JP2004124772A

JP2004124772A - 風車のブレーキシステム

Info

Publication number: JP2004124772A
Application number: JP2002288096A
Authority: JP
Inventors: Sadaaki Kitamura; 北村　禎章; Jiro Tsukahara; 塚原　次郎
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】強風時の風車の過回転を防ぐことができ、しかも、それを垂直軸型風車であるか水平軸型風車であるかを問わず簡素な構造で効果的に実現することができる風車のブレーキシステム。
【解決手段】ブレーキ作動体９の第２摩擦面９ｂを羽根車２の側の第１摩擦面８ａに押し付けて羽根車２の回転を減速するようになされている。そして、液体１３を出し入れできる液体受入れ部１０が備えられ、この液体受入れ部１０内にブレーキ作動体９が配置され、液体受入れ部１０への液体１３の供給によって、ブレーキ作動体９が浮力で上昇し、第２摩擦面９ｂが第１摩擦面８ａに押し付けられてブレーキがかかるようになされている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風車のブレーキシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術及び課題】
風力発電などにおいて、強風時の風車の過回転を防ぐ必要があり、本発明は、これを垂直軸型風車であるか水平軸型風車であるかを問わず簡素な構造で効果的に実現することができる風車のブレーキシステムを提供することを課題とする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、羽根車の側に第１摩擦面が備えられると共に、第２摩擦面を有するブレーキ作動体が備えられ、ブレーキ作動体の第２摩擦面を羽根車の側の第１摩擦面に押し付けて羽根車の回転を減速するようになされていることを特徴とする風車のブレーキシステムによって解決される。
【０００４】
このブレーキシステムでは、ブレーキ作動体の動きをコントロールし、ブレーキ作動体の第２摩擦面を羽根車の側の第１摩擦面に押し付けるだけで羽根車の回転を減速するようになされているものであり、垂直軸型風車であるか水平軸型風車であるかを問わず、強風時の風車の過回転を、簡素な構造で効果的に防ぐことができる。しかも、このようなブレーキ作動体の動作による摩擦ブレーキによって、ブレーキ作動体の作動のための手段として様々な手段をとることができ、ブレーキシステムの多様化を図っていくことができる。もちろん、摩擦による消耗品は安価に交換することができて、システムを永く安定良く使用していくことができる。
【０００５】
上記のブレーキシステムにおいて、液体を出し入れできる液体受入れ部が備えられ、この液体受入れ部内にブレーキ作動体が配置され、液体受入れ部への液体の供給によってブレーキ作動体が浮力で上昇し、第２摩擦面が第１摩擦面に押し付けられて羽根車の回転を減速するようになされているとよい。
【０００６】
このブレーキシステムでは、液体受入れ部内の液体の水位が上昇するように液体を供給するだけでブレーキ作動体は液体からの浮力を受けて上昇して摩擦面同士が接触し、摩擦力で羽根車の回転が減速される。ブレーキ力は、液体に浸かるブレーキ作動体の体積を大きくすればするほど大きくなり、液体に圧力をかけたりする必要はなく、浮力を利用して、簡素な機構でブレーキ作動体を作動させることができる。また、ブレーキの解除を液体受入れ部内の液体を除去するだけでよいから解除も容易である。しかも、液体から受ける浮力を利用したブレーキシステムであるから、摩擦面同士の接触時にダンパー効果が発生し、急激な力変動を防ぐことができ、別途ダンパーなどを備えさせる必要もない。液体としては、いつでも容易に確保することのできる水が最も一般的な例として挙げられる。
【０００７】
この場合に、液体を貯蔵するタンクが備えられ、該貯蔵タンクは液体受入れ部よりも高所に備えられ、その液頭差でタンク内の液が液体受入れ部に供給されるようになされている場合は、液体受入れ部への液体の供給をポンプなど使わずに行うことができ、風力という自然エネルギーで回転する風車において、水頭差という同じく自然エネルギーを利用してブレーキ作動体を作動させることができ、より自然に合致した風車を実現することができる。特に、タンクが雨水集水タンクである場合は、水の確保をコスト的に有利にしかも容易に行うことができる。
【０００８】
また、圧縮空気供給源が備えられ、ブレーキ作動体が圧縮空気供給源からの空気圧を受けることで変位して第２摩擦面が第１摩擦面に押し付けられ、羽根車の回転を減速するようになされているのもよい。この場合は、空気圧を利用してブレーキ作動を行うものであるから、圧縮空気供給源からの消費空気量はわずかであり、また、作動のための消費電力もないか、あってもわずかであり、コスト的に有利にブレーキをかけることができる。また、空気圧を設定することによってダンパーとしての機能をもたせるようにしてもよい。
【０００９】
【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。
【００１０】
図１に示す第１実施形態の風車１は、垂直軸型風車として知られているサボニウス型風車であり、その羽根車２は、図２に示すように、上下のプレート３，４間に２つの半円弧状翼５，５が中心を偏心させて備えられているもので、上プレート３の中心部から上回転軸６が上方に突出すると共に、下プレート４の中心部から下回転軸７が下方に突出し、図示しないが、上回転軸６が上支持部に回転自在に支持されると共に、下回転軸７が下支持部に回転自在に支承されることで、風力によって回転するようになされている。
【００１１】
このサボニウス型風車１において、図１に示すように、羽根車２の下プレート４の下面にブレーキパッド８が備えられ、このブレーキパッド８で羽根車２の側の第１摩擦面８ａが形成されている。そして、このブレーキパッド８の第１摩擦面８ａと対向するようにして羽根車２の下プレート４の下方にブレーキ作動体９が備えられている。
【００１２】
ブレーキ作動体９は、容器などからなる液体受入れ部１０内に配置される浮力受け部９ａと、上面を羽根車２の第１摩擦面８ａと正対する第２摩擦面９ｂとするプレート部９ｃとを備え、浮力受け部９ａとプレート部９ｃとは足９ｄ…で連接一体化されており、足９ｄがガイドされることで、上下方向に昇降することはできるが回転はできないようになされており、上昇することで上面の第２摩擦面９ｂが羽根車２の第１摩擦面８ａに押し付けられて羽根車２の回転にブレーキがかかり、下降することにより第２摩擦面９ｂが第１摩擦面８ａから離れてブレーキが解除されるようになされている。なお、ブレーキパッドはブレーキ作動体９の側にも備えられていてよいし、ブレーキ作動体９にのみ備えられていてもよいし、いずれもブレーキパッドによらない摩擦面で構成されていてもよい。要は、第１，第２の摩擦面８ａ，９ｂは、接触して摩擦でブレーキがかかるような面に構成されていればよい。
【００１３】
そして、雨水集水タンクなどからなる液体貯蔵タンク１１が備えられ、送液線１２を通じて液体受入れ部１０に液体１３が供給されるようになされている。このタンク１１は液体受入れ部１０よりも高所に設置され、その液頭差でタンク１１内の液体１３が液体受入れ部１０に供給されるようになされており、送液のためのポンプなどは備えられていない。１４は開閉弁で、液体受入れ部１０への液体の供給と供給停止の切換えを行うものである。
【００１４】
なお、開閉弁１４の開閉は、マニュアル操作で行うようにしてもよいし、自動で行うようにしてもよい。
【００１５】
自動の場合は、例えば、風速センサーと、風速センサーからの信号に基づいて一定風速を超えたとき、開閉弁１４を開の状態にし、一定風速以下になると開閉弁１４と閉の状態にする制御手段とを備えさせればよい。その場合の開閉弁１４は電磁弁などを使用するとよい。また、その場合に、液体受入れ部１０が供給液量より少ない液量を排出する構造のものになっていれば液体受入れ部１０内の液体を排出する制御を行う必要はないが、そのような構造になっていない場合には、バルブや栓等の液体排出手段を備えさせ、それを制御手段で、一定風速を超えたとき液体排出手段を排出不能の状態にし、一定風速以下になると排出可能の状態にするようにすればよい。もちろん、強風などにより一定風速を超えた場合に羽根車２の回転を停止してしまい、一定風速以下になっても停止し続けるように制御を行うようにしてもよい。
【００１６】
上記のブレーキシステムでは、図３（イ）に示すように、風Ｗが通常の強さの風であれば、液体受入れ部１０内を空にしておくことによって、ブレーキ作動体９の第２摩擦面９ｂは、羽根車２の側の第１摩擦面８ａから離間した状態を維持しており、羽根車２は効率良く回転し発電などを行う。
【００１７】
そして、風Ｗの速度が高くなって強風になった場合には、図３（ロ）に示すように、開閉弁１４を開き、タンク１１内の液を液体受入れ部１０に送り込んでいく。これにより、液体受入れ部１０内の液位が上昇していき、ブレーキ作動体９の浮力部９ａが液体１３中に浸かっていき、ブレーキ作動体９に浮力が作用してブレーキ作動体９は浮上していく。そして、ブレーキ作動体９の第２摩擦面９ｂが羽根車２の第１摩擦面８ａに押し付けられ、動摩擦力によって羽根車２の回転が抑えられる。液体受入れ部１０における液体１３の液位が高ければ高いほどブレーキ作動体９に作用する浮力は大きくなり、ブレーキが強く効いてくる。このブレーキ力によって、羽根車２は、強風時に回転を停止してしまうようにしてもよいし、風速に見合う回転速度よりも低い速度で回転を維持するようにしてもよい。後者の場合には、強風時にも回転を継続し、発電などを継続することができる。
【００１８】
そして、風Ｗの速度が低くなると、図３（ハ）に示すように、液体受入れ部１０内の液体１３を排出することで、ブレーキ作動体９は浮力から開放され、下降して、摩擦面８ａ，９ｂが接触を断ち、羽根車２は、再び効率良く回転していく。
【００１９】
このように、上記のブレーキシステムによれば、ブレーキ作動体９の動きをコントロールし、ブレーキ作動体９の第２摩擦面９ｂを羽根車２の側の第１摩擦面８ａに押し付けるだけで羽根車２の回転を減速するようになされているので、強風時の羽根車２の過回転を、簡素な構造で効果的に防ぐことができる。しかも、摩擦による消耗品は安価に交換することができて、永く使うことができる。
【００２０】
そして、本実施形態のブレーキシステムでは、ブレーキ作動体９を浮力を利用して動かす構造としているから、液体受入れ部１０内の液体１３の水位を上昇させるようにするだけでブレーキ作動体９を上昇させ摩擦面８ａ，９ｂ同士を接触させることができ、液体受入れ部１０内の液体１３に圧力をかけたりする必要はなく、浮力を利用して、簡素な機構でブレーキ作動体９を作動させることができる。また、ブレーキの解除も液体受入れ部１０内の液体を排出するだけでよいから解除も容易である。しかも、液体１３から受ける浮力を利用したブレーキシステムであるから、摩擦面８ａ，９ｂ同士の接触時にダンパー効果が発生し、急激な力変動を防ぐことができ、それでいて、別途バネなどのダンパーなどを備えさせる必要もない。
【００２１】
図４に示す第２実施形態のブレーキシステムでは、加圧室１５内にブレーキ作動体９が突出し、圧縮空気供給源としてのボンベ１６が備えられ、加圧室１５内をボンベ１６からの圧縮空気で加圧することによりブレーキ作動体９を上昇させ、ブレーキ作動体９の第２摩擦面９ｂを羽根車２の側の第１摩擦面８ａに押し付けるようになされたものである。１４は開閉弁であり、加圧された加圧室１５の空気を抜く機能も備えたものであるとよい。もちろん、ブレーキ作動体９は、上下方向に昇降することはできるが、回転はできないようになされている。このシステムにおいても、図５に示すように、開閉弁１４の開閉によって、空気圧により、強風時の羽根車２の過回転を防ぐことができる。
【００２２】
なお、開閉弁１４の開閉は、マニュアル操作で行うようにしてもよいし、自動で行うようにしてもよいことは、第１実施形態の場合と同様である。
【００２３】
本実施形態のブレーキシステムでは、ボンベ１６からの消費空気量はわずかであり、また、作動は圧縮空気によって行うから電力も消費せず、コスト的に有利にブレーキをかけることができる。
【００２４】
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、上記の実施形態では、ブレーキ作動体を動かす手段として、浮力を用いた場合と空気圧を用いた場合を示しているが、その他の手段が用いられてもよい。また、第１，第２の摩擦面８ａ，９ｂの設置位置に制限はない。また、上記の実施形態では、サボニウス型風車に適用した場合を示しているが、その他の垂直軸型風車に用いることもできるし、プロペラ型風車などの水平軸型風車に用いることもできる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上のとおりのものであるから、強風時の風車の過回転を防ぐことができ、しかも、それを垂直軸型風車であるか水平軸型風車であるかを問わず簡素な構造で効果的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の風車のブレーキシステムを示す断面側面図である。
【図２】風車の羽根車の斜視図である。
【図３】図（イ）〜図（ハ）はそれぞれ該ブレーキシステムの作動状態を示す断面側面図である。
【図４】第２実施形態の風車のブレーキシステムを示す断面側面図である。
【図５】図（イ）〜図（ハ）はそれぞれ該ブレーキシステムの作動状態を示す断面側面図である。
【符号の説明】
１…サボニウス型風車（風車）
２…羽根車
８ａ…第１摩擦面
９…ブレーキ作動体
９ｂ…第２摩擦面
１０…液体受入れ部
１１…液体貯蔵タンク
１３…液体
１５…加圧室
１６…ボンベ（圧縮空気供給源）

Claims

羽根車の側に第１摩擦面が備えられると共に、第２摩擦面を有するブレーキ作動体が備えられ、ブレーキ作動体の第２摩擦面を羽根車の側の第１摩擦面に押し付けて羽根車の回転を減速するようになされていることを特徴とする風車のブレーキシステム。
液体を出し入れできる液体受入れ部が備えられ、この液体受入れ部内にブレーキ作動体が配置され、液体受入れ部への液体の供給によってブレーキ作動体が浮力で上昇し、第２摩擦面が第１摩擦面に押し付けられて羽根車の回転を減速するようになされている請求項１に記載の風車のブレーキシステム。
液体を貯蔵するタンクが備えられ、該貯蔵タンクは液体受入れ部よりも高所に備えられ、その液頭差でタンク内の液が液体受入れ部に供給されるようになされている請求項２に記載の風車のブレーキシステム。
圧縮空気供給源が備えられ、前記ブレーキ作動体が圧縮空気供給源からの空気圧を受けることで変位して第２摩擦面が第１摩擦面に押し付けられ、羽根車の回転を減速するようになされている請求項１に記載の風車のブレーキシステム。