JP3810689B2

JP3810689B2 - Radial telescopic windmill

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Publication number: JP3810689B2
Application number: JP2002003396A
Authority: JP
Inventors: 豊秋古川; 昌明柴田; 義之林; 裕治弥冨; 寿生三宅; 公視早川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: JP2003206846A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風車発電装置等に適用され、複数の翼に風力を作用させ該翼の回転力をロータを介しあるいは直接に出力側の風車軸に伝達するように構成された風車において、前記翼を半径方向に往復動せしめることにより風の翼通過面積を変化可能にした径方向伸縮式風車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロータに支持された複数の翼に風力を作用させて回転力を発生せしめる風車によって発電機を駆動するようにした風車発電装置を多数併設することにより高出力の発電能力を備えた風力発電設備は、丘陵上や山上等の高所あるいは洋上等の高風速が得られる場所に設置されている。
【０００３】
かかる風車発電装置や種々の動力源に適用される風車装置は、例えば特開平５−６００５３号に示されるように、出力軸を構成する風車軸に固着されたロータヘッド（翼支持部材）の外周に複数の翼を固着し、風力により発生する翼の回転力を該ロータヘッドを経て風車軸に伝達するように構成されており、稼動時におけるエネルギーや消費電力（必要発電電力）に対応して風車軸に連結される翼のピッチを変化させ、風速に応じた翼ピッチの最適点を探して運転制御することにより所要の発電電力を保持するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、かかる風車装置において風（空気流）による風車の動力（エネルギー）は、該風車における風の通過面積即ち翼の外周円と翼根の内周円との間に形成される環状面の面積Ｓに比例する。即ち、翼根の内周円の半径をｌ、外周円の半径をＬとすると、前記環状面の面積つまり翼の通過面積Ｓは、
Ｓ＝π（Ｌ^２―ｌ^２）（１）
となり、風車の動力を増大するには、翼の外周円の半径Ｌを大きくするか、あるいは翼の外周円と翼根の内周円との差つまり翼長を長くすることを要する。
【０００５】
また、かかる風車の出力Ｐは、風速をＶ、翼の通過面積をＳとすると、
Ｐ＝ｋ・Ｓ・Ｖ^３（２）
即ち風車の出力Ｐ、つまり風車発電装置であれば、発電量は風車設置場所の気象状態よって左右される風速Ｖの増大には限度があることから、翼の通過面積Ｓを増加することにより増大可能となる。
【０００６】
然るに、前記風車の出力Ｐを増大するために翼の通過面積Ｓを増加した場合、気象状態の変化に伴う突風の発生等によって風速Ｖが過大になった際には、前記風車の出力Ｐが増大する一方で、過大風速の作用により翼及びロータ等の回転部材が疲労破壊を起こし易くなる。
【０００７】
しかしながら、前記特開平５−６００５３号等の従来技術にあっては、風車軸よりもやや大径のロータヘッドに翼が直接固着された構造であるため、翼の外周円の半径Ｌを大きく採り難く風車の出力Ｐの増大には限界があり、また前記外周円の半径Ｌを最大限に採って翼の通過面積Ｓを大きくした場合には、気象状態の変化に伴う突風の発生等によって風速Ｖが過大になった際には翼及びロータ等の回転部材が疲労破壊を起こし易い、
等の問題点を有している。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、風速に対応して翼の通過面積を変化可能として、風車の出力を疲労破壊の発生を回避し得る範囲で最大限に保持することを可能とする径方向伸縮式風車及を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、円筒状に形成されたロータ外周に支持された複数の翼に風力を作用させ、該翼の回転力を前記ロータを介して出力側の風車軸に伝達するように構成された水平軸型の風車において、
前記ロータ外周に、翼の根元側に設けた摺動部を介してロータ半径方向に往復動可能に夫々の翼を取り付け、前記ロータの内側中空部内の夫々の翼の根元端部に、前記翼を半径方向に往復動せしめることにより風の翼通過面積を変化させる前記各翼を結ぶリンクを備える前記翼移動機構と、該翼移動機構を介して翼の往復動に対応してロータ半径方向に相対移動可能に構成した翼ピッチ制御部材を設けたことを特徴とする径方向伸縮式風車を提案する。
【００１０】
請求項２記載の発明は前記翼移動機構の制御手段に係り、請求項１に加えて前記風車に作用する風速を検出する風速検出器と、該風速検出器から風速の検出信号が入力され該風速の検出値に基づき前記翼の所要翼通過面積及び該所要翼通過面積に相当する翼の半径方向位置を算出して前記翼移動機構に出力する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記風速検出値が入力されると、該風速検出値が前記風車の出力を必要出力に保持するための設定風速よりも小さい場合には、前記翼移動機構に前記翼を半径方向に拡径する方向への移動操作信号を出力し、且つ該風速検出値が前記風車の限界風速を超えた場合には、前記翼移動機構に前記翼を半径方向に狭径する方向への移動操作信号を出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項３ないし６記載の発明は前記翼移動機構の具体的構成に係り、請求項３記載の発明は請求項１において、前記翼移動機構は、前記ロータに設けられた半径方向嵌合孔に回転可能に支持された複数のねじ棒と、該ねじ棒に螺合されたスリーブと前記各翼とを連結する複数のリンクと、前記各ねじ棒の内周端部に設けられたピニオンと、該ピニオンに噛み合い駆動装置によって回転駆動される駆動歯車とを備え、前記駆動装置によって前記駆動歯車及びピニオンを介して前記ねじ棒を回転させて前記スリーブを移動させ、該スリーブの移動に伴う前記複数のリンクの伸縮により前記各翼を半径方向に往復動せしめるように構成されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は請求項１において、前記翼移動機構は、前記ロータの中心部に配設された支持部材と前記各翼の内周部とを連結し前記翼毎に設けられた伸縮可能な対をなすリンクと、前記各翼のリンク間に架設されたねじ棒と、該ねじ棒を回転駆動する駆動装置とを備え、前記駆動装置によって前記ねじ棒を回転させることにより前記各翼のリンク間長さを変化させて該リンク及び該リンクに連結された前記各翼の半径方向位置を変化可能に構成されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は請求項１において、前記翼移動機構は、前記ロータと同心に設けられて互いに逆方向に相対回転可能な２つのリングと、該２つのリングと前記各翼の内周部とをピン結合し前記翼毎に設けられた伸縮可能な対をなすリンクと、前記２つのリングを相対回転駆動する駆動装置と、前記ロータの中心部に配設されて前記リングの１つを支持する支持部材とを備え、前記駆動装置によって前記リングを相対回転させて前記対をなすリンクを伸縮させることにより前記各翼を半径方向に往復動せしめるように構成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は請求項１において、前記翼移動機構は、前記ロータに設けられたスライダ受に半径方向に往復動可能に嵌合されるとともに中心部にロータの半径方向にねじ孔が穿孔されたスライダと、一端側を該スライダに球面継手等の曲面継手にて連結され他端側を前記翼の内周側部位にピンにて結合されて該曲面継手廻りに揺動可能に支持されたリンクと、前記スライダのねじ孔に螺合されたねじ棒と、該ねじ棒を回転駆動する駆動装置とを備え、前記駆動装置によって前記ねじ棒を回転させて前記スライダを前記スライダ受に沿ってロータの半径方向に移動させることにより前記リンクを前記曲面継手廻りに揺動させ、前記ピンを介して前記翼を前記嵌合孔に沿って往復動せしめるように構成されたことを特徴とする。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
本発明は、風速検出器によって風速を検出して制御装置に入力する。該制御装置においては、前記（２）式の関係に基づく風車の出力Ｐと風速Ｖ及び翼の通過面積Ｓとの関係（関係（１））並びに翼及びロータ等の回転部材に疲労破壊が発生する限界風速と最大翼通過面積との関係（関係（２））が予め設定されており、前記風速の検出値が入力されると該風速検出値に対応する前記関係（１）及び（２）からの最適翼通過面積を算出し、翼移動機構の駆動装置に出力する。
【００２２】
本発明は、請求項１記載の翼移動機構においては、ロータに円周方向等間隔に設けた半径方向の嵌合孔内において各翼を半径方向に往復動せしめ、翼通過面積が前記最適翼通過面積になるような半径方向位置に整定せしめる。
【００２３】
これにより、風速の検出値が小さくなるに従い翼を半径方向外方に移動させて風の翼通過面積を増大し該風速の検出値が大きくなるに従い翼を半径方向内方に移動させて前記翼通過面積を減少せしめるように翼の半径方向位置を制御して、該翼に作用している風速に対して翼及びロータ等の運動部材に疲労破壊の発生を回避し得る範囲で風車の出力Ｐが最大になるような翼通過面積に相当する半径方向位置に翼を整定して運転することができる。
【００２４】
従ってかかる発明によれば、翼及びロータ等の運動部材に疲労破壊の発生を回避しかつ風車の出力が最大になる最適翼通過面積となるように、翼の半径方向位置を常時自動的に制御して風車を作動させることができ、翼及びロータ等の運動部材の疲労寿命を長く保持して風車出力を最大出力、風車発電装置であれば最大発電量にて風車の運転を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２６】
図１は本発明の第１実施例に係る径方向伸縮式風車の風車軸心に直角な正面図（図２のＢ―Ｂ矢視図）、図２（Ａ）は風車軸心線に沿う要部断面図（図１のＡ―Ａ断面図）、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡大図である。図３は第２実施例を示す図１対応図、図４は第３実施例を示す図１対応図である。図５は第４実施例を示す図１対応図である。図６は前記第１〜第４実施例における風車の上半分を示す要部断面図である。図７は第５実施例に係るダリウス型径方向伸縮式風車の正面構成図、図８は図７のＹ部拡大詳細図である。
【００２７】
本発明の第１〜第３実施例における風車の上半分を示す図６において、２は円筒状に形成されたロータで、外周に複数個（この例では３個）の翼１が円周方向等間隔に後述するような手段で取り付けられるとともに後部に風車軸３が連結され、内側中空部０２内には後述する翼移動機構が設けられている。
４は入口ガイド部材で、後部が前記ロータ２とほぼ同一外径を有する円筒状に形成された先細の殻体からなり後端部外周が前記ロータ２の外周に近接され、図示しない支持塔に固定されている。５は円筒状に形成された後部ケースで、外周面が前記ロータ２の外周面とほぼ同一径に形成されている。
前記ロータ２は、前部側を軸受６を介して前記入口ガイド部材に支持され、後部側を軸受７を介して前記後部ケース５に支持されてロータ軸心０２０廻りに回転可能となっている。
【００２８】
図１〜２に示す第１実施例において、前記翼１はその根元部に形成された摺動部１ａが、前記円筒状のロータ２に円周方向等間隔で半径方向に穿孔された嵌合孔２ａ内に往復動可能に嵌合されている。
前記ロータ２には、円周方向において前記翼１の中間位置に３個（複数個であればよい）の嵌合孔２ｂが穿孔され、各嵌合孔２ｂに前記ねじ棒１０の端部が回転可能にかつ軸方向には移動不能に嵌合されている。１６は該ねじ棒１０の内側寄りの部位に螺合されたスリーブ（ナット）である。１３は前記翼１の根元端部に固定されたリンクで、該リンク１３の両側はリンク１２の一端側にピン１４を介して連結され、該リンク１２の他端側はピン１５を介して前記スリーブ１６に固定されたリンク１７に連結されている。
【００２９】
図２において、２３はモータで、前記後部ケース５あるいは入口ガイド部材４等のケース部材に固定されている。２０は該モータ２３の出力軸に連結されたかさ歯車である。該かさ歯車２０は前記各ねじ棒１０の先端部に形成されたピニオン１１に噛み合って、該かさ歯車２０の回転によりピニオン１１及びこれが固定されている前記ねじ棒１０が回転するようになっている。
【００３０】
２２は前記翼１の翼ピッチを変化させるための翼ピッチ制御部材、２１は翼ピッチ制御駆動力を伝達するかさ歯車機構、２２ａは該かさ歯車機構２１と前記翼ピッチ制御部材２２とを連結する連結軸である。前記連結軸２２ａと翼ピッチ制御部材２２とはスプライン結合（１ａが翼ピッチ制御部材２２側のスプライン、２２ｂが連結軸２２ａ側のスプライン）等により、該連結軸２２ａに対して該翼ピッチ制御部材２２が前記翼１とともに半径方向に相対移動可能となっている。
尚、前記該翼ピッチ制御部材２２の構成自体は公知であるので、詳細な説明は省略する。
【００３１】
９１は前記翼１に作用する風速を検出する風速検出器、９０はモータ制御装置である。モータ制御装置９０は前記風速検出器９１から風速の検出信号が入力され該風速の検出値に基づき前記翼１の所要翼通過面積及び該所要翼通過面積に相当する翼の半径方向位置を後述する手法によって算出し前記モータ２３に出力するものである。
【００３２】
かかる構成からなる径方向伸縮式風車において、空気流（風）は入口ガイド部材４に案内されて翼１の回転環状空間に流入し該翼１に作用してこれを回転駆動した後、後部ケース５の外周面を出口側の案内として後方に排出される。前記翼２の回転力はロータ２を経て風車軸３に伝達され、発電機等の被駆動体を駆動する。
【００３３】
次に、前記翼１の半径方向移動制御について説明する。
前記風速検出器９１によって、前記翼１に作用する風速を検出して前記モータ制御装置９０に入力する。該モータ制御装置９０においては、前記（２）式の関係に基づく風車の出力Ｐと風速Ｖ及び翼の通過面積Ｓとの関係（関係（１））、並びに翼１及びロータ２等の回転部材に疲労破壊が発生する限界風速と最大翼通過面積との関係（関係（２））が予め設定されている。
【００３４】
そして該モータ制御装置９０においては、前記風速検出値が入力されると、該風速検出値が前記風車の出力を必要出力に保持するための設定風速よりも小さい場合には、該風速検出値の許で前記必要出力に対応する翼通過面積及び該翼通過面積に対応する翼１の半径方向位置を算出し、前記モータ２３に前記半径方向位置への移動操作信号を出力する。
該モータ２３は前記モータ制御装置９０からの移動操作信号に相当する量だけかさ歯車２０を介してピニオン１１を回転させる。該ピニオン１１の回転によりねじ棒１０が回転し、該ねじ棒１０の回転によりスリーブ１６が該ねじ棒１０に沿って移動し、前記リンク１２、１３を介して翼１が半径方向外側に移動せしめられ、翼通過面積が増大する。
これにより、翼通過面積が前記必要出力相当面積に保持され、風車は前記必要出力にて運転される。
【００３５】
また、該モータ制御装置９０においては、該風速検出値が前記風車の限界風速を超えた場合には、該限界風速に対応する翼通過面積及び該翼通過面積に対応する翼１の半径方向位置を算出し、前記モータ２３に前記半径方向位置への移動操作信号を出力する。
該モータ２３は、前記モータ制御装置９０からの移動操作信号により、前記と同様な駆動過程で以って、かさ歯車２０、ピニオン１１、ねじ棒１０、スリーブ１６、及びリンク１２、１３を介して翼１を半径方向内側に移動せしめ、翼通過面積を減少せしめる。
これにより、風車は、風速に対して翼１及びロータ２等の運動部材に疲労破壊の発生を回避し得る翼通過面積の範囲にて運転される。
【００３６】
このように、かかる実施例によれば、風速の検出値が小さくなるに従い翼１を半径方向外方に移動させて風の翼通過面積を増大し、該風速の検出値が大きくなるに従い翼１を半径方向内方に移動させて前記翼通過面積を減少せしめるように翼１の半径方向位置を制御して、該翼１に作用している風速に対して翼１及びロータ２等の運動部材に疲労破壊の発生を回避し得る範囲で風車の出力Ｐが最大になるような翼通過面積に相当する半径方向位置に翼１を整定して運転することができる。
【００３７】
図３に示す第２実施例においては、ロータ２の中心部に支持部材４１を設け、該支持部材４１と各翼１の内周部つまり前記摺動部１ａとを、伸縮可能な左右２組の対をなすリンク３１、３７及び３４、４２を介してピン３３、３５、４４及び３３、４３、４４により連結している。
そして、２つの翼１用のリンク３１に固定されたブラケット３８、３６間にねじ棒３２を架設し、該ねじ棒３２の一端側を前記ブラケット３８上に固定されたナット３９に螺合し、他端側をブラケット３６に軸支するとともに端部にピニオン４０を固定している。４５は該ピニオン４０を回転駆動するモータである。
【００３８】
かかる実施例において、モータ４５によりピニオン４０を回転駆動し、例えば図の矢印のように前記ねじ棒３２を伸長させると、前記伸縮リンク３４、４２及び３１、３７は互いに寄せられ、これによって前記翼１はＺ矢のように半径方向外側に移動せしめられる。
これにより、翼１の環帯面積が外側に寄り、翼通過面積が増大する。該翼通過面積を減少させるには、前記ピニオン４０を前記の場合とは逆に回転させて前記ねじ棒３２を介して前記２組のリンク３４、４２及び３１、３７を開き、各翼１を半径方向内側に移動させる。
【００３９】
図４に示す第３実施例においては、ロータ２の中心部に支持部材５７を設けるとともに、該ロータ２と同心に互いに逆方向に相対回転可能な２つのリング即ち内リング５６及び外リング５４を設けている。そして、前記支持部材５７と外リング５４と翼１の内周部つまり前記摺動部１ａとを半径方向に伸縮可能な２つのリンク５２及び５８を介してピン５３、５９により連結するとともに、前記内リング５６と翼１の摺動部１ａとをリンク５１を介してピン５０、５３により連結している。
【００４０】
かかる実施例において、図示しないモータにより前記２つのリングの一方つまり内リング５６を例えばＷ矢のように回転駆動すると、左右のリンク５２、５８及び５１は互いに寄せられ、これによって前記翼１はＸ矢のように半径方向外側に移動せしめられる。
これにより、翼１の環帯面積が外側に寄り、翼通過面積が増大する。該翼通過面積を減少させるには、前記内リング５６を前記の場合とは逆に回転させて前記左右のリンク５２、５８及び５１を開き、各翼１を半径方向内側に移動させる。
【００４１】
図５に示す第４実施例において、１０５は前記ロータ２に半径方向に固着された円筒状のスライダ受、１０３は該スライダ受の内周に往復動可能に嵌合されたスライダで、該スライダ１０３中心部にはロータ２の半径方向にねじ孔１０３ａが穿孔されている。
１０１はモータ、１０２は該モータ１０１の出力軸に固定されたねじ棒で、該ねじ棒１０２は前記スライダ１０３のねじ孔１０３ａに螺合されている。
また前記翼１の摺動部１ａの内周端部にはリンク１０７が固定されている。
【００４２】
１０６は揺動リンクで、一端側を前記スライダ１０３の２箇所に球面継手１０４（円筒面等の曲面継手であればよい）にて連結され該球面継手１０４廻りに揺動可能となっている。また該揺動リンク１０６はその他端側を対向する２つの翼１の内周側部位に長孔１０８を介してピン１０９にて連結されている。
１１１は支持リンクで前記ねじ棒１０２の外周に往復動可能に嵌挿されている。１１０はリンク受で、前記各揺動リンク１０６に嵌挿されて該揺動リンク１０６を案内するとともに下端部が前記支持リンク１１１の外周端部にピン１１４にて連結されている。１１２、１１３は前記ねじ棒１０２に一定間隔をおいて設けられたストッパで、該ストッパ１１２、１１３間を前記支持リンク１１１が往復動可能となっている。
【００４３】
かかる第４実施例において、モータ１０１によりねじ棒１０２が例えば図のＮ方向に回転せしめられると、スライダ１０３がスライダ受１０５に沿ってＭ方向に移動し、各揺動リンク１０６が球面継手１０４を支点としてＬ方向にリンク受１１０に案内されて揺動し、長孔１０８及びピン１０９を介してリンク１０７及び翼１がＪ方向つまり内周方向に移動せしめられる。
これにより該翼１の環帯面積が内側に寄り、翼通過面積が減少する。前記ねじ棒１０２を前記方向と逆方向に回転すれば、該翼１の環帯面積が外側に寄り、翼通過面積が増大する。
【００４４】
図７〜８に示す第５実施例は本発明をダリウス型風車に適用したもので、６１は垂直に立設された風車軸である。７５、７５はねじ棒で、前記風車軸６１の両側に該風車軸６１と平行に立設されて外周に右ねじ部７５ａ及び左ねじ部７５ｂが軸方向に並設されている。
６６は前記風車軸６１の軸方向に沿って設けられた複数個（この例では３個）の支持部材で、該支持部材６６の間に該風車軸６１の周方向に複数組配設された翼６０がピン６９により枢支されている。該翼６０は風車軸の軸方向に沿って複数段（この例では２段）配設される。
【００４５】
６２、６３は前記風車軸６１の軸方向に沿い対をなして３組（１組でも複数組でもよい）設けられた移動部材で、各組の１つが右ねじを有して前記ねじ棒７５の右ねじ部７５ａに螺合され残りの１つが左ねじを有して前記ねじ棒７５の左ねじ部７５ｂに螺合され、該ねじ棒７５の回転により互いに反対方向に移動可能になっている。また前記各移動部材６６は前記風車軸６１にキー７７を介して相対回転不能にかつ軸方向には相対移動可能に嵌合されている。７６、６４は対をなすリンクで、前記支持部材６６と前記対をなす移動部材６２、６３とを該リンク７６、６４を介してピン６７、６８及び６５、７０にて連結している。
また、前記風車軸６１は地上に固定されたケース７１に軸受７２及び７３を介して回転可能に支持されている。７４は該風車によって駆動される発電機である。
【００４６】
図８において、７８はモータ、７９は該モータ７８の出力歯車で、該出力歯車７９は前記ねじ棒７５の一方側の下端部に固定されたねじ棒歯車８０に噛み合っている。８１は双方のねじ棒７５の下端部に固定されたスプロケットで、該スプロケット８１間にはチェーン８２が架設されて、前記モータ７８の回転力を該チェーン８２を介して左右のねじ棒７５の回転を均一にしている。
【００４７】
９１は前記風車に作用する風速を検出する風速検出器である。９０はモータ制御装置で、該風速検出器９１から入力される風速の検出値に基づき前記翼１の所要翼通過面積及び該所要翼通過面積に相当する該翼１の半径方向移動量を算出し、後述する方法にて前記モータを駆動制御するものである。
【００４８】
かかる構成からなるダリウス型風車において、前記風速検出器９１から風速の検出信号がモータ制御装置９０に入力されると、該モータ制御装置９０においては、該風速の検出値に基づき、該風速に対応する前記翼６０の所要通過面積及び該所要通過面積に相当する翼６０の半径方向移動量を算出する。
かかる翼６０の翼通過面積及び半径方向位置制御は、前記第１ないし第３実施例と同様に、前記風速検出値が小さくなるに従い翼６０を半径方向外方に移動させて風の翼通過面積を増大し、該風速の検出値が大きくなるに従い翼６０を半径方向内方に移動させて前記翼通過面積を減少せしめるように翼６０の半径方向位置を制御する。
【００４９】
そして、風速検出値が小さくなり翼６０の半径方向位置を外方に移動させる際には、前記モータ制御装置９０からの制御操作信号により、モータ７８が出力歯車７９、ねじ棒歯車８０、及びチェーン８２とスプロケット８１を介して左右のねじ棒７５、７５を同期して回転させると、該ねじ棒７５の右ねじ部７５ａ及び左ねじ部７５ｂに螺合されている前記対をなす移動部材６２、６３が引き寄せられ（近づけられ）、これにより対をなすリンクを介して翼６０を支持する支持部材６６が半径方向外方に移動し、翼６０の回転半径が増大する。
【００５０】
また、風速検出値が大きくなり翼６０の半径方向位置を内方に移動させる際には、モータ７８により左右のねじ棒７５、７５を前記とは逆方向に回転させると、該ねじ棒７５の右ねじ部７５ａ及び左ねじ部７５ｂに螺合されている前記対をなす移動部材６２、６３が離隔され（遠ざけられ）、これにより対をなすリンクを介して翼６０を支持する支持部材６６が半径方向内方に移動し、翼６０の回転半径が減少する。
【００５１】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、風速の検出値が小さくなるに従い翼を半径方向外方に移動させて風の翼通過面積を増大し該風速の検出値が大きくなるに従い翼を半径方向内方に移動させて前記翼通過面積を減少せしめるように翼の半径方向位置を制御して、該翼に作用している風速に対して翼及びロータ等の運動部材に疲労破壊の発生を回避し得る範囲で風車の出力Ｐが最大になるような翼通過面積に相当する半径方向位置に翼を整定して運転することができる。
【００５２】
従って本発明によれば、翼及びロータ等の運動部材に疲労破壊の発生を回避しかつ風車の出力が最大になる最適翼通過面積となるように、翼の半径方向位置を常時自動的に制御して風車を作動させることができ、翼及びロータ等の運動部材の疲労寿命を長く保持して風車出力を最大出力、風車発電装置であれば最大発電量にて風車の運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る径方向伸縮式風車の風車軸心に直角な正面図（図２のＢ―Ｂ矢視図）である。
【図２】（Ａ）は第１実施例の風車軸心線に沿う要部断面図（図１のＡ―Ａ断面図）、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡大図である。
【図３】第２実施例を示す図１対応図である。
【図４】第３実施例を示す図１対応図である。
【図５】第４実施例を示す図１対応図である。
【図６】前記第１〜第４実施例における風車の上半分を示す要部断面図である。
【図７】第５実施例に係るダリウス型径方向伸縮式風車の正面構成図である。
【図８】図７のＹ部拡大詳細図である。
【符号の説明】
１翼
１ａ摺動部
２ロータ
２ａ嵌合孔
０２内側中空部
３風車軸
４入口ガイド部材
５後部ケース
６、７軸受
１０ねじ棒
１１ピニオン
１２、１３、１７リンク
１６スリーブ
２０かさ歯車
２２翼ピッチ制御部材
２３、４５モータ
３１、３７、３４、４２リンク
３２ねじ棒
３９ナット
４０ピニオン
４１支持部材
５１、５２、５８リンク
５４外リング
５６内リング
５７支持部材
６０翼
６１風車軸
６２、６３移動部材
７６、６４リンク
６６支持部材
７４発電機
７５ねじ棒
７５ａ右ねじ部
７５ｂ左ねじ部
７７キー
９０モータ制御装置
９１風速検出器
１０１モータ
１０２ねじ棒
１０３スライダ
１０４球面継手
１０５スライダ受
１０６揺動リンク
１０７リンク
１１０リンク受[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention is applied to a wind turbine generator and the like, and the wind turbine is configured to transmit wind force to a plurality of blades and transmit the rotational force of the blades to the wind turbine shaft on the output side directly or via a rotor. The present invention relates to a radial telescopic wind turbine in which the wind passage area of the wind can be changed by reciprocating in the radial direction.
[0002]
[Prior art]
  A wind power generation facility having a high output power generation capacity by installing a large number of wind turbine generators that drive a generator by a wind turbine that generates a rotational force by applying wind force to a plurality of blades supported by a rotor. It is installed in high places such as on the hills and mountains and high wind speeds on the ocean.
[0003]
  Such a wind turbine generator and a wind turbine device applied to various power sources are, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-60053, the outer periphery of a rotor head (blade support member) fixed to a wind turbine shaft constituting an output shaft. A plurality of blades are fixed to each other, and the rotational force of the blades generated by wind power is transmitted to the wind turbine shaft through the rotor head, corresponding to energy and power consumption (necessary generated power) during operation. By changing the pitch of the blades connected to the wind turbine shaft and searching for the optimum point of the blade pitch according to the wind speed, the required generated power is maintained.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in such a windmill device, the power (energy) of the windmill by wind (airflow) is the area of the annular surface formed between the wind passage area in the windmill, that is, the outer circumference of the blade and the inner circumference of the blade root. It is proportional to S. That is, if the radius of the inner circumference of the blade root is 1 and the radius of the outer circumference is L, the area of the annular surface, that is, the passage area S of the blade is
      S = π (L²―L²(1)
In order to increase the power of the windmill, it is necessary to increase the radius L of the outer circumferential circle of the blade or to increase the difference between the outer circumferential circle of the blade and the inner circumferential circle of the blade root, that is, the blade length.
[0005]
  Further, the output P of such a windmill is as follows, where V is the wind speed and S is the passage area of the blade.
      P = k · S · V³            (2)
  That is, in the case of the wind turbine output P, that is, the wind turbine generator, the amount of power generation is increased by increasing the passage area S of the wing because there is a limit to the increase in the wind speed V that depends on the weather condition of the wind turbine installation location. It becomes possible.
[0006]
  However, when the passage area S of the wing is increased in order to increase the output P of the windmill, when the wind speed V becomes excessive due to the occurrence of a gust due to a change in weather conditions, the output P of the windmill is On the other hand, rotating members such as blades and rotors are likely to cause fatigue failure due to excessive wind speed.
[0007]
  However, in the prior art such as Japanese Patent Laid-Open No. 5-60053, since the blade is directly fixed to the rotor head having a diameter slightly larger than the wind turbine shaft, the radius L of the outer circumferential circle of the blade is taken large. It is difficult to increase the output P of the windmill, and when the radius L of the outer circumference circle is maximized to increase the wing passage area S, the wind speed is increased due to the occurrence of a gust due to changes in weather conditions. When V becomes excessive, rotating members such as blades and rotors tend to cause fatigue failure.
  And so on.
[0008]
  In view of the problems of the prior art, the present invention makes it possible to change the passage area of the blade according to the wind speed, and to maintain the output of the windmill to the maximum extent that can avoid the occurrence of fatigue failure. An object is to provide a directional telescopic wind turbine.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve such a problem, the present invention provides an invention according to claim 1 in which wind force is applied to a plurality of blades supported on the outer periphery of a rotor formed in a cylindrical shape, and the rotational force of the blades is transmitted through the rotor. It is configured to transmit to the wind turbine shaft on the output sideHorizontal axisIn the windmill,
  Each blade is attached to the outer periphery of the rotor through a sliding portion provided on the blade base side so as to be reciprocally movable in the rotor radial direction, and the blade at the root end of each blade in the inner hollow portion of the rotor The wing passage area of the wind is changed by reciprocating in the radial directionProvided with a link connecting the wingsProposed a radial telescopic wind turbine comprising the blade moving mechanism and a blade pitch control member configured to be relatively movable in the rotor radial direction corresponding to the reciprocating motion of the blade via the blade moving mechanism YouThe
[0010]
  The invention according to claim 2 relates to the control means of the blade moving mechanism, and in addition to claim 1, a wind speed detector for detecting the wind speed acting on the windmill, and a wind speed detection signal inputted from the wind speed detector, A controller that calculates a required blade passage area of the blade and a radial position of the blade corresponding to the required blade passage area based on a detected value of the wind speed and outputs the calculated position to the blade movement mechanism;
  When the detected wind speed value is input, the control device, when the detected wind speed value is smaller than a set wind speed for maintaining the output of the wind turbine at a required output, When a movement operation signal in the direction of expanding the diameter in the direction is output and the wind speed detection value exceeds the limit wind speed of the windmill, the blade moving mechanism is configured to move the blade in the radial direction. A moving operation signal is output.
[0011]
  The invention according to claims 3 to 6 relates to a specific configuration of the blade moving mechanism, and the invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, wherein the blade moving mechanism is provided in a radial fitting hole provided in the rotor. A plurality of screw rods that are rotatably supported, a plurality of links that connect the wings with sleeves that are screwed onto the screw rods, and a pinion that is provided at an inner peripheral end of each screw rod; A drive gear that meshes with the pinion and is rotationally driven by a drive device, and the drive device rotates the screw rod through the drive gear and the pinion to move the sleeve, and the plurality of the gears according to the movement of the sleeve Each of the blades is configured to reciprocate in the radial direction by expansion and contraction of the link.
[0012]
  According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the blade moving mechanism includes a support member disposed in a central portion of the rotor and an inner peripheral portion of each blade, and the expansion and contraction provided for each blade. A link that forms a possible pair, a screw rod installed between the links of the blades, and a drive device that rotationally drives the screw rod, and the blades are rotated by rotating the screw rods by the drive device. The inter-link length is changed so that the radial positions of the links and the blades connected to the links can be changed.
[0013]
  According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the blade moving mechanism includes two rings that are provided concentrically with the rotor and are capable of relative rotation in opposite directions, and inner circumferences of the two rings and the blades. And a pair of expandable and contractible links provided for each of the blades, a drive device for driving the two rings to rotate relative to each other, and one of the rings disposed at the center of the rotor. And a support member that supports each of the blades, and is configured to reciprocate the wings in the radial direction by relatively rotating the ring by the driving device to expand and contract the paired links. .
[0014]
  The invention of claim 6 claims1The blade moving mechanism is fitted to a slider receiver provided in the rotor so as to be capable of reciprocating in the radial direction and having a screw hole in the center in the radial direction of the rotor, and one end side of the slider. A link connected to the slider by a curved surface joint such as a spherical joint, the other end of which is connected to the inner peripheral side portion of the blade by a pin and supported so as to be swingable around the curved surface joint, and a screw hole of the slider A screw rod that is screwed onto the screw rod and a drive device that rotationally drives the screw rod, and the screw rod is rotated by the drive device to move the slider along the slider receiver in the radial direction of the rotor. Thus, the link is swung around the curved joint, and the blade is reciprocated along the fitting hole via the pin.
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
  The present inventionThe windThe wind speed is detected by the speed detector and input to the control device. In the control device, the relationship between the output P of the windmill, the wind speed V and the passage area S of the blade based on the relationship of the formula (2) (relation (1)) and fatigue failure occurs in the rotating members such as the blade and the rotor. The relation (relation (2)) between the limit wind speed to be performed and the maximum blade passage area is set in advance, and when the detected value of the wind speed is input, the relations (1) and (2) corresponding to the detected wind speed value The optimum blade passage area from the blade is calculated and output to the drive device of the blade moving mechanism.
[0022]
  In the blade moving mechanism according to the first aspect of the present invention, each blade is reciprocated in the radial direction in a radial fitting hole provided in the rotor at equal intervals in the circumferential direction.WingsThe radial position is set so that the passage area becomes the optimum blade passage area.
[0023]
  Thus, as the detected value of the wind speed decreases, the blade is moved radially outward to increase the blade passage area of the wind, and as the detected value of the wind speed increases, the blade is moved radially inward to move the blade. By controlling the radial position of the blade so as to reduce the passage area, the output P of the windmill is within a range in which the occurrence of fatigue failure in the moving members such as the blade and the rotor can be avoided with respect to the wind speed acting on the blade. The blade can be set and operated at a radial position corresponding to the blade passage area that maximizes.
[0024]
  Therefore, according to the present invention, the radial position of the blade is always automatically controlled so as to avoid the occurrence of fatigue failure in the moving member such as the blade and the rotor and to obtain the optimum blade passage area that maximizes the output of the windmill. The wind turbine can be operated, and the fatigue life of the moving members such as the blades and the rotor can be kept long, the wind turbine output can be maximized. .
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
[0026]
  FIG. 1 is a front view perpendicular to the windmill axis of the radially expandable wind turbine according to the first embodiment of the present invention (as viewed from the arrow BB in FIG. 2), and FIG. 2A is along the windmill axis. The principal part sectional drawing (AA sectional drawing of FIG. 1), (B) is the Z section enlarged view in (A). FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing the second embodiment, and FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing the third embodiment. FIG. 5 is a block diagram corresponding to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part showing the upper half of the wind turbine in the first to fourth embodiments. FIG. 7 is a front structural view of a Darrieus type radially expandable wind turbine according to the fifth embodiment, and FIG. 8 is an enlarged detail view of a Y portion of FIG.
[0027]
  In FIG. 6 showing the upper half of the windmill in the first to third embodiments of the present invention, reference numeral 2 denotes a rotor formed in a cylindrical shape, and a plurality of (in this example, three) blades 1 are arranged in the circumferential direction on the outer periphery. The wind turbine shaft 3 is attached to the rear portion by means such as described later at equal intervals, and a blade moving mechanism described later is provided in the inner hollow portion 02.
  Reference numeral 4 denotes an inlet guide member, the rear part of which is formed of a cylindrical shell having a substantially same outer diameter as that of the rotor 2, and the outer periphery of the rear end is close to the outer periphery of the rotor 2. It is fixed. Reference numeral 5 denotes a rear case formed in a cylindrical shape, and an outer peripheral surface is formed to have substantially the same diameter as the outer peripheral surface of the rotor 2.
  The rotor 2 is supported by the inlet guide member on the front side via a bearing 6 and supported on the rear case 5 on the rear side via a bearing 7 so that the rotor 2 can rotate around the rotor axis 020. .
[0028]
  In the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the blade 1 has a sliding portion 1 a formed at a base portion thereof, which is drilled in the cylindrical rotor 2 in the radial direction at equal intervals in the circumferential direction. It is fitted in the hole 2a so as to be able to reciprocate.
  The rotor 2 is formed with three (or more) fitting holes 2b in the middle of the blade 1 in the circumferential direction, and the end of the screw rod 10 is formed in each fitting hole 2b. It is fitted so that it can rotate and cannot move in the axial direction. Reference numeral 16 denotes a sleeve (nut) that is screwed into a portion closer to the inside of the screw rod 10. Reference numeral 13 denotes a link fixed to the root end of the wing 1, and both sides of the link 13 are connected to one end side of the link 12 via a pin 14, and the other end side of the link 12 is connected to the end via the pin 15. A link 17 fixed to the sleeve 16 is connected.
[0029]
  In FIG. 2, reference numeral 23 denotes a motor, which is fixed to a case member such as the rear case 5 or the inlet guide member 4. A bevel gear 20 is connected to the output shaft of the motor 23. The bevel gear 20 meshes with a pinion 11 formed at the tip of each screw rod 10, and the pinion 11 and the screw rod 10 to which the pinion 11 is fixed are rotated by the rotation of the bevel gear 20. .
[0030]
  22 is a blade pitch control member for changing the blade pitch of the blade 1, 21 is a bevel gear mechanism for transmitting blade pitch control driving force, and 22a connects the bevel gear mechanism 21 and the blade pitch control member 22. It is a connecting shaft. The connecting shaft 22a and the blade pitch control member 22 are connected to the connecting shaft 22a by a spline connection (1a is a spline on the blade pitch control member 22 side, 22b is a spline on the connecting shaft 22a side) or the like. 22 is relatively movable in the radial direction together with the blade 1.
  Since the configuration of the blade pitch control member 22 is well known, detailed description thereof is omitted.
[0031]
  91 is a wind speed detector for detecting the wind speed acting on the blade 1, and 90 is a motor control device. The motor control device 90 receives a wind speed detection signal from the wind speed detector 91, and based on the detected value of the wind speed, the required blade passage area of the blade 1 and the radial position of the blade corresponding to the required blade passage area will be described later. It is calculated by a method and output to the motor 23.
[0032]
  In the radially expandable wind turbine having such a configuration, the air flow (wind) is guided by the inlet guide member 4 and flows into the rotating annular space of the blade 1 to act on the blade 1 to rotate it, and then the rear case. 5 is discharged to the rear as an outlet side guide. The rotational force of the blade 2 is transmitted to the wind turbine shaft 3 through the rotor 2 and drives a driven body such as a generator.
[0033]
  Next, the radial movement control of the blade 1 will be described.
  The wind speed detector 91 detects the wind speed acting on the blade 1 and inputs it to the motor controller 90. In the motor control device 90, the relationship between the wind turbine output P, the wind speed V and the blade passage area S based on the relationship of the formula (2) (relation (1)), and rotating members such as the blade 1 and the rotor 2 The relationship between the critical wind speed at which fatigue failure occurs and the maximum blade passage area (relationship (2)) is preset.
[0034]
  In the motor control device 90, when the wind speed detection value is input, if the wind speed detection value is smaller than a set wind speed for maintaining the output of the windmill as a necessary output, the wind speed detection value The blade passage area corresponding to the required output and the radial position of the blade 1 corresponding to the blade passage area are calculated, and a movement operation signal to the radial position is output to the motor 23.
  The motor 23 rotates the pinion 11 through the bevel gear 20 by an amount corresponding to the movement operation signal from the motor control device 90. The screw rod 10 is rotated by the rotation of the pinion 11, the sleeve 16 is moved along the screw rod 10 by the rotation of the screw rod 10, and the blade 1 is moved radially outward via the links 12, 13. The wing passage area is increased.
  As a result, the blade passage area is maintained at the required output equivalent area, and the wind turbine is operated at the required output.
[0035]
  Further, in the motor control device 90, when the detected wind speed value exceeds the limit wind speed of the wind turbine, the blade passage area corresponding to the limit wind speed and the radial position of the blade 1 corresponding to the blade passage area And a movement operation signal to the radial position is output to the motor 23.
  The motor 23 is moved through the bevel gear 20, the pinion 11, the screw rod 10, the sleeve 16, and the links 12 and 13 in the same driving process as described above by a movement operation signal from the motor control device 90. The blade 1 is moved radially inward to reduce the blade passage area.
  As a result, the wind turbine is operated in a blade passing area range that can avoid the occurrence of fatigue failure in the moving members such as the blade 1 and the rotor 2 with respect to the wind speed.
[0036]
  Thus, according to this embodiment, as the detected value of the wind speed decreases, the blade 1 is moved radially outward to increase the blade passage area of the wind, and as the detected value of the wind speed increases, the blade 1 Are moved inward in the radial direction to control the radial position of the blade 1 so as to reduce the passage area of the blade, and the moving members such as the blade 1 and the rotor 2 with respect to the wind speed acting on the blade 1 In addition, the blade 1 can be set and operated at a radial position corresponding to the blade passage area such that the output P of the windmill is maximized within a range where the occurrence of fatigue failure can be avoided.
[0037]
  In the second embodiment shown in FIG. 3, a support member 41 is provided at the center of the rotor 2, and two sets of left and right that can extend and contract the support member 41 and the inner peripheral portion of each blade 1, that is, the sliding portion 1a. Are connected by pins 33, 35, 44 and 33, 43, 44 through links 31, 37 and 34, 42.
  Then, a screw rod 32 is installed between the brackets 38 and 36 fixed to the link 31 for the two blades 1, and one end side of the screw rod 32 is screwed to a nut 39 fixed on the bracket 38. The other end side is pivotally supported by the bracket 36 and the pinion 40 is fixed to the end portion. Reference numeral 45 denotes a motor that rotationally drives the pinion 40.
[0038]
  In this embodiment, when the pinion 40 is rotationally driven by the motor 45 and the screw rod 32 is extended, for example, as indicated by the arrows in the figure, the telescopic links 34, 42 and 31, 37 are brought close to each other. 1 is moved radially outward as indicated by the Z arrow.
  Thereby, the ring zone area of the wing | blade 1 moves outside, and a wing | blade passage area increases. In order to reduce the blade passing area, the pinion 40 is rotated in the reverse direction to open the two sets of links 34, 42 and 31, 37 via the screw rod 32, and each blade 1 is opened. Move radially inward.
[0039]
  In the third embodiment shown in FIG. 4, a support member 57 is provided at the center of the rotor 2, and two rings, that is, an inner ring 56 and an outer ring 54, which are concentric with the rotor 2 and can be rotated relative to each other in opposite directions. Provided. The support member 57, the outer ring 54, and the inner peripheral portion of the wing 1, that is, the sliding portion 1a, are connected by pins 53 and 59 via two links 52 and 58 that can expand and contract in the radial direction. The inner ring 56 and the sliding portion 1 a of the blade 1 are connected by pins 50 and 53 via a link 51.
[0040]
  In such an embodiment, when one of the two rings, that is, the inner ring 56, is rotated by a motor (not shown), for example, as shown by a W arrow, the left and right links 52, 58 and 51 are brought close to each other, whereby the blade 1 is It is moved radially outward like an arrow.
  Thereby, the ring zone area of the wing | blade 1 moves outside, and a wing | blade passage area increases. In order to reduce the blade passing area, the inner ring 56 is rotated in the reverse direction to open the left and right links 52, 58 and 51, and each blade 1 is moved radially inward.
[0041]
  In the fourth embodiment shown in FIG. 5, 105 is a cylindrical slider support fixed to the rotor 2 in the radial direction, 103 is a slider fitted to the inner periphery of the slider support so as to be able to reciprocate. A screw hole 103 a is formed in the center of 103 in the radial direction of the rotor 2.
  Reference numeral 101 denotes a motor, and 102 denotes a screw rod fixed to the output shaft of the motor 101. The screw rod 102 is screwed into the screw hole 103 a of the slider 103.
  A link 107 is fixed to the inner peripheral end of the sliding portion 1a of the blade 1.
[0042]
  Reference numeral 106 denotes a swing link, and one end side of the slider 103 is connected to a spherical joint 104 (which may be a curved joint such as a cylindrical surface) at two locations on the slider 103 so as to swing around the spherical joint 104. The swing link 106 is connected to the inner peripheral portion of the two blades 1 facing the other end side by a pin 109 through a long hole 108.
  A support link 111 is fitted on the outer periphery of the screw rod 102 so as to be reciprocally movable. Reference numeral 110 denotes a link receiver, which is inserted into each swing link 106 to guide the swing link 106 and has a lower end portion connected to an outer peripheral end portion of the support link 111 by a pin 114. 112 and 113 are stoppers provided on the screw rod 102 at regular intervals, and the support link 111 can reciprocate between the stoppers 112 and 113.
[0043]
  In the fourth embodiment, when the screw rod 102 is rotated in the N direction in the figure by the motor 101, for example, the slider 103 moves in the M direction along the slider receiver 105, and each swing link 106 connects the spherical joint 104. As a fulcrum, the link receiver 110 guides and swings in the L direction, and the link 107 and the blade 1 are moved in the J direction, that is, the inner circumferential direction through the long hole 108 and the pin 109.
  As a result, the annular zone area of the blade 1 is shifted inward, and the blade passage area is reduced. If the screw rod 102 is rotated in the direction opposite to the above direction, the ring band area of the blade 1 is shifted outward, and the blade passing area is increased.
[0044]
  In the fifth embodiment shown in FIGS. 7 to 8, the present invention is applied to a Darrieus type wind turbine, and 61 is a wind turbine shaft erected vertically. Reference numerals 75 and 75 denote screw rods, which are provided on both sides of the wind turbine shaft 61 in parallel with the wind turbine shaft 61, and a right screw portion 75a and a left screw portion 75b are juxtaposed in the axial direction on the outer periphery.
  Reference numeral 66 denotes a plurality of (three in this example) support members provided along the axial direction of the wind turbine shaft 61, and a plurality of sets are arranged between the support members 66 in the circumferential direction of the wind turbine shaft 61. Wings 60 are pivotally supported by pins 69. The blades 60 are arranged in a plurality of stages (two stages in this example) along the axial direction of the wind turbine shaft.
[0045]
  Reference numerals 62 and 63 denote moving members provided in pairs along the axial direction of the windmill shaft 61 (one set or plural sets), each of which has a right-hand thread and the screw rod 75. The left screw portion 75a is screwed to the left screw portion 75b of the screw rod 75, and the remaining one is screwed to the left screw portion 75b of the screw rod 75. . Each moving member 66 is fitted to the wind turbine shaft 61 through a key 77 so as not to be relatively rotatable and to be relatively movable in the axial direction. 76 and 64 are a pair of links, and the support member 66 and the pair of moving members 62 and 63 are connected to each other by pins 67, 68 and 65, 70 via the links 76 and 64.
  The wind turbine shaft 61 is rotatably supported by a case 71 fixed on the ground via bearings 72 and 73. Reference numeral 74 denotes a generator driven by the windmill.
[0046]
  In FIG. 8, 78 is a motor, 79 is an output gear of the motor 78, and the output gear 79 meshes with a screw rod gear 80 fixed to a lower end portion on one side of the screw rod 75. 81 is a sprocket fixed to the lower ends of both screw rods 75. A chain 82 is installed between the sprockets 81 so that the rotational force of the motor 78 can be rotated by the left and right screw rods 75 via the chain 82. Is uniform.
[0047]
  91 is a wind speed detector which detects the wind speed which acts on the said windmill. Reference numeral 90 denotes a motor control device that calculates a required blade passage area of the blade 1 and a radial movement amount of the blade 1 corresponding to the required blade passage area based on the detected value of the wind speed input from the wind speed detector 91. The motor is driven and controlled by a method described later.
[0048]
  In the Darrieus type windmill having such a configuration, when a wind speed detection signal is input from the wind speed detector 91 to the motor control device 90, the motor control device 90 responds to the wind speed based on the detected value of the wind speed. The required passage area of the blade 60 and the radial movement amount of the blade 60 corresponding to the required passage area are calculated.
  In the blade passing area and radial position control of the blade 60, as in the first to third embodiments, the blade 60 moves radially outward as the wind speed detection value decreases, thereby causing the wind blade passing area. And the radial position of the blade 60 is controlled so as to decrease the blade passing area by moving the blade 60 radially inward as the detected value of the wind speed increases.
[0049]
  When the detected value of the wind speed is reduced and the radial position of the blade 60 is moved outward, the motor 78 causes the output gear 79, the screw rod gear 80, and the chain according to the control operation signal from the motor control device 90. When the left and right screw rods 75 and 75 are rotated synchronously via 82 and the sprocket 81, the pair of moving members 62 screwed into the right screw portion 75a and the left screw portion 75b of the screw rod 75, 63 is attracted (approached), whereby the support member 66 supporting the blade 60 is moved radially outward through the pair of links, and the rotational radius of the blade 60 is increased.
[0050]
  When the wind speed detection value is increased and the radial position of the blade 60 is moved inward, the left and right screw rods 75, 75 are rotated in the opposite direction by the motor 78. The pair of moving members 62 and 63 screwed into the right screw portion 75a and the left screw portion 75b are separated (separated), whereby a support member 66 that supports the wing 60 via the paired link is provided. Moving inward in the radial direction, the turning radius of the wing 60 decreases.
[0051]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, as the detected value of the wind speed decreases, the blades are moved radially outward to increase the passage area of the wind, and as the detected value of the wind speed increases, the blades are moved in the radial direction. Control the radial position of the blade so as to reduce the passage area of the blade, thereby avoiding the occurrence of fatigue failure in moving members such as the blade and rotor against the wind speed acting on the blade. The blades can be set and operated at a radial position corresponding to the blade passage area so that the output P of the windmill is maximized within the range to be obtained.
[0052]
  Therefore, according to the present invention, the radial position of the blades is always automatically controlled so as to avoid the occurrence of fatigue failure in the moving members such as the blades and the rotor and to obtain the optimum blade passage area that maximizes the output of the windmill. The wind turbine can be operated, and the wind turbine output can be operated with the maximum power generation amount if the wind turbine generator is the maximum output while keeping the fatigue life of the moving members such as the blades and the rotor long. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view perpendicular to a wind turbine axis of a radially expandable wind turbine according to a first embodiment of the present invention (viewed along arrow BB in FIG. 2).
2A is a cross-sectional view of an essential part (cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1) along the windmill axis of the first embodiment, and FIG. 2B is an enlarged view of a Z part in FIG.
FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment.
FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 1 showing a third embodiment.
FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 1 showing a fourth embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a principal part showing an upper half of a wind turbine in the first to fourth embodiments.
FIG. 7 is a front configuration diagram of a Darrieus radial telescopic wind turbine according to a fifth embodiment.
FIG. 8 is an enlarged detail view of a Y part in FIG.
[Explanation of symbols]
  1 wing
  1a Sliding part
  2 Rotor
  2a Mating hole
02 Inside hollow part
  3 Wind turbine shaft
  4 Entrance guide member
  5 Rear case
  6,7 Bearing
10 Screw rod
11 Pinion
12, 13, 17 links
16 sleeve
20 Bevel gear
22 Blade pitch control member
23, 45 Motor
31, 37, 34, 42 links
32 Screw rod
39 Nut
40 pinion
41 Support member
51, 52, 58 links
54 Outer ring
56 inner ring
57 Support member
60 wings
61 windmill shaft
62, 63 Moving member
76, 64 links
66 Support members
74 Generator
75 Screw rod
75a Right-hand thread
75b Left-hand thread
77 keys
90 Motor controller
91 Wind speed detector
101 motor
102 Screw rod
103 slider
104 spherical joint
105 Slider holder
106 Swing link
107 links
110 Link receiving

Claims

円筒状に形成されたロータ外周に支持された複数の翼に風力を作用させ、該翼の回転力を前記ロータを介して出力側の風車軸に伝達するように構成された水平軸型の風車において、
前記ロータ外周に、翼の根元側に設けた摺動部を介してロータ半径方向に往復動可能に夫々の翼を取り付け、前記ロータの内側中空部内の夫々の翼の根元端部に、前記翼を半径方向に往復動せしめることにより風の翼通過面積を変化させる前記各翼を結ぶリンクを備える前記翼移動機構と、該翼移動機構を介して翼の往復動に対応してロータ半径方向に相対移動可能に構成した翼ピッチ制御部材を設けたことを特徴とする径方向伸縮式風車。A horizontal axis type wind turbine configured to cause wind force to act on a plurality of blades supported on the outer periphery of a rotor formed in a cylindrical shape and transmit the rotational force of the blades to the wind turbine shaft on the output side via the rotor. In
Each blade is attached to the outer periphery of the rotor through a sliding portion provided on the blade base side so as to be reciprocally movable in the rotor radial direction, and the blade at the root end of each blade in the inner hollow portion of the rotor Reciprocating the blade in the radial direction to change the blade passage area of the wind, and the blade moving mechanism including links connecting the blades, and the rotor radial direction corresponding to the reciprocating motion of the blade through the blade moving mechanism. A radially expandable wind turbine comprising a blade pitch control member configured to be relatively movable.

前記風車に作用する風速を検出する風速検出器と、該風速検出器から風速の検出信号が入力され該風速の検出値に基づき前記翼の所要翼通過面積及び該所要翼通過面積に相当する翼の半径方向位置を算出して前記翼移動機構に出力する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記風速検出値が入力されると、該風速検出値が前記風車の出力を必要出力に保持するための設定風速よりも小さい場合には、前記翼移動機構に前記翼を半径方向に拡径する方向への移動操作信号を出力し、且つ該風速検出値が前記風車の限界風速を超えた場合には、前記翼移動機構に前記翼を半径方向に狭径する方向への移動操作信号を出力することを特徴とする請求項１記載の径方向伸縮式風車。A wind speed detector for detecting a wind speed acting on the windmill, and a blade corresponding to the required blade passage area of the blade and the required blade passage area based on a detected value of the wind speed when a wind speed detection signal is input from the wind speed detector A controller for calculating the radial position of the blade and outputting to the blade moving mechanism,
When the detected wind speed value is input, the control device, when the detected wind speed value is smaller than a set wind speed for maintaining the output of the wind turbine at a required output, When a movement operation signal in the direction of expanding the diameter in the direction is output and the wind speed detection value exceeds the limit wind speed of the windmill, the blade moving mechanism is configured to move the blade in the radial direction. 2. The radial telescopic wind turbine according to claim 1, wherein a moving operation signal is output.

前記翼移動機構は、前記ロータに設けられた半径方向嵌合孔に回転可能に支持された複数のねじ棒と、該ねじ棒に螺合されたスリーブと前記各翼とを連結する複数のリンクと、前記各ねじ棒の内周端部に設けられたピニオンと、該ピニオンに噛み合い駆動装置によって回転駆動される駆動歯車とを備え、前記駆動装置によって前記駆動歯車及びピニオンを介して前記ねじ棒を回転させて前記スリーブを移動させ、該スリーブの移動に伴う前記複数のリンクの伸縮により前記各翼を半径方向に往復動せしめるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の径方向伸縮式風車。 The blade moving mechanism includes a plurality of screw rods rotatably supported in radial fitting holes provided in the rotor, a sleeve screwed into the screw rods, and a plurality of links connecting the blades. And a pinion provided at an inner peripheral end of each screw rod, and a drive gear meshing with the pinion and driven to rotate by a drive device, and the screw rod via the drive gear and the pinion by the drive device 2. The radial direction according to claim 1, wherein the sleeve is moved by rotating the blade, and the blades are reciprocated in a radial direction by expansion and contraction of the plurality of links accompanying the movement of the sleeve. Telescopic windmill.

前記翼移動機構は、前記ロータの中心部に配設された支持部材と前記各翼の内周部とを連結し前記翼毎に設けられた伸縮可能な対をなすリンクと、前記各翼のリンク間に架設されたねじ棒と、該ねじ棒を回転駆動する駆動装置とを備え、前記駆動装置によって前記ねじ棒を回転させることにより前記各翼のリンク間長さを変化させて該リンク及び該リンクに連結された前記各翼の半径方向位置を変化可能に構成されたことを特徴とする請求項１記載の径方向伸縮式風車。 The blade moving mechanism connects a support member disposed at a center portion of the rotor and an inner peripheral portion of each blade, and forms a pair of expandable and contractible links provided for each blade. A screw rod installed between the links, and a drive device that rotationally drives the screw rod, and the link device is configured to change the length between the links of the blades by rotating the screw rod by the drive device. The radially expandable wind turbine according to claim 1, wherein the radial position of each blade connected to the link is changeable.

前記翼移動機構は、前記ロータと同心に設けられて互いに逆方向に相対回転可能な２つのリングと、該２つのリングと前記各翼の内周部とをピン結合し前記翼毎に設けられた伸縮可能な対をなすリンクと、前記２つのリングを相対回転駆動する駆動装置と、前記ロータの中心部に配設されて前記リングの１つを支持する支持部材とを備え、前記駆動装置によって前記リングを相対回転させて前記対をなすリンクを伸縮させることにより前記各翼を半径方向に往復動せしめるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の径方向伸縮式風車。 The blade moving mechanism is provided for each blade by connecting two rings that are concentric with the rotor and capable of rotating in opposite directions to each other, and the two rings and the inner periphery of each blade. A link that forms a pair that can be expanded and contracted, a drive device that drives the two rings to rotate relative to each other, and a support member that is disposed at the center of the rotor and supports one of the rings. 2. The radially expandable wind turbine according to claim 1, wherein the blades are reciprocated in a radial direction by rotating the ring relative to each other to expand and contract the paired links.

前記翼移動機構は、前記ロータに設けられたスライダ受に半径方向に往復動可能に嵌合されるとともに中心部にロータの半径方向にねじ孔が穿孔されたスライダと、一端側を該スライダに球面継手等の曲面継手にて連結され他端側を前記翼の内周側部位にピンにて結合されて該曲面継手廻りに揺動可能に支持されたリンクと、前記スライダのねじ孔に螺合されたねじ棒と、該ねじ棒を回転駆動する駆動装置とを備え、前記駆動装置によって前記ねじ棒を回転させて前記スライダを前記スライダ受に沿ってロータの半径方向に移動させることにより前記リンクを前記曲面継手廻りに揺動させ、前記ピンを介して前記翼を前記嵌合孔に沿って往復動せしめるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の径方向伸縮式風車。 The blade moving mechanism is fitted to a slider receiver provided on the rotor so as to be capable of reciprocating in the radial direction and having a screw hole in the center in the radial direction of the rotor, and one end side to the slider. A link that is connected by a curved surface joint such as a spherical surface joint, the other end of which is connected to the inner peripheral side portion of the blade by a pin and supported so as to be able to swing around the curved surface joint, and a screw hole in the screw hole of the slider A screw rod that is combined, and a drive device that rotationally drives the screw rod, and the screw rod is rotated by the drive device to move the slider in the radial direction of the rotor along the slider support. The radial telescopic wind turbine according to claim 1, wherein a link is swung around the curved joint and the blade is reciprocated along the fitting hole via the pin.