JP4749497B1 - Wind power generator - Google Patents
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Abstract
【課題】 風力発電における不安定な発電出力をより安定化させることが可能な風力発電装置を提供する。
【解決手段】 風力を受けて所定の回転軸2の周りを一定回転方向に回転する風車3を備える風力発電装置1において、回転軸2と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ4を有して回転軸2の回転に伴う該ロータ4の回転により電力を生成する第1の発電機5と、回転軸2と同軸をなし、かつ回転軸2の一定回転方向において、回転軸2が増速している場合には該回転軸2と一体回転状態となって自身も増速回転し、回転軸2が減速している場合には該回転軸2から切り離されて慣性回転するようにワンウェイクラッチ6を介して配置されるフライホイール7と、フライホイール7と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ8を有してフライホイール7の回転に伴う該ロータ8の回転により電力を生成する、第1の発電機5とは異なる第2の発電機9と、それら双方の発電機5,9により生成された電力を合わせて外部出力する出力部(出力手段)10を備える。
【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind power generator capable of further stabilizing unstable power generation output in wind power generation.
In a wind turbine generator 1 including a windmill 3 that receives wind power and rotates around a predetermined rotation shaft 2 in a constant rotation direction, a rotor 4 disposed so as to rotate integrally with the rotation shaft 2 is provided. And the first generator 5 that generates electric power by the rotation of the rotor 4 accompanying the rotation of the rotating shaft 2, the coaxial with the rotating shaft 2, and the rotating shaft 2 in the constant rotating direction of the rotating shaft 2 When the speed is increased, the rotating shaft 2 is integrally rotated with the rotating shaft 2 and the rotating shaft 2 is also rotated at an increased speed. A flywheel 7 arranged via the one-way clutch 6 and a rotor 8 arranged so as to rotate integrally with the flywheel 7 are arranged so as to rotate integrally with the flywheel 7. The first generator 5 to be generated And a second generator 9 different from the above, and an output unit (output means) 10 that outputs the electric power generated by both of the generators 5 and 9 together.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、風力発電装置に関する。 The present invention relates to a wind turbine generator.
近年、地球環境の保全のため、再生可能エネルギーを用いた発電方法として、二酸化炭素などの温室効果ガスを排出しない風力発電に注目が集まっている(例えば特許文献1等)。 In recent years, attention has been focused on wind power generation that does not emit greenhouse gases such as carbon dioxide as a power generation method using renewable energy in order to preserve the global environment (for example, Patent Document 1).
ところが、風力発電は、風速の変動に伴い発電出力が変動するため、安定しないという課題がある。 However, the problem with wind power generation is that it is not stable because the power generation output fluctuates as the wind speed fluctuates.
本発明の課題は、風力発電における不安定な発電出力をより安定化させることが可能な風力発電装置を提供することにある。 The subject of this invention is providing the wind power generator which can stabilize the unstable power generation output in wind power generation more.
上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置は、
風力を受けて所定の回転軸周りを一定回転方向に回転する風車と、
前記回転軸と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータを有し、前記回転軸の回転に伴う該ロータの回転により電力を生成する第1の発電手段と、
前記回転軸と同軸をなし、かつ前記一定回転方向において、前記回転軸が増速している場合には該回転軸と一体回転状態となって自身も増速回転し、前記回転軸が減速している場合には該回転軸から切り離されて慣性回転するように1方向クラッチを介して配置されるフライホイールと、
前記フライホイールと同軸をなして一体回転するよう配置されたロータを有し、前記フライホイールの回転に伴う該ロータの回転により電力を生成する、前記第1の発電手段とは異なる第2の発電手段と、
前記第1の発電手段と前記第2の発電手段により生成された双方の電力入力を受け、それらを合わせて外部出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the wind turbine generator of the present invention is
A windmill that receives wind force and rotates around a predetermined rotation axis in a constant rotation direction;
A first power generation means having a rotor arranged to rotate integrally with the rotation shaft and generating electric power by rotation of the rotor as the rotation shaft rotates;
When the rotation axis is coaxial with the rotation axis and the rotation axis is increasing in the constant rotation direction, the rotation axis is integrally rotated with the rotation axis, and the rotation axis is decelerated, and the rotation axis is decelerated. A flywheel disposed through a one-way clutch so as to be inertially separated from the rotating shaft,
A second power generation different from the first power generation means, having a rotor arranged to rotate integrally with the flywheel and generating electric power by rotation of the rotor as the flywheel rotates Means,
Output means for receiving both power inputs generated by the first power generation means and the second power generation means, and combining them to output externally;
It is characterized by providing.
上記本発明の構成によれば、第1の発電手段によって発電される電力は、風車が受ける風力に応じて大きく変動するが、第2の発電手段によって発電される電力は、フライホイールに蓄積された安定的な回転エネルギーに基づいて生成されるものであるから出力が安定しており、これら第1の発電手段と第2の発電手段による双方の発電電力が重畳された形で出力されることにより、第1の発電手段による発電電力の不安定さは緩和され、全体として比較的安定な発電出力を得ることができる。 According to the configuration of the present invention described above, the electric power generated by the first power generation unit varies greatly depending on the wind power received by the windmill, but the power generated by the second power generation unit is accumulated in the flywheel. Output is stable because it is generated based on the stable rotational energy, and the power generated by both the first power generation means and the second power generation means is output in a superimposed form. As a result, the instability of the power generated by the first power generation means is alleviated, and a relatively stable power output can be obtained as a whole.
また、風車の減速時には、フライホイールと風車の回転軸が切り離されるため、フライホイールは慣性回転状態となる。つまり、フライホイール側の減速要素が大幅に減じられるため、より長時間の回転継続が可能となり、その間、第2の発電手段からは、経時的になだらかな減衰は生じるものの安定した発電出力を得ることができる。 In addition, when the windmill is decelerated, the flywheel and the windmill are separated from each other, so that the flywheel is in an inertial rotation state. In other words, since the speed reduction element on the flywheel side is greatly reduced, it is possible to continue the rotation for a longer time. During this time, the second power generation means obtains a stable power generation output although gentle attenuation occurs over time. be able to.
また、風車の増速時には、風車の回転軸とフライホイールとが一体回転状態となってフライホイールに回転エネルギーが蓄積されるので、その後、風車が減速したとしても、増速時に蓄積された回転エネルギーによって第2の発電手段からは安定した発電出力を、蓄積した分だけ長く継続的に得続けることができる。また、風車の増速時には、第1の発電手段と第2の発電手段による2段発電状態となって発電出力は増すが、より重量のあるフライホイールが回転抵抗となる形で風車に極端な増速(加速)が生じて全体の発電出力が極端に増すことは無く、2段発電状態になったとしても、全体の発電出力を比較的安定した状態に保つことができる。 In addition, when the wind turbine speed increases, the rotational axis of the wind turbine and the flywheel rotate together and the rotational energy is stored in the flywheel. By the energy, a stable power generation output can be continuously obtained from the second power generation means for as long as the accumulated amount. Further, when the speed of the windmill is increased, the first power generation means and the second power generation means are in a two-stage power generation state, and the power generation output is increased. There is no increase in acceleration (acceleration), and the total power generation output does not increase extremely, and even if the two-stage power generation state is entered, the total power generation output can be kept relatively stable.
以下、本発明の風力発電装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態である風力発電装置の構成を概略的に示す概略図である。また、図2は、図1の風力発電装置の構成を簡略的に示すブロック図である。図1及び図2に示す本実施形態の風力発電装置1は、所定の受風方向2wからの風力を受けて所定の回転軸線2xの周りを一定回転方向に回転する風車3と、風車3の回転軸2と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ4を有して回転軸2の回転に伴う該ロータ4の回転により電力を生成する第1の発電機(発電手段)5と、回転軸2と同軸をなし、かつ上記一定回転方向において、回転軸2が増速している場合には該回転軸2と一体回転状態となって自身も増速回転し、回転軸2が減速している場合には該回転軸2から切り離されて慣性回転するように1方向クラッチ(ワンウェイクラッチ)6を介して配置されるフライホイール7と、フライホイール7と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータ8を有してフライホイール7の回転に伴う該ロータ8の回転により電力を生成する、第1の発電機5とは異なる第2の発電機(発電手段)9と、を備えて構成される。
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a wind power generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the wind turbine generator of FIG. The wind turbine generator 1 of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 receives a wind force from a predetermined
さらに、本実施形態の風力発電装置1は、第1の発電機5と第2の発電機9により生成された双方の電力入力を受け、それらを合わせて外部出力する出力部(出力手段)10を備えて構成される。つまり、第1の発電機5及び第2の発電機9の発電電力の出力ラインを、外部出力に至るまでの間で接続し、1系統で外部出力する形で構成される。
Furthermore, the wind turbine generator 1 of the present embodiment receives both power inputs generated by the
出力部10は、例えば図3(a)に示すように、第1の発電機5と第2の発電機9により生成された双方の三相の交流電力を、それぞれ整流器12に入力した上で、昇圧コントローラ11に入力して所定の電圧で出力し、さらにそれをパワーコンディショナ15にて入力して、入力された直流の電力を系統電力に変換し、出力するように構成できる。これにより、第1の発電機5と第2の発電機9により生成された双方の電力を合わせて外部の電源系統19Aに供給することができ、例えば売電等が可能となる。また、パワーコンディショナ15にて、家庭内で使える交流電力に変換して出力してもよい。また、出力部10は、図3(b)に示すように、第1の発電機5と第2の発電機9により生成された双方をそれぞれ、整流器12に入力した上で、昇圧コントローラ13に入力し、所定電圧とされた直流の電力をバッテリー(蓄電手段)19Bに供給して蓄電させてもよい。また、バッテリー(蓄電手段)19Bに蓄電された電力を、パワーコンディショナ15を介して外部の電源系統19Aに供給するようにしてもよい。
For example, as shown in FIG. 3A, the
本実施形態の風車3は、受風方向2wが回転軸2の軸線2xの延出方向(以下、軸線方向という)と一致しており、該受風方向2wから風力を受けることで一定方向に回転するよう複数のブレード30を有する。各ブレード30はハブ22を介して回転軸2と連結(接続)する。
In the
図4は、本実施形態の風力発電装置1の風車部分の拡大断面図である。ただし、ナセル21の内部構造については簡略化して示している。風車3は、回転軸2の軸線方向に同軸をなす形で筒状に延出する筒状風洞部(ダクト)31の内側に配置される。筒状風洞部31は、風車3の受風方向2wの上流側から下流側に向けて開口面積が減少していく形で形成される。具体的にいえば、筒状風洞部31は、受風方向2wの上流側の環状端部31Aから下流側の環状端部31Bまでの間の区間において、ラジアル方向内向きに膨出した湾曲形状をなす。この筒状風洞部31において取り込まれた風は、圧縮された形で下流に供給され、下流側のブレードがこれを受けることになるので、風車3が得る回転力を増すことができる。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the windmill portion of the wind turbine generator 1 of the present embodiment. However, the internal structure of the
筒状風洞部31は、その内周面に、ナセル21の外周面210から外向きに放射状に延出する複数の支持部材(FRP)32が固定されており、ナセル21と共に回転軸2に対し非回転に設けられている。
The cylindrical
ナセル21は、第1の発電機5とフライホイール7と第2の発電機9、さらに回転軸2を内部に収容する。図4及び図5に示すように、ナセル21の外表面21Aは、少なくとも回転軸2の軸線2x上の、受風方向2wの上流側に頂点部21aを有する湾曲面として形成される。具体的にいえば、その外表面21Aは、回転軸2の軸線方向の周りに回転させても面形状が変化しない回転対称面をなし、ここでは流線型をなす。他方、ナセル21の受風方向2wの下流側には、風車3に対し一体回転するようその回転軸2に固定されるハブ22が設けられ、その外表面22Aは、ナセル21の外表面21Aをなす湾曲面から受風方向2wに滑らかに続く湾曲面をなし、かつ回転軸2の軸線2x上の受風方向2wの上流側に頂点部22aを有する湾曲面をなす。具体的にいえば、その外表面21Aは、回転軸2の軸線方向の周りに回転させても面形状が変化しない回転対称面をなしており、ナセル21の外表面21Aから続く流線型をなしている。ここでのナセル21とハブ22の外表面21A,22Aは、それら全体で球体表面を形成しており、その球体表面21A,22Aは、上流側の頂点部21aが下流側の頂点部22aよりも曲率半径が大とされた卵状をなしている。
The
なお、ナセル21は、少なくとも一部が筒状風洞部31の内側に位置し、残りが筒状風洞部31の外側に突出する。本実施形態のナセル21は、その頂点部21aが風車3の受風側(受風方向2wの上流側)に筒状風洞部31の内部から突出する形で配置される。また、ナセル21の受風方向2wの下流側には、各ブレード30と回転軸2を接続するハブ22が設けられる。つまり、ブレード30は、受風方向2wにおいてナセル21よりも下流側に設けられており、下流側のブレード30で得た回転力が、回転軸2を介して受風方向2wの上流側に位置する発電機5,9側へと伝達される。ハブ22は、円盤状をなしてその中心部が回転軸2の受風方向2wの下流側端部に中心部が締結部材によって固定される軸固定部221と、軸固定部221における受風方向2wの下流側主面の外周部に対し締結部材によって固定される筒状のブレード取付部222とを有しており、ブレード取付部222の外周面から放射状に複数のブレード30が延びている。
Note that at least a part of the
ナセル21は、地表の基礎部190から延びる支柱(タワー)110の上端部110Tに対し、風向きに合わせて水平面内において向きを変えることが可能(該支柱110の鉛直方向の軸線110xの周りに回転可能)に取り付けられている。このとき、各ブレード30を外周側から被う筒状風洞部31も、ナセル21の受風方向2wの下流側に設けられており、これにより、筒状風洞部31は風車3の受風方向2wを可変する尾翼のような手段として機能する。即ち、筒状風洞部31の筒状外周面31C(特にその水平方向側の面)が風を受けると、支柱110の上端部110Tに対し回転し、風が来る向きにナセル21の頂点部21aを向ける。また、筒状風洞部31がナセル21よりも受風方向2wの下流側に位置することで、わずかな風向きの変化でナセル21の向き、つまりは風車3の受風面の向きが細かく変化することを防ぐことも可能となる。
The
図5は、図4のナセルを軸線2x,110xを通過する平面で切断した断面図であり、ナセル21の内部には、第2の発電機9とフライホイール7と第1の発電機5とを、風車の受風方向2wの上流側からこの順で収容した発電機ケース体100が配置され、ナセル21に対し締結部材103によって締結固定されている。図6に示すように、受風方向2wの上流側から順に、第2の発電機9を収容する上流側収容空間9Sと、フライホイール7を収容する中間収容空間7Sと、第1の発電機5を収容する下流側収容空間5Sとを有し、これらをひとつながりの空間とする形状をなす。このひとつながりの空間は、フライホイール7が中間収容空間7S内に配置されることで、上流側収容空間9Sと下流側収容空間5Sとに分断される。これら円筒状の上流側収容空間9S及び下流側収容空間5Sよりも、同じく円筒状の中間収容空間7Sの方が径大で、かつ収容されるフライホイール7自体も、径方向において中間収容空間7Sの円筒状外周壁に対し近接して位置するため、フライホイール7が配置されたときには、上流側収容空間9Sと下流側収容空間5Sとは、フライホイール7の外周側においてのみ連通するので、より確実な分離状態となっている。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the nacelle of FIG. 4 cut along a plane passing through the
発電機ケース体100内の第1の発電機5と第2の発電機9は、回転軸2の軸線方向において、間にフライホイール7を挟む形で位置し、発電ケース体100内の空間がフライホイール7によって上流側収容空間9Sと下流側収容空間5Sとで分断されている。これにより、上流側収容空間9S及び下流側収容空間5Sのうち、一方の空間内での回転体(ロータ92,52)の回転に伴う気流の乱れの影響を、他方の空間が受けることがない。本実施形態においては、受風方向2wの上流側から、第2の発電機9、フライホイール7、第1の発電機5の順で位置し、さらにその下流側にハブ22が位置する。なお、フライホイール7には磁気シールド材料(例えば鉄等の軟磁性材料)を用いてもよく、これにより、発電ケース体100内の空間をフライホイール7によって第1の発電機5側と第2の発電機9側とを磁気的に分断し、互いの磁気的な干渉を防止するようにしてもよい。
The
回転軸2は、発電ケース体100に対し自身の軸線方向に貫通し、なおかつ発電ケース体100に対し円滑に相対回転するよう軸受装置60を介して取り付けられる(図6参照)。本実施形態の軸受装置60は、例えばシール装置(Oリング等)やグリース等のような密閉機能付きの密閉型軸受装置であり、その密閉機能によって密閉状態としている。密閉された発電機ケース体100内部は、空気が大気圧で充填されている場合に、内部の回転体51,91,7等が受ける充填気体による抵抗(空気抵抗)が軽減されるよう、減圧状態等のような内部状態とされている。ここでは、発電ケース体100内にHeガスを充填することで、回転体であるロータ51,91やフライホイール7等の回転抵抗を減じている。
The
第1の発電機5及び第2の発電機9は、回転軸2の周りを回転可能なロータ(発電機回転子)51,91の周方向に沿って所定間隔おきに複数の磁性部材52,92が配置されるとともに、それら磁性部材52,92に対しエアギャップを形成する形で対向し、かつ該ロータ51,91に対し非回転となるステータコイル54,94が配置されたステータ(発電機固定子)53,93を備えて構成され、それら磁性部材52,92とステータコイル54,94との相対回転により電力を生成する。生成される電力(発電電力)は、その相対回転速度が大きいほどが大となる。なお、本実施形態における磁性部材52,92は永久磁石であり、例えばネオジウム磁石等を用いることができる。ただし、永久磁石に代わって電磁石を用いてもよい。
The
本実施形態においては、磁性部材52,92とステータコイル54,94との数の比が3:4であり、ステータコイル54,94からは三相の交流電力が出力される。支柱110の上端部110Tに設けられた上端軸部にはスリップリング110SA,110SBが設けられており、各スリップリング110SA,110SB上を摺動するブラシ102CA,102CBを介し、ステータコイル54,94から発電出力を取り出すよう構成されている。取り出された発電出力は、筒状の支柱(タワー)110の内部空間を通る配線を介して、出力部10に接続される。
In the present embodiment, the ratio of the numbers of the
第1の発電機5及び第2の発電機9における双方のステータ53,93は、発電機ケース体100からケース内部に向けて回転軸2の軸線方向に沿って突出形成された筒状部材として設けられる。図7に示すように、それら筒状部材53,93には、径方向に貫通する開口部57,97が周方向に沿って所定間隔おきに形成される。これらの開口部57,97は、周方向に設けられた回転軸2の軸線方向に延びる各柱部56,96により区画される。各柱部56,96には、図8の(b),(c)に示すように、ステータコイル54,94が巻き付けられており、本実施形態においては、隣接する柱部56,96で巻き方向が逆向きとなっている。
Both the
本実施形態のステータ53,93について詳細に説明する。
The
本実施形態のステータ53,93はそれぞれ筒状部材として形成されており、それらが互換性を有するよう互いに同形状をなす。これらの筒状部材53,93は、耐熱性を有する硬化性樹脂(例えば不飽和ポリエステル樹脂を主体とし、充填材とガラス繊維などで構成した熱硬化性の成形材料)であり、図6に示すように、発電ケース体100において受風方向2wの上流側及び下流側にて外側に露出する主表面121A,122Aを形成する各主面部121,122の主裏面(ケース内側の面)121B,122Bから、ケース内に向けて回転軸2の軸線方向に沿って筒状に突出する形で配置される。
The
具体的にいえば、筒状部材53,93は、主面部121,122の主裏面(ケース内側の面)121B,122Bに設けられた環状の嵌合溝部121C、122Cに対し嵌合する形で固定される嵌合固定部53A,93Aと、その嵌合固定部53A,93Aに径方向(ラジアル方向)の段差を形成する形で回転軸2の軸線方向に延出する上記した各柱部56,96と、それら柱部56,96をその延出先端部(主面部121,122とは逆側の端部)56D,96Dにて筒状に連結する筒状連結部53D,93Dとを有して構成される。各柱部56,96の両端が環状部材(嵌合固定部53A,93Aと筒状連結部53D,93D)で連結されていることで、筒状部材53,93は高い強度を有する。本実施形態の筒状部材53,93は、嵌合固定部53A,93Aにおいて主面部121,122に対し締結部材(ボルト等)109,109によって締結固定される。
More specifically, the
また、図7及び図8に示すように、嵌合固定部53A,93Aの外周面531,931の延出先端側(嵌合固定部53A,93Aとは逆側)には、その外周面531,931から径方向外側に立上る外周側立面561,961を有する。このため、嵌合固定部53A,93Aの外周面531,931と、当該外周側立面561,961と、柱部56,96の径方向外側の面562,962とによって段差56A,96Aが形成されている。他方、各柱部56,96におけるそれらの段差56A,96Aとは逆側には、上述した筒状連結部53D,93Dが形成されており、この筒状連結部53D,93Dは、各柱部56,96の延出先端部56D,96Dの径方向内側端部から周方向に延出する形で、隣接する柱部56,96へと延出し、全体が環状をなす。このため、柱部56,96の径方向外側の面562,962と、該柱部56,96の延出先端部56D,96Dの周方向における側面563,963と、該柱部56,96の延出先端部56D,96Dの径方向内側端部から周方向に延出する筒状連結部53D,93Dの径方向外側の面532,932とによって段差56B,96Bが形成されている。
Further, as shown in FIGS. 7 and 8, the outer peripheral surface 531 is provided on the extended distal end side of the outer peripheral surfaces 531 and 931 of the fitting and fixing
本実施形態のステータコイル54,94は、軸線2xに対する径方向に軸線5x、9xを有する形で環状に巻きつけられる。ここでは、上述の段差56A,96Aと56B,96Bを利用する形で、各柱部56,96に四角形状をなして巻きつけられる。具体的にいえば、ステータコイル54,94は、柱部56,96の延出方向(回転軸2の軸線方向)の一方の端面561,961と、他方の端面564,964と、該柱部56,96の周方向における一方の側面563,963と、他方の側面563,963とにより形成される環状面を取り巻く形で巻きつけられる。このとき、段差56A,96Aにおいて段差下面をなす嵌合固定部53A,93Aの外周面531,931と、段差56B,96Bにおいて段差下面をなす筒状連結部53D,93Dの径方向外側の面532,932とが、柱部56,96に巻きつけられるステータコイル54,94の、回転軸2の軸線2xに対する径方向内側における巻き付け位置を規制する巻き付け位置規制部(巻き付け位置規制手段)として機能し、これにより、ステータコイル54,94は各柱部56,96に安定的に巻きつけられている。
The stator coils 54 and 94 of the present embodiment are wound in an annular shape with the
また、各柱部56,96は、延出先端部56D,96Dの径方向外側端部からさらに同方向に延出する突起部56E,96Eを有する。突起部56D,96Dは、柱部56,96に巻きつけられるステータコイル54,94の、回転軸2の軸線2xに対する径方向外側における巻き付け位置を規制する巻き付け位置規制部(巻き付け位置規制手段)として機能しており、これもステータコイル54,94を各柱部56,96に安定的に巻きつけられる要因となっている。このように、本実施形態では、径方向の内外でステータコイル54,94の位置規制がなされているため、ステータコイル54,94が各柱部56,96に安定して巻き付いた状態を保つことができ、作業者による巻き付け作業も容易となっている。
Moreover, each
本実施形態の第1の発電機5のロータ51について詳細に説明する。
The
本実施形態の第1の発電機5は、図6に示すように、ロータ51として、回転軸2と同軸をなし互いに一体回転する第1ロータ部51Aと第2ロータ部51Bとを有する。それら双方のロータ部51A,51Bは、エアギャップを介して互いに対向(対面)する対向面51SA,51SBを有し、それら双方の対向面51SA,51SB上には、周方向において複数の磁性部材52が所定間隔おきに同数配置され、締結部材により固定されている。ただし、それら双方のロータ部51A,51Bのうち、一方のロータ部51Aの磁性部材52A(52)と他方のロータ部51Bの磁性部材52B(52)とは、図10に示すように、互いに異なる極性(磁極)の着磁面同士にて対面している。さらに、それら第1ロータ部51Aと第2ロータ部51Bとの間の空隙にステータ53のステータコイル54が位置する。ステータコイル54は、図9に示すように、回転するそれら双方のロータ部51A,51Bの磁性部材52,52間に挟まれるステータ53上の環状の対向領域に、その周方向に沿って所定間隔おきに複数配置される。
As shown in FIG. 6, the
また、第1の発電機5において、第1ロータ部51A及び第2ロータ部51Bは、回転軸2の軸線2xに対する径方向(ラジアル方向)に対向して配置される。本実施形態においては、ロータ51の本体部として、回転軸2と一体回転するよう固定される軸固定部50Cと、軸固定部50Cから径方向外側に延出する円盤状の中間部50Bと、中間部50Bの径方向外側の外端部50Aと、を有したロータ本体部50を備える。ただし、ロータ本体部50は、外周側に大重量を有するフライホイール7よりも軽く、小径である。第1ロータ部をなす円筒状部51Aと、第2ロータ部をなす、円筒状部51Aよりも径大の円筒状部51Bとは、ロータ本体50に対し同軸をなす形で一体回転するよう双方とも外端部50Aに固定されている。このように本実施形態においては、回転軸2に対し1つの回転体(ロータ本体部50)を取り付けるだけで、第1ロータ部51Aと第2ロータ部51Bとの双方を設けることが可能であり、回転軸2に対し第1ロータ部51Aと第2ロータ部51Bとを個別の回転体としてそれぞれ固定する場合よりもシンプルな構成となる。なお、中間部50Bは、内周側の軸固定部50C及び外端部50Aの第1ロータ部51Aとの固定部よりも厚み(回転軸2の軸線方向幅)が薄くなっている。
Further, in the
本実施形態の第1の発電機5において、ロータ本体部50の外端部50Aは、第1ロータ部をなす内周側の円筒状部51Aを固定するための内周側固定部50A1と、第2ロータ部をなす外周側の円筒状部51Bを固定するための外周側固定部50A2と、を備えて構成される。内周側固定部50A1は、回転軸2の軸線方向に突出する円筒状をなし、他方、外周側固定部50A2は、中間部50Bから径方向に続く形で延出する形状をなす。
In the
第1の発電機5において第1ロータ部をなす円筒状部51Aは、ロータ本体部50の円筒状の内周側固定部50A1の外周側に嵌合する筒状の嵌合部51A1と、内周側固定部50A1の延出先端面に当接するよう嵌合部51A1の端部から径方向内向きに延出する環状の当接部51A2とを備える。筒状の嵌合部51A1は、その外周面が磁性部材52の配置面51SAとされており、他方、環状の当接部51A2は、ロータ本体部50(内周側固定部50A1)との固定部として機能する。具体的にいえば、第1ロータ部をなす円筒状部51Aは、当接部51A2の周方向の複数箇所において締結部材106Aによってロータ本体部50の内周側固定部50A1に対し締結固定される。
The
第1の発電機5において第2ロータ部をなす円筒状部51Bは、全体が円筒形状をなす。そのうち一方の端部51B2は、ロータ本体部50の外周側固定部50A2の、内周側固定部50A1が延出する側の面の外周側領域に対し先端面が当接した形で固定される固定部をなし、他方の端部51B1側は、その内周面が第1ロータ部をなす円筒状部51Aの嵌合部51A1の外周面と径方向にて対向(対面)し、当該内周面が磁性部材52の配置面51SBとされている。第2ロータ部をなす円筒状部51Bは、一方の端部51B2の周方向の複数箇所において締結部材106Bによってロータ本体部50の外周側固定部50A2に対し締結固定される。
The
なお、ステータ53の嵌合固定部53A側において発電ケース対100の主面部121側とは逆側の側面と、柱部56の内周面との間に形成される環状の角部55Bには、内周側の第1ロータ部51に対し非接触となるよう、回転軸2の軸線方向において該第1ロータ部51から離れる側に窪んだ環状の湾曲面が形成されている。この角部55Bには、第1ロータ部をなす内周側の円筒状部51Aと、その外周面上に固定設置される磁性部材52とが近接しており、それら双方に対し非接触となるよう、それら双方の近接部位が、それらから遠ざかる方向に窪んだ2つの湾曲面55B1,55B2が隣接して形成されている。
The
本実施形態の第2の発電機9のロータ91について詳細に説明する。
The
本実施形態の第2の発電機9は、図6に示すように、ロータ91として、回転軸2と同軸をなしフライホイール7と共に互いに一体回転する第1ロータ部91Aと第2ロータ部91Bとを有する。それら双方のロータ部91A,91Bは、エアギャップを介して互いに対向(対面)する対向面91SA,91SBを有し、それら双方の対向面上91SA,91SBには、周方向において複数の磁性部材92が所定間隔おきに同数配置され、締結部材により固定されている。ただし、それら双方のロータ91A,91Bのうち、一方のロータ部91Aの磁性部材92A(92)と他方のロータ部91Bの磁性部材92B(92)とは、図10に示すように、互いに異なる極性(磁極)の着磁面同士にて対面している。さらに、それら第1ロータ部91Aと第2ロータ部92Aとの間の空隙にステータ93のステータコイル94が位置する。ステータコイル94は、図9に示すように、回転するそれら双方のロータ91A,91Bの磁性部材間92,92に挟まれるステータ93上の環状の対向領域に、その周方向に沿って所定間隔おきに複数配置される。
As shown in FIG. 6, the
また、第2の発電機9において、第1ロータ部91A及び第2ロータ部91Bは、回転軸2の軸線2xに対する径方向(ラジアル方向)に対向して配置される。第1ロータ部91Aは、フライホイール7の外周側の中間部(外周端部でもよい)に形成される固定部90Aに対し、第1ロータ部をなす円筒状部91Aと、第2ロータ部をなす、円筒状部91Aよりも径大の円筒状部91Bとが共に、フライホイール7に対し同軸をなして一体回転するよう固定されている。この場合、回転軸2に対し1つの回転体(フライホイール7)を取り付けるだけで、第1ロータ部91Aと第2ロータ部91Bとの双方を設けることが可能であり、回転軸2に対し第1ロータ部91Aと第2ロータ部91Bとを個別の回転体として固定する場合よりも簡単な構成となる。
In the
なお、本実施形態のフライホイール7は、回転軸2に対し1方向クラッチ(ワンウェイクラッチ)6を介して固定される軸固定部70Cと、軸固定部70Cから径方向外側に延出する円盤状の中間部70Bと、中間部70Bの径方向外側の固定部70Aとを有し、本実施形態ではさらに、固定部70Aから径方向外側に延出する外端部70Dを有することにより、上述のロータ本体部50よりも径大で大重量をなしており、回転エネルギー保存手段として機能する。なお、中間部70Bは、内周側の軸固定部70Cと、外周側の固定部70A及び外端部70Dよりも厚み(回転軸2の軸線方向幅)が薄くなっている。特に固定部70A及び外端部70Dが中間部70Bよりも厚く形成され、より重くなっていることでロータ91が形成される外周側により大きな遠心力が作用する。
The
本実施形態の第2の発電機9において、フライホイール7の固定部70Aは、第1ロータ部をなす内周側の円筒状部91Aを固定するための内周側固定部70A1と、第2ロータ部をなす外周側の円筒状部91Bを固定するための外周側固定部70A2と、を備えて構成される。
In the
第2の発電機9において第1ロータ部をなす円筒状部91Aと第2ロータ部をなす円筒状部91Bとは共に、全体が円筒形状をなす。それぞれの一方の端部91A2,91B2は、フライホイール7の固定部70A(70A1,70A2)の、第1の発電機5とは逆側の面に対し先端面が当接した形で固定される固定部をなす。また、他方の端部91A1,91B1のうち、端部91A1側は、その外周面91SAが第2ロータ部をなす円筒状部91Bの内周面91SBと径方向にて対向(対面)し、端部91B1側は、その内周面91SBが第1ロータ部をなす円筒状部91Aの外周面91SAと径方向にて対向(対面)し、それら外周面91SA及び内周面91SBが磁性部材92,92の配置面とされている。フライホイール7の固定部70A1,70A2は、第1ロータ部及び第2ロータ部をなす円筒状部91A,91Bの端部91A2,91B2を嵌合するよう、第1の発電機5とは逆側の面に形成された回転軸2の軸線方向に窪む環状の溝が形成された嵌合溝部である。第1ロータ部をなす円筒状部91Aと第2ロータ部をなす円筒状部91Bとは共に、嵌合溝部70A1,70A2の環状の溝に端部91A2,91B2を嵌合し、それら端部91A2,91B2の周方向の複数箇所において締結部材107A,107Bによってフライホイール7の固定部70Aに対し締結固定される。
In the
なお、ステータ93側の嵌合固定部93A側において発電ケース対100の主面部122側とは逆側の側面と、柱部96の内周面との間に形成される環状の角部95Bには、内周側の第1ロータ部91に対し非接触となるよう、回転軸2の軸線方向において該第1ロータ部91から離れる側に窪んだ環状の湾曲面が形成されている。この角部95Bには、第1ロータ部をなす内周側の円筒状部91Aと、その外周面上に固定設置される磁性部材92とが近接しており、それら双方に対し非接触となるよう、それら双方の近接部位が、それらから遠ざかる方向に窪んだ2つの湾曲面95B1,95B2が隣接して形成されている。
An
ところで、支柱110は、図5に示すように、上述した発電機5,9及びフライホイール7を収容する発電ケース体100の下端部102に対し固定されている。また、発電ケース体100はナセル21に対し固定されている。
By the way, the support |
発電ケース体100は、地表から延びる支柱(タワー)110の上端部110Tにて、ナセル21と共に、上述のように風向きに応じて回転可能である。ナセル21の下端には内外を上下に貫通する下端開口21Hが設けられ、発電ケース体100の下端部102(102A,102B)に対し固定された支柱固定部102Cが、当該下端開口21Hを貫通してナセル21の外部に突出する形で配置される。支柱固定部102Cには下端に開口する筒状に形成され、当該開口内に支柱110の上端部110Tを挿通させ、かつそれら支柱固定部102Cと支柱110の上端部110Tとの双方の間に軸受装置63を介在させる形で、発電ケース体100側が支柱110に対し支柱軸線110x周りに回転可能となるよう組み付けられている。発電ケース体100の支柱固定部102Cにはブラシ102CA,102CBが取り付けられており、これらとそれぞれが摺動可能となる形で支柱上端部110Tの軸部110TAにはスリップリング110SA,110SBが取り付けられている。発電機5,9で発電した電力は、それらブラシ102CA,102CB及びスリップリング110SA,110SBを介して出力部10に出力される。
As described above, the power
なお、図5に示すように、発電ケース体100の下端部102(102A,102B)は、支柱固定部102Cと一体に固定されている。本実施形態における発電ケース体100は、上流側収容空間9S及び下流側収容空間5Sの外周壁を形成する小径の円筒状外周壁部129,125と、それらの間に中間収容空間7Sの外周壁を形成するそれらよりも大径の円筒状外周壁部127とを有した形状をなしており、支柱固定部102Cは、その大径の円筒状外周壁部127の下端突出部を回転軸2の軸線方向両側から挟み込む挟持部102Gと、それら挟持部102Gの上端にて回転軸2の軸線方向において互いの対向方向とは逆向きに広がって小径の円筒状外周壁部129,125の下端面を当接させる当接部102S,102Sとを有し、挟持部102Gにおいて円筒状外周壁部127の下端突出部に対し締結部材108,108により締結固定される。
As shown in FIG. 5, the lower end portion 102 (102A, 102B) of the power
また、本実施形態の発電ケース体100は、受風方向2w(回転軸2の軸線方向)における中間収容空間7Sの中間位置にて、上流側ケース体100Aと下流側ケース体100Bとに2分割されており、それらケース体100A,100Bを互いの位置を合わせて密着させ、それらの上端部101A,101Bと下端部102A,102Bとの双方が締結部材(ボルト)103,103によって締結固定されている。他方、ナセル21には、密着状態のケース体100A,100Bの上下の端部101(101A,101B),102(102A,102B)を、受風方向2wの上流側と下流側で挟み込む固定用板部210,210が設けられており、これら固定用板部210,210と、これらに挟み込まれた密着状態のケース体100A,100Bの上下の端部101(101A,101B),102(102A,102B)が上記の締結部材103,103によって締結固定される。これにより、発電ケース体100がナセル21に固定される。本実施形態の固定用板部210は、L字状に屈曲した板材であり、ナセル21の内部上端面に固定される水平部と、その水平部の端部からケース体100A,100Bの上下の端部101,102の周側面に沿って下方に延び、締結部材103が挿通する垂下部とを有する。
Further, the power
以上、本発明の一実施形態を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。以下、上記実施形態とは異なる実施形態について説明する。 Although one embodiment of the present invention has been described above, this is merely an example, and the present invention is not limited to this, and the knowledge of those skilled in the art can be used without departing from the spirit of the claims. Various modifications based on this are possible. Hereinafter, an embodiment different from the above embodiment will be described.
1 風力発電装置
2 回転軸
2x 回転軸線
2w 受風方向
3 風車
4 ロータ
5 第1の発電機(発電手段)
6 1方向クラッチ(ワンウェイクラッチ)
7 フライホイール
8 ロータ
9 第2の発電機(発電手段)
30 ブレード
31 筒状風洞部(ダクト)
21 ナセル
22 ハブ
100 発電ケース体
110 支柱(タワー)
51,91 ロータ(発電機回転子)
51A 第1のロータ
51B 第2のロータ
52,92 磁性部材
53,93 ステータ(発電機固定子)
54,94 ステータコイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
6 One-way clutch (one-way clutch)
7 Flywheel 8
30
21
51, 91 Rotor (generator rotor)
54, 94 Stator coil
Claims (10)
前記風車の回転軸と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータを有し、前記回転軸の回転に伴う該ロータの回転により電力を生成する第1の発電手段と、
前記回転軸と同軸をなし、かつ前記一定回転方向において、前記回転軸が増速している場合には該回転軸と一体回転状態となって自身も増速回転し、前記回転軸が減速している場合には該回転軸から切り離されて慣性回転するように1方向クラッチを介して配置されるフライホイールと、
前記フライホイールと同軸をなして一体回転するよう配置されたロータを有し、前記フライホイールの回転に伴う該ロータの回転により電力を生成する、前記第1の発電手段とは異なる第2の発電手段と、
前記第1の発電手段と前記第2の発電手段により生成された双方の電力入力を受け、それらを合わせて外部出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。 A windmill that receives wind force and rotates around a predetermined axis of rotation in a constant rotation direction;
A first power generation means having a rotor arranged so as to rotate integrally with the rotation axis of the windmill, and generating electric power by rotation of the rotor accompanying rotation of the rotation shaft;
When the rotation axis is coaxial with the rotation axis and the rotation axis is increasing in the constant rotation direction, the rotation axis is integrally rotated with the rotation axis, and the rotation axis is decelerated, and the rotation axis is decelerated. A flywheel disposed through a one-way clutch so as to be inertially separated from the rotating shaft,
A second power generation different from the first power generation means, having a rotor arranged to rotate integrally with the flywheel and generating electric power by rotation of the rotor as the flywheel rotates Means,
Output means for receiving both power inputs generated by the first power generation means and the second power generation means, and combining them to output externally;
A wind turbine generator comprising:
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