JP2005503514A - 風車羽及び風車羽を用いた風力発生装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は,風力発生装置に関するもので、特に回転軸に装着されて羽集合体を形成し,風圧を受け,多数の風圧調節口が形成された羽本体と,上記各羽本体に連結され,ワイヤによって互いに連結され,羽本体に備えられた各風圧調節口の両側に設けられたガイドに沿ってスライド可能であり,これにより各風圧調節口の開度を調節する複数の風圧調節板と,各ワイヤの一端を羽本体の一側に各々連結する複数の弾性部材と,各ワイヤの他端を羽本体の他の一側に各々連結し,複数のワイヤを同時に巻き取り又は繰り出しするよう,同じ軸上に設置されている複数のウィンチと,上記ウィンチを駆動させる駆動手段とを含むことを特徴とする風車羽を、相互間隔をおいて、回転軸上に多段軸設することで、風力の強弱によって風圧の作用面積を増減でき、風圧の利用効率を向上するとともに強い風力にも損壊されない風車羽とこれを利用した風力発生装置に関するものである。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は,風力を用いて動力を発生させる装置に関するもので,特に風力の強弱により風圧の作用する面積を増減させて風圧利用効率を向上すると同時に強い風にも損壊されない風車羽に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に,風車は,地球上において自然に発生し消滅する気流の力を利用し,動力を発生する装置であり,風力によって発生する揚力を受けて回転する1個以上の羽を備えている。
【0003】
この風車羽は,弱い風力を受けているときでも揚力を発生させることができる構造を有すると同時に,強い風力によって損壊されないで持続的かつ円滑に回転できる構造を有する必要がある。弱い風力でも揚力を発生させるためには,風車羽は大きな面積をもつことが必要である。一方,強い風力で損壊されることを防止するためには,風車羽は小さい面積をもつことが必要である。このように風車羽は相反する2つの条件を満たさないといけない。
【0004】
それにも関わらず,初期の風車羽は,風力をたくさん受けられるよう,大きな表面積を有していた。そのため,強い風力によってしばしば損壊されることがあった。しかし,近年開発された風車羽は,ある程度のスキュー角を有する曲面の構造を有しており,これにより,強い風力によって損壊されることなく,風力の利用効率を高めることができるようになった。
【0005】
しかし,このような従来の風車羽のすべては,風力の変化に対処することができないという,構造的な欠点がある。この問題を解決するため,最近では,風速の変化により羽の角度を変化させることにより,風力を受ける面積を増減できる風車羽が提案されている。
【0006】
この羽の角度を変化させる風車羽においては,風力が弱い場合には角度調節を容易に行えるが,風力が強い場合には,風力に対する抵抗が増加するため,羽の角度調節が難しくなる。
【0007】
図32には,従来の風力発生装置が示されている。従来の風力発生装置は,図32に示したように,地上に設置された鉄塔(200)と,回転軸(210A)の後端に取り付けられた風車羽(210)とを備えている。回転軸(210A)は,鉄塔(200)の上端に取り付けられたベアリング(220)によって,回転可能に支持されている。
【0008】
また,風力発生装置には,風力を使用する装置に対して風車羽(210)の回転によって発生した風力を伝達する手段として,動力伝達装置(230)が備えられている。動力伝達装置(230)は,回転軸(210A)の前方において下方に延設された伝達軸(234)を備えている。伝達軸(234)は,上端において上部かさ歯車(231)によって回転軸(210A)に接続されている。伝達軸(234)の下端は,鉄塔(200)に取り付けられた支持台(233)に支持された下部かさ歯車(232)によって,風力を使用する装置に接続されており,風力を使用する装置に風力が伝達できるようになっている。
【0009】
しかし,上述した従来の風力発生装置は,単一の風車羽によって風力を発生させる構成であるため,発生させることができる風力が少ない。その上,風向の変化に応じて風車羽の向きを変える手段が無い。そのため,従来の風力発生装置では,風力を発生させる効率が低かった。従って,このような従来の風力発生装置では,大量の動力を得ることができない問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は,上記のような従来の装置における問題点を改善するため発明されたものであり,その目的は,風力の強弱によって風圧の作用する面積を増減させることにより,風圧利用効率を上げるとともに強い風力にも損壊しない風車羽を提供することである。
【0011】
本発明の第2の目的は,多段風車羽集合体を通してより大きい風力の発生を可能にしながら,風向の変化に対処するように多段風車羽集合体を回転又は方向転換可能に構成し,これにより,風力発生時の効率性を確保する風力発生装置を提供することである。
【0012】
本発明の第3の目的は,上記多段風車羽集合体の間に間隔を置くことでより効果的に風力発生ができるようにし,また,間隔を置いて回転軸に配置された多段風車羽集合体によって生じる回転軸の前後の重量不均衡を防止するために,均衡錘を設け,これにより回転軸の偏心を防止できる風力発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の第1の観点によれば,回転軸に装着されて羽集合体を形成し,風圧を受け,多数の風圧調節口が形成された羽本体と,上記各羽本体に連結され,ワイヤによって互いに連結され,羽本体に備えられた各風圧調節口の両側に設けられたガイドに沿ってスライド可能であり,これにより各風圧調節口の開度を調節する複数の風圧調節板と,各ワイヤの一端を羽本体の一側に各々連結する複数の弾性部材と,各ワイヤの他端を羽本体の他の一側に各々連結し,複数のワイヤを同時に巻き取り又は繰り出しするよう,同じ軸上に設置されている複数のウィンチと,上記ウィンチを駆動させる駆動手段とを含むことを特徴とする風車羽が提供される。
【0014】
また,上記駆動手段は,複数のウィンチが設置されている軸上にあるピニオン(pinion)ギア及びこのピニオンギアに結合されるラック(rack)ギアと,上記ラックギアに連結され,上記ラックギアを風力の強弱に従って直線移動させるように伸縮作用をするシリンダとで構成されていることとしても良い。また,上記駆動手段は,ウィンチが設置されている軸上に備えられたウォーム及びこのウォームに結合されたウォームギアと,上記ウォームギアに連結され,上記ウォームギアを風力の強弱に従って作動させる減速モータとで構成されていることとしても良い。
【0015】
上記各羽本体に形成された風圧調節口は,羽本体の長手方向に複数の列を形成するように配列されることが好ましい。上記各風圧調節口に対応する風圧調節板は,長手方向において連続的にスライド可能な上側風圧調節板と下側風圧調節板とで構成され,これにより風圧調節口を連続的に開閉させる構成としても良い。上記下側風圧調節板は,その一端が羽本体に弾性部材を介して連結されていることとしても良い。上記上側風圧調節板と下側風圧調節板とは,上側風圧調節板と下側風圧調節板の向かい合う側の端部に設けられた掛部によって互いに連結されていることとしても良い。上記上側風圧調節板は,掛部を保持する端部の反対側の端部において,ワイヤに連結されていることとしても良い。
【0016】
本発明の他の観点によれば,回転軸に装着されて羽集合体を形成し,風圧を受け,多数の風圧調節口が形成された羽本体と,上記各羽本体に連結され,環状のチェーンにそれぞれ連結され,羽本体に備えられた各風圧調節口の両側に設けられたガイドに沿ってスライド可能であり,これにより各風圧調節口の開度を調節する複数の風圧調節板と,羽本体の一側に設けられ,チェーンの一端を各々支持する複数の第1スプロケット(sprocket)と,同一軸上に設置され,上記複数の第1スプロケットを時計或いは反時計方向に回転できるように,チェーンの他端を各々支持する複数の第2スプロケットと,上記第2スプロケットを駆動させる駆動手段とを含むことを特徴とする風車羽が提供される。
【0017】
上記駆動手段は,第2スプロケットが設置されている軸にカップリングで直接連結される減速モータで構成されていることとしても良い。上記各羽本体に形成された風圧調節口は,羽本体の幅方向に配列されていることが好ましい。上記各風圧調節口に対応する風圧調節板は,幅方向において連続的にスライド可能な上側風圧調節板と下側風圧調節板とで構成され,これにより風圧調節口を連続的に開閉させる構成としても良い。上記上側風圧調節板と下側風圧調節板とは,上側風圧調節板と下側風圧調節板の向かい合う側の端部に設けられた掛部によって互いに連結されることが好ましい。上記下側風圧調節板は,掛部を保持する端部の反対側の端部において,第1スプロケットを介して,チェーンに連結されることとしても良い。
【0018】
また,本発明の他の観点によれば,回転軸に装着されて羽集合体を形成し,風圧を受け,多数の風圧調節口が形成された羽本体と,上記各羽本体において各風圧調節口に対応するように各々連結され,各風圧調節口の両側に設けられたガイドに沿ってスライド可能な上側風圧調節板と下側風圧調節板とによって構成され,これにより風圧調節口の開度を調節する複数の風圧調節板の組と,上記風圧調節板の組の上側風圧調節板を,各風圧調節板の組に対応するガイドに沿ってスライドさせる複数の第1シリンダと,上記風圧調節板の組の上側風圧調節板に装着され,上記風圧調節板の組の下側風圧調節板を,各風圧調節板の組に対応するガイドに沿ってスライドさせる第2シリンダとを含むことを特徴とする風車羽が提供される。
【0019】
さらに本発明の別の観点によれば,風によって回転する風車羽の回転力を,動力伝達装置を通して,風力を利用する装置側に伝達させる風力発生装置において,1個以上の鉄塔に支持された回転軸に設置され,回転軸に沿って配置され,請求項1〜8に記載の構成を有する第1,2,3段風車羽と,上記第1,2,3段風車羽を支持する回転軸が連結された風車支持台を,鉄塔によって支持された円形レールに沿って方向転換させる構成とし,上記風車支持台は上下部駆動ローラによって回転できるように構成された方向転換部とを含むことを特徴とする風力発生装置が提供される。
【0020】
また,上記第1段風車羽は,回転軸の前方に配置され,上記第2,3段回転羽は,回転軸の後方に配置され,回転軸の先端には均衡錘が配置され,回転軸の均衡が保てるように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【0021】
本発明の風車羽は,風向によって風車羽を風が吹いてくる方向に調節する。同時に,風圧調節板をスライド移動させ,風力に従って風圧調節口の開度を調節するようになっており,たとえば,風力が弱い時には,風圧調節口を完全閉鎖し,風圧作用面積を最大化することで風圧利用効果を高め,逆に風力が強い時には,風圧調節口を完全開放し,風圧作用面積を最小化できるので,強風に損壊されることを防止できる。
【0022】
さらに本発明によれば,風車羽を,間隔を置いて回転軸上に多段に軸設することで,より大きい風力を得られる。多段式の風車羽を方向転換可能にし,風向の変化に対応できるようにしたことで,風力発生の効率性を向上させるメリットがある。
【0023】
また,多段風車羽による回転軸の重量不均衡を均衡錘で解消することで,回転軸の偏心を防止できる。これによって,多段の風車羽の回転における正確性および安定性を確保できる効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下,本発明の望ましい実施例を,添付図を参考に詳細に説明する。
【0025】
図1は本発明の風車羽の一例を示した正面図である。この風車羽は,それぞれ所望の形状を有する羽本体(1)を備えている。3枚の羽本体(1)は,回転方向に沿って配置され,さらに,互いに均等な間隔を空けて配置されている。これらの羽本体(1)は,羽の集合体,すなわち,回転するために風圧を受ける風車羽を形成している。
【0026】
各羽本体(1)には,図2,図3,及び図4に示されたように多数の風圧調節口(5)が等間隔に備えられている。各風圧調節口(5)は,風力の強弱により風圧が作用する面積を増減できるようにする。
【0027】
風圧調節口(5)は,複数列に並べられている。隣り合う風圧調節口の列の間における間隔(a)は,均等にすることが望ましい。また,それぞれの風圧調節口の列においては,羽本体(1)の一部に風圧が集中的に作用して羽本体(1)が変形することを防ぐため,隣り合う風圧調節口(5)の間の間隔(b)も均等にすることが望ましい。
【0028】
各風圧調節口(5)には,風圧調節板(7)が備えられており,風圧調節口(5)の開度を調節するようになっている。この風圧調節板(7)により,風圧調節口(5)の開度を調節すると,羽本体(1)において風圧を受ける面積が調節される。例えば,風圧調節口(5)が閉鎖されると,羽本体(1)の風圧作用面積が増大され,弱い風力でも風車羽が回転できるようになる。一方,風圧調節口(5)が開放されると,羽本体(1)の風圧作用面積が減少し,強い風力によって羽本体(1)を含む風車羽が損壊することを防止できる。
【0029】
各風圧調節板(7)を円滑にスライドさせ,風圧調節口(5)を確実に開閉させるため,各風圧調節口(5)の両側には,ガイド(9)が備えられている。ガイド(9)は,羽本体(1)の長手方向に延設されている。風圧調節板(7)は,ガイド(9)に沿ってスライドできる態様で,ガイド(9)に嵌め込まれている。各風圧調節板(7)は,隣接した他の風圧調節板(7)とワイヤ(11)で連結されている。これにより,同じ列に配列された風圧調節板(7)を同時にスライドさせることができる。各列において,ワイヤ(11)は,固定クランプ(13)により各風圧調節板(7)に固定されており,さらに,羽本体(1)において風圧調節板(7)の間に配置されたガイドクランプ(15)によって,スライド可能に支持されている。
【0030】
各列において風圧調節板(7)を操作できるよう,各々のワイヤ(11)の一端は,弾性部材(17)を介在して羽本体(1)の一側に各々固定連結され,各ワイヤ(11)の他の一端は,各々のウィンチ(19)を介在して羽本体(1)の他の一側に連結されている。
【0031】
弾性部材(17)は,張力をワイヤ(11)の一端に作用させ,これにより,このワイヤ(11)が固定された風圧調節板(7)は,常に風圧調節口(5)を開放させる方向に推進される。ウィンチ(19)は,各ワイヤ(11)を弾性部材(17)の弾性力に対抗して巻き取り,また,各ワイヤ(11)を繰り出し,これにより,風圧調節口(5)の開度が調節される。つまり,弾性部材(17)の張力がワイヤ(11)を通して風圧調節板(7)に常に作用するので,ウィンチ(19)にワイヤ(11)が巻き取られるとき,風圧調節口(5)は徐々に閉鎖され,一方,ウィンチ(19)からワイヤ(11)が繰り出されるとき,風圧調節口(5)は徐々に開放されるのである。
【0032】
これらウィンチ(19)は,駆動手段によって同時回転できるよう,羽本体(1)に取り付けられた軸支持部(21)により支持される単一の軸(23)上に設置されている。この駆動手段は,軸(23)上に備えられたピニオンギア(25)と,このピニオンギア(25)に結合されたラックギア(27)と,ラックギア(27)に連結されたシリンダ(29)とで構成されている。ラックギア(27)と結合されたピニオンギア(25)は,ラックギア(27)の直線往復作動に従って回転運動を行う。ラックギア(27)は,羽本体(1)に沿って直線移動できるよう,その先端がスライド部材(30)によって支持されている。シリンダ(29)は,羽本体(1)の所望の部分に設置されており,羽本体(1)に作用する風力の強弱に従って伸縮作動するようになっている。
【0033】
このシリンダ(29)の作動により羽本体(1)の風圧作用面積を制御するため,図5,6に示すように,風力感知手段(31)と風向感知手段(33)が備えられている。風力感知手段(31)は風向感知手段(33)上に設置されている。よって,風向感知手段(33)について先に説明する。
【0034】
風向感知手段(33)には風向表示具(35)が備えられている。風向表示具(35)は,軸(37)の一端に取り付けられている。軸(37)の途中には,第1カムプレート(39)が取り付けられており,軸(37)と一緒に回転するようになっている。また第1カムプレート(39)の外周の所望の位置には,電気的信号を発生させる第1リミットスイッチ(41)が配置されている。
【0035】
第1カムプレート(39)と1リミットスイッチ(41)の関係は,第1リミットスイッチ(41)が第1カムプレート(39)に設けられた突出カム(39a)と接触するとスイッチオンになる構造である。
【0036】
この第1リミットスイッチ(41)のオン/オフ信号により風向制御マグネットスイッチ(図示せず)が制御され,これにより,風車羽が風向きに対して垂直になるように動くのである。
【0037】
この動作及び動作に関連した構成を,図7を参照に詳細に説明する。回転軸(45)は,風車羽が搭載された突起(43)に取り付けられている。回転軸(45)は,ハウジング(47)によって支持されており,ハウジング(47)内を貫通するように延設されている。ハウジング(47)は,制動面(49)を備えている。この制動面(49)の隣りには,電磁石(51)で作動する制動片(53)を配置する。電磁石(51)の作動によって制動片(53)から制動面(49)に制動力が与えられると,ハウジング(47)の旋回が拘束される。この電磁石(51)は,外部電源に接続された風向制御マグネットスイッチ(42)により制御される。
【0038】
風向きが変わると,風向感知手段(33)が風向きの変化に応じて旋回する。すると,第1カムプレート(39)によって第1リミットスイッチ(41)のオン/オフ作動が行われ,風向制御マグネットスイッチ(42)がオン/オフされる。風向制御マグネットスイッチ(42)のオン/オフ状態に従って,電磁石(51),制動片(53)および制動面(49)を通じて,ハウジング(47)が旋回停止状態又は旋回可能状態になる。
【0039】
ここで,ハウジング(47)の旋回が停止又は可能になる理由を説明する。風力発生装置が設置される場所における季節ごとの風向変化のデータに基づき,最も頻繁に吹く方向を,突出カム(39a)と関連付けておくこととする。たとえば,南西と北東の風が年間を通じて主に吹く場所であるとする。南西から北東に風向きが変わると,第1カムプレート(39)が180度回転し,これにより第1リミットスイッチ(41)がオフになり,続いてオンになる。すると,ハウジング(47)は暫く旋回可能になり,その後,再び旋回が停止される。このハウジング(47)が旋回可能な間に,風車羽は風力を受け,風向に面する方向に旋回する。このような方向転換が行われてから,ハウジングの旋回は再び停止され,風車羽の方向がそれ以上変化しないようにする。
【0040】
この風向感知手段(33)の感知によって,風車羽の方向を風向きに合わせて調節し,これとは別に風力感知手段(31)の感知信号により,各々の羽本体(1)が風圧を受ける面積を調節する。
【0041】
この風力感知手段(31)は,風向感知手段(33)と類似した構造であり,第1カムプレート(39)の上面において,第1カムプレート(39)の一側に備えられている。つまり,風力感知手段(31)は,風圧作用板(59)と,風圧作用板(59)を保持する軸(61)の途中に取り付けられ,軸(61)と一緒に回転する第2カムプレート(63)とを備えている。第2カムプレート(63)の外周の所望の位置には,電気信号を発生する第2リミットスイッチ(65)が配置されている。軸(61)は第1カムプレート(39)に垂直に設置され,風圧作用板(59)は第1カムプレート(39)に設置された他の軸(67)に弾性部材で連結されている。かかる構成により,風圧作用板(59)に作用する風圧の強弱に従って,弾性部材(69)によって連結された軸(61)と第2カムプレート(63)が回転するのである。
【0042】
この第2カムプレート(63)と第2リミットスイッチ(65)の関係は,第2リミットスイッチ(65)が第2カムプレート(63)の突出カム(63a,63b,63c)と順次接触したとき,スイッチング信号を選択的に順次発生させる構造となっている。
【0043】
この第2リミットスイッチ(65)の各スイッチング信号により,第2リミットスイッチ(65)に接続されたソレノイドバルブ(66)が制御され,これにより,シリンダ(29)に供給される圧縮空気およびシリンダ(29)から排出される圧縮空気が制御される。外部の圧縮空気供給源に連結されたソレノイドバルブ(66)は,第2リミットスイッチ(65)からのスイッチング信号によって作動できるように構成されている。
【0044】
圧縮空気がソレノイドバルブ(66)を経由してシリンダ(29)に供給および排出されるよう,シリンダ(29)は,回転軸(130)と機密構造を形成するエアジョイント(71)を通して外部圧縮空気供給源に連結されている。
【0045】
風圧調節板(7)に作用する風力がだんだん強くなったり,弱くなったりすると,第2リミットスイッチ(65)がスイッチング信号を連続的に発生し,これによりソレノイドバルブ(66)が連続的に制御され,圧縮空気の供給および排出を連続的に制御できるようになる。
【0046】
このように制御された圧縮空気は,シリンダ(29)に供給およびシリンダ(29)から排出され,ピニオン(25)を介してラックギア(27)に連結されたウィンチ(19)を駆動させる。これにより,ワイヤ(11)の巻き取り及び繰り出しが行われる。
【0047】
したがって,ワイヤ(11)に連結された風圧調節板(7)が作動され,これに対応する風圧調節口(5)の開度が調節される。これにより,各羽本体(1)の風圧作用面積が調節される。つまり,各風圧調節口(5)が閉鎖されると,羽本体(1)の風圧作用面積が増大し,弱い風力でも風車羽が円滑に回転するようになる。一方,各風圧調節口(5)が開放されると,羽本体(1)の風圧作用面積が減少され,強い風力で羽本体(1)を含む風車羽が損壊されることを防げる。
【0048】
一方,図8は本発明の風車羽における他の例を示した正面図で,図9は図8のC−C線による風車羽の縦断面図で,その構成および作用は図1及び図2の風車羽と類似または同一である。従って,この風車羽については図1及び図2の風車羽と比較して異なる部分のみ説明することとし,図1及び図2と共通する部分の説明は省略する。
【0049】
図1及び図2の風車羽での駆動手段はピニオンギア(25)とラックギア(27)そしてシリンダ(29)で構成されている。これに対し,図8及び図9の風車羽の駆動手段は,ウィンチ(19)が設置される軸(23)上に備えられているウォーム(73)と,このウォーム(73)に結合したウォームギア(75),そして,ウォームギア(75)に連結された減速モータ(77)で構成されている。
【0050】
また,図1及び図2の風車羽の駆動手段は,ウィンチ(19)が装着された軸(23)上に備えられたピニオンギア(25)にラックギア(27)を結合させ,このラックギア(27)をシリンダ(29)の伸縮作用により前進および後退させることで,風圧調節板(7)が制御され風圧調節口(5)の開閉面積が調節される。これに対し,図8及び図9の風車羽においては,ウィンチ(19)が装着された軸(23)上に備えられたウォーム(73)にウォームギア(75)を結合させ,このウォームギア(75)を減速モータ(77)の回転作用で制御することで,風圧調節板(7)が制御され風圧調節口(5)の開閉面積が調節される。
【0051】
また,図10は本発明による風圧調節板の他の例を示した平面図で,図11は図10のD−D線による断面図である。図12,図13,及び図14はそれぞれ図10のE−E線による断面図で,図12は風圧調節板が完全に開放された状態を示しており,図13及び図14はそれぞれ図10の風圧調節板が第1段階,第2段階に閉鎖された状態を示している。この実施例の風車羽も,その構成および作用は図1及び図2の風車羽と類似または同一である。従って,この風車羽については図1及び図2の風車羽と比較して異なる部分のみ説明することとし,図1及び図2と共通する部分の説明は省略する。
【0052】
図1及び図2の風車羽では,複数の風圧調節板(7)が同じワイヤ(11)に連結され,風圧調節口(5)を同時に開閉させるようになっている。これに対し,図10〜図14の風車羽では,風圧調節板(79)は連続的にスライドされる上下側風圧調節板(79a,79b)を備え,風圧調節口(5)を連続的に二段階を経て開閉する。つまり,下側風圧調節板(79b)は羽本体(1)に弾性部材(81)を介して連結され,下側風圧調節板(79b)と上側風圧調節板(79a)は互いに掛部(79c,79d)で連結され,上側風圧調節板(79b)はその一端がワイヤ(11)に連結されている。
【0053】
図15は本発明による風車羽のまた他の実施例を示した正面図で,図16は図18の風圧調節板の部分断面斜視図である。図17は風圧調節板が完全に閉鎖された状態で,図18は風圧調節板が第1段階に開放された状態で,図19は風圧調節板が第2段階に開放された状態である。この風車羽の構成および作用は上記の各実施例と類似または同一である。従って,この風車羽については上記各実施例と比較して異なる部分のみ説明することとし,上記各実施例と共通する部分の説明は省略する。
【0054】
図1及び図2,又は図8〜図14の羽本体(1)においては,風圧調節口(5)が羽本体(1)の長手方向に列を形成するように配置されており,各風圧調節口(5)に対応する風圧調節板(7,79)は,長手方向にスライドして風圧調節口(5)を開閉させる。この場合,ウィンチ(19)の個数が少なく,また,軸(23)を短くすることができるが,反面,ワイヤ(11)の長さが長くなる。これに対し,図15〜図19の羽本体(1)においては,風圧調節口(5)が羽本体(1)の幅方向に配列されている。各風圧調節口(5)に対応する風圧調節板(83)は,幅方向にスライドして風圧調節口(5)を開閉させる。図16に示すように,風圧調節板(83)の駆動手段は,各風圧調節板(83)に対応させて設けた一組のスプロケットを備えている。それぞれのスプロケットの組は,風圧調節板(83)の両側に配置されチェーン(84c)によって互いに連結された第1,第2スプロケット(84a,84b)を備えている。第1スプロケット(84a)は,羽本体(1)に回転可能に取り付けられている。一方,第2スプロケット(84b)は,軸支持部(21)によって支持された軸(23)に固定されている。また,駆動手段は,カップリング(85)によって軸(23)に直接連結された減速モータ(87)を備えている。この場合,駆動手段の構成が簡単になる。図15〜図19の構成においては,図1及び図2,又は図8〜図14の場合と比較して,第1,第2スプロケット(84a,84b)が多く使用される。また,軸(23)が長くなるが,反面,各チェーン(84c)を短くすることができる。この場合,風車羽の設計において,設計の選択の自由度を増加させることができる。なお,風力による破断に対する抵抗力を高めるため,羽本体(1)には,長手方向に延設された補強部材(84)を設けても良い。
【0055】
各風圧調節板(83)は,羽本体(1)に設けられたガイド(9)に沿って幅方向に連続的にスライドするように構成された上下側風圧調節板(83a,83b)を備えている。
【0056】
この上下側風圧調節板(83a,83b)は,掛部(83c,83d)で互いに連結されている。下側風圧調節板(83b)は,掛部(83d)の反対側の端部において,第1スプロケット(84a)の周囲を走行するように設けられたチェーン(84c)に,プレート(89)を介して連結されている。各チェーン(84c)は,環状になっており,一端において第1スプロケット(84a)に結合されることにより,羽本体(1)の一側に連結されている。また,チェーン(84c)は,他端において第2スプロケット(84b)に結合されることにより,羽本体(1)の他の一側に連結されている。
【0057】
したがって,減速モータ(87)の時計方向の回転によりチェーン(84c)に駆動力が加わると,下側風圧調節板(83b)が,プレート(89)を介してチェーン(84c)によって第1スプロケット(84a)に向かって移動させられる。下側風圧調節板(83b)の連続的な動きに伴い,下側風圧調節板(83b)の掛部(83d)が上側風圧調節板(83a)の掛部(83c)に結合され,これにより,上側風圧調節板(83a)が下側風圧調節板(83b)に連結される。この状態でさらにチェーン(84c)を移動させると,上側風圧調節板(83a)が下側風圧調節板(83b)と共に第1スプロケット(84a)に向かって移動させられる。その結果,風圧調節口(5)が完全に閉鎖されるのである。
【0058】
風圧調節口(5)が閉鎖された状態において,減速モータ(87)の反時計方向の回転により,チェーン(84c)に逆向きの駆動力が加わると,下側風圧調節板(83b)が,プレート(89)を介してチェーン(84c)によって第2スプロケット(84b)に向かって移動させられる。下側風圧調節板(83b)の連続的な動きに伴い,上側風圧調節板(83a)のプレート(89)に面する側の端部がプレート(89)に接触する。
【0059】
この状態でさらに減速モータ(87)を反時計方向に回転駆動させ,チェーン(84c)を移動させると,下側風圧調節板(83b)がプレート(89)を介してさらに第2スプロケット(84b)に向かって移動させられる。このとき,下側風圧調節板(83b)に結合されたプレート(89)が,上側風圧調節板(83a)の端部を押すので,風圧調節口(5)を完全に開放できるようになる。
【0060】
図20は図15の風圧調節板における他の実施例の部分断面斜視図である。この風圧調節板の構成および作用は図15および図16の風圧調節板と類似または同一である。従って,この風圧調節板については図15及び図16の風圧調節板と比較して異なる部分のみ説明することとし,図15及び図16と共通する部分の説明は省略する。
【0061】
上述したように,図15及び図16の駆動手段は,軸(23)にカップリング(85)で直接連結される減速モータ(87)を備えている。これに対し,図20の駆動手段は,軸(23)にカップリング(85)で連結されたピニオンギア(93)と,このピニオンギア(93)に結合されたラックギア(95),およびラックギア(95)に連結されたシリンダ(97)で構成されている。
【0062】
また,図21および図22は図15に示した風圧調節板の他の実施例を示し,図21は風圧調節口(5)が完全に閉鎖された状態で,図22は風圧調節口(5)が第1段階に開放された状態を示す。
【0063】
上述したように,図15および16の駆動手段は,減速モータ(87)によって軸(23)に掛かるチェーン(84c)を駆動させ,上下側風圧調節板(83a,83b)を間接的に開閉させる。これに対し,図21および図22の駆動手段は第1,2シリンダ(97a,97b)で構成され,上下側風圧調節板(83a,83b)を直接開閉できる構成となっている。
【0064】
第1,2シリンダ(97a,97b)は,油圧又は空気圧によって伸縮する構成となっている。上下側風圧調節板(83a,83b)には,第1,2シリンダ(97a,97b)の各ロッド(ra,rb)がそれぞれ直接連結されており,風圧調節口(5)を開閉できるようになっている。
【0065】
第1シリンダ(97a)は羽本体(1)に装着され,そのロッド(ra)が上側風圧調節板(83a)に固定されている。第2シリンダ(97b)は上側風圧調節板(83a)に装着され,そのロッド(rb)が下側風圧調節板(83b)に固定されている。したがって,第1シリンダ(97a)の伸縮作用により,第2シリンダ(97b)は上側風圧調節板(83a)と一緒に移動するようになっている。
【0066】
図21は第1,2シリンダ(97a,97b)が伸張され上下側風圧調節板(83A,83b)が風圧調節口(5)を完全に閉鎖している状態を示し,図22は第1シリンダ(97a)が収縮され上側風圧調節板(83a)が風圧調節口(5)を開放するように移動した第1段階の状態を示す。
【0067】
第1シリンダ(97a)が収縮され,第2シリンダ(97b)が伸張された状態に制御されると,下側風圧調節板(83a)によって風圧調節口(5)を第1段階の閉鎖状態にすることができる。また,第1シリンダ(97a)が伸張かつ第2シリンダ(97b)が収縮制御されるようにしても,上下側風圧調節板(83a,83b)によって風圧調節口(5)を第1段階の閉鎖状態に制御できる。
【0068】
このような図21の状態で第2シリンダ(97b)が収縮されると,下側風圧調節板(83b)は,風圧調節口(5)を開放させる位置にある上側風圧調節板(83a)の下方に移動させられ,これにより,風圧調節口(5)は上下側風圧調節板(83a,83b)によって遮断されない完全開放状態になる。
【0069】
図23は,図15〜図22の本発明にかかる風車羽が適用された風力発生装置の側面図である。図24は正面図であり,図23において風力発生装置を左方からみた状態を示している。図24には,ひとつの軸(99)に三つの羽集合体(3a,3b,3c)が取り付けられており,軸(99)に沿った方向において互いに離隔した状態になっていることが示されている。
【0070】
図23および図24の風力発生装置は,図7の風力発生装置と全体的な構成が類似している。従って,この風力発生装置については図7の風力発生装置と比較して異なる点のみ説明することとし,図7と共通する部分の説明は省略する。図7の風力発生装置においては,一つの中心軸(45)にひとつの羽集合体を装着しており,ひとつの羽集合体だけで動力を発生させていた。これに対し,図23と図24の風力発生装置は,三つの羽集合体(3a,3b,3c)の回転力で動力を発生させるので,風力利用効率をより向上させられる。
【0071】
中心軸(99)に3個の羽集合体(3a,3b,3c)を装着した状態は,次のようになっている。即ち,中心軸(99)の一側には2個の羽集合体(3b,3c)が装着され,中心軸(99)の他の一側には1個の羽集合体(3a)と均衡錘(101)が装着されており,これにより,中心軸(99)の釣り合いをとるようにしている。
【0072】
一方,図7の風力発生装置においては,中心軸(45)がハウジング(47)に装着され,風向によってハウジング(47)と一体となって旋回するようになっており,羽集合体が風向きと垂直に向けられる。これに対して,図23および図24の風力発生装置は図25で示したように,中心軸(99)を支持する軸支持部(103)がベアリング(105a,105b)を介して回転レール(107)に装着され,風向の変化に従って羽集合体(3a,3b,3c)が中心軸(99)および軸支持部(103)と共に旋回可能になっているので,羽集合体(3a,3b,3c)が風向きに対して垂直に動くようになっている。
【0073】
図26〜図28は本発明の風力発生装置における他の例を示したもので,図26は背面図である。
【0074】
図26〜図28に示すように,少なくとも一本の鉄塔が地上に設置されている。図示の例では,4本の鉄塔(111,112,113,114)が設置されている。鉄塔(111,112,113,114)の上部に配置された回転軸(130)には,少なくとも3段の多段式風車羽が取り付けられている。図示の例では,1段目,2段目及び3段目の風車羽(121,122,123)が備えられている。第1,2,3段風車羽(121,122,123)は,同一回転軸(130)上に軸設され,上記回転軸(130)の回転に伴って一緒に回転できるように構成されている。
【0075】
そして,上記第1,2,3段風車羽(121,122,123)の回転によって発生する動力は,回転軸(130)と,回転軸(130)の下方に配置された動力伝達装置(230)を通して,動力を利用する装置に伝達できるように構成される。
【0076】
図27は風力発生装置の側面図である。図27に示すように,第1,2,3段風車羽(121,122,123)は,鉄塔(111,112,113,114)の上方に配置された回転軸(130)に取り付けられている。第1段風車羽(121)は回転軸(120)の前方に設置され,第2,3段風車羽(122,123)は回転軸(120)の後方に設置される。第1段風車羽(121)と第2,3段風車羽(122,123)によって回転軸(130)で発生する重量の不均衡は,回転軸(130)の先端にある均衡錘(131)で調節される。
【0077】
そして,第1,2,3段風車羽(121,122,123)は,回転軸(130)において間隔を空けて設置されている。第1,2,3段風車羽(121,122,123)を互いに離隔させることにより,風力を高めることができる。
【0078】
回転軸(130)は,第1,2ベアリング(141,142)によって鉄塔(111,112,113,114)の上方に回転可能に設置されている。第1,2,3段風車羽(121,122,123)の回転力は,回転軸(130)及び動力伝達装置(230)を経て,風力を利用する装置側に伝達される。動力伝達装置(230)は,通常は回転軸(130)と直角になるよう下方に向かって延設される伝達軸(234)を備えている。
【0079】
伝達軸(234)の上端部は,上部側かさ歯車(231)によって回転軸(130)に接続されている。伝達軸(234)の下端は,支持部材(233)によって支持された下部側かさ歯車(232)によって,風力を利用する装置に接続されており,風力を利用する装置側に動力伝達できるように構成されている。
【0080】
また,第1,2ベアリング(141,142)によって回転可能に支持された回転軸(230),及び,第1,2,3段風車羽(121,122,123)は,方向転換部(150)(図28参照)により,風向の変化に従って方向転換できる。
【0081】
図29及び30は,本発明による方向転換部を示したもので,図29は平面図,図30は側面図である。図29及び30に示すように,方向転換部(150)は,1個以上の鉄塔上,例えば図示の例では4本の鉄塔(111,112,113,114)上に支持された円形レール(153)を備えている。また,方向転換部(150)は,円形レール(153)によって支持された風車支持台(151)を備えており,風車支持台(151)には,第1,2,3段風車羽(121,122,123)が軸設された回転軸(130)を回転可能になるよう支持している第1,2ベアリング(141,142)が設置されている。風車支持台(151)は,多数の上下部駆動ローラ(154,155)によって支持された状態で,円形レール(153)に沿って回転できるように構成されている。
【0082】
これを,図31を参照に,より詳細に説明する。上下部駆動ローラ(154,155)は,風車支持台(151)の周縁部から下方に向かって設けられた接続部材(152)に,回転可能に取り付けられている。上下部駆動ローラ(154,155)は,それぞれ接続部材(152)の上部,下部に配置されている。各上部駆動ローラ(154)は,風車支持台(151)の下面と,円形レール(153)の上面とに接するようになっており,他方,各下部駆動ローラ(155)は,円形レール(153)の下面に接するようになっている。このような回転可能な接触状態により,上記風車支持台(151)が円形レール(153)に沿って回転できるように構成されている。
【0083】
次に,上記の構成を有する本発明の風力発生装置の作動過程を,添付図面を参照して詳細に説明する。
【0084】
図27に示したように,回転軸(130)上に軸設された第1,2,3段風車羽(121,122,123)が風によって回転すると,これらの風車羽の回転によって発生した回転力が回転軸(130)に伝達され,次に,動力伝達装置(230)の上部かさ歯車(231)を通して,鉛直な駆動軸(234)に伝わる。駆動軸(234)に伝わった動力は,下部かさ歯車(232)を通して,風力を利用する外部装置に伝わる。このとき,回転軸(130)の重量の不均衡によって回転軸(130)の偏心が起こるおそれは無い。即ち,回転軸(130)の先端に均衡錘(131)が設けられており,第1段風車羽(121)が前部に,第2,3段風車羽(122,123)が後部に配置されているために起こる重量不均衡を防止するようになっている。
【0085】
もし重量不均衡を解消できないと,回転軸(130)および第3段風車羽(123)の偏心により,第1,2,3段風車羽(121,122,123)が方向転換部(150)の円形レール(153)に沿って移動したとき,風向の反対側に配置されてしまうおそれがある。その結果,第1,2,3段風車羽(121,122,123)の不正確な回転および不安定性を招くおそれがある。
【0086】
そして,第1,2,3段風車羽(121,122,123)は,各々間隔を置いて回転軸(130)の前後に軸設されているので,大きな風力を得ることができる。
【0087】
一方,第1,2,3段風車羽(121,122,123)の回転軸(130)を回転可能に支持する第1,2ベアリング(141,142)と連結された方向転換部(150)の風車支持台(151)は,風車支持台(151)の接続部材(152)に取り付けられた上下部駆動ローラ(154,155)によって,円形レール(153)に沿って回転可能になっている。これによって,風向の変化に伴い,第1,2,3段風車羽(121,122,123)の方向転換が行われる。このように,かかる風車羽は,風向の変化に対応する効果を有するのである(図29〜図31参照)。
【0088】
以上,本発明の好ましい形態を示したが,当業者は,請求項に示された本発明の範囲と精神から逸脱せずに,種々の改良,追加,置換が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0089】
【図1】図1は本発明による風車羽の一例を示した正面図。
【図2】図2は図1のA−A線による風車羽の縦断面図。
【図3】図3は図1のB−B線による風車羽の横断面図。
【図4】図4は本発明による風圧調節板の一例を示した部分断面斜視図。
【図5】図5は本発明による風向感知手段および風力感知手段を示した正面図。
【図6】図6は図5の風向感知手段および風力感知手段の平面図。
【図7】図7は本発明による風車羽の装着状態を概略的に示した図。
【図8】図8は本発明による風車羽の他の例を示した正面図。
【図9】図9は図8のC−C線による風車羽の縦断面図。
【図10】図10は本発明による風圧調節板の他の例を示した正面図。
【図11】図11は図10のD−D線による風圧調節板の断面図。
【図12】図12は図10の風圧調節板が完全開放した状態のE−E線による断面図。
【図13】図13は図10の風圧調節板における第1段階の閉鎖状態でのE−E線による断面図。
【図14】図14は図10の風圧調節板における第2段階の閉鎖状態でのE−E線による断面図。
【図15】図15は本発明による風車羽の他の例を示した正面図。
【図16】図16は図15の風圧調節板の部分斜視図。
【図17】図17は図16の風圧調節板が完全閉鎖された状態でのE−E線による断面図。
【図18】図18は図16の風圧調節板が第1段階に開放された状態でのE−E線による断面図。
【図19】図19は図16の風圧調節板が第2段階に開放された状態でのE−E線による断面図
【図20】図20は図15の風圧調節板の第2実施例を示した部分斜視図。
【図21】図21は図15の風圧調節板の第3実施例を示した部分断面図。
【図22】図22は図15の風圧調節板の第4実施例を示した部分断面図。
【図23】図23は本発明による風力発生装置の一例を示した側面図。
【図24】図24は図23の風力発生装置の左側面図。
【図25】図25は図23の軸支持部の縦断面図。
【図26】図26は本発明による風力発生装置の他の例を示した背面図。
【図27】図27は図26の風力発生装置の側面図。
【図28】図28は図26の風力発生装置の平面図。
【図29】図29は図28の方向転換部を示す平面図。
【図30】図30は図28の方向転換部の側面図。
【図31】図31は図30の“A”部の拡大断面図。
【図32】図32は一般的な風力発生装置を示す側面図。
【0001】
本発明は,風力を用いて動力を発生させる装置に関するもので,特に風力の強弱により風圧の作用する面積を増減させて風圧利用効率を向上すると同時に強い風にも損壊されない風車羽に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に,風車は,地球上において自然に発生し消滅する気流の力を利用し,動力を発生する装置であり,風力によって発生する揚力を受けて回転する1個以上の羽を備えている。
【0003】
この風車羽は,弱い風力を受けているときでも揚力を発生させることができる構造を有すると同時に,強い風力によって損壊されないで持続的かつ円滑に回転できる構造を有する必要がある。弱い風力でも揚力を発生させるためには,風車羽は大きな面積をもつことが必要である。一方,強い風力で損壊されることを防止するためには,風車羽は小さい面積をもつことが必要である。このように風車羽は相反する2つの条件を満たさないといけない。
【0004】
それにも関わらず,初期の風車羽は,風力をたくさん受けられるよう,大きな表面積を有していた。そのため,強い風力によってしばしば損壊されることがあった。しかし,近年開発された風車羽は,ある程度のスキュー角を有する曲面の構造を有しており,これにより,強い風力によって損壊されることなく,風力の利用効率を高めることができるようになった。
【0005】
しかし,このような従来の風車羽のすべては,風力の変化に対処することができないという,構造的な欠点がある。この問題を解決するため,最近では,風速の変化により羽の角度を変化させることにより,風力を受ける面積を増減できる風車羽が提案されている。
【0006】
この羽の角度を変化させる風車羽においては,風力が弱い場合には角度調節を容易に行えるが,風力が強い場合には,風力に対する抵抗が増加するため,羽の角度調節が難しくなる。
【0007】
図32には,従来の風力発生装置が示されている。従来の風力発生装置は,図32に示したように,地上に設置された鉄塔(200)と,回転軸(210A)の後端に取り付けられた風車羽(210)とを備えている。回転軸(210A)は,鉄塔(200)の上端に取り付けられたベアリング(220)によって,回転可能に支持されている。
【0008】
また,風力発生装置には,風力を使用する装置に対して風車羽(210)の回転によって発生した風力を伝達する手段として,動力伝達装置(230)が備えられている。動力伝達装置(230)は,回転軸(210A)の前方において下方に延設された伝達軸(234)を備えている。伝達軸(234)は,上端において上部かさ歯車(231)によって回転軸(210A)に接続されている。伝達軸(234)の下端は,鉄塔(200)に取り付けられた支持台(233)に支持された下部かさ歯車(232)によって,風力を使用する装置に接続されており,風力を使用する装置に風力が伝達できるようになっている。
【0009】
しかし,上述した従来の風力発生装置は,単一の風車羽によって風力を発生させる構成であるため,発生させることができる風力が少ない。その上,風向の変化に応じて風車羽の向きを変える手段が無い。そのため,従来の風力発生装置では,風力を発生させる効率が低かった。従って,このような従来の風力発生装置では,大量の動力を得ることができない問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は,上記のような従来の装置における問題点を改善するため発明されたものであり,その目的は,風力の強弱によって風圧の作用する面積を増減させることにより,風圧利用効率を上げるとともに強い風力にも損壊しない風車羽を提供することである。
【0011】
本発明の第2の目的は,多段風車羽集合体を通してより大きい風力の発生を可能にしながら,風向の変化に対処するように多段風車羽集合体を回転又は方向転換可能に構成し,これにより,風力発生時の効率性を確保する風力発生装置を提供することである。
【0012】
本発明の第3の目的は,上記多段風車羽集合体の間に間隔を置くことでより効果的に風力発生ができるようにし,また,間隔を置いて回転軸に配置された多段風車羽集合体によって生じる回転軸の前後の重量不均衡を防止するために,均衡錘を設け,これにより回転軸の偏心を防止できる風力発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の第1の観点によれば,回転軸に装着されて羽集合体を形成し,風圧を受け,多数の風圧調節口が形成された羽本体と,上記各羽本体に連結され,ワイヤによって互いに連結され,羽本体に備えられた各風圧調節口の両側に設けられたガイドに沿ってスライド可能であり,これにより各風圧調節口の開度を調節する複数の風圧調節板と,各ワイヤの一端を羽本体の一側に各々連結する複数の弾性部材と,各ワイヤの他端を羽本体の他の一側に各々連結し,複数のワイヤを同時に巻き取り又は繰り出しするよう,同じ軸上に設置されている複数のウィンチと,上記ウィンチを駆動させる駆動手段とを含むことを特徴とする風車羽が提供される。
【0014】
また,上記駆動手段は,複数のウィンチが設置されている軸上にあるピニオン(pinion)ギア及びこのピニオンギアに結合されるラック(rack)ギアと,上記ラックギアに連結され,上記ラックギアを風力の強弱に従って直線移動させるように伸縮作用をするシリンダとで構成されていることとしても良い。また,上記駆動手段は,ウィンチが設置されている軸上に備えられたウォーム及びこのウォームに結合されたウォームギアと,上記ウォームギアに連結され,上記ウォームギアを風力の強弱に従って作動させる減速モータとで構成されていることとしても良い。
【0015】
上記各羽本体に形成された風圧調節口は,羽本体の長手方向に複数の列を形成するように配列されることが好ましい。上記各風圧調節口に対応する風圧調節板は,長手方向において連続的にスライド可能な上側風圧調節板と下側風圧調節板とで構成され,これにより風圧調節口を連続的に開閉させる構成としても良い。上記下側風圧調節板は,その一端が羽本体に弾性部材を介して連結されていることとしても良い。上記上側風圧調節板と下側風圧調節板とは,上側風圧調節板と下側風圧調節板の向かい合う側の端部に設けられた掛部によって互いに連結されていることとしても良い。上記上側風圧調節板は,掛部を保持する端部の反対側の端部において,ワイヤに連結されていることとしても良い。
【0016】
本発明の他の観点によれば,回転軸に装着されて羽集合体を形成し,風圧を受け,多数の風圧調節口が形成された羽本体と,上記各羽本体に連結され,環状のチェーンにそれぞれ連結され,羽本体に備えられた各風圧調節口の両側に設けられたガイドに沿ってスライド可能であり,これにより各風圧調節口の開度を調節する複数の風圧調節板と,羽本体の一側に設けられ,チェーンの一端を各々支持する複数の第1スプロケット(sprocket)と,同一軸上に設置され,上記複数の第1スプロケットを時計或いは反時計方向に回転できるように,チェーンの他端を各々支持する複数の第2スプロケットと,上記第2スプロケットを駆動させる駆動手段とを含むことを特徴とする風車羽が提供される。
【0017】
上記駆動手段は,第2スプロケットが設置されている軸にカップリングで直接連結される減速モータで構成されていることとしても良い。上記各羽本体に形成された風圧調節口は,羽本体の幅方向に配列されていることが好ましい。上記各風圧調節口に対応する風圧調節板は,幅方向において連続的にスライド可能な上側風圧調節板と下側風圧調節板とで構成され,これにより風圧調節口を連続的に開閉させる構成としても良い。上記上側風圧調節板と下側風圧調節板とは,上側風圧調節板と下側風圧調節板の向かい合う側の端部に設けられた掛部によって互いに連結されることが好ましい。上記下側風圧調節板は,掛部を保持する端部の反対側の端部において,第1スプロケットを介して,チェーンに連結されることとしても良い。
【0018】
また,本発明の他の観点によれば,回転軸に装着されて羽集合体を形成し,風圧を受け,多数の風圧調節口が形成された羽本体と,上記各羽本体において各風圧調節口に対応するように各々連結され,各風圧調節口の両側に設けられたガイドに沿ってスライド可能な上側風圧調節板と下側風圧調節板とによって構成され,これにより風圧調節口の開度を調節する複数の風圧調節板の組と,上記風圧調節板の組の上側風圧調節板を,各風圧調節板の組に対応するガイドに沿ってスライドさせる複数の第1シリンダと,上記風圧調節板の組の上側風圧調節板に装着され,上記風圧調節板の組の下側風圧調節板を,各風圧調節板の組に対応するガイドに沿ってスライドさせる第2シリンダとを含むことを特徴とする風車羽が提供される。
【0019】
さらに本発明の別の観点によれば,風によって回転する風車羽の回転力を,動力伝達装置を通して,風力を利用する装置側に伝達させる風力発生装置において,1個以上の鉄塔に支持された回転軸に設置され,回転軸に沿って配置され,請求項1〜8に記載の構成を有する第1,2,3段風車羽と,上記第1,2,3段風車羽を支持する回転軸が連結された風車支持台を,鉄塔によって支持された円形レールに沿って方向転換させる構成とし,上記風車支持台は上下部駆動ローラによって回転できるように構成された方向転換部とを含むことを特徴とする風力発生装置が提供される。
【0020】
また,上記第1段風車羽は,回転軸の前方に配置され,上記第2,3段回転羽は,回転軸の後方に配置され,回転軸の先端には均衡錘が配置され,回転軸の均衡が保てるように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【0021】
本発明の風車羽は,風向によって風車羽を風が吹いてくる方向に調節する。同時に,風圧調節板をスライド移動させ,風力に従って風圧調節口の開度を調節するようになっており,たとえば,風力が弱い時には,風圧調節口を完全閉鎖し,風圧作用面積を最大化することで風圧利用効果を高め,逆に風力が強い時には,風圧調節口を完全開放し,風圧作用面積を最小化できるので,強風に損壊されることを防止できる。
【0022】
さらに本発明によれば,風車羽を,間隔を置いて回転軸上に多段に軸設することで,より大きい風力を得られる。多段式の風車羽を方向転換可能にし,風向の変化に対応できるようにしたことで,風力発生の効率性を向上させるメリットがある。
【0023】
また,多段風車羽による回転軸の重量不均衡を均衡錘で解消することで,回転軸の偏心を防止できる。これによって,多段の風車羽の回転における正確性および安定性を確保できる効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下,本発明の望ましい実施例を,添付図を参考に詳細に説明する。
【0025】
図1は本発明の風車羽の一例を示した正面図である。この風車羽は,それぞれ所望の形状を有する羽本体(1)を備えている。3枚の羽本体(1)は,回転方向に沿って配置され,さらに,互いに均等な間隔を空けて配置されている。これらの羽本体(1)は,羽の集合体,すなわち,回転するために風圧を受ける風車羽を形成している。
【0026】
各羽本体(1)には,図2,図3,及び図4に示されたように多数の風圧調節口(5)が等間隔に備えられている。各風圧調節口(5)は,風力の強弱により風圧が作用する面積を増減できるようにする。
【0027】
風圧調節口(5)は,複数列に並べられている。隣り合う風圧調節口の列の間における間隔(a)は,均等にすることが望ましい。また,それぞれの風圧調節口の列においては,羽本体(1)の一部に風圧が集中的に作用して羽本体(1)が変形することを防ぐため,隣り合う風圧調節口(5)の間の間隔(b)も均等にすることが望ましい。
【0028】
各風圧調節口(5)には,風圧調節板(7)が備えられており,風圧調節口(5)の開度を調節するようになっている。この風圧調節板(7)により,風圧調節口(5)の開度を調節すると,羽本体(1)において風圧を受ける面積が調節される。例えば,風圧調節口(5)が閉鎖されると,羽本体(1)の風圧作用面積が増大され,弱い風力でも風車羽が回転できるようになる。一方,風圧調節口(5)が開放されると,羽本体(1)の風圧作用面積が減少し,強い風力によって羽本体(1)を含む風車羽が損壊することを防止できる。
【0029】
各風圧調節板(7)を円滑にスライドさせ,風圧調節口(5)を確実に開閉させるため,各風圧調節口(5)の両側には,ガイド(9)が備えられている。ガイド(9)は,羽本体(1)の長手方向に延設されている。風圧調節板(7)は,ガイド(9)に沿ってスライドできる態様で,ガイド(9)に嵌め込まれている。各風圧調節板(7)は,隣接した他の風圧調節板(7)とワイヤ(11)で連結されている。これにより,同じ列に配列された風圧調節板(7)を同時にスライドさせることができる。各列において,ワイヤ(11)は,固定クランプ(13)により各風圧調節板(7)に固定されており,さらに,羽本体(1)において風圧調節板(7)の間に配置されたガイドクランプ(15)によって,スライド可能に支持されている。
【0030】
各列において風圧調節板(7)を操作できるよう,各々のワイヤ(11)の一端は,弾性部材(17)を介在して羽本体(1)の一側に各々固定連結され,各ワイヤ(11)の他の一端は,各々のウィンチ(19)を介在して羽本体(1)の他の一側に連結されている。
【0031】
弾性部材(17)は,張力をワイヤ(11)の一端に作用させ,これにより,このワイヤ(11)が固定された風圧調節板(7)は,常に風圧調節口(5)を開放させる方向に推進される。ウィンチ(19)は,各ワイヤ(11)を弾性部材(17)の弾性力に対抗して巻き取り,また,各ワイヤ(11)を繰り出し,これにより,風圧調節口(5)の開度が調節される。つまり,弾性部材(17)の張力がワイヤ(11)を通して風圧調節板(7)に常に作用するので,ウィンチ(19)にワイヤ(11)が巻き取られるとき,風圧調節口(5)は徐々に閉鎖され,一方,ウィンチ(19)からワイヤ(11)が繰り出されるとき,風圧調節口(5)は徐々に開放されるのである。
【0032】
これらウィンチ(19)は,駆動手段によって同時回転できるよう,羽本体(1)に取り付けられた軸支持部(21)により支持される単一の軸(23)上に設置されている。この駆動手段は,軸(23)上に備えられたピニオンギア(25)と,このピニオンギア(25)に結合されたラックギア(27)と,ラックギア(27)に連結されたシリンダ(29)とで構成されている。ラックギア(27)と結合されたピニオンギア(25)は,ラックギア(27)の直線往復作動に従って回転運動を行う。ラックギア(27)は,羽本体(1)に沿って直線移動できるよう,その先端がスライド部材(30)によって支持されている。シリンダ(29)は,羽本体(1)の所望の部分に設置されており,羽本体(1)に作用する風力の強弱に従って伸縮作動するようになっている。
【0033】
このシリンダ(29)の作動により羽本体(1)の風圧作用面積を制御するため,図5,6に示すように,風力感知手段(31)と風向感知手段(33)が備えられている。風力感知手段(31)は風向感知手段(33)上に設置されている。よって,風向感知手段(33)について先に説明する。
【0034】
風向感知手段(33)には風向表示具(35)が備えられている。風向表示具(35)は,軸(37)の一端に取り付けられている。軸(37)の途中には,第1カムプレート(39)が取り付けられており,軸(37)と一緒に回転するようになっている。また第1カムプレート(39)の外周の所望の位置には,電気的信号を発生させる第1リミットスイッチ(41)が配置されている。
【0035】
第1カムプレート(39)と1リミットスイッチ(41)の関係は,第1リミットスイッチ(41)が第1カムプレート(39)に設けられた突出カム(39a)と接触するとスイッチオンになる構造である。
【0036】
この第1リミットスイッチ(41)のオン/オフ信号により風向制御マグネットスイッチ(図示せず)が制御され,これにより,風車羽が風向きに対して垂直になるように動くのである。
【0037】
この動作及び動作に関連した構成を,図7を参照に詳細に説明する。回転軸(45)は,風車羽が搭載された突起(43)に取り付けられている。回転軸(45)は,ハウジング(47)によって支持されており,ハウジング(47)内を貫通するように延設されている。ハウジング(47)は,制動面(49)を備えている。この制動面(49)の隣りには,電磁石(51)で作動する制動片(53)を配置する。電磁石(51)の作動によって制動片(53)から制動面(49)に制動力が与えられると,ハウジング(47)の旋回が拘束される。この電磁石(51)は,外部電源に接続された風向制御マグネットスイッチ(42)により制御される。
【0038】
風向きが変わると,風向感知手段(33)が風向きの変化に応じて旋回する。すると,第1カムプレート(39)によって第1リミットスイッチ(41)のオン/オフ作動が行われ,風向制御マグネットスイッチ(42)がオン/オフされる。風向制御マグネットスイッチ(42)のオン/オフ状態に従って,電磁石(51),制動片(53)および制動面(49)を通じて,ハウジング(47)が旋回停止状態又は旋回可能状態になる。
【0039】
ここで,ハウジング(47)の旋回が停止又は可能になる理由を説明する。風力発生装置が設置される場所における季節ごとの風向変化のデータに基づき,最も頻繁に吹く方向を,突出カム(39a)と関連付けておくこととする。たとえば,南西と北東の風が年間を通じて主に吹く場所であるとする。南西から北東に風向きが変わると,第1カムプレート(39)が180度回転し,これにより第1リミットスイッチ(41)がオフになり,続いてオンになる。すると,ハウジング(47)は暫く旋回可能になり,その後,再び旋回が停止される。このハウジング(47)が旋回可能な間に,風車羽は風力を受け,風向に面する方向に旋回する。このような方向転換が行われてから,ハウジングの旋回は再び停止され,風車羽の方向がそれ以上変化しないようにする。
【0040】
この風向感知手段(33)の感知によって,風車羽の方向を風向きに合わせて調節し,これとは別に風力感知手段(31)の感知信号により,各々の羽本体(1)が風圧を受ける面積を調節する。
【0041】
この風力感知手段(31)は,風向感知手段(33)と類似した構造であり,第1カムプレート(39)の上面において,第1カムプレート(39)の一側に備えられている。つまり,風力感知手段(31)は,風圧作用板(59)と,風圧作用板(59)を保持する軸(61)の途中に取り付けられ,軸(61)と一緒に回転する第2カムプレート(63)とを備えている。第2カムプレート(63)の外周の所望の位置には,電気信号を発生する第2リミットスイッチ(65)が配置されている。軸(61)は第1カムプレート(39)に垂直に設置され,風圧作用板(59)は第1カムプレート(39)に設置された他の軸(67)に弾性部材で連結されている。かかる構成により,風圧作用板(59)に作用する風圧の強弱に従って,弾性部材(69)によって連結された軸(61)と第2カムプレート(63)が回転するのである。
【0042】
この第2カムプレート(63)と第2リミットスイッチ(65)の関係は,第2リミットスイッチ(65)が第2カムプレート(63)の突出カム(63a,63b,63c)と順次接触したとき,スイッチング信号を選択的に順次発生させる構造となっている。
【0043】
この第2リミットスイッチ(65)の各スイッチング信号により,第2リミットスイッチ(65)に接続されたソレノイドバルブ(66)が制御され,これにより,シリンダ(29)に供給される圧縮空気およびシリンダ(29)から排出される圧縮空気が制御される。外部の圧縮空気供給源に連結されたソレノイドバルブ(66)は,第2リミットスイッチ(65)からのスイッチング信号によって作動できるように構成されている。
【0044】
圧縮空気がソレノイドバルブ(66)を経由してシリンダ(29)に供給および排出されるよう,シリンダ(29)は,回転軸(130)と機密構造を形成するエアジョイント(71)を通して外部圧縮空気供給源に連結されている。
【0045】
風圧調節板(7)に作用する風力がだんだん強くなったり,弱くなったりすると,第2リミットスイッチ(65)がスイッチング信号を連続的に発生し,これによりソレノイドバルブ(66)が連続的に制御され,圧縮空気の供給および排出を連続的に制御できるようになる。
【0046】
このように制御された圧縮空気は,シリンダ(29)に供給およびシリンダ(29)から排出され,ピニオン(25)を介してラックギア(27)に連結されたウィンチ(19)を駆動させる。これにより,ワイヤ(11)の巻き取り及び繰り出しが行われる。
【0047】
したがって,ワイヤ(11)に連結された風圧調節板(7)が作動され,これに対応する風圧調節口(5)の開度が調節される。これにより,各羽本体(1)の風圧作用面積が調節される。つまり,各風圧調節口(5)が閉鎖されると,羽本体(1)の風圧作用面積が増大し,弱い風力でも風車羽が円滑に回転するようになる。一方,各風圧調節口(5)が開放されると,羽本体(1)の風圧作用面積が減少され,強い風力で羽本体(1)を含む風車羽が損壊されることを防げる。
【0048】
一方,図8は本発明の風車羽における他の例を示した正面図で,図9は図8のC−C線による風車羽の縦断面図で,その構成および作用は図1及び図2の風車羽と類似または同一である。従って,この風車羽については図1及び図2の風車羽と比較して異なる部分のみ説明することとし,図1及び図2と共通する部分の説明は省略する。
【0049】
図1及び図2の風車羽での駆動手段はピニオンギア(25)とラックギア(27)そしてシリンダ(29)で構成されている。これに対し,図8及び図9の風車羽の駆動手段は,ウィンチ(19)が設置される軸(23)上に備えられているウォーム(73)と,このウォーム(73)に結合したウォームギア(75),そして,ウォームギア(75)に連結された減速モータ(77)で構成されている。
【0050】
また,図1及び図2の風車羽の駆動手段は,ウィンチ(19)が装着された軸(23)上に備えられたピニオンギア(25)にラックギア(27)を結合させ,このラックギア(27)をシリンダ(29)の伸縮作用により前進および後退させることで,風圧調節板(7)が制御され風圧調節口(5)の開閉面積が調節される。これに対し,図8及び図9の風車羽においては,ウィンチ(19)が装着された軸(23)上に備えられたウォーム(73)にウォームギア(75)を結合させ,このウォームギア(75)を減速モータ(77)の回転作用で制御することで,風圧調節板(7)が制御され風圧調節口(5)の開閉面積が調節される。
【0051】
また,図10は本発明による風圧調節板の他の例を示した平面図で,図11は図10のD−D線による断面図である。図12,図13,及び図14はそれぞれ図10のE−E線による断面図で,図12は風圧調節板が完全に開放された状態を示しており,図13及び図14はそれぞれ図10の風圧調節板が第1段階,第2段階に閉鎖された状態を示している。この実施例の風車羽も,その構成および作用は図1及び図2の風車羽と類似または同一である。従って,この風車羽については図1及び図2の風車羽と比較して異なる部分のみ説明することとし,図1及び図2と共通する部分の説明は省略する。
【0052】
図1及び図2の風車羽では,複数の風圧調節板(7)が同じワイヤ(11)に連結され,風圧調節口(5)を同時に開閉させるようになっている。これに対し,図10〜図14の風車羽では,風圧調節板(79)は連続的にスライドされる上下側風圧調節板(79a,79b)を備え,風圧調節口(5)を連続的に二段階を経て開閉する。つまり,下側風圧調節板(79b)は羽本体(1)に弾性部材(81)を介して連結され,下側風圧調節板(79b)と上側風圧調節板(79a)は互いに掛部(79c,79d)で連結され,上側風圧調節板(79b)はその一端がワイヤ(11)に連結されている。
【0053】
図15は本発明による風車羽のまた他の実施例を示した正面図で,図16は図18の風圧調節板の部分断面斜視図である。図17は風圧調節板が完全に閉鎖された状態で,図18は風圧調節板が第1段階に開放された状態で,図19は風圧調節板が第2段階に開放された状態である。この風車羽の構成および作用は上記の各実施例と類似または同一である。従って,この風車羽については上記各実施例と比較して異なる部分のみ説明することとし,上記各実施例と共通する部分の説明は省略する。
【0054】
図1及び図2,又は図8〜図14の羽本体(1)においては,風圧調節口(5)が羽本体(1)の長手方向に列を形成するように配置されており,各風圧調節口(5)に対応する風圧調節板(7,79)は,長手方向にスライドして風圧調節口(5)を開閉させる。この場合,ウィンチ(19)の個数が少なく,また,軸(23)を短くすることができるが,反面,ワイヤ(11)の長さが長くなる。これに対し,図15〜図19の羽本体(1)においては,風圧調節口(5)が羽本体(1)の幅方向に配列されている。各風圧調節口(5)に対応する風圧調節板(83)は,幅方向にスライドして風圧調節口(5)を開閉させる。図16に示すように,風圧調節板(83)の駆動手段は,各風圧調節板(83)に対応させて設けた一組のスプロケットを備えている。それぞれのスプロケットの組は,風圧調節板(83)の両側に配置されチェーン(84c)によって互いに連結された第1,第2スプロケット(84a,84b)を備えている。第1スプロケット(84a)は,羽本体(1)に回転可能に取り付けられている。一方,第2スプロケット(84b)は,軸支持部(21)によって支持された軸(23)に固定されている。また,駆動手段は,カップリング(85)によって軸(23)に直接連結された減速モータ(87)を備えている。この場合,駆動手段の構成が簡単になる。図15〜図19の構成においては,図1及び図2,又は図8〜図14の場合と比較して,第1,第2スプロケット(84a,84b)が多く使用される。また,軸(23)が長くなるが,反面,各チェーン(84c)を短くすることができる。この場合,風車羽の設計において,設計の選択の自由度を増加させることができる。なお,風力による破断に対する抵抗力を高めるため,羽本体(1)には,長手方向に延設された補強部材(84)を設けても良い。
【0055】
各風圧調節板(83)は,羽本体(1)に設けられたガイド(9)に沿って幅方向に連続的にスライドするように構成された上下側風圧調節板(83a,83b)を備えている。
【0056】
この上下側風圧調節板(83a,83b)は,掛部(83c,83d)で互いに連結されている。下側風圧調節板(83b)は,掛部(83d)の反対側の端部において,第1スプロケット(84a)の周囲を走行するように設けられたチェーン(84c)に,プレート(89)を介して連結されている。各チェーン(84c)は,環状になっており,一端において第1スプロケット(84a)に結合されることにより,羽本体(1)の一側に連結されている。また,チェーン(84c)は,他端において第2スプロケット(84b)に結合されることにより,羽本体(1)の他の一側に連結されている。
【0057】
したがって,減速モータ(87)の時計方向の回転によりチェーン(84c)に駆動力が加わると,下側風圧調節板(83b)が,プレート(89)を介してチェーン(84c)によって第1スプロケット(84a)に向かって移動させられる。下側風圧調節板(83b)の連続的な動きに伴い,下側風圧調節板(83b)の掛部(83d)が上側風圧調節板(83a)の掛部(83c)に結合され,これにより,上側風圧調節板(83a)が下側風圧調節板(83b)に連結される。この状態でさらにチェーン(84c)を移動させると,上側風圧調節板(83a)が下側風圧調節板(83b)と共に第1スプロケット(84a)に向かって移動させられる。その結果,風圧調節口(5)が完全に閉鎖されるのである。
【0058】
風圧調節口(5)が閉鎖された状態において,減速モータ(87)の反時計方向の回転により,チェーン(84c)に逆向きの駆動力が加わると,下側風圧調節板(83b)が,プレート(89)を介してチェーン(84c)によって第2スプロケット(84b)に向かって移動させられる。下側風圧調節板(83b)の連続的な動きに伴い,上側風圧調節板(83a)のプレート(89)に面する側の端部がプレート(89)に接触する。
【0059】
この状態でさらに減速モータ(87)を反時計方向に回転駆動させ,チェーン(84c)を移動させると,下側風圧調節板(83b)がプレート(89)を介してさらに第2スプロケット(84b)に向かって移動させられる。このとき,下側風圧調節板(83b)に結合されたプレート(89)が,上側風圧調節板(83a)の端部を押すので,風圧調節口(5)を完全に開放できるようになる。
【0060】
図20は図15の風圧調節板における他の実施例の部分断面斜視図である。この風圧調節板の構成および作用は図15および図16の風圧調節板と類似または同一である。従って,この風圧調節板については図15及び図16の風圧調節板と比較して異なる部分のみ説明することとし,図15及び図16と共通する部分の説明は省略する。
【0061】
上述したように,図15及び図16の駆動手段は,軸(23)にカップリング(85)で直接連結される減速モータ(87)を備えている。これに対し,図20の駆動手段は,軸(23)にカップリング(85)で連結されたピニオンギア(93)と,このピニオンギア(93)に結合されたラックギア(95),およびラックギア(95)に連結されたシリンダ(97)で構成されている。
【0062】
また,図21および図22は図15に示した風圧調節板の他の実施例を示し,図21は風圧調節口(5)が完全に閉鎖された状態で,図22は風圧調節口(5)が第1段階に開放された状態を示す。
【0063】
上述したように,図15および16の駆動手段は,減速モータ(87)によって軸(23)に掛かるチェーン(84c)を駆動させ,上下側風圧調節板(83a,83b)を間接的に開閉させる。これに対し,図21および図22の駆動手段は第1,2シリンダ(97a,97b)で構成され,上下側風圧調節板(83a,83b)を直接開閉できる構成となっている。
【0064】
第1,2シリンダ(97a,97b)は,油圧又は空気圧によって伸縮する構成となっている。上下側風圧調節板(83a,83b)には,第1,2シリンダ(97a,97b)の各ロッド(ra,rb)がそれぞれ直接連結されており,風圧調節口(5)を開閉できるようになっている。
【0065】
第1シリンダ(97a)は羽本体(1)に装着され,そのロッド(ra)が上側風圧調節板(83a)に固定されている。第2シリンダ(97b)は上側風圧調節板(83a)に装着され,そのロッド(rb)が下側風圧調節板(83b)に固定されている。したがって,第1シリンダ(97a)の伸縮作用により,第2シリンダ(97b)は上側風圧調節板(83a)と一緒に移動するようになっている。
【0066】
図21は第1,2シリンダ(97a,97b)が伸張され上下側風圧調節板(83A,83b)が風圧調節口(5)を完全に閉鎖している状態を示し,図22は第1シリンダ(97a)が収縮され上側風圧調節板(83a)が風圧調節口(5)を開放するように移動した第1段階の状態を示す。
【0067】
第1シリンダ(97a)が収縮され,第2シリンダ(97b)が伸張された状態に制御されると,下側風圧調節板(83a)によって風圧調節口(5)を第1段階の閉鎖状態にすることができる。また,第1シリンダ(97a)が伸張かつ第2シリンダ(97b)が収縮制御されるようにしても,上下側風圧調節板(83a,83b)によって風圧調節口(5)を第1段階の閉鎖状態に制御できる。
【0068】
このような図21の状態で第2シリンダ(97b)が収縮されると,下側風圧調節板(83b)は,風圧調節口(5)を開放させる位置にある上側風圧調節板(83a)の下方に移動させられ,これにより,風圧調節口(5)は上下側風圧調節板(83a,83b)によって遮断されない完全開放状態になる。
【0069】
図23は,図15〜図22の本発明にかかる風車羽が適用された風力発生装置の側面図である。図24は正面図であり,図23において風力発生装置を左方からみた状態を示している。図24には,ひとつの軸(99)に三つの羽集合体(3a,3b,3c)が取り付けられており,軸(99)に沿った方向において互いに離隔した状態になっていることが示されている。
【0070】
図23および図24の風力発生装置は,図7の風力発生装置と全体的な構成が類似している。従って,この風力発生装置については図7の風力発生装置と比較して異なる点のみ説明することとし,図7と共通する部分の説明は省略する。図7の風力発生装置においては,一つの中心軸(45)にひとつの羽集合体を装着しており,ひとつの羽集合体だけで動力を発生させていた。これに対し,図23と図24の風力発生装置は,三つの羽集合体(3a,3b,3c)の回転力で動力を発生させるので,風力利用効率をより向上させられる。
【0071】
中心軸(99)に3個の羽集合体(3a,3b,3c)を装着した状態は,次のようになっている。即ち,中心軸(99)の一側には2個の羽集合体(3b,3c)が装着され,中心軸(99)の他の一側には1個の羽集合体(3a)と均衡錘(101)が装着されており,これにより,中心軸(99)の釣り合いをとるようにしている。
【0072】
一方,図7の風力発生装置においては,中心軸(45)がハウジング(47)に装着され,風向によってハウジング(47)と一体となって旋回するようになっており,羽集合体が風向きと垂直に向けられる。これに対して,図23および図24の風力発生装置は図25で示したように,中心軸(99)を支持する軸支持部(103)がベアリング(105a,105b)を介して回転レール(107)に装着され,風向の変化に従って羽集合体(3a,3b,3c)が中心軸(99)および軸支持部(103)と共に旋回可能になっているので,羽集合体(3a,3b,3c)が風向きに対して垂直に動くようになっている。
【0073】
図26〜図28は本発明の風力発生装置における他の例を示したもので,図26は背面図である。
【0074】
図26〜図28に示すように,少なくとも一本の鉄塔が地上に設置されている。図示の例では,4本の鉄塔(111,112,113,114)が設置されている。鉄塔(111,112,113,114)の上部に配置された回転軸(130)には,少なくとも3段の多段式風車羽が取り付けられている。図示の例では,1段目,2段目及び3段目の風車羽(121,122,123)が備えられている。第1,2,3段風車羽(121,122,123)は,同一回転軸(130)上に軸設され,上記回転軸(130)の回転に伴って一緒に回転できるように構成されている。
【0075】
そして,上記第1,2,3段風車羽(121,122,123)の回転によって発生する動力は,回転軸(130)と,回転軸(130)の下方に配置された動力伝達装置(230)を通して,動力を利用する装置に伝達できるように構成される。
【0076】
図27は風力発生装置の側面図である。図27に示すように,第1,2,3段風車羽(121,122,123)は,鉄塔(111,112,113,114)の上方に配置された回転軸(130)に取り付けられている。第1段風車羽(121)は回転軸(120)の前方に設置され,第2,3段風車羽(122,123)は回転軸(120)の後方に設置される。第1段風車羽(121)と第2,3段風車羽(122,123)によって回転軸(130)で発生する重量の不均衡は,回転軸(130)の先端にある均衡錘(131)で調節される。
【0077】
そして,第1,2,3段風車羽(121,122,123)は,回転軸(130)において間隔を空けて設置されている。第1,2,3段風車羽(121,122,123)を互いに離隔させることにより,風力を高めることができる。
【0078】
回転軸(130)は,第1,2ベアリング(141,142)によって鉄塔(111,112,113,114)の上方に回転可能に設置されている。第1,2,3段風車羽(121,122,123)の回転力は,回転軸(130)及び動力伝達装置(230)を経て,風力を利用する装置側に伝達される。動力伝達装置(230)は,通常は回転軸(130)と直角になるよう下方に向かって延設される伝達軸(234)を備えている。
【0079】
伝達軸(234)の上端部は,上部側かさ歯車(231)によって回転軸(130)に接続されている。伝達軸(234)の下端は,支持部材(233)によって支持された下部側かさ歯車(232)によって,風力を利用する装置に接続されており,風力を利用する装置側に動力伝達できるように構成されている。
【0080】
また,第1,2ベアリング(141,142)によって回転可能に支持された回転軸(230),及び,第1,2,3段風車羽(121,122,123)は,方向転換部(150)(図28参照)により,風向の変化に従って方向転換できる。
【0081】
図29及び30は,本発明による方向転換部を示したもので,図29は平面図,図30は側面図である。図29及び30に示すように,方向転換部(150)は,1個以上の鉄塔上,例えば図示の例では4本の鉄塔(111,112,113,114)上に支持された円形レール(153)を備えている。また,方向転換部(150)は,円形レール(153)によって支持された風車支持台(151)を備えており,風車支持台(151)には,第1,2,3段風車羽(121,122,123)が軸設された回転軸(130)を回転可能になるよう支持している第1,2ベアリング(141,142)が設置されている。風車支持台(151)は,多数の上下部駆動ローラ(154,155)によって支持された状態で,円形レール(153)に沿って回転できるように構成されている。
【0082】
これを,図31を参照に,より詳細に説明する。上下部駆動ローラ(154,155)は,風車支持台(151)の周縁部から下方に向かって設けられた接続部材(152)に,回転可能に取り付けられている。上下部駆動ローラ(154,155)は,それぞれ接続部材(152)の上部,下部に配置されている。各上部駆動ローラ(154)は,風車支持台(151)の下面と,円形レール(153)の上面とに接するようになっており,他方,各下部駆動ローラ(155)は,円形レール(153)の下面に接するようになっている。このような回転可能な接触状態により,上記風車支持台(151)が円形レール(153)に沿って回転できるように構成されている。
【0083】
次に,上記の構成を有する本発明の風力発生装置の作動過程を,添付図面を参照して詳細に説明する。
【0084】
図27に示したように,回転軸(130)上に軸設された第1,2,3段風車羽(121,122,123)が風によって回転すると,これらの風車羽の回転によって発生した回転力が回転軸(130)に伝達され,次に,動力伝達装置(230)の上部かさ歯車(231)を通して,鉛直な駆動軸(234)に伝わる。駆動軸(234)に伝わった動力は,下部かさ歯車(232)を通して,風力を利用する外部装置に伝わる。このとき,回転軸(130)の重量の不均衡によって回転軸(130)の偏心が起こるおそれは無い。即ち,回転軸(130)の先端に均衡錘(131)が設けられており,第1段風車羽(121)が前部に,第2,3段風車羽(122,123)が後部に配置されているために起こる重量不均衡を防止するようになっている。
【0085】
もし重量不均衡を解消できないと,回転軸(130)および第3段風車羽(123)の偏心により,第1,2,3段風車羽(121,122,123)が方向転換部(150)の円形レール(153)に沿って移動したとき,風向の反対側に配置されてしまうおそれがある。その結果,第1,2,3段風車羽(121,122,123)の不正確な回転および不安定性を招くおそれがある。
【0086】
そして,第1,2,3段風車羽(121,122,123)は,各々間隔を置いて回転軸(130)の前後に軸設されているので,大きな風力を得ることができる。
【0087】
一方,第1,2,3段風車羽(121,122,123)の回転軸(130)を回転可能に支持する第1,2ベアリング(141,142)と連結された方向転換部(150)の風車支持台(151)は,風車支持台(151)の接続部材(152)に取り付けられた上下部駆動ローラ(154,155)によって,円形レール(153)に沿って回転可能になっている。これによって,風向の変化に伴い,第1,2,3段風車羽(121,122,123)の方向転換が行われる。このように,かかる風車羽は,風向の変化に対応する効果を有するのである(図29〜図31参照)。
【0088】
以上,本発明の好ましい形態を示したが,当業者は,請求項に示された本発明の範囲と精神から逸脱せずに,種々の改良,追加,置換が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0089】
【図1】図1は本発明による風車羽の一例を示した正面図。
【図2】図2は図1のA−A線による風車羽の縦断面図。
【図3】図3は図1のB−B線による風車羽の横断面図。
【図4】図4は本発明による風圧調節板の一例を示した部分断面斜視図。
【図5】図5は本発明による風向感知手段および風力感知手段を示した正面図。
【図6】図6は図5の風向感知手段および風力感知手段の平面図。
【図7】図7は本発明による風車羽の装着状態を概略的に示した図。
【図8】図8は本発明による風車羽の他の例を示した正面図。
【図9】図9は図8のC−C線による風車羽の縦断面図。
【図10】図10は本発明による風圧調節板の他の例を示した正面図。
【図11】図11は図10のD−D線による風圧調節板の断面図。
【図12】図12は図10の風圧調節板が完全開放した状態のE−E線による断面図。
【図13】図13は図10の風圧調節板における第1段階の閉鎖状態でのE−E線による断面図。
【図14】図14は図10の風圧調節板における第2段階の閉鎖状態でのE−E線による断面図。
【図15】図15は本発明による風車羽の他の例を示した正面図。
【図16】図16は図15の風圧調節板の部分斜視図。
【図17】図17は図16の風圧調節板が完全閉鎖された状態でのE−E線による断面図。
【図18】図18は図16の風圧調節板が第1段階に開放された状態でのE−E線による断面図。
【図19】図19は図16の風圧調節板が第2段階に開放された状態でのE−E線による断面図
【図20】図20は図15の風圧調節板の第2実施例を示した部分斜視図。
【図21】図21は図15の風圧調節板の第3実施例を示した部分断面図。
【図22】図22は図15の風圧調節板の第4実施例を示した部分断面図。
【図23】図23は本発明による風力発生装置の一例を示した側面図。
【図24】図24は図23の風力発生装置の左側面図。
【図25】図25は図23の軸支持部の縦断面図。
【図26】図26は本発明による風力発生装置の他の例を示した背面図。
【図27】図27は図26の風力発生装置の側面図。
【図28】図28は図26の風力発生装置の平面図。
【図29】図29は図28の方向転換部を示す平面図。
【図30】図30は図28の方向転換部の側面図。
【図31】図31は図30の“A”部の拡大断面図。
【図32】図32は一般的な風力発生装置を示す側面図。
Claims (10)
- 回転軸に装着されて羽集合体を形成し,風圧を受け,多数の風圧調節口が形成された羽本体と,
前記各羽本体に連結され,ワイヤによって互いに連結され,羽本体に備えられた各風圧調節口の両側に設けられたガイドに沿ってスライド可能であり,これにより各風圧調節口の開度を調節する複数の風圧調節板と,
各ワイヤの一端を羽本体の一側に各々連結する複数の弾性部材と,
各ワイヤの他端を羽本体の他の一側に各々連結し,複数のワイヤを同時に巻き取り又は繰り出しするよう,同じ軸上に設置されている複数のウィンチと,
前記ウィンチを駆動させる駆動手段とを含むことを特徴とする風車羽。 - 前記駆動手段は,複数のウィンチが設置されている軸上にあるピニオンギア及びこのピニオンギアに結合されるラックギアと,
前記ラックギアに連結され,前記ラックギアを風力の強弱に従って直線移動させるように伸縮作用をするシリンダとで構成されていることを特徴とする,請求項1に記載の風車羽。 - 前記駆動手段は,ウィンチが設置されている軸上に備えられたウォーム及びこのウォームに結合されたウォームギアと,
前記ウォームギアに連結され,前記ウォームギアを風力の強弱に従って作動させる減速モータとで構成されていることを特徴とする,請求項1に記載の風車羽。 - 前記各羽本体に形成された風圧調節口は,羽本体の長手方向に複数の列を形成するように配列され,
前記各風圧調節口に対応する風圧調節板は,長手方向において連続的にスライド可能な上側風圧調節板と下側風圧調節板とで構成され,これにより風圧調節口を連続的に開閉させる構成とし,
前記下側風圧調節板は,その一端が羽本体に弾性部材を介して連結され,前記上側風圧調節板と下側風圧調節板とは,上側風圧調節板と下側風圧調節板の向かい合う側の端部に設けられた掛部によって互いに連結され,前記上側風圧調節板は,掛部を保持する端部の反対側の端部において,ワイヤに連結されていることを特徴とする,請求項1に記載の風車羽。 - 回転軸に装着されて羽集合体を形成し,風圧を受け,多数の風圧調節口が形成された羽本体と,
前記各羽本体に連結され,環状のチェーンにそれぞれ連結され,羽本体に備えられた各風圧調節口の両側に設けられたガイドに沿ってスライド可能であり,これにより各風圧調節口の開度を調節する複数の風圧調節板と,
羽本体の一側に設けられ,チェーンの一端を各々支持する複数の第1スプロケットと,
同一軸上に設置され,前記複数の第1スプロケットを時計或いは反時計方向に回転できるように,チェーンの他端を各々支持する複数の第2スプロケットと,
前記第2スプロケットを駆動させる駆動手段とを含むことを特徴とする風車羽。 - 前記駆動手段は,第2スプロケットが設置されている軸にカップリングで直接連結される減速モータで構成されていることを特徴とする,請求項5に記載の風車羽。
- 前記各羽本体に形成された風圧調節口は,羽本体の幅方向に配列されており,
前記各風圧調節口に対応する風圧調節板は,幅方向において連続的にスライド可能な上側風圧調節板と下側風圧調節板とで構成され,これにより風圧調節口を連続的に開閉させる構成とし,
前記上側風圧調節板と下側風圧調節板とは,上側風圧調節板と下側風圧調節板の向かい合う側の端部に設けられた掛部によって互いに連結され,前記下側風圧調節板は,掛部を保持する端部の反対側の端部において,第1スプロケットを介して,チェーンに連結されていることを特徴とする,請求項5に記載の風車羽。 - 回転軸に装着されて羽集合体を形成し,風圧を受け,多数の風圧調節口が形成された羽本体と,
前記各羽本体において各風圧調節口に対応するように各々連結され,各風圧調節口の両側に設けられたガイドに沿ってスライド可能な上側風圧調節板と下側風圧調節板とによって構成され,これにより風圧調節口の開度を調節する複数の風圧調節板の組と,
前記風圧調節板の組の上側風圧調節板を,各風圧調節板の組に対応するガイドに沿ってスライドさせる複数の第1シリンダと,
前記風圧調節板の組の上側風圧調節板に装着され,前記風圧調節板の組の下側風圧調節板を,各風圧調節板の組に対応するガイドに沿ってスライドさせる第2シリンダとを含むことを特徴とする風車羽。 - 風によって回転する風車羽の回転力を,動力伝達装置を通して,風力を利用する装置側に伝達させる風力発生装置において,
1個以上の鉄塔に支持された回転軸に設置され,回転軸に沿って配置され,請求項1〜8に記載の構成を有する第1,2,3段風車羽と,
前記第1,2,3段風車羽を支持する回転軸が連結された風車支持台を,鉄塔によって支持された円形レールに沿って方向転換させる構成とし,前記風車支持台は上下部駆動ローラによって回転できるように構成された方向転換部とを含むことを特徴とする風力発生装置。 - 前記第1段風車羽は,回転軸の前方に配置され,前記第2,3段回転羽は,回転軸の後方に配置され,回転軸の先端には均衡錘が配置され,回転軸の均衡が保てるように構成されていることを特徴とする,請求項9に記載の風力発生装置。
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