JP2013181499A - Wind power generation apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure safety and reliability during electric power failure by continuously supplying power via an auxiliary power generator even when the power can not be received from a commercial power supply.SOLUTION: A wind power generation apparatus has a rotor 102 having a hub 112 and a plurality of blades 114 extending from the hub in a radial direction, a nacelle 104 having a main power generator 124 converting rotational energy of the rotor to electric energy, a bladed wheel 142 rotatably supported by the nacell, and an auxiliary power generator 146 converting rotational energy of the bladed wheel to electric energy without receiving excitation power from another machine, an auxiliary power generating unit 140 having an auxiliary power supply 148 for storing electric energy and for supplying at least power for suppressing natural rotation of the rotor during electric power failure, and a tower 106 for supporting the nacell.

Description

本発明は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置に関する。   The present invention relates to a wind turbine generator that converts wind energy into electrical energy.

自然界において無限に得ることができる風の力を利用し、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する所謂風力発電装置の開発が進められている。風力発電装置は、比較的大きな立体物であり設置場所が制限されるので、少数で所望の発電量を賄えるよう1台あたりの発電量の増大が望まれている。このような大量の発電を担う発電機は、他の電源、例えば商用電源から励磁電流の供給を要す。   Development of so-called wind power generators that convert wind energy into electrical energy using wind power that can be obtained indefinitely in nature has been underway. Since the wind power generator is a relatively large three-dimensional object and the installation location is limited, it is desired to increase the power generation amount per unit so that the desired power generation amount can be provided with a small number. A generator responsible for such a large amount of power generation requires supply of an excitation current from another power source, for example, a commercial power source.

しかし、停電等により商用電源からの電力の供給が断たれると、発電機に励磁電流が供給されなくなり、発電不能となってしまう。そこで、停電時において発電機に別途励磁電力を供給する技術が公開されている(例えば、特許文献1)。   However, if the supply of power from the commercial power supply is interrupted due to a power failure or the like, the exciting current is not supplied to the generator, and power generation becomes impossible. Therefore, a technique for supplying excitation power to the generator separately at the time of a power failure is disclosed (for example, Patent Document 1).

特開平9−60575号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-60575

ただし、停電時には、商用電源が停止しているので、同時同量制により、その商用電源に追加する意味での発電は必要ない。しかし、商用電源が供給されなくなった場合、風力発電装置は、発電を停止するのみならず、風力発電装置自体の安全性を確保しなければならない。   However, since the commercial power supply is stopped at the time of a power failure, it is not necessary to generate power in the sense that it is added to the commercial power supply by the same amount system. However, when the commercial power supply is not supplied, the wind turbine generator must not only stop power generation but also ensure the safety of the wind turbine generator itself.

そのため、風力発電装置には、UPS(無停電電源装置)等のエネルギー蓄積装置が設けられることが多い。しかし、蓄積されたエネルギー量が有限のエネルギー蓄積装置では、ロータやナセルを自然回転させることなく、長時間その姿勢を維持するのに必要な電力を十分に供給できない可能性がある。   For this reason, wind power generators are often provided with energy storage devices such as UPS (uninterruptible power supply). However, in an energy storage device with a finite amount of stored energy, there is a possibility that the electric power necessary to maintain the posture for a long time cannot be sufficiently supplied without naturally rotating the rotor or nacelle.

そこで本発明は、このような課題に鑑み、商用電源から電力を受電できない場合であっても、補助発電機を通じて電力を継続的に供給し、停電時等における安全性および信頼性を確保することが可能な風力発電装置を提供することを目的としている。   Therefore, in view of such problems, the present invention continuously supplies power through an auxiliary generator even when power cannot be received from a commercial power source, and ensures safety and reliability in the event of a power failure or the like. It aims at providing the wind power generator which can be.

上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置は、ハブと、ハブから放射方向に延伸する複数のブレードとを有するロータと、ロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する主発電機を有するナセルと、ナセルに回転自在に支持された羽根車、他から励磁電力の供給を受けることなく羽根車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する補助発電機、および、電気エネルギーを蓄積し、停電時に少なくともロータの自然回転を抑制するための電力を供給する予備電源を有する補助発電ユニットと、ナセルを支持するタワーと、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a wind turbine generator according to the present invention includes a rotor having a hub, a plurality of blades extending radially from the hub, and a main generator that converts rotational energy of the rotor into electrical energy. A nacelle, an impeller rotatably supported by the nacelle, an auxiliary generator that converts the rotational energy of the impeller into electric energy without receiving excitation power from others, and accumulates electric energy, An auxiliary power generation unit having a standby power supply for supplying electric power for suppressing the natural rotation of the rotor, and a tower for supporting the nacelle are provided.

羽根車は、抗力型であってもよい。   The impeller may be a drag type.

羽根車は、回転軸の両端が、ナセルの架台を含むナセルフレームに回転自在に支持されてもよい。   The impeller may be rotatably supported at both ends of the rotation shaft by a nacelle frame including a nacelle frame.

羽根車は、ナセルの鉛直下部に設けられ、鉛直上部がナセルカバーに覆われるとしてもよい。   The impeller may be provided in the vertical lower portion of the nacelle, and the vertical upper portion may be covered by the nacelle cover.

風力発電装置は、タワーが、ロータが風下に位置するようナセルを鉛直軸中心に回転自在に支持するダウンウィンドロータ型であってもよい。   The wind power generator may be a downwind rotor type in which the tower rotatably supports the nacelle about the vertical axis so that the rotor is located leeward.

本発明によれば、商用電源から電力を受電できない場合であっても、補助発電機を通じて電力を継続的に供給し、停電時等における安全性および信頼性を確保することが可能となる。   According to the present invention, even when power cannot be received from a commercial power supply, it is possible to continuously supply power through an auxiliary generator and to ensure safety and reliability during a power failure or the like.

ダウンウィンドロータ型風力発電装置の外観を示す外観図である。It is an external view which shows the external appearance of a downwind rotor type | mold wind power generator. ダウンウィンドロータ型風力発電装置の概略的な機能を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the schematic function of a downwind rotor type wind power generator. ナセルを鉛直下方から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the nacelle from the perpendicular downward direction. 羽根車の配置を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating arrangement | positioning of an impeller. 補助発電機の発電効率を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the power generation efficiency of an auxiliary generator.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.

(ダウンウィンドロータ型風力発電装置100)
図1は、ダウンウィンドロータ型風力発電装置100の外観を示す外観図であり、図2は、ダウンウィンドロータ型風力発電装置100の概略的な機能を説明するための機能ブロック図である。図1に示すように、ダウンウィンドロータ型風力発電装置100は、ロータ102と、ナセル104と、タワー106とを含んで構成される。
(Downwind rotor type wind power generator 100)
FIG. 1 is an external view showing an external appearance of a downwind rotor type wind power generator 100, and FIG. 2 is a functional block diagram for explaining a schematic function of the downwind rotor type wind power generator 100. As shown in FIG. As shown in FIG. 1, the downwind rotor type wind power generator 100 includes a rotor 102, a nacelle 104, and a tower 106.

図2に示すように、ロータ102は、ハブ112と、ハブ112から放射方向に延伸する複数のブレード114と、ハブ112に連結され、複数のブレード114で構成される面に垂直に延伸するロータ軸116とを有する。かかる複数のブレード114に風が当たると、その揚力によりロータ軸116を中心にしてロータ102が回転する。   As shown in FIG. 2, the rotor 102 includes a hub 112, a plurality of blades 114 extending radially from the hub 112, and a rotor connected to the hub 112 and extending perpendicularly to a plane formed by the plurality of blades 114. And a shaft 116. When wind hits the plurality of blades 114, the rotor 102 rotates about the rotor shaft 116 by the lift force.

ナセル104は、ナセルフレーム120と、増速機122と、主発電機124と、制御盤126とを有する。ナセルフレーム120は、ナセル104に生じる荷重負荷に耐えるための架台や構造物を含む。増速機122は、ロータ軸116を軸支し、ロータ軸116の回転速度を増速して他の回転軸122aを回転させる。こうして、増速機122とナセルフレーム120とでロータ102を回転自在に支持する。主発電機124は、増速機122によって増速された回転軸122aに接続され、ロータ102の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。制御盤126は、ロータ102のピッチ制御や主発電機124の電力制御を行う。   The nacelle 104 includes a nacelle frame 120, a speed increaser 122, a main generator 124, and a control panel 126. The nacelle frame 120 includes a frame and a structure for withstanding a load applied to the nacelle 104. The speed increaser 122 supports the rotor shaft 116 and increases the rotational speed of the rotor shaft 116 to rotate the other rotating shaft 122a. In this manner, the rotor 102 is rotatably supported by the speed increaser 122 and the nacelle frame 120. The main generator 124 is connected to the rotating shaft 122a that has been accelerated by the speed increaser 122, and converts the rotational energy of the rotor 102 into electrical energy. The control panel 126 performs pitch control of the rotor 102 and power control of the main generator 124.

このようにダウンウィンドロータ型風力発電装置100では、風力エネルギーを電気エネルギーに変換するが、その過程で、主発電機124や増速機122のエネルギー損失が熱となる。特に、近年では、発電量の増大が望まれ、その発熱量も増大している。したがって、発熱により発電効率が低下しないように、冷却ユニット130が必要となる。   Thus, in the downwind rotor type wind power generator 100, wind energy is converted into electric energy. In the process, the energy loss of the main generator 124 and the speed increaser 122 becomes heat. In particular, in recent years, an increase in the amount of power generation is desired, and the amount of generated heat is also increasing. Therefore, the cooling unit 130 is necessary so that the power generation efficiency does not decrease due to heat generation.

冷却ユニット130では、冷却媒体(気体または液体)が、循環ポンプ132で昇圧されて主発電機124および増速機122に導かれ、主発電機124および増速機122で生じる熱を回収した後、ラジエータ等の熱交換器134に送られる。熱交換器134では、高温の冷却媒体と外気との熱交換が行われ、熱交換後の低温の冷却媒体が循環ポンプ132に帰還する。このような冷却媒体の循環により、主発電機124および増速機122の発熱が抑えられる。   In the cooling unit 130, the cooling medium (gas or liquid) is boosted by the circulation pump 132 and guided to the main generator 124 and the speed increaser 122, and the heat generated in the main generator 124 and the speed increaser 122 is recovered. , And sent to a heat exchanger 134 such as a radiator. In the heat exchanger 134, heat exchange between the high-temperature cooling medium and the outside air is performed, and the low-temperature cooling medium after the heat exchange returns to the circulation pump 132. Due to such circulation of the cooling medium, heat generation of the main generator 124 and the speed increaser 122 is suppressed.

また、ナセル104には、停電時において、ロータ102やナセル104の自然回転を回避するブレーキ等の制御系統を動作させるため、制御系統に最低限の電力を供給する補助発電ユニット140が設けられている。補助発電ユニット140は、羽根車142と、増速機144と、補助発電機(PMG)146と、予備電源148とを有する。   The nacelle 104 is provided with an auxiliary power generation unit 140 that supplies a minimum amount of power to the control system in order to operate a control system such as a brake that avoids natural rotation of the rotor 102 and the nacelle 104 in the event of a power failure. Yes. The auxiliary power generation unit 140 includes an impeller 142, a speed increaser 144, an auxiliary power generator (PMG) 146, and a standby power source 148.

羽根車142は、ナセル104に回転自在に支持される。増速機144は、羽根車142の回転速度を増速して他の回転軸を回転させる。補助発電機146は、増速機144によって増速された回転軸に接続され、羽根車142の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。予備電源148は、変換された電気エネルギーを蓄積し、停電等の非常時においてロータ102やナセル104のブレーキ等に制御電力を供給する。   The impeller 142 is rotatably supported by the nacelle 104. The step-up gear 144 increases the rotation speed of the impeller 142 and rotates the other rotation shaft. The auxiliary generator 146 is connected to the rotating shaft accelerated by the speed increaser 144 and converts the rotational energy of the impeller 142 into electric energy. The standby power supply 148 stores the converted electrical energy and supplies control power to the rotor 102, the brake of the nacelle 104, and the like in an emergency such as a power failure.

ここで、補助発電機146は、主発電機124と比較して発電量が小さいので(例えば主発電機124が1000kWであった場合に補助発電機は10kW程度)、他から励磁電力の供給を受けることなく、自己完結的に発電が可能である。かかる補助発電ユニット140については後ほど詳述する。   Here, since the auxiliary generator 146 has a smaller amount of power generation than the main generator 124 (for example, when the main generator 124 is 1000 kW, the auxiliary generator is about 10 kW), the excitation power is supplied from the other. Self-contained power generation without receiving it. The auxiliary power generation unit 140 will be described in detail later.

さらに、ナセル104の外装に相当するナセルカバー150には風の向きおよびその速度を計測する風向風速計152が設けられている。   Furthermore, an anemometer 152 for measuring the direction and speed of the wind is provided on the nacelle cover 150 corresponding to the exterior of the nacelle 104.

タワー106は、ロータ102とナセル104のほぼ重心位置に連結され、鉛直軸160中心にナセル104を回転自在に支持する。ナセル104にはロータ102が連結され、ロータ102のブレード114が風を受けると、ロータ102がタワー106よりも風下に位置するようナセル104が回転する。このように、ダウンウィンドロータ型風力発電装置100では、風自体のエネルギーを利用し、風向きに合わせて、ロータ102のブレード114で形成される仮想面が風の流れる方向と垂直となるため、風力エネルギーを効率よく取得することができる。   The tower 106 is connected to the position of the center of gravity of the rotor 102 and the nacelle 104, and rotatably supports the nacelle 104 about the vertical axis 160. The rotor 102 is connected to the nacelle 104, and when the blades 114 of the rotor 102 receive wind, the nacelle 104 rotates so that the rotor 102 is positioned leeward than the tower 106. In this way, in the downwind rotor type wind power generator 100, the energy of the wind itself is used and the virtual plane formed by the blades 114 of the rotor 102 is perpendicular to the direction of the wind in accordance with the wind direction. Energy can be acquired efficiently.

(補助発電ユニット140)
一般に、風力発電装置は、停電時には、同時同量制により発電する必要がなくなる。ただし、風力発電装置は、無人運転が為されていることが多いので、主系統が停電したり、何らかの事故が生じ商用電源が供給されなくなった場合には、発電を停止するのみならず、風力発電装置自体の安全性を確保しなければならない。
(Auxiliary power generation unit 140)
In general, a wind power generator does not need to generate power by the same amount system at the time of a power failure. However, since wind power generators are often operated unattended, in the event that the main system loses power or some kind of accident occurs and commercial power is not supplied, not only power generation is stopped, The safety of the power generator itself must be ensured.

そのため、風力発電装置には、UPS(無停電電源装置)、バッテリー、アキュムレータ、コンデンサ等のエネルギー蓄積装置が設けられることが多い。しかし、上述した有限のエネルギー蓄積装置では、ロータ102やナセル104を自然回転させることなく、長時間その姿勢を維持するのに必要な電力を十分に供給できない可能性がある。   For this reason, wind power generators are often provided with energy storage devices such as UPS (uninterruptible power supply), batteries, accumulators and capacitors. However, in the above-described finite energy storage device, there is a possibility that the electric power necessary to maintain the posture for a long time cannot be sufficiently supplied without naturally rotating the rotor 102 or the nacelle 104.

一方、近年、洋上風力発電装置等、人が簡単にアクセスすることができない場所に風力発電装置が設置されることもあり、その位置によっては人が介入しようとしても風力発電装置に長時間アクセスできない事態も生じうる。   On the other hand, in recent years, wind power generators are sometimes installed in places where people cannot easily access them, such as offshore wind power generators. Things can happen.

本実施形態では、風さえあれば電力を無限に供給可能な補助発電ユニット140をナセル104に設けることで、商用電源から電力を受電できない場合であっても、他から励磁電力の供給を受けることなく補助発電機146が電力を生成および供給できる。したがって、ロータ102やナセル104の自然回転を抑制するブレーキ等の制御系統に継続して電力を供給することができ、停電時等における安全性および信頼性を確保することが可能となる。   In the present embodiment, by providing the nacelle 104 with the auxiliary power generation unit 140 that can supply power infinitely as long as there is wind, even when power cannot be received from a commercial power supply, excitation power can be supplied from other sources. The auxiliary generator 146 can generate and supply power. Therefore, electric power can be continuously supplied to a control system such as a brake that suppresses the natural rotation of the rotor 102 and the nacelle 104, and safety and reliability at the time of a power failure or the like can be ensured.

図2を用いて説明したように、補助発電ユニット140は、羽根車142と、増速機144と、補助発電機146と、予備電源148とを含んで構成される。   As described with reference to FIG. 2, the auxiliary power generation unit 140 includes the impeller 142, the speed increaser 144, the auxiliary power generator 146, and the standby power supply 148.

(羽根車142)
図3は、ナセル104を鉛直下方から見た斜視図である。本実施形態の羽根車142は、図3に示すように、ナセル104の先端部分の鉛直下部、かつ、熱交換器134より風下に設けられる。例えば、アップウィンドロータ型の風力発電装置では、羽根車を設置したとしても、ロータの下流に位置することとなるので、羽根車は、ロータの干渉により、ロータが受けた風力エネルギーの例えば50%程度に減衰した風を受けることとなり、十分な発電効率を得ることができなかった。これに対し、ダウンウィンドロータ型風力発電装置100では、羽根車142が、ナセル104の風上側において風力エネルギーを受けることができるので、風力エネルギーが減衰することもなく、発電効率の向上を図ることが可能となる。
(Impeller 142)
FIG. 3 is a perspective view of the nacelle 104 viewed from vertically below. As shown in FIG. 3, the impeller 142 according to the present embodiment is provided at a vertically lower portion of the tip portion of the nacelle 104 and leeward from the heat exchanger 134. For example, in an upwind rotor type wind power generator, even if an impeller is installed, the impeller is located downstream of the rotor, so the impeller is, for example, 50% of the wind energy received by the rotor due to the interference of the rotor. The wind was attenuated to such a degree that sufficient power generation efficiency could not be obtained. On the other hand, in the downwind rotor type wind power generator 100, since the impeller 142 can receive wind energy on the windward side of the nacelle 104, the wind energy is not attenuated and the power generation efficiency is improved. Is possible.

図4は、羽根車142の配置を説明するための説明図である。ナセル104の鉛直下側には、図4で示したように、ナセルフレーム120が配されているため、別途の固定部材を要することなく、羽根車142を回転自在に支持することができる。したがって、ナセル104自体を低コストかつ軽量に構成することが可能となる。ここで、羽根車142をナセル104の鉛直下部ではなく、側部に設けることも考えられるが、その場合、ナセル104の方向(回転角度)によって、ナセル104の側部が障壁となり、羽根車142が受けることができる風量(風力)が変わってしまう。また、羽根車142をナセル104の鉛直上部に設けるとすると、ナセル104の鉛直上方に生じる風の流れを乱してしまい風向風速計152の計測精度が低下するおそれがある。また、風向風速計152より風下に設置すると、風向風速計152の干渉により風力エネルギーが減衰し、十分な発電効率を得られない可能性がある。したがって、羽根車142はナセル104の鉛直下部に配置するのが望ましい。   FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the arrangement of the impellers 142. Since the nacelle frame 120 is arranged on the vertically lower side of the nacelle 104 as shown in FIG. 4, the impeller 142 can be rotatably supported without requiring a separate fixing member. Therefore, the nacelle 104 itself can be configured at low cost and light weight. Here, it is conceivable that the impeller 142 is provided not on the vertical lower portion of the nacelle 104 but on the side portion. In this case, depending on the direction (rotation angle) of the nacelle 104, the side portion of the nacelle 104 becomes a barrier, and the impeller 142 The amount of wind (wind) that can be received changes. Further, if the impeller 142 is provided vertically above the nacelle 104, the wind flow generated vertically above the nacelle 104 may be disturbed, and the measurement accuracy of the anemometer 152 may be reduced. In addition, if the wind direction anemometer 152 is installed on the lee side, wind energy may be attenuated due to the interference of the wind direction anemometer 152, and sufficient power generation efficiency may not be obtained. Therefore, it is desirable to arrange the impeller 142 in the vertically lower part of the nacelle 104.

図5は、補助発電機146の発電効率を説明するための説明図である。本実施形態では、抗力型の羽根車142が用いられている。抗力型の羽根車142を用いた場合の回転速度に対する発電効率210は、揚力型の羽根車の発電効率212に比べ、低速回転時からある程度の発電効率を得られることが知られている。したがって、弱風であっても所望の発電効率を得ることができる。   FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the power generation efficiency of the auxiliary generator 146. In the present embodiment, a drag type impeller 142 is used. It is known that the power generation efficiency 210 with respect to the rotational speed when the drag type impeller 142 is used can obtain a certain level of power generation efficiency from the low speed rotation as compared with the power generation efficiency 212 of the lift type impeller. Therefore, a desired power generation efficiency can be obtained even with a weak wind.

また、抗力型の羽根車142は、その原理から風速以上の高速回転を得ることができず、所定の風力エネルギーを越えると、回転速度の増加が抑制される。ここでは、風力エネルギーが高い場合においても回転速度が高くならない抗力型の特性を敢えて利用し、回転速度を抑制するための別途の機構を要することなく、台風等の強風時においても、羽根車142に過大な負荷を与えることなく安全性を確保しつつ、安定した発電を行うことができる。   Further, the drag type impeller 142 cannot obtain a high speed rotation higher than the wind speed due to its principle, and if the wind energy exceeds a predetermined wind energy, an increase in the rotation speed is suppressed. Here, the impeller 142 is used even in the case of strong winds such as typhoons without using a separate mechanism for suppressing the rotational speed by deliberately utilizing a drag-type characteristic that does not increase the rotational speed even when wind energy is high. Therefore, stable power generation can be performed while ensuring safety without applying an excessive load to the power source.

本実施形態では、上述した抗力型の羽根車142を用いるべく、回転軸が風向きに対して垂直となる垂直軸風車(サボニウス型やクロスフロー型等)が採用される。ここでは、羽根車142の回転軸がナセル104の水平面幅方向に位置するように配されている。したがって、羽根車142の回転軸はロータ軸116と直交する。   In the present embodiment, in order to use the drag type impeller 142 described above, a vertical axis windmill (such as a Savonius type or a cross flow type) whose rotation axis is perpendicular to the wind direction is employed. Here, the rotating shaft of the impeller 142 is arranged so as to be positioned in the horizontal plane width direction of the nacelle 104. Therefore, the rotation shaft of the impeller 142 is orthogonal to the rotor shaft 116.

通常、垂直軸風車のような回転軸が風向きに対して垂直になる羽根車142を、回転軸が水平方向となるように配置すると、垂直軸風車のメリットである風向に依存しない特性が失われる。しかし、ダウンウィンドロータ型風力発電装置100は、ロータ102のブレード114が風を受けると、ロータ102がタワー106よりも風下に位置するよう回転するので、ナセル104が風向変化に対応し、羽根車142に十分な風力を供給することが可能となる。   Normally, if the impeller 142 whose rotational axis is perpendicular to the wind direction, such as a vertical axis wind turbine, is arranged so that the rotational axis is horizontal, characteristics that do not depend on the wind direction, which is a merit of the vertical axis wind turbine, are lost. . However, in the downwind rotor type wind power generator 100, when the blades 114 of the rotor 102 receive wind, the rotor 102 rotates so as to be located leeward than the tower 106, so that the nacelle 104 responds to a change in wind direction and the impeller. 142 can supply sufficient wind power.

また、本実施形態では、羽根車142の回転軸がナセル104の幅方向に水平に取り付けられているので、図4に示すように、回転軸の両端をナセルフレーム120に回転自在に支持させることができる。したがって、羽根車142を強固に固定することができ、信頼性および安定性の高い補助発電ユニット140を構築することができる。   In the present embodiment, since the rotation shaft of the impeller 142 is horizontally mounted in the width direction of the nacelle 104, both ends of the rotation shaft are supported rotatably on the nacelle frame 120 as shown in FIG. Can do. Therefore, the impeller 142 can be firmly fixed, and the auxiliary power generation unit 140 with high reliability and stability can be constructed.

上記のように羽根車142の回転軸を両端支持すると、羽根車142の鉛直上部の半分は、ナセルカバー150に覆われることとなる。このように構成することで、羽根車142が回転する際に、風上方向に戻る羽根車142の鉛直上部の半分に風が当たらなくなる。即ち、回転方向が風の順方向と一致する部分にのみ風が当たり、回転方向が風の逆方向となる部分には風が当たらない。こうすることで、高効率な発電が実現可能となる。   When the both ends of the rotating shaft of the impeller 142 are supported as described above, the upper half of the impeller 142 is covered with the nacelle cover 150. With this configuration, when the impeller 142 rotates, the wind does not hit the half of the vertical upper portion of the impeller 142 that returns to the windward direction. That is, the wind hits only the portion where the rotation direction coincides with the forward direction of the wind, and the wind does not hit the portion where the rotation direction is the reverse direction of the wind. In this way, highly efficient power generation can be realized.

さらに、本実施形態では、図3に示すように、熱交換器134が傾斜を有して配されているので、風を羽根車142に誘導し易く、さらに発電効率が良好となる。   Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, since the heat exchanger 134 is arranged with an inclination, it is easy to guide the wind to the impeller 142, and the power generation efficiency is further improved.

以上、説明したダウンウィンドロータ型風力発電装置100によれば、商用電源から電力を受電できない場合であっても、ブレーキ等の制御系統に対して長時間継続的に電力を供給することができ、停電時等におけるダウンウィンドロータ型風力発電装置100自体の安全性および信頼性を確保することが可能となる。   As described above, according to the described downwind rotor type wind power generator 100, even when power cannot be received from a commercial power source, power can be continuously supplied to a control system such as a brake for a long time, It becomes possible to ensure the safety and reliability of the downwind rotor type wind power generator 100 itself at the time of a power failure or the like.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.

例えば、上述した実施形態では、補助発電ユニット140をダウンウィンドロータ型風力発電装置100に適用する例を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、アップウィンドロータ型の風力発電装置に適用することもできる。   For example, in the above-described embodiment, an example in which the auxiliary power generation unit 140 is applied to the downwind rotor type wind power generator 100 has been described. However, the present invention is not limited to this case, and is applied to an upwind rotor type wind power generator. You can also.

また、補助発電ユニット140の羽根車142は、抗力型に限らず揚力型を適用してもよいし、垂直型風車に限らず、回転軸が風向きと平行な平行型風車を用いてもよい。   Further, the impeller 142 of the auxiliary power generation unit 140 is not limited to the drag type, and may be a lift type, or is not limited to the vertical type windmill, and may be a parallel type windmill whose rotation axis is parallel to the wind direction.

また、羽根車142には増速機144を配置している例を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、増速機144を配置しなくてもよい。   Moreover, although the example which has arrange | positioned the gearbox 144 in the impeller 142 was given and demonstrated, it is not restricted to this case but the gearbox 144 does not need to be arrange | positioned.

さらに、上述した実施形態では、増速機122を配置している例を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、増速機122を配置しない形態や、増速機122を配置しないで油圧変速機を設ける形態、増速機122と油圧変速機を共に設ける形態を用いてもよい。   Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which the speed increaser 122 is disposed has been described. However, the present invention is not limited to this case, and the form in which the speed increaser 122 is not disposed or the hydraulic pressure without the speed increaser 122 is disposed. A mode in which a transmission is provided, or a mode in which both the speed increaser 122 and a hydraulic transmission are provided may be used.

本発明は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置に利用することができる。   The present invention can be used for a wind power generator that converts wind energy into electric energy.

100 …ダウンウィンドロータ型風力発電装置
102 …ロータ
104 …ナセル
106 …タワー
112 …ハブ
114 …ブレード
116 …ロータ軸
120 …ナセルフレーム
122 …増速機
124 …主発電機
134 …熱交換器
140 …補助発電ユニット
142 …羽根車
146 …補助発電機
150 …ナセルカバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Downwind rotor type wind power generator 102 ... Rotor 104 ... Nacelle 106 ... Tower 112 ... Hub 114 ... Blade 116 ... Rotor shaft 120 ... Nacelle frame 122 ... Booster 124 ... Main generator 134 ... Heat exchanger 140 ... Auxiliary Power generation unit 142 ... impeller 146 ... auxiliary generator 150 ... nacelle cover

Claims (5)

ハブと、該ハブから放射方向に延伸する複数のブレードとを有するロータと、
前記ロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する主発電機を有するナセルと、
前記ナセルに回転自在に支持された羽根車、他から励磁電力の供給を受けることなく該羽根車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する補助発電機、および、電気エネルギーを蓄積し、停電時に少なくとも前記ロータの自然回転を抑制するための電力を供給する予備電源を有する補助発電ユニットと、
前記ナセルを支持するタワーと、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
A rotor having a hub and a plurality of blades extending radially from the hub;
A nacelle having a main generator for converting rotational energy of the rotor into electrical energy;
An impeller rotatably supported by the nacelle, an auxiliary generator that converts rotational energy of the impeller into electric energy without receiving excitation power from the other, and accumulating electric energy, An auxiliary power generation unit having a standby power supply for supplying electric power for suppressing the natural rotation of the rotor;
A tower that supports the nacelle;
A wind turbine generator comprising:
前記羽根車は、抗力型であることを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。   The wind turbine generator according to claim 1, wherein the impeller is a drag type. 前記羽根車は、回転軸の両端が、前記ナセルの架台を含むナセルフレームに回転自在に支持されることを特徴とする請求項1または2に記載の風力発電装置。   The wind turbine generator according to claim 1 or 2, wherein both ends of the rotating shaft of the impeller are rotatably supported by a nacelle frame including the nacelle frame. 前記羽根車は、前記ナセルの鉛直下部に設けられ、鉛直上部がナセルカバーに覆われることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の風力発電装置。   The wind turbine generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the impeller is provided in a vertical lower portion of the nacelle, and a vertical upper portion is covered with a nacelle cover. 前記タワーが、前記ロータが風下に位置するよう前記ナセルを鉛直軸中心に回転自在に支持するダウンウィンドロータ型であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の風力発電装置。   5. The wind power generation according to claim 1, wherein the tower is of a downwind rotor type that rotatably supports the nacelle about a vertical axis so that the rotor is positioned leeward. apparatus.
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