JP2014045573A - Outer-rotor type generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば風力発電機として好適に用いることのできるアウターローター型発電機に関する。詳しくは固定子及び回転子が例えば屋外の鉄柱、街路灯用支柱等の柱状又はパイプ状の柱状外部構築物に、容易に取付可能な構造を有するアウターローター型発電機に関する。 The present invention relates to an outer rotor type generator that can be suitably used, for example, as a wind power generator. More specifically, the present invention relates to an outer rotor type generator having a structure in which a stator and a rotor can be easily attached to a columnar or pipe-shaped external structure such as an outdoor iron pole or street light column.
風力、太陽光或いは地熱等の自然エネルギーは、二酸化炭素、ＮＯX等の廃棄物を発生させないクリーンエネルギーであるため、最近では従来に増して電力として活用することが見直されつつある。
このうち、例えば風力発電分野においては、種々のタイプの専用発電機が提案されている（例えば、特許文献１）。その基本的構成は、複数の鉄心とその巻線とからなる環状の固定子の外周に、Ｎ極とＳ極から成る永久磁石を同心円状に配置し、その回転子の外周にブレードを固定し、ブレードが風力により回転されることで、固定子から電力を取り出すものである。
Since natural energy such as wind power, sunlight, or geothermal energy is clean energy that does not generate waste such as carbon dioxide and NO x , recently it has been reconsidered to be used as electric power more than before.
Among these, in the wind power generation field, for example, various types of dedicated generators have been proposed (for example, Patent Document 1). The basic configuration is that a permanent magnet consisting of N poles and S poles is concentrically arranged on the outer periphery of an annular stator composed of a plurality of iron cores and windings, and a blade is fixed to the outer periphery of the rotor. The blade is rotated by wind power to extract electric power from the stator.
この場合、回転軸の配置方向は、垂直又は水平方向のいかようにも設計でき、例えば地上から垂直に立設された鉄柱、街路灯等の柱状の外部構築物に直接、発電機を固定することが考えられるが、固定子と回転子とがエンドレスのものではこれら柱状体への取付作業が困難を極める。 In this case, the rotation axis can be arranged in any direction, either vertically or horizontally. For example, the generator can be fixed directly to a pillar-shaped external structure such as a steel pillar or a street light standing vertically from the ground. However, if the stator and the rotor are endless, it is extremely difficult to attach to these columnar bodies.
そこで、従来技術においては、予め固定子を柱状体の外径に見合った複数個に分割しておき、現地で柱状体の周囲に環状に組み付けることが行われている。この場合、固定子は、静止しているから柱状の外部構築物への取付作業は比較的容易である。 Therefore, in the prior art, the stator is divided into a plurality of parts corresponding to the outer diameter of the columnar body in advance and assembled in a ring around the columnar body on site. In this case, since the stator is stationary, the attaching operation to the columnar external structure is relatively easy.
しかし、回転子においては、発電中に自らが回転するうえ、回転子に固定されたブレードの重量が柱状の外部構築物にスラスト荷重として加わる。そうすると、回転子の軸受構造が複雑になり、柱状外部構築物への固定は固定子ほど容易ではない（例えば、特許文献２、３）。
However, the rotor itself rotates during power generation, and the weight of the blade fixed to the rotor is added as a thrust load to the columnar external structure. If it does so, the bearing structure of a rotor will become complicated and fixation to a columnar external structure will not be as easy as a stator (for example,
したがって、回転子まで分割し、回転可能な軸受構造にする必要があるが、このように回転子まで分割した風力発電用の発電機はまだ見当たらず、柱状外部構築物への装着作業が困難であった。 Therefore, it is necessary to divide the rotor into a rotatable bearing structure.However, there is no wind power generator divided into the rotor as described above, and it is difficult to mount it on the columnar external structure. It was.
そこで、本発明は、上記問題点を解消し、回転子の中心軸への組立て作業が容易であると共に、その軸受構造も改善したアウターローター型発電機を提供することを目的とする。また、その具体的用途として、風力発電用のアウターローター型発電機の提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an outer rotor type generator that solves the above-described problems, facilitates the assembly work of the rotor to the central shaft, and improves the bearing structure. Moreover, it aims at provision of the outer rotor type generator for wind power generation as the specific use.
上記課題を解決するため、本発明に係るアウターローター型発電機は、中心軸の横断面内において、コイルを含む内部固定子を前記軸の外周に２〜１８等分割して組み付けると共に、前記内部固定子の外側に隙間を介して、永久磁石を含む外部回転子を３〜２４等分割して回転可能に組み付けたことを特徴とする（以下、この発明を第１発明と略称する。）。 In order to solve the above-described problems, an outer rotor type generator according to the present invention includes an inner stator including a coil, which is divided into 2 to 18 equal parts on the outer periphery of the shaft and assembled in the cross section of the central shaft. An external rotor including a permanent magnet is divided into 3 to 24 parts and assembled so as to be rotatable through a gap outside the stator (hereinafter, the present invention is abbreviated as a first invention).
この場合、前記外部回転子の位置決め用マグネットは、前記内部固定子に対して浮上可能に構成されているのが好ましい（以下、この発明を第２発明と略称する。）。 In this case, it is preferable that the positioning magnet of the external rotor is configured to be able to float with respect to the internal stator (hereinafter, the present invention is abbreviated as the second invention).
また、前記中心軸は、上下方向に長い柱状体であり、該柱状体に所定の間隔を置いて前記アウターローター型発電機を複数台搭載してもよい（以下、この発明を第３発明と略称する。）。 Further, the central axis is a columnar body that is long in the vertical direction, and a plurality of the outer rotor type generators may be mounted on the columnar body at a predetermined interval (hereinafter, the present invention is referred to as the third invention). Abbreviated).
また、前記柱状体に、前記アウターローター型発電機を搭載し、外部回転子の外側に風車用ブレードを固定しても良い（以下、この発明を第４発明と略称する。）。 Further, the outer rotor type generator may be mounted on the columnar body, and a windmill blade may be fixed to the outside of the external rotor (hereinafter, the present invention is abbreviated as a fourth invention).
そして、これらのアウターローター型発電機は、その柱状体として、屋外灯用支柱、道路標識用支柱、屋外スピーカ用支柱等の柱状外部構築物に好適に適用することができる（以下、この発明を第５発明と略称する。）。 And these outer rotor type | mold generators can be suitably applied to columnar external structures, such as an outdoor light support | pillar, a road sign support | pillar, and an outdoor speaker support | pillar, as the columnar body. 5 is abbreviated as invention.)
本発明のアウターローター型発電機は、既存の例えば柱状の外部構築物に設置可能であるため、改めて支柱を立てるための用地買収・設置費用が不要となる。その他に以下の効果を奏することが出来る。 Since the outer rotor type generator of the present invention can be installed in an existing external structure such as a columnar structure, land acquisition / installation costs for setting up a column again are unnecessary. In addition, the following effects can be achieved.
第１発明は、発電機の内部固定子のみならず、外部回転子をも３〜２４等分割して柱状体に組み付けるようにしたので、柱状体が例えば、屋外灯用支柱、道路標識用支柱、屋外スピーカ用支柱等の柱状外部構築物である場合には、現地への搬入、現地での組立て或いは部品交換等のメンテナンスが格段に容易であり、組立て工数を大幅に低減することができる。 In the first invention, not only the internal stator of the generator but also the external rotor is divided into 3 to 24 parts and assembled to the columnar body, so that the columnar body is, for example, an outdoor light column, a road sign column In the case of a columnar external structure such as an outdoor speaker support, maintenance such as carrying in to the site, assembly on site or replacement of parts is much easier, and the number of assembly steps can be greatly reduced.
第２発明は、第１発明の構成に加えて、さらに外部回転子を位置決め用マグネットにより内部固定子に対して、いわゆるリニアモータ方式を採用した浮上式構造にしたので、前述した第１発明の効果に加えて、組立て誤差等を吸収できる。また、風車の回転軸を従来のベアリングのように、直接、回転可能に支持する必要がないので、風車のカットアウト回転数も高く設定することができる。 In the second invention, in addition to the structure of the first invention, the external rotor has a floating structure adopting a so-called linear motor system with respect to the internal stator by a positioning magnet. In addition to the effects, assembly errors and the like can be absorbed. Further, since it is not necessary to directly support the rotation axis of the windmill so as to be rotatable like a conventional bearing, the cutout rotational speed of the windmill can be set high.
また、内部固定子と外部回転子のベアリングによる抵抗が無いため、風力発電のカットインを風速が低い状態から開始することができ、カットアウトまでの回転数も幅広く設定することができる。 Further, since there is no resistance due to the bearings of the internal stator and the external rotor, wind power generation cut-in can be started from a low wind speed, and the number of rotations until cut-out can be set widely.
第３発明は、第１及び第２発明の効果を有するうえ、その中心軸が上下方向に長い柱状体であり、この柱状体に所定の間隔を置いて前記アウターローター型発電機を複数台搭載するので、その発電量も複数倍になり、一対の外部回転子を軸方向に互いに連結した場合には、外部回転子の回転が安定する。 The third invention has the effects of the first and second inventions, and is a columnar body whose central axis is long in the vertical direction, and a plurality of the outer rotor type generators are mounted on the columnar body at a predetermined interval. As a result, the amount of power generation also becomes multiple, and when the pair of external rotors are connected to each other in the axial direction, the rotation of the external rotor is stabilized.
第４発明は、第３発明の外部回転子に風力発電用ブレードを固定したものであるから、第１〜第３発明の効果を備えた風力発電機を得ることができる。 Since the 4th invention fixes the blade for wind power generation to the external rotor of the 3rd invention, the wind power generator provided with the effect of the 1st-the 3rd invention can be obtained.
第５発明は、第１発明のアウターローター型発電機を、屋外灯用支柱、道路標識用支柱、屋外スピーカ用支柱等の柱状外部構築物に固定し、発電した電力をそれらの電源として活用できるから、前述した柱状外部構築物への発電機の現地取付が容易であることは勿論のこと、基本的には従来の送電設備が不要の状態で、それぞれの柱状外部構築物の機能を維持することができる。 In the fifth invention, the outer rotor type generator of the first invention can be fixed to a columnar external structure such as an outdoor lamp post, a road sign post, an outdoor speaker post and the like, and the generated electric power can be utilized as a power source thereof. Of course, it is easy to install the generator on the columnar external structure described above, and basically the function of each columnar external structure can be maintained without the need for conventional power transmission equipment. .
また、柱状外部構築物の屋外灯、鉄道軌道脇等の電柱、橋梁、道路標識、屋外スピーカ等に設置し、広域ネットワーク化することにより、風力発電における最大の弱点である発電量の不安定さをミニマイズ出来るうえ、発電された電力を例えば、各種交通機関、行政機関へ各種交通機関、行政機関へ信号として中央制御室に送信し、走行車両の運転者及び近隣住民等に交通、防災無線、天気情報などとして通報、制御、警告等をすることができる。 In addition, by installing on outdoor lights of columnar external structures, power poles on the side of railway tracks, bridges, road signs, outdoor speakers, etc. and making it a wide area network, the instability of power generation, which is the biggest weak point in wind power generation, is reduced. In addition to minimization, the generated power can be transmitted to the central control room as a signal to various transportation facilities, administrative agencies, various transportation agencies, administrative agencies, and traffic, disaster prevention radio, weather, etc. Information, etc. can be reported, controlled and warned.
また、柱状外部構築物は、屋外で高度が高い構築物であるから避雷針としての作用効果も有する。 Moreover, since the columnar external structure is a structure having a high altitude outdoors, it also has an effect as a lightning rod.
最後に、被災地における非常用電源としての活用が期待できる。 Finally, it can be expected to be used as an emergency power source in the affected areas.
以下、本発明を実施するための形態をその一実施例の図面を参照しながら説明する。
［実施形態１］
まず、本発明に係るアウターローター型発電機のうちの第１発明について、図１〜図３を参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings of one embodiment.
[Embodiment 1]
First, the 1st invention among the outer rotor type generators concerning the present invention is explained with reference to Drawing 1-3.
図１は、第１発明に係るアウターローター型発電機を構成する内部固定子（stator）１及び外部回転子（rotor）２の一部の斜視図、図２（ａ）は、その部分平面図、図２（ｂ）は、その正面図、図３（ａ）は、図２（ａ）の固定子１と回転子２部分とをＡ−Ａ線で切断した状態の縦断面図、図３（ｂ）は、隣接する固定子１との連結部３の部分断面図である。
FIG. 1 is a perspective view of a part of an internal stator (stator) 1 and an external rotor (rotor) 2 constituting the outer rotor type generator according to the first invention, and FIG. 2 (a) is a partial plan view thereof. 2 (b) is a front view thereof, FIG. 3 (a) is a longitudinal sectional view of the
図１の本発明に係るアウターローター型発電機の構成部材は、同心円状に組み立てられた固定子１と、回転子２とからなり、中心角θが１２０°で３等分割したものである。本発明では、このように固定子１と回転子２とが軸心Ｏを中心に等分割されたものを、便宜上、「発電部分ユニット１０」と称することにする。すなわち、本実施例のアウターローター型発電機は、３ユニットの上記発電部分ユニット１０、１０、１０の端部同士がリング状（エンドレス状）に接続されて、完形の固定子と回転子とになるのである。
The constituent member of the outer rotor type generator according to the present invention shown in FIG. 1 includes a
なお、本実施例の発電機では、図の如く固定子１と回転子２とを中心角θが１２０゜で三等分割しているが、本発明の発電機を取り付けるべき柱状外部構築物の柱状体等の外径の大小や、その他の設計条件に応じて、固定子１については２〜１８等分割に、回転子２については３〜２４等分割するのが好ましい。
In the generator of the present embodiment, the
発電部分ユニット１０は、図示しない軸、中空軸の他、例えば屋外灯、道路標識、屋外スピーカ等の柱状又はパイプ状の柱状外部構築物（以下、これらの柱状体の符号をＰとする。）の外周面にも固定することができる。これら柱状外部構築物Ｐの具体的な外径は、特に限定されないが、通常は２００ｍｍ前後である。
The
図１に示すように、固定子１は、肉厚の基端部１ａの側壁から半径方向に鉄心部１ｂが延設されており、その鉄心部１ｂには、図２（ａ）に示すように６個の固定子１ヨーク（stator yoke）１ｄが形成されており、それぞれのヨーク１ｄ部分にコイル巻線１ｃが巻回されたものである。
As shown in FIG. 1, the
一方、回転子２は、図１に示すように、上面２ａと側面２ｂと下面２ｃとからなる３面で横断面が略「コ」字状をした板状体に形成されている。また、図１及び図３（ａ）に示すように、その上面２ａと下面２ｃの裏面には、それぞれＮ極の永久磁石２ｄと、Ｓ極の永久磁石２ｅとが互いに対面するように固定されている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the
また、図２（ａ）に示すように、回転子２の永久磁石２ｄ、２ｅは、一つの発電部分ユニット１０について８個が鉄心部１ｂに等配されており、６個のコイル巻線１ｃ、１ｃ・・・が等配された固定子１とは、図のようなずれた位置関係で配列されている。
Further, as shown in FIG. 2A, eight
したがって、３つの発電部分ユニット１０、１０、１０の端部同士を連結して同心状に組み立てた完形の固定子１においては、軸Ｐの外周に１８個（６×３＝１８）のコイル巻線１ｃ、１ｃ・・・が存在し、コイル巻線１ｃ同士は配線１ｅで連結されている。
Therefore, in the
一方、回転子２は、固定子１のコイル巻線１ｃ、１ｃ・・・を挟んで上面２ｄに２４個のＮ極の永久磁石２ｄと、下面２ｃに２４個のＳ極の永久磁石２ｅとが等配で配列され、かつ固定されている。これら固定子１と回転子２の細部寸法は、最大の発電能力が発揮されるように設計されねばならないが、これらは従来から行われている有限要素法（ＦＥＭ）等により適宜決定することができる。
On the other hand, the
固定子１と回転子２とは、一つの柱状体又は中空体Ｐに回転子２が固定子１に対して相対回転できるように環状に連結して組み立てる。その一例を図示したのが図３であり、このうち図３（ａ）は、垂直に立設された中空軸Ｐの外周面に、図２の発電部分ユニット１０を３ユニット環状に連結して組み立てた状態の縦断面図である。
The
この場合、隣接する発電部分ユニット１０同士の連結部３は、前述した図１及び図２の回転子２と固定子１においては単なる平坦面として表しているが、具体的には図３（ｂ）の部分断面図及び図４（ｂ）の拡大横断面図に示すように、連結部３は、固定子１同士及び回転子２同士の端部が互いに係止し合うフック状に形成されており、適当な締結具で環状に連結されている。
In this case, the connecting
図３（ａ）において、図中の符号４は、固定子１の位置決め用フランジリングであり、図示しないボルト及びナット等の適当な締結手段で中空軸Ｐに固定され、固定子１の基端部１ａはこの位置決め用フランジリング４の上面４ａに固定されている。したがって、固定子１は、中空軸Ｐの上下方向の所望位置に水平に固定することができる。
3A,
一方、符号５は、回転子２をその永久磁石が固定子１のコイル巻線に対して一定間隔を維持したまま回転可能に中空軸に支持するための軸受ユニットであり、図１に示した中心角θが１２０゜の部分回転子２ごとに３分割されたものが軸の外周面に３個連結されて固定されている。
On the other hand, reference numeral 5 is a bearing unit for supporting the
したがって、回転子２は、中空軸Ｐに支持された状態で固定子１に対してエアーギャップＧを維持したまま、浮上した状態で水平面内で回転することができる。このような軸受ユニット５としては、軸径Ｐが小径のものに対しては公知の例えば分割タイプのスラスト軸受を用いることができ、軸径が大径のものに対しては磁気浮上式の無接触軸受や、動圧型の空気軸受を用いる。後者の磁気浮上式無接触軸受や空気軸受の場合は、中空軸Ｐへの組み付け精度の自由度が高く、また、高速回転にも十分適応できる。
Therefore, the
かくして、第１発明のアウターローター型発電機の回転子２は、固定子１及び中空軸Ｐに対して所定のエアーギャップＧを保持したままで回転することができ、その永久磁石２ｄ、２ｅの磁束が固定子１のコイル巻線１ｃ、１ｃを切るときに発電され、３個の各発電部分ユニット１０、１０、１０で発電された電流は、図示しない中空軸Ｐの内部を通した電線で集電され、次に図示しない公知の制御盤中の整流器で整流され、種々の用途に電源として給電される。
Thus, the
このように第１発明のアウターローター型発電機は、固定子１及び回転子２が三等分割されているので、回転子２の中空軸Ｐが例えば、屋外の支柱、街路灯、高速道路標識である場合には、現地への搬入、現地での組立て、或いは故障時の部品交換等が格段に容易であり、いずれの場合でも組立て工数を大幅に低減することができる。
Thus, in the outer rotor type generator of the first invention, since the
また、中空軸Ｐは、屋外で高度が高い構築物であるから避雷針としての作用効果も兼ねることができる。
［実施形態２］
次に、第２発明の一例を、図４を参照して説明する。
Further, since the hollow shaft P is a structure having a high altitude outdoors, it can also serve as a lightning rod.
[Embodiment 2]
Next, an example of the second invention will be described with reference to FIG.
図４（ａ）は、前述した第１発明に係るアウターローター型発電機の回転子２の軸受構造を、浮上式とした一例の部分縦断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の軸受構造のＢ−Ｂ断面図である。なお、特に説明しない部分の構成については、第１発明の場合と同じである。
FIG. 4A is a partial longitudinal sectional view of an example in which the bearing structure of the
図４（ａ）において、第２発明の軸受構造は、垂直に立設された中空軸Ｐに対して、その上部に上部側発電機６が搭載され、所定距離離れた下部に、下部側発電機７が搭載されている。
In FIG. 4 (a), the bearing structure of the second invention is such that the upper generator 6 is mounted on the upper part of the vertically extending hollow shaft P, and the lower power generator is installed on the lower part at a predetermined distance.
上部側発電機６には、中空軸Ｐに対して前述したコイル巻線１ｃを有する固定子１Ａが固定され、その外周には所定のエアーギャップＧを介して回転子２Ａが位置している。
回転子２Ａは、縦断面が略「コ」字状のリング２Ａａと、このリングの側面の裏側に固定された複数個の永久磁石２Ａｂとから成り、コ字状リング２Ａａの側面の外周面には、発電機全体を包囲することで風雨の発電機内への侵入を防ぐためのナセル８が固定されている。ナセル８は、薄鋼板を図のように折り曲げ成形したもので、その上面８ａの裏面には、電磁石８ｂが固定され、中空軸Ｐ上端部に固定した電磁石８ｂとの反発力により、回転子２全体を所定のエアーギャップＧを介した状態で浮上させるようになっている。
また、ナセル８の下方の円錐面８ｃの裏側にも電磁石８ｄが設けられ、中空軸Ｐの斜面Ｐａに固定された電磁石８ｅとで所定のエアーギャップＧを介した状態で互いの反発力により、固定子１Ａに対する回転子２Ａの上下方向の位置決めができるようになっている。
一方、下部側発電機７も中空軸Ｐに対して前述したコイル巻線を有する固定子１Ａが固定され、その外周には所定のエアーギャップＧを介して回転子２Ａが設けられている。
回転子２の断面が略「コ」字状のリング２Ａａの外周面には、前述したナセル８の下部が折り曲げ固定され、その上部の円錐面８ｃの裏面には、電磁石８ｄが固定され、中空軸Ｐの斜面Ｐａに固定された電磁石８ｅとの反発力により、回転子２Ａの全体を所定のエアーギャップＧを介した状態で浮上させるようになっている。
The upper generator 6 is fixed with the
The
Further, an
On the other hand, the
The lower portion of the
したがって、中空軸Ｐに所定の間隔Ｈを隔てて装着された上下一対の発電機６、７は、上部側発電機６の上部に設けられた一対の電磁石８ｂ、８ｂの反発力により、回転子２が所定のエアーギャップＧを介して固定子１に対して浮上することができ、上部側発電機６及び下部発電機７のナセル８の円錐面８ｃに設けられた二対の電磁石８ｅ、８ｄにより、一定の位置を維持することができるようになっている。
Therefore, the pair of upper and
上記第２発明における固定子１Ａと回転子２Ａも、図４（ａ）の縦断面図で前述したように、中心角θが１２０°の発電部分ユニット１０Ａを、３ユニット環状に連結して組み立てたものである。
The
また、上述した互いに対面する三対の電磁石８ｂ、８ｄ、８ｅは、公知のリニアモータに用いられる浮上用電磁石と推進用電磁石のうち、前者の浮上用電磁石の原理及びその構造を用いたものであるので、ここでの具体的な説明は省略する。
The above-described three pairs of
この第２発明においても、固定子１Ａと回転子２Ａとが中心角θが１２０°の発電部分ユニット１０Ａを３ユニット連結して環状に組み立てることができるので、設置場所での組立て或いは部品交換等のメンテナンスが格段に容易であり、組立て工数を大幅に低減することができる。
Also in the second aspect of the invention, the
また、外部回転子２Ａを位置決め用マグネット８ｅ、８ｄにより固定子１Ａに対して、いわゆるリニアモータ方式を採用した浮上式構造にしたので、前述した第１発明の効果に加えて、組立て誤差等を吸収できる。
In addition, since the
さらに、風車を従来のベアリングのように、直接接触させて支持する必要がないので、風車のカットアウト回転数も高く設定することができる。
［実施形態３、４］
次に、第３及び第４発明の一例を、図５を参照して説明する。
Further, since it is not necessary to support the windmill in direct contact like a conventional bearing, the cutout rotational speed of the windmill can be set high.
[
Next, an example of the third and fourth inventions will be described with reference to FIG.
図５は、図４で説明した回転子２Ａの軸受構造の別例を第３発明とし、回転子２Ａに風車ブレードＥを取り付けた実施態様の発電機を第４発明としたものであり、そのうち図５（ａ）は縦断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の上部発電機６ＡをＣ−Ｃ線で切断した拡大横断面図である。
FIG. 5 shows another example of the bearing structure of the
図５（ａ）において、上部発電機６Ａと下部発電機７Ａとは、間隔Ｈを隔てて地上から立設された中空軸Ｐに固定されている。それぞれの発電機６Ａ、７Ａの固定子１Ａは、中心部の柱状体Ｐに固定され、固定子１Ａ内側の固定子装着軸９の円錐面９ａには、回転子２Ａの浮上及び位置決めのための電磁石８ｅ、８ｄが固定されている。
In FIG. 5A, the
一方、回転子２Ａは、ナセル８兼用の回転子装着筒１１の内面に固定子１Ａと対面するように固定されており、回転子２Ａの内側であって、回転子装着筒１１の円錐面１１ａの裏面には、固定子側電磁石８ｅと対面するように、回転子２Ａの浮上及び位置決め用の電磁石８ｄが固定されている。下部発電機７Ａについても同様である。
On the other hand, the
また、ナセル８の外周面には、その放射方向に腕１２が延設され、腕１２の先端部には、ジャイロミル型の風車用ブレードＥが固定されている。風車ブレードＥの形式としては、特に限定するものではなく、上記ジャイロミル型の他、例えばプロペラ型、ダリウス型、サポニウス型等の形式のものを回転子２に固定することができる。
An arm 12 extends radially from the outer peripheral surface of the
したがって、上記第３発明においても、固定子１Ａと回転子２Ａとが中心角θが１２０°の発電部分ユニット１０Ｂを３ユニット連結して環状に組み立てるので、設置場所での組立て或いは部品交換等のメンテナンスが格段に容易であり、組立て工数を大幅に低減することができる。
Accordingly, in the third invention as well, the
また、上下一対の回転子２Ａを、互いに間隔Ｈを隔てた上下一対の電磁石で所定のエアーギャップＧを介してあたかも両端支持の梁の如く回転可能に支持するので、回転子装着筒１１の回転が安定する作用効果がある。
Further, the pair of upper and
さらに、固定子１Ａに対し、回転子２Ａの回転はエアーギャップＧを介しての浮上式回転であるので、スラスト軸受で支持するタイプの従来技術の回転子２の軸受構造に比べて、回転子２Ａの組立て精度を吸収することができ、発電機の寿命も格段に延びる効果を有する。
Further, since the rotation of the
そして、回転子２Ａに風車ブレードＥを固定した第４発明に拠れば、ブレードＥの上下方向でブレードＥに対する風の回転トルクが偏在しても、ブレードＥの両端部を腕で支持する構造であるので、ブレードＥは安定して回転することができる。
And according to the 4th invention which fixed the windmill blade E to the
次に、前述の図５で説明した第４発明のアウターローター型発電機２０は、次の実施態様とすることもでき、この実施態様を図６を参照して説明する。
Next, the outer
図６は、中空軸Ｐに対して、アウターローター型発電機３０の左側部分のみを示した半断面の基本構造図である。
FIG. 6 is a half sectional basic structural view showing only the left side portion of the outer
このアウターローター型発電機３０は、中心角が１２０°の固定子１Ｂと回転子２Ｂとからなる発電部分ユニット１０Ｃが、中空軸Ｐの外周に３個、図６（ｃ）の連結手段により円板状に連結されて固定されているものである。
This outer
すなわち、固定子１Ｂは、その基端部１Ｂａが図示しない適当な締結手段で中空軸Ｐの外周面に固定され、ヨーク１Ｂｄの端部１Ｂｂは、半径方向に円板状に延びている。コイル巻線１Ｂｃもヨーク１Ｂｄに巻回された状態で半径方向に延びている。
That is, the base end 1Ba of the
一方、回転子２Ｂは、中空軸Ｐ方向に沿う縦断面が略コ字状断面に形成されている。そして、固定子１Ｂの中心線の延長上でクランク状の分割面２Ｂａが形成され、適当な締結手段で一体に形成されている。その上下の内周面には、コイル巻線１Ｂｃに対向するように、半径方向に延びる永久磁石２Ｂｂが固定されている。
On the other hand, the
また、固定子１Ｂと回転子２Ｂの基端部１Ｂａ、２Ｂｃ間には、図４及び図５で前述したリニアモータ式の固定子側電磁石８ｅと、回転子側電磁石８ｄとが固定され、規定回転時には両磁石の反発作用により、所定のギャップＧを維持したまま回転子２Ｂが浮上して回転できるようになっている。
Also, between the base end portions 1Ba and 2Bc of the
次に、図６（ｂ）は、隣接する発電部分ユニット１０Ｃ同士の連結構造及び回転子２Ｂに風力発電用ブレードＦを固定する連結構造の半断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ｂ）中のＱ部の詳細図で、回転子２Ｂの基端部２ＢｃをＤ−Ｄ線で切断した拡大断面図である。図６（ｃ）に図示したように、この実施形態では、各回転子の隣接部の端面にフランジ部１３が互いに対向するように中空軸Ｐの軸方向に形成されている。
Next, FIG. 6B is a half cross-sectional view of a connection structure between adjacent power generation
また、この対向するフランジ部１３の外周面には、隣接する発電部分ユニット１０Ｃ同士の連結手段であるロックリング１４が回転子２Ｂに被さるようにビス１５で固定されている。
Further, a
この連結構造により、各回転子２Ｂの隣接部の端面は、密着が維持され、ビス１５による固定で回転子２Ｂの回転中のずれが防止できるのである。
With this connection structure, the end surfaces of the adjacent portions of the
一方、図６（ｂ）に示すように、回転子２Ｂの端部には、断面が略コ字状のブレード固定用基端部１６が複数のビス１５で固定されており、回転子２Ｂの端部の広い表面、裏面及び側面を利用することで、風力発電用ブレードＦの装着を容易にしている。
On the other hand, as shown in FIG. 6B, a blade fixing
また、この実施態様においても中空軸Ｐは、屋外で高度が高い構築物であるから避雷針としての作用効果も兼ねることができる。
［実施形態５］
前述した第１〜第４発明に係るアウターローター型発電機は、種々の用途に展開することができる。これを第５発明として種々の風力発電用途に具体的に示したのが図７〜図９である。
Also in this embodiment, since the hollow shaft P is a high altitude structure outdoors, it can also serve as a lightning rod.
[Embodiment 5]
The outer rotor type generator according to the first to fourth inventions described above can be developed for various applications. FIG. 7 to FIG. 9 specifically show this for various wind power generation applications as the fifth invention.
すなわち、図７は、図５の風力発電用発電機２０を高速道路及びその出入口に接続される基幹道路の交通標識２１に使用した例であり、鉄柱製の支持パイプＰの上端部から横方向に張り出した腕２２に固定された経路案内標識板２１に対し、支柱Ｐの上部及び腕２２のそれぞれに風力発電用発電機２０を固定したものである。
That is, FIG. 7 is an example in which the
この適用例の風力発電用発電機２０に拠れば、発電した電力を経路案内標識板２１の行き先の地名とし配列されているＬＥＤ照明ランプを発光させることができる。また、支持パイプＰに図示しない風速計を固定し、測定した風速を近くの風速表示板２３のＬＥＤ照明ランプに現在風速として、例えば「風速７ｍ／秒」などと発光させることにより、付近を走行する車の運転者に知らせることができる。更に、支柱Ｐの下部にコンセント２４を設け、非常用電源としても利用できる。
According to the
ところで、最近では例えば家電をネットワークとして関連付けた制御技術が発達してきているが、上記例においても各地に複数設置した風力発電機をネットワーク化し、検知した風速を自家発電した電力で図示しない中央制御室に通報させることで、各地の風速分布を知ることができ、自然災害対応や天気予報等に役立てることができる。 By the way, recently, for example, a control technology that associates home appliances as a network has been developed. In the above example as well, a central control room (not shown) is constructed by networking a plurality of wind power generators installed in various places, and the detected wind speed is self-generated power. By reporting to, you can know the wind speed distribution in each place, which can be useful for natural disaster response and weather forecast.
図８は、例えば高速道路等を走行するトラック、バス等の車両Ｔの路側に設置された照明灯５１の支柱Ｐの頂部付近に、図５の風力発電用発電機２０を第１発電機２０Ａとして固定する一方、車両の左側の路側にも高さの低い支柱Ｐを立設し、その頂部に走行車両Ｔの通過時のみ、その風圧で回転する第２発電機２０Ｂを設けたものである。
8 shows, for example, the
上記第１発電機２０Ａに拠れば、設置場所が郊外の高速道路等であるから比較的、風力を捕捉でき、微量ながら発電された電力を停電時の補助電源として利用することができる。
According to the
一方、第２発電機２０Ｂは、走行車両Ｔが通過時のみその風圧で回転し、自家発電されるので、その発電を車両の通過信号として利用することができ、基幹道路における交通量の把握や交通渋滞の事前予測に利用できる。したがって、この第５発明においても第２発電機を設置地域ごとにネットワーク化し、図示しない中央制御室に通報させることで、運転者に渋滞情報を通報したり走行車両を前もって迂回させる等の処置により交通渋滞を解消できる。
On the other hand, since the
図９の風力発電用発電機２０は、屋外に設置されている防災無線放送設備６１の電源として使用した例である。すなわち、この防災無線放送設備６１は、地上から立設された鉄柱製の支持パイプＰに防災無線情報の受信用アンテナ６２が固定され、このアンテナが受信した防災情報を上端部に設けたスピーカ６１から近隣住民に放送するようになっており、その際の電源をアンテナ６２とスピーカ６１との間に固定した図５の風力発電用発電機２０により自家発電した電力でまかなうものである。
The
しかし、風のない日に備えて太陽光発電用パネル６３も補助電源として併設されており、日中は発電した電力がバッテリー６４に充電され、補助電源として蓄えられる。また、これらの発電した電力は、支持柱Ｐの下方に設けられた非常用コンセント６６により何人もが使用できるようになっている。これら２系統の電源は、停電が生じても発電可能である。
However, the solar
以上の図７〜図９で説明した第５発明は、いずれのものも屋外に設置された外径の異なる鉄柱Ｐ等の支持柱に図５のアウターローター型の風力発電用発電機２０を固定するものであるが、前述したように本発明の発電機は固定子１Ａ及び回転子２Ａが分割されているので、現地での組立てが容易であるという共通した作用効果を有する。これら柱状外部構築物Ｐに適用される発電機の発電能力は、特に限定するものではないが、通常は０．５〜１．５Ｋｗ程度である。
The fifth invention described with reference to FIGS. 7 to 9 fixes the outer rotor type
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した第１〜第５発明の実施形態のものに限定されず、特許請求の範囲および実施形態に記載された範囲内で種々の変形、応用又は組み合わせが可能であり、これらの変形、組み合わせ及び応用例も本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the thing of embodiment of the 1st-5th invention mentioned above, Various within the range described in the claim and embodiment. It is needless to say that modifications, applications, or combinations are possible, and these modifications, combinations, and application examples are also included in the scope of the present invention.
例えば、以上の説明においては本発明の用途は、一例として固定子１の中空軸が垂直である風力発電用用途について説明したが、軸受構造を適宜工夫することによって、固定子１の中空軸が水平である用途に適用することもできる。
For example, in the above description, the application of the present invention has been described as an example for wind power generation in which the hollow shaft of the
以上の説明においては本発明のアウターローター型発電機の用途は、一例として風力発電用発電機を挙げたが、その基本的構造の特徴は、固定子と回転子の分割構造とその軸受構造にあって汎用性があるため、風力発電用以外のあらゆる分野のアウターローター型発電機にも適用できる。 In the above description, the use of the outer rotor type generator of the present invention has been described as an example of a wind power generator, but the basic structure is characterized by a stator / rotor split structure and a bearing structure thereof. Because of its versatility, it can also be applied to outer rotor generators in all fields other than wind power generation.
１：固定子
２：回転子
３：連結部
４：位置決め用フランジリング
５：軸受ユニット
６: 上部側発電機
７：下部側発電機
８: ナセル
９：固定子装着軸
１０：発電部分ユニット
１１：回転子装着筒
１２：腕
１３：フランジ部
１４：ロックリング
２０：風力発電用発電機（本発明）
Ｅ：風車ブレード
Ｐ：柱状外部構築物（柱状体）
1: Stator 2: Rotor 3: Connecting portion 4: Positioning flange ring 5: Bearing unit 6: Upper side generator 7: Lower side generator 8: Nacelle 9: Stator mounting shaft 10: Power generation partial unit 11: Rotor mounting cylinder 12: arm 13: flange portion 14: lock ring 20: generator for wind power generation (present invention)
E: Windmill blade P: Columnar external structure (columnar body)
Claims (5)
前記外部回転子が位置決め用マグネットで、前記内部固定子に対して浮上可能に構成されていることを特徴とするアウターローター型発電機。 The outer rotor type generator according to claim 1,
The outer rotor generator is characterized in that the outer rotor is a positioning magnet and can float on the inner stator.
前記柱状体は、既存の屋外灯用支柱、道路標識用支柱、屋外スピーカ用支柱等の柱状外部構築物であることを特徴とする風力発電用アウターローター型発電機。 In the outer rotor type generator for wind power generation according to claim 4,
An outer rotor generator for wind power generation, wherein the columnar body is a columnar external structure such as an existing outdoor light column, a road sign column, or an outdoor speaker column.
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