JP2005282540A - 揚力型垂直軸風車を用いた風力発電機における回転数制御機構 - Google Patents

Abstract

【課題】強風時の回転数制御を、複雑の制御機構を使わず、簡素な構成でコスト的に有利に実現することができる揚力型垂直軸風車を用いた風力発電機における回転数制御機構を提供する。
【解決手段】抗力型垂直軸風車部分２が揚力型垂直軸風車１と一体回転するように備えられることで、揚力型垂直軸風車１が風速を越えた回転数で回転すると、抗力型垂直軸風車部分２が揚力型垂直軸風車１の回転数の上昇を抑えるブレーキとして働くようになされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、揚力型垂直軸風車を用いた風力発電機における回転数制御機構に関する。

揚力型垂直軸風車として知られているジャイロミル型風車は、高風速域において、風速を越える回転数で回転させることができて、効率の良い発電を実現できるが、その一方、他の風車と同様に、強風時には発電機保護のため、回転数を落とす制御を行うする必要があり、制御方法として、電気的や機械的な方法で風車の回転数を落とす方法や、風車と発電機とを切り離す方法があることは知られている。

しかしながら、それらの方法は、制御のための機構が複雑でコストが高くつくという問題がある。

本発明は、かかる問題点を解決し、強風時の回転数制御を、複雑の制御機構を使わず、簡素な構成でコスト的に有利に実現することができる揚力型垂直軸風車を用いた風力発電機における回転数制御機構を提供することを課題とする。

上記の課題は、抗力型垂直軸風車部分が揚力型垂直軸風車と一体回転するように備えられることで、揚力型垂直軸風車が風速を越えた回転数で回転すると、抗力型垂直軸風車部分が揚力型垂直軸風車の回転数の上昇を抑えるブレーキとして働くようになされていることを特徴とする揚力型垂直軸風車を用いた風力発電機における回転数制御機構によって解決される。

この機構では、風速を越える高い回転数では回転することができないという性質をもつ抗力型垂直軸風車の性質を、高風速域において風速を越える高い回転数で回転する揚力型垂直軸風車のブレーキとして利用するものであり、揚力型垂直軸風車に抗力型垂直軸風車部分を一体回転するように備えさせるだけで、揚力型垂直軸風車の強風時の回転数制御を実現することができ、強風時の回転数制御を、複雑の制御機構を使わず、簡素な構成でコスト的に有利に実現することができる。

上記の回転数制御機構において、揚力型垂直軸風車がジャイロミル型風車からなり、抗力型垂直軸風車部分がジャイロミル型風車の翼形ブレードの両端部のぞれぞれに備えられているとよい。

この場合は、抗力型垂直軸風車部分を揚力型垂直軸風車にコンパクトに組み込むことができる。しかも、強風時の抗力型垂直軸風車部分によるブレーキ力がジャイロミル型風車の翼形ブレードの両端部に作用し、ブレーキによってジャイロミル型風車の翼形ブレードにひねりがかかってしまうのを防ぐことができて、翼形ブレードの破壊や損傷、脱落を防ぐことができる。

また、上記の回転数制御機構において、揚力型垂直軸風車がジャイロミル型風車からなり、抗力型垂直軸風車部分がジャイロミル型風車の翼形ブレードとこれらブレードを保持する支軸との間の中間部に翼形ブレードに直接取り付くことなく備えられているのもよい。

この場合は、支軸と翼形ブレードとの間のスペースを有効利用して、抗力型垂直軸風車部分を、より一層コンパクトに組み込むことができる。しかも、強風時の抗力型垂直軸風車部分によるブレーキ力がジャイロミル型風車の翼形ブレードに直接作用することがなく、ブレーキ作用によるジャイロミル型風車の翼形ブレードの破壊や損傷、脱落を効果的に防ぐことができる。

本発明の揚力型垂直軸風車を用いた風力発電機における回転数制御機構は、以上のとおりのものであるから、強風時の回転数制御を、複雑の制御機構を使わず、簡素な構成でコスト的に有利に実現することができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１、図２及び図３（イ）に示す第１実施形態の回転数制御機構は、揚力型垂直軸風車がジャイロミル型風車１からなり、抗力型垂直軸風車部分がサボニウスなどで用いられる半円筒翼２…からなる場合のもので、ジャイロミル型風車１は、３つの断面翼形のブレード３…を備え、これらブレード３…は、垂直支軸４から半径線方向に間隔をおいて、周方向に等間隔で備えられ、垂直支軸４にはアーム７…で固定されることで、ジャイロミル型風車を構成している。

そして、各ブレード３の上下の端部にはそれぞれ、半円筒翼２，２が外方に突出するように一体的に設けられ、図２（イ）（ロ）に示すように、ジャイロミル型風車１の翼形ブレード３…も、それに取り付いている半円筒翼２…も、風Ｗを受けることにより、それぞれ同じ方向への回転力を生じて、一体回転するようになされている。

なお、５は同期アウターローター型などによる発電機で、該発電機５で発電した電気は、垂直支軸４の内部と、垂直支軸４を回転自在に保持する固定側の支柱６内を通じて地上に送られるようになされている。

上記のジャイロミル型風車１では、高風速域において、ジャイロミル型風車１が風速を越えた高い回転数で回転すると、風速を越えて回転するこのできない半円筒翼２…がジャイロミル型風車１の回転数の上昇を抑えるブレーキとして働き、そのブレーキ作用によって、強風時に、ジャイロミル型風車１の回転数が落とされ、発電機５を保護することができる。

しかも、上記のように、半円筒翼２…をジャイロミル型風車１の翼形ブレード３の上下の端部のそれぞれに備えさせる構成とすることで、抗力型垂直軸風車部分をジャイロミル型風車１にコンパクトに組み込むことができる。しかも、強風時の半円筒翼２…によるブレーキ力がジャイロミル型風車１の翼形ブレード３の両端部のそれぞれに作用するので、ブレーキによってジャイロミル型風車１の翼形ブレード３…にひねりがかかってしまうのを防ぐことができて、翼形ブレード３…の破壊や損傷、脱落を防ぐことができる。

図３（ロ）に示す第２実施形態の回転数制御機構は、抗力型垂直軸風車部分である半円筒翼２…をジャイロミル型風車１の翼形ブレード３…と垂直支軸４の間の中間位置に備えさせたものであり、同様に、高風速域において、ジャイロミル型風車１が風速を越えた高い回転数で回転すると、各半円筒翼２…がジャイロミル型風車１の回転数の上昇を抑えるブレーキとして働くようになされている。

この回転数制御機構では、半円筒翼２…を、垂直支軸４と翼形ブレード３…との間のスペースを有効利用して、より一層コンパクトに組み込むことができる。しかも、強風時の半円筒翼２…によるブレーキ力がジャイロミル型風車１の各翼形ブレード３…に直接作用することがなく、ブレーキ作用によるジャイロミル型風車１の翼形ブレード３…の破壊や損傷、脱落を効果的に防ぐことができる。

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、抗力型垂直軸風車部分として半円筒翼２を用いた場合を示しているが、それに限らず、パドル型などのその他の抗力型垂直軸風車部分が備えられていてもよい。

また、上記の実施形態では、揚力型垂直軸風車として、３翼のジャイロミル型風車１を用いた場合を示したが、４翼などであってもよく、また、ジャイロミル型風車に限らず、ダリウス型風車などのその他の揚力型垂直軸風車の回転数制御機構として用いられてもよい。

また、上記の実施形態では、揚力型垂直軸風車のなかに抗力型垂直軸風車部分を組み込むようにして構成した場合を示したが、揚力型垂直軸風車と抗力型垂直軸風車を直列にジョイントすることによって、揚力型垂直軸風車に抗力型垂直軸風車部分を備えさせる構成としてもよい。

更に、上記の実施形態では、抗力型垂直軸風車部分を、高風速域における揚力型垂直軸風車のブレーキとして用いた場合を示したが、抗力型垂直軸風車部分に揚力型垂直軸風車の起動用としての機能ももたせるようにするのもよい。

第１実施形態の回転数制御機構を示す斜視図である。 図（イ）は同機構における揚力型垂直軸風車部分の作動状態を示す平面図、図（ロ）は同機構における抗力型垂直軸風車部分の作動状態を示す平面図である。 図（イ）同機構の平面図、図（ロ）は第２実施形態の回転数制御機構を示す平面図である。

符号の説明

１…ジャイロミル型風車（揚力型垂直軸風車）
２…半円筒翼（抗力型垂直軸風車部分）
３…翼形ブレード
４…支軸
５…発電機

Claims (3)

1. 抗力型垂直軸風車部分が揚力型垂直軸風車と一体回転するように備えられることで、揚力型垂直軸風車が風速を越えた回転数で回転すると、抗力型垂直軸風車部分が揚力型垂直軸風車の回転数の上昇を抑えるブレーキとして働くようになされていることを特徴とする、揚力型垂直軸風車を用いた風力発電機における回転数制御機構。
2. 前記揚力型垂直軸風車がジャイロミル型風車からなり、抗力型垂直軸風車部分がジャイロミル型風車の翼形ブレードの両端部のぞれぞれに備えられている請求項１に記載の、揚力型垂直軸風車を用いた風力発電機における回転数制御機構。
3. 前記揚力型垂直軸風車がジャイロミル型風車からなり、抗力型垂直軸風車部分がジャイロミル型風車の翼形ブレードとこれらブレードを保持する支軸との間の中間部に翼形ブレードに直接取り付くことなく備えられている請求項１に記載の、揚力型垂直軸風車を用いた風力発電機における回転数制御機構。

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