JP2009281228A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は目的は、回転部分の騒音の発生を減少し、部品点数の削減により故障を少なくして保守性を向上し、コストの低減を果たし、発電効率を向上して小型化を図ることができる風力発電装置を実現することにある。
【解決手段】この発明は、基礎に立設した支柱の上端に円環形状の支持枠体を取り付け、前記支持枠体の内周に複数枚の羽根で風力を受けて回転する回転体を回転自在に支持し、前記回転体の外周に永久磁石を配設し、前記支持枠体の内周の前記永久磁石が周期的に近接離間する位置にコイルを配設し、前記永久磁石の周期的な近接離間で変化する磁界を前記コイルに作用させて発電を行う発電機を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は風力発電装置に係り、特に、回転部分の騒音の発生を減少し、部品点数の削減により故障を少なくして保守性を向上し、コストの低減を果たし、発電効率を向上して小型化を図った風力発電装置に関する。

風力を受けて回転する羽根の回転力を利用して発電を行う風力発電装置には、図６に示すものがある。図６に示す風力発電装置１０２は、地盤１０４に設置した基礎１０６に支柱１０８を立設し、この支柱１０８の上端に支持枠体１１０を取り付けている。支持枠体１１０には、回転軸１１２を軸支し、この回転軸１１２に風力を受けて回転する羽根１１４を取り付け、回転軸１１２を増速機構１１６の入力側に連絡し、増速機構１１６の出力側を発電機１１８に連絡している。

風力発電装置１０２は、風力を受けて回転する羽根１１４の回転力を回転軸１１２により増速機構１１６に入力し、増速機構１１６より回転数を増速して発電機１１８に伝達する。発電機１１８は、図示しない永久磁石をコイルに周期的な近接離間させることで、永久磁石の変化する磁界をコイルに作用させ、発電を行うものである。

従来の風力発電装置には、風力に応じて回転・発電する発電能力の異なる複数の風力発電部を同軸的に集積し、風力の大きさに応じて発電部を動作させ、有効に風力を利用するものがある。
特開２００５−２３８９４号公報

また、従来の風力発電装置には、複数のブレードを有する２つのロータを同軸上に同一方向に回転可能に並設し、前方のロータに対して同一方向に回転する後方のロータにより、ブレード及び風速の条件の基で前方のロータから後方のロータへ風を一定の位置に収束して逃がし、後方のロータが、風速の変化により前方のロータから後方のロータへ流れる風の収束位置の変化に追随し、受風し得る所定の間隔に配置されるものがある。
特開２００７−３２１６５９号公報

ところが、従来の風力発電装置は、羽根の回転数を発電可能な回転数までギヤ等からなる増速機構により増速しているため、回転するギヤの噛み合いにより騒音を発生する問題があり、また、回転する羽根による風切り音が騒音となる問題がある。

また、従来の風力発電装置は、羽根の回転数をギヤ等からなる増速機構によって増速しているので、ギヤや駆動部に回転負荷が加わっているため、軸受やギヤ等が早期に摩耗して故障を発生するおそれがあり、保守・点検の間隔が短くなり、保守性を低下させる問題がある。

さらに、従来の風力発電装置は、発電機の構造上、発電量を増大させるためには回転数を上げるしかないため、効率的にも限界があり、増速機構などの部品点数が多いため、コストの低減が困難な問題がある。

この発明の目的は、回転部分の騒音の発生を減少し、部品点数の削減により故障を少なくして保守性を向上し、コストの低減を果たし、発電効率を向上して小型化を図ることができる風力発電装置を実現することにある。

この発明の風力発電装置は、基礎に立設した支柱の上端に円環形状の支持枠体を取り付け、前記支持枠体の内周に複数枚の羽根で風力を受けて回転する回転体を回転自在に支持し、前記回転体の外周に永久磁石を配設し、前記支持枠体の内周の前記永久磁石が周期的に近接離間する位置にコイルを配設し、前記永久磁石の周期的な近接離間で変化する磁界を前記コイルに作用させて発電を行う発電機を設けたことを特徴とする。

この発明の風力発電装置は、回転体の外周に配設した永久磁石と支持枠体の内周に配設したコイルとからなる発電機により回転体の外周で発電を行うので、発電箇所を増加させて発電量を多くすることができ、低い回転でより多くの電力を発生することができ、従来の羽根の径よりも小さな発電機による発電よりも、効率的に発電することができる。

また、この発明の風力発電装置は、従来のように回転数を増加することなく回転体の外周で発電を行うので、発電箇所を増加させて発電することができ、回転数を増加するための増速機構が不要となり、回転部分での騒音の発生を減少することができる。

さらに、この発明の風力発電装置は、増速機構を不要とすることができるので、部品点数を削減することができ、故障の発生を少なくして保守性を向上することができ、構造を簡素化してコストの低減を果たすことができる。

さらにまた、この発明の風力発電装置は、円環形状の支持枠体の内周に複数枚の羽根で風力を受けて回転する回転体を回転自在に支持しているので、薄型かつコンパクトに形成することができ、設置場所の選択範囲を拡大することができ、外観の向上に寄与することができる。

この発明の風力発電装置は、回転体の外周に配設した永久磁石と支持枠体の内周に配設したコイルとからなる発電機で発電を行うことで、回転部分の騒音の発生を減少し、部品点数の削減により故障を少なくして保守性を向上し、コストの低減を果たし、発電効率を向上して小型化を図るものである。
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。図１の（Ａ）は風力発電装置の正面図、（Ｂ）は風力発電装置の側面図、図２は図１（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線による拡大断面図、図３は図１（Ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線による拡大断面図である。

図１において、２は風力発電装置である。風力発電装置２は、地盤４に設置した基礎６に支柱８を立設し、支柱８の上端に円環形状の支持枠体１０を取り付けている。支持枠体１０は、図２に示すように短円筒形状の周壁部１２と、周壁部１２の両端から夫々中心に向かって延びる円環板形状の側壁部１４・１６とにより、断面コ字形状に形成される。

前記支持枠体１０の内周には、回転体１８を軸支している。回転体１８は、円環形状の支持枠体１０の中心に回転中心を一致させて配設されるボス２０を設け、このボス２０の円周方向の等間隔位置に複数枚の羽根２２の内端を取り付けて、羽根２２の外端が支持枠体１０の周壁部１２の方向に放射状に延びるように配設している。この実施例の回転体１８は、ボス部２０に４枚の羽根２２を放射状に延びるように取り付けている。各羽根２２の外端には、支持枠体１０の側壁部１４・１６の間に位置して、周壁部１２と対向する湾曲板形状の支持部２４を設けている。

前記回転体１８は、図２４に示すように、周壁部１２に支持部２４を対向させた状態で、支持部２４の幅方向の両側端を支持枠体１０の側壁部１４・１６にそれぞれ軸受２６・２８により支持し、支持部２４の幅方向の一側外周を周壁部１２の内周に軸受３０により支持している。これにより、支持枠体１０の内周には、複数枚の羽根２２で風力を受けて回転する回転体１８を軸受２６〜３０により回転自在に支持している。

前記回転体１８の外周には、それぞれ永久磁石３２を配設している。永久磁石３２は、図３に示すように、各羽根２２の外端に設けた支持部２４の外周に１個ずつ、計４個を周方向に等間隔に配設している。前記支持枠体１０の内周には、前記永久磁石３２が周期的に近接離間する位置にコイル３４を配設している。コイル３４は、図３に示すように、周壁部１２の内周に、永久磁石３２と同数の４個を周方向に等間隔に並べて配設している。

前記永久磁石３２とコイル３４とは、発電機３６を構成する。発電機３６は、永久磁石３２の周期的な近接離間で変化する磁界をコイル３４に作用させて発電を行う。なお、図２おいて、符合３８は、コイル３４の出力線である。

次に作用を説明する。
風力発電装置２は、図１に示すように、風を受けると、支持枠体１０の内周に回転自在に支持した回転体１８が複数枚の羽根２２により風力を受けて回転する。風力発電装置２は、図３に示すように、回転する回転体１８の外周に設けた発電機３６の永久磁石３２がコイル３４に周期的に近接離間し、永久磁石３２の周期的な近接離間で変化する磁界をコイル３４に作用させて発電を行う。発電された電力は、図２に示すように、コイル３４の出力線３８により図示しない整流回路部、電圧安定化回路部に導かれて安定電源化され、二次電池に充電され、あるいは電気負荷に供給される。

この風力発電装置２は、地盤４の基礎６に立設した支柱８の上端に円環形状の支持枠体１０を取り付け、支持枠体１０の内周に複数枚の羽根２２で風力を受けて回転する回転体１８を回転自在に支持し、回転体１８の外周に永久磁石３２を配設し、支持枠体１０の内周にコイル３４を配設し、永久磁石３２の周期的な近接離間で変化する磁界をコイル３４に作用させて発電を行う発電機３６を設けている。

このように、この風力発電装置２は、回転体１８の外周に配設した永久磁石３２と支持枠体１０の内周に配設したコイル３４とからなる発電機３６により回転体１８の外周で発電を行うので、永久磁石３２とコイル３４とによる発電箇所を増加させて発電量を多くすることができ、低い回転でより多くの電力を発生することができ、従来の羽根の径よりも小さな発電機による発電よりも、効率的に発電することができる。

また、この風力発電装置２は、従来のように回転数を増加することなく回転体１８の外周で発電を行うので、発電箇所を増加させて発電することができ、回転数を増加するための増速機構が不要となり、ギヤ等の回転部分での騒音の発生を減少することができる。

さらに、この風力発電装置２は、増速機構を不要とすることができるので、部品点数を削減することができ、故障の発生を少なくして保守性を向上することができ、構造を簡素化してコストの低減を果たすことができる。

さらにまた、この風力発電装置２は、円環形状の支持枠体１０の内周に複数枚の羽根２２で風力を受けて回転する回転体１８を回転自在に支持しているので、中心軸線Ａ方向の大きさを小さくして薄型かつコンパクトに形成することができ、設置場所の選択範囲を拡大することができ、外観の向上に寄与することができる。

なお、この風力発電装置２は、上述実施例に限定されることなく、種々応用改変が可能である。例えば、上述実施例の風力発電装置２は、図３に示すように、回転体１８の各羽根２２の外端に、支持枠体１０の側壁部１４・１６の間に位置して周壁部１２と対向する支持部２４を設けているが、図４に示すように、回転体１８及び発電機３６を構成することもできる。

図４に示す風力発電装置２の回転体１８は、複数枚の羽根２２の外端を周方向において連絡するとともに、支持枠体１０の内周に対向する短円筒形状の連絡枠体４０を設けている。連絡枠体４０の外周には、複数の永久磁石３２を配設している。永久磁石３２は、連絡枠体４０の外周に、計１６個を周方向に等間隔に配設している。支持枠体１０の内周には、永久磁石３２が周期的に近接離間する位置にコイル３４を配設している。コイル３４は、周壁部１２の内周に、永久磁石３２と同数の１６個を周方向に等間隔に並べて配設している。複数の永久磁石３２とコイル３４とで構成される発電機３６は、永久磁石３２の周期的な近接離間で変化する磁界をコイル３４に作用させて発電を行う。

図４に示す風力発電装置２は、回転体１８の外周に複数の永久磁石３２を配設し、支持枠体１０の内周に永久磁石３２と同数の複数のコイル３４を配設したことで、発電機３６の発電箇所を増加させて発電量を多くすることができ、低い回転でより多くの電力を発生することができる。

また、図５に示す風力発電装置２は、支持枠体１０に対する風向を検知する風向計４２を設け、この風向計４２の検知した風向の信号を入力して支持枠体１０を回動する駆動機構４４を支柱８の上端と支持枠体１０との間に配設している。駆動機構４４は、風向計４２の検知した風向に支持枠体１０に回転自在に支持した回転体１８の羽根２２の前面が対向するように、支持枠体１０を回動するものである。

図５に示すの風力発電装置２は、風向計４２の検知する風向の信号を入力した駆動機構４４によって、回転体１８の羽根２２の前面が検知した風向に対向するように、支柱８に対して支持枠体１０を回動することで、常に回転体１８の羽根２２の前面を風上に向けることができ、発電効率を向上することができる。なお、図５に示す駆動機構４４は、支柱８の上端と支持枠体１０との間に配設したが、支柱８の下端と基礎６との間に配設することで、メインテナンス性を向上することができる。

さらに、この風力発電装置２は、発電機３６の発電した電力を貯蔵する蓄電装置（二次電池）を設け、この蓄電装置の電力を発電機３６のコイル３４に供給することで、発電機３６をモータとして機能させることができ、発電機３６により回転体１８を回転させて、羽根２２により風を送ることができる。

この発明の風力発電装置は、回転数を増加することなく発電量を多くすることができるだけでなく、薄型かつコンパクトに形成して設置場所の選択範囲を拡大することができ、外観の向上に寄与することができるので、発電機能だけでなく、ランドマークとして機能させることもできる。

風力発電装置の実施例を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 図１（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線による拡大断面図である。 図１（Ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線による拡大断面図である。 第１の変形例を示す風力発電装置の一部省略した拡大断面図である。 第２の変形例を示す風力発電装置の正面図である。 従来例を示す風力発電装置の概略断面図である。

符号の説明

２ 風力発電装置
４ 地盤
６ 基礎
８ 支柱
１０ 支持枠体
１２ 周壁部
１４・１６ 側壁部
１８ 回転体
２０ ボス
２２ 羽根
２４ 支持部
２６・２８・３０ 軸受
３２ 永久磁石
３４ コイル
３６ 発電機
３８ 出力線

Claims (3)

1. 基礎に立設した支柱の上端に円環形状の支持枠体を取り付け、
   前記支持枠体の内周に複数枚の羽根で風力を受けて回転する回転体を回転自在に支持し、
   前記回転体の外周に永久磁石を配設し、
   前記支持枠体の内周の前記永久磁石が周期的に近接離間する位置にコイルを配設し、
   前記永久磁石の周期的な近接離間で変化する磁界を前記コイルに作用させて発電を行う発電機を設けたことを特徴とする風力発電装置。
2. 前記回転体は、複数枚の羽根の外端を周方向において連絡するとともに前記支持枠体の内周に対向する円環形状の連絡枠体を設け、
   前記連絡枠体の外周に複数の永久磁石を配設し、
   前記支持枠体の内周の前記複数の永久磁石が周期的に近接離間する位置に複数のコイルを配設し、
   前記永久磁石の周期的な近接離間により変化する磁界が前記コイルに作用して発電を行う前記発電機を設けたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記支持枠体に対する風向を検知する風向計を設け、
   この風向計の検知した風向に前記支持枠体に回転自在に支持された回転体の羽根の前面が対向するように前記支持枠体を回動する駆動機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。

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