JP4550459B2

JP4550459B2 - 回転増速機能付き発電機

Info

Publication number: JP4550459B2
Application number: JP2004098815A
Authority: JP
Inventors: 達浩南川
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005287215A

Description

本発明は、回転増速機能付き発電機及び回転減速機能付き電動機に関する。

例えば、プロペラ型の風車発電機では、プロペラの回転を増速して発電部に伝えるため、翼車と発電部とは別に、増速機が備えられている。

しかしながら、発電部とは別に増速機を備えさせると、増速機の設置も考慮に入れた広いスペースを確保しなければならないという問題や、増速機と発電部とが別置きで回転軸にズレを生じるおそれがあるという問題がある。

また、発電回転数の制御を増速機で行うものはなく、発電回転数を制御するには、翼車の回転数を制御することなどで対応しなければならず、応答性の良い回転数制御がなかなか実現できないという問題もある。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、省スペースで増速が可能であり、回転軸のズレを生じるおそれもなく、また、発電回転数の制御を応答性良く行うことができる増速機能付き発電機を提供することを課題とする。

また、本発明は、発電機と対で考えられる電動機について、省スペースで減速が可能であり、回転軸のズレを生じるおそれもなく、また、電動回転数の制御を応答性良く行うことができる減速機能付き電動機を提供することも、併せて課題とする。

上記の課題は、対の発電用ローターが備えられ、それらの相対回転で発電をするようになされていると共に、いずれか一方のローターの回転をもう一方のローターの逆方向の回転として伝える伝動機構が備えられ、いずれか一方のローターに入力した回転力で両ローターがそれぞれ逆方向に絶対回転をして発電をするようになされていることを特徴とする、回転増速機能付き発電機によって解決される（第１発明）。

この発電機では、一方のローターに回転が入力されて該ローターが絶対回転をすると、伝動機構を通じてもう一方のローターが逆方向に絶対回転をし、それによって、増速がなされて、前記一方のローターの回転数よりも高い発電回転数を得られる。このように、本発明の発電機は、従来は固定子であったものを回転子とすることで発電機そのものに増速機能をもたせたものであるから、増速を省スペースで実現でき、増速手段の付加による回転軸のズレを生じるおそれもない。

上記の発電機は、例えば、伝動機構として遊星ギア機構を用い、一方のローターに内歯ギアが設けられると共に、もう一方のローターに太陽ギアが設けられ、遊星ギアが両ギアに噛合状態に設置され、いずれか一方のローターの回転でもう一方のローターが逆回転するようになされている構造（第２発明）とすることで、実用的に増速を実現することができる。

特に、この遊星ギア機構において、遊星ギアを太陽ギアの周囲でアクティブに公転動作させる駆動部と、該駆動部による遊星ギアのアクティブな公転動作を制御する制御部とが備えられている場合（第３発明）は、制御部による制御で遊星ギアにアクティブな公転動作を行わせることで、入力側ではないもう一方のローターの回転数を変化させることができて、入力側のローターの回転数を自由に変化させることができない場合であっても、応答性の良い発電回転数制御を実現することができる。

また、上記の課題は、対の電動用ローターが備えられ、それらの相対回転で電動するようになされていると共に、いずれか一方のローターの回転をもう一方のローターの逆方向の回転として伝える伝動機構が備えられ、入電することにより、両ローターがそれぞれ逆方向に絶対回転をしていずれか一方または両方のローターの回転が出力されるようになされていることを特徴とする、回転減速機能付き電動機（第４発明）によって解決される。

この電動機では、入電により、一方のローターが絶対回転をすると、伝動機構を通じてもう一方のローターが逆方向に絶対回転をし、それによって、減速がなされる。このように、本発明の電動機は、従来は固定子であったものを回転子とすることで電動機そのものに減速機能をもたせたものであるから、減速を省スペースで実現でき、減速手段の付加による回転軸のズレを生じるおそれもない。

上記の電動機は、例えば、伝動機構として遊星ギア機構を用い、一方のローターに内歯ギアが設けられると共に、もう一方のローターに太陽ギアが設けられ、遊星ギアが両ギアに噛合状態に設置され、いずれか一方のローターの回転でもう一方のローターが逆回転するようになされている構造（第５発明）とすることで、実用的に減速を実現することができる。

特に、この遊星ギア機構において、遊星ギアを太陽ギアの周囲でアクティブに公転動作させる駆動部と、該駆動部による遊星ギアのアクティブな公転動作を制御する制御部とが備えられている場合（第６発明）は、制御部による制御で遊星ギアにアクティブな公転動作を行わせることで、応答性の良い電動回転数制御を実現することができる。

本発明の発電機は、以上のとおりのものであるから、省スペースで増速が可能であり、回転軸のズレを生じるおそれもなく、また、発電回転数の制御を応答性良く行うことができる。また、本発明の電動機は、省スペースで減速が可能であり、回転軸のズレを生じるおそれもなく、また、電動回転数の制御を応答性良く行うことができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示す実施形態は、風力発電に用いられる発電機に適用した場合のもので図１において、１は回転増速機能付き発電機、２はプロペラ型の翼車であり、回転軸３によって翼車２の回転が発電機１に伝えられるようになされている。

発電機１は、ベースとなる鞘管４内に、発電用のアウターローター５がローラー６…などで回転自在に支承され、アウターローター５の内部に同じく発電用のインナーローター７が同軸状態で回転自在に配置され、インナーローター７は、翼車２の回転軸３に従来のような増速機を介さずに接続されている。

そして、同発電機１には、インナーローター７の回転をアウターローターの逆方向の回転として伝える伝動機構８が備えられている。該伝動機構８は遊星ギア機構からなっていて、該遊星ギア機構８は、アウターローター５内にインナーローター７と隣り合うようにして組み込まれている。即ち、アウターローター５の内周部には内歯ギア９が設けられると共に、インナーローター７には太陽ギア１０が連結され、遊星ギア１１…が両ギア９，１０に噛合状態に配置され、インナーローター７の回転によってアウターローター５がインナーローター７とは逆の方向に回転するようになされている。

そして、本実施形態では更に、各遊星ギア１１…を、それらの相対位置関係を一定に保つようにして自転自在に保持する遊星ギア保持体１２が備えられると共に、該保持体１２を通じて、遊星ギア１１…を太陽ギア１０の周囲でアクティブに公転動作させる駆動部１３が備えられると共に、該駆動部１３による遊星ギア１１…のアクティブな公転動作を制御する制御部１４が備えられており、各遊星ギア１１を追従公転ではなく、積極公転させることができるようになされている。

上記の発電機１では、風車の翼車２の回転でインナーローター７が絶対回転をすると、遊星ギア機構８を通じてアウターローター５が逆方向に絶対回転をし、それによって、増速がなされて、翼車２の回転数よりも高い発電回転数を得られる。このように、上記の発電機１では、従来は固定子であったものを回転子とすることで発電機１そのものに増速機能をもたせたものであるから、増速を省スペースで実現でき、増速手段の付加による回転軸のズレを生じるおそれもない。

特に本実施形態では、伝動機構として、遊星ギア機構８を採用し、制御部１４と駆動部１３とによって、遊星ギア１１…を太陽ギア１０の周囲でアクティブに公転動作させることができるようなされているので、翼車２の回転数を変化させなくても、アウターローター５の回転数を変化させることを通じて、発電回転数を制御することができ、しかも、それを遊星ギア１１…のアクティブな公転動作で行うようにしているので、翼車２の回転数を制御する場合などに比べて、応答性に非常に優れた発電回転数制御を実現することができる。

具体的には、図２（イ）に示すように、遊星ギア１１…の公転を阻止した状態、あるいは、遊星ギア１１…を追従公転させている状態から、図２（ロ）に示すように、遊星ギア１１…を一方の方向にアクティブに公転させると、インナーローター７の回転数の変化が鈍くても、アウターローター５の回転が速められることで発電回転数を高めることができ、また、図２（ハ）に示すように、遊星ギア１１…を反対の方向にアクティブに公転させると、インナーローター７の回転数の変化が鈍くても、アウターローター５の回転が遅められることで発電回転数を低くすることができる。

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、上記の実施形態では、インナーローターに風車の翼車２の回転軸３を連結した場合を示しているが、アウターローターの側に風車の翼車２の回転軸３を連結する構成としてもよい。また、上記の実施形態では、一方のローターをアウターローターとし、もう一方のローターをインナーローターとして場合を示しているが、本発明はアウター・インナー形式のローターに限られるものではない。

また、上記の実施形態では、伝動機構として、遊星ギア機構８を採用した場合を示しているが、それに限らず、いずれか一方のローターの回転をもう一方のローターの逆方向の回転として伝える機構が備えられていればよい。

更に、上記の実施形態では、風力発電用の発電機に適用した場合を示しているが、その他の発電機として用いられてもよいし、また、上記の増速機能付き発電機を、構成を同一類似にして、減速機構付き電動機として用いてもよい。

実施形態の増速機構の付き発電機を示すもので、図（イ）は断面側面図、図（ロ）は断面背面図である。図（イ）〜図（ハ）はそれぞれ、発電機の回転数制御に関する作動状態を示す断面背面図である。

符号の説明

１…増速機能付き発電機
５…アウターローター
７…インナーローター
８…遊星ギア機構（伝動機構）
９…内歯ギア
１０…太陽ギア
１１…遊星ギア
１３…駆動部
１４…制御部

Claims

発電用のアウターローターが回転自在に支承されると共に、該アウターローターの内部に発電用のインナーローターが同軸状態で回転自在に配置され、該インナーローターには翼車の回転軸が接続されており、
アウターローター内には翼車のある側とは反対の側においてインナーローターと隣り合うように遊星ギア機構が設けられ、アウターローターの内周部には内歯ギアが設けられると共に、インナーローターには太陽ギアが連結され、遊星ギアが太陽、内歯の両ギアに噛合状態に配置され、インナーローターの回転によってアウターローターがインナーローターとは逆の方向に回転するようになされており、
前記遊星ギアを太陽ギアの周囲でアクティブに公転動作させる駆動部が前記遊星ギア機構を挟んでインナーローターとは反対の側に備えられると共に、該駆動部による遊星ギアのアクティブな公転動作を制御する制御部が備えられていることを特徴とする風力発電用の回転増速機能付き発電機。