JP2008180204A - 風力発電機用ブレード - Google Patents

Abstract

【目的】本発明は可変ピッチ式ブレードの改良に関し、より詳しくは補助ブレードを用いることで低風速時においても回転トルクを増大して発電可能ならしめ、他方で強風時には回転を制御することが可能な風力発電機用ブレードを提供することを目的とする。
【構成】上記課題を解決するために本発明に係る風力発電機用ブレードはローターの高速回転時にはメインブレードとサブブレードとが重なり合い、ローターの低速回転時にはメインブレードとサブブレードとに間隙が生じるように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は風力発電機用ブレードに関し、より詳しくは可変ピッチ方式ブレードの改良に関する。

近年地球温暖化対策等の観点から風力発電機が普及しつつある。風力発電機は一般にタワーの上端にナセルを回転自在に取り付け、このナセルにハブ及びブレードを有するローターを回転自在に取り付けて構成されるものである。

このブレードとしてピッチ角を変更することで起動トルクの増大を図るとともに、風速が過大な場合は回転数の制御を行うものがある。係る可変ピッチ方式ブレードとして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いるもの（例えば特許文献１記載の風力発電機）、ブレードが回転するときにブレードに発生する遠心力を用い可変ピッチとなすもの（例えば特許文献２記載の風力発電機）、ガバナーに作用する遠心力を利用するもの（例えば特許文献３記載の風力発電機）などがある。
特開平７−１１９６１６号公報 特開２００７−９８９８号公報 実開昭５９−１９０９７８号公報

風力発電機には定格風速があり、定格を大幅に超える速度で運転すると原動機の焼損やブレードの破損などを招く場合がある。他方で風力発電を行なう場合には一定の風量が必要であり弱風時には回転数の向上が不可欠である。そこで上述のような可変ピッチ式ブレードが用いられる。本発明は可変ピッチ式ブレードの改良に関し、より詳しくは補助ブレードを用いることで低風速時においても回転トルクを増大して発電可能ならしめ、他方で強風時には回転を制御することが可能な風力発電機用ブレードを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る風力発電機用ブレードはローターの高速回転時にはメインブレードとサブブレードとが重なり合い、ローターの低速回転時にはメインブレードとサブブレードとに間隙が生じるように構成した。

以下かように構成される本発明が如何にして課題を解決するかを図面を参照しながら述べる。

図１は低速回転時におけるブレードの斜視図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図であり、図３は高速回転時におけるブレードの斜視図であり、図４は図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。

可変ピッチ方式ブレードは低風速時にはブレードの受風面積を大きくしてより大きな回転トルクを得るものである。本発明においては係る低風速時にいおて図１に示すように受風角度を垂直に近づけていくとともに、メインブレード１１とサブブレード２０との間に間隙ができるようにし、もってメインブレード１１のみならずサブブレード２０によっても受風せしめより大きな回転トルクを得るものである。

他方で強風時においてはブレードの回転速度を落とす必要があり、可変ピッチ方式ブレードはその受風角度を風に対して平行に近づけていく。本発明に係るブレードにおいては図３に示すように強風時には受風角度を風に対して平行に近づけていくと共に、メインブレード１１とサブブレード２０が重なり合い、つまりは受風面積を小さくなしブレード、ローターの回転を抑制するものである。

以下好ましい発明の一実施形態につき述べる。図４に示すように本発明にかかるブレード１０はローターの高速回転時、すなわちメインブレード１１とサブブレード２０が重なり合っているときにはその断面が略流線形を呈するものである。つまりはブレードの形状として多く用いられている略流線形のものの下部を、別部材としてサブブレード２０となしたものである。

メインブレード１１には複数の板材１２が取り付けられており、該板材１２にはシャフト１３が固着されている。このシャフト１３の回転に伴いブレード１０は受風角度すなわちピッチを変更するものである。シャフト１３は図５や図６に示すように円筒形状のハブ３１に連結されているものである。シャフト１３の回転方法つまりはブレード１０を可変ピッチとする方法は通常行われている任意のものでよい。つまりハブの中に電気制御装置や油圧制御装置が組み込むといった方法、ブレードが回転するときにブレードに発生する遠心力を用い可変ピッチとする方法、ガバナーに作用する遠心力を利用する方法などである。又複数のリンクによって各ブレードを連動させてピッチを可変制御するピッチ可変機構或いは各ブレードを各々独立したアクチュエーターで制御するピッチ可変機構どちらにでも適用可能である。

サブブレード２０とメインブレード１１に固着された板材１２とはリンク部材２１を介して揺動自在に取り付けられている（図２、図４参照）。つまり揺動軸２２と板材１２とは回転自在な形状となっており、他方で揺動軸２２とリンク部材２１とは固着されている。一方リンク部材２１とサブブレード２０とは回動自在に取り付けられるものである。

上述の揺動軸２２のひとつの端部には歯車２３が取り付けられており、ハブ３１の側面に固着される平歯車３２と噛み合う形状となっている。かように平歯車３２と揺動軸２２に設けた歯車２３が噛み合うことでブレード１０のピッチ、つまり受風角度の変化に応じてサブブレード２０が揺動するものである。揺動する形態はローターの高速回転時にはメインブレードとサブブレードとが重なり合い、ローターの低速回転時にはメインブレードとサブブレードとに間隙が生じるように構成するものである。

尚、本発明はむろんタワーにナセルを取り付け、このナセルにハブ及びブレードを有するローターを回転自在に取り付ける通常の風力発電機に使用されるものである。

以下本発明をガバナーに作用する遠心力を利用した可変ピッチ方式ブレードに実施した形態を概説する。

図６は本件実施例を示す分解構成図である。ローター３０を構成するハブ３１には孔部３１ａが複数設けられており、ブレード１０のシャフト１３が貫通されている。シャフト１３のハブ３１内に位置する先端部には笠歯車１４が取り付けられており、遠心ガバナー４０の回転によって生じる作用力により該笠歯車１４が回転しブレード１０のピッチが変更され、もって揺動軸２２の回転を生じせしめ本発明を構成するサブブレード２０の開閉動作を行わしめるものである。以下この遠心ガバナー４０によって生じる作用力の伝達機構について述べる。

遠心ガバナー４０はハブ３１と固定されたケーシング３３に固着されるものであり、ローター３０の回転に伴い回転軸３４を中心として回転するものである。この回転により遠心ガバナー４０を構成する分銅４１・４１に遠心力が作用し、分銅４１を支持する板材４２・４３を揺動させるものである。

板材４２と板材４３とは揺動自在に連結されており、当該連結部分に分銅４１が取り付けられている。かように連結される分銅４１と板材４２・４３は一対設けられており、ケーシング３３と固着される盤体４４に取り付けられるものである。板材４２と盤体４４とは揺動自在に取り付けられている。

板材４２の端面には図７に示すように歯部４２ａが形成されており、該歯部４２ａと噛み合う平歯車３５をケーシング３３内で上下動させるものである。一対の平歯車３５・３５はケーシング３３内の直方体状の空洞部３３a内に上下方向に摺動自在に装入されるものである。平歯車３５の一方側面に設けられる歯部３５aと板材４２の歯部４２aが噛みあい、他方側面に歯部３５ａと直角方向を向いて設けられる歯部３５bと歯車部材３６を構成する円筒形歯車部３６aが噛み合うものである。ここに歯車部材３６は円筒形歯車部３６aと笠歯車部３６ｂが一体に形成されたものであり、円筒形歯車部３６aはケーシング３３の円柱状空洞部３３ｂ内に装入され、笠歯車部３６ｂはハブ３１内に装入されるものである。そして笠歯車部３６ｂはブレード１０のシャフト１２に取り付けられた笠歯車１４と噛み合うものである。

遠心ガバナー４０がローター３０の回転に伴い回転すると、回転速度が上がるのに応じて遠心力が増し分銅４１・４１間の距離が離れていく。これに伴い板材４２が揺動し歯部４２ａと噛みあう平歯車３５がケーシング３３内でその中心方向に揺動する。この動きに伴い歯車部材３６が図６に示される矢印方向に回転し、笠歯車部３６ｂと噛みあう笠歯車１４が図中矢印の方向に回転するものである。これに伴い図示されていないがブレード１０のピッチが変更し、この場合では回転速度が上がる場合であるのでそのピッチは風と平行の方向に近づいていくよう調整構成されるものである。係るピッチ変更に伴い、歯部３１の側面に取り付けられた平歯車３２と揺動軸２２の端部に設けられた歯車２３が噛みあっていることから、サブブレード２０が揺動する。つまりはメインブレード１１とサブブレード２０との間隙が小さくなり、重なり合う方向に移動していくものである。

他方でローター３０の回転速度が遅くなると、つまり受風力が落ちてくると分銅４１・４１間に掛け渡される引張バネ４５の引張り力により分銅４１・４１間の距離が近づき、上述の場合と逆方向の歯車による作用力の伝達によりブレード１０のピッチが変更されるものである。つまりブレード１０の受風角度が垂直に近づくと共にメインブレード１１とサブブレード２０との間隙が大きくなる方向に移動し受風面積が広がるものである。

尚、回転軸３４はハブ３１、歯車部材３６、ケーシング３３、平歯車３５・３５の間、盤体４４の空洞部４４ａ、遠心ガバナー４０の板材４３・４３間に掛け渡される円筒形部材４５内に緩挿されるものである。

低速回転時におけるブレードの斜視図。 図１におけるＡ−Ａ線断面図。 高速回転時におけるブレードの斜視図。 図３におけるＢ−Ｂ線断面図。 本発明の要部分解構成図。 実施例を示す分解構成図。 板材の正面図。

符号の説明

１１・・メインブレード
２０・・サブブレード

Claims (1)

1. 低速回転時には受風角度を垂直に近づけていき、高速回転時には受風角度を風に対して平行に近づけていくよう構成された可変ピッチ式ブレードであって、ローターの高速回転時にはメインブレード１１とサブブレード２０とが重なり合い、ローターの低速回転時にはメインブレード１１とサブブレード２０とに間隙が生じるようにした風力発電機用ブレード。

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