【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力により回転せしめられる複数の翼を備えたロータヘッドを支柱上に支持し、該翼の回転力により発電を行うように構成された風車発電装置において、発電装置をロータヘッドに一体に設けてなる発電機一体型ロータヘッドを備えた風車発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の翼に風力を作用させて回転力を発生せしめ、該回転力により風車軸を介して発電機を駆動するようにした風車発電装置を多数併設することにより高出力の発電能力を備えた風力発電設備は、丘陵上や山上等の高所あるいは洋上等の高風速が得られる場所に設置され、通常、稼動時における風速エネルギーや消費電力（必要発電電力）に対応して風車軸に連結される翼のピッチを変化させ所要の発電電力を保持するように制御されている。
【０００３】
図８はかかる風車発電装置の１つとして、特開平５―６００５３号にて提供されているものの概略側面図であり、図において１０５はロータヘッド、１０１は該ロータヘッドの外周に設けられた複数枚（この例では３枚）の翼、１０６は発電機、１０４は該ロータヘッド１０５と発電機とを連結する風車軸、１０７は該風車軸１０４の軸受である。
１０３は支柱、１０２は該支柱上に固定され前記発電機１０６等の機器を収納するナセルである。
【０００４】
かかる風車発電装置において、風力により複数の翼１０１及びロータヘッド１０５が回転せしめられ、該ロータヘッド１０５の回転は風車軸１０４を介して発電機１０６に伝達され、該発電機１０６において発電がなされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来技術にあっては、複数の翼１０１が設けられたロータヘッド１０５の回転を長尺の風車軸１０４を介して発電機１０６に伝達するように構成されているため、次のような問題点を有している。
即ち、近年、風車は単機当たりの出力が増大する傾向にあり、これに伴い翼１０１の直径、発電機１０６の容量が増大して風車発電装置が大型化し、構成部材の重量も増大している。殊に、複数枚の翼１０１の取付及び支持部であるロータヘッド１０５は、強大な風荷重に耐えつつ回転力を発電機１０６に伝達するため、肉厚が厚く直径の大きい構造となっている。
【０００６】
また、発電機１０６についても、単位体積当たりの磁束密度の上昇には限界があるため、前記のように単機当たりの出力が増大すれば直径及び長さが大きくなり大型化する。
加えて、前記のようなロータヘッド１０５及び発電機１０６の重量増大に伴ってナセル１０２や支柱１０３の構造強度を増加する必要があり、さらなる重量増大が発生する。
さらに、ロータヘッド１０５と発電機１０６とを風車軸１０４にて連結する構造であるため、風車発電装置の全長が長くなる。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ロータヘッドと発電装置の連結構造を改良することにより、重量が軽減されるとともに構造が簡単化され小型コンパクトな装置で以って大出力に対応できる風車発電装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、風力により回転せしめられる複数の翼を備えたロータヘッドを支柱上に支持し、該翼の回転力により発電を行うように構成された風車発電装置において、前記ロータヘッドは外周に複数の翼が連結される環状のロータを備えるとともに、該ロータの内側に発電機コイルと該発電機コイルに対向する磁石とをその何れか一方を前記ロータに固定し他方を前記支柱上に支持された支持体に固定して設置され前記翼及びロータの回転により該発電機コイルに電力を発生する発電装置を備えてなることを特徴とする発電機一体型ロータヘッドを備えた風車発電装置を提案する。
【０００９】
請求項２記載の発明は請求項１の発明における発電装置の第１の具体的構成に係り、請求項１において、前記支持体の端部に前記発電装置の発電機コイルを前記ロータの回転軸心と同心にて環状に配置するとともに、前記磁石を前記ロータの内周に固着して該磁石と前記発電機コイルとの間に所定のエアギャップを形成してなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２において、好ましくは請求項３、４のように構成する。即ち請求項３においては、前記支持体は前記ロータの回転軸心と同心の支持軸と該支持軸の端部から該ロータの半径方向に延設されたアーム部と該アーム部の外周に固着された該ロータの回転軸心と同心の環状体とを備えてなるとともに、該環状体の外周に前記発電機コイルを固定して前記ロータの内周に固着した磁石と対向せしめ、さらに該環状体の外周と前記ロータの内周との間に軸受を設け該軸受を介して前記支持体に前記ロータを相対回転可能に支持してなる。
【００１１】
また請求項４においては、前記支持体は前記ロータの回転軸心と同心の支持軸と該支持軸の端部から該ロータの半径方向に延設されたアーム部とを備えてなるとともに、該アーム部の外周に前記発電機コイルを固定して前記ロータの内周に固着した磁石と対向せしめ、さらに前記支持軸の外周と前記ロータから内周方向に延設された軸受ブラケットの内周との間に軸受を設け該軸受を介して前記支持体に前記ロータを相対回転可能に支持してなる。
請求項２ないし４のように構成すれば、発電機コイルが静止部材である支持体に取り付けられているので、発電機コイルからの導線を直接に支持体を通して外部に取出すことができ、電気配線が簡単となり配線作業が容易化される。
また特に請求項４のように構成すれば、小径の支持軸の外周に嵌着した軸受でロータを支持するので、請求項３の場合よりも軸受が小型化できる。
【００１２】
さらに請求項２において、請求項８のように構成することもできる。即ち、前記磁石を電磁石に構成して前記ロータの内周に固着し該電磁石と前記発電機コイルとの間に所定のエアギャップを形成し、さらに前記支持軸の外周部に前記電磁石への導線に接続されるスリップリングを設け、外部導線からの電力を該スリップリングを介して前記電磁石に供給せしめるように構成してなる。
このように構成すれば、電磁石により強い磁界が印加できるとともに、スリップリングを用いることにより該電磁石を容易に励磁できる。
【００１３】
請求項５記載の発明は請求項１の発明における発電装置の第２の具体的構成に係り、請求項１において、前記支持体の端部に前記発電装置の磁石を前記ロータの回転軸心と同心にて環状に配置するとともに、前記発電機コイルを前記ロータの内周に固着して前記該磁石と該発電コイルとの間に所定のエアギャップを形成してなることを特徴とする。
【００１４】
請求項５において、好ましくは請求項６のように構成する。即ち前記支持体は前記ロータの回転軸心と同心の支持軸と該支持軸の端部から該ロータの半径方向に延設されたアーム部とを備えてなるとともに、該アーム部の外周に前記磁石を固定して前記ロータの内周に固着した発電機コイルと対向せしめ、さらに前記支持軸の外周と前記ロータから内周方向に延設された軸受ブラケットの内周との間に軸受を設け該軸受を介して前記支持体に前記ロータを相対回転可能に支持してなる。
このように構成すれば、小径の支持軸の外周に嵌着した軸受でロータを支持するので、軸受が小型化できる。
【００１５】
さらに請求項６において、好ましくは請求項７のように構成する。即ち前記支持軸の外周部に前記発電機コイルからの導線に接続されるスリップリングを設け、前記発電機コイルの電力を前記導線及びスリップリングを介して該支持軸に付設された外部導線に導出してなる。
このように構成すれば、スリップリングを用いることにより発電機コイルの発電電力を前支持軸側に容易に取り出すことができる。
【００１６】
請求項９記載の発明は請求項１ないし８の何れかの項において、前記支柱と支持体との間に、該支柱に対して支持体を回転せしめて前記ロータヘッドの方向を変化せしめるヨー制御装置を介装してなることを特徴とする。
【００１７】
また請求項１０記載の発明は請求項１ないし８の何れかの項において、前記環状のロータと翼との間に、該翼に連結され外歯歯車からなるリングギヤをピッチ制御モータに連結されるピニオンと噛み合わせることにより該翼を翼中心線廻りに回転せしめて該翼のピッチ角を制御するピッチ角制御装置を介装してなることを特徴とする。
このように構成すれば、翼に連結されるリングギヤが外歯歯車にて構成されているので、ピッチ制御装置のメインテナンス性が良好となる。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、風力により回転せしめられる複数の翼を備えたロータヘッドを支柱上に支持し、該翼の回転力により発電を行うように構成された風車発電装置において、前記ロータヘッドを外周に複数の翼が連結される環状のロータを有して構成するとともに、該ロータの内側に発電機コイルと該発電機コイルに対向する磁石とをその何れか一方を前記ロータに固定し他方を前記支柱上に支持された支持体に固定して設置され前記翼及びロータの回転により該発電機コイルに電力を発生する発電装置を備えてなる風車発電機を空気流の方向に２基設け、前記支持体を二股状に形成して両端部に前記各風車発電機を取り付け、前記支持体の根本部を前記支柱に支持してなることを特徴とする。
このように構成すれば、１つの支柱状に２基の風車発電機を空気流の方向に並設したので、小さい設置面積で大容量の風車発電装置を得ることが可能となる。
【００１９】
以上のようにかかる発明によれば、複数の翼に作用する空気力（風力）によりロータヘッドの環状のロータが回転せしめられ、請求項２ないし４のように該ロータの内周に固着された磁石と支柱上に支持された支持体の端部に前記磁石とエアギャップを形成して取り付けられた発電機コイルとの間、あるいは請求項５ないし７のように該ロータの内周に固着された発電機コイルと支柱上に支持された支持体の端部に前記発電機コイルとエアギャップを形成して取り付けられた磁石イルとの間、に該磁石と発電機コイルととの相対回転による誘導起電力が発生する。
【００２０】
かかる電力は、請求項２ないし４のように発電機コイルが静止部材である支持体に取り付けられている場合には該発電機コイルからの導線を直接に支持体を通して外部に取出し、請求項５ないし７のように発電コイルが回転部材であるロータ取り付けられている場合には、請求項６のようにスリップリングを介して支持体に取出し、該支持体を通して外部に取出す。
【００２１】
従ってかかる発明によれば、翼により回転せしめられる環状のロータの内側に発電機コイルと磁石とを所定のエアギャップを存して組み合わせてなる発電装置を設け、翼及びロータの回転から直接発電するように構成したので、ロータヘッドのスペース内に発電装置を収納できて該ロータヘッドのスペースを有効利用でき、従来技術のような長尺の風車軸及び該風車軸に連結され風車装置とは別置きの発電機は不要となる。
これにより、従来技術に比べて風車発電装置の重量が著しく軽減され、また風車軸及び該風車軸に連結される発電機が不要となることにより全長が大幅に短縮されるとともに構造が簡単となって、小型コンパクトで低コストの風車発電装置が得られる。
また、従来技術のように風車軸及びこれに直結駆動される発電機が不要となり設計上の拘束要件が少なくなるので、風車発電装置の設計面での自由度が多くなり、より高性能の風車発電装置の設計が可能となる。
【００２２】
また、翼からロータに伝達される風力エネルギーを直接発電電力に変換できるので、翼から発電装置までの動力損失が従来技術に比べて大幅に低減され、高効率の風車発電装置が得られる。
また、翼及びロータの回転から直接発電するように構成したので、翼から発電装置に至る動力伝達系に歯車類等のメインテナンス頻度の短い部品が少なく、メインテナンス性が向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２４】
図１は本発明の第１実施例に係る風車発電装置の要部側面図、図２は第２実施例を示す図１対応図である。図３は図１及び図２のＺ部拡大断面図、図４は図１及び図２のＹ部拡大断面図である。図５は本発明の第３実施例に係る風車発電装置のロータヘッド近傍の側面図、図６は第４実施例を示す図５対応図、図７は第５実施例を示す図５対応図である。
【００２５】
本発明の第１実施例を示す図１において、１０３は支柱、１は該支柱１０３の上部に後述するヨー制御装置２０を介して取り付けられた支持体で、前記ヨー制御装置２０に連結される支持腕部１ｄ、該支持腕部１ｄの上部に結合されてほぼ水平方向に延びる支持軸部１ａ、該支持軸部１ａの端部に結合されて風車の回転軸心７ａ即ち前記支持軸部１ａの中心に対して半径方向に延びるアーム部１ｂ、該アーム部１ｂの外周に結合され前記回転軸心７ａと同心の環状部１ｃからなる。
【００２６】
５０はロータヘッドで次のように構成されている。
３は環状に形成された発電機コイルで、前記環状部１ｃの外周面に固着されている。７は環状のロータで、外周に後述するピッチ角制御装置３０を介して複数（通常３枚程度）の翼１０１が取り付けられている。４は前記ロータ７の内周に固着された永久磁石で、該環状体の外周に前記発電コイルを固定して前記ロータの内周に固着した磁石と対向せしめ、永久磁石４と前記発電機コイル３との間には電磁誘導作用を成さしめるためのエアギャップ５を形成している。前記発電機コイル３及び永久磁石４により発電装置６０を構成する。
【００２７】
２は前記発電機コイル３の両側に設けられた主軸受で、外輪側が前記ロータ７の内周に固着された軸受ブラケット６に支持され、内輪側が前記環状部１ｃの外周に支持されている。
従って前記翼１０１、ロータ７及び永久磁石４は、前記支持体１、発電機コイル３に前記主軸受２を介して相対回転自在に支持されることとなる。
【００２８】
前記ヨー制御装置２０の詳細を示す図３において、１ｅは前記支持体１の下部部材であるフランジ部で、該フランジ部１ｅの下部には内歯歯車からなるリングギヤ２４が設けられている。２５は該フランジ部１ｅの外周と前記支柱１０３の上部内周との間に介装された軸受で、前記支持体１は前記支柱１０３に対して該軸受２５を介して３６０°回転可能となっている。
２１は前記支柱１０３の内側に固着されたヨーモータ、２３は該ヨーモータ２１の出力軸２２に連結されて前記リングギヤ２４に噛み合うピニオンである。２６は前記フランジ部１ｅの上部に装着されたパッド、２７はヨーブレーキで、該ヨーブレーキ２７とパッド２６とを圧接することにより前記支持体１の回転を制動するようになっている。尚、前記
ヨーブレーキ２７の構成自体は公知であるので、詳細な構造説明は省略する。
【００２９】
前記ピッチ角制御装置３０の詳細を示す図４において、３４は前記ロータ７の外周部と前記翼１０１の下部に固着された外歯歯車からなるリングギヤ３３の内周との間に介装されたピッチ軸受で、前記翼１０１及びリングギヤ３３は前記ロータ７に対して該ピッチ軸受３４を介して所定のピッチ角に回転可能となっている。
３１はピッチ角制御モータで、前記ロータ７に上部外周３５に固着されている。３２は該ピッチ角制御モータの出力軸に連結されるピニオンで、外歯歯車からなる前記リングギヤ３３に噛み合うようになっている。
従って、かかるピッチ角制御装置３０においては、ピッチ角制御モータ３１及びピニオン３２によりリングギヤ３３を回転させ、該リングギヤ３３に固定された翼１０１を所定のピッチ角に設定している。
このように構成すれば、翼１０１に連結されるリングギヤ３３が外歯歯車にて構成されているので、ピッチ角制御装置３３のメインテナンス性が良好となる。
【００３０】
かかる実施例において、前記複数の翼１０１に作用する空気力（風力）によりロータヘッド５０のロータ７が回転せしめられ、該ロータ７の内周に固着された永久磁石４と前記支持体１の環状部１ｃ外周に前記永久磁石４とエアギャップ５を形成して取り付けられた発電機コイル３との間に該永久磁石４と発電機コイル３との相対回転による誘導起電力が発生する。
この電力は、発電機コイル３が静止部材である支持体１の環状部１ｃに取り付けられているため、該発電機コイル３からの導線を直接に該支持体１を通して外部に取出す。
【００３１】
従ってかかる実施例によれば、翼１０１により回転せしめられる環状のロータ７の内側に発電機コイル３と永久磁石４とを所定のエアギャップを存して組み合わせてなる発電装置６０を設け、翼１０１及びロータ７の回転から直接発電するように構成したので、ロータヘッド５０のスペース内に発電装置６０を収納できて該ロータヘッド５０のスペースを有効利用でき、従来技術のような長尺の風車軸及び該風車軸に連結され風車装置とは別置きの発電機は不要となる。
【００３２】
図２に示す第２実施例においては、前記回転軸心７ａと同心の支持軸部１ａの端部から風車の半径方向に延設されたアーム部１ｂの外周に前記発電機コイル３を固定して前記ロータ７の内周に固着した永久磁石４と対向せしめている。
また、前記支持軸部１ａの外周と前記ロータ７から内周方向に延設された軸受ブラケット６の内周との間に軸受２を設け、該軸受２を介して前記支持体１に前記ロータ７を相対回転可能に支持している。
【００３３】
このように構成すれば、発電機コイル３が静止部材である支持体１のアーム部１ｂに取り付けられているので、該発電機コイル３からの導線を前記軸受ブラケット６から直接に支持体１を通して外部に取出すことができ、電気配線が簡単となる。
また、小径（外径Ｄ２）の支持軸部１ａの外周に嵌着した軸受２でロータ７を支持するので、図１に示す、環状部１ｃ（外径Ｄ１）外周に嵌着した軸受２でロータ７を支持するようにした第１実施例よりも軸受２を小型化できる。
【００３４】
図５に示す第３実施例においては、前記発電機コイル３を前記ロータ７の内周に固着し、前記第２実施例と同様に構成されたアーム部１ｂの外周に前記永久磁石４を固定して前記発電機コイル３と所定のエアギャップ５を形成して対向せしめている。
また、かかる実施例においては、前記支持軸部１ａの外周部に前記発電機コイル３からの導線１２に接続されるスリップリング１１を設け、前記発電機コイル３の電力を前記導線１２及びスリップリング１１を介して該支持体１に付設された外部導線１２ａに導出している。
かかる実施例によれば、スリップリング１１を用いることにより発電機コイル３の発電電力を前支持体１側に容易に取り出すことができる。
【００３５】
図６に示す第４実施例においては、前記第３実施例における永久磁石４を電磁石０４に置き換えて前記ロータ７の内周に固着し、該電磁石０４と前記アーム部１ｂに固着された発電機コイル３との間に所定のエアギャップ５を形成している。
さらにかかる実施例においては、前記支持軸部１ａの外周に前記電磁石０４への励磁用導線０１２に接続されるスリップリング１１を設け、外部導線１２ａからの電力を該スリップリング１１を介して前記電磁石０４に供給せしめるように構成している。
かかる実施例によれば、電磁石０４により強い磁界が印加できるとともに、スリップリング１１を用いることにより該電磁石０４を容易に励磁できる。
【００３６】
図７に示す第５実施例においては、前記第１〜第４実施例における風車発電機を空気流（風の流れ）方向に２基設けたもので、複数の翼が連結される環状のロータ７の内側に発電機コイル３と該発電機コイル３に対向する磁石４とをその何れか一方を前記ロータ７に固定し他方を前記支持体１に固定して設置された発電装置６０を備えた風車発電機２００を空気流の方向に２基設けている。
そして、前記支持体１を二股状の支持腕部１ｅに形成して、該支持腕部１ｅの両端部に前記各風車発電機２００を取り付け、支持体１の根本部を前記支柱１０３に支持している。
前記２基の風車発電機２００は、翼１０１を周方向に位相を形成して設置し、例えば各風車発電機２００の翼１０１の数が３枚の場合は６枚の翼の位相角は６０°となる。
かかる実施例によれば、１つの支柱１０３上に２基の風車発電機２００を空気流の方向に並設したので、小さい設置面積で大容量の風車発電装置を得ることが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、翼により回転せしめられる環状のロータの内側に発電コイルと磁石とを所定のエアギャップを存して組み合わせてなる発電装置を設け、翼及びロータの回転から直接発電するように構成したので、ロータヘッドのスペース内に発電装置を収納できて該ロータヘッドのスペースを有効利用でき、従来技術のような長尺の風車軸及び該風車軸に連結され風車装置とは別置きの発電機は不要となる。
これにより、従来技術に比べて風車発電装置の重量が著しく軽減され、また風車軸及び該風車軸に連結される発電機が不要となることにより全長が大幅に短縮されるとともに構造が簡単となって、小型コンパクトで低コストの風車発電装置が得られる。
また、風車軸及びこれに直結駆動される発電機が不要となり設計上の拘束要件が少なくなるので、風車発電装置の設計面での自由度が多くなり、より高性能の風車発電装置の設計が可能となる。
【００３８】
また、翼からロータに伝達される風力エネルギーを直接発電電力に変換できるので、翼から発電装置までの動力損失が従来技術に比べて大幅に低減され、高効率の風車発電装置が得られる。
さらに、翼及びロータの回転から直接発電するように構成したので、翼から発電装置に至る動力伝達系に歯車類等のメインテナンス頻度の短い部品が少なく、メインテナンス性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る風車発電装置の要部側面図である。
【図２】第２実施例を示す図１対応図である。
【図３】図１及び図２のＺ部拡大断面図である。
【図４】図１及び図２のＹ部拡大断面図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る風車発電装置のロータヘッド近傍の側面図である。
【図６】第４実施例を示す図５対応図である。
【図７】第５実施例を示す図５対応図である。
【図８】従来の風車発電装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１ 支持体
１ａ 支持軸部
１ｂ アーム部
１ｃ 環状部
２ 主軸受
３ 発電機コイル
４ 永久磁石
０４ 電磁石
５ エアギャップ
６ 軸受ブラケット
７ ロータ
２０ ヨー制御装置
２１ ヨーモータ
３０ ピッチ角制御装置
３１ ピッチ角制御モータ
３３ リングギヤ
５０ ロータヘッド
６０ 発電装置
１０１ 翼
１０３ 支柱
２００ 風車発電機[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is directed to a wind turbine power generator configured to support a rotor head having a plurality of blades rotated by wind force on a column and to generate power by the rotational force of the blades, wherein the power generator is integrated with the rotor head. The present invention relates to a wind turbine power generator provided with a generator-integrated rotor head.
[0002]
[Prior art]
Wind power is applied to a plurality of blades to generate a rotational force, and a large number of wind turbine generators are provided to drive a generator through a wind turbine shaft by the rotational force. The power generation equipment is installed at a high place such as on a hill or a mountain, or at a place where a high wind speed can be obtained, such as at sea, and is usually connected to a wind turbine shaft according to the wind speed energy and power consumption (required power generation) during operation. The blades are controlled so as to maintain the required generated power by changing the pitch of the blades.
[0003]
FIG. 8 is a schematic side view of one of such wind turbine generators provided in JP-A-5-60053, in which 105 is a rotor head, and 101 is a plurality provided on the outer periphery of the rotor head. Three (in this example, three) blades, 106 is a generator, 104 is a windmill shaft connecting the rotor head 105 and the generator, and 107 is a bearing of the windmill shaft 104.
Reference numeral 103 denotes a support, and reference numeral 102 denotes a nacelle fixed on the support and accommodating the generator 106 and the like.
[0004]
In such a windmill power generator, a plurality of blades 101 and a rotor head 105 are rotated by wind power, and the rotation of the rotor head 105 is transmitted to a generator 106 via a windmill shaft 104, and power is generated in the generator 106. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the related art, since the rotation of the rotor head 105 provided with the plurality of blades 101 is transmitted to the generator 106 through the long windmill shaft 104, the following is performed. Problems.
That is, in recent years, the output of a single wind turbine tends to increase, and accordingly, the diameter of the wing 101 and the capacity of the generator 106 increase, the wind turbine generator becomes larger, and the weight of the constituent members also increases. . In particular, the rotor head 105, which is a mounting portion and a support portion of the plurality of blades 101, has a thick wall and a large diameter in order to transmit a rotational force to the generator 106 while enduring a strong wind load. .
[0006]
Also, the generator 106 has a limit in the increase of the magnetic flux density per unit volume, so if the output per unit is increased as described above, the diameter and the length are increased and the size is increased.
In addition, it is necessary to increase the structural strength of the nacelle 102 and the pillar 103 with the increase in the weight of the rotor head 105 and the generator 106 as described above.
Further, since the rotor head 105 and the generator 106 are connected by the wind turbine shaft 104, the total length of the wind turbine generator becomes longer.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems of the prior art, the present invention improves the connection structure between the rotor head and the power generator, thereby reducing the weight and simplifying the structure, and enabling a wind turbine capable of coping with high output with a small and compact device. An object is to provide a power generator.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is configured such that a rotor head having a plurality of blades rotated by wind power is supported on a support, and power is generated by the rotational force of the blades. In the wind turbine power generator, the rotor head includes an annular rotor having a plurality of blades connected to an outer periphery thereof, and a generator coil and a magnet opposed to the generator coil are provided inside the rotor. A power generator that is installed and fixed to the rotor and the other is fixed to a support supported on the support, and that generates power to the generator coil by rotation of the wings and the rotor. We propose a wind turbine generator with a generator-integrated rotor head.
[0009]
The invention according to claim 2 relates to a first specific configuration of the power generation device according to the invention according to claim 1, wherein the generator coil of the power generation device is connected to an end of the support body by a rotating shaft of the rotor. The magnet is fixedly arranged on the inner periphery of the rotor while being concentric with the core, and a predetermined air gap is formed between the magnet and the generator coil.
[0010]
In claim 2, it is preferably configured as in claims 3 and 4. In other words, in the third aspect, the support is fixed to a support shaft concentric with the rotation axis of the rotor, an arm portion extending from an end of the support shaft in a radial direction of the rotor, and an outer periphery of the arm portion. An annular body concentric with the rotation axis of the rotor, and the generator coil is fixed to the outer periphery of the annular body so as to face a magnet fixed to the inner periphery of the rotor. A bearing is provided between the outer circumference of the body and the inner circumference of the rotor, and the rotor is rotatably supported on the support via the bearing.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, the support includes a support shaft concentric with the rotation axis of the rotor and an arm portion extending from an end of the support shaft in a radial direction of the rotor. The generator coil is fixed to the outer periphery of an arm portion and is opposed to a magnet fixed to the inner periphery of the rotor, and further, the outer periphery of the support shaft and the inner periphery of a bearing bracket extending in an inner peripheral direction from the rotor. The rotor is rotatably supported by the support via the bearing.
According to the present invention, since the generator coil is mounted on the support which is a stationary member, the conductor from the generator coil can be taken out directly through the support to the outside. And wiring work is facilitated.
In particular, according to the structure of the fourth aspect, since the rotor is supported by the bearing fitted to the outer periphery of the small-diameter support shaft, the size of the bearing can be reduced as compared with the case of the third aspect.
[0012]
Furthermore, in claim 2, it can be configured as in claim 8. That is, the magnet is configured as an electromagnet and fixed to the inner periphery of the rotor to form a predetermined air gap between the electromagnet and the generator coil, and further, a lead wire to the electromagnet is provided on the outer periphery of the support shaft. Is connected to the electromagnet via the slip ring.
With this configuration, a strong magnetic field can be applied to the electromagnet, and the electromagnet can be easily excited by using the slip ring.
[0013]
The invention according to claim 5 relates to a second specific configuration of the power generation device according to the invention according to claim 1, wherein the magnet of the power generation device is provided at an end of the support with the rotation axis of the rotor. The generator coil is concentrically arranged in a ring shape, and the generator coil is fixed to the inner periphery of the rotor to form a predetermined air gap between the magnet and the generator coil.
[0014]
According to claim 5, it is preferably configured as in claim 6. That is, the support has a support shaft concentric with the rotation axis of the rotor, and an arm portion extending from the end of the support shaft in the radial direction of the rotor. A magnet is fixed to face the generator coil fixed to the inner circumference of the rotor, and a bearing is provided between the outer circumference of the support shaft and the inner circumference of a bearing bracket extending in the inner circumferential direction from the rotor. The rotor is rotatably supported on the support via the bearing.
According to this structure, the rotor is supported by the bearing fitted to the outer periphery of the small-diameter support shaft, so that the size of the bearing can be reduced.
[0015]
Furthermore, in claim 6, it is preferable to configure as in claim 7. That is, a slip ring connected to a conductor from the generator coil is provided on an outer peripheral portion of the support shaft, and electric power of the generator coil is led to an external conductor attached to the support shaft via the conductor and the slip ring. Do it.
With this configuration, the power generated by the generator coil can be easily taken out to the front support shaft side by using the slip ring.
[0016]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the yaw control according to any one of the first to eighth aspects, wherein between the support and the support, the support is rotated with respect to the support to change the direction of the rotor head. It is characterized by interposing a device.
[0017]
According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, between the annular rotor and the blade, a ring gear connected to the blade and formed of an external gear is connected to a pitch control motor. It is characterized in that a pitch angle control device for controlling the pitch angle of the blade by rotating the blade around the blade center line by engaging with a pinion is interposed.
According to this structure, since the ring gear connected to the wing is formed of the external gear, the maintainability of the pitch control device is improved.
[0018]
The invention according to claim 11, wherein in the wind turbine generator configured to support a rotor head having a plurality of blades rotated by wind power on a support post and to generate electric power by the rotational force of the blades, the rotor head A plurality of blades are connected to the outer periphery of the rotor, and a generator coil and a magnet facing the generator coil are fixed to one of the rotors inside the rotor. Two wind turbine generators, each having a generator fixed to the support supported on the support and provided with a generator for generating power to the generator coil by rotation of the blades and the rotor, are provided in the direction of air flow. The support is formed in a forked shape, the wind turbine generators are attached to both ends, and the root of the support is supported by the support.
According to this structure, the two wind turbine generators are arranged side by side in the direction of the airflow on one pillar, so that a large-capacity wind turbine generator can be obtained with a small installation area.
[0019]
According to the invention as described above, the annular rotor of the rotor head is rotated by the aerodynamic force (wind force) acting on the plurality of blades, and is fixed to the inner periphery of the rotor as in claims 2 to 4. The magnet is fixed to an end of a support supported on a support between the magnet and a generator coil formed with an air gap formed therebetween, or to an inner periphery of the rotor as claimed in claim 5 to 7. The relative rotation of the magnet and the generator coil is located between the generator coil and the magnet coil attached to the end of the support supported on the support column with the generator coil forming an air gap. An induced electromotive force is generated.
[0020]
In the case where the generator coil is mounted on a support which is a stationary member as in claims 2 to 4, the electric power is taken out directly through the support from the generator coil to the outside. When the generator coil is attached to the rotor, which is a rotating member as in (7) to (7), the coil is taken out to the support via the slip ring and taken out through the support.
[0021]
Therefore, according to the invention, a power generator is provided by combining a generator coil and a magnet with a predetermined air gap inside the annular rotor rotated by the blade, and power is generated directly from the rotation of the blade and the rotor. With such a configuration, the power generation device can be stored in the space of the rotor head, and the space of the rotor head can be effectively used. No additional generator is required.
As a result, the weight of the wind turbine generator is significantly reduced as compared with the prior art, and the overall length is greatly shortened and the structure is simplified by eliminating the need for the wind turbine shaft and the generator connected to the wind turbine shaft. Thus, a small, compact and low-cost wind turbine generator can be obtained.
Also, unlike the prior art, a wind turbine shaft and a generator directly connected to the shaft are not required, and constraints on design are reduced, so that the degree of freedom in designing the wind turbine generator is increased, and a higher performance wind turbine is realized. The design of the power generation device becomes possible.
[0022]
In addition, since wind energy transmitted from the blades to the rotor can be directly converted into generated power, power loss from the blades to the power generation device is significantly reduced as compared with the conventional technology, and a highly efficient wind turbine power generation device can be obtained.
In addition, since power is generated directly from the rotation of the blades and the rotor, the power transmission system from the blades to the power generator has few components such as gears with a short maintenance frequency, and the maintainability is improved.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail using embodiments shown in the drawings. However, unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention thereto, but are merely illustrative examples. It's just
[0024]
FIG. 1 is a side view of a main part of a wind turbine generator according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment. FIG. 3 is an enlarged sectional view of a Z part in FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is an enlarged sectional view of a Y part in FIGS. 5 is a side view of the vicinity of a rotor head of a wind turbine generator according to a third embodiment of the present invention, FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5 showing the fourth embodiment, and FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 5 showing the fifth embodiment. It is.
[0025]
In FIG. 1 showing the first embodiment of the present invention, reference numeral 103 denotes a support, and 1 denotes a support attached to an upper portion of the support 103 via a yaw control device 20 described later, and is connected to the yaw control device 20. A supporting arm portion 1d, a supporting shaft portion 1a connected to an upper portion of the supporting arm portion 1d and extending in a substantially horizontal direction, and a rotating shaft center 7a of the windmill, ie, the supporting shaft portion 1a connected to an end of the supporting shaft portion 1a. And an annular portion 1c coupled to the outer periphery of the arm portion 1b and concentric with the rotation axis 7a.
[0026]
Reference numeral 50 denotes a rotor head which is configured as follows.
Reference numeral 3 denotes an annular generator coil fixed to the outer peripheral surface of the annular portion 1c. Reference numeral 7 denotes an annular rotor, and a plurality of (generally, about three) blades 101 are attached to the outer periphery thereof via a pitch angle control device 30 described later. Reference numeral 4 denotes a permanent magnet fixed to the inner periphery of the rotor 7. The permanent magnet 4 is fixed to the outer periphery of the annular body so as to face the magnet fixed to the inner periphery of the rotor. An air gap 5 for achieving electromagnetic induction is formed between the air gap 5 and the air gap 3. The generator coil 3 and the permanent magnet 4 constitute a power generator 60.
[0027]
Reference numerals 2 denote main bearings provided on both sides of the generator coil 3. The outer ring side is supported by a bearing bracket 6 fixed to the inner circumference of the rotor 7, and the inner ring side is supported by the outer circumference of the annular portion 1c.
Therefore, the wing 101, the rotor 7 and the permanent magnet 4 are rotatably supported by the support 1 and the generator coil 3 via the main bearing 2.
[0028]
In FIG. 3 showing the details of the yaw control device 20, reference numeral 1e denotes a flange portion, which is a lower member of the support 1, and a ring gear 24 formed of an internal gear is provided below the flange portion 1e. Reference numeral 25 denotes a bearing interposed between the outer periphery of the flange portion 1e and the upper inner periphery of the column 103. The support 1 can rotate 360 ° with respect to the column 103 via the bearing 25. ing.
Reference numeral 21 denotes a yaw motor fixed to the inside of the column 103, and reference numeral 23 denotes a pinion connected to the output shaft 22 of the yaw motor 21 and meshing with the ring gear 24. 26 is a pad mounted on the upper part of the flange 1e, 27 is a yaw brake, and the rotation of the support 1 is braked by pressing the yaw brake 27 and the pad 26 against each other. Since the configuration of the yaw brake 27 is publicly known, a detailed description of the structure is omitted.
[0029]
In FIG. 4 showing the details of the pitch angle control device 30, in FIG. 4, reference numeral 34 is interposed between the outer periphery of the rotor 7 and the inner periphery of a ring gear 33 composed of an external gear fixed to the lower portion of the blade 101. In the pitch bearing, the blade 101 and the ring gear 33 are rotatable at a predetermined pitch angle with respect to the rotor 7 via the pitch bearing 34.
A pitch angle control motor 31 is fixed to the rotor 7 on the upper outer periphery 35. A pinion 32 is connected to the output shaft of the pitch angle control motor and meshes with the ring gear 33 composed of an external gear.
Therefore, in the pitch angle control device 30, the ring gear 33 is rotated by the pitch angle control motor 31 and the pinion 32, and the wing 101 fixed to the ring gear 33 is set at a predetermined pitch angle.
With such a configuration, the ring gear 33 connected to the wing 101 is formed of an external gear, so that the maintainability of the pitch angle control device 33 is improved.
[0030]
In this embodiment, the rotor 7 of the rotor head 50 is rotated by pneumatic force (wind force) acting on the plurality of wings 101, and the permanent magnet 4 fixed to the inner periphery of the rotor 7 and the annular shape of the support 1. An induced electromotive force is generated between the permanent magnet 4 and the generator coil 3 attached to the outer periphery of the portion 1c by forming an air gap 5 by the relative rotation between the permanent magnet 4 and the generator coil 3.
Since the generator coil 3 is attached to the annular portion 1c of the support 1 which is a stationary member, this electric power is directly extracted from the generator coil 3 to the outside through the support 1.
[0031]
Therefore, according to this embodiment, the power generator 60 is provided by combining the generator coil 3 and the permanent magnet 4 with a predetermined air gap inside the annular rotor 7 rotated by the wing 101. Also, since power is generated directly from the rotation of the rotor 7, the power generating device 60 can be stored in the space of the rotor head 50, and the space of the rotor head 50 can be effectively used. Further, a generator connected to the windmill shaft and separately provided from the windmill device becomes unnecessary.
[0032]
In the second embodiment shown in FIG. 2, the generator coil 3 is fixed to the outer periphery of an arm 1b extending in the radial direction of the windmill from the end of the support shaft 1a concentric with the rotation axis 7a. Thus, it faces the permanent magnet 4 fixed to the inner periphery of the rotor 7.
Further, a bearing 2 is provided between an outer periphery of the support shaft portion 1a and an inner periphery of a bearing bracket 6 extending in an inner peripheral direction from the rotor 7, and the rotor 1 is attached to the support 1 via the bearing 2. 7 are rotatably supported.
[0033]
According to this configuration, since the generator coil 3 is attached to the arm portion 1b of the support 1, which is a stationary member, the lead from the generator coil 3 is passed directly from the bearing bracket 6 through the support 1. It can be taken out and electric wiring is simplified.
In addition, since the rotor 7 is supported by the bearing 2 fitted on the outer periphery of the small diameter (outer diameter D 2 ) support shaft portion 1a, the bearing fitted on the outer periphery of the annular portion 1c (outer diameter D 1 ) shown in FIG. 2, the bearing 2 can be made smaller than in the first embodiment in which the rotor 7 is supported.
[0034]
In the third embodiment shown in FIG. 5, the generator coil 3 is fixed to the inner periphery of the rotor 7, and the permanent magnet 4 is fixed to the outer periphery of the arm portion 1b configured similarly to the second embodiment. A predetermined air gap 5 is formed with the generator coil 3 so as to face the generator coil 3.
In this embodiment, a slip ring 11 connected to a conductor 12 from the generator coil 3 is provided on the outer periphery of the support shaft 1a, and the power of the generator coil 3 is supplied to the conductor 12 and the slip ring. The lead 11 leads out to an external conductor 12 a attached to the support 1.
According to this embodiment, the power generated by the generator coil 3 can be easily taken out to the front support 1 side by using the slip ring 11.
[0035]
In the fourth embodiment shown in FIG. 6, the permanent magnet 4 in the third embodiment is replaced with an electromagnet 04 and fixed to the inner periphery of the rotor 7, and the generator fixed to the electromagnet 04 and the arm portion 1b. A predetermined air gap 5 is formed between the coil 3 and the coil 3.
Further, in such an embodiment, a slip ring 11 connected to an exciting wire 012 for the electromagnet 04 is provided on the outer periphery of the support shaft portion 1a, and power from an external wire 12a is supplied to the electromagnet via the slip ring 11. 04 is supplied.
According to this embodiment, a strong magnetic field can be applied to the electromagnet 04, and the electromagnet 04 can be easily excited by using the slip ring 11.
[0036]
In the fifth embodiment shown in FIG. 7, two wind turbine generators according to the first to fourth embodiments are provided in the air flow (wind flow) direction, and an annular rotor to which a plurality of blades are connected is provided. 7, a generator coil 3 and a magnet 4 opposed to the generator coil 3 are provided with a power generator 60 installed with one of them fixed to the rotor 7 and the other fixed to the support 1. Two wind turbine generators 200 are provided in the direction of the air flow.
Then, the support 1 is formed on a bifurcated support arm 1e, and the wind turbine generators 200 are attached to both ends of the support arm 1e, and the root of the support 1 is supported on the support pillar 103. ing.
In the two wind turbine generators 200, the blades 101 are installed with a phase formed in the circumferential direction. For example, when the number of the blades 101 of each wind turbine generator 200 is three, the phase angle of the six blades is 60. °.
According to this embodiment, the two wind turbine generators 200 are arranged side by side in the direction of the air flow on one pillar 103, so that a large-capacity wind turbine generator can be obtained with a small installation area.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a power generating device is provided in which a power generating coil and a magnet are combined with a predetermined air gap provided inside a ring-shaped rotor that is rotated by a blade, and the power generating device is directly controlled by rotation of the blade and the rotor. Since it is configured to generate power, the power generation device can be stored in the space of the rotor head, and the space of the rotor head can be effectively used, and a long windmill shaft and a windmill device connected to the windmill shaft as in the related art can be used. No separate generator is required.
As a result, the weight of the wind turbine generator is significantly reduced as compared with the prior art, and the overall length is greatly shortened and the structure is simplified by eliminating the need for the wind turbine shaft and the generator connected to the wind turbine shaft. Thus, a small, compact and low-cost wind turbine generator can be obtained.
In addition, since a wind turbine shaft and a generator directly connected to the shaft are not required, the constraint on design is reduced, so that the degree of freedom in designing the wind turbine generator is increased, and the design of a higher performance wind turbine generator is required. It becomes possible.
[0038]
In addition, since wind energy transmitted from the blades to the rotor can be directly converted into generated power, power loss from the blades to the power generation device is significantly reduced as compared with the conventional technology, and a highly efficient wind turbine power generation device can be obtained.
Further, since power is generated directly from the rotation of the wings and the rotor, the power transmission system from the wings to the power generation device has few components such as gears with a low maintenance frequency, and the maintainability is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part side view of a wind turbine generator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a portion Z in FIGS. 1 and 2;
FIG. 4 is an enlarged sectional view of a portion Y in FIGS. 1 and 2;
FIG. 5 is a side view of the vicinity of a rotor head of a wind turbine generator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5, showing a fourth embodiment.
FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 5, showing a fifth embodiment.
FIG. 8 is a sectional view of a main part of a conventional wind turbine generator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support body 1a Support shaft part 1b Arm part 1c Annular part 2 Main bearing 3 Generator coil 4 Permanent magnet 04 Electromagnet 5 Air gap 6 Bearing bracket 7 Rotor 20 Yaw control device 21 Yaw motor 30 Pitch angle control device 31 Pitch angle control motor 33 Ring gear 50 Rotor head 60 Generator 101 Wing 103 Support column 200 Windmill generator
