JP2016075241A - Wind power generator and power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、風力を利用して発電する風力発電装置と、これを用いた電源装置に関し、より詳しくは風車を支える回転中心部分の薄型化を図れるような風力発電装置とこれを用いた電源装置に関する。
BACKGROUND OF THE
風車には大きく分けて水平軸型のものと垂直軸型のものがあるが、垂直軸型の風車は風向に関わらず回転するので方向制御機構が不要になる利点と、重量が大きな発電機を地面の近くに置けるという利点がる。 Wind turbines can be broadly divided into horizontal axis types and vertical axis types. Vertical axis type wind turbines rotate regardless of the direction of the wind, so there is no need for a directional control mechanism, and a heavy generator is used. The advantage is that it can be placed near the ground.
この垂直軸型の風車を備えた風力発電装置として、下記特許文献1に開示された装置がある。この装置の風車は、鉛直方向に延びる複数のブレードと、ブレードを支持すべく放射状に延びる複数のアームと、これらアームを支持する回転軸で構成されている。この回転軸の下部は軸受を用いて回転可能に支持され、回転軸の下端部に、つまり風車の下方に発電機が備えられている。
As a wind power generator provided with this vertical axis type wind turbine, there is a device disclosed in
風車が回転すると発電機で発電がなされるわけであるが、風車の回転速度が一定の速度を超えると、風車が損傷するおそれがあることから、一定以上に風速が速まったときに自動的にブレーキがかかるように構成されている。 When the windmill rotates, power is generated by the generator, but if the windmill's rotational speed exceeds a certain speed, the windmill may be damaged. Is configured to be braked.
このためのブレーキ装置(制動装置)は、たとえば下記特許文献2の垂直軸風力発電機用ブレーキに開示されているような、ブレーキ盤(ブレーキディスク)を用いたディスクブレーキなどで構成されていた。ディスクブレーキは、発電機を構成する回転軸上に、発電機と並べて設けられている。 A brake device (braking device) for this purpose has been constituted by a disc brake using a brake disc (brake disc) as disclosed in, for example, a brake for a vertical axis wind power generator disclosed in Patent Document 2 below. The disc brake is provided side by side with the generator on the rotating shaft constituting the generator.
しかし、ディスクブレーキは、ブレーキディスクにブレーキパッドを押し付けて摩擦抵抗により制動する構成である。ブレーキディスクとブレーキパッドが擦れ合う構成であるので摩耗が生じる。このため定期的なメンテナンスが必要であった。 However, the disc brake has a configuration in which a brake pad is pressed against the brake disc to be braked by frictional resistance. Since the brake disc and the brake pad are configured to rub, wear occurs. For this reason, regular maintenance is required.
このような機械的なブレーキではなく、下記特許文献3のように電磁石と導電体を用いたブレーキ装置も提案されている。このブレーキ装置を有する風力発電装置は、支柱と、支柱を中心に回転する円筒型回転体を備え、円筒型回転体における長手方向の中間位置の内面に有する環状の永久磁石と、支柱における永久磁石と対向する部位に有する発電コイルとで発電機を構成している。円筒型回転体は外周面の長手方向の中間部に羽根を有している。そして、ブレーキ装置は、円筒型回転体の下端の内面に有した導電体と、支柱における導電体に対向する部位に有した電磁石と、電磁石に通電することによって発生する過電流により円筒型回転体の回転数を低減させる制御手段で構成されている。 Instead of such a mechanical brake, a brake device using an electromagnet and a conductor has been proposed as in Patent Document 3 below. The wind turbine generator having the brake device includes a support column and a cylindrical rotating body that rotates around the support column, and has an annular permanent magnet on an inner surface at an intermediate position in the longitudinal direction of the cylindrical rotating body, and a permanent magnet in the support column And a generator coil in a portion facing the generator constitutes a generator. The cylindrical rotating body has blades in the middle in the longitudinal direction of the outer peripheral surface. Then, the brake device includes a cylindrical rotating body due to an electric conductor provided on the inner surface of the lower end of the cylindrical rotating body, an electromagnet provided at a portion of the support facing the electric conductor, and an overcurrent generated by energizing the electromagnet. It is comprised by the control means which reduces the rotation speed of this.
このように特許文献2、3のいずれのブレーキ装置も、発電機とは別に軸(回転軸または支柱)上に設けられている。 As described above, any of the brake devices of Patent Documents 2 and 3 is provided on a shaft (rotary shaft or column) separately from the generator.
ブレーキ装置と発電機が軸上で離れて設けられた構成であると、それらを備える部分の長さが必要である。このため、たとえば支柱の長手方向の途中位置に取り付けて小型風力発電機とするような構成は採用しにくかった。 When the brake device and the generator are provided separately on the shaft, the length of the portion including them is required. For this reason, for example, it is difficult to adopt a configuration in which the small wind power generator is attached to a middle position in the longitudinal direction of the support column.
そこで、この発明は、制動のための装置をコンパクトに組み込めるようにして、軸に対する固定部分の構成を薄くできるようにすることを主な目的とする。 Accordingly, the main object of the present invention is to make it possible to incorporate a device for braking in a compact manner and to reduce the thickness of the fixed portion with respect to the shaft.
そのための手段は、支柱に固定され、該支柱の径方向外方に張り出す張り出し部を有したステータと、該ステータに対して前記支柱を中心に回転可能に保持されて、前記ステータの前記張り出し部と前記支柱の長手方向で対向する対向部を有し、風力で回転するロテータを備え、前記ステータの前記張り出し部における前記対向部に対向する部位に、前記支柱の軸心を中心とする円周上に複数の発電用コイルが配設され、該発電用コイルが並ぶ円周とは異なる径の同心円周上に複数の制動用コイルが配設され、前記ロテータの対向部における前記発電用コイルと対向する円周上に複数の永久磁石が配設され、前記制動用コイルと対向する円周上に複数の導電体が配設され、前記ロテータの回転数が設定値を超えたときに前記制動用コイルに電流を印加して制動を行う制御部を備えた風力発電装置である。 For this purpose, a stator having a projecting portion fixed to the support and projecting radially outward of the support, and being held rotatably with respect to the stator around the support, the projecting of the stator is provided. And a rotator that rotates by wind force, and a portion of the projecting portion of the stator that faces the facing portion is a circle centered on the axis of the strut. A plurality of power generating coils are arranged on the circumference, a plurality of braking coils are arranged on a concentric circumference having a diameter different from the circumference in which the power generating coils are arranged, and the power generating coils at the facing portion of the rotator A plurality of permanent magnets are disposed on the circumference facing the brake coil, a plurality of conductors are disposed on the circumference facing the braking coil, and when the rotational speed of the rotator exceeds a set value, Electric power to the braking coil A wind turbine generator having a control unit which performs braking by applying.
前記発電用コイルと前記制動用コイルは、同一平面上に並べられたものであるとよい。前記制動用コイルに印加する電流は、前記発電用コイルと前記永久磁石で発電した電力を用いるとよい。 The power generating coil and the braking coil may be arranged on the same plane. The current applied to the braking coil may be power generated by the power generating coil and the permanent magnet.
この風力発電装置では、風力でロテータが回転することによって、ロテータの対向部の永久磁石とステータの張り出し部の発電用コイルとにより発電がなされる。風速が速くロテータの回転数が設定値を超えたときには、制御部によりステータの制動用コイルに電流が印加され、ロテータの導電体に吸引力が作用して回転を抑える制動を行う。 In this wind power generator, when the rotator is rotated by wind power, power is generated by the permanent magnet at the opposing portion of the rotator and the power generation coil at the overhanging portion of the stator. When the wind speed is high and the rotation speed of the rotator exceeds a set value, a current is applied to the stator braking coil by the control unit, and a braking force is applied to the rotator conductor to suppress the rotation.
前述の風力発電装置は、前記支柱の長手方向の一端に、支持板を備え、該支持板の表面に、二次電池を固定する二次電池固定部と、該二次電池固定部に固定される前記二次電池よりも表面側に太陽電池パネルを固定する受け部を備えて、前記太陽電池パネルで発電した電力を前記二次電池に充電可能にするとともに、前記風力発電装置が前記支柱における前記支持板より他端側に固定され、前記風力発電装置で発電した電力を前記二次電池に充電可能にした、電源装置とすることができる。 The wind power generator described above includes a support plate at one end in the longitudinal direction of the support column, and a secondary battery fixing portion for fixing the secondary battery to the surface of the support plate, and the secondary battery fixing portion. A receiving portion for fixing the solar cell panel to the surface side of the secondary battery, the electric power generated by the solar cell panel can be charged to the secondary battery, and the wind power generator is installed in the column. It can be set as the power supply device which was fixed to the other end side from the support plate, and was able to charge the secondary battery with the electric power generated with the wind power generator.
前記支柱に、前記二次電池に充電された電力で点灯する照明器具を備えれば照明装置とすることもできる。 If the column is provided with a lighting device that is lit with electric power charged in the secondary battery, a lighting device can be obtained.
この発明によれば、支柱の径方向外方に張り出す張り出し部を有するステータと、支柱の長手方向で張り出し部と対向する対向部を有するロテータを備え、中心を同一とする異なる径の円周上に発電用の部材と制動用の部材を備えたので、制動のための装置をコンパクトに組み込むことができる。このため、軸に対して固定する部分の厚さを薄く構成でき、小型風力発電装置として好適に使用できる。 According to the present invention, there are provided a stator having a projecting portion that projects outward in the radial direction of the support column, and a rotator having a facing portion that faces the projecting portion in the longitudinal direction of the support column. Since the power generation member and the braking member are provided above, the braking device can be incorporated in a compact manner. For this reason, the thickness of the part fixed with respect to an axis | shaft can be comprised thinly, and it can use suitably as a small wind power generator.
この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図1は、風力発電装置11の要部を示す断面図であり、この風力発電装置11は、図2に示したように、地面や路面に立てるなどして設けられる支柱12に固定して電源装置13を構成するのに好適な装置である。電源装置13は、発電した電力を二次電池14に蓄電して利用可能とする装置である。図2に示した電源装置13は、風力発電装置11のほかに太陽電池パネル15を備えており、風力発電装置11と太陽電池パネル15で発電した電力を蓄電できるようにして、蓄電した電力で付属の照明器具16を点灯させ、夜間の街路灯や誘導灯などとして使用できる照明装置17を構成している。
An embodiment for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of the
照明器具16は、図2に示したように固定金具16aを用いて支柱12に固定されるが、他の適宜の場所に固定してもよい。照明器具16には適宜の装置を用いるとよいが、消費電力を抑え十分な明るさを得る観点から、LED(発光ダイオード)を用いた器具が好ましい。
Although the
照明装置17の制御体系の概略を図3に示している。図3、図4に示したように、風力発電装置11と、太陽電池パネル15と、二次電池14と、制御ボックス18を支柱12の上端部に備えて電源装置13が構成され、支柱12に固定した照明器具16を制御ボックス18に接続して照明装置17が構成されている。風力発電装置11は支柱12周りの部位で発電をし、その電力は、太陽電池パネル15で発電した電力と共に太陽電池パネル15の裏面側に備えられた二次電池14に蓄電される。制御ボックス18は二次電池14と同様に太陽電池パネル15の裏面側に備えられている。このように、電源装置13は必要なすべての部材を支柱12の上部に備える構成である。
An outline of the control system of the
これら各部について順に説明する。 Each of these units will be described in turn.
まず、風力発電装置11について説明する。
First, the
風力発電装置11は、図1、図4に示したように支柱12に固定され、支柱12に対して固定状態で固定されるステータ21と、このステータ21に対して支柱12を中心に回転可能に保持され、風力で回転するロテータ22を備えている。ステータ21は、支柱12の径方向外方に張り出す円板状の張り出し部23を有し、ロテータ22は、ステータ21の張り出し部23と支柱12の長手方向で対向する対向部24を有する。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
ステータ21は張り出し部23を支柱12の長手方向に隙間をあけて2枚有し、これらの張り出し部23の間にロテータ22が保持されている。ステータ21は、支柱12に嵌る中央の穴25と張り出し部23を有する2枚の円板状部材21aと、これらの間で両者の間隔を保持し支柱12の外周面に接して固定される保持部材21bを有するとともに、ステータ21を支柱12上の任意位置で固定する固定手段としての固定具21cを備えている。
The
2枚の円板状部材21aの穴25に近い部分は、相対向する方向に向けて外周側の部分よりも僅かに厚みを持たせている。つまり、穴25に近い部分とそれより外周側の部分の間に僅かな段差部26が形成されている。段差部26より外周側の部分における相対向する内側面は平面、換言すれば面一である。段差部26の高さは発電等に適するように適宜設定される。
The portions near the
これら2枚の円板状部材21aの厚みの厚い部分同士の間に保持される保持部材21bの外周縁における厚み方向の両端に、軸受27を固定するための凹溝28が全周にわたって形成されている。
A
また、2枚の円板状部材21aのうちの一方(図面下側)における穴25を構成し支柱12と接する部分に、固定具21cを備えている。固定具21cは、支柱12の長手方向に延びる複数本のロックボルト31を有する内輪32と、内輪32におけるロックボルト31の先端側が螺合するねじ穴33を有する外輪34で構成され、内輪32と外輪34におけるロックボルト31の先端側に対応する部分は保持部21bに入り込んでいる。内輪32には、外輪34をロックボルト31で引き付けることで、支柱12の外周面に圧接されるテーパスリーブ35が形成されている。つまり、外輪34が引き付けられると、外輪34は保持部21bに圧接するとともにテーパスリーブ35に圧接して、一方の円板状部材21aと保持部材21bと支柱12の位置関係を固定する。他方の円板状部材21aはボルト等により保持部材21bに対して固定される。
In addition, a fixing
固定具21cは、図5に示したように、2枚の円板状部材に備えることもできる。
As shown in FIG. 5, the
ロテータ22は、保持部材21bの外周に軸受27を介して固定される、中央に穴41を有した円板状で、ステータ21よりも大径に形成されている。ロテータ22のうち張り出し部23に対向する範囲に形成される対向部24は、保持部材21bと同じ厚さに形成され、対向部24よりも外周側の部分がそれよりも薄く形成されている。対向部24の内周縁における厚み方向の両端に、軸受27を固定するための凹溝42が全周にわたって形成されている。
The
ロテータ22の外周縁には、等間隔に複数個、この例では6個の取り付け凹部43が形成されている。図4に示したようにロテータ22の外周には、支柱12の長手方向に延びる形状の羽根44を有する。この羽根44を支持する1本の支持腕45を着脱可能に取り付ける部分が取り付け凹部43である。取り付け凹部43は、図1、図6に示したように、支持腕45の基部45aを嵌合し、表面を面一にする深さと形状で、固定のための複数のねじ穴43aを有する。取り付け凹部43の形状は支持腕45の基部45aと嵌合対応する形状であるのが望ましい。強固な取り付け状態が得られるからである。
On the outer peripheral edge of the
図6はすべての取り付け凹部43に支持腕45を固定した状態の平面図である。羽根44の枚数、つまり支持腕45の取り付け本数は、所望する発電量や設置地域の風の状況などの様々な条件に基づいて適宜設定される。図7のように羽根44を2枚とするも、図示は省略するが3枚とするのも、必要に応じて適宜決められる。
FIG. 6 is a plan view showing a state in which the
このようなステータ21とロテータ22には、発電と制動のための構成が備えられる。すなわち、図1、図4、図6に示したように、ステータ21の2個の張り出し部23における対向部24に対向する部位に、支柱12の軸心を中心とする円周上に複数の発電用コイル51が配設され、発電用コイル51が並ぶ円周とは異なる径の同心円周上に複数の制動用コイル52が配設される。発電用コイル51と制動用コイル52は電磁石で構成する。発電用コイル51も制動用コイル52もそれぞれ等間隔で配設され、発電用コイル51も制動用コイル52も同一平面上に並ぶ。図示例では、制動用コイル52のほうを発電用コイル51よりも大きい径の円周上に配設している。つまり制動用コイル52の方が発電用コイル51よりも外周側にある。
The
一方、ロテータ22の対向部における発電用コイル51と対向する円周上に複数の永久磁石53が発電用コイル51と対応させて配設され、制動用コイル52と対向する円周上に複数の導電体54が制動用コイル52と対応させて配設されている(図6、図7参照)。導電体54は鉄板で構成するとよい。永久磁石53は対向部24を貫通する穴に保持される円柱形状で、長手方向の両端面が対向部24の表面に露出し、その表面と面一である。永久磁石53は、円周方向に沿ってN極とS極が交互に並ぶように配設される。導電体54は、永久磁石53とは異なり、対向部24の表面部に保持される大きさの円板形状である。導電体54の表面も対向部24の表面と面一である。
On the other hand, a plurality of
ステータ21の表面には、ロテータ21の対向部24よりも外周側の部分を出す部分を残してカバー58が装着され、防水、防塵等が図られている。カバー58は耐候性のある合成樹脂等の適宜材料で形成される。
A
つぎに、太陽電池パネル15、二次電池14、制御ボックス18について説明する。
Next, the
支柱12の上端部に、図4に示したように、発電のための太陽電池パネル15と、充電のための二次電池14と、これらを固定する支持板61と、制御部18aを内蔵した制御ボックス18を有する。
As shown in FIG. 4, a
太陽電池パネル15は、図8に示したように公知の構造であり、表面から強化ガラス(図示せず)、太陽電池セル(図示せず)、バックシート(図示せず)などを備えた方形板状の太陽電池モジュール15aを方形枠状のアルミフレーム15bで保持して構成されている。アルミフレーム15bの背面側には、太陽電池モジュール15aを浮かせる脚片15cと、脚片15cの下端から内周側に張り出す張り出し片15dを有している。脚片15cはアルミフレーム15bの全周にわたって同一幅に形成されている。同様に張り出し片15dも全周にわたって同一幅に形成されている。
The
支持板61は薄い金属板で形成されており、支柱12に対して傾斜し姿勢で支えられる。傾斜姿勢とは、水平方向に対しても垂直方向に対しても傾斜して姿勢であり、換言すれば、水平にした板の一方側を下げた、または上げた姿勢である。図示例の支持板61は、前述のような方形板状の太陽電池パネル15を支持するものであるため、図9に示したように平面視方形状に形成されている。
The
傾斜姿勢での支持を可能にするため、支持板61の裏面には、支柱12の上端部に連結するための金属製の連結管62を、支持板61の裏面に対して斜めに備えている。連結管62の固定角度、つまり支持板12の傾斜角度は適宜設定される。
In order to enable support in an inclined posture, a
連結管62の形成位置は、図8に示したように、支持板61の裏面における左右方向の中間位置である。連結管62は円筒状であり、連結管62の下端には、連結管62の長手方向を鉛直方向に向けたときに水平になる開口62aを備えている。連結管62の下部の外周目面には周方向に沿って複数の貫通穴(図示せず)が形成され、この貫通穴にナット62bが固定されている。
The formation position of the connecting
支持板61は方形状の底板63を有し、この底板63における太陽電池パネル15や二次電池14を固定する側である表面に、図8、図9に示したように、二次電池14を固定する二次電池固定部64と、二次電池固定部64に固定される二次電池14よりも表面側に太陽電池パネル15を固定する受け部65を備えている。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
底板63は、表面側で垂直に突出する起立壁66を周縁部、つまり上下両縁(下辺および上辺)と左右両側縁の全周に有する皿状である。起立壁66のうち左右両側縁の左右起立壁(左側起立壁66aと右側起立壁66b)よりも突出長さが長く、先端に受け部65を有している。
The
受け部65は、支持板61における傾斜して上下方向で高低差を有する左右両側に形成し、支持板61の上下両側に、太陽電池パネル15の裏側への通気を可能とする通気空間を備えている。
The receiving
受け部65は、左側起立壁66aと右側起立壁66bの先端を左右方向外側に向けて屈曲して形成した形状で、左側起立壁66aや右側起立壁66bと同じ長さの細幅板状である。受け部65の幅は、太陽電池パネル15を固定するのに必要な適宜の幅であり、太陽電池パネル15を固定したときに図4に示したように受け部65が太陽電池パネル15のアルミフレーム15bの張り出し片15dに重なり、左右方向外側から突き出さない位置に受け部65が形成されている。太陽電池パネル15を固定するため、受け部65は、適宜位置に複数個の貫通穴68を有する。
The receiving
左側起立壁66aと右側起立壁66bの突出長さ(高さ)は、図8に示したように、二次電池固定部64に固定される二次電池14の厚さよりも長く設定される。これにより、二次電池14と太陽電池パネル15との間に隙間が形成される。つまり、受け部65の高さは、二次電池固定部64に固定された二次電池14と太陽電池パネル15との間に隙間をつくる高さである。
The protruding lengths (heights) of the
一方、上側起立壁66aと下側起立壁66bの突出長さ(高さ)は、左側起立壁66aと右側起立壁66bの高さよりも短く、支持板61の強度を得るのに必要な適宜の長さに設定されている。これにより、強度を得ながらも、上側起立壁66aと下側起立壁66bの上に、二次電池14と太陽電池パネル15との間の隙間を外部と連通するための、前述の通気空間が広く形成される。
On the other hand, the protruding lengths (heights) of the
また、支持板61の上下方向の長さ(上側起立壁66cと下側起立壁66dをつなぐ長さ)は、これに対応する太陽電池パネル65の上下方向の長さよりも短い。逆に言えば、支持板61に固定する太陽電池パネル15の上下方向の長さが支持板61の上下方向の長さよりも長く形成されている。
Further, the vertical length of the support plate 61 (the length connecting the upper standing
支持板61の底板63の表面における左右方向中間位置、すなわち底板63裏面の連結管62に対応する位置に、図8、図9に示したように、上下起立壁の間(上側起立壁66cと下側起立壁66dとの間)を接続して上下方向に延びる補強部70が形成されている。補強部70は、金属製のアングル材を溶接等により固定して形成される。アングル材の固定では、直角をなす両片の先端を底板63の表面に接合する。
As shown in FIG. 8 and FIG. 9, at the middle position in the left-right direction on the surface of the
底板63の表面における補強部70によって区分される左右の2箇所の部分が二次電池固定部64である。二次電池固定部64の四隅部分には、二次電池を固定するための貫通穴71が形成されている。
The left and right two portions separated by the reinforcing
底板63における二次電池固定部64を含む部分には、厚さ方向に貫通する切欠き72が複数形成されている。切欠き72は適宜大の円形の貫通穴である。これら切欠き67は、通気のほか、軽量化に資する。切欠き72の形状は円形以外の適宜の形状であってもよい。
A plurality of
二次電池14は、図10に示したような方形板状のリチウムイオン電池14aで構成され、リチウムイオン電池14aは複数枚重ねられて収納ケース14bに収納され、収納ケース14bが支持板61の二次電池固定部64に固定される。収納するリチウムイオン電池14aの枚数は必要とする能力に応じて決定する。そしてリチウムイオン電池14aの必要枚数に応じて、支持板61の起立壁66の高さが設定される。
The
方形板状のリチウムイオン電池14aは、公知の構造で、板状の正極(図示せず)および負極(図示せず)と、これらの間のセパレータ(図示せず)と、各電極の一端部に接続されたタブ75,76と、電解液(図示せず)と、タブ75,76の一部を露出した状態で被覆するラミネートフィルム77で構成されている。
The rectangular plate-like
このリチウムイオン電池14aには、薄くて軽量で、エネルギー密度が高く、耐久性のよい、アロイ工業株式会社製の「リチウムイオン二次蓄電池」が好適に使用できる。
As this
リチウムイオン電池14aには、ラミネートフィルム77の形態を保持するため、樹脂製の縁部材78を取り付けるのが好ましい。縁部材78はリチウムイオン電池14aのタブ75,76を除く外周縁に取り付けられるもので、リチウムイオン電池14aの長辺を被覆する長辺部78aと、この長辺部78aの両端から直角にのびてリチウムイオン電池14aの短辺の一部を被覆する短辺部78bを有する正面視コ字状に形成されている。縁部材78は内側縁から内部に入る差し込み溝78cを全体にわたって有している。図11は縁部材78の差し込み溝78c側から見た状態を示しており、差し込み溝78cは、内側縁において閉じ、内奥に行くほど肉厚方向に広い形状である。
In order to maintain the form of the
縁部材78は、柔軟で軽く、耐久性のよい材料を用いるよく、例えば耐熱ウレタンで形成することができる。
The
このようなリチウムイオン電池14aを収納する収納ケース14bは、図10に示したように本体82と蓋体83を有する。これら本体82と蓋体83は軽く耐候性、耐熱性の良い合成樹脂で形成される。
A
本体82は、重ね合わせる複数枚のリチウムイオン電池14aを収納可能な厚さの有底箱状で、上端に開口部84を有し、この開口部84に蓋体83が嵌合される。本体82の底部82aは、リチウムイオン電池14aのタブ75,76を避ける左右両側に適宜間隔をあけて、タブ75,76を受け入れ可能とする高さ(少なくともタブ75,76の突出長さよりも高い)のリブ85が形成されている。リブ85は本体82の内周面を厚さ方向でつなぐ。
The
リブ85のうち左右方向の端のリブ85よりも左右方向外側であって、リブ85の高さの範囲内に収まる部位には、本体82の厚さ方向に貫通する固定穴86を有している。
A fixing
蓋体83は、本体82の開口部84に入り込んで嵌合する嵌合部87を有した有底箱状で、嵌合部87と反対側の底部83aには、本体82に形成したのと同じリブ85と固定穴86を有している。
The
本体82と蓋体83の固定穴86の形成位置は、前述のリブ85との関係を満たすほか、本体82に蓋体83を嵌合したときに、それぞれの固定穴86が支持板61の二次電池固定部64に形成した貫通穴71に対応するように設定されている。
The positions where the fixing holes 86 of the
前述の収納ケース81は、縦長の有底箱状の本体82と、この本体82に嵌合する蓋体83を有する、深型形状の収納ケース81であるが、図12に示したように、横長皿状の有底箱状の本体82と、この本体82の開口部84に嵌合する嵌合部87を有した蓋体83で構成してもよい。このように構成すると、方形板状のリチウムイオン電池14aを収納しやすい。なお、前述の構成と同等の部位については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
The
制御ボックス18は、図13に示したように、太陽電池パネル15の裏面における傾斜方向の下端部に近い位置に固定されている。固定位置は、太陽電池パネル15の下端よりも上側にして、アルミフレーム15bとの間に隙間ができるようにする。固定は、太陽電池パネル15のアルミフレーム15bにおける左右の張り出し片15d間に掛け渡すようにボルト止めする。制御ボックス18は箱状で、内部に制御部18aを内蔵しており、裏面側に着脱可能な蓋体18bを有している。
As shown in FIG. 13, the
制御部18aは、公知の充放電制御装置を有し、風力発電装置11と太陽電池パネル15で発電された電力を適切に充電し、放電するように構成されている。制御部18aは図3に示したように、主に風力発電に関しての制御行う風力用コントローラ91と、主に太陽光発電に関しての制御を行うソーラー用コントローラ92を備える。
The
風力用コントローラ91は、ソーラー用コントローラ92を介しての風力発電電力の充電L1、風力発電量の監視および強風停止制御L2のほか、上位制御L3をする上位コントローラとしてソーラー用コントローラ92を含む統合制御を行う。風力発電量の監視は、風力発電の電圧によって判定するように設定される。強風時停止制御は、風力発電装置11の羽根44の回転数があらかじめ設定した設定値を超えたときに制動用コイル52に電流を印加して制動する制御である。羽根44の回転数は、センサを用いて判定することもできるが風力発電された電圧で判定する。風力用コントローラ92は、設定値を記憶する記憶部や設定値を変更する調節器を有し、検出した電圧が設定値を超えた時に強風であると判断し、電流の印加を行う。
The wind power controller 91 is an integrated control that includes the
ソーラー用コントローラ92は、太陽光発電電力の充電L4、明暗の検知、照明器具16の点灯消灯制御L5、二次電池14の電圧監視を行う。明暗の検知は、太陽電池パネル15の電圧によって行う。このため、明るい日中に太陽電池パネル15の電圧が上昇すると充電を行い、夜間などに太陽電池パネル15の電圧が降下すると放電をして照明器具16を点灯する。
The
以上のような部材からなる照明装置17は、まず、風力発電装置11を支柱12に固定する。風力発電装置11を支柱12の上端から挿嵌合し、固定具21cのロックボルト31を回転して、固定を行う。この風力発電装置11の固定位置は、照明装置17の場所等の条件に応じて適宜設定される。この例では、上端に固定する太陽電池パネル15のすぐ下の位置に固定した例を示している。
The
つぎに、支柱12の上端に太陽電池パネル15を固定する。このためには、図10に示したように所定枚数のリチウムイオン電池14aを互いに接続して重ねた状態で収納ケース14bに収納し、収納ケース14bの蓋体83を閉じたあと、その収納ケース14bを支持板61の二次電池固定部64に固定する。固定は図8に示したようにボルト73とナット74を用いて行うとよい。
Next, the
続いて、支持板61の受け部65に太陽電池パネル15を固定する。太陽電池パネル15の上下方向の長さは支持板61の上下方向の長さよりも長いので、支持板61は太陽電池パネル15の上下方向のいずれにも固定できるが、制御ボックス18に接して、上下方向の中間位置に固定する。
Subsequently, the
このようにして支持板61に太陽電池パネル15と二次電池14を一体化した後、支持板61を支柱12の上端に固定する。固定は、支持板61の裏面の連結管62を支柱12の上端に嵌めて行う。
Thus, after integrating the
照明器具16は、支柱12の適宜位置に固定する。図示例では風力発電装置11のすぐ下の位置に固定した例を示している。
The
また、必要な配線(図示せず)は、支柱12の中に通すのではなく外側に沿わせる。
In addition, necessary wiring (not shown) is not passed through the
以上のように構成された照明装置17は、風力発電装置11が風を利用して発電を行い、太陽電池パネル15が太陽光を利用して発電を行い、それらの電力を制御部18aの風力用コントローラ91およびソーラー用コントローラ92の制御に基づいて二次電池31に適切に充電する。そして太陽電池パネル15での電圧量に基づいて暗い状態であることを検知すると、ソーラー用コントローラ92が二次電池14の電力を放電して照明器具16に供給し、照明器具16を点灯させる。
In the
太陽電池パネル15は太陽光が差す時間のみ発電し、夜間など暗い間は発電しない。これに対して、一体に備える風力発電装置11は、風を受けて発電するので、昼夜を問わず発電が可能である。しかもその発電能力は、羽根14の形態や枚数などの条件によって左右されるが、微風でも十分な回転が行えるような羽根を備えることによって、継続した発電を可能とすることができる。
The
このため、照明装置11全体として発電を終日行えるようにすることが可能となる。いわば、風力発電装置11は照明装置11において太陽電池パネル15による発電能力を補完する。
For this reason, it becomes possible to perform electric power generation as a whole as the illuminating
風力発電装置11の発電中に、風力発電装置11が損傷するような強い風が吹いた場合には、風力用コントローラ91が、強風時停止制御を行う。
When a strong wind that damages the
この強風時停止制御は、風力発電量を監視し、あらかじめ設定した風力発電量を超える強風時に、羽根44の回転を抑制または停止する制御である。具体的には、風力用コントローラ91が、発電用コイル51と永久磁石53でなされた発電量を電圧で検知し、その発電量があらかじめ定めた設定値を超えた場合に羽根44の回転数が設定値を超えたと判断し、風力発電装置11のステータ21における制動用コイル52に対して電流を印加する。制動用コイル52では、電流が流れることによって、対向するロテータ22の導電体54に対して吸引力を発揮し、羽根の回転を抑制または停止する。これによって、羽根の損傷を抑制し、耐久性を高めることができる。
This strong wind stop control is a control that monitors the amount of wind power generation and suppresses or stops the rotation of the
その風力発電装置11は、固定対象である支柱12の径方向外方に張り出す形状で支柱12の長手方向で相対向するステータ21とロテータ22を有し、ステータ21に設けられた発電用コイル51とロテータ22に設けられた永久磁石53によって発電がなされる構造であり、制動のための構成(制動用コイル52および永久磁石54)も同一平面上に設けられている。
The
このような構成であるため、制動のための構成をコンパクトに組み込むことができ、風力発電装置11の回転中心部分、つまり支柱12に対する固定部分の形態を薄くできる。このため、コンパクトにまとまったシンプルな外観が得られるとともに、前述のように支柱12の長手方向の途中に固定する構成を採用しやすい構造にできる。これは小型風力発電装置として有利な効果である。
Since it is such a structure, the structure for a brake can be integrated compactly and the form of the rotation center part of the
しかも、発電用コイル51と制動用コイル52の配置について、制動用コイル52の方を外周側に備えているので、制動力をより強力に発揮させることができる。
In addition, regarding the arrangement of the
また、ステータ21の張り出し部23を支柱12の長手方向に隙間をあけて2枚備え、これらの張り出し部23の間にロテータ22が保持された、張り出し部23と対向部24の2箇所の対向面部分に発電と制動のための構成(発電用コイル51、永久磁石53、制動用コイル52、導電体54)を備えているので、十分な発電量を得られるようにすることができるとともに、制動力もバランスよく十分に発揮させることができる。
Further, two overhanging
風力発電装置11のコンパクト化を図れることの効果は、ロテータ22の外周に、支柱12の長手方向に延びる形状の羽根44を備えたことによっても高められる。このような羽根44は、いわゆる垂直軸型であって、方向制御機構が不要になるからである。また、この種の羽根44は、微風でも回転するような形態とすることができるので、前述のように太陽電池パネル15による発電を補完するという点で有効である。
The effect of reducing the size of the
この風力発電装置11は、ステータ22を支柱12上の任意位置で固定する固定具21cで固定したので、設置場所の風の状態などに応じて最適な設置状態を得ることができる。しかも、固定具21cによる固定は簡単で、強固な固定が可能である。
Since the
充電がなされる二次電池14は、支柱12の上端に支持する太陽電池パネル15の裏面に保持され、制御ボックス18も太陽電池パネル15の裏面に固定され、全体が支柱12の上端部のみに収まる構成であるので、非常に簡素な構成とすることができ、設置も容易である。特に、風力発電装置11は支柱12に挿嵌して固定具21cのロックボルト31を操作するだけで固定でき、太陽電池パネル15と二次電池14は、支持板61に組み付けて支柱12の上端に嵌めるだけで良いので、設置は容易である。
The
また、二次電池14である方形板状のリチウムイオン電池14aは薄く軽量であり、支持板61の裏面から太陽電池パネル15の表面までの厚さを薄く抑えることができる。このため厚さの薄いコンパクトな形状であって、軽量である。リチウムイオン電池14aを収納する収納ケース14bが樹脂製であることも軽量化に貢献する。この結果、風雨にさらされても耐久性の高いものとすることができる。
In addition, the rectangular plate-like
そのうえ、二次電池14は収納ケース14bに収納して支持板61の表面の二次電池固定部64に固定する構造であるので、収納ケース14bが支持板61を補強する機能も果たし、支持板61の強度を高めることができる。しかもその支持板61は、周縁部に起立壁66を有する皿状であるので、この点からも高い強度が得られる。支持板61の表面における左右方向の中間位置に上側起立壁666cと下側起立壁66dをつないだ状態で補強部70を備えているので、支持板61の強度はさらに高まり、補強部の70の裏側に支持板61を支持するための連結管62を備えているので、支持状態も強固である。
In addition, since the
その一方で、支持板61には切欠き72を形成して軽量化を図っているので、重量の増大を抑制できる。またその切欠き72は円形であるので、強度を不当に損なう事態を回避できる。
On the other hand, since the
つぎに他の例を説明する。この説明において、前述の構成と同一又は類似の部位には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。 Next, another example will be described. In this description, the same or similar parts as those in the above-described configuration are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図14は他の例に係る風力発電装置11、電源装置13および照明装置17を示す。この風力発電装置11は、前述の構成と同一であるが、ステータ21を固定する支柱12aを細いものとしている。つまり、支柱12aは地面や路面に立設される支柱12のように太さのある中空パイプではなく、細い中実の棒で構成されている。
FIG. 14 shows a
具体的には、地面や路面に立設される太さの支柱12の照明器具16よりも上の上端に、前述の細い支柱12aを有する風車取り付け部材19を備えている。風車取り付け部材19は、支柱12の上端に連結される支柱連結部19aと、太陽電池パネル15の裏面の連結管62に連結されるパネル連結部19bと、これらの対向部近傍を支柱12の径方向外側に張り出して連結する支持枠19cと、支柱連結部19a、パネル連結部19b間に設けられる前述の細い支柱12aを有する。
Specifically, the wind
支柱連結部19aは、支柱12に挿入可能な太さで、支柱12に対してボルトなどの適宜手段で相対回転不可に固定される。図14中、19dは支柱12の上端に当接する鍔部である。
The
パネル連結部19bは、連結管62に挿入可能な太さで、連結管62に対してボルトなどの適宜手段で相対回転不可に固定される。
The
支持枠19cは、側面視コ字状で、支柱12の中心から放射状に、4本、3本など、複数本設けられている。支持枠19cの外側への張り出し長さは、内部に風力発電装置11を納めることができる長さに設定されている。支持枠19cは中空パイプで構成され、支持枠19cの一端が支柱連結部19aの上端部の側面に、他端がパネル連結部19bの下端部の側面に溶接などによって固定されている。
The
細い支柱12aは、支柱12よりも細い適宜の太さに形成され、下端には支柱連結部19a内に相対回転不可に保持される中子19eを有し、上端にはパネル支持部19b内に相対回転不可に保持される中子19fを有する。細い支柱12aの軸心と支柱12の軸心は一致している。
The
このように備えられる細い支柱12aに対して、前述と同様に構成した風力発電装置11が固定される。支柱12aに対する固定は、支柱12a上の一定の部位に行うので、前述のような固定具21cを用いなくても、適宜の手段で行える。
The
風力発電装置11を固定する支柱12aが細いので、使用される部材は小型化が可能である。特に、軸受27に小さいものを用いることができるので、コストの低減を図ることができる。また、小型化できるゆえに、小型風力発電装置とするのに好適である。
Since the
この発明の構成と、前述の構成との対応において、
この発明の固定手段は、前述の固定具21cに対応するも、
この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することができる。
In correspondence between the configuration of the present invention and the above-described configuration,
The fixing means of the present invention corresponds to the
The present invention is not limited to the above-described configuration, and other configurations can be adopted.
たとえば、風力発電装置11を固定する固定手段としては、たとえば支柱12に穴をあけてボルト等により固定することもできる。
For example, as a fixing means for fixing the
支柱は、地面や路面などに立設するのではなく、例えば壁面に壁面と平行に固定するものであってもよい。 The support column may be fixed to the wall surface in parallel with the wall surface instead of standing on the ground or road surface.
電源装置、照明装置は風力発電装置のみで構成することもできる。 The power supply device and the lighting device can be configured only by a wind power generator.
また、電源装置は、家庭等への電力供給などにも使用できる。 The power supply device can also be used for power supply to homes and the like.
制御部18aは、前述のような太陽電池パネル15の裏のほか、例えば支柱12など、その他の部位に備えてもよい。
In addition to the back of the
11…風力発電装置
12,12a…支柱
13…電源装置
14…二次電池
15…太陽電池パネル
16…照明器具
17…照明装置
18a…制御部
21…ステータ
21c…固定具
22…ロテータ
23…張り出し部
24…対向部
44…羽根
45…支持腕
51…発電用コイル
52…制動用コイル
53…永久磁石
54…導電体
61支持板
64…二次電池固定部
65…受け部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
該ステータに対して前記支柱を中心に回転可能に保持されて、前記ステータの前記張り出し部と前記支柱の長手方向で対向する対向部を有し、風力で回転するロテータを備え、
前記ステータの前記張り出し部における前記対向部に対向する部位に、前記支柱の軸心を中心とする円周上に複数の発電用コイルが配設され、該発電用コイルが並ぶ円周とは異なる径の同心円周上に複数の制動用コイルが配設され、
前記ロテータの対向部における前記発電用コイルと対向する円周上に複数の永久磁石が配設され、前記制動用コイルと対向する円周上に複数の導電体が配設され、
前記ロテータの回転数が設定値を超えたときに前記制動用コイルに電流を印加して制動を行う制御部を備えた
風力発電装置。 A stator having a projecting portion fixed to the column and projecting radially outward of the column;
A rotator that is rotatably held around the support column with respect to the stator, has a facing portion that faces the projecting portion of the stator in the longitudinal direction of the support column, and rotates by wind force.
A plurality of power generating coils are arranged on a circumference centering on the axis of the support column at a portion of the projecting portion of the stator facing the facing portion, and is different from the circumference in which the power generating coils are arranged. A plurality of braking coils are disposed on a concentric circumference of the diameter,
A plurality of permanent magnets are disposed on the circumference facing the power generating coil in the facing portion of the rotator, and a plurality of conductors are disposed on the circumference facing the braking coil,
The wind power generator provided with the control part which applies an electric current to the said coil for braking, and brakes, when the rotation speed of the said rotator exceeds preset value.
請求項1に記載の風力発電装置。 The wind turbine generator according to claim 1, further comprising a blade having a shape extending in a longitudinal direction of the support column on an outer periphery of the rotator.
これらの張り出し部の間に前記ロテータが保持された
請求項1または請求項2に記載の風力発電装置。 The stator has two overhang portions with a gap in the longitudinal direction of the support column,
The wind turbine generator according to claim 1 or 2, wherein the rotator is held between the projecting portions.
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の風力発電装置。 The wind power generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the stator includes fixing means for fixing the stator at an arbitrary position on the support column.
請求項2から請求項4のうちいずれか一項に記載の風力発電装置。 The wind power generator according to any one of claims 2 to 4, wherein a support arm that supports the blades is detachably attached to an outer peripheral edge portion of the rotator.
該支持板の表面に、二次電池を固定する二次電池固定部と、該二次電池固定部に固定される前記二次電池よりも表面側に太陽電池パネルを固定する受け部を備えて、前記太陽電池パネルで発電した電力を前記二次電池に充電可能にするとともに、
前記風力発電装置が前記支柱における前記支持板より他端側に固定され、
前記風力発電装置で発電した電力を前記二次電池に充電可能にした
電源装置。 A support plate is provided at one end in the longitudinal direction of the column in the wind turbine generator according to any one of claims 1 to 5.
Provided on the surface of the support plate are a secondary battery fixing part for fixing the secondary battery, and a receiving part for fixing the solar cell panel on the surface side of the secondary battery fixed to the secondary battery fixing part. The secondary battery can be charged with the power generated by the solar cell panel,
The wind power generator is fixed to the other end side of the support plate in the support column,
A power supply device capable of charging the secondary battery with electric power generated by the wind power generator.
照明装置。 The illuminating device provided with the lighting fixture which lights the said support | pillar in the power supply device of Claim 6 with the electric power charged by the said secondary battery.
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