JP2023183964A - 風力発電ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】微風から強風迄効率よく風を電力に変換でき、かつバッテリー性能を向上させる風力発電機を提案する。【解決手段】複数の相で構成された非回転のコイル部と、該コイル部に間隙をもって対向配置される永久磁石と、該永久磁石を固定したロータ部とを備えた無鉄心の発電機と、該発電機のロータの同軸延長上に配置されるブレードとを備えた風力発電ユニットにおいて。前記コイル部の前記各相は同数のコイル体で構成され、該複数コイル体はコイル体間の接続が直列及び/又は並列の切替によって3段以上の多段切替のパターンを有し、風速に従って自動的に3段以上の多段切替を行うことを特徴とするコアレス型の風力発電ユニット。【選択図】図1
Description
本発明は風力発電ユニットに係り、特に微風から強風までに対応できるコアレスタイプの風力発電ユニットに関する。
クリーンエネルギー源として風力や太陽光等の自然エネルギー利用が実用されているが、風力は曇天・雨天でも発電機能するものの風力・風向が一定ではない難が知られている。そこで風力発電効率を高める為、従来より風力発電機におけるコイル回路の切替が知られている。
特許文献1はバッテリー対応でコイル回路の切替を行っている。但しコアレスタイプの発電機ではなく、出力電圧の取り出し易さが望まれる。尚、切替が多段対応ではない。
特許文献2はコアレスタイプの風力発電機と太陽光発電機を併用しており、その風力発電機の発電効率を上げる為に複数のDC-DCコンバータの切替を行っている。風力発電は微風から強風まで多様なので2段切替だけでは対応しきれないのでコイル回路切替に複数のDC-DCコンバータを併用している。これによって微風から強風まで対応して更に発電効率を最大化せんとしている。このように特許文献2も2段切替が前程であるし、複数のDC-DCコンバータのような付帯設備が必要になっている。尚、この先例に示されたコイルは偏平タイプである。
以上のように、風力は微風から強風まで多様であり、風を受ける装置側では増速機やブレーキによる制御で対応はしているが2段切替では多様な風への対応に限りがあった。
そこで本発明では微風から強風迄効率よく風を電力に変換でき、かつバッテリー性能を向上させる風力発電機を提案する。
上記課題を解決する為、本発明の風力発電ユニットは次の何れかを特徴とする。
(1)複数の相で構成された非回転のコイル部と、該コイル部に間隙をもって対向配置される永久磁石と、該永久磁石を固定したロータ部とを備えた無鉄心の発電機と、該発電機のロータの同軸延長上に配置されるブレードとを備えた風力発電ユニットにおいて、前記コイル部の前記各相は同数のコイル体で構成され、該複数コイル体はコイル体間の接続が直列及び/又は並列の切替によって3段以上の多段切替のパターンを有し、風速に従って自動的に3段以上の多段切替を行うことを特徴とするコアレス型の風力発電ユニット。
(1)複数の相で構成された非回転のコイル部と、該コイル部に間隙をもって対向配置される永久磁石と、該永久磁石を固定したロータ部とを備えた無鉄心の発電機と、該発電機のロータの同軸延長上に配置されるブレードとを備えた風力発電ユニットにおいて、前記コイル部の前記各相は同数のコイル体で構成され、該複数コイル体はコイル体間の接続が直列及び/又は並列の切替によって3段以上の多段切替のパターンを有し、風速に従って自動的に3段以上の多段切替を行うことを特徴とするコアレス型の風力発電ユニット。
(2)複数の相で構成された非回転のコイル部と、該コイル部に間隙をもって対向配置される永久磁石と、該永久磁石を固定したロータ部とを備えた無鉄心の発電機と、該発電機のロータの同軸延長上に配置されるブレードとを備えた風力発電ユニットにおいて、前記コイル部の前記各相は同数のコイル体で構成され、該複数コイル体はコイル体間の接続が直列及び/又は並列の切替によって3段以上の多段切替のパターンを有するコイル群Aと、該コイル群Aの構成コイル線材よりも細くて途中に接点が無い導線からなる細線Bとを備えて、コイル群Aに細線Bを接続して用いる場合と、細線Bを用いずコイルA群のみを用いる場合との切り替えを行い、風速に従って自動的に3段以上の多段切替を行うことを特徴とするコアレス型の風力発電ユニット。
(3)複数の相で構成された非回転のコイル部と、該コイル部に間隙をもって対向配置される永久磁石と、該永久磁石を固定したロータ部とを備えた発電機と、該発電機のロータの同軸延長上に配置されるブレードとを備えた風力発電ユニットにおいて。前記コイル部の前記各相は同数のコイル体で構成され、該複数コイル体はコイル体間の接続が直列及び/又は並列の切替によって3段以上の多段切替のパターンを有するコイル群Aと、該コイル群Aの構成コイル線材よりも細くて途中に接点が無い導線からなる細線Bとを備えて、コイル群Aに細線Bを接続して用いる場合と、細線Bを用いずコイルA群のみを用いる場合との切り替えを行い、風速に従って自動的に3段以上の多段切替を行うことを特徴とする風力発電ユニット。
(4)更に前記コイル群Aと前記コイルBとを並列で使用することを特徴とする(2)又は(3)の風力発電ユニット。
(5)前記コイル部は線材を前記各相ごとに複数ターン巻いたものを前記のコイル体とし、該コイル体を複数連ねたものを積層して円筒状に形成してコイル円筒体とし、前記コイル体ごとに導線を引き出し、該導線をコイル切り家基板に接続し、該コイル切替基板にはスイッチ回路が設けられ、該スイッチ回路は前記コイル体の直列及び/又は並列の切替によって3段以上のパターンの多段切替を行うことを特徴とする上記(1)乃至(4)いずれかの風力発電ユニット。
(6)前記線材にリッツ線を用いることを特徴とする上記(5)の風力発電ユニット。
(7)上記(1)乃至(6)のいずれかの風力発電ユニットを少なくとも前記ブレード正面と背面が開口するように筐体で囲い、前記ブレードに風を集めるように風流形成部を設けたことを特徴とする風レンズ付きのブロックタイプの風力発電ユニット。
(8)上記(7)の風流形成部に可動板を用い、風向に従って該可動板を動かして前記ブレードへの集風を行うことを特徴とする風力発電ユニット。
(9)上記(1)乃至(8)のいずれかにおいて発電電力を蓄電する鉛蓄電池を併設する風力発電ユニット。
(10)そして上記(7)又は(8)の風力発電ユニットを横並びに及び/または積み重ねて複数ユニット連接してなる風力発電ユニット群。
尚、以上の風力発電ユニットのエネルギーたる風力を海流に置き換えてもブレード回転利用の発電という点は共通思想であり、すなわち風力を海流に置き換えた海流発電ユニットも本発明が提案する範囲である。
尚、以上の風力発電ユニットのエネルギーたる風力を海流に置き換えてもブレード回転利用の発電という点は共通思想であり、すなわち風力を海流に置き換えた海流発電ユニットも本発明が提案する範囲である。
本発明により、微風から強風までの幅広い風力に段階的に対応して発電効率の向上が図られ、加えて微風においても充電でき、強風下では蓄電池の故障が回避でいるという効果がある。
(風力発電ユニットの装置構成例)
図1に本発明の発電ユニットを用いた発電設備の概念を例示する。
まず、風を受けて回転するブレード1が風の当たるエリア13に配置されている。ブレード1の後部にナセル3たるケーシング相当部が配置されている。ナセル3内に後述の発電機が位置するがその発電機はブレード1に動力伝達軸2で繋がっている。そしてブレード1に風が当たるとブレード1が回転し、動力伝達軸2を通じてナセル3内にブレード1の回転力が伝わることになる。ナセル3は、空気力学を考慮して設計された筐体であるが、後述のブロックキューブ型発電ユニットの実施態様のように筐体の形状は、このようなナセル形状には拘らず、外観が略箱型等でも良い。
図1に本発明の発電ユニットを用いた発電設備の概念を例示する。
まず、風を受けて回転するブレード1が風の当たるエリア13に配置されている。ブレード1の後部にナセル3たるケーシング相当部が配置されている。ナセル3内に後述の発電機が位置するがその発電機はブレード1に動力伝達軸2で繋がっている。そしてブレード1に風が当たるとブレード1が回転し、動力伝達軸2を通じてナセル3内にブレード1の回転力が伝わることになる。ナセル3は、空気力学を考慮して設計された筐体であるが、後述のブロックキューブ型発電ユニットの実施態様のように筐体の形状は、このようなナセル形状には拘らず、外観が略箱型等でも良い。
ナセル3内で増速器がギアを使って回転数を増やし回転速度を速める。尚、1kw近辺の発電機では増速器は不要である。特に後述する多段切替方式を採用する場合、更には後述する風レンズを用いるならば増速器は使用せずに済む。
伝達された回転はコアレス型発電機6で電力に変換する。コアレス型発電機6の内容については別項で説明するが本例で採用するコアレス型発電機6内のコイルは円筒型に形成され(符号61)、内部の空間に前記の増速器やブレーキ装置5を納めることができる(図では説明簡単化の為、これら機器を直列に順次配列している)。ブレーキ装置5は暴風や点検時等において回転の抑制や停止を担う。但しブレーキ装置5は必須ではない。
本例においては発電ユニットが支柱9上に設置されている。支柱9内は空洞になっていてケーブル類が通る。そしてコアレス型発電機6で変換された電気は支柱9内を出力ケーブル10経由で鉛蓄電池11を経由し或いは直接に出力ケーブル12を通じて利用先へ配電される。尚、トランスを介して昇圧する場合も本発明に含む。
尚、本例は支柱9を用いているが支柱9を使わず後述のブロックキューブタイプのように接地面に据え置き型であっても良く、添え置き型ならば支柱9は不要となり、ブロックキューブタイプならば発電機を覆う筐体がナセル3機能を有することになる。
コアレス型発電機6の円筒コイル体61には同軸上にコイル接続切替基板7が付設されていて、このコイル接続切替基板7と円筒コイル体61とは接続線8で接続されている。コイル接続の切替は後述する。コイル接続切替については別項で説明する。
ナセル3には上面に監視用通信機14(送受信装置。アンテナ、センサ付き)と風向・風速計15が付設されており、監視用通信機14は地上(屋内)の監視センタ(図略)で監視し、風向・風速計15の測定風速はブレーキ装置5及びコイル接続切替基板7にも伝達される配線(図略)にしている。
(コアレス型の説明)
次に風力発電ユニットにおいてコアレスタイプ(つまり無鉄心)の発電機システムの優位性を含めて説明する。
次に風力発電ユニットにおいてコアレスタイプ(つまり無鉄心)の発電機システムの優位性を含めて説明する。
図2は図1に示したコアレス型発電機6の具体的な構成を説明する図である。動力伝達軸2はベアリング46を介して発電機ケーシング40が非回転に配置されている。発電機ケーシング40はコップ容器様で開放部に蓋41(非回転)が嵌められている。こうして略円筒の容器が形成される中にコイル体(非回転)とロータ部が配置されることになる。
そのロータ部はアウターヨーク42とインナーヨーク43がいずれもヨーク支持部材45を介して伝達動力軸2に固定されているので回転する構成になっている。本例ではアウターヨーク42の内面側に永久磁石44を配しているが、永久磁石44はインナーヨーク43側に配置されても良いし、アウターヨーク42とインナーヨーク43の両方に配置されても良く、いずれにせよ永久磁石44は円筒コイル体61に間隙をもって対向配置されている。尚、アウターヨーク42とインナーヨーク43のいずれか一方だけを使用し、その使用したヨークに永久磁石44を配する例も本発明の態様になる。
ロータ回転に対して静止状態(非回転)を保つ為に片持ち状態で内部に固定されている円筒コイル体61はロータの回転運動や磁力によって円形の捻じれ或いは位置ずれに対応できるように円筒コイル体61の片面若しくは両面にコイル補強層61aが形成され更に円筒コイル体61の開放端側にコイル補強リング47が篏合されている。またコイル接続切替基板7は動力伝達軸2に接触せぬようドーナツ円板状に形成されて、それに切替回路の配線と半導体素子類が搭載されている。このコイル接続切替基板7は非回転になっている。
図示省略するは内部発熱の冷却の為、直接及び/又は間接に冷媒による冷却を図ることも有効である。
図示省略するは内部発熱の冷却の為、直接及び/又は間接に冷媒による冷却を図ることも有効である。
こうして構成された発電機は円筒状のコアレス型故に内部に空洞を形成し易く、その為、増速機、ギア、ブレーキ等をその空洞内に納めることも可能になり、装置のコンパクト化が図れることになる。
風力発電は風のエネルギーを風車で機械エネルギーに変換し、機械エネルギーを発電機で電気エネルギーに変換する。風車の最大変換効率は59.3%(約60%:ベッツの定理)だが、現状は理想的な風車で約40%、通常の風車で約30%程度になる。以上のことから風力発電システムの発電効率は発電機の効率を80~90%とすれば最良でも30~35%程度になる。1kW発電機はプロペラ(ブレード)直径2m、面積が3.14m2で効率は31.8%に設計されている。プロペラタイプの周速比(風速とブレード先端のスピードの比率)は一般に6(変換効率が高い)が選ばれ、定格時(風速12m/秒)のブレードの先端速度は259.2km/時、回転数は688rpmとなっている。
風のエネルギーは風速の3乗に比例する。風の圧力(風圧)は風速の2乗に比例し、風のエネルギーは風速×圧力=風速の3乗になる。それ故、風速が小さいときはエネルギーが非常に小さく、反対に風速が大きくなれば急速にエネルギーが増加する。
現状、一般に風力発電機の作動範囲は2.5m/秒以下では発電できるエネルギーよりも制御回路を動作させるエネルギーの方が大きくなり、15m/秒以上では出力が大き過ぎて発電機や制御回路を破壊してしまう可能性が高いからである。以上のことからわかるように風力発電システムは微風から強風まで効率よく利用できるようにすることが最大の課題になる。
一般に小型風力発電機には永久磁石同期発電機が採用されている。永久磁石同期モータ及び発電機にはコアドタイプが多く実用されているが、本発明者の検討ではコアレスタイプの方が適している。
図3のグラフに示すように誘起電圧定数が等しい発電機の場合、コアレス発電機の方が高い電圧を得ることができ、その結果、同一出力を得る場合には出力電流を小さくすることができる。その理由はコアレス発電機のインダクタンスが小さく、インダクタンスによる電圧降下2πfLIが小さくなる為である。
更にコアレスタイプでは別項で後述するコイル切替原理との併用をし易い。そのコイル切替のシステムを使用することで発電電圧の制御が可能になり、発電効率が向上して省エネ化を達成することができる。また、このシステムにより微風から強風時まで広範囲にわたって発電を充電可能になり充電効率が上がる。
(コイルの切替原理)
本発明では複数のコイルを単に直列、並列の2通りに切り替えるのでなく、直列・並列混用によって切替パターンのバリエーションを3種以上にし、つまり複数段切替を行うことを特徴としている。これにより風力に応じて3段階以上の多段切替が可能になるから微風から強風にも対応できるようになる。
本発明では複数のコイルを単に直列、並列の2通りに切り替えるのでなく、直列・並列混用によって切替パターンのバリエーションを3種以上にし、つまり複数段切替を行うことを特徴としている。これにより風力に応じて3段階以上の多段切替が可能になるから微風から強風にも対応できるようになる。
発電機のコイルは複数相、一般的にはU,V,Wの3相で構成されている。その各相ごとに本発明ではコイル単位を3つ以上用いる。そしてコイル単位の接続を全部直列、全部並列の他、直列と並列の混用(シリーズパラ)にすることで3段以上の多段切替を可能にできる。典型的なのは図4に示す各相4コイル使用であり、尚、3コイルのパターンを図5、5コイルのパターンを図6で示す。
図4~図6でわかるようにコイル数を増やせば増やすほど切替パターンのバリエーションは増えて風速への対応も細かくできるようになる。尚、全てのパターンを使う必要はなく、例えば図7に説明するように4コイル使用であれば全部直列(4S=1P-4S。1パラ)、全部並列(4P=4P-1S。4パラ)、2並列2つの直列(2P―2P。2パラ)の3パターンでも良い。その場合、全部直列なら風速の高速対応になり、全部並列なら風速の低速対応になり、2並列2つの直列なら中速対応になる。出力電圧30Vから発電可能なシステムの場合、コイル切替無し(従前のもの)であれば風速3mから発電可能であるが、本例の3段切替を採用すれば風速0.75mから発電可能になる。このことは図7に纏めて図示している。図7は4コイル3段切り替えのグラフになる。3段切替を想定し、コイルは4つで、4S(1パラ)、2P-2P(2パラ)、4P(4パラ)の切替であり、表中の「低速」は風速の低い方で4S(1パラ)を使い、「中速」では2パラに切り替え、「高速」では4パラに切り替える(自動で切り替わるようにしている。尚、表1にて図7図示の場合の風速、回転数と出力電圧との関係を整理する。尚、コイル切替は風速によって自動切替すれば良い。
次に4コイルを例にしてコイル切替装置を図8乃至図12で説明する。図8は説明簡単化の為スイッチ回路を模式化しているが実際には半導体回路で対応する。
本実施形態に係るステータコイル体は、1つの相に4つのコイル(合計12個)を用いた3相12極とされている。このような構成のステータコイル体では、各相を構成するコイル(第1コイルU1、第2コイルU2、第3コイルU3、第4コイルU4、第1コイルV1、第2コイルV2、第3コイルV3、第4コイルV4、第1コイルW1、第2コイルW2、第3コイルW3、第4コイルW4)の間にそれぞれ、スイッチ回路部49(49U1、49U2、49U3、49V1、49V2、49V3、49W1、49W2、49W3)が設けられている。符号48は制御部である。
本実施形態に係るステータコイル体は、1つの相に4つのコイル(合計12個)を用いた3相12極とされている。このような構成のステータコイル体では、各相を構成するコイル(第1コイルU1、第2コイルU2、第3コイルU3、第4コイルU4、第1コイルV1、第2コイルV2、第3コイルV3、第4コイルV4、第1コイルW1、第2コイルW2、第3コイルW3、第4コイルW4)の間にそれぞれ、スイッチ回路部49(49U1、49U2、49U3、49V1、49V2、49V3、49W1、49W2、49W3)が設けられている。符号48は制御部である。
スイッチ回路部49の構成として、スイッチ回路部49U1、49U3、49V1、49V3、49W1、49W3については、入力側1ポート、出力側2ポートの切り替えスイッチが2つ(第1スイッチA、第2スイッチB)、並列に配置されて成る。第1スイッチAの入力側ポートには、第1コイルU1、V1、W1が夫々接続され、第2スイッチBの入力側ポートには、第1バイパス線が接続されている。第1スイッチAの出力側ポートには、aポート側に第2コイルU2、V2、W2が接続され、bポート側に第2バイパス線が接続されている。また、第2スイッチBの出力側ポートには、aポート側が開放(未接続)となっており、bポート側には、第2コイルU2、V2、W2からの分岐線が接続されている。
一方、スイッチ回路部49U2、49V2、49W2については、第2スイッチBについて、入力ポートの数と出力ポートの数が第1スイッチAと逆となるように構成されている。
このような構成にすると、U相、V相、W相のそれぞれにおいて 、スイッチ回路部49U1~49W3について、それぞれ第1スイッチAと第2スイッチBをaポートに設定することで、第1コイルU1~第4コイルU4、第1コイルV1~第4コイルV4、第1コイルW1~第4コイルW4がそれぞれ直列接続されることとなる(この状態を1パラと称す)。また、1パラの状態から回路部49U2、49V2、49W2の第1スイッチAと第2スイッチBをbポートに設定した場合、例えばU相では、第1コイルU1と第2コイルU2が直列、第3コイルU3と第4コイルU4が直列にそれぞれ接続され、第1コイルU1と第2コイルU2の組と、第3コイルU3と第4コイルU4の組がそれぞれ並列に接続されることとなる。なお、V相、W相においても各コイルが同様に接続される(この状態を2パラと称す)。更に、U相、V相、W相のそれぞれにおいて、回路部49U1~49W3について、それぞれ第1スイッチAと第2スイッチBをbポートに設定した場合には、第1コイルU1~第4コイルU4、第1コイルV1~第4コイルV4、第1コイルW1~第4コイルW4がそれぞれ並列接続されることとなる(この状態を4パラと称す)。このような構成をモータに適用すれば直列接続されるコイルが多いシステムほどトルク特性が高く(上記1パラ)、並列接続されるコイルが多いシステムほど回転特性が高くなる(上記4パラ)。そしてこの構成を発電機に用いるのが本発明になる。ただし勿論コイル数は3つ以上、切替段数は3段以上であればコイル数、段数の限定はしない。
このような構成にすると、U相、V相、W相のそれぞれにおいて 、スイッチ回路部49U1~49W3について、それぞれ第1スイッチAと第2スイッチBをaポートに設定することで、第1コイルU1~第4コイルU4、第1コイルV1~第4コイルV4、第1コイルW1~第4コイルW4がそれぞれ直列接続されることとなる(この状態を1パラと称す)。また、1パラの状態から回路部49U2、49V2、49W2の第1スイッチAと第2スイッチBをbポートに設定した場合、例えばU相では、第1コイルU1と第2コイルU2が直列、第3コイルU3と第4コイルU4が直列にそれぞれ接続され、第1コイルU1と第2コイルU2の組と、第3コイルU3と第4コイルU4の組がそれぞれ並列に接続されることとなる。なお、V相、W相においても各コイルが同様に接続される(この状態を2パラと称す)。更に、U相、V相、W相のそれぞれにおいて、回路部49U1~49W3について、それぞれ第1スイッチAと第2スイッチBをbポートに設定した場合には、第1コイルU1~第4コイルU4、第1コイルV1~第4コイルV4、第1コイルW1~第4コイルW4がそれぞれ並列接続されることとなる(この状態を4パラと称す)。このような構成をモータに適用すれば直列接続されるコイルが多いシステムほどトルク特性が高く(上記1パラ)、並列接続されるコイルが多いシステムほど回転特性が高くなる(上記4パラ)。そしてこの構成を発電機に用いるのが本発明になる。ただし勿論コイル数は3つ以上、切替段数は3段以上であればコイル数、段数の限定はしない。
図9に切替回路の概略構成を示す。ギア切替操作手段70はコントローラ71に接続され、ギア切替操作手段70からの指令信号がコントローラ71に入力されると、コントローラ71からシフトレジスタ72に対しては、指令信号Sin(シリアルイン)としての入力となる。
図10に示すように、指令信号Sinが入力されると、シフトレジスタ72からは、端子Q0、Q1、Q2からそれぞれ指令信号が出力されることとなる。この際、シフトレジスタ72では、クロック信号clkの作用により、各端子(Q0、Q1、Q2)からの出力がズレを生じるように調整される。具体的には、SinがL(Lo、以下同じ)でclkが立ち上がるときはQ0がLになり、SinがH(Hi、以下同じ)でclkが立ち上がるとき、Q0はHになる。一方、他の場合、すなわちSinに変化が無い場合には、clkの立ち上がりに関わらず、信号の状態がLまたはHのまま維持される。Q1についてはQ0の信号に基づく変化が成される。具体的には、Q0がLでclkが立ち上がる時はLになり、Q0がHでclkが立ち上がるときはQ1がHになる。そして、Q0の信号に変化が無い場合には、前の状態、すなわちLまたはHの状態が維持される。Q2についてはQ1の信号に基づく変化が成される。具体的には、Q1がLでclkが立ち上がる時はLになり、Q1がHでclkが立ち上がる時はQ2がHになる。Q1の信号に変化が無い場合には、Q1と同様に、前の状態、すなわちLまたはHの状態が維持されることとなる。
Q0とQ2からの出力は、NOR素子73に入力され、EN(XNOR:エクスクリーシブノア)として指令信号が出力される。NOR素子73では、Q0とQ2の信号が一致した場合に指令信号の出力が許可され、両者の信号が一致しない場合には指令信号の出力が許可されない。具体的には、Q0から出力される指令信号がLで、Q2からの出力もLである場合には、ゲートがHとなり、指令信号の出力が許可される。同様に、Q0からの出力がHで、Q2からの出力もHdeある場合にも、ゲートがHとなり、指令信号の出力が許可される。一方、Q0から出力される指令信号がLでQ2からの出力がHである場合や、Q0からの出力がHでQ2からの出力がLである場合には、ゲートがLとなり、指令信号の出力は許可されない。
シフトレジスタ72におけるQ1から出力される指令信号は、NOT素子74を介してAND素子75に入力されると共に、直接AND素子76にも入力される。NOT素子74からの出力信号は、入力された信号と逆になるため(Q1から出力された指令信号がLであった場合、NOT素子74からの出力はH、Q1からの指令信号がHであった場合、NOT素子74からの出力はL)、AND素子75とAND素子76には、Q1からの指令信号としてそれぞれ反対の指令信号が入力されることとなる。
AND素子75、AND素子76は、それぞれQ1からの指令信号と、NOR素子73からの出力信号が同時にHとなった場合のみ、指令信号としてHを出力することとなる。上述したように、AND素子75とAND素子76には、Q1からの指令信号としてそれぞれ反対の信号(L又はH)が入力されるため、両者が同時にHの指令信号を出力することは無い。また、シフトレジスタ72におけるQ0とQ1、及びQ2からの指令信号の切り替えタイミングにもズレが生じていることより、NOR素子73からの出力信号の切り替えタイミングとQ1からの指令信号の切り替えタイミングが一致することも無い。このため、AND素子75とAND素子76との指令信号の切り替えタイミングも一致する虞がない。
AND素子75とAND素子76からの出力はそれぞれ、各相の回路を構成するブロック77,78,79に入力される。なお、ブロック77はU相のブロック、ブロック78はV相のブロック、ブロック79はW相のブロックをそれぞれ示す。また、ブロック77,78,79において、AND素子75から出力される指令信号が入力されるG1sは、ゲートシリアル(直列側)への切り替え信号の入力端子であり、AND素子76から出力される指令信号が入力されるG1pは、ゲートパラレル(並列側)への切り替え信号の入力端子である。上述したように、AND素子75とAND素子76からの指令信号は一致することが無く、L、Hの切り替えタイミングにもズレが生じることとなる。このため図10に示すように、G1sとG1pが同時にON(Hi)となるタイミングが無く、ショートが生じることが無い。なお、G1s、G1pにおける数字「1」は、それぞれ回路部の番号を示す。
図11に、ブロックを構成する回路図の例を示す。なお、図11に示す例は、U相を構成するブロックにおける回路図の例であるが、V相、W相を構成するブロックについても同様な構成となる。例えばLu1hについては、V相の場合Lv1h、W相の場合Lw1h、Lu2hについては、Lv2h、Lw2hとなる。また、Lu1lはLv1lとLw1l、VuはVv、Vwにそれぞれなる。図11に示す例では、回路部に相当するスイッチング素子とFET(電界効果トランジスタ)素子80を示しているが、本発明を実施するにあたってスイッチング素子を用いる場合には、FET素子80を採用することに限定するものでは無い。
図12は図9のデッドタイム生成し指令信号を出力する制御部の詳細を示し、図9の符号72~76を含む枠内の詳細である。そして図13はFETスイッチング回路を示し、図9の符号77のU相ブロックの回路の詳細だが、符号78のV相ブロックや、符号79のW相ブロックも同様である。
風速対応でコイル接続を切り替えるに当たり、風速では風車が追従するまでのタイムラグがあるので、出力電圧か周波数(周波数は出力電圧に比例)で切り替えるのが望ましい。
(コイルの巻き方の例)
図14にコイル切替の様子を別の図4や図8とは別の表現で示す。このように本発明に採用するコイル数は従前のものよりも増加している。そこで本発明者は多数のコイルを円筒状コアレス向けに編み込んで巻くことを提案する。線材コイルの巻き方は色々あるが、例えば本発明者の提案した特許第6989204号でも良いし、下記に提案する方法でも良く、勿論これらの巻き方には限定されないし、上記切替思想を踏襲すれば線材ではなくて銅板を用いるなども本発明態様の範疇になる。
図14にコイル切替の様子を別の図4や図8とは別の表現で示す。このように本発明に採用するコイル数は従前のものよりも増加している。そこで本発明者は多数のコイルを円筒状コアレス向けに編み込んで巻くことを提案する。線材コイルの巻き方は色々あるが、例えば本発明者の提案した特許第6989204号でも良いし、下記に提案する方法でも良く、勿論これらの巻き方には限定されないし、上記切替思想を踏襲すれば線材ではなくて銅板を用いるなども本発明態様の範疇になる。
この実施形態の中空の円筒コイル体61は複数個のコイル単体17から形成されている。各コイル単体17は例えば10ターンのように複数回巻回されている。そして複数個のコイル単体17が、円筒コイル体61の円周方向に連続的に配置されることで円筒コイル体61の周壁61aが形成されている。
周壁61aは、図16図に示のように、内側円筒状コイル体18と、円筒コイル体61の半径方向で内側円筒状コイル体18の外側に配置される中間円筒状コイル体19と、円筒コイル体61の半径方向で中間円筒状コイル体19の外側に配置される外側円筒状コイル体20とからで構成されている。内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20は、いずれも、複数個のコイル単体17が円筒コイル体61の円周方向に連続的に配置されて形成されている。
コイル単体17を形成する線材21は、周囲が絶縁処理されている導電性の線材である。図17にその一例を示す。図17図示の線材21は、外周をエナメル層29で覆われている銅細線28が複数本で束にされ、これがガラス繊維のような繊維状物30で覆われている。中空の円筒コイル体61の円筒状の周壁61aを形成するようにコイル単体17が円筒コイル体61の円周方向に連続的に配置される前のコイル単体17は、図18図示のように平板状のコイル体である。コイル単体17は、線材21が、円筒型コイル61の軸16(図15)が延びる方向と直交する巻回軸26(図18)の周りに、螺旋状に複数回巻回されることで形成されている。
図18、図19図示の実施形態では、円筒コイル体61の軸16が延びる方向の部分を形成する第一巻線部分22及び第二巻線部分23と、第一巻線部分22の軸16が延びる方向における一方の側(図18の上側)と第二巻線部分23の前記一方の側との間を形成する第三巻線部分24と、第一巻線部分22の軸16が延びる方向における他方の側(図18の下側)と第二巻線部分23の他方の側との間を形成する第四巻線部分25とを備えている。
第一巻線部分22の横幅方向のサイズすなわち、円筒コイル体61の軸16が延びる方向と直交する円筒コイル体61の円周方向に相当する横幅方向の第一巻線部分22のサイズと、第二巻線部分23の横幅方向のサイズとは略同一にしている。第一巻線部分22と第二巻線部分23とが横幅方向に間隔をあけていることで第一巻線部分22と第二巻線部分23との間に中央空間部27が形成されている。すなわち、円筒コイル体61の軸16(図15)が延びる方向と直交する巻回軸26の周りに、線材21が、螺旋状に複数回巻回されることで形成されているコイル単体17は、巻回軸26の側に中央空間部27を備えている。
図18図示の実施形態では、第一巻線部分22と第二巻線部分23とは、円筒コイル体61の軸16(図15)が延びる方向に直線的に延びている。このような構造、形態に限られず、図18で左右方向に曲線状に凸湾する構造、形態も採用可能である。
図17、図18図示の線材21が、巻回軸26の周りに螺旋状に複数回巻回されてコイル単体17の第一巻線部分22、第三巻線部分24、第二巻線部分23、第四巻線部分25が形成されていることから、平板状のコイル単体17の厚み(図18の図面の前後方向のサイズ)は、線材21の直径によって規定される。
コイル単体17が複数個円周方向に配置されてなる内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20が円筒コイル体61の半径方向に図16図示のように配置されてなる円筒コイル体61の周壁61aの半径方向の厚みも線材21の直径によって規定される。中空の円筒コイル体61は発電機に使用される。発動機の稼働時、コイル単体17に流れる電流によって形成される電界の機能を考慮して内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20のそれぞれは、いずれも略同一構造、略同一サイズで形成しておくことができる。
なお、本実施態様において、構造、サイズについて略同一構造、略同一サイズとしているものは、相対比する構造、サイズが完全に同一の場合だけでなく、発電機の稼働時に、この実施形態の円筒コイル体61が採用されている発電機が、その設定されている出力、効率を発揮することに適した安定した電界が、内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20を構成する複数のコイル単体17に流れる電流によって形成される程度に、実質的に同一の構造、実質的に同一のサイズの場合をも含む概念である。
図18図示のように、コイル単体17は、線材21が巻回軸26の周りに半径方向で外側に向かって膨出することなく螺旋状に複数回巻回されてなるものである。線材21が巻回軸26の周りに半径方向で外側に向かって膨出することなく巻回されることから、図18図示のように、線材21が巻回軸26の周りに巻回されている途中で線材21が巻回軸26の半径方向外側に向かって屈曲する部分が存在しない構造になる。
図18図示の実施形態では、第三巻線部分24は、図18中、第一巻線部分22の上端から第二巻線部分23の上方へ斜めに向かう巻線部分24aと、第二巻線部分23の上端から第一巻線部分22の上方へ斜めに向かう巻線部分24bとからで形成されている。また、第四巻線部分25は、図18中、第一巻線部分22の下端から第二巻線部分23の下方へ斜めに向かう巻線部分25aと、第二巻線部分23の下端から第一巻線部分22の下方へ斜めに向かう巻線部分25bとからで形成されている。コイル単体17における巻線部分24aが第三巻線部分第一傾斜辺になり、巻線部分24bが第三巻線部分第二傾斜辺になる。コイル単体17における巻線部分25aが第四巻線部分第一傾斜辺になり、巻線部分25bが第四巻線部分第二傾斜辺になる。こうして、図18図示の実施形態では、コイル単体17は、6辺を有する亀甲状になっている。
上述したように、第一巻線部分22、第二巻線部分23は、図18でそれぞれ左右方向に曲線状に凸湾する構造、形態することが可能である。第三巻線部分24、第四巻線部分25も、図18図示の、巻線部分24a、巻線部分24b、巻線部分25a、巻線部分25bのように直線状に延びる構造、形態に限られない。第三巻線部分24を、図18の上側に向かって曲線状に凸湾する構造、第四巻線部分25を、図18の下側に向かって曲線状に凸湾する構造にすることもできる。この場合、図18図示の状態のコイル単体17は、図18において上下方向に長径、左右方向に短径を有する楕円形状や、長円形状になる。コイル単体17は、楕円形状、長円形状に形成されていても良い。
内側円筒状コイル18は、コイル単体17の第二巻線部分23の円筒型コイル61の半径方向で内側あるいは外側に円筒型コイル61の円周方向における次位のコイル単体17の第一巻線部分22が配置される形態でコイル単体17が円筒コイル体61の円周方向に複数個配置されて形成されている。
図19は、円筒コイル体61の周壁61aを形成する円筒状に形成されていない状態で平板状であるときの内側円筒状コイル体18を、円筒コイル体61の半径方向外側から内側に向かってみたときの一部を省略した図である。図19中、左端のコイル単体17の第二巻線部分23の図15における前面側(すなわち、円筒コイル体61の半径方向外側)に、円筒コイル体61の円周方向で次位のコイル単体17(すなわち、図19において中間に位置しているコイル単体17)の第一巻線部分22が配置されている。そして、図19において中間に位置しているコイル単体17の第二巻線部分23の図19における前面側(すなわち、円筒コイル体61の半径方向外側)に、円筒コイル体61の円周方向で次位のコイル単体17(すなわち、図19において右端に位置しているコイル単体17)の第一巻線部分22が配置されている。このような形態でコイル単体17が、円筒コイル体61の円周方向に複数個配置されて内側円筒状コイル体18が形成される。
なお、図19では、円筒コイル体61の円周方向で前位(図19における左側)のコイル単体17の第二巻線部分23の、円筒コイル体61の半径方向外側(すなわち、図19における前面側)に、円筒コイル体61の円周方向で次位(図19における右側)のコイル単体17の第一巻線部分22が配置されているが、次位のコイル単体17の第一巻線部分22が、前位のコイル単体17の第二巻線部分23の、円筒コイル体61の半径方向内側(すなわち、図19における背面側)に配置されるようになってもよい。
中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20の構造も上述した内側円筒状コイル体18の構造と同一である。
中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20の構造も上述した内側円筒状コイル体18の構造と同一である。
この実施形態の円筒コイル体61が、例えば、三相回転電機に用いられる場合、円筒コイル体61の円周方向に複数個配置されるコイル単体17は、それぞれ、U相、V相、W相のいずれかを構成するコイル体になる。この場合、図15、図16、及び図19に図示のように、円筒コイル体61の円周方向に連続的に配置されて円筒コイル体61の円筒状の周壁61aを形成するコイル単体17は、内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20のそれぞれにおける円周方向で次位の同相のコイル単体17と電気的に接続される。
図20は、この電気的な接続形態の一例を説明するものである。図中、符号31aで示されているものはコイル単体17からなり、円筒コイル体61における内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19あるいは、外側円筒状コイル体20の円周方向で同一の相、例えば、U相を形成するものである。
この場合、内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20のそれぞれにおいて、U相を形成するコイル単体31aはコイル単体31aを構成している線材32aを介して円周方向で次位に位置し、同じくU相を形成するコイル単体31bと電気的に接続される。コイル単体31bはこれを構成している線材32bを介して円周方向で次位に位置し、同じくU相を形成するコイル単体31cと電気的に接続される。尚、このコイル間接続においては後述のコイル接続切替スイッチが後述の如く介在する(以下同じ)。
同様の電気的接続が、内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20のそれぞれにおいて、V相を形成する複数個のコイル単体同士の間で、また、W相を形成する複数個のコイル単体同士の間で行われる。
図15、図16図示のように、内側円筒状コイル体18の半径方向で外側に中間円筒状コイル体19、中間円筒状コイル体20の外側に外側円筒状コイル体20が配置されて円筒コイル体61の周壁61aが形成される状態は図21を参照して説明すると次のようになる。
なお、図21では、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体17を、円筒コイル体61の円周方向における前位のコイル単体31a4、円周方向における次位のコイル単体31b4、円周方向における次位のコイル単体31c4で示している。中間円筒状コイル体19を形成するコイル単体17を、円筒コイル体61の円周方向における前位のコイル単体31a5、円周方向における次位のコイル単体31b5、円周方向における次位のコイル単体31c5で示している。外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体17を、円筒コイル体61の円周方向における前位のコイル単体31a6、円周方向における次位のコイル単体31b6、円周方向における次位のコイル単体31c6で示している。
また、図21では、前位のコイル単体17の第二巻線部分23の円筒コイル体61の半径方向内側あるいは半径方向外側に配置される次位のコイル単体17の第一巻線部分22は、いずれも、前位のコイル単体17の第二巻線部分22の円筒コイル体61の半径方向外側に配置されるとして図示している。
内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31b4の中央空間部27に、中間円筒状コイル体19を形成する円周方向で前位のコイル単体31a5の第二巻線部分23及び当該第二巻線部分23の半径方向外側に配置される中間円筒状コイル体19を形成する円周方向で次位のコイル単体31b5の第一巻線部分22が配置される。
同様に、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31b4の中央空間部27に、外側円筒状コイル体20を形成する円周方向で前位のコイル単体31a6の第二巻線部分23及び当該第二巻線部分23の半径方向外側に配置される外側円筒状コイル体20を形成する円周方向で次位のコイル単体31b6の第一巻線部分22が配置される。
ここで、半径方向で積層状態になっている中間円筒状コイル体19を構成するコイル単体31a5の第二巻線部分23、中間円筒状コイル体19を構成するコイル単体31b5の第一巻線部分22と、半径方向で積層状態になっている外側円筒状コイル体20を構成するコイル単体31a6の第二巻線部分23、外側円筒状コイル体20を構成するコイル単体31b6の第一巻線部分22とは、図21図示のように、円筒コイル体61の半径方向で互いに重なり合うことなく、円筒コイル体61の円周方向に配置される形態になる。
また、中間円筒状コイル体19を形成するコイル単体31b5の中央空間部27に、外側円筒状コイル体20を形成する円周方向で前位のコイル単体31a6の第二巻線部分23及び当該第二巻線部分23の半径方向外側に配置される外側円筒状コイル体20を形成する円周方向で次位のコイル単体31b6の第一巻線部分22が配置される。
同様に、中間円筒状コイル体19を形成するコイル単体31b5の中央空間部27に、内側円筒状コイル体18を形成する円周方向で前位のコイル単体31b4の第二巻線部分23及び当該第二巻線部分23の半径方向外側に配置される内側円筒状コイル体18を形成する円周方向で次位のコイル単体31c4の第一巻線部分22が配置される。
ここで、半径方向で積層状態になっている外側円筒状コイル体20を構成するコイル単体31a6の第二巻線部分23、外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体31b6の第一巻線部分22と、半径方向で積層状態になっている内側円筒状コイル体18を構成するコイル単体31b4の第二巻線部分23、内側円筒状コイル体18を構成するコイル単体31c4の第一巻線部分22とは、図21図示のように、円筒コイル体61の記半径方向で互いに重なり合うことなく、円筒コイル体61の円周方向に配置される形態になる。
また、外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体31a6の中央空間部27に、内側円筒状コイル体18を形成する円周方向で前位のコイル単体31a4の第二巻線部分23及び当該第二巻線部分23の半径方向外側に配置される内側円筒状コイル体18を形成する円周方向で次位のコイル単体31b4の第一巻線部分22が配置される。
同様に、外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体31a6の中央空間部27に、中間円筒状コイル体19を形成する円周方向で前位のコイル単体31a5の第二巻線部分23及び当該第二巻線部分23の半径方向外側に配置される中間円筒状コイル体19を形成する円周方向で次位のコイル単体31b5の第一巻線部分22が配置される。
ここで、半径方向で積層状態になっている内側円筒状コイル体18を構成するコイル単体31a4の第二巻線部分23、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31b4の第一巻線部分22と、半径方向で積層状態になっている中間円筒状コイル体19を構成するコイル単体31a5の第二巻線部分23、中間円筒状コイル体19を構成するコイル単体31b5の第一巻線部分22とは、図21図示のように、円筒コイル体61の半径方向で互いに重なり合うことなく、円筒コイル体61の円周方向に配置される形態になる。
内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31a4の第三巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分24b(図18)の半径方向外側に、中間円筒状コイル体19を形成するコイル単体31a5の第三巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分24a(図18)が配置される。また、内側円筒状コイル体18をするコイル単体31a4の第三巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分24b(図18)の半径方向外側に外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体31a6の第三巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分24a(図18)が配置される。
この際、図21図示のように、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31a4の第三巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分24bの半径方向外側に中間円筒状コイル体19を形成するコイル単体31a5の第三巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分24aが配置されている位置と、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31a4の第三巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分24bの半径方向外側に外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体31a6の第三巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分24aが配置されている位置とは、円筒コイル体61の半径方向で重ならない。
内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31a4の第四巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分25b(図18)の半径方向外側に中間円筒状コイル体19を形成するコイル単体31a5の第四巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分25a(図18)が配置される。また、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31a4の第四巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分25b(図18)の半径方向外側に外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体31a6の第四巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分25a(図18)が配置される。
この際、図21図示のように、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31a4の第四巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分24bの半径方向外側に中間円筒状コイル体19を形成するコイル単体31a5の第四巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分25aが配置されている位置と、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31a4の第四巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分25bの半径方向外側に外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体31a6の第四巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分25aが配置されている位置とは、円筒コイル体61の半径方向で重ならない。
内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31b4の第三巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分24aの半径方向外側に中間円筒状コイル体19を形成するコイル単体31a5の第三巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分24b(図18)が配置される。また、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31b4の第三巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分24aの半径方向外側に外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体31a6の第三巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分24b(図18)が配置される。
この際、図21図示のように、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31b4の第三巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分24aの半径方向外側に中間円筒状コイル体19を形成するコイル単体31a5の第三巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分24bが配置されている位置と、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31b4の第三巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分24aの半径方向外側に外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体31a6の第三巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分24bが配置されている位置とは、円筒コイル体61の半径方向で重ならない。
内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31b4の第四巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分25a(図18)の半径方向外側に中間円筒状コイル体19を形成するコイル単体31a5の第四巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分25b(図18)が配置される。また、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31b4の第四巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分25a(図18)の半径方向外側に外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体31a6の第四巻線部分の第二傾斜辺を構成する巻線部分25b(図18)が配置される。
この際、図21図示のように、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31b4の第四巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分25aの半径方向外側に中間円筒状コイル体19を形成するコイル単体31a5の第四巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分25aが配置されている位置と、内側円筒状コイル体18を形成するコイル単体31b4の第四巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分25aの半径方向外側に外側円筒状コイル体20を形成するコイル単体31a6の第四巻線部分の第一傾斜辺を構成する巻線部分25aが配置されている位置とは、円筒コイル体61の半径方向で重ならない。
上述した配置構造によって、内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20を構成するコイル単体17の第一巻線部分22、第二巻線部分23、第三巻線部分24、第四巻線部分25は、円筒型コイル61の半径方向で2層でのみ重なり合っている形態で、円筒コイル体61の周壁61aが形成されている。
すなわち、図16で説明したように、この実施形態の円筒コイル体61の周壁61aは軸16の方向から見たときに円筒コイル体61の半径方向で3層の円筒状コイル体(内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20)によって構成されているのであるが、周壁61aは、コイル単体17の2層分の厚みしか有しないものとして形成されている。
これは、上述したように、内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20が互いに円筒コイル体61の円周方向にずれて配置されていることで実現されている。
図示の実施形態では、中間円筒状コイル体19はその内側に配置されている内側円筒状コイル体18に対して、図18で、第一巻線部分22の横幅方向分、すなわち、第二巻線部分23の横幅方向分、円周方向(図21で右側方向)にずれて配置されている。また、外側円筒状コイル体20はその内側に配置されている中間円筒状コイル体19に対して、図21で、第一巻線部分22の横幅方向分、すなわち、第二巻線部分23の横幅方向分、円周方向(図21で右側方向)にずれて配置されている。
これによって、円筒コイル体61の周壁61aが形成された際に、内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20を構成するコイル単体17の第一巻線部分22、第二巻線部分23、第三巻線部分24、第四巻線部分25は、円筒コイル体61の半径方向で2層でのみ重なり合うようになっている。
以上説明してきたコイル単体同士を接続するに際しては切替スイッチ回路の構成にしたがって適宜スイッチを介在させる。このスイッチは半導体回路を用いて図1のコイル切替基板7に固定される。
図17を用いて説明した線材21の繊維状物30をこれがガラス繊維のような加熱で溶融する部材にしておき、内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20となる平板状のコイル体をそれぞれ複数個のコイル単体17を用いて上述したように準備し、更に、内側円筒状コイル体18の半径方向外側に中間円筒状コイル体19、中間円筒状コイル体19の半径方向外側に外側円筒状コイル体20を、内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20が互いに円筒コイル体61の円周方向に所定の変位量だけずらして配置し、その後に加熱し、繊維状物同士を熱融着させて周壁61aがコイル単体17の2層分相当の厚で形成されている本実施形態の中空の円筒コイル体61にすることができる。
ところで後述の更なる実施態様2のように発電機対応として本発明者はスイッチを介さない1本の細線33を前述の巻き線21巻回時に一緒に巻くことを提案する(図22参照)。図17の構成線材は実質的に太さ、特性が同規格であるが、その構成線材の内の1本相当(或いは若干当該細線よりも太目で外径よりも細い導線)を一緒に巻き回す。但し、この細線33は線材21とは異なり細線33間でのスイッチが無く、その役割については後述する。細線1本だけであり、厚さの誤差範囲として構造上は扱える。例えばターン数が夫々10ターンとして細線33は線材21と一緒に巻いてもターン数は線材21と細線33で替えて良い。要するに微風時にだけ使う細線33を線材21作成時に一緒に巻いておけば製作工程が便利である。この巻き方による実施態様は後述の更なる実施態様2に示す。
上述した構造にしていることから、複数個のコイル単体17が円筒コイル体61の円周方向に連続的に配置されて内側円筒状コイル体18、中間円筒状コイル体19、外側円筒状コイル体20を形成し、更に、内側円筒状コイル体18の半径方向外側に中間円筒状コイル体19、中間円筒状コイル体19の半径方向外側に外側円筒状コイル体20が配置されて円筒コイル体61が形成される際に、コイル単体17が、円筒コイル体61の半径方向で屈曲する大きさは、コイル単体17の厚さサイズを実質的に越えないことになる。
そこで、コイル単体17を形成する線材21にかかるストレスを抑制することができる。また、円筒コイル体61の周壁61aの半径方向の厚さはコイル単体17の厚さサイズの2倍相当の大きさで、少なくとも3倍を越えないものになる。
本実施形態の円筒コイル体61においては、周壁61aを構成している複数個のコイル単体17は、いずれも、図18を用いて説明したように、線材21が巻回軸26の周りに巻回されている途中で線材21が巻回軸26の半径方向外側に向かって屈曲する部分が存在しない構造になっている。このため、巻回軸の半径方向外側に向かってヘアピン型に膨出する膨出部を備えているコイル単体が使用される場合に比較するとコイルの経路の観点から電気抵抗の増加を抑制できるものになる。そして、上述したように円筒コイル体61の半径方向で屈曲する大きさを小さくすることができるので、線材21が受ける機械的ストレスも小さくすることができる。
そして、上述したようにして組み立てられていることから、円筒型コイル61の周壁61aの半径方向の厚さはコイル単体17の厚さサイズの2倍相当で、少なくとも3倍を越えないものになる。
図19、図21図示の実施形態では、第一巻線部分22、第二巻線部分23は、中空の円筒コイル体61の軸16(図15)が延びる方向に直線的に延びていて、第三巻線部分24、第四巻線部分25も直線状に延びる斜辺で説明した。しかし、このような直線的な構造に限られず、上述した配置形態を実現できるならば、第一巻線部分22、第二巻線部分23、第三巻線部分24、第四巻き線部分25が図18図示よりも曲線状の構造にすることもできる。
上述した実施形態の中空の円筒コイル体61は、無鉄心(コアレス)の発電機に使用される。図23を用いてその一実施形態を説明する。
図22の例では複数の線材21を上述のように巻き回す際に細線33(それ自体も絶縁コートされている導線で線材21や線材21を構成する細線以下の細さの線を使う)も一緒に巻いている。細線33は後述のように1本の線であり、途中に接点が無い点が線材21と異なる。
図22の例では複数の線材21を上述のように巻き回す際に細線33(それ自体も絶縁コートされている導線で線材21や線材21を構成する細線以下の細さの線を使う)も一緒に巻いている。細線33は後述のように1本の線であり、途中に接点が無い点が線材21と異なる。
上述した実施形態の中空の円筒コイル体61が、コアレス型発電機6を構成するハウジングを構成するナセル3内にステータに支持されて配備されている。コアレス型発電機6の回転中心軸になる動力伝達軸2は、中空の円筒コイル体61の軸が延びる方向で円筒コイル体61の半径方向の中心に配備されている。中空の円筒コイル体61と同じく動力伝達軸2(発電機の回転中心軸)に対して同心円状に配備される回転子39は、円筒コイル体61の軸が延びる方向、すなわち、動力伝達軸2が延びる方向に延びる円筒状のインナーヨーク43と、アウターヨーク42とからなり、図示の実施形態では、アウターヨーク42の内周面に円筒型の永久磁石44が配備されている。永久磁石44は、アウターヨーク42の円周方向に隣接する単位磁石ごとに交互に磁極を異ならせ、隣接する単位磁石との間に所定の間隔をあけて配置されている。
アウターヨーク42の内周面に円筒型の永久磁石44が配備されていることでインナーヨーク43とアウターヨーク42とからなる回転子39に断面ドーナッツ状の磁界が形成されている。なお、円筒型の永久磁石44はインナーヨーク43の外周に配備されている形態にすることもできる。回転子39が入力された回転力によって回転することで発電が行われる。上述した実施形態の中空の円筒コイル体61において、第一巻線部分22、第二巻線部分23が、円筒コイル体61の動力伝達軸2が延びる方向に直線的に延びている構造の場合、この実施の形態のコアレス型発電機6では、図23図示のように、第一コイル単体17等における第一巻線部分22と第二巻線部分23との間に形成されるコイルの開角と、円筒型の永久磁石44の円周方向に隣接する一対の磁石の局の幅とを略同一にすることができる。この実施の形態のコアレス型発電機6で図23図示の構造を採用するとトルク効率を最大化することができるので有利である。
(コイル切替の更なる実施態様1)
図24にコイル切替の更なる手法を説明する。この例では各相コイルは6つ使用している。6つ使用すると全部直列を含めて次の12パターンが選択できるがこの例ではその内の3パーンしか使わない。
図24にコイル切替の更なる手法を説明する。この例では各相コイルは6つ使用している。6つ使用すると全部直列を含めて次の12パターンが選択できるがこの例ではその内の3パーンしか使わない。
12パターンの内容は次の通り(Pは並列、Sは直列)。全部並列(6P)、5P+1S、4P+2P、4P+2S、3P+3P、3P+2P+1S、3P+3S、2P+2P+2P,2P+2P+2S、2P+4S、2P+3S(一つ不使用)、6S(全部並列)。
図24の例で使うのはこの内、全部直列(6S。1コイルが1V,1Ωとすれば6Ω、6V)と、2P+2P+2Pのパターン(同じく1.5Ω、3Vのパターン)、3P+3P(同じく0.66Ω、2V)の3通りで。全部並列のパターンも不使用とする。そうすると図24のグラフに示すように3段階の最高回転数の幅が均等になる(尚、図の縦軸のkは係数。たとえばkが100なら6kは600回転)。このようにすると、12パターン分の細かい切替には至らないのでスイッチ数は図24右側の如く減らせて、しかも回転数の差が均等なので制御管理が容易になる。接点(スイッチ)が減らせるので原価低減になるだけでなく、切替最高回転数を1k,2k,3kの均等間隔にして3Kを使用上限に設定しておけば6kまでの大きな差がなくなるので機械損傷を防げる(最高回転数の大きな急変が機械に与える負荷を防ぐことになる)。
同様にして各相コイルを6つから12個に倍増しても似たような間引き効果が得られる。12コイル使用において、回転数は12k、6k、4k、3k、2k、1k(kは係数)の選択できるが4k以下なら間隔が全て1kで均等になり、つまり4k、3k、2k、1kの4択で切り替えれば上記6コイルの例と同様に切り替えショックによる機械損傷は防げる。尚、6kと4kの間は若干幅が広がるが12kと4kの間の幅よりは相当狭いので6kを採択してもショックによる機械損傷の抑制には効果があり、結果、12kは不使用にして6k、4k、3k、2k、1kの選択をしても良い。勿論、使用コイル数の割にはスイッチ数の激減になる。
(コイル切替の更なる実施態様2)
図25から28には図24の実施回路(6コイルのスイッチ間引き)を使って(この6コイル区間をコイル群Aと本例に限って表記する)、更に1本の細線で形成した部分(これをコイル群Bと本例に限って表記する)を直列に繋げるか遮断するかで微風から強風までの一層適した運用を図るものである。尚、コイル群Aは図22の線材21に相当して通常のコイル太さとするならば、コイル群Bは図22の細線33に相当している(図25~図28では作図の都合上、コイル群AとBの太さが同じになっているが、実際は図22のように異なっている(細線33は相対的にもっと細くとも良い。尚、図22では細線33が複数見えるがこれはコイルに何ターンも巻いて為の表現に過ぎず、現物は1本の線である。
図25から28には図24の実施回路(6コイルのスイッチ間引き)を使って(この6コイル区間をコイル群Aと本例に限って表記する)、更に1本の細線で形成した部分(これをコイル群Bと本例に限って表記する)を直列に繋げるか遮断するかで微風から強風までの一層適した運用を図るものである。尚、コイル群Aは図22の線材21に相当して通常のコイル太さとするならば、コイル群Bは図22の細線33に相当している(図25~図28では作図の都合上、コイル群AとBの太さが同じになっているが、実際は図22のように異なっている(細線33は相対的にもっと細くとも良い。尚、図22では細線33が複数見えるがこれはコイルに何ターンも巻いて為の表現に過ぎず、現物は1本の線である。
接続には前出の図22の巻き方が有効であり、この図22における細線33がこのコイル群Bを担うことになる。つまり、コイルA群(線材21で製作)にはコイル間スイッチが図24に従って入るが、細線33には途中にスイッチが無く1本である。細線33区間のコイル群Bを使うか否かはスイッチCの切替で行う。この図の例ではコイル群Aの各コイルが10ターン巻かれており、6コイルだから60ターンになっており、コイルB群の細線も60ターンにし、図22のように一緒にコイル群Aの線材21とコイル群Bの細線33は同じターン数なら一緒に巻いた方が作業効率は良い。
図25の接続パターンではコイル群Aは全部直列状態で更にコイル群Bと接続されている。このコイル群B区間は細線なので抵抗が高くなるが、微風(例えば目安として風速4m/s以下)のときに有効である。この細線区間(コイル群B)の使用は抵抗が上がるが4m/sのように超微風下であり、取り出せる電流は少ないから抵抗上昇の問題は気にしなくて良い。それよりも極微風(0を超えて4m/s以下)期間で少ない風量をしっかりキャッチして発電し充電することを重視したのが本態様である。
図26~図28はいずれもコイル群Aとコイル群Bとの接続が切り離されていてコイル群Bは不使用になっている。図26の接続パターンではコイル群Aが全部直列であり、図27の接続パターンではコイルA群が2P3Sを使用し、図28ではコイルA群が2S3Pを使用している。
以上は共通線で繋がっているU相、V層、W相とも同じである。
図29にこの実施態様を用いた場合の風力発電特性図を説明する。一般的には風速が0から強風になるにつれ発電電圧は上昇する。ところで本例では発電電圧が所定になるとコイル接続切替によって発電電圧が下がる。この特性はパターン(1)、(2)、(3)、(4)と順次変わっていく。つまり微風のときはパターン(1)の細線接続利用を使うのはこの態様の特徴になる、コイル切替するごとに電圧は図示の如く下がる。
図29にこの実施態様を用いた場合の風力発電特性図を説明する。一般的には風速が0から強風になるにつれ発電電圧は上昇する。ところで本例では発電電圧が所定になるとコイル接続切替によって発電電圧が下がる。この特性はパターン(1)、(2)、(3)、(4)と順次変わっていく。つまり微風のときはパターン(1)の細線接続利用を使うのはこの態様の特徴になる、コイル切替するごとに電圧は図示の如く下がる。
実は本例でも用いる鉛蓄電池は通常8V~16Vが充電電圧である。8V以下では受電ができないし16V以上では電池が壊れてしまう。そこで16V以下で強風時にも対応できるようにコイル切替を行う。ところが一方、日常では微風状態の時間帯が最も多くなり、特に4m/s以上の風が吹く時間は年間通じて一般的に少ない。従って4m/s以下の微風(超微風)で使えなくなるのは自然エネルギー源としては非常に勿体ない。例えば日本においては一日の大半がこの超微風(極微風)状態にある。2.5m/s以下の状況も多い。本実施態様ではパターン(1)の採用によって超微風でもエネルギー源をキャッチできるようにしたことが第二の重要な特徴である。尚、この超微風でも逃さず風を捉えて電力変換するには発電機構造特にブレードも小型・軽量にし、動力伝達軸も機械的抵抗を減らして滑らかに回動するよう軸自体の軽量化を図り、ベアリングも配置する。その風力発電機の小型・軽量化には、まさに鉄心の存在しないコアレス型が最適である。
ところで本例ではコイル群Aとコイル群Bを繋がるパターンが直列に限定されているが、変形例として図30に示すようなコイルA群とコイルB群の並列もある。この図の例ではコイル群Aの各コイルが10ターン巻かれており、6コイルだから60ターンになっており、コイルB群の細線も60ターンにしているが更にコイル群Bのターン数を増やして(例えば200ターンとか)にしても良い。並列を可能にする為、本図ではスイッチDを加えており、スイッチCによるコイル群Aとコイル群Bとの接続を切断した際、スイッチDを接続すればコイル群Aとコイル群Bが並列関係になる。コイル群B区間は細線なので抵抗が高くなるが、この細線区間(コイル群B)の使用は抵抗が上がるが4m/sのように極微風下であり、取り出せる電流は少ないから抵抗上昇の問題は気にしなくて良い。よって本例も超微風に適する。このようにコイルの多数段切替に加えて当該コイル線材よりも細い線によるスイッチレスコイルを併用することは超微風に適する。
ところで、この実施態様におけるコイル間の各スイッチ(コイル群Aの範囲内の各スイッチとスイッチCとの両者)は風速ゼロ乃至極微風にて半導体スイッチに依らず機械式リレースイッチを用いても良い。つまり半導体スイッチと機械式リレースイッチの併用(選択切替)にする。これは実質無風状態においては半導体スイッチ駆動の為のバッテリー消費を防ぐ意図である。風速上昇に伴って電流が発生すれば電流検知できるので機械式リレースイッチから半導体スイッチに切り替えれば良い。つまり機械式リレースイッチは発電電圧が発生したときにOFFになる。
ところで、この実施態様におけるコイル間の各スイッチ(コイル群Aの範囲内の各スイッチとスイッチCとの両者)は風速ゼロ乃至極微風にて半導体スイッチに依らず機械式リレースイッチを用いても良い。つまり半導体スイッチと機械式リレースイッチの併用(選択切替)にする。これは実質無風状態においては半導体スイッチ駆動の為のバッテリー消費を防ぐ意図である。風速上昇に伴って電流が発生すれば電流検知できるので機械式リレースイッチから半導体スイッチに切り替えれば良い。つまり機械式リレースイッチは発電電圧が発生したときにOFFになる。
(ブロック型発電ユニットの例)
以上夫々の項で述べた本発明の風力発電ユニットはコアレスタイプの利点である小型化、軽量化(鉄心が無いから)が図れるので支柱を設けずとも良い。特に微風を逃さない為の工夫(上記実施態様2や風レンズなどで集風)をするならば海岸や山頂などの設置場所は選ばず、建造物の屋上や庭先にも置けることになる。
以上夫々の項で述べた本発明の風力発電ユニットはコアレスタイプの利点である小型化、軽量化(鉄心が無いから)が図れるので支柱を設けずとも良い。特に微風を逃さない為の工夫(上記実施態様2や風レンズなどで集風)をするならば海岸や山頂などの設置場所は選ばず、建造物の屋上や庭先にも置けることになる。
ブロック状であれば発電ユニット85は図31の積み木の如く積み重ね設置が可能になり設置スぺースを有効に活用できる。また、図32のように横並びに連接すれば発電機ユニット85群上のスぺースの有効活用が図れる。勿論このように群で使うなら太陽光発電システムの集光器配列のような配置も可能となる。各発電ユニットの外観となるキューブブロックは筐体を樹脂で形成しても良く、立方体でなくとも直方体など積み重ねや横並びできるタイプはいずれも有効であり本発明の範疇になる。尚、発電状況の把握やメンテナンス情報、故障状況などは従来の風力発電で提案されている他の遠隔監視機器や通信手段によって対応でき、しかも通信距離も短くて済む。
図33~図35には上記箱型タイプを薄型にしたユニット例を示している。図33の薄型タイプでは幅は例えば40cm、正面は略四角で1辺が2m、梁95でコアレス型発電機90とブレード91が孔部93内に納まるように配置されており、孔部93の中央直径が1.36mでその中央部の最狭孔部93に向けて外枠側から次第に傾斜する集風面86にて風レンズを形成している。尚、符号92は動力伝達軸である。この発電機ユニットは薄型ハウジング94内においてコアレス型発電機90がブレード91の後部に位置している。コアレス型発電機90自体は小型・軽量化に対応して軸方向の長さを縮めることができる。
この薄型発電機ユニット96を道路脇の傾斜面などの空間形成エリアに設置する例を図34に示す。道路100の脇には山や台地、造成地の傾斜面、或いは空き地である箇所が多い。その場所に凹部98を形成したガイドレール(H鋼等)99を地面に2本互いに平行に差し込み、その凹部98間に薄型発電機ユニット96の両側面凸部97をブレード面が道路側(空間側)に向くように篏合させて設置する。これで土地の有効活用が図れる。尚、薄型発電機ユニット96の背面から風を受けても良く。前面から風を受けても良い。
図35はハウジング内のコアレス型発電機90をブレード91の中央部に組み込んだ例になる。このようにすれば発電機の軸方向長さがハウジング幅を広げることが抑えられるから一層の薄型化が図れる。この例にはハウジング101の底部に風洞102が開いていて空気取り込み機能を発揮する。この例の箱は幅が15~20cm、縦横1辺1200mmを想定している。
図36はコアレス型風力発電ユニットを横並びに配置する例である点は図32に同じだが、更に前面に風向板107が各ユニットの出口に取り付けられている。風向きに従って風向板107が動くようにしており、本例ではワイヤで変わる。ワイヤ巻き取りプーリー111がそのワイヤを巻いたり開放したりして風向板107が風向板用シャフト106を中心軸として向きが変わる。ワイヤ巻き取りプーリー111はモータ109に取り付けたギアヘッド110にて駆動する。モータ109の下方の箱はバッテリー内蔵のコントロールボックス108である。この例では4つのユニットが横並びに枠体112へ配置されている。符号105はシャフト106用の軸受メタルである。コアレス型発電機104はφ180×90mm、ブレード103は12枚の羽根車でφ1000mmを想定している。またユニット高さ(枠体112の高さ)は1200mm、幅は20~30mm、4ユニット連接につき1ユニットの長さは1200mmを想定している。設置環境の風向によってモータ109駆動によるワイヤ巻き取りプーリー111が動作して、そのワイヤに夫々接続された風向板用シャフト106が回動することにより各風向板107が左右一斉方向に動作する、
図37は4面型風力発電機の例を示す。この例は1本の支柱9に4方向を開口した箱型のハウジング114を乗せてあり、その4方向の開口に夫々12枚のブレード103のユニットを設け、夫々にコアレス型発電機104を備えている。上部に回転灯113を備える。支柱9の下方から出力線115が出ている。この例では発電機はφ180×90cm、各面の孔部直径は1000mm、枠体の縦横1辺が1200mm、回転灯113は枠体から1000mmの位置、上面の四角い開口の1辺が20~30mmを想定している。
以上いずれの発電機ユニットにおいてもバードアタックや獣類、飛来物(嵐で飛ばされるシート類等)の侵入を防ぐ網カバー等の付設が有効である。
図38は更に上記各薄型発電機ユニット96を2台、(a)図示のように互いに直角に配置することにより、東西南北の全方位対応にしたもので、例えば建造物の屋上の角などに設置するのに適する。更にその直角配置の両薄型発電ユニット96の両方の上面に(b)図示の如く跨ぐように太陽光パネル116を搭載させれば太陽光パネル116が上空側への風の素通りを防ぐ風レンズ機能を発揮するので風力回収に有効であるし、風力と太陽光の2つの自然エネルギー源を獲得できる。
以上いずれの発電機ユニットにおいてもバードアタックや獣類、飛来物(嵐で飛ばされるシート類等)の侵入を防ぐ網カバー等の付設が有効である。
図38は更に上記各薄型発電機ユニット96を2台、(a)図示のように互いに直角に配置することにより、東西南北の全方位対応にしたもので、例えば建造物の屋上の角などに設置するのに適する。更にその直角配置の両薄型発電ユニット96の両方の上面に(b)図示の如く跨ぐように太陽光パネル116を搭載させれば太陽光パネル116が上空側への風の素通りを防ぐ風レンズ機能を発揮するので風力回収に有効であるし、風力と太陽光の2つの自然エネルギー源を獲得できる。
(海流発電適用例)
本発明のコイル切替システムは流れを電気に変えると言う点で海流発電にも展開できるし、急流河川にも適用できる。図39(a)は現状の海岸の波消テトラポット116が複数個、海岸の海中117に沈められている様子であり、その波消テトラポット116に替えて本願の提案する発電ユニットのハウジング118(海中に沈ませ、海流に流されぬようハウジングのケーシング部分は海水耐性のコンクリート製とし、水流が流過するように前後に孔部を形成して貫通部にブレードを配したもの)を海中に沈めた様子を(b)に示している。符号119は風レンズ(本例で言うなれば水流レンズ)を形成するテーパ面である((d)の通り)。(d)のブロックは縦、横、高さいずれも約200cmの略立方体(各片にテーパがある)、中央孔部つまり縮流部径は約100cmを想定している。このようなブロックを海中に連接配置した例が(c)である。また、符号120はコアレス型発電機、符号121はコアレス型発電機と同軸上にセットされたブレ―ドである。そして(c)のように横並びや2~3段重ねにしてテトラポットを兼ねた発電手段になる。勿論コアレス発電機を水中で用いるので各パーツの耐水、耐海水対策(塗膜形成、防錆等)を施し、ハウジングの露出部には貝類付着防止塗装をしたり、開口部に魚類やゴミ類のブレードアタックを防ぐ網カバー等の手当てが有効である。
本発明のコイル切替システムは流れを電気に変えると言う点で海流発電にも展開できるし、急流河川にも適用できる。図39(a)は現状の海岸の波消テトラポット116が複数個、海岸の海中117に沈められている様子であり、その波消テトラポット116に替えて本願の提案する発電ユニットのハウジング118(海中に沈ませ、海流に流されぬようハウジングのケーシング部分は海水耐性のコンクリート製とし、水流が流過するように前後に孔部を形成して貫通部にブレードを配したもの)を海中に沈めた様子を(b)に示している。符号119は風レンズ(本例で言うなれば水流レンズ)を形成するテーパ面である((d)の通り)。(d)のブロックは縦、横、高さいずれも約200cmの略立方体(各片にテーパがある)、中央孔部つまり縮流部径は約100cmを想定している。このようなブロックを海中に連接配置した例が(c)である。また、符号120はコアレス型発電機、符号121はコアレス型発電機と同軸上にセットされたブレ―ドである。そして(c)のように横並びや2~3段重ねにしてテトラポットを兼ねた発電手段になる。勿論コアレス発電機を水中で用いるので各パーツの耐水、耐海水対策(塗膜形成、防錆等)を施し、ハウジングの露出部には貝類付着防止塗装をしたり、開口部に魚類やゴミ類のブレードアタックを防ぐ網カバー等の手当てが有効である。
1………ブレード、2………動力伝達軸、3………ナセル、5………ブレーキ装置、6………コアレス型発電機、7………コイル接続切替基板、8………接続線、9………支柱、10………出力ケーブル、11………鉛蓄電池、13………エリア、14………監視用通信機、15………風向・風速計、16………軸、17………コイル単体、18………内側円筒状コイル体、19………中間円筒状コイル体、20………外側円筒状コイル体、21………線材、22………第一巻線部分、23………第二巻線部分、24………第三巻線部分、24a,24b………巻線部分、25………第四巻線部分、25a,25b………巻線部分、26………巻回軸、27………中央空間部、28………銅細線、29………エナメル層、30………繊維状物、31a,31b,31c,31d………コイル単体、32a,32b,32c,32d………線材、31a4,31a5,31a6………コイル単体、31b4,31b5,31b6………コイル単体、31c4,31c5,31c6………コイル単体、33………細線、39………回転子、40………発電機ケーシング、41………蓋、42………アウターヨーク、43………インナーヨーク、44………永久磁石、45………ヨーク支持部材、46………ベアリング、47………コイル補強リング、48………制御部、49(49U1~49U3,49V1~49V3,49W1~49W3)………スイッチ回路部、61………円筒コイル体、61a………周壁、62a………コイル補強層、70………ギア切替操作手段、71………コントローラ、72………シフトレジスタ、73………NOR素子、74………NOT素子、75………AND素子、76………AND素子、77,78,79………ブロック、80………FET素子、86………集風面、90………コアレス型発電機、91………ブレード、92………動力伝達軸、93………孔部、94………薄型ハウジング、95………梁、96………薄型発電機ユニット、97………両側面凸部、98………凹部、99………ガイドレール、100………道路、101………ハウジング、102………風洞、103………ブレード、104………コアレス型発電機、105………軸受メタル、106………風向板用シャフト、107………風向板、108………コントロールボックス、109………モータ、110………ギアヘッド、111………ワイヤ巻き取りプーリー、112………枠体、113………回転灯、114………ハウジング、115………出力線、116………波消テトラポット、117………海中、118………ハウジング、119………風レンズ、120………コアレス型発電機、121………ブレード
Claims (11)
- 複数の相で構成された非回転のコイル部と、該コイル部に間隙をもって対向配置される永久磁石と、該永久磁石を固定したロータ部とを備えた無鉄心の発電機と、該発電機のロータの同軸延長上に配置されるブレードとを備えた風力発電ユニットにおいて。前記コイル部の前記各相は同数のコイル体で構成され、該複数コイル体はコイル体間の接続が直列及び/又は並列の切替によって3段以上の多段切替のパターンを有し、風速に従って自動的に3段以上の多段切替を行うことを特徴とするコアレス型の風力発電ユニット。
- 複数の相で構成された非回転のコイル部と、該コイル部に間隙をもって対向配置される永久磁石と、該永久磁石を固定したロータ部とを備えた無鉄心の発電機と、該発電機のロータの同軸延長上に配置されるブレードとを備えた風力発電ユニットにおいて、前記コイル部の前記各相は同数のコイル体で構成され、該複数コイル体はコイル体間の接続が直列及び/又は並列の切替によって3段以上の多段切替のパターンを有するコイル群Aと、該コイル群Aの構成コイル線材よりも細くて途中に接点が無い導線からなる細線Bとを備えて、コイル群Aに細線Bを直列に接続して用いる場合と、細線Bを用いずコイルA群のみを用いる場合との切り替えを行い、風速に従って自動的に3段以上の多段切替を行うことを特徴とするコアレス型の風力発電ユニット。
- 複数の相で構成された非回転のコイル部と、該コイル部に間隙をもって対向配置される永久磁石と、該永久磁石を固定したロータ部とを備えた発電機と、該発電機のロータの同軸延長上に配置されるブレードとを備えた風力発電ユニットにおいて。前記コイル部の前記各相は同数のコイル体で構成され、該複数コイル体はコイル体間の接続が直列及び/又は並列の切替によって3段以上の多段切替のパターンを有するコイル群Aと、該コイル群Aの構成コイル線材よりも細くて途中に接点が無い導線からなる細線Bとを備えて、コイル群Aに細線Bを接続して用いる場合と、細線Bを用いずコイルA群のみを用いる場合との切り替えを行い、風速に従って自動的に3段以上の多段切替を行うことを特徴とする風力発電ユニット。
- 更に前記コイル群Aと前記コイルBとを並列で使用することを特徴とする請求項2または3の風力発電ユニット。
- 前記コイル部は線材を前記各相ごとに複数ターン巻いたものを前記のコイル体とし、該コイル体を複数連ねたものを積層して円筒状に形成してコイル円筒体とし、前記コイル体ごとに導線を引き出し、該導線をコイル切り家基板に接続し、該コイル切替基板にはスイッチ回路が設けられ、該スイッチ回路は前記コイル体の直列及び/又は並列の切替によって3段以上のパターンの多段切替を行うことを特徴とする請求項1乃至4いずれかの風力発電ユニット。
- 前記線材にリッツ線を用いることを特徴とする請求項5の風力発電ユニット。
- 請求項1乃至6のいずれかの風力発電ユニットを少なくとも前記ブレード正面と背面が開口するように筐体で囲い、前記ブレードに風を集めるように風流形成部を設けたことを特徴とする風レンズ付きのブロックタイプの風力発電ユニット。
- 請求項7の風流形成部に可動板を用い、風向に従って該可動板を動かして前記ブレードへの集風を行うことを特徴とする風力発電ユニット。
- 請求項1乃至8のいずれかにおいて発電電力を蓄電する鉛蓄電池を併設する風力発電ユニット。
- 請求項7又は8の風力発電ユニットを横並びに及び/または積み重ねて複数ユニット連接してなる風力発電ユニット群。
- 請求項1乃至9のいずれかの風力発電ユニットの風力を海流に置き換えた海流発電ユニット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022097806A JP2023183964A (ja) | 2022-06-17 | 2022-06-17 | 風力発電ユニット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022097806A JP2023183964A (ja) | 2022-06-17 | 2022-06-17 | 風力発電ユニット |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023183964A true JP2023183964A (ja) | 2023-12-28 |
Family
ID=89333825
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022097806A Pending JP2023183964A (ja) | 2022-06-17 | 2022-06-17 | 風力発電ユニット |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2023183964A (ja) |
-
2022
- 2022-06-17 JP JP2022097806A patent/JP2023183964A/ja active Pending
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