(57)【要約】【課題】エネルギーの消耗が少なく、部材が簡単であり、低騒音であり、環境を汚染しなく、地球環境に優しいトルクモータ式風力発電機を提供する。【解決手段】羽根付き回転子と、ハウジングと、トルクモータと、電圧安定化装置と、トランスと、蓄電システムと、制御システムと、を含むトルクモータ式風力発電機であって、羽根付き回転子は連結軸と連結してあり、ハウジングは収容空間を有し、トルクモータは電磁力に駆動されて回転する回転子軸を有し、電圧安定化装置は安定化電源回路と、ブレークオーバ式開閉回路とを含み、トランスは電圧を降下するものであり、蓄電システムは電的エネを蓄蔵する装置であり、制御システムは電力蓄蔵状況を検知して、電的エネの入力を制御する。【選択図】図１
2008283832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根付き回転子と、ハウジングと、トルクモータと、電圧安定化装置と、トランスと、蓄電システムと、制御システムと、を含むトルクモータ式風力発電機であって、前記羽根付き回転子は、連結軸と連結してあり、前記ハウジングは、収容空間を有し、前記トルクモータは、電磁力に駆動されて回転する回転子軸を有し、前記電圧安定化装置は、安定化電源回路と、ブレークオーバ式開閉回路とを含み、前記トランスは、電圧を降下するものであり、前記蓄電システムは、電的エネを蓄蔵する装置であり、前記制御システムは、電力蓄蔵状況を検知して、電的エネの入力を制御するものであることを特徴とする、トルクモータ式風力発電機。
【請求項２】
前記トルクモータは、環状固定子台座と、若干のコイルと、回転子軸と、若干の磁極とを含み、前記環状固定子台座の中央には回転子軸を回転可能に収容する空間が開設してあり、前記コイルが前記環状固定子台座の内壁に巻き付けられ、前記回転子軸の外周に若干の磁極が環設してあり、前記回転子軸は前記環状固定子台座の内部に枢着され、前記回転子軸の外周に環設された若干の磁極が前記コイルの電磁力に駆動されると前記回転子は回転するようになることを特徴とする、請求項１に記載のトルクモータ式風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電機に係り、特に、エネルギーの消耗が少なく、部材が簡単であり、低騒音であり、環境を汚染しなく、地球環境に優しいトルクモータ式風力発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
目下、風力エネルギーを持つ国家はどんどん風力エネルギーの利用に力を注いでおり、風力発電機のマーケットの見込みは約毎年30〜40万キロワットであり、区域別に分けると、北米の風力発電装置の容量は２０万キロワットであり、ヨーロッパの風力発電装置の容量は１０２０万キロワットであり、その他の区域の風力発電装置の容量は１９９１に７万キロワットに達した。且つマーケットは、ギリシア、スペインとインドなどの発展途上国に徐々に拡大しており、風力発電装置の潜在マーケットは極めて大きいので、投資および研究開発の価値がある。
【０００３】
出願者は、多くの特許文献を研究し、且つ実際の使用中に調査を重ねた後、米国特許US6547877B2、US6975045B2、US2006/0249957 A1に開示された風力発電機系統と、日本特願2004-288629に開示された風力発電装置と、日本特願2005-32に開示された風車および風車を組付けた風力発電機と、日本特願2005-61611に開示された風力発電装置と、日本特願2005-7478に開示された変速可能領域に適用される風力発電機出力変化低減用制御装置とその制御方法と、PTC特許WO2004/062080 A1に開示された風力発電機系統とその制御方法と、ヨーロッパ特許EP 1710432 A1に開示された風力発電装置と、などの特許文献および実際の使用において、トルクモータを動力源として風力発電系統に適用することは今まで一度もないことを発見した。
【０００４】
上記の風力発電機の構造は、全て、羽根付き回転子と、仕事やり装置と、加速装置と、制御システムと、タワーと、ハウジングと、を含む。前記羽根付き回転子は、風力を機械的エネに変換するためのものであり、前記仕事やり装置は、回転子からの機械的エネにより発電機を運転するものであり、前記加速装置は、加速ギアボックスにて前記羽根付き回転子からの回転数を増加することにより発電機を正常に発電可能にするものであり、前記制御システムは、羽根付き回転子のオーバスピードを阻止することにより、風力発電装置全体の安全を確保するものであり、前記タワーは、風力発電装置を一定高さに保持するものであり、前記ハウジングは、風力発電装置の発電機機構および一部の電気制御システムを保護するものである。
【０００５】
なお、別の大型の風力発電機は、一般に、「水平軸式」を採用し、これは、羽根付き回転子と、ギアボックス（加速ギアボックス）と、発電機と、オフセット装置と、制御システムと、タワーと、などの部材を含む。羽根付き回転子は、風力を機械的エネに変換するためのものであり、気体流動性の良い羽根が回転子に取り付けられて構成したものであり、羽根付き回転子の低回転数は加速ギアボックスにより加速されて発電機に伝達する。
【０００６】
しかしながら、上記のような構成によれば、製造コストが高く、組付作業が極めて不便であり、且つ加速装置とギアボックスなどの部材を使用することが必要であり、そうすると、機械的エネの一部が伝達過程中に消耗され、全体の効率が低減になり、且つ従来の発電機は大気を汚染する問題がある。
【特許文献１】米国特許US6547877B2
【特許文献２】米国特許US6975045B2
【特許文献３】US2006/0249957 A1
【特許文献４】特願2004-288629
【特許文献５】特願2005-000032
【特許文献６】特願2005-061611
【特許文献７】特願2005-007478
【特許文献８】PTC特許WO2004/062080 A1
【特許文献９】ヨーロッパ特許EP 1710432 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主な目的は、エネルギーの消耗が少なく、部材が簡単であり、環境を汚染しなく、地球環境に優しいトルクモータ式風力発電機を提供することにある。
【０００８】
本発明の次の目的は、低騒音であり、高効率であるトルクモータ式風力発電機を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、保全作業の需要が少ないトルクモータ式風力発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本願の発明は、羽根付き回転子と、ハウジングと、トルクモータと、電圧安定化装置と、トランスと、蓄電システムと、制御システムと、を含むトルクモータ式風力発電機であって、前記羽根付き回転子は、連結軸と連結してあり、前記ハウジングは、収容空間を有し、前記トルクモータは、電磁力に駆動されて回転する回転子軸を有し、前記電圧安定化装置は、安定化電源回路と、ブレークオーバ式開閉回路とを含み、前記トランスは、電圧を降下するものであり、前記蓄電システムは、電的エネを蓄蔵する装置であり、前記制御システムは、電力蓄蔵状況を検知して、電的エネの入力を制御するものであることを特徴とするトルクモータ式風力発電機であることを要旨としている。
【００１１】
本願の発明では、前記トルクモータは、環状固定子台座と、若干のコイルと、回転子軸と、若干の磁極とを含み、前記環状固定子台座の中央には回転子軸を回転可能に収容する空間が開設してあり、前記コイルが前記環状固定子台座の内壁に巻き付けられ、前記回転子軸の外周に若干の磁極が環設してあり、前記回転子軸は前記環状固定子台座の内部に枢着され、前記回転子軸の外周に環設された若干の磁極が前記コイルの電磁力に駆動されると前記回転子は回転するようになることを特徴とする請求項１に記載のトルクモータ式風力発電機であることを要旨としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のトルクモータ式風力発電機によれば、次のような効果がある。
（イ）本発明のトルクモータ２０が羽根付き回転子５と直接に連結し、風力が機械的エネまたは電的エネに変換可能であり、回転子軸２３の外周に環設された磁極が充電しなく回転可能であるので、エネルギーを節約することができ、ディファレンシャル・ギアやギアボックスなどの部材を使用することが必要なくなり、だから、エネルギーの消耗が少なくなる。
【００１３】
（ロ）本発明のトルクモータ２０が羽根付き回転子５と直接に連結し、風力が機械的エネまたは電的エネに変換可能であり、回転子軸２３の外周に環設された磁極が充電しなく回転可能であるので、エネルギーを節約することができ、ディファレンシャル・ギアやギアボックスなどの部材を使用することが必要なくなり、だから、部材が簡単であり、スペースが掛らなく、製造コストが降下する。
【００１４】
（ハ）本発明は、トルクモータ２０を動力源とし、トルクモータ２０は、前記回転子軸２３の外周に環設された若干の磁極２４が前記コイル２２の電磁力に駆動されると回転するようになるので、本発明のトルクモータは低騒音であり、且つトルクモータ２０の回転子軸２３の外周に環設された磁極２４の数量が多いので、トルクが大幅に増加するようになり、本発明のトルクモータ２０の効率は高い。
【００１５】
（二）本発明は、トルクモータ２０を動力源とし、トルクモータ２０は、前記回転子軸２３の外周に環設された若干の磁極２４が前記コイル２２の電磁力に駆動されると回転するようになるので、このような構成によれば、潤滑などの保全作業の需要が少ない。
【００１６】
（ホ）本発明のトルクモータ２０は磁力にて動力を発生するので、大気を汚染しなく、地球環境に優しい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
まず、図１と図２を参照する。本発明のトルクモータ式風力発電機は、羽根付き回転子５と、ハウジング１０と、トルクモータ２０と、電圧安定化装置３０と、トランス４０と、蓄電システム５０と、制御システム６０と、を含む。
【００１９】
前記羽根付き回転子５は、別の連接軸と連結する連接軸３１を有する。
【００２０】
前記ハウジング１０は、立方体を呈し、部材を収容する収容空間を有する。
【００２１】
前記トルクモータ２０は、環状固定子台座２１と、若干のコイル２２と、回転子軸２３と、若干の磁極２４とを含み、前記環状固定子台座２１の中央には回転子軸２３を回転可能に収容する空間が開設してあり、前記コイル２２が前記環状固定子台座２１の内壁に巻き付けられ、前記回転子軸２３の外周に若干の磁極２４が環設してあり、前記回転子軸２３は前記環状固定子台座２１の内部に枢着され、前記回転子軸２３の外周に環設された若干の磁極２４が前記コイル２２の電磁力に駆動される。
【００２２】
前記軸継ぎ手Ａは、トルクモータ２０の回転子軸２３の一端に設けられ、これは市販しているものであるので、説明を省略した。
【００２３】
前記電圧安定化装置３０は、安定化電源回路と、ブレークオーバ式開閉回路とを含む。
【００２４】
前記トランス４０は、電圧を降下するものである。
【００２５】
前記蓄電システム５０は、電的エネを蓄蔵する装置である。
【００２６】
前記制御システム６０は、電力蓄蔵状況を検知して、電的エネの入力を制御するものである。
【００２７】
次に、本発明の組付方法を詳細に説明する。まず、ハウジング１０にトルクモータ２０を入れて、トルクモータ２０の回転子軸２３の一端が軸継ぎ手Ａにて連接軸３１の一端と連接し、連接軸３１の他端に羽根付き回転子５が設けてあり、連接軸３１の羽根付き回転子５の近接する箇所ではころ軸受３２が設けてあり、そして電圧安定化装置３０と、トランス４０と、蓄電システム５０と、制御システム６０とは、ハウジングの内部にそれぞれ設置され、ケーブル３３にて互いに電気的に連接する。
【００２８】
次に、本発明の発電原理を詳細に説明する。本発明のトルクモータ式風力発電機は、主に、空気の流動（つまり、風）により羽根付き回転子を回転して、機械的エネまたは電的エネに変換するものである。なお、羽根付き回転子５が風に吹かれて回転になる原理は、空気動力の上昇力および抵抗力により羽根付き回転子５を回転させることにあり、羽根付き回転子５がトルクモータ２０と直接に連接するので、トルクモータ２０がある位相の電圧を直接に発生するようになり、電圧安定化装置３０にある安定化電源回路にて電圧を安定化して、トランス４０にて電圧を降下して蓄電システム５０に入力することにより電的エネを蓄蔵し、また、制御システム６０は、蓄電システム５０の蓄電状況を監視し、上記の監視結果が電圧安定化装置３０内のブレークオーバ式開閉回路に伝送され、上記の監視結果に基づいて、ブレークオーバ式開閉回路が蓄電システム５０への電流を遮断するかどうかを制御する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のトルクモータ式風力発電機の組合状態を示す概略図である。
【図２】本発明のトルクモータの一部を断開した斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
５        羽根付き回転子
１０      ハウジング
２０      トルクモータ
２１      環状固定子台座
２２      コイル
２３      回転子軸
２４      磁極
Ａ        軸継ぎ手
３０      電圧安定化装置
３１      連接軸
３２      ころ軸受
４０      トランス
５０      蓄電システム
６０      制御システム
【図１】
2008283832.tif 000003
【図２】
2008283832.tif 000004