JP2007009898A - Wind power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は風力発電装置に関する。特に、遠心力を利用して羽根(ブレード)のピッチ(傾き)が変化する機構を備えた風力発電装置に関する。 The present invention relates to a wind power generator. In particular, the present invention relates to a wind turbine generator having a mechanism that changes the pitch (tilt) of blades using a centrifugal force.
風力発電装置は自然エネルギーを利用する、環境面で非常に優れた装置であるが、現在運用あるいは計画されている装置は、維持運営費を含んだ建設費が高価である。従って、発電によって得られる利益が経済的に見合うようにするために、年間風力エネルギー密度が特別に大きな地域でのみ使用されている。 Wind power generators use natural energy and are very excellent in terms of the environment. However, the equipment that is currently operated or planned is expensive to construct, including maintenance and operation costs. Therefore, it is only used in regions where the annual wind energy density is particularly high in order to make the profits from power generation economically commensurate.
このため、風力発電装置は、国土の非常に限られた狭い地域でのみ運用されて、残る大半の風力エネルギー密度の低い地域では、地域全体では大きな風力エネルギーが得られるにも拘らず経済的に釣り合わないため、運用されるにいたっていない。 For this reason, wind turbines are operated only in a very limited and narrow area of the country, and most of the remaining low wind energy density areas are economical in spite of the fact that large wind energy can be obtained in the entire area. Since it is not balanced, it has not been put into operation.
風力発電装置が高価となっている主要因として、羽根車の強風対策としての回転速度調整装置の構造が複雑であることが挙げられる。 The main factor that makes wind power generators expensive is that the structure of the rotational speed adjusting device as a countermeasure against the strong wind of the impeller is complicated.
回転速度調整装置としては、風向方向に対して羽根の傾きを変化させる可変ピッチ方式が一般的に採用されている。 As the rotation speed adjusting device, a variable pitch method is generally adopted in which the inclination of the blade is changed with respect to the wind direction.
現代の風力発電装置の回転速度調整を行なうための可変ピッチ機構は、羽根車のハブの中に電気制御装置や油圧制御装置が組み込まれており、構造が複雑で高度な精度と強度が要求されるため、装置の製作や維持運営の費用は高価である。 The variable pitch mechanism for adjusting the rotational speed of modern wind power generators has an electric control device and a hydraulic control device incorporated in the hub of the impeller, which requires a complicated structure and high precision and strength. Therefore, the cost of manufacturing and maintaining the apparatus is expensive.
これに対し、羽根車が回転する時に羽根に発生する遠心力を羽根のピッチ変化の駆動力として用いる可変ピッチ方式が従来から提案されている。この手法の一つとしてヘリカル・フェザリング方式がある。 On the other hand, a variable pitch method has been conventionally proposed in which a centrifugal force generated in a blade when the impeller rotates is used as a driving force for changing the pitch of the blade. One of these methods is a helical feathering method.
図1はヘリカル・フェザリング方式の概略構成を示した説明図である(例えば非特許文献1参照)。羽根車のハブ11から放射状に円柱状の支持軸9が伸びている。この支持軸9の外面に、円筒状のスパー4が、支持軸9に対して摺動可能に差し込まれている。支持軸9の外周面に形成されたピン4aが、スパー4に形成された螺旋状の溝7に嵌入している。スパー4には羽根2が接続されている。羽根2は遠心力対抗用バネ6によりハブ11の向きに付勢されている。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a helical feathering system (see, for example, Non-Patent Document 1). A cylindrical support shaft 9 extends radially from the
風5を受けると羽根車が羽根車軸10を中心として矢印8方向に回転する。このとき、羽根2には遠心力3が発生する。ハブ11の回転速度が大きくなると、羽根2に発生する遠心力3も大きくなる。遠心力3が遠心力対抗用バネ6の付勢力を越えると、バネ6が伸ばされ、スパー4が支持軸9に対して遠心力3の方向に移動する。この際、ピン4aが溝7に沿って移動するので、羽根2のピッチが矢印1の方向に変化する。羽根車の回転数が増加すると、遠心力3が大きくなり、羽根2はハブ11から遠ざかり、羽根2のピッチ変化量が増加する。このようにして、強風時には羽根2の向きと風5の向きとがなす角度を小さくして、羽根2に作用する風圧が過大になるのを防止する。
このように、ヘリカル・フェザリング方式は簡単な構造を有するが、羽根2に風圧が加えられた状態で支持軸9の外面とスパー4の内面とがスムーズに摺動しながら回転するためには、両者の接触部分に高い精度と強度とが必要であり製作は容易ではなかった。従って、十分に信頼性を有し、実用レベルのヘリカル・フェザリング方式は現在に至るまで実現されていない。
As described above, the helical feathering method has a simple structure, but in order to rotate while smoothly sliding between the outer surface of the support shaft 9 and the inner surface of the spar 4 with the wind pressure applied to the
本発明はこのような状況を鑑み、羽根の可変ピッチ機構を備え、安価で製作が容易な風力発電装置を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a wind power generator that is provided with a variable pitch mechanism for blades and that is inexpensive and easy to manufacture.
本発明の第1の風力発電装置は、回転中心軸軸芯線を中心として回転可能なハブと、前記ハブに放射状に設けられた複数の支持アームと、前記複数の支持アームのそれぞれに設けられた複数の羽根と、前記支持アームと前記羽根とをそれぞれ連結する複数の傾斜ヒンジ機構とを備える。 A first wind turbine generator according to the present invention is provided on each of a hub that is rotatable about a rotation center axis axis, a plurality of support arms provided radially on the hub, and the plurality of support arms. A plurality of blades, and a plurality of inclined hinge mechanisms respectively connecting the support arm and the blades.
前記支持アームは、前記回転中心軸軸芯線に対して傾斜した傾斜面を有する。前記複数の傾斜ヒンジ機構のそれぞれは、第1ヒンジジョイント及び第2ヒンジジョイントからなり、前記第1ヒンジジョイントの一方の回動部材は前記傾斜面に接続され、前記第1ヒンジジョイントの他方の回動部材は前記第2ヒンジジョイントの一方の回動部材に接続され、前記第2ヒンジジョイントの他方の回動部材は前記羽根に接続されている。 The support arm has an inclined surface inclined with respect to the rotation center axis axis. Each of the plurality of inclined hinge mechanisms includes a first hinge joint and a second hinge joint, one rotating member of the first hinge joint is connected to the inclined surface, and the other rotation of the first hinge joint is connected. The moving member is connected to one rotating member of the second hinge joint, and the other rotating member of the second hinge joint is connected to the blade.
そして、前記第1ヒンジジョイントの第1回動軸軸芯線が前記支持アームの長手方向に対して傾斜しており、前記第1ヒンジジョイントの前記第1回動軸軸芯線と前記第2ヒンジジョイントの第2回動軸軸芯線とはねじれの位置関係にあることを特徴とする。 The first pivot shaft axis of the first hinge joint is inclined with respect to the longitudinal direction of the support arm, and the first pivot axis of the first hinge joint and the second hinge joint The second rotation shaft axis line is in a torsional positional relationship.
本発明の第2の風力発電装置は、回転中心軸軸芯線を中心として回転可能なハブと、前記ハブに放射状に設けられた複数の支持アームと、前記複数の支持アームのそれぞれに設けられた複数の羽根と、前記支持アームと前記羽根とをそれぞれ連結する複数の連結機構とを備える。 The second wind power generator of the present invention is provided on each of the hub that is rotatable about the rotation center axis axis, the plurality of support arms provided radially on the hub, and the plurality of support arms. A plurality of blades, and a plurality of connection mechanisms for connecting the support arm and the blades, respectively.
前記複数の連結機構のそれぞれは、第1回動部材及び第2回動部材を備える。前記第1回動部材は第1回動軸軸芯線を中心として前記支持アームに対して回動可能に前記支持アームに接続されており、前記第2回動部材は第2回動軸軸芯線を中心として前記羽根に対して回動可能に前記羽根に接続されている。前記第1回動部材と前記第2回動部材とが接続されている。 Each of the plurality of coupling mechanisms includes a first rotating member and a second rotating member. The first rotation member is connected to the support arm so as to be rotatable with respect to the support arm about a first rotation axis axis, and the second rotation member is a second rotation axis axis. Is connected to the blade so as to be rotatable with respect to the blade. The first rotating member and the second rotating member are connected.
そして、前記第1回動軸軸芯線と前記回転中心軸軸芯線とはねじれの位置関係にあり、前記第1回動軸軸芯線と前記第2回動軸軸芯線とはねじれの位置関係にあることを特徴とする。 The first rotation axis axis and the rotation center axis are in a twisted positional relationship, and the first rotation axis and the second rotation axis are in a torsional relationship. It is characterized by being.
本発明では、支持アームと羽根とを連結する、2つのヒンジジョイントが組み合わされた傾斜ヒンジ機構又は2つの回動部材が組み合わされた連結機構が、羽根に加わる遠心力を駆動力として羽根が支持アームの長手方向に移動する際に、羽根を支持アームの回りに回転させる。これにより、羽根のピッチが遠心力の大きさ(即ち、羽根車の回転速度)に応じてスムーズに変化する。従って、本発明によれば、羽根の可変ピッチ機構を備え、安価で製作が容易な風力発電装置を実現できる。 In the present invention, an inclined hinge mechanism combining two hinge joints or a connecting mechanism combining two rotating members that connect the support arm and the blades supports the centrifugal force applied to the blades as a driving force. When moving in the longitudinal direction of the arm, the blade is rotated around the support arm. Thereby, the pitch of a blade | wing changes smoothly according to the magnitude | size (namely, rotational speed of an impeller) of centrifugal force. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a wind power generator that is provided with a variable pitch mechanism of blades and that is inexpensive and easy to manufacture.
本発明の風力発電装置は、風上側に対向して、風のエネルギーを回転エネルギーに変換する、複数枚の羽根を有するプロペラ型羽根車(風車)を備える。図2及び図3は本発明の一実施形態に係る風力発電装置の羽根車の正面図であり、図2は羽根が初期ピッチ状態にある場合を示し、図3は羽根が停止ピッチ状態にある場合を示す。ここで、「初期ピッチ状態」とは、羽根車の回転中心軸軸芯線10A方向の風に対して羽根が受ける風圧が最大となる状態をいい、「停止ピッチ状態」とは、羽根車の回転中心軸軸芯線10A方向の風に対して羽根が受ける風圧が最小となる状態をいう。
The wind turbine generator according to the present invention includes a propeller-type impeller (windmill) having a plurality of blades facing the windward side and converting wind energy into rotational energy. 2 and 3 are front views of the impeller of the wind turbine generator according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a case where the blade is in the initial pitch state, and FIG. 3 is a state where the blade is in the stop pitch state. Show the case. Here, the “initial pitch state” refers to a state in which the wind pressure received by the blades becomes maximum with respect to the wind in the direction of the rotation
図示したように、回転中心軸軸芯線10Aを中心として矢印8の方向に回転可能なハブ11に、放射状に等角度間隔で複数の支持アーム14が設けられている。各支持アーム14には、2組の傾斜ヒンジ機構50を介して、羽根13が連結されている。
As shown in the drawing, a plurality of
図4は図2の支持アーム14の長手方向に対して垂直なIV−IV線での矢視断面図、図5は図3の支持アーム14の長手方向に対して垂直なV−V線での矢視断面図である。また、図6は図2の部分VIを回転中心軸軸芯線10Aと平行な方向から見た拡大図、図7は図3の部分VIIを回転中心軸軸芯線10Aと平行な方向から見た拡大図である。図4及び図6は初期ピッチ状態を示した図であり、図5及び図7は停止ピッチ状態を示した図である。各図には、方向の理解を容易にするために、回転中心軸軸芯線10Aと平行で、通常の使用状態において風上となる側を正の側とするZ軸を併せて示している。
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV perpendicular to the longitudinal direction of the
ハブ11は、回転中心軸軸芯線10Aに沿った羽根車軸10により回転可能に支持されている。風を受けてハブ11が回転すると、その回転は羽根車軸10を介してナセル(図示せず)内に設置された増速機で増速され、発電機に伝えられて電気エネルギーが生成される。
The
支持アーム14は略短冊形状であり、支持アーム14の長手方向と略平行で且つ回転中心軸軸芯線10Aに対して傾斜した(即ち、垂直でも平行でもない)傾斜面14aを有している。
The
傾斜ヒンジ機構50は、第1及び第2のヒンジジョイントからなる。第1ヒンジジョイントは、第1回動軸軸芯線52A上に設けられた一対の第1回動軸52を介して連結され、第1回動軸軸芯線52Aの回りにそれぞれ独立して回動自在な2つのコ字状ブラケット(回動部材)51,53を備える。第2ヒンジジョイントは、第2回動軸軸芯線56A上に設けられた一対の第2回動軸56を介して連結され、第2回動軸軸芯線56Aの回りにそれぞれ独立して回動自在な2つのコ字状ブラケット(回動部材)55,57を備える。
The
第1ヒンジジョイントの一方のコ字状ブラケット51は支持アーム14の風上側に向いた傾斜面14aに強固に取り付けられており、他方のコ字状ブラケット(第1回動部材)53は、第2ヒンジジョイントの一方のコ字状ブラケット(第2回動部材)55と調整軸54の回りに相互に回動自在に接続されている。第2ヒンジジョイントの他方のコ字状ブラケット57は羽根13の裏面(初期ピッチ状態において風を受ける面とは反対側の面)13bに強固に取り付けられている。
One
ここで、第1ヒンジジョイントの第1回動軸軸芯線52Aは、図4及び図5に示すように支持アーム14の長手方向から見たとき回転中心軸軸芯線10Aに対して傾斜しており(即ち、垂直でも平行でもない)、図6及び図7に示すように回転中心軸軸芯線10Aと平行な方向から見たとき支持アーム14の長手方向に対して傾斜している。また、第1回動軸軸芯線52Aは支持アーム14の傾斜面14aに平行である。即ち、第1回動軸軸芯線52Aと回転中心軸軸芯線10Aとはねじれの位置関係にある。
Here, the first
また、第1ヒンジジョイントの第1回動軸軸芯線52Aと、第2ヒンジジョイントの第2回動軸軸芯線56Aとは、ねじれの位置関係にある。但し、第1ヒンジジョイントと第2ヒンジジョイントとが調整軸54を介して相互に回動可能に接続されているので、第1回動軸軸芯線52Aの方向と第2回動軸軸芯線56Aの方向との相対的関係は初期ピッチ状態(図2、図4、図6参照)と停止ピッチ状態(図3、図5、図7参照)との間で滑らかに変化する。
Further, the first
支持アーム14と羽根13とが上記のような2組の傾斜ヒンジ機構50を介して接続されていることにより、回転中心軸軸芯線10Aから羽根13までの距離は、図2に示すD0から図3に示すD1にまで変化し(D1>D0)、この距離の変化の過程で羽根13の表面(風を受ける面)13aのZ軸に対する傾き(即ち、羽根13のピッチ)は図4から図5にまで変化する。即ち、羽根13は、支持アーム14を中心として略螺旋状に移動する。
Since the
図8はハブ11の周辺構成を示した正面図である。複数の羽根13は、同期用羽根間リンク機構29で相互に連結されている。同期用羽根間リンク機構29は、回転中心軸軸芯線10Aを中心として矢印28の方向に回転可能に保持された回動アーム29aと、回動アーム29aと各羽根13とをそれぞれ連結する連結竿29bとからなる。このため、複数の羽根13の動きが連動し、全ての羽根13のピッチが常に同一に保たれる。図8において、実線は初期ピッチ状態を示し、二点鎖線16は停止ピッチ状態を示す。
FIG. 8 is a front view showing the peripheral configuration of the
回動アーム29aと1つの支持アーム14とは、遠心力対抗用バネ6で接続されている。遠心力対抗用バネ6は、羽根13を回転中心軸軸芯線10A側に引き寄せる向きの付勢力を発生する。遠心力対抗用バネ6は、1つのバネであっても良いし、バネ常数が異なる複数のバネを組み合わせたものであっても良い。
The
上記のように構成された本実施形態の風力発電装置の動作を以下に説明する。 The operation of the wind turbine generator of the present embodiment configured as described above will be described below.
羽根車が停止しており、風が吹き始めるのを待っている待機状態では、羽根13は、遠心力対抗用バネ6の付勢力を受けて初期ピッチ状態(図2、図4、図6参照)にある。
In a standby state in which the impeller is stopped and waiting for the wind to begin to blow, the
風の状態は、ナセルの外壁上に設置された風向風速計(図示せず)で常時計測されている。風向風速計が風が吹き始めたのを感知すると、羽根車が風上に向くようナセルを回転させる。 The state of the wind is constantly measured by an anemometer (not shown) installed on the outer wall of the nacelle. When the anemometer senses that the wind has started blowing, the nacelle is rotated so that the impeller faces upwind.
羽根13及び支持アーム14が風を受けると、羽根車は回転し始める。羽根車が回転すると、羽根13にはその回転速度に応じて図8の矢印3に示す方向の遠心力が発生する。風速が大きくなり、羽根車の回転速度が上昇すると、この遠心力3が、遂に遠心力対抗用バネ6による付勢力より大きくなる。これにより、羽根13は、回転中心軸軸芯線10Aから徐々に遠ざかり、初期ピッチ状態(図2、図4、図6参照)から停止ピッチ状態(図3、図5、図7参照)へとスムーズに移動する。停止ピッチ状態では、羽根13が受ける風圧は小さく、羽根車には回転トルクがほとんど発生しない。よって、強風下で羽根13に異常な風圧が加えられたり、回転速度が異常上昇したりすることにより、羽根車が破壊されるのを防止することができる。
When the
停止ピッチ状態において、風速が小さくなり、羽根車の回転速度が低下すると、羽根13に発生する遠心力3が遠心力対抗用バネ6による付勢力より小さくなるので、羽根13は上記とは逆に移動し、風が止むと初期ピッチ状態に戻る。
In the stop pitch state, when the wind speed decreases and the rotational speed of the impeller decreases, the
このように、遠心力3に対抗して羽根13を回転中心軸軸芯線10A側に引き寄せるように作用する遠心力対抗用バネ6を設けることにより、羽根車の回転数に応じて変化する遠心力3と遠心力対抗用バネ6による付勢力とがバランスするように、羽根13が支持アーム14の長手方向に移動するので、これに応じて羽根13のピッチが変化する。
In this way, by providing the
以上のように、本発明の風力発電装置は、外部からの油圧駆動力や電気的な駆動力を必要とせずに、羽根13に発生する遠心力を主要な駆動力源として羽根13のピッチを変化させることができる。
As described above, the wind turbine generator according to the present invention does not require an external hydraulic driving force or an electric driving force, and the pitch of the
本発明では、図8に示すように、遠心力対抗用バネ6にバネ張力調整器30が直列に接続されていても良い。バネ張力調整器30としては、例えば油圧式又は電動式の伸縮シリンダのような長さが変化する直動アクチュエータを用いることができる。バネ張力調整器30の長さを制御するための制御装置は、ハブ11又はナセル内に設置されていても良く、あるいは地上に設置されていても良い。
In the present invention, as shown in FIG. 8, a
更に、回動アーム29aと1つの支持アーム14とが、非常停止用バネ31で接続されていても良い。非常停止用バネ31は、上記の遠心力対抗用バネ6とは逆に、羽根13を回転中心軸軸芯線10Aから遠ざける向きの付勢力を発生する。
Further, the turning
羽根車が静止した状態では、回動アーム29aの回転中心軸軸芯線10A回りの挙動は、遠心力対抗用バネ6による付勢力と、これと逆向きの、非常停止用バネ31による付勢力とのバランス点により決定される。このとき、バネ張力調整器30の長さを変化させれば、このバランス点を任意に変化させることができる。
In a state where the impeller is stationary, the behavior of the
全ての羽根13が同期用羽根間リンク機構29で連結されているので、遠心力対抗用バネ6、バネ張力調整器30、及び非常停止用バネ31を個々の羽根13ごとに設ける必要がない。もちろん、同期用羽根間リンク機構29を用いずに、個々の羽根13ごとにこれらを設けても良い。
Since all the
上記のように、非常停止用バネ31及びバネ張力調整器30が更に設けられている場合、以下のような動作を行わせることができる。
As described above, when the
羽根車が停止しており、風が吹き始めるのを待っている待機状態では、遠心力対抗用バネ6による付勢力と非常停止用バネ31による付勢力とのバランス点により、羽根13のピッチが決定される。このとき、バネ張力調整器30の長さを変化させれば、このバランス点を任意に変化させることができる。例えば、バネ張力調整器30の長さを調整し、羽根13の傾きを始動ピッチ状態としても良い。始動ピッチ状態とは、初期ピッチ状態(図2、図4、図6参照)と停止ピッチ状態(図3、図5、図7参照)との間の状態であって、羽根車の始動トルク(羽根車が回転を始めるために必要なトルク)を最も得られやすい状態をいう。これにより、羽根車の回転を容易に始動させることができる。
In the standby state where the impeller is stopped and waiting for the wind to start blowing, the pitch of the
羽根車が回転状態に移行すると、バネ張力調整器30を縮小させて、羽根13の傾きを初期ピッチ状態としても良い。
When the impeller shifts to the rotating state, the
また、羽根13が停止ピッチ状態にあるときに、バネ張力調整器30を縮小させて、羽根13が風圧を受けやすい状態に変化させることもできる。
Further, when the
このように、バネ張力調整器30の長さを調整することにより、羽根車が回転している状態において、羽根13に発生する遠心力及び非常停止用バネ31による付勢力の合力と、遠心力対抗用バネ6による付勢力とのバランス点を調整することができるので、羽根13のピッチを任意に調整することができる。従って、風速とは独立して、羽根車の回転速度を自由に調整することができる。また、羽根車が停止しており、遠心力3が発生していない状態においても、羽根13のピッチを任意に調整することができる。
Thus, by adjusting the length of the
これを応用して、例えば、風速、羽根車の回転数、羽根に印加される風圧、発電装置の発電量などを常時検知し、これらの情報をもとにバネ張力調整器30の長さを調整して羽根13のピッチを調整することにより、羽根車の回転速度を増加又は減少させても良い。このような制御を行うことにより、最適な状態で風力発電装置を運転することができる。
Applying this, for example, the wind speed, the rotational speed of the impeller, the wind pressure applied to the blade, the amount of power generated by the power generator, etc. are constantly detected, and the length of the
羽根車が回転中に、何らかの理由により回転を急停止させる必要がある場合には、バネ張力調整器30を手動により又は自動的に伸長させて、遠心力対抗用バネ6による付勢力を急激にゼロ又は実質的にゼロとすればよい。これにより、羽根13は非常停止用バネ31の力を受けて、停止ピッチ状態に急激に移動する。バネ張力調整器30を伸長させるのではなく、遠心力対抗用バネ6の架張状態を解除することでも、同様の効果が得られる。これにより、台風襲来時、地震発生時、あるいは羽根車の不釣合いによる異常振動発生時等に、風力発電装置の羽根車の回転を任意にまたは自動的に停止させることが可能となる。
When it is necessary to suddenly stop the rotation for some reason while the impeller is rotating, the
上記において、調整軸54は、第1ヒンジジョイントの第1回動軸軸芯線52Aの方向と、第2ヒンジジョイントの第2回動軸軸芯線56Aの方向との相対的関係の変化を許容することにより、初期ピッチ状態(図2、図4、図6参照)と停止ピッチ状態(図3、図5、図7参照)との間での羽根13のスムーズな移動を実現している。但し、羽根13のスムーズな移動を実現するためには、調整軸54の位置は上記に限定されない。
In the above description, the
例えば、図9に示すように、第2ヒンジジョイントのコ字状ブラケット57と羽根13とが調整軸54を介して相互に回動可能に接続されていても良い。これにより、第2ヒンジジョイントのコ字状ブラケット57及び第2回動軸軸芯線56Aと羽根13との間の相対的角度が調整軸54を中心としてスムーズに変化する。
For example, as shown in FIG. 9, the
あるいは、図10に示すように、第1ヒンジジョイントのコ字状ブラケット51と支持アーム14とが調整軸54を介して相互に回動可能に接続されていても良い。これにより、第1ヒンジジョイントのコ字状ブラケット51及び第1回動軸軸芯線52Aと支持アーム14との間の相対的角度が調整軸54を中心としてスムーズに変化する。
Alternatively, as shown in FIG. 10, the
図9及び図10の場合には、第1ヒンジジョイントのコ字状ブラケット53と、第2ヒンジジョイントのコ字状ブラケット55とは、第1回動軸軸芯線52Aと第2回動軸軸芯線56Aとが一定のねじれの位置関係を維持して、強固に結合され一体化されている。
9 and 10, the
図9及び図10に示した構成でも、上記と同様の本発明の効果が得られる。 9 and 10 can provide the same effects of the present invention as described above.
上記の実施形態では、支持アーム14の風上側に向いた傾斜面14aに第1ヒンジジョイントのコ字状ブラケット51が取り付けられ、初期ピッチ状態において羽根13の風下側に向く面(裏面)13bに第2ヒンジジョイントのコ字状ブラケット57が取り付けられたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図11に示すように、支持アーム14の風下側に向いた傾斜面14bに第1ヒンジジョイントのコ字状ブラケット51が取り付けられ、初期ピッチ状態において羽根13の風上側に向く面(表面)13aに第2ヒンジジョイントのコ字状ブラケット57が取り付けられても良い。傾斜面14bは、回転中心軸軸芯線10Aに対して傾斜している(即ち、垂直でも平行でもない)。図11において、実線は初期ピッチ状態を示し、二点鎖線16は停止ピッチ状態にある羽根13の位置を示す。このような構成でも、羽根13は、初期ピッチ状態と停止ピッチ状態との間で、支持アーム14を中心として矢印32の方向に螺旋状に移動して、上記と同様の本発明の効果が得られる。
In the embodiment described above, the
図11では、調整軸54を第1ヒンジジョイントのコ字状ブラケット53と第2ヒンジジョイントのコ字状ブラケット55との接続部分に設けているが、これに代えて、調整軸54を、第2ヒンジジョイントのコ字状ブラケット57と羽根13との接続部分に、又は、第1ヒンジジョイントのコ字状ブラケット51と支持アーム14との接続部分に設けても良いことは上述の通りである。
In FIG. 11, the
上記の構成は一例であって、本発明はこのような構成に限定されない。 The above configuration is an example, and the present invention is not limited to such a configuration.
図12、図13は、本発明の更に別の実施形態に係る風力発電装置の羽根車の、支持アーム14の長手方向と平行な方向から見た断面図である。図12は初期ピッチ状態を示し、図13は停止ピッチ状態を示す。
12 and 13 are cross-sectional views of an impeller of a wind turbine generator according to still another embodiment of the present invention, as viewed from a direction parallel to the longitudinal direction of the
図2〜図11に示した実施形態では、第1回動軸軸芯線52A上に設けられた一対の第1回動軸52は、コ字状ブラケット51を介して支持アーム14に接続されていた。また、第2回動軸軸芯線56A上に設けられた一対の第2回動軸56は、コ字状ブラケット57を介して羽根13に接続されていた。これに対して、図12、図13に示す実施形態では、コ字状ブラケット51が省略されて、第1回動軸軸芯線52A上に設けられた一対の第1回動軸52は支持アーム14に直接固定されている。また、コ字状ブラケット57が省略されて、第2回動軸軸芯線56A上に設けられた一対の第2回動軸56は羽根13に直接固定されている。
In the embodiment shown in FIGS. 2 to 11, the pair of
即ち、図12、図13に示す実施形態では、支持アーム14と羽根13とは、コ字状ブラケット53,55からなる連結機構60によって連結されている。コ字状ブラケット(第1回動部材)53は第1回動軸軸芯線52Aを中心として支持アーム14に対して回動可能に支持アーム14に接続されており、コ字状ブラケット(第2回動部材)55は第2回動軸軸芯線56Aを中心として羽根13に対して回動可能に羽根13に接続されている。支持アーム14に設けられた切り込み58はコ字状ブラケット53の第1回動軸軸芯線52A回りの回動を可能にし、羽根13に設けられた切り込み59はコ字状ブラケット55の第2回動軸軸芯線56A回りの回動を可能にしている。
That is, in the embodiment shown in FIGS. 12 and 13, the
第1回動軸軸芯線52Aと回転中心軸軸芯線10Aとはねじれの位置関係にある。第1回動軸軸芯線52Aと第2回動軸軸芯線56Aとはねじれの位置関係にある。但し、コ字状ブラケット53とコ字状ブラケット55とは調整軸54を介して相互に回動可能に接続されているので、第1回動軸軸芯線52Aの方向と第2回動軸軸芯線56Aの方向との相対的関係は初期ピッチ状態(図12参照)と停止ピッチ状態(図13参照)との間で滑らかに変化する。これらは、図2〜図7に示した実施形態と同じである。
The first rotation axis
コ字状ブラケット51を省略し、一対の第1回動軸52を支持アーム14に直接固定する場合、支持アーム14は略短冊形状で且つ回転中心軸軸芯線10Aに対して傾斜した傾斜面14a,14bを有している必要はない。例えば、図14に示すように、支持アーム14の長手方向に垂直な断面形状は円形であっても良い。もちろん、支持アーム14の断面形状は、図14に示す円形に限定されず、楕円形、四角形など任意の形状であっても良い。更に、支持アーム14は、その断面積がハブ11から離れるにしたがって小さくなる先細り形状であっても良い。支持アーム14の形状によっては、図14に示すように一対の第1回動軸52を支持アーム14から突出して設けることにより、図12、図13に示したような切り込み58を支持アーム14に設けなくても、コ字状ブラケット53の第1回動軸軸芯線52A回りの回動を実現できる。同様に、図14に示すように一対の第2回動軸56を羽根13から突出して設けることにより、図12、図13に示したような切り込み59を羽根13に設けなくても、コ字状ブラケット55の第2回動軸軸芯線56A回りの回動を実現できる。
When the
図12〜図14に示した実施形態において、一対の第2回動軸56が図2〜図11に示したようにコ字状ブラケット57を介して羽根13に接続されていても良い。この場合、調整軸54は、図12〜図14に示したようにコ字状ブラケット53とコ字状ブラケット55との接続部分に設けても良いが、図9に示したようにコ字状ブラケット53と羽根13との接続部分に設けても良い。後者の場合、第2回動軸軸芯線56Aが羽根13に対して調整軸54を中心として滑らかに回動可能となる。
In the embodiment shown in FIGS. 12 to 14, the pair of second
あるいは、図12〜図14に示した実施形態において、一対の第1回動軸52が図2〜図11に示したようにコ字状ブラケット51を介して支持アーム14に接続されていても良い。この場合、調整軸54は、図12〜図14に示したようにコ字状ブラケット53とコ字状ブラケット55との接続部分に設けても良いが、図10に示したようにコ字状ブラケット51と支持アーム14との接続部分に設けても良い。後者の場合、第1回動軸軸芯線52Aが、支持アーム14の長手方向と略平行で且つ回転中心軸軸芯線10Aに対して傾斜した面内で、支持アーム14に対して調整軸54を中心として滑らかに回動可能となる。
Alternatively, in the embodiment shown in FIGS. 12 to 14, the pair of first
図12〜図14に示した実施形態でも、上記と同様の本発明の効果が得られる。 Also in the embodiment shown in FIGS. 12 to 14, the same effects of the present invention as described above can be obtained.
上記の実施形態では、回動部材として、コ字状ブラケット51,53,55,57を示したが、回動部材の形状はこれに限定されず、回動軸軸芯線の回りに回動可能であれば良い。例えば、蝶番の如き平板状であってもよい。
In the above embodiment, the
また、一対の第1回動軸52は連続する1本の回動軸であっても良い。同様に、一対の第2回動軸56も連続する1本の回動軸であっても良い。
The pair of
上記の実施形態では、1つの支持アーム14と1つの羽根13とは2つの傾斜ヒンジ機構50又は2つの連結機構60を介して連結されていたが、傾斜ヒンジ機構50又は連結機構60の数は、2つに限定されず、3つ以上であっても良い。
In the above embodiment, one
また、ハブ11に設けられる支持アーム14及び羽根13の数は2つに限定されず、3つ以上であっても良い。
Further, the number of
また、遠心力対抗用バネ6及び非常停止用バネ31は、上記の実施形態で示したような引っ張りコイルバネである必要はない。羽根13に対して同様の付勢力を付与することができれば、捩りコイルバネ、板ばねなど周知の弾性部材を用いることができる。
Further, the centrifugal
上記の実施形態では、羽根車がナセルに対して風上側となるアップウインド形の例を示したが、本発明の風力発電装置はこれに限定されず、羽根車がナセルに対して風下側となるダウンウインド形であっても良い。また、羽根車の回転方向は風上側から羽根車を見たとき、右回転(時計方向回転)形であっても、左回転(反時計方向回転)形であっても良い。 In the above embodiment, an example of an upwind type in which the impeller is on the windward side with respect to the nacelle has been shown, but the wind power generator of the present invention is not limited thereto, and the impeller is on the leeward side with respect to the nacelle. It may be down window type. The rotation direction of the impeller may be a right rotation (clockwise rotation) or a left rotation (counterclockwise rotation) when the impeller is viewed from the windward side.
また、羽根車の回転中心軸軸芯線が常に風向きと略平行になるようにナセルを回転させる駆動力源として、アップウインド形の場合は飛行機の垂直尾翼形の尾翼をナセルに設けてその尾翼に加わる風圧を利用しても良いし、ダウンウインド形の場合は羽根車に加わる風圧を利用しても良い。 Also, as a driving force source that rotates the nacelle so that the rotation center axis of the impeller is always substantially parallel to the wind direction, in the case of the upwind type, a vertical tail type tail of an airplane is provided on the nacelle and the tail The wind pressure applied may be used, or in the case of the downwind type, the wind pressure applied to the impeller may be used.
本発明の利用分野は特に限定はなく、年間風力エネルギー密度の高い地域は勿論、低い地域でも建設可能な風力発電装置として広く利用できる。 The field of application of the present invention is not particularly limited, and can be widely used as a wind power generator that can be constructed not only in regions with high annual wind energy density but also in regions with low wind energy density.
1 ピッチの角度が変わる方向
2 羽根
3 遠心力
4 スパー
4a ピン
5 風
6 遠心力対抗用バネ
7 螺旋状の溝
8 羽根車の回転方向
9 支持軸
10 羽根車軸
10A 回転中心軸軸芯線
11 ハブ
13 羽根
13a 羽根の表面
13b 羽根の裏面
14 支持アーム
14a,14b 傾斜面
16 停止ピッチ状態
28 リンク機構の動き
29 同期用羽根間リンク機構
29a 回動アーム
29b 連結竿
30 バネ張力調整器
31 非常停止用バネ
32 遠心力の強さの変化により羽根が移動する方向
50 傾斜ヒンジ機構
51 コ字状ブラケット(回動部材)
52 第1回動軸
52A 第1回動軸軸芯線
53 コ字状ブラケット(第1回動部材)
54 調整軸
55 コ字状ブラケット(第2回動部材)
56 第2回動軸
56A 第2回動軸軸芯線
57 コ字状ブラケット(回動部材)
58,59 切り込み
60 連結機構
DESCRIPTION OF
52 First
54
56 Second
58, 59
Claims (8)
前記支持アームは、前記回転中心軸軸芯線に対して傾斜した傾斜面を有し、
前記複数の傾斜ヒンジ機構のそれぞれは、第1ヒンジジョイント及び第2ヒンジジョイントからなり、前記第1ヒンジジョイントの一方の回動部材は前記傾斜面に接続され、前記第1ヒンジジョイントの他方の回動部材は前記第2ヒンジジョイントの一方の回動部材に接続され、前記第2ヒンジジョイントの他方の回動部材は前記羽根に接続され、
前記第1ヒンジジョイントの第1回動軸軸芯線が前記支持アームの長手方向に対して傾斜しており、
前記第1ヒンジジョイントの前記第1回動軸軸芯線と前記第2ヒンジジョイントの第2回動軸軸芯線とはねじれの位置関係にあることを特徴とする風力発電装置。 A hub that is rotatable about a rotation center shaft axis, a plurality of support arms radially provided on the hub, a plurality of blades provided on each of the plurality of support arms, the support arm and the blades And a plurality of inclined hinge mechanisms that connect the two, respectively,
The support arm has an inclined surface inclined with respect to the rotation center axis axis.
Each of the plurality of inclined hinge mechanisms includes a first hinge joint and a second hinge joint, one rotating member of the first hinge joint is connected to the inclined surface, and the other rotation of the first hinge joint is connected. The moving member is connected to one rotating member of the second hinge joint, the other rotating member of the second hinge joint is connected to the blade,
The first pivot axis of the first hinge joint is inclined with respect to the longitudinal direction of the support arm;
The wind turbine generator according to claim 1, wherein the first pivot shaft axis of the first hinge joint and the second pivot axis of the second hinge joint are in a twisted positional relationship.
前記複数の連結機構のそれぞれは、第1回動部材及び第2回動部材を備え、
前記第1回動部材は第1回動軸軸芯線を中心として前記支持アームに対して回動可能に前記支持アームに接続されており、
前記第2回動部材は第2回動軸軸芯線を中心として前記羽根に対して回動可能に前記羽根に接続されており、
前記第1回動部材と前記第2回動部材とが接続されており、
前記第1回動軸軸芯線と前記回転中心軸軸芯線とはねじれの位置関係にあり、
前記第1回動軸軸芯線と前記第2回動軸軸芯線とはねじれの位置関係にあることを特徴とする風力発電装置。 A hub that is rotatable about a rotation center shaft axis, a plurality of support arms radially provided on the hub, a plurality of blades provided on each of the plurality of support arms, the support arm and the blades And a plurality of coupling mechanisms for coupling the two, respectively,
Each of the plurality of coupling mechanisms includes a first rotating member and a second rotating member,
The first rotation member is connected to the support arm so as to be rotatable with respect to the support arm about a first rotation axis.
The second rotating member is connected to the blade so as to be rotatable with respect to the blade about a second rotating shaft axis.
The first rotating member and the second rotating member are connected;
The first rotation axis axis and the rotation center axis are in a twisted positional relationship,
The wind turbine generator according to claim 1, wherein the first rotating shaft axis and the second rotating shaft axis are in a twisted positional relationship.
6. The first pivot shaft axis is rotatable with respect to the support arm in a plane substantially parallel to the longitudinal direction of the support arm and inclined with respect to the rotation center axis axis. The wind power generator described in 1.
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