JP4371259B2 - 風力発電機 - Google Patents
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Description
これよりも風速が低いと、発電が不可能であり、これよりも風速が速いと、風車が破損する恐れがあるため、運転を停止するように構成されている。
しかし、上述の様な速度範囲(例えば2.0m/s〜12.7m/s)でしか風力発電が行えないのが現状である。
(1) 微風でも、風車を回転して、発電することが可能である。
(2) 電磁石と永久磁石とが吸引し合う様に、電磁石へ電力を供給してやれば、強風時には、風車の回転を抑制して、破損を防止しつつ、必要な発電を行うことが可能である。
(3) 電磁石を構成するコイル中で、電力が供給される範囲が少なく、消費電力が少ない。そのため、熱をもたない。
(4) 冷却手段が不要である。
(5) 耐熱性が良好だが、比重の大きな鉄を使用する必要が無くなるので、軽量化が可能となる。
(6) 前記作用効果(1)及び(3)〜(5)によって高効率の発電が達成できる。
(7) 広い範囲の風速に亘って発電が可能であるため、風速が変化しやすい我国の風土にマッチしている。
(8) 本発明では、既存の風車に電磁石用の枠体を追加すれば実施可能であり、新たな設備投資が抑制される。
第1実施形態を説明するのに先立って、先ず図3〜図5を参照して、第1実施形態で利用している駆動原理或いはモータについて説明する。
図3〜図5を参照して当該モータの駆動原理を説明する。尚、当該モータは説明を簡便にするため、2極のモータであるものとする。
以下、図1及び図2を参照して第1実施形態を説明する。
その3本のブレード21H、22H、23Hの先端(半径方向外方端部)には、夫々永久磁石41、42、43が設けてある。
以降、3本のブレード21H、22H、23Hがトップカバー5cに固着された状態のブレード(の集合体)を符号2Hで示す。
即ち、第1実施形態の水平軸風車1Hは、トップカバー5cを含むブレード2Hと、ブレード2Hを包囲する枠体3Hによって構成されている。
尚、前記永久磁石41〜43と枠体3H側に取付けられた12個の電磁石(M1〜M12)との間には、均一の隙間(ギャップ)が形成されている。
そのコントロールユニット7は前記枠体3H側に取付けられた電磁石M1〜M12のコイルCと電力供給ラインLoによって接続されている。
尚、図1及び図2では電磁石M1のみが電力供給ラインLoによってコントロールユニット7に接続されているように示されているが、他の電磁石M2〜M12の電力供給ラインによるコントロールユニット7への接続は省略して描かれている。
ここで、本発明の実施形態では、従来では回転が不可能であった2.0m/h未満の微風時には磁力で風車を回転することが可能である。即ち、出力電力と入力(電磁石)との差だけの電力を得ることが出来る。
定格以上の風速の場合(ステップS5のYES)、は、磁力でブレーキを掛ける。即ち、電磁石(M1〜M12)の極性がブレード2Hの永久磁石41〜43と逆性となる様に電力を供給して、NSの吸引力によりブレードの回転を制動した(ステップS6)後、ステップS8に進む。
一方終了しないのであれば(ステップS8のNO)、再びステップS1以降を繰り返す。
具体的には、図8で示す様に、ブレード2H先端の永久磁石4の長手方向中心軸を、ブレード2Hの中心軸(半径方向)に対して、所定の角度θ(θ=35°〜55°)だけ傾斜させることにより、ステータ(枠体)3H側の電磁石Mの磁界によりブレードの回転が抑制されてしまうことを防止出来る。
(1) 微風でも、風車1Hを回転して、発電することが可能である。
(2) 電磁石M1〜M12と永久磁石41〜43とが吸引し合う様に、電磁石M1〜M12へ電力を供給することにより、強風時には、風車1Hの回転を抑制して、破損を防止しつつ、必要な発電を行うことが可能である。
(3) 電磁石M1〜M12を構成するコイル中で、電力が供給される範囲が少なく、消費電力が少ない。そのため、熱をもたない。
(4) 消費電力が少ないため発熱量も少なく、冷却手段が不要である。
(5) 耐熱性が良好だが、比重の大きな鉄を使用する必要が無くなるので、軽量化が可能となる。
(6) (1)及び(3)〜(5)によって高効率の発電が達成できる。
(7) 広い範囲の風速に亘って発電が可能であるため、風速が変化しやすい我国の風土にマッチしている。
(8) 本実施形態では、既存の風車に電磁石用の枠体を追加すれば実施可能であり、新たな設備投資が抑制される。
その発電機Gv1の回転軸Gsの先端には垂直回転軸5Vを有する垂直軸風車1Vが接続されている。
又、上端側の支持部材51Sと下端側の支持部材54Sとはブレード21Vで、上端側の支持部材52Sと下端側の支持部材55Sとはブレード22Vで、上端側の支持部材53Sと下端側の支持部材56Sとはブレード23Vで、夫々連結されて垂直軸風車1Vを構成している。
尚、図示ではケージ3Vの全体像は明確には示されていないが、ケージ3Vの主要部材である縦部材31V、32V、33Vが示されている。その縦部材31V、32V、33Vの軸中心は、垂直軸風車1Vの軸と同軸のピッチサークル円Rc上に存在するように構成されている。
そして、互いに対向する永久磁石41〜46と電磁石M1〜M6との間には均一の隙間が形成されるように構成されている。
尚、図10では電磁石M6のみが電力供給ラインLoによってコントロールユニット7に接続されているように示されているが、他の電磁石M1〜M5の電力供給ラインによるコントロールユニット7への接続は省略して描かれている。
尚、図10の例では、縦部材は3本となっているが、ブレードの倍数としても良い。そのように縦部材を増やすことによってモータとして作用させる場合の駆動トルクを増加させることが出来る。
そのロータRを包囲するステータSの内周面には、前記永久磁石40に対向する位置に電磁石Mが設置されており、その電磁石Mに巻きついたコイルCに通電することによって電磁石Mが励磁され、モータの機能を発揮するように構成されている。
更に、コントロールユニット70は電力供給ラインLoによってステータS側の電磁石MのコイルCと接続されており、コントロールユニット70の制御によって電磁石Mが励磁されるように構成されている。
その他詳細な作動原理、制御については、第1実施形態と同様である。
図11の第3実施形態では、垂直軸風車のシャフト50Vは減速機59を介してモータ9の出力軸92に接続されているが、図12の第4実施形態(風力発電機は符号Gv3で表す)では、減速機を介さないでモータ出力軸92を垂直軸風車のシャフト50Vに直結させた実施形態である。尚、図中、符号Fはモータ出力軸92と垂直軸風車のシャフト50Vとを接続するためのフランジを示す。
その他の作動原理、制御については、第1実施形態及び第3実施形態と同様である。
M、M1〜M12・・・電磁石
P・・・ポール
1V・・・垂直軸風車
1H・・・水平軸風車
2H、21H〜23H、21V〜23V・・・ブレード
3H・・・リング状枠体
40〜46・・・永久磁石
5H・・・水平軸
5V・・・垂直軸
6・・・速度センサ
7、70・・・コントロールユニット
20・・・回転取付台
100、101・・・ベース
G、Gv1・・・発電機
5c・・・トップカバー
5h・・・ハブ
25・・・回転式枠体支持部材
Lo・・・電力供給ライン
Gs・・・発電機の回転軸
51S〜56S・・・支持部材
31V〜33V・・・縦部材
Rc・・・ピッチサークル円
8・・・垂直型風車の基礎部分(格納室)
8a・・・基礎部分の天井部分
9・・・モータ
50V・・・垂直軸風車の主軸
55V、Gp・・・ピニオン
59・・・減速機
91・・・ギヤ
R・・・ロータ
S・・・ステータ
C・・・コイル
Li・・・信号ラインLi
92・・・モータ出力軸
F・・・フランジ
Claims (2)
- 水平軸風車を有し、該水平軸風車のブレードの半径方向外方に枠体を配置し、ブレードの半径方向外方端部に永久磁石を設け、枠体の半径方向内周面であって且つ風車の水平軸方向について前記永久磁石と相対する位置に複数の電磁石を設け、風速或いはブレードの回転速度を計測する計測手段と、前記電磁石のコイルへの電力供給を制御する制御手段を設け、該制御手段は、前記計測手段で計測された風速或いはブレードの回転速度が閾値未満の場合には前記電磁石の極性が前記永久磁石と反撥し合う極性となる様に電力を供給し、風速或いはブレードの回転速度が閾値以上である場合には前記電磁石には電力を供給しない制御を行う様に構成されていることを特徴とする風力発電機。
- 垂直軸風車を有し、該垂直軸風車のブレードの半径方向外方に枠体を配置し、ブレードの半径方向外周面に永久磁石を設け、枠体の半径方向内周面で且つ風車の垂直軸方向について前記永久磁石と相対する位置に電磁石を設け、風速或いはブレードの回転速度を計測する計測手段と、前記電磁石のコイルへの電力供給を制御する制御手段を設け、該制御手段は、前記計測手段で計測された風速或いはブレードの回転速度が閾値未満の場合には前記電磁石の極性が前記永久磁石と反撥し合う極性となる様に電力を供給し、風速或いはブレードの回転速度が閾値以上である場合には前記電磁石には電力を供給しない制御を行う様に構成されていることを特徴とする風力発電機。
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