JP5277655B2 - 流体を受けて発電する発電装置 - Google Patents
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Description
[形態]
流体を受けて発電する発電装置であって、
複数のコイルを有する第1の部材と、
前記第1の部材と相対的に回転可能であり、複数の永久磁石を有する第2の部材と、
前記第1と第2の部材のうちのいずれか一方と機械的に連結され、前記流体を受けて回転する回転部材と、
前記第1と第2の部材のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記第1と第2の部材との間に形成される隙間の大きさを変更する隙間変更部と、
を備え、
前記隙間変更部は、
前記第1の部材と前記第2の部材とに接続され、前記第1の部材または前記第2の部材の回転運動に伴って回転するロッドと、
前記ロッドに接続され、前記回転運動に伴う遠心力によって回転軸の外側に移動するとともに、前記移動によって前記ロッドを介して前記隙間を小さくする方向に力を作用させる重りと、
前記第1の部材と前記第2の部材との間に設けられ、前記隙間を大きくする方向に力を作用させるバネと、
を備えることによって、前記回転部材が回転を開始する前における前記隙間の大きさよりも、前記回転部材が回転を開始した後における前記隙間の大きさの方が小さくなるように、前記回転部材の回転速度に応じて、前記隙間の大きさを変更し、前記回転部材が回転を開始するまで前記隙間を最大値とする、発電装置。
流体を受けて発電する発電装置であって、
複数のコイルを有する第1の部材と、
前記第1の部材と相対的に回転可能であり、複数の永久磁石を有する第2の部材と、
前記第1と第2の部材のうちのいずれか一方と機械的に連結され、前記流体を受けて回転する回転部材と、
前記第1と第2の部材のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記第1と第2の部材との間に形成される隙間の大きさを変更する隙間変更部と、
を備え、
前記隙間変更部は、前記回転部材が回転を開始する前における前記隙間の大きさよりも、前記回転部材が回転を開始した後における前記隙間の大きさの方が小さくなるように、前記隙間の大きさを変更する、
発電装置。
適用例1記載の発電装置であって、
前記隙間変更部は、前記回転部材の回転速度に応じて、前記隙間の大きさを変更する、発電装置。
適用例2記載の発電装置であって、
前記隙間変更部は、
(i)前記回転速度が第1の回転速度閾値以下の場合は、前記隙間の大きさを所定の第1の値とし、
(ii)前記回転速度が前記第1の回転速度閾値よりも大きい第2の回転速度閾値を超える場合は、前記隙間の大きさを前記第1の値よりも小さい所定の第2の値とし、
(iii)前記回転速度が前記第1と第2の回転速度閾値の間にある場合は、前記隙間の大きさを、前記回転速度が大きくなるに従って小さくなるように変更する、
発電装置。
適用例1記載の発電装置であって、さらに、
前記流体の流速を測定する流速測定部を備え、
前記隙間変更部は、前記流速測定部で測定された流速に応じて、前記隙間の大きさを変更する、発電装置。
適用例4記載の発電装置であって、
前記隙間変更部は、
(i)前記流速が第1の流速閾値以下の場合は、前記隙間の大きさを所定の第1の値とし、
(ii)前記流速が前記第1の流速閾値よりも大きい第2の流速閾値を超える場合は、前記隙間の大きさを前記第1の値よりも小さい所定の第2の値とし、
(iii)前記流速が前記第1と第2の流速閾値の間にある場合は、前記隙間の大きさを、前記流速が大きくなるに従って小さくなるように変更する、
発電装置。
A.第1実施例:
B.第2実施例:
C.変形例:
図1は、本発明の一実施例としての風力発電装置1000の構成を示す断面図である。図1(A)は、風力が小さい場合における風力発電装置1000の状態を示しており、図1(B)は、風力が大きい場合における風力発電装置1000の状態を示している。この風力発電装置1000は、本体部100と、ブレード110と、発電制御回路200とを備えている。ブレード110は、風力を受けて回転し、本体部100の回転軸112を回転させる。本体部100は、ロータ30と、2つのステータ10A,10Bと、ケース20とを備えている。ケース20と回転軸112との接触部分には、軸受け114が設けられている。ロータ30は、回転軸112に固定されており、回転軸112の回転と共に回転する。また、ロータ30は、回転軸112を中心とした略円盤形状を有しており、複数の永久磁石からなる磁石列34Mを備えている。磁石列34Mの磁化方向は上下方向である。A相,B相ステータ10A,10Bは、それぞれ略円盤形状を有しており、ロータ30と対向する側にはそれぞれコイル列14A,24Bが設けられている。コイル列14A,24Bは、ロータ30が回転することによって誘起電圧を発生させる。コイル14A,24Bで発生した電流は、ケーブル13aを通って、回路基板13に供給され、コネクタ14を介して発電制御回路200に供給される。発電制御回路200は、発電電流の整流、平滑および制御を行う。その後、発電電流は、蓄電装置(図示せず)に充電される。
図4は、第2実施例における風力発電装置1000bの構成を示す説明図である。図1に示した第1実施例との違いは、風速計120を設けた点と、重り17とバネ19の代わりにアクチュエータ15を用いた点と、回転速度Nの代わりに風速Vcに基づいて動作モードを選択する点である。他の構成は第1実施例と同じである。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例では、回転速度Nまたは風速Vcのいずれか一方に従って隙間CLの大きさを変更していたが、回転速度Nと風速Vcの両方に基づいて、隙間CLの大きさを変更することも可能である。また、第2実施例におけるアクチュエータ15は、ブレード110の回転速度Nを測定し、回転速度Nにしたがって隙間CLの大きさを変更することとしてもよい。
上記実施例では、ステータ10A,10Bを上下に移動させることによってロータ30との隙間CLの大きさを変化させていたが、この代わりに、ロータ30を上下に移動させることにより、隙間CLの大きさを変化させることとしてもよい。また、ステータ10A,10Bおよびロータ30の両方を上下に移動可能とし、隙間CLの大きさを変化させることも可能である。つまり、ステータ10A,10Bとロータ30とを相対的に移動可能とすればよい。
上記実施例では、磁石列34Mを備えた部材(ロータ30)とブレード110とを連結していたが、この代わりに、コイル列14A,24Bを備えた部材(ステータ10A,10B)とブレード110とを連結してもよい。
上記実施例は、風力発電装置1000として記載されているが、本発明は水力発電装置等の流体を受けて発電する発電装置全般に適用することができる。
上記実施例では、風力発電装置1000の本体部100は、2相のコイル列14A,24Bで構成されていたが、コイル列は2相に限られず、1相または3相以上のコイル列で本体部100を構成することも可能である。
上記実施例では、発電制御回路200は、発電安定モードにおいて発電負荷を変更していたが、発電制御モードにおいても風速Vcまたは回転速度Nに応じて、発電負荷を変更することとしてもよい。例えば、発電制御モードでは、風速Vcまたは回転速度Nが小さくなって隙間CLが大きくなった場合には、コイル列14A,24Bが磁石列34Mから受ける磁界の強さが小さくなり、発電電圧が小さくなる。発電制御回路200は、この発電電圧の減少に応じて発電電流を制御することにより、発電負荷を減少させる。こうすれば、風力発電装置1000の発電負荷が減少するので、回転速度Nは大きくなる。このように、発電制御モードにおいても、隙間CLの制御と併せて、発電負荷を変更する制御を行なうこととしても、風速Vcまたは回転速度Nに応じた適切な発電を実行することが可能となる。
10B…B相ステータ
13…回路基板
13a…ケーブル
14…コネクタ
14A…A相コイル列
15…アクチュエータ
17…重り
18…ロッド
19…バネ
20…ケース
24B…B相コイル列
30…ロータ
34M…磁石列
100…本体部
110…ブレード
112…回転軸
114…軸受け
120…風力計
200…発電制御回路
1000…風力発電装置
1000b…風力発電装置
N…回転速度
Nth…安定回転速度
P…発電電力
CLmax…隙間最大値
CLmin…隙間最小値
Vth1…第1の風速閾値
Vth2…第2の風速閾値
CL…隙間
Claims (2)
- 流体を受けて発電する発電装置であって、
複数のコイルを有する第1の部材と、
前記第1の部材と相対的に回転可能であり、複数の永久磁石を有する第2の部材と、
前記第1と第2の部材のうちのいずれか一方と機械的に連結され、前記流体を受けて回転する回転部材と、
前記第1と第2の部材のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記第1と第2の部材との間に形成される隙間の大きさを変更する隙間変更部と、
を備え、
前記隙間変更部は、
前記第1の部材と前記第2の部材とに接続され、前記第1の部材または前記第2の部材の回転運動に伴って回転するロッドと、
前記ロッドに接続され、前記回転運動に伴う遠心力によって回転軸の外側に移動するとともに、前記移動によって前記ロッドを介して前記隙間を小さくする方向に力を作用させる重りと、
前記第1の部材と前記第2の部材との間に設けられ、前記隙間を大きくする方向に力を作用させるバネと、
を備えることによって、前記回転部材が回転を開始する前における前記隙間の大きさよりも、前記回転部材が回転を開始した後における前記隙間の大きさの方が小さくなるように、前記回転部材の回転速度に応じて、前記隙間の大きさを変更し、前記回転部材が回転を開始するまで前記隙間を最大値とする、発電装置。 - 請求項1記載の発電装置であって、
前記隙間変更部は、
(i)前記回転速度が第1の回転速度閾値以下の場合は、前記隙間の大きさを所定の第1の値とし、
(ii)前記回転速度が前記第1の回転速度閾値よりも大きい第2の回転速度閾値を超える場合は、前記隙間の大きさを前記第1の値よりも小さい所定の第2の値とし、
(iii)前記回転速度が前記第1と第2の回転速度閾値の間にある場合は、前記隙間の大きさを、前記回転速度が大きくなるに従って小さくなるように変更する、
発電装置。
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