JP2005036769A - Wind power generation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind power generation device capable of auxiliarily using stored compressed air. <P>SOLUTION: This wind mill power generation device comprises a differential gear device 13 having first and second side gears, first and second pinion gears, and a main gear, a generator 30 driven by the main gear 19, an air compressor 40 drivable by the main gear 19 through a rotational operation transmission means 43 and a compressed air tank 52, and an air motor 60 driven by the compressed air. The first side gear is rotatingly driven by a wind mill 11, the second side gear is rotatingly drivable by the air motor 60, and when the amount of power generation is in an excessive state, the compressed air is stored. When the amount of power generation is not sufficient, the air motor is driven to controllably hold constant the rotational speed of the main gear. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、風力を風車に作用させ風車軸を回転させることにより発電を行わせる風力発電装置であって、余剰エネルギーを蓄積しかつ不足時にこれを利用することにより発電量を定常状態に保持する機構を備えたものに関する。 The present invention relates to a wind turbine generator to generate electricity by rotating the windmill shaft by the action of wind on the wind turbine, to hold the amount of power generation in a steady state by utilizing this at accumulated and insufficient surplus energy about what having a mechanism.

特許文献1には、風車のブレード(羽)内に空気通路と空気吹出口とを設け、発電量の余剰時に空気圧縮機により圧縮空気を生成して圧縮空気タンクへ貯蔵し、不足時には圧縮空気タンクから圧縮空気を風車のブレードへ送出し、空気吹出口から噴出させて風車の回転力を得る風力発電装置が開示されている。 Patent Document 1, the air passage and the air outlet is provided in the wind turbine blade (blade), when surplus power amount to generate the compressed air by the air compressor and stored into the compressed air tank, compressed at the time of lack of air the compressed air from the tank is sent to the wind turbine blade, it is ejected from the air outlet wind turbine generator to obtain the rotational force of the wind turbine is disclosed.

特開2003−83230 JP 2003-83230

しかしながら、特許文献1では風車のブレードの構造が複雑となる上、圧縮空気の噴出により風車の回転力を補う際に一定の回転力を保持する制御が困難である。 However, on the structure of the blade in Patent Document 1, the wind turbine becomes complicated, control to maintain a constant rotational force when supplement the rotational power of the wind turbine by ejection of the compressed air is difficult. そこで、本発明では、発電量の余剰時にはそのエネルギーを圧縮空気として貯蔵する一方、不足時に圧縮空気を利用して発電量を補う風力発電装置であって、簡単な構造により発電機を常に一定の回転力(回転数)で駆動可能とすることを目的とする。 Therefore, in the present invention, whereas at the time of surplus power amount storing its energy as compressed air, a wind turbine generator to compensate for the amount of power generation by utilizing compressed air for lack always constant the generator by a simple structure and an object thereof to enable driving in rotation force (rotational speed).

上記の目的を解決すべく本発明は、次の構成を有する。 The present invention to achieve the aforementioned object has the following configuration.
(1)請求項1に係る風力発電装置は、風力を風車に作用させ風車軸を回転させることにより発電を行わせる風力発電装置において、 (1) wind turbine generator according to claim 1, in the wind turbine generator to generate electricity by rotating the windmill shaft by the action of wind on the wind turbine,
(a)互いに対向する第1サイドギヤ及び第2サイドギヤ、該第1及び第2のサイドギヤと噛合しかつ互いに対向する第1ピニオンギヤ及び第2ピニオンギヤ、並びに該第1及び第2ピニオンギヤの公転と連動する主ギヤを具備する差動歯車装置と、 (A) opposing the first side gear and second side gear, interlocking the first pinion gear and second pinion first and then the second side gear meshing and facing each other, and the revolution of the first and second pinion gears a differential gear device having a main gear,
(b)前記主ギヤ(19)により駆動される発電機(30)と、 (B) said main gear (19) by driven generator (30),
(c)前記主ギヤ(19)により回転動作伝達手段(43)を介して駆動される空気圧縮機(40)及び該空気圧縮機(40)を駆動することにより吐出される空気を貯蔵する圧縮空気タンク(52)と、 (C) compression for storing air discharged by driving the air compressor driven via a rotation transmitting means (43) (40) and air compressor (40) by said main gear (19) an air tank (52),
(d)前記圧縮空気タンク(52)から送出される圧縮空気により駆動されるエアモータ(60)とを有し、 (D) and a air motor (60) driven by compressed air delivered from the compressed air tank (52),
(e)前記第1サイドギヤ(14)が前記風車(11)により回転駆動される一方、前記第2サイドギヤ(15)が前記エアモータ(60)により回転駆動可能であり、かつ (f)前記発電機(30)による発電量が定常状態である場合は前記主ギヤ(19)が前記発電機(30)のみを駆動し、発電量が過剰状態である場合は前記主ギヤ(19)が前記空気圧縮機(40)を駆動して前記圧縮空気タンク(52)に圧縮空気を貯蔵し、発電量が不足状態である場合は前記エアモータ(60)を駆動して前記第2サイドギヤ(15)を回転駆動することにより前記主ギヤ(19)の回転数を一定に保持すべく制御する制御手段を有することを特徴とする。 (E) while the first side gear (14) is rotated by the wind turbine (11), said second side gear (15) and is rotatable driven by the air motor (60), and (f) the generator (30) said main gear if the power generation amount is in a steady state (19) drives only the generator (30) by, when the power generation amount is excessive state said main gear (19) is the air compressor machine (40) to drive the by storing compressed air the compressed air tank (52), when the power generation amount is insufficient state rotates the by driving the air motor (60) second side gears (15) It characterized by having a control means for controlling to hold constant the rotational speed of the main gear (19) by.
(2)請求項2に係る風力発電装置は、請求項1において、前記回転動作伝達手段(43)がクラッチを具備することを特徴とする。 (2) wind turbine generator according to claim 2, in claim 1, wherein the rotation transmitting means (43) is characterized by comprising a clutch.

上記の構成の差動歯車装置により、主ギヤは、第1サイドギヤと第2サイドギヤのそれぞれの回転数に関わらず、常にそれらの平均回転数で回転する。 The differential gear device of the above construction, the main gear, regardless of the respective rotational speed of the first side gear and second side gear, always rotates at the average rotational speed thereof. 発電量が定常状態である場合は、風車により駆動される第1サイドギヤのみが回転して主ギヤを回転させ、主ギヤは発電機のみを駆動して発電を行わせる。 If the amount of power generation in a steady state, only the first side gear driven by the wind turbine is rotated to rotate the main gear, the main gear to perform power generation by driving only the generator.

発電量が定常状態より過剰となった場合は、回転動作伝達手段を介して主ギヤの回転を空気圧縮機へも伝達する。 If the power generation amount becomes excessive than the steady state, the rotation of the main gear through the rotation transmitting means also transmits to the air compressor. 主ギヤが発電機に加えて空気圧縮機も駆動することで負荷が大きくなり第1サイドギヤの回転数が低下して、主ギヤの回転数は定常状態へ戻る。 The rotation speed of the first side gear becomes large load by the main gear also drives in addition to the generator air compressor is reduced, the rotational speed of the main gear is returned to the steady state. これにより、発電量も定常状態に戻る。 As a result, the power generation amount also returns to the steady state. その一方で、空気圧縮機により圧縮された空気は圧縮空気タンクへ貯蔵される。 On the other hand, the air compressed by the air compressor is stored into the compressed air tank.

発電量が定常状態より不足となった場合は、圧縮空気タンクの圧縮空気によりエアモータを駆動して第2サイドギヤを回転駆動する。 If the power generation amount becomes insufficient from the steady state, the second side gear to drive the air motor by compressed air of the compressed air tank driven to rotate. 第1サイドギヤの回転数低下に応じて第2サイドギヤの回転数を調整制御することにより、主ギヤの回転数を定常状態へ戻す、すなわち一定に保持することができる。 By adjusting and controlling the rotational speed of the second side gear in response to the decrease in rotational speed of the first side gear, returns the rotational speed of the main gear to the steady state, i.e. it can be kept constant. これにより、発電量も定常状態に戻る。 As a result, the power generation amount also returns to the steady state.

主ギヤと空気圧縮機の間の回転動作伝達手段は、徐々に回転を伝えることができるクラッチ機構によることが好ましい。 Rotation transmitting means between the main gear and the air compressor is preferably by a clutch mechanism which can gradually transmit rotation. 急激に大きな力を伝達することによる構成要素の破損を防ぐためである。 It is to prevent damage to the components due to transmit a large force rapidly.

本発明の風力発電装置では、簡単な構造により発電機の発電量を定常状態に保持することができる。 In the wind turbine generator of the present invention, it is possible to hold the amount of electric power generated by the generator to the stationary state by a simple structure. 加えて、従来の風力発電装置に比べて20〜30%程度のコストダウンが実現できる。 In addition, cost reduction of about 20-30% in comparison with the conventional wind power generating device can be realized. 従来の風力発電装置は、火力発電や原子力発電に比べて20〜50%程度コスト高であったが、本発明によれば、これら他の発電方法と同程度のコストとすることができるので、風力発電の普及を促進することができ、環境保護にも寄与することとなる。 Conventional wind power generator, but was about 20-50% cost as compared with thermal power and nuclear power, according to the present invention, it is possible to these other power generation methods and comparable cost, it is possible to promote the use of wind power, it becomes possible to contribute to environmental protection.

以下、図面を参照しつつ本発明の実際の形態を説明する。 Hereinafter, describing the actual form of the present invention with reference to accompanying drawings.
図1は、本発明による風力発電装置10の機構の一例を概略的かつ模式的に示した構成図である。 Figure 1 is a block diagram showing schematically and schematically an example of a mechanism of a wind turbine generator 10 according to the present invention. 尚、図1においては、風力発電装置の発電量が定常状態の場合を示している。 In FIG. 1, the power generation amount of the wind turbine generator indicates the case of steady state. 定常状態とは、発電量が目標値の範囲内であることをいう。 The steady state means that the power generation amount is within the range of the target value. 図示しないが、実際の風力発電装置の一般的な外観は、塔状の本体上部の外壁から風車軸12が突き出ており、これに風車11が取り付けられている。 Although not shown, the general appearance of the actual wind turbine generator, protrudes Windmill shaft 12 from the tower outer wall of the upper body, and the wind turbine 11 is mounted thereto. 風力の作用により風車11が回転することにより風車軸12を回転する。 Windmill 11 by the action of the wind rotates the windmill shaft 12 by rotating. 図1における風車11以外の構成要素は、塔状の本体内部に適宜配置され収容されている。 Components other than the wind turbine 11 in FIG. 1 are accommodated as appropriate disposed inside the body of the tower-like.

一般的な風力発電装置では、風車軸12の回転が発電機30の回転子軸22へ伝えられ、回転子軸22を回転することにより固定子に巻かれたコイルに電流を発生させる。 In general wind power generator, the rotation of the windmill shaft 12 is transmitted to the rotor shaft 22 of the generator 30 to generate a current to the coil wound around the stator by rotating the rotor shaft 22. 発電機30の構造は周知であるので省略する。 Structure of the generator 30 is omitted since it is well known. 本発明においては、風車軸12と発電機30の間に差動歯車装置13が介在しており、これを介して風車軸12の回転が発電機軸22へ伝えられる。 In the present invention, the differential gear device 13 between the wind turbine shaft 12 and generator 30 are interposed, the rotation of the windmill shaft 12 is transmitted to the generator shaft 22 through it.

差動歯車装置13は、互いに対向する一対の傘歯車である第1サイドギヤ14及び第2サイドギヤ15と、これら第1及び第2のサイドギヤ14、15と噛合しかつ互いに対向する一対の傘歯車である第1ピニオンギヤ16及び第2ピニオンギヤ17と、これら第1及び第2ピニオンギヤ16、17と連結部18a、18bをそれぞれ介して連結された主ギヤ19とから構成されている。 Differential gear unit 13 includes a first side gear 14 and the second side gear 15 is a pair of bevel gears facing each other, in the first and second side gears 14, 15 meshed with and a pair of bevel gears facing each other there first pinion gear 16 and the second pinion gear 17, and a first and second pinion gears 16 and 17 connecting portion 18a, 18b and linked via respective main gears 19.. 第1及び第2サイドギヤ14、15及び主ギヤ19の軸は一致している。 Axis of the first and second side gears 14 and 15 and the main gear 19 is consistent. 第1及び第2ピニオンギヤ16、17の軸は、第1及び第2サイドギヤ14、15の軸と直交している。 Axis of the first and second pinion gears 16 and 17 is perpendicular to the axis of the first and second side gears 14 and 15. 第1及び第2ピニオンギヤ16、17は、各々の軸の周りでそれぞれ自転可能であると同時に、主ギヤ19の軸の周りで一体的に公転可能である。 First and second pinion gears 16 and 17, at the same time it is capable of rotating each about a respective axis, be integrally revolve around the axis of the main gear 19. 第1及び第2ピニオンギヤ16、17と主ギヤ19は連結されているので、主ギヤ19は第1及び第2ピニオンギヤ16、17の公転と連動する。 Since the first and second pinion gears 16 and 17 and the main gear 19 is connected, the main gear 19 is interlocked with the revolution of the first and second pinion gears 16 and 17.

斯かる差動歯車装置13においては、主ギヤ19の回転数は、第1サイドギヤ14の回転数と第2サイドギヤ15の回転数の平均回転数となることが特徴である。 In the differential gear device 13 such, the rotational speed of the main gear 19 is characterized in that an average rotational speed rpm of the rotational speed and the second side gear 15 of the first side gear 14. 第1サイドギヤ14は風車軸12と連結されているので、風車11により直接回転駆動されることになる。 Since the first side gear 14 is coupled to the wind turbine shaft 12 will be rotationally driven directly by the wind turbine 11. 第2サイドギヤ15は、エアモータ60のエアモータ軸63と連結されており、エアモータ60により回転駆動可能である。 The second side gear 15 is connected with an air motor shaft 63 of the air motor 60 is rotatably driven by the air motor 60. 第1及び第2ピニオンギヤ16、17は、第1サイドギヤ14及び第2サイドギヤ15の双方の回転により公転するが、各サイドギヤの回転数に差があるときは各ピニオンギヤがそれぞれ自転することにより平均化された回転数で公転する。 First and second pinion gears 16 and 17, averaging by revolve by the rotation of both the first side gear 14 and the second side gear 15, when there is a difference in rotational speeds of the side gears, each pinion gear rotates, respectively It revolves at a rotation speed that is. これは、一方のサイドギヤが完全に停止しているときも同様である。 This also applies when one of the side gears is completely stopped. 定常状態では、エアモータ60は停止しているので、第2サイドギヤ15は停止している。 In the steady state, the air motor 60 is stopped, the second side gear 15 is stopped.

主ギヤ19の回転は、発電機駆動ギヤ21を介して発電機軸22へ伝えられる。 Rotation of the main gear 19 is transmitted to the generator shaft 22 via the generator driving gear 21. 従って、主ギヤ19により発電機30が駆動される。 Thus, the generator 30 is driven by the main gear 19. 発電機30の出力は送電線により伝送され、その発電量は、発電量センサ31によりモニタリングされる。 The output of the generator 30 is transmitted by the transmission line, the power generation amount is monitored by the power generation amount sensor 31. 発電量センサ31は、例えば、電流計、電圧計及び/又は電力計等である。 Power generation amount sensor 31, for example, an ammeter, a voltmeter and / or power meter or the like.

一方、主ギヤ19の回転は、圧縮機駆動ギヤ41を介して空気圧縮機40へも伝達することができる。 On the other hand, rotation of the main gear 19 can be via a compressor drive gear 41 is also transmitted to the air compressor 40. 但し、圧縮機ギヤ41と空気圧縮機40の間には、回転動作伝達手段43が設けられており、制御により、この間の回転動作の伝達を接続又は断絶することができる。 However, during the compressor gear 41 and the air compressor 40, rotation transmitting means 43 is provided, the control makes it possible to connect or break the transmission of this period of rotation. 図示の例では、回転動作伝達手段43は、圧縮機駆動軸42の中間に設けられたクラッチである。 In the illustrated example, rotation transmitting means 43 is a clutch provided in the middle of the compressor drive shaft 42. このクラッチ43は、電気信号により接続又は断絶を制御可能である。 The clutch 43 is capable of controlling the connection or disconnection by an electric signal. 図示の状態では、クラッチ43は断絶しており、従って空気圧縮機40も停止している。 In the illustrated state, the clutch 43 is severed, thus also the air compressor 40 is stopped.

空気圧縮機40は、圧縮機駆動軸42により回転駆動されるホイール44に一端が取り付けられたクランク45と、クランク45の他端が取り付けられたピストン47と、このピストン47を収容しかつ吸入弁49及び吐出弁50を具備するシリンダ46とを有する。 Air compressor 40 includes a crank 45 having one end attached to the wheel 44 which is driven to rotate by the compressor drive shaft 42, a piston 47 to which the other end of the crank 45 is attached, to accommodate the piston 47 and the intake valve 49 and has a cylinder 46 having a discharge valve 50. 吸入弁49と吐出弁50は逆止弁であり、空気圧縮機40が駆動されると、ピストン47の往復動作により吸入弁49から圧縮室48内へ空気を吸入し、吐出弁50から吐出するポンプの働きをする。 Intake valve 49 and the discharge valve 50 is a check valve, the air compressor 40 is driven, and the intake air from the intake valve 49 by the reciprocating movement of the piston 47 into the compression chamber 48, discharged from the discharge valve 50 to act as a pump. 尚、図示の空気圧縮機40は、一例を簡略的に示したものであり、他の公知の構造の空気圧縮機も利用可能である。 The air compressor 40 shown, which has a simplified manner an example, and an air compressor of another known structure can also be utilized.

空気圧縮機40から吐出された空気は、圧縮空気タンク52へ送られ貯蔵される。 Air discharged from the air compressor 40 is stored and sent to the compressed air tank 52. 本発明における圧縮空気タンク52内の圧力目標値は約600気圧である。 Pressure target value in the compressed air tank 52 in the present invention is about 600 atmospheres. 空気圧縮機40と圧縮空気タンク52の間の仕切弁51は、空気を送るとき以外は閉じられている。 Gate valve 51 between the air compressor 40 and the compressed air tank 52 is closed except when sending air. 圧縮空気タンク52には、過剰な圧力上昇を防止するための圧抜弁54も設けられている。 The compressed air tank 52 is depressurization valve 54 is also provided to prevent excessive pressure rise. 圧縮空気タンク52内の圧力は、圧力センサ55によりモニタリングされている。 The pressure in the compressed air tank 52 is monitored by the pressure sensor 55.

圧縮空気タンク52の出口は、前述とエアモータ60と接続されている。 Outlet of the compressed air tank 52 is connected to the above and the air motor 60. そして、制御により、貯蔵された圧縮空気がエアモータ60へ供給され、エアモータ60を駆動する。 Then, controlled by the compressed air stored is supplied to the air motor 60 to drive the air motor 60. 圧縮空気タンク52とエアモータ53の間の仕切弁53は、空気を送るとき以外は閉じられている。 Gate valve 53 between the compressed air tank 52 and the air motor 53, except when sending air is closed.

尚、仕切弁51、53及び圧抜弁54の各々の開閉及び/又は流量の制御は、電気信号により行われる。 Note that each of the closing and / or flow control of the gate valves 51, 53 and pressure relief valve 54 is performed by an electrical signal. 定常状態では、これらの弁は全て閉じられている。 In the steady state, these valves are all closed.

エアモータ60は、図示の例では、ロータ62を内蔵しており、吸気口61から流入した圧縮空気が排気口64から排出されていく過程でロータ62を回転駆動する。 Air motor 60 is in the illustrated example has a built-in rotor 62, the compressed air flowing from the air inlet 61 is driven to rotate the rotor 62 in the process of being discharged from the exhaust port 64. ロータ62の軸はエアモータ軸63であり、前述の通り、第2サイドギヤ15へ連結されている。 The axis of the rotor 62 is air motor shaft 63, as described above, is coupled to the second side gear 15. 尚、圧縮空気を動力源として回転力を得るエアモータには、種々の構造が知られており、図示の例に限定されずいずれも利用可能である。 Incidentally, the air motor to obtain a rotation force of compressed air as a power source are known various structures, both not limited to the example shown are available.

制御部70は、発電量センサ31の出力信号S1及び圧力センサ55の出力信号S2を入力データとして継続的に取得し、これらに基づいてクラッチ43の接続及び断絶を制御する制御信号C1並びに各弁の開閉及び流量を制御する制御信号C2を出力する。 The control unit 70 continuously acquires the output signal S1 and the output signal S2 of the pressure sensor 55 of the power generation amount sensor 31 as input data, control signals C1 and each valve for controlling the connection and disconnection of the clutch 43 based on these It outputs a control signal C2 for controlling the opening and closing and flow rate. これらの制御は、コンピュータ及びこれに搭載するプログラムを用いて実行可能である。 These controls can be performed using a program that onboard computer and thereto.

図1の定常状態においては、風車軸12が矢印R1の方向に回転する一方、エアモータ軸63は停止している。 In the steady state of FIG. 1, while the wind turbine shaft 12 rotates in the direction of arrow R1, the air motor shaft 63 is stopped. 従って、風車軸12の回転数により主ギヤ19の回転数が決定され、主ギヤ19は矢印R2の方向に回転する(第1及び第2ピニオンギヤ16、17の公転)。 Thus, the rotational speed of the main gear 19 by the rotation speed of the windmill shaft 12 is determined, the main gear 19 is rotated in the direction of the arrow R2 (the revolution of the first and second pinion gears 16 and 17). このとき、第1ピニオンギヤは矢印R3の方向に自転し、第2ピニオンギヤは矢印R4の方向に自転する。 The first pinion is rotating in the direction of the arrow R3, the second pinion gear rotates in the direction of arrow R4. クラッチ43は断絶状態であり、空気圧縮機40及びエアモータ60は停止している。 Clutch 43 is disconnected state, the air compressor 40 and the air motor 60 is stopped.

図2は、発電機30の発電量が過剰状態の場合を示す図1と同様の構成図である。 2, the power generation amount of the generator 30 is the same diagram as FIG. 1 shows the case of excessive state. 風力が十分すぎると、発電機30の発電量が目標値の範囲を超えることがある。 When the wind is too well, sometimes power generation amount of the generator 30 exceeds the range of the target value. 制御部70は、発電量センサ31の出力により発電過剰状態を検知すると、クラッチ43を接続状態とする制御信号を送信する。 Controller 70, when detecting the power generation over state by an output of the power generation amount sensor 31, and transmits a control signal to the clutch 43 in a connected state. 同時に、仕切弁51を開状態とする制御信号も送信する。 At the same time, it transmits control signals to the gate valve 51 opened.

これによりクラッチ43が接続状態となると、圧縮機駆動軸42及びホイール44が矢印R6の方向に回転する。 Thus when the clutch 43 is connected, the compressor drive shaft 42 and the wheel 44 rotates in the direction of the arrow R6. これにより、空気圧縮機40のクランク45が、矢印M1のようにピストン47を往復動作させる。 Accordingly, the crank 45 of the air compressor 40, the piston 47 reciprocates as indicated by the arrow M1. そして、吸入弁49から矢印M2のように空気を圧縮室48内に吸い込み、吐出弁50から圧縮空気タンク52へと送出する。 Then, suction air into the compression chamber 48 as indicated by an arrow M2 from the intake valve 49, is sent from the discharge valve 50 to the compressed air tank 52. 矢印M3のように、圧縮空気タンク52内へ空気が送り込まれることにより、圧力が上昇する。 As indicated by the arrow M3, the air is sent into the compressed air tank 52, the pressure increases. 圧力値は、圧力センサ55によりモニタリングされる。 Pressure value is monitored by the pressure sensor 55. 目標圧力値(実施例では、約600気圧)に達するまでは、圧抜弁54は閉じられているが、目標圧力値以上に圧力上昇したことを制御部70が検知すると、圧抜弁55を開とする制御信号を送信する。 The target pressure value (in the embodiment, about 600 atm) until reaching, but the depressurization valve 54 is closed, the control unit 70 that it has increased the pressure to more than the target pressure value is detected, the depressurization valve 55 opening between transmitting a control signal to. 目標圧力値以上に圧力上昇することを防止する。 To prevent the pressure increase above the target pressure value.

このように、主ギヤ19の回転力が、発電機30の駆動と空気圧縮機40の駆動の双方に用いられることで負荷が大きくなり、回転数が低下し、その結果、発電機30の発電量は定常状態へ戻る。 Thus, the rotational force of the main gear 19, the load is increased by use in both the drive of the drive and the air compressor 40 of the generator 30, the rotational speed is lowered, so that the power generation of the generator 30 the amount is returned to the steady state. 発電量が定常状態へ戻ったことを、制御部70が検知したならば、制御部70は、各構成要素を図1の定常状態とする制御信号を送信する。 That power generation is returned to the steady state, if the control unit 70 detects, the control unit 70 sends a control signal to each component in the steady state in FIG.

図3は、発電機30の発電量が不足状態の場合を示す図1と同様の構成図である。 3, the power generation amount of the generator 30 is the same diagram as FIG. 1 shows the case of a shortage state. 風力が足りないと、発電機30の発電量が目標値の範囲に達しなくなることがある。 If the wind is insufficient, the power generation amount of the generator 30 may become not reach the range of the target value. 制御部70は、発電量センサ31の出力により発電不足状態を検知すると、圧縮空気タンク52とエアモータ60の間の仕切弁53を開状態とする制御信号を送信する。 Controller 70, when detecting the power generation insufficiency by the output of the power generation amount sensor 31, and transmits a control signal to the gate valve 53 between the compressed air tank 52 and the air motor 60 in the open state.

これにより、矢印M4のように、エアモータ60に圧縮空気が送られる。 Thus, as indicated by the arrow M4, compressed air is sent to the air motor 60. エアモータ60の吸気口61から流入した圧縮空気は、排気口64から排出されていく過程でロータ62を回転駆動する。 Compressed air flowing from the inlet port 61 of the air motor 60 rotates the rotor 62 in the process of being discharged from the exhaust port 64. この結果、矢印R7の方向にエアモータ軸63が回転し、第2サイドギヤ15を回転駆動する。 As a result, the air motor shaft 63 in the direction of the arrow R7 is rotated, to rotate the second side gear 15.

このとき、第2サイドギヤ15の回転数を、発電機30の発電量が定常状態となるように調整する。 At this time, the rotational speed of the second side gear 15, the power generation amount of the generator 30 is adjusted to be a steady state. 第1サイドギヤ14の回転数は風力により変動する。 Rotational speed of the first side gear 14 varies with the wind. 前述の通り、第1サイドギヤ14と第2サイドギヤの平均回転数が主ギヤ19の回転数となり、主ギヤ19が発電機30を駆動するからである。 As described above, since the average rotational speed between the first side gear 14 and the second side gear is a rotation speed of the main gear 19, a main gear 19 drives a generator 30. 第2サイドギヤ15の回転数は、すなわちエアモータ軸63の回転数であるから、仕切弁53を制御してエアモータ60への圧縮空気の流入量を調整することにより制御可能である。 Rotational speed of the second side gear 15, i.e. since the rotational speed of the air motor shaft 63, can be controlled by adjusting the flow amount of compressed air to the air motor 60 and controls the gate valve 53. 図示の場合は、風車軸12が完全に停止した最も極端な例であり、エアモータ60のみにより(すなわち圧縮空気エネルギーのみにより)発電機30が駆動され、発電が行われる。 The illustrated case, the most extreme example of the windmill shaft 12 is completely stopped, only by the air motor 60 (i.e. only by compressed air energy) generator 30 is driven, power is generated.

図4は、図1〜図3にそれぞれ示した本発明の風力発電装置の動作状態を実現する制御フローの一例を概略的に示した流れ図である。 Figure 4 is a flow diagram schematically illustrating one example of a control flow for realizing the operation state of the wind turbine generator of the present invention shown respectively in FIGS. この制御は、図1〜図3の制御部70により行われる。 This control is performed by the control unit 70 of FIGS. 以下、順に説明する。 Below, it will be described in order. 説明においては、図1〜図3に示した符号を用いる。 In the description, using the reference numerals shown in FIGS.

・ステップ111:発電量センサ31の出力信号に基づいて、発電量が定常範囲内であるか否か、つまり発電状況が定常状態であるか否かを判断する。 Step 111: based on the output signal of the power generation amount sensor 31, the amount of power generation whether the steady range, i.e. the power generation state, it is determined whether a steady state. 定常範囲内は、例えば、一定の目標値のプラスマイナス10%の範囲内等と設定する。 The steady range, for example, set such a range plus or minus 10% of the predetermined target value. この範囲内での変動であれば、定常状態と判断する。 If variation within this range, it is determined that the steady state.

・ステップ112:ステップ111において定常状態と判断された場合、空気圧縮機40及びエアモータ60のいずれかが稼働していればそれを停止状態とする。 Step 112: If it is determined that a steady state in step 111, any of the air compressor 40 and air motor 60 is in a stopped state thereof if the run. あるいは、いずれも既に停止していればそのまま停止状態を維持する。 Alternatively, both of which already maintained as stopped if stop. 具体的には、クラッチ43を断絶状態とし、入口仕切弁51、出口仕切弁53及び圧抜弁54を閉状態とする。 Specifically, the clutch 43 and disconnected state, the inlet gate valve 51, the outlet gate valve 53 and depressurizing valve 54 closed.

・ステップ113:ステップ111において定常範囲外であると判断された場合、発電量が定常範囲を超えているのか(過剰であるのか)、定常範囲未満であるのか(不足であるのか)を判断する。 Step 113: If it is determined that the stationary range in step 111, (whether it is excessive) power amount that if it exceeds the constant range, it is determined whether less than normal range (whether the lack) .

・ステップ114:ステップ113において定常範囲を超えている過剰状態であると判断された場合、空気圧縮機40が停止していればこれを稼働状態し、既に稼働していればそのまま稼働状態を維持する。 Step 114: maintaining If it is determined that the excessive state exceeding the steady range in step 113, it if the air compressor 40 is stopped operating state, already as it operational state if running to. 一方、エアモータ60が稼働していればこれを停止状態とし、既に停止していればそのまま停止状態を維持する。 On the other hand, it was the stop state if the air motor 60 is in operation, already maintained as stopped if stop. 具体的には、クラッチ43を接続状態とし、入口仕切弁51を開状態とし、出口仕切弁53及び圧抜弁54を閉状態とする。 Specifically, the clutch 43 in the connected state, the inlet sluice valve 51 opened, the outlet gate valve 53 and depressurizing valve 54 closed. これにより、圧縮空気タンク52内に圧縮空気を貯蔵する。 Thus, storing the compressed air into the compressed air tank 52.

・ステップ115:ステップ114に続いて、圧縮空気タンク52内の圧力が規定圧力(例えば、約600気圧)に達しているか否かを、圧力センサ55の出力信号に基づいて判断する。 Step 115: After step 114, the pressure in the compressed air tank 52 is specified pressure (e.g., about 600 atmospheres) whether reached, is determined based on the output signal of the pressure sensor 55. 規定圧力に達していないと判断された場合は、ステップ111へ戻り、上記の制御フローを繰り返す。 If it is determined not to reach the specified pressure, the process returns to step 111 to repeat the control flow described above.

・ステップ116:ステップ115において、圧縮空気タンク52内の圧力が規定圧力に達していると判断された場合、空気圧縮機40をそのまま稼働状態に維持すると同時に、圧抜弁54を開放することにより、規定圧力を維持する。 Step 116: In step 115, if the pressure in the compressed air tank 52 is determined to have reached the specified pressure and to maintain the air compressor 40 as it is operating at the same time, by opening the depressurizing valve 54, to maintain a specified pressure. これにより圧力の異常上昇を防止する。 Thereby preventing an abnormal increase in pressure. 具体的には、クラッチ43を接続状態、入口仕切弁51を開状態、出口仕切弁53を閉状態のままとする一方、圧抜弁54を開状態とする。 Specifically, connecting the clutch 43 state, while the inlet gate valve 51 opened, the outlet gate valve 53 remains closed, the depressurization valve 54 opened. その後、ステップ111へ戻り、上記の制御フローを繰り返す。 Thereafter, the process returns to step 111 to repeat the control flow described above.

・ステップ117:ステップ113において定常範囲未満である不足状態であると判断された場合、空気圧縮機40が稼働していればこれを停止状態とし、既に停止していればそのまま停止状態を維持する。 Step 117: If it is determined that insufficient state is less than the constant range at step 113, it if the air compressor 40 is running and the stop state, already maintained as stopped if stop . 一方、エアモータ60が停止していればこれを稼働状態とし、既に稼働していればそのまま稼働状態を維持する。 On the other hand, this is a working state if the air motor 60 is stopped, to maintain it operating state if already running. 具体的には、クラッチ43を断絶状態とし、入口仕切弁51を閉状態、出口仕切弁53を開状態、圧抜弁54を閉状態とする。 Specifically, the clutch 43 and disconnected state, the inlet gate valve 51 closed, the outlet gate valve 53 opened, the pressure release valve 54 is closed. その後、ステップ111へ戻り、上記の制御フローを繰り返す。 Thereafter, the process returns to step 111 to repeat the control flow described above.

本発明による風力発電装置の内部機構を概略的かつ模式的に示した構成図である。 The internal mechanism of a wind turbine generator according to the present invention is a configuration diagram illustrating schematically and diagrammatically. 発電機の発電量が定常状態の場合である。 Amount of power generated by the power generator is a case of steady-state. 発電機の発電量が過剰状態の場合を示す図1と同様の構成図である。 Power generation of the generator is the same diagram as FIG. 1 shows the case of excessive state. 発電機の発電量が不足状態の場合を示す図1と同様の構成図である。 Power generation of the generator is the same diagram as FIG. 1 shows the case of a shortage state. 図1〜図3にそれぞれ示した本発明の風力発電装置の動作状態を実現する制御フローの一例を概略的に示した流れ図である。 An example of a control flow for realizing the operation state of the wind turbine generator of the present invention shown respectively in FIGS. 1 to 3 is a flow diagram illustrating schematically.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 風力発電装置 11 風車 12 風車軸 13 差動歯車装置 14 第1サイドギヤ 15 第2サイドギヤ 16 第1ピニオンギヤ 17 第2ピニオンギヤ 18a、18b 連結部 19 主ギヤ 20 ベアリング 21 発電機駆動ギヤ 22 発電機軸 30 発電機 40 空気圧縮機 41 圧縮機駆動ギヤ 42 圧縮機駆動軸 43 クラッチ 44 ホイール 45 クランク 46 シリンダ 47 ピストン 48 圧縮室 49 吸入弁 50 吐出弁 51 入口仕切弁 52 圧縮空気タンク 53 出口仕切弁 54 圧抜弁 60 エアモータ 61 吸気口 62 ロータ 63 エアモータ軸 64 排気口 70 制御部 R1 風車軸の回転方向 R2 両ピニオンギヤの公転方向 R3 第1ピニオンギヤの自転方向 R4 第2ピニオンギヤの自転方向 R5 発電機軸の回転方向 R6 圧縮 10 wind turbine generator 11 wind turbine 12 wind turbine shaft 13 differential gear device 14 first side gear 15 and the second side gears 16 first pinion gear 17 and the second pinion gears 18a, 18b connection portion 19 main gear 20 Bearing 21 generator driving gear 22 generator shaft 30 Power machine 40 air compressor 41 compressor drive gear 42 compressor drive shaft 43 clutch 44 wheel 45 the crank 46 cylinder 47 piston 48 compression chamber 49 the suction valve 50 discharge valve 51 inlet gate valve 52 compressed air tank 53 outlet gate valve 54 pressure relief valve 60 air motor 61 rotation direction R6 compressed air inlet 62 rotor 63 the air motor shaft 64 exhaust port 70 control unit R1 of rotation direction R4 second pinion gear revolving direction R3 of first pinion gears rotating direction R2 both pinion gear of the wind turbine shaft rotation direction R5 generator shaft 駆動軸の回転方向 R7 エアモータ軸の回転方向 S1 発電量センサ信号の流れ S2 圧力センサ信号の流れ C1 クラッチ制御信号の流れ C2 各弁の制御信号の流れ M1 圧縮機ピストンの動き M2 吸気の流れ M3、M4 圧縮空気の流れ Rotating direction S1 power generation amount sensor signal flow S2 pressure sensor signal flow C1 clutch control signal flow C2 control signal flow M1 compressor piston movement M2 intake flow M3 of each valve in the rotational direction R7 air motor shaft of the drive shaft, flow of M4 compressed air

Claims (2)

  1. 風力を風車(11)に作用させ風車軸(12)を回転させることにより発電を行わせる風力発電装置において、 In the wind turbine generator to generate electricity by rotating a windmill shaft by the action of wind on the wind turbine (11) to (12),
    (a)互いに対向する第1サイドギヤ(14)及び第2サイドギヤ(15)、該第1及び第2のサイドギヤ(14,15)と噛合しかつ互いに対向する第1ピニオンギヤ(16)及び第2ピニオンギヤ(17)、並びに該第1及び第2ピニオンギヤ(16,17)の公転と連動する主ギヤ(19)を具備する差動歯車装置(13)と、 (A) opposing the first side gear (14) and a second side gears (15), a first pinion gear (16) meshing with and opposed to each other with the first and second side gears (14, 15) and a second pinion (17), and a differential gear device comprising a main gear (19) in conjunction with the revolution of the first and second pinion gears (16, 17) and (13),
    (b)前記主ギヤ(19)により駆動される発電機(30)と、 (B) said main gear (19) by driven generator (30),
    (c)回転動作伝達手段(43)を介して前記主ギヤ(19)により駆動可能な空気圧縮機(40)及び該空気圧縮機(40)を駆動することにより吐出される空気を貯蔵する圧縮空気タンク(52)と、 (C) compression for storing air discharged by driving the via rotation transmitting means (43) main gear (19) by drivable air compressor (40) and air compressor (40) an air tank (52),
    (d)前記圧縮空気タンク(52)から送出される圧縮空気により駆動されるエアモータ(60)とを有し、 (D) and a air motor (60) driven by compressed air delivered from the compressed air tank (52),
    (e)前記第1サイドギヤ(14)が前記風車(11)により回転駆動される一方、前記第2サイドギヤ(15)が前記エアモータ(60)により回転駆動可能であり、かつ (f)前記発電機(30)による発電量が定常状態である場合は前記主ギヤ(19)が前記発電機(30)のみを駆動し、発電量が過剰状態である場合は前記主ギヤ(19)が前記空気圧縮機(40)を駆動して前記圧縮空気タンク(52)に圧縮空気を貯蔵し、発電量が不足状態である場合は前記エアモータ(60)を駆動して前記第2サイドギヤ(15)を回転駆動することにより前記主ギヤ(19)の回転数を一定に保持すべく制御する制御手段を有することを特徴とする 風力発電装置。 (E) while the first side gear (14) is rotated by the wind turbine (11), said second side gear (15) and is rotatable driven by the air motor (60), and (f) the generator (30) said main gear if the power generation amount is in a steady state (19) drives only the generator (30) by, when the power generation amount is excessive state said main gear (19) is the air compressor machine (40) to drive the by storing compressed air the compressed air tank (52), when the power generation amount is insufficient state rotates the by driving the air motor (60) second side gears (15) wind power generation apparatus characterized by comprising control means for controlling so as to hold the rotational speed of the main gear (19) constant by.
  2. 前記回転動作伝達手段(43)がクラッチを具備することを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。 The wind power generator according to claim 1 rotation transmitting means (43) is characterized by comprising a clutch.
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