JP6343702B1

JP6343702B1 - Wind power generator

Info

Publication number: JP6343702B1
Application number: JP2017109096A
Authority: JP
Inventors: 雅博井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2037-06-01
Also published as: JP2018207628A

Abstract

【課題】低風速時に最適な回転に制御することができ、発電効率をＵＰさせることができる風力発電機を得る。【解決手段】本発明に係る風力発電機は、風のエネルギーを回転に変換するプロペラと、励磁電流を流すことで磁石になる電磁石を有する電磁石型発電機と、励磁電流を制御する励磁電流制御部と、電磁石型発電機の電力を蓄える蓄電部とを備え、励磁電流制御部は、励磁電流を流し始めるように制御することで、電磁石型発電機の発電を開始させ、電磁石型発電機の出力電圧が蓄電部の充電電圧以上になると、励磁電流を止め、出力電圧が充電電圧未満になると、励磁電流を流すように制御する。【選択図】図１A wind power generator capable of being controlled to an optimum rotation at a low wind speed and capable of increasing power generation efficiency. A wind power generator according to the present invention includes a propeller that converts wind energy into rotation, an electromagnet generator that has an electromagnet that becomes a magnet by flowing an excitation current, and an excitation current control that controls the excitation current. And an electricity storage unit that stores the electric power of the electromagnetic generator, and the excitation current control unit starts power generation of the electromagnetic generator by controlling the excitation current to start to flow. When the output voltage becomes equal to or higher than the charging voltage of the power storage unit, the exciting current is stopped, and when the output voltage becomes lower than the charging voltage, the exciting current is controlled to flow. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、風力発電機の低風速時の効率向上と、高風速時の過回転フェイルセイフ機能に関するものである。 The present invention relates to an efficiency improvement of a wind power generator at a low wind speed and an over-rotation fail-safe function at a high wind speed.

近年、風力発電機は、環境政策、あるいは環境への企業イメージの向上などの用途で注目されている。そのような背景の中で、売電用途以外でも、街路灯や非常時の電源などの独立電源用途として、数ＫＷ以下の小型の風力発電機も普及し始めている。 In recent years, wind power generators have attracted attention for applications such as environmental policy or improvement of the corporate image of the environment. Against this background, small wind power generators of several kilowatts or less have begun to become popular as independent power sources such as street lamps and emergency power supplies in addition to power sales.

発電機には、永久磁石の磁束を用いた永久磁石型発電機と、励磁電流を流すことで電磁石を形成し、その磁束により発電する電磁石型発電機と、がある。ここで、大型の風力発電機においては、通常、系統連携をしている。このため、励磁電源は、系統から供給することが可能である。 The generator includes a permanent magnet type generator using a magnetic flux of a permanent magnet and an electromagnet type generator that forms an electromagnet by flowing an exciting current and generates electric power using the magnetic flux. Here, in a large-sized wind power generator, system cooperation is usually performed. For this reason, the excitation power can be supplied from the system.

しかしながら、小型の独立電源の風力発電機においては、電流源は、蓄電部の電力のみである。このため、蓄電部が完全放電した場合には、励磁電流を流すことができず、発電機としての起動ができなくなるおそれがある。このような不具合を回避するために、従来、小型の独立電源の風力発電機においては、永久磁石を用いた発電機を用いることが多かった（例えば、特許文献１参照）。 However, in a small wind turbine with an independent power source, the current source is only the power of the power storage unit. For this reason, when the power storage unit is completely discharged, the excitation current cannot flow, and there is a possibility that the generator cannot be started. In order to avoid such problems, conventionally, a small-sized independent power generator has often used a generator using a permanent magnet (see, for example, Patent Document 1).

永久磁石を用いた発電機は、風によってプロペラが回転し始めると、その磁力変化とコイルの巻数に応じた電力を発電するシステムになっている。下式（１）は、発電の原理を表すもので、Ｂ×Ｖは、磁束の変化量、Ｌは、コイルの巻き数に相当する。
発電電圧Ｅ＝ＢＬＶ（１）
（Ｅ：発電電圧［Ｖ］、Ｂ：磁束密度（Ｔ［Ｗｂ／ｍ^２］）、Ｌ：線長［ｍ］、Ｖ：速度［ｍ／ｓ］） A generator using a permanent magnet is a system that generates electric power according to the change in magnetic force and the number of turns of a coil when the propeller starts to rotate due to wind. The following expression (1) represents the principle of power generation, where B × V is the amount of change in magnetic flux, and L is the number of turns of the coil.
Generated voltage E = BLV (1)
(E: power generation voltage [V], B: magnetic flux density (T [Wb / m ² ]), L: wire length [m], V: speed [m / s])

また、高風速時は、風のエネルギーが非常に大きいため、過回転や過充電による機器の破損防止を図る必要がある。このために、永久磁石を用いた発電機は、発電エネルギーを強制的に短絡し、電気負荷を大きくすることで、電気的にブレーキをかけ、プロペラの回転を低下、または停止させる電気ブレーキを有している。 Also, at high wind speeds, wind energy is very large, so it is necessary to prevent damage to the equipment due to over-rotation or overcharge. For this reason, a generator using a permanent magnet has an electric brake that forcibly short-circuits the generated energy and increases the electrical load to electrically apply the brake and reduce or stop the rotation of the propeller. doing.

特開２００２−３１００５６号公報JP 2002-310056 A

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
通常、永久磁石を用いた風力発電機は、風が吹いてプロペラが回転し始めると、発電を開始する。従って、発電による負荷トルクが発生するため、プロペラの回転がなかなか高回転にならない問題点があった。 However, the prior art has the following problems.
Usually, a wind power generator using a permanent magnet starts power generation when the wind blows and the propeller starts rotating. Accordingly, since load torque is generated by power generation, there is a problem that the propeller does not rotate easily at a high speed.

図１１は、一般的なプロペラのパワー特性を示すグラフである。このグラフからもわかるように、プロペラの種類によって、風速に対し、パワー係数の高い周速比が決まっている。ここで、周速比とは、プロペラの先端の回転スピードと風速との比を示すものである。例えば、図１１からみれば、ダリウス型のプロペラの場合、周速比が４の時に、パワー係数が最大となる。 FIG. 11 is a graph showing power characteristics of a general propeller. As can be seen from this graph, the peripheral speed ratio having a high power coefficient with respect to the wind speed is determined depending on the type of propeller. Here, the circumferential speed ratio indicates the ratio between the rotational speed of the tip of the propeller and the wind speed. For example, referring to FIG. 11, in the case of a Darrieus type propeller, when the peripheral speed ratio is 4, the power coefficient becomes maximum.

この条件で、例えば、風速８ｍ／ｓの時を考えると、周速比４なので、３２ｍ／ｓの周速となり（８ｍ／ｓ×４）、直径１ｍの風車の周長は、３．１４ｍになり、約１０．２回転／ｓ（ｒｐｓ）となる。よって、風速８ｍ／ｓの時には、周速比４となる１０．２ｒｐｓの時が、プロペラの効率が最もよくなる。 Under this condition, for example, when the wind speed is 8 m / s, the peripheral speed ratio is 4, so the peripheral speed is 32 m / s (8 m / s × 4), and the peripheral length of the windmill with a diameter of 1 m is 3.14 m. It becomes about 10.2 rotations / s (rps). Therefore, when the wind speed is 8 m / s, the propeller efficiency is the best when the peripheral speed ratio is 10.2 rps.

しかしながら、実際の永久磁石型の風力発電機においては、回転を開始すると発電を開始し、その分で負荷トルクが発生するため、プロペラのパワー係数の最も良い回転まで上がることができない場合がある。特に、風力発電で最も重要視される低風速での発電効率が悪くなる問題点があった。 However, in an actual permanent magnet type wind power generator, power generation is started when rotation is started, and load torque is generated by that amount, and therefore it may not be possible to increase to the rotation with the best propeller power coefficient. In particular, there is a problem that power generation efficiency at a low wind speed, which is most important in wind power generation, is deteriorated.

また、高風速時には、過回転による破損防止のために、発電した電力を短絡し、電気負荷を大きくすることで、電気的にブレーキをかけて過回転を防止することが、一般的である。 Also, at high wind speeds, in order to prevent breakage due to over-rotation, it is common to short-circuit the generated power and increase the electrical load, thereby electrically braking to prevent over-rotation.

永久磁石を使用した発電機の場合、回転すれば発電するため、その発電した電力を短絡することで、電気ブレーキをかけることが可能である。しかしながら、本発明の対象である励磁式の電磁石型発電機においては、励磁電流を流さないと、電磁石を形成することができない。このため、蓄電部の蓄電がなくなっていた場合、あるいは何等かの不具合で蓄電部との接続ができていない場合などでは、励磁電流を流すことができない。 In the case of a generator using a permanent magnet, electric power is generated when it is rotated. Therefore, it is possible to apply an electric brake by short-circuiting the generated electric power. However, in the exciting electromagnet generator that is the subject of the present invention, an electromagnet cannot be formed unless an exciting current is passed. For this reason, the excitation current cannot flow when the power storage unit has run out of power, or when it is not connected to the power storage unit due to some problem.

従って、電磁石を形成することができず、電気ブレーキをかけるためのもととなる発電を行うことができない。この場合、発電がないため、発電した電力を短絡することができず、短絡しても電気負荷として機能しないこととなる。このため、回転を抑制することができなくなり、プロペラ回転が異常に高くなり、破損する可能性があった。 Therefore, the electromagnet cannot be formed, and the power generation that is the basis for applying the electric brake cannot be performed. In this case, since there is no power generation, the generated power cannot be short-circuited and does not function as an electric load even if short-circuited. For this reason, the rotation cannot be suppressed, and the rotation of the propeller becomes abnormally high and may be damaged.

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、低風速時に最適な回転に制御することができ、発電効率をＵＰさせることができる風力発電機を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a wind power generator that can be controlled to an optimum rotation at a low wind speed and can increase power generation efficiency. To do.

本発明に係る風力発電機は、風のエネルギーを回転エネルギーに変換するプロペラと、励磁電流を流すことで磁石になる電磁石を有する電磁石型発電機と、励磁電流を制御する励磁電流制御部と、電磁石型発電機の出力に接続され、電磁石型発電機の電力を蓄える蓄電部とを備え、励磁電流制御部は、励磁電流を流し始めるように制御することで、回転エネルギーによる電磁石型発電機の発電を開始させ、蓄電部の電圧が蓄電部の定格充電電圧以上になると、励磁電流を止め、蓄電部の電圧が蓄電部の定格充電電圧未満になると、励磁電流を流すように制御することで蓄電部の電圧を一定に制御して、電磁石型発電機による発電電力を蓄電部に蓄電させるものである。 A wind power generator according to the present invention includes a propeller that converts wind energy into rotational energy , an electromagnet generator having an electromagnet that becomes a magnet by flowing an excitation current, an excitation current control unit that controls the excitation current, A power storage unit that is connected to the output of the electromagnet generator and stores the electric power of the electromagnet generator , and the excitation current control unit controls the electromagnet generator by rotational energy by controlling the excitation current to start flowing. power was started, the voltage of the power storage unit is equal to or greater than the rated charge voltage of the power storage unit, stopping the excitation current, when the voltage of the power storage unit is less than the rated charging voltage of the storage unit, by controlling to flow an exciting current The voltage of the power storage unit is controlled to be constant, and the power generated by the electromagnet generator is stored in the power storage unit .

本発明によれば、励磁電流を流すことで磁石になる電磁石を風力発電に利用し、低風速時に励磁をＯＦＦにして、発電しないように制御する構成を備えており、低風速時にも最適な周速比の回転をさせること、および省電力の励磁電流の制御によって出力電圧を一定制御すること、を可能としている。この結果、低風速時に最適な回転に制御することができ、発電効率をＵＰさせることができる風力発電機を得ることができる。 According to the present invention, an electromagnet that becomes a magnet by flowing an exciting current is used for wind power generation, and the excitation is turned off at a low wind speed to control not to generate power, which is optimal even at a low wind speed. It is possible to rotate the peripheral speed ratio and to control the output voltage at a constant level by controlling the exciting current for power saving. As a result, it is possible to obtain a wind power generator that can be controlled to an optimum rotation at a low wind speed and can increase power generation efficiency.

本発明の実施の形態１における風力発電機の構成図である。It is a block diagram of the wind power generator in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２における風力発電機の構成図である。It is a block diagram of the wind power generator in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３における風力発電機に用いられる補助発電機の具体的な構成を示した図である。It is the figure which showed the specific structure of the auxiliary generator used for the wind power generator in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態３における図３に示した補助発電機の側面図である。It is a side view of the auxiliary generator shown in FIG. 3 in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態４における風力発電機に用いられる補助発電機の具体的な構成を示した図である。It is the figure which showed the specific structure of the auxiliary generator used for the wind power generator in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態４における図５に示した補助発電機の側面図である。It is a side view of the auxiliary generator shown in FIG. 5 in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態５における風力発電機に用いられる補助発電機の具体的な構成を示した図である。It is the figure which showed the specific structure of the auxiliary generator used for the wind power generator in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態５における図７に示した補助発電機の側面図である。It is a side view of the auxiliary generator shown in FIG. 7 in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態５における風力発電機に用いられる補助発電機の具体的な構成を示した図である。It is the figure which showed the specific structure of the auxiliary generator used for the wind power generator in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態６における図９に示した補助発電機の側面図である。It is a side view of the auxiliary generator shown in FIG. 9 in Embodiment 6 of this invention. 一般的なプロペラのパワー特性を示すグラフである。It is a graph which shows the power characteristic of a general propeller.

以下、本発明の風力発電機の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the wind power generator of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における風力発電機の構成図である。図１に示す風力発電機は、風を回転エネルギーに変換するプロペラ１、励磁電流を流すことで磁石になる電磁石を利用する電磁石型発電機３、励磁電流のＯＮ／ＯＦＦを制御する励磁電流制御部４、および発電電力を蓄電する、あるいは励磁電流源として使用する蓄電部５を備えて構成されている。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a wind power generator according to Embodiment 1 of the present invention. The wind power generator shown in FIG. 1 includes a propeller 1 that converts wind into rotational energy, an electromagnet generator 3 that uses an electromagnet that becomes a magnet by flowing an excitation current, and an excitation current control that controls ON / OFF of the excitation current. And a power storage unit 5 that stores the generated power or is used as an exciting current source.

この図１に示した風力発電機においては、プロペラ１の回転が、その時点の風速で最適の回転数になった時点で、励磁電流制御部４により励磁電流をＯＮとして流し始めることで、電磁石型発電機３の発電を開始する。これにより、プロペラ１の特性を最大限に引き出す回転数で発電することが可能となり、効率のよい発電が可能になる。 In the wind power generator shown in FIG. 1, when the rotation of the propeller 1 reaches the optimum number of rotations at the wind speed at that time, the excitation current control unit 4 starts to turn on the excitation current so that the electromagnet The power generation of the type generator 3 is started. As a result, it is possible to generate electric power at a rotational speed that maximizes the characteristics of the propeller 1, and efficient electric power generation becomes possible.

なお、従来技術の説明において記載した「プロペラの回転がその時点の風速で最適の回転数」は、先の図１１を用いて説明した回転数になる。しかしながら、風力発電機の回転モーメントがあるため、実際には、その回転モーメントと励磁制御を組み合わせ、図示していない風速計やプロペラの回転計などの情報を基に、励磁制御することで、さらなる効率ＵＰが実現できる。 Note that “the optimum rotation speed of the propeller at the current wind speed” described in the description of the prior art is the rotation speed described with reference to FIG. However, since there is a rotational moment of the wind power generator, actually, the rotational moment and excitation control are combined, and excitation control based on information such as an anemometer and propeller tachometer (not shown) Increases efficiency.

また、励磁電流制御部４は、出力電圧が充電電圧以上になると、励磁をＯＦＦして励磁電流を止め、出力電圧が充電電圧未満なると、励磁をＯＮして励磁電流を流す制御を行う。これにより、発電電流ではない、励磁電流という小電力の制御回路により、容易に電圧制御を実現することが可能になり、機器の小型化を実現することができる。 Further, the excitation current control unit 4 performs control to turn off the excitation and stop the excitation current when the output voltage becomes equal to or higher than the charging voltage, and to turn on the excitation and flow the excitation current when the output voltage becomes less than the charging voltage. As a result, voltage control can be easily realized by a low-power control circuit called excitation current, not generated current, and downsizing of the device can be realized.

以上のように、実施の形態１によれば、励磁電流を流すことで磁石になる電磁石を風力発電に利用した電磁石型発電機を用い、低風速時に励磁をＯＦＦにして、発電しないように制御する構成を備えている。この結果、低風速時にも最適な周速比の回転をさせることが可能になる。また、省電力の励磁電流の制御により、出力電圧を一定制御することも可能であり、電圧レギュレータの小型化も可能になる。 As described above, according to the first embodiment, an electromagnet generator that uses an electromagnet that becomes a magnet by flowing an exciting current for wind power generation is used, and excitation is turned off at a low wind speed so as not to generate power. It has a configuration to do. As a result, it is possible to rotate at an optimum peripheral speed ratio even at a low wind speed. Further, the output voltage can be controlled at a constant level by controlling the exciting current for power saving, and the voltage regulator can be downsized.

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２における風力発電機の構成図である。図２に示すように、本実施の形態２に係る風力発電機は、先の実施の形態１における図１の構成に対して、補助発電機２を付加した構成となっている。この補助発電機２は、プロペラ１の回転によって、励磁電流分の電力を発電する永久磁石からなり、電磁石型発電機３の電磁石を駆動するための励磁電流を供給することができる。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram of the wind power generator according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the wind power generator according to the second embodiment has a configuration in which an auxiliary generator 2 is added to the configuration of FIG. The auxiliary generator 2 is composed of a permanent magnet that generates power corresponding to the excitation current by the rotation of the propeller 1, and can supply the excitation current for driving the electromagnet of the electromagnet generator 3.

通常、先の実施の形態１の構成を備えた風力発電機は、蓄電部５からの励磁電流供給が前提のシステムである。このため、蓄電部５の蓄電がなくなった場合には、プロペラ１が回転し始めても、励磁電流の供給ができず、電磁石が機能しないため、発電できない。 Usually, the wind power generator having the configuration of the first embodiment is a system on the premise of supplying an excitation current from the power storage unit 5. For this reason, when the power storage unit 5 runs out of power, even if the propeller 1 starts to rotate, the excitation current cannot be supplied and the electromagnet does not function, so power generation cannot be performed.

しかしながら、本実施の形態１の構成を備えた風力発電機は、補助発電機２の付加によって、プロペラ１が回転を開始すれば、その回転に伴って励磁電流を供給することができる。このため、長期間充電されずに蓄電部５の蓄電がなくなった状態でも、発電を開始することができ、確実な風力発電機を供給することができる。 However, if the propeller 1 starts rotating with the addition of the auxiliary generator 2, the wind power generator having the configuration of the first embodiment can supply an excitation current along with the rotation. For this reason, power generation can be started even in a state where the power storage unit 5 is not charged for a long time, and a reliable wind power generator can be supplied.

以上のように、実施の形態２による風力発電機は、プロペラが回転することで必ず発電する永久磁石型の小型の補助発電機をさらに備えて構成されている。この結果、蓄電部の蓄電がなくなった場合でも、励磁電流を供給でき、確実な発電が可能になる。 As described above, the wind power generator according to the second embodiment further includes a small permanent magnet type auxiliary power generator that always generates power when the propeller rotates. As a result, even when the power storage unit runs out of power, an exciting current can be supplied and reliable power generation is possible.

また、補助発電機を付帯させることによって、蓄電部の蓄電が完全になくなった場合、あるいは蓄電部との接続が外れた場合でも、励磁電流を供給することができる。このため、発電機としての機能を復活させることができるとともに、強風時に電磁ブレーキをかけることができ、破損防止など安全面にも効果のある風力発電システムを実現できる。 Further, by attaching the auxiliary generator, the exciting current can be supplied even when the power storage unit completely loses power or when the power storage unit is disconnected. For this reason, the function as a generator can be restored, and an electromagnetic brake can be applied in a strong wind, and a wind power generation system that is effective in terms of safety, such as damage prevention, can be realized.

実施の形態３．
本実施の形態３では、先の実施の形態２で説明した補助発電機２に関して、第１の具体的な構成について説明する。図３は、本発明の実施の形態３における風力発電機に用いられる補助発電機２の具体的な構成を示した図である。図３に示す補助発電機２は、永久磁石２１Ａ、２１Ｂと、コイル２２とで構成されている。また、図４は、本発明の実施の形態３における図３に示した補助発電機２の側面図である。 Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, the first specific configuration will be described with respect to the auxiliary generator 2 described in the second embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of auxiliary generator 2 used in the wind power generator according to Embodiment 3 of the present invention. The auxiliary generator 2 shown in FIG. 3 includes permanent magnets 21 A and 21 B and a coil 22. FIG. 4 is a side view of auxiliary generator 2 shown in FIG. 3 according to Embodiment 3 of the present invention.

永久磁石２１Ａおよび永久磁石２１Ｂは、それぞれ磁石が引き合うように、Ｎ極の対面にはＳ極が配置されるように構成されている。また、発電用のコイル２２は、永久磁石２１Ａと永久磁石２１Ｂとの間に配置されることで、それぞれの磁石の磁束が、コイル２２に設けられたコイル線を通過するようになっている。 The permanent magnet 21 A and the permanent magnet 21 B are configured such that the south pole is disposed opposite to the north pole so that the magnets attract each other. In addition, the power generation coil 22 is arranged between the permanent magnet 21 A and the permanent magnet 21 B so that the magnetic flux of each magnet passes through the coil wire provided in the coil 22.

また、図４に示すように、永久磁石２１Ａおよび永久磁石２１Ｂは、プロペラ１の回転軸１ａに取り付けられており、プロペラと同期して回転する。一方、コイル２２は、図示していない固定物に固定され、回転しない構造となっている。 As shown in FIG. 4, the permanent magnet 21A and the permanent magnet 21B are attached to the rotating shaft 1a of the propeller 1 and rotate in synchronization with the propeller. On the other hand, the coil 22 is fixed to a fixed object (not shown) and has a structure that does not rotate.

本実施の形態３に係る補助発電機２の構成の場合には、永久磁石２１Ａと永久磁石２１Ｂは、引き合いの力は働くが、同じ回転軸１ａに取り付けられているため、回転を妨げるコギングトルクは発生しない。従って、図３、図４の構成を備えた本実施の形態３に係る補助発電機２は、プロペラ１の回転を妨げることなく、励磁用の電流を供給することができる。 In the case of the configuration of the auxiliary power generator 2 according to the third embodiment, the permanent magnet 21A and the permanent magnet 21B are attracted to each other, but are attached to the same rotating shaft 1a. Does not occur. Therefore, the auxiliary generator 2 according to the third embodiment having the configuration shown in FIGS. 3 and 4 can supply an exciting current without impeding the rotation of the propeller 1.

もちろん、補助発電機２により励磁電流分の発電をすることで、回転の負荷トルクは発生する。しかしながら、補助発電機２は、電磁石型発電機３の発電量から比べれば、非常に少ない電流で励磁が可能であり、負荷トルクも非常に少ないものとなる。 Of course, when the auxiliary generator 2 generates power for the exciting current, rotational load torque is generated. However, the auxiliary generator 2 can be excited with a very small current and the load torque is very small as compared with the power generation amount of the electromagnet generator 3.

なお、図３に例示した磁石の極数は、６極であり、永久磁石２１Ａと永久磁石２１Ｂにそれぞれ６極の磁石が配置されており、その間に配置するコイル２２も、６極の仕様となっている。しかしながら、この極数は、特に６極に固定する必要はなく、また、磁石の極数とコイルの極数も、同じにする必要はない。 Note that the number of poles of the magnet illustrated in FIG. 3 is 6, and 6-pole magnets are disposed on the permanent magnet 21A and the permanent magnet 21B, respectively, and the coil 22 disposed between them also has a 6-pole specification. It has become. However, the number of poles does not need to be fixed to 6 poles, and the number of magnet poles and the number of coils need not be the same.

以上のように、実施の形態３による風力発電機は、補助発電機の発電部として、２対の極性が反対の状態（すなわち、互いに引き合う状態）で、永久磁石を向い合せ、その間に発電用のコイルを挿入したコアレス発電機を採用した構成を備えている。この結果、補助発電機にコアレス発電機を使用することで、低風速でもプロペラが回転しやすい風力発電機の製作が可能になる。 As described above, the wind power generator according to Embodiment 3 serves as a power generation unit of the auxiliary power generator by facing the permanent magnets in the state where the two pairs of polarities are opposite (that is, in a state of attracting each other), It has a configuration that uses a coreless generator with a coil inserted. As a result, by using a coreless generator for the auxiliary generator, it is possible to manufacture a wind generator in which the propeller easily rotates even at a low wind speed.

実施の形態４．
本実施の形態４では、先の実施の形態２で説明した補助発電機２に関して、第２の具体的な構成について説明する。図５は、本発明の実施の形態４における風力発電機に用いられる補助発電機２の具体的な構成を示した図である。図４に示す補助発電機２は、永久磁石２１Ａ、２１Ｂと、基板コイル２３とで構成されている。また、図６は、本発明の実施の形態４における図５に示した補助発電機２の側面図である。 Embodiment 4 FIG.
In the present fourth embodiment, a second specific configuration will be described with respect to the auxiliary generator 2 described in the previous second embodiment. FIG. 5 is a diagram showing a specific configuration of auxiliary generator 2 used in the wind power generator according to Embodiment 4 of the present invention. The auxiliary generator 2 shown in FIG. 4 includes permanent magnets 21 A and 21 B and a substrate coil 23. FIG. 6 is a side view of auxiliary generator 2 shown in FIG. 5 according to Embodiment 4 of the present invention.

本実施の形態４における補助発電機２の構成は、先の実施の形態３における補助発電機２の構成と比較すると、コイル２２の代わりに、電気基板のパターンで形成した基板コイル２３を用いている点が異なっており、その他の構成は同等である。 Compared with the configuration of the auxiliary generator 2 in the previous third embodiment, the configuration of the auxiliary generator 2 in the present fourth embodiment uses a substrate coil 23 formed with an electric substrate pattern instead of the coil 22. The other configurations are the same.

本実施の形態４において、基板コイル２３は、巻き線で形成するコイル２２よりも薄くすることができる。このため、永久磁石２１Ａと永久磁石２１Ｂの間隔を近づけることができ、その結果として、大きな磁束を発生させることができる。これにより、小型で薄い形状の補助発電機を構成することができる。 In the fourth embodiment, the substrate coil 23 can be made thinner than the coil 22 formed by winding. For this reason, the interval between the permanent magnet 21A and the permanent magnet 21B can be reduced, and as a result, a large magnetic flux can be generated. Thereby, a small and thin auxiliary generator can be configured.

以上のように、実施の形態４による風力発電機は、補助発電機のコイル部として、電子基板上のパターンで構成した基板コイルを使用する構成を備えている。この結果、磁石間の距離を小さくすることができ、磁力の小さい永久磁石でも、より強い磁束を発生させることが可能となり、高効率、小型の補助発電機の製作が可能となる。 As described above, the wind power generator according to the fourth embodiment has a configuration in which the substrate coil configured by the pattern on the electronic substrate is used as the coil portion of the auxiliary generator. As a result, the distance between the magnets can be reduced, and even with a permanent magnet having a small magnetic force, a stronger magnetic flux can be generated, and a highly efficient and small auxiliary generator can be manufactured.

実施の形態５．
本実施の形態５では、先の実施の形態２で説明した補助発電機２に関して、第３の具体的な構成について説明する。図７は、本発明の実施の形態５における風力発電機に用いられる補助発電機２の具体的な構成を示した図である。図７に示す補助発電機２は、永久磁石２１Ａと、基板コイル２３と、磁性体２４とで構成されている。また、図８は、本発明の実施の形態５における図７に示した補助発電機２の側面図である。 Embodiment 5. FIG.
In the fifth embodiment, a third specific configuration will be described with respect to the auxiliary generator 2 described in the second embodiment. FIG. 7 is a diagram showing a specific configuration of auxiliary generator 2 used in the wind power generator according to Embodiment 5 of the present invention. The auxiliary generator 2 shown in FIG. 7 includes a permanent magnet 21A, a substrate coil 23, and a magnetic body 24. FIG. 8 is a side view of auxiliary generator 2 shown in FIG. 7 according to Embodiment 5 of the present invention.

本実施の形態５における補助発電機２の構成は、先の実施の形態４における補助発電機２の構成と比較すると、永久磁石２１Ｂの代わりに、円板形状の磁性体２４を用いている点が異なっており、その他の構成は同等である。なお、永久磁石２１Ａおよび磁性体２４は、プロペラ１の回転軸１ａに取り付けられており、プロペラと同期して回転する。 The configuration of the auxiliary generator 2 in the present fifth embodiment uses a disk-shaped magnetic body 24 instead of the permanent magnet 21B as compared with the configuration of the auxiliary generator 2 in the previous fourth embodiment. Are different, and the other configurations are equivalent. The permanent magnet 21A and the magnetic body 24 are attached to the rotating shaft 1a of the propeller 1 and rotate in synchronization with the propeller.

本実施の形態５では、磁性体の円板でできている磁性体２４が、永久磁石２１Ａの対面に配置されている。このような配置を採用することで、磁性体２４は、永久磁石２１Ａの磁力により、永久磁石の極と反対の極へと磁化される。この結果、永久磁石２１Ａと磁性体２４の間で、互いに引き合うように磁束が発生する。そして、その間に配置された基板コイル２３を磁束が通過し、回転による磁束変化が生じることによって、発電が行われる。 In the fifth embodiment, a magnetic body 24 made of a magnetic disk is disposed on the opposite side of the permanent magnet 21A. By adopting such an arrangement, the magnetic body 24 is magnetized to a pole opposite to the pole of the permanent magnet by the magnetic force of the permanent magnet 21A. As a result, a magnetic flux is generated between the permanent magnet 21A and the magnetic body 24 so as to attract each other. And a magnetic flux passes through the board | substrate coil 23 arrange | positioned in the meantime, and electric power generation is performed when the magnetic flux change by rotation arises.

なお、図７、図８では、基板コイル２３を例に図示したが、先の実施の形態３で説明したような、通常の巻き線コイルであるコイル２２等であっても、同様の効果を得ることができる。 7 and 8, the substrate coil 23 is illustrated as an example, but the same effect can be obtained even with the coil 22 or the like that is a normal winding coil as described in the third embodiment. Can be obtained.

以上のように、実施の形態５による風力発電機は、補助発電機の２対の磁石のいずれか一方を磁性体にすることで、２対の磁石を対向させたときと同様の動作を可能にできる。このため、磁石の使用量を減らすことで、より安価な風力発電機の供給が可能になる。 As described above, the wind power generator according to Embodiment 5 can operate in the same manner as when two pairs of magnets are opposed to each other by using one of the two pairs of magnets of the auxiliary generator as a magnetic material. Can be. For this reason, it becomes possible to supply a cheaper wind power generator by reducing the amount of magnets used.

実施の形態６．
本実施の形態６では、先の実施の形態２で説明した補助発電機２に関して、第４の具体的な構成について説明する。図９は、本発明の実施の形態５における風力発電機に用いられる補助発電機２の具体的な構成を示した図である。図９に示す補助発電機２は、永久磁石２１Ａと、基板コイル２３と、磁性体２５とで構成されている。また、図１０は、本発明の実施の形態６における図９に示した補助発電機２の側面図である。 Embodiment 6 FIG.
In the sixth embodiment, a fourth specific configuration will be described with respect to the auxiliary generator 2 described in the second embodiment. FIG. 9 is a diagram showing a specific configuration of auxiliary generator 2 used in the wind power generator according to Embodiment 5 of the present invention. The auxiliary generator 2 shown in FIG. 9 includes a permanent magnet 21A, a substrate coil 23, and a magnetic body 25. FIG. 10 is a side view of auxiliary generator 2 shown in FIG. 9 in Embodiment 6 of the present invention.

本実施の形態６における補助発電機２の構成は、先の実施の形態５における補助発電機２の構成と比較すると、回転軸１ａに固定された磁性体２４の代わりに、回転軸１ａに固定されていない磁性体２５を用いている点が異なっており、その他の構成は同等である。なお、磁性体２５は、回転軸１ａではなく、基板コイル２３と同様に、図示していない固定物に固定されている。 The configuration of the auxiliary generator 2 in the sixth embodiment is fixed to the rotating shaft 1a instead of the magnetic body 24 fixed to the rotating shaft 1a as compared with the configuration of the auxiliary generator 2 in the previous fifth embodiment. The difference is that a magnetic body 25 that is not used is used, and the other configurations are the same. The magnetic body 25 is not fixed to the rotating shaft 1a, but is fixed to a fixed object (not shown) like the substrate coil 23.

磁性体２５は、永久磁石２１Ａの磁束により、永久磁石２１Ａの極と反対の極へと磁化される、このため、永久磁石２１Ａと磁性体２５の間で、お互いに引き合うように磁束が発生する。 The magnetic body 25 is magnetized to a pole opposite to the pole of the permanent magnet 21A by the magnetic flux of the permanent magnet 21A. Therefore, a magnetic flux is generated between the permanent magnet 21A and the magnetic body 25 so as to attract each other. .

永久磁石２１Ａが回転することで、磁性体２５上に発生する磁力は、永久磁石２１Ａの回転と同期して磁性体２５上を回転する。その磁束が、永久磁石２１Ａと磁性体２５との間に配置された基板コイル２３を通過し、回転による磁束変化が生じることによって発電が行われる。 When the permanent magnet 21A rotates, the magnetic force generated on the magnetic body 25 rotates on the magnetic body 25 in synchronization with the rotation of the permanent magnet 21A. The magnetic flux passes through the substrate coil 23 disposed between the permanent magnet 21 A and the magnetic body 25, and power generation is performed by causing a change in magnetic flux due to rotation.

なお、図９、図１０では、基板コイル２３を例に図示したが、先の実施の形態３で説明したような、通常の巻き線コイルであるコイル２２等であっても、同様の効果を得ることができる。 9 and 10, the substrate coil 23 is illustrated as an example, but the same effect can be obtained with the coil 22 or the like that is a normal winding coil as described in the third embodiment. Can be obtained.

以上のように、実施の形態６による風力発電機は、補助発電機の磁性体を、回転軸ではなく、固定する構成を備えており、このような構成によっても、コアレス発電機と同様の動作ができる、この結果、コイル部と磁性体部を一体化した構造にし、製造性の向上が可能となる。さらに、回転モーメントの低い、回転しやすく、かつ安価な風力発電機の供給が可能になる。 As described above, the wind power generator according to the sixth embodiment has a configuration in which the magnetic body of the auxiliary generator is fixed instead of the rotating shaft. Even with such a configuration, the operation similar to that of the coreless generator is provided. As a result, it is possible to improve the manufacturability by making the structure in which the coil portion and the magnetic body portion are integrated. Furthermore, it is possible to supply an inexpensive wind generator with a low rotational moment, which is easy to rotate.

１プロペラ、１ａ回転軸、２補助発電機、３電磁石型発電機、４励磁電流制御部、５蓄電部、２１Ａ、２１Ｂ永久磁石、２２コイル、２３基板コイル、２４、２５磁性体。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Propeller, 1a Rotating shaft, 2 Auxiliary generator, 3 Electromagnet type generator, 4 Excitation current control part, 5 Power storage part, 21A, 21B Permanent magnet, 22 Coil, 23 Substrate coil, 24, 25 Magnetic body.

Claims

A propeller that converts wind energy into rotational energy ;
An electromagnet generator having an electromagnet that becomes a magnet by passing an exciting current;
An excitation current control unit for controlling the excitation current;
A power storage unit connected to an output of the electromagnet generator and storing electric power of the electromagnet generator ;
The excitation current controller is
By controlling the excitation current to start to flow, the power generation of the electromagnetic generator by the rotational energy is started,
When the voltage of the power storage unit is equal to or greater than the rated charge voltage of the power storage unit, the stop of the excitation current, when the voltage of the power storage unit is less than the rated charge voltage of the power storage unit, be controlled to flow said excitation current The wind power generator which controls the voltage of the power storage unit to be constant and stores the power generated by the electromagnet generator in the power storage unit .

The wind power generator according to claim 1, further comprising a permanent magnet type auxiliary power generator that generates power for an exciting current according to rotation of the propeller.

The auxiliary generator is
A permanent magnet A that rotates in synchronization with the rotation axis of the propeller;
A permanent magnet B that rotates in synchronization with the rotating shaft together with the permanent magnet A, faces the permanent magnet A, and has a magnet of the opposite polarity to the permanent magnet A;
The wind power generator according to claim 2, further comprising: a power generating coil portion that is fixedly arranged between the permanent magnet A and the permanent magnet B without being affected by rotation of the propeller.

The auxiliary generator is
A permanent magnet A that rotates in synchronization with the rotation axis of the propeller;
A magnetic body that rotates in synchronism with the rotation axis together with the permanent magnet A, is arranged so as to face the permanent magnet A, and is magnetized to a polarity opposite to that of the permanent magnet A by the magnetic force of the permanent magnet A;
The wind power generator according to claim 2, further comprising: a power generation coil portion that is fixedly arranged without being affected by rotation of the propeller between the permanent magnet A and the magnetic body.

The auxiliary generator is
A permanent magnet A that rotates in synchronization with the rotation axis of the propeller;
A magnetic body that is fixedly arranged without being affected by the rotation of the propeller, is arranged so as to face the permanent magnet A, and is magnetized to a polarity opposite to that of the permanent magnet A by the magnetic force of the permanent magnet A;
The wind power generator according to claim 2, further comprising: a power generation coil portion that is fixedly arranged without being affected by rotation of the propeller between the permanent magnet A and the magnetic body.

The wind power generator according to any one of claims 3 to 5, wherein the coil unit is configured as a substrate coil unit mounted on a pattern.