JP2004301031A

JP2004301031A - 風車

Info

Publication number: JP2004301031A
Application number: JP2003095383A
Authority: JP
Inventors: Koichi Naoi; 光一直井; Sumio Saito; 純夫斉藤; Hiroshi Ishii; 宏志石居; Atsushi Hirayama; 淳平山; Kenichi Sato; 健一佐藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4189250B2

Abstract

【課題】本発明は過大なトルクに耐えられ、また、摩耗することがなく永く使用できる翼車の方位制御機構を備える風車を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明による風車は、風力により回転する翼車を支持するナセルと、前記ナセルを支えるタワーと、前記タワーと前記ナセルを連結し、前記ナセルを前記タワーに対して相対的に回転可能にするヨーを備え、前記ヨーは、前記ナセル側に設けられた、前記ヨーの回転中心軸線回りを回転するリング状の回転子と、前記タワー側に、前記回転子と対向して設けられたリング状の固定子を有する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は風車に関し、特に風車の翼車の向きを風向に応じて回転させるためのヨーを有する風車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来の風車の構成を示す。風車は、風力により水平な回転軸の回りに回転するブレード１と、ブレード１と一体に回転するハブ２と、ブレード１とハブ２から構成される翼車２１が取り付けられたナセル３と、翼車２１を変動する風向に対向させるためのヨー４と、ナセル３に搭載され、翼車２１の回転を増速する変速機５と、変速機５により増速された回転数で駆動される発電機６と、発電機６で発生させた電力を送るケーブル７と、翼車２１とナセル３を支持し、鉛直方向に伸びるタワー８と、ケーブル７により送られた電力を変換する電力変換機９と、風車全体を制御する制御装置１０とを備える。電力変換機９は系統連系に接続され、電力を供給する。一般に風力発電用風車は、タワー８の頂上に発電機６を収納したナセル３を配し、発電機６のシャフトは伝達系を介して翼車２１に連結されている。制御装置１０は計測された風向と翼車２１の向きの差を検出し、ヨー４の回転機構を制御して、翼車２１の回転面を変動する風向に追尾させる方位制御を行う。この方位制御機構は、ナセル３を翼車２１と共に垂直軸まわりに回転させて、翼車２１の水平な回転軸と風向との偏差角を任意の角度内に調整する。なお、風車の保護や出力制御のために方位制御を行うこともある。
【０００３】
図７に従来の風力発電用風車のヨーのナセルとタワーとの連結部分の部分断面図を示す。ナセル３側にモータ１１を配し、ベアリング１２を介して、モータ１１によって回転軸１３に設置した歯車１４とタワー８の円筒内部に切った歯１５を噛み合わせて回転させている。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】
このような従来の翼車２１の方位制御では、翼車２１を保持し、変速機５や発電機６等を搭載するナセル３を回転させるため、過大なトルクを必要とする。このため、方位制御用のモータ１１や変速機に過大なトルクがかかる。さらに、歯車１４やベアリング１２にも大きな負荷が掛かり、消耗が加速される。
【０００５】
したがって、翼車２１を方位制御するには、過大なトルクを有するモータ１１や変速機が必要であり、これらのモータ１１や変速機のシャフトには過大なトルクがかかり、シャフトが破断することがあった。
【０００６】
そこで本発明は、過大なトルクに耐えられ、また、摩耗することがなく、永く使用できる翼車の方位制御機構を備える風車を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の風車は、例えば図１、図３に示すように、風力により回転する翼車２１を支持するナセル３と、前記ナセル３を支えるタワー８と、前記タワー８と前記ナセル３を連結し、前記ナセル３を前記タワー８に対して相対的に回転可能にするヨー４を備え、前記ヨー４は、前記ナセル側４ａに設けられた、前記ヨー４の回転中心軸線ＡＸ回りを回転するリング状の回転子１６と、前記タワー側４ｂに、前記回転子１６と対向して設けられたリング状の固定子１７を有する。このように構成すると、過大なトルクに耐えられ、また、摩耗することがなく永く使用できる翼車２１の方位制御機構を備える風車を提供できる。
【０００８】
また、請求項２に記載のように、請求項１に記載の風車において、例えば図２に示すように、前記回転子１６は、突極構造の櫛歯１８を有し、前記固定子１７は突極構造の櫛歯２０を有し、前記翼車の垂直軸まわりの方位制御をステッピングモータによるマイクロステップ駆動により行っても良い。このように構成すると、安定した翼車の方位制御機構を比較的簡易な構成で実現できる。
【０００９】
また、請求項３に記載のように、請求項１に記載の風車において、前記ステッピングモータは、直流パルス又は低周波交流で前記回転子１６又は前記固定子１７の一方に設けられた電磁石１９を電流駆動して、前記一方の櫛歯１８（又は２０）の突極に磁極を形成し、前記回転子１６又は前記固定子１７の他方の櫛歯２０（又は１８）の突極に磁極を誘導して、前記方位制御を行うようにしても良い。このように構成すると、回転子１６を歯厚の数分の１の単位で円周上を小刻みに移動でき、滑らかな動きで、高精度の方位制御を実現できる。
【００１０】
また、請求項４に記載のように、請求項２又は３に記載の風車において、前記ステッピングモータは、直流励磁で前記回転子１６をブレーキ制動するようにしても良い。このように構成すると、前記方位制御におけるブレーキ制動を確実に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一部分には同一符号を付して、重複した説明は省略する。
【００１２】
図１の部分断面図を参照して風車の全体構造を説明する。なおタワーの下部は図示を省略してある。複数枚のブレード１はほぼ水平な軸の回りを回転するハブ２に放射状に取り付けられて、複数枚のブレード１とハブ２で翼車２１を構成している。ハブ２は変速機５の低速側の入力軸に取り付けられ、変速機５の出力軸は発電機６ａの回転軸とカップリングにより連結されている。変速機５と発電機６ａは、ナセル３の中に収納されている。
【００１３】
ナセル３は鉛直方向に立設されたタワー８の頂部に、ほぼ鉛直方向に向いた回転軸線ＡＸ回りに回転可能に支持されている。タワー８とナセル３との間には、ヨー４が配設されている。ヨー４は、ナセル側部分４ａとタワー側部分４ｂを含んで構成されている。ナセル側部分４ａはタワー側部分４ｂに対して、ほぼ垂直な回転中心軸線ＡＸ回りに、相対的に回転可能に構成されている。図示しない制御装置１０は計測された風向と翼車２１の向きの差を検出し、ヨー４の回転機構を制御して、翼車２１の回転面を変動する風向に追尾させる方位制御を行う。
【００１４】
図２の部分断面図に、本発明の実施の形態によるヨーの回転子と固定子の構成を示す。図２において、１６はヨー４のナセル側部分４ａに固設される回転子、１７はヨー４のタワー側部分４ｂに固設される固定子である。ヨー４は回転子１６、固定子１７及びその回転子１６を回転中心軸線ＡＸ回りに回転させる回転機構から構成される。回転子１６は突極構造の櫛歯１８を有し、軟鉄製でリング状に成型されている。軟鉄製鉄芯の周囲にコイルが巻かれ、直流パルスまたは低周波の交流電流で電流駆動されることにより、電磁石１９として作用する。電磁石１９が電流駆動されると、櫛歯１８の突極に磁極が形成される。固定子１７は突極構造の櫛歯２０を有し、軟鉄製でリング状に成型されている。回転子１６の櫛歯１８の突極に形成された磁極により、櫛歯２０の突極に磁極が誘導されて、磁気回路が構成される。
【００１５】
翼車２１の方位制御機構のうち、ヨー４の回転機構はステッピングモータで構成される。ステッピングモータは、回転子１６、固定子１７の双方に突極構造の櫛歯１８，２０と溝を形成し、その一方に設けられた電磁石１９を電流駆動して、双方の櫛歯１８，２０の突極に磁極を形成し、その両者に働く磁気的吸引力、反発力の進行方向成分を推力とする。大きな推力を得るためにステップ長を小さくし、マイクロステップ駆動を行う多極構造とする。電磁石１９の駆動は、直流パルスまたは低周波の交流電流で行う。直流パルスで駆動した場合、回転子１６のステッピングによる回転は入力パルス信号に同期して進行するから、回転子１６の移動速度は入力パルス周波数に、移動距離は入力パルス数によってそれぞれ決定される。
【００１６】
固定子１７の櫛歯２０は等間隔に形成されている。回転子１６の櫛歯１８は３枚１組で１個の電磁石１９の先端に形成され、櫛歯１８の間隔は、電磁石１９内において固定子１７の櫛歯２０の間隔と等しい。電磁石１９間には一定間隔の空間が設けられ、電流駆動されている電磁石１９の櫛歯１８と固定子の櫛歯２０とが整合がとれた状態で対向している時に、隣接する電磁石１９の櫛歯１８は１／３歯厚分円周方向遠方にずれて固定子１７の櫛歯２０と対向した状態にあり、その次に隣接する電磁石１９の櫛歯１８は２／３歯厚分円周方向遠方にずれて固定子１７の櫛歯２０と対向した状態にある。その次に隣接する電磁石１９は、最初の電磁石と同時に電流駆動されている電磁石で、電磁石１９の櫛歯１８と固定子１７の櫛歯２０が整合がとれた状態で対向している。以下、これらの状態が繰り返される。全体で３６個の電磁石１９が配置されており、Ａ、Ｂ、Ｃ各１２個ずつの３グループにわけて、電流駆動される。３６個の電磁石は、Ａグループ、Ｂグループ、Ｃグループ、Ａグループ、・・・のように、同じグループが２つおきに並ぶように配置される。
【００１７】
各電磁石１９の駆動コイルには直流パルス電流を印加する直流電源（図示しない）、又は低周波の交流電流を印加する交流電源（図示しない）に電気接続されている。
【００１８】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では電磁石に直流パルス電流を印加するものとする。今、図２において、回転子１６側では、Ａグループの電磁石１９ａが直流パルス電流で電流駆動されているものとする。このとき、Ａグループの電磁石１９ａの櫛歯１８ａにはＮ極が形成され、対向する固定子１７ａの櫛歯２０ａにはＳ極が誘導されているものとする。この状態で、Ａグループの電磁石１９ａの櫛歯１８ａと対向する固定子１７の櫛歯２０ａとが磁力を受けて引き合うため、電磁石１９ａの櫛歯１８ａと固定子の櫛歯２０ａとが整合がとれた状態で対向している。なお、この状態でＡグループの電磁石１９ａに、直流電流又は直流パルス電流が継続的に印加されれば、回転子１６は固定子１７に対して静止状態に保持される。すなわちナセル３はタワー８に対して静止状態に保たれる（図２（ａ）参照）。
【００１９】
ところで、磁気的バランスから、Ａ，Ｂ，Ｃ各グループの電磁石について、半分にＮ極が形成され、他の半分にＳ極が形成されるように電流駆動されるものとする。これは、電磁石の半分についてはコイルの巻き方を反対にすれば良い。本実施の形態では、同じグループで隣り合う電磁石の磁極が反対になるように、また、全体でも隣り合う電磁石の磁極が反対になるように電流駆動されるものとする。
【００２０】
次に、Ａグループの電磁石１９ａのパルス電流が遮断され、Ｂグループの電磁石１９ｂが直流パルス電流で電流駆動されると、Ｂグループの電磁石１９ｂの櫛歯１８ｂにはＳ極が形成され、対向する固定子１７の櫛歯２０ｂにはＮ極が誘導される。この状態で、Ｂグループの電磁石１９ｂの櫛歯１８ｂと対向する固定子１７の櫛歯２０ｂとが磁力を受けて引き合うため、これらの櫛歯１８ｂ、２０ｂ同士が整合がとれた状態で対向する状態が安定になり、回転子１６は１／３歯厚分右方向に回転する（図２（ｂ）参照）。
【００２１】
次に、Ｂグループの電磁石１９ｂのパルス電流が遮断され、Ｃグループの電磁石１９ｃが直流パルス電流で電流駆動されると、Ｃグループの電磁石１９ｃの櫛歯１８ｃにはＮ極が形成され、対向する固定子１７の櫛歯２０ｃにはＳ極が誘導される。この状態で、Ｃグループの電磁石１９ｃの櫛歯１８ｃと対向する固定子１７の櫛歯２０ｃとが磁力を受けて引き合うため、これら櫛歯１８ｃ、２０ｃ同士が整合がとれて対向する状態が安定になり、回転子はさらに１／３歯厚分右方向に回転する（図２（ｃ）参照）。
【００２２】
次に、Ｃグループの電磁石１９ｃのパルス電流が遮断され、Ｃグループに隣り合うＡグループの電磁石１９ａ’が直流パルス電流で電流駆動されると、Ａグループの電磁石１９ａ’の櫛歯１８ａ’にはＳ極が形成され、対向する固定子１７の櫛歯２０ａ’にはＮ極が誘導される。この状態で、Ａグループの電磁石１９ａ’の櫛歯と対向する固定子１７の櫛歯２０ａ’とが磁力を受けて引き合うため、再びこれら櫛歯１８ａ’、２０ａ’同士が整合がとれて対向する状態が安定になり、さらに回転子１６は１／３歯厚分右方向に回転し、積算すると１歯分右方向に回転する（電磁石１９ａ’、櫛歯１８ａ’、２０ａ’は図示されない）。このとき、元のＡグループの電磁石１９ａの櫛歯１８ａにはＮ極が形成され、対向する固定子１７の櫛歯２０ａにはＳ極が誘導されるが、同様に櫛歯１８ａ、２０ａ同士が整合がとれて対向する状態が安定になる。このように順次、隣り合う電磁石１９にパルス電流を移動していくことにより、回転子１６は順次右方向に回転することとなる。
【００２３】
今度は、図２（ａ）の状態から、Ａグループの電磁石１９ａのパルス電流が遮断され、Ｃグループの電磁石１９ｃが直流パルス電流で電流駆動されるものとする。Ｃグループの電磁石１９ｃの櫛歯にはＳ極が形成され、対向する固定子１７の櫛歯２０ｃにはＮ極が誘導される。この状態で、Ｃグループの電磁石１９ｃの櫛歯１８ｃと対向する固定子１７の櫛歯２０ｃとが磁力を受けて引き合うため、これら櫛歯１８ｃ、２０ｃ同士が整合がとれて対向する状態が安定になり、回転子１６は１／３歯厚分左方向に回転する。
【００２４】
さらにＢグループの電磁石１９ｂ、これに隣り合うＡグループの電磁石１９ａにパルス電流を印加していく（同時に他のＡグループの電磁石にもパルス電流が印加される）ことにより、回転子は順次左方向に回転することとなる。
【００２５】
回転子１６および固定子１７の外周は約５ｍであり、双方の櫛歯１８、２０間に磁力が強く作用し、かつスムーズに回転するように、回転子１６の櫛歯１８と固定子１７の櫛歯２０との間に約１ｍｍのギャップが設けられている。
【００２６】
図３（ａ）部分断面図にヨー４のナセル３とタワー８との連結部分の構成例を示す。図において、１６は回転子、１７は固定子である。回転子１６は櫛歯１８を内向きにしてナセル３に取り付けられ、固定子１７はタワー８に櫛歯２０を外向きにして取り付けられて、互いに櫛歯１８、２０を対向させて設置されている。ベアリング１２は内輪と外輪及びその間に配列されたボールを含んでボールベアリングを構成している。本実施の形態では内輪がナセル３側に、外輪がタワー８側に固定されている。ボールベアリング１２はラジアル力の他にスラスト力も支えることができる構造を有し、翼車２１、ナセル３などの重力によるスラスト力と風力によるラジアル力を支えることができる。ボールベアリング１２は、回転子１６、固定子１７の外側にこれらと回転中心軸線ＡＸを同じくしてリング状に配置され、回転子１６と固定子１７間の回転がスムーズに行われるよう補助する役目を有する。又、ヨー４の回転中心軸線ＡＸは翼車２１の垂直軸線にもなっている。ナセル３側に回転子１６が固設され、タワー８側に固定子１７が固設されるが、回転子１６、固定子１７のいずれを内側にしても良く、いずれを外側にしても良い。
【００２７】
図３（ｂ）の断面図にヨー４のナセル３とタワー８との連結部分の別の構成例を示す。図において、１６は回転子、１７は固定子である。回転子１６は櫛歯１８を下向きにしてナセル３に取り付けられ、固定子１７はタワー８に櫛歯２０を上向きにして取り付けられて、互いに櫛歯１８、２０を対向させて設置されている。１２はベアリングであり、配置は図３（ａ）の場合と同様である。
【００２８】
図４の平面図に回転子と固定子の配置例を示す。いずれも、図３（ａ）における櫛歯が半径方向（内向き、外向き）に対向した形状である。図４（ａ）は、回転子１６が１ブロックに、Ｎ極になる電磁石かＳ極になる電磁石のいずれか一方を有している態様である。図４（ｂ）は回転子１６が１ブロックにＮ極になる電磁石とＳ極になる電磁石をペアとして有している態様である。この場合でも同一グループ内では回転子１６側でＮ極になる電磁石の櫛歯とＳ極になる電磁石の櫛歯の間隔を等しくかつ両者が共に固定子１７の櫛歯と整合するように櫛歯を配し、他のグループでは例えば１／３歯厚分、さらに他のグループでは２／３歯厚分ずれるように構成すれば良い。固定子１７側でも櫛歯に誘起される磁極がＮ、Ｓ二種になるが、回転のメカニズムは１ブロック１電磁石の場合と同様である。
【００２９】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では電磁石に低周波の交流電流を印加するものとする。交流は３相とする。回転子１６及び固定子１７の構成は第１の実施の形態と同じであり、電磁石１９のグループ分けも同じである。電磁石１９の駆動電流が異なるだけである。駆動電流が交流なので、１つの電磁石にかかる電流は正負交互に変化し、これにより磁極もＮ極とＳ極が交互に形成される。Ａ，Ｂ，Ｃ各グループの電磁石については、同じグループであれば、同じ位相で駆動されるものとする。
【００３０】
図５に、３相交流の位相の関係を示す。今、回転子１６側では、Ａグループの電磁石１９ａが交流電流で電流が正側で最大で位相が合ったところで電流駆動されているものとする。このとき、Ｂグループの電磁石１９ｂに流れる交流は１２０度位相が遅れており、Ｃグループの電磁石１９ｃに流れる交流は２４０度位相が遅れている（１２０度位相が進んでいるともいえる）。この状態では、Ａグループの電磁石１９ａの磁力が最大であり、Ａグループの電磁石１９ａの櫛歯１８ａにはＮ極が形成され、対向する固定子１７の櫛歯２０ａにはＳ極が誘導され、互いに吸引し合う。したがって、Ａグループの回転子１６の櫛歯１８ａと固定子１７の櫛歯２０ａとが整合し合う状態になる。
【００３１】
次に、Ａグループの電磁石１９ａの交流電流の位相が６０度進むと、Ｃグループの電磁石１９ｃの交流電流の位相が１８０度遅れ、負側で最大となる。このとき、Ｂグループの電磁石１９ｂの交流の位相は６０度遅れているので、Ｃグループの電磁石１９ｃの磁力が他のグループの磁力より勝り、Ｃグループの電磁石１９ｃの櫛歯１８ｃにはＳ極が形成され、対向する固定子１７の櫛歯２０ｃにはＮ極が誘導される。この状態で、Ｃグループの電磁石１９ｃの櫛歯１８ｃと対向する固定子１７の櫛歯２０ｃとが磁力を受けて引き合うため、これら櫛歯１８ｃ、２０ｃ同士が整合がとれて対向する状態が安定になり、回転子は１／３歯厚分左方向に回転する。
【００３２】
次に、Ａグループの電磁石１９ａの交流電流の位相が１２０度進むと、Ｂグループの電磁石１９ｂの交流電流の位相が合致する。このとき、Ｃグループの電磁石１９ｃの交流の位相は１２０度遅れているので、Ｂグループの電磁石１９ｂの磁力が他のグループの磁力より勝り、Ｂグループの電磁石１９ｂの櫛歯１８ｂにはＮ極が形成され、対向する固定子１７の櫛歯２０ｂにはＳ極が誘導される。この状態で、Ｂグループの電磁石１９ｂの櫛歯１８ｂと対向する固定子１７の櫛歯２０ｂとが磁力を受けて引き合うため、これら櫛歯１８ｂ、２０ｂ同士が整合がとれて対向する状態が安定になり、回転子はさらに１／３歯厚分左方向に、積算すると２／３歯厚分左方向に回転する。
【００３３】
次に、Ｂグループの電磁石１９ｂの交流電流の位相が６０度進むと、Ａグループの電磁石１９ａの交流電流の位相が１８０度遅れ、負側で最大となる。このとき、Ｃグループの電磁石１９ｃの交流の位相は６０度遅れているので、Ａグループの電磁石の磁力が他のグループの磁力より勝り、Ａグループの電磁石１９ａの櫛歯１８ａにはＳ極が形成され、対向する固定子１７の櫛歯２０ａにはＮ極が誘導される。この状態で、Ａグループの電磁石１９ａの櫛歯１８ａと対向する固定子１７の櫛歯２０ａとが磁力を受けて引き合うため、これら櫛歯１８ａ、２０ａ同士が整合がとれて対向する状態が安定になり、回転子はさらに１／３歯厚分左方向に、積算すると１歯厚分左方向に回転する。
【００３４】
次に、Ｂグループの電磁石１９ｂの交流電流の位相が１２０度進み、Ｃグループの電磁石１９ｃの交流電流の位相が合致する。このとき、Ａグループの電磁石１９ａの交流の位相は１２０度遅れているので、Ｃグループの電磁石１９ｃの磁力が他のグループの磁力より勝り、Ｃグループの電磁石１９ｃの櫛歯１８ｃにはＮ極が形成され、対向する固定子１７の櫛歯２０ｃにはＳ極が誘起される。この状態で、Ｃグループの電磁石１９ｃの櫛歯１８ｃと対向する固定子１７の櫛歯２０ｃとが磁力を受けて引き合うため、これら櫛歯１８ｃ、２０ｃ同士が整合がとれて対向する状態が安定になり、回転子はさらに１／３歯分左方向に、積算すると４／３歯分左方向に回転する。
【００３５】
このように、交流の位相の変化により、回転子１６の移動が行われる。交流の位相の変化を逆にすると、回転子１６は逆方向に回転する。
【００３６】
ところで、制御装置１０は計測された風向と翼車２１の向きの差を検出し、ヨー４の回転機構を制御して、翼車２１の回転面を変動する風向に追尾させる方位制御を行う。この方位制御機構は、ヨー４の回転子１６をナセル３及び翼車２１と共に、回転中心軸線ＡＸ（すなわち翼車２１の垂直軸）まわりに回転させて、翼車２１の水平な回転軸と風向との偏差角を小さくするように調整する。すなわち、偏差角が小さくなる方向に回転するようにヨー４の回転機構を制御して、電磁石１９に流すパルス電流を、或いは交流の位相を順次変化させていく。
【００３７】
翼車２１を搭載したナセル３の慣性が大きいため、センサは風向が１分以上同じ方向に継続した時に制御装置１０に信号を送る。制御装置１０は、センサからの信号を受信し、風向きと翼車２１の向きの差から、回転子１６の回転すべき角度と回転方向を算出して、翼車２１の方位制御を行い、翼車２１が風向きに対向するように回転子１６を回転させる。
【００３８】
風向きと翼車２１の方向がほぼ一致した時に、センサは制御装置１０に停止信号を送る。定常の直流電流を電磁石１９に流すと、回転子１６と固定子１７の磁極の状態が不変のため、制動機能が働く。そこで、翼車２１の方向が風向方向にほぼ合致した時、制御装置１０は電磁石１９への直流パルスを定常の直流電流に切り替える。あるいは交流の供給を停止して、定常の直流電流を供給する。しかし、ナセル３に慣性があるために、すぐには制動が効かず、行き過ぎてしまう場合がある。
【００３９】
このような行き過ぎを防止するため、制御装置１０は、上記偏差角が所定の角度に近づいた時から、徐々に制動を掛けるものとする。直流パルス電流のパルス幅を大きくしたり、パルスの間隔を大きくしたり、或いは交流の周期を長くしたりして、徐々に制動を掛け、最終的に偏差角が０になったら、止まるまで直流を流して、きちんと静止させるようにする。
【００４０】
本実施の形態では、このように、ステッピングモータで翼車２１の方位制御をするため、モータを構成する回転子１６や固定子１７に摩擦が生じず、回転がスムーズである。また、ヨー４を駆動するステッピングモータが、リング状の回転子１６と固定子１７とで構成されているので、中心に回転軸を有するモータ１１や変速機に比してトルクに強い構造になっている。
【００４１】
なお、本発明の風車は、上述の実施の形態のみ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種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４２】
例えば、本実施の形態では、翼車２１の方位制御をステッピングモータで駆動する例を説明したが、回転子１６又は固定子１７に誘導電流を誘起して誘導モータで駆動しても良く、回転子１６又は固定子１７に永久磁石を用いて同期モータで駆動しても良い。また、本実施の形態では、永久磁石を含まない構造であるバリアブルリラクタンス型の例を示したが、磁気回路内に永久磁石を含み歯同士が対向する構造のパーマネント型としても良い。いずれにしても、リニア駆動を行なうリニア誘導モータ、リニア同期モータ、リニアパルスモータを翼車２１の方位制御に応用可能である。
【００４３】
また、電磁石１９を回転子１６側に設け、固定子１７側に磁極を誘導する構成を説明したが、電磁石１９を固定子１７側に設け、回転子１６側に磁極を誘導する構成でも良い。また、磁極の形成は、Ａ、Ｂ、Ｃ各グループにおいて、電磁石１９の磁極の形成をどのような組み分けで行うかは、安定な磁気回路が形成されるようであれば良い。また、回転子１６の隣り合う電磁石を対として、同一パルスで駆動し、同時にＮ極とＳ極が形成され、それぞれの対向する固定子の櫛歯にＳ極とＮ極が形成されて、協働して１ステップを動かすようにしても良い。
【００４４】
また、本実施の形態では、ベアリングに半径方向の力が掛かるような例を示したが、上下方向に力が掛かるように構成しても良く、両者を併用しても良い。また、電磁石の数、櫛歯のピッチ、パルス間隔、等について種々変更が可能である。また、翼車の垂直軸とヨーの回転中心軸が一致しない場合にも使用できる。また、本発明は垂直軸風車にも使用できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の風車は、風力により回転する翼車を支持するナセルと、前記ナセルを支えるタワーと、前記タワーと前記ナセルを連結し、前記ナセルを前記タワーに対して相対的に回転可能にするヨーを備え、前記ヨーは、前記ナセル側に設けられた、前記ヨーの回転中心軸線回りを回転するリング状の回転子と、前記タワー側に、前記回転子と対向して設けられたリング状の固定子を有するので、過大なトルクに耐えられ、また、摩耗することがなく永く使用できる翼車の方位制御機構を備える風車を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における風車の部分断面図である。
【図２】本実施の形態におけるヨーの回転子と固定子の部分断面図である。
【図３】本実施の形態におけるヨーのナセルとタワーとの連結部分の部分断面図である。
【図４】本実施の形態におけるヨーの回転子と固定子の部分の平面図である。
【図５】３相交流の位相関係を示す図である。
【図６】従来の風車の構成を示す図である。
【図７】従来の風車におけるヨーのナセルとタワーとの連結部分の部分断面図である。
【符号の説明】
１ブレード
２ハブ
３ナセル
４ヨー
４ａヨーのナセル側部分
４ｂヨーのタワー側部分
５変速機
６、６ａ発電機
７ケーブル
８タワー
９電力変換機
１０制御装置
１１モータ
１２ベアリング
１３回転軸
１４歯車
１５歯
１６回転子
１７固定子
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ａ’ 回転子の櫛歯
１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ａ’ 電磁石
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ａ’ 固定子の櫛歯
２１翼車
ＡＸ回転中心軸線

Claims

風力により回転する翼車を支持するナセルと；
前記ナセルを支えるタワーと；
前記タワーと前記ナセルを連結し、前記ナセルを前記タワーに対して相対的に回転可能にするヨーを備え；
前記ヨーは、前記ナセル側に設けられた、前記ヨーの回転中心軸線回りを回転するリング状の回転子と；
前記タワー側に、前記回転子と対向して設けられたリング状の固定子を有する；
風車。
前記回転子は、突極構造の櫛歯を有し、前記固定子は突極構造の櫛歯を有し、前記翼車の垂直軸まわりの方位制御をステッピングモータによるマイクロステップ駆動で行う、請求項１に記載の風車。
前記ステッピングモータは、直流パルス又は低周波交流で前記回転子又は前記固定子の一方に設けられた電磁石を電流駆動して、前記一方の櫛歯の突極に磁極を形成し、前記回転子又は前記固定子の他方の櫛歯の突極に磁極を誘導して、前記方位制御を行う；
請求項２に記載の風車。
前記ステッピングモータは、直流励磁で前記回転子をブレーキ制動する；
請求項２又は３に記載の風車。