JP2006020464A - Wind power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電装置に関するものであり、特に、その風力発電装置における発電機の起動トルクを適正化する技術に関するものである。 The present invention relates to a wind turbine generator, and more particularly, to a technique for optimizing a starting torque of a generator in the wind turbine generator.
風力発電装置は、一般に、風を受けて回転する風車と、その風車と共に回転するシャフトと、そのシャフトによって駆動されることによって発電する発電機とを含むように構成される。発電機においては、ロータとステータとが相対的に軸方向において位置決めされる。 A wind turbine generator is generally configured to include a windmill that rotates by receiving wind, a shaft that rotates together with the windmill, and a generator that generates power by being driven by the shaft. In the generator, the rotor and the stator are relatively positioned in the axial direction.
この種の風力発電機においては、風車が停止状態から回転状態に移行するためには、風によって風車に発生するトルクが起動トルクに打ち勝つことが必要である。その起動トルクを発生させる主な要因は発電機である。したがって、風力発電装置においては、微風時に風車がスムーズに起動するようにするためには、発電機の起動トルクを低減させることが有効である。 In this type of wind power generator, in order for the windmill to shift from the stopped state to the rotating state, it is necessary that the torque generated in the windmill by the wind overcomes the starting torque. The main factor that generates the starting torque is the generator. Therefore, in the wind power generator, it is effective to reduce the starting torque of the generator in order to start the windmill smoothly during a light wind.
特許文献1には、風力発電装置において、予め設定された発電開始回転速度に発電機の実回転速度が達するまでは、発電機の界磁巻線に界磁電流を供給しないようにする技術が開示されている。この技術を実施すれば、発電機の実回転速度が発電開始回転速度以下である領域、すなわち、微風域においては、発電機の損失が主に機械的損失のみとなり、発電機の起動トルクが低減するため、風車のスムーズな起動が可能となる。
本発明者は、界磁電流の制御を行うことなく発電機の起動トルクを低減させる技術について研究を行った。その結果、本発明者は、発電機においてロータをステータに対して相対的に軸方向において位置決めする際に、ステータが、ロータに半径方向に対向する対向部のみならず、ロータから軸方向に突出する突出部を有するように位置決めを行えば、そのような突出部が存在しないように位置決めを行う場合に比較し、起動トルクが低減するという事実を発見した。 The present inventor has studied a technique for reducing the starting torque of the generator without controlling the field current. As a result, when the present inventors position the rotor in the axial direction relative to the stator in the generator, the stator projects in the axial direction from the rotor as well as the facing portion that faces the rotor in the radial direction. It has been found that the positioning torque is reduced so that the starting torque is reduced as compared with the case where the positioning is performed so that the protruding portion does not exist.
さらに、本発明者は、ロータとステータとの軸方向相対移動によって発電機の起動トルクを制御するとともに、風車によってシャフトに発生させられる軸力を機械的に利用してロータとステータとの軸方向相対移動を実現する技術について研究を行った。その結果、本発明者は、風力に応答するシャフトの軸力によって機械的にロータとステータとの軸方向相対位置を変更する新規な構造を案出した。 Further, the present inventor controls the starting torque of the generator by the relative movement of the rotor and the stator in the axial direction, and mechanically utilizes the axial force generated on the shaft by the windmill, so that the axial direction of the rotor and the stator We studied the technology to realize relative movement. As a result, the present inventor has devised a novel structure in which the axial relative position between the rotor and the stator is mechanically changed by the axial force of the shaft in response to wind force.
以上説明した事情を背景とし、本発明は、風力発電装置において発電機の起動トルクを適正化する新規な技術を提案することを課題としてなされたものである。 With the background described above as a background, the present invention has been made to propose a new technique for optimizing the starting torque of a generator in a wind turbine generator.
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。 The following aspects are obtained by the present invention. Each aspect is divided into sections, each section is given a number, and is described in a form that cites other section numbers as necessary. This is to facilitate understanding of some of the technical features that the present invention can employ and combinations thereof, and the technical features that can be employed by the present invention and combinations thereof are limited to the following embodiments. Should not be interpreted. That is, it should be construed that it is not impeded to appropriately extract and employ the technical features described in the present specification as technical features of the present invention although they are not described in the following embodiments.
さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。 Further, describing each section in the form of quoting the numbers of the other sections does not necessarily prevent the technical features described in each section from being separated from the technical features described in the other sections. It should not be construed as meaning, but it should be construed that the technical features described in each section can be appropriately made independent depending on the nature.
(1) 風力を利用して発電を行う風力発電装置であって、
風を受けて回転する風車と、
その風車と共に回転するシャフトと、
そのシャフトによって駆動されることによって発電する発電機と
を含み、かつ、その発電機は、
前記シャフトと共に回転するロータと、ステータとを含み、かつ、それらロータとステータとのうちの少なくとも一方が、相手方に半径方向に対向する対向部と、相手方から軸方向に突出する突出部とを有する風力発電装置。
(1) A wind power generator that generates power using wind power,
A windmill that rotates in response to the wind,
A shaft that rotates with the windmill,
A generator for generating electricity by being driven by the shaft, and the generator
A rotor that rotates together with the shaft and a stator, and at least one of the rotor and the stator has a facing portion that faces the opponent in the radial direction and a protruding portion that protrudes in the axial direction from the opponent. Wind power generator.
この風力発電装置においては、それの発電機において、ロータとステータとのうちの少なくとも一方が、相手方から軸方向に突出する突出部と、相手方に半径方向に対向する対向部とを有するように、ロータとステータとが軸方向において位置決めされる。 In this wind power generator, in the generator, at least one of the rotor and the stator has a protruding portion that protrudes in the axial direction from the counterpart, and a facing portion that faces the counterpart in the radial direction. The rotor and the stator are positioned in the axial direction.
本発明者の研究により、次のような知見を得た。すなわち、ロータとステータとのうちの少なくとも一方に突出部が存在する場合には、存在しない場合より、ロータとステータとの間において、ロータの回転軸線に直角でない方向に漏れ磁束が発生し易く、その結果、界磁磁束が減少し易いという知見を得たのである。この知見によれば、突出部が存在する場合には、存在しない場合より、発電機の起動トルクが低減されることになる。 The following knowledge was obtained by the inventor's research. That is, when a protrusion is present on at least one of the rotor and the stator, a leakage magnetic flux is likely to be generated between the rotor and the stator in a direction not perpendicular to the rotation axis of the rotor, compared to the case where there is no protrusion. As a result, they have found that the field magnetic flux tends to decrease. According to this knowledge, when the protrusion is present, the starting torque of the generator is reduced as compared with the case where the protrusion is not present.
以上説明した知見に基づき、本項に係る風力発電装置においては、上述の突出部を有するようにロータとステータとが相対的に軸方向において位置決めされる。 Based on the knowledge explained above, in the wind turbine generator according to this section, the rotor and the stator are relatively positioned in the axial direction so as to have the above-described protrusion.
この風力発電装置においては、発電機を、ロータとステータとがいずれも、突出部と対向部との双方を有する態様で実施することは不可欠ではない。ロータは突出部と対向部との双方を有する一方、ステータは対向部のみ有する態様で実施したり、ロータは対向部のみを有する一方、ステータは突出部と対向部との双方を有する態様で実施することも可能である。 In this wind power generator, it is not indispensable to implement the generator in such a manner that each of the rotor and the stator has both the protruding portion and the facing portion. The rotor has both a protruding portion and a facing portion, while the stator has only the facing portion, or the rotor has only the facing portion, while the stator has both a protruding portion and a facing portion. It is also possible to do.
さらに、この風力発電装置においては、ロータとステータとを、同一の円環断面で軸方向に延びる形状を有するエアギャップを隔てて半径方向に互いに対向するように設計したり、円環断面の直径が軸方向に進むにつれて変化する形状を有するエアギャップを隔てて半径方向に互いに対向するように設計することが可能である。 Further, in this wind turbine generator, the rotor and the stator are designed to be opposed to each other in the radial direction with an air gap having a shape extending in the axial direction in the same circular cross section, or the diameter of the circular cross section. Can be designed to face each other in the radial direction with an air gap having a shape that changes as the shaft advances in the axial direction.
さらに、この風力発電装置においては、ロータとステータとの軸方向相対位置が変更可能である態様で発電機を実施したり、その軸方向相対位置が固定される態様で発電機を実施することが可能である。 Furthermore, in this wind turbine generator, the generator can be implemented in such a manner that the axial relative position between the rotor and the stator can be changed, or the generator can be implemented in such a manner that the axial relative position is fixed. Is possible.
(2) さらに、前記ロータと前記ステータとを相対的に軸方向移動可能に支持するとともに、それらロータとステータとの軸方向相対位置を、前記突出部と前記対向部との双方が存在する第1の状態と、前記突出部の軸方向長さは前記第1の状態より短く、かつ、前記対向部の軸方向長さは前記第1の状態より長い第2の状態とに選択的に変更する変更機構を含む(1)項に記載の風力発電装置。 (2) Further, the rotor and the stator are supported so as to be relatively movable in the axial direction, and the relative position in the axial direction between the rotor and the stator is determined so that both the protruding portion and the facing portion exist. 1 and the axial length of the projecting portion is selectively shorter than the first state, and the axial length of the facing portion is selectively changed to a second state longer than the first state. The wind power generator according to item (1), including a changing mechanism.
この風力発電装置によれば、ロータとステータとの軸方向相対位置が、第1の状態と第2の状態とに選択的に変更されることにより、発電機の起動トルクが変更される。したがって、この風力発電装置によれば、その環境の変化に適応するように起動トルクを制御することが可能となる。 According to this wind power generator, the starting torque of the generator is changed by selectively changing the axial relative position between the rotor and the stator between the first state and the second state. Therefore, according to this wind power generator, it is possible to control the starting torque so as to adapt to changes in the environment.
(3) 前記風車は、風を受けると前記シャフトに軸力と回転力とを発生させ、
前記変更機構は、前記軸方向相対位置の変更を、前記風車によって前記シャフトに発生させられる軸力を機械的に利用して行う(2)項に記載の風力発電装置。
(3) When receiving wind, the windmill generates axial force and rotational force on the shaft,
The said change mechanism is a wind power generator as described in (2) term which changes the said axial relative position using the axial force generate | occur | produced in the said shaft by the said windmill mechanically.
この風力発電装置によれば、ロータとステータとの軸方向相対位置が風力に応じ、電気的要素に依存することなく、自動的に変更される。したがって、この風力発電装置によれば、発電機の起動トルクを風力に適応するように制御する適応制御を高い信頼性のもとに行うことが容易となる。 According to this wind power generator, the axial relative position between the rotor and the stator is automatically changed according to the wind force without depending on the electrical elements. Therefore, according to this wind power generator, it becomes easy to perform adaptive control for controlling the starting torque of the generator to be adapted to wind power with high reliability.
(4) 前記変更機構は、前記軸方向相対位置を、弱風時には前記第1の状態、強風時には前記第2の状態に変更する(3)項に記載の風力発電装置。 (4) The wind power generator according to (3), wherein the change mechanism changes the axial relative position to the first state when the wind is weak and to the second state when the wind is strong.
この風力発電装置によれば、弱風時には強風時より、前述の突出部の軸方向長さが長い一方、前述の対向部の軸方向長さが短いため、発電機の起動トルクが低減する。したがって、この風力発電装置によれば、弱風時には風車がスムーズに起動することが可能となり、強風時には発電機が高い効率で発電することが可能となる。 According to this wind power generator, the axial length of the protruding portion is longer than that of the strong wind when the wind is weak, but the axial length of the facing portion is shorter, so the starting torque of the generator is reduced. Therefore, according to this wind power generator, it is possible to start the windmill smoothly when the wind is weak, and the generator can generate power with high efficiency when the wind is strong.
(5) さらに、前記シャフトと前記発電機とを収容するハウジングを含み、
前記ステータは、そのハウジングに対して相対的に軸方向移動不能であり、
前記発電機は、さらに、前記シャフトと一体的に軸方向移動可能かつ回転可能なロータホルダであって、前記ロータを同軸に保持するものを含み、
前記変更機構は、
それらシャフトとロータホルダとを、前記ハウジングに対して相対的に軸方向移動可能かつ回転可能に支持する支持機構と、
前記シャフトに平行な荷重作用線を有する弾性部材と、
前記ロータホルダにより、そのロータホルダに対して相対的に軸方向移動可能に支持されたリテーナであって、前記ロータホルダとの間において前記弾性部材を支持するものと、
前記ロータホルダに設けられ、当該風力発電装置の非作動状態において前記弾性部材の弾性力によって前記リテーナが前記ロータホルダに対して相対的に移動する限度を規定するストッパと、
前記リテーナによって前記ハウジングに押し付けられることにより、前記ロータの前記ステータに対する軸方向相対移動量に応じた反力を前記リテーナを介して前記弾性部材に付与する反力付与機構と
を含む(3)または(4)項に記載の風力発電装置。
(5) Furthermore, the housing | casing which accommodates the said shaft and the said generator is included,
The stator is axially immovable relative to the housing;
The generator further includes a rotor holder that is axially movable and rotatable integrally with the shaft, and that holds the rotor coaxially,
The change mechanism is:
A support mechanism for supporting the shaft and the rotor holder so as to be axially movable and rotatable relative to the housing;
An elastic member having a load acting line parallel to the shaft;
A retainer supported by the rotor holder so as to be axially movable relative to the rotor holder, and supporting the elastic member with the rotor holder;
A stopper that is provided on the rotor holder and defines a limit for the retainer to move relative to the rotor holder by an elastic force of the elastic member in a non-operating state of the wind turbine generator;
(3) or a reaction force applying mechanism that applies a reaction force according to an axial relative movement amount of the rotor to the stator by the retainer to the elastic member via the retainer. The wind power generator according to item (4).
この風力発電装置においては、風によってシャフトに発生させられる軸力により、シャフト、ロータホルダおよびロータがハウジングに対して相対的に軸方向に移動させられる。その軸方向相対移動に伴って弾性部材の長さが変化させられるため、シャフト、ロータホルダおよびロータの軸方向相対移動量は風力に応じて変化させられることになる。 In this wind power generator, the shaft, the rotor holder, and the rotor are moved in the axial direction relative to the housing by the axial force generated on the shaft by the wind. Since the length of the elastic member is changed with the axial relative movement, the axial relative movement amounts of the shaft, the rotor holder, and the rotor are changed according to the wind force.
さらに、この風力発電装置においては、弾性部材の長さの変化すなわち弾性力の変化を許容するために、リテーナがロータホルダに対して軸方向に相対移動可能とされるとともに、ハウジングからの反力が反力付与機構を介してリテーナに付与される。 Further, in this wind turbine generator, in order to allow a change in the length of the elastic member, that is, a change in the elastic force, the retainer can be moved relative to the rotor holder in the axial direction, and a reaction force from the housing is generated. It is applied to the retainer via a reaction force applying mechanism.
さらに、この風力発電装置においては、弾性部材の弾性力によってリテーナが移動する限度、すなわち、当該風力発電装置の非作動状態におけるリテーナの移動限度を機械的に規定するストッパが、ハウジングに対してではなく、ロータホルダに対して設けられる。 Further, in this wind turbine generator, a stopper that mechanically defines the limit of movement of the retainer by the elastic force of the elastic member, that is, the limit of movement of the retainer in the non-operating state of the wind turbine generator, is not applied to the housing. It is not provided for the rotor holder.
したがって、この風力発電装置によれば、ハウジングに依存することなく、弾性部材をロータホルダに、例えば初期荷重(セット荷重、予荷重)が精度よく発生する状態で、設置することが可能となる。よって、この風力発電装置によれば、上述のストッパがハウジングに対して設けられる場合とは異なり、弾性部材の弾性力と、ステータに対するロータの軸方向相対移動量との関係が、ハウジングの製造誤差や組付け精度に依存せずに済み、弾性部材の弾性力の精度が向上する。 Therefore, according to this wind power generator, it is possible to install the elastic member on the rotor holder without depending on the housing, for example, in a state where an initial load (set load, preload) is generated with high accuracy. Therefore, according to this wind turbine generator, unlike the case where the above-described stopper is provided on the housing, the relationship between the elastic force of the elastic member and the amount of relative movement of the rotor in the axial direction with respect to the stator is the manufacturing error of the housing. It is not necessary to depend on the assembly accuracy and the accuracy of the elastic force of the elastic member is improved.
さらに、この風力発電装置によれば、ロータホルダに弾性部材をリテーナとストッパとを用いて組み付け、弾性部材がロータホルダから離脱しない組付状態で、それらの組付体をハウジングに組み付けることが可能となる。その結果、この風力発電装置によれば、弾性部材の組付作業の単純化を容易に図り得る。 Furthermore, according to this wind turbine generator, the elastic member can be assembled to the rotor holder using the retainer and the stopper, and the assembled body can be assembled to the housing in an assembled state in which the elastic member is not detached from the rotor holder. . As a result, according to this wind power generator, the assembly work of the elastic member can be easily simplified.
(6) 前記ロータは、前記ステータの外側に位置するアウタロータであり、前記ステータは、前記ロータホルダ内に収容される(5)項に記載の風力発電装置。 (6) The wind power generator according to (5), wherein the rotor is an outer rotor positioned outside the stator, and the stator is accommodated in the rotor holder.
この風力発電装置によれば、ロータがステータの内側に位置するインナロータである場合より、ロータの大径化が容易となる。したがって、発電機を、ロータに界磁磁石として永久磁石が設置される態様で実施する場合に、永久磁石の大型化によって界磁磁束の増加を図ることが容易となる。 According to this wind power generator, it is easier to increase the diameter of the rotor than when the rotor is an inner rotor located inside the stator. Therefore, when the generator is implemented in a manner in which a permanent magnet is installed as a field magnet on the rotor, it is easy to increase the field magnetic flux by increasing the size of the permanent magnet.
(7) 前記シャフトは、前記ハウジングを貫通する状態で、軸方向移動可能かつ回転可能に支持される(6)項に記載の風力発電装置。 (7) The wind turbine generator according to (6), wherein the shaft is supported so as to be axially movable and rotatable while penetrating the housing.
この風力発電装置によれば、シャフトの長さ寸法の割にハウジングを小型化することが容易となる。 According to this wind power generator, it is easy to downsize the housing for the length of the shaft.
(8) 前記シャフトは、前記ステータを同軸に貫通している(7)項に記載の風力発電装置。 (8) The wind turbine generator according to (7), wherein the shaft penetrates the stator coaxially.
この風力発電装置によれば、シャフトとステータとをそれらの軸線に直角な方向に見た場合に、それらシャフトとステータとが部分的にオーバラップするため、シャフトの長さ寸法とステータの軸方向寸法との合計寸法の割にハウジングを小型化することが容易となる。 According to this wind turbine generator, when the shaft and the stator are viewed in a direction perpendicular to the axis thereof, the shaft and the stator partially overlap, so that the shaft length dimension and the stator axial direction It becomes easy to reduce the size of the housing for the total size.
(9) 前記反力付与機構は、一軸線を有しており、
前記シャフトは、その反力付与機構を同軸に貫通している(8)項に記載の風力発電装置。
(9) The reaction force application mechanism has a single axis,
The said shaft is the wind power generator as described in the (8) term which has penetrated the reaction force provision mechanism coaxially.
この風力発電装置によれば、シャフトと反力付与機構とをそれらの軸線に直角な方向に見た場合に、それらシャフトと反力付与機構とが部分的にオーバラップするため、シャフトの長さ寸法と反力付与機構の軸方向寸法との合計寸法の割にハウジングを小型化することが容易となる。 According to this wind turbine generator, when the shaft and the reaction force application mechanism are viewed in a direction perpendicular to the axis thereof, the shaft and the reaction force application mechanism partially overlap each other. It becomes easy to miniaturize the housing for the total dimension of the dimension and the axial dimension of the reaction force applying mechanism.
(10) 風力を利用して発電を行う風力発電装置であって、
風を受けて回転する風車と、
ハウジングと、
そのハウジング内に設けられ、前記風車と共に回転するシャフトと、
前記ハウジング内に設けられ、前記シャフトによって駆動されることによって発電する発電機と
を含み、かつ、その発電機は、
前記シャフトと共に回転するロータと、
前記ハウジングに対して相対的に軸方向移動不能なステータと、
前記シャフトと一体的に軸方向移動可能かつ回転可能なロータホルダであって、前記ロータを同軸に保持するものと
を含み、
前記風車は、風を受けると前記シャフトに軸力と回転力とを発生させ、
当該風力発電装置は、さらに、前記ロータと前記ステータとを相対的に軸方向移動可能に支持するとともに、それらロータとステータとの軸方向相対位置を、前記風車によって前記シャフトに発生させられる軸力を機械的に利用して変更する変更機構を含み、かつ、その変更機構は、
前記シャフトと前記ロータホルダとを、前記ハウジングに対して相対的に軸方向移動可能かつ回転可能に支持する支持機構と、
前記シャフトに平行な荷重作用線を有する弾性部材と、
前記ロータホルダにより、そのロータホルダに対して相対的に軸方向移動可能に支持されたリテーナであって、前記ロータホルダとの間において前記弾性部材を支持するものと、
前記ロータホルダに設けられ、当該風力発電装置の非作動状態において前記弾性部材の弾性力によって前記リテーナが前記ロータホルダに対して相対的に移動する限度を規定するストッパと、
前記リテーナによって前記ハウジングに押し付けられることにより、前記ロータの前記ステータに対する軸方向相対移動量に応じた反力を前記リテーナを介して前記弾性部材に付与する反力付与機構と
を含む風力発電装置。
(10) A wind power generator that generates power using wind power,
A windmill that rotates in response to the wind,
A housing;
A shaft provided in the housing and rotating with the windmill;
A generator provided in the housing and generating electricity by being driven by the shaft, and the generator is
A rotor that rotates with the shaft;
A stator that is axially immovable relative to the housing;
A rotor holder that is axially movable and rotatable integrally with the shaft, and that holds the rotor coaxially;
When the wind turbine receives wind, it generates axial force and rotational force on the shaft,
The wind power generator further supports the rotor and the stator so as to be relatively movable in the axial direction, and an axial force generated on the shaft by the windmill with respect to the axial relative position between the rotor and the stator. Including a change mechanism that changes mechanically, and the change mechanism includes:
A support mechanism for supporting the shaft and the rotor holder so as to be axially movable and rotatable relative to the housing;
An elastic member having a load acting line parallel to the shaft;
A retainer supported by the rotor holder so as to be axially movable relative to the rotor holder, and supporting the elastic member with the rotor holder;
A stopper that is provided on the rotor holder and defines a limit for the retainer to move relative to the rotor holder by an elastic force of the elastic member in a non-operating state of the wind turbine generator;
A wind power generator comprising: a reaction force applying mechanism that applies a reaction force according to an axial relative movement amount of the rotor to the stator by the retainer to the elastic member via the retainer.
この風力発電装置によれば、前記(5)項に係る風力発電装置と同様な作用により、弾性部材の弾性力と、ステータに対するロータの軸方向相対移動量との関係が、ハウジングの製造誤差や組付け精度に依存せずに済み、弾性部材の弾性力の精度が向上し、さらに、弾性部材を組み付ける作業の単純化を容易に図り得る。 According to this wind power generator, the relationship between the elastic force of the elastic member and the amount of axial relative movement of the rotor with respect to the stator is the same as that of the wind power generator according to item (5) above. It is not necessary to depend on the assembling accuracy, the accuracy of the elastic force of the elastic member is improved, and the work of assembling the elastic member can be easily simplified.
この風力発電装置においては、それの発電機を前記(1)ないし(4)項のいずれかに記載の発電機と共通する態様で実施することが可能であるが、共通しない態様で実施することが可能である。 In this wind turbine generator, the generator can be implemented in a mode common to the generator described in any one of the items (1) to (4), but implemented in a mode that is not common. Is possible.
さらに、この風力発電装置においては、前記(1)項に係る風力発電装置と同様に、ロータとステータとを、同一の円環断面で軸方向に延びる形状を有するエアギャップを隔てて半径方向に互いに対向するように設計したり、円環断面の直径が軸方向に進むにつれて変化する形状を有するエアギャップを隔てて半径方向に互いに対向するように設計することが可能である。 Further, in this wind turbine generator, similarly to the wind turbine generator according to the item (1), the rotor and the stator are radially separated from each other with an air gap having a shape extending in the axial direction in the same annular cross section. It is possible to design them so as to face each other, or to face each other in the radial direction with an air gap having a shape in which the diameter of the circular cross section changes in the axial direction.
(11) 前記変更機構は、前記軸方向相対位置を、弱風時には、前記ロータと前記ステータとがいずれも、自身が相手方から軸方向に突出する突出部と、自身が相手方に半径方向に対向する対向部とを有する第1の状態、強風時には、前記突出部の軸方向長さは前記第1の状態より短く、かつ、前記対向部の軸方向長さは前記第1の状態より長い第2の状態に変更する(10)項に記載の風力発電装置。 (11) In the change mechanism, the relative position in the axial direction is changed so that the rotor and the stator both protrude in the axial direction from the counterpart and the counterpart in the radial direction when the wind is weak. In a first state having a facing portion, a strong wind, the axial length of the protruding portion is shorter than the first state, and the axial length of the facing portion is longer than the first state. The wind power generator according to item (10), which is changed to the state of 2.
この風力発電装置によれば、前記(4)項に係る風力発電装置と同様に、弱風時には強風時より、前述の突出部の軸方向長さが長い一方、前述の対向部の軸方向長さが短いため、発電機の起動トルクが低減する。したがって、この風力発電装置によれば、弱風時には風車がスムーズに起動することが可能となり、強風時には発電機が高い効率で発電することが可能となる。 According to this wind power generator, as in the wind power generator according to the item (4), the axial length of the protruding portion is longer when the wind is weak than when the wind is strong. Therefore, the starting torque of the generator is reduced. Therefore, according to this wind power generator, it is possible to start the windmill smoothly when the wind is weak, and the generator can generate power with high efficiency when the wind is strong.
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態の一つを図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, one of more specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1には、本発明の一実施形態に従う風力発電装置10が側面断面図によって示され、図2には、この風力発電装置10の要部が拡大されて正面図によって示されている。
FIG. 1 is a side sectional view showing a
この風力発電装置10は、自動車、電車、船舶などの移動体に搭載されて使用される形式であり、本実施形態においては、図1に示すように、乗用車、商用車、産業車両などの自動車12の屋根14に着脱可能に搭載されて使用される。この風力発電装置10は、自動車12が走行することに伴って自動車12に対して相対的に発生する相対風を利用して発電するように設計されている。ただし、この風力発電装置10は、自動車12の停止状態において自然風を利用して発電するために使用することが可能である。
The wind
図1に示すように、この風力発電装置10は、エアダクト20を備えている。そのエアダクト20は、ポリカーボネイト等、耐熱性が高い合成樹脂によって形成されている。このエアダクト20には、それを貫通する風洞22が形成されている。
As shown in FIG. 1, the
この風洞22は、それを真上から見た場合には、自動車12の前後方向に平行に延びているが、真横から見た場合には、図1に示すように、風洞22の前部が後部より低くなるように自動車12の前後方向に対して傾斜させられている。以下、このように風洞22を傾斜させて設置した理由を説明する。
The
一般に、自動車12は、それの上面における空気の流れに主に関連する部分のみに着目すれば、少なくとも前部(図示しないが、例えば、フロントウインドシールド)と屋根14とを含み、それら前部と屋根14とは、それらの順に空気の流れ(風の進行方向)に沿って並んでいる。前部は、自動車12の前方から後方に向かうにつれて上昇する向きで水平面に対して傾斜した上面を有するのに対し、屋根14は、水平面に概して平行な上面を有している。
In general, the
屋根14は、それの上流端において前部の下流端に接続されている。そのため、自動車12において空気が前方から後方に向かって流れる場合には、屋根14の上流端においては、自動車12の前後方向に平行な空気の流れに、前部の上面(斜面)に沿って上昇しつつ進行する空気の流れが合流する。この合流は、エアダクト20が入口から空気を効率よく、すなわち、高い比重で取り込むのに好都合である。しかし、その合流した空気は上向きの速度成分を有しているため、このような空気がエアダクト20内の風洞22の上面に当たると、エアダクト20が屋根14から分離する傾向(例えば、エアダクト20が下流側において屋根14から浮き上がる傾向)が生じる。
The
このエアダクト20の分離傾向は、前部の上面に沿って流れる空気の流れの向きと風洞22の向きとの成す角度が大きいほど大きい。そこで、本実施形態においては、空気の取込み効率を向上させつつ、エアダクト20の分離傾向を抑制するために、風洞22の前部が後部より低くなるように風洞22が水平線に対して傾斜させられている。その傾斜角度は例えば、3度である。
The separation tendency of the
図1に示すように、風洞22は、自動車12の前方から空気を取り込む取込み穴24と、その取込み穴24内に取り込まれた空気を下流に誘導する誘導穴26とを含むように構成されている。取込み穴24は、エアダクト20の前部において開口し、内径が自動車12の前方から後方に向かうにつれて減少するテーパ穴として形成されている。これに対し、誘導穴26は、取込み穴24の下流端から風洞22の下流端まで概して同一の内径で概して真直ぐに延びる円筒穴として形成されている。
As shown in FIG. 1, the
その誘導穴26に発電機ユニット30が設置されている。この発電機ユニット30は、誘導穴26と同軸に延びる円筒状の合体ハウジング32を備えている。その合体ハウジング32は、一端面において段付き面が形成された2個の円筒状の段付きハウジング34,36がそれらの段付き面同士において互いに同軸に嵌合させられることによって構成されている。
A
図1に示すように、発電機ユニット30は、さらに、プロペラ型の風車40を備えている。その風車40は、それの中央に位置するハブ42から半径方向外向きに複数枚のブレード44が放射状に延びるように構成されている。この風車40は、誘導穴26と同軸に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、風車40には発電機50が同軸に連結されている。本実施形態においては、風車40がアップウインド式とされている。発電機50を合体ハウジング32に取り付けるために、発電機ユニット30は、発電機50に取り付けられた有底円筒状の取付け用ハウジング52と、円筒状の支持フレーム54と、複数個の棒状の連結部材56とを備えている。取付け用ハウジング52が支持フレーム54内の中央位置においてそれと同軸にあたかも浮遊状態で保持されるように、それら複数個の連結部材56が、取付け用ハウジング52の軸線から放射状に延びる姿勢で、それら取付け用ハウジング52と支持フレーム54とを互いに連結している。
As shown in FIG. 1, a
図1に示すように、合体ハウジング32においては、2個の段付きハウジング34,36が互いに嵌合された部分に円環状の溝58が形成されている。この溝58における一対の側面は、一方の段付きハウジング34の段付き面のうちの肩面と、他方の段付きハウジング36の段付き面のうちの先端面とによって構成されている。このようにして形成された溝58に支持フレーム54が嵌合されることにより、支持フレーム54が軸方向位置と半径方向位置とに関して固定される。
As shown in FIG. 1, in the combined
以上、本実施形態に従う風力発電装置10をその全体構造について説明したが、次に、発電機50の構造について詳しく説明する.
As mentioned above, although the whole structure of the
図3に示すように、発電機50は、風車40から同軸に延びるシャフト60を備えている。そのシャフト60は、風車40と共に回転し、この回転によって発電機50が発電する。風車40が風を受けると、シャフト60に回転力と軸力とが発生する。回転力は、シャフト60をそれの軸線まわりに回転させようとする向きの力であり、これに対し、軸力は、シャフト60をそれの軸線に沿って移動させようとする向きの力である。本実施形態においては、風車40が風を受けることによってシャフト60に発生する軸力により、シャフト60が発電機50に対して相対的に軸方向移動可能であるように、発電機50が設計されている。このようなシャフト60の軸方向移動を可能にする構造は後に詳述する。
As shown in FIG. 3, the
図3には、発電機50が、シャフト60が初期位置にある状態で示されており、これに対し、図4には、シャフト60が最大変位位置にある状態で示されている。シャフト60の初期位置は、風車40が風をまったく受けないか、または受けるにしても微風(風速が設定値以下である風)である場合に実現される。これに対し、シャフト60の最大変位位置は、風車40が強風(風速が上記設定値より大きい風)を受ける場合に実現される。ただし、発電機50は、シャフト60の軸方向位置が風速に応じて段階的に変化するように設計したり、風速に応じて連続的に変化するように設計することが可能である。
3 shows the
図3に示すように、発電機50は分割型のアウタハウジング62を備えている。そのアウタハウジング62は、共に有底円筒状を成す2個の分割ハウジング64,66によって構成されている。それら2個の分割ハウジング64,66は、発電機50の前側(風車40に近い側)に位置する前側分割ハウジング64と、後側(風車40から遠い側)に位置する後側分割ハウジング66とにより構成されている。それら前側分割ハウジング64と後側分割ハウジング66とは、それらの開口部同士において互いに対向する状態で螺合されており、これにより、アウタハウジング62が内部に閉じた空間を有する形態で構成されている。
As shown in FIG. 3, the
アウタハウジング62に前述の取付け用ハウジング52が、そのアウタハウジング62を外側から覆う姿勢で同軸に固定されている。具体的には、本実施形態においては、アウタハウジング62のうちの前側分割ハウジング64に取付け用ハウジング52が固定されている。これにより、この取付け用ハウジング52は、発電機50に、風車40および発電機50を含む発電機ユニット30における軸方向中央位置において固定されることになる。
The above-described mounting
このように構成されたアウタハウジング62内に、風車40と共に回転するシャフト60と、図示しないコイルを有するステータ70と、そのステータ70に対して相対的にかつ同軸に回転させられるロータ72とが配置されている。シャフト60は、それの軸方向におけるある位置に環状突起74を有しており、その環状突起74により、風車40に近い側と風車40から遠い側とに仕切られている。
In the
本実施形態においては、ロータ72がステータ70の外側に配置されている。すなわち、発電機50はアウタロータ方式を採用しているのである。したがって、本実施形態においては、ステータ70とロータ72とは、ロータ72の内周面とステータ70の外周面とにおいて互いに半径方向に対向しており、それらの間にエアギャップが形成される。ロータ72のうちの本体76の内周面には、ネオジウム等の金属によって形成された永久磁石78が複数個、周方向に等間隔に並んで固着されている。発電機50においては、それら永久磁石78がエアギャップを隔ててステータ70のコイルに対向させられており、その結果、それら永久磁石78と前記コイルとの相対変位によって発電が行われることになる。すなわち、この発電機50は、ブラシレス方式を採用しているのである。
In the present embodiment, the
図3に示すように、シャフト60の初期位置においては、ステータ70は、ロータ72から軸方向に突出した突出部80と、ロータ72に半径方向に対向する対向部82とを有している。また、ロータ72も同様に、ステータ70から軸方向に突出した突出部84と、ステータ70に半径方向に対向する対向部86とを有している。シャフト60の初期位置においては、ステータ70もロータ72も、突出部80,84の軸方向長さ(以下、「突出長さ」という。)が最大である一方、対向部82,86の軸方向長さ(以下、「対向長さ」という。)が最小である。
As shown in FIG. 3, at the initial position of the
これに対して、図4に示すように、シャフト60の最大変位位置においては、ステータ70もロータ72も、突出長さが最小である突出部80,84を有する一方、対向長さが最大である対向部82,86を有している。すなわち、シャフト60の最大変位位置においては、ステータ70もロータ72も最大の対向面積を有し、発電機50の発電効率が最大となるのである。
On the other hand, as shown in FIG. 4, at the maximum displacement position of the
ところで、ステータ70とロータ72との間に発生する磁束を、ロータ72の回転軸線に沿って観察すると、その磁束は、ロータ72の回転軸線に沿って一様に分布するわけではない。磁束は3次元的に分布しているのである。
By the way, when the magnetic flux generated between the
そして、ステータ70とロータ72とのうちの少なくとも一方に、相手方から軸方向に突出する突出部が存在する場合には、その突出部の透磁率は、その突出部によって占められる空間にその突出部が存在しなければ存在し得た空気の透磁率、すなわち、その突出部が存在しない場合の透磁率より低いのが通常である。
When at least one of the
したがって、ステータ70とロータ72とのうちの少なくとも一方に突出部が存在する場合には、存在しない場合より、ステータ70とロータ72との間において、ロータ72の回転軸線に直角でない方向に漏れ磁束が発生し易く、そのため、界磁磁束が減少し易い。よって、突出部が存在する場合には、存在しない場合より、発電機の起動トルクが低減されることになる。
Therefore, when there is a protrusion on at least one of the
以上説明した知見に基づき、この風力発電装置10においては、上述の突出部を有するようにステータ70とロータ72とが相対的に軸方向において位置決めされる。
Based on the knowledge described above, in this
本実施形態においては、弱風時には、シャフト60が初期位置にあって、ロータ72もステータ70も突出長さが最大である。その結果、弱風時には、発電機50の起動トルクが十分に低下し、風車40の起動がスムーズに行われる。
In this embodiment, when the wind is weak, the
図3に示すように、ロータ72は、有底円筒状のロータホルダ90によって保持されている。そのロータホルダ90は、アウタハウジング62内においてシャフト60と同軸に配置されている。このロータホルダ90は、それの底部92においては風車40に近くなる一方、開口部94においては風車40から遠ざかることとなる向きでアウタハウジング62内に配置されている。このロータホルダ90のうちの開口部94にロータ72が同軸に固定されている。
As shown in FIG. 3, the
シャフト60は、ロータホルダ90を同軸に貫通するとともに、環状突起74に関して風車40から遠い側においてロータホルダ90の底部92に圧入によって固定されている。環状突起74の両端面のうち風車40から遠い端面に底部92が接触するように、シャフト60とロータホルダ90との圧入が行われている。この圧入により、シャフト60がロータホルダ90に、必要な同心度および直角度を有するように固定されている。
The
シャフト60は、ステータ70を同軸に貫通し、さらに、アウタハウジング62を同軸に貫通している。シャフト60は、アウタハウジング62における一対の端部96,98であって軸方向に互いに対向するものにおいてそれぞれ回転可能かつ軸方向移動可能に支持されている。
The
具体的には、シャフト60のうち環状突起74より風車40に近い部分が、軸受としてのメタルベアリング100を介して、アウタハウジング62における一対の端部96,98のうち風車40に近い端部96に回転可能かつ軸方向移動可能に支持されている。一方、シャフト60の両端部のうち風車40から遠い端部が、軸受としてのラジアルボールベアリング102を介して、アウタハウジング62における一対の端部96,98のうち風車40に遠い端部98に回転可能かつ軸方向移動可能に支持されている。シャフト60をラジアルボールベアリング102を介して軸方向移動可能に支持するために、そのラジアルボールベアリング102の内輪の内周面とシャフト60の外周面との間に通常より大きなクリアランスが存在するようになっている。
Specifically, a portion of the
図3に示すように、ステータ70には、概して筒状を成すステータホルダ110が同軸に挿通されており、このステータホルダ110には、シャフト60が同軸に挿通されている。ステータホルダ110は、共に筒状を成して同軸に延びる2部材112,114がそれぞれの一端部同士において互いに螺合されることによって構成されている。それら2部材112,114のうち、風車40から遠い部材は第1部材112であり、風車40に近い部材は第2部材114である。
As shown in FIG. 3, a
第1部材112においては、それの両端部のうち第2部材114に近い端部である基端部にめねじ116が形成される一方、反対側の端部である先端部に外向きのフランジ118が形成されている。そのフランジ118の内部に前述のラジアルボールベアリング102の外輪が嵌合によって固定されるとともに、フランジ118がアウタハウジング62の端部98にボルト120によって固定されている。ステータホルダ110はこの第1部材112においてステータ70を同軸に貫通している。ステータ70は、ステータホルダ110により、そのステータホルダ110に対して回転不能かつ移動不能に固定されている。その結果、ステータ70は、アウタハウジング62に対して相対的に固定されることになる。
In the
これに対し、第2部材114においては、それの両端部のうち第1部材112に近い端部である基端部に、上記めねじ116に螺合すべきおねじ122が形成される一方、反対側の端部である先端部の内部に、シャフト60の外径より大きい内径を有する有底穴124が形成されている。この有底穴124は、先端部の先端面、すなわち、ロータホルダ90の底部92に対向する端面において開口させられている。この有底穴124内に軸受としてのラジアルボールベアリング126が2個、軸方向に直列に装着されている。
On the other hand, in the
シャフト60は、それら2個のラジアルボールベアリング126,126により、回転可能かつ軸方向移動可能に支持されている。それらラジアルボールベアリング126,126を介してシャフト60を軸方向移動可能に支持するために、それらラジアルボールベアリング126,126の内輪の内周面とシャフト60の外周面との間に通常より大きなクリアランスが存在するようになっている。
The
それらラジアルボールベアリング126,126は、アウタハウジング62に固定されたステータホルダ110によって位置固定で保持されており、その結果、それらラジアルボールベアリング126,126を介してシャフト60が、アウタハウジング62によってシャフト60が支持される2点間の概して中間に位置する第3の点において比較的強固に支持される。したがって、風車40が風を斜めに受けることなどによってシャフト60に曲げモーメントが作用しても、シャフト60が3点において支持されるため、2点において支持される場合より、シャフト60の曲がりおよびたわみが軽減される。その結果、例えば、ロータ72とステータ70との干渉を回避することが容易となり、また、シャフト60の曲げモーメントの大小にかかわらず、シャフト60が同一軸線まわりに安定的に回転する状態を確保することが容易となる。
The
風力を反映したシャフト60の軸力に応じてそのシャフト60の軸方向位置が変化する。シャフト60の軸方向位置が変化すれば、ステータ70に対するロータ72の軸方向位置が変化し、ひいては、突出長さおよび対向長さが変化する。それら突出長さおよび対向長さが変化すれば、発電機50の起動トルクが変化する。以下、発電機50のうち、シャフト60の軸力に応じて突出長さおよび対向長さを変更する変更機構を詳しく説明する。
The axial direction position of the
ロータホルダ90の内部空間に、弾性部材としての圧縮コイルスプリング130(引張コイルスプリングでもリーフスプリングでも皿ばねでも可。)が複数、シャフト60に平行な姿勢で、かつ、シャフト60の一同心円に沿って等間隔で並んで配置されている。
A plurality of compression coil springs 130 (either tension coil springs, leaf springs, or disc springs) as elastic members are provided in the inner space of the
ロータホルダ90の内部空間には、さらに、それら圧縮コイルスプリング130をロータホルダ90の底部92と共同して挟んで保持するリテーナ132が配置されている。このリテーナ132は、それの外周面においてはロータホルダ90の内周面と摺動可能に嵌合される一方、それの内周面においてはシャフト60の外周面と摺動可能に嵌合されている。このリテーナ132は、ロータホルダ90と一体的に回転可能であるのに対し、シャフト60に対しては回転可能かつ軸方向移動可能である。
In the inner space of the
ロータホルダ90には、それの開口部94の内周面において円筒部材134が螺合によって固定されている。一方、リテーナ132の外周面は、大径部136と小径部138とを有する段付き面として形成されている。リテーナ132の外周面は、その大径部136において円筒部材134の内周面に摺動可能に嵌合されている。大径部136が円筒部材134の内周面に嵌合されることにより、小径部138と円筒部材134の内周面との間に、一端面において開口した環状空間140が形成されている。この環状空間140に軸受としてのニードルベアリング142が設置されている。リテーナ132に円板状の閉塞部材144が装着されて環状空間140が閉塞され、それにより、この環状空間140からニードルベアリング142が離脱することが防止されている。
A
ニードルベアリング142はそもそもラジアルベアリングに分類される。しかし、本実施形態においては、ニードルベアリング142と円筒部材134との間に通常より大きな半径方向クリアランスが設けられることにより、ニードルベアリング142が、リテーナ132と円筒部材134との間の軸方向摺動抵抗の軽減に寄与している。
Needle bearing 142 is originally classified as a radial bearing. However, in this embodiment, the
ロータホルダ90の内部空間には、さらに、そのロータホルダ90の底部92とリテーナ132とに跨ってガイドロッド148が圧縮コイルスプリング130の数と同数、対応する圧縮コイルスプリング130を同軸に貫通する位置に配置されている。各ガイドロッド148は、対応する圧縮コイルスプリング130が圧縮時に座屈することを防止するために設けられている。各ガイドロッド148は、閉塞部材144を貫通している。本実施形態においては、ガイドロッド148の一端部はリテーナ132に固定され、他端部はロータホルダ90の底部92を貫通するとともに摺動可能に嵌合されている。
In the inner space of the
リテーナ132のうち、ロータホルダ90の底部92に対向する先端部には、オイルレスのメタルブッシュ152が軸受の一例として同軸に嵌合されて固定されている。シャフト60とリテーナ132との相対的軸方向摺動は主にこのメタルブッシュ152を介して行われるようになっている。
An
このメタルブッシュ152の先端面は、図4に示すように、シャフト60の最大変位位置において、ロータホルダ90の底部92および/またはシャフト60に固定されたストッパ154に当接する。すなわち、このストッパ154は、シャフト60およびロータホルダ90の最大変位位置を規定するために設けられているのである。
As shown in FIG. 4, the front end surface of the
圧縮コイルスプリング130は、0ではないセット荷重を有する状態で、すなわち、自然状態より圧縮された状態で、ロータホルダ90とリテーナ132との間に装着される。予荷重を与えられて装着されるのである。そのセット荷重を実現するとともに、圧縮コイルスプリング130の弾性力によってリテーナ132がロータホルダ90から離脱しないようにするために、ロータホルダ90にストッパ160が設けられている。図3に示すように、シャフト60の初期位置においては、このストッパ160にリテーナ132が当接する。
The
具体的には、ストッパ160は、リテーナ132の両端部のうち、風車40から遠い端部に対向する位置に設けられている。さらに、このストッパ160は、ロータホルダ90のうちの本体164とは別体として製作されて本体164に取り付けられる前述の円筒部材134に一体的に形成されている。
Specifically, the
図3に示すように、リテーナ132とステータホルダ110との間に中継部材164が配置されている。この中継部材164にはシャフト60が同軸に挿通されている。この中継部材164は、シャフト60に軸方向摺動可能に嵌合されている。この中継部材164は、シャフト60およびロータホルダ90が図示の初期位置から後退(図において右方に移動)しようとする際に、その後退量に応じた弾性力が圧縮コイルスプリング130に発生するように、アウタハウジング62およびステータホルダ110からの軸方向反力をリテーナ132に伝達するように作用する。
As shown in FIG. 3, the
リテーナ132は、シャフト60およびロータホルダ90と共に回転する回転部材であるのに対し、ステータホルダ110およびアウタハウジング62は、非回転部材である。そのため、そのような相対回転を行うリテーナ132とステータホルダ110との間において軸力伝達を機械的接触によって行うため、中継部材164は、ステータホルダ110については、ラジアルボールベアリング126の内輪、すなわち、シャフト60と一体的に回転する部分に係合させられる。
The
次に、この発電機50の作動を説明する。
Next, the operation of the
風車40が風を受けないか、受けるにしても風車40によってシャフト60に発生する軸力がセット荷重に打ち勝つことができない状態(無風または微風の状態)においては、図3に示すように、シャフト60が初期位置にあり、リテーナ132がストッパ160に当接しており、その結果、突出長さは最大、対向長さは最小である。この状態においては、発電効率が最小であるうえに、ステータ70およびロータ72のそれぞれの突出部80,84における磁束漏れが最大であるため、発電機50の起電トルクが最小である。
In a state where the wind force is not received by the
この状態から風速が増し、その結果、風車40によってシャフト60に発生する軸力がセット荷重に打ち勝つに至れば、シャフト60およびロータホルダ90が、リテーナ132およびステータホルダ110を置き去りにしつつ、圧縮コイルスプリング130の弾性力に抗して後退(図3において右方に移動)する。それらシャフト60およびロータホルダ90は、最終的には、図4に示すように、リテーナ132がストッパ154に当接する後退限度に至る。この状態においては、突出長さは最小で、対向長さは最大である。したがって、ステータ70とロータ72との対向面積が最大であるうえに、ステータ70およびロータ72のそれぞれの突出部80,84における磁束漏れが最小であるため、発電機50の発電効率が最大である。
If the wind speed increases from this state and, as a result, the axial force generated on the
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、ラジアルボールベアリング102と2個のラジアルボールベアリング126,126とメタルベアリング100とメタルブッシュ152と中継部材164とが互いに共同して前記(5)または(10)項における「支持機構」の一例を構成し、複数の圧縮コイルスプリング130が同項における「弾性部材」の一例を構成しているのである。さらに、ストッパ160が同項における「ストッパ」の一例を構成し、ステータホルダ110と2個のラジアルボールベアリング126,126と中継部材164とが互いに共同して同項における「反力付与機構」の一例を構成しているのである。さらに、それら「支持機構」の一例、「弾性部材」の一例、「ストッパ」の一例および「反力付与機能」の一例が互いに共同して同項における「変更機構」の一例を構成しているのである。
As is clear from the above description, in the present embodiment, the
ところで、前述の相対風が完全に定常的である状況を想定すれば、カットイン風速VCIは本来、相対風の風速によって決まるが、過渡的な状況においては、風速の変化に対してロータ72の回転速度が迅速に応答することができないため、従来の風力発電装置では、発電機による正規の発電を早期に開始することができない。これに対し、本実施形態によれば、風車40の起動が早期にすなわちスムーズに行われるため、発電機50による発電を早期に開始することが可能となる。
By the way, if it is assumed that the above-mentioned relative wind is completely steady, the cut-in wind speed VCI is originally determined by the wind speed of the relative wind, but in a transient situation, the
さらに、本実施形態においては、圧縮コイルスプリング130の弾性力によってリテーナ132が移動する限度、すなわち、風力発電装置10の非作動状態におけるリテーナ132の移動限度を機械的に規定するストッパ160が、アウタハウジング62に対してではなく、ロータホルダ90に対して設けられる。
Furthermore, in this embodiment, the
したがって、本実施形態によれば、アウタハウジング62に依存することなく、圧縮コイルスプリング130をロータホルダ90に、セット荷重が精度よく発生する状態で、設置することが可能となる。よって、本実施形態によれば、ストッパ160がアウタハウジング62に対して設けられる場合とは異なり、圧縮コイルスプリング130の弾性力と、ステータ70に対するロータ72の軸方向相対移動量との関係が、アウタハウジング62の製造誤差や組付け精度に依存せずに済み、圧縮コイルスプリング130の弾性力の精度が向上する。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to install the
さらに、本実施形態によれば、ロータホルダ90に圧縮コイルスプリング130をリテーナ132と、ストッパ160が形成された円筒部材134とを用いて組み付け、圧縮コイルスプリング130がロータホルダ90から離脱しない組付状態で、それらの組付体をアウタハウジング62に組み付けることが可能となる。その結果、本実施形態によれば、圧縮コイルスプリング130の組付作業の単純化を容易に図り得る。
Furthermore, according to the present embodiment, the
以上、本発明の実施の形態の一つを図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、前記[発明の開示]の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, this is an exemplification and is based on the knowledge of those skilled in the art including the aspects described in the section of [Disclosure of the Invention]. The present invention can be implemented in other forms with various modifications and improvements.
10 風力発電装置
40 風車
50 発電機
60 シャフト
62 アウタハウジング
70 ステータ
72 ロータ
80,84 突出部
82,86 対向部
90 ロータホルダ
130 圧縮コイルスプリング
132 リテーナ
160 ストッパ
164 中継部材
DESCRIPTION OF
Claims (11)
風を受けて回転する風車と、
その風車と共に回転するシャフトと、
そのシャフトによって駆動されることによって発電する発電機と
を含み、かつ、その発電機は、
前記シャフトと共に回転するロータと、ステータとを含み、かつ、それらロータとステータとのうちの少なくとも一方が、相手方から軸方向に突出する突出部と、相手方に半径方向に対向する対向部とを有する風力発電装置。 A wind power generator that generates power using wind power,
A windmill that rotates in response to the wind,
A shaft that rotates with the windmill,
A generator for generating electricity by being driven by the shaft, and the generator
A rotor that rotates together with the shaft and a stator, and at least one of the rotor and the stator has a protruding portion that protrudes in the axial direction from the counterpart, and a facing portion that faces the counterpart in the radial direction. Wind power generator.
前記変更機構は、前記軸方向相対位置の変更を、前記風車によって前記シャフトに発生させられる軸力を機械的に利用して行う請求項2に記載の風力発電装置。 When the wind turbine receives wind, it generates axial force and rotational force on the shaft,
The wind power generator according to claim 2, wherein the changing mechanism changes the axial relative position by mechanically using an axial force generated on the shaft by the windmill.
前記ステータは、そのハウジングに対して相対的に軸方向移動不能であり、
前記発電機は、さらに、前記シャフトと一体的に軸方向移動可能かつ回転可能なロータホルダであって、前記ロータを同軸に保持するものを含み、
前記変更機構は、
それらシャフトとロータホルダとを、前記ハウジングに対して相対的に軸方向移動可能かつ回転可能に支持する支持機構と、
前記シャフトに平行な荷重作用線を有する弾性部材と、
前記ロータホルダにより、そのロータホルダに対して相対的に軸方向移動可能に支持されたリテーナであって、前記ロータホルダとの間において前記弾性部材を支持するものと、
前記ロータホルダに設けられ、当該風力発電装置の非作動状態において前記弾性部材の弾性力によって前記リテーナが前記ロータホルダに対して相対的に移動する限度を規定するストッパと、
前記リテーナによって前記ハウジングに押し付けられることにより、前記ロータの前記ステータに対する軸方向相対移動量に応じた反力を前記リテーナを介して前記弾性部材に付与する反力付与機構と
を含む請求項3または4に記載の風力発電装置。 And a housing that houses the shaft and the generator,
The stator is axially immovable relative to the housing;
The generator further includes a rotor holder that is axially movable and rotatable integrally with the shaft, and that holds the rotor coaxially,
The change mechanism is:
A support mechanism for supporting the shaft and the rotor holder so as to be axially movable and rotatable relative to the housing;
An elastic member having a load acting line parallel to the shaft;
A retainer supported by the rotor holder so as to be axially movable relative to the rotor holder, and supporting the elastic member with the rotor holder;
A stopper that is provided on the rotor holder and defines a limit for the retainer to move relative to the rotor holder by an elastic force of the elastic member in a non-operating state of the wind turbine generator;
A reaction force applying mechanism that applies a reaction force according to an axial relative movement amount of the rotor to the stator by the retainer to the elastic member via the retainer. 5. The wind power generator according to 4.
前記シャフトは、その反力付与機構を同軸に貫通している請求項8に記載の風力発電装置。 The reaction force application mechanism has a uniaxial line,
The wind power generator according to claim 8, wherein the shaft penetrates the reaction force applying mechanism coaxially.
風を受けて回転する風車と、
ハウジングと、
そのハウジング内に設けられ、前記風車と共に回転するシャフトと、
前記ハウジング内に設けられ、前記シャフトによって駆動されることによって発電する発電機と
を含み、かつ、その発電機は、
前記シャフトと共に回転するロータと、
前記ハウジングに対して相対的に軸方向移動不能なステータと、
前記シャフトと一体的に軸方向移動可能かつ回転可能なロータホルダであって、前記ロータを同軸に保持するものと
を含み、
前記風車は、風を受けると前記シャフトに軸力と回転力とを発生させ、
当該風力発電装置は、さらに、前記ロータと前記ステータとを相対的に軸方向移動可能に支持するとともに、それらロータとステータとの軸方向相対位置を、前記風車によって前記シャフトに発生させられる軸力を機械的に利用して変更する変更機構を含み、かつ、その変更機構は、
前記シャフトと前記ロータホルダとを、前記ハウジングに対して相対的に軸方向移動可能かつ回転可能に支持する支持機構と、
前記シャフトに平行な荷重作用線を有する弾性部材と、
前記ロータホルダにより、そのロータホルダに対して相対的に軸方向移動可能に支持されたリテーナであって、前記ロータホルダとの間において前記弾性部材を支持するものと、
前記ロータホルダに設けられ、当該風力発電装置の非作動状態において前記弾性部材の弾性力によって前記リテーナが前記ロータホルダに対して相対的に移動する限度を規定するストッパと、
前記リテーナによって前記ハウジングに押し付けられることにより、前記ロータの前記ステータに対する軸方向相対移動量に応じた反力を前記リテーナを介して前記弾性部材に付与する反力付与機構と
を含む風力発電装置。 A wind power generator that generates power using wind power,
A windmill that rotates in response to the wind,
A housing;
A shaft provided in the housing and rotating with the windmill;
A generator provided in the housing and generating electricity by being driven by the shaft, and the generator is
A rotor that rotates with the shaft;
A stator that is axially immovable relative to the housing;
A rotor holder that is axially movable and rotatable integrally with the shaft, and that holds the rotor coaxially;
When the wind turbine receives wind, it generates axial force and rotational force on the shaft,
The wind power generator further supports the rotor and the stator so as to be relatively movable in the axial direction, and an axial force generated on the shaft by the windmill with respect to the axial relative position between the rotor and the stator. Including a change mechanism that changes mechanically, and the change mechanism includes:
A support mechanism for supporting the shaft and the rotor holder so as to be axially movable and rotatable relative to the housing;
An elastic member having a load acting line parallel to the shaft;
A retainer supported by the rotor holder so as to be axially movable relative to the rotor holder, and supporting the elastic member with the rotor holder;
A stopper that is provided on the rotor holder and defines a limit for the retainer to move relative to the rotor holder by an elastic force of the elastic member in a non-operating state of the wind turbine generator;
A wind power generator comprising: a reaction force applying mechanism that applies a reaction force according to an axial relative movement amount of the rotor to the stator by the retainer to the elastic member via the retainer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004197607A JP2006020464A (en) | 2004-07-05 | 2004-07-05 | Wind power generator |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011210656A (en) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Tok Engineering Kk | Permanent magnet type heating and hybrid device for power generation |
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JPS54167310U (en) * | 1978-05-16 | 1979-11-26 | ||
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-
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- 2004-07-05 JP JP2004197607A patent/JP2006020464A/en active Pending
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