JP4887998B2 - Windmill, power generator and power generation method using windmill - Google Patents

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Description

本発明は、風車、発電装置および風車を用いた発電方法に係り、特に、翼の回動角度を調整するものに関する。   The present invention relates to a wind turbine, a power generation device, and a power generation method using the wind turbine, and more particularly, to an apparatus for adjusting a rotation angle of a blade.

従来、抗力式の垂直軸型風車、揚力式の垂直軸型風車、揚力式の水平軸型風車が知られているが、発電などのエネルギーを取り出す風車には効率の高い揚力式が用いられている。   Conventionally, drag-type vertical axis wind turbines, lift-type vertical axis wind turbines, and lift-type horizontal axis wind turbines are known, but high-efficiency lift types are used for wind turbines that extract energy such as power generation. Yes.

なお、従来の風車に関する文献として、たとえば、特許文献１、特許文献２を掲げることができる。
特開２００１−７３９２５号公報 特開２００６−１５２９２２号公報 For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 can be listed as literatures related to conventional wind turbines.
JP 2001-73925 A JP 2006-152922 A

ところで、従来の水平軸型の揚力式風車は、プロペラの表面を３次元曲面で作る必要が有り、製作が困難である。また、従来の揚力式垂直軸型風車は、翼の表面が２次元曲面であるので製作が容易であるが、回転するために必要な風速と翼の周速度との偏差の許容幅が小さいことが原因となり、自起動しないものが多い。このため、抗力式との併用や起動用モーターを併用するなどの追加施策が不可欠であるという問題がある。   By the way, the conventional horizontal axis type lift type windmill needs to make the surface of the propeller with a three-dimensional curved surface, and is difficult to manufacture. In addition, the conventional lift-type vertical axis wind turbine is easy to manufacture because the blade surface is a two-dimensional curved surface, but the tolerance of the deviation between the wind speed required for rotation and the peripheral speed of the blade is small. Because of this, there are many things that do not start automatically. For this reason, there is a problem that an additional measure such as a combined use with a drag type and a starter motor is indispensable.

また、特許文献１に記載の従来の揚力式垂直軸型風車では、翼の取り付け角度（アーム部に対する翼の角度）が一定であるので、回転力を得るための揚力が発生しない回転位相が、アーム部のやや広い回転角度範囲にわたって存在し、効率が低いという問題がある。   Further, in the conventional lift type vertical axis windmill described in Patent Document 1, since the blade attachment angle (the angle of the blade with respect to the arm portion) is constant, the rotational phase in which no lift force is generated to obtain the rotational force is There exists a problem that it exists over the somewhat wide rotation angle range of an arm part, and efficiency is low.

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、自起動が可能であると共に、翼の回転位相のほぼ全周で回転力を発生することにより、高い効率を得ることができる風車、発電装置および風車を用いた発電方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and is capable of self-starting and generating a rotational force almost entirely around the rotational phase of the blades, thereby obtaining a high efficiency wind turbine, An object is to provide a power generation method using a power generation device and a windmill.

請求項１に記載の発明は、
翼と、前記翼を支持し上下方向に延びた第１の軸を中心に回転する翼支持部材と、を備え、前記翼に当たる風によって生じる揚力で前記翼支持部材が回転するよう構成された揚力式垂直軸型の風車であって、
前記翼は、前記第１の軸から離れた所定の位置で、前記第１の軸と平行な第２の軸を中心として回動自在に、かつ、前記第２の軸に垂直な平面による断面が幅方向の両端部で薄く中央部に向かう程厚くなる姿勢で前記翼支持部材によって支持されており、
所定のカムプロフィールを有し前記第１の軸を中心として回動可能とされたカムと、
前記カムを、前記風の風向に応じた回動角度位置で位置決めするカム回動角度調整機構と、
前記翼支持部材に設けられ、前記カムに従動するカムフォロアと前記カムフォロアの変位によって前記翼を回動させるリンク機構とを有し、前記第２の軸に垂直な平面において、前記第１の軸と前記第２の軸とを結ぶ方向に直交する方向からの前記翼の幅方向の角度を回動角度としたときに、前記回動角度を前記カムプロフィールに応じた角度として前記翼を回動させる翼回動角度調整手段と、
を備え、
前記カムプロフィールは、
前記翼回動角度調整手段を通じて前記翼の回動角度を、前記カムが前記風向に応じた回動角度位置で位置決めされたときに、所定風速と前記風車の所定回転数による翼の移動速度の組合せによって各翼に向かう風の相対方向が前記翼の幅方向となる回動角度とするものであって、
さらにひとつの所定回転数のときの翼が風下に位置するときの前記翼の回動角度が翼が風上に位置するときの前記翼の回動角度に比べて所定風速が低いときの回動角度とするものであることを特徴とする風車である。 Invention according to claim 1,
A wing, and a wing support member that rotates about a first shaft that supports the wing and extends in the up-down direction, and the wing support member is configured to rotate by the lift generated by the wind striking the wing. Type vertical axis type windmill,
Before Kitsubasa at a predetermined position away from said first axis, rotatably about a second axis parallel to said first axis, and, according to a plane perpendicular to said second axis section is supported by said blade supporting member in a posture is increased as toward the thinner central portion at both ends in the width direction,
A cam having a predetermined cam profile and rotatable about the first axis;
A cam rotation angle adjustment mechanism for positioning the cam at a rotation angle position corresponding to the wind direction of the wind;
A cam follower that is provided on the blade support member and that follows the cam; and a link mechanism that rotates the blade by displacement of the cam follower, and in a plane perpendicular to the second axis, When the angle in the width direction of the blade from the direction orthogonal to the direction connecting the second axis is a rotation angle, the blade is rotated with the rotation angle being an angle corresponding to the cam profile. Wing rotation angle adjusting means;
With
The cam profile is
When the cam is positioned at a rotation angle position corresponding to the wind direction through the blade rotation angle adjusting means, the blade movement speed is adjusted according to a predetermined wind speed and a predetermined rotation speed of the windmill. The rotation direction is such that the relative direction of the wind toward each wing by the combination is the width direction of the wing,
Further, when the blade at one predetermined rotation speed is located on the leeward side, the rotation angle of the blade is lower than the rotation angle of the blade when the blade is located on the windward side. It is a windmill characterized by having an angle.

請求項２に記載の発明は、
翼と、前記翼を支持し上下方向に延びた第１の軸を中心に回転する翼支持部材と、を備え、前記翼に当たる風によって生じる揚力で前記翼支持部材が回転するよう構成された揚力式垂直軸型の風車であって、
前記翼は、前記第１の軸から離れた所定の位置で、前記第１の軸と平行な第２の軸を中心として回動自在に、かつ、前記第２の軸に垂直な平面による断面が幅方向の両端部で薄く中央部に向かう程厚くなる姿勢で前記翼支持部材によって支持されており、
所定のカムプロフィールを有し厚さ方向を前記上下方向として前記第１の軸を中心に回動可能とされた板カムと、
前記板カムを、前記風の風向に応じた回動角度位置で位置決めするカム回動角度調整機構と、
前記翼支持部材に設けられ前記板カムに対しその厚み方向の一点で接して従動するカムフォロアと前記カムフォロアの変位によって前記翼を回動させるリンク機構とを有し、前記第２の軸に垂直な平面において、前記第１の軸と前記第２の軸とを結ぶ方向に直交する方向からの前記翼の幅方向の角度を回動角度としたときに、前記回動角度を前記カムプロフィールに応じた角度として前記翼を回動させる翼回動角度調整手段と、
前記カムフォロアが前記板カムに接する厚み方向の点を変更するために、前記板カムを前記上下方向に移動するための移動用アクチュエータと、を備え、
前記カムプロフィールは、前記翼回動角度調整手段を通じて前記翼の回動角度を、前記カムが前記風向に応じた回動角度位置で位置決めされたときに、所定風速と前記風車の所定回転数による翼の移動速度の組合せによって各翼に向かう風の相対方向が前記翼の幅方向となる回動角度とするものであって、
さらにひとつの所定回転数のときの翼が風下に位置するときの前記翼の回動角度が翼が風上に位置するときの前記翼の回動角度に比べて所定風速が低いときの回動角度とするものであり、
さらに前記板カムの上下方向の位置によって所定風速と前記風車の所定回転数による翼の移動速度の組合せが異なるカムプロフィールとするものである
ことを特徴とする風車である。 The invention described in claim 2
A wing, and a wing support member that rotates about a first shaft that supports the wing and extends in the up-down direction, and the wing support member is configured to rotate by the lift generated by the wind striking the wing. Type vertical axis type windmill,
Before Kitsubasa at a predetermined position away from said first axis, rotatably about a second axis parallel to said first axis, and, according to a plane perpendicular to said second axis section is supported by said blade supporting member in a posture is increased as toward the thinner central portion at both ends in the width direction,
A plate cam having a predetermined cam profile and being rotatable about the first axis with the thickness direction being the vertical direction;
A cam rotation angle adjusting mechanism for positioning the plate cam at a rotation angle position corresponding to the wind direction of the wind;
A cam follower that is provided on the blade support member and is driven by contacting the plate cam at one point in the thickness direction; and a link mechanism that rotates the blade by displacement of the cam follower, and is perpendicular to the second axis In the plane, when the angle in the width direction of the blade from the direction orthogonal to the direction connecting the first axis and the second axis is a rotation angle, the rotation angle is determined according to the cam profile. Wing rotation angle adjusting means for rotating the wing as an angle,
A moving actuator for moving the plate cam in the vertical direction in order to change the point in the thickness direction in which the cam follower is in contact with the plate cam;
The cam profile depends on a predetermined wind speed and a predetermined number of rotations of the wind turbine when the cam is positioned at a rotation angle position corresponding to the wind direction through the blade rotation angle adjusting means. The rotation direction is such that the relative direction of the wind toward each wing becomes a width direction of the wing by a combination of the moving speeds of the wings,
Further, when the blade at one predetermined rotation speed is located on the leeward side, the rotation angle of the blade is lower than the rotation angle of the blade when the blade is located on the windward side. An angle,
Further, the wind turbine is characterized in that a combination of a predetermined wind speed and a moving speed of the blades at a predetermined number of rotations of the wind turbine has different cam profiles depending on the vertical position of the plate cam.

請求項３に記載の発明は、
前記風の風速又は前記翼支持部材の回転速度に応じて前記カムの前記上下方向の位置を調整するように前記移動用アクチュエータを制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の風車である。 The invention according to claim 3
According to claim 2, further comprising a control means for controlling the movement actuator to adjust the vertical position of the cam in accordance with the rotational speed of the wind or the blade support member of the wind It is a windmill.

請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の風車と、前記風車の前記翼支持部材の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とを有する発電装置である。 The invention according to claim 4
It is a power generator which has the windmill of any one of Claims 1-3 , and the generator which converts the rotational energy of the said blade support member of the said windmill into an electrical energy.

請求項５に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の風車の前記翼支持部材の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する発電方法である。 The invention described in claim 5
A power generation method for generating electric power by converting rotational energy of the blade support member of the wind turbine according to any one of claims 1 to 3 into electric energy.

本発明によれば、自起動が可能であると共に、翼の回転位相の全周で回転力を発生することにより、高い効率を得ることができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to self-activate and to produce a high efficiency by generating a rotational force all around the rotational phase of the blade.

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る風車１の概略構成を示す平面図であり、図６は、風車１の断面図であり図５は、風車１の平面図である。なお、図５や図６では、図１よりも具体的に風車１を示してある。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the windmill 1 according to the first embodiment of the present invention, FIG. 6 is a sectional view of the windmill 1, and FIG. 5 is a plan view of the windmill 1. 5 and 6 show the windmill 1 more specifically than in FIG.

風車１は、揚力式の垂直軸型風車であって、たとえば、風力発電に使用されるものであり、軸（上下方向に延びている軸）ＣＬ１を中心にして回転するアーム部（翼支持部材）３と、このアーム部３に設けられた翼５とを備えている。そして、翼５が受けた風（矢印ＡＲ３で示す風）によって、アーム部３が矢印ＡＲ１の方向に回転し、アーム部３の回転力で発電機７を稼動し（アーム部３の回転エネルギーを発電機７で電気エネルギーに変換し）発電をすることができるようになっている。したがって、風車１と発電機７とで発電装置を構成している。なお、風車の直径Ｄ（図６参照）は、たとえば５ｍ〜３０ｍ程度であり、その場合、回転数は、上限が５ｒｅｖ／ｍｉｎ〜１ｒｅｖ／ｍｉｎ程度である。   The windmill 1 is a lift-type vertical axis windmill, and is used, for example, for wind power generation. The windmill 1 is an arm portion (blade support member) that rotates about an axis (an axis extending in the vertical direction) CL1. ) 3 and wings 5 provided on the arm portion 3. The arm 3 is rotated in the direction of the arrow AR1 by the wind received by the blade 5 (wind indicated by the arrow AR3), and the generator 7 is operated by the rotational force of the arm 3 (the rotational energy of the arm 3 is reduced). The generator 7 can convert the electric energy to generate electric power. Therefore, the wind turbine 1 and the generator 7 constitute a power generator. In addition, the diameter D (refer FIG. 6) of a windmill is about 5-30 m, for example, and the upper limit of the rotation speed is about 5 rev / min-1 rev / min in that case.

翼５は、アーム部３の先端部側（回転中心軸ＣＬ１から離れた所定の位置）に設けられており、図６において、上下方向に延びた軸ＣＬ３を回動中心にして、アーム部３に対して回動位置決め自在になっている。   The wing 5 is provided on the tip end side of the arm portion 3 (a predetermined position away from the rotation center axis CL1). In FIG. 6, the arm portion 3 is centered on the axis CL3 extending in the vertical direction. Rotation positioning is possible.

また、風車１には、アーム部３の回転角度に応じて翼５の回動角度を調整するための翼回動角度調整手段９が設けられている。この翼回動角度調整手段９によって、風車１（アーム部３）が回転しているときのアーム部３の回転角度（翼５の公転角度位置）にかかわらず、風のみによって翼５が受ける風速度ベクトルとアーム部３の回転のみによって翼５が受ける翼回転速度ベクトルとの合ベクトルの方向と、翼５の幅の方向とが、互いにほぼ一致するようになっている。換言すれば、前記合ベクトルの方向と、翼５の厚さの方向とが互いに直交するようになっている。なお、風は、水平方向（図６において左右方向）に吹くものとして説明するが、風向が水平方向の速度成分のみでなく上下方向の速度成分を含む場合には、水平方向の速度成分に係るもののみを風速度ベクトルとして考えるものとする。   Further, the windmill 1 is provided with blade rotation angle adjusting means 9 for adjusting the rotation angle of the blade 5 according to the rotation angle of the arm portion 3. By this blade rotation angle adjusting means 9, the wind received by the blade 5 only by the wind regardless of the rotation angle of the arm portion 3 (the revolution angle position of the blade 5) when the windmill 1 (arm portion 3) is rotating. The direction of the combined vector of the speed vector and the blade rotation speed vector received by the blade 5 only by the rotation of the arm portion 3 and the width direction of the blade 5 are substantially coincident with each other. In other words, the direction of the combined vector and the direction of the thickness of the blade 5 are orthogonal to each other. In addition, although it demonstrates as a wind blowing in a horizontal direction (left-right direction in FIG. 6), when a wind direction contains not only a horizontal speed component but a vertical speed component, it concerns on a horizontal speed component. Only things are considered as wind velocity vectors.

翼回動角度調整手段９は、詳しくは後述するが、たとえば、風上側における風速度ベクトルと風下側における風速度ベクトルとが互いに異なるものとして（たとえば、風下側における風速度ベクトルのスカラー量が、風上側における風速度ベクトルのスカラー量よりも小さくなるものとして）、翼５の回動角度（自転角度）を調整している。   The blade rotation angle adjusting means 9 will be described in detail later. For example, the wind speed vector on the windward side and the wind speed vector on the leeward side are different from each other (for example, the scalar quantity of the wind speed vector on the leeward side is The rotation angle (spinning angle) of the blade 5 is adjusted as if it is smaller than the scalar quantity of the wind speed vector on the windward side.

また、翼回動角度調整手段９は、板カム１１とカム回動角度調整機構１３とリンク機構１５と移動用アクチュエータ（たとえば、サーボモータ）１６とを備えて構成されている。板カム１１は、この厚さ方向が上下方向となるようにして設けられており、また、アーム部３の回転中心軸ＣＬ１を回転中心にして、アーム部３とは別個に回動するようになっている。さらに、板カム１１は、この厚さ方向でカムプロフィールが変化している。このカムプロフィールの変化の詳細については後述する。   The blade rotation angle adjustment means 9 includes a plate cam 11, a cam rotation angle adjustment mechanism 13, a link mechanism 15, and a moving actuator (for example, a servo motor) 16. The plate cam 11 is provided such that the thickness direction is the vertical direction, and is rotated separately from the arm portion 3 with the rotation center axis CL1 of the arm portion 3 as the rotation center. It has become. Further, the cam profile of the plate cam 11 changes in the thickness direction. Details of this cam profile change will be described later.

カム回動角度調整機構１３は、風向に応じて板カム１１の回動角度を調整する機構であり、たとえば、板カム１１の上部に一体的に設けられた風見板１９を用いて、板カム１１の回動角度を調整するようになっている。リンク機構１５は、従動節２１の変位によって翼５が回動するように、板カム１１の従動節２１と翼５とを互いにつないでいる。また、サーボモータ１６によって、板カム１１が上下方向に移動し位置決めされるようになっている。   The cam rotation angle adjustment mechanism 13 is a mechanism that adjusts the rotation angle of the plate cam 11 according to the wind direction. For example, a plate cam 19 that is integrally provided on the upper portion of the plate cam 11 is used. 11 rotation angle is adjusted. The link mechanism 15 connects the driven node 21 of the plate cam 11 and the blade 5 to each other so that the blade 5 rotates due to the displacement of the driven node 21. Further, the plate motor 11 is moved in the vertical direction and positioned by the servo motor 16.

そして、図９（風車１の制御系の概略構成を示すブロック図）に示す制御装置（風車コントローラ）２３の制御の下、たとえば、アーム部３の回転速度に応じて（図示しない回転速度計から送られてくる電気的な信号に応じて）、板カム１１を上下方向に移動し、風速度ベクトルのスカラー量に対する翼回転速度ベクトルのスカラー量（後述するＢ値）を変化させるべく、板カム１１を移動するように構成されている。なお、風速度ベクトルや翼回転速度ベクトルについての詳細は後述する。   Then, under the control of the control device (wind turbine controller) 23 shown in FIG. 9 (a block diagram showing a schematic configuration of the control system of the wind turbine 1), for example, according to the rotational speed of the arm unit 3 (from a rotational speed meter not shown) The plate cam 11 is moved in the vertical direction (in response to an electrical signal sent) to change the blade rotation speed vector scalar quantity (B value described later) relative to the wind speed vector scalar quantity. 11 is configured to move. Details of the wind speed vector and the blade rotation speed vector will be described later.

また、風車１には、風速検出手段の例である風速計２５（図９参照）が設けられており、制御装置２３は、風速計２５の検出結果に応じ（風速計２５から送られてくる電気的な信号に応じ）、アクチュエータドライバ２７を介してサーボモータ１６を適宜制御し、板カム１１の位置を調整し、風速度ベクトルのスカラー量に対する翼回転速度ベクトルのスカラー量を変化させるようになっている。   Further, the windmill 1 is provided with an anemometer 25 (see FIG. 9) which is an example of the wind speed detecting means, and the control device 23 is sent from the anemometer 25 according to the detection result of the anemometer 25. In accordance with an electrical signal), the servo motor 16 is appropriately controlled via the actuator driver 27 to adjust the position of the plate cam 11 so as to change the scalar amount of the blade rotation speed vector with respect to the scalar amount of the wind speed vector. It has become.

風車１についてより詳しく説明する。   The windmill 1 will be described in more detail.

図６において、風車１のアーム部３は、この基端部側が円筒状の支持部材２９に一体的に設けられている。支持部材２９は、ベアリング３１を介して、軸部材３３の中間部（軸ＣＬ１の延伸方向の中間部）３３Ｂに回転自在に設けられている。このように構成されていることにより、アーム部３は、軸部材３３に対して軸（軸部材３３の中心軸）ＣＬ１の延伸方向には移動せず、軸ＣＬ１を中心にして回転のみするようになっている。なお、軸部材３３が建物の屋上等に一体的に設置されることにより、風車１が前記建物等に設置されるものである。   In FIG. 6, the arm portion 3 of the wind turbine 1 is integrally provided on a cylindrical support member 29 on the base end side. The support member 29 is rotatably provided at an intermediate portion (an intermediate portion in the extending direction of the shaft CL1) 33B of the shaft member 33 via the bearing 31. With this configuration, the arm portion 3 does not move in the extending direction of the shaft (center axis of the shaft member 33) CL1 with respect to the shaft member 33, and only rotates around the shaft CL1. It has become. In addition, the windmill 1 is installed in the said building etc. because the shaft member 33 is installed integrally on the rooftop etc. of a building.

アーム部３は、たとえば、水平方向であって軸ＣＬ１と直交する方向に延びている。また、アーム部３は、支持部材２９から円周を等分配した位置で複数本（図５では４本）放射状に延びて設けられているが、必ずしも４本である必要はなく、２本以上であればよい。   For example, the arm portion 3 extends in a horizontal direction and a direction orthogonal to the axis CL1. Further, a plurality of arm portions 3 are provided extending radially from the support member 29 at a position where the circumference is equally distributed (four in FIG. 5), but the number of the arm portions 3 is not necessarily four, and two or more. If it is.

軸部材３３は、軸ＣＬ１の延伸方向の基端部側（図６の下側）に位置しているベース部（基端部）３３Ａと、前述した中間部（ベアリング３１が設けられている部位）３３Ｂと、軸ＣＬ１の延伸方向の先端部側（図６の上側）に位置している先端部３３Ｃとによって構成されている。ベース部３３Ａは板状に形成されており、中間部３３Ｂの外形は、軸ＣＬ１を中心とする円柱状に形成されており、先端部３３Ｃの外形も、軸ＣＬを中心とする円柱状に形成されている。なお、先端部３３Ｃの外径は、中間部３３Ｂの外径よりも小さくなっている。   The shaft member 33 includes a base portion (base end portion) 33A located on the base end portion side (lower side in FIG. 6) in the extending direction of the shaft CL1, and the above-described intermediate portion (a portion where the bearing 31 is provided). ) 33B and a distal end portion 33C located on the distal end side (upper side in FIG. 6) in the extending direction of the axis CL1. The base portion 33A is formed in a plate shape, the outer shape of the intermediate portion 33B is formed in a columnar shape centered on the axis CL1, and the outer shape of the distal end portion 33C is also formed in a columnar shape centered on the axis CL. Has been. Note that the outer diameter of the distal end portion 33C is smaller than the outer diameter of the intermediate portion 33B.

軸部材３３の基端部３３Ａの端面から中間部（中間部３３Ｂと先端部３３Ｃとの境界よりも基端部３３Ａ側に位置している部位）にかけては、軸ＣＬを中心とする円柱状の孔（内径が、中間部３３Ｂの外径よりも小さく先端部３３Ｃの外径よりも大きい孔）３３Ｄが設けられている。また、軸部材３３の先端部３３Ｃの端面から前記中間部にかけては、軸ＣＬ１を中心とする円柱状の孔（内径が、先端部３３Ｃの外径よりも小さい孔）３３Ｅが設けられている。このように各孔３３Ｄ、３３Ｅが設けられていることによって、各孔３３Ｄ、３３Ｅは、軸部材３３の中心部を軸ＣＬ１に沿って貫通している。   From the end surface of the base end portion 33A of the shaft member 33 to the intermediate portion (a portion located on the base end portion 33A side with respect to the boundary between the intermediate portion 33B and the front end portion 33C), a columnar shape centering on the axis CL A hole 33D (a hole whose inner diameter is smaller than the outer diameter of the intermediate portion 33B and larger than the outer diameter of the tip portion 33C) is provided. Further, a columnar hole (a hole whose inner diameter is smaller than the outer diameter of the tip portion 33C) 33E around the shaft CL1 is provided from the end surface of the tip portion 33C of the shaft member 33 to the intermediate portion. Since the holes 33D and 33E are provided in this way, the holes 33D and 33E penetrate the central portion of the shaft member 33 along the axis CL1.

各孔３３Ｄ、３３Ｅ内には、円柱状の回転軸部材３７が設けられている。回転軸部材３７の外径は孔３３Ｅの内径よりも僅かに小さくなっている。また、回転軸部材３７は、この基端部側がカップリング３９を介してサーボモータ（筐体がベース部３３Ａに一体的に設けられたサーボモータ）１６の回転出力軸に係合しており、先端部側が、孔３３Ｅから突出している。サーボモータ１６の回転出力軸と回転軸部材３７とは、軸ＣＬ１を中心にして回転するようになっている。   A cylindrical rotation shaft member 37 is provided in each of the holes 33D and 33E. The outer diameter of the rotating shaft member 37 is slightly smaller than the inner diameter of the hole 33E. Further, the rotation shaft member 37 is engaged with a rotation output shaft of a servo motor (a servo motor in which a casing is integrally provided on the base portion 33A) 16 via a coupling 39 on the base end side. The tip end side protrudes from the hole 33E. The rotation output shaft of the servo motor 16 and the rotation shaft member 37 rotate about the axis CL1.

また、孔３３Ｄ内には、ナット３５が設けられており、このナット３５の内側の雌ネジ部が、回転軸部材３７の軸方向の中間部に設けられた雄ネジ部に螺合している。回転軸部材３７の先端部は、ベアリング４１を介して板カム１１に回転自在に支持されている。板カム１１は、ベアリング４３を介して軸部材３３に支持されている。そして、板カム１１は、軸部材３３に対して回動し、また、軸部材３３に対して軸ＣＬ１の延伸方向で移動することができるようになっている。   Further, a nut 35 is provided in the hole 33D, and a female screw portion inside the nut 35 is screwed into a male screw portion provided in an intermediate portion in the axial direction of the rotary shaft member 37. . A distal end portion of the rotary shaft member 37 is rotatably supported by the plate cam 11 via a bearing 41. The plate cam 11 is supported by the shaft member 33 via a bearing 43. The plate cam 11 rotates with respect to the shaft member 33 and can move with respect to the shaft member 33 in the extending direction of the shaft CL1.

ナット３５は、図示しない回り止め部材によって軸部材３３に対して回転しないようになっているが、軸部材３３に対して軸ＣＬ１の延伸方向では適宜移動することができるようになっている。ただし、ナット３５に外力が加わっていない状態では、弾性体の例である各圧縮コイルバネ４５、４７で付勢されていることによって、ナット３５は、軸ＣＬ１の延伸方向において所定の位置にとどまるようになっている。   The nut 35 is prevented from rotating with respect to the shaft member 33 by a non-rotating member (not shown), but can be appropriately moved with respect to the shaft member 33 in the extending direction of the shaft CL1. However, in a state where no external force is applied to the nut 35, the nut 35 stays at a predetermined position in the extending direction of the shaft CL1 by being biased by the compression coil springs 45 and 47, which are examples of elastic bodies. It has become.

カップリング３９で連結されていることにより、回転軸部材３７は、サーボモータ１６の回転出力軸といっしょに回転するようになっているが、回転軸部材３７は、軸ＣＬ１の延伸方向に適宜移動することができるようになっている。   The rotation shaft member 37 is rotated together with the rotation output shaft of the servo motor 16 by being connected by the coupling 39, but the rotation shaft member 37 is appropriately moved in the extending direction of the axis CL1. Can be done.

このように構成されていることによって、サーボモータ１６の回転出力軸を適宜回転すると、回転軸部材３７が軸ＣＬ１の延伸方向（図６の上下方向）に移動し、回転軸部材３７の移動に伴って、板カム１１が上下方向で移動位置決めされるようになっている。   With this configuration, when the rotation output shaft of the servo motor 16 is appropriately rotated, the rotation shaft member 37 moves in the extending direction of the axis CL1 (up and down direction in FIG. 6), and the rotation shaft member 37 moves. Along with this, the plate cam 11 is moved and positioned in the vertical direction.

なお、板カム１１が上下方向で移動する際、従動節２１によって板カム１１に過大な負荷がかかる場合がある。すなわち、板カム１１は、図７に示すように、この厚さ方向でカムプロフィールが連続的に変化しているわけであるが、たとえば、板カム１１が上下方向で移動しようとした場合、アーム部３の回転速度が遅いがゆえに、従動節２１によって板カム１１に過大な負荷がかかる場合がある。   When the plate cam 11 moves in the vertical direction, an excessive load may be applied to the plate cam 11 by the follower node 21. That is, as shown in FIG. 7, the cam profile of the plate cam 11 continuously changes in the thickness direction. For example, when the plate cam 11 tries to move in the vertical direction, Since the rotational speed of the portion 3 is slow, an excessive load may be applied to the plate cam 11 by the driven node 21.

このように板カム１１に、上下方向の過大な負荷がかかった場合に、板カム１１の移動を制限すると共に、過大な負荷が除去されたときには前記移動の制限を解除し、前記過大な負荷がかからなかったと仮定した場合おける位置であってアクチュエータ１６の回転出力軸の回転角度に応じた位置に、板カム１１を位置させる制限・解除機構が設けられている。この制限・解除機構は、たとえば、前述した各圧縮コイルバネ４５、４７を備えて構成されており、板カム１１に過大な負荷がかかった場合、各圧縮コイルバネ４５、４７が適宜圧縮され、板カム１１が移動を停止し、従動節２１やリンク機構１５が破損することを回避することができるようになっている。   In this way, when an excessive load is applied to the plate cam 11 in the vertical direction, the movement of the plate cam 11 is restricted, and when the excessive load is removed, the restriction on the movement is released and the excessive load is released. A limiting / releasing mechanism for positioning the plate cam 11 is provided at a position corresponding to the rotation angle of the rotation output shaft of the actuator 16 in the case where it is assumed that no rotation has occurred. This limiting / releasing mechanism includes, for example, the compression coil springs 45 and 47 described above. When an excessive load is applied to the plate cam 11, the compression coil springs 45 and 47 are appropriately compressed, and the plate cam 11 stops moving, and it is possible to prevent the driven node 21 and the link mechanism 15 from being damaged.

より詳しく説明すると、孔３５Ｄの上下方向の中間部の内壁には、円環状の鍔部１０１が軸部材３３に一体的に設けられている。また、孔３５Ｄの上部側には、円筒状のカラー部材１０３が設けられている。このカラー部材１０３の内壁の下部には、円環状の鍔部１０５が形成されている。カラー部材１０３は、孔３５Ｄ内で上下方向に移動可能になっている。カラー部材１０３と鍔部１０１との間には、圧縮コイルバネ４５が設けられており、常態（板カム１１に上下方向の過大な力がかかっていない状態）では、圧縮コイルバネ４５によって、カラー部材１０３は上方向に付勢されており、カラー部材１０３が、孔３５Ｄの底面（上側の端面）に当接している。   More specifically, an annular flange 101 is provided integrally with the shaft member 33 on the inner wall of the intermediate portion in the vertical direction of the hole 35D. A cylindrical collar member 103 is provided on the upper side of the hole 35D. An annular flange 105 is formed at the lower part of the inner wall of the collar member 103. The collar member 103 is movable in the vertical direction within the hole 35D. A compression coil spring 45 is provided between the collar member 103 and the collar portion 101, and in a normal state (a state in which an excessive force is not applied to the plate cam 11 in the vertical direction), the compression coil spring 45 causes the collar member 103 to move. The collar member 103 is in contact with the bottom surface (upper end surface) of the hole 35D.

カラー部材１０３の内部には、ナット３５が設けられている。ナット３５は、カラー部材１０３の内部で上下方向に移動可能になっている。ナット３５と孔３５Ｄの底面との間には、圧縮コイルバネ４５よりもバネ定数が小さい圧縮コイルバネ４７が設けられており、常態では、圧縮コイルバネ４７によって、ナット３５は下方向に付勢されており、ナット３５が鍔部１０１に当接している。   A nut 35 is provided inside the collar member 103. The nut 35 is movable in the vertical direction inside the collar member 103. A compression coil spring 47 having a smaller spring constant than the compression coil spring 45 is provided between the nut 35 and the bottom surface of the hole 35D, and the nut 35 is normally biased downward by the compression coil spring 47. The nut 35 is in contact with the flange portion 101.

そして、板カム１１が図６の上方向に移動しようとしているときに板カム１１に過大な負荷がかかった場合には、回転軸部材３７が上昇する代わりに、圧縮コイルバネ４５が縮みナット３５とカラー部材１０３とが下降しカラー部材１０３が孔３５Ｄの底面から離れ、回転軸部材３７（板カム１１）の無理な上昇が回避されるようになっている。一方、板カム１１が図６の下方向に移動しようとしているときに板カム１１に過大な負荷がかかった場合には、回転軸部材３７が下降する代わりに、圧縮コイルバネ４７が縮みナット３５が上昇しナット３５が鍔部１０５から離れ、回転軸部材３７（板カム１１）の無理な下降が回避されるようになっている。   When the plate cam 11 is about to move upward in FIG. 6 and an excessive load is applied to the plate cam 11, the compression coil spring 45 is compressed with the nut 35 instead of the rotary shaft member 37 rising. The collar member 103 is lowered, the collar member 103 is separated from the bottom surface of the hole 35D, and the forcible raising of the rotating shaft member 37 (plate cam 11) is avoided. On the other hand, if an excessive load is applied to the plate cam 11 when the plate cam 11 is moving downward in FIG. 6, the compression coil spring 47 is contracted and the nut 35 is moved instead of the rotary shaft member 37 being lowered. The nut 35 is lifted and separated from the flange portion 105, so that the rotating shaft member 37 (plate cam 11) is prevented from being forcibly lowered.

なお、板カム１１に上下方向の過大な力がかかったときに、板カム１１の上昇を止める方式として、たとえばカップリング３９にトルクリミッターの機能を持たせてもよいが、トルクリミッターの機能を持たせた場合、一度トルクリミッターが作動すると、板カム１１の上下方向の原点位置がずれてしまう。すなわち、サーボモータ１６の回転出力軸の回転角度に対する板カム１１の上下方向の位置が当初の位置からずれてしまい、原点出しが必要になる。   For example, the coupling 39 may be provided with a torque limiter function as a method of stopping the plate cam 11 from rising when an excessive vertical force is applied to the plate cam 11. In this case, once the torque limiter is activated, the vertical origin position of the plate cam 11 is shifted. That is, the position of the plate cam 11 in the vertical direction with respect to the rotation angle of the rotation output shaft of the servo motor 16 is deviated from the initial position, and the origin must be determined.

これに対して、上述したような制限・解除機構を使用すれば、原点がずれるという事態を回避することができるのである。   On the other hand, if the restriction / release mechanism as described above is used, it is possible to avoid a situation in which the origin is shifted.

ところで、図８に示すように、板カム１１のカムプロフィールを、板カム１１の厚さ方向で段階的に変化させるように形成してもよい。このように形成することで、従動節２１が当接する板カム１１の面を複雑な三次元形状に形成する必要がなくなり、板カム１１の加工工数を削減することが可能になり、板カム１１を安価に得ることができる。   Incidentally, as shown in FIG. 8, the cam profile of the plate cam 11 may be formed so as to change stepwise in the thickness direction of the plate cam 11. By forming in this way, it becomes unnecessary to form the surface of the plate cam 11 with which the driven node 21 abuts in a complicated three-dimensional shape, and it becomes possible to reduce the processing man-hours of the plate cam 11. Can be obtained at low cost.

また、軸部材３３には、発電機７の筐体が一体的に設けられており、発電機７の回転入力軸には、ギヤ５１が取り付けられている。このギヤ５１は、支持部材２９の下端部側の外周に形成されているギヤ４９と噛み合っている。そして風によりアーム部３（支持部材２９）が回転すると発電機７の回転入力軸が回転し、発電がなされるようになっている。   Further, the shaft member 33 is integrally provided with a housing of the generator 7, and a gear 51 is attached to the rotation input shaft of the generator 7. The gear 51 meshes with a gear 49 formed on the outer periphery on the lower end side of the support member 29. When the arm 3 (support member 29) is rotated by the wind, the rotation input shaft of the generator 7 is rotated to generate power.

翼５は、図６に示すように、ベアリング５３を介して、各アーム部３の先端部に回動自在に設けられている。また、翼５は、アーム部３を間にして、図６の上下方向で対称に設けられている。すなわち、図５や図６では、翼５は８つ設けられていることになる。なお、上下方向に対称に設けられている２つの翼（１組の翼）５は、互いが同期して回動するようになっている。   As shown in FIG. 6, the wing 5 is rotatably provided at the tip of each arm portion 3 via a bearing 53. Further, the blades 5 are provided symmetrically in the vertical direction of FIG. 6 with the arm portion 3 therebetween. That is, in FIG. 5 and FIG. 6, eight wings 5 are provided. The two wings (one set of wings) 5 provided symmetrically in the vertical direction are configured to rotate in synchronization with each other.

翼５の外形形状は、図１や図４から理解されるように、翼５の長手方向（軸ＣＬ３の延伸方向）に垂直な平面（水平面）による断面が、翼５の幅方向の両端部で薄く翼５の幅方向の中央部に向かうほど厚くなっている。また、長手方向においては、翼５の形状は一定になっている。ただし、図６に示されているように、翼５の長手方向において、断面（水平面による断面）の大きさが、ほぼ相似形状で変化するように構成してもよい。   As can be understood from FIGS. 1 and 4, the outer shape of the wing 5 is such that the cross section by a plane (horizontal plane) perpendicular to the longitudinal direction of the wing 5 (the extending direction of the axis CL <b> 3) The thickness of the blade 5 increases toward the center of the blade 5 in the width direction. In the longitudinal direction, the shape of the wing 5 is constant. However, as shown in FIG. 6, in the longitudinal direction of the blade 5, the size of the cross section (cross section by a horizontal plane) may be changed in a substantially similar shape.

図５、図６において、アーム部３の基端部側（支持部材２９側）には、板カム１１の従動節２１が設けられている。従動節２１は、円板状の回動部材５５と、カムフォロア５７とを備えて構成されている。回動部材５５は、ベアリング６１を介してで支持され、軸ＣＬ１と平行に延びた軸ＣＬ５を中心にしてアーム部３に回動自在になっている。なお、回動部材５５の厚さ方向が上下方向になっている。   5 and 6, the follower 21 of the plate cam 11 is provided on the base end side (support member 29 side) of the arm portion 3. The follower node 21 includes a disk-shaped rotation member 55 and a cam follower 57. The rotation member 55 is supported via a bearing 61 and is rotatable to the arm portion 3 around an axis CL5 extending in parallel with the axis CL1. In addition, the thickness direction of the rotation member 55 is the vertical direction.

回動部材５５の周辺部には、カムフォロア５７が設けられている、カムフォロア５７の回転ローラは、軸ＣＬ５に対して平行な軸を中心にして回転するようになっている。   A cam follower 57 is provided in the periphery of the rotation member 55. A rotation roller of the cam follower 57 rotates around an axis parallel to the axis CL5.

回動部材５５の他の周辺部には、リンク機構１５を構成するコネクティングロッド５９の一端部が、回動自在に係合しており、コネクティングロッド５９の他端部は、軸ＣＬ３から離れた部位で翼５に回動自在に係合している。コネクティングロッド５９の各端部における各回動中心軸は、軸ＣＬ１と同じ方向（上下方向）に延伸している。   At the other peripheral portion of the rotating member 55, one end portion of the connecting rod 59 constituting the link mechanism 15 is rotatably engaged, and the other end portion of the connecting rod 59 is separated from the axis CL3. It is pivotally engaged with the wing 5 at the site. Each rotation center axis at each end of the connecting rod 59 extends in the same direction (vertical direction) as the axis CL1.

また、コネクティングロッド５９は弾性体の例である引っ張りコイルバネ６３で付勢されている。そして、図５では、各回動部材５５が軸ＣＬ５を中心にして反時計回りに回動するように付勢されており、この付勢によってカムフォロア５７の回転ローラが、板カム１１に常に接触するようになっている。   Further, the connecting rod 59 is biased by a tension coil spring 63 which is an example of an elastic body. In FIG. 5, each rotating member 55 is urged to rotate counterclockwise about the axis CL <b> 5, and the urging roller of the cam follower 57 always contacts the plate cam 11 by this urging. It is like that.

図５では、板カム１１のほぼ円形状の外径が多重線で示されているが、これは、板カム１１のプロフィールが、板カム１１の厚さ方向（図５の紙面に垂直な方向）で変化していることを示している。より詳しく説明すると、風速度ベクトルのスカラー量に対する翼回転速度ベクトルのスカラー量の割合Ｂが、板カム１１の厚さ方向で変化するようになっている。たとえば、板カム１１が最も下方に位置している状態では、前記割合Ｂが「１」になるように、アーム部３の回転角度θ（図１、図２参照）に対する翼５の自転角度（回動角度）Ａ（図１、図２参照）が決められる。また、板カム１１が最も上方に位置している状態では、前記割合Ｂが「１０」になるように、アーム部３の回転角度θに対する翼５の自転角度Ａが決められる。さらに、板カム１１が最も下方の位置と最も上方の位置との中間に位置している状態では、前記割合Ｂが「１」〜「１０」の間の所定の値になるように、アーム部３の回転角度θに対する翼５の自転角度Ａが決められる。   In FIG. 5, the substantially circular outer diameter of the plate cam 11 is shown by multiple lines. This is because the profile of the plate cam 11 is in the thickness direction of the plate cam 11 (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 5). ) Shows that it is changing. More specifically, the ratio B of the blade rotation speed vector scalar quantity to the wind speed vector scalar quantity changes in the thickness direction of the plate cam 11. For example, in the state where the plate cam 11 is positioned at the lowest position, the rotation angle of the blade 5 with respect to the rotation angle θ of the arm portion 3 (see FIGS. 1 and 2) so that the ratio B is “1” (see FIGS. 1 and 2). Rotation angle) A (see FIGS. 1 and 2) is determined. In the state where the plate cam 11 is located at the uppermost position, the rotation angle A of the blade 5 with respect to the rotation angle θ of the arm portion 3 is determined so that the ratio B becomes “10”. Further, in a state where the plate cam 11 is located between the lowermost position and the uppermost position, the arm portion is set so that the ratio B becomes a predetermined value between “1” and “10”. A rotation angle A of the blade 5 with respect to a rotation angle θ of 3 is determined.

そして、風見板１９で所定の姿勢になっている板カム１１（軸ＣＬを中心とした所定の回動角度に位置決めされている板カム１１）に、カムフォロア５７の回転ローラが接触しながらアーム部３が回転すると、板カム１１のプロフィール（板カム１１の上下方向の位置）に応じて回動部材５５が回動しこの回動で翼５が回動し、翼５の公転角度（アーム部３の回転角度）θに応じた翼５の回動角度Ａを調整することができるようになっている。   The arm portion while the rotating roller of the cam follower 57 is in contact with the plate cam 11 (the plate cam 11 positioned at a predetermined rotation angle about the axis CL) in a predetermined posture with the weather vane plate 19. When 3 rotates, the rotation member 55 rotates according to the profile of the plate cam 11 (the vertical position of the plate cam 11), and the blade 5 rotates by this rotation. The rotation angle A of the blade 5 can be adjusted according to the rotation angle 3).

ここで、翼回動角度調整手段９による翼５の回動角度の調整ついてより詳しく説明する。   Here, the adjustment of the rotation angle of the blade 5 by the blade rotation angle adjusting means 9 will be described in more detail.

図１のほぼ中央部に示されている図は、風車１の平面図であり、軸ＣＬ１を中心にしてアーム部３が回転した場合における、アーム部３と翼５との状態を示している図である。図１の周辺に書かれている（ａ）〜（ｈ）の各図は、アーム部３や翼５の各回転位置における風等のベクトルを表している。なお、図１の中央部に示されているアーム部３と翼５との状態を示している各図は、図（ａ）〜図（ｈ）の各図に対応している。   1 is a plan view of the windmill 1 and shows a state of the arm portion 3 and the blade 5 when the arm portion 3 rotates around the axis CL1. FIG. Each of the drawings (a) to (h) written in the periphery of FIG. 1 represents a vector such as a wind at each rotation position of the arm unit 3 and the blade 5. In addition, each figure which shows the state of the arm part 3 and the wing | blade 5 which are shown by the center part of FIG. 1 respond | corresponds to each figure of figure (a)-figure (h).

ここで、アーム部３の回転角度について説明する。アーム部３の延伸方向（アーム部３の回転中心軸ＣＬ１と翼５の回動中心軸ＣＬ３とを互いに結ぶ方向）が、風の向きに対して直交する方向になるときのアーム部３の角度のうちで、所定の方向（図１では、矢印ＡＲ１の方向；反時計回りの方向）に回転するアーム部３が風上側に向かう側の角度を「０°」とする。図１では、風が上から下に吹いており、アーム部３が矢印ＡＲ１の方向に回転するので、図１の（ａ）のベクトルに対応した位置に存在しているアーム部３の回転角度が「０°」になる。   Here, the rotation angle of the arm part 3 will be described. The angle of the arm portion 3 when the extending direction of the arm portion 3 (the direction connecting the rotation center axis CL1 of the arm portion 3 and the rotation center axis CL3 of the blade 5) is perpendicular to the direction of the wind. Of these, the angle on the side toward the windward side of the arm portion 3 that rotates in a predetermined direction (the direction of the arrow AR1 in FIG. 1; the counterclockwise direction) is defined as “0 °”. In FIG. 1, since the wind is blowing from the top to the bottom, and the arm part 3 rotates in the direction of the arrow AR1, the rotation angle of the arm part 3 existing at the position corresponding to the vector of FIG. Becomes “0 °”.

以下、図１の（ｂ）のベクトルに対応した位置に存在しているアーム部３の回転角度は「４５°」であり、（ｃ）は、「９０°」・・・（ｈ）は、「３１５°」ということになる。なお、アーム部３の回転角度は「３６０°」になったときには、「０°」に戻るものとする。   Hereinafter, the rotation angle of the arm part 3 existing at the position corresponding to the vector of FIG. 1B is “45 °”, (c) is “90 °”... (H) is It will be “315 °”. When the rotation angle of the arm unit 3 reaches “360 °”, it returns to “0 °”.

次に、図１の（ａ）〜（ｈ）のベクトルについて説明する。   Next, vectors (a) to (h) in FIG. 1 will be described.

なお、翼５の幅や厚さに対して、アーム部３の長さ（風車１の直径Ｄ）は、十分に大きいものとする。したがって、厳密に考えるとたとえば図１の（ｃ）では、翼５の幅方向の一端部５Ａの周速度と、他端部５Ｂの周速度とは互いに異なるが、前述したように、翼５の幅や厚さに対してアーム部３の長さが十分に長いので、各端部５Ａ、５Ｂにおける周速度は等しいものとすることができる。なお、翼５の周速度は、軸ＣＬ１と軸ＣＬ３とを互いに結ぶ線分の長さと、アーム部３の回転角速度との積である。   It is assumed that the length of the arm portion 3 (the diameter D of the windmill 1) is sufficiently larger than the width and thickness of the blade 5. Therefore, strictly speaking, for example, in FIG. 1C, the peripheral speed of the one end portion 5A in the width direction of the blade 5 and the peripheral speed of the other end portion 5B are different from each other. Since the length of the arm part 3 is sufficiently long with respect to the width and thickness, the peripheral speeds at the end parts 5A and 5B can be equal. The peripheral speed of the blade 5 is the product of the length of the line segment connecting the axes CL1 and CL3 and the rotational angular speed of the arm 3.

図１の（ａ）は、各ベクトルが互いに重なってわかりずらいので、図１の（ｂ）を例に掲げて説明する。   Since FIG. 1A is difficult to understand because the vectors overlap each other, FIG. 1B will be described as an example.

図１の（ｂ）に太線で示すベクトルは、風の方向と速さとを表すベクトル（風速度ベクトル）であり、矢印ＡＲ３で示す風によるので、図１の上下方向に延びている。図１の（ｂ）に実線で示すベクトルは、翼５の周速度とこの方向とを表すベクトル（翼回転速度ベクトル）なので、アーム部３の回転中心軸ＣＬ１と翼５の回動中心軸ＣＬ３とを互いに結ぶ方向に対して直交している。   A vector indicated by a thick line in FIG. 1B is a vector (wind velocity vector) representing the direction and speed of the wind, and because of the wind indicated by an arrow AR3, it extends in the vertical direction in FIG. Since the vector shown by the solid line in FIG. 1B is a vector (blade rotation speed vector) representing the peripheral speed of the blade 5 and this direction (blade rotation speed vector), the rotation center axis CL1 of the arm 3 and the rotation center axis CL3 of the blade 5 are shown. Are orthogonal to the direction connecting the two.

図１の（ｂ）に破線で示すベクトルは、風速度ベクトルと翼回転速度ベクトルとの和である合ベクトルである。なお、図１の（ａ）〜（ｈ）の各図における各風速度ベクトルは互いに等しく、図１の（ａ）〜（ｈ）の各図における各翼回転速度ベクトルは、スカラー量のみが互いに等しく、方向が変化している。また、図１では、風速度ベクトルのスカラー量に対する翼回転速度ベクトルのスカラー量の割合Ｂ（前述したＢ値）を「２」にしてあるが、前記Ｂの値は、板カム１１を上下動することによって、前述したように、たとえば、「１」〜「１０」の範囲で変化するようになっている。   A vector indicated by a broken line in FIG. 1B is a combined vector which is the sum of the wind speed vector and the blade rotation speed vector. Note that the wind velocity vectors in FIGS. 1A to 1H are equal to each other, and the blade rotation speed vectors in FIGS. 1A to 1H have only scalar amounts. Equally, the direction is changing. In FIG. 1, the ratio B (the B value described above) of the blade rotation speed vector scalar quantity to the wind speed vector scalar quantity is set to “2”. However, the value B moves the plate cam 11 up and down. By doing so, as described above, for example, it changes in the range of “1” to “10”.

ここで、アーム部３の回転角度（軸ＣＬ１を中心にした回転角度）を「θ」とし、翼５のアーム部３に対する回動角度（軸ＣＬ３を中心にした自転角度）を「Ａ」とする。回転角度θは、回転角度が「０°」である位置から、アーム部３が、風上側に向かう方向（図１では矢印ＡＲ１の方向；反時計回りの方向）に回転したときの角度を示す。すでに理解されるように、回転角度θが９０°を超え２７０°に至るまでは、アーム部３は風下側に向かい、回転角度θが２７０°を超え０°の位置を通過して９０°に至るまでは、アーム部３は、風上側に向かうようになっている。   Here, the rotation angle of the arm part 3 (rotation angle about the axis CL1) is “θ”, and the rotation angle of the blade 5 with respect to the arm part 3 (rotation angle about the axis CL3) is “A”. To do. The rotation angle θ indicates an angle when the arm unit 3 is rotated in a direction toward the windward side (a direction indicated by an arrow AR1 in FIG. 1; a counterclockwise direction in FIG. 1) from a position where the rotation angle is “0 °”. . As already understood, until the rotation angle θ exceeds 90 ° and reaches 270 °, the arm portion 3 moves toward the leeward side, and the rotation angle θ exceeds 270 ° and passes through the position of 0 ° to 90 °. Up to this point, the arm portion 3 is directed toward the windward side.

図１の（ａ）や（ｅ）に示すように、アーム部３の回転中心軸ＣＬ１と翼５の回動中心軸ＣＬ３とを互いに結ぶ方向と、翼５の幅の方向と、が互いに直交している場合における翼５の回動角度（鋭角の範囲で変化する回動角度；自転角度）Ａを「０°」とし、この「０°」の位置から時計回りに翼５が回動する方向をプラス方向とし、前記「０°」の位置から反時計回りに翼５が回動する方向をマイナス方向とする。換言すれば、回動角度Ａは、翼５が軸ＣＬ１を中心にして公転しているときにおける翼５の速度ベクトル（軸ＣＬ３の部分の速度ベクトル）の方向と、翼５の幅の方向との交差角度（鋭角のほうの交差角度）であるといえる。   As shown in FIGS. 1A and 1E, the direction connecting the rotation center axis CL1 of the arm 3 and the rotation center axis CL3 of the blade 5 and the width direction of the blade 5 are orthogonal to each other. In this case, the rotation angle of the blade 5 (rotation angle that changes within an acute angle range: rotation angle) A is set to “0 °”, and the blade 5 rotates clockwise from the position of “0 °”. The direction is the plus direction, and the direction in which the blade 5 rotates counterclockwise from the “0 °” position is the minus direction. In other words, the rotation angle A includes the direction of the velocity vector of the blade 5 (the velocity vector of the portion of the axis CL3) when the blade 5 is revolving around the axis CL1, and the direction of the width of the blade 5. It can be said that this is the intersection angle (the intersection angle of the acute angle).

また、風車１では、翼回動角度調整手段９によって、前記合ベクトルの方向と、翼５の幅の方向とが互いにほぼ一致するようになっている。すなわち、アーム部３の回転角度θに応じて、翼５の回動角度Ａが適宜変化し、前記合ベクトルの方向と、翼５の幅の方向とが互いに平行になるものである。したがって、たとえば、図１の（ｂ）に示す位置では、翼５の回動角度Ａは、「＋１４．６°」であり、図１の（ｆ）に示す位置では、翼５の回動角度Ａは、マイナスの値になる。   Further, in the wind turbine 1, the direction of the combined vector and the direction of the width of the blade 5 are substantially matched by the blade rotation angle adjusting means 9. That is, the rotation angle A of the blade 5 is appropriately changed according to the rotation angle θ of the arm portion 3, and the direction of the combined vector and the width direction of the blade 5 are parallel to each other. Therefore, for example, at the position shown in FIG. 1B, the rotation angle A of the blade 5 is “+ 14.6 °”, and at the position shown in FIG. A is a negative value.

ここで、翼５のアーム部３に対する回動角度Ａと、風速度ベクトルのスカラー量に対する翼回転速度ベクトルのスカラー量の割合Ｂと、アーム部３の回転角度θとの関係は、図２に示す（３）式「Ａ＝θ−ｔａｎ−1（Ｂｓｉｎθ／（１＋Ｂｃｏｓθ））」、（４）式「Ａ＝θ−ｔａｎ−1（Ｂｓｉｎθ／（１＋Ｂｃｏｓθ））−１８０°」、（５）式「Ａ＝θ−ｔａｎ−1（Ｂｓｉｎθ／（１＋Ｂｃｏｓθ））−３６０°」で示すようになる。 Here, the relationship between the rotation angle A of the blade 5 with respect to the arm portion 3, the ratio B of the blade rotation speed vector scalar amount to the scalar amount of the wind velocity vector, and the rotation angle θ of the arm portion 3 is shown in FIG. (3) Expression “A = θ−tan −1 (Bsin θ / (1 + Bcos θ))”, (4) Expression “A = θ−tan −1 (Bsin θ / (1 + Bcos θ)) − 180 °”, (5) Expression “A = θ−tan −1 (Bsin θ / (1 + B cos θ)) − 360 °”.

なお、（３）式は、「１＋Ｂｃｏｓθ≧０」、かつ、「０°≦θ≦１８０°」の範囲内に回転角度θがあるときに成立し、（５）式は、「１＋Ｂｃｏｓθ≧０」、かつ、「１８０°＜θ＜３６０°」の範囲内に回転角度θがあるときに成立し、（４）式は、上記範囲以外の範囲に、回転角度θがあるときに成立する。すなわち、（４）式は、「１＋Ｂｃｏｓθ＜０」の範囲内に回転角度θがあるときに成立する。   The expression (3) is established when the rotation angle θ is in the range of “1 + Bcos θ ≧ 0” and “0 ° ≦ θ ≦ 180 °”, and the expression (5) is “1 + Bcos θ ≧ 0”. And when the rotation angle θ is within the range of “180 ° <θ <360 °”, the equation (4) is established when the rotation angle θ is in a range other than the above range. That is, the expression (4) is established when the rotation angle θ is within the range of “1 + B cos θ <0”.

Ｂ値をたとえば、「２」にすると、回転角度θが「０°≦θ≦１２０°」であるときに、図２の（３）式が成立し、回転角度θが「１２０°＜θ＜２４０°」であるときに、図２の（４）式が成立し、回転角度θが「２４０°≦θ＜３６０°」であるときに、図２の（５）式が成立する。   For example, when the B value is “2”, when the rotation angle θ is “0 ° ≦ θ ≦ 120 °”, the expression (3) in FIG. 2 is established, and the rotation angle θ is “120 ° <θ <. 2 is established when it is “240 °”, and Equation (5) in FIG. 2 is established when the rotation angle θ is “240 ° ≦ θ <360 °”.

ここで、前記（３）式の求め方を、図２を用いて説明するが、前記（４）式、（５）式も、（３）式と同様に求めることができる。   Here, how to obtain the equation (3) will be described with reference to FIG. 2, but the equations (4) and (5) can also be obtained in the same manner as the equation (3).

まず、アーム部３の回転角度を「θ」とし、風のベクトル（風速度ベクトル）をＯ２Ｏ１の線分とし、翼５の周速度ベクトル（翼回転速度ベクトル）をＯ１Ｏ３の線分とすると、合ベクトルはＯ２Ｏ３の線分で表すことができる。説明の便宜のために風のベクトルのスカラー量は「１」としてあり、翼５の周速度ベクトルのスカラー量は「Ｂ」としてある。 First, the rotation angle of the arm part 3 is set to “θ”, the wind vector (wind speed vector) is set to a line segment of O 2 O 1 , and the peripheral speed vector (blade rotation speed vector) of the blade 5 is set to O 1 O 3 . Assuming a line segment, the combined vector can be represented by an O 2 O 3 line segment. For convenience of explanation, the scalar quantity of the wind vector is “1”, and the scalar quantity of the peripheral velocity vector of the blade 5 is “B”.

線分Ｏ２Ｏ１をＯ１側に延長した半直線と、点Ｏ３を通りｘ軸に平行な直線との交点をＯ４とし、直角三角形Ｏ２Ｏ３Ｏ４と、直角三角形Ｏ１Ｏ３Ｏ４とを仮に形成する。∠Ｏ４Ｏ１Ｏ３の角度は「θ」であるから、線分Ｏ３Ｏ４の長さは、「Ｂｓｉｎθ」で表すことができ、線分Ｏ１Ｏ４の長さは、「Ｂｃｏｓθ」で表すことができる。 An intersection of a half straight line obtained by extending the line segment O 2 O 1 to the O 1 side and a straight line passing through the point O 3 and parallel to the x axis is defined as O 4 , and a right triangle O 2 O 3 O 4 and a right triangle O 1 O 3 O 4 is temporarily formed. Since the angle of ∠O 4 O 1 O 3 is “θ”, the length of the line segment O 3 O 4 can be represented by “Bsin θ”, and the length of the line segment O 1 O 4 is “B cos θ ".

ここで、∠Ｏ３Ｏ２Ｏ４の角度をαとすると、図２の（１）式「ｔａｎα＝Ｂｓｉｎθ／（１＋Ｂｃｏｓθ）」を得ることができる。さらに、∠Ｏ２Ｏ３Ｏ１の角度を、角度Ａ（翼５のアーム部３に対する回動角度Ａ）とすると、（２）式「θ＝Ａ＋α」を得る。この（２）式に、（１）式を代入し、「Ａ＝」の形に整理すると（３）式を得る。 Here, if the angle of ∠O 3 O 2 O 4 is α, the equation (1) “tan α = B sin θ / (1 + B cos θ)” in FIG. 2 can be obtained. Furthermore, when the angle of ∠O 2 O 3 O 1 is angle A (rotation angle A with respect to the arm portion 3 of the blade 5), the equation (2) “θ = A + α” is obtained. Substituting equation (1) into equation (2) and rearranging it into the form “A =” yields equation (3).

図３に、前記（３）式、（４）式、（５）式のグラフであって「Ｂ」の値を変化させた場合のグラフを示す。図３の横軸は、アーム部３の回転角度θであり、縦軸は、翼５の回動角度（自転角度）Ａを示す、図３のグラフＧ１は、「Ｂ」の値が「１」である場合における「θ」と「Ａ」との関係を示し、Ｇ２は、「Ｂ」の値が「１．５」である場合における「θ」と「Ａ」との関係を示し、グラフＧ３は、「Ｂ」の値が「２」である場合における「θ」と「Ａ」との関係を示し、グラフＧ４は、「Ｂ」の値が「３」である場合における「θ」と「Ａ」との関係を示し、グラフＧ５は、「Ｂ」の値が「５」である場合における「θ」と「Ａ」との関係を示している。   FIG. 3 is a graph of the equations (3), (4), and (5) when the value of “B” is changed. The horizontal axis in FIG. 3 is the rotation angle θ of the arm unit 3, and the vertical axis is the rotation angle (spinning angle) A of the blade 5. The graph G 1 in FIG. ”Indicates the relationship between“ θ ”and“ A ”, and G2 indicates the relationship between“ θ ”and“ A ”when the value of“ B ”is“ 1.5 ”. G3 shows the relationship between “θ” and “A” when the value of “B” is “2”, and the graph G4 shows “θ” when the value of “B” is “3”. The relationship with “A” is shown, and the graph G5 shows the relationship between “θ” and “A” when the value of “B” is “5”.

次に、図４を用いて、風車１（アーム部３）の回転速度と、翼５の回動角度とについて説明する。   Next, the rotational speed of the windmill 1 (arm part 3) and the rotation angle of the blade 5 will be described with reference to FIG.

なお、図４では風は一定の速さで一定の方向から吹いており、また、Ｂ値は一定になっているものとする。図４（ａ）では、翼５の公転角度位置（アーム部３の回転角度θ）にかかわらず、合ベクトルと翼５の幅の方向とが互いに一致している。したがって、合ベクトルによっては、翼５には、揚力が発生しないようになっている。一方、何らかの要因（たとえば、発電機７の負荷）によって、翼５の周速度が低下すると、図４（ｂ）に示すように、合ベクトルの方向と翼５の幅の方向とが不一致になり、翼５に矢印ＡＲ５で示すような揚力が発生し、さらにこの揚力の分力（矢印ＡＲ７で示す分力）により、翼５に回転力が加わるようになっている。また、何らかの要因によって、翼５の周速度が増加すると、図４（ｃ）に示すように、合ベクトルの方向と翼５の幅の方向とが不一致になり、翼５の矢印ＡＲ９で示すような揚力が発生し、さらにこの揚力の分力（矢印ＡＲ１１で示す分力）により、翼５に負の回転力が加わるようになっている。   In FIG. 4, it is assumed that the wind is blowing from a certain direction at a constant speed, and the B value is constant. In FIG. 4A, regardless of the revolution angle position of the blade 5 (the rotation angle θ of the arm portion 3), the resultant vector and the width direction of the blade 5 coincide with each other. Therefore, depending on the combined vector, no lift is generated on the wing 5. On the other hand, if the peripheral speed of the blade 5 decreases due to some factor (for example, the load of the generator 7), the direction of the combined vector and the width of the blade 5 become inconsistent as shown in FIG. A lift force as indicated by an arrow AR5 is generated on the blade 5, and a rotational force is applied to the blade 5 by a component force of the lift force (a component force indicated by an arrow AR7). Further, if the peripheral speed of the blade 5 increases due to some factor, the direction of the combined vector and the width direction of the blade 5 become inconsistent as shown in FIG. A lift force is generated, and a negative rotational force is applied to the blade 5 by a component force of the lift force (a component force indicated by an arrow AR11).

なお、図４の説明では、翼５の回転速度（アーム部３の回転速度）を変えているが、翼５の回転速度が一定の場合であって風速が変化した場合にも同様に考えることができる。   In the description of FIG. 4, the rotational speed of the blade 5 (the rotational speed of the arm unit 3) is changed. However, the same consideration should be given when the rotational speed of the blade 5 is constant and the wind speed is changed. Can do.

次に、制御装置２３が行う制御について、例を掲げて説明する。   Next, the control performed by the control device 23 will be described with an example.

まず、風車１が停止している状態（アーム部３が回転しないで止まっている状態）では、サーボモータ（板カム１１の昇降用アクチュエータ）１６を適宜制御して板カム１１を上下方向で位置決めし、Ｂの値を小さく（たとえば、「１」程度）して、風車１を起動しやすくしておく（アーム部３容易に回転を始めることができるようにしておく）。   First, when the windmill 1 is stopped (the arm 3 is stopped without rotating), the servomotor (the actuator for raising and lowering the plate cam 11) 16 is appropriately controlled to position the plate cam 11 in the vertical direction. Then, the value of B is decreased (for example, about “1”) to make it easy to start the windmill 1 (the arm unit 3 can easily start rotating).

風車１が回転を開始し、アーム部３の回転数（アーム部３の回転速度）がある程度上昇したら、効率が良い状態で風車１を運転すべく、サーボモータ１６を適宜制御して板カム１１を移動し、Ｂ値を徐々にたとえば「４」くらいまで上昇する。   When the windmill 1 starts to rotate and the rotational speed of the arm portion 3 (the rotational speed of the arm portion 3) increases to some extent, the servomotor 16 is appropriately controlled to drive the windmill 1 in an efficient state, and the plate cam 11 , And gradually increase the B value to about “4”, for example.

風車の効率に関しては、たとえば、［平成１８年８月１０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ.ｒｒｉ.Ｋｙｏｔｏ−ｕ.ａｃ.ｊｐ／ＮＳＲＧ／ｋｏｕｅｎｉｎｄｅｘ.ｈｔｍｌ＞ 第８４回（２００１年１０月２３日）原子力安全問題ゼミ「風力発電：日本の現状と問題点」の図２３等に記載されている。   Regarding the efficiency of the windmill, for example, [Search August 10, 2006], Internet <URL: http://www.riri.Kyoto-u.ac.jp/NSRG/kuuindex.html> 84th (2001 (October 23, 2003) The nuclear safety issue seminar “Wind Power Generation: Current Status and Problems in Japan” is described in FIG.

ところで、Ｂ値を「４」程度にした状態で風車１を回転し発電をすることができることが望ましいが、発電をするためには風車１の回転数を適切な範囲内にする必要がある。そこで、制御装置２３でＢ値を適宜制御している。そして、風速の変化や負荷（発電機７による風車１の負荷）にかかわらず、風車１が所定の範囲内に回転数で回転するように制御している。   By the way, it is desirable that the wind turbine 1 can be rotated to generate electric power with the B value being about “4”. However, in order to generate electric power, the rotational speed of the wind turbine 1 needs to be within an appropriate range. Therefore, the control device 23 appropriately controls the B value. The wind turbine 1 is controlled to rotate at a rotational speed within a predetermined range regardless of changes in wind speed and load (load of the wind turbine 1 by the generator 7).

たとえば、風速が大きくなったときにはＢ値を小さくし、風速が小さくなったときにはＢ値を大きくし、また、風車１の負荷が大きくなったときにはＢの値を大きくし、風車１の負荷が小さくなったときにはＢ値を小さくするように制御している。   For example, the B value is decreased when the wind speed is increased, the B value is increased when the wind speed is decreased, and the B value is increased when the load of the windmill 1 is increased, so that the load of the windmill 1 is decreased. When this happens, the B value is controlled to be small.

なお、図９に示す例では、制御装置２３による制御を、風速計２５が検出した値に応じて行っているが、風速に代えてまたは加えて、回転数検出手段（図示せず）で風車１の回転数を検出し、また、風車の負荷を検出し、これらの検出結果に応じて、Ｂ値の制御を行うようにしてもよい。   In the example shown in FIG. 9, the control by the control device 23 is performed according to the value detected by the anemometer 25, but in place of or in addition to the wind speed, the wind turbine is operated by a rotation speed detection means (not shown). The number of rotations of 1 may be detected, the load of the windmill may be detected, and the B value may be controlled in accordance with the detection results.

風車１によれば、風速度ベクトルと翼回転速度ベクトルとの合ベクトルの方向と、翼５の幅の方向とが互いにほぼ一致するように、翼５の回動角度Ａを調整するので、風のエネルギーを効率よく風車１の回転エネルギーに変換することができる。   According to the windmill 1, the rotation angle A of the blade 5 is adjusted so that the direction of the combined vector of the wind velocity vector and the blade rotation speed vector and the width direction of the blade 5 are substantially coincident with each other. Can be efficiently converted into rotational energy of the wind turbine 1.

すなわち、図１や図４に示すように、翼５の回転位相のほぼ全周（翼５の公転角度のほぼ全周）にわたり、効率良く翼５が揚力を発生しアーム部３が回転するので、風のエネルギーを高い効率で風車１の回転力に変換することができる。また、風速（風速度ベクトル）と翼５の周速度（翼回転速度ベクトル）との偏差毎に適宜な翼５の自転角度Ａを調整することで、すなわち、Ｂ値を調整することで、風速と翼５の周速度の許容偏差幅を広げ、これらにより風車１が自起動することができるようになっている。   That is, as shown in FIG. 1 and FIG. 4, the blade 5 efficiently generates lift and the arm unit 3 rotates over almost the entire rotation phase of the blade 5 (almost the entire rotation angle of the blade 5). The wind energy can be converted into the rotational force of the windmill 1 with high efficiency. Further, by adjusting the appropriate rotation angle A of the blade 5 for each deviation between the wind speed (wind speed vector) and the peripheral speed of the blade 5 (blade rotation speed vector), that is, by adjusting the B value, Thus, the allowable deviation width of the peripheral speed of the blades 5 is widened so that the wind turbine 1 can be started automatically.

さらに、風のエネルギーの一部が風車１の回転力になるので、風車１の風下側における風速が風上側における風速よりも小さくなるが、前述したように、風下側における風速度ベクトルが、風上側における風速度ベクトルよりも小さくなるものとして、翼５の回動角度Ａを調整するようになっている。   Furthermore, since a part of the wind energy becomes the rotational force of the windmill 1, the wind speed on the leeward side of the windmill 1 is smaller than the wind speed on the leeward side. The rotation angle A of the blade 5 is adjusted so as to be smaller than the wind velocity vector on the upper side.

すなわち、図１における回転角度θが０°〜１８０°の間におけるＢ値に対して、図１における回転角度θが１８０°〜３６０°の間におけるＢ値を、１０％〜３３％（より好ましくは１９％程度）大きくなるように、板カム１１を形成してある。このように板カム１１を構成してあるので、翼５の公転角度のほぼ全周にわたって一層効率良く風車１を回転させることができる。なお、角度θが０°〜３６０°の全周においてＢ値を一定にした構成であってもよい。   That is, the B value when the rotation angle θ is 180 ° to 360 ° in FIG. 1 is 10% to 33% (more preferably) with respect to the B value when the rotation angle θ is 0 ° to 180 ° in FIG. The plate cam 11 is formed so as to be larger. Since the plate cam 11 is thus configured, the wind turbine 1 can be rotated more efficiently over substantially the entire circumference of the revolution angle of the blade 5. In addition, the structure which made B value constant in the perimeter with angle (theta) of 0 degree-360 degrees may be sufficient.

また、風車１によれば、サーボモータ１６を用い、風速や風車１の回転数や風車１の負荷に応じて、「Ｂ」の値を適宜変えているので、風車１の自起動を一層確実に行えると共に、風速と負荷の変動に対しても効率良く風力エネルギーを回転エネルギーに変換することができる。   Further, according to the windmill 1, since the servo motor 16 is used and the value of “B” is appropriately changed according to the wind speed, the rotation speed of the windmill 1 and the load of the windmill 1, the windmill 1 can be started more reliably. Wind energy can be efficiently converted into rotational energy even when the wind speed and load fluctuate.

［第２の実施形態］
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る風車１ａの概略構成を示す断面図であり、図６に対応した図である。また、図１１は、風車１ａの制御系の概略構成を示すブロック図である。 [Second Embodiment]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a wind turbine 1a according to the second embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system of the windmill 1a.

第２の実施形態に係る風車１ａは、風向を検出した結果に応じ、アクチュエータを用いて板カム１１の姿勢を調節する点が第１の実施形態に係る風車１とは異なり、その他の点は、第１の実施形態に係る風車とほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。   The windmill 1a according to the second embodiment is different from the windmill 1 according to the first embodiment in that the posture of the plate cam 11 is adjusted using an actuator according to the result of detecting the wind direction. The wind turbine according to the first embodiment is configured in substantially the same manner and exhibits substantially the same effect.

すなわち、第２の実施形態に係る風車１ａの翼回動角度調整手段９は、たとえば、板カム１１と、板カム１１の従動節２１と翼５とを互いにつなぐためのリンク機構１５と、たとえば風見板とこの風見板の向きを検出するセンサとを用いて風向を検出する風向検出手段７３と、風速を検出する風速検出手段２５と、板カム１１を回動し位置決めするための回動用アクチュエータ７１と、板カム１１を上下方向に移動し位置決めするための移動用アクチュエータ１６と、風向検出手段７３の検出結果に応じて（風向検出手段７３から送られてくる電気的な信号に応じて）板カム１１の回動角度Ａを調整し、風速検出手段２５の検出結果に応じて板カム１１の位置を調整するように、各アクチュエータ１６、７１を制御する制御装置手段２３ａとを備えて構成されている。   That is, the blade rotation angle adjusting means 9 of the wind turbine 1a according to the second embodiment includes, for example, the plate cam 11, the link mechanism 15 for connecting the driven node 21 of the plate cam 11 and the blade 5 to each other, Wind direction detecting means 73 for detecting the wind direction using the weather plate and a sensor for detecting the direction of the weather plate, wind speed detecting means 25 for detecting the wind speed, and a rotating actuator for rotating and positioning the plate cam 11 71, a moving actuator 16 for moving and positioning the plate cam 11 in the vertical direction, and a detection result of the wind direction detecting means 73 (in response to an electrical signal sent from the wind direction detecting means 73). Control device means 23a for controlling the actuators 16 and 71 so as to adjust the rotation angle A of the plate cam 11 and adjust the position of the plate cam 11 according to the detection result of the wind speed detection means 25; Equipped and are configured.

風車１ａによれば、回動用アクチュエータ７１を用いて、板カム１１を回動させているので、風車の大型化に伴って板カム１１等が大型化しても、板カム１１を確実に回動させることができ、効率のよい運転を行うことができる。   According to the windmill 1a, since the plate cam 11 is rotated using the rotation actuator 71, the plate cam 11 is reliably rotated even if the plate cam 11 and the like increase in size due to the increase in size of the windmill. And efficient operation can be performed.

本発明の第１の実施形態に係る風車の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the windmill which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 風車の翼の回動角度を求める式を示す図である。It is a figure which shows the type | formula which calculates | requires the rotation angle of the blade | wing of a windmill. アーム部の回転角度と翼の回動角度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation angle of an arm part, and the rotation angle of a wing | blade. アーム部の回転速度と翼の回動角度とについて説明する。The rotation speed of the arm part and the rotation angle of the blade will be described. 風車の平面図である。It is a top view of a windmill. 風車の断面図である。It is sectional drawing of a windmill. 板カムの拡大図である。It is an enlarged view of a plate cam. 変形した板カムの拡大図である。It is an enlarged view of a deformed plate cam. 風車の制御系の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the control system of a windmill. 本発明の第２の実施形態に係る風車の概略構成を示す断面図であり、図６に対応した図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the windmill concerning the 2nd Embodiment of this invention, and is a figure corresponding to FIG. 本発明の第２の実施形態に係る風車の制御系の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the control system of the windmill which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１、１ａ 風車
３ アーム部
５ 翼
７ 発電機
９ 回動角度調整手段
１１ 板カム
１３ カム回動角度調整手段
１５ リンク機構
１６ サーボモータ
２１ 従動節
２３ 制御装置
２５ 風速検出手段
７３ 風向検出手段
ＣＬ１ 回転中心軸
ＣＬ３ 回動中心軸
θ アーム部の回転角度
Ａ 翼の回動角度
Ｂ 風速度ベクトルのスカラー量に対する翼回転速度ベクトルのスカラー量の割合 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Windmill 3 Arm part 5 Blade 7 Generator 9 Rotation angle adjustment means 11 Plate cam 13 Cam rotation angle adjustment means 15 Link mechanism 16 Servo motor 21 Follower 23 Controller 25 Wind speed detection means 73 Wind direction detection means CL1 Rotation Center axis CL3 Center axis of rotation θ Arm rotation angle A Blade rotation angle B Ratio of the blade rotation speed vector scalar quantity to the wind speed vector scalar quantity

Claims (5)

翼と、前記翼を支持し上下方向に延びた第１の軸を中心に回転する翼支持部材と、を備え、前記翼に当たる風によって生じる揚力で前記翼支持部材が回転するよう構成された揚力式垂直軸型の風車であって、
前記翼は、前記第１の軸から離れた所定の位置で、前記第１の軸と平行な第２の軸を中心として回動自在に、かつ、前記第２の軸に垂直な平面による断面が幅方向の両端部で薄く中央部に向かう程厚くなる姿勢で前記翼支持部材によって支持されており、
所定のカムプロフィールを有し前記第１の軸を中心として回動可能とされたカムと、
前記カムを、前記風の風向に応じた回動角度位置で位置決めするカム回動角度調整機構と、
前記翼支持部材に設けられ、前記カムに従動するカムフォロアと前記カムフォロアの変位によって前記翼を回動させるリンク機構とを有し、前記第２の軸に垂直な平面において、前記第１の軸と前記第２の軸とを結ぶ方向に直交する方向からの前記翼の幅方向の角度を回動角度としたときに、前記回動角度を前記カムプロフィールに応じた角度として前記翼を回動させる翼回動角度調整手段と、
を備え、
前記カムプロフィールは、
前記翼回動角度調整手段を通じて前記翼の回動角度を、前記カムが前記風向に応じた回動角度位置で位置決めされたときに、所定風速と前記風車の所定回転数による翼の移動速度の組合せによって各翼に向かう風の相対方向が前記翼の幅方向となる回動角度とするものであって、
さらにひとつの所定回転数のときの翼が風下に位置するときの前記翼の回動角度が翼が風上に位置するときの前記翼の回動角度に比べて所定風速が低いときの回動角度とするものであることを特徴とする風車。 A wing, and a wing support member that rotates about a first shaft that supports the wing and extends in the up-down direction, and the wing support member is configured to rotate by the lift generated by the wind striking the wing. Type vertical axis type windmill,
Before Kitsubasa at a predetermined position away from said first axis, rotatably about a second axis parallel to said first axis, and, according to a plane perpendicular to said second axis section is supported by said blade supporting member in a posture is increased as toward the thinner central portion at both ends in the width direction,
A cam having a predetermined cam profile and rotatable about the first axis;
A cam rotation angle adjustment mechanism for positioning the cam at a rotation angle position corresponding to the wind direction of the wind;
A cam follower that is provided on the blade support member and that follows the cam; and a link mechanism that rotates the blade by displacement of the cam follower, and in a plane perpendicular to the second axis, When the angle in the width direction of the blade from the direction orthogonal to the direction connecting the second axis is a rotation angle, the blade is rotated with the rotation angle being an angle corresponding to the cam profile. Wing rotation angle adjusting means;
With
The cam profile is
When the cam is positioned at a rotation angle position corresponding to the wind direction through the blade rotation angle adjusting means, the blade movement speed is adjusted according to a predetermined wind speed and a predetermined rotation speed of the windmill. The rotation direction is such that the relative direction of the wind toward each wing by the combination is the width direction of the wing,
Further, when the blade at one predetermined rotation speed is located on the leeward side, the rotation angle of the blade is lower than the rotation angle of the blade when the blade is located on the windward side. A windmill characterized by an angle. 翼と、前記翼を支持し上下方向に延びた第１の軸を中心に回転する翼支持部材と、を備え、前記翼に当たる風によって生じる揚力で前記翼支持部材が回転するよう構成された揚力式垂直軸型の風車であって、
前記翼は、前記第１の軸から離れた所定の位置で、前記第１の軸と平行な第２の軸を中心として回動自在に、かつ、前記第２の軸に垂直な平面による断面が幅方向の両端部で薄く中央部に向かう程厚くなる姿勢で前記翼支持部材によって支持されており、
所定のカムプロフィールを有し厚さ方向を前記上下方向として前記第１の軸を中心に回動可能とされた板カムと、
前記板カムを、前記風の風向に応じた回動角度位置で位置決めするカム回動角度調整機構と、
前記翼支持部材に設けられ前記板カムに対しその厚み方向の一点で接して従動するカムフォロアと前記カムフォロアの変位によって前記翼を回動させるリンク機構とを有し、前記第２の軸に垂直な平面において、前記第１の軸と前記第２の軸とを結ぶ方向に直交する方向からの前記翼の幅方向の角度を回動角度としたときに、前記回動角度を前記カムプロフィールに応じた角度として前記翼を回動させる翼回動角度調整手段と、
前記カムフォロアが前記板カムに接する厚み方向の点を変更するために、前記板カムを前記上下方向に移動するための移動用アクチュエータと、を備え、
前記カムプロフィールは、前記翼回動角度調整手段を通じて前記翼の回動角度を、前記カムが前記風向に応じた回動角度位置で位置決めされたときに、所定風速と前記風車の所定回転数による翼の移動速度の組合せによって各翼に向かう風の相対方向が前記翼の幅方向となる回動角度とするものであって、
さらにひとつの所定回転数のときの翼が風下に位置するときの前記翼の回動角度が翼が風上に位置するときの前記翼の回動角度に比べて所定風速が低いときの回動角度とするものであり、
さらに前記板カムの上下方向の位置によって所定風速と前記風車の所定回転数による翼の移動速度の組合せが異なるカムプロフィールとするものである
ことを特徴とする風車。 A wing, and a wing support member that rotates about a first shaft that supports the wing and extends in the up-down direction, and the wing support member is configured to rotate by the lift generated by the wind striking the wing. Type vertical axis type windmill,
Before Kitsubasa at a predetermined position away from said first axis, rotatably about a second axis parallel to said first axis, and, according to a plane perpendicular to said second axis section is supported by said blade supporting member in a posture is increased as toward the thinner central portion at both ends in the width direction,
A plate cam having a predetermined cam profile and being rotatable about the first axis with the thickness direction being the vertical direction;
A cam rotation angle adjusting mechanism for positioning the plate cam at a rotation angle position corresponding to the wind direction of the wind;
A cam follower that is provided on the blade support member and is driven by contacting the plate cam at one point in the thickness direction; and a link mechanism that rotates the blade by displacement of the cam follower, and is perpendicular to the second axis In the plane, when the angle in the width direction of the blade from the direction orthogonal to the direction connecting the first axis and the second axis is a rotation angle, the rotation angle is determined according to the cam profile. Wing rotation angle adjusting means for rotating the wing as an angle,
A moving actuator for moving the plate cam in the vertical direction in order to change the point in the thickness direction in which the cam follower is in contact with the plate cam;
The cam profile depends on a predetermined wind speed and a predetermined number of rotations of the wind turbine when the cam is positioned at a rotation angle position corresponding to the wind direction through the blade rotation angle adjusting means. The rotation direction is such that the relative direction of the wind toward each wing becomes a width direction of the wing by a combination of the moving speeds of the wings,
Further, when the blade at one predetermined rotation speed is located on the leeward side, the rotation angle of the blade is lower than the rotation angle of the blade when the blade is located on the windward side. An angle,
Further, the wind turbine is characterized in that a combination of a predetermined wind speed and a moving speed of the blade at a predetermined rotation speed of the wind turbine is different depending on a position of the plate cam in a vertical direction. 前記風の風速又は前記翼支持部材の回転速度に応じて前記カムの前記上下方向の位置を調整するように前記移動用アクチュエータを制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の風車。 According to claim 2, further comprising a control means for controlling the movement actuator to adjust the vertical position of the cam in accordance with the rotational speed of the wind or the blade support member of the wind Windmill. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の風車と、前記風車の前記翼支持部材の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を有することを特徴とする発電装置。 A power generator comprising: the windmill according to any one of claims 1 to 3 ; and a generator that converts rotational energy of the blade support member of the windmill into electric energy. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の風車の前記翼支持部材の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電することを特徴とする発電方法。 A power generation method comprising: generating electric power by converting rotational energy of the blade support member of the wind turbine according to any one of claims 1 to 3 into electric energy.
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