JP2003222070A - Windmill - Google Patents
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- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、風力発電に用いら
れる風車に係り、特に停電発生時においてもブレードピ
ッチを可変させることのできる機構を備えた風車に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wind turbine used for wind power generation, and more particularly to a wind turbine provided with a mechanism capable of varying a blade pitch even when a power failure occurs.
【０００２】[0002]
【従来の技術】風力発電を行う風車は、風力の強さに応
じてブレード（翼）の風の方向に対する角度（以下、ピ
ッチとする）を変化させることによって、適度な回転を
得ている。また、風車の起動・停止を行う場合にも同様
に、ブレードピッチが制御される。そうすることによっ
て、風から得ることのできるエネルギーの量を調整する
ことができる。ところで、停電発生時には、風車の回転
軸に接続された発電機系統の負荷がなくなる。負荷がな
くなった状態で風車がそのまま風のエネルギーを受け続
けると、ブレードの回転速度が上がり、風車が破損する
おそれがある。そこで発電機の負荷がなくなった場合に
は、風車の回転を抑制するためにブレードを風の方向と
平行にする。2. Description of the Related Art A wind turbine for wind power generation obtains a proper rotation by changing an angle (hereinafter referred to as a pitch) of a blade (blade) with respect to the wind direction according to the strength of the wind power. Further, when starting and stopping the wind turbine, the blade pitch is similarly controlled. By doing so, the amount of energy that can be obtained from the wind can be adjusted. By the way, when a power failure occurs, there is no load on the generator system connected to the rotating shaft of the wind turbine. If the wind turbine continues to receive wind energy as it is when there is no load, the rotation speed of the blades may increase and the wind turbine may be damaged. Therefore, when the load on the generator is removed, the blades are made parallel to the wind direction in order to suppress the rotation of the wind turbine.
【０００３】従来におけるブレードピッチ可変機構の動
力源としては、アキュムレータを備えた油圧ポンプを用
いた、いわゆる油圧方式のものが用いられていた。動力
源としてアキュムレータを備えた油圧ポンプを用いれ
ば、油圧ポンプが停止した場合においても、ガスの圧力
により油圧を保ってブレードピッチを調整することがで
きた。As a power source of a blade pitch variable mechanism in the related art, a so-called hydraulic system using a hydraulic pump provided with an accumulator has been used. By using a hydraulic pump equipped with an accumulator as a power source, even when the hydraulic pump was stopped, it was possible to maintain the hydraulic pressure by the gas pressure and adjust the blade pitch.
【０００４】また、特開２００１−９９０４５号公報に
は、ブレードピッチ可変機構の動力源としてサーボモー
タを用いる技術が公開されている。ここで図５を用い
て、ブレードピッチ可変機構の動力源としてサーボモー
タを用いる例について説明する。図５に示すように、従
来におけるブレードピッチ可変機構は、風車のブレード
１１０と、図示しないロータヘッドに収納されたサーボ
モータ１２０と、サーボモータ１２０に連結された主歯
車１３０と、主歯車１３０と噛み合ってかさ歯車を形成
すると共にブレード１１０に連結された副歯車１４０と
を備える。そして、サーボモータ１２０からの動力を主
歯車１３０および副歯車１４０を介してブレード１１０
に伝達することによってブレード１１０のピッチを変更
していた。Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-99045 discloses a technique of using a servo motor as a power source of a blade pitch varying mechanism. Here, an example of using a servo motor as a power source of the blade pitch variable mechanism will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, a conventional blade pitch variable mechanism includes a blade 110 of a wind turbine, a servo motor 120 housed in a rotor head (not shown), a main gear 130 connected to the servo motor 120, and a main gear 130. And a secondary gear 140 connected to the blade 110 while meshing to form a bevel gear. Then, the power from the servo motor 120 is transmitted to the blade 110 via the main gear 130 and the auxiliary gear 140.
To change the pitch of the blade 110.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来に
おいては、ブレードピッチ可変機構として油圧方式また
はサーボモータ１２０を用いて風車のブレードピッチを
変更していた。しかしながら、風車のブレードピッチ可
変機構の動力源として油圧方式を用いた場合には、ロー
タヘッドの中に油圧系統を収納しなければならなかっ
た。風車がこのような構造だと、万一油圧系統に油漏れ
が発生した場合には、油が外部へ飛散し、風車を汚染し
たり地上を汚染したりする問題が生じるおそれがある。As described above, conventionally, the blade pitch of the wind turbine is changed by using the hydraulic system or the servo motor 120 as the blade pitch changing mechanism. However, when the hydraulic system was used as the power source of the blade pitch variable mechanism of the wind turbine, the hydraulic system had to be housed in the rotor head. With such a structure of the wind turbine, if oil leaks to the hydraulic system, the oil may be scattered to the outside, which may contaminate the wind turbine or the ground.
【０００６】また、図５に示したサーボモータ１２０を
用いた風車のブレードピッチ可変機構では、サーボモー
タ１２０を動作させるための電力が必要となる。ここ
で、停電が発生した場合には、ブレード１１０を風の方
向と平行にし、風車の回転を抑制しなければならない。
しかしながら、停電発生時にはサーボモータ１２０に電
力を供給することができないため、ブレード１１０のピ
ッチを制御することができなくなる。さらにサーボモー
タ１２０が故障した場合にも、ブレード１１０のピッチ
を制御することができなくなる。Further, the blade pitch variable mechanism of the wind turbine using the servo motor 120 shown in FIG. 5 requires electric power for operating the servo motor 120. Here, when a power failure occurs, the blades 110 must be parallel to the wind direction to suppress the rotation of the wind turbine.
However, since the servo motor 120 cannot be supplied with power when a power failure occurs, the pitch of the blades 110 cannot be controlled. Further, even if the servomotor 120 fails, the pitch of the blades 110 cannot be controlled.
【０００７】そこで、本発明は、油漏れ等の障害が発生
することがなく、停電発生時においても確実にブレード
ピッチを変更することのできるブレードピッチ可変機構
を備えた風車を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a wind turbine equipped with a blade pitch variable mechanism which can change the blade pitch without fail even when a power failure occurs without causing any trouble such as oil leakage. And
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、次のように構成されたことを特徴とする風車を
提供する。この風車は、所定の設置位置に立設するタワ
ーと、このタワーに対して取り付けられたナセルと、こ
のナセルに対して回転可能に取り付けられたロータヘッ
ドと、このロータヘッドに対してそのブレードピッチが
可変に取り付けられた複数のブレードと、外部電力の供
給を受けてブレードピッチを設定するブレードピッチ設
定手段と、外部電力の供給を得ることなく、ブレードが
受ける風圧を低減する方向に、ブレードピッチを変更す
るブレードピッチ復旧手段とを備える。ここで、ブレー
ドピッチ復旧手段は、ブレードをフェザリングする。ブ
レードピッチのフェザリングとは、ロータヘッドに取り
付けられたブレードのピッチを風の向きと平行な状態に
することである。またこの風車は、ブレードに連結され
た回転軸と、ブレードピッチ設定手段から出力される第
１の駆動力およびブレードピッチ復旧手段から出力され
る第２の駆動力を回転軸に対して付与する伝達手段とを
備える。つまりこの風車は、２つの軸から入力された駆
動力を１つの軸から出力することができる。そしてこの
風車は、ブレードに連結される回転軸上に配設される減
速器をさらに備える。この減速器により、第１の駆動力
および第２の駆動力からの回転の減速比を大きくするこ
とができる。Means for Solving the Problems The present invention which achieves the above object provides a wind turbine having the following configuration. This wind turbine includes a tower that stands upright at a predetermined installation position, a nacelle that is attached to this tower, a rotor head that is rotatably attached to this nacelle, and a blade pitch that is attached to this rotor head. A plurality of blades mounted variably, a blade pitch setting means for setting the blade pitch by receiving the supply of external power, and a blade pitch in the direction of reducing the wind pressure received by the blade without obtaining the supply of external power. And a blade pitch restoring means for changing. Here, the blade pitch restoration means feathers the blade. Blade pitch feathering is to make the pitch of the blades attached to the rotor head parallel to the wind direction. Further, this wind turbine is a transmission that applies to the rotary shaft a rotary shaft connected to the blades, a first driving force output from the blade pitch setting means and a second driving force output from the blade pitch restoring means. And means. That is, this wind turbine can output the driving force input from two shafts from one shaft. And this wind turbine is further provided with the reduction gear arranged on the rotating shaft connected with a blade. With this speed reducer, it is possible to increase the speed reduction ratio of rotation from the first driving force and the second driving force.
【０００９】ここで、ブレードピッチ復旧手段は、ブレ
ードに、このブレードが受ける風圧を低減する方向に駆
動力を付与する弾性部材を備える。この弾性部材として
は、渦巻状のばねであるゼンマイ、板ばね、コイルばね
等が挙げられる。弾性部材が付与する駆動力によって、
外部電力の供給を得ることなくブレードピッチを変更、
より具体的にはフェザリングを可能にする。また、ブレ
ードピッチ復旧手段としては、ブレードピッチ設定手段
に電力を供給するバッテリを備え、ブレードに、このブ
レードが受ける風圧を低減する方向に駆動力を付与す
る。このようにバッテリを備えた構成とすれば、外部電
力を得ることなくフェザリングすることができる。さら
に、ブレードピッチ復旧手段としては、ロータヘッドに
対して固定される第１の永久磁石と、ブレードのピッチ
変更と同期して動作する第２の永久磁石とを備え、第１
および第２の永久磁石の異極同士が引き合うことによ
り、ブレードに、このブレードが受ける風圧を低減する
方向に駆動力を付与する構成とすることができる。この
第１および第２の永久磁石を用いる形態においても外部
電力の供給を得ることなくフェザリングを行うことを可
能とする。Here, the blade pitch restoring means is provided with an elastic member for applying a driving force to the blade in a direction to reduce the wind pressure received by the blade. Examples of this elastic member include a spiral spring, a spring, a leaf spring, a coil spring, and the like. By the driving force given by the elastic member,
Change blade pitch without getting external power supply,
More specifically, it enables feathering. Further, as the blade pitch restoring means, a battery for supplying electric power to the blade pitch setting means is provided, and a driving force is applied to the blade in a direction to reduce the wind pressure received by the blade. With such a configuration including the battery, it is possible to perform feathering without obtaining external power. Further, the blade pitch restoration means includes a first permanent magnet fixed to the rotor head and a second permanent magnet that operates in synchronization with the blade pitch change.
By attracting different poles of the second permanent magnet to each other, it is possible to apply a driving force to the blade in a direction of reducing the wind pressure received by the blade. Even in the form using the first and second permanent magnets, it is possible to perform feathering without obtaining the supply of external electric power.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】[第１の実施の形態]図１に基づい
て、第１の実施の形態におけるブレードピッチの制御に
ついて説明する。図１（ａ）に示すように、風車１００
のタワー１９０の上端部には、ナセル１８０とロータヘ
ッド１８１が設けられている。そして、ロータヘッド１
８１には風車１００の図示しない回転軸の先端部分が接
続されており、この回転軸はナセル１８０内部で支持さ
れ、タワー１９０を介して図示しない発電機へと接続さ
れている。また、ロータヘッド１８１には複数のブレー
ド１１０が取り付けられている。ブレードピッチ可変機
構は、この複数のブレード１１０をＡ方向またはＢ方向
に回転させ、ブレード１１０のピッチを変更（調整）す
る。ここで、この複数のブレード１１０の基端部には、
それぞれ図示しない軸が設けられており、ブレード１１
０はこの軸を中心として回転する。そして、この軸は、
ロータヘッド１８１の内部において、図示しない軸受に
よってそれぞれ支持されているものとする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [First Embodiment] The control of a blade pitch in the first embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, the wind turbine 100
A nacelle 180 and a rotor head 181 are provided at the upper end of the tower 190. And the rotor head 1
A tip portion of a rotary shaft (not shown) of the wind turbine 100 is connected to 81. The rotary shaft is supported inside the nacelle 180 and is connected to a generator (not shown) via the tower 190. A plurality of blades 110 are attached to the rotor head 181. The blade pitch varying mechanism changes (adjusts) the pitch of the blades 110 by rotating the plurality of blades 110 in the A direction or the B direction. Here, at the base ends of the plurality of blades 110,
A shaft (not shown) is provided for each of the blades 11
Zero rotates about this axis. And this axis is
Inside the rotor head 181, each bearing is supported by a bearing (not shown).
【００１１】風車１００に接続される発電機に負荷がか
かっている場合には、図１（ｂ）および図１（ｂ）のＣ
−Ｃ矢視図である図１（ｃ）に示すように、風の方向Ｗ
とブレード１１０とがなす角度がθ（≠０）となるよう
にブレード１１０のピッチが設定される。すると、ブレ
ード１１０の翼面は、風からのエネルギーを受ける。そ
して複数のブレード１１０は、ロータヘッド１８１に接
続された回転軸を軸とし、このロータヘッド１８１と共
にタワー１９０に対して回転する。この回転軸の回転は
発電機へと伝達され、発電が行われる。When the generator connected to the wind turbine 100 is under load, C in FIGS. 1B and 1B is used.
As shown in FIG. 1C, which is a view from the direction of arrow -C, the direction W of the wind
The pitch of the blades 110 is set such that the angle between the blade 110 and the blade 110 is θ (≠ 0). Then, the blade surface of the blade 110 receives energy from the wind. The plurality of blades 110 rotate about the rotation shaft connected to the rotor head 181, and rotate with respect to the tower 190 together with the rotor head 181. The rotation of the rotating shaft is transmitted to the generator to generate power.
【００１２】第１の実施の形態における風車１００のブ
レードピッチ可変機構では、例えば停電によって発電機
の負荷がなくなった場合には、図１（ｄ）および図１
（ｄ）のＤ−Ｄ矢視図である図１（ｅ）に示すように、
風の方向Ｗとブレード１１０とが平行となるようにブレ
ード１１０のピッチが変更される。このように、風の方
向Ｗとブレード１１０のピッチとが平行となる状態をフ
ェザリングという。フェザリングの状態では、ブレード
１１０の翼面は風からエネルギーをほとんど受けなくな
るため、ロータヘッド１８１の回転は停止される。風車
１００は、以上のようにブレード１１０のフェザリング
を行うことによって、ブレード１１０およびロータヘッ
ド１８１の回転速度の異常な上昇による風車１００の破
損を防止することができる。In the blade pitch variable mechanism of the wind turbine 100 according to the first embodiment, when the load of the generator disappears due to a power failure, for example, as shown in FIGS.
As shown in FIG. 1E, which is a view taken along the line D-D of FIG.
The pitch of the blades 110 is changed so that the wind direction W and the blades 110 are parallel to each other. The state in which the wind direction W and the pitch of the blades 110 are parallel to each other is called feathering. In the feathering state, the blade surface of the blade 110 receives almost no energy from the wind, so the rotation of the rotor head 181 is stopped. By feathering the blade 110 as described above, the wind turbine 100 can prevent damage to the wind turbine 100 due to an abnormal increase in the rotational speed of the blade 110 and the rotor head 181.
【００１３】図２は、第１の実施の形態における風車１
００のブレードピッチ可変機構の構成を示す図である。
なお、図２は、ロータヘッド１８１（図２では図示せ
ず）に取り付けられた複数のブレード１１０のうちの１
枚についてのみ図示している。このブレードピッチ可変
機構はロータヘッド１８１の内部に設けられている。な
お、図５に示した従来のブレードピッチ可変機構と同じ
構成部分ついては、同一の符号を付してある。FIG. 2 is a wind turbine 1 according to the first embodiment.
It is a figure which shows the structure of the blade pitch variable mechanism of 00.
2 shows one of the plurality of blades 110 attached to the rotor head 181 (not shown in FIG. 2).
Only the sheet is shown. This blade pitch varying mechanism is provided inside the rotor head 181. The same components as those of the conventional blade pitch varying mechanism shown in FIG. 5 are designated by the same reference numerals.
【００１４】図２に示すように、風車１００のブレード
ピッチ可変機構は、駆動軸１２１を有し外部電力によっ
て駆動されるサーボモータ１２０を備えている。サーボ
モータ１２０の駆動軸１２１には主（駆動）歯車１３０
が固着されている。主歯車１３０と噛み合う副（従動）
歯車１４０は、回転軸１４１を介して減速器１５０に連
結されている。減速器１５０は、他の回転軸１５１を備
え、この回転軸１５１に固着されたピニオンギア１６０
は、ブレード１１０と一体化された翼旋回輪歯車１７０
と噛み合っている。また、副歯車１４０には、回転軸１
４１を所定の方向に回転するように駆動力を付与するゼ
ンマイ２１０が連結されている。所定の方向とは、フェ
ザリングの方向である。ここで、サーボモータ１２０
は、外部電力の供給を受けることにより駆動軸１２１を
回転し、または静止状態に保つことができる。したがっ
て、サーボモータ１２０に外部電力が供給されていれ
ば、ブレード１１０が風のエネルギーを受けていても、
設定されたブレード１１０のピッチを保つことができ
る。なお、サーボモータ１２０の回転トルクおよび静止
トルクは、ゼンマイ２１０の駆動トルクよりも大きい。As shown in FIG. 2, the blade pitch variable mechanism of the wind turbine 100 includes a servo motor 120 having a drive shaft 121 and driven by external electric power. The drive shaft 121 of the servomotor 120 has a main (driving) gear 130.
Is stuck. Secondary (driven) that meshes with the main gear 130
The gear 140 is connected to the speed reducer 150 via the rotating shaft 141. The speed reducer 150 includes another rotating shaft 151, and the pinion gear 160 fixed to the rotating shaft 151.
Is a wing swivel ring gear 170 integrated with the blade 110.
Is meshing with. The auxiliary gear 140 has a rotary shaft 1
A mainspring 210 that gives a driving force to rotate 41 in a predetermined direction is connected. The predetermined direction is the direction of feathering. Here, the servo motor 120
Can rotate the drive shaft 121 or can be kept stationary by receiving the external power supply. Therefore, if the servomotor 120 is supplied with the external power, even if the blade 110 receives wind energy,
The set pitch of the blades 110 can be maintained. The rotation torque and stationary torque of the servomotor 120 are larger than the drive torque of the mainspring 210.
【００１５】このブレードピッチ可変機構では、風車１
００の通常運転時には、外部電力が供給されることによ
ってサーボモータ１２０が駆動して、駆動軸１２１を回
転させる。この駆動軸１２１の回転は、主歯車１３０と
副歯車１４０とからなるかさ歯車から、回転軸１４１を
介して減速器１５０へと伝達される。そして、減速器１
５０にて回転トルクが増幅され、この回転は回転軸１５
１、ピニオンギア１６０を介して翼旋回輪歯車１７０へ
と伝達され、ブレード１１０を図１（ａ）に示したＡ方
向またはＢ方向に回転させる。このように外部電力が供
給される通常運転時には、サーボモータ１２０が動力源
となって、ブレード１１０のピッチを設定し、またはフ
ェザリングすることができる。In this blade pitch variable mechanism, the wind turbine 1
During the normal operation of 00, the servo motor 120 is driven by the supply of external electric power to rotate the drive shaft 121. The rotation of the drive shaft 121 is transmitted from the bevel gear including the main gear 130 and the auxiliary gear 140 to the speed reducer 150 via the rotation shaft 141. And the decelerator 1
The rotation torque is amplified at 50, and this rotation is caused by the rotation shaft 15
1. The blade 110 is transmitted via the pinion gear 160 to the blade rotating ring gear 170 to rotate the blade 110 in the A direction or the B direction shown in FIG. As described above, during normal operation in which external power is supplied, the servo motor 120 serves as a power source to set the pitch of the blades 110 or perform feathering.
【００１６】第１の実施の形態におけるブレードピッチ
可変機構では、前述のように、副歯車１４０にゼンマイ
２１０が連結されている。ゼンマイ２１０は、副歯車１
４０に対して常に駆動力を付与している。しかしなが
ら、ゼンマイ２１０の駆動トルクはサーボモータ２１０
の駆動力（回転トルクおよび静止トルク）よりも小さ
い。通常運転時には外部電力の供給を受けることにより
サーボモータ１２０が駆動しているので、このサーボモ
ータ１２０が駆動することによりブレード１１０のピッ
チを設定し、またはフェザリングすると共に静止状態を
保つことができる。ところで、ブレード１１０のピッチ
は、風の状況に応じてサーボモータ１２０が駆動するこ
とにより任意に設定される。そこで、ゼンマイ２１０に
は、停電発生時におけるブレード１１０のピッチがどの
ようなピッチであっても、このブレード１１０を所定の
方向に回転させ、フェザリングを行うことができるだけ
の駆動力が備えられている。In the blade pitch varying mechanism in the first embodiment, the mainspring 210 is connected to the sub gear 140 as described above. The mainspring 210 is the auxiliary gear 1
The driving force is always applied to 40. However, the drive torque of the mainspring 210 is equal to that of the servomotor 210.
Drive force (rotational torque and static torque) of. During normal operation, the servo motor 120 is driven by receiving the supply of external electric power, so that the servo motor 120 is driven to set the pitch of the blades 110 or feather the blade 110 and maintain the stationary state. . By the way, the pitch of the blades 110 is arbitrarily set by driving the servo motor 120 according to the wind conditions. Therefore, the mainspring 210 is provided with a driving force capable of rotating the blade 110 in a predetermined direction and performing feathering regardless of the pitch of the blade 110 at the time of power failure. There is.
【００１７】停電が発生した場合におけるブレードピッ
チ可変機構の動作について説明する。停電発生時には、
サーボモータ１２０が外部電力の供給を受けることがで
きないので、サーボモータ１２０は回転トルクおよび静
止トルクが発生しないフリーな状態となる。そうする
と、ゼンマイ２１０から副歯車１４０に付与されていた
駆動トルクが回転軸１４１、減速器１５０、回転軸１５
１、ピニオンギア１６０、翼旋回輪歯車１７０を介して
ブレード１１０へと伝達される。ブレード１１０は、ゼ
ンマイ２１０から付与された駆動力によって所定の方向
に回転する。そしてゼンマイ２１０からの駆動力は、ブ
レード１１０が風から受ける風圧を低減する方向となる
ようにブレード１１０のピッチを変更し、最終的にはブ
レード１１０のピッチを風の方向と平行にする。このよ
うに停電発生時には、ゼンマイ２１０を動力源としてフ
ェザリングを行い、ブレード１１０のピッチを風車１０
０の停止状態まで復旧することができる。The operation of the blade pitch varying mechanism when a power failure occurs will be described. When a power failure occurs,
Since the servo motor 120 cannot receive the supply of the external electric power, the servo motor 120 is in a free state in which the rotation torque and the stationary torque are not generated. Then, the drive torque applied to the auxiliary gear 140 from the mainspring 210 is reduced to the rotary shaft 141, the speed reducer 150, and the rotary shaft 15.
1, is transmitted to the blade 110 via the pinion gear 160 and the wing rotation ring gear 170. The blade 110 is rotated in a predetermined direction by the driving force applied from the mainspring 210. Then, the driving force from the mainspring 210 changes the pitch of the blades 110 so as to reduce the wind pressure that the blades 110 receive from the wind, and finally makes the pitch of the blades 110 parallel to the wind direction. In this way, when a power failure occurs, the mainspring 210 is used as a power source for feathering, and the pitch of the blades 110 is set to the windmill 10
It is possible to recover to the stopped state of 0.
【００１８】ブレード１１０は、フェザリングの位置ま
で回転したら、それ以上所定の方向に回転しないように
制御されている。また、ブレード１１０には所定の方向
に回転するようにゼンマイ２１０からの駆動力が付与さ
れているので、ブレード１１０は所定の方向と逆方向に
も回転することはない。つまりフェザリングの状態を保
つことができる。Once the blade 110 has rotated to the feathering position, it is controlled so as not to rotate further in a predetermined direction. Further, since the driving force from the power spring 210 is applied to the blade 110 so as to rotate in a predetermined direction, the blade 110 does not rotate in a direction opposite to the predetermined direction. That is, the state of feathering can be maintained.
【００１９】以上のように第１の実施の形態では、風車
１００のブレードピッチ可変機構の動力源として、通常
運転時には外部電力の供給を受けて駆動するサーボモー
タ１２０を、そして停電発生時には自身に備えられた駆
動力にて駆動するゼンマイ２１０を用いている。ブレー
ドピッチ可変機構をこのような構成とすれば、停電発生
時ばかりでなくサーボモータ１２０が故障した場合、ま
たは電源系統等に異常が発生してサーボモータ１２０が
外部電力の供給を受けることができなくなった場合にお
いてもフェザリングを行うことができる。As described above, in the first embodiment, as the power source of the blade pitch varying mechanism of the wind turbine 100, the servo motor 120 which receives and supplies the external power during normal operation is driven, and when the power failure occurs, the servo motor 120 is self-powered. The mainspring 210 driven by the provided driving force is used. If the blade pitch variable mechanism is configured in this way, the servo motor 120 can be supplied with external electric power not only when a power failure occurs but also when the servo motor 120 fails or when an abnormality occurs in the power supply system or the like. Feathering can be performed even when there is no more.
【００２０】また、このブレードピッチ可変機構には、
副歯車１４０よりもブレード１１０側、さらに詳しくは
回転軸１４１と回転軸１５１の間には減速器１５０が設
けられている。減速器１５０をこのように配置すれば、
サーボモータ１２０の駆動力およびゼンマイ２１０の駆
動力を増幅することができる。そうすると、このブレー
ドピッチ可変機構に用いられるサーボモータ１２０は、
出力することのできる駆動力が小さい、従来よりも小型
のものとすることができる。Further, the blade pitch varying mechanism is
A speed reducer 150 is provided on the blade 110 side of the auxiliary gear 140, more specifically, between the rotary shaft 141 and the rotary shaft 151. If the speed reducer 150 is arranged in this way,
The driving force of the servo motor 120 and the driving force of the mainspring 210 can be amplified. Then, the servo motor 120 used in this blade pitch varying mechanism is
It is possible to make the driving force that can be output smaller and smaller than the conventional one.
【００２１】以上では、渦巻状のばねであるゼンマイ２
１０を用いる構成について例示したが、電力の供給を受
けることなく、自身に備えられた駆動力を出力すること
ができるものであれば、他の弾性部材を用いても構わな
い。In the above, the spiral spring 2 which is a spiral spring is used.
Although the configuration using 10 is illustrated, another elastic member may be used as long as it can output the driving force provided in itself without receiving power supply.
【００２２】［第２の実施の形態］以下、図３に基づい
て第２の実施の形態について説明する。図３は、第２の
実施の形態における風車１００のブレードピッチ可変機
構の構成を示す図である。なお、図３は、ロータヘッド
１８１（図３では図示せず）に取り付けられた複数のブ
レード１１０のうちの１枚についてのみ図示している。
図３に示すように、サーボモータ１２０には電力制御部
２２１が接続されている。そして電力制御部２２１に
は、サーボモータ１２０に外部電力を供給する電源系統
とバッテリ２２０とが接続されている。この電力制御部
２２１には停電検知手段が備えられており、停電が発生
して外部電力の供給が停止した場合には、サーボモータ
１２０に対する電力の供給元を外部電力からバッテリ２
２０に切り替えることができる。ここで、第２の実施の
形態におけるブレードピッチ可変機構の構成は、その他
の部分において第１の実施の形態におけるブレードピッ
チ可変機構と同じなので説明を省略する。[Second Embodiment] The second embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a blade pitch variable mechanism of the wind turbine 100 according to the second embodiment. Note that FIG. 3 shows only one of the plurality of blades 110 attached to the rotor head 181 (not shown in FIG. 3).
As shown in FIG. 3, a power control unit 221 is connected to the servo motor 120. A power supply system for supplying external power to the servomotor 120 and the battery 220 are connected to the power control unit 221. The power control unit 221 is provided with a power failure detection means, and when the power failure occurs and the supply of the external power is stopped, the source of the power to the servo motor 120 is the battery 2 from the external power.
You can switch to 20. Here, the configuration of the blade pitch varying mechanism in the second embodiment is the same as that of the blade pitch varying mechanism in the first embodiment in the other parts, and the description thereof will be omitted.
【００２３】第２の実施の形態におけるブレードピッチ
可変機構では、風車１００の通常運転時には、電力制御
部２２１を介して外部電力の供給を受けることによりサ
ーボモータ１２０が駆動する。そして、この外部電力に
よって駆動されるサーボモータ１２０が動力源となって
ブレード１１０のピッチを設定し、またはフェザリング
することができる。また停電発生時には、電力制御部２
２１によりサーボモータ１２０への電力の供給元が外部
電力からバッテリ２２０に切り替えられる。そうする
と、電力制御部２２１を介してバッテリ２２０から電力
の供給を受けることによりサーボモータ１２０が駆動す
る。そして、このバッテリ２２０によって駆動されるサ
ーボモータ１２０が動力源となってフェザリングを行う
ことができる。In the blade pitch variable mechanism according to the second embodiment, during normal operation of the wind turbine 100, the servo motor 120 is driven by receiving the external power supply via the power control unit 221. Then, the servo motor 120 driven by this external electric power serves as a power source to set the pitch of the blades 110 or perform feathering. When a power failure occurs, the power control unit 2
The source of power supply to the servomotor 120 is switched from the external power to the battery 220 by 21. Then, the servo motor 120 is driven by receiving power supply from the battery 220 via the power control unit 221. The servo motor 120 driven by the battery 220 serves as a power source for feathering.
【００２４】サーボモータ１２０は、電力制御部２２１
を介してバッテリ２２０から電力の供給を受けることが
できるので、駆動軸１２１を静止状態に保つことができ
る。したがって、サーボモータ１２０にバッテリ２２０
から電力が供給されていれば停電発生時においてもブレ
ード１１０をフェザリングの状態に保つことができる。The servomotor 120 has a power control unit 221.
Since power can be supplied from the battery 220 via the drive shaft 121, the drive shaft 121 can be kept stationary. Therefore, the battery 220
If the electric power is supplied from the blade 110, the blade 110 can be kept in the feathering state even when a power failure occurs.
【００２５】以上では、１台のサーボモータ１２０に電
力制御部２２１を介してバッテリ２２０を接続する構成
について説明したが、第２の実施の形態におけるブレー
ドピッチ可変機構は以下のような構成とすることができ
る。例えば、このブレードピッチ可変機構には、図３に
示すように、駆動軸１２１’を有するサーボモータ２１
０’、およびこの駆動軸１２１’に固着されると共に主
歯車１３０と噛み合う主歯車１３０’がさらに備えられ
ている。そして、サーボモータ１２０’には電力制御部
２２１が接続されている。通常運転時には、電力制御部
２２１を介して外部電力の供給を受けることにより、サ
ーボモータ１２０およびサーボモータ１２０’が同時に
駆動し、ブレード１１０のピッチを設定し、またはフェ
ザリングする。停電発生時には、前述したように電力制
御部２２１により電力の供給元が切り替えられる。この
電力制御部２２１を介してバッテリ２２０から電力の供
給を受けることにより、両方のサーボモータ１２０，１
２０’が同時に駆動する。そして、バッテリ２２０によ
って駆動されるサーボモータ１２０およびサーボモータ
１２０’が動力源となってフェザリングを行うことがで
きる。Although the configuration in which the battery 220 is connected to the single servo motor 120 via the power control unit 221 has been described above, the blade pitch variable mechanism in the second embodiment has the following configuration. be able to. For example, as shown in FIG. 3, this blade pitch variable mechanism has a servo motor 21 having a drive shaft 121 ′.
0 ', and a main gear 130' fixed to the drive shaft 121 'and meshing with the main gear 130 are further provided. The power control unit 221 is connected to the servo motor 120 '. During normal operation, the servo motor 120 and the servo motor 120 ′ are simultaneously driven by receiving the external power supplied via the power control unit 221 to set the pitch of the blades 110 or perform feathering. When a power failure occurs, the power control unit 221 switches the power supply source as described above. By receiving electric power from the battery 220 via the electric power control unit 221, both servo motors 120, 1
20 'drive simultaneously. Then, the servo motor 120 and the servo motor 120 ′ driven by the battery 220 serve as power sources to perform feathering.
【００２６】このように、サーボモータ１２０とサーボ
モータ１２０’とを備えた構成とすれば、万一どちらか
一方のサーボモータが故障した場合にも、他方のサーボ
モータからの駆動力を伝達することによってフェザリン
グを行うことができる。そうすることよってブレードピ
ッチ可変機構の信頼性が向上する。In this way, with the configuration including the servo motor 120 and the servo motor 120 ', even if one of the servo motors fails, the driving force from the other servo motor is transmitted. By doing so, feathering can be performed. By doing so, the reliability of the blade pitch variable mechanism is improved.
【００２７】［第３の実施の形態］以下、図４に基づい
て第３の実施の形態について説明する。図４は、第３の
実施の形態におけるブレードピッチ可変機構の構成を示
す図である。図４（ａ）は、ブレード１１０の基端部の
構成を示す図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）
のＥ−Ｅ矢視図である。ただし図４（ｂ）では、ブレー
ドピッチ可変機構よりも外側の部分については図示を省
略した。なお、図４は、ロータヘッド１８１に取り付け
られた複数のブレード１１０のうちの１枚についてのみ
図示している。図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、
このブレードピッチ可変機構には、リング状の永久磁石
（リング磁石）が備えられている。ここで、第３の実施
の形態におけるブレードピッチ可変機構の構成は、その
他の部分において第１，第２の実施の形態におけるブレ
ードピッチ可変機構と同じなので説明を省略する。[Third Embodiment] The third embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the blade pitch varying mechanism in the third embodiment. FIG. 4A is a diagram showing the configuration of the base end portion of the blade 110. In addition, FIG. 4B is the same as FIG.
FIG. However, in FIG. 4B, illustration is omitted for a portion outside the blade pitch variable mechanism. Note that FIG. 4 illustrates only one of the plurality of blades 110 attached to the rotor head 181. As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b),
This blade pitch variable mechanism is provided with a ring-shaped permanent magnet (ring magnet). Here, the configuration of the blade pitch variable mechanism in the third embodiment is the same as that of the blade pitch variable mechanism in the first and second embodiments in the other parts, and the description thereof will be omitted.
【００２８】図４（ａ）に示すように、このブレードピ
ッチ可変機構では、ブレード１１０に図示しないサーボ
モータ１２０からの駆動力を伝達する翼旋回輪歯車１７
０の外周にリング状の永久磁石２３０が、翼旋回輪歯車
１７０と共にロータヘッド１８１に対して回転可能な状
態で固着されている。またロータヘッド１８１には、こ
の永久磁石２３０を取り囲むようにしてリング状の永久
磁石２４０が固着されている。図示するように、永久磁
石２３０と永久磁石２４０との間には間隙が設けられて
いる。そして前述したように、ブレード１１０の基端部
に設けられた軸は軸受によって支持されているので、永
久磁石２３０は永久磁石２４０と密着することなく永久
磁石２４０に対して回転することができる。As shown in FIG. 4 (a), in this blade pitch variable mechanism, the blade rotating ring gear 17 for transmitting the driving force from the servo motor 120 (not shown) to the blade 110.
A ring-shaped permanent magnet 230 is rotatably fixed to the rotor head 181 together with the blade rotating ring gear 170 on the outer periphery of 0. A ring-shaped permanent magnet 240 is fixed to the rotor head 181 so as to surround the permanent magnet 230. As illustrated, a gap is provided between the permanent magnet 230 and the permanent magnet 240. Further, as described above, since the shaft provided at the base end of the blade 110 is supported by the bearing, the permanent magnet 230 can rotate with respect to the permanent magnet 240 without being in close contact with the permanent magnet 240.
【００２９】また、図４（ｂ）に示すように、永久磁石
２３０はＳ極とＮ極とをそれぞれ２つずつ有する。この
永久磁石２３０には、ブレード１１０が、両端部がＳ極
の方向を、両翼面がＮ極の方向を向くようにして固着さ
れている。また、永久磁石２４０も永久磁石２３０と同
様にＳ極とＮ極とをそれぞれ２つずつ有する。この永久
磁石２４０は、風の方向と平行な方向にはＮ極が、風の
方向と垂直な方向にはＳ極がそれぞれ向くようにしてロ
ータヘッド１８１に固着されている。As shown in FIG. 4B, the permanent magnet 230 has two S poles and two N poles. The blade 110 is fixed to the permanent magnet 230 such that both ends thereof face the direction of the south pole and both blade surfaces face the direction of the north pole. Further, the permanent magnet 240 also has two S poles and two N poles similarly to the permanent magnet 230. The permanent magnet 240 is fixed to the rotor head 181 so that the N pole faces in the direction parallel to the wind direction and the S pole faces in the direction perpendicular to the wind direction.
【００３０】このブレードピッチ可変機構では、図示し
ないサーボモータ１２０は、外部電力の供給を受けるこ
とにより駆動軸１２１を回転し、または静止状態に保つ
ことができる。また、永久磁石２４０に対して回転可能
な永久磁石２３０には、これらの永久磁石２３０，２４
０の異極同士が磁力によって引き合う力による駆動トル
クが常に付与されている。なお、サーボモータ１２０の
回転トルクおよび静止トルクは、永久磁石２３０と永久
磁石２４０とによる駆動トルクよりも大きい。In this blade pitch varying mechanism, the servo motor 120 (not shown) can rotate the drive shaft 121 or keep it stationary by receiving the supply of external electric power. Further, the permanent magnet 230 rotatable with respect to the permanent magnet 240 includes the permanent magnets 230, 24.
A driving torque is constantly applied by a force of attracting different polarities of 0 by magnetic force. The rotation torque and the stationary torque of the servo motor 120 are larger than the drive torque of the permanent magnet 230 and the permanent magnet 240.
【００３１】第３の実施の形態におけるブレードピッチ
可変機構では、風車１００の通常運転時には、外部電力
の供給を受けることによりサーボモータ１２０が駆動す
る。この外部電力によって駆動されるサーボモータ１２
０が駆動源となってブレード１１０のピッチを設定し、
またはフェザリングすることができる。また、停電発生
時には、サーボモータ１２０が外部電力の供給を受ける
ことができないので、サーボモータ１２０は回転トルク
および静止トルクが発生しないフリーな状態となる。そ
うすると、永久磁石２３０と永久磁石２４０とによる駆
動トルクによって、永久磁石２３０が矢印Ｆの方向に回
転する。これに伴って、この永久磁石２３０に固着され
ているブレード１１０も矢印Ｆの方向（ブレード１１０
がフェザリング状態となる方向）に回転する。そしてブ
レード１１０は、永久磁石２３０と永久磁石２４０とが
磁力によって引き合う力が最大となるフェザリングの位
置にて停止する。このように停電発生時には、永久磁石
２３０と永久磁石２４０とを動力源としてブレード１１
０を所定の方向に回転することによってフェザリングを
行い、ブレード１１０のピッチを風車１００の停止状態
まで復旧することができる。In the blade pitch variable mechanism according to the third embodiment, the servo motor 120 is driven by receiving the external electric power during the normal operation of the wind turbine 100. Servo motor 12 driven by this external power
0 becomes a driving source and sets the pitch of the blade 110,
Or it can be feathered. Further, when a power failure occurs, the servo motor 120 cannot receive the supply of external electric power, so that the servo motor 120 is in a free state in which the rotation torque and the stationary torque are not generated. Then, the permanent magnet 230 rotates in the direction of arrow F by the driving torque generated by the permanent magnet 230 and the permanent magnet 240. Along with this, the blade 110 fixed to the permanent magnet 230 also moves in the direction of arrow F (blade 110).
Rotates in the feathering direction). Then, the blade 110 stops at the position of the feathering where the force by which the permanent magnets 230 and 240 are attracted by the magnetic force becomes maximum. Thus, when a power failure occurs, the blades 11 are driven by the permanent magnets 230 and 240 as power sources.
Feathering is performed by rotating 0 in a predetermined direction, and the pitch of the blades 110 can be restored to the stopped state of the wind turbine 100.
【００３２】また、第３の実施の形態では、停電発生時
におけるブレードピッチ可変機構を、ロータヘッド１８
１内部のギヤ等を介することのない簡単な構造とするこ
とができる。さらに、停電発生時におけるブレードピッ
チ可変機構をロータヘッド１８１内部に格納しなくても
良いので、ロータヘッド１８１を小型化することができ
る。Further, in the third embodiment, the blade pitch varying mechanism at the time of power failure is provided with the rotor head 18
1 It is possible to have a simple structure without interposing gears and the like inside. Further, since the blade pitch variable mechanism at the time of power failure does not need to be stored inside the rotor head 181, the rotor head 181 can be downsized.
【００３３】以上では、リング磁石を用いる構成につい
て説明したが、他の形状の磁石を用いて図４（ｂ）に示
した磁極の配置を得ることもできる。Although the configuration using the ring magnet has been described above, magnets having other shapes can be used to obtain the magnetic pole arrangement shown in FIG. 4B.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
油圧方式を用いることのない構造のブレードピッチ可変
機構を備えた風車を提供することができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a wind turbine provided with a blade pitch variable mechanism having a structure that does not use a hydraulic system.
【００３５】また、本発明におけるブレードピッチ可変
機構を備えた風車では、停電発生時においても確実にブ
レードのピッチを変更して、フェザリングを行うことが
でき、風車のブレードの回転を停止することができる。Further, in the wind turbine equipped with the blade pitch changing mechanism according to the present invention, even when a power failure occurs, the blade pitch can be surely changed to perform feathering, and the rotation of the blade of the wind turbine can be stopped. You can
【図１】 本発明におけるブレードピッチ可変機構によ
って実現されるブレードピッチ制御の概略を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing an outline of blade pitch control realized by a blade pitch variable mechanism in the present invention.
【図２】 第１の実施の形態におけるブレードピッチ可
変機構の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a blade pitch variable mechanism according to the first embodiment.
【図３】 第２の実施の形態におけるブレードピッチ可
変機構の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a blade pitch variable mechanism according to a second embodiment.
【図４】 第３の実施の形態におけるブレードピッチ可
変機構の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a blade pitch varying mechanism according to a third embodiment.
【図５】 従来におけるブレードピッチ可変機構の構成
を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional blade pitch varying mechanism.
１００…風車、１１０…ブレード、１２０…サーボモー
タ、１２１…駆動軸、１３０…主（駆動）歯車、１４０
…副（従動）歯車、１４１…回転軸、１５０…減速器、
１５１…回転軸、１６０…ピニオンギア、１７０…翼旋
回輪歯車、１８１…ロータヘッド、１９０…タワー、２
１０…ゼンマイ、２２０…バッテリ、２３０…永久磁
石、２４０…永久磁石100 ... Windmill, 110 ... Blade, 120 ... Servo motor, 121 ... Drive shaft, 130 ... Main (driving) gear, 140
... secondary (driven) gear, 141 ... rotating shaft, 150 ... decelerator,
151 ... Rotating shaft, 160 ... Pinion gear, 170 ... Blade rotating ring gear, 181 ... Rotor head, 190 ... Tower, 2
10 ... spring, 220 ... battery, 230 ... permanent magnet, 240 ... permanent magnet
Claims (7)
ッドと、 前記ロータヘッドに対してそのブレードピッチが可変に
取り付けられた複数のブレードと、 外部電力の供給を受けて前記ブレードピッチを設定する
ブレードピッチ設定手段と、 前記外部電力の供給を得ることなく、前記ブレードが受
ける風圧を低減する方向に、前記ブレードピッチを変更
するブレードピッチ復旧手段とを備えることを特徴とす
る風車。1. A tower standing upright at a predetermined installation position, a nacelle attached to the tower, a rotor head rotatably attached to the nacelle, and a blade thereof to the rotor head. A plurality of blades having a variable pitch, a blade pitch setting means for setting the blade pitch by receiving an external electric power, and a direction for reducing the wind pressure received by the blade without obtaining the external electric power. And a blade pitch restoring means for changing the blade pitch.
項１に記載の風車。2. The wind turbine according to claim 1, wherein the blade pitch restoring means feathers the blades.
力および前記ブレードピッチ復旧手段から出力される第
２の駆動力を前記回転軸に対して付与する伝達手段とを
備えることを特徴とする請求項１に記載の風車。3. A rotating shaft connected to the blade, a first driving force output from the blade pitch setting means and a second driving force output from the blade pitch restoring means to the rotating shaft. The wind turbine according to claim 1, further comprising: a transmitting unit that applies the wind turbine.
に配設される減速器をさらに備えることを特徴とする請
求項３に記載の風車。4. The wind turbine according to claim 3, further comprising a speed reducer disposed on the rotary shaft connected to the blade.
方向に駆動力を付与する弾性部材を備えることを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載の風車。5. The blade pitch restoring means is provided with an elastic member for applying a driving force to the blade in a direction to reduce the wind pressure received by the blade. Windmill.
を備え、 前記ブレードに、当該ブレードが受ける風圧を低減する
方向に駆動力を付与することを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載の風車。6. The blade pitch restoring means includes a battery for supplying electric power to the blade pitch setting means, and applies a driving force to the blade in a direction of reducing wind pressure received by the blade. Claims 1-4
Windmill described in any of.
と、 前記ブレードのピッチ変更と同期して動作する第２の永
久磁石とを備え、 前記第１および第２の永久磁石の異極同士が引き合うこ
とにより、前記ブレードに、当該ブレードが受ける風圧
を低減する方向に駆動力を付与することを特徴とする請
求項１〜４のいずれかに記載の風車。7. The blade pitch restoring means includes a first permanent magnet fixed to the rotor head, and a second permanent magnet that operates in synchronization with a pitch change of the blade. 5. The attraction force between the opposite poles of the first and second permanent magnets attracts each other, thereby applying a driving force to the blade in a direction of reducing the wind pressure received by the blade. Windmill.
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