JPS5951677B2 - Windmill with variable position blades - Google Patents
Windmill with variable position bladesInfo
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- JPS5951677B2 JPS5951677B2 JP55107029A JP10702980A JPS5951677B2 JP S5951677 B2 JPS5951677 B2 JP S5951677B2 JP 55107029 A JP55107029 A JP 55107029A JP 10702980 A JP10702980 A JP 10702980A JP S5951677 B2 JPS5951677 B2 JP S5951677B2
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- wind
- blades
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- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
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- Wind Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は風車に関するものである。[Detailed description of the invention] This invention relates to a windmill.
自然風から風力エネルギーを取り出すための風車は、石
油代替エネルギー開発の要請から、その実用化が推進さ
れている。The practical application of wind turbines for extracting wind energy from natural wind is being promoted due to the need to develop alternative energy to oil.
風車の実用化を図る」−で゛の問題点の一つは、定格出
力運転の範囲を大きくすること、及び突風時の風車の破
損を回避することである。One of the problems with "Practical Application of Wind Turbines" is to widen the range of rated output operation and to avoid damage to the wind turbine during gusts of wind.
風車のノマワーＰは、ρ：空気の密度、Ｕ〜：風速、η
：効率、Ａ：受風面積とすると、
Ｐ＝１／２・ρ・Ｕ３←〜・η・Ａ ・・・・・
・（１）で与えられる。The wind turbine power P is: ρ: air density, U: wind speed, η
: efficiency, A: swept area, then P=1/2・ρ・U3←〜・η・A ・・・・・
・Given by (1).
風車を使用した発電装置によって発電し、その電力を系
統電力網に給電する場合には、系統電力の品質を保つた
めに風車の定格出力運転を要求されることが多い。When generating electricity using a power generation device using a wind turbine and feeding the generated power to a power grid, the wind turbine is often required to operate at its rated output in order to maintain the quality of the grid power.
このような運転モードの一例は第１図に示すように、風
速Ｕ１以上で起動回転するが、定格出力ＰＲを得る定格
風速ＵＲに達するまでは出力を系統電力網に接続せず、
風速ＵＲ−Ｕ２の間でのみ一定出力を給電する。As shown in Fig. 1, an example of such an operation mode is that the starting rotation is performed at a wind speed of U1 or more, but the output is not connected to the grid power grid until the rated wind speed UR is reached to obtain the rated output PR.
A constant output is supplied only between wind speeds UR and U2.
しかるに、我国では比較的に平均風速が低く、定格出力
運転に必要な風速範囲が狭くなっているが、（１）式か
ら明らかな通り、風車の受風面積を大きくすれば、定格
出力を得るために必要な風速は小さくてもよいことにな
り、密度の低い風ｊＥも有効に活用することができるこ
ととなり、このことは平均風速が低い気候を持つ地域に
おける風力エネルギーの利用上きわめて有利である。However, in Japan, the average wind speed is relatively low and the wind speed range required for rated output operation is narrow, but as is clear from equation (1), if the wind turbine area is increased, the rated output can be achieved. This means that the wind speed required for this purpose can be small, and even low-density wind jE can be used effectively, which is extremely advantageous for the use of wind energy in regions with climates where the average wind speed is low. .
このようなことから、風車の受風面積を増加させ得る風
車が望まれる。For this reason, a wind turbine that can increase the area of the wind turbine that receives wind is desired.
一方、台風時の如く突風が吹く場合には、その突風が風
車に当って風車を破損させる事故が生ずることがあり、
その対策が必要である。On the other hand, when gusts of wind blow, such as during a typhoon, the gusts can hit windmills and cause accidents that damage them.
Countermeasures are necessary.
その対策の一つとしては、台風時にのみ風車の受風面積
を縮少することが有効である。One of the effective countermeasures is to reduce the wind turbine area only during typhoons.
このように、受風面積の大小を必要に応じて調整し得る
風車が望まれるのであるが、現在まで、この要求を容易
かつ確実に満たずものを得るに至っていない。As described above, there is a desire for a wind turbine that can adjust the size of the wind blowing area as necessary, but to date, no wind turbine has been able to easily and reliably satisfy this requirement.
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、定格運転時に受風面積を風強に応じて容易にかつ確
実に調整することができる垂直回転軸型風車を提供する
ことを目的とするものである。This invention was made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vertical rotating shaft type wind turbine that can easily and reliably adjust the receiving area according to the wind strength during rated operation. That is.
この目的に対応して、この発明の風車は、一枚若しくは
複数枚の一定受風面積を持ちかつ垂直回転軸を持つブレ
ードと、前記垂直回転軸に取付けられた駆動装置とを備
え、前記ブレードの前記垂直回転軸への取付は部材を前
記駆動装置で変位させることによって前記ブレードの前
記垂直回転軸に対する位置を可変にしたことを特徴とし
ている。Corresponding to this purpose, a wind turbine of the present invention includes one or more blades having a constant wind receiving area and a vertical rotation axis, and a drive device attached to the vertical rotation axis, The attachment of the blade to the vertical rotation shaft is characterized in that the position of the blade relative to the vertical rotation shaft is made variable by displacing the member with the drive device.
以下この発明の詳細を一実施例を示す図面について説明
する。The details of this invention will be explained below with reference to the drawings showing one embodiment.
第２図、第３図及び第４図は、この発明を垂直回転軸を
持つジャイロミル型風車装置に適用した実施例であるが
、この第２図、第３図及び第４図において、１はジャイ
ロミル型風車装置であり、風車装置１は垂直回転軸２を
備え、回転軸２の周囲に長さの等しい支持アーム３ａ、
３ｂ、３Ｃを介して受風面積を持つブレード４ａ、
４ｂ、が取付けられている。2, 3, and 4 show embodiments in which the present invention is applied to a gyro mill type wind turbine device having a vertical rotation axis. is a gyro mill type wind turbine device, the wind turbine device 1 is equipped with a vertical rotation shaft 2, and support arms 3a of equal length around the rotation shaft 2,
A blade 4a having a wind receiving area via 3b and 3C,
4b is installed.
ブレード４ａ、４ｂの１一端部及び下端部にはブラケツ
１−５３，５ｂが固定されており、ブラケツｌ−５３に
は支持アーム３ａ、３ｂの一端がピン６ａを介してピン
結合しており、また、ブラケツ１−５ｂには支持アーム
３Ｃの一端がピン６ｂを介してピン結合している。Brackets 1-53, 5b are fixed to one end and the lower end of the blades 4a, 4b, and one ends of the support arms 3a, 3b are pin-coupled to the brackets 1-53 via pins 6a, Further, one end of the support arm 3C is pin-coupled to the bracket 1-5b via a pin 6b.
回転軸２には環部材７が摺動可能に嵌合し、かつ、２個
のボス８，９が形成されている。A ring member 7 is slidably fitted onto the rotating shaft 2, and two bosses 8 and 9 are formed therein.
環部材７にはブラケット１１が形成されており、このブ
ラケツＩ・１１に支持アーム３ａの他端がピン１２を介
してピン結合している。A bracket 11 is formed on the ring member 7, and the other end of the support arm 3a is pin-coupled to this bracket I.11 via a pin 12.
ボス８にはブラケット１３が形成されており、このブラ
ケツＩ・１３に支持アーム３ｂの他端がピン１４を介し
てピン結合している。A bracket 13 is formed on the boss 8, and the other end of the support arm 3b is pin-coupled to the bracket I13 via a pin 14.
また、ボス９にはブラケット１５が形成されており、こ
のブラケツＩ・１５に支持アーム３Ｃの他端がピン結合
している。Further, a bracket 15 is formed on the boss 9, and the other end of the support arm 3C is connected with a pin to this bracket I.15.
一方、環状部材７は駆動装置１７によって駆動される。On the other hand, the annular member 7 is driven by a drive device 17.
駆動装置１７はモータ１９、ねじ軸２１、ナツト部材２
２等から成っている。The drive device 17 includes a motor 19, a screw shaft 21, and a nut member 2.
It consists of 2nd class.
すなわち、回転軸２には支持板１８が固定しており、支
持板１８にはモータ１９が取り付けられ、モータ１９の
出力軸にねじ軸２１が連結している。That is, a support plate 18 is fixed to the rotating shaft 2, a motor 19 is attached to the support plate 18, and a screw shaft 21 is connected to the output shaft of the motor 19.
ねじ軸２１は回転軸２と平行に位置し、環部材７に固定
しているナツト部材２２と螺合している。The screw shaft 21 is located parallel to the rotating shaft 2 and is screwed into a nut member 22 fixed to the ring member 7.
このように構成された風車装置においては、モータ１９
を回転させることによってねじ軸２１を回転させ、これ
によってねじ軸２１に螺合するナラ１〜部材２２及びこ
れと固着した環部材７を回転軸２に沿って矢印ａの方向
に押し上げる。In the wind turbine device configured in this way, the motor 19
By rotating the screw shaft 21, the screw shaft 21 is rotated, thereby pushing up the collar 1 to the member 22 screwed onto the screw shaft 21 and the ring member 7 fixed thereto along the rotation shaft 2 in the direction of the arrow a.
これによってブレード４ａ、４ｂは矢印Ｃの方向、に変
位して回転軸に接近し、結局第５図に示す如く、風車の
動径が小さくなり、風車の受風面積が減少する。As a result, the blades 4a and 4b are displaced in the direction of arrow C and approach the rotating shaft, and as a result, as shown in FIG. 5, the radius vector of the wind turbine becomes smaller, and the area of the wind turbine that receives wind is reduced.
また、モータ１９を逆回転させれば環部材７は矢印すの
方向に下降し、ブレード４ａ、４ｂは矢印ｄの方向に変
位して、第６図に示す如く、風車の動径を大きくし、風
車の受風面積が増加する。If the motor 19 is rotated in the opposite direction, the ring member 7 will move down in the direction of the arrow d, and the blades 4a and 4b will be displaced in the direction of the arrow d, increasing the radius of the wind turbine, as shown in FIG. , the wind turbine area increases.
したがって、台風時の如く、ブレード４ａ、４ｂが強風
を受けて破損するおそれのある場合には、安全対策とし
て風車の受風面積を小さくし、風車の破損を回避するこ
とができる。Therefore, when the blades 4a and 4b are likely to be damaged by strong winds, such as during a typhoon, the wind turbine's receiving area can be reduced as a safety measure to avoid damage to the wind turbine.
また、微風時には風車の受風面積を大きくして風力エネ
ルギーを有効に取り出すことができる。In addition, when the wind is light, the area of the wind turbine that receives the wind can be increased to effectively extract wind energy.
第７図には、この発明をダリウス型風車装置に適用した
他の実施例が示さノ′シている。FIG. 7 shows another embodiment in which the present invention is applied to a Darrieus type wind turbine device.
ダリｒタス型風車装置３１は縄飛びの縄の描く曲線（ト
ロボスキニン）に曲げ゛たブレード３３を備えている。The Daritas type windmill device 31 is equipped with blades 33 bent in a curve drawn by a skipping rope (troboskinin).
ブレード３３は変形可能に構成されており、一端は垂直
回転軸３２に連結されている。The blade 33 is configured to be deformable, and one end is connected to the vertical rotation shaft 32.
回転軸３２の一部分はスプライン溝を有するスプライン
軸３４に成形されており、このスプライン軸３４にスプ
ライン３５が係合している。A portion of the rotating shaft 32 is formed into a spline shaft 34 having a spline groove, and a spline 35 is engaged with the spline shaft 34.
ブレー ド３３の他端はロープ３６を介してスプライン
３５に連結している。The other end of the blade 33 is connected to a spline 35 via a rope 36.
スプライン３５は第４図に示す駆動装置１７と同様の駆
動装置（図示せず）によって回転軸３２に沿って駆動さ
れる。Spline 35 is driven along axis of rotation 32 by a drive device (not shown) similar to drive device 17 shown in FIG.
このように構成されたダリウス型風車装置においては、
スプライン３５を矢印ｅの方向に押し下げるとブレード
３３は矢印ｇの方向に変位して回転軸３２に接近し、結
局第８図に示す如く風車の動径が小さくなり、風車の受
風面積が減少する。In the Darius type wind turbine device configured in this way,
When the spline 35 is pushed down in the direction of the arrow e, the blades 33 are displaced in the direction of the arrow g and approach the rotating shaft 32, and as a result, the radius of the wind turbine becomes smaller as shown in FIG. do.
また、スプライン３５を矢印ｆの方向に押し上げるとブ
レード３３は矢印りの方向に変位して回転軸３２から遠
さ゛かり、結局第９図に示す如く風車の動径が大きくな
り、風車の受風面積が増大する。Furthermore, when the spline 35 is pushed up in the direction of the arrow f, the blades 33 are displaced in the direction of the arrow and move further away from the rotating shaft 32. As a result, the radius of the wind turbine increases as shown in FIG. increase
定格運転時の出力制御は次ぎのようになる。Output control during rated operation is as follows.
すなわち、制御方法の一例をジャイロミル型風車につい
て述べると、第１０図に示す風車Ａは、風速Ｕ〜 （
ｍ／ Ｓ ）
回転数ω＊ （ｒｐｍ）
ロータ径 ２Ｒ＊ （ｍ）
のもとで、最適に設定されたものとする。That is, to describe an example of a control method for a gyro mill type windmill, the windmill A shown in FIG. 10 has a wind speed U~ (
m/S) Rotation speed ω* (rpm) Rotor diameter 2R* (m) Optimally set.
また、定格出力Ｐ （ｋＷ）とする。Also, the rated output is P (kW).
かかる風車に必要な制御は、交流発電機による電力発電
を行なう場合には、
（１）風速変動に対して、出力、回転数をＰ＝Ｐ＊＝−
一定
ω＝ω＊□＝一定
に保つこと。The control necessary for such a wind turbine is that when generating electricity using an alternator, (1) the output and rotation speed are adjusted to P=P*=- in response to wind speed fluctuations;
Constant ω=ω＊□=Keep constant.
（２）強風下におけるロータ及び発電機の暴送を防止す
ることが不可欠である（例えば風速が２倍になると、流
入エネルギーは２３＝８倍となる）。(2) It is essential to prevent overdrive of the rotor and generator in strong winds (for example, if the wind speed doubles, the inflow energy will be 23=8 times).
さて、
Ｃ＝ニブレード型Ｏ揚力傾斜
δ二（Ｎ・１．）／（２・Ｒ）ニソリデイテイμ＝ （
Ｒ・ω）／ｌＬ＝先端速度比 ）（２）Ｎ＝ニ
ブレード数
■＝ニブレード弦長
とするとき、最適設計条件は
Ｃδ＊μ＊＝８／３ （３）
で与えられる。Now, C = Niblade type O lift slope δ2 (N・1.)/(2・R) Nisolidity μ= (
R・ω)/lL=Tip speed ratio ) (2) When N=Ni-blade number■=Ni-blade chord length, the optimal design condition is Cδ*μ*=8/3 (3)
is given by
発生パワーＰは
Ｐ＝２Ｈ−Ｒ・４に２（１−ｋ） Ｕ３４−〜
（４）で与えられる。The generated power P is P=2H-R・4 to 2(1-k) U34-~
It is given by (4).
ジャイロミル設計理論によれば、
ｋ＝１− （１／８）Ｃδμ （５）
である。According to the gyro mill design theory, k=1− (1/8)Cδμ (5)
It is.
今、風速がＶ−Ｕ、、ｏ、（定格風速のｙ倍）になった
時、出力Ｐ、回転数ωを一定に保つための制御方法を検
討する。Now, when the wind speed becomes V-U,,o, (y times the rated wind speed), we will consider a control method to keep the output P and rotational speed ω constant.
すなわち、
Ｕ〜＝ｙ−ＵｏＯ
Ｐ ＝ Ｐ ＊
） （６）ω＝ω＊
の時に
ｋ＝Ｘ−Ｒ＊ （７）
とするものとしよう。That is, U~=y−UoO P=P*
) (6) When ω=ω*, k=X-R* (7)
Let's assume that
（１）の関係より
δμ＝（（Ｎ・１）／ （２Ｒ）） （Ｒω／−）＝
（Ｎ・１・ω）／ （２Ｕ〜） （８）
であることを考慮すれば、（３）、（５）よりに＊２／
３ （９）ｋ＝１−
（１／８） （（Ｃδμ）／（Ｃδ＊μ＊））・
（８／３）
−１−（１／ （３ｙ）） （
１０）これらより、（４）式は
Ｐ ＝２Ｈ−ｘＲ＊・４ （］−−１／ （３ｙ））
” ・（１／ （３ｙ）） （ｙＵ□二）３
＝（８／２７） ＨＲ＊Ｕ二・（３ｙ−１）２−ｘ
（１１）定格パワーＰ
＊は、ｋ’＝２／３を考慮して
Ｐ ＊ −２ＨＲ” ・ ４ｋ”２ ・ （
１ｋ ＊ ） Ｕ ｏ。From the relationship (1), δμ = ((N・1)/ (2R)) (Rω/-) =
(N・1・ω)/ (2U~) (8)
Considering that, from (3) and (5), *2/
3 (9) k=1−
(1/8) ((Cδμ)/(Cδ*μ*))・
(8/3) -1-(1/ (3y)) (
10) From these, formula (4) is P = 2H-xR*・4 (]--1/ (3y))
” ・(1/ (3y)) (yU□2)3 = (8/27) HR*U2・(3y-1)2-x
(11) Rated power P
* considers k'=2/3 and becomes P * -2HR"4k"2 ・ (
1k *) U o.
＝（３２／２７） ＨＲ、ｔＪＯＯ（１２）であるから
、Ｐ＝Ｐ＊の条件は、（１１）、（１２）式より、
（３ｙ −１） ２ｘ＝ ４
ｘ ＝ ４／ （３ｙ −１） ２（１３）を得る。= (32/27) HR, tJOO (12), so the condition of P=P* is from equations (11) and (12), (3y -1) 2x= 4 x = 4/ (3y -1 ) 2(13) is obtained.
以」二の説明から明らかな通り、この発明によれば、受
風面積を必要に応じて容易かつ確実に調整することが可
能な風車を得ることができる。As is clear from the following description, according to the present invention, it is possible to obtain a wind turbine whose wind receiving area can be easily and reliably adjusted as necessary.
第１図は発電用風車の運転モードを示す線図、第２図は
この発明の一実施例に係るジャイロミル型風車の斜視図
、第３図は第２図に示す風車の正面図、第４図は第２図
に示す風車の支承部を示す拡大説明図、第５図は第２図
に示す風車が受風面積を減少させた状態を示す説明図、
第６図は第２図に示す風車装置が受風面積を増加させた
状態を示す説明図、第７図はこの発明の他の実施例に係
るダリウス型風車を示す正面説明図、第８図は第７図に
示す風車が受風面積を減少させた状態を示す説明図、第
９図は第７図に示す風車が受風面積を増加させた状態を
示す説明図、及び第１０図はジャイロミル型風車の斜視
説明図である。
］・・・・・・風車装置、２・・・・・・回転軸、３ａ
、３ｂ。
３Ｃ・・・・・・支持アーム、４ａ、４ｂ・・・・・・
ブレード、１７・・・・・・駆動装置、３１・・・・・
・ダリウス型風車装置、３２・・・・・・回転軸、３３
・・・・・・ブレード、３６・・・・・・ロープ。FIG. 1 is a diagram showing the operation mode of a wind turbine for power generation, FIG. 2 is a perspective view of a gyro mill type wind turbine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a front view of the wind turbine shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged explanatory view showing the support part of the wind turbine shown in FIG. 2, FIG. 5 is an explanatory view showing the wind turbine shown in FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which the wind turbine device shown in FIG. 2 has an increased swept area, FIG. 7 is a front explanatory diagram showing a Darrieus type wind turbine according to another embodiment of the present invention, and FIG. is an explanatory diagram showing a state in which the wind turbine shown in FIG. 7 has a reduced wind receiving area, FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state in which the wind turbine shown in FIG. 7 has increased a wind receiving area, and FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which the wind turbine shown in FIG. It is a perspective explanatory view of a gyro mill type wind turbine. ]... Wind turbine device, 2... Rotating shaft, 3a
, 3b. 3C...Support arm, 4a, 4b...
Blade, 17... Drive device, 31...
・Darrius type wind turbine device, 32...Rotating shaft, 33
...Blade, 36...Rope.
Claims (1)
転軸を持つブレードと、前記垂直回転軸に取付けられた
駆動装置とを備え、前記ブレードの前記垂直回転軸への
取付は部材を前記駆動装置で変位させることによって前
記ブレードの前記垂直回転軸に対する位置を可変にした
ことを特徴とする位置可変のブレードを持つ風車。1. The blades are equipped with one or more blades having a fixed wind receiving area and a vertical rotation axis, and a drive device attached to the vertical rotation axis, and the attachment of the blades to the vertical rotation axis is performed by moving the member to the vertical rotation axis. 1. A wind turbine having variable position blades, characterized in that the position of the blades relative to the vertical axis of rotation is made variable by displacement using a drive device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55107029A JPS5951677B2 (en) | 1980-08-04 | 1980-08-04 | Windmill with variable position blades |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55107029A JPS5951677B2 (en) | 1980-08-04 | 1980-08-04 | Windmill with variable position blades |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5732076A JPS5732076A (en) | 1982-02-20 |
| JPS5951677B2 true JPS5951677B2 (en) | 1984-12-15 |
Family
ID=14448703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55107029A Expired JPS5951677B2 (en) | 1980-08-04 | 1980-08-04 | Windmill with variable position blades |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5951677B2 (en) |
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