JP2001221145A - パッシブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機構 - Google Patents

パッシブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機構

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Abstract

(57)【要約】 【課題】過風速時に風車翼に作用する空気力により翼
(ブレード)を下流に傾斜させるフラップ運動と同時に
翼ピッチ角変化を行うピッチ運動を行い、受動的に出力
制御を行うとともに台風等の極端な強風時には能動的
(アクティブ)にピッチ角変化を行うことがことができ
る風車のパッシブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機構
を提供する。 【解決手段】風車のブレード軸2にブレード軸を回転す
るためのピッチアクチュエータ9を設けるとともに、ブ
レード軸2をフラップ軸4で揺動自在に保持し、さらに
ブレード軸を正常位置に付勢するスプリング10を備え
てなることを特徴とするパッシブ・アクティブ・ピッチ
・フラップ機構。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、過風速時に風車翼
に作用する空気力により翼(ブレード)を下流に傾斜さ
せるフラップ運動と同時に翼ピッチ角変化を行うピッチ
運動を行い、受動的に出力制御を行うとともに台風等の
極端な強風時には能動的(アクティブ)にピッチ角変化
を行うことができる風車のパッシブ・アクティブ・ピッ
チ・フラップ機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】風力発電では、変動する風の中で風車は
発電を行い、できるかぎり安定した電力を供給すること
が望まれる。しかし、自然風では常時風速が大幅に変動
し台風時には60〜80m/sに達することもあるの
で、回転速度があがりすぎないように回転速度の制御装
置を設けなければならず、また定格風速を越える強風時
にはロータ、発電機等に係る負荷を少なくして機器の破
損を防止する必要がある。こうした対策の一つとして、
大形の発電用プロペラー型風車では、油圧作動の可変ピ
ッチ機構による自動速度制御装置が多く利用されてい
る。
【0003】その原理を図5に示す模式図について説明
すると、風速が過大になると自動又は手動でコントロー
ルモーター112が回わり、リンク機構113を介して
配圧弁114が作動し、このとき油圧ユニット115か
らの圧油がサーボシリンダー116の右室に入り、ピス
トン117を左側へ押圧して操作棒118を移動させ
る。操作棒118にはクロスヘッド119が取付けられ
ており、リンク機構120及びアーム121を介して、
ブレード軸102を回転させ、ブレード101のピッチ
角を立てて揚力及び抗力を減少させる。なおリンク機構
113にはフィードバック用の復帰レバー122が結合
され、制御の安定化が図られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な機構は、構造が複雑でコスト高を招き、かつ油圧系統
の保守が面倒であり、また急激な風速又は風向の変動に
伴う衝撃力や負荷遮断による軸系への衝撃によって、風
力原動機が破損する場合がある。
【0005】そこで、本発明は、このような事情に鑑み
て提案されたもので、構造簡単で低コストであり、かつ
強風時には、翼に加わる流体力を利用して翼を下流に傾
斜させ、同時にピッチ操作を行い風車の過回転を防止す
るとともに台風等の極端な強風時には能動的(アクティ
ブ)にピッチ角変化を行うことができる風車のパッシブ
・アクティブ・ピッチ・フラップ機構を提供し、風速に
応じた理想的なブレード角度を自動的に保持するととも
に変動荷重によるブレード及び発電機等への衝撃力を有
効に吸収できるようにすることを目的とする。本発明
は、強風時に風車翼を下流に傾斜させるフラップ運動、
同時にピッチ角を変化させるフェザ運動により、最大出
力を越えた範囲での翼車出力を受動的に低減することが
でき、安全性の高い風車とすることができる。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため、本発明が採用
した技術解決手段は、風車のブレード軸にブレード軸を
回転するためのピッチアクチュエータを設けるととも
に、ブレード軸をフラップ軸で揺動自在に保持し、さら
にブレード軸を正常位置に付勢するスプリングを備えて
なることを特徴とするパッシブ・アクティブ・ピッチ・
フラップ機構であり、前記スプリングはダンパと組み合
わせて構成されていることを特徴とするパッシブ・アク
ティブ・ピッチ・フラップ機構であり、前記ブレード軸
は円筒状部材内を貫通して配置され、円筒状部材がフラ
ップ軸で揺動自在に保持されていることを特徴とするパ
ッシブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機構であり、前
記ピッチアクチュエータはブレード軸とギヤによって結
合されているピッチモータであることを特徴とするパッ
シブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機構であり、前記
ピッチアクチュエータはブレード軸とリンク機構によっ
て結合されているパワーシリンダであることを特徴とす
るパッシブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機構であ
る。
【0007】
【実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実施の形
態を説明すると、図1は第1実施形態に係るパッシブ・
アクティブ・ピッチ・フラップ機構を備えた風車の側面
構成図であり、図2はパッシブ・アクティブ・ピッチ・
フラップ機構の作動状態を説明する斜視図である。図1
において、風車の各翼1はブレード軸2を備えており、
このブレード軸2は、円筒状部材3を貫通して回転自在
に配置され、ブレード軸2の端部がリンク機構を構成す
るピッチレバー5と結合されており、ピッチレバー5は
連結部材6、7、回転継手8を介してピッチアクチュエ
ータとしてのパワーシリンダ9に結合されている。パワ
ーシリンダ9によって回転継手8を介して連結部材6、
7を押し込むとピッチレバー5を介してブレード軸2が
円筒状部材3内で回転し、翼(ブレード)1のピッチ角
を変えることができる。なお、上記パワーシリンダ9、
回転継手8、連結部材6、7などは風車のナセル内に収
納されている。
【0008】ブレード軸2が貫通している円筒状部材3
は、固定部材(ナセル)に取り付けたフラップ軸4を介
して揺動自在に支持されており、円筒状部材3には、翼
を正常位置に付勢するスプリング&ダンパ10が設けら
れている。スプリング&ダンパ10は円筒状部材3と固
定部材側との間に設けられているため円筒状部材3には
常時はフラップ軸4を中心にスプリング&ダンパ10の
付勢力によって図中実線位置を保持する付勢力が働き、
さらにダンパによって変動時の衝撃を吸収できる構成と
なっている。
【0009】上記構成からなるパッシブ・アクティブ・
ピッチ・フラップでは、風車が回転中に、風速が所定値
以上になると、図1、図2に示すようにその風速によっ
て翼1がスプリング10の付勢力に抗して点線位置(パ
ッシブ作動位置)に傾き、翼1のフラップ角およびピッ
チ角が図2のように増大し風車出力を受動的に抑制す
る。さらに強風下では、パワーシリンダ9を駆動して連
結部材6、7を移動すると、ピッチレバー5を回転して
翼1のピッチ角を能動的に変化させることができ、さら
に風車出力を抑制することができる(アクティブ作
動)。この時のフラップ角ζとピッチ角γとの関係を図
3に示す。そして、この時γ/ζは2〜3の範囲が最適
である。なお、上記実施形態のようなパワーシリンダ9
を使用しピッチ角を変更する形態のものは100KW程
度の小型風車に適している。
【0010】続いて、第2実施形態について説明する。
第2実施形態は、第1実施形態のパワーシリンダの代わ
りに、ピッチモータを使用した点に特徴がある。図4に
おいて、風車の各翼1はブレード軸を備えており、この
ブレード軸2は、第1実施形態と同様に円筒状部材3を
貫通して回転自在に配置され、ブレード軸2の端部には
ギヤ11が設けられ、このギヤ11が円筒状部材3に取
り付けたピッチモータ12の出力軸のギヤと噛み合って
いる。ピッチモータ12を駆動するとギヤ11を介して
ブレード軸2が円筒状部材3内で回転し、翼1のピッチ
角が変わる。また、ブレード軸2が貫通している円筒状
部材3は、フラップ軸4を介して揺動自在に支持されて
おり、円筒状部材3には、翼を正常位置に付勢するスプ
リング&ダンパ10が設けられている。円筒状部材3は
フラップ軸4を中心に、スプリング10の付勢力によっ
て、図中実線位置を保持できる構成となっている。
【0011】上記構成からなるパッシブ・アクティブ・
ピッチ・フラップでは、風車が回転中に、風力が所定値
以上になると、図2に示すようにその風力によって翼が
スプリング10の付勢力に抗して点線位置(パッシブ作
動位置)に傾き、翼のフラップ角およびピッチ角が増大
し風車出力を受動的に抑制する。さらに強風下では、ピ
ッチモータ12を駆動してギヤ11を介してブレード軸
2を回転することで翼のピッチ角を能動的に変化させる
ことができる。なお、ピッチモータを使用したこの形態
のものは1000KW程度の大型風車に適しており、ピ
ッチモータには正・逆両用型モータを使用することが望
ましい。
【0012】以上本発明に係わる実施形態について説明
したが、ブレード軸とアクチュエータとの結合機構はチ
ェーン、ベルト等を使用することも可能であり、同様な
機能を達成できる他の機構を採用できる。また、ブレー
ド軸を円筒状部材によって回転自在に保持する機構も、
円筒状部材に限定することなく、同様の機能を達成でき
る他の構成を採用することもできる。また、本発明はそ
の精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のい
かなる形でも実施できる。そのため、前述の実施形態は
あらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはな
らない。
【0013】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、過風速時には風車の翼に作用する空気力により翼
を下流側に傾斜させる(フラップ運動)と同時に翼ピッ
チ角変化を行うことができるため、風車の出力抑制を効
果的に行うことができ、また機器の損傷を事前に防止で
きる。さらに突風時にも、出力制御を時間遅れなく実現
でき、台風のような強風時における安全性、信頼性の向
上を図ることができる、等の優れた効果を奏することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係るパッシブ・アクティブ・ピ
ッチ・フラップ機構を備えた風車の側面図である。
【図2】同パッシブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機
構の作動状態を説明する斜視図である。
【図3】パッシブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機構
におけるフラップ角とピッチ角の関係図である。
【図4】第2実施形態に係るパッシブ・アクティブ・ピ
ッチ・フラップ機構を備えた風車の側面図である。
【図5】従来のピッチ角制御機構の構成図である。
【符号の説明】
1 翼(ブレード) 2 ブレード軸 3 円筒状部材 4 フラップ軸 5 ピッチレバー 6、7 連結部材 8 回転継手 9 パワーシリンダ 10 スプリング&ダンパ 11 ギヤ 12 ピッチモータ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】風車のブレード軸にブレード軸を回転する
    ためのピッチアクチュエータを設けるとともに、ブレー
    ド軸をフラップ軸で揺動自在に保持し、さらにブレード
    軸を正常位置に付勢するスプリングを備えてなることを
    特徴とするパッシブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機
    構。
  2. 【請求項2】前記スプリングはダンパと組み合わせて構
    成されていることを特徴とする請求項1に記載のパッシ
    ブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機構。
  3. 【請求項3】前記ブレード軸は円筒状部材内を貫通して
    配置され、円筒状部材がフラップ軸で揺動自在に保持さ
    れていることを特徴とする請求項1または請求項2に記
    載のパッシブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機構。
  4. 【請求項4】前記ピッチアクチュエータはブレード軸と
    ギヤによって結合されているピッチモータであることを
    特徴とする請求項1〜請求項3に記載のパッシブ・アク
    ティブ・ピッチ・フラップ機構。
  5. 【請求項5】前記ピッチアクチュエータはブレード軸と
    リンク機構によって結合されているパワーシリンダであ
    ることを特徴とする請求項1〜請求項3に記載のパッシ
    ブ・アクティブ・ピッチ・フラップ機構。
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