(57)【要約】【課題】  風車１の回転軸３に連結した発電機を風車１の回転で駆動し、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において、既製の発電機を特別な改造を施すことなくそのまま使用し、風車１の回転抑制手段を低コストで実現可能とした風力発電機を提案する。【解決手段】  発電機の電機子巻線を軸方向に沿って複数のブロック化（巻線１、巻線２…巻線Ｎ）して配列し、風速（風車１の回転数）の変動に伴い、このブロック化した巻線の電気的接続を制御することを特徴とする。【選択図】  図１
2007089365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車１の回転軸３に連結した発電機を風車１の回転で駆動し、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において、
発電機の電機子巻線を軸方向に沿って複数のブロック化（巻線１、巻線２…巻線Ｎ）して配列し、風速（風車１の回転数）の変動に伴い、このブロック化した巻線の電気的接続を制御することを特徴とした風力発電機。
【請求項２】
発電機が永久磁石界磁である請求項１に記載の風力発電機。
【請求項３】
発電機が電磁石界磁である請求項１に記載の風力発電機。
【請求項４】
請求項３に記載の風力発電機において、電機子巻線に代わって、界磁巻線を軸方向に沿って複数のブロック化（巻線１、巻線２…巻線Ｎ）して配列した風力発電機。
【請求項５】
複数の既製の発電機Ｇ１、Ｇ２…ＧＮを同軸的に連結して構成した請求項１、２、３又は４に記載の風力発電機。
【請求項６】
風車１の回転数と発電機の出力との関係における最適運転曲線に沿った運転制御を行うようにした請求項１、２、３、４又は５に記載の風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風車の回転軸に連結した発電機を風車の回転で駆動し、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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電機の課題として、強風時に風車が高速で回転して大きな風切り音を生じる騒音問題があり、この騒音の発生が普及の障壁とされ、運転の静音化が求められている。従来、強風時に増大する風力発電機の騒音、振動を抑制する手段としては、機械的、電気的ブレーキにより、風車の回転を抑制する手段が用いられているが、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。
【０００３】
こうした課題を解決する手段として、出願人は、先の出願、特開２００２−３３５７８３号（特開２００４−１７３４０４号公報、特許文献１）で、強風時に発電機の磁場の増大を図る回転抑制手段を提案した。これは、強風時に電磁ブレーキを加えて風車の回転を抑制するとともに、風力エネルギーを無駄なく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。
【特許文献１】特開２００４−１７３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、特開２００２−３３５７８３号で提案した風力発電機では、安価に市販されている既製品、汎用品の発電機をそのまま使用し、あるいは簡単な改造で転用することができず、発電機として新たな設計、製作が必要である。したがって、製作コストが高価であり、より簡単で安価な手段が求められる。
【０００５】
この発明は、既製品、汎用品の発電機を特別な改造を施すことなくそのまま使用し、極めて簡単且つ低コストで実現可能な風車の回転抑制手段を提案するものである。そして、この回転抑制手段を適用することで、強風時に増大する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した風力発電機を提案することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、この発明の風力発電機は、発電機の電機子巻線を軸方向に沿って複数のブロック化（巻線１、巻線２…巻線Ｎ）して配列し、風速（風車１の回転数）の変動に伴い、このブロック化した巻線の電気的接続を制御することを特徴とするものである。
【０００７】
また、この発明の風力発電機は、永久磁石界磁、電磁石界磁のそれぞれの発電機に適用するもので、電磁石界磁の発電機の場合は、電機子巻線に代わって、界磁巻線を軸方向に沿って複数のブロック化（巻線１、巻線２…巻線Ｎ）して配列して構成してもよい。
【０００８】
また、この発明の風力発電機は、複数の既製の発電機Ｇ１、Ｇ２…ＧＮを同軸的に連結し、上記の構成を実現するものである。
て構成した請求項１、２、３又は４に記載の風力発電機。
【０００９】
また、この発明の風力発電機は、上記の構成により、風車１の回転数と発電機の出力との関係における最適運転曲線に沿った運転制御を行うものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の風力発電機は異常のように構成され、起動時や風速が小さい場合は、巻線１以外の電気的接続を切断して巻線１のみで運転することで、初期起動の確保を図るとともに、低風速時の発電出力が最大となるような最適回転数を実現する。風速が増大した場合、例えば、巻線１と巻線２を電気的に接続する。こうして発電量の増大を図るとともに、巻線１に巻線２の運転が加わり、発電機の回転に要するトルクが増大して風車１の回転数の上昇を抑制する。このようにして、風速の変動に伴い、ブロック化した巻線の電気的接続を制御することで、強風時に一種の電磁ブレーキを加えて風車１の回転数の上昇率を一定以下に抑え、風力発電機の静音化、低振動化を図るとともに、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。また、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が可能であるとともに、風車の回転数と発電機の出力との関係における最適運転曲線に沿って巻線の電気的接続を制御することで、風力発電機の最適運転を実現することができる。
【００１１】
また、この発明の風力発電機は、永久磁石界磁、電磁石界磁のそれぞれの発電機に適用可能であり、電磁石界磁の発電機の場合は、電機子巻線に代わって、界磁巻線を軸方向に沿って複数のブロック化して配列し、このブロック化した巻線の電気的接続を制御することで、同様にして風力発電機の静音化、低振動化を図るとともに、効率的な発電を可能とするものである。
【００１２】
また、この発明の風力発電機は、軸方向に沿って電機子巻線（又は界磁巻線）を複数のブロック化して配列する構造であるから、複数の既製の発電機を同軸的に連結して製作することができ、既製品、汎用品の発電機を特別な改造を施すことなくそのまま使用可能で、極めて簡単且つ低コストで製作可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下にこの発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。
図１は、永久磁石界磁の発電機にこの発明を適用した場合の基本的な構成図である。図に示すように、風車１の回転軸３に連結した発電機は、永久磁石を固定子とし、回転子である電機子巻線を、巻線１、巻線２…巻線Ｎのように軸方向に沿って複数のブロック化して配列している。回転軸３の回転速度を検出するタコメータ５が設けられ、このタコメータ５の検出信号に基づいて巻線１、巻線２…巻線Ｎの電気的接続を制御するように構成している。この風力発電機の運転制御は、起動時や風速が小さい場合は単独の巻線１のみで運転し、回転軸３の回転数の増大に伴い、順次巻線Ｎを加えて電気的に接続し、風車１の回転数の上昇を抑制するとともに、発電量の増大を図るように行われる。
【００１４】
図２は、既製の発電機を用いた構成図である。図に示すように、永久磁石界磁の既製の発電機Ｇ１、Ｇ２…ＧＮを同軸的に連結し、回転軸３の回転数の変動に伴い、それぞれの電機子巻線の電気的接続を制御するように構成することで、図１に示した発電機を簡単に製作することができる。
【００１５】
図４に示すグラフは、風力発電機の最適運転について説明するものである。一般に、風力発電機において、風速の増加とともに風車１の回転数が上昇し、発電機の出力が増大してその出力特性は図中の破線曲線のように示される。一方、風車１の力学特性と発電機の出力特性から、各風速における風車１の回転数と発電機の出力の関係は、図中イ、ロ、ハの曲線のように示される。したがって、各風速における最大出力が得られる曲線イ、ロ、ハの頂点を結んだ曲線が、風速エネルギーを最も効率的に発電可能な風力発電機の最適運転曲線である。この発明の風力発電機は、この最適運転曲線に沿って巻線の電気的接続を制御することで、風力発電機の最適運転を実現することができる。
【００１６】
以上、永久磁石界磁の発電機にこの発明を適用した場合について説明したが、この発明の風力発電機は、電磁石界磁型の発電機にも適用可能であり、この場合は、電機子巻線に代わって、界磁巻線を軸方向に沿って複数のブロック化して配列して構成することもできる。また、回転界磁式の発電機として構成してもよく、巻線はコアレスタイプ、コアタイプいずれでも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】永久磁石界磁の発電機にこの発明を適用した基本的な構成図。
【図２】既製の発電機を用いた構成図。
【図３】風力発電機の出力特性図。
【符号の説明】
【００１８】
１  風車
３  回転軸
【図１】
2007089365.tif 000003
【図２】
2007089365.tif 000004
【図３】
2007089365.tif 000005