(57)【要約】 【課題】風力発電設備が発する低周波騒音に対して、低周波騒音を低減させることができる風力発電の騒音対策システムを提供する。【解決手段】風力発電設備２５から所定距離離れた場所に集音器１１とスピーカ１５とを設置し、風力発電設備２５からの低周波信号を集音器１１で検出し、信号処理装置１８内で逆位相に変換するとともに、集音器１１で検出した風力発電設備２５からの低周波信号に同期させた後に、出力を増幅させた制御信号をスピーカ１５から風力発電設備２５に向けて放音させる。これにより、風力発電設備２５からの低周波信号はスピーカ１５から放音された制御信号によって、スピーカ１５の設置場所で減衰されることになり、居住地域１０における低周波騒音の影響を防ぐことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電設備から所定距離離れた場所に設置され、前記風力発電設備からの低周波信号を検出する集音器と、
前記集音器で検出した前記低周波信号の処理を行う信号処理装置と、
前記信号処理装置からの出力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器からの出力信号を前記低周波騒音の発生源に向けて放音させるスピーカと、
を備え、
前記集音器が、前記低周波騒音の発生源別に設置され、
前記各集音器の近傍に前記スピーカがそれぞれ設置されていることを特徴とする風力発電の騒音対策システム。
【請求項２】
前記信号処理装置が、前記集音器で検出した前記低周波信号にマイナス１を積算して逆位相の信号に変換する位相反転回路と、
前記位相反転回路からの出力信号を、前記集音器で検出した前記低周波信号の位相に合わせるＰＬＬ回路と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の風力発電の騒音対策システム。
【請求項３】
前記集音器と前記スピーカからなる組が、ナセルの内部に設置した機器の周囲にそれぞれ設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電の騒音対策システム。
【請求項４】
前記信号処理装置が、前記集音器で検出した前記低周波信号をＦＦＴ解析して、低次高調波成分毎に分析する周波数分析器と、
前記周波数分析器で分析された前記低次高調波成分ごとにマイナス１を積算して逆位相の信号に変換する位相反転回路と、
前記位相反転回路からの各出力信号を、前記集音器で検出した前記低周波信号の位相に合わせるＰＬＬ回路と、
前記ＰＰＬ回路から出力された各信号を加算する加算回路と、を有し、
前記加算回路からの出力信号が、前記増幅器に入力されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の風力発電の騒音対策システム。
【請求項５】
前記集音器と前記スピーカとを、前記風力発電設備と居住地域との間に設置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の風力発電の騒音対策システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、風力発電の騒音対策システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年注目されている再生可能エネルギーの一つとして、風力エネルギーが挙げられる。風カエネルギーは、風力を風車（ブレードとも呼ばれる。）による回転運動によって回転エネルギーに変換し、回転エネルギーで発電機を回転させることにより、電気エネルギーに変換して取り出すことができる。そして、風力エネルギーを活用することで電力供給を行う設備を、風力発電設備として総称されている。
【０００３】
風力発電設備は、エネルギー源が風であることから燃料代がかからず、資源も無限に存在しており、且つ、地球温暖化の原因となる排出ガスや放射性廃棄物等の発生が無いことから、安全でクリーンな発電設備の一つになっている。その為、風力発電設備に関して、多種・多様な面から研究が行われており、実用化も進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１６３０９号公報
【特許文献２】特開２０１３−４４７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、風力発電設備は、前述したようなメリットを奏しているだけではなく、デメリットも存在している。その根本的なデメリットとしては、エネルギー源である風力エネルギーが、継続的に発生していないと発電することができないという問題である。また、風車（ブレード）の直径が大きいほど発電量も多くなる為、風車の大型化が進み、建設場所の問題や風力が安定した状態で得られる用地の確保、風力発電装置を設置したとき周りの環境に対する影響や景観の確保などが課題になっている。
【０００６】
更に、回転中の風車（ブレード）に鳥が巻き込まれてしまうといった自然環境保護の面から生じる問題、風切り音や発電機等の回転体から発せられる騒音(低周波騒音）の及ぼす影響などが問題になっている。特に、低周波騒音の問題は、風が強いときには振動と共に、低い大きな回転音を発生させることになるので、風力発電設備の近くに住宅が建っている場所には、騒音問題として社会問題になってしまうこともありえる。
【０００７】
そこで、風力発電設備から生じる低周波騒音を低減させる提案が、数多く出されており、例えば、民家等の低波騒音を低減させておきたい場所に対して、逆位相にした低周波信号をスピーカから放音させる構成が各種提案されている。しかし、これといった決め手となる解決策は、未だ提案されていない。本発明では、風力圧電設備が発する低周波騒音に対して、低周波騒音を低減させることができる風力発電の騒音対策システムを提供することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態に係る風力発電の騒音対策システムでは、風力発電設備から所定距離離れた場所に設置され、前記風力発電設備からの低周波信号を検出する集音器と、前記集音器で検出した前記低周波信号の処理を行う信号処理装置と、前記信号処理装置からの出力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器からの出力信号を前記低周波騒音の発生源に向けて放音させるスピーカと、を備え、
前記集音器が、前記低周波騒音の発生源別に設置され、前記各集音器の近傍に前記スピーカがそれぞれ設置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によって、風力発電設備が発する低周波騒音に対して、低周波騒音を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１を示す構成図である。
【図２】実施形態２を示す構成図である。
【図３】実施形態３を示す構成図である。
【図４】実施形態４を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１乃至図４を用いて、本発明に係る実施形態１乃至４の構成について説明を行う。
［実施形態１］
図１には、本発明の実施形態１に係る風力発電装備２５及び騒音対策システムの構成図を概略図として示している。図１に示す風力発電設備２５は、風力発電設備として最も一般的な基本構成を示している。風力発電設備２５は、基礎である土台１上に支柱状のタワー２が設置されている。タワー２の上部には、ナセル５が水平方向に対して回動自在に取り付けられている。
【００１２】
ナセル５内には、発電機６、ブレーキ装置７、増速機８等が設置されており、風車３の回転が、ロータ軸２２によって伝達される構成になっている。軸受９に軸支されたロータ軸２２の先端部には、ハブ４を介して複数枚の風車３が取り付けられている。風力によって風車３が回転されると、風車３の回転はハブ４を介してロータ軸２２に伝達される。
【００１３】
ロータ軸２２の回転は、増速機８によって増速されたり、ブレーキ装置７によって制動が加えられたりして、発電機６内における図示せぬロータを回転させる。発電機６内では、発電機６のケース側に固定されたステータと、回転しているロータとの間での相対回転によって起電力が発生する。
【００１４】
このようにして、風力エネルギーを風力発電設備２５によって回転エネルギーに変え、更に電気エネルギーに変換することができる。そして、風力発電設備２５から得られた電気エネルギーは、変電設備に接続され各需要家に電力として給電される。
【００１５】
風力発電設備２５の近くの居住地域１０に民家等が建っていると、風力発電設備２５から生じた低周波信号が居住地域１０に対して騒音として影響を与えてしまうことになる。そこで、本発明の実施形態１に係る騒音対策システム２６では、図１に示すように、風力発電設備２５から所定距離離れた場所で、特に居住地域１０が密集する場所と風力発電設備２５との間に、集音器１１を設置している。集音器１１は、例えば、マイクロフォンを用いて構成しておくことができ、単独で設けておくこともできるが、できるだけ広範囲に亘って集音を行うため、複数の集音器１１を設置しておくことが望ましい構成になる。
【００１６】
集音器１１で検出された低周波信号は、信号処理装置１８において信号処理が行われる。信号処理装置１８で信号処理を行った信号は、増幅器１４によって増幅され、スピーカ１５から風力発電設備２５に向けて放音される。そして、集音器１１、スピーカ１５、信号処理装置１８及び増幅器１４で構成されたシステムが、風力発電の騒音対策システム２６として構成されている。
【００１７】
また、スピーカ１５は、単独で設けておくこともできるが、できるだけ広範囲に亘って低周波信号を減衰させる制御音を放音させるため、複数のスピーカ１５を設置しておくことが望ましい構成になる。そして、集音器１１とスピーカ１５とは近接した同じ設置場所に設置しておくことにより、スピーカ１５からの放音される制御音が、集音器１１で検出した低周波信号と重なり合わさることにより、より効果的に騒音を消音させることができる。
【００１８】
信号処理装置１８には、位相反転回路１２とＰＬＬ回路１３（フェーズロックドループ回路、位相同期回路とも呼ばれる。）とが、直列の配置構成に設置されている。位相反転回路１２は、集音器１１により検出された風力発電設備２５からの低周波信号を逆位相に変換する回路として構成されており、インバース回路（ＩＮＶ回路）等を用いて構成しておくことができ、集音器１１で検出した低周波信号にマイナス１を積算して逆位相の信号に変換することができる。  
ＰＬＬ回路１３は、位相反転回路１２で逆位相に変換された信号を、集音器１１で検出した低周波信号に同期した信号に修正する回路として構成されている。
【００１９】
ＰＬＬ回路１３から出力された制御信号は、増幅器１４において増幅された後、集音器１１の傍に配したスピーカ１５から制御音となって、低周波騒音の発生源である風力発電設備２５に向けて放音されることになる。
【００２０】
このように、スピーカ１５から風力発電設備２５に向けて放音される制御音は、風力発電設備２５で発生した低周波信号と同期した信号になっており、位相だけが逆位相になっている。これによって、風力発電設備２５からの低周波信号は、スピーカ１５から放音された制御音と重なり合うことになり、結果的に騒音は打ち消されて、低周波騒音が低減することになる。
【００２１】
このように、風力発電設備２５からの低周波信号は、スピーカ１５からの制御音によって低減させられることになるので、風力発電設備２５の近隣に建てられた民家等の居住地域１０においては、低周波信号による騒音が大幅に低減することになる。そして、低周波騒音の発生源とされてきた風力発電設備２５の騒音を低減させることができ、住宅環境を向上させることができる。
【００２２】
［実施形態２］
本発明の実施形態２の構成について、図２を用いて説明する。尚、実施形態２に係る基本構成は、実施形態１における基本構成と同一の構成を備えている。そのため、実施形態１と同様の構成部分には同じ部材符号を付すことで、重複する説明は省略する。
【００２３】
実施形態２では、集音器１１と集音器１１の近傍に設置したスピーカ１５からなるセット１６を複数組構成し、低周波騒音の発生源に対してこのセット１６を設置した構成になっている。そのため、実施形態１と同様に風力発電設備２５と居住地域１０との間にセット１６を設置するとともに、ナセル５の内部における発電機６、ブレーキ装置７、増速機８及び軸受９における低周波騒音の発生源となる部位の近傍に、集音器１１とスピーカ１５からなるセット１６をそれぞれ設置した構成になっている。
【００２４】
そして、各セット１６の集音器１１で検出した風力発電設備２５からの低周波信号は、それぞれ信号処理装置１９によって、集音器１１で検出した低周波信号と同期した逆位相の信号に変換される。
【００２５】
各集音器１１で検出した低周波信号は、それぞれ位相反転回路１２で逆位相に変換され、ＰＬＬ回路１３において、位相反転回路１２で逆位相に変換された信号を、集音器１１で検出した低周波信号に同期した信号に変換している。そして、集音器１１で検出した低周波信号と同期した逆位相の信号に変換された制御信号は、増幅器１４で増幅された制御音となって、スピーカ１５から低周波騒音の各発生源に向けて放音される。
【００２６】
このように、集音器１１とスピーカ１５からなるセット１６を低周波騒音の発生源に対して設置しておくことにより、風力発電設備２５の各構成要素から発せられる低周波騒音を、発生源ごとに消音することが可能となる。そして、低周波騒音の発生源を一纏めとして消音するよりも、消音の効果が高まることになる。また、各低周波騒音の発生源からの騒音が組み合わされることによって、複雑な騒音（複雑な音の組み合わせとなった騒音）となる。しかし、発生源ごとに本発明の実施形態に係る騒音対策システムを構成することによって、このような複雑な騒音の元となる発生源に対して消音させることができるので、消音効果は大いに高まることになる。
【００２７】
その結果、低周波騒音を効率よく打ち消すことができるので、居住地域１０において低周波騒音が生じるのを大幅に低減させることができる。
【００２８】
［実施形態３］
本発明の実施形態３の構成について、図３を用いて説明する。尚、実施形態３に係る基本構成は、実施形態１における基本構成と同一の構成を備えている。そのため、実施形態１と同様の構成部分には同じ部材符号を付すことで、重複する説明は省略する。
【００２９】
実施形態３では、風力発電設備２５からの低周波信号を集音器１１で検出した後、検出信号を周波数分析器１７に通すことで低次高調波成分毎に分析している。周波数分析器１７で分析した各低次高調波成分をそれぞれ位相反転回路１２、１２、・・・を通過させて、それぞれ逆位相の信号にしている。位相反転回路１２としてＩＮＶ回路を用いたときには、各低次高調波成分に対して、各ＩＮＶ回路でマイナス１を積算することによって、各低次高調波成分を逆位相に変換することができる。  
尚、周波数分析器１７としては、例えば、高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ回路）等を用いて構成しておくことができる。
【００３０】
このようにして逆位相になった各信号は、それぞれＰＬＬ回路１３、１３、・・・によって、集音器１１で検出した低周波信号に同期した信号として修正されることになる。その後、各ＰＬＬ回路１３、１３、・・・を通過した低次高調波成分の信号を再度加算して、加算した信号を増幅器１４で増幅させてから、スピーカ１５から風力発電設備２５に向けて放音している。
【００３１】
このように構成することによって、低周波騒音を周波数ごとに分析し、分析した周波数帯ごとに信号処理を行うことができるので、信号処理で扱う信号を簡素化することができ、低周波騒音を消音させるための制御音の作成精度を高めることができる。これにより、低周波騒音を低次高調波成分毎に打ち消すことができるようになり、低周波騒音をより効果的に低減させることができる。そして、低周波騒音の発生源とされてきた風力発電設備２５の騒音をより効果的に低減させることができる。
【００３２】
［実施形態４］
本発明の実施形態４の構成について、図４を用いて説明する。尚、実施形態４に係る基本構成は、実施形態２及び実施形態３における基本構成と同一の構成を備えている。そのため、実施形態２、３と同様の構成部分には同じ部材符号を付すことで、重複する説明は省略する。
【００３３】
実施形態４は、実施形態２と実施形態３とを組み合わせた構成になっている。そのため、実施形態２と同様に、集音器１１とスピーカ１５とからなるセット１６が複数組構成されており、低周波騒音の発生源に対してこのセット１６を設置した構成になっている。
【００３４】
各セット１６の集音器１１で検出した風力発電設備２５の各騒音発生源からの低周波信号は、実施形態３と同様に、集音器１１によって検出された後、検出信号を周波数分析器１７に通すことで低次高調波成分毎に分析されることになる。分析した各低次高調波成分は、それぞれ位相反転回路１２、１２、・・・を通過して、逆位相の信号に変換されている。例えば、位相反転回路１２としてＩＮＶ回路を用いたときには、各低次高調波成分に対して、各ＩＮＶ回路でマイナス１を積算することで、各低次高調波成分を逆位相に変換することができる。
【００３５】
このようにして逆位相に変換された各信号は、それぞれＰＬＬ回路１３、１３、・・・によって、集音器１１で検出した低周波信号に同期して逆位相になった信号として出力されることになる。その後、各ＰＬＬ回路１３、１３、・・・を通過した低次高調波成分の信号を再度加算して、加算した信号を増幅器１４で増幅させてから、スピーカ１５から風力発電設備２５における低周波騒音の各発生源に向けて放音している。
【００３６】
このように、実施形態４の構成では、風力発電設備２５における低周波騒音の各発生源から発せられる低周波騒音を更に低次高調波成分ごとに分析して、分析結果ごとに信号処理を行っているので、各低次高調波成分を打ち消すことができる制御信号を効率よく作成することができる。そして、スピーカ１５から制御音を放音することで、低周波騒音の発生源とされてきた風力発電設備２５からの騒音をより効果的に低減させることができる。これにより、風力発電設備２５の周囲に建てられた居住地域１０に対して低周波騒音の被害が生じるのを防止することができる。
【００３７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の実施形態は、低周波騒音の発生源に対して適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…基礎（土台)、２…タワー(支柱）、３…風車、４…ハブ、５…ナセル、６…発電機、７…ブレーキ装置、８…増速機、９…軸受、１０…居住地域、１１…集音器（マイク）、１２…位相反転回路、１３…ＰＬＬ回路、１４…増幅器、１５…スピーカ、１６…マイク及びスピーカのセット、１７…周波数分析器、１８〜２１…信号処理装置、２２…ロータ軸、２５…風力発電設備、２６…騒音対策システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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