WO2005028860A1 - Wind power generating mechanism - Google Patents

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WO2005028860A1
WO2005028860A1 PCT/JP2003/012056 JP0312056W WO2005028860A1 WO 2005028860 A1 WO2005028860 A1 WO 2005028860A1 JP 0312056 W JP0312056 W JP 0312056W WO 2005028860 A1 WO2005028860 A1 WO 2005028860A1
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power generation
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rotation speed
power
low
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Application number
PCT/JP2003/012056
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Jiro Tsukahara
Takumi Katayama
Toshio Ikeda
Sadaaki Kitamura
Tatsuhiro Minamikawa
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Daiwa House Industry Co., Ltd.
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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract

A wind power generating mechanism realizing power generation over a wide range from a low wind velocity region to an intermediate/high wind velocity region without a sacrifice in power generation efficiency in the intermediate/high wind velocity region. In the combination with an induction power generating body section (4), a synchronous low rotation speed power generating section (5) generating power in a region of lower rotation speed than that of the induction power generating body section (4) is provided so that the synchronous low rotation speed power generating section (5) continues to generate power during power generation at the induction power generating body section (4). Best power generation efficiency rotation speed of the synchronous low rotation speed power generating section (5) is preferably set equal to power generation rotation speed of the induction power generating body section (4).

Description

明 細 書 風力発電用の発電機構 技術分野 本発明は、 風力発電用の発電機構に関する。 背景技術 風力発電用の発電機構に関し、 効率の良い発電を実現する目的で、 磁石発 電機による同期型発電本体部との組み合わせにおいて、 この発電本体部での発電 のための回転数域よりも低い回転数域で発電する同じく磁石発電機による同期型 の低回転数発電部を備えさせたものは、 従来より提案されている （実願昭 6 1— 5 2 7 9 3号 （実開昭 6 2— 1 6 5 7 6 2号） のマイクロフィルム）。 しかしながら、 上記のように、 発電本体部を同期型とするものにおいて、 低回転数発電部として同じく同期型を用いたのでは、 必ずしも効率の良い発電を 実現できるとは限らない。 即ち、 低風速域では同期型の低回転数発電部によって発電が行われる。 そ れにより、 一見、 低風速域から中高風速域にわたる広い範囲での発電が行われ、 効率の良い発電が実現されるかのように思われる。 ところが、 中高風速域での発電をみてみると、 発電本体部が同期型である 場合には、 同期型では、 誘導型のように風車の回転軸の回転数が特定回転数でな ければ発電しないということはないので、 中高風速域では発電本体部が広い回転 数域において発電するのであるが、 低回転数発電部が組み込まれているために、 中高風速域ではトルクの一部が低回転数発電部で使われてしまい、 そのため、 発 電本体部に使われるトルクが低くなつて、 中高風速域における発電本体部での発 電の効率を落してしまう結果となる。 しかも、 同期型は、 上に述べたように、 誘導型のように風車の回転軸の回 転数が特定回転数でなければ発電しないということはないけれども、 ある一定幅 の回転数域では効率の良い発電を行うが、 その回転数域から外れると発電はする けれどもその効率は落ちてしまうという性質をもっている。 そのため、 低回転数 発電部を同期型とする場合に、 その同期型の低回転数発電部は、 低風速域では効 率良く発電するけれども、中高風速域では発電の効率が落ちてしまうことになる。 それにもかかわらず、 中高風速域において、 トルクの一部が発電効率の悪い低回 転数発電部に使われてしまい、 中高風速域における発電効率をより一層落として しまうことになる。 一方、 発電本体部として誘導型を採用するものがあるが、 この誘導型発電 本体部との組み合わせにおいて低回転数発電部を備えさせたものは提供されてい ない。 仮に、 誘導型発電本体部との組み合わせにおいて、 同じく誘導型の低回転 数発電部を組み込んだとしても、 発電効率を上げることにはならない。 即ち、 低風速域においても、 風速は、 一定ではなく絶えず変動しているな かで、 誘導型は、 回転軸の回転数が特定回転数でなければ発電しないという性質 をもっている。 そのため、 誘導型の低回転数発電部に発電を行わせるためには、 誘導型に一般の回転数制御を行わなければならない。 ところが、 そのような回転 数制御を誘導型の低回転数発電部のために行うと、 発電本体部による発電に向け て風車の回転軸の回転数が風で上昇している最中に、 低回転数発電部での発電の ための回転数制御ブレーキがかかってしまい、 発電本体部が発電する特定回転数 に達しうる強い風が吹いているにもかかわらず発電のための特定回転数に達する ことができず、 そのため、 発電本体部での発電がかえって妨げられるだけという 結果になってしまう。 本発明は、 上記のような問題点に鑑み、 低風速域から中高風速域にわたる広 い範囲で発電することができ、 しかも、 中高風速域での発電効率を損なわせるこ となくそれを実現することができる風力発電用の発電機構を提供することを課題 の一つとする。 発明の開示 上記の課題は、 誘導型発電本体部との組み合わせにおいて、 該誘導型発電 本体部の発電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部 が備えられ、 かつ、 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power generation mechanism for wind power generation. BACKGROUND ART Regarding a power generation mechanism for wind power generation, in order to realize efficient power generation, in combination with a synchronous power generation main unit using a magnet generator, the rotation speed is lower than the rotation speed range for power generation in this power generation main unit. A motor equipped with a synchronous low-speed power generation unit, which also generates power in the rotation speed range, also using a magnet generator, has been proposed previously (Japanese Utility Model Application No. 61-527973 (Japanese Utility Model Application No. 2—16 5 7 6 2) microfilm). However, as described above, in the case where the power generation main body is of the synchronous type, if the same synchronous type is used as the low-speed generator, it is not always possible to realize efficient power generation. That is, in the low wind speed region, power is generated by the synchronous low-speed generator. At first glance, it seems that power is generated over a wide range from low to medium and high wind speeds, and efficient power generation is realized. However, looking at the power generation in the middle and high wind speed regions, if the power generation main body is of the synchronous type, the synchronous type will generate power if the rotation speed of the rotating shaft of the windmill is not a specific speed as in the induction type. In the middle and high wind speed region, the power generation unit generates power in a wide rotation speed range.However, due to the built-in low rotation speed power generation unit, part of the torque is low in the middle and high wind speed region. Used in several power generation units. If the torque used in the power generation unit is reduced, the efficiency of power generation in the power generation unit in middle and high wind speeds will be reduced. In addition, as described above, the synchronous type does not generate electricity unless the rotation speed of the rotating shaft of the windmill is a specific number of rotations, as in the induction type, but the efficiency is limited in a certain range of rotation speed range. Although power generation is good, power is generated outside of the rotational speed range, but the efficiency is reduced. Therefore, when the low-speed power generation unit is of the synchronous type, the synchronous low-speed power generation unit generates power efficiently at low wind speeds, but the power generation efficiency decreases at medium and high wind speeds. Become. Nevertheless, in the middle and high wind speed regions, a part of the torque is used for the low-speed power generation unit with low power generation efficiency, which further reduces the power generation efficiency in the middle and high wind speed regions. On the other hand, there is a power generation main body that employs an induction type. However, a power generation unit provided with a low-speed power generation unit in combination with the induction type power generation main body is not provided. Even if an induction-type low-speed power generation unit is also incorporated into the combination with the induction-type power generation unit, the power generation efficiency will not be increased. In other words, even in the low wind speed range, the wind speed is not constant but fluctuates constantly, and the induction type has the property of not generating power unless the rotation speed of the rotating shaft is a specific speed. Therefore, in order to make the induction type low-speed generator generate power, it is necessary to perform general speed control for the induction type. However, when such rotation speed control is performed for the induction type low rotation speed power generation unit, the rotation speed of the wind turbine rotation shaft is rising due to the wind toward the power generation by the power generation main unit. Revolution speed control brake for power generation in the power generation unit is applied, and reaches a specific rotation speed for power generation despite strong wind blowing which can reach the specific rotation speed generated by the power generation main unit That the power generation in the power generation body is only hindered. Results. In view of the above problems, the present invention can generate electric power in a wide range from a low wind speed range to a middle to high wind speed range, and can realize the power generation without impairing the power generation efficiency in a middle to high wind speed range. One of the issues is to provide a power generation mechanism for wind power generation that can perform the power generation. DISCLOSURE OF THE INVENTION The above-mentioned object is to provide, in combination with an induction-type power generation main body, a synchronous low-speed power generation unit that generates electric power in a rotation speed range lower than the power generation rotation speed of the induction-type power generation main body, and
誘導型発電本体部による発電中、 前記同期型低回転数発電部も発電を継続 するようになされていることを特徴とする風力発電用の発電機構によって解決さ れる。 この発電機構では、 発電本体部との組み合わせにおいて同期型の低回転数 発電部が備えられているので、 同期型の場合には、 誘導型のように、 風車の回転 軸の回転数が特定回転数でなければ発電しないということはなく、 そのため、 誘 導型の場合のような回転数制御ブレーキを低風速域においてかける必要がなく、 発電本体部が発電する回転数に達しうる強い風が吹けば発電本体部の発電に必要 な回転数に達することができて、 低風速域では同期型の低回転数発電部が発電を 行い、 中高風速時には発電本体部が発電を行い、 低風速域から中高風速域にわた る広い範囲で発電が行われ、 効率の良い発電が実現される。 のみならず、 本発明の発電機構では、 発電本体部が誘導型からなっている ので、 誘導型発電本体部による発電中に前記同期型低回転数発電部も発電を継続 するようになされているけれども、 誘導型発電本体部では、 中高風速域において 特定回転数を超えるような強い風が吹いた場合には、 回転数が特定回転数を超え て大きくならないように制御によってブレーキをかけられ、 そのため、 中高風速 域において同期型の低回転数発電部にトルクの一部が奪われても、 単に回転数制 御のためのブレーキの効きを弱めるような制御が行われるだけであり、 そのトル ク分によつて誘導型発電本体部の発電効率が落ちるということはない。そのため、 中高風速域での発電本体部の発電効率を損なわせることなく、 低風速域から中高 風速域にわたる広い範囲で効率良く発電することができる。 上記の発電機構において、同期型低回転数発電部の最良発電効率回転数と、 前記誘導型発電本体部の発電回転数とが同等に設定されている場合は、 誘導型発 電本体部の発電回転数制御を行わなければならないような中高風速域において、 回転数は誘導型発電本体部による発電のための特定回転数に制御され、 その特定 回転数において同期型低回転数発電部が最良の効率で発電するため、 中高風速域 において同期型低回転数発電部も効率の良い発電を行い、 その風速域において効 率の良い発電が実現される。 しかも、 低風速域では、 同期型低回転数発電部が、 最良発電効率とは限らないけれども、 発電を行い、 低風速域から中高風速域にわ たる広い範囲で効率良く発電することができる。 その場合に、 誘導型発電本体部の発電回転数において、 同期型低回転数発 電部における発電効率が誘導型発電本体部における発電効率と同等以上に設定さ れているときは、 中、 高風速域における発電を、 誘導型発電本体部での発電と同 期型低回転数発電部での発電とにより、一層効率の良いものにすることができる。 また、 上記の課題は、 誘導型発電本体部との組み合わせにおいて、 該誘導 型発電本体部の発電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数 発電部が備えられ、 かつ、 The problem is solved by a power generation mechanism for wind power generation, wherein the synchronous low-speed power generation unit continues to generate power during power generation by the induction power generation main body. In this power generation mechanism, a synchronous low-speed power generation unit is provided in combination with the power generation main body, so in the case of the synchronous type, the rotation speed of the rotating shaft of the windmill is a specific rotation like an induction type. If it is not a number, it does not mean that it will not generate power, so it is not necessary to apply a rotation speed control brake in the low wind speed range as in the case of the induction type, and strong wind that can reach the number of rotations generated by the power generation main body blows In this case, the number of rotations required for power generation in the power generation main unit can be reached, and the synchronous low-speed power generation unit generates power in the low wind speed range, and the power generation main unit generates power in the middle and high wind speeds. Power generation is performed over a wide range over the middle and high wind speeds, and efficient power generation is realized. In addition, in the power generation mechanism of the present invention, the power generation main body is of an induction type, so that the synchronous low-speed power generation unit also continues to generate power during power generation by the induction power generation main body. However, in the induction-type power generation unit, when a strong wind that exceeds the specified rotation speed blows in the middle and high wind speed range, the rotation speed exceeds the specified rotation speed. The brake is applied by control so that it does not become too large, so even if part of the torque is taken away by the synchronous low-speed power generation unit in middle and high wind speeds, the braking effect for speed control is simply weakened. Only such control is performed, and the torque does not reduce the power generation efficiency of the induction-type power generation body. As a result, power can be efficiently generated in a wide range from low to medium and high wind speeds without impairing the power generation efficiency of the power generation unit in the middle and high wind speed ranges. In the above power generation mechanism, when the best power generation efficiency rotation speed of the synchronous low-speed power generation unit and the power generation rotation speed of the induction type power generation main body are set to be equal, the power generation of the induction type power generation main body is performed. In medium and high wind speeds where rotation speed control must be performed, the rotation speed is controlled to a specific rotation speed for power generation by the induction type power generation unit, and the synchronous low rotation speed power generation unit is the best at that specific rotation speed. In order to generate power efficiently, the synchronous low-speed power generation unit also performs efficient power generation in the middle and high wind speed regions, and achieves efficient power generation in the wind speed region. Moreover, in the low wind speed range, the synchronous low-speed power generation unit does not always have the best power generation efficiency, but can generate power and efficiently generate power over a wide range from the low wind speed range to the middle and high wind speed range. In this case, when the power generation efficiency of the synchronous low-speed power generation unit is set to be equal to or higher than the power generation efficiency of the induction-type power generation main body, the power generation speed of the induction-type power generation main unit is medium, high. Power generation in the wind speed region can be made more efficient by power generation in the induction-type power generation body and power generation in the synchronous low-speed power generation unit. In addition, the above-described problem is that, in combination with the induction-type power generation main body, a synchronous low-speed power generation unit that generates power in a rotation speed range lower than the power generation rotation speed of the induction-type power generation main body is provided, and
誘導型発電本体部の発電回転数よりも更に低い回転数において前記同期型 低回転数発電部による発電を停止する発電停止手段が備えられ、 その回転数より も低い回転数域においてのみ同期型低回転数発電部が発電するようになされてい ることを特徴とする風力発電用の発電機構によって解決される。 この発電機構においても、 発電本体部との組み合わせにおいて同期型の低 回転数発電部が備えられているので、 発電本体部が発電する回転数に達しうる強 い風が吹けば発電本体部の発電に必要な回転数に達することができて、 低風速域 では同期型の低回転数発電部が発電を行い、 中高風速時には発電本体部が発電を 行い、 低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で発電が行われ、 効率の良い発 電を実現することができる。 しかも、 この発電機構では、 発電本体部が誘導型からなっており、 誘導型 発電本体部の発電回転数よりも更に低い回転数において同期型低回転数発電部に よる発電を停止する発電停止手段が備えられ、 その回転数よりも低い回転数域に おいてのみ同期型低回転数発電部が発電するようになされているので、 風が低風 速から中高風速に立ち上がつていく途中で、 同期型低回転数発電部の発電が停止 され、 同期型低回転数発電部の発電に奪われていたトルクが回転数の上昇に使わ れて、 回転数が早い段階で誘導型発電本体部での発電のための特定回転数に達す ることができる。 また、 風が中高風速から低風速に下がっていく過程では、 同期 型低回転数発電部の発電は停止されているから、 同期型低回転数発電部の発電に 使う トルクは回転数維持のために使われ、 回転数が誘導型発電本体部の発電回転 数を下回るのを遅らせることができる。 これにより、 誘導型発電本体部での発電 時間を長くすることができて、 効率良く発電することができる。 加えて、 中高風速域において、 同期型低回転数発電部は発電を停止するよ うになされているので、 同期型低回転数発電部の最良発電効率回転数が誘導型発 電本体部の発電回転数よりも低く設定されている場合には、 同期型低回転数発電 部にとって発電効率の悪いそのような風速域において同期型低回転数発電部によ る発電がされず、 発電機構的に無駄のない発電を実現することができる。 更に、 上記の課題は、 同期型発電本体部との組み合わせにおいて、 該同期 型発電本体部での発電のための回転数域よりも低い回転数域において発電する同 期型低回転数発電部が備えられ、 かつ、 Power generation stopping means for stopping the power generation by the synchronous low-speed power generation unit at a rotation speed even lower than the power generation rotation speed of the induction-type power generation main body unit is provided. The problem is solved by a power generation mechanism for wind power generation, wherein the rotation speed power generation unit is configured to generate power. Also in this power generation mechanism, a synchronous low-speed power generation unit is provided in combination with the power generation main unit, so if a strong wind that can reach the number of rotations generated by the power generation main unit blows, the power generation main unit will generate power. The low-speed region, the synchronous low-speed power generation unit generates power, and at medium and high wind speeds, the power-generating unit generates power.The wide range from low to medium-high wind speeds The power is generated by this, and efficient power generation can be realized. Moreover, in this power generation mechanism, the power generation main body is of an induction type, and the power generation stopping means for stopping the power generation by the synchronous low-speed power generation unit at a rotation speed even lower than the power generation rotation speed of the induction type power generation main body. The synchronous low-speed generator generates power only in the low-speed range below that speed, so the wind rises from low wind speed to medium-high wind speed. However, the power generation of the synchronous low-speed generator was stopped, and the torque deprived of the power of the synchronous low-speed generator was used to increase the rotational speed. A specific speed for power generation at the motor can be reached. In addition, during the process of the wind descending from the middle and high wind speeds to the low wind speed, the power generation of the synchronous low-speed power generation unit is stopped. It is possible to delay that the rotation speed falls below the power generation rotation speed of the induction-type power generation unit. As a result, the power generation time in the induction-type power generation main body can be lengthened, and power can be generated efficiently. In addition, in the middle and high wind speed regions, the synchronous low-speed generator is designed to stop power generation. If the number is set lower than the number, the synchronous low-speed generator does not generate power in such a wind speed region where the power generation efficiency is low for the synchronous low-speed generator, and the power generation mechanism is wasteful. Power generation can be realized. Further, the above-described problem is solved by generating power in a rotation speed range lower than the rotation speed range for power generation in the synchronous power generation main body in combination with the synchronous power generation main body. Period low-speed generator, and
同期型発電本体部での発電のための回転数域において、 前記同期型低回転 数発電部による発電を停止させる発電停止手段が備えられ、 その回転数よりも低 い回転数域においてのみ同期型低回転数発電部が発電するようになされているこ とを特徴とする風力発電用の発電機構によって解決される。 この発電機構では、 発電本体部も低回転数発電部もいずれも同期型である 力 同期型発電本体部での発電のための回転数域において、 同期型低回転数発電 部による発電が停止されるようになされているので、 中高風速域においてトルク の一部が低回転数発電部で使われてしまうことがなく、 そのため、 発電本体部に 使われるトルクが低くならず、 かつ、 低回転数発電部での効率の悪い発電がなさ れず、その結果、中高風速域における発電を効率の良いものにすることができる。 特に、 上記の各発電機構において、 同期型低回転数発電部が回転子の質量 の小さい小型のものからなる場合や、 同期型低回転数発電部の発電に必要なトル クが発電本体部の発電に必要なトルクよりも低く設定されている場合は、 極低風 速段階からの発電を実現することができる。 図面の簡単な説明 図 1は、 第 1実施形態の風力発電用の発電機構を示す側面図である。  A power generation stopping means for stopping power generation by the synchronous low-speed power generation unit is provided in a rotation speed range for power generation in the synchronous power generation main body, and the synchronous type is provided only in a rotation speed range lower than the rotation speed. The problem is solved by a power generation mechanism for wind power generation, wherein the low-speed power generation unit is adapted to generate power. In this power generation mechanism, both the power generation body and the low-speed power generation unit are synchronous.In the rotation speed range for power generation in the power-synchronous power generation body, power generation by the synchronous low-speed power generation unit is stopped. As a result, part of the torque is not used in the low-speed power generation section in the middle and high wind speed regions, so that the torque used in the power generation main body does not decrease and the low-speed Inefficient power generation in the power generation unit is not performed, and as a result, power generation in middle and high wind speed regions can be made more efficient. In particular, in each of the above-mentioned power generation mechanisms, the synchronous low-speed generator has a small rotor with a small mass, or the torque required for power generation by the synchronous low-rotor power generator When the torque is set lower than the power required for power generation, power generation from the extremely low wind speed stage can be realized. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a side view showing a power generation mechanism for wind power generation according to a first embodiment.
図 2は、 第 2実施形態の風力発電用の発電機構を示す側面図である。  FIG. 2 is a side view showing a power generation mechanism for wind power generation of the second embodiment.
図 3は、 第 3実施形態の風力発電用の発電機構を示す側面図である。 発明を実施するための最良の形態 次に、 本発明をプロペラ型風車の発電機構に適用した場合について図面に 基づき説明する。 図 1に示す第 1実施形態において、 1は風車のプロペラ、 2はその回転軸、 3は発電機構部であり、 風力によるプロペラ 1の回転が回転軸 2を介して発電機 構部 3に伝えられ、 発電機構部 3において発電が行われるようになされている。 そして、 発電機構部 3には、 誘導型発電本体部 4と、 該誘導型発電本体部FIG. 3 is a side view showing a power generating mechanism for wind power generation according to the third embodiment. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, a case where the present invention is applied to a power generation mechanism of a propeller type wind turbine will be described with reference to the drawings. In the first embodiment shown in FIG. 1, 1 is a propeller of a wind turbine, 2 is a rotating shaft thereof, 3 is a power generation mechanism, and the rotation of the propeller 1 by wind power is transmitted to a generator structure 3 via a rotating shaft 2. The power generation mechanism 3 generates power. The power generation mechanism 3 includes an induction-type power generation main body 4 and the induction-type power generation main body.
4の発電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部 5と が備えられ、 かつ、 誘導型発電本体部 4による発電中、 同期型低回転数発電部 5 も発電が継続されるようになされている。 この発電機構では、 低回転数発電部 5が同期型からなっているので、 誘導 型の場合のような回転数制御ブレーキを低風速域においてかける必要がなく、 発 電本体部 4が発電する回転数に達しうる強い風が吹けば発電本体部 4の発電に必 要な回転数に達することができ、 低風速域では同期型の低回転数発電部 5が発電 を行い、 中高風速時には発電本体部 4が発電を行って、 低風速域から中高風速域 にわたる広い範囲で発電が行われ、 効率の良い発電が実現される。 しかも、 発電本体部 4は誘導型からなっているので、 誘導型発電本体部 4 による発電中に同期型低回転数発電部 5も発電を継続するようになされているけ れども、 誘導型発電本体部 4では、 中高風速域において特定回転数を超えるよう な強い風が吹いた場合には、 回転数が特定回転数を超えて大きくならないように 制御によってブレーキをかけられ、 そのため、 中高風速域において同期型の低回 転数発電部 5にトルクの一部が奪われても、 単に回転数制御のためのブレーキの 効きを弱めるような制御が行われるだけで、 そのトルク分によって誘導型発電本 体部の発電効率が落ちるということはなく、 そのため、 中高風速域での発電本体 部 4の発電効率を損なわせることなく低風速域から中高風速域にわたる広い範囲 で効率良く発電することができる。 この第 1実施形態を更に具体化した第 1の例の発電機構は、 同期型低回転 数発電部 5の最良発電効率回転数が、 誘導型発電本体部 4の発電回転数よりも低 く設定されている。 即ち、 同期型低回転数発電部 5の発電効率のピークが誘導型 発電本体部 4の発電回転数よりも低く、 そのピークから回転数が誘導型発電本体 部 4の発電回転数に上昇していく途中で、 同期型低回転数発電部 5の発電効率が 落ちていくような設定がなされている場合のものである。 このような場合、 即ち、 中高風速域において同期型の低回転数発電部 5に トルクの一部が無駄に奪われる場合であっても、 単に回転数制御のためのブレー キの効きを弱めるような制御が行われるだけであり、 そのトルク分によって誘導 型発電本体部 4の発電効率が落ちるということはなく、 中高風速域での発電本体 部 4の発電効率を損なわせることなく、 低風速域から中高風速域にわたる広い範 囲で効率良く発電することができる。 また、 第 1実施形態を具体化した第 2の例の発電機構は、 同期型低回転数 発電部 5の最良発電効率回転数と、 誘導型発電本体部 4の発電回転数とが同等に 設定されている。 即ち、 誘導型発電本体部 4の発電回転数において、 同期型低回 転数発電部 5の発電効率がピークとなるような場合である。ここにいうピークは、 誘導型発電本体部 4の発電回転数よりも低い回転数においてはじまり、 誘導型発 電本体部 4の発電回転数においてもそのピークが維持されるようなかたちのピー クであってもよいし、 誘導型発電本体部 4の発電回転数においてピークとなると いようなかたちのピークであってもよい。 この場合は、 誘導型発電本体部 4の発電回転数制御を行わなければならな いような中高風速域において、 回転数は誘導型発電本体部 4による発電のための 特定回転数に制御され、 その特定回転数において同期型低回転数発電部 5が最良 の効率で発電するため、 中高風速域において同期型低回転数発電部 5も効率の良 い発電を行い、 その風速域において効率の良い発電が実現される。 しかも、 低風 速域では、 同期型低回転数発電部 5が、 最良発電効率とは限らないけれども、 発 電を行い、 低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で効率良く発電することが できる。 更に、 第 1実施形態を具体化した第 3の例の発電機構は、 第 2の例の発電 機構において、 誘導型発電本体部 4の発電回転数において同期型低回転数発電部 5による発電効率が誘導型発電本体部 4による発電効率と同等以上に設計されて いる。 この場合は、 誘導型発電本体部 4の発電回転数制御を行わなければならな いような中高風速域における発電を、 誘導型発電本体部での発電と同期型低回転 数発電部での発電とにより、 一層効率の良いものにすることができる。 図 2に示す第 2実施形態の発電機構は、 誘導型発電本体部 4との組み合わ せにおいて、 誘導型発電本体部 4の発電回転数よりも低い回転数域において発電 する同期型低回転数発電部 5が備えられ、 かつ、 誘導型発電本体部 4の発電回転 数よりも低い回転数において同期型低回転数発電部 5による発電を停止する発電 停止手段が備えられ、 その回転数よりも低い回転数域でのみ同期型低回転数発電 部が発電するようになされている。そして本実施形態では、発電停止手段として、 回転数を検知するセンサー 7と発電停止制御部 6とが備えられ、 回転数検知セン サー 7からの検知信号に基づいて、 検知された回転数が、 誘導型発電本体部 4の 発電回転数よりも低い所定の設定回転数に達したら、 発電停止制御部 6が同期型 低回転数発電部 5による発電を停止する制御を行い、 その設定回転数を越えても 同期型低回転数発電部 5は発電を行わないようになされている。 なお、 停止は、 電気的接続を切るなどによって行われるものである。 この発電機構においても、 発電本体部 4との組み合わせにおいて同期型の 低回転数発電部 5が備えられているので、 低風速域では同期型の低回転数発電部 が発電を行い、 中高風速時には発電本体部が発電を行い、 低風速域から中高風速 域にわたる広い範囲で発電が行われ、 効率の良い発電を実現することができる。 しかも、 風が低風速から中高風速に立ち上がつていく過程で、 同期型低回 転数発電部 5の発電が停止され、 同期型低回転数発電部 5の発電に奪われていた トルクが回転数の上昇に使われて、 回転数が早い段階で誘導型発電本体部 4での 発電のための特定回転数に達することができ、 また、 風が中高風速から低風速に 下がっていく過程で、 同期型低回転数発電部 5の発電は停止されているから、 同 期型低回転数宪電部 5の発電に使うトルクは回転数維持のために使われ、 回転数 が誘導型発電本体部 4での発電のための特定回転数を下回るのを遅らせることが でき、 これにより、 誘導型発電本体部 4での発電時間を長くすることができて、 効率の良い発電を実現することができる。 特に、 同期型低回転数発電部 5の最良発電効率回転数が誘導型発電本体部 4の発電回転数よりも低く設定されている場合には、 同期型低回転数発電部にと つて発電効率の悪いそのような風速域において同期型低回転数発電部による発電 がされず、 発電機構的に無駄のない発電を実現することができる。 図 3に示す第 3実施形態の発電機構は、 同期型発電本体部 8との組み合わ せにおいて、 該同期型発電本体部 8による発電のための回転数域よりも低い回転 数域において発電する同期型低回転数発電部 5が備えられ、 かつ、 同期型発電本 体部 8による発電のための回転数域において、 同期型低回転数発電部 5による発 電を停止させる発電停止手段が備えられ、 その回転数よりも低い回転数域におい てのみ同期型低回転数発電部 5が発電するようになされている。 そして、 発電停 止手段として、 回転数を検知するセンサー 7と発電停止制御部 9とが備えられ、 回転数検知センサー 7からの検知信号に基づいて、 検知された回転数が、 同期型 発電本体部 8による発電のための回転数域よりも低い所定の設定回転数に達した ら、 発電停止制御部 9が同期型低回転数発電部 5による発電を停止する制御を行 レ、、 その設定回転数を越えても同期型低回転数発電部 5は発電を行わないように なされている。 なお、 停止は、 上記の場合と同様に、 電気的接続を切るなどによ つて行われるものである。 この発電機構では、 発電本体部 8も低回転数発電部 5もいずれも同期型で あるが、 同期型発電本体部 8による発電のための回転数域において、 同期型低回 転数発電部 5による発電を停止させるようになされ、 その回転数よりも低い回転 数域においてのみ同期型低回転数発電部 5が発電するようになされているので、 中高風速域においてトルクの一部が低回転数発電部 5で使われてしまうことがな く、 そのため、 発電本体部 8に使われるトルクが低くならず、 かつ、 低回転数発 電部 5での効率の悪い発電がなされず、 その結果、 中高風速域における発電を効 率の良いものにすることができる。 特に、 上記各実施形態の発電機構では、 同期型低回転数発電部 5が回転子 の質量の小さい小型のものからなっており、 また、 同期型低回転数発電部 5の発 電に必要なトルクは、 発電本体部 4， 8の発電に必要なトルクよりも低く設定さ れているので、 極低風速段階からの発電を実現することができるようになされて いる。 以上に、 本発明の実施形態を示したが、 本発明はこれに限られるものでは なく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、本発明は、 風車はプロペラ型風車である場合に限られるものではない。 産業上の利用可能性 本発明は、 以上のとおりのものであるから、 低風速域から中高風速域にわ たる広い範囲で発電することができ、 しかも、 中高風速域での発電効率を損なわ せることなくそれを実現することができる。 And a synchronous low-speed power generation unit 5 that generates power in a rotation speed range lower than the power generation rotation speed of 4.In addition, the synchronous low-speed power generation unit 5 also generates power during the power generation by the inductive power generation main unit 4. It has been made to continue. In this power generation mechanism, since the low-speed generator 5 is of a synchronous type, there is no need to apply a speed control brake in the low wind speed range as in the case of the induction type. When the strong wind that can reach the number of winds blows, the number of rotations required for power generation of the power generation main unit 4 can be reached, and in the low wind speed region, the synchronous low rotation speed power generation unit 5 generates power, Unit 4 generates power, and power is generated over a wide range from low to medium and high wind speeds, and efficient power generation is realized. In addition, since the power generation main body 4 is of an induction type, the synchronous low-speed power generation unit 5 also continues to generate power while the induction type power generation main body 4 is generating power. In the main unit 4, when a strong wind that exceeds the specified rotation speed blows in the middle and high wind speed range, the brake is applied by control so that the rotation speed does not exceed the specified rotation speed, so that the Even if part of the torque is deprived by the synchronous low-speed power generation unit 5, the control that simply weakens the braking effect for the speed control is performed, and the induction-type power generation is performed by the torque. The power generation efficiency of the main unit does not decrease, and therefore power generation can be efficiently performed in a wide range from low to medium and high wind speeds without impairing the power generation efficiency of the power generation unit 4 in medium to high wind speeds Rukoto can. In the power generation mechanism of the first example, which further embodies the first embodiment, the best power generation efficiency rotation speed of the synchronous low-speed power generation unit 5 is lower than that of the induction type power generation main body unit 4. Is set well. That is, the peak of the power generation efficiency of the synchronous low-speed power generation unit 5 is lower than the power generation speed of the induction-type power generation unit 4, and the rotation speed increases from that peak to the power generation speed of the induction-type power generation unit 4. This is the case where the setting is made such that the power generation efficiency of the synchronous low-speed power generation unit 5 decreases on the way. In such a case, that is, even if a part of the torque is wasted by the synchronous low-speed generator 5 in the middle and high wind speed range, the effect of the brake for controlling the speed is simply weakened. Control does not affect the power generation efficiency of the inductive power generation unit 4 due to the torque, and does not impair the power generation efficiency of the power generation unit 4 in the middle and high wind speed regions, while maintaining the low wind speed range. It can generate power efficiently over a wide range from mid to high wind speeds. In addition, in the power generation mechanism of the second example that embodies the first embodiment, the best power generation efficiency rotation speed of the synchronous low-speed power generation unit 5 and the power generation rotation speed of the induction type power generation main unit 4 are set to be equal. Have been. In other words, this is a case where the power generation efficiency of the synchronous low-speed power generation unit 5 peaks at the power generation speed of the induction-type power generation main body 4. The peak referred to here starts at a rotation speed lower than the power generation rotation speed of the induction-type power generation main body 4, and is maintained at a peak at the power generation rotation speed of the induction-type power generation main body 4. It may be a peak or a peak in the form of a peak in the power generation rotational speed of the induction type power generation main body 4. In this case, the rotation speed is controlled to a specific rotation speed for power generation by the induction-type power generation main body 4 in the middle and high wind speed range where the power generation rotation of the induction-type power generation main body 4 must be controlled. Since the synchronous low-speed generator 5 generates power with the best efficiency at the specific rotation speed, the synchronous low-speed generator 5 also performs efficient power generation in the middle and high wind speed regions, and is efficient in the wind speed region. Power generation is realized. In addition, in the low wind speed region, the synchronous low-speed generator 5 generates power, although not necessarily at the best power generation efficiency, and can efficiently generate power in a wide range from the low wind speed region to the middle and high wind speed regions. . Furthermore, the power generation mechanism of the third example embodying the first embodiment is different from the power generation mechanism of the second example in that the power generation efficiency of the synchronous low-speed power generation Is designed to be equal to or higher than the power generation efficiency of the induction-type power generation body 4. In this case, the power generation in the middle and high wind speed area where the power generation speed control of the induction type power generation main unit 4 must be performed is generated by the induction type power generation main unit and the synchronous type low speed power generation unit. Thus, the efficiency can be further improved. The power generation mechanism of the second embodiment shown in FIG. 2 is a synchronous low-speed power generation that, when combined with the induction power generation main body 4, generates power in a rotation speed range lower than the power generation rotation speed of the induction power generation main body 4. Unit 5 is provided, and power generation stopping means is provided for stopping the power generation by the synchronous low-speed power generation unit 5 at a rotation speed lower than the power generation speed of the induction-type power generation main unit 4, and is lower than the rotation speed. The synchronous low-speed power generator generates power only in the speed range. In the present embodiment, a sensor 7 for detecting the number of rotations and a power generation stop control unit 6 are provided as power generation stopping means. Based on a detection signal from the rotation number detection sensor 7, the number of rotations detected is When a predetermined set speed lower than the power generation speed of the induction type power generation main body 4 is reached, the power generation stop control unit 6 performs control to stop the power generation by the synchronous low speed power generation unit 5, and the set speed is reduced. Even if it exceeds, the synchronous low-speed generator 5 does not generate power. The stop is performed by cutting off the electrical connection. Also in this power generation mechanism, a synchronous low-speed power generation unit 5 is provided in combination with the power generation main unit 4, so that the synchronous low-speed power generation unit generates power in the low wind speed range, and at medium and high wind speeds The power generation body generates power, and power is generated over a wide range from low to medium and high wind speeds, and efficient power generation can be realized. Moreover, in the process of the wind rising from low wind speed to medium to high wind speed, the power generation of the synchronous low-speed power generation unit 5 is stopped, and the torque lost to the power generation of the synchronous low-speed power generation unit 5 is lost. It is used to increase the rotation speed. As the specific rotation speed for power generation can be reached, and in the process of the wind going down from medium to high wind speed to low wind speed, the synchronous low The rotation speed 回 転 The torque used for power generation by the power generation unit 5 is used to maintain the rotation speed, and it is possible to delay that the rotation speed falls below the specific rotation speed for power generation in the induction-type power generation main unit 4, thereby However, the power generation time in the induction-type power generation main body 4 can be lengthened, and efficient power generation can be realized. In particular, when the best power generation efficiency of the synchronous low-speed generator 5 is set lower than the power generation speed of the induction-type main body 4, the power generation efficiency of the synchronous low-speed generator is In such a bad wind speed region, power is not generated by the synchronous low-speed power generation unit, and power generation with no waste in the power generation mechanism can be realized. The power generation mechanism of the third embodiment shown in FIG. 3 is configured to generate power in a rotation speed range lower than the rotation speed range for power generation by the synchronous power generation body 8 in combination with the synchronous power generation body 8. Power generation unit 5 and a power generation stopping means for stopping the power generation by the synchronous low-speed power generation unit 5 in the rotation speed range for power generation by the synchronous power generation body 8. However, the synchronous low-speed power generation unit 5 generates power only in a speed range lower than the speed. As a means for stopping power generation, a sensor 7 for detecting the number of rotations and a power generation stop control unit 9 are provided. Based on a detection signal from the number of rotations detection sensor 7, the detected number of rotations is used as a synchronous power generation body. When the rotation speed reaches a predetermined set speed lower than the rotation speed range for power generation by the unit 8, the power generation stop control unit 9 performs control to stop the power generation by the synchronous low-speed power generation unit 5, and the setting. Even when the rotation speed is exceeded, the synchronous low-speed generator 5 does not generate power. The suspension is performed by cutting off the electrical connection as in the above case. In this power generation mechanism, both the power generation main unit 8 and the low-speed power generation unit 5 are synchronous types. However, in the rotation speed range for power generation by the synchronous power generation main unit 8, the synchronous low-speed power generation unit 5 To stop the power generation by Since the synchronous low-speed power generation unit 5 generates power only in a few regions, part of the torque is not used by the low-speed power generation unit 5 in middle and high wind speed regions. The torque used in the main unit 8 is not reduced, and power generation with low efficiency is not performed in the low-speed power generation unit 5, and as a result, power generation in middle and high wind speed regions can be made efficient. . In particular, in the power generating mechanism of each of the above embodiments, the synchronous low-speed power generator 5 is made of a small-sized rotor having a small rotor mass. Since the torque is set lower than the torque required for power generation by the power generators 4, 8, power generation from the extremely low wind speed stage can be realized. Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, the present invention is not limited to the case where the windmill is a propeller type windmill. INDUSTRIAL APPLICABILITY Since the present invention is as described above, power can be generated in a wide range from a low wind speed range to a middle to high wind speed range, and power generation efficiency in a middle to high wind speed range is impaired. It can be realized without.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
1 . 誘導型努電本体部との組み合わせにおいて、 該誘導型発電本体部の発 電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部が備えられ、 力つ、 1. In combination with the induction-type power-generating main body, a synchronous low-speed power-generating unit that generates power in a rotation speed range lower than the power generation rotational speed of the induction-type power generation main body is provided.
誘導型発電本体部による発電中、 前記同期型低回転数発電部も発電を継続する ようになされていることを特徴とする風力発電用の発電機構。  The power generation mechanism for wind power generation, wherein the synchronous low-speed power generation unit is configured to continue power generation during power generation by the induction power generation main body.
2 . 前記同期型低回転数発電部の最良発電効率回転数と、 前記誘導型発電 本体部の発電回転数とが同等に設定されている請求項 1に記載の風力発電用の発 電機構。  2. The power generation mechanism for wind power generation according to claim 1, wherein the best power generation efficiency rotation speed of the synchronous low rotation speed power generation unit and the power generation rotation speed of the induction type power generation main body unit are set to be equal.
3 . 前記誘導型発電本体部の発電回転数において、 同期型低回転数発電部 における発電効率が誘導型発電本体部における発電効率と同等以上に設定されて レ、る請求項 2に記載の風力発電用の発電機構。  3. The wind power according to claim 2, wherein the power generation efficiency of the synchronous low-speed power generation unit is set to be equal to or higher than the power generation efficiency of the induction-type power generation main body at the power generation speed of the induction-type power generation main body. Power generation mechanism for power generation.
4 . 誘導型発電本体部との組み合わせにおいて、 該誘導型発電本体部の発 電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部が備えられ、 かつ、  4. In combination with the induction-type power generation main body, there is provided a synchronous low-speed power generation unit that generates power in a rotation speed range lower than the power generation rotation speed of the induction-type power generation main body, and
誘導型発電本体部の発電回転数よりも更に低い回転数において前記同期型低回 転数発電部による発電を停止する発電停止手段が備えられ、 その回転数よりも低 い回転数域においてのみ同期型低回転数発電部が発電するようになされているこ とを特徴とする風力発電用の発電機構。  Power generation stopping means is provided for stopping the power generation by the synchronous low-speed power generation unit at a rotation speed even lower than the power generation rotation speed of the induction type power generation main unit, and synchronization is performed only in a rotation speed range lower than the rotation speed. A power generation mechanism for wind power generation, wherein the low-speed type power generation unit generates power.
5 . 同期型発電本体部との組み合わせにおいて、 該同期型発電本体部での 発電のための回転数域よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電 部が備えられ、 かつ、  5. In combination with the synchronous power generation main body, there is provided a synchronous low rotation speed power generation unit that generates power in a rotation speed range lower than the rotation speed range for power generation in the synchronous power generation main body, and
同期型発電本体部での発電のための回転数域において、 前記同期型低回転数発 電部による発電を停止させる発電停止手段が備えられ、 その回転数よりも低い回 転数域においてのみ同期型低回転数発電部が発電するようになされていることを 特徴とする風力発電用の発電機構。  In the rotation speed range for power generation in the synchronous power generation main body, there is provided a power generation stop means for stopping the power generation by the synchronous low rotation speed power generation unit, and synchronization is performed only in the rotation speed range lower than the rotation speed. A power generation mechanism for wind power generation, wherein the power generation unit is configured to generate power.
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