2013 Fiscal Year Research-status Report
非円形歯車・無段変速機構を用いた高出力垂直軸風力発電機の開発
| Project/Area Number |
25630043
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
|
| Research Institution | Asahikawa National College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
岡田 昌樹 旭川工業高等専門学校, 機械システム工学科, 教授 (40455100)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 非円形歯車 / コギングトルク / 風力発電機 |
|---|
| Research Abstract |
本研究では，垂直軸小型風力発電機の出力向上に取り組んでいる．この中で，本年度は発電機に発生するコギングトルク（発電機の磁気吸引力から起こる回転ムラ）を低減する1つの対策として，非円形歯車を組み込んだ機構の有効性を確認する実験を行った．
実験方法は，自作のコギングトルク測定装置で対象とする発電機のコギングトルクを測定し，発生した最大トルクを低減する非円形歯車を設計製作し，組み込み実験から有効性を確認するものである．まず，コギングトルクの測定装置は，トルク検出器の左軸に接続した駆動モーターを回転すると，トルク検出器の右軸に接続した発電機のコギングトルクをトルク検出器が計測する構成である．なお，トルク検出器が取得したトルク値と回転速度は，トルク演算表示器を経由してデータロガーに蓄積される．
実験の結果，対象とする発電機（津川製作所 KMB77-0712）のコギング回数は，1回転12回で理論計算値と一致し，最大トルクは1rpm時28.2[mN･m]であった．この結果から，軸間距離80mmの非円形歯車のピッチ曲線最大半径値と最小半径値の差は±0.5mmと算出された．算出結果があまりにも微小変化値であったことから，傾向を把握するために，±0.5[mm]のほか，±1.0[mm]と±2.0[mm]についても実験した．
非円形歯車を組み込んだ結果，±0.5[mm]の最大トルク平均値は22.0[mN･m]となり，計算結果とほぼ同じ結果で22%のトルク低減となった．一方，±1.0[mm]の場合は，32.1[mN･m]で14%のトルク増加となり，±2.0[mm]の場合は測定レンジを振り切ってしまった．
結論として，非円形歯車の機構が有効であることを確認した．しかし，コギングの発生タイミングと非円形歯車の回転位置を合わせることが難しく，接続軸などに位置合わせの仕掛けが必要であることが分かった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では，平成25年度に対象とする発電機のコギングトルクを計測し，その最大トルクを低減させる非円形歯車の形状を探究するものであった．研究は計画どおり行うことができ，結果もほぼ満足できるものであった．実験結果，新たな課題の抽出や考察も行え，おおむね順調に進展している状況である．
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は，平成25年度の成果発表と垂直軸小型風力発電機に組み込む新たな無段変速機構の開発を行う．また，並行して，平成25年度の結果から表出した新たな課題への対策にも取り組んでいく予定である．
まず，成果発表であるが，予定どおり日本機械学会年次大会と日本設計工学会秋季大会での口頭発表を予定している．次に，無段変速機構の開発は，連続可変トランスミッションCVT（continuously variable transmission）の原理を利用し，その変速制御は風車の回転数に合わせた遠心力を利用するものを予定している．無電力のメカニカル機構であるため，実現には多くのアイデアや未知の変数の解明が要求され困難が予測されるが，試作機を製作して各要素パラメータが変速比に及ぼす影響を明らかにしていきたいと考えている．
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
トルク検出器が新製品となり当初予定していた金額より低くなった。
また，実験中に新たな発展的課題が明らかになったことから，その対策を行う予算を確保するため，平成25年度の使用額を抑え，次年度に繰り越した．
平成25年度からの繰越金は，増速器の組み込み実験を行うため，部品としての増速器と発電機移動テーブルを購入するほか，これらを組み合わせた実験装置の開発費に使用する．
なお，当初の計画で計上している平成26年度分の費用は，予定どおり，学会発表や無段変速機の開発費として使用する．
|
