WO2003040557A1 - Generateur d'energie hydraulique - Google Patents

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fluid power
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Kazuichi Seki
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Tokai University Educational System
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    • F03D7/06—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a fluid power generation device that converts natural energy such as wind into rotational energy and uses it as electric energy, and particularly relates to a fluid power generation device that improves power generation efficiency.
  • the present invention provides a fluid power generation device capable of generating power with a continuously variable output corresponding to a change in a wide flow rate range of working fluid energy such as wind power, and obtaining a maximum output at each flow rate of a working fluid. It is intended to provide.
  • a fluid power generation device including a plurality of generators having different rated outputs connected to a blade rotating shaft that rotates using a working fluid energy as a driving source, A generator with the optimum rated output is selected and combined from multiple generators according to the flow rate of the working fluid to form an operation mode with a continuously variable output that supports a wide flow rate range, and the flow rate of the working fluid and blade rotation Control means for controlling the operation of each generator in the operation mode based on the peripheral speed ratio calculated from the rotation speed of the shaft is provided so as to obtain the maximum output at each flow rate of the working fluid.
  • a fluid power generation device that is configured by stacking a plurality of fluid power generation units with different rated outputs, each of which has a generator connected to a blade rotating shaft that rotates using the working fluid energy as a drive source
  • An operating mode with a continuously variable output corresponding to a wide flow velocity range is constructed, and a working fluid flow velocity and blade rotation axis are selected and combined from a plurality of fluid power generation units with different rated outputs with the optimum rated output.
  • a control means for controlling the operation of each fluid power generation unit in the operation mode based on the peripheral speed ratio calculated from the rotation speed of the motor is provided so as to obtain the maximum output at each flow velocity of the working fluid.
  • a rotating blade section having a plurality of blade rotating shafts that are rotatably arranged coaxially and rotatable by using the working fluid energy as a drive source, and linear blades that are mounted on the plurality of blade rotating shafts in multiple stages.
  • a plurality of generators with different rated outputs connected to multiple rotating shafts select the generator with the optimum rated output from the multiple generators according to the flow rate of the working fluid to form an operation mode with a continuously variable output corresponding to a wide flow velocity range, and to operate each generator in the operation mode based on the peripheral speed ratio calculated from the flow velocity of the working fluid and the rotation speed of the blade rotating shaft.
  • Control means for controlling is provided so as to obtain the maximum output at each flow rate of the working fluid.
  • control means operates each generator in the operation mode using the peripheral speed ratio calculated based on the flow speed of the working fluid and the higher rotation speed exceeding the output peak value at the rotation speed of the blade rotation shaft. Is controlled.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a principal part showing an example of the bearing unit of FIG.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram showing operation modes of a plurality of generators.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing operation modes of a plurality of generators.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the power generation efficiency with respect to the peripheral speed ratio.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of the peripheral speed ratio control.
  • FIG. 7 is a characteristic diagram showing an increase in the amount of power generation obtained by performing the operation mode.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a third embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the first embodiment shown in FIG. 1 constitutes a wind power generator that converts wind energy into rotational energy as working fluid energy and uses it as electric energy.
  • the wind turbine 1 has, for example, three straight blades 11, and each of the straight blades 11 is formed by two upper and lower support blades 12, and a blade rotation axis 13.
  • the blade rotation shaft 13 constitutes an outer rotor structure rotatably inserted into a fixed shaft 14 fixed to a tower structure or the like.
  • the outer rotor structure of the blade rotating shaft 13 facilitates weight reduction and easy start-up and start-up of the wind turbine 1, thereby improving performance.
  • the blade rotating shaft 13 is provided with bearings 2 at the upper part and the lower part. As the bearings 2 provided above and below, a bearing bearing or a bearing utilizing magnetic levitation shown in FIG. 2 is used.
  • the structure of the magnetic levitation bearing shown in Fig. 2 is such that the blade rotation shaft 13 is not contacted in the vertical direction (axial direction) or in the horizontal direction (horizontal direction) due to the repulsive force of the magnetic force. It has a structure.
  • the permanent magnets 22 of the bearing frame 21 and the permanent magnets 23 of the blade rotating shaft 13 are provided with their polarities in directions repelling each other. ing.
  • the blade rotating shaft 13 is supported in the vertical direction without contacting the bearing frame 21.
  • the magnetic force of the permanent magnet 24 provided on the bearing frame 21 and the permanent magnet 23 provided on the blade rotating shaft 13 repel each other in the left-right direction. Will be supported without contact.
  • seven generators A to G such as seven synchronous generators (three-phase alternating current), whose rated outputs are different in a stepwise manner, are used.
  • the seven generators A to G are configured to be mechanically connected to the blade rotation shaft 13 by transmission means 3 such as a clutch or a timing belt.
  • the operation of connecting or disconnecting the seven generators A to G to the blade rotation shaft 13 is performed by transmitting the transmission means 3 to a wind speed, for example, a wind speed signal detected by an anemometer (not shown) or a blade rotation. This is performed by automatically performing the switching operation in accordance with the level of the rotation speed signal corresponding to the rotation speed of the shaft 13.
  • each of the generators A to ⁇ ⁇ ⁇ based on the peripheral speed ratio (jS rotational speed N or rotor peripheral speed / wind speed V) calculated from the wind speed V and the rotational speed N of the blade rotating shaft 13. It is configured to control the operation of G.
  • the rotor peripheral speed is 2 ⁇ R (R is the radius). If 2 ⁇ R is constant, the rotor peripheral speed is substituted by the rotation speed ⁇ . Specifically, as shown in Fig.
  • FIG. 7 is a characteristic diagram showing an increase in the amount of power generation according to the embodiment of FIG. 1 described above, in which a generator having an optimum rated output is selected from a plurality of generators A to G according to the wind speed V. And operating modes Ml to M3 with a continuously variable output corresponding to a wide range of wind speeds, and a ratio of the peripheral speed calculated from the wind speed V and the rotation speed N of the blade rotation shaft 13].
  • FIG. 8 shows a second embodiment, in which a wind turbine generator unit 4 is stacked in multiple stages to constitute a T wind turbine generator.
  • This wind turbine power generation unit 4 has, for example, three straight blades 41, and each straight blade 41 is attached to an outer rotor type blade rotating shaft 43 by two upper and lower support blades 42.
  • Reference numeral 44 denotes a generator also serving as an upper bearing
  • reference numeral 45 denotes a lower bearing.
  • a wind turbine generator unit having an optimum rated output is obtained from a plurality of wind turbine generator units 4 having different rated outputs according to the wind speed V, similarly to the wind turbine generator shown in FIG.
  • Operation modes KM1 to M3 similar to those in Figs. 3 and 4 are selected and combined, and the operation of the wind turbine generator unit 4 is performed based on the peripheral speed ratio calculated from the wind speed V and the blade rotation shaft 43. Is controlled to obtain the maximum output at each wind speed.
  • the second embodiment shown in FIG. 8 was able to obtain the same effect as the first embodiment shown in FIG. As an application example of the wind turbine generator constructed by stacking multiple stages shown in Fig.
  • the size of the rated output of the electric machine 44 changes depending on the stacked height of the wind turbine generator unit 4, for example, strong wind It is also possible to install a generator with a large amount of power generation toward the upper stage where the probability is high, and to achieve more efficient operation. Furthermore, by changing the size of the wind turbine located at the top, or by changing the number of blades of the wind turbine, it is also possible to configure the operation mode by changing and combining the power generation amounts.
  • FIG. 9 shows an example of a wind turbine generator according to the third embodiment, which uses a coaxial rotor for the blade rotation axis and in which wind turbines are stacked in multiple stages.
  • the wind turbine generator shown in Fig. 9 has four blade rotating shafts 51 to 54, which are coaxially and rotatably erected, and is mounted on each of the blade rotating shafts 51 to 54 in four stages and attached.
  • the wind turbines 61 to 64 and four generators 81 to 84 connected to the respective rotating shafts 51 to 54 via transmission means 71 to 74, respectively. Further, by using the four coaxial blade rotating shafts 81 to 84 in combination of two axes, it is possible to configure a two-axis inversion type generator.
  • the generator with the optimum rated output is selected from the four generators 81 to 84 in accordance with the wind speed and combined, to provide a continuously variable output that supports a wide range of wind speeds.
  • the operation of each of the generators 81 to 84 is controlled based on the peripheral speed ratio calculated from the wind speed and the rotation speed of the blade rotation shaft, so as to obtain the maximum output at each flow velocity. Therefore, the embodiment shown in FIG. 9 can obtain the same effect as that of the first embodiment shown in FIG.
  • the present invention is not limited to this, and the fluid power generator of the present invention can be applied to a hydropower or other power generation system.
  • it can be implemented simultaneously with solar power generation, and a hybrid power generation system can be provided.
  • a disk as a support portion can be used instead of the support wings 12.
  • the rotating shaft 13 horizontally instead of vertically on the side wall of a tall building.
  • the cut-in flow velocity can be reduced, and power can be generated even when the flow velocity is low.
  • the cutout flow velocity can be increased, and power generation can be performed in a wide range.
  • by controlling the operation of each generator based on the peripheral speed ratio calculated from the flow velocity and the number of revolutions it is possible to obtain the maximum output at each flow velocity of the working fluid, and to improve the power generation efficiency. As a result, it is possible to improve the operation efficiency of the fluid power generation device and increase the power generation amount.
  • the effects of the first aspect of the present invention can be obtained, and the power generation units can be stacked in a multi-stage structure. It is easy to implement, and the total equipment cost can be kept low.
  • the effects of the first aspect of the present invention are exhibited, and the use of the coaxial wing rotation shaft facilitates downsizing, starting, and starting. Can be improved.

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Description

技術分野
本発明は、 風等の自然エネルギーを回転エネルギーに変換し、 電気エネルギー として利用する流体発電装置に関するものであって、 特に、 発電効率の改善を図 つた流体発電装置に関するものであ明る。 田
背景技術
作動流体エネルギーを駆動源として発電を行う流体発電装置としては、例えば、 風力エネルギーを利用した風力発電装置がある。 この発電装置は、 近年、 空気力 学、航空力学等の発達により、空気抵抗が小さく揚力の大きい翼形等が開発され、 これを風車へ採用することによって、 従来、 困難とされていた低密度で変化の大 きい風力エネルギーの高効率的なエネルギー変換が可能となってきた。
現在は、 数百 KWクラスの風力発電装置が主流であるが、 上述したような翼形 等の技術の進歩のより、 将来は、 定格出力が極めて大きい風力発電装置の製品化 が予想される。 一方、 回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機は、 翼 向転軸に直結され、 その発電機が持つ定格出力の範囲での発電を行っている。 従来の流体発電装置に使用されている発電機において、 1台の発電機で広い流 速範囲の変化に応じた連続可変出力を得るようにするには、 発電機の標準的な製 作限界を超え、 コス ト高となる。 したがって、 現在使用されている標準的な発電 機は、 カットイン流速とカットアウト流速との間の範囲が狭く、 作動流体ェネル ギーを有効に利用しきれていなかった。
本発明は、 風力等の作動流体エネルギーの広い流速範囲の変化に対応した連続 可変出力を持った発電を行うことができ、 また、 作動流体の各流速における最大 出力を得ることができる流体発電装置を提供することを目的としている。 発明の開示 上記の目的を達成するために、 本発明の流体発電装置においては、 作動流体ェ ネルギーを駆動源として回転する翼回転軸へ連結した定格出力の異なる複数の発 電機を備えた流体発電装置において、 作動流体の流速に応じて複数の発電機から 最適な定格出力の発電機を選択して組み合わせ、 広い流速範囲に対応した連続可 変出力を持つ運転モードを構成すると共に作動流体の流速と翼回転軸の回転数か ら算出した周速比に基づき運転モードによる各発電機の運転を制御する制御手段 を設け、 作動流体の各流速における最大出力を得るように構成したものである。 また、 作動流体エネルギーを駆動源として回転する翼回転軸へ連結した発電機 を備えた定格出力の異なる複数の流体発電ュニットを多段に積み重ねて構成した 流体発電装置において、 作動流体の流速に応じて定格出力の異なる複数の流体発 電ュニットから最適な定格出力の流体発電ュニットを選択して組み合わせ、 広い 流速範囲に対応した連続可変出力を持つ運転モードを構成すると共に作動流体の 流速と翼回転軸の回転数から算出した周速比に基づき運転モードによる各流体発 電ュニットの運転を制御する制御手段を設け、 作動流体の各流速における最大出 力を得るように構成したものである。
また、 作動流体エネルギーを駆動源として回転する同軸状に回転自在に立設し た複数の翼回転軸と、 複数の翼回転軸へ複数段に配置して取り付けた直線翼を有 する回転翼部と、 複数の回転軸へ連結した定格出力の異なる複数の発電機とを備 えた流体発電装置のおいて、 作動流体の流速に応じて複数の発電機から最適な定 格出力の発電機を選択して組み合わせ、 広い流速範囲に対応した連続可変出力を 持つ運転モードを構成すると共に作動流体の流速と翼回転軸の回転数から算出し た周速比に基づき運転モードによる各発電機の運転を制御する制御手段を設け、 作動流体の各流速における最大出力を得るように構成したものである。
また、 上記の制御手段は、 作動流体の流速と翼回転軸の回転数における出力ピ 一ク値を過ぎた高めの回転数に基づき算出した周速比を用いて運転モードによる 各発電機の運転を制御するように構成したものである。
さらに、 上記多段に積み重ねた定格出力の異なる流体発電ユニットは、 積み重 ね位置の高ざによって定格出力の大きさを変えて設置することもできる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の第 1の実施例を示す概念図である。
第 2図は、 第 1図の軸受部の一例を示す要部断面図である。
第 3図は、 複数の発電機の運転モードを示す特性図である。
第 4図は、 複数の発電機の運転モードを示す特性図である。
第 5図は、 発電効率を周速比に対して示した特性図である。
第 6図は、 周速比制御の一例を示す特性図である。
第 7図は、 運転モードの実施によって得られた発電量の増加分を示す特性図で める。
第 8図は、 本発明の第 2の実施例を示す概念図である。
第 9図は、 本発明の第 3の実施例を示す概念図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
第 1図に示す第 1の実施例は、 作動流体エネルギーとして、 風力エネルギーを 回転エネルギーに変換し、 電気エネルギーとして使用する風力発電装置を構成し ている。
この第 1図の実施例において、 風車 1は、 例えば、 3枚の直線翼 1 1を持ち、 れぞれの直線翼 1 1は、 上下 2枚の支持翼 1 2によって、 翼回転軸 1 3 ^ 体. 的に取り付けている。 翼回転軸 1 3は、 塔構造等に固定された固定軸 1 4へ回転 自在に挿入されたアウターロータ構造を構成している。 翼回転軸 1 3をアウター ロータ構造とすることによって、 軽量化及び風車 1の始動、 起動を容易にし、 性 能の向上を図っている。 また、 翼回転軸 1 3は、 その上部と下部に軸受 2を設け ている。 この上下に設けた軸受 2は、 ベアリング軸受、 あるいは第 2図に示す磁 気浮上を利用した軸受等を用いている。
第 2図に示す磁気浮上型軸受の構造は、翼回転軸 1 3が磁力の反発力によって、 上下方向 （軸線方向） にも、 また、 左右方向 (水平方向） にも非接触となるよう な構造となっている。 まず、 第 2図に示すように、 軸受フレーム 2 1の永久磁石 2 2と翼回転軸 1 3の永久磁石 2 3とは、 その極性を互いに反発する方向へ設け ている。 その結果、 翼回転軸 1 3は、 上下方向で軸受フレーム 2 1には接触する ことなく支持されることになる。 また、 左右方向に対しても軸受フレーム 2 1に 設けた永久磁石 2 4と翼回転軸 1 3に設けた永久磁石 2 3の磁力が反発し合い、 したがって、 翼回転軸 1 3は、 左右方向に対しても非接触で支持されることにな る。
さらに、 第 1図の実施例は、 定格出力の大きさを階段状に異ならせた 7台の同 期発電機 (三相交流） 等の発電機 A〜Gが用いられている。 その 7台の発電機 A 〜Gは、 クラッチあるいはタイミングベルト等の伝達手段 3によって、 翼回転軸 1 3へ機械的に連結されるように構成している。 この 7台の発電機 A〜Gの翼回 転軸 1 3への連結、又は切り離し操作は、伝達手段 3を風速、例えば、風速計（図 示しない） で検出した風速信号、 あるいは、 翼回転軸 1 3の回転数に応じた回転 数信号のレベルに従って自動的に切り替え動作をさせることにより行われる。 この風速に応じた発電機 A〜 Gの選択と組み合わせによって、 第 3図及び第 4 図に示すように、 力ットイン風速からカツトァゥト風速までの広い風速範囲に対 応した M l〜M 2の運転モードを構成している。 すなわち、 小さな風速に対応す る運転モード M lの場合は、 発電機 G〜Dを使用し、 中レベルの風速に対応する 運転モード M 2の場合には発電機 E〜Bを使用する。 さらに、 風速が強くなり定 格風速に達するまでの風速に対応する運転モード M 3の場合は、 発電機 C〜Aを 用するように構成している。
このように運転モー KM 1 ~M 3を構成することによって、 1台の発電機によ る運転の場合のように、 発電機の容量不足となることがなく、 しかも、 比較的定 格出力容量の小さなコスト的に安価な発電機を組み合わせることによって、 各風 速に応じた運転を可能とし、 風力エネルギーを有効に効率よく利用することがで きる。
さらに、 第 1図に示す実施例において、 風速 Vと翼回転軸 1 3の回転数 Nから 算出した周速比 ( jS =回転数 N又はロータ周速/風速 V) に基づき各発電機 A 〜Gの運転を制御するように構成している。 ロータ周速は 2 π Ι Ν (Rは半径） であり、 2 π Rを一定とすればロータ周速は回転数 Νで代用される。具体的には、 第 6図に示すように、 例えば、 風速 V = 9メートル毎秒のピーク値ィ点を過ぎた 高めの回転数の口点 （j3 = 4 . 5 ) で翼回転軸 1 3へ発電機 (例えば、 A) を連 結すると、 翼回転軸 1 3には負荷として働き、 翼回転軸 1 3の回転数 Nは、 第 6 図の半時計方向へ向かう矢印で示すように減少し、 出力のピーク値ィ点へ移動し セッ トされる。
この時、 周速比 /3 = 4 . 5を用いたのは、 第 5図に示すように、 風車 1の最大 効率が実測上、 ほぼ周速比 = 4 . 5の時に得られているので、 運用は、 この周 速比値の前後で行うことが望ましい。 このように、 周速比 /3に基づき各発電機 A 〜Gを制御することにより、 第 5図及び第 6図に示すように、 常にピーク値ィ点 で各発電機 A〜Gの運用を行うことができ、 各風速に応じた最大出力を得ること が可能となる。
第 7図は、上述した第 1図の実施例による発電量の増加を示す特性図であって、 風速 Vに応じて複数の発電機 A〜Gから最適な定格出力を持つ発電機を選択して 組み合わせ、 広い風速範囲に対応した連続可変出力を持つ運転モード M l〜M 3 を構成すると共に、 風速 Vと翼回転軸 1 3の回転数 Nから算出した周速比] 3に基 づき各発電機 A〜Gの運転を制御し、 各風速 Vのおける最大出力を得るように構 成したことにより、 従来の発電量よりも、 4 0〜6 0パーセント増加した発電量 を得ることができた。
第 8図は、 第 2の実施例を示すもので、 風車発電ュニッ.ト 4を多段に積み重ね T風力発電装置を構成したものである。 この風車発電ユニット 4は、 例えば 3枚 の直線翼 4 1を持ち、それぞれの直線翼 4 1は、上下 2枚の支持翼 4 2によって、 アウターロータ型の翼回転軸 4 3に取り付けられている。 4 4は上側の軸受を兼 ねる発電機、 4 5は下側の軸受である。
第 8図の第 2の実施例は、 第 1図の風力発電装置と同様に、 風速 Vに応じて定 格出力の異なる複数の風車発電ュニット 4から最適な定格出力を持つ風車発電ュ ニットを選択して組み合わせ、 第 3図及び第 4図と同様の運転モー KM 1〜M 3 を構成すると共に、 風速 Vと翼回転軸 4 3から算出した周速比 に基づき風車発 電ュニット 4の運転を制御し、 各風速における最大出力を得るように構成したも のである。 この第 8図に示す第 2の実施例は、 第 1図に示す第 1の実施例と同様 の効果を得ることができた。 第 8図に示す多段に積み重ねて構成した風力発電装置の応用例としては、 風車 発電ュニット 4の積み重ねた高さによって、 電機 4 4の定格出力の大きさを変 え、 例えば、 風が強くあたる確率の高い上段へ行くにしたがって発電量の大きい 発電機を設置し、 より効率的な運用を図ることも可能である。 さらに、 上段に位 置する風車のサイズを変えたり、 風車の羽の枚数を変えることにより、 それぞれ の発電量を変えて組み合わせ、 運転モードを構成することも可能である。
第 9図は、 第 3の実施例を示す風車発電装置であって、 翼回転軸に同軸状のも のを用い、 風車を多段に積み重ねて配置した場合の一例を示すものである。 第 9 図の風車発電装置は、同軸状に回転自在に立設した 4本の翼回転軸 5 1〜5 4と、 この各翼回転軸 5 1〜 5 4へ 4段に配置してそれぞれ取り付けた風車 6 1〜 6 4 と、 各回転軸 5 1〜5 4へ伝達手段 7 1〜 7 4を介してそれぞれ違結した 4台の 発電機 8 1〜8 4とを備えたものである。 また、 この 4本の同軸状の翼回転軸 8 1〜8 4を 2軸づっ組み合わせて用いることにより、 2軸反転型発電機を構成す ることも可能である。
さらに、 第 9図の実施例は、 風速に応じて 4台の発電機 8 1〜8 4から最適な 定格出力の発電機を選択して組み合わせ、 広い風速範囲に対応した連続可変出力 を持つ運転モードを構成すると共に、 風速と翼回転軸の回転数から算出した周速 比に基づき各発電機 8 1〜8 4の運転を制御し、 各流速における最大出力を得る ように構成している。 したがって、 この第 9図に示す実施例は、 第 1図の第 1の 実施例と同様の効果を得ることができる。
上述の実施例では、 風力発電装置について説明したが、 これに限るものではな く、本発明の流体発電装置を水力その他の発電システムに適用することができる。 また、 太陽発電と複合して同時に実施することができ、 ハイブリットな発電シス テムを提供することができる。 また、 支持翼 1 2に代えて支持部としての円板を 用いることもできる。 また、 高い建物の側壁において回転軸 1 3を垂直ではなく 水平にして使用することも可能である。 また、 上記した各構成は流体発電方法と しても有効なものである。 産業上の利用可能性 以上説明したように構成されているので、 請求項 1記載の発明によれば、 作動 流体の流速に応じた最も好ましい発電機の組み合わせとなる運転モードを選択し て運転することができ、 最大の流速効率を得ることができる。 また、 安価で定格 出力の比較的小さな発電機を組み合わせた運転を可能とし、 1台の発電機の製作 限界を超えた定格出力を持つ流体発電装置を安価に提供することができる。 さら に、 カットイン流速を小さくすることができ、 流速の小さいときにおいても発電 を行うことができる。 さらに、 カッ トアウト流速も大きくすることができ、 広い 範囲での発電が可能となる。 また、 流速と回転数から算出された周速比に基づき 各発電機の運転を制御することにより、 作動流体の各流速における最大出力を得 ることが可能となり、 発電効率の改善を図ることができ、 結果的に、 流体発電装 置の稼動効率の向上と発電量の増大を実現することができる。
さらに、 請求項 2記載の発明のよれば、 上記請求項 1記載の発明の効果を奏す ると共に、 発電ユニットを多段積みにすることができ、 設置スペースをとること なく、 また、 発電ユニットの共通化が容易で、 全体の設備コス トを安く抑えるこ とができる。
また、 請求項 3記載の発明によれば、 上記請求項 1記載の発明の効果を奏する と共に、 同軸状の翼回転軸を用いたことにより、 小型軽量化及び始動、 起動を容 易にし、 性能の向上を図ることができる。
' また、 請求項 4記載の発明によれば、 発電機の運転を常に発電効率のピーク値 で行うように自動的に制御することができ、 作動流体の各流速における最大出力 を得ることが可能となり、 発電効率の改善を図ることができ、 流体発電装置の稼 動効率の向上と発電量の増大を図ることができる。
さらに、 請求項 5記載の発明によれば、 作動流体の流れる部位によって流速に 差がある場合に、 その流速に対して最も好ましい定格出力の発電機を選択して設 置することが可能となるため、 必要以上の定格出力を有する発電機を使用する必 要がなくなり、 設置コス トの低減を図ることが出る。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 作動流体エネルギーを駆動源として回転する翼回転軸へ連結した定格出力の 異なる複数の発電機を備えた流体発電装置において、
作動流体の流速に応じて前記複数の発電機から最適な定格出力の発電機を選択 して組み合わせ、 広い流速範囲に対応した連続可変出力を得るように構成した運 転モードと、
作動流体の流速と前記翼回転軸の回転数から算出した周速比に基づき前記運転 モ一ドによる各発電機の運転を制御する制御手段と、
を設けたことを特徴とする流体発電装置。
2 . 作動流体エネルギーを駆動源として回転する翼回転軸へ連結した発電機を備 えた定格出力の異なる複数の流体発電ュニットを多段に積み重ねて構成した流体 発電装置において、 .
作動流体の流速に応じて前記定格出力の異なる複数の流体発電ュニットから最 適な定格出力の流体発電ュニットを選択して組み合わせ、 広い流速範囲に対応し た連続可変出力を得るように構成した運転モードと、
作動流体の流速と前記翼回転軸の回転数から算出した周速比に基づき前記運転モ 一ドによる各流体発電ュニットの運転を制御する制御手段と、
r設けたことを特徴とする流体発電装置。
3 . 作動流体エネルギーを駆動源として回転する同軸状に回転自在に立設した複 数の翼回転軸と、 複数の翼回転軸へ複数段に配置して取り付けた直線翼を有する 回転翼部と、 複数の回転軸へ連結した定格出力の異なる複数の発電機とを備えた 流体発電装置において、
作動流体の流速に応じて前記複数の発電機から最適な定格出力の発電機を選択 して組み合わせ、 広い流速範囲に対応した連続可変出力を得るように構成した運 転モードと、
作動流体の流速と前記翼回転軸の回転数から算出した周速比に基づき前記運転 モードによる各発電機の運転を制御する制御手段と、
を設けたことを特徴とする流体発電装置。
4 . 前記制御手段は、 作動流体の流速と前記翼回転軸の回転数における出力ピー ク値を過ぎた高めの回転数に基づき算出した周速比を用いて前記運転モードによ る各発電機の運転を制御するように構成したことを特徴とする請求項 1、 2又は 3記載の流体発電装置。
5 . 前記多段に積み重ねた定格出力の異なる流体発電ユニットは、 積み重ね位置 の高さによって定格出力の大きさを変えて設置したことを特徴とする請求項 2記 载の流体発電装置。
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