(57)【要約】【課題】発電機の稼働時における発電機の障害を防止すること。【解決手段】風力を受ける風車２と、風車２が受ける風力によって回転する回転軸４と、回転軸４に設けられ複数の磁石１２を有するロータ１０を備え、回転軸４の回転によってロータ１０を回転させて電力を生成する発電機８と、発電機８の温度を調整する温度調整装置１８と、磁石１２の温度を検出する磁石温度検出素子１５と、磁石温度検出素子１５によって検出された検出温度に基づいて、温度調整装置１８を制御する制御部１７と、を備える。【選択図】      図２
2004297892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられ複数の磁石を有するロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、
前記発電手段の温度を調整する温度調整手段と、
前記磁石の温度を検出する磁石温度検出手段と、
前記磁石温度検出手段によって検出された検出温度に基づいて、前記温度調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記検出温度があらかじめ設定された所定温度に達したか否かを判定する検出温度判定手段と、
前記検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する温度調整制御手段と、を備え、
前記検出温度判定手段によって前記検出温度が前記所定温度に達したと判定した場合、前記温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段の温度を調整するように制御することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記検出温度があらかじめ設定された上限温度以上か否かを判定する第１の検出温度判定手段と、
前記第１の検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する第１の温度調整制御手段と、
前記検出温度があらかじめ設定された下限温度以下か否かを判定する第２の検出温度判定手段と、
前記第２の検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する第２の温度調整制御手段と、を備え、
前記第１の検出温度判定手段によって前記検出温度が前記上限温度以上であると判定した場合、前記第１の温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段を冷却するように制御し、
前記第２の検出温度判定手段によって前記検出温度が前記下限温度以下であると判定した場合、前記第２の温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段を加熱するように制御することを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項４】
風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
磁石を有するロータと、コイルを有するステータと、を備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、
前記ロータの回転によって生じる前記コイルの振動を規制する規制手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項５】
風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、
前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在しており、対向する側面の間隔が前記ロータの周面から離れるに従って拡大する複数の磁石と、
前記複数の磁石間に設けられ、前記複数の磁石を前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に支持する複数の支持部材と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項６】
前記複数の支持部材は、その上端または下端のうち少なくともいずれか一端が前記ロータに対し前記回転軸方向に突出して設けられており、
さらに、前記複数の支持部材の突出した一端を保持する保持部材と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の風力発電装置。
【請求項７】
さらに、前記回転軸方向における前記ロータの両端のうちいずれか一端に前記回転軸方向に沿って複数突出して設けられ、前記ロータとともに回転して前記ロータ近傍の空気を撹拌する撹拌手段と、
を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の風力発電装置。
【請求項８】
前記撹拌手段は、前記複数の支持部材の両端のうち少なくともいずれか一端によって構成されていることを特徴とする請求項７に記載の風力発電装置。
【請求項９】
前記撹拌手段は、前記複数の保持部材に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の風力発電装置。
【請求項１０】
風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、
前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在する複数の磁石と、
前記回転軸方向における前記ロータの両端のうちいずれか一端に前記回転軸方向に沿って複数突出して設けられ、前記ロータとともに回転して前記ロータ近傍の空気を撹拌する撹拌手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１１】
前記撹拌手段は、前記複数の磁石の両端のうち少なくともいずれか一端によって構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の風力発電装置。
【請求項１２】
風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって電力を生成する発電手段と、
前記発電手段の下方の位置において前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって前記発電手段に空気を撹拌する撹拌手段と、
前記撹拌手段の下方に設けられ、前記撹拌手段によって撹拌された空気のうち、前記撹拌手段の下方に送られる空気を、前記発電手段へ導く導風手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１３】
風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、
前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在する複数の磁石と、
前記複数の磁石を、前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に支持する支持部材と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１４】
前記支持部材は、前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に収縮する熱収縮部材であることを特徴とする請求項１３に記載の風力発電装置。
【請求項１５】
前記支持部材は、前記複数の磁石が設けられたロータに嵌挿される筒状体であることを特徴とする請求項１３に記載の風力発電装置。
【請求項１６】
風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、
前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって電力を生成する発電手段と、
前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転に伴って回転するフライホイールと、
を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１７】
前記フライホイールは、前記発電手段の両端のうち少なくともいずれか一端側に設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の風力発電装置。
【請求項１８】
さらに、前記発電手段を収納するケーシングと、
前記発電手段に接続されている伝送線を、前記ケーシング内周面に保持する伝送線保持部材と、
を備えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一つに記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風力を受ける風車と、風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風力発電装置は、周知のとおり、風のよく吹く地点に風車を設置して、その回転力で発電機を回して発電する装置である。この風力発電装置は、環境対策として非常に優れた発電装置であるため、今日までに急速に発展・増加するとともに、技術の進歩・改良がおこなわれている。このような改良としては、発電機から得られる電力のサイン波の周期が比較的大きいことから、発電効率を向上するため多極型の発電機を用いた風力発電装置が各種提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４５９５２号公報
【特許文献２】
特開２００１−７８４１０号公報
【特許文献３】
特開２００２−１５３０３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したいずれの特許文献においても、発電機を稼働した場合には、以下のような問題点があった。まず、発電機が稼働すると、発電機の温度上昇にともなって磁石の温度も上昇してしまい、所定温度以上、たとえば摂氏１２０℃以上になると、発電機が減磁してしまい、発電効率の低下を招くという問題があった。また、通常は、発電機の稼働時において、ステータに設けられているコイルの温度を検出することによって、発電機の温度上昇を検出することとしていたが、磁石の温度を検出することができないため、発電機の減磁状態を放置することとなっていた。
【０００５】
さらに、寒冷地などにおいては、ケーシング内部が氷点下たとえば摂氏−４０℃となって減磁してしまい、発電効率の低下を招くという問題があった。このように、風力発電装置においては、減磁による磁石の無力化を防止するため、発電機の磁石の温度を、稼働時、停止時を問わず、常時適切な温度に保つ必要があった。
【０００６】
また、発電機を稼働した場合、ロータの回転により加振力が生じ、ステータ側のコイルがこの加振力によって損傷する場合があった。さらに、発電機を稼働した場合、ロータの磁石は、通常ロータの周面に接着剤によって接着固定されているため、ロータの回転によって生じる遠心力や、発電機の温度上昇によってロータと磁石との間の接着剤の接着力の低下によって、磁石が飛散してしまうという問題があった。また飛散した磁石によりケーシング内部の電気系統や機械系統が損傷するおそれがあった。一方、現状では、ロータ周面および磁石の表面をテープなどによって巻き付けて磁石の飛散を防止することとしているが、巻き付け作業が面倒であった。
【０００７】
さらに、ケーシング内部では、発電機から引き出されている出力線や各種センサのセンサケーブルなどの伝送線が回転軸方向に垂れ下がっているが、この伝送線が、回転中の回転軸に接触してしまう場合があり、伝送線を破損してしまうという問題があった。またこれにより、風力発電装置内の電気系統が故障してしまう原因にもなるという問題があった。
【０００８】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、発電機の稼働時における発電機の障害を防止する風力発電装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられ複数の磁石を有するロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記発電手段の温度を調整する温度調整手段と、前記磁石の温度を検出する磁石温度検出手段と、前記磁石温度検出手段によって検出された検出温度に基づいて、前記温度調整手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この請求項１の発明によれば、温度変化による磁石の減磁の防止を図ることができる。
【００１１】
また、請求項２の発明にかかる風力発電装置は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記検出温度があらかじめ設定された所定温度に達したか否かを判定する検出温度判定手段と、前記検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する温度調整制御手段と、を備え、前記検出温度判定手段によって前記検出温度が前記所定温度に達したと判定した場合、前記温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段の温度を調整するように制御することを特徴とする。
【００１２】
この請求項２の発明によれば、あらかじめ設定された温度を超えた場合に温度変化による磁石の減磁の防止を図ることができる。
【００１３】
また、請求項３の発明にかかる風力発電装置は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記検出温度があらかじめ設定された上限温度以上か否かを判定する第１の検出温度判定手段と、前記第１の検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する第１の温度調整制御手段と、前記検出温度があらかじめ設定された下限温度以下か否かを判定する第２の検出温度判定手段と、前記第２の検出温度判定手段によって判定された判定結果に基づいて前記温度調整手段を温度調整する第２の温度調整制御手段と、を備え、前記第１の検出温度判定手段によって前記検出温度が前記上限温度以上であると判定した場合、前記第１の温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段を冷却するように制御し、前記第２の検出温度判定手段によって前記検出温度が前記下限温度以下であると判定した場合、前記第２の温度調整制御手段は、前記温度調整手段が前記発電手段を加熱するように制御することを特徴とする。
【００１４】
この請求項３の発明によれば、あらかじめ設定された上限温度以上となった場合に、温度上昇を抑制し、磁石の減磁の防止を図ることができる。また、あらかじめ設定された下限温度以下となった場合に、温度低下を抑制し、磁石の減磁の防止を図ることができる。
【００１５】
また、請求項４の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、磁石を有するロータと、コイルを有するステータと、を備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの回転によって生じる前記コイルの振動を規制する規制手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
この請求項４の発明によれば、ロータから生じる加振力を吸収することができる。
【００１７】
また、請求項５の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在しており、対向する側面の間隔が前記ロータの周面から離れるに従って拡大する複数の磁石と、前記複数の磁石間に設けられ、前記複数の磁石を前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に支持する複数の支持部材と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
この請求項５の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることにより、ロータからの磁石の脱落を防止することができる。
【００１９】
また、請求項６の発明にかかる風力発電装置は、請求項５に記載の発明において、前記複数の支持部材は、その上端または下端のうち少なくともいずれか一端が前記ロータに対し前記回転軸方向に突出して設けられており、さらに、前記複数の支持部材の突出した一端を保持する保持部材と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
この請求項６の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることにより、ロータからの磁石および支持部材の脱落を防止することができる。
【００２１】
また、請求項７の発明にかかる風力発電装置は、請求項５または６に記載の発明において、さらに、前記回転軸方向における前記ロータの両端のうちいずれか一端に前記回転軸方向に沿って複数突出して設けられ、前記ロータとともに回転して前記ロータ近傍の空気を撹拌する撹拌手段と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
この請求項７の発明によれば、発電手段の稼働時における発電手段の冷却効率を向上することができる。
【００２３】
また、前記撹拌手段は、請求項８に記載のように、前記複数の支持部材の両端のうち少なくともいずれか一端によって構成されていてもよく、また、請求項９に記載のように、前記複数の保持部材に設けられていることとしてもよい。
【００２４】
この請求項８および請求項９の発明によれば、部品点数の減少を図ることができる。
【００２５】
また、請求項１０の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在する複数の磁石と、前記回転軸方向における前記ロータの両端のうちいずれか一端に前記回転軸方向に沿って複数突出して設けられ、前記ロータとともに回転して前記ロータ近傍の空気を撹拌する撹拌手段と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
この請求項１０の発明によれば、発電手段の稼働時における発電手段の冷却効率を向上することができる。
【００２７】
また、請求項１１の発明にかかる風力発電装置は、請求項１０に記載の発明において、前記撹拌手段は、前記複数の磁石の両端のうち少なくともいずれか一端によって構成されていることを特徴とする。
【００２８】
この請求項１１の発明によれば、部品点数の減少を図ることができる。
【００２９】
また、請求項１２の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって電力を生成する発電手段と、前記発電手段の下方の位置において前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって前記発電手段に空気を撹拌する撹拌手段と、前記撹拌手段の下方に設けられ、前記撹拌手段によって撹拌された空気のうち、前記撹拌手段の下方に送られる空気を、前記発電手段へ導く導風手段と、を備えることを特徴とする。
【００３０】
この請求項１２の発明によれば、撹拌された空気を効率よく発電手段に送風することができる。
【００３１】
また、請求項１３の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられるロータを備え、前記回転軸の回転によって前記ロータを回転させて電力を生成する発電手段と、前記ロータの周面において前記回転軸の周方向に等間隔に設けられ、前記回転軸方向に延在する複数の磁石と、前記複数の磁石を、前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に支持する支持部材と、を備えることを特徴とする。
【００３２】
この請求項１３の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることにより、ロータからの磁石の脱落を防止することができる。
【００３３】
また、請求項１４の発明にかかる風力発電装置は、請求項１３に記載の発明において、前記支持部材は、前記回転軸の中心に向かう前記回転軸の径方向に収縮する熱収縮部材であることを特徴とする。
【００３４】
この請求項１４の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けることができ、ロータからの磁石の脱落を防止することができる。
【００３５】
また、請求項１５の発明にかかる風力発電装置は、請求項１３に記載の発明において、前記支持部材は、前記複数の磁石が設けられたロータに嵌挿される筒状体であることを特徴とする。
【００３６】
この請求項１５の発明によれば、ロータの回転によって生じる遠心力に抗して磁石をロータの周面に押し付けて、ロータからの磁石の脱落を防止することができるとともに、磁石およびロータ周面を保護することができる。
【００３７】
また、請求項１６の発明にかかる風力発電装置は、風力を受ける風車と、前記風車が受ける風力によって回転する回転軸と、を備える風力発電装置において、前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転によって電力を生成する発電手段と、前記回転軸に設けられ、前記回転軸の回転に伴って回転するフライホイールと、を備えることを特徴とする。
【００３８】
この請求項１６の発明によれば、発電手段から生成される出力電力の安定化を図ることができる。また、前記フライホイールは、請求項１７に記載のように、前記発電手段の両端のうち少なくともいずれか一端側に設けられていることとしてもよい。
【００３９】
また、請求項１８の発明にかかる風力発電装置は、請求項１〜１７のいずれか一つに記載の発明において、さらに、前記発電手段を収納するケーシングと、前記発電手段に接続されている伝送線を、前記ケーシング内周面に保持する伝送線保持部材と、を備えることを特徴とする。
【００４０】
この請求項１８の発明によれば、回転軸と伝送線とを離間させることができる。さらに、周方向に２個以上の伝送線保持部材を設けて、電力を伝送する電力用伝送線と、各種センサからの信号を伝送する信号用伝送線とを別々に収納することにより、互いにノイズ混入による誤動作を防止することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる風力発電装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００４２】
（風力発電装置の概要）
まず、図１に、風力発電装置の一例として、垂直軸型の風力発電装置１の概略斜視図を示す。この風力発電装置１は、風力を受ける複数枚の風車（ブレード）２を有する。各ブレード２は、アーム３を介して回転軸に所定角度間隔で固定されている。図示の例ではブレード２が３枚設けられ、１２０°間隔で配置されている。
【００４３】
この回転軸は、図示のように鉛直方向に立設されており、ケーシング５内部に向け下方に延びて形成されている。ケーシング５内部において回転軸４は上下一対の軸受６，７により回転自在に支承されている。また、ケーシング５内部には、発電機８が設けられている。このように発電機８を設けた構成の場合、ブレード２が風力を受けて回転軸４が回転すると、この回転軸４の回転に基づき発電機８が風力に応じた電力を発電することができる。この発電機８としては、たとえばＳＰＭ型のような多極型の発電機を採用することができる。なお、回転軸４の回転力は、発電に用いるに限らず、回転力をそのまま動力として用いることもできる。
【００４４】
（第１実施の形態）
図２は、第１実施の形態にかかる風力発電装置１における発電機８を示した部分側断面図である。発電機８は、回転軸４と同軸に固定されているロータ１０と、ロータ１０に対し所定のエアギャップを有してケーシング５の内周面５ａに固定されているステータ１１と、から構成されている。
【００４５】
ロータ１０の周面１０ａには、回転軸４の軸方向に沿った長尺な磁石１２が複数設けられている。この複数の磁石１２（たとえば１０本〜３０本）はロータ１０の周面１０ａの周方向に等間隔に設けられている。また、この複数の磁石１２は、ロータ１０の周面１０ａに対し、たとえば接着剤などにより固定されている。また、ステータ１１にはコイル１３が設けられており、回転軸４の回転にともなってロータ１０が回転すると、コイル１３に誘導起電力が生じ、これにより発電機８が発電する。
【００４６】
また、図２に示すように、ロータ１０と軸受７との間には、回転軸４と同軸なスリップリング１４が回転可能に設けられており、このスリップリング１４と磁石１２とが熱電対または測温抵抗体などの温度検出素子１５によって接続されている。この温度検出素子１５は、磁石１２の温度を検出して電気信号に変換する。スリップリング１４からの出力線１６は、ケーシング５の底部５ｂに設けられている制御部１７に接続されており、スリップリング１４は、温度検出素子１５から出力された電気信号を出力線１６を介して制御部１７に出力する。
【００４７】
制御部１７は、温度検出素子１５からスリップリング１４を介して出力されてくる電気信号のレベルに基づいて、ケーシング５の底部５ｂに設けられている温度調整装置１８を駆動制御する。この温度調整装置１８は、図３に示すように、ファンの回転により冷却風を送風する送風機２０と、温風を送風するスペースヒータ２１と、から構成されている。
【００４８】
また、制御部１７は、図３に示すように、第１の検出温度判定部２２および第２の検出温度判定部２３から構成されている検出温度判定部２４と、第１の温度調整制御部２５および第２の温度調整制御部２６から構成されている温度調整制御部２７と、によって構成されている。
【００４９】
第１の検出温度判定部２２は、あらかじめ所定の上限温度に対応する電気信号レベルが設定されており、温度検出素子１５による検出温度に対応する検出電気信号が、この電気信号レベル以上であるか否かを判定することにより、検出温度が上限温度以上であるか否かを判定する。
【００５０】
また、第１の検出温度判定部２２は、あらかじめ所定の冷却停止温度に対応する電気信号レベルが設定されており、温度検出素子１５による検出温度に対応する検出電気信号が、この電気信号レベル以上であるか否かを判定することにより、検出温度が冷却停止温度以下であるか否かを判定する。
【００５１】
同様に、第２の検出温度判定部２３は、あらかじめ所定の下限温度に対応する下限電気信号レベルが設定されており、温度検出素子１５による検出温度に対応する検出電気信号が、下限電気信号レベル以下であるか否かを判定することにより、検出温度が下限温度以下であるか否かを判定する。
【００５２】
また、第２の検出温度判定部２３は、あらかじめ所定の加熱停止温度に対応する電気信号レベルが設定されており、温度検出素子１５による検出温度に対応する検出電気信号が、この電気信号レベル以上であるか否かを判定することにより、検出温度が加熱停止温度以上であるか否かを判定する。
【００５３】
なお、上限温度は、たとえば摂氏１２０℃に設定されている。一方、下限温度は、氷点下温度、たとえば摂氏−４０℃に設定されている。また、上述したこれらの設定温度は、下限温度≦加熱停止温度＜冷却停止温度≦上限温度という関係にある。なお、上限温度、加熱停止温度、冷却停止温度および下限温度は、発電機８の性能や風力発電装置１を設置する環境に応じて、磁石１２が減磁しない程度に適宜変更することができる。
【００５４】
また、第１の温度調整制御部２５は、第１の検出温度判定部２２によって判定された判定結果に基づいて温度調整装置１８を駆動制御する。同様に、第２の温度調整制御部２６は、第２の検出温度判定部２３によって判定された判定結果に基づいて温度調整装置１８を駆動制御する。図４は、制御部１７による制御処理手順を示すフローチャートである。
【００５５】
まず、第１の検出温度判定部２２によって検出された検出温度が上限温度以上であると判定された場合は（ステップＳ４０１：Ｙｅｓ）、温度調整装置１８の送風機２０を駆動し、冷却風を発電機８に送風して、発電機８を冷却する（ステップＳ４０２）。そして、この冷却により検出温度が冷却停止温度以下になるか否かを判定する（ステップＳ４０３）。
【００５６】
検出温度が冷却停止温度にまで低下していない場合（ステップＳ４０３：Ｎｏ）、送風機２０の駆動を継続し、発電機８を冷却する（ステップＳ４０２）。一方、検出温度が冷却停止温度以下になった場合（ステップＳ４０３：Ｙｅｓ）、送風機２０の駆動を停止する（ステップＳ４０４）。
【００５７】
また、ステップＳ４０１において、検出温度が上限温度未満と判定された場合は（ステップＳ４０１：Ｎｏ）、検出温度が下限温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ４０５）。そして、検出温度が下限温度以下であると判定された場合は（ステップＳ４０５：Ｙｅｓ）、スペースヒータ２１を駆動して、加熱風を発電機８に送風する（ステップＳ４０６）。なお、検出温度が下限温度よりも大きいと判定された場合は（ステップＳ４０５：Ｎｏ）、ステップＳ４０１に移行する。
【００５８】
また、この加熱により検出温度が加熱停止温度以上になるか否かを判定する（ステップＳ４０７）。そして、検出温度が加熱停止温度にまで上昇していない場合（ステップＳ４０７：Ｎｏ）、スペースヒータ２０の駆動を継続し、発電機８を加熱する（ステップＳ４０６）。一方、検出温度が加熱停止温度以上になった場合（ステップＳ４０７：Ｙｅｓ）、スペースヒータ２１の駆動を停止する（ステップＳ４０８）。
【００５９】
このように、本実施の形態によれば、磁石１２の発熱によって生じるロータ１０の減磁を防止することができる。特に、発電機８を稼働し過ぎた場合であっても、発電機８を効果的に冷却することができる。また、寒冷地に設置された場合であっても、発電機８を効果的に加熱することができる。これにより、発電機８の磁石１２の減磁による無力化を防止してすることができ、発電機の発電効率の低下を防止することができ、発電機８の稼働の安定化を図ることができる。また、加熱または冷却後、一定温度に達した場合に温度調整装置１８を停止することにより、過冷却または過熱を防止するとともに、省電力化を図ることができる。
【００６０】
なお、上述した例では、上限温度を一段設定した例について説明したが、段階的に複数の上限温度を設定し、設定した上限温度が高くなるにしたがって、冷却風を送風する送風機２０の風量を増加することとしてもよい。同様に、下限温度についても複数の下限温度を設定し、設定した下限温度が低くなるにしたがって、温風を送風するスペースヒータ２１の風量を増加するように制御することとしてもよい。これによれば、磁石１２の温度変化に対応した適切な風を供給することができ、また、温度調整装置１８の無駄な電力消費を抑制することができる。
【００６１】
（第２実施の形態）
つぎに、本発明の風力発電装置の第２実施の形態について説明する。この第２実施の形態は、発電機８の端部に絶縁性の環状リング３０を設けた例である。ここで、図５は、第２実施の形態にかかる風力発電装置１における発電機８を示した部分側断面図である。なお、第１実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６２】
図５に示すように、ステータ１１の両端面には、絶縁性の環状リング３０、３１が嵌挿されている。環状リング３０、３１の内周面３０ａ，３１ａは、コイル１３に接触している。また、環状リング３０、３１の外周面３０ｂ，３１ｂは、ケーシング５の内周面５ａと当接している。なお、ステータ１１の下端面側に嵌挿されている環状リング３１は、ケーシング５の内周面５ａに設けられているストッパ３２により支持されている。これにより、下方への脱落を防止している。
【００６３】
この環状リング３０、３１によれば、発電機８を稼働したときにロータ１０の径方向に生じる振動（加振力）を吸収することにより、コイル１３の振動を規制することができる。これにより、コイル１３にクラックが生じることがなく、簡単な構成によりコイル１３の破損を防止することができる。なお、本実施の形態では、環状リング３０、３１をステータ１１の両端面に設けた構成としたが、環状リング３０、３１はいずれか一方の端面に設ける構成としてもよい。
【００６４】
（第３実施の形態）
つぎに、本発明の風力発電装置の第３実施の形態について説明する。この第３実施の形態は、回転軸４の中心に向かう回転軸４の径方向に支持する支持部材として、くさび部材３３を複数の磁石１２，１２間に設けた例である。ここで、図６は、第３実施の形態にかかる風力発電装置１における発電機８を示した部分側断面図である。特に、図６（ａ）は、第３実施の形態にかかる風力発電装置１における発電機８の側面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図、図６（ｃ）は、図６（ａ）の底面図である。なお、第１および第２実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６５】
図６（ｂ）に示すように、ロータ１０の周面１０ａに設けられている磁石１２は、断面略台形状とされている。そして、隣接する磁石１２，１２間の対向する側面１２ａ，１２ａの間隔は、回転軸４の中心から回転軸４の径方向に離れるに従って拡大するようになっている。
【００６６】
また、図６（ｂ）に示すように、隣接する磁石１２，１２間には、くさび部材３３が嵌合されている。くさび部材３３は、断面略台形状とされている。また、図６（ａ）に示すように、磁石１２よりもやや長い長尺状とされ、その両端３３ａ，３３ｂが磁石１２よりも上下方向にやや突出して設けられている。
【００６７】
なお、図６（ｂ）に示すように、磁石１２の厚さとくさび部材３３の厚さは略同等とされており、これにより、くさび部材３３を取り付ける前のロータ１０とステータ１１間のエアギャップと同等のエアギャップを維持することができる。また、くさび部材３３の両端３３ａ，３３ｂには、くさび部材３３を保持する円形の保持板３４，３５が設けられている。保持板３４，３５には絶縁性である。また、図６（ｃ）に示すように、保持板３４（３５）には、複数の嵌合孔３４ａ（３５ａ）が形成されており、くさび部材３３の両端３３ａと嵌合するようになっている。これにより、くさび部材３３がロータ１０から脱落しないように保持することができる。
【００６８】
本実施の形態によれば、ロータ１０の回転によって遠心力が発生した場合、または、ロータ１０（発電機８）の温度上昇によってロータ１０と磁石１２間の接着剤の接着力が弱められた場合であっても、くさび部材３３によって磁石１２を抜け止めすることとしており、また、保持板３４，３５によってくさび部材３３を保持することによって、さらに、磁石１２の抜け止めを強化している。これにより、ロータ１０の周面１０ａに設けられた磁石１２の脱落を防止することができるとともに、ロータ１０とステータ１１間のエアギャップを変化させることがないため、発電機８の性能の安定化、振動および騒音の防止、および発電機８における通気性の維持を図ることができ、これにより冷却効率を維持することができる。
【００６９】
（第４実施の形態）
つぎに、本発明の風力発電装置の第４実施の形態について説明する。この第４本実施の形態は、回転軸４の軸方向におけるロータ１０の両端に、ロータ１０とともに回転してロータ１０近傍の空気を撹拌する構成を設けた例である。ここで、図７〜図９は、第４実施の形態にかかる風力発電装置１における発電機８を示した説明図である。なお、第１〜第３実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７０】
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、本実施の形態の磁石１２の両端には、ロータ１０の端面１０ｂ、１０ｃから回転軸４の軸方向に突出する突出片３６が形成されている。各突出片３６は、ロータ１０の端面１０ｂ、１０ｃにおいて、その径方向に沿うように放射状に配置されている。そして、ロータ１０が回転すると、ロータ１０の端面１０ｂ、１０ｃ近傍の空気が回転軸４回りに回転する突出片３６によって撹拌されて、発電機８の周囲を乱流する。
【００７１】
すなわち、ロータ１０の上端面１０ｂ側では発電機８によって温められた空気を上方へ排気することができ、ロータ１０の下端面１０ｃ側では、ケーシング５下方の空気と発電機８によって温められた空気とを混合することができる。これにより、発電機８の稼働時において発電機８の冷却効率を向上させることができる。なお、この突出片３６は、ロータ１０の端面１０ｂ、１０ｃのうち少なくともいずれか一方の端面から突出する構成としてもよい。
【００７２】
また、磁石１２の端部は、図７（ｂ）に示した構成のほか、図７（ｃ）に示すように突出片が捩れた形状（突出片３７）としてもよく、また、図７（ｄ）に示すように、突出片を斜めにした形状（突出片３８）としてもよい。また、図８に示すように、第３実施の形態において説明したくさび部材３３の端部３３ａ，３３ｂに、そのロータ１０の端面１０ｂ、１０ｃから回転軸４の軸方向に突出する突出片３３ｃ，３３ｄを形成してもよく、また、図９に示すように、第３実施の形態において説明した保持板３４，３５に、そのロータ１０端面１０ｂ、１０ｃから回転軸４の軸方向に突出する突出片３４ｂ，３５ｂを形成してもよい。
【００７３】
（第５実施の形態）
つぎに、本発明の風力発電装置の第５実施の形態について説明する。この第５実施の形態は、複数の磁石１２を、回転軸４の中心に向かう回転軸４の径方向に支持する支持部材として、熱収縮チューブ４０を用いた例である。ここで、図１０は、第５実施の形態にかかる風力発電装置１における発電機８の回転軸４の径方向の断面を示した断面図である。なお、第１〜第４実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７４】
熱収縮チューブ４０は環状とされており、たとえば熱可塑性の樹脂によって構成されている。この熱収縮チューブ４０は、先に磁石１２を有するロータ１０に嵌挿し、熱収縮チューブ４０に熱を加えて収縮する。これにより、ロータ１０の回転によって遠心力が発生した場合、ロータ１０と磁石１２間の接着剤の接着力が弱められても、熱収縮チューブ４０の収縮力によって磁石１２がロータ１０に押し付けられるため、ロータ１０からの磁石１２の脱落を防止することができる。
【００７５】
また、熱収縮チューブ４０は、ロータ１０に対し複数嵌挿することとしてもよく、好ましくは回転軸４の軸方向に等間隔に嵌挿することにより、効果的に磁石１２を拘束することができる。なお、熱収縮チューブ４０と磁石１２との間には、テープなどによって補強することとしてもよい。
【００７６】
（第６実施の形態）
つぎに、本発明の風力発電装置の第６実施の形態について説明する。この第６実施の形態は、複数の磁石１２を、回転軸４の中心に向かう回転軸４の径方向に支持する支持部材として、筒状体４１を用いた例である。図１１（ａ）は、第６実施の形態にかかる風力発電装置１における発電機８を示す側面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。なお、第１〜第５実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７７】
図１１（ａ）に示すように、筒状体４１は、ロータ１０を嵌挿する筒状部４２と、筒状部４２の両端に設けられる蓋部４３と、から構成されている。筒状体４１は、絶縁性があり、かつ非磁性材料、たとえば樹脂などによって構成されている。この蓋部４３は、筒状部４２に対し、接着または溶着などによって固定されている。また、筒状部４２の肉厚は、たとえば、ロータ１０の直径の１／６００〜１／１０００程度の厚さに設定されている。たとえば、ロータ１０の直径が２０ｃｍ〜３０ｃｍであれば、筒状部４２の肉厚は０．２ｍｍ〜０．５ｍｍに設定される。これにより、ロータ１０とステータ１１間におけるエアギャップを、筒状体４１を嵌挿しない場合のエアギャップとほぼ同等の間隔とすることができる。
【００７８】
（第７実施の形態）
つぎに、本発明の風力発電装置の第７実施の形態について説明する。この第７実施の形態は、回転軸４にフライホイールを設けた例である。図１２は、この第７実施の形態にかかる風力発電装置１における発電機８を示す説明図である。特に、図１２（ａ）は、発電機８と回転軸４の基端側の軸受との間の回転軸４にフライホイール４４を設けた例を示す説明図であり、図１２（ｂ）は、風車と発電機８との間の回転軸４にフライホイール４４を設けた例を示す説明図である。なお、第１〜第６実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７９】
図１２に示すように、フライホイール４４は、回転軸４と同軸に設けられている。フライホイール４４は、回転軸４とともに回転し、回転が加速されて定格回転数より大きくなると回転数の２乗に比例した大きさの慣性エネルギーを蓄積する。一方、回転が減速されて定格回転数以下となると、フライホイール４４に蓄積された慣性エネルギーが放出されて電力に変換される。これにより、発電機８から安定した出力を得ることができる。特に、図１２（ａ）では、フライホイール４４が発電機８と回転軸４の基端側の軸受７との間に設けるため、特に垂直軸型の風力発電装置１においては、重量の安定度が増し、風力発電装置１の据付時において、重量のあるフライホイール４４を上方に持ち上げるなどの作業が不要となるため、作業効率の向上を図ることができる。
【００８０】
また、図１３に示すように、ケーシング５の下部５ｃの内径を、ケーシング５の中途部５ｄの内径よりも広げることにより、フライホイール４４の径をケーシング５の中途部５ｄの径よりも大径とすることとしてもよい。これにより、さらに大きな慣性エネルギーを蓄積することができる。なお、ケーシング５の下部５ｃは地面に埋設する構成としてもよい。
【００８１】
（第８実施の形態）
つぎに、本発明の風力発電装置の第８実施の形態について説明する。この第８実施の形態は、発電機８の下方に撹拌手段としてのフィンと、導風手段としての導風部材と、を設けた構成である。図１４は、この第８実施の形態にかかる風力発電装置１における発電機８を示す説明図である。なお、第１〜第７実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８２】
フィン４ａは、発電機８の下方の位置において回転軸４に固定されており、回転軸４の回転とともに回転する。これにより、フィン４ａ周囲の空気を撹拌する。また、フィン４ａの下方には、導風部材９が設けられている。導風部材９は、略擂り鉢形状とされており、フィン４ａよりも下方に湾曲形成されている。また、導風部材９は、その周縁部９ａがケーシング５の内周面５ａに着脱可能に保持されている。さらに、導風部材９の底部には、回転軸４と離間するように回転軸４を貫通する貫通孔９ｂが形成されている。
【００８３】
本実施の形態によれば、発電機８が稼働した場合、回転軸８の回転に伴ってフィン４ａも回転し、フィン４ａ周囲の空気を撹拌する。これにより、撹拌された空気を発電機８に送ることができ、発電機８が温度上昇しても冷却することができる。また、フィン４ａによって撹拌された空気の一部は、フィン４ａ下方に送られるが、導風部材９の内周面９ｃによって反射し、または内周面９ｃに沿うようにして、上方（発電機８側）へ導かれる。これにより、撹拌された空気を無駄なく発電機８へ送風することができる。発電機８へ送られた風は、ロータ１０とステータ１１との間隙１９およびステータ１１に形成されている間隙２９を通過する。これにより、フィン４ａから送られてきた風によって、発電機８を冷却することができる。
【００８４】
（第９実施の形態）
つぎに、本発明の風力発電装置の第９実施の形態について説明する。この第９実施の形態は、発電機８から引き出されている出力線や、風力発電装置１のケーシング５内部に垂れ下がっている各種センサ（図示しない温度センサ、湿度センサなど）のセンサケーブルなどの伝送線４５を保持する伝送線保持部材４６を設けた例である。図１５（ａ）は、図１に示す発電機８と軸受７間における回転軸４の径方向の断面図であり、図１５（ｂ）は、伝送線保持部材４６の拡大側面図である。なお、第１〜第８実施の形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８５】
図１５（ａ）に示すように、伝送線保持部材４６は、断面略Ｌ字形状の部材であり、ネジ止め、溶着などによってケーシング５の内周面５ａに固定されている。そして、ケーシング５の内周面５ａと伝送線保持部材４６とによって囲まれた空間に、発電機８から引き出されている出力線や、各種センサのセンサケーブルなどの伝送線４５を束ねて保持している。これにより、伝送線４５が回転軸４から離間することとなるため、回転軸４と接触することがなく、伝送線４５の損傷を防止することができる。
【００８６】
なお、本実施の形態では、断面略Ｌ字形状の伝送線保持部材４６を適用したが、伝送線４５を回転軸４から離間して保持する構成であれば、この形状に限定されることはない。さらに、周方向に２個以上の伝送線保持部材を設けて、電力を伝送する電力用伝送線と、各種センサからの信号を伝送する信号用伝送線とを別々に収納することにより、互いにノイズ混入による誤動作を防止することができる。
【００８７】
なお、上述した第１〜第９実施の形態においては、垂直軸型の風力発電装置１を例にして説明したが、垂直軸型に限定されることはなく、水平軸型の風力発電装置１にも適用することができる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、発電機の稼働時における発電機の障害を防止することができるという効果を奏する。また、磁石の温度変化を検出することにより、磁石の減磁を防止して発電機の安定稼働を図ることができるという効果を奏する。特に、下限温度を設定しておくことにより、寒冷地においても磁石の温度低下を検出して、磁石の温度を調整することにより、減磁を防止することができるという効果を奏する。
【００８９】
また、この発明によれば、発電機の稼働時において、ロータの回転によって生じる加振力から、コイルの損傷を防止することができるという効果を奏する。さらに、支持部材によって磁石をロータ周面に支持することにより、磁石の飛散を防止することができるという効果を奏する。またこれにより、磁石が飛散することにより風力発電装置内部の部品の破損を防止することができるという効果を奏する。さらに、本発明によれば、フライホイールを設けたことにより発電手段からの出力電力の安定化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の風力発電装置の概略斜視図である。
【図２】この発明の第１実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した部分側断面図である。
【図３】この発明の第１実施の形態にかかる風力発電装置の機能的構成を示したブロック図である。
【図４】この発明の第１実施の形態にかかる風力発電装置の制御処理手順を示すフローチャートである。
【図５】この発明の第２実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した部分側断面図である。
【図６】この発明の第３実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した部分側断面図である。
【図７】この発明の第４実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した説明図である。
【図８】この発明の第４実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した説明図である。
【図９】この発明の第４実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示した説明図である。
【図１０】この発明の第５実施の形態にかかる風力発電装置における発電機の回転軸径方向の断面を示した断面図である。
【図１１】この発明の第６実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示す説明図である。
【図１２】この発明の第７実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示す説明図である。
【図１３】この発明の第７実施の形態にかかる風力発電装置の変形例を示す説明図である。
【図１４】この発明の第８実施の形態にかかる風力発電装置における発電機を示す説明図である。
【図１５】この発明の第９実施の形態にかかる風力発電装置を示す説明図である。
【符号の説明】
１    風力発電装置
２    風車（ブレード）
４    回転軸
４ａ    フィン
５    ケーシング
８    発電機
９    導風部材
１０  ロータ
１１  ステータ
１２  磁石
１３  コイル
１４  スリップリング
１５  磁石温度検出素子
１７  制御部
１８  温度調整装置
２０  送風機
２２  第１の検出温度判定部
２３  第２の検出温度判定部
２４  検出温度判定部
２５  第１の温度調整制御部
２６  第２の温度調整制御部
２７  温度調整制御部
３０，３１  環状リング
３３  くさび部材
３４，３５  保持板
３６，３７，３８  突出片
４０  熱収縮チューブ
４１  筒状体
４４  フライホイール
４５  伝送線
４６  伝送線保持部材
【図１】
2004297892.tif 000003
【図２】
2004297892.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004297892.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004297892.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004297892.tif 000013
【図１２】
2004297892.tif 000014
【図１３】
2004297892.tif 000015
【図１４】
2004297892.tif 000016
【図１５】
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