JP2003324896A - 中小型風力発電機の制御方法 - Google Patents
中小型風力発電機の制御方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
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- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 中小型風力発電機において、強風時の風車１
の回転数の上昇を抑制するとともに、この回転抑制時に
おいて、風力エネルギーを損失することなく有効に電気
エネルギーに変換する。 【解決手段】 回転子１０と固定子１５との間隔Ｄ又は
オーバーラッピング距離Ｌを可変とし、回転子１０（又
は風車１）の回転数（又は回転速度）を検出し、これが
所定の値に上昇した場合に間隔Ｄを小さくし、又はオー
バーラッピング距離Ｌを大きくし、磁場を強めることで
回転子１０の回転を抑制する。
の回転数の上昇を抑制するとともに、この回転抑制時に
おいて、風力エネルギーを損失することなく有効に電気
エネルギーに変換する。 【解決手段】 回転子１０と固定子１５との間隔Ｄ又は
オーバーラッピング距離Ｌを可変とし、回転子１０（又
は風車１）の回転数（又は回転速度）を検出し、これが
所定の値に上昇した場合に間隔Ｄを小さくし、又はオー
バーラッピング距離Ｌを大きくし、磁場を強めることで
回転子１０の回転を抑制する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、市街地や家庭へ
の普及を目的とした中小型風力発電機において、強風時
の風車の回転数の上昇を抑制するとともに、強風時に増
大する風力エネルギーを損失することなく有効に電気エ
ネルギーに変換可能な制御方法に関するものである。
の普及を目的とした中小型風力発電機において、強風時
の風車の回転数の上昇を抑制するとともに、強風時に増
大する風力エネルギーを損失することなく有効に電気エ
ネルギーに変換可能な制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、風車の回転で発電機を駆動し、風
力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電機
は、市街地や家庭での設置を目的とした中小型タイプの
ものが提案され、環境汚染物質を全く排出しないクリー
ン性、無尽蔵な自然エネルギーを利用する省エネ性等
で、地球温暖化問題を解決するための将来のエネルギー
手段として普及が期待されている。この中小型風力発電
機は、飛行機形状の本体の前端にプロペラ型の風車を設
け、本体内に収納した発電機の回転子を風車の回転軸に
連結し、風車の回転で回転子を駆動して発電するもの
で、太陽光発電と併用としたハイブリット型も提案され
ている。そして、全体を小型で軽量とし、市街地でモニ
ュメントとして設置したり、支持棒を用いて家屋のベラ
ンダや屋根等への設置を可能としている。
力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電機
は、市街地や家庭での設置を目的とした中小型タイプの
ものが提案され、環境汚染物質を全く排出しないクリー
ン性、無尽蔵な自然エネルギーを利用する省エネ性等
で、地球温暖化問題を解決するための将来のエネルギー
手段として普及が期待されている。この中小型風力発電
機は、飛行機形状の本体の前端にプロペラ型の風車を設
け、本体内に収納した発電機の回転子を風車の回転軸に
連結し、風車の回転で回転子を駆動して発電するもの
で、太陽光発電と併用としたハイブリット型も提案され
ている。そして、全体を小型で軽量とし、市街地でモニ
ュメントとして設置したり、支持棒を用いて家屋のベラ
ンダや屋根等への設置を可能としている。
【０００３】かかる中小型風力発電機において、強風時
に風車が高速で回転して大きな風切り音を生じ、この騒
音の発生が市街地や家庭への普及の大きな障壁とされ、
運転の静音化が求められている。従来、中小型風力発電
機の回転抑制手段は、台風のような大風時に運転停止と
する以外に特に対策が採られていなかったが、最近、発
電機の出力側電流を断続的に瞬時ショートさせ、この時
生じる誘導逆起電力で回転子の回転に対する抵抗を加
え、回転数を一定以下に抑制する構造としたものが提案
されている。
に風車が高速で回転して大きな風切り音を生じ、この騒
音の発生が市街地や家庭への普及の大きな障壁とされ、
運転の静音化が求められている。従来、中小型風力発電
機の回転抑制手段は、台風のような大風時に運転停止と
する以外に特に対策が採られていなかったが、最近、発
電機の出力側電流を断続的に瞬時ショートさせ、この時
生じる誘導逆起電力で回転子の回転に対する抵抗を加
え、回転数を一定以下に抑制する構造としたものが提案
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】こうした回転抑制手段
は、風速の３乗に比例する風力エネルギーが有効に発電
に寄与することなく無駄となり、強風時に飛躍的に増大
する風力エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換す
るものではない。
は、風速の３乗に比例する風力エネルギーが有効に発電
に寄与することなく無駄となり、強風時に飛躍的に増大
する風力エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換す
るものではない。
【０００５】この発明は、強風時の風車の回転数の上昇
を抑制して中小型風力発電機の静音化、低振動化を図る
とともに、回転抑制時において、強風時に増大する風力
エネルギーを損失することなく有効に電気エネルギーに
変換可能な中小型風力発電機の制御方法を提供すること
を目的とするものである。
を抑制して中小型風力発電機の静音化、低振動化を図る
とともに、回転抑制時において、強風時に増大する風力
エネルギーを損失することなく有効に電気エネルギーに
変換可能な中小型風力発電機の制御方法を提供すること
を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の中小型
風力発電機の制御方法は、風車の回転軸に回転子を連結
し、風車の回転で回転子を駆動して発電する中小型風力
発電機の制御方法であって、回転子と固定子との間隔Ｄ
を可変とし、回転子（又は風車）の回転数（又は回転速
度）を検出し、これが所定の値に上昇した場合に間隔Ｄ
を小さくし、磁場を強めることで回転子の回転を抑制す
ることを特徴とするものである。
風力発電機の制御方法は、風車の回転軸に回転子を連結
し、風車の回転で回転子を駆動して発電する中小型風力
発電機の制御方法であって、回転子と固定子との間隔Ｄ
を可変とし、回転子（又は風車）の回転数（又は回転速
度）を検出し、これが所定の値に上昇した場合に間隔Ｄ
を小さくし、磁場を強めることで回転子の回転を抑制す
ることを特徴とするものである。
【０００７】請求項２に記載の中小型風力発電機の制御
方法は、同じく中小型風力発電機の制御方法であって、
回転子と固定子とのオーバーラッピング距離Ｌを可変と
し、回転子（又は風車１）の回転数（又は回転速度）を
検出し、これが所定の値に上昇した場合に距離Ｌを大き
くし、磁場を強めることで回転子の回転を抑制すること
を特徴とするものである。
方法は、同じく中小型風力発電機の制御方法であって、
回転子と固定子とのオーバーラッピング距離Ｌを可変と
し、回転子（又は風車１）の回転数（又は回転速度）を
検出し、これが所定の値に上昇した場合に距離Ｌを大き
くし、磁場を強めることで回転子の回転を抑制すること
を特徴とするものである。
【０００８】このように、強風時に風車の回転数が所定
の値に上昇した場合に、回転子と固定子との間隔Ｄを小
さくし、又は回転子と固定子とのオーバーラッピング距
離Ｌを大きくすることで磁場を強め、回転子の回転に要
する回転トルクを増大させ、風車の回転数の上昇を抑制
するものである。そして、この回転抑制時に、強風時に
増大する風力エネルギーを無駄なく有効に電気エネルギ
ーに変換し、風力エネルギーを損失することなく効率的
な発電を可能とするものである。
の値に上昇した場合に、回転子と固定子との間隔Ｄを小
さくし、又は回転子と固定子とのオーバーラッピング距
離Ｌを大きくすることで磁場を強め、回転子の回転に要
する回転トルクを増大させ、風車の回転数の上昇を抑制
するものである。そして、この回転抑制時に、強風時に
増大する風力エネルギーを無駄なく有効に電気エネルギ
ーに変換し、風力エネルギーを損失することなく効率的
な発電を可能とするものである。
【０００９】また、回転子の外周形状及び固定子の内周
形状を円錐台状に形成することで、距離Ｌを大きくする
と同時に間隔Ｄを小さくすることができ、圧電アクチュ
エータの印加電圧を制御し、その変位で回転子を軸方向
移動制御することで、オーバーラッピング距離Ｌを容易
に制御することができる。
形状を円錐台状に形成することで、距離Ｌを大きくする
と同時に間隔Ｄを小さくすることができ、圧電アクチュ
エータの印加電圧を制御し、その変位で回転子を軸方向
移動制御することで、オーバーラッピング距離Ｌを容易
に制御することができる。
【００１０】なお、この発明の中小型風力発電機の制御
方法は、回転子（又は風車）の回転数（又は回転速度）
を検出することに代わり、発電機の出力を検出すること
で風車の回転数を間接的に検出するように構成してもよ
い。
方法は、回転子（又は風車）の回転数（又は回転速度）
を検出することに代わり、発電機の出力を検出すること
で風車の回転数を間接的に検出するように構成してもよ
い。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を、
図面を用いて具体的に説明する。図１は、請求項１に記
載した制御方法の概略を示す全体構成図である。図示し
た発電機の基本的構成は、界磁として永久磁石を用いた
回転電機子形の周知の交流発電機で、コイル１２を巻線
した電機子である回転子１０が永久磁石の固定子１５の
磁場の中に置かれている。回転子１０は風車１の回転軸
３に連結され、風車１の回転で駆動されて回転し、交流
電力を出力することで風力エネルギーを電気エネルギー
に変換する。発電機の出力は、所定の制御回路からなる
コントローラ２０に送られ、一部がインバータ２２を介
して負荷２３で消費され、剰余電力がバッテリ２５に蓄
電される。
図面を用いて具体的に説明する。図１は、請求項１に記
載した制御方法の概略を示す全体構成図である。図示し
た発電機の基本的構成は、界磁として永久磁石を用いた
回転電機子形の周知の交流発電機で、コイル１２を巻線
した電機子である回転子１０が永久磁石の固定子１５の
磁場の中に置かれている。回転子１０は風車１の回転軸
３に連結され、風車１の回転で駆動されて回転し、交流
電力を出力することで風力エネルギーを電気エネルギー
に変換する。発電機の出力は、所定の制御回路からなる
コントローラ２０に送られ、一部がインバータ２２を介
して負荷２３で消費され、剰余電力がバッテリ２５に蓄
電される。
【００１２】この風力発電機は、固定子１５がラジアル
方向に移動可能とされ、固定子１５の外周側に設けた押
込み器１８ａを駆動することで、回転子１０と固定子１
５との間隔Ｄ（ギャップ）が可変とされている。一方、
回転子１０の回転数を検出するタコメータ５が設けら
れ、回転数の信号がコントローラ２０に入力され、これ
が所定の値に達した場合に押込み器１８ａを動作させ、
間隔ＤがＤ１（図１）からＤ２（図２）へと小さくされ
る。その結果、磁場の強さが強められ、回転子１０の回
転に要する回転トルクが増大され、回転子１０すなわち
風車１の回転が抑制される。
方向に移動可能とされ、固定子１５の外周側に設けた押
込み器１８ａを駆動することで、回転子１０と固定子１
５との間隔Ｄ（ギャップ）が可変とされている。一方、
回転子１０の回転数を検出するタコメータ５が設けら
れ、回転数の信号がコントローラ２０に入力され、これ
が所定の値に達した場合に押込み器１８ａを動作させ、
間隔ＤがＤ１（図１）からＤ２（図２）へと小さくされ
る。その結果、磁場の強さが強められ、回転子１０の回
転に要する回転トルクが増大され、回転子１０すなわち
風車１の回転が抑制される。
【００１３】図３は、請求項２に記載した制御方法の概
略を示す全体構成図である。この風力発電機は、固定子
１５が軸方向に移動可能とされ、固定子１５の両側端に
設けた押込み器１８ｂで固定子１５を駆動することで、
回転子１０と固定子１５とのオーバーラッピング距離Ｌ
が可変とされている。タコメータ５から回転子１０の回
転数の信号がコントローラ２０に入力され、これが所定
の値に達した場合に押込み器１８ｂを動作させ、距離Ｌ
がＬ１（図３）からＬ２（図４）へと大きくされる。そ
の結果、磁場の強さが強められ、回転子１０の回転に要
する回転トルクが増大され、回転子１０すなわち風車１
の回転が抑制される。
略を示す全体構成図である。この風力発電機は、固定子
１５が軸方向に移動可能とされ、固定子１５の両側端に
設けた押込み器１８ｂで固定子１５を駆動することで、
回転子１０と固定子１５とのオーバーラッピング距離Ｌ
が可変とされている。タコメータ５から回転子１０の回
転数の信号がコントローラ２０に入力され、これが所定
の値に達した場合に押込み器１８ｂを動作させ、距離Ｌ
がＬ１（図３）からＬ２（図４）へと大きくされる。そ
の結果、磁場の強さが強められ、回転子１０の回転に要
する回転トルクが増大され、回転子１０すなわち風車１
の回転が抑制される。
【００１４】図５は、回転子１０と固定子１５との間隔
Ｄと、回転子１０と固定子１５とのオーバーラッピング
距離Ｌを同時に可変としたもので、固定子１５の内周形
状を円錐台状に形成するとともに、回転子１０の外周形
状を同じく円錐台状に形成している。
Ｄと、回転子１０と固定子１５とのオーバーラッピング
距離Ｌを同時に可変としたもので、固定子１５の内周形
状を円錐台状に形成するとともに、回転子１０の外周形
状を同じく円錐台状に形成している。
【００１５】この風力発電機は、回転子１０が軸方向に
移動可能とされ、その端部が軸受け１１を介して圧電ア
クチュエータ１９に当接されている。タコメータ５から
回転子１０の回転数の信号がコントローラ２０に入力さ
れ、その信号に基づいて圧電アクチュエータ１９の印加
電圧を制御し、圧電アクチュエータ１９が伸縮して変位
し、これに連動して回転子１０を軸方向移動制御するよ
うに構成されている。したがって、距離Ｌを大きくする
と同時に間隔Ｄが小さくされて磁場の強さが強められ、
間隔Ｄと距離Ｌを同時に可変とすることで、小さな変位
で回転数の大きな抑制効果を図ったものである。この風
力発電機は、回転子１０と固定子１５とのギャップが円
錐台状であるから、組み付け時にギャップをゼロとして
組み付けることで、簡単且つ正確に芯出しすることがで
きるなどの製作上の利点がある。また、回転子１０を軸
方向移動制御する手段としては、圧電アクチュエータ１
９の他、油圧シリンダ、電動シリンダ、モータ、メカニ
カルギヤその他の手段を用いることもできる。
移動可能とされ、その端部が軸受け１１を介して圧電ア
クチュエータ１９に当接されている。タコメータ５から
回転子１０の回転数の信号がコントローラ２０に入力さ
れ、その信号に基づいて圧電アクチュエータ１９の印加
電圧を制御し、圧電アクチュエータ１９が伸縮して変位
し、これに連動して回転子１０を軸方向移動制御するよ
うに構成されている。したがって、距離Ｌを大きくする
と同時に間隔Ｄが小さくされて磁場の強さが強められ、
間隔Ｄと距離Ｌを同時に可変とすることで、小さな変位
で回転数の大きな抑制効果を図ったものである。この風
力発電機は、回転子１０と固定子１５とのギャップが円
錐台状であるから、組み付け時にギャップをゼロとして
組み付けることで、簡単且つ正確に芯出しすることがで
きるなどの製作上の利点がある。また、回転子１０を軸
方向移動制御する手段としては、圧電アクチュエータ１
９の他、油圧シリンダ、電動シリンダ、モータ、メカニ
カルギヤその他の手段を用いることもできる。
【００１６】なお、この発明の中小型風力発電機の制御
方法は、回転子１０の回転数を検出することに代わり、
回転子１０の回転に連動する発電機の出力（出力電圧、
出力電流）を検出するようにしてもよい。
方法は、回転子１０の回転数を検出することに代わり、
回転子１０の回転に連動する発電機の出力（出力電圧、
出力電流）を検出するようにしてもよい。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、この発明の中小型風力発
電機の制御方法は、強風時に風車の回転数が所定の値に
上昇した場合に、回転子１０と固定子１５とのラジアル
方向の間隔Ｄを小さくし、又は回転子１０と固定子１５
とのオーバーラッピング距離Ｌを大きくし、磁場を強め
て回転子１０の回転に要する回転トルクを増大させ、回
転子１０の回転を抑制するもので、強風時の風車１の回
転数の上昇を一定以下に抑え、中小型風力発電機の静音
化、低振動化を図ることができる。そして、発電機の出
力は磁場の強さに依存するので、この回転抑制時に、強
風時に飛躍的に増大する風力エネルギーを無駄なく有効
に電気エネルギーに変換し、風力エネルギーを損失する
ことなく効率的な発電を可能とするものである。
電機の制御方法は、強風時に風車の回転数が所定の値に
上昇した場合に、回転子１０と固定子１５とのラジアル
方向の間隔Ｄを小さくし、又は回転子１０と固定子１５
とのオーバーラッピング距離Ｌを大きくし、磁場を強め
て回転子１０の回転に要する回転トルクを増大させ、回
転子１０の回転を抑制するもので、強風時の風車１の回
転数の上昇を一定以下に抑え、中小型風力発電機の静音
化、低振動化を図ることができる。そして、発電機の出
力は磁場の強さに依存するので、この回転抑制時に、強
風時に飛躍的に増大する風力エネルギーを無駄なく有効
に電気エネルギーに変換し、風力エネルギーを損失する
ことなく効率的な発電を可能とするものである。
【００１８】また、この発明の中小型風力発電機の制御
方法を適用することで、弱風から強風までの幅広い風速
範囲に対応し、風力エネルギーを最適に電気エネルギー
に変換可能で、最高出力時に最も磁場を強めてパワーを
最大限に取り出すことができる。また、特に夜間には、
回転抑制の始動値を低くして低速回転を維持するように
設定するなど、設置条件や使用目的に最適化した運転制
御を可能とするものである。
方法を適用することで、弱風から強風までの幅広い風速
範囲に対応し、風力エネルギーを最適に電気エネルギー
に変換可能で、最高出力時に最も磁場を強めてパワーを
最大限に取り出すことができる。また、特に夜間には、
回転抑制の始動値を低くして低速回転を維持するように
設定するなど、設置条件や使用目的に最適化した運転制
御を可能とするものである。
【図１】請求項１に記載の中小型風力発電機の制御方法
の概略を示す全体構成図。
の概略を示す全体構成図。
【図２】間隔Ｄを小さくした状態を示す説明図。
【図３】請求項２に記載の中小型風力発電機の制御方法
の概略を示す全体構成図。
の概略を示す全体構成図。
【図４】距離Ｌを大きくした状態を示す説明図。
【図５】請求項３に記載の中小型風力発電機の制御方法
の概略を示す全体構成図。
の概略を示す全体構成図。
【符号の説明】
１ 風車
３ 回転軸
１０ 回転子
１５ 固定子
１９ 圧電アクチュエータ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 酒井 勝弘
埼玉県本庄市駅南２丁目24番15号
(72)発明者 周藤 澄男
群馬県桐生市広沢町間ノ島193番地 昭和
理化学器械株式会社内
Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB07 BB11 BB15
CC01 CC22 CC62 CC73
5H590 AA02 AA06 AB15 CA14 CC02
CD03 CE02 EA13 FA05 FC01
FC03 FC05 GA02 GA04 HA27
5H607 AA01 AA12 BB02 BB07 BB14
BB26 CC01 CC03 DD01 DD02
DD03 DD17 EE01 EE23 FF26
Claims (5)
- 【請求項１】 風車１の回転軸３に回転子１０を連結
し、風車１の回転で回転子１０を駆動して発電する中小
型風力発電機の制御方法であって、 回転子１０と固定子１５との間隔Ｄを可変とし、回転子
１０（又は風車１）の回転数（又は回転速度）を検出
し、これが所定の値に上昇した場合に間隔Ｄを小さく
し、磁場を強めることで回転子１０の回転を抑制するこ
とを特徴とした中小型風力発電機の制御方法。 - 【請求項２】 風車１の回転軸３に回転子１０を連結
し、風車１の回転で回転子１０を駆動して発電する中小
型風力発電機の制御方法であって、 回転子１０と固定子１５とのオーバーラッピング距離Ｌ
を可変とし、回転子１０（又は風車１）の回転数（又は
回転速度）を検出し、これが所定の値に上昇した場合に
距離Ｌを大きくし、磁場を強めることで回転子１０の回
転を抑制することを特徴とした中小型風力発電機の制御
方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載の中小型風力発電機の制
御方法において、回転子１０の外周形状及び固定子１５
の内周形状を円錐台状に形成した中小型風力発電機の制
御方法。 - 【請求項４】 圧電アクチュエータ１９の印加電圧を制
御し、その変位で回転子１０を軸方向移動制御するよう
にした請求項２又は３に記載の中小型風力発電機の制御
方法。 - 【請求項５】 回転子１０（又は風車１）の回転数（又
は回転速度）を検出することに代わり、発電機の出力を
検出するようにした請求項１、２、３又は４に記載の中
小型風力発電機の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002126283A JP2003324896A (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 中小型風力発電機の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002126283A JP2003324896A (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 中小型風力発電機の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003324896A true JP2003324896A (ja) | 2003-11-14 |
Family
ID=29540745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002126283A Pending JP2003324896A (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 中小型風力発電機の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003324896A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005002041A1 (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-06 | Yugen Kaisha Dc Create Engineering | 風力発電装置 |
| JP2006067784A (ja) * | 2004-07-28 | 2006-03-09 | Shiro Kanehara | 回転機 |
| CN101931358A (zh) * | 2010-07-06 | 2010-12-29 | 华南理工大学 | 自动调磁的低速启动风力发电电机 |
| WO2011155278A1 (ja) * | 2010-06-10 | 2011-12-15 | Thk株式会社 | 流体発電装置及び流体発電装置の制御方法 |
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| JP2014135876A (ja) * | 2013-01-11 | 2014-07-24 | Tohoku Univ | モータ用制御装置、制御機能付きモータ、モータシステム及びポンプシステム |
| KR102299187B1 (ko) * | 2021-04-26 | 2021-09-06 | 한만길 | 풍력을 이용한 발전시스템 |
-
2002
- 2002-04-26 JP JP2002126283A patent/JP2003324896A/ja active Pending
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