(57)【要約】【課題】発電機側に可変速機能を設けることなく、安定した発電を行うことができる低騒音の風力発電装置を提供すること。【解決手段】支柱上に設置されたナセルの内部に、風車回転翼５を取り付けたロータヘッド４に連結されて一体に回転する主軸６と、該主軸６の回転を増速して出力する油圧式無段増速手段の無段増速機１０と、該無段増速機１０の出力により駆動される発電機７と、が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支柱上に設置されたナセルに、風車翼を取り付けたロータヘッドに連結されて一体に回転する主軸と、該主軸の回転を増速して出力する増速機と、該増速機の出力により駆動される発電機とが設けられている風力発電装置であって、
前記増速機が油圧式無段変速手段であ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】
本発明は、自然エネルギーの風を回転力に変換する風車を用いて発電を行う風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自然エネルギーである風力を利用して発電を行う風力発電装置が知られている。このような風力発電装置においては、定格出力の増大に伴い、比較的低速となる風車の回転数を増速して高速で発電機を駆動する必要が生じるため、風車の主軸と発電機の入力軸との間に遊星歯車等で構成される機械式の増速機が設けられている。このような増速機は、増速比が一定となる。（たとえば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００１−３０４０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、一定速比の増速機を用いた従来装置では、自然現象の風力を有効に利用して電流変動の少ない良質の電力を効率よく安定して発電するため、発電機側にインバータ等を用いた可変速発電システムが必要となり複雑な発電システムとコストがかかる。また、遊星歯車を用いた機械式の増速機は、歯車の噛み合い騒音が大きくなりこれがタワーへ伝播して風車の騒音が大きくなるため、近年の環境問題として、発電時における運転騒音をより一層低減することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発電機側に可変速機能を設けることなく、安定した発電を行うことができる低騒音の風力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る風力発電装置は、支柱上に設置されたナセルに、風車翼を取り付けたロータヘッドに連結されて一体に回転する主軸と、該主軸の回転を増速して出力する増速機と、該増速機の出力により駆動される発電機とが設けられている風力発電装置であって、前記増速機が油圧式無段変速手段であることを特徴とするものである。
【０００５】
このような風力発電装置によれば、増速部を油圧式無段変速手段としたので、発電システムの可変速化が可能となる。
【発明の効果】
【０００６】
上述した本発明によれば、増速機を油圧式無段変速手段として可変速化したので、発電機側にインバータ等の可変速発電システムを設けなくても、自然現象の風力を有効に利用して電流変動の少ない良質の電力を効率よく安定して発電することができる。
また、遊星歯車を用いた機械式の増速機がないので、歯車の噛み合い騒音の問題が解消され、発電時における運転騒音をより一層低減することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明に係る風力発電装置の軸カップリング構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図２に示す風力発電装置１は、基礎上に立設される支柱２と、支柱２の上端に設置されるナセル３と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル３に設けられるローターヘッド４とを有している。
ローターヘッド４には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚の風車翼５が取り付けられている。これにより、ローターヘッド４の回転軸線方向から風車翼５に当たった風の力が、ローターヘッド４を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
【０００８】
図１は、ナセル３の内部構造例を示す模式図である。ナセル３の内部には、風力を利用して得られる回転力を電気エネルギーに変換する機構として、油圧式無段変速手段の無段増速機１０及び発電機７が設置されている。
無段増速機１０は、ロータヘッド４と一体に回転する主軸６に連結された傾斜ポンプ部２０と、発電機７の駆動軸８に連結されたポンプモータ部３０とを備え、傾斜ポンプ部２０とポンプモータ部３０との間が２本の油圧配管１１，１２により連結された構成とされる。
【０００９】
傾斜ポンプ部２０のケーシング２１内には、入力軸２２と一体に回転する傾斜板２３が設けられている。この傾斜板２３は、図示しない傾斜角可変機構により、入力軸２２の軸線に対する傾斜角度を所望の値に無段階調整できるようになっている。
また、傾斜ポンプ部２０のケーシング２１内には、主軸６の回転に伴う傾斜板２３の偏心回転に連動して往復運動を行う一対の油圧ピストン２４，２５が設けられている。これらの油圧ピストン２４，２５には、各々独立した油圧流路を形成する油圧配管１１，１２の一端が連結されている。
なお、図中の符号２６は、入力軸２２を回動可能に支持する軸受である。
【００１０】
ポンプモータ部３０のケーシング３１内には、出力軸３２と一体に回転する傾斜板３３が設けられている。この傾斜板３３は、図示しない傾斜角可変機構により、出力軸３２の軸線に対する傾斜角度を所望の値に無段階調整できるようになっている。
また、ポンプモータ部３０のケーシング３１内には、各々が傾斜ポンプ部２０の油圧ピストン２４，２５と油圧配管１１，１２で連結され、油圧ピストン２４，２５から油圧を受けて傾斜板３３を偏心回転させる油圧ピストン３４，３５が設けられている。この傾斜板３３が傾斜回転することにより、出力軸３２も一体に回転するので、この回転力により発電機７を駆動することができる。
なお、図中の符号２６は、入力軸２２を回動可能に支持する軸受である。
【００１１】
上述した構成の風力発電装置１では、風車翼５に受ける風力が回転力に変換されて主軸６を回転させる。この回転力を発生させる風力は自然現象であるため、人為的に制御することはできず、従って、常に変動することとなる。このため、無段増速機１０により主軸６の回転数を所望の回転数に変速して発電機７を駆動する。
無段増速機１０では、主軸６に直結された入力軸２２が同じ回転数で回転する。また、傾斜板２３は、入力軸２２と同じ回転数で傾斜回転するので、外周部が入力軸２２の方向へ揺動して油圧ピストン２４，２５を往復運動させる。油圧ピストン２４，２５は、傾斜板２３の傾斜角度に応じてストロークが変化するので、往復運動の速度を変化させることができる。
【００１２】
このような油圧ピストン２４，２５の往復運動により、油圧配管１１，１２内の油圧が移動してポンプモータ部３０の油圧ピストン３４，３５に作用する。図１に示す例において、油圧配管１１内の油圧は、ポンプモータ部３０側から傾斜ポンプ部２０側へ移動しており、油圧配管１２内の油圧は、反対に傾斜ポンプ部２０側からポンプモータ部３０側へ移動している。
この結果、油圧ピストン３４，３５が油圧を受けて傾斜板３３を傾斜回転させることとなり、この回転と同じ回転数で出力軸３２も回転する。このとき、傾斜板３の傾斜角度を調整することにより、油圧ピストン３４，３５のストロークが変動する。
【００１３】
また、無段変速機１０の入力軸２２と出力軸３２との間では、傾斜板２３，３３の傾斜角度がいずれも一定に設定されている場合、ピストンのストローク比や面積比等の諸条件に応じて定まる一定の変速比により回転数の変速が行われる。
しかし、傾斜板２３，３３の傾斜角度を適宜変化させると、傾斜ポンプ部２０側に設けた油圧ピストン２４，２５と、ポンプモータ部３０側に設けた油圧ピストン３４，３５との間においてストローク比が変動する。このため、入力軸２２の回転数と出力軸３２との回転数は、無段階調整可能な傾斜板２３，３３の傾斜角度を適宜変化させることにより、変速比を無段階に制御することが可能となる。
【００１４】
従って、自然現象である風力の変動に応じて変化する主軸６の回転数は、傾斜板２３，３３の傾斜角度を調整することにより、無段増速機１０を介して略一定の回転数となるよう変速することができる。すなわち、無段増速機１０を油圧式無段変速手段として可変速化したので、発電機７側にインバータ等の可変速発電システムを設ける必要がなくなり、自然現象の風力を有効に利用して電流変動の少ない良質の電力を効率よく安定して発電することができる。しかも、無段変速機１０を採用することで遊星歯車を用いた機械式の増速機が不要となるので、歯車の噛み合い騒音の問題も解消され、発電時における運転騒音をより一層低減することもできる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る風力発電装置の一実施形態を示す図で、ナセル内部の構成例を示す模式図である。
【図２】風力発電装置の構成例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１    風力発電装置
３    ナセル
４    ロータヘッド
５    風車回転翼
６    主軸
７    発電機
８    駆動軸
１０    無段増速機（油圧式無段変速手段）
１１，１２    油圧配管
２０    傾斜ポンプ部
２１，３１    ケーシング
２２    入力軸
２３，３３    傾斜板
２４，２５，３４，３５    油圧ピストン
２６，３６    軸受
３０    ポンプモータ部
３２    出力軸
【図１】
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【図２】
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