JP2016160873A

JP2016160873A - 風力発電装置

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Publication number: JP2016160873A
Application number: JP2015041975A
Authority: JP
Inventors: 政春加藤; Masaharu Kato
Original assignee: Eco Technology Co Ltd
Current assignee: Eco Technology Co Ltd
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-05

Abstract

【課題】風力の有効利用を図ることが可能な風力発電装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明の風力発電装置１０は、第１ロータ２７Ａを有する第１発電機２１Ａと、第２ロータ２７Ｂを有する第２発電機２１Ｂと、第１発電機２１Ａに接続されて風車１１の回転速度が第１回転速度ｘ１になったときに動作する第１パワーコンディショナ６１Ａと、第２発電機２１Ｂに接続されて風車１１の回転速度が第２回転速度ｘ２になったときに動作する第２パワーコンディショナ６１Ｂと、風車１１の回転速度が第２回転速度ｘ２以上になったときに、第１発電機２１Ａを第１パワーコンディショナ６１Ａから切り離し、第３回転速度ｘ３になったときに第１発電機２１Ａを回生抵抗６５に接続するシーケンススイッチ６４と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、風車の回転により発電する風力発電装置に関する。

従来、この種の風力発電装置として、発電機で生成された電力がパワーコンディショナを介して出力されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１８３４９１号公報（図１）

ところで、パワーコンディショナの動作範囲及び出力には上限があるため、強風時には、風力を有効に利用できないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、風力の有効利用を図ることが可能な風力発電装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、風車回転軸回りに回転する風車と、前記風車と一体に回転する第１ロータを有する第１発電機と、前記第１ロータとは別に前記風車と一体に回転する第２ロータを有する第２発電機と、前記第１発電機に接続され、前記風車の回転速度が第１回転速度になったことを条件にして動作する第１パワーコンディショナと、前記第２発電機に接続され、前記風車の回転速度が前記第１回転速度よりも高い第２回転速度になったことを条件にして動作する第２パワーコンディショナと、前記風車の回転速度が前記第２回転速度以上になったときに、前記第１発電機を前記第１パワーコンディショナから切り離し、前記風車の回転速度が前記第２回転速度以上の第３回転速度になったときに、前記第１発電機を回生抵抗に接続する一方、前記風車の回転速度が前記第３回転速度を下回るときに、前記第１発電機を前記回生抵抗から切り離し、前記風車の回転速度が前記第２回転速度を下回るときに、前記第１発電機を前記第１パワーコンディショナに接続する切替制御部と、を備えた風力発電装置である。

請求項２の発明は、前記第１発電機に備えた第１コイルの電圧を変圧して前記第１パワーコンディショナへ出力する変圧器を有すると共に、変圧後の前記第１コイルの電圧が前記第２パワーコンディショナの動作電圧の範囲内にあるときに、前記第１コイルを前記第１パワーコンディショナから切り離して前記回生抵抗に接続する第１制御回路と、前記第２発電機に備えた第２コイルの電圧を変圧して前記第２パワーコンディショナへ出力する第２制御回路と、を備えて、前記切替制御部を前記第１制御回路で構成した請求項１に記載の風力発電装置である。

請求項３の発明は、前記第１発電機を収容する第１ハウジングと、前記第２発電機を収容する第２ハウジングと、を別々に備えた請求項１又は２に記載の風力発電装置である。

請求項４の発明は、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとは、風車回転軸方向に並べて配置され、前記第１ハウジング及び前記第２ハウジングを収容すると共に、前記風車回転軸方向における前記第１ハウジング側の端部と前記第２ハウジング側の端部とに通気孔を有する通気ケースを備えた請求項３に記載の風力発電装置である。

請求項５の発明は、前記第１ハウジング及び前記第２ハウジングは、前記風車と一体に回転する円筒ケース状をなすと共に、外周部に、前記風車回転軸方向に空気を誘導するフィンを複数備えた請求項４に記載の風力発電装置である。

［請求項１の発明］
請求項１の発明に係る風力発電装置では、風車と一体に回転する第１ロータを有する第１発電機と、第１ロータとは別に風車と一体に回転する第２ロータを有する第２発電機と、が備えられている。そして、風車が回転して、その回転速度が第１回転速度になると、第１発電機の電力が第１パワーコンディショナを介して取り出される。ここで、第１パワーコンディショナの動作範囲には上限があるため、風車の回転速度が上昇すると、第１パワーコンディショナで電力を取り出すことが困難となる。しかしながら、本発明では、風車の回転速度が上昇して、第２回転速度以上になると、第１発電機と第１パワーコンディショナとの接続が切り離され、第２発電機の電力が第２パワーコンディショナを介して取り出される。このように、本発明では、低速回転時用のパワーコンディショナと高速回転時用のパワーコンディショナとを用いたので、１つのパワーコンディショナのみを使用する場合と比較して、風力を有効に利用することが可能となる。しかも、第１パワーコンディショナから切り離された第１発電機は、風車の回転速度が第３回転速度以上になると、回生抵抗に接続されるので、強風時においても、風車の回転速度を、第２パワーコンディショナが動作範囲に収めることが可能となる。これにより、強風時においても、第２パワーコンディショナで電力を取り出すことが可能となる。

［請求項２の発明］
請求項２の発明によれば、風車の回転速度の変化に伴う第１コイルの電圧変化によって、第１発電機と回生抵抗を接続することが可能となる。

［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、回生抵抗の接続によって第１発電機に発生する熱が第２発電機に悪影響を及ぼすことを抑制可能となる。

［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、通気孔から通気ケース内に取り込んだ空気によって、第１発電機及び第２発電機を冷却することが可能となる。

［請求項５の発明］
請求項５の発明によれば、一方の通気孔から他方の通気孔へと空気を流れやすくして、第１発電機及び第２発電機の冷却効率を高めることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る風力発電装置の斜視図発電ユニットの内部構造を示す断面図（Ａ）第１マグネット付ロータの平面図、（Ｂ）第１コイル付ロータの平断面図第１発電機及び第２発電機の斜視図風力発電装置のブロック図（Ａ）各パワーコンディショナの出力と風車の回転速度の関係を概念的に示す図、（Ｂ）風車の回転速度と風速との関係を概念的に示す図風力発電装置の発電特性と風速の関係を概念的に示す図変形例に係る風力発電装置の側断面図

以下、本発明の一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の風力発電装置１０は、風車回転軸Ｌ１回りに回転する風車１１と、風車１１の回転により発電する発電機ユニット２０と、を備えている。本実施形態の例では、垂直な風車回転軸Ｌ１上に２つの風車１１が上下に並べて配置され、それら風車１１，１１の間に発電機ユニット２０が配置されている。発電機ユニット２０及び風車１１，１１は、風車１０の設置面に固定される支持フレーム１７に支持される。なお、以下では、上側の風車１１を上側風車１１Ａと、下側の風車１１を下側風車１１Ｂと、称して、２つの風車１１，１１を適宜区別することにする。

各風車１１は、風車回転軸Ｌ１回りに等間隔に配置された複数（図１の例では、４つ）の風車翼１２を備えている。具体的には、各風車１１は、風車回転軸Ｌ１を中心に回転する翼支持体１５を上下に並べて備え、複数の風車翼１１は、１対の翼支持体１５，１５に挟まれて固定されている。

各風車翼１２の外周面は、風車１１の回転方向に突出するように湾曲した前方翼面１３と、風車１１の回転方向で前方翼面１４の裏側に位置し且つ風車１１の回転方向に突出する後方翼面１４と、で構成されている。ここで、上側風車１１Ａの風車翼１２と下側風車１１Ｂの風車翼１２とは、風車回転軸Ｌ１回りで前方翼面１３が逆向きに突出するように配置されていて、上側風車１１Ａと下側風車１１Ｂとは、互いに逆方向に回転するようになっている。

図２には、発電ユニット２０の内部構造が示されている。同図に示すように、発電ユニット２０には、第１発電機２１Ａと第２発電機２１Ｂの２つの発電機が上下に並べて備えられている。なお、本実施形態では、第１発電機２１Ａが上側に配置されている。

第１発電機２１Ａは、第１マグネット２３Ａが設けられた第１マグネット付ロータ２２Ａと、第１マグネット付ロータ２２Ａに対して相対回転すると共に第１マグネット２３Ａにより励磁される第１コイル２６Ａが設けられた第１コイル付ロータ２５Ａとを備える。第１コイル２６Ａと第１マグネット２３Ａとは、風車回転軸Ｌ１方向にエアギャップを介して対向している。図３（Ｂ）に示すように、第１コイル２６Ａは、空芯扁平に構成され、風車回転軸Ｌ１の回りに等間隔に複数配置されている。また、図３（Ａ）に示すように、第１マグネット２３Ａは、風車回転軸Ｌ１方向に着磁され、風車回転軸Ｌ１の回りに等間隔に複数配置されて、周方向で隣り合う第１マグネット２３Ａ同士の間では、第１コイル２６Ａ側の磁極が互いに反対となっている。

図２に示すように、第１発電機２１Ａは、第１コイル付ロータ２５Ａを外側から覆う第１ハウジング４０Ａを有している。第１ハウジング４０Ａは、第１マグネット付ロータ２２Ａを固定して備えると共に、上側風車１１Ａと一体に回転する第１回転シャフト４５を上部に固定して備えている。これにより、第１マグネット付ロータ２２Ａは、上側風車１１Ａと一体に回転する。

また、第１ハウジング４０Ａは、第１コイル付ロータ２５Ａと一体に回転する第２回転シャフト４６を回転可能に支持する。第２回転シャフト４６は、第１ハウジング４０Ａの下部に形成されたシャフト挿通孔４２Ａを貫通し、下側風車１１Ｂと一体に回転する。これにより、第１コイル付ロータ２５Ａは、下側風車１１Ｂと一体に回転する。

第２発電機２１Ｂは、第１発電機２１Ａと同様の構成になっている。即ち、第２発電機２１Ｂは、第２マグネット２３Ｂが設けられた第２マグネット付ロータ２２Ｂと、第２マグネット付ロータ２２Ｂに対して相対回転すると共に第２マグネット２３Ｂにより励磁される第２コイル２６Ｂが設けられた第２コイル付ロータ２５Ｂとを備える。第２コイル２６Ｂと第２マグネット２３Ｂとは、風車回転軸Ｌ１方向にエアギャップを介して対向している。第２コイル２６Ｂ及び第２マグネット２３Ｂの構成については、第１発電機２１Ａの第１コイル２６Ａ及び第１マグネット２３Ａ（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）と同様になっているので、説明を省略する。なお、本実施形態では、第１コイル２６Ａと第２コイル２６Ｂの線径及び巻き数は同じとなっているが、異なっていてもよい。

第１発電機２１と同様に、第２発電機２２は、第２コイル付ロータ２５Ｂを外側から覆う第２ハウジング４０Ｂを有している。第２ハウジング４０Ｂは、第２マグネット付ロータ２２Ｂを固定して備える。また、第２ハウジング４０Ｂの上部と下部の中心には、上述した第２回転シャフト４６が貫通する中心孔４３，４３が形成されていて、第２ハウジング４０Ｂは、第２回転シャフト４６を回転可能に支持する。そして、第２コイル付ロータ２５Ｂが第２ハウジング４０Ｂの内側で第２回転シャフト４６に固定されることで、第２コイル付ロータ２５Ｂが第２回転シャフト４６と一体に回転する。ここで、上述したように、第２回転シャフト４６は下側風車１１Ｂと一体に回転するので、第２コイル付ロータ２５Ｂは、下側風車１１Ｂと一体に回転する。

第１ハウジング４０Ａと第２ハウジング４０Ｂとの間は、第２回転シャフト４６を外側から覆う連絡スリーブ４７によって連絡されている。これにより、第１ハウジング４０Ａ及び第２ハウジング４０Ｂが上側風車１１Ａと一体に回転することとなり、それらハウジング４０Ａ，４０Ｂに固定された第１マグネット付ロータ２２Ａ及び第２マグネット付ロータ２２Ｂが上側風車１１Ａと一体に回転する。なお、本実施形態では、第１マグネット付ロータ２２Ａと第１コイル付ロータ２５Ａのそれぞれが本発明の第１ロータ２７Ａに相当し、第２マグネット付ロータ２２Ｂと第２コイル付ロータ２５Ｂのそれぞれが本発明の第２ロータ２７Ｂに相当する。

図４に示すように、第１ハウジング４０Ａ及び第２ハウジング４０Ｂの各外周面４０ＡＭ，４０ＢＭからは、複数のフィン４１が突出している。複数のフィン４１は、外周面４０ＡＭ，４０ＢＭの周方向で等間隔に配置されている。各フィン４１は、平板状をなし、下方へ向かうに従って外周面４０ＡＭ，４０ＢＭの周方向の一方側へ向かうように傾斜している。なお、第１ハウジング４０Ａのフィン４１が傾斜する向きと、第２ハウジング４０Ｂのフィン４１が傾斜する向きとは、同じになっている。

図２に示すように、発電ユニット２０は、第１ハウジング４０Ａ及び第２ハウジング４０Ｂを収容する通気ケース５０を備えている。通気ケース５０は、第１ハウジング４０Ａ及び第２ハウジング４０Ｂを径方向外側から覆う筒壁５１と、筒壁５１の軸方向の一端部（図２では上端部）に連絡して第１回転シャフト４５が挿通された第１対向壁５２と、筒壁５１の軸方向の他端部（図２では下端部）に連絡して第２回転シャフト４６が挿通された第２対向壁５３と、で構成されている。そして、第１対向壁５２と第２対向壁５３とに、通気孔５２Ａ，５３Ａが貫通形成されている。また、第１対向壁５２には、通気孔５２Ａから排出される空気を径方向外側に向ける排気用ガイド５４が設けられ、第２対向壁５３には、通気孔５３Ａに空気を取り込むための吸気用ガイド５５が設けられている。なお、通気ケース５０は、図１に示した支持フレーム１７に固定されている。

図５には、風力発電装置１０の電気的な構成が示されている。同図に示すように、第１発電機２１Ａで発電された電力は、第１パワーコンディショナ６１Ａによって取り出される。具体的には、第１発電機２１Ａは、第１制御回路６２Ａを介して第１パワーコンディショナ６１Ａに接続されている。第１パワーコンディショナ６１Ａの最大出力は、例えば、５ｋＷになっていて、第１パワーコンディショナ６１Ａの動作電圧は、例えば、８０〜４５０Ｖとなっている。なお、図５では、風車１１（上側風車１１Ａ及び下側風車１１Ｂ）が模式的に示されている。

また、第２発電機２１Ｂで発電された電力は、第２パワーコンディショナ６１Ｂによって、取り出される。具体的には、第２発電機２１Ｂは、第２制御回路６２Ｂを介して第２パワーコンディショナ６１Ｂに接続されている。第２パワーコンディショナ６１Ｂの最大出力は、例えば、１０ｋＷになっていて、第２パワーコンディショナ６１Ｂの動作電圧は、例えば、１５０〜６００Ｖになっている。このように、本実施形態の風力発電装置１０には、大容量用の第２パワーコンディショナ６１Ｂと、小容量用の第１パワーコンディショナ６１Ａと、が備えられている。

第１制御回路６２Ａには、第１発電機２１Ａにおける第１コイル２６Ａの電圧を変圧して第１パワーコンディショナ６１Ａへ出力する第１変圧器６３Ａと、第１変圧器６３Ａの出力を安定化する整流回路（図示せず）とが備えられている。第１制御回路６２Ａと同様に、第２制御回路６２Ｂには、第２発電機２１Ｂにおける第２コイル２６Ｂの電圧を変圧して第２パワーコンディショナ６１Ｂへ出力する第２変圧器６３Ｂと、第２変圧器６３Ｂの出力を安定化する整流回路（図示せず）とが備えられている。第１変圧器６３Ａと第２変圧器６３Ｂは、例えば、昇圧トランスであって、第１変圧器６３Ａと第２変圧器６３Ｂの変圧比は同じになっている。

また、第１制御回路６２Ａには、第１コイル２６Ａの電圧が一定値以上となったときに、第１コイル２６Ａを第１変圧器６３Ａから切り離して可変抵抗６５（本発明の「回生抵抗」に相当する。）に接続するシーケンススイッチ６４が備えられている。可変抵抗６５の抵抗値は、第１コイル２６Ａの電圧値が一定となるように制御される。

図６（Ａ）には、第１パワーコンディショナ６１Ａの出力特性（図６（Ａ）では「発電量Ｗ」）と風車１１の回転速度ｘとの関係が概念的に示されている。風車１１の回転速度ｘが大きくなると、第１コイル２６Ａの電圧が上昇する。そして、風車１１の回転速度ｘがｘ１となると、第１変圧器６３Ａの出力電圧が第１パワーコンディショナ６１Ａの動作電圧の下限値（例えば、８０Ｖ）となり、第１パワーコンディショナ６１Ａが作動する。第１パワーコンディショナ６１Ａの出力（発電量Ｗ）は、回転速度ｘの増加に伴って大きくなる。具体的には、同図に示されるように、第１パワーコンディショナ６１Ａの出力特性は、回転速度ｘの上昇に伴って、始めはゆっくりと上昇した後、急激に上昇し、その後、再びゆっくりと上昇するＳ字曲線を描く。なお、回転速度ｘがｘ２となると、上述したシーケンススイッチ６４が第１コイル２６Ａと第１パワーコンディショナ６１Ａを切り離す。

また、図６（Ａ）には、第２パワーコンディショナ６１Ｂの出力特性（発電量Ｗ）と風速Ｖの関係が２点鎖線で示されている。第１パワーコンディショナ６１Ａのときと同様に、風車１１の回転速度ｘが大きくなると、第２コイル２６Ａの電圧が上昇する。そして、風車１１の回転速度ｘがｘ２となると、第２変圧器６３Ｂの出力電圧が第２パワーコンディショナ６１Ｂの動作電圧の下限値（例えば、１５０Ｖ）となり、第２パワーコンディショナ６１Ｂが作動する。

第２パワーコンディショナ６１Ｂの出力は、回転速度ｘの増加に伴って大きくなる。具体的には、第２パワーコンディショナ６１Ｂの出力特性は、第１パワーコンディショナ６１Ａと同様に、回転速度ｘの上昇に伴って、始めはゆっくりと上昇した後、急激に上昇し、その後、再びゆっくりと上昇するＳ字曲線を描く。なお、本実施形態では、回転速度ｘがｘ３になると、第１コイル２６Ａに可変抵抗６５が接続されて、風車１１の回転速度ｘは一定となるように制御される。言い換えれば、回転速度ｘがｘ２〜ｘ３の間は、第１発電機２６は、第１パワーコンディショナ６１Ａにも可変抵抗６５にも接続されない開放状態となっている。

図６（Ｂ）には、風車１１の回転速度ｘと風速Ｖの関係が概念的に示されている。風車１１の回転速度ｘは、風速Ｖが０〜Ｖ３の範囲では、風速Ｖに比例して増加する。そして、風速ＶがＶ１，Ｖ２，Ｖ３のときに、風車１１の回転速度ｘが図６（Ａ）で説明したｘ１，ｘ２，ｘ３となる。なお、以下では、回転速度ｘ１，ｘ２，ｘ３を、第１回転速度ｘ１、第２回転速度ｘ２、第３回転速度ｘ３と、適宜呼ぶことにする。

次に、風力発電装置１０の動作を図７に基づいて説明する。図７には、風力発電装置１０の発電量Ｗと風速Ｖとの関係が概念的に示されている。また、同図には、シーケンススイッチ６４による切り離されなかった場合の第１パワーコンディショナ６１Ａの出力が点線で示され、可変抵抗６５が接続されなかった場合の第２パワーコンディショナ６１Ｂの出力が２点鎖線で示されている。

風力発電装置１０では、風を受けて上側風車１１Ａと下側風車１１Ｂが互いに逆回転すると、第１マグネット付ロータ２２Ａ及び第２マグネット付ロータ２２Ｂが上側風車１１Ａと一体に回転し、第１コイル付ロータ２５Ａ及び第２コイル付ロータ２５Ｂが下側風車１１Ｂと一体に回転する。このとき、第１コイル２６Ａと第２コイル２６Ｂの電圧は同じになっていて、第１変圧器６３Ａと第２変圧器６３Ｂの出力電圧も同じになっている。

図７に示すように、風速ＶがＶ１となると、風車１１の回転速度ｘが第１回転速度ｘ１となり、第１パワーコンディショナ６１Ａが作動する（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）参照）。このとき、第２変圧器６３Ｂの出力電圧は、第２パワーコンディショナ６１Ｂの動作電圧の下限値（例えば、１５０Ｖ）を下回るため、第２パワーコンディショナ６１Ｂは作動しない。

風速Ｖが大きくなってＶ２になると、風車１１の回転速度ｘが第２回転速度ｘ２となり、第２パワーコンディショナ６１Ｂが作動する（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）参照）。また、第１発電機２１Ａが、第１パワーコンディショナ６１Ａから切り離され、開放状態となる。このときの風力発電装置１０の発電量ＷはＷ１となっている。なお、このときの可変抵抗６５の抵抗値はゼロになっている。そして、風速Ｖが更に大きくなってＶ３になると、風車１１の回転速度ｘが第３回転速度ｘ３となり、風力発電装置１０（第２パワーコンディショナ６１Ｂ）の出力がＷ２となる。

本実施形態の風力発電装置１０では、風速ＶがＶ３を超えると、第１発電機２１Ａが可変抵抗６５に接続されて、第１コイル２６Ａの電圧値が一定となるように制御される。即ち、風速ＶがＶ３を超える範囲では、風車１１のブレーキ運転が行われ、風車１１の回転速度ｘが第３回転速度ｘ３に保たれる。これにより、風速ＶがＶ３を超えても、風力発電装置１０の発電量ＷはＷ２を維持する。なお、本実施形態では、可変抵抗６５で消費される仕事量の最大値は、第２パワーコンディショナ６１Ｂの出力の最大値と同じになっている。風速ＶがＶ４を超えると、風車１１の回転速度ｘが第３回転速度ｘ３を上回るようになり、第２パワーコンディショナ６１Ｂの正常な動作が困難となるため、風力発電装置１０は停止する。

なお、以上の説明では、風速Ｖが大きくなっていく場合の風力発電装置１０の動作について説明したが、風速Ｖが小さくなっていく場合の風力発電装置１０の動作は逆となる。即ち、風速ＶがＶ４からＶ３までの間は、ブレーキ運転を行い、風速ＶがＶ３を下回ると、第１発電機２１Ａが可変抵抗６５から切り離され、風速ＶがＶ２を下回ると、第２パワーコンディショナ６１Ｂが第２発電機２１Ｂから切り離されると共に、第１パワーコンディショナ６１Ａが第１発電機２１Ａに接続される。

ところで、第１コイル２６Ａと可変抵抗６５の接続により風車１１がブレーキ運転しているとき、風のエネルギーの一部は第１発電機２１Ａでの発熱に変換される。このため、第１発電機２１Ａが発熱して、第２発電機２１Ｂの発電に悪影響を与えることが考えられる。しかしながら、本実施形態では、第１発電機２１Ａと第２発電機２１Ｂが別々のハウジング（第１ハウジング４０Ａと第２ハウジング４０Ｂ）に収容されているので、第１発電機２１Ａの発熱が第２発電機２１Ｂに影響を与えることが抑制されている。また、通気孔５２Ａ，５３Ａから通気ケース５０内に取り込んだ空気によって、第１発電機２１Ａ及び第２発電機２１Ｂを冷却することが可能となる。しかも、風量発電装置１０が発電しているときには、第１ハウジング４０Ａと第２ハウジング４０Ｂは上側風車１１Ａと一体に回転し、それらハウジング４０Ａ，４０Ｂの外周面４０ＡＭ，４０ＢＭには、フィン４６が複数形成されているので、通気ケース５０内で空気を風車回転軸Ｌ１方向に流れやすくして、第１発電機２１Ａ及び第２発電機２１Ｂの冷却効率を高めることが可能となる。

風力発電装置１０の動作に関する説明は以上である。次に、本実施形態に係る風力発電装置１０の作用効果について説明する。

本実施形態の風力発電装置１０では、風車１１と一体に回転する第１ロータを有する第１発電機と、第１ロータとは別に風車１１と一体に回転する第２ロータを有する第２発電機と、が備えられている。そして、風車１１が回転して、その回転速度ｘが第１回転速度ｘ１になると、第１発電機２１Ａの電力が第１パワーコンディショナ６１Ａを介して取り出される。ここで、第１パワーコンディショナ６１Ａの動作範囲には上限があるため、風車１１の回転速度が上昇すると、第１パワーコンディショナ６１Ａで電力を取り出すことが困難となる。しかしながら、本実施形態では、風車１１の回転速度ｘが上昇して、第２回転速度ｘ２になると、第１発電機２１Ａと第１パワーコンディショナ６１Ａとの接続が切り離され、第２発電機２１Ｂの電力が第２パワーコンディショナ６１Ｂを介して取り出される。

このように、本実施形態では、低速回転時用の第１パワーコンディショナ６１Ａと高速回転時用の第２パワーコンディショナ６１Ｂとを用いたので、１つのパワーコンディショナのみを使用する場合と比較して、風力の有効利用が図られる。しかも、第２パワーコンディショナ６１Ｂの動作中、第１パワーコンディショナ６１Ａから切り離された第１発電機２１Ａは、可変抵抗６５に接続されるので、強風時においても、風車１１の回転速度を、第２パワーコンディショナ６１Ｂが動作する範囲に収めることが可能となる。これにより、強風時においても、第２パワーコンディショナ６１Ｂで電力を取り出す可能となる。

なお、第１発電機２１Ａと第２発電機２１Ｂの一方のみを備えて、その発電機に第１パワーコンディショナ６１Ａと第２パワーコンディショナ６１Ｂとを接続した構成であっても、本実施形態と同様の効果を奏することは可能であるが、この構成では、発電機（詳細には、発電機の外径）を大きくする必要がある。これに対し、本実施形態の構成では、第１発電機２１Ａと第２発電機２１Ｂの２つの発電機を備えて、各発電機２１Ａ，２１Ｂにパワーコンディショナ６１Ａ，６１Ｂを接続したので、各発電機をコンパクトにすることが可能となる。

［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、互いに逆回転する２つの風車１１，１１を備えた構成であったが、風車を１つだけ備えた構成であってもよい。その際、第１マグネット付ロータ２２Ａ及び第２マグネット付ロータ２５Ａが固定され、第１コイル付ロータ２２Ｂ及び第２コイル付ロータ２５Ｂが風車１１と一体に回転する構成としてもよいし、その逆、即ち、第１マグネット付ロータ２２Ａ及び第２マグネット付ロータ２５Ａが風車１１と一体に回転し、第１コイル付ロータ２２Ｂ及び第２コイル付ロータ２５Ｂが固定された構成としてもよい。

（２）上記実施形態及び上記（１）の例では、風力発電装置１０が垂直軸型であったが、図８に示すように、水平軸型であってもよい。この場合、第２回転シャフト４６が風車１１と一体回転可能となっていてもよいし、第１回転シャフト４５が風車１１と一体回転する構成であってもよい。前者の場合、風車１１側に配置された第２対向壁５３の通気孔５３Ａから通気ケース５０内へ空気が取り込まれ、第１対向壁５２の通気孔５２Ａから通気ケース５０内の空気が排出される（図２参照）。

（３）上記実施形態では、本発明を、アキシャルギャップ型の発電機に適用した例を示したが、ラジアルギャップ型の発電機に適用してもよい。

（４）上記実施形態では、第１コイル２６Ａと第２コイル２６Ｂの線径及び巻き数は同じであったが、異なっていてもよい。

（５）上記実施形態では、第１変圧器６３Ａと第２変圧器６３Ｂの変圧比が同じであったが、異なっていてもよい。なお、上記実施形態のように、第１コイル２６Ａと第２コイル２６Ｂの線径及び巻き数が同じである場合には、両変圧器６３Ａ，６３Ｂの変圧比は同じであることが好ましい。

（６）上記実施形態では、風車１１の回転速度ｘが第２回転速度ｘ２より大きい第３回転速度ｘ３となったときに、第１発電機２１Ａが可変抵抗６５に接続される構成であったが、第２回転速度ｘ２となったときに、可変抵抗６５に接続されてもよい。この場合であっても、風車１１の回転速度ｘが第３回転速度ｘ３以上となるまで可変抵抗６５の抵抗値をほぼゼロとなるように制御すれば、上記実施形態と同様の動作を実現可能となる。なお、本構成においては、本発明に係る「第２回転速度」と「第３回転速度」が同じ速度となっている。

１０風力発電装置
１１風車
２１Ａ第１発電機
２１Ｂ第２発電機
２７Ａ第１ロータ
２７Ｂ第２ロータ
６１Ａ第１パワーコンディショナ
６１Ｂ第２パワーコンディショナ
６２Ａ第１制御回路（切替制御部）
６２Ｂ第２制御回路
６４シーケンススイッチ
６５可変抵抗（回生抵抗）
Ｌ１風車回転軸

Claims

風車回転軸回りに回転する風車と、
前記風車と一体に回転する第１ロータを有する第１発電機と、
前記第１ロータとは別に前記風車と一体に回転する第２ロータを有する第２発電機と、
前記第１発電機に接続され、前記風車の回転速度が第１回転速度になったことを条件にして動作する第１パワーコンディショナと、
前記第２発電機に接続され、前記風車の回転速度が前記第１回転速度よりも高い第２回転速度になったことを条件にして動作する第２パワーコンディショナと、
前記風車の回転速度が前記第２回転速度以上になったときに、前記第１発電機を前記第１パワーコンディショナから切り離し、前記風車の回転速度が前記第２回転速度以上の第３回転速度になったときに、前記第１発電機を回生抵抗に接続する一方、前記風車の回転速度が前記第３回転速度を下回るときに、前記第１発電機を前記回生抵抗から切り離し、前記風車の回転速度が前記第２回転速度を下回るときに、前記第１発電機を前記第１パワーコンディショナに接続する切替制御部と、を備えた風力発電装置。
前記第１発電機に備えた第１コイルの電圧を変圧して前記第１パワーコンディショナへ出力する第１変圧器を有すると共に、変圧後の前記第１コイルの電圧が前記第２パワーコンディショナの動作電圧の範囲内にあるときに、前記第１コイルを前記第１パワーコンディショナから切り離して前記回生抵抗に接続する第１制御回路と、
前記第２発電機に備えた第２コイルの電圧を変圧して前記第２パワーコンディショナへ出力する第２変圧器を有する第２制御回路と、を備えて、
前記切替制御部を前記第１制御回路で構成した請求項１に記載の風力発電装置。
前記第１発電機を収容する第１ハウジングと、前記第２発電機を収容する第２ハウジングと、を別々に備えた請求項１又は２に記載の風力発電装置。
前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとは、風車回転軸方向に並べて配置され、
前記第１ハウジング及び前記第２ハウジングを収容すると共に、前記風車回転軸方向における前記第１ハウジング側の端部と前記第２ハウジング側の端部とに通気孔を有する通気ケースを備えた請求項３に記載の風力発電装置。
前記第１ハウジング及び前記第２ハウジングは、前記風車と一体に回転する円筒ケース状をなすと共に、外周部に、前記風車回転軸方向に空気を誘導するフィンを複数備えた請求項４に記載の風力発電装置。