JP2011027054A - 風車のブレード - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は、簡単な構造で、高速風の中でも安全であり、かつ回転に伴う遠心力によりブレードの回転数をコントロールし、一定の回転数を超えないように、正確な制動作用をすることのできる風車のブレードを提供することを目的としている。
【解決手段】 風車における縦長ブレード6に枢着したスポイラ7を、遠心力で開閉して縦長ブレード6の回転速度を制動し、回転時の遠心力で縦長ブレード6の回転数をコントロールする風車のブレード。
【選択図】 図2

Description

本発明は、風車のブレートに係り、特に高速風のときでも、ブレードの回転による遠心力で回転数をコントロールし、一定の回転数を維持することができる、風力発電機に適する風車のブレードに関する。
縦軸風車を使用している風力発電機における縦長のブレードには、一般的に直状板が使用されている。これに対して、例えば特許文献1に開示されているように、低風速でも回転効率の優れたブレードが、本発明の発明者によって開発されている。

特開2005−127188号公報
前記風車のブレードは、低速風でも回転効率が高いため、台風などの高速風により過回転して、破損が生じる虞れがあり、確実で安全な制動が大きな課題となっている。
本発明は、簡単な構造で、高速風の中でも安全であり、かつ回転に伴う遠心力によりブレードの回転数をコントロールし、一定の回転数を超えないように、正確な制動作用をすることのできる、風車のブレードを提供することを目的としている。
本発明の具体的な内容は、次の通りである。
(1) 風車における縦長ブレードに枢着したスポイラを、遠心力で開閉して縦長ブレードの回転速度を制動し、回転時の遠心力で縦長ブレードの回転数をコントロールする風車のブレード。
(2) 前記縦長ブレードの外側面に、スポイラの前縁をヒンジを介して開閉可能に枢着し、かつスポイラを牽引手段で常時は閉止し、一定の回転数を超えたときに、遠心力で外向きに回動したスポイラで制動作用を発揮するようにした前記(1)に記載の風車のブレード。
(3) 前記スポイラの後部に重錘を装着した前記(1)又は(2)に記載の風車のブレード。
(4) 前記スポイラの後部に装着した重錘の重量を、外部から調節し得るようにした前記(3)に記載の風車のブレード。
(5)前記縦長ブレードにおけるスポイラを装着するべき部位に、スポイラを嵌装し得る凹状のスポイラ嵌装部を形成した前記(1)〜(4)のいずれかに記載の風車のブレード。
(6) 前記縦長ブレードの最大翼厚部にヒンジを設け、前部をヒンジに枢着したスポイラの基部に、開閉突体を縦長ブレードの内方向へ向けて突設し、この開閉突体に、縦長ブレードに設けた牽引手段を連結した前記(1)〜(5)のいずれかに記載の風車のブレード。
(7) 前記縦長ブレードの後縁に、スポイラの内外方向の回動に応じて移動し得る可動翼を設けた前記(1)〜(6)のいずれかに記載の風車のブレード。
本発明によると次のような効果がある。
前記(1)に記載の風車のブレードは、高速風によって縦長ブレードの回転速度が一定速度以上にあがると、遠心力によりスポイラが開いて、回転速度を制動し、回転数が減少する。
風力が減衰すると縦長ブレードの回転数も減退し、スポイラは元の位置に戻る。風速の変化に応じて縦長ブレードの回転速度が変化し、スポイラにかかる遠心力も変化するので、回転時の遠心力により縦長ブレードの回転数は、スポイラの開閉する範囲でコントロールされる。
前記(2)に記載の風車のブレードが高速回転をして、一定以上の回転速度になると、遠心力によってスポイラの後部が外方へ回動するため、抗力を受けて制動作用をするので、回転速度はそれ以上あがらず、風速の低下とともに、遠心力が衰えると、牽引手段の作用によってスポイラは元の位置に復元する。この継続によって、回転数は高速風の中でも一定以上を超えずに一定数を維持するので出力も一定に維持される。
前記(3)に記載の風車のブレードは、縦長ブレードのスポイラに重錘を装着したので、遠心力に敏感に反応するため、高速回転時の制動が効果的となる。
前記(4)に記載の風車のブレードは、スポイラに装着した重錘に対して、外部から複数の小型重錘を着脱可能に装着したので、重錘の総重量の微調整を容易にすることができる。
前記(5)に記載の風車のブレードは、縦長ブレードのスポイラを配設する部位に、スポイラを嵌装する凹状のスポイラ嵌装部を形成したので、通常はスポイラが嵌装部に密接しているため、気流の通過が円滑におこなわれる。また、スポイラが少しでも開くと、嵌装部に気流が入り込み、渦流が生じて制動作用をする。
前記(6)に記載の風車のブレードは、スポイラの基部の内面に開閉突体を内方向へ向けて突設し、開閉突体に牽引手段が連結されているので、牽引手段によってスポイラは閉止されている。牽引手段の収縮力に勝る遠心力がスポイラにかかると、スポイラは開いて、抗力を受けて制動作用をする。
前記(7)に記載の風車のブレードは、縦長ブレードに可動翼を、スポイラと連動して揺動するように配設しているので、スポイラが開くと可動翼も移動して制動効果が早く確実に生じる。
本発明に係る風車のブレードの実施例1の正面図である。 図1におけるII-II線横断面図である。 同じく縦長ブレードの外側面図である。 同じく実施例2を示す縦長ブレードの横断面図である。
本発明の実施例1を図面を参照して説明する。なお、ここでいう前後は、縦長ブレードの回転方向に対していう。また風車1は、縦軸風車が示されているが、これに限定されない。
風車1における支柱2の上端に、発電機の筐体3が固定されている。筐体3の中には、図示しない縦軸が立設され、その周囲に発電コイルが環状に配設されている。筐体3の上には、回転体4が前記縦軸の上に回転可能に装着されている。
回転体4の中には、図示しない磁石が、下の発電コイルと対応するように環状に配設されている。回転体4の回転に伴い、磁石の磁力が下の発電コイルに間欠的に作用することによって、発電コイルに発電される。
回転体4の外側面には、放射方向を向く水平の支持腕5が固定されている。各支持腕5の先端部には、垂直の縦長ブレード6が固定されている。各縦長ブレード6の上下端部には、回転体4の方へ向かう先端湾曲部6Aが形成されている。
図2に示すように、縦長ブレード6は、回転方向の前縁部の翼厚は厚く、後縁へかけて次第に薄く形成されている。先端湾曲部6Aにおいても同様である。
縦長ブレード6における回転時の外側面6Bには、最大翼厚部6Cから後縁へかけて、縦長のスポイラ嵌装部6Dが形成されている。
スポイラ嵌装部6Dの前端部にヒンジ8が設けられ、例えばFRPからなる板状のスポイラ7がヒンジ8を介して開閉可能に枢着されている。ヒンジ8はスポイラ7の上下方向へ複数設けられている。スポイラ7の基部には、内方に突出する開閉突体9が、スポイラ7の上下に複数形成されている。
縦長ブレード6の前縁部には空洞6Eが形成され、空洞6Eの前内壁と開閉突体9との間には、弾性牽引手段10が配設されている。弾性牽引手段10は、例えばコイルバネからなり、常時は開閉突体9を前方向へ牽引し、スポイラ7をスポイラ嵌装部6Dに密接させている。
スポイラ7の後縁部には、板状の重錘11が装着されている。重錘11は、例えば金属板からなり、スポイラ7に重合または埋設されている。また、重錘11には、適切のビス、あるいは小さなボルト(図示せず)を螺合させて、重量を調節し得るようにしてある。
風を受けて縦長ブレード6が回転すると、縦長ブレード6の内側面に当る気流は上下方向へ拡散し、先端湾曲部6によって拡散が抑止されて、回転力が高められる。回転速度に応じて縦長ブレード6に遠心力が発生する。
遠心力が小さなうちは、弾性牽引手段10の収縮力によって、開閉突体9を牽引して縦長ブレード6はスポイラ嵌装部6Dに固定されているが、例えば風速12m/s以上で回転すると、スポイラ7の後縁部が遠心力によって、弾性牽引手段10の牽引力に抗して外側に開く。
すなわち、重錘11の重量は、弾性牽引手段10の収縮力と、回転時に縦長ブレード6に生じる遠心力とを参照して定められている。
スポイラ7の後縁部が外側に開くと、抗力によって、ブレーキ作用が生じ、縦長ブレード6の回転速度が低下するので、過回転をすることはない。
風速が低下して、縦長ブレード6の回転速度が低下すると、スポイラ7に対する遠心力が低下するので、弾性牽引手段10の収縮力によって、開閉突体9が牽引されて、スポイラ7の後縁は閉じる方向へ移動する。風速が例えば12m/s以下になると、スポイラ7の後縁はスポイラ嵌装部6D内に完全に閉じる。
このように、風速の高低変化に伴い、縦長ブレード6にかかる遠心力も変化する。この遠心力と弾性牽引手段10の力関係のバランスによって、スポイラ7が開閉するので、設定した回転数の上限を超えると制動され、風速が低下すると初期の状態に復元するようにし、回転数の上限を一定に保持させることができる。
図4は、実施例2を示す縦長ブレードの横断平面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例2においては、縦長ブレード12の後端部に、前後に摺動する摺動杆13を介して、可動翼14が装着されている。
可動翼14の摺動杆13とスポイラ7の開閉突体9とは連結杆15で連結されている。そのため、スポイラ7が遠心力で開くと、開閉突体9により、連結杆15を介して摺動杆13は押され、可動翼14は後方向に突出する。
従って、高速風が吹くと、スポイラ7の後部が開いてブレーキをかけると共に、可動翼14は後方へ突出して、縦長ブレード6の側面に沿って後方へ流動する気流は円滑に流れず、乱気流が生じるので、回転速度は減退する。
また回転している限り、縦長ブレード12に破損などが生じにくい。風速が低下して回転速度が低下すると、開閉突体9、連結杆16、摺動杆13が連動するので、可動翼14も元の位置に復元する。
なお、可動翼14は、スポイラ7と同様にヒンジにより枢着して、連結杆15の作動により旋回できるようにすることができる。またスポイラ7はプロペラにも利用することができる。
この発明は、風力発電機に好ましく利用することができる。
1.縦軸風車
2.支柱
3.筐体
4.回転体
5.支持腕
6.縦長ブレード
6A.湾曲部
6B.外側面
6C.最大翼厚部
6D.スポイラ嵌装部
6E.空洞部
7.スポイラ
8.ヒンジ
9.開閉突体
10.弾性牽引手段
11.重錘
12.縦長ブレード
13.摺動杆
14.可動翼
15.連結杆

Claims (7)

  1. 風車における縦長ブレードに枢着したスポイラを、遠心力で開閉して縦長ブレードの回転速度を制動し、回転時の遠心力で縦長ブレードの回転数をコントロールすることを特徴とする風車のブレード。
  2. 前記縦長ブレードの外側面に、スポイラの前縁をヒンジを介して開閉可能に枢着し、かつスポイラを牽引手段で常時は閉止し、一定の回転数を超えたときに、遠心力で外向き回動したスポイラで制動作用を発揮するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の風車のブレード。
  3. 前記スポイラの後部に重錘を装着したことを特徴とする請求項1又は2に記載の風車のブレード。
  4. 前記スポイラの後部に装着した重錘の重量を、外部から調節し得るようにしたことを特徴とする請求項3に記載の縦軸風車の翼。
  5. 前記縦長ブレードにおけるスポイラを装着するべき部位に、スポイラを嵌装し得る凹状のスポイラ嵌装部を形成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の風車のブレード。
  6. 前記縦長ブレードの最大翼厚部にヒンジを設け、前部をヒンジに枢着したスポイラの基部に、開閉突体をブレードの内方向へ向けて突設し、この開閉突体に、ブレード内の牽引手段を連結したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の風車のブレード。
  7. 前記縦長ブレードの後縁に、スポイラの内外方向の回動に応じて移動し得る可動翼を設たことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の風車のブレード。
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