JP2011106272A

JP2011106272A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2011106272A
Application number: JP2009258790A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Oka; 浩章岡; Nariaki Oka; 斉彰岡
Original assignee: Sanki Dengyo Co Ltd
Current assignee: Sanki Dengyo Co Ltd
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-06-02
Also published as: WO2011058970A1

Abstract

【課題】弱風から強風に到る幅広い風速領域で、常に略一定の安定した発電出力が得られ、且つ強風下においても風車の損傷を防止できる風力発電装置を提供する。
【解決手段】風車回転体１と、該風車回転体に固定され、該風車回転体から放射状に延びる羽根支持体２と、該羽根支持体に回転自在に支持された羽根回転軸３と、該羽根回転軸に固定された羽根４と、カム１６と、該カムに弾性力を与えるバネ１８と、を備える。風車回転体１から放射状に延びる羽根支持体２を備えているので、風力が変動すると、自動的に羽根４が羽根回転軸３の周りに回転し、カム１６が回転することで、バネ１８の圧縮状態を変動させ、羽根４を最適回転角度に保持することができる。従って、幅広い風速領域で、略一定の発電出力が得られ、暴風状態となっても強固な羽根支持体に羽根が支持され、羽根の面が風向きに略平行となるので、風車の破損を防止できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、風力発電装置に係り、特に風力に対応して、羽根の回転角度を自動的に調整し、発電出力を略一定にすることができる風車を備えた風力発電装置に関する。

従来から、風力発電装置が広く実用に供されているが、典型的な例では、幅が狭く、且つ長い半径を有する羽根を備えた風車が用いられ、このため、風車を支持するポールの高さが高くなり、且つ広い設置面積を必要とする。これらの風力発電機においては、風力が弱いと発電出力が低く、風力が強いと発電出力は高くなるが、さらに風力が強くなると風車が破損する可能性があるという問題がある。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、弱風から強風に到る幅広い風速領域で、常に略一定の安定した発電出力が得られ、且つ強風下においても風車の損傷を防止できる風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明の風力発電装置は、風車回転体と、該風車回転体に固定され、該風車回転体から放射状に延びる羽根支持体と、該羽根支持体に回転自在に支持された羽根回転軸と、該羽根回転軸に固定された羽根と、カムと、該カムに弾性力を与えるバネと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、風車回転体から放射状に延びる羽根支持体を備えているので、風力が変動すると、自動的に羽根が羽根回転軸の周りに回転し、カムが回転することで、バネの圧縮状態を変動させ、羽根を風力に対応した最適回転角度に保持することができる。従って、簡素な機構で、油圧等の制御手段を要することなく、弱風から強風状態まで略一定の回転速度で発電でき、且つ略一定の発電出力が得られる。また、暴風状態となっても強固な羽根支持体に羽根が支持され、羽根の面が風向きに略平行となるので、風車の破損を防止できる。

本発明の一実施例の風力発電装置の正面図である。上記装置の側面図である。（ａ）は羽根支持体と羽根回転軸と羽根とカムとの構成例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＢＢ線に沿ったカム形状例を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣＣ線に沿った羽根形状例を示す断面図である。風車回転体内部の構成例を示す断面図である。微風状態におけるカムの動作例を示す図である。強風状態におけるカムの動作例を示す図である。

以下、本発明の一実施例について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

図１および図２はこの風力発電装置の概要を示す。風車は、ハブに相当する風車回転体１と、該風車回転体に固定され、該風車回転体から放射状に延びる支柱に相当する羽根支持体２と、該羽根支持体に回転自在に支持された羽根回転軸３と、該羽根回転軸に固定された羽根４とを備える。風車回転体１の軸芯には回転軸５を備え、羽根４が風力を受けて風車回転体１が回転することで、その回転力をギア６ａ，６ｂを介して回転軸７に伝達し、さらに増速ギア８ａ，８ｂ，８ｃを介して発電機９に入力することで発電を行う。

風車を回転自在に支持する風車固定体１１の内部には軸受１２ａ，１２ｂを備え、回転軸５を支持している。また、風車固定体１１は、基台１３に設けた旋回ベアリング１４に支持され、水平面内で回転可能となっていて、風車が自動的に風向きに正対するようになっている。

本発明の風力発電装置においては、図３（ａ）に示すように、風車回転体１に固定され、該風車回転体から放射状に延びるアルミ等で形成された強固な支柱としての固定翼状の羽根支持体２を備える。この羽根支持体２には円筒部分を含む突出部２ａを羽根回転軸３の軸方向に沿って断続的に備える。羽根４も同様に円筒部分を含む突出部４ａを羽根回転軸３の軸方向に沿って断続的に備え、突出部２ａと突出部４ａとが噛み合ってそれらの円筒部分内部に羽根回転軸５が挿入され、羽根４が羽根回転軸３に対して固定され、羽根回転軸３は羽根支持体２の突出部２ａの円筒部分内に回転自在に支持されている。これにより、羽根４は羽根回転軸３を軸芯として柱状の羽根支持体２に対して蝶番状に回転する。なお、羽根４はアルミまたはカーボン繊維により幅広に形成され、弱風状態でも十分な発電出力が得られる形状と強風でも破損しない強度を備えている。

羽根回転軸５の風車回転体１の内部の軸端には、図３（ｂ）に示すように、回転中心から外周迄の距離が角度に応じて変化するカム１６が固定されている。従って、カム１６が羽根回転軸３を軸芯として回転すると、図３（ｃ）に示すように、羽根４は羽根回転軸３の周りに回転する。

図４は、風車回転体１および風車固定体１１の内部を示す。上述のように、風車回転体１の軸芯に回転軸５が固定され、回転軸５は風車固定体１１に備えた軸受１２ａ，１２ｂにより回転自在に支持されている。そして、風車回転体１を挿通した羽根回転軸３の軸端にはカム１６が固定され、カム１６の外周の一点がカム受け１７に接触し、カム受け１７は円筒部分１７ａを備え、風車回転体１の円筒部分１ａに嵌合し、回転軸５の軸方向に移動自在となっている。

風車回転体１には、複数組の羽根支持体２と羽根回転軸３と羽根４とを備え、それぞれの羽根回転軸３の軸端には、カム１６が固定されている。従って、複数のカム１６が１枚のカム受け１７に接触し、カム受け１７が軸方向に移動することで、複数のカム１６を同時に回転させ、複数の羽根４を同一角度で回転させることができる。

風車回転体１には、一端が固定されたバネ１８を備え、バネ１８の他端はバネ受け板１９に固定され、自由端となっている。バネ受け板１９は、バネ１８が圧縮された状態で、カム受け１７と接触し、風車回転体１と共に回転するカム受け１７にバネ１８の弾性力を付与する。バネ１８の圧縮状態に対応してカム受け１７が移動すると、カム１６が回転し、羽根回転軸５が回転し、羽根４が回転する。

図５および図６は、バネ１８の圧縮状態と羽根４の回転状態を示す図であり、図５は微風状態を示し、図６は強風状態を示す。図５に示す微風状態では、羽根４が受ける風力が弱いので、バネ１８はその弾性力が風力とバランスした低い圧縮状態となり、羽根４の面は回転軸５（風向き方向）に対して垂直に近くなる。これに対して、図６に示す強風状態では、羽根４が受ける風力が強いので、羽根４が風力を受けて羽根回転軸３が回転し、羽根回転軸３に固定されたカム１６が回転し、カム受け１７を押圧することで、バネ１８はその弾性力が風力とバランスした高い圧縮状態となり、羽根４の面は回転軸５（風向き方向）に対して平行に近くなる。

このように、本発明の風力発電装置では、風車回転体から放射状に延びる支柱としての羽根支持体を備えているので、風力が変動すると、自動的に羽根４が羽根回転軸３の周りに回転し、カム１６が回転することで、バネ１８の圧縮状態を変動させ、羽根４を最適回転角度に保持することができる。従って、簡素な機構で、油圧等の制御手段を要することなく、弱風から強風状態まで略一定の回転速度で発電でき、且つ略一定の発電出力が得られる。

そして、図１に示すように幅広の羽根を用いることで、微風状態から発電出力が得られ、数ｍ/ｓ程度の風速状態で定格発電出力が得られ、コンパクトな構造で高い発電出力が得られる。そして、暴風状態となっても羽根が強固な支柱である羽根支持体に支持され、且つ羽根の面が風向きに略平行となるので、風車の破損を防止できる。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明は、弱風から強風に到る幅広い風速領域で、常に略一定の安定した発電出力が得られる風力発電装置を提供するもので、風力発電の分野で利用可能である。

Claims

風車回転体と、
該風車回転体に固定され、該風車回転体から放射状に延びる羽根支持体と、
該羽根支持体に回転自在に支持された羽根回転軸と、
該羽根回転軸に固定された羽根と、カムと、
該カムに弾性力を与えるバネと、を備えた風力発電装置。
前記羽根支持体には円筒部分を含む突出部を前記羽根回転軸の軸方向に沿って断続的に備え、前記羽根にも円筒部分を含む突出部を前記羽根回転軸の軸方向に沿って断続的に備え、前記支持体の突出部と前記羽根の突出部とが噛み合って、それらの円筒部分内部に前記羽根回転軸が挿入され、前記羽根が前記羽根回転軸に対して固定され、前記羽根回転軸は前記羽根支持体の突出部の円筒部分に回転自在に支持されている、請求項１に記載の風力発電装置。
前記風車回転体には、複数組の前記羽根支持体と前記羽根回転軸と前記羽根とを備え、それぞれの前記羽根回転軸の軸端には、前記カムが固定され、複数の前記カムが１枚の前記カム受けに接触し、前記カム受けが軸方向に移動することで、複数の前記カムを回転させ、複数の前記羽根を同一角度で回転させる、請求項１に記載の風力発電装置。