JP6609129B2 - Wind power generator - Google Patents
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Description
本発明は、低風速下であっても、発電効率を高めうるようになっている風力発電装置に関する。 The present invention relates to a wind power generator capable of improving power generation efficiency even under a low wind speed.
風力発電装置は、一般的に機械的ロスが大きく、低風速下では発電効率は低い。この問題を解決するものとして、本願の発明者は、揚力型ブレードを有する風車を用いた縦軸風力発電装置を開発している(例えば特許文献1、2参照)。
The wind power generator generally has a large mechanical loss, and the power generation efficiency is low at low wind speeds. In order to solve this problem, the inventor of the present application has developed a vertical wind power generator using a windmill having a lift type blade (see, for example,
特許文献1、2に記載されている縦軸風力発電装置は、互いに対向する1対の縦長揚力型ブレードを有するロータを備え、各揚力型ブレードの上下両端部に、縦主軸方向へ向かって傾斜する内向き傾斜部を形成することにより、ブレードの内側面に沿って上下方向に拡散する気流を、内向き傾斜部で受止めて回転力を高めるとともに、揚力(推力)を増大させ、低風速下においても、ロータが効率よく回転して、発電効率を高めうるようにしたものである。
The vertical axis wind power generator described in
前記特許文献に記載の縦軸型風車は、起動性が改善され、1〜1.5m/s程度の微風速でも、回転を開始しうるとともに、平均風速が、例えば2m/s程度の低風速下でも、効率よく発電しうるという特徴を有している。 The vertical axis type windmill described in the above-mentioned patent document has improved startability, can start rotating even at a low wind speed of about 1 to 1.5 m / s, and has a low average wind speed of about 2 m / s, for example. Even under, it has the feature that it can generate electricity efficiently.
また、ロータの周速または回転速度が一定の速度に達すると、コアンダ効果により、揚力型ブレードに作用する揚力(推力)が増大するため、ロータは自力で加速して回転し、かつ発電負荷による失速が起きにくくなるため、発電効率を高めうるという特徴も有している。 Also, when the circumferential speed or rotational speed of the rotor reaches a certain speed, the Coanda effect increases the lift (thrust) that acts on the lift-type blade, so the rotor accelerates and rotates by itself and depends on the power generation load. Since stalling is less likely to occur, the power generation efficiency can be improved.
しかし、風向きは常に変化するため、風車に適する風速が長時間継続することはなく、低風速下で回転しているロータの回転速度を、ブレードが揚力により加速して、効率よく回転しうる一定の周速または回転速度となるまで加速することができれば、発電効率を更に高めることが可能となる。 However, since the wind direction always changes, the wind speed suitable for the windmill does not continue for a long time, and the rotation speed of the rotor rotating under low wind speed is accelerated by the lift force, so that the blade can rotate efficiently. If it can be accelerated to reach the peripheral speed or rotational speed, the power generation efficiency can be further increased.
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、低風速下において、ロータの回転速度を一定の速度まで原動機で加速させることにより、発電効率を大幅に高めうるようにした風力発電装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a wind power generator capable of significantly increasing power generation efficiency by accelerating the rotational speed of a rotor to a constant speed with a prime mover at a low wind speed. It is intended to do.
本発明の風力発電装置によると、前記課題は、次のようにして解決される。
複数のブレードを備えたロータを有する風車と、該ロータの主軸に接続されている発電機と、前記主軸に伝動手段とクラッチを介して接続され、主軸を回転させうる原動機と、前記原動機を始動させる動力源と、前記ロータの周速または回転速度を検知する回転速度検知手段と、前記ロータに向かう平均風速を検知する風速検知手段と、前記風車の回転速度を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、風速計を備えた平均風速判定部と、回転速度検出センサを備えたロータ周速判定部と、クラッチ切換判定部と、モータ始動・停止判定部及び給電器を備え、
前記風速検知手段が特定平均風速を検知したときに、前記モータ始動・停止判定部の判定により給電器から給電して原動機を始動させ、同時にクラッチ切換判定部が給電器から給電してクラッチをオン作動させて縦主軸を回転させ、前記回転速度検知手段が前記ロータの周速または回転速度が特定の速度に達したことを検知するまで、前記ロータを加速回転させてから、前記給電器から給電を止めてクラッチをオフ作動するとともに前記原動機を停止させ、前記風速検知手段が再度前記特定平均風速を検知したときに、前記クラッチをオン作動させかつ原動機を再始動させ、前記ロータの周速または回転速度が前記特定の速度に達するまで加速回転させて、前記原動機を停止させるように繰返し制御するようにした風力発電装置。
According to the wind power generator of the present invention, the above problem is solved as follows.
Starting a wind turbine having a rotor with a plurality of blades, a generator connected to the main shaft of the rotor, is connected via a transmission means and a clutch to the main shaft, a prime mover which can rotate the spindle, said motor A power source, a rotational speed detecting means for detecting a peripheral speed or a rotational speed of the rotor, a wind speed detecting means for detecting an average wind speed toward the rotor, and a control means for controlling the rotational speed of the windmill, The control means includes an average wind speed determination unit including an anemometer, a rotor peripheral speed determination unit including a rotation speed detection sensor, a clutch switching determination unit, a motor start / stop determination unit, and a power feeder.
When the wind speed detecting means detects a specific average wind speed, the motor start / stop is determined by the motor start / stop determination unit to start the prime mover. At the same time, the clutch switching determination unit supplies power from the power supply to turn on the clutch. Operate and rotate the longitudinal main shaft, and rotate the rotor at an accelerated speed until the rotational speed detecting means detects that the circumferential speed or rotational speed of the rotor has reached a specific speed, and then feed power from the power feeder. The clutch is turned off and the prime mover is stopped, and when the wind speed detecting means detects the specific average wind speed again, the clutch is turned on and the prime mover is restarted. A wind turbine generator that is repeatedly controlled so as to stop the prime mover by accelerating rotation until the rotation speed reaches the specific speed.
このような構成によると、制御手段は、風速検知手段が特定平均風速を検知した時に、原動機を自動的に始動させ、回転速度検知手段が、ロータの周速または回転速度が特定の速度に達したのを検知するまで、ロータを加速回転させて、原動機を停止させうるように制御するので、ロータの回転速度が低い低風速下において、発電量が少ない条件下であっても、発電効率を高めることができる。 According to such a configuration, the control means automatically starts the prime mover when the wind speed detection means detects the specific average wind speed, and the rotation speed detection means causes the rotor circumferential speed or rotation speed to reach a specific speed. Until it is detected, the rotor is accelerated and controlled so that the prime mover can be stopped.Therefore, power generation efficiency is reduced even under conditions of low power generation under low wind speeds where the rotor rotation speed is low. Can be increased.
また、複数の揚力型ブレードを有するロータと発電機とを備える公知の風力発電装置に、風車の回転速度の制御に必要な最小限の構成部材を追加するだけで、低風速下における発電効率を高めることができるので、実施が容易で、効率の良い発電ができる風力発電装置を提供することが可能となる。 In addition, power generation efficiency under low wind speed can be improved by adding the minimum components necessary for controlling the rotational speed of the windmill to a known wind power generation apparatus including a rotor having a plurality of lift-type blades and a generator. Therefore, it is possible to provide a wind turbine generator that is easy to implement and can generate power efficiently.
更に、制御手段は、ロータの周速または回転速度を、ブレードが揚力により加速されて、ロータが効率良く回転する特定の速度に達するまで原動機で回転させた後、原動機を停止させるように制御するので、原動機を作動させている時間は比較的短かく、発電量に対する原動機を駆動する動力源の消費量は僅かですむ。 Further, the control means controls the peripheral speed or rotational speed of the rotor so that the motor is stopped after being rotated by the prime mover until the blade is accelerated by lift and reaches a specific speed at which the rotor rotates efficiently. Therefore, the time during which the prime mover is operated is relatively short, and the consumption of the power source that drives the prime mover with respect to the power generation amount is small.
本発明の風力発電装置によると、制御手段は、風速検知手段が特定平均風速を検知したときに原動機を自動的に始動させ、回転速度検知手段が、ロータの周速または回転速度が特定の速度に達したのを検知するまで加速回転させて、原動機を停止させるように制御するので、ロータの回転速度が低い低風速下において、発電量が少ない条件下であっても、発電効率を大幅に高めることができ、原動機をモータとした場合の消費電力は、容易に回収することができる。 According to the wind power generator of the present invention, the control means automatically starts the prime mover when the wind speed detection means detects the specific average wind speed, and the rotation speed detection means determines that the circumferential speed or rotation speed of the rotor is a specific speed. The motor is controlled to rotate at an accelerated speed until it is detected that it has reached the limit, so that the power generation efficiency is greatly improved even under low wind speeds where the rotor rotation speed is low, even under conditions of low power generation. The power consumption when the motor is a motor can be easily recovered.
本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態においては、揚力型ブレードの回転半径1m、ブレードの翼長1.2mの縦軸風車を用いた場合について説明するが、これに限定されないことは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a case where a vertical axis wind turbine having a rotation radius of a lift type blade of 1 m and a blade length of 1.2 m is used will be described, but the present invention is not limited to this.
図1は、本発明に係る縦軸風車を用いた風力発電装置の第1の実施形態を示すもので、風力発電装置1は、縦軸型のロータ2と、発電機3と、ロータ2の回転速度を制御する制御手段4とを備えている。
FIG. 1 shows a first embodiment of a wind turbine generator using a vertical wind turbine according to the present invention. The
ロータ2の縦主軸5は、その上下複数箇所が、基礎Gの上面に立設された支持枠体6の中央部に、軸受6Aを介して回転可能に支持されている。
縦主軸5の上部の径方向の対称位置には、上下2個ずつのアーム7A、7Bの内端部が固着されている。
The vertical
The inner end portions of the upper and
各上下のアーム7A、7Bの外端部には、垂直方向を向く左右1対の揚力型ブレード(以下ブレードと略称する)8、8の上下両端部の内側面が固着されている。 アーム7A、7B及びブレード8は、例えば繊維強化合成樹脂により形成されている。なお、アーム7A、7Bとブレード8は、一体成形が可能である。
On the outer end of each of the upper and
ブレード8の形状は、本願の発明者が開発した特許第4907073号公報、特開2011−169292号公報に記載されているブレードとほぼ同形をなしている。すなわち、ブレード8の弦長は、ブレード8の回転半径の20%〜50%の長さとされ、受風面積は大きく設定されている。
The shape of the
また、ブレード8における上下両端部を除く主部8Aの横断面形状は、図3に拡大して示すように、主部8Aの翼厚中心線Cの内方と外方における翼厚が、互いに対称をなして、ほぼ等しい厚さに設定され、かつ翼厚中心線Cは、ブレード8の翼厚中心の回転軌跡Oと重なるように設定されている。
Further, the cross-sectional shape of the
更に、主部8A全体の平面形は、図2に示すように、翼厚中心の回転軌跡Oに沿うように円弧状に湾曲され、内側面は、前縁の膨らみ部分から後縁にかけて外側方向へ傾斜されており、後方から内側面に風が当ると、前方へ押されるようになっている。
Furthermore, as shown in FIG. 2, the planar shape of the entire
また、主部8Aの断面形状は、回転方向である前縁の翼厚が厚く、後縁に向かうに従って、漸次薄くなる標準翼型に近いものとされている。
ブレード8が回転すると、ブレード8における内外の回転半径の差によって、内側面に比して外側面の周速度が大となり、外側面に沿って後方へ通過する気流の方が、内側のそれよりも高速となる。
Further, the cross-sectional shape of the
When the
そのため、ブレード8の後縁部において、外側面を通過する気流の圧力が、内側面を通過する気流よりも小さい負圧となり、ブレード8の後縁部の外側面が、後方から前縁部方向に押されることにより、ブレード8に回転方向の推力が作用し、ロータ2は回転する。
Therefore, the pressure of the airflow passing through the outer surface at the rear edge portion of the
図1及び図2に示すように、ブレード8の上下両端部には、内方、すなわち縦主軸5方向に向かって傾斜する内向き傾斜部8B、8Bが形成されている。ブレード8の上下の端部に、内向き傾斜部8Bを形成してある。
As shown in FIGS. 1 and 2, inwardly
ブレード8の回転に伴い、主部8Aの内側面に沿って上下方向へ拡散する気流は、上下の内向き傾斜部8B、8Bの内面に沿って、上下斜め後方、すなわち図2におけるW方向に向かって通過するようになり、低風速下においても、ブレード8は、高い回転効率をもって回転する。
As the
前述した発電機3は、基礎Gに設置された公知の永久磁石式の単相交流または三相交流発電機であり、そのロータ軸に縦主軸5の下端部が連結されている。発電機3により発電された電力は、整流器、電圧レギュレータ等を有するコントローラ9を介して、蓄電池10に蓄電された後、蓄電池10から外部の直流負荷電源に給電されるか、コントローラ9より外部の交流負荷電力系統に直接給電される。
The
コントローラ9は、発電機3からの出力電流量を調節して、蓄電池10または直流負荷電源へ出力する電流や電圧を制御可能であり、例えば、ロータ2の起動直後や、ロータ2の回転速度が遅くなる低風速時のときに、出力電流量を少なくなるように制御することにより、発電機3に加わる発電負荷を軽減して、ロータ2の失速を防止することができる。
なお、発電機3は、蓄電池10や直流負荷電源系統に、直接電力供給しうる直流発電機としてもよい。
The
The
縦主軸5の下部には、伝動手段11及び電磁クラッチ12を介して、原動機である減速機13付きの直流モータ14が、発電機3と並列に接続されている。伝動手段11は、縦主軸5に固着された従動傘歯車11Aと、この従動傘歯車11Aに、軸線が直交するようにして噛合された駆動傘歯車11Bとからなり、駆動傘歯車11Bに固着された駆動軸15と、減速機13の出力軸16との間に、それらの動力伝達を断続する電磁クラッチ12を介在させてある。
A
電磁クラッチ12には、電気的にオン、オフされる公知の電磁クラッチが用いられている。なお、伝動手段11は、2点鎖線で示すような歯車ケースKに収容して隠蔽するのが好ましい。 As the electromagnetic clutch 12, a known electromagnetic clutch that is electrically turned on and off is used. The transmission means 11 is preferably housed and concealed in a gear case K as indicated by a two-dot chain line.
制御手段4は、クラッチ切替判定部17と、蓄電池10に接続され、クラッチ切替判定部17より出力される制御信号に基づいてオン、オフされる給電器(給電回路)18とを備えている。
The
詳細な説明は後述するが、クラッチ切替判定部17は、後述する風速計24が特定の平均風速を検知した場合に、給電器18にオンの制御信号を出力し、蓄電池10の電力が、給電器18を介して電磁クラッチ12に給電されることにより、電磁クラッチ12が接続されるようになっている。
なお、風速計24による平均風速を検知する時間は、低風速下で発電量が大きく変動しないように、例えば3秒〜10秒の間隔で検知するのが好ましい。
Although detailed description will be given later, the clutch switching determination unit 17 outputs an ON control signal to the
The time for detecting the average wind speed by the
電磁クラッチ12が接続されると、モータ14の回転駆動力は、減速機13を介して、駆動傘歯車11B及び従動傘歯車11Aに減速されて伝達され、縦主軸5が大きな駆動トルクをもって回転駆動させられる。
When the
また、クラッチ切替判定部17より、給電器18へオフの制御信号が出力されたときには、電磁クラッチ12が切断され、縦主軸5とモータ14間の動力伝達が絶たれる。
Further, when an off control signal is output from the clutch switching determination unit 17 to the
給電器18には、モータ14も接続され、制御手段4のモータ始動・停止判定部19から出力されるモータ始動、及びモータ停止の判定信号に基づいて、給電器18からの通電がオン、オフされ、モータ14が始動または停止させられる。
A
なお、詳細な説明は後述するが、前記クラッチ切替判定部17及びモータ始動・停止判定部19へは、後述する回転速度検出センサ22及び風速計24から、ロータ周速判定部23及び平均風速判定部25に入力されるデータに基づいて、制御手段4の中央処理装置(CPU)20が演算処理した判定信号が出力される。
Although detailed description will be given later, the clutch switching determination unit 17 and the motor start /
縦主軸5の中間部の適所には、回転速度を測定するための歯車21が取付けられ、この歯車21の回転数を、回転速度検出センサ22をもって検出することにより、縦主軸5を介してロータ2の回転速度を検出しうるようになっている。
A
回転速度検出センサ22には、例えば磁気回転速度検出センサ、超音波回転速度検出センサ、ロータリエンコーダ等の非接触型センサが用いられる。なお、歯車21に代えて、縦主軸5の外周面に、例えば1個または複数個の凸部を設けてもよい。
As the rotation
回転速度検出センサ22により検出された回転速度は、制御手段4のロータ周速判定部23に入力され、入力された回転速度に基づいて、制御手段4の中央処理装置20が、ロータ2の平均周速を演算する。
The rotational speed detected by the rotational
すなわち、ロータ2のブレード8の回転半径(r)から、ロータ2の外周の長さ(2πr)が確定されるので、その外周の長さ(2πr)に縦主軸5の回動速度(rpm)を乗じれば、周速(m/s)に換算される。
That is, since the outer peripheral length (2πr) of the
なお、ロータ2の周速は、ブレード8の角速度を、センサにより検出することによっても求めることができる。すなわち、ブレード8の角速度(rad/s)に、その回転半径(r)を乗じた値が、ロータ2の周速となる。
The peripheral speed of the
ロータ周速判定部23より、ロータ2の平均周速が特定周速である5m/sに達したと判定された場合には、クラッチ切替判定部17及びモータ始動・停止判定部19に判定信号を出力する。なお、回転速度検出センサ22とロータ周速判定部23は、本発明に係る回転速度検知手段に相当する。
When the rotor peripheral
ロータ2の上方には、ロータ2に向かう風の一定時間毎の平均風速を検知するための、風速検知手段としての風速計24が、図示しない支柱に取付けられている。この風速計24により検出された平均風速は、制御手段4の平均風速判定部25に入力され、中央処理装置(CPU)20により演算処理されて、風速が特定平均風速である2m/sに達したと判定されたとき、前述したクラッチ切替判定部17及びモータ始動・停止判定部19に、判定信号を出力する。
Above the
次に、前記第1の実施形態に係る、風力発電装置1における風車の回転速度制御の方法を、図4に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、ロータ2が回転しているときの平均風速を、風速計24により測定し(S1)、制御手段4の中央処理装置20の演算処理結果に基づいて、平均風速判定部25が、平均風速が特定平均風速である2m/sを検知したか否かを判定する(S2)。なお、平均風速が2m/s以下の場合には、電磁クラッチ12はオフとなっている。
Next, a method for controlling the rotational speed of the wind turbine in the
First, the average wind speed when the
平均風速判定部25が、平均風速が2m/sに達したと判定した場合には、クラッチ切替判定部17から給電器18に出力される判定信号により電磁クラッチ12に通電し、電磁クラッチ12をオン(S2)させて、駆動軸15と出力軸16とを接続する。
When the average wind speed determination unit 25 determines that the average wind speed has reached 2 m / s, the
また同時に、モータ始動・停止判定部19から出力されるモータ始動信号により、給電器18をオンさせて、モータ14を自動的に始動させ(S4)、伝動手段11を介して縦主軸5を強制的に回転させてロータ2を加速回転させる(S5)。
At the same time, the
平均風速が2m/sに達していないと判定した場合は、ステップS1に戻り、引続き平均風速を測定する。なお、モータ14によりロータ2の回転を加速している間も、発電機3により発電することができるが、モータ14の始動開始直後一定時間だけ、コントローラ9により、発電機3からの出力電流量を自動的に減少させるようにしてもよい。
このようにすると、加速開始直後に発電機3に加わる負荷を軽減させうるので、モータ14によりロータ2を迅速に加速することができる。
When it is determined that the average wind speed has not reached 2 m / s, the process returns to step S1, and the average wind speed is continuously measured. While the rotation of the
If it does in this way, since the load added to the
平均風速が2m/sに達したか否かを判定する理由は、前述した形状の揚力型ブレード8を備える、縦軸型のロータ2において、例えばブレード8の回転半径を1m、ブレード8の翼長1.2mとした場合、平均風速が2m/sに達すると、ブレードに生じる揚力によりロータ2の回転が加速され、発電機3からの発電電力を出力可能な速度で回転することが実証されているからである。
The reason why it is determined whether or not the average wind speed has reached 2 m / s is that in the
従って、平均風速が2m/sの低風速でロータ2が回転しているときに、モータ14を始動させて、ロータ2の回転を速やかに加速させると、更に効率よく発電することができる。
Therefore, when the
ロータ2の回転を加速したのち、回転速度検出センサ22により縦主軸5の平均回転数を検出し、その回転数に基づいて、中央処理装置20がロータ2の周速に換算して、その結果をロータ周速判定部23に出力し(S6)、ロータ周速判定部23が、ロータ2の周速が平均風速2m/sを超える特定周速、すなわち5m/sに達したか否かを判定する(S7)。
After accelerating the rotation of the
ロータ2の周速が5m/sに達したか否かを判定する理由は、上述した形状の揚力型ブレード8を備える縦軸型のロータ2においては、ロータ2の周速が5m/sに達すると、ブレード8の上下両端部の内向き傾斜部8Bの作用とコアンダ効果により、ブレード8に生じる揚力(推力)が増加し、ロータ2は、モータ14による助力がなくても、風速を超える周速度に加速しながら効率よく回転して発電し、かつ発電負荷による失速が起きにくくなることが実証されているからである。
The reason why it is determined whether or not the circumferential speed of the
なお、周速が5m/sの場合のロータ2の回転速度を例示すると、周速、回転速度及び外周の長さには、前述したような関係があるので、例えばブレード8の回転半径(r)を1mとした場合、ロータ2の外周の長さ(2πr)は6.28mとする。従って、周速5m/sを、外周の長さ6.28mで割り、60を乗じて分速に換算すれば、ロータ2の回転速度は約48rpmとなる。
For example, when the rotational speed of the
ロータ周速判定部23が、ロータ2の周速が5m/sに達したと判定した場合は、クラッチ切替判定部17が、給電器18にオフの判定信号を出力することにより、電磁クラッチ12をオフとし(S8)、かつ同時に、モータ始動・停止判定部19により発せられるモータ停止信号により、モータ14を停止させ(S9)、ロータ2の加速回転を停止する。
When the rotor circumferential
このように、ロータ2の周速が5m/sに達したときに、電磁クラッチ12をオフにすると、モータ14のコギングトルクによる回転負荷が、縦主軸5に伝達されなくなるので、ロータ2の回転効率が向上する。
ロータ周速判定部23が、ロータ2の周速が5m/sに達していないと判定した場合は、ステップS5に戻り、電磁クラッチ12を接続したまま、モータ14によりロータ2の回転を加速し続ける。
As described above, when the
When the rotor circumferential
モータ14を停止させて、ロータ2の加速回転を停止させた後、風速計24により再度平均風速を測定し(S10)、平均風速判定部25が再度平均風速2m/sを検知した場合(S11)には、ステップS3に戻り、上述と同様に、電磁クラッチ12をオンさせると同時に、モータ14を自動的に再始動させ、ロータ2の回転を加速させる。このステップS3〜S11までをループ状に繰返して、ロータ2の回転速度を制御することにより、発電効率を大幅に高めることができる。
When the
以上説明したように、前記実施形態に係る風力発電装置においては、ロータ2が平均風速2m/sの低風速下で回転している場合に、ロータ2が自力で加速しながら効率よく回転しうる周速である5m/sに達するように、モータ14により速やかに加速し、ロータ2の回転速度を繰返し制御することにより、ロータ2の回転速度が低い低風速下で、発電量が少ない条件下であっても、発電力を大きく変動させることなく、トータル的に発電効率を高めることができる。
As described above, in the wind turbine generator according to the embodiment, when the
また、モータ14を停止させるロータ2の周速を、例えば5m/sと、低めに設定しておくと、ロータ2の周速が5m/sに達したときに、モータ14が自動的に停止しても、ブレード8は揚力により加速されて回転しており、その間に風が吹けば更に加速されてロータ2は停止することなく回転し続ける。従って、モータ14を頻繁に作動させる必要はなく、その電力消費量を少なくすることができる。
If the peripheral speed of the
次に、図5を参照して、風力発電装置の第2の実施形態について説明する。なお、前記第1の実施形態と同様の部材には、同じ符号を付すに止めて、詳細な説明を省略する。 Next, a second embodiment of the wind turbine generator will be described with reference to FIG. The same members as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
第2の実施形態の風力発電装置は、前記第1の実施形態の風力発電装置1に、太陽光発電パネル26と、この太陽光発電パネル26により発電された電力を蓄電する第2蓄電池27とを付加して構成されている。
The wind turbine generator according to the second embodiment includes a photovoltaic
発電機3により発電された電力は、前記第1の実施形態の風力発電装置1と同様に、第1蓄電池10に蓄電されるようになっている。制御手段4は、第1の実施形態のものと同じ構成のものである。
The electric power generated by the
第2蓄電池27は、制御手段4における給電器18に接続され、モータ始動・停止判定部19からモータ始動信号が出力されたとき、第2蓄電池27の電力が給電器18を介してモータ14に供給されるようになっている。
また、点線で示すように、太陽光発電パネル26で発電された余剰電力は、第1蓄電池10にも蓄電されるようになっている。
The
Further, as indicated by a dotted line, surplus power generated by the solar
第2の実施形態の風力発電装置は、前記第1の実施形態の風力発電装置1と同じ方法で回転制御が行われるので、その詳細な説明は省略する。
第2の実施形態の風力発電装置においては、モータ14の駆動電力は、太陽光発電パネル26により発電され、第2蓄電池27に蓄電された電力が使用されるので、発電機3により発電された電力を消費させずに済み、その電力を有効に使用することができる。
Since the rotation control of the wind turbine generator of the second embodiment is performed by the same method as the
In the wind turbine generator according to the second embodiment, the driving power of the
なお、太陽光発電パネル26の発電量が減少した場合に備えて、点線で示すように、第1蓄電池10の電力、または第1蓄電池10と第2蓄電池27の両方の電力によって、モータ14が駆動されるようにしてもよい。
In addition, in preparation for the case where the power generation amount of the photovoltaic
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、次のような種々の変形や変更を施すことが可能である。
前記実施形態では、平均風速が2m/sとなったことを検知したとき、モータ14を始動させて、ロータ2の回転を加速するようにしたが、平均風速が2m/sのときの縦主軸5の平均回転速度を検知するか、または平均風速が2m/sのときのロータ2の周速を検知したときに、モータ14を始動させてロータ2を加速させるようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes such as the following can be made without departing from the gist of the present invention.
In the above-described embodiment, when it is detected that the average wind speed is 2 m / s, the
前記実施形態では、ロータ2の周速が5m/sに達するまでモータ14により加速して、モータ14を停止させるようにしたが、前述したように、ロータ2の周速は回転速度に換算できるため、周速が5m/sに達したときのロータ2の回転速度を、回転速度センサ22が検出したときに、モータ14を停止させるようにすることもできる。
In the above embodiment, the
更に、実施形態では、モータ14を始動させる平均風速を2m/sとしたが、ブレード8の回転半径の大小に対応して適宜に設定される。
すなわち、ブレード8の回転半径が上記実施形態の1mより小さい場合には、ロータ2の回転トルクが小さくなって、発電負荷により失速し易くなるので、平均風速を2m/s以上に設定して、ロータ2の回転速度が高いときにモータ14を始動させるようにすればよい。
Furthermore, in the embodiment, the average wind speed at which the
That is, when the rotational radius of the
また、ブレード8の回転半径が1mより大きい場合には、ロータ2の回転速度が低くても回転トルクが大となって発電可能となるので、2m/s以下の平均風速に設定し、ロータ2の回転速度が低いときにモータ14を始動させるようにすればよい。
In addition, when the rotation radius of the
前記実施形態では、ロータ2の周速が5m/sに達したときにモータ14を停止させるようにしたが、モータ14を停止させる場合のロータ2の周速は、ブレード8の回転半径の大小に応じて適宜に設定される。
In the above embodiment, the
前記実施形態では、モータ14を始動させる電源に、発電機3または太陽光発電パネル26により発電された電力が蓄電された、蓄電池10、27を使用しているが、このような蓄電池10、27に蓄電された電力を使用しないで、発電機3または太陽光発電パネル26により発電された電力によって、モータ14を直接始動させることも可能である。
In the embodiment, the
この際には、AC−DCインバータ等の変換器を介してモータ14を始動させればよい。また、風力発電装置の設置現場付近に商用100V電源がある場合には、その電力によりモータ14を始動させるようにしてもよい。
At this time, the
縦主軸5を回転させる原動機は、前記直流式のモータ14に代えて、交流モータでもよく、また、例えば商用100V電源等により駆動される油圧ポンプに接続され、圧油により回転する油圧モータ、もしくは商用100V電源等により駆動されるエアコンプレッサに接続され、圧縮空気により回転するエアモータ等の流体圧モータを使用することも可能である。
The prime mover for rotating the longitudinal
前記実施形態では、減速機13の出力軸16との動力伝達を断続するのに、電磁クラッチ12を用いたが、例えば遠心クラッチ等の機械式クラッチを用いることもできる。この際には、制御手段4のクラッチ切替判定部17は不要となる。
In the above embodiment, the
本発明は、前述した特許第4907073号公報の図4に記載されているように、揚力型ブレード8を縦主軸5に多層状に固定した風力発電装置や、本願の発明者が開発した特許第4740580号公報記載の発明、すなわちブレード8の先端部が、縦主軸5方向(受風方向)に傾斜された横軸風車を備える風力発電装置にも適用可能である。
As described in FIG. 4 of the above-mentioned Japanese Patent No. 4907073, the present invention relates to a wind power generator in which lift
1 風力発電装置
2 ロータ
3 発電機
4 制御手段
5 縦主軸
6 支持枠体
6A 軸受
7A、7B アーム
8 揚力型ブレード
8A 主部
8B 内向き傾斜部
9 コントローラ
10 蓄電池
11 伝動手段
11A 従動傘歯車
11B 駆動傘歯車
12 電磁クラッチ
13 減速機
14 モータ
15 駆動軸
16 出力軸
17 クラッチ切替判定部
18 給電器
19 モータ始動・停止判定部
20 中央処理装置
21 歯車
22 回転速度検出センサ
23 ロータ周速判定部
24 風速計
25 平均風速判定部
26 太陽光発電パネル
27 第2蓄電池
C 翼厚中心線
G 基礎
K 歯車ケース
O 回転軌跡
1
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記風速検知手段が特定平均風速を検知した時に、前記モータ始動・停止判定部の判定により給電器から給電して原動機を始動させ、同時にクラッチ切換判定部が給電器から給電してクラッチをオン作動させて縦主軸を回転させ、前記回転速度検知手段が前記ロータの周速または回転速度が特定の速度に達したことを検知するまで、前記ロータを加速回転させてから、前記給電器から給電を止めてクラッチをオフ作動するとともに前記原動機を停止させ、前記風速検知手段が再度前記特定平均風速を検知したときに、前記クラッチをオン作動させかつ原動機を再始動させ、前記ロータの周速または回転速度が前記特定の速度に達するまで加速回転させて、前記原動機を停止させるように繰返し制御するようにしたことを特徴とする風力発電装置。 Starting a wind turbine having a rotor with a plurality of blades, a generator connected to the main shaft of the rotor, is connected via a transmission means and a clutch to the main shaft, a prime mover which can rotate the spindle, said motor A power source, a rotational speed detecting means for detecting a peripheral speed or a rotational speed of the rotor, a wind speed detecting means for detecting an average wind speed toward the rotor, and a control means for controlling the rotational speed of the windmill, The control means includes an average wind speed determination unit including an anemometer, a rotor peripheral speed determination unit including a rotation speed detection sensor, a clutch switching determination unit, a motor start / stop determination unit, and a power feeder.
When the wind speed detecting means detects a specific average wind speed, the motor start / stop is determined by the motor start / stop determination unit to start the prime mover, and at the same time, the clutch switching determination unit supplies power from the power supply to turn on the clutch. And rotating the longitudinal main shaft, and rotating the rotor at an accelerated speed until the rotational speed detecting means detects that the circumferential speed or rotational speed of the rotor has reached a specific speed, and then feeding power from the power feeder. The clutch is turned off and the prime mover is stopped. When the wind speed detecting means detects the specific average wind speed again, the clutch is turned on and the prime mover is restarted. The wind turbine generator is repeatedly controlled so as to stop the prime mover by accelerating rotation until the speed reaches the specific speed. .
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