JP6714404B2

JP6714404B2 - Multi-stage vertical axis wind turbine generator

Info

Publication number: JP6714404B2
Application number: JP2016057211A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　政彦; 政彦鈴木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2020-06-24
Anticipated expiration: 2036-03-22
Also published as: JP2017172392A

Description

本発明は、縦主軸に上下複数段のロータを設けた多段縦軸風力発電装置に関する。 The present invention relates to a multi-stage vertical axis wind turbine generator in which a vertical main shaft is provided with upper and lower rotors.

複数の縦長の揚力型ブレードを有するロータを備える一般的な縦軸風車は、発電機のコギングトルクや発電負荷の影響により、低風速下ではロータが効率よく回転せず、発電効率は低い。
この問題を解決するために、本願の発明者は、揚力型ブレードの上下の端部に、縦主軸方向へ向かって傾斜する傾斜部を形成し、ブレードの内側面に沿って上下方向に拡散する気流を、傾斜部で受止めて回転力を高めるとともに、揚力(推力)を増大させ、ロータが効率よく回転しうるようにした縦軸風車を開発している(例えば特許文献１参照)。 A general vertical axis wind turbine including a rotor having a plurality of vertically long lift blades has low power generation efficiency because the rotor does not rotate efficiently at low wind speed due to the influence of the cogging torque of the generator and the power generation load.
In order to solve this problem, the inventor of the present application forms, at the upper and lower ends of a lift-type blade, inclined portions that are inclined toward the longitudinal main axis direction and diffuses vertically along the inner surface of the blade. A vertical axis wind turbine has been developed in which the airflow is received by the inclined portion to increase the rotational force and the lift force (thrust) is increased so that the rotor can rotate efficiently (see, for example, Patent Document 1).

特許第４５８４６３８号公報(図３)Japanese Patent No. 4584638 (Fig. 3)

前記特許文献１に記載の縦軸風車は、ロータの回転効率が高いので、発電が開始されるカットイン風速を低く設定しうるとともに、ロータの周速が例えば５ｍ／ｓに達すると、ブレードの上下両端部の傾斜部の作用とコアンダ効果により、ブレードに生じる揚力(推力)が増大し、ロータは風速を超える周速度に加速しながら回転するようになるため、コギングトルクや発電負荷による失速が起きにくくなり、発電効率が高まるという特徴を有している。 Since the vertical axis wind turbine described in Patent Document 1 has a high rotor rotation efficiency, the cut-in wind speed at which power generation is started can be set low, and when the peripheral speed of the rotor reaches, for example, 5 m/s, Due to the action of the inclined parts at the upper and lower ends and the Coanda effect, the lift (thrust) generated on the blades increases, and the rotor rotates while accelerating to a peripheral speed exceeding the wind speed, which causes stall due to cogging torque and power generation load. It has the characteristics of being less likely to wake up and increasing power generation efficiency.

また、特許文献１の図３等に記載されているように、上下複数のロータを、１本の縦主軸に多段状に取付けると、縦主軸の回転駆動トルクが増大するので、発電効率を高めることができる。
また、縦主軸の回転駆動トルクが増大するので、縦主軸に発電容量の大きな発電機を接続して、発電効率をさらに高めることが可能となる。しかし、発電容量の大きな発電機を使用すると、そのコギングトルクや発電負荷も大となるので、弱い風速のときに、ロータの回転始動に時間を要したり、ロータが失速を起こし易くなったりすることが考えられる。 Further, as shown in FIG. 3 and the like of Patent Document 1, when a plurality of upper and lower rotors are attached to one vertical spindle in multiple stages, the rotational drive torque of the vertical spindle increases, so that power generation efficiency is improved. be able to.
Further, since the rotational drive torque of the vertical main shaft is increased, it is possible to further increase the power generation efficiency by connecting a generator having a large power generation capacity to the vertical main shaft. However, if a generator with a large power generation capacity is used, its cogging torque and power generation load will also become large, so it may take time to start the rotation of the rotor and the rotor may easily stall when the wind speed is weak. It is possible.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、低風速下においても、複数のロータが失速するのを未然に防止しながら、効率よく発電しうるようにした多段縦軸風力発電装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a multi-stage vertical-axis wind turbine generator capable of efficiently generating power while preventing stall of a plurality of rotors even under low wind speed. The purpose is to do.

本発明の多段縦軸風力発電装置によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１）支持枠体内における発電機の上に立設された主ロータ軸の上に従ロータ軸がクラッチを介して垂直に配設され、前記主ロータ軸と従ロータ軸には、それぞれ支持アームを介して複数の縦長の揚力型ブレードを有する主ロータと従ロータが個別に固定され、前記支持枠体には、風速計を備えた平均風速判定部、回転速度センサを備えたロータ周速判定部、クラッチ切替判定部、中央処理装置を備えた制御手段を配設し、前記主従のロータが回転している中で、前記平均風速判定部により、平均風速が、予め定めたカットイン風速以下となったと判定されたとき、前記クラッチ切替判定部による制御により、前記主ロータ軸と従ロータ軸の間のクラッチを切断して、前記従ロータを空転させ続け、風速が高まり、空転し続ける従ロータが加速されて、該従ロータが風力により加速回転可能な予め定めた特定の周速または回転速度に達したことを、前記ロータ周速判定部が判定したときに、前記クラッチ切替判定部による制御により、前記主ロータ軸と従ロータ軸の間のクラッチを接続して前記発電機により発電するようにし、風速が、前記カットイン風速以下となったとき、前記クラッチを再度切断して、前記従ロータを空転させ続け、風力により加速回転可能な予め定めた特定の周速または回転速度に達したときに、再度前記主ロータ軸と従ロータ軸の間のクラッチを接続し、この行程を繰返し制御するようになっている。 According to the multi-stage vertical axis wind turbine generator of the present invention, the above problem is solved as follows.
(1) A secondary rotor shaft is vertically disposed via a clutch on a primary rotor shaft that is erected on a generator in a support frame , and the primary rotor shaft and the secondary rotor shaft each have a support arm. A main rotor and a slave rotor having a plurality of vertically long lift-type blades are separately fixed through the support frame, and the support frame has an average wind speed determination unit equipped with an anemometer and a rotor peripheral speed determination equipped with a rotation speed sensor. Section, a clutch switching determination section, and a control means provided with a central processing unit, and while the main and slave rotors are rotating, the average wind speed is determined by the average wind speed determination section to be equal to or lower than a predetermined cut-in wind speed. When it is determined that, the clutch switching determination unit controls the clutch between the main rotor shaft and the slave rotor shaft to disengage the slave rotor so that the slave rotor continues to idle, the wind speed increases, and the slave continues to run idle. When the rotor peripheral speed determination unit determines that the rotor has been accelerated and has reached a predetermined specific peripheral speed or rotational speed at which the sub rotor can be accelerated and rotated by wind force, the clutch switching determination unit determines By control, the clutch between the main rotor shaft and the slave rotor shaft is connected so that power is generated by the generator, and when the wind speed becomes equal to or lower than the cut-in wind speed, the clutch is disengaged again, The slave rotor continues to idle, and when it reaches a predetermined peripheral speed or rotation speed that can be accelerated and rotated by wind force, the clutch between the main rotor shaft and the slave rotor shaft is reconnected, and this process is repeated. It is designed to be controlled.

この風力発電装置によると、制御手段は、風速検知手段が複数段のロータが予め定めた平均風速以下で回転しているのを検知したとき、クラッチを切断して従ロータを空転させ、回転速度検知手段が、空転させた従ロータが加速して回転する特定の周速または回転速度に達したことを検知したときに、クラッチを接続し、空転させた従ロータ軸により主ロータ軸の回転を増速させて発電機により発電するように、繰返し制御するので、低風速下においても、複数のロータがコギングトルクや発電負荷により失速するのを未然に防止しながら、効率よく発電することができる。 According to this wind turbine generator, the control means, when the wind speed detecting unit detects that the rotor of the plurality of stages is rotating below a predetermined average wind speed, idly rotating the sub row data and disengages the clutch, rotation when the speed detecting means, detects that the slave rotor is idling reaches a certain circumferential speed or rotational speed of rotating accelerating, connect the clutch, rotation of the main rotor shaft by slave rotor shaft is idling Since it is repeatedly controlled so as to increase the speed and generate electricity by the generator, even under low wind speed, it is possible to efficiently generate electricity while preventing the stall of multiple rotors due to cogging torque or power generation load. it can.

また、複数段のロータのうちの主ロータは、発電機に連係された主ロータ軸に常時連結されているので、他の従ロータを空転させている間も、主ロータ軸に常時連結されている主ロータが回転している限り、発電が停止されることはない。 Further, the main rotor of a plurality of stages of rotors, because they are always connected to the main rotor shaft that is linked to the generator, even while idly rotating the other slave rotor, is always connected to the main rotor shaft Power generation is not stopped as long as the main rotor is rotating.

さらに、クラッチを切断すると、クラッチを介して縦主軸に連結されたロータには、発電機によるコギングトルクや発電負荷が作用しなくなり、ロータは慣性で円滑に空転し続けるので、その間に風況が少しでもよくなれば、ロータは、特定の平均周速または回転速度まで速やかに加速して効率よく回転する。 Further, when the clutch is disengaged, the cogging torque and the power generation load from the generator do not act on the rotor connected to the vertical main shaft through the clutch, and the rotor continues to idle smoothly due to inertia, so that the wind condition during that time. If it gets a little better, the rotor quickly accelerates to a specific average peripheral speed or rotation speed and rotates efficiently.

(２) 前記(１)項において、前記クラッチは電磁クラッチとし、予め定めたカットイン風速以下を前記平均風速判定部が判定したときは、前記制御手段により前記電磁クラッチを切断し、このロータが風力により加速回転可能な特定の周速または回転速度に達したと前記ロータ周速判定部が判定したときは、前記制御手段により前記電磁クラッチを接続し、風速の高低により前記電磁クラッチの断続が繰返されるようになっている。 (2) In the above item (1), the clutch is an electromagnetic clutch, and when the average wind speed determination unit determines a predetermined cut-in wind speed or less, the control unit disconnects the electromagnetic clutch and the rotor When the rotor peripheral speed determination unit determines that a specific peripheral speed or rotational speed capable of accelerated rotation by wind force has been reached, the electromagnetic clutch is connected by the control means, and the electromagnetic clutch is discontinuous due to the height of the wind speed. It is supposed to be repeated.

このような構成によると、制御手段による遠隔制御により、電磁クラッチを正確に、かつ短時間で断続させることができるので、風況の変化に即応して、速やかにロータを空転させたり、空転させた従ロータにより、発電機に常時連結された主ロータ軸を速やかに増速させたりすることができる。 With such a configuration, the electromagnetic clutch can be accurately engaged and disengaged in a short time by remote control by the control means, so that the rotor can be quickly idled or idled in response to changes in wind conditions. With the secondary rotor, it is possible to quickly increase the speed of the main rotor shaft that is always connected to the generator.

(３) 前記(１)項において、前記クラッチを、遠心力がかかるとウェイトがロータ軸の遠心方向へ移動する態様の遠心クラッチとし、風速が前記予め定めたカットイン風速である２ｍ／ｓ以下の時はウェイトが移動せず、前記特定の周速または回転速度である５ｍ／ｓに達するとウェイトが移動して遠心クラッチの従動ドラムの内壁面に接触するようにして、該遠心クラッチの上下のロータ軸の接触を、風速の高低差により断続するようにする。 (3) In the above item (1), the clutch is a centrifugal clutch in which the weight moves in the centrifugal direction of the rotor shaft when a centrifugal force is applied, and the wind speed is 2 m/s or less, which is the predetermined cut-in wind speed. The weight does not move at the time of, and when the specific peripheral speed or rotation speed of 5 m/s is reached, the weight moves so as to come into contact with the inner wall surface of the driven drum of the centrifugal clutch. The contact of the rotor shaft is interrupted due to the difference in wind speed .

このような構成によると、クラッチを断続するための電気的な制御手段が不要となるので、風力発電装置のコスト低減が図れる。 According to such a configuration, the electric control means for connecting and disconnecting the clutch is not required, so that the cost of the wind turbine generator can be reduced.

(４) 前記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、前記揚力型ブレードは、上下の端部に内向きに傾斜する内向傾斜部を備え、該ブレードの主部における前縁と後縁は翼厚中心の回転軌跡の上に重なるように配設されているものとする。 (4) In any one of the above items (1) to (3) , the lift-type blade is provided with inwardly-inclined portions that incline inward at upper and lower ends, and a leading edge and a trailing edge of a main portion of the blade. Are arranged so as to overlap the rotation locus of the blade thickness center .

このような構成によると、ブレードの上下の端部に縦主軸方向に傾斜する傾斜部を有する揚力型ブレードは、ブレードの内面に当って上下方向へ拡散する気流を傾斜部で受け止めることにより、回転力を高めて揚力(推力)を増大させることができるので、風速が速くなるほど、コアンダ効果によりブレードに生じる揚力(推力)は増大し、ロータは加速されて効率よく回転する。そのため、このような揚力型ブレードを使用すると、空転させたロータが特定の平均周速または回転速度まで速やかに加速して回転するとともに、クラッチを接続して全てのロータの回転駆動力により発電しているときの発電効率を大幅に高めることができる。 According to such a configuration, the lift-type blade having inclined portions that are inclined in the vertical main axis direction at the upper and lower ends of the blade is rotated by receiving the airflow that diffuses in the vertical direction by hitting the inner surface of the blade. Since the force can be increased to increase the lift (thrust), the higher the wind speed, the higher the lift (thrust) generated on the blade due to the Coanda effect, and the rotor is accelerated to rotate efficiently. Therefore, when such a lift-type blade is used, the idling rotor rapidly accelerates to a specific average peripheral speed or rotation speed and rotates, and the clutch is connected to generate power by the rotational driving force of all rotors. The power generation efficiency can be significantly increased while the power is on.

(５) 前記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、前記複数の従ロータの内、最上段の副従ロータとその下部の従ロータは１本の従ロータ軸に配設され、共動させるようにする。 (5) In any one of the above items (1) to (4), among the plurality of slave rotors, the uppermost sub slave rotor and the slave rotor below it are arranged on one slave rotor shaft. Try to move .

このような構成によると、風速は、地上からの高さが高いほど速くなる傾向があるので、最上段のロータは、効率よく空転して速やかに特定の周速に達する。従って、クラッチが接続されると、空転している最上段の副従ロータの回転駆動力が、従ロータ軸を介して常時発電機に連結されている主ロータ軸に速やかに伝達されて増速させることができるので、低風速下においてロータが失速するおそれはさらに小さくなる。 With such a configuration, the wind speed tends to increase as the height from the ground increases, so that the rotor at the uppermost stage spins efficiently and quickly reaches a specific peripheral speed. Therefore, when the clutch is engaged, the rotational drive force of the uppermost Fuku従 rotor being idle is increased is transmitted immediately to the main rotor shaft is coupled to constantly generator via the slave rotor shaft speed Therefore, the risk of the rotor stalling under low wind speed is further reduced.

(６) 前記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、前記複数段のロータ軸のうち、最下段の主ロータ軸とその上の従ロータ軸をクラッチを介して連結し、前記従ロータ軸とその上の副従ロータ軸とをクラッチを介して連結する。 (6) In any one of the above items (1) to (4), among the rotor shafts of the plurality of stages, a lowermost main rotor shaft and a slave rotor shaft thereabove are connected through a clutch, and the slave rotor is connected. The shaft and the sub-slave rotor shaft on the shaft are connected via a clutch .

このような構成によると、最下段の主ロータを除く上位の全てのロータを特定の周速または回転速度に達するまで空転させて、クラッチを接続すると、上位の全てのロータの回転駆動力が、常時発電機に連結された最下段の主ロータ軸に伝達される。従って、低風速下においても、最下段の主ロータ軸を、上位の全てのロータの回転による大きな回転駆動トルクにより速やかに増速して発電することができる。 According to such a configuration, by rotating all upper rotors except the lowermost main rotor until a specific peripheral speed or rotation speed is reached and connecting the clutch, the rotational driving force of all upper rotors becomes It is continuously transmitted to the main rotor shaft at the lowest stage connected to the generator. Therefore, even under a low wind speed, the lowermost main rotor shaft can be rapidly increased in speed by the large rotational drive torque generated by the rotation of all upper rotors to generate electric power.

本発明の多段縦軸風力発電装置によると、低風速下においても、複数のロータが失速するのを未然に防止しながら、効率よく発電することができる。 According to the multi-stage vertical axis wind turbine generator of the present invention, it is possible to efficiently generate power even when the wind speed is low, while preventing the plurality of rotors from stalling.

本発明に係る多段縦軸風力発電装置の第１の実施形態の正面図である。1 is a front view of a first embodiment of a multi-stage vertical axis wind turbine generator according to the present invention. 図１のII−II線における拡大横断平面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional plan view taken along the line II-II of FIG. 1. 図１のIII−III線における上段のロータの拡大横断平面図である。FIG. 3 is an enlarged transverse plan view of an upper rotor taken along line III-III in FIG. 1. 第１の実施形態の多段縦軸風力発電装置により発電する際のフローチャートである。It is a flow chart at the time of generating electric power by the multi-stage vertical axis wind turbine generator of the first embodiment. 本発明に係る多段縦軸風力発電装置の第２の実施形態の正面図である。It is a front view of the 2nd Embodiment of the multistage vertical wind power generator which concerns on this invention. 同じく、多段縦軸風力発電装置の第３の実施形態の正面図である。Similarly, it is a front view of 3rd Embodiment of a multistage vertical axis wind turbine generator.

本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態においては、ブレードの回転半径１ｍ、ブレードの翼長１．２ｍのロータを備える多段縦軸風力発電装置について説明するが、ロータは、これに限定されないことは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a multi-stage vertical axis wind turbine generator including a rotor having a blade turning radius of 1 m and a blade blade length of 1.2 m will be described, but the rotor is not limited to this.

図１〜図３は、本発明に係る多段縦軸風力発電装置(以下、風力発電装置と略称する)の第１の実施形態を示し、この実施形態の風力発電装置１は、多段縦軸風車を構成する上下２段の縦軸型ロータ、すなわち下段の主ロータ２Ａ及び上段の従ロータ２Ｂと、発電機４と、制御手段５とを備えている。 1 to 3 show a first embodiment of a multi-stage vertical axis wind turbine generator (hereinafter abbreviated as wind turbine generator) according to the present invention. The wind turbine generator 1 of this embodiment is a multi-stage vertical axis wind turbine. The upper and lower two-stage vertical rotors, that is, the lower main rotor 2A and the upper slave rotor 2B, the generator 4, and the control means 5 are provided.

主ロータ２Ａ及び従ロータ２Ｂは、それぞれ、水平面上において外側方を向き、かつ一直線上に並ぶ支持アーム６、６と、両支持アーム６の外端部に上下方向の中央部の内面が固着され、後述する縦主軸１４（主ロータ軸１４Ａ、従ロータ軸１４Ｂ）周りに回転する縦長の揚力型ブレード(以下ブレードと略称する)７、７と、外周面が両支持アーム６の内端部に固着された円筒形のハブ８、８とを備えている。支持アーム６及びブレード７は、例えば繊維強化合成樹脂により形成されている。なお、支持アーム６とブレード７とは、一体成形が可能である。 The main rotor 2A and the sub-rotor 2B respectively have support arms 6 and 6 that face outward on a horizontal plane and are aligned, and the inner surfaces of the central portions in the vertical direction are fixed to the outer ends of both support arms 6. , A vertically long lift-type blade (hereinafter abbreviated as a blade) 7, 7 which rotates around a vertical main shaft 14 (main rotor shaft 14A, sub-rotor shaft 14B) described later, and outer peripheral surfaces of the support arms 6 at inner ends thereof. And a fixed cylindrical hub 8,8. The support arm 6 and the blade 7 are made of, for example, fiber reinforced synthetic resin. The support arm 6 and the blade 7 can be integrally formed.

基礎９の上面には、平面視方形に枠組みされた上下複数(実施例では３個)の軸部支持枠１０を有する支持枠体１１が立設され、各軸部支持枠１０の内部の平面視十字形をなす軸支持杆１２の中心に圧嵌された軸受１３には、縦主軸１４の上下３箇所が、回転自在に支持されている。 A support frame 11 having a plurality of upper and lower (three in the embodiment) shaft support frames 10 framed in a rectangular shape in a plan view is erected on the upper surface of the base 9, and a flat surface inside each shaft support frame 10 is provided. A bearing 13, which is press-fitted to the center of a shaft support rod 12 having a cruciform shape, rotatably supports the vertical main shaft 14 at three upper and lower positions.

支持枠体１１の内部に配置された主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂのハブ８、８は、縦主軸１４の上下部に、セレーション等により、相対回転不能に結合されている。なお、図２に示すように、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂにおけるブレード７の平面位相は、上下のブレード７が重ならないように、例えば円周方向(回転方向)に９０度異ならせてある。このようにすると、変化する風向きに上下のブレード７が対応して回転するので、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂは効率よく回転する。 The hubs 8 of the main rotor 2A and the sub rotor 2B arranged inside the support frame 11 are coupled to the upper and lower parts of the vertical main shaft 14 by serration or the like so that they cannot rotate relative to each other. As shown in FIG. 2, the plane phases of the blades 7 in the main rotor 2A and the slave rotor 2B are different by 90 degrees in the circumferential direction (rotational direction) so that the upper and lower blades 7 do not overlap. By doing so, the upper and lower blades 7 rotate corresponding to the changing wind direction, so that the main rotor 2A and the sub rotor 2B rotate efficiently.

主ロータ２Ａは、その回転により発電機４を駆動させうるように、主ロータ軸１４Ａに常時連結されている。主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂの間において主ロータ軸１４Ａと従ロータ軸１４Ｂの中間部には、電磁クラッチ１５が設けられ、従ロータ軸１４Ｂは、電磁クラッチ１５を介して、主ロータ軸１４Ａに断続可能に連結されている。なお、電磁クラッチ１５が接続されるタイミングは、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂのブレード７の位相が９０度異なったときに行われる。この際の主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂのブレード７の回転方向の相対位相は、例えば図示しない非接触式の位置検知センサ等により検知することができる。 The main rotor 2A is always connected to the main rotor shaft 14A so that the rotation thereof can drive the generator 4. An electromagnetic clutch 15 is provided in an intermediate portion between the main rotor shaft 14A and the sub rotor shaft 14B between the main rotor 2A and the sub rotor 2B , and the sub rotor shaft 14B is connected to the main rotor shaft 14A via the electromagnetic clutch 15. It is connected intermittently. The electromagnetic clutch 15 is connected when the phases of the blades 7 of the main rotor 2A and the slave rotor 2B differ by 90 degrees. The relative phase of the main rotor 2A and the slave rotor 2B in the rotational direction of the blade 7 at this time can be detected by, for example, a non-contact type position detection sensor (not shown).

電磁クラッチ１５としては、例えば、若干滑りながら、すなわち半クラッチ状態を経て接続される公知の摩擦式のものを使用するのが好ましい。この電磁クラッチ１５により、接続時の衝撃トルクが緩和されるので、従ロータ２Ｂの回転駆動力を主ロータ軸１４Ａにスムーズに伝達することができる。
電磁クラッチ１５へは、後述する蓄電池１８に接続された給電器１６を介して給電されるようになっている。なお、蓄電池１８の電力が不足している場合には、他の電源、例えば交流１００Ｖ電源を直流に変換するなどして、電磁クラッチ１５を作動させることができる。 As the electromagnetic clutch 15, it is preferable to use, for example, a known friction type clutch which is connected while slipping slightly, that is, in a half-clutch state. Since the electromagnetic clutch 15 alleviates the impact torque at the time of connection, the rotational driving force of the sub rotor 2B can be smoothly transmitted to the main rotor shaft 14A .
Electric power is supplied to the electromagnetic clutch 15 via a power feeder 16 connected to a storage battery 18, which will be described later. When the power of the storage battery 18 is insufficient, the electromagnetic clutch 15 can be operated by converting another power source, for example, an AC 100V power source to DC.

主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂのブレード７の形状は、本願の発明者が開発した、特許第４９０７０７３号公報、特開２０１１−１６９２９２号公報に記載されているブレードと実質的に同形をなしている。
すなわち、ブレード７の弦長は、ブレード７の回転半径の２０％〜５０％とされ、翼面積は大きく設定されている。 The shapes of the blades 7 of the main rotor 2A and the slave rotor 2B are substantially the same as those of the blades described in Japanese Patent Nos. 49070703 and 2011-169292 developed by the inventor of the present application. ..
That is, the chord length of the blade 7 is set to 20% to 50% of the turning radius of the blade 7, and the blade area is set large.

ブレード７における上下両端部を除く主部７Ａの横断面の形状は、図３に拡大して示すように、主部７Ａの翼厚中心線Ｃの内方と外方における翼厚を、互いに対称的にほぼ等寸とし、かつ翼厚中心線Ｃは、ブレード７の翼厚中心の回転軌跡Ｏとほぼ重なるように設定してある。 The shape of the cross section of the main portion 7A excluding the upper and lower end portions of the blade 7 is such that the blade thicknesses inside and outside the blade center line C of the main portion 7A are symmetrical to each other, as shown in the enlarged view of FIG. Are substantially equal in size, and the blade thickness center line C is set so as to substantially overlap the rotation locus O of the blade 7 at the blade thickness center.

ブレード７の主部７Ａ全体の平面形は、図３に示すように、翼厚中心の回転軌跡Ｏに沿うように円弧状に湾曲され、その内側面は、前縁の膨らみ部分から後縁にかけて、遠心方向へ傾斜しており、後方から内側面に風が当たると、前方へ押されるようになっている。 As shown in FIG. 3 , the planar shape of the entire main portion 7A of the blade 7 is curved in an arc shape along the rotation locus O of the blade thickness center, and the inner surface thereof extends from the bulge portion of the front edge to the rear edge. , It is inclined in the centrifugal direction, and when wind hits the inner surface from the rear, it is pushed forward.

前記ブレード７の主部７Ａの横断面の形状は、回転方向である前側の翼厚が厚く、後方に向かって漸次薄くなる標準翼型に近いものとされている。 The main cross section of the main portion 7A of the blade 7 is close to a standard airfoil in which the blade thickness on the front side in the rotation direction is large and gradually decreases toward the rear.

ブレード７が、その前縁方向を前として回転すると、ブレード７の内外の回転半径の差によって、内側面に比して外側面の周速度が大となり、外側面に沿って後方へ通過する気流の方が、内側面におけるそれよりも高速となる。 When the blade 7 rotates with its front edge direction as the front, the peripheral velocity of the outer side surface becomes higher than that of the inner side surface due to the difference between the inner and outer rotation radii of the blade 7, and the air flow passing rearward along the outer side surface. Is faster than that on the inner surface.

そのため、ブレード７の後縁部において、外側面を通過する気流の圧力は、内側面を通過する気流のそれよりも小となり、外側面におけるコアンダ効果によって、ブレード７の後縁部の外側面が、後方から前縁部方向に押されて、ブレード７に回転方向の推力が作用し、ブレード７の回転は促進される。 Therefore, at the trailing edge of the blade 7, the pressure of the airflow passing through the outer side surface is smaller than that of the airflow passing through the inner side surface, and the Coanda effect on the outer side surface causes the outer surface of the trailing edge portion of the blade 7 to move. The blade 7 is pushed in the direction of the front edge from the rear side, and the thrust in the rotation direction acts on the blade 7, and the rotation of the blade 7 is accelerated.

図１及び図２に示すように、ブレード７の上下両端部には、内方、すなわち縦主軸１４方向に向かって、円弧状に傾斜する内向傾斜部７Ｂ、７Ｂが形成されているため、ブレード７の回転に伴い、主部７Ａの内側面に沿って上下方向に拡散する気流は、内向傾斜部７Ｂにより受止めて回転力を高めることとなる。 As shown in FIGS. 1 and 2, since the blade 7 has inwardly inclined portions 7B, 7B that are inclined inwardly, that is, in the direction of the longitudinal main axis 14 in an arc shape, is formed at both upper and lower ends of the blade 7. With the rotation of 7, the airflow diffused in the vertical direction along the inner surface of the main portion 7A is received by the inward inclined portion 7B to increase the rotational force.

また、ブレード７の主部７Ａの内外の側面に沿って上下方向へ流れる気流は、コアンダ効果により、上下の内向き傾斜部７Ｂ、７Ｂの内面及び外面に沿って、後方に向かって通過するようになるので、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂは、比較的低い風速下においても高い回転効率をもって回転する。 Further, the airflow that flows vertically along the inner and outer side surfaces of the main portion 7A of the blade 7 passes backward along the inner and outer surfaces of the upper and lower inwardly inclined portions 7B and 7B due to the Coanda effect. Therefore, the main rotor 2A and the sub rotor 2B rotate with high rotation efficiency even under a relatively low wind speed.

発電機４は、基礎９に設置され、その上下方向の出力軸(図示略)に主ロータ軸１４Ａの下端部が連結されている。
発電機４としては、例えば、公知の単相交流発電機または三相交流発電機が使用され、発電機４により発電された電力は、整流器、電圧レギュレータ等(図示略)を有するコントローラ１７を介して、蓄電池１８に蓄電された後、蓄電池１８から外部の直流負荷電源に給電されるか、コントローラ１７から外部の交流負荷電力系統に直接給電される。 The generator 4 is installed on the foundation 9, and the lower end portion of the main rotor shaft 14A is connected to the output shaft (not shown) in the vertical direction of the generator 9.
As the generator 4, for example, a known single-phase AC generator or three-phase AC generator is used, and the electric power generated by the generator 4 is passed through a controller 17 having a rectifier, a voltage regulator, etc. (not shown). After being stored in the storage battery 18, power is supplied from the storage battery 18 to an external DC load power source or directly from the controller 17 to an external AC load power system.

コントローラ１７は、発電機４からの出力発電量を調節して、蓄電池１８または直流負荷電源へ出力する電流や電圧を制御可能である。なお、発電機４は、蓄電池１８や直流負荷電源系統に直接電力を供給しうる直流発電機としてもよい。 The controller 17 can control the current and voltage output to the storage battery 18 or the DC load power source by adjusting the output power generation amount from the generator 4. The generator 4 may be a DC generator that can directly supply electric power to the storage battery 18 or the DC load power supply system.

制御手段５は、平均風速判定部１９と、ロータ周速判定部２０と、クラッチ切替判定部２１とを備えている。
平均風速判定部１９は、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂに向かう風の一定時間毎の平均風速を検知するための、風速検知手段である風速計２２に接続され、風速計２２により検出された平均風速は、平均風速判定部１９に入力され、制御手段５の中央処理装置(CPU)２３により演算処理される。風速が予め定めた平均風速以下であると判定された場合に、判定信号は、クラッチ切替判定部２１に出力される。なお、風速計２２による平均風速の検知時間は、例えば１０秒以下の比較的短い間隔で行うのが好ましい。 The control unit 5 includes an average wind speed determination unit 19, a rotor peripheral speed determination unit 20, and a clutch switching determination unit 21.
The average wind speed determination unit 19 is connected to an anemometer 22 which is a wind speed detecting means for detecting the average wind speed of the wind toward the main rotor 2A and the slave rotor 2B at regular time intervals, and the average detected by the anemometer 22. The wind speed is input to the average wind speed determination unit 19 and is arithmetically processed by the central processing unit (CPU) 23 of the control means 5. When it is determined that the wind speed is equal to or lower than the predetermined average wind speed, the determination signal is output to the clutch switching determination unit 21. The average wind speed is detected by the anemometer 22 preferably at a relatively short interval of, for example, 10 seconds or less.

詳細な説明は後述するが、クラッチ切替判定部２１は、風速計２２が予め定めた平均風速以下、例えばカットイン風速である２ｍ/ｓ以下を検知した場合に、給電器１６に判定信号を出力し、給電器１６からの給電を停止して電磁クラッチ１５を切断する。これにより、従ロータ２Ｂの回転駆動力が従ロータ軸１４Ｂに伝達されなくなるとともに、従ロータ２Ｂは空転するようになる。
また、クラッチ切替判定部２１へは、後述する回転速度検出センサ２５からロータ周速判定部２０に入力されるデータに基づいても、判定信号が出力される。 Although a detailed description will be given later, the clutch switching determination unit 21 outputs a determination signal to the power feeder 16 when the anemometer 22 detects a predetermined average wind speed or less, for example, a cut-in wind speed of 2 m/s or less. Then, the power supply from the power feeder 16 is stopped and the electromagnetic clutch 15 is disconnected. Thereby, the rotation driving force of the sub rotor 2B is not transmitted to the slave rotor shaft 14B, slave rotor 2B will run idle.
Further, the determination signal is output to the clutch switching determination unit 21 based on the data input to the rotor peripheral speed determination unit 20 from the rotation speed detection sensor 25 described later.

従ロータ２Ｂには、従ロータ２Ｂの回転速度を測定するための平歯車２４が取付けられており、この平歯車２４の回転数を、回転速度検出センサ２５をもって検出することにより、従ロータ軸１４Ｂの回転数を介して従ロータ２Ｂの回転速度を検出しうるようになっている。なお、平歯車２４に代えて、従ロータ軸１４Ｂの外周面に、例えば１個または複数個の凸部を設けてもよい。
回転速度検出センサ２５としては、例えば磁気回転速度検出センサ、超音波回転速度検出センサ、ロータリエンコーダ等の非接触型センサが用いられる。 The slave rotor 2 B, spur gear 24 for measuring the rotational speed of the slave rotor 2B is attached, the rotational speed of the spur gear 24, by detecting with a rotational speed detecting sensor 25, the slave rotor shaft The rotational speed of the secondary rotor 2B can be detected based on the rotational speed of 14B . Note that, instead of the spur gear 24, for example, one or a plurality of convex portions may be provided on the outer peripheral surface of the secondary rotor shaft 14B .
As the rotation speed detection sensor 25, for example, a non-contact type sensor such as a magnetic rotation speed detection sensor, an ultrasonic rotation speed detection sensor, or a rotary encoder is used.

回転速度検出センサ２５により検出された縦主軸１４の回転速度は、制御手段５のロータ周速判定部２０に入力され、入力された回転速度に基づいて、制御手段５の中央処理装置２３は従ロータ２Ｂの平均周速を演算する。すなわち、ブレード７の回転半径(ｒ)から、従ロータ２Ｂの外周の長さ(２πr)が確定されるので、その外周の長さ(２πr)に縦主軸１４の回転速度(ｒｐｍ)を乗じれば、周速(ｍ/ｓ)が得られる。上記の回転速度検出センサ２５とロータ周速判定部２０とにより、回転速度検知手段が構成される。 Rotational speed of the vertical main shaft 14 detected by the rotational speed detecting sensor 25 is input to the rotor peripheral speed determination unit 20 of the control means 5, based on the rotational speed that is input, the central processing unit 23 of the control means 5 is subordinate The average peripheral speed of the rotor 2B is calculated. That is, since the outer circumference length (2πr) of the slave rotor 2B is determined from the rotation radius (r) of the blade 7, the outer circumference length (2πr) is multiplied by the rotation speed (rpm) of the vertical spindle 14. Thus, the peripheral speed (m/s) can be obtained. The rotation speed detection sensor 25 and the rotor peripheral speed determination unit 20 described above constitute rotation speed detection means.

なお、従ロータ２Ｂの周速は、ブレード７の角速度を、センサにより検出することによっても求めることができる。すなわち、ブレード７の角速度(rad/s)に、その回転半径(ｒ)を乗じた値が、従ロータ２Ｂの周速となる。 The peripheral speed of the slave rotor 2B can also be obtained by detecting the angular speed of the blade 7 with a sensor. That is, a value obtained by multiplying the angular velocity (rad/s) of the blade 7 by the rotation radius (r) thereof becomes the peripheral velocity of the slave rotor 2B.

ロータ周速判定部２０により、空転している従ロータ２Ｂの平均周速が、該従ロータ２Ｂが自力で加速して回転する特定の値(例えば５ｍ/ｓ)に達したと判定された場合には、ロータ周速判定部２０からクラッチ切替判定部２１に出力される判定信号に基づいて、給電器１６から電磁クラッチ１５に給電され、電磁クラッチ１５がＯＮすることにより、従ロータ２Ｂの回転駆動力が従ロータ軸１４Ｂを介して主ロータ軸１４Ａに伝達される。これにより、速い周速で空転している従ロータ２Ｂの回転駆動力により主ロータ２Ａの回転速度が増速させられ、平均風速が２ｍ／ｓ以下の低風速下においても、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂの回転速度が共に上昇する。従って、発電機４のコギングトルクや発電負荷により、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂが失速を起こすのが未然に防止され、効率よく発電することが可能となる。 The rotor peripheral speed determination unit 20, when the average peripheral speed of the slave rotor 2B being idle is determined to have reached a specific value for the slave rotor 2B is rotated to accelerate under its own power (for example, 5 m / s) Based on the determination signal output from the rotor peripheral speed determination unit 20 to the clutch switching determination unit 21, the power feeder 16 supplies power to the electromagnetic clutch 15, and the electromagnetic clutch 15 is turned on to rotate the slave rotor 2B. The driving force is transmitted to the main rotor shaft 14A via the sub rotor shaft 14B . As a result, the rotational speed of the main rotor 2A is increased by the rotational driving force of the sub rotor 2B that is idling at a high peripheral speed, and even when the average wind speed is 2 m/s or less, the main rotor 2A The rotation speed of the rotor 2B also increases. Therefore, it is possible to prevent the main rotor 2A and the sub rotor 2B from stalling due to the cogging torque and the power generation load of the generator 4, and it is possible to efficiently generate power.

次に、上記第１の実施形態に係る風力発電装置１を用いて発電を行う方法について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂの回転が主ロータ軸１４Ａに伝達されるように、電磁クラッチ１５を接続し、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂの回転駆動力により発電機４を作動させている状態で、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂの平均風速を、風速計２２により測定し(Ｓ１)、その計測値に基づいて、制御手段５の平均風速判定部１９及び中央処理装置２３が、平均風速がカットイン風速である２ｍ/ｓ以下(０を含む)であるか否かを判定する(Ｓ２)。 Next, a method for generating power using the wind turbine generator 1 according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, the electromagnetic clutch 15 is connected so that the rotations of the main rotor 2A and the sub rotor 2B are transmitted to the main rotor shaft 14A, and the generator 4 is operated by the rotational driving force of the main rotor 2A and the sub rotor 2B. In this state, the average wind speeds of the main rotor 2A and the slave rotor 2B are measured by the anemometer 22 (S1), and based on the measured values, the average wind speed determination unit 19 of the control means 5 and the central processing unit 23 determine the average wind speed. Is below the cut-in wind speed of 2 m/s (including 0) or not (S2).

平均風速がカットイン風速である２ｍ/ｓ以下と判定された場合には、制御手段５の平均風速判定部１９からクラッチ切替判定部２１に判定信号が出力され、その判定信号により、給電器１６から電磁クラッチ１５への給電が停止されることにより、電磁クラッチ１５はＯＦＦとなる(Ｓ３)。これにより、従ロータ２Ｂの回転駆動力が主ロータ軸１４Ａに伝達されなくなるとともに、従ロータ２Ｂは空転する(Ｓ４)。 When it is determined that the average wind speed is equal to or lower than the cut-in wind speed of 2 m/s, the average wind speed determination unit 19 of the control means 5 outputs a determination signal to the clutch switching determination unit 21, and the determination signal outputs the power supply 16 When the power supply from the electromagnetic clutch 15 to the electromagnetic clutch 15 is stopped, the electromagnetic clutch 15 is turned off (S3). Thus, the rotational driving force of the sub rotor 2B is not transmitted to the main rotor shaft 14A, the slave rotor 2B is idle (S4).

なお、平均風速が２ｍ/ｓ以下と判定された場合に、電磁クラッチ１５をＯＦＦとして従ロータ２Ｂを空転させるのは、２ｍ/ｓ以下の低風速では、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂが発電機４のコギングトルクや発電負荷の影響を受けて失速するおそれがあり、効率よく発電することができないからである。 Incidentally, when the average wind speed is less than or equal to 2m / s, cause idly the slave rotor 2B electromagnetic clutch 15 is turned OFF, in the following low wind speed 2m / s, main rotor 2A, the slave rotor 2B the generator This is because there is a risk of stall under the influence of the cogging torque of 4 and the power generation load, and efficient power generation cannot be achieved.

電磁クラッチ１５をＯＦＦとして、従ロータ軸１４Ｂの回転駆動力が主ロータ軸１４Ａに伝達されなくすると、従ロータ２Ｂは抵抗なく円滑に空転し、２ｍ/ｓ以下の低風速でも、従ロータ２Ｂは失速することなく慣性で回転し続ける。従って、従ロータ２Ｂが空転している時に風況が少しでもよくなると、従ロータ２Ｂはさらに加速されて空転するようになる。 An electromagnetic clutch 15 as OFF, when the rotational driving force of the slave rotor shaft 14B is not transmitted to the main rotor shaft 14A, the slave rotor 2B is smoothly idling without resistance, in the following low wind speed 2m / s, slave rotor 2B is It continues to rotate by inertia without stalling. Therefore, if the wind condition improves even slightly while the sub rotor 2B is idling, the sub rotor 2B is further accelerated and idly rotates.

従ロータ２Ｂが空転しているときの平均周速を、回転速度検出センサ２５から出力されるデータに基づいて、ロータ周速判定部２０及び中央処理装置２３が測定し(Ｓ５)、従ロータ２Ｂの平均周速が例えば５ｍ／ｓに達したか否かを判定する(Ｓ６)。 The average peripheral speed when the slave rotor 2B is idling, based on data output from the rotational speed detecting sensor 25, the rotor peripheral speed determination unit 20 and the central processing unit 23 measures (S5), the slave rotor 2B It is determined whether or not the average peripheral speed of has reached, for example, 5 m/s (S6).

従ロータ２Ｂの平均周速が５ｍ／ｓに達した場合には、クラッチ切替判定部２１より給電器１６に出力される給電信号により、電磁クラッチ１５がＯＮとなり(Ｓ７)、速い周速で空転している従ロータ２Ｂの回転駆動力が主ロータ軸１４Ａに伝達されて、主ロータ２Ａの回転速度が増速される(Ｓ８)。これにより、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂが失速するのが防止され、回転速度が上昇された両ロータ２，３の回転駆動トルクにより発電機４が駆動されて、効率よく発電される(Ｓ９)。なお、従ロータ２Ｂの平均周速が５ｍ／ｓに達していないと判定された場合は、ステップＳ５に戻り、引き続き従ロータ２Ｂの平均周速を測定する。 When the average peripheral speed of the slave rotor 2B reaches 5 m/s, the electromagnetic clutch 15 is turned on by the power supply signal output from the clutch switching determination unit 21 to the power feeder 16 (S7), and idling at a high peripheral speed. The rotational driving force of the sub- rotor 2B being transmitted is transmitted to the main rotor shaft 14A, and the rotational speed of the main rotor 2A is increased (S8). This prevents the main rotor 2A and the sub rotor 2B from stalling, and drives the generator 4 by the rotational drive torque of the two rotors 2 and 3 whose rotational speeds have been increased to efficiently generate electric power (S9). .. When it is determined that the average peripheral speed of the slave rotor 2B has not reached 5 m/s, the process returns to step S5, and the average peripheral speed of the slave rotor 2B is continuously measured.

従ロータ２Ｂの平均周速が５ｍ/ｓに達したか否かを判定する理由は、上述した形状の揚力型ブレード７を備える縦軸型ロータにおいては、従ロータ２Ｂの平均周速が５ｍ/ｓに達すると、ブレード７の上下両端部の内向き傾斜部７Ｂの作用とコアンダ効果により、ブレード７に生じる揚力(推力)が増加し、従ロータ２Ｂは、風速を超える周速に自力で加速しながら効率よく空転するからである。 Why is determined whether the average peripheral speed of the slave rotor 2B has reached 5 m / s, in the vertical axis type rotors with lift type blade 7 of the above-mentioned shape, the average peripheral speed of the slave rotor 2B is 5 m / When reaching s, the lift (thrust) generated in the blade 7 increases due to the action of the inwardly inclined portions 7B at the upper and lower ends of the blade 7 and the Coanda effect, and the slave rotor 2B accelerates itself to a peripheral speed exceeding the wind speed. While doing so, it spins efficiently.

このように、従ロータ２Ｂの平均周速が５ｍ/ｓに達し、従ロータ２Ｂが自力で加速しながら効率よく空転しているときに、電磁クラッチ１５をＯＮとして従ロータ２Ｂの回転駆動力を主ロータ軸１４Ａに伝達し、主ロータ２Ａの回転速度を増速するようにすると、低風速下において、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂが、発電機４のコギングトルクや発電負荷によって失速するおそれがなくなるので、発電効率を高めることができる。 Thus, the average peripheral speed of the slave rotor 2B has reached 5 m / s, when the slave rotor 2B is idling efficiently while accelerating on its own, the rotational driving force of the sub rotor 2B electromagnetic clutch 15 as ON transmitted to the main rotor shaft 14A, when so as to increase the rotational speed of the main rotor 2A, in a low wind speed, main rotor 2A, the slave rotor 2B is a risk of stalling the cogging torque and power load of the generator 4 Since it disappears, the power generation efficiency can be improved.

なお、周速が５ｍ/ｓの場合の従ロータ２Ｂの回転速度を例示すると、周速、回転速度及び外周の長さには、前述したような関係があるので、例えばブレード７の回転半径(ｒ)を１ｍとした場合、従ロータ２Ｂの外周の長さ(２πｒ)は６.２８ｍとなる。従って、周速５ｍ/ｓを、外周の長さ６.２８ｍで割り、６０を乗じて分速に換算すれば、従ロータ２Ｂの回転速度は約４８ｒｐｍとなる。 When the rotational speed of the secondary rotor 2B when the peripheral speed is 5 m/s is illustrated, the peripheral speed, the rotational speed, and the length of the outer circumference have the above-described relationship, and therefore, for example, the rotational radius of the blade 7 ( When r) is 1 m, the outer peripheral length (2πr) of the slave rotor 2B is 6.28 m. Therefore, if the peripheral speed of 5 m/s is divided by the outer peripheral length of 6.28 m and multiplied by 60 to convert into a minute speed, the rotational speed of the slave rotor 2B becomes about 48 rpm.

主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂの回転により発電しているときに、風速計２２により再度平均風速を測定し(Ｓ１０)、平均風速判定部１９が平均風速２ｍ/ｓ以下を再度検知した場合(Ｓ１１)には、ステップＳ３に戻り、前述と同様に、電磁クラッチ１５をＯＦＦとして、再度従ロータ２Ｂを空転させる(Ｓ４)。このステップＳ３〜Ｓ１１をループ状に繰り返すことにより、発電効率を大幅に高めることができる。 When the average wind speed is measured again by the anemometer 22 while power is being generated by the rotation of the main rotor 2A and the slave rotor 2B (S10), and the average wind speed determination unit 19 again detects the average wind speed of 2 m/s or less (S11). In step S3, the electromagnetic clutch 15 is turned off and the slave rotor 2B is idled again (S4). By repeating steps S3 to S11 in a loop, the power generation efficiency can be significantly increased.

以上説明したように、上記第１の実施形態に係る風力発電装置１及びそれを用いた風力発電方法においては、発電機４に接続された主ロータ軸１４Ａに従ロータ軸１４Ｂを、電磁クラッチ１５を介して断続可能に連結し、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂがカットイン風速である平均風速２ｍ/ｓ以下の低風速下で回転している場合に、制御手段５により電磁クラッチ１５を切断して従ロータ２Ｂを空転させ、従ロータ２Ｂが自力で加速しながら効率よく回転しうる平均周速である５ｍ/ｓに達したときに、電磁クラッチ１５を接続して、空転している従ロータ２Ｂの回転駆動力により主ロータ２Ａの回転速度を増速させて発電するように制御し、かつ主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂが再度平均風速２ｍ/ｓ以下の低風速で回転するようになったときに、制御手段５により電磁クラッチ１５を再度切断して、従ロータ２Ｂが自力で加速しながら効率よく回転しうる平均周速である５ｍ/ｓに達するまで空転させたのち、電磁クラッチ１５を再度接続して、空転させた従ロータ２Ｂの回転駆動力により主ロータ２Ａの回転速度を増速させながら、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂの回転駆動両力により発電するように繰り返し制御するので、低風速下においても、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂが発電機４のコギングトルクや発電負荷により失速するのを未然に防止しながら、効率よく発電することができる。 As described above, in the wind turbine generator 1 and the wind turbine generator using the same according to the first embodiment, the main rotor shaft 14A connected to the generator 4 has the slave rotor shaft 14B and the electromagnetic clutch 15 connected thereto. When the main rotor 2A and the slave rotor 2B are rotating at a low wind speed of an average wind speed of 2 m/s or less, which is the cut-in wind speed, the electromagnetic clutch 15 is disconnected by the control means 5 idly rotating the slave rotor 2B Te, when the slave rotor 2B has reached 5 m / s is the average peripheral speed for rotation efficiently while accelerating on its own, sub rotor by connecting the electromagnetic clutch 15, it is idling The rotational speed of the main rotor 2A is controlled by the rotational driving force of 2B to generate electric power, and the main rotor 2A and the slave rotor 2B are rotated again at a low wind speed of 2 m/s or less. when, by cutting the electromagnetic clutch 15 again by the control means 5, mixture was allowed to idle until the slave rotor 2B has reached 5 m / s is the average peripheral speed for rotation efficiently while accelerating on its own, the electromagnetic clutch 15 and then reconnecting, while accelerated rotational speed of the main rotor 2A by the rotational driving force of the sub rotor 2B which is idle, the main rotor 2A, since repeatedly controlled so that the power generation by the rotation both forces of the slave rotor 2B, Even under low wind speed, it is possible to efficiently generate electricity while preventing the main rotor 2A and the sub rotor 2B from stall due to the cogging torque of the generator 4 and the power generation load.

また、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂの失速が防止されるので、発電容量の大きな発電機４を使用して、より発電効率を高めることが可能となる。 Further, since the stall of the main rotor 2A and the sub rotor 2B is prevented, it is possible to further improve the power generation efficiency by using the generator 4 having a large power generation capacity.

さらに、主ロータ２Ａは、発電機４に接続された主ロータ軸１４Ａに常時連結されているので、従ロータ２Ｂが空転している間も、主ロータ２Ａが回転している限り、発電が停止されることはない。 Further, since the main rotor 2A is always connected to the main rotor shaft 14A connected to the generator 4, the power generation is stopped as long as the main rotor 2A is rotating even while the slave rotor 2B is idling. It will not be done.

次に、図５を参照して、本発明に係る風力発電装置の第２の実施形態について説明する。なお、前記第１の実施形態の風力発電装置１と同様の部材には、同じ符号を付すに止めて、詳細な説明を省略する。 Next, a second embodiment of the wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to FIG. The same members as those of the wind turbine generator 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

第２の実施形態の風力発電装置は、前記第１の実施形態の従ロータ２Ｂの上方に、副従ロータ２Ｃを追加し、上下３段の縦軸型風車を備えるものとしたものである。すなわち、支持枠体１１を上方に延長して高くするとともに、その上端部に設けた軸部支持枠１０の中央に設けた軸受１３より、上下寸法を大とした縦主軸１４の上端部を回転自在に支持し、従ロータ２Ｂよりも上方の副従ロータ軸１４Ｃに、副従ロータ２Ｃを相対回転不能として取付けてある。副従ロータ２Ｃのブレード７の平面位相は、従ロータ２Ｂのブレード７に対し６０度異ならせてある。 Wind turbine generator of the second embodiment, above the slave rotor 2B of the first embodiment, to add the Fuku従 rotor 2C, is obtained by those having a vertical axis windmill of the upper and lower three stages. That is, the support frame 11 is extended upward to make it higher, and the upper end of the vertical main shaft 14 having a large vertical dimension is rotated by the bearing 13 provided at the center of the shaft support frame 10 provided at the upper end thereof. freely supported, above the Fuku従rotor shaft 14C than slave rotor 2B, it is mounted to Fuku従 rotor 2C as relative rotation. Planar phase of the blade 7 of Fuku従 rotor 2C is are differentiated 60 degrees relative to the blade 7 of the slave rotor 2B.

最下段の主ロータ２Ａは、第１の実施形態と同様に、発電機４に常時連結されている。中段の従ロータ軸１４Ｂと最上段の副従ロータ軸１４Ｃは電磁クラッチ１５を介して断続可能に連結され、最下段の主ロータ軸１４Ａと中段の従ロータ軸１４Ｂとは電磁クラッチ１５を介して断続可能に連結されている。
なお、この実施形態のような上下３段の縦軸型風車を備える場合、電磁クラッチ１５が接続されるタイミングは、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂのブレード７の位相が６０度異なったときに行われる。 The lowermost main rotor 2A is always connected to the generator 4 as in the first embodiment. The subordinate rotor shaft 14B in the middle stage and the subordinate rotor shaft 14C in the uppermost stage are discontinuously connected via an electromagnetic clutch 15, and the main rotor shaft 14A in the lowermost stage and the subordinate rotor shaft 14B in the middle stage are connected via an electromagnetic clutch 15. cross is continued linked.
In the case of including a vertical three-stage wind turbine as in this embodiment, the electromagnetic clutch 15 is connected at a timing when the phases of the blades 7 of the main rotor 2A and the slave rotor 2B differ by 60 degrees. Be seen.

前記従ロータ軸１４Ｂには、従ロータ２Ｂと副従ロータ２Ｃの回転速度を測定するための平歯車２４が取付けられ、この平歯車２４の回転数を、回転速度検出センサ２５により検出し、制御手段５のロータ周速判定部２０に出力されるようになっている。 The slave rotor shaft 14B is a spur gear 24 is attached for measuring the rotational speed of the slave rotor 2B and Fuku従 rotor 2C, the rotational speed of the spur gear 24, is detected by the rotational speed detection sensor 25, the control It is adapted to be output to the rotor peripheral speed determination unit 20 of the means 5.

第２の実施形態に係る風力発電装置においては、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃがカットイン風速である平均風速２ｍ/ｓ以下の低風速下で回転している場合に、制御手段５により電磁クラッチ１５を切断して、従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃを空転させ、従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃが自力で加速しながら効率よく回転しうる平均周速である５ｍ/ｓに達したときに、電磁クラッチ１５を接続して、空転している従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの回転駆動力により従ロータ２Ａの回転を増速させて発電するように制御し、かつ主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃが再度平均風速２ｍ/ｓ以下の低風速で回転するようになったときに、制御手段５により電磁クラッチ１５を再度切断して、従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃが自力で加速しながら効率よく回転しうる平均周速である５ｍ/ｓに達するまで空転させたのち、電磁クラッチ１５を再度接続して、空転させた従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの回転駆動力により主ロータ２Ａの回転を増速させながら、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの全てのロータの回転により発電するように繰り返し制御するようになっている。 In the wind turbine generator according to the second embodiment, the control is performed when the main rotor 2A, the slave rotor 2B , and the sub slave rotor 2C are rotating at a low wind speed of an average wind speed of 2 m/s or less, which is the cut-in wind speed. The means 5 disengages the electromagnetic clutch 15 to idle the secondary rotor 2B and the secondary slave rotor 2C so that the secondary rotor 2B and the secondary slave rotor 2C can rotate efficiently while accelerating by themselves, which is an average peripheral speed of 5 m/s. upon reaching, by connecting the electromagnetic clutch 15, controlled to follow the rotor 2B being idle, by accelerated rotation of the slave rotor 2A by the rotational driving force of Fuku従rotor 2C to generate power, and the main When the rotor 2A, the slave rotor 2B, and the sub slave rotor 2C again rotate at a low wind speed of 2 m/s or less, the control means 5 disengages the electromagnetic clutch 15 again, and the slave rotor 2B and the sub rotor 2B The slave rotor 2C spins by itself until it reaches an average peripheral speed of 5 m/s at which it can efficiently rotate, and then the electromagnetic clutch 15 is reconnected to spin the slave rotor 2B and the slave slave rotor 2C. While the rotation of the main rotor 2A is accelerated by the rotational driving force of 1, the rotor is repeatedly controlled so that power is generated by rotation of all the rotors of the main rotor 2A, the slave rotor 2B, and the sub slave rotor 2C .

第２の実施形態に係る風力発電装置においては、従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの上下２段のロータを空転させるので、主ロータ２Ａを増速させる際の回転駆動トルクが増大し、主ロータ２Ａを速やかに増速させることができる。 In the wind turbine generator according to the second embodiment, the sub rotor 2B, since the idling upper and lower two stages of rotor Fuku従rotor 2C, rotational driving torque at the time of the accelerated main rotor 2A is increased, the main rotor 2A can be quickly accelerated.

なお、図５の２点鎖線で示すように、従ロータ２Ｂと副従ロータ２Ｃ間において、従ロータ軸１４Ｂと副従ロータ軸１４Ｃの間にも、電磁クラッチ１５を設け、上下の電磁クラッチ１５、１５を同期して断続させるようにしてもよい。 As shown by the chain double-dashed line in FIG. 5, an electromagnetic clutch 15 is provided between the sub rotor 2B and the sub slave rotor 2C, and between the sub rotor shaft 14B and the sub slave rotor shaft 14C. , 15 may be synchronized and intermittently connected.

このようにすると、上下の電磁クラッチ１５を切断したとき、従ロータ２Ｂと副従ロータ２Ｃとが、風速に対応して独立して抵抗なく空転するとともに、一般に地上からの高さが高いほど風速が速くなる傾向があるので、最上段の副従ロータ２Ｃは、予め定めた周速まで速やかに空転する。従って、電磁クラッチ１５を接続すると、副従ロータ２Ｃの回転駆動力が従ロータ２Ｂに伝達され、互いに加速し合って回転するので、従ロータ２Ｂと副従ロータ２Ｃの回転駆動力により、最下段の主ロータ２Ａを効率よく、かつ速やかに増速させて発電することができる。 In this way, when the upper and lower electromagnetic clutches 15 are disengaged, the sub rotor 2B and the sub sub rotor 2C spin independently without resistance in response to the wind speed, and generally, the higher the height from the ground, the higher the wind speed. Therefore, the uppermost sub-slave rotor 2C quickly idles up to a predetermined peripheral speed. Therefore, when connecting the electromagnetic clutch 15, the rotational driving force of Fuku従 rotor 2C is transmitted to the slave rotor 2B, since the rotating each other to accelerate each other, by the rotational driving force of the slave rotor 2B and Fuku従rotor 2C, bottom The main rotor 2A can be efficiently and quickly increased in speed to generate power.

また、上記したように、地上からの高さが高いほど風速が速く、最上段の副従ロータ２Ｃは効率よく回転するので、従ロータ軸１４Ｂと副従ロータ軸１４Ｃ間に電磁クラッチ１５を設けて、副従ロータ２Ｃのみが空転するようにし、この副従ロータ２Ｃの回転駆動力により、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂを増速させて発電するようにしてもよい。 Further, as described above, fast wind speed higher height from the ground, the uppermost Fuku従 rotor 2C so rotated efficiently, the electromagnetic clutch 15 provided between the sub rotor shaft 14B and Fuku従rotor shaft 14C Te, only Fuku従 rotor 2C is to run idle, the rotational driving force of the Fuku従 rotor 2C, main rotor 2A, may be the Supporting rotor 2B so that power generation by accelerated.

次に、図６を参照して、本発明に係る風力発電装置の第３の実施形態について説明する。なお、前記第２の実施形態の風力発電装置と同様の部材には、同じ符号を付すに止めて、詳細な説明を省略する。 Next, a third embodiment of the wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to FIG. The same members as those of the wind turbine generator of the second embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

第３の実施形態の風力発電装置においては、第２の実施形態の風力発電装置の電磁クラッチ１５に代えて、遠心クラッチ２６を用いている。図６に略示する遠心クラッチ２６は、例えば次のように構成されている。 In the wind turbine generator of the third embodiment, a centrifugal clutch 26 is used instead of the electromagnetic clutch 15 of the wind turbine generator of the second embodiment. The centrifugal clutch 26 schematically shown in FIG. 6 is configured as follows, for example.

すなわち、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂ間において縦主軸１４を、主ロータ軸１４Ａと従ロータ軸１４Ｂに２分割し、従ロータ２Ｂ側の従ロータ軸１４Ｂに、外周面に摩擦材を固着した複数のウエイト２７、２７を、遠心力によって半径方向外側に移動しうるように取付けるとともに、発電機４に常時連結された主ロータ２Ａ側の主ロータ軸１４Ａに、上面が閉塞された円筒形の従動ドラム２８を、内部にウエイト２７が収容されるように固着してある。 Multiple words, main rotor 2A, a vertical main shaft 14 between the slave rotor 2B, and divided into two main rotor shaft 14A and the slave rotor shaft 14B, which is secured to the slave rotor 2B side of the sub rotor shaft 14B, the friction material on the outer peripheral surface The weights 27, 27 are attached to the main rotor shaft 14A on the side of the main rotor 2A, which is always connected to the generator 4, while being attached so that they can be moved radially outward by centrifugal force, and a cylindrical driven member whose upper surface is closed. The drum 28 is fixed so that the weight 27 is housed inside.

第３の実施形態の風力発電装置を用いて発電を行う場合、次のようにして行われる。
遠心クラッチ２６は、ウエイト２７に作用する遠心力が小さい場合、すなわち主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃがカットイン風速である平均風速２ｍ／ｓ以下の低風速で回転している場合に、ウエイト２８は従動ドラム２９の内面から離間するように設定されている。従って、平均風速が２ｍ／ｓ以下の場合には、遠心クラッチ２６は自動的に切れ、従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの回転駆動力が主ロータ軸１４Ａに伝達されなくなるとともに、従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃは空転することとなる。 When power generation is performed using the wind turbine generator of the third embodiment, it is performed as follows.
The centrifugal clutch 26 has a small centrifugal force acting on the weight 27, that is, the main rotor 2A, the slave rotor 2B, and the sub slave rotor 2C are rotating at a low wind speed of cut-in wind speed of 2 m/s or less. In addition, the weight 28 is set to be separated from the inner surface of the driven drum 29. Therefore, if the average wind speed is less than 2m / s, the centrifugal clutch 26 is automatically turned off, slave rotor 2B, the rotation driving force of Fuku従rotor 2C is not transmitted to the main rotor shaft 14A, slave rotor 2B, The sub-slave rotor 2C will idle.

また、空転している従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの平均周速が例えば５ｍ／ｓに達した場合、すなわち、５ｍ／ｓの平均周速のときの縦主軸１４の回転速度が、予め定めた値に達した場合には、ウエイト２７が遠心力により従動ドラム２８の内面に接触し、遠心クラッチ２６が自動的に接続されるように設定されている。従って、空転している従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの平均周速が例えば５ｍ／ｓに達すると、それらの回転駆動力が主ロータ２Ａ側の主ロータ軸１４Ａに伝達されて、主ロータ２Ａの回転が増速されるようになる。 Further, when the average peripheral speed of the idle rotor 2B and the auxiliary slave rotor 2C reaches, for example, 5 m/s, that is, the rotation speed of the vertical main shaft 14 at the average peripheral speed of 5 m/s is determined in advance. When the value reaches the above value, the weight 27 comes into contact with the inner surface of the driven drum 28 by the centrifugal force, and the centrifugal clutch 26 is automatically connected. Therefore, slave rotor 2B being idle, the average peripheral speed of Fuku従rotor 2C reaches example 5 m / s, their rotation driving force is transmitted to the main rotor shaft 14A of the main rotor 2A side, the main rotor 2A The rotation of will be accelerated.

第３の実施形態の風力発電装置においても、平均風速が２ｍ／ｓ以下の低風速になると、遠心クラッチ２６が自動的に切断されて従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃが空転し、平均周速が５ｍ/ｓに達して従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃが自力で加速しながら回転するようになると、遠心クラッチ２６が自動的に接続されて、空転している従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの回転駆動力により、主ロータ２Ａの回転が増速され、主ロータ２Ａ、従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの全てのロータにより発電機４を駆動して発電されるようになっているので、上記実施形態と同様に、低風速下において主ロータ２Ａ〜副従ロータ２Ｃが発電機４のコギングトルクや発電負荷により失速するのを未然に防止しながら、効率よく発電することができる。 Also in the wind turbine generator of the third embodiment, when the average wind speed becomes a low wind speed of 2 m/s or less, the centrifugal clutch 26 is automatically disengaged, the slave rotor 2B and the sub slave rotor 2C idle, and the average peripheral speed is reduced. When the speed reaches 5 m/s and the secondary rotor 2B and the secondary slave rotor 2C start to rotate while accelerating by their own force , the centrifugal clutch 26 is automatically connected to idle the secondary rotor 2B and the secondary slave rotor 2C. Since the rotation of the main rotor 2A is accelerated by the rotational driving force of, the generator 4 is driven by all the rotors of the main rotor 2A, the slave rotor 2B, and the sub slave rotor 2C to generate electricity. Similar to the above-described embodiment, it is possible to efficiently generate power while preventing the main rotor 2A to the sub- slave rotor 2C from stall due to the cogging torque of the generator 4 or the power generation load under low wind speed.

また、機械的な遠心クラッチ２６を用いると、第１、第２の実施形態のような、電磁クラッチ１４をＯＮ、ＯＦＦ制御するための制御手段５等が不要となるので、安価な風力発電装置を提供することができる。 Further, when the mechanical centrifugal clutch 26 is used, the control means 5 for controlling the ON/OFF of the electromagnetic clutch 14 as in the first and second embodiments becomes unnecessary, so that the wind turbine generator is inexpensive. Can be provided.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、例えば次のような種々の変形や変更を施すことが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes such as the following can be made without departing from the gist of the present invention.

上記第１、第２の実施形態では、平均風速が２ｍ/ｓ以下と判定された場合に、電磁クラッチ１５をＯＦＦとして、従ロータ２Ｂまたは副従ロータ２Ｃを単独または共動で空転させるようにしているが、平均風速が２ｍ/ｓ以下のときの縦主軸１４の平均回転速度、または全てのロータの平均周速が予め定めた値となったときに、電磁クラッチ１５をＯＦＦとするようにしてもよい。 In the first and second embodiments, when the average wind speed is less than or equal to 2m / s, an electromagnetic clutch 15 as OFF, or slave rotor. 2B so as to idly Fuku従rotor 2C alone or in coaction However, when the average rotational speed of the vertical main shaft 14 when the average wind speed is 2 m/s or less or the average peripheral speed of all the rotors reaches a predetermined value, the electromagnetic clutch 15 is turned off. You may

また、空転させた従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの平均周速が５ｍ/ｓに達したとき、電磁クラッチ１５をＯＮとして、主ロータ２Ａの回転を増速するようにしたが、前述したように、ロータの周速は回転速度に換算できるため、平均周速が５ｍ/ｓに達したときの従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの回転速度を回転速度センサ２５が検出したときに、電磁クラッチ１５をＯＮとして、主ロータ２Ａの回転を増速するようにすることもできる。 Further, when the average peripheral speed of the idle rotor 2B and the auxiliary slave rotor 2C has reached 5 m/s, the electromagnetic clutch 15 is turned on to accelerate the rotation of the main rotor 2A. In addition, since the peripheral speed of the rotor can be converted into a rotational speed, when the rotational speed sensor 25 detects the rotational speeds of the sub rotor 2B and the sub slave rotor 2C when the average peripheral speed reaches 5 m/s, the electromagnetic clutch It is also possible to turn ON 15 to speed up the rotation of the main rotor 2A.

さらに、電磁クラッチ１５をＯＦＦとする平均風速を２ｍ/ｓ以下としたが、この際の平均風速の上限値は、ブレード７の回転半径の大小に対応して適切に設定される。
例えば、ブレード７の回転半径が上記実施形態の１ｍより小さい場合には、各ロータの回転トルクが小さくなって、コギングトルクや発電負荷の影響を受けやすくなるので、電磁クラッチ１５をＯＦＦとする平均風速の上限値を２ｍ／ｓ以上に設定すればよい。 Further, the average wind speed at which the electromagnetic clutch 15 is turned off is set to 2 m/s or less, but the upper limit value of the average wind speed at this time is appropriately set in accordance with the size of the radius of rotation of the blade 7.
For example, when the rotation radius of the blade 7 is smaller than 1 m in the above-described embodiment, the rotation torque of each rotor becomes small and the rotor is likely to be affected by the cogging torque and the power generation load. The upper limit value of the wind speed may be set to 2 m/s or more.

また、ブレード７の回転半径が１ｍより大きい場合には、ロータの回転速度が低くても、回転トルクが大となってコギングトルクや発電負荷の影響を受けにくくなるので、電磁クラッチ１５をＯＦＦとする平均風速の上限値を２ｍ/ｓ以下に設定すればよい。 Further, when the rotation radius of the blade 7 is larger than 1 m, even if the rotation speed of the rotor is low, the rotation torque becomes large and is less likely to be affected by the cogging torque and the power generation load. The upper limit of the average wind speed to be set may be set to 2 m/s or less.

上記実施形態では、空転している従ロータ２Ｂ、副従ロータ２Ｃの平均周速が５ｍ/ｓに達したときに、電磁クラッチ１５をＯＮとするようにしたが、この場合の平均周速の値は、ブレード７の回転半径の大小に応じて適切に設定される。 In the above embodiment, the electromagnetic clutch 15 is turned on when the average peripheral speed of the idle rotor 2B and the auxiliary slave rotor 2C reaches 5 m/s. The value is appropriately set according to the size of the radius of gyration of the blade 7.

上記第１、第２実施形態では、最下段と上段のロータの回転駆動力を断続するのに、電磁クラッチ１５を用いているが、例えば制御手段５によりＯＮ、ＯＦＦ制御可能な電動式のアクチュエータを備える摩擦クラッチや噛合クラッチ等を用いることもできる。 In the first and second embodiments, the electromagnetic clutch 15 is used to connect and disconnect the rotational driving force of the rotors in the lowermost stage and the upper stage. However, for example, an electric actuator that can be ON/OFF controlled by the control means 5. It is also possible to use a friction clutch, a dog clutch, or the like provided with.

上記実施形態では、最下段の主ロータ２Ａを備えた主ロータ軸１４Ａを常時発電機４に連結しているが、第１の実施形態の風力発電装置の場合には、従ロータ２Ｂが連結されている従ロータ軸１４Ｂの上端部を、支持枠体１１の上部等に設置した発電機に常時連結し、主ロータ２Ａを電磁クラッチ１５を介して空転させうるようにしてもよい。 In the above embodiment, it is connected to the main rotor shaft 14A having a main rotor 2A of the bottom to the always-on generator 4, in the case of wind power generation apparatus of the first embodiment, the sub rotor 2B is connected The upper end portion of the sub rotor shaft 14B that is provided may be always connected to a generator installed on the upper portion of the support frame 11 or the like so that the main rotor 2A can idle through the electromagnetic clutch 15.

また、第２の実施形態の風力発電装置の場合には、最上段の副従ロータ２Ｃが連結されている副従ロータ軸１４Ｃの上端部を、支持枠体１１の上部等に設置した発電機に常時連結し、最下段の主ロータ２Ａと中段の従ロータ２Ｂとを、電磁クラッチ１５を介して空転させうるようにするか、または、中段の従ロータ２Ｂが連結されている従ロータ軸１４Ｂの適所に、プーリやスプロケットを取り付けて、それらに接続したベルトやチェーン等の伝動手段を介して、主ロータ軸１４Ａの側方に配置した発電機を駆動するようにし、最下段の主ロータ２Ａと最上段の副従ロータ２Ｃとを、電磁クラッチ１５を介して空転させうるようにしてもよい。 Further, in the case of the wind turbine generator of the second embodiment, a generator in which the upper end portion of the sub slave rotor shaft 14C to which the uppermost sub slave rotor 2C is connected is installed above the support frame 11 or the like. The main rotor 2A in the lowest stage and the sub rotor 2B in the middle stage so as to idle through the electromagnetic clutch 15, or the sub rotor shaft 14B to which the sub rotor 2B in the middle stage is connected. place in, by attaching a pulley or sprocket, through the transmission means of the belt or chain or the like that is connected to them, so as to drive a generator disposed on the side of the main rotor shaft 14A, the main rotor 2A of the lowermost The uppermost sub-slave rotor 2C may be made to idle through the electromagnetic clutch 15.

さらに、第３の実施形態の風力発電装置の場合には、最上段の副従ロータ２Ｃが連結されている副従ロータ軸１４Ｃの上端部を、支持枠体１１の上部等に設置した発電機に常時連結し、最下段の主ロータ軸１４Ａと中段の従ロータ軸１４Ｂとを、遠心クラッチ２６を介して空転させうるようにしてもよい。 Further, in the case of the wind turbine generator of the third embodiment, a generator in which the upper end portion of the sub slave rotor shaft 14C to which the uppermost sub slave rotor 2C is connected is installed on the upper portion of the support frame 11 or the like. The main rotor shaft 14A in the lowest stage and the sub rotor shaft 14B in the middle stage may be idled via the centrifugal clutch 26.

本発明は、３段以上のロータを備える風力発電装置にも適用しうることは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention can also be applied to a wind turbine generator including three or more stages of rotors.

１風力発電装置
２Ａ主ロータ
２Ｂ従ロータ
２Ｃ副従ロータ
４発電機
５制御手段
６支持アーム
７揚力型ブレード
７Ａ主部
７Ｂ内向傾斜部
７Ｃ前縁
７Ｄ後縁
８ハブ
９基礎
１０軸部支持枠
１１支持枠体
１２軸支持杆
１３軸受
１４縦主軸（主ロータ軸、従ロータ軸、副従ロータ軸）
１４Ａ主ロータ軸
１４Ｂ従ロータ軸
１４Ｃ副従ロータ軸
１５電磁クラッチ
１６給電器
１７コントローラ
１８蓄電池
１９平均風速判定部
２０ロータ周速判定部
２１クラッチ切替判定部
２２風速計(風速検知手段)
２３中央処理装置
２４平歯車
２５回転速度検出センサ
２６遠心クラッチ
２７ウエイト
２８従動ドラム
Ｃ翼厚中心線
Ｏ回転軌跡 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind power generator 2A Main rotor 2B Slave rotor 2C Sub slave rotor 4 Generator 5 Control means 6 Support arm 7 Lifting type blade 7A Main part 7B Inward inclined part
7C leading edge
7D Rear edge 8 Hub 9 Foundation 10 Shaft support frame 11 Support frame 12 Shaft support rod 13 Bearing 14 Vertical main shaft (main rotor shaft, secondary rotor shaft, secondary slave rotor shaft)
14A Main rotor shaft
14B Secondary rotor shaft
14C Secondary rotor shaft 15 Electromagnetic clutch 16 Power feeder 17 Controller 18 Storage battery 19 Average wind speed determination unit 20 Rotor peripheral speed determination unit 21 Clutch switching determination unit 22 Anemometer (wind speed detection means)
23 Central Processing Unit 24 Spur Gear 25 Rotational Speed Detection Sensor 26 Centrifugal Clutch 27 Weight 28 Driven Drum C Blade Thickness Centerline O Rotation Trajectory

Claims

持枠体内における発電機の上に立設された主ロータ軸の上に従ロータ軸がクラッチを介して垂直に配設され、前記主ロータ軸と従ロータ軸には、それぞれ支持アームを介して複数の縦長の揚力型ブレードを有する主ロータと従ロータが個別に固定され、前記支持枠体には、風速計を備えた平均風速判定部、回転速度センサを備えたロータ周速判定部、クラッチ切替判定部、中央処理装置を備えた制御手段を配設し、前記主従のロータが回転している中で、前記平均風速判定部により、平均風速が、予め定めたカットイン風速以下となったと判定されたとき、前記クラッチ切替判定部による制御により、前記主ロータ軸と従ロータ軸の間のクラッチを切断して、前記従ロータを空転させ続け、風速が高まり、空転し続ける従ロータが加速されて、該従ロータが風力により加速回転可能な予め定めた特定の周速または回転速度に達したことを、前記ロータ周速判定部が判定したときに、前記クラッチ切替判定部による制御により、前記主ロータ軸と従ロータ軸の間のクラッチを接続して前記発電機により発電するようにし、風速が、前記カットイン風速以下となったとき、前記クラッチを再度切断して、前記従ロータを空転させ続け、風力により加速回転可能な予め定めた特定の周速または回転速度に達したときに、再度前記主ロータ軸と従ロータ軸の間のクラッチを接続し、この行程を繰返し制御するようになっていることを特徴とする多段縦軸風力発電装置。 A secondary rotor shaft is vertically disposed through a clutch on a main rotor shaft that is erected on a generator inside a holding frame , and the main rotor shaft and the secondary rotor shaft are respectively supported by support arms. A main rotor and a slave rotor having a plurality of vertically long lift-type blades are individually fixed, and the support frame body has an average wind speed determination unit equipped with an anemometer, a rotor circumferential speed determination unit equipped with a rotation speed sensor, and a clutch. A switching determination unit, a control unit having a central processing unit is provided, and while the main-slave rotor is rotating, the average wind speed determination unit determines that the average wind speed is equal to or lower than a predetermined cut-in wind speed. When the determination is made, the clutch switching determination unit controls the clutch between the main rotor shaft and the slave rotor shaft to disconnect the slave rotor, and the slave rotor continues to idle, the wind speed increases, and the slave rotor continues to accelerate. By the control by the clutch switching determination unit, when the rotor peripheral speed determination unit determines that the secondary rotor has reached a predetermined specific peripheral speed or rotational speed that can be accelerated and rotated by wind force, The clutch between the main rotor shaft and the slave rotor shaft is connected so that power is generated by the generator, and when the wind speed becomes equal to or lower than the cut-in wind speed, the clutch is disengaged again to operate the slave rotor. When it reaches a predetermined peripheral speed or rotational speed at which it can be accelerated and rotated by wind force, the clutch between the main rotor shaft and the slave rotor shaft is reconnected to control the stroke repeatedly. A multi-stage vertical axis wind turbine generator characterized in that

前記クラッチは電磁クラッチとし、予め定めたカットイン風速以下を前記平均風速判定部が判定したときは、前記制御手段により前記電磁クラッチを切断し、このロータが風力により加速回転可能な特定の周速または回転速度に達したと前記ロータ周速判定部が判定したときは、前記制御手段により前記電磁クラッチを接続し、風速の高低により前記電磁クラッチの断続が繰返されるようになっていることを特徴とする請求項1に記載の多段縦軸風力発電装置。 When the average wind speed determination unit determines that the clutch is an electromagnetic clutch and the cut-in wind speed is equal to or lower than a predetermined cut-in wind speed, the electromagnetic clutch is disengaged by the control unit, and a specific peripheral speed at which this rotor can be accelerated and rotated by wind power. Alternatively, when the rotor peripheral speed determination unit determines that the rotational speed has been reached, the electromagnetic clutch is connected by the control means, and the electromagnetic clutch is intermittently repeated depending on the wind speed. The multi-stage vertical axis wind turbine generator according to claim 1 .

前記クラッチを、遠心力がかかるとウェイトがロータ軸の遠心方向へ移動する態様の遠心クラッチとし、風速が前記予め定めたカットイン風速である２ｍ／ｓ以下の時はウェイトが移動せず、前記特定の周速または回転速度である５ｍ／ｓに達するとウェイトが移動して遠心クラッチの従動ドラムの内壁面に接触するようにして、該遠心クラッチの上下のロータ軸の接触を、風速の高低差により断続するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の多段縦軸風力発電装置。 The clutch is a centrifugal clutch in which the weight moves in the centrifugal direction of the rotor shaft when a centrifugal force is applied, and the weight does not move when the wind speed is 2 m/s or less, which is the predetermined cut-in wind speed. When the specific peripheral speed or rotation speed of 5 m/s is reached, the weight moves so as to come into contact with the inner wall surface of the driven drum of the centrifugal clutch, and the contact between the upper and lower rotor shafts of the centrifugal clutch is controlled to increase or decrease the wind speed. The multistage vertical wind turbine generator according to claim 1, wherein the multistage vertical wind turbine generator is intermittently connected due to a difference .

前記揚力型ブレードは、上下の端部に内向きに傾斜する内向傾斜部を備え、その主部における前縁と後縁は翼厚中心の回転軌跡の上に重なるように配設されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の多段縦軸風力発電装置。 The lift-type blade is provided with inward inclining portions that incline inward at the upper and lower ends, and the leading edge and the trailing edge of the main portion are arranged so as to overlap with the rotational trajectory of the blade thickness center. The multi-stage vertical axis wind turbine generator according to any one of claims 1 to 3 .

前記複数の従ロータの内、最上段の副従ロータとその下部の従ロータは１本の従ロータ軸に配設され、共動させるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多段縦軸風力発電装置。 The sub-rotor at the uppermost stage and the sub-rotor below the sub-rotor among the plurality of sub-rotors are arranged on one sub-rotor shaft so as to co-operate with each other. A multi-stage vertical axis wind turbine generator according to Crab .

前記複数段のロータ軸のうち、最下段の主ロータ軸とその上の従ロータ軸をクラッチを介して連結し、前記従ロータ軸とその上の副従ロータ軸とをクラッチを介して連結したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多段縦軸風力発電装置。 Of the plurality of stages of rotor shafts, the lowermost stage main rotor shaft and the sub rotor shaft above it are connected via a clutch, and the sub rotor shaft and the sub slave rotor shaft above it are connected via a clutch. The multistage vertical axis wind turbine generator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that .