JP2011111939A - 風力発電機の風避け減速装置 - Google Patents

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Tzu-Yao Huang
黄子耀
▲せん▼學▲れい▼
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Abstract

【課題】強風に伴うブレードの回転速度を失速できて、ブレードの破損回避とブレーキシステムの負荷の低減、および骨組みの倒壊を回避すること。
【解決手段】風力発電機の風避け装置及び方法の一種で、風力発電機が安全風速より大きい風力に直面した場合、風避け装置の始動によってブレード及び機械室の向きを変え、ブレードの回転平面を風向きと平行にする。
【選択図】図２

Description

本発明は風力発電機の保護装置に関するもので、特に風力発電機のブレード(blade)が安全値を超える過大風力に直面した場合、ブレードと機械室が自動的に方向を変えて風を避ける風力発電機の風避け減速装置に関するものである。
風力発電機は風力を通じてブレードを回転させ、風力エネルギー(energy)を機械エネルギーに転換し、発電機をもって機械エネルギーを電気エネルギーに転換し、更に蓄電池を用いて電気エネルギーを貯存する。風力発電機は安全風速の範囲内に於いて運転を行うべきであり、かつ安全風速の範囲内でブレードの回転平面を風向きと垂直にすべきである。そうすることで最もよい風受け効果を達成することができる。
風力発電機が安全風速範囲以上の過大風力に直面した場合、風力発電機の機械室内に設置されたブレーキシステム(brake system)は自動的に始動し、風力発電機の運転を停止して、風により高速回転してブレードが折れてしまったり、或いは機器が損害する等問題の発生を避けるようになっている。
周知のブレーキシステムは電磁式と機械式の二種に分けられる。電磁式ブレーキは価格が高く、かつ電力の供給がないとブレーキ作用がなくなる。機械式ブレーキの構造は複雑で、かつ定期的なメンテナンス(maintenance)と点検が必要である。いかにせよ、過大な風力はブレーキシステムの負荷を重くし、一旦ブレーキシステムが効果を失うと、ブレードが折れてしまい、機器が損害し、甚だしくは風力発電機の骨組みが傾き、倒壊する等の危険が発生する。
既述したように風力発電機が過大な風力に直面した場合、ブレーキシステムは充分な安全保障を提供することができなくなる。そこで、本発明は風力発電機のブレーキシステムの負荷を低減するとともに、風力発電機が過大な風力に直面した場合の安全性の問題を解決するために成されたものであり、それの保護技術を提案するものである。
本発明の目的は風力発電機の風避け装置を提供するもので、風力発電機が安全風速より大きい風力に直面した場合、前記風避け装置の始動によって風力発電機の向きを変え、ブレードの回転平面を風の方向と平行にし、ブレードの風向き面積を下げ、ブレードの回転速度を減らし、ブレーキシステムの負荷の低減を達成し、過大風力によって風力発電機が損害することを防ぐ。
本発明は風力発電機の風避け装置の一種であり、それは風力発電機に取り付けられ、風向きと風速の信号を偵測発生する風向き風速器と、風力発電機に取り付けられて風向き風速器に組み合わせられ、風向きと風速の信号を受信し、かつその風向きと風速の信号によって風力発電機の機械室の回すべき角度を算出し、並びにその回すべき角度を回す角度の信号に転換するプロセッサ(processor)と、風力発電機に取り付けられて機械室の回しを制御し、かつプロセッサに組み合わせられ、回す角度の信号を受信し、並びにこれによって機械室の予定回し角度を制御する向き変更コントローラ(controller)とを含む。
風向き風速器２０が測定した風速が安全風速より大きい場合、向き変換コントローラ４０は機械室１１を制御して予定角度を回し、ブレード１２の回転平面１２１を風向きと平行にし（矢印Ａに示す如く）、ブレードは風エネルギーをつかみ取ることができなくなる。
したがって風速が安全風速より大きい場合でも、ブレード１２の回転速度を下げ、強風に伴うブレード１２の回転速度を失速して、ブレード１２の破損を回避することができるだけでなく、ブレーキシステムの負荷を低減するとともに、骨組み１０の風受による負荷も低減できる。
よって、風の勢いが強すぎて骨組み１０が傾いたり、甚だしくは骨組み１０が倒壊したりする危険を避けることができる。
第一視角の立体図をもって本発明の風避け装置を付け加えた風力発電機を描いた外観図である。 第二視角の立体図をもって本発明の風避け装置を付け加えた風力発電機を描いた外観図である。 図１中の円に示す部分の拡大立体図である。 本発明の風避け装置を備えた風力発電機が安全風速に於いて、ブレードの回転平面が風向きと垂直することを描いた意表図である。 本発明の風避け装置を備えた風力発電機が安全風速より大きい風力に遭遇したとき、ブレードの回転平面が風向きと平行することを描いた意表図である。
以下に図面を参照しながら発明を実施するための形態について説明する。
以降の実施例の説明にあたり、図示した装置や各種の構成部品の寸法や相対的な寸法比、変形量、以降量は実際の部材と比例関係で図示していないことを前もって説明しておく。また以降の説明に於いて、類似した部材は同じ番号をもって表示して説明する。
図１から図３に示すのは、本発明の風避け装置を備えた風力発電機である。
風力発電機は骨組み１０を含み、骨組み１０の頂上端には機械室１１が組み付けられ、機械室１１の前端にはブレード１２が設けられている。
機械室１１の内部の発電機構、ブレーキシステム、及びこの両者とブレード１２の連接関係は周知技術であって、本発明の特徴とするところではないのでこれらについては詳しい説明を省略する。
前記風避け装置は風向き風速器２０、プロセッサ３０、及び向き変更コントローラ４０を含む。
風向き風速器２０は機械室１１の前部風受け端１１１に設けられ、プロセッサ３０は骨組み１０に固定され、かつ風向き風速器２０に組み合わせられる。
向き変更コントローラ４０はモータ（ｍｏｔｏｒ）４２と直結して実現され、モータ４２は骨組み１０の頂上端に固定され、駆動軸４１は機械室１１に連結して機械室１１の予定回転角度の制御に用いられる。
前記風向き風速器２０は周知の装置であり、それは概して流線形の本体２１を備える。本体２１の先端には四枚のスクリューブレード（screw blade）２２を風速感知器とし、後端は尾翼２４をもって風向き感知器とする。
風向き風速器２０は風速と風向きを感知測定し、並びに発生した風向きと風速の信号をプロセッサ３０に伝送する。プロセッサ３０は内部に設けられたプログラム（program）をもって、風向きと風速の信号によって回すべき角度を換算し、並びに回す角度の信号を直結式のモータ４２のコントローラに伝送し、更にコントローラによって直結式モータ４２を始動し、駆動軸４１をもって機械室１１が予定角度を回るよう駆動する。
図４に示すように、ブレード１２の回転平面１２１と風向き（矢印Ａに示す如く）が垂直である場合、それは最もよい風受け角度である。
ブレード１２の回転平面１２１と風向きが平行である場合、ブレードは風のエネルギーをつかみ取ることができない。
図５に示すように、この原理に基づき、風向き風速器２０が測定した風速が安全風速より大きい場合、向き変換コントローラ４０は機械室１１を制御して予定角度を回し、ブレード１２の回転平面１２１を風向きと平行にし（矢印Ａに示す如く）、ブレードは風エネルギーをつかみ取ることができなくなり、同時にブレード１２の回転速度を下げ、ブレード１２が強すぎる風力を受けることによって回転が失速し、甚だしくは折れてしまう問題を避け、ブレーキシステムの負荷を低減し、同時に骨組み１０の風受け負荷も低下し、風の勢いが強すぎて骨組み１０が傾き、甚だしくは倒壊する危険が避けられる。
最適な実施例をもって本発明について説明したが、当業者が本発明の精神と範疇を離脱しない範囲で適宜変更や置換を行うことができる。以上に説明した実施例は本発明の説明に用いるだけであり、本発明の範囲を制限するものではない。およそ本発明の精神にそむかないで従事した改修または変更は、すべて本発明に属するものである。
１０ 骨組み
１１ 機械室
１１１ 前部風受け端
１２ ブレード
１２１ 回転平面
２０ 風向き風速器
２１ 本体
２２ スクリューブレード
２４ 尾翼
３０ プロセッサ
４０ 向き変更コントローラ
４１ 駆動軸
４２ モータ

Claims (3)

  1. 風力発電機の風避け減速装置であって、
    風力発電機に取り付けられ、風向きと風速の信号を偵測発生する風向き風速器２０と、
    風力発電機に取り付けられて風向き風速器２０に組み合わせられ、風向きと風速の信号を受信し、かつその風向きと風速の信号によって風力発電機の機械室１１の回すべき角度を算出し、並びにその回すべき角度を回す角度の信号に転換するプロセッサ３０と、
    風力発電機に取り付けられて機械室の回しの制御に用いられ、かつプロセッサに組み合わせられ、回す角度の信号を受信し、並びに機械室１１の予定回し角度を制御し、風力発電機のブレードの回転平面を風向きと平行にする向き変更コントローラ４０とを含むことを特徴とする風力発電機の風避け減速装置。
  2. 前記風向き風速器２０は機械室１１の前部風受け端１１１に設けられ、かつプロセッサ３０は風力発電機の骨組み１０に設けられてあることを特徴とする請求項１記載の風力発電機の風避け減速装置。
  3. 前記向き変更コントローラ４０は直結式モータ４２であり、それは風力発電機の骨組み１０の頂上端に取り付けられ、それの駆動軸４１は機械室１１に連結されてあることを特徴とする請求項１記載の風力発電機の風避け減速装置。
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