(57)【要約】【課題】  発電機のブレーキの応答性を向上させる。【解決手段】  円筒状の筺体の内周面に配置され、発電用の磁界をつくる発電用ステータと、筺体内で回転可能に支持された回転軸と、コイルが巻回され、発電用ステータと対抗した状態で回転軸と一体に回転可能に配置された発電用ロータとを有し、筺体内に配置された制御用の磁界を発生させるための制御用ステータと、発電用ロータとは逆相にコイルが巻回され、制御用ステータと対抗した状態で回転軸に一体に取り付けられた制御用ロータと、発電用ロータの回転が一定以上となったことを検知して、制御用ステータに通電することで、発電用ロータの回転を抑制する制御回路とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の筺体の内周面に配置され、発電用の磁界をつくる発電用ステータと、
上記筺体内で回転可能に支持された回転軸と、
コイルが巻回され、上記発電用ステータと対抗した状態で上記回転軸と一体に回転可能に配置された発電用ロータと、を有し、
上記筺体内に配置された制御用の磁界を発生させるための制御用ステータと、
上記発電用ロータとは逆相にコイルが巻回され、上記制御用ステータと対抗した状態で上記回転軸に一体に取り付けられた制御用ロータと、
上記発電用ロータの回転が一定以上となったことを検知して、上記制御用ステータに通電することで、上記発電用ロータの回転を抑制する制御回路と、
を有することを特長とする発電装置。
【請求項２】
上記制御用ステータ及び制御用ロータは、上記発電用ステータ及び発電用ロータを挟むように、回転軸の両端側に設けられている、
請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
上記発電用ロータと、制御用ロータとの間には、シールド材が配置されている、
請求項１又は２記載の発電装置。
【請求項４】
上記制御回路は、上記発電用ロータの回転数が一定以下の場合には、上記制御用ロータにより発電された電力を外部に送電する、
請求項１〜３のいずれかの項に記載の発電装置。
【請求項５】
上記回転軸は、風力発電用の風車の回転に連動して回転する、
請求項１〜４のいずれかの項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力による回転エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置に係り、特に、気象状況によって過大な風力が発生しても、安定かつ効率的に発電を行うことのできる構成の発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の風力発電装置としては、風速が速くなることで羽根体が設けられた回転軸の回転
が所定の回転速度を超えることがないようにブレーキを働かせるために、回転軸に外方向
へ開くことができる複数のアームを取り付け、回転軸の回転に伴う遠心力によりアームが
開いて、固定筒の内周面との間に適度な隙間を残してマグネットが回転することで渦電流
抵抗を発生させるように構成したものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、台風時に風速が３０ｍ／ｓ〜４０ｍ／ｓにも達する場合もあり、上述の特許文献１のモニュメント風車の回転速度は非常に高くなって危険であることから、回転軸にパラソル型遠心力マグネットブレーキ装置を設けることにより、所定の速度以上にならないように制御している。
【０００４】
具体的には、特許文献１では、マグネットが固定筒の内周面との間に適度な隙間を保って回転するとき、渦電流抵抗が発生して回転軸の回転を抑制するトルクが作用する。そして、回転軸の回転速度が大きくなって、遠心力の作用でマグネットと固定筒内周面との隙間がより小さくなると、渦電流抵抗はより大きくなって、回転軸には大きなブレーキが働き、所定の回転速度を超えることがないようになっている。
【０００５】
また別の例としては、特許文献２のように、回転体に発電用環状永久磁石を配置し、回転体の径方向における支柱に発電用環状永久磁石に対向して発電コイルを配置することにより発電機を構成し、この発電機にて発電された電気エネルギーを制御回路で受電する。電磁石に対して回転体の径方向にリングを対向配置して、回転体の回転により、リングを差交する磁極の極性が変化することにより渦電流を発生させることによって、回転体の回転を制動できる構成にする。そして、制御回路において発電電流または発電量を測定し、測定値に基づき低風速のときには電磁石には電流を通電せず、高風速のときには電磁石に大きな電流を通電してブレーキをかけ、回転体の回転数の上昇を抑えるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４００９８８８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１２０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
台風に代表される強風は、一定の風速で続くことはなく、弱風／強風がランダムに発生し、風力発電装置においてはブレーキの応答性が問題となる。しかしながら、上述の先行特許文献１のようなブレーキ機構はメカニカルな構造であり、十分な応答性が得られないため、弱風／強風がランダムに発生した場合には所定の回転数を超えることがあり、時として装置を破損してしまうということがあった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、発電機のブレーキの応答性を向上させることを目的とする。
別の目的として、風速に応じて、制御機構を、通常時は発電装置として、また強風の時は制御装置として利用できる効率的な風力発電装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明の一の観点にかかる発電装置は、円筒状の筺体の内周面に配置され、発電用の磁界をつくる発電用ステータと、上記筺体内で回転可能に支持された回転軸と、コイルが巻回され、上記発電用ステータと対抗した状態で上記回転軸と一体に回転可能に配置された制御用ロータと、を有し、上記筺体内に配置された制御用の磁界を発生させるための制御用ステータと、上記発電用ロータとは逆相にコイルが巻回され、上記制御用ステータと対抗した状態で上記回転軸に一体に取り付けられた制御用ロータと、上記発電用ロータの回転が一定以上となったことを検知して、上記制御用ステータに通電することで、上記制御用ロータの回転を抑制する制御回路とを有することを特徴とする。
【００１０】
上記制御用ステータ及び制御用ロータは、上記発電用ステータ及び発電用ロータを挟むように、回転軸の両端側に設けられていてもよい。
【００１１】
上記発電用ロータと、制御用ロータとの間には、シールド材が配置されていてもよい。
【００１２】
上記制御回路は、上記発電用ロータの回転数が一定以下の場合には、上記制御用ロータにより発電された電力を外部に送電してもよい。
【００１３】
上記回転軸は、風力発電用の風車の回転に連動して回転してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の風力発電装置によれば、強風時においても、発電した電力を利用してブレーキをかけ、回転を停止させることなく定格出力になるように、安定して羽根体を回転させることができ、また通常の風速の時は、より効率的に発電できる風力発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる発電装置の一例を示した側面断面図。
【図２】本実施形態にかかる制御回路の一例を示した回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図１を参照しながら説明する。
本発明を電磁石誘導発電機に適用した例について説明する。
図１において、円筒状の筺体１の内周面には、発電用のステータ２が配置されている。この例では、ステータ２は３つの電機子端子から構成されており、後述する外部の制御回路により通電制御されて、極性を切り替えることができるようになっている。
また発電用のロータ３は、回転軸４に取り付けられ、回転軸４が筺体１の左右に設けられた軸受により回転可能に支持されている。
ロータ３には、コイルが巻回され、ステータ２と空隙を介して対応して配置されており、このロータ３により発電された電力を外部に送電することができるようになっている。
【００１７】
また回転軸４には、ロータ３を挟むようにしてその軸方向の前後に制御用ロータ５，６が取り付けられている。
ロータ５，６に通電されることで、制御用ロータ３の回転方向は逆方向の回転トルクが発生する構造となっている。
【００１８】
一方、制御用ロータ５，６と対抗する筺体１の内周面には、制御用ステータ７，８がそれぞれ取り付けられている。この制御用ステータ７，８についても、後述する制御回路により通電制御されて、ステータ２と逆相回転に接続されており、極性を切り替えることができるようになっている。
この制御回路は、回転軸４の回転数を検知するセンサーから、ロータ３が所定の回転数以上となった時に、制御用ロータ５、６に通電することで、ロータ３の回転方向とは逆方向の回転トルクを発生させるように通電制御を行う。
【００１９】
図２に本時形態に係る制御回路を示す。
図２の例では、発電機（Ｇ）のＲ，Ｓ，Ｔの電機子と、制御用ロータ（Ｍ）の電機子との間にサイリスタ（ＳＣＲ）を接続するとともに、発電機（Ｇ）の回転をタコジェネレータ（ＴＧ）で検知する。
そして、タコジェネレータ（ＴＧ）は、発電機（Ｇ）の回転数に比例した直流電圧を発生し、制御回路に入力する。制御回路では、タコジェネレータの電圧が閾値（規定回転数）を超過した時点で、サイリスタ（ＳＣＲ）にゲート電流を流すことでスイッチングを行い、発電機（Ｇ）側から制御用ロータ（Ｍ）側へ駆動電流を供給して、発電機（Ｇ）の回転軸に逆トルクを加えて回転を制御するようになっている。
【００２０】
次に、本実施形態の動作について説明する。
まず、上述の発電装置を風車と連結して使用した場合、ステータ２には通電されて所定の磁界をつくった状態で、風車の回転に連動して回転軸４、ロータ３がステータ２の回転磁界の回転速度より速い回転することで発電し、発電された電力は外部に送電される。
この通常状態では、制御部５，６側は回路が解放された状態となっており、ロータ３の回転には影響を与えない。
【００２１】
この状態で、台風などにより風車が極端に早く回転する場合、前述の制御回路により、制御部５，６の回路が閉じて制御用ロータ５，６に通電されることで、ロータ３の回転とは逆方向の回転トルクが発生する。
即ち、誘導電動機として駆動することにより、制御用ロータ５，６に発生した回転トルクが、ブレーキとして作用し、回転数を規定値に収斂させることが出来る。
一方で、風車停止時には制御用ステータへ強制的に通電する事によって回転数を低下させることができる。 
これにより、風車を完全に止めるための摺動型ブレーキが使用できる程度まで、風車の回転数を減速することができる。
【００２２】
上述の実施形態では、ロータ３の両端に制御用ロータ５，６を取り付けることで、安定して回転を制御することができる。
なお、これに替えて、制御用ロータ５又は６のいずれか一方のみを取り付けるようにしてもよい。
これによりコストを低減させることができる。
なお、上述のように両端に制御用ロータ５，６を取り付けることで、発電容量が大きい場合であっても、偏歪なトルクを発生させることなく安定して制御することができる。
【００２３】
また、ステータ２と制御用ステータ７，８の間、及びロータ３と制御用ロータ５，６との間に、それぞれ磁気シールド材を配置してもよい。
これによりステータ２と制御用ステータ７，８、及びロータ３と制御用ロータ５，６のそれぞれの磁界が干渉せずに正確に動作させることができる。
シールドの例としては、円盤状の板金を回転軸４に取り付けて仕切るようにすることができる。
【００２４】
また、上述の例では、ステータ２、及び制御用ステータ７，８を電機子として通電制御するようにしたが、これに替えて永久磁石を用いて同期発電機としてもよい。
【００２５】
また、上述の例では、通常状態では、制御用ステータ５，６を開放していたが、通常状態では、制御用ステータ７，８により発電される電力を取り出して利用するようにしてもよい。これにより、通常状態では制御用ロータ５，６を発電装置として動作させ、所定の回転数を超えた場合には、逆に制御用ロータ５，６に通電制御して制御トルクを発生させるようにしてもよい。
これにより、より効率的に発電電力を取りだすことができる。 
【００２６】
なお、風車の場合、風況変動による軸方向のぶれが懸念される場合には、軸方向を固定するスラスト軸受を設けてもよい。
【００２７】
またより精密に回転数制御を行う場合には、巻線方誘導電動機として、回転子に抵抗を挿入して、微細な制御を行くことができる。
【００２８】
上述の実施例は、風車用の発電機について説明したが、本発明はその他水車や潮力その他の発電機としても適用可能である。
【００２９】
１      筺体
２      ステータ
３      ロータ
４      回転軸
５      制御用ロータ
６      制御用ロータ
７      制御用ステータ
８      制御用ステータ
【図１】
2014171347.tif 000003
【図２】
2014171347.tif 000004