(57)【要約】【課題】中小型風力発電機において、強風時の風車１の回転数の上昇を抑制するとともに、強風時に増大する風力エネルギーを損失することなく有効に電気エネルギーに変換する。【解決手段】回転子１２を軸心に対して放射状に配置するとともに、放射方向へ移動可能とし、固定子１５を回転子１２と対向させて同じく軸心に対して放射状に配置し、回転数の増加に伴う遠心力の増大に応じて回転子１２が放射方向外側へ移動し、回転子１２と固定子１５とのオーバーラッピング距離Ｌを大きくし、磁場を強めることで回転子１２の回転を抑制する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車１の回転で回転子１２を駆動して発電する中小型風力発電機の回転抑制手段であって、
回転子１２を軸心に対して放射状に配置するとともに、放射方向へ移動可能とし、固定子１５を回転子１２と対向させて同じく軸心に対して放射状に配置し、回転数の増加に伴う遠心力の増大に応じて回転子１２が放射方向外側へ移動し、回転子１２と固定子１５とのオーバーラッピング距離Ｌを大きくし、磁場を強めることで回転子１２の回転を抑制することを特徴とした中小型風力発電機の回転抑制手段。
【請求項２】
回転子１２が永久磁石であり、Ｓ極とＮ極とを交番関係に配置して多極構造とした請求項１に記載の中小型風力発電機の回転抑制手段。
【請求項３】
軸心から設けたバネ１３で回転子１２を保持した請求項１又は２に記載の中小型風力発電機の回転抑制手段。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、市街地や家庭への普及を目的とした中小型風力発電機において、強風時の風車の回転数の上昇を抑制して運転の静音化を図るとともに、強風時に増大する風力エネルギーを損失することなく有効に電気エネルギーに変換可能な中小型風力発電機の回転抑制手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、風車の回転で発電機を駆動し、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電機は、市街地や家庭での設置を目的とした中小型タイプのものが提案され、環境汚染物質を全く排出しないクリーン性、無尽蔵な自然エネルギーを利用する省エネ性等で、地球温暖化問題を解決するためのエネルギー手段として普及が期待されている。この中小型風力発電機は、飛行機形状の本体の前端にプロペラ型の風車を設け、風車の回転で回転子を駆動して発電するもので、太陽光発電と併用としたハイブリット型も提案されている。そして、全体を小型で軽量とし、市街地でモニュメントとして設置したり、支持棒を用いて家屋のベランダや屋根等への設置を可能としている。
【０００３】
かかる中小型風力発電機において、強風時に風車が高速で回転して大きな風切り音を生じ、この騒音の発生が市街地や家庭への普及の大きな障壁とされ、運転の静音化が求められている。従来、中小型風力発電機の回転抑制手段としては、台風のような大風時に運転停止とする以外に、１０数ｍ／ｓ程度以上の強風時にピッチ角を変えて風を逃がす（フェザーリング）手段や、最近では、発電機の出力側電流を断続的に瞬時ショートさせ、この時生じる誘導逆起電力で回転子の回転に対する抵抗を加え、回転数を一定以下に抑制する構造としたものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうした回転抑制手段は、風速の３乗に比例する風力エネルギーが有効に発電に寄与することなく無駄となり、強風時に飛躍的に増大する風力エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換するものではない。
【０００５】
この発明は、強風時の風車の回転数の上昇を抑制して中小型風力発電機の静音化、低振動化を図るとともに、強風時に増大する風力エネルギーを損失することなく有効に電気エネルギーに変換可能な中小型風力発電機の回転抑制手段を提供することを目的とするものである。また、風速の上昇に対して自立的、自動的、無段階に回転の抑制を図ることができ、特別な制御装置や制御回路を必要とせず、廉価でコンパクトに製作可能な中小型風力発電機の回転抑制手段を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の中小型風力発電機の回転抑制手段は、回転子１２を軸心に対して放射状に配置するとともに、放射方向へ移動可能とし、固定子１５を回転子１２と対向させて同じく軸心に対して放射状に配置する。そして、回転数の増加に伴う遠心力の増大に応じて回転子１２が放射方向外側へ移動し、回転子１２と固定子１５とのオーバーラッピング距離Ｌを大きくし、磁場を強めることで回転子１２の回転を抑制することを特徴とするものである。
【０００７】
また、この発明の中小型風力発電機の回転抑制手段は、回転子１２として永久磁石を用い、Ｓ極とＮ極とを交番関係に配置して発電機を多極構造とするものである。さらに、軸心から設けたバネ１３で回転子１２を保持し、遠心力の増大に応じてバネ１３に抗して回転子１２が放射方向外側へ移動するように構成するものである。
【０００８】
このように構成したので、回転子１２の回転数の増加に伴う遠心力の増大で回転子１２が放射方向外側へ移動し、回転子１２と固定子１５とのオーバーラッピング距離Ｌを大きくすることで磁場を強め、回転子１２の回転に要する回転トルクを増大させ、風車１の回転数の上昇を抑制することができる。そして、強風時に増大する風力エネルギーを無駄なく有効に電気エネルギーに変換し、風力エネルギーを損失することなく効率的な発電を可能とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を、図面を用いて具体的に説明する。
図面は、この発明に基づいた実施例で、界磁として永久磁石を用いた独立電源型の中小型風力発電機への適用例である。図において、風力発電機の軸心にスプラインシャフト３（固定軸）がスプラインナット４で固定され、風車１がベアリング２を介してスプラインシャフト３に回転自在に取り付けられている。発電機１０は風車１と直結され、永久磁石である回転子１２と、コイルを巻線した電機子である固定子１５とで構成され、風車１の回転に連動して永久磁石が回転する回転界磁形の発電機である。
【００１０】
回転子１２は、発電機１０の軸心に対して放射状位置に配置され、Ｓ極とＮ極とを交番関係に配置した多極構造が採られている（図２参照）。各回転子１２は、軸心から設けたバネ１３で保持されていて放射方向へ移動可能とされている。固定子１５はスプラインシャフト３に固定され、回転子１２と対向させて同じく軸心に対して放射状に配置され、固定子１５を挟んで固定子１５の両側に回転子１２を配置している。固定子１５は、発電機１０の外周端に近接して配置され、回転子１２の放射方向への移動に伴い、回転子１２と固定子１５とのオーバーラッピング距離Ｌが最小（Ｌ１）から最大（Ｌ３）の範囲で可変するように構成されている。
【００１１】
このように構成した中小型風力発電機において、風車１の停止状態（無風状態）では、回転子１２は、バネ１３の圧縮力で発電機１０の最も内側位置に保持され、固定子１５とのオーバーラッピング距離Ｌ１は最も小さな状態である（図１の状態）。
【００１２】
風速が所定の値に達すると、風車１が始動して回転子１２を駆動し、固定子１５の両側に沿って回転子１２が連動して回転する。回転数の増加に伴い回転子１２に作用する遠心力が増大し、この遠心力の作用で回転子１２はバネ１３に抗して放射方向外側へ移動し、固定子１５とのオーバーラッピング距離がＬ２へと変動する（図３の状態）。さらに、回転数が増加して遠心力が増大すると、回転子１２は放射方向最外側へ移動し、固定子１５とのオーバーラッピング距離はＬ３の最大の状態となる（図４の状態）。
【００１３】
このようにして、回転子１２と固定子１５とのオーバーラッピング距離Ｌを大きくすることで発電機の磁場が強められ、磁場の増大は回転子１２の回転に要する回転トルクを増大させ、回転子１２を駆動する風車１の回転数の上昇が抑制される。また、発電機の出力は磁場の強さに依存するので、風力エネルギーを無駄なく有効に電気エネルギーに変換することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の中小型風力発電機の回転抑制手段は、放射方向へ移動可能とした回転子１２を、回転数の増加に伴う遠心力の増大に応じて放射方向外側へ移動させ、固定子１５とのオーバーラッピング距離Ｌを大きくし、磁場を強めて回転子１２の回転に要する回転トルクを増大させ、回転子１２の回転を抑制するもので、風速の上昇に対して風車１の回転数の上昇率を一定以下に抑え、中小型風力発電機の静音化、低振動化を図ることができる。そして、このようにして磁場を強めて回転の抑制を図ると同時に、発電機の出力は磁場の強さに依存するので、強風時に飛躍的に増大する風力エネルギーを無駄なく有効に電気エネルギーに変換し、風力エネルギーを損失することなく効率的な発電を可能とするものである。
【００１５】
また、この発明は、回転数の増加に伴う回転子１２に作用する遠心力の増大を利用するものであるから、自立的、自動的、無段階に風車１の回転数の上昇の抑制を図ることができ、回転を抑制するための特別な制御装置や制御回路を必要とせず、廉価でコンパクトに製作可能な中小型風力発電機の回転抑制手段を提供するものである。
【００１６】
また、この発明の中小型風力発電機の回転抑制手段を適用することで、オーバーラッピング距離がＬ１の最小の状態で弱風から発電可能とし、Ｌ３の最大の状態で最も磁場を強めてパワーを最大限に取り出すことができるなど、弱風から強風までの極めて広範囲な風速範囲に対応した運転を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の中小型風力発電機の実施例で、風車が停止した状態の断面図。
【図２】回転子の配置を示す説明図。
【図３】回転子が放射方向外側へ移動した状態の断面図。
【図４】回転子が放射方向最外側へ移動した状態の断面図。
【符号の説明】
１  風車
１２  回転子
１３  バネ
１５  固定子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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