JP2002339856A - 永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置 - Google Patents
永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置Info
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Abstract
もに、発電機の回転子磁極(永久磁石)が減磁すること
なく、風車の回転を減速したり停止状態を維持すること
のできる永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置を得
る。 【解決手段】 風車1とともに回転する永久磁石を含む
回転子1aおよび回転子1aに対向配置された電機子回
路3を有する発電機2とを備えた永久磁石型風力発電機
を制動する装置であって、電機子回路3に設けられたブ
レーキ用の第1および第2の短絡装置4、4Aとを備
え、第1の短絡装置4は、風車1の停止状態を維持する
ために電機子回路3を短絡し、第2の短絡装置4Aは、
短絡スイッチに直列接続されたインピーダンス7を含
み、回転中の風車1を減速するために、電機子回路3を
短絡する。
Description
発電機を用いた風力発電システムの電気ブレーキ装置に
関し、特に風車の停止状態を維持したり回転中の風車を
減速するための永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装
置に関するものである。
電機子回路(コイル)を対向配置した風力発電機におい
て、機械式のブレーキ(たとえば、ディスクブレーキ)
は、風車の回転軸(または、発電機の回転子)に設けら
れている。
には、風力発電システムにおいて、交流発電機の出力を
短絡することにより風車にブレーキをかけ、風車の回転
数を低下させて過回転を防止する技術が記載されてい
る。
は、発電機が増速ギアを介して風車に接続されているの
で、発電機の回転数が高い分だけトルクは小さくなる。
したがって、トルクの小さい高速回転側に機械式のブレ
ーキを設けることが可能であることから、比較的コンパ
クトなブレーキを構成することができる。
が存在しないという利点から、同期発電機を用いたギア
レスの風力発電システムが導入されている。特に、永久
磁石型同期発電機を用いた風力発電システムは、回転子
に励磁損失が発生しないという点で、巻線界磁型同期発
電機を用いたシステムよりも有利であることが知られて
いる。
においては、増速ギアを介在させることなく風車と発電
機とが直結されているので、発電機の回転数が風車の回
転数と一致し、増速ギア付きの発電機の場合よりも回転
数が小さくなる。
ギア付きの発電機の場合に比べて大きくなるので、風車
の過回転を防止するために大きなブレーキトルクが必要
となり、ブレーキ装置の重量体積が大きくなってしま
う。
公報に記載された従来技術においては、風車の過回転を
防止するために、発電機の出力端子を短絡しているの
で、発電機の定格回転数以上の回転状態で発電機出力を
短絡することになる。
て、瞬時に発電機の電機子コイルに過大な電流が流れる
ことになり、このときの電機子コイルの発生磁界によっ
て回転子磁極を構成する永久磁石が減磁してしまうおそ
れがある。
発電機の電気ブレーキ装置は以上のように、増速ギアを
介さずに風車と発電機とが直結されており、発電機のト
ルクが比較的大きくなるので、ブレーキの重量体積が大
きくなってしまうという問題点があった。
に記載された従来装置のように発電機の出力を短絡した
場合には、発電機の定格回転数以上の回転数において発
電機(電機子)の出力端子が短絡されるので、発電機の
電機子コイルに瞬時に過大電流が流れ、このときの電機
子コイルの発生磁界により回転子磁極を構成する永久磁
石が減磁してしまうという問題点があった。
ためになされたもので、機械式ブレーキの小型軽量化を
実現するとともに、発電機の回転子磁極を構成する永久
磁石が減磁することなく、風車の停止状態を維持するこ
とのできる永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置を
得ることを目的とする。
軽量化を実現するとともに、発電機の回転子磁極を構成
する永久磁石が減磁することなく、風車の回転を減速す
ることのできる永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装
置を得ることを目的とする。
型軽量化を実現するとともに、発電機の回転子磁極を構
成する永久磁石が減磁することなく、風車の回転を減速
したり停止状態を維持することのできる永久磁石型風力
発電機の電気ブレーキ装置を得ることを目的とする。
る永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置は、風力に
よって回転駆動する風車と、風車と一体に回転駆動する
永久磁石を含む回転子および回転子に対向配置された電
機子回路を有する発電機とを備えた風力発電機の電気ブ
レーキ装置であって、電機子回路に接続されて風車のブ
レーキとして機能する短絡装置を設け、短絡装置は、選
択的に駆動されることにより、電機子回路を短絡して風
車の停止状態を維持するものである。
型風力発電機の電気ブレーキ装置は、風力によって回転
駆動する風車と、風車と一体に回転駆動する永久磁石を
含む回転子および回転子に対向配置された電機子回路を
有する発電機とを備えた風力発電機の電気ブレーキ装置
であって、電機子回路に接続されて風車のブレーキとし
て機能する短絡装置を設け、短絡装置は、短絡スイッチ
に直列接続されたインピーダンスを含み、短絡スイッチ
が選択的にオンされることにより、インピーダンスを介
して電機子回路を短絡し、回転中の風車を減速するもの
である。
型風力発電機の電気ブレーキ装置は、請求項2におい
て、インピーダンスは、コンデンサ、抵抗器およびリア
クトルのうちの少なくとも1つを含むものである。
型風力発電機の電気ブレーキ装置は、風力によって回転
駆動する風車と、風車と一体に回転駆動する永久磁石を
含む回転子および回転子に対向配置された電機子回路を
有する発電機とを備えた風力発電機の電気ブレーキ装置
であって、電機子回路に接続されて風車のブレーキとし
て機能する第1および第2の短絡装置を設け、第1の短
絡装置は、選択的に駆動されることにより、電機子回路
を短絡して風車の停止状態を維持し、第2の短絡装置
は、短絡スイッチに直列接続されたインピーダンスを含
み、短絡スイッチが選択的にオンされることにより、イ
ンピーダンスを介して電機子回路を短絡し、回転中の風
車を減速するものである。
型風力発電機の電気ブレーキ装置は、請求項4におい
て、インピーダンスは、コンデンサ、抵抗器およびリア
クトルのうちの少なくとも1つを含むものである。
しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明
する。図1は風車の停止状態を維持するための短絡装置
を設けたこの発明の実施の形態1を概略的に示すブロッ
ク構成図である。
車である。1aは風車の回転軸と一体に回転駆動する回
転子であり、たとえば数10極の程度の永久磁石からな
る磁極を有している。
電機(以下、単に「発電機」という)である。3は発電
機2内の固定子として設けられた電機子回路であり、回
転子1aに対向配置されたスター結線コイルにより構成
されており、出力端子から三相交流電力を出力する。な
お、電機子コイルは、必ずしもスター結線でなくてもよ
く、たとえばデルタ結線であってもよい。
たブレーキ用の短絡装置であり、三相の並列スイッチに
より構成されている。5は電機子回路3の出力端子に接
続されたインバータ、6はインバータ5の出力端子に接
続された負荷または電力系統である。
り発電機2が回転し、発電機2から発生した3相電力
は、電機子回路3を介してインバータ5に入力される。
発電機2の発電電力は、インバータ5を介して、所望の
電圧および周波数に変換された後、負荷または電力系統
6に供給される。
おいては、たとえば風が存在しても発電する必要が無い
場合には、風車1を回転させずに停止状態に維持する必
要が生じることがある。
を短絡するための短絡装置4が設けられており、風車1
が完全に停止している場合や非常に小さい回転数で回転
している場合に、電機子回路3が短絡されるようになっ
ている。
子巻線は、回転子1aに設けられた永久磁石の磁極(図
示せず)からの発生磁束を捕らえて、回転子を拘束する
力を発生する。この拘束力を利用すれば、従来のような
大きな機械式ブレーキのブレーキ力がなくとも、風車1
が回転せずに、停止状態を維持させることができる。
3を短絡し、短絡状態にある固定子(電機子回路3の電
機子コイル)が回転子1aの磁束を捕らえて回転子を拘
束する力を利用することにより、停止(または、ほぼ停
止)中の風車1の停止状態を維持するためのブレーキ力
を有効に得ることができる。
は、風車1の停止状態維持のみを目的として、電機子回
路3に短絡装置4のみを設けたが、回転中の風車1を減
速するために、短絡装置4にさらにインピーダンスを設
けてもよい。
絡用インピーダンスを設けたこの発明の実施の形態2を
概略的に示すブロック構成図である。図2において、前
述(図1参照)と同様のものについては、同一符号を付
して詳述を省略する。
り、コンデンサ、抵抗器またはリアクトルなどで構成さ
れている。各インピーダンス7は、短絡装置4A内の短
絡スイッチにそれぞれ直列接続されており、短絡スイッ
チを介して電機子回路3の出力端子に接続されている。
場合に、インピーダンス7を介さずに短絡装置4(図1
参照)のみで発電機2を短絡すると、前述のように電機
子回路3に過大な電流が流れてしまい、このときの発生
磁界により回転子磁極を構成する回転子1aに設けられ
た磁極形成用の永久磁石が減磁してしまうおそれがあ
る。
を介して短絡することにより、過大な電流が電機子回路
3から電機子コイルに流れることはなく、回転子1a内
の永久磁石が減磁してしまうことはない。
む場合には、電機子回路3に流れる電流の位相が進むの
で、電機子電流による発生磁界の向きは、発電機2の磁
極による発生磁束を強める方向となり、発電機2の電機
子鉄心の磁束密度は大きくなる。
なれば、電機子鉄心で発生する鉄損(ヒステリシス損や
渦電流損)が大きくなり、さらに大きなブレーキ力を得
ることができる。
大きくなるという性質があるので、発電機2の回転数が
高い場合には、電機子鉄心における磁束密度の変化周波
数も大きくなって、さらに大きな鉄損を発生する。
には、上記鉄損効果とコンデンサによる進み電流効果と
の相乗効果により、さらに大きなブレーキ力を得ること
ができる。
合には、電機子回路3の短絡時に有効電流が流れるの
で、発電機2で発生した電力がインピーダンス7内の抵
抗器によりジュール損として消費されることにより、さ
らにブレーキ力を得ることができる。
む場合には、発電機2の回転数が高い(電機子コイルの
発生電圧の周波数が高い)ときに、リアクトルのインピ
ーダンスが大きくなるので、電機子回路3にインピーダ
ンス7を接続した時点での突発的な過大電流をさらに有
効に抑制することができる。
くなるにつれて、リアクトルによるインピーダンスが小
さくなるので、徐々に電流が流れ易くなり、リアクトル
および電機子回路3の抵抗成分で発生するジュール損に
よって、さらにブレーキ力を得ることができる。
トルなどのインピーダンス7を電機子回路3に接続し、
発電した電力を、電機子鉄心の鉄損、抵抗器でのジュー
ル損、電機子コイルの銅損などの熱に変換することによ
り、回転中の風車1を有効に減速してブレーキ力を得る
ことができる。
て進み無効電流を流すことにより、増磁作用で電機子鉄
心の磁束密度の増加が可能なことから、鉄損が大きくな
り、回転中の風車1を減速するときに大きなブレーキ力
を得ることができる。
数)が高い場合には、コンデンサのインピーダンスが低
くなって電流が流し易いうえ、高周波によって大きな電
機子鉄損を発生し易いので、特に有効なブレーキ効果が
得られる。
効電流を流すことにより、発電電力を抵抗器で消費する
ことができ、回転中の風車1に対して有効にブレーキ力
を得ることができる。
て遅れ無効電流を流すことにより、電機子電流を流して
銅損を大きくし、回転中の風車1に対して有効にブレー
キ力を得ることができる。
機2の周波数)が低くなるほど、リアクトルのインピー
ダンスが低くなって電流が流し易くなり、コイルに大き
な電流を流して大きな電機子銅損を発生し易いので、回
転中の風車1に対して有効にブレーキ効果が得られる。
2では、電機子回路3に対して、短絡装置4(図1参
照)、または、短絡装置4Aおよびインピーダンス7
(図2参照)の一方のみを接続したが、短絡装置4と短
絡装置4Aおよびインピーダンス7とを並列接続しても
よい。
車1の停止維持および減速作用の両方を実現したこの発
明の実施の形態3を概略的に示すブロック構成図であ
る。図3において、前述(図1、図2参照)と同様のも
のについては、同一符号を付して詳述を省略する。
る場合や非常に小さい回転数で回転しているときには、
風車1の停止(非回転)状態を維持するために、前述
(図1参照)と同様の短絡装置4により、電機子回路3
が短絡される。
子1aの永久磁石磁極の発生磁束を捕らえて回転子を拘
束する力が発生するので、風車1が回転せず、風車1の
停止状態を維持させることができる。
は、前述(図2参照)と同様に、短絡装置4Aを介して
インピーダンス7が電機子回路3に接続される。このと
き、電機子に過大な電流が流れることはなく、したがっ
て、回転子1aの永久磁石磁極が減磁されることはな
い。
ス7がコンデンサを含む場合には、電機子回路3の電流
位相が進むので、電機子鉄心の磁束密度および鉄損が大
きくなって大きなブレーキ力が得られ、発電機2の回転
数(電機子鉄心の磁束密度変化の周波数)が高い場合に
は、さらに大きな鉄損によるブレーキ力が得られる。
合には、発電機2の発生電力がジュール損として消費さ
れるので、有効にブレーキ力を得ることができる。さら
に、インピーダンス7がリアクトルを含む場合には、発
電機2の回転数上昇(インピーダンス上昇)につれて過
大電流を抑制することができ、回転数低下(インピーダ
ンス低下)につれてジュール損によるブレーキ力を得る
ことができる。
場合には、短絡装置4を用いて電機子回路3を短絡し、
回転中の風車1を減速する場合には、コンデンサ、抵抗
器、リアクトルなどのインピーダンス7を電機子回路3
に接続することにより、有効にブレーキ力を得ることが
できる。
れば、風力によって回転駆動する風車と、風車と一体に
回転駆動する永久磁石を含む回転子および回転子に対向
配置された電機子回路を有する発電機とを備えた風力発
電機の電気ブレーキ装置であって、電機子回路に接続さ
れて風車のブレーキとして機能する短絡装置を設け、短
絡装置は、選択的に駆動されることにより、電機子回路
を短絡して風車の停止状態を維持するようにしたので、
機械式ブレーキの小型軽量化を実現するとともに、発電
機の回転子磁極を構成する永久磁石が減磁することな
く、風車の停止状態を維持することのできる永久磁石型
風力発電機の電気ブレーキ装置が得られる効果がある。
によって回転駆動する風車と、風車と一体に回転駆動す
る永久磁石を含む回転子および回転子に対向配置された
電機子回路を有する発電機とを備えた風力発電機の電気
ブレーキ装置であって、電機子回路に接続されて風車の
ブレーキとして機能する短絡装置を設け、短絡装置は、
短絡スイッチに直列接続されたインピーダンスを含み、
短絡スイッチが選択的にオンされることにより、インピ
ーダンスを介して電機子回路を短絡し、回転中の風車を
減速するようにしたので、機械式ブレーキの小型軽量化
を実現するとともに、発電機の回転子磁極を構成する永
久磁石が減磁することなく、風車の回転を減速すること
のできる永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置が得
られる効果がある。
項2において、インピーダンスは、コンデンサ、抵抗器
およびリアクトルのうちの少なくとも1つを含むので、
さらに有効に風車の回転を減速することのできる永久磁
石型風力発電機の電気ブレーキ装置が得られる効果があ
る。
によって回転駆動する風車と、風車と一体に回転駆動す
る永久磁石を含む回転子および回転子に対向配置された
電機子回路を有する発電機とを備えた風力発電機の電気
ブレーキ装置であって、電機子回路に接続されて風車の
ブレーキとして機能する第1および第2の短絡装置を設
け、第1の短絡装置は、選択的に駆動されることによ
り、電機子回路を短絡して風車の停止状態を維持し、第
2の短絡装置は、短絡スイッチに直列接続されたインピ
ーダンスを含み、短絡スイッチが選択的にオンされるこ
とにより、インピーダンスを介して電機子回路を短絡
し、回転中の風車を減速するようにしたので、機械式ブ
レーキの小型軽量化を実現するとともに、発電機の回転
子磁極を構成する永久磁石が減磁することなく、風車の
回転を減速したり停止状態を維持することのできる永久
磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置が得られる効果が
ある。
項4において、インピーダンスは、コンデンサ、抵抗器
およびリアクトルのうちの少なくとも1つを含むので、
さらに有効に風車の回転を減速することのできる永久磁
石型風力発電機の電気ブレーキ装置が得られる効果があ
る。
ック構成図である。
ック構成図である。
ック構成図である。
路、4、4A 短絡装置、7 インピーダンス。
Claims (5)
- 【請求項1】 風力によって回転駆動する風車と、 前記風車と一体に回転駆動する永久磁石を含む回転子お
よび前記回転子に対向配置された電機子回路を有する発
電機とを備えた風力発電機の電気ブレーキ装置であっ
て、 前記電機子回路に接続されて前記風車のブレーキとして
機能する短絡装置を設け、 前記短絡装置は、選択的に駆動されることにより、前記
電機子回路を短絡して前記風車の停止状態を維持するこ
とを特徴とする永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装
置。 - 【請求項2】 風力によって回転駆動する風車と、 前記風車と一体に回転駆動する永久磁石を含む回転子お
よび前記回転子に対向配置された電機子回路を有する発
電機とを備えた風力発電機の電気ブレーキ装置であっ
て、 前記電機子回路に接続されて前記風車のブレーキとして
機能する短絡装置を設け、 前記短絡装置は、 短絡スイッチに直列接続されたインピーダンスを含み、 前記短絡スイッチが選択的にオンされることにより、前
記インピーダンスを介して前記電機子回路を短絡し、回
転中の前記風車を減速することを特徴とする永久磁石型
風力発電機の電気ブレーキ装置。 - 【請求項3】 前記インピーダンスは、コンデンサ、抵
抗器およびリアクトルのうちの少なくとも1つを含むこ
とを特徴とする請求項2に記載の永久磁石型風力発電機
の電気ブレーキ装置。 - 【請求項4】 風力によって回転駆動する風車と、 前記風車と一体に回転駆動する永久磁石を含む回転子お
よび前記回転子に対向配置された電機子回路を有する発
電機とを備えた風力発電機の電気ブレーキ装置であっ
て、 前記電機子回路に接続されて前記風車のブレーキとして
機能する第1および第2の短絡装置を設け、 前記第1の短絡装置は、選択的に駆動されることによ
り、前記電機子回路を短絡して前記風車の停止状態を維
持し、 前記第2の短絡装置は、 短絡スイッチに直列接続されたインピーダンスを含み、 前記短絡スイッチが選択的にオンされることにより、前
記インピーダンスを介して前記電機子回路を短絡し、回
転中の前記風車を減速することを特徴とする永久磁石型
風力発電機の電気ブレーキ装置。 - 【請求項5】 前記インピーダンスは、コンデンサ、抵
抗器およびリアクトルのうちの少なくとも1つを含むこ
とを特徴とする請求項4に記載の永久磁石型風力発電機
の電気ブレーキ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001148212A JP4828042B2 (ja) | 2001-05-17 | 2001-05-17 | 永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001148212A JP4828042B2 (ja) | 2001-05-17 | 2001-05-17 | 永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002339856A true JP2002339856A (ja) | 2002-11-27 |
JP4828042B2 JP4828042B2 (ja) | 2011-11-30 |
Family
ID=18993581
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001148212A Expired - Fee Related JP4828042B2 (ja) | 2001-05-17 | 2001-05-17 | 永久磁石型風力発電機の電気ブレーキ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4828042B2 (ja) |
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