KR20120025013A - 풍력 발전 장치 - Google Patents

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KR20120025013A
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Abstract

풍력을 받아 소정의 회전축(2)의 둘레를 일정 회전 방향으로 회전하는 풍차(3)를 구비하는 풍력 발전 장치(1)에 있어서, 회전축(2)과 동축을 이루고 일체 회전하도록 배치된 로터(4)를 가지고 회전축(2)의 회전에 수반되는 이 로터(4)의 회전에 의해 전력을 생성하는 제 1 발전기(5)와, 회전축(2)과 동축을 이루고, 또한 회전축(2)의 일정 회전 방향에 있어서, 회전축(2)이 증속하고 있는 경우에는 이 회전축(2)과 일체 회전 상태가 되어 자신도 증속 회전하고, 회전축(2)이 감속하고 있는 경우에는 이 회전축(2)으로부터 분리되어 관성 회전하도록 원웨이 클러치(6)를 통하여 배치되는 플라이휠(7)과, 플라이휠(7)과 동축을 이루고 일체 회전하도록 배치된 로터(8)를 가지고 플라이휠(7)의 회전에 수반되는 이 로터(8)의 회전에 의해 전력을 생성하는, 제 1 발전기(5)와는 상이한 제 2 발전기(9)와, 그들 양쪽의 발전기(5, 9)에 의해 생성된 전력 중 어느 하나를 외부 출력하는 출력부(출력 수단)(10)를 구비한다. 이것에 의해, 풍력 발전에 있어서의 불안정한 발전 출력을 보다 안정화시키는 것이 가능한 풍력 발전 장치를 제공한다.

Description

풍력 발전 장치{WIND？DRIVEN ELECTRICITY GENERATION DEVICE}
본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
최근, 지구환경의 보전을 위해, 재생 가능 에너지를 사용한 발전 방법으로서 이산화탄소 등의 온실효과 가스를 배출하지 않는 풍력 발전에 주목이 모이고 있다(예를 들면, 특허문헌 1등).
특허문헌 1: 일본 특개 2004-239113호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나, 풍력 발전은 풍속의 변동에 따라 발전 출력이 변동하기 때문에, 안정하지 않다고 하는 과제가 있다.
본 발명의 과제는, 풍력 발전에 있어서의 불안정한 발전 출력을 보다 안정화시키는 것이 가능한 풍력 발전 장치를 제공하는 것에 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단 및 발명의 효과)
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 풍력 발전 장치는,
풍력을 받아 소정의 회전축선 둘레를 일정 회전 방향으로 회전하는 풍차와,
상기 풍차의 회전축과 동축을 이루고 일체 회전하도록 배치된 로터를 갖고, 상기 회전축의 회전에 수반되는 이 로터의 회전에 의해 전력을 생성하는 제 1 발전 수단과,
상기 회전축과 동축을 이루고, 또한 상기 일정 회전 방향에 있어서, 상기 회전축이 증속하고 있을 경우에는 이 회전축과 일체 회전 상태로 되어 자신도 증속 회전하고, 상기 회전축이 감속하고 있는 경우에는 이 회전축으로부터 분리되어 관성 회전하도록 1방향 클러치를 통하여 배치되는 플라이휠과,
상기 플라이휠과 동축을 이루고 일체 회전하도록 배치된 로터를 갖고, 상기 플라이휠의 회전에 수반되는 이 로터의 회전에 의해 전력을 생성하는, 상기 제 1 발전 수단과는 상이한 제 2 발전 수단과,
상기 제 1 발전 수단과 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력 중, 적어도 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력의 입력을 받고, 입력된 전력을 외부 출력하는 출력 수단,
을 구비하고, 상기 제 1 발전 수단과 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력 중 상기 제 1 발전 수단에 의해 생성된 전력의 적어도 일부가, 상기 출력 수단에 입력되어 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력과 합하여 외부 출력되거나, 혹은 구동 전력 공급 수단에 의해 상기 플라이휠을 상기 일정 회전 방향으로 회전구동시키는 전동 구동 수단에 대한 구동 전력으로서 공급되거나 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 구성에 의하면, 제 1 발전 수단에 의해 발전되는 전력은, 풍차가 받는 풍력에 따라 크게 변동하지만, 제 2 발전 수단에 의해 발전되는 전력은, 플라이휠에 축적된 안정적인 회전에너지에 기초하여 생성되는 것이기 때문에 출력이 안정되어 있고, 적어도 이 제 2 발전 수단에 의해 발전된 전력이 출력됨으로써(제 1 발전 수단에 의한 발전 전력이 중첩된 형태로 출력되는 것도 포함함), 비교적 안정한 발전 출력을 얻을 수 있다.
더욱이, 이들 제 1 발전 수단과 제 2 발전 수단에 의한 양쪽의 발전 전력이 중첩된 형태로 출력되면, 제 1 발전 수단에 의한 발전 전력의 불안정은 완화되어, 전체적으로 비교적 안정한 발전 출력을 얻을 수 있다.
또한 풍차의 감속 회전시나 회전 정지시에는, 플라이휠은 원웨이 클러치에 의해 풍차의 회전축과 분리된 상태(본 발명에서는 이것을 관성 회전 상태라고 함)로 되기 때문에, 계속해서 회전한다. 즉, 관성 회전 상태로 됨으로써, 플라이휠측의 감속요소가 대폭 줄어들기 때문에 보다 장시간의 회전계속이 가능하게 되어, 가령 풍차가 정지했다고 해도, 플라이휠의 회전은 계속된다. 그리고, 그 동안, 제 2 발전 수단으로부터는 경시적으로 완만한 감쇠는 발생하지만 안정한 발전 출력을 얻을 수 있고, 이것을 외부로 출력할 수 있다. 가령 제 1 발전 수단에 의한 발전 전력이 이것에 중첩된다고 해도, 제 1 발전 수단에 의한 발전 전력의 불안정은 대폭 완화된다.
또한 풍차의 증속 회전시에는, 풍차의 회전축과 플라이휠이 일체 회전 상태로 되어 플라이휠에 회전에너지가 축적되므로, 그 후에 풍차가 감속했다고 해도, 증속 회전시에 축적된 회전에너지에 의해 제 2 발전 수단으로부터는 안정한 발전 출력을, 축적한 분량만큼 오래 계속적으로 계속 얻을 수 있다. 또한 풍차의 증속 회전시에는, 제 1 발전 수단과 제 2 발전 수단에 의한 2단계 발전 상태로 되어 발전 출력은 증가하지만, 보다 중량이 있는 플라이휠이 회전 저항으로 되는 형태로 풍차에 극단적인 증속(가속) 회전이 생겨 전체의 발전 출력이 극단적으로 증가하지는 않고, 2단계 발전 상태로 되었다고 해도, 전체의 발전 출력을 비교적 안정한 상태로 유지할 수 있다.
또한, 풍차의 증속 회전시에는, 풍차의 회전축과 플라이휠이 일체 회전 상태로 되기 때문에, 가령 플라이휠이 정지 내지는 극히 저속의 회전 상태로 되어 있었다고 해도, 풍차의 회전속도가 증가해 가면, 플라이휠에는 풍차로부터의 직접적인 토크가 작용하여, 회전속도가 증가한다. 이 때문에, 플라이휠의 정지시 및 저속시이더라도, 풍차가 회전을 시작하고 가속해 감으로써 플라이휠에 토크가 전달되어, 회전을 계속할 수 있다.
또한 상기 본 발명의 구성에 의하면, 제 1 발전 수단에 의해 생성된 전력의 적어도 일부를 사용하여 플라이휠의 회전을 어시스트 해도 된다. 플라이휠의 회전 정지시 및 저속 회전시에(특히 회전 정지했을 때), 다시 회전을 개시하지 위해서는 대단히 큰 토크가 필요하게 되는데, 이 구성에 의하면, 플라이휠의 회전이 정지하지 않도록 구동 전력 공급 수단이, 플라이휠을 회전구동시키는 전동 구동 수단에, 제 1 발전 수단에 의해 생성된 전력의 적어도 일부를 공급하여 구동시킬 수 있으므로, 회전 정지를 예방할 수 있고, 다시 회전을 개시하지 위한 토크를 발생시킬 필요가 없게 된다. 가령 회전이 정지했다고 해도, 다시 회전을 개시시키는 것이 가능하게 된다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 전동 구동 수단과, 상기 구동 전력 공급 수단을 구비하고, 또한, 상기 플라이휠의 회전속도 레벨을 검출하는 회전속도 레벨 검출 수단과, 검출된 상기 회전속도 레벨이 미리 정해진 임계 회전속도 레벨을 밑돌았을 경우에, 상기 구동 전력 공급 수단에 대하여 상기 전동 구동 수단으로의 구동 전력 공급을 실행시키는 구동 전력 제어 수단을 구비하여 구성할 수 있다.
또한 상기 본 발명에 의하면, 플라이휠의 회전속도가 일정 레벨 이하가 되면, 전동 구동 수단이 플라이휠의 일정 회전 방향으로의 회전을 어시스트 하므로, 그 안정하게 출력되는 플라이휠에 의한 발전 출력을, 보다 긴 시간 계속해서 출력할 수 있다. 플라이휠의 회전 정지시 및 저속 회전시에(특히 회전 정지했을 때), 다시 회전을 개시하기 위해서는 대단히 큰 토크가 필요하게 되는데, 상기 구성에 의하면, 구동 전력 제어 수단에 의해, 플라이휠의 회전이 정지하지 않도록 구동 전력 공급 수단이 제어되므로, 다시 회전을 개시하기 위한 토크를 발생시킬 필요가 없게 된다. 또한 예를 들면, 플라이휠의 회전속도가 일정 레벨 이하로 되는 상태를 플라이휠의 회전 정지 상태라고 정하면, 전동 구동 수단에 의해, 당해 회전 정지 상태의 플라이휠의 회전을 재개시킬 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 구동 전력 공급 수단은 외부의 전원계통으로부터 공급되는 전력에 기초하는 상기 전동 구동 수단용의 구동 전력을 이 전동 구동 수단에 공급하도록 구성할 수 있다. 이것에 의해, 외부의 전원계통으로부터 공급되는 전력을 이용하여 전동 구동 수단을 구동할 수 있기 때문에, 안정한 전동 구동 수단으로의 전력 공급이 가능하게 되어, 플라이휠을 정지시킬 염려가 없다.
본 발명에 있어서, 상기 구동 전력 공급 수단은 축전 수단에 축전된 전력에 기초하는 상기 전동 구동 수단용의 구동 전력을 이 전동 구동 수단에 공급하도록 구성할 수 있다. 이 경우도, 축전 수단에 미리 축전된 전력을 이용하여 전동 구동 수단을 구동할 수 있기 때문에, 안정한 전동 구동 수단으로의 전력 공급이 가능하게 되어, 플라이휠을 정지시킬 염려가 없다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1 발전 수단에 의해 생성된 전력이 축전 수단에 축전되도록 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 출력 수단은 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력만을 외부에 공급하도록 구성할 수 있다. 이 구성에 의하면, 출력이 불안정한 제 1 발전 수단에 의해 생성된 전력이 축전 수단에 축전되고, 출력이 안정한 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력만을 외부로 출력하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1 발전 수단과 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 양쪽의 전력이 축전 수단에 축전되도록 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 출력 수단으로부터 외부에 공급되는 전력은 상기 축전 수단에 일단은 축전된 전력으로 할 수 있다. 이 구성에 의하면, 외부로의 전력 공급원이 축전 수단이 되기 때문에, 안정한 전력의 출력이 가능하게 된다.
본 발명에서는, 제 1 축전 수단에 축전된 전력에 기초하는 상기 전동 구동 수단용의 구동 전력이 이 전동 구동 수단에 공급되고, 게다가, 제 2 축전 수단에 상기 제 1 발전 수단과 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 양쪽의 전력 중 중 어느 하나가 축전되는 구성을 갖는 경우, 제 1 축전 수단과, 제 2 축전 수단을 공통의 축전 수단으로서 구비하도록 구성할 수 있다. 이것에 의해, 축전 수단을 복수 구비할 필요가 없게 된다. 또한 이 경우, 공통의 축전 수단의 잔량을 검출하는 잔량 검출 수단과, 검출되는 상기 잔량이 미리 정해진 임계 잔량을 상회한 경우에, 상기 출력 수단에 대하여, 상기 축전 수단에 축전된 전력을 외부에 공급시키는 출력전력 제어 수단을 구비하여 구성할 수 있다. 이것에 의해, 축전 수단에는 플라이휠을 회전시키기 위한 일정한 구동 전력을 끊임없이 확보해 두는 것이 가능하게 된다.
또한 본 발명에 있어서, 축전 수단에 축전된 전력에 의해 전동 구동 수단을 구동하는 구성의 경우, 상기 축전 수단의 잔량을 검출하는 잔량 검출 수단과, 검출되는 상기 잔량이 미리 정해진 임계 잔량을 상회하고 있지 않을 경우에, 상기 축전 수단에 전력을 공급하여 축전을 실행시키고, 상기 임계 잔량을 상회한 경우에는, 상기 임계 잔량을 상회하고 있지 않으면 상기 축전 수단에 공급될 전력을(상기 임계 잔량을 상회하고 있지 않으면 상기 축전 수단에 공급되고 있었을 전력을), 상기 출력 수단에 입력하고, 외부 출력시키는 축전 전력 제어 수단을 구비하여 구성할 수 있다. 이것에 의해, 축전 수단에 축전되지 않는 잉여 전력을 외부로 출력할 수 있기 때문에, 외부로의 출력 전력을 증가시킬 수 있다.
본 발명에서, 상기 출력 수단은 상기 제 1 발전 수단과 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 양쪽의 전력 입력을 합쳐서 외부에 공급하는 것으로 할 수 있다. 제 1 발전 수단과 제 2 발전 수단에 의한 양쪽의 발전 전력이 중첩된 형태로 출력됨으로써, 제 1 발전 수단에 의한 발전 전력의 불안정은 완화되어, 전체적으로 비교적 안정한 발전 출력을 외부에 공급할 수 있다. 예를 들면, 외부의 전원계통이나, 축전 수단에 공급할 수 있다.
상기 본 발명에 있어서의 전동 구동 수단은, 상기 제 1 발전 수단에 의해 생성된 전력을 구동원으로 하여, 상기 플라이휠을 상기 일정 회전 방향으로 회전구동시킬 수 있고, 이 경우, 구동 전력 공급 수단은, 상기 제 1 발전 수단에 의해 생성된 전체 전력을 상기 전동 구동 수단에 대한 구동 전력으로서 공급하고, 상기 출력 수단은 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력을 외부에 출력하는 것으로 할 수 있다.
상기 본 발명의 구성에 의하면, 제 1 발전 수단에 의해 발전되는 전력은 풍차가 받는 풍력에 따라 크게 변동되지만, 그 발전 전력은 모두 또한 항상, 플라이휠을 회전하기 위한 구동 전력으로서 이용되고, 타방의 제 2 발전 수단에 의해 발전되는 전력만이 외부로 출력된다. 제 2 발전 수단에 의해 발전되는 전력은, 플라이휠에 축적된 안정적인 회전에너지에 기초하여 생성되는 것이므로, 출력되는 발전 전력은 기상조건 등의 영향을 받지 않고 안정하게 출력되고, 제 1 발전 수단에 의해 생성된 전력에 의해 전동 구동 수단이 플라이휠의 일정 회전 방향으로의 회전을 어시스트하므로, 그 안정하게 출력되는 플라이휠에 의한 발전 출력을 보다 긴 시간 계속해서 출력할 수 있다.
또한 제 2 발전 수단과 전동 구동 수단은, 플라이휠에 대하여 일체로 설치됨과 아울러, 제 2 발전 수단의 로터 및 스테이터보다도, 전동 구동 수단의 로터 및 스테이터쪽을 외주측에 위치시킬 수 있다. 전동 구동 수단이 보다 외주측에 위치해 있음으로써, 플라이휠의 일정 회전 방향으로의 어시스트력이 직경 방향의 보다 외측에서 작용하기 때문에, 회전력을 효과적으로 전달할 수 있다.
또한 플라이휠은, 상기 회전축의 축선 방향에 있어서, 상기 제 1 발전 수단과 상기 제 2 발전 수단 사이에 배치할 수 있다. 즉, 발전 케이스체 내에서의 제 1 발전 수단과 제 2 발전 수단은, 회전축(2)의 축선 방향에 있어서, 사이에 플라이휠을 끼우는 형태로 위치하고, 발전 케이스체 내의 일련의 공간이 플라이휠에 의해 일방의 발전 수단을 수용하는 상류측 수용 공간과 타방의 발전 수단을 수용하는 하류측 수용 공간으로 분단해 둘 수 있다. 이것에 의해, 상류측 수용 공간 및 하류측 수용 공간에 있어서, 일방의 공간 내에서의 회전체의 회전에 수반되는 기류의 흐트러짐의 영향을 타방의 공간이 받지 않아, 각각의 공간 내의 회전체의 회전이 안정된다.
본 발명에 의하면, 풍력 발전에 있어서의 불안정한 발전 출력을 보다 안정화시키는 것이 가능한 풍력 발전 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 또는 제 3 실시형태인 풍력 발전 장치를 간략적으로 도시하는 외관도.
도 2는 제 1 실시형태의 풍력 발전 장치의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도.
도 3a는 제 1 실시형태의 풍력 발전 장치의 출력부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 1 예.
도 3b는 제 1 실시형태의 풍력 발전 장치의 출력부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 2 예.
도 4는 제 1 내지 제 3 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 풍차 부분을 간략적으로 도시하는 확대 단면도.
도 5는 제 1 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 나셀 부분의 확대 단면도.
도 6은 제 1 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 발전 케이스체 내부를 확대한 확대 단면도.
도 7은 제 1 내지 제 3 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 발전기의 스테이터의 사시도.
도 8a는 도 7의 스테이터의 정면도.
도 8b는 도 8a의 스테이터의 A-A 단면도.
도 8c는 도 8a의 스테이터의 B-B 단면도.
도 9는 도 7의 스테이터와, 자성 부재와의 위치 관계를 나타내는 사시도.
도 10은 도 9의 스테이터 및 자성 부재의 정면도 및 부분 확대도.
도 11은 본 발명의 제 2 실시형태인 풍력 발전 장치의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도.
도 12a는 제 2 실시형태의 풍력 발전 장치의 출력부 및 구동 전력 공급부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 1 예.
도 12b는 제 2 실시형태의 풍력 발전 장치의 출력부 및 구동 전력 공급부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 2 예.
도 13은 제 2 및 제 3 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 나셀 부분의 확대 단면도.
도 14는 제 2 및 제 3 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 발전 케이스체 내부를 확대한 확대 단면도.
도 15는 제 2 및 제 3 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 전동기의 스테이터의 사시도.
도 16a는 도 15의 스테이터의 정면도.
도 16b는 도 16a의 스테이터의 C-C 단면도.
도 16c는 도 16a의 스테이터의 D-D 단면도.
도 17은 도 15의 스테이터와, 자성 부재의 위치관계를 나타내는 정면도 및 부분 확대도.
도 18은 전동기로의 구동 전력 공급 제어의 흐름을 나타내는 플로우차트의 제 1 예.
도 19a는 제 2 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 출력부 및 구동 전력 공급부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 1 변형예.
도 19b는 제 2 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 출력부 및 구동 전력 공급부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 2 변형예.
도 20은 제 2 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 출력부 및 구동 전력 공급부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 3 변형예.
도 21은 외부로의 전력 공급 제어의 흐름을 나타내는 플로우차트.
도 22는 제 2 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 출력부 및 구동 전력 공급부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 4 변형예.
도 23은 축전 수단으로의 전력 입력 제어의 흐름을 나타내는 플로우차트.
도 24는 제 2 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 출력부 및 구동 전력 공급부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 5 변형예.
도 25는 제 2 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 출력부 및 구동 전력 공급부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 6 변형예.
도 26은 본 발명의 제 3 실시형태인 풍력 발전 장치의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도.
도 27a는 제 3 실시형태의 풍력 발전 장치의 출력부 및 구동 전력 공급부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 1 예.
도 27b는 제 3 실시형태의 풍력 발전 장치의 출력부 및 구동 전력 공급부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 2 예.
도 28은 제 2 실시형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 출력부 및 구동 전력 공급부의 전기적 구성을 간략적으로 도시하는 블럭도의 제 7 변형예.
도 29는 전동기로의 구동 전력 공급 제어의 흐름을 나타내는 플로우차트의 제 2 예.
도 30은 본 발명의 다른 실시예의 측면도.
도 31은 도 30의 정면도.
도 32는 도 30의 배면도.
도 33은 도 30의 후방측 사시도.
도 34는 도 30의 전방측 사시도.
도 35는 도 30의 측면 단면도(측면 투시도).
도 36은 도 35의 풍도 케이스 부분의 바닥면 투시도.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 풍력 발전 장치의 제 1 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태인 풍력 발전 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 개략도이다. 또한 도 2는 도 1의 풍력 발전 장치의 구성을 간략적으로 도시하는 블록도이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 제 1 실시형태의 풍력 발전 장치(1)는 소정의 수풍(受風) 방향(2w)으로부터의 풍력을 받아 소정의 회전축선(2x)의 둘레를 일정 회전 방향으로 회전하는 풍차(3)와, 풍차(3)의 회전축(2)과 동축을 이루고 일체 회전하도록 배치된 로터(51)를 가지고 회전축(2)의 회전에 수반되는 이 로터(51)의 회전에 의해 전력을 생성하는 제 1 발전기(발전 수단)(5)와, 회전축(2)과 동축을 이루고, 또한 상기 일정 회전 방향에 있어서, 회전축(2)이 증속하고 있는 경우에는 이 회전축(2)과 일체 회전 상태로 되어 자신도 증속 회전하고, 회전축(2)이 감속하고 있는 경우에는 이 회전축(2)으로부터 분리되어 관성 회전하도록 1방향 클러치(원웨이 클러치)(6)를 통하여 배치되는 플라이휠(7)과, 플라이휠(7)과 동축을 이루고 일체 회전하도록 배치된 로터(91)를 가지고 플라이휠(7)의 회전에 수반되는 이 로터(91)의 회전에 의해 전력을 생성하는, 제 1 발전기(5)는 상이한 제 2 발전기(발전 수단)(9)를 구비하여 구성된다.
또한, 플라이휠(7)에 관하여 구체적으로 말하면, 플라이휠(7)은, 상기 일정 회전 방향에 있어서, 회전축(2)이 자신보다도 증속되는 경우에는 이 회전축(2)과 일체 회전 상태가 되어 자신도 증속 회전하고, 회전축(2)이 자신보다도 감속되는 경우에는 이 회전축(2)으로부터 분리되어 관성 회전함과 아울러, 회전축(2)이 자신과 등속인 경우, 특히 정지해 있는 경우에는, 이 회전축(2)으로부터 분리되어 관성 회전하도록, 1방향 클러치(원웨이 클러치)(6)를 통하여 배치되어 있다.
또한, 제 1 실시형태의 풍력 발전 장치(1)는, 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력 중, 적어도 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력의 입력을 받고, 입력된 전력을 외부 출력하는 출력부(10)를 구비한다. 그리고, 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력 중 제 1 발전기(5)에 의해 생성된 전력의 적어도 일부가, 출력부(10)에 입력되어 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력과 하여 외부 출력되거나, 혹은 구동 전력 공급부(구동 전력 공급 수단)(16)에 의해 플라이휠(7)을 상기의 일정 회전 방향으로 회전구동시키는 전동기(전동 구동 수단)(70)에 대한 구동 전력으로서 공급되거나 어느 하나로 구성할 수 있다. 제 1 발전기(5)에 의해 생성된 전력의 적어도 일부는 당해 전력에 있어서의 일정 비율분의 전력이어도 되고, 일정 전력량을 상회한 분량의 전력이어도 되며, 일정 기간 중에 생성된 전력이어도 된다.
제 1 실시형태에서는, 출력부(출력 수단: 도 3a 및 도 3b 참조)(10)로서 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽의 전력 입력을 받고, 그것들을 합쳐서 외부(19)에 출력하는 출력부를 구비하여 구성된다. 즉, 제 1 발전기(5) 및 제 2 발전기(9)의 발전 전력의 출력 라인을 외부 출력에 도달할 때까지의 사이에서 접속하고, 1계통으로 외부 출력하는 형태로 구성된다.
출력부(10)는, 예를 들면, 도 3a에 도시하는 바와 같이, 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽의 3상의 교류 전력을, 각각 정류기(12)에 입력한 뒤에, 승압 컨트롤러(11)에 입력하여 소정의 전압으로 출력하고, 또한 그것을 파워 컨디셔너(15)로 입력하고, 입력된 직류의 전력을 계통전력으로 변환하고, 출력하도록 구성할 수 있다. 이것에 의해, 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽 전력을 합쳐서 외부의 전원계통(19A)에 공급할 수 있어, 예를 들면, 전력 판매 등이 가능하게 된다. 또한 파워 컨디셔너(15)로, 가정 내에서 사용할 수 있는 교류 전력으로 변환하여 출력해도 된다. 또한 출력부(10)는, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽의 전력을 각각, 정류기(12)에 입력한 뒤에, 승압 컨트롤러(13)에 입력하고, 소정 전압으로 된 직류의 전력을 배터리(축전 수단)(19B)에 공급하여 축전시켜도 된다. 또한 배터리(축전 수단)(19B)에 축전된 전력을 파워 컨디셔너(15)를 통하여 외부의 전원계통(19A)에 공급하도록 해도 된다.
제 1 실시형태의 풍차(3)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 수풍 방향(2w)이 회전축(2)의 축선(2x)의 연장 방향(이하, 축선 방향이라고 함)과 일치하고 있고, 이 수풍 방향(2w)으로부터 풍력을 받음으로써 일정 방향으로 회전하도록 복수의 블레이드(30)를 갖는다. 각 블레이드(30)는 허브(22)를 통하여 회전축(2)과 연결(접속)한다.
도 4는 제 1 실시형태의 풍력 발전 장치(1)의 풍차 부분의 확대 단면도이다. 단, 나셀(21)의 내부 구조에 대해서는 간략화하여 나타내고 있다. 풍차(3)는 회전축(2)의 축선 방향에 동축을 이루는 형태로 통 형상으로 연장되는 통 형상 풍동부(덕트)(31)의 내측에 배치된다. 통 형상 풍동부(31)는 풍차(3)의 수풍 방향(2w)의 상류측으로부터 하류측을 향하여 개구 면적이 감소해 가는 형태로 형성된다. 구체적으로 말하면, 통 형상 풍동부(31)는 수풍 방향(2w)의 상류측의 환상 단부(31A)로부터 하류측의 환상 단부(31B)까지의 사이의 구간에서, 레이디얼 방향 내측 방향으로 팽출한 만곡 형상을 이룬다. 이 통 형상 풍동부(31)에서 받아들인 바람은 압축된 형태로 하류에 공급되고, 하류측의 블레이드가 이것을 받게 되므로, 풍차(3)가 얻는 회전력을 증대시킬 수 있다.
도 4의 통 형상 풍동부(31)는, 그 내주면에, 나셀(21)의 외주면(210)으로부터 외측방향으로 방사상으로 연장되는 복수의 지지 부재(FRP)(32)가 고정되어 있고, 나셀(21)과 함께 회전축(2)에 대하여 비회전으로 설치되어 있다.
나셀(21)은 제 1 발전기(5)와 플라이휠(7)과 제 2 발전기(9), 또한 회전축(2)을 내부에 수용한다. 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 나셀(21)의 외표면(21A)은 적어도 회전축(2)의 축선(2x) 위의, 수풍 방향(2w)의 상류측에 정점부(21a)를 갖는 만곡면으로서 형성된다. 구체적으로 말하면, 그 외표면(21A)은 회전축(2)의 축선 방향의 둘레로 회전시켜도 면 형상이 변화되지 않는 회전 대칭면을 이루고, 여기에서는 유선형을 이룬다. 다른 한편, 나셀(21)의 수풍 방향(2w)의 하류측에는, 풍차(3)에 대하여 일체 회전하도록 그 회전축(2)에 고정되는 허브(22)가 설치되고, 그 외표면(22A)은 나셀(21)의 외표면(21A)을 이루는 만곡면으로부터 수풍 방향(2w)으로 매끄럽게 계속되는 만곡면을 이루고, 또한 회전축(2)의 축선(2x) 위의 수풍 방향(2w)의 상류측에 정점부(22a)를 갖는 만곡면을 이룬다. 구체적으로 말하면, 그 외표면(22A)은 회전축(2)의 축선 방향의 둘레로 회전시켜도 면 형상이 변화되지 않는 회전대칭면을 이루고 있고, 나셀(21)의 외표면(21A)으로부터 계속되는 유선형을 이루고 있다. 여기에서의 나셀(21)과 허브(22)의 외표면(21A, 22A)은 그것들 전체에서 구체 표면을 형성하고 있고, 그 구체 표면(21A, 22A)은 상류측의 정점부(21a)가 하류측의 정점부(22a)보다도 곡률 반경이 큰 달걀 모양을 이루고 있다.
또한, 나셀(21)은 적어도 일부가 통 형상 풍동부(31)의 내측에 위치하고, 나머지가 통 형상 풍동부(31)의 외측으로 돌출한다. 제 1 실시형태의 나셀(21)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 그 정점부(21a)가 풍차(3)의 수풍측(수풍 방향(2w)의 상류측)에 통 형상 풍동부(31)의 내부로부터 돌출하는 형태로 배치된다. 또한 나셀(21)의 수풍 방향(2w)의 하류측에는 각 블레이드(30)와 회전축(2)을 접속하는 허브(22)가 설치된다. 즉, 블레이드(30)는 수풍 방향(2w)에 있어서 나셀(21)보다도 하류측에 설치되어 있고, 하류측의 블레이드(30)에서 얻은 회전력이 회전축(2)을 통하여 수풍 방향(2w)의 상류측에 위치하는 발전기(5, 9)측으로 전달된다. 허브(22)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 원반 형상을 이루고 그 중심부가 회전축(2)의 수풍 방향(2w)의 하류측 단부에 대하여 체결 부재에 의해 고정되는 축 고정부(221)와, 축 고정부(221)에 있어서의 수풍 방향(2w)의 하류측 주면의 외주부에 대하여 체결 부재에 의해 고정되는 통 형상의 블레이드 부착부(222)를 가지고 있고, 블레이드 부착부(222)의 외주면으로부터 방사상으로 복수의 블레이드(30)가 연장되어 있다.
나셀(21)은 지표의 기초부(190)(도 1참조)로부터 연장되는 지주(타워)(110)의 상단부(110T)에 대하여, 풍향에 맞추어 수평면 내에서 방향을 변경 가능하게(이 지주(110)의 연직 방향의 축선(110x)(도 4 참조)의 둘레로 회전 가능하게) 부착되어 있다. 이 때, 각 블레이드(30)를 외주측으로부터 덮는 통 형상 풍동부(31)가 나셀(21)의 수풍 방향(2w)의 하류측에 설치되어 있고, 이것에 의해, 통 형상 풍동부(31)는 풍차(3)의 수풍 방향(2w)을 가변하는 꼬리날개와 같은 수단으로서 기능한다. 즉, 통 형상 풍동부(31)의 통 형상 외주면(31C)(특히 그 수평방향측의 면: 도 1 참조)이 바람을 받으면, 지주(110)의 상단부(110T)에 대하여 회전하고, 바람이 불어오는 방향에 나셀(21)의 정점부(21a)를 할당한다. 또한 통 형상 풍동부(31)가 나셀(21)보다도 수풍 방향(2w)의 하류측에 위치함으로써 약간의 풍향의 변화로 나셀(21)의 방향, 즉 풍차(3)의 수풍면의 방향이 미세하게 변화되는 것을 방지하는 것도 가능하게 된다.
도 5는 도 4의 나셀을 축선(2x, 110x)을 통과하는 평면으로 절단한 단면도이다. 나셀(21)의 내부에는, 제 2 발전기(9)와 플라이휠(7)과 제 1 발전기(5)를, 풍차(3)의 수풍 방향(2w)의 상류측으로부터 이 순서로 수용한 발전 케이스체(100)가 배치되고, 나셀(21)에 대하여 체결 부재(103)에 의해 체결 고정되어 있다. 발전 케이스체(100) 내의 내부공간은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 수풍 방향(2w)의 상류측으로부터 차례로, 제 2 발전기(9)를 수용하는 상류측 수용 공간(9S)과, 플라이휠(7)을 수용하는 중간 수용 공간(7S)과, 제 1 발전기(5)를 수용하는 하류측 수용 공간(5S)을 갖고, 이것들을 일련의 공간으로 하는 형상을 이룬다. 이 일련의 공간은 플라이휠(7)이 중간 수용 공간(7S) 내에 배치됨으로써, 상류측 수용 공간(9S)과 하류측 수용 공간(5S)으로 분단된다. 이들 원통 형상의 상류측 수용 공간(9S) 및 하류측 수용 공간(5S)보다도, 동일하게 원통 형상의 중간 수용 공간(7S)쪽이 대직경이며, 또한 수용되는 플라이휠(7) 자체도, 직경 방향에 있어서 중간 수용 공간(7S)의 원통 형상 외주벽에 대하여 근접해서 위치하기 때문에, 플라이휠(7)이 배치되었을 때에는, 상류측 수용 공간(9S)과 하류측 수용 공간(5S)은 플라이휠(7)의 외주측에서만 연통되므로, 보다 확실한 분리상태로 되어 있다.
발전 케이스체(100) 내의 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)는, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 회전축(2)의 축선 방향에 있어서, 사이에 플라이휠(7)을 끼워넣는 형태로 위치하고, 발전 케이스체(100) 내의 공간이 플라이휠(7)에 의해 상류측 수용 공간(9S)과 하류측 수용 공간(5S)으로 분단되어 있다. 이것에 의해, 상류측 수용 공간(9S) 및 하류측 수용 공간(5S) 중, 일방의 공간 내에서의 회전체(로터(91, 51))의 회전에 수반되는 기류의 흐트러짐의 영향을, 타방의 공간이 받지 않는다. 제 1 실시형태에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 수풍 방향(2w)의 상류측으로부터, 제 2 발전기(9), 플라이휠(7), 제 1 발전기(5)의 순으로 위치하고, 또한 그 하류측에 허브(22)가 위치한다. 또한, 플라이휠(7)에는 자기 차폐 재료(예를 들면, 철 등의 연자성 재료)를 사용해도 되고, 이것에 의해, 케이스체(100) 내의 공간을 플라이휠(7)에 의해 제 1 발전기(5)측과 제 2 발전기(9)측을 자기적으로 분단하여, 서로의 자기적인 간섭을 방지하도록 해도 된다.
회전축(2)은 발전 케이스체(100)에 대하여 자신의 축선 방향으로 관통하고, 게다가 발전 케이스체(100)에 대하여 원활하게 상대회전하도록 축받이 장치(60)를 통하여 부착된다(도 6 참조). 제 1 실시형태의 축받이 장치(60)는, 예를 들면, 실링 장치(O링 등)나 그리스 등과 같은 밀폐 기능 부착의 밀폐형 축받이 장치이며, 그 밀폐 기능에 의해 밀폐 상태로 하고 있다. 밀폐된 발전 케이스체(100) 내부는, 공기가 대기압으로 충전되어 있는 경우에, 내부의 회전체(51, 91, 7) 등이 받는 충전기체에 의한 저항(공기저항)이 경감되도록, 감압상태 등과 같은 내부상태로 되어 있다. 여기에서는, 발전 케이스체(100) 내에 He 가스를 충전함으로써 회전체인 로터(51, 91)나 플라이휠(7) 등의 회전저항을 줄이고 있다.
제 1 발전기(5) 및 제 2 발전기(9)는 회전축(2)의 둘레를 회전 가능한 로터(발전기 회전자)(51, 91)의 둘레 방향을 따라 소정 간격 주기로 복수의 자성 부재(52, 92)가 배치됨과 아울러, 그들 자성 부재(52, 92)에 대하여 에어갭을 형성하는 형태로 대향하고, 또한 이 로터(51, 91)에 대하여 비회전으로 되는 스테이터 코일(54, 94)이 배치된 스테이터(발전기 고정자)(53, 93)를 구비하여 구성되고, 그들 자성 부재(52, 92)와 스테이터 코일(54, 94)의 상대회전에 의해 전력을 생성한다. 생성되는 전력(발전 전력)은 그 상대회전속도가 클수록 크게 된다. 또한, 제 1 실시형태에 있어서의 자성 부재(52, 92)는 영구자석이며, 예를 들면, 네오듐 자석 등을 사용할 수 있다. 단, 영구자석을 대신하여 전자석을 사용해도 된다.
제 1 실시형태에서는, 자성 부재(52, 92)와 스테이터 코일(54, 94)의 수의 비가 3:4이며, 스테이터 코일(54, 94)로부터는 3상의 교류 전력이 출력된다. 지주(110)의 상단부(110T)에 설치된 상단 축부에는 슬립 링(110SA, 110SB)이 설치되어 있고, 각 슬립 링(110SA, 110SB) 위를 슬라이딩하는 브러시(102CA, 102CB)를 통하여, 스테이터 코일(54, 94)로부터 발전 출력을 취출하도록 구성되어 있다. 취출된 발전 출력은, 통 형상의 지주(110)의 내부공간을 통과하는 배선을 통하여, 출력부(10)에 접속된다.
제 1 발전기(5) 및 제 2 발전기(9)에 있어서의 양쪽 스테이터(53, 93)는 발전 케이스체(100)로부터 케이스 내부를 향하여 회전축(2)의 축선 방향을 따라 돌출 형성된 통 형상 부재로서 설치된다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 그들 통 형상 부재(53, 93)에는, 직경 방향으로 관통하는 개구부(57, 97)가 둘레 방향을 따라 소정 간격 주기로 형성된다. 이들 개구부(57, 97)는 둘레 방향에 설치된 회전축(2)의 축선 방향으로 연장되는 각 기둥부(56, 96)에 의해 구획된다. 각 기둥부(56, 96)에는, 도 8a의 A-A 단면도인 도 8b 및 도 8a의 BB 단면도인 도 8c에 도시하는 바와 같이, 스테이터 코일(54, 94)이 둘러 감겨 있고, 제 1 실시형태에서는, 인접하는 기둥부(56, 96)에서 감는 방향이 반대 방향으로 되어 있다.
제 1 실시형태의 스테이터(53, 93)에 대하여 상세하게 설명한다.
제 1 실시형태의 스테이터(53, 93)는 각각 통 형상 부재로서 형성되어 있고, 그것들이 호환성을 갖도록 서로 동일한 형상을 이룬다. 이들 통 형상 부재(53, 93)는 내열성을 갖는 경화성 수지(예를 들면, 불포화 폴리에스테르 수지를 주체로 하고, 충전재와 유리 섬유 등으로 구성한 열경화성의 성형 재료)이며, 도 6에 도시하는 바와 같이, 발전 케이스체(100)에서 수풍 방향(2w)의 상류측 및 하류측에서 외측으로 노출되는 주표면(121A, 122A)를 형성하는 각 주면부(121, 122)의 주이면(主裏面)(케이스 내측의 면)(121B, 122B)으로부터, 케이스 내를 향하여 회전축(2)의 축선 방향을 따라 통 형상으로 돌출하는 형태로 배치된다.
구체적으로 말하면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 통 형상 부재(53, 93)는 주면부(121, 122)의 주이면(케이스 내측의 면)(121B, 122B)에 설치된 환상의 끼워맞춤 홈부(121C, 122C)에 대하여 끼워맞추는 형태로 고정되는 끼워맞춤 고정부(53A, 93A)와, 그 끼워맞춤 고정부(53A, 93A)에 직경 방향(레이디얼 방향)의 단차를 형성하는 형태로 회전축(2)의 축선 방향으로 연장되는 상기한 각 기둥부(56, 96)와, 그들 기둥부(56, 96)를 그 연장 선단부(주면부(121, 122)와는 반대측의 단부: 도 8b 참조)(56D, 96D)에서 통 형상으로 연결하는 통 형상 연결부(53D, 93D)를 가지고 구성된다. 각 기둥부(56, 96)의 양단이 환상 부재(끼워맞춤 고정부(53A, 93A)와 통 형상 연결부(53D, 93D))로 연결되어 있음으로써 통 형상 부재(53, 93)는 높은 강도를 갖는다. 제 1 실시형태의 통 형상 부재(53, 93)는 끼워맞춤 고정부(53A, 93A)에서 주면부(121, 122)에 대하여 체결 부재(볼트 등)(109, 109)에 의해 체결 고정된다.
또한 도 7, 도 8a, 도 8b 및 도 8c에 도시하는 바와 같이, 끼워맞춤 고정부(53A, 93A)의 외주면(531, 931)의 연장 선단측(끼워맞춤 고정부(53A, 93A)와는 반대측)에는, 그 외주면(531, 931)으로부터 직경 방향 외측에 기립하는 외주측 입면(立面)(561, 961)을 갖는다. 이 때문에, 끼워맞춤 고정부(53A, 93A)의 외주면(531, 931)과, 당해 외주측 입면(561, 961)과, 기둥부(56, 96)의 직경 방향 외측의 면(562, 962)에 의해 단차(56A, 96A)가 형성되어 있다. 다른 한편, 각 기둥부(56, 96)에 있어서의 그들 단차(56A, 96A)와는 반대측에는, 상기한 통 형상 연결부(53D, 93D)가 형성되어 있고, 이 통 형상 연결부(53D, 93D)는, 각 기둥부(56, 96)의 연장 선단부(56D, 96D)의 직경 방향 내측 단부로부터 둘레 방향으로 연장되는 형태로, 인접하는 기둥부(56, 96)로 연장되고, 전체가 환상을 이룬다. 이 때문에, 기둥부(56, 96)의 직경 방향 외측의 면(562, 962)과, 이 기둥부(56, 96)의 연장 선단부(56D, 96D)의 둘레 방향에 있어서의 측면(563, 963)과, 이 기둥부(56, 96)의 연장 선단부(56D, 96D)의 직경 방향 내측 단부로부터 둘레 방향으로 연장되는 통 형상 연결부(53D, 93D)의 직경 방향 외측의 면(532, 932)에 의해 단차(56B, 96B)(도 7 참조)가 형성되어 있다.
제 1 실시형태의 스테이터 코일(54, 94)은 축선(2x)에 대한 직경 방향에 축선(5x, 9x)을 갖는 형태로 환상으로 둘러 감긴다. 여기에서는, 상기의 단차(56A, 96A와 56B, 96B)를 이용하는 형태로, 각 기둥부(56, 96)에 사각 형상을 이루고 둘러 감긴다. 구체적으로 하면, 도 8a, 도 8b 및 도 8c에 도시하는 바와 같이, 스테이터 코일(54, 94)은 기둥부(56, 96)의 연장 방향(회전축(2)의 축선 방향)의 일방의 단면(561, 961)과, 타방의 단면(564, 964)과, 이 기둥부(56, 96)의 둘레 방향에 있어서의 일방의 측면(563, 963)과, 타방의 측면(563, 963)에 의해 형성되는 환상면을 둘러싸는 형태로 둘러 감긴다. 이 때, 단차(56A, 96A)에서 단차 하면을 이루는 끼워맞춤 고정부(53A, 93A)의 외주면(531, 931)과, 단차(56B, 96B)에서 단차 하면을 이루는 통 형상 연결부(53D, 93D)의 직경 방향 외측의 면(532, 932)이 기둥부(56, 96)에 둘러 감기는 스테이터 코일(54, 94)의, 회전축(2)의 축선(2x)에 대한 직경 방향 내측에 있어서의 감기 위치를 규제하는 감기 위치 규제부(감기 위치 규제 수단)로서 기능하고, 이것에 의해, 스테이터 코일(54, 94)은 각 기둥부(56, 96)에 안정적으로 둘러 감겨 있다.
또한 각 기둥부(56, 96)는, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 연장 선단부(56D, 96D)의 직경 방향 외측 단부로부터 동일 방향으로 더욱 연장되는 돌기부(56E, 96E)를 갖는다. 돌기부(56E, 96E)는, 기둥부(56, 96)에 둘러 감기는 스테이터 코일(54, 94)의, 회전축(2)의 축선(2x)에 대한 직경 방향 외측에 있어서의 감기 위치를 규제하는 감기 위치 규제부(감기 위치 규제 수단)로서 기능하고 있고, 이것도 스테이터 코일(54, 94)을 각 기둥부(56, 96)에 안정적으로 둘러 감을 수 있는 요인으로 되어 있다. 이와 같이, 제 1 실시형태에서는, 직경 방향의 내외에서 스테이터 코일(54, 94)의 위치 규제가 되어 있기 때문에, 스테이터 코일(54, 94)이 각 기둥부(56, 96)에 안정되게 휘감긴 상태를 유지할 수 있어, 작업자에 의한 감기 작업도 용이하게 되어 있다.
제 1 실시형태의 제 1 발전기(5)의 로터(51)에 대하여 상세하게 설명한다.
제 1 실시형태의 제 1 발전기(5)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 로터(51)로서, 회전축(2)과 동축을 이루고 서로 일체 회전하는 제 1 로터부(51A)와 제 2 로터부(51B)를 갖는다. 그들 양쪽 로터부(51A, 51B)는 에어갭을 통하여 서로 대향(대면)하는 대향면(51SA, 51SB)을 갖고, 그들 양쪽의 대향면(51SA, 51SB) 위에는, 둘레 방향에 있어서 복수의 자성 부재(52)가 소정 간격 주기로 동수 배치되고, 체결 부재에 의해 고정되어 있다. 단, 그들 양쪽 로터부(51A, 51B) 중, 일방의 로터부(51A)의 자성 부재(52A(52))와 타방의 로터부(51B)의 자성 부재(52B(52))는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 서로 다른 극성(자극)의 착자면끼리 대면하고 있다. 또한, 그들 제 1 로터부(51A)와 제 2 로터부(51B) 사이의 공극에 스테이터(53)의 스테이터 코일(54)이 위치한다. 스테이터 코일(54)은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 회전하는 그들 양쪽의 로터부(51A, 51B)의 자성 부재(52, 52) 사이에 끼워져 있는 스테이터(53) 위의 환상의 대향 영역에, 그 둘레 방향을 따라 소정 간격 주기로 복수 배치된다.
또한 제 1 발전기(5)에 있어서, 제 1 로터부(51A) 및 제 2 로터부(51B)는 회전축(2)의 축선(2x)에 대한 직경 방향(레이디얼 방향)에 대향하여 배치된다. 제 1 실시형태에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 로터(51)의 본체부로서 회전축(2)과 일체 회전하도록 고정되는 축 고정부(50C)와, 축 고정부(50C)로부터 직경 방향 외측으로 연장되는 원반 형상의 중간부(50B)와, 중간부(50B)의 직경 방향 외측의 외측 단부(50A)를 갖는 로터 본체부(50)를 구비한다. 단, 로터 본체부(50)는 외주측에 대중량을 갖는 플라이휠(7)보다도 가볍고, 작은 직경이다. 제 1 로터부를 이루는 원통 형상부(51A)와, 제 2 로터부를 이루고, 원통 형상부(51A)보다도 대경의 원통 형상부(51B)는 로터 본체(50)에 대하여 동축을 이루는 형태로 일체 회전하도록 양쪽 모두 외측 단부(50A)에 고정되어 있다. 이와 같이 제 1 실시형태에서는, 회전축(2)에 대하여 1개의 회전체(로터 본체부(50))를 부착하는 것만으로, 제 1 로터부(51A)와 제 2 로터부(51B) 양쪽을 설치하는 것이 가능하여, 회전축(2)에 대하여 제 1 로터부(51A)와 제 2 로터부(51B)를 개별의 회전체로서 각각 고정하는 경우보다도 간단한 구성으로 된다. 또한, 중간부(50B)는 내주측의 축 고정부(50C) 및 외측 단부(50A)의 제 1 로터부(51A)의 고정부보다도 두께(회전축(2)의 축선 방향 폭)가 얇게 되어 있다.
제 1 실시형태의 제 1 발전기(5)에 있어서, 로터 본체부(50)의 외측 단부(50A)는 제 1 로터부를 이루는 내주측의 원통 형상부(51A)를 고정하기 위한 내주측 고정부(50A1)와, 제 2 로터부를 이루는 외주측의 원통 형상부(51B)를 고정하기 위한 외주측 고정부(50A2)를 구비하여 구성된다. 내주측 고정부(50A1)는 회전축(2)의 축선 방향으로 돌출하는 원통 형상을 이루고, 다른 한편 외주측 고정부(50A2)는 중간부(50B)로부터 직경 방향으로 계속되는 형태로 연장되는 형상을 이룬다.
제 1 발전기(5)에 있어서 제 1 로터부를 이루는 원통 형상부(51A)는 로터 본체부(50)의 원통 형상의 내주측 고정부(50A1)의 외주측에 끼워맞추는 통 형상의 끼워맞춤부(51A1)와, 내주측 고정부(50A1)의 연장 선단면에 맞닿도록 끼워맞춤부(51A1)의 단부로부터 직경 방향 내측으로 연장되는 환상의 맞닿음부(51A2)를 구비한다. 통 형상의 끼워맞춤부(51A1)는 그 외주면이 자성 부재(52)의 배치면(51SA)으로 되어 있고, 다른 한편 환상의 맞닿음부(51A2)는 로터 본체부(50)(내주측 고정부(50A1))의 고정부로서 기능한다. 구체적으로 하면, 제 1 로터부를 이루는 원통 형상부(51A)는 맞닿음부(51A2)의 둘레 방향의 복수 개소에서 체결 부재(106A)에 의해 로터 본체부(50)의 내주측 고정부(50A1)에 대하여 체결 고정된다.
제 1 발전기(5)에 있어서 제 2 로터부를 이루는 원통 형상부(51B)는 전체가 원통 형상을 이룬다. 그 중 일방의 단부(51B2)는 로터 본체부(50)의 외주측 고정부(50A2)의, 내주측 고정부(50A1)가 연장되는 쪽의 면의 외주측 영역에 대하여 선단면이 맞닿은 형태로 고정되는 고정부를 이루고, 타방의 단부(51B1)측은, 그 내주면이 제 1 로터부를 이루는 원통 형상부(51A)의 끼워맞춤부(51A1)의 외주면과 직경 방향에서 대향하고, 당해 내주면이 자성 부재(52)의 배치면(51SB)으로 되어 있다. 제 2 로터부를 이루는 원통 형상부(51B)는 일방의 단부(51B2)의 둘레 방향의 복수 개소에 있어서 체결 부재(106B)에 의해 로터 본체부(50)의 외주측 고정부(50A2)에 대하여 체결고정된다.
또한, 스테이터(53)의 끼워맞춤 고정부(53A) 측에 있어서 발전 케이스체(100)의 주면부(121)측과는 역측의 측면과, 기둥부(56)의 내주면 사이에 형성되는 환상의 코너부(55B)에는, 도 8B 및 도 8C에 도시하는 바와 같이, 내주측의 제 1 로터부(51)에 대하여 비접촉이 되도록, 회전축(2)의 축선 방향에 있어서 이 제 1 로터부(51)로부터 떨어지는 쪽으로 움푹 들어간 환상의 만곡면이 형성되어 있다. 이 코너부(55B)에는, 제 1 로터부를 이루는 내주측의 원통 형상부(51A)와, 그 외주면 위에 고정 설치되는 자성 부재(52)가 근접해 있어, 그들 양쪽에 대하여 비접촉으로 되도록, 그들 양쪽 근접 부위가 그것들로부터 멀어지는 방향으로 움푹 들어간 2개의 만곡면(55B1, 55B2)이 인접하여 형성되어 있다.
제 1 실시형태의 제 2 발전기(9)의 로터(91)에 대하여 상세하게 설명한다.
제 1 실시형태의 제 2 발전기(9)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 로터(91)로서, 회전축(2)과 동축을 이루고 플라이휠(7)과 함께 서로 일체 회전하는 제 1 로터부(91A)와 제 2 로터부(91B)를 갖는다. 그들 양쪽 로터부(91A, 91B)는 에어갭을 통하여 서로 대향(대면)하는 대향면(91SA, 91SB)을 갖고, 그들 양쪽 대향면(91SA, 91SB) 위에는, 둘레 방향에 있어서 복수의 자성 부재(92)가 소정 간격 주기로 동수 배치되고, 체결 부재에 의해 고정되어 있다. 단, 그들 양쪽 로터(91A, 91B) 중, 일방의 로터부(91A)의 자성 부재(92A(92))와 타방의 로터부(91B)의 자성 부재(92B(92))는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 서로 다른 극성(자극)의 착자면끼리 대면하고 있다. 또한, 그들 제 1 로터부(91A)와 제 2 로터부(92A) 사이의 공극에 스테이터(93)의 스테이터 코일(94)이 위치한다. 스테이터 코일(94)은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 회전하는 그들 양쪽 로터(91A, 91B)의 자성 부재(92, 92) 사이에 끼워지는 스테이터(93) 위의 환상의 대향 영역에, 그 둘레 방향을 따라 소정 간격 주기로 복수 배치된다.
또한 제 2 발전기(9)에 있어서, 제 1 로터부(91A) 및 제 2 로터부(91B)는 회전축(2)의 축선(2x)에 대한 직경 방향(레이디얼 방향)에 대향하여 배치된다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 제 1 로터부(91A)는, 플라이휠(7)의 외주측의 중간부(외주 단부이어도 됨)에 형성되는 고정부(90A)에 대하여, 제 1 로터부를 이루는 원통 형상부(91A)와, 제 2 로터부를 이루고, 원통 형상부(91A)보다도 대경의 원통 형상부(91B)가 모두, 플라이휠(7)에 대하여 동축을 이루고 일체 회전하도록 고정되어 있다. 이 경우, 회전축(2)에 대하여 1개의 회전체(플라이휠(7))을 부착하는 것 만으로, 제 1 로터부(91A)와 제 2 로터부(91B)의 양쪽을 설치하는 것이 가능하여, 회전축(2)에 대하여 제 1 로터부(91A)와 제 2 로터부(91B)를 개별의 회전체로서 고정하는 경우보다도 간단한 구성으로 된다.
또한, 제 1 실시형태의 플라이휠(7)은 회전축(2)에 대하여 1방향 클러치(원웨이 클러치)(6)를 통하여 고정되는 축 고정부(70C)와, 축 고정부(70C)로부터 직경 방향 외측으로 연장되는 원반 형상의 중간부(70B)와, 중간부(70B)의 직경 방향 외측의 고정부(70A)를 갖고, 제 1 실시형태에서는 고정부(70A)로부터 직경 방향 외측으로 연장되는 외측 단부(70D)를 더 가짐으로써, 상기의 로터 본체부(50)보다도 대경이고 대중량을 이루고 있고, 회전에너지 보존 수단으로서 기능한다. 또한, 중간부(70B)는 내주측의 축 고정부(70C)와, 외주측의 고정부(70A) 및 외측 단부(70D)보다도 두께(회전축(2)의 축선 방향 폭)가 얇게 되어 있다. 특히 고정부(70A) 및 외측 단부(70D)가 중간부(70B)보다도 두껍게(깊이) 형성되어, 보다 무겁게 되어 있음으로써 로터(91)가 형성되는 외주측에 의해 큰 원심력이 작용한다.
제 1 실시형태의 제 2 발전기(9)에 있어서, 플라이휠(7)의 고정부(70A)는 제 1 로터부를 이루는 내주측의 원통 형상부(91A)를 고정하기 위한 내주측 고정부(70A2)와, 제 2 로터부를 이루는 외주측의 원통 형상부(91B)를 고정하기 위한 외주측 고정부(70A1)를 구비하여 구성된다.
제 2 발전기(9)에 있어서 제 1 로터부를 이루는 원통 형상부(91A)와 제 2 로터부를 이루는 원통 형상부(91B)는 모두, 전체가 원통 형상을 이룬다. 각각의 일방의 단부(91A2, 91B2)는 플라이휠(7)의 고정부(70A)(70A1, 70A2)의, 제 1 발전기(5)와는 반대측의 면에 대하여 선단면이 맞닿는 형태로 고정되는 고정부를 이룬다. 또한 타방의 단부(91A1, 91B1) 중 단부(91A1)측은 그 외주면(91SA)이 제 2 로터부를 이루는 원통 형상부(91B)의 내주면(91SB)과 직경 방향에서 대향(대면)하고, 단부(91B1)측은 그 내주면(91SB)이 제 1 로터부를 이루는 원통 형상부(91A)의 외주면(91SA)과 직경 방향에서 대향(대면)하고, 그들 외주면(91SA) 및 내주면(91SB)이 자성 부재(92, 92)의 배치면으로 되어 있다. 플라이휠(7)의 고정부(70A1, 70A2)는 제 1 로터부 및 제 2 로터부를 이루는 원통 형상부(91A, 91B)의 단부(91A2, 91B2)를 끼워맞추도록, 제 1 발전기(5)와는 반대측의 면에 형성된 회전축(2)의 축선 방향에 움푹 들어가는 환상의 홈이 형성된 끼워맞춤 홈부이다. 제 1 로터부를 이루는 원통 형상부(91A)과 제 2 로터부를 이루는 원통 형상부(91B)는 모두, 끼워맞춤 홈부(70A1, 70A2)의 환상의 홈에 단부(91A2, 91B2)를 끼워맞추고, 그들 단부(91A2, 91B2)의 둘레 방향의 복수개소에서 체결 부재(107A, 107B)에 의해 플라이휠(7)의 고정부(70A)에 대하여 체결 고정된다.
또한, 스테이터(93)의 끼워맞춤 고정부(93A) 측에서 발전 케이스체(100)의 주면부(122)측과는 반대측의 측면과, 기둥부(96)의 내주면 사이에 형성되는 환상의 코너부(95B)에는, 내주측의 제 1 로터부(91)에 대하여 비접촉으로 되도록, 회전축(2)의 축선 방향에서 이 제 1 로터부(91)로부터 떨어지는 측에 움푹 들어간 환상의 만곡면이 형성되어 있다. 이 코너부(95B)에는, 제 1 로터부를 이루는 내주측의 원통 형상부(91A)와, 그 외주면 위에 고정 설치되는 자성 부재(92)가 근접해 있고, 그들 양쪽에 대하여 비접촉으로 되도록, 그들 양쪽 근접 부위가 그것들로부터 멀어지는 방향에 움푹 들어간 2개의 만곡면(95B1, 95B2)이 인접하여 형성되어 있다.
그런데, 지주(110)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 상기한 발전기(5, 9) 및 플라이휠(7)을 수용하는 발전 케이스체(100)의 하단부(102)에 대하여 고정되어 있다. 또한 발전 케이스체(100)는 나셀(21)에 대하여 고정되어 있다.
발전 케이스체(100)는 지표로부터 연장되는 지주(타워)(110)의 상단부(110T)에서, 나셀(21)과 함께, 전술한 바와 같이 풍향에 따라 회전 가능하다. 나셀(21)의 하단에는 내외를 상하로 관통하는 하단 개구(21H)가 설치되고, 발전 케이스체(100)의 하단부(102(102A, 102B))에 대하여 고정된 지주 고정부(102C)가, 당해 하단 개구(21H)를 관통하여 나셀(21)의 외부로 돌출하는 형태로 배치된다. 지주 고정부(102C)에는 하단에 개구하는 통 형상으로 형성되고, 당해 개구 내에 지주(110)의 상단부(110T)를 삽입통과시키고, 또한 그들 지주 고정부(102C)와 지주(110)의 상단부(110T)의 양쪽 사이에 축받이 장치(63)을 개재시키는 형태로, 발전 케이스체(100)측이 지주(110)에 대하여 지주축선(110x) 둘레로 회전 가능하게 되도록 조립되어 있다. 발전 케이스체(100)의 지주 고정부(102C)에는 브러시(102CA, 102CB)가 부착되어 있고, 이것들과 각각이 슬라이딩 가능하게 되는 형태로 지주 상단부(110T)의 축부(110TA)에는 슬립 링(110SA, 110SB)이 부착되어 있다. 발전기(5, 9)에서 발전한 전력은 그들 브러시(102CA, 102CB) 및 슬립 링(110SA, 110SB)을 통하여 출력부(10)에 출력된다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 발전 케이스체(100)의 하단부(102(102A, 102B))는 지주 고정부(102C)와 일체로 고정되어 있다. 제 1 실시형태에서의 발전 케이스체(100)는 상류측 수용 공간(9S) 및 하류측 수용 공간(5S)의 외주벽을 형성하는 작은 직경의 원통 형상 외주벽부(129, 125)와, 그것들 사이에 중간 수용 공간(7S)의 외주벽을 형성하는 그것들보다도 큰 직경의 원통 형상 외주벽부(127)를 가진 형상을 이루고 있고, 지주 고정부(102C)는 그 큰 직경의 원통 형상 외주벽부(127)의 하단 돌출부를 회전축(2)의 축선 방향 양측에서 끼우는 협지부(102G)와, 그들 협지부(102G)의 상단에서 회전축(2)의 축선 방향에서 서로의 대향방향과는 반대 방향으로 확장되어 작은 직경의 원통 형상 외주벽부(129, 125)의 하단면을 맞닿게 하는 맞닿음부(102S, 102S)를 갖고, 협지부(102G)에서 원통 형상 외주벽부(127)의 하단 돌출부에 대하여 체결 부재(108, 108)에 의해 체결 고정된다.
또한 제 1 실시형태의 발전 케이스체(100)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 수풍 방향(2w)(회전축(2)의 축선 방향)에 있어서의 중간 수용 공간(7S)의 중간 위치에서, 상류측 케이스체(100A)와 하류측 케이스체(100B)로 2분할 되어 있고, 그들 케이스체(100A, 100B)를 서로의 위치를 맞추어 밀착시키고, 그것들의 상단부(101A, 101B)와 하단부(102A, 102B)의 양쪽이 체결 부재(볼트)(103, 103)에 의해 체결 고정되어 있다. 다른 한편 나셀(21)에는, 밀착 상태의 케이스체(100A, 100B)의 상하의 단부(101(101A,101B), 102(102A,102B))를 수풍 방향(2w)의 상류측과 하류측으로 끼우는 고정용 판부(210, 210)가 설치되어 있고, 이들 고정용 판부(210, 210)와, 이것들에 끼워진 밀착 상태의 케이스체(100A, 100B)의 상하의 단부(101(101A, 101B), 102(102A, 102B))가 상기의 체결 부재(103, 103)에 의해 체결 고정된다. 이것에 의해, 발전 케이스체(100)가 나셀(21)에 고정된다. 제 1 실시형태의 고정용 판부(210)는 L자 형상으로 굴곡된 판재이며, 나셀(21)의 내부 상단면에 고정되는 수평부와, 그 수평부의 단부로부터 케이스체(100A, 100B)의 상하의 단부(101, 102)의 둘레면을 따라 하방으로 연장되고, 체결 부재(103)가 삽입통과하는 수하(垂下)부를 갖는다.
이상, 본 발명의 제 1 실시형태를 설명했지만, 이것은 어디까지나 예시에 지나지 않으며, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 청구범위의 취지를 일탈하지 않는 한, 당업자의 지식에 기초하는 여러 변경이 가능하다. 이하, 상기 실시형태와는 상이한 실시형태에 대하여 설명한다. 단, 공통의 구성 부분에 대해서는 상기 실시형태와 동일한 부호를 붙임으로써 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.
제 2 실시형태의 풍력 발전 장치는, 도 1 및 도 4와 동일한 구성을 갖지만, 블럭도의 구성은 도 2와는 상이하고 도 11과 같이 되어 있다. 또한 출력부(10)의 구성에 대해서도, 도 3a 및 도 3b와는 다르고, 도 12a 및 도 12b와 같이 되어 있고, 발전 케이스(100) 내의 구성도, 도 5 및 도 6과는 다르고, 도 13 및 도 14와 같이 되어 있다. 발전기(5, 9)에 관한 스테이터(53, 93)나 스테이터 코일(54, 94), 자성 부재(52, 54)의 구성?배치에 대해서는, 도 7?도 10에 도시한 바와 같은 구성에 변경은 없다.
구체적으로 말하면, 제 2 실시형태의 풍력 발전 장치(1)는 상기 제 1 실시형태에 있어서의 풍차(3)와, 제 1 발전기(발전 수단)(5)와, 플라이휠(7)과, 제 2 발전기(발전 수단)(9)에 더하여, 도 11, 도 12a 및 도 12b에 도시하는 바와 같이, 풍차(3)의 수풍 시에 있어서의 회전축(2)의 회전방향(상기 일정 회전 방향)과 같은 방향으로 플라이휠(7)을 회전구동시키는 전동기(즉, 플라이휠(7)의 상기 일정방향의 회전을 어시스트하는 전동기이며, 여기에서는 모터: 전동 구동 수단)(70)와, 전동기(70)에 대하여 구동 전력을 공급하는 구동 전력 공급부(구동 전력 공급 수단)(16)과, 플라이휠(7)의 회전속도 레벨을 검출하는 회전속도 레벨 검출부(회전속도 레벨 검출 수단)(701)와, 회전속도 레벨 검출부(701)에서 검출된 회전속도 레벨이 미리 정해진 임계 회전속도 레벨을 밑돌았을 경우에, 구동 전력 공급 수단에 대하여 상기 전동 구동 수단(25)으로의 구동 전력 공급을 실행시키는 제어부(구동 전력 제어 수단)(700)를 구비하여 구성된다.
구동 전력 공급부(16)는, 예를 들면, 도 12a 및 도 12b에 도시하는 바와 같이, 외부로부터 입력되는 3상의 교류 전력을, 3상 교류용 인버터(17)에 입력하고, 전동기(여기에서는 3상 교류 모터)(70)의 여자용 전력(구동 전력)으로 하고, 이것을 전동기(70)의 스테이터 코일(74)에 출력한다. 도 12a 및 도 12b에 도시하는 실시형태에서는, 외부의 전원계통(19A)으로부터 공급되는 전력에 기초하는 전동기(70)용의 구동 전력이 이 전동기(70)에 공급된다. 즉, 외부의 전원계통(19A)으로부터 공급되는 전력을 전동기(70)용의 구동 전력으로 변환하여 이 전동기(70)에 공급된다. 또한 제 2 실시형태의 변형예로서, 도 25에 도시하는 바와 같이, 구동 전력 공급부(16)는 외부의 배터리(축전 수단)(19B)로부터 공급되는 전력에 기초하는 전동기(70)용의 구동 전력이 이 전동기(70)에 공급되도록 해도 된다. 즉, 외부의 배터리(19B)로부터 공급되는 직류 전력을, 예를 들면, 인버터(18)를 통하여 전동기(여기에서는 3상 교류 모터)(70)를 회전구동하기 위한 여자용의 구동 전력으로 변환하는 등, 전동기(70)용의 구동 전력으로 변환하여 이 전동기(70)에 공급되도록 해도 된다.
또한, 제 2 실시형태의 풍력 발전 장치(1)는 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 입력을 받고, 입력된 전력을 외부(19)로 출력하는 출력부(출력 수단)(10)를 구비하여 구성된다. 여기에서의 출력부(10)는, 출력 전력의 안정화를 위해, 적어도 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력이 입력되고, 이것이 외부 출력되도록 구성되어 있다. 예를 들면, 도 12a 및 도 12b, 그위에 도 25에 도시하는 바와 같이, 출력부(10)는 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽의 전력 입력을 받고, 그것들을 합쳐서 외부 출력하는 출력부(출력 수단)(10)를 구비하여 구성할 수 있다. 즉, 제 1 발전기(5) 및 제 2 발전기(9)의 발전 전력의 출력 라인을, 외부 출력에 도달할 때까지의 동안에 접속하고, 1계통으로 외부 출력하는 형태로 구성할 수 있다.
즉, 제 2 실시형태의 도 12a 및 도 12b, 게다가 도 25의 구성에서는 출력부(10)는 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽의 전체 전력을 합쳐서 외부(19)(외부의 전원계통(19A)이나 배터리(19B))에 출력함과 아울러, 구동 전력 공급부(16)는 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력이 아니고, 외부(19)(외부의 전원계통(19A)이나 배터리(19B))로부터 공급되는 전력에 기초한 전동기(70)용의 구동 전력을 이 전동기(70)에 공급하고 있다.
도 12a의 출력부(10)는, 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽의 3상의 교류 전력을, 각각 정류기(12)에 입력한 뒤에, 승압 컨트롤러(11)에 입력하여 소정의 전압으로 출력하고, 또한 그것을 파워 컨디셔너(15)에 입력하고, 입력된 직류의 전력을 계통전력으로 변환하고, 외부 출력하도록 구성할 수 있다. 이것에 의해 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽의 전력을 합쳐서 외부의 전원계통(19A)에 공급할 수 있어, 예를 들면, 전력 판매 등이 가능하게 된다. 또한 파워 컨디셔너(15)로, 가정 내에서 사용할 수 있는 교류 전력으로 변환하여 외부 출력해도 된다. 또한 도 12b 및 도 23의 출력부(10)는 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽을 각각, 정류기(12)에 입력한 뒤에, 승압 컨트롤러(13)에 입력하고, 소정 전압으로 된 직류의 전력을 배터리(축전 수단)(19B)에 공급하여 축전시켜도 된다. 또한 배터리(축전 수단)(19B)에 축전된 전력을 파워 컨디셔너(15)를 통하여 외부의 전원계통(19A)에 공급하도록 해도 된다. 또한, 전원계통(19A) 및 배터리(축전 수단)(19B)은 모두 장치 외부의 전원(19)이다.
제어부(700)는 CPU, ROM, RAM 등을 구비하는 주지의 마이크로 컴퓨터로서 구성되어 있고, ROM 등의 기억부에는, 각종 제어 프로그램 및 제어 패러미터 등이 저장되고, CPU가 그것들을 사용하여 제어를 실시한다. 제 2 실시형태의 제어부(700)는 회전속도 레벨 검출부(회전속도 레벨 검출 수단)(701)와 접속되어 있고, CPU가 ROM 등의 기억부에 기억된 제어 프로그램을 실행하는 형태로, 도 18에 도시하는 바와 같은 전동기(70)로의 구동 전력 공급 제어를 실행한다. 구체적으로 말하면, 제어부(700)는 우선은 회전속도 레벨 검출부(회전속도 레벨 검출 수단)(701)으로부터, 플라이휠(7)의 회전속도 레벨을 반영한 값을 취득하고(S1), 취득한 값이 나타내는 회전속도 레벨이 ROM 등의 기억부에 기억된 임계 회전속도 레벨을 밑돌았을 경우에는(S2: Yes), 구동 전력 공급부(16)의 전력 공급 전환부(전환 스위치)(16S)를 공급측으로 전환하여, 전동기(70)로의 구동 전력의 공급을 실시시킨다(S4). 한편(타방) 임계 회전속도 레벨을 밑돌지 않고 있을 경우에는 (S2: No), 구동 전력 공급부(16)의 전력 공급 전환부 (전환 스위치)(16S)를 차단측으로 전환하여, 전동기(70)에의 구동 전력의 공급을 차단?정지시킨다(S3). 또한, 상기에 있어서의 임계 회전속도 레벨을 밑돌았을 경우란, 예를 들면, 플라이휠(7)의 회전정지시나 극히 저속의 회전시라고 할 수 있다.
또한, 제 2 실시형태의 회전속도 레벨 검출부(701)은, 플라이휠의 회전속도가 제 2 발전기(9)의 발전 전력에 반영되는 것을 이용하고, 제 2 발전기(9)의 발전 전력의 전류치를 검출하는 주지의 전류계로서 설치되어 있다가, 플라이휠의 회전속도를 직접적으로 검출하는 것이라도 좋다. 예를 들면, 도 24에 도시하는 바와 같이, 회전속도 레벨 검출부를 하는 전류계(701)를 대신하고, 플라이휠의 회전속도를 검출하는 자기식 또는 광학식의 주지의 회전 센서(예를 들면, 로터리 인코더)(703)를 형성해도 된다.
제 2 실시형태의 전동기(70)에 대하여 상세하게 설명한다.
전동기(70)는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 플라이휠(7)을 일정 회전 방향으로 회전구동시키는 모터이며, 구동 전력 공급부(16)로부터 공급되는 구동 전력에 의해 구동한다. 전동기(70)는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 회전축(2)의 둘레를 회전가능한 로터(전동기 회전자)(71)의 둘레 방향을 따라 소정 간격 주기로 복수의 자성 부재(72)가 배치됨과 아울러, 그들 자성 부재(72)에 대하여 에어갭을 형성하는 형태로 대향하고, 또한 이 로터(72)에 대하여 비회전으로 되는 스테이터 코일(74)이 배치된 스테이터(전동기 고정자)(73)를 통하여 구성된다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 자성 부재(72)는 영구자석이며, 예를 들면, 네오듐 자석 등을 사용할 수 있다. 단, 영구자석을 대신하여 전자석을 사용해도 된다. 전동기(70)는, 스테이터 코일(74)에 구동 전력 공급부(16)로부터 여자전류가 공급되면, 플라이휠(7)을 상기 일정 회전 방향으로 회전구동하고, 그 회전 속도를 감속시킨다. 전동기(70)의 회전구동력은 공급되는 전력(발전 전력)이 클수록 커진다. 즉, 제 1 발전기(5)의 발전 전력이 커질수록 커진다.
본 실시형태에서는, 자성 부재(72)와 스테이터 코일(74)과의 수의 비가 3:4이며, 스테이터 코일(74)에는 3상의 교류 전력이 구동 전력으로서 입력된다. 구동 전력 공급부(16)는 나셀(21)의 내부에 설치되어 있다.
또한 본 실시형태에서는, 제 2 발전기(9)와 전동기(70)는 플라이휠(7)에 대하여 일체로 설치된다. 또한, 플라이휠(7)에 있어서, 제 2 발전기(9)의 로터(91)(자성 부재(92)) 및 스테이터(93)(코일(94))보다도, 전동기(70)의 로터(71(72)) 및 스테이터(73)(코일(74))쪽이 외주측에 위치해 있다.
전동기(70)에 있어서의 스테이터(73)는 발전 케이스체(100)에 설치된다. 본 실시형태에서는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 스테이터(73)는 통 형상 부재이며, 발전 케이스체(100)에 있어서 플라이휠(7)을 수용하는, 제 1 및 제 2 발전기(5, 9)측보다도 큰 직경의 중간 수용 공간(7S)의 외주벽을 형성하는 원통 형상 외주벽부(127)의 내주면과 근접하는 형태로 일체로 되어 배치?고정된다. 또한, 본 실시형태의 스테이터(73)는 발전기(5, 9)의 스테이터(53, 93)와 유사한 형상을 이룬다. 구체적으로 말하면, 도 15에 도시하는 바와 같이, 스테이터(73)에는, 직경 방향으로 관통하는 개구부(77)가 둘레 방향을 따라 소정 간격 주기로 형성되고, 이들 개구부(77)가 둘레 방향에 설치된 회전축(2)의 직경 방향 내측 방향으로 돌출하는 각 기둥부(76)에 의해 구획된다. 각 기둥부(76)에는, 스테이터 코일(74)을 둘러 감겨 있고, 본 실시형태에서는 인접하는 기둥부(76)에서 감기 방향이 역방향으로 되어 있다. 또한, 전동기(70)의 스테이터(73)는 발전기(5, 9)의 스테이터(53, 93)보다도 대직경의 통 형상을 이룬다.
또한 본 실시형태의 통 형상의 스테이터(73)는 내열성을 갖는 경화성 수지(예를 들면, 불포화 폴리에스테르 수지를 주체로 하고, 충전재와 유리 섬유 등으로 구성한 열경화성의 성형 재료)이며, 도 14에 도시하는 바와 같이, 발전 케이스체(100)의 중간 수용 공간(7S)의 외주측을 수풍 방향(2w)의 상류측 및 하류측에서 덮는 환상 측벽부(123, 124)의 주이면(케이스 내측의 면)(123B, 124B) 중 일방으로부터 타방의 주이면(123B, 124B)을 향하여 회전축(2)의 축선 방향을 따라 통 형상으로 돌출하는 형태로 배치된다.
구체적으로 말하면, 도 14에 도시하는 통 형상의 스테이터(73)는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 환상 측벽부(123, 124)의 주이면(케이스 내측의 면)(123B, 124B) 중 일방(여기에서는 주이면(123B))에 설치된 환상의 끼워맞춤 홈부(123C)에 대하여 끼워맞추는 형태로 고정되는 끼워맞춤 고정부(73A)와, 그 끼워맞춤 고정부(73A)에 직경 방향(레이디얼 방향)의 단차를 형성하는 형태로 회전축(2)의 축선 방향으로 연장되는 상기한 각 기둥부(76)와, 그들 기둥부(76)를 그 연장 선단부(여기에서는 주이면(123B)측의 단부: 도 16b 및 도 16c 참조)(76D)에서 통 형상으로 연결하는 통 형상 연결부(73D)를 가지고 구성된다. 각 기둥부(76)의 양단이 환상 부재(끼워맞춤 고정부(73A)와 통 형상 연결부(73D))로 연결되어 있음으로써 통 형상의 스테이터(73)는 높은 강도를 갖는다. 본 실시형태의 통 형상 부재(73)는 끼워맞춤 고정부(73A)에 있어서 환상 측벽부(123, 124)의 일방에 대하여 체결 부재(볼트 등)(126)에 의해 체결고정된다.
또한 도 15, 도 16a, 도 16b 및 도 16c에 도시하는 바와 같이, 끼워맞춤 고정부(73A)의 외주면(731)의 연장 선단측(끼워맞춤 고정부(73A)와는 반대측)에는 그 외주면(731)으로부터 직경 방향 외측에 기립하는 외주측 입면(761)을 갖는다. 이 때문에, 끼워맞춤 고정부(73A)의 외주면(731)과, 당해 외주측 입면(761)과, 기둥부(76)의 직경 방향 외측의 면(762)에 의해 단차(76A)가 형성되어 있다. 다른 한편, 각 기둥부(76)에 있어서의 그것들의 단차(76A)와 반대측에는, 상기한 통 형상 연결부(73D)가 형성되어 있고, 이 통 형상 연결부(73D)는, 각 기둥부(76)의 연장 선단부(76D)의 직경 방향 내측 단부로부터 둘레 방향으로 연장되는 형태로, 인접하는 기둥부(76)로 연장되어, 전체가 환상을 이룬다. 이 때문에, 기둥부(76)의 직경 방향 외측의 면(762)과, 이 기둥부(76)의 연장 선단부(76D)의 둘레 방향에 있어서의 측면(763)과, 이 기둥부(76)의 연장 선단부(76D)의 직경 방향 내측 단부로부터 둘레 방향으로 연장되는 통 형상 연결부(73D)의 직경 방향 외측의 면(732)에 의해 단차(76B)(도 15 참조)가 형성되어 있다.
제 2 실시형태의 스테이터 코일(74)은 축선(2x)에 대한 직경 방향에 축선(7x)을 갖는 형태로 환상으로 둘러 감긴다. 여기에서는, 상기의 단차(76A와 76B)를 이용하는 형태로, 각 기둥부(76)에 사각 형상을 이루어 둘러 감긴다. 구체적으로 말하면, 스테이터 코일(74)은 기둥부(76)의 연장 방향(회전축(2)의 축선 방향)의 일방의 단면(761)과, 타방의 단면(764)과, 이 기둥부(76)의 둘레 방향에 있어서의 일방의 측면(763)과, 타방의 측면(763)에 의해 형성되는 환상면을 둘러싸는 형태로 둘러 감긴다. 이 때, 단차(76A)에 있어서 단차 하면을 이루는 끼워맞춤 고정부(73A)의 외주면(731)과, 단차(76B)에 있어서 단차 하면을 이루는 통 형상 연결부(73D)의 직경 방향 외측의 면(732)이 기둥부(76)에 둘러 감기는 스테이터 코일(74)의, 회전축(2)의 축선(2x)에 대한 직경 방향 내측에 있어서의 감기 위치를 규제하는 감기 위치 규제부(감기 위치 규제 수단)로서 기능하고, 이것에 의해 스테이터 코일(74)은 각 기둥부(76)에 안정적으로 둘러 감겨 있다.
또한 각 기둥부(76)은, 도 16b에 도시하는 바와 같이, 연장 선단부(76D)의 직경 방향 외측 단부로부터 동일 방향으로 더 연장되는 돌기부(76E)를 갖는다. 돌기부(76E)는 기둥부(76)에 둘러 감기는 스테이터 코일(74)의, 회전축(2)의 축선(2x)에 대한 직경 방향 외측에 있어서의 감기 위치를 규제하는 감기 위치 규제부(감기 위치 규제 수단)로서 기능하고 있으며, 이것도 스테이터 코일(74)을 각 기둥부(76)에 안정적으로 둘러 감기는 요인으로 되어 있다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 직경 방향의 내외에서 스테이터 코일(74)의 위치 규제가 되고 있기 때문에, 스테이터 코일(74)이 각 기둥부(76)에 안정하게 둘러 감긴 상태를 유지할 수 있어, 작업자에 의한 감기 작업도 용이하게 되어 있다.
전동기(70)에 있어서의 로터(71)는 회전축(2)과 동축을 이루고 플라이휠(7)과 일체 회전한다. 로터(71)에 있어서의 스테이터 코일(74)과의 대향면에는, 둘레 방향에 있어서 복수의 자성 부재(72)가 소정 간격 주기로 동수 배치되고, 체결 부재에 의해 고정된다. 스테이터 코일(74)은, 도 17에 도시하는 바와 같이, 회전하는 로터(71)의 자성 부재(72)와 동심을 이루고 대향하는 스테이터(73) 위의 환상의 대향 영역에, 그 둘레 방향을 따라 소정 간격 주기로 복수 배치된다. 본 실시형태에서는, 자성 부재(72)와, 스테이터(74)는 회전축(2)의 축선(2x)에 대한 직경 방향에 대향하고 있다.
또한 본 실시형태의 전동기(70)에 있어서의 로터(71)는 플라이휠(7), 또는 플라이휠(7)의 외주 단부(70D)의 선단이라고 할 수 있으며, 플라이휠(7)에 대하여 동축을 이루고 일체 회전한다. 플라이휠(7)의 외주 단부(70D)의 선단(71)은 회전축(2)의 축선 방향의 한쪽 또는 양쪽을 향하여 돌출한 형상을 가짐으로써 외주면(71S)의 면적을 넓게 확보하고 있고, 각 자성 부재(72)는 그 외주면(71S) 위에 직접 설치되고, 각각이 체결 부재에 의해 체결 고정된다. 즉, 플라이휠(7)의 외주면(71S)이 자성 부재(92, 92)의 배치면으로 되어 있다. 본 실시형태의 전동기(70)의 자성 부재(72) 및 스테이터 코일(74)은 제 1 발전기(5) 및 제 2 발전기(9)의 자성 부재(52, 92) 및 스테이터 코일(54, 94)과는 다른 위치에 설치되고, 상이한 것이며, 전동기(70)에 의해 플라이휠(7)이 회전중이어도, 제 2 발전기(9)에 있어서의 발전이 실시된다.
이하, 제 2 실시형태의 변형예에 대하여 설명한다.
상기 실시형태에서는, 도 12a 및 도 12b에 도시하는 바와 같이, 구동 전력 공급부(16)는 외부(19)의 전원(19A나 19B)으로부터 공급되는 전력을 전동기(70)용의 구동 전력으로서 전동기(70)에 공급하고 있었지만, 이하와 같이 해도 된다. 즉, 도 28과 같이 구성하고, 제어부(구동 전력 제어 수단)(700)가 회전속도 레벨 검출부(회전속도 레벨 검출 수단)(701)에 의해 검출된 플라이휠의 회전속도 레벨이 미리 정해진 임계 회전속도 레벨을 밑돌았을 경우에, 상기 구동 전력 공급 수단에 대하여 상기 전동 구동 수단으로의 구동 전력으로서 외부(19)의 전원(19A나 19B)으로부터 전력을 공급하게 하고, 임계 회전속도 레벨을 밑돌고 있지 않은 경우에는, 상기 구동 전력 공급 수단에 대하여 상기 전동 구동 수단으로의 구동 전력으로서 제 1 발전기(발전 수단)(5)의 발전 전력을 공급하게 하도록 해도 된다. 구체적으로 말하면, 도 29에 도시하는 바와 같이, 제어부(700)는, 우선은 회전속도 레벨 검출부(회전속도 레벨 검출 수단)(701)로부터, 플라이휠(7)의 회전속도 레벨을 반영한 값을 취득하고(S31), 취득한 값이 나타내는 회전속도 레벨이 ROM 등의 기억부에 기억된 임계 회전속도 레벨을 밑돌았을 경우에는(S32: Yes), 구동 전력 공급부(16)의 전력 공급원 전환부(전환 스위치)(16S')를 외부 공급측으로 전환하고, 외부(19)의 전원(19A나 19B)으로부터 전력을 전동기(70)로의 구동 전력으로서 공급하게 한다(S33). 다른 한편 임계 회전속도 레벨을 밑돌고 있지 않은 경우에는 (S32: No), 구동 전력 공급부(16)의 전력 공급원 전환부(전환 스위치)(16S')를 제 1 발전기(5)측으로 전환하고, 당해 발전기(5)의 발전 전력을 전동기(70)로의 구동 전력으로서 공급하게 한다(S34). 이것에 의해, 플라이휠의 회전속도가 낮을 때에는 외부(19)(19A나 19B)로부터 안정적인 전력의 공급을 받아, 회전속도를 즉시 복귀시키는 것이 가능하고, 어느 정도의 회전속도가 있는 경우에는, 제 1 발전기(5)의 발전 전력의 공급을 받아 조금이나마 회전속도를 증가시키도록 할 수 있다. 또한, 상기에 있어서의 임계 회전속도 레벨을 밑돌았을 경우와는, 예를 들면, 플라이휠(7)의 회전 정지시나 극히 저속의 회전시로 할 수 있다.
또한 상기 실시형태에서는, 도 12a 및 도 12b에 도시하는 바와 같이, 구동 전력 공급부(16)는, 외부의 전원계통(19A)으로부터 공급되는 전력에 기초하는 전동기(70)용의 구동 전력을, 전동기(70)에 공급하고 있었지만, 도 19a 및 도 19b에 도시하는 바와 같이, 배터리 등의 축전 수단(16B)에 축전된 전력에 기초하는 전동기(70)용의 구동 전력을 전동기(70)에 공급하도록 해도 된다. 도 19a 및 도 19b의 구동 전력 공급부(16)은 모두, 축전 수단인 배터리(16B)에 축전된 전력을 전동기(70)용의 구동 전력으로 변환하여 이 전동기(70)에 공급하도록 구성되어 있다.
도 19a의 경우에는, 제 1 발전기(5)에 의해 생성된 전력이 모두, 축전 수단인 배터리(16B)에 축전됨과 아울러, 출력부(10)에는 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력만이 입력되고, 외부에 공급되도록 구성되어 있다. 구체적으로 말하면, 도 19a의 구동 전력 공급부(16)는 제 1 발전기(5)에 의해 생성된 전력을 축전하는 배터리(축전 수단)(16B)을 포함하고, 제 1 발전기(5)에 의해 생성된 3상의 교류 전력을 정류기(12)에 입력한 뒤, 승압 컨트롤러(13)에 입력하고, 소정 전압으로 된 직류의 전력을 배터리(축전 수단)(16B)에 공급하여 축전하는 한편, 배터리(16B)로부터 인버터(18)를 통하여 전동기(여기에서는 3상 교류 모터)(70)를 회전구동하기 위한 여자용의 구동 전력을 취출하고, 이것을 전동기(70)의 스테이터 코일(74)에 출력하도록 구성되어 있다. 한편, 출력부(10)는 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 3상의 교류 전력을 정류기(12)에 입력한 뒤, 승압 컨트롤러(11)에 입력하여 소정의 전압으로 출력하고, 또한 그것을 파워 컨디셔너(15)에 입력하고, 입력된 직류의 전력을 계통전력으로 변환하고, 외부 출력한다. 이것에 의해, 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력만이 외부의 전원계통(19A)에 공급된다.
다른 한편, 도 19b의 경우에는, 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽의 전력이 축전 수단인 배터리(16B')에 축전됨과 아울러, 출력부(10)로부터 외부에 공급되는 전력은 일단 그 배터리(16B')에 축전된 전력으로 되어 있다. 도 19b의 구동 전력 공급부(16)는, 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽 3상의 교류 전력을, 각각 정류기(12)에 입력한 뒤, 승압 컨트롤러(13)에 입력하고, 소정 전압으로 한 직류의 전력을 배터리(축전 수단)(16B')에 공급하여 축전하는 한편, 배터리(16B')로부터 인버터(18)를 통하여 전동기(여기에서는 3상 교류 모터)(70)를 회전구동하기 위한 여자용의 구동 전력을 취출하고, 이것을 전동기(70)의 스테이터 코일(74)에 출력하도록 구성되어 있다. 한편, 출력부(10)는 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽의 전력만이 축전되어 있는 배터리(16B')로부터, 축전된 전력을 파워 컨디셔너(15)에 입력하고, 입력된 직류의 전력을 계통전력으로 변환하고, 외부 출력한다. 이것에 의해, 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽의 전력이 외부의 전원계통(19A)에 공급된다.
또한, 제 1 축전 수단에 축전된 전력에 기초하여 전동기(70)용의 구동 전력이 출력되고, 게다가 제 2 축전 수단에 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽 전력 중 어느 하나가 축전되는 구성을 갖는 경우, 그들 제 1 축전 수단과 제 2 축전 수단을, 도 19a 및 도 19b와 같은 공통의 축전 수단(16B나 16B')으로서 구비해도 되고, 각각을 상이한 축전 수단으로서 구비해도 된다. 단, 제 1 발전기(5)의 발전 전력만이 축전되는 축전 수단(16B)과, 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽의 발전 전력이 축전되는 축전 수단(16B')에서는 전자(16B)보다도 후자 (16B')의 축전 수단쪽이 축전용량이 크게 된다. 또한 외부의 축전 수단(19B)(도 12b 참조)도 제 1 발전기(5)의 발전 전력만이 축전되는 축전 수단(16B)보다도 축전용량이 크게 된다. 또한 축전 수단(16B) 및 축전 수단(16B')은 발전기(5, 9) 및 전동기(70)에 대하여 회전 슬라이딩 등을 수반하지 않은 형태로 전기적으로 접속되는 것이 바람직하고, 또한 배선거리도 짧은 쪽이 바람직하므로 나셀(21) 내부에 설치된다. 특히 용량이 작은 축전 수단(16B)은 그 사이즈면에서 나셀(21) 내에 보조 배터리로서 탑재하기에 적합하게 된다.
또한 도 19a 및 도 19b와 같이, 출력부(10)로부터 외부에 공급되는 전력이 일단 축전 수단인 배터리(16B, 16B')에 축전된 전력인 경우에는, 예를 들면, 도 20에 도시하는 바와 같이, 그 축전 수단인 배터리(16B, 16B')의 잔량을 검출하는 잔량 검출부(잔량 검출 수단)(702)와, 검출되는 잔량이 미리 정해진 제 1 임계 잔량을 상회한 경우에는, 출력부(10)에 대하여 배터리(16B, 16B')에 축전된 전력을 외부에 공급할 때의 공급 전환 제어를 행하는 제어부(출력 전력 제어 수단)(700)를 구비하여 구성할 수 있다. 구체적으로 말하면, 제어부(700)를 잔량 검출부(702)와 접속시키고, 그 CPU가 외부로의 전력 공급 제어를 도 21에 도시하는 바와 같은 형태로 실행한다. 도 21에서는, 우선은 제어부(700)가 잔량 검출부(702)로부터 배터리(16B')의 잔량 정보를 취득한다(S11). ROM 등의 기억부에는 제 1 임계 잔량 레벨(예를 들면, 풀 충전 레벨 등)이 기억되어 있으므로, 취득한 잔량 정보가 나타내는 배터리 잔량이 그 제 1 임계 잔량 레벨을 상회한 경우에는(S12: Yes), 외부 출력 전환부(전환 스위치)(10S)를 공급측(출력측)으로 전환하고, 외부로의 전력 공급을 실시하게 한다(S13). 다른 한편, 그 제 1 임계 잔량 레벨을 상회하고 있지 않은 경우에는(S12: No), 외부 출력 전환부(전환 스위치)(10S)를 차단측으로 바꾸고, 외부로의 전력 공급을 차단?정지시킨다(S14).
또한 도 19a, 도 19b 및 도 20과 같이, 전동기(70)의 구동 전력이, 축전 수단인 배터리(16B, 16B')에 일단은 축전된 전력일 경우에는, 예를 들면, 도 22에 도시하는 바와 같이, 그 축전 수단인 배터리(16B, 16B')의 잔량을 검출하는 잔량 검출부(잔량 검출 수단)(702)와, 검출되는 잔량이 미리 정해진 제 2 임계 잔량을 상회했는지 아닌지에 따라, 그 축전 수단인 배터리(16B, 16B')에 축전을 위해 입력되는 전력의 입력 전환 제어를 실행하는 제어부(축전 전력 제어 수단)(700)를 구비하여 구성할 수 있다. 구체적으로 말하면, 제어부(700)를 잔량 검출부(702)와 접속시키고, 그 CPU가 축전 수단인 배터리(16B, 16B')로의 전력 입력 제어를 도 23에 도시하는 바와 같은 형태로 실행한다. 도 23에서는, 우선은 제어부(700)가 잔량 검출부(702)로부터 배터리(16B)의 잔량 정보를 취득한다(S21). ROM 등의 기억부에는 제 2 임계 잔량 레벨(예를 들면, 풀 충전 레벨 등)이 기억되어 있으므로, 취득한 잔량 정보가 나타내는 배터리 잔량이 그 제 2 임계 잔량 레벨을 상회하고 있지 않은 경우에는(S22: No), 축전 수단인 배터리(16B)로의 입력 전환부 (전환 스위치)(14)를 배터리 공급측(배터리 입력측)으로 전환하고, 배터리(16B)로의 발전 전력 입력을 실시하고, 축전시킨다(S24). 다른 한편, 그 제 2 임계 잔량 레벨을 상회한 경우에는(S22: Yes), 배터리(16B)로의 입력 전환부(전환 스위치)(14)를 차단측(배터리 입력 금지측)으로 전환하고, 배터리(16B)로의 발전 전력 입력을 차단?정지시킨다(S23). 또는, 도 22의 경우이면, 그 제 2 임계 잔량 레벨을 상회한 경우에(S22: Yes), 배터리(16B)로의 입력 전환부(전환 스위치)(14)를 외부 출력측(출력부(10)측)으로 전환하고, 제 1 발전기(5)에 의해 발전된 전력을, 제 2 발전기(9)에 의해 발전된 전력과 합하여, 출력부(10)로부터 외부(예를 들면, 외부의 계통전력(19A))에 출력하도록 해도 된다(S23). 도 22의 경우, 입력 전환부(전환 스위치)(14)가 외부 출력측(출력부(10)측)으로 전환되면, 승압 컨트롤러(13)에서 배터리(16B)로의 입력용으로 승압된 전력이 출력부(10)의 승압 컨트롤러(11)에 입력되고, 그것을 파워 컨디셔너(15)에 입력하고 외부 출력한다.
또한, 제 1 축전 수단에 축전된 전력에 기초하여 전동기(70)용의 구동 전력이 출력되고, 게다가 제 2 축전 수단에 제 1 발전기(5)와 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 양쪽 전력 중 중 어느 하나가 축전되는 구성을 갖는 경우, 제 1 축전 수단과, 제 2 축전 수단을 도 19a, 도 19b 및 도 12b와 같은 공통의 축전 수단(16B, 16B'，19B)으로서 구비해도 되지만, 각각을 다른 축전 수단으로서 구비해도 된다. 특히 일방의 축전 수단이 용량이 작은 상기의 보조용의 축전 수단(16B)이면, 비교적 대용량이 되는 축전 수단(16B'，19B)과는 별도로 설치해도 된다. 특히 외부의 축전 수단(19B)과는 별도로 설치하면 된다.
이하, 제 3 실시형태의 변형예에 대하여 설명한다.
제 3 실시형태의 풍력 발전 장치는 도 1 및 도 4와 동일한 구성을 갖지만, 블럭도의 구성은 제 1 실시형태나 제 2 실시형태의 것과는 상이하고 도 26과 같이 되어 있다. 또한 출력부(10) 및 구동 전력 공급부(16)의 구성에 대해서도, 제 1 실시형태나 제 2 실시형태의 것과 상이하고, 도 27a 및 도 27b와 같이 되어 있다. 또한, 발전 케이스(100) 내의 구성은 제 2 실시형태와 같이 도 13 및 도 14과 같이 전동기(70)를 구비한 구성으로 되어 있다. 발전기(5, 9)에 관한 스테이터(53, 93)나 스테이터 코일(54, 94), 자성 부재(52, 54)의 구성?배치에 대해서도, 제 2 실시형태와 동일하다.
제 3 실시형태의 풍력 발전 장치(1)는 상기 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서의 풍차(3)와, 제 1 발전기(발전 수단)(5)와, 플라이휠(7)과, 제 2 발전기(발전 수단)(9)와 더불어, 도 26에 도시하는 바와 같이, 제 1 발전기(5)에 의해 생성된 전력을 구동원으로 하여 플라이휠(7)을 상기 일정 회전 방향으로 회전구동시키는 전동기(모터: 전동 구동 수단)(70)와, 제 1 발전기(5)에 의해 생성된 전제 전력을 전동기(70)에 대한 구동 전력으로서 공급하는 구동 전력 공급부(구동 전력 공급 수단)(16)을 구비하여 구성된다.
구동 전력 공급부(16)는, 예를 들면, 도 27a 및 도 27b에 도시하는 바와 같이, 제 1 발전기(5)에 의해 생성된 3상의 교류 전력을 3상 교류용 인버터(17)에 입력하고, 전동기(여기에서는 3상 교류 모터)(70)의 여자용 전력(구동 전력)으로 하고, 이것을 전동기(70)의 스테이터 코일(74)에 출력한다. 제 3 실시형태에서는, 제 1 발전기(5)에 의해 생성된 전력이 축전되지 않고, 제 1 발전기(5)에 의해 생성된 전력은 그대로 플라이휠(7)의 회전구동용의 구동 전력으로서 공급된다.
또한, 제 3 실시형태의 풍력 발전 장치(1)는, 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력 입력만을 받고, 그것을 외부(19)에 출력하는 출력부(출력 수단)(10)를 구비하여 구성된다.
출력부(10)는, 예를 들면, 도 27a에 도시하는 바와 같이, 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 3상의 교류 전력을 정류기(12)에 입력한 뒤, 승압 컨트롤러(11)에 입력하여 소정의 전압으로 출력하고, 또한 그것을 파워 컨디셔너(15)에 입력하고, 입력된 직류의 전력을 계통전력으로 변환하고, 출력하도록 구성할 수 있다. 이것에 의해, 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력만을 외부의 전원계통(19A)에 공급할 수 있어, 예를 들면, 전력 판매 등이 가능하게 된다. 또한 파워 컨디셔너(15)에, 가정 내에서 사용할 수 있는 교류 전력으로 변환하여 출력해도 된다. 또한 출력부(10)는, 도 27b에 도시하는 바와 같이, 제 2 발전기(9)에 의해 생성된 전력을 정류기(12)에 입력한 뒤, 승압 컨트롤러(13)에 입력하고, 소정 전압으로 한 직류의 전력을 배터리(축전 수단)(19B)에 공급하여 축전시켜도 된다. 또한 배터리(축전 수단)(19B)에 축전된 전력을 파워 컨디셔너(15)를 통하여 외부의 전원계통(19A)에 공급하도록 해도 된다.
또한, 상기한 실시형태에 적용 가능한 다른 변형예에 대하여 이하에서 설명한다.
도 30?도 34에 도시하는 바와 같이, 풍차(3)(블레이드(30))의 바람이 불어오는 쪽에, 발전부 케이스(하우징)를 겸하는 풍도 케이스(나셀)(200)를 설치하고, 이 케이스(200)의 내부에 발전부를 격납함과 아울러, 그 풍도 케이스(200)(케이스 본체(201)이기도 함)의 외부에 풍향핀(풍향판부)(202)을 일체로 형성할 수 있다. 이 예에서는, 풍차(3)의 외측에 도 33, 도 36에 도시하는 바와 같은 통 형상 풍동부(덕트)(31)는 존재하지 않고, 풍차(3)가 드러난 상태(노출 상태)로 바람을 받는다. 풍도 케이스(200)의 케이스 본체(201)는 풍차(3)의 축방향에 직각인 단면이 세로로 긴 타원 형상 또는 원 형상 등을 이루는 매끄러운 외주면을 갖고, 그 케이스 본체(201)의 바람이 불어오는 쪽의 단부는 선단측일수록 매끄럽게 가늘어 지고, 선단이 곡률이 작은 원호 형상의 종단면을 가지고 있다.
케이스 본체(201)의 외주면에는, 상기의 풍향핀(202)이, 풍차(3)의 축방향을 따르는 방향에서, 그 케이스 본체(201)(풍도 케이스(200))의 외주면으로부터 외측으로(예를 들면, 상향으로) 돌출하도록 형성되고, 풍향핀(202)은 풍차(3)의 회전면과 직각인 위치관계를 차지한다. 풍향핀(202)은 케이스 본체(201)의 축방향 길이와 동등하거나 조금 짧은 길이를 갖고, 또한 케이스 본체(201)의 바람이 불어오는 쪽 선단 근방부터 점차 높이가 원호 형상(또는 직선 형상)으로 증가하는 사변(203)을 갖고, 케이스 본체(201)의 바람이 불어가는 쪽의 단부 근방에서 최대 높이가 되고, 그 최상부로부터 바람이 불어오는 쪽으로 원호 형상(만곡 형상)으로 파 들어(도려냄)가는 것과 같이 강하하는 후단부(204)를 갖고(바람이 불어가는 쪽측에 원호 형상으로 팽출하는 후단부, 또는 직선 형상으로 수하강하는 후단부이어도 됨), 그 하단이 케이스 본체(201)의 상부면에 연속된다. 또 풍향핀(202)은 그 사변(203)이 칼날 형상으로 첨예하게 형성되고, 또 중간부로부터 후단부(204)를 향해서도 후단일수록 첨예하게 되는 곡면을 갖고, 풍향핀(202)의 풍향 방향의 중간부가 가장 두껍게 형성되고, 바람이 불어오는 쪽에서 보아, 도 31에 도시하는 바와 같이 첨예한 삼각 형상을 이루고 있다.
이러한 풍향핀(202)은 케이스 본체(201)의 축선을 끼우고 반대측(하측)에는, 풍차(3)를 소정의 높이로 유지하는 지주(폴)(206)와 접속하는 지주 접속부(208)가 형성되고, 여기에 지주(206)가 접속된다. 이 지주 접속부(208)는 케이스 본체(201)의 하면으로부터 하방으로 돌출함과 아울러, 매끄러운 형상으로 테이퍼 형상으로 되고, 하단부가 원통 형상으로 되도록 형성되고, 그 원통 형상부에 지주(206)의 원형의 단면의 상단부가 끼워 맞추어지고, 또한, 도 30에 도시하는 바와 같이, 축받이(베어링)(210)을 통하여, 풍도 케이스(200) 및 풍차(3)가 지주(206)의 축선(수직축)의 둘레로 회전 자유롭게 지지되어 있다. 그 결과, 풍도 케이스(200)에 형성된 풍향핀(202)이 풍향에 따르도록, 바꿔 말하면 풍차(3)의 회전면이 항상 풍향과 정면으로 마주하도록, 풍차(3) 및 풍도 케이스(200)가 프리 상태로 유지되게 된다.
도 35는 풍차(3)와 풍도 케이스(200)를 포함하는 부분의 측면 단면도(투시도)이며, 풍도 케이스(200)의 내부에, 풍차(3)의 회전축(2)이 풍도 케이스(200)의 중심선과 동심원상에 배치되고, 또 도 5 및 도 6이나, 도 13 및 도 14에 도시한 발전 케이스체(100)가 그 회전축(2)에 동심원상에 조립된다.
또한, 도 30, 도 33 및 도 35에 도시하는 바와 같이, 풍차(3)의 중심부(블레이드(30)의 기단부)는 원형의 단면의 통 형상부(212)가 차지하게 되고, 이 통 형상부(212)의 중심부로부터 상기 풍도 케이스(200)과는 반대측(바람이 불어가는 쪽)에 콘 형상으로 돌출하는 콘 형상 중심부(214)가 형성되고, 이 콘 형상 중심부(214)와 통 형상부(212)(바람이 불어가는 쪽으로 약간 테이퍼 형상으로 직경 축소된 대략 원통부) 사이에는, 둥근 고리 형상이고 또한 바닥부측일수록 폭이 좁아지는 콘 부착 환상 오목부(216)가 형성되고, 그것들의 내부에 허브(22)나 블레이드 고정부(33)가 배치되어 있다. 가령, 풍향이 크게 바뀌어, 풍도 케이스(200)의 후방으로부터 바람이 불게 되어도, 그 콘 부착 환상 오목부(216)가 후방으로부터의 바람을 받아 회전 모멘트를 일으키고, 그 결과, 프리 상태의 풍도 케이스(200) 및 풍차(3)가 자세(방향)를, 예를 들면, 180도 가까이 바꾸고, 풍도 케이스(200)의 선단이 바람이 불어오는 쪽을 향하도록(바람과 정면으로 마주 대하도록) 자세 변경할 수 있다.
1; 풍력 발전 장치 2; 회전축
2x; 회전축선 2w; 수풍 방향
3; 풍차 5; 제 1 발전기(발전 수단)
6; 1 방향 클러치(원웨이 클러치) 7; 플라이휠
9; 제 2 발전기(발전 수단) 30; 블레이드
31; 통 형상 풍동부(덕트) 21; 나셀
22; 허브 100; 발전 케이스체
110; 지주(타워) 51, 91; 로터(발전기 회전자)
51A; 제 1 로터 51B; 제 2 로터
52, 92; 자성 부재 53, 93; 스테이터(발전기고정자)
54, 94; 스테이터 코일 70; 전동기(전동 구동 수단)
16; 구동 전력 공급부(구동 전력 공급 수단)

Claims (13)

  1. 풍력을 받아 소정의 회전축선 둘레를 일정 회전 방향으로 회전하는 풍차와,
    상기 풍차의 회전축과 동축을 이루고 일체 회전하도록 배치된 로터를 갖고, 상기 회전축의 회전에 수반되는 이 로터의 회전에 의해 전력을 생성하는 제 1 발전 수단과,
    상기 회전축과 동축을 이루고, 또한 상기 일정 회전 방향에 있어서, 상기 회전축이 증속하고 있는 경우에는 이 회전축과 일체 회전 상태로 되어 자신도 증속 회전하고, 상기 회전축이 감속하고 있는 경우에는 이 회전축으로부터 분리되어 관성 회전하도록 1방향 클러치를 통하여 배치되는 플라이휠과,
    상기 플라이휠과 동축을 이루고 일체 회전하도록 배치된 로터를 갖고, 상기 플라이휠의 회전에 수반되는 이 로터의 회전에 의해 전력을 생성하는, 상기 제 1 발전 수단과는 상이한 제 2 발전 수단과,
    상기 제 1 발전 수단과 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력 중, 적어도 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력의 입력을 받고, 입력된 전력을 외부 출력하는 출력 수단,
    을 구비하고, 상기 제 1 발전 수단과 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력 중 상기 제 1 발전 수단에 의해 생성된 전력의 적어도 일부가 상기 출력 수단에 입력되어 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력과 합쳐져서 외부 출력되는 것, 혹은 구동 전력 공급 수단에 의해 상기 플라이휠을 상기 일정 회전 방향으로 회전구동시키는 전동 구동 수단에 대한 구동 전력으로서 공급되는 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 수단은 입력된 전력을 외부의 전원계통에 공급하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 수단으로부터 공급되는 전력을 축전하는 축전 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전동 구동 수단과 상기 구동 전력 공급 수단을 구비함과 아울러,
    상기 플라이휠의 회전속도 레벨을 검출하는 회전속도 레벨 검출 수단과,
    검출된 상기 회전속도 레벨이 미리 정해진 임계 회전속도 레벨을 밑돌았을 경우에, 상기 구동 전력 공급 수단에 대하여 상기 전동 구동 수단으로의 구동 전력 공급을 실행시키는 구동 전력 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동 전력 공급 수단은 외부의 전원계통으로부터 공급되는 전력에 기초하는 상기 전동 구동 수단용의 구동 전력을 이 전동 구동 수단에 공급하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동 전력 공급 수단은 축전 수단에 축전된 전력에 기초하는 상기 전동 구동 수단용의 구동 전력을 이 전동 구동 수단에 공급하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 수단은 상기 제 1 발전 수단과 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 양쪽의 전력 입력을 합쳐서 외부에 공급하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  8. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 발전 수단에 의해 생성된 생성 전력이 축전 수단에 축전됨과 아울러,
    상기 출력 수단은 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력만을 외부에 공급하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  9. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 발전 수단과 상기 제 2 발전 수단에 의해 생성된 양쪽의 생성 전력이 축전 수단에 축전됨과 아울러,
    상기 출력 수단으로부터 외부에 공급되는 전력은 상기 축전 수단에 축전된 전력인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 축전 수단의 잔량을 검출하는 잔량 검출 수단과,
    검출되는 상기 잔량이 미리 정해진 임계 잔량을 상회했을 경우에, 상기 출력 수단에 대하여, 당해 축전 수단에 축전된 전력을 외부에 공급하게 하는 출력 전력 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 축전 수단의 잔량을 검출하는 잔량 검출 수단과,
    검출되는 상기 잔량이 미리 정해진 임계 잔량을 상회하고 있지 않은 경우에, 상기 축전 수단에 상기 생성 전력을 공급하여 축전을 실행시키는 한편, 상기 임계 잔량을 상회한 경우에는, 상기 생성 전력을 상기 출력 수단에 입력하여, 외부 출력시키는 축전 전력 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전동 구동 수단은, 상기 제 1 발전 수단에 의해 생성된 전력을 구동원으로 하여, 상기 플라이휠을 상기 일정 회전 방향으로 회전 구동시키는 것이며,
    상기 구동 전력 공급 수단은 상기 제 1 발전 수단에 의해 생성된 전체 전력을 상기 전동 구동 수단에 대한 구동 전력으로서 공급하고,
    상기 출력 수단은 제 2 발전 수단에 의해 생성된 전력을 외부에 출력하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라이휠은, 상기 회전축의 축선 방향에 있어서, 상기 제 1 발전 수단과 상기 제 2 발전 수단 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100395608B1 (ko) * 2000-11-13 2003-08-25 김강욱 칼륨 비료용 제오라이트 제조방법
WO2013104233A1 (zh) * 2012-01-10 2013-07-18 Qiu Yongan 风力直驱抽油机
TWI478468B (zh) * 2013-01-28 2015-03-21 Jun Dong Power Corp 發電裝置
CN105102812A (zh) * 2013-03-05 2015-11-25 奥金公司 具有滑环的流体涡轮机
JP6155713B2 (ja) * 2013-03-12 2017-07-05 株式会社ジェイテクト 風力発電装置用の一方向クラッチ及び風力発電装置
JP6070300B2 (ja) * 2013-03-12 2017-02-01 株式会社ジェイテクト 発電装置及び一方向クラッチ構造
AT514175B1 (de) * 2013-03-19 2021-01-15 Engel Austria Gmbh Energieversorgungsvorrichtung für eine Spritzgießmaschine
JP6217150B2 (ja) 2013-06-10 2017-10-25 株式会社ジェイテクト 発電装置、及び回転部支持構造体
US9617979B2 (en) * 2013-10-30 2017-04-11 Airgenesis, LLC Motor assisted power generation system
US8950710B1 (en) 2014-01-31 2015-02-10 Kitefarms LLC Apparatus for extracting power from fluid flow
US20150226086A1 (en) * 2014-02-03 2015-08-13 Devin Glenn Samuelson Rotational ducted fan (rdf) propulsion system
CA2893119A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-16 Peter K. O'hagan Improved wind turbine suitable for mounting without a wind turbine tower
US9752558B2 (en) * 2015-07-06 2017-09-05 Nurielecom Co., Ltd. Apparatus having a flywheel
JP3202256U (ja) * 2015-11-10 2016-01-28 勝己 知花 回転変動抑制装置
EP3386080B1 (en) * 2015-11-30 2022-11-23 Limin Xu Homopolar direct current electromagnetic motor and application system thereof
EP3433488A4 (en) * 2016-03-21 2019-11-20 Kitefarms LLC DEVICE FOR EXTRACTION OF ENERGY FROM A LIQUID FLOW
US10794358B2 (en) 2017-03-17 2020-10-06 Primo Energy, Inc. High torque wind turbine blade, turbine, and associated systems and methods
US11168661B2 (en) * 2017-09-14 2021-11-09 Peter K. O'Hagan Wind turbine suitable for mounting without a wind turbine tower
CN109871972B (zh) * 2017-12-01 2021-03-23 北京普华亿能风电技术有限公司 一种风场内风机的优化布置方法和系统
WO2020014950A1 (zh) * 2018-07-20 2020-01-23 李受勋 风力及自给动力发电装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4439720A (en) * 1981-01-23 1984-03-27 Societe Aman Units for generating constant-frequency alternating electric energy with substitute driving means
JPS61189878A (ja) * 1985-02-15 1986-08-23 Toshiba Corp 内面溶接装置
US5239251A (en) * 1989-06-30 1993-08-24 The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Brushless doubly-fed motor control system
ES2205465T3 (es) * 1997-03-11 2004-05-01 Robert Bosch Gmbh Motor electrico con caja de cambios integrada para motores de combustion interna de vehiculos y su control.
JP2002084796A (ja) 2000-09-04 2002-03-22 Mitsubishi Electric Corp 発電システム
JP4056713B2 (ja) 2001-03-26 2008-03-05 株式会社ＭＥＲＳＴｅｃｈ 風力発電設備
US6718768B2 (en) * 2002-08-12 2004-04-13 Caterpillar Inc Inertia augmented turbocharger
JP4125149B2 (ja) 2003-02-04 2008-07-30 株式会社 神崎高級工機製作所 風力発電装置
DE10361443B4 (de) * 2003-12-23 2005-11-10 Voith Turbo Gmbh & Co. Kg Regelung für eine Windkraftanlage mit hydrodynamischem Getriebe
US6984899B1 (en) * 2004-03-01 2006-01-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Wind dam electric generator and method
JP2006046107A (ja) * 2004-08-02 2006-02-16 Yanmar Co Ltd 風力発電装置
TWM345137U (en) * 2007-12-21 2008-11-21 fu-hong Yang Household human power generator operated by hands and feet
US20100140937A1 (en) * 2008-12-31 2010-06-10 Andreas Kirchner Wind turbine starting
US8810057B2 (en) * 2009-04-27 2014-08-19 Aerodynenergy, Inc. Wind energy systems and methods of use
US20110068582A1 (en) * 2009-09-21 2011-03-24 Dugas Patrick J Multi-stack flywheel wind assembly

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