【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風車の起動風速低減装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、自然エネルギーを電力として利用する手段として、風車を用いた風力発電が盛んになってきている。
風力発電に用いられる水平軸プロペラ風車は、風速が低いときには、ブレードやハブ等で構成されるロータが回転していない状態となることがある。この状態が生ずると、風車に不具合があるのではないかとユーザーが誤認するおそれがある。
【０００３】
風速が低いときにもロータが回転するようにブレードのピッチ角を変えて、起動風速を下げることは可能ではある。
しかし、定格風速における効率を求めたブレードのピッチ角と、低風速起動を求めたブレードのピッチ角とは異なるため、起動風速を下げると定格風速における効率が低下する。
定格風速での定格出力は、風車を選定する際の重要な値であって、起動風速を下げるために定格風速での定格出力を低下させるのでは意味がない。
そこで、定格風速での定格出力を低下させることなく、低風速で起動する風車の開発が望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、風力発電用の水平軸プロペラ風車における上記問題を解決するものであって、簡単な構造で起動時と起動後のブレードのピッチ角を自動的に変更可能とし、定格風速での定格出力を低下させることなく、低風速で風車を起動できるようにする風車の起動風速低減装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の風車の起動風速低減装置は、水平軸プロペラ風車において、ブレードの取付部をロータ軸の半径方向へ摺動可能に支持し、ブレードをロータ軸の中心側へ牽引するばねを設けると共に、ブレードがロータ軸の半径方向へ移動するとき、ブレードをブレード軸線を中心として回転させるよう案内する螺旋状のガイドを設けることにより、上記課題を解決している。
【０００６】
ばねとしては、引張りばね、圧縮ばねの何れも使用することができる。
この風車の起動風速低減装置では、停止時にはブレードがばねで牽引されているのでロータ軸側にある。このとき、ブレードは前縁を風上方向側へ起動に適したピッチ角となるように傾けた状態で保持されており、低い風速で起動可能となっている。
【０００７】
ロータが回転を開始して定格回転数より低い所定の回転数に達すると、ブレードは、遠心力により引張りばねの引張力又は圧縮ばねの反発力に抗してロータ軸から離隔する方向へ移動する。このとき、ブレードは螺旋状のガイドに案内されてブレード軸を中心として回転し、ブレードのピッチ角が風速に適合するように変更される。従って、定格風速での定格出力が低下することはない。
【０００８】
風速が低下して、ロータの回転数が所定の回転数よりも低下すると、ブレードの遠心力が小さくなり、引張りばねの引張力又は圧縮ばねの反発力によってブレードはロータ軸の方向へ移動する。このとき、ブレードは螺旋状のガイドに案内されてブレード軸を中心として回転し、ブレードのピッチ角が低風速で起動できるように変更される。
従って、ロータの回転が停止した後も、低風速で再び起動可能である。
【０００９】
また、ピッチ変更を妨げる摩擦を減らす必要がある場合は、ブレードの取付部とホルダとの間に滑り軸受を組み込むとよい。
この風車の起動風速低減装置は、上記のような簡単な構造で起動時と起動後のブレードのピッチ角を自動的に変更可能であり、定格風速での定格出力を低下させることなく、低風速で風車を起動できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示す起動風速低減装置を備えた水平軸プロペラ風車の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は起動風速低減装置の要部の拡大断面図、図４は定格風速時の水平軸プロペラ風車の正面図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面出図、図６は定格風速時の起動風速低減装置の要部の拡大断面図、図７は圧縮ばねを用いた起動風速低減装置の要部の正面図、図８は図７のＣ−Ｃ線断面図、図９は定格風速時の圧縮ばねを用いた起動風速低減装置の要部の正面図、図１０は図９のＤ−Ｄ線断面図、図１１は滑り軸受を組み込んだ起動風速低減装置の要部の断面図である。
【００１１】
図１〜図６に示す水平軸プロペラ風車は、タワー９で支持された発電機本体８の前端に水平なロータ軸１１を中心として回転するロータ７を備えている。
ロータ７は、３枚のブレード２と、ロータ軸１１に固定されたハブ４と、
ハブ４の前面に配設され、ブレード２の取付部２１をロータ軸１１の半径方向へ摺動可能に支持するホルダ３と、ブレード２をロータ軸１１の中心側へ牽引する引張りばね５とで構成されている。
【００１２】
ブレード２の取付部２１には、螺旋状のガイド溝１が穿設されており、このガイド溝１にはホルダ３からガイドピン６が挿着されている。この構成により、ブレード２がロータ軸１１の半径方向へ移動するとき、ブレード２はブレード軸線Ｙを中心として回転してピッチが変わるよう案内される。
ブレード２の取付部２１の先端部には、スプリングピン１０が設けられており、このスプリングピン１０に引張りばね５の一端が取付けられている。３枚のブレード２に取付けられた３本の引張りばね５の他端は、ロータ軸１１の軸線Ｚ上の点で互いに連結固定されている。
【００１３】
３枚のブレード２は、それぞれのブレード軸線Ｙの交角が１２０°をなすように等間隔で配置されており、回転時の遠心力がそれぞれの引張りばね５に均等に伝わるようにして、特定のブレード２だけピッチ角が変わることが防止されるようになっている。
この風車は、停止時には、図１〜図３に示すようにブレード２が引張りばね５で牽引されているのでロータ軸１１側にある。このとき、ブレード２は前縁２２を風上方向側へ起動に適したピッチ角となるように傾けた状態で保持されており、低い風速で起動可能となっている。
【００１４】
ロータ７が回転を開始して定格回転数より低い所定の回転数に達すると、ブレード２は、遠心力により引張りばね５の引張力に抗してロータ軸１１から離隔する方向へ移動を開始し、図４〜図６に示す状態に至る。
移動するとき、ブレード２は螺旋状のガイド溝１とガイドピン６とによって案内されてブレード軸線Ｙを中心として回転し、前縁２２が風下方向側へ後退しピッチ角が風速に適合するように変更される。従って、定格風速での定格出力が低下することはない。
【００１５】
風速が低下して、ロータ７の回転数が所定の回転数よりも低下すると、ブレード２の遠心力が小さくなり、引張りばね５の引張力によってブレード２はロータ軸１１の中心側へ移動する。このとき、ブレード２は螺旋状のガイド溝１とガイドピン６とによって案内されてブレード軸線Ｙを中心として回転し、ブレード２のピッチ角が低風速で起動できるように変更される。
【００１６】
従って、ロータ７の回転が停止した後も、低風速で再び起動可能である。
この風車の起動風速低減装置は、上記のような簡単な構造で起動時と起動後のブレード２のピッチ角を自動的に変更可能であり、定格風速での定格出力を低下させることなく、低風速で風車を起動できる。
なお、この風車の起動風速低減装置では、ブレード２の取付部２１に螺旋状のガイド溝１が穿設され、このガイド溝１にホルダ３からガイドピン６が挿着されているが、この構造とは逆に、ホルダ側にガイド溝を設け、ブレードの取付部側にガイドピンを設けるようにしてもよい。
【００１７】
また、圧縮ばねを用いる場合には、図７、図８に示すように、ホルダ３に座ぐり部を設けて上部ばね座３１をはめ込み、圧縮ばね５１を挟んで下部ばね座３２、スプリングピン１０によってブレード２の取付部２１に固定する。上部ばね座３１と下部ばね座３２は、圧縮ばね５１の内径が取付部２１に接触しないよう凸型にすると共に、摩擦の少ない材質を用いて、圧縮ばね５１の端面が滑りやすいようにする。これにより、圧縮ばね５１の反発力によってブレード２をロータ軸１１の中心側へ牽引することが可能となる。
【００１８】
この風車は、停止時には、図７、図８に示すようにブレード２が圧縮ばね５１で牽引されているのでロータ軸１１側にある。このとき、ブレード２は前縁２２を風上方向側へ起動に適したピッチ角となるように傾けた状態で保持されており、低い風速で起動可能となっている。
ロータ７が回転を開始して定格回転数より低い所定の回転数に達すると、ブレード２は、遠心力により圧縮ばね５１の反発力に抗してロータ軸１１から離隔する方向へ移動を開始し、図９、図１０に示す状態に至る。
【００１９】
移動するとき、ブレード２は螺旋状のガイド溝１とガイドピン６とによって案内されてブレード軸線Ｙを中心として回転し、前縁２２が風下方向側へ後退しピッチ角が風速に適合するように変更される。従って、定格風速での定格出力が低下することはない。
風速が低下して、ロータ７の回転数が所定の回転数よりも低下すると、ブレード２の遠心力が小さくなり、圧縮ばね５１の反発力によってブレード２はロータ軸１１の中心側へ移動する。このとき、ブレード２は螺旋状のガイド溝１とガイドピン６とによって案内されてブレード軸線Ｙを中心として回転し、ブレード２のピッチ角が低風速で起動できるように変更される。
【００２０】
また、ピッチ変更を妨げる摩擦を減らす必要がある場合は、図１１に示すように、ホルダ３内に滑り軸受３３を組み込むとよい。図１１では、引張りばね５を用いた起動風速低減装置を示しているが、圧縮ばねを用いた起動風速低減装置でも同様に組み込むことができる。
なお、ハブとホルダとは一体構造としてもよく、ハブとロータ軸とを一体に構成することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の風車の起動風速低減装置は、簡単な構造で起動時と起動後のブレードのピッチ角を自動的に変更可能とし、定格風速での定格出力を低下させることなく、低風速で風車を起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す起動風速低減装置を備えた水平軸プロペラ風車の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】起動風速低減装置の要部の拡大断面図である。
【図４】定格風速時の水平軸プロペラ風車の正面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面出図である。
【図６】定格風速時の起動風速低減装置の要部の拡大断面図である。
【図７】圧縮ばねを用いた起動風速低減装置の要部の正面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】定格風速時の圧縮ばねを用いた起動風速低減装置の要部の正面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】滑り軸受を組み込んだ起動風速低減装置の要部の断面図である。
【符号の説明】
１ ガイド溝
２ ブレード
３ ホルダ
４ ハブ
５ 引張りばね
６ ガイドピン
７ ロータ
８ 発電機本体
９ タワー
１０ スプリングピン
１１ ロータ軸
２１ 取付部
２２ 前縁
３１ 上部ばね座
３２ 下部ばね座
３３ 滑り軸受
５１ 圧縮ばね
Ｙ ブレード軸線
Ｚ ロータ軸の軸線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wind turbine starting wind speed reducing device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, wind power generation using a windmill has become popular as a means of using natural energy as electric power.
When the wind speed of a horizontal axis propeller wind turbine used for wind power generation is low, the rotor composed of blades, hubs, and the like may be in a state where it is not rotating. When this state occurs, the user may erroneously recognize that there is a problem with the wind turbine.
[0003]
It is possible to reduce the starting wind speed by changing the pitch angle of the blades so that the rotor rotates even when the wind speed is low.
However, since the pitch angle of the blade for which the efficiency at the rated wind speed is determined is different from the pitch angle of the blade for which the low wind speed activation is required, the efficiency at the rated wind speed decreases when the startup wind speed is reduced.
The rated output at the rated wind speed is an important value when selecting a wind turbine, and it does not make sense to reduce the rated output at the rated wind speed in order to reduce the starting wind speed.
Therefore, development of a wind turbine that starts at a low wind speed without lowering the rated output at the rated wind speed has been desired.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-described problem in a horizontal axis propeller wind turbine for wind power generation, and automatically changes a pitch angle of a blade at start-up and after start-up with a simple structure. It is an object of the present invention to provide a wind turbine starting wind speed reduction device that can start a wind turbine at a low wind speed without lowering the output.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The wind turbine starting wind speed reduction device of the present invention, in a horizontal axis propeller wind turbine, while supporting a mounting portion of the blade slidably in the radial direction of the rotor shaft, and providing a spring that pulls the blade toward the center of the rotor shaft, This problem is solved by providing a spiral guide for guiding the blade to rotate about the blade axis when the blade moves in the radial direction of the rotor shaft.
[0006]
As the spring, either a tension spring or a compression spring can be used.
In this wind turbine start-up wind speed reduction device, the blade is pulled by a spring when it is stopped, so that it is on the rotor shaft side. At this time, the blade is held in a state in which the leading edge is inclined toward the windward side so as to have a pitch angle suitable for starting, and can be started at a low wind speed.
[0007]
When the rotor starts rotating and reaches a predetermined rotational speed lower than the rated rotational speed, the blade moves in a direction away from the rotor shaft against the tensile force of the tension spring or the repulsive force of the compression spring due to centrifugal force. . At this time, the blade is guided by the helical guide and rotates around the blade axis, and the pitch angle of the blade is changed to match the wind speed. Therefore, the rated output at the rated wind speed does not decrease.
[0008]
When the wind speed decreases and the rotation speed of the rotor becomes lower than a predetermined rotation speed, the centrifugal force of the blade decreases, and the blade moves in the direction of the rotor shaft due to the tension force of the tension spring or the repulsive force of the compression spring. At this time, the blade is guided by a helical guide, rotates around the blade axis, and the pitch angle of the blade is changed so that the blade can be started at a low wind speed.
Therefore, even after the rotation of the rotor is stopped, it can be started again at low wind speed.
[0009]
If it is necessary to reduce the friction that hinders the pitch change, a sliding bearing may be incorporated between the mounting portion of the blade and the holder.
This wind turbine startup wind speed reduction device can automatically change the pitch angle of the blade at startup and after startup with the simple structure as described above, and without reducing the rated output at the rated wind speed, low wind speed Can start the windmill.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a front view of a horizontal axis propeller wind turbine provided with a starting wind speed reducing device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. , FIG. 4 is a front view of the horizontal axis propeller wind turbine at the rated wind speed, FIG. 5 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 4, and FIG. 6 is an enlarged view of a main part of the starting wind speed reducing device at the rated wind speed. 7 is a front view of a main part of a starting wind speed reducing device using a compression spring, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 7, and FIG. 9 is a starting wind speed reducing device using a compression spring at rated wind speed. FIG. 10 is a front view of a main part of the apparatus, FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line DD of FIG. 9, and FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of a starting wind speed reduction device incorporating a slide bearing.
[0011]
The horizontal axis propeller wind turbine shown in FIGS. 1 to 6 includes a rotor 7 that rotates about a horizontal rotor shaft 11 at the front end of a generator body 8 supported by a tower 9.
The rotor 7 includes three blades 2, a hub 4 fixed to a rotor shaft 11,
A holder 3 disposed on the front surface of the hub 4 and supporting the mounting portion 21 of the blade 2 slidably in the radial direction of the rotor shaft 11, and a tension spring 5 for pulling the blade 2 toward the center of the rotor shaft 11. It is configured.
[0012]
A spiral guide groove 1 is formed in the mounting portion 21 of the blade 2, and a guide pin 6 from the holder 3 is inserted into the guide groove 1. With this configuration, when the blade 2 moves in the radial direction of the rotor shaft 11, the blade 2 is guided around the blade axis Y to rotate and change the pitch.
A spring pin 10 is provided at the tip of the mounting portion 21 of the blade 2, and one end of the tension spring 5 is mounted on the spring pin 10. The other ends of the three tension springs 5 attached to the three blades 2 are connected and fixed to each other at a point on the axis Z of the rotor shaft 11.
[0013]
The three blades 2 are arranged at equal intervals so that the angle of intersection of each blade axis Y is 120 °, and the centrifugal force during rotation is evenly transmitted to the respective tension springs 5 so that a specific A change in the pitch angle of only the blade 2 is prevented.
When stopped, the wind turbine is on the rotor shaft 11 side because the blade 2 is pulled by the tension spring 5 as shown in FIGS. At this time, the blade 2 is held in a state in which the leading edge 22 is inclined to the windward side so as to have a pitch angle suitable for starting, and can be started at a low wind speed.
[0014]
When the rotor 7 starts rotating and reaches a predetermined rotation speed lower than the rated rotation speed, the blade 2 starts moving in a direction away from the rotor shaft 11 against the tensile force of the tension spring 5 due to centrifugal force. 4 to 6.
When moving, the blade 2 is guided by the spiral guide groove 1 and the guide pin 6 and rotates about the blade axis Y so that the leading edge 22 is retracted to the leeward side and the pitch angle is adjusted to the wind speed. Be changed. Therefore, the rated output at the rated wind speed does not decrease.
[0015]
When the wind speed decreases and the rotation speed of the rotor 7 drops below a predetermined rotation speed, the centrifugal force of the blade 2 decreases, and the blade 2 moves toward the center of the rotor shaft 11 by the tensile force of the tension spring 5. At this time, the blade 2 is guided by the spiral guide groove 1 and the guide pin 6 and rotates about the blade axis Y, so that the pitch angle of the blade 2 is changed so that it can be started at a low wind speed.
[0016]
Therefore, even after the rotation of the rotor 7 is stopped, it can be started again at a low wind speed.
This wind turbine startup wind speed reduction device can automatically change the pitch angle of the blade 2 at the time of startup and after startup with the simple structure described above, and can reduce the rated output at the rated wind speed without lowering the rated output. The windmill can be started at the wind speed.
In this wind turbine starting wind speed reduction device, the spiral guide groove 1 is formed in the mounting portion 21 of the blade 2, and the guide pin 6 is inserted into the guide groove 1 from the holder 3. Conversely, a guide groove may be provided on the holder side and a guide pin may be provided on the blade mounting portion side.
[0017]
When a compression spring is used, as shown in FIGS. 7 and 8, a counterbore portion is provided in the holder 3, the upper spring seat 31 is fitted therein, and the lower spring seat 32 and the spring pin 10 are sandwiched by the compression spring 51. To the mounting part 21 of the blade 2. The upper spring seat 31 and the lower spring seat 32 are formed in a convex shape so that the inner diameter of the compression spring 51 does not come into contact with the mounting portion 21, and a material having little friction is used to make the end face of the compression spring 51 slippery. Thus, the blade 2 can be pulled toward the center of the rotor shaft 11 by the repulsive force of the compression spring 51.
[0018]
When the wind turbine is stopped, it is located on the rotor shaft 11 side because the blade 2 is pulled by the compression spring 51 as shown in FIGS. At this time, the blade 2 is held in a state in which the leading edge 22 is inclined to the windward side so as to have a pitch angle suitable for starting, and can be started at a low wind speed.
When the rotor 7 starts rotating and reaches a predetermined rotation speed lower than the rated rotation speed, the blade 2 starts moving in a direction away from the rotor shaft 11 against the repulsive force of the compression spring 51 due to centrifugal force. 9 and FIG.
[0019]
When moving, the blade 2 is guided by the spiral guide groove 1 and the guide pin 6 and rotates about the blade axis Y so that the leading edge 22 is retracted to the leeward side and the pitch angle is adjusted to the wind speed. Be changed. Therefore, the rated output at the rated wind speed does not decrease.
When the wind speed decreases and the rotation speed of the rotor 7 drops below a predetermined rotation speed, the centrifugal force of the blade 2 decreases, and the blade 2 moves toward the center of the rotor shaft 11 due to the repulsive force of the compression spring 51. At this time, the blade 2 is guided by the spiral guide groove 1 and the guide pin 6 and rotates about the blade axis Y, so that the pitch angle of the blade 2 is changed so that it can be started at a low wind speed.
[0020]
If it is necessary to reduce the friction that hinders the pitch change, a sliding bearing 33 may be incorporated in the holder 3 as shown in FIG. FIG. 11 shows the starting wind speed reducing device using the tension spring 5, but the starting wind speed reducing device using the compression spring can be similarly incorporated.
Note that the hub and the holder may have an integral structure, and the hub and the rotor shaft may be integrally formed.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, the wind turbine starting wind speed reducing device of the present invention enables the pitch angle of the blade at startup and after startup to be automatically changed with a simple structure, without reducing the rated output at the rated wind speed. , Can start the windmill at low wind speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a horizontal axis propeller wind turbine provided with a starting wind speed reducing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part of the starting wind speed reducing device.
FIG. 4 is a front view of a horizontal axis propeller wind turbine at a rated wind speed.
FIG. 5 is a sectional view taken along the line BB in FIG. 4;
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a main part of the starting wind speed reducing device at the time of rated wind speed.
FIG. 7 is a front view of a main part of a starting wind speed reducing device using a compression spring.
FIG. 8 is a sectional view taken along line CC of FIG. 7;
FIG. 9 is a front view of a main part of a starting wind speed reducing device using a compression spring at a rated wind speed.
FIG. 10 is a sectional view taken along line DD of FIG. 9;
FIG. 11 is a sectional view of a main part of a start-up wind speed reduction device incorporating a slide bearing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Guide groove 2 Blade 3 Holder 4 Hub 5 Tension spring 6 Guide pin 7 Rotor 8 Generator body 9 Tower 10 Spring pin 11 Rotor shaft 21 Mounting part 22 Front edge 31 Upper spring seat 32 Lower spring seat 33 Slide bearing 51 Compression spring Y Blade axis Z Rotor axis axis
