JP2005061291A - Windmill structure of wind power generation device - Google Patents

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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a windmill structure capable of preventing damage due to strong wind. <P>SOLUTION: In the windmill structure of a wind power generation device driving a generator by rotation of a windmill provided with one or a plurality of radially extending blades, the blades include a frame body composed of a center rod extending from a blade support part in a radial direction, an upper part rod attached to a tip part of the center rod, a lower part rod rotatably attached to a base end part of the center rod, and a side edge rod, and sheet part stretched in a space surrounded by the frame body, and a control means rotating the lower part rod in response to wind speed is included. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、風力発電装置における複数の羽根を具備する風車の構造に関する。   The present invention relates to a structure of a windmill having a plurality of blades in a wind power generator.

プロペラ状の複数の羽根(ブレード)を具備する風車の回転により、発電を行う風力発電装置が知られている。図5は、このような風力発電装置の従来例の一つを概略的に示した図である。図5の風力発電装置は、支柱115の上端に風車100及び発電部が設置される。風車100は、中心の羽根支持部113から放射状に延びる等角度間隔で配置された3枚の羽根120a、120b及び120cを具備する。羽根支持部113は、主軸受112を介して主軸111と接続されており、風車の回転が主軸111へ伝達される。主軸111の回転により発電機114のロータを駆動し、電気を発生する。   2. Description of the Related Art A wind power generator that generates power by rotating a windmill including a plurality of propeller blades (blades) is known. FIG. 5 is a diagram schematically showing one conventional example of such a wind turbine generator. In the wind power generator of FIG. 5, the windmill 100 and the power generation unit are installed at the upper end of the support column 115. The windmill 100 includes three blades 120a, 120b, and 120c arranged at equal angular intervals extending radially from the central blade support portion 113. The blade support part 113 is connected to the main shaft 111 via the main bearing 112, and the rotation of the windmill is transmitted to the main shaft 111. The rotor of the generator 114 is driven by the rotation of the main shaft 111 to generate electricity.

通常、風向計及び風速計等のセンサ116も取り付けられており、風向計の情報に基づいて風の吹いてくる方向に風車100を向ける。すなわち、矢印R1のように支柱115を軸として風車100を回動させる。風車100は、前方から吹いてくる風によって矢印R2のように回転する。このような風車を有する風力発電装置については、特許文献1及び2等、多数の公知技術がある。
特開平8−128385号公報 特開2000−87841号公報
Usually, a sensor 116 such as an anemometer and an anemometer is also attached, and the windmill 100 is directed in the direction in which the wind blows based on information from the anemometer. That is, the windmill 100 is rotated about the support column 115 as indicated by an arrow R1. The windmill 100 rotates as indicated by an arrow R2 by the wind blowing from the front. There are many known technologies such as Patent Documents 1 and 2 for a wind turbine generator having such a windmill.
JP-A-8-128385 JP 2000-87841 A

上記のように、放射状の羽根からなる風車においては、風車の耐久力を超える強風によって破損するおそれがある。風力発電効率の観点からすれば、羽根の受風面積を大きくとることが好ましいが、強風に対する耐久力が低下する。従って、強風に耐え得るように羽根を細くし、また、受風面積を少しでも大きくとるために羽根の長さを長くした形状が、多く採用されている。   As described above, a windmill including radial blades may be damaged by a strong wind exceeding the durability of the windmill. From the viewpoint of wind power generation efficiency, it is preferable to increase the wind receiving area of the blades, but durability against strong winds is reduced. Therefore, a shape in which the blades are thinned to withstand strong winds and the blades are long in order to increase the wind receiving area as much as possible is often used.

特許文献1及び2では、強風に対する対策として1枚の羽根の風に対する角度を変化させることにより、風を受ける実効面積を制御して破損を防ぐ構造が開示されている。羽根の面を風の向きと平行にすることにより、風に対する抵抗をゼロにしようとするものである。   Patent Documents 1 and 2 disclose a structure for preventing breakage by controlling the effective area for receiving wind by changing the angle of one blade with respect to wind as a countermeasure against strong wind. By making the surface of the blade parallel to the direction of the wind, the resistance to the wind is made zero.

しかしながら、図5に示す通り、風車の羽根は平面ではなく、プロペラのように基端部から先端へと螺旋を描くように捻れている。これは、回転力を得るために、すなわちより高い発電効率を得るために好適な形状だからである。ところが、このように螺旋状に捻れた羽根120a等の羽根支持部113に対する取付角度を変化させても、すなわち羽根120a等の軸Cの周りで回転させても、羽根の面全体を風と平行にすることはできない。このような螺旋状に捻れた面をもつ羽根では、いずれかの部分が必ず風の抵抗を受けることとなり、耐久力以上の強風により破損することがある。   However, as shown in FIG. 5, the blades of the windmill are not flat but twisted so as to draw a spiral from the base end to the tip like a propeller. This is because the shape is suitable for obtaining rotational force, that is, for obtaining higher power generation efficiency. However, even if the mounting angle of the blade 120a or the like twisted in this manner with respect to the blade support portion 113 is changed, that is, the blade 120a or the like is rotated around the axis C, the entire surface of the blade is parallel to the wind. Can not be. In such a blade having a spirally twisted surface, any part is always subjected to wind resistance, and may be damaged by strong winds exceeding durability.

上記の問題点に鑑み、本発明は、風力発電装置の風車の構造において、高い発電効率を得るために好適な螺旋状の面をもつ羽根を具備し、かつ強風による破損を防止することができる構造を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention includes a blade having a spiral surface suitable for obtaining high power generation efficiency in a wind turbine structure of a wind turbine generator, and can prevent breakage due to strong wind. The purpose is to provide a structure.

上記の目的を達成すべく本発明は、以下の風車構造を提供する。
(1)請求項1に係る風力発電装置の風車構造は、主軸先端の羽根支持部から該主軸に対して放射状に延びる1又は複数の羽根を具備する風車の回転を該主軸に伝達することにより発電機を駆動する風力発電装置の風車構造である。前記羽根が、前記羽根支持部から放射方向に延びる中心ロッドと、該中心ロッドの先端部に連接部を介して取り付けられた上部ロッドと、該中心ロッドの基端部に該中心ロッドを軸として回動可能に取り付けられた下部ロッドと、該上部ロッド及び該下部ロッドの各々の先端部を連結すべく連接部を介して取り付けられた側縁ロッドとからなる枠体を有する。さらに、この4本のロッドからなる枠体により囲まれる空間に張られたシート部を有する。さらにまた、前記中心ロッドの軸方向からみた前記下部ロッドの前記上部ロッドに対する角度を風速に応じて変更すべく前記下部ロッドを回動させる制御手段とを有する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following wind turbine structure.
(1) The wind turbine structure of the wind turbine generator according to claim 1 transmits the rotation of the wind turbine including one or a plurality of blades extending radially from the blade support portion at the tip of the main shaft to the main shaft. It is a windmill structure of the wind power generator which drives a generator. A center rod extending radially from the blade support portion, a top rod attached to a tip portion of the center rod via a connecting portion, and a base rod of the center rod with the center rod as an axis It has a frame composed of a lower rod that is pivotably attached, and a side edge rod that is attached via a connecting portion so as to connect the tip ends of the upper rod and the lower rod. Furthermore, it has a sheet | seat part stretched in the space enclosed by the frame which consists of these four rods. Still further, there is provided control means for rotating the lower rod so as to change an angle of the lower rod with respect to the upper rod viewed from the axial direction of the central rod in accordance with a wind speed.

(2)請求項2に係る風力発電装置の風車構造は、請求項1において、前記下部ロッドを回動させる角度範囲が、90度の範囲であることを特徴とする。 (2) The wind turbine structure of the wind turbine generator according to claim 2 is characterized in that, in claim 1, an angle range for rotating the lower rod is a range of 90 degrees.

(3)請求項3に係る風力発電装置の風車構造は、請求項2において、前記90度の範囲が、前記主軸に対して垂直な方向から該主軸に対して平行な方向の間であることを特徴とする。 (3) The wind turbine structure of the wind turbine generator according to claim 3 is the wind turbine structure according to claim 2, wherein the range of 90 degrees is between a direction perpendicular to the main axis and a direction parallel to the main axis. It is characterized by.

(4)請求項4に係る風力発電装置の風車構造は、請求項1〜3のいずれかにおいて、前記下部ロッドの先端部から前記羽根支持部の方へ延びるロッド状の回動支持部と、前記羽根支持部上に穿設した回動ガイド溝とを有し、前記下部ロッドの回動に伴って該回動支持部が該回動ガイド溝内を移動することを特徴とする。 (4) The wind turbine structure of the wind turbine generator according to claim 4 is the rod-shaped rotation support portion extending from the tip end portion of the lower rod toward the blade support portion according to any one of claims 1 to 3, The rotation guide groove is formed on the blade support portion, and the rotation support portion moves in the rotation guide groove as the lower rod rotates.

(5)請求項5に係る風力発電装置の風車構造は、請求項1〜4のいずれかにおいて、前記シート部がステンレス鋼繊維からなるシートであることを特徴とする。 (5) The wind turbine structure of the wind turbine generator according to claim 5 is characterized in that in any one of claims 1 to 4, the sheet portion is a sheet made of stainless steel fibers.

本発明による風力発電装置の風車構造は、中心ロッド、上部ロッド、下部ロッド及び側縁ロッドの4本のロッドからなる枠体と、この枠体により囲まれる空間に張られたシート部とを有する各羽根が、羽根支持部から放射状に延びている。   A wind turbine structure of a wind turbine generator according to the present invention includes a frame body composed of four rods, a center rod, an upper rod, a lower rod, and a side edge rod, and a seat portion stretched in a space surrounded by the frame body. Each blade extends radially from the blade support.

許容範囲内の風速の場合は、下部ロッドが、中心ロッドの軸方向から見て上部ロッドと所定の角度をなす位置にある。好適には90度であり、さらに好適には下部ロッドが主軸に対して垂直な方向を向き、上部ロッドは主軸に対して平行な方向を向く。このとき、シート部は螺旋状に捻れた面を形成する。これにより、風力エネルギーを効率的に回転エネルギーへ変換できる羽根形状となる。   When the wind speed is within the allowable range, the lower rod is at a position that forms a predetermined angle with the upper rod when viewed from the axial direction of the center rod. Preferably, the angle is 90 degrees, and more preferably, the lower rod faces in a direction perpendicular to the main axis, and the upper rod faces in a direction parallel to the main axis. At this time, the sheet portion forms a spirally twisted surface. Thereby, it becomes a blade | wing shape which can convert wind energy efficiently into rotational energy.

風速が許容範囲を超えた場合は、下部ロッドを所定の角度だけ回動させ、上部ロッドとなす角度を変更する(具体的には小さくする)。これにより、シート部の螺旋状の面の捻れが小さくなり、より平面に近い羽根形状となる。また、羽根の向きが、風に対して平行な方向に近くなり、受ける風圧が低減される。最も極端な場合は、下部ロッドと上部ロッドのなす角度が0度、すなわち平行となる位置まで下部ロッドを回動させる。これにより、羽根形状は完全に平面となりかつ風の向きと平行になる。このとき、風圧を全く受けない状態となる。   When the wind speed exceeds the allowable range, the lower rod is rotated by a predetermined angle, and the angle formed with the upper rod is changed (specifically, reduced). Thereby, the twist of the spiral surface of a sheet | seat part becomes small, and it becomes a blade shape nearer to a plane. Further, the direction of the blades is close to the direction parallel to the wind, and the wind pressure received is reduced. In the most extreme case, the lower rod is rotated to a position where the angle between the lower rod and the upper rod is 0 degree, that is, parallel. Thus, the blade shape is completely flat and parallel to the wind direction. At this time, the wind pressure is not received at all.

本発明では、風速に応じて下部ロッドの回動角度を制御することにより、羽根形状を螺旋状と平面状の間で変化させ、かつ、羽根の向きを風圧を受ける向きから全く受けない向きへと変化させることができる。この結果、風圧による羽根の破損を防止できる。また、羽根の形状を幅広くして受風面積を大きくすることができ、変換効率の大きい形状とすることができる。さらに、同じ受風面積の場合、幅を広くすることで羽根の長さを従来よりも短くすることができるため、コンパクトかつ低コストで構築することができる。   In the present invention, by controlling the rotation angle of the lower rod according to the wind speed, the blade shape is changed between the spiral shape and the planar shape, and the direction of the blade is changed from the direction receiving the wind pressure to the direction not receiving at all. And can be changed. As a result, damage to the blades due to wind pressure can be prevented. Moreover, the shape of the blades can be widened to increase the wind receiving area, and the shape can be made high in conversion efficiency. Furthermore, in the case of the same wind receiving area, the length of the blades can be made shorter than before by increasing the width, so that it can be constructed compactly and at low cost.

図1は、本発明による風力発電装置の風車構造を示す概略的な外観斜視図である。風車10は、支柱(図示せず)の上端に発電機と共に設置される。発電機(図示せず)を駆動するための主軸11の先端部(図1では左側方向)に主軸受12を介して羽根支持部13が取り付けられている。図示の羽根支持部13には、主軸11に対して放射状に延びる3枚の羽根20a、20b及び20cが等角度間隔で取付けられている。主軸11の軸を符号C1で示す。主軸11の軸C1は、吹いてくる風に対して正対するように回転制御される(矢印R1)。この回転制御は、風向計(図示せず)の出力信号により行われる。   FIG. 1 is a schematic external perspective view showing a wind turbine structure of a wind turbine generator according to the present invention. The windmill 10 is installed with a generator at the upper end of a support (not shown). A blade support portion 13 is attached via a main bearing 12 to a tip portion (left side in FIG. 1) of the main shaft 11 for driving a generator (not shown). Three blades 20 a, 20 b, and 20 c that extend radially with respect to the main shaft 11 are attached to the illustrated blade support portion 13 at equal angular intervals. The axis of the main shaft 11 is denoted by reference numeral C1. The axis C1 of the main shaft 11 is rotationally controlled so as to face the blowing wind (arrow R1). This rotation control is performed by an output signal from an anemometer (not shown).

尚、本発明による風車構造は、1枚の羽根の構造に特徴がある。よって、各羽根はいずれも同じ構造であり、羽根の数は1枚であっても複数であってもよい。風により羽根20a等が羽根支持部13と共に回転すると、主軸11に回転が伝達され(矢印R2)、主軸11の回転により発電機が駆動され、発電が行われる。   The wind turbine structure according to the present invention is characterized by the structure of one blade. Therefore, each blade has the same structure, and the number of blades may be one or plural. When the blades 20a and the like rotate together with the blade support portion 13 by the wind, the rotation is transmitted to the main shaft 11 (arrow R2), and the generator is driven by the rotation of the main shaft 11 to generate electric power.

1枚の羽根20aについてその構造を説明する。羽根20aは、4本のロッドから構成される枠体を具備する。枠体を構成する第1のロッドは、羽根支持部13上に基端部が取り付けられ軸C1に対して放射方向に延びる中心ロッド21である。中心ロッド21の軸を符号C2で示す。第2のロッドは、中心ロッド21の先端部に連接部27を介して取り付けられた上部ロッド23である。第3のロッドは、中心ロッド21の基端部(基端部近傍含む)において中心ロッド21を軸として回動可能に取り付けられた下部ロッド24である。さらに、第4のロッドは、上部ロッド23及び下部ロッド24の各々の先端部を連結すべく連接部28及び29をそれぞれ介して取り付けられた側縁ロッド22である。ロッドの素材は、軽量で強度のある剛体であればよく、例えば金属製である。各連接部27、28、29は、連結される双方のロッド同士が互いにいずれの方向にも屈曲自在であるように連結する。   The structure of one blade 20a will be described. The blade | wing 20a comprises the frame comprised from four rods. The 1st rod which comprises a frame is the center rod 21 with which a base end part is attached on the blade | wing support part 13, and is extended to radial direction with respect to the axis | shaft C1. The axis | shaft of the center rod 21 is shown with code | symbol C2. The second rod is an upper rod 23 attached to the tip of the center rod 21 via a connecting portion 27. The third rod is a lower rod 24 that is rotatably attached to the proximal end portion (including the vicinity of the proximal end portion) of the central rod 21 with the central rod 21 as an axis. Further, the fourth rod is a side edge rod 22 attached via connecting portions 28 and 29 to connect the tip ends of the upper rod 23 and the lower rod 24, respectively. The material of the rod may be a lightweight and strong rigid body, for example, made of metal. The connecting portions 27, 28, and 29 are connected so that both connected rods can be bent in either direction.

さらに、これら4本のロッド21、22、23及び24からなる枠体により囲まれる空間に張られたシート部26を有する。シート部26の風に正対する面積が、実際に風を受ける受風面積として働く。シート部26は、フレキシブルで弾性をもつシート素材からなり、軽量で強度のあることが好ましい。例えば、ステンレス鋼繊維からなるシートを利用できる。後述するように、下部ロッド24の回動に伴ってシート部26の形状は変形するので、シート部26はこの変形を許容しかつ弛みなく張られた状態を維持する程度の弾性と可撓性を要する。   Furthermore, it has the sheet | seat part 26 extended | stretched in the space enclosed by the frame which consists of these four rods 21, 22, 23, and 24. FIG. The area facing the wind of the seat portion 26 serves as a wind receiving area that actually receives the wind. The seat part 26 is made of a flexible and elastic sheet material, and is preferably lightweight and strong. For example, a sheet made of stainless steel fibers can be used. As will be described later, since the shape of the seat portion 26 is deformed as the lower rod 24 is rotated, the seat portion 26 is elastic and flexible enough to allow the deformation and maintain a tensioned state without slack. Cost.

本発明においては、下部ロッド24が風速に応じて中心ロッド21の軸の周りで回動するように制御される(矢印R3)。その制御手段は、下部ロッド24の基端部が接続されたモータ軸30と、モータ軸30を回転駆動するモータ31である。さらに、モータ31に対して制御信号を供給する風速計(図示せず)である。風速計は、風速に対応した出力信号を発生し、これを制御信号としてモータ31へ供給する。尚、図示の例では、モータ軸30と中心ロッド21の間にはベアリング32が介在しており、中心ロッド21はモータ31によって影響を受けない。   In the present invention, the lower rod 24 is controlled to rotate around the axis of the central rod 21 according to the wind speed (arrow R3). The control means includes a motor shaft 30 to which the base end portion of the lower rod 24 is connected, and a motor 31 that rotationally drives the motor shaft 30. Furthermore, an anemometer (not shown) that supplies a control signal to the motor 31. The anemometer generates an output signal corresponding to the wind speed and supplies it to the motor 31 as a control signal. In the illustrated example, a bearing 32 is interposed between the motor shaft 30 and the center rod 21, and the center rod 21 is not affected by the motor 31.

図1の下部ロッド24の状態は、風速が許容範囲内にある場合である。この場合、下部ロッド24は、主軸11の軸C1に対してほぼ垂直な方向を向いており、一方、上部ロッド23は、主軸11の軸C1に対してほぼ平行に後方(図1では右側方向)へ向いている。すなわち、下部ロッド24と上部ロッド23とは中心ロッド21の軸C2の方向から見てほぼ直角(90度)をなしている。よって、シート部26は、下部ロッド24から上部ロッド23へ向かって螺旋状の捻れた面を形成している。この状態のとき、最も受風面積が大きく、発電効率が最大となる。   The state of the lower rod 24 in FIG. 1 is when the wind speed is within the allowable range. In this case, the lower rod 24 is oriented in a direction substantially perpendicular to the axis C1 of the main shaft 11, while the upper rod 23 is rearward substantially parallel to the axis C1 of the main shaft 11 (rightward direction in FIG. 1). ) That is, the lower rod 24 and the upper rod 23 are substantially perpendicular (90 degrees) when viewed from the direction of the axis C2 of the center rod 21. Therefore, the sheet portion 26 forms a spiral twisted surface from the lower rod 24 toward the upper rod 23. In this state, the wind receiving area is the largest and the power generation efficiency is maximized.

図示の例では、下部ロッド24の回動を円滑に行わせるために、下部ロッド24の先端部から羽根支持部13の方へ延びるロッド状の回動支持部25を設けている。加えて、羽根支持部13上には、下部ロッド24の回動範囲に対応した形状の回動ガイド溝14が穿設されている。回動支持部25の先端部は回動ガイド溝14内に挿入されており、下部ロッド24の回動に伴って回動支持部25が回動ガイド溝14に沿って移動する。   In the illustrated example, in order to smoothly rotate the lower rod 24, a rod-shaped rotation support portion 25 extending from the tip end portion of the lower rod 24 toward the blade support portion 13 is provided. In addition, a rotation guide groove 14 having a shape corresponding to the rotation range of the lower rod 24 is formed on the blade support portion 13. The distal end portion of the rotation support portion 25 is inserted into the rotation guide groove 14, and the rotation support portion 25 moves along the rotation guide groove 14 as the lower rod 24 rotates.

図1の状態のときに、風速の許容範囲を超えたならば、モータ31が下部ロッド24を回動させる。これにより、中心ロッド21の軸方向からみた下部ロッド24の上部ロッド23に対する角度が変わることとなる。従って、シート部26の形状及び風に対する向きが変化し、受風面積が変化する。   In the state of FIG. 1, if the allowable range of the wind speed is exceeded, the motor 31 rotates the lower rod 24. As a result, the angle of the lower rod 24 relative to the upper rod 23 as viewed from the axial direction of the center rod 21 changes. Accordingly, the shape of the seat portion 26 and the direction with respect to the wind change, and the wind receiving area changes.

次に、図2〜図4を参照して、本発明の風車構造の仕組みをさらに詳細に説明する。   Next, the mechanism of the wind turbine structure of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS.

図2(A)は、図1と同じ状態にある風車の羽根の概略的外観斜視図である。白抜き矢印の向きは、風の向きを表し、矢印の太さは、風速を相対的に表している(図3及び図4と対比)。下部ロッド24は、中心ロッド21の軸方向から見て上部ロッド23とほぼ90度をなしている。シート部26の面は、螺旋状となっている。図2(B)は、図2(A)の羽根の状態を中心ロッド21の軸方向から見た図である。このとき風に正対する実効面積すなわち受風面積は最大となる。図2(C)は、図2(A)の羽根の状態のとき、中心ロッド21の軸方向から見た下部ロッド24と上部ロッド23とのなす角度を模式的に示した図である。このとき、下部ロッド24と上部ロッド23とのなす角度はほぼ90度であり、下部ロッド24は、主軸の軸に対してほぼ垂直な方向を向いている。一方、上部ロッド23は、主軸の軸にほぼ沿った方向を向いている。   FIG. 2A is a schematic external perspective view of the blades of the windmill in the same state as FIG. The direction of the white arrow represents the direction of the wind, and the thickness of the arrow relatively represents the wind speed (contrast with FIGS. 3 and 4). The lower rod 24 forms approximately 90 degrees with the upper rod 23 when viewed from the axial direction of the center rod 21. The surface of the sheet portion 26 has a spiral shape. FIG. 2B is a view of the blade state of FIG. 2A viewed from the axial direction of the center rod 21. At this time, the effective area directly facing the wind, that is, the wind receiving area is maximized. FIG. 2C is a diagram schematically showing an angle formed by the lower rod 24 and the upper rod 23 when viewed from the axial direction of the center rod 21 in the state of the blade of FIG. At this time, the angle formed by the lower rod 24 and the upper rod 23 is approximately 90 degrees, and the lower rod 24 faces a direction substantially perpendicular to the axis of the main shaft. On the other hand, the upper rod 23 faces the direction substantially along the axis of the main shaft.

図3(A)は、図2の状態で風速がその許容範囲を超えたとき、下部ロッド24をその回動範囲のほぼ中間位置まで回動させた状態の風車の羽根の概略的外観斜視図である。風速は図2の場合よりも強くなっている。下部ロッド24は、中心ロッド21の軸方向から見て上部ロッド23とほぼ45度をなしている。下部ロッド24の回動により側縁ロッド22が図2の状態より立ち上がり、上部ロッド23の先端部を押し上げている。シート部26の面は螺旋状であるが、図2の状態よりも捻れが小さい。図3(B)は、図3(A)の羽根の状態を中心ロッド21の軸方向から見た図である。このとき風に正対する実効面積すなわち受風面積は、図2の場合よりも小さくなっている。これにより、図2の場合よりも受ける風圧が小さくなる。図3(C)は、図3(A)の羽根の状態のとき、中心ロッド21の軸方向から見た下部ロッド24と上部ロッド23とのなす角度を模式的に示した図である。このとき、下部ロッド24と上部ロッド23とのなす角度はほぼ40度である。上部ロッド23の向きは、主軸の軸にほぼ沿った方向を向いたままである。   FIG. 3A is a schematic external perspective view of the blades of the windmill in a state where the lower rod 24 is rotated to a substantially intermediate position in the rotation range when the wind speed exceeds the allowable range in the state of FIG. It is. The wind speed is stronger than in the case of FIG. The lower rod 24 forms approximately 45 degrees with the upper rod 23 when viewed from the axial direction of the center rod 21. The side rod 22 rises from the state shown in FIG. 2 by the rotation of the lower rod 24 and pushes up the tip of the upper rod 23. The surface of the sheet portion 26 is spiral, but the twist is smaller than in the state of FIG. FIG. 3B is a view of the blade state of FIG. 3A viewed from the axial direction of the central rod 21. At this time, the effective area directly facing the wind, that is, the wind receiving area, is smaller than in the case of FIG. Thereby, the wind pressure which receives is smaller than the case of FIG. FIG. 3C is a diagram schematically showing an angle formed by the lower rod 24 and the upper rod 23 when viewed from the axial direction of the center rod 21 in the state of the blade of FIG. At this time, the angle formed by the lower rod 24 and the upper rod 23 is approximately 40 degrees. The direction of the upper rod 23 remains in the direction substantially along the axis of the main shaft.

図4(A)は、図3の状態で風速がその許容範囲を超えたとき、下部ロッド24をその回動範囲のほぼ最終位置まで回動させた状態の風車の羽根の概略的外観斜視図である。風速は図3の場合よりもさらに強くなっている。下部ロッド24は、中心ロッド21の軸方向から見て上部ロッド23とほぼ0度をなし、すなわち平行である。側縁ロッド22は図3の状態よりもさらに立ち上がり、上部ロッド23の先端部をさらに押し上げている。このとき、シート部26は、平面状となる。図4(B)は、図4(A)の羽根の状態を中心ロッド21の軸方向から見た図である。このとき風に正対する実効面積すなわち受風面積は、ほとんどゼロとなっており、ほとんど風圧を受けない。図4(C)は、図4(A)の羽根の状態のとき、中心ロッド21の軸方向から見た下部ロッド24と上部ロッド23とのなす角度を模式的に示した図である。このとき、下部ロッド24と上部ロッド23とのなす角度はほぼ0度である。   4A is a schematic external perspective view of the blades of the windmill in a state where the lower rod 24 is rotated to almost the final position in the rotation range when the wind speed exceeds the allowable range in the state of FIG. It is. The wind speed is even stronger than in the case of FIG. The lower rod 24 forms substantially 0 degree with the upper rod 23 when viewed from the axial direction of the central rod 21, that is, is parallel to the upper rod 23. The side edge rod 22 rises further than the state of FIG. 3 and pushes the tip of the upper rod 23 further. At this time, the sheet portion 26 is planar. FIG. 4B is a view of the state of the blade of FIG. 4A as viewed from the axial direction of the central rod 21. At this time, the effective area directly facing the wind, that is, the wind receiving area is almost zero, and hardly receives wind pressure. FIG. 4C is a diagram schematically showing an angle formed by the lower rod 24 and the upper rod 23 when viewed from the axial direction of the center rod 21 in the state of the blade of FIG. At this time, the angle formed by the lower rod 24 and the upper rod 23 is approximately 0 degrees.

上記の図3では、下部ロッド24をその回動範囲のほぼ中間位置まで回動させて停止させたが、下部ロッド24の回動範囲内のどの位置でも下部ロッド24を停止させることができることは、いうまでもない。上記の通り、下部ロッド24を回動させる角度範囲は、ほぼ90度の範囲である。下部ロッド24がこの範囲を回動することにより、羽根のシート部は、螺旋形状から平面形状へと変化すると共に、受風面積が最大の向きからゼロへと変化する。この結果、許容範囲を超える風速による風車の破損を防止でき、許容範囲内の風速であれば極めて高い発電効率を得ることができる。   In FIG. 3 above, the lower rod 24 is rotated to a substantially intermediate position in the rotation range and stopped. However, the lower rod 24 can be stopped at any position within the rotation range of the lower rod 24. Needless to say. As described above, the angle range for rotating the lower rod 24 is approximately 90 degrees. As the lower rod 24 rotates in this range, the blade seat portion changes from a spiral shape to a planar shape, and the wind receiving area changes from the maximum direction to zero. As a result, the wind turbine can be prevented from being damaged by the wind speed exceeding the allowable range, and extremely high power generation efficiency can be obtained if the wind speed is within the allowable range.

好適には、下部ロッド24の回動範囲であるほぼ90度の範囲が、主軸の軸に対して垂直な方向から主軸の軸に対して平行な方向の間であるが、この90度の範囲が、いずれかの角度方向にずれていてもよい。   Preferably, the range of approximately 90 degrees, which is the rotation range of the lower rod 24, is between a direction perpendicular to the axis of the main axis and a direction parallel to the axis of the main axis. However, they may be displaced in any angular direction.

本発明による風力発電装置の風車構造を示す概略的な外観斜視図である。1 is a schematic external perspective view showing a wind turbine structure of a wind turbine generator according to the present invention. (A)は、図1と同じ状態にある風車の羽根の概略的外観斜視図である。(B)は、(A)の羽根の状態を中心ロッドの軸方向から見た図である。(C)は、(A)の羽根の状態のとき、中心ロッドの軸方向から見た下部ロッドと上部ロッドとのなす角度を模式的に示した図である。(A) is a schematic external perspective view of the blade | wing of a windmill in the same state as FIG. (B) is the figure which looked at the state of the blade | wing of (A) from the axial direction of the center rod. (C) is the figure which showed typically the angle which the lower rod and upper rod looked at from the axial direction of the center rod at the time of the blade | wing of (A). (A)は、図2の状態で風速がその許容範囲を超えたとき、下部ロッドをその回動範囲のほぼ中間位置まで回動させた状態の風車の羽根の概略的外観斜視図である。(B)は、(A)の羽根の状態を中心ロッドの軸方向から見た図である。(C)は、(A)の羽根の状態のとき、中心ロッドの軸方向から見た下部ロッド24と上部ロッドとのなす角度を模式的に示した図である。(A) is a schematic external perspective view of the blades of the windmill in a state where the lower rod is rotated to a substantially intermediate position in the rotation range when the wind speed exceeds the allowable range in the state of FIG. (B) is the figure which looked at the state of the blade | wing of (A) from the axial direction of the center rod. (C) is the figure which showed typically the angle which the lower rod 24 and upper rod looked at from the axial direction of the center rod in the state of the blade | wing of (A). (A)は、図3の状態で風速がその許容範囲を超えたとき、下部ロッド24をその回動範囲のほぼ最終位置まで回動させた状態の風車の羽根の概略的外観斜視図である。B)は、(A)の羽根の状態を中心ロッドの軸方向から見た図である。(C)は、(A)の羽根の状態のとき、中心ロッドの軸方向から見た下部ロッドと上部ロッドとのなす角度を模式的に示した図である。(A) is a schematic external perspective view of the blades of the windmill in a state in which the lower rod 24 is rotated to almost the final position in the rotation range when the wind speed exceeds the allowable range in the state of FIG. 3. . (B) is the figure which looked at the state of the blade | wing of (A) from the axial direction of the center rod. (C) is the figure which showed typically the angle which the lower rod and upper rod looked at from the axial direction of the center rod at the time of the blade | wing of (A). 風力発電装置の従来例の一つを概略的に示した図である。It is the figure which showed one of the prior art examples of a wind power generator roughly.

符号の説明Explanation of symbols

10 風車
11 主軸
12 主軸受
13 羽根支持部
20a、20b、20c 羽根
21 中心ロッド
22 側縁ロッド
23 上部ロッド
24 下部ロッド
25 回動支持部
26 シート部
27、28、29 連接部
30 モータ軸
31 モータ
32 ベアリング
100 風車
111 主軸
112 主軸受
113 羽根支持部
114 発電機
115 支柱
116 センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Windmill 11 Main shaft 12 Main bearing 13 Blade | wing support part 20a, 20b, 20c Blade | wing 21 Center rod 22 Side edge rod 23 Upper rod 24 Lower rod 25 Rotation support part 26 Seat part 27, 28, 29 Connection part 30 Motor shaft 31 Motor 32 Bearing 100 Windmill 111 Main shaft 112 Main bearing 113 Blade support 114 Generator 115 Strut 116 Sensor

Claims (5)

主軸先端の羽根支持部から該主軸に対して放射状に延びる1又は複数の羽根を具備する風車の回転を該主軸に伝達することにより発電機を駆動する風力発電装置の風車構造において、
前記羽根が、前記羽根支持部から放射方向に延びる中心ロッドと、該中心ロッドの先端部に連接部を介して取り付けられた上部ロッドと、該中心ロッドの基端部に該中心ロッドを軸として回動可能に取り付けられた下部ロッドと、該上部ロッド及び該下部ロッドの各々の先端部を連結すべく連接部を介して取り付けられた側縁ロッドとからなる枠体と、前記枠体により囲まれる空間に張られたシート部とを有し、かつ
前記中心ロッドの軸方向からみた前記下部ロッドの前記上部ロッドに対する角度を風速に応じて変更すべく前記下部ロッドを回動させる制御手段とを有することを特徴とする
風力発電装置の風車構造。
In the wind turbine structure of the wind turbine generator that drives the generator by transmitting the rotation of the wind turbine including one or more blades extending radially from the blade support portion at the tip of the main shaft to the main shaft,
A center rod extending radially from the blade support portion, a top rod attached to a tip portion of the center rod via a connecting portion, and a base rod of the center rod with the center rod as an axis Surrounded by the frame, a frame comprising a lower rod that is pivotally attached, and a side edge rod that is attached via a connecting portion to connect the tip of each of the upper rod and the lower rod. And a control means for rotating the lower rod so as to change the angle of the lower rod with respect to the upper rod as seen from the axial direction of the central rod according to the wind speed. A wind turbine structure of a wind turbine generator, comprising:
前記下部ロッドを回動させる角度範囲が、90度の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置の風車構造。   The wind turbine structure of the wind turbine generator according to claim 1, wherein an angle range in which the lower rod is rotated is a range of 90 degrees. 前記90度の範囲が、前記主軸に対して垂直な方向から該主軸に対して平行な方向の間であることを特徴とする請求項2に記載の風力発電装置の風車構造。   The wind turbine structure of the wind turbine generator according to claim 2, wherein the range of 90 degrees is between a direction perpendicular to the main axis and a direction parallel to the main axis. 前記下部ロッドの先端部から前記羽根支持部の方へ延びるロッド状の回動支持部と、前記羽根支持部上に穿設した回動ガイド溝とを有し、前記下部ロッドの回動に伴って該回動支持部が該回動ガイド溝内を移動することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の風力発電装置の風車構造。   A rod-shaped rotation support portion extending from the tip of the lower rod toward the blade support portion; and a rotation guide groove formed on the blade support portion, and accompanying the rotation of the lower rod The wind turbine structure of the wind turbine generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotation support portion moves in the rotation guide groove. 前記シート部がステンレス鋼繊維からなるシートであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の風力発電装置の風車構造。   The wind turbine structure of the wind power generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the sheet portion is a sheet made of stainless steel fibers.
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