JP2006288086A - 風力発電などに用いられる発電機構 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の回転の立ち上がりを良好なものにすることができ、電力を効率良く取り出すことができる発電機構を提供する。
【解決手段】発電用コイル３…が複数備えられると共に、これら発電用コイル３…の全部又は一部のうちの一部と、残部とを個別に通電可能と通電不能のいずれか一方に切り替える切換部９が備えられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風力発電などに用いられる発電機構に関する。

風力発電用の発電機構として、図４に示すように、羽根車と一体回転する回転子５２の側に永久磁石５６…，５６…が備えられ、固定シャフト５１の側に発電用コイル５３が備えられ、回転子５２の回転で永久磁石５６…，５６…が発電用コイル５３…を横切ることによって発電するようになされたものは、従来より提供されている。

しかしながら、上記ような発電機構では、風速が高く、羽根車が勢い良く回転し、各発電用コイル５３…が活発に発電を行っているときは、電力を効率良く取り出すことができて、発電に伴うトルクが回転子５２に作用しても良好に回転を続けることができるが、その一方、低風速時には、羽根車の回転の立ち上がり過程において、発電に伴うトルクが回転子５２の回転数上昇を抑制するように働き、回転子５２の回転数が立ち上がりにくく、また、立ち上がり後の回転数も低くなり、電力が取り出されにくいという問題がある。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、回転子の回転の立ち上がりを良好なものにすることができ、電力を効率良く取り出すことができる発電機構を提供することを課題とする。

上記の課題は、固定子と回転子のいずれか一方に永久磁石が設けられると共に、もう一方に発電用コイルが設けられ、永久磁石の磁力線を発電用コイルが相対的に横切ることによって発電するようになされた発電機構において、
前記発電用コイルが複数備えられると共に、これら発電用コイルの全部又は一部のうちの一部と、残部とを個別に通電可能と通電不能のいずれか一方に切り換える切換手段が備えられていることを特徴とする発電機構（第１発明）によって解決される。

この発電機構では、発電用コイルが複数備えられると共に、これら発電用コイルの全部又は一部を個別に通電可能と通電不能のいずれか一方に切り替える切換手段が備えられているので、通常の回転中は、切換手段によって通電可能な発電用コイルの数を増やした状態にすることで、電力を効率良く取り出すことができる。そして、回転の立ち上がり時には、切換手段によって通電可能な発電用コイルの数を少なくした状態にすることで、回転子に作用するトルクが小さくなり、回転子の回転の立ち上がりを良好なものにすることができて、電力を効率良く取り出すことができる。

上記の発電機構において、回転子の回転数を検知するセンサーと、
該センサーからの信号に基づいて、回転子の回転数が所定の設定値よりも低いときの通電可能な発電用コイルの数を、前記所定の設定値以上のときの通電可能な発電用コイルの数よりも少なくする切換えを前記切換手段に行わせる制御手段と
が備えられているとよい（第２発明）。

この場合は、回転子の回転数に応じて制御手段が切換えを行うので、切換えの制御を容易にすることができ、発電機構が最適な電力の取出しを自ら行っていくことができる。

本発明は、以上のとおりのものであるから、回転子の回転の立ち上がりを良好なものにすることができ、電力を効率良く取り出すことができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示す実施形態は、風力発電に用いられる発電機構についてのもので、図１において、１は固定子、２は回転子である。

固定子１は、固定シャフト１ａと、該シャフト１ａに同心状態に取り付けられたディスク１ｂとを備え、ディスク１ｂには、図２（イ）に示すように、内周側寄りに位置して、発電用コイル３の第１の群４を構成する複数の発電用コイル３…が周方向に列設されると共に、外周側寄りに位置して、発電用コイル３の第２の群５を構成する複数の発電用コイル３…が周方向に列設れており、第１の群４を構成している発電用コイル３…の数は、第２の群５を構成している発電用コイル３…の数よりも少なく設定されている。

回転子２は、図示しない風車の羽根車と一体回転するように備えられており、固定子１のディスク１ｂを挟む上下両側に、ディスク１ｂと対向するように永久磁石取付け部２ａ，２ａが備えられ、各取付け部２ａに、発電用コイル３の第１の群４と対応するように、図２（ロ）に示すように、内周側寄りに位置して、永久磁石６の第１の群７を構成する複数の永久磁石６…が周方向に列設されると共に、発電用コイル３の第２の群５と対応するように、外周側寄りに位置して、永久磁石６の第２の群８を構成する複数の永久磁石６…が周方向に列設されている。

そして、固定子１のディスク１ｂに設けられた各発電用コイル３…の配線は、固定シャフト１ａなどを通じて導出され、切換手段としての切換部９に接続され、該切換部９において、発電用コイル３…の群４，５を単位として、
第１の群４のすべての発電用コイル３…を通電可能にし第２の群５のすべての発電用コイル３…を通電不能にした第１切換状態と、
第１の群４のすべての発電用コイル３…を通電不能にし第２の群５のすべての発電用コイル３…を通電可能にした第２切換状態と、
第１の群４のすべての発電用コイル３…を通電可能にし第２の群５のすべての発電用コイル３…も通電可能にして第３切換状態と
に切換えを行うことができるようになされている。

また、回転子２の回転数を検知するセンサー１１が備えられると共に、該センサー１１からの信号に基づいて、切換部９を制御する制御部１０が備えられ、該制御部１０は、
回転子２の回転数が第１設定値よりも低いときに、切換部９を第１切換状態にし、
回転子２の回転数が第１設定値とそれよりも高い第２設定値との間の回転数であるときに、切換部９を第２切換状態にし、
回転子２の回転数が第２設定値を越えたときに、切換部９を第３切換状態にする
制御を行うようになされている。

上記の発電機構では、図３（イ）（ロ）（ハ）に示すように、低風速時と、中風速時と、高風速時とで、次のような切換えが行われる。即ち、低風速時には、切換部９が、発電用コイル３…の第１，第２の群４，５を、前述の第１切換状態にする。第１切換状態では、図３（イ）に示すように、内周側寄りの少ない数の発電用コイル３…からなる第１の群４の発電用コイル３…のみが通電状態となっており、そのため、発電に伴うトルクも小さく回転子２は立ち上がり良く回転していき、低風速時にしては高回転数の回転が行われ、電力の取出しが効率良く行われる。

そして、中風速状態になって回転子２の回転が高まると、切換部９が、発電用コイル３…の第１，第２の群４，５を、前述の第２切換状態にする。第２切換状態では、図３（ロ）に示すように、外周側寄りの、より数の多い発電用コイル３…からなる第２の群５の発電用コイル３…のみが通電状態となっており、そのため、トルクは大きくなるが、電力がより多く取り出され、電力の取出しが効率良く行われる。

そして更に、高風速状態になって回転子２の回転が更に高まると、切換部９が、発電用コイル３…の第１，第２の群４，５を、前述の第３切換状態にする。第３切換状態では、図３（ハ）に示すように、第１，第２の群４，５の発電用コイル３…がすべて通電状態となっており、そのため、電力が更に多く取り出され、電力の取出しが効率良く行われる。

このように、上記の発電機構では、中高風速域では、通電可能な発電用コイル３…の数が増やされて、電力を効率良く取り出すことができ、それでいて、低風速域では、通電可能な発電用コイル３…の数が減らされて、回転子２に作用するトルクが小さくなり、回転子２の回転の立ち上がりを良好なものにすることができ、低風速域での電力の取出しを効率の良いものにすることができる。

また、上記の実施形態では、発電用コイル３の第１の群４をディスク１ｂの内周側寄りに配列し、第２の群５をディスク１ｂの外周側寄りに配列し、低風速域では、内周側寄りの第１の群４の発電用コイル３…のみが通電可能な状態にされているので、発電に伴うトルクもより一層小さいものにすることができ、立ち上がりを速めて電力を効率良く取り出すことができる。

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、本発明では、発電用コイルの第１の群４をディスク１ｂの外周側寄りに設け、第２の群５の発電用コイルをディスク１ｂの内周側寄りに設けるようにしてもよいし、また、第１の群と第２の群の発電用コイルをディスク１ｂにおいて一列配置状態、例えば一列交互配置状態や周方向の一方半部を第１の群、もう一方半部を第２の群とする一列配置状態にしてもよい。

また、本発明の発電機構では、永久磁石が固定子側に、発電用コイルが回転子側に備えられていてもよいし、また、発電用コイルとして、巻数等の仕様の異なる複数種類のものが用いられていてもよいし、永久磁石として、磁力の大きさなどの仕様の異なる複数種類のものが用いられていてもよい。

また、第１発明の発電機構は、回転子の回転数が所定の設定値よりも低いときの通電可能な発電用コイルの数を、該所定の設定値以上のときの通電可能な発電用コイルの数より多くすれば効果のあるようなところで、そのような用いられ方がされてもよく、切換えの具体的な態様に制限はない。

また、切換えの態様についても制限はなく、いずれかの発電用コイルが常時通電可能状態で、残る発電用コイルが通電可能と通電不能のいずれか一方の状態に切り替えられるようになされていてもよい。

更に、上記の実施形態では、発電機構を風力発電に用いた場合を示したが、本発明の発電機構は、自転車や自動車等の各種機械の発電機の発電に広く用いることができるものである。

実施形態の発電機構を示す断面正面図である。 図（イ）は図１のＩ−Ｉ線矢視図、図（ロ）はＩＩ−ＩＩ線断面矢視図である。 図（イ）〜図（ハ）は作動状態を示す断面正面図である。 従来の発電機構を示すもので、図（イ）は断面正面図、図（ロ）は図（イ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図、図（ハ）は図（イ）のＩＶ−ＩＶ線断面矢視図である。

符号の説明

１…固定子
２…回転子
３…発電用コイル
６…永久磁石
９…切換部（切換手段）
１０…制御部（制御手段）
１１…回転数検知センサー

Claims (2)

1. 固定子と回転子のいずれか一方に永久磁石が設けられると共に、もう一方に発電用コイルが設けられ、永久磁石の磁力線を発電用コイルが相対的に横切ることによって発電するようになされた発電機構において、
   前記発電用コイルが複数備えられると共に、これら発電用コイルの全部又は一部のうちの一部と、残部とを個別に通電可能と通電不能のいずれか一方に切り換える切換手段が備えられていることを特徴とする発電機構。
2. 回転子の回転数を検知するセンサーと、
   該センサーからの信号に基づいて、回転子の回転数が所定の設定値よりも低いときの通電可能な発電用コイルの数を、前記所定の設定値以上のときの通電可能な発電用コイルの数よりも少なくする切換えを前記切換手段に行わせる制御手段と
   が備えられている請求項１に記載の発電機構。

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