JP3935702B2

JP3935702B2 - Wind power generator

Info

Publication number: JP3935702B2
Application number: JP2001316110A
Authority: JP
Inventors: 悦紀上田; 卓爾藤川; 信顕岩崎; 公視早川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP2003120509A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電装置に関し、特に、同期発電機を用いて発電する風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風車は、自然エネルギーから回転動力を生成するために古くから利用され、近年、風力を電力に変換する風力発電装置が広く利用されている。その風力発電装置は、供給する電力の規模の拡大や、質の向上が望まれている。一般的に、電力需要が大きい（電力系統容量が大きい）地域やウィンドファーム用では、誘導発電機を用いて発電される。誘導発電機は、構造が簡単であり、安価であり経済的に優れる。
【０００３】
しかしながら、誘導発電機は、励磁用の電力を取得するため送電系統と繋いで用いる必要があり、単独では運転できない。さらに、誘導発電機は、風速の変動によりトルクが変動して出力が変動し、離島に例示される電力需要が小さい（電源系統容量が小さい）地域では、送電系統に電力を投入する時に電圧が降下する突入電流などの外乱を与えるので系統側からみて適当な電源とはいえない。
【０００４】
誘導発電機が適用されている風力発電装置は、風車の回転数が一定であり、要求される交流電力の周波数に適合した回転運動に変換して発電機に伝達するギアを備えている。そのギアは、騒音を発生してうるさい。さらに、民家が近いときには、より騒音が小さいことが望まれている。さらにギアは、故障率が大きい。このため、そのギアは、使用しないことが望まれている。ギアを備えていない風力発電装置は、故障率を低減することができ、メンテナンス費用を低減することができる。
【０００５】
このため、出力変動を低減した電力が供給することができる可変速風力発電装置が注目されている。可変速風力発電装置としては、風速の変動に追随することができる同期発電機を用いて風力発電する同期風力発電装置の実用化が望まれている。
【０００６】
図５は、同期発電機が適用された公知の風力発電装置を示している。その風力発電装置１０１は、風車１０２が同期発電機１０３とともに設けられている。風車１０２は、固定系１０４と回転軸１０５を中心に回転するロータ系１０６とから形成されている。固定系１０４は、支持板部分１０７と嵌合部分１０８とを備えている。嵌合部分１０８は、回転軸１０５を軸とする円柱を形成している。支持板部分１０７は、端板１０９に固定されている。端板１０９は、鉛直方向を軸に回転可能にタワー１１０に支持されている。タワー１１０は、地表に固定されて建造されている。端板１０９は、ナセル１１１と同体に固定されている。ナセル１１１は、同期発電機１０３内部に格納し、同期発電機１０３が風雨に曝されることを防止している。
【０００７】
ロータ系１０６は、複数の翼１１２と風車ロータ１１３とを備えている。複数の翼１１２は、風車ロータ１１３に同体に接合されている。翼１１２は、回転軸１０５と平行である風を受けると、風車ロータ１１３が回転軸１０５を中心に回転する方向に揚力を発生させる。風車ロータ１１３は、軸ブラケット１１４を備えている。軸ブラケット１１４は、円筒を形成し、その円筒の一方の端１１５は、風車ロータ１１３に同体に接合されている。軸ブラケット１１４は、内側に嵌合部分１０８が挿入され、軸受け１１６を介して嵌合部分１０８に滑り運動可能に支持されている。このため、ロータ系１０６は、回転軸１０５を中心に回転運動可能である。ロータ系１０６は、さらに、ロータカバー１１７を備えている。ロータカバー１１７は、風車ロータ１１３に同体に接合され、風車ロータ１１３を風雨に曝されることを防止し、ナセル１１１の内部に雨水の侵入を防止している。
【０００８】
同期発電機１０３は、回転子１２１と固定子１２２とを備えている。回転子１２１は、円盤状である発電機ロータ１２３に同体に接合されている。発電機ロータ１２３は、円盤の中心部分に貫通する孔が設けられ、その孔の内側壁面が軸ブラケット１１４に接合されている。固定子１２２は、円筒を形成している固定子ブラケット１２５に同体に接合されている。固定子ブラケット１２５は、円筒の一方の端１２６が支持板部分１０７に同体に接合されている。
【０００９】
図６は、同期発電機１０３を詳細に示している。同期発電機１０３は、固定子ブラケット１２５が回転軸１０５を中心とする円周上に固定子１２２を配置している。固定子１２２は、複数のコイルから形成され、その隣接するコイルは、互いに所定のピッチだけ離れている。発電機ロータ１２３は、固定子１２２が形成する円周の内側の同心円上に回転子１２１を配置している。回転子１２１は、多極（たとえば、９６極）の磁石から形成され、その隣接する磁石は、互いに極が異なり所定のピッチだけ離れている。
【００１０】
固定子１２２は、固定子ブラケット１２５と嵌合部分１０８とに固定されている。回転子２１は、発電機ロータ１２３と軸ブラケット１１４とともに回転軸１０５を中心に回転可能である。回転子１２１が固定子１２２に対して運動することにより、固定子１２２のコイルには、それぞれ誘導電流が発生し、同期発電機１０３はその誘導電流を交流電力として出力する。回転子１２１は、多極であることにより、回転子１２１の角速度が小さいときにでも、同期発電機１０３は周波数が十分に高い交流電力を生成することができる。
【００１１】
ナセル１１１は、回転軸１０５が風向に概ね平行になるように、タワー１１０に対して回転する。風車１０２の翼１１２は、風を受けると揚力を生成し、ロータ系１０６を回転させる。同期発電機１０３は、ロータ系１０６の回転により、回転子１２１が回転し、交流電力を生成する。風車１０２のロータ系１０６は風速の変動により回転数が変動し、同期発電機１０３が出力する交流電力は周波数が変化する。この交流電力は、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣリンクでのＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により、所定の周波数・電圧に制御されて送電系統に接続される。
このような動作により、突風に例示される風力の変動は、ロータ系６の回転の運動エネルギーの変動に変換して、電力に変換される。このため、風力の変動が風力発電装置１の強度に及ぼす影響が軽減され、電力系統に及ぼす影響が軽減される。さらに、インバータを介して電力送電系統に交流電力が投入するため、突入電流は発生しない。
【００１２】
図７のグラフは、風速と風力発電装置１０１により適用される同期発電機１０３が出力する電力との関係を示している。風速は、時間とともに変動し、同期発電機１０３が出力する電力もその風速の変動とともに変動する。しかしながら、風車は、回転の慣性力を一時的に蓄えており、回転速度を均一化している。このため、風車の回転は、風による回転力を吸収または放出し、回転変動を小さくする（フライホイール効果）。この結果、出力の変動の幅は、風力の変動の幅より小さくなる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、構造が簡単である風力発電装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、同期発電機の強度を向上する風力発電装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、同期発電機を軽量化する風力発電装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、同期発電機を小型化する風力発電装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、同期発電機の小型化し、かつ、製造コストを低減する風力発電装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１５】
本発明による風力発電装置は、風により回転する風車ロータ（６）と、回転磁界を生成する回転子（２１）と回転磁界により誘導電流を生成する固定子（２２）とを有する同期発電機（３）と、回転子（２１）が固着される円筒である回転子ブラケット（２３）とを具備している。回転子ブラケット（２３）は、円筒の端（２４）が風車ロータ（６）に直接に固着されている。回転子ブラケット（２３）は、回転子（２１）が実質的に直接に固着され、回転子（２１）の回転半径を大きくしている。回転子ブラケット（２３）は、さらに、風力発電装置（１）を風車ロータ（６）から回転動力を伝達する軸を介して回転子（２１）を回転させる構造より簡単にし、強度を向上させる。
【００１６】
本発明による風力発電装置は、端（１５）が風車ロータ（６）に直接に固着される円筒形の軸ブラケット（１４）と、軸ブラケット（１４）の内部に回転運動可能に挿入され、回転軸（５）を中心に回転可能に風車ロータ（６）を支持する嵌合部分（８、３２）と、嵌合部分（８、３２）に同体に接合される支持板部分（７）と、支持板部分（７）に同体に接合される固定子ブラケット（２５）とを更に具備している。固定子ブラケット（２５）は、回転軸（５）に対し回転子（２１）の外側に固定子（２２）を配置することが好ましい。
【００１７】
軸ブラケット（１４）は、回転子ブラケット（２１）の内側に配置されることが好ましい。
【００１８】
本発明による風力発電装置は、端板（９）と、鉛直方向を中心にして端板（９）を回転可能に支持するタワー（１０）とを更に具備している。支持板部分（７）は、端板（９）と一体であり兼用される。このとき、端板（９）と支持板部分（７）との接合部分は、構造が簡単になり、重量を低減することができて好ましい。
【００１９】
軸ブラケット（１４）は、回転子ブラケット（２３）と一体であり兼用されている。嵌合部分は、支持板部分（７）に同体に結合される円筒形の嵌合ブラケット（３２）である。このとき、風車（２）は、構造がより簡単であり、より軽量である。
【００２０】
本発明による風力発電装置は、回転子（４３）が固着される円筒である回転子ブラケット（４５）と、固定子（４４）が固着される円筒である固定子ブラケット（４７）とを更に具備している。同期発電機（３）は、回転子（４３）と固定子（４４）とを有し、回転子ブラケット（４５）は、円筒の端（４６）が風車ロータ（６）に直接に固着され、固定子ブラケット（４７）は、円筒の端（４８）が支持板部分（７）に直接に固着されている。回転子（４３）の回転半径は、回転子（２１）の回転半径と異なる。風車ロータ（６）の回転軸（５）方向の長さを長くしないで、同期発電機（３）の容量を増加させることができ、好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明による風力発電装置の実施の形態を説明する。その風力発電装置１は、図１に示されているように、風車２が同期発電機３とともに設けられている。風車２は、固定系４と回転軸５を中心に回転するロータ系６とから形成されている。固定系４は、支持板部分７と嵌合部分８とを備えている。嵌合部分８は、回転軸５を軸とする円柱を形成している。支持板部分７は、端板９に固定されている。端板９は、鉛直方向を軸に回転可能にタワー１０に支持されている。タワー１０は、地表に固定されて建造されている。端板９は、ナセル１１と同体に固定されている。ナセル１１は、同期発電機３を内部に格納し、同期発電機３が風雨に曝されることを防止している。なお、端板９は、支持板部分７と兼用され、一体に形成されることができる。このとき、端板９と支持板部分７との接合部分は、構造が簡単になり、重量を低減することができる。
【００２２】
ロータ系６は、複数の翼１２と風車ロータ１３とを備えている。複数の翼１２は、風車ロータ１３に同体に接合されている。翼１２は、回転軸５と平行である風を受けると、風車ロータ１３が回転軸５を中心に回転する方向に揚力を発生させる。風車ロータ１３は、軸ブラケット１４を備えている。軸ブラケット１４は、円筒を形成し、その円筒の一方の端１５は、風車ロータ１３に同体に接合されている。軸ブラケット１４は、内側に嵌合部分８が挿入され、軸受け１６を介して嵌合部分８に滑り運動可能に支持されている。このため、ロータ系６は、回転軸５を中心に回転運動可能である。ロータ系６は、さらに、ロータカバー１７を備えている。ロータカバー１７は、風車ロータ１３に同体に接合され、風車ロータ１３を風雨に曝されることを防止し、ナセル１１の内部に雨水の侵入を防止している。
【００２３】
同期発電機３は、回転子２１と固定子２２とを備えている。回転子２１は、円筒を形成している回転子ブラケット２３に同体に接合されている。回転子ブラケット２３は、円筒の一方の端２４が風車ロータ１３に同体に接合されている。このような回転子２１の固定は、強度を向上させる。固定子２２は、円筒を形成している固定子ブラケット２５に同体に接合されている。固定子ブラケット２５は、円筒の一方の端２６が支持板部分７に同体に接合されている。
【００２４】
図２は、同期発電機３を詳細に示している。同期発電機３は、固定子ブラケット２５が回転軸５を中心とする円周上に固定子２２を配置している。固定子２２は、複数のコイルから形成され、その隣接するコイルは、互いに所定のピッチだけ離れている。回転子ブラケット２３は、固定子２２が形成する円周の内側の同心円上に回転子２１を配置している。回転子２１は、多極（たとえば、９６極）の永久磁石から形成され、その隣接する永久磁石は、互いに極が異なり所定のピッチだけ離れている。回転子２１として電磁石ではない永久磁石を用いていることにより、同期発電機３は回転子２１に電力を供給するスリップリングまたはブラシを必要としない。
【００２５】
固定子２２は、固定子ブラケット２５と嵌合部分８とに固定されている。回転子２１は、回転子ブラケット２３と軸ブラケット１４とともに回転軸５を中心に回転可能である。回転子２１が固定子２２に対して運動することにより、固定子２２のコイルには、それぞれ誘導電流が発生し、同期発電機３はその誘導電流を交流電力として出力する。回転子２１は、多極であることにより、回転子２１の角速度が小さいときにでも、同期発電機３は周波数が十分に高い交流電力を生成することができる。
【００２６】
この風力発電装置１は、同期発電機の径を大きくする円盤状の発電機ロータが設けられていない。このため、風車２と同期発電機３とに属するロータ系の構造を簡単にし、強度の向上、小型化、重量の軽減を可能にする。この結果、風車２と同期発電機３とを支持するタワー１０の強度を増大させる必要がなく、タワー１０の製造コストの増大を防止する。
【００２７】
ナセル１１は、回転軸５が風向に概ね平行になるように、タワー１０に対して回転する。風車２の翼１２は、風を受けると揚力を生成し、ロータ系６を回転させる。同期発電機３は、ロータ系６の回転により、回転子２１が回転し、交流電力を生成する。風車２のロータ系６は風速の変動により回転数が変動し、同期発電機３が出力する交流電力は周波数が変化する。この交流電力は、ＡＣ−ＤＣ−ＡＣリンクでのＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により、所定の周波数・電圧に制御されて送電系統に接続される。
【００２８】
このような動作により、突風に例示される風力の変動は、ロータ系６の回転の運動エネルギーの変動に変換して、電力に変換される。このため、風力の変動が風力発電装置１の強度に及ぼす影響が軽減され、電力系統に及ぼす影響が軽減される。さらに、インバータを介して電力送電系統に交流電力が投入するため、突入電流は発生しない。
【００２９】
図３は、風車の実施の他の形態を示している。その風車３５は、風力発電装置３１に適用され、軸ブラケットが回転子ブラケットと兼用されている。風車３５は、固定系４と回転軸５を中心に回転するロータ系６とから形成されている。固定系４は、支持板部分７と嵌合ブラケット３２とを備えている。嵌合ブラケット３２は、回転軸５を軸とする円筒を形成し、円筒の一方の端３３が支持板部分７に同体に接合されている。支持板部分７は、端板９に固定されている。
【００３０】
ロータ系６の風車ロータ１３は、軸ブラケット３６を備えている。軸ブラケット３６は、円筒を形成し、その円筒の一方の端３７は、風車ロータ１３に同体に接合されている。軸ブラケット３６は、内側に嵌合ブラケット３２が挿入され、軸受け３４を介して嵌合ブラケット３２に滑り運動可能に支持されている。このため、ロータ系６は、回転軸５を中心に回転運動可能である。
【００３１】
このとき、端板９と支持板部分７との接合部分は、構造が簡単になり、重量を低減することができる。
【００３２】
図４は、同期発電機の実施の他の形態を示している。その同期発電機３は、風力発電装置４１に適用され、同期発電機３と同期発電機４２とから形成されている。同期発電機３は、回転子２１と固定子２２とを備えている。回転子２１は、円筒を形成している回転子ブラケット２３に同体に接合されている。回転子ブラケット２３は、円筒の一方の端２４が風車ロータ１３に同体に接合されている。固定子２２は、円筒を形成している固定子ブラケット２５に同体に接合されている。固定子ブラケット２５は、円筒の一方の端２６が支持板部分７に同体に接合されている。
【００３３】
同期発電機４２は、回転子４３と固定子４４とを備えている。回転子４３は、円筒を形成している回転子ブラケット４５に同体に接合されている。回転子ブラケット４５は、円筒の一方の端４６が風車ロータ１３に同体に接合されている。固定子４４は、円筒を形成している固定子ブラケット４７に同体に接合されている。固定子ブラケット４７は、円筒の一方の端４８が支持板部分７に同体に接合されている。
【００３４】
風力発電装置４１は、同期発電機の回転軸５の方向の長さを増加させることなく、容量を増加することができる。なお、風力発電装置４１は、同期発電機３の外側に同心円にｎ個（ｎ＝１，２，３，…）の同期発電機をさらに設けることができる。このときも、風力発電装置４１は、同期発電機の回転軸５の方向の長さを増加させることなく、容量を増加することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明による風力発電装置は、同期発電機を軽量化、小型化することができる。その結果、タワーの強度を向上させる必要がなく、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による風力発電装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図２は、同期発電機を示す図１のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３】図３は、本発明による風力発電装置の実施の他の形態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明による風力発電装置の実施のさらに他の形態を示す断面図である。
【図５】図５は、公知の風力発電装置の実施の形態を示す断面図である。
【図６】図６は、同期発電機を示す図５のＢ−Ｂ線の断面図である。
【図７】図７は、風速と公知の風力発電装置の出力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：風力発電装置
２：風車
３：同期発電機
４：固定系
５：回転軸
６：ロータ系
７：支持板部分
８：嵌合部分
９：端板
１０：タワー
１１：ナセル
１２：翼
１３：風車ロータ
１４：軸ブラケット
１５：端
１６：軸受け
１７：ロータカバー
２１：回転子
２２：固定子
２３：回転子ブラケット
２４：端[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wind power generator, and more particularly to a wind power generator that generates power using a synchronous generator.
[0002]
[Prior art]
Wind turbines have long been used to generate rotational power from natural energy, and in recent years, wind power generators that convert wind power into electric power have been widely used. The wind power generation apparatus is desired to increase the scale of the supplied power and improve the quality. In general, in an area where wind power demand is large (power grid capacity is large) or for a wind farm, power is generated using an induction generator. An induction generator has a simple structure, is inexpensive, and is economically superior.
[0003]
However, the induction generator needs to be used in connection with a power transmission system in order to acquire excitation power, and cannot be operated alone. Furthermore, in the induction generator, the torque varies due to the fluctuation of the wind speed, the output fluctuates, and in an area where the power demand exemplified by the remote island is small (the power system capacity is small), the voltage is increased when power is supplied to the power transmission system. Since a disturbance such as a falling inrush current is given, it cannot be said to be an appropriate power source from the system side.
[0004]
The wind turbine generator to which the induction generator is applied includes a gear that converts the rotational speed of the windmill to a rotational motion that conforms to the required AC power frequency and transmits it to the generator. The gear is noisy and noisy. Furthermore, it is desired that the noise is smaller when the private house is near. Furthermore, the gear has a high failure rate. For this reason, it is desired not to use the gear. A wind turbine generator that does not include a gear can reduce a failure rate and reduce maintenance costs.
[0005]
For this reason, variable speed wind power generators that can supply power with reduced output fluctuations are drawing attention. As a variable speed wind power generator, it is desired to put into practical use a synchronous wind power generator that generates wind power using a synchronous generator that can follow fluctuations in wind speed.
[0006]
FIG. 5 shows a known wind power generator to which a synchronous generator is applied. In the wind turbine generator 101, a windmill 102 is provided together with a synchronous generator 103. The windmill 102 is formed of a fixed system 104 and a rotor system 106 that rotates about a rotating shaft 105. The fixed system 104 includes a support plate portion 107 and a fitting portion 108. The fitting portion 108 forms a cylinder having the rotation shaft 105 as an axis. The support plate portion 107 is fixed to the end plate 109. The end plate 109 is supported by the tower 110 so as to be rotatable about the vertical direction. The tower 110 is fixed and constructed on the ground surface. The end plate 109 is fixed to the same body as the nacelle 111. The nacelle 111 is stored inside the synchronous generator 103 to prevent the synchronous generator 103 from being exposed to wind and rain.
[0007]
The rotor system 106 includes a plurality of blades 112 and a windmill rotor 113. The plurality of blades 112 are joined to the wind turbine rotor 113 in the same body. When the blade 112 receives wind that is parallel to the rotation shaft 105, the blade 112 generates lift in a direction in which the wind turbine rotor 113 rotates about the rotation shaft 105. The windmill rotor 113 includes a shaft bracket 114. The shaft bracket 114 forms a cylinder, and one end 115 of the cylinder is joined to the wind turbine rotor 113 in the same body. The shaft bracket 114 has a fitting portion 108 inserted therein, and is supported by the fitting portion 108 via a bearing 116 so as to be slidable. For this reason, the rotor system 106 can rotate around the rotation shaft 105. The rotor system 106 further includes a rotor cover 117. The rotor cover 117 is joined to the wind turbine rotor 113 in the same body, prevents the wind turbine rotor 113 from being exposed to wind and rain, and prevents rainwater from entering the nacelle 111.
[0008]
The synchronous generator 103 includes a rotor 121 and a stator 122. The rotor 121 is joined to the generator rotor 123 having a disc shape. The generator rotor 123 is provided with a hole penetrating the central portion of the disk, and the inner wall surface of the hole is joined to the shaft bracket 114. The stator 122 is joined to the stator bracket 125 forming a cylinder in the same body. One end 126 of the cylinder of the stator bracket 125 is joined to the support plate portion 107 in the same body.
[0009]
FIG. 6 shows the synchronous generator 103 in detail. In the synchronous generator 103, the stator 122 is disposed on the circumference with the stator bracket 125 centering on the rotation shaft 105. The stator 122 is formed of a plurality of coils, and the adjacent coils are separated from each other by a predetermined pitch. In the generator rotor 123, the rotor 121 is arranged on a concentric circle inside the circumference formed by the stator 122. The rotor 121 is formed of multipolar (for example, 96) magnets, and the adjacent magnets have different poles and are separated by a predetermined pitch.
[0010]
The stator 122 is fixed to the stator bracket 125 and the fitting portion 108. The rotor 21 can rotate around the rotation shaft 105 together with the generator rotor 123 and the shaft bracket 114. As the rotor 121 moves relative to the stator 122, an induction current is generated in each of the coils of the stator 122, and the synchronous generator 103 outputs the induction current as AC power. Since the rotor 121 is multipolar, the synchronous generator 103 can generate AC power having a sufficiently high frequency even when the angular velocity of the rotor 121 is small.
[0011]
The nacelle 111 rotates relative to the tower 110 so that the rotation axis 105 is substantially parallel to the wind direction. When receiving wind, the blades 112 of the windmill 102 generate lift and rotate the rotor system 106. In the synchronous generator 103, the rotor 121 is rotated by the rotation of the rotor system 106, and AC power is generated. The rotational speed of the rotor system 106 of the windmill 102 varies due to variations in wind speed, and the frequency of the AC power output from the synchronous generator 103 varies. This AC power is controlled to a predetermined frequency and voltage by PWM (Pulse Width Modulation) control in the AC-DC-AC link, and is connected to the power transmission system.
By such an operation, the fluctuation of the wind force exemplified by the gust is converted into the fluctuation of the kinetic energy of the rotation of the rotor system 6 and is converted into electric power. For this reason, the influence which the fluctuation | variation of a wind force has on the intensity | strength of the wind power generator 1 is reduced, and the influence which acts on an electric power grid | system is reduced. Furthermore, since AC power is input to the power transmission system via the inverter, no inrush current is generated.
[0012]
The graph of FIG. 7 shows the relationship between the wind speed and the power output from the synchronous generator 103 applied by the wind power generator 101. The wind speed varies with time, and the electric power output from the synchronous generator 103 also varies with the variation of the wind speed. However, the windmill temporarily stores the inertial force of rotation and makes the rotation speed uniform. For this reason, the rotation of the windmill absorbs or releases the rotational force caused by the wind and reduces the rotational fluctuation (flywheel effect). As a result, the fluctuation range of the output is smaller than the fluctuation range of the wind power.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a wind turbine generator having a simple structure.
The other subject of this invention is providing the wind power generator which improves the intensity | strength of a synchronous generator.
Still another object of the present invention is to provide a wind turbine generator that reduces the weight of a synchronous generator.
Still another object of the present invention is to provide a wind turbine generator that reduces the size of a synchronous generator.
Still another object of the present invention is to provide a wind turbine generator that reduces the size of the synchronous generator and reduces the manufacturing cost.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the embodiments of the present invention. These numbers and symbols are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and the description of [Mode for carrying out the invention], and are described in [Claims]. It should not be used to interpret the technical scope of the claimed invention.
[0015]
A wind turbine generator according to the present invention includes a wind turbine rotor (6) that rotates by wind, a synchronous generator (6) that includes a rotor (21) that generates a rotating magnetic field, and a stator (22) that generates an induced current by the rotating magnetic field. 3) and a rotor bracket (23) which is a cylinder to which the rotor (21) is fixed. The rotor bracket (23) has a cylindrical end (24) fixed directly to the wind turbine rotor (6). In the rotor bracket (23), the rotor (21) is substantially directly fixed, and the rotation radius of the rotor (21) is increased. The rotor bracket (23) further simplifies the wind power generator (1) from the structure of rotating the rotor (21) via a shaft that transmits rotational power from the wind turbine rotor (6), and improves the strength.
[0016]
The wind turbine generator according to the present invention has a cylindrical shaft bracket (14) whose end (15) is directly fixed to the wind turbine rotor (6), and is inserted into the shaft bracket (14) so as to be able to rotate and rotate. A fitting portion (8, 32) for supporting the wind turbine rotor (6) so as to be rotatable about the shaft (5), and a support plate portion (7) joined to the fitting portion (8, 32) in the same body; And a stator bracket (25) joined to the support plate portion (7). In the stator bracket (25), the stator (22) is preferably arranged outside the rotor (21) with respect to the rotation axis (5).
[0017]
The shaft bracket (14) is preferably arranged inside the rotor bracket (21).
[0018]
The wind turbine generator according to the present invention further includes an end plate (9) and a tower (10) that rotatably supports the end plate (9) around the vertical direction. The support plate portion (7) is integral with the end plate (9). At this time, the joining portion between the end plate (9) and the support plate portion (7) is preferable because the structure is simple and the weight can be reduced.
[0019]
The shaft bracket (14) is integral with the rotor bracket (23). The fitting portion is a cylindrical fitting bracket (32) coupled to the support plate portion (7) in the same body. At this time, the windmill (2) has a simpler structure and is lighter.
[0020]
The wind turbine generator according to the present invention further includes a rotor bracket (45) that is a cylinder to which the rotor (43) is fixed, and a stator bracket (47) that is a cylinder to which the stator (44) is fixed. is doing. The synchronous generator (3) has a rotor (43) and a stator (44), and the rotor bracket (45) has a cylindrical end (46) fixed directly to the wind turbine rotor (6), The stator bracket (47) has a cylindrical end (48) fixed directly to the support plate portion (7). The rotation radius of the rotor (43) is different from the rotation radius of the rotor (21). The capacity of the synchronous generator (3) can be increased without increasing the length of the wind turbine rotor (6) in the direction of the rotation axis (5), which is preferable.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the wind turbine generator 1 includes a windmill 2 together with a synchronous generator 3. The windmill 2 is formed of a fixed system 4 and a rotor system 6 that rotates about a rotating shaft 5. The fixing system 4 includes a support plate portion 7 and a fitting portion 8. The fitting portion 8 forms a cylinder having the rotation shaft 5 as an axis. The support plate portion 7 is fixed to the end plate 9. The end plate 9 is supported by the tower 10 so as to be rotatable about the vertical direction. The tower 10 is constructed by being fixed to the ground surface. The end plate 9 is fixed to the same body as the nacelle 11. The nacelle 11 stores the synchronous generator 3 therein and prevents the synchronous generator 3 from being exposed to wind and rain. The end plate 9 is also used as the support plate portion 7 and can be formed integrally. At this time, the joint portion between the end plate 9 and the support plate portion 7 has a simple structure and can reduce the weight.
[0022]
The rotor system 6 includes a plurality of blades 12 and a windmill rotor 13. The plurality of blades 12 are joined to the wind turbine rotor 13 in the same body. When the blade 12 receives wind that is parallel to the rotation shaft 5, the blade 12 generates lift in the direction in which the wind turbine rotor 13 rotates about the rotation shaft 5. The windmill rotor 13 includes a shaft bracket 14. The shaft bracket 14 forms a cylinder, and one end 15 of the cylinder is joined to the wind turbine rotor 13 in the same body. The shaft bracket 14 has a fitting portion 8 inserted inside, and is supported by the fitting portion 8 via a bearing 16 so as to be able to slide. For this reason, the rotor system 6 can rotate about the rotation shaft 5. The rotor system 6 further includes a rotor cover 17. The rotor cover 17 is joined to the wind turbine rotor 13 in the same body, prevents the wind turbine rotor 13 from being exposed to wind and rain, and prevents rainwater from entering the nacelle 11.
[0023]
The synchronous generator 3 includes a rotor 21 and a stator 22. The rotor 21 is joined to the rotor bracket 23 forming a cylinder in the same body. One end 24 of the cylinder of the rotor bracket 23 is joined to the wind turbine rotor 13 in the same body. Such fixing of the rotor 21 improves the strength. The stator 22 is joined to the stator bracket 25 forming a cylinder in the same body. One end 26 of the cylinder of the stator bracket 25 is joined to the support plate portion 7 in the same body.
[0024]
FIG. 2 shows the synchronous generator 3 in detail. In the synchronous generator 3, the stator 22 is arranged on the circumference with the stator bracket 25 as the center of the rotation shaft 5. The stator 22 is formed of a plurality of coils, and adjacent coils are separated from each other by a predetermined pitch. In the rotor bracket 23, the rotor 21 is arranged on a concentric circle inside the circumference formed by the stator 22. The rotor 21 is formed of multipole (for example, 96 poles) permanent magnets, and the adjacent permanent magnets have different poles and are separated by a predetermined pitch. By using a permanent magnet that is not an electromagnet as the rotor 21, the synchronous generator 3 does not require a slip ring or a brush that supplies power to the rotor 21.
[0025]
The stator 22 is fixed to the stator bracket 25 and the fitting portion 8. The rotor 21 can rotate around the rotation shaft 5 together with the rotor bracket 23 and the shaft bracket 14. As the rotor 21 moves relative to the stator 22, induced currents are generated in the coils of the stator 22, and the synchronous generator 3 outputs the induced current as alternating current power. Since the rotor 21 is multipolar, the synchronous generator 3 can generate AC power having a sufficiently high frequency even when the angular velocity of the rotor 21 is small.
[0026]
The wind power generator 1 is not provided with a disk-shaped generator rotor that increases the diameter of the synchronous generator. For this reason, the structure of the rotor system belonging to the wind turbine 2 and the synchronous generator 3 is simplified, and the strength can be improved, the size can be reduced, and the weight can be reduced. As a result, it is not necessary to increase the strength of the tower 10 that supports the wind turbine 2 and the synchronous generator 3, and an increase in the manufacturing cost of the tower 10 is prevented.
[0027]
The nacelle 11 rotates with respect to the tower 10 so that the rotation axis 5 is substantially parallel to the wind direction. When receiving wind, the blades 12 of the windmill 2 generate lift and rotate the rotor system 6. In the synchronous generator 3, the rotor 21 is rotated by the rotation of the rotor system 6 to generate AC power. The rotational speed of the rotor system 6 of the windmill 2 fluctuates due to fluctuations in wind speed, and the frequency of the AC power output from the synchronous generator 3 changes. This AC power is controlled to a predetermined frequency and voltage by PWM (Pulse Width Modulation) control in the AC-DC-AC link, and is connected to the power transmission system.
[0028]
By such an operation, the fluctuation of the wind force exemplified by the gust is converted into the fluctuation of the kinetic energy of the rotation of the rotor system 6 and is converted into electric power. For this reason, the influence which the fluctuation | variation of a wind force has on the intensity | strength of the wind power generator 1 is reduced, and the influence which acts on an electric power grid | system is reduced. Furthermore, since AC power is input to the power transmission system via the inverter, no inrush current is generated.
[0029]
FIG. 3 shows another embodiment of the windmill. The windmill 35 is applied to the wind power generator 31 and the shaft bracket is also used as the rotor bracket. The windmill 35 is formed of a fixed system 4 and a rotor system 6 that rotates about a rotating shaft 5. The fixing system 4 includes a support plate portion 7 and a fitting bracket 32. The fitting bracket 32 forms a cylinder having the rotating shaft 5 as an axis, and one end 33 of the cylinder is joined to the support plate portion 7 in the same body. The support plate portion 7 is fixed to the end plate 9.
[0030]
The wind turbine rotor 13 of the rotor system 6 includes a shaft bracket 36. The shaft bracket 36 forms a cylinder, and one end 37 of the cylinder is joined to the wind turbine rotor 13 in the same body. The shaft bracket 36 has a fitting bracket 32 inserted inside, and is supported by the fitting bracket 32 via a bearing 34 so as to be slidable. For this reason, the rotor system 6 can rotate about the rotation shaft 5.
[0031]
At this time, the joint portion between the end plate 9 and the support plate portion 7 has a simple structure and can reduce the weight.
[0032]
FIG. 4 shows another embodiment of the synchronous generator. The synchronous generator 3 is applied to the wind power generator 41 and is formed of the synchronous generator 3 and the synchronous generator 42. The synchronous generator 3 includes a rotor 21 and a stator 22. The rotor 21 is joined to the rotor bracket 23 forming a cylinder in the same body. One end 24 of the cylinder of the rotor bracket 23 is joined to the wind turbine rotor 13 in the same body. The stator 22 is joined to the stator bracket 25 forming a cylinder in the same body. One end 26 of the cylinder of the stator bracket 25 is joined to the support plate portion 7 in the same body.
[0033]
The synchronous generator 42 includes a rotor 43 and a stator 44. The rotor 43 is joined to the rotor bracket 45 forming a cylinder in the same body. One end 46 of the cylinder of the rotor bracket 45 is joined to the wind turbine rotor 13 in the same body. The stator 44 is joined to a stator bracket 47 forming a cylinder in the same body. One end 48 of the cylinder of the stator bracket 47 is joined to the support plate portion 7 in the same body.
[0034]
The wind power generator 41 can increase the capacity without increasing the length of the synchronous generator in the direction of the rotating shaft 5. The wind power generator 41 can further include n (n = 1, 2, 3,...) Synchronous generators concentrically outside the synchronous generator 3. Also at this time, the wind turbine generator 41 can increase the capacity without increasing the length of the synchronous generator in the direction of the rotating shaft 5.
[0035]
【The invention's effect】
The wind power generator according to the present invention can reduce the weight and size of the synchronous generator. As a result, it is not necessary to improve the strength of the tower, and the manufacturing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a wind turbine generator according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 showing a synchronous generator.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the wind turbine generator according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the wind power generator according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an embodiment of a known wind power generator.
6 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 5 showing a synchronous generator.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the wind speed and the output of a known wind power generator.
[Explanation of symbols]
1: wind power generator 2: wind turbine 3: synchronous generator 4: fixed system 5: rotating shaft 6: rotor system 7: support plate portion 8: fitting portion 9: end plate 10: tower 11: nacelle 12: blade 13: Wind turbine rotor 14: shaft bracket 15: end 16: bearing 17: rotor cover 21: rotor 22: stator 23: rotor bracket 24: end

Claims

A windmill rotor that is rotated by the wind;
A synchronous generator having a rotor that generates a rotating magnetic field and a stator that generates an induced current by the rotating magnetic field;
A rotor bracket which is a cylinder to which the rotor is fixed ;
A cylindrical shaft bracket whose end is directly secured to the wind turbine rotor;
A fitting portion that is inserted into the shaft bracket so as to be capable of rotating, and that supports the wind turbine rotor so as to be rotatable around a rotating shaft;
A support plate portion joined to the fitting portion in the same body;
A stator bracket jointly joined to the support plate portion;
End plates,
A tower that rotatably supports the end plate around a vertical direction ;
The rotor bracket has an end of the cylinder fixed directly to the wind turbine rotor ,
The stator bracket is arranged on the outer side of the rotor with respect to the rotation axis,
The shaft bracket is disposed inside the rotor bracket;
The support plate portion is a wind power generator integrated with the end plate .

A windmill rotor that is rotated by the wind;
A synchronous generator having a rotor that generates a rotating magnetic field and a stator that generates an induced current by the rotating magnetic field;
A rotor bracket which is a cylinder to which the rotor is fixed;
A cylindrical shaft bracket whose end is directly secured to the wind turbine rotor;
A fitting portion that is inserted into the shaft bracket so as to be capable of rotating, and that supports the wind turbine rotor so as to be rotatable around a rotating shaft;
A support plate portion joined to the fitting portion in the same body;
A stator bracket joined to the support plate portion in the same body,
The rotor bracket has an end of the cylinder fixed directly to the wind turbine rotor,
The stator bracket is arranged on the outer side of the rotor with respect to the rotation axis,
The shaft bracket is disposed inside the rotor bracket;
The shaft bracket is integrated with the rotor bracket,
The fitting portion is a cylindrical fitting bracket coupled to the support plate portion in the same body.

A windmill rotor that is rotated by the wind;
A synchronous generator having a rotor that generates a rotating magnetic field and a stator that generates an induced current by the rotating magnetic field;
A rotor bracket which is a cylinder to which the rotor is fixed;
A cylindrical shaft bracket whose end is directly secured to the wind turbine rotor;
A fitting portion that is inserted into the shaft bracket so as to be capable of rotating, and that supports the wind turbine rotor so as to be rotatable around a rotating shaft;
A support plate portion joined to the fitting portion in the same body;
A stator bracket jointly joined to the support plate portion;
Another rotor bracket, which is a cylinder to which the other rotor is fixed, and
Holders of Bei and another stator bracket is a cylinder other stator is fixed,
The rotor bracket has an end of the cylinder fixed directly to the wind turbine rotor,
The stator bracket is arranged on the outer side of the rotor with respect to the rotation axis,
The shaft bracket is disposed inside the rotor bracket;
The synchronous generator has the other rotor and the other stator,
The other rotor bracket has an end of the cylinder fixed directly to the wind turbine rotor,
The other stator bracket has an end of the cylinder fixed directly to the support plate portion,
A wind power generator in which a rotation radius of the other rotor is different from a rotation radius of the rotor.

  A windmill rotor that is rotated by the wind;
  A synchronous generator having a rotor that generates a rotating magnetic field and a stator that generates an induced current by the rotating magnetic field;
  A rotor bracket which is a cylinder to which the rotor is fixed;
  A cylindrical shaft bracket whose end is directly secured to the wind turbine rotor;
  A fitting portion that is inserted into the shaft bracket so as to be capable of rotating, and that supports the wind turbine rotor so as to be rotatable around a rotating shaft;
  A support plate portion joined to the fitting portion in the same body;
  A stator bracket joined to the support plate portion in the same body,
  The rotor bracket has an end of the cylinder fixed directly to the wind turbine rotor,
  The stator bracket is arranged on the outer side of the rotor with respect to the rotation axis,
  The shaft bracket is separate from the rotor bracket and is disposed inside the rotor bracket.
  Wind power generator.

  A windmill rotor that is rotated by the wind;
  A synchronous generator having a rotor that generates a rotating magnetic field and a stator that generates an induced current by the rotating magnetic field;
  A rotor bracket which is a cylinder to which the rotor is fixed;
  A cylindrical shaft bracket whose end is directly secured to the wind turbine rotor;
  A fitting portion that is inserted into the shaft bracket so as to be capable of rotating, and that supports the wind turbine rotor so as to be rotatable around a rotating shaft;
  A support plate portion joined to the fitting portion in the same body;
  A stator bracket joined to the support plate portion in the same body,
  The rotor bracket has an end of the cylinder fixed directly to the wind turbine rotor,
  The stator bracket is arranged on the outer side of the rotor with respect to the rotation axis,
  The shaft bracket is separate from the rotor bracket and is disposed inside the rotor bracket;
  A gap is formed between the shaft bracket and the rotor bracket.
  Wind power generator.

  A windmill rotor that is rotated by the wind;
  A synchronous generator having a rotor that generates a rotating magnetic field and a stator that generates an induced current by the rotating magnetic field;
  A rotor bracket which is a cylinder to which the rotor is fixed;
  A cylindrical shaft bracket whose end is directly secured to the wind turbine rotor;
  A fitting portion that is inserted into the shaft bracket so as to be capable of rotating, and that supports the wind turbine rotor so as to be rotatable around a rotating shaft;
  A support plate portion joined to the fitting portion in the same body;
  A stator bracket joined to the support plate portion in the same body,
  The rotor bracket has an end of the cylinder fixed directly to the wind turbine rotor,
  The stator bracket is arranged on the outer side of the rotor with respect to the rotation axis,
  The shaft bracket is separate from the rotor bracket and is disposed inside the rotor bracket;
  The shaft bracket is separated from the rotor bracket
  Wind power generator.