JP3152810U

JP3152810U - 風力発電装置

Info

Publication number: JP3152810U
Application number: JP2009003722U
Authority: JP
Inventors: 谷島　昇; 昇谷島
Original assignee: COSMOTECH CO., LTD.
Current assignee: COSMOTECH CO., LTD.
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2019-06-03

Abstract

【課題】比較的小型の風力発電装置は、低風速での発電要求から、風車の回転軸の摩擦を少なくして効率向上したいという課題があった。【解決手段】無摺動となる磁気軸受を、回転翼の回転軸に備えた風力発電装置とした、具体的には垂直に立設された支持軸の上部に風上に向かって配される水平軸と、該水平軸の風下側に固定されたロータ及び該ロータの外側に配されたステータを含む発電機と、前記水平軸の風上側に固定されかつ風力で回転する回転翼とを備えた風力発電機において、前記ロータの風上側と風下側に環状の磁気浮上手段を取り付け、かつ、前記磁気浮上手段との間に所定間隔を有するように発電手段を配置したことを特徴とする風力発電装置とした。【選択図】図２

Description

本考案は、風力発電装置に関するものである。

風力発電装置には様々な形式のものがあり、その形式に応じてそれぞれ異なる特性を有している。例えば風力発電装置を、風車を支持する軸の取り付け方向により分類すれば、その軸の取り付け方向が垂直である垂直軸型とその軸の取り付け方向が水平である水平軸型とに分類される。垂直軸型には、サボニウス型、ダリウス型などがあり、水平軸型には、プロペラ型などがある。

また、風力発電装置を、風車を回転させるトルクとして抗力又は揚力のいずれが支配的に作用するかによって分類すれば、抗力が主である形状のものを抗力型、揚力が主である形状のものを揚力型、抗力と揚力とが同程度に作用する形状のものを抗力／揚力併用型として分類することができる。例えば、上記のサボニウス型は抗力型に属し、上記のダリウス型、プロペラ型は揚力型に属している。

揚力型の風車は、発電のために回転を開始する風速である回転開始風速として、高速の風力が必要であるという特性があり、低速の風に対しては回転ができず、発電効率が十分に得られないという問題を有している。

また、揚力型の風車は抗力型の風車と同様に、低風速でも回転が開始できるようにと風向きに対向する羽根仰角度を大きくすると、強風時には抗力が強く働いて風車の回転にたいする抵抗力となって風車の回転効率を低下させる。

ただし、この揚力型風車の問題を解決する方法としては、風車に翼角度の調整機能を設けて、この調整機能により、それまでの翼角度固定型のものよりも低風速の場合でも回転が開始できるようにする方法が提案されている。しかし、そのような小型の風力発電装置において前記のように翼角度調整機能を取り付けたのでは装置の高コスト化につながり、本来の小型化の要望の底流にある低コスト指向に逆行することになって好ましいものとはいえなくなってしまう。

特開２００８−２２８５７０号公報

特開２００８−６４２４４号公報

特開２００７−１５４７８０号公報

考案が解決しようとする問題点は、以上に述べた従来の揚力型風力発電機は水平軸に円錐ころ軸受あるいは自動調心ころ軸受等を用いているため摺動摩擦により低速の風に対しては風車の回転ができず発電ができないことにある。

そして、本実用新案は永久磁石を用いた磁気軸受を風力発電装置の水平軸と該風力発電機の支持軸の頂部に用いることとした。具体的には垂直に立設された支持軸の上部に風上に向かって配される水平軸と、該水平軸の風下側に固定されたロータ及び該ロータの外側に配されたステータを含む発電機と、前記水平軸の風上側に固定されかつ風力で回転する回転翼とを備えた風力発電機において、前記ロータの風上側と風下側に少なくとも１以上の環状の磁気浮上手段を取り付け、かつ、前記磁気浮上手段との間に所定間隔を有するように発電手段を配置した。また、前記支持軸の頂部に少なくとも１以上の環状の磁気浮上手段を取り付けたことを特徴とする風力発電装置とした。

上述のように本実用新案の風力発電装置は、回転翼の回転による軸受の摺動抵抗を無くすことにより低速の風に対しても回転翼の回転を可能とした。そして複数の発電機を取り付けた状態とすることにより、磁気の相をずらすことで発電機特有のコギングトルクを低減することを可能とした。また前記低速の風に対しても回転翼を風向に合わせることができ、これにより、回転翼の翼面に当たる風量を増加させ回転翼の回転を可能とすることができる。このことから本実用新案の風力発電機は発電効率を高めることが可能となる。

図１は本実用新案に係わる風力発電装置の一実施例を示す全体外観斜視図である。

図２は前記風力発電装置の断面図である。

以下、本実用新案の風力発電装置を実施するための形態例について、図１と図２に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実用新案の一実施例を示す全体外観斜視図である。

図１に示すように、本実用新案の風力発電装置１０は、複数の回転翼１１と、この回転翼１１の回転軸１６の回転により発電する本体部１２と、この本体部１２を回転支持部１３により水平面に沿って回転自在に支持する支持軸１５と、本体部の回転翼１１の配設側と対峙する側に設けられた方向陀としての尾翼１４とを備えている。

続いて、図２に示すように、上記本体部１２は、本体２１とシール２２と環状永久磁石２３とステータコイル２４と環状永久磁石２５と環状永久磁石２６と軸止台座２７とステータコイル２８を有して構成される。

そして図２に示すように、上記回転軸１６は、回転軸６１と環状永久磁石６２とロータ６３と環状永久磁石６４とディスク６５と環状永久磁石６６を有して構成される。

そして図２に示すように、上記支持部１３は、支持筒体３１とシール３２と環状永久磁石３３と環状永久磁石３４と環状永久磁石３５と軸止台座３６を有して構成される。

そして図２に示すように、支持軸１５は、支持軸５１とディスク５２と環状永久磁石５３と環状永久磁石５４とディスク５５と環状永久磁石５６を有して構成される。

次に、本実用新案の風力発電装置１０の作用について説明する。

図２に示すように、径の異なる大小２個の環状永久磁石２３と６２間の相対位置を軸方向にずらしていくことで、半径方向には軸中心への復元力が作用し、軸方向には風下に向かう力が作用する領域を得ることができる。このように構成した永久磁石を、発電機を構成するロータ６３の風下側と風上側の２箇所に配置することにより、回転軸６１を非接触で支持することができる。その軸方向の風下側に向かう力は、環状永久磁石２６と６６に作用する反発力により対応する。

図２では、環状永久磁石は２３と６２、また２５と６４の４個であるが、６個あるいはそれ以上でも良い。

また、風力による回転翼１１の回転軸６１の回転により、ステータコイル２４とロータ６３の部品により構成される発電機が回転することにより発電する。

また、上述の回転軸６１の回転により、ステータコイル２８と環状永久磁石６２の部品により構成される発電機が回転することにより発電する。

また、高速の風による所定の荷重を超えた回転軸６１の風下側への力は、該回転軸６１の風下側に円錐形状を形成することにより、機械的摺動摩擦を抑え、軸止台座２７により支持することとした。

このように、永久磁石を用いた磁気軸受を水平軸風力発電装置の水平軸に用いることにより、回転軸６１は機械的に無接触で回転することを可能とし、摺動抵抗は無いことから、低速の風に対してもステータコイル２４とロータ６３の部品により構成される発電機の回転を可能とした。

そして、上述の回転軸６１の回転により、ステータコイル２８と環状永久磁石６２の部品による構成される発電機が回転することにより発電することから、発電機特有のコギングトルクを低減でき、より微風速でも回転起動して発電することを可能とした。

続いて、図２に示すように、径の異なる環状永久磁石３３と環状永久磁石５３との間に半径方向には軸中心への復元力が作用し、軸方向には支持軸上部に向かう力が作用するように配置する。

また、環状永久磁石３４と環状永久磁石５４との間に半径方向には軸中心への復元力が作用し、軸方向には支持軸下部に向かう力が作用するように配置する。

図２では、環状永久磁石は５３と３３、また３４と５４の４個であるが、６個あるいはそれ以上でも良い。

そして、支持軸５１にディスク５５を介して固定された環状永久磁石５６と環状永久磁石３５に作用する反発力により、風力発電装置１０を浮上させ、機械的に無接触で回転することを可能とし、摺動抵抗は無いことから低速の風に対しても風向に合わせて風力発電装置１０の向きを回転させることを可能とした。

このように、本実用新案の風力発電装置は、回転翼の回転による軸受の摺動抵抗を無くすことにより低速の風に対しても回転翼の回転を可能とし、そして複数の発電機を取り付けた状態とすることにより、磁気の相をずらすことで発電機特有のコギングトルクを低減することを可能とした。また前記低速の風に対しても回転翼を風向に合わせることができ、これにより、回転翼の翼面に当たる風量を増加させ、回転翼の回転を可能とすることができる。このことから本実用新案の風力発電機は発電効率を高めることを可能とした。

本実用新案による風力発電装置は自然エネルギーである風力エネルギーから効率良く電力を作り出すことができ、小型で設置が容易であることから幅広く利用されることが可能であり、本実用新案の産業上の利用可能性は大変大きい。

１０風力発電装置
１１回転翼
１２本体部
１３回転支持部
１４尾翼
１５支持軸
１６回転軸
２１本体
２２シール
２３環状永久磁石
２４ステータコイル
２５環状永久磁石
２６環状永久磁石
２７軸止台座
２８ステータコイル
３１支持筒体
３２シール
３３環状永久磁石
３４環状永久磁石
３５環状永久磁石
３６軸止台座
５１支持軸
５２ディスク
５３環状永久磁石
５４環状永久磁石
５５ディスク
５６環状永久磁石
６１回転軸
６２環状永久磁石
６３ロータ
６４環状永久磁石
６５ディスク
６６環状永久磁石

Claims

垂直に立設された支持軸の上部に風上に向かって配される水平軸と、該水平軸の風下側に固定されたロータ及び該ロータの外側に配されたステータを含む発電機と、前記水平軸の風上側に固定されかつ風力で回転する回転翼とを備えた風力発電機において、前記ロータの風上側と風下側に少なくとも１以上の環状の磁気浮上手段を取り付け、かつ、前記磁気浮上手段との間に所定間隔を有するように発電手段を配置したことを特徴とする風力発電装置。
前記支持軸の頂部に少なくとも１以上の環状の磁気浮上手段を取り付けたことを特徴とする、請求項１に記載の風力発電装置。