JP3989693B2 - Wind power generator - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷却構造を有する風力発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、風力発電装置では、装置内に設置された発電機から発生する熱を効率よく機外に放出し、装置内温度を規格値以下に下げて機器の信頼性を保つ必要がある。このため、従来の風力発電装置では、全密閉型の発電機を設置した装置内において、風力を受けるブレードを固定した水平軸に送風ファンを取り付け、この送風ファンにより吸気口から外気を取り入れて発熱体である発電機を冷却していた。
【０００３】
上記のような冷却構造を有する従来の風力発電装置の一例を以下に説明する。図３０は特開昭５８−６５９７７号公報に記載された従来の風力発電装置の構成を示す断面図であり、図３１は図３０に示した風力発電装置の冷却構造の要部を拡大して示す断面図である。図において１は例えば地形上の高所、島、岬等の風の強い地面、風況のよい沿岸やオフショアと呼ばれる沖合いに垂直に立設されるポールである。ポール１の上部には後述の発電機を内蔵するナセル２が固定されている。ナセル２の先端部（風上側）には複数のブレード３を放射状に固定したハブ４が配され、このハブ４は密閉型発電機５のロータ（図示せず）を回転駆動する回転軸である水平軸６の先端部に取り付けられている。この水平軸６にはブレード３の回転速度を増速して上記ロータ（図示せず）に伝達する増速機７及び水平軸６の回転を停止させるブレーキ８が取り付けられている。さらに、水平軸６の先端側にはナセル２内を強制換気して上記密閉型発電機５を冷却する送風ファン９が取り付けられている。ナセル２の底部には密閉型発電機５の近傍に外気をナセル２内に導入するための吸気口１０が形成され、また上記送風ファン９の近傍であってナセル２の天井部及び底部には密閉型発電機５から発生する熱を外部に排出するための排気口１１が形成されている。排気口１１は図３１に示すようにラビリンス構造になっており、熱流Ｈが外部に排出される。
【０００４】
このような冷却構造では、水平軸６に設置された送風ファン９により、強制的にナセル２内の換気を行い、密閉型発電機５から発生する熱を外気に排出して、ナセル２内に残留する熱による性能低下を防止するとされ、また、吸気口１０および排気口１１が上述のような構造であるので、降雨や降雪に対し、雨や雪のナセル２内への浸入を防ぐことができるため、内蔵機器類の腐食を防止するとされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、クリーンで資源量として極めて大きい風力を用いた風力発電に対する期待が高まっており、需要増大に伴い、より高出力、高効率及びメンテナンス性の良い風力発電装置が求められている。
【０００６】
しかしながら、従来の冷却構造を有する風力発電装置では、送風ファン９がブレード３で得た風力に基づく駆動力の一部を消費してしまうため、風力発電装置の発電効率が低下するという課題があった。
【０００７】
また、従来の冷却構造を有する風力発電装置では、吸気口１０及び排気口１１の構造を工夫しただけでは、ナセル２内に取り込まれる外気に含まれる水分及び塩分等を外気から容易に分離できないため、ナセル２内の機器類の腐食を完全には防止できず、そのため、密閉型発電機５以外の内蔵機器類にも防食措置を施さなければならないという課題があった。
【０００８】
さらに、従来の冷却構造を有する風力発電装置では、水分及び塩分等を外気から除去するために、吸気口１０にフィルタ等を設置した場合には、フィルタ交換などのメンテナンス作業が増えるほか、排気口１１をラビリンス構造にするためにナセル２の構造が複雑になるという課題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、簡便な構造で装置内の温度を規格値以下に下げる冷却構造を有する風力発電装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る風力発電装置は、垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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と、該ステータをフレームの軸線方向の両側から挟む風上側クランパと風下側クランパを含む発電機と、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、前記風下側クランパの上部は、前記フィンより半径方向外方に突出したことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明に係る風力発電装置は、垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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と、該ステータをフレームの軸線方向の両側から挟む風上側クランパと風下側クランパを含む発電機と、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、前記風上側クランパの上部および前記風下側クランパの上部の少なくとも一方は、前記フレームより半径方向外方に突出し、前記フィンが、前記風上側クランパの上部および前記風下側クランパの上部より半径方向外側に突出していることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明に係る風力発電装置は、フィンの少なくとも風上側の先端部をブレードの回転方向と鋭角をなすようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明に係る風力発電装置は、フィンが、風下方向に徐々に軸線方向に湾曲することを特徴とするものである。
【００１４】
この発明に係る風力発電装置は、垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備え、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設けた風力発電装置において、前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、前記フィンは、前記フレーム軸線方向に複数に分割され、該分割された複数のフィンのうち前記フレームの軸線方向で隣接するフィン同士は、前記フレームの周方向に位置ずれしていることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明に係る風力発電装置は、複数のフィンのうち少なくとも風上側の分割フィンは、ブレードの回転方向と鋭角をなしていることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明に係る風力発電装置は、垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出し外気の流れ方向に複数設置された円柱状の突起物であることを特徴とするものである。
【００１７】
この発明に係る風力発電装置は、垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、前記フレームの上部および前記フレームの下部の少なくとも一方に設置されている前記フィンのピッチは、前記フレームの周方向に不均一であることを特徴とするものである。
【００１８】
この発明に係る風力発電装置は、垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、前記フィンの高さは、前記フレームの周方向に不均一であることを特徴とするものである。
【００１９】
この発明に係る風力発電装置は、垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、前記放熱部は、前記フレームの周方向に延在する外周壁であることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明に係る風力発電装置は、垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、少なくとも前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームを覆い、かつ前記ブレードを介して前記発電機のロータに回転力を与えた風を前記フレーム近傍に導くカバーを備え、前記カバーは、軸方向に前記ブレードと干渉しない位置に設置されていることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明に係る風力発電装置は、カバーの風上側の部分は、フレームとの離間距離が風上側から風下側にかけて徐々に短くなるように構成されたことを特徴とするものである。
【００２２】
この発明に係る風力発電装置は、カバーの風下側の部分は、フレームとの離間距離が風上側から風下側にかけて徐々に長くなるように構成されたことを特徴とするものである。
【００２３】
この発明に係る風力発電装置は、カバーは、フレームの周方向の上部および下部の少なくとも一方に設置されることを特徴とするものである。
【００２４】
この発明に係る風力発電装置は、カバーの風下側端面が、フレームの外周面に対して対向して設置されることを特徴とするものである。
【００２５】
この発明に係る風力発電装置は、ブレードを介してロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により発電機から発生した熱を放出する放熱部を、フレームに設け、前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、カバーを支持する支柱は、前記フィンであることを特徴とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの実施の形態１に係る風力発電装置の正面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は図２に示した風力発電装置の放熱部を拡大して示す断面図であり、図４は図３の放熱部の作用を説明するための斜視図である。なお、この実施の形態１の構成要素のうち図３０及び図３１に示した従来の風力発電装置の構成要素と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する（以下、各実施の形態において同じ）。
【００３１】
この実施の形態１に係る風力発電装置は図３０及び図３１に示した従来の風力発電装置とは異なり、増速機７を有しないタイプであるが、この発明は増速機を設けたタイプの風力発電装置にも適用できることは言うまでもない。
【００３２】
この実施の形態１では、風を受けるための３本のブレード３を等間隔で放射状に固定するハブ４が整流効果を有する紡錘状のボス１２内に収容されている。ハブ４は水平軸６の先端部（風上側）に固定されている。この水平軸６は風向風速計（図示せず）及びこれに連動した方位制御機構（図示せず）により常に風向に向かって配置されるように構成されている。この水平軸６は軸受け４０を介して、ポール１の上部に固定された固定軸１３に回転可能に取り付けられている。水平軸６には発電機５のロータ１４が固定されており、このロータ１４の外側には一定の隙間１５をもってステータ１６が配されている。ロータ１４とステータ１６とは上記発電機５を構成している。ステータ１６は積層状に積まれた珪素鋼板からなるステータコア１７とこれに巻回されたステータコイル１８とを含むもので、風上側クランパ１９および風下側クランパ２０により挟まれた状態でステイ２１を介して上記固定軸１３に固定されている。
【００３３】
ナセル２は、ポール１の上部、固定軸１３及びステイ２１の外壁を構成しており、その内部を密閉している。このナセル２の風上側には発電機５が配置されており、発電機５のステータコア１７の外側にはステータ１６と外気とを仕切る円筒状のフレーム２２が設けられている。この実施の形態１では、風上側クランパ１９の上面とフレーム２２の外周面とが面一に形成されており、ブレード３と共に回転するボス１２の外表面とフレーム２２の外周面とは連続面を構成している。このようなフレーム２２の外周面には当該フレーム２２の半径方向外方に突出しかつ当該フレーム２２の軸線方向に延在する複数のフィン（放熱部）２３が当該フレーム２２の周方向に等間隔に設けられている。各フィン２３は風向に沿って配置された矩形状の壁構造であって、その上面は風下側クランパ２０の上面よりも若干低く設定されている。
【００３４】
次に動作について説明する。
まず、ブレード３が風力の大きい外気２４を受けて所定方向Ａに回転すると、水平軸６を介して発電機５のロータ１４がステータ１６の内側で回転し、その運動エネルギが電気エネルギに変換されることで発電が開始される。この発電に伴って発電機５から発生する熱はステータコア１７を介してフレーム２２及びフィン２３に伝わり、外気２４に放出される。
【００３５】
一方、ブレード３を回転させた風力の大きい外気２４は回転するブレード３間を通過し、ボス１２の外表面に沿って流れ、フレーム２２及びフィン２３近傍に到達するが、図３に示すように、その外気２４の流れにはその粘性のため境界層２５が発達する。この境界層２５には、ボス１２の外表面及びフレーム２２の外周面により外気２４が押し退けられるためにフレーム２２の外周面から或る距離だけ離れた位置に主流より速度の大きい極大値Ｍが存在する。ボス１２の外表面に沿って境界層２５が発達するため、フレーム２２の外周面では境界層２５が厚くなる。この境界層２５を形成する外気２４をフレーム２２の外周面から突出したフィン２３に接触させることで、フィン２３から熱を効率よく奪う。これによりステータコア１７を含むステータ１６から隙間１５、フレーム２２及びフィン２３への熱流Ｈ及びステータ１６、隙間１５、フレーム２２及びフィン２３から風下側クランパ２０への熱流Ｈを効率よく発生させ、フレーム２２の他、フィン２３及び風下側クランパ２０の外表面から効率よく外気２４に放熱させる。
【００３６】
以上のように、この実施の形態１によれば、フレーム２２上にフィン２３を設けたことにより外気２４への放熱面積を拡大することができるので、フレーム２２にフィン２３を設けない場合よりも格段に冷却性能を向上させることができる。
【００３７】
この実施の形態１では、フィン２３よりも高く設定した風下側クランパ２０に、フィン２３間を通過してきた外気２４を衝突させることにより風下側クランパ２０の外表面からの放熱を促進することができる。
【００３８】
この実施の形態１では、ブレード３を回転させない程度の風力の小さい外気２４がフィン２３に接触した場合でも、フィン２３を冷却することでフレーム２２を通じて発電機５内を常に冷却しておくことができるので、発電機５内の各機器を低温で保持しておくことができ、熱による機器の性能低下を防止することができる。
【００３９】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図である。この実施の形態２の特徴は、フレーム２２の軸線方向（風向）に配設された放熱部としてのフィン２３を複数列（この実施の形態２では３列）に分割し、フレーム２２の軸線方向に隣接する分割フィンを風向に対する重なりを避けるためにフレーム２２の周方向にずらした点にある。この実施の形態２では、風上側から３列の分割フィン２３ａ，２３ｂ，２３ｃがフレーム２２の外周面に形成されており、２列目の分割フィン２３ｂは１列目の分割フィン２３ａ及び３列目の分割フィン２３ｃと風力の大きい外気２４の流れに対して重ならないように、１列目の分割フィン２３ａ間または３列目の分割フィン２３ｃ間に配置されている。
【００４０】
次に動作について説明する。
図５に示すように、風上側から１列目の分割フィン２３ａの先端には直接外気２４の主流が衝突するため、先端及び先端周辺の分割フィン２３ａの側面では境界層２５が薄いので高い熱伝達率が得られる。しかし、外気２４が分割フィン２３ａの側面に沿って流れる間に境界層２５が厚くなり、熱伝達率が低下する。この実施の形態２では、実施の形態１におけるフィン２３が途中で分割され、風下側の２列目の分割フィン２３ｂが１列目の分割フィン２３ａに対してフレーム２２の周方向にずれて設置されているため、上記１列目の分割フィン２３ａと同様に、２列目の分割フィン２３ｂの先端に直接外気２４の主流が衝突する。このため、分割フィン２３ａの場合と同様に、その先端及び先端周辺の分割フィン２３ｂの側面では境界層２５が薄い状態となり、高い熱伝達率が得られる。このような物体先端で高い熱伝達率が得られることを境界層更新効果と呼ぶ。３列目の分割フィン２３ｃについても同様に境界層更新効果が得られる。
【００４１】
以上のように、この実施の形態２によれば、外気２４の流れ方向に分割し、かつその流れ方向に交差する方向であるフレーム２２の周方向にずらした分割フィン２３ａ，２３ｂ，２３ｃを設置することにより、放熱面積が拡大する効果だけでなく、外気２４の流れ方向に沿って境界層更新効果による高い熱伝達率の箇所を複数得ることができ、これにより高い冷却性能を得ることができる。
【００４２】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図である。この実施の形態３の特徴は、実施の形態２における放熱部としての分割フィン２３ａ，２３ｂ，２３ｃに代えて、突起物、例えば円柱状のピン（放熱部）２６ａ，２６ｂ，２６ｃをフレーム２２の外周面に設け、これら３列のピン２６ａ，２６ｂ，２６ｃを風力の大きい外気２４の流れに対して重ならないように、千鳥格子状に分散配置した点にある。
【００４３】
次に動作について説明する。
図６に示すように、風上側の１列目のピン２６ａの先端には直接外気２４の主流が衝突するため、その先端及び先端周辺のピン２６ａの外周面では境界層２５が薄くなり、高い熱伝達率が得られる。２列目以降のピン２６ｂ，２６ｃでも、境界層更新効果により高い熱伝達率が得られる。
【００４４】
以上のように、この実施の形態３によれば、突起状のピン２６ａ，２６ｂ，２６ｃをフレーム２２の外表面に設置することにより、放熱面積が拡大する効果だけでなく、外気２４の流れ方向に沿って境界層更新効果による高い熱伝達率の箇所を複数得ることができること、各ピン２６ａ，２６ｂ，２６ｃの風下側で発生する気流の渦により２列目以降のピン２６ｂ，２６ｃ間を流れる外気２４の乱れ度が増大し、風下側のピン２６ｂ，２６ｃにおける熱伝達率が増加することにより、高い冷却性能が得られる。
【００４５】
この実施の形態３では、外気２４の流れ方向とピン２６ａ，２６ｂ，２６ｃ設置方向の位置関係に関係なく、前述の効果が得られる。
【００４６】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図であり、図８は図７に示した放熱部の作用を説明するための斜視図である。
この実施の形態４の特徴は、実施の形態１におけるフィン２３がフレーム２２の軸線方向からフレーム２２の周方向に傾いて設置される構成となっている点にある。
【００４７】
次に風力発電装置の外表面における外気の流れについて説明する。
図８に示すように、ボス１２の外表面付近では、ボス１２の外表面の回転速度と空気の粘性によりその周方向の境界層２７が発達する。この周方向の境界層２７はボス１２の外表面でボス１２の回転周速に一致し、そのボス１２の外表面から離れるに従い急速に減速する。一方、軸線方向の境界層２５はボス１２の外表面付近で速度が０ｍ／ｓになる。外気２４の流れはこれら境界層２５，２７を合成したものであるから、周方向に傾くことになる。ボス１２の端面の風下側に接近した位置に放熱面であるフレーム２２が設けられている場合には、外気２４の流れは軸線方向からある角度を持って流入する。
【００４８】
次に動作について説明する。
図７に示すように、各フィン２３が角度を持ってフレーム２２の外周面に設置されている場合には、各フィン２３の入り口で外気２４がフィン２３に沿って流入するため、入り口での損失が減少し、各フィン２３間を流れる流量が増大する。また、外気２４の速度は、周速度分だけ増速されているので、フィン２３の側面では周速分だけ速い流速となる。
【００４９】
以上のように、この実施の形態４によれば、フィン２３をボス１２あるいはブレード３の回転方向Ａとの角度が鋭角になるように設置することにより、放熱面積増大の効果だけでなく、フィン２３の入り口での損失低減によるフィン２３間への流量増大と、周速成分を含んだ外気２４がフィン２３の側面を流れることにより、フィン２３の外表面で高い熱伝達が得られるので、冷却性能を改善することができる。
【００５０】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図である。この実施の形態５の特徴は、各フィン２３の先端部を周方向に傾け、徐々に軸線方向に湾曲する構成した点にある。
【００５１】
次に動作について説明する。
図９に示すように、フィン２３の入り口で外気２４が各フィン２３に沿って流入するため、入り口での損失が減少する。また、フィン２３が軸線方向に湾曲しているので、外気２４が遠心力によりフィン２３側面に沿って流れる。
【００５２】
以上のように、この実施の形態５によれば、フィン２３を回転方向から徐々に軸線方向に湾曲した形状としたことにより、放熱面積増大の効果だけでなく、入り口での損失減少によりフィン２３間の流量が増大すること、フィン２３側面に沿って周速成分による増速した外気が流れるため高い熱伝達率が得られるので、冷却性能を改善することができる。
【００５３】
実施の形態６．
図１０はこの発明の実施の形態６に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図であり、図１１は図１０の放熱部を示す平面図である。
この実施の形態６の特徴は、フレーム２２の軸線方向に３列に分割された分割フィン２３ａ，２３ｂ，２３ｃが、フレーム２２の軸線方向からボス１２またはブレード３の回転方向Ａに傾けて設置した点にある。
【００５４】
次に動作について説明する。
図１１に示すように、１列目の分割フィン２３ａでは、外気２４が分割フィン２３ａに沿って流入する。２列目の分割フィン２３ｂが分割フィン２３ａと異なった角度で設置されているため、外気２４は分割フィン２３ｂの先端及び側面３０に衝突する。３列目の分割フィン２３ｃも同様に分割フィン２３ｂと異なる角度で設置されているため、分割フィン２３ｂと同様に外気の流れ２２が衝突する側面３０が発生する。これら側面３０ではフィン先端と同様に境界層２５が薄いため高い熱伝達率が得られる。
【００５５】
以上のように、この実施の形態６によれば、フレーム２２の軸線方向に複数列に分割された分割フィン２３ａ，２３ｂ，２３ｃをブレード３またはボス１２の回転方向に角度を付けて設置することにより、放熱面積増大の効果だけでなく、２列目以降の分割フィン２３ｂ，２３ｃの各側面３０に外気２４が衝突することにより境界層２５が薄いために高い熱伝達効率の箇所が側面３０の広範囲で得られるので、冷却性能を改善することができる。
【００５６】
実施の形態７．
図１２はこの発明の実施の形態７に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図であり、図１３は図１２に示した風力発電装置の運転時における放熱部を示す側面図であり、図１４は図１２に示した風力発電装置の運転停止時における放熱部を示す側面図である。
【００５７】
この実施の形態７の特徴は、フレーム２２の外周面に当該フレーム２２の周方向に延在する複数列の外周壁（放熱部）３１を設けた点にある。
【００５８】
次に動作について説明する。
発電機運転中には、発電機５内で発生する熱によりフレーム２２の外周面の温度が上昇する。フレーム２２が高温になると熱伝導によりフレーム２２付近の外気も温度が上昇するため、周囲の温度の低い外気との間に生じる温度差によって自然対流３２が発生する。このとき、フレーム２２の側面においては、フレーム２２の周方向に延在する外周壁３１に沿って上昇気流が発達する。
【００５９】
また、発電機５の運転停止時においてもフレーム２２が温度上昇すると自然対流３２が発生し、外周壁３１に沿って上昇気流が発達する。
【００６０】
以上のように、この実施の形態７によれば、フレーム２２の外周面に周方向に延在する外周壁３１を設置することにより、放熱面積が拡大すると共に、上昇気流の発達により自然対流３２による放熱が促進されて、冷却性能を改善することができる。また、この実施の形態７では、図１４に示すように、風力発電機停止時の日射による温度上昇を抑制する場合にも同様の効果がある。
【００６１】
実施の形態８．
図１５はこの発明の実施の形態８に係る風力発電装置の放熱部を示す断面図である。この実施の形態８の特徴は、実施の形態１における放熱部としてのフィン２３が風下側クランパ２０より外周側に突出した構成とした点にある。
【００６２】
次に動作について説明する。
風下側クランパ２０よりも風上側に位置するフィン２３の風下側では、外気２４の流れが風下側クランパ２０により邪魔されて急激に減速し、放熱性能が低下する。これに対して、風下側クランパ２０より外周側に突出した部分３３では、風下側クランパ２０が風下側に存在しないため、外気２４の流れがフィン２３の風下側まで急激に減速されずに通過する。
【００６３】
以上のように、この実施の形態８によれば、フィン２３に、風下側クランパ２０より外周側に突出させた部分３３を設けたことにより、フィン２３の風下側においても放熱性能を向上させることができるので、フィン２３が全長にわたって良好な放熱性能を発揮し、発電機５に対する十分な冷却性能が得られる。
【００６４】
図１６は風力発電装置の放熱部の参考例を示す断面図である。この参考例では、図１６に示すように、風下側クランパ２０の上面をフレーム２２の外周面と面一とし、そのフレーム２２の外周面にフィン２３を設置している。この場合にも、外気２４の流れがフィン２３の風下側まで急激に減速されずに通過するので、フィン２３が全長にわたって良好な放熱面となるため、発電機５に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【００６５】
実施の形態９．
図１７はこの発明の実施の形態９に係る風力発電装置の放熱部を示す断面図である。この実施の形態９の特徴は、風上側クランパ１９の外径及び風下側クランパ２０の外径がフレーム２２の外径より大きい、即ち風上側クランパ１９の上面及び風下側クランパ２０の上面がフレーム２２の外周面より当該フレーム２２の半径方向外方に突出し、かつフィン２３が風上側クランパ１９および風下側クランパ２０より当該フレーム２２の半径方向外方に突出している構成を採用した点にある。
【００６６】
次に動作について説明する。
風上側クランパ１９の風下側端部で外気２４の流れが剥離するため、フレーム２２の外周面上には気流の渦が発生する。この気流の渦によりフレーム２２の外周面からの放熱能力が著しく低下する。フィン２３を設置することにより、風上側クランパ１９よりも当該フレーム２２の半径方向外方に突出する部分３４では、フィン２３に外気２４が直接衝突し、風下側クランパ２０より当該フレーム２２の半径方向外方に突出する部分３３では、外気２４の流れがフィン２３の風下側まで急激に減速されずに通過する。
【００６７】
以上のように、この実施の形態９によれば、フィン２３の突出部分３４に外気２４が直接衝突することにより高い熱伝達率が得られ、フィン２３の突出部分３３では風下側クランパ２０が風下側に存在しないため、フィン２３が全長にわたって有効な放熱面となるため、発電機５に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【００６８】
実施の形態１０．
図１８はこの発明の実施の形態１０に係る風力発電装置の放熱部を示す正面図である。この実施の形態１０の特徴は、実施の形態１から実施の形態９までのようにフレーム２２の外周面全体に等間隔でフィン２３が均等配置されているのとは異なり、フィン２３を不等ピッチで配置し、かつフレーム２２の外周面の位置によってフィン２３の形状、寸法を変えた点にある。即ち、フレーム２２の外周面のうち上側であって、直達日射による入熱により熱負荷が高い領域３５にはフィン２３を小さいピッチで設置して放熱面積を拡大している。また、フレーム２２の外周面のうち下側であって、ポール１の影響によりフレーム２２周辺の流速が減少する領域３６には高いフィン２３を小さいピッチで設置して放熱面積を大幅に拡大している。さらに、フレーム２２の外周面のうち両側であって、日射やポール１の影響が小さい領域３７では大きいピッチでフィン２３を設置した構成となっている。
【００６９】
次に動作について説明する。
熱負荷の高いフレーム２２の外周面の上側の領域３５では、風力の大きい外気２４がフレーム２２の両側よりも多いフィン２３の風上側の先端に衝突することにより、他の領域よりも放熱効率を向上させる。また、外気２４の流れが遅いフレーム２２の外周面の下側の領域３６では、外気２４が大きなフィン２３の先端に衝突し、その両側面に接触することにより放熱効率を向上させる。
【００７０】
以上のように、この実施の形態１０によれば、熱負荷の高い領域３５及び外気の流れの遅い領域３６においてもフィン２３を適切に配置したことにより、発電機５に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【００７１】
この実施の形態１０では、フィン２３を、異なった形状や不等ピッチでフレーム２２の外周面に設置することにより、発電機５内の温度分布を、設計者の意図に応じて、自由に制御することができる。
【００７２】
実施の形態１１．
図１９はこの発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部を示す断面図であり、図２０は図１９に示した風力発電装置の正面図である。この実施の形態１１の特徴は、フレーム２２の外周面に周方向に等間隔に複数の支柱３８を立設し、これら支柱３８の上部にフレーム２２の外周面を覆う円筒状のカバー３９を取り付けた点にある。風上側クランパ１９の上面はフレーム２２の外周面よりも若干突出しており、風下側クランパ２０の上面はフレーム２２の外周面よりも大きく突出している。支柱３８の高さは風下側クランパ２０の上面よりも高く設定されており、このため、支柱３８に支持されたカバー３９と風下側クランパ２０の上面との間には大きなスペースが確保されている。カバー３９は風上側及び風下側において同一径を有しており、日射を反射する材料で形成されている。
【００７３】
次に動作について説明する。
図１９に示すように、カバー３９の先端部（風上側）に衝突した外気２４の一部はカバー３９とフレーム２２とのスペースに流入し、フレーム２２の外周面上での気流の流速が増加する。カバー３９よりも下側に流入し、流速が増した外気２４が支柱３８の先端部（風上側）や風下側クランパ２０に衝突することにより、放熱が促進されると共に、カバー３９と風下側クランパ２０の上面との間のスペースを通過することで減速されずにカバー３９の下側のスペースから抜け出る。
【００７４】
以上のように、この実施の形態１１によれば、フレーム２２の外周面での流速増加により熱伝達率が増加し、十分な冷却性能が得られる。さらに、カバー３９が日射を反射する材料で形成されているため、日射が直接風力発電装置に入射することが妨げられ、直達日射による熱負荷の増大を抑えることができる。
【００７５】
図２１はこの発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部の変形例１を示す断面図である。この変形例１では、図２１に示すように、風上側のカバー３９の外径を大きくし、その風上側から支柱３８まで徐々に外径を小さくしている。このため、広範囲の外気２４をフレーム２２の外周面に向けて取り込むことができるため、フレーム２２の外周面の近傍の風速を増大させることができるので、十分な冷却性能を得ることができる。また、この変形例１では、風上側クランパ１９の上面及び風下側クランパ２０の上面をフレーム２２の外周面と面一に形成しているので、カバー３９の下側に流入してくる外気２４の流れを減速させずに円滑に通過させることができる。
【００７６】
図２２はこの発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部の変形例２を示す断面図である。この変形例２では、図２２に示すように、カバー３９の外径を支柱３８で支持された箇所において最小とし、支柱３８から風上側へ及び風下側へそれぞれ徐々にカバー３９の外径を大きくしている。この場合、フレーム２２の外周面上で加速された外気２４の流れが徐々に減速されてカバー３９の端部出口から吹き出す。このとき、出口の開口面積が大きくなっているため、出口での流速が小さくなり、カバー３９の出口での圧力損失が低減され、フレーム２２外周面に導入できる外気２４の流速を増大させ、十分な冷却性能を得ることができる。また、図１９で示した構成と同様に、風上側クランパ１９の上面はフレーム２２の外周面よりも若干突出しており、風下側クランパ２０の上面はフレーム２２の外周面よりも大きく突出している。このため、カバー３９の下側空間に流入されて流速を増した外気２４が支柱３８の先端部（風上側）や風下側クランパ２０に衝突することにより、放熱が促進される。
【００７７】
図２３はこの発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部の変形例３を示す断面図である。この変形例３では、図２３に示すように、変形例１の構成に加えて、カバー３９の外径を支柱３８から風下側に徐々に大きくしている。この場合、フレーム２２の外周面上で加速された外気２４の流れが徐々に減速されてカバー３９の端部出口から吹き出す。このとき、出口の開口面積が大きくなっているため、出口での流速が小さくなり、カバー３９の出口での圧力損失が低減され、フレーム２２外周面に導入できる外気２４の流速を増大させ、十分な冷却性能を得ることができる。
【００７８】
また、この変形例３では、風上側クランパ１９の上面及び風下側クランパ２０の上面をフレーム２２の外周面と面一に形成しているので、カバー３９の下側に流入してくる外気２４の流れを減速させずに円滑に通過させることができる。
【００７９】
図２４はこの発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部の変形例４を示す断面図である。この変形例４では、図２４に示すように、カバー３９を固定する支柱３８をフレーム２２の軸線方向に延在するフィン形状とすることにより、支柱３８からの放熱が促進され、発電機５に対する十分な冷却性能を得ることができる。また、図１９及び図２２で示した構成と同様に、風上側クランパ１９の上面はフレーム２２の外周面よりも若干突出しており、風下側クランパ２０の上面はフレーム２２の外周面よりも大きく突出している。このため、カバー３９の下側空間に流入されて流速を増した外気２４が支柱３８の先端部（風上側）や風下側クランパ２０に衝突することにより、放熱が促進される。
【００８０】
なお、この変形例４では、カバー３９をフレーム２２の外周面に平行に構成したが、カバー３９の構成を図２１及び図２３に示した構成としてもよい。この場合には、外気２４を効率よくカバー３９とフレーム２２とのスペース内に導きかつ排出することができるので、フレーム２２等からの放熱を更に促進することができる。
【００８１】
図２５はこの発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部の変形例５を示す断面図である。この変形例５では、図２５に示すように、図１９に示した構成よりも短くした支柱３８をフレーム２２よりも風下側のナセル２上に立設している。この変形例５におけるカバー３９は、フレーム２２上は勿論、支柱３８が立設する風下側のナセル２上も覆っており、図１９に示した構成よりも幅が広くなっている。このため、カバー３９の先端部（風上側）に衝突した外気２４の一部はカバー３９とフレーム２２とのスペースに流入し、フレーム２２の外周面上での気流の流速が増加して風下側クランパ２０に衝突し、その流速が増した急流の一部はカバー３９とナセル２とのスペースを通過する際に更に速度が増加する。これにより、フレーム２２又は風下側クランパ２０からの放熱を更に促進することができる。
【００８２】
実施の形態１２．
図２６はこの発明の実施の形態１２に係る風力発電装置の放熱部を示す断面図であり、図２７は図２６に示した風力発電装置の正面図である。この実施の形態１２の特徴は、カバー３９の風下側の端面をフレーム２２の外周面に対向させ、そのカバー３９の風下側の端面を支柱３８により支持し、カバー３９の外径を風上側から風下側まで徐々に小さくしている。また、風上側クランパ１９の上面及び風下側クランパ２０の上面がフレーム２２の外周面より当該フレーム２２の半径方向外方に突出している。カバー３９の風下側の端面とフレーム２２の外周面との間には支柱３８を除いて外気２４が通過するスペースが形成されている。
【００８３】
次に動作について説明する。
カバー３９の先端部（風上側）に衝突した外気２４の一部はフレーム２２との空間に流入する。このとき、外気２４はカバー３９に沿ってフレーム２２に対向する方向に偏向されるため、外気２４が風上側クランパ１９及び風下側クランパ２０に囲まれたフレーム２２の外周面に沿って流れる。このとき、風上側クランパ１９の風下側の端部での剥離による気流の渦が発生しない。外気２４は風下側クランパ２０に衝突することで熱交換してカバー３９の風下側に抜け出る。
【００８４】
以上のように、この実施の形態１２によれば、外気２４をフレーム２２の外周面に沿って流すことができるので、高い熱伝達効率を得ることができ、発電機５に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【００８５】
実施の形態１３．
図２８はこの発明の実施の形態１３に係る風力発電装置の放熱部を示す正面図である。この実施の形態１３の特徴は、フレーム２２の外周面のうち上側であって、直達日射による入熱により熱負荷が高い領域３５に図１９に示した円筒状のカバー３９を設置し、フレーム２２の外周面のうち下側であって、ポール１の影響によりフレーム２２周辺の流速が減少する領域３６に図２１から図２３に示した風上側から支柱３８にかけて開口面積の大きいカバー３９を設置し、フレーム２２の外周面のうち両側であって、日射やポール１の影響が小さい領域３７にカバー３９を設置しない構成とした点にある。
【００８６】
次に動作について説明する。
領域３５に設置されたカバー３９により直達日射による入熱を遮り、フレーム２２の温度上昇を抑制する。領域３６に設置されたカバー３９により広範囲の外気２４をフレーム２２の外周面とカバー３９との間のスペースに取り込むことでフレーム２２の温度上昇を抑制する。
【００８７】
以上のように、この実施の形態１３によれば、領域３５への熱負荷をカバー３９により低減し、流速の小さい領域３６の放熱性能を向上させることができ、発電機５に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【００８８】
この実施の形態１３では、カバー３９を風力発電装置の外周面に配置するときに、設置位置によって形状を変えたり、設置位置を状況に合わせて選択することにより、発電機５内の温度分布を設計者の意図に応じて自由に制御することができる。
【００８９】
実施の形態１４．
図２９はこの発明の実施の形態１４に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図である。この実施の形態１４の特徴は、図２４で示した構成と同様に、フレーム２２の外周面に立設されたフィン２３と円筒状のカバー３９とを一体化し、風上側クランパ１９の上面及び風下側クランパ２０の上面をフレーム２２の外周面と面一に形成した点にある。
【００９０】
次に動作について説明する。
図２９に示すように、外気２４がフレーム２２、フィン２３及びカバー３９で囲まれたダクト状の空間に風上側から取り込まれる。このとき、フィン２３とカバー３９とが一体化しているため、発電機５内で発生した熱がフィン２３からカバー３９へと伝わり、カバー３９の内周側および外周側から外気に放熱される。
【００９１】
以上のように、この実施の形態１４によれば、カバー３９等により構成されたダクト状の空間に外気２４を取り込むことにより当該空間内での外気２４の流速を増大させることができる。また、カバー３９の内周面及び外周面の両方が放熱面として機能するので、発電機５に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【００９２】
なお、この実施の形態１４では、カバー３９をフレーム２２の外周面に平行に構成したが、カバー３９の構成を図２１及び図２３に示した構成としてもよい。この場合には、外気２４を効率よくカバー３９とフレーム２２とのスペース内に導きかつ排出することができるので、フレーム２２等からの放熱を更に促進することができる。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ブレードを介してロータに回転力を与えた風に対し、ロータの回転により発電機から発生した熱を放出する放熱部を、発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設けたことにより、発電機内の熱の外気への放出性能を向上させることができ、これにより発電機内の温度を規定値以下に維持することができる。また、この発明によれば、従来の風力発電装置と異なり、吸気口、排気口および冷却用ファンが必要ないため、簡易な構造で、放熱効率の高い風力発電装置を得ることができる。さらに、この発明によれば、風で回転するブレードと一体に回転するロータを備えた発電機から発生する熱を当該風により冷却するようにしたので、合理的で無駄がなく、冷却に要するエネルギも皆無である。
【００９４】
この発明によれば、フレーム上に放熱部としてのフィンを設けたことにより外気への放熱面積を拡大することができるので、フレームにフィンを設けない場合よりも格段に冷却性能を向上させることができる。
【００９５】
この発明によれば、フィンの少なくとも風上側の先端部をブレードの回転方向と鋭角をなすように構成したことにより、放熱面積増大の効果だけでなく、フィンの入り口での損失低減によるフィン間への流量増大と、周速成分を含んだ外気をフィンの側面に流せるので、フィンの外表面で高い熱伝達効率が得られ、発電機に対する冷却性能を改善することができる。
【００９６】
この発明によれば、フィンをフレームの軸線方向に複数に分割し、該分割した複数のフィンのうちフレームの軸線方向で隣接するフィン同士をフレームの周方向に位置ずれしたことにより、放熱面積が拡大する効果だけでなく、外気の流れ方向に沿って境界層更新効果による高い熱伝達率の箇所を複数得ることができ、これにより高い冷却性能を得ることができる。
【００９７】
この発明によれば、複数のフィンのうち少なくとも風上側の分割フィンをブレードの回転方向と鋭角をなすように構成したことにより、放熱面積増大の効果だけでなく、２列目以降の分割フィンの各側面に外気が衝突することで境界層が薄くなり高い熱伝達効率の箇所がフィンの側面の広範囲で得られるので、冷却性能を改善することができる。
【００９８】
この発明によれば、風上側クランパの上面をフレームの外周面と面一に形成し、かつフィンを風下側クランパの上部よりフレームの半径方向外方に突出したことにより、フィンの風下側においても放熱性能を向上させることができるので、フィンが全長にわたって良好な放熱性能を発揮し、発電機に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【００９９】
この発明によれば、風上側クランパの上面及び前記風下側クランパの上面を前記フレームと面一に形成したことにより、外気の流れがフィンの風下側まで急激に減速されずに通過するので、フィンが全長にわたって良好な放熱面となるため、発電機に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【０１００】
この発明によれば、風上側クランパの上部及び風下側クランパの上部をフレームより該フレームの半径方向外方に突出させ、フィンを風上側クランパの上部及び風下側クランパの上部より前記フレームの半径方向外方に突出させたことにより、フィンの突出部分に外気が直接衝突するため高い熱伝達率が得られ、フィンの突出部分では風下側クランパが風下側に存在しないため、フィンが全長にわたって有効な放熱面となるため、発電機に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【０１０１】
この発明によれば、放熱部をフレームの半径方向外方に突出するピンとしたことにより、放熱面積が拡大する効果だけでなく、外気の流れ方向に沿って境界層更新効果による高い熱伝達率の箇所を複数得ることができる。また、この発明によれば、ピンの風下側で発生する気流の渦により２列目以降のピン間を流れる外気の乱れ度が増大し、風下側のピンにおける熱伝達率が増加し、高い冷却性能を得ることができる。
【０１０２】
この発明によれば、フィンを日射の影響を受けるフレームの上部若しくはポールの影響を受けるフレームの下部の少なくとも一方に小さなピッチで適切に設置したことにより、発電機に対する十分な冷却性能を得ることができると共に、機内温度の周方向分布を任意の形にコントロールすることができる。
【０１０３】
この発明によれば、フィンの高さをフレームの周方向に不均一としたことにより、発電機に対する十分な冷却性能を得ることができると共に、機内温度の周方向分布を任意の形にコントロールすることができる。
【０１０４】
この発明によれば、放熱部をフレームの周方向に延在する外周壁としたことにより、放熱面積が拡大すると共に、上昇気流の発達により自然対流による放熱が促進されて、冷却性能を改善することができる。
【０１０５】
この発明によれば、少なくとも発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームを覆いかつブレードを介して発電機のロータに回転力を与えた風をフレーム近傍に導くカバーを設けたことにより、フレーム上の気流の速度が増大し、冷却性能の向上を図ることができると共に、発電機の外壁面に日射が直達することを防ぐことができるので、直達日射の入熱による機内温度上昇を抑制し、冷却性能の高い風力発電装置を得ることができる。
【０１０６】
この発明によれば、カバーの風上側の部分をフレームとの離間距離が風上側からフレーム近傍にかけて徐々に短くなるように構成したことにより、フレームの外周面の近傍での風速を増大させることができるので、十分な冷却性能を得ることができる。
【０１０７】
この発明によれば、カバーの風下側の部分をフレームとの離間距離が風上側からフレーム近傍にかけて徐々に長くなるように構成したことにより、外気の出口での開口面積を大きくすることができるので、出口での流速を小さくでき、カバーの出口での圧力損失が低減され、フレームの外周面に導入できる外気の流速を増大させ、十分な冷却性能を得ることができる。
【０１０８】
この発明によれば、風上側クランパの上面及び前記風下側クランパの上面を前記フレームと面一に形成したことにより、カバーの下側に流入してくる外気の流れを減速させずに円滑に通過させることができる。
【０１０９】
この発明によれば、カバーを支持する支柱をフレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンとし、このフィンの上部にカバーを取り付けたことにより、カバー及びカバーで構成されたダクト状の空間に取り込む外気の流速を増大させることができる。また、この発明によれば、フィンと一体化したカバーの内周面及び外周面の両方を放熱面として機能させることができるので、発電機に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【０１１０】
この発明によれば、フレームにカバーを設けた場合において、風上側クランパの上部及び風下側クランパの上部をフレームより該フレームの半径方向外方に突出させたことにより、カバーの下側空間に流入されて流速を増した外気を風下側クランパ等に衝突させることにより、放熱を促進することができるので、発電機に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【０１１１】
この発明によれば、フレームにカバーを設けた場合において、カバーを支持する支柱をフレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンとしたことにより、フィン形状の支柱からの放熱を促進することができるので、発電機に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【０１１２】
この発明によれば、カバーを日射の影響を受けるフレームの上部若しくはポールの影響を受けるフレームの下部の少なくとも一方に設置したことにより、フレームの上部での熱負荷を低減し、フレームの下部での放熱性能を向上させることができるので、発電機に対する十分な冷却性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この実施の形態１に係る風力発電装置の正面図である。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】 図２に示した風力発電装置の放熱部を拡大して示す断面図である。
【図４】 図３の放熱部の作用を説明するための斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態２に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図である。
【図７】 この発明の実施の形態４に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図である。
【図８】 図７に示した放熱部の作用を説明するための斜視図である。
【図９】 この発明の実施の形態５に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図である。
【図１１】 図１０の放熱部を示す平面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態７に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図である。
【図１３】 図１２に示した風力発電装置の運転時における放熱部を示す側面図である。
【図１４】 図１２に示した風力発電装置の運転停止時における放熱部を示す側面図である。
【図１５】 この発明の実施の形態８に係る風力発電装置の放熱部を示す断面図である。
【図１６】 風力発電装置の放熱部の参考例を示す断面図である。
【図１７】 この発明の実施の形態９に係る風力発電装置の放熱部を示す断面図である。
【図１８】 この発明の実施の形態１０に係る風力発電装置の放熱部を示す正面図である。
【図１９】 この発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部を示す断面図である。
【図２０】 図１９に示した風力発電装置の正面図である。
【図２１】 この発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部の変形例１を示す断面図である。
【図２２】 この発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部の変形例２を示す断面図である。
【図２３】 この発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部の変形例３を示す断面図である。
【図２４】 この発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部の変形例４を示す断面図である。
【図２５】 この発明の実施の形態１１に係る風力発電装置の放熱部の変形例５を示す断面図である。
【図２６】 この発明の実施の形態１２に係る風力発電装置の放熱部を示す断面図である。
【図２７】 図２６に示した風力発電装置の正面図である。
【図２８】 この発明の実施の形態１３に係る風力発電装置の放熱部を示す正面図である。
【図２９】 この発明の実施の形態１４に係る風力発電装置の放熱部を示す斜視図である。
【図３０】 従来の風力発電装置の冷却構造を示す断面図である。
【図３１】 図３０の要部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１ ポール、２ ナセル、３ ブレード、４ ハブ、５ 密閉型発電機、６ 水平軸、７ 増速機、８ ブレーキ、９ 送風ファン、１０ 吸気口、１１ 排気口、１２ ボス、１３ 固定軸、１４ ロータ、１５ 隙間、１６ ステータ、１７ ステータコア、１８ ステータコイル、１９ 風上側クランパ、２０ 風下側クランパ、２１ ステイ、２２ フレーム、２３ フィン（放熱部）、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ フィン（放熱部）、２４ 外気、２５ 境界層（軸線方向）、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ ピン（放熱部）、２７ 境界層（周方向）、３０ 側面、３１ 外周壁（放熱部）、３２ 自然対流、３３，３４ 突出部分、３５ 領域（上側）、３６ 領域（下側）、３７ 領域（両側）、３８ 支柱、３９ カバー。 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wind turbine generator having a cooling structure.
[0002]
[Prior art]
Generally, in a wind power generator, it is necessary to efficiently release heat generated from a generator installed in the apparatus to the outside of the apparatus, and to maintain the reliability of the apparatus by lowering the temperature in the apparatus below a standard value. For this reason, in a conventional wind turbine generator, a blower fan is attached to a horizontal shaft to which a blade receiving wind force is fixed, and heat is generated by taking in outside air from the intake port by using this blower fan. I was cooling the power generator.
[0003]
An example of a conventional wind power generator having the above cooling structure will be described below. FIG. 30 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional wind power generator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-65977, and FIG. 31 is an enlarged view of a main part of the cooling structure of the wind power generator shown in FIG. It is sectional drawing shown. In the figure, reference numeral 1 denotes, for example, a pole erected vertically on a high ground on a terrain, a windy ground such as an island or a cape, a coast with good wind conditions, or an offshore called offshore. A nacelle 2 containing a generator described later is fixed to the top of the pole 1. A hub 4 in which a plurality of blades 3 are radially fixed is disposed at the tip (windward side) of the nacelle 2, and this hub 4 is a rotating shaft that rotationally drives a rotor (not shown) of the hermetic generator 5. It is attached to the tip of the horizontal shaft 6. The horizontal shaft 6 is provided with a speed increaser 7 that increases the rotational speed of the blade 3 and transmits it to the rotor (not shown) and a brake 8 that stops the rotation of the horizontal shaft 6. Further, a blower fan 9 for forcibly ventilating the nacelle 2 to cool the hermetic generator 5 is attached to the front end side of the horizontal shaft 6. An air inlet 10 for introducing outside air into the nacelle 2 is formed in the vicinity of the hermetic generator 5 at the bottom of the nacelle 2, and in the vicinity of the blower fan 9 in the ceiling and bottom of the nacelle 2. An exhaust port 11 for discharging heat generated from the sealed generator 5 to the outside is formed. The exhaust port 11 has a labyrinth structure as shown in FIG. 31, and the heat flow H is discharged to the outside.
[0004]
In such a cooling structure, ventilation in the nacelle 2 is forcibly ventilated by the blower fan 9 installed on the horizontal shaft 6, and the heat generated from the sealed generator 5 is discharged to the outside air to enter the nacelle 2. It is said that the performance deterioration due to the remaining heat is prevented, and the intake port 10 and the exhaust port 11 have the above-described structure, so that it is possible to prevent rain and snow from entering the nacelle 2 against rainfall and snowfall. Therefore, it is said that corrosion of built-in equipment is prevented.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, there is an increasing expectation for wind power generation using clean and extremely large wind power as a resource amount, and a wind power generator with higher output, higher efficiency, and better maintainability is demanded as demand increases.
[0006]
However, in the wind turbine generator having the conventional cooling structure, since the blower fan 9 consumes a part of the driving force based on the wind force obtained by the blade 3, there is a problem that the power generation efficiency of the wind turbine generator is reduced. It was.
[0007]
Further, in a wind turbine generator having a conventional cooling structure, moisture and salt contained in the outside air taken into the nacelle 2 cannot be easily separated from the outside air only by devising the structure of the air inlet 10 and the air outlet 11. However, the corrosion of the devices in the nacelle 2 cannot be completely prevented, so that there is a problem that the built-in devices other than the sealed generator 5 must be protected against corrosion.
[0008]
Further, in a wind turbine generator having a conventional cooling structure, when a filter or the like is installed in the intake port 10 in order to remove moisture and salt from the outside air, maintenance work such as filter replacement increases, and the exhaust port There is a problem that the structure of the nacelle 2 becomes complicated in order to make 11 a labyrinth structure.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a wind turbine generator having a cooling structure that reduces the temperature in the apparatus to a standard value or less with a simple structure.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  A wind turbine generator according to the present invention includes a horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a rotor fixed to the horizontal shaft, a stator disposed outside the rotor, and the stator in a frame. In a wind turbine generator comprising a generator including an upwind clamper and a leeward clamper sandwiched from both sides in the axial direction, and a blade fixed to the horizontal shaft and rotated by wind power, the rotor rotates through the blade. A heat dissipating part for releasing heat generated from the generator by rotation of the rotor is provided in a cylindrical frame that partitions the stator of the generator and outside air, and the heat dissipating part is A fin protruding radially outward of the frame and extending in the axial direction of the frame;,in frontAbove the lower clamperPart is, And projecting outward in the radial direction from the fin.
[0011]
  The wind power generator according to this invention isA horizontal shaft disposed at the top of a vertically erected pole, a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed outside the rotor, and an upwind side sandwiching the stator from both sides in the axial direction of the frame In a wind turbine generator comprising a generator including a clamper and a leeward clamper, and a blade fixed to the horizontal shaft and rotated by wind power, the wind is applied to the rotor via the blade with respect to the wind. A heat dissipating part that releases heat generated from the generator by rotation of the rotor is provided in a cylindrical frame that partitions the stator of the generator and the outside air, and the heat dissipating part protrudes radially outward of the frame and A fin extending in an axial direction of the frame, and at least one of an upper portion of the windward clamper and an upper portion of the leeward clamper is radially outward from the frame. Out, the fins protrude radially outwardly from the top of the upper and the leeward side clamper of the windward clamperIt is characterized by this.
[0012]
The wind power generator according to the present invention is characterized in that at least the tip of the fin on the windward side forms an acute angle with the rotation direction of the blade.
[0013]
  The wind power generator according to this invention isFins gradually curve in the axial direction in the leeward directionIt is characterized by this.
[0014]
  The wind power generator according to this invention isA horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a generator including a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed on the outside of the rotor, and fixed to the horizontal shaft by wind power In the wind turbine generator comprising: a rotating blade; and a heat dissipating part that releases heat generated from the generator by rotation of the rotor provided in a cylindrical frame that partitions the stator of the generator from outside air. The portion is a fin that protrudes outward in the radial direction of the frame and extends in the axial direction of the frame, and the fin is divided into a plurality of pieces in the frame axial direction, and the fin among the plurality of divided fins The fins adjacent in the axial direction of the frame are displaced in the circumferential direction of the frame.It is characterized by this.
[0015]
  The wind power generator according to this invention isAmong the plurality of fins, at least the split fin on the windward side forms an acute angle with the rotation direction of the blade.It is characterized by this.
[0016]
  A wind turbine generator according to the present invention includes a horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a rotor fixed to the horizontal shaft, and a generator including a stator disposed on the outside of the rotor, In a wind power generator provided with a blade fixed to the horizontal axis and rotated by wind power, heat generated from the generator by rotation of the rotor with respect to the wind that gives a rotational force to the rotor via the blade A heat dissipating part for releasing the heat is provided in a cylindrical frame that partitions the stator of the generator and the outside air, and the heat dissipating part protrudes radially outward of the frame.Cylindrical columns installed in the flow direction of outside airIt is a protrusion.
[0017]
  The wind power generator according to this invention isA horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a generator including a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed on the outside of the rotor, and fixed to the horizontal shaft by wind power A wind power generator comprising a rotating blade, wherein a heat dissipating part that releases heat generated from the generator by rotation of the rotor is applied to the wind applied to the rotor via the blade. The heat dissipating part is a fin that protrudes radially outward of the frame and extends in the axial direction of the frame, and is provided on an upper portion of the frame and the frame. The pitch of the fins installed in at least one of the lower portions of the frame is not uniform in the circumferential direction of the frameIt is characterized by this.
[0018]
  The wind power generator according to this invention isA horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a generator including a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed on the outside of the rotor, and fixed to the horizontal shaft by wind power A wind power generator comprising a rotating blade, wherein a heat dissipating part that releases heat generated from the generator by rotation of the rotor is applied to the wind applied to the rotor via the blade. It is provided in a cylindrical frame that partitions the stator and outside air of the machine, and the heat radiating portion is a fin that protrudes radially outward of the frame and extends in the axial direction of the frame, and the height of the fin is Non-uniform in the circumferential direction of the frameIt is characterized by this.
[0019]
  The wind power generator according to this invention isA horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a generator including a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed on the outside of the rotor, and fixed to the horizontal shaft by wind power A wind power generator comprising a rotating blade, wherein a heat dissipating part that releases heat generated from the generator by rotation of the rotor is applied to the wind applied to the rotor via the blade. Provided in a cylindrical frame that partitions the stator and outside air of the machine, the heat radiating portion is an outer peripheral wall extending in the circumferential direction of the frameIt is characterized by this.
[0020]
  The wind power generator according to this invention isA horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a generator including a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed on the outside of the rotor, and fixed to the horizontal shaft by wind power In a wind power generator comprising a rotating blade, the wind that covers at least a cylindrical frame that partitions the stator of the generator and outside air, and that applies a rotational force to the rotor of the generator via the blade A cover that leads to the vicinity of the frame is provided, and the cover is installed at a position that does not interfere with the blade in the axial direction.It is characterized by this.
[0021]
  The wind power generator according to this invention isThe windward part of the cover is configured such that the distance from the frame gradually decreases from the windward side to the leeward side.It is characterized by this.
[0022]
  The wind power generator according to this invention isThe leeward part of the cover is configured such that the distance from the frame gradually increases from the leeward side to the leeward side.It is characterized by this.
[0023]
  The wind power generator according to this invention isThe cover is installed on at least one of the upper part and the lower part in the circumferential direction of the frame.It is characterized by this.
[0024]
  The wind power generator according to this invention isThe leeward side end surface of the cover is installed facing the outer peripheral surface of the frame.It is characterized by this.
[0025]
  The wind power generator according to this invention isA heat dissipating part for releasing heat generated from the generator by rotation of the rotor is provided in the frame against the wind that imparts rotational force to the rotor via the blades, and the heat dissipating part is disposed radially outward of the frame. It is a fin that protrudes and extends in the axial direction of the frame, and the support that supports the cover is the fin.It is characterized by this.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below.
Embodiment 1 FIG.
1 is a front view of the wind turbine generator according to Embodiment 1, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of a heat radiation portion of the wind turbine generator shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view for explaining the operation of the heat dissipating part of FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same component as the component of the conventional wind power generator shown in FIG.30 and FIG.31 among the components of this Embodiment 1, and description of the part is abbreviate | omitted (henceforth, below). The same in each embodiment).
[0031]
Unlike the conventional wind power generator shown in FIGS. 30 and 31, the wind power generator according to the first embodiment is a type that does not have the speed increaser 7, but the present invention is a type in which the speed increaser is provided. Needless to say, this can also be applied to other wind turbine generators.
[0032]
In the first embodiment, a hub 4 for fixing three blades 3 for receiving wind radially at equal intervals is housed in a spindle-shaped boss 12 having a rectifying effect. The hub 4 is fixed to the tip end portion (windward side) of the horizontal shaft 6. The horizontal axis 6 is configured to be always arranged in the wind direction by a wind direction anemometer (not shown) and a direction control mechanism (not shown) linked thereto. The horizontal shaft 6 is rotatably attached to a fixed shaft 13 fixed to the upper portion of the pole 1 via a bearing 40. A rotor 14 of the generator 5 is fixed to the horizontal shaft 6, and a stator 16 is disposed outside the rotor 14 with a certain gap 15. The rotor 14 and the stator 16 constitute the generator 5 described above. The stator 16 includes a stator core 17 made of silicon steel plates stacked in a laminated manner and a stator coil 18 wound around the stator core 17. Are fixed to the fixed shaft 13.
[0033]
The nacelle 2 constitutes the upper part of the pole 1, the fixed shaft 13 and the outer wall of the stay 21, and seals the inside thereof. A generator 5 is disposed on the windward side of the nacelle 2, and a cylindrical frame 22 is provided outside the stator core 17 of the generator 5 to partition the stator 16 and the outside air. In the first embodiment, the upper surface of the windward clamper 19 and the outer peripheral surface of the frame 22 are flush with each other, and the outer surface of the boss 12 that rotates together with the blade 3 and the outer peripheral surface of the frame 22 form a continuous surface. It is composed. A plurality of fins (heat dissipating portions) 23 projecting outward in the radial direction of the frame 22 and extending in the axial direction of the frame 22 are equally spaced in the circumferential direction of the frame 22 on the outer peripheral surface of the frame 22. Is provided. Each fin 23 has a rectangular wall structure arranged along the wind direction, and its upper surface is set slightly lower than the upper surface of the leeward clamper 20.
[0034]
Next, the operation will be described.
First, when the blade 3 receives outside air 24 with a large wind force and rotates in a predetermined direction A, the rotor 14 of the generator 5 rotates inside the stator 16 via the horizontal shaft 6 and the kinetic energy is converted into electric energy. Power generation starts. The heat generated from the generator 5 along with this power generation is transmitted to the frame 22 and the fins 23 via the stator core 17 and released to the outside air 24.
[0035]
On the other hand, the large wind-powered outside air 24 that has rotated the blade 3 passes between the rotating blades 3 and flows along the outer surface of the boss 12 to reach the vicinity of the frame 22 and the fins 23 as shown in FIG. The boundary layer 25 develops in the flow of the outside air 24 due to its viscosity. In this boundary layer 25, since the outside air 24 is pushed away by the outer surface of the boss 12 and the outer peripheral surface of the frame 22, a maximum value M having a speed higher than that of the mainstream exists at a position away from the outer peripheral surface of the frame 22 by a certain distance. To do. Since the boundary layer 25 develops along the outer surface of the boss 12, the boundary layer 25 becomes thick on the outer peripheral surface of the frame 22. By bringing the outside air 24 forming the boundary layer 25 into contact with the fins 23 protruding from the outer peripheral surface of the frame 22, heat is efficiently removed from the fins 23. Thus, the heat flow H from the stator 16 including the stator core 17 to the gap 15, the frame 22 and the fin 23 and the heat flow H from the stator 16, the gap 15, the frame 22 and the fin 23 to the leeward clamper 20 are efficiently generated, and the frame 22 In addition, heat is efficiently radiated from the outer surfaces of the fins 23 and the leeward side clamper 20 to the outside air 24.
[0036]
As described above, according to the first embodiment, by providing the fins 23 on the frame 22, the heat radiation area to the outside air 24 can be increased, so that the frame 22 is not provided with the fins 23. The cooling performance can be remarkably improved.
[0037]
In the first embodiment, heat radiation from the outer surface of the leeward side clamper 20 can be promoted by causing the outside air 24 that has passed between the fins 23 to collide with the leeward side clamper 20 set higher than the fins 23. .
[0038]
In the first embodiment, even when outside air 24 with a small wind force that does not rotate the blade 3 comes into contact with the fins 23, the inside of the generator 5 can always be cooled through the frame 22 by cooling the fins 23. Since it can do, each apparatus in the generator 5 can be hold | maintained at low temperature, and the performance fall of the apparatus by heat can be prevented.
[0039]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a perspective view showing a heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 2 of the present invention. The feature of the second embodiment is that the fins 23 as the heat radiating portions arranged in the axial direction (wind direction) of the frame 22 are divided into a plurality of rows (three rows in the second embodiment), and the axial direction of the frame 22 In order to avoid the overlapping of the divided fins adjacent to the wind direction, it is shifted in the circumferential direction of the frame 22. In the second embodiment, three rows of divided fins 23a, 23b, and 23c are formed on the outer peripheral surface of the frame 22 from the windward side, and the second row of divided fins 23b is the first row of divided fins 23a and 3 rows. It arrange | positions between the division fins 23a of the 1st row | line | column or between the division | segmentation fins 23c of the 3rd row so that it may not overlap with the flow of the division | segmentation fins 23c of eyes and the flow of the external air 24 with large wind power.
[0040]
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 5, since the main flow of the outside air 24 directly collides with the tip of the divided fins 23a in the first row from the windward side, the boundary layer 25 is thin on the side of the tip and the divided fins 23a around the tip, so that high heat A transmission rate is obtained. However, the boundary layer 25 becomes thick while the outside air 24 flows along the side surfaces of the divided fins 23a, and the heat transfer coefficient is reduced. In the second embodiment, the fins 23 in the first embodiment are divided in the middle, and the second row of divided fins 23b is shifted from the first row of divided fins 23a in the circumferential direction of the frame 22. Therefore, the main flow of the outside air 24 directly collides with the tip of the divided fins 23b in the second row, like the divided fins 23a in the first row. For this reason, as in the case of the divided fins 23a, the boundary layer 25 is thin on the tip and side surfaces of the divided fins 23b around the tip, and a high heat transfer coefficient is obtained. Obtaining a high heat transfer coefficient at such an object tip is called a boundary layer renewal effect. Similarly, the boundary layer update effect can be obtained for the divided fins 23c in the third row.
[0041]
As described above, according to the second embodiment, the divided fins 23a, 23b, and 23c that are divided in the flow direction of the outside air 24 and shifted in the circumferential direction of the frame 22 that is a direction intersecting the flow direction are installed. By doing this, not only the effect of expanding the heat radiation area, but also a plurality of locations with high heat transfer coefficient due to the boundary layer renewal effect can be obtained along the flow direction of the outside air 24, thereby obtaining high cooling performance. .
[0042]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing a heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 3 of the present invention. The feature of the third embodiment is that instead of the divided fins 23a, 23b, and 23c as the heat radiating portions in the second embodiment, protrusions, for example, cylindrical pins (heat radiating portions) 26a, 26b, and 26c are attached to the frame 22. Provided on the outer peripheral surface, these three rows of pins 26a, 26b, and 26c are distributed in a staggered pattern so as not to overlap with the flow of the outside air 24 with a large wind force.
[0043]
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 6, the main stream of the outside air 24 directly collides with the tip of the pin 26a in the first row on the windward side, so that the boundary layer 25 becomes thin and high on the tip and the outer peripheral surface of the pin 26a around the tip. A heat transfer coefficient is obtained. Even in the second and subsequent pins 26b and 26c, a high heat transfer coefficient can be obtained due to the boundary layer renewal effect.
[0044]
As described above, according to the third embodiment, by installing the projecting pins 26a, 26b, and 26c on the outer surface of the frame 22, not only the effect of increasing the heat radiation area but also the flow direction of the outside air 24 is achieved. A plurality of locations with high heat transfer coefficient due to the boundary layer renewal effect can be obtained, and the vortex of the airflow generated on the leeward side of each pin 26a, 26b, 26c flows between the pins 26b, 26c in the second and subsequent rows. The degree of turbulence in the outside air 24 increases, and the heat transfer coefficient in the pins 26b and 26c on the leeward side increases, so that high cooling performance can be obtained.
[0045]
In the third embodiment, the above-described effects can be obtained regardless of the positional relationship between the flow direction of the outside air 24 and the installation direction of the pins 26a, 26b, and 26c.
[0046]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 8 is a perspective view for explaining the operation of the heat radiating portion shown in FIG.
The feature of the fourth embodiment is that the fins 23 in the first embodiment are configured to be inclined from the axial direction of the frame 22 in the circumferential direction of the frame 22.
[0047]
Next, the flow of outside air on the outer surface of the wind turbine generator will be described.
As shown in FIG. 8, in the vicinity of the outer surface of the boss 12, a boundary layer 27 in the circumferential direction develops due to the rotational speed of the outer surface of the boss 12 and the viscosity of air. The circumferential boundary layer 27 coincides with the rotational peripheral speed of the boss 12 on the outer surface of the boss 12 and rapidly decelerates as the distance from the outer surface of the boss 12 increases. On the other hand, the boundary layer 25 in the axial direction has a velocity of 0 m / s near the outer surface of the boss 12. Since the flow of the outside air 24 is a combination of these boundary layers 25 and 27, it is inclined in the circumferential direction. When the frame 22 that is a heat radiating surface is provided at a position close to the leeward side of the end surface of the boss 12, the flow of the outside air 24 flows at a certain angle from the axial direction.
[0048]
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 7, when each fin 23 is installed on the outer peripheral surface of the frame 22 with an angle, the outside air 24 flows along the fin 23 at the entrance of each fin 23. Loss decreases and the flow rate flowing between the fins 23 increases. Further, since the speed of the outside air 24 is increased by the peripheral speed, the side surface of the fin 23 has a higher flow speed by the peripheral speed.
[0049]
As described above, according to the fourth embodiment, by installing the fin 23 so that the angle with the rotation direction A of the boss 12 or the blade 3 is an acute angle, not only the effect of increasing the heat radiation area but also the fin Since the flow rate between the fins 23 is reduced due to the loss reduction at the entrance of 23 and the outside air 24 including the peripheral speed component flows on the side surfaces of the fins 23, high heat transfer is obtained on the outer surface of the fins 23. The performance can be improved.
[0050]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 9 is a perspective view showing a heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 5 of the present invention. The feature of the fifth embodiment is that the tip portions of the fins 23 are inclined in the circumferential direction and gradually bent in the axial direction.
[0051]
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 9, since the outside air 24 flows along the fins 23 at the entrances of the fins 23, the loss at the entrances is reduced. Further, since the fins 23 are curved in the axial direction, the outside air 24 flows along the side surfaces of the fins 23 by centrifugal force.
[0052]
As described above, according to the fifth embodiment, the fins 23 are gradually curved in the axial direction from the rotation direction, so that not only the effect of increasing the heat radiation area but also the loss of the fins 23 due to the loss reduction at the entrance. Since the outside air increased by the peripheral speed component flows along the side surfaces of the fins 23 due to the increase in the flow rate therebetween, a high heat transfer coefficient can be obtained, so that the cooling performance can be improved.
[0053]
Embodiment 6 FIG.
10 is a perspective view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 6 of the present invention, and FIG. 11 is a plan view showing the heat radiating portion of FIG.
The feature of the sixth embodiment is that the divided fins 23a, 23b, and 23c divided into three rows in the axial direction of the frame 22 are inclined from the axial direction of the frame 22 in the rotational direction A of the boss 12 or the blade 3. In the point.
[0054]
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 11, in the divided fins 23a in the first row, the outside air 24 flows along the divided fins 23a. Since the divided fins 23b in the second row are installed at an angle different from that of the divided fins 23a, the outside air 24 collides with the tips and side surfaces 30 of the divided fins 23b. Similarly, the split fins 23c in the third row are also installed at different angles from the split fins 23b, so that the side surfaces 30 on which the outside air flow 22 collides are generated in the same manner as the split fins 23b. Since the boundary layer 25 is thin on these side surfaces 30 like the fin tips, a high heat transfer coefficient can be obtained.
[0055]
As described above, according to the sixth embodiment, the divided fins 23a, 23b, and 23c divided into a plurality of rows in the axial direction of the frame 22 are installed at an angle in the rotation direction of the blade 3 or the boss 12. As a result, not only the effect of increasing the heat radiation area, but also because the boundary layer 25 is thin due to the outside air 24 colliding with the side surfaces 30 of the divided fins 23b and 23c in the second row and later, the location of the side surface 30 has high heat transfer efficiency. Since it can be obtained over a wide range, the cooling performance can be improved.
[0056]
Embodiment 7 FIG.
12 is a perspective view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 7 of the present invention, and FIG. 13 is a side view showing the heat radiating portion during operation of the wind power generator shown in FIG. 14 is a side view showing a heat radiating section when the wind turbine generator shown in FIG. 12 is stopped.
[0057]
The feature of the seventh embodiment is that a plurality of rows of outer peripheral walls (heat dissipating portions) 31 extending in the circumferential direction of the frame 22 are provided on the outer peripheral surface of the frame 22.
[0058]
Next, the operation will be described.
During the generator operation, the temperature of the outer peripheral surface of the frame 22 rises due to the heat generated in the generator 5. When the frame 22 reaches a high temperature, the temperature of the outside air near the frame 22 also rises due to heat conduction, so that a natural convection 32 is generated due to a temperature difference between the outside air having a low ambient temperature. At this time, on the side surface of the frame 22, an updraft develops along the outer peripheral wall 31 extending in the circumferential direction of the frame 22.
[0059]
In addition, when the temperature of the frame 22 rises even when the operation of the generator 5 is stopped, natural convection 32 is generated, and an updraft develops along the outer peripheral wall 31.
[0060]
As described above, according to the seventh embodiment, by installing the outer peripheral wall 31 extending in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the frame 22, the heat dissipation area is expanded and the natural convection 32 is developed due to the development of the updraft. The heat dissipation due to can be promoted and the cooling performance can be improved. Moreover, in this Embodiment 7, as shown in FIG. 14, when the temperature rise by the solar radiation at the time of a wind power generator stop is suppressed, there exists the same effect.
[0061]
Embodiment 8 FIG.
FIG. 15 is a sectional view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 8 of the present invention. The feature of the eighth embodiment resides in that the fins 23 as heat radiating portions in the first embodiment protrude from the leeward clamper 20 to the outer peripheral side.
[0062]
Next, the operation will be described.
On the leeward side of the fins 23 located on the leeward side of the leeward clamper 20, the flow of the outside air 24 is obstructed by the leeward side clamper 20 and rapidly decelerates, and the heat dissipation performance is degraded. On the other hand, in the portion 33 projecting outward from the leeward clamper 20, the leeward clamper 20 does not exist on the leeward side, so that the flow of the outside air 24 passes through the fins 23 without being rapidly decelerated. .
[0063]
As described above, according to the eighth embodiment, by providing the fin 23 with the portion 33 that protrudes to the outer peripheral side from the leeward clamper 20, the heat dissipation performance can be improved even on the leeward side of the fin 23. Therefore, the fins 23 exhibit good heat dissipation performance over the entire length, and sufficient cooling performance for the generator 5 can be obtained.
[0064]
  FIG.The windOf the heat dissipation part of the power generatorreferenceIt is sectional drawing which shows an example. thisreferenceIn the example, as shown in FIG. 16, the upper surface of the leeward clamper 20 is flush with the outer peripheral surface of the frame 22, and fins 23 are installed on the outer peripheral surface of the frame 22. Also in this case, since the flow of the outside air 24 passes to the leeward side of the fin 23 without being rapidly decelerated, the fin 23 becomes a good heat radiation surface over the entire length, so that sufficient cooling performance for the generator 5 is obtained. Can do.
[0065]
Embodiment 9 FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a heat radiation portion of a wind turbine generator according to Embodiment 9 of the present invention. The feature of the ninth embodiment is that the outer diameter of the leeward clamper 19 and the outer diameter of the leeward clamper 20 are larger than the outer diameter of the frame 22, that is, the upper surface of the leeward clamper 19 and the upper surface of the leeward clamper 20 are the frame 22. The configuration is such that the frame 22 protrudes outward in the radial direction of the frame 22 and the fins 23 protrude outward in the radial direction of the frame 22 from the windward side clamper 19 and the leeward side clamper 20.
[0066]
Next, the operation will be described.
Since the flow of the outside air 24 is separated at the leeward side end portion of the windward side clamper 19, an airflow vortex is generated on the outer peripheral surface of the frame 22. The heat dissipation capability from the outer peripheral surface of the frame 22 is significantly reduced by the vortex of the airflow. By installing the fins 23, the outside air 24 directly collides with the fins 23 in the portion 34 projecting radially outward of the frame 22 from the windward side clamper 19, and the radial direction of the frame 22 from the leeward side clamper 20. In the portion 33 protruding outward, the flow of the outside air 24 passes through the fin 23 to the leeward side without being rapidly decelerated.
[0067]
As described above, according to the ninth embodiment, a high heat transfer coefficient is obtained by the outside air 24 directly colliding with the protruding portion 34 of the fin 23, and the leeward clamper 20 is leeward in the protruding portion 33 of the fin 23. Since the fin 23 becomes an effective heat radiation surface over the entire length because it does not exist on the side, sufficient cooling performance for the generator 5 can be obtained.
[0068]
Embodiment 10 FIG.
FIG. 18 is a front view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 10 of the present invention. The feature of the tenth embodiment is that the fins 23 are unequal, unlike the first to ninth embodiments in which the fins 23 are evenly arranged at equal intervals on the entire outer peripheral surface of the frame 22. The fins 23 are arranged at a pitch and the shape and dimensions of the fins 23 are changed depending on the position of the outer peripheral surface of the frame 22. That is, the fins 23 are installed at a small pitch in the region 35 where the heat load is high due to heat input by direct solar radiation on the upper outer peripheral surface of the frame 22 to expand the heat radiation area. Further, in the region 36 on the lower side of the outer peripheral surface of the frame 22 where the flow velocity around the frame 22 decreases due to the influence of the pole 1, the high fins 23 are installed at a small pitch to greatly expand the heat radiation area. Yes. Further, the fins 23 are installed at a large pitch in a region 37 on both sides of the outer peripheral surface of the frame 22 where the influence of solar radiation and the pole 1 is small.
[0069]
Next, the operation will be described.
In the upper region 35 of the outer peripheral surface of the frame 22 having a high thermal load, the outside air 24 with a large wind force collides with the tip of the fin 23 on the upper side of the fins 23 on both sides of the frame 22. Improve. Moreover, in the area | region 36 below the outer peripheral surface of the flame | frame 22 with the slow flow of the external air 24, the external air 24 collides with the front-end | tip of the big fin 23, and improves heat dissipation efficiency by contacting the both sides | surfaces.
[0070]
As described above, according to the tenth embodiment, sufficient cooling performance for the generator 5 is obtained by appropriately arranging the fins 23 even in the region 35 where the heat load is high and the region 36 where the flow of outside air is slow. be able to.
[0071]
In the tenth embodiment, the fins 23 are installed on the outer peripheral surface of the frame 22 with different shapes and unequal pitches, so that the temperature distribution in the generator 5 can be freely controlled according to the intention of the designer. can do.
[0072]
Embodiment 11 FIG.
19 is a cross-sectional view showing a heat radiation portion of a wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention, and FIG. 20 is a front view of the wind turbine generator shown in FIG. A feature of the eleventh embodiment is that a plurality of support columns 38 are provided on the outer peripheral surface of the frame 22 at equal intervals in the circumferential direction, and a cylindrical cover 39 that covers the outer peripheral surface of the frame 22 is attached to the upper portion of the support columns 38. It is in the point. The upper surface of the leeward clamper 19 slightly protrudes from the outer peripheral surface of the frame 22, and the upper surface of the leeward clamper 20 protrudes larger than the outer peripheral surface of the frame 22. The height of the column 38 is set higher than the upper surface of the leeward side clamper 20, and therefore, a large space is secured between the cover 39 supported by the column 38 and the upper surface of the leeward side clamper 20. . The cover 39 has the same diameter on the windward side and the leeward side, and is formed of a material that reflects solar radiation.
[0073]
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 19, a part of the outside air 24 that collides with the tip portion (windward side) of the cover 39 flows into the space between the cover 39 and the frame 22, and the flow velocity of the airflow on the outer peripheral surface of the frame 22 increases. To do. The outside air 24, which flows below the cover 39 and has an increased flow velocity, collides with the tip end portion (windward side) of the support column 38 and the leeward side clamper 20, so that heat radiation is promoted, and the cover 39 and the leeward side clamper are used. By passing through the space between the upper surface of 20, the vehicle escapes from the space below the cover 39 without being decelerated.
[0074]
As described above, according to the eleventh embodiment, the heat transfer coefficient increases due to the increase in the flow velocity on the outer peripheral surface of the frame 22, and sufficient cooling performance is obtained. Furthermore, since the cover 39 is formed of a material that reflects solar radiation, the solar radiation is prevented from directly entering the wind power generator, and an increase in heat load due to direct solar radiation can be suppressed.
[0075]
FIG. 21 is a sectional view showing a first modification of the heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention. In the first modification, as shown in FIG. 21, the outer diameter of the windward cover 39 is increased, and the outer diameter is gradually reduced from the windward side to the support column 38. For this reason, since a wide range of outside air 24 can be taken in toward the outer peripheral surface of the frame 22, the wind speed in the vicinity of the outer peripheral surface of the frame 22 can be increased, so that sufficient cooling performance can be obtained. In the first modification, the upper surface of the windward side clamper 19 and the upper surface of the leeward side clamper 20 are formed flush with the outer peripheral surface of the frame 22, so that the outside air 24 flowing into the lower side of the cover 39 The flow can be smoothly passed without decelerating.
[0076]
FIG. 22 is a sectional view showing a second modification of the heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention. In this modified example 2, as shown in FIG. 22, the outer diameter of the cover 39 is minimized at the place supported by the support column 38, and the outer diameter of the cover 39 is gradually increased from the support column 38 to the windward side and leeward side. is doing. In this case, the flow of the outside air 24 accelerated on the outer peripheral surface of the frame 22 is gradually decelerated and blown out from the end exit of the cover 39. At this time, since the opening area of the outlet is increased, the flow velocity at the outlet is reduced, the pressure loss at the outlet of the cover 39 is reduced, and the flow velocity of the outside air 24 that can be introduced into the outer peripheral surface of the frame 22 is increased. Cooling performance can be obtained. 19, the upper surface of the leeward clamper 19 slightly protrudes from the outer peripheral surface of the frame 22, and the upper surface of the leeward clamper 20 protrudes larger than the outer peripheral surface of the frame 22. For this reason, the outside air 24, which has flowed into the lower space of the cover 39 and increased in flow velocity, collides with the tip end portion (windward side) of the support column 38 and the leeward side clamper 20, thereby promoting heat dissipation.
[0077]
FIG. 23 is a sectional view showing a third modification of the heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention. In the third modification, as shown in FIG. 23, in addition to the configuration of the first modification, the outer diameter of the cover 39 is gradually increased from the support column 38 toward the leeward side. In this case, the flow of the outside air 24 accelerated on the outer peripheral surface of the frame 22 is gradually decelerated and blown out from the end exit of the cover 39. At this time, since the opening area of the outlet is increased, the flow velocity at the outlet is reduced, the pressure loss at the outlet of the cover 39 is reduced, and the flow velocity of the outside air 24 that can be introduced into the outer peripheral surface of the frame 22 is increased. Cooling performance can be obtained.
[0078]
In the third modification, the upper surface of the windward side clamper 19 and the upper surface of the leeward side clamper 20 are formed flush with the outer peripheral surface of the frame 22, so that the outside air 24 flowing into the lower side of the cover 39 is reduced. The flow can be smoothly passed without decelerating.
[0079]
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a fourth modification of the heat dissipating part of the wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention. In this modified example 4, as shown in FIG. 24, the support 38 for fixing the cover 39 is formed in a fin shape extending in the axial direction of the frame 22, so that heat radiation from the support 38 is promoted, and Sufficient cooling performance can be obtained. Similarly to the configuration shown in FIGS. 19 and 22, the upper surface of the leeward clamper 19 slightly protrudes from the outer peripheral surface of the frame 22, and the upper surface of the leeward clamper 20 protrudes larger than the outer peripheral surface of the frame 22. ing. For this reason, the outside air 24, which has flowed into the lower space of the cover 39 and increased in flow velocity, collides with the tip end portion (windward side) of the support column 38 and the leeward side clamper 20, thereby promoting heat dissipation.
[0080]
In the fourth modification, the cover 39 is configured in parallel to the outer peripheral surface of the frame 22, but the configuration of the cover 39 may be the configuration illustrated in FIGS. 21 and 23. In this case, since the outside air 24 can be efficiently guided into and discharged from the space between the cover 39 and the frame 22, heat radiation from the frame 22 and the like can be further promoted.
[0081]
FIG. 25 is a sectional view showing a fifth modification of the heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention. In this modified example 5, as shown in FIG. 25, a support column 38 shorter than the configuration shown in FIG. 19 is erected on the nacelle 2 on the leeward side of the frame 22. The cover 39 in this modification 5 covers not only the frame 22 but also the nacelle 2 on the leeward side on which the support column 38 is erected, and is wider than the configuration shown in FIG. For this reason, a part of the outside air 24 that has collided with the front end portion (windward side) of the cover 39 flows into the space between the cover 39 and the frame 22, and the flow velocity of the airflow on the outer peripheral surface of the frame 22 increases, so A part of the rapid stream that collides with the clamper 20 and whose flow velocity has increased increases further when passing through the space between the cover 39 and the nacelle 2. Thereby, the heat radiation from the frame 22 or the leeward clamper 20 can be further promoted.
[0082]
Embodiment 12 FIG.
FIG. 26 is a cross-sectional view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 12 of the present invention, and FIG. 27 is a front view of the wind turbine generator shown in FIG. The feature of the twelfth embodiment is that the end surface on the leeward side of the cover 39 is opposed to the outer peripheral surface of the frame 22, the end surface on the leeward side of the cover 39 is supported by the support 38, and the outer diameter of the cover 39 is It is gradually reduced to the leeward side. Further, the upper surface of the windward clamper 19 and the upper surface of the leeward clamper 20 protrude outward in the radial direction of the frame 22 from the outer peripheral surface of the frame 22. Between the end surface on the leeward side of the cover 39 and the outer peripheral surface of the frame 22, a space through which the outside air 24 passes is formed except for the support column 38.
[0083]
Next, the operation will be described.
A part of the outside air 24 that has collided with the front end portion (windward side) of the cover 39 flows into the space with the frame 22. At this time, since the outside air 24 is deflected along the cover 39 in a direction facing the frame 22, the outside air 24 flows along the outer peripheral surface of the frame 22 surrounded by the windward side clamper 19 and the leeward side clamper 20. At this time, the vortex of the airflow due to the separation at the end of the leeward side clamper 19 on the leeward side does not occur. The outside air 24 exchanges heat by colliding with the leeward clamper 20 and escapes to the leeward side of the cover 39.
[0084]
As described above, according to the twelfth embodiment, since the outside air 24 can flow along the outer peripheral surface of the frame 22, high heat transfer efficiency can be obtained, and sufficient cooling performance for the generator 5 can be obtained. Obtainable.
[0085]
Embodiment 13 FIG.
FIG. 28 is a front view showing a heat radiation portion of a wind turbine generator according to Embodiment 13 of the present invention. The feature of the thirteenth embodiment is that the cylindrical cover 39 shown in FIG. 19 is installed in the region 35 on the upper side of the outer peripheral surface of the frame 22 and where the heat load is high due to heat input by direct solar radiation. A cover 39 having a large opening area from the windward side to the column 38 shown in FIGS. 21 to 23 is installed in a region 36 where the flow velocity around the frame 22 decreases due to the influence of the pole 1. The cover 39 is not installed in the region 37 on both sides of the outer peripheral surface of the frame 22 where the influence of solar radiation and the pole 1 is small.
[0086]
Next, the operation will be described.
The cover 39 installed in the area 35 blocks heat input due to direct solar radiation and suppresses the temperature rise of the frame 22. The cover 39 installed in the region 36 takes in a wide range of outside air 24 into the space between the outer peripheral surface of the frame 22 and the cover 39, thereby suppressing the temperature rise of the frame 22.
[0087]
As described above, according to the thirteenth embodiment, the heat load on the region 35 can be reduced by the cover 39, the heat radiation performance of the region 36 having a low flow velocity can be improved, and sufficient cooling performance for the generator 5 can be achieved. Can be obtained.
[0088]
In the thirteenth embodiment, when the cover 39 is arranged on the outer peripheral surface of the wind turbine generator, the temperature distribution in the generator 5 is changed by changing the shape according to the installation position or selecting the installation position according to the situation. It can be freely controlled according to the intention of the designer.
[0089]
Embodiment 14 FIG.
FIG. 29 is a perspective view showing a heat radiation portion of a wind turbine generator according to Embodiment 14 of the present invention. The feature of the fourteenth embodiment is that, similarly to the configuration shown in FIG. 24, the fins 23 erected on the outer peripheral surface of the frame 22 and the cylindrical cover 39 are integrated, and the upper surface of the windward side clamper 19 and the leeward side. The upper surface of the side clamper 20 is formed flush with the outer peripheral surface of the frame 22.
[0090]
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 29, the outside air 24 is taken into the duct-shaped space surrounded by the frame 22, the fins 23, and the cover 39 from the windward side. At this time, since the fins 23 and the cover 39 are integrated, heat generated in the generator 5 is transmitted from the fins 23 to the cover 39 and is radiated from the inner peripheral side and the outer peripheral side of the cover 39 to the outside air.
[0091]
As described above, according to the fourteenth embodiment, the flow rate of the outside air 24 in the space can be increased by taking the outside air 24 into the duct-like space constituted by the cover 39 and the like. Moreover, since both the inner peripheral surface and outer peripheral surface of the cover 39 function as a heat radiating surface, sufficient cooling performance for the generator 5 can be obtained.
[0092]
In the fourteenth embodiment, the cover 39 is configured in parallel to the outer peripheral surface of the frame 22, but the configuration of the cover 39 may be the configuration shown in FIGS. 21 and 23. In this case, since the outside air 24 can be efficiently guided into and discharged from the space between the cover 39 and the frame 22, heat radiation from the frame 22 and the like can be further promoted.
[0093]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the heat dissipating part that releases the heat generated from the generator by the rotation of the rotor to the wind that gives the rotor a rotational force through the blades is provided between the stator of the generator and the outside air. Is provided on the cylindrical frame, and the performance of releasing the heat in the generator to the outside air can be improved, whereby the temperature in the generator can be maintained below a specified value. In addition, according to the present invention, unlike the conventional wind power generator, the intake port, the exhaust port, and the cooling fan are not required, so that it is possible to obtain a wind power generator with high heat dissipation efficiency with a simple structure. Furthermore, according to the present invention, the heat generated from the generator provided with the rotor that rotates integrally with the blade that rotates with the wind is cooled by the wind. Therefore, the energy required for cooling is rational and wasteful. There is nothing.
[0094]
According to the present invention, since the heat radiation area to the outside air can be increased by providing the fin as the heat radiating portion on the frame, the cooling performance can be greatly improved as compared with the case where the fin is not provided on the frame. it can.
[0095]
According to the present invention, at least the tip of the windward side of the fin is configured to make an acute angle with the rotation direction of the blade, so that not only the effect of increasing the heat radiation area but also between the fins by reducing the loss at the entrance of the fin. Since the outside air containing the increase in the flow rate and the peripheral speed component can flow to the side surface of the fin, high heat transfer efficiency can be obtained on the outer surface of the fin, and the cooling performance for the generator can be improved.
[0096]
According to the present invention, the fin is divided into a plurality in the axial direction of the frame, and the fins adjacent to each other in the axial direction of the frame among the plurality of divided fins are displaced in the circumferential direction of the frame. In addition to the effect of expanding, it is possible to obtain a plurality of locations with high heat transfer coefficient due to the boundary layer renewal effect along the flow direction of the outside air, thereby obtaining high cooling performance.
[0097]
According to the present invention, at least the windward divided fins of the plurality of fins are configured to form an acute angle with the rotation direction of the blade, so that not only the effect of increasing the heat radiation area but also the divided fins in the second and subsequent rows are arranged. Since the boundary layer is thinned by the outside air colliding with each side surface, a portion with high heat transfer efficiency can be obtained over a wide area on the side surface of the fin, so that the cooling performance can be improved.
[0098]
According to the present invention, the upper surface of the windward clamper is formed flush with the outer peripheral surface of the frame, and the fin protrudes radially outward of the frame from the upper portion of the leeward clamper. Since the heat dissipation performance can be improved, the fins exhibit a good heat dissipation performance over the entire length, and a sufficient cooling performance for the generator can be obtained.
[0099]
According to the present invention, since the upper surface of the leeward clamper and the upper surface of the leeward clamper are formed flush with the frame, the flow of outside air passes through the fin leeward side without being rapidly decelerated. Since this is a good heat dissipation surface over the entire length, sufficient cooling performance for the generator can be obtained.
[0100]
According to the present invention, the upper part of the windward clamper and the upper part of the leeward clamper are protruded radially outward of the frame from the frame, and the fins are arranged in the radial direction of the frame from the upper part of the windward clamper and the upper part of the leeward clamper. By projecting outward, the outside air directly collides with the projecting part of the fin, so a high heat transfer coefficient is obtained.There is no leeward clamper on the leeward side at the projecting part of the fin, so the fin is effective over the entire length. Since it becomes a heat radiating surface, sufficient cooling performance for the generator can be obtained.
[0101]
According to the present invention, since the heat radiating portion is a pin protruding outward in the radial direction of the frame, not only the effect of expanding the heat radiating area but also the high heat transfer coefficient due to the boundary layer renewal effect along the flow direction of the outside air. Multiple locations can be obtained. Further, according to the present invention, the turbulence of the outside air flowing between the pins in the second and subsequent rows is increased by the vortex of the airflow generated on the leeward side of the pins, the heat transfer coefficient at the leeward side pins is increased, and high cooling is achieved. Performance can be obtained.
[0102]
According to this invention, sufficient cooling performance for the generator can be obtained by appropriately installing the fins at a small pitch on at least one of the upper part of the frame affected by solar radiation or the lower part of the frame affected by the pole. In addition, the circumferential distribution of the in-machine temperature can be controlled to an arbitrary shape.
[0103]
According to the present invention, by making the height of the fins non-uniform in the circumferential direction of the frame, it is possible to obtain sufficient cooling performance for the generator and to control the circumferential distribution of the in-machine temperature in an arbitrary form. be able to.
[0104]
According to the present invention, the heat dissipating part is an outer peripheral wall extending in the circumferential direction of the frame, so that the heat dissipating area is expanded and the heat radiation by natural convection is promoted by the development of the updraft to improve the cooling performance. be able to.
[0105]
According to this invention, by providing a cover that covers at least the cylindrical frame that partitions the stator of the generator and the outside air, and that guides wind that gives rotational force to the rotor of the generator through the blades in the vicinity of the frame, The speed of the airflow on the frame increases, cooling performance can be improved, and solar radiation can be prevented from reaching the outer wall surface of the generator, so the temperature rise in the machine due to heat input from direct solar radiation is suppressed. And a wind power generator with high cooling performance can be obtained.
[0106]
According to the present invention, the wind speed in the vicinity of the outer peripheral surface of the frame can be increased by configuring the windward portion of the cover so that the distance from the frame gradually decreases from the windward side to the vicinity of the frame. Therefore, sufficient cooling performance can be obtained.
[0107]
According to the present invention, since the leeward part of the cover is configured so that the distance from the frame gradually increases from the windward side to the vicinity of the frame, the opening area at the outside air outlet can be increased. The flow velocity at the outlet can be reduced, the pressure loss at the outlet of the cover can be reduced, the flow velocity of outside air that can be introduced into the outer peripheral surface of the frame can be increased, and sufficient cooling performance can be obtained.
[0108]
According to the present invention, the upper surface of the windward clamper and the upper surface of the leeward clamper are formed flush with the frame, so that the flow of outside air flowing into the lower side of the cover passes smoothly without being decelerated. Can be made.
[0109]
According to the present invention, the support column supporting the cover is a fin that protrudes radially outward of the frame and extends in the axial direction of the frame, and the cover is attached to the upper portion of the fin. The flow rate of outside air taken into the duct-shaped space thus made can be increased. Further, according to the present invention, since both the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the cover integrated with the fin can function as a heat radiating surface, sufficient cooling performance for the generator can be obtained.
[0110]
According to the present invention, when the cover is provided on the frame, the upper part of the windward side clamper and the upper part of the leeward side clamper are protruded radially outward from the frame to flow into the lower space of the cover. Since the outside air with the increased flow velocity is collided with the leeward clamper or the like, the heat radiation can be promoted, so that sufficient cooling performance for the generator can be obtained.
[0111]
According to the present invention, when the cover is provided on the frame, the support column supporting the cover is a fin protruding outward in the radial direction of the frame and extending in the axial direction of the frame. Therefore, sufficient cooling performance for the generator can be obtained.
[0112]
According to the present invention, the thermal load on the upper part of the frame is reduced by installing the cover on at least one of the upper part of the frame affected by solar radiation or the lower part of the frame affected by the pole. Since heat dissipation performance can be improved, sufficient cooling performance for the generator can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a wind turbine generator according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
3 is an enlarged cross-sectional view of a heat radiating portion of the wind turbine generator shown in FIG. 2. FIG.
4 is a perspective view for explaining the operation of the heat dissipating unit of FIG. 3;
FIG. 5 is a perspective view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 4 of the present invention.
8 is a perspective view for explaining the operation of the heat radiating unit shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a perspective view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 6 of the present invention.
11 is a plan view showing a heat radiating portion of FIG. 10;
FIG. 12 is a perspective view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 7 of the present invention.
13 is a side view showing a heat radiating part during operation of the wind turbine generator shown in FIG. 12. FIG.
14 is a side view showing a heat radiating section when the wind turbine generator shown in FIG. 12 is stopped.
FIG. 15 is a sectional view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 8 of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a reference example of a heat radiating portion of a wind turbine generator.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 9 of the present invention.
FIG. 18 is a front view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 10 of the present invention.
FIG. 19 is a sectional view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention.
20 is a front view of the wind turbine generator shown in FIG.
FIG. 21 is a sectional view showing a first modification of the heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention.
FIG. 22 is a sectional view showing a second modification of the heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention.
FIG. 23 is a sectional view showing a third modification of the heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention.
FIG. 24 is a sectional view showing a fourth modification of the heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention.
FIG. 25 is a cross sectional view showing a fifth modification of the heat radiating portion of the wind turbine generator according to Embodiment 11 of the present invention.
FIG. 26 is a sectional view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 12 of the present invention.
27 is a front view of the wind turbine generator shown in FIG. 26. FIG.
FIG. 28 is a front view showing a heat radiating portion of a wind turbine generator according to Embodiment 13 of the present invention.
FIG. 29 is a perspective view showing a heat radiation part of a wind turbine generator according to Embodiment 14 of the present invention.
FIG. 30 is a cross-sectional view showing a cooling structure of a conventional wind turbine generator.
31 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of FIG. 30. FIG.
[Explanation of symbols]
1 pole, 2 nacelle, 3 blades, 4 hubs, 5 sealed generator, 6 horizontal shaft, 7 speed increaser, 8 brake, 9 blower fan, 10 air inlet, 11 exhaust port, 12 boss, 13 fixed shaft, 14 Rotor, 15 clearance, 16 stator, 17 stator core, 18 stator coil, 19 windward side clamper, 20 leeward side clamper, 21 stay, 22 frame, 23 fin (heat radiating portion), 23a, 23b, 23c fin (heat radiating portion), 24 Outside air, 25 boundary layer (axial direction), 26a, 26b, 26c pin (heat dissipating part), 27 boundary layer (circumferential direction), 30 side surface, 31 outer peripheral wall (heat dissipating part), 32 natural convection, 33, 34 protruding part, 35 area (upper side), 36 area (lower side), 37 area (both sides), 38 struts, 39 cover.

Claims (16)

垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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と、該ステータをフレームの軸線方向の両側から挟む風上側クランパと風下側クランパを含む発電機と、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、
前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、
前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、
前記風下側クランパの上部は、前記フィンより半径方向外方に突出したことを特徴とする風力発電装置。A horizontal shaft disposed at the top of a vertically erected pole, a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed outside the rotor, and an upwind side sandwiching the stator from both sides in the axial direction of the frame In a wind turbine generator including a generator including a clamper and a leeward clamper, and a blade fixed to the horizontal shaft and rotated by wind power,
A cylindrical frame that divides the stator of the generator and the outside air from a heat radiating portion that releases heat generated from the generator by rotation of the rotor against wind that gives rotational force to the rotor via the blades. Provided in
The heat dissipating part is a fin that protrudes radially outward of the frame and extends in the axial direction of the frame,
The wind power generator characterized in that the upper part of the leeward clamper protrudes radially outward from the fin. 垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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と、該ステータをフレームの軸線方向の両側から挟む風上側クランパと風下側クランパを含む発電機と、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、
前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、
前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、
前記風上側クランパの上部および前記風下側クランパの上部の少なくとも一方は、前記フレームより半径方向外方に突出し、
前記フィンが、前記風上側クランパの上部および前記風下側クランパの上部より半径方向外側に突出していることを特徴とする風力発電装置。A horizontal shaft disposed at the top of a vertically erected pole, a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed outside the rotor, and an upwind side sandwiching the stator from both sides in the axial direction of the frame In a wind turbine generator including a generator including a clamper and a leeward clamper, and a blade fixed to the horizontal shaft and rotated by wind power,
A cylindrical frame that divides the stator of the generator and the outside air from a heat radiating portion that releases heat generated from the generator by rotation of the rotor against wind that gives rotational force to the rotor via the blades. Provided in
The heat dissipating part is a fin that protrudes radially outward of the frame and extends in the axial direction of the frame,
At least one of the upper part of the windward clamper and the upper part of the leeward clamper protrudes radially outward from the frame ,
The wind turbine generator according to claim 1, wherein the fin projects radially outward from an upper part of the windward clamper and an upper part of the leeward clamper. フィンの少なくとも風上側の先端部は、ブレードの回転方向と鋭角をなしていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の風力発電装置。  The wind power generator according to claim 1 or 2, wherein at least a tip portion on the windward side of the fin forms an acute angle with a rotation direction of the blade. フィンは、風下方向に徐々に軸線方向に湾曲することを特徴とする請求項３記載の風力発電装置。  The wind power generator according to claim 3, wherein the fin is gradually bent in the axial direction in the leeward direction. 垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備え、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設けた風力発電装置において、
前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、
前記フィンは、前記フレーム軸線方向に複数に分割され、
該分割された複数のフィンのうち前記フレームの軸線方向で隣接するフィン同士は、前記フレームの周方向に位置ずれしていることを特徴とする風力発電装置。A horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a generator including a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed on the outside of the rotor, and fixed to the horizontal shaft by wind power In a wind turbine generator provided with a rotating blade, and a heat dissipating part that releases heat generated from the generator by the rotation of the rotor provided in a cylindrical frame that partitions the stator of the generator and outside air,
The heat dissipating part is a fin that protrudes radially outward of the frame and extends in the axial direction of the frame,
The fin is divided into a plurality in the frame axis direction,
Among the plurality of divided fins, the fins adjacent in the axial direction of the frame are displaced in the circumferential direction of the frame. 複数のフィンのうち少なくとも風上側の分割フィンは、ブレードの回転方向と鋭角をなしていることを特徴とする請求項５記載の風力発電装置。  The wind power generator according to claim 5, wherein at least one of the plurality of fins on the windward side forms an acute angle with the rotation direction of the blade. 垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、
前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、
前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出し外気の流れ方向に複数設置された円柱状の突起物であることを特徴とする風力発電装置。A horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a generator including a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed on the outside of the rotor, and fixed to the horizontal shaft by wind power In a wind turbine generator with a rotating blade,
A cylindrical frame that divides the stator of the generator and the outside air from a heat radiating portion that releases heat generated from the generator by rotation of the rotor against wind that gives rotational force to the rotor via the blades. Provided in
The said heat radiating part is a column-shaped protrusion which protruded in the radial direction of the said flame | frame, and was installed in the flow direction of external air, The wind power generator characterized by the above-mentioned. 垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、
前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、
前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、
前記フレームの上部および前記フレームの下部の少なくとも一方に設置されている前記フィンのピッチは、前記フレームの周方向に不均一であることを特徴とする風力発電装置。A horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a generator including a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed on the outside of the rotor, and fixed to the horizontal shaft by wind power In a wind turbine generator with a rotating blade,
A cylindrical frame that divides the stator of the generator and the outside air from a heat radiating portion that releases heat generated from the generator by rotation of the rotor against wind that gives rotational force to the rotor via the blades. Provided in
The heat dissipating part is a fin that protrudes radially outward of the frame and extends in the axial direction of the frame,
The wind power generator characterized by the pitch of the said fin installed in at least one of the upper part of the said flame | frame, and the lower part of the said flame | frame being uneven in the circumferential direction of the said flame | frame. 垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、
前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、
前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、
前記フィンの高さは、前記フレームの周方向に不均一であることを特徴とする風力発電装置。A horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a generator including a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed on the outside of the rotor, and fixed to the horizontal shaft by wind power In a wind turbine generator with a rotating blade,
A cylindrical frame that divides the stator of the generator and the outside air from a heat radiating portion that releases heat generated from the generator by rotation of the rotor against wind that gives rotational force to the rotor via the blades. Provided in
The heat dissipating part is a fin that protrudes radially outward of the frame and extends in the axial direction of the frame,
The wind power generator according to claim 1, wherein the height of the fin is not uniform in a circumferential direction of the frame. 垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、
前記ブレードを介して前記ロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により前記発電機から発生した熱を放出する放熱部を、前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームに設け、
前記放熱部は、前記フレームの周方向に延在する外周壁であることを特徴とする風力発電装置。A horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a generator including a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed on the outside of the rotor, and fixed to the horizontal shaft by wind power In a wind turbine generator with a rotating blade,
A cylindrical frame that divides the stator of the generator and the outside air from a heat radiating portion that releases heat generated from the generator by rotation of the rotor against wind that gives rotational force to the rotor via the blades. Provided in
The wind power generator, wherein the heat dissipating part is an outer peripheral wall extending in a circumferential direction of the frame. 垂直に立設されたポールの上部に配される水平軸と、該水平軸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、前記水平軸に固定されかつ風力で回転するブレードとを備えた風力発電装置において、
少なくとも前記発電機のステータと外気とを仕切る円筒状のフレームを覆い、かつ前記ブレードを介して前記発電機のロータに回転力を与えた風を前記フレーム近傍に導くカバーを備え、
前記カバーは、前記ブレードと軸方向に干渉しない位置に設置されていることを特徴とする風力発電装置。A horizontal shaft disposed on an upper part of a vertically installed pole, a generator including a rotor fixed to the horizontal shaft and a stator disposed on the outside of the rotor, and fixed to the horizontal shaft by wind power In a wind turbine generator with a rotating blade,
A cover that covers at least a cylindrical frame that partitions the stator of the generator and the outside air, and that guides wind that gives rotational force to the rotor of the generator through the blades in the vicinity of the frame;
The cover is installed at a position where it does not interfere with the blade in the axial direction. カバーの風上側の部分は、フレームとの離間距離が風上側から風下側にかけて徐々に短くなるように構成されたことを特徴とする請求項１１記載の風力発電装置。  The wind power generator according to claim 11, wherein the windward portion of the cover is configured such that the distance from the frame gradually decreases from the windward side to the leeward side. カバーの風下側の部分は、フレームとの離間距離が風上側から風下側にかけて徐々に長くなるように構成されたことを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の風力発電装置。  The wind power generator according to claim 11 or 12, wherein the leeward side portion of the cover is configured such that a distance from the frame gradually increases from the leeward side to the leeward side. カバーは、フレームの周方向の上部および下部の少なくとも一方に設置されることを特徴とする請求項１１記載の風力発電装置。  The wind turbine generator according to claim 11, wherein the cover is installed on at least one of an upper part and a lower part in the circumferential direction of the frame. カバーの風下側端面が、フレームの外周面に対して対向して設置されることを特徴とする請求項１１記載の風力発電装置。  The wind power generator according to claim 11, wherein the leeward side end surface of the cover is disposed to face the outer peripheral surface of the frame. ブレードを介してロータに回転力を与えた風に対し、前記ロータの回転により発電機から発生した熱を放出する放熱部を、フレームに設け、
前記放熱部は、前記フレームの半径方向外方に突出しかつ前記フレームの軸線方向に延在するフィンであり、
カバーを支持する支柱は、前記フィンであることを特徴とする請求項１１から請求項１５のうちのいずれか１項記載の周力発電装置。A heat dissipating part that releases heat generated from the generator by the rotation of the rotor is provided in the frame against the wind that imparts rotational force to the rotor via the blades,
The heat dissipating part is a fin that protrudes radially outward of the frame and extends in the axial direction of the frame,
The peripheral power generation device according to any one of claims 11 to 15, wherein the column supporting the cover is the fin.
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