JP2009299656A - Wind turbine generator - Google Patents

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Masujiro Hisatani
益士郎 久谷
Hiroshi Hirasawa
博 平澤
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind turbine generator having a wind turbine blade support part rotatably supporting wind turbine rotor further reduced in size and weight. <P>SOLUTION: This wind turbine generator is provided with: the wind turbine blade support part 5 provided on a base stand 3; and a rotor hub 23 supporting a plurality of blades and rotatably supported by the wind turbine blade support part 5. The wind turbine generator is provided with a generator stator 21 supported by the wind turbine support part 5, and a generator rotor 32 rotating at same rotation speed as the rotor hub 23. The rotor hub 23 comprises a front side bearing casing 25, a rear side bearing casing 26, and a rotary hub 27. The generator rotor 32 and the generator stator 21 are supported and positioned inside the rotary hub 27 of the rotor hub 23 in a radial direction, and between the front side bearing casing 25 and the rear side bearing casing 26. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、風車回転体が回転することにより発電する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 rotor.

従来の風力発電装置は、複数の翼をロータハブに支持させてなる風車回転体の回転を増速機によって増速して発電機に伝達するものと、このような増速機を使用することなく前記風車回転体と発電機回転子とを同一回転数で回転させる直結駆動型とに大別することができる。   Conventional wind turbine generators use a gearbox to increase the rotation of a windmill rotating body with a plurality of blades supported by a rotor hub and transmit it to the generator without using such a gearbox The wind turbine rotating body and the generator rotor can be broadly classified into direct drive types that rotate at the same rotational speed.

前記直結駆動型の風力発電機は、前記増速機を装備していない分、小型化と低コスト化とを図ることができる。この種の直結駆動型の風力発電機としては、たとえば特許文献１に記載されているものがある。   The direct drive type wind power generator can be reduced in size and cost because it is not equipped with the speed increaser. As this type of direct drive type wind power generator, there is one described in Patent Document 1, for example.

この特許文献１に開示された風力発電装置は、地上の基台に立設されたタワーと、このタワーの上端部に設けられた風車翼支持部と、この風車翼支持部の前端部に回転自在に支持された風車回転体などを備えている。   The wind turbine generator disclosed in Patent Document 1 is a tower installed on a ground base, a wind turbine blade support portion provided at the upper end of the tower, and a front end portion of the wind turbine blade support portion. It has a windmill rotating body that is freely supported.

前記風車回転体は、前記風車翼支持部に軸受によって回転自在に支持されたロータハブと、このロータハブの外周部に取付けられた複数の翼とを備えている。前記ロータハブの後端部には、風車翼支持部の前端部を上下方向と左右方向とから囲むような円筒状の発電機ハウジングが一体に回転するように設けられている。   The wind turbine rotor includes a rotor hub that is rotatably supported by a bearing on the wind turbine blade support portion, and a plurality of blades attached to an outer peripheral portion of the rotor hub. A cylindrical generator housing that surrounds the front end portion of the wind turbine blade support portion in the vertical direction and the horizontal direction is provided at the rear end portion of the rotor hub so as to rotate integrally.

前記発電機ハウジングの内周部には、電磁石からなる多数の発電機回転子が設けられている。一方、風車翼支持部における前記発電機ハウジングによって囲まれた部分には、前記発電機回転子と対向する発電機固定子が設けられている。
このように構成された従来の風力発電装置によれば、翼が風を受けることによって、風車回転体が風車翼支持部に対して回転する。風車回転体が回転することにより、発電機ハウジングと発電機回転子とが風車回転体と同一回転数で一体に回転し、この結果、発電機回転子が発電機固定子に対して回転して発電するようになる。
特表２００３−５１０４９２号公報 A large number of generator rotors made of electromagnets are provided on the inner periphery of the generator housing. On the other hand, a generator stator facing the generator rotor is provided in a portion surrounded by the generator housing in the wind turbine blade support portion.
According to the conventional wind power generator configured as described above, the wind turbine rotor rotates relative to the wind turbine blade support when the blade receives wind. By rotating the windmill rotor, the generator housing and the generator rotor rotate together at the same rotational speed as the windmill rotor, and as a result, the generator rotor rotates relative to the generator stator. It will generate electricity.
Special table 2003-510492 gazette

近年の風力発電装置は、経済性を追求するために大型化、大出力する傾向にある。このため、近年の風力発電機においては、風車回転体を含めて風車翼支持部の全体が大型化し、その重量も増大してきている。このような大型で重量が重い風車翼支持部を支持するために、従来の風力発電装置では前記タワーや基台を含めた風力発電装置全体のコストも高くなる。また、従来の風力発電装置は、風車翼支持部という重量物が高所にあるために、大型化に伴って固有振動数が低くなり揺れ易くなる。
従来の風力発電装置においては、このような不具合を解消するために、風車翼支持部の小型化・軽量化を図る必要がある。 In recent years, wind power generators tend to increase in size and output in order to pursue economic efficiency. For this reason, in recent wind power generators, the entire wind turbine blade support section including the wind turbine rotor is increased in size and weight. In order to support such a large and heavy wind turbine blade support part, the cost of the entire wind power generator including the tower and the base is increased in the conventional wind power generator. Moreover, since the conventional wind power generator has a heavy object called a wind turbine blade support part at a high place, the natural frequency is lowered and becomes easy to shake with an increase in size.
In conventional wind power generators, it is necessary to reduce the size and weight of the wind turbine blade support in order to eliminate such problems.

しかし、特許文献１に記載されている風力発電装置では、風車翼支持部をさらに小型化するにも限界があった。これは、この風力発電装置は、風車回転体と発電機回転子、発電機固定子とが風車回転体の軸線方向に並ぶ構造だからである。すなわち、この風力発電装置は、風車回転体の後方に発電機回転子と発電機固定子とを設置するためのスペースが必要で、このスペースの分だけ風車支持部を風車回転体の軸線方向に長く形成しなければならないから、風車翼支持部の小型化・軽量化を図ることができない。   However, the wind turbine generator described in Patent Document 1 has a limit in further downsizing the wind turbine blade support. This is because the wind turbine generator has a structure in which the windmill rotor, the generator rotor, and the generator stator are arranged in the axial direction of the windmill rotor. That is, this wind turbine generator requires a space for installing the generator rotor and the generator stator behind the wind turbine rotor, and the wind turbine support portion is arranged in the axial direction of the wind turbine rotor by this space. Since it must be formed long, the wind turbine blade support portion cannot be reduced in size and weight.

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、風車回転体を回転自在に支持する風車翼支持部のより一層の小型化と軽量化とが図られた風力発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and provides a wind turbine generator in which the wind turbine blade support portion that rotatably supports the wind turbine rotor is further reduced in size and weight. For the purpose.

この目的を達成するために、本発明に係る風力発電装置は、基台に設けられた風車翼支持部と、複数の翼を支持するとともに前記風車翼支持部に回転自在に支持されたロータハブと、前記風車翼支持部に支持された発電機固定子と、前記ロータハブと同一回転数で回転する発電機回転子とを備えた風力発電装置において、前記ロータハブを、前記風車翼支持部の支軸の前端部に軸受によって回転自在に支持された前側径方向延在部と、前記支軸の後部に軸受によって回転自在に支持された後側径方向延在部と、これらの前側径方向延在部と後側径方向延在部との間で前記支軸の軸線方向に延在する筒状の周壁とから構成し、前記発電機回転子および前記発電機固定子を、前記ロータハブにおける前記翼を支持する周壁の径方向の内側、かつ、前記前側径方向延在部と前記後側径方向延在部との間に位置するように支持させたものである。   In order to achieve this object, a wind turbine generator according to the present invention includes a wind turbine blade support portion provided on a base, a rotor hub that supports a plurality of blades and is rotatably supported by the wind turbine blade support portion. A wind turbine generator comprising a generator stator supported by the wind turbine blade support and a generator rotor rotating at the same rotational speed as the rotor hub, wherein the rotor hub is a spindle of the wind turbine blade support. A front radial extending portion rotatably supported by a bearing at a front end portion thereof, a rear radial extending portion rotatably supported by a bearing at a rear portion of the support shaft, and the front radial extending portions thereof And a cylindrical peripheral wall extending in the axial direction of the support shaft between a portion and a rear radial extending portion, and the generator rotor and the generator stator are the blades in the rotor hub In the radial direction of the peripheral wall that supports Serial is obtained by supporting so as to be positioned between the front radially extending portion the rear radially extending portion.

本発明は、前記発明において、前記翼、発電機固定子および発電機回転子を前記翼と前記ロータハブとからなる風車回転体の軸線方向の略同一位置に位置付けたものである。   According to the present invention, in the above invention, the blade, the generator stator, and the generator rotor are positioned at substantially the same position in the axial direction of a wind turbine rotor including the blade and the rotor hub.

本発明は、前記発明において、前記発電機回転子を前記ロータハブにおける前記周壁の内周部分に支持させ、前記発電機固定子を前記発電機回転子より径方向の内側に位置付け、前記支軸に支持させたものである。   According to the present invention, in the above invention, the generator rotor is supported by an inner peripheral portion of the peripheral wall of the rotor hub, the generator stator is positioned radially inward of the generator rotor, and the support shaft is It is what was supported.

本発明は、前記発明において、ロータハブの周方向に並ぶ多数の永久磁石を用いて前記発電機回転子を構成したものである。   In the present invention, the generator rotor is configured by using a large number of permanent magnets arranged in the circumferential direction of the rotor hub.

本発明によれば、ロータハブ内に発電機固定子と発電機回転子とを収容することができる。このため、風車翼支持部には、発電機固定子および発電機回転子を装備するためのスペースが不要になる。
したがって、本発明によれば、風車翼支持部を従来の風力発電装置の風車翼支持部に較べて風車の軸線方向に短く形成することができるため小型化が図れ、風車翼支持部の重量を軽く形成することができる。
したがって、本発明によれば、風車翼支持部の前記軸線方向へのより一層の小型化と軽量化とを図ることが可能な風力発電装置を提供することができる。 According to the present invention, the generator stator and the generator rotor can be accommodated in the rotor hub. This eliminates the need for a space for installing the generator stator and the generator rotor in the wind turbine blade support.
Therefore, according to the present invention, since the wind turbine blade support portion can be formed shorter in the axial direction of the wind turbine than the wind turbine blade support portion of the conventional wind power generator, the size reduction can be achieved, and the weight of the wind turbine blade support portion can be reduced. Can be lightly formed.
Therefore, according to this invention, the wind power generator which can achieve further size reduction and weight reduction to the said axial direction of a windmill blade support part can be provided.

以下、本発明に係る風力発電装置の一実施例を図１〜図５によって詳細に説明する。
図１に示す風力発電装置１は、地面２に設けられた基台３と、この基台３に立設されたタワー４と、前記基台３にタワー４を介して設けられた風車翼支持部５と、この風車翼支持部５の前端部に回転自在に支持された風車回転体６とを備え、この風車回転体６が風力で回転することによって発電するものである。 Hereinafter, an embodiment of a wind turbine generator according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
A wind power generator 1 shown in FIG. 1 includes a base 3 provided on the ground 2, a tower 4 erected on the base 3, and a wind turbine blade support provided on the base 3 via the tower 4. The wind turbine rotor 6 is rotatably supported at the front end portion of the wind turbine blade support 5 and the wind turbine rotor 6 is rotated by wind power to generate electric power.

前記風車翼支持部５は、図２に示すように、前記タワー４の上端部に鉛直軸回りに回転可能に支持されたマシン支持台１１と、マシン支持台１１の前記鉛直軸回りの角度を変えるための角度変更装置１２と、本発明でいう支軸としての固定子軸１３と、前記マシン支持台１１の周囲を覆うナセル１４とを備えている。   As shown in FIG. 2, the wind turbine blade support 5 has a machine support 11 supported on the upper end of the tower 4 so as to be rotatable about a vertical axis, and an angle of the machine support 11 around the vertical axis. An angle changing device 12 for changing, a stator shaft 13 as a support shaft in the present invention, and a nacelle 14 covering the periphery of the machine support 11 are provided.

前記角度変更装置１２は、風車回転体６が風上を指向するように風車翼支持部５をタワー４に対して回転させるように構成されている。
前記固定子軸１３は、図４に示すように、前端部が後端部に較べて細くなるテーパ管状に形成されている。この固定子軸１３の後端部は、マシン支持台１１に図示していない固定用ボルトによって固定されている。 The angle changing device 12 is configured to rotate the wind turbine blade support 5 with respect to the tower 4 so that the wind turbine rotor 6 is directed to the windward side.
As shown in FIG. 4, the stator shaft 13 is formed in a tapered tubular shape whose front end is thinner than the rear end. The rear end portion of the stator shaft 13 is fixed to the machine support base 11 with fixing bolts (not shown).

この実施例による固定子軸１３は、図２に示すように、僅かに前上がりに傾斜する状態でマシン支持台１１に取付けられている。固定子軸１３の前端部と後部とには、後述する風車回転体６を回転自在に支持するための軸受１５，１６（図４参照）が装着されている。固定子軸１３における前記二つの軸受１５，１６の間の部位には、図４に示すように、後述する発電機固定子２１を支持するための支持部材２２が固定されている。   As shown in FIG. 2, the stator shaft 13 according to this embodiment is attached to the machine support 11 so as to be inclined slightly upward. Bearings 15 and 16 (see FIG. 4) for rotatably supporting a windmill rotating body 6 described later are mounted on the front end portion and the rear portion of the stator shaft 13. As shown in FIG. 4, a support member 22 for supporting a later-described generator stator 21 is fixed to a portion of the stator shaft 13 between the two bearings 15 and 16.

前記風車回転体６は、図３および図４に示すように、前記固定子軸１３に回転自在に支持されたロータハブ２３と、このロータハブ２３に取付けられた３枚の翼２４とを備えている。
前記ロータハブ２３は、前記固定子軸１３の前端部に前記軸受１５によって回転自在に支持された前側軸受ケーシング２５と、前記固定子軸１３の後部に前記軸受１６によって回転自在に支持された後側軸受ケーシング２６と、これら両ケーシング２５，２６の間で固定子軸１３の軸線方向に延在する筒状の回転ハブ２７と、この回転ハブ２７の軸心部を前方から覆うスピナー２８とから構成されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the wind turbine rotor 6 includes a rotor hub 23 that is rotatably supported by the stator shaft 13, and three blades 24 that are attached to the rotor hub 23. .
The rotor hub 23 includes a front bearing casing 25 that is rotatably supported by the bearing 15 at a front end portion of the stator shaft 13, and a rear side that is rotatably supported by the bearing 16 at a rear portion of the stator shaft 13. A bearing casing 26, a cylindrical rotary hub 27 extending in the axial direction of the stator shaft 13 between the two casings 25, 26, and a spinner 28 covering the axial center of the rotary hub 27 from the front. Has been.

前記前側軸受ケーシング２５によって本発明でいうロータハブの前側径方向延在部が構成され、前記後側軸受ケーシング２６によって本発明でいうロータハブの後側径方向延在部が構成され、前記回転ハブ２７によって本発明でいうロータハブの周壁が構成されている。
前記前側軸受ケーシング２５と後側軸受ケーシング２６とは、それぞれ円環板状に形成されている。これらの前側軸受ケーシング２５と後側軸受ケーシング２６との内周部は、それぞれ前記軸受１５，１６に嵌合され、外周部は、回転ハブ２７の前端部と後端部とにそれぞれ固着している。 The front bearing casing 25 constitutes a front radial extension portion of the rotor hub in the present invention, and the rear bearing casing 26 constitutes a rear radial extension portion of the rotor hub in the present invention. Thus, the peripheral wall of the rotor hub referred to in the present invention is constituted.
The front bearing casing 25 and the rear bearing casing 26 are each formed in an annular plate shape. The inner peripheral portions of the front bearing casing 25 and the rear bearing casing 26 are respectively fitted to the bearings 15 and 16, and the outer peripheral portions are fixed to the front end portion and the rear end portion of the rotary hub 27, respectively. Yes.

すなわち、回転ハブ２７の前部は、前側軸受ケーシング２５と軸受１５とによって固定子軸１３に回転自在に支持され、回転ハブ２７の後部は、後側軸受ケーシング２６と軸受１６とによって固定子軸１３に回転自在に支持されている。また、前側軸受ケーシング２５と後側軸受ケーシング２６とは、各々の内周部が前記軸受１５，１６を介して固定子軸１３に取付けられた状態で回転ハブ２７の前側開口部と後側開口部とを閉塞している。   That is, the front portion of the rotating hub 27 is rotatably supported by the stator shaft 13 by the front bearing casing 25 and the bearing 15, and the rear portion of the rotating hub 27 is fixed by the rear bearing casing 26 and the bearing 16. 13 is rotatably supported. Further, the front bearing casing 25 and the rear bearing casing 26 are configured so that the inner peripheral portion of each of the front bearing casing 25 and the rear bearing casing 26 is attached to the stator shaft 13 via the bearings 15 and 16 and the front opening and the rear opening of the rotating hub 27. Block the part.

前記回転ハブ２７の外周部には、図３に示すように、翼２４を支持するための三つのボス３１が一体に形成されている。また、回転ハブ２７の内周部には、後述する発電機回転子３２を支持するための三つの支持板３３が一体に形成されている。
前記ボス３１は、回転ハブ２７の外周部から径方向の外側に向けて突出する円筒状に形成されており、回転ハブ２７を周方向に３等分する位置に配設されている。前記支持板３３は、図３に示すように、前記ボス３１どうしの間となる位置に設けられている。 As shown in FIG. 3, three bosses 31 for supporting the blades 24 are integrally formed on the outer peripheral portion of the rotating hub 27. In addition, three support plates 33 for supporting a later-described generator rotor 32 are integrally formed on the inner peripheral portion of the rotary hub 27.
The boss 31 is formed in a cylindrical shape protruding outward from the outer peripheral portion of the rotating hub 27 in the radial direction, and is disposed at a position that divides the rotating hub 27 into three equal parts in the circumferential direction. As shown in FIG. 3, the support plate 33 is provided at a position between the bosses 31.

これらのボス３１に翼２４を支持させるための支持構造は、詳しくは図示してはいないが、翼２４は、これらのボス３１の先端部に軸受３４を介してボス３１の軸線回りに回転可能に取付けられている。このボス３１の内部には、翼２４のピッチ（ボス３１の軸線回りの翼２４の角度）を変えるためのピッチ変更装置３５が設けられている。   Although the support structure for supporting the wings 24 on these bosses 31 is not shown in detail, the wings 24 can rotate around the axis of the bosses 31 via bearings 34 at the tip ends of these bosses 31. Installed on. Inside the boss 31 is provided a pitch changing device 35 for changing the pitch of the blades 24 (the angle of the blades 24 around the axis of the boss 31).

このピッチ変更装置３５は、翼２４の基端部２４ａに設けられた内歯歯車３６に噛合するピニオン３７をモータ３８によって回転させる構造のものである。なお、モータ３８の回転を制御するための制御装置（図示せず）は、風車翼支持部５に設けられている。モータ３８と制御装置とを接続するケーブルは、モータ３８からロータハブ２３の軸心部に導かれ、従来からよく知られているスリップリング機構や非接触誘導給電機構などの通電機構によってロータハブ２３と固定子軸１３との接続部分からロータハブ２３の外（マシン支持台１１側）に導出されている。   The pitch changing device 35 has a structure in which a pinion 37 that meshes with an internal gear 36 provided at the base end portion 24 a of the blade 24 is rotated by a motor 38. A control device (not shown) for controlling the rotation of the motor 38 is provided in the wind turbine blade support portion 5. A cable connecting the motor 38 and the control device is led from the motor 38 to the shaft center portion of the rotor hub 23 and fixed to the rotor hub 23 by a current-carrying mechanism such as a slip ring mechanism or a non-contact induction power feeding mechanism that is well known in the past. It is led out of the rotor hub 23 (on the machine support 11 side) from the connecting portion with the slave shaft 13.

前記支持部材２２は、図３および図４に示すように、固定子軸１３に嵌合する状態で固着した第１の円筒４１と、この第１の円筒４１の前端部と後端部とからそれぞれ径方向の外側に延在する２枚の円板４２，４３と、これらの円板４２，４３を径方向の外側から囲む第２の円筒４４とから構成されている。
前記第１の円筒４１と第２の円筒４４とは、固定子軸１３と同一軸線上に位置付けられている。この第２の円筒４４の外周部には、後述する発電機固定子２１が固定されている。この実施例による第２の円筒４４は、図４に示すように、前記２枚の円板４２，４３より前方と後方とに延在し、前後方向の両端部がロータハブ２３の前側軸受ケーシング２５と後側軸受ケーシング２６とに接近するような大きさに形成されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the support member 22 includes a first cylinder 41 fixed in a state of being fitted to the stator shaft 13, and a front end portion and a rear end portion of the first cylinder 41. Each of the discs 42 and 43 extends outward in the radial direction, and a second cylinder 44 surrounds the discs 42 and 43 from the outer side in the radial direction.
The first cylinder 41 and the second cylinder 44 are positioned on the same axis as the stator shaft 13. A generator stator 21 to be described later is fixed to the outer peripheral portion of the second cylinder 44. As shown in FIG. 4, the second cylinder 44 according to this embodiment extends forward and rearward from the two disks 42 and 43, and both ends in the front-rear direction are front bearing casing 25 of the rotor hub 23. And the rear bearing casing 26.

前記発電機固定子２１は、図３〜図５に示すように、多数の主磁極４５（図５参照）を有する円筒状の固定子鉄心４６と、この固定子鉄心４６に巻回されたコイル４７とから構成されており、前記第２の円筒４４の外周部に固定されている。この実施例による前記固定子鉄心４６の軸線方向の長さは、図４に示すように、前記第２の円筒４４の軸線方向の長さと等しくなるように形成されている。   As shown in FIGS. 3 to 5, the generator stator 21 includes a cylindrical stator core 46 having a large number of main magnetic poles 45 (see FIG. 5), and a coil wound around the stator core 46. 47, and is fixed to the outer peripheral portion of the second cylinder 44. The axial length of the stator core 46 according to this embodiment is formed to be equal to the axial length of the second cylinder 44 as shown in FIG.

前記多数の主磁極４５は、図５に示すように、円筒状の固定子鉄心４６の外周部にコイル挿入用スロット４８が開口するように形成されている。なお、図３に示す固定子鉄心４６は、前記コイル挿入用のスロット（図５参照）とコイル４７とを省略して描いてある。また、図４に示す発電機固定子２１は、コイル４７を省略して描いてある。   As shown in FIG. 5, the large number of main magnetic poles 45 are formed such that a coil insertion slot 48 is opened in the outer peripheral portion of a cylindrical stator core 46. Note that the stator core 46 shown in FIG. 3 is drawn with the coil insertion slot (see FIG. 5) and the coil 47 omitted. The generator stator 21 shown in FIG. 4 is drawn with the coil 47 omitted.

この実施例による前記固定子鉄心４６は、前記主磁極４５が設けられた多数の円環状の鋼板（図示せず）を軸線方向に重ね合わせることによって、全体が円筒を呈するように形成されている。
すなわち、この発電機固定子２１は、固定子軸１３の軸線方向に延在する多数の主磁極４５とコイル４７とが発電機固定子２１の周方向に並ぶように形成されている。 The stator core 46 according to this embodiment is formed so as to form a cylinder as a whole by superimposing a large number of annular steel plates (not shown) provided with the main magnetic pole 45 in the axial direction. .
That is, the generator stator 21 is formed so that a large number of main magnetic poles 45 and coils 47 extending in the axial direction of the stator shaft 13 are arranged in the circumferential direction of the generator stator 21.

この実施例による発電機固定子２１には、図４に示すように、水冷式の冷却装置５１が組込まれている。この冷却装置５１は、固定子鉄心４６の内部に挿入された多数の熱交換用パイプ５２に冷却水を供給する構成のものである。前記冷却水は、前記マシン支持台１１に設けられている放熱器（図示せず）と前記熱交換用パイプとの間で循環させられる。   As shown in FIG. 4, a water-cooled cooling device 51 is incorporated in the generator stator 21 according to this embodiment. The cooling device 51 is configured to supply cooling water to a large number of heat exchange pipes 52 inserted into the stator core 46. The cooling water is circulated between a radiator (not shown) provided on the machine support 11 and the heat exchange pipe.

詳述すると、前記熱交換用パイプ５２は、発電機固定子２１の周方向に並べて設けられており、発電機固定子２１の後方に設けられた環状の冷却水供給用パイプ５３と冷却水戻り用パイプ５４とに接続されている。これらのパイプ５３，５４は、発電機固定子２１に沿うように環状に形成されており、発電機固定子２１の径方向に延在する接続用パイプ５５，５５によって固定子軸１３内の冷却水供給・戻り通路５６，５７に接続されている。この冷却水供給・戻り通路５６，５７は、図示してはいないが、前記マシン支持台１１に設けられている冷却装置本体に接続されている。この冷却装置本体には、前記放熱器および冷却水ポンプなどが設けられている。なお、冷却装置５１の構成は、この実施例に示す構成に限定されることはなく、空冷式など、適宜変更することが可能である。   More specifically, the heat exchange pipes 52 are arranged side by side in the circumferential direction of the generator stator 21, and an annular cooling water supply pipe 53 provided at the rear of the generator stator 21 and the cooling water return. It is connected to the service pipe 54. These pipes 53 and 54 are formed in an annular shape along the generator stator 21, and the inside of the stator shaft 13 is cooled by connection pipes 55 and 55 extending in the radial direction of the generator stator 21. It is connected to water supply / return passages 56 and 57. Although not shown, the cooling water supply / return passages 56 and 57 are connected to a cooling device body provided on the machine support 11. The cooling device main body is provided with the radiator and the cooling water pump. In addition, the structure of the cooling device 51 is not limited to the structure shown in this Example, It can change suitably, such as an air cooling system.

前記発電機回転子３２は、図３〜図５に示すように、前記発電機固定子２１を径方向の外側から囲む支持用の円筒６１と、この円筒６１の内周部に固定された多数の永久磁石６２（図５参照）とから構成されている。前記支持用の円筒６１は、発電機固定子２１と同一軸線上に位置する状態で前記回転ハブ２７の支持板３３に一体に回転するように支持されている。すなわち、前記発電機回転子３２は、前記ロータハブ２３における前記翼２４を支持する回転ハブ２７（周壁）に前記翼２４より径方向の内側に位置するように支持されている。また、この実施例による発電機回転子３２と前記発電機固定子２１とは、図４に示すように、ロータハブ２３の軸線方向において、前記翼２４と略同じ位置に位置付けられている。   As shown in FIGS. 3 to 5, the generator rotor 32 includes a support cylinder 61 that surrounds the generator stator 21 from the outside in the radial direction, and a large number of the generator rotor 32 fixed to the inner periphery of the cylinder 61. Permanent magnet 62 (see FIG. 5). The support cylinder 61 is supported so as to rotate integrally with the support plate 33 of the rotary hub 27 while being positioned on the same axis as the generator stator 21. In other words, the generator rotor 32 is supported on a rotary hub 27 (peripheral wall) that supports the blades 24 in the rotor hub 23 so as to be located radially inward from the blades 24. Further, the generator rotor 32 and the generator stator 21 according to this embodiment are positioned at substantially the same position as the blades 24 in the axial direction of the rotor hub 23 as shown in FIG.

前記円筒６１の内径は、この円筒６１に取付けられた永久磁石６２が前記固定子鉄心４６に所定幅の空隙６３（図５参照）をおいて対向するように形成されている。前記円筒６１の軸線方向の長さは、前記固定子鉄心４６の軸線方向の長さと等しくなるように形成されている。   The inner diameter of the cylinder 61 is formed such that a permanent magnet 62 attached to the cylinder 61 faces the stator core 46 with a gap 63 (see FIG. 5) having a predetermined width. The length of the cylinder 61 in the axial direction is formed to be equal to the length of the stator core 46 in the axial direction.

永久磁石６２は、前記円筒６１の軸線方向と並行に円筒６１の前端から後端まで延在する細長い帯状に形成されている。また、この永久磁石６２は、前記円筒６１の内周部において、周方向に一定間隔となるように並べられている。これらの永久磁石６２は、固定子鉄心４６の主磁極４５と対向する主面がＮ極またはＳ極となるように着磁されている。前記主面がＮ極である永久磁石６２ａと、前記主面がＳ極である永久磁石６２ｂとは、前記円筒６１の周方向に交互に並べられている。この実施例による発電機回転子３２は、１個の永久磁石６２ａと、１個の永久磁石６２ｂとをいわゆる１極対として構成されている。   The permanent magnet 62 is formed in an elongated strip shape extending from the front end to the rear end of the cylinder 61 in parallel with the axial direction of the cylinder 61. The permanent magnets 62 are arranged at regular intervals in the circumferential direction on the inner peripheral portion of the cylinder 61. These permanent magnets 62 are magnetized so that the main surface of the stator core 46 facing the main magnetic pole 45 is an N pole or an S pole. The permanent magnets 62 a whose main surface is an N pole and the permanent magnets 62 b whose main surface is an S pole are alternately arranged in the circumferential direction of the cylinder 61. The generator rotor 32 according to this embodiment is configured with one permanent magnet 62a and one permanent magnet 62b as a so-called one-pole pair.

このように構成された風力発電装置１によれば、翼２４が風を受けることによってロータハブ２３が回転し、ロータハブ２３に取付けられている発電機回転子３２が発電機固定子２１に対してロータハブ２３と同一回転数で回転する。このように発電機回転子３２が発電機固定子２１に対して回転することにより発電する。   According to the wind power generator 1 configured as described above, the rotor hub 23 rotates when the blades 24 receive wind, and the generator rotor 32 attached to the rotor hub 23 is in contact with the generator stator 21. Rotate at the same rotational speed as 23. In this way, the generator rotor 32 rotates with respect to the generator stator 21 to generate power.

これらの発電機固定子２１と発電機回転子３２とは、前記ロータハブ２３における翼２４を支持する回転ハブ２７の径方向の内側、かつ、前側軸受ケーシング２５と後側軸受ケーシング２６との間に位置付けられている。   The generator stator 21 and the generator rotor 32 are radially inward of the rotary hub 27 that supports the blades 24 in the rotor hub 23 and between the front bearing casing 25 and the rear bearing casing 26. It is positioned.

このため、この実施例による風力発電装置１によれば、ロータハブ２３の内部に発電機固定子２１と発電機回転子３２とが収容されているから、前記風車翼支持部５には、発電機固定子２１と発電機回転子３２とを収容するためのスペースが不要になる。したがって、この実施例によれば、風車翼支持部５を従来の風力発電装置の風車翼支持部に較べて風車回転体６の軸線方向に短く形成することができる。しかも、この実施例によれば、風車翼支持部５が小型化されたことに起因して風車翼支持部５の重量を軽く形成することができる。このように風車翼支持部５の小型化、軽量化が図られることによって、風車翼支持部５の製造コストを低減することができる。   For this reason, according to the wind turbine generator 1 according to this embodiment, the generator stator 21 and the generator rotor 32 are accommodated in the rotor hub 23. Therefore, the wind turbine blade support portion 5 includes a generator. A space for accommodating the stator 21 and the generator rotor 32 becomes unnecessary. Therefore, according to this embodiment, the wind turbine blade support portion 5 can be formed shorter in the axial direction of the wind turbine rotor 6 than the wind turbine blade support portion of the conventional wind turbine generator. Moreover, according to this embodiment, it is possible to reduce the weight of the windmill blade support portion 5 due to the downsizing of the windmill blade support portion 5. Thus, by reducing the size and weight of the wind turbine blade support portion 5, the manufacturing cost of the wind turbine blade support portion 5 can be reduced.

また、風車翼支持部５の重量が軽くなることによりタワー４にかかる荷重が減少するから、タワー４やタワー４の基台３を形成するうえで必要な剛性も低減される。このため、タワー４を形成する部材の厚みを薄く形成することができるようになるとともに、タワー４内に設けられている補強材（図示せず）の数量を低減することができる。また、タワー４の基台の規模も縮小することができる。この結果、風車翼支持部５が軽量化されることによって、更なるコスト低減を図ることができる。   Further, since the load applied to the tower 4 is reduced by reducing the weight of the wind turbine blade support portion 5, the rigidity necessary for forming the tower 4 and the base 3 of the tower 4 is also reduced. For this reason, the thickness of the member forming the tower 4 can be reduced, and the number of reinforcing materials (not shown) provided in the tower 4 can be reduced. In addition, the scale of the base of the tower 4 can be reduced. As a result, the wind turbine blade support portion 5 is reduced in weight, so that further cost reduction can be achieved.

この実施例においては、前記翼２４、発電機固定子２１および発電機回転子３２は、前記風車回転体６の軸線方向の略同一位置に位置付けられている。このため、風車回転体６を軸線方向にコンパクトに形成することができる。   In this embodiment, the blade 24, the generator stator 21, and the generator rotor 32 are positioned at substantially the same position in the axial direction of the windmill rotor 6. For this reason, the windmill rotor 6 can be formed compactly in the axial direction.

この実施例による風力発電装置１は、発電機回転子３２が発電機固定子２１の径方向の外側に位置するアウターロータ型のものである。このため、発電機回転子３２が発電機固定子２１の内方に位置する場合に較べて、ロータハブ２３の総外径を等しくすると発電機回転子３２の外径を相対的に大きく形成することができる。この結果、多くの永久磁石６２を使用できるようになって多極化を容易に図ることができるから、風車回転体６の回転数がたとえば２０ＲＰＭ程度の回転数であったとしても充分な発電量を得ることができる。   The wind turbine generator 1 according to this embodiment is of an outer rotor type in which the generator rotor 32 is located on the radially outer side of the generator stator 21. For this reason, compared with the case where the generator rotor 32 is located inside the generator stator 21, the outer diameter of the generator rotor 32 is formed to be relatively large if the total outer diameter of the rotor hub 23 is made equal. Can do. As a result, a large number of permanent magnets 62 can be used and multipolarization can be easily achieved. Therefore, even if the rotational speed of the windmill rotor 6 is, for example, about 20 RPM, a sufficient power generation amount is obtained. be able to.

この実施例によるロータハブ２３は、前後方向の両端部が固定子軸１３に軸受１５，１６によって回転自在に支持されている。このロータハブ２３に翼２４と発電機回転子３２とを組付けることによって形成された組立体の重心Ｇは、図４に示すように、固定子軸１３の軸線Ｃ１と、翼２４の軸線Ｃ２との交点の近傍に位置している。すなわち、前記組立体は、重心Ｇの前方に位置する軸受１５と、重心Ｇの後方に位置する軸受１６とによって二箇所において支持されることになる。   In the rotor hub 23 according to this embodiment, both ends in the front-rear direction are rotatably supported by the stator shaft 13 by bearings 15 and 16. As shown in FIG. 4, the center of gravity G of the assembly formed by assembling the blade 24 and the generator rotor 32 to the rotor hub 23 has an axis C1 of the stator shaft 13 and an axis C2 of the blade 24. It is located near the intersection of That is, the assembly is supported at two locations by the bearing 15 located in front of the center of gravity G and the bearing 16 located behind the center of gravity G.

上述した特許文献１に記載されている風力発電装置の風車翼支持部は、風車回転体の後端部のみを軸受によっていわゆる片持ち式に支持している。このような片持ち式の支持構造では、軸受部分の耐久性および信頼性が低いものとなる。これに対して、この実施例による風力発電装置１によれば、上述したように風車回転体６を前記二箇所（軸受１５，１６）において支持することができるから、発電機回転子３２がロータハブ２３に組み込まれていることにより風車回転体６の重量が相対的に重くなるにもかかわらず、軸受部分の耐久性および信頼性を向上させることができる。   The wind turbine blade support portion of the wind turbine generator described in Patent Document 1 described above supports only the rear end portion of the wind turbine rotor in a so-called cantilever manner with a bearing. In such a cantilever type support structure, the durability and reliability of the bearing portion are low. On the other hand, according to the wind turbine generator 1 according to this embodiment, the wind turbine rotor 6 can be supported at the two locations (bearings 15 and 16) as described above. Although the wind turbine rotor 6 is relatively heavy by being incorporated into the wind turbine 23, the durability and reliability of the bearing portion can be improved.

この実施例による風車回転体６は、両持ちの単純な２点支持の回転体となるため、軸受荷重が小さくなり、軸受が小さくなってコストダウンを図れる、あるいは軸受の信頼性と安全性が向上する。また、風車回転体６は、回転体として高剛性、低振動が可能となり、やはり信頼性と安全性が高くなる。   Since the wind turbine rotor 6 according to this embodiment is a simple two-point supported rotor that is supported at both ends, the bearing load is reduced, the bearing becomes smaller, and the cost can be reduced, or the reliability and safety of the bearing are reduced. improves. Moreover, the windmill rotor 6 can be highly rigid and low-vibration as a rotor, and reliability and safety are also improved.

この実施例による風力発電装置１の前記発電機回転子３２は、ロータハブ２３の周方向に並ぶ多数の永久磁石６２を用いて構成されている。このため、この実施例によれば、発電機回転子が電磁石によって構成されている特許文献１記載の風力発電装置に較べて、コイルがないことから発電機回転子３２の重量を軽く形成することができるとともに、コイルを巻回する作業が不要になって発電機回転子３２の製造コストを低減することができる。   The generator rotor 32 of the wind turbine generator 1 according to this embodiment is configured using a large number of permanent magnets 62 arranged in the circumferential direction of the rotor hub 23. For this reason, according to this Example, compared with the wind power generator of patent document 1 with which the generator rotor is comprised with the electromagnet, since there is no coil, the weight of the generator rotor 32 is formed lightly. In addition, the operation of winding the coil becomes unnecessary, and the manufacturing cost of the generator rotor 32 can be reduced.

本発明に係る風力発電装置の正面図である。It is a front view of the wind power generator concerning the present invention. 風車翼支持部とロータハブの側面図である。It is a side view of a windmill blade support part and a rotor hub. 図２におけるロータハブのIII−III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of the rotor hub in FIG. ロータハブの縦断面図で、同図は図３におけるIV−IV線断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the rotor hub, which is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 図３中のＡ部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the A section in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１…風力発電装置、３…基台、４…タワー、５…風車翼支持部、６…風車回転体、１１…マシン支持台、１３…固定子軸、１５，１６…軸受、２１…発電機固定子、２２…支持部材、２３…ロータハブ、２４…翼、２５…前側軸受ケーシング、２６…後側軸受ケーシング、２７…回転ハブ、３２…発電機回転子、４６…固定子鉄心、４７…コイル、６１…支持用の円筒、６２…永久磁石。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wind power generator, 3 ... Base, 4 ... Tower, 5 ... Windmill blade support part, 6 ... Windmill rotating body, 11 ... Machine support stand, 13 ... Stator shaft, 15, 16 ... Bearing, 21 ... Generator Stator, 22 ... support member, 23 ... rotor hub, 24 ... blade, 25 ... front bearing casing, 26 ... rear bearing casing, 27 ... rotating hub, 32 ... generator rotor, 46 ... stator core, 47 ... coil 61 ... A supporting cylinder, 62 ... Permanent magnet.

Claims (4)

基台に設けられた風車翼支持部と、
複数の翼を支持するとともに前記風車翼支持部に回転自在に支持されたロータハブと、
前記風車翼支持部に支持された発電機固定子と、
前記ロータハブと同一回転数で回転する発電機回転子とを備えた風力発電装置において、
前記ロータハブは、前記風車翼支持部の支軸の前端部に軸受によって回転自在に支持された前側径方向延在部と、前記支軸の後部に軸受によって回転自在に支持された後側径方向延在部と、これらの前側径方向延在部と後側径方向延在部との間で前記支軸の軸線方向に延在する筒状の周壁とから構成され、
前記発電機回転子および前記発電機固定子は、前記ロータハブにおける前記翼を支持する周壁の径方向の内側、かつ、前記前側径方向延在部と前記後側径方向延在部との間に位置するように支持されていることを特徴とする風力発電装置。 A wind turbine blade support provided on the base;
A rotor hub that supports a plurality of blades and is rotatably supported by the wind turbine blade support portion;
A generator stator supported by the wind turbine blade support,
In the wind turbine generator comprising the rotor hub and the generator rotor that rotates at the same rotational speed,
The rotor hub includes a front radial extending portion rotatably supported by a bearing at a front end portion of a support shaft of the wind turbine blade support portion, and a rear radial direction rotatably supported by a bearing at a rear portion of the support shaft. An extending portion and a cylindrical peripheral wall extending in the axial direction of the support shaft between the front radial direction extending portion and the rear radial direction extending portion,
The generator rotor and the generator stator are radially inward of a peripheral wall supporting the blades in the rotor hub, and between the front radial extension portion and the rear radial extension portion. A wind turbine generator supported so as to be positioned. 前記翼、発電機固定子および発電機回転子は、前記翼と前記ロータハブとからなる風車回転体の軸線方向の略同一位置に位置付けられていることを特徴とする風力発電装置。   The wind turbine generator according to claim 1, wherein the blade, the generator stator, and the generator rotor are positioned at substantially the same position in the axial direction of a wind turbine rotor including the blade and the rotor hub. 請求項１または請求項２記載の風力発電装置において、前記発電機回転子は、前記ロータハブにおける前記周壁の内周部分に支持され、
前記発電機固定子は、前記発電機回転子より径方向の内側に位置付けられ、前記支軸に支持されていることを特徴とする風力発電装置。 The wind turbine generator according to claim 1 or 2, wherein the generator rotor is supported by an inner peripheral portion of the peripheral wall of the rotor hub,
The wind power generator is characterized in that the generator stator is positioned radially inward from the generator rotor and supported by the support shaft. 請求項１ないし請求項３のうちいずれか一つに記載の風力発電装置において、前記発電機回転子は、前記ロータハブの周方向に並ぶ多数の永久磁石を用いて構成されていることを特徴とする風力発電装置。   The wind turbine generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the generator rotor is configured by using a number of permanent magnets arranged in a circumferential direction of the rotor hub. Wind power generator.
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