JP2008128144A - Wind turbine generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電装置の改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement of a wind turbine generator.
近年、風力エネルギーを利用した小型風力発電装置が市街地に街路灯等の独立電源として設置されてきている。このような小型風力発電装置は、大型風力発電装置に比べて発電効率が低いことから、小型風力発電装置の出力を向上させるために風力エネルギーを効果的に利用することが求められている。 In recent years, small wind power generators using wind energy have been installed as independent power sources such as street lamps in urban areas. Since such a small wind power generator has lower power generation efficiency than a large wind power generator, it is required to effectively use wind energy in order to improve the output of the small wind power generator.
従来の風力発電装置としては、回転可能なブレードの先端側に永久磁石を取付け、この永久磁石の半径方向外側にコイルを配置したもの(例えば、特許文献1参照。)や、主軸に2つのローターを取付け、これらのローターの一方に磁石、他方に誘導コイルを取付けたもの(例えば、特許文献2参照。)が知られている。
特許文献1の図1を以下の図6で説明する。なお、符号は振り直した。
図6は従来の風力発電装置の正面図であり、風力発電装置200は、図示せぬ支持部材に回転自在に支持された回転軸201と、この回転軸201に放射状に取付けられた複数のブレード202と、これらのブレード202の各先端に取付けられた輪環203と、この輪環203の外周面に取付けられた複数の永久磁石204と、これらの永久磁石204の半径方向外側に永久磁石204に対向するように配置された複数のコイル206と、これらのコイル206が巻き回された鉄心207とからなる。
FIG. 1 of Patent Document 1 will be described with reference to FIG. 6 below. In addition, the code | symbol was reassigned.
FIG. 6 is a front view of a conventional wind power generator. The
特許文献2の図1を以下の図7で説明する。なお、符号は振り直した。
図7は従来の風力発電装置の断面図であり、風力発電装置210は、主軸211と、この主軸211に軸方向に並ぶように回転自在に取付けられた2つのローター212,213と、これらのロータ212,213の先端にそれぞれ取付けられたブレード214と、一方のローター212に取付けられた複数の磁石216と、他方のローター213に上記の磁石216の半径方向内側に対向するように取付けられた複数の誘導コイル217とからなる。
FIG. 1 of Patent Document 2 will be described with reference to FIG. In addition, the code | symbol was reassigned.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional wind turbine generator. The
上記の特許文献1では、永久磁石204とコイル206とが半径方向に並んでいるため、風力発電装置200の外形寸法が大きくなる。例えば、外形寸法を所定寸法にすると、ブレード202の長さが短くなり、受風面積が小さくなる。受風面積が小さくなれば、単位時間当たりに通過する風のエネルギーが小さくなるため、得られる出力、即ち、風力発電装置200の出力が小さくなる。
In the above-mentioned Patent Document 1, since the
特許文献2についても、磁石216と誘導コイル217とが半径方向に並んでいるため、2つのローター212,213の外形寸法が大きくなるから、特許文献1と同様に風力発電装置210の出力が小さくなる。
Also in Patent Document 2, since the
また、特許文献1及び特許文献2では共に、磁石とコイルとにより電磁誘導作用で発電しているが、出力を高めるためにより発電量が大きな発電方法が求められている。
更に、永久磁石は、使用時間、温度変化、外部磁界、振動、衝撃等の影響を受けて磁力が弱くなる、即ち、減磁するため、減磁しにくい構造が望まれている。
In both Patent Document 1 and Patent Document 2, power is generated by electromagnetic induction using a magnet and a coil, but a power generation method with a larger power generation amount is required to increase the output.
Further, the permanent magnet is desired to have a structure that is difficult to demagnetize because the magnetic force becomes weak, that is, demagnetizes under the influence of use time, temperature change, external magnetic field, vibration, impact, and the like.
本発明の目的は、風力エネルギーを効果的に利用することで出力を向上させるとともに、発電に用いる永久磁石が減磁しにくい風力発電装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a wind power generation apparatus that improves output by effectively using wind energy and that is less likely to demagnetize a permanent magnet used for power generation.
請求項1に係る発明は、風力を受けて回転するロータと、このロータの前流もしくは後流に配置されたステータとを備えた風力発電装置において、ロータ及びステータの一方に界磁磁石及び電機子を配置し、他方に界磁磁石の磁束を形成するために界磁磁石及び電機子に対向可能にヨークを配置するとともに、界磁磁石及び電機子と、ヨークとを、ロータの回転軸の軸方向に並ぶように配置したことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a wind turbine generator including a rotor that is rotated by receiving wind force, and a stator that is disposed upstream or downstream of the rotor. A yoke is disposed on the other side so as to be opposed to the field magnet and the armature in order to form a magnetic flux of the field magnet, and the field magnet, the armature, and the yoke are connected to the rotating shaft of the rotor. It arrange | positions so that it may align with an axial direction, It is characterized by the above-mentioned.
作用として、界磁磁石及び電機子と、ヨークとを、ロータの回転軸の軸方向に並ぶように配置することにより、界磁磁石及び電機子と、ヨークとを、半径方向に並べて配置するのに比べてステータ及びロータの直径が小さくなる。 As an operation, the field magnet, the armature, and the yoke are arranged side by side in the radial direction by arranging the field magnet, the armature, and the yoke so as to be arranged in the axial direction of the rotation axis of the rotor. The diameter of the stator and rotor is smaller than
従って、本発明の界磁磁石及び電機子と、ヨークとを、ロータの回転軸の軸方向に並ぶように配置したものと、従来の永久磁石とコイルとを半径方向に並べて配置したものとを、ロータ直径を同一の所定寸法にした場合、本発明のロータの受風面積は従来のロータの受風面積よりも大きくなる。 Therefore, the field magnet and armature of the present invention and the yoke are arranged so as to be aligned in the axial direction of the rotation axis of the rotor, and the conventional permanent magnet and the coil are aligned in the radial direction. When the rotor diameter is set to the same predetermined dimension, the wind receiving area of the rotor of the present invention is larger than the wind receiving area of the conventional rotor.
また、ロータ及びステータの一方に界磁磁石及び電機子を配置することにより、電機子を構成するコイルが巻かれたヨークの両端に界磁磁石が配置された場合に、N極とS極との距離を大きくすることが可能になり、反磁界が弱まり、これに伴って磁界が強くなる。 磁界が強くなれば、界磁磁石及び電機子と、ヨークとによる電磁誘導作用によって発生する起電力が高くなり、発電量が増える。
更に、反磁界が弱くなれば、界磁磁石が減磁しにくくなる。
Further, by disposing a field magnet and an armature on one of the rotor and the stator, when the field magnet is disposed at both ends of the yoke around which the coil constituting the armature is wound, Can be increased, the demagnetizing field is weakened, and the magnetic field is increased accordingly. When the magnetic field becomes stronger, the electromotive force generated by the electromagnetic induction effect by the field magnet, armature, and yoke increases, and the amount of power generation increases.
Furthermore, if the demagnetizing field is weakened, the field magnet is less likely to be demagnetized.
請求項2に係る発明は、ステータに界磁磁石及び電機子を配置し、ロータにヨークを配置したことを特徴とする。
作用として、ロータにヨークのみを配置すれば、ロータが軽量になり、ロータの始動性が向上する。
The invention according to claim 2 is characterized in that a field magnet and an armature are arranged in the stator and a yoke is arranged in the rotor.
As an action, if only the yoke is arranged on the rotor, the rotor becomes lighter and the startability of the rotor is improved.
請求項3に係る発明は、ステータを、ロータに流入する空気の速度を高める増速翼列としたことを特徴とする。
作用として、ステータからロータへ増速した空気を送り、ロータの回転速度を高める。
The invention according to claim 3 is characterized in that the stator is a speed increasing cascade that increases the speed of the air flowing into the rotor.
As an action, the increased air is sent from the stator to the rotor to increase the rotational speed of the rotor.
請求項4に係る発明は、風力を受けて回転する第1のロータと、風力を受けて回転するときに第1のロータに対して相対速度を有する第2のロータとを備えた風力発電装置において、第1のロータに界磁磁石及び電機子を配置し、第2のロータに界磁磁石の磁束を形成するために界磁磁石及び電機子に対向可能にヨークを配置するとともに、界磁磁石及び電機子と、ヨークとを、第1・第2のロータの回転軸の軸方向に並ぶように配置したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a wind turbine generator comprising: a first rotor that rotates by receiving wind force; and a second rotor that has a relative speed with respect to the first rotor when rotating by receiving wind force. A field magnet and an armature are disposed on the first rotor, and a yoke is disposed on the second rotor so as to be opposed to the field magnet and the armature in order to form a magnetic flux of the field magnet. A magnet, an armature, and a yoke are arranged so as to be aligned in the axial direction of the rotation shafts of the first and second rotors.
作用として、界磁磁石及び電機子と、ヨークとを、第1・第2のロータの回転軸の軸方向に並ぶように配置することにより、界磁磁石及び電機子と、ヨークとを、半径方向に並べて配置するのに比べて第1・第2のロータの直径が小さくなる。 As an operation, the field magnet, the armature, and the yoke are arranged so as to be aligned in the axial direction of the rotation shafts of the first and second rotors. The diameters of the first and second rotors are smaller than those arranged side by side in the direction.
従って、本発明の界磁磁石及び電機子と、ヨークとを、第1・第2のロータの回転軸の軸方向に並ぶように配置したものと、従来の永久磁石とコイルとを半径方向に並べて配置したものとを、ロータ直径を同一の所定寸法にした場合、本発明の第1・第2のロータの受風面積は従来のロータの受風面積よりも大きくなる。 Accordingly, the field magnet and armature of the present invention and the yoke are arranged in the axial direction of the rotation shafts of the first and second rotors, and the conventional permanent magnet and coil are arranged in the radial direction. When the rotor diameter is set to the same predetermined dimension with the one arranged side by side, the wind receiving area of the first and second rotors of the present invention is larger than the wind receiving area of the conventional rotor.
また、第1・第2のロータの一方に界磁磁石及び電機子を配置することにより、電機子を構成するコイルが巻かれたヨークの両端に界磁磁石が配置された場合に、N極とS極との距離を大きくすることが可能になり、反磁界が弱まり、これに伴って磁界が強くなる。 磁界が強くなれば、界磁磁石及び電機子と、ヨークとによる電磁誘導作用によって発生する起電力が高くなり、発電量が増える。
更に、反磁界が弱くなれば、界磁磁石が減磁しにくくなる。
Further, by arranging the field magnet and the armature on one of the first and second rotors, when the field magnet is arranged at both ends of the yoke around which the coil constituting the armature is wound, the N pole And the S pole can be increased, the demagnetizing field is weakened, and the magnetic field is increased accordingly. When the magnetic field becomes stronger, the electromotive force generated by the electromagnetic induction effect by the field magnet, armature, and yoke increases, and the amount of power generation increases.
Furthermore, if the demagnetizing field is weakened, the field magnet is less likely to be demagnetized.
請求項5に係る発明は、第1のロータと第2のロータとは逆方向に回転することを特徴とする。
作用として、第1ロータと第2ロータとの相対速度が大きくなり、発電量が増える。
The invention according to claim 5 is characterized in that the first rotor and the second rotor rotate in opposite directions.
As an action, the relative speed between the first rotor and the second rotor increases, and the amount of power generation increases.
請求項1に係る発明では、ロータ及びステータの一方に界磁磁石及び電機子を配置し、他方に界磁磁石の磁束を形成するために界磁磁石及び電機子に対向可能にヨークを配置するとともに、界磁磁石及び電機子と、ヨークとを、ロータの回転軸の軸方向に並ぶように配置したので、ロータの直径を小さくすることができ、ロータ直径を所定寸法に設定する場合には、ロータの受風面積を従来よりも大きくすることができる。従って、風力エネルギーを効果的に利用することができ、風力発電装置の出力を向上させることができる。 In the invention according to claim 1, the field magnet and the armature are arranged on one of the rotor and the stator, and the yoke is arranged on the other side so as to face the field magnet and the armature in order to form a magnetic flux of the field magnet. In addition, since the field magnet, armature, and yoke are arranged so as to be aligned in the axial direction of the rotation axis of the rotor, the rotor diameter can be reduced and the rotor diameter is set to a predetermined dimension. The wind receiving area of the rotor can be made larger than before. Therefore, wind energy can be used effectively and the output of the wind power generator can be improved.
また、ロータ及びステータの一方に界磁磁石及び電機子を配置することで、電機子を構成するコイルが巻かれたヨークの両端に界磁磁石が配置された場合に、N極とS極との距離を大きくすることができ、反磁界を弱め、これに伴って磁界を強くすることができる。 Further, by arranging a field magnet and an armature on one of the rotor and the stator, when the field magnet is arranged at both ends of the yoke around which the coil constituting the armature is wound, the N pole and the S pole Can be increased, the demagnetizing field can be weakened, and the magnetic field can be increased accordingly.
従って、ロータ及びステータの他方のヨークが界磁磁石及び電機子に接近、あるいは離れたときに発生する磁束の変化を、ロータ及びステータの一方に永久磁石のみを配置した場合に比べて大きくすることができ、大きな起電力を発生させることができる。このことからも、風力発電装置の出力を向上させることができる。 Therefore, the change in magnetic flux generated when the other yoke of the rotor and stator approaches or separates from the field magnet and armature is made larger than when only the permanent magnet is arranged on one of the rotor and stator. And a large electromotive force can be generated. Also from this, the output of the wind turbine generator can be improved.
更に、反磁界が弱まることで、界磁磁石を減磁しにくくすることができる。従って、長期間の発電や、温度が高い環境での発電に耐えることができる。 Further, the demagnetizing field is weakened, so that it is difficult to demagnetize the field magnet. Therefore, it can endure long-term power generation or power generation in a high temperature environment.
請求項2に係る発明では、ステータに界磁磁石及び電機子を配置し、ロータにヨークを配置したので、ロータを軽量にすることができ、ロータの始動性を向上させることができて、風力発電装置の出力を増すことができる。 In the invention according to claim 2, since the field magnet and the armature are arranged in the stator and the yoke is arranged in the rotor, the rotor can be reduced in weight, and the startability of the rotor can be improved. The output of the power generator can be increased.
請求項3に係る発明では、ステータを、ロータに流入する空気の速度を高める増速翼列としたので、ステータによりロータの回転速度をより高めることができ、風力発電装置の出力を向上させることができる。 In the invention according to claim 3, since the stator is a speed increasing cascade that increases the speed of the air flowing into the rotor, the rotational speed of the rotor can be further increased by the stator, and the output of the wind power generator is improved. Can do.
請求項4に係る発明では、第1のロータに界磁磁石及び電機子を配置し、第2のロータに界磁磁石の磁束を形成するために界磁磁石及び電機子に対向可能にヨークを配置するとともに、界磁磁石及び電機子と、ヨークとを、第1・第2のロータの回転軸の軸方向に並ぶように配置したので、第1・第2のロータの直径を小さくすることができ、第1・第2のロータ直径を所定寸法に設定する場合には、第1・第2のロータの受風面積を従来よりも大きくすることができる。従って、風力エネルギーを効果的に利用することができ、風力発電装置の出力を向上させることができる。 In the invention according to claim 4, the field magnet and the armature are disposed in the first rotor, and the yoke is disposed so as to be opposed to the field magnet and the armature in order to form the magnetic flux of the field magnet in the second rotor. In addition to the arrangement, the field magnet and armature, and the yoke are arranged so as to be aligned in the axial direction of the rotation shafts of the first and second rotors, so that the diameters of the first and second rotors are reduced. When the first and second rotor diameters are set to predetermined dimensions, the wind receiving areas of the first and second rotors can be made larger than before. Therefore, wind energy can be used effectively and the output of the wind power generator can be improved.
また、第1のロータに界磁磁石及び電機子を配置することで、電機子を構成するコイルが巻かれたヨークの両端に界磁磁石が配置された場合に、N極とS極との距離を大きくすることができ、反磁界を弱め、これに伴って磁界を強くすることができる。 Further, by arranging the field magnet and the armature in the first rotor, when the field magnet is arranged at both ends of the yoke around which the coil constituting the armature is wound, the N pole and the S pole The distance can be increased, the demagnetizing field can be weakened, and the magnetic field can be increased accordingly.
従って、第2のロータのヨークが界磁磁石及び電機子に接近、あるいは離れたときに発生する磁束の変化を、第1のロータに永久磁石のみを配置した場合に比べて大きくすることができ、大きな起電力を発生させることができる。このことからも、風力発電装置の出力を向上させることができる。 Therefore, the change in the magnetic flux generated when the yoke of the second rotor approaches or separates from the field magnet and the armature can be made larger than when only the permanent magnet is arranged in the first rotor. A large electromotive force can be generated. Also from this, the output of the wind turbine generator can be improved.
更に、反磁界が弱まることで、界磁磁石を減磁しにくくすることができる。従って、長期間の発電や、温度が高い環境での発電に耐えることができる。 Further, the demagnetizing field is weakened, so that it is difficult to demagnetize the field magnet. Therefore, it can endure long-term power generation or power generation in a high temperature environment.
請求項5に係る発明では、第1のロータと第2のロータとは逆方向に回転するので、第1のロータと第2のロータとの相対速度を大きくすることができ、風力発電装置の出力を向上させることができる。 In the invention according to claim 5, since the first rotor and the second rotor rotate in opposite directions, the relative speed between the first rotor and the second rotor can be increased. The output can be improved.
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る風力発電装置(第1実施形態)の断面図であり、風力発電装置10は、胴体としてのナセル11と、このナセル11に回転可能に取付けられた前部ロータ12及び後部ロータ13と、これらの前部ロータ12及び後部ロータ13に取付けられた発電部14と、この発電部14で発電された電力を外部に導く電力導出部16と、ナセル11を支持する支柱17とからなる。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a wind turbine generator (first embodiment) according to the present invention. A
ナセル11は、前部ロータ12に取付けられた回転軸21及び後部ロータ13に取付けられた筒状回転軸22が回転可能に設けられた部材である。
前部ロータ12は、回転軸21の前端に取付けられたキャップ24と、このキャップ24に取付けられた複数のロータブレード25とからなる。
後部ロータ13は、筒状回転軸22の前端に取付けられたキャップ27と、このキャップ27に取付けられた複数のロータブレード28とからなり、前部ロータ12とは逆回転する。
The
The
The
発電部14は、後部ロータ13の各ロータブレード28前部に設けられた発電本体31と、前部ロータ12の各ロータブレード25後部に設けられたヨーク32とからなり、発電本体31とヨーク32とが接近、あるいは離れたときに電磁誘導作用により起電力が誘導される。
The
本発明の風力発電装置10は、上記の前部ロータ12及び後部ロータ13に発電部14を設けることで、従来のようにナセル内に発電部を設けるのに比べて、ナセル11及びキャップ24,27を小型、特に小径にすることが可能になり、その分、前部ロータ12及び後部ロータ13を大きくすることができ、受風面積を大きくすることができる。また、風力発電装置10は、増速機を備えていないために構造が簡素になる。
The
図2(a),(b)は本発明に係る前部ロータ及び後部ロータの正面図(第1実施形態)である。
(a)に示す前部ロータ12は、2枚のロータブレード25,25を備え、ヨーク32は、その長手方向が、回転軸21の中心を通るとともにロータブレード25,25上に位置する中心線26に沿うように、ロータブレード25の幅の内側に配置される。
2A and 2B are front views (first embodiment) of a front rotor and a rear rotor according to the present invention.
The
(b)に示す後部ロータ13は、2枚のロータブレード28,28を備え、発電本体31は、その長手方向が、筒状回転軸22の中心を通るとともにロータブレード28,28上に位置する中心線29に沿うように、ロータブレード28の幅の内側に配置される。
The
図3は本発明に係る風力発電装置(第1実施形態)の要部断面図であり、ナセル11の内側には一対のベアリング41,42を介して回転可能に筒状回転軸22が支持され、この筒状回転軸22の内側には一対のベアリング43,44を介して回転可能に回転軸21が支持されている。
後部ロータ13に設けられた発電本体31は、電機子51と、この電機子51の両端部前部に取付けられた2つの界磁磁石としての永久磁石52,52とからなる。
電機子51は、ヨーク54と、このヨーク54の中央部に備える突起部54aに巻かれたコイル56とからなる。
上記したヨーク32,54は、透磁性のある材料、例えば、電磁鋼板等が好適である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part of the wind turbine generator (first embodiment) according to the present invention, and the cylindrical
The
The
The above-described
電力導出部16は、各発電本体31に備えるコイル56からロータブレード28、キャップ27及び筒状回転軸22内に配線された導線61,62と、これらの導線61,62に接続されるとともに筒状回転軸22の外周面に取付けられた一対のスリップリング63,63と、これらのスリップリング63,63と摺動しながら電力を外部に取り出すためにナセル11の内面に取付けられたブラシ66,66と、これらのブラシ66,66に接続された電力取出し用導線71,72とからなる。
The
図4(a),(b)は本発明に係る風力発電装置(第1実施形態)の発電部の作用を示す作用図である。
(a)において、後部ロータの発電本体31に前部ロータのヨーク32が対向していないときには、永久磁石52,52による磁束がヨーク54の突起部54aに発生しにくい状態にある。
4 (a) and 4 (b) are operation diagrams showing the operation of the power generation unit of the wind turbine generator (first embodiment) according to the present invention.
In (a), when the
(b)において、発電本体31にヨーク32が対向すると、永久磁石52から放出されてヨーク54の突起部54a及びヨーク32を貫く磁束が発生し、コイル56に電磁誘導作用による起電力が発生する。
In (b), when the
本発明では、ヨーク54及びコイル56からなる電機子51のヨーク54の両端に界磁磁石として永久磁石52,52を配置したので、従来のようなヨーク54無しに単に永久磁石52のみを配置するのに比べて、磁束密度を大きくすることができるとともに、2つの永久磁石52,52間の距離をより大きくすることができるため、反磁界を弱くすることができ、反磁界に対する磁界がより強くなり、誘導される起電力も大きくなる。
また、反磁界が弱いと、永久磁石52,52が減磁しにくくなり、より長期に亘って且つより高温でも使用することが可能になる。
In the present invention, since the
In addition, if the demagnetizing field is weak, the
以上の図1に示したように、本発明は、風力を受けて回転する第1のロータとしての後部ロータ13と、風力を受けて回転するときに後部ロータ13に対して相対速度を有する第2のロータとしての前部ロータ12とを備えた風力発電装置10において、後部ロータ13に界磁磁石としての永久磁石52及び電機子51を配置し、前部ロータ12に永久磁石52の磁束を形成するために永久磁石52及び電機子51に対向可能にヨーク32を配置するとともに、永久磁石52及び電機子51と、ヨーク32とを、後部ロータ13及び前部ロータ12の回転軸、即ち、筒状回転軸22及び回転軸21の軸方向に並ぶように配置したことを特徴とする。
As shown in FIG. 1 above, the present invention has a
これにより、後部ロータ13及び前部ロータ12の直径を小さくすることができ、ロータブレード28,25のロータ直径を所定寸法に設定する場合には、後部ロータ13及び前部ロータ12の受風面積を従来よりも大きくすることができる。従って、風力エネルギーを効果的に利用することができ、風力発電装置10の出力を向上させることができる。
Thereby, the diameter of the
また、後部ロータ13に永久磁石52及び電機子51を配置することで、電機子51を構成するコイル56が巻かれたヨーク54の両端に永久磁石52が配置された場合に、N極とS極との距離を大きくすることができ、反磁界を弱め、これに伴って磁界を強くすることができる。
Further, by arranging the
従って、前部ロータ12のヨーク32が永久磁石52及び電機子51に接近、あるいは離れたときに発生する磁束の変化を、例えば、後部ロータに永久磁石のみを配置した場合に比べて、本発明では大きくすることができ、大きな起電力を発生させることができる。このことからも、風力発電装置の出力を向上させることができる。
Therefore, the change in magnetic flux generated when the
更に、反磁界が弱まることで、永久磁石52を減磁しにくくすることができる。従って、長期間の発電や、温度が高い環境での発電に耐えることができる。
Furthermore, the demagnetizing field is weakened, so that the
また本発明は、後部ロータ13と前部ロータ12とは逆方向に回転することを特徴とする。
これにより、後部ロータ13と前部ロータ12との相対速度を大きくすることができ、風力発電装置10の出力を向上させることができる。
Further, the present invention is characterized in that the
Thereby, the relative speed of the
図5は本発明に係る風力発電装置(第2実施形態)の断面図であり、図1に示した第1実施形態と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
風力発電装置80は、ナセル11と、このナセル11に取付けられた前部ステータ81と、ナセル11に回転可能に取付けられた後部ロータ83と、これらの前部ステータ81及び後部ロータ83に取付けられた発電部14と、この発電部14で発電された電力を外部に導く導線86,87と、支柱17とからなる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the wind turbine generator (second embodiment) according to the present invention. The same components as those in the first embodiment shown in FIG.
The
ナセル11は、前部ステータ81に取付けられた固定軸88が後端支持部材91を介して取付けられ、後部ロータ83に取付けられた筒状回転軸22が回転可能に設けられた部材である。
The
筒状回転軸22は、ナセル11に一対のベアリング41,42を介して回転可能に支持されるとともに固定軸88に一対のベアリング43,44を介して回転可能に支持されている。
The cylindrical
前部ステータ81は、固定軸88の前端に取付けられたキャップ24と、このキャップ24に取付けられた複数のステータブレード94とからなり、後部ロータ83に流入する空気の速度を高める増速翼列としたものである。
後部ロータ83は、キャップ27と、このキャップ27に取付けられた複数のロータブレード96とからなる。
The
The rear rotor 83 includes a
発電部14の発電本体31は、前部ステータ81のステータブレード94の後部に取付けられ、発電部14のヨーク32は、後部ロータ83のロータブレード96の前部に取付けられている。
このように、発電本体31よりも軽量なヨーク32が後部ロータ83に取付けられているため、後部ロータ83の始動性を向上させることができる。従って、風速が変化しても後部ロータ83の回転速度を風速に追従しやすくすることができ、風力発電装置80の出力を増すことができる。
The
As described above, since the
導線86,87は、各発電本体31に備えるコイル56からステータブレード94、キャップ24、固定軸88内、後端支持部材91、ナセル11の外面(又は内面)、支柱17内に配線されている。
The conducting
以上の図5に示したように、本発明は、風力を受けて回転する後部ロータ83と、この後部ロータ83の前流(もしくは後流)に配置された前部ステータ81とを備えた風力発電装置80において、後部ロータ83及び前部ステータ81の一方に界磁磁石としての永久磁石52及び電機子51を配置し、他方に永久磁石52の磁束を形成するために永久磁石52及び電機子51に対向可能にヨーク32を配置するとともに、永久磁石52及び電機子51と、ヨーク32とを、後部ロータ83の回転軸としての筒状回転軸22の軸方向に並ぶように配置したことを特徴とする。
As shown in FIG. 5 above, the present invention is a wind turbine including a rear rotor 83 that rotates by receiving wind force, and a
これにより、後部ロータ83の直径を小さくすることができ、後部ロータ83のロータ直径を所定寸法に設定する場合には、後部ロータ83の受風面積を従来よりも大きくすることができる。従って、風力エネルギーを効果的に利用することができ、風力発電装置80の出力を向上させることができる。
Thereby, the diameter of the rear rotor 83 can be reduced, and when the rotor diameter of the rear rotor 83 is set to a predetermined dimension, the wind receiving area of the rear rotor 83 can be made larger than before. Therefore, wind energy can be used effectively and the output of the
また、後部ロータ83及び前部ステータ81の一方に永久磁石52及び電機子51を配置することで、電機子51を構成するコイル56が巻かれたヨーク54の両端に永久磁石52が配置された場合に、N極とS極との距離を大きくすることができ、反磁界を弱め、これに伴って磁界を強くすることができる。
Further, by arranging the
従って、後部ロータ83及び前部ステータ81の他方のヨーク32が永久磁石52及び電機子51に接近、あるいは離れたときに発生する磁束の変化を、例えば、後部ロータ及び前部ステータの一方に永久磁石のみを配置した場合に比べて、本発明では大きくすることができ、大きな起電力を発生させることができる。このことからも、風力発電装置80の出力を向上させることができる。
Therefore, a change in magnetic flux generated when the
更に、反磁界が弱まることで、界磁磁石を減磁しにくくすることができる。従って、長期間の発電や、温度が高い環境での発電に耐えることができる。 Further, the demagnetizing field is weakened, so that it is difficult to demagnetize the field magnet. Therefore, it can endure long-term power generation or power generation in a high temperature environment.
本発明は、前部ステータ81に永久磁石52及び電機子51を配置し、後部ロータ83にヨーク32を配置したことを特徴とする。
これにより、後部ロータ83を軽量にすることができ、後部ロータ83の始動性を向上させることができて、風力発電装置80の出力を増すことができる。
The present invention is characterized in that the
Thereby, the rear rotor 83 can be reduced in weight, the startability of the rear rotor 83 can be improved, and the output of the
本発明は、前部ステータ81を、後部ロータ83に流入する空気の速度を高める増速翼列としたことを特徴とする。
これにより、前部ステータ81により後部ロータ83の回転速度をより高めることができ、風力発電装置80の出力を向上させることができる。
The present invention is characterized in that the
Thereby, the rotational speed of the rear rotor 83 can be further increased by the
尚、本実施形態では、図1に示したように、前部ロータ12にヨーク32、後部ロータ13に発電本体31を配置したが、これに限らず、前部ロータ12に発電本体31、後部ロータ13にヨーク32を配置するとともに、後部ロータ13のロータブレード28の転向角を前部ロータ12のロータブレード25の転向角よりも大きくしてもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the
また、図3に示したように、ベアリング41〜44としてボールベアリングを用いたが、これに限らず、ニードルベアリングやラジアルベアリング(滑り軸受)を用いてもよい。これらのニードルベアリングやラジアルベアリングを用いることにより、ナセルをより小径にすることができ、ロータの受風面積を更に大きくすることができる。 Moreover, as shown in FIG. 3, although the ball bearing was used as the bearings 41-44, it is not restricted to this, You may use a needle bearing and a radial bearing (sliding bearing). By using these needle bearings and radial bearings, the nacelle can be made smaller in diameter, and the wind receiving area of the rotor can be further increased.
更に、図5に示したように、後部ロータ83の風の上流(前流)側に前部ステータ81を配置したが、これに限らず、後部ロータ83の風の下流(後流)側にガイドベーン(案内羽根)等のステータを配置してもよい。また、前部ステータ81に発電本体31を配置したが、これに限らず、後部ロータ83に近接するように配置された柱等に発電本体31を配置してもよい。
Further, as shown in FIG. 5, the
また更に、図1に示した前部ロータ12のロータブレード25と後部ロータ13のロータブレード28、図5に示した前部ステータ81のステータブレード94と後部ロータ83のロータブレード96のそれぞれの組み合わせにおいて、転向角が小さい方に界磁磁石と電機子を設けてもよい。
更に、本発明の風力発電装置は、地上に固定する他、車載(例えば、ハイブリッド車、燃料電池車用)してもよい。
Furthermore, the respective combinations of the
Furthermore, the wind power generator of the present invention may be mounted on the ground (for example, for hybrid vehicles and fuel cell vehicles) in addition to being fixed on the ground.
本発明は、小型の風力発電装置に好適である。 The present invention is suitable for a small wind power generator.
10,80…風力発電装置、12…第2のロータ(前部ロータ)、13…第1のロータ(後部ロータ)、21,22…回転軸、32…ヨーク、51…電機子、52…界磁磁石(永久磁石)、81…ステータ(前部ステータ)、83…ロータ(後部ロータ)。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ロータ及び前記ステータの一方に界磁磁石及び電機子を配置し、他方に前記界磁磁石の磁束を形成するために前記界磁磁石及び前記電機子に対向可能にヨークを配置するとともに、前記界磁磁石及び前記電機子と、前記ヨークとを、前記ロータの回転軸の軸方向に並ぶように配置したことを特徴とする風力発電装置。 In a wind turbine generator that includes a rotor that rotates by receiving wind power and a stator that is arranged in the upstream or downstream of the rotor,
A field magnet and an armature are disposed on one of the rotor and the stator, and a yoke is disposed on the other side so as to be opposed to the field magnet and the armature in order to form a magnetic flux of the field magnet. A wind power generator characterized in that a field magnet, the armature, and the yoke are arranged so as to be aligned in an axial direction of a rotating shaft of the rotor.
前記第1のロータに界磁磁石及び電機子を配置し、前記第2のロータに前記界磁磁石の磁束を形成するために前記界磁磁石及び前記電機子に対向可能にヨークを配置するとともに、前記界磁磁石及び前記電機子と、前記ヨークとを、前記第1・第2のロータの回転軸の軸方向に並ぶように配置したことを特徴とする風力発電装置。 In a wind turbine generator comprising: a first rotor that rotates by receiving wind force; and a second rotor that has a relative speed with respect to the first rotor when rotating by receiving wind force.
A field magnet and an armature are disposed on the first rotor, and a yoke is disposed on the second rotor so as to face the field magnet and the armature in order to form a magnetic flux of the field magnet. The wind power generator, wherein the field magnet, the armature, and the yoke are arranged so as to be aligned in the axial direction of the rotation shafts of the first and second rotors.
Priority Applications (1)
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2006
- 2006-11-22 JP JP2006316040A patent/JP2008128144A/en active Pending
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