JP2004297892A - 風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電機の稼働時における発電機の障害を防止すること。
【解決手段】風力を受ける風車2と、風車2が受ける風力によって回転する回転軸4と、回転軸4に設けられ複数の磁石12を有するロータ10を備え、回転軸4の回転によってロータ10を回転させて電力を生成する発電機8と、発電機8の温度を調整する温度調整装置18と、磁石12の温度を検出する磁石温度検出素子15と、磁石温度検出素子15によって検出された検出温度に基づいて、温度調整装置18を制御する制御部17と、を備える。
【選択図】 図2
【解決手段】風力を受ける風車2と、風車2が受ける風力によって回転する回転軸4と、回転軸4に設けられ複数の磁石12を有するロータ10を備え、回転軸4の回転によってロータ10を回転させて電力を生成する発電機8と、発電機8の温度を調整する温度調整装置18と、磁石12の温度を検出する磁石温度検出素子15と、磁石温度検出素子15によって検出された検出温度に基づいて、温度調整装置18を制御する制御部17と、を備える。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風力を受ける風車と、風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
風力発電装置は、周知のとおり、風のよく吹く地点に風車を設置して、その回転力で発電機を回して発電する装置である。この風力発電装置は、環境対策として非常に優れた発電装置であるため、今日までに急速に発展・増加するとともに、技術の進歩・改良がおこなわれている。このような改良としては、発電機から得られる電力のサイン波の周期が比較的大きいことから、発電効率を向上するため多極型の発電機を用いた風力発電装置が各種提案されている(たとえば、特許文献1〜3参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−345952号公報
【特許文献2】
特開2001−78410号公報
【特許文献3】
特開2002−153036号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したいずれの特許文献においても、発電機を稼働した場合には、以下のような問題点があった。まず、発電機が稼働すると、発電機の温度上昇にともなって磁石の温度も上昇してしまい、所定温度以上、たとえば摂氏120℃以上になると、発電機が減磁してしまい、発電効率の低下を招くという問題があった。また、通常は、発電機の稼働時において、ステータに設けられているコイルの温度を検出することによって、発電機の温度上昇を検出することとしていたが、磁石の温度を検出することができないため、発電機の減磁状態を放置することとなっていた。
【0005】
さらに、寒冷地などにおいては、ケーシング内部が氷点下たとえば摂氏−40℃となって減磁してしまい、発電効率の低下を招くという問題があった。このように、風力発電装置においては、減磁による磁石の無力化を防止するため、発電機の磁石の温度を、稼働時、停止時を問わず、常時適切な温度に保つ必要があった。
【0006】
また、発電機を稼働した場合、ロータの回転により加振力が生じ、ステータ側のコイルがこの加振力によって損傷する場合があった。さらに、発電機を稼働した場合、ロータの磁石は、通常ロータの周面に接着剤によって接着固定されているため、ロータの回転によって生じる遠心力や、発電機の温度上昇によってロータと磁石との間の接着剤の接着力の低下によって、磁石が飛散してしまうという問題があった。また飛散した磁石によりケーシング内部の電気系統や機械系統が損傷するおそれがあった。一方、現状では、ロータ周面および磁石の表面をテープなどによって巻き付けて磁石の飛散を防止することとしているが、巻き付け作業が面倒であった。
【0007】
さらに、ケーシング内部では、発電機から引き出されている出力線や各種センサのセンサケーブルなどの伝送線が回転軸方向に垂れ下がっているが、この伝送線が、回転中の回転軸に接触してしまう場合があり、伝送線を破損してしまうという問題があった。またこれにより、風力発電装置内の電気系統が故障してしまう原因にもなるという問題があった。
【0008】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、発電機の稼働時における発電機の障害を防止する風力発電装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられ複数の磁石を有するロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記発電手段の温度を調整する温度調整手段と、前記磁石の温度を検出する磁石温度検出手段と、前記磁石温度検出手段によって検出された検出温度に基づいて、前記温度調整手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【0010】
この請求項1の発明によれば、温度変化による磁石の減磁の防止を図ることができる。
【0011】
また、請求項2の発明にかかる風力発電装置は、請求項1に記載の発明において、前記制御手段は、前記検出温度があらかじめ設定された所定温度に達したか否かを判定する検出温度判定手段と、前記検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する温度調整制御手段と、を備え、前記検出温度判定手段によって前記検出温度が前記所定温度に達したと判定した場合、前記温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段の温度を調整するように制御することを特徴とする。
【0012】
この請求項2の発明によれば、あらかじめ設定された温度を超えた場合に温度変化による磁石の減磁の防止を図ることができる。
【0013】
また、請求項3の発明にかかる風力発電装置は、請求項1に記載の発明において、前記制御手段は、前記検出温度があらかじめ設定された上限温度以上か否かを判定する第1の検出温度判定手段と、前記第1の検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する第1の温度調整制御手段と、前記検出温度があらかじめ設定された下限温度以下か否かを判定する第2の検出温度判定手段と、前記第2の検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する第2の温度調整制御手段と、を備え、前記第1の検出温度判定手段によって前記検出温度が前記上限温度以上であると判定した場合、前記第1の温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段を冷却するように制御し、前記第2の検出温度判定手段によって前記検出温度が前記下限温度以下であると判定した場合、前記第2の温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段を加熱するように制御することを特徴とする。
【0014】
この請求項3の発明によれば、あらかじめ設定された上限温度以上となった場合に、温度上昇を抑制し、磁石の減磁の防止を図ることができる。また、あらかじめ設定された下限温度以下となった場合に、温度低下を抑制し、磁石の減磁の防止を図ることができる。
【0015】
また、請求項4の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、磁石を有するロータと、コイルを有するステータと、を備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの回転によって生じる前記コイルの振動を規制する規制手段と、を備えることを特徴とする。
【0016】
この請求項4の発明によれば、ロータから生じる加振力を吸収することができる。
【0017】
また、請求項5の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在しており、対向する側面の間隔が前記ロータの周面から離れるに従って拡大する複数の磁石と、前記複数の磁石間に設けられ、前記複数の磁石を前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に支持する複数の支持部材と、を備えることを特徴とする。
【0018】
この請求項5の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることにより、ロータからの磁石の脱落を防止することができる。
【0019】
また、請求項6の発明にかかる風力発電装置は、請求項5に記載の発明において、前記複数の支持部材は、その上端または下端のうち少なくともいずれか一端が前記ロータに対し前記回転軸方向に突出して設けられており、さらに、前記複数の支持部材の突出した一端を保持する保持部材と、を備えることを特徴とする。
【0020】
この請求項6の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることにより、ロータからの磁石および支持部材の脱落を防止することができる。
【0021】
また、請求項7の発明にかかる風力発電装置は、請求項5または6に記載の発明において、さらに、前記回転軸方向における前記ロータの両端のうちいずれか一端に前記回転軸方向に沿って複数突出して設けられ、前記ロータとともに回転して前記ロータ近傍の空気を撹拌する撹拌手段と、を備えることを特徴とする。
【0022】
この請求項7の発明によれば、発電手段の稼働時における発電手段の冷却効率を向上することができる。
【0023】
また、前記撹拌手段は、請求項8に記載のように、前記複数の支持部材の両端のうち少なくともいずれか一端によって構成されていてもよく、また、請求項9に記載のように、前記複数の保持部材に設けられていることとしてもよい。
【0024】
この請求項8および請求項9の発明によれば、部品点数の減少を図ることができる。
【0025】
また、請求項10の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在する複数の磁石と、前記回転軸方向における前記ロータの両端のうちいずれか一端に前記回転軸方向に沿って複数突出して設けられ、前記ロータとともに回転して前記ロータ近傍の空気を撹拌する撹拌手段と、を備えることを特徴とする。
【0026】
この請求項10の発明によれば、発電手段の稼働時における発電手段の冷却効率を向上することができる。
【0027】
また、請求項11の発明にかかる風力発電装置は、請求項10に記載の発明において、前記撹拌手段は、前記複数の磁石の両端のうち少なくともいずれか一端によって構成されていることを特徴とする。
【0028】
この請求項11の発明によれば、部品点数の減少を図ることができる。
【0029】
また、請求項12の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって電力を生成する発電手段と、前記発電手段の下方の位置において前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって前記発電手段に空気を撹拌する撹拌手段と、前記撹拌手段の下方に設けられ、前記撹拌手段によって撹拌された空気のうち、前記撹拌手段の下方に送られる空気を、前記発電手段へ導く導風手段と、を備えることを特徴とする。
【0030】
この請求項12の発明によれば、撹拌された空気を効率よく発電手段に送風することができる。
【0031】
また、請求項13の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在する複数の磁石と、前記複数の磁石を、前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に支持する支持部材と、を備えることを特徴とする。
【0032】
この請求項13の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることにより、ロータからの磁石の脱落を防止することができる。
【0033】
また、請求項14の発明にかかる風力発電装置は、請求項13に記載の発明において、前記支持部材は、前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に収縮する熱収縮部材であることを特徴とする。
【0034】
この請求項14の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることができ、ロータからの磁石の脱落を防止することができる。
【0035】
また、請求項15の発明にかかる風力発電装置は、請求項13に記載の発明において、前記支持部材は、前記複数の磁石が設けられたロータに嵌挿される筒状体であることを特徴とする。
【0036】
この請求項15の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けて、ロータからの磁石の脱落を防止することができるとともに、磁石およびロータ周面を保護することができる。
【0037】
また、請求項16の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって電力を生成する発電手段と、前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転に伴って回転するフライホイールと、を備えることを特徴とする。
【0038】
この請求項16の発明によれば、発電手段から生成される出力電力の安定化を図ることができる。また、前記フライホイールは、請求項17に記載のように、前記発電手段の両端のうち少なくともいずれか一端側に設けられていることとしてもよい。
【0039】
また、請求項18の発明にかかる風力発電装置は、請求項1〜17のいずれか一つに記載の発明において、さらに、前記発電手段を収納するケーシングと、前記発電手段に接続されている伝送線を、前記ケーシング内周面に保持する伝送線保持部材と、を備えることを特徴とする。
【0040】
この請求項18の発明によれば、回転軸と伝送線とを離間させることができる。さらに、周方向に2個以上の伝送線保持部材を設けて、電力を伝送する電力用伝送線と、各種センサからの信号を伝送する信号用伝送線とを別々に収納することにより、互いにノイズ混入による誤動作を防止することができる。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる風力発電装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0042】
(風力発電装置の概要)
まず、図1に、風力発電装置の一例として、垂直軸型の風力発電装置1の概略斜視図を示す。この風力発電装置1は、風力を受ける複数枚の風車(ブレード)2を有する。各ブレード2は、アーム3を介して回転軸に所定角度間隔で固定されている。図示の例ではブレード2が3枚設けられ、120°間隔で配置されている。
【0043】
この回転軸は、図示のように鉛直方向に立設されており、ケーシング5内部に向け下方に延びて形成されている。ケーシング5内部において回転軸4は上下一対の軸受6,7により回転自在に支承されている。また、ケーシング5内部には、発電機8が設けられている。このように発電機8を設けた構成の場合、ブレード2が風力を受けて回転軸4が回転すると、この回転軸4の回転に基づき発電機8が風力に応じた電力を発電することができる。この発電機8としては、たとえばSPM型のような多極型の発電機を採用することができる。なお、回転軸4の回転力は、発電に用いるに限らず、回転力をそのまま動力として用いることもできる。
【0044】
(第1実施の形態)
図2は、第1実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示した部分側断面図である。発電機8は、回転軸4と同軸に固定されているロータ10と、ロータ10に対し所定のエアギャップを有してケーシング5の内周面5aに固定されているステータ11と、から構成されている。
【0045】
ロータ10の周面10aには、回転軸4の軸方向に沿った長尺な磁石12が複数設けられている。この複数の磁石12(たとえば10本〜30本)はロータ10の周面10aの周方向に等間隔に設けられている。また、この複数の磁石12は、ロータ10の周面10aに対し、たとえば接着剤などにより固定されている。また、ステータ11にはコイル13が設けられており、回転軸4の回転にともなってロータ10が回転すると、コイル13に誘導起電力が生じ、これにより発電機8が発電する。
【0046】
また、図2に示すように、ロータ10と軸受7との間には、回転軸4と同軸なスリップリング14が回転可能に設けられており、このスリップリング14と磁石12とが熱電対または測温抵抗体などの温度検出素子15によって接続されている。この温度検出素子15は、磁石12の温度を検出して電気信号に変換する。スリップリング14からの出力線16は、ケーシング5の底部5bに設けられている制御部17に接続されており、スリップリング14は、温度検出素子15から出力された電気信号を出力線16を介して制御部17に出力する。
【0047】
制御部17は、温度検出素子15からスリップリング14を介して出力されてくる電気信号のレベルに基づいて、ケーシング5の底部5bに設けられている温度調整装置18を駆動制御する。この温度調整装置18は、図3に示すように、ファンの回転により冷却風を送風する送風機20と、温風を送風するスペースヒータ21と、から構成されている。
【0048】
また、制御部17は、図3に示すように、第1の検出温度判定部22および第2の検出温度判定部23から構成されている検出温度判定部24と、第1の温度調整制御部25および第2の温度調整制御部26から構成されている温度調整制御部27と、によって構成されている。
【0049】
第1の検出温度判定部22は、あらかじめ所定の上限温度に対応する電気信号レベルが設定されており、温度検出素子15による検出温度に対応する検出電気信号が、この電気信号レベル以上であるか否かを判定することにより、検出温度が上限温度以上であるか否かを判定する。
【0050】
また、第1の検出温度判定部22は、あらかじめ所定の冷却停止温度に対応する電気信号レベルが設定されており、温度検出素子15による検出温度に対応する検出電気信号が、この電気信号レベル以上であるか否かを判定することにより、検出温度が冷却停止温度以下であるか否かを判定する。
【0051】
同様に、第2の検出温度判定部23は、あらかじめ所定の下限温度に対応する下限電気信号レベルが設定されており、温度検出素子15による検出温度に対応する検出電気信号が、下限電気信号レベル以下であるか否かを判定することにより、検出温度が下限温度以下であるか否かを判定する。
【0052】
また、第2の検出温度判定部23は、あらかじめ所定の加熱停止温度に対応する電気信号レベルが設定されており、温度検出素子15による検出温度に対応する検出電気信号が、この電気信号レベル以上であるか否かを判定することにより、検出温度が加熱停止温度以上であるか否かを判定する。
【0053】
なお、上限温度は、たとえば摂氏120℃に設定されている。一方、下限温度は、氷点下温度、たとえば摂氏−40℃に設定されている。また、上述したこれらの設定温度は、下限温度≦加熱停止温度<冷却停止温度≦上限温度という関係にある。なお、上限温度、加熱停止温度、冷却停止温度および下限温度は、発電機8の性能や風力発電装置1を設置する環境に応じて、磁石12が減磁しない程度に適宜変更することができる。
【0054】
また、第1の温度調整制御部25は、第1の検出温度判定部22によって判定された判定結果に基づいて温度調整装置18を駆動制御する。同様に、第2の温度調整制御部26は、第2の検出温度判定部23によって判定された判定結果に基づいて温度調整装置18を駆動制御する。図4は、制御部17による制御処理手順を示すフローチャートである。
【0055】
まず、第1の検出温度判定部22によって検出された検出温度が上限温度以上であると判定された場合は(ステップS401:Yes)、温度調整装置18の送風機20を駆動し、冷却風を発電機8に送風して、発電機8を冷却する(ステップS402)。そして、この冷却により検出温度が冷却停止温度以下になるか否かを判定する(ステップS403)。
【0056】
検出温度が冷却停止温度にまで低下していない場合(ステップS403:No)、送風機20の駆動を継続し、発電機8を冷却する(ステップS402)。一方、検出温度が冷却停止温度以下になった場合(ステップS403:Yes)、送風機20の駆動を停止する(ステップS404)。
【0057】
また、ステップS401において、検出温度が上限温度未満と判定された場合は(ステップS401:No)、検出温度が下限温度以下であるか否かを判定する(ステップS405)。そして、検出温度が下限温度以下であると判定された場合は(ステップS405:Yes)、スペースヒータ21を駆動して、加熱風を発電機8に送風する(ステップS406)。なお、検出温度が下限温度よりも大きいと判定された場合は(ステップS405:No)、ステップS401に移行する。
【0058】
また、この加熱により検出温度が加熱停止温度以上になるか否かを判定する(ステップS407)。そして、検出温度が加熱停止温度にまで上昇していない場合(ステップS407:No)、スペースヒータ20の駆動を継続し、発電機8を加熱する(ステップS406)。一方、検出温度が加熱停止温度以上になった場合(ステップS407:Yes)、スペースヒータ21の駆動を停止する(ステップS408)。
【0059】
このように、本実施の形態によれば、磁石12の発熱によって生じるロータ10の減磁を防止することができる。特に、発電機8を稼働し過ぎた場合であっても、発電機8を効果的に冷却することができる。また、寒冷地に設置された場合であっても、発電機8を効果的に加熱することができる。これにより、発電機8の磁石12の減磁による無力化を防止してすることができ、発電機の発電効率の低下を防止することができ、発電機8の稼働の安定化を図ることができる。また、加熱または冷却後、一定温度に達した場合に温度調整装置18を停止することにより、過冷却または過熱を防止するとともに、省電力化を図ることができる。
【0060】
なお、上述した例では、上限温度を一段設定した例について説明したが、段階的に複数の上限温度を設定し、設定した上限温度が高くなるにしたがって、冷却風を送風する送風機20の風量を増加することとしてもよい。同様に、下限温度についても複数の下限温度を設定し、設定した下限温度が低くなるにしたがって、温風を送風するスペースヒータ21の風量を増加するように制御することとしてもよい。これによれば、磁石12の温度変化に対応した適切な風を供給することができ、また、温度調整装置18の無駄な電力消費を抑制することができる。
【0061】
(第2実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第2実施の形態について説明する。この第2実施の形態は、発電機8の端部に絶縁性の環状リング30を設けた例である。ここで、図5は、第2実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示した部分側断面図である。なお、第1実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0062】
図5に示すように、ステータ11の両端面には、絶縁性の環状リング30、31が嵌挿されている。環状リング30、31の内周面30a,31aは、コイル13に接触している。また、環状リング30、31の外周面30b,31bは、ケーシング5の内周面5aと当接している。なお、ステータ11の下端面側に嵌挿されている環状リング31は、ケーシング5の内周面5aに設けられているストッパ32により支持されている。これにより、下方への脱落を防止している。
【0063】
この環状リング30、31によれば、発電機8を稼働したときにロータ10の径方向に生じる振動(加振力)を吸収することにより、コイル13の振動を規制することができる。これにより、コイル13にクラックが生じることがなく、簡単な構成によりコイル13の破損を防止することができる。なお、本実施の形態では、環状リング30、31をステータ11の両端面に設けた構成としたが、環状リング30、31はいずれか一方の端面に設ける構成としてもよい。
【0064】
(第3実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第3実施の形態について説明する。この第3実施の形態は、回転軸4の中心に向かう回転軸4の径方向に支持する支持部材として、くさび部材33を複数の磁石12,12間に設けた例である。ここで、図6は、第3実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示した部分側断面図である。特に、図6(a)は、第3実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8の側面図、図6(b)は、図6(a)のA−A断面図、図6(c)は、図6(a)の底面図である。なお、第1および第2実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0065】
図6(b)に示すように、ロータ10の周面10aに設けられている磁石12は、断面略台形状とされている。そして、隣接する磁石12,12間の対向する側面12a,12aの間隔は、回転軸4の中心から回転軸4の径方向に離れるに従って拡大するようになっている。
【0066】
また、図6(b)に示すように、隣接する磁石12,12間には、くさび部材33が嵌合されている。くさび部材33は、断面略台形状とされている。また、図6(a)に示すように、磁石12よりもやや長い長尺状とされ、その両端33a,33bが磁石12よりも上下方向にやや突出して設けられている。
【0067】
なお、図6(b)に示すように、磁石12の厚さとくさび部材33の厚さは略同等とされており、これにより、くさび部材33を取り付ける前のロータ10とステータ11間のエアギャップと同等のエアギャップを維持することができる。また、くさび部材33の両端33a,33bには、くさび部材33を保持する円形の保持板34,35が設けられている。保持板34,35には絶縁性である。また、図6(c)に示すように、保持板34(35)には、複数の嵌合孔34a(35a)が形成されており、くさび部材33の両端33aと嵌合するようになっている。これにより、くさび部材33がロータ10から脱落しないように保持することができる。
【0068】
本実施の形態によれば、ロータ10の回転によって遠心力が発生した場合、または、ロータ10(発電機8)の温度上昇によってロータ10と磁石12間の接着剤の接着力が弱められた場合であっても、くさび部材33によって磁石12を抜け止めすることとしており、また、保持板34,35によってくさび部材33を保持することによって、さらに、磁石12の抜け止めを強化している。これにより、ロータ10の周面10aに設けられた磁石12の脱落を防止することができるとともに、ロータ10とステータ11間のエアギャップを変化させることがないため、発電機8の性能の安定化、振動および騒音の防止、および発電機8における通気性の維持を図ることができ、これにより冷却効率を維持することができる。
【0069】
(第4実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第4実施の形態について説明する。この第4本実施の形態は、回転軸4の軸方向におけるロータ10の両端に、ロータ10とともに回転してロータ10近傍の空気を撹拌する構成を設けた例である。ここで、図7〜図9は、第4実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示した説明図である。なお、第1〜第3実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0070】
図7(a)および図7(b)に示すように、本実施の形態の磁石12の両端には、ロータ10の端面10b、10cから回転軸4の軸方向に突出する突出片36が形成されている。各突出片36は、ロータ10の端面10b、10cにおいて、その径方向に沿うように放射状に配置されている。そして、ロータ10が回転すると、ロータ10の端面10b、10c近傍の空気が回転軸4回りに回転する突出片36によって撹拌されて、発電機8の周囲を乱流する。
【0071】
すなわち、ロータ10の上端面10b側では発電機8によって温められた空気を上方へ排気することができ、ロータ10の下端面10c側では、ケーシング5下方の空気と発電機8によって温められた空気とを混合することができる。これにより、発電機8の稼働時において発電機8の冷却効率を向上させることができる。なお、この突出片36は、ロータ10の端面10b、10cのうち少なくともいずれか一方の端面から突出する構成としてもよい。
【0072】
また、磁石12の端部は、図7(b)に示した構成のほか、図7(c)に示すように突出片が捩れた形状(突出片37)としてもよく、また、図7(d)に示すように、突出片を斜めにした形状(突出片38)としてもよい。また、図8に示すように、第3実施の形態において説明したくさび部材33の端部33a,33bに、そのロータ10の端面10b、10cから回転軸4の軸方向に突出する突出片33c,33dを形成してもよく、また、図9に示すように、第3実施の形態において説明した保持板34,35に、そのロータ10端面10b、10cから回転軸4の軸方向に突出する突出片34b,35bを形成してもよい。
【0073】
(第5実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第5実施の形態について説明する。この第5実施の形態は、複数の磁石12を、回転軸4の中心に向かう回転軸4の径方向に支持する支持部材として、熱収縮チューブ40を用いた例である。ここで、図10は、第5実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8の回転軸4の径方向の断面を示した断面図である。なお、第1〜第4実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0074】
熱収縮チューブ40は環状とされており、たとえば熱可塑性の樹脂によって構成されている。この熱収縮チューブ40は、先に磁石12を有するロータ10に嵌挿し、熱収縮チューブ40に熱を加えて収縮する。これにより、ロータ10の回転によって遠心力が発生した場合、ロータ10と磁石12間の接着剤の接着力が弱められても、熱収縮チューブ40の収縮力によって磁石12がロータ10に押し付けられるため、ロータ10からの磁石12の脱落を防止することができる。
【0075】
また、熱収縮チューブ40は、ロータ10に対し複数嵌挿することとしてもよく、好ましくは回転軸4の軸方向に等間隔に嵌挿することにより、効果的に磁石12を拘束することができる。なお、熱収縮チューブ40と磁石12との間には、テープなどによって補強することとしてもよい。
【0076】
(第6実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第6実施の形態について説明する。この第6実施の形態は、複数の磁石12を、回転軸4の中心に向かう回転軸4の径方向に支持する支持部材として、筒状体41を用いた例である。図11(a)は、第6実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示す側面図であり、図11(b)は図11(a)のB−B断面図である。なお、第1〜第5実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0077】
図11(a)に示すように、筒状体41は、ロータ10を嵌挿する筒状部42と、筒状部42の両端に設けられる蓋部43と、から構成されている。筒状体41は、絶縁性があり、かつ非磁性材料、たとえば樹脂などによって構成されている。この蓋部43は、筒状部42に対し、接着または溶着などによって固定されている。また、筒状部42の肉厚は、たとえば、ロータ10の直径の1/600〜1/1000程度の厚さに設定されている。たとえば、ロータ10の直径が20cm〜30cmであれば、筒状部42の肉厚は0.2mm〜0.5mmに設定される。これにより、ロータ10とステータ11間におけるエアギャップを、筒状体41を嵌挿しない場合のエアギャップとほぼ同等の間隔とすることができる。
【0078】
(第7実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第7実施の形態について説明する。この第7実施の形態は、回転軸4にフライホイールを設けた例である。図12は、この第7実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示す説明図である。特に、図12(a)は、発電機8と回転軸4の基端側の軸受との間の回転軸4にフライホイール44を設けた例を示す説明図であり、図12(b)は、風車と発電機8との間の回転軸4にフライホイール44を設けた例を示す説明図である。なお、第1〜第6実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0079】
図12に示すように、フライホイール44は、回転軸4と同軸に設けられている。フライホイール44は、回転軸4とともに回転し、回転が加速されて定格回転数より大きくなると回転数の2乗に比例した大きさの慣性エネルギーを蓄積する。一方、回転が減速されて定格回転数以下となると、フライホイール44に蓄積された慣性エネルギーが放出されて電力に変換される。これにより、発電機8から安定した出力を得ることができる。特に、図12(a)では、フライホイール44が発電機8と回転軸4の基端側の軸受7との間に設けるため、特に垂直軸型の風力発電装置1においては、重量の安定度が増し、風力発電装置1の据付時において、重量のあるフライホイール44を上方に持ち上げるなどの作業が不要となるため、作業効率の向上を図ることができる。
【0080】
また、図13に示すように、ケーシング5の下部5cの内径を、ケーシング5の中途部5dの内径よりも広げることにより、フライホイール44の径をケーシング5の中途部5dの径よりも大径とすることとしてもよい。これにより、さらに大きな慣性エネルギーを蓄積することができる。なお、ケーシング5の下部5cは地面に埋設する構成としてもよい。
【0081】
(第8実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第8実施の形態について説明する。この第8実施の形態は、発電機8の下方に撹拌手段としてのフィンと、導風手段としての導風部材と、を設けた構成である。図14は、この第8実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示す説明図である。なお、第1〜第7実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0082】
フィン4aは、発電機8の下方の位置において回転軸4に固定されており、回転軸4の回転とともに回転する。これにより、フィン4a周囲の空気を撹拌する。また、フィン4aの下方には、導風部材9が設けられている。導風部材9は、略擂り鉢形状とされており、フィン4aよりも下方に湾曲形成されている。また、導風部材9は、その周縁部9aがケーシング5の内周面5aに着脱可能に保持されている。さらに、導風部材9の底部には、回転軸4と離間するように回転軸4を貫通する貫通孔9bが形成されている。
【0083】
本実施の形態によれば、発電機8が稼働した場合、回転軸8の回転に伴ってフィン4aも回転し、フィン4a周囲の空気を撹拌する。これにより、撹拌された空気を発電機8に送ることができ、発電機8が温度上昇しても冷却することができる。また、フィン4aによって撹拌された空気の一部は、フィン4a下方に送られるが、導風部材9の内周面9cによって反射し、または内周面9cに沿うようにして、上方(発電機8側)へ導かれる。これにより、撹拌された空気を無駄なく発電機8へ送風することができる。発電機8へ送られた風は、ロータ10とステータ11との間隙19およびステータ11に形成されている間隙29を通過する。これにより、フィン4aから送られてきた風によって、発電機8を冷却することができる。
【0084】
(第9実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第9実施の形態について説明する。この第9実施の形態は、発電機8から引き出されている出力線や、風力発電装置1のケーシング5内部に垂れ下がっている各種センサ(図示しない温度センサ、湿度センサなど)のセンサケーブルなどの伝送線45を保持する伝送線保持部材46を設けた例である。図15(a)は、図1に示す発電機8と軸受7間における回転軸4の径方向の断面図であり、図15(b)は、伝送線保持部材46の拡大側面図である。なお、第1〜第8実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0085】
図15(a)に示すように、伝送線保持部材46は、断面略L字形状の部材であり、ネジ止め、溶着などによってケーシング5の内周面5aに固定されている。そして、ケーシング5の内周面5aと伝送線保持部材46とによって囲まれた空間に、発電機8から引き出されている出力線や、各種センサのセンサケーブルなどの伝送線45を束ねて保持している。これにより、伝送線45が回転軸4から離間することとなるため、回転軸4と接触することがなく、伝送線45の損傷を防止することができる。
【0086】
なお、本実施の形態では、断面略L字形状の伝送線保持部材46を適用したが、伝送線45を回転軸4から離間して保持する構成であれば、この形状に限定されることはない。さらに、周方向に2個以上の伝送線保持部材を設けて、電力を伝送する電力用伝送線と、各種センサからの信号を伝送する信号用伝送線とを別々に収納することにより、互いにノイズ混入による誤動作を防止することができる。
【0087】
なお、上述した第1〜第9実施の形態においては、垂直軸型の風力発電装置1を例にして説明したが、垂直軸型に限定されることはなく、水平軸型の風力発電装置1にも適用することができる。
【0088】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、発電機の稼働時における発電機の障害を防止することができるという効果を奏する。また、磁石の温度変化を検出することにより、磁石の減磁を防止して発電機の安定稼働を図ることができるという効果を奏する。特に、下限温度を設定しておくことにより、寒冷地においても磁石の温度低下を検出して、磁石の温度を調整することにより、減磁を防止することができるという効果を奏する。
【0089】
また、この発明によれば、発電機の稼働時において、ロータの回転によって生じる加振力から、コイルの損傷を防止することができるという効果を奏する。さらに、支持部材によって磁石をロータ周面に支持することにより、磁石の飛散を防止することができるという効果を奏する。またこれにより、磁石が飛散することにより風力発電装置内部の部品の破損を防止することができるという効果を奏する。さらに、本発明によれば、フライホイールを設けたことにより発電手段からの出力電力の安定化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の風力発電装置の概略斜視図である。
【図2】この発明の第1実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した部分側断面図である。
【図3】この発明の第1実施の形態にかかる風力発電装置の機能的構成を示したブロック図である。
【図4】この発明の第1実施の形態にかかる風力発電装置の制御処理手順を示すフローチャートである。
【図5】この発明の第2実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した部分側断面図である。
【図6】この発明の第3実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した部分側断面図である。
【図7】この発明の第4実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した説明図である。
【図8】この発明の第4実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した説明図である。
【図9】この発明の第4実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した説明図である。
【図10】この発明の第5実施の形態にかかる風力発電装置における発電機の回転軸径方向の断面を示した断面図である。
【図11】この発明の第6実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示す説明図である。
【図12】この発明の第7実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示す説明図である。
【図13】この発明の第7実施の形態にかかる風力発電装置の変形例を示す説明図である。
【図14】この発明の第8実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示す説明図である。
【図15】この発明の第9実施の形態にかかる風力発電装置を示す説明図である。
【符号の説明】
1 風力発電装置
2 風車(ブレード)
4 回転軸
4a フィン
5 ケーシング
8 発電機
9 導風部材
10 ロータ
11 ステータ
12 磁石
13 コイル
14 スリップリング
15 磁石温度検出素子
17 制御部
18 温度調整装置
20 送風機
22 第1の検出温度判定部
23 第2の検出温度判定部
24 検出温度判定部
25 第1の温度調整制御部
26 第2の温度調整制御部
27 温度調整制御部
30,31 環状リング
33 くさび部材
34,35 保持板
36,37,38 突出片
40 熱収縮チューブ
41 筒状体
44 フライホイール
45 伝送線
46 伝送線保持部材
【発明の属する技術分野】
この発明は、風力を受ける風車と、風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
風力発電装置は、周知のとおり、風のよく吹く地点に風車を設置して、その回転力で発電機を回して発電する装置である。この風力発電装置は、環境対策として非常に優れた発電装置であるため、今日までに急速に発展・増加するとともに、技術の進歩・改良がおこなわれている。このような改良としては、発電機から得られる電力のサイン波の周期が比較的大きいことから、発電効率を向上するため多極型の発電機を用いた風力発電装置が各種提案されている(たとえば、特許文献1〜3参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−345952号公報
【特許文献2】
特開2001−78410号公報
【特許文献3】
特開2002−153036号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したいずれの特許文献においても、発電機を稼働した場合には、以下のような問題点があった。まず、発電機が稼働すると、発電機の温度上昇にともなって磁石の温度も上昇してしまい、所定温度以上、たとえば摂氏120℃以上になると、発電機が減磁してしまい、発電効率の低下を招くという問題があった。また、通常は、発電機の稼働時において、ステータに設けられているコイルの温度を検出することによって、発電機の温度上昇を検出することとしていたが、磁石の温度を検出することができないため、発電機の減磁状態を放置することとなっていた。
【0005】
さらに、寒冷地などにおいては、ケーシング内部が氷点下たとえば摂氏−40℃となって減磁してしまい、発電効率の低下を招くという問題があった。このように、風力発電装置においては、減磁による磁石の無力化を防止するため、発電機の磁石の温度を、稼働時、停止時を問わず、常時適切な温度に保つ必要があった。
【0006】
また、発電機を稼働した場合、ロータの回転により加振力が生じ、ステータ側のコイルがこの加振力によって損傷する場合があった。さらに、発電機を稼働した場合、ロータの磁石は、通常ロータの周面に接着剤によって接着固定されているため、ロータの回転によって生じる遠心力や、発電機の温度上昇によってロータと磁石との間の接着剤の接着力の低下によって、磁石が飛散してしまうという問題があった。また飛散した磁石によりケーシング内部の電気系統や機械系統が損傷するおそれがあった。一方、現状では、ロータ周面および磁石の表面をテープなどによって巻き付けて磁石の飛散を防止することとしているが、巻き付け作業が面倒であった。
【0007】
さらに、ケーシング内部では、発電機から引き出されている出力線や各種センサのセンサケーブルなどの伝送線が回転軸方向に垂れ下がっているが、この伝送線が、回転中の回転軸に接触してしまう場合があり、伝送線を破損してしまうという問題があった。またこれにより、風力発電装置内の電気系統が故障してしまう原因にもなるという問題があった。
【0008】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、発電機の稼働時における発電機の障害を防止する風力発電装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられ複数の磁石を有するロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記発電手段の温度を調整する温度調整手段と、前記磁石の温度を検出する磁石温度検出手段と、前記磁石温度検出手段によって検出された検出温度に基づいて、前記温度調整手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【0010】
この請求項1の発明によれば、温度変化による磁石の減磁の防止を図ることができる。
【0011】
また、請求項2の発明にかかる風力発電装置は、請求項1に記載の発明において、前記制御手段は、前記検出温度があらかじめ設定された所定温度に達したか否かを判定する検出温度判定手段と、前記検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する温度調整制御手段と、を備え、前記検出温度判定手段によって前記検出温度が前記所定温度に達したと判定した場合、前記温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段の温度を調整するように制御することを特徴とする。
【0012】
この請求項2の発明によれば、あらかじめ設定された温度を超えた場合に温度変化による磁石の減磁の防止を図ることができる。
【0013】
また、請求項3の発明にかかる風力発電装置は、請求項1に記載の発明において、前記制御手段は、前記検出温度があらかじめ設定された上限温度以上か否かを判定する第1の検出温度判定手段と、前記第1の検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する第1の温度調整制御手段と、前記検出温度があらかじめ設定された下限温度以下か否かを判定する第2の検出温度判定手段と、前記第2の検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する第2の温度調整制御手段と、を備え、前記第1の検出温度判定手段によって前記検出温度が前記上限温度以上であると判定した場合、前記第1の温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段を冷却するように制御し、前記第2の検出温度判定手段によって前記検出温度が前記下限温度以下であると判定した場合、前記第2の温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段を加熱するように制御することを特徴とする。
【0014】
この請求項3の発明によれば、あらかじめ設定された上限温度以上となった場合に、温度上昇を抑制し、磁石の減磁の防止を図ることができる。また、あらかじめ設定された下限温度以下となった場合に、温度低下を抑制し、磁石の減磁の防止を図ることができる。
【0015】
また、請求項4の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、磁石を有するロータと、コイルを有するステータと、を備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの回転によって生じる前記コイルの振動を規制する規制手段と、を備えることを特徴とする。
【0016】
この請求項4の発明によれば、ロータから生じる加振力を吸収することができる。
【0017】
また、請求項5の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在しており、対向する側面の間隔が前記ロータの周面から離れるに従って拡大する複数の磁石と、前記複数の磁石間に設けられ、前記複数の磁石を前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に支持する複数の支持部材と、を備えることを特徴とする。
【0018】
この請求項5の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることにより、ロータからの磁石の脱落を防止することができる。
【0019】
また、請求項6の発明にかかる風力発電装置は、請求項5に記載の発明において、前記複数の支持部材は、その上端または下端のうち少なくともいずれか一端が前記ロータに対し前記回転軸方向に突出して設けられており、さらに、前記複数の支持部材の突出した一端を保持する保持部材と、を備えることを特徴とする。
【0020】
この請求項6の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることにより、ロータからの磁石および支持部材の脱落を防止することができる。
【0021】
また、請求項7の発明にかかる風力発電装置は、請求項5または6に記載の発明において、さらに、前記回転軸方向における前記ロータの両端のうちいずれか一端に前記回転軸方向に沿って複数突出して設けられ、前記ロータとともに回転して前記ロータ近傍の空気を撹拌する撹拌手段と、を備えることを特徴とする。
【0022】
この請求項7の発明によれば、発電手段の稼働時における発電手段の冷却効率を向上することができる。
【0023】
また、前記撹拌手段は、請求項8に記載のように、前記複数の支持部材の両端のうち少なくともいずれか一端によって構成されていてもよく、また、請求項9に記載のように、前記複数の保持部材に設けられていることとしてもよい。
【0024】
この請求項8および請求項9の発明によれば、部品点数の減少を図ることができる。
【0025】
また、請求項10の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在する複数の磁石と、前記回転軸方向における前記ロータの両端のうちいずれか一端に前記回転軸方向に沿って複数突出して設けられ、前記ロータとともに回転して前記ロータ近傍の空気を撹拌する撹拌手段と、を備えることを特徴とする。
【0026】
この請求項10の発明によれば、発電手段の稼働時における発電手段の冷却効率を向上することができる。
【0027】
また、請求項11の発明にかかる風力発電装置は、請求項10に記載の発明において、前記撹拌手段は、前記複数の磁石の両端のうち少なくともいずれか一端によって構成されていることを特徴とする。
【0028】
この請求項11の発明によれば、部品点数の減少を図ることができる。
【0029】
また、請求項12の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって電力を生成する発電手段と、前記発電手段の下方の位置において前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって前記発電手段に空気を撹拌する撹拌手段と、前記撹拌手段の下方に設けられ、前記撹拌手段によって撹拌された空気のうち、前記撹拌手段の下方に送られる空気を、前記発電手段へ導く導風手段と、を備えることを特徴とする。
【0030】
この請求項12の発明によれば、撹拌された空気を効率よく発電手段に送風することができる。
【0031】
また、請求項13の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在する複数の磁石と、前記複数の磁石を、前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に支持する支持部材と、を備えることを特徴とする。
【0032】
この請求項13の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることにより、ロータからの磁石の脱落を防止することができる。
【0033】
また、請求項14の発明にかかる風力発電装置は、請求項13に記載の発明において、前記支持部材は、前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に収縮する熱収縮部材であることを特徴とする。
【0034】
この請求項14の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることができ、ロータからの磁石の脱落を防止することができる。
【0035】
また、請求項15の発明にかかる風力発電装置は、請求項13に記載の発明において、前記支持部材は、前記複数の磁石が設けられたロータに嵌挿される筒状体であることを特徴とする。
【0036】
この請求項15の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けて、ロータからの磁石の脱落を防止することができるとともに、磁石およびロータ周面を保護することができる。
【0037】
また、請求項16の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって電力を生成する発電手段と、前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転に伴って回転するフライホイールと、を備えることを特徴とする。
【0038】
この請求項16の発明によれば、発電手段から生成される出力電力の安定化を図ることができる。また、前記フライホイールは、請求項17に記載のように、前記発電手段の両端のうち少なくともいずれか一端側に設けられていることとしてもよい。
【0039】
また、請求項18の発明にかかる風力発電装置は、請求項1〜17のいずれか一つに記載の発明において、さらに、前記発電手段を収納するケーシングと、前記発電手段に接続されている伝送線を、前記ケーシング内周面に保持する伝送線保持部材と、を備えることを特徴とする。
【0040】
この請求項18の発明によれば、回転軸と伝送線とを離間させることができる。さらに、周方向に2個以上の伝送線保持部材を設けて、電力を伝送する電力用伝送線と、各種センサからの信号を伝送する信号用伝送線とを別々に収納することにより、互いにノイズ混入による誤動作を防止することができる。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる風力発電装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0042】
(風力発電装置の概要)
まず、図1に、風力発電装置の一例として、垂直軸型の風力発電装置1の概略斜視図を示す。この風力発電装置1は、風力を受ける複数枚の風車(ブレード)2を有する。各ブレード2は、アーム3を介して回転軸に所定角度間隔で固定されている。図示の例ではブレード2が3枚設けられ、120°間隔で配置されている。
【0043】
この回転軸は、図示のように鉛直方向に立設されており、ケーシング5内部に向け下方に延びて形成されている。ケーシング5内部において回転軸4は上下一対の軸受6,7により回転自在に支承されている。また、ケーシング5内部には、発電機8が設けられている。このように発電機8を設けた構成の場合、ブレード2が風力を受けて回転軸4が回転すると、この回転軸4の回転に基づき発電機8が風力に応じた電力を発電することができる。この発電機8としては、たとえばSPM型のような多極型の発電機を採用することができる。なお、回転軸4の回転力は、発電に用いるに限らず、回転力をそのまま動力として用いることもできる。
【0044】
(第1実施の形態)
図2は、第1実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示した部分側断面図である。発電機8は、回転軸4と同軸に固定されているロータ10と、ロータ10に対し所定のエアギャップを有してケーシング5の内周面5aに固定されているステータ11と、から構成されている。
【0045】
ロータ10の周面10aには、回転軸4の軸方向に沿った長尺な磁石12が複数設けられている。この複数の磁石12(たとえば10本〜30本)はロータ10の周面10aの周方向に等間隔に設けられている。また、この複数の磁石12は、ロータ10の周面10aに対し、たとえば接着剤などにより固定されている。また、ステータ11にはコイル13が設けられており、回転軸4の回転にともなってロータ10が回転すると、コイル13に誘導起電力が生じ、これにより発電機8が発電する。
【0046】
また、図2に示すように、ロータ10と軸受7との間には、回転軸4と同軸なスリップリング14が回転可能に設けられており、このスリップリング14と磁石12とが熱電対または測温抵抗体などの温度検出素子15によって接続されている。この温度検出素子15は、磁石12の温度を検出して電気信号に変換する。スリップリング14からの出力線16は、ケーシング5の底部5bに設けられている制御部17に接続されており、スリップリング14は、温度検出素子15から出力された電気信号を出力線16を介して制御部17に出力する。
【0047】
制御部17は、温度検出素子15からスリップリング14を介して出力されてくる電気信号のレベルに基づいて、ケーシング5の底部5bに設けられている温度調整装置18を駆動制御する。この温度調整装置18は、図3に示すように、ファンの回転により冷却風を送風する送風機20と、温風を送風するスペースヒータ21と、から構成されている。
【0048】
また、制御部17は、図3に示すように、第1の検出温度判定部22および第2の検出温度判定部23から構成されている検出温度判定部24と、第1の温度調整制御部25および第2の温度調整制御部26から構成されている温度調整制御部27と、によって構成されている。
【0049】
第1の検出温度判定部22は、あらかじめ所定の上限温度に対応する電気信号レベルが設定されており、温度検出素子15による検出温度に対応する検出電気信号が、この電気信号レベル以上であるか否かを判定することにより、検出温度が上限温度以上であるか否かを判定する。
【0050】
また、第1の検出温度判定部22は、あらかじめ所定の冷却停止温度に対応する電気信号レベルが設定されており、温度検出素子15による検出温度に対応する検出電気信号が、この電気信号レベル以上であるか否かを判定することにより、検出温度が冷却停止温度以下であるか否かを判定する。
【0051】
同様に、第2の検出温度判定部23は、あらかじめ所定の下限温度に対応する下限電気信号レベルが設定されており、温度検出素子15による検出温度に対応する検出電気信号が、下限電気信号レベル以下であるか否かを判定することにより、検出温度が下限温度以下であるか否かを判定する。
【0052】
また、第2の検出温度判定部23は、あらかじめ所定の加熱停止温度に対応する電気信号レベルが設定されており、温度検出素子15による検出温度に対応する検出電気信号が、この電気信号レベル以上であるか否かを判定することにより、検出温度が加熱停止温度以上であるか否かを判定する。
【0053】
なお、上限温度は、たとえば摂氏120℃に設定されている。一方、下限温度は、氷点下温度、たとえば摂氏−40℃に設定されている。また、上述したこれらの設定温度は、下限温度≦加熱停止温度<冷却停止温度≦上限温度という関係にある。なお、上限温度、加熱停止温度、冷却停止温度および下限温度は、発電機8の性能や風力発電装置1を設置する環境に応じて、磁石12が減磁しない程度に適宜変更することができる。
【0054】
また、第1の温度調整制御部25は、第1の検出温度判定部22によって判定された判定結果に基づいて温度調整装置18を駆動制御する。同様に、第2の温度調整制御部26は、第2の検出温度判定部23によって判定された判定結果に基づいて温度調整装置18を駆動制御する。図4は、制御部17による制御処理手順を示すフローチャートである。
【0055】
まず、第1の検出温度判定部22によって検出された検出温度が上限温度以上であると判定された場合は(ステップS401:Yes)、温度調整装置18の送風機20を駆動し、冷却風を発電機8に送風して、発電機8を冷却する(ステップS402)。そして、この冷却により検出温度が冷却停止温度以下になるか否かを判定する(ステップS403)。
【0056】
検出温度が冷却停止温度にまで低下していない場合(ステップS403:No)、送風機20の駆動を継続し、発電機8を冷却する(ステップS402)。一方、検出温度が冷却停止温度以下になった場合(ステップS403:Yes)、送風機20の駆動を停止する(ステップS404)。
【0057】
また、ステップS401において、検出温度が上限温度未満と判定された場合は(ステップS401:No)、検出温度が下限温度以下であるか否かを判定する(ステップS405)。そして、検出温度が下限温度以下であると判定された場合は(ステップS405:Yes)、スペースヒータ21を駆動して、加熱風を発電機8に送風する(ステップS406)。なお、検出温度が下限温度よりも大きいと判定された場合は(ステップS405:No)、ステップS401に移行する。
【0058】
また、この加熱により検出温度が加熱停止温度以上になるか否かを判定する(ステップS407)。そして、検出温度が加熱停止温度にまで上昇していない場合(ステップS407:No)、スペースヒータ20の駆動を継続し、発電機8を加熱する(ステップS406)。一方、検出温度が加熱停止温度以上になった場合(ステップS407:Yes)、スペースヒータ21の駆動を停止する(ステップS408)。
【0059】
このように、本実施の形態によれば、磁石12の発熱によって生じるロータ10の減磁を防止することができる。特に、発電機8を稼働し過ぎた場合であっても、発電機8を効果的に冷却することができる。また、寒冷地に設置された場合であっても、発電機8を効果的に加熱することができる。これにより、発電機8の磁石12の減磁による無力化を防止してすることができ、発電機の発電効率の低下を防止することができ、発電機8の稼働の安定化を図ることができる。また、加熱または冷却後、一定温度に達した場合に温度調整装置18を停止することにより、過冷却または過熱を防止するとともに、省電力化を図ることができる。
【0060】
なお、上述した例では、上限温度を一段設定した例について説明したが、段階的に複数の上限温度を設定し、設定した上限温度が高くなるにしたがって、冷却風を送風する送風機20の風量を増加することとしてもよい。同様に、下限温度についても複数の下限温度を設定し、設定した下限温度が低くなるにしたがって、温風を送風するスペースヒータ21の風量を増加するように制御することとしてもよい。これによれば、磁石12の温度変化に対応した適切な風を供給することができ、また、温度調整装置18の無駄な電力消費を抑制することができる。
【0061】
(第2実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第2実施の形態について説明する。この第2実施の形態は、発電機8の端部に絶縁性の環状リング30を設けた例である。ここで、図5は、第2実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示した部分側断面図である。なお、第1実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0062】
図5に示すように、ステータ11の両端面には、絶縁性の環状リング30、31が嵌挿されている。環状リング30、31の内周面30a,31aは、コイル13に接触している。また、環状リング30、31の外周面30b,31bは、ケーシング5の内周面5aと当接している。なお、ステータ11の下端面側に嵌挿されている環状リング31は、ケーシング5の内周面5aに設けられているストッパ32により支持されている。これにより、下方への脱落を防止している。
【0063】
この環状リング30、31によれば、発電機8を稼働したときにロータ10の径方向に生じる振動(加振力)を吸収することにより、コイル13の振動を規制することができる。これにより、コイル13にクラックが生じることがなく、簡単な構成によりコイル13の破損を防止することができる。なお、本実施の形態では、環状リング30、31をステータ11の両端面に設けた構成としたが、環状リング30、31はいずれか一方の端面に設ける構成としてもよい。
【0064】
(第3実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第3実施の形態について説明する。この第3実施の形態は、回転軸4の中心に向かう回転軸4の径方向に支持する支持部材として、くさび部材33を複数の磁石12,12間に設けた例である。ここで、図6は、第3実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示した部分側断面図である。特に、図6(a)は、第3実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8の側面図、図6(b)は、図6(a)のA−A断面図、図6(c)は、図6(a)の底面図である。なお、第1および第2実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0065】
図6(b)に示すように、ロータ10の周面10aに設けられている磁石12は、断面略台形状とされている。そして、隣接する磁石12,12間の対向する側面12a,12aの間隔は、回転軸4の中心から回転軸4の径方向に離れるに従って拡大するようになっている。
【0066】
また、図6(b)に示すように、隣接する磁石12,12間には、くさび部材33が嵌合されている。くさび部材33は、断面略台形状とされている。また、図6(a)に示すように、磁石12よりもやや長い長尺状とされ、その両端33a,33bが磁石12よりも上下方向にやや突出して設けられている。
【0067】
なお、図6(b)に示すように、磁石12の厚さとくさび部材33の厚さは略同等とされており、これにより、くさび部材33を取り付ける前のロータ10とステータ11間のエアギャップと同等のエアギャップを維持することができる。また、くさび部材33の両端33a,33bには、くさび部材33を保持する円形の保持板34,35が設けられている。保持板34,35には絶縁性である。また、図6(c)に示すように、保持板34(35)には、複数の嵌合孔34a(35a)が形成されており、くさび部材33の両端33aと嵌合するようになっている。これにより、くさび部材33がロータ10から脱落しないように保持することができる。
【0068】
本実施の形態によれば、ロータ10の回転によって遠心力が発生した場合、または、ロータ10(発電機8)の温度上昇によってロータ10と磁石12間の接着剤の接着力が弱められた場合であっても、くさび部材33によって磁石12を抜け止めすることとしており、また、保持板34,35によってくさび部材33を保持することによって、さらに、磁石12の抜け止めを強化している。これにより、ロータ10の周面10aに設けられた磁石12の脱落を防止することができるとともに、ロータ10とステータ11間のエアギャップを変化させることがないため、発電機8の性能の安定化、振動および騒音の防止、および発電機8における通気性の維持を図ることができ、これにより冷却効率を維持することができる。
【0069】
(第4実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第4実施の形態について説明する。この第4本実施の形態は、回転軸4の軸方向におけるロータ10の両端に、ロータ10とともに回転してロータ10近傍の空気を撹拌する構成を設けた例である。ここで、図7〜図9は、第4実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示した説明図である。なお、第1〜第3実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0070】
図7(a)および図7(b)に示すように、本実施の形態の磁石12の両端には、ロータ10の端面10b、10cから回転軸4の軸方向に突出する突出片36が形成されている。各突出片36は、ロータ10の端面10b、10cにおいて、その径方向に沿うように放射状に配置されている。そして、ロータ10が回転すると、ロータ10の端面10b、10c近傍の空気が回転軸4回りに回転する突出片36によって撹拌されて、発電機8の周囲を乱流する。
【0071】
すなわち、ロータ10の上端面10b側では発電機8によって温められた空気を上方へ排気することができ、ロータ10の下端面10c側では、ケーシング5下方の空気と発電機8によって温められた空気とを混合することができる。これにより、発電機8の稼働時において発電機8の冷却効率を向上させることができる。なお、この突出片36は、ロータ10の端面10b、10cのうち少なくともいずれか一方の端面から突出する構成としてもよい。
【0072】
また、磁石12の端部は、図7(b)に示した構成のほか、図7(c)に示すように突出片が捩れた形状(突出片37)としてもよく、また、図7(d)に示すように、突出片を斜めにした形状(突出片38)としてもよい。また、図8に示すように、第3実施の形態において説明したくさび部材33の端部33a,33bに、そのロータ10の端面10b、10cから回転軸4の軸方向に突出する突出片33c,33dを形成してもよく、また、図9に示すように、第3実施の形態において説明した保持板34,35に、そのロータ10端面10b、10cから回転軸4の軸方向に突出する突出片34b,35bを形成してもよい。
【0073】
(第5実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第5実施の形態について説明する。この第5実施の形態は、複数の磁石12を、回転軸4の中心に向かう回転軸4の径方向に支持する支持部材として、熱収縮チューブ40を用いた例である。ここで、図10は、第5実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8の回転軸4の径方向の断面を示した断面図である。なお、第1〜第4実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0074】
熱収縮チューブ40は環状とされており、たとえば熱可塑性の樹脂によって構成されている。この熱収縮チューブ40は、先に磁石12を有するロータ10に嵌挿し、熱収縮チューブ40に熱を加えて収縮する。これにより、ロータ10の回転によって遠心力が発生した場合、ロータ10と磁石12間の接着剤の接着力が弱められても、熱収縮チューブ40の収縮力によって磁石12がロータ10に押し付けられるため、ロータ10からの磁石12の脱落を防止することができる。
【0075】
また、熱収縮チューブ40は、ロータ10に対し複数嵌挿することとしてもよく、好ましくは回転軸4の軸方向に等間隔に嵌挿することにより、効果的に磁石12を拘束することができる。なお、熱収縮チューブ40と磁石12との間には、テープなどによって補強することとしてもよい。
【0076】
(第6実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第6実施の形態について説明する。この第6実施の形態は、複数の磁石12を、回転軸4の中心に向かう回転軸4の径方向に支持する支持部材として、筒状体41を用いた例である。図11(a)は、第6実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示す側面図であり、図11(b)は図11(a)のB−B断面図である。なお、第1〜第5実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0077】
図11(a)に示すように、筒状体41は、ロータ10を嵌挿する筒状部42と、筒状部42の両端に設けられる蓋部43と、から構成されている。筒状体41は、絶縁性があり、かつ非磁性材料、たとえば樹脂などによって構成されている。この蓋部43は、筒状部42に対し、接着または溶着などによって固定されている。また、筒状部42の肉厚は、たとえば、ロータ10の直径の1/600〜1/1000程度の厚さに設定されている。たとえば、ロータ10の直径が20cm〜30cmであれば、筒状部42の肉厚は0.2mm〜0.5mmに設定される。これにより、ロータ10とステータ11間におけるエアギャップを、筒状体41を嵌挿しない場合のエアギャップとほぼ同等の間隔とすることができる。
【0078】
(第7実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第7実施の形態について説明する。この第7実施の形態は、回転軸4にフライホイールを設けた例である。図12は、この第7実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示す説明図である。特に、図12(a)は、発電機8と回転軸4の基端側の軸受との間の回転軸4にフライホイール44を設けた例を示す説明図であり、図12(b)は、風車と発電機8との間の回転軸4にフライホイール44を設けた例を示す説明図である。なお、第1〜第6実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0079】
図12に示すように、フライホイール44は、回転軸4と同軸に設けられている。フライホイール44は、回転軸4とともに回転し、回転が加速されて定格回転数より大きくなると回転数の2乗に比例した大きさの慣性エネルギーを蓄積する。一方、回転が減速されて定格回転数以下となると、フライホイール44に蓄積された慣性エネルギーが放出されて電力に変換される。これにより、発電機8から安定した出力を得ることができる。特に、図12(a)では、フライホイール44が発電機8と回転軸4の基端側の軸受7との間に設けるため、特に垂直軸型の風力発電装置1においては、重量の安定度が増し、風力発電装置1の据付時において、重量のあるフライホイール44を上方に持ち上げるなどの作業が不要となるため、作業効率の向上を図ることができる。
【0080】
また、図13に示すように、ケーシング5の下部5cの内径を、ケーシング5の中途部5dの内径よりも広げることにより、フライホイール44の径をケーシング5の中途部5dの径よりも大径とすることとしてもよい。これにより、さらに大きな慣性エネルギーを蓄積することができる。なお、ケーシング5の下部5cは地面に埋設する構成としてもよい。
【0081】
(第8実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第8実施の形態について説明する。この第8実施の形態は、発電機8の下方に撹拌手段としてのフィンと、導風手段としての導風部材と、を設けた構成である。図14は、この第8実施の形態にかかる風力発電装置1における発電機8を示す説明図である。なお、第1〜第7実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0082】
フィン4aは、発電機8の下方の位置において回転軸4に固定されており、回転軸4の回転とともに回転する。これにより、フィン4a周囲の空気を撹拌する。また、フィン4aの下方には、導風部材9が設けられている。導風部材9は、略擂り鉢形状とされており、フィン4aよりも下方に湾曲形成されている。また、導風部材9は、その周縁部9aがケーシング5の内周面5aに着脱可能に保持されている。さらに、導風部材9の底部には、回転軸4と離間するように回転軸4を貫通する貫通孔9bが形成されている。
【0083】
本実施の形態によれば、発電機8が稼働した場合、回転軸8の回転に伴ってフィン4aも回転し、フィン4a周囲の空気を撹拌する。これにより、撹拌された空気を発電機8に送ることができ、発電機8が温度上昇しても冷却することができる。また、フィン4aによって撹拌された空気の一部は、フィン4a下方に送られるが、導風部材9の内周面9cによって反射し、または内周面9cに沿うようにして、上方(発電機8側)へ導かれる。これにより、撹拌された空気を無駄なく発電機8へ送風することができる。発電機8へ送られた風は、ロータ10とステータ11との間隙19およびステータ11に形成されている間隙29を通過する。これにより、フィン4aから送られてきた風によって、発電機8を冷却することができる。
【0084】
(第9実施の形態)
つぎに、本発明の風力発電装置の第9実施の形態について説明する。この第9実施の形態は、発電機8から引き出されている出力線や、風力発電装置1のケーシング5内部に垂れ下がっている各種センサ(図示しない温度センサ、湿度センサなど)のセンサケーブルなどの伝送線45を保持する伝送線保持部材46を設けた例である。図15(a)は、図1に示す発電機8と軸受7間における回転軸4の径方向の断面図であり、図15(b)は、伝送線保持部材46の拡大側面図である。なお、第1〜第8実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0085】
図15(a)に示すように、伝送線保持部材46は、断面略L字形状の部材であり、ネジ止め、溶着などによってケーシング5の内周面5aに固定されている。そして、ケーシング5の内周面5aと伝送線保持部材46とによって囲まれた空間に、発電機8から引き出されている出力線や、各種センサのセンサケーブルなどの伝送線45を束ねて保持している。これにより、伝送線45が回転軸4から離間することとなるため、回転軸4と接触することがなく、伝送線45の損傷を防止することができる。
【0086】
なお、本実施の形態では、断面略L字形状の伝送線保持部材46を適用したが、伝送線45を回転軸4から離間して保持する構成であれば、この形状に限定されることはない。さらに、周方向に2個以上の伝送線保持部材を設けて、電力を伝送する電力用伝送線と、各種センサからの信号を伝送する信号用伝送線とを別々に収納することにより、互いにノイズ混入による誤動作を防止することができる。
【0087】
なお、上述した第1〜第9実施の形態においては、垂直軸型の風力発電装置1を例にして説明したが、垂直軸型に限定されることはなく、水平軸型の風力発電装置1にも適用することができる。
【0088】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、発電機の稼働時における発電機の障害を防止することができるという効果を奏する。また、磁石の温度変化を検出することにより、磁石の減磁を防止して発電機の安定稼働を図ることができるという効果を奏する。特に、下限温度を設定しておくことにより、寒冷地においても磁石の温度低下を検出して、磁石の温度を調整することにより、減磁を防止することができるという効果を奏する。
【0089】
また、この発明によれば、発電機の稼働時において、ロータの回転によって生じる加振力から、コイルの損傷を防止することができるという効果を奏する。さらに、支持部材によって磁石をロータ周面に支持することにより、磁石の飛散を防止することができるという効果を奏する。またこれにより、磁石が飛散することにより風力発電装置内部の部品の破損を防止することができるという効果を奏する。さらに、本発明によれば、フライホイールを設けたことにより発電手段からの出力電力の安定化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の風力発電装置の概略斜視図である。
【図2】この発明の第1実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した部分側断面図である。
【図3】この発明の第1実施の形態にかかる風力発電装置の機能的構成を示したブロック図である。
【図4】この発明の第1実施の形態にかかる風力発電装置の制御処理手順を示すフローチャートである。
【図5】この発明の第2実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した部分側断面図である。
【図6】この発明の第3実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した部分側断面図である。
【図7】この発明の第4実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した説明図である。
【図8】この発明の第4実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した説明図である。
【図9】この発明の第4実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した説明図である。
【図10】この発明の第5実施の形態にかかる風力発電装置における発電機の回転軸径方向の断面を示した断面図である。
【図11】この発明の第6実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示す説明図である。
【図12】この発明の第7実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示す説明図である。
【図13】この発明の第7実施の形態にかかる風力発電装置の変形例を示す説明図である。
【図14】この発明の第8実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示す説明図である。
【図15】この発明の第9実施の形態にかかる風力発電装置を示す説明図である。
【符号の説明】
1 風力発電装置
2 風車(ブレード)
4 回転軸
4a フィン
5 ケーシング
8 発電機
9 導風部材
10 ロータ
11 ステータ
12 磁石
13 コイル
14 スリップリング
15 磁石温度検出素子
17 制御部
18 温度調整装置
20 送風機
22 第1の検出温度判定部
23 第2の検出温度判定部
24 検出温度判定部
25 第1の温度調整制御部
26 第2の温度調整制御部
27 温度調整制御部
30,31 環状リング
33 くさび部材
34,35 保持板
36,37,38 突出片
40 熱収縮チューブ
41 筒状体
44 フライホイール
45 伝送線
46 伝送線保持部材
Claims (18)
- 風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられ複数の磁石を有するロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、
前記発電手段の温度を調整する温度調整手段と、
前記磁石の温度を検出する磁石温度検出手段と、
前記磁石温度検出手段によって検出された検出温度に基づいて、前記温度調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。 - 前記制御手段は、
前記検出温度があらかじめ設定された所定温度に達したか否かを判定する検出温度判定手段と、
前記検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する温度調整制御手段と、を備え、
前記検出温度判定手段によって前記検出温度が前記所定温度に達したと判定した場合、前記温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段の温度を調整するように制御することを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。 - 前記制御手段は、
前記検出温度があらかじめ設定された上限温度以上か否かを判定する第1の検出温度判定手段と、
前記第1の検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する第1の温度調整制御手段と、
前記検出温度があらかじめ設定された下限温度以下か否かを判定する第2の検出温度判定手段と、
前記第2の検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する第2の温度調整制御手段と、を備え、
前記第1の検出温度判定手段によって前記検出温度が前記上限温度以上であると判定した場合、前記第1の温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段を冷却するように制御し、
前記第2の検出温度判定手段によって前記検出温度が前記下限温度以下であると判定した場合、前記第2の温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段を加熱するように制御することを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。 - 風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
磁石を有するロータと、コイルを有するステータと、を備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、
前記ロータの回転によって生じる前記コイルの振動を規制する規制手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。 - 風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、
前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在しており、対向する側面の間隔が前記ロータの周面から離れるに従って拡大する複数の磁石と、
前記複数の磁石間に設けられ、前記複数の磁石を前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に支持する複数の支持部材と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。 - 前記複数の支持部材は、その上端または下端のうち少なくともいずれか一端が前記ロータに対し前記回転軸方向に突出して設けられており、
さらに、前記複数の支持部材の突出した一端を保持する保持部材と、
を備えることを特徴とする請求項5に記載の風力発電装置。 - さらに、前記回転軸方向における前記ロータの両端のうちいずれか一端に前記回転軸方向に沿って複数突出して設けられ、前記ロータとともに回転して前記ロータ近傍の空気を撹拌する撹拌手段と、
を備えることを特徴とする請求項5または6に記載の風力発電装置。 - 前記撹拌手段は、前記複数の支持部材の両端のうち少なくともいずれか一端によって構成されていることを特徴とする請求項7に記載の風力発電装置。
- 前記撹拌手段は、前記複数の保持部材に設けられていることを特徴とする請求項7に記載の風力発電装置。
- 風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、
前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在する複数の磁石と、
前記回転軸方向における前記ロータの両端のうちいずれか一端に前記回転軸方向に沿って複数突出して設けられ、前記ロータとともに回転して前記ロータ近傍の空気を撹拌する撹拌手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。 - 前記撹拌手段は、前記複数の磁石の両端のうち少なくともいずれか一端によって構成されていることを特徴とする請求項10に記載の風力発電装置。
- 風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって電力を生成する発電手段と、
前記発電手段の下方の位置において前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって前記発電手段に空気を撹拌する撹拌手段と、
前記撹拌手段の下方に設けられ、前記撹拌手段によって撹拌された空気のうち、前記撹拌手段の下方に送られる空気を、前記発電手段へ導く導風手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。 - 風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、
前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在する複数の磁石と、
前記複数の磁石を、前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に支持する支持部材と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。 - 前記支持部材は、前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に収縮する熱収縮部材であることを特徴とする請求項13に記載の風力発電装置。
- 前記支持部材は、前記複数の磁石が設けられたロータに嵌挿される筒状体であることを特徴とする請求項13に記載の風力発電装置。
- 風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって電力を生成する発電手段と、
前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転に伴って回転するフライホイールと、
を備えることを特徴とする風力発電装置。 - 前記フライホイールは、前記発電手段の両端のうち少なくともいずれか一端側に設けられていることを特徴とする請求項16に記載の風力発電装置。
- さらに、前記発電手段を収納するケーシングと、
前記発電手段に接続されている伝送線を、前記ケーシング内周面に保持する伝送線保持部材と、
を備えることを特徴とする請求項1〜17のいずれか一つに記載の風力発電装置。
Priority Applications (1)
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JP2003086420A JP2004297892A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 風力発電装置 |
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JP2003086420A JP2004297892A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 風力発電装置 |
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