JP2016017463A - Vertical axis wind turbine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vertical axis wind turbine having an overspeed prevention structure including a quite simple structure without using any surplus control parts so as to restrict only an axial motion of a blade shaft supporting a blade and a self-rotation of the blade shaft and enabling its manufacturing to be attained in less-expensive manner.SOLUTION: In this invention, one end part of a blade shaft 21 is held at a rotary hub and a blade is fixed to the other end of the blade shaft 21. This blade shaft 21 can be moved in a radial direction due to a centrifugal force accompanied by rotation of the blade and at the same time the blade shaft is twisted around an axis of its radiation direction to cause a wind receiving area of the blade and an effective pitch angle of the blade to be changed and there is provided a restricting structure for restricting a motion of the blade shaft in its radial direction and its self-rotation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、風力発電機に用いられる垂直軸風車に関する。さらに詳しくは、突風などに伴う強風が吹いた場合でも過回転により発電機の故障を生じないようにする過回転制御機構が設けられた垂直軸風車に関する。   The present invention relates to a vertical axis wind turbine used for a wind power generator. More specifically, the present invention relates to a vertical axis wind turbine provided with an over-rotation control mechanism that prevents a generator from being damaged due to over-rotation even when a strong wind due to a gust of wind blows.

小型風車は系統電源のない場所における電源や災害時に系統電源が途絶えた場合の非常用電源として役立ち、設置場所の制限が少ないことから、分散型電源として有用である。しかし、強風時には容易に高速回転に至ることから安全面の配慮が重要であり、高コストになりやすく充分に普及していない。最近の多くの小型風車では、高速回転になると電気的ブレーキにより回転数を抑制する方法がとられているが、強風時には電気回路の故障が伴う可能性も高く、また、発電機の最大電流の制限から、最大風速は12〜14m/s程度になっている。強風が吹いた場合に機械的に回転数を抑制する方法は多数提案されているが、機構が複雑であったり、信頼性に問題があったりする方法も多く、充分に実用化に至っていない。しかし、一般的には高速回転になるにしたがって、ブレードのピッチ角を受動的に制御できるならば、強風状態でも回転数の抑制ができ安全性が向上される。また、風車の運転可能風速範囲が拡大する一方で、発電機の容量を小さくすることが可能であるため、発電単価の低減にもなり得る。   The small windmill is useful as a distributed power source because it is useful as a power source in a place where there is no system power source or an emergency power source when the system power source is interrupted in the event of a disaster. However, safety considerations are important because high-speed rotation easily occurs in strong winds, and the cost tends to be high, and it is not widespread. Many recent small wind turbines use electric brakes to reduce the number of rotations at high speeds, but there is a high possibility that an electric circuit will fail during strong winds, and the maximum current of the generator Due to the limitation, the maximum wind speed is about 12 to 14 m / s. Many methods have been proposed for mechanically suppressing the number of rotations when a strong wind blows, but there are many methods with complicated mechanisms and problems with reliability, and they have not been fully put into practical use. However, in general, if the pitch angle of the blade can be passively controlled as the rotation speed increases, the number of rotations can be suppressed even in a strong wind state, and safety is improved. In addition, since the wind speed range in which the wind turbine can be operated is expanded, the capacity of the generator can be reduced, so that the unit price of power generation can be reduced.

大型風車は水平軸風車が主流であるが、小型風車の場合は、設置場所が地表面に近く風向きが乱れている位置に設置されることが多いため、風向き依存性がなく(ヨー制御機構が不必要)、構造がシンプルになり得る垂直軸風車(または縦軸風車)がしばしば用いられる。多くの小型垂直軸風車は固定ピッチ方式であるが、例えば、特許文献1には、回転中心軸から離れた位置に設置された直線ブレード(両端は傾斜)の全体あるいは一部に作用する遠心力を利用して受動的にブレードをスイングさせてピッチ角を変える機構を提案している。また、特許文献2においても、直線ブレード垂直軸風車のブレードのピッチを、遠心力などを利用して変化する機構が提案されている。いずれの方法にしても、回転中心軸から離れた位置にヒンジなどの可動部やばねなどの弾性体を配置するものであり、それらの可動部をブレード内部に組み込むなど、加工において工夫が必要であり、場合によってはコストが高くなる可能性がある。また、それらがブレードの外部に設置される場合には、空力抵抗が増すので、風車の効率を減少させる可能性が存在する。ピッチ可変機構では、安定した風車の回転を実現するために、複数のブレードのピッチ角の変化を同調させる必要があるが、前述の垂直軸風車の過回転制御機構では、回転中心から離れた場所に可動部があるため、それらを同調させるための長尺なリンク機構などを使用する必要もあり、長期の運転においてその信頼性を確保することは難しいと予想される。   Horizontal wind turbines are the mainstream for large wind turbines, but in the case of small wind turbines, the installation location is often close to the ground surface and the wind direction is disturbed, so there is no dependency on the wind direction (the yaw control mechanism is Unnecessary), vertical axis wind turbines (or vertical axis wind turbines), which can be simple in structure, are often used. Many small vertical axis wind turbines have a fixed pitch system. For example, Patent Document 1 discloses a centrifugal force acting on the whole or a part of a linear blade (both ends are inclined) installed at a position away from the rotation center axis. Has proposed a mechanism to change the pitch angle by passively swinging the blades using the. Also in Patent Document 2, a mechanism for changing the pitch of a blade of a straight blade vertical axis wind turbine by utilizing centrifugal force or the like is proposed. In any method, movable parts such as hinges and elastic bodies such as springs are arranged at a position away from the rotation center axis, and it is necessary to devise in processing such as incorporating these movable parts inside the blade. Yes, in some cases the cost can be high. Also, if they are installed outside the blades, there is a possibility of reducing the efficiency of the windmill because of increased aerodynamic resistance. In the pitch variable mechanism, it is necessary to synchronize the change in the pitch angle of the blades in order to achieve stable windmill rotation. Therefore, it is necessary to use a long link mechanism for synchronizing them, and it is expected that it is difficult to ensure the reliability in long-term operation.

一方、小型水平軸風車においては、回転軸の近傍に機械的な過回転制御機構を組み込むことが可能であり、例えば、特許文献3の図1に示されているヘリカルフェザリング方式はシンプルな方法である。この特許文献3の図1の元になったものは、非特許文献1の146ページに、その他の方式の、ガバナ錘を使用した方式や風圧式(スライディング・ハブ方式)とともに紹介されているが、ヘリカルフェザリング方式は、ブレードに作用する遠心力を利用し、ブレードが遠心力方向(半径方向)に移動(スライド)するとともにブレードを支持する支持軸を中心に回転(自転)しピッチ角を変える機構として、螺旋状(ヘリカル)のガイド溝を利用している。しかし、複数のブレードが設けられた場合に、回転中心から各ブレードの重心までの長さを同じにするという同調機構を有していない。特許文献3では、ヘリカルフェザリング方式の欠点であるガイド溝における摺動に伴う不安定さを解決するために、特殊なヒンジジョイントを利用したピッチ可変機構と同調機構を提案しているが、機構が複雑になりすぎ、実用上は強度的な検討が困難であると考えられる。多数提案されているガバナ錘を使用した方式などでは、歯車やヒンジとリンクを使用した同調機構などが用いられているが、錘を付加する点ですでに機構は複雑といえる。以上に述べた水平軸風車のピッチ可変方式の過回転制御機構は、回転軸近傍に機構を配置できる点で望ましいが、ブレードに作用する重力が水平方向の風車回転軸と直交する方向に作用し、ブレードの回転に伴ってブレードが受ける半径方向の力が周期的に変化する。それゆえ、安定動作のためには同調機構は必須となる。また、以上に述べた方式ではブレードのピッチ角を変化させるだけであり、受風面積は変化しないため、過回転制御の結果として強風時に一定回転数になったとしても、低回転数状態と同じ面積に作用する大きなスラストに耐えるだけの強度を風車全体において持たせる必要がある。   On the other hand, in a small horizontal axis wind turbine, it is possible to incorporate a mechanical over-rotation control mechanism in the vicinity of the rotation shaft. For example, the helical feathering method shown in FIG. It is. The basis of FIG. 1 of Patent Document 3 is introduced on page 146 of Non-Patent Document 1 together with other methods such as a method using a governor weight and a wind pressure method (sliding hub method). The helical feathering method uses centrifugal force acting on the blade, and the blade moves (slides) in the direction of the centrifugal force (radial direction) and rotates (spins) around the support shaft that supports the blade to increase the pitch angle. As a changing mechanism, a helical (helical) guide groove is used. However, when a plurality of blades are provided, there is no tuning mechanism for making the length from the center of rotation to the center of gravity of each blade the same. Patent Document 3 proposes a pitch variable mechanism and a tuning mechanism using a special hinge joint in order to solve the instability due to sliding in the guide groove, which is a drawback of the helical feathering method. However, it is considered that it is difficult to study the strength in practice. Many proposed methods using governor weights use gears, tuning mechanisms using hinges and links, etc., but the mechanism is already complicated in terms of adding weights. The above-described variable pitch overrotation control mechanism for a horizontal axis wind turbine is desirable in that the mechanism can be disposed near the rotation axis, but the gravity acting on the blade acts in a direction perpendicular to the horizontal wind turbine rotation axis. As the blade rotates, the radial force applied to the blade periodically changes. Therefore, a tuning mechanism is essential for stable operation. In addition, since the method described above only changes the pitch angle of the blade and does not change the wind receiving area, even if a constant rotation speed is obtained during strong wind as a result of over-rotation control, it is the same as in the low rotation speed state. The wind turbine as a whole must be strong enough to withstand the large thrust acting on the area.

また、風車のブレードの構造としては、種々のものが提案されている。例えば一般的な直線ブレードを備えたH型ダリウス風車や、非直線ブレードで、バタフライ型のものも知られている。さらに、非特許文献2で試作されているような、アルミ合金の押出と曲げ加工で製作された「アルミ円形翼バタフライ風車」のブレードはコスト・構造的強度などの面から優れている。   Various types of wind turbine blade structures have been proposed. For example, an H-type Darius wind turbine having a general straight blade and a butterfly type non-linear blade are also known. Furthermore, the blade of the “aluminum circular blade butterfly windmill” manufactured by extrusion and bending of an aluminum alloy as prototyped in Non-Patent Document 2 is superior in terms of cost and structural strength.

特開2010−127072号公報JP 2010-127072 A 特開2007−85182号公報JP 2007-85182 A 特開2007−9898号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-9898

小型風車ハンドブック,牛山泉・三野正洋 共著,パワー社,第4版,1994年Small windmill handbook, Ushiyama Izumi and Mino Masahiro, Power, 4th edition, 1994 アルミ円形翼バタフライ風車の実証実験と性能予測,日本風力エネルギー学会誌,Vol.38, No.1, (通巻109号), (2014年5月)Demonstration experiment and performance prediction of aluminum circular wing butterfly wind turbine, Journal of Japan Wind Energy Association, Vol.38, No.1, (Vol.109), (May 2014)

前述のように、垂直軸風車において、ブレードの回転数が増加すると遠心力も大きくなる性質を利用してブレードの回転数を制御し、過回転を抑制する手段が種々提案されている。   As described above, in the vertical axis wind turbine, various means have been proposed for controlling the rotation speed of the blade by utilizing the property that the centrifugal force increases as the rotation speed of the blade increases, thereby suppressing over-rotation.

しかしながら、特許文献1および2に示される例では、ブレードを支持するブレード軸に対して、ブレードまたはその一部を回転させる機構であるため、製造が複雑で高価になると共に、ブレードが破損しやすいという問題がある。   However, in the examples shown in Patent Documents 1 and 2, since the mechanism is a mechanism for rotating the blade or a part thereof with respect to the blade shaft that supports the blade, the manufacturing is complicated and expensive, and the blade is easily damaged. There is a problem.

また、特許文献3および非特許文献1は、水平軸風車に関しての過回転抑制例であるが、ブレードが支持軸に対して遠心力の方向に移動するように取り付けられ、遠心力の方向に移動する際にブレードを支持する支持軸が回転するように螺旋溝により規制することにより、強風時に風の向きとブレードの向きとのなす角度を小さくしている。しかし、水平軸風車の場合、ブレードの自重が回転軸と垂直の方向に作用するため、回転半径方向に作用する体積力(遠心力+ブレード自重)が回転方向と共に変化し、本質的に力のアンバランスが存在する。一方、これを垂直軸風車に適用した場合、ブレードの自重は回転軸と平行な方向に作用するため、回転半径方向に作用する体積力は遠心力のみとなり、回転数が一定の場合に、回転方向に依らず、半径方向の体積力は本質的に一定となる。しかし、これまでに特許文献3および非特許文献1に記載のような方法を垂直軸風車に適用した例は報告が無い。また、この構成では、螺旋溝だけであるため、遠心力の作用と同時にブレードの向きと風の向きとのなす角度が減少するように作用する。その結果、風力の小さい状態でもブレードの向きと風の向きとのなす角度が小さくなり、風力を有効に利用することができないという問題がある。さらに、このように遠心力によりブレードの支持軸を遠心力の方向に移動させる構造では、特に、回転中心からブレード重心までの長さが複数個のブレードで同じ長さになっていないと、振動の問題が生じるが、複数のブレード間で、回転中心からブレード重心までの長さを一定にするための同調機構については何ら開示されていない。   Patent Document 3 and Non-Patent Document 1 are examples of suppression of over-rotation with respect to a horizontal axis wind turbine. In this case, the angle formed between the direction of the wind and the direction of the blade is reduced in a strong wind by restricting the support shaft that supports the blade by the spiral groove so as to rotate. However, in the case of a horizontal axis wind turbine, the blade's own weight acts in the direction perpendicular to the rotation axis, so the volume force (centrifugal force + blade's own weight) acting in the radial direction of rotation changes with the rotation direction, There is an imbalance. On the other hand, when this is applied to a vertical axis wind turbine, the blade's own weight acts in a direction parallel to the rotational axis, so the volume force acting in the rotational radius direction is only the centrifugal force, and the rotation occurs when the rotational speed is constant. Regardless of the direction, the radial body force is essentially constant. However, there has been no report on an example in which the methods described in Patent Document 3 and Non-Patent Document 1 are applied to a vertical axis wind turbine. Further, in this configuration, since only the spiral groove is provided, the angle between the direction of the blade and the direction of the wind is reduced simultaneously with the action of the centrifugal force. As a result, there is a problem that even if the wind force is small, the angle between the blade direction and the wind direction becomes small, and the wind force cannot be used effectively. Furthermore, in the structure in which the support shaft of the blade is moved in the direction of the centrifugal force by the centrifugal force in this way, in particular, if the length from the rotation center to the center of gravity of the blade is not the same length among the plurality of blades, However, there is no disclosure of a tuning mechanism for making the length from the center of rotation to the center of gravity of the blade constant among a plurality of blades.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、余分な制御部品を用いることなく、ブレードを支持するブレード軸の軸方向移動とブレード軸の自転を規制するだけの非常に簡単な構造で、安価に製造することができる過回転防止構造を有する垂直軸風車を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and has a very simple structure that only restricts the axial movement of the blade shaft that supports the blade and the rotation of the blade shaft without using extra control components. An object of the present invention is to provide a vertical axis wind turbine having an over-rotation prevention structure that can be manufactured at low cost.

本発明の他の目的は、1個の風車に複数個のブレードを有する場合に、ブレードごとに遠心力によるブレード軸の規制を行っても、各ブレードの回転中心からブレード重心までの長さがばらついて、各ブレードが受ける力のアンバランスによって、風車としての性能安定化を害したり、寿命を低下させたりしないようにするため、各ブレード軸の移動量を一定にする同調機構を備えた垂直軸風車を提供することにある。   Another object of the present invention is that when a single windmill has a plurality of blades, the length from the rotation center of each blade to the center of gravity of the blade is not limited even if the blade shaft is regulated by centrifugal force for each blade. Vertically equipped with a tuning mechanism that keeps the movement amount of each blade axis constant so as not to harm the stabilization of the performance as a windmill or reduce the life due to the unbalance of the force received by each blade It is to provide an axial windmill.

本発明の垂直軸風車は、回転用ハブと、前記回転用ハブの回転中心から半径方向に延びるように、前記回転用ハブに一端部側が保持されるブレード軸と、前記ブレード軸の他端部に取り付けられるブレードとを有する垂直軸風車であって、前記ブレード軸が、前記ブレードの回転に伴う遠心力により前記半径方向に移動し得ると共に、前記半径方向を軸として自転することにより前記ブレードの実効的ピッチ角(取付角)および受風面積を変えられるように取り付けられ、前記ブレード軸の前記半径方向の移動および前記自転とを規制する規制構造体を備える。   The vertical axis wind turbine according to the present invention includes a rotating hub, a blade shaft that is supported at one end by the rotating hub so as to extend in a radial direction from a rotation center of the rotating hub, and the other end of the blade shaft. A vertical axis wind turbine having a blade attached to the blade, wherein the blade shaft can move in the radial direction by a centrifugal force accompanying the rotation of the blade, and rotates around the radial direction as an axis. A regulation structure is provided so that the effective pitch angle (mounting angle) and the wind receiving area can be changed, and the radial movement and the rotation of the blade shaft are regulated.

ここに実効的ピッチ角(取付角)とは、ブレード軸の自転角度(ツイスト角)に応じて変化する、ブレード軸に取付けられたブレードの各断面における相対風に対するブレード弦長線(ブレード断面の前縁と後縁を結ぶ直線)の設定角度を意味する。   Here, the effective pitch angle (mounting angle) refers to the blade chord length line (relative to the blade cross section) relative to the relative wind in each cross section of the blade mounted on the blade shaft, which varies according to the rotation angle (twist angle) of the blade shaft. This means the set angle of the straight line connecting the edge and the trailing edge.

前記ブレードが所定の遠心力になるまで、前記ブレード軸は、前記ブレードの受風面積が所定の面積以上を維持するように前記半径方向に移動し、前記ブレードが前記所定の遠心力以上の遠心力になったら、前記ブレード軸は前記半径方向の移動と共に自転をし、受風面積を減少させ、実効的ピッチ角を増加させるように前記規制構造体が形成されていることが、風の強さに応じて風力エネルギーを有効に利用することができるため好ましい。   Until the blade reaches a predetermined centrifugal force, the blade shaft moves in the radial direction so that the wind receiving area of the blade is maintained at a predetermined area or more, and the blade is centrifuged at the predetermined centrifugal force or more. If the force becomes a force, the blade shaft rotates with the radial movement, the wind receiving area is reduced, and the restriction structure is formed so as to increase the effective pitch angle. Accordingly, it is preferable because wind energy can be used effectively.

ここで、所定の面積とは、最大受風面積と同程度の受風面積を維持する範囲内の面積であり、ブレードの回転数を維持する範囲内の面積をいう。所定の面積は、たとえば最大受風面積の95〜100%の範囲内、より好ましくは98〜100%の範囲内をいう。   Here, the predetermined area is an area within a range in which a wind receiving area comparable to the maximum wind receiving area is maintained, and refers to an area within a range in which the rotation speed of the blade is maintained. The predetermined area is, for example, in the range of 95 to 100% of the maximum wind receiving area, and more preferably in the range of 98 to 100%.

前記ブレードが所定の遠心力になるまで、前記ブレード軸は前記半径方向のみに移動し、前記ブレードが前記所定の遠心力以上の遠心力になったら前記ブレード軸は前記半径方向の移動と共に自転もするように前記規制構造体が形成されていることが、風の強さに応じて風力エネルギーを有効に利用することができるため好ましい。   The blade shaft moves only in the radial direction until the blade has a predetermined centrifugal force. When the blade has a centrifugal force equal to or greater than the predetermined centrifugal force, the blade shaft rotates with the radial movement. Thus, it is preferable that the regulation structure is formed because wind energy can be effectively used according to the strength of the wind.

なお、本明細書において、ブレード軸が「半径方向のみ」に移動するとは、「半径方向の移動と共に自転もする」という用語との対比として用いられるものであり、ブレード軸が実質的に半径方向のみに移動する部分をいい、所定の遠心力まで風車の回転数がほとんど低下しない範囲でブレード軸がわずかに自転するものも含まれる。また、後述する実施形態では、半径方向のみに移動する部分は、直線状部として示されているが、直線状に限定されるものではなく、例えば緩やかに湾曲したもの等、本発明の目的を達成できる範囲内で他の構成を有していても構わない。   In this specification, the phrase “the blade axis moves only in the radial direction” is used in contrast to the term “spins along with the movement in the radial direction”, and the blade axis is substantially in the radial direction. The part which moves only to the extent that the blade shaft rotates slightly in a range where the rotational speed of the windmill hardly decreases to a predetermined centrifugal force is included. Further, in the embodiment described later, the portion that moves only in the radial direction is shown as a straight portion, but is not limited to a straight portion, and the object of the present invention is, for example, a gently curved portion. You may have another structure in the range which can be achieved.

前記規制構造体が、前記ブレード軸の前記半径方向への移動と、前記ブレード軸の自転とを案内し、前記ブレード軸および前記ブレード軸の周囲のいずれか一方に設けられたガイド部、および、前記ブレード軸および前記ブレード軸の周囲の他方に設けられ、前記ガイド部に係合する係合部とを備えることにより、簡単な構成で規制構造体を構成することができる。   The regulating structure guides the movement of the blade shaft in the radial direction and the rotation of the blade shaft, and a guide portion provided on one of the blade shaft and the periphery of the blade shaft; and By providing the blade shaft and an engagement portion that is provided on the other periphery of the blade shaft and engages with the guide portion, the regulation structure can be configured with a simple configuration.

前記ガイド部のうち、前記ブレード軸が前記半径方向のみに移動する部分は、前記半径方向に沿った直線状部であり、前記ブレード軸が前記半径方向の移動と自転の両方をする部分は、前記直線状部に連続して形成された螺旋状部により形成され、前記直線状部の前記半径方向に沿った長さが、前記垂直軸風車の発電機の定格の回転数に相当する回転数で前記ブレードが回転するときの、前記ブレードに作用する遠心力により前記ブレード軸が前記半径方向にスライドする距離の30〜80%であることにより、風速の小さい場合は、ブレード軸をツイストさせることなく最大受風面積に流入する風力を利用しながら、風速が大きくなったら、ツイスト角を大きくして受風面積を小さくして風力を弱くするとともに実効的ピッチ角(取付角)を増加して失速状態に至らしめることによりブレードの過回転を抑制することができる。   Of the guide portion, the portion where the blade shaft moves only in the radial direction is a linear portion along the radial direction, and the portion where the blade shaft both moves and rotates in the radial direction is: A rotational speed formed by a spiral part formed continuously with the linear part, and the length of the linear part along the radial direction corresponds to the rated rotational speed of the generator of the vertical axis wind turbine. When the blade rotates, the blade shaft is 30 to 80% of the distance that the blade shaft slides in the radial direction due to the centrifugal force acting on the blade. When the wind speed is low, the blade shaft is twisted. If the wind speed increases while using wind power flowing into the maximum wind receiving area, the twist angle is increased to reduce the wind receiving area to reduce the wind power and the effective pitch angle (mounting angle) It is possible to suppress excessive rotation of the blade by increasing to allowed to reach a stall condition.

前記回転用ハブに、前記ブレードを有するブレード軸が複数個取り付けられ、それぞれの前記ブレード軸の自転による回転角が等しくなるような同調機構が設けられていることが、ブレード軸のスライド長さが異なり、回転半径が異なることによる各ブレードのアンバランスを防止することができ、故障などを未然に防止することができるため好ましい。   A plurality of blade shafts having the blades are attached to the rotation hub, and a tuning mechanism is provided so that the rotation angles of the blade shafts by rotation are equal. On the other hand, it is preferable because unbalance of the blades due to different rotation radii can be prevented and failure can be prevented in advance.

前記ブレード軸の一端部に自在継手が接続され、前記同調機構は、前記回転用ハブの回転中心と同軸で前記回転用ハブに対して独立して回転するように設けられる同調用円盤を備え、前記同調用円盤に前記同調用円盤の中心から一定半径上に形成される第1ヒンジと、前記自在継手との間が、一定の長さのリンクにより接続される構造に形成することができる。   A universal joint is connected to one end of the blade shaft, and the tuning mechanism includes a tuning disk provided coaxially with the rotation center of the rotation hub and rotated independently with respect to the rotation hub, A first hinge formed on the tuning disk at a certain radius from the center of the tuning disk and the universal joint may be connected to each other by a link having a certain length.

前記自在継手と前記同調用円盤上に形成される前記第1ヒンジとの間を接続するリンクが、前記自在継手から鉛直方向に延びる第1のリンクと、該第1のリンクの先端部で第2ヒンジを介して前記同調用円盤上の前記第1ヒンジとの間を水平方向に延びる第2のリンクとにより形成されることにより、前記ブレード軸の前記半径方向の短い移動に対して大きなリンク角度変化を許容できるため、場所を取らず、コンパクトに形成することができる。   A link connecting between the universal joint and the first hinge formed on the tuning disk includes a first link extending in a vertical direction from the universal joint, and a first link at a distal end portion of the first link. A large link with respect to a short movement in the radial direction of the blade shaft by being formed by a second link extending horizontally between the first hinge on the tuning disk via two hinges Since the change in angle can be allowed, it can be formed compact without taking up space.

本発明によれば、ブレードが受ける遠心力を利用してブレード軸をその軸方向に移動させながら、風力が大きくなってブレードの回転数が増すと、ブレード軸ごとブレードが自転(ツイスト)して実効的ピッチ角(取付角)が増加および受風面積が減少する構成にされると共に、風力がそれほど大きくない場合には、ブレード軸が軸方向に移動しても、ブレード軸自身は自転しない(ツイストしない)構成になっている。そのため、風力が小さい場合は、ブレード軸が遠心力によりブレード軸の軸方向に移動しても、ブレードが傾いて実効的ピッチ角(取付角)が増加してブレードの一部が失速状態に至ったり、受風面積を小さくすることなく、最大受風面積に流入する風力を効率よく利用することができる。すなわち、過回転となる回転数近くになるまでのブレードの回転数の増加に対しては、最大受風面積に流入する風を受風して効率よく風車を回転させて発電することができる。一方、過回転に近い一定の遠心力が生じたときには、例えばブレード軸とその周囲に設けられるカバーとの規制構造体によりブレード軸を自転させることができ、ブレード軸の自転と共にブレード自身も自転(ツイスト)するため、実効的ピッチ角(取付角)が増加してブレードの一部が失速状態に至り、受風面積も小さくなる。その結果、ブレードの回転数の増加はなくなり、遠心力も増加しない。そのため、従来の風車が過回転になるような強い風の場合でも、過回転の手前で安定したブレードの回転数を得ることができる。   According to the present invention, when the wind force increases and the rotation speed of the blade increases while moving the blade shaft in the axial direction by using the centrifugal force received by the blade, the blade rotates together with the blade shaft. When the effective pitch angle (mounting angle) is increased and the wind receiving area is decreased, and the wind force is not so large, even if the blade shaft moves in the axial direction, the blade shaft itself does not rotate ( Do not twist). Therefore, when the wind force is small, even if the blade shaft moves in the axial direction of the blade shaft due to centrifugal force, the blade tilts and the effective pitch angle (mounting angle) increases and a part of the blade is stalled. In addition, the wind force flowing into the maximum wind receiving area can be efficiently used without reducing the wind receiving area. That is, with respect to an increase in the rotation speed of the blade until the rotation speed becomes close to the excessive rotation speed, it is possible to receive the wind flowing into the maximum wind receiving area and efficiently rotate the windmill to generate power. On the other hand, when a constant centrifugal force close to over-rotation is generated, the blade shaft can be rotated by, for example, a restricting structure of the blade shaft and a cover provided around the blade shaft. Therefore, the effective pitch angle (mounting angle) increases, a part of the blade is stalled, and the wind receiving area is also reduced. As a result, the number of rotations of the blade is not increased and the centrifugal force is not increased. Therefore, even in the case of a strong wind that causes the conventional windmill to over-rotate, a stable blade rotation speed can be obtained before the over-rotation.

換言すると、所定の風力までは、ブレード軸はその軸方向のみに移動して最大受風面積に流入する風力を受け止め、所定の風力より風力が強くなって従来過回転になるような状況になるとブレードが傾いて実効的ピッチ角(取付角)が増加してブレードの一部が失速状態に至ると同時に受風面積が小さくなり、適切な回転数で自己整合的に安定する。また、さらに一段と風力が強くなった場合は、ブレードの傾斜(ツイスト)がさらに大きくなり、極端な場合、ブレードが90度傾斜(ツイスト)することにより、いくら強い風でも殆ど風力を受けることが無くなり、その手前で安定したブレードの回転を維持することができる。   In other words, until the predetermined wind force, the blade shaft moves only in the axial direction, receives the wind force flowing into the maximum wind receiving area, and the wind force becomes stronger than the predetermined wind force, and the situation becomes a conventional overspeed. When the blade is tilted, the effective pitch angle (mounting angle) is increased, and a part of the blade is stalled. In addition, when the wind force becomes even stronger, the blade inclination (twist) becomes even larger, and in the extreme case, the blade tilts 90 degrees (twist), so that no matter how strong the wind is, the wind force is hardly received. , Stable rotation of the blade can be maintained in front of it.

請求項4に示されるような、ガイド部と係合部とで構成される規制構造体を採用すれば、ガイド部のブレード軸の軸方向の移動のみの移動長さを調整するだけで、どのような発電能力を有する発電機に対しても適用することができる。その結果、設置場所とか地形による風の強さなどに応じて、最適な風力発電機を安価に製造することができる。すなわち、発電機は出力が大きくなると急激にコストが上昇するが、ブレードは、例えば前述の非特許文献2に示されるように、アルミニウムの押出等で形成すると非常に安価に製造することができるため、風がそれ程強くない場所では、発電能力の小さい発電機で、半径の大きな風車を用いて効率良く発電することができる。また、このような発電能力の小さい発電機を数多く設置することにより、トータル的な発電コストを下げることができる。一方、強風の多い場所では、発電能力の高い発電機を用いて、できるだけ強い風を多く利用して発電することが効率的である。いずれの場合でも本発明のブレード軸の軸方向のみの移動とブレード軸の自転とを組み合せることにより、発電能力を害することなく過回転を防止することができる。   If a restricting structure including a guide portion and an engagement portion as shown in claim 4 is adopted, it is only necessary to adjust the moving length of the guide portion only in the axial direction of the blade shaft. It is applicable also to the generator which has such a power generation capability. As a result, an optimal wind power generator can be manufactured at a low cost according to the installation location or the strength of the wind depending on the topography. That is, when the output of the generator is increased, the cost increases rapidly. However, as shown in Non-Patent Document 2, for example, the blade can be manufactured at a very low cost when formed by extrusion of aluminum or the like. In places where the wind is not so strong, it is possible to efficiently generate power using a wind turbine having a large radius with a generator having a small power generation capacity. Moreover, by installing many generators with such a small power generation capability, the total power generation cost can be reduced. On the other hand, in places with a lot of strong winds, it is efficient to generate electricity using as much wind as possible using a generator with high power generation capacity. In any case, by combining the movement of the blade shaft only in the axial direction and the rotation of the blade shaft of the present invention, over-rotation can be prevented without impairing the power generation capacity.

また、同調機構が設けられることにより、風車の回転方位角に依存するブレード表面に作用する空気力(面積力)の変動や、風車に用いられる部材の製造誤差に基づく空気力のアンバランスがあっても、ブレード軸の軸方向の移動量およびブレードの傾斜角(ツイスト角)が同調される。すなわち、複数個のブレードの1つに強い空気力を受けてブレードを傾けようとしても、他のブレードがそのような強い空気力を受けていなければ変化することは無く、全体として遠心力は変わらず、ブレードによってアンバランスな動きをすることが無い。その結果、安定した回転を得ることができる。   In addition, by providing a tuning mechanism, there is a variation in aerodynamic force (area force) acting on the blade surface depending on the rotational azimuth angle of the windmill, and aerodynamic imbalance based on manufacturing errors of members used in the windmill. However, the movement amount of the blade shaft in the axial direction and the inclination angle (twist angle) of the blade are synchronized. That is, even if one of the plurality of blades receives a strong aerodynamic force to incline the blade, it does not change unless the other blades receive such a strong aerodynamic force, and the overall centrifugal force does not change. In addition, there is no unbalanced movement by the blade. As a result, stable rotation can be obtained.

本発明の一実施形態の過回転制御部の説明図である。It is explanatory drawing of the overspeed control part of one Embodiment of this invention. 本発明の風車の一実施形態の平面説明図で、4枚のブレード用の取り付け部のみが示され、1個のブレード軸はその周囲のカバー(ガイド部)を除去してツイスト無しの場合と約37度のツイストした場合を示す図である。In the plan view of an embodiment of the wind turbine according to the present invention, only a mounting portion for four blades is shown, and one blade shaft has no twist by removing the surrounding cover (guide portion). It is a figure which shows the case where it twists about 37 degree | times. 図2の風車のブレードを1枚としたときの正面側から見た斜視図である。It is the perspective view seen from the front side when the blade of the windmill of FIG. 2 is made into one sheet. 図2の風車の受風面積を説明する図である。It is a figure explaining the wind-receiving area of the windmill of FIG. 実効的ピッチ角を説明する図である。It is a figure explaining an effective pitch angle. ツイスト角に対する実効的ピッチ角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the effective pitch angle with respect to a twist angle. 図1〜4に示される風車の風速に対するブレード回転数の関係と、その回転数に対する遠心力・ツイスト角・ブレード軸移動量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the blade rotation speed with respect to the wind speed of the windmill shown by FIGS. 1-4, and the relationship of the centrifugal force, the twist angle, and the blade axis | shaft movement amount with respect to the rotation speed. 図1〜4に示される風車のブレード部分の平面図である。It is a top view of the blade part of the windmill shown by FIGS. 本発明に用いられるブレード形状の例示である。It is an illustration of the blade shape used for this invention. バタフライ型ブレードを用いた時のツイスト角を変えた時の形状である。This is the shape when the twist angle when using a butterfly blade is changed. 図9と同様の正面および平面説明図である。It is the same front and plane explanatory drawing as FIG. 本発明により形成された風車の風速およびツイスト角に対する回転数の関係を示す図である(ただし、ツイスト角が0度となる直線移動部分は含まない)。It is a figure which shows the relationship of the rotation speed with respect to the wind speed and twist angle of the windmill formed by this invention (however, the linear movement part in which a twist angle becomes 0 degree is not included). ツイスト角と受風面積の回転数依存性を示す図である。It is a figure which shows the rotation speed dependence of a twist angle and a wind receiving area. 過回転制御機構無しの風車(直径:3.1m)の発電特性[カットアウト:15m/s]を示す図である。It is a figure which shows the electric power generation characteristic [cutout: 15m / s] of a windmill (diameter: 3.1m) without an overspeed control mechanism. 過回転制御機構有りの風車(直径:3.1m)の発電特性[カットアウト:70m/s以上]を示す図である。It is a figure which shows the electric power generation characteristic [cutout: 70 m / s or more] of a windmill (diameter: 3.1 m) with an overspeed control mechanism. 過回転制御が有る場合と無い場合のパワーカーブの比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison of the power curve with the case where there is overspeed control and there is no. 風速出現率をレイリー分布に従うと仮定した場合の年間発電量予測する図である。It is a figure which predicts annual electric power generation amount on the assumption that a wind speed appearance rate follows Rayleigh distribution.

本発明の垂直軸風車の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の垂直軸風車は、図1にその要部である過回転制御部の模式化した説明図が示されるように、回転用ハブ11(図2〜3参照)の回転中心(軸C)から半径方向に延びるように、回転用ハブ11にブレード軸21の一端部側が保持され、そのブレード軸21の他端部にブレード22(図3参照)が取り付けられている。本発明では、このブレード軸21が、ブレード22の回転に伴う遠心力により回転用ハブ11の半径方向に移動し得ると共に、半径方向を軸として自転する(ツイストする)ことによりブレード22の受風面積および実効的ピッチ角を変えられるように取り付けられている。すなわち、本発明の垂直軸風車は、ブレード軸21の、回転用ハブ11の半径方向への移動と自転を規制する規制構造体が設けられ、この規制構造体によりブレード軸21の半径方向の移動および自転(ツイスト)が規制されている。図1に示される例では、ブレード22が所定の遠心力になるまでは、ブレード軸21は半径方向のみに移動し、ブレード22が所定の遠心力以上の遠心力になったらブレード軸21は半径方向の移動と共に自転もするように規制構造体が形成されている。なお、本明細書における「半径方向」とは、回転用ハブ11の回転面における、回転用ハブ11の回転中心から離れる方向または回転中心に近付く方向を意味する。   An embodiment of a vertical axis wind turbine according to the present invention will be described with reference to the drawings. The vertical axis wind turbine according to the present invention has a rotation center (axis C) of the rotation hub 11 (see FIGS. 2 to 3), as shown in FIG. One end portion side of the blade shaft 21 is held on the rotating hub 11 so as to extend in the radial direction from the blade shaft 21, and a blade 22 (see FIG. 3) is attached to the other end portion of the blade shaft 21. In the present invention, the blade shaft 21 can move in the radial direction of the rotating hub 11 due to the centrifugal force associated with the rotation of the blade 22, and rotates (twists) around the radial direction as an axis to receive wind from the blade 22. It is attached so that the area and the effective pitch angle can be changed. That is, the vertical axis wind turbine of the present invention is provided with a restriction structure that restricts the movement and rotation of the blade shaft 21 in the radial direction of the rotating hub 11, and the movement of the blade shaft 21 in the radial direction by this restriction structure. And rotation (twist) is regulated. In the example shown in FIG. 1, the blade shaft 21 moves only in the radial direction until the blade 22 has a predetermined centrifugal force, and when the blade 22 has a centrifugal force equal to or greater than the predetermined centrifugal force, the blade shaft 21 has a radius. The restricting structure is formed so as to rotate along with the movement of the direction. In the present specification, the “radial direction” means a direction away from the rotation center of the rotation hub 11 or a direction approaching the rotation center on the rotation surface of the rotation hub 11.

本発明の風車全体の構成が、図2に4枚のブレード22が取り付けられるように形成された回転用ハブ11の部分(ブレード22は省略され、ブレード取付部22aのみが示されている)の平面説明図で、図3にブレード22を1枚にした斜視説明図で、それぞれブレード軸21が自転していない(ツイスト角が0)状態と、ブレード軸21が約37度自転した(以下、ツイスト角37度という)状態で示されているように、回転用ハブ11が、発電機31に固定され、その回転用ハブ11にブレード22が適当な個数のブレード軸21を介して取り付けられている。そして、ブレード22が風を受けて回転することにより回転用ハブ11が回転させられ、それにより発電機31の中心軸が回転して発電する仕組みになっている。   The entire configuration of the wind turbine according to the present invention is the portion of the rotating hub 11 formed so that the four blades 22 are attached in FIG. 2 (the blade 22 is omitted and only the blade attachment portion 22a is shown). FIG. 3 is a plan explanatory view, and FIG. 3 is a perspective explanatory view in which one blade 22 is provided. Each blade shaft 21 does not rotate (twist angle is 0), and the blade shaft 21 rotates about 37 degrees (hereinafter referred to as “rotation angle”). The rotation hub 11 is fixed to the generator 31 and the blades 22 are attached to the rotation hub 11 via an appropriate number of blade shafts 21 as shown in the state of a twist angle of 37 degrees). Yes. When the blade 22 receives wind and rotates, the rotating hub 11 is rotated, whereby the central axis of the generator 31 rotates to generate power.

ここに示される例では、この回転用ハブ11に固定された2枚のフレーム12(図1では、回転用ハブ11が省略されているが、2枚のフレーム12の図の下側が回転用ハブ11に固定されている)の貫通孔12a内にブレード軸21が、回転用ハブ11の半径方向に摺動し、かつ、半径方向を軸として回転(自転)するように保持されており、ブレード22が風を受けると回転用ハブ11自体が軸Cを中心として回転するようになっている。   In the example shown here, two frames 12 fixed to the rotating hub 11 (in FIG. 1, the rotating hub 11 is omitted, but the lower side of the two frames 12 is the rotating hub. The blade shaft 21 is held in the through-hole 12a (fixed to the blade 11) so as to slide in the radial direction of the rotating hub 11 and rotate (spin) around the radial direction. When the wind 22 receives wind, the rotating hub 11 itself rotates about the axis C.

また、上述した規制構造体は、ブレード軸21の半径方向への移動と、ブレード軸21の自転とを案内し、ブレード軸21およびブレード軸21の周囲のいずれか一方に設けられたガイド部、および、ブレード軸21およびブレード軸21の周囲の他方に設けられ、ガイド部に係合する係合部とを備えている。なお、ここでいうブレード軸21の周囲とは、ブレード軸21の周囲を完全に覆うものに限られず、ブレード軸21の周囲の周方向、軸方向の少なくとも一部であってもよい。本実施形態では、ガイド部は、ブレード軸21の周囲で、2枚のフレーム12の間に設けられた、例えば円筒状に形成されたカバー13(図1では二点鎖線で示されている)に形成されたガイド溝13a(図1では、二点鎖線で外形だけ示され、ガイド溝13aが平面的に投影された図で示され、図2〜3では1個だけカバー13を除去し、カバー13の中が見えるように描かれている)として示され、係合部は、カバー13のガイド溝13aに係合する、ブレード軸21の外周から外側に突出したピン24として示されている。   Further, the regulation structure described above guides the movement of the blade shaft 21 in the radial direction and the rotation of the blade shaft 21, and a guide portion provided around one of the blade shaft 21 and the blade shaft 21. And an engagement portion that is provided on the other side of the blade shaft 21 and around the blade shaft 21 and engages with the guide portion. The periphery of the blade shaft 21 here is not limited to the one that completely covers the periphery of the blade shaft 21, and may be at least a part in the circumferential direction and the axial direction around the blade shaft 21. In the present embodiment, the guide portion is provided between the two frames 12 around the blade shaft 21, for example, a cover 13 formed in a cylindrical shape (indicated by a two-dot chain line in FIG. 1). The guide groove 13a formed in FIG. 1 (only the outer shape is shown by a two-dot chain line in FIG. 1, the guide groove 13a is shown in a plan view projected, and in FIGS. The engagement portion is shown as a pin 24 that protrudes outward from the outer periphery of the blade shaft 21 and engages with the guide groove 13 a of the cover 13. .

なお、この規制構造体は、ガイド部と係合部とが係合して、ブレード22の回転に伴う遠心力により、ブレード軸21が半径方向に移動し、かつ、自転するように構成されていれば、その構造は図1に示される実施形態に限定されない。したがって、例えばガイド溝がブレード軸21側に設けられ、ピンがカバー13の内面に設けられる構造でも良いし、また、ガイド溝とピンの嵌め合せでなくても、例えば突起部同士が接触しながらずれる構造など、種々の構造を採用することができる。図1に示される例では、ブレード軸21にフランジ部23が形成され、そのフランジ部23の外周面にピン24が形成されている。また、本実施形態では、ブレード軸21の少なくとも一部の周囲を被覆するように、回転用ハブ11に固定されたカバー13が設けられているが、カバー13は本発明においては任意であり、ガイド部または係合部を有するものであれば、カバー13以外の他の構造であってもよい。   The restricting structure is configured such that the guide shaft and the engaging portion engage with each other, and the blade shaft 21 moves in the radial direction and rotates by the centrifugal force accompanying the rotation of the blade 22. Thus, the structure is not limited to the embodiment shown in FIG. Therefore, for example, a structure in which the guide groove is provided on the blade shaft 21 side and the pin is provided on the inner surface of the cover 13 may be used, and even if the guide groove and the pin are not fitted, for example, the protrusions are in contact with each other. Various structures such as a shift structure can be employed. In the example shown in FIG. 1, a flange portion 23 is formed on the blade shaft 21, and a pin 24 is formed on the outer peripheral surface of the flange portion 23. In the present embodiment, the cover 13 fixed to the rotating hub 11 is provided so as to cover at least a part of the blade shaft 21, but the cover 13 is optional in the present invention. Any structure other than the cover 13 may be used as long as it has a guide part or an engaging part.

図1に示される例では、フランジ部23と一方のフレーム12との間でブレード軸21を巻回するようにバネ部材のような弾性体25が介在されている。そして、この弾性体25のさらに周囲を被覆するように前述のカバー13が、例えば円筒状の筒体で設けられ、このカバー13に前述のガイド溝13aが形成されている。なお、図1に示される例では、その弾性体25の他端とフレーム12の間に、スラスト軸受26が挿入されている。この弾性体25は、ブレード22の回転中心(軸C)まわりの速い回転により遠心力が大きくなってブレード軸21が回転用ハブ11の半径方向にスライドした後に、風力が弱くなってブレード22の回転力が落ちたときにブレード軸21を自動的に元に復帰させるためのものである。そのため、この弾性体25は、図1に示されるように、圧縮バネで形成する必要は無く、中心部を刳り抜いた単なる円柱状のゴム等の弾性体でも良く、また、例えばフランジ部23をブレード軸21の一端側から引っ張る引張バネなど、他の形式のものでも良く、要は大きな遠心力により半径方向にスライドしたブレード軸21が大きな遠心力が解消されたときに元に戻るような弾性体であればよい。このような弾性体25が挿入されていることによりブレード軸21の半径方向へのスライドは、遠心力Fと弾性体25の復元力Qの大小関係により支配される。すなわち、遠心力Fが弾性体25の復元力Qよりも大きな状態(F−Q>0)では、ブレード軸21は回転中心(軸C)からの距離が大きくなるように半径方向にスライドし、逆に、遠心力Fが弾性体25の復元力Qよりも小さい状態(F−Q<0)では、ブレード軸21は回転中心(軸C)からの距離が小さくなるように半径方向にスライドして、遠心力Fと弾性体25の復元力Qが同じ状態(F=Q)となった時に半径方向の移動が止まる。   In the example shown in FIG. 1, an elastic body 25 such as a spring member is interposed so as to wind the blade shaft 21 between the flange portion 23 and one frame 12. The aforementioned cover 13 is provided, for example, as a cylindrical tube so as to cover the periphery of the elastic body 25, and the aforementioned guide groove 13 a is formed in the cover 13. In the example shown in FIG. 1, a thrust bearing 26 is inserted between the other end of the elastic body 25 and the frame 12. The elastic body 25 has a centrifugal force that increases due to the rapid rotation around the rotation center (axis C) of the blade 22, and the blade shaft 21 slides in the radial direction of the rotating hub 11, and then the wind force weakens and the blade 22 This is for automatically returning the blade shaft 21 to the original state when the rotational force is reduced. Therefore, the elastic body 25 does not need to be formed by a compression spring, as shown in FIG. 1, and may be an elastic body such as a simple columnar rubber that has been hollowed out at the center. Other types such as a tension spring that pulls from one end of the blade shaft 21 may be used. In short, the elasticity of the blade shaft 21 that has been slid in the radial direction by a large centrifugal force is restored when the large centrifugal force is eliminated. Any body is acceptable. Since the elastic body 25 is inserted, the sliding of the blade shaft 21 in the radial direction is governed by the magnitude relationship between the centrifugal force F and the restoring force Q of the elastic body 25. That is, in a state where the centrifugal force F is larger than the restoring force Q of the elastic body 25 (FQ> 0), the blade shaft 21 slides in the radial direction so that the distance from the rotation center (axis C) increases. Conversely, when the centrifugal force F is smaller than the restoring force Q of the elastic body 25 (FQ <0), the blade shaft 21 slides in the radial direction so that the distance from the rotation center (axis C) becomes small. Thus, when the centrifugal force F and the restoring force Q of the elastic body 25 are in the same state (F = Q), the movement in the radial direction stops.

本発明では、この規制構造体によるブレード軸21の動きが、ガイド溝13aの直線部分13a1と螺旋部分13a2(図1では斜めの直線状に描かれているが、投影図的に描かれているためで、実際には円筒状のカバー13に円周方向で回転すると共に軸方向にも進むようにガイド溝13aが形成されているため、螺旋状のガイド溝になっている)とで構成されていることに特徴がある。この直線部分13a1に嵌合されるピン24は、ブレード22が強い風力で速く回転すると、ブレード22が受ける遠心力も大きくなり、その遠心力によりブレード軸21が回転用ハブ11の半径方向にスライドするように案内されている。そして、一定の遠心力(例えば、図6では、風速10m/sにおける回転数190rpmに相当する遠心力の約4,500N)よりも大きくなり、前述の遠心力Fが弾性体25の復元力Qよりも大きな状態(F−Q>0)になるとピン24は螺旋部分のガイド溝13a2に進み、ブレード軸21は半径方向に移動するのみならず、ブレード軸21の軸中心に回転(自転)する。ブレード軸21が自転(ツイスト)すると、ブレード22による受風面積が小さくなるとともに実効的ピッチ角が大きくなり、強い風が吹いてもブレード22が発生する回転力は弱くなる。その結果、遠心力Fと弾性体25の復元力Qのバランスがとれた状態(F=Q)に至り、風速に応じて適度な回転数を維持する。   In the present invention, the movement of the blade shaft 21 due to this restricting structure is depicted as a straight line portion 13a1 and a spiral portion 13a2 of the guide groove 13a (in FIG. 1, which is depicted as an oblique straight line, but in a projection view). Therefore, the guide groove 13a is actually formed in the cylindrical cover 13 so as to rotate in the circumferential direction and also advance in the axial direction, so that it is a spiral guide groove). There is a feature. When the blade 22 rotates fast with strong wind power, the pin 24 fitted to the linear portion 13a1 also increases the centrifugal force received by the blade 22, and the blade shaft 21 slides in the radial direction of the rotating hub 11 by the centrifugal force. Have been guided. Then, the centrifugal force F becomes larger than a certain centrifugal force (for example, in FIG. 6, about 4,500 N of the centrifugal force corresponding to the rotational speed of 190 rpm at a wind speed of 10 m / s), and the above-mentioned centrifugal force F is the restoring force Q of the elastic body 25. In a larger state (FQ> 0), the pin 24 advances into the guide groove 13a2 in the spiral portion, and the blade shaft 21 not only moves in the radial direction but also rotates (rotates) about the axis of the blade shaft 21. . When the blade shaft 21 rotates (twist), the wind receiving area by the blade 22 is reduced and the effective pitch angle is increased, and the rotational force generated by the blade 22 is weakened even when a strong wind is blown. As a result, the centrifugal force F and the restoring force Q of the elastic body 25 are balanced (F = Q), and an appropriate rotational speed is maintained according to the wind speed.

このブレード軸21が自転する(ツイストする)と、受風面積が小さくなり、それに伴い実効的ピッチ角は大きくなる。ブレード軸21がツイストすると、回転力が弱くなる理由について説明する。まず、図4(a)に4枚のブレード22を有する風車の正面図(図3の手前からみた図)が示されるように、両側のブレード22で囲まれた面積(ドットで示された部分)A0が、ツイスト角0度のときの受風面積(最大状態)となる。この受風面積は、4枚のブレード22に限らず、1枚のブレードでも軸Cの回りに一回転したときに掃過する部分の投影面積すなわち掃過面積で定義されている。ブレード22はブレード軸21に図4に示されるような構造で固定されているため、ブレード軸21が、例えば手前に自転(ツイスト)すると、正面から見ると円形が楕円形になる。約37度ブレード軸21が自転したとき(ツイスト角37度)の同様の風車の正面図が図4(b)に示されている。図4(b)から明らかなように、正面から見ると、ブレード22の形が円形から楕円形になり、その分だけ風車が回転したときの投影面積も小さくなり、その面積をAとする。この受風面積Aは、ブレード軸21のツイスト角をηとすると、A=A0cosηとなり、図4(c)に示されるように、ツイスト角ηに応じて受風面積Aが変わる。 When the blade shaft 21 rotates (twists), the wind receiving area decreases, and the effective pitch angle increases accordingly. The reason why the rotational force is weakened when the blade shaft 21 is twisted will be described. First, as shown in FIG. 4A, a front view of a wind turbine having four blades 22 (viewed from the front of FIG. 3), the area surrounded by the blades 22 on both sides (parts indicated by dots) ) A 0 is the wind receiving area (maximum state) when the twist angle is 0 degree. The wind receiving area is not limited to the four blades 22 but is defined by the projected area of the portion to be swept when the single blade rotates around the axis C, that is, the sweep area. Since the blade 22 is fixed to the blade shaft 21 with a structure as shown in FIG. 4, when the blade shaft 21 rotates (twist), for example, forward, the circular shape becomes elliptical when viewed from the front. FIG. 4B shows a front view of a similar windmill when the blade shaft 21 rotates about 37 degrees (twist angle 37 degrees). As apparent from FIG. 4B, when viewed from the front, the shape of the blade 22 changes from a circle to an ellipse, and the projected area when the windmill rotates correspondingly decreases, and the area is A. When the twist angle of the blade shaft 21 is η, the wind receiving area A is A = A 0 cos η, and the wind receiving area A changes according to the twist angle η as shown in FIG.

また、ブレード軸21がツイストすると、実効的ピッチ角θも変わり、風車の回転力を弱くする。実効的ピッチ角は、ブレード22の各断面における相対風に対するブレード弦長線(ブレード断面の前縁と後縁を結ぶ直線)の設定角度を意味し、本発明では角度ηのツイストをしたブレード22のある断面における前記ブレード弦長線を、その断面が回転中心軸Cのまわりに回転して描く軌道円を含む平面に投影した直線と前記軌道円の接線とが成す角度と定義する。例えば図5(c)に示されるように、ブレード軸21の中心からからブレード22のある断面までの距離をzとし、ブレード22が角度ηだけツイストしたとすると、実効的ピッチ角θは、   When the blade shaft 21 is twisted, the effective pitch angle θ is also changed, and the rotational force of the windmill is weakened. The effective pitch angle means a set angle of a blade chord length line (a straight line connecting the leading edge and the trailing edge of the blade section) with respect to relative wind in each section of the blade 22, and in the present invention, the blade 22 having a twist angle η is used. The blade chord length line in a certain cross section is defined as an angle formed by a straight line projected on a plane including the orbit circle drawn by rotating the section around the rotation center axis C and the tangent line of the orbit circle. For example, as shown in FIG. 5C, if the distance from the center of the blade shaft 21 to the cross section of the blade 22 is z, and the blade 22 is twisted by an angle η, the effective pitch angle θ is

で与えられる。一方、この実効的ピッチ角θが大きくなると、回転力が弱くなる理由は、例えば図5(a)、図5(b)に、ブレード22の一部断面が風の向きに対してその弦長線の向きを変えた状態で示されるように、図5(a)のように、ブレード22の傾きが小さく、実効的ピッチ角θが小さいときは、ブレード22は風から殆ど空力抵抗を受けることなく進むのに対して、図5(b)に示されるように、ブレード22の傾きが大きくなって、実効的ピッチ角θが大きくなると、ブレード22から風の流れが剥離し、空力抵抗が大きくなって風車の回転力が弱くなる。その結果、ブレード22がツイストすると、受風面積の減少と、この実効的ピッチ角θの増加との両方により、出力(回転数)が抑制される。実効的ピッチ角θは、ツイスト角に対する実効的ピッチ角の前述の式(1)に示されるように、ツイスト角ηが大きくなると、実効的ピッチ角θも大きくなるが、z=0.275m、r=1.389m(z/r=0.2)の位置にあるブレード22の断面が、ツイスト角ηの傾斜をしたときに形成する実効的ピッチ角をグラフ化したものが図5Aに示されている。 Given in. On the other hand, when the effective pitch angle θ is increased, the reason why the rotational force is weakened is, for example, in FIGS. 5 (a) and 5 (b). As shown in FIG. 5A, when the inclination of the blade 22 is small and the effective pitch angle θ is small, the blade 22 receives almost no aerodynamic resistance from the wind. On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the inclination of the blade 22 is increased and the effective pitch angle θ is increased, the wind flow is separated from the blade 22 and the aerodynamic resistance is increased. As a result, the rotational force of the windmill is weakened. As a result, when the blade 22 is twisted, the output (the number of rotations) is suppressed by both the reduction of the wind receiving area and the increase of the effective pitch angle θ. As shown in the above formula (1) of the effective pitch angle with respect to the twist angle, the effective pitch angle θ increases as the twist angle η increases, but z = 0.275 m, FIG. 5A shows a graph of the effective pitch angle formed when the cross section of the blade 22 at the position of r = 1.389 m (z / r = 0.2) is inclined by the twist angle η. ing.

一方、風を受けることにより、ブレード22を回転させようとする力は、風速が大きくなると、一般に例えば図6(a)の制御無しの曲線(破線)に示されるように、ブレード22が受ける力が単調に大きくなり、回転周速度v(m/s)が増加(回転数N(rpm)が増加)する(回転数Nと回転周速度vは比例関係がある:v=2πrN/60)。従って、そのブレード22の回転周速度vあるいは回転数Nと、ブレード22の質量mと、回転中心からブレード重心までの距離rとにより、遠心力Fが、F=mv2/r=π2mrN2/900より求まる。従って、図6(b)に示されるように、ブレード22の回転数N(rpm)に対して、遠心力Fの値が定まる。従って、発電機の仕様により回転数が一定の値以上にならないように制御される必要があるが、本発明の規制構造体により、例えば、図6(a)の制御有りの曲線(実線)のように、その回転数を遠心力により制御することができる。図6(b)には、ブレード22の回転数Nに対する遠心力Fのみならず、その遠心力の増大に伴うブレード軸21の自転によるツイスト角ηの変化例、およびそのときのブレード軸21の半径方向の移動量dの変化例も示されている。 On the other hand, when the wind speed increases, the force to rotate the blade 22 by receiving wind is generally the force that the blade 22 receives as shown by a curve (broken line) without control in FIG. Increases monotonously and the rotational peripheral speed v (m / s) increases (the rotational speed N (rpm) increases) (the rotational speed N and the rotational peripheral speed v have a proportional relationship: v = 2πrN / 60). Accordingly, the centrifugal force F becomes F = mv 2 / r = π 2 mrN based on the rotational peripheral speed v or the rotational speed N of the blade 22, the mass m of the blade 22, and the distance r from the center of rotation to the center of gravity of the blade. It is obtained from 2/900. Therefore, as shown in FIG. 6B, the value of the centrifugal force F is determined with respect to the rotational speed N (rpm) of the blade 22. Therefore, it is necessary to control the rotational speed so as not to exceed a certain value depending on the specification of the generator, but the control structure of the present invention, for example, the curve with the control (solid line) in FIG. Thus, the number of rotations can be controlled by centrifugal force. 6B shows not only the centrifugal force F with respect to the rotational speed N of the blade 22, but also an example of a change in the twist angle η due to the rotation of the blade shaft 21 due to the increase in the centrifugal force, and the blade shaft 21 at that time. A change example of the movement amount d in the radial direction is also shown.

本発明では、この遠心力Fを利用した前述の規制構造体によるブレード軸21の移動を、半径方向の直線運動と、螺旋運動により制御していることに特徴がある。すなわち、本発明では、強風地域において、あるいは強い風を有効に利用する場合には、風速が10〜12m/s程度の時の回転数Nに相当する遠心力になるまで、ブレード軸21の移動を半径方向の直線運動に規制し、一方、弱風地域において、あるいは弱い風を有効に利用し設備利用率を高めて、発電単価を減少させた風力発電機とする場合には、風速が5〜7m/s程度の時の回転数Nに相当する遠心力になるまで、ブレード軸21の移動を半径方向の直線運動に規制する。換言すると、発電機により定まる許容回転数の定格に相当する遠心力の30〜80%、好ましくは40〜70%程度、さらに換言すれば、例えば発電機で定められる定格の回転数に相当する回転数でブレードが回転するときの、ブレードに作用する遠心力によりブレード軸が半径方向にスライドする距離の30〜80%、好ましくは40〜70%程度までの長さa(図1(b)参照)を直線部分として、その距離まで半径方向のみに移動するようにガイド溝13aの直線部分13a1が形成され、それより遠心力が大きくなると、ブレード軸21は軸方向の移動の他にブレード軸21のピン24が周方向、すなわち螺旋運動をしてガイド溝13aに案内されることにより、ブレード軸21がブレード軸21の軸周りに回転するように構成されている。要するに、本発明では、軸方向のみに移動するガイド溝13aの直線部分13a1の長さaを本発明を適用する場所の風況(期待される平均風速)あるいは有効に利用する風速の範囲に合わせて調整する。遠心力Fが、前記の目的で決まる所定の風速に相当する回転数の時の遠心力に至った時点で、ガイド溝13aがブレード軸21の周方向、すなわち図1に示されるガイド溝13aの投影図での斜めの溝13a2にも移動するように形成されていることにより、風力が強くなり、前記の所定の遠心力よりも大きくなると、ブレード軸21を回転(自転)させて、受風面積を小さくし、回転力を落とすように形成されている。このブレード軸21が自転すると受風面積が小さくなり、かつ、前述のように、実効的ピッチ角が大きくなり、回転力が落ちる理由は、前述のとおりである。   The present invention is characterized in that the movement of the blade shaft 21 by the above-described restricting structure using the centrifugal force F is controlled by a linear linear motion and a spiral motion. That is, in the present invention, when the strong wind is used effectively in a strong wind region, the blade shaft 21 is moved until a centrifugal force corresponding to the rotational speed N when the wind speed is about 10 to 12 m / s. Is restricted to a linear motion in the radial direction, and on the other hand, the wind speed is 5 in the case of a wind power generator that reduces the unit price of power generation in a low wind area or by effectively using the weak wind to increase the equipment utilization rate. The movement of the blade shaft 21 is restricted to a linear motion in the radial direction until a centrifugal force corresponding to the rotational speed N at about -7 m / s is reached. In other words, about 30 to 80%, preferably about 40 to 70% of the centrifugal force corresponding to the rated allowable rotational speed determined by the generator, in other words, the rotational speed corresponding to the rated rotational speed determined by the generator, for example. When the blade rotates by a number, the length a is 30 to 80%, preferably about 40 to 70% of the distance that the blade shaft slides in the radial direction due to the centrifugal force acting on the blade (see FIG. 1B). ) As a straight portion, the straight portion 13a1 of the guide groove 13a is formed so as to move only in the radial direction up to the distance, and when the centrifugal force becomes larger than that, the blade shaft 21 moves in addition to the axial movement. The pin 24 is rotated in the circumferential direction, that is, spirally guided to the guide groove 13a, so that the blade shaft 21 rotates around the blade shaft 21. There. In short, in the present invention, the length a of the linear portion 13a1 of the guide groove 13a that moves only in the axial direction is matched with the wind condition (expected average wind speed) of the place where the present invention is applied or the range of wind speeds that are effectively used. Adjust. When the centrifugal force F reaches a centrifugal force at a rotational speed corresponding to a predetermined wind speed determined for the above purpose, the guide groove 13a is in the circumferential direction of the blade shaft 21, that is, the guide groove 13a shown in FIG. By being formed so as to move also in the oblique groove 13a2 in the projected view, the wind force becomes strong, and when the force becomes larger than the predetermined centrifugal force, the blade shaft 21 is rotated (spinned) to receive the wind. It is formed so as to reduce the area and reduce the rotational force. When the blade shaft 21 rotates, the wind receiving area decreases, and as described above, the effective pitch angle increases and the rotational force decreases as described above.

図1には、このような見地から、ブレード22の遠心力が徐々に大きくなったときのカバー13のガイド溝13aとブレード軸21との相互関係を規制する規制構造体によるブレード軸21の移動の様子が示されている。すなわち、図1(a)は、ブレード22の遠心力が小さくてブレード軸21が殆ど移動しない状態、すなわち風車が停止しているか僅かなスピードで回転している状態が示されており、勿論ツイストもない状態である。   FIG. 1 shows the movement of the blade shaft 21 by the regulating structure that regulates the mutual relationship between the guide groove 13a of the cover 13 and the blade shaft 21 when the centrifugal force of the blade 22 gradually increases. Is shown. That is, FIG. 1A shows a state where the centrifugal force of the blade 22 is small and the blade shaft 21 hardly moves, that is, a state where the windmill is stopped or rotating at a slight speed. There is no state.

次に、風速が強まり、風車ロータの回転が中速回転状態になるにつれて、遠心力の増加で、ブレード軸21が回転用ハブ11の半径方向外向きに移動すると、ある回転数状態では、図1(b)に示されるように、遠心力Fが大きくなり、ブレード軸21が遠心力により、回転用ハブ11(図2参照)の中心軸Cに関して半径方向、すなわちブレード軸21の軸方向にブレード軸21がスライドした状態が示されている。この状態では、カバー13に形成されるガイド溝13aが直線部分13a1であるため、ブレード軸21は、その軸方向のみに移動し、ブレード軸21の周方向には移動しないように規制されている。換言すると、ガイド溝13aに嵌合するピン24がガイド溝13aの直線部分13a1に規制されて、ブレード軸21の軸方向のみに移動する。この際、ブレード軸21に固定されたフランジ部23により弾性体25が圧縮されている。すなわち、この弾性体25の復元力Qと遠心力Fが釣り合う(F=Q)位置までブレード軸21が移動する。   Next, as the wind speed increases and the rotation of the wind turbine rotor becomes a medium speed rotation state, when the blade shaft 21 moves outward in the radial direction of the rotating hub 11 due to an increase in centrifugal force, 1 (b), the centrifugal force F increases, and the blade shaft 21 moves in the radial direction with respect to the central axis C of the rotating hub 11 (see FIG. 2) by the centrifugal force, that is, in the axial direction of the blade shaft 21. A state in which the blade shaft 21 is slid is shown. In this state, since the guide groove 13a formed in the cover 13 is the straight portion 13a1, the blade shaft 21 is restricted so as to move only in the axial direction and not in the circumferential direction of the blade shaft 21. . In other words, the pin 24 fitted into the guide groove 13a is restricted by the linear portion 13a1 of the guide groove 13a and moves only in the axial direction of the blade shaft 21. At this time, the elastic body 25 is compressed by the flange portion 23 fixed to the blade shaft 21. That is, the blade shaft 21 moves to a position where the restoring force Q and the centrifugal force F of the elastic body 25 are balanced (F = Q).

さらに、遠心力Fが弾性体25の復元力Qよりも大きい状態(F>Q)が続くと、図1(c)に示されるように、ガイド溝13aの螺旋部分13a2にガイドされてブレード軸21がブレード軸21の軸に関して回転(ツイスト)するように規制されている。そのため、ガイド溝13aの螺旋状の部分13a2に沿ってピン24が移動し、これによって、ブレード軸21はその軸周りに回転しながら軸方向にスライドする。この軸周りの回転(ツイスト)は、ブレード軸21に取付けられたブレード22、またはアームを回転させ、ブレード22のツイスト角ηおよび実効的ピッチ角θに変化をもたらす。このツイスト角ηおよび実効的ピッチ角θの変化がある場合においては、弾性体25はその軸方向に収縮すると共にブレード軸21の周りにも回転するため、その動きを滑らかにするために、前述のように、弾性体25とフレーム12との間にスラスト軸受26が挿入されている。以上のような螺旋状のガイド溝13a2にピン24が沿って動く場合でも、後述する複数の水平リンク17は各々に結合されているブレード軸21の一定の運動に対して一定の動きとなるため、同調用円盤19で各水平リンク17が結合されている場合は、全てのブレード22のツイスト角は同じ角度だけ変化することになり、バランスのとれたツイスト角度の変化(結果としての実効的ピッチ角の変化も均一になる)を実現する。なお、ツイスト角が大きくなり、ブレード22による受風面積が減少し、同時に実効的ピッチ角が大きくなると、前述のように、ブレード22を回転させる回転力が弱くなり、回転数が増加を止め、遠心力Fも増加を止める。その結果、風速は大きくても遠心力は抑制され、弾性体25の復元力Qと釣り合った位置でブレード軸21は停止する。このようなブレード22が自転した(ツイストした)状態が図2〜4の(b)にツイスト角約37度の状態で示されている。   Further, when the centrifugal force F is larger than the restoring force Q of the elastic body 25 (F> Q), as shown in FIG. 1C, the blade shaft is guided by the spiral portion 13a2 of the guide groove 13a. 21 is regulated so as to rotate (twist) with respect to the axis of the blade shaft 21. Therefore, the pin 24 moves along the spiral portion 13a2 of the guide groove 13a, whereby the blade shaft 21 slides in the axial direction while rotating around the axis. The rotation (twist) about the axis rotates the blade 22 or the arm attached to the blade shaft 21, and changes the twist angle η and the effective pitch angle θ of the blade 22. When there is a change in the twist angle η and the effective pitch angle θ, the elastic body 25 contracts in the axial direction and also rotates around the blade shaft 21. As described above, the thrust bearing 26 is inserted between the elastic body 25 and the frame 12. Even when the pin 24 moves along the spiral guide groove 13a2 as described above, the plurality of horizontal links 17 to be described later have a constant movement with respect to a constant movement of the blade shaft 21 coupled thereto. When the horizontal links 17 are connected by the tuning disk 19, the twist angles of all the blades 22 change by the same angle, and the balanced twist angle changes (resulting in effective pitch). The change in angle is also uniform). If the twist angle increases, the wind receiving area by the blade 22 decreases, and at the same time the effective pitch angle increases, the rotational force that rotates the blade 22 decreases as described above, and the rotation speed stops increasing. The centrifugal force F also stops increasing. As a result, even if the wind speed is high, the centrifugal force is suppressed, and the blade shaft 21 stops at a position balanced with the restoring force Q of the elastic body 25. The state in which the blade 22 rotates (twisted) is shown in FIGS. 2 to 4B with a twist angle of about 37 degrees.

図1に示される模式図では、さらに同調機構が示されている。この同調機構は、回転中心からブレード22の重心までの長さが、例えばブレード22が1つの風車で4枚ある場合に、それぞれのブレード軸21の軸方向への伸び(移動)が同じになるようにする機構を意味している。すなわちブレード22が複数個ある場合、風の向きに対する各ブレード22の位置などの要因により、それぞれのブレード22の受ける風が異なる場合がある。特に、垂直軸風車の場合には、水平軸風車と比べて、風の向きなどにより各ブレード間で受ける風が異なることが多い(例えば、一つのブレードが風上に位置するときに、風下に位置するブレードが存在する)。このように、強い風を受けたブレード22は、瞬間的に回転力が大きくなり、その回転速度を増加させるように作用し、遠心力方向の力(ブレード表面に働く空気力による)も大きくなるが、同調機構により、他のブレード22の回転中心からブレード22の重心までの長さになるように同調させている。1個だけ回転中心からブレード22の重心までの長さが長くなると、風車ロータ全体が受ける力がアンバランスになり、発電機への悪影響が大きくなるからである。   In the schematic diagram shown in FIG. 1, a tuning mechanism is further shown. In this tuning mechanism, when the length from the rotation center to the center of gravity of the blade 22 is, for example, four blades 22 with one windmill, the extension (movement) of each blade shaft 21 in the axial direction is the same. It means a mechanism to do so. That is, when there are a plurality of blades 22, the wind received by each blade 22 may differ depending on factors such as the position of each blade 22 with respect to the wind direction. In particular, in the case of a vertical axis wind turbine, compared to a horizontal axis wind turbine, the wind received between the blades is often different depending on the direction of the wind (for example, when one blade is located on the windward side, There is a blade located). In this way, the blade 22 that has received a strong wind momentarily increases its rotational force, acts to increase its rotational speed, and also increases the force in the centrifugal force direction (due to the aerodynamic force acting on the blade surface). However, it is tuned by the tuning mechanism so as to have a length from the rotation center of the other blade 22 to the center of gravity of the blade 22. This is because if the length from the center of rotation to the center of gravity of the blade 22 becomes longer, the force received by the entire wind turbine rotor becomes unbalanced, and the adverse effect on the generator increases.

図1に示される例では、ブレード軸21の一端側が自在継手14により回転自在に保持され、その自在継手14に垂直リンク15が固定され、垂直リンク15は、ヒンジ(リンク接続部)16を介して水平リンク17に接続され、回転用ハブ11と同心で保持される同調用円盤19の中心から一定の距離(同じ半径)のところに設けられる同調用円盤19に設けられる第1ヒンジ(リンク接続部)18に接続されている。すなわち、風車ロータ回転軸32を回転中心軸Cとして、風車ロータとは独立に回転可能に同調用円盤19が設けられ、水平リンク17の垂直リンク15に接続される第2ヒンジ16までの長さは一定であり、垂直リンク15は水平方向の位置には関係がなく、ブレード軸21の一端部が保持される自在継手14までの鉛直方向の長さは一定になっている(垂直リンクは常に鉛直状態を保つ)。そのため、ブレード軸21がその軸方向にスライドすると、自在継手14も回転用ハブ11の半径方向に移動するが、同調用円盤19が回転して、第2ヒンジ16は常に自在継手の鉛直上方にある。同調用円盤19の中心から第1ヒンジ18までの距離と水平リンク17の長さは一定であり、かつ同調用円盤19の中心と第1ヒンジ18を結ぶ直線と水平リンク17の間の角度は同調用円盤19の回転角で一意に決まる。したがって、回転中心軸Cと第2ヒンジ16の水平距離、すなわち回転中心軸Cと自在継手14の水平距離、さらには、回転中心軸Cからブレード22の重心までの水平距離は同調用円盤19の回転角で一意に決まる。   In the example shown in FIG. 1, one end side of the blade shaft 21 is rotatably held by a universal joint 14, and a vertical link 15 is fixed to the universal joint 14, and the vertical link 15 is connected via a hinge (link connecting portion) 16. The first hinge (link connection) provided on the tuning disk 19 provided at a fixed distance (same radius) from the center of the tuning disk 19 connected to the horizontal link 17 and held concentrically with the rotating hub 11. Part) 18. That is, the length to the second hinge 16 connected to the vertical link 15 of the horizontal link 17 is provided with the tuning disk 19 provided so as to be rotatable independently of the windmill rotor, with the windmill rotor rotation shaft 32 as the rotation center axis C. The vertical link 15 is not related to the position in the horizontal direction, and the vertical length to the universal joint 14 where one end of the blade shaft 21 is held is constant (the vertical link is always Keep vertical). Therefore, when the blade shaft 21 slides in the axial direction, the universal joint 14 also moves in the radial direction of the rotating hub 11, but the tuning disk 19 rotates and the second hinge 16 is always vertically above the universal joint. is there. The distance from the center of the tuning disk 19 to the first hinge 18 and the length of the horizontal link 17 are constant, and the angle between the straight line connecting the center of the tuning disk 19 and the first hinge 18 and the horizontal link 17 is It is uniquely determined by the rotation angle of the tuning disk 19. Accordingly, the horizontal distance between the rotation center axis C and the second hinge 16, that is, the horizontal distance between the rotation center axis C and the universal joint 14, and further the horizontal distance from the rotation center axis C to the center of gravity of the blade 22 is determined by the tuning disk 19. It is uniquely determined by the rotation angle.

ブレード22が複数枚あるならば、それと同じ数の同様な機構を用意して、それらの水平リンク17の一端を、同一の同調用円盤19にロータ回転軸に関して回転対称となるように結合しておけば、複数のブレード軸21の個々に作用する遠心力に多少の相違があったとしても、同調用円盤19の回転角は複数の機構において共通であるため、複数のブレード軸21間で異なる動作が制限され、複数のブレード軸21の移動量は同一となる。ブレード軸21が軸周りに回転する場合でも、自在継手14はブレード軸21と同様な半径方向の移動と回転運動の両方が同時に生じるが、水平リンク17に結合される側は、自在継手14により回転運動が抑制されているため、この異なる2つの動きを滑らかに結合可能としている。この水平リンク17の動きは図2(a)および(b)から明らかなように、カバー13を除去してあるブレード軸21が半径方向の外向きにスライドするとき(図2(a))は同調用円盤19との第1ヒンジ(リンク接続部)18はほぼ図の真下に来ているのに対して、ツイスト角が約37度のときの第1ヒンジ(リンク接続部)18は、ブレード軸21の方向に引き寄せられた位置になっている。しかも、4個のブレード軸21に接続される水平リンク17の全てが同じ位置関係になっており、同調が取れていることが分る。   If there are a plurality of blades 22, the same number of similar mechanisms are prepared, and one end of these horizontal links 17 is coupled to the same tuning disk 19 so as to be rotationally symmetric with respect to the rotor rotation axis. In this case, even if there is a slight difference in the centrifugal force acting on each of the plurality of blade shafts 21, the rotation angle of the tuning disk 19 is common to the plurality of mechanisms, and thus differs among the plurality of blade shafts 21. The operation is limited, and the movement amounts of the plurality of blade shafts 21 are the same. Even when the blade shaft 21 rotates around the shaft, the universal joint 14 undergoes both radial movement and rotational movement at the same time as the blade shaft 21, but the side coupled to the horizontal link 17 is connected by the universal joint 14. Since the rotational movement is suppressed, the two different movements can be smoothly combined. As is apparent from FIGS. 2A and 2B, the movement of the horizontal link 17 occurs when the blade shaft 21 from which the cover 13 has been removed slides outward in the radial direction (FIG. 2A). The first hinge (link connecting portion) 18 with the tuning disk 19 is almost directly below the figure, whereas the first hinge (link connecting portion) 18 when the twist angle is about 37 degrees is the blade The position is drawn in the direction of the shaft 21. Moreover, it can be seen that all of the horizontal links 17 connected to the four blade shafts 21 have the same positional relationship and are synchronized.

次に、具体的な構造に基づいて、さらに説明する。図2〜3および図7は、4枚のブレード22で風車が構成される例のそれぞれ、低風速状態(ツイストが無い状態)の図(a)と、高風速状態(約37度のツイスト角の状態)のときの図(b)で、図2は回転用ハブ11の近傍、図3はブレード22を1枚だけにした正面側からの斜視図であり、図7はブレード22を主体とした平面図である。なお、図2〜3で、22aは、ブレード取付部を示す。   Next, further description will be made based on a specific structure. FIGS. 2 to 3 and FIG. 7 are respectively a diagram (a) of a low wind speed state (state without twist) and a high wind speed state (a twist angle of about 37 degrees) in an example in which a wind turbine is constituted by four blades 22. 2 (b), FIG. 2 is a perspective view of the vicinity of the rotating hub 11, FIG. 3 is a perspective view from the front side in which only one blade 22 is provided, and FIG. FIG. 2 to 3, reference numeral 22a denotes a blade mounting portion.

図8は、本発明の同調機構付過回転制御機構に適用可能な垂直軸風車のブレード形状の例を4種類示した。(a)は直線ブレードのスパン方向の中央部付近に水平アームを取り付けたものであり、通常H型ダリウス風車と呼ばれるものである。(b)は非直線ブレードの場合であり、アームも複数本を仮定してあるが、ブレード軸との結合部が1つにまとまっていて、ブレード軸に結合できる構造であれば本過回転制御機構が適用可能となる。もちろんブレードの振動などが生じない構造であれば1本でも良い。(c)はバタフライ型ブレードであるが、この場合は、アームは存在しないので、ブレードを直接ブレード軸に適当な接続部材で結合すればよい。(d)はバタフライブレードの特殊な場合になるが、ブレードの概形がほとんど円形に近い場合であり、前述の非特許文献2の試作機の場合に相当する。いずれのブレード(およびアーム付構造)でも、その重心位置が、ブレード軸の延長線上にあるように取付けることが望ましい。また、いずれのブレード形状でも、ツイスト角度が生じることによって、受風面積が減少し出力の抑制効果が得られるが、加えて空力抵抗の増大効果が得られるためには、ツイスト角が0度の状態においては、ブレード型断面を持った部分が水平になっている割合が多い方が、ツイスト角が変化した場合に空力抵抗が急増するため、大きな過回転制御効果が得られやすい。この観点からは、(d)の円形バタフライブレードは最適と考えられる。なお、(a)や(b)のようなアーム部を持つ場合でも、アーム断面をブレード型としておけば、ツイスト角が0度の場合は抵抗が少なく、ツイスト角が大きくなった場合には、大きな過回転制御効果が期待できる。   FIG. 8 shows four types of blade shapes of a vertical axis wind turbine applicable to the over-rotation control mechanism with a tuning mechanism of the present invention. (A) is one in which a horizontal arm is attached in the vicinity of the center of the straight blade in the span direction, and is usually called an H-type Darrieus windmill. (B) is a case of a non-linear blade, and a plurality of arms are assumed. However, if the connecting portion with the blade shaft is integrated and can be connected to the blade shaft, the over-rotation control is performed. The mechanism becomes applicable. Of course, one structure may be used as long as the blade does not vibrate. Although (c) is a butterfly blade, in this case, since there is no arm, the blade may be directly coupled to the blade shaft with an appropriate connecting member. (D) is a special case of the butterfly blade, but the case where the outline of the blade is almost circular is equivalent to the case of the prototype of Non-Patent Document 2 described above. It is desirable to mount any blade (and the structure with an arm) so that the center of gravity is on the extension line of the blade shaft. Further, in any blade shape, the twist angle is generated, thereby reducing the wind receiving area and obtaining an output suppressing effect. In addition, in order to obtain an aerodynamic resistance increasing effect, the twist angle is 0 degree. In the state, when the portion having the blade-shaped cross section is horizontal, the aerodynamic resistance increases rapidly when the twist angle changes, so that a large over-rotation control effect is easily obtained. From this point of view, the circular butterfly blade (d) is considered optimal. Even when the arm section as shown in (a) or (b) is provided, if the cross section of the arm is a blade type, the resistance is low when the twist angle is 0 degree, and the twist angle is large. A large overspeed control effect can be expected.

このような円形のバタフライ型ブレードの実際の形状の例を図9〜10に示す。すなわち、図9は、4枚のブレードが、それぞれツイスト角ηが0度、15度、30度、45度の場合の斜視図であり、図10は、それぞれ正面図(左側)と平面図(右側)で示したもので、いずれの図も(a)がツイスト角0度の場合、(b)がツイスト角15度、(c)がツイスト角30度、(d)がツイスト角45度の場合の形状である。   Examples of the actual shape of such a circular butterfly blade are shown in FIGS. That is, FIG. 9 is a perspective view when the four blades have twist angles η of 0 degrees, 15 degrees, 30 degrees, and 45 degrees, respectively, and FIG. 10 is a front view (left side) and a plan view ( In both figures, when (a) has a twist angle of 0 degree, (b) has a twist angle of 15 degrees, (c) has a twist angle of 30 degrees, and (d) has a twist angle of 45 degrees. The shape of the case.

次に、4枚の円形バタフライ型ブレードを備えた直径約3.1mの垂直軸風車を想定して、本発明の同調機構付過回転制御機構が無い場合とある場合の予想出力特性の比較を行った結果を説明する。   Next, assuming a 3.1m diameter vertical axis wind turbine equipped with four circular butterfly blades, a comparison of expected output characteristics with and without the over-rotation control mechanism with tuning mechanism of the present invention was made. The results will be described.

ここで想定している風車の円形ブレード1つの直径は1.1mであり、ブレード重心は風車回転軸Cから約1mの位置にある。ブレードの材質は構造的な強度が確保できていれば特に制限はないが、ここではアルミ合金を使用することを想定し、1つのブレードの重量は11.5kgとする。図1に示されるように、ブレード軸21の一部の周囲は円筒状のカバー13(直径90mm)で覆っている。図1には発電機は表示していないが、定格出力1320W、最大回転数(定格回転数)270rpmを仮定する。過回転制御機構の要素である弾性体25としては、バネ定数が300N/mmの圧縮コイルばねとした。この場合、図6(b)に示すように、回転数が270rpmになるとコイルばねの変位は約30mmとなり、これによるツイスト角度が約37度になるように過回転制御機構のガイド溝13aの形状とした。ただし、直線部13a1の長さaは15mmとしてあり、風速が約10m/s以下ではピン24は直線部にあってツイスト角度は0度のままである。風速が10m/sを超えた辺りからピン24は螺旋状のガイド溝13a2に沿って移動をし、ツイスト角度が生じて出力抑制が行われる仕様を想定している。   The diameter of one circular blade of the windmill assumed here is 1.1 m, and the center of gravity of the blade is located about 1 m from the windmill rotation axis C. The material of the blade is not particularly limited as long as the structural strength can be secured, but here it is assumed that an aluminum alloy is used, and the weight of one blade is 11.5 kg. As shown in FIG. 1, the periphery of a part of the blade shaft 21 is covered with a cylindrical cover 13 (diameter 90 mm). Although the generator is not shown in FIG. 1, it is assumed that the rated output is 1320 W and the maximum rotational speed (rated rotational speed) is 270 rpm. The elastic body 25 that is an element of the over-rotation control mechanism is a compression coil spring having a spring constant of 300 N / mm. In this case, as shown in FIG. 6B, when the rotational speed reaches 270 rpm, the displacement of the coil spring becomes about 30 mm, and the shape of the guide groove 13a of the over-rotation control mechanism so that the twist angle thereby becomes about 37 degrees. It was. However, the length a of the straight portion 13a1 is 15 mm, and when the wind speed is about 10 m / s or less, the pin 24 is in the straight portion and the twist angle remains 0 degree. It is assumed that the pin 24 moves along the spiral guide groove 13a2 from around the wind speed exceeding 10 m / s, and a twist angle is generated to suppress output.

この規制構造体を採用してシミュレーションを行った結果、風速に対するブレード22の回転数(rpm)およびツイスト角η(°)に対する回転数の関係を図11(a)、(b)にそれぞれ示す。風速が大きくなって70m/s近くになっても、回転数は増大せずに、定格内に収まり、風速が大きくなった場合に、発電機を停止させるという必要が無くなる。   As a result of carrying out a simulation using this regulating structure, the relationship between the rotational speed (rpm) of the blade 22 with respect to the wind speed and the rotational speed with respect to the twist angle η (°) is shown in FIGS. Even if the wind speed increases and approaches 70 m / s, the number of rotations does not increase, but is within the rating, and when the wind speed increases, there is no need to stop the generator.

図12は特性予測に基づいて得られた、ツイスト角ηと風車の受風面積Aの回転数依存である。回転数190rpmまでは、ツイスト角は0度を維持しており、それ以上の回転数になるとツイスト角度は回転数に比例して増加する。一方、受風面積はツイスト角度の増加に従って徐々に減少し、回転数260rpmの状態では、元の受風面積(A0=3.154m2)に対して約15%の減少(受風面積:A=2.675m2)となっている。 FIG. 12 shows the rotational speed dependence of the twist angle η and the wind receiving area A of the wind turbine obtained based on the characteristic prediction. Up to a rotation speed of 190 rpm, the twist angle is maintained at 0 degree. When the rotation speed is higher than that, the twist angle increases in proportion to the rotation speed. On the other hand, the wind receiving area gradually decreases as the twist angle increases, and in the state where the rotation speed is 260 rpm, the wind receiving area is reduced by about 15% with respect to the original wind receiving area (A 0 = 3.154 m 2 ) (wind receiving area: A = 2.675 m 2 ).

図13は過回転制御を実施しない場合の発電特性の予想である。風速14m/sを少し超えた風速で発電機の定格出力1320Wに到達する予測となっている。過回転制御機構が無い場合の風車は、発電機の最大回転数270rpmに至ると、電気ブレーキにより回転を抑制しブレードを一旦静止させることを想定している。なお、図13において、Pは発電機の出力特性(発電特性)を示し、パラメータとして風速をとった曲線群は、その風速のときの風車の出力特性を示している。   FIG. 13 is a prediction of power generation characteristics when the overspeed control is not performed. It is predicted that the rated output 1320W of the generator will be reached at a wind speed slightly exceeding 14 m / s. It is assumed that the windmill without the over-rotation control mechanism suppresses rotation by an electric brake and temporarily stops the blade when the maximum rotation speed of the generator reaches 270 rpm. In FIG. 13, P indicates the output characteristics (power generation characteristics) of the generator, and a group of curves taking the wind speed as a parameter indicates the output characteristics of the windmill at that wind speed.

図14には、本発明の同調機構付過回転制御機構を動作させた場合の発電特性の予想を示す。ピン24がガイド溝13の直線部13a1にある風速10m/s以下では、風車の出力特性を示す曲線(特性曲線)は図13の制御無しの場合とほとんど同一である。しかし、風速が10m/sを超えると過回転制御が機能し、各風速における風車の特性曲線の最大値は小さい値に抑制されており、風速が15m/s以上になっても発電機の発電特性を示す曲線Pと交点(動作点)を持っている。理論予測によると、風速67m/sにおいても発電機の発電特性Pとの交点(動作点)は存在し、風車の構造的強度が強風に耐えられるならば発電を持続できる。なお、図14には風速70m/sでツイスト角度が35度の場合の風車の特性曲線を点線Qで示してある。この状態では風車は十分な回転力を発生できず、発電機の発電特性Pとの交点(動作点)は約200rpmの低い回転数状態となっている。このことは圧縮コイルばねの特性やガイド溝の形状を調整してツイスト角度の最大値を35度以上になるようにしておけば、70m/s以上の強風状態でも過回転制御が可能であることを意味している。   FIG. 14 shows the prediction of power generation characteristics when the over-rotation control mechanism with a tuning mechanism of the present invention is operated. When the wind speed is 10 m / s or less where the pin 24 is in the straight portion 13a1 of the guide groove 13, the curve (characteristic curve) indicating the output characteristics of the windmill is almost the same as that without control in FIG. However, when the wind speed exceeds 10 m / s, the overspeed control functions, the maximum value of the characteristic curve of the wind turbine at each wind speed is suppressed to a small value, and even if the wind speed exceeds 15 m / s, the generator generates power. It has a curve P indicating characteristics and an intersection (operating point). According to theoretical prediction, even at a wind speed of 67 m / s, there is an intersection (operating point) with the power generation characteristic P of the generator, and power generation can be continued if the structural strength of the windmill can withstand strong winds. In FIG. 14, the characteristic curve of the wind turbine when the wind speed is 70 m / s and the twist angle is 35 degrees is indicated by a dotted line Q. In this state, the windmill cannot generate sufficient rotational force, and the intersection (operating point) with the power generation characteristic P of the generator is in a low rotational speed state of about 200 rpm. This means that if the maximum value of the twist angle is adjusted to 35 degrees or more by adjusting the characteristics of the compression coil spring or the shape of the guide groove, over-rotation control is possible even in a strong wind condition of 70 m / s or more. Means.

図15には、過回転制御のある場合Rと無い場合Sの2つの風車のパワーカーブを示す。計算の便宜のため、過回転制御有りの場合Rは、風速18m/sにおいて発電電力が一定値(980.8W)になると仮定した。また、風速31m/s以上においては実質的に風速出現率を0とみなせるため、31m/s以上の発電は行わない(P=0)と仮定している。すなわちカットアウト風速は31m/sである。制御無しの場合のカットアウト風速は15m/sである。   FIG. 15 shows the power curves of two wind turbines, R with and without overspeed control. For convenience of calculation, in the case of over-rotation control, it was assumed that the generated power was a constant value (980.8 W) at a wind speed of 18 m / s. Moreover, since the wind speed appearance rate can be regarded as 0 at wind speeds of 31 m / s or higher, it is assumed that power generation at 31 m / s or higher is not performed (P = 0). That is, the cutout wind speed is 31 m / s. The cutout wind speed without control is 15 m / s.

図16は、風速出現率がレイリー分布に従うと仮定した場合の、図15に示したパワーカーブを有する2つの風車の年間発電量予測の比較である。年平均風速が6m/s以下では多少過回転制御無しSの風車の発電量が多くなるが、その差はごくわずかである。しかし、風速7m/s以上では過回転制御有りRの風車の発電量が制御無しの場合よりも多くなる。   FIG. 16 is a comparison of annual power generation predictions of two wind turbines having the power curve shown in FIG. 15 when it is assumed that the wind speed appearance rate follows the Rayleigh distribution. When the annual average wind speed is 6 m / s or less, the amount of power generated by the wind turbine without S is slightly increased, but the difference is negligible. However, at wind speeds of 7 m / s or higher, the power generation amount of the wind turbine with overspeed control R is greater than that without control.

したがって、例えば、極地方の平均風速が高い地域や山岳部、あるいは台風通過率の高い南方の離島などにおいては、本発明の同調機構付過回転制御機構は有効であるといえる。   Therefore, it can be said that the over-rotation control mechanism with a tuning mechanism of the present invention is effective in, for example, a region or mountainous region where the average wind speed is high in the polar region, or a remote island with a high typhoon passage rate.

なお、比較的穏やかな風況の場所でも、突然の強風は吹く可能性があるため、本風車を用いることは安全性の向上から安心して使用できることは言うまでもない。また、図15のパワーカーブに見られるように、制御無しSの風車の定格出力に対して、制御有りRの風車は定格出力の小さい発電機の使用が可能になり、コストを低減できるメリットがある。強風対策と安全性の向上により、信頼性の高い小型風力発電機の提供が可能になると考えられる。   It should be noted that sudden winds may blow even in relatively mild wind conditions, so it goes without saying that using this windmill can be used with confidence because of improved safety. Further, as seen in the power curve of FIG. 15, the controlled R wind turbine can use a generator with a small rated output relative to the rated output of the uncontrolled S wind turbine, which has the merit of reducing costs. is there. The strong wind countermeasures and safety improvements will enable the provision of highly reliable small wind power generators.

11 回転用ハブ
12 フレーム
12a 貫通孔
13 カバー
14 自在継手
15 垂直リンク
16 第2ヒンジ
17 水平リンク
18 第1ヒンジ
19 同調用円盤
21 ブレード軸
22 ブレード
22a ブレード取付部
23 フランジ部
24 ピン
25 弾性体
26 スラスト軸受
31 発電機
32 ロータ回転軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Rotating hub 12 Frame 12a Through-hole 13 Cover 14 Universal joint 15 Vertical link 16 2nd hinge 17 Horizontal link 18 1st hinge 19 Tuning disk 21 Blade shaft 22 Blade 22a Blade attachment part 23 Flange part 24 Pin 25 Elastic body 26 Thrust bearing 31 Generator 32 Rotor rotating shaft

Claims (8)

回転用ハブと、前記回転用ハブの回転中心から半径方向に延びるように、前記回転用ハブに一端部側が保持されるブレード軸と、前記ブレード軸の他端部に取り付けられるブレードとを有する垂直軸風車であって、
前記ブレード軸が、前記ブレードの回転に伴う遠心力により前記半径方向に移動し得ると共に、前記半径方向を軸として自転することにより前記ブレードの実効的ピッチ角および受風面積を変えられるように取り付けられ、
前記ブレード軸の前記半径方向の移動と前記自転とを規制する規制構造体を備えることを特徴とする垂直軸風車。
A vertical having a rotating hub, a blade shaft that is held at one end by the rotating hub so as to extend in a radial direction from a rotation center of the rotating hub, and a blade that is attached to the other end of the blade shaft. An axial windmill,
The blade shaft can be moved in the radial direction by centrifugal force accompanying the rotation of the blade, and mounted so that the effective pitch angle and the wind receiving area of the blade can be changed by rotating around the radial direction as an axis. And
A vertical axis wind turbine comprising a restricting structure that restricts the radial movement and the rotation of the blade shaft.
前記ブレードが所定の遠心力になるまで、前記ブレード軸は、前記ブレードの受風面積が所定の面積以上を維持するように前記半径方向に移動し、前記ブレードが前記所定の遠心力以上の遠心力になったら、前記ブレード軸は前記半径方向の移動と共に自転をし、受風面積を減少させ、実効的ピッチ角を増加させるように前記規制構造体が形成されている請求項1記載の垂直軸風車。 Until the blade reaches a predetermined centrifugal force, the blade shaft moves in the radial direction so that the wind receiving area of the blade is maintained at a predetermined area or more, and the blade is centrifuged at the predetermined centrifugal force or more. 2. The vertical structure according to claim 1, wherein when the force becomes a force, the blade shaft rotates with the radial movement to reduce the wind receiving area and increase the effective pitch angle. 3. Axial windmill. 前記ブレードが所定の遠心力になるまで、前記ブレード軸は前記半径方向のみに移動し、前記ブレードが前記所定の遠心力以上の遠心力になったら前記ブレード軸は前記半径方向の移動と共に自転もするように前記規制構造体が形成されている請求項2記載の垂直軸風車。 The blade shaft moves only in the radial direction until the blade has a predetermined centrifugal force. When the blade has a centrifugal force equal to or greater than the predetermined centrifugal force, the blade shaft rotates with the radial movement. The vertical axis wind turbine according to claim 2, wherein the restriction structure is formed as described above. 前記規制構造体が、前記ブレード軸の前記半径方向への移動と、前記ブレード軸の自転とを案内し、前記ブレード軸および前記ブレード軸の周囲のいずれか一方に設けられたガイド部、および、前記ブレード軸および前記ブレード軸の周囲の他方に設けられ、前記ガイド部に係合する係合部とを備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の垂直軸風車。 The regulating structure guides the movement of the blade shaft in the radial direction and the rotation of the blade shaft, and a guide portion provided on one of the blade shaft and the periphery of the blade shaft; and The vertical axis wind turbine according to any one of claims 1 to 3, further comprising an engagement portion that is provided on the other of the blade shaft and the periphery of the blade shaft and engages with the guide portion. 前記ガイド部のうち、前記ブレード軸が前記半径方向のみに移動する部分は、前記半径方向に沿った直線状部であり、前記ブレード軸が前記半径方向の移動と自転の両方をする部分は、前記直線状部に連続して形成された螺旋状部により形成され、前記直線状部の前記半径方向に沿った長さが、前記垂直軸風車の発電機の定格の回転数に相当する回転数で前記ブレードが回転するときの、前記ブレードに作用する遠心力により前記ブレード軸が前記半径方向にスライドする距離の30〜80%である請求項4記載の垂直軸風車。 Of the guide portion, the portion where the blade shaft moves only in the radial direction is a linear portion along the radial direction, and the portion where the blade shaft both moves and rotates in the radial direction is: A rotational speed formed by a spiral part formed continuously with the linear part, and the length of the linear part along the radial direction corresponds to the rated rotational speed of the generator of the vertical axis wind turbine. The vertical axis wind turbine according to claim 4, wherein the blade axis is 30 to 80% of a distance in which the blade shaft slides in the radial direction by a centrifugal force acting on the blade when the blade rotates. 前記回転用ハブに、前記ブレードを有するブレード軸が複数個取り付けられ、それぞれの前記ブレード軸の自転による回転角が等しくなるような同調機構が設けられてなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の垂直軸風車。 6. The rotating hub is provided with a plurality of blade shafts having the blades, and a tuning mechanism is provided so that rotation angles of the respective blade shafts by rotation are equal. The vertical axis windmill described in 1. 前記ブレード軸の一端部に自在継手が接続され、前記同調機構は、前記回転用ハブの回転中心と同軸で前記回転用ハブに対して独立して回転するように設けられる同調用円盤を備え、前記同調用円盤の中心から一定半径上に形成される第1ヒンジと、前記自在継ぎ手との間が、一定の長さのリンクにより接続される構造である請求項6記載の垂直軸風車。 A universal joint is connected to one end of the blade shaft, and the tuning mechanism includes a tuning disk provided coaxially with the rotation center of the rotation hub and rotated independently with respect to the rotation hub, The vertical axis wind turbine according to claim 6, wherein a first hinge formed on a constant radius from the center of the tuning disk and the universal joint are connected by a link having a predetermined length. 前記自在継手と前記同調用円盤上に形成される前記第1ヒンジとの間を接続するリンクが、前記自在継手から鉛直方向に延びる第1のリンクと、該第1のリンクの先端部で第2ヒンジを介して前記同調用円盤上の前記第1ヒンジとの間を水平方向に延びる第2のリンクとにより形成されてなる請求項7記載の垂直軸風車。 A link connecting between the universal joint and the first hinge formed on the tuning disk includes a first link extending in a vertical direction from the universal joint, and a first link at a distal end portion of the first link. The vertical axis windmill according to claim 7, wherein the vertical axis windmill is formed by a second link extending in a horizontal direction between the first hinge on the tuning disk via two hinges.
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