JP2017061862A - Brake control method for small-sized wind power generator and small-sized wind power generator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a brake control method that can inhibit over speed of a wind turbine in a non-contact manner with good responsiveness and obtain a constant power generation amount even under a strong wind, and to provide a small-sized wind power generator.SOLUTION: In addition to a wind turbine 1 and a shaft 2, a generator 20, an eddy current brake 10 and a brake controller 9, a strain gauge and an anemometer for detecting a strain amount generated in a connection part of an arm 6 and a blade 7 as well as a wind speed in the vicinity of the wind turbine are provided so that the brake controller supplies power to the eddy current brake to control rotation of the wind turbine when the strain amount generated in the connection part of the arm and the blade and the wind speed in the vicinity of the wind turbine are larger/higher than a reference value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、小形風力発電機のブレーキ制御方法と、当該制御方法によるブレーキ制御が可能な小形風力発電機に関する。   The present invention relates to a brake control method for a small wind power generator and a small wind power generator capable of brake control by the control method.

東日本大震災の発生以降、いわゆる再生可能エネルギーが注目されている。再生可能エネルギーを利用した発電機の一つとして、風力によって回転する風車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電機が知られている。風力発電機は受風面積や出力規模によって、大形風力発電機と小形風力発電機に区別されており、ＪＩＳ Ｃ１４００−２小形風車の設計要件では、ロータの受風面積が２００ｍ２未満で、発電電圧が交流１０００Ｖ以下又は直流１５００Ｖ以下のＳＷＴに適用として規定されている。 Since the Great East Japan Earthquake, so-called renewable energy has attracted attention. As one of the generators using renewable energy, a wind generator that converts the rotational energy of a windmill rotated by wind power into electric energy is known. Wind generators are classified into large wind generators and small wind generators depending on the wind receiving area and output scale. According to the design requirements of JIS C1400-2 small wind turbines, the wind receiving area of the rotor is less than 200 m 2 , It is defined as applicable to SWT whose generated voltage is 1000 V AC or less or 1500 V DC or less.

従来、小形風力発電機として、風車と、風車の回転により発生した動力を交流電力に変換する交流発電機と、交流電力を直流電力へ変化する整流子と、直流電力を蓄えるバッテリと、渦電流ブレーキと、渦電流ブレーキへの余剰出力電力の供給を制御するブレーキ制御手段を備えたもの（特許文献１）が提案されている。この小形風力発電機は、交流発電機の出力電力が設定値を超えたときに、ブレーキ制御手段によって渦電流ブレーキに電力が供給され、風車の回転が抑制されるように構成されている。   Conventionally, as a small wind power generator, a windmill, an AC generator that converts power generated by the rotation of the windmill into AC power, a commutator that converts AC power into DC power, a battery that stores DC power, and an eddy current There has been proposed a brake and a brake control means for controlling supply of surplus output power to the eddy current brake (Patent Document 1). The small wind power generator is configured such that when the output power of the AC generator exceeds a set value, power is supplied to the eddy current brake by the brake control means, and rotation of the wind turbine is suppressed.

また、小形風力発電機と異なる分野では、渦電流を利用したブレーキシステムが、自動車や鉄道のブレーキシステムとして利用されている（例えば、特許文献２）。   In a field different from a small wind power generator, a brake system using eddy current is used as a brake system for automobiles and railways (for example, Patent Document 2).

特開２００４−１０４９７５号公報JP 2004-104975 A 特開２０１０−２３９６８３号公報JP 2010-239683 A

従来の小形風力発電機は、交流発電機の出力電力が設定値を超えたときにブレーキ制御を行う方式（いわゆるフィードバック制御）であるため、実際に風車の回転が抑制されるまでには時間がかかる。風向や風速は０．１〜０．５秒単位で変化しているため、この方式では制御が間に合わず、制御をしたときには既に風車をはじめとする稼働部品が破損しているおそれがある。このような問題を防止するため、台風のように強風が吹くことが予測されているような場合には、事前に発電機自体を停止させて対応することもあるが、このようにしたのでは、発電機を停止させている間は発電することができないという問題がある。   Conventional small wind generators use a brake control (so-called feedback control) when the output power of the AC generator exceeds a set value, so it takes time to actually suppress the rotation of the windmill. Take it. Since the wind direction and the wind speed change in units of 0.1 to 0.5 seconds, this method cannot keep up with the control, and there is a possibility that operating parts including the windmill are already damaged when the control is performed. In order to prevent such problems, when a strong wind is expected to blow like a typhoon, the generator itself may be stopped in advance, but this is not the case. There is a problem that power cannot be generated while the generator is stopped.

また、小形風力発電機には、コンマ数秒単位で不規則に変化する風向や風速に対応させてブレーキを掛けなければならないという特殊性があることから、このような特殊性を考慮せずに開発された自動車や鉄道のブレーキをそのまま適用しても風車の回転を制御することはできない。   In addition, small wind power generators have the special feature that they must be braked according to the wind direction and wind speed that change irregularly in units of a few seconds, so we have not developed such special features. Even if the applied automobile or railway brakes are applied as they are, the rotation of the windmill cannot be controlled.

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の制御方式よりも応答性がよく、非接触で風車の過回転及び発電機への過負荷を抑制することができ、強風下でも一定の発電量を得ることができる、フィードフォワード方式のブレーキ制御方法と、当該制御方式によるブレーキ制御が可能な小形風力発電機を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is better than conventional control methods, and can suppress over-rotation of the windmill and overload to the generator in a non-contact manner. An object of the present invention is to provide a feedforward brake control method capable of obtaining a constant power generation amount even under strong winds, and a small wind power generator capable of brake control by the control method.

［小形風力発電機のブレーキ制御方法］
本発明の小形風力発電機のブレーキ制御方法（以下「ブレーキ制御方法」という）は、小形風力発電機の風車の回転を渦電流ブレーキによって制御するブレーキ制御方法であって、風車のアームと翼の接続部に設置されたひずみゲージでひずみ量を検知し、当該ひずみゲージで検知したひずみ量（本願において「検知ひずみ量」という）と予め設定された基準ひずみ量を比較し、前記検知ひずみ量が当該基準ひずみ量以上であるときに前記渦電流ブレーキに電源を供給して風車の回転を制御する方法である。 [Brake control method for small wind power generator]
A brake control method for a small wind generator (hereinafter referred to as “brake control method”) according to the present invention is a brake control method for controlling the rotation of a wind turbine of a small wind generator by an eddy current brake. The strain amount is detected by a strain gauge installed in the connection part, and the strain amount detected by the strain gauge (referred to as “detected strain amount” in the present application) is compared with a preset reference strain amount. This is a method of controlling the rotation of the windmill by supplying power to the eddy current brake when the amount is greater than the reference strain amount.

本発明のブレーキ制御方法は、小形風力発電機の風車の近傍に設置した風速計で風車近傍の風速を検知し、当該風速計で検知した風速（本願において「検知風速」という）と予め設定された基準風速を比較し、前記検知風速が当該基準風速以上であるときに前記渦電流ブレーキに電源を供給して風車の回転を制御するようにしてもよい。   The brake control method of the present invention detects the wind speed in the vicinity of the windmill with an anemometer installed in the vicinity of the wind turbine of the small wind power generator, and is preset with the wind speed detected by the anemometer (referred to as “detected wind speed” in the present application). The reference wind speed may be compared, and when the detected wind speed is equal to or higher than the reference wind speed, power may be supplied to the eddy current brake to control the rotation of the windmill.

前記ブレーキ制御方法は、ひずみゲージで検知した検知ひずみ量又は風速計で検知した検知風速のいずれかを用いて風車の回転を制御する方法であるが、本発明のブレーキ制御方法は、これら双方を用いて風車の回転を制御することもできる。具体的には、風車のアームと翼との接続部に設置されたひずみゲージでひずみ量を検知し、小形風力発電機の風車の近傍に設置した風速計で風車近傍の風速を検知し、前記ひずみゲージで検知された検知ひずみ量と予め設定された基準ひずみ量を比較し、前記風速計で検知された検知風速と予め設定された基準風速を比較し、前記検知ひずみ量が当該基準ひずみ量以上であるとき又は／及び前記検知風速が当該基準風速以上であるときに前記渦電流ブレーキに電源を供給して風車の回転を制御することもできる。   The brake control method is a method of controlling the rotation of the windmill using either the detected strain amount detected by the strain gauge or the detected wind speed detected by the anemometer, but the brake control method of the present invention is both of them. It can also be used to control the rotation of the windmill. Specifically, the amount of strain is detected with a strain gauge installed at the connection between the arm and wing of the windmill, and the wind speed near the windmill is detected with an anemometer installed near the windmill of the small wind power generator, The detected strain amount detected by the strain gauge is compared with a preset reference strain amount, the detected wind speed detected by the anemometer is compared with the preset reference wind velocity, and the detected strain amount is the reference strain amount. When this is the case or / and when the detected wind speed is equal to or higher than the reference wind speed, power can be supplied to the eddy current brake to control the rotation of the windmill.

［小形風力発電機］
本発明の小形風力発電機は、風車の回転力を変換して電気エネルギーを作り出す小形風力発電機において、前記風車を支持するシャフトと、当該風車の回転による動力を電気変換する発電機と、風車の回転を抑制する渦電流ブレーキと、前記風車のアームと翼の接続部のひずみ量を検知するひずみゲージと、当該ひずみゲージで検知された検知ひずみ量と予め設定された基準ひずみ量を比較し、前記検知ひずみ量が当該基準ひずみ量以上であるときに前記渦電流ブレーキに電源を供給するブレーキコントローラを備えたものである。 [Small wind power generator]
A small wind power generator according to the present invention is a small wind power generator that generates electric energy by converting the rotational force of a windmill, a shaft that supports the windmill, a generator that electrically converts power generated by the rotation of the windmill, and the windmill. The eddy current brake that suppresses the rotation of the wind turbine, the strain gauge that detects the amount of strain at the connection between the arm and blade of the wind turbine, and the detected strain amount detected by the strain gauge and a preset reference strain amount are compared. And a brake controller for supplying power to the eddy current brake when the detected strain amount is equal to or greater than the reference strain amount.

本発明の小形風力発電機は、前記風車を支持するシャフトと、当該風車の回転による動力を電気変換する発電機と、風車の回転を抑制する渦電流ブレーキと、前記風車の近傍に設置された風速計と、当該風速計で検知された検知風速と予め設定された基準風速を比較し、前記検知風速が当該基準風速以上であるときに前記渦電流ブレーキに電源を供給するブレーキコントローラを備えたものとすることもできる。   The small wind power generator of the present invention is installed in the vicinity of the shaft for supporting the windmill, a generator for electrically converting power generated by the rotation of the windmill, an eddy current brake for suppressing the rotation of the windmill, and the windmill. An anemometer and a brake controller that compares the detected wind speed detected by the anemometer with a preset reference wind speed and supplies power to the eddy current brake when the detected wind speed is equal to or higher than the reference wind speed. It can also be.

本発明の小形風力発電機は、前記ひずみゲージと前記風速計の双方を備えたものとすることもできる。この場合、ひずみゲージで検知される検知ひずみ量と風速計で検知される風速の両者を電気信号としてブレーキコントローラに入力し、検知ひずみ量と基準ひずみ量及び検知風速と基準風速を比較し、それらの双方又はいずれか一方が基準値（基準ひずみ量又は基準風速）以上のときに、渦電流ブレーキにブレーキコントローラから電源が供給されるようにすることができる。   The small wind power generator of the present invention may include both the strain gauge and the anemometer. In this case, both the detected strain detected by the strain gauge and the wind speed detected by the anemometer are input as electric signals to the brake controller, and the detected strain and reference strain, and the detected wind speed and reference wind speed are compared. When one or both of these are equal to or higher than a reference value (reference strain amount or reference wind speed), power can be supplied from the brake controller to the eddy current brake.

本発明のブレーキ制御方法は、次の効果を奏する。
（１）風車が回転する前にひずみゲージや風速計でのひずみ量や風速を検知し、そのひずみ量や風速を用いてブレーキを制御する、いわゆるフィードフォワード式の制御方法であるため、応答性がよく、風車の過回転及び発電機への過負荷を高精度で抑制することができる。
（２）応答性が良いため、事前に発電機自体を停止させて対応する必要がなく、台風などの強風下でも一定の発電量を得ることができる。 The brake control method of the present invention has the following effects.
(1) Since this is a so-called feed-forward control method that detects the strain and wind speed of a strain gauge or anemometer before the windmill rotates, and controls the brake using the strain and wind speed. Therefore, it is possible to suppress over-rotation of the windmill and overload to the generator with high accuracy.
(2) Since the responsiveness is good, there is no need to stop the generator itself in advance, and it is possible to obtain a constant power generation amount even under strong winds such as typhoons.

本発明の小形風力発電機は、次の効果を奏する。
（１）風車が回転する前にひずみゲージや風速計でのひずみ量や風速を検知し、そのひずみ量や風速を用いてブレーキを制御する方法（フィードフォワード式の制御方法）であるため、応答性がよく、風車の過回転及び発電機への過負荷を高精度で抑制することができる。
（２）応答性が良いため、事前に発電機自体を停止させて対応する必要がなく、台風などの強風下でも一定の発電量を得ることができる。
（３）非接触でブレーキをかけるため、回転体や電磁石などのブレーキ部品が欠損し難い。
（４）電磁石を用いて、必要なときだけ電源を供給してブレーキを作動させる構造であるため、初期抵抗が少なく、発電時の風車の回転がスムーズである。 The small wind power generator of the present invention has the following effects.
(1) Since the strain amount or wind speed is detected by a strain gauge or anemometer before the windmill rotates and the brake is controlled using the strain amount and wind speed (feed forward control method), the response Therefore, it is possible to suppress over-rotation of the windmill and overload to the generator with high accuracy.
(2) Since the responsiveness is good, there is no need to stop the generator itself in advance, and it is possible to obtain a constant power generation amount even under strong winds such as typhoons.
(3) Since brakes are applied without contact, brake parts such as rotating bodies and electromagnets are hardly lost.
(4) Since the brake is operated by supplying power only when necessary using an electromagnet, the initial resistance is small, and the windmill rotates smoothly during power generation.

本発明の小形風力発電機の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the small wind power generator of this invention. （ａ）は渦電流ブレーキの詳細説明図、（ｂ）は渦電流ブレーキの回転体と電磁石の位置関係を示す平面図、（ｃ）は（ａ）のｘ部の回転体の拡大図。(A) is detailed explanatory drawing of an eddy current brake, (b) is a top view which shows the positional relationship of the rotary body and electromagnet of an eddy current brake, (c) is an enlarged view of the rotary body of the x section of (a). ブレーキコントローラの一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of a brake controller. 本発明の小形風力発電機の他例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the other example of the small wind power generator of this invention. （ａ）は検知ひずみ量を用いてブレーキ制御を行う場合のフローチャート、（ｂ）は検知風速を用いてブレーキ制御を行う場合のフローチャート。(A) is a flowchart in the case of performing brake control using the detected strain amount, (b) is a flowchart in the case of performing brake control using the detected wind speed.

（実施形態１）
本発明のブレーキ制御方法及び小形風力発電機の一例を、図１〜図３を参照して説明する。一例として図１に示す小形風力発電機は、風車１とシャフト２とブレーキシステム３とひずみゲージ４と発電システム５を備えている。 (Embodiment 1)
An example of a brake control method and a small wind power generator according to the present invention will be described with reference to FIGS. As an example, the small wind power generator shown in FIG. 1 includes a windmill 1, a shaft 2, a brake system 3, a strain gauge 4, and a power generation system 5.

前記風車１は、いわゆる直線翼垂直軸型風車と呼ばれる風車であり、前記シャフト２に設けられたアーム６と、当該アーム６に支持された（接続された）翼７を備えたものである。それぞれの翼７は上下に間隔をあけて配置された二本のアーム６で支持されている。この実施形態では、二本一組のアーム６がシャフト２の外周三カ所に間隔をあけて設けられ、各組に一枚の翼７が取り付けられている。   The windmill 1 is a windmill called a so-called straight blade vertical axis windmill, and includes an arm 6 provided on the shaft 2 and a blade 7 supported (connected) by the arm 6. Each wing 7 is supported by two arms 6 that are spaced apart from each other in the vertical direction. In this embodiment, a set of two arms 6 are provided at three positions on the outer periphery of the shaft 2 at intervals, and one blade 7 is attached to each set.

前記ひずみゲージ４はアーム６と翼７の接続部８に設けられ、受風時に当該接続部８に生じるひずみ量（検知ひずみ量）を検知できるようにしてある。この実施形態では、ひずみゲージ４として既存のロードセルを用いているが、ひずみゲージ４にはロードセル以外のものを用いることもできる。ひずみゲージ４は、いずれか一又は二以上の接続部８に設ければよく、すべての接続部８に設ける必要はない。   The strain gauge 4 is provided at the connecting portion 8 between the arm 6 and the blade 7 so that the strain amount (detected strain amount) generated in the connecting portion 8 at the time of receiving wind can be detected. In this embodiment, an existing load cell is used as the strain gauge 4, but a strain gauge 4 other than the load cell can also be used. The strain gauge 4 may be provided in any one or two or more connection portions 8, and need not be provided in all the connection portions 8.

ひずみゲージ４で検知した検知信号は、電気信号としてブレーキシステム３のブレーキコントローラ９へ入力されるようにしてある。検知信号は微弱であるため、検知信号をそのままブレーキコントローラ９へ入力するのではなく、図示しない増幅器で増幅し、ローパスフィルタ等のフィルタでノイズを除去してからブレーキコントローラ９に入力されるようにするのが好ましい。   The detection signal detected by the strain gauge 4 is input to the brake controller 9 of the brake system 3 as an electric signal. Since the detection signal is weak, the detection signal is not input to the brake controller 9 as it is, but is amplified by an amplifier (not shown) and noise is removed by a filter such as a low-pass filter before being input to the brake controller 9. It is preferable to do this.

前記ブレーキシステム３は、風車１の回転（過回転）を抑制するためのシステムである。一例として図１に示すブレーキシステム３は、渦電流ブレーキ１０と、当該渦電流ブレーキ１０の動作を制御するブレーキコントローラ９を備えている。   The brake system 3 is a system for suppressing the rotation (over-rotation) of the windmill 1. As an example, the brake system 3 shown in FIG. 1 includes an eddy current brake 10 and a brake controller 9 that controls the operation of the eddy current brake 10.

前記渦電流ブレーキ１０は、図２（ａ）に示すように、シャフト２に固定された回転板１１と、当該回転板１１の外側に配置された電磁石１２を備えている。一例として図２（ａ）（ｂ）に示す回転板１１は円盤状の導体板（珪素鋼板）であり、その外周寄りの位置に複数（図２（ｂ）の例では２４個）の有底孔１１ａを備えている。夫々の有底孔１１ａには、図２（ｃ）に示すように、コイル１３が周回されたコア（鉄芯）１４が埋設されている。有底孔１１ａを含む回転板１１の外面は、アクリル樹脂により樹脂コーティング１５が施してあり、有底孔１１ａに埋設した鉄芯１４及びその鉄芯１４に周回されたコイル１３が不用意に抜け落ちないようにしてある。なお、有底孔１１ａ及び有底孔１１ａに埋設するコア１４や有底孔１１ａの数はこれより多くても少なくてもよい。   As shown in FIG. 2A, the eddy current brake 10 includes a rotating plate 11 fixed to the shaft 2 and an electromagnet 12 disposed outside the rotating plate 11. As an example, the rotating plate 11 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is a disk-shaped conductor plate (silicon steel plate), and there are a plurality of (24 in the example of FIG. 2 (b)) bottomed positions near the outer periphery thereof. A hole 11a is provided. In each bottomed hole 11a, as shown in FIG. 2C, a core (iron core) 14 around which a coil 13 is wound is embedded. The outer surface of the rotating plate 11 including the bottomed hole 11a is coated with a resin coating 15 with acrylic resin, and the iron core 14 embedded in the bottomed hole 11a and the coil 13 wound around the iron core 14 fall off carelessly. There is no way. The number of cores 14 and bottomed holes 11a embedded in the bottomed holes 11a and the bottomed holes 11a may be larger or smaller.

前記電磁石１２は、コア（励磁コア）１６の外周にコイル（励磁コイル）１７が周回されたものである。一例として図２（ａ）に示す励磁コア１６は、回転板１１の上側に位置する上部１６ａと、回転板１１の外側に位置する側部１６ｂと、回転板１１の下側に位置する下部１６ｃを備えた内向きコ字状のものである。図２（ｂ）に示すように、この実施形態では、励磁コア１６を回転板１１の外側に間隔をあけて８個配設してある。励磁コア１６はこれより多くても少なくてもよい。それぞれの励磁コア１６に周回された励磁コイル１７はブレーキコントローラ９（図１）に設けられた電源供給部９ｃ（図３）に接続され、当該電源供給部９ｃから電源を供給することによって、当該励磁コイル１７に直流電流が流れるようにしてある。電源供給部９ｃから供給される電源は、バッテリ２２に蓄電されたものであっても外部電源であってもよい。   The electromagnet 12 has a coil (excitation coil) 17 that circulates around an outer periphery of a core (excitation core) 16. As an example, the excitation core 16 shown in FIG. 2A includes an upper portion 16 a located above the rotating plate 11, a side portion 16 b located outside the rotating plate 11, and a lower portion 16 c located below the rotating plate 11. Inwardly U-shaped with As shown in FIG. 2B, in this embodiment, eight excitation cores 16 are arranged outside the rotating plate 11 with a space therebetween. More or fewer excitation cores 16 may be used. The excitation coils 17 circulated around the respective excitation cores 16 are connected to a power supply unit 9c (FIG. 3) provided in the brake controller 9 (FIG. 1), and by supplying power from the power supply unit 9c, A direct current flows through the exciting coil 17. The power supplied from the power supply unit 9c may be stored in the battery 22 or an external power source.

それぞれの励磁コア１６は、ケーシング１８に収容されている。一例として図２（ａ）に示すケーシング１８は、上下方向に間隔をあけて配置された上材１８ａ及び下材１８ｂと、上材１８ａ及び下材１８ｂを連結する外材１８ｃと、励磁コア１６を支持する支持材１８ｄを備えている。支持材１８ｄは、外材１８ｃの中央付近から内向きに取り付けられ、上材１８ａと下材１８ｂの間に位置するようにしてある。上材１８ａ及び下材１８ｂの一端側はベアリング１９を介してシャフト２に接続され、シャフト２が回転しても励磁コア１６自体は回転せず、一定位置にとどまるようにしてある。   Each excitation core 16 is accommodated in a casing 18. As an example, the casing 18 shown in FIG. 2A includes an upper member 18a and a lower member 18b arranged at intervals in the vertical direction, an outer member 18c that connects the upper member 18a and the lower member 18b, and an excitation core 16. A supporting member 18d for supporting is provided. The support member 18d is attached inward from near the center of the outer member 18c, and is positioned between the upper member 18a and the lower member 18b. One end side of the upper member 18a and the lower member 18b is connected to the shaft 2 via a bearing 19, and the excitation core 16 itself does not rotate even when the shaft 2 rotates, but remains in a fixed position.

ブレーキコントローラ９は、入力される信号を処理して、渦電流ブレーキ１０に命令を与えるもの（信号処理部）である。一例として図３に示すブレーキコントローラ９は、少なくとも、ひずみゲージ４により検知された検知信号を受信する受信部９ａと、当該検知したひずみ量と予め設定された基準ひずみ量とを比較する比較部９ｂと、当該比較部９ｂでの比較の結果、検知ひずみ量が前記基準ひずみ量以上であるときに渦電流ブレーキ１０の励磁コイル１７に電源を供給する電源供給部９ｃを備えている。   The brake controller 9 processes an input signal and gives a command to the eddy current brake 10 (signal processing unit). As an example, the brake controller 9 shown in FIG. 3 includes at least a reception unit 9a that receives a detection signal detected by the strain gauge 4, and a comparison unit 9b that compares the detected strain amount with a preset reference strain amount. As a result of comparison by the comparison unit 9b, a power supply unit 9c that supplies power to the excitation coil 17 of the eddy current brake 10 when the detected strain amount is equal to or greater than the reference strain amount is provided.

前記基準ひずみ量は、入力荷重となる風の強弱に比例して、風車１の受風面積をはじめ、翼７の大きさ、形状、重量等に応じて適宜設定することができる。   The reference strain amount can be appropriately set according to the size, shape, weight, etc. of the blade 7 as well as the wind receiving area of the wind turbine 1 in proportion to the strength of the wind as the input load.

前記発電システム５は、風車１の動力（回転力）を電気エネルギーに変換するものである。一例として図１に示す発電システム５は、発電機２０と、充放電コントローラ２１と、バッテリ２２と、インバータ２３を備えている。発電機２０とバッテリ２２は充放電コントローラ２１を介して接続され、風車１の回転によって発電された電力がバッテリ２２に蓄えられるようにしてある。図示は省略しているが、風車１の回転力により発電された交流電力は、直流電源に変換されてからバッテリ２２に蓄えられるようにしてある。発電機２０にはインバータ２３を介して各種の負荷２４が接続され、当該負荷２４にも電源を供給できるようにしてある。   The power generation system 5 converts the power (rotational force) of the windmill 1 into electric energy. As an example, the power generation system 5 illustrated in FIG. 1 includes a generator 20, a charge / discharge controller 21, a battery 22, and an inverter 23. The generator 20 and the battery 22 are connected via a charge / discharge controller 21 so that the electric power generated by the rotation of the windmill 1 is stored in the battery 22. Although not shown, the AC power generated by the rotational force of the windmill 1 is stored in the battery 22 after being converted to a DC power source. Various loads 24 are connected to the generator 20 via an inverter 23 so that power can be supplied to the loads 24.

（実施形態２）
本発明の他例を、図４を参照して説明する。この実施形態の小形風力発電機の基本構造は実施形態１（図１）の場合と同様である。異なるのは、ひずみゲージ４に代えてシャフト２の上端側に風速計２５が設けられていること、及び、検知ひずみ量に代えて風速計２５で検知された風速（検知風速）を用いてブレーキ制御を行うことである。 (Embodiment 2)
Another example of the present invention will be described with reference to FIG. The basic structure of the small wind power generator of this embodiment is the same as that of Embodiment 1 (FIG. 1). The difference is that an anemometer 25 is provided on the upper end side of the shaft 2 in place of the strain gauge 4, and braking is performed using the wind speed (detected wind speed) detected by the anemometer 25 instead of the detected strain amount. Is to control.

前記風速計２５は、風車１が支持されたシャフト２の上端部に設けられている。風速計２５は、風車１の近傍、すなわち、風車１の翼７が受ける風と同等の風を受けられる範囲内であれば、これ以外の場所に設置することができる。風速計２５には、風速のみを測定するもののほか、風速に加えて風向の計測も可能な風向風速計等を用いることができる。ひずみゲージ４で計測された検知ひずみ量と同様、風速計２５で検知された検知風速は、電気信号としてブレーキシステム３のブレーキコントローラ９へ入力されるようにしてある。風速計２５での検知信号も増幅器（図示しない）で増幅し、ローパスフィルタ（図示しない）でノイズを除去してからブレーキコントローラ９に入力されるようにするのが好ましい。   The anemometer 25 is provided at the upper end of the shaft 2 on which the windmill 1 is supported. The anemometer 25 can be installed in a place other than this as long as it is in the vicinity of the windmill 1, that is, within a range where the wind equivalent to the wind received by the blades 7 of the windmill 1 can be received. As the anemometer 25, an anemometer or the like capable of measuring the wind direction in addition to the wind speed can be used in addition to measuring only the wind speed. Like the detected strain amount measured by the strain gauge 4, the detected wind speed detected by the anemometer 25 is input to the brake controller 9 of the brake system 3 as an electrical signal. The detection signal from the anemometer 25 is also preferably amplified by an amplifier (not shown) and noise is removed by a low-pass filter (not shown) before being input to the brake controller 9.

ブレーキコントローラ９は、その比較部９ｂ（図３）において、入力された検知風速と予め設定された基準風速を比較し、前記検知風速が当該基準風速以上であるときに渦電流ブレーキ１０の励磁コイル１７に電源を供給する。なお、基準風速は、風車１の受風面積等に応じて変更することもできるが、例えば、２０〜２５ｍ／ｓｅｃ程度に設定するのが好ましい。風速が２５ｍ／ｓｅｃよりも速いとブレーキ制御が間に合わずに稼働部品が破損するおそれがあり、２０ｍ／ｓｅｃよりも遅いと発電量が低減するおそれがある。ただし、これら数値は一例であり、これよりも大きな値或いは小さな値を基準風速に設定することを妨げるものではない。   In the comparison unit 9b (FIG. 3), the brake controller 9 compares the input detected wind speed with a preset reference wind speed, and when the detected wind speed is equal to or higher than the reference wind speed, the exciting coil of the eddy current brake 10 17 is supplied with power. The reference wind speed can be changed according to the wind receiving area of the windmill 1 or the like, but is preferably set to about 20 to 25 m / sec, for example. If the wind speed is faster than 25 m / sec, the brake control may not be in time and the operating parts may be damaged. If the wind speed is slower than 20 m / sec, the power generation amount may be reduced. However, these numerical values are merely examples, and do not preclude setting a larger or smaller value as the reference wind speed.

（その他の実施形態）
前記実施形態１及び２では、ひずみゲージ４と風速計２５を選択的に用いる場合を一例として説明しているが、両者を併用することもできる。具体的には、ひずみゲージ４で検知される検知ひずみ量と風速計２５で検知される風速の両者を電気信号としてブレーキコントローラ９に入力し、検知ひずみ量と基準ひずみ量又は／及び検知風速と基準風速を比較し、双方又はいずれか一方が基準値（基準ひずみ量又は基準風速）以上のときに、渦電流ブレーキ１０の励磁コイル１７に電源が供給されて電流が流れるようにすることができる。これら値の比較はブレーキコントローラ９の比較部９ｂで、励磁コイル１７への電流の供給はブレーキコントローラ９の電源供給部９ｃで行われる。 (Other embodiments)
In the said Embodiment 1 and 2, although the case where the strain gauge 4 and the anemometer 25 are selectively used is demonstrated as an example, both can also be used together. Specifically, both the detected strain amount detected by the strain gauge 4 and the wind speed detected by the anemometer 25 are input to the brake controller 9 as electrical signals, and the detected strain amount and the reference strain amount or / and the detected wind speed are The reference wind speeds are compared, and when either or one of them is equal to or higher than a reference value (reference strain amount or reference wind speed), power can be supplied to the exciting coil 17 of the eddy current brake 10 so that current flows. . The comparison of these values is performed by the comparison unit 9b of the brake controller 9, and the current supply to the exciting coil 17 is performed by the power supply unit 9c of the brake controller 9.

（動作説明）
本発明の小形風力発電機におけるブレーキ動作について説明する。ひずみゲージ４で検知した検知ひずみ量を用いて制御を行う場合、図５（ａ）に示すように、ひずみゲージ４によってアーム６と翼７の接続部８のひずみ量が検知されると、その検知ひずみ量がブレーキコントローラ９に入力され、ブレーキコントローラ９の比較部９ｂで基準ひずみ量と比較される。比較の結果、検知ひずみ量が基準ひずみ量以上であるときは、ブレーキコントローラ９の電源供給部９ｃから電源が供給され、渦電流ブレーキ１０の励磁コイル１７に電流が流れる。励磁コイル１７に電流が流れて励磁コア１６が電磁石になると、回転板１１に渦電流が発生し、回転抵抗が増大して回転板１１にブレーキがかかる。回転板１１にブレーキがかかるとシャフト２の回転が抑制され、これに伴いシャフト２に接続された風車１の回転が抑制される。以後、検知ひずみ量が基準ひずみ量未満になるまで、前記動作を繰り返し行い、検知ひずみ量が基準ひずみ量未満になると、電源供給部９ｃからの電流の供給が停止され渦電流ブレーキ１０によるブレーキが解除される。 (Description of operation)
The brake operation in the small wind power generator of the present invention will be described. When performing control using the detected strain amount detected by the strain gauge 4, as shown in FIG. 5A, when the strain amount of the connection portion 8 between the arm 6 and the blade 7 is detected by the strain gauge 4, The detected strain amount is input to the brake controller 9, and is compared with the reference strain amount by the comparison unit 9 b of the brake controller 9. As a result of comparison, when the detected strain amount is equal to or greater than the reference strain amount, power is supplied from the power supply unit 9 c of the brake controller 9, and current flows through the exciting coil 17 of the eddy current brake 10. When a current flows through the exciting coil 17 and the exciting core 16 becomes an electromagnet, an eddy current is generated in the rotating plate 11, the rotation resistance is increased, and the rotating plate 11 is braked. When the brake is applied to the rotating plate 11, the rotation of the shaft 2 is suppressed, and accordingly, the rotation of the windmill 1 connected to the shaft 2 is suppressed. Thereafter, the above operation is repeated until the detected strain amount is less than the reference strain amount. When the detected strain amount is less than the reference strain amount, the supply of current from the power supply unit 9c is stopped and the brake by the eddy current brake 10 is stopped. Canceled.

風速計２５による風速を用いて制御を行う場合、図５（ｂ）に示すように、風速計２５で検知した検知風速によって風車１の近傍の風速が検知されると、その検知風速がブレーキコントローラ９に入力され、ブレーキコントローラ９の比較部９ｂで基準風速と比較される。比較の結果、検知風速が基準風速以上であるときは、ブレーキコントローラ９の電源供給部９ｃから電源が供給され、渦電流ブレーキ１０の励磁コイル１７に電流が流れる。励磁コイル１７に電流が流れて励磁コア１６が電磁石になると、回転板１１に渦電流が発生し、回転抵抗が増大して回転板１１にブレーキがかかる。回転板１１にブレーキがかかるとシャフト２の回転が抑制され、これに伴いシャフト２に接続された風車１の回転が抑制される。以後、検知風速が基準風速未満になるまで、前記動作を繰り返し行い、検知風速が基準風速未満になると、電源供給部９ｃからの電流の供給が停止され渦電流ブレーキ１０によるブレーキが解除される。   When the control is performed using the wind speed by the anemometer 25, when the wind speed in the vicinity of the windmill 1 is detected by the detected wind speed detected by the anemometer 25 as shown in FIG. 9 and is compared with the reference wind speed by the comparison unit 9 b of the brake controller 9. As a result of the comparison, when the detected wind speed is equal to or higher than the reference wind speed, power is supplied from the power supply unit 9 c of the brake controller 9, and current flows through the excitation coil 17 of the eddy current brake 10. When a current flows through the exciting coil 17 and the exciting core 16 becomes an electromagnet, an eddy current is generated in the rotating plate 11, the rotation resistance is increased, and the rotating plate 11 is braked. When the brake is applied to the rotating plate 11, the rotation of the shaft 2 is suppressed, and accordingly, the rotation of the windmill 1 connected to the shaft 2 is suppressed. Thereafter, the above operation is repeated until the detected wind speed becomes less than the reference wind speed. When the detected wind speed becomes less than the reference wind speed, the supply of current from the power supply unit 9c is stopped and the brake by the eddy current brake 10 is released.

本発明は、直線翼垂直軸型風車を備えた小形風力発電機として、或いはそのブレーキ制御方法として特に好適に用いることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be particularly suitably used as a small wind power generator provided with a straight blade vertical axis type wind turbine or as a brake control method thereof.

１ 風車
２ シャフト
３ ブレーキシステム
４ ひずみゲージ
５ 発電システム
６ アーム
７ 翼
８ 接続部
９ ブレーキコントローラ
９ａ 受信部
９ｂ 比較部
９ｃ 電源供給部
１０ 渦電流ブレーキ
１１ 回転板
１１ａ 有底孔
１２ 電磁石
１３ コイル
１４ コア（鉄芯）
１５ 樹脂コーティング
１６ 励磁コア
１６ａ 上部
１６ｂ 側部
１６ｃ 下部
１７ 励磁コイル
１８ ケーシング
１８ａ 上材
１８ｂ 下材
１８ｃ 外材
１８ｄ 支持材
１９ ベアリング
２０ 発電機
２１ 充放電コントローラ
２２ バッテリ
２３ インバータ
２４ 負荷
２５ 風速計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Windmill 2 Shaft 3 Brake system 4 Strain gauge 5 Power generation system 6 Arm 7 Wing 8 Connection part 9 Brake controller 9a Receiving part 9b Comparison part 9c Power supply part 10 Eddy current brake 11 Rotating plate 11a Bottomed hole 12 Electromagnet 13 Coil 14 Core (Iron core)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Resin coating 16 Excitation core 16a Upper part 16b Side part 16c Lower part 17 Excitation coil 18 Casing 18a Upper material 18b Lower material 18c Outer material 18d Support material 19 Bearing 20 Generator 21 Charge / discharge controller 22 Battery 23 Inverter 24 Load 25 Anemometer

Claims (6)

小形風力発電機の風車の回転を渦電流ブレーキによって制御するブレーキ制御方法において、
前記風車のアームと翼の接続部に設置されたひずみゲージでひずみ量を検知し、
前記ひずみゲージで検知した検知ひずみ量と予め設定された基準ひずみ量を比較し、
前記検知ひずみ量が前記基準ひずみ量以上であるときに前記渦電流ブレーキに電源を供給して風車の回転を制御する、
ことを特徴とする小形風力発電機のブレーキ制御方法。 In a brake control method for controlling the rotation of a wind turbine of a small wind generator by an eddy current brake,
Detecting the amount of strain with a strain gauge installed at the connection between the windmill arm and the wing,
Compare the detected strain amount detected by the strain gauge with a preset reference strain amount,
When the detected strain amount is equal to or greater than the reference strain amount, power is supplied to the eddy current brake to control the rotation of the windmill.
A brake control method for a small wind power generator. 小形風力発電機の風車の回転を渦電流ブレーキによって制御するブレーキ制御方法において、
前記風車の近傍に設置した風速計で風車近傍の風速を検知し、
前記風速計で検知した検知風速と予め設定された基準風速を比較し、
前記検知風速が前記基準風速以上であるときに前記渦電流ブレーキに電源を供給して風車の回転を制御する、
ことを特徴とする小形風力発電機のブレーキ制御方法。 In a brake control method for controlling the rotation of a wind turbine of a small wind generator by an eddy current brake,
Detecting the wind speed near the windmill with an anemometer installed near the windmill,
Compare the detected wind speed detected by the anemometer with a preset reference wind speed,
When the detected wind speed is equal to or higher than the reference wind speed, power is supplied to the eddy current brake to control the rotation of the windmill.
A brake control method for a small wind power generator. 小形風力発電機の風車の回転を渦電流ブレーキによって制御するブレーキ制御方法において、
前記風車のアームと翼の接続部に設置されたひずみゲージでひずみ量を検知し、
前記風車の近傍に設置した風速計で風車近傍の風速を検知し、
前記ひずみゲージで検知された検知ひずみ量と予め設定された基準ひずみ量を比較し、
前記風速計で検知された検知風速と予め設定された基準風速を比較し、
前記検知ひずみ量が当該基準ひずみ量以上であるとき又は／及び前記検知風速が当該基準風速以上であるときに前記渦電流ブレーキに電源を供給して風車の回転を制御する、
ことを特徴とする小形風力発電機のブレーキ制御方法。 In a brake control method for controlling the rotation of a wind turbine of a small wind generator by an eddy current brake,
Detecting the amount of strain with a strain gauge installed at the connection between the windmill arm and the wing,
Detecting the wind speed near the windmill with an anemometer installed near the windmill,
Compare the detected strain amount detected by the strain gauge with a preset reference strain amount,
Compare the detected wind speed detected by the anemometer with a preset reference wind speed,
When the detected strain amount is equal to or greater than the reference strain amount and / or when the detected wind speed is equal to or greater than the reference wind speed, power is supplied to the eddy current brake to control the rotation of the windmill.
A brake control method for a small wind power generator. 風車の回転力を変換して電気エネルギーを作り出す小形風力発電機において、
前記風車を支持するシャフトと、
前記風車の回転による動力を電気変換する発電機と、
前記風車の回転を抑制する渦電流ブレーキと、
前記風車のアームと翼の接続部のひずみ量を検知するひずみゲージと、
前記ひずみゲージで検知された検知ひずみ量と予め設定された基準ひずみ量を比較し、前記検知ひずみ量が当該基準ひずみ量以上であるときに前記渦電流ブレーキに電源を供給するブレーキコントローラを備えた、
ことを特徴とする小形風力発電機。 In a small wind generator that generates electrical energy by converting the rotational force of the windmill,
A shaft that supports the windmill;
A generator that electrically converts power generated by rotation of the windmill;
An eddy current brake for suppressing rotation of the windmill;
A strain gauge for detecting the amount of strain at the connection between the windmill arm and the wing;
A brake controller that compares a detected strain amount detected by the strain gauge with a preset reference strain amount and supplies power to the eddy current brake when the detected strain amount is equal to or greater than the reference strain amount is provided. ,
A small wind generator characterized by that. 風車の回転力を変換して電気エネルギーを作り出す小形風力発電機において、
前記風車を支持するシャフトと、
前記風車の回転による動力を電気変換する発電機と、
前記風車の回転を抑制する渦電流ブレーキと、
前記風車の近傍に設置された風速計と、
前記風速計で検知された検知風速と予め設定された基準風速を比較し、前記検知風速が当該基準風速以上であるときに前記渦電流ブレーキに電源を供給するブレーキコントローラを備えた、
ことを特徴とする小形風力発電機。 In a small wind generator that generates electrical energy by converting the rotational force of the windmill,
A shaft that supports the windmill;
A generator that electrically converts power generated by rotation of the windmill;
An eddy current brake for suppressing rotation of the windmill;
An anemometer installed in the vicinity of the windmill;
A brake controller that compares a detected wind speed detected by the anemometer with a preset reference wind speed and supplies power to the eddy current brake when the detected wind speed is equal to or higher than the reference wind speed,
A small wind generator characterized by that. 風車の回転力を変換して電気エネルギーを作り出す小形風力発電機において、
前記風車を支持するシャフトと、
前記風車の回転による動力を電気変換する発電機と、
前記風車の回転を抑制する渦電流ブレーキと、
前記風車のアームと翼の接続部のひずみ量を検知するひずみゲージと、
前記風車の近傍に設置された風速計と、
前記ひずみゲージで検知された検知ひずみ量と予め設定された基準ひずみ量及び前記風速計で検知された検知風速と予め設定された基準風速を比較し、前記検知ひずみ量が当該基準ひずみ量以上であるとき又は／及び前記検知風速が当該基準風速以上であるときに前記渦電流ブレーキに電源を供給するブレーキコントローラを備えた、
ことを特徴とする小形風力発電機。 In a small wind generator that generates electrical energy by converting the rotational force of the windmill,
A shaft that supports the windmill;
A generator that electrically converts power generated by rotation of the windmill;
An eddy current brake for suppressing rotation of the windmill;
A strain gauge for detecting the amount of strain at the connection between the windmill arm and the wing;
An anemometer installed in the vicinity of the windmill;
The detected strain amount detected by the strain gauge, the preset reference strain amount, and the detected wind speed detected by the anemometer are compared with the preset reference wind speed, and the detected strain amount is equal to or greater than the reference strain amount. A brake controller for supplying power to the eddy current brake at a certain time or / and when the detected wind speed is equal to or higher than the reference wind speed;
A small wind generator characterized by that.
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