JP2000197392A - 風力発電装置 - Google Patents
風力発電装置Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
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- Wind Motors (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 風力の強弱があってもバッテリー等の蓄電装
置に簡易かつ効率的に蓄電できる風力発電装置を提供す
ること。 【解決手段】 プロペラ２２０が風力を受けると、プロ
ペラ２２０の回転が多極発電機２３０に伝達される。こ
の際、結線切替回路２４０は、回転センサ２７０が検出
したプロペラ２２０の回転数に応じて多極発電機２３０
の各巻線コイルの結線をスター又はデルタ、直列又は並
列に適宜切り替える。この結果、微風でプロペラ２２０
が低速で回転している場合には、各巻線コイルの出力は
小さくなるが、結線切替回路２４０の結線が高電圧小電
流タイプとなり、強風でプロペラ２２０が高速で回転し
ている場合には、各巻線コイルの出力は大きくなるが、
結線切替回路２４０の結線が低電圧大電流タイプとな
り、結線切替回路２４０の出力する交流電圧のピーク値
はほぼ一定に保たれる。
置に簡易かつ効率的に蓄電できる風力発電装置を提供す
ること。 【解決手段】 プロペラ２２０が風力を受けると、プロ
ペラ２２０の回転が多極発電機２３０に伝達される。こ
の際、結線切替回路２４０は、回転センサ２７０が検出
したプロペラ２２０の回転数に応じて多極発電機２３０
の各巻線コイルの結線をスター又はデルタ、直列又は並
列に適宜切り替える。この結果、微風でプロペラ２２０
が低速で回転している場合には、各巻線コイルの出力は
小さくなるが、結線切替回路２４０の結線が高電圧小電
流タイプとなり、強風でプロペラ２２０が高速で回転し
ている場合には、各巻線コイルの出力は大きくなるが、
結線切替回路２４０の結線が低電圧大電流タイプとな
り、結線切替回路２４０の出力する交流電圧のピーク値
はほぼ一定に保たれる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、風力によって回
転するプロペラの回転を駆動源とする風力発電装置に関
する。
転するプロペラの回転を駆動源とする風力発電装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年地
球規模の環境問題が深刻な問題として取り上げられ、ク
リーンなエネルギー供給源として風力発電が利用される
ようになってきている。ここで、風力発電は、風力、風
向ともに一定でないのが前提であり、風力が弱いときで
も強風下でも安定した電力供給ができるものでなければ
ならない。
球規模の環境問題が深刻な問題として取り上げられ、ク
リーンなエネルギー供給源として風力発電が利用される
ようになってきている。ここで、風力発電は、風力、風
向ともに一定でないのが前提であり、風力が弱いときで
も強風下でも安定した電力供給ができるものでなければ
ならない。
【０００３】従来の風力発電装置として、プロペラと発
電機との間にギヤ装置等からなる結合装置を設けて回転
子の回転速度を調節したり、風向きに対するプロペラの
対向角度を変更したりすることにより、様々な風況で安
定した発電を行う試みがなされていた。しかし、回転子
の回転速度を調節したりプロペラの対向角度を変更した
のでは、結合装置や角度調節装置等を設ける必要が生
じ、風力発電装置の構造が複雑になるという問題があ
る。
電機との間にギヤ装置等からなる結合装置を設けて回転
子の回転速度を調節したり、風向きに対するプロペラの
対向角度を変更したりすることにより、様々な風況で安
定した発電を行う試みがなされていた。しかし、回転子
の回転速度を調節したりプロペラの対向角度を変更した
のでは、結合装置や角度調節装置等を設ける必要が生
じ、風力発電装置の構造が複雑になるという問題があ
る。
【０００４】また、例えば特開昭５７−２０８８４９号
公報に示されるように、発電機の固定子を構成する巻線
として、高速回転時に適当周波数の出力を発生する高速
側巻線と、低速回転時に適当周波数の出力を発生する低
速側巻線とからなる２重巻線を使用し、発電機からの出
力周波数が大きく変化しないように、回転数に応じて発
電機からの出力を高速側或いは低速側に切り換える出力
切換装置を有する風力発電装置がある。しかし、固定子
の電磁極に高速側巻線及び低速側巻線を２重に巻いたの
では、固定子ひいては発電機が大型化してしまうという
問題がある。
公報に示されるように、発電機の固定子を構成する巻線
として、高速回転時に適当周波数の出力を発生する高速
側巻線と、低速回転時に適当周波数の出力を発生する低
速側巻線とからなる２重巻線を使用し、発電機からの出
力周波数が大きく変化しないように、回転数に応じて発
電機からの出力を高速側或いは低速側に切り換える出力
切換装置を有する風力発電装置がある。しかし、固定子
の電磁極に高速側巻線及び低速側巻線を２重に巻いたの
では、固定子ひいては発電機が大型化してしまうという
問題がある。
【０００５】また、特開平９−３１７６２６号公報に示
されるように、プロペラの回転数に応じて極数を切り換
える極数切換装置を有する多極式交流発電機を備える風
力発電装置がある。しかし、上記の極数切換装置は、発
電周波数を一定にしようとするものであり、風力が微弱
な場合には、発電電圧を高くすることができず、バッテ
リーに有効に蓄電することができないという問題があ
る。
されるように、プロペラの回転数に応じて極数を切り換
える極数切換装置を有する多極式交流発電機を備える風
力発電装置がある。しかし、上記の極数切換装置は、発
電周波数を一定にしようとするものであり、風力が微弱
な場合には、発電電圧を高くすることができず、バッテ
リーに有効に蓄電することができないという問題があ
る。
【０００６】そこで、本発明は、風力の強弱があっても
バッテリー等の蓄電装置に簡易かつ効率的に蓄電できる
風力発電装置を提供することを目的とする。
バッテリー等の蓄電装置に簡易かつ効率的に蓄電できる
風力発電装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の風力発電装置は、プロペラの回転に伴って
回転するマグネットを有するロータと、前記マグネット
と対向して配置される複数の電磁極を有するステータと
を備えるものであって、前記複数の電磁極のそれぞれに
設けた複数の巻線コイルの結線を切り替える結線切替機
構を備えることを特徴とする。
め、本発明の風力発電装置は、プロペラの回転に伴って
回転するマグネットを有するロータと、前記マグネット
と対向して配置される複数の電磁極を有するステータと
を備えるものであって、前記複数の電磁極のそれぞれに
設けた複数の巻線コイルの結線を切り替える結線切替機
構を備えることを特徴とする。
【０００８】上記風力発電装置では、複数の電磁極のそ
れぞれに設けた複数の巻線コイルの結線を切り替える結
線切替機構を設けているので、弱風下では、ロータの回
転速度が低速でも蓄電に必要な所定の電圧を発生するよ
うに複数の巻線コイルの結線を切り替え、強風下では、
蓄電に必要な所定の電圧で、かつ、出力電流が大きくな
るように複数の巻線コイルの結線を切り替えることで、
効率的な風力発電を実現できる。
れぞれに設けた複数の巻線コイルの結線を切り替える結
線切替機構を設けているので、弱風下では、ロータの回
転速度が低速でも蓄電に必要な所定の電圧を発生するよ
うに複数の巻線コイルの結線を切り替え、強風下では、
蓄電に必要な所定の電圧で、かつ、出力電流が大きくな
るように複数の巻線コイルの結線を切り替えることで、
効率的な風力発電を実現できる。
【０００９】結線切替機構は、例えば風力が弱から強に
変化するときに、その変化に対応して複数の巻線コイル
をスター結線からデルタ結線に切り替え、風力が強から
弱に変化するときに、その変化に対応して複数の巻線コ
イルをデルタ結線からスター結線に切り替える。
変化するときに、その変化に対応して複数の巻線コイル
をスター結線からデルタ結線に切り替え、風力が強から
弱に変化するときに、その変化に対応して複数の巻線コ
イルをデルタ結線からスター結線に切り替える。
【００１０】
【発明の実施の形態】〔第１実施形形態〕図１は、第１
実施形態の風力発電装置の構造を説明するブロック図で
ある。この風力発電装置は、風力を受けるプロペラ２２
０と、プロペラ２２０の回転が伝達される多極発電機２
３０と、多極発電機２３０を構成する各巻線コイルの端
子の結線を切り替える結線切替回路２４０と、結線切替
回路２４０の出力を整流する整流回路２５０と、整流回
路２５０の出力電圧を蓄電するバッテリ２６０と、プロ
ペラ２２０の回転数を検出する回転センサ２７０とを備
える。なお、バッテリ２６０に接続されたインバータ２
８０は、バッテリ２６０から取り出した直流を例えば１
００Ｖの交流に変換する。
実施形態の風力発電装置の構造を説明するブロック図で
ある。この風力発電装置は、風力を受けるプロペラ２２
０と、プロペラ２２０の回転が伝達される多極発電機２
３０と、多極発電機２３０を構成する各巻線コイルの端
子の結線を切り替える結線切替回路２４０と、結線切替
回路２４０の出力を整流する整流回路２５０と、整流回
路２５０の出力電圧を蓄電するバッテリ２６０と、プロ
ペラ２２０の回転数を検出する回転センサ２７０とを備
える。なお、バッテリ２６０に接続されたインバータ２
８０は、バッテリ２６０から取り出した直流を例えば１
００Ｖの交流に変換する。
【００１１】図２は、多極発電機２３０の構造を説明す
る縦断面図である。図１のプロペラ２２０に接続されて
いるシャフト２２１は、一対の軸受２２２を介して本体
２９０側に支持されている。シャフト２２１には、筒状
回転体２２３が固定されており、この筒状回転体２２３
の内周面には、４極のロータ２２４が固定されている。
一方、本体２９０の外周面には、ロータ２２４に対向し
て３相６極のステータ２２５が固定されている。
る縦断面図である。図１のプロペラ２２０に接続されて
いるシャフト２２１は、一対の軸受２２２を介して本体
２９０側に支持されている。シャフト２２１には、筒状
回転体２２３が固定されており、この筒状回転体２２３
の内周面には、４極のロータ２２４が固定されている。
一方、本体２９０の外周面には、ロータ２２４に対向し
て３相６極のステータ２２５が固定されている。
【００１２】図３は、ロータ２２４及びステータ２２５
の配置を説明する横断面図である。ロータ２２４は、円
周上の４方向に均等に配置された４つの永久磁石２２４
ａ、２２４ｂ、２２４ｃ、２２４ｄを備える。これらの
永久磁石２２４ａ〜２２４ｄは、隣接するもの同士で極
性が入れ替わるように配置されている。ステータ２２５
は、外周の６方向に均等な配置で形成された６極のステ
ータコアＵａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂを備え
る。各ステータコアＵａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗ
ｂには、それぞれ磁気発生用の巻線コイルＵａ、Ｖａ、
Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂが巻き回されてこれに保持され
ている。
の配置を説明する横断面図である。ロータ２２４は、円
周上の４方向に均等に配置された４つの永久磁石２２４
ａ、２２４ｂ、２２４ｃ、２２４ｄを備える。これらの
永久磁石２２４ａ〜２２４ｄは、隣接するもの同士で極
性が入れ替わるように配置されている。ステータ２２５
は、外周の６方向に均等な配置で形成された６極のステ
ータコアＵａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂを備え
る。各ステータコアＵａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗ
ｂには、それぞれ磁気発生用の巻線コイルＵａ、Ｖａ、
Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂが巻き回されてこれに保持され
ている。
【００１３】図４は、図３のステータ２２５と結線切替
回路２４０との接続を説明する図である。ステータ２２
５に設けた各巻線コイルＵａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖ
ｂ、Ｗｂから延びる一対の出力端子は、結線切替回路２
４０に設けた入力端子ＴＵａ、ＴＶａ、ＴＷａ、ＴＵ
ｂ、ＴＶｂ、ＴＷｂにそれぞれ接続される。結線切替回
路２４０は、入力端子ＴＵａ、ＴＶａ、ＴＷａ、ＴＵ
ｂ、ＴＶｂ、ＴＷｂ間を、回転センサ２７０から出力さ
れる風速状態に基づいて適当な配列で結線して３端子Ｔ
1、Ｔ2、Ｔ3に接続する。
回路２４０との接続を説明する図である。ステータ２２
５に設けた各巻線コイルＵａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖ
ｂ、Ｗｂから延びる一対の出力端子は、結線切替回路２
４０に設けた入力端子ＴＵａ、ＴＶａ、ＴＷａ、ＴＵ
ｂ、ＴＶｂ、ＴＷｂにそれぞれ接続される。結線切替回
路２４０は、入力端子ＴＵａ、ＴＶａ、ＴＷａ、ＴＵ
ｂ、ＴＶｂ、ＴＷｂ間を、回転センサ２７０から出力さ
れる風速状態に基づいて適当な配列で結線して３端子Ｔ
1、Ｔ2、Ｔ3に接続する。
【００１４】図５は、結線切替回路２４０による巻線コ
イルＵａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂ間の結線を説
明する図である。図５（ａ）は、対向配置された巻線コ
イルを直列に結線した３相のコイル（すなわち、第１相
コイルＵａ、Ｕｂ、第２相コイルＶａ、Ｖｂ、第３相コ
イルＷａ、Ｗｂ）をスター接続したものである。図５
（ｂ）は、対向配置された巻線コイルを直列に結線した
３相のコイル（すなわち、第１相コイルＵａ、Ｕｂ、第
２相コイルＶａ、Ｖｂ、第３相コイルＷａ、Ｗｂ）をデ
ルタ接続したものである。図５（ｃ）は、３相のコイル
（すなわち、第１コイルＵａ、第２コイルＶａ、第３コ
イルＷａ）をスター接続したものと、別の３相のコイル
（すなわち、第１コイルＵｂ、第２コイルＶｂ、第３コ
イルＷｂ）をスター接続したものを並列に接続したもの
である。図５（ｄ）は、対向配置された巻線コイルを並
列に結線した３相のコイル（すなわち、第１コイルＵ
ａ、Ｕｂ、第２コイルＶａ、Ｖｂ、第３コイルＷａ、Ｗ
ｂ）をデルタ接続したものである。
イルＵａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂ間の結線を説
明する図である。図５（ａ）は、対向配置された巻線コ
イルを直列に結線した３相のコイル（すなわち、第１相
コイルＵａ、Ｕｂ、第２相コイルＶａ、Ｖｂ、第３相コ
イルＷａ、Ｗｂ）をスター接続したものである。図５
（ｂ）は、対向配置された巻線コイルを直列に結線した
３相のコイル（すなわち、第１相コイルＵａ、Ｕｂ、第
２相コイルＶａ、Ｖｂ、第３相コイルＷａ、Ｗｂ）をデ
ルタ接続したものである。図５（ｃ）は、３相のコイル
（すなわち、第１コイルＵａ、第２コイルＶａ、第３コ
イルＷａ）をスター接続したものと、別の３相のコイル
（すなわち、第１コイルＵｂ、第２コイルＶｂ、第３コ
イルＷｂ）をスター接続したものを並列に接続したもの
である。図５（ｄ）は、対向配置された巻線コイルを並
列に結線した３相のコイル（すなわち、第１コイルＵ
ａ、Ｕｂ、第２コイルＶａ、Ｖｂ、第３コイルＷａ、Ｗ
ｂ）をデルタ接続したものである。
【００１５】結線切替回路２４０は、図示を省略する
が、回転センサ２７０から出力される回転速度信号が最
も大きい状態から、回転速度信号が最も小さい状態まで
の間を４段階に分けて各段階に対応する信号を発生する
判別部と、判別部の出力する信号に応じて結線を切り替
えるスイッチ装置とを備える。回転速度信号が最も小さ
い弱風状態を示す第１段階では、巻線コイルＵａ、Ｖ
ａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂが図５（ａ）の直列スター
結線にスイッチされ、回転速度信号が次に大きい中弱風
状態を示す第２段階では、図５（ｂ）の直列デルタ結線
にスイッチされ、回転速度信号が次に大きい中強風状態
を示す第３段階では、図５（ｃ）の並列スター結線にス
イッチされ、回転速度信号が最も大きい強風状態を示す
第４段階では、図５（ｄ）の並列デルタ結線にスイッチ
される。つまり、図５（ａ）の直列スター結線は、微風
・低回転状態に対応し、結線切替回路２４０からの出力
は高電圧小電流タイプとなる。一方、図５（ｂ）の並列
デルタ結線は、強風・高回転状態に対応し、結線切替回
路２４０からの出力は低電圧高電流タイプとなる。
が、回転センサ２７０から出力される回転速度信号が最
も大きい状態から、回転速度信号が最も小さい状態まで
の間を４段階に分けて各段階に対応する信号を発生する
判別部と、判別部の出力する信号に応じて結線を切り替
えるスイッチ装置とを備える。回転速度信号が最も小さ
い弱風状態を示す第１段階では、巻線コイルＵａ、Ｖ
ａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂが図５（ａ）の直列スター
結線にスイッチされ、回転速度信号が次に大きい中弱風
状態を示す第２段階では、図５（ｂ）の直列デルタ結線
にスイッチされ、回転速度信号が次に大きい中強風状態
を示す第３段階では、図５（ｃ）の並列スター結線にス
イッチされ、回転速度信号が最も大きい強風状態を示す
第４段階では、図５（ｄ）の並列デルタ結線にスイッチ
される。つまり、図５（ａ）の直列スター結線は、微風
・低回転状態に対応し、結線切替回路２４０からの出力
は高電圧小電流タイプとなる。一方、図５（ｂ）の並列
デルタ結線は、強風・高回転状態に対応し、結線切替回
路２４０からの出力は低電圧高電流タイプとなる。
【００１６】回転センサ２７０は、プロペラ２２０に負
荷を与えることなくプロペラ２２０の回転数を検出する
ものである。例えば、プロペラ２２０のシャフトの周囲
にシャフトとともに回転する磁性体のリングを配置し、
このリングの周方向に周期的な開口を形成する。そし
て、このリングに対向するように配置され多極発電機２
３０の本体側に固定された磁気センサで上記リングの開
口での磁気変化を検出し、この磁気変化をパルス数に変
換してプロペラ２２０の回転数を求めることもできる。
なお、このような磁気センサを利用したパルスカウンタ
の代わりに、タコジェネレータ等の各種回転計測装置を
使用することができることは言うまでもない。
荷を与えることなくプロペラ２２０の回転数を検出する
ものである。例えば、プロペラ２２０のシャフトの周囲
にシャフトとともに回転する磁性体のリングを配置し、
このリングの周方向に周期的な開口を形成する。そし
て、このリングに対向するように配置され多極発電機２
３０の本体側に固定された磁気センサで上記リングの開
口での磁気変化を検出し、この磁気変化をパルス数に変
換してプロペラ２２０の回転数を求めることもできる。
なお、このような磁気センサを利用したパルスカウンタ
の代わりに、タコジェネレータ等の各種回転計測装置を
使用することができることは言うまでもない。
【００１７】以下、第１実施形態の風力発電装置の動作
について説明する。プロペラ２２０が風力を受けると、
プロペラ２２０の回転が多極発電機２３０に伝達され
る。多極発電機２３０に設けた各巻線コイルＵａ、Ｖ
ａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂには、風力すなわちプロペ
ラ２２０の回転数に応じた交流電力が生じる。この際、
結線切替回路２４０は、回転センサ２７０が検出したプ
ロペラ２２０の回転数に応じて各巻線コイルＵａ、Ｖ
ａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂの結線を図５に示すように
スター又はデルタ、直列又は並列に適宜切り替える。こ
の結果、微風でプロペラ２２０が低速で回転している場
合には、各巻線コイルＵａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、
Ｗｂの出力は小さくなるが、結線切替回路２４０の結線
が高電圧小電流タイプとなり、強風でプロペラ２２０が
高速で回転している場合には、各巻線コイルＵａ、Ｖ
ａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂの出力は大きくなるが、結
線切替回路２４０の結線が低電圧大電流タイプとなり、
結線切替回路２４０の出力する交流電圧のピーク値はほ
ぼ一定に保たれる。多極発電機２３０からほぼ一定強度
を有して出力される交流電圧は、整流回路２５０で整流
され、蓄電に必要な固有の閾値以上の直流電圧としてバ
ッテリ２６０に供給される。バッテリ２６０は、微風で
プロペラ２２０が低速で回転している場合、小電流で徐
々に充電され、強風でプロペラ２２０が高速で回転して
いる場合には、大電流で迅速に充電される。
について説明する。プロペラ２２０が風力を受けると、
プロペラ２２０の回転が多極発電機２３０に伝達され
る。多極発電機２３０に設けた各巻線コイルＵａ、Ｖ
ａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂには、風力すなわちプロペ
ラ２２０の回転数に応じた交流電力が生じる。この際、
結線切替回路２４０は、回転センサ２７０が検出したプ
ロペラ２２０の回転数に応じて各巻線コイルＵａ、Ｖ
ａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂの結線を図５に示すように
スター又はデルタ、直列又は並列に適宜切り替える。こ
の結果、微風でプロペラ２２０が低速で回転している場
合には、各巻線コイルＵａ、Ｖａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、
Ｗｂの出力は小さくなるが、結線切替回路２４０の結線
が高電圧小電流タイプとなり、強風でプロペラ２２０が
高速で回転している場合には、各巻線コイルＵａ、Ｖ
ａ、Ｗａ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂの出力は大きくなるが、結
線切替回路２４０の結線が低電圧大電流タイプとなり、
結線切替回路２４０の出力する交流電圧のピーク値はほ
ぼ一定に保たれる。多極発電機２３０からほぼ一定強度
を有して出力される交流電圧は、整流回路２５０で整流
され、蓄電に必要な固有の閾値以上の直流電圧としてバ
ッテリ２６０に供給される。バッテリ２６０は、微風で
プロペラ２２０が低速で回転している場合、小電流で徐
々に充電され、強風でプロペラ２２０が高速で回転して
いる場合には、大電流で迅速に充電される。
【００１８】〔第２実施形形態〕以下、本発明の第２実
施形態について説明する。第２実施形の風力発電装置
は、第１実施形態の装置の変形例であり、同一部分には
同一の符号を付して重複説明を省略する。
施形態について説明する。第２実施形の風力発電装置
は、第１実施形態の装置の変形例であり、同一部分には
同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００１９】図６は、第２実施形態の風力発電装置の要
部構造を説明するブロック図である。この風力発電装置
では、プロペラ２２０に接続されているシャフト２２１
を磁気軸受３２２で支持している。つまり、筒状回転体
２２３の内周面に固定されたロータ２２４と、本体２９
０の外周面に固定されたステータ２２５とからなる多極
発電機２３０の軸受として磁気軸受３２２が用いられて
いる。
部構造を説明するブロック図である。この風力発電装置
では、プロペラ２２０に接続されているシャフト２２１
を磁気軸受３２２で支持している。つまり、筒状回転体
２２３の内周面に固定されたロータ２２４と、本体２９
０の外周面に固定されたステータ２２５とからなる多極
発電機２３０の軸受として磁気軸受３２２が用いられて
いる。
【００２０】図７は、磁気軸受３２２をその軸心に沿っ
て切断して示す縦断面図である。ハウジング１００ｂ、
１００ｃ内において回転自在に支持されているシャフト
２２１には、略中央から半径方向に延在するスラスト磁
気軸受の一部を構成するフランジ部８０が形成されてい
る。シャフト２２１の軸方向両端側の外周には、ラジア
ル磁気軸受の一部を構成するロータコア２が嵌合されて
いる。ロータコア２は、Ｉ型磁性鋼板の円周方向積層体
であり、各ロータコア２の外周に配置された保持部材３
によって締まり嵌めで締め付けられており、軸線方向両
側の固定リング４によってシャフト２２１に対して固定
されている。
て切断して示す縦断面図である。ハウジング１００ｂ、
１００ｃ内において回転自在に支持されているシャフト
２２１には、略中央から半径方向に延在するスラスト磁
気軸受の一部を構成するフランジ部８０が形成されてい
る。シャフト２２１の軸方向両端側の外周には、ラジア
ル磁気軸受の一部を構成するロータコア２が嵌合されて
いる。ロータコア２は、Ｉ型磁性鋼板の円周方向積層体
であり、各ロータコア２の外周に配置された保持部材３
によって締まり嵌めで締め付けられており、軸線方向両
側の固定リング４によってシャフト２２１に対して固定
されている。
【００２１】ロータコア２の半径方向外方において、ラ
ジアル磁気軸受の一部を構成するコ字形の電磁鋼板積層
体であるステータコア１０が、ハウジング１００ｂに対
して円周方向に等間隔で４つ配置されている。３つ以上
であれば足りるこのステータコア１０は、軸線方向に延
在する基部と半径方向内方に延在するヨークとからなる
断面Ｌ字状の本体部材１０ｃと、本体部材１０ｃから半
径方向内方に延在する断面Ｉ字状のヨーク部材１０ｄと
からなる。本体部材１０ｃとヨーク部材１０ｄとの間に
は、バイアス磁束発生用の平板状の永久磁石２０が配置
されている。本体部材１０ｃのヨーク部とヨーク部材１
０ｄとには、磁束調節用の励磁コイル３１、３２がそれ
ぞれ巻き付けられている。ステータコア１０のうちロー
タコア２に対向する面は、電磁極になっている。なお、
ハウジング１００ｂ、１００ｃ内においてシャフト２２
１の軸方向両端に対向して配置された半径方向変位セン
サー５は、シャフト２２１の半径方向位置を感知する。
ジアル磁気軸受の一部を構成するコ字形の電磁鋼板積層
体であるステータコア１０が、ハウジング１００ｂに対
して円周方向に等間隔で４つ配置されている。３つ以上
であれば足りるこのステータコア１０は、軸線方向に延
在する基部と半径方向内方に延在するヨークとからなる
断面Ｌ字状の本体部材１０ｃと、本体部材１０ｃから半
径方向内方に延在する断面Ｉ字状のヨーク部材１０ｄと
からなる。本体部材１０ｃとヨーク部材１０ｄとの間に
は、バイアス磁束発生用の平板状の永久磁石２０が配置
されている。本体部材１０ｃのヨーク部とヨーク部材１
０ｄとには、磁束調節用の励磁コイル３１、３２がそれ
ぞれ巻き付けられている。ステータコア１０のうちロー
タコア２に対向する面は、電磁極になっている。なお、
ハウジング１００ｂ、１００ｃ内においてシャフト２２
１の軸方向両端に対向して配置された半径方向変位セン
サー５は、シャフト２２１の半径方向位置を感知する。
【００２２】さらに、この磁気軸受３２２は、スラスト
磁気軸受の一部として、シャフト２２１に設けられたフ
ランジ部８０の軸方向両面に対向して同心で設置される
断面コ字状の磁性材質の円環体４０と、断面コ字状円環
体４０の断面一部において同心で介在する円環状永久磁
石５０と、断面コ字状円環体４０の溝部に巻き回される
励磁コイル６０と、フランジ部８０の軸方向位置を感知
する軸方向変位センサー７０とを備える。
磁気軸受の一部として、シャフト２２１に設けられたフ
ランジ部８０の軸方向両面に対向して同心で設置される
断面コ字状の磁性材質の円環体４０と、断面コ字状円環
体４０の断面一部において同心で介在する円環状永久磁
石５０と、断面コ字状円環体４０の溝部に巻き回される
励磁コイル６０と、フランジ部８０の軸方向位置を感知
する軸方向変位センサー７０とを備える。
【００２３】円環体４０は、半径方向に延在する基部と
軸線方向に延在するヨークとからなる断面Ｌ字状の本体
部材４０ｃと、本体部材４０ｃから軸線方向に延在する
環状ヨーク部４０ｄとからなり、一対の支持部材５４０
を介してハウジング１００ｂに取付けられている。な
お、フランジ部８０の外周部の一方の側面に対向して、
一方の支持部材５４０に軸方向変位センサー７０が配置
されている。
軸線方向に延在するヨークとからなる断面Ｌ字状の本体
部材４０ｃと、本体部材４０ｃから軸線方向に延在する
環状ヨーク部４０ｄとからなり、一対の支持部材５４０
を介してハウジング１００ｂに取付けられている。な
お、フランジ部８０の外周部の一方の側面に対向して、
一方の支持部材５４０に軸方向変位センサー７０が配置
されている。
【００２４】シャフト２２１の軸方向両端に形成された
小径部２２１ａの半径方向外方には、通常はそれに当接
しないタッチダウン軸受１００ａが配置されてハウジン
グ１００ｃに固定されている。
小径部２２１ａの半径方向外方には、通常はそれに当接
しないタッチダウン軸受１００ａが配置されてハウジン
グ１００ｃに固定されている。
【００２５】上記の磁気軸受３２２では、図示を省略す
る制御回路が変位センサー５、７０の出力に基づいて励
磁コイル３１、３２、６０に必要な電流を供給して、シ
ャフト２２１を目標位置に浮上させる。このような位置
制御は、ＰＩＤ制御や現代制御理論によって行うことが
できる。その後、励磁コイル３１、３２、６０に流れる
電流の値がゼロになるように制御回路の目標位置信号を
変更する。つまり、シャフト２２１を支持する目標位置
を永久磁石２０、５０による吸引力がバランスする位置
と一致させるフィードバック制御を行う。この状態で
は、ゼロ電流制御が達成されており、励磁コイル３１、
３２、６０にはほとんど電流が流れない。つまり、励磁
コイル３１、３２、６０に流す制御電流は、シャフト２
２１の微小変動を抑える微分動作のみの微小電流となっ
ており、この磁気軸受３２２の消費電力は極めて小さ
い。
る制御回路が変位センサー５、７０の出力に基づいて励
磁コイル３１、３２、６０に必要な電流を供給して、シ
ャフト２２１を目標位置に浮上させる。このような位置
制御は、ＰＩＤ制御や現代制御理論によって行うことが
できる。その後、励磁コイル３１、３２、６０に流れる
電流の値がゼロになるように制御回路の目標位置信号を
変更する。つまり、シャフト２２１を支持する目標位置
を永久磁石２０、５０による吸引力がバランスする位置
と一致させるフィードバック制御を行う。この状態で
は、ゼロ電流制御が達成されており、励磁コイル３１、
３２、６０にはほとんど電流が流れない。つまり、励磁
コイル３１、３２、６０に流す制御電流は、シャフト２
２１の微小変動を抑える微分動作のみの微小電流となっ
ており、この磁気軸受３２２の消費電力は極めて小さ
い。
【００２６】以上の第２実施形態の風力発電装置によれ
ば、プロペラ２２０や多極発電機２３０の軸受として非
接触の磁気軸受３２２を使用しているので、軸受部分の
保守性が良好で、風力の小さいときもエネルギーを有効
に利用することができる。
ば、プロペラ２２０や多極発電機２３０の軸受として非
接触の磁気軸受３２２を使用しているので、軸受部分の
保守性が良好で、風力の小さいときもエネルギーを有効
に利用することができる。
【００２７】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、上記実施形態では多極発電機２３０を４極
３相としたが、風力発電装置の設置場所等の状況に応じ
て極数や相数を変更することができ、並列に配列するコ
イル数も適宜変更できる。この際、極数や相数、並列コ
イル数等の設定に応じて結線切替回路２４０の内部配線
等を適宜変更することになる。
たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、上記実施形態では多極発電機２３０を４極
３相としたが、風力発電装置の設置場所等の状況に応じ
て極数や相数を変更することができ、並列に配列するコ
イル数も適宜変更できる。この際、極数や相数、並列コ
イル数等の設定に応じて結線切替回路２４０の内部配線
等を適宜変更することになる。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の風力発電装置によれば、複数の電磁極のそれぞれに設
けた複数の巻線コイルの結線を切り替える結線切替機構
を設けているので、弱風下では、ロータの回転速度が低
速でも蓄電に必要な所定の電圧を発生するように複数の
巻線コイルの結線を切り替え、強風下では、蓄電に必要
な所定の電圧で、かつ、出力電流が大きくなるように複
数の巻線コイルの結線を切り替えることで、効率的な風
力発電を実現できる。
の風力発電装置によれば、複数の電磁極のそれぞれに設
けた複数の巻線コイルの結線を切り替える結線切替機構
を設けているので、弱風下では、ロータの回転速度が低
速でも蓄電に必要な所定の電圧を発生するように複数の
巻線コイルの結線を切り替え、強風下では、蓄電に必要
な所定の電圧で、かつ、出力電流が大きくなるように複
数の巻線コイルの結線を切り替えることで、効率的な風
力発電を実現できる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る風力発電装置の構
造を説明するブロック図である。
造を説明するブロック図である。
【図２】図１の風力発電装置の多極発電機の部分を説明
する部分断面図である。
する部分断面図である。
【図３】図２の多極発電機の構造を説明する断面図であ
る。
る。
【図４】図１の風力発電装置の結線切替回路を説明する
図である。
図である。
【図５】図４の結線切替回路による結線を説明する図で
ある。
ある。
【図６】第２実施形態に係る風力発電装置の構造を説明
するブロック図である。
するブロック図である。
【図７】図６の風力発電装置の要部を説明する断面図で
ある。
ある。
５,７０ 変位センサー １０ ステータコア ２０,５０ 永久磁石 ３１,３２,６０ 励磁コイル ４０ 円環体 ２２０ プロペラ ２２１ シャフト ２２２ 軸受 ２２３ 筒状回転体 ２２４ ロータ ２２４ａ〜２２４ｄ 永久磁石 ２２５ ステータ ２３０ 多極発電機 ２４０ 結線切替回路 ２５０ 整流回路 ２６０ バッテリ ２７０ 回転センサ ３２２ 磁気軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福山 寛正 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB06 CC22 CC32 CC52 CC57 CC72 5H019 AA04 BB01 BB02 BB05 BB08 BB17 CC04 EE10 FF03 5H590 AA02 CA14 CC02 CC18 CC24 CC32 CC34 CD01 CD03 CE05 EA07 FC26 HA11 HA27 HB12 HB14 JA12 JA13 JA14 5H621 BB10 GA04 GB10 HH02 JK19
Claims (1)
- 【請求項１】 プロペラの回転に伴って回転するマグネ
ットを有するロータと、前記マグネットと対向して配置
される複数の電磁極を有するステータとを備える風力発
電装置において、 前記複数の電磁極のそれぞれに設けた複数の巻線コイル
の結線を切り替える結線切換機構を備えることを特徴と
する風力発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10366352A JP2000197392A (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | 風力発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10366352A JP2000197392A (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | 風力発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000197392A true JP2000197392A (ja) | 2000-07-14 |
Family
ID=18486575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10366352A Withdrawn JP2000197392A (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | 風力発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000197392A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2003055045A1 (ja) * | 2001-12-20 | 2005-04-28 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石型回転電機および風力発電用永久磁石型同期発電機 |
| JP2007509596A (ja) * | 2003-10-24 | 2007-04-12 | エレクトロニカ プロダクツ リミテッド | 永久磁石ブラシレスモータの磁気伝動装置 |
| JP2007336777A (ja) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Mitsuo Seki | 風力発電装置 |
| JP2009071937A (ja) * | 2007-09-11 | 2009-04-02 | Dc Create Engineering:Kk | 極数切替え装置および極数切替え方法 |
| JP2009148020A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Mitsuba Corp | 永久磁石式の交流発電機 |
| JP2010130747A (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Honda Motor Co Ltd | 巻線接続制御装置及び磁石式発電機 |
| US7795751B2 (en) | 2001-05-03 | 2010-09-14 | Aloys Wobben | Wind power installation |
| JP2011114938A (ja) * | 2009-11-26 | 2011-06-09 | Ohatsu Co Ltd | 自然エネルギーによって発電された電力の変換装置 |
| US8232696B2 (en) | 2008-11-07 | 2012-07-31 | Honda Motor Co., Ltd. | Coil structure, coil connection control apparatus, and magnetic electricity generator |
| JP2013258911A (ja) * | 2013-10-02 | 2013-12-26 | Nagoya Electrical Educational Foundation | 極数切替え装置および極数切替え方法 |
| KR20150125487A (ko) * | 2014-04-30 | 2015-11-09 | 한화테크윈 주식회사 | 항공기에서 이용되는 발전기에서 단일 컨버터를 이용하여 전원을 공급하는 dc 전원공급장치 |
| JPWO2014122719A1 (ja) * | 2013-02-05 | 2017-01-26 | 三菱重工業株式会社 | 風力発電装置 |
| JP2017516953A (ja) * | 2014-06-03 | 2017-06-22 | セントラレス エネルヘティカス シクロニカス， エセ． エレ | サイクロン風力エネルギー変換装置 |
| JP2019126175A (ja) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 株式会社明電舎 | 回転電機 |
| CN111512537A (zh) * | 2018-01-05 | 2020-08-07 | 三菱电机株式会社 | 旋转电机装置 |
| WO2024024171A1 (ja) * | 2022-07-25 | 2024-02-01 | コアレスモータ株式会社 | 風力発電機ユニットおよびその集合設備 |
-
1998
- 1998-12-24 JP JP10366352A patent/JP2000197392A/ja not_active Withdrawn
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8232696B2 (en) | 2008-11-07 | 2012-07-31 | Honda Motor Co., Ltd. | Coil structure, coil connection control apparatus, and magnetic electricity generator |
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| JPWO2014122719A1 (ja) * | 2013-02-05 | 2017-01-26 | 三菱重工業株式会社 | 風力発電装置 |
| JP2013258911A (ja) * | 2013-10-02 | 2013-12-26 | Nagoya Electrical Educational Foundation | 極数切替え装置および極数切替え方法 |
| KR20150125487A (ko) * | 2014-04-30 | 2015-11-09 | 한화테크윈 주식회사 | 항공기에서 이용되는 발전기에서 단일 컨버터를 이용하여 전원을 공급하는 dc 전원공급장치 |
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| CN111512537A (zh) * | 2018-01-05 | 2020-08-07 | 三菱电机株式会社 | 旋转电机装置 |
| CN111512537B (zh) * | 2018-01-05 | 2023-09-22 | 三菱电机株式会社 | 旋转电机装置 |
| JP2019126175A (ja) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 株式会社明電舎 | 回転電機 |
| WO2024024171A1 (ja) * | 2022-07-25 | 2024-02-01 | コアレスモータ株式会社 | 風力発電機ユニットおよびその集合設備 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060307 |