風力発電装置
【課題】風力発電装置のスリップリング装置において、円筒状の導電部材に内側端子を接続する作業を容易にする構造を提供する。
【解決手段】円筒状の導電部材３１Ａは、第１軸に沿って延びる支持部材１２Ａに対して、相対的に静止している。外側端子３３Ａは、発電機に電気的に接続され、導電部材３１Ａの外周面に対して、摺接可能に接触する。内側端子３４Ａは、導電部材３１Ａの内周面に設けられた接続部に、ねじ止めまたは溶接により固定されている。また、導電部材３１Ａは、接続部に対向する位置に、開口部３１２Ａを有する。導電部材３１Ａに内側端子３４Ａを固定するときには、ねじ止めまたは溶接を行うための工具を、開口部３１２Ａを介して、接続部まで延ばすことができる。したがって、導電部材３１Ａの内周面に、内側端子３４Ａを容易かつ強固に固定できる。
【解決手段】円筒状の導電部材３１Ａは、第１軸に沿って延びる支持部材１２Ａに対して、相対的に静止している。外側端子３３Ａは、発電機に電気的に接続され、導電部材３１Ａの外周面に対して、摺接可能に接触する。内側端子３４Ａは、導電部材３１Ａの内周面に設けられた接続部に、ねじ止めまたは溶接により固定されている。また、導電部材３１Ａは、接続部に対向する位置に、開口部３１２Ａを有する。導電部材３１Ａに内側端子３４Ａを固定するときには、ねじ止めまたは溶接を行うための工具を、開口部３１２Ａを介して、接続部まで延ばすことができる。したがって、導電部材３１Ａの内周面に、内側端子３４Ａを容易かつ強固に固定できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風の力を利用して電力を得る風力発電装置が知られている。特に、昨今では、二酸化炭素の排出量が多い火力発電や、放射性物質の管理が難しい原子力発電に代わる自然エネルギー技術として、風力発電へのニーズが高まっている。
【０００３】
風力発電装置は、風向きに応じて回転翼の向きを変える。このため、発電により得られた電力を、回転翼の向きによらずに輸送するために、スリップリングにブラシを当接させる機構を有する場合がある。例えば、特開２０００−２７４３４７号公報の風力発電装置では、発電した電力を輸送するケーブルと負荷装置との間に、スリップリング装置が設けられている（請求項１）。
【０００４】
また、従来のスリップリングの構造については、例えば、特開２００２−２６０７９９号公報に記載されている。特開２００２−２６０７９９号公報には、多数の接点リングの内周面に、ワイヤを半田付けして、導電接続を形成することが、記載されている（段落００２２，図２）。
【特許文献１】特開２０００−２７４３４７号公報
【特許文献２】特開２００２−２６０７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半田付けは、ねじ止めや溶接と比較して、電気的接続の確実性が低い。このため、スリップリングに端子をより確実に接続するためには、ねじ止めや溶接を利用することが好ましい。しかしながら、スリップリング自体の形状が環状であるために、ねじ止めまたは溶接を行うための工具を、スリップリングの内周面に対して垂直に配置することは、困難であった。それゆえ、スリップリングの内周面に、端子をねじ止めまたは溶接する作業が、困難となっていた。
【０００６】
本発明の目的は、風力発電装置において、環状の導電部材の内周面に、端子を容易かつ強固に固定できる構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の例示的な第１発明は、第１軸に沿って円筒状に延びる支持部材と、前記支持部材に、軸受を介して回転可能に支持されるナセルと、前記ナセルに取り付けられた発電機と、前記発電機に連結されて、第２軸を中心として回転する回転翼と、前記支持部材に対して相対的に静止した円筒状の導電部材と、前記発電機に電気的に接続され、前記導電部材の外周面に対して摺接可能に接触する外側端子と、前記導電部材の内周面に設けられた接続部に、ねじ止めまたは溶接により固定される内側端子と、を有し、前記導電部材は、前記接続部に対向する位置に、開口部を有する風力発電装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本願の例示的な第１発明によれば、ねじ止めまたは溶接を行うための工具を、開口部を介して接続部まで延ばすことができる。このため、導電部材の内周面に、内側端子を容易かつ強固に固定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態に係る風力発電装置の縦断面図である。
【図２】図２は、第２実施形態に係る風力発電装置の側面図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る風力発電装置の縦断面図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係るシャフトの斜視図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る通電機構の縦断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係るスリップリングおよび絶縁部材の分解斜視図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る通電装置の組み立て時の様子を示す縦断面図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係るスリップリングの側面図である。
【図９】図９は、変形例に係るスリップリングの上面図である。
【図１０】図１０は、変形例に係るスリップリングの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
＜１．第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る風力発電装置１Ａの縦断面図である。図１に示すように、この風力発電装置１Ａは、支持部材１２Ａ、ナセル１３Ａ、発電機１４Ａ、回転翼１５Ａ、導電部材３１Ａ、外側端子３３Ａ、および内側端子３４Ａを有している。
【００１２】
支持部材１２Ａは、第１軸９１Ａに沿って円筒状に延びている。ナセル１３Ａは、支持部材１２Ａに、軸受２１Ａを介して回転可能に支持されている。発電機１４Ａは、ナセル１３Ａに取り付けられている。回転翼１５Ａは、発電機１４Ａに連結されて、第２軸９２Ａを中心として回転する。
【００１３】
導電部材３１Ａは、円筒状の部材であり、支持部材１２Ａに対して相対的に静止している。外側端子３３Ａは、発電機１４Ａと電気的に接続されている。また、外側端子３３Ａは、導電部材３１Ａの外周面に対して、摺接可能に接触している。内側端子３４Ａは、導電部材３１Ａの内周面に設けられた接続部３１１Ａに、ねじ止めまたは溶接により、固定されている。
【００１４】
また、図１に示すように、導電部材３１Ａは、接続部３１１Ａに対向する位置に、開口部３１２Ａを有している。このため、導電部材３１Ａに内側端子３４Ａを固定するときには、ねじ止めまたは溶接を行うための工具を、開口部３１２Ａを介して、接続部３１１Ａまで延ばすことができる。したがって、導電部材３１Ａの内周面に、内側端子３４Ａを容易かつ強固に固定できる。
【００１５】
＜２．第２実施形態＞
＜２−１．風力発電装置の全体構成＞
続いて、本発明の第２実施形態について、説明する。
【００１６】
図２は、第２実施形態に係る風力発電装置１の側面図である。図３は、図２中のIII−III位置から見た風力発電装置１の縦断面図である。この風力発電装置１は、外部を流れる風の力によって回転翼１５を回転させ、回転翼１５に生じるトルクを電力に変換する装置である。図２および図３に示すように、本実施形態の風力発電装置１は、ポール１１、シャフト１２、ナセル１３、発電機１４、回転翼１５、尾翼１６、および通電機構１７を有している。
【００１７】
ポール１１およびシャフト１２は、第１軸９１に沿って、それぞれ略円筒状に延びている。第１軸９１は、鉛直方向に延びていてもよく、他の方向に延びていてもよい。ただし、以下では、説明の便宜上、第１軸９１に沿う方向を上下方向とし、ポール１１に対して通電機構１７側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。
【００１８】
シャフト１２は、ポール１１に支持されている。通電機構１７は、シャフト１２に支持されている。また、ナセル１３は、下軸受部２１および上軸受部２２を介して、シャフト１２に支持されている。すなわち、本実施形態では、ポール１１およびシャフト１２が、通電機構１７およびナセル１３を直接的または間接的に支持する支持部材を、構成している。
【００１９】
図４は、シャフト１２の斜視図である。図４に示すように、シャフト１２は、下小径部１２１と、下小径部１２１より上側に位置する大径部１２２と、大径部１２２よりさらに上側に位置する上小径部１２３と、を有している。大径部１２２の直径は、下小径部１２１および上小径部１２３の直径より大きい。また、上小径部１２３には、後述する内側端子３４を配置するためのスリット１２４が、設けられている。スリット１２４は、シャフト１２の上端部から、第１軸９１に沿って下方へ延びている。
【００２０】
図３に示すように、下小径部１２１および大径部１２２は、ポール１１の内側に挿入されている。そして、大径部１２２の下面が、ポール１１の内部に形成された段差面に、当接している。これにより、ポール１１に対してシャフト１２が、第１軸方向に位置決めされている。また、大径部１２２の上面には、下軸受部２１の内輪が、当接している。また、ポール１１およびシャフト１２の内側には、３本のリード線２３が挿入されている。
【００２１】
ナセル１３、発電機１４、および回転翼１５は、第２軸９２に沿って配列されている。第２軸９２は、水平方向に延びていてもよく、他の方向に延びていてもよい。以下では、第２軸９２に沿う方向を前後方向とし、ナセル１３に対して回転翼１５側を前として、各部の形状や位置関係を説明する。
【００２２】
ナセル１３は、第２軸９２を中心として環状に広がる側壁部１３１と、側壁部１３１の後方の端部を塞ぐ端面部１３２と、を有する。ナセル１３の内部には、通電機構１７が収容されている。また、図３に示すように、ナセル１３は、側壁部１３１の下部からナセル１３の内側へ向けて、略円筒状に延びる内側円筒部１３３を有している。シャフト１２と内側円筒部１３３との間には、下軸受部２１と上軸受部２２とが、介在している。したがって、ナセル１３は、シャフト１２に支持されつつ、第１軸９１を中心として回転する。
【００２３】
発電機１４は、ナセル１３の前部に取り付けられている。発電機１４は、ナセル１３に対して相対的に静止した静止部と、第２軸９２を中心として回転する回転部と、を有する。発電機１４の静止部は、例えば、第２軸９２の周囲に配列された複数のコイルにより構成される電機子を、有している。また、発電機１４の回転部は、例えば、第２軸９２の周囲に配列された複数のマグネットにより構成される界磁子を、有している。
【００２４】
回転翼１５は、発電機１４の回転部に連結されている。回転翼１５は、第２軸９２に対して放射状に延びる複数の羽根１５１を、有している。外部を流れる風が羽根１５１に当たると、その風の力によって、回転翼１５と、発電機１４の回転部とが、第２軸９２を中心として回転する。そうすると、発電機１４の電機子と界磁子との間の磁気的作用によって、複数のコイルに誘導起電力が生じる。すなわち、回転翼１５のトルクが、電力に変換される。
【００２５】
尾翼１６は、ナセル１３の端面部１３２に、連結部１６１を介して、揺動可能に取り付けられている。尾翼１６に風が当たると、尾翼１６は、風下側へ向けられる。その結果、回転翼１５は、風上側へ向けられる。このようにすれば、回転翼１５に効率よく風が当たり、発電効率が向上する。すなわち、尾翼１６は、回転翼１５の向きを、風向きの変化に追従させる役割を果たす。
【００２６】
＜２−２．通電機構について＞
通電機構１７は、第１軸９１を中心とするナセル１３および発電機１４の回転位置に拘わらず、発電機１４から得られる電流を、シャフト１２内の３本のリード線２３へ導くための機構である。図５は、通電機構１７の縦断面図である。図５に示すように、通電機構１７は、３つのスリップリング３１と、４つの絶縁部材３２と、６つの外側端子３３と、３つの内側端子３４とを有している。
【００２７】
３つのスリップリング３１および４つの絶縁部材３２は、下軸受部２１と上軸受部２２との間に、第１軸方向に多段に配置されている。スリップリング３１および絶縁部材３２の内側には、シャフト１２が挿入されている。スリップリング３１および絶縁部材３２は、シャフト１２に支持され、シャフト１２に対して相対的に静止している。各スリップリング３１は、略円筒状の導電部材であり、第１軸９１と同軸に配置されている。スリップリング３１の材料には、例えば、銅などの金属が使用される。
【００２８】
絶縁部材３２は、絶縁体である樹脂により形成された、環状の部材である。図６は、スリップリング３１および絶縁部材３２の分解斜視図である。図５および図６に示すように、絶縁部材３２は、略円筒状の内側絶縁部３２１と、内側絶縁部３２１の外周面から外側へ突出するフランジ部３２２と、を有している。各絶縁部材３２の内側絶縁部３２１は、シャフト１２の外周面と、スリップリング３１の内周面との間に介在する。これにより、シャフト１２とスリップリング３１とが、相互に絶縁された状態に維持される。
【００２９】
また、各絶縁部材３２のフランジ部３２２は、下軸受部２１と下段のスリップリング３１との間、下段のスリップリング３１と中段のスリップリング３１との間、中段のスリップリング３１と上段のスリップリング３１との間、および、上段のスリップリング３１と上軸受部２２との間に、それぞれ配置されている。これにより、下軸受部２１、３つのスリップリング３１、および上軸受部２２が、相互に絶縁された状態に維持される。したがって、これらの部材を、第１軸方向に密に配置できる。
【００３０】
また、本実施形態では、ナセル１３を支持するための一対の軸受部２１，２２が、通電機構１７の下側と上側とに、それぞれ配置されている。これにより、一対の軸受部２１，２２が、第１軸方向に離れた位置に、配置されている。その結果、シャフト１２に対してナセル１３が、より安定的に支持されている。
【００３１】
外側端子３３は、スリップリング３１の外周面に接触する導電性のブラシである。本実施形態では、下段、中段、上段のスリップリング３１の外側に、それぞれ２つの外側端子３３が配置されている。６つの外側端子３３は、ナセル１３とともに、第１軸９１を中心として回転する。また、各外側端子３３は、ばね３３１によって、スリップリング３１側へ付勢されている。このため、ナセル１３が回転すると、各外側端子３３は、スリップリング３１の外周面に摺接しつつ、回転する。
【００３２】
また、各外側端子３３は、発電機１４のコイルに、電気的に接続されている。発電機１４のコイルに生じた誘導電流は、外側端子３３を経て、スリップリング３１へ導かれる。特に、本実施形態では、３相交流の各相に対応する電流が、それぞれ２つの外側端子３３を介して、各スリップリング３１に供給される。２つの外側端子３３を並列に設けたことで、発電機１４とスリップリング３１との間の電気抵抗が低減される。したがって、外側端子３３を介してスリップリング３１へ、より効率よく電力が供給される。
【００３３】
内側端子３４は、３本のリード線２３の上端部に、それぞれ設けられている。また、各内側端子３４は、スリップリング３１の内周面に、固定されている。本実施形態では、スリップリング３１にねじ孔３１１が形成されている。そして、当該ねじ孔３１１にねじ２４が締結され、ねじ２４の頭部とスリップリング３１の内周面との間に、内側端子３４が、挟まれている。これにより、スリップリング３１と内側端子３４とが、強固に固定されている。すなわち、本実施形態では、スリップリング３１のねじ孔３１１が、内側端子３４を接続するための接続部となっている。
【００３４】
また、スリップリング３１は、ねじ孔３１１に対向する位置に、切り欠き３１２を有している。切り欠き３１２は、スリップリング３１の上端部から、下方へ向けて延びている。本実施形態では、この切り欠き３１２を利用して、スリップリング３１に対する内側端子３４のねじ止めを、容易に行うことができる。
【００３５】
図７は、スリップリング３１に内側端子３４を固定するときの様子を示した縦断面図である。なお、この時点では、スリップリング３１および絶縁部材３２の内側に、シャフト１２はまだ挿入されていない。内側端子３４を固定するときには、図７のように、ねじ止めのための工具であるドライバ４０を、切り欠き３１２に挿入する。そして、当該ドライバ４０を、切り欠き３１２を介して、ねじ孔３１１の付近まで延ばす。このようにすれば、ドライバ４０の軸と、ねじ２４の軸とを、略一直線上に配置した状態で、ねじ止めを行うことができる。したがって、スリップリング３１の内周面に、内側端子３４を、容易かつ強固に固定できる。
【００３６】
また、図６に示すように、本実施形態では、絶縁部材３２の内側絶縁部３２１に、一対の凹部３２３が設けられている。スリップリング３１に絶縁部材３２を取り付けるときには、スリップリング３１のねじ孔３１１の上方または下方に、これらの凹部３２３を配置する。このようにすれば、絶縁部材３２と、内側端子３４、ねじ２４、およびリード線２３とが接触することを、防止できる。したがって、スリップリング３１と絶縁部材３２とを、第１軸方向に密に配置できる。
【００３７】
図８は、スリップリング３１の側面図である。図８に示すように、本実施形態では、切り欠き３１２の第１軸方向の寸法ｈ２は、ねじ孔３１１の第１軸方向の寸法ｈ１より、大きい。また、切り欠き３１２の周方向の寸法ｄ２は、ねじ孔３１１の周方向の寸法ｄ２より、大きい。このようにすれば、切り欠き３１２の内部におけるドライバ４０の可動範囲が広がる。したがって、ドライバ４０によるねじ止めの作業が、より容易となる。
【００３８】
また、図５に示すように、本実施形態では、外側端子３３が、ねじ孔３１１および切り欠き３１２と異なる第１軸方向の位置に、配置されている。このため、外側端子３３は、ねじ孔３１１および切り欠き３１２と重なることなく、スリップリング３１の外周面と摺接する。このようにすれば、外側端子３３が、ねじ２４や切り欠き３１２の縁に接触して損傷することはない。したがって、外側端子３３の劣化を抑制できる。特に、本実施形態では、スリップリング３１の第１軸方向の端部に、切り欠き３１２が設けられている。このため、切り欠き３１２と外側端子３３との接触を防止しつつ、スリップリング３１と外側端子３３との接触面積を、広くとることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、３つのスリップリング３１の各ねじ孔３１１と、３つの内側端子３４とが、共に、シャフト１２のスリット１２４に沿って、第１軸方向に配列されている。また、それに応じて、３つのスリップリング３１の各切り欠き３１２も、第１軸方向に沿って配列されている。このため、３つの内側端子３４のねじ止めを、同方向から行うことができる。これにより、ねじ止めの作業が、より容易となる。
【００４０】
＜３．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【００４１】
図９は、一変形例に係るスリップリング３１Ｂの上面図である。図９のように、切り欠き３１２Ｂは、ねじ孔３１１Ｂの真反対の位置から、ややずれた位置に設けられていてもよい。ねじ孔３１１Ｂと切り欠き３１２Ｂとが、スリップリング３１の真反対の位置に配置されていなくても、内側端子を固定するための工具を、切り欠き３１２Ｂを介して、ねじ孔３１１Ｂの付近まで延ばすことができればよい。
【００４２】
図１０は、他の変形例に係るスリップリング３１Ｃの斜視図である。図１０の例では、スリップリング３１Ｃに、切り欠きに代えて、貫通孔３１２Ｃが設けられている。このような形状であっても、内側端子を固定するための工具を、貫通孔３１２Ｃを介して、ねじ孔３１１Ｃの付近まで延ばすことができる。すなわち、本発明の「開口部」は、図６のような切り欠きであってもよく、図１０のような貫通孔であってもよい。
【００４３】
ただし、切り欠きを採用した場合には、工具を、切り欠きの側方からだけではなく、切り欠きの上方から挿入することも、可能となる。したがって、工具の挿入しやすさの観点では、貫通孔より切り欠きの方が、好ましい。また、貫通孔を採用する場合であっても、スリップリングの第１軸方向の中央から偏った位置に、貫通孔を設けることが、好ましい。そのようにすれば、貫通孔と外側端子との接触を防止しつつ、スリップリングと外側端子との接触面積を、広くとることができる。
【００４４】
また、他の変形例として、スリップリングの内周面に、内側端子が、抵抗溶接、超音波溶接、またはレーザ溶接で、固定されていてもよい。これらの溶接を行うときにも、スリップリングに切り欠きまたは貫通孔があれば、当該切り欠きまたは当該貫通孔を介して、溶接のための工具を延ばすことができる。したがって、スリップリングの内周面に、内側端子を、容易に溶接できる。
【００４５】
発電機は、上記の第２実施形態のように、ナセルの前部に配置されていてもよく、他の位置に配置されていてもよい。例えば、発電機が、ナセルの内部や、ナセルの後部に配置されていてもよい。また、スリップリングの数は、１〜２つであってもよく、４つ以上であってもよい。また、スリップリングに設けられる開口部の形状は、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。
【００４６】
その他、各部材の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、風力発電装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１，１Ａ 風力発電装置
１１ ポール
１２ シャフト
１２Ａ 支持部材
１３，１３Ａ ナセル
１４，１４Ａ 発電機
１５，１５Ａ 回転翼
１６ 尾翼
１７ 通電機構
２１ 下軸受部
２１Ａ 軸受
２２ 上軸受部
２３ リード線
２４ ねじ
３１，３１Ｂ，３１Ｃ スリップリング
３１Ａ 導電部材
３２ 絶縁部材
３３，３３Ａ 外側端子
３４，３４Ａ 内側端子
９１，９１Ａ 第１軸
９２，９２Ａ 第２軸
１２４ スリット
３１１，３１１Ｂ，３１１Ｃ ねじ孔
３１１Ａ 接続部
３１２ 切り欠き
３１２Ａ 開口部
３１２Ｃ 貫通孔
３２３ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風の力を利用して電力を得る風力発電装置が知られている。特に、昨今では、二酸化炭素の排出量が多い火力発電や、放射性物質の管理が難しい原子力発電に代わる自然エネルギー技術として、風力発電へのニーズが高まっている。
【０００３】
風力発電装置は、風向きに応じて回転翼の向きを変える。このため、発電により得られた電力を、回転翼の向きによらずに輸送するために、スリップリングにブラシを当接させる機構を有する場合がある。例えば、特開２０００−２７４３４７号公報の風力発電装置では、発電した電力を輸送するケーブルと負荷装置との間に、スリップリング装置が設けられている（請求項１）。
【０００４】
また、従来のスリップリングの構造については、例えば、特開２００２−２６０７９９号公報に記載されている。特開２００２−２６０７９９号公報には、多数の接点リングの内周面に、ワイヤを半田付けして、導電接続を形成することが、記載されている（段落００２２，図２）。
【特許文献１】特開２０００−２７４３４７号公報
【特許文献２】特開２００２−２６０７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半田付けは、ねじ止めや溶接と比較して、電気的接続の確実性が低い。このため、スリップリングに端子をより確実に接続するためには、ねじ止めや溶接を利用することが好ましい。しかしながら、スリップリング自体の形状が環状であるために、ねじ止めまたは溶接を行うための工具を、スリップリングの内周面に対して垂直に配置することは、困難であった。それゆえ、スリップリングの内周面に、端子をねじ止めまたは溶接する作業が、困難となっていた。
【０００６】
本発明の目的は、風力発電装置において、環状の導電部材の内周面に、端子を容易かつ強固に固定できる構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の例示的な第１発明は、第１軸に沿って円筒状に延びる支持部材と、前記支持部材に、軸受を介して回転可能に支持されるナセルと、前記ナセルに取り付けられた発電機と、前記発電機に連結されて、第２軸を中心として回転する回転翼と、前記支持部材に対して相対的に静止した円筒状の導電部材と、前記発電機に電気的に接続され、前記導電部材の外周面に対して摺接可能に接触する外側端子と、前記導電部材の内周面に設けられた接続部に、ねじ止めまたは溶接により固定される内側端子と、を有し、前記導電部材は、前記接続部に対向する位置に、開口部を有する風力発電装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本願の例示的な第１発明によれば、ねじ止めまたは溶接を行うための工具を、開口部を介して接続部まで延ばすことができる。このため、導電部材の内周面に、内側端子を容易かつ強固に固定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態に係る風力発電装置の縦断面図である。
【図２】図２は、第２実施形態に係る風力発電装置の側面図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る風力発電装置の縦断面図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係るシャフトの斜視図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る通電機構の縦断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係るスリップリングおよび絶縁部材の分解斜視図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る通電装置の組み立て時の様子を示す縦断面図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係るスリップリングの側面図である。
【図９】図９は、変形例に係るスリップリングの上面図である。
【図１０】図１０は、変形例に係るスリップリングの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
＜１．第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る風力発電装置１Ａの縦断面図である。図１に示すように、この風力発電装置１Ａは、支持部材１２Ａ、ナセル１３Ａ、発電機１４Ａ、回転翼１５Ａ、導電部材３１Ａ、外側端子３３Ａ、および内側端子３４Ａを有している。
【００１２】
支持部材１２Ａは、第１軸９１Ａに沿って円筒状に延びている。ナセル１３Ａは、支持部材１２Ａに、軸受２１Ａを介して回転可能に支持されている。発電機１４Ａは、ナセル１３Ａに取り付けられている。回転翼１５Ａは、発電機１４Ａに連結されて、第２軸９２Ａを中心として回転する。
【００１３】
導電部材３１Ａは、円筒状の部材であり、支持部材１２Ａに対して相対的に静止している。外側端子３３Ａは、発電機１４Ａと電気的に接続されている。また、外側端子３３Ａは、導電部材３１Ａの外周面に対して、摺接可能に接触している。内側端子３４Ａは、導電部材３１Ａの内周面に設けられた接続部３１１Ａに、ねじ止めまたは溶接により、固定されている。
【００１４】
また、図１に示すように、導電部材３１Ａは、接続部３１１Ａに対向する位置に、開口部３１２Ａを有している。このため、導電部材３１Ａに内側端子３４Ａを固定するときには、ねじ止めまたは溶接を行うための工具を、開口部３１２Ａを介して、接続部３１１Ａまで延ばすことができる。したがって、導電部材３１Ａの内周面に、内側端子３４Ａを容易かつ強固に固定できる。
【００１５】
＜２．第２実施形態＞
＜２−１．風力発電装置の全体構成＞
続いて、本発明の第２実施形態について、説明する。
【００１６】
図２は、第２実施形態に係る風力発電装置１の側面図である。図３は、図２中のIII−III位置から見た風力発電装置１の縦断面図である。この風力発電装置１は、外部を流れる風の力によって回転翼１５を回転させ、回転翼１５に生じるトルクを電力に変換する装置である。図２および図３に示すように、本実施形態の風力発電装置１は、ポール１１、シャフト１２、ナセル１３、発電機１４、回転翼１５、尾翼１６、および通電機構１７を有している。
【００１７】
ポール１１およびシャフト１２は、第１軸９１に沿って、それぞれ略円筒状に延びている。第１軸９１は、鉛直方向に延びていてもよく、他の方向に延びていてもよい。ただし、以下では、説明の便宜上、第１軸９１に沿う方向を上下方向とし、ポール１１に対して通電機構１７側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。
【００１８】
シャフト１２は、ポール１１に支持されている。通電機構１７は、シャフト１２に支持されている。また、ナセル１３は、下軸受部２１および上軸受部２２を介して、シャフト１２に支持されている。すなわち、本実施形態では、ポール１１およびシャフト１２が、通電機構１７およびナセル１３を直接的または間接的に支持する支持部材を、構成している。
【００１９】
図４は、シャフト１２の斜視図である。図４に示すように、シャフト１２は、下小径部１２１と、下小径部１２１より上側に位置する大径部１２２と、大径部１２２よりさらに上側に位置する上小径部１２３と、を有している。大径部１２２の直径は、下小径部１２１および上小径部１２３の直径より大きい。また、上小径部１２３には、後述する内側端子３４を配置するためのスリット１２４が、設けられている。スリット１２４は、シャフト１２の上端部から、第１軸９１に沿って下方へ延びている。
【００２０】
図３に示すように、下小径部１２１および大径部１２２は、ポール１１の内側に挿入されている。そして、大径部１２２の下面が、ポール１１の内部に形成された段差面に、当接している。これにより、ポール１１に対してシャフト１２が、第１軸方向に位置決めされている。また、大径部１２２の上面には、下軸受部２１の内輪が、当接している。また、ポール１１およびシャフト１２の内側には、３本のリード線２３が挿入されている。
【００２１】
ナセル１３、発電機１４、および回転翼１５は、第２軸９２に沿って配列されている。第２軸９２は、水平方向に延びていてもよく、他の方向に延びていてもよい。以下では、第２軸９２に沿う方向を前後方向とし、ナセル１３に対して回転翼１５側を前として、各部の形状や位置関係を説明する。
【００２２】
ナセル１３は、第２軸９２を中心として環状に広がる側壁部１３１と、側壁部１３１の後方の端部を塞ぐ端面部１３２と、を有する。ナセル１３の内部には、通電機構１７が収容されている。また、図３に示すように、ナセル１３は、側壁部１３１の下部からナセル１３の内側へ向けて、略円筒状に延びる内側円筒部１３３を有している。シャフト１２と内側円筒部１３３との間には、下軸受部２１と上軸受部２２とが、介在している。したがって、ナセル１３は、シャフト１２に支持されつつ、第１軸９１を中心として回転する。
【００２３】
発電機１４は、ナセル１３の前部に取り付けられている。発電機１４は、ナセル１３に対して相対的に静止した静止部と、第２軸９２を中心として回転する回転部と、を有する。発電機１４の静止部は、例えば、第２軸９２の周囲に配列された複数のコイルにより構成される電機子を、有している。また、発電機１４の回転部は、例えば、第２軸９２の周囲に配列された複数のマグネットにより構成される界磁子を、有している。
【００２４】
回転翼１５は、発電機１４の回転部に連結されている。回転翼１５は、第２軸９２に対して放射状に延びる複数の羽根１５１を、有している。外部を流れる風が羽根１５１に当たると、その風の力によって、回転翼１５と、発電機１４の回転部とが、第２軸９２を中心として回転する。そうすると、発電機１４の電機子と界磁子との間の磁気的作用によって、複数のコイルに誘導起電力が生じる。すなわち、回転翼１５のトルクが、電力に変換される。
【００２５】
尾翼１６は、ナセル１３の端面部１３２に、連結部１６１を介して、揺動可能に取り付けられている。尾翼１６に風が当たると、尾翼１６は、風下側へ向けられる。その結果、回転翼１５は、風上側へ向けられる。このようにすれば、回転翼１５に効率よく風が当たり、発電効率が向上する。すなわち、尾翼１６は、回転翼１５の向きを、風向きの変化に追従させる役割を果たす。
【００２６】
＜２−２．通電機構について＞
通電機構１７は、第１軸９１を中心とするナセル１３および発電機１４の回転位置に拘わらず、発電機１４から得られる電流を、シャフト１２内の３本のリード線２３へ導くための機構である。図５は、通電機構１７の縦断面図である。図５に示すように、通電機構１７は、３つのスリップリング３１と、４つの絶縁部材３２と、６つの外側端子３３と、３つの内側端子３４とを有している。
【００２７】
３つのスリップリング３１および４つの絶縁部材３２は、下軸受部２１と上軸受部２２との間に、第１軸方向に多段に配置されている。スリップリング３１および絶縁部材３２の内側には、シャフト１２が挿入されている。スリップリング３１および絶縁部材３２は、シャフト１２に支持され、シャフト１２に対して相対的に静止している。各スリップリング３１は、略円筒状の導電部材であり、第１軸９１と同軸に配置されている。スリップリング３１の材料には、例えば、銅などの金属が使用される。
【００２８】
絶縁部材３２は、絶縁体である樹脂により形成された、環状の部材である。図６は、スリップリング３１および絶縁部材３２の分解斜視図である。図５および図６に示すように、絶縁部材３２は、略円筒状の内側絶縁部３２１と、内側絶縁部３２１の外周面から外側へ突出するフランジ部３２２と、を有している。各絶縁部材３２の内側絶縁部３２１は、シャフト１２の外周面と、スリップリング３１の内周面との間に介在する。これにより、シャフト１２とスリップリング３１とが、相互に絶縁された状態に維持される。
【００２９】
また、各絶縁部材３２のフランジ部３２２は、下軸受部２１と下段のスリップリング３１との間、下段のスリップリング３１と中段のスリップリング３１との間、中段のスリップリング３１と上段のスリップリング３１との間、および、上段のスリップリング３１と上軸受部２２との間に、それぞれ配置されている。これにより、下軸受部２１、３つのスリップリング３１、および上軸受部２２が、相互に絶縁された状態に維持される。したがって、これらの部材を、第１軸方向に密に配置できる。
【００３０】
また、本実施形態では、ナセル１３を支持するための一対の軸受部２１，２２が、通電機構１７の下側と上側とに、それぞれ配置されている。これにより、一対の軸受部２１，２２が、第１軸方向に離れた位置に、配置されている。その結果、シャフト１２に対してナセル１３が、より安定的に支持されている。
【００３１】
外側端子３３は、スリップリング３１の外周面に接触する導電性のブラシである。本実施形態では、下段、中段、上段のスリップリング３１の外側に、それぞれ２つの外側端子３３が配置されている。６つの外側端子３３は、ナセル１３とともに、第１軸９１を中心として回転する。また、各外側端子３３は、ばね３３１によって、スリップリング３１側へ付勢されている。このため、ナセル１３が回転すると、各外側端子３３は、スリップリング３１の外周面に摺接しつつ、回転する。
【００３２】
また、各外側端子３３は、発電機１４のコイルに、電気的に接続されている。発電機１４のコイルに生じた誘導電流は、外側端子３３を経て、スリップリング３１へ導かれる。特に、本実施形態では、３相交流の各相に対応する電流が、それぞれ２つの外側端子３３を介して、各スリップリング３１に供給される。２つの外側端子３３を並列に設けたことで、発電機１４とスリップリング３１との間の電気抵抗が低減される。したがって、外側端子３３を介してスリップリング３１へ、より効率よく電力が供給される。
【００３３】
内側端子３４は、３本のリード線２３の上端部に、それぞれ設けられている。また、各内側端子３４は、スリップリング３１の内周面に、固定されている。本実施形態では、スリップリング３１にねじ孔３１１が形成されている。そして、当該ねじ孔３１１にねじ２４が締結され、ねじ２４の頭部とスリップリング３１の内周面との間に、内側端子３４が、挟まれている。これにより、スリップリング３１と内側端子３４とが、強固に固定されている。すなわち、本実施形態では、スリップリング３１のねじ孔３１１が、内側端子３４を接続するための接続部となっている。
【００３４】
また、スリップリング３１は、ねじ孔３１１に対向する位置に、切り欠き３１２を有している。切り欠き３１２は、スリップリング３１の上端部から、下方へ向けて延びている。本実施形態では、この切り欠き３１２を利用して、スリップリング３１に対する内側端子３４のねじ止めを、容易に行うことができる。
【００３５】
図７は、スリップリング３１に内側端子３４を固定するときの様子を示した縦断面図である。なお、この時点では、スリップリング３１および絶縁部材３２の内側に、シャフト１２はまだ挿入されていない。内側端子３４を固定するときには、図７のように、ねじ止めのための工具であるドライバ４０を、切り欠き３１２に挿入する。そして、当該ドライバ４０を、切り欠き３１２を介して、ねじ孔３１１の付近まで延ばす。このようにすれば、ドライバ４０の軸と、ねじ２４の軸とを、略一直線上に配置した状態で、ねじ止めを行うことができる。したがって、スリップリング３１の内周面に、内側端子３４を、容易かつ強固に固定できる。
【００３６】
また、図６に示すように、本実施形態では、絶縁部材３２の内側絶縁部３２１に、一対の凹部３２３が設けられている。スリップリング３１に絶縁部材３２を取り付けるときには、スリップリング３１のねじ孔３１１の上方または下方に、これらの凹部３２３を配置する。このようにすれば、絶縁部材３２と、内側端子３４、ねじ２４、およびリード線２３とが接触することを、防止できる。したがって、スリップリング３１と絶縁部材３２とを、第１軸方向に密に配置できる。
【００３７】
図８は、スリップリング３１の側面図である。図８に示すように、本実施形態では、切り欠き３１２の第１軸方向の寸法ｈ２は、ねじ孔３１１の第１軸方向の寸法ｈ１より、大きい。また、切り欠き３１２の周方向の寸法ｄ２は、ねじ孔３１１の周方向の寸法ｄ２より、大きい。このようにすれば、切り欠き３１２の内部におけるドライバ４０の可動範囲が広がる。したがって、ドライバ４０によるねじ止めの作業が、より容易となる。
【００３８】
また、図５に示すように、本実施形態では、外側端子３３が、ねじ孔３１１および切り欠き３１２と異なる第１軸方向の位置に、配置されている。このため、外側端子３３は、ねじ孔３１１および切り欠き３１２と重なることなく、スリップリング３１の外周面と摺接する。このようにすれば、外側端子３３が、ねじ２４や切り欠き３１２の縁に接触して損傷することはない。したがって、外側端子３３の劣化を抑制できる。特に、本実施形態では、スリップリング３１の第１軸方向の端部に、切り欠き３１２が設けられている。このため、切り欠き３１２と外側端子３３との接触を防止しつつ、スリップリング３１と外側端子３３との接触面積を、広くとることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、３つのスリップリング３１の各ねじ孔３１１と、３つの内側端子３４とが、共に、シャフト１２のスリット１２４に沿って、第１軸方向に配列されている。また、それに応じて、３つのスリップリング３１の各切り欠き３１２も、第１軸方向に沿って配列されている。このため、３つの内側端子３４のねじ止めを、同方向から行うことができる。これにより、ねじ止めの作業が、より容易となる。
【００４０】
＜３．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【００４１】
図９は、一変形例に係るスリップリング３１Ｂの上面図である。図９のように、切り欠き３１２Ｂは、ねじ孔３１１Ｂの真反対の位置から、ややずれた位置に設けられていてもよい。ねじ孔３１１Ｂと切り欠き３１２Ｂとが、スリップリング３１の真反対の位置に配置されていなくても、内側端子を固定するための工具を、切り欠き３１２Ｂを介して、ねじ孔３１１Ｂの付近まで延ばすことができればよい。
【００４２】
図１０は、他の変形例に係るスリップリング３１Ｃの斜視図である。図１０の例では、スリップリング３１Ｃに、切り欠きに代えて、貫通孔３１２Ｃが設けられている。このような形状であっても、内側端子を固定するための工具を、貫通孔３１２Ｃを介して、ねじ孔３１１Ｃの付近まで延ばすことができる。すなわち、本発明の「開口部」は、図６のような切り欠きであってもよく、図１０のような貫通孔であってもよい。
【００４３】
ただし、切り欠きを採用した場合には、工具を、切り欠きの側方からだけではなく、切り欠きの上方から挿入することも、可能となる。したがって、工具の挿入しやすさの観点では、貫通孔より切り欠きの方が、好ましい。また、貫通孔を採用する場合であっても、スリップリングの第１軸方向の中央から偏った位置に、貫通孔を設けることが、好ましい。そのようにすれば、貫通孔と外側端子との接触を防止しつつ、スリップリングと外側端子との接触面積を、広くとることができる。
【００４４】
また、他の変形例として、スリップリングの内周面に、内側端子が、抵抗溶接、超音波溶接、またはレーザ溶接で、固定されていてもよい。これらの溶接を行うときにも、スリップリングに切り欠きまたは貫通孔があれば、当該切り欠きまたは当該貫通孔を介して、溶接のための工具を延ばすことができる。したがって、スリップリングの内周面に、内側端子を、容易に溶接できる。
【００４５】
発電機は、上記の第２実施形態のように、ナセルの前部に配置されていてもよく、他の位置に配置されていてもよい。例えば、発電機が、ナセルの内部や、ナセルの後部に配置されていてもよい。また、スリップリングの数は、１〜２つであってもよく、４つ以上であってもよい。また、スリップリングに設けられる開口部の形状は、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。
【００４６】
その他、各部材の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、風力発電装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１，１Ａ 風力発電装置
１１ ポール
１２ シャフト
１２Ａ 支持部材
１３，１３Ａ ナセル
１４，１４Ａ 発電機
１５，１５Ａ 回転翼
１６ 尾翼
１７ 通電機構
２１ 下軸受部
２１Ａ 軸受
２２ 上軸受部
２３ リード線
２４ ねじ
３１，３１Ｂ，３１Ｃ スリップリング
３１Ａ 導電部材
３２ 絶縁部材
３３，３３Ａ 外側端子
３４，３４Ａ 内側端子
９１，９１Ａ 第１軸
９２，９２Ａ 第２軸
１２４ スリット
３１１，３１１Ｂ，３１１Ｃ ねじ孔
３１１Ａ 接続部
３１２ 切り欠き
３１２Ａ 開口部
３１２Ｃ 貫通孔
３２３ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸に沿って円筒状に延びる支持部材と、
前記支持部材に、軸受を介して回転可能に支持されるナセルと、
前記ナセルに取り付けられた発電機と、
前記発電機に連結されて、第２軸を中心として回転する回転翼と、
前記支持部材に対して相対的に静止した円筒状の導電部材と、
前記発電機に電気的に接続され、前記導電部材の外周面に対して摺接可能に接触する外側端子と、
前記導電部材の内周面に設けられた接続部に、ねじ止めまたは溶接により固定される内側端子と、
を有し、
前記導電部材は、前記接続部に対向する位置に、開口部を有する風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電装置において、
前記内側端子は、前記接続部に、ねじ止めされている風力発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の風力発電装置において、
前記接続部は、ねじ孔を有し、
側面視において、前記開口部が前記ねじ孔より大きい風力発電装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の風力発電装置において、
前記開口部と前記外側端子とが、互いに異なる第１軸方向の位置に配置されている風力発電装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の風力発電装置において、
前記開口部は、前記導電部材の第１軸方向の中央から偏った位置に設けられている風力発電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の風力発電装置において、
前記開口部は、前記導電部材の第１軸方向の端部に設けられた切り欠きである風力発電装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載の風力発電装置において、
第１軸方向に配列された複数の前記導電部材と、
複数の前記導電部材に対応する複数の内側端子と、
複数の前記導電部材の間に配置される絶縁部材と、
を有する風力発電装置。
【請求項８】
請求項７に記載の風力発電装置において、
複数の前記導電部材の各接続部が、第１軸方向に沿って配列され、
複数の前記導電部材の各開口部が、第１軸方向に沿って配列される風力発電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の風力発電装置において、
前記支持部材は、複数の前記導電部材の内側に挿入される円筒状のシャフトを含み、
前記シャフトは、第１軸方向に延びるスリットを有し、
複数の前記内側端子が、前記スリットに沿って第１軸方向に配置されている風力発電装置。
【請求項１０】
請求項７から請求項９までのいずれかに記載の風力発電装置において、
前記絶縁部材は、前記接続部の近傍に、凹部を有する風力発電装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれかに記載の風力発電装置において、
前記支持部材と前記ナセルとの間に、一対の前記軸受を有し、
一対の前記軸受の間に、前記導電部材が配置されている風力発電装置。
【請求項１】
第１軸に沿って円筒状に延びる支持部材と、
前記支持部材に、軸受を介して回転可能に支持されるナセルと、
前記ナセルに取り付けられた発電機と、
前記発電機に連結されて、第２軸を中心として回転する回転翼と、
前記支持部材に対して相対的に静止した円筒状の導電部材と、
前記発電機に電気的に接続され、前記導電部材の外周面に対して摺接可能に接触する外側端子と、
前記導電部材の内周面に設けられた接続部に、ねじ止めまたは溶接により固定される内側端子と、
を有し、
前記導電部材は、前記接続部に対向する位置に、開口部を有する風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電装置において、
前記内側端子は、前記接続部に、ねじ止めされている風力発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の風力発電装置において、
前記接続部は、ねじ孔を有し、
側面視において、前記開口部が前記ねじ孔より大きい風力発電装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の風力発電装置において、
前記開口部と前記外側端子とが、互いに異なる第１軸方向の位置に配置されている風力発電装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の風力発電装置において、
前記開口部は、前記導電部材の第１軸方向の中央から偏った位置に設けられている風力発電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の風力発電装置において、
前記開口部は、前記導電部材の第１軸方向の端部に設けられた切り欠きである風力発電装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載の風力発電装置において、
第１軸方向に配列された複数の前記導電部材と、
複数の前記導電部材に対応する複数の内側端子と、
複数の前記導電部材の間に配置される絶縁部材と、
を有する風力発電装置。
【請求項８】
請求項７に記載の風力発電装置において、
複数の前記導電部材の各接続部が、第１軸方向に沿って配列され、
複数の前記導電部材の各開口部が、第１軸方向に沿って配列される風力発電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の風力発電装置において、
前記支持部材は、複数の前記導電部材の内側に挿入される円筒状のシャフトを含み、
前記シャフトは、第１軸方向に延びるスリットを有し、
複数の前記内側端子が、前記スリットに沿って第１軸方向に配置されている風力発電装置。
【請求項１０】
請求項７から請求項９までのいずれかに記載の風力発電装置において、
前記絶縁部材は、前記接続部の近傍に、凹部を有する風力発電装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれかに記載の風力発電装置において、
前記支持部材と前記ナセルとの間に、一対の前記軸受を有し、
一対の前記軸受の間に、前記導電部材が配置されている風力発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−９６２５７（Ｐ２０１３−９６２５７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７４７９（Ｐ２０１１−２３７４７９）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００２３２３０２）日本電産株式会社 (697)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００２３２３０２）日本電産株式会社 (697)
【Ｆターム（参考）】
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