tower (6) for supporting the outer peripheral ring (4) and a peripheral blade (5) arranged outside the peripheral ring (4) to rotate the peripheral ring (4) by wind. The weight can be reduced as compared with the case where the outer peripheral blade (5) is rotatably supported on the outer side.

【0012】本発明による風力発電装置(41)は、更
に、円筒形である外側外周輪(47)と、外側外周輪
(47)を固定して支持するタワー(48)と、外側外
周輪(47)の内側に案内されて回転軸(52)を中心
に回転可能である外側内周輪(46)と、外側内周輪
(46)と外周輪(44)との間に介設され風により回
転軸(52)を中心に回転させる外周翼(45)とを具
備していることが強度の点で好ましい。
The wind turbine generator (41) according to the present invention further comprises a cylindrical outer peripheral ring (47), a tower (48) for fixing and supporting the outer peripheral ring (47), and an outer peripheral ring (47). 47), which is guided inside and is rotatable about the rotation shaft (52), and an air flow which is provided between the outer inner peripheral ring (46) and the outer peripheral ring (44). Therefore, it is preferable from the viewpoint of strength that the outer peripheral blade (45) that rotates about the rotating shaft (52) is provided.

【0013】タワー(6、48)に対する外周輪(4、
44)の回転方向は、タワー(6、48)に対する内周
輪(2、42)の回転方向の反対方向である。同期発電
機(11、54)は、電機子(12、56)と回転界磁
(13、55)との相対運動を電力に変換する。同期発
電機(11、54)は、電機子(12、56)と回転界
磁(13、55)とを互いに反対方向に回転させること
により、同期発電機(11、54)の半径を大きくする
ことなく、電機子(12、56)と回転界磁(13、5
5)との相対速度を上昇させることができ、同期発電機
(11、56)の小型化を図ることができる。
Outer rings (4, 4) for the tower (6, 48)
The rotation direction of 44) is opposite to the rotation direction of the inner peripheral ring (2, 42) with respect to the tower (6, 48). The synchronous generator (11, 54) converts the relative motion of the armature (12, 56) and the rotating field (13, 55) into electric power. The synchronous generator (11, 54) increases the radius of the synchronous generator (11, 54) by rotating the armature (12, 56) and the rotating field (13, 55) in opposite directions. Without the armature (12, 56) and the rotating field (13, 5)
The relative speed with respect to 5) can be increased, and the size of the synchronous generator (11, 56) can be reduced.

【0014】タワー(6、48)に対する外周輪(4、
44)の回転の角速度は、タワー(6、48)に対する
内周輪(2、42)の回転の角速度より遅い。内周翼
(3、43)または外周翼(5、45)に作用する揚力
は、風との相対速度の2乗に比例する。このような風力
発電装置(1、41)は、内周翼(3、43)と外周翼
(5、45)との風の相対速度のバラツキが小さく、1
組の回転翼による風車よりも単位面積当たりの風力をト
ルクに変換する効率が大きい。
Outer rings (4, 4) for the tower (6, 48)
The angular velocity of rotation of 44) is slower than the angular velocity of rotation of the inner ring (2, 42) with respect to the tower (6, 48). The lift force acting on the inner blades (3, 43) or the outer blades (5, 45) is proportional to the square of the relative velocity with the wind. In such a wind turbine generator (1, 41), there is little variation in the relative speed of the wind between the inner peripheral blades (3, 43) and the outer peripheral blades (5, 45).
The efficiency of converting wind force per unit area into torque is higher than that of a wind turbine with a pair of rotor blades.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明による風
力発電装置の実施の形態を説明する。その風力発電装置
1は、図1に示されているように、内周輪2が内周翼3
とともに設けられている。内周輪2は、円筒形を形成
し、その円筒の内部に内周翼3が同体に結合されてい
る。内周翼3は、風力を内周輪2の回転運動に変換す
る。内周輪2の外側には、外周輪4が設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the wind turbine generator 1, as shown in FIG.
It is provided with. The inner peripheral ring 2 forms a cylindrical shape, and the inner peripheral blade 3 is integrally connected to the inside of the cylinder. The inner peripheral blade 3 converts wind force into rotational movement of the inner peripheral wheel 2. An outer peripheral ring 4 is provided outside the inner peripheral ring 2.

【0016】外周輪4は、円筒形を形成し、その円筒の
内部には内周輪2を滑り運動可能に支持されている。外
周輪4の外側には、外周翼5が設けられている。外周翼
5は、風力を外周輪4の回転運動に変換する。外周輪4
が風を受けて回転する方向は、内周輪2の回転方向の反
対方向である。外周輪4は、地表に固定されているタワ
ー6に滑り運動可能に支持されている。
The outer peripheral ring 4 has a cylindrical shape, and the inner peripheral ring 2 is slidably supported inside the cylinder. Outer peripheral blades 5 are provided outside the outer peripheral ring 4. The outer peripheral blades 5 convert wind power into rotational movement of the outer peripheral ring 4. Outer ring 4
The direction in which the wind receives and rotates is the direction opposite to the rotation direction of the inner peripheral ring 2. The outer peripheral ring 4 is slidably supported by a tower 6 fixed to the surface of the earth.

【0017】タワー6は、図2に示されているように、
軸受け7を介して回転軸8を中心にして回転可能に外周
輪4を支持している。内周輪2と外周輪4との間には、
軸受け9が設けられ、内周輪2は、回転軸8を中心に回
転可能に外周輪4に支持されている。内周輪2と外周輪
4との間には、さらに、同期発電機11が設けられてい
る。
The tower 6, as shown in FIG.
The outer peripheral wheel 4 is rotatably supported about a rotary shaft 8 via a bearing 7. Between the inner ring 2 and the outer ring 4,
A bearing 9 is provided, and the inner peripheral ring 2 is supported by the outer peripheral ring 4 so as to be rotatable around a rotary shaft 8. A synchronous generator 11 is further provided between the inner peripheral wheel 2 and the outer peripheral wheel 4.

【0018】同期発電機11は、電機子12と回転界磁
13とを備えている。電機子12は、外周輪4に同体に
結合されている。回転界磁13は、内周輪2に同体に結
合されている。外周輪4とタワー6との間には、スリッ
プリング14が設けられている。スリップリング14
は、固定ブラシと回転導体とから形成され、回転してい
る同期発電機11をタワー3側に連続的に電気的に接続
している。風力発電装置1は、スリップリング14を介
して電力を外部に出力している。
The synchronous generator 11 comprises an armature 12 and a rotating field 13. The armature 12 is integrally connected to the outer peripheral ring 4. The rotating field 13 is integrally connected to the inner peripheral ring 2. A slip ring 14 is provided between the outer peripheral ring 4 and the tower 6. Slip ring 14
Is composed of a fixed brush and a rotating conductor, and continuously connects the rotating synchronous generator 11 to the tower 3 side. The wind turbine generator 1 outputs electric power to the outside via the slip ring 14.

【0019】この風力発電装置1が風を受けると、内周
輪2はその風力に応じた回転数で回転し、同期発電機1
1は、任意の周波数の交流電力を生成する。その交流電
力は、一旦直流にされてからインバータを用いて要求さ
れる周波数・電圧の交流電力に変換され、送電系統に送
電される。このような風力発電装置1は、同期発電機1
1の直径が大きく、さらに極数を多くすることが容易で
あり、電機子12と回転界磁13との相対速度が大き
い。
When the wind turbine generator 1 receives wind, the inner peripheral wheel 2 rotates at a rotation speed corresponding to the wind, and the synchronous generator 1
1 produces | generates the alternating current power of arbitrary frequencies. The alternating current power is once converted into direct current, then converted into alternating current power having a required frequency and voltage by using an inverter, and transmitted to the power transmission system. Such a wind turbine generator 1 is a synchronous generator 1
The diameter of 1 is large, it is easy to increase the number of poles, and the relative speed between the armature 12 and the rotating field 13 is large.

【0020】内周輪2と外周輪3とが互いに反対方向に
回転していることにより、電機子12と回転界磁13と
の相対速度は、大きい。同期発電機11は、電機子12
と回転界磁13との相対運動を電力に変換する。この結
果、同期発電機11の半径を大きくすることなく、弱い
風力をより効率よく周波数・電圧が十分である交流電力
に変換することができ、風力発電装置の小型化を図るこ
とができる。
Since the inner peripheral wheel 2 and the outer peripheral wheel 3 rotate in opposite directions, the relative speed between the armature 12 and the rotating field 13 is large. The synchronous generator 11 has an armature 12
And the relative motion of the rotating field 13 is converted into electric power. As a result, weak wind power can be more efficiently converted into AC power with sufficient frequency and voltage without increasing the radius of the synchronous generator 11, and the wind power generator can be downsized.

【0021】外周輪4の回転速度(角速度)は、内周輪
2の回転速度より遅くなるように、内周翼3と外周翼5
とのピッチ角が設定されている。内周翼3または外周翼
5に作用する揚力は、風との相対速度の2乗に比例す
る。このため、内周翼3と外周翼5との風の相対速度の
バラツキが小さく、単位面積当たりの風力をトルクに変
換する効率が大きい。
The inner peripheral blade 3 and the outer peripheral blade 5 are arranged so that the rotational speed (angular velocity) of the outer peripheral wheel 4 is lower than the rotational speed of the inner peripheral wheel 2.
The pitch angles of and are set. The lift force acting on the inner peripheral blade 3 or the outer peripheral blade 5 is proportional to the square of the relative speed with the wind. Therefore, there is little variation in the relative velocity of the wind between the inner peripheral blade 3 and the outer peripheral blade 5, and the efficiency of converting the wind force per unit area into torque is high.

【0022】図3は、本発明による風力発電装置の実施
の他の形態を示している。その風力発電装置21は、内
周輪22が内周翼23とともに設けられている。内周輪
22は、円筒形を形成し、その円筒の内部に内周翼23
が同体に結合されている。内周翼23は、風力を内周輪
22の回転運動に変換する。内周輪22の外側には、外
周輪24が設けられている。外周輪24は、円筒形を形
成し、その円筒の内部には内周輪22を滑り運動可能に
支持されている。外周輪24は、地表に固定されている
タワー26に支持されている。
FIG. 3 shows another embodiment of the wind turbine generator according to the present invention. The wind turbine generator 21 is provided with an inner ring 22 and an inner blade 23. The inner peripheral ring 22 forms a cylindrical shape, and the inner peripheral blade 23 is formed inside the cylinder.
Are bound together. The inner peripheral blades 23 convert wind power into rotational movement of the inner peripheral ring 22. An outer peripheral ring 24 is provided outside the inner peripheral ring 22. The outer peripheral ring 24 forms a cylindrical shape, and the inner peripheral ring 22 is slidably supported inside the cylinder. The outer peripheral ring 24 is supported by a tower 26 fixed to the surface of the earth.

【0023】タワー26は、図4に示されているよう
に、外周輪4と同体に結合している。内周輪22と外周
輪24との間には、軸受け29が設けられ、内周輪22
は、回転軸28を中心に回転可能に外周輪24に支持さ
れている。内周輪22と外周輪24との間には、さら
に、同期発電機31が設けられている。同期発電機31
は、電機子32と回転界磁33とを備えている。電機子
32は、外周輪24に同体に結合されている。回転界磁
33は、内周輪22に同体に結合されている。
The tower 26 is integrally connected to the outer peripheral ring 4, as shown in FIG. A bearing 29 is provided between the inner peripheral ring 22 and the outer peripheral ring 24, and
Are rotatably supported by the outer peripheral ring 24 about a rotation shaft 28. A synchronous generator 31 is further provided between the inner peripheral wheel 22 and the outer peripheral wheel 24. Synchronous generator 31
Includes an armature 32 and a rotating field 33. The armature 32 is integrally connected to the outer peripheral ring 24. The rotating field 33 is integrally connected to the inner peripheral ring 22.

【0024】この風力発電装置21が風を受けると、内
周輪22はその風力に応じた回転数で回転し、同期発電
機31は、任意の周波数の交流電力を生成する。その交
流電力は、一旦直流にされてからインバータを用いて要
求される周波数・電圧の交流電力に変換され、送電系統
に送電される。このような風力発電装置21は、同期発
電機31の直径を大きく、極数を多くすることができ
る。この結果、弱い風力をより効率よく電力に変換する
ことができる。
When the wind turbine generator 21 receives wind, the inner peripheral wheel 22 rotates at a rotation speed corresponding to the wind, and the synchronous generator 31 produces AC power of an arbitrary frequency. The alternating current power is once converted into direct current, then converted into alternating current power having a required frequency and voltage by using an inverter, and transmitted to the power transmission system. Such a wind turbine generator 21 can increase the diameter of the synchronous generator 31 and increase the number of poles. As a result, weak wind power can be converted into electric power more efficiently.

【0025】風力発電装置21は、外周輪24に電機子
32が固定されていることにより、スリップリングが不
要である。また風車の向きをタワー上で風向きに合せて
変えることができ好ましい。
The wind turbine generator 21 does not require a slip ring because the armature 32 is fixed to the outer peripheral ring 24. Further, the direction of the wind turbine can be changed on the tower according to the wind direction, which is preferable.

【0026】図5は、本発明による風力発電装置の実施
の形態を示している。その風力発電装置41は、内周輪
42が内周翼43とともに設けられている。内周輪42
は、円筒形を形成し、その円筒の内部に内周翼43が配
置されている。内周翼43は、風力を内周輪42の回転
運動に変換する。内周輪42の外側には、外周輪44が
設けられている。外周輪44は、円筒形を形成し、その
円筒の内部には内周輪42を滑り運動可能に支持されて
いる。
FIG. 5 shows an embodiment of a wind turbine generator according to the present invention. In the wind turbine generator 41, an inner peripheral ring 42 is provided together with an inner peripheral blade 43. Inner ring 42
Form a cylindrical shape, and the inner peripheral blades 43 are arranged inside the cylinder. The inner peripheral blades 43 convert wind power into rotational movement of the inner peripheral wheel 42. An outer peripheral ring 44 is provided outside the inner peripheral ring 42. The outer peripheral ring 44 forms a cylindrical shape, and the inner peripheral ring 42 is slidably supported inside the cylinder.

【0027】外周輪44の外側には、外周翼45が設け
られている。外周翼45は、風力を外周輪44の回転運
動に変換する。外周輪44が風を受けて回転する方向
は、内周輪42の回転方向の反対方向である。外周翼4
5のさらに外側には、外側内周輪46が設けられてい
る。外側内周輪46は、外周翼46に同体に結合されて
いる。外側内周輪46のさらに外側には、外側外周輪4
7が設けられている。外側外周輪47は、円筒形を形成
し、その円筒の内部には外側内周輪46が滑り運動可能
に支持されている。外側外周輪47は、地表に固定され
ているタワー48に支持されている。
Outside the outer peripheral ring 44, outer peripheral wings 45 are provided. The outer peripheral blades 45 convert wind power into rotational movement of the outer peripheral ring 44. The direction in which the outer peripheral ring 44 receives wind and rotates is the opposite direction to the rotation direction of the inner peripheral ring 42. Outer wing 4
An outer inner peripheral ring 46 is provided further outside of 5. The outer inner peripheral ring 46 is integrally connected to the outer peripheral blade 46. On the outer side of the outer inner ring 46, the outer ring 4
7 is provided. The outer peripheral ring 47 forms a cylindrical shape, and the outer inner peripheral ring 46 is slidably supported inside the cylinder. The outer peripheral ring 47 is supported by a tower 48 fixed to the surface of the earth.

【0028】タワー48は、図6に示されているよう
に、軸受け51を介して外側外周輪47を支持してい
る。外側外周輪44は、回転軸52を中心にして回転可
能である。内周輪42と外周輪44との間には、軸受け
53が設けられ、内周輪42は、回転軸52を中心に回
転可能に外周輪44に支持されている。内周輪42と外
周輪44との間には、さらに、同期発電機54が設けら
れている。同期発電機54は、電機子56と回転界磁5
5とを備えている。電機子56は、外周輪42に同体に
結合されている。回転界磁55は、内周輪44に同体に
結合されている。
As shown in FIG. 6, the tower 48 supports the outer peripheral ring 47 via a bearing 51. The outer peripheral ring 44 is rotatable around the rotation shaft 52. A bearing 53 is provided between the inner peripheral wheel 42 and the outer peripheral wheel 44, and the inner peripheral wheel 42 is rotatably supported by the outer peripheral wheel 44 about a rotation shaft 52. A synchronous generator 54 is further provided between the inner peripheral wheel 42 and the outer peripheral wheel 44. The synchronous generator 54 includes an armature 56 and a rotating field 5.
5 and. The armature 56 is integrally connected to the outer peripheral ring 42. The rotating field 55 is integrally connected to the inner peripheral ring 44.

【0029】外側内周輪46と外側外周輪47との間に
は、スリップリング57が設けられている。スリップリ
ング57は、電線58により電気的に同期発電機54に
接続されている。スリップリング57は、固定ブラシと
回転導体とから形成され、回転している同期発電機54
を固定されているタワー48の側に連続的に電気的に接
続している。風力発電装置21は、スリップリング57
を介して電力を外部に出力している。
A slip ring 57 is provided between the outer inner peripheral ring 46 and the outer outer peripheral ring 47. The slip ring 57 is electrically connected to the synchronous generator 54 by an electric wire 58. The slip ring 57 is formed of a fixed brush and a rotating conductor, and rotates the synchronous generator 54.
Are continuously electrically connected to the side of the fixed tower 48. The wind turbine generator 21 has a slip ring 57.
Power is output to the outside via.

【0030】この風力発電装置41が風を受けると、内
周輪42はその風力に応じた回転数で回転し、同期発電
機54は、任意の周波数の交流電力を生成する。その交
流電力は、一旦直流にされてからインバータを用いて要
求される周波数・電圧の交流電力に変換され、系統に送
電される。このような風力発電装置41は、同期発電機
54の直径が大きく、さらに極数を多くすることが容易
であり、電機子56と回転界磁55との相対速度が大き
い。
When the wind turbine generator 41 receives wind, the inner ring 42 rotates at a rotation speed corresponding to the wind, and the synchronous generator 54 produces AC power of any frequency. The alternating current power is once converted into direct current, then converted into alternating current power having a required frequency and voltage using an inverter, and is transmitted to the grid. In such a wind turbine generator 41, the synchronous generator 54 has a large diameter, the number of poles can be easily increased, and the relative speed between the armature 56 and the rotating field 55 is large.

【0031】内周輪22と外周輪23とが互いに反対方
向に回転していることにより、電機子56と回転界磁5
5との相対速度は、大きい。同期発電機54は、電機子
56と回転界磁55との相対運動を電力に変換する。こ
の結果、同期発電機54の半径を大きくすることなく、
弱い風力をより効率よく周波数・電圧が十分である交流
電力に変換することができ、風力発電装置の小型化を図
ることができる。
Since the inner ring 22 and the outer ring 23 rotate in opposite directions, the armature 56 and the rotating field 5
The relative speed with 5 is large. The synchronous generator 54 converts the relative motion between the armature 56 and the rotating field 55 into electric power. As a result, without increasing the radius of the synchronous generator 54,
It is possible to more efficiently convert weak wind power into AC power with sufficient frequency and voltage, and to downsize the wind power generator.

【0032】外周輪44の回転速度(角速度)は、内周
輪22の回転速度より遅くなるように、内周翼23と外
周翼25とのピッチ角が設定されている。内周翼23ま
たは外周翼25に作用する揚力は、風との相対速度の2
乗に比例する。このため、内周翼23と外周翼25との
風の相対速度のバラツキが小さく、単位面積当たりの風
力をトルクに変換する効率が大きい。
The pitch angle between the inner peripheral blade 23 and the outer peripheral blade 25 is set so that the rotational speed (angular velocity) of the outer peripheral wheel 44 becomes slower than the rotational speed of the inner peripheral wheel 22. The lift force acting on the inner blade 23 or the outer blade 25 has a relative velocity of 2 with respect to the wind.
Proportional to the square. Therefore, there is little variation in the relative velocity of the wind between the inner peripheral blade 23 and the outer peripheral blade 25, and the efficiency of converting the wind force per unit area into torque is high.

【0033】風力発電装置41は、外側内周輪46と外
側外周輪47との分だけ重量が風力発電装置1より大き
くなる。しかし、風力発電装置41は、強風に対する強
度が大きい効果を奏する。また風車の向きをタワー上で
風向きに合せて変えることができ好ましい。
The wind power generator 41 is heavier than the wind power generator 1 by the weight of the outer inner peripheral ring 46 and the outer outer peripheral ring 47. However, the wind turbine generator 41 has an effect of having a large strength against a strong wind. Further, the direction of the wind turbine can be changed on the tower according to the wind direction, which is preferable.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明による風力発電装置は、風力をよ
り効率よく電力に変換することができる。
The wind power generator according to the present invention can convert wind power into electric power more efficiently.

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

【図1】図1は、本発明による風力発電装置の実施の形
態を示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a wind turbine generator according to the present invention.

【図2】図2は、本発明による風力発電装置の実施の形
態を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of a wind turbine generator according to the present invention.

【図3】図3は、本発明による風力発電装置の実施の他
の形態を示す正面図である。
FIG. 3 is a front view showing another embodiment of the wind turbine generator according to the present invention.

【図4】図4は、本発明による風力発電装置の実施の他
の形態を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the wind turbine generator according to the present invention.

【図5】図5は、本発明による風力発電装置の実施のさ
らに他の形態を示す正面図である。
FIG. 5 is a front view showing still another embodiment of the wind turbine generator according to the present invention.

【図6】図6は、本発明による風力発電装置の実施のさ
らに他の形態を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the wind turbine generator according to the present invention.

【図7】図7は、公知の風力発電装置の実施の形態を示
す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an embodiment of a known wind turbine generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:風力発電装置 2:内周輪 3:内周翼 4:外周輪 5:外周翼 6:タワー 7:軸受け 8:回転軸 9:軸受け 11:発電機 12:電機子 13:回転界磁 14:スリップリング 1: Wind power generator 2: Inner ring 3: Inner wing 4: Outer ring 5: Outer wing 6: Tower 7: Bearing 8: Rotation axis 9: Bearing 11: Generator 12: Armature 13: Rotating field 14: Slip ring

フロントページの続き Fターム(参考) 3H078 AA02 AA26 AA31 BB11 CC01 CC22 CC44 CC47 5H590 AA02 AA03 CA14 CC01 CC18 CD03 CE01 FA01 Continued front page    F-term (reference) 3H078 AA02 AA26 AA31 BB11 CC01                       CC22 CC44 CC47                 5H590 AA02 AA03 CA14 CC01 CC18                       CD03 CE01 FA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円筒形である外周輪と、 前記外周輪の内側に案内されて回転軸を中心に回転可能
である内周輪と、 前記内周輪の内側に配置され風により前記内周輪を回転
させる内周翼と、 前記外周輪に対する前記内周輪の相対的な運動によって
発電する同期発電機とを具備する風力発電装置。
1. An outer peripheral ring having a cylindrical shape, an inner peripheral ring guided by the inner side of the outer peripheral ring and rotatable about a rotation axis, and the inner peripheral ring disposed inside the inner peripheral ring by wind. A wind power generator comprising: an inner peripheral blade that rotates a wheel; and a synchronous generator that generates electric power by relative movement of the inner peripheral wheel with respect to the outer peripheral wheel.
【請求項2】請求項1において、更に、 前記外周輪を支持するタワーを具備する風力発電装置。2. The method according to claim 1, further comprising: A wind turbine generator comprising a tower that supports the outer peripheral ring. 【請求項3】請求項1において、更に、 前記回転軸を中心にして回転可能に前記外周輪を支持す
るタワーと、 前記外周輪の外側に配置され前記風により前記外周輪を
回転させる外周翼とを具備する風力発電装置。
3. The tower according to claim 1, further comprising a tower that rotatably supports the outer peripheral ring around the rotation axis, and outer peripheral blades that are arranged outside the outer peripheral ring and rotate the outer peripheral ring by the wind. And a wind power generator.
【請求項4】請求項1において、 円筒形である外側外周輪と、 前記外側外周輪を固定して支持するタワーと、 前記外側外周輪の内側に案内されて前記回転軸を中心に
回転可能である外側内周輪と、 前記外側内周輪と前記外周輪との間に介設され前記風に
より前記回転軸を中心に回転する外周翼とを具備する風
力発電装置。
4. The outer peripheral ring having a cylindrical shape, a tower for fixing and supporting the outer peripheral ring, and being rotatable inside the outer peripheral ring around the rotating shaft. And a peripheral blade that is interposed between the outer peripheral wheel and the outer peripheral wheel and that rotates around the rotation axis by the wind.
【請求項5】請求項3または請求項4のいずれかにおい
て、 前記外周輪の回転方向は、前記内周輪の回転方向の反対
方向である風力発電装置。
5. The wind turbine generator according to claim 3, wherein the outer peripheral ring is rotated in a direction opposite to a rotational direction of the inner peripheral ring.
【請求項6】請求項3〜請求項5のいずれかにおいて、 前記外周輪の回転速度は、前記内周輪の回転速度より遅
い風力発電装置。
6. The wind turbine generator according to claim 3, wherein a rotation speed of the outer peripheral wheel is lower than a rotation speed of the inner peripheral wheel.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100829116B1 (en) 2006-08-31 2008-05-16 원인호 Sunlight Wheel Windmill
JP2009092058A (en) * 2007-10-09 2009-04-30 Takeo Yamakawa Duct type forced wind generator
JP4993027B1 (en) * 2011-05-30 2012-08-08 晴勇 島 This is the overall concept of large-capacity power generation and mass wastewater treatment in rotary fan power generation.
KR101757123B1 (en) * 2016-08-30 2017-07-12 김성호 Wind power generator with double wings

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