JP2006152922A - Windmill - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a windmill which can control its revolution speed, easily start by itself, and further easily deal with excessively strong wind force. <P>SOLUTION: The windmill is equipped with a rotating body that includes a rotating shaft 1; a revolution shaft 2 that is in parallel to the rotating shaft 1 and rotates integrally with the rotating shaft 1, and a plurality of blades 3 for revolution around the rotating shaft 1 and rotatably arranged to the revolution shaft 2; a blade angle control means by which an revolution angle of the blade 3 is controlled so that a rotation angle becomes maximum in the vicinity of a first revolution angle and becomes zero in the vicinity of a second revolution angle substantially perpendicular to the first revolution angle; and a pitch control means for controlling the rotation angle of the blade 3 in the vicinity of the first revolution angle. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、風力を利用して高効率に電力の発電などを行うための風車に関し、詳しくは、自己起動が容易であると共に回転数の制御が行え、かつ過大風力に対しても対応を容易に行えるようにしたものである。   The present invention relates to a windmill for generating electric power with high efficiency using wind power, and more specifically, it is easy to start up and control the number of rotations, and easily cope with excessive wind power. It is something that can be done.

一般に風車は水平軸型と垂直軸型とに大別される。現在、実用化されている大型発電用の風車は、水平軸のプロペラ型が多いが、プロペラ型は大きなプロペラの回転面を常に風向きに合わせることが必要であることや、発電機、伝達装置、制御装置などの重量物を支持塔の上部に設置する必要がある。などの問題がある。   In general, wind turbines are roughly classified into a horizontal axis type and a vertical axis type. Currently, there are many horizontal type propeller type wind turbines that are in practical use, but the propeller type requires that the rotating surface of the large propeller be always aligned with the wind direction, and that the generator, transmission device, It is necessary to install a heavy object such as a control device at the top of the support tower. There are problems such as.

これに対して垂直軸型の中で最近注目されているダリウス型は、どの方向からの風も利用できる風向きに依存しないこと、プロペラ型と同様の高い効率が得られること、発電機や伝達装置、制御装置などの重量物を地上に設置できること、また、ブレードの製造がプロペラ型に比較して簡単であるなどの利点を有する。   On the other hand, the Darius type, which has recently been attracting attention among vertical axis types, does not depend on the wind direction in which wind from any direction can be used, and can obtain the same high efficiency as the propeller type, generator and transmission device In addition, there is an advantage that a heavy object such as a control device can be installed on the ground, and that the manufacture of the blade is simpler than the propeller type.

従来、上述したような垂直軸型の風車は種々の技術が開示されている。（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。   Conventionally, various technologies have been disclosed for the vertical axis type windmill as described above. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2).

特許文献１の技術は、複数枚の対称翼型ブレードが、回転軸周りに配設され、回転軸を中心に回転する垂直軸風車であって、ブレードがその前縁に乱流形成促進部を有しているものがある。   The technology of Patent Document 1 is a vertical axis windmill in which a plurality of symmetrical wing blades are arranged around a rotation axis and rotate around the rotation axis, and the blade has a turbulent flow formation promoting portion at its leading edge. There is something to have.

また、特許文献２の技術は、ブレードと、ブレードを支持する支持手段と、回転軸と、回転軸の回転を他のエネルギーに変換するエネルギー変換手段を有とを有し、流入風速が定格値以上となると風速以上の場合に風車効率を減少させる風車効率減少機構が設けられているものである。
特開２００３−２２７４５３号公報 特開２００３−２１４３２３号公報 The technique of Patent Document 2 includes a blade, a support unit that supports the blade, a rotation shaft, and an energy conversion unit that converts rotation of the rotation shaft into other energy. When this is the case, a wind turbine efficiency reduction mechanism for reducing the wind turbine efficiency when the wind speed is exceeded is provided.
JP 2003-227453 A JP 2003-214323 A

しかし、上述した垂直軸型の風車は、自己起動が容易でないことや、回転数の制御ができないこと、また、過大風力の対応が容易でないなどの欠点が挙げられる。   However, the above-described vertical axis type windmill has drawbacks such that self-startup is not easy, the rotational speed cannot be controlled, and it is not easy to handle excessive wind power.

本発明は、上述したような課題を解消するためになされたもので、自己起動が容易であると共に回転数の制御が行え、かつ過大風力に対しても対応を容易に行えるようにした風車を得ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. A wind turbine that is easy to start up, can control the rotation speed, and can easily cope with excessive wind power. The purpose is to obtain.

上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明による請求項１に記載の風車は、回転軸と、回転軸と一体に回転する平行な軸を有し、軸に自転可能にされるようにし回転軸周りを公転する複数枚のブレードとからなる回転体と、ブレードの公転角度が所定の第１の公転角度付近では最大自転角度となり、ブレードの公転角度が第１の公転角度と直交する第２の公転角度付近では自転角度が０度となるように制御されるブレード角度制御手段と、第１の公転角度付近においてブレードの自転角度を制御するピッチ制御手段とを備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, the wind turbine according to claim 1 of the present invention has a rotating shaft and a parallel shaft that rotates integrally with the rotating shaft, and can rotate on the shaft. And a rotating body composed of a plurality of blades revolving around the rotation axis, and the revolving angle of the blade is the maximum revolving angle near the predetermined first revolving angle, and the revolving angle of the blade is the first revolving angle. Blade angle control means for controlling the rotation angle to be 0 degree near the second revolution angle orthogonal to the angle and pitch control means for controlling the blade rotation angle near the first revolution angle are provided. It is characterized by that.

また、請求項２に記載の風車は、ブレード角度制御手段は、回転軸にベアリングを介して偏芯して回転する回転センター軸を有するガイドロッドと、ガイドロッドに支持されて公転するブレードとから構成したことを特徴とする。   Further, in the wind turbine according to claim 2, the blade angle control means includes a guide rod having a rotation center shaft that rotates eccentrically with the rotation shaft via a bearing, and a blade that revolves while being supported by the guide rod. It is characterized by comprising.

また、請求項３に記載の風車は、ガイドロッドの重心が上記回転センター軸に合わせられていることを特徴とする。   The wind turbine according to claim 3 is characterized in that the center of gravity of the guide rod is aligned with the rotation center shaft.

また、請求項４に記載の風車は、風速に応じてブレードの回転が適正回転数になるように、ブレードのピッチ角度が制御されることを特徴とする。   The wind turbine according to claim 4 is characterized in that the pitch angle of the blade is controlled so that the rotation of the blade becomes an appropriate number of rotations according to the wind speed.

また、請求項５に記載の風車は、強風下で停止させるには、上記ブレードを翼として失速させる方向にピッチ制御することを特徴とする。   The wind turbine according to claim 5 is characterized in that pitch control is performed in a direction in which the blade is stalled as a blade in order to stop under a strong wind.

また、請求項６に記載の風車は、ベアリングが直線ガイドに沿って移動することでブレードのピッチ制御が可能であり、直線ガイドにフラップを備え、フラップが風向き方向に回動する動作に伴って直線ガイドが風向き方向に保たれることを特徴とする。   In the wind turbine according to claim 6, the pitch of the blade can be controlled by moving the bearing along the linear guide. The linear guide is provided with a flap, and the flap rotates in the wind direction. The linear guide is maintained in the wind direction.

また、請求項７に記載の風車は、回転軸に発電装置を備えたことを特徴とする。   In addition, the wind turbine according to claim 7 is characterized in that the rotating shaft is provided with a power generation device.

また、請求項８に記載の風車は、ブレードの断面形状は、ブレードの自転角度を０度としたとき、ブレード断面の中心が公転中心を中心とした円弧とほぼ一致している形状であることを特徴とする。   Further, in the wind turbine according to claim 8, the cross-sectional shape of the blade is such that the center of the blade cross-section substantially coincides with an arc centered on the revolution center when the rotation angle of the blade is 0 degree. It is characterized by.

本発明の請求項１に記載の風車によれば、自起動が可能となり、風速に応じてブレードの回転が適正回転数に制御可能であると共に、強風時にも過剰回転を防止でき、ダリウス型などの風車に比較して優れた特徴を持つことができる。   According to the windmill of the first aspect of the present invention, self-starting is possible, the rotation of the blade can be controlled to an appropriate number of rotations according to the wind speed, and excessive rotation can be prevented even during strong winds, such as Darrieus type Compared to other windmills, it can have excellent characteristics.

また、請求項２に記載の風車によれば、微風の状態でもブレードの自己起動を可能にすることができる。   Moreover, according to the windmill of Claim 2, a braid | blade self-start can be enabled also in the state of a light wind.

また、請求項３に記載の風車によれば、ガイドロッドの偏芯回転において振動要素をなくすことができ、振動に伴う騒音も回避できる。   Further, according to the wind turbine of the third aspect, the vibration element can be eliminated in the eccentric rotation of the guide rod, and the noise accompanying the vibration can be avoided.

また、請求項４に記載の風車によれば、微風から強風時においてもブレードの回転を適正回転数に制御することができる。   Further, according to the windmill of the fourth aspect, the rotation of the blade can be controlled to an appropriate number of rotations even during a light wind or a strong wind.

また、請求項５に記載の風車によれば、過大な風速に対してはブレードを失速させ停止させることができる。   According to the wind turbine of the fifth aspect, the blade can be stalled and stopped for an excessive wind speed.

また、請求項６に記載の風車によれば、風向き方向に常に対峙させ、いかなる方向からの風も効果的に利用することができる。   Moreover, according to the windmill of Claim 6, it is always made to confront a wind direction direction, and the wind from any direction can be used effectively.

また、請求項７に記載の風車によれば、常に効率のよい発電を可能にすることができる。   Moreover, according to the windmill of Claim 7, efficient electric power generation can always be enabled.

また、請求項８に記載の風車によれば、ブレードの先端部の迎え角がマイナスの揚力を受けることもなく失速状態を回避することができる。   Moreover, according to the windmill of the eighth aspect, the stalled state can be avoided without the angle of attack of the tip of the blade receiving a negative lift.

以下、本発明による風車の最良の実施の形態を垂直型風車を例にとって図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of a wind turbine according to the present invention will be described below with reference to the drawings, taking a vertical wind turbine as an example.

始めに、垂直型の風車の概念を図１について説明する。
この風車は、回転軸１に直交した一方向の風の流れを利用してブレードを回転させ、ブレードに直結した回転軸を回転させることで、発電機を駆動し電力を生成できるようにしたものであって、回転軸１の周りに一体に公転する平行な複数の公転軸２を有し、この公転軸２に自転可能にされるようにしたブレード３を備え、風の流れにより所定の公転角度に回動したブレード３に揚力が発生し回転トルクを得るというものである。 First, the concept of a vertical windmill will be described with reference to FIG.
In this windmill, the blade is rotated using the flow of wind in one direction orthogonal to the rotating shaft 1, and the rotating shaft directly connected to the blade is rotated to drive the generator and generate electric power. The rotary shaft 1 has a plurality of parallel revolution shafts 2 that revolve integrally around the rotation shaft 1, and includes a blade 3 that can rotate on the revolution shaft 2. Lifting force is generated in the blade 3 rotated at an angle, and rotational torque is obtained.

ここで、図１において、ブレード３に発生する揚力は下記の式より定義される。   Here, in FIG. 1, the lift force generated in the blade 3 is defined by the following equation.

（数１）
揚力＝Ｃｌ・０．５・ρｖ２
但し、Ｃｌ：ブレードの傾き
ρ：密度
ｖ：体積 (Equation 1)
Lift = Cl · 0.5 · ρv 2
Where Cl: Blade inclination
ρ: Density
v: Volume

また、ブレード３は対象形状翼なので、   Since blade 3 is a target shape wing,

（数２）
Ｃｌ＝ａ・α
但し、ａ：係数
α：迎え角
であり、迎え角αとして、翼先端速度：風速＝１：１とした場合の各翼位置における揚力ベクトルを示す。 (Equation 2)
Cl = a · α
Where a: coefficient
α: angle of attack, and the angle of attack α indicates the lift vector at each blade position when blade tip speed: wind speed = 1: 1.

これによれば、図１に示すように、ａは風力発電などのエネルギー源になる風ベクトル、ｂはブレード３が公転することでブレードが受ける風ベクトル、ｃは二つの風ベクトルａ,ｂを合成した風ベクトル、ｄは風ベクトルｃによりブレード３に生ずる揚力ベクトルで、ブレード公転中心から見てラジアル方向成分を除いた成分が風車の回転力となる。   According to this, as shown in FIG. 1, a is a wind vector that becomes an energy source such as wind power generation, b is a wind vector received by the blade when the blade 3 revolves, and c is two wind vectors a and b. The combined wind vector d is a lift vector generated in the blade 3 by the wind vector c, and the component excluding the radial direction component when viewed from the blade revolution center is the rotational force of the windmill.

すなわち、図１の風ベクトルから理解されるように、翼先端速度：風速＝１：１程度で回転数が低いため、取り出せるエネルギーは低いが揚力の回転方向成分が大きいので回転トルクが大きく自己起動時に適している。また、強風時にもこの状態であれば翼先端速度はほぼ風速と同じであるので過剰回転を防止することができる。   That is, as understood from the wind vector of FIG. 1, since the blade tip speed: wind speed = 1: 1 and the rotational speed is low, the energy that can be extracted is low, but the rotational direction component of lift is large, so the rotational torque is large and self-starting. Sometimes suitable. Further, even in a strong wind, in this state, the blade tip speed is almost the same as the wind speed, so that excessive rotation can be prevented.

図２はブレードの角度が固定された状態で、翼先端速度：風速＝１０：１とした場合で、これが既存のダリウス型風車の回転原理である。ダリウス型風車は通常のプロペラ方風車に近い効率を持つといわれており、優秀な風車であるが対称翼ゆえにこれ以上翼先端速度を上げると迎え角αの減少で揚力がそのまま減少してしまうので効率向上にも限界があった。   FIG. 2 shows a state where the blade angle is fixed and the blade tip speed: wind speed = 10: 1. This is the rotation principle of the existing Darrieus type windmill. The Darius type windmill is said to have efficiency close to that of a normal propeller windmill, and it is an excellent windmill. There was a limit to improving efficiency.

そこで上述したようにブレードの角度が自転可能に設定できるようにした場合の出力は著しい効率の向上が見込まれる。図３にこの効率の向上が見込まれる場合の翼角度と各ベクトルを示す。ダリウス型の回転原理も直感的には理解し得ないが、本発明による翼角度は直感的には全く逆のように感じるが、図３では翼先端速度：風速＝１０：１によって５度程度になってしまった迎え角を５度増加させるようにブレードを自転させているので倍の揚力が発生し、倍の回転トルクを得ていることを示している。   Therefore, as described above, the output when the blade angle can be set to be capable of rotating is expected to significantly improve the output. FIG. 3 shows the blade angle and each vector when this improvement in efficiency is expected. Although the Darius-type rotation principle cannot be intuitively understood, the blade angle according to the present invention intuitively feels the opposite, but in FIG. 3, the blade tip speed: wind speed = 10: 1, about 5 degrees. Since the blade is rotated so as to increase the angle of attack which has become 5 degrees, double lift is generated, and double rotational torque is obtained.

ここで、図１,２,３のブレードの自転状況を連続的に制御すると、「図１の状態で自起動」、「自起動した後、風速に合わせた適正回転数になるように徐々にブレード時点角度の最大値を図１〜図２〜図３と変化」、「風速が強すぎ過大回転数になる場合には図３〜図１の方向に変化させ適正回転数になるように制御」、「強風下で停止させたい場合には図１の状態から急速に図３の状態（ブレードを翼として失速させる）にすることで実現できるため、ダリウス型など垂直方の風車と比較して高効率、自起動可能、回転数制御可能、失速制御可能などの優れた特長を持つことができる。   Here, when the rotation state of the blades in FIGS. 1, 2 and 3 is continuously controlled, “automatic start in the state of FIG. 1”, “after self-starting, gradually increase to an appropriate rotational speed according to the wind speed. The maximum value of the blade angle is changed from FIG. 1 to FIG. 2 to FIG. 3, “If the wind speed is too strong and the rotation speed is excessive, change it in the direction of FIG. 3 to FIG. "If you want to stop under a strong wind, it can be realized by rapidly changing from the state of Fig. 1 to the state of Fig. 3 (the blade is stalled as a wing). It has excellent features such as high efficiency, self-startability, speed control, and stall control.

上述した概念を実現する手段として、ブレード３の角度を制御する機構について説明する。
ブレードの角度制御とは、ブレード３の公転に合わせてブレードの自転角度を制御するということである。この制御はブレード３が例えば、公転角度が９０度と２７０度付近に現れるブレードの最大自転角度と、公転角度が０度と１８０度付近に現れるブレードの自転角度０度を連続的に繋ぐ制御の意味と、公転角度が９０度と２７０度付近に現れるブレードの最大自転角度そのものの制御の意味がある。ここでは、前者をブレード角度制御といい、後者をピッチ制御といい、ブレード角度制御はその総称である。 A mechanism for controlling the angle of the blade 3 will be described as means for realizing the above-described concept.
The blade angle control means that the rotation angle of the blade is controlled in accordance with the revolution of the blade 3. In this control, for example, the blade 3 continuously connects the maximum rotation angle of the blade that appears in the vicinity of 90 ° and 270 ° with the rotation angle of the blade that appears in the vicinity of the rotation angle of 0 ° and 180 °. Meaning and control of the blade's maximum rotation angle itself appearing around 90 and 270 degrees. Here, the former is called blade angle control, the latter is called pitch control, and blade angle control is a general term.

次に、ブレード角度制御機構の幾つかの手段について説明する。
〔偏芯円運動ガイドロッド方式〕
構造上簡単に実現できる方法であり、図４にそのイメージ図を示す。この図では１枚のブレード３が公転角度０度、９０度、１８０度、２７０度の角度に位置したときのブレード３の自転角度の姿勢を示している。 Next, some means of the blade angle control mechanism will be described.
[Eccentric circular motion guide rod system]
This is a method that can be easily realized in terms of structure, and FIG. This figure shows the posture of the rotation angle of the blade 3 when one blade 3 is positioned at the revolution angles of 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees.

これによれば、回転軸１に対して偏芯状態にベアリング４を介してガイドロッド５が取付けられ、ガイドロッド５の先端部のアーム６が公転軸２から後方側にずれたブレード３の部分を軸７により支持している構造である。ここで、最も傾いているブレード３ａが、ベアリング４の回転中心がＯ１の位置にある場合のブレードを示している。これがブレード角度制御機構の基本である。また、他の傾きをもったブレード３ｂはピッチ制御をしたときのブレードの傾きであり、このブレード３ｂの傾きのときのガイドロッド５の回転中心はＯ２であり、ブレード３ｃの傾きのときのベアリング４の回転中心はＯ３であり、ブレード３ｄの傾きのときのガイドロッド５の回転中心はＯ４である。 According to this, the guide rod 5 is attached via the bearing 4 in an eccentric state with respect to the rotating shaft 1, and the portion of the blade 3 in which the arm 6 at the tip end portion of the guide rod 5 is shifted rearward from the revolution shaft 2. Is supported by the shaft 7. Here, the blade 3a are most inclined, shows the blade when the center of rotation of the bearing 4 is at the position of O 1. This is the basis of the blade angle control mechanism. Further, a blade 3b having the other slope is the slope of the blade when the pitch control, the rotational center of the guide rod 5 when the inclination of the blade 3b is O 2, when the inclination of the blade 3c The rotation center of the bearing 4 is O 3 , and the rotation center of the guide rod 5 when the blade 3d is inclined is O 4 .

ブレード３ａが最大自転角度のときが図１の自転角度で、風車が自己起動される角度位置であり、ブレード３ｃの角度位置が図２の自転角度、ブレード３ｄの角度位置が図３の自転角度である。このブレード３ａの角度位置からブレード３ｄの角度位置の間をラインＬに沿ってピッチ制御させることによって風車の回転が制御可能である。   When the blade 3a is at the maximum rotation angle, the rotation angle in FIG. 1 is the angle position at which the windmill is self-started, the angle position of the blade 3c is the rotation angle in FIG. 2, and the angle position of the blade 3d is the rotation angle in FIG. It is. By controlling the pitch along the line L between the angular position of the blade 3a and the angular position of the blade 3d, the rotation of the windmill can be controlled.

ブレード３ａの最大自転角度からブレード３ｄの角度位置の間を可変させる手段としては、ここでは図示しないがベアリング４と共にガイドロッド５の回転中心をＯ１からＯ４の間を移動機構によって直線的に移動させることによって可能である。 As means for variably between the angular position of the blade 3d from the maximum rotation angle of the blades 3a, wherein linearly by the moving mechanism between not shown with the bearing 4 a rotational center of the guide rod 5 from O 1 of O 4 is It is possible by moving.

このように構成したことで、ガイドロッド５の回転中心は偏芯しているが、この偏芯した回転中心に対して単純に回転するだけなので、ガイドロッド５の重心を回転軸の中心に合わせることによって振動要素を無くすことができる。   With this configuration, the center of rotation of the guide rod 5 is eccentric, but the center of gravity of the guide rod 5 is aligned with the center of the rotation axis because it simply rotates with respect to the eccentric center of rotation. Therefore, the vibration element can be eliminated.

上述したピッチ制御は回転軸１が貫通している内径が回転軸外形より大きなベアリング４が図４で示すように移動することで簡単に実現可能である。なお、図４ではベアリング４の移動を直線移動として表しているが、点Ｐを中心にした円軌道で動かすことで合成風力が最大になる０度でのブレードの迎え角が常に０度になるようにすることもできる。   The above-described pitch control can be easily realized by moving the bearing 4 in which the inner diameter through which the rotating shaft 1 passes is larger than the outer diameter of the rotating shaft as shown in FIG. In FIG. 4, the movement of the bearing 4 is represented as a linear movement. However, the blade angle of attack at 0 degrees where the combined wind power is maximized by moving the bearing 4 in a circular orbit around the point P is always 0 degrees. It can also be done.

〔ブレード角度ガイドウェイ方式〕
図５にガイドウェイ方式のイメージ図を示し、図４の場合と同様に１枚のブレードが公転角度０度、９０度、１８０度、２７０度の位置に位置したときのブレードの姿勢を示している。 [Blade angle guideway method]
FIG. 5 shows an image diagram of the guideway method, and shows the posture of the blade when one blade is positioned at the revolution angles of 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees as in the case of FIG. .

これによれば、環状体８の間に形成した溝がガイドウェイ９を形成しており、このガイドウェイ９にブレード３に接続されたカムフォロア１０が係合され、ブレードの角度制御が行われるようにされている。なお、図５ではピッチ制御されたブレードは示さないが、上述した偏芯円運動ガイドロッド方式と同様に環状体８と共にガイドウェイ９の回転中心Ｏ１〜Ｏ４を移動することでブレードのピッチ制御も実現できる。 According to this, the groove formed between the annular bodies 8 forms the guide way 9, and the cam follower 10 connected to the blade 3 is engaged with the guide way 9, so that the angle of the blade is controlled. Has been. Although the pitch-controlled blade is not shown in FIG. 5, the pitch of the blade is determined by moving the center of rotation O 1 to O 4 of the guide way 9 together with the annular body 8 in the same manner as the eccentric circular guide rod system described above. Control can also be realized.

この例では、ガイドウェイ９は原理的に真円である必要はないため、特定の偏芯位置でブレードの角度変化パターンを任意に調整することができる。また、ピッチコントロールは移動させるものが大きくなるが、上記した偏芯円運動ガイドロッド方式と同様に行うことができる。   In this example, since the guideway 9 does not need to be a perfect circle in principle, the angle change pattern of the blade can be arbitrarily adjusted at a specific eccentric position. Further, although the pitch control to be moved is large, it can be performed in the same manner as the eccentric circular motion guide rod system described above.

〔ガイドロッド方式とガイドウェイ方式との複合方式〕
この複合方式は、ガイドウェイ方式の角度パターンが任意設定可能なところと、偏芯円運動ガイドロッド方式のガイド面でのすべり速度の小ささ及びピッチコントロールのために動かす部分の小ささの両立を狙ったものである。図６にそのイメージを示し、図４の場合と同様に１枚のブレード３が公転角度０度、９０度、１８０度、２７０度の位置に位置したときのブレードの自転角度の姿勢を示している。 [Composite method of guide rod method and guideway method]
This combined method is compatible with the fact that the angle pattern of the guideway method can be set arbitrarily and the small sliding speed on the guide surface of the eccentric circular motion guide rod method and the small moving part for pitch control. It is the target. The image is shown in FIG. 6, and the posture of the rotation angle of the blade when one blade 3 is positioned at the revolution angles of 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees as in the case of FIG. Yes.

これによれば、回転軸１には同心円状に一体に公転するドーナッツ状の環状部材１１があり、この環状部材１１にはブレード３が支持されたレバー１２がラジアル方向（軸と直交方向）にのみ移動可能にされ、レバー１２の端部１２ａが環状部材１１の内側に配置された公転しない例えば、おにぎり状のカム部材１３の表面に常に接触するようにされている。レバー１２のカム部材１３への接触手段としては、例えば、図示しないが溝カムを利用しコイル部材で押し付ける方法がある。また、ブレード３はこれに設けた軸ピン１４をレバー１２に形成されているガイド孔１２ａに移動可能に支持されている。ブレード３のピッチ制御はカム部材１３を上下移動させることで実現できる。   According to this, the rotary shaft 1 has a donut-shaped annular member 11 that revolves integrally in a concentric circle shape, and a lever 12 on which the blade 3 is supported is provided in the annular member 11 in a radial direction (a direction orthogonal to the axis). For example, the end 12 a of the lever 12 does not revolve inside the annular member 11, and is always in contact with the surface of the onigiri-shaped cam member 13. As a means for contacting the lever 12 with the cam member 13, for example, there is a method of pressing with a coil member using a groove cam (not shown). Further, the blade 3 is supported by a guide hole 12a formed in the lever 12 so that the shaft pin 14 provided on the blade 3 can move. The pitch control of the blade 3 can be realized by moving the cam member 13 up and down.

なお、図示してないが、この方式は偏芯円運動ガイドロッド方式とは異なり、ロッドの回転中心からの位置変化による重心移動をキャンセルする機構を追加する必要がある。一例として、ラックアンドピ二オンやループベルトの利用によるカウンターウエイト移動がある。   Although not shown, this method is different from the eccentric circular motion guide rod method, and it is necessary to add a mechanism for canceling the movement of the center of gravity due to the position change from the rotation center of the rod. As an example, there is counterweight movement by using a rack and pinion or a loop belt.

〔サーボ制御方式〕
このサーボ制御方式は風力、風向き、目標回転数に合わせてブレード角度制御をサーボモータによって行う方式である。図７にそのイメージを示し、図４の場合と同様に１枚のブレード３が公転角度０度、９０度、１８０度、２７０度の位置に位置したときのブレードの自転角度の姿勢を示している。 [Servo control system]
This servo control method is a method in which blade angle control is performed by a servo motor in accordance with wind force, wind direction, and target rotational speed. The image is shown in FIG. 7, and the posture of the rotation angle of the blade when one blade 3 is positioned at the revolution angles of 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees as in the case of FIG. Yes.

これによれば、回転軸１に対して偏芯状態にベアリング４を介してガイドロッド５が取付けられ、ガイドロッド５の先端部のアーム６が公転軸２から後方側にずれたブレード３の部分を軸７により支持している構造については図４の場合と同様である。ここで、ベアリング４は２本の直線ガイド１５に支持されており、この直線ガイド１５に沿ってベアリング４と共にガイドロッド５が移動することでブレードをピッチ制御することができる。例えば、ガイドロッド５の移動機構についてはここでは図示しないが、ボールねじとサーボモータなどにより実現可能である。   According to this, the guide rod 5 is attached via the bearing 4 in an eccentric state with respect to the rotating shaft 1, and the portion of the blade 3 in which the arm 6 at the tip end portion of the guide rod 5 is shifted rearward from the revolution shaft 2. Is supported by the shaft 7 in the same manner as in FIG. Here, the bearing 4 is supported by two linear guides 15, and the pitch of the blade can be controlled by moving the guide rod 5 along with the bearings 4 along the linear guide 15. For example, the moving mechanism of the guide rod 5 is not shown here, but can be realized by a ball screw and a servo motor.

このように構成した風車の特徴は、偏芯円運動ガイドロッドの偏芯量を変化させるガイドロッド回転中心移動機構が付いていること、ガイドロッド回転中心移動機構全体をブレードの公転中心と同心の軸受けに乗せ、偏芯方向を風の向きに合わせて回転できるようにした偏芯方向回転機能が付いていることである。   The characteristics of the wind turbine configured in this way are that it has a guide rod rotation center moving mechanism that changes the eccentric amount of the eccentric circular motion guide rod, and that the entire guide rod rotation center moving mechanism is concentric with the revolution center of the blade. It is equipped with an eccentric direction rotation function that can be put on a bearing and rotated in accordance with the direction of the wind.

また、直線ガイド１５はブレードの公転中心を中心とするベアリング４に固定されているため、直線ガイド１５に飛行機の尾翼のようなフラップ１６を備えることによって、常に風向きに対して風車を自起動され易い方向に向かせることができる。さらに、大規模なものでは別に風向き検出機構を設け方向制御することも考えられる。   Further, since the linear guide 15 is fixed to the bearing 4 centered on the revolution center of the blade, the wind turbine is always automatically activated with respect to the wind direction by providing the linear guide 15 with a flap 16 like an airplane tail. It can be directed in an easy direction. Furthermore, it is conceivable to control the direction by providing a separate wind direction detection mechanism for a large scale.

なお、図７に示したブレードの断面形状は対称翼形状ではなく、ブレード３の自転角度を０度としたとき、翼断面の中心線が公転中心を中心とした円弧とほぼ一致している形状である。このような形状にすることで、翼の先端部、中央部、後端部で見ても各部の向き（翼の中心線の接線方向）と各部の速度ベクトルとの角度差がほぼ同じになっているため、各部とも適切な迎え角を持つことができる。   The cross-sectional shape of the blade shown in FIG. 7 is not a symmetric wing shape, and when the rotation angle of the blade 3 is set to 0 degree, the center line of the blade cross-section substantially coincides with an arc centered on the revolution center. It is. By adopting such a shape, the angle difference between the direction of each part (the tangential direction of the centerline of the wing) and the velocity vector of each part is almost the same even when viewed at the tip, center, and rear end of the wing. Therefore, each part can have an appropriate angle of attack.

自起動可能、回転数制御可能、過大風力対応可能な風車は次のように操作される。
ａ、微風から強風までの起動は図１の状態で行う。
ｂ、微風から順風では機械的損失や発電機の特性に合わせて少しずつピッチと負荷トルクを変えてその風速に対する最適回転数で運転する。この場合、原理的には図３の状態で最大出力が得られる。
ｃ、過風速になってきた場合には、回転数を抑えるべく図３の状態から図２の状態にブレードのピッチを変えて回転数を制御する。
ｄ、上記の方法でも過回転数になるような場合などは、図１の状態からいきなり図３の状態にブレードピッチを変化させる。こうすることで、ブレードの迎え角が過大になり失速状態となり回転数は失われブレードは停止する。 A wind turbine capable of self-starting, capable of controlling the rotational speed, and capable of handling excessive wind power is operated as follows.
a, Starting from the light wind to the strong wind is performed in the state of FIG.
b. From light wind to normal wind, the pitch and load torque are changed little by little according to the mechanical loss and the characteristics of the generator, and operation is performed at the optimum rotational speed for the wind speed. In this case, in principle, the maximum output can be obtained in the state shown in FIG.
c. When the wind speed becomes excessive, the rotation speed is controlled by changing the blade pitch from the state shown in FIG. 3 to the state shown in FIG. 2 in order to suppress the rotation speed.
d. When the above-described method results in excessive rotation, the blade pitch is suddenly changed from the state shown in FIG. 1 to the state shown in FIG. By doing so, the angle of attack of the blade becomes excessive, stalling occurs, the rotational speed is lost, and the blade stops.

図８にブレードが４枚翼の場合の垂直型の発電用風車のイメージ図を示す。
４枚のブレード３は上下のブラケット１７,１８に支持され、ブラケット１７,１８の中心には回転軸１がある。下方のブラケット１８内には回転軸１の周りにブレード３を偏芯して公転するための偏芯円運動ガイドロッド機構１９が配置されている。回転軸１は下方のブラケット１８を貫通し、回転軸端に回転伝達機構２０を介して発電機２１が設置されている。 FIG. 8 shows an image diagram of a vertical wind turbine for power generation when the blade has four blades.
The four blades 3 are supported by the upper and lower brackets 17 and 18, and the rotating shaft 1 is at the center of the brackets 17 and 18. An eccentric circular motion guide rod mechanism 19 for eccentrically revolving the blade 3 around the rotating shaft 1 is disposed in the lower bracket 18. The rotating shaft 1 passes through the lower bracket 18, and a generator 21 is installed at the end of the rotating shaft via a rotation transmission mechanism 20.

本発明は、上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

本発明の風車は実施の形態では、ブレードを４枚翼の場合について説明したが、３枚翼さらには多翼の羽根を備えた風車にも広く適用可能である。   In the embodiment, the wind turbine according to the present invention has been described with respect to the case where the blade has four blades. However, the wind turbine can be widely applied to a wind turbine having three blades or even a multi-blade blade.

また、風車は実施の形態では、垂直型にしたものについて示したが、これに限定されるものでなく、水平向きに配置して使用することであっても同様の作用を得ることができる。   In the embodiment, the wind turbine is shown as a vertical type. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even when the wind turbine is arranged in a horizontal direction.

本発明における風車の概念図で、起動時に適しブレード自転角度が最大角度の状態の図である。It is a conceptual diagram of the windmill in this invention, and is a figure of the state whose blade rotation angle suitable for the time of starting is a maximum angle. 同じくブレード自転角度が０度の状態の図である。It is a figure of a state where a blade rotation angle is similarly 0 degree. 同じく過風速時に適しブレード自転角度がマイナスの状態の図である。Similarly, it is a figure of a state where the blade rotation angle suitable for the overwind speed is negative. 偏芯円運動ガイドロッド方式の送風ファンの原理図である。It is a principle diagram of an eccentric circular motion guide rod type blower fan. ガイドウェイ方式の原理図である。It is a principle diagram of a guide way system. ガイドロッド方式とガイドウェイ方式との複合方式の原理図である。It is a principle figure of the compound system of a guide rod system and a guide way system. サーボ制御方式の原理図である。It is a principle diagram of a servo control system. 本発明による垂直型の風車発電機のイメージ図である。It is an image figure of the vertical type windmill generator by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…回転軸、２…公転軸、３…ブレード、４…ベアリング、５…ガイドロッド、６…アーム、７…軸、８…環状体、９…ガイドウェイ、１０…カムフォロア、１１…環状部材、１２…レバー、１３…カム部材、１４…軸ピン、１５…直線ガイド、１６…フラップ、１７,１８…ブラケット、１９…偏芯円運動ガイドロッド機構、２０…回転伝達機構、２１…発電機   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotating shaft, 2 ... Revolving shaft, 3 ... Blade, 4 ... Bearing, 5 ... Guide rod, 6 ... Arm, 7 ... Shaft, 8 ... Ring body, 9 ... Guideway, 10 ... Cam follower, 11 ... Ring member, DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Lever, 13 ... Cam member, 14 ... Shaft pin, 15 ... Linear guide, 16 ... Flap, 17, 18 ... Bracket, 19 ... Eccentric circular motion guide rod mechanism, 20 ... Rotation transmission mechanism, 21 ... Generator

Claims (8)

回転軸と、上記回転軸と一体に回転する平行な軸を有し、上記軸に自転可能にされるようにし上記回転軸周りを公転する複数枚のブレードとからなる回転体と、
上記ブレードの公転角度が所定の第１の公転角度付近では最大自転角度となり、上記ブレードの公転角度が上記第１の公転角度と直交する第２の公転角度付近では自転角度が０度となるように制御されるブレード角度制御手段と、上記第１の公転角度付近において上記ブレードの自転角度を制御するピッチ制御手段と
を備えたことを特徴とする風車。 A rotating body having a rotating shaft and a plurality of blades having a parallel shaft that rotates integrally with the rotating shaft and revolving around the rotating shaft so as to be rotatable about the shaft;
The revolution angle of the blade is the maximum rotation angle in the vicinity of the predetermined first revolution angle, and the rotation angle is 0 degree in the vicinity of the second revolution angle at which the blade revolution angle is orthogonal to the first revolution angle. A wind turbine comprising: blade angle control means controlled by the control means; and pitch control means for controlling the rotation angle of the blade in the vicinity of the first revolution angle. 上記ブレード角度制御手段は、上記回転軸にベアリングを介して偏芯して回転する回転センター軸を有するガイドロッドと、上記ガイドロッドに支持されて公転する上記ブレードとから構成したことを特徴とする請求項１に記載の風車。   The blade angle control means includes a guide rod having a rotation center shaft that rotates eccentrically with the rotation shaft via a bearing, and the blade that revolves while being supported by the guide rod. The windmill according to claim 1. 上記ガイドロッドの重心が上記回転センター軸に合わせられていることを特徴とする請求項２に記載の風車。   The windmill according to claim 2, wherein the center of gravity of the guide rod is aligned with the rotation center shaft. 風速に応じて上記ブレードの回転が適正回転数になるように、上記ブレードのピッチ角度が制御されることを特徴とする請求項１に記載の風車。   The wind turbine according to claim 1, wherein the pitch angle of the blade is controlled so that the rotation of the blade becomes an appropriate number of rotations according to the wind speed. 強風下で停止させるには、上記ブレードを翼として失速させる方向にピッチ制御することを特徴とする請求項１に記載の風車。   The wind turbine according to claim 1, wherein in order to stop under a strong wind, pitch control is performed in a direction in which the blade is stalled as a blade. 上記ベアリングが直線ガイドに沿って移動することでブレードのピッチ制御が可能であり、上記直線ガイドにフラップを備え、上記フラップが風向き方向に回動する動作に伴って上記直線ガイドが風向き方向に保たれることを特徴とする風車。   The pitch of the blade can be controlled by moving the bearing along the linear guide. The linear guide is provided with a flap, and the linear guide is maintained in the wind direction as the flap rotates in the wind direction. A windmill characterized by sagging. 上記回転軸に発電装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の風車。   The wind turbine according to claim 1, wherein the rotating shaft includes a power generation device. 上記ブレードの断面形状は、ブレードの自転角度を０度としたとき、ブレード断面の中心が公転中心を中心とした円弧とほぼ一致している形状であることを特徴とする請求項１に記載の風車。
The cross-sectional shape of the blade is a shape in which the center of the blade cross-section substantially coincides with an arc centered on the revolution center when the rotation angle of the blade is 0 degree. Windmill.
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