JP2003148323A - 流体発電装置 - Google Patents
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- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/06—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
- F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/21—Rotors for wind turbines
- F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
- F05B2240/214—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Musgrove or "H"-type
-
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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
-
- 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
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- 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
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Abstract
(57)【要約】
【課題】 作動流体エネルギーを駆動源とする流体発電
装置において、広い流速範囲に対応した連続可変出力を
持つ発電を可能とし、また、作動流体の各流速における
最大出力を得て、発電量の増大（従来より４０％以上）
を図る。 【解決手段】 自然の流体エネルギーと翼回転軸の回転
数に応じて複数の発電機から最適な定格出力の発電機を
選択して組み合わせ、広い流速範囲に対応した連続可変
出力を持つ運転モードと、作動流体の流速と翼回転軸の
回転数から算出した周速比に基づき上記運転モードによ
る各発電機の運転を制御する制御手段とを設け、作動流
体の各流速における最大出力を得るように構成する。
装置において、広い流速範囲に対応した連続可変出力を
持つ発電を可能とし、また、作動流体の各流速における
最大出力を得て、発電量の増大（従来より４０％以上）
を図る。 【解決手段】 自然の流体エネルギーと翼回転軸の回転
数に応じて複数の発電機から最適な定格出力の発電機を
選択して組み合わせ、広い流速範囲に対応した連続可変
出力を持つ運転モードと、作動流体の流速と翼回転軸の
回転数から算出した周速比に基づき上記運転モードによ
る各発電機の運転を制御する制御手段とを設け、作動流
体の各流速における最大出力を得るように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風等の自然エネル
ギーを回転エネルギーに変換し、電気エネルギーとして
利用する流体発電装置に関するものであって、特に、発
電効率の改善を図った流体発電装置に関するものであ
る。
ギーを回転エネルギーに変換し、電気エネルギーとして
利用する流体発電装置に関するものであって、特に、発
電効率の改善を図った流体発電装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】作動流体エネルギーを駆動源として発電
を行う流体発電装置としては、例えば、風力エネルギー
を利用した風力発電装置がある。この発電装置は、近
年、空気力学、航空力学等の発達により、空気抵抗が小
さく揚力の大きい翼形等が開発され、これを風車へ採用
することによって、従来、困難とされていた低密度で変
化の大きい風力エネルギーの高効率的なエネルギー変換
が可能となってきた。
を行う流体発電装置としては、例えば、風力エネルギー
を利用した風力発電装置がある。この発電装置は、近
年、空気力学、航空力学等の発達により、空気抵抗が小
さく揚力の大きい翼形等が開発され、これを風車へ採用
することによって、従来、困難とされていた低密度で変
化の大きい風力エネルギーの高効率的なエネルギー変換
が可能となってきた。
【０００３】現在は、数百ＫＷクラスの風力発電装置が
主流であるが、上述したような翼形等の技術の進歩のよ
り、将来は、定格出力が極めて大きい風力発電装置の製
品化が予想される。一方、回転エネルギーを電気エネル
ギーに変換する発電機は、翼回転軸に直結され、その発
電機が持つ定格出力の範囲での発電を行っている。
主流であるが、上述したような翼形等の技術の進歩のよ
り、将来は、定格出力が極めて大きい風力発電装置の製
品化が予想される。一方、回転エネルギーを電気エネル
ギーに変換する発電機は、翼回転軸に直結され、その発
電機が持つ定格出力の範囲での発電を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の流体発電装置に
使用されている発電機において、１台の発電機で広い流
速範囲の変化に応じた連続可変出力を得るようにするに
は、発電機の標準的な製作限界を超え、コスト高とな
る。したがって、現在使用されている標準的な発電機
は、カットイン流速とカットアウト流速との間の範囲が
狭く、作動流体エネルギーを有効に利用しきれていなか
った。
使用されている発電機において、１台の発電機で広い流
速範囲の変化に応じた連続可変出力を得るようにするに
は、発電機の標準的な製作限界を超え、コスト高とな
る。したがって、現在使用されている標準的な発電機
は、カットイン流速とカットアウト流速との間の範囲が
狭く、作動流体エネルギーを有効に利用しきれていなか
った。
【０００５】本発明は、風力等の作動流体エネルギーの
広い流速範囲の変化に対応した連続可変出力を持った発
電を行うことができ、また、作動流体の各流速における
最大出力を得ることができる流体発電装置を提供するこ
とを目的としている。
広い流速範囲の変化に対応した連続可変出力を持った発
電を行うことができ、また、作動流体の各流速における
最大出力を得ることができる流体発電装置を提供するこ
とを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の流体発電装置においては、作動流体エネ
ルギーを駆動源として回転する翼回転軸へ連結した定格
出力の異なる複数の発電機を備えた流体発電装置におい
て、作動流体の流速に応じて複数の発電機から最適な定
格出力の発電機を選択して組み合わせ、広い流速範囲に
対応した連続可変出力を持つ運転モードを構成したもの
である。
めに、本発明の流体発電装置においては、作動流体エネ
ルギーを駆動源として回転する翼回転軸へ連結した定格
出力の異なる複数の発電機を備えた流体発電装置におい
て、作動流体の流速に応じて複数の発電機から最適な定
格出力の発電機を選択して組み合わせ、広い流速範囲に
対応した連続可変出力を持つ運転モードを構成したもの
である。
【０００７】また、作動流体エネルギーを駆動源として
回転する翼回転軸へ連結した定格出力の異なる複数の発
電機を備えた流体発電装置において、作動流体の流速に
応じて複数の発電機から最適な定格出力の発電機を選択
して組み合わせ、広い流速範囲に対応した連続可変出力
を持つ運転モードを構成すると共に作動流体の流速と翼
回転軸の回転数から算出した周速比に基づき運転モード
による各発電機の運転を制御する制御手段を設け、作動
流体の各流速における最大出力を得るように構成したも
のである。
回転する翼回転軸へ連結した定格出力の異なる複数の発
電機を備えた流体発電装置において、作動流体の流速に
応じて複数の発電機から最適な定格出力の発電機を選択
して組み合わせ、広い流速範囲に対応した連続可変出力
を持つ運転モードを構成すると共に作動流体の流速と翼
回転軸の回転数から算出した周速比に基づき運転モード
による各発電機の運転を制御する制御手段を設け、作動
流体の各流速における最大出力を得るように構成したも
のである。
【０００８】さらに、作動流体エネルギーを駆動源とし
て回転する翼回転軸へ連結した発電機を備えた定格出力
の異なる複数の流体発電ユニットを多段に積み重ねて構
成した流体発電装置において、作動流体の流速に応じて
定格出力の異なる複数の流体発電ユニットから最適な定
格出力の流体発電ユニットを選択して組み合わせ、広い
流速範囲に対応した連続可変出力を持つ運転モードを構
成すると共に作動流体の流速と翼回転軸の回転数から算
出した周速比に基づき運転モードによる各流体発電ユニ
ットの運転を制御する制御手段を設け、作動流体の各流
速における最大出力を得るように構成したものである。
て回転する翼回転軸へ連結した発電機を備えた定格出力
の異なる複数の流体発電ユニットを多段に積み重ねて構
成した流体発電装置において、作動流体の流速に応じて
定格出力の異なる複数の流体発電ユニットから最適な定
格出力の流体発電ユニットを選択して組み合わせ、広い
流速範囲に対応した連続可変出力を持つ運転モードを構
成すると共に作動流体の流速と翼回転軸の回転数から算
出した周速比に基づき運転モードによる各流体発電ユニ
ットの運転を制御する制御手段を設け、作動流体の各流
速における最大出力を得るように構成したものである。
【０００９】また、作動流体エネルギーを駆動源として
回転する同軸状に回転自在に立設した複数の翼回転軸
と、複数の翼回転軸へ複数段に配置して取り付けた直線
翼を有する回転翼部と、複数の回転軸へ連結した定格出
力の異なる複数の発電機とを備えた流体発電装置のおい
て、作動流体の流速に応じて複数の発電機から最適な定
格出力の発電機を選択して組み合わせ、広い流速範囲に
対応した連続可変出力を持つ運転モードを構成すると共
に作動流体の流速と翼回転軸の回転数から算出した周速
比に基づき運転モードによる各発電機の運転を制御する
制御手段を設け、作動流体の各流速における最大出力を
得るように構成したものである。
回転する同軸状に回転自在に立設した複数の翼回転軸
と、複数の翼回転軸へ複数段に配置して取り付けた直線
翼を有する回転翼部と、複数の回転軸へ連結した定格出
力の異なる複数の発電機とを備えた流体発電装置のおい
て、作動流体の流速に応じて複数の発電機から最適な定
格出力の発電機を選択して組み合わせ、広い流速範囲に
対応した連続可変出力を持つ運転モードを構成すると共
に作動流体の流速と翼回転軸の回転数から算出した周速
比に基づき運転モードによる各発電機の運転を制御する
制御手段を設け、作動流体の各流速における最大出力を
得るように構成したものである。
【００１０】また、上記の制御手段は、作動流体の流速
と翼回転軸の回転数における出力ピーク値を過ぎた高め
の回転数に基づき算出した周速比を用いて運転モードに
よる各発電機の運転を制御するように構成したしたもの
である。
と翼回転軸の回転数における出力ピーク値を過ぎた高め
の回転数に基づき算出した周速比を用いて運転モードに
よる各発電機の運転を制御するように構成したしたもの
である。
【００１１】さらに、上記多段に積み重ねた定格出力の
異なる流体発電ユニットは、積み重ね位置の高さによっ
て定格出力の大きさを変えて設置することもできる。
異なる流体発電ユニットは、積み重ね位置の高さによっ
て定格出力の大きさを変えて設置することもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例に基づ
き図面を参照して説明する。図１に示す第１の実施例
は、作動流体エネルギーとして、風力エネルギーを回転
エネルギーに変換し、電気エネルギーとして使用する風
力発電装置を構成している。
き図面を参照して説明する。図１に示す第１の実施例
は、作動流体エネルギーとして、風力エネルギーを回転
エネルギーに変換し、電気エネルギーとして使用する風
力発電装置を構成している。
【００１３】この図１の実施例において、風車１は、例
えば、３枚の直線翼１１を持ち、それぞれの直線翼１１
は、上下２枚の支持翼１２によって、翼回転軸１３へ一
体的に取り付けている。翼回転軸１３は、塔構造等に固
定された固定軸１４へ回転自在に挿入されたアウターロ
ータ構造を構成している。翼回転軸１３をアウターロー
タ構造とすることによって、軽量化及び風車１の始動、
起動を容易にし、性能の向上を図っている。また、翼回
転軸１３は、その上部と下部に軸受２を設けている。こ
の上下に設けた軸受２は、ベアリング軸受、あるいは図
２に示す磁気浮上を利用した軸受等を用いている。
えば、３枚の直線翼１１を持ち、それぞれの直線翼１１
は、上下２枚の支持翼１２によって、翼回転軸１３へ一
体的に取り付けている。翼回転軸１３は、塔構造等に固
定された固定軸１４へ回転自在に挿入されたアウターロ
ータ構造を構成している。翼回転軸１３をアウターロー
タ構造とすることによって、軽量化及び風車１の始動、
起動を容易にし、性能の向上を図っている。また、翼回
転軸１３は、その上部と下部に軸受２を設けている。こ
の上下に設けた軸受２は、ベアリング軸受、あるいは図
２に示す磁気浮上を利用した軸受等を用いている。
【００１４】図２に示す磁気浮上型軸受の構造は、翼回
転軸１３が磁力の反発力によって、上下方向（軸線方
向）にも、また、左右方向(水平方向）にも非接触とな
るような構造となっている。まず、図２に示すように、
軸受フレーム２１の永久磁石２２と翼回転軸１３の永久
磁石２３とは、その極性を互いに反発する方向へ設けて
いる。その結果、翼回転軸１３は、上下方向で軸受フレ
ーム２１には接触することなく支持されることになる。
また、左右方向に対しても軸受フレーム２１に設けた永
久磁石２４と翼回転軸１３に設けた永久磁石２３の磁力
が反発し合い、したがって、翼回転軸１３は、左右方向
に対しても非接触で支持されることになる。
転軸１３が磁力の反発力によって、上下方向（軸線方
向）にも、また、左右方向(水平方向）にも非接触とな
るような構造となっている。まず、図２に示すように、
軸受フレーム２１の永久磁石２２と翼回転軸１３の永久
磁石２３とは、その極性を互いに反発する方向へ設けて
いる。その結果、翼回転軸１３は、上下方向で軸受フレ
ーム２１には接触することなく支持されることになる。
また、左右方向に対しても軸受フレーム２１に設けた永
久磁石２４と翼回転軸１３に設けた永久磁石２３の磁力
が反発し合い、したがって、翼回転軸１３は、左右方向
に対しても非接触で支持されることになる。
【００１５】さらに、図１の実施例は、定格出力の大き
さを階段状に異ならせた７台の同期発電機(三相交流）
等の発電機Ａ〜Ｇが用いられている。その７台の発電機
Ａ〜Ｇは、クラッチあるいはタイミングベルト等の伝達
手段３によって、翼回転軸１３へ機械的に連結されるよ
うに構成している。この７台の発電機Ａ〜Ｇの翼回転軸
１３への連結、又は切り離し操作は、伝達手段３を風
速、例えば、風速計（図示しない）で検出した風速信
号、あるいは、翼回転軸１３の回転数に応じた回転数信
号のレベルに従って自動的に切り替え動作をさせること
により行われる。
さを階段状に異ならせた７台の同期発電機(三相交流）
等の発電機Ａ〜Ｇが用いられている。その７台の発電機
Ａ〜Ｇは、クラッチあるいはタイミングベルト等の伝達
手段３によって、翼回転軸１３へ機械的に連結されるよ
うに構成している。この７台の発電機Ａ〜Ｇの翼回転軸
１３への連結、又は切り離し操作は、伝達手段３を風
速、例えば、風速計（図示しない）で検出した風速信
号、あるいは、翼回転軸１３の回転数に応じた回転数信
号のレベルに従って自動的に切り替え動作をさせること
により行われる。
【００１６】この風速に応じた発電機Ａ〜Ｇの選択と組
み合わせによって、図３及び図４に示すように、カット
イン風速からカットアウト風速までの広い風速範囲に対
応したM１〜M２の運転モードを構成している。すなわ
ち、小さな風速に対応する運転モードＭ１の場合は、発
電機Ｇ〜Ｄを使用し、中レベルの風速に対応する運転モ
ードＭ２の場合には発電機Ｅ〜Ｂを使用する。さらに、
風速が強くなり定格風速に達するまでの風速に対応する
運転モードＭ３の場合は、発電機Ｃ〜Ａを使用するよう
に構成している。
み合わせによって、図３及び図４に示すように、カット
イン風速からカットアウト風速までの広い風速範囲に対
応したM１〜M２の運転モードを構成している。すなわ
ち、小さな風速に対応する運転モードＭ１の場合は、発
電機Ｇ〜Ｄを使用し、中レベルの風速に対応する運転モ
ードＭ２の場合には発電機Ｅ〜Ｂを使用する。さらに、
風速が強くなり定格風速に達するまでの風速に対応する
運転モードＭ３の場合は、発電機Ｃ〜Ａを使用するよう
に構成している。
【００１７】このように運転モードＭ１〜Ｍ３を構成す
ることによって、１台の発電機による運転の場合のよう
に、発電機の容量不足となることがなく、しかも、比較
的定格出力容量の小さなコスト的に安価な発電機を組み
合わせることによって、各風速に応じた運転を可能と
し、風力エネルギーを有効に効率よく利用することがで
きる。
ることによって、１台の発電機による運転の場合のよう
に、発電機の容量不足となることがなく、しかも、比較
的定格出力容量の小さなコスト的に安価な発電機を組み
合わせることによって、各風速に応じた運転を可能と
し、風力エネルギーを有効に効率よく利用することがで
きる。
【００１８】さらに、図１に示す実施例において、風速
Ｖと翼回転軸１３の回転数Ｎから算出した周速比β（β
＝回転数Ｎ又はロータ周速／風速Ｖ）に基づき各発電機
Ａ〜Ｇの運転を制御するように構成している。ロータ周
速は２πＲＮ（Ｒは半径）であり、２πＲを一定とすれ
ばロータ周速は回転数Ｎで代用される。具体的には、図
６に示すように、例えば、風速Ｖ＝９メートル毎秒のピ
ーク値イ点を過ぎた高めの回転数のロ点（β＝４．５）
で翼回転軸１３へ発電機(例えば、Ａ）を連結すると、
翼回転軸１３には負荷として働き、翼回転軸１３の回転
数Ｎは、図６の半時計方向へ向かう矢印で示すように減
少し、出力のピーク値イ点へ移動しセットされる。
Ｖと翼回転軸１３の回転数Ｎから算出した周速比β（β
＝回転数Ｎ又はロータ周速／風速Ｖ）に基づき各発電機
Ａ〜Ｇの運転を制御するように構成している。ロータ周
速は２πＲＮ（Ｒは半径）であり、２πＲを一定とすれ
ばロータ周速は回転数Ｎで代用される。具体的には、図
６に示すように、例えば、風速Ｖ＝９メートル毎秒のピ
ーク値イ点を過ぎた高めの回転数のロ点（β＝４．５）
で翼回転軸１３へ発電機(例えば、Ａ）を連結すると、
翼回転軸１３には負荷として働き、翼回転軸１３の回転
数Ｎは、図６の半時計方向へ向かう矢印で示すように減
少し、出力のピーク値イ点へ移動しセットされる。
【００１９】この時、周速比β＝４．５を用いたのは、
図５に示すように、風車１の最大効率が実測上、ほぼ周
速比β＝４．５の時に得られているので、運用は、この
周速比値の前後で行うことが望ましい。このように、周
速比βに基づき各発電機Ａ〜Ｇを制御することにより、
図５及び図６に示すように、常にピーク値イ点で各発電
機Ａ〜Ｇの運用を行うことができ、各風速に応じた最大
出力を得ることが可能となる。
図５に示すように、風車１の最大効率が実測上、ほぼ周
速比β＝４．５の時に得られているので、運用は、この
周速比値の前後で行うことが望ましい。このように、周
速比βに基づき各発電機Ａ〜Ｇを制御することにより、
図５及び図６に示すように、常にピーク値イ点で各発電
機Ａ〜Ｇの運用を行うことができ、各風速に応じた最大
出力を得ることが可能となる。
【００２０】図７は、上述した図１の実施例による発電
量の増加を示す特性図であって、風速Ｖに応じて複数の
発電機Ａ〜Ｇから最適な定格出力を持つ発電機を選択し
て組み合わせ、広い風速範囲に対応した連続可変出力を
持つ運転モードＭ１〜Ｍ３を構成すると共に、風速Ｖと
翼回転軸１３の回転数Ｎから算出した周速比βに基づき
各発電機Ａ〜Ｇの運転を制御し、各風速Ｖのおける最大
出力を得るように構成したことにより、従来の発電量よ
りも、４０〜６０パーセント増加した発電量を得ること
ができた。
量の増加を示す特性図であって、風速Ｖに応じて複数の
発電機Ａ〜Ｇから最適な定格出力を持つ発電機を選択し
て組み合わせ、広い風速範囲に対応した連続可変出力を
持つ運転モードＭ１〜Ｍ３を構成すると共に、風速Ｖと
翼回転軸１３の回転数Ｎから算出した周速比βに基づき
各発電機Ａ〜Ｇの運転を制御し、各風速Ｖのおける最大
出力を得るように構成したことにより、従来の発電量よ
りも、４０〜６０パーセント増加した発電量を得ること
ができた。
【００２１】図８は、第２の実施例を示すもので、風車
発電ユニット４を多段に積み重ねて風力発電装置構成し
たものものである。この風車発電ユニット４は、例えば
３枚の直線翼４１を持ち、それぞれの直線翼４１は、上
下２枚の支持翼４２によって、アウターロータ型の翼回
転軸４３に取り付けられている。４４は上側の軸受を兼
ねる発電機、４５は下側の軸受である。
発電ユニット４を多段に積み重ねて風力発電装置構成し
たものものである。この風車発電ユニット４は、例えば
３枚の直線翼４１を持ち、それぞれの直線翼４１は、上
下２枚の支持翼４２によって、アウターロータ型の翼回
転軸４３に取り付けられている。４４は上側の軸受を兼
ねる発電機、４５は下側の軸受である。
【００２２】図８の第２の実施例は、図１の風力発電装
置と同様に、風速Ｖに応じて定格出力の異なる複数の風
車発電ユニット４から最適な定格出力を持つ風車発電ユ
ニットを選択して組み合わせ、図３及び図４と同様の運
転モードＭ１〜Ｍ３を構成すると共に、風速Ｖと翼回転
軸４３から算出した周速比βに基づき風車発電ユニット
４の運転を制御し、各風速における最大出力を得るよう
に構成したものである。この図８に示す第２の実施例
は、図１に示す第１の実施例と同様の効果を得ることが
できた。
置と同様に、風速Ｖに応じて定格出力の異なる複数の風
車発電ユニット４から最適な定格出力を持つ風車発電ユ
ニットを選択して組み合わせ、図３及び図４と同様の運
転モードＭ１〜Ｍ３を構成すると共に、風速Ｖと翼回転
軸４３から算出した周速比βに基づき風車発電ユニット
４の運転を制御し、各風速における最大出力を得るよう
に構成したものである。この図８に示す第２の実施例
は、図１に示す第１の実施例と同様の効果を得ることが
できた。
【００２３】図８に示す多段に積み重ねて構成した風力
発電装置の応用例としては、風車発電ユニット４の積み
重ねた高さによって、発電機４４の定格出力の大きさを
変え、例えば、風が強くあたる確率の高い上段へ行くに
したがって発電量の大きい発電機を設置し、より効率的
な運用を図ることも可能である。さらに、上段に位置す
る風車のサイズを変えたり、風車の羽の枚数を変えるこ
とにより、それぞれの発電量を変えて組み合わせ、運転
モードを構成することも可能である。
発電装置の応用例としては、風車発電ユニット４の積み
重ねた高さによって、発電機４４の定格出力の大きさを
変え、例えば、風が強くあたる確率の高い上段へ行くに
したがって発電量の大きい発電機を設置し、より効率的
な運用を図ることも可能である。さらに、上段に位置す
る風車のサイズを変えたり、風車の羽の枚数を変えるこ
とにより、それぞれの発電量を変えて組み合わせ、運転
モードを構成することも可能である。
【００２４】図９は、第３の実施例を示す風車発電装置
であって、翼回転軸に同軸状のものを用い、風車を多段
に積み重ねて配置した場合の一例を示すものである。図
９の風車発電装置は、同軸状に回転自在に立設した４本
の翼回転軸５１〜５４と、この各翼回転軸５１〜５４へ
４段に配置してそれぞれ取り付けた風車６１〜６４と、
各回転軸５１〜５４へ伝達手段７１〜７４を介してそれ
ぞれ連結した４台の発電機８１〜８４とを備えたもので
ある。また、この４本の同軸状の翼回転軸８１〜８４を
２軸づつ組み合わせて用いることにより、２軸反転型発
電機を構成することも可能である。
であって、翼回転軸に同軸状のものを用い、風車を多段
に積み重ねて配置した場合の一例を示すものである。図
９の風車発電装置は、同軸状に回転自在に立設した４本
の翼回転軸５１〜５４と、この各翼回転軸５１〜５４へ
４段に配置してそれぞれ取り付けた風車６１〜６４と、
各回転軸５１〜５４へ伝達手段７１〜７４を介してそれ
ぞれ連結した４台の発電機８１〜８４とを備えたもので
ある。また、この４本の同軸状の翼回転軸８１〜８４を
２軸づつ組み合わせて用いることにより、２軸反転型発
電機を構成することも可能である。
【００２５】さらに、図９の実施例は、風速に応じて４
台の発電機８１〜８４から最適な定格出力の発電機を選
択して組み合わせ、広い風速範囲に対応した連続可変出
力を持つ運転モードを構成すると共に、風速と翼回転軸
の回転数から算出した周速比に基づき各発電機８１〜８
４の運転を制御し、各流速における最大出力を得るよう
に構成している。したがって、この図９に示す実施例
は、図１の第１の実施例と同様の効果を得ることができ
る。
台の発電機８１〜８４から最適な定格出力の発電機を選
択して組み合わせ、広い風速範囲に対応した連続可変出
力を持つ運転モードを構成すると共に、風速と翼回転軸
の回転数から算出した周速比に基づき各発電機８１〜８
４の運転を制御し、各流速における最大出力を得るよう
に構成している。したがって、この図９に示す実施例
は、図１の第１の実施例と同様の効果を得ることができ
る。
【００２６】上述の実施例では、風力発電装置について
説明したが、これに限るものではなく、本発明の流体発
電装置を水力その他の発電システムに適用することがで
きる。また、太陽発電と複合して同時に実施することが
でき、ハイブリットな発電システムを提供することがで
きる。また、支持翼１２に代えて支持部としての円板を
用いることもできる。また、高い建物の側壁において回
転軸１３を垂直ではなく水平にして使用することも可能
である。また、上記した各構成は流体発電方法としても
有効なものである。
説明したが、これに限るものではなく、本発明の流体発
電装置を水力その他の発電システムに適用することがで
きる。また、太陽発電と複合して同時に実施することが
でき、ハイブリットな発電システムを提供することがで
きる。また、支持翼１２に代えて支持部としての円板を
用いることもできる。また、高い建物の側壁において回
転軸１３を垂直ではなく水平にして使用することも可能
である。また、上記した各構成は流体発電方法としても
有効なものである。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように構成されているの
で、請求項１記載の発明によれば、作動流体の流速に応
じた最も好ましい発電機の組み合わせとなる運転モード
を選択して運転することができ、最大の流速効率を得る
ことができる。また、安価で定格出力の比較的小さな発
電機を組み合わせた運転を可能とし、１台の発電機の製
作限界を超えた定格出力を持つ流体発電装置を安価に提
供することができる。
で、請求項１記載の発明によれば、作動流体の流速に応
じた最も好ましい発電機の組み合わせとなる運転モード
を選択して運転することができ、最大の流速効率を得る
ことができる。また、安価で定格出力の比較的小さな発
電機を組み合わせた運転を可能とし、１台の発電機の製
作限界を超えた定格出力を持つ流体発電装置を安価に提
供することができる。
【００２８】また、請求項２記載の発明によれば、カッ
トイン流速を小さくすることができ、流速の小さいとき
においても発電を行うことができる。さらに、カットア
ウト流速も大きくすることができ、広い範囲での発電が
可能となる。また、流速と回転数から算出された周速比
に基づき各発電機の運転を制御することにより、作動流
体の各流速における最大出力を得ることが可能となり、
発電効率の改善を図ることができ、結果的に、流体発電
装置の稼動効率の向上と発電量の増大を実現することが
できる。
トイン流速を小さくすることができ、流速の小さいとき
においても発電を行うことができる。さらに、カットア
ウト流速も大きくすることができ、広い範囲での発電が
可能となる。また、流速と回転数から算出された周速比
に基づき各発電機の運転を制御することにより、作動流
体の各流速における最大出力を得ることが可能となり、
発電効率の改善を図ることができ、結果的に、流体発電
装置の稼動効率の向上と発電量の増大を実現することが
できる。
【００２９】さらに、請求項３記載の発明のよれば、上
記請求項２記載の発明の効果を奏すると共に、発電ユニ
ットを多段積みにすることができ、設置スペースをとる
ことなく、また、発電ユニットの共通化が容易で、全体
の設備コストを安く抑えることができる。
記請求項２記載の発明の効果を奏すると共に、発電ユニ
ットを多段積みにすることができ、設置スペースをとる
ことなく、また、発電ユニットの共通化が容易で、全体
の設備コストを安く抑えることができる。
【００３０】また、請求項４記載の発明によれば、上記
請求項２記載の発明の効果を奏すると共に、同軸状の翼
回転軸を用いたことにより、小型軽量化及び始動、起動
を容易にし、性能の向上を図ることができる。
請求項２記載の発明の効果を奏すると共に、同軸状の翼
回転軸を用いたことにより、小型軽量化及び始動、起動
を容易にし、性能の向上を図ることができる。
【００３１】また、請求項５記載の発明によれば、発電
機の運転を常に発電効率のピーク値で行うように自動的
に制御することができ、作動流体の各流速における最大
出力を得ることが可能となり、発電効率の改善を図るこ
とができ、流体発電装置の稼動効率の向上と発電量の増
大を図ることができる。
機の運転を常に発電効率のピーク値で行うように自動的
に制御することができ、作動流体の各流速における最大
出力を得ることが可能となり、発電効率の改善を図るこ
とができ、流体発電装置の稼動効率の向上と発電量の増
大を図ることができる。
【００３２】さらに、請求項６記載の発明によれば、作
動流体の流れる部位によって流速に差がある場合に、そ
の流速に対して最も好ましい定格出力の発電機を選択し
て設置することが可能となるため、必要以上の定格出力
を有する発電機を使用する必要がなくなり、設置コスト
の低減を図ることが出る。
動流体の流れる部位によって流速に差がある場合に、そ
の流速に対して最も好ましい定格出力の発電機を選択し
て設置することが可能となるため、必要以上の定格出力
を有する発電機を使用する必要がなくなり、設置コスト
の低減を図ることが出る。
【図１】本発明の第１の実施例を示す概念図である。
【図２】図１の軸受部の一例を示す要部断面図である。
【図３】複数の発電機の運転モードを示す特性図であ
る。
る。
【図４】複数の発電機の運転モードを示す特性図であ
る。
る。
【図５】発電効率を周速比に対して示した特性図であ
る。
る。
【図６】周速比制御の一例を示す特性図である。
【図７】運転モードの実施によって得られた発電量の増
加分を示す特性図である。
加分を示す特性図である。
【図８】本発明の第２の実施例を示す概念図である。
【図９】本発明の第３の実施例を示す概念図である。
１ 風車
１１ 直線翼
１２ 支持翼
１３ 翼回転軸
１４ 固定軸
２ 軸受
２１ 軸受フレーム
２２、２３、２４ 永久磁石
３ 伝達手段
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ 異なる定格出力の発電機
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年８月１９日（２００２．８．１
９）
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の流体発電装置においては、作動流体エネ
ルギーを駆動源として回転する翼回転軸へ連結した定格
出力の異なる複数の発電機を備えた流体発電装置におい
て、作動流体の流速に応じて複数の発電機から最適な定
格出力の発電機を選択して組み合わせ、広い流速範囲に
対応した連続可変出力を持つ運転モードを構成すると共
に作動流体の流速と翼回転軸の回転数から算出した周速
比に基づき運転モードによる各発電機の運転を制御する
制御手段を設け、作動流体の各流速における最大出力を
得るように構成したものである。
めに、本発明の流体発電装置においては、作動流体エネ
ルギーを駆動源として回転する翼回転軸へ連結した定格
出力の異なる複数の発電機を備えた流体発電装置におい
て、作動流体の流速に応じて複数の発電機から最適な定
格出力の発電機を選択して組み合わせ、広い流速範囲に
対応した連続可変出力を持つ運転モードを構成すると共
に作動流体の流速と翼回転軸の回転数から算出した周速
比に基づき運転モードによる各発電機の運転を制御する
制御手段を設け、作動流体の各流速における最大出力を
得るように構成したものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】図８は、第２の実施例を示すもので、風車
発電ユニット４を多段に積み重ねて風力発電装置を構成
したものである。この風車発電ユニット４は、例えば３
枚の直線翼４１を持ち、それぞれの直線翼４１は、上下
２枚の支持翼４２によって、アウターロータ型の翼回転
軸４３に取り付けられている。４４は上側の軸受を兼ね
る発電機、４５は下側の軸受である。
発電ユニット４を多段に積み重ねて風力発電装置を構成
したものである。この風車発電ユニット４は、例えば３
枚の直線翼４１を持ち、それぞれの直線翼４１は、上下
２枚の支持翼４２によって、アウターロータ型の翼回転
軸４３に取り付けられている。４４は上側の軸受を兼ね
る発電機、４５は下側の軸受である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】以上説明したように構成されているので、
請求項１記載の発明によれば、作動流体の流速に応じた
最も好ましい発電機の組み合わせとなる運転モードを選
択して運転することができ、最大の流速効率を得ること
ができる。また、安価で定格出力の比較的小さな発電機
を組み合わせた運転を可能とし、１台の発電機の製作限
界を超えた定格出力を持つ流体発電装置を安価に提供す
ることができる。さらに、カットイン流速を小さくする
ことができ、流速の小さいときにおいても発電を行うこ
とができる。さらに、カットアウト流速も大きくするこ
とができ、広い範囲での発電が可能となる。また、流速
と回転数から算出された周速比に基づき各発電機の運転
を制御することにより、作動流体の各流速における最大
出力を得ることが可能となり、発電効率の改善を図るこ
とができ、結果的に、流体発電装置の稼動効率の向上と
発電量の増大を実現することができる。
請求項１記載の発明によれば、作動流体の流速に応じた
最も好ましい発電機の組み合わせとなる運転モードを選
択して運転することができ、最大の流速効率を得ること
ができる。また、安価で定格出力の比較的小さな発電機
を組み合わせた運転を可能とし、１台の発電機の製作限
界を超えた定格出力を持つ流体発電装置を安価に提供す
ることができる。さらに、カットイン流速を小さくする
ことができ、流速の小さいときにおいても発電を行うこ
とができる。さらに、カットアウト流速も大きくするこ
とができ、広い範囲での発電が可能となる。また、流速
と回転数から算出された周速比に基づき各発電機の運転
を制御することにより、作動流体の各流速における最大
出力を得ることが可能となり、発電効率の改善を図るこ
とができ、結果的に、流体発電装置の稼動効率の向上と
発電量の増大を実現することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】さらに、請求項２記載の発明のよれば、上
記請求項１記載の発明の効果を奏すると共に、発電ユニ
ットを多段積みにすることができ、設置スペースをとる
ことなく、また、発電ユニットの共通化が容易で、全体
の設備コストを安く抑えることができる。
記請求項１記載の発明の効果を奏すると共に、発電ユニ
ットを多段積みにすることができ、設置スペースをとる
ことなく、また、発電ユニットの共通化が容易で、全体
の設備コストを安く抑えることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】また、請求項３記載の発明によれば、上記
請求項１記載の発明の効果を奏すると共に、同軸状の翼
回転軸を用いたことにより、小型軽量化及び始動、起動
を容易にし、性能の向上を図ることができる。
請求項１記載の発明の効果を奏すると共に、同軸状の翼
回転軸を用いたことにより、小型軽量化及び始動、起動
を容易にし、性能の向上を図ることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３１】また、請求項４記載の発明によれば、発電
機の運転を常に発電効率のピーク値で行うように自動的
に制御することができ、作動流体の各流速における最大
出力を得ることが可能となり、発電効率の改善を図るこ
とができ、流体発電装置の稼動効率の向上と発電量の増
大を図ることができる。
機の運転を常に発電効率のピーク値で行うように自動的
に制御することができ、作動流体の各流速における最大
出力を得ることが可能となり、発電効率の改善を図るこ
とができ、流体発電装置の稼動効率の向上と発電量の増
大を図ることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】さらに、請求項５記載の発明によれば、作
動流体の流れる部位によって流速に差がある場合に、そ
の流速に対して最も好ましい定格出力の発電機を選択し
て設置することが可能となるため、必要以上の定格出力
を有する発電機を使用する必要がなくなり、設置コスト
の低減を図ることが出る。
動流体の流れる部位によって流速に差がある場合に、そ
の流速に対して最も好ましい定格出力の発電機を選択し
て設置することが可能となるため、必要以上の定格出力
を有する発電機を使用する必要がなくなり、設置コスト
の低減を図ることが出る。
Claims (6)
- 【請求項１】 作動流体エネルギーを駆動源として回転
する翼回転軸へ連結した定格出力の異なる複数の発電機
を備えた流体発電装置において、 作動流体の流速に応じて前記複数の発電機から最適な定
格出力の発電機を選択して組み合わせ、広い流速範囲に
対応した連続可変出力を得るように構成した運転モード
を設けたことを特徴とする流体発電装置。 - 【請求項２】 作動流体エネルギーを駆動源として回転
する翼回転軸へ連結した定格出力の異なる複数の発電機
を備えた流体発電装置において、 作動流体の流速に応じて前記複数の発電機から最適な定
格出力の発電機を選択して組み合わせ、広い流速範囲に
対応した連続可変出力を得るように構成した運転モード
と、 作動流体の流速と前記翼回転軸の回転数から算出した周
速比に基づき前記運転モードによる各発電機の運転を制
御する制御手段と、を設けたことを特徴とする流体発電
装置。 - 【請求項３】 作動流体エネルギーを駆動源として回転
する翼回転軸へ連結した発電機を備えた定格出力の異な
る複数の流体発電ユニットを多段に積み重ねて構成した
流体発電装置において、 作動流体の流速に応じて前記定格出力の異なる複数の流
体発電ユニットから最適な定格出力の流体発電ユニット
を選択して組み合わせ、広い流速範囲に対応した連続可
変出力を得るように構成した運転モードと、作動流体の
流速と前記翼回転軸の回転数から算出した周速比に基づ
き前記運転モードによる各流体発電ユニットの運転を制
御する制御手段と、を設けたことを特徴とする流体発電
装置。 - 【請求項４】 作動流体エネルギーを駆動源として回転
する同軸状に回転自在に立設した複数の翼回転軸と、複
数の翼回転軸へ複数段に配置して取り付けた直線翼を有
する回転翼部と、複数の回転軸へ連結した定格出力の異
なる複数の発電機とを備えた流体発電装置において、 作動流体の流速に応じて前記複数の発電機から最適な定
格出力の発電機を選択して組み合わせ、広い流速範囲に
対応した連続可変出力を得るように構成した運転モード
と、 作動流体の流速と前記翼回転軸の回転数から算出した周
速比に基づき前記運転モードによる各発電機の運転を制
御する制御手段と、を設けことを特徴とする流体発電装
置。 - 【請求項５】 前記制御手段は、作動流体の流速と前記
翼回転軸の回転数における出力ピーク値を過ぎた高めの
回転数に基づき算出した周速比を用いて前記運転モード
による各発電機の運転を制御するように構成したことを
特徴とする請求項２、３又は４記載の流体発電装置。 - 【請求項６】 前記多段に積み重ねた定格出力の異なる
流体発電ユニットは、積み重ね位置の高さによって定格
出力の大きさを変えて設置したことを特徴とする請求項
３記載の流体発電装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001342926A JP3368536B1 (ja) | 2001-11-08 | 2001-11-08 | 流体発電装置 |
| TW091132726A TWI246560B (en) | 2001-11-08 | 2002-11-06 | Fluid power generator system |
| PCT/JP2002/011652 WO2003040557A1 (fr) | 2001-11-08 | 2002-11-08 | Generateur d'energie hydraulique |
| US10/451,290 US6831374B2 (en) | 2001-11-08 | 2002-11-08 | Fluid power generator |
| CNA028035070A CN1484735A (zh) | 2001-11-08 | 2002-11-08 | 流体发电设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001342926A JP3368536B1 (ja) | 2001-11-08 | 2001-11-08 | 流体発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3368536B1 JP3368536B1 (ja) | 2003-01-20 |
| JP2003148323A true JP2003148323A (ja) | 2003-05-21 |
Family
ID=19156702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3368536B1 (ja) |
| CN (1) | CN1484735A (ja) |
| TW (1) | TWI246560B (ja) |
| WO (1) | WO2003040557A1 (ja) |
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| JP2007043824A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Shinko Electric Co Ltd | 発電装置 |
| JP2007089365A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | Chikoji Gakuen | 風力発電機 |
| JP2007174733A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Shinko Electric Co Ltd | 発電制御装置およびそれを用いた風力発電装置 |
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| JP2009275510A (ja) * | 2007-08-27 | 2009-11-26 | Masayuki Abe | 風力利用換気及び発電装置 |
| WO2010071339A2 (ko) * | 2008-12-16 | 2010-06-24 | Rho Young Gyu | 풍력발전용 가변발전장치 |
| KR101052683B1 (ko) | 2009-01-20 | 2011-07-28 | 노영규 | 수평-수직축 가변형 풍력발전장치 |
| KR101059126B1 (ko) * | 2009-02-16 | 2011-08-25 | 김영 | 다단 발전기 풍력 발전 시스템 |
| JP4822195B1 (ja) * | 2011-05-09 | 2011-11-24 | 好男 平田 | 風力発電機 |
| JP2014199055A (ja) * | 2013-03-13 | 2014-10-23 | 豊田通商株式会社 | 発電装置 |
| JP2016034179A (ja) * | 2014-07-31 | 2016-03-10 | オリジン電気株式会社 | 水力発電システム |
| JP2016160873A (ja) * | 2015-03-04 | 2016-09-05 | 株式会社エコ・テクノロジー | 風力発電装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| US20050230978A1 (en) * | 2003-04-17 | 2005-10-20 | Mcgovern James R | Solar/wind actuated faraday principle turbine generator |
| WO2005040607A1 (ja) * | 2003-10-28 | 2005-05-06 | D.M.W.Japan Ltd | 回転軸を補助する磁石による加速装置 |
| GB0408645D0 (en) * | 2004-04-19 | 2004-05-19 | Posh Power Ltd | Wind machines |
| JP5143825B2 (ja) * | 2006-05-01 | 2013-02-13 | オーシャン パワー テクノロジーズ，インク． | ヒーブ板を備える改良型波力エネルギー変換器（ｗｅｃ） |
| US7525214B2 (en) * | 2006-06-14 | 2009-04-28 | Nova Oceanic Energy Systems | Wave-power system and method for generating energy at constant rotational speed at variable significant wave heights and periods |
| GB2441768B (en) * | 2006-11-29 | 2009-04-08 | Neil O'neil | Modular device for generating power from the wind |
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