JP3833193B2 - 風力発電用風車の回転自動調整装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は風力発電用風車の回転自動調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１．風力の強さに応じて受風力を自動調整し、突風や暴風等の強風に対して自動的に受風圧を低減しブレ−ドの破損を回避する受風力可変風車として、貼り合せたブレ−ド５の一方のの内面の長手方向で、かつ、回転方向に偏寄させて形成したブレ−ド軸挿入溝３と交差してバネ溝４−１とバネ溝４−２を形成し、端部をバネ溝４−１とバネ溝４−２に遊嵌し中間部を、ブレ−ド軸１に固定した考案があり、ブレ−ド５が回転すると巻バネ２の一端が巻き込まれ、バネ溝４−１をスライドして縮退し、又、他端は巻き戻されてバネ溝４−２をスライドして延びるようにし、ブレ−ド５は弱風状態では巻バネ２は巻き込みも巻き戻しもされないため受風面積が最大となる姿勢をとり、強風下ではブレ−ド軸１を中心としたモ−メントが働き、ブレ−ド５が風向き方向に対してほぼ平行となる角度に回動して受風面がほぼ零になり、風車が回転を停止しブレ−ド５に渦負荷がかからないようにしている。（例えば実用新案文献１参照）
２．ロ−タ翼１が動力伝達軸２の軸心に対しほぼ直交的に延びるウィンドシャフト１２の長手方向に沿って固定され、かつ、弾性変形部１１ａを含むブレ−ド板１１から構成され、風力エネルギ−に応じてブレ−ド板１１を恒常的に安定的に取り出す風車の回転安定機構がある。（例えば実用新案文献２参照）
３．ブレ−ド２をブレ−ド受け３に固定し、ブレ−ド受け３の中心線から風車回転方向へずれるようにしてブレ−ド軸６を設け、ブレ−ド軸６をハウジングヘッド８へ回転可能に接続し、ブレ−ド２とハウジング４との間にブレ−ド２をピッチ減少方向へ付勢するスプリング１０を介装した構成で、ブレ−ド軸６のずれた配置により受風時にピッチ増大方向にトルクを受ける一方、スプリング１０によりピッチ減少方向にトルクを受けるため、スプリング１０の選択によりピッチの変化度合を調節可能にしている。（例えば特許文献１参照）
４．ブレ−ド軸２と一体に形成されたホルダ−３と、主軸フランジ５に取り付けられたピン４を介してホルダ−３を支えるフレ−ム６と、ブレ−ド軸端部２ａに連結された連接棒７と、主軸フランジ５に取り付けられた自動調心ころがり軸受８を介して連接棒７を支える支柱を設け、更にホルダ−３の上面をピストンロッドで押圧するばね油圧緩衝器１０を備え、．ブレ−ド軸２と連接棒７が互いに拘束し合っているため、ホルダ−３の回転のための逃げとして、ブレ−ド軸２は軸心回りに回動してブレ−ド１のピッチ角を変更させている（例えば特許文献２参照）
【０００３】
【実用新案文献１】
登録実用新案第３００２３６１号公報（図２）
【０００４】
【実用新案文献２】
登録実用新案第３０７１８８０号公報（図２）
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−４２０５３号公報（図１）
【０００６】
【特許文献２】
特開平７−４３４５号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
１．実用新案文献１に係る考案は、強風下においてブレ−ド軸１自体を風向きに平行にピッチを可変させ風向き正対を回避するものであるが、ブレ−ド５の内部構造が複雑である。
【０００８】
２．実用新案文献２に係る考案は、ロ−タ翼１自体を弾性変形部１１ａを含むブレ−ド板１１で構成し、ブレ−ド板１１が風圧に比例して弾性変形し、風圧が増加すると受風面積が減少するようにしたものである。
【０００９】
３．特許文献１に係る発明は、ハウジング４に回動可能に接続したブレ−ド２のピッチを風圧に応じて可変ピッチ機構としたものである。
４．特許文献２に係る発明は、ブレ−ド１自体を風圧に応じたブレ−ド角度に可変させる機構としたものである。
【００１０】
上述の従来の発明、考案は何れもブレ−ド自体が金属製やプラスチック製の硬質のもので風切り音が高く更に、ブレ−ドが強風に煽られて飛び散った場合、人畜に危害を及ぼす恐れがあり、又、人里離れた場所に設置する大規模の風力発電機であって人口密集地などに設置できるコンパクトな装置ではない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前方の帆桁部材２の基部をド−ナツ形の前ハブ部材４にピン５で放射状に枢着し、後方の帆桁部材３の基部をド−ナツ形の後ハブ部材６に放射状に取り付け、前ハブ部材４と後ハブ部材６にわたり両端を突出させた回転軸７を嵌挿し、回転軸７の後部に後ハブ部材６を止着ボルト８で取り付ける。
【００１２】
後ハブ部材６の前ハブ部材４に対面する側の面状に、一対の取り付け金具９を回転軸７を囲むようにして取り付け、半円盤形のウェイト１０に連結金具１１を取り付けた調速用バランサ１２を、取り付け金具９にピン１３で枢着する。
【００１３】
回転軸７に沿つて一対の連杆１４を並設すると共に連杆１４の後端を連結金具１１の遊端にピン１５で枢着し、回転軸７の前部に前ハブ部材４と一体のスライド筒体１６を被せ、連杆１４の先端をスライド筒体１６にピン１７で連結すると共に回転軸７の前端７ａにバネ受けナット１９を取り付け、前ハブ部材４とバネ受けナット１９の間に復帰バネ２０を弾装する。
【００１４】
筒体の半周に及ぶ斜め方向の長孔１６ａをスライド筒体１６に設け、スライド筒体１６を被せた回転軸７の前部に係止ピン２１を植立して長孔１６ａ遊嵌し、 回転軸７の後部を支脚２２に設けた軸受２３で支承すると共に、回転軸７の後部突出端に発電機２５への動力伝達装置２４を取り付け、順風下では風切り音を低くして静粛に発電し、強風下では帆形翼１が風向きに対し正面から見て直線状に緊張するため強風が抵抗なく吹き抜けて発電機器を破損しないようにし万一、帆形翼１が吹き飛んでも帆布製であるため人畜に危害を与える恐れがなく、人口の密集する市街地においても安全に且つ小さなスペースに設置し発電できる発電装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は順風時において帆布製の帆形翼１が受風し満帆状に膨らんでいる状態を示す平面図、図２は強風時に帆形翼１が風向きに対し正面から見て直線状に緊張し強風が吹き抜ける状態を示す平面図、図６ａは順風時に帆形翼１が正面から見て風向きに対し４５度に開いて受風し、満帆状に膨らんでいる状態を示し、図６ｂは強風時に帆形翼１が風向きに対し正面から見て直線状に緊張し、強風が抵抗なく吹き抜ける状態を示しでいる。
【００１６】
複数葉の柔軟で強靭な帆布製の帆形翼１を形成し、帆形翼１の前端に帆桁部材２を、後端に帆桁部材３をそれぞれ張り付け、前方の帆桁部材２の基部をド−ナツ形の前ハブ部材４にピン５で放射状に枢着し、後方の帆桁部材３の基部をド−ナツ形の後ハブ部材６に放射状に取り付ける。
【００１７】
前ハブ部材４と後ハブ部材６にわたり両端を突出させた回転軸７を嵌挿し、 回転軸７の後部に後ハブ部材６を止着ボルト８で取り付け、後ハブ部材６の前ハブ部材４と対面する側の面状に、断面コ字形の一対の取り付け金具９を回転軸７を囲むようにして取り付ける。
【００１８】
半円盤形のウェイト１０の後部に断面コ字形で且つ、ほぼ三角形状の連結金具１１を取り付けている調速用バランサ１２を、後ハブ部材６に立設した取り付け金具９にピン１３で枢着する。
【００１９】
回転軸７に沿うようにして一対の連杆１４を並設し、連杆１４の基端を連結金具１１の遊端にピン１５で枢着する。
【００２０】
筒体の半周に及ぶ斜め方向の長孔１６ａをスライド筒体１６に設け、スライド筒体１６を被せた回転軸７の前部に係止ピン２１を植立して長孔１６ａに遊嵌する。
回転軸７の先端部に、前ハブ部材４と一体のスライド筒体１６を被せ、連杆１４の先端をスライド筒体１６にピン１７で連結する。
【００２１】
回転軸７の後方突出端部を、支脚２２に設けた軸受２３で支承し、回転軸７の後方突出端部にプ−リ２４を取り付け発電機２５の駆動軸とベルト掛けする。
尚、図示のものは、回転軸を基端部で支承する片持ちタイプであるが、回転軸の両端部を支承する両持ちタイプにすることもできる。
【００２２】
支脚２２を取り付ける支持板２６を台座２７に回転自在に載置し、装置を常に風向きに正対させる。
【００２３】
他の実施形態として、図３に示すように軸受２３を介し支脚２２で支承した回転軸７の後端にベベルギヤ２８を取り付け、発電機２５の駆動軸に取り付けたベベルギヤ２９と噛み合わせ、台座２７に固定した発電機２５の胴部にベアリング部材３０を回動自在に取り付け、支脚２２の下端をベアリング部材３０に取り付けた機構として装置を常に風向きに正対させることもできる。
【００２４】
本発明の作用について述べると、図１、図４及び図６ａは、順風時に帆形翼１が受風して満帆し、調速用バランサ１２のウェイト１０が適度のバランスを保持しているため、連結金具１１にピン１５で枢着された連杆１４が正常位置にあって回転軸７と共回転している。又、長孔１６ａの上端に係止ピン２１が係止して前ハブ部材４と一体のスライド筒体１６も回転軸７と共回転している。
帆桁部材２と帆桁部材３にわたり取り付けている帆形翼１は風を受けて曲面状に撓み正面から見れば、それぞれ基部側で捩れて交差しているように見え、その結果、帆形翼１の端縁は正面から見れば曲線を画いている。
【００２５】
図２、図５及び図６ｂは、強風時において帆形翼１が風向きに対し正面から見て直線状に緊張するため強風が抵抗なく帆形翼１の間を吹き抜け、回転軸７が過回転し機器を破損しないようにする状態を示している。回転軸７が過回転し始めると、調速用バランサ１２のウェイト１０が遠心力で回転軸７から遠ざかる方向へ拡開し、ウェイト１０と一体の連結金具１１もピン１５を支点として拡開するため、ピン１５で一体に連結された連杆１４が押し上げられ、更に連杆１４とピン１７で一体に連結したスライド筒体１６が風向き方向に対し前方へ摺動するため、スライド筒体１６と一体の前ハブ部材４が復帰バネ２０の弾発力に抗して圧縮させると共に、係止ピン２１が長孔１６ａの下端に係止して前ハブ部材４を押し上げるため、順風時に帆桁部材２と帆桁部材３が正面から見て、それぞれの基部側で捩れて交差しているように見えたものが、帆桁部材２が前ハブ部材４との枢着点を支点として起立し帆桁部材３と一直線状に重なるように戻り、従つて
帆形翼１の端縁が直線状に緊張し、強風が各帆形翼１の間を抵抗なく吹き抜け回転軸７が回転しなくなる。
【００２６】
強風が吹き止むと、復帰バネ２０の弾発力でスライド筒体１６と一体の前ハブ部材４をを押し戻し、係止ピン２１は長孔１６ａの上端位置に復帰するため、スライド筒体１６に連結された連杆１４を押し下げ、調速用バランサ１２と帆桁部材２及び帆桁部材３が順風時の位置に復帰して帆形翼１が満帆状に膨らみ、順調に回転して発電し始める。
【００２７】
【発明の効果】
順風下では帆形翼１が満帆状で正常に回転し、帆形翼１が帆布製であるため風切り音が低く静粛に発電でき、強風下では帆形翼１の端縁が正面から見て直線状に緊張し、正面から見て強風が吹き抜け回転軸７が回転しないため機器を破損しに緊張するため強風が各帆形翼１の間を抵抗なく吹き抜け回転軸７が回転しなくなり機器を損傷しない。万一、帆形翼１が吹き飛んでも帆布製であるため人畜に危害を与える恐れが少なく、人口の密集する市街地において安全に、然も機器が小型であるためコンパクトに設置できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 順風下で帆形翼が満帆状に膨らみ、正常運転し発電している状態を示す平面図。
【図２】 強風下で帆形翼が正面から見て一直線状に緊張し各帆形翼の間を強風が抵抗なく吹き抜け回転軸が回転を停止している状態を示す平面図。
【図３】 本発明の動力伝達装置の他の実施形態を示す正面図。
【図４】 順風下で帆形翼が満帆状に膨らみ、正常運転し発電している状態を示す正面図。
【図５】 強風下で帆形翼が正面から見て一直線状に緊張し回転を停止している状態を示す正面図。
【図６】 ａ 順風時に帆形翼が風向きに対し平面視において４５度に開いて受風し満帆状に膨らんでいる状態を示す説明図。
ｂ 強風時に帆形翼が平面視において風向きに対し一直線状に緊張し、強風が吹き抜けている状態を示す説明図。
【符号の説明】
１ 帆形翼 ２、 ３ 帆桁部材 ４ 前ハブ部材 ６ 後ハブ部材
７ 回転軸 ９ 取り付け金具 １０ ウェイト １１ 連結金具
１２ 調速用バランサ ５ 、１３、１５、 １７ ピン １４ 連杆
１６ スライド筒体 １６ａ 長孔 １９ バネ受けナット
２０ 復帰バネ ２１ 係止ピン ２５ 発電機

Claims (1)

1. 複数葉の柔軟で強靭な帆布製の帆形翼１を形成して帆形翼１の前端に帆桁部材２を、後端に帆桁部材３を張り付け、
   前方の帆桁部材２の基部をド−ナツ形の前ハブ部材４にピン５で放射状に枢着し、後方の帆桁部材３をド−ナツ形の後ハブ部材６に放射状に取り付け、前ハブ部材４と後ハブ部材６にわたり両端部を突出させた回転軸７を嵌挿し、回転軸７の後部に後ハブ部材６を止着ボルト８で取り付け、
   後ハブ部材６の前ハブ部材４に対面する側の面状に、一対の取り付け金具９を回転軸７を囲むようにして取り付け、
   半円盤形のウェイト１０に連結金具１１を取り付けた調速用バランサ１２を、取り付け金具９にピン１３で枢着し、
   回転軸７に沿つて一対の連杆１４を並設し連杆１４の後端を連結金具１１の遊端にピン１５で枢着し、
   回転軸７の前部に前ハブ部材４と一体のスライド筒体１６を被せ、連杆１４の先端をスライド筒体１６にピン１７で連結し、
   回転軸７の前端７ａにバネ受けナット１９ を取り付け、前ハブ部材４とバネ受けナット１９の間に復帰バネ２０を弾装し、
   スライド筒体１６の半周に及ぶ斜め方向の長孔１６ａをスライド筒体１６に設け、スライド筒体１６を被せた回転軸７の前部に係止ピン２１を植立して長孔１６ａに遊嵌し、
   回転軸７の後部を支脚２２に設けた軸受２３で支承すると共に、回転軸７の後方突出端に発電機２５への動力伝達装置２４を取り付けて成る風力発電用風車の回転自動調整装置。

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