(57)【要約】【課題】  風速の大小にかかわらず、安定して発電機の出力電圧を一定に維持することにより風力を有効利用し得る風力発電装置を提供する。【解決手段】  風車１と、風車１により駆動される回転子５と、回転子５に対向する鉄心６に励磁コイル７を巻装して成る固定子８と、を有する発電機９と、を備えた風力発電装置に於て、可動接触子10ａ，10ｂを有すると共に発電機９の励磁コイル７と電気的に接続した可変抵抗器13と、風車１の回転速度に連動する回転ガバナ22と、を備え、回転ガバナ22は、可変抵抗器13の可動接触子10ａ，10ｂと連動部材21により機械的に接続され、風車１の回転速度が減少すると、発電機９の励磁電流を増大させると共に該発電機９の出力負荷電流を減少させるように、回転ガバナ22に連動した連動部材21が、可変抵抗器13の可動接触子10ａ，10ｂを移動させることによって、発電機９の電圧出力を一定に維持するように構成されている。【選択図】  図1
2005151703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車（１）と、
該風車（１）により駆動される回転子（５）と、該回転子（５）に対向する鉄心（６）に励磁コイル（７）を巻装して成る固定子（８）と、を有する発電機（９）と、
を備えた風力発電装置に於て、
可動接触子（10ａ）（10ｂ）を有すると共に上記発電機（９）の上記励磁コイル（７）と電気的に接続した可変抵抗器（13）と、上記風車（１）の回転速度に連動する回転ガバナ（22）と、を備え、
該回転ガバナ（22）は、該可変抵抗器（13）の該可動接触子（10ａ）（10ｂ）と連動部材（21）により機械的に接続され、
該風車（１）の回転速度が減少すると、上記発電機（９）の励磁電流を増大させると共に該発電機（９）の出力負荷電流を減少させるように、上記回転ガバナ（22）に連動した上記連動部材（21）が、上記可変抵抗器（13）の上記可動接触子（10ａ）（10ｂ）を移動させることによって、該発電機（９）の電圧出力を一定に維持するように構成されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
風車（１）と、
該風車（１）により駆動される回転子（５）と、該回転子（５）に対向する鉄心（６）に励磁コイル（７）を巻装して成る固定子（８）と、を有する発電機（９）と、
を備えた風力発電装置に於て、
上記発電機（９）の上記励磁コイル（７）と電気的に接続した励磁コイル電流増減回路（33）と、上記風車（１）の回転速度を検出するための回転数検出回路（42）と、を備え、
該回転数検出回路（42）は、該励磁コイル電流増減回路（33）と電気的に接続され、    該励磁コイル電流増減回路（33）は、該風車（１）の回転速度が減少すると、上記発電機（９）の励磁電流を増大させるように、上記回転数検出回路（42）からの信号に連動して制御を行うことによって、該発電機（９）の電圧出力を一定に維持するように構成されていることを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電装置に係り、より詳しくは、発電機の電圧出力を一定に維持する風力発電装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来、風力発電装置や太陽発電装置等によって得られた電力は、通常、照明用の電力やモータ等の起電力として直接用いられるか、あるいは、一時的に蓄電池に蓄えられた後各種電力として用いられている。特に、風力発電装置は、台風や突風のような極めて激しい風から微風、極端な場合には無風のように大幅に変動する自然風を利用して電力を発生させることから、得られる電力も不安定になってしまうため、高効率な電力を安定して得る風力発電装置が望まれており、様々な工夫が成されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、風力発電装置と負荷との間に接続されると共に、電圧判定部により、負荷電圧が所定電圧を上回ったことが検出されたとき、風車の回転を減速させる減速回路を備えた、風力発電装置の制御装置が開示されている。                          
【特許文献１】特開２０００−２４９０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に開示された風力発電装置の制御装置では、風車の回転速度を直接制御することにより負荷電圧を調節しているため、風力を最大限に利用できないという問題点がある。
【０００４】
そこで、本発明は、風速の大小にかかわらず安定して発電機の出力電圧を一定に維持することにより風力を有効利用し得る風力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明に係る風力発電装置は、風車と、該風車により駆動される回転子と、該回転子に対向する鉄心に励磁コイルを巻装して成る固定子と、を有する発電機と、を備えた風力発電装置に於て、可動接触子を有すると共に上記発電機の上記励磁コイルと電気的に接続した可変抵抗器と、上記風車の回転速度に連動する回転ガバナと、を備え、該回転ガバナは、該可変抵抗器の該可動接触子と連動部材により機械的に接続され、該風車の回転速度が減少すると、上記発電機の励磁電流を増大させると共に該発電機の出力負荷電流を減少させるように、上記回転ガバナに連動した上記連動部材が、上記可変抵抗器の上記可動接触子を移動させることによって、該発電機の電圧出力を一定に維持するように構成されている。
【０００６】
また、風車と、該風車により駆動される回転子と、該回転子に対向する鉄心に励磁コイルを巻装して成る固定子と、を有する発電機と、を備えた風力発電装置に於て、上記発電機の上記励磁コイルと電気的に接続した励磁コイル電流増減回路と、上記風車の回転速度を検出するための回転数検出回路と、を備え、該回転数検出回路は、該励磁コイル電流増減回路と電気的に接続され、該励磁コイル電流増減回路は、該風車の回転速度が減少すると、上記発電機の励磁電流を増大させるように、上記回転数検出回路からの信号に連動して制御を行うことによって、該発電機の電圧出力を一定に維持するように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の風力発電装置によれば、風車の回転速度を制御する事なく、風車の回転力に応じて発電機に加わる負荷を連続的に調整し、風速の大小変化にかかわらず、安定した発電電圧を得ることができる。これにより、風力を有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
【０００９】
図１は、本発明に係る風力発電装置の第１の実施の形態を示す全体構成図である。本発明の第１の実施形態による風力発電装置は、風車１と、風車動力伝達部３と、発電機９と、可変抵抗器13と、回転ガバナ22と、整流器23と、蓄電池24と、インバータ25と、を備えている。
【００１０】
風車１は、中心に風車軸２を有し、この風車軸２を介して風車１の回転力を風車動力伝達部３に伝達する。風車動力伝達部３は、発電機９に風車１の回転力を伝達するために設けられている。具体的には、増速ギヤから成る。これ以外に、チェーンと鎖車や、ベルトとホイールとしても良い。
【００１１】
また、発電機９は、交流発電機であり、回転子５と、回転子５に対向する鉄心６に励磁コイル７を巻装して成る固定子８と、回転子５に連結すると共に発電機９の内部から外部へと導出した発電機軸４と、を有する。回転子５は、風車動力伝達部３から発電機軸４を介して風車１の回転力が伝達されることにより駆動される。
【００１２】
ここで、第１の実施形態では、可変抵抗器13は、発電機９の励磁コイル７と電気的に接続している。この可変抵抗器13は、第１可変抵抗器11と、第２可変抵抗器12との２つの抵抗器から成る。これら２つの抵抗器11, 12は、それぞれ、可動接触子10ａ及び可動接触子10ｂを有し、これらを移動させることによって、第１可変抵抗器11及び第２可変抵抗器12の抵抗値を変化させる。
【００１３】
また、回転ガバナ22は、発電機９の発電機軸４に設けられている。この回転ガバナ22は、振子14と、連結部材15と、スライダ16と、固定部17と、連動部材取付部18と、バネ固定部19と、バネ20と、を有している。
【００１４】
スライダ16は、中心に孔が貫通状に設けられ、この孔を発電機９の発電機軸４に挿通させることにより、発電機軸４に対して摺動可能となっている。また、固定部17は、発電機軸４の端部から所定の距離を隔てた位置に固着される。また、連結部材15は、固定部17とスライダ16とを連結する部材であって、可撓性の部材又は板バネ等の弾性材により形成されている。また、振子14は、連結部材15の中央に取付けられている。この振子14は、錘であり、発電機９の発電機軸４の回転速度の変化による遠心力の変化によってスライダ16を発電機軸４の軸方向に移動させるために設けられている。また、連動部材取付部18は、中心に孔が設けられ、この孔を発電機９の発電機軸４に挿通させることにより発電機軸４に対して摺動可能となっている。また、連動部材取付部18は、発電機軸４の発電機９側と反対側からスライダ16と連結している。
【００１５】
また、バネ固定部19は、発電機軸４の発電機９側と反対側の端部に固着されている。また、バネ20の２つの端部は、連動部材取付部18とバネ固定部19とに接続している。このバネ20は、連動部材取付部18、及び、連動部材取付部18と連結したスライダ16を、可撓性の連結部材15を引き延ばす方向（図１中の矢印Ｂ方向）に付勢する。即ち、このバネ20は引張コイルバネである場合を例示する。上記の構成によって、発電機９の発電機軸４が回転することにより振子14に遠心力が加わった場合、振子14が連結部材15及び連結部材15の一方の端部と接続したスライダ16を発電機軸４の半径方向外側にバネ20の付勢力に抗して図１中の矢印Ａ方向に引張るように、回転ガバナ22が構成される。なお、バネ20を圧縮コイルバネとして、固定部17とスライダ16との間に、介装することも自由であり、そのときは、全長をコンパクト化できる( 図示省略) 。
【００１６】
また、回転ガバナ22と、可変抵抗器13とは、連動部材21により機械的に接続されている。正確には、連動部材21は、回転ガバナ22の連動部材取付部18と、第１可変抵抗器11及び第２可変抵抗器12の可動接触子10ａ及び可動接触子10ｂと、を機械的に接続している。これにより、回転ガバナ22のスライダ16の移動に伴って、可変抵抗器13の（一対の）可動接触子10ａ及び可動接触子10ｂを移動させることができるように構成される。
【００１７】
また、整流器23は、発電機９の出力側に接続されている。この整流器23は、発電機９から出力された出力負荷電流を交流電流から直流電流に変換する機能を有する。また、蓄電池24は、整流器23で交流電流から直流電流に変換された後の回路に接続されている。この蓄電池24は、風車１の回転により発電機９で発電された電力を一時的に蓄える機能を有する。また、インバータ25は、蓄電池24の正極、負極の端子と接続されている。蓄電池24に蓄えられた電力は、このインバータ25によって直流から交流に変換され、家電用品用の電力として使用される。
【００１８】
次に、本発明の第１の実施形態による風力発電装置の動作について説明する。まず、風を受けることにより風車１が回転される。この風車１の回転力は、風車軸２を介して風車動力伝達部３に伝達される。風車動力伝達部３は、発電機９の発電機軸４を回転させる。発電機９の発電機軸４が回転されると、発電機軸４と連結した回転子５が回転される。そして、回転子５が回転されることによって発電機９は発電を行う。発電機９から出力された出力負荷電流は、整流器23により交流電流から直流電流に変換され、蓄電池24に電力として蓄えられる。
【００１９】
また、風速の変化によって風車１の回転速度が変化すると、風車１に連動した発電機９の発電機軸４の回転速度も変化する。即ち、発電機９から出力された出力負荷電流は、風速の変化によって変化する。この際、本発明に係る風力発電装置では、発電機９の発電機軸４に設けられた回転ガバナ22が風速の変化に合わせて可変抵抗器13の抵抗値を変化させる。
【００２０】
具体的に説明すると、まず、回転ガバナ22のスライダ16は、最初、振子14に加わる遠心力によって可撓性の連結部材15を介してスライダ16に加わる図１中の矢印Ａ方向の力と、スライダ16に加わるバネ20の図１中の矢印Ｂ方向の付勢力とが釣り合った場所に位置している。この状態から風速が低下することによって発電機軸４の回転速度が減少した場合を考える。その場合、発電機９の励磁コイル７に流れる励磁電流（図１中のＩ1 ）が減少すると共に、発電機９から出力される出力負荷電流（図１中のＩ2 ）が減少するような変化が生じる。この際、回転ガバナ22の振子14に加わる遠心力も減少するので、振子14に加わる遠心力によって可撓性の連結部材15を介してスライダ16に加わる図１中の矢印Ａ方向の力は、スライダ16に加わるバネ20の図１中の矢印Ｂ方向の付勢力よりも減少する。これにより、スライダ16が図１中の矢印Ｂ方向に移動すると共に、振子14と一体化された可撓性の連結部材15が引き延ばされる。このスライダ16は、スライダ16に加わっている図１中の矢印Ａ方向の力と矢印Ｂ方向の力とが釣り合う場所で再び停止する。
【００２１】
そして、スライダ16が図１中の矢印Ｂ方向に移動すると、それに伴って、スライダ16と連結した連動部材取付部18に取付けられた連動部材21が第１可変抵抗器11及び第２可変抵抗器12の可動接触子10ａ及び可動接触子10ｂを図１中の矢印Ｄ方向に移動させる。即ち、風速が低下すると、回転ガバナ22は、第１可変抵抗器11の抵抗値を減少させて、発電機９の励磁コイル７に流れる励磁電流（図１中のＩ1 ）を増大させると共に、第２可変抵抗器12の抵抗値を増加させて発電機９から出力される出力負荷電流（図１中のＩ2 ）を減少させる。これにより、発電機９の電圧出力を一定に維持することができる。
【００２２】
図２は、本発明に係る風力発電装置の第２の実施の形態を示す全体構成図である。本発明の第２の実施形態による風力発電装置は、第１の実施形態に於ける回転ガバナ22及び可変抵抗器13に換えて回転数検出回路42及び励磁コイル電流増減回路33を備えている。
【００２３】
励磁コイル電流増減回路33は、発電機９の励磁コイル７と電気的に接続している。この励磁コイル電流増減回路33は、発電機９の励磁コイル７に流れる励磁電流（図２中のＩ1 ）を制御するための機能を有する。
【００２４】
また、回転数検出回路42は、発電機９の発電機軸４に設けられている。また、回転数検出回路42は、励磁コイル電流増減回路33と電気的に接続されており、発電機軸４の回転数を検出して信号を励磁コイル電流増減回路33に入力するための機能を有する。
【００２５】
本発明の第２の実施形態による風力発電装置では、回転数検出回路42及び励磁コイル電流増減回路33によって、風速の変化に合わせて発電機９の励磁コイル７に流れる励磁電流（図２中のＩ1 ）の制御が行われるように構成されている。即ち、風速が低下することによって風車１の回転速度（発電機９の発電機軸４の回転速度）が低下すると、回転数検出回路42は、発電機軸４の回転数の低下を検出して信号を励磁コイル電流増減回路33に送信する。そして、励磁コイル電流増減回路33は、発電機９の励磁コイル７に流れる励磁電流（図２中のＩ1 ）を増大させるように制御を行う。
【００２６】
また、第２の実施形態では、発電機９の出力側に接続された整流器23によって、発電機９から出力された出力負荷電流が交流電流から直流電流に変換される。また、直流電流に変換された電力は、直流定電圧回路50を介して、蓄電池24に蓄えられる。第２の実施形態では、蓄電池24に蓄えられた電力の一部が、回転数検出回路42及び励磁コイル電流増減回路33の制御用の電力として用いられる（図２中のＩ3 ）。また、蓄電池24に蓄えられた電力は、インバータ25によって直流から交流に変換され、家電用品60用の電力として使用される。
【００２７】
以上のように、本発明では、風車１と、風車１により駆動される回転子５と、回転子５に対向する鉄心６に励磁コイル７を巻装して成る固定子８と、を有する発電機９と、を備えた風力発電装置に於て、可動接触子10ａ及び可動接触子10ｂを有すると共に発電機９の励磁コイル７と電気的に接続した可変抵抗器13と、風車１の回転速度に連動する回転ガバナ22と、を備え、回転ガバナ22は、可変抵抗器13の可動接触子10ａ及び可動接触子10ｂと連動部材21により機械的に接続され、風車１の回転速度が減少すると、発電機９の励磁電流を増大させると共に発電機９の出力負荷電流を減少させるように、回転ガバナ22に連動した連動部材21が、可変抵抗器13の可動接触子10ａ及び可動接触子10ｂを移動させることによって、発電機９の電圧出力を一定に維持するように構成されているので、風車１の回転速度を制御する事なく、風車１の回転力( 即ち、風速の大小) に応じて発電機９に加わる負荷を機械的にかつ連続的に調整し、安定した発電電圧を得ることができる。これにより、風力を有効に利用することができる。
【００２８】
また、本発明では、風車１と、風車１により駆動される回転子５と、回転子５に対向する鉄心６に励磁コイル７を巻装して成る固定子８と、を有する発電機９と、を備えた風力発電装置に於て、発電機９の励磁コイル７と電気的に接続した励磁コイル電流増減回路33と、風車１の回転速度を検出するための回転数検出回路42と、を備え、回転数検出回路42は、励磁コイル電流増減回路33と電気的に接続され、励磁コイル電流増減回路33は、風車１の回転速度が減少すると、発電機９の励磁電流を増大させるように、回転数検出回路42からの信号に連動して制御を行うことにより発電機９の電圧出力を一定に維持するように構成することによって、風車１の回転速度を制御する事なく、風車１の回転力( 即ち、風速の大小) に応じて発電機９に加わる負荷を電気的にかつ連続的に調整し、安定した発電電圧を得ることができる。これにより、風力を有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す全体構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  風車
５  回転子
６  鉄心
７  励磁コイル
８  固定子
９  発電機
10ａ，10ｂ  可動接触子
13  可変抵抗器
21  連動部材
22  回転ガバナ
33  励磁コイル電流増減回路
42  回転数検出回路
【図１】
2005151703.tif 000003
【図２】
2005151703.tif 000004