JP2003293929A - 風車式発電装置 - Google Patents
風車式発電装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
- F03D7/0224—Adjusting blade pitch
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
- F05B2260/77—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades the adjusting mechanism driven or triggered by centrifugal forces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】
【課題】小型の風車式発電装置において、高い風速のと
き、発生トルクが大きくなりすぎないようにし、さら
に、取り出される電力を的確に制御し、しかも、ブレー
ドの回転数をできるだけ抑え、振動および騒音がいちじ
るしく増大しないようにする。 【解決手段】スプリングがブレード１に作用し、ブレー
ドはその長さ方向軸Ｙのまわりに弾性付勢され、風向き
Ｘに対し所定の傾斜角度γをもって起立し、ブレードの
回転数の増大にともない、ウエイトが遠心力を受け、ブ
レードがその長さ方向軸のまわりを揺動し、傾倒し、制
御装置２２が発電機７に接続され、最大トルク追従方式
によって負荷トルクが制御される。
き、発生トルクが大きくなりすぎないようにし、さら
に、取り出される電力を的確に制御し、しかも、ブレー
ドの回転数をできるだけ抑え、振動および騒音がいちじ
るしく増大しないようにする。 【解決手段】スプリングがブレード１に作用し、ブレー
ドはその長さ方向軸Ｙのまわりに弾性付勢され、風向き
Ｘに対し所定の傾斜角度γをもって起立し、ブレードの
回転数の増大にともない、ウエイトが遠心力を受け、ブ
レードがその長さ方向軸のまわりを揺動し、傾倒し、制
御装置２２が発電機７に接続され、最大トルク追従方式
によって負荷トルクが制御される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、風車式発電装置に関
するものである。 【０００２】 【従来技術とその問題点】一般に、風車式発電装置で
は、ブレードを有するロータがシャフトに設けられ、ブ
レードはロータの半径方向にのび、風力を受け、ロータ
およびシャフトと一体的に回転する。さらに、発電機が
シャフトに連結され、シャフトによって発電機が駆動さ
れる。 【０００３】ところで、風車式発電装置は大型のものと
小型のものに大別することができる。大型のものは火力
や原子力発電設備に対抗する大容量の風車式発電装置で
あり、風車式発電装置において、風力によってブレード
が回転するようにするには、ブレードを風向きに対し適
宜の傾斜角度をもって配置することが重要であるが、大
型の風車式発電装置の場合、ブレードはその長さ方向軸
のまわりを揺動可能であり、センサによって風速、ロー
タの回転数などの緒元が検出され、サーボモータによっ
てブレードが揺動し、その傾斜角度が調整され、変化す
ることは周知のとおりである。普通、大型の風車式発電
装置は電力系統と連係し、センサの検出信号にもとづ
き、取り出される電力が最適値に制御され、電力系統に
供給されることも周知のとおりである。 【０００４】一方、小型の風車式発電装置の場合、構造
およびコスト上の制約があり、普通、センサおよびサー
ボモータはなく、風速、ロータの回転数などの緒元は検
出されず、ブレードの傾斜角度は調整されない。このた
め、高い風速のとき、発生トルクが大きくなりすぎるき
らいがある。発生トルクが大きくなりすぎると、それに
よって発電機が駆動されたとき、その発生電圧が高くな
りすぎ、発生電力をそのまま取り出し、供給することが
できず、好ましくない。発生トルクによって装置全体が
破損するおそれもある。したがって、構成が複雑で、コ
ストの高いセンサおよびサーボモータを使用せず、機械
的手段によってこの問題を解決することが要望されてい
る。 【０００５】さらに、小型の風車式発電装置を電力系統
と連係させ、発生電力を電力系統に供給することも要望
されている。この場合、センサの検出信号ではなく、他
の制御手段によって取り出される電力を制御する必要が
あり、太陽電池発電装置の電力変換技術を小型の風車式
発電装置に利用することが試みられているが、太陽電池
発電装置の場合、その電力変換技術は最大電力追従方式
であり、最大電力は発生トルクと回転数の関数である。
このため、太陽電池発電装置の電力変換技術をそのまま
適用すると、ブレードの回転数が大きくなりすぎるとい
う問題がある。特に、小型の風車式発電装置の場合、そ
れが比較的身近に設置されることが多く、安全および環
境に配慮することが重要であるが、ブレードの回転数が
大きくなりすぎると、振動および騒音がいちじるしく増
大し、好ましくない。 【０００６】 【発明の目的】したがって、この発明は、小型の風車式
発電装置において、高い風速のとき、発生トルクが大き
くなりすぎないようにすること、取り出される電力を的
確に制御すること、およびブレードの回転数をできるだ
け抑え、振動および騒音がいちじるしく増大しないよう
にすることを目的としてなされたものである。 【０００７】 【発明の構成】この発明によれば、ロータがシャフトに
設けられ、ブレードがロータと組み合わされる。ブレー
ドはロータの半径方向にのび、風力を受け、ロータおよ
びシャフトと一体的に回転する。さらに、ブレードはそ
の長さ方向軸のまわりを揺動可能であり、スプリングが
ブレードと組み合わされ、ブレードはその長さ方向軸の
まわりに弾性付勢され、風向きに対し所定の傾斜角度を
もって起立する。さらに、ウエイトがブレードと組み合
わされ、ブレードの回転数の増大にともない、ウエイト
が遠心力を受け、これがスプリングに対抗し、ブレード
がその長さ方向軸のまわりを揺動し、傾倒する。さら
に、発電機がシャフトに連結され、制御装置が発電機に
接続される。そして、最大トルク追従方式によって負荷
トルクが制御される。 【０００８】 【実施例の説明】以下、この発明の実施例を説明する。 【０００９】図１はこの発明にかかる装置を示す。この
装置は小型の風車式発電装置であり、一般家庭、一般施
設または一般組織毎に設置するためのもので、３枚のブ
レード１を有し、ロータ２がシャフト３に設けられ、固
定されており、ブレード１はロータ２と組み合わされて
いる。シャフト３は水平方向にのび、ハウジング４に支
持され、回転可能に案内されており、図２に示すよう
に、ブレード１は１２０°の角度間隔を置いて配置さ
れ、ロータ２の半径方向にのび、風力を受け、ロータ２
およびシャフト３と一体的に回転する。 【００１０】さらに、ハウジング４はテール５を有し、
ポスト６のまわりを旋回可能であり、ポスト６は垂直方
向にのびる。したがって、風力がテール５に作用し、ハ
ウジング４がポスト６のまわりを旋回し、シャフト３は
風向きＸに平行の方向に配置され、ブレード１は風向き
Ｘに直角の面Ａ内に配置される。したがって、風向きＸ
に関係なく、ブレード１に風力を受けさせ、風力によっ
てブレード１を回転させることができる。さらに、発電
機７がハウジング４に内蔵され、シャフト３に連結され
ており、シャフト３によって発電機７が駆動される。 【００１１】さらに、ブレード１はその長さ方向軸Ｙの
まわりを揺動可能であり、スプリング８がブレード１と
組み合わされ、ブレード１はその長さ方向軸Ｙのまわり
に弾性付勢され、図３に示すように、ブレード１は風向
きＸに対し所定の傾斜角度γをもって起立する。したが
って、低い風速でも、風力が効果的に作用し、ブレード
１に大きいトルクが発生し、これによってブレード１、
ロータ２およびシャフト３が回転する。傾斜角度γはピ
ッチ角度と呼ばれているところのものである。 【００１２】たとえば、この実施例では、ブレード１は
本体と支軸９からなり、本体は支軸９に連結され、固定
されている。さらに、ハブ１０がロータ２に形成され、
支軸９がハブ１０にはめ合わされ、回転可能に支持され
ており、ブレード１はその長さ方向軸Ｙのまわりを揺動
することができる。スプリング８については、この装置
は３本のスプリング８を有する。スプリング８はねじり
スプリングからなり、各ブレード１の角度位置におい
て、各スプリング８がロータ２に内蔵され、その一端が
ブロック１１に固定され、他端は支軸９に固定されてお
り、ブロック１１はロータ２およびシャフト３に固定さ
れている。したがって、スプリング８がブレード１に作
用し、ブレード１がその長さ方向軸Ｙのまわりに弾性付
勢され、風向きＸに対し所定のピッチ角度γをもって起
立するものである。 【００１３】さらに、この装置では、ウエイト１２がブ
レード１と組み合わされ、ブレード１の回転数の増大に
ともない、ウエイト１２が遠心力を受け、これがスプリ
ング８に対抗し、ブレード１がその長さ方向軸Ｙのまわ
りを揺動し、傾倒する。この実施例では、ウエイト１２
にねじ棒状のものが使用され、これがカラー１３にねじ
合わされ、カラー１３は支軸９にはめ合わされ、固定さ
れており、ウエイト１２は支軸９に垂直の方向にのび
る。さらに、ブレード１は風向きＸに直角の面Ａ内に配
置され、その面Ａに沿って回転するが、ウエイト１２は
回転面Ａに垂直の方向または斜めの方向にのびる。した
がって、ブレード１の回転数の増大にともない、遠心力
がウエイト１２に作用し、ブレード１の長さ方向軸Ｙの
まわりにおいて、ウエイト１２が回転面Ａに向かって引
き寄せられ、旋回し、ブレード１が図３の時計方向に揺
動し、傾倒するものである。これによってピッチ角度γ
が変化し、減少する。ウエイト１２およびカラー１３を
支軸９のまわりに回転させ、これによってその方向を調
整し、遠心力を増大または減少させることもできる。 【００１４】図４は他の実施例を示す。この実施例で
は、スプリング１４がブレード１と組み合わされ、ブレ
ード１はその長さ方向軸Ｙのまわりに弾性付勢され、図
１の実施例と同様、ブレード１は風向きＸに対し所定の
傾斜角度γをもって起立する。図５に示すように、スプ
リング１４はコイルスプリングからなり、各ブレード１
に共通のもので、シャフト３に同心に配置され、ロータ
２に内蔵され、可動プレート１５と固定プレート１６間
に設けられており、シャフト３は可動プレート１５およ
びスプリング１４を貫通し、固定プレート１６はシャフ
ト３の先端に固定されている。さらに、ロータ２内にお
いて、アーム１７が支軸９に固定され、ロッド１８およ
びリンク１９によって可動プレート１５とアーム１７が
連結されている。したがって、スプリング１４によって
可動プレート１５、ロッド１８、リンク１９およびアー
ム１７が押され、ブレード１がその長さ方向軸Ｙのまわ
りに弾性付勢され、風向きＸに対し所定の傾斜角度をも
って起立する。 【００１５】さらに、図４および図５の実施例では、シ
ャフト３の半径方向両側において、それぞれウエイト２
０が設けられ、リンク２１によってウエイト２０、可動
プレート１５および固定プレート１６が連結されてい
る。したがって、ウエイト２０がブレード１と組み合わ
されているものであり、ブレード１の回転数の増大にと
もない、ウエイト２０が遠心力を受け、これがスプリン
グ１４に対抗し、ウエイト２０およびリンク２１によっ
て可動プレート１５、ロッド１８、リンク１９およびア
ーム１７が引っ張られ、図１の実施例と同様、ブレード
１がその長さ方向軸Ｙのまわりを揺動し、傾倒する。こ
れによってピッチ角度γが変化し、減少するものであ
る。 【００１６】図１の装置の場合、図６に示すように、ブ
レード１の回転数がおよそ１００ｒｐｍに達するまで、
ピッチ角度γはおよそ２０°に保たれるが、その後、回
転数の増大にともない、ピッチ角度γは漸次減少する。
さらに、回転数がおよそ２５０ｒｐｍのとき、ピッチ角
度γは０°になり、その後、ピッチ角度γはマイナスに
転じる。図４の装置も同様である。 【００１７】この結果、図７に示すように、風速がおよ
そ３ｍ／ｓのとき、ブレード１に所要トルクが発生し、
これによってブレード１が回転し、その後、風速の増大
にともない、発生トルクが急激に増大する。そして、風
速がおよそ１０ｍ／ｓに達したとき、発生トルクは４０
０Ｎｍを越えるが、回転数の増大にともない、ウエイト
１２，２０が遠心力を受け、ウエイト１２，２０によっ
てブレード１が傾倒し、そのピッチ角度γが減少する関
係上、その後、風速がさらに増大しても、発生トルクは
それ以上増大せず、漸次減少する。発生トルクの特性曲
線については、そのピークは比較的シャープである。一
方、発生電力は発生トルクと回転数の関数であり、所定
の特性曲線を描き、およそ１０ｋｗに達する。そのピー
クは比較的なだらかである。 【００１８】したがって、この装置の場合、低い風速で
も、ブレード１に大きいトルクを発生させ、これによっ
てブレード１、ロータ２およびシャフト３を回転させる
ことができ、シャフト３によって発電機７を駆動するこ
とができる。しかも、高い風速のとき、発生トルクが大
きくなりすぎることはなく、それによって発電機７が駆
動されたとき、その発生電力が高くなりすぎることはな
い。したがって、その発生電力をそのまま取り出し、供
給することができる。発生トルクによって装置全体が破
損するおそれもない。 【００１９】なお、図７の特性曲線において、その回転
数については、発電機７が負荷トルクをもち、発生トル
クが負荷トルクとバランスし、これによって回転数が決
定される。したがって、発生トルクだけではなく、負荷
トルクも回転数に影響する。 【００２０】さらに、この装置では、制御装置２２が発
電機７に接続されている。制御装置２２は最大トルク追
従方式のもので、インバーダを有する。そして、最大電
力追従方式ではなく、最大トルク追従方式によってイン
バーダが制御され、その入力電流が変化し、負荷トルク
が制御される。最大トルク追従方式とは、各風速におい
て、その都度ブレード１の発生トルクが変化するが、そ
の最大トルクを電気的に探査し、最大トルクに見合うよ
う負荷トルクを制御する方式のことであり、その原理は
最大電力追従方式と同様である。最大電力追従方式と
は、最大電力を電気的に探査する方式のことであり、そ
の原理は一般に知られ、使用されているところのもので
ある。たとえば、特開平６−５４４４８号公報にその一
例が記載されている。 【００２１】したがって、小型の風車式発電装置を電気
系統と連係させ、取り出される電力を的確に制御し、こ
れを電力系統に供給することができる。しかも、この装
置の場合、最大トルク追従方式によって負荷トルクが制
御され、発生トルクと負荷トルクが互いにバランスし、
これによって回転数が決定される。その回転数が図７の
回転数である。そして、発生電力は発生トルクと回転数
の関数であるが、発生トルクは回転数とは直接関係のな
い値であり、この関係上、一般に、最大トルクは最大電
力よりも低い回転数で発生することは周知のとおりであ
る。この結果、回転数をできるだけ抑えることができ、
この装置を一般家庭、一般施設または一般組織毎に設置
したとき、回転数が大きくなりすぎ、振動および騒音が
いちじるしく増大することはない。しかも、発生電力の
特性曲線については、そのピークは比較的なだらかであ
るが、発生トルクの特性曲線の場合、そのピークは比較
的シャープであることは前述したとおりである。したが
って、最大トルクを電気的に探査するとき、これを容易
に正確に探査することができる。この結果、負荷トルク
を的確に制御することができ、好ましい。 【００２２】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、小型の風車式発電装置において、高い風速のとき、
発生トルクが大きくなりすぎることはなく、それによっ
て発電機が駆動されたとき、その発生電圧が高くなりす
ぎることはない。したがって、その発生電力をそのまま
取り出し、供給することができる。発生トルクによって
装置全体が破損するおそれもない。さらに、この発明に
よれば、小型の風車式発電装置を電力系統と連係させ、
取り出される電力を的確に制御し、これを電気系統に供
給することができる。しかも、回転数をできるだけ抑え
ることができ、小型の風車式発電装置を一般家庭、一般
施設または一般組織毎に設置したとき、回転数が大きく
なりすぎ、振動および騒音がいちじるしく増大すること
もなく、所期の目的を達成することができるものであ
る。
するものである。 【０００２】 【従来技術とその問題点】一般に、風車式発電装置で
は、ブレードを有するロータがシャフトに設けられ、ブ
レードはロータの半径方向にのび、風力を受け、ロータ
およびシャフトと一体的に回転する。さらに、発電機が
シャフトに連結され、シャフトによって発電機が駆動さ
れる。 【０００３】ところで、風車式発電装置は大型のものと
小型のものに大別することができる。大型のものは火力
や原子力発電設備に対抗する大容量の風車式発電装置で
あり、風車式発電装置において、風力によってブレード
が回転するようにするには、ブレードを風向きに対し適
宜の傾斜角度をもって配置することが重要であるが、大
型の風車式発電装置の場合、ブレードはその長さ方向軸
のまわりを揺動可能であり、センサによって風速、ロー
タの回転数などの緒元が検出され、サーボモータによっ
てブレードが揺動し、その傾斜角度が調整され、変化す
ることは周知のとおりである。普通、大型の風車式発電
装置は電力系統と連係し、センサの検出信号にもとづ
き、取り出される電力が最適値に制御され、電力系統に
供給されることも周知のとおりである。 【０００４】一方、小型の風車式発電装置の場合、構造
およびコスト上の制約があり、普通、センサおよびサー
ボモータはなく、風速、ロータの回転数などの緒元は検
出されず、ブレードの傾斜角度は調整されない。このた
め、高い風速のとき、発生トルクが大きくなりすぎるき
らいがある。発生トルクが大きくなりすぎると、それに
よって発電機が駆動されたとき、その発生電圧が高くな
りすぎ、発生電力をそのまま取り出し、供給することが
できず、好ましくない。発生トルクによって装置全体が
破損するおそれもある。したがって、構成が複雑で、コ
ストの高いセンサおよびサーボモータを使用せず、機械
的手段によってこの問題を解決することが要望されてい
る。 【０００５】さらに、小型の風車式発電装置を電力系統
と連係させ、発生電力を電力系統に供給することも要望
されている。この場合、センサの検出信号ではなく、他
の制御手段によって取り出される電力を制御する必要が
あり、太陽電池発電装置の電力変換技術を小型の風車式
発電装置に利用することが試みられているが、太陽電池
発電装置の場合、その電力変換技術は最大電力追従方式
であり、最大電力は発生トルクと回転数の関数である。
このため、太陽電池発電装置の電力変換技術をそのまま
適用すると、ブレードの回転数が大きくなりすぎるとい
う問題がある。特に、小型の風車式発電装置の場合、そ
れが比較的身近に設置されることが多く、安全および環
境に配慮することが重要であるが、ブレードの回転数が
大きくなりすぎると、振動および騒音がいちじるしく増
大し、好ましくない。 【０００６】 【発明の目的】したがって、この発明は、小型の風車式
発電装置において、高い風速のとき、発生トルクが大き
くなりすぎないようにすること、取り出される電力を的
確に制御すること、およびブレードの回転数をできるだ
け抑え、振動および騒音がいちじるしく増大しないよう
にすることを目的としてなされたものである。 【０００７】 【発明の構成】この発明によれば、ロータがシャフトに
設けられ、ブレードがロータと組み合わされる。ブレー
ドはロータの半径方向にのび、風力を受け、ロータおよ
びシャフトと一体的に回転する。さらに、ブレードはそ
の長さ方向軸のまわりを揺動可能であり、スプリングが
ブレードと組み合わされ、ブレードはその長さ方向軸の
まわりに弾性付勢され、風向きに対し所定の傾斜角度を
もって起立する。さらに、ウエイトがブレードと組み合
わされ、ブレードの回転数の増大にともない、ウエイト
が遠心力を受け、これがスプリングに対抗し、ブレード
がその長さ方向軸のまわりを揺動し、傾倒する。さら
に、発電機がシャフトに連結され、制御装置が発電機に
接続される。そして、最大トルク追従方式によって負荷
トルクが制御される。 【０００８】 【実施例の説明】以下、この発明の実施例を説明する。 【０００９】図１はこの発明にかかる装置を示す。この
装置は小型の風車式発電装置であり、一般家庭、一般施
設または一般組織毎に設置するためのもので、３枚のブ
レード１を有し、ロータ２がシャフト３に設けられ、固
定されており、ブレード１はロータ２と組み合わされて
いる。シャフト３は水平方向にのび、ハウジング４に支
持され、回転可能に案内されており、図２に示すよう
に、ブレード１は１２０°の角度間隔を置いて配置さ
れ、ロータ２の半径方向にのび、風力を受け、ロータ２
およびシャフト３と一体的に回転する。 【００１０】さらに、ハウジング４はテール５を有し、
ポスト６のまわりを旋回可能であり、ポスト６は垂直方
向にのびる。したがって、風力がテール５に作用し、ハ
ウジング４がポスト６のまわりを旋回し、シャフト３は
風向きＸに平行の方向に配置され、ブレード１は風向き
Ｘに直角の面Ａ内に配置される。したがって、風向きＸ
に関係なく、ブレード１に風力を受けさせ、風力によっ
てブレード１を回転させることができる。さらに、発電
機７がハウジング４に内蔵され、シャフト３に連結され
ており、シャフト３によって発電機７が駆動される。 【００１１】さらに、ブレード１はその長さ方向軸Ｙの
まわりを揺動可能であり、スプリング８がブレード１と
組み合わされ、ブレード１はその長さ方向軸Ｙのまわり
に弾性付勢され、図３に示すように、ブレード１は風向
きＸに対し所定の傾斜角度γをもって起立する。したが
って、低い風速でも、風力が効果的に作用し、ブレード
１に大きいトルクが発生し、これによってブレード１、
ロータ２およびシャフト３が回転する。傾斜角度γはピ
ッチ角度と呼ばれているところのものである。 【００１２】たとえば、この実施例では、ブレード１は
本体と支軸９からなり、本体は支軸９に連結され、固定
されている。さらに、ハブ１０がロータ２に形成され、
支軸９がハブ１０にはめ合わされ、回転可能に支持され
ており、ブレード１はその長さ方向軸Ｙのまわりを揺動
することができる。スプリング８については、この装置
は３本のスプリング８を有する。スプリング８はねじり
スプリングからなり、各ブレード１の角度位置におい
て、各スプリング８がロータ２に内蔵され、その一端が
ブロック１１に固定され、他端は支軸９に固定されてお
り、ブロック１１はロータ２およびシャフト３に固定さ
れている。したがって、スプリング８がブレード１に作
用し、ブレード１がその長さ方向軸Ｙのまわりに弾性付
勢され、風向きＸに対し所定のピッチ角度γをもって起
立するものである。 【００１３】さらに、この装置では、ウエイト１２がブ
レード１と組み合わされ、ブレード１の回転数の増大に
ともない、ウエイト１２が遠心力を受け、これがスプリ
ング８に対抗し、ブレード１がその長さ方向軸Ｙのまわ
りを揺動し、傾倒する。この実施例では、ウエイト１２
にねじ棒状のものが使用され、これがカラー１３にねじ
合わされ、カラー１３は支軸９にはめ合わされ、固定さ
れており、ウエイト１２は支軸９に垂直の方向にのび
る。さらに、ブレード１は風向きＸに直角の面Ａ内に配
置され、その面Ａに沿って回転するが、ウエイト１２は
回転面Ａに垂直の方向または斜めの方向にのびる。した
がって、ブレード１の回転数の増大にともない、遠心力
がウエイト１２に作用し、ブレード１の長さ方向軸Ｙの
まわりにおいて、ウエイト１２が回転面Ａに向かって引
き寄せられ、旋回し、ブレード１が図３の時計方向に揺
動し、傾倒するものである。これによってピッチ角度γ
が変化し、減少する。ウエイト１２およびカラー１３を
支軸９のまわりに回転させ、これによってその方向を調
整し、遠心力を増大または減少させることもできる。 【００１４】図４は他の実施例を示す。この実施例で
は、スプリング１４がブレード１と組み合わされ、ブレ
ード１はその長さ方向軸Ｙのまわりに弾性付勢され、図
１の実施例と同様、ブレード１は風向きＸに対し所定の
傾斜角度γをもって起立する。図５に示すように、スプ
リング１４はコイルスプリングからなり、各ブレード１
に共通のもので、シャフト３に同心に配置され、ロータ
２に内蔵され、可動プレート１５と固定プレート１６間
に設けられており、シャフト３は可動プレート１５およ
びスプリング１４を貫通し、固定プレート１６はシャフ
ト３の先端に固定されている。さらに、ロータ２内にお
いて、アーム１７が支軸９に固定され、ロッド１８およ
びリンク１９によって可動プレート１５とアーム１７が
連結されている。したがって、スプリング１４によって
可動プレート１５、ロッド１８、リンク１９およびアー
ム１７が押され、ブレード１がその長さ方向軸Ｙのまわ
りに弾性付勢され、風向きＸに対し所定の傾斜角度をも
って起立する。 【００１５】さらに、図４および図５の実施例では、シ
ャフト３の半径方向両側において、それぞれウエイト２
０が設けられ、リンク２１によってウエイト２０、可動
プレート１５および固定プレート１６が連結されてい
る。したがって、ウエイト２０がブレード１と組み合わ
されているものであり、ブレード１の回転数の増大にと
もない、ウエイト２０が遠心力を受け、これがスプリン
グ１４に対抗し、ウエイト２０およびリンク２１によっ
て可動プレート１５、ロッド１８、リンク１９およびア
ーム１７が引っ張られ、図１の実施例と同様、ブレード
１がその長さ方向軸Ｙのまわりを揺動し、傾倒する。こ
れによってピッチ角度γが変化し、減少するものであ
る。 【００１６】図１の装置の場合、図６に示すように、ブ
レード１の回転数がおよそ１００ｒｐｍに達するまで、
ピッチ角度γはおよそ２０°に保たれるが、その後、回
転数の増大にともない、ピッチ角度γは漸次減少する。
さらに、回転数がおよそ２５０ｒｐｍのとき、ピッチ角
度γは０°になり、その後、ピッチ角度γはマイナスに
転じる。図４の装置も同様である。 【００１７】この結果、図７に示すように、風速がおよ
そ３ｍ／ｓのとき、ブレード１に所要トルクが発生し、
これによってブレード１が回転し、その後、風速の増大
にともない、発生トルクが急激に増大する。そして、風
速がおよそ１０ｍ／ｓに達したとき、発生トルクは４０
０Ｎｍを越えるが、回転数の増大にともない、ウエイト
１２，２０が遠心力を受け、ウエイト１２，２０によっ
てブレード１が傾倒し、そのピッチ角度γが減少する関
係上、その後、風速がさらに増大しても、発生トルクは
それ以上増大せず、漸次減少する。発生トルクの特性曲
線については、そのピークは比較的シャープである。一
方、発生電力は発生トルクと回転数の関数であり、所定
の特性曲線を描き、およそ１０ｋｗに達する。そのピー
クは比較的なだらかである。 【００１８】したがって、この装置の場合、低い風速で
も、ブレード１に大きいトルクを発生させ、これによっ
てブレード１、ロータ２およびシャフト３を回転させる
ことができ、シャフト３によって発電機７を駆動するこ
とができる。しかも、高い風速のとき、発生トルクが大
きくなりすぎることはなく、それによって発電機７が駆
動されたとき、その発生電力が高くなりすぎることはな
い。したがって、その発生電力をそのまま取り出し、供
給することができる。発生トルクによって装置全体が破
損するおそれもない。 【００１９】なお、図７の特性曲線において、その回転
数については、発電機７が負荷トルクをもち、発生トル
クが負荷トルクとバランスし、これによって回転数が決
定される。したがって、発生トルクだけではなく、負荷
トルクも回転数に影響する。 【００２０】さらに、この装置では、制御装置２２が発
電機７に接続されている。制御装置２２は最大トルク追
従方式のもので、インバーダを有する。そして、最大電
力追従方式ではなく、最大トルク追従方式によってイン
バーダが制御され、その入力電流が変化し、負荷トルク
が制御される。最大トルク追従方式とは、各風速におい
て、その都度ブレード１の発生トルクが変化するが、そ
の最大トルクを電気的に探査し、最大トルクに見合うよ
う負荷トルクを制御する方式のことであり、その原理は
最大電力追従方式と同様である。最大電力追従方式と
は、最大電力を電気的に探査する方式のことであり、そ
の原理は一般に知られ、使用されているところのもので
ある。たとえば、特開平６−５４４４８号公報にその一
例が記載されている。 【００２１】したがって、小型の風車式発電装置を電気
系統と連係させ、取り出される電力を的確に制御し、こ
れを電力系統に供給することができる。しかも、この装
置の場合、最大トルク追従方式によって負荷トルクが制
御され、発生トルクと負荷トルクが互いにバランスし、
これによって回転数が決定される。その回転数が図７の
回転数である。そして、発生電力は発生トルクと回転数
の関数であるが、発生トルクは回転数とは直接関係のな
い値であり、この関係上、一般に、最大トルクは最大電
力よりも低い回転数で発生することは周知のとおりであ
る。この結果、回転数をできるだけ抑えることができ、
この装置を一般家庭、一般施設または一般組織毎に設置
したとき、回転数が大きくなりすぎ、振動および騒音が
いちじるしく増大することはない。しかも、発生電力の
特性曲線については、そのピークは比較的なだらかであ
るが、発生トルクの特性曲線の場合、そのピークは比較
的シャープであることは前述したとおりである。したが
って、最大トルクを電気的に探査するとき、これを容易
に正確に探査することができる。この結果、負荷トルク
を的確に制御することができ、好ましい。 【００２２】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、小型の風車式発電装置において、高い風速のとき、
発生トルクが大きくなりすぎることはなく、それによっ
て発電機が駆動されたとき、その発生電圧が高くなりす
ぎることはない。したがって、その発生電力をそのまま
取り出し、供給することができる。発生トルクによって
装置全体が破損するおそれもない。さらに、この発明に
よれば、小型の風車式発電装置を電力系統と連係させ、
取り出される電力を的確に制御し、これを電気系統に供
給することができる。しかも、回転数をできるだけ抑え
ることができ、小型の風車式発電装置を一般家庭、一般
施設または一般組織毎に設置したとき、回転数が大きく
なりすぎ、振動および騒音がいちじるしく増大すること
もなく、所期の目的を達成することができるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す側面図である。
【図２】図１の装置のロータおよびブレードの横断面図
である。 【図３】図１の装置の風向きに対するブレードのピッチ
角度を示す説明図である。 【図４】他の実施例を示す横断面図である。 【図５】図４の装置のロータの縦断面図である。 【図６】図１および図４の装置の回転数に対するブレー
ドのピッチ角度を示すグラフである。 【図７】図１および図４の装置の風速に対するトルク、
回転数および電力を示すグラフである。 【符号の説明】 １ ブレード ２ ロータ ３ シャフト ７ 発電機 ８，１４ スプリング １２，２０ ウエイト ２２ 制御装置
である。 【図３】図１の装置の風向きに対するブレードのピッチ
角度を示す説明図である。 【図４】他の実施例を示す横断面図である。 【図５】図４の装置のロータの縦断面図である。 【図６】図１および図４の装置の回転数に対するブレー
ドのピッチ角度を示すグラフである。 【図７】図１および図４の装置の風速に対するトルク、
回転数および電力を示すグラフである。 【符号の説明】 １ ブレード ２ ロータ ３ シャフト ７ 発電機 ８，１４ スプリング １２，２０ ウエイト ２２ 制御装置
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】シャフトに設けられたロータと、前記ロー
タと組み合わされ、前記ロータの半径方向にのび、風力
を受け、前記ロータおよびシャフトと一体的に回転し、
長さ方向軸のまわりを揺動可能であるブレードと、前記
ブレードと組み合わされ、前記ブレードを前記長さ方向
軸のまわりに弾性付勢し、風向きに対し所定の傾斜角度
をもって起立させるスプリングと、前記ブレードと組み
合わされ、前記ブレードの回転数の増大にともない、遠
心力を受け、前記スプリングに対抗し、前記ブレードを
前記長さ方向軸のまわりに揺動させ、傾倒させるウエイ
トと、前記シャフトに連結された発電機と、前記発電機
に接続され、最大トルク追従方式によって負荷トルクを
制御する制御装置とからなる風車式発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002103601A JP2003293929A (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 風車式発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002103601A JP2003293929A (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 風車式発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003293929A true JP2003293929A (ja) | 2003-10-15 |
Family
ID=29242684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002103601A Pending JP2003293929A (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 風車式発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003293929A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007278122A (ja) * | 2006-04-04 | 2007-10-25 | Fuji Heavy Ind Ltd | 水平軸風車 |
| JP2009299518A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Akira Miyoshi | 風車 |
| JP2010127278A (ja) * | 2008-11-25 | 2010-06-10 | National Cheng Kung Univ | ブレードピッチ制御機構およびその応用 |
| JP2013015019A (ja) * | 2011-06-30 | 2013-01-24 | Sonkyo Energy Sl | 風力発電機のブレードピッチ調整装置 |
| CN103122825A (zh) * | 2013-02-05 | 2013-05-29 | 西安交通大学 | 一种可收放的风力发电机叶片 |
| CN106949007A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-07-14 | 江苏科技大学 | 一种风力发电装置 |
| CN107208605A (zh) * | 2014-10-30 | 2017-09-26 | 李智贤 | 手动型叶片节距控制模块 |
| JP6989845B2 (ja) | 2017-12-12 | 2022-01-12 | 国立大学法人千葉大学 | ロータ |
-
2002
- 2002-04-05 JP JP2002103601A patent/JP2003293929A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN106949007A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-07-14 | 江苏科技大学 | 一种风力发电装置 |
| CN106949007B (zh) * | 2017-04-01 | 2023-07-25 | 江苏科技大学 | 一种风力发电装置 |
| JP6989845B2 (ja) | 2017-12-12 | 2022-01-12 | 国立大学法人千葉大学 | ロータ |
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|
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|
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