JP2007032468A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磨耗または消耗により定期的な交換が必要な部品を削減し、その交換作業も削減することができる停止装置を備える風力発電装置を提供することである。
【解決手段】 本発明に係る風力発電装置５００においては、複数の風車３００がシャフト４００に設けられる。風力エネルギーが風車３００により回転運動エネルギーに変換され、シャフト４００が軸周りの方向に回転する。シャフト４００が回転することによりシャフト４００に水平に設けられた非磁性導電体円板４１０が回転する。そして、発電を停止させる場合、レール４３０およびモータ４４０の働きにより磁性体４２０が非磁性導電体円板４１０に近接される。そして、非磁性導電体円板４１０に渦電流が発生し、非磁性導電体円板４１０の抵抗力が増加する。それにより、非磁性導電体円板４１０の回転が抑制され、シャフト４００の回転運動が停止する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、風力エネルギーを回転運動エネルギーに変換するとともに、回転運動エネルギーを用いて発電を行なう風力発電装置に関する。

従来、発電装置について様々な装置が研究開発されている。例えば、特許文献１には、自然エネルギーが小さい場合であっても、十分に発電することができる電源装置およびそれを備えた発電装置について開示されている。

特許文献１記載の電源装置およびそれを備えた発電装置では、自然エネルギーを回転エネルギーに変換して回転駆動力を発生する風車と、風車の回転速度を測定する回転速度検出器と、風車の回転駆動力により作動して発電する発電機と、発電機への風車の回転駆動力の伝達及び遮断をする回転軸クラッチとを備える。

そして、回転速度検出器が測定した風車の回転速度が所定の回転速度未満であるとき、風車から発電機への回転駆動力を遮断し、駆動力の大きさが所定値以上であるとき、回転軸クラッチを制御するクラッチ駆動部により風車から発電機に回転駆動力を伝達する。それにより、自然エネルギーが小さい場合であっても十分に発電することができるという効果が得られる。
特開２００５−１２７２５３号公報

しかしながら、従来の発電装置または、特許文献１記載の電源装置およびそれを備えた発電装置では、回転を停止させるための停止装置として、押圧部材を環状部材に押し付ける接触方式が採用されている。このような接触方式においては、環状部材に押圧部材を押し付けるので、大きなブレーキ力を発生させることができ、結果として回転支持機構の回転を完全に停止させることができる。しかし、この押圧部材等を用いて回転を停止させる場合、常に接触部があるため、押圧部材に磨耗や損傷が生じることは避けられない。そのため、定期的に交換部品が必要となるとともに、定期的に交換する作業が必要となる。特に風力発電装置は、風力の強い環境下に設置されるため、岸壁等の疎遠な地域において定期的に交換を行なうことは多大な労力を費やすこととなる。また、この停止装置が故障した状態で放置することにより風車自身が損傷等する場合もあり、早急な対応が求められている。

本発明の目的は、磨耗または消耗により定期的な交換が必要な部品を削減し、その交換作業も削減することができる停止装置を備える風力発電装置を提供することである。

課題を解決するための手段および効果

（１）
本発明に係る風力発電装置は、自然界に存在する風力エネルギーを回転運動エネルギーに変換するとともに、回転運動エネルギーを用いて発電を行なう風力発電装置であって、風力エネルギーを回転運動エネルギーに変換する１または複数の風車と、鉛直方向に延在して設けられ、かつ１または複数の風車が取り付けられた鉛直軸と、鉛直軸に水平に設けられた非磁性導電体延板と、非磁性導電体円板に対向して設けられた磁性体と、磁性体を円板に近接または離間させることが可能な磁性体移動手段とを含むものである。

本発明に係る風力発電装置においては、１または複数の風車が鉛直軸に設けられる。風力エネルギーが１または複数の風車により回転運動エネルギーに変換され、鉛直軸が軸周りの方向に回転する。鉛直軸が回転することにより鉛直軸に水平に設けられた非磁性導電体円板が回転する。

発電を停止する場合、磁性体移動手段により磁性体が非磁性導電体円板に近接される。それにより、非磁性導電体円板に渦電流が発生し、非磁性導電体円板の回転方向の力に対する抵抗力が増加する。その結果、非磁性導電体円板の回転が抑制され、鉛直軸の回転運動が停止する。

一方、発電を再開する場合、磁性体移動手段により磁性体が非磁性導電体円板から離間される。それにより、非磁性導電体円板に渦電流が発生せず、非磁性導電体円板の抵抗力が減少する。その結果、非磁性導電体円板の回転が抑制されず、鉛直軸の回転運動を開始させることができる。このように、非接触方式により鉛直軸の回転運動を停止または開始させることができるので、定期的な交換部品または交換作業を必要としない。よって、不要な交換作業や多大な労力を削減することができる。

（２）
磁性体は、永久磁石からなってもよい。

この場合、磁性体が永久磁石からなるので、消耗部品がないため、交換部品のコストおよび交換工数を削減することができる。

（３）
磁性体は、電磁石からなってもよい。

この場合、磁性体が電磁石からなるので、発電装置により発電された電力を用いて磁力を非磁性導電体円板に放射することができる。

（４）
磁性体は、コ字状断面を形成するコの字部分を有し、コの字部分が、非磁性導電体円板の表裏面に対向して位置するように、磁性体移動手段によって近接されてもよい。

この場合、非磁性導電体円板の端部に磁性体を近接させる。それにより、磁性体のコ字状内部の対向する部分に、非磁性導電体円板の端部の表裏面を対向させることができ、非磁性導電体円板の端部に適切に渦電流を発生させることができる。その結果、非磁性導電体円板と磁性体との間に抵抗力を発生させることができ、効率よく鉛直軸の軸周り方向の回転を停止させることができる。

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。まず、本発明に係る風力発電装置の一例として、直線翼鉛直軸型風車を備えた風力発電装置５００に本発明を適用した場合について説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、風力発電装置５００の一例を示す模式的側面図である。

図１に示すように風力発電装置５００は、主に発電装置１００、主柱２００、保持板２１０、支持梁２２０、支持柱２３０、複数の翼形状の羽根を有する風車３００、風車支持パイプ３２０、風車保持パイプ３１０、シャフト４００、非磁性導電体円板４１０および磁性体４２０からなる。

図１に示す風力発電装置５００は、主柱２００が４隅に設けられ、その上端部およびその下方にそれぞれ保持板２１０が設けられる。さらにその下方に、主柱２００を互いに支持するために支持梁２２０が主柱２００と垂直方向に設けられ、主柱２００が傾斜しないように地中から支持柱２３０が設けられている。これらの主柱２００等により構成された櫓内に縦方向に風車３００が４段設けられている。

主柱２００等により構成された櫓内の中心にシャフト４００が垂直に設けられる。シャフト４００の下端部には、発電装置１００が設けられている。この発電装置１００の上方のシャフト４００には、水平方向に対して非磁性導電体円板４１０が配設されている。また、非磁性導電体円板４１０の外周近傍には、磁性体４２０、磁性体移動装置（図示せず）が設けられている。この非磁性導電体円板４１０、磁性体４２０、磁性体移動装置の詳細については後述する。

また、シャフト４００の上部で、かつ主柱２００および２枚の保持板２１０ａ，２１０ｂにより囲まれた空間内に、上下２段に複数の翼形状を有する風車３００が設けられ、シャフト４００の下部で、かつ主柱２００、支持梁２２０および保持板２１０ｂにより囲まれた空間内に、上下２段に複数の翼形状を有する風車３００が設けられる。

この風車３００は、翼形状の羽根が４枚設けられ、それぞれ水平方向に９０度毎にずらして設けられる。そして、この翼形状の羽根が２本の支持パイプ３１０および２本の保持パイプ３２０によりシャフト４００に固定される。

なお、図示していないが、２本の支持パイプ３１０および２本の保持パイプ３２０と、シャフト４００との間に接続部材を設けてもよい。

次に、風力発電装置５００の動きについて説明する。風力発電装置５００は、翼形状の羽根により風力エネルギーを享受し、羽根に揚力が生じて時計回りに回転する。翼形状の羽根を有する風車３００が時計回りに回転することにより、２本の支持パイプ３１０および２本の保持パイプ３２０を介してシャフト４００が時計回りに回転する。そして、シャフト４００の下部に設けられた発電機１００により発電が行なわれる。

次に、図２および図３は非磁性導電体円板４１０、磁性体４２０、磁性体移動装置の詳細を示す模式図である。

図２および図３に示すように、非磁性導電体円板４１０がシャフト４００に対して水平に設けられる。非磁性導電体円板４１０は、例えば銅またはアルミニウム等の円板からなる。非磁性導電体円板４１０の外周端部には、コ字状に形成された断面を有する磁性体４２０が設けられている。この磁性体４２０のコ字状の内部の対向面に、永久磁石４２１がそれぞれ設けられている。

また、図２および図３に示すように、磁性体４２０は、モータ４４０およびレール４３０の働きにより移動可能に設けられている。すなわち、モータ４４０が駆動することによりレール４３０上を磁性体４２０が移動する。例えば、モータ４４０が回転することによりレール４３０内に設けられたラックピニオン構造により磁性体４２０が移動する。

その結果、磁性体４２０が、図３の磁性体４２０の位置から図２の磁性体４２０の位置まで移動する。それにより、磁性体４２０のコ字状の内部の対向面が非磁性導電体円板４１０の端部の表裏面に対向するように配置された場合、非磁性導電体円板４１０および磁性体４２０の間に渦電流を発生させ、非磁性導電体円板４１０の端部から磁性体４２０が離間された場合には、渦電流が発生しない。

磁性体４２０の永久磁石４２１および非磁性導電体円板４１０の間に渦電流が生じることにより、非磁性導電体円板４１０の回転が抑制され、シャフト４００の回転が停止される。

なお、本実施の形態においては、磁性体４２０に永久磁石４１０を設けることとしたが、これに限定されず、例えば電磁石等の他の任意の磁力発生装置を用いてもよい。この場合、磁力発生装置に対する電力は、風力発電装置５００の発電装置１００において発電された電力を使用することとしてもよい。また、磁性体４２０を一個としているが、これに限定されず、複数個用いてもよい。同様に、非磁性導電体円板４１０を１枚としているが、これに限定されず、複数枚用いてもよい。それにより、シャフト４００の回転に対する制動力を向上させることができる。また、風車３００の個数を４個としたがこれに限定されず、１個または任意の個数を用いてもよい。

以上のように、本発明に係る風力発電装置５００においては、複数の風車３００がシャフト４００に設けられる。風力エネルギーが風車３００により回転運動エネルギーに変換され、シャフト４００が軸周りの方向に回転する。それにより発電装置１００により風力発電が行なわれる。また、この際、シャフト４００が回転することによりシャフト４００に水平に設けられた非磁性導電体円板４１０が回転する。ここで、風速が所定の限界値を超えた場合または台風等により風力発電装置５００の風車３００を停止させなければ、風車３００の翼形の破損等が生じると判定された場合、風力発電装置５００における図示しないコントローラが、モータ４４０を駆動して磁性体４２０を非磁性導電体円板４１０に近接させるように制御する。

この場合、モータ４４０の働きによりレール４３０上を磁性体４２０が移動し、磁性体４２０が非磁性導電体円板４１０に近接される。それにより、非磁性導電体円板４１０に渦電流が発生し、非磁性導電体円板４１０が回転する力に対して、抵抗力が増加する。そして、非磁性導電体円板４１０の回転が抑制され、シャフト４００の回転運動が停止される。その結果、発電装置１００による発電が停止する。

一方、風力発電装置５００の翼形の損傷の危機が回避され、風速が所定の限界値を下回った場合または台風等が過ぎ去った場合、風力発電装置５００の発電を再開させる。この場合、モータ４４０の働きによりレール４３０上を磁性体４２０が移動し、磁性体４２０が非磁性導電体円板４１０から離間される。それにより、非磁性導電体円板４１０に渦電流が発生せず、非磁性導電体円板４１０の回転する力に対して抵抗力が減少する。そして、非磁性導電体円板４１０の回転が抑制されず、シャフト４００の回転運動が開始される。その結果、発電装置１００による発電が開始される。

上記の実施の形態においては、風力発電装置５００が風力発電装置に相当し、シャフト４００が鉛直軸に相当し、風車３００が風車に相当し、非磁性導電体円板４１０が非磁性導電体円板に相当し、磁性体４２０が磁性体に相当し、レール４３０およびモータ４４０が磁性体移動手段に相当する。

本発明は、上記の好ましい上記実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

風力発電装置の一例を示す模式的側面図 非磁性導電体円板、磁性体、磁性体移動装置の詳細を示す模式図 非磁性導電体円板、磁性体、磁性体移動装置の詳細を示す模式図

符号の説明

２００ 主柱
４００ シャフト
４１０ 非磁性導電体円板
４２０ 磁性体
４３０ レール
４４０ モータ
５００ 風力発電装置

Claims (4)

1. 自然界に存在する風力エネルギーを回転運動エネルギーに変換するとともに、前記回転運動エネルギーを用いて発電を行なう風力発電装置であって、
   前記風力エネルギーを回転運動エネルギーに変換する１または複数の風車と、
   鉛直方向に延在して設けられ、かつ前記１または複数の風車が取り付けられた鉛直軸と、
   前記鉛直軸に水平に設けられた非磁性導電体円板と、
   前記非磁性導電体円板に対向して設けられた磁性体と、
   前記磁性体を前記円板に近接または離間させることが可能な磁性体移動手段とを含むことを特徴とする風力発電装置。
2. 前記磁性体は、永久磁石からなることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
3. 前記磁性体は、電磁石からなることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
4. 前記磁性体は、コ字状断面を形成するコの字部分を有し、
   前記コの字部分が、前記非磁性導電体円板の表裏面に対向して位置するように、前記磁性体移動手段によって近接されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の風力発電装置。

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