專利名稱：接受流體進行發(fā)電的發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及接受流體進行發(fā)電的發(fā)電裝置的控制。
背景技術：
近年來，出于減少二氧化碳排放量的觀點，利用風力、水力以及太陽能等自然能進行發(fā)電已備受矚目。提高它們的發(fā)電效率成為解決環(huán)境問題的重要課題。
利用流體的發(fā)電裝置能利用例如無刷電機構造來實現(xiàn)。作為無刷電機公知有例如下述專利文獻1所記載的裝置。
專利文獻1日本特開2001—298982號公報
作為利用流體的發(fā)電裝置例如有風力發(fā)電裝置。在風力發(fā)電裝置上安裝有接受風力而進行旋轉的葉片。為了提高旋轉的慣性，該葉片被設計成較大的重量。因此，在風力較弱時，啟動葉片的旋轉而開始發(fā)電是件比較困難的事。因此，對于現(xiàn)有的風力發(fā)電裝置，為了在風力較弱時啟動葉片的旋轉，與發(fā)電機分開另行設置驅動電機，由該驅動電機來啟動葉片的旋轉。
但是在上述現(xiàn)有技術中，需要設置其它的驅動電機用于啟動發(fā)電裝置，因此產生機構變復雜、成本增加等問題。另外，這樣的問題不限于風力發(fā)電機，是所有接受流體進行發(fā)電的發(fā)電裝置共有的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明正是為了解決上述現(xiàn)有課題而完成的，其目的在于提供一種即使當流速較小時也能開始發(fā)電的技術。
本發(fā)明為了解決上述課題的至少一部分，可以采取以下方式或應用例。(應用例1)
一種接受流體進行發(fā)電的發(fā)電裝置，所述發(fā)電裝置具有第l部件，其具有多個線圈；
第2部件，其能與所述第1部件相對地旋轉，具有多個永久磁鐵；
旋轉部件，其與所述第1部件和第2部件中的任意一個部件機械地連接，接受所述流體進行旋轉；以及
間隙改變部，其使所述第1部件和第2部件中的至少一個部件移動，從而改變形成在所述第1部件和第2部件之間的間隙的大小，
所述間隙改變部改變所述間隙的大小，使得與在所述旋轉部件開始旋轉以前的所述間隙的大小相比，在所述旋轉部件開始旋轉以后的所述間隙的大小要小。
按照應用例1的發(fā)電裝置，在旋轉部件開始旋轉以前，間隙的大小變大，所以旋轉開始時的負荷變小。因此，即使在流速較小時也能開始發(fā)電。
(應用例2)根據應用例l所述的發(fā)電裝置，其中，
所述間隙改變部根據所述旋轉部件的旋轉速度來改變所述間隙的大小。
按照應用例2的發(fā)電裝置，根據旋轉部件的旋轉速度來改變間隙的大小，因此能取為對應于旋轉速度的適當?shù)男D負荷。(應用例3)根據應用例2所述的發(fā)電裝置，其中，
當所述旋轉速度為第一旋轉速度閾值以下時，所述間隙改變部將所述間隙的大小設定成預定的第一值；
當所述旋轉速度超過大于所述第一旋轉速度閾值的第二旋轉速度閾值時，所述間隙改變部將所述間隙的大小設定成比所述第一值小的預定的第二值；
當所述旋轉速度在所述第一旋轉速度閾值和第二旋轉速度閾值之間時，所述間隙改變部改變所述間隙的大小，使得所述間隙的大小隨著所述旋轉速度變大而變小。
按照應用例3的發(fā)電裝置，在流速較小時也能開始發(fā)電。并且，隨著旋轉速度變大而減小間隙的大小，所以能提高發(fā)電效率。而且，當流速變小、旋轉速度變小時，增大間隙的大小，所以旋轉負荷變小。因此，即使流速變小也能持續(xù)發(fā)電。
(應用例4)根據應用例1所述的發(fā)電裝置，其中，所述發(fā)電裝置還具有測定所述流體的流速的流速測定部，所述間隙改變部根據由所述流速測定部測定出的流速，改變所述間隙的大小。
按照應用例4的發(fā)電裝置，根據流速來改變間隙的大小，因此能取為對應于流速的適當?shù)男D負荷。(應用例5)根據應用例4所述的發(fā)電裝置，其中，
當所述流速為第一流速閾值以下時，所述間隙改變部將所述間隙的大小設定成預定的第一值；
當所述流速超過大于所述第一流速閾值的第二流速閾值時，所述間隙改變部將所述間隙的大小設定成比所述第一值小的預定的第二值；
當所述流速在所述第一流速閾值和第二流速閾值之間時，所述間隙改變部改變所述間隙的大小，使得所述間隙的大小隨著所述流速變大而變小。
按照應用例5的發(fā)電裝置，當流速較小時也能開始發(fā)電。并且，隨著流速變大而減小間隙的大小，所以能提高發(fā)電效率。并且，當流速變小時，增大間隙的大小，所以旋轉負荷變小。因此，即使流速變小也能持續(xù)發(fā)電。
另外，本發(fā)明能通過各種形態(tài)來實現(xiàn)。例如，能通過發(fā)電方法及發(fā)電系統(tǒng)、用于實現(xiàn)這些方法或系統(tǒng)的功能的集成電路、計算機程序、記錄有該計算機程序的記錄介質等的形態(tài)來實現(xiàn)。


圖1是示出作為本發(fā)明的一個實施例的風力發(fā)電裝置的結構的剖視圖。
圖2是將轉子和定子分離出來進行顯示的說明圖。
圖3是示出在風速發(fā)生變化時間隙的大小的變化的曲線圖。圖4是示出第2實施例的風力發(fā)電裝置的結構的說明圖。圖5是示出風力發(fā)電裝置的控制方法的流程圖。圖6是示出風速和間隙之間的關系的曲線圖。標號說明
IOA、 A相定子；IOB、 B相定子；13、電路基板；13a、電纜；14、
連接器；14A、 A相線圈列；15、螺線管；17、鉛錘；18、桿；19、彈簧；20、箱體；24B、 B相線圈列；30、轉子；30M、磁鐵列；100、主體部；110、葉片；112、旋轉軸；114、軸承；120、風速計；200、發(fā)電控制電路；1000、風力發(fā)電裝置；1000b、風力發(fā)電裝置；N、旋轉速度；Nth、穩(wěn)定旋轉速度；P、發(fā)電電力；CLmax、間隙最大值；CLmin、間隙最小值；Vthl、第一風速閾值；Vth2、第二風速閾值；CL、間隙。
具體實施例方式
接下來，基于實施例，按照以下順序來說明本發(fā)明的實施方式。
A. 第1實施例
B. 第2實施例
c.變形例。
A.第l實施例
圖1是示出作為本發(fā)明的一個實施例的風力發(fā)電裝置1000的結構的剖視圖。圖1 (A)示出當風力較小時風力發(fā)電裝置1000的狀態(tài)，圖1(B)示出當風力較大時風力發(fā)電裝置1000的狀態(tài)。該風力發(fā)電裝置1000具有主體部IOO、葉片110以及發(fā)電控制電路200。葉片110接受風力進行旋轉，并使主體部100的旋轉軸112進行旋轉。主體部100具有轉子30、兩個定子IOA和IOB、以及箱體20。在箱體20和旋轉軸112的接觸
7部分上設置有軸承114。轉子30固定在旋轉軸112上，與旋轉軸112的旋轉一起進行旋轉。并且，轉子30具有以旋轉軸112為中心的大致圓盤形狀，具有由多個永久磁鐵構成的磁鐵列34M。磁鐵列34M的磁化方向是上下方向。A相定子10A和B相定子10B分別具有大致圓盤形狀，在與轉子30對置的一側上分別設置有線圈列14A、 24B。通過轉子30進行旋轉來使線圈列14A、 24B產生感應電壓。由線圈列14A、 24B產生的電流通過電纜13a提供給電路基板13,經由連接器M提供給發(fā)電控制電路200。發(fā)電控制電路200進行發(fā)電電流的整流、平滑和控制。之后，發(fā)電
電流被充電到蓄電裝置(未圖示)中。
在轉子30與A相定子10A之間設置有鉛錘17和桿18。 B相定子IOB側也同樣。鉛錘17經由桿18與轉子30連接。而且，當葉片110旋轉而帶動轉子30旋轉時，鉛錘17以旋轉軸112為中心進行旋轉。當葉片IIO開始旋轉時，離心力作用于鉛錘17，鉛錘17開始往旋轉軸112的外側移動。當鉛錘17開始往旋轉軸112的外側移動時，兩個定子IOA、IOB被桿18拉近而靠近轉子30 (圖1 (B))。結果，轉子30與定子IOA、IOB之間的間隙CL變小。
并且，在旋轉軸112的轉子30與A相定子10A之間的部分上設置有彈簧19。 B相定子10B側也同樣。彈簧19起到下述作用，即，當葉片110的旋轉速度降低而鉛錘17的離心力變小時，從轉子30拉開A相定子IOA和B相定子IOB，增大間隙CL。
圖2是將轉子30和兩個定子IOA、 10B分離出來進行顯示的說明圖。在該例子中，A相線圈列14A和B相線圈列24B分別具有6個線圈，磁鐵列34M具有6個磁鐵。但是，線圈和磁鐵的數(shù)量可以設定成任意值。
圖3是示出在風速Vc發(fā)生變化時間隙CL的大小的變化的曲線圖。其中，在該圖3中，除了間隙CL還描述了葉片110的旋轉速度N以及發(fā)電電力P。并且，在該圖3的曲線圖中，用直線來描述間隙CL等，但這是為了說明而簡略地描述，實際上間隙CL等的變化還可以是曲線形狀。在后面描述的圖6中也同樣。根據葉片IIO的旋轉速度N包含的范圍，風力發(fā)電裝置1000可執(zhí)行3種動作模式。3種動作模式是"發(fā)電啟動模式"、"發(fā)電控制模式"和"發(fā)電穩(wěn)定模式"。
風速Vc在0 Vcl之間時，葉片110不旋轉，其旋轉速度為O。這
種情況下，成為發(fā)電啟動模式。在發(fā)電啟動模式中，離心力不作用于鉛
錘17，因此間隙CL成為最大值即間隙最大值CLmax。而且，由于間隙CL最大，因此線圈列14A、24B從磁鐵列34M接受到的磁場的強度最小。這種情況下，在線圈列14A、 24B上產生的電力較小，旋轉負荷較小。因此，在發(fā)電啟動模式中，旋轉負荷最小，所以即使風速Vc較小也能容易地開始葉片IIO的旋轉。
當風速Vc為Vcl以上時，葉片110的旋轉速度N逐漸增加，當風速Vc成為Vc2時達到穩(wěn)定旋轉速度Nth。在此，"穩(wěn)定旋轉速度Nth"是指當間隙CL為間隙最小值CLmin時葉片110的旋轉速度N。并且，間隙最小值CLmin是指在主體部100 (圖1)的結構中間隙CL能取得的最小值。當旋轉速度N大于0、并且小于等于穩(wěn)定旋轉速度Nth時，成為發(fā)電控制模式。在發(fā)電控制模式中，當葉片IIO受到風速Vcl開始旋轉時，離心力作用于鉛錘17，間隙CL逐漸變小。而且，間隙CL隨著旋轉速度N變大而逐漸變小，所以線圈列14A、 24B從磁鐵列34M接受到的磁場的強度逐漸變大。因此，在發(fā)電控制模式中，旋轉負荷隨著旋轉速度N變大而變大，因此能提高平均旋轉速度的發(fā)電效率。另外，如前所述，當葉片110受到風速Vc2而旋轉速度N達到穩(wěn)定旋轉速度Nth時，間隙CL成為間隙最小值CLmin。即使當葉片110的旋轉速度N大于該穩(wěn)定旋轉速度Nth時，限于主體部100(圖1)的結構，間隙CL也不會小于間隙最小值CLmin。
并且，在發(fā)電控制模式中，當風速Vc變小時，作用于鉛錘17的離心力變小，間隙CL借助于彈簧19的力而變大。而且，由于間隙CL變大，因此線圈列14A、 24B從磁鐵列34M接受到的磁場的強度變小。因此，在發(fā)電控制模式中，即使當由于風速Vc變小而旋轉速度N變小時，由于旋轉負荷變小，因此仍能夠維持葉片110的旋轉。換言之，即使當風速Vc發(fā)生變動時，由于間隙CL的大小根據旋轉速度N而發(fā)生變化，旋轉負荷發(fā)生變化，因此仍能夠持續(xù)發(fā)電。當風速Vc為風速Vc2以上、葉片110的旋轉速度N超過穩(wěn)定旋轉速度Nth時，成為發(fā)電穩(wěn)定模式。在發(fā)電穩(wěn)定模式中，間隙CL恒定為間隙最小值CLmin，旋轉負荷最大。并且，在該發(fā)電穩(wěn)定模式中，在旋轉速度N不低于穩(wěn)定旋轉速度Nth的范圍內，由連接到連接器14 (圖1)的發(fā)電控制電路200改變發(fā)電負荷，能高效率地進行發(fā)電。另外，在圖3中示出了當發(fā)電負荷恒定時的旋轉速度N。
這樣，在第1實施例中，在葉片110開始旋轉之前將間隙CL取為間隙最大值CLmax，使葉片110的旋轉負荷最小，所以即使當流速較小
時也能開始發(fā)電。B.第2實施例
圖4是示出第2實施例的風力發(fā)電裝置1000b的結構的說明圖。與圖1所示的第1實施例的區(qū)別在于設置有風速計120;使用螺線管15來代替鉛錘17和彈簧19;基于風速Vc而不是旋轉速度N來選擇動作模式。其它結構與第l實施例相同。
風速計120測定風速Vc。螺線管15基于由風速計120測定出的風速Vc使定子IOA、 10B上下移動，改變間隙CL的大小。
圖5是示出風力發(fā)電裝置1000b的控制方法的流程圖。在步驟S10中，由風速計120來測定風速Vc。在步驟S20中，螺線管15將風速Vc與兩個風速閾值Vthl、 Vth2進行比較，從上述3個動作模式中選擇一個動作模式。在此，兩個風速閾值的關系是VthKVth2。
當風速Vc小于第一風速閾值Vthl時，選擇發(fā)電啟動模式，將間隙CL設定成間隙最大值CLmax。因此，即使當風速Vc較小時也能開始發(fā)電。
當風速Vc為第一風速閾值Vthl以上、并且小于第二風速閾值Vth2時，選擇發(fā)電控制模式，將間隙CL設定成對應于風速Vc的值。因此，即使風速Vc發(fā)生變動，由于根據風速Vc改變間隙CL的大小而改變旋轉負荷，因此能夠提高發(fā)電效率，即使風速Vc變小仍能持續(xù)發(fā)電。
當風速Vc為第二風速閾值Vth2以上時，選擇發(fā)電穩(wěn)定模式，將間隙CL設定成間隙最小值CLmin。當選擇了發(fā)電穩(wěn)定模式時，在步驟S30中根據風速VC來改變發(fā)電負荷，能提高發(fā)電效率。
在各動作模式下設定間隙CL后，再次返回S10測定風速Vc，選擇動作模式(步驟S20)。另外，步驟S30亦可省略。
圖6是示出風速Vc和間隙CL之間的關系的曲線圖。其中，在該圖6中，即使旋轉速度N超過0，在風速Vc達到第一風速閾值Vthl以上之前，也選擇發(fā)電啟動模式。如果這樣設定風速閾值Vthl，則能在葉片110接受穩(wěn)定的風力而進行穩(wěn)定旋轉之前，使動作模式維持發(fā)電啟動模式。
并且，在發(fā)電穩(wěn)定模式中，發(fā)電控制電路200改變發(fā)電負荷以維持預定的旋轉速度Ns。因此，即使風速Vc變大，旋轉速度N仍能表示大致恒定的旋轉速度Ns。
這樣，基于風速Vc改變間隙CL的大小，與第l實施例相同，當風速Vc較小時也能幵始發(fā)電。
C.變形例
此外，本發(fā)明不限于上述實施例和實施方式，在不脫離其主旨的范圍內可實施到各種形態(tài)中，例如可進行如下變形。Cl.變形例1:
在上述實施例中，根據旋轉速度N或風速Vc中的任意一方來改變間隙CL的大小，但是還可以基于旋轉速度N和風速Vc雙方來改變間隙CL的大小。并且，還可變更成第2實施例的螺線管15測定葉片110的旋轉速度N,根據旋轉速度N來改變間隙CL的大小。
C2.變形例2:
在上述實施例中，通過使定子10A、 10B上下移動來改變與轉子30之間的間隙CL的大小，取代這種方式，還可以通過使轉子30上下移動來改變間隙CL的大小。并且，還可以使定子10A、 10B和轉子30雙方都能上下移動，改變間隙CL的大小?？傊苟ㄗ覫OA、 10B和轉子30能相對移動即可。
C3.變形例3:
在上述實施例中，連接具有磁鐵列34M的部件(轉子30)和葉片110，取代這種方式，還可以連接具有線圈列14A、24B的部件(定子IOA、10B)和葉片110。C4.變形例4:
上述實施例記載成風力發(fā)電裝置1000，但本發(fā)明可適用到水力發(fā)電裝置等接受流體進行發(fā)電的所有發(fā)電裝置中。C5.變形例5:
在上述實施例中，風力發(fā)電裝置1000的主體部100由2相的線圈列14A、 24B構成，但線圈列不限于2相，還可以通過1相或3相以上的線圈列來構成主體部100。
C6.變形例6:
在上述實施例中，發(fā)電控制電路200在發(fā)電穩(wěn)定模式中改變發(fā)電負荷，但還可以在發(fā)電控制模式中根據風速Vc或旋轉速度N改變發(fā)電負荷。例如，在發(fā)電控制模式中，當風速Vc或旋轉速度N變小而間隙CL變大時，線圈列14A、 24B從磁鐵列34M接受到的磁場的強度變小，發(fā)電電壓變小。發(fā)電控制電路200根據該發(fā)電電壓的減少來控制發(fā)電電流，從而減少發(fā)電負荷。這樣一來，風力發(fā)電裝置1000的發(fā)電負荷減少，所以旋轉速度N變大。這樣，在發(fā)電控制模式中，在控制間隙CL的同時進行改變發(fā)電負荷的控制，亦能執(zhí)行與風速Vc或旋轉速度N對應的適當?shù)陌l(fā)電。
1權利要求
1. 一種接受流體進行發(fā)電的發(fā)電裝置，所述發(fā)電裝置具有第1部件，其具有多個線圈；第2部件，其能與所述第1部件相對地旋轉，具有多個永久磁鐵；旋轉部件，其與所述第1部件和第2部件中的任意一個部件機械地連接，接受所述流體進行旋轉；以及間隙改變部，其使所述第1部件和第2部件中的至少一個部件移動，從而改變形成在所述第1部件和第2部件之間的間隙的大小，所述間隙改變部改變所述間隙的大小，使得與在所述旋轉部件開始旋轉以前的所述間隙的大小相比，在所述旋轉部件開始旋轉以后的所述間隙的大小要小。
2. 根據權利要求l所述的發(fā)電裝置，其中，所述間隙改變部根據所述旋轉部件的旋轉速度來改變所述間隙的大小。
3. 根據權利要求2所述的發(fā)電裝置，其中，當所述旋轉速度為第一旋轉速度閾值以下時，所述間隙改變部將所 述間隙的大小設定成預定的第一值；當所述旋轉速度超過大于所述第一旋轉速度閾值的第二旋轉速度閾 值時，所述間隙改變部將所述間隙的大小設定成比所述第一值小的預定 的第二值；當所述旋轉速度在所述第一旋轉速度閾值和第二旋轉速度閾值之間 時，所述間隙改變部改變所述間隙的大小，使得所述間隙的大小隨著所 述旋轉速度變大而變小。
4. 根據權利要求1所述的發(fā)電裝置，其中， 所述發(fā)電裝置還具有測定所述流體的流速的流速測定部， 所述間隙改變部根據由所述流速測定部測定出的流速，改變所述間隙的大小。
5. 根據權利要求4所述的發(fā)電裝置，其中，當所述流速為第一流速閾值以下時，所述間隙改變部將所述間隙的大小設定成預定的第一值；當所述流速超過大于所述第一流速閾值的第二流速閾值時，所述間 隙改變部將所述間隙的大小設定成比所述第一值小的預定的第二值；當所述流速在所述第一流速閾值和第二流速閾值之間時，所述間隙 改變部改變所述間隙的大小，使得所述間隙的大小隨著所述流速變大而 變小。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使當流速較小時也能開始發(fā)電的技術。接受流體進行發(fā)電的發(fā)電裝置(1000)具有第1部件(10A，10B)，具有多個線圈；第2部件(30)，能與第1部件(10A，10B)相對地旋轉，具有多個永久磁鐵；旋轉部件(110)，與第1和第2部件中的任意一個部件機械地連接，接受流體進行旋轉；以及間隙改變部(17，18，19)，使第1和第2部件中的至少一個部件移動，從而改變形成在第1和第2部件之間的間隙(CL)的大小。間隙改變部(17，18，19)改變間隙(CL)的大小，使得與在旋轉部件(110)開始旋轉以前的間隙(CL)的大小相比，在旋轉部件(110)開始旋轉以后的間隙(CL)的大小要小。
文檔編號H02K21/24GK101510716SQ200910007158
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權日2008年2月15日
發(fā)明者中村和喜, 竹內啟佐敏 申請人:精工愛普生株式會社