JP2014218975A - 風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】水平軸風車のみでも、小さな風速で無方向な風況からプロペラ羽根が回る風速で指向性が高い風況に渡る幅広い風に対応して発電可能な風力発電装置を提供すること。
【解決手段】風力発電装置1は、プロペラ羽根12が取り付けられる回転水平軸13から第1の伝導機構15を介して伝達される回転動力を電力に変換する第1の発電機16と姿勢調整翼17とを有する水平軸風力発電部10と、水平軸風力発電部10と連結されて支持しながら一緒に垂直軸線周りに回転する回転垂直軸21と、第1の発電機16から独立しており回転垂直軸21から第2の伝導機構23を介して伝達される回転動力を電力に変換する第2の発電機24と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】風力発電装置1は、プロペラ羽根12が取り付けられる回転水平軸13から第1の伝導機構15を介して伝達される回転動力を電力に変換する第1の発電機16と姿勢調整翼17とを有する水平軸風力発電部10と、水平軸風力発電部10と連結されて支持しながら一緒に垂直軸線周りに回転する回転垂直軸21と、第1の発電機16から独立しており回転垂直軸21から第2の伝導機構23を介して伝達される回転動力を電力に変換する第2の発電機24と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、プロペラ形風車を備える小型の風力発電装置に関する。
化石エネルギーや原子力エネルギーに頼らないエネルギー源の一つとして風力発電の開発、事業拡大が進められている。風力発電装置で用いられる風車は、その回転軸が地表となす角度に応じて分類され、風車の回転軸が地表に対して水平に配置される水平軸型と、風車の回転軸が地表に対して垂直に配置される垂直軸型と、に大きく分けられる。風車の構造に応じて、水平軸型はプロペラ型、オランダ型、多翼型、セイルウィング型などに分かれ、垂直軸型はダリウス型、ジャイロミル型、直線翼型、サポニウス型、パドル型、クロスフロー型、S型ロータ型などに分類される。これら各々の型は作動原理の違いに応じて異なる出力特性を有しており、風況、コスト、目的等の違いに合わせて風力発電装置は様々な型の風車を利用している。
現在、風力発電装置では、エネルギー変換効率を高められ、最も大型化が可能なので大出力を実現できるプロペラ型が主力となっている。ただし、回転翼の揚力を利用して回転するプロペラ型は、得られるトルクが相対的に小さいため、例えば3m/s以下に設定されていることが多いカットイン風速(発電できる最小の風速)よりも小さな風速であって無方向な風況ではプロペラ羽根が回らない。小型の風力発電装置を廉価で構成しようとする場合には、様々な風況に対応するために大型の発電設備が有する電動によるヨー制御(風向に応じた首振り)やピッチ角制御(風速に応じた回転翼の角度調整)、風車回転起動の機能を備えられないことが多い。
ここで、風力発電装置における様々な風況への適応や小風速での風車回転始動を改善するためには、異なる型の風車を組み合わせた複合風車を利用するという考え方も存在する。
例えば、特許文献1には、プロペラ羽根を備える水平回転ロータと、垂直回転翼を備える垂直回転ロータと、2つの回転ロータの動力が各々伝達される複数の発電機とを備えることにより、様々な風向きに対応できる風力発電装置が開示されている。
また、特許文献2には、縦軸風車(垂直軸型)の上部に横軸風車(水平軸型)を旋回可能に配置するとともに、縦軸風車の縦主軸の上端と横軸風車の横主軸の端部とが伝動手段を介して連動可能に連結して共回転する複合風車を備え、縦主軸の下端が発電機に接続されており、横軸風車の回転力を利用して縦軸風車の縦主軸を始動させる風力発電装置が記載されている。
特許文献1や特許文献2に記載の風力発電装置では、水平軸風車と垂直軸風車の両方を設けているため、装置構造が複雑になっている。特に、2種類の風車から発電機へ動力を伝動する伝動機構が複雑な構造になっており、そこで大きな機械損失が生じるために、発電機へ伝わる動力が大きく減少してしまう。そして、装置構造の複雑化は、装置の大型化と重量の増加を招き、各所に風力発電装置を設置する際の障害となる。
そこで、本発明は垂直軸風車を設けることなく水平軸風車のみを備える構成で、カットイン風速(例えば例えば3m/s)未満のようなプロペラ羽根が回らない小さな風速であって無方向な風況からプロペラ羽根が回る風速で指向性が高い風況に渡る幅広い風に対応して発電可能な風力発電装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る風力発電装置は、プロペラ羽根が取り付けられて水平な軸線周りに回転可能な回転水平軸と、回転水平軸から伝導機構を介して伝達される回転動力を電力に変換する第1の発電機と、姿勢調整翼と、を有する水平軸風力発電部を備えるとともに、水平軸風力発電部と連結されて水平軸風力発電部を支持しながら水平軸風力発電部と一緒に垂直な軸線周りに回転する回転垂直軸と、第1の発電機から独立しており回転垂直軸から伝導機構を介して伝達される回転動力を電力に変換する第2の発電機と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る風力発電装置によれば、水平軸風力発電部自体が小風速で回転する動力を利用して発電することができる。
さらに、本発明に係る風力発電装置では、プロペラ羽根が前記回転水平軸周りに発生するトルクをTh(N・m)、第1の発電機の起動トルクをT1(N・m)、回転動力の入力軸が回転水平軸であって出力軸が第1の発電機の入力軸である第1の伝動機構の増速比をG1、水平軸風力発電部が前記回転垂直軸周りに発生するトルクをTv(N・m)、第2の発電機の起動トルクをT2(N・m)、回転動力の入力軸が回転垂直軸であって出力軸が第2の発電機の入力軸である第2の伝動機構の増速比をG2とする場合に、風速W(m/s)が1<W<3においてTh<T1×G1且つTv>T2×G2であることも好ましい。プロペラ羽根が止まったまま小風速範囲で受ける抗力により、プロペラ羽根が回転しない小風速範囲で回転垂直軸のみを確実に回転させることができる。
さらに、本発明に係る風力発電装置では、風速が前記水平軸風力発電部のカットイン風速に達しないことを検出すると回転水平軸の回転を制動する制動制御部を備えていることを特徴とすることが好ましい。制動制御部がプロペラ羽根を確実に停止させることにより、カットイン風速に達しない小風速範囲では回転垂直軸の回転が促進されて発電することができる。
本発明によれば、水平軸風車のみを備える構成でもプロペラ羽根が回らない小さな風速であって無方向な風況からプロペラ羽根が回る風速で指向性が高い風況に渡る幅広い風に対応して発電することができる。
本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。添付図面に示す実施形態に基づき本発明を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
(第1の実施形態)
図1を参照しながら、本発明の第1の実施形態である風力発電装置を説明する。図1は、風力発電装置1の構成を説明するための図である。例えば、定格出力1kW未満である小型の風車(マイクロ風車と呼ばれることが多い)を有する風力発電装置である風力発電装置1は、水平軸風力発電部10と、固定部20と、を備えている。
図1を参照しながら、本発明の第1の実施形態である風力発電装置を説明する。図1は、風力発電装置1の構成を説明するための図である。例えば、定格出力1kW未満である小型の風車(マイクロ風車と呼ばれることが多い)を有する風力発電装置である風力発電装置1は、水平軸風力発電部10と、固定部20と、を備えている。
水平軸風力発電部10は、水平軸風車11、軸受14、第1の伝動機構15、第1の発電機16、姿勢調整翼17、筐体18、回転垂直軸19を有している。
水平軸風車11は、プロペラ羽根12が回転水平軸13の一端部分に取り付けられた構成を有している。プロペラ羽根12が風力を受けて回転水平軸13周りに生じるトルクによって、水平に延びる回転水平軸13は水平な軸線周りに回転する。筐体18に固定されている軸受14が回転水平軸13を回転可能に支持している。
第1の伝動機構15は、プロペラ羽根12が取り付けられていない回転水平軸13の他端部分と、第1の発電機16の入力軸先端と、を連結する。第1の発電機16は、筐体18の内部に固定されており、回転水平軸13から第1の伝動機構15を介して伝達される回転動力を電力に変換する。第1の伝動機構15は、入力軸たる回転水平軸13の回転動力を出力軸たる第1の発電機16の入力軸へ伝動可能な公知の機構を用いることができるが、本実施形態では回転水平軸13の他端部分に取り付けたタイミングプーリーAと、第1の発電機16の入力軸先端に取り付けたタイミングプーリーBと、をタイミングベルトCで連結した構成を採用している。
姿勢調整翼17は、後述する回転垂直軸21に対して水平軸風車11とは反対の位置となるように筐体18へ固定されている。風速が大きくなって風向きの指向性が高くなると、水平軸風車11を風上の方向へ向けるように姿勢調整翼17が筐体18の姿勢を方位調整する。
固定部20は、回転垂直軸21、軸受22、第2の伝動機構23、第2の発電機24、ロータリージョイント25、筐体26を有している。
筐体18の下部には回転垂直軸21の上端が連結されている。回転垂直軸21は、水平軸風力発電部10の重量を支持するとともに、水平軸風力発電部10と一緒に地表に対して垂直な軸線周りに回転する。筐体26に固定されている軸受22が回転垂直軸21を回転可能に支持している。
回転垂直軸21は、上端から下端まで貫通する貫通孔を有する円筒形状であり、貫通孔の内部を第1の発電機16から延びる配線19が通り、回転垂直軸21の下端に配置されているロータリージョイント25の可動部分へ接続されている。ロータリージョイント25はその可動部分から固定部分への電気的接続を維持したまま可動部分を自在に回転可能であり、可動部分に伝わった第1の発電機16の出力電力は固定部分から更に延びる配線27へ伝送され、配線27が繋がる不図示の電力調整器へと送られる。
第2の伝動機構23は、回転垂直軸21の下端部分と、第2の発電機24の入力軸先端と、を連結する。第2の発電機24は、筐体26の内部に固定されており、回転垂直軸21から第2の伝動機構23を介して伝達される回転動力を電力に変換する。第2の伝動機構23は、入力軸たる回転垂直軸21の回転動力を出力軸たる第2の発電機24の入力軸へ伝動可能な公知の機構を用いることができるが、本実施形態では回転垂直軸21の下端部分に取り付けた歯車Dと、第2の発電機24の入力軸先端に取り付けた歯車Eとが噛み合って連結した構成を採用している。第2の発電機24の出力電力は、第2の発電機24から延びる配線28が繋がる不図示の電力調整器へと伝送される。
以上のように構成された風力発電装置1では、プロペラ羽根12が回らない小さな風速で無方向な風況において、止まっているプロペラ羽根12や姿勢調整翼17、筐体18を含む水平軸風力発電部10が風から受ける抗力により発生する垂直な軸線周りのトルクが垂直回転軸21を回転させ、第2の伝動機構23を介して垂直回転軸21の回転動力が伝動される第2の発電機24が発電を行うことができる。
一方、プロペラ羽根12が回る風速で指向性が高い風況においては、姿勢調整翼17が揚力を発生して常に筐体18の姿勢を方位調整し、水平軸風車11を風上の方向へ向け続けるため、回転し続ける水平軸風車11の回転動力が第1の伝動機構15を介して伝動される第1の発電機16が発電を行う。これより、水平軸風車11のみを備える構成で、プロペラ羽根12が回らない小さな風速で無方向な風況からプロペラ羽根12が回る風速で指向性が高い風況に渡る幅広い風に対応して発電することができる。
更に、風車として水平軸風車11のみを備える風力発電装置1では、特許文献1や特許文献2に記載されるような2種類以上の風車を備える風力発電装置とは異なり、回転水平軸13が第1の発電機16の入力軸と第1の伝動機構15で直接接続され、且つ回転水平軸21が第2の発電機24の入力軸と第2の伝動機構23で直接接続されているので、2つの発電機への伝動経路における機械損失を小さくすることができる。発電効率が向上することになる。
(第1の実施形態の変形例)
続いて前述した実施形態の変形例について述べる。前述した風力発電装置1と重複する構成については同一の符号を用いて説明を省略して、風力発電装置1と異なる構成のみを詳しく記載する。
続いて前述した実施形態の変形例について述べる。前述した風力発電装置1と重複する構成については同一の符号を用いて説明を省略して、風力発電装置1と異なる構成のみを詳しく記載する。
変形例における風力発電装置1’は、2つの発電機(第1の発電機16、第2の発電機24)の起動トルク、2つの伝動機構(第1の伝動機構15、第2の伝動機構23)の増速比、プロペラ羽根12が回転水平軸13に対して発生するトルク、及び水平軸風力発電部10が回転垂直軸21に対して発生するトルクが所定の関係式を満足するように、これら要素の何れかを調整する点が風力発電装置1と異なっている。
まず、プロペラ羽根12が風を受けて回転水平軸13周りに発生するトルクをTh(N・m)、第1の発電機16を回転させ始めるのに必要な起動トルクをT1(N・m)、回転動力の入力軸が回転水平軸12であって出力軸が第1の発電機の入力軸となる第1の伝動機構15の増速比G1、水平軸風力発電部10が回転垂直軸21周りに発生するトルクをTv(N・m)、第2の発電機24を回転させ始めるのに必要な起動トルクをT2(N・m)、回転動力の入力軸が回転垂直軸21であって出力軸が第2の発電機24の入力軸となる第2の伝動機構23の増速比をG2と表現する。
プロペラ型の水平軸風力発電装置のカットイン風速(発電できる最小の風速)は、通常3m/s以上に設定されていることが多い。1m/s以下の小さな風速では、水平軸風力発電部10も回転しない。
そこで、風力発電装置1が受ける風の風速W(m/s)が1<W<3においてTh<T1×G1且つTv>T2×G2を満足するようにTh、T1、G1の何れか1つとTv、T2、G2の何れか1つとを少なくとも調整する。具体的には、関係式Th<T1×G1を満たすようにプロペラ羽根12の形状寸法、第1の発電機16の構造、第1の伝動機構15の構造の何れかを変更し、且つ関係式Tv>T2×G2を満足するように水平軸風力発電部10の外形の形状寸法(即ちプロペラ羽根12、姿勢調整翼17、筐体18の形状寸法)、第2の発電機24の構造、第2の伝動機構23の構造の何れかを変更する。
増速比G1である第1の伝動機構15の入力軸(回転水平軸12)にトルクThが作用すると出力軸に出力トルクTh(1/G1)が伝達される。もし、関係式Th(1/G1)<T1を満たさずにTh(1/G1)≧T1となっていると、第1の伝動機構15における出力トルクが第1の発電機16の起動トルクT1以上となり、小さな風速で無方向な風況においてプロペラ羽根12は間欠的にゆっくりと回転することになる。しかし、水平軸風力発電部10のカットイン風速(3m/s以上)に達しない1<W<3の範囲では、第1の発電機16で発電が行われないため回転水平軸13の回転動力が無駄になってしまう。そればかりか、プロペラ羽根12の受ける抗力は回転垂直軸21を垂直な軸線周りに回転させるトルクTvの発生にほとんど寄与しない。
これに対して、本変形例に示すTh(1/G1)<T1即ちTh<T1×G1であれば、第1の伝動機構15における出力トルクが第1の発電機16の起動トルクを超えないので、プロペラ羽根12が止まったままとなる。小さな風速で無方向な風況では、止まっているプロペラ羽根12が刻々と風向の変わる風の抗力を受けて回転垂直軸21を垂直な軸線周りに回転させるトルクTvの発生に寄与する。
そして、増速比G2である第2の伝動機構23の入力軸(回転垂直軸21)にトルクTvが作用すると出力軸に出力トルクTv(1/G2)が伝達される。Tv(1/G2)>Tv即ちTv>T2×G2であれば、第2の伝動機構23における出力トルクが第2の発電機24の起動トルクT2を超えて、第2の発電機24の入力軸を回転させ発電が行われる。
以上より、関係式Th<T1×G1、Tv>T2×G2を共に満たすことで、プロペラ羽根12が止まったまま小風速範囲で受ける抗力により、プロペラ羽根12が回転しない小風速範囲で回転垂直軸21のみを確実に回転させることができる。
(第2の実施形態)
次に、図2を参照しながら、本発明の第2の実施形態である風力発電装置を説明する。図2は、風力発電装置2の構成を説明するための図である。前述した風力発電装置1と重複する構成については同一の符号を用いて説明を省略して、風力発電装置1と異なる構成のみを詳しく記載する。
次に、図2を参照しながら、本発明の第2の実施形態である風力発電装置を説明する。図2は、風力発電装置2の構成を説明するための図である。前述した風力発電装置1と重複する構成については同一の符号を用いて説明を省略して、風力発電装置1と異なる構成のみを詳しく記載する。
第2の実施形態における風力発電装置2は、風速が前記水平軸風力発電部10のカットイン風速に達しないことを検出すると回転水平軸13の回転を制動する制動制御部30を更に備えている点が風力発電装置1と異なっている。制動制御部30は、風速計31、制御装置32、制動装置33を有している。
風速計31は、その上部が筐体18の内部から外部へ突出するように配置され、下部は後述する制御装置32に接続されている。外部に露出している部分で風力発電装置2に向かって流れる風の風速を検出し、風速の情報を制御装置32へ伝達する。
制御装置32は、筐体18の内部に固定されており、配線34を介して第1の発電機16と接続され、配線35を介して後述の制動装置33と接続されている。風速計31から受け取る風速の情報により、風速が水平軸風力発電部10のカットイン風速(発電できる最小の風速)に達しないことを制御装置32が検出すると、制御装置32は制動装置33へ制動信号を送信する。
制動装置33は、筐体18の内部に固定されており、制御装置32から制動信号を受けて第1の発電機16の入力軸の回転を制動する。第1の発電機16の入力軸の回転が制動されると、その制動力が第1の伝動機構15を介して回転水平軸13へ伝達され、回転水平軸13の回転も制動されて停止する。即ち、制動装置33は回転水平軸13の回転を制動する。回転を制動する具体的な手段は公知の技術を用いることができるが、本実施形態では第1の発電機16の入力軸に環装された円盤たるブレーキロータを一対のブレーキパッドで挟み、その摩擦力で回転を制動するディスクブレーキを用いている。更に、第1の発電機16を制動装置33として用いることもできる。制御装置32が配線34を介して第1の発電機16へ短絡信号を送って第1の発電機16の出力端子を短絡させることにより、第1の発電機16の入力軸の回転を制動することができる。
ここで、風速が水平軸風力発電部10のカットイン風速に達しないことを検出すると直ちに制御装置32が制動信号を送信するのではなく、カットイン風速に達しない状態が所定の時間だけ継続されることを確認すると制御装置32が制動信号を制動装置33へ送信する動作がより好ましい。
以上の構成を有する制動制御部30を風力発電装置2は備えているので、風速がカットイン風速に達しない状況では制動制御部30により回転水平軸13の回転が制動されて、回転水平軸13に取り付けられているプロペラ羽根12が止まったままとなる。小さな風速で無方向な風況でプロペラ羽根12が止まっていると、刻々と風向の変わる風からプロペラ羽根12が受ける抗力の全てが回転垂直軸21を垂直な軸線周りに回転させるトルクTvの発生に寄与する。即ち、制動制御部30がプロペラ羽根12を確実に停止させることにより、カットイン風速に達しない小風速範囲では回転垂直軸21の回転が促進されて発電することができる。
なお、本発明は述べてきた実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想から逸脱しない範囲で同様な作用効果を奏する他の形態へ適宜変更することができる。例えば、本実施形態では水平軸風車11を第1の発電機16よりも風上の位置に配置されるアップウィンド型として説明したが、水平軸風車11を第1の発電機16よりも風下の位置に配置するダウンウィンド型の風車としてもよい。また、本実施形態では姿勢調整翼17を回転垂直軸21に対して水平軸風車11とは反対の位置に配置した尾翼として説明したが、姿勢調整翼17が回転垂直軸21に対して水平軸風車11と同じ側に配置される構成としてもよい。更に、小型の風力発電装置への適用を題材として本発明を説明してきたが、中型や大型の風力発電装置に本発明を適用しても構わない。
以下、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。異なる構成を有する4つの風力発電装置(実施例1〜2、比較例1〜2)を南北に沿って等間隔(5m間隔)に並べて設置し、2つの風況A、Bにおける各々の風力発電装置の発電量を同時に測定した。風況Aは、西からのほぼ一定の風向の風が風速3〜10.5m/sの範囲で変動しながら吹いている状況であった。風況Bは、風向が安定せずに定まらない無風向な状況であり、風速は0〜2.6m/sの範囲で変動していた。風況Aで4時間測定した発電量と、風況Bで4時間測定した発電量と、を合算してその総発電量を比較した。比較には、風況Aにおける実施例1の発電量を基準値1として、この基準値に対する比で各発電量を発電比率として表現した。
(実施例1〜2)
実施例1では、実施形態1の変形例に示した風力発電装置1’を用いた。実施例2では、実施形態2に示した風力発電装置2を用いた。実施例1〜2ともに水平軸風力発電部10のカットイン風速は3m/sに設定されていた。各々の結果を表1に示す。
実施例1では、実施形態1の変形例に示した風力発電装置1’を用いた。実施例2では、実施形態2に示した風力発電装置2を用いた。実施例1〜2ともに水平軸風力発電部10のカットイン風速は3m/sに設定されていた。各々の結果を表1に示す。
(比較例1)
比較例1では、実施形態1に示した風力発電装置1と同様の構成から第2の伝動機構23と第2の発電機24を取り外した構成を有する風力発電装置を用いた。即ち、水平軸風力発電部10の水平軸風車11が回転する動力のみで発電する単純な水平軸風力発電装置の構成である。比較例1でも水平軸風車の動力で発電する水平軸風力発電部のカットイン風速は3m/sに設定されていた。結果を表1に示す。
比較例1では、実施形態1に示した風力発電装置1と同様の構成から第2の伝動機構23と第2の発電機24を取り外した構成を有する風力発電装置を用いた。即ち、水平軸風力発電部10の水平軸風車11が回転する動力のみで発電する単純な水平軸風力発電装置の構成である。比較例1でも水平軸風車の動力で発電する水平軸風力発電部のカットイン風速は3m/sに設定されていた。結果を表1に示す。
(比較例2)
比較例2では水平軸風車と垂直軸風車の両方を備える風力発電装置として、実施形態1に示した風力発電装置1の水平軸風力発電部10から第1の発電機16を取り外し、配線19とロータリージョイント25を撤去した上、水平軸風力発電部10と回転垂直軸21を切り離し、代わりにロータリージョイント25の位置に第1の発電機16をその入力軸が鉛直上向きとなるように配置して配線27と接続し、この入力軸を回転垂直軸21の貫通孔を通して上方へ延長させ上端を第1の伝動機構15と伝動可能に接続して水平軸風車11の動力により第1の発電機16が発電すると共に、この入力軸に水平軸風力発電部10を支持させ、更に水平軸風力発電部10から切り離された回転垂直軸21が筐体26の外部へ突出している外筒面に垂直軸風車羽根を取り付けて、この垂直軸風車羽根が風を受けて生じる動力を回転垂直軸21及び第2の伝動機構23を介して第2の発電機24へ伝えて発電する構造の風力発電装置(特許文献1の実施形態1に開示されている風力発電装置と同様の構成を有する風力発電装置)を用いた。比較例2でも水平軸風車の動力で発電する水平軸風力発電部のカットイン風速は3m/sに設定されていた。結果を表1に示す。
比較例2では水平軸風車と垂直軸風車の両方を備える風力発電装置として、実施形態1に示した風力発電装置1の水平軸風力発電部10から第1の発電機16を取り外し、配線19とロータリージョイント25を撤去した上、水平軸風力発電部10と回転垂直軸21を切り離し、代わりにロータリージョイント25の位置に第1の発電機16をその入力軸が鉛直上向きとなるように配置して配線27と接続し、この入力軸を回転垂直軸21の貫通孔を通して上方へ延長させ上端を第1の伝動機構15と伝動可能に接続して水平軸風車11の動力により第1の発電機16が発電すると共に、この入力軸に水平軸風力発電部10を支持させ、更に水平軸風力発電部10から切り離された回転垂直軸21が筐体26の外部へ突出している外筒面に垂直軸風車羽根を取り付けて、この垂直軸風車羽根が風を受けて生じる動力を回転垂直軸21及び第2の伝動機構23を介して第2の発電機24へ伝えて発電する構造の風力発電装置(特許文献1の実施形態1に開示されている風力発電装置と同様の構成を有する風力発電装置)を用いた。比較例2でも水平軸風車の動力で発電する水平軸風力発電部のカットイン風速は3m/sに設定されていた。結果を表1に示す。
表1より、実施例1〜2の総発電量が比較例1〜2の総発電量を上回っていることが確認できた。水平軸風車11が回転する動力のみで発電する比較例1がカットイン風速に達しない小風速で無方向な風況Bにおいて発電量0なのに対して、実施例1〜2は風況Bにおいて発電が行われ総発電量が増加している。特に、実施例2では制動制御部30によるプロペラ羽根12の制動が回転垂直軸21の回転を促進して、実施例1よりも風況Bにおける発電量が増加し総発電量が最大となった。
一方、水平軸風車と垂直軸風車の両方を備えた比較例2は、水平軸風車のみで発電する比較例1よりも総発電量が上回ったが、水平軸風車の動力を発電機へ伝動する機構が複雑なため水平軸風車の動力が機械損失で相対的に大きく減少して、風況Aにおける発電量が実施例1〜2よりも少なくなっている。このため、垂直軸風車の存在により風況Bでの発電量が最大となっているにも関わらず、比較例2の総発電量は実施例1〜2に及ばない結果となった。
異なる形態の風車を複数設けることなく幅広い風に対応して発電することができるので、特に小型の風力発電装置に利用可能である。
1、2・・・風力発電装置、10・・・水平軸風力発電部、11・・・水平軸風車、12・・・プロペラ羽根、13・・・回転水平軸、14、22・・・軸受、15・・・第1の伝動機構、16・・・第1の発電機、17・・・姿勢調整翼、18、26・・・筐体、19、27、28、34、35・・・配線、20・・・固定部、21・・・回転垂直軸、23・・・第2の伝動機構、24・・・第2の発電機、25・・・ロータリージョイント、30・・・制動制御部、31・・・風速計、32・・・制御装置、33・・・制動装置
Claims (3)
- プロペラ羽根が取り付けられて水平な軸線周りに回転可能な回転水平軸と、
前記回転水平軸から伝導機構を介して伝達される回転動力を電力に変換する第1の発電機と、
姿勢調整翼と、を有する水平軸風力発電部を備えるとともに、
前記水平軸風力発電部と連結されて、前記水平軸風力発電部を支持しながら前記水平軸風力発電部と一緒に垂直な軸線周りに回転する回転垂直軸と、
前記第1の発電機から独立しており、前記回転垂直軸から伝導機構を介して伝達される回転動力を電力に変換する第2の発電機と、を備えることを特徴とする風力発電装置。 - 前記プロペラ羽根が前記回転水平軸周りに発生するトルクをTh(N・m)、前記第1の発電機の起動トルクをT1(N・m)、回転動力の入力軸が前記回転水平軸であって出力軸が前記第1の発電機の入力軸である前記第1の伝動機構の増速比をG1、前記水平軸風力発電部が前記回転垂直軸周りに発生するトルクをTv(N・m)、前記第2の発電機の起動トルクをT2(N・m)、回転動力の入力軸が前記回転垂直軸であって出力軸が前記第2の発電機の入力軸である前記第2の伝動機構の増速比をG2とする場合に、風速W(m/s)が1<W<3においてTh<T1×G1且つTv>T2×G2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。
- 風速が前記水平軸風力発電部のカットイン風速に達しないことを検出すると前記回転水平軸の回転を制動する制動制御部を更に備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の風力発電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013100293A JP2014218975A (ja) | 2013-05-10 | 2013-05-10 | 風力発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2013100293A JP2014218975A (ja) | 2013-05-10 | 2013-05-10 | 風力発電装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2014218975A true JP2014218975A (ja) | 2014-11-20 |
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ID=51937653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2013100293A Pending JP2014218975A (ja) | 2013-05-10 | 2013-05-10 | 風力発電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2013
- 2013-05-10 JP JP2013100293A patent/JP2014218975A/ja active Pending
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