JP2004197643A - 垂直軸型風車装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造で起動性の向上と利用風速範囲の拡大を図るとともに、台風などの強風対策を図ることができる垂直軸型風車装置を提供すること。
【解決手段】直線翼式のブレード12を備えた垂直軸型風車11で、風車11の外周部に複数枚の案内板14を設け、これら案内板14にブレード12に対する風の迎え角の調整およびブレード12への風を閉鎖可能とする開閉調整機構を設けるようにする。
これにより、通常運転時には、案内板14の角度を調整することで風向きに対する利用風速範囲を拡大するようにし、起動時には起動性の向上も図るようにし、強風時には、案内板14を閉じるようにして風車11の損傷などを防止できるようにしている。
【選択図】 図1
【解決手段】直線翼式のブレード12を備えた垂直軸型風車11で、風車11の外周部に複数枚の案内板14を設け、これら案内板14にブレード12に対する風の迎え角の調整およびブレード12への風を閉鎖可能とする開閉調整機構を設けるようにする。
これにより、通常運転時には、案内板14の角度を調整することで風向きに対する利用風速範囲を拡大するようにし、起動時には起動性の向上も図るようにし、強風時には、案内板14を閉じるようにして風車11の損傷などを防止できるようにしている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は垂直軸型風車装置に関し、起動性の向上と利用風速範囲の拡大を図るとともに、台風などの強風対策を図るようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
クリーンで枯渇のないエネルギである風力を利用する風車の一つに垂直軸風車があり、方位制御機構を必要とせず、風向きに無関係に回転する。
【0003】
このような垂直軸風車は、その作動原理から抗力差動形と揚力利用形に分類することができる。
【0004】
このような垂直軸揚力形の風車の一つに、例えば非特許文献1に開示されたジャイロミル形風車があり、垂直に取り付けられた対称翼形のブレード(3〜5枚)が自動的に風に対し最適な迎え角を得る構造としたものと、同様の形状でブレードの取り付けを固定式にしたものがある。
【0005】
この直線翼式のブレードの取り付けを固定式とした垂直軸型風車では、風向きに無関係に回転し、風速以上の高い周速度を得ることができ、システム全体の構造が簡単でコストも安いが、起動性に問題がある。
【0006】
この起動性に関して特許文献1の垂直軸型風力タービンには、タービンの回転軸の回転によって生じる遠心力で半径方向位置が変動する風盃を備えた制御用低速風車を設けて構成し、起動力を得るとともに、過回転時の制動力を得るようにすることが開示されている。
【0007】
また、特許文献2の補助風車付き高速垂直軸風車には、負荷駆動用高速垂直軸風車と低速垂直軸風車とを直結し、両者の半径比及び面積比を適当に選定することで停止時より設計負荷回転数に至るまでの出力特性を所望のものにすることが開示されている。
【0008】
さらに、特許文献3の風力制御装置には、風力発電装置の周りに円筒状の対風面を設け、この対風面を鉛直方向に移動させる通風調節手段を設けたり、複数のルーバ及びルーバの回動装置で通風調節手段を構成し、通風量乃至通風圧力を調整できるようにすることが開示されている。
【0009】
【非特許文献1】
牛山 泉, 三野 正洋 共著 「小型風車ハンドブック」 パワー社
昭和56年6月30日 2版2刷 p.59−60
【特許文献1】
特公昭56−42752号公報
【特許文献2】
特開昭58−187587号公報
【特許文献3】
特開2001−193629号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献1や特許文献2のように本来の風車に加え制御用低速風車や低速垂直軸風車を設けることで起動性を向上するようにしているが、このような低速風車を組み合わせる場合には、構造が複雑になるとともに、回転部分が多く、保守点検などが繁雑になるという問題がある。
【0011】
また、特許文献3では、通風調節手段によって風力発電装置における台風や強風時に風車が高速で回転して発電機のコイルを損傷したり、風車の垂直翼に大きな負荷が加わり損傷することを防止することができるものの、起動性の向上を図ることはできず、強風対策に加え起動性の向上を図るためには、例えば特許文献1,2のように別に低速風車を必要とするなど一層構造が複雑になるという問題がある。
【0012】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、簡単な構造で起動性の向上と利用風速範囲の拡大を図るとともに、台風などの強風対策を図ることができる垂直軸型風車装置を提供しようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項1記載の垂直軸型風車装置は、直線翼式のブレードを備えた垂直軸型風車装置で、前記風車の外周部に複数枚の案内板を設け、これら案内板に前記風車のブレードに対する風の迎え角の調整およびブレードへの風を閉鎖可能とする開閉調整機構を設けたことを特徴とするものである。
【0014】
この垂直軸型風車装置によれば、直線翼式のブレードを備えた垂直軸型風車装置で、前記風車の外周部に複数枚の案内板を設け、これら案内板に前記風車のブレードに対する風の迎え角の調整およびブレードへの風を閉鎖可能とする開閉調整機構を設けるようにしている。従って、簡単な構造で通常運転時には、案内板の角度を調整することで風向きに対する利用風速範囲を拡大できるとともに、起動時にも起動性の向上も図ることができるようになる。一方、強風時には案内板を閉じるようにして風車の損傷などを防止できるようにしている。
【0015】
また、この発明の請求項2記載の垂直軸型風車装置は、請求項1記載の構成に加え、前記複数枚の案内板の一端部をそれぞれ固定円板に回動可能に取り付けるとともに、この固定円板に沿って回動する回動板とこれら案内板の他端部とをロッドで連結する一方、この回動板を回動駆動する駆動機構を設けたことを特徴とするものである。
【0016】
この垂直軸型風車装置によれば、前記複数枚の案内板の一端部をそれぞれ固定円板に回動可能に取り付けるとともに、この固定円板に沿って回動する回動板とこれら案内板の他端部とをロッドで連結している。また、この回動板を回動駆動する駆動機構を設けるようにしており、更に複数の案内板の静止部分を回動駆動するようにしている。従って、簡単な構造で案内板の角度の調整と閉鎖状態にすることができるようになる。
【0017】
さらに、この発明の請求項3記載の垂直軸型風車装置は、請求項2記載の構成に加え、前記駆動機構を、モータで駆動されるボールねじおよびボールナットと、このボールナットと前記回動板とを連結する連結リンクとで構成したことを特徴とするものである。
【0018】
この垂直軸型風車装置によれば、前記駆動機構を、モータで駆動されるボールねじおよびボールナットと、このボールナットと前記回動板とを連結する連結リンクとで構成しており、簡単な機構で回動駆動でき、信頼性の向上を図ることもできるようになる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図1〜図4はこの発明の垂直軸型風車装置の一実施の形態にかかり、図1は概略横断面図、図2は案内板部分の概略斜視図および部分拡大図、図3は案内板の開閉調整機構の概略構成図、図4は案内板による風車の作動状態を従来と比較して示す概略説明図である。
【0020】
この垂直軸型風車装置10では、垂直軸型風車11を備えており、例えば断面形状が翼型で一様な直線状のブレード12が複数枚、図示例では、5枚等間隔に配置されて回転軸13に垂直に取付けられている。
【0021】
このような垂直軸型風車11では、風の方向を一定とした場合に1枚のブレード12が各回転位置に移動したときにブレード12に作用する揚力Lと抗力Dは、例えば図4(b)中に示すように変化し、風車の停止時からの起動トルクは回転直径の約1/2が正、残りは負となるので、起動性に難があるとともに、ブレード12に対する迎え角が風の状態(風況)によって変化し、利用風速範囲が狭く制限されてしまう。
【0022】
そこで、この垂直軸型風車装置10では、垂直軸型風車11の外周部に複数枚の案内板14が配置され、ブレード12への迎え角の調整とブレード12への風を閉鎖できるように開閉調整機構21が設けてある。
【0023】
この案内板14は略平板状の案内板本体14aの先端部に内側に曲がった湾曲部14bが形成されて構成され、案内板本体14aの基端部の回動軸14cがリング状の上下2枚の固定円板15の内周側に回動可能に取付けてある。また、この案内板14の先端部の上下にガイドピン14dが取付けられ、案内板14を回動軸14cを中心に回動させたときのガイドピン14dの軌跡に沿ってガイドスリット15aが固定円板15に形成してあり、このガイドスリット15a内に案内板14のガイドピン14dが位置し、案内板14の回動がガイドされるようになっている。
【0024】
そして、各案内板14が固定円板15のほぼ半径方向に沿うように位置させた開位置からほぼ円周方向に沿うように位置させた閉位置の間でほぼ90度回動できるようにガイドスリット15aが形成してあり、各案内板14を閉位置とした状態では、湾曲部14bが隣接する案内板本体14aの基端部と重なるようになり、ブレード12への風を閉鎖できるようにしてある。
【0025】
ここでは、案内板14を円周等間隔に16枚設けることで、迎え角度の調整 (案内板14の回動位置の調整)と閉鎖状態(案内板14の閉位置の状態)とを行うようにしているが、これらの動作ができれば案内板14の枚数をさらに増加したり、減少するようにしても良い。
【0026】
このような案内板14を連動させて同時に回動させ、回動位置を調整したり、閉鎖状態とする開閉調整機構21は、例えば図3に示すように、上下2枚の固定円板15の一方、例えば上方の固定円板15の内周面に沿って回動する回動板22が設けられ、各案内板14のガイドスリット15aから突き出したガイドピン14dにロッド23の一端部が回動可能に連結されるとともに、各ロッド23が回動板22の半径方向に対し一定の角度をなすようにしてその他端部がそれぞれ回動板22に回動可能に連結してある。
【0027】
したがって、回動板22を固定円板15の内周面に沿って円周方向に往復動するよう回動することで、16本のロッド23で連結された16枚の案内板14をそれぞれの回動軸14cを中心にガイドスリット15aに沿って回動させることで開閉でき、所定の回動位置で固定することで垂直軸型風車11のブレード12に対する迎え角を調整することができる。
【0028】
このような開閉調整機構21の回動板22の駆動機構24は、ボールねじ25がカップリング26を介してモータ27と連結されて回転駆動され、このボールねじ25にねじ結合されて往復駆動されるボールナット28に連結リンク29の一端部が回動可能に連結されるとともに、連結リンク29の他端部が回動板22の1か所に連結してあり、ボールナット28の直線上の往復動を回動板22の円周方向の往復動に変換して駆動できるようにしてある。
【0029】
そして、この開閉調整機構21では、ボールねじ25とボールナット28とで往復駆動するので、ボールナット28が所定位置になるようにモータ27を停止することで、その位置を保持することができ、案内板14を垂直軸型風車11のブレード12に対して所定の迎え角に調整し、固定状態にすることができるとともに、案内板14を固定円板15の円周方向に沿うように位置させた閉状態にすることで、垂直軸型風車11のブレード12に風が入らない状態(風の閉鎖状態)にすることができる。
【0030】
また、この垂直軸型風車装置10では、風の状態(風況)に対し垂直軸型風車11のブレード12が最適な迎え角を得るように案内板14の回動角度(ピッチ)を制御するため、風速計が設置され、その検出信号に基づき制御装置で最適な迎え角を得るための案内板14の回動角度が演算等で求められ、開閉調整機構21のモータ27に制御信号が送られて、案内板14の迎え角の制御(ピッチ制御)が行われるようにしてある。
【0031】
このように構成した垂直軸型風車装置10では、ブレード12の外側に案内板14を設けるようにしたので、風の方向を一定とした場合に1枚のブレード12が各回転位置に移動したときにブレード12に作用する揚力Lと抗力Dは、例えば図4(a)中に示すように、案内板12のところではほとんど変化がなく、風車の停止時からの起動トルクを十分得ることができ、起動性が向上するとともに、ブレード12に対する迎え角が風の状態(風況)によらず最適にできるので、利用風速範囲も広くなり効率向上を図ることができる。
【0032】
また、この垂直軸型風車装置10では、案内板14を閉じるようにすることで、風車11の周りを閉鎖することができ、これによって風の進入が防止され、風車11のブレード12などに台風時や強風時の大きな力が作用せず損傷や破損を防止して信頼性を向上することができる。
【0033】
さらに、案内板14を基端部の回動軸14cを中心に回動させ、先端部のガイドピン14dにロッド23を連結して開閉駆動するようにしているので、先端の静止部分を駆動することで回動部分を回動する場合に比べ機構を簡素化することができるとともに、回動軸14cから最も離れた先端部のガイドピン14d部分を回動することで、小さな回動力で回動させることができ、風による力も簡単に支持することができる。
【0034】
また、駆動機構24をモータ27で駆動するボールねじ25及びボールナット28で構成したので、簡単に案内板14を所定の回動位置に回動することができるとともに、その位置に停止・保持することも特別な機構を必要とせずに簡単となる。
【0035】
なお、上記実施の形態では、案内板の駆動をモータで駆動するボールねじとボールナットの往復動を連結リンクで円周方向の往復動に変換して駆動する機構としたが、ボールねじに替え他の往復動機構を用いたり、回動板に流体圧シリンダや電動シリンダ等を連結して直接往復動するなど、種々の機構を用いることができる。
【0036】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項1記載の垂直軸型風車装置によれば、直線翼式のブレードを備えた垂直軸型風車装置で、前記風車の外周部に複数枚の案内板を設け、これら案内板に前記風車のブレードに対する風の迎え角の調整およびブレードへの風を閉鎖可能とする開閉調整機構を設けるようにしたので、簡単な構造で通常運転時には、案内板の角度を調整することで風向きに対する利用風速範囲を拡大できるとともに、起動時にも大きな軌道トルクを得て起動性の向上も図ることができ、強風時には案内板を閉じるようにして風車の損傷などを防止することができる。
【0037】
また、この発明の請求項2記載の垂直軸型風車装置によれば、前記複数枚の案内板の一端部をそれぞれ固定円板に回動可能に取り付けるとともに、この固定円板に沿って回動する回動板とこれら案内板の他端部とをロッドで連結する一方、この回動板を回動駆動する駆動機構を設けるようにしたので、複数の案内板の静止部分を回動駆動することで簡単な構造で案内板の角度の調整と閉鎖状態にすることができる。
【0038】
さらに、この発明の請求項3記載の垂直軸型風車装置によれば、前記駆動機構を、モータで駆動されるボールねじおよびボールナットと、このボールナットと前記回動板とを連結する連結リンクとで構成したので、簡単な機構で回動駆動でき、信頼性の向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の垂直軸型風車装置の一実施の形態にかかる概略横断面図である。
【図2】この発明の垂直軸型風車装置の一実施の形態にかかる案内板部分の概略斜視図および部分拡大図である。
【図3】この発明の垂直軸型風車装置の一実施の形態にかかる案内板の開閉調整機構の概略構成図である。
【図4】この発明の垂直軸型風車装置の一実施の形態にかかる案内板による風車の作動状態を従来と比較して示す概略説明図である。
【符号の説明】
10 垂直軸型風車装置
11 垂直軸型風車
12 ブレード
13 回転軸
14 案内板
14a 案内板本体
14b 湾曲部
14c 回動軸
14d ガイドピン
15 固定円板
15a ガイドスリット
21 開閉調整機構
22 回動板
23 ロッド
24 駆動機構
25 ボールねじ
26 カップリング
27 モータ
28 ボールナット
29 連結リンク
【発明の属する技術分野】
この発明は垂直軸型風車装置に関し、起動性の向上と利用風速範囲の拡大を図るとともに、台風などの強風対策を図るようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
クリーンで枯渇のないエネルギである風力を利用する風車の一つに垂直軸風車があり、方位制御機構を必要とせず、風向きに無関係に回転する。
【0003】
このような垂直軸風車は、その作動原理から抗力差動形と揚力利用形に分類することができる。
【0004】
このような垂直軸揚力形の風車の一つに、例えば非特許文献1に開示されたジャイロミル形風車があり、垂直に取り付けられた対称翼形のブレード(3〜5枚)が自動的に風に対し最適な迎え角を得る構造としたものと、同様の形状でブレードの取り付けを固定式にしたものがある。
【0005】
この直線翼式のブレードの取り付けを固定式とした垂直軸型風車では、風向きに無関係に回転し、風速以上の高い周速度を得ることができ、システム全体の構造が簡単でコストも安いが、起動性に問題がある。
【0006】
この起動性に関して特許文献1の垂直軸型風力タービンには、タービンの回転軸の回転によって生じる遠心力で半径方向位置が変動する風盃を備えた制御用低速風車を設けて構成し、起動力を得るとともに、過回転時の制動力を得るようにすることが開示されている。
【0007】
また、特許文献2の補助風車付き高速垂直軸風車には、負荷駆動用高速垂直軸風車と低速垂直軸風車とを直結し、両者の半径比及び面積比を適当に選定することで停止時より設計負荷回転数に至るまでの出力特性を所望のものにすることが開示されている。
【0008】
さらに、特許文献3の風力制御装置には、風力発電装置の周りに円筒状の対風面を設け、この対風面を鉛直方向に移動させる通風調節手段を設けたり、複数のルーバ及びルーバの回動装置で通風調節手段を構成し、通風量乃至通風圧力を調整できるようにすることが開示されている。
【0009】
【非特許文献1】
牛山 泉, 三野 正洋 共著 「小型風車ハンドブック」 パワー社
昭和56年6月30日 2版2刷 p.59−60
【特許文献1】
特公昭56−42752号公報
【特許文献2】
特開昭58−187587号公報
【特許文献3】
特開2001−193629号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献1や特許文献2のように本来の風車に加え制御用低速風車や低速垂直軸風車を設けることで起動性を向上するようにしているが、このような低速風車を組み合わせる場合には、構造が複雑になるとともに、回転部分が多く、保守点検などが繁雑になるという問題がある。
【0011】
また、特許文献3では、通風調節手段によって風力発電装置における台風や強風時に風車が高速で回転して発電機のコイルを損傷したり、風車の垂直翼に大きな負荷が加わり損傷することを防止することができるものの、起動性の向上を図ることはできず、強風対策に加え起動性の向上を図るためには、例えば特許文献1,2のように別に低速風車を必要とするなど一層構造が複雑になるという問題がある。
【0012】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、簡単な構造で起動性の向上と利用風速範囲の拡大を図るとともに、台風などの強風対策を図ることができる垂直軸型風車装置を提供しようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項1記載の垂直軸型風車装置は、直線翼式のブレードを備えた垂直軸型風車装置で、前記風車の外周部に複数枚の案内板を設け、これら案内板に前記風車のブレードに対する風の迎え角の調整およびブレードへの風を閉鎖可能とする開閉調整機構を設けたことを特徴とするものである。
【0014】
この垂直軸型風車装置によれば、直線翼式のブレードを備えた垂直軸型風車装置で、前記風車の外周部に複数枚の案内板を設け、これら案内板に前記風車のブレードに対する風の迎え角の調整およびブレードへの風を閉鎖可能とする開閉調整機構を設けるようにしている。従って、簡単な構造で通常運転時には、案内板の角度を調整することで風向きに対する利用風速範囲を拡大できるとともに、起動時にも起動性の向上も図ることができるようになる。一方、強風時には案内板を閉じるようにして風車の損傷などを防止できるようにしている。
【0015】
また、この発明の請求項2記載の垂直軸型風車装置は、請求項1記載の構成に加え、前記複数枚の案内板の一端部をそれぞれ固定円板に回動可能に取り付けるとともに、この固定円板に沿って回動する回動板とこれら案内板の他端部とをロッドで連結する一方、この回動板を回動駆動する駆動機構を設けたことを特徴とするものである。
【0016】
この垂直軸型風車装置によれば、前記複数枚の案内板の一端部をそれぞれ固定円板に回動可能に取り付けるとともに、この固定円板に沿って回動する回動板とこれら案内板の他端部とをロッドで連結している。また、この回動板を回動駆動する駆動機構を設けるようにしており、更に複数の案内板の静止部分を回動駆動するようにしている。従って、簡単な構造で案内板の角度の調整と閉鎖状態にすることができるようになる。
【0017】
さらに、この発明の請求項3記載の垂直軸型風車装置は、請求項2記載の構成に加え、前記駆動機構を、モータで駆動されるボールねじおよびボールナットと、このボールナットと前記回動板とを連結する連結リンクとで構成したことを特徴とするものである。
【0018】
この垂直軸型風車装置によれば、前記駆動機構を、モータで駆動されるボールねじおよびボールナットと、このボールナットと前記回動板とを連結する連結リンクとで構成しており、簡単な機構で回動駆動でき、信頼性の向上を図ることもできるようになる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図1〜図4はこの発明の垂直軸型風車装置の一実施の形態にかかり、図1は概略横断面図、図2は案内板部分の概略斜視図および部分拡大図、図3は案内板の開閉調整機構の概略構成図、図4は案内板による風車の作動状態を従来と比較して示す概略説明図である。
【0020】
この垂直軸型風車装置10では、垂直軸型風車11を備えており、例えば断面形状が翼型で一様な直線状のブレード12が複数枚、図示例では、5枚等間隔に配置されて回転軸13に垂直に取付けられている。
【0021】
このような垂直軸型風車11では、風の方向を一定とした場合に1枚のブレード12が各回転位置に移動したときにブレード12に作用する揚力Lと抗力Dは、例えば図4(b)中に示すように変化し、風車の停止時からの起動トルクは回転直径の約1/2が正、残りは負となるので、起動性に難があるとともに、ブレード12に対する迎え角が風の状態(風況)によって変化し、利用風速範囲が狭く制限されてしまう。
【0022】
そこで、この垂直軸型風車装置10では、垂直軸型風車11の外周部に複数枚の案内板14が配置され、ブレード12への迎え角の調整とブレード12への風を閉鎖できるように開閉調整機構21が設けてある。
【0023】
この案内板14は略平板状の案内板本体14aの先端部に内側に曲がった湾曲部14bが形成されて構成され、案内板本体14aの基端部の回動軸14cがリング状の上下2枚の固定円板15の内周側に回動可能に取付けてある。また、この案内板14の先端部の上下にガイドピン14dが取付けられ、案内板14を回動軸14cを中心に回動させたときのガイドピン14dの軌跡に沿ってガイドスリット15aが固定円板15に形成してあり、このガイドスリット15a内に案内板14のガイドピン14dが位置し、案内板14の回動がガイドされるようになっている。
【0024】
そして、各案内板14が固定円板15のほぼ半径方向に沿うように位置させた開位置からほぼ円周方向に沿うように位置させた閉位置の間でほぼ90度回動できるようにガイドスリット15aが形成してあり、各案内板14を閉位置とした状態では、湾曲部14bが隣接する案内板本体14aの基端部と重なるようになり、ブレード12への風を閉鎖できるようにしてある。
【0025】
ここでは、案内板14を円周等間隔に16枚設けることで、迎え角度の調整 (案内板14の回動位置の調整)と閉鎖状態(案内板14の閉位置の状態)とを行うようにしているが、これらの動作ができれば案内板14の枚数をさらに増加したり、減少するようにしても良い。
【0026】
このような案内板14を連動させて同時に回動させ、回動位置を調整したり、閉鎖状態とする開閉調整機構21は、例えば図3に示すように、上下2枚の固定円板15の一方、例えば上方の固定円板15の内周面に沿って回動する回動板22が設けられ、各案内板14のガイドスリット15aから突き出したガイドピン14dにロッド23の一端部が回動可能に連結されるとともに、各ロッド23が回動板22の半径方向に対し一定の角度をなすようにしてその他端部がそれぞれ回動板22に回動可能に連結してある。
【0027】
したがって、回動板22を固定円板15の内周面に沿って円周方向に往復動するよう回動することで、16本のロッド23で連結された16枚の案内板14をそれぞれの回動軸14cを中心にガイドスリット15aに沿って回動させることで開閉でき、所定の回動位置で固定することで垂直軸型風車11のブレード12に対する迎え角を調整することができる。
【0028】
このような開閉調整機構21の回動板22の駆動機構24は、ボールねじ25がカップリング26を介してモータ27と連結されて回転駆動され、このボールねじ25にねじ結合されて往復駆動されるボールナット28に連結リンク29の一端部が回動可能に連結されるとともに、連結リンク29の他端部が回動板22の1か所に連結してあり、ボールナット28の直線上の往復動を回動板22の円周方向の往復動に変換して駆動できるようにしてある。
【0029】
そして、この開閉調整機構21では、ボールねじ25とボールナット28とで往復駆動するので、ボールナット28が所定位置になるようにモータ27を停止することで、その位置を保持することができ、案内板14を垂直軸型風車11のブレード12に対して所定の迎え角に調整し、固定状態にすることができるとともに、案内板14を固定円板15の円周方向に沿うように位置させた閉状態にすることで、垂直軸型風車11のブレード12に風が入らない状態(風の閉鎖状態)にすることができる。
【0030】
また、この垂直軸型風車装置10では、風の状態(風況)に対し垂直軸型風車11のブレード12が最適な迎え角を得るように案内板14の回動角度(ピッチ)を制御するため、風速計が設置され、その検出信号に基づき制御装置で最適な迎え角を得るための案内板14の回動角度が演算等で求められ、開閉調整機構21のモータ27に制御信号が送られて、案内板14の迎え角の制御(ピッチ制御)が行われるようにしてある。
【0031】
このように構成した垂直軸型風車装置10では、ブレード12の外側に案内板14を設けるようにしたので、風の方向を一定とした場合に1枚のブレード12が各回転位置に移動したときにブレード12に作用する揚力Lと抗力Dは、例えば図4(a)中に示すように、案内板12のところではほとんど変化がなく、風車の停止時からの起動トルクを十分得ることができ、起動性が向上するとともに、ブレード12に対する迎え角が風の状態(風況)によらず最適にできるので、利用風速範囲も広くなり効率向上を図ることができる。
【0032】
また、この垂直軸型風車装置10では、案内板14を閉じるようにすることで、風車11の周りを閉鎖することができ、これによって風の進入が防止され、風車11のブレード12などに台風時や強風時の大きな力が作用せず損傷や破損を防止して信頼性を向上することができる。
【0033】
さらに、案内板14を基端部の回動軸14cを中心に回動させ、先端部のガイドピン14dにロッド23を連結して開閉駆動するようにしているので、先端の静止部分を駆動することで回動部分を回動する場合に比べ機構を簡素化することができるとともに、回動軸14cから最も離れた先端部のガイドピン14d部分を回動することで、小さな回動力で回動させることができ、風による力も簡単に支持することができる。
【0034】
また、駆動機構24をモータ27で駆動するボールねじ25及びボールナット28で構成したので、簡単に案内板14を所定の回動位置に回動することができるとともに、その位置に停止・保持することも特別な機構を必要とせずに簡単となる。
【0035】
なお、上記実施の形態では、案内板の駆動をモータで駆動するボールねじとボールナットの往復動を連結リンクで円周方向の往復動に変換して駆動する機構としたが、ボールねじに替え他の往復動機構を用いたり、回動板に流体圧シリンダや電動シリンダ等を連結して直接往復動するなど、種々の機構を用いることができる。
【0036】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項1記載の垂直軸型風車装置によれば、直線翼式のブレードを備えた垂直軸型風車装置で、前記風車の外周部に複数枚の案内板を設け、これら案内板に前記風車のブレードに対する風の迎え角の調整およびブレードへの風を閉鎖可能とする開閉調整機構を設けるようにしたので、簡単な構造で通常運転時には、案内板の角度を調整することで風向きに対する利用風速範囲を拡大できるとともに、起動時にも大きな軌道トルクを得て起動性の向上も図ることができ、強風時には案内板を閉じるようにして風車の損傷などを防止することができる。
【0037】
また、この発明の請求項2記載の垂直軸型風車装置によれば、前記複数枚の案内板の一端部をそれぞれ固定円板に回動可能に取り付けるとともに、この固定円板に沿って回動する回動板とこれら案内板の他端部とをロッドで連結する一方、この回動板を回動駆動する駆動機構を設けるようにしたので、複数の案内板の静止部分を回動駆動することで簡単な構造で案内板の角度の調整と閉鎖状態にすることができる。
【0038】
さらに、この発明の請求項3記載の垂直軸型風車装置によれば、前記駆動機構を、モータで駆動されるボールねじおよびボールナットと、このボールナットと前記回動板とを連結する連結リンクとで構成したので、簡単な機構で回動駆動でき、信頼性の向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の垂直軸型風車装置の一実施の形態にかかる概略横断面図である。
【図2】この発明の垂直軸型風車装置の一実施の形態にかかる案内板部分の概略斜視図および部分拡大図である。
【図3】この発明の垂直軸型風車装置の一実施の形態にかかる案内板の開閉調整機構の概略構成図である。
【図4】この発明の垂直軸型風車装置の一実施の形態にかかる案内板による風車の作動状態を従来と比較して示す概略説明図である。
【符号の説明】
10 垂直軸型風車装置
11 垂直軸型風車
12 ブレード
13 回転軸
14 案内板
14a 案内板本体
14b 湾曲部
14c 回動軸
14d ガイドピン
15 固定円板
15a ガイドスリット
21 開閉調整機構
22 回動板
23 ロッド
24 駆動機構
25 ボールねじ
26 カップリング
27 モータ
28 ボールナット
29 連結リンク
Claims (3)
- 直線翼式のブレードを備えた垂直軸型風車装置で、前記風車の外周部に複数枚の案内板を設け、これら案内板に前記風車のブレードに対する風の迎え角の調整およびブレードへの風を閉鎖可能とする開閉調整機構を設けたことを特徴とする垂直軸型風車装置。
- 前記複数枚の案内板の一端部をそれぞれ固定円板に回動可能に取り付けるとともに、この固定円板に沿って回動する回動板とこれら案内板の他端部とをロッドで連結する一方、この回動板を回動駆動する駆動機構を設けたことを特徴とする請求項1記載の垂直軸型風車装置。
- 前記駆動機構を、モータで駆動されるボールねじおよびボールナットと、このボールナットと前記回動板とを連結する連結リンクとで構成したことを特徴とする請求項2記載の垂直軸型風車装置。
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