JP2005273642A - Wind power generator - Google Patents

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JP2005273642A JP2004124844A JP2004124844A JP2005273642A JP 2005273642 A JP2005273642 A JP 2005273642A JP 2004124844 A JP2004124844 A JP 2004124844A JP 2004124844 A JP2004124844 A JP 2004124844A JP 2005273642 A JP2005273642 A JP 2005273642A
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攻 芳我
Hiroshi Asanuma
博 浅沼
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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 medium/small-sized wind power generator suppressing an increase in the number of revolution of a windmill at the time of strong wind without using a mechanical mechanism, greatly decreasing a mechanical failure, and eliminating the need of maintenance. <P>SOLUTION: A windmill blade is structured as a smart blade 1 from laminated material of aluminum alloy thin plate and CFRP having an inverse symmetry structure. An excessive electric current at the time of strong wind is made to pass through the smart blade 1. Joule heating is carried out, and a load is increased to suppress the number of revolution. If wind velocity is increased further, and a surplus current that cannot be completely consumed by air-cooling is generated, the smart blade is twisted and deformed by temperature rise to reduce dynamic lift to suppress output. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、風力発電装置に関し、特に、市街地や家庭への普及を目的とした中小型風力発電装置において強風時の風車の回転数の上昇を抑制できるようにした装置に関する。  The present invention relates to a wind turbine generator, and more particularly to a device capable of suppressing an increase in the rotational speed of a windmill in a strong wind in a medium-sized and small-sized wind turbine generator for the purpose of spreading to urban areas and homes.

風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置は環境負荷の極めて小さいエネルギー源として普及が期待されている。風力発電はウインドファームのような大規模発電施設によるもののほか、小規模分散型エネルギー源として市街地や家庭での設置を目的とした中小型タイプのものが提案されている。  Wind power generators that convert wind energy into electrical energy are expected to spread as an energy source with an extremely low environmental load. In addition to large-scale power generation facilities such as wind farms, wind power generation has been proposed as a small-scale distributed energy source for small and medium-sized installations intended for installation in urban areas and homes.

しかしながら、このような中小型風力発電装置は、強風時に風車が高速で回転し、風切り音を発生することが市街地や家庭への普及の妨げとなる原因となっており、静粛運転の必要性が求められている。
台風のような強風時においては、発電装置の出力側電流をショートさせ回転を停止させる方法が一般に取られているが、そこまでに至らない強風時の中小型風力発電装置の回転抑制方法としては、1)ローター偏向式、2)ピッチ制御式、または、3)特許文献1に開示の発電装置の回転子と固定子の間隔を制御する方法等が用いられ、あるいは提案されている。
However, in such small and medium-sized wind power generators, the windmill rotates at high speed during strong winds, and the generation of wind noise is a cause that hinders the spread to urban areas and homes. It has been demanded.
In a strong wind such as a typhoon, a method of stopping the rotation by short-circuiting the output side current of the power generator is generally taken, but as a method of suppressing the rotation of a small and medium-sized wind power generator during a strong wind that does not reach that point 1) A rotor deflection type, 2) a pitch control type, or 3) a method of controlling the distance between the rotor and the stator of the power generation apparatus disclosed in Patent Document 1 is used or proposed.

特開2003−324896  JP2003-324896

しかし、上述した従来の方式は何れも、精巧な機械的機構を必要とし、製造コストの上昇となる。それとともに、精巧であるために故障の確率が増大する。そして、常に風雨にさらされる風力発電装置としては、メンテナンスが欠かせず、維持するために手間がかかる。
本発明は、中小型風力発電装置の強風時の風車の回転数の上昇を、なんらの機械的機構を用いることなく抑制する方法に関するものであり、特に中小型風力発電装置の静粛運転を可能とし、市街地および家庭において設置可能な風力発電装置、特に中小型風力発電装置を提供するものである。
However, any of the conventional methods described above requires an elaborate mechanical mechanism, which increases the manufacturing cost. At the same time, the probability of failure increases due to sophistication. And, as a wind power generator that is constantly exposed to wind and rain, maintenance is indispensable, and it takes time and effort to maintain it.
The present invention relates to a method for suppressing an increase in the rotational speed of a windmill during a strong wind of a small and medium-sized wind power generation device without using any mechanical mechanism, and particularly enables quiet operation of the small and medium-sized wind power generation device. The present invention provides a wind power generator that can be installed in an urban area and a home, and particularly a small and medium wind power generator.

本発明においては、回転軸の一端部側に風車羽根を取着し他端部側に回転子を連結し、風車羽根の回転で回転子を駆動して発電する風力発電装置において、
回転羽根が、金属薄板およびCFRP薄板、および金属薄板とCFRP薄板を電気的に絶縁するための絶縁性FRP薄板、または絶縁性フィルムを厚さ方向に積層するとともに、CFRP薄板および絶縁性FRP薄板、またはCFRP薄板および絶縁性フィルムを、回転羽根の厚さ方向の羽根中央面に対して逆対称に配置したスマートブレードとして構成されており、
回転羽根、回転軸および回転子の少なくとも一部材の回転状態を検出し、検出した回転状態が予め設定した閾値を越えると回転子で発生した電流をスマートブレードのCFRPに流す回転状態検出装置が設けられていることを特徴とする風力発電装置により、上述した課題を達成する。
In the present invention, in a wind turbine generator that attaches a windmill blade to one end side of the rotating shaft and connects a rotor to the other end side, and drives the rotor by rotation of the windmill blade to generate power.
The rotating blades are laminated in the thickness direction with a metal thin plate and a CFRP thin plate, and an insulating FRP thin plate or an insulating film for electrically insulating the metal thin plate and the CFRP thin plate, and a CFRP thin plate and an insulating FRP thin plate, Alternatively, the CFRP thin plate and the insulating film are configured as smart blades arranged inversely symmetrically with respect to the blade central surface in the thickness direction of the rotary blade,
A rotation state detection device is provided that detects the rotation state of at least one member of the rotor blade, the rotation shaft, and the rotor, and flows the current generated by the rotor to the CFRP of the smart blade when the detected rotation state exceeds a preset threshold value. The above-described problem is achieved by a wind power generator characterized by being provided.

本発明においては、更に、スマートブレードに温度センサーが設けられ、温度センサーの検知温度が予め設定した限界温度を越えると回転子とは別の電源からスマートブレードに電流を流してスマートブレードを大きく変形させ失速状態とするコントローラが設けられていてもよい。  In the present invention, the smart blade is further provided with a temperature sensor, and when the detected temperature of the temperature sensor exceeds a preset limit temperature, a current is passed from the power source different from the rotor to the smart blade to greatly deform the smart blade. There may be provided a controller for causing the vehicle to stall.

本発明における金属薄板としては、アルミニューム合金板、チタン板、チタン合金板、鉄板、ステンレス鋼板等の鉄合金板、銅板または銅合金板等の一種または複数種を用いることができ、特に、アルミニューム合金板は強度および熱膨脹係数が大きく、温度変化に対して変形が大きいことから好ましい。  As the metal thin plate in the present invention, an aluminum alloy plate, a titanium plate, a titanium alloy plate, an iron plate such as an iron plate and a stainless steel plate, or one or more of a copper plate or a copper alloy plate can be used. Pneumatic alloy plates are preferred because of their high strength and thermal expansion coefficient and large deformation with respect to temperature changes.

CFRPは炭素繊維強化樹脂(カーボン・ファイバー・リンフォースド・プラスチック)であり、絶縁性FRPは非伝導性繊維と樹脂から成る、ファイバー・リンフォースド・プラスチックである。ここに、CFRP薄板および絶縁性FRPまたはCFRP薄板および絶縁性フィルムは、回転羽根の厚さ方向の羽根中央面に対して逆対称に配置されている。すなわち、CFRP薄板および絶縁性FRPはそれらの弾性主軸方向が、回転羽根の長手方向軸線に対して角度をなして配置され、その傾斜角度は回転羽根の厚さ方向に見て、羽根中央面より上側は+θ、下側は−θと、その絶対値が等しく向きが逆になっている。
本発明においては、逆対称に配置したCFRPに電流を流してジュール加熱することにより、別に機械的なアクチュエータ等を設けなくとも回転羽根を変形させることができ、本特許請求の範囲および明細書においては、このような特性を有する羽根をスマートブレードと称している。
CFRP is a carbon fiber reinforced resin (carbon fiber reinforced plastic), and insulating FRP is a fiber reinforced plastic made of non-conductive fibers and resin. Here, the CFRP thin plate and the insulating FRP or CFRP thin plate and the insulating film are disposed in an antisymmetric manner with respect to the blade central surface in the thickness direction of the rotary blade. That is, the CFRP thin plate and the insulating FRP are arranged such that the elastic principal axis direction forms an angle with respect to the longitudinal axis of the rotary blade, and the inclination angle is smaller than the blade central surface when viewed in the thickness direction of the rotary blade. The upper side is + θ and the lower side is −θ, and their absolute values are equal and the directions are reversed.
In the present invention, the rotating blades can be deformed without providing a mechanical actuator or the like by supplying current to the CFRP arranged in an opposite symmetry to perform Joule heating. Refers to a blade having such characteristics as a smart blade.

本発明の回転状態検出装置は、回転羽根、回転軸および回転子の少なくとも一部材の回転状態を検出する。ここに、回転状態としては、回転数、回転速度、または回転子の発電電流値等である。  The rotational state detection device of the present invention detects the rotational state of at least one member of the rotary blade, the rotary shaft, and the rotor. Here, the rotation state includes a rotation speed, a rotation speed, or a generated current value of the rotor.

本発明においては、回転状態検出装置により、回転羽根、回転軸および回転子の少なくとも一部材の回転状態を検出し、検出した回転状態が予め設定した閾値を越えると回転子で発生した電流をスマートブレードのCFRPに流す。これにより、スマートブレードは発熱する。回転羽根は回転軸の先端で回転するので、風車に吹きつける風よりも大きな周速であり、回転羽根のスマートブレードは効率よく冷却され、発電装置の余剰電流を消費する。これにより回転子の回転を適性値に抑制することができる。なお、、スマートブレードは、流す電流が或る値までは、発熱はするが、殆ど変形はしない。  In the present invention, the rotation state detection device detects the rotation state of at least one member of the rotating blade, the rotation shaft, and the rotor, and if the detected rotation state exceeds a preset threshold value, the current generated in the rotor is smartly detected. Pour into the CFRP of the blade. As a result, the smart blade generates heat. Since the rotating blade rotates at the tip of the rotating shaft, the peripheral speed is higher than the wind blown to the windmill, and the smart blade of the rotating blade is efficiently cooled and consumes surplus current of the power generator. Thereby, rotation of a rotor can be suppressed to an appropriate value. Note that the smart blade generates heat up to a certain value of the flowing current, but hardly deforms.

更にスマートブレードに流す電流が増すと、CFRP薄板および絶縁性FRP薄板、またはCFRP薄板および絶縁性フィルムを回転羽根の厚さ方向の羽根中央面に対して逆対称に配置しているので、スマートブレードは温度上昇とともにねじれ変形を生ずる。これにより、放熱によっても消費しきれない余剰電力はねじれ変形を生じさせることに消費され、また、捩じれ変形によりスマートブレードに揚力減少が生じて回転羽根の回転が減速される。これらにより、回転子の回転が抑制され、適性値となる。  Further, when the current flowing to the smart blade is increased, the CFRP thin plate and the insulating FRP thin plate, or the CFRP thin plate and the insulating film are arranged in reverse symmetry with respect to the blade central surface in the thickness direction of the rotary blade. Causes torsional deformation with increasing temperature. As a result, surplus power that cannot be consumed even by heat dissipation is consumed to cause torsional deformation, and the torsional deformation causes a reduction in lift of the smart blade, thereby slowing down the rotation of the rotating blades. By these, rotation of a rotor is suppressed and it becomes a suitable value.

なお、好ましくは、実施例に示すように、スマートブレードに温度センサーが設けられ、回転子の回転数を制御しきれないほどの強風時においては、温度センサーの検知温度が予め設定した限界温度を越えると、上述のように回転子からスマートブレードに電流を流すことに加えて、蓄電池等の別電源からスマートブレードに直接電流を投入して、スマートブレードを大きくねじれ変形させることにより、回転羽根を失速状態に導き、限界回転数、限界速度もしくは限界電流値等の限界値を越えないようにしてもよい。  Preferably, as shown in the embodiment, the smart blade is provided with a temperature sensor, and the detected temperature of the temperature sensor has a preset limit temperature when the wind is so strong that the rotation speed of the rotor cannot be controlled. When exceeding, in addition to flowing current from the rotor to the smart blade as described above, by directly applying current to the smart blade from another power source such as a storage battery, the smart blade is greatly twisted and deformed, so that the rotating blade is A stalled state may be introduced so that a limit value such as a limit rotational speed, a limit speed, or a limit current value is not exceeded.

本発明に係るスマートブレードは発熱体であると同時に放熱体でもあり、しかも発熱、放熱のバランスが崩れ、温度が上昇するとそれに合わせて自身のねじれ角度を変化させることができる。
このブレードを利用することにより、強風時に風車の回転数が所定の値に上昇し、必要とする電力を越えた場合に、余剰となった電力を、まずブレード自身を加熱することに使うことによって発電装置に負荷を加え、その負荷による回転子の回転トルクの増大により風車の回転を抑制する。
さらなる風速の増大に対してはスマートブレードのねじれ角を変化させることにより、揚力を減少させ、風車の回転トルクと回転子の回転トルクとのバランスを崩し風車の回転数を抑制する。
さらなる強風に対しては、電池等の別電源から電流を流し、スマートブレードのねじれを大きくして失速状態にし、回転を抑えることができる。
それでも回転を抑制できないほどの強風に対しては発電装置の出力を短絡させ回転を完全に停止させる。
The smart blade according to the present invention is not only a heat generator but also a heat radiator, and the balance between heat generation and heat radiation is lost, and when its temperature rises, its own twist angle can be changed accordingly.
By using this blade, when the wind turbine speed rises to a predetermined value during strong winds and exceeds the required power, the surplus power is first used to heat the blade itself. A load is applied to the power generator, and the rotation of the wind turbine is suppressed by increasing the rotational torque of the rotor due to the load.
To further increase the wind speed, the torsion angle of the smart blade is changed to reduce the lift, and the balance between the rotational torque of the windmill and the rotational torque of the rotor is lost to suppress the rotational speed of the windmill.
For further strong winds, current can be supplied from a separate power source such as a battery, and the twist of the smart blade can be increased to stall, thereby suppressing rotation.
For strong winds that still cannot suppress rotation, the output of the power generator is short-circuited to stop rotation completely.

以上のように、本発明に係る風車の回転速度制御に関しては、速度抑制のための機械的機構を全く必要としないため、機械的故障は大幅に減少し、メンテナンスフリーのシステムが構築できる。
また、夜間には分流回路の閾値を下げ、回転抑制の始動値を低くして低速回転を維持するように設定することもでき、設置条件や使用目的に合った運転制御を可能とするものである。
As described above, regarding the rotational speed control of the wind turbine according to the present invention, since no mechanical mechanism for speed control is required, mechanical failure is greatly reduced, and a maintenance-free system can be constructed.
It can also be set to maintain low speed rotation by lowering the threshold value of the shunt circuit at night and lowering the starting value of rotation suppression, enabling operation control that suits installation conditions and purpose of use. is there.

発明の実施をするための最良の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下に本発明の実施の形態を、本発明の実施例を図示した図面を用いて具体的に説明する。図1は、本発明に用いるスマートブレードの構造を示す斜視図である。
図1において、金属薄板2、絶縁性FRP薄板または絶縁性フィルムから成る絶縁層3、逆対称積層CFRP4、絶縁層3および金属薄板2が厚さ方向に積層されている。
金属薄板2はアルミニューム合金板により作られており、放熱部材となると同時に、逆対称積層CFRP4および絶縁層3の温度上昇に伴う曲げ剛性の低下を補う。
CFRP部4は、CFRP一方向プリプレグで構成され、CFRPは板厚中心面に対し上下の繊維方向がそれぞれ、+θおよび−θとなるように積層されている。なお、この実施例においては、θを45°に設定した。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating examples of the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a smart blade used in the present invention.
In FIG. 1, a metal thin plate 2, an insulating layer 3 made of an insulating FRP thin plate or an insulating film, an inversely symmetric laminated CFRP 4, an insulating layer 3 and a metal thin plate 2 are laminated in the thickness direction.
The metal thin plate 2 is made of an aluminum alloy plate and serves as a heat dissipation member, and at the same time, compensates for a decrease in bending rigidity due to the temperature rise of the antisymmetric laminated CFRP 4 and the insulating layer 3.
The CFRP section 4 is constituted by a CFRP unidirectional prepreg, and the CFRP is laminated so that the upper and lower fiber directions are + θ and −θ, respectively, with respect to the plate thickness center plane. In this example, θ was set to 45 °.

図1において、積層された上側の絶縁層3内の左端には銅箔製プラス電極7が装着され、それに接続する、層内を左から右に貫通する銅箔製導電回路が一緒に積層されており、その右端はコの字状に折曲げられ、その下側先端は積層CFRP4の厚さ方向の羽根中央面の右側位置に挿入されている。また、積層CFRP4の厚さ方向の羽根中央面の左側位置には銅箔製マイナス電極5が装着されている。
プラス電極7とマイナス電極5間に電圧をに印加すると、プラス電極7から絶縁層内の導電回路を通りCFRP4に流れた電流がCFRP部をジュール加熱し、マイナス電極5に流れる構造になっている。
In FIG. 1, a copper foil positive electrode 7 is attached to the left end of the laminated upper insulating layer 3, and a copper foil conductive circuit that penetrates the layer from left to right is laminated together. The right end of the laminated CFRP 4 is inserted into the right side of the blade central surface in the thickness direction. Also, a copper foil minus electrode 5 is mounted on the left side of the blade central surface in the thickness direction of the laminated CFRP 4.
When a voltage is applied between the plus electrode 7 and the minus electrode 5, the current flowing from the plus electrode 7 through the conductive circuit in the insulating layer to the CFRP 4 joules the CFRP part and flows to the minus electrode 5. .

製作に際しては、以上のように積層構成した金属薄板2、絶縁層3、逆対称積層CFRP4、絶縁層3および金属薄板2、その他電極材料などの積層素材を平板状の金型に挟み、加熱、加圧して硬化させる。これを室温まで冷却後、脱型すれば所定の設計意図に応じたねじれ変形したスマートブレード1が得られる。  At the time of production, the laminated material such as the thin metal plate 2, the insulating layer 3, the reverse symmetrical laminated CFRP4, the insulating layer 3 and the thin metal plate 2, and other electrode materials laminated as described above are sandwiched between flat plate molds, heated, Press to cure. If this is cooled to room temperature and then removed from the mold, a torsionally deformed smart blade 1 according to a predetermined design intention can be obtained.

なお絶縁層3として絶縁性の一方向プリプレグを使用すれば、その繊維方向とCFRP層の繊維方向を一致させて積層することにより、FRP部分全体として±θとなる逆対称構造とすることができる。これにより、ねじれ変形の大きさの設計自由度を増大することが可能である。  If an insulating unidirectional prepreg is used as the insulating layer 3, the FRP portion as a whole can have an inversely symmetric structure of ± θ by laminating the fiber direction with the fiber direction of the CFRP layer. . Thereby, it is possible to increase the degree of freedom in designing the magnitude of torsional deformation.

2つある絶縁層3のうち、図1において下側に示す絶縁層3には、極細の熱電対または光ファイバーなどの温度センサー8が埋め込まれている。これによりスマートブレード1の温度をリアルタイムで測定し、その時のブレード1のねじれ角を知ることができる。  Among the two insulating layers 3, a temperature sensor 8 such as an ultrafine thermocouple or an optical fiber is embedded in the insulating layer 3 shown on the lower side in FIG. 1. Thereby, the temperature of the smart blade 1 can be measured in real time, and the twist angle of the blade 1 at that time can be known.

図3はこのようにして製作されたスマートブレード1の作動を、スマートブレードの温度−ねじれ角度の線図で示している。すなわち、図1において、電極5、7より直流電流をCFRP層に流すことによりCFRP層にジュール熱が発生するので、このジュール熱をセンサー8で測定し、その温度に対するスマートブレードのねじれ角を測定し、スマートブレードの温度に対するねじれ角度の変化として表している。  FIG. 3 shows the operation of the smart blade 1 produced in this way in a diagram of the temperature-twist angle of the smart blade. That is, in FIG. 1, Joule heat is generated in the CFRP layer by passing a direct current from the electrodes 5 and 7 to the CFRP layer. This Joule heat is measured by the sensor 8 and the twist angle of the smart blade with respect to the temperature is measured. It is expressed as a change in the twist angle with respect to the temperature of the smart blade.

また図4はスマートブレードを具備した発電装置の作動原理を示している。回転羽根(スマートブレード1)、回転軸および回転子17の少なくとも一部材の回転状態を検出するために回転状態検出装置の一態様として回転センサー10が設けられている。図5に図示した実施例においては、回転センサー10は回転子17の回転数を検出する。
コントローラー9は回転センサー10の情報に基づき、発電機11あるいは蓄電池12等の別に設けた電源からの電流をスマートブレード1のCFRP層に流し、CFRP層をジュール加熱する。これにより、ブレードは電力を、熱とひずみエネルギーに変換する。この動作原理により以下に述べるように風力発電装置の回転速度制御が可能となる。
FIG. 4 shows the principle of operation of the power generator equipped with the smart blade. In order to detect the rotation state of at least one member of the rotary blade (smart blade 1), the rotation shaft, and the rotor 17, a rotation sensor 10 is provided as one aspect of the rotation state detection device. In the embodiment illustrated in FIG. 5, the rotation sensor 10 detects the number of rotations of the rotor 17.
Based on information from the rotation sensor 10, the controller 9 causes a current from a separately provided power source such as the generator 11 or the storage battery 12 to flow through the CFRP layer of the smart blade 1 and joule-heats the CFRP layer. This causes the blade to convert power into heat and strain energy. This operation principle enables the rotational speed control of the wind power generator as described below.

通常は、回転羽根の回転により発電された電力は、コントロラー9により、発電装置に接続された負荷(伝統や電動機等)で消費されたり、あるいは余剰電力として蓄電池12に蓄えられる。
しかし、風速が増大し、回転子17の回転数、風車の回転速度、または発電電流値が予め設定した所定値以上になると、その状態に至ったことを検出装置10により検出する。検出値が所定の値を越えて上昇した場合に、コントローラー9によって余剰電流をスリップリング18を通じてスマートブレードの1に流し、スマートブレード1を発熱させ、同時に吹きつける風によって冷却することにより余剰電流を消費してしまうことにより回転子17の回転を適性値に抑制する。なお、、スマートブレードは、流す電流が或る値までは、発熱はするが、殆ど変形はしない。
Normally, the electric power generated by the rotation of the rotary blades is consumed by the controller 9 by a load (tradition, electric motor, etc.) connected to the power generation device, or stored in the storage battery 12 as surplus power.
However, when the wind speed increases and the rotational speed of the rotor 17, the rotational speed of the windmill, or the generated current value exceeds a predetermined value, the detection device 10 detects that the state has been reached. When the detected value rises beyond a predetermined value, surplus current is caused to flow to the smart blade 1 through the slip ring 18 by the controller 9, the smart blade 1 is heated, and the surplus current is cooled by simultaneously blowing wind. By consuming it, the rotation of the rotor 17 is suppressed to an appropriate value. Note that the smart blade generates heat up to a certain value of flowing current, but hardly deforms.

スマートブレード1のCFRP部4および絶縁層3の積層角度±θを調節することにより、温度上昇とともに適切なねじれ変形を生ずるような構造としている。放熱によっても消費しきれない余剰電力が生じると、この電流をスマートブレード1に流すことにより、スマートブレード1はねじれ変形を生じる。このようにねじれ変形させることにより、電流は大量に消費される。また、スマートブレード1の変形により、スマートブレード1の揚力減少を生ずるので、これを利用して回転子17の回転を一層抑制する。  By adjusting the stacking angle ± θ of the CFRP portion 4 and the insulating layer 3 of the smart blade 1, the structure is such that appropriate torsional deformation is caused as the temperature rises. When surplus power that cannot be consumed even by heat radiation is generated, the smart blade 1 is twisted by flowing this current through the smart blade 1. By twisting in this way, a large amount of current is consumed. Further, the deformation of the smart blade 1 causes the lift of the smart blade 1 to decrease, and this is used to further suppress the rotation of the rotor 17.

以上の方法によってもなお回転数を制御しきれないほどの強風時においては、蓄電池12からスマートブレード1に直接電流を投入し、スマートブレード1を大きくねじれ変形させる。これにより羽根を失速状態に導くことができ、回転羽根が限界回転数(または限界速度もしくは限界電流値)を越えないようにすることができる。  When the wind is so strong that the rotational speed cannot be controlled even by the above method, current is directly supplied from the storage battery 12 to the smart blade 1 to greatly twist and deform the smart blade 1. As a result, the blades can be brought into a stalled state, and the rotating blades can be prevented from exceeding the limit rotation speed (or limit speed or limit current value).

更に風速が上昇して回転羽根の回転数が上昇し続ける場合には、その時のブレード温度を埋め込んである熱センサー8等の温度測定装置13によって検出し、それが予め決めてある限界温度に達すれば出力短絡装置20によって発電装置出力を短絡させ風車の回転を停止させる。  If the wind speed further increases and the rotational speed of the rotating blade continues to increase, the blade temperature at that time is detected by the temperature measuring device 13 such as the thermal sensor 8 embedded therein, and it reaches a predetermined limit temperature. For example, the output short-circuit device 20 short-circuits the power generator output to stop the rotation of the wind turbine.

本発明に用いるスマートブレードの構造の概略を示す斜視図である。  It is a perspective view which shows the outline of the structure of the smart blade used for this invention. 図1に示したスマートブレードの横断面図である。  It is a cross-sectional view of the smart blade shown in FIG. スマートブレードの温度−ねじれ角度の実験例を示す線図である。  It is a diagram which shows the experimental example of the temperature-twist angle of a smart blade. スマートブレードの作動原理を説明するフロー図である。  It is a flowchart explaining the working principle of a smart blade. 本発明に係るスマートブレードを使用する風力発電装置の構成の一例を示すフロー図である。  It is a flowchart which shows an example of a structure of the wind power generator using the smart blade which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 風車羽根(スマートブレード)
2 金属薄板
3 絶縁材料
4 逆対称積層CFRP
5、6、7 銅箔製電極
8 温度センサー
16 回転軸
17 回転子
18、19 スリップリング
1 Windmill blade (smart blade)
2 Thin metal plate 3 Insulating material 4 Reverse symmetrical laminated CFRP
5, 6, 7 Copper foil electrode 8 Temperature sensor 16 Rotating shaft 17 Rotor 18, 19 Slip ring

Claims (2)

回転軸の一端部側に風車羽根を取着し他端部側に回転子を連結し、風車羽根の回転で回転子を駆動して発電する風力発電装置において、
回転羽根が、金属薄板およびCFRP薄板、および金属薄板とCFRP薄板を電気的に絶縁するための絶縁性FRP薄板、または絶縁性フィルムを厚さ方向に積層するとともに、CFRP薄板および絶縁性FRP薄板、またはCFRP薄板および絶縁性フィルムを、回転羽根の厚さ方向の羽根中央面に対して逆対称に配置したスマートブレードとして構成されており、
回転羽根、回転軸および回転子の少なくとも一部材の回転状態を検出し、検出した回転状態が予め設定した閾値を越えると回転子で発生した電流をスマートブレードのCFRPに流す回転状態検出装置が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
In a wind turbine generator that attaches a windmill blade to one end side of the rotating shaft and connects a rotor to the other end side, and drives the rotor by rotation of the windmill blade to generate power,
The rotating blades are laminated in the thickness direction with a metal thin plate and a CFRP thin plate, and an insulating FRP thin plate or an insulating film for electrically insulating the metal thin plate and the CFRP thin plate, and a CFRP thin plate and an insulating FRP thin plate, Alternatively, the CFRP thin plate and the insulating film are configured as smart blades arranged inversely symmetrically with respect to the blade central surface in the thickness direction of the rotary blade,
A rotation state detection device is provided that detects the rotation state of at least one member of the rotor blade, the rotation shaft, and the rotor, and flows the current generated by the rotor to the CFRP of the smart blade when the detected rotation state exceeds a preset threshold value. The wind power generator characterized by the above-mentioned.
回転軸の一端部側に風車羽根を取着し他端部側に回転子を連結し、風車羽根の回転で回転子を駆動して発電する風力発電装置において、
回転羽根が、金属薄板およびCFRP薄板、および金属薄板とCFRP薄板を電気的に絶縁するための絶縁性FRP薄板、または絶縁性フィルムを厚さ方向に積層するとともに、CFRP薄板および絶縁性FRP薄板、またはCFRP薄板および絶縁性フィルムを、回転羽根の厚さ方向の羽根中央面に対して逆対称に配置したスマートブレードとして構成されており、
回転羽根、回転軸および回転子の少なくとも一部材の回転状態を検出し、検出した回転状態が予め設定した閾値を越えると回転子で発生した電流をスマートブレードのCFRPに流す回転状態検出装置が設けられ、
スマートブレードに温度センサーが設けられ、温度センサーの検知温度が予め設定した限界温度を越えると回転子とは別の電源からスマートブレードに電流を流してスマートブレードを大きく変形させ失速状態とするコントローラが設けられいてることを特徴とする風力発電装置。
In a wind turbine generator that attaches a windmill blade to one end side of the rotating shaft and connects a rotor to the other end side, and drives the rotor by rotation of the windmill blade to generate power,
The rotating blades are laminated in the thickness direction with a metal thin plate and a CFRP thin plate, and an insulating FRP thin plate or an insulating film for electrically insulating the metal thin plate and the CFRP thin plate, and a CFRP thin plate and an insulating FRP thin plate, Alternatively, the CFRP thin plate and the insulating film are configured as smart blades arranged inversely symmetrically with respect to the blade central surface in the thickness direction of the rotary blade,
A rotation state detection device is provided that detects the rotation state of at least one member of the rotor blade, the rotation shaft, and the rotor, and flows the current generated by the rotor to the CFRP of the smart blade when the detected rotation state exceeds a preset threshold value. And
A temperature sensor is installed in the smart blade, and if the temperature detected by the temperature sensor exceeds a preset limit temperature, a controller that causes the smart blade to deform greatly by causing current to flow from the power source different from the rotor to the smart blade will be A wind power generator characterized by being provided.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105332863A (en) * 2015-12-01 2016-02-17 沈阳华创风能有限公司 Temperature acquisition system for fan engine room

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