JP2006266107A - Wind power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力で風車を回転させ、これにより発電機を回転させて発電を行う風力発電装置に関するものである。 The present invention relates to a wind turbine generator that generates power by rotating a windmill with wind power, thereby rotating a generator.
近年、クリーンエネルギー源として風の力で発電機を回転させて発電する風力発電装置が注目されている(例えば、特許文献1を参照)。
風力発電装置は、例えば、図5に示す構成をしており、風車100の風力による回転に対し、増速装置101によりロータ軸104を高速に回転させ、3相かご型誘導発電機からなる発電機103に接続されている。
In recent years, wind power generators that generate power by rotating a generator with wind power have attracted attention as a clean energy source (see, for example, Patent Document 1).
The wind power generator has the configuration shown in FIG. 5, for example, and the
そして、発電機103は、ロータ105と1次側巻線106を有し、ロータ105のロータ軸104に増速装置101を介して風車100が接続され、1次側巻線106に電力系統107が直接接続されている。
このため、風車100に与えられる機械的入力によって、ロータ105が回転することにより、この回転エネルギが発電機により電力エネルギに変換され、1次側巻線106を介して電力系統107に、整流器108により整流された直流電流が出力されることになる。
For this reason, when the
しかしながら、特許文献1に示す従来の風力発電装置にあっては、ある程度の風速、すなわち風車を回転させる風力がないと発電できないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、風車を回転させられない風速の場合にも、発電が可能な風力発電装置を提供することを目的とする。
However, the conventional wind power generator shown in Patent Document 1 has a problem that power generation cannot be performed without a certain wind speed, that is, wind power that rotates the windmill.
This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the wind power generator which can generate electric power also in the case of the wind speed which cannot rotate a windmill.
本発明の風力発電装置は、風車と、風車とともに回転するロータと、ロータと対向して配置されたステータと、雨水を貯蔵するタンクと、タンクから供給される水の水圧により回転する水車とを有し、前記水車の回転により、前記ステータを回転させることを特徴とする。 A wind turbine generator according to the present invention includes a windmill, a rotor that rotates together with the windmill, a stator that is disposed to face the rotor, a tank that stores rainwater, and a turbine that rotates due to the water pressure of water supplied from the tank. And the stator is rotated by the rotation of the water wheel.
本発明の風力発電装置は、前記水車の回転を増速させる増速器が水車とステータとの間に介挿されていることを特徴とする。 The wind turbine generator according to the present invention is characterized in that a speed increasing device for speeding up the rotation of the water wheel is interposed between the water wheel and the stator.
本発明の風力発電装置は、前記水車の回転が前記風車の回転方向と逆になるよう構成されていることを特徴とする。 The wind turbine generator according to the present invention is configured such that the rotation of the water turbine is opposite to the rotation direction of the wind turbine.
以上説明したように、本発明の風力発電装置によれば、風速(風力)が風車を回転させるのに不十分な場合、タンクに貯蔵した雨水により、水車を回転させ、停止したロータに対して、ステータを回転させて、発電機を動作させて発電を行うため、風速が不十分な場合にも発電を行わせることが可能となる効果が得られる。 As described above, according to the wind turbine generator of the present invention, when the wind speed (wind power) is insufficient to rotate the wind turbine, the rain turbine stored in the tank rotates the turbine and stops the rotor. Since the power is generated by rotating the stator and operating the generator, it is possible to generate power even when the wind speed is insufficient.
以下、本発明の一実施形態による風力発電装置を図面を参照して説明する。図1は同実施形態の構成例を示す概念図である。
この図において、風車1はロータ軸2に配設され、風の風力によりロータ軸2をX方向(例えば、時計回り)に回転させ、円盤状のロータ3を回転させる。ロータ軸2はロータ3の面の中心に、この面に対して垂直に配設されている。
すなわち、風車1とロータ3とはロータ軸2によって同軸構造となっている。
ロータ3は、例えば、図2に示すように永久磁石が極性を回転方向に対して互い違いに異なるように配置された一般的な形状をしている。
また、風車1とロータ3との間には、水車の回転を増速させる増速器を設けてもよい。
Hereinafter, a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration example of the embodiment.
In this figure, a windmill 1 is disposed on a
That is, the windmill 1 and the
For example, as shown in FIG. 2, the
Further, between the windmill 1 and the
ステータ4は、図3に示すように回転方向に所定の複数の巻線によるコイルが交互に配置され(図では3相)、ロータ3に対して、対向する面が所定の距離を有するように設けられている。
また、ステータ4には、面の中心にステータ軸5がこの面に対して垂直に固定されて、配設されている。
As shown in FIG. 3, the
The
ここで、ステータ4の上記コイルには、ステータ4またはロータ5とが相対的に逆方向に回転することにより、誘導電流が誘起される。
ステータ軸5は、内部が空洞の円筒形状となっており、上記電流を整流する整流器13が設けられている。
整流器13は、ステータ軸5内に、ステータ軸5と接触しない位置に配置され(ステータ軸5外部で回転しないように固定されている)た円筒である取出管内に設けられており、上記巻線と電気的に接続されたブラシと、入力端子とが接続するように固定されている。
そして、整流器13により整流された電流は、整流器13の、上記取出管内に配設された取出し用の配線により、外部機器に供給される。
Here, an induced current is induced in the coil of the
The stator shaft 5 has a hollow cylindrical shape and is provided with a rectifier 13 that rectifies the current.
The rectifier 13 is provided in a take-out pipe which is a cylinder disposed in a position not in contact with the stator shaft 5 in the stator shaft 5 (fixed so as not to rotate outside the stator shaft 5). The brush is electrically connected to the input terminal, and the input terminal is fixed.
Then, the current rectified by the rectifier 13 is supplied to an external device by the extraction wiring provided in the extraction pipe of the rectifier 13.
また、ステータ軸5には、所定の歯数の歯車6が固定して設けられている。
この歯車6は歯車7と噛合するよう配設され、歯車7は歯車軸8に固定され、歯車軸8の回転と共に同一回転数により回転する。
水車9は面の中心に歯車軸8がこの面に垂直に固定されて配設されており、この水車9と歯車7とは歯車軸8により同軸構造となっている。
また、上記ロータ軸2,ステータ軸5及び歯車軸8は、各々ベアリング等によりで回転可能に、図示しない固定部に固定されている。
A gear 6 having a predetermined number of teeth is fixedly provided on the stator shaft 5.
The gear 6 is disposed so as to mesh with the gear 7, and the gear 7 is fixed to the
The water wheel 9 is disposed at the center of the surface with a
The
タンク10は雨水を貯蔵するものであり、内部に雨水が流れ込む形状及び位置に雨どい11が設けられ、少ない雨量であっても、雨どい11上に落下した雨水を効率的に雨水が内部に貯められるように構成されている。
サイフォン12はタンク10に設けられ、図4に示すように、タンク10内に貯蔵された雨水の水圧により、タンク10内の雨水を、排水口12aから水車9の中心軸に対して放射状に設けらた羽根9aに対して給水(放水)する。
The
The
ここで、給水される雨水に対し、十分な落下のエネルギ(ポテンシャルエネルギ)を与えるため、排水口12aと、雨水が落下する羽根9aとの距離を十分に設けることが必要である。
また、上記排水口は、落下する雨水の広がりの断面積が必要以上に広がり、羽根9aに落下する雨水が少なくならないように、雨水が渦を巻きながら落下する形状としても良い。
さらに、上記排水口12aと、雨水が落下する羽根9aとの間を、風により雨水の羽根9aへの落下が妨げられないように、風よけのためのカバーを設けても良い。
Here, in order to give sufficient rain energy (potential energy) to the rainwater supplied, it is necessary to provide a sufficient distance between the
In addition, the drain outlet may have a shape in which rainwater falls while swirling so that the cross-sectional area of the falling rainwater spreads more than necessary and the rainwater falling on the
Further, a windshield cover may be provided between the
次に、図1を参照して、本発明の一実施形態による風力発電装置における発電の動作を説明する。
<風車1を回転させる風速の風が吹いている場合>
このとき、ステータ4は停止状態にあり、サイフォン12の排出口12aは雨水が排出されないように閉じられた状態にある。
そして、風車1が風により回転することにより、この回転がロータ軸2により伝達され、ロータ3がステータ4に対して時計回りに相対的に回転する。ここで、ステータ4は留め具により、回転しないように固定していても良い。
これにより、ステータ4の巻線に、ロータ3の電磁石の回転により誘導電流が誘起される。
そして、整流器13は、各巻線から入力される誘導電流を整流して、所定の電圧として外部の機器(例えば、バッテリ充電器)に出力する。
Next, with reference to FIG. 1, the operation | movement of the electric power generation in the wind power generator by one Embodiment of this invention is demonstrated.
<When the wind of the wind speed which rotates the windmill 1 is blowing>
At this time, the
When the windmill 1 is rotated by the wind, this rotation is transmitted by the
As a result, an induced current is induced in the winding of the
The rectifier 13 rectifies the induced current input from each winding and outputs it as a predetermined voltage to an external device (for example, a battery charger).
<風車1を回転させる風速の風が吹いていない場合>
このとき、風車1が回転せず、したがってロータ3も固定された状態となっている。
そして、雨水を使用して発電するため、サイフォン12の排出口12aを開放して、タンク10に蓄積された雨水を排出口12aから所定量排水し、水車9の羽根9aに落下させる。タンク10には、降雨により所定量の雨水が貯蔵されている。
この雨水の所定量は、水車9の回転を維持させる量であり、水車9の回転における摩擦及び排水口12aと羽根9aとの距離により設定される。
<When the wind of the wind speed which rotates the windmill 1 is not blowing>
At this time, the windmill 1 does not rotate, and therefore the
In order to generate electricity using rainwater, the
The predetermined amount of rainwater is an amount for maintaining the rotation of the water wheel 9, and is set by the friction in the rotation of the water wheel 9 and the distance between the
また、水車9の始動時には上記所定量では回転できないため、外部から回転を開始させる駆動エネルギを与える必要がある。
例えば、排水口12aを開放する時点の水量が、回転を維持する水量に比較して多く供給されるよう、排水口12aを構成しておく。
これにより、水車9は回転を開始し、歯車軸8により同軸に固定されている歯車7を回転させる。
In addition, since it is not possible to rotate the predetermined amount when the water wheel 9 is started, it is necessary to apply driving energy for starting rotation from the outside.
For example, the
As a result, the water wheel 9 starts to rotate, and the gear 7 fixed coaxially by the
そして、歯車6は、歯車7と噛合しているため、歯車軸8の回転数を、歯車7との歯数の比に対応した回転数に変換して、ステータ軸5を反時計方向(すなわち、風車1によりロータ3が回転する方向と逆の方向)に回転させる。
このとき、歯車6及び歯車7により、歯車軸8の回転数を増速させるように歯数の比を設定し、ステータ4の回転数を増加させるようにすると、発電効率が増加する。
すなわち、歯車6及び歯車7が水車9とステータ4との間に介挿することにより、伝達器であるとともに増速器を兼用するように構成しても良い。
ここで、ロータ3に対して相対的にステータ4が回転するため、仮想的に、ステータ4を停止状態としてみると、ロータ3が時計回りにステータ4に対して回転していることとなる。
Since the gear 6 meshes with the gear 7, the rotational speed of the
At this time, if the gear ratio is set by the gear 6 and the gear 7 so as to increase the rotational speed of the
That is, the gear 6 and the gear 7 may be inserted between the water wheel 9 and the
Here, since the
これにより、ステータ4が相対的にロータ3に対して回転することにより、ロータの電磁石によってステータ4の巻線に誘導電流が誘起される。
そして、整流器13は、各巻線から入力される誘導電流を整流して、所定の電圧として外部の機器(例えば、バッテリ充電器)に出力する。
Thereby, when the
The rectifier 13 rectifies the induced current input from each winding and outputs it as a predetermined voltage to an external device (for example, a battery charger).
1…風車
2…ロータ軸
3…ロータ
4…ステータ
5…ステータ軸
6,7…歯車
8…歯車軸
9…水車
9a…羽根
10…タンク
11…雨どい
12…サイフォン
13…整流器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
風車とともに回転するロータと、
ロータと対向して配置されたステータと、
雨水を貯蔵するタンクと、
タンクから供給される水の水圧により回転する水車と
を有し、
前記水車の回転により、前記ステータを回転させることを特徴とする風力発電装置。 With a windmill,
A rotor that rotates with the windmill,
A stator disposed opposite the rotor;
A tank for storing rainwater;
A turbine that rotates by the pressure of water supplied from the tank,
The wind power generator characterized by rotating the stator by rotation of the water wheel.
The wind turbine generator according to claim 1 or 2, wherein rotation of the water turbine is configured to be opposite to a rotation direction of the wind turbine.
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