(57)【要約】低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で発電することができ、しかも、中高風速域での発電効率を損なわせることなくそれを実現することができる風力発電用の発電機構を提供する。誘導型発電本体部４との組み合わせにおいて、該誘導型発電本体部４の発電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部５が備えられ、誘導型発電本体部４による発電中、同期型低回転数発電部５も発電を継続するようになされている。その場合に、例えば、同期型低回転数発電部５の最良発電効率回転数と、誘導型発電本体部４の発電回転数とは同等に設定されているとよい。
2005028860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導型発電本体部との組み合わせにおいて、該誘導型発電本体部の発電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部が備えられ、かつ、
誘導型発電本体部による発電中、前記同期型低回転数発電部も発電を継続するようになされていることを特徴とする風力発電用の発電機構。
【請求項２】
前記同期型低回転数発電部の最良発電効率回転数と、前記誘導型発電本体部の発電回転数とが同等に設定されている請求項１に記載の風力発電用の発電機構。
【請求項３】
前記誘導型発電本体部の発電回転数において、同期型低回転数発電部における発電効率が誘導型発電本体部における発電効率と同等以上に設定されている請求項２に記載の風力発電用の発電機構。
【請求項４】
誘導型発電本体部との組み合わせにおいて、該誘導型発電本体部の発電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部が備えられ、かつ、
誘導型発電本体部の発電回転数よりも更に低い回転数において前記同期型低回転数発電部による発電を停止する発電停止手段が備えられ、その回転数よりも低い回転数域においてのみ同期型低回転数発電部が発電するようになされていることを特徴とする風力発電用の発電機構。
【請求項５】
同期型発電本体部との組み合わせにおいて、該同期型発電本体部での発電のための回転数域よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部が備えられ、かつ、
同期型発電本体部での発電のための回転数域において、前記同期型低回転数発電部による発電を停止させる発電停止手段が備えられ、その回転数よりも低い回転数域においてのみ同期型低回転数発電部が発電するようになされていることを特徴とする風力発電用の発電機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】      本発明は、風力発電用の発電機構に関する。
【背景技術】      風力発電用の発電機構に関し、効率の良い発電を実現する目的で、磁石発電機による同期型発電本体部との組み合わせにおいて、この発電本体部での発電のための回転数域よりも低い回転数域で発電する同じく磁石発電機による同期型の低回転数発電部を備えさせたものは、従来より提案されている（実願昭６１−５２７９３号（実開昭６２−１６５７６２号）のマイクロフィルム）。
しかしながら、上記のように、発電本体部を同期型とするものにおいて、低回転数発電部として同じく同期型を用いたのでは、必ずしも効率の良い発電を実現できるとは限らない。
即ち、低風速域では同期型の低回転数発電部によって発電が行われる。それにより、一見、低風速域から中高風速域にわたる広い範囲での発電が行われ、効率の良い発電が実現されるかのように思われる。
ところが、中高風速域での発電をみてみると、発電本体部が同期型である場合には、同期型では、誘導型のように風車の回転軸の回転数が特定回転数でなければ発電しないということはないので、中高風速域では発電本体部が広い回転数域において発電するのであるが、低回転数発電部が組み込まれているために、中高風速域ではトルクの一部が低回転数発電部で使われてしまい、そのため、発電本体部に使われるトルクが低くなって、中高風速域における発電本体部での発電の効率を落してしまう結果となる。
しかも、同期型は、上に述べたように、誘導型のように風車の回転軸の回転数が特定回転数でなければ発電しないということはないけれども、ある一定幅の回転数域では効率の良い発電を行うが、その回転数域から外れると発電はするけれどもその効率は落ちてしまうという性質をもっている。そのため、低回転数発電部を同期型とする場合に、その同期型の低回転数発電部は、低風速域では効率良く発電するけれども、中高風速域では発電の効率が落ちてしまうことになる。それにもかかわらず、中高風速域において、トルクの一部が発電効率の悪い低回転数発電部に使われてしまい、中高風速域における発電効率をより一層落としてしまうことになる。
一方、発電本体部として誘導型を採用するものがあるが、この誘導型発電本体部との組み合わせにおいて低回転数発電部を備えさせたものは提供されていない。
仮に、誘導型発電本体部との組み合わせにおいて、同じく誘導型の低回転数発電部を組み込んだとしても、発電効率を上げることにはならない。
即ち、低風速域においても、風速は、一定ではなく絶えず変動しているなかで、誘導型は、回転軸の回転数が特定回転数でなければ発電しないという性質をもっている。そのため、誘導型の低回転数発電部に発電を行わせるためには、誘導型に一般の回転数制御を行わなければならない。ところが、そのような回転数制御を誘導型の低回転数発電部のために行うと、発電本体部による発電に向けて風車の回転軸の回転数が風で上昇している最中に、低回転数発電部での発電のための回転数制御ブレーキがかかってしまい、発電本体部が発電する特定回転数に達しうる強い風が吹いているにもかかわらず発電のための特定回転数に達することができず、そのため、発電本体部での発電がかえって妨げられるだけという結果になってしまう。
本発明は、上記のような問題点に鑑み、低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で発電することができ、しかも、中高風速域での発電効率を損なわせることなくそれを実現することができる風力発電用の発電機構を提供することを課題の一つとする。
【発明の開示】
上記の課題は、誘導型発電本体部との組み合わせにおいて、該誘導型発電本体部の発電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部が備えられ、かつ、
誘導型発電本体部による発電中、前記同期型低回転数発電部も発電を継続するようになされていることを特徴とする風力発電用の発電機構によって解決される。
この発電機構では、発電本体部との組み合わせにおいて同期型の低回転数発電部が備えられているので、同期型の場合には、誘導型のように、風車の回転軸の回転数が特定回転数でなければ発電しないということはなく、そのため、誘導型の場合のような回転数制御ブレーキを低風速域においてかける必要がなく、発電本体部が発電する回転数に達しうる強い風が吹けば発電本体部の発電に必要な回転数に達することができて、低風速域では同期型の低回転数発電部が発電を行い、中高風速時には発電本体部が発電を行い、低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で発電が行われ、効率の良い発電が実現される。
のみならず、本発明の発電機構では、発電本体部が誘導型からなっているので、誘導型発電本体部による発電中に前記同期型低回転数発電部も発電を継続するようになされているけれども、誘導型発電本体部では、中高風速域において特定回転数を超えるような強い風が吹いた場合には、回転数が特定回転数を超えて大きくならないように制御によってブレーキをかけられ、そのため、中高風速域において同期型の低回転数発電部にトルクの一部が奪われても、単に回転数制御のためのブレーキの効きを弱めるような制御が行われるだけであり、そのトルク分によって誘導型発電本体部の発電効率が落ちるということはない。そのため、中高風速域での発電本体部の発電効率を損なわせることなく、低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で効率良く発電することができる。
上記の発電機構において、同期型低回転数発電部の最良発電効率回転数と、前記誘導型発電本体部の発電回転数とが同等に設定されている場合は、誘導型発電本体部の発電回転数制御を行わなければならないような中高風速域において、回転数は誘導型発電本体部による発電のための特定回転数に制御され、その特定回転数において同期型低回転数発電部が最良の効率で発電するため、中高風速域において同期型低回転数発電部も効率の良い発電を行い、その風速域において効率の良い発電が実現される。しかも、低風速域では、同期型低回転数発電部が、最良発電効率とは限らないけれども、発電を行い、低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で効率良く発電することができる。
その場合に、誘導型発電本体部の発電回転数において、同期型低回転数発電部における発電効率が誘導型発電本体部における発電効率と同等以上に設定されているときは、中、高風速域における発電を、誘導型発電本体部での発電と同期型低回転数発電部での発電とにより、一層効率の良いものにすることができる。
また、上記の課題は、誘導型発電本体部との組み合わせにおいて、該誘導型発電本体部の発電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部が備えられ、かつ、
誘導型発電本体部の発電回転数よりも更に低い回転数において前記同期型低回転数発電部による発電を停止する発電停止手段が備えられ、その回転数よりも低い回転数域においてのみ同期型低回転数発電部が発電するようになされていることを特徴とする風力発電用の発電機構によって解決される。
この発電機構においても、発電本体部との組み合わせにおいて同期型の低回転数発電部が備えられているので、発電本体部が発電する回転数に達しうる強い風が吹けば発電本体部の発電に必要な回転数に達することができて、低風速域では同期型の低回転数発電部が発電を行い、中高風速時には発電本体部が発電を行い、低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で発電が行われ、効率の良い発電を実現することができる。
しかも、この発電機構では、発電本体部が誘導型からなっており、誘導型発電本体部の発電回転数よりも更に低い回転数において同期型低回転数発電部による発電を停止する発電停止手段が備えられ、その回転数よりも低い回転数域においてのみ同期型低回転数発電部が発電するようになされているので、風が低風速から中高風速に立ち上がっていく途中で、同期型低回転数発電部の発電が停止され、同期型低回転数発電部の発電に奪われていたトルクが回転数の上昇に使われて、回転数が早い段階で誘導型発電本体部での発電のための特定回転数に達することができる。また、風が中高風速から低風速に下がっていく過程では、同期型低回転数発電部の発電は停止されているから、同期型低回転数発電部の発電に使うトルクは回転数維持のために使われ、回転数が誘導型発電本体部の発電回転数を下回るのを遅らせることができる。これにより、誘導型発電本体部での発電時間を長くすることができて、効率良く発電することができる。
加えて、中高風速域において、同期型低回転数発電部は発電を停止するようになされているので、同期型低回転数発電部の最良発電効率回転数が誘導型発電本体部の発電回転数よりも低く設定されている場合には、同期型低回転数発電部にとって発電効率の悪いそのような風速域において同期型低回転数発電部による発電がされず、発電機構的に無駄のない発電を実現することができる。
更に、上記の課題は、同期型発電本体部との組み合わせにおいて、該同期型発電本体部での発電のための回転数域よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部が備えられ、かつ、
同期型発電本体部での発電のための回転数域において、前記同期型低回転数発電部による発電を停止させる発電停止手段が備えられ、その回転数よりも低い回転数域においてのみ同期型低回転数発電部が発電するようになされていることを特徴とする風力発電用の発電機構によって解決される。
この発電機構では、発電本体部も低回転数発電部もいずれも同期型であるが、同期型発電本体部での発電のための回転数域において、同期型低回転数発電部による発電が停止されるようになされているので、中高風速域においてトルクの一部が低回転数発電部で使われてしまうことがなく、そのため、発電本体部に使われるトルクが低くならず、かつ、低回転数発電部での効率の悪い発電がなされず、その結果、中高風速域における発電を効率の良いものにすることができる。
特に、上記の各発電機構において、同期型低回転数発電部が回転子の質量の小さい小型のものからなる場合や、同期型低回転数発電部の発電に必要なトルクが発電本体部の発電に必要なトルクよりも低く設定されている場合は、極低風速段階からの発電を実現することができる。
【図面の簡単な説明】      図１は、第１実施形態の風力発電用の発電機構を示す側面図である。
図２は、第２実施形態の風力発電用の発電機構を示す側面図である。
図３は、第３実施形態の風力発電用の発電機構を示す側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】      次に、本発明をプロペラ型風車の発電機構に適用した場合について図面に基づき説明する。
図１に示す第１実施形態において、１は風車のプロペラ、２はその回転軸、３は発電機構部であり、風力によるプロペラ１の回転が回転軸２を介して発電機構部３に伝えられ、発電機構部３において発電が行われるようになされている。
そして、発電機構部３には、誘導型発電本体部４と、該誘導型発電本体部４の発電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部５とが備えられ、かつ、誘導型発電本体部４による発電中、同期型低回転数発電部５も発電が継続されるようになされている。
この発電機構では、低回転数発電部５が同期型からなっているので、誘導型の場合のような回転数制御ブレーキを低風速域においてかける必要がなく、発電本体部４が発電する回転数に達しうる強い風が吹けば発電本体部４の発電に必要な回転数に達することができ、低風速域では同期型の低回転数発電部５が発電を行い、中高風速時には発電本体部４が発電を行って、低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で発電が行われ、効率の良い発電が実現される。
しかも、発電本体部４は誘導型からなっているので、誘導型発電本体部４による発電中に同期型低回転数発電部５も発電を継続するようになされているけれども、誘導型発電本体部４では、中高風速域において特定回転数を超えるような強い風が吹いた場合には、回転数が特定回転数を超えて大きくならないように制御によってブレーキをかけられ、そのため、中高風速域において同期型の低回転数発電部５にトルクの一部が奪われても、単に回転数制御のためのブレーキの効きを弱めるような制御が行われるだけで、そのトルク分によって誘導型発電本体部の発電効率が落ちるということはなく、そのため、中高風速域での発電本体部４の発電効率を損なわせることなく低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で効率良く発電することができる。
この第１実施形態を更に具体化した第１の例の発電機構は、同期型低回転数発電部５の最良発電効率回転数が、誘導型発電本体部４の発電回転数よりも低く設定されている。即ち、同期型低回転数発電部５の発電効率のピークが誘導型発電本体部４の発電回転数よりも低く、そのピークから回転数が誘導型発電本体部４の発電回転数に上昇していく途中で、同期型低回転数発電部５の発電効率が落ちていくような設定がなされている場合のものである。
このような場合、即ち、中高風速域において同期型の低回転数発電部５にトルクの一部が無駄に奪われる場合であっても、単に回転数制御のためのブレーキの効きを弱めるような制御が行われるだけであり、そのトルク分によって誘導型発電本体部４の発電効率が落ちるということはなく、中高風速域での発電本体部４の発電効率を損なわせることなく、低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で効率良く発電することができる。
また、第１実施形態を具体化した第２の例の発電機構は、同期型低回転数発電部５の最良発電効率回転数と、誘導型発電本体部４の発電回転数とが同等に設定されている。即ち、誘導型発電本体部４の発電回転数において、同期型低回転数発電部５の発電効率がピークとなるような場合である。ここにいうピークは、誘導型発電本体部４の発電回転数よりも低い回転数においてはじまり、誘導型発電本体部４の発電回転数においてもそのピークが維持されるようなかたちのピークであってもよいし、誘導型発電本体部４の発電回転数においてピークとなるといようなかたちのピークであってもよい。
この場合は、誘導型発電本体部４の発電回転数制御を行わなければならないような中高風速域において、回転数は誘導型発電本体部４による発電のための特定回転数に制御され、その特定回転数において同期型低回転数発電部５が最良の効率で発電するため、中高風速域において同期型低回転数発電部５も効率の良い発電を行い、その風速域において効率の良い発電が実現される。しかも、低風速域では、同期型低回転数発電部５が、最良発電効率とは限らないけれども、発電を行い、低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で効率良く発電することができる。
更に、第１実施形態を具体化した第３の例の発電機構は、第２の例の発電機構において、誘導型発電本体部４の発電回転数において同期型低回転数発電部５による発電効率が誘導型発電本体部４による発電効率と同等以上に設計されている。この場合は、誘導型発電本体部４の発電回転数制御を行わなければならないような中高風速域における発電を、誘導型発電本体部での発電と同期型低回転数発電部での発電とにより、一層効率の良いものにすることができる。
図２に示す第２実施形態の発電機構は、誘導型発電本体部４との組み合わせにおいて、誘導型発電本体部４の発電回転数よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部５が備えられ、かつ、誘導型発電本体部４の発電回転数よりも低い回転数において同期型低回転数発電部５による発電を停止する発電停止手段が備えられ、その回転数よりも低い回転数域でのみ同期型低回転数発電部が発電するようになされている。そして本実施形態では、発電停止手段として、回転数を検知するセンサー７と発電停止制御部６とが備えられ、回転数検知センサー７からの検知信号に基づいて、検知された回転数が、誘導型発電本体部４の発電回転数よりも低い所定の設定回転数に達したら、発電停止制御部６が同期型低回転数発電部５による発電を停止する制御を行い、その設定回転数を越えても同期型低回転数発電部５は発電を行わないようになされている。なお、停止は、電気的接続を切るなどによって行われるものである。
この発電機構においても、発電本体部４との組み合わせにおいて同期型の低回転数発電部５が備えられているので、低風速域では同期型の低回転数発電部が発電を行い、中高風速時には発電本体部が発電を行い、低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で発電が行われ、効率の良い発電を実現することができる。
しかも、風が低風速から中高風速に立ち上がっていく過程で、同期型低回転数発電部５の発電が停止され、同期型低回転数発電部５の発電に奪われていたトルクが回転数の上昇に使われて、回転数が早い段階で誘導型発電本体部４での発電のための特定回転数に達することができ、また、風が中高風速から低風速に下がっていく過程で、同期型低回転数発電部５の発電は停止されているから、同期型低回転数発電部５の発電に使うトルクは回転数維持のために使われ、回転数が誘導型発電本体部４での発電のための特定回転数を下回るのを遅らせることができ、これにより、誘導型発電本体部４での発電時間を長くすることができて、効率の良い発電を実現することができる。
特に、同期型低回転数発電部５の最良発電効率回転数が誘導型発電本体部４の発電回転数よりも低く設定されている場合には、同期型低回転数発電部にとって発電効率の悪いそのような風速域において同期型低回転数発電部による発電がされず、発電機構的に無駄のない発電を実現することができる。
図３に示す第３実施形態の発電機構は、同期型発電本体部８との組み合わせにおいて、該同期型発電本体部８による発電のための回転数域よりも低い回転数域において発電する同期型低回転数発電部５が備えられ、かつ、同期型発電本体部８による発電のための回転数域において、同期型低回転数発電部５による発電を停止させる発電停止手段が備えられ、その回転数よりも低い回転数域においてのみ同期型低回転数発電部５が発電するようになされている。そして、発電停止手段として、回転数を検知するセンサー７と発電停止制御部９とが備えられ、回転数検知センサー７からの検知信号に基づいて、検知された回転数が、同期型発電本体部８による発電のための回転数域よりも低い所定の設定回転数に達したら、発電停止制御部９が同期型低回転数発電部５による発電を停止する制御を行い、その設定回転数を越えても同期型低回転数発電部５は発電を行わないようになされている。なお、停止は、上記の場合と同様に、電気的接続を切るなどによって行われるものである。
この発電機構では、発電本体部８も低回転数発電部５もいずれも同期型であるが、同期型発電本体部８による発電のための回転数域において、同期型低回転数発電部５による発電を停止させるようになされ、その回転数よりも低い回転数域においてのみ同期型低回転数発電部５が発電するようになされているので、中高風速域においてトルクの一部が低回転数発電部５で使われてしまうことがなく、そのため、発電本体部８に使われるトルクが低くならず、かつ、低回転数発電部５での効率の悪い発電がなされず、その結果、中高風速域における発電を効率の良いものにすることができる。
特に、上記各実施形態の発電機構では、同期型低回転数発電部５が回転子の質量の小さい小型のものからなっており、また、同期型低回転数発電部５の発電に必要なトルクは、発電本体部４，８の発電に必要なトルクよりも低く設定されているので、極低風速段階からの発電を実現することができるようになされている。
以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、本発明は、風車はプロペラ型風車である場合に限られるものではない。
【産業上の利用可能性】      本発明は、以上のとおりのものであるから、低風速域から中高風速域にわたる広い範囲で発電することができ、しかも、中高風速域での発電効率を損なわせることなくそれを実現することができる。
【図１】
2005028860.tif 000003
【図２】
2005028860.tif 000004
【図３】
2005028860.tif 000005
【国際調査報告】
2005028860.tif 000006
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