旋转台及风力发电系统的制作方法

本发明涉及旋转台及风力发电系统。

背景技术：

近年来，出于对地球环境的考虑，对利用清洁能源的发电装置的关注正在提高。作为这样的发电装置之一，可举出风力发电装置。风力发电装置是利用风速使叶轮旋转并将通过叶轮的旋转而得到的旋转能量转换为电能的装置。

据说风力发电装置的发电量与风速的立方成比例，为了提高发电量和发电效率，进行了各种研究。例如，在专利文献1中记载了具备多个具有风洞的风力发电装置的风力发电装置的集合体。专利文献1记载的集合体构成为：支承风力发电装置的支柱设置为能够借助轴承旋转，支柱因风洞的外周面受到的风速而旋转，由此风力发电装置的吸气口朝向风吹来的方向。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-97416号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

但是，专利文献1记载的风力发电装置的集合体被设计为能够使风力发电装置的吸气口朝向风吹来的方向，但是由于终究是利用风洞的外周面受到的风速来改变吸气口的朝向，所以无法以高精度控制吸气口的朝向，并且导致在风吹来的方向与风力发电装置的吸气口的朝向之间产生一些偏差。其结果，因与风洞的内壁碰撞的风而导致在风洞的内部产生紊流，从而无法充分地获得风的增速效果。另外，难以应用于不具备风洞的风力发电装置。

本发明是鉴于上述问题而完成的。即，本发明的技术问题之一在于，提供无论有无风洞而均能够以高精度使风力发电装置朝向风吹来的方向的旋转台。

用于解决技术问题的方案

本发明的主旨如下。

[1]一种旋转台，具备：轴承部，用于将风力发电装置支承为能够旋转；控制装置，根据从设置成能够测量风力发电装置附近的风向和风速的风向风速计发送的与风力发电装置附近的风向和风速有关的信息来确定旋转角度，以及电机部，根据由控制装置确定的旋转角度来使轴承部旋转。

[2]根据上述[1]所述的旋转台，其中，控制装置还根据从风向风速计发送的与风向和/或风速有关的信息，来确定轴承部的转速，电机部根据由控制装置确定的转速来使轴承部旋转。

[3]根据上述[1]或[2]所述的旋转台，其中，所述旋转台还具备传感器部，所述传感器部检测轴承部所朝向的方向，并将与检测到的方向有关的信息发送至控制装置，控制装置根据从风向风速计发送的与风向有关的信息和从传感器部发送的与所述方向有关的信息之间的比较，确定轴承部的旋转方向，电机部使轴承部沿着由控制装置确定的旋转方向旋转。

[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的旋转台，其中，所述旋转台还具备滑环部，所述滑环部具有与轴承部的旋转轴大致平行的旋转轴，所述旋转台能够经由滑环部将通过风力发电装置发电而得的电力输出到外部。

[5]根据上述[4]所述的旋转台，其中，滑环部具有在滑环部的径向上排列配置的多个导体环、以及在滑环部的侧面与导体环电连接的多个电刷。

[6]根据上述[5]所述的旋转台，其中，在滑环部的上部具备用于输入通过风力发电装置发电而得的电力的多个输入用端子，多个电刷包括：外部输出用电刷，与用于将输入到输入用端子的电力输出到外部的端子电连接；以及电源输出用电刷，与用于将输入到输入用端子的电力输出到旋转台的电源的端子电连接。

[7]一种风力发电系统，具备：上述[1]～[6]中任一项所述的旋转台；以及由旋转台支承为能够旋转的风力发电装置，风力发电装置具有风洞。

发明效果

根据本发明涉及的旋转台，通过根据从设置成能够测量风力发电装置附近的风向和风速的风向风速计发送的与风力发电装置附近的风向和风速有关的信息，来控制旋转台的旋转角度，从而无论有无风洞，均能够以高精度使风力发电装置朝向风吹来的方向。其结果，能够提高风力发电装置的发电量以及发电效率。

附图说明

图1为示出本发明的实施方式涉及的旋转台的一例的俯视图。

图2为示出沿着图1所示的x-x线剖切的情况下的旋转台的一例的局部剖视图。

图3为示出本发明的实施方式涉及的旋转台的一例的局部剖视图。

图4为示出本发明的实施方式涉及的旋转台的构成的一例的框图。

具体实施方式

以下使用附图对本发明的实施方式进行说明，但是本发明并不限定于附图以及实施方式。另外，本发明并不限定于以下记载的优选的数值、构成。

[旋转台]

以下对旋转台进行详细说明。图1为示出本发明的实施方式涉及的旋转台的一例的俯视图。另外，图2为示出沿着图1所示的x-x线剖切的情况下的旋转台的一例的局部剖视图。图1和图2所示的旋转台1具备轴承部2、电机部3、控制装置4、滑环部5、支承板6、凸缘7以及罩8。

轴承部2是具有旋转轴l的双重结构型的滚珠轴承。由于是双重结构型，因此抗作用于轴承部2的力矩强，能够提高旋转台1的耐久性、安全性。

轴承部2具备内圈2a、外圈2b、多个上部滚动体2c、多个下部滚动体2d、下板2e以及上板2f。上部滚动体2c和下部滚动体2d沿着旋转轴l旋转，外圈2b设置成能够相对于内圈2a旋转。内圈2a固定于下板2e，但不固定于上板2f。外圈2b与上板2f固定，但不固定于下板2e。所以，上板2f随着外圈2b旋转而旋转，但内圈2a和下板2e不旋转。

在图1中，由于轴承部2隐藏于凸缘7而未图示，但在俯视观察轴承部2的情况下，其形状为中心孔9位于中心的大致环形。需要说明的是，在图1中，旋转轴l是通过中心孔9的大致中心的轴。

需要说明的是，作为轴承部2，例如也可以使用滚柱轴承、锥形滚柱轴承、或滚针轴承等公知的轴承来取代上述那样的双重结构型的滚珠轴承。

电机部3设置为能够将用于使外圈2b旋转的动力传递至外圈2b。作为用于电机部3的电机的种类，没有特别限制，例如可以使用有刷电机、无刷电机、步进电机等。其中，从耐久性高且能够高效地输出高转矩的观点出发，优选使用无刷电机。

电机部3的动作由后述的控制装置4控制。优选电机部3例如根据控制装置4所确定的旋转角度、转速、旋转方向等进行动作。

控制装置4从设置成能够测量风力发电装置附近的风向和风速的风向风速计接收与风力发电装置附近的风向和风速有关的信息。控制装置4和风向风速计既可以为有线连接，也可以为无线连接。

风向风速计只要能够测量风力发电装置附近的风向和风速，则没有特别的限制，能够使用风车形式等以往公知的风向风速计。从由于不具有驱动系统而不花费维护的工夫的观点出发，优选使用超声波式的风向风速计。

所谓设置有风向风速计的风力发电装置的附近，没有特别限制，例如，优选为距风力发电装置的叶轮起半径3m以内的位置，更优选为半径2m以内的位置。此外，在风力发电装置具备风洞的情况下，设置风向风速计的场所优选为距风洞的吸气口半径3m以内的位置，更优选为半径2m以内的位置。通过测量如上所述那样位置的风向和风速，能够使风力发电装置的朝向面向更适当的方向，其结果，能够提高风力发电装置的发电效率。

控制装置4根据接收到的与风向和风速有关的信息确定旋转台1的旋转角度(外圈2b的旋转角度)。优选的是，控制装置4例如确定角度以使得由旋转台1支承的风力发电装置的叶轮大致正对风向。根据这样的构成，能够提高风力发电装置的发电效率。

此外，在风速大到超过规定的阈值，且对风力发电装置的负担变得过大的情况下，优选的是，控制装置4例如对旋转角度进行确定以使得由旋转台1支承的风力发电装置的叶轮基本不正对风向。根据这样的构成，能够降低风力发电装置发生故障的可能性，并且能够提高安全性。需要说明的是，上述规定的阈值能够根据风力发电装置的大小、重量、耐久性等而适当设定，例如，优选设为30m/s的风速，更优选设为20m/s的风速。

需要说明的是，在风速比上述规定的阈值进一步变大的情况下(例如，为40m/s以上的风速，优选为60m/s以上的风速)，为了防止由风力发电装置受到的非常强的横风等导致风力发电装置被破坏，优选进行控制以使吸气口的朝向等慢慢地面向风吹来的方向。

优选的是，控制装置4基于接收到的与风向和风速有关的信息，确定旋转台1的转速(外圈2b的转速)。例如，在风速小的情况下，优选更迅速地使叶轮大致正对风向来提高发电效率。此外，在风速大的情况下，为了减轻风力发电装置、旋转台因风受到负担，以降低故障发生率，优选减慢转速。

需要说明的是，优选旋转台1还具备传感器部(未图示)，该传感器部检测轴承部2所朝向的方向，并且能够将与检测出的方向有关的信息发送至控制装置4。作为传感器部，没有特别的限制，例如，从能够不受由从风力发电装置传送的电力(电流)引起的磁力的影响地检测准确的方向的观点出发，优选数字罗盘。

优选的是，控制装置4根据从风向风速计发送的与风向和风速有关的信息和从传感器部发送的与方向有关的信息之间的比较，确定旋转台1的旋转方向(外圈2b的旋转方向)和旋转角度。通过这样的构成，能够判断顺时针旋转或者逆时针旋转中的哪个更合适，能够更迅速地使叶轮大致正对风向，能够提高发电效率。

需要说明的是，优选旋转台1还具备用于向电机部3及控制装置4供给电力的电源电路(未图示)及电池(未图示)。优选电池构成为能够蓄积经由后述的滑环部5送电的、由风力发电装置发电而得的电力。

滑环部5设置为，在不发生随着旋转台1及由旋转台1支承的风力发电装置旋转的不良状况的情况下，能够经由滑环部5向外部输出由风力发电装置发电而得的电力。作为滑环部5，能够使用以往公知的滑环，但是，优选为例如像图1所示那样的sr型的滑环。

滑环部5例如具有与轴承部2的旋转轴l大致平行的旋转轴，优选具有与旋转轴l大致相同的旋转轴。另外，优选的是，滑环部5是具有沿着滑环部5的径向(沿着滑环部5的旋转轴的方向)配置的多个导体环、以及在滑环部的侧面与导体环电连接的多个电刷的结构。

在滑环部5的上部具备用于输入从风力发电装置送电的电力的一个以上的输入端子。例如，各导体环与分别对应的输入端子电连接，且分别是能够单独360度旋转的结构。

在导体环的侧面设置有一个以上的电刷，导体环与电刷电连接。在导体环旋转的情况下，电刷不旋转，但能够保持导体环与电刷的电连接。另外，电刷与用于向外部输出电力的外部输出用端子电连接。通过这样的结构，即使输入端子侧处于旋转状态，也不会产生从风力发电装置连接到输入端子的送电电缆缠绕等不良状况，从而容易正常地向外部输出电力。

作为电刷的宽度(滑环部5的径向上的长度)，并不特别限制，但是，例如，从降低导体环的旋转对通电的影响，或者，降低导体环及电刷的接点的磨损的观点出发，优选为1mm以上，更优选为3mm以上，进一步优选为5mm以上。另一方面，例如，从节省空间的观点出发，电刷的宽度优选为15mm以下，更优选为10mm以下，进一步优选为6mm以下。

另外，优选滑环部5除了最终向外部输出用端子输出电力的输入端子(外部输出用输入端子)之外，还具备用于向旋转台1的电源(电源电路和电池)输出电力的电源输出用输入端子。优选与电源输出用输入端子电连接的导体环经由与该导体环接触的电刷而与旋转台1的电源电连接。通过这样的构成，能够利用通过风力发电装置发电而得的电力使旋转台1旋转。

支承板6设置成与轴承部2的上板2f联动地旋转。支承板6的形状、数量没有特别限制，只要根据所支承的风力发电装置的大小、重量等适当设定即可。图1和图2所示的支承板6是具有规定的厚度的长方形形状，按照每90度的角度合计具备四片。通过具备支承板6，能够提高旋转台1的稳定性。

凸缘7设置为通过螺栓等与支承板6连结，并与轴承部2的上板2f联动地旋转。另外，凸缘7通过螺栓等与风力发电装置连结，并对风力发电装置进行支承。凸缘7的形状等没有特别限制，只要根据所支承的风力发电装置的大小、重量、形状等适当设定即可。

罩8是为了保护电机部3、控制装置4、电源电路以及电池等免受风雨等侵害而设置的。罩8和其内部所具备的部件不随着外圈2b的旋转而旋转，保持固定位置。作为罩8的材料，没有特别限制，例如，从强度、耐候性优异的观点出发，优选纤维强化塑料、丙烯酸树脂、聚碳酸酯等。另外，从耐候性的观点出发，也优选为添加了紫外线吸收剂、碳黑等的材料。

图3为示出本发明的实施方式涉及的旋转台的一例的局部剖视图。具体而言，图3是图1和图2所示的旋转台的变形例，其示出了向滑环部5进行三相交流输入的样子。

在图3的旋转台1中，风力发电装置和滑环部5以三相三线式连接。u相经由位于最上方的导体环而作为r相向外部输出。v相经由从上数位于第二的导体环而作为s相向外部输出。w相经由从上数位于第三的导体环而作为t相向外部输出。通过以三相交流进行送电，能够降低送电中的电损失。

需要说明的是，构成图3的旋转台1的其它部件也存在与图1和图2所示的旋转台1相比形状、大小等不同的部件，但它们的作用相同。即，在图3所示的旋转台1中，标注与图1和图2所示的旋转台1相同的附图标记的部件能够在需要的范围内采用使用图1和图2所说明的内容。

图4为示出本发明的实施方式涉及的旋转台的构成的一例的框图。a的箭头是从风力发电装置传送的直流电力，经由滑环部5被传送到电源电路43，并蓄积在电池(未图示)中。电池与cpu41a(控制装置)、电机驱动器32以及无刷电机31电连接，蓄积于电池的电力成为这些部件的电力源。需要说明的是，b的箭头是从风力发电装置传送的三相交流的电力，如c的箭头所示，经由滑环部5被送电至旋转台1的外部。

cpu41a从设置在旋转台1所支承的风力发电装置附近的风向风速计10接收与该风力发电装置附近的风向和风速有关的信息。此外，cpu41a从数字罗盘42接收与旋转台1(轴承部)所朝向的方向有关的信息。cpu41a根据与上述风向和风速有关的信息、与旋转台1所朝向的方向有关的信息、以及与风向和风速有关的信息和与旋转台1所朝向的方向有关的信息之间的比较，来确定旋转台1的旋转角度、转速及旋转方向。

旋转台1可以构成为能够以通信连接多台的方式来使用。在这样构成的情况下，例如优选根据来自一台风向风速计10的信息来控制通信连接的全部的旋转台的旋转角度等。具体而言，优选通过构成为接收来自风向风速计10的信息的1台cpu41a来确定旋转台1的转速等，并将所确定的信息以从cpu41a向cpu41b、接着向cpu41c这样的方式向后续的旋转台的cpu依次发送。需要说明的是，通信连接既可以是无线连接，也可以是有线连接。

另外，在该情况下，优选能够以从cpu41c向cpu41b、接着从cpu41b向cpu41a这样的方式从下游的cpu向上游的cpu发送动作信息等。例如，cpu41a通过事先存储连接在下游的旋转台的台数，能够在来自下游的旋转台的通信中断时，发出警报等。另外，例如，cpu41a也可以构成为在从下游的旋转台接收到表示动作异常的信息的情况下，发出警报。需要说明的是，在上述的例子中，将多台旋转台串联地通信连接，但是，例如，也可以构成为以cpu41a和cpu41b、cpu41a和cpu41c这样的方式将一个cpu与其它多个cpu分别并联地通信连接。

与由cpu41a确定的旋转台1的旋转角度、转速以及旋转方向有关的信息被发送到电机驱动器32。电机驱动器32根据接收到的这些信息，使无刷电机31进行驱动。通过无刷电机31进行驱动，旋转台进行旋转。

[风力发电系统]

本发明涉及的由旋转台支承的风力发电装置没有特别限制，例如，从使风力发电装置大致正对当前风向时得到的发电效率的提高效果较大这一观点出发，优选为水平轴型，且进一步优选为具备风洞的风力发电装置。

通过由上述那样的旋转台将具备风洞的水平轴型的风力发电装置支承为能够旋转，例如，在风速小的情况下，能够使风洞的吸气口瞬间朝向风吹来的方向以提高发电效率。另外，例如，在风速大且对风力发电装置的叶轮施与的负担变得过大的这样的情况下，进行控制以使风洞的吸气口不朝向风吹来的方向，从而能够降低风力发电装置的故障率。另外，例如，在风速非常大且由于风洞受到的非常强的横风等而风力发电装置有可能倒塌的情况下，进行控制以使得吸气口的朝向慢慢地面向风吹来的方向，由此能够降低风力发电装置倒塌的可能性。

附图标记说明

1旋转台；2轴承部；2a内圈；2b外圈；2c上部滚动体；2d下部滚动体；2e下板；2f上板；3电机部；4控制装置；5滑环部；6支承板；7凸缘；8罩；9中心孔；10风向风速计；31无刷电机；32电机驱动器；41acpu；41bcpu；41ccpu；42数字罗盘；43电源电路。