(57)【要約】【課題】既存の風力発電部材の変更を抑え、また、装置を大型化することなく、風力発電部材に備えられた風車の回転により生じた低周波騒音を打ち消すことができる風力発電システムを得る。【解決手段】加振部材３０に、所謂ハルバッハ配列とされた永久磁石を備えるリニア電動機を採用することで、三相コイルが強く励磁され、従来の加振器と比して、小型化され、さらに、大きい推力で板部材２８が軸方向に低周波数で振動する。そして、風車２０が回転することで生じる付随波を備えた低周波騒音を打ち消すような低周波消音が生じる。このように、既存の風力発電装置１２の変更を抑え、また、加振部材１６（装置）を大型化することなく、風車２０の回転により生じた付随波を備えた低周波騒音を打ち消すことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力により回転する風車を備え、前記風車が回転することで電力を生じさせる風力発電部材と、
前記風車が回転することで生じる低周波騒音を検知する検知部材と、
第一方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化し、一方側の磁場が強めあい他方側の磁場が弱めあうように前記第一方向に配列された複数の第一永久磁石を備えた第一永久磁石列と、前記第一永久磁石列の前記一方側で前記第一永久磁石列に対向して配置され、前記第一方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化し、対向して配置された前記第一永久磁石列側の磁場が強めあい前記第一永久磁石列側と反対側の磁場が弱めあうように前記第一方向に配列された複数の第二永久磁石を備えた第二永久磁石列とを有する第一部材と、前記第一部材に対して前記第一方向に相対移動可能に支持され、前記第一永久磁石列と前記第二永久磁石列との間に少なくとも一部が配置されたコイルを有する第二部材と、を含んで構成される加振部材と、
前記第一方向において、前記第二部材の端部に固定され、板面が前記第一方向に向いた板部材と、
前記加振部材を制御して稼動させ、前記検知部材が検知した低周波騒音に基づいて、前記風車が回転することで生じた低周波騒音を打ち消すような低周波音が生じるように前記板部材を振動させる制御部材と、
を備える風力発電システム。
【請求項２】
前記制御部材は、前記加振部材を制御して稼動させ、前記風車が回転することで生じる低周波騒音に対して逆位相となる低周波音が生じるように前記板部材を振動させる請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項３】
前記加振部材は、前記風力発電部材によって生じた電力により稼動する請求項１又は２に記載の風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、風車ロータの回転により発生した動力を交流発電機によって交流電力へ変換し、この交流電力を、整流子を介して直流電力としてバッテリへ蓄える風力発電装置（風力発電部材）が記載されている。そして、この風力発電装置には、風車ロータを制動して回転数を減少可能な渦電流ブレーキと、交流発電機の出力電力が設定値以上となった場合に余剰出力電力を渦電流ブレーキへ供給して作動させるブレーキ制御手段とが備えられている。これにより、稼動部品破損や低周波騒音発生といった不都合を生じさせることなく、かつ、交流発電機への過負荷を抑えつつ，強風下でも一定の発電量を得ることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０４９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の構成では、風力発電部材そのものを大きく変更する必要がある。
【０００５】
本発明の課題は、既存の風力発電部材の変更を抑え、また、装置を大型化することなく、風力発電部材に備えられた風車の回転により生じた低周波騒音を打ち消すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る風力発電システムは、風力により回転する風車を備え、前記風車が回転することで電力を生じさせる風力発電部材と、前記風車が回転することで生じる低周波騒音を検知する検知部材と、第一方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化し、一方側の磁場が強めあい他方側の磁場が弱めあうように前記第一方向に配列された複数の第一永久磁石を備えた第一永久磁石列と、前記第一永久磁石列の前記一方側で前記第一永久磁石列に対向して配置され、前記第一方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化し、対向して配置された前記第一永久磁石列側の磁場が強めあい前記第一永久磁石列側と反対側の磁場が弱めあうように前記第一方向に配列された複数の第二永久磁石を備えた第二永久磁石列とを有する第一部材と、前記第一部材に対して前記第一方向に相対移動可能に支持され、前記第一永久磁石列と前記第二永久磁石列との間に少なくとも一部が配置されたコイルを有する第二部材と、を含んで構成される加振部材と、前記第一方向において、前記第二部材の端部に固定され、板面が前記第一方向に向いた板部材と、前記加振部材を制御して稼動させ、前記検知部材が検知した低周波騒音に基づいて、前記風車が回転することで生じた低周波騒音を打ち消すような低周波音が生じるように前記板部材を振動させる制御部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、電力を生じさせるため、風力発電部材に備えられた風車が風力により回転する。風車が回転することで、低周波騒音が発生する。そして、検知部材は、この低周波騒音を検知する。
【０００８】
また、制御部材は、加振部材を制御して稼動させ、検知部材が検知した低周波騒音に基づいて、風車が回転することで生じた低周波騒音を打ち消すような低周波音が生じるように板部材を振動させる。
【０００９】
ここで、加振部材は、第一方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化し、一方側に配置された第二永久磁石列側の磁場が強めあう第一永久磁石列と、第一方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化し、第一永久磁石列側の磁場が強めあう第二永久磁石列とを備えている。これにより、第一永久磁石列と第二永久磁石列との間の空隙中に磁束が極めて多く分布する。
【００１０】
そして、第一永久磁石列と第二永久磁石列との間に配置された第二部材のコイルが強く励磁され、大きい推力で第二部材が振動する。つまり、加振部材（装置）を大型化することなく、加振部材によって生じた大きい推力により板部材が振動する。
【００１１】
このように、加振部材が大きい推力で板部材を振動させることで、既存の風力発電部材の変更を抑え、また、加振部材を大型化することなく、風車の回転により生じた低周波騒音を打ち消すことができる。
【００１２】
本発明の請求項２に係る風力発電システムは、請求項１に記載において、前記制御部材は、前記加振部材を制御して稼動させ、前記風車が回転することで生じる低周波騒音に対して逆位相となる低周波音が生じるように前記板部材を振動させることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、制御部材は、加振部材を制御して稼動させ、風車が回転することで生じる低周波騒音に対して逆位相となる低周波音が生じるように板部材を振動させる。このため、風車の回転により生じた低周波騒音を効果的に打ち消すことができる。
【００１４】
本発明の請求項３に係る風力発電システムは、請求項１又は２に記載において、前記加振部材は、前記風力発電部材によって生じた電力により稼動することを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、加振部材は風力発電部材によって生じた電力により稼動する。このため、外部の電源を用いることなく加振部材を稼動させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、既存の風力発電部材の変更を抑え、また、装置を大型化することなく、風力発電部材に備えられた風車の回転により生じた低周波騒音を打ち消すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る風力発電システムの構成を示した概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る風力発電システムに用いられた消音装置を示した斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る風力発電システムに用いられた消音装置を示し、図２におけるＡ−Ａ線（面）断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る風力発電システムに用いられた消音装置を示し、図２におけるＢ−Ｂ線（面）断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る風力発電システムに用いられた消音装置を示し、図２におけるＣ−Ｃ線（面）断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る風力発電システムに対しての変形形態の構成を示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る風力発電システムの一例について図１〜図５に従って説明する。
【００１９】
（全体構成）
図１に示されるように、風力発電システム１０は、交流電力を生じさせる風力発電部材の一例としての風力発電装置１２と、風力発電装置１２を稼動させることで生じる低周波騒音（例えば、５０Ｈｚ以下の音波）を検知する検知部材の一例としての集音部材１４と、集音部材１４の検知結果に基づいて消音装置１６を制御し、風力発電装置１２を稼動させることで生じた低周波騒音を打ち消すような低周波音を消音装置１６によって生じさせる制御部材１８と備えている。
【００２０】
さらに、風力発電システム１０は、風力発電装置１２によって生じた交流電力を直流電力に変換する整流器３６と、整流器３６によって変換された直流電力を蓄える電力貯蔵器３２と、整流器３６によって変換された直流電力を、図示せぬ被供給部材に供給するために所望の周波数〔Ｈｚ〕の交流電力（三相交流電力）に変換するインバータ３４とを備えている。
【００２１】
〔風力発電装置〕
風力発電装置１２は、風力により回転する３枚のブレード２０Ａを備えた所謂ダウンウインド型の風車２０を備えている。さらに、風車２０に備えられた回転軸２０Ｂ（ハブ）が回転することで、電力を生じさせる発電機２６が内部に配置された本体２２が備えられている。また、この本体２２を下方から支持する支持柱２４が、地面（グランド）に固定されている。
【００２２】
〔消音装置〕
消音装置１６は、風力発電装置１２に対して離間されて配置され、消音装置１６の近傍には、集音部材１４が配置されている。また、消音装置１６は、板面が風力発電装置１２によって生じた低周波騒音が伝達される第一方向に板面が向いた平板状の板部材２８と、板部材２８を振動させる加振部材３０とを備えている。なお、消音装置１６については、詳細を後述する。
【００２３】
〔制御部材〕
制御部材１８は、集音部材１４が検知した低周波騒音に基づいて、加振部材３０を制御して稼動させ、風車２０が回転することで生じる主に低周波騒音を打ち消すような低周波音（以下「低周波消音」と記載する）が生じるように板部材２８を振動させるようになっている。
【００２４】
これにより、本実施形態では、一例として、風車２０が回転することで生じる低周波騒音に対して逆位相となる低周波消音が、消音装置１６によって生じるようになっている。
【００２５】
具体的には、制御部材１８は、電力貯蔵器３２から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この三相交流電力の電圧を制御して加振部材３０に供給することで、所望の低周波消音が生じるようになっている。
【００２６】
（要部構成）
次に、消音装置１６について説明する。
【００２７】
図２に示されるように、消音装置１６は、加振部材３０と、加振部材３０に固定された板部材２８とを備えている。板部材２８は、平板状とされ、前述したように、板面が第一方向（各図に示す矢印Ｇ方向）に向くように配置されている。さらに、板部材２８は、第一方向から見て矩形状（本実施形態では正方形）とされている。
【００２８】
一方、加振部材３０は、所謂ハルバッハ配列とされた永久磁石を備えるリニア電動機として構成されている。この加振部材３０は、第一方向に延びる円柱状とされた第一部材の一例としての固定子１０５と、固定子１０５に対して第一方向に移動可能に支持され、切欠き部を有する円柱状の第二部材の一例としての可動子１０７とを備えている。
【００２９】
〔固定子〕
固定子１０５は、図３、図５に示されるように、複数のリング状の永久磁石１１２の磁極がその中心軸を含む断面（図３参照）において９０度ずつ回転するように隣接させて構成された第一永久磁石列の一例としての外側永久磁石列１１１を備えている。さらに、複数のリング状の永久磁石１１６の磁極がその中心軸を含む断面（図３参照）において９０度ずつ回転するように隣接させて構成された第二永久磁石列の一例としての内側永久磁石列１１５が、外側永久磁石列１１１の内側で外側永久磁石列１１１と対向するように備えられている。
【００３０】
また、外側永久磁石列１１１の永久磁石１１２の数と内側永久磁石列１１５の永久磁石１１６の数とは同じくされている。さらに、外側永久磁石列１１１の永久磁石１１２のうち径方向に着磁した永久磁石１１２の磁極方向と、内側永久磁石列１１５の永久磁石１１６のうち径方向に着磁した永久磁石１１６の磁極方向とは、同じ半径上に配置されているもの同士は同じようにされている。
【００３１】
これに対して、外側永久磁石列１１１の永久磁石１１２のうち軸方向（本実施形態では第一方向と同一方向）に着磁した永久磁石１１２の磁極方向と、内側永久磁石列１１５の永久磁石１１６のうち軸方向に着磁した永久磁石１１６の磁極方向とは、同じ半径上に配置されているもの同士は反対とされている。
【００３２】
この構成において、外側永久磁石列１１１では、配列の一方の側（本実施の形態では外側）の磁場が弱まるようになっている。一方、その配列の他方の側（本実施の形態では内側、内側永久磁石列１１５側）では、その分磁場が強くなり、外側永久磁石列１１１の内側永久磁石列１１５側に強い磁場を発生させることができるようになっている。
【００３３】
また、内側永久磁石列１１５では、配列の一方の側（本実施の形態では内側）の磁場が弱まるようになっている。一方、その配列の他方の側（本実施の形態では外側、外側永久磁石列１１１側）では、その分磁場が強くなり、内側永久磁石列１１５の外側永久磁石列１１１側に強い磁場を発生させることができるようになっている。
【００３４】
このように外側永久磁石列１１１と内側永久磁石列１１５とを構成させることで、外側永久磁石列１１１と内側永久磁石列１１５との間の空間の磁場は強くなり、その一方では、外側永久磁石列１１１の外側と内側永久磁石列１１５の内側とには、磁場は殆ど漏れなくなる。そして、外側永久磁石列１１１と内側永久磁石列１１５との間の空隙中に半径方向の磁束が極めて多く分布するようになる。
【００３５】
また、固定子１０５は、内側内面に外側永久磁石列１１１が固定される外側パイプ１１３と、外側面に内側永久磁石列１１５が固定される内側パイプ１１７と、可動子１０７と干渉しないように切欠きが形成され、外側パイプ１１３と内側パイプ１１７を固定する固定板１２３（図２参照）とを備えている。
【００３６】
さらに、固定子１０５では、図２に示されるように、外側パイプ１１３の外側一端部（図中上部）及び外側他端部（図中下部）に、第一方向に延びる円柱状の一対のガイド棒１２１がガイド棒支持部材２１１、２１３を介して取り付けられている。
【００３７】
このガイド棒１２１の表面には、図３に示されるように、ガイド棒支持部材２１１側の端部から当該ガイド棒支持部材２１１までの範囲で上下に２分割された電極２０３、２０５及び電極２０７、２０９が固着されている。そして、各電極からの引出し線１４１は束ねられてガイド棒支持部材２１１に設けられた導出路１４３を経由して制御部材１８（図２参照）に導入されている。
【００３８】
〔可動子〕
これに対して、可動子１０７は、図３、図４に示されるように、三相コイル１３１が巻装された巻装環１３３と、巻装環１３３の両端に固定され切欠き部を有する出力環１３７と、出力環１３７の切欠き部の端部を固定する切欠き固定板１３９と、出力環１３７の端部に取付けられ巻装環１３３をガイド棒１２１に沿って案内するリニアブッシュ１３５とを備えている。なお、前述した板部材２８は、一方の固定板１３９に固定されている。
【００３９】
リニアブッシュ１３５はガイド棒１２１の表面に設けられた電極２０３、２０５及び電極２０７、２０９のそれぞれに接触する摺動電極２０１を備えている。そして、リニアブッシュ１３５に備えられた摺動電極２０１が、三相コイル１３１に接続され、出力環１３７およびリニアブッシュ１３５に設けられた導出路１４３を通る引出し線１４５と接続されている。これにより、三相コイル１３１は固定子１０５側の電極２０３、２０５及び電極２０７、２０９を介して制御部材１８（図２参照）と電気的に接続されている。
【００４０】
一方、前述したように、固定子１０５に備えられた外側永久磁石列１１１と内側永久磁石列１１５との間の空間の磁場は強くなっている。そして、外側永久磁石列１１１と内側永久磁石列１１５との間の空隙中に半径方向の磁束が極めて多く分布している。
【００４１】
これに対して、電極２０３、２０５及び電力２０７、２０９には、制御部材１８によって変換された三相交流電力の電圧に応じた三相交流電流のＵ相，Ｖ相，Ｗ相および中性点電流が流れ、三相コイル１３１が励磁されて所定の推力で可動子１０７が軸方向に移動するようになっている。
【００４２】
ここで、三相コイル１３１は、外側永久磁石列１１１と内側永久磁石列１１５との間に配置されているため、磁束の大部分が三相コイル１３１と直角に鎖交するので、制御部材１８から供給される三相交流電力が効率よく大きな推力に変換されるようになっている。このように、三相コイル１３１に鉄芯を用いることなく（コアレス）を用いることなく、さらに、加振部材１８（装置）を大型化することなく大きな推力が得られるようになっている。
【００４３】
また、鉄芯が用いられていないため、可動子１０７を軸方向に移動（振動）させることによって生じるコギングの発生が抑制されるようになっている。
【００４４】
（作用・効果）
次に、風力発電システム１０の作用・効果について説明する。
【００４５】
図１に示されるように、風力により風車２０が矢印方向に回転すると、風力発電装置１２に備えられた発電機２６によって交流電力が生じる。この交流電力は、整流器３６によって直流電力に変換され、さらに、この直流電力は、インバータ３４で所望の周波数〔Ｈｚ〕の交流電力（三相交流電力）に変換されて被供給部材に供給される。また、整流器３６によって変換された直流電力の一部は、電力貯蔵器３２に蓄えられる。
【００４６】
一方、風車２０が回転することで、ブレード２０Ａの先端側で低周波騒音及び低周波騒音に付随した高調波音（以下「付随波音」と記載する）が生じる。
【００４７】
集音部材１４が、風車２０の回転により生じた付随波音を備えた低周波騒音を検知する。
【００４８】
制御部材１８は、集音部材１４が検知した付随波音を備えた低周波騒音に基づいて、加振部材３０を制御して稼動させる。そして、制御部材１８は、付随波音を備えた低周波騒音を打ち消すような低周波音（一例として逆位相の低周波音：以下「低周波消音」と記載する）が生じるように板部材２８を振動させる。
【００４９】
具体的には、制御部材１８は、電力貯蔵器３２から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。さらに、集音部材１４の検知結果に基づいて、制御部材１８は、三相交流電力の電圧を制御してこの電力を加振部材３０に供給する。
【００５０】
電力が加振部材３０に供給されると、図３、図４に示されるように、加振部材３０の三相コイル１３１に周期的な励磁電流が供給され、三相コイル１３１は周期的に励磁されて推力が生じ、可動子１０７が第一方向に沿って振動する。
【００５１】
可動子１０７が振動することで、図２に示されるように、板部材２８の板面が第一方向に沿って振動し、これにより、風車２０が回転することで生じる付随波を備えた低周波騒音を打ち消すような低周波消音が生じる。
【００５２】
以上説明したように、加振部材３０に、所謂ハルバッハ配列とされた永久磁石を備えるリニア電動機を採用することで、三相コイル１３１が配置される領域の磁場が強くなる。これにより、三相コイル１３１に鉄芯を使用しなくても、三相コイル１３１が強く励磁され、従来の加振器と比して、小型化され、さらに、大きい推力で可動子１０７が軸方向に低周波数で振動する。このように、既存の風力発電装置１２の変更を抑え、また、加振部材１６（装置）を大型化することなく、風車２０の回転により生じた付随波を備えた低周波騒音を打ち消すことができる。
【００５３】
また、加振部材３０に、所謂ハルバッハ配列とされた永久磁石を備えるリニア電動機を採用することで、従来の加振器と比して、省電力化され、さらに、発熱が抑制される。このため、長時間、冷却装置を用いることなく加振部材３０を稼動させることができる。
【００５４】
また、鉄芯が備えられていないため、所謂コギングの発生が抑制される。このため、鉄芯を備えている場合と比して、忠実に低周波騒音を打ち消す低周波消音を消音装置１６によって再現させることができる。
【００５５】
また、加振部材３０には底板が備えられていないため、従来の加振器のように有底のヨーク（有底筐体）が備えられている場合と比して、可動子１０７の可動ストロークが大きくなる。このため、低周波消音を消音装置１６によって効果的に再現させることができる。
【００５６】
また、平板状の板部材２８を用いることで、可動子１０７の振動に対する板部材２８の応答性が向上する。このため、低周波消音を消音装置１６によって効果的に再現させることができる。
【００５７】
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、風力発電装置１２、消音装置１６及び集音部材１４が一つの場合について説明したが、特に一つに限定されることなく、図６に示されるように、風力発電装置、消音装置及び集音部材の数が異なる複数であってもよい、この場合には、全体のバランスを考慮して、一の制御部材で風力発電システム全体を制御してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、制御部材１８は、電力貯蔵器３２から供給された直流電力を三相交流電力に変換したが、特に、電力貯蔵器３２から直流電力が供給される必要がなく、外部の電源から電力が供給されてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、制御部材１８は、電力貯蔵器３２から供給された直流電力を三相交流電力に変換したが、制御部材とは別に電力を変換する変換器を設けてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、所謂ダウンウインド型の３枚ブレードの風車２０を用いて説明したが、ダウンウインド型の２枚ブレード、アップウインド型、サボニウス型、ジャイロミル型、及びダリウス型等であってもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、永久磁石の磁極を軸方向に９０度ずつ回転させながら配列させたが、磁極を軸方向に９０度ずつ回転させなくても、例えば、４５度ずつ回転させてもよく、軸方向に２πの整数等分ずつ磁極の方向が変化するように配置して一方側で磁場を強めあい、他方側で磁場を弱めあうようにしてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、外側永久磁石列１１１、内側永久磁石列１１５を固定子側とし、三相コイル１３１を可動子側としたが、外側永久磁石列１１１、内側永久磁石列１１５を可動子側とし、三相コイル１３１を固定子側としてもよい。さらに、外側永久磁石列１１１、内側永久磁石列１１５および三相コイル１３１の両方を可動子側とし、これらが相対的に移動するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０          風力発電システム
１２          風力発電装置（風力発電部材の一例）
１４          集音部材（検知部材の一例）
１８          制御部材
２０          風車
２８          板部材
３０          加振部材
１０５        固定子（第一部材の一例）
１０７        可動子（第二部材の一例）
１１１        外側永久磁石列（第一永久磁石列の一例）
１１２        永久磁石（第一永久磁石の一例）
１１５        内側永久磁石列（第二永久磁石列の一例）
１１６        永久磁石（第二永久磁石の一例）
１３１        三相コイル（コイルの一例）
【図１】
2013209969.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013209969.tif 000005
【図４】
2013209969.tif 000006
【図５】
2013209969.tif 000007
【図６】
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