JPS598669B2 - 発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は風力、波浪などの変動しやすい流体エネルギー
を利用して発電を行う発電装置に関し、さらに詳しくは
風車，水車などの流体原動機によって流体エネルギーを
機械エネルギーの回転力に変換し、その回転力でもって
発電機を回して電気エネルギーに変換し、その電気でも
って蓄電池を充電し、蓄電池から安定した電気を供給す
るようにした発電装置に関し、特に風力を利用して発電
を行う風力発電装置に関する。

この種発電装置においては、風力などの変動しやすい流
体エネルギーを機械エネルギーの回転力に変換した際に
は少しでも安定した回転数と寿るよう、可変ピッチ型プ
ロペラと、この回転数を制御するための例えば遠心力に
よる機械ガバナーとによって、エネルギー変動および回
転数を平滑化している。

このようにして得た回転力によって発電機を回すわけで
あるが、従来は発電機として、有鉄心型巻線回転子また
は有鉄心型巻線固定子を使用した他励型または自励型の
発電機が用いられていた。

これら発電機は起動に要する回転トルクが大きい。

したがって、上記プロペラの回転を直接発電機に伝達し
ても、発電機がゆっくりと回転し所望とする大きさの電
気を発生することができない。

そのため、プロペラの回転を増速機に伝えて回転数を高
め、増速機の回転でもって発電機を回して所望とする大
きさの電気を発生するようにしていた。

また、一般に風力などのトルクエネルギーは小さい場合
が多いため、上記ガバナーと増．速機との間に機械的に
ラッチを介在させ、プロペラの回転数とそのトルクがあ
る所定値（発電機を十分に回すだけの値）に達するまで
はクラッチを切離しておいてプロペラを空回りさせてお
き、プロペラの回転数とトルクが上記所定値に上昇する
とクラッチを連結して発電機を回すようにしだものが多
い。

本発明は、異方向性マンガン．アルミニューム系永久磁
石からなる多極着磁の回転子と空心型巻線固定子とを有
する起動回転トルクの小さい発電機を用いることにより
、風力，波浪などの流体エネルギーが小さく、かつ不安
定なときでもクラッチや増速機などの複雑な機械的伝達
機構を必要としないようにし、発電性能を低下させるこ
となく装置の簡素化を図ったものである。

以下、本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は風力発電装置の全体構成を示し、第２図はその
要部の外観を示す。

図において、１は風力原動機としての可変ピッチ型プロ
ペラで、回転軸２を持っている。

３は尾翼、４は支柱、５は支柱４の上端に回転自在に取
付けたターンテーブルである。

プロペラ１と尾翼３とは尾翼３０作用によってプロペラ
１が常に風上を向くようにしてターンテーブル５に装備
されている。

プロペラ１は遠心力によって働くガバナー６を備えてお
り、プロペラの回転数が所定値以上に上昇するとガバナ
ー６の働きでプロペラのピッチを切換えてプロペラの回
転数の安定化を図る。

７はプロペラ１の回転軸２に直結した発電機で、ここで
得た電力は定電圧装置８を介して蓄電池９へ充電され、
蓄電池９から安定した電力が負荷１０へ供給される。

第３図および第４図は上記発電機７の構成を示す。

図において、２１はプロペラ１０回転軸２に直結された
回転軸、２２は回転軸２１と一体となって回転する回転
子、２３は回転子２２の外周に配置された空心型巻線固
定子、２４は外ケース兼用鉄ヨーク、２５は軸受である
。

なお、回転子２２は異方向性マンガン・アルミニューム
系永久磁石からなり、直径万同に多極着磁を施している
。

また、空心型巻線固定子２３とは、巻線固定子に鉄心な
どの磁性体を有しない固定子を言い、例えば巻線コイル
を合成樹脂で固着したもの、または合成樹脂などの非磁
性絶縁物からなる担体の両面に印刷配線技術により導体
群からなるコイルを形成したものなどがある。

異方性マンガン，アルミニューム系永久磁石は、６８．
０ 〜７３．ｏｗｔ％のマンガン（Ｍｎ ） ， （
１／１０Ｍｎ −６．６）〜（ ’／３ Ｍ ｎ −
２ ２． ２ ） ｗｔ％の炭素（Ｃ），残部のアルミ
ニューム（Ａｔ）を基本組成とするＭｎ−ｈｔ−Ｃ系合
金であり、溶解鋳造後に必要な熱処理を施し、ついで５
３６）〜８３０℃の温度範囲で温間塑性加工することに
よって異方性化されたものである。

その磁気特性はＢｒ−６０００〜６５００Ｇ，ＢＨｃ−
２０００〜３０００Ｑｅ，（ＢＨ）ｍａｘ＝５ 〜８Ｘ
１ ０’ Ｇ，Ｑｅに達する。

また、温間塑性加工として押出力ロエした場合は軸方向
異方性磁石が得られ、据込加工した場合は直径方向異方
性磁石が得られる。

また、この湛間塑性加工によって機械的強度が極めて強
靭な永久磁石となり、例えば、引張り強さ５ ０ ｋｇ
／’−ｍｍ２ｔ抗折力３０ｋｇ／１ｎ７ＩＬ２，抗圧力
２ ５ ０ ｋ（ｊ／ＴＩＬＩＩＬ２に達し、従来のフ
エライト系磁石やアルニコ系磁石の数倍の強度をもたせ
ることが出来、且つ、切削加工も出来る程の靭性をもた
せることが出来る。

また、従来のフエライト系磁石やアルニコ系磁石では、
異方性化させるためには、磁場中での成型や磁場中での
熱処理を必要とするため、直径方向に異方性化した多極
着磁が極めて困難であり、４〜８極着磁が限界とされて
来たが、異方性マンガン・アルミニューム磁石は、無磁
場での温間据込加工成型によってすべての直径方向に異
方性化させることが出来るため、極数には無制限の径方
向多極着磁が可能である。

また、比重が約５．１と軽く、磁束の温度係数も約０．
１ ％／’ｃと小さく、耐熱性，耐候性，耐熱ショッ
ク性にも優れて居る。

第４図では発電機の回転子磁石として、直径方向に１２
極着磁した異方性マンガン・アルミニューム磁石回転子
の例を示したが、この極数を更に増加させられることは
言うまでもない。

また、回転子磁石として、軸方向異方性のマンガンアル
ミニューム磁石を使用して多極着磁することも可能であ
り、また、複数の永久磁石を回転軸の周囲に圧入等の方
法で装入して、回転子を構成しうろこともできる。

以上のように本発明によれば、直径方向に多極着磁した
異方性マンガンアルミニューム磁石を回転子とした発電
機を用いることによって、低速回転でも大出力の発電が
可能となり、増速機構が不・要となる。

また、回転子磁石の機械的強度が大きく、靭性に富むた
め、例えば、強風等によって回転数が増大した場合も、
回転子が強固で安全である。

また、回転子磁石への軸取付も圧入等の組立合理化も出
来る。

また、回転子磁石が軽量であり、且つ、固定子として空
心巻線固定子を用いるため、起動トルクが／」・さく、
クラッチ等を必要としない。

また、空心巻線部分を固定子として用い、回転させない
為に、高速回転による巻線部の損傷がなく、構造的にも
製作が容易で、且つ、ブラシなども不必要となるため、
長寿命である。

さらに回転子磁石として、保磁力（ＢＨｃ）が大きい異
方向性マンガン．アルミニューム系永久磁石を用いてい
るため、従来のアルニコ系磁石の如き組立着磁が不要と
なり、組立工程が簡易化される。

発電機として、軽量化，小型化が可能となり、クラッチ
，増速機等の伝達機構も不要となるため、例えば風力発
電などの場合、風向きによって方向を変え易く、応答性
が良好となる。

従って、メインテナンスも容易となり、長寿命で経済的
な発電をさせることが出来、且つ省資源化の点でも効果
が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における風力発電装置の全体
構成図、第２図はその要部の外観斜視図、第３図および
第４図はその発電機の断面図である。 １・・・プロペラ（流体原動機）、２・・・回転軸、１
・・・発電機、８・・・定電圧装置、９・・・蓄電池、
１０・・・負荷、２１・・・回転軸、２２・・・回転子
、２３・・・固定子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 風力，波浪などの変動しやすい流体エネルギーを機
   械エネノ吋１の回転力に変換する流体原動機と、この原
   動機の回転力により回転子を回し機械エネルギーを電気
   エネルギーに変換する発電機と、発電機で発生した電気
   を蓄電池に充電し蓄電池から負荷へ供給する電力安定化
   回路とを備え、発電機は異方向性マンガン．アルミニュ
   ーム系久磁石からなり直径方向に多極着磁した回転子と
   、空心型巻線固定子とを有する発電機であシ、この発電
   機を増速機やクラッチを介することなく流体原動機の回
   転軸に直結したことを特徴とする発電装置。 ２ 異方向性マンガン・アルミニューム系永久磁石は、
   ６ ８．０〜７ ３．Ｏｗ ｔ ％の．・マンガンと、
   （’／ｉｏＭｎ６．６ ）〜（ ”／３Ｍｎ−２ ２．
   ２ ）ｗｔ％の炭素と、残部のアルミニュームとを含有
   した合金である特．・許請求の範囲第１項記載の発電装
   置。 ３ 流体原動機は風力によって回る風力原動機である特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の発電装置。