JPH09317626A - 風力発電設備 - Google Patents

風力発電設備

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JPH09317626A
JPH09317626A JP8149755A JP14975596A JPH09317626A JP H09317626 A JPH09317626 A JP H09317626A JP 8149755 A JP8149755 A JP 8149755A JP 14975596 A JP14975596 A JP 14975596A JP H09317626 A JPH09317626 A JP H09317626A
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JP
Japan
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generator
pole
wind
wind turbine
wind power
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Pending
Application number
JP8149755A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Owada
晃司 大和田
Seiichi Hojo
誠一 北條
Takashi Mera
孝 米良
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH09317626A publication Critical patent/JPH09317626A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発生する騒音を低減すると共に、風速の変化
に対しても安定した電力を発生させることができる風力
発電設備を得ることである。 【解決手段】 風車1で自然エネルギーの風力を取り込
み回転力を発生し、多極式交流発電機4にて、風車1が
発生する回転力によって電力を発生する。したがって、
多極式交流発電機4の極数に応じて風車の回転数を低減
できる。また、風車1の風切り音を減少させ、かつ増速
機2を不要としたことで騒音を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自然エネルギーで
ある風力にて発電する風力発電設備に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、地球規模の環境問題への関心が高
まって、自然エネルギーを有効利用した発電設備が普及
しつつある。風力発電設備は、自然エネルギーである風
力を風車で回転エネルギーに変換し、風車に連結された
交流発電機を回転させ発電するものである。
【0003】図6は、そのような風力発電設備を示す構
成図である。自然エネルギーの一つである風力は、風車
1により回転エネルギーに変換される。その回転エネル
ギーは増速機2を介して交流発電機3に伝達され、交流
発電機3に回転力を与える。これにより、交流発電機3
から電力が発生するようになっている。ここで、増速機
2は、風車1の回転数及び発電機3の回転数を調整する
ものである。
【0004】このような風力発電設備において、風車1
は自然エネルギーの一つである風を収り込み回転力を発
生すると同時に、回転することで騒音の原因となる風切
り音も発生する。風車1が発生する風切り音は、空気力
学的に発生する音であり、風車1の回転数を下げること
で減少する効果がある。
【0005】一般に、風車1の回転数を下げるには、増
速機2の増速比rを大きくすることで可能である。すな
わち、増速機2の増速比をrとしたとき、風車1の回転
数Nと交流発電機3の回転数Nsとの関係は、次の
(1)式で示される。
【0006】N=Ns/r[rpm] …(1) したがって、交流発電機3の回転数が一定の状態で、増
速機2の増速比rを大きくすると、風車1の回転数Nは
下がることになる。これにより、風車1が発生する風切
り音を低減するようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,増速機
2の増速比rを大きくすると、風切り音は低減できるが
増速機2は大型化する。また、それに伴い増速機2が発
生する機械的騒音が大きくなる。
【0008】一方、交流発電機3が発生する電力は、風
車1が受ける風速の3乗及び受風面積に比例することか
ら、風速の変化が小さいときでも交流発電機3の発生電
力は顕著に変化してしまう。したがって、交流発電機3
が一般の配電線等に連系している場合には、その配電線
の電圧が変動するなど、配電線に好ましくない影響を与
えることもある。
【0009】本発明の目的は、発生する騒音を低減する
と共に、風速の変化に対しても安定した電力を発生させ
ることができる風力発電設備を得ることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、自然
エネルギーである風力を回転エネルギーに変換し回転力
を発生する風車と、風車に機械的に直結され風車が発生
する回転力によって電力を発生する多極式交流発電機と
を備えたものである。
【0011】請求項1の発明では、風車で自然エネルギ
ーの風力を取り込み回転力を発生し、多極式交流発電機
にて風車が発生する回転力によって電力を発生する。
【0012】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、多極式交流発電機に慣性エネルギーを蓄積するため
のフライホイールを一体化して設けたものである。
【0013】請求項2の発明では、請求項1の発明の作
用に加え、風車の回転により多極交流発電機が回転し、
その回転エネルギーの一部はフライホイールに慣性エネ
ルギーとして蓄積される。これにより、自然エネルギー
である風力に変動があったとしても、慣性エネルギーに
より多極式交流発電機は安定して回転するので、多極式
交流発電機は安定した電力を出力する。
【0014】請求頃3の発明は、請求項2の発明におい
て、フライホイールは、多極式交流発電機のロータリム
又は多極式発電機の回転軸に一体化して設けたものであ
る。
【0015】請求頃3の発明では、請求項2の発明の作
用に加え、多極式交流発電機のロータリム又は発電機の
回転軸に設けられたフライホイールは、多極式交流発電
機の回転により慣性エネルギーを蓄積する。この慣性エ
ネルギーにより多極式交流発電機は安定して回転するの
で、多極式交流発電機は安定した電力を出力する。
【0016】請求項4の発明は、請求項2の発明におい
て、フライホイールは、多極式交流発電機のロータリム
の外周に一体化して設けたものである。
【0017】請求項4の発明では、請求項2の発明の作
用に加え、多極式交流発電機のロータリムの外周に設け
られたフライホイールは、多極式交流発電機の回転によ
り慣性エネルギーを蓄積する。この慣性エネルギーによ
り多極式交流発電機は安定して回転するので、多極式交
流発電機は安定した電力を出力する。
【0018】請求項5の発明は、請求項2乃至請求項4
の発明において、風車と多極式交流発電機との接続部を
機械的に切り離し可能な機械的切離装置を設け、自然エ
ネルギーである風力がない場合は、風車と多極式交流発
電機との接続部を機械的に切り離して、多極式交流発電
機を交流電動機として運転するようにしたものである。
【0019】請求項5の発明では、請求項2乃至請求項
4の発明の作用に加え、自然エネルギーである風力がな
い場合は、風車と多極式交流発電機の接続部を機械的切
離装置で機械的に切り離し、多極式交流発電機を交流電
動機として運転する。これにより、フライホイールに慣
性エネルギーを蓄積する。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図1は本発明の第1の実施の形態を示す構成図で
ある。この第1の実施の形態は、図6に示した従来例に
対し、交流発電機3に代えて多極式交流発電機4とした
ものである。すなわち、多極式交流発電機4としたこと
に伴い、風車1の回転数と多極式交流発電機4の回転数
とを調節するための増速機2を設けることなく、風車1
と多極式交流発電機4とを直接接続するようにしたもの
である。
【0021】図1において、風車1は、自然エネルギー
である風力を回転エネルギーに変換し回転力を発生す
る。多極式交流発電機4は、風車1に機械的に直結され
風車1が発生する回転力によって電力を発生する。
【0022】ここで、風車1の回転数N、多極式交流発
電機4の回転数Ns、多極式交流発電機4の極数Pの関
係は、多極式交流発電機4が発生する電圧の周波数をF
としたとき、以下の(2)式で示される。
【0023】 N=Ns=(60×F)/P[rpm] …(2) すなわち、多極式交流発電機4の極数Pは、風車1の回
転数N及び多極式交流発電機4の回転数Nsに応じて容
易に決定することが可能である。つまり、多極式交流発
電機4の発生電圧の周波数Fが一定値に保たれるよう
に、極数Pを可変にすることができる。したがって、風
車1の回転数を低減させるには、極数Pの多い多極式交
流発電機4を予め用意しておく。これにより、風車1の
風切り音を減少させ、かつ増速機2を不要とし騒音を低
減することを可能とする。
【0024】また、風力発電設備の運転中に風力が増加
したり減少したりして、風車1の回転数が変化したとき
に、多極式交流発電機4が発生する電圧の周波数Fを一
定に保つために、極数Pを切換えられるようにしても良
い。すなわち、多極式交流発電機4の極数Pを切換える
ための極数切換装置を設け、多極式交流発電機4の極数
Pを風車1の回転数Nに応じて切換える。これにより、
多極式交流発電機4の発生電圧の周波数Fを随時一定に
保つことを可能にする。
【0025】図2は、本発明の実施の形態で使用する多
極式交流発電機4の説明図である。図2(a)は正面図
であり、図2(b)はその側面図である。多極式交流発
電機4は、フレーム5の内周面にステータ6が設けら
れ、そのステータ6の内周側にロータ7が設けられる。
ロータ7はロータリム8で支持されて回転軸9の回転に
より回転する。この回転軸9は風車1の回転軸に直結さ
れている。この場合、ステータ6及びロータ7は、
(2)式の極数Pを満足するものとする。これにより、
風車1が自然エネルギーの一つである風力を受け回転力
を発生すると、風車1が発生する回転力により風車1と
直接接続された多極式交流発電機4が回転し電力を発生
する。その場合、極数Pを多くしておくと風車1の回転
数Nを低減させた運転が可能である。
【0026】また、図3に示すように、多極式交流発電
機4のロータリム8の外周に慣性エネルギーを蓄積する
ためのフライホイール10を一体化させる。これによ
り、多極式交流発電機4が風車1の回転力により回転し
ているときは、フライホイール10に慣性エネルギーを
蓄積する。したがって、多極式交流発電機4は、このフ
ライホイール10に蓄積された慣性エネルギーで回転数
が一定に保たれるように回転するので、風速の多少の変
化に係わらず、多極式交流発電機4は回転数を一定に保
たれる。つまり、風速の変化により、多極式交流発電機
4の回転数はさほどの変化を伴わないので、発生電力は
安定する。
【0027】また、図4に示すように、多極式交流発電
機4の回転軸にフライホイール10を一体化して設ける
ようにしても良い。この場合も、フライホイール10に
蓄積される慣性エネルギーにて、多極式交流発電機4の
回転数は、ほぼ一定に保たれる。つまり、風速の変化に
係わらず、フライホイール10に蓄積された慣性エネル
ギーにより、多極式交流発電機4は回転数を一定に保た
れる。
【0028】このように、図3及び図4に示すように、
多極式交流発電機4に慣性エネルギーを蓄積するフライ
ホイール10を一体化させることで、フライホイール1
0に蓄積された慣性エネルギーにより、風速の変化に係
わらず多極式交流発電機4の回転数を一定に保ち、多極
式交流発電機4が発生する電力の安定化を図ることがで
きる。
【0029】この第1の実施の形態では、風車1と多極
式交流発電機4とを直接接続する構成としたので、風車
1の風切り音を減少させ、かつ増速機2を不要とし、騒
音を低減することができる。
【0030】また、多極式交流発電機4のロータリム8
の外周又は多極式交流発電機4の回転軸9に慣性エネル
ギーを蓄積するフライホイール10を一体化させたの
で、風速の変化に係わらず、フライホイール10に蓄積
された慣性エネルギーにより多極式交流発電機4の回転
数を一定に保ち、交流発電機が発生する電力の安定化を
図ることができる。
【0031】次に、本発明の第2の実施の形態を説明す
る。図5は、本発明の第2の実施の形態を示す構成図で
ある。この第2の実施の形態は、図1に示した第1の実
施の形態に対し、風車1と多極式交流発電機4との接続
部を機械的に切り離し可能な機械的切離装置11を設
け、自然エネルギーである風力がない場合は、風車1と
多極式交流発電機4との接続部を機械的に切り離して、
多極式交流発電機4を交流電動機として運転するように
したものである。
【0032】すなわち、自然エネルギーである風力がな
い場合は、風車1と多極式交流発電機4との接続部を機
械的切離装置11で機械的に切り離し、多極式交流発電
機4を交流電動機4として運転し、フライホイール10
に慣性エネルギーを蓄積する。つまり、発電機としてで
はなく電動機として運転し、フライホイール10に慣性
エネルギーを蓄積し、エネルギー蓄積設備として運用す
る。
【0033】図5において、風車1と多極式交流発電機
4とを機械的切離装置11を介して接続し、例えば、自
然エネルギーの一つである風がない場合には、風車1は
回転力を発生することができず、多極式交流発電機4も
風車1から回転力が得られない。このため、電力を発生
することができない。
【0034】このような場合、この第2の実施の形態で
は、風車1と多極式交流発電機4とを機械的切離装置1
1で切り離し、多極式交流発電機4を電動機として回転
させる。つまり、多極式交流発電機4が連係される配電
系統から電力を受け、電動機として運転する。これによ
り、ロータリム8の外周又は回転軸9と一体化したフラ
イホイール10に慣性エネルギーが蓄積される。このよ
うに、エネルギー蓄積設備として風力発電設備を有効に
活用する。
【0035】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
風車に直接多極式交流発電機を接続したので、極数に応
じて風車の回転数を低減できる。したがって、風車の風
切り音を減少させ、かつ増速機を不要とし騒音を低減す
ることができる。
【0036】また、多極式交流発電機のロータリムの外
周又は多極式交流発電機の回転軸に慣性エネルギーを蓄
積するためのフライホイールを一体化させるたので、風
速の変化に係わらず、フライホイールに蓄積された慣性
エネルギーにより交流発電機の回転数を一定に保つこと
ができる。したがって、交流発電機が発生する電力の安
定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す構成図。
【図2】本発明で使用する多極式交流発電機の説明図。
【図3】本発明で使用する多極式交流発電機のロータリ
ムの外周にフライホイールを取り付けた場合の説明図。
【図4】本発明で使用する多極式交流発電機の回転軸に
フライホイールを取り付けた場合の説明図。
【図5】本発明の第2の実施の形態を示す構成図。
【図6】従来例の構成図。
【符号の説明】
1 風車 2 増速機 3 交流発電機 4 多極式交流発電機 5 フレーム 6 ステータ 7 ロータ 8 ロータリム 9 回転軸 10 フライホイール 11 機械的切離装置

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自然エネルギーである風力を回転エネル
    ギーに変換し回転力を発生する風車と、前記風車に機械
    的に直結され前記風車が発生する回転力によって電力を
    発生する多極式交流発電機とを備えたことを特徴とする
    風力発電設備。
  2. 【請求項2】 前記多極式交流発電機に慣性エネルギー
    を蓄積するためのフライホイールを一体化して設けたこ
    とを特徴とする請求項1に記載の風力発電設備。
  3. 【請求項3】 前記フライホイールは、前記多極式交流
    発電機のロータリム又は前記多極式発電機の回転軸に一
    体化して設けられたことを特徴とする請求項2に記載の
    風力発電設備。
  4. 【請求項4】 前記フライホイールは、前記多極式交流
    発電機のロータリムの外周に一体化して設けられたこと
    を特徴とする請求項2に記載の風力発電設備。
  5. 【請求項5】 前記風車と前記多極式交流発電機との接
    続部を機械的に切り離し可能な機械的切離装置を設け、
    自然エネルギーである風力がない場合は、前記風車と前
    記多極式交流発電機との接続部を機械的に切り離して、
    前記多極式交流発電機を交流電動機として運転するよう
    にしたことを特徴とする請求項2乃至請求項4に記載の
    風力発電設備。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003097414A (ja) * 2001-09-21 2003-04-03 Fuji Heavy Ind Ltd 風力発電機の運転制御方法
JP2005517123A (ja) * 2002-02-05 2005-06-09 イ サン チョル 風力発電装置
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