JP2014037815A

JP2014037815A - 風力発電用風車

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Publication number: JP2014037815A
Application number: JP2012181811A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kataoka; 幸雄片岡; Hatsutaro Takahashi; 初太郎高橋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: JP5430724B2

Abstract

【課題】簡素な構成ありながら、強風に対してもブレードや発電機が損傷することを防止する。
【解決手段】ハブ２と、ブレード３と、ブレード３が取り付けられるブレード軸１２と、ハブ２に一体的に設けられるとともに、ブレード軸１２が挿通されるスリーブ１３と、スリーブ１３に外周に配設され、一端がハブ２に固定され、他端がブレード軸１２に固定される巻ばね１４とを備える。ブレード３は、巻ばね１４の付勢力によって、巻ばね１４の巻き方向に回動付勢されて基本姿勢に保持されており、所定以上の風圧を受けると、巻ばね１４の付勢力に抗してブレード軸１２を中心に、風向き方向に回動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一定速度を超える風が吹いたときに、ブレードのピッチ角を大きくして風車の回転を制御する風力発電用風車に関する。

風力発電用風車では、強風で風車の回転速度が過大となりダメージを生ずる事態を防止するため、風車の各ブレードにおける、風と垂直な面からのブレード軸周りの傾き（ピッチ）を強風時に大きくするピッチ制御機構が設けられている。ピッチ制御機構としては、油圧駆動のアームを介してブレードを押すものや、電気駆動のパワーシリンダを用いたものや、風速計と連動して電気制御するもの等が知られている。

特開２０１０−２５５６２５号公報

本発明は、以上のような問題点についてなされたものであり、簡素な構成ありながら、強風に対してもブレードや発電機が損傷することを防止することができる風力発電用風車を提供することを目的とする。

本発明に係る風力発電用風車は、ハブと、ブレードと、上記ブレードが取り付けられるブレード軸と、上記ハブに一体的に設けられるとともに、上記ブレード軸が挿通されるスリーブと、上記スリーブの外周に配設され、一端が上記ブレード軸に固定され、他端が上記スリーブ又はハブに固定される巻ばねとを備える。上記ブレードは、上記巻ばねの付勢力によって、上記巻ばねの巻き方向に回動付勢されて基本姿勢に保持されている。所定以上の風圧を受けると、上記巻ばねの付勢力に抗して上記ブレード軸を中心に、風向き方向に回動する。すなわち、上記所定以上の風圧を受けると、風向に対して垂直な面に対する上記ブレードの上記ブレード軸の軸回りの傾き（ピッチ角）が大きくなる。

なお、上記ブレード軸と上記スリーブとの間にはベアリング又は真鍮メタル等の回転円滑材を介在させることで、円滑にスリーブに対してブレード軸を回動させることができる。

本発明は、巻ばねを用いる簡単な構成で、ブレードのピッチ角を制御することができ、所定以上の風圧を受けたときにも、ピッチ角が大きくなることで、過回転が防止され、ブレード３や発電機が損傷することを防止することができる。

風力発電用風車の斜視図である。ピッチ制御機構の断面図である。ピッチ制御機構の分解斜視図である。ブレードが基本姿勢のときの斜視図である。強風のときのブレードの状態を示す斜視図である。ピッチ角を説明する図である。

以下、本発明を適用した風力発電用風車について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明が適用された風力発電用風車１は、一般に、増速機や発電機等を収納したナセル４の増速機と接続された回転軸に設けられたハブ２と、ハブ２に複数取り付けられるブレード３，３，３とを備えている。風力発電は、発電機の能力（定格出力）が限られているため、一定速度を超える風が吹いた時には、風車による出力（回転）を制御する必要がある。そこで、各ブレード３の付け根部分、すなわちハブ２との接続部分には、ピッチ制御機構１１が設けられている。このピッチ制御機構１１は、台風等で風速が速いとき、風車の回転を下げて、回転速度が過大となりブレードや発電機が損傷することを防止する。

図２及び図３に示すように、ピッチ制御機構１１は、ハブ２と各ブレード３との間に設けられるものであって、ブレード３が取り付けられるブレード軸１２と、ハブ２に一体に設けられるスリーブ１３と、ブレード３を付勢する付勢部材となる巻ばね１４とを有している。

ブレード軸１２は、一端側に、ブレード３を取り付けるブレード取付部１５が設けられている。例えば、ブレード取付部１５は、取付具１５ａに複数の取付孔１５ｂが形成されており、固定ボルト等の固定部材１５ｃを取付孔１５ｂにねじ込むことによって固定される。勿論、取付具１５ａには、ブレード３を溶接等によって固定しても良い。ここでは、ブレード３の一方の長辺に沿うような位置において、ブレード３がブレード取付部１５に固定されている。なお、ブレード３の取付は、周知の構成で固定可能であり、上記の例の他に、ブレード３をコ字状の取付具で挟み込むようにして、接着剤やねじや溶接等を用いて取付具に固定するようにしても良い。

また、ブレード軸１２には、一端側において、巻ばね１４の一端部が係止されるばね係止部１６が形成されている。ばね係止部１６ａは、例えば孔部であり、巻ばね１４の一端部が挿入係止される。勿論、ばね係止部１６ａは、巻ばね１４の一端部が係止されるフック等であっても良い。

更に、ブレード軸１２には、他端側に、ハブ２への軸取付部１７が形成されている。軸取付部１７は、例えばネジ部であり、ハブ２に形成された挿通孔１８に挿通される。軸取付部１７は、ハブ２の内部において、挿通孔１８より大径の抜け止めとなるナット等の抜け止め部材１９は締め付けられる。なお、ブレード軸１２には、他端側の先端部に、貫通孔２１ａが形成され、ナットの弛み止めとなる割りピンや、スプリングピン等のピン２１が貫通孔２１ａに挿通されている。勿論、抜け止め部材１９には、弛み止め機能を備えたナットを用いても良い。

以上のようなブレード軸１２は、防錆性に優れた例えばステンレス製のスリーブ１３内に挿入される。このスリーブ１３とブレード軸１２との間には、ボールベアリング２２，２２が設けられており、スリーブ１３内を、ブレード軸１２が回動するようになっている。スリーブ１３は、ブレード軸１２の他端側において、ハブ２に、接着剤や溶接やねじ止め等によって固定されている。スリーブ１３のブレード３側は、ブレード軸１２を貫通した下げ止めピン２３の両端部が係止され、ブレード軸１２の下げ止めがなされている。

スリーブ１３の外周には、巻ばね１４が巻挿されている。巻ばね１４の一端部は、ブレード軸１２の一端側のばね係止部１６ａに係止され、他端部は、ハブ２のばね係止部１６ｂに係止されている。なお、巻ばね１４の他端部は、ハブ２と一体的なスリーブ１３に係止するようにしても良い。この巻ばね１４は、常時、スリーブ１３に対して回転自在のブレード軸１２に取り付けられたブレード３を、巻ばね１４の巻き線の巻き方向（矢印Ｄ１方向）に回動付勢している。ブレード３が通常の姿勢にあるときは、風向に対して垂直な面に対する上記ブレードの上記ブレード軸の軸回りの傾き（ピッチ角）が１０°程度となっている。

以上のような風力発電用風車１は、一般に、風速１．５ｍ／秒程度でカットインし、風車が回転しだし、風速２５ｍ／秒程度でカットアウトし、風車が止まる仕様となっている。強風の状態でない通常の風環境のときにおいて、ブレード３は、図４及び図６（Ａ）に示すように、巻ばね１４の付勢力によって巻き方向（矢印Ｄ１方向）に回動付勢されており、ピッチ角も小さく、例えば１０°程度となっている。したがって、風力発電用風車１は、風を受けて通常の回転数で回転する。

一方、風速２５ｍ／秒を超える強風のときには、図５及び図６（Ｂ）に示すように、ブレード３は、風圧によって押され、巻ばね１４がスリーブ１３を締め付けるような方向に変位して、巻ばね１４の付勢力に抗して矢印Ｄ２方向に回動する。これにより、ブレード３は、ピッチ角が例えば９０°程度にまで大きくなり、揚力が小さくなることにより、風車１は、回転数を落とすことができる。これにより、風力発電用風車１は、過回転が防止され、ブレード３や発電機が損傷することを防止することができる

なお、本発明は、水平軸風車の中でもプロペラ型に好適に適用可能であり、適用の際、ブレードの枚数は、２枚でも３枚でも良く、特に限定されるものではない。更に、ここでのピッチ制御機構１１で用いる巻ばね１４としては、右巻き、左巻きの何れでも良く、また、直巻であっても、荒巻きであってもよい。このように、巻ばねの種類やばね特性を調整することによって、例えば、風速に応じて漸次ピッチ角を制御するようにしても良く、この場合には、風車の回転数を安定させることができる。

１風力発電用風車、２ハブ、３ブレード、４ナセル、１１ピッチ制御機構、１２ブレード軸、１３スリーブ、１４巻ばね、１５ブレード取付部、１５ａ取付孔、１５ｂ取付孔、１５ｃ固定部材、１６ａ係止部、１６ｂ係止部、１７軸取付部、１８挿通孔、１９抜け止め部材、２１ピン、２１ａ貫通孔、２２ボールベアリング、Ｄ１付勢方向、Ｄ２反付勢方向

本発明に係る風力発電用風車は、ハブと、ブレードと、上記ブレードが取り付けられるブレード軸と、上記ハブにねじ止めによって固定される、上記ブレード軸が挿通されるスリーブと、上記スリーブの外周に配設され、一端が上記ブレード軸に固定され、他端が上記スリーブ又はハブに固定される巻ばねとを備え、上記ブレード軸は、上記スリーブとの間に回転円滑材が介在され、上記ブレード軸の上記ハブ側の端部には軸取付部が形成され、該軸取付部は、上記ハブに形成された上記軸取付部の挿通孔より大径の抜け止め部材により位置決めされ、上記ブレード軸のブレード側の端部には貫通孔が形成され、該貫通孔には下げ止め部材が挿通され、上記ブレードは、上記巻ばねの付勢力によって、上記巻ばねの巻き方向に回動付勢されて基本姿勢に保持されており、所定以上の風圧を受けると、上記巻ばねの付勢力に抗して、風向きに対して垂直な面に対する上記ブレードの上記ブレード軸の軸回りの傾き（ピッチ角）が大きくなる。

Claims

ハブと、
ブレードと、
上記ブレードが取り付けられるブレード軸と、
上記ハブに一体的に設けられるとともに、上記ブレード軸が挿通されるスリーブと、
上記スリーブの外周に配設され、一端が上記ブレード軸に固定され、他端が上記スリーブ又はハブに固定される巻ばねとを備え、
上記ブレードは、上記巻ばねの付勢力によって、上記巻ばねの巻き方向に回動付勢されて基本姿勢に保持されており、
所定以上の風圧を受けると、上記巻ばねの付勢力に抗して上記ブレード軸を中心に、風向き方向に回動する風力発電用風車。
上記所定以上の風圧を受けると、風向に対して垂直な面に対する上記ブレードの上記ブレード軸の軸回りの傾き（ピッチ角）が大きくなる請求項１記載の風力発電用風車。
上記ブレード軸は、上記スリーブとの間に回転円滑材が介在されている請求項１又は２記載の風力発電用風車。