JPH08128385A

JPH08128385A - 風力発電機

Info

Publication number: JPH08128385A
Application number: JP6270007A
Authority: JP
Inventors: Naomi Kikuchi; 直美菊池
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1996-05-21
Also published as: US5616963A

Abstract

(57)【要約】【目的】風力に応じて羽根のピッチ角が変わる風力発
電機において、風力に応じた羽根の作動を安定したもの
にする。【構成】水平な動力軸にスポーク11を放射状に設け
る。このスポーク11および羽根16に設けた突片17，18を
スポーク11と平行な連結軸19により連結する。羽根16
は、一端縁16a がスポーク11に当たって動力軸と直交す
る平面に対し傾斜した角度と、この平面に対しほぼ垂直
になった角度との間で揺動自在である。連結軸19を囲ん
で、スポーク11と羽根16との間に板ばね21を圧縮状態で
挟み込む。これにより、羽根16を前記平面に対して閉じ
る方向へ付勢する。風がそれほど強くないときは、羽根
16が風を受け、動力軸が回る。風が強すぎるときは、板
ばね21に抗して、羽根16が風向に沿う状態になる。【効果】これにより、強風による羽根16の破損を防止
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、風力発電機に係わり、
特に、ほぼ風力の方向に回転軸を有する風力発電機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の風力発電機としては、水
平にかつ回転自在に支持された動力軸に羽根を放射状に
固定したプロペラ型のものがある。しかし、プロペラ型
の風力発電機は、羽根の幅を大きくできないため、プロ
ペラの径を大きくしなければならず、大型になる。ま
た、固定した羽根では、強い風が吹くと、折れるおそれ
がある。

【０００３】これに対して、羽根自体を回転可能とし
て、動力軸と直交する平面に対し羽根がなす角度を可変
とし、コンピューター制御により、風力に応じて羽根の
角度を調節するプロペラ型の風力発電機もある。しか
し、コンピューター制御では、構造が複雑になり、ま
た、応答が遅くなり、急に強い風が吹いたとき、羽根が
折れるおそれがある。

【０００４】さらに、特開昭62-113868 号公報には、動
力軸に放射状に設けたスポークにそれぞれ羽根を揺動自
在に支持し、この羽根をばねにより動力軸と直交する平
面に対し閉じる方向へ付勢した風力発電機が提案されて
いる。この風力発電機では、羽根に突設した連結体の取
付けリングを円柱形状のスポークに軸支し、コイルばね
の一端をスポークに固定し、他端を羽根に固定してい
る。すなわち、風がそれほど強くないときには、ばねに
より羽根が前記平面に対して傾斜した状態となり（ピッ
チ角が大きくなり）、羽根が風を受けて動力軸とともに
回転する。一方、風がある程度強くなると、ばねに抗し
て、風力により羽根が前記平面に対してほぼ垂直になる
（ピッチ角が小さくなる）。これにより、羽根部分の破
損が防止される。

【０００５】しかし、この従来の構造では、ばねの力の
設定が微妙になり、羽根の作動を安定したものとするこ
とが難しい。例えば、ばねの力が少しでも弱すぎると、
弱い風でも、羽根のピッチ角が小さくなり、能率のよい
発電ができない。一方、ばねの力が強すぎると、風力に
よって羽根が作動しにくく、この羽根部分が破損するお
それがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、スポー
クに対して羽根を角度可変に支持するとともに、羽根を
ばねにより付勢した従来の風力発電機では、羽根に固定
した連結体をスポークに軸支し、コイルばねの一端をス
ポークに固定するとともに、他端を羽根に固定していた
ため、ばねの力の設定も微妙で、羽根の作動を安定した
ものとすることが難しい問題があった。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決しよう
とするもので、スポークに対して羽根を角度可変に支持
するとともに、羽根をばねにより付勢した風力発電機に
おいて、羽根の作動を安定したものとすることを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の風力発電機は、
前記目的を達成するために、発電機本体と、水平にかつ
回転自在に支持され前記発電機本体に回転が伝達される
動力軸と、この動力軸に放射状に設けられた複数のスポ
ークと、これらスポークにそれぞれ支持された羽根とを
備え、前記スポークおよび羽根にそれぞれ複数突設した
突片を前記スポークと平行な連結軸により連結して、前
記羽根は、連結軸の回りで、この連結軸側の一端縁が前
記スポークに当たって前記動力軸と直交する平面に対し
傾斜した角度と、この平面に対しほぼ垂直になった角度
との間で揺動自在とし、前記連結軸を囲んで前記スポー
クと羽根との間に、この羽根を前記平面に対して閉じる
方向へ付勢するばねを圧縮状態で挟持したものである。

【０００９】

【作用】本発明の風力発電機では、風がそれほど強くな
い場合、ばねにより、羽根は、一端縁がスポークに当た
って動力軸と直交する平面に対し傾斜した状態になって
いる。この状態で、羽根が風を受けることにより、動力
軸とともに回転し、この動力軸の回転が発電機本体に伝
達されて発電が行われる。一方、風がある程度強くなる
と、ばねに抗して、羽根は、風力により前記平面とほぼ
垂直になり、動力軸は回転を続行する。これにより、羽
根部分の破損が防止される。スポークと羽根とは、両者
にそれぞれ突設した突片を連結軸により連結してあり、
また、ばねは、連結軸を囲んでスポークと羽根との間に
圧縮状態で挟持してあることから、羽根は、風力に応じ
て安定して作動する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の風力発電機の第１実施例につ
いて、図１から図３を参照しながら説明する。図３にお
いて、１は風車柱で、この風車柱１上に、動力軸軸受２
が水平回転自在に支持されている。そして、この動力軸
軸受２に、水平な動力軸３が回転自在に支持されてい
る。また、前記動力軸軸受２の前側には筐体４が設けら
れており、この筐体４に発電機本体５が内蔵してある。
そして、この発電機本体５に前記動力軸３の回転が増速
歯車列などを介して伝達され、発電が行われるようにな
っている。

【００１１】前記動力軸３の後端部には、風車10の計４
本のスポーク11が垂直にかつ放射状に固定されている。
これらスポーク11は、軸部12と板部13とからなってい
る。そして、各スポーク11には、それぞれ羽根16が揺動
自在に支持されている。この支持は、図１および図２に
示すように、スポーク11および羽根16の端縁部にそれぞ
れ複数突設した突片17，18を連結軸19により連結するこ
とによっている。この連結軸19は、スポーク11の軸方向
と平行であり、この連結軸19の回りで羽根16が揺動する
ことになる。そして、この羽根16は、図１（ａ）に示す
ように、そのスポーク11側の一端縁が前記スポーク11の
板部13に当たって前記動力軸３と直交する平面に対し45
°程度で傾斜した角度と、図１（ｂ）に示すように、こ
の平面に対しほぼ垂直になった角度との間で揺動自在に
なっている。羽根16のピッチ角は、図１（ａ）に示す状
態で大きくなり（θ1 ）、図１（ｂ）に示す状態で小さ
くなる（θ2 ）。

【００１２】また、前記連結軸19を囲んで、前記スポー
ク11の板部13と羽根16との間には、複数の板ばね21が圧
縮状態で挟持されている。これら板ばね21は、それぞれ
突片17，18間に位置しており、両端部がスポーク11の板
部13および羽根16にボルト22により固定されている。そ
して、板ばね21により、羽根16は、前記動力軸19と直交
する平面に対して閉じる方向すなわちピッチ角が大きく
なる方向へ付勢されている。

【００１３】つぎに、前記の構成について、その作用を
説明する。本風力発電機は、風下型（ダウンウインド
型）であって、風車10が風Ａを受けると、動力軸軸受２
が水平に回って、動力軸３が風向とほぼ一致し、かつ、
風車10は風下側に位置する。そして、羽根16が風を受け
ることにより、風車10とともに動力軸３が回転し、この
動力軸３の回転が発電機本体５に伝達され、発電が行わ
れる。

【００１４】風速5.5 ｍ以下の比較的弱い風Ａでは、図
１（ａ）に示すように、板ばね21の力が風力に優り、羽
根16は、その一端縁16a がスポーク11の板部13に当たっ
て、ピッチ角θ1 が大きくなる。

【００１５】一方、風Ａが風速 5.5ｍ以上の強いものに
なると、図１（ｂ）に示すように、板ばね21に抗して、
風力により羽根16のピッチ角θ2 が小さくなる。この状
態では、羽根16にかかる力が均衡することにより、羽根
16付近の破損が防止される。風速17ｍ以上になると、ピ
ッチ角はほとんど０になる。なお、このように羽根16が
畳まれたときでも、風車10は回転を続ける。

【００１６】前記実施例の構成によれば、スポーク11の
一側に羽根16を張り出して揺動可能に支持した構造の風
車10なので、プロペラ型風車に比べて羽根16の幅、面積
を大きくできることにより、より弱い風でも回転でき、
発電ができる。また、プロペラ型風車に比べて、羽根16
を長くする必要がないので、より小型にできる。すなわ
ち、より小型の風力発電機で、同じ電力を得ることがで
きる。

【００１７】また、スポーク11と羽根16とは、両者にそ
れぞれ突設した複数の突片17，18を連結軸19により揺動
自在に連結し、この連結軸19を囲んでスポーク11と羽根
16との間に板ばね21を圧着状態で挟持したので、簡単な
構造で、羽根16を風力に応じて安定して作動させられ
る。まず、ピッチ角が大きい状態では、羽根16の一端縁
16a がスポーク11に当たることにより、板ばね21をある
程度強くすれば、この状態を確実に保持できる。したが
って、風力により風車10を能率よく回転させられ、能率
のよい発電ができる。その一方、板ばね21の力に優る風
が吹けば、羽根16が確実に回り、そのピッチ角が小さく
なる。したがって、羽根16付近の破損を確実に防止でき
る。

【００１８】つぎに、本発明の風力発電機の第２実施例
を図４および図５に基づいて説明する。なお、前記第１
実施例と対応する部分には同一符号を付して、その説明
を省略する。本第２実施例は、スポーク11に対して羽根
16を付勢するばねをねじりコイルばね26としたものであ
る。これらねじりコイルばね26は、連結軸19に巻装して
あり、一端部がスポーク11の板部13に固定してあるとと
もに、他端部が羽根16に固定してある。こうしてスポー
ク11と羽根16との間に圧縮状態で挟持されたねじりコイ
ルばね26により、羽根16がピッチ角の大きくなる方向へ
付勢されている。

【００１９】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、
前記実施例では、羽根16を４枚にしたが、羽根の枚数は
４枚に限るものではない。ただし、羽根の枚数は偶数に
することが好ましい。これは、羽根の枚数が奇数である
と、風車全体の重量バランスが偏るためである。また、
いずれの実施例でも、風Ａに対する抵抗力は、ばね21，
26自体の強さまたはばね21，26の数によって調節でき
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、動力軸に放射状に設け
たスポークに、風力に応じてピッチ角が変わるように羽
根をそれぞれ支持した風力発電機において、スポークお
よび羽根にそれぞれ複数突設した突片をスポークと平行
な連結軸により連結して、羽根は、連結軸の回りで、こ
の連結軸側の一端縁がスポークに当たって動力軸と直交
する平面に対し傾斜した角度と、この平面に対しほぼ垂
直になった角度との間で揺動自在とし、連結軸を囲んで
スポークと羽根との間に、この羽根を前記平面に対して
閉じる方向へ付勢するばねを圧縮状態で挟持したので、
簡単な構造で、風力に応じた羽根の作動を安定したもの
とできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の風力発電機の第１実施例を示す１つの
スポークおよび羽根部分の断面図である。

【図２】同上１つのスポークおよび羽根部分の正面図で
ある。

【図３】同上全体の斜視図である。

【図４】本発明の風力発電機の第２実施例を示す１つの
スポークおよび羽根部分の断面図である。

【図５】同上１つのスポークおよび羽根部分の正面図で
ある。

【符号の説明】

３動力軸５発電機本体 11 スポーク 16 羽根 16ａ羽根の一端縁 17，18 突片 19 連結軸 21 板ばね（ばね） 26 ねじりコイルばね（ばね）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電機本体と、水平にかつ回転自在に支
持され前記発電機本体に回転が伝達される動力軸と、こ
の動力軸に放射状に設けられた複数のスポークと、これ
らスポークにそれぞれ支持された羽根とを備え、前記ス
ポークおよび羽根にそれぞれ複数突設した突片を前記ス
ポークと平行な連結軸により連結して、前記羽根は、連
結軸の回りで、この連結軸側の一端縁が前記スポークに
当たって前記動力軸と直交する平面に対し傾斜した角度
と、この平面に対しほぼ垂直になった角度との間で揺動
自在とし、前記連結軸を囲んで前記スポークと羽根との
間に、この羽根を前記平面に対して閉じる方向へ付勢す
るばねを圧縮状態で挟持したことを特徴とする風力発電
機。