JP2020065432A - 風力発電装置用発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で発電量が多い風力発電装置用発電機を提供する。【解決手段】風力発電装置用発電機１は、シャフト２とステータ３とロータ６とを備えている。ステータ２に環形のコイル装着部７が設けられる一方、ロータ６の第１、第２回転板４、５に、それぞれコイル装着部７と対向するように配置された環形の第１、第２磁石装着部８、９が設けられている。コイル装着部７に発電用コイル１０が装着される一方、第１、第２磁石装着部８、９に、発電用コイル１０と対向するように配置された発電用永久磁石１１が装着されている。ステータ３はプラスチック又はこれより密度が小さい材料で形成されている。また、風力発電装置用発電機１には、ステータ３を、シャフト中心軸の伸びる方向に関して一定の位置に維持する磁気浮上部１２が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、軽量で発電量が多い風力発電装置用発電機に関するものである。

従来、発電装置としては、原子力発電装置、火力発電装置及び水力発電装置が主流である。しかしながら、原子力発電装置には処理が困難な放射性廃棄物が発生するといった問題があり、火力発電装置には地球温暖化の一因である二酸化炭素を大量に排出するといった問題がある。また、水力発電装置には、周囲の自然環境及び生活環境を一変させ、その近辺の住民に多大な犠牲を強いることになるといった問題がある。そこで、近年、このような問題が何ら発生しない風力発電装置が急速に普及しつつある。

そして、風力発電装置に用いられる発電機としては、略円筒形に形成されその円周面に複数のコイルが円周方向に並んで装着されたステータと、略円筒形に形成される一方径方向（ラジアル方向）にみてステータの外側又は内側に配設され、その円周面に複数の永久磁石がステータのコイルと若干の間隙（ギャップ）を隔てて対向するようにして円周方向に並んで装着されたロータとを有する型式の発電機（いわゆる「ラジアルギャップ型発電機」）が広く用いられている（例えば、特許文献１、２参照。）。

具体的には、特許文献１に開示された従来のラジアルギャップ型発電機は、略円筒形のステータ（フレーム）と、径方向にみてステータの内側に配置された略円筒形のロータ（ホイール）とを有し、ステータの内周面に複数のコイルが円周方向に並んで装着される一方、ロータの外周面に複数の永久磁石が円周方向に並んで装着されている。このラジアルギャップ型発電機では、ステータは、固定の主軸にステーを介して固定されている。他方、ロータは、主軸に回転自在に外嵌されたスリーブに連結され、風車によって回転させられるようになっている。

また、特許文献２に開示された従来のラジアルギャップ型発電機は、略円筒形のステータと、径方向にみてステータの外側に配置された略円筒形のロータとを有し、ステータの外周面に複数のコイルが円周方向に並んで装着される一方、ロータの内周面に複数の永久磁石が円周方向に並んで装着されている。

特開２００４−１４７４５５号公報 特開２０１５−０３９２７０号公報

例えば、特許文献１、２に開示された従来のラジアルギャップ型発電機には、発電量が比較的少ない割には発電機の全体的形状が大型化し、その重量が大きくなるといった問題がある。本発明は、前記従来の問題を解決するためになされたものであって、比較的軽量で発電量が多い風力発電装置用発電機を提供することを解決すべき課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明に係る風力発電装置用発電機は、固定されたシャフトと、シャフトに同軸状に結合された比較的大径（例えば、１〜３ｍ）の略円板状のステータと、それぞれシャフトに回転自在に外嵌されステータをシャフト中心軸の伸びる方向に所定の間隔をあけて挟むように配置された、ステータとほぼ同径の略円板状の２つの回転板を有するロータとを備えている。ステータの外縁部近傍には、環形のコイル装着部が設けられている。２つの回転板には、それぞれコイル装着部と対向する環形の磁石装着部が設けられている。コイル装着部に発電用コイルが装着される一方、各磁石装着部に、発電用コイルと対向するように配置された発電用永久磁石が装着されている。ステータは、プラスチック又はプラスチックより密度が小さい材料で形成されている。

本発明に係る風力発電装置用発電機においては、ステータを、シャフト中心軸の伸びる方向に関して一定の位置に維持する磁気浮上部が設けられているのが好ましい。この場合、磁気浮上部は、ステータに装着されたステータ側永久磁石と、各回転板に装着された回転板側永久磁石とを有し、互いに対向するステータ側永久磁石と回転板側永久磁石とが、互いに反発しあう磁極性をもつようにして、互いに間隙をあけて対向しているのが好ましい。

本発明に係る風力発電装置用発電機では、ステータ及びロータが比較的大径であり、かつステータがプラスチック等の密度の小さい材料で形成されているので、比較的軽量で発電量を多くすることができる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る風力発電装置用発電機の正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す風力発電装置用発電機の側面断面図である。 図１（ｂ）の一部を拡大して示す側面断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１に示す風力発電装置用発電機の変形例を示す正面断面図及び側面断面図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る風力発電装置用発電機１（以下、略して「発電機１」という。）は、ハウジング等の固定部（図示せず）に固定されたシャフト２と、シャフト２に同軸状に結合された比較的大径（例えば、１〜３ｍ）の略円板状のステータ３と、それぞれシャフト２に回転自在に外嵌され、ステータ３をシャフト中心軸の伸びる方向に所定の間隔をあけて挟むように配置された、ステータ３とほぼ同径の略円板状の第１、第２回転板４、５を有するロータ６とを備えている。なお、第１、第２回転板４、５の外縁部はプラスチックカバーで覆われている。

ステータ３の外縁部のやや内側には、環形のコイル装着部７が設けられている。第１、第２回転板４、５には、それぞれコイル装着部７と対向する環形の第１、第２磁石装着部８、９が設けられている。コイル装着部７には、複数の発電用コイル１０が装着されている。他方、第１、第２磁石装着部８、９には、発電用コイル１０と対向するように配置された発電用永久磁石１１が装着されている。ステータ３は、プラスチック又はプラスチックより密度が小さい材料で形成されている。

発電機１においては、ステータ３を、シャフト中心軸の伸びる方向に関して一定の位置に維持する２組の磁気浮上部１２が設けられている。各磁気浮上部１２は、ステータ３に装着されたステータ側永久磁石１３と第１、第２回転板４、５に装着された回転板側永久磁石１４とを有している。ここで、互いに対向するステータ側永久磁石１３と回転板側永久磁石１４とは、互いに反発しあう極性をもつようにして、すなわちＮ極同士が対向し、又はＳ極同士が対向するようにして、互いに間隙をあけて対向している。

なお、図１（ａ）、（ｂ）に、発電機１の主な構成要素の寸法の一例を記載しているが、これらの寸法は単なる例示であり、本発明がこのような寸法のものに限定されるものではないのはもちろんである。また、図２にも、発電機１の主な構成要素の材質及び寸法の一例を示しているが、本発明がこのような材質又は寸法のものに限定されるものではないのはもちろんである。

図３（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）、（ｂ）に示す実施形態の変形例を示している。この変形例に係る発電機１‘の構成及び機能は、基本的には図１（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に係る発電機１と同様である。本発明の実施形態又は変形例に係る発電機１、１’によれば、ステータ３及びロータ６が比較的大径であり、かつステータ３がプラスチック等の密度の小さい材料で形成されているので、比較的軽量で発電量を多くすることができる。

１ 実施形態に係る風力発電装置用発電機
１‘ 変形例に係る風力発電装置用発電機
２ シャフト
３ ステータ
４ 第１回転板
５ 第２回転板
６ ロータ
７ コイル装着部
８ 第１磁石装着部
９ 第２磁石装着部
１０ 発電用コイル
１１ 発電用永久磁石
１２ 磁気浮上部
１３ ステータ側永久磁石
１４ 回転板側永久磁石

Claims (3)

1. 固定されたシャフトと、
   前記シャフトに同軸状に結合された比較的大径の略円板状のステータと、
   それぞれ前記シャフトに回転自在に外嵌され前記ステータをシャフト中心軸の伸びる方向に所定の間隔をあけて挟むように配置された、ステータとほぼ同径の略円板状の２つの回転板を有するロータとを備えていて、
   前記ステータの外縁部近傍に環形のコイル装着部が設けられ、
   前記２つの回転板に、それぞれ前記コイル装着部と対向する環形の磁石装着部が設けられ、
   前記コイル装着部に発電用コイルが装着される一方、前記各磁石装着部に、前記発電用コイルと対向するように配置された発電用永久磁石が装着され、
   前記ステータが、プラスチック又はプラスチックより密度が小さい材料で形成されていることを特徴とする風力発電装置用発電機。
2. 前記ステータを、シャフト中心軸の伸びる方向に関して一定の位置に維持する磁気浮上部が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の風力発電装置用発電機。
3. 前記磁気浮上部は、前記ステータに装着されたステータ側永久磁石と、前記各回転板に装着された回転板側永久磁石とを有し、
   互いに対向する前記ステータ側永久磁石と前記回転板側永久磁石とが、互いに反発しあう極性をもつようにして、互いに間隙をあけて対向していることを特徴とする、請求項２に記載の風力発電装置用発電機。