JP2003293930A - 発電用の垂直軸型風車及びそれ用の回転数制御器 - Google Patents

発電用の垂直軸型風車及びそれ用の回転数制御器

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JP2003293930A
JP2003293930A JP2002094934A JP2002094934A JP2003293930A JP 2003293930 A JP2003293930 A JP 2003293930A JP 2002094934 A JP2002094934 A JP 2002094934A JP 2002094934 A JP2002094934 A JP 2002094934A JP 2003293930 A JP2003293930 A JP 2003293930A
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rotation
rotation speed
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vertical axis
wind turbine
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JP2002094934A
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English (en)
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Sadaaki Kitamura
禎章 北村
Jiro Tsukahara
次郎 塚原
Isao Katayama
功 片山
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Daiwa House Industry Co Ltd
Original Assignee
Daiwa House Industry Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サボニウス型風車などの発電用垂直軸風車を
対象とし、簡素かつ低コストな機構で効果的に回転数を
制御することができ、しかも、発電機の損傷のおそれも
ないようにすること。 【解決手段】 回転による遠心力で回転中心から半径線
方向外方に移動する質量体と、半径線方向外方に移動し
た質量体を回転中心方向に付勢する付勢手段とが備えら
れ、これら質量体と付勢手段により発電機の出力に対応
して回転数が制御されるようになされている。5がその
ための回転数制御器である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電用の垂直軸型
風車及びそれ用の回転数制御器に関する。
【0002】
【従来の技術】発電用風車において、発電機の定格出力
は限られているため、定格風速以上になると風車の出
力、即ち回転数が制御されるようにしておく必要があ
る。そのための手段として、従来は、垂直軸型か水平軸
型かを問わず、発電機の負荷を切り換えることで回転数
を制御するようにしたものが提供されている。また、水
平軸風車では、ブレードの取付け角度であるピッチ角度
を変化させるピッチ制御や、風速が一定以上になるとブ
レードがもたらす空気特性で失速現象を起こさせるスト
ール制御によって、回転数を制御するようにしたものが
提供されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発電機
の負荷を切り換えて回転数を制御する方式は、発電機コ
イルに負担を強いることになり、強風が長時間吹き続け
るような場合には発電機の損傷を招くおそれがあるとい
う問題があった。また、ピッチ制御では、ブレードの取
付け角度を変化させる機構を備えなければならず、その
機構は複雑でコストが高くついてしまうという問題があ
った。更に、ストール制御は、確かに水平軸風車では低
コストで回転数制御を行いうるものであるが、垂直軸風
車に対しては構造的にいって不向きな制御方法である。
【0004】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、発電用の垂直軸風車を対象とし、簡素かつ低コスト
な機構で効果的に回転数を制御することができ、しか
も、発電機の損傷のおそれもないようにすることを課題
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、回転によ
る遠心力で回転中心から半径線方向外方に移動する質量
体と、半径線方向外方に移動した質量体を回転中心方向
に付勢する付勢手段とが備えられ、これら質量体と付勢
手段により発電機の出力に対応して回転数が制御される
ようになされていることを特徴とする発電用垂直軸風車
によって解決される。
【0006】また、垂直軸風車の回転による遠心力で回
転中心から半径線方向外方に移動する質量体と、半径線
方向外方に移動した質量体を回転中心方向に付勢する付
勢手段とが備えられ、これら質量体と付勢手段により発
電機の出力に対応して垂直軸風車の回転数を制御するよ
うになされていることを特徴とする発電用垂直軸風車用
の回転数制御器によっても解決される。
【0007】この発電用垂直軸風車、回転数制御器で
は、通常は付勢手段による付勢力によって質量体が回転
中心側に位置するが、風車が発電機の出力を越えるよう
な回転数で回転するようになると、質量体が付勢手段に
よる付勢力に抗して半径線方向外方へと移動し、それに
よって、風車の回転トルクが大きくなり、慣性作用によ
って、回転数が風速によって変動を起こしにくくなる。
これにより、回転数が効果的に制御される。
【0008】しかも、遠心力を利用し質量体と付勢手段
によって回転数を制御するものであるため、簡素かつ低
コストな機構で回転数を効果的に制御することができ、
しかも、発電機の負荷を切り換えることを必要としない
ため、発電機の損傷を招くおそれもない。
【0009】前記質量体が固体からなり、付勢手段がバ
ネからなる場合は、固体とバネとで、簡素かつ低コスト
で回転数を制御することができ、また、質量体が流動性
材料からなり、付勢手段がこの流動性材料に作用する万
有引力からなる場合は、流動性材料を容器などの受けに
収容して備えさせるだけの簡素かつ低コストの構造によ
り回転数を制御することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
【0011】図1に示す発電用垂直軸風車1は、サボニ
ウス型風車であり、羽根2,2の上下に一体的に取り付
けている上下の板3,4のうち、下板4の下面側に回転
数制御器5が羽根2,2と一体回転するよう備えられて
いる。なお、Cは風車の回転中心であり、10は発電機
である。
【0012】上記の回転数制御器5は、羽根2,2の回
転による遠心力で回転中心Cから半径線方向外方に移動
する質量体と、半径線方向外方に移動した質量体を回転
中心C方向に付勢する付勢手段とを備え、これら質量体
と付勢手段により発電機の出力に対応して回転数を制御
するものからなっている。
【0013】その具体的構成として、図2に示す実施形
態では、同図(イ−1)(イ−2)に示すように、質量
体が複数個の固体7,7からなり、付勢手段がバネ8,
8からなるものが採用されている。即ち、固体7,7
は、ガイド9,9によって、回転中心Cに対して半径線
に沿う内外方向に移動自在に備えられ、バネ8,8は、
各固体7,7を半径線方向内方に付勢するように備えら
れている。
【0014】この垂直軸風車1では、通常はバネ8,8
による付勢力によって固体7,7が回転中心Cの側に位
置するが、羽根2,2の回転によって回転数制御器5が
発電機10の出力を越えるような回転数で回転するよう
になると、図2(ロ)に示すように、回転数制御器5内
の固体7,7がバネ8,8の付勢力に抗して半径性方向
外方に移動し、それによって、羽根2,2の回転トルク
が大きくなり、慣性作用によって、羽根2,2の回転数
が風速によって変動しにくくなる。これにより、風車1
の回転数が効果的に制御される。
【0015】そして、このような機構によれば、固体
7,7とバネ8,8とを備えさせるだけの簡素かつ低コ
ストな機構によって回転数制御を実現することができ
る。しかも、発電機10の負荷を切り換えることを必要
としないため、発電機10の損傷を招くおそれもない。
また、電気を使用しない回転数制御を行えるから、電気
的回路に不具合を生じても回転数制御が適正に行われ
る。
【0016】なお、固体7は複数個備えさせ、それらの
固体7,7を合わせた重心位置が、風車の回転中に回転
中心Cから側方に偏心しないよう設計しておかなければ
ならないことはいうまでもない。
【0017】図3に示す回転数制御器5は、質量体が流
動性材料11からなり、付勢手段がこの流動性材料11
に作用する万有引力からなる。即ち、回転中心Cと同心
状に容器12が備えられ、この容器12内に流動性材料
11が入れられている。なお、流動性材料11には、例
えば、粘性のある流動体や、砂のような粒の集合体、粉
体などが用いられてよい。、この垂直軸風車1では、通
常は万有引力による付勢力によって流動性材料はその上
面を水平ないしはいくらか内向きの斜面に容器12内に
存在するが、羽根2,2の回転によって回転数制御器5
が発電機10の出力を越えるような回転数で回転するよ
うになると、図3(ロ)に示すように、流動性材料11
が遠心力によって半径性方向外方に大きく移動し、それ
によって、羽根2,2の回転トルクが大きくなり、慣性
作用によって、羽根2,2の回転数が風速によって変動
しにくくなる。これにより、風車1の回転数が効果的に
制御される。
【0018】なお、風車1が発電機10の出力以下とな
るような回転数で回転する場合は、流動性材料11には
万有引力による付勢力によってその上面を水平にしよう
とする力が働き、流動性材料11は半径線方向内方にも
集まり、風車1の回転トルクが小さくなって回転しやす
くなる。
【0019】このように、図3に示す回転数制御器5で
は、容器12に流動性材料を収容させただけのものであ
り、簡素かつ低コストで風車1の回転数を効果的に制御
することができる。また、電気を使用しない回転数制御
を行えるから、電気的回路に不具合を生じても回転数制
御が適正に行われる。
【0020】以上に、本発明の実施形態を示したが、本
発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱し
ない範囲で、各種の変更が可能である。例えば、図2に
示すような固体7,7を質量体とする回転数制御器5に
おいて、付勢手段として内向き傾斜面にすることによる
万有引力を利用するのもよい。
【0021】また、図3に示す実施形態の変形例とし
て、図4に示すように、すり鉢状の容器13の底部に質
量体としての流動性材料11を入れ、回転数が大きくな
ると、流動性材料11が遠心力により半径線方向外方に
環状となって移動し、回転数が小さくなると、容器13
の斜面13aに沿って万有引力により容器13の底部に
復帰するような回転数制御器5が採用されてもよい。
【0022】また、質量体として、固体や流動性材料の
ほか、種々の材料が用いられてよいし、付勢手段とし
て、バネや万有引力によるもの以外のもの、例えば磁力
などによるものであってもよい。更に、上記の回転数制
御器5は、垂直軸風車1にはじめから組み込まれたもの
であってもよいし、既存の垂直軸風車に後付けで取り付
けることができるようになっているものであってもよ
い。また、回転数制御器5は、垂直軸風車1に対して羽
根2,2と一体回転するように備えられていればよく、
下板4の下面側に限らず、上板3の側であってもよい
し、据付位置に特段の制限はない。更にまた、本発明
は、サボニウス型に限らず、クロスフロー型、ダリウス
型、ジャイロミル型などの各種の垂直軸風車に適用する
ことができるものであることはいうまでもない。
【0023】
【発明の効果】本発明は、以上のとおりのものであるか
ら、発電用垂直軸風車において、簡素かつ低コストな機
構で効果的にその回転数を制御することができ、しか
も、発電機の損傷のおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のサボニウス型の垂直軸風車を示す斜
視図である。
【図2】回転数制御器の一例を示すもので、図(イ−
1)は内部側面図、図(イ−2)は内部平面図、図
(ロ)は作動状態を示す内部平面図である。
【図3】回転数制御器の他の例を示すもので、図(イ−
1)は内部側面図、図(イ−2)は内部平面図、図
(ロ)は作動状態を示す内部側面図である。
【図4】回転数制御器の更に他の例を示すもので、図
(イ−1)は内部側面図、図(イ−2)は内部平面図、
図(ロ)は作動状態を示す内部側面図である。
【符号の説明】
1…サボニウス型風車(発電用垂直軸風車) 2…羽根 5…回転数制御器 7…固体(質量体) 8…バネ(付勢手段) 10…発電機 11…流動性材料(質量体) 12…容器 C…回転中心
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 功 大阪府大阪市北区梅田3丁目3番5号 大 和ハウス工業株式会社内 Fターム(参考) 3H078 AA05 AA07 AA08 AA26 BB07 BB12 BB19 CC01 CC22 CC54

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転による遠心力で回転中心から半径線
    方向外方に移動する質量体と、半径線方向外方に移動し
    た質量体を回転中心方向に付勢する付勢手段とが備えら
    れ、これら質量体と付勢手段により発電機の出力に対応
    して回転数が制御されるようになされていることを特徴
    とする発電用垂直軸風車。
  2. 【請求項2】 前記質量体が固体からなり、付勢手段が
    バネからなる請求項1に記載の発電用垂直軸風車。
  3. 【請求項3】 質量体が流動性材料からなり、付勢手段
    がこの流動性材料に作用する万有引力からなる請求項1
    に記載の発電用垂直軸風車。
  4. 【請求項4】 垂直軸風車の回転による遠心力で回転中
    心から半径線方向外方に移動する質量体と、半径線方向
    外方に移動した質量体を回転中心方向に付勢する付勢手
    段とが備えられ、これら質量体と付勢手段により発電機
    の出力に対応して垂直軸風車の回転数を制御するように
    なされていることを特徴とする発電用垂直軸風車用の回
    転数制御器。
JP2002094934A 2002-03-29 2002-03-29 発電用の垂直軸型風車及びそれ用の回転数制御器 Pending JP2003293930A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011064097A (ja) * 2009-09-16 2011-03-31 Tenso Kogyo Kk 風車装置及びそれを用いた風力発電装置
KR101196356B1 (ko) 2010-06-18 2012-11-01 한국에너지기술연구원 자력가동식 수직축 수류수차
JP2013083238A (ja) * 2011-10-12 2013-05-09 Kazunari Arima 全方位対応速度自動制御付風車
DE102012014627A1 (de) 2012-07-17 2014-02-06 Christiane Bareiß Segovia Konischer Rotor zur Aufladung von Akkumulatoren bei Verkehrsmitteln mit Elektro- und Hybridantrieb

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011064097A (ja) * 2009-09-16 2011-03-31 Tenso Kogyo Kk 風車装置及びそれを用いた風力発電装置
KR101196356B1 (ko) 2010-06-18 2012-11-01 한국에너지기술연구원 자력가동식 수직축 수류수차
JP2013083238A (ja) * 2011-10-12 2013-05-09 Kazunari Arima 全方位対応速度自動制御付風車
DE102012014627A1 (de) 2012-07-17 2014-02-06 Christiane Bareiß Segovia Konischer Rotor zur Aufladung von Akkumulatoren bei Verkehrsmitteln mit Elektro- und Hybridantrieb

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