WO2005002041A1 - Wind power generator - Google Patents

Wind power generator Download PDF

Info

Publication number
WO2005002041A1
WO2005002041A1 PCT/JP2004/009062 JP2004009062W WO2005002041A1 WO 2005002041 A1 WO2005002041 A1 WO 2005002041A1 JP 2004009062 W JP2004009062 W JP 2004009062W WO 2005002041 A1 WO2005002041 A1 WO 2005002041A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wind
generator
rotor
stator
windmill
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/009062
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Tobi
Original Assignee
Yugen Kaisha Dc Create Engineering
Yugen Kaisha Act Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yugen Kaisha Dc Create Engineering, Yugen Kaisha Act Engineering filed Critical Yugen Kaisha Dc Create Engineering
Publication of WO2005002041A1 publication Critical patent/WO2005002041A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L8/00Electric propulsion with power supply from forces of nature, e.g. sun or wind
    • B60L8/006Converting flow of air into electric energy, e.g. by using wind turbines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2270/00Problem solutions or means not otherwise provided for
    • B60L2270/40Problem solutions or means not otherwise provided for related to technical updates when adding new parts or software
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine generator that generates electric power by utilizing the rotation of a wind turbine by wind power, and more particularly to a technique for controlling a starting torque of a wind turbine.
  • a wind turbine generator that generates electric power by utilizing the rotation of a windmill by wind power is already known (see, for example, JP-A-2000-60096 and JP-A-2000-125408).
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-60096 discloses an example of a wind power generator that can be called a stationary type that is installed and used on the ground or on a fixed object (for example, real estate) on the ground.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-125408 discloses an example of a wind power generation device that can be called a mobile type mounted on a mobile body including a vehicle. Disclosure of the invention
  • a mobile wind power generator can be used in a mode in which natural wind is used to generate power when the mobile body on which it is mounted is stopped, but it can be used as a stationary wind power generator. Unlike the wind power generation device of the above, it can be used in a mode in which power is generated by utilizing wind generated in the moving body as the moving body moves relative to the atmosphere. The wind generated on the moving object due to the relative movement can be recognized as a relative wind or an artificial wind to distinguish it from natural wind.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2000-60096 discloses a stationary wind power generator, in which the arrangement of the stator coil and the permanent magnet of the rotor is devised. A mechanism for dispersing the magnetic attraction force in the above, thereby smoothly starting the windmill is disclosed. Further, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-125408 does not disclose a mechanism for smooth start-up of a windmill in a mobile wind power generator, and even discloses such a problem. Not.
  • an object of the present invention is to provide a novel technology for smooth start-up of a wind turbine in a wind turbine generator that generates power using the rotation of a wind turbine by wind power. Things.
  • a wind power generator that generates power using wind power
  • a propeller-type wind turbine rotated by wind power about a wind turbine axis generally parallel to the wind direction;
  • a generator that generates power by rotating the windmill
  • a torque control mechanism for controlling, in a weak wind state in which the wind power is equal to or less than a set value, to be smaller than a starting torque assumed in a strong wind state larger than the set value
  • the starting torque required for the wind turbine to overcome in order for the wind turbine to transition from the stopped state to the rotating state is reduced in a weak wind condition where the wind force is less than the set value.
  • the starting torque is controlled to be smaller than the starting torque assumed in a strong wind state larger than the set value.
  • the windmill can be started smoothly in a weak wind state.
  • the windmill when the windmill is of a propeller type, when the windmill receives wind power from the front, the wind power is mainly converted to rotational force by the windmill, but at the same time it is also converted to axial force.
  • This axial force is small in a weak wind condition and large in a strong wind condition.
  • the above-described starting torque is controlled by the axial force.
  • the wind turbine in a weak wind state, the wind turbine is started by reducing the starting torque, which the wind power should overcome, out of the rotational force and the axial force converted by the wind turbine, by the axial force. It has been smoothed, and thus the start of the wind turbine is performed using both the rotational force and the axial force.
  • the device according to this section can be configured as a stationary type or a mobile type.
  • the device when configured as a mobile type, for example, can be mounted on the roof of a passenger car, mounted on the roof of a freight vehicle, or mounted on the roof of a railway vehicle.
  • the device according to this section is configured as a mobile type, it is not possible to use the device to generate power using relative wind only when the moving body on which it is mounted is moving. It is not indispensable, and can be used to generate electricity using natural wind when the moving object is stopped.
  • the generator is A stator
  • a rotor that rotates with the wind turbine faces the stator with an air gap therebetween, and is relatively rotatable with respect to the stator around a common generator axis.
  • the torque control mechanism supports the rotor so as to be relatively movable with respect to the stator in the axial direction of the generator axis, and adjusts the axial position of the rotor by the axial force.
  • the air gap is changed so as to be larger in the weak wind condition than in the strong wind condition.
  • the rotor is supported so as to be movable relative to the stator in the axial direction, and the axial position of the rotor is determined by the axial force of the windmill.
  • the air gap is changed to be larger in a weak wind state than in a strong wind state.
  • the generator according to this section is designed so that the stator has a coil and the rotor has a magnet for generating power jointly with the coil, or conversely, the rotor has a coil and the stator has However, it is possible to design in a form having a magnet for generating power in cooperation with the coil.
  • the rotor and the stator have a pair of peripheral surfaces facing each other across the air gap coaxially with the generator axis, and at least one of the pair of peripheral surfaces is the generator shaft.
  • the wind turbine generator according to item (2) having a continuous or discontinuous slope with respect to the line.
  • the torque control mechanism is an elastic member provided between a stationary member and the rotor, and is elastically deformed by the axial force, thereby increasing the magnitude of the axial force and the axial direction of the rotor.
  • the wind turbine generator according to any one of (2) and (3), including one that defines a relationship with a relative position.
  • an elastic member is provided between the stationary member and the rotor, and the elastic member is elastically deformed by the axial force, whereby the relationship between the magnitude of the axial force and the relative axial position of the rotor is increased. Is stipulated.
  • the windmill axis is generally parallel to the wind direction.
  • a propeller-type wind turbine that is rotated around by wind force, and a generator that generates electric power by rotating the wind turbine, and the generator is opposed to the stator with a stator and an air gap interposed therebetween.
  • a wind power generator having a stator and a rotor rotating about the common generator axis relative to the rotor and with the windmill,
  • the rotor is relatively movable with respect to the stator in an axial direction of the generator axis, and the axial force generated in the wind turbine by the wind power in a direction parallel to the wind turbine axis causes the rotor to rotate.
  • a wind power generation device including an air gap control mechanism for controlling an axial position to be larger in a strong wind state in which the air gap is smaller than a set value in a weak wind state where the wind force is equal to or smaller than the set value.
  • the wind power generator is mounted on a moving body, and includes an air duct that takes in wind generated relative to the moving body from the inlet with the movement thereof and discharges the wind from the outlet,
  • the wind turbine according to any one of (1) to (6), wherein the wind turbine is arranged in the air duct.
  • this device Since this device is used by being mounted on a mobile object, it can generate power without depending on natural wind as long as the mobile object moves.
  • the direction of the wind generated in the moving object as the moving object moves does not change relatively to the traveling direction of the moving object, and is always constant. Therefore, even if the air duct is mounted on the moving body and the direction of the air flow taken into it is fixed relative to the moving body, the air duct can effectively use the wind generated by the movement of the moving body .
  • the device according to this section is mounted on a moving body and equipped with a duct that actively takes in the wind generated by the movement and guides it to the generator. It has been.
  • the same air taken into the air duct is rotated by at least one upstream wind turbine and at least one downstream wind turbine. It can be used for both
  • the flow path area in the air duct is larger at the position of the wind turbine located on the upstream side of the plurality of wind turbines than at the position of the wind turbine located on the downstream side.
  • the wind that has passed through the wind turbine located on the upstream side in the air duct is sent to the downstream side having a smaller flow area than that position, accelerated, and guided to the wind turbine located on the downstream side .
  • the outer diameter of the wind turbine is larger than the diameter of a projected circle when a portion of the flow path in the air duct where the wind turbine is located is projected along the flow path, and
  • the air duct has an annular groove for accommodating a portion of the outer peripheral end of the windmill located outside the projection circle in a portion forming the flow path,
  • the wind power generator according to any one of (7) to (10), which is coaxial with the wind power generator. According to this device, when the air duct is projected along the flow path of the air duct, no gap is required between a portion of the air duct forming the flow path and the outer peripheral end of the wind turbine.
  • the wind turbine generator according to any one of the above (1) to (11), for example, can not be expected to operate effectively in a strong wind for a long period of time, so that effective continuous power generation cannot be expected.
  • the user may want to temporarily remove the mobile.
  • the user may wish to use the same wind turbine on another vehicle.
  • the device according to this section is detachably mounted on a moving body. Therefore, according to this device, the usability of the wind power generator is improved.
  • FIG. 1 is a front view showing an appearance of a wind turbine generator 10 according to a first embodiment of the present invention mounted on an automobile 12.
  • FIG. 2 is a side view showing the appearance of the wind power generator 10 of FIG.
  • FIG. 3 is a front view showing the wind turbine generator 10 of FIG.
  • FIG. 4 is a partial side sectional view showing the wind turbine generator 10 of FIG.
  • FIG. 5 is a block diagram conceptually showing an electric system of the wind power generator 10 of FIG.
  • FIG. 6 is a side cross-sectional view showing the generator 36 of the wind power generator 10 of FIG. 1 in detail.
  • Figure 7 shows the relationship between the relative wind speed and the rotation speed of the generator rotor.
  • the generator air gap is fixed to the same value as the minimum value of the wind power generator 10 and its air gap in Figure 1. It is a graph which represents notionally about the usual wind power generator compared with each other conceptually.
  • Fig. 8 shows the relationship between the size of the air gap 70 between the rotor 62 and the stator 60 of the generator 36 in Fig. 1 and the magnitude of the magnetic force acting between the rotor 62 and the stator 60.
  • 7 is a graph showing experimental results for confirming the following.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining some usage examples of the electric energy stored by the wind power generator 10 of FIG.
  • FIG. 10 is a partial side sectional view showing wind power generator 10 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a partial side cross-sectional view showing a part of air duct 152 in the wind turbine generator according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a partial side sectional view showing a wind turbine generator 204 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front view showing an appearance of a wind power generator 10 for mounting on a moving object according to a first embodiment of the present invention, which is mounted on an automobile 12. Indicated by This wind power generator 10 is the mobile wind power generator described above.
  • the car 12 is an example of the above-described moving object.
  • the wind power generator 10 is detachably mounted on a roof 14 of an automobile 12.
  • the wind power generator 10 is designed to generate electric power by using a relative wind generated relatively to the automobile 12 as the automobile 12 travels.
  • the wind power generator 10 is attached to the roof 14 magnetically using a magnet that attracts the roof 14 or a fastener that fastens the wind power generator 10 to the roof is used. It can be done mechanically.
  • This wind power generator 10 is shown in a front view in FIG. 3 and in a partial side sectional view in FIG.
  • the wind turbine generator 10 has a housing 16.
  • the housing 16 is provided with an air duct 18 for taking in the relative wind.
  • the air duct 18 is provided with a cylindrical passage 20 extending in the front-rear direction of the automobile 12, that is, in the direction (wind direction) from the upstream side to the downstream side of the relative wind.
  • this passage 20 basically extends straight and has the same circular cross section, in the present embodiment, the passage area in the passage 20 is locally formed at the entrance 22 of the passage 20. Is gradually reduced from upstream to downstream, so that relative wind acceleration is realized.
  • each of the wind turbines 24, 26 is configured such that a plurality of blades 32, 34 extend radially outward from a hub 28, 30 located at the center thereof.
  • Each of the windmills 24 and 26 is arranged coaxially with the air duct 18.
  • generators 36 and 38 are coaxially connected to the wind turbines 24 and 26, respectively.
  • each of the windmills 24 and 26 is an upwind type.
  • Each of the generators 36 and 38 is supported at a fixed position by a housing 16 via a support (not shown). The structure of each of the generators 36 and 38 will be described later in detail.
  • FIG. 5 conceptually shows a block diagram of an electric system of the wind power generator 10.
  • two generators 36 and 38 are electrically connected to a battery 44 via a controller 40 and a regulator 42. Since each of the generators 36 and 38 is designed to generate an AC current by a relative wind, the controller 40 has a function of converting the generated AC current to a DC current.
  • the regulator 42 has a function of adjusting the supply voltage and the supply current from the controller 40 to the battery 44.
  • the electric power generated by each of the generators 36 and 38 is stored in the battery 44 through appropriate processing by the controller 40 and the regulator 42.
  • housings 16 are also formed with housings 46 and 48, in which the controller 40, the regulator 42 and the electric storage 44 described above are housed.
  • the storage battery 44 houses a plurality of storage batteries independently of each other and in a state where the storage batteries can be separated from the storage battery 44.
  • the user of the wind power generator 10 can take out the required number of storage batteries from the housings 46 and 48 as appropriate and use it outside the automobile 12.
  • the generator 36 includes an entire housing 50.
  • the whole housing 50 is divided into two divided housings 52, 54 both having a bottomed cylindrical shape in the direction of the rotation axis of the generator 36.
  • the split housings 52, 54 the one located on the front side (left side in the figure) of the generator 36 is the front split housing 52, and the one located on the rear side (right side in the figure) is the rear split. These are referred to as housings 54 respectively.
  • the front split housing 52 and the rear split housing 54 are screwed to each other with their openings facing each other.
  • the entire housing 50 is configured to have a space inside.
  • a stator 60 having a coil (not shown) and a rotor 62 that is rotated relatively and coaxially with the stator 60 are arranged in the overall housing 50 configured as described above. Both stator 60 and rotor 62 are arranged coaxially with the rotation axis of generator 36.
  • the rotor 62 has a hollow portion 64, and the stator 60 is disposed in the hollow portion 64.
  • the rotor 62 is arranged outside the stator 60, and, as a result, the generator 36 employs the outer rotor system. Therefore, in the present embodiment, an air gap 70 is formed between the outer peripheral surface 66 of the stator 60 and the inner peripheral surface 68 of the rotor 62.
  • Stator 60 includes a base end 72 and a working portion 74. Stator 60 is fixed to rear split housing 54 at the base end 72 using bolts 76.
  • the outer peripheral surface 66 of the working portion 74 that is, the surface facing the rotor 62 has a tapered shape whose diameter continuously increases from the front side to the rear side of the generator 36. That is, the stator 60 is opposed to the rotor 62 on its continuous tapered outer peripheral surface 66.
  • the rotor 62 also includes a base end portion 78 and a working portion 80.
  • a shaft 82 is coaxially fixed to the proximal end 78, and a windmill 24 is coaxially fixed to a distal end 84 of the shaft 82 at its hub 28. Therefore, if the windmill 24 rotates, the rotor 62 will be rotated accordingly.
  • the inner peripheral surface 68 of the working portion 80 of the rotor 62 that is, the surface facing the stator 60 has a tapered shape that generally complements the outer peripheral surface 66 of the stator 60.
  • the inner peripheral surface 68 of the action portion 80 has a tapered shape whose diameter continuously increases from the front side to the rear side of the generator 36.
  • a plurality of permanent magnets 86 are fixed to the inner peripheral surface 68 of the rotor 62 configured as described above at regular intervals in the circumferential direction.
  • the permanent magnets 86 are opposed to the coils of the stator 60 with an air gap 70 therebetween, and as a result, the relative displacement between the permanent magnets 86 and the coils is reduced. This will generate electricity. That is, the generator 36 employs a brushless system.
  • an axial force transmitting member 88 and a retainer 90 are further arranged inside the entire housing 50.
  • the axial force transmitting member 88 and the retainer 90 are arranged in series in that order in a direction from the front side to the rear side of the generator 36.
  • the axial force transmitting member 88 supports the rotor 62 for relative rotation through an appropriate number (two in FIG. 6) of radial bearings (examples of bearings) 92.
  • the axial force transmitting member 88 is fitted to the entire housing 50 so as to be slidable in the axial direction. Accordingly, the rotor 62 can not only rotate relative to the stator 60 but also move relative to the axial direction.
  • the retainer 90 is also fitted to the entire housing 50 so as to be slidable in the axial direction.
  • An elastic member 94 is disposed between the retainer 90 and the entire housing 50. The elastic member 94 constantly urges the axial force transmitting member 88 toward the front side of the generator 36 via the retainer 90. On the other hand, the axial movement of the rotor 62 is performed integrally with the axial force transmitting member 88.
  • the forward limit of the axial force transmitting member 88 and the rotor 62 is limited to the axial force transmitting member 88 (an example of a member that moves integrally with the rotor 62). It is defined by abutting a rearward-facing stopper 96 formed on the housing 50. Even at this forward limit, the elastic member 94 urges the rotor 62 with a constant load. That is, the initial load of the elastic member 94 is set to a value larger than zero.
  • the elastic member 94 is formed by arranging a plurality of coil springs parallel to the rotation axis of the generator 36 along a circumference coaxial with the rotation axis.
  • a coil spring that extends helically along a cylindrical surface that is coaxial with its axis of rotation.
  • a disc spring coaxial with its axis of rotation.
  • the retreat limit of the axial force transmitting member 88 and the rotor 62 is a retainer 90 (an example of a member that moves integrally with the rotor 62). It is defined by contacting the forward stop 98 formed at zero.
  • the generator 36 is provided with a protector 100 that covers the entire housing 50 from the outside.
  • the protector 100 is fixed to the entire housing 50 by an appropriate number of bolts 102.
  • This protector 100 has a waterproof function for the generator 36.
  • the elastic member 94 is an example of a relationship defining mechanism that defines the relationship between the axial force of the rotor 62 and the amount of axial movement, that is, the size of the air gap 70.
  • This The relationship defining mechanism defines the relationship between the axial force and the amount of axial movement as a linear or non-linear relationship, or moves the axial direction when the axial force exceeds a certain value. It is possible to specify that the amount does not change.
  • the wind turbine 24 is of a propeller type, and the wind of the relative wind parallel to the rotation axis of the wind turbine 24 is generated by the wind turbine 24. It converts the rotational force into the rotational force and the axial force.
  • the axial force generated in the wind turbine 24 by this action is transmitted to the rotor 62 of the generator 36 via the shaft 82.
  • the rearward axial force generated in the rotor 62 by such a mechanism is transmitted to the retainer 90 by the axial force transmitting member 88, and further, the elastic member 94 is opposed to the elastic force by the retainer 90. It is transmitted in the direction.
  • the windmill 24 does not receive any relative wind because the car 12 is stopped, or the relative wind is weak because the running speed of the windmill 12 is low. In this case, the rearward axial force cannot overcome the forward axial force.
  • the rotor 62 is at the forward limit, as shown in FIG. In this state, the air gap 70 is the largest, and thus the magnetic force acting between the stator 60 and the rotor 62 is the smallest.
  • the starting torque of the port 62 of the generator 36 that is, the starting torque of the windmill 24 is minimized.
  • Wind force of relative wind received by windmill 2 4 as the traveling speed of car 1 2 increases Increases, the backward axial force increases accordingly. The forward axial force does not change.
  • the rotor 62, the axial force transmitting member 88, and the retainer 90 retreat integrally with each other against the elastic force of the elastic member 94, and eventually reach the retreat limit.
  • the retreat timing of the rotor 62 is determined by the initial load (set load) of the elastic member 94 as described above.
  • FIG. 6B shows a state in which the generator 36 and the rotor 62 are at the retreat limit.
  • the air gap 70 is minimum, and thus the magnetic force acting between the stator 60 and the rotor 62 is maximum.
  • the starting torque of the rotor 62 of the generator 36 that is, the starting torque of the windmill 24 is maximized.
  • the starting torque of the rotor 62 decreases as the air gap 70 increases. Therefore, when the air gap 70 is maximum, the starting torque of the rotor 62 is smaller than when the air gap 70 is minimum.
  • FIG. 7 shows that the relationship between the relative wind speed and the rotation speed of the rotor 62 is the same as the minimum value of the air gap 70 in the wind power generator 10 according to the present embodiment and the present embodiment. This is conceptually represented in a graph in contrast to a conventional wind power generator with a fixed air gap.
  • the traveling speed of the motor vehicle 12 (hereinafter referred to as “vehicle speed”) changes with time, and the relative wind It is necessary to assume a transient situation where the wind speed changes. Therefore, in Fig. 7, the vehicle 12 is accelerated from a stationary state at a constant acceleration. A transient situation is assumed. In such a transient situation, it is important to consider a response delay of the rotation speed of the rotor 62 to a change in the wind speed.
  • the windmill 24 when the rotational torque acting on the windmill 24 due to the relative wind overcomes the first starting torque corresponding to the maximum air gap 70, the windmill 24 is started.
  • the wind speed at this time is represented as the starting wind speed VST.
  • the rotor speed when the rotor speed is moved from the forward limit to the reverse limit by the axial force of the windmill 24 as a result of the increase of the vehicle speed and the wind speed due to the increase of the wind speed, the air gap 70 becomes minimum. After that, regular power generation by the generator 36 is started.
  • FIG. 7 shows the wind speed at this time as a cut-in wind speed V C1.
  • the rotational torque acting on the windmill by the relative wind overcomes the second starting torque (greater than the first starting torque) corresponding to the smallest air gap.
  • the windmill starts.
  • the wind speed at this time is represented as the starting wind speed VST ′, which is higher than the starting wind speed VST in the present embodiment.
  • the rotation speed of the rotor increases as the vehicle speed increases and the wind speed increases.However, the wind turbine starts up later in the present embodiment, and the wind turbine and the wind turbine rotate integrally therewith. Due to the response delay caused by inertia, sliding resistance, and the like of the element, the time at which the rotation speed of the rotor reaches a value required for normal power generation by the generator is later than in the present embodiment.
  • the wind speed at the start of regular power generation by the generator is shown in FIG. 7 as a cut-in wind speed V C I ′, which is also higher than the cut-in wind speed V C I in the present embodiment.
  • the cut-in wind speed VCI It depends on the wind speed of the relative wind, but in a transient situation, the rotation speed of the rotor cannot respond quickly to changes in the wind speed.
  • Regular power generation cannot be started early.
  • the wind turbine 24 is started early, that is, smoothly, so that the power generation by the generator 36 can be started early.
  • the air gap 70 of the generators 36, 38 is reduced by utilizing the axial force generated in the wind turbines 24, 26 by the relative wind. It is changed to be larger in a weak wind condition than in a strong wind condition. As a result, the wind turbines 24 and 26 can be started smoothly in a weak wind condition.
  • the generators 36, 38 adopt the outer rotor system.
  • a plurality of permanent magnets are required for the outer dimensions of the generator, compared with the case of employing the inner rotor system in which the rotor 62 rotates inside the stator 60. It is easy to increase the diameter of the circumferences arranged side by side. As their diameter increases, the overall surface area of the permanent magnets also increases, and the magnetic force that the permanent magnets can act on the stator coils increases.
  • the present embodiment by adopting the technology that makes the air gap variable, it becomes easy to achieve both a reduction in the starting torque in a weak wind state and an improvement in the power generation efficiency in a strong wind state. .
  • the space between the permanent magnet for the experiment and the movable member attracted by the permanent magnet in a state where the permanent magnet for the experiment is held in a fixed position is regarded as an air gap.
  • the size of the air gap was sequentially changed.
  • the force at which the movable member was attracted by the permanent magnet was measured as the magnetic force.
  • Figure 8 shows the results of the experiment in a graph.
  • the horizontal axis of this graph shows the size of the air gap, while the vertical axis shows the magnitude of the magnetic force.
  • the magnetic force is shown as a percentage calculated based on the magnetic force when the air gap is 0.075 mm.
  • An air gap of 0.075 mm is considered to be an air gap sufficiently close to 0, and the magnetic force at that time is considered to be a magnetic force sufficiently close to its maximum value.
  • FIG. 9 schematically shows a typical relationship between the owner of the wind turbine generator 10 and its use.
  • the owner of the wind power generator 10 is an individual and the individual generates power using the wind power generator 10 by himself, as shown in the upper part of FIG. It is possible that the electricity stored in the battery 44 (used in the sense of electrical energy) may be used personally or at home, or sold to a third party.
  • the owner of the wind power generator 10 is a transport company as a business entity, and the transport company mounts the wind power generator 10 on a freight vehicle as an automobile and generates power during transportation. May be done.
  • the transport company may use the electric power stored in the battery 44 for the transport company or sell it to a third party.
  • the owner of the wind turbine generator 10 is a railway company as a business entity, and the railway company mounts the wind turbine generator 10 on a railway vehicle as a mobile unit to generate power during operation. In some cases. In this case, as shown in the middle section of FIG. 9, the railway company uses the electric power stored in the battery 44 for traveling of the railway vehicle, or for other purposes in the railway vehicle. Or sell it to a third party.
  • the owner of the wind turbine generator 10 is a road management company as an entity, and the road management company gives a driver using a road (for example, an expressway) managed by the road management company.
  • the power generator 10 may be rented out, and the driver may mount the wind power generator 10 on the vehicle 12 as a moving body and generate power while traveling.
  • the road management company removes the rented wind power generator 10 from the car after the driver finishes driving, and stores the wind power generator 10 in its battery 44.
  • the road management company removes the rented wind power generator 10 from the car after the driver finishes driving, and stores the wind power generator 10 in its battery 44.
  • the cost of receiving electricity generated by a road user may be, for example, a discount on road usage fees (eg, highway tolls) that the road user must pay.
  • road usage fees eg, highway tolls
  • a shaft force transmitting member 88 supporting the stator 60 so as to be movable relative to the stator 60 in the axial direction.
  • the flow passage area of the passage 20 in the air duct 18 is the same from the upstream side to the downstream side, and the outer diameters of the wind turbines 24 and 26 are the same as those of the wind turbine 24 located upstream. The same applies to the wind turbine 26 located downstream.
  • the flow passage area of the passage in the air duct is different between the upstream side and the downstream side.
  • the outer diameter of the wind turbine is different between upstream and downstream.
  • a large diameter portion 122 is formed in the passage 120 on the upstream side thereof, and a small diameter portion 124 is formed in the downstream side thereof.
  • upstream A large-diameter wind turbine 126 is arranged on the side, and a small-diameter wind turbine 128 is arranged on the downstream side.
  • the wind that has passed through the windmill 126 located upstream in the air duct 130 is a weaker wind than before passing, but the weaker wind has a larger flow area than that position. After being accelerated by being fed to the narrow downstream side and the wind power is at least partially recovered, it is guided to the wind turbine 128 located downstream.
  • this embodiment is different from the first and second embodiments in terms of the air duct and the wind turbine, and the other elements are common to the first and second embodiments. Therefore, the air duct and the wind turbine will be described in detail, and the common elements will be described. Are referred to using the same reference numerals or names, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the outer diameter of the wind turbine is set to be slightly smaller than the inner diameter of the passages 20 and 120 in the air ducts 18 and 130.
  • the outer diameter of the wind turbine 150 is set to be larger than the inner diameter of the passage 154 in the air duct 152.
  • annular groove 158 is formed at a position facing the windmill 150 locally on the inner peripheral surface 156 of the passage 154 in the air duct 155. .
  • the diameter of the circumference surrounded by the bottom surface 160 of the groove 158 is set to be large enough to leave a gap between the tip of the blade 162 of the windmill 150.
  • the width of the groove 158 is the width of the blade 162 when the blade 162 is projected in a direction parallel to its rotational plane. The projection width is set in consideration of the distance that the windmill 150 can move in the axial direction.
  • the broken line in FIG. 11 indicates that the rotor 62 of the generator 36 is at the retreat limit.
  • an air gap 70 between the rotor 62 and the stator 60 of the generators 36, 38 is formed by the air gap 70 of the rotor 62 in order to make the start of the wind turbines 24, 26 smooth. It is changed by the axial force.
  • smooth start-up of the wind turbine is realized irrespective of the generator.
  • a clutch is provided between the windmill and the rotor, and the clutch is connected and disconnected by the axial force of the windmill, so that the start of the windmill is smoothly performed.
  • a shaft 185 connecting the windmill 180 and the rotor 184 of the generator 18 to each other is divided into two. It is divided into a windmill-side shaft 186 and a generator-side shaft 188. Latch 190 is installed.
  • the clutch 190 has a hollow housing 192, and a pair of engaging members 1994 and 1995 are opposed to each other in the housing 1992.
  • the pair of engaging members 194 and 195 are prevented from rotating relative to each other in the engaged state where they are engaged with each other, while being allowed to rotate in the separated state where they are separated from each other. That is, the engaged state is the connected state of the clutch 190, and the disengaged state is the disconnected state of the clutch 190.
  • One of the pair of engaging members 1 94 and 1 95 is prevented from moving in the axial direction relative to the housing 19 2.
  • one of the windmill-side shafts 186 (the generator-side shaft 188 in the example of FIG. 12).
  • the other engaging member 1995 is capable of both relative rotation and axial movement with respect to the housing 1992, and the generator-side shaft 18 and the windmill-side shaft 18 (In the example of FIG. 12, it is the windmill-side shaft 186).
  • An axial force transmitting member 196 is mounted on the windmill shaft 186 (an example of a member that moves axially together with the windmill 180) in a state where relative axial movement is prevented. I have.
  • An elastic member 198 is disposed between the axial force transmitting member 196 and the housing 192 in a state where the pair of engaging members 194, 195 are always urged in a direction to separate them from each other. ing.
  • the generator 18 2 has a normal structure. Specifically, the stator 202 and the rotor 184 are disposed in the nosing 200 so as to be relatively rotatable. In the present embodiment, the rotor 184 is disposed inside the stator 202. A rotating inner rotor system is employed. In this generator 182, the rotor 184 is axially displaced relative to the stator 202. Movement is blocked.
  • the axial force when an axial force is generated in the windmill 180, the axial force is transmitted to the elastic portion via the windmill-side shaft 186 and the shaft power transmission member 196.
  • the pair of engaging members 194 and 195 are transmitted to the member 198 in a direction approaching each other. In a state where the axial force cannot overcome the initial load of the elastic member 198, that is, in a state where the relative wind is weak, as shown in FIG. 194 and 195 are in the separated state.
  • the windmill 180 and the generator 1802 are disconnected from each other in a weak wind state, and the spinning of the windmill 180 is allowed. It has been smoothed.
  • the starting torque of the windmill 180 is controlled by controlling the transmission state of the rotational force between the windmill 180 and the rotor 180 using the clutch 190. Is done. Further, according to the present embodiment, the connection / disconnection of the clutch 190 is switched mechanically and automatically by utilizing the axial force of the windmill 180.
  • the clutch 190 constitutes an example of the “torque control mechanism” in the above (1) and an example of the “clutch” in the above section (5). It is composed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

A novel technique enabling smooth start of blade wheels of a wind power generator for generating electric power by using the rotation of the blade wheels caused by a wind force. In a wind power generator (10), starting torque of propeller-type blade wheels (24, 26) is controlled using axial force occurring in the blade wheels. The control is made such that starting torque which the blade wheels need to overcome in order to change themselves from a stop state to a rotating state is, in a weak wind condition where a wind force is less than a predetermined value, less than starting torque expected in a strong wing condition where wind force is greater than the predetermined value. The starting torque control is performed by changing air gaps between rotors and stators of generators (36, 38).

Description

技術分野 .  Technical field .
本発明は、 風力による風車の回転を利用して発電を行う風力発電装置に関する ものであり、 特に、 風車の起動トルクを制御する技術に関するものである。  The present invention relates to a wind turbine generator that generates electric power by utilizing the rotation of a wind turbine by wind power, and more particularly to a technique for controlling a starting torque of a wind turbine.
明 背景技術 書  Ming background art book
風力による風車の回転を利用して発電を行う風力発電装置が既に知られている (例えば、 特開 2000-60096号公報およぴ特開 2000— 125408 号公報参照。)。  BACKGROUND ART A wind turbine generator that generates electric power by utilizing the rotation of a windmill by wind power is already known (see, for example, JP-A-2000-60096 and JP-A-2000-125408).
前記特開 2000— 60096号公報には、地上やその地上における定着物 (例 えば、 不動産) に設置されて使用される定置型とでも称すべき風力発電装置の一 例が開示されており、 一方、 前記特開 2000— 1 25408号公報には、 自動 車を含む移動体に搭載されて使用される移動型とでも称すべき風力発電装置の一 例が開示されている。 発明の開示  Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-60096 discloses an example of a wind power generator that can be called a stationary type that is installed and used on the ground or on a fixed object (for example, real estate) on the ground. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-125408 discloses an example of a wind power generation device that can be called a mobile type mounted on a mobile body including a vehicle. Disclosure of the invention
この種の風力発電装置は、 一般に、 定置型であるか移動型であるかを問わず、 風車が永久に回転し続ける環境のもとで使用することは困難である。  Generally, this type of wind turbine, whether stationary or mobile, is difficult to use in an environment where the wind turbine is rotating forever.
例えば、 定置型の風力発電装置を使用する場合には、 自然風という自然現象を 利用する限り、 それが恒常的に発生することは考え難く、 風が吹いたり止んだり することが不規則に発生する。 これに対し、 移動型の風力発電装置は、 それが搭載されている移動体が停止し ている状態において自然風を利用して発電を行う態様で使用することが可能であ るが、 定置型の風力発電装置とは異なり、 大気に対する移動体の相対移動に伴つ てその移動体に発生する風を利用して発電を行う態様で使用することも可能であ る。 その相対移動に伴って移動体に発生する風は、 自然風と区別するために、 相 対風として認識したり、 人工風として認識することが可能である。 For example, if a stationary wind turbine is used, it is unlikely that it will occur constantly, as long as the natural phenomenon of natural wind is used, and the wind blows and stops irregularly. I do. On the other hand, a mobile wind power generator can be used in a mode in which natural wind is used to generate power when the mobile body on which it is mounted is stopped, but it can be used as a stationary wind power generator. Unlike the wind power generation device of the above, it can be used in a mode in which power is generated by utilizing wind generated in the moving body as the moving body moves relative to the atmosphere. The wind generated on the moving object due to the relative movement can be recognized as a relative wind or an artificial wind to distinguish it from natural wind.
したがって、 この移動型の風力発電装置においては、 移動体が移動中であるた めに相対風が存在する場合には、 自然風に依存することなく、 風力発電を行うこ とが可能である。 しかし、 この場合、 相対風の風力は移動体の移動速度に依存す るため、 その移動速度が減少すれば、 それに伴って風力が低下する傾向がある。 また、 移動体によっては、 停止と移動と-が繰り返され、 それに伴い、 相対風が止 んだり吹いたりすることも繰り返される。  Therefore, in this mobile wind power generator, when a moving object is moving and there is a relative wind, wind power can be generated without depending on natural wind. However, in this case, since the relative wind power depends on the moving speed of the moving object, if the moving speed decreases, the wind force tends to decrease accordingly. In addition, depending on the moving object, the stop and the movement are repeated, and accordingly, the relative wind stops and blows repeatedly.
そのため、 いずれの風力発電装置を使用する場合にも、 風車の停止状態から回 転状態への移行、 すなわち、 風車の起動というフェーズが存在する。  Therefore, when using any of the wind turbines, there is a phase of transition from the stopped state of the wind turbine to the rotating state, that is, the start of the wind turbine.
風車が起動するためには、 例えば、 風車およびそれと共に回転する回転体の慣 性、 それら回転要素の摺動抵抗、 発電機の磁力等、 回転抵抗に打ち勝つことが必 要であり、 そのため、 風車に、 その回転抵抗に打ち勝つ大きさの起動トルクを付 与することが必要である。 この起動トルクは、風力発電装置の場合、一般的には、 風力によって生起されるため、 風車を起動させるためにはある程度の風力が必要 である。  In order for the wind turbine to start, it is necessary to overcome the rotational resistance, for example, the inertia of the wind turbine and the rotating body rotating therewith, the sliding resistance of these rotating elements, the magnetic force of the generator, etc. In addition, it is necessary to apply a starting torque large enough to overcome the rotational resistance. This starting torque is generally generated by wind power in the case of a wind power generator, so that a certain amount of wind is required to start a wind turbine.
そのため、定置型であるか移動型であるかを問わず、風力発電装置においては、 風車の起動をスムーズに行うための特別な対策を講じることが望ましい。  Therefore, regardless of whether it is a stationary type or a mobile type, it is desirable to take special measures to smoothly start the wind turbine in the wind power generator.
この要望に対し、 前記特開 2 0 0 0 - 6 0 0 9 6号公報は、 定置型の風力発電 装置において、 ステータのコイルとロータの永久磁石との配置を工夫して両者間 における磁気吸引力を分散し、 それにより、 風車の起動をスムーズに行う機構を 開示している。 また、 前記特開 2 0 0 0 - 1 2 5 4 0 8号公報は、 移動型の風力 発電装置において、 風車の起動をスムーズ化する機構を開示しておらず、 そのよ うな課題すら開示していない。 In response to this demand, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2000-60096 discloses a stationary wind power generator, in which the arrangement of the stator coil and the permanent magnet of the rotor is devised. A mechanism for dispersing the magnetic attraction force in the above, thereby smoothly starting the windmill is disclosed. Further, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-125408 does not disclose a mechanism for smooth start-up of a windmill in a mobile wind power generator, and even discloses such a problem. Not.
以上説明した事情を背景とし、 本発明は、 風力による風車の回転を利用して発 電を行う風力発電装置において、 その風車の起動をスムーズ化する新規な技術を 提供することを課題としてなされたものである。  In view of the circumstances described above, an object of the present invention is to provide a novel technology for smooth start-up of a wind turbine in a wind turbine generator that generates power using the rotation of a wind turbine by wind power. Things.
本発明によって下記の各態様が得られる。 各態様は、 項に区分し、 各項には番 号を付し、 必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。 これは、 本明 細書に記載の技術的特徴のいくつかおよびそれらの組み合わせのいくつかの理解 を容易にするためであり、 本明細書に記載の技術的特徴やそれらの組み合わせが 以下の態様に限定されると解釈されるべきではない。  The following aspects are obtained by the present invention. Each mode is divided into sections, each section is numbered, and if necessary, the other sections are cited in a format that cites the number. This is to facilitate understanding of some of the technical features described in this specification and some of the combinations thereof, and the technical features and the combinations thereof described in the present specification have the following aspects. It should not be construed as limited.
( 1 ) 風力を利用して発電を行う風力発電装置であって、  (1) A wind power generator that generates power using wind power,
風向に対して概して平行な風車軸線まわりに風力によって回転させられるプロ ペラ型の風車と、  A propeller-type wind turbine rotated by wind power about a wind turbine axis generally parallel to the wind direction;
その風車の回転によつて発電を行う発電機と、  A generator that generates power by rotating the windmill,
前記風力によって前記風車に前記風車軸線に対して平行な方向に発生する軸力 に基づき、 その風車が停止状態から回転状態に移行するためにその風車が打ち勝 つことが必要な起動トルクを、 前記風力が設定値以下である弱風状態において、 その設定値より大きい強風状態に想定される起動トルクより小さくなるように制 御するトルク制御機構と  Based on the axial force generated in the wind turbine by the wind in a direction parallel to the axis of the wind turbine, the starting torque required for the wind turbine to overcome in order for the wind turbine to transition from the stopped state to the rotating state, A torque control mechanism for controlling, in a weak wind state in which the wind power is equal to or less than a set value, to be smaller than a starting torque assumed in a strong wind state larger than the set value
を含む風力発電装置。  Including wind power generators.
この装置においては、 風車が停止状態から回転状態に移行するためにその風車 が打ち勝つことが必要な起動トルクが、 風力が設定値以下である弱風状態におい て、 その設定値より大きい強風状態に想定される起動トルクより小さくなるよう に制御される。 In this device, the starting torque required for the wind turbine to overcome in order for the wind turbine to transition from the stopped state to the rotating state is reduced in a weak wind condition where the wind force is less than the set value. Thus, the starting torque is controlled to be smaller than the starting torque assumed in a strong wind state larger than the set value.
したがって、 この装置によれば、 弱風状態において風車がスムーズに起動する ことが可能となる。  Therefore, according to this device, the windmill can be started smoothly in a weak wind state.
ところで、 風車がプロペラ型である場合には、 その風車が風力を正面から受け ると、 その風力が風車によって主には回転力に変換されるが、 それと同時に軸力 にも変換される。 この軸力は、 弱風状態においては小さく、 強風状態においては 大きい。  By the way, when the windmill is of a propeller type, when the windmill receives wind power from the front, the wind power is mainly converted to rotational force by the windmill, but at the same time it is also converted to axial force. This axial force is small in a weak wind condition and large in a strong wind condition.
このような軸力と風力との関係を利用することにより、 本項に係る装置におい ては、 その軸力によって上述の起動トルクの制御が行われる。  By utilizing such a relationship between the axial force and the wind force, in the device according to the present mode, the above-described starting torque is controlled by the axial force.
すなわち、 この装置によれば、 弱風状態においては、 風力が風車によって変換 された回転力と軸力とのうち回転力が打ち勝つべき起動トルクが軸力によって低 減させられることによって風車の起動がスムーズ化されているのであり、 このよ うに、 風車の起動が回転力と軸力との双方を利用して行われるようになつている のである。  In other words, according to this device, in a weak wind state, the wind turbine is started by reducing the starting torque, which the wind power should overcome, out of the rotational force and the axial force converted by the wind turbine, by the axial force. It has been smoothed, and thus the start of the wind turbine is performed using both the rotational force and the axial force.
本項に係る装置は、 定置型として構成したり、 移動型として構成することが可 能である。 また、 移動型として構成する場合に、 例えば、 当該装置を乗用車の屋 根に搭載したり、 貨物車両の屋根に搭載したり、 鉄道車両の屋根に搭載すること が可能である。  The device according to this section can be configured as a stationary type or a mobile type. In addition, when configured as a mobile type, for example, the device can be mounted on the roof of a passenger car, mounted on the roof of a freight vehicle, or mounted on the roof of a railway vehicle.
さらに、 本項に係る装置を移動型として構成する場合に、 当該装置を、 それが 搭載された移動体が移動中である場合に限って相対風を利用して発電するように 使用することは不可欠ではなく、 移動体が停止している状態において、 自然風を 利用して発電するように使用することが可能である。  Furthermore, when the device according to this section is configured as a mobile type, it is not possible to use the device to generate power using relative wind only when the moving body on which it is mounted is moving. It is not indispensable, and can be used to generate electricity using natural wind when the moving object is stopped.
( 2 ) 前記発電機が、 ステータと、 (2) The generator is A stator,
前記風車と共に回転するロータであって、 エアギャップを隔てて前記ステータ に対向するとともに、 そのステータに対して、 それと共通の発電機軸線まわりに 相対的に回転可能であるものと  A rotor that rotates with the wind turbine, faces the stator with an air gap therebetween, and is relatively rotatable with respect to the stator around a common generator axis.
を含み、 かつ、 前記トルク制御機構が、 前記ロータを、 前記発電機軸線の軸方 向に前記ステータに対して相対的に移動可能に支持するとともに、 そのロータの 軸方向位置を前記軸力により、 前記エアギヤップが前記弱風状態において前記強 風状態におけるより大きくなるように変化させるものである (1 ) 項に記載の風 本発明者は、 発電機に関する研究の結果、 次のような知見を得た。 すなわち、 And the torque control mechanism supports the rotor so as to be relatively movable with respect to the stator in the axial direction of the generator axis, and adjusts the axial position of the rotor by the axial force. However, the air gap is changed so as to be larger in the weak wind condition than in the strong wind condition. The wind according to the above mode (1), the present inventor has obtained the following findings as a result of research on a generator. Obtained. That is,
—発電機においてロータとステータとの間におけるエアギャップを小さくすれば、 それらロータとステータとの間の磁力は増加し、 それに伴い、 ロータの起動トル クが増加する一方で、 発電効率が増加し、 逆に、 そのエアギャップを大きくすれ ば、 それらロータとステータとの間の磁力は減少し、 それに伴い、 ロータの起動 トルクが減少する一方で、 発電効率が減少するという知見を得たのである。 さらに、 本発明者は、 この現象に着目することにより、 このような発電機が搭 載された風力発電装置においては、 エアギャップを変化させれば風車の起動トル クを変化させることが可能であるという知見も得た。 さらに、 本発明者は、 ロー タをステータに対して軸方向に移動させれば、 エアギヤップが変化することにも 気が付いた。 —Reducing the air gap between the rotor and the stator in the generator increases the magnetic force between the rotor and the stator, which increases the starting torque of the rotor and increases the power generation efficiency. Conversely, if the air gap is increased, the magnetic force between the rotor and the stator is reduced, which leads to the finding that the starting torque of the rotor is reduced, while the power generation efficiency is reduced. . Furthermore, by paying attention to this phenomenon, the present inventor can change the starting torque of the wind turbine by changing the air gap in a wind turbine generator equipped with such a generator. I also learned that there is. Further, the inventor has noticed that the air gap changes when the rotor is moved in the axial direction with respect to the stator.
以上説明した本発明者の知見に基づき、 本項に係る装置においては、 ロータが 軸方向にステータに対して相対的に移動可能に支持されるとともに、 そのロータ の軸方向位置が風車の軸力により、 エアギヤップが弱風状態において強風状態に おけるより大きくなるように変化させられる。 本項における発電機は、 ステータがコイルを有し、 ロータが、 そのコイルと共 同して発電を行うための磁石を有する形態で設計したり、 逆に、 ロータがコイル を有し、 ステータが、 そのコイルと共同して発電を行うための磁石を有する形態 で設計することが可能である。 Based on the findings of the inventor described above, in the device according to this section, the rotor is supported so as to be movable relative to the stator in the axial direction, and the axial position of the rotor is determined by the axial force of the windmill. Thus, the air gap is changed to be larger in a weak wind state than in a strong wind state. The generator according to this section is designed so that the stator has a coil and the rotor has a magnet for generating power jointly with the coil, or conversely, the rotor has a coil and the stator has However, it is possible to design in a form having a magnet for generating power in cooperation with the coil.
( 3 ) 前記ロータおよびステータが、 前記エアギャップを隔てて互いに対向す る一対の周面を前記発電機軸線と同軸に有し、 かつ、 それら一対の周面の少なく とも一方が、 前記発電機軸線に対する連続的または不連続的な傾斜面を有する ( 2 ) 項に記載の風力発電装置。  (3) The rotor and the stator have a pair of peripheral surfaces facing each other across the air gap coaxially with the generator axis, and at least one of the pair of peripheral surfaces is the generator shaft. The wind turbine generator according to item (2), having a continuous or discontinuous slope with respect to the line.
一般に、 ある軸線に対して傾斜した傾斜面と、 その軸線と直交する一直線であ る直交直線 (半径方向直線) とを想定し、 かつ、 その傾斜面をその軸線に沿って 平行移動ざせると、 それち傾斜面と直交直線との交点が、 その直交直線上におい て、 傾斜面の平行移動に伴って移動する。 これは、 軸方向運動を半径方向運動に 変換する傾斜面の効果である。  In general, assuming an inclined surface inclined with respect to a certain axis and an orthogonal straight line (radial straight line) which is a straight line orthogonal to the axis, and moving the inclined surface in parallel along the axis. Then, the intersection of the inclined plane and the orthogonal straight line moves on the orthogonal straight line with the parallel movement of the inclined plane. This is the effect of the ramp that converts axial motion into radial motion.
具体的には、 ある軸線 Aに対して平行に延びる平行面 Bと、 その軸線 Aに対し て傾斜して延びる傾斜面 Cとを、 その軸線 Aの一半径方向において互いにオーバ ラップする状況を想定する。 この状況において、 それら平行面 Bと傾斜面 Cとの 一方を他方に対して、 軸線 Aに沿って移動させると、 その軸線 A上のある位置に ついては、 それら平行面 Bと傾斜面 Cとの間における半径方向距離が変化する。 この変化は、 その軸線 A上のすべての位置について同様に発生する。 さらに、 こ の変化は、 傾斜面同士の組合せについても発生し得る。  Specifically, it is assumed that a parallel plane B extending parallel to an axis A and an inclined plane C inclined at an angle to the axis A overlap each other in one radial direction of the axis A. I do. In this situation, when one of the parallel plane B and the inclined plane C is moved along the axis A with respect to the other, at a certain position on the axis A, the parallel plane B and the inclined plane C The radial distance between them varies. This change occurs equally for all positions on the axis A. In addition, this change can occur for combinations of inclined surfaces.
この事実をロータとステータとの関係に当てはめると、 それらロータとステー タとの少なくとも一方の周面をそれらの軸方向に対して傾斜した傾斜面とすれ ば、 それらロータとステータとの間における半径方向距離がロータの軸方向位置 に応じて変化し、 さらに、 それらの間におけるエアギャップも変化する。 このような事実を利用することにより、 本項に係る装置においては、 ロータお よびステータがエアギャップを隔てて互いに対向する一対の周面の少なくとも一 方が、 発電機軸線に対する連続的または不連続的な傾斜面を有するものとされて レヽる。 Applying this fact to the relationship between the rotor and the stator, if at least one of the peripheral surfaces of the rotor and the stator is inclined with respect to their axial direction, the radius between the rotor and the stator can be reduced. The directional distance varies with the axial position of the rotor, and the air gap between them also varies. By utilizing such a fact, in the device according to this section, at least one of the pair of peripheral surfaces where the rotor and the stator face each other with the air gap therebetween is continuous or discontinuous with respect to the generator axis. It is assumed that it has a typical inclined surface.
( 4 ) 前記トルク制御機構が、 静止部材と前記ロータとの間に設けられた弾性 部材であって、 前記軸力によって弾性変形させられることにより、 その軸力の大 きさと前記ロータの軸方向相対位置との関係を規定するものを含む (2 ) または ( 3 ) 項のいずれかに記載の風力発電装置。  (4) The torque control mechanism is an elastic member provided between a stationary member and the rotor, and is elastically deformed by the axial force, thereby increasing the magnitude of the axial force and the axial direction of the rotor. The wind turbine generator according to any one of (2) and (3), including one that defines a relationship with a relative position.
この装置においては、 静止部材とロータとの間に弾性部材が設けられ、 その弾 性部材が前記軸力によって弾性変形させられることにより、 その軸力の大きさと ロータの軸方向相対位置との関係が規定ざれる。  In this device, an elastic member is provided between the stationary member and the rotor, and the elastic member is elastically deformed by the axial force, whereby the relationship between the magnitude of the axial force and the relative axial position of the rotor is increased. Is stipulated.
したがって、 この装置によれば、 風力とエアギャップとを風車起動トルクの制 御のために適切に互いに関連付けることが容易となる。  Therefore, according to this device, it is easy to appropriately associate the wind power and the air gap with each other for controlling the wind turbine starting torque.
( 5 ) さらに、 前記風車と前記ロータとを互いに連結するシャフトであって、 それの軸方向に 2部分に分割されたものを含み、 かつ、 前記トルク制御機構が、 それら 2部分に介在するクラッチであって、 前記軸力により、 前記弱風状態にお いてはそれら 2部分を互いに断絶し、 前記強風状態においては互いに接続する状 態に切り換わるものを含む (1 ) 項に記載の風力発電装置。  (5) Further, a clutch connecting the windmill and the rotor to each other, the shaft being divided into two parts in the axial direction thereof, and the torque control mechanism being interposed between the two parts. The wind power generator according to claim 1, wherein the axial force disconnects the two parts from each other in the weak wind state and switches the two parts to each other in the strong wind state. apparatus.
この装置によれば、 風車とロータとの間における回転力の伝達状態をクラッチ を用いて制御することにより、 風車起動トルクの制御を実現することが可能とな る。  According to this device, by controlling the transmission state of the rotational force between the windmill and the rotor using the clutch, it is possible to realize the control of the windmill starting torque.
さらに、 この装置によれば、 風車の軸力を利用することにより、 クラッチの接 続 ·断絶状態の切換えを行うことが可能となる。  Furthermore, according to this device, it is possible to switch the connection / disconnection state of the clutch by utilizing the axial force of the wind turbine.
( 6 ) 風力を利用して発電を行うために、 風向に対して概して平行な風車軸線 まわりに風力によって回転させられるプロペラ型の風車と、 その風車の回転によ つて発電を行う発電機とを備え、 かつ、 その発電機が、 ステータと、 エアギヤッ プを隔てて前記ステータに対向するロータであって、 そのステータと共通の発電 機軸線まわりにそのロータに対して相対的に、 かつ、 前記風車と共に回転するも のとを有する風力発電装置であって、 (6) In order to generate power using wind power, the windmill axis is generally parallel to the wind direction. A propeller-type wind turbine that is rotated around by wind force, and a generator that generates electric power by rotating the wind turbine, and the generator is opposed to the stator with a stator and an air gap interposed therebetween. A wind power generator having a stator and a rotor rotating about the common generator axis relative to the rotor and with the windmill,
前記ロータが、 前記発電機軸線の軸方向に前記ステータに対して相対的に移動 可能であるとともに、 前記風力によって前記風車に前記風車軸線に対して平行な 方向に発生する軸力によって前記ロータの軸方向位置を、 前記エアギャップが前 記風力が設定値以下である弱風状態において、 その設定値より大きい強風状態に おけるより大きくなるように制御するエアギヤップ制御機構を含む風力発電装 置。 - この装置によれば、 前記 (2 ) 項に係る風力発電装置と基本的に同じ原理に従 レ、、 基本的に同じ作用効果を実現することが可能である。  The rotor is relatively movable with respect to the stator in an axial direction of the generator axis, and the axial force generated in the wind turbine by the wind power in a direction parallel to the wind turbine axis causes the rotor to rotate. A wind power generation device including an air gap control mechanism for controlling an axial position to be larger in a strong wind state in which the air gap is smaller than a set value in a weak wind state where the wind force is equal to or smaller than the set value. -According to this device, it is possible to realize basically the same operation and effect according to basically the same principle as the wind power generation device according to the above (2).
( 7 ) 当該風力発電装置が、 移動体に搭載されるとともに、 その移動に伴って 前記移動体に対して相対的に発生する風を入口から取り込んでその風を出口から 排出するエアダクトを含み、 かつ、 前記風車が、 そのエアダクト内に配置されて いる (1 ) ないし (6 ) 項のいずれかに記載の風力発電装置。  (7) The wind power generator is mounted on a moving body, and includes an air duct that takes in wind generated relative to the moving body from the inlet with the movement thereof and discharges the wind from the outlet, In addition, the wind turbine according to any one of (1) to (6), wherein the wind turbine is arranged in the air duct.
この装置は、移動体に搭載されて使用されるため、その移動体が移動する限り、 自然風に依存することなく、 発電を行うことが可能である。  Since this device is used by being mounted on a mobile object, it can generate power without depending on natural wind as long as the mobile object moves.
ところで、 移動体の移動に伴ってその移動体に発生する風の向きは、 その移動 体の進行方向に対して相対的には変化せず、 常に一定である。 したがって、 移動 体にエアダクトを搭載し、 それに取り込まれる空気の流れの向きを移動体に対し て相対的に固定しても、 エアダクトは、 移動体の移動によって発生する風力を効 果的に利用できる。 このような知見に基づき、 本項に係る 置は、 移動体に搭載されるとともに、 その移動体に移動によつて発生する風を積極的に取り込んで発電機に誘導するェ ァダクトを備えたものとされている。 By the way, the direction of the wind generated in the moving object as the moving object moves does not change relatively to the traveling direction of the moving object, and is always constant. Therefore, even if the air duct is mounted on the moving body and the direction of the air flow taken into it is fixed relative to the moving body, the air duct can effectively use the wind generated by the movement of the moving body . Based on such knowledge, the device according to this section is mounted on a moving body and equipped with a duct that actively takes in the wind generated by the movement and guides it to the generator. It has been.
( 8 ) 前記風車が複数個、 前記エアダクト内にそれの上流側から下流側に向か つて並んで配置され、 かつ、 各風車ごとに、 前記発電機が設けられている (7 ) 項に記載の風力発電装置。  (8) The wind turbine according to the item (7), wherein a plurality of the wind turbines are arranged in the air duct from the upstream side to the downstream side thereof, and the generator is provided for each wind turbine. Wind power equipment.
この装置によれば、 エアダクト内に風車が複数個互いに直列に配置されること により、 エアダクトに取り込まれた同じ空気を、 上流側の少なくとも 1個の風車 の回転と下流側の少なくとも 1個の風車の回転との双方に利用することが可能と なる。  According to this device, by arranging a plurality of wind turbines in series in the air duct, the same air taken into the air duct is rotated by at least one upstream wind turbine and at least one downstream wind turbine. It can be used for both
したがって、 この装置によれば、 同じ空-気による総発電量を増加させることが 容易となる。  Therefore, according to this device, it is easy to increase the total power generation by the same air-air.
( 9 ) 前記エアダクト内の流路面積が、 前記複数個の風車のうち前記エアダク ト内の上流側に位置する風車の位置において、 下流側に位置する風車の位置にお けるより大きい (8 ) 項に記載の風力発電装置。  (9) The flow path area in the air duct is larger at the position of the wind turbine located on the upstream side of the plurality of wind turbines than at the position of the wind turbine located on the downstream side. A wind power generator according to the item.
この装置によれば、 エアダクト内において、 上流側に位置する風車を通過した 風が、 その位置より狭い流路面積を有する下流側に送り込まれて加速されて下流 側に位置する風車に誘導される。  According to this device, the wind that has passed through the wind turbine located on the upstream side in the air duct is sent to the downstream side having a smaller flow area than that position, accelerated, and guided to the wind turbine located on the downstream side .
( 1 0 ) 前記上流側に位置する風車が、 前記下流側に位置する風車より大径で ある (9 ) 項に記載の風力発電装置。  (10) The wind turbine generator according to (9), wherein the windmill located on the upstream side has a larger diameter than the windmill located on the downstream side.
( 1 1 ) 前記風車の外径が、 前記エアダクト内の流路のうちその風車が位置す る部分をその流路に沿って投影した場合の投影円の直径より大径であり、 かつ、 前記エアダクトが、 それのうち前記流路を形成する部分において、 前記風車の外 周端部のうち前記投影円より外側に位置する部分を収容する環状の溝を前記流路 と同軸に有する (7 ) ないし (1 0 ) 項のいずれかに記載の風力発電装置。 この装置によれば、 エアダクトをそれの流路に沿って投影した場合に、 そのェ ァダクトのうち流路を形成する部分と風車の外周端部との間に隙間が存在せずに 済む。 (11) The outer diameter of the wind turbine is larger than the diameter of a projected circle when a portion of the flow path in the air duct where the wind turbine is located is projected along the flow path, and The air duct has an annular groove for accommodating a portion of the outer peripheral end of the windmill located outside the projection circle in a portion forming the flow path, The wind power generator according to any one of (7) to (10), which is coaxial with the wind power generator. According to this device, when the air duct is projected along the flow path of the air duct, no gap is required between a portion of the air duct forming the flow path and the outer peripheral end of the wind turbine.
したがって、 この装置によれば、 そのような隙間が存在する状態で当該装置を 使用して発電を行う場合に比較し、 エアダクトに取り込まれた空気を有効に利用 して発電を行うことが容易となる。  Therefore, according to this device, it is easier to generate power by effectively utilizing the air taken into the air duct than when using the device to generate power in the presence of such a gap. Become.
( 1 2 ) 当該風力発電装置が前記移動体に着脱可能に搭載される (1 ) ないし ( 1 1 ) 項のいずれかに記載の風力発電装置。  (12) The wind turbine generator according to any one of (1) to (11), wherein the wind turbine generator is detachably mounted on the moving body.
前記 (1 ) ないし (1 1 ) 項のいずれかに記載の風力発電装置は、 例えば、 強 風状態での長時間運転が期待できないために効果的な連続発電も期待できない状 況においては、 そのユーザが、 移動体から一時的に取り外すことを希望する可能 性がある。 さらに、 同じ風力発電装置を別の移動体において使用することをその ユーザが希望する可能性もある。  The wind turbine generator according to any one of the above (1) to (11), for example, can not be expected to operate effectively in a strong wind for a long period of time, so that effective continuous power generation cannot be expected. The user may want to temporarily remove the mobile. In addition, the user may wish to use the same wind turbine on another vehicle.
それら可能性に鑑み、 本項に係る装置は、 移動体に着脱可能に搭載される。 し たがって、 この装置によれば、 風力発電装置の使い勝手が向上する。 図面の簡単な説明  In view of these possibilities, the device according to this section is detachably mounted on a moving body. Therefore, according to this device, the usability of the wind power generator is improved. Brief Description of Drawings
図 1は、 本発明の第 1実施形態に従う風力発電装置 1 0の外観を自動車 1 2に 搭載した状態で示す正面図である。  FIG. 1 is a front view showing an appearance of a wind turbine generator 10 according to a first embodiment of the present invention mounted on an automobile 12.
図 2は、 図 1の風力発電装置 1 0の外観を自動車 1 2に搭載した状態で示す側 面図である。  FIG. 2 is a side view showing the appearance of the wind power generator 10 of FIG.
図 3は、 図 1の風力発電装置 1 0を示す正面図である。  FIG. 3 is a front view showing the wind turbine generator 10 of FIG.
図 4は、 図 1の風力発電装置 1 0を示す部分側面断面図である。 図 5は、図 1の風力発電装置 1 0の電気系統を概念的に表すプロック図である。 図 6は、図 1の風力発電装置 1 0の発電機 3 6を詳細に示す側面断面図である。 図 7は、 相対風の風速と発電機のロータの回転速度との関係を、 図 1の風力発 電装置 1 0とそれのエアギャップの最小値と同じ値に発電機のエアギャップが固 定される通常の風力発電装置とに関してそれぞれ対比的に概念的に表すグラフで ある。 FIG. 4 is a partial side sectional view showing the wind turbine generator 10 of FIG. FIG. 5 is a block diagram conceptually showing an electric system of the wind power generator 10 of FIG. FIG. 6 is a side cross-sectional view showing the generator 36 of the wind power generator 10 of FIG. 1 in detail. Figure 7 shows the relationship between the relative wind speed and the rotation speed of the generator rotor.The generator air gap is fixed to the same value as the minimum value of the wind power generator 10 and its air gap in Figure 1. It is a graph which represents notionally about the usual wind power generator compared with each other conceptually.
図 8は、 図 1における発電機 3 6のロータ 6 2とステータ 6 0との間における エアギャップ 7 0の大きさとそれらロータ 6 2とステータ 6 0との間に作用する 磁力の大きさとの関係を確認するための実験結果を示すグラフである。  Fig. 8 shows the relationship between the size of the air gap 70 between the rotor 62 and the stator 60 of the generator 36 in Fig. 1 and the magnitude of the magnetic force acting between the rotor 62 and the stator 60. 7 is a graph showing experimental results for confirming the following.
図 9は、 図 1の風力発電装置 1 0によって蓄電された電気エネルギーのいくつ かの使用例を説明するための図である。  FIG. 9 is a diagram for explaining some usage examples of the electric energy stored by the wind power generator 10 of FIG.
図 1 0は、 本発明の第 2実施形態に従う風力発電装置 1 0を示す部分側面断面 図である。  FIG. 10 is a partial side sectional view showing wind power generator 10 according to the second embodiment of the present invention.
図 1 1は、 本発明の第 3実施形態に従う風力発電装置のうちエアダクト 1 5 2 の一部分を示す部分側面断面図である。  FIG. 11 is a partial side cross-sectional view showing a part of air duct 152 in the wind turbine generator according to the third embodiment of the present invention.
図 1 2は、 本発明の第 4実施形態に従う風力発電装置 2 0 4を示す部分側面断 面図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 12 is a partial side sectional view showing a wind turbine generator 204 according to the fourth embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に 説明する。  Hereinafter, some of the more specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図 1には、 本発明の第 1実施形態に従う移動体搭載用の風力発電装置 1 0の外 観が自動車 1 2に搭載されている状態で正面図によって示され、 図 2には、 側面 図によって示されている。 この風力発電装置 1 0は、 前述の移動型の風力発電装 置の一例であり、 自動車 1 2は前述の移動体の一例である。 FIG. 1 is a front view showing an appearance of a wind power generator 10 for mounting on a moving object according to a first embodiment of the present invention, which is mounted on an automobile 12. Indicated by This wind power generator 10 is the mobile wind power generator described above. The car 12 is an example of the above-described moving object.
この風力発電装置 1 0は、自動車 1 2の屋根 1 4に着脱可能に搭載されている。 この風力発電装置 1 0は、 自動車 1 2が走行することに伴つて自動車 1 2に対し て相対的に発生する相対風を利用することにより、 発電を行うように設計されて いる。  The wind power generator 10 is detachably mounted on a roof 14 of an automobile 12. The wind power generator 10 is designed to generate electric power by using a relative wind generated relatively to the automobile 12 as the automobile 12 travels.
この風力発電装置 1 0の屋根 1 4に対する装着は、 例えば、 屋根 1 4を吸引す る磁石を使用して磁気的に行ったり、 この風力発電装置 1 0を屋根に締結する締 結具を使用して機械的に行うことが可能である。  For example, the wind power generator 10 is attached to the roof 14 magnetically using a magnet that attracts the roof 14 or a fastener that fastens the wind power generator 10 to the roof is used. It can be done mechanically.
この風力発電装置 1 0が図 3には正面図で、 図 4には部分側面断面図でそれぞ れ示されている。  This wind power generator 10 is shown in a front view in FIG. 3 and in a partial side sectional view in FIG.
図 3およぴ図 4に示すように、 この風力発電装置 1 0はハゥジング 1 6を備え ている。 ハウジング 1 6には、 相対風を取り込むためのエアダクト 1 8が形成さ れている。  As shown in FIGS. 3 and 4, the wind turbine generator 10 has a housing 16. The housing 16 is provided with an air duct 18 for taking in the relative wind.
図 4に示すように、 エアダクト 1 8は、 自動車 1 2の前後方向すなわち相対風 の上流側から下流側に向かう方向 (風向) に平行に延びる円筒状の通路 2 0を備 えている。この通路 2 0は基本的には、同一の円形断面で真直ぐに延びているが、 本実施形態においては、 その通路 2 0の入口部 2 2において局部的に、 通路 2 0 内の流路面積が上流側から下流側に向かうにつれて漸減させられ、 それにより、 相対風の加速が実現されるようになっている。  As shown in FIG. 4, the air duct 18 is provided with a cylindrical passage 20 extending in the front-rear direction of the automobile 12, that is, in the direction (wind direction) from the upstream side to the downstream side of the relative wind. Although this passage 20 basically extends straight and has the same circular cross section, in the present embodiment, the passage area in the passage 20 is locally formed at the entrance 22 of the passage 20. Is gradually reduced from upstream to downstream, so that relative wind acceleration is realized.
図 4に示すように、 エアダクト 1 8内には同径のプロペラ型の風車 2 4, 2 6 が 2個、 互いに直列に配置されている。 各風車 2 4 , 2 6は、 それの中央に位置 するハブ 2 8 , 3 0から半径方向外向きに複数枚のプレード 3 2, 3 4が放射状 に延びるように構成されている。 各風車 2 4, 2 6は、 エアダクト 1 8と同軸に 配置されている。 図 4に示すように、 各風車 2 4 , 2 6には発電機 3 6, 3 8が同軸に連結され ている。 本実施形態においては、 各風車 2 4, 2 6がアップウィンド式とされて いる。 各発電機 3 6 , 3 8は、 ハウジング 1 6により、 図示しない支持具を介し て定位置に支持されている。 各発電機 3 6 , 3 8の構造については、 後に詳述す る。 As shown in FIG. 4, two propeller-type wind turbines 24 and 26 having the same diameter are arranged in series in the air duct 18. Each of the wind turbines 24, 26 is configured such that a plurality of blades 32, 34 extend radially outward from a hub 28, 30 located at the center thereof. Each of the windmills 24 and 26 is arranged coaxially with the air duct 18. As shown in FIG. 4, generators 36 and 38 are coaxially connected to the wind turbines 24 and 26, respectively. In the present embodiment, each of the windmills 24 and 26 is an upwind type. Each of the generators 36 and 38 is supported at a fixed position by a housing 16 via a support (not shown). The structure of each of the generators 36 and 38 will be described later in detail.
図 5には、 この風力発電装置 1 0のうちの電気系統が概念的にブロック図で表 されている。 この電気系統においては、 2個の発電機 3 6, 3 8が、 コントロー ラ 4 0およびレギユレータ 4 2を経て蓄電器 4 4に電気的に接続されている。 各 発電機 3 6, 3 8は、 相対風によって交流電流を発電するように設計されている ため、 コントローラ 4 0は、 その発電された交流電流を直流電流に変換する機能 を備えている。 これに対し、 レギユレータ 4 2は、 コントローラ 4 0から蓄電器 4 4への供給電圧および供給電流を調整する機能を備えている。  FIG. 5 conceptually shows a block diagram of an electric system of the wind power generator 10. In this electric system, two generators 36 and 38 are electrically connected to a battery 44 via a controller 40 and a regulator 42. Since each of the generators 36 and 38 is designed to generate an AC current by a relative wind, the controller 40 has a function of converting the generated AC current to a DC current. On the other hand, the regulator 42 has a function of adjusting the supply voltage and the supply current from the controller 40 to the battery 44.
したがって、 この電気系統によれば、 各発電機 3 6 , 3 8によって発電された 電力がコントローラ 4 0とレギユレータ 4 2とによる適切な処理を経て蓄電器 4 4に蓄積されることとなる。  Therefore, according to this electric system, the electric power generated by each of the generators 36 and 38 is stored in the battery 44 through appropriate processing by the controller 40 and the regulator 42.
図 3および図 4に示すように、 ハウジング 1 6には収容部 4 6 , 4 8も形成さ れ、 そこに上述のコントローラ 4 0、 レギユレータ 4 2および蓄電器 4 4が収容 される。本実施形態においては、蓄電器 4 4が、複数個の蓄電池を互いに独立し、 かつ、 蓄電器 4 4から分離可能な状態で収容している。 それにより、 この風力発 電装置 1 0のユーザは、 必要数の蓄電池を収容部 4 6 , 4 8から適宜取り出して 自動車 1 2の外部において使用できるようになつている。  As shown in FIGS. 3 and 4, housings 16 are also formed with housings 46 and 48, in which the controller 40, the regulator 42 and the electric storage 44 described above are housed. In the present embodiment, the storage battery 44 houses a plurality of storage batteries independently of each other and in a state where the storage batteries can be separated from the storage battery 44. As a result, the user of the wind power generator 10 can take out the required number of storage batteries from the housings 46 and 48 as appropriate and use it outside the automobile 12.
ここで、 図 6を用いて発電機 3 6, 3 8の構造を詳しく説明する。 ただし、 2 個の発電機 3 6 , 3 8の構造は互いに共通するため、 1個の発電機 3 6のみを代 表的に説明する。 図 6の (a ) および (b ) に示すように、 発電機 3 6は、 全体ハウジング 5 0 を備えている。 全体ハウジング 5 0は、 発電機 3 6の回転軸線の方向において、 共に有底円筒状を成す 2個の分割ハウジング 5 2, 5 4に分割されている。 それ ら分割ハウジング 5 2, 5 4のうち、 発電機 3 6の前側 (図において左側) に位 置するものを前側分割ハウジング 5 2、 後側 (図において右側) に位置するもの を後側分割ハウジング 5 4とそれぞれ称する。 Here, the structure of the generators 36, 38 will be described in detail with reference to FIG. However, since the structures of the two generators 36 and 38 are common to each other, only one generator 36 will be representatively described. As shown in (a) and (b) of FIG. 6, the generator 36 includes an entire housing 50. The whole housing 50 is divided into two divided housings 52, 54 both having a bottomed cylindrical shape in the direction of the rotation axis of the generator 36. Of the split housings 52, 54, the one located on the front side (left side in the figure) of the generator 36 is the front split housing 52, and the one located on the rear side (right side in the figure) is the rear split. These are referred to as housings 54 respectively.
それら前側分割ハゥジング 5 2と後側分割ハゥジング 5 4とは、 それらの開口 部同士において互いに対向する状態で互いに螺合されている。 これにより、 全体 ハウジング 5 0が、 内部に空間を有する形態で構成されている。  The front split housing 52 and the rear split housing 54 are screwed to each other with their openings facing each other. Thus, the entire housing 50 is configured to have a space inside.
このように構成された全体ハウジング 5 0内に、 図示しないコイルを有するス テータ 6 0と、 それに対して相対的にかつ同軸に回転させられるロータ 6 2とが 配置されている。 それらステータ 6 0およびロータ 6 2は共に、 発電機 3 6の回 転軸線と同軸に配置されている。  A stator 60 having a coil (not shown) and a rotor 62 that is rotated relatively and coaxially with the stator 60 are arranged in the overall housing 50 configured as described above. Both stator 60 and rotor 62 are arranged coaxially with the rotation axis of generator 36.
本実施形態においては、 ロータ 6 2が、 中空部 6 4を有していて、 その中空部 6 4内にステータ 6 0が配置される。 ロータ 6 2がステータ 6 0の外側に配置さ れるのであり、 結局、 発電機 3 6は、 アウターロータ方式を採用しているのであ る。 したがって、 本実施形態においては、 ステータ 6 0の外周面 6 6とロータ 6 2の内周面 6 8との間にエアギャップ 7 0が形成される。  In the present embodiment, the rotor 62 has a hollow portion 64, and the stator 60 is disposed in the hollow portion 64. The rotor 62 is arranged outside the stator 60, and, as a result, the generator 36 employs the outer rotor system. Therefore, in the present embodiment, an air gap 70 is formed between the outer peripheral surface 66 of the stator 60 and the inner peripheral surface 68 of the rotor 62.
ステータ 6 0は、 基端部 7 2と作用部 7 4とを備えている。 ステータ 6 0は、 その基端部 7 2において後側分割ハウジング 5 4にボルト 7 6を用いて固定され ている。 作用部 7 4の外周面 6 6、 すなわち、 ロータ 6 2との対向面は、 それの 直径が発電機 3 6の前側から後側に向かうにつれて連続的に増加するテーパ形状 を成している。 すなわち、 ステータ 6 0は、 それの連続的なテーパ外周面 6 6に おいてロータ 6 2に対向させられているのである。 これに対し、 ロータ 6 2も、 基端部 7 8と作用部 8 0とを備えている。 基端部 7 8には、 それと同軸にシャフト 8 2が固定され、 そのシャフト 8 2の先端部 8 4に風車 2 4がそれのハブ 2 8において同軸に固定される。 したがって、 風車 2 4が回転すれば、 それに伴ってロータ 6 2が回転させられることになる。 Stator 60 includes a base end 72 and a working portion 74. Stator 60 is fixed to rear split housing 54 at the base end 72 using bolts 76. The outer peripheral surface 66 of the working portion 74, that is, the surface facing the rotor 62 has a tapered shape whose diameter continuously increases from the front side to the rear side of the generator 36. That is, the stator 60 is opposed to the rotor 62 on its continuous tapered outer peripheral surface 66. On the other hand, the rotor 62 also includes a base end portion 78 and a working portion 80. A shaft 82 is coaxially fixed to the proximal end 78, and a windmill 24 is coaxially fixed to a distal end 84 of the shaft 82 at its hub 28. Therefore, if the windmill 24 rotates, the rotor 62 will be rotated accordingly.
ロータ 6 2の作用部 8 0の内周面 6 8、すなわち、ステータ 6 0との対向面は、 そのステータ 6 0の外周面 6 6を概して補完するテーパ形状を成している。 具体 的には、 作用部 8 0の内周面 6 8は、 それの直径が発電機 3 6の前側から後側に 向かうにつれて連続的に増加するテーパ形状を成している。  The inner peripheral surface 68 of the working portion 80 of the rotor 62, that is, the surface facing the stator 60 has a tapered shape that generally complements the outer peripheral surface 66 of the stator 60. Specifically, the inner peripheral surface 68 of the action portion 80 has a tapered shape whose diameter continuously increases from the front side to the rear side of the generator 36.
このように構成されたロータ 6 2の内周面 6 8には、 複数個の永久磁石 8 6が 周方向に等間隔に並んで固着されている。 この発電機 3 6においては、 それら永 久磁石 8 6がエアギャップ 7 0を隔てて前記ステータ 6 0のコイルに対向させら れており、 その結果、 それら永久磁石 8 6とコイルとの相対変位によって発電が 行われることとなる。 すなわち、 この発電機 3 6は、 ブラシレス方式を採用して いるのである。  A plurality of permanent magnets 86 are fixed to the inner peripheral surface 68 of the rotor 62 configured as described above at regular intervals in the circumferential direction. In the generator 36, the permanent magnets 86 are opposed to the coils of the stator 60 with an air gap 70 therebetween, and as a result, the relative displacement between the permanent magnets 86 and the coils is reduced. This will generate electricity. That is, the generator 36 employs a brushless system.
全体ハウジング 5 0内には、 さらに、 共に中空である軸力伝達部材 8 8とリテ ーナ 9 0とが配置されている。 それら軸力伝達部材 8 8とリテーナ 9 0とは、 そ れらの順に、 発電機 3 6の前側から後側に向かう方向において互いに直列に並ん でいる。  Inside the entire housing 50, an axial force transmitting member 88 and a retainer 90, both of which are hollow, are further arranged. The axial force transmitting member 88 and the retainer 90 are arranged in series in that order in a direction from the front side to the rear side of the generator 36.
軸力伝達部材 8 8はロータ 6 2を、 適数個 (図 6においては 2個) のラジアル ベアリング (軸受の一例である) 9 2を介して相対回転に支持している。 一方、 軸力伝達部材 8 8は、全体ハウジング 5 0に軸方向に摺動可能に嵌合されている。 したがって、 ロータ 6 2は、 ステータ 6 0に対し、 相対的な回転のみならず、 相 対的な軸方向移動も可能となっている。  The axial force transmitting member 88 supports the rotor 62 for relative rotation through an appropriate number (two in FIG. 6) of radial bearings (examples of bearings) 92. On the other hand, the axial force transmitting member 88 is fitted to the entire housing 50 so as to be slidable in the axial direction. Accordingly, the rotor 62 can not only rotate relative to the stator 60 but also move relative to the axial direction.
リテーナ 9 0も、 全体ハウジング 5 0に軸方向に摺動可能に嵌合されている。 このリテーナ 9 0と全体ハウジング 5 0との間に弾性部材 9 4が配置されてい る。 この弾性部材 9 4は、 リテーナ 9 0を介して軸力伝達部材 8 8を発電機 3 6 の前側に向かって常時付勢している。 一方、 ロータ 6 2の軸方向移動は、 軸力伝 達部材 8 8と一体的に行われるようになつている。 The retainer 90 is also fitted to the entire housing 50 so as to be slidable in the axial direction. An elastic member 94 is disposed between the retainer 90 and the entire housing 50. The elastic member 94 constantly urges the axial force transmitting member 88 toward the front side of the generator 36 via the retainer 90. On the other hand, the axial movement of the rotor 62 is performed integrally with the axial force transmitting member 88.
図 6の(a )に示すように、軸力伝達部材 8 8およびロータ 6 2の前進限度は、 軸力伝達部材 8 8 (ロータ 6 2と一体的に移動する部材の一例である) 力 全体 ハウジング 5 0に形成された後向きストツパ 9 6に当接することによって規定さ れる。 この前進限度においても弾性部材 9 4がロータ 6 2を一定荷重で付勢する ようになつている。 すなわち、 弾性部材 9 4の初期荷重が 0より大きい値に設定 されているのである。  As shown in FIG. 6A, the forward limit of the axial force transmitting member 88 and the rotor 62 is limited to the axial force transmitting member 88 (an example of a member that moves integrally with the rotor 62). It is defined by abutting a rearward-facing stopper 96 formed on the housing 50. Even at this forward limit, the elastic member 94 urges the rotor 62 with a constant load. That is, the initial load of the elastic member 94 is set to a value larger than zero.
弾性部材 9 4の一例は、 発電機 3 6の回転軸線に平行なコイルスプリングが複 数個、 その回転軸線と同軸な円周に沿って並んで構成されたものである。 別の例 は、 その回転軸線と同軸な円筒面に沿って螺旋状を成して延びるコイルスプリン グである。 さらに別の例は、 その回転軸線と同軸な皿ばねである。  One example of the elastic member 94 is formed by arranging a plurality of coil springs parallel to the rotation axis of the generator 36 along a circumference coaxial with the rotation axis. Another example is a coil spring that extends helically along a cylindrical surface that is coaxial with its axis of rotation. Yet another example is a disc spring coaxial with its axis of rotation.
図 6の(b )に示すように、軸力伝達部材 8 8およびロータ 6 2の後退限度は、 リテーナ 9 0 (ロータ 6 2と一体的に移動する部材の一例である) 力 全体ハウ ジング 5 0に形成された前向きストツパ 9 8に当接することによって規定され る。  As shown in FIG. 6B, the retreat limit of the axial force transmitting member 88 and the rotor 62 is a retainer 90 (an example of a member that moves integrally with the rotor 62). It is defined by contacting the forward stop 98 formed at zero.
図 6の (a ) および (b ) に示すように、 発電機 3 6は、 それの全体ハウジン グ 5 0を外側から覆うプロテクタ 1 0 0を備えている。このプロテクタ 1 0 0は、 適数本のボルト 1 0 2によって全体ハウジング 5 0に固定されている。 このプロ テクタ 1 0 0は、 発電機 3 6のための防水機能を備えている。  As shown in FIGS. 6A and 6B, the generator 36 is provided with a protector 100 that covers the entire housing 50 from the outside. The protector 100 is fixed to the entire housing 50 by an appropriate number of bolts 102. This protector 100 has a waterproof function for the generator 36.
なお付言するに、 弾性部材 9 4は、 ロータ 6 2の軸力と軸方向移動量すなわち エアギャップ 7 0の大きさとの関係を規定する関係規定機構の一例である。 この 関係規定機構は、 例えば、 それら軸力と軸方向移動量との関係を、 線形なものと して規定したり、 非線形なものとして規定したり、 軸力が一定値を超えると軸方 向移動量が変化しないように規定することが可能である。 It should be noted that the elastic member 94 is an example of a relationship defining mechanism that defines the relationship between the axial force of the rotor 62 and the amount of axial movement, that is, the size of the air gap 70. this The relationship defining mechanism, for example, defines the relationship between the axial force and the amount of axial movement as a linear or non-linear relationship, or moves the axial direction when the axial force exceeds a certain value. It is possible to specify that the amount does not change.
次に、 この発電機 3 6の作動を説明する。  Next, the operation of the generator 36 will be described.
この発電機 3 6においては、 ロータ 6 2に着目すれば、 弾性部材 9 4によって 常時、 発電機 3 6の前側に向かう前向き軸力が作用させられる一方、 風車 2 4が 相対風を受ける場合には、 そのことに起因して、 発電機 3 6の後側に向かう後向 き軸力が作用させられる。  In this generator 36, if attention is paid to the rotor 62, the elastic member 94 constantly applies a forward axial force toward the front side of the generator 36, while the windmill 24 receives relative wind. As a result, a rearward axial force toward the rear side of the generator 36 is applied.
この後向き軸力が発生するメカニズムを説明すれば、 風車 2 4は、 前述のよう に、 プロペラ型であって、 その風車 2 4の回転軸線に平行な相対風の風力を、 そ の風車 2 4の回転力と軸力とに変換する作用を果す。 この作用によつて風車 2 4 に発生した軸力がシャフト 8 2を経て発電機 3 6のロータ 6 2に伝達されるので ある。  To explain the mechanism of generating this backward axial force, as described above, the wind turbine 24 is of a propeller type, and the wind of the relative wind parallel to the rotation axis of the wind turbine 24 is generated by the wind turbine 24. It converts the rotational force into the rotational force and the axial force. The axial force generated in the wind turbine 24 by this action is transmitted to the rotor 62 of the generator 36 via the shaft 82.
このようなメカニズムによってロータ 6 2に発生した後向き軸力は、 軸力伝達 部材 8 8によってリテーナ 9 0に伝達され、 さらに、 そのリテーナ 9 0によって 弾性部材 9 4に、 それの弾性力に抗する向きに伝達される。  The rearward axial force generated in the rotor 62 by such a mechanism is transmitted to the retainer 90 by the axial force transmitting member 88, and further, the elastic member 94 is opposed to the elastic force by the retainer 90. It is transmitted in the direction.
自動車 1 2が停止しているために風車 2 4が相対風をまったく受けないか、 ま たはき動車 1 2の走行速度が低速であるために相対風が弱風である (風力が設定 値以下である) 場合には、 後向き軸力が前向き軸力に打ち勝つことができない。 この状態においては、 図 6の (a ) に示すように、 ロータ 6 2が前進限度にあ る。 この状態においては、 エアギャップ 7 0が最大であり、 よって、 ステータ 6 0とロータ 6 2との間に作用する磁力が最小である。 その結果、 発電機 3 6の口 ータ 6 2の起動トルクすなわち風車 2 4の起動トルクが最小となっている。 自動車 1 2の走行速度が増加することに伴って風車 2 4が受ける相対風の風力 が増加すれば、それに伴って後向き軸力は増加する力 前向き軸力は変化しない。 そのため、 風力が増加するにつれて後向き軸力の大きさが前向き軸力に接近し、 やがて後向き軸力が前向き軸力に打ち勝つに至る。 そうすると、 ロータ 6 2、 軸 力伝達部材 8 8およびリテーナ 9 0が互いに一体的に、 弾性部材 9 4の弾性力に 抗して後退し、 やがて後退限度に至る。 The windmill 24 does not receive any relative wind because the car 12 is stopped, or the relative wind is weak because the running speed of the windmill 12 is low. In this case, the rearward axial force cannot overcome the forward axial force. In this state, the rotor 62 is at the forward limit, as shown in FIG. In this state, the air gap 70 is the largest, and thus the magnetic force acting between the stator 60 and the rotor 62 is the smallest. As a result, the starting torque of the port 62 of the generator 36, that is, the starting torque of the windmill 24 is minimized. Wind force of relative wind received by windmill 2 4 as the traveling speed of car 1 2 increases Increases, the backward axial force increases accordingly. The forward axial force does not change. Therefore, as the wind power increases, the magnitude of the backward axial force approaches the forward axial force, and the backward axial force eventually overcomes the forward axial force. Then, the rotor 62, the axial force transmitting member 88, and the retainer 90 retreat integrally with each other against the elastic force of the elastic member 94, and eventually reach the retreat limit.
すなわち、 風力によってロータ 6 2に発生する軸力 (後向き軸力) 力 弾性部 材 9 4の初期荷重 (前向き軸力) に打ち勝つに至れば、 ロータ 6 2が後退を開始 するようになっているのであり、 このように、 弾性部材 9 4の初期荷重 (設定荷 重) によってロータ 6 2の後退タイミングが決定されるのである。  In other words, when the axial force (rearward axial force) generated on the rotor 62 by the wind force overcomes the initial load (forward axial force) of the elastic member 94, the rotor 62 starts to retreat. Thus, the retreat timing of the rotor 62 is determined by the initial load (set load) of the elastic member 94 as described above.
図 6の (b ) には、 発電機 3 6力 ロータ 6 2が後退限度にある状態で示され ている。 この状態においては、-エアギャップ 7 0が最小であり、 よって、 ステー タ 6 0とロータ 6 2との間に作用する磁力が最大である。 その結果、 発電機 3 6 のロータ 6 2の起動トルクすなわち風車 2 4の起動トルクが最大となっている。 一般に、 エアギャップ 7 0が増加するにつれてロータ 6 2の起動トルクが減少 する。 よって、 エアギャップ 7 0が最大である状態においては、 エアギャップ 7 0が最小である場合よりロータ 6 2の起動トルクが小さレ、。  FIG. 6B shows a state in which the generator 36 and the rotor 62 are at the retreat limit. In this state, the air gap 70 is minimum, and thus the magnetic force acting between the stator 60 and the rotor 62 is maximum. As a result, the starting torque of the rotor 62 of the generator 36, that is, the starting torque of the windmill 24 is maximized. Generally, the starting torque of the rotor 62 decreases as the air gap 70 increases. Therefore, when the air gap 70 is maximum, the starting torque of the rotor 62 is smaller than when the air gap 70 is minimum.
図 7には、 相対風の風速とロータ 6 2の回転速度との関係が、 本実施形態に従 う風力発電装置 1 0と本実施形態におけるエアギャップ 7 0の最小値と同じ値に 発電機のエアギャップが固定される通常の風力発電装置とに関してそれぞれ対比 的にグラフで概念的に表されている。  FIG. 7 shows that the relationship between the relative wind speed and the rotation speed of the rotor 62 is the same as the minimum value of the air gap 70 in the wind power generator 10 according to the present embodiment and the present embodiment. This is conceptually represented in a graph in contrast to a conventional wind power generator with a fixed air gap.
ところで、 いずれの風力発電装置についても、 自動車 1 2に搭載して使用する 場合には、 き動車 1 2の走行速度 (以下、 「車速」 という) が時間と共に変化し、 それに伴って相対風の風速が変化する過渡的な状況を想定することが必要であ る。 そこで、 図 7については、 自動車 1 2が停止状態から一定の加速度で加速さ れる過渡的な状況が想定されている。 そして、 このような過渡的な状況において は、 ロータ 6 2の回転速度の、 風速の変化に対する応答遅れを考慮することが重 要である。 By the way, when any of the wind power generators is mounted on the automobile 12 and used, the traveling speed of the motor vehicle 12 (hereinafter referred to as “vehicle speed”) changes with time, and the relative wind It is necessary to assume a transient situation where the wind speed changes. Therefore, in Fig. 7, the vehicle 12 is accelerated from a stationary state at a constant acceleration. A transient situation is assumed. In such a transient situation, it is important to consider a response delay of the rotation speed of the rotor 62 to a change in the wind speed.
本実施形態においては、 相対風によって風車 2 4に作用する回転トルクが最大 のエアギャップ 7 0に対応する第 1の起動トルクに打ち勝つに至れば、 風車 2 4 が起動する。 図 7には、 このときの風速が起動風速 V S Tとして表されている。 本実施形態においては、 車速が増加して風速が増加した結果、 それに起因する 風車 2 4の軸力によってロータ 6 2が前進限度から後退限度に移動してエアギヤ ップ 7 0が最小となると、その後に、発電機 3 6による正規の発電が開始される。 図 7には、 このときの風速がカットイン風速 V C Iとして表されている。  In the present embodiment, when the rotational torque acting on the windmill 24 due to the relative wind overcomes the first starting torque corresponding to the maximum air gap 70, the windmill 24 is started. In FIG. 7, the wind speed at this time is represented as the starting wind speed VST. In the present embodiment, when the rotor speed is moved from the forward limit to the reverse limit by the axial force of the windmill 24 as a result of the increase of the vehicle speed and the wind speed due to the increase of the wind speed, the air gap 70 becomes minimum. After that, regular power generation by the generator 36 is started. FIG. 7 shows the wind speed at this time as a cut-in wind speed V C1.
これに対し、 通常の風力発電装置にお-レヽては、 相対風によって風車に作用する 回転トルクが最小のエアギャップに対応する第 2の起動トルク (第 1の起動トル クより大きい) に打ち勝つに至れば、 風車が起動する。 図 7には、 このときの風 速が起動風速 V S T ' として表されているが、 これは、 本実施形態における起動 風速 V S Tより高い。  On the other hand, in the case of a normal wind power generator, the rotational torque acting on the windmill by the relative wind overcomes the second starting torque (greater than the first starting torque) corresponding to the smallest air gap. , The windmill starts. In FIG. 7, the wind speed at this time is represented as the starting wind speed VST ′, which is higher than the starting wind speed VST in the present embodiment.
通常の風力発電装置においては、 車速が増加して風速が増加するにつれてロー タの回転速度が増加するが、 本実施形態におけるより遅い時期に風車が起動する うえに、 風車およびそれと一体的に回転する要素のイナ一シャ、 摺動抵抗等に起 因する応答遅れにより、 ロータの回転速度が、 発電機による正規の発電に必要な 値に到達する時期が本実施形態におけるより遅い。 通常の風力発電装置につき、 発電機による正規の発電の開始時期における風速が、 図 7には、 カットイン風速 V C I ' として表されており、 これも、 本実施形態におけるカットイン風速 V C Iより高い。  In a normal wind power generator, the rotation speed of the rotor increases as the vehicle speed increases and the wind speed increases.However, the wind turbine starts up later in the present embodiment, and the wind turbine and the wind turbine rotate integrally therewith. Due to the response delay caused by inertia, sliding resistance, and the like of the element, the time at which the rotation speed of the rotor reaches a value required for normal power generation by the generator is later than in the present embodiment. For a normal wind power generator, the wind speed at the start of regular power generation by the generator is shown in FIG. 7 as a cut-in wind speed V C I ′, which is also higher than the cut-in wind speed V C I in the present embodiment.
相対風が完全に定常的である状況を想定すれば、カツトイン風速 V C Iは本来、 相対風の風速によって決まるが、 過渡的な状況においては、 風速の変化に対して ロータの回転速度が迅速に応答することができないため、 上述のように、 通常の 風力発電装置では、 発電機による正規の発電を早期に開始することができない。 これに対し、 本実施形態によれば、 風車 2 4の起動が早期にすなわちスムーズ に行われるため、 発電機 3 6による発電を早期に開始することが可能となる。 以上の説明から明らかなように、 本実施形態においては、 相対風によって風車 2 4, 2 6に発生する軸力を利用することにより、 発電機 3 6, 3 8のエアギヤ ップ 7 0が、 弱風状態において強風状態におけるより大きくなるように変化させ られる。 それにより、 弱風状態において風車 2 4, 2 6をスムーズに起動させる ことが可能となる。 Assuming a situation where the relative wind is completely steady, the cut-in wind speed VCI It depends on the wind speed of the relative wind, but in a transient situation, the rotation speed of the rotor cannot respond quickly to changes in the wind speed. Regular power generation cannot be started early. On the other hand, according to the present embodiment, the wind turbine 24 is started early, that is, smoothly, so that the power generation by the generator 36 can be started early. As is clear from the above description, in the present embodiment, the air gap 70 of the generators 36, 38 is reduced by utilizing the axial force generated in the wind turbines 24, 26 by the relative wind. It is changed to be larger in a weak wind condition than in a strong wind condition. As a result, the wind turbines 24 and 26 can be started smoothly in a weak wind condition.
なお付言すれば、 前述のように、 本実施形態においては、 発電機 3 6, 3 8が アウターロータ方式を採用している。 このアウターロータ方式を採用する場合に は、 ロータ 6 2がステータ 6 0の内側において回転するインナーロータ方式を採 用する場合に比べて、 発電機の外形寸法の割に、 複数個の永久磁石が並んで配置 される円周の直径を増加させることが容易である。 その直径が増加すれば、 それ ら永久磁石の総合的な表面積も増加して、 永久磁石がステータのコイルに作用さ せ得る磁力も増加する。  In addition, as mentioned above, in the present embodiment, the generators 36, 38 adopt the outer rotor system. In the case of employing the outer rotor system, a plurality of permanent magnets are required for the outer dimensions of the generator, compared with the case of employing the inner rotor system in which the rotor 62 rotates inside the stator 60. It is easy to increase the diameter of the circumferences arranged side by side. As their diameter increases, the overall surface area of the permanent magnets also increases, and the magnetic force that the permanent magnets can act on the stator coils increases.
したがって、 本実施形態によれば、 アウターロータ方式の採用により、 発電機 3 6, 3 8の発電効率を向上させることが容易となる。  Therefore, according to the present embodiment, it is easy to improve the power generation efficiency of the generators 36 and 38 by employing the outer rotor method.
一般に、 発電機は、 発電効率が高いほど、 起動トルクが大きい。 これに対し、 本実施形態によれば、 エアギャップを可変にする技術を採用することにより、 弱 風状態における起動トルクの低減と、 強風状態における発電効率の向上とを両立 させることが容易となる。  In general, the higher the power generation efficiency of a generator, the larger the starting torque. On the other hand, according to the present embodiment, by adopting the technology that makes the air gap variable, it becomes easy to achieve both a reduction in the starting torque in a weak wind state and an improvement in the power generation efficiency in a strong wind state. .
本発明者は、 発電機 3 6 , 3 8におけるエアギャップ 7 0の大きさと永久磁石 8 6の磁力の大きさとの関係を確認するため、 実験を行った。 The inventor considered that the size of the air gap 70 in the generators 36, 38 and the permanent magnet An experiment was conducted to confirm the relationship with the magnitude of the magnetic force of 86.
この実験においては、 発電機 3 6, 3 8における永久磁石 8 6を代用する実験 用の永久磁石が使用されるとともに、 ステータ 6 0を代用する可動部材が使用さ れた。  In this experiment, an experimental permanent magnet used in place of the permanent magnet 86 in the generators 36, 38 was used, and a movable member used in place of the stator 60 was used.
具体的には、 この実験においては、 実験用の永久磁石が定位置に保持された状 態で、 その永久磁石と、 それに吸引される可動部材との間における空間がエアギ ヤップとみなされて、そのエアギャップの大きさが順次変化させられた。さらに、 エアギヤップの各値につき、 永久磁石によつて可動部材が吸引される力が磁力と して測定された。  Specifically, in this experiment, the space between the permanent magnet for the experiment and the movable member attracted by the permanent magnet in a state where the permanent magnet for the experiment is held in a fixed position is regarded as an air gap. The size of the air gap was sequentially changed. Furthermore, for each value of the air gap, the force at which the movable member was attracted by the permanent magnet was measured as the magnetic force.
図 8には、 その実験結果がグラフで表されている。 このグラフの横軸にはエア ギヤップの大きさが取られており、一方、縦軸には磁力の大きざが取もれている。 ただし、 磁力は、 エアギャップが 0 . 0 7 5 mmであるときにおける磁力を基準 として算出される百分率で示されている。 0 . 0 7 5 mmというエアギャップは、 0に十分に近いエアギャップであると考えられ、 よって、 そのときにおける磁力 は、 それの最大値に十分に近い磁力であると考えられる。  Figure 8 shows the results of the experiment in a graph. The horizontal axis of this graph shows the size of the air gap, while the vertical axis shows the magnitude of the magnetic force. However, the magnetic force is shown as a percentage calculated based on the magnetic force when the air gap is 0.075 mm. An air gap of 0.075 mm is considered to be an air gap sufficiently close to 0, and the magnetic force at that time is considered to be a magnetic force sufficiently close to its maximum value.
このグラフから明らかなように、 エアギャップを約 0 . 1 mmと約 0 . 9 mm との間の範囲において変化させれば磁力が大きく変化する。 この実験結果によれ ば、 発電機 3 6, 3 8を設計するに際し、 ロータ 6 2の必要移動距離のオーダが 実用的な範囲を逸脱せずに済むことが分かる。 ロータ 6 2の必要移動距離がきわ めて小さいために発電機 3 6 , 3 8の製造が精度上困難であるという問題も、 口 ータ 6 2の必要移動距離がきわめて大きいために発電機 3 6, 3 8が過剰に大形 化してしまうという問題も発生せずに済むのである。  As is apparent from this graph, if the air gap is changed in a range between about 0.1 mm and about 0.9 mm, the magnetic force changes significantly. According to these experimental results, when designing the generators 36 and 38, it is understood that the order of the required moving distance of the rotor 62 does not deviate from a practical range. Another problem is that the required moving distance of the rotor 62 is extremely small, making the production of the generators 36, 38 difficult with accuracy. The problem of excessive enlargement of 6, 38 does not occur.
図 9には、 この風力発電装置 1 0の所有者とその用途との関係のうち代表的な ものが簡略的に示されている。 例えば、 この風力発電装置 1 0の所有者が個人であり、 かつ、 その個人が自ら その風力発電装置 1 0を使用して発電を行う場合には、 図 9において上段に示す ように、 その個人は、 蓄電器 4 4に蓄積された電力 (電気エネルギーの意味で使 用する) を、 個人的または家庭的に使用したり、 第三者に販売することが考えら れる。 FIG. 9 schematically shows a typical relationship between the owner of the wind turbine generator 10 and its use. For example, if the owner of the wind power generator 10 is an individual and the individual generates power using the wind power generator 10 by himself, as shown in the upper part of FIG. It is possible that the electricity stored in the battery 44 (used in the sense of electrical energy) may be used personally or at home, or sold to a third party.
また、この風力発電装置 1 0の所有者が事業体としての運送会社であり、かつ、 その運送会社が、 自動車としての貨物車両にこの風力発電装置 1 0を搭載して運 送中に発電を行う場合もある。 この場合には、 図 9において上段に示すように、 その運送会社は、 蓄電器 4 4に蓄積された電力を運送会社のために使用したり、 第三者に販売することが考えられる。  The owner of the wind power generator 10 is a transport company as a business entity, and the transport company mounts the wind power generator 10 on a freight vehicle as an automobile and generates power during transportation. May be done. In this case, as shown in the upper part of FIG. 9, the transport company may use the electric power stored in the battery 44 for the transport company or sell it to a third party.
また、この風力発電装置 1 0の所有者が事業体としての鉄道会社であり γかつ、 その鉄道会社が、 移動体としての鉄道車両にこの風力発電装置 1 0を搭載して運 行中に発電を行う場合もある。 この場合には、 図 9において中段に示すように、 その鉄道会社は、 蓄電器 4 4に蓄積された電力を、 その鉄道車両の走行のために 使用したり、 その鉄道車両内において他の目的のために使用したり、 第三者に販 売することが考えられる。  The owner of the wind turbine generator 10 is a railway company as a business entity, and the railway company mounts the wind turbine generator 10 on a railway vehicle as a mobile unit to generate power during operation. In some cases. In this case, as shown in the middle section of FIG. 9, the railway company uses the electric power stored in the battery 44 for traveling of the railway vehicle, or for other purposes in the railway vehicle. Or sell it to a third party.
また、 この風力発電装置 1 0の所有者が事業体としての道路管理会社であり、 かつ、 その道路管理会社が、 それが管理する道路 (例えば、 高速道路) を利用す る運転者にこの風力発電装置 1 0を貸し出し、 その運転者が、 移動体としての自 動車 1 2にこの風力発電装置 1 0を搭載して走行中に発電を行う場合もある。 この場合には、 図 9において下段に示すように、 その道路管理会社は、 運転者 による走行の終了後に、 貸し出した風力発電装置 1 0をその自動車から取り外す とともに、 それの蓄電器 4 4に蓄積された電力を、 その道路管理会社のために使 用したり、 第三者に販売することが考えられる。 この場合、 道路管理会社は、 道 路利用者によって発電された電力を受け取る代償として、 例えば、 その道路利用 者が支払うべき道路使用料 (例えば、 高速料金) を割引することが考えられる。 以上、 この風力発電装置 1 0のいくつかの具体的な用途を説明したが、 これら は、 この風力発電装置 1 0を利用する用途の例にすぎず、 これらの他にも種々の 用途が考えられる。 In addition, the owner of the wind turbine generator 10 is a road management company as an entity, and the road management company gives a driver using a road (for example, an expressway) managed by the road management company. The power generator 10 may be rented out, and the driver may mount the wind power generator 10 on the vehicle 12 as a moving body and generate power while traveling. In this case, as shown in the lower part of FIG. 9, the road management company removes the rented wind power generator 10 from the car after the driver finishes driving, and stores the wind power generator 10 in its battery 44. Could be used for the road management company or sold to third parties. In this case, the road management company The cost of receiving electricity generated by a road user may be, for example, a discount on road usage fees (eg, highway tolls) that the road user must pay. Although several specific applications of the wind power generator 10 have been described above, these are only examples of applications using the wind power generator 10, and various other applications are considered. Can be
以上の説明から明らかなように、 本実施形態においては、 発電機 3 6, 3 8の うち、 ステータ 6 0のテーパ外周面 6 6と、 ロータ 6 2のテーパ内周面 6 8と、 ロータ 6 2をステータ 6 0に対して相対的に軸方向移動可能に支持する部分であ る軸力伝達部材 8 8とが互いに共同して、前記(1 ) または (2 )項における 「ト ルク制御機構」 の一例を構成するとともに、 前記 (6 ) 項における 「エアギヤッ プ制御機構」 の一例を構成しているのである。  As is clear from the above description, in the present embodiment, among the generators 36 and 38, the taper outer peripheral surface 66 of the stator 60, the taper inner peripheral surface 68 of the rotor 62, and the rotor 6 2 and a shaft force transmitting member 88 supporting the stator 60 so as to be movable relative to the stator 60 in the axial direction. And an example of the “airgap control mechanism” in the above item (6).
次に、 本発明の第 2実施形態を説明する。 ただし、 本実施形態は、 エアダクト および風車に関して第 1実施形態と異なり、 他の要素に関しては第 1実施形態と 共通するため、 エアダクトおょぴ風車について詳細に説明し、 共通する要素につ いては同一の符号または名称を使用して引用することにより詳細な説明を省略す る。  Next, a second embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment is different from the first embodiment with respect to the air duct and the wind turbine, and the other elements are common to the first embodiment.Therefore, the air duct and the wind turbine will be described in detail, and the common elements will be described. The detailed description is omitted by quoting using the same reference numerals or names.
第 1実施形態においては、 エアダクト 1 8内の通路 2 0の流路面積が上流側か ら下流側まで同じであり、 風車 2 4, 2 6の外径も上流側に位置する風車 2 4と 下流側に位置する風車 2 6とで同じである。  In the first embodiment, the flow passage area of the passage 20 in the air duct 18 is the same from the upstream side to the downstream side, and the outer diameters of the wind turbines 24 and 26 are the same as those of the wind turbine 24 located upstream. The same applies to the wind turbine 26 located downstream.
これに対し、 本実施形態においては、 エアダクト内の通路の流路面積が、 上流 側と下流側とで互いに異なっている。 さらに、 それに伴い、 風車の外径も上流側 と下流側とで互レ、に異なっている。  On the other hand, in the present embodiment, the flow passage area of the passage in the air duct is different between the upstream side and the downstream side. In addition, the outer diameter of the wind turbine is different between upstream and downstream.
具体的には、 図 1 0に示すように、 通路 1 2 0には、 それの上流側には大径部 1 2 2、 下流側には小径部 1 2 4がそれぞれ形成されている。 これに伴い、 上流 側には大径の風車 1 2 6が、 下流側には小径の風車 1 2 8がそれぞれ配置されて いる。 Specifically, as shown in FIG. 10, a large diameter portion 122 is formed in the passage 120 on the upstream side thereof, and a small diameter portion 124 is formed in the downstream side thereof. Along with this, upstream A large-diameter wind turbine 126 is arranged on the side, and a small-diameter wind turbine 128 is arranged on the downstream side.
したがって、 本実施形態によれば、 エアダクト 1 3 0内において上流側に位置 する風車 1 2 6を通過した風は通過する前よりも弱い風であるが、 その弱い風が その位置より流路面積が狭い下流側に送り込まれることによつて加速されて風力 が少なくとも部分的に回復させられた後に、 下流側に位置する風車 1 2 8に誘導 される。  Therefore, according to the present embodiment, the wind that has passed through the windmill 126 located upstream in the air duct 130 is a weaker wind than before passing, but the weaker wind has a larger flow area than that position. After being accelerated by being fed to the narrow downstream side and the wind power is at least partially recovered, it is guided to the wind turbine 128 located downstream.
さらに、 本実施形態においては、 下流側に位置する風車 1 2 8の大きさを小径 にすることにより、 弱風でも発電機 3 8のロータ 6 2の高速回転を実現すること が可能となり、 発電機 3 8の発電効率を向上させることが容易となる。  Further, in the present embodiment, by reducing the size of the wind turbine 128 located on the downstream side to a small diameter, it is possible to realize high-speed rotation of the rotor 62 of the generator 38 even in a weak wind. It is easy to improve the power generation efficiency of the machine 38.
次に、 本発明の第 3実施形態を説明する。 ただし、 本実施形態は、 エアダクト および風車に関して第 1および第 2実施形態と異なり, 他の要素に関しては第 1 および第 2実施形態と共通するため、 エアダクトおよび風車について詳細に説明 し、 共通する要素については同一の符号または名称を使用して引用することによ り詳細な説明を省略する。  Next, a third embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment is different from the first and second embodiments in terms of the air duct and the wind turbine, and the other elements are common to the first and second embodiments. Therefore, the air duct and the wind turbine will be described in detail, and the common elements will be described. Are referred to using the same reference numerals or names, and a detailed description thereof will be omitted.
第 1および第 2実施形態においては、 風車の外径が、 エアダクト 1 8, 1 3 0 内の通路 2 0 , 1 2 0の内径よりわずかに小さいように設定されている。 これに 対し、 本実施形態においては、 図 1 1に示すように、 風車 1 5 0の外径が、 エア ダクト 1 5 2内の通路 1 5 4の内径より大きいように設定されている。  In the first and second embodiments, the outer diameter of the wind turbine is set to be slightly smaller than the inner diameter of the passages 20 and 120 in the air ducts 18 and 130. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, the outer diameter of the wind turbine 150 is set to be larger than the inner diameter of the passage 154 in the air duct 152.
ただし、 本実施形態においては、 エアダクト 1 5 2内の通路 1 5 4の内周面 1 5 6に局部的に、風車 1 5 0に対向する位置に環状の溝 1 5 8が形成されている。 その溝 1 5 8の底面 1 6 0が迪る円周の直径は、 風車 1 5 0のブレード 1 6 2の 先端との間に隙間が残る大きさに設定されている。さらに、その溝 1 5 8の幅は、 ブレード 1 6 2をそれの回転面に平行な方向に投影した場合のブレード 1 6 2の 投影幅に、 風車 1 5 0が軸方向に移動可能な距離を見込んで設定されている。 図 1 1において破線は、 発電機 3 6のロータ 6 2が後退限度にある様子を示してい る。 However, in the present embodiment, an annular groove 158 is formed at a position facing the windmill 150 locally on the inner peripheral surface 156 of the passage 154 in the air duct 155. . The diameter of the circumference surrounded by the bottom surface 160 of the groove 158 is set to be large enough to leave a gap between the tip of the blade 162 of the windmill 150. Furthermore, the width of the groove 158 is the width of the blade 162 when the blade 162 is projected in a direction parallel to its rotational plane. The projection width is set in consideration of the distance that the windmill 150 can move in the axial direction. The broken line in FIG. 11 indicates that the rotor 62 of the generator 36 is at the retreat limit.
したがって、 本実施形態によれば、 エアダクト 1 5 2をそれの流路に沿って投 影した場合に、 風車 1 5 0のブレード 1 6 2の先端と通路 1 5 4との間に空気の 漏れを許容する隙間が存在せずに済むため、 エアダクト 1 5 2に取り込まれた空 気を有効に利用して発電を行うことができる。  Therefore, according to the present embodiment, when the air duct 15 2 is projected along the flow path of the air duct 15, air leaks between the tip of the blade 16 2 of the wind turbine 150 and the passage 15 4. Since there is no need to provide a gap that allows air to flow, power can be generated by effectively utilizing the air taken into the air ducts 152.
さらに、 本実施形態によれば、 風車 1 5 0のプレード 1 6 2の先端とエアダク ト 1 5 2内の通路 1 5 4との間の隙間寸法にそれほど高い精度を必要としないた め、 風車 1 5◦およびエアダクト 1 5 2の製造およひ且付けが容易になる。 次に本発明の第 4実施形態に従う風力発電装置を説明する。 ただし、 本実施形 態は、 第 1実施形態と共通する要素が多いため、 共通する要素については、 同一 の名称または符号を使用して引用することによって詳細な説明を省略し、 異なる 要素については詳細に説明する。  Further, according to the present embodiment, since the gap between the tip of the blade 162 of the windmill 150 and the passage 1554 in the air duct 152 does not need to be so precise, the windmill The production and attachment of the air duct 15 and the air duct 15 2 become easy. Next, a wind power generator according to a fourth embodiment of the present invention will be described. However, since this embodiment has many elements in common with the first embodiment, detailed descriptions of the common elements will be omitted by using the same names or reference numerals, and different elements will be omitted. This will be described in detail.
第 1実施形態においては、 風車 2 4 , 2 6の起動をスムーズ化するために、 発 電機 3 6 , 3 8のロータ 6 2とステータ 6 0との間におけるエアギャップ 7 0が ロータ 6 2の軸力によって変化させられる。  In the first embodiment, an air gap 70 between the rotor 62 and the stator 60 of the generators 36, 38 is formed by the air gap 70 of the rotor 62 in order to make the start of the wind turbines 24, 26 smooth. It is changed by the axial force.
これに対し、 本実施形態においては、 発電機とは無関係に風車の起動のスムー ズ化が実現される。 具体的には、 風車とロータとの間にクラッチが設けられ、 風 車の軸力によってそのクラッチを接続 '断絶することにより、 風車の起動がスム ーズィ匕されるようになっている。  On the other hand, in the present embodiment, smooth start-up of the wind turbine is realized irrespective of the generator. Specifically, a clutch is provided between the windmill and the rotor, and the clutch is connected and disconnected by the axial force of the windmill, so that the start of the windmill is smoothly performed.
さらに具体的には、 図 1 2に示すように、 風車 1 8 0と発電機 1 8 2のロータ 1 8 4とを互いに連結するシャフト 1 8 5が 2分割されている。 風車側シャフト 1 8 6と発電機側シャフト 1 8 8とに分割されているのであり、 それらの間にク ラッチ 1 9 0が設置されている。 More specifically, as shown in FIG. 12, a shaft 185 connecting the windmill 180 and the rotor 184 of the generator 18 to each other is divided into two. It is divided into a windmill-side shaft 186 and a generator-side shaft 188. Latch 190 is installed.
クラッチ 1 9 0は、 中空のハウジング 1 9 2を備えており、 そのハウジング 1 9 2内において一対の係合部材 1 9 4 , 1 9 5が互いに対向させられている。 そ れら一対の係合部材 1 9 4, 1 9 5は、 互いに係合する係合状態において相対回 転が阻止される一方、 互いに分離する分離状態において相対回転が許容される。 すなわち、その係合状態が、クラッチ 1 9 0の接続状態であり、その分離状態が、 クラッチ 1 9 0の断絶状態なのである。  The clutch 190 has a hollow housing 192, and a pair of engaging members 1994 and 1995 are opposed to each other in the housing 1992. The pair of engaging members 194 and 195 are prevented from rotating relative to each other in the engaged state where they are engaged with each other, while being allowed to rotate in the separated state where they are separated from each other. That is, the engaged state is the connected state of the clutch 190, and the disengaged state is the disconnected state of the clutch 190.
それら一対の係合部材 1 9 4, 1 9 5の一方である係合部材 1 9 4は、 ハウジ ング 1 9 2に対する相対的な軸方向移動が阻止されていて、 発電機側シャフト 1 8 8と風車側シャフト 1 8 6との一方 (図 1 2の例においては発電機側シャフト 1 8 8である) に固定されている。 これに対し、 他方の係合部材 1 9 5は、 ハウ ジング 1 9 2に対する相対的な回転も軸方向移動も可能とされていて、 発電機側 シャフト 1 8 8と風車側シャフト 1 8 6との他方 (図 1 2の例においては風車側 シャフト 1 8 6である) に固定されている。  One of the pair of engaging members 1 94 and 1 95 is prevented from moving in the axial direction relative to the housing 19 2. And one of the windmill-side shafts 186 (the generator-side shaft 188 in the example of FIG. 12). On the other hand, the other engaging member 1995 is capable of both relative rotation and axial movement with respect to the housing 1992, and the generator-side shaft 18 and the windmill-side shaft 18 (In the example of FIG. 12, it is the windmill-side shaft 186).
風車側シャフト 1 8 6 (風車 1 8 0と一緒に軸方向移動する部材の一例である) には軸力伝達部材 1 9 6が、 相対的な軸方向移動が阻止される状態で装着されて いる。この軸力伝達部材 1 9 6とハウジング 1 9 2との間には弾性部材 1 9 8力 一対の係合部材 1 9 4, 1 9 5を互いに分離する向きに常時付勢する状態で配置 されている。  An axial force transmitting member 196 is mounted on the windmill shaft 186 (an example of a member that moves axially together with the windmill 180) in a state where relative axial movement is prevented. I have. An elastic member 198 is disposed between the axial force transmitting member 196 and the housing 192 in a state where the pair of engaging members 194, 195 are always urged in a direction to separate them from each other. ing.
本実施形態においては、 発電機 1 8 2は、 通常の構造を有するものとされてい る。 具体的には、 ノヽウジング 2 0 0内にステータ 2 0 2とロータ 1 8 4とが相対 回転可能に配置されており、 本実施形態においては、 ロータ 1 8 4がステータ 2 0 2の内側において回転するインナーロータ方式が採用されている。 この発電機 1 8 2においては、 ロータ 1 8 4の、 ステータ 2 0 2に対する相対的な軸方向移 動が阻止されている。 In the present embodiment, the generator 18 2 has a normal structure. Specifically, the stator 202 and the rotor 184 are disposed in the nosing 200 so as to be relatively rotatable. In the present embodiment, the rotor 184 is disposed inside the stator 202. A rotating inner rotor system is employed. In this generator 182, the rotor 184 is axially displaced relative to the stator 202. Movement is blocked.
本実施形態に従う風力発電装置 2 0 4においては、 風車 1 8 0に軸力が発生す ると、 その軸力は風車側シャフト 1 8 6およぴ軸カ伝達部材 1 9 6を経て弾性部 材 1 9 8に、一対の係合部材 1 9 4 , 1 9 5が互いに接近する向きに伝達される。 この軸力が、 弾性部材 1 9 8の初期荷重に打つ勝つことができない状態、 すなわ ち、 相対風が弱風である状態においては、 図 1 2に示すように、 それら一対の係 合部材 1 9 4, 1 9 5が分離状態にある。  In the wind turbine generator 204 according to the present embodiment, when an axial force is generated in the windmill 180, the axial force is transmitted to the elastic portion via the windmill-side shaft 186 and the shaft power transmission member 196. The pair of engaging members 194 and 195 are transmitted to the member 198 in a direction approaching each other. In a state where the axial force cannot overcome the initial load of the elastic member 198, that is, in a state where the relative wind is weak, as shown in FIG. 194 and 195 are in the separated state.
この分離状態においては、 クラッチ 1 9 0が断絶状態にあり、 風車側シャフト 1 8 6に連結された係合部材 1 9 4が、 発電機側シャフト 1 8 8に連結された係 合部材 1 9 5に対して相対回転することが許容される。 したがって、 風車 1 8 0 の起-動トルクが発電機 1 8 2に依存せずに済み、風車 1 8 0の起動がスムー^、化 される。  In this disengaged state, the clutch 190 is disconnected, and the engaging member 194 connected to the windmill shaft 186 is engaged with the engaging member 194 connected to the generator shaft 188. Rotation relative to 5 is allowed. Therefore, the starting torque of the windmill 180 does not need to depend on the generator 182, and the start of the windmill 180 is smoothed.
このように、 本実施形態においては、 弱風状態において風車 1 8 0と発電機 1 8 2とが互いに断絶され、 風車 1 8 0の空転が許容されることにより、 風車 1 8 0の起動がスムーズィ匕されている。  As described above, in the present embodiment, the windmill 180 and the generator 1802 are disconnected from each other in a weak wind state, and the spinning of the windmill 180 is allowed. It has been smoothed.
これに対し、 風車 1 5 0の軸力が弾性部材 1 9 8の初期荷重に打ち勝つに至れ ば、 一対の係合部材 1 9 4, 1 9 5が弾性部材 1 9 8の弾性力に抗して互いに接 近し、 やがて互いに係合する。 この係合により、 クラッチ 1 9 0が断絶状態から 接続状態に移行し、 その結果、 風車 1 8 0と発電機 1 8 2とが互いに接続され、 風車 1 8 0の起動トルクが発電機 1 8 2に依存するとともに、 風車 1 8 0の回転 力が発電機 1 8 2に伝達されて発電が行われる状態となる。  On the other hand, when the axial force of the windmill 150 overcomes the initial load of the elastic member 198, the pair of engaging members 194, 195 resist the elastic force of the elastic member 198. Approach each other and eventually engage with each other. Due to this engagement, the clutch 190 is shifted from the disconnected state to the connected state. As a result, the windmill 180 and the generator 182 are connected to each other, and the starting torque of the windmill 180 is reduced by the generator 18 2 and the torque of the windmill 180 is transmitted to the generator 182 to generate power.
したがって、 本実施形態によれば、 風車 1 8 0とロータ 1 8 4との間における 回転力の伝達状態がクラッチ 1 9 0を用いて制御されることにより、 風車 1 8 0 の起動トルクが制御される。 さらに、 本実施形態によれば、 風車 1 8 0の軸力を利用することにより、 クラ ツチ 1 9 0の接続 ·断絶状態の切換えが機械的にかつ自動的に行われる。 Therefore, according to the present embodiment, the starting torque of the windmill 180 is controlled by controlling the transmission state of the rotational force between the windmill 180 and the rotor 180 using the clutch 190. Is done. Further, according to the present embodiment, the connection / disconnection of the clutch 190 is switched mechanically and automatically by utilizing the axial force of the windmill 180.
以上の説明から明らかなように、 本実施形態においては、 クラッチ 1 9 0が、 前記 (1 ) における 「トルク制御機構」 の一例を構成するとともに、 前記 (5 ) 項における 「クラッチ」 の一例を構成しているのである。  As is apparent from the above description, in the present embodiment, the clutch 190 constitutes an example of the “torque control mechanism” in the above (1) and an example of the “clutch” in the above section (5). It is composed.
以上、 本発明のいくつかの実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、 これ らは例示であり、 前記 [発明の開示] の欄に記載の態様を始めとして、 当業者の 知識に基づいて種々の変形、 改良を施した他の形態で本発明を実施することが可 能である。  As described above, some embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, these are merely examples, and based on the knowledge of those skilled in the art, including the embodiments described in the section of [Disclosure of the Invention]. The present invention can be implemented in other forms with various modifications and improvements.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 風力を利用して発電を行う風力発電装置であって、 1. A wind power generator that generates power using wind power,
風向に対して概して平行な風車軸線まわりに風力によって回転させられるプロ ペラ型の風車と、  A propeller-type wind turbine rotated by wind power about a wind turbine axis generally parallel to the wind direction;
その風車の回転によって発電を行う発電機と、  A generator that generates power by the rotation of the windmill,
前記風力によって前記風車に前記風車軸線に対して平行な方向に発生する軸力 に基づき、 その風車が停止状態から回転状態に移行するためにその風車が打ち勝 つことが必要な起動トノレクを、 前記風力が設定値以下である弱風状態において、 その設定値より大きい強風状態に想定される起動トルクより小さぐなるように制 御するトルク制御機構と  On the basis of the axial force generated in the windmill by the wind in a direction parallel to the axis of the windmill, a starting tonnolek that the windmill needs to overcome in order for the windmill to transition from a stopped state to a rotating state, A torque control mechanism for controlling the starting torque to be smaller than an assumed starting torque in a strong wind state larger than the set value in a weak wind state where the wind force is equal to or smaller than a set value
を含む風力発電装置。  Including wind power generators.
2 . 前記発電機が、  2. The generator is
ステータと、  A stator,
前記風車と共に回転するロータであって、 エアギャップを隔てて前記ステータ に対向するとともに、 そのステータに対して、 それと共通の発電機軸線まわりに 相対的に回転可能であるものと  A rotor that rotates with the wind turbine, faces the stator with an air gap therebetween, and is relatively rotatable with respect to the stator around a common generator axis.
を含み、 かつ、 前記トルク制御機構が、 前記ロータを、 前記発電機軸線の軸方 向に前記ステータに対して相対的に移動可能に支持するとともに、 そのロータの 軸方向位置を前記軸力により、 前記エアギヤップが前記弱風状態において前記強 風状態におけるより大きくなるように変化させるものである請求の範囲第 1項に 記載の風力発電装置。  And the torque control mechanism supports the rotor so as to be relatively movable with respect to the stator in the axial direction of the generator axis, and adjusts the axial position of the rotor by the axial force. The wind power generator according to claim 1, wherein the air gap is changed so as to be larger in the weak wind state than in the strong wind state.
3 . 前記ロータおょぴステータが、 前記エアギャップを隔てて互いに対向する 一対の周面を前記発電機軸線と同軸に有し、 かつ、 それら一対の周面の少なくと も一方が、 前記発電機軸線に対する連続的または不連続的な傾斜面を有する請求 の範囲第 2項に記載の風力発電装置。 3. The rotor and stator face each other across the air gap 3. The generator according to claim 2, further comprising a pair of peripheral surfaces coaxial with the generator axis, and at least one of the pair of peripheral surfaces having a continuous or discontinuous inclined surface with respect to the generator axis. A wind power generator according to the item.
4 . 風力を利用して発電を行うために、 風向に対して概して平行な風車軸線ま わりに風力によって回転させられるプロペラ型の風車と、 その風車の回転によつ て発電を行う発電機とを備え、 かつ、 その発電機が、 ステータと、 エアギャップ を隔てて前記ステータに対向するロータであって、 そのステータと共通の発電機 軸線まわりにそのロータに対して相対的に、 かつ、 前記風車と共に回転するもの とを有する風力発電装置であって、  4. In order to generate power using wind power, a propeller-type wind turbine that is rotated by wind power around a wind turbine axis that is generally parallel to the wind direction, and a generator that generates power by rotating the wind turbine And a generator facing the stator with a stator and an air gap therebetween, the generator being common to the stator and relative to the rotor with respect to an axis, and the windmill A wind power generator having:
前記ロータが、 前 f己発電機軸線の軸方向に前記ステータに対して相対的に移動 可能であるとともに、 前記風力によつて前記風車に前記風車軸線に対して平行な 方向に発生する軸力によって前記ロータの軸方向位置を、 前記エアギャップが前 記風力が設定値以下である弱風状態において、 その設定値より大きい強風状態に おけるより大きくなるように制御するエアギヤップ制御機構を含む風力発電装 置。  An axial force generated in the wind turbine by the wind force in a direction parallel to the wind turbine axis, the rotor being relatively movable with respect to the stator in the axial direction of the generator axis; A wind power generator that includes an air gap control mechanism that controls the axial position of the rotor so that the air gap is larger in a strong wind state that is larger than the set value in a weak wind state where the wind force is equal to or smaller than the set value. Equipment.
PCT/JP2004/009062 2003-06-27 2004-06-21 Wind power generator WO2005002041A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003183827A JP3577073B1 (en) 2003-06-27 2003-06-27 Wind power generator
JP2003-183827 2003-06-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005002041A1 true WO2005002041A1 (en) 2005-01-06

Family

ID=33296923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2004/009062 WO2005002041A1 (en) 2003-06-27 2004-06-21 Wind power generator

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP3577073B1 (en)
WO (1) WO2005002041A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007032471A (en) * 2005-07-28 2007-02-08 Oppama Kogyo Kk Wind power generation device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54175511U (en) * 1978-05-31 1979-12-11
JPH0533670U (en) * 1991-09-30 1993-04-30 北芝電機株式会社 Permanent magnet generator
JP2001161052A (en) * 1999-12-01 2001-06-12 Mitsubishi Electric Corp Permanent magnet rotary machine and permanent magnet wind power generator
JP2002325412A (en) * 2001-04-25 2002-11-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Axial-gap type motor, generator and motor-generator
JP2003324896A (en) * 2002-04-26 2003-11-14 Chikoji Gakuen Control method for medium- and small-sized wind turbine generator

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6258061A (en) * 1985-09-07 1987-03-13 Yamaha Motor Co Ltd Wind power generating device
JPS62285636A (en) * 1986-06-02 1987-12-11 ヤマハ発動機株式会社 Independent wind generation system
JPH01124379U (en) * 1988-02-18 1989-08-24
JPH02147871U (en) * 1989-01-07 1990-12-14
JPH0880019A (en) * 1994-09-08 1996-03-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54175511U (en) * 1978-05-31 1979-12-11
JPH0533670U (en) * 1991-09-30 1993-04-30 北芝電機株式会社 Permanent magnet generator
JP2001161052A (en) * 1999-12-01 2001-06-12 Mitsubishi Electric Corp Permanent magnet rotary machine and permanent magnet wind power generator
JP2002325412A (en) * 2001-04-25 2002-11-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Axial-gap type motor, generator and motor-generator
JP2003324896A (en) * 2002-04-26 2003-11-14 Chikoji Gakuen Control method for medium- and small-sized wind turbine generator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007032471A (en) * 2005-07-28 2007-02-08 Oppama Kogyo Kk Wind power generation device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005020920A (en) 2005-01-20
JP3577073B1 (en) 2004-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8390232B2 (en) Permanent magnet motor with field weakening
WO2008018376A1 (en) Auxiliary machine driver
MX2008005224A (en) Brushless permanent magnet motor/ generator with axial rotor decoupling to eliminate magnet induced torque losses.
WO2016084798A1 (en) Electric current supply system, electric power supply system, and control device
US10122309B2 (en) Generator comprising a variable speed magnetic gear
JP2005520471A (en) Brushless permanent magnet motor or alternator with variable axial rotor / stator alignment to increase speed tolerance
JP6327474B2 (en) Outer rotor type variable field motor
JP3052820B2 (en) Vehicle drive device and drive control method thereof
CN105656268B (en) Outer-rotor type variable excitation formula motor
JP6266381B2 (en) Electric brake device
US9960560B2 (en) Contact-commutated electric motor
JP2008022637A (en) Rotary electric machine, and electric motor or dynamoelectric machine using the same
JP3577073B1 (en) Wind power generator
JP4329511B2 (en) Synchronous motor and vehicle unit using the same
JP2005016503A (en) Wind power generation device
KR101359977B1 (en) Wind power generator
US20150158389A1 (en) Using ac and dc generators with controllers as a regenerative power burn off device
KR20010019654A (en) decelerating and charging apparatus for a vehicle
EP3846325B1 (en) Motor and electric vehicle including the same
KR102552572B1 (en) In-wheel motor assembly with variable magnetic flux
US20060006009A1 (en) Hybrid drive system for a vehicle and method therefor
KR20060081780A (en) A power splitter for hybrid vehicles
JP2023103146A (en) electric motor (1)
CN114629291A (en) Motor for vehicle
KR20130092866A (en) A motor controlling method

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase