JP2021050727A - Propeller-type wind power generator - Google Patents

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丈巳 江崎
Takemi Ezaki
丈巳 江崎
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Fev Renewable Energy Kaihatsu Giken Co Ltd
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Fev Renewable Energy Kaihatsu Giken Co Ltd
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Abstract

To provide a propeller-type wind power generator which can maintain rotation even at a strong wind, can increase a power generation total amount, and is favorable in efficiency even at a weak wind while solving a problem that, in a small-sized wind power generator, safety has been secured by applying a brake at the strong wind, thus causing the lowering of a power generation capacity at the strong wind.SOLUTION: A propeller-type wind power generator has a driven member which rotates while being connected to a generator shaft, and a drive member which rotates while being connected to a propeller 1. The driven member and the drive member are connected to each other via a spiral spring 24, an angle between the drive member and the driven member is displaced by torque which is received by the propeller by a wind while withstanding a resilient force of the spiral spring, a pitch of the propeller is changed according to the displacement of the angle, and breakage can be thereby prevented.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、マイクロ風車や小型風車に用いるプロペラ形風力発電機に関するもので、風速の広い範囲で発電ができるようにして、風車の安全性と発電効率を高めるプロペラ形風力発電機を提供するものである。なお、資源エネルギー庁が20Kw/h未満の風力発電機を小型風力発電機と定義しており、以下の説明で、この定義を用いる。また、これを超える大きさの風力発電機を大型風力発電機とする。 The present invention relates to a propeller-type wind power generator used for a micro wind turbine or a small wind turbine, and provides a propeller-type wind power generator that enables power generation in a wide range of wind speeds and enhances the safety and power generation efficiency of the wind turbine. Is. The Agency for Natural Resources and Energy defines a wind power generator of less than 20 Kw / h as a small wind power generator, and this definition will be used in the following description. In addition, a wind power generator larger than this is referred to as a large wind power generator.

従来、数100w/hから20Kw/h程度の出力の風力発電装置などに用いられるマイクロ風力発電機や小型風力発電機は、風速が所定値よりも速くなった場合に、ローターの回転数が設計値を超えないようにブレーキを掛けるようにしていた。大型の風力発電機ではコストに余裕があるため、ローターのブレードの角度(仰角)を、風速に応じて油圧などを用いて変えるようにしているが、小型のものにあっては、コストの余裕がなく最も安価なブレーキを用いている。 Conventionally, micro wind power generators and small wind power generators used for wind power generators with an output of several hundred w / h to about 20 Kw / h are designed by the rotation speed of the rotor when the wind speed becomes faster than a predetermined value. I tried to apply the brakes so that the value would not be exceeded. Since there is a margin in cost for large wind power generators, the angle (elevation angle) of the rotor blades is changed by using flood control etc. according to the wind speed, but for small ones there is a margin in cost. The cheapest brake is used.

このようにプロペラのピッチを固定し所定以上の風速の場合にブレーキを掛けるものである場合、風速がある程度速い場合例えば風速5m/秒に効率よく発電するように設計する。すると、風速が遅い状態でも風速が速い場合でもブレードの角度が一定であるため、最適な風速以外の風速では効率が悪くなる。特に風速が遅い場合は、風のエネルギーが十分あるにもかかわらず、ブレーキを掛けるためエネルギー効率が極めて悪くなる。このような観点から、プロペラの有効径を風速に応じて変化させるものが特許文献1に示されるように開発された。 In this way, when the pitch of the propeller is fixed and the brake is applied when the wind speed is equal to or higher than a predetermined value, the power is designed to be efficiently generated at a wind speed of 5 m / sec, for example, when the wind speed is high to some extent. Then, since the angle of the blade is constant regardless of whether the wind speed is slow or fast, the efficiency becomes poor at a wind speed other than the optimum wind speed. Especially when the wind speed is slow, the energy efficiency becomes extremely poor because the brakes are applied even though the wind energy is sufficient. From this point of view, a device that changes the effective diameter of the propeller according to the wind speed has been developed as shown in Patent Document 1.

また、固定ピッチの風力発電機の場合、風速がある程度速い場合に効率よく発電するように設計する。すると、風速が遅い状態でも風速が速い場合でもブレードの角度が一定であるため、特に上記説明のとおり風速が早い場合の効率が極めて悪くなる。このような観点から、プロペラのピッチを風速に応じて変化させるものが開発された。
このようなものの例として特許文献2に開示されたものは、プロペラの回転数に応じてスライドレール内を転動柱が移動し、これによって押し上げ部材と押圧部材とが移動し、プロペラのピッチを変化させるようにしている。このため、風速が速くなっても羽根の回転数は危険な領域まで上がらず、ブレーキを掛ける必要がない。
In addition, in the case of a fixed-pitch wind power generator, it is designed to generate electricity efficiently when the wind speed is high to some extent. Then, since the angle of the blade is constant regardless of whether the wind speed is low or high, the efficiency becomes extremely poor especially when the wind speed is high as described above. From this point of view, a propeller pitch that changes according to the wind speed has been developed.
As an example of such a thing, in the one disclosed in Patent Document 2, the rolling column moves in the slide rail according to the rotation speed of the propeller, whereby the pushing member and the pressing member move, and the pitch of the propeller is adjusted. I try to change it. Therefore, even if the wind speed increases, the rotation speed of the blades does not rise to a dangerous area, and it is not necessary to apply the brake.

このため風速が高い場合にもブレーキを掛けることなく、羽根は有効な発電が可能な回転数で回転するため、強風時でも効率的に発電することができる。しかしながら、特許文献1に記載のものは、部品点数が多く構造も複雑である。つまり、既存のピッチの変化できないプロペラ形風力発電機にも設置できるようにするには、構造が簡単で軽量化する必要がある。つまり既存のプロペラ形風力発電機の重量が増加すると、支柱の強度が不足する可能性があり、できるだけ重量の増加を避けるようにしなければならない。また、スライドレール内を移動する複数の転動柱は、それぞれ独立して移動するものであり、それぞれの転動柱の位置が互いにずれた場合には、バランスが崩れ振動が発生する問題がある。 Therefore, even when the wind speed is high, the blades rotate at a rotation speed at which effective power generation is possible without applying the brakes, so that power can be generated efficiently even in strong winds. However, the one described in Patent Document 1 has a large number of parts and a complicated structure. In other words, in order to be able to install it on existing propeller-type wind power generators whose pitch cannot be changed, the structure needs to be simple and lightweight. In other words, if the weight of the existing propeller-type wind power generator increases, the strength of the columns may be insufficient, and the weight increase should be avoided as much as possible. Further, the plurality of rolling columns that move in the slide rail move independently of each other, and if the positions of the respective rolling columns deviate from each other, there is a problem that the balance is lost and vibration occurs. ..

特開2003−65205Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-65205 特開2010−127278JP-A-2010-127278

本願発明は、プロペラ形風力発電機に関するもので、発電負荷即ち発電機のトルクに応じてプロペラのピッチ角を変化するようにし、風の持つエネルギーを効率良く電力へ変換可能なものをできるだけ簡単な構造で実現する必要がある。つまり、発電負荷に応じて最も効率の良いピッチ角とするのが好ましく、風の持つエネルギーを有効に得るには、回転数に応じてピッチを変化させても風の持つエネルギーを有効に得ることはできない。 The present invention relates to a propeller type wind power generator, and it is as simple as possible to change the pitch angle of the propeller according to the power generation load, that is, the torque of the generator, and efficiently convert the energy of the wind into electric power. It needs to be realized by the structure. That is, it is preferable to set the pitch angle to be the most efficient according to the power generation load, and in order to effectively obtain the energy of the wind, it is necessary to effectively obtain the energy of the wind even if the pitch is changed according to the rotation speed. Can't.

また、強風時にプロペラの回転数が安全領域を超えることを防止するためプロペラのピッチをモーターで変化させる回転制御機構が組み込まれるが、小型風力発電機ではコストやスペースの観点からこのような手段は困難である。このため、回転制御機構を有していない固定ピッチのプロペラを用いた小型風力発電機では、過回転防止に発電機の出力をショートさせ、発電機に掛かる電気的な制動力を利用した電気ブレーキでローターの過回転を防いでいる。しかし、時としてプロペラの駆動力がこの制動力を上回り、過回転状態となる。電気ブレーキは発電機の出力をショートしているものであり、過回転状態となると、発電機のコイルが焼損するなどの危険性が残る。 In addition, a rotation control mechanism that changes the pitch of the propeller with a motor is incorporated to prevent the rotation speed of the propeller from exceeding the safe range in strong winds, but in a small wind power generator, such means is not available from the viewpoint of cost and space. Have difficulty. For this reason, in a small wind power generator that uses a fixed-pitch propeller that does not have a rotation control mechanism, the output of the generator is shorted to prevent over-rotation, and an electric brake that uses the electrical braking force applied to the generator. Prevents the rotor from over-rotating. However, sometimes the driving force of the propeller exceeds this braking force, resulting in an over-rotation state. The electric brake short-circuits the output of the generator, and if it becomes over-rotated, there remains a risk that the coil of the generator will burn out.

このような小型風力発電機は、上記のように制動が十分でないため、低風速時の性能を犠牲にして、強風の時にも事故が発生しないようなピッチで設計されていた。このため発電効率は、可変ピッチ機構を有する大型風力発電機の半分程度である。このように、発電高率に大きな差があるため、本願発明では、小型で簡単な機構を用いあることで、発電可能な風速を大型風力発電機並に拡大し、発電量を大幅に増やすと共に、過回転を防ぎ風車の安全性向上を図る。このため、できるだけ簡単な構造でプロペラのピッチ角を変化させるようにする必要があり、さらに小型・軽量化ができ、これによって既設の小型風力発電機のハブ部分を交換することができるようにすることもできる。 Since such a small wind power generator does not have sufficient braking as described above, it has been designed at a pitch so that an accident does not occur even in a strong wind at the expense of performance at a low wind speed. Therefore, the power generation efficiency is about half that of a large wind power generator having a variable pitch mechanism. As described above, since there is a large difference in the power generation rate, in the present invention, by using a small and simple mechanism, the wind speed capable of generating power can be expanded to the same level as that of a large wind power generator, and the amount of power generation can be significantly increased. , Prevent over-rotation and improve the safety of the wind turbine. For this reason, it is necessary to change the pitch angle of the propeller with the simplest possible structure, and it is possible to make it smaller and lighter, which makes it possible to replace the hub part of the existing small wind power generator. You can also do it.

本発明は、発電機と連動する発電軸に対し一定角度以内回転移動するプロペラ取り付け部を有し、プロペラ取り付け部に複数のプロペラを取り付け、複数のプロペラはその回転面と直角方向に回動してプロペラのピッチが可変するように取り付けられ、風の力でプロペラが発生するトルクに応じて発電軸に対しプロペラ取り付け部が回転移動し、この回転移動によってプロペラのピッチを変化させるようにしたものである。これによって、弱風時にはプロペラの発生するトルクが小さく、ピッチが初期状態からあまり変化しない。 The present invention has a propeller mounting portion that rotates within a certain angle with respect to a power generation shaft interlocking with a generator, a plurality of propellers are mounted on the propeller mounting portion, and the plurality of propellers rotate in a direction perpendicular to the rotating surface. The propeller is mounted so that the pitch of the propeller is variable, and the propeller mounting part rotates with respect to the power generation shaft according to the torque generated by the propeller due to the force of the wind, and the pitch of the propeller is changed by this rotational movement. Is. As a result, the torque generated by the propeller is small when the wind is weak, and the pitch does not change much from the initial state.

そして、強風時にはトルクが大きくなるため、ピッチが初期状態から大きく変化する。また、台風のように極めて風が強くなった場合にはトルクが大きく、限界までピッチが変化する。この状態でプロペラは速い速度で回転する。ここで発電機の出力をショートさせて発電制動を掛けることができる。この場合にピッチが限界まで変わっているため、トルクは予期しない状態まで上がらず、発電制動によっても発電機が焼損するようなことはない。 Then, since the torque increases in a strong wind, the pitch changes significantly from the initial state. In addition, when the wind becomes extremely strong like a typhoon, the torque is large and the pitch changes to the limit. In this state, the propeller rotates at a high speed. Here, the output of the generator can be short-circuited to apply dynamic braking. In this case, since the pitch has changed to the limit, the torque does not rise to an unexpected state, and the generator does not burn out due to dynamic braking.

本発明のプロペラ形風力発電機は、プロペラが受けるトルク、つまりプロペラが発電機を駆動するトルクによってプロペラのピッチを変えるようにしている。それで、弱風の時にはプロペラが受けるトルクが小さく、その風速で最も効率の良いピッチになるように設定しておけば、弱風時にも効率よく発電ができる。 In the propeller type wind power generator of the present invention, the pitch of the propeller is changed according to the torque received by the propeller, that is, the torque that the propeller drives the generator. Therefore, the torque received by the propeller is small in weak winds, and if the pitch is set to be the most efficient at that wind speed, power can be generated efficiently even in weak winds.

強風の時には、プロペラが風から受ける力によってプロペラが破壊されるのは、プロペラが風によって想定以上の駆動力を受け、プロペラの羽根が湾曲したり強い振動を受けたりするためである。強風の時にプロペラの回転数が増加する事によって受ける力は遠心力である。また強風時には羽根を湾曲させる力や、渦による振動などが加わる。これらに耐えるようにする事は容易ではない。このため、強風の時にプロペラの受ける駆動力に応じてプロペラのピッチを変化させるようにすることで、風によるプロペラへの力を弱くすることができ、プロペラの破損を防ぐことができる。 In strong winds, the force that the propeller receives from the wind destroys the propeller because the propeller receives more driving force than expected due to the wind, and the propeller blades bend or receive strong vibrations. Centrifugal force is the force received by increasing the number of revolutions of the propeller in strong winds. In strong winds, the force to bend the blades and the vibration caused by the vortex are applied. It is not easy to endure these. Therefore, by changing the pitch of the propeller according to the driving force received by the propeller in a strong wind, the force on the propeller due to the wind can be weakened, and the propeller can be prevented from being damaged.

さらに弱風時にはプロペラの受ける駆動力即ちトルクが小さく、この場合にはプロペラのピッチをその風速に最適に設定することで、弱風時でも効率よく発電することができる。風が強くなって、プロペラの破損の惧れがある状態では、プロペラの受ける駆動力が大きく、ピッチを風と並行にすることで、破損を防止できる。 Further, the driving force received by the propeller, that is, the torque is small in a weak wind. In this case, by optimally setting the pitch of the propeller to the wind speed, it is possible to generate electricity efficiently even in a weak wind. When the wind becomes strong and there is a risk of damage to the propeller, the driving force received by the propeller is large, and damage can be prevented by making the pitch parallel to the wind.

本願発明は、発電機と連結した従動部材とプロペラと連結した駆動部材とを、スプリングなどの弾性体を介して連結し、プロペラが風によって受けたトルクに応じて従動部材と駆動部材とがずれ、これによってプロペラのピッチが変化する。つまりプロペラのピッチを変える手段として、モーターなどを使うことがなく、簡単な構成となる。このため、コストをかけることができない小型風力発電機でも、弱風時と強風時でプロペラのピッチを変えることができる。このため、弱風時には最大効率で発電でき、強風時にはブレーキを掛けることなく発電できるため、総合的な発電効率を上げることができる。 In the present invention, the driven member connected to the generator and the drive member connected to the propeller are connected via an elastic body such as a spring, and the driven member and the drive member are displaced according to the torque received by the propeller by the wind. , This changes the pitch of the propeller. In other words, it has a simple configuration without using a motor or the like as a means of changing the pitch of the propeller. Therefore, even a small wind power generator, which cannot be costly, can change the pitch of the propeller between a weak wind and a strong wind. Therefore, power can be generated with maximum efficiency in weak winds, and power can be generated without braking in strong winds, so that overall power generation efficiency can be increased.

このように、簡単な構造で弱風時にも強風時にも発電が効率的に行えるため、コスト要求の厳しい小型風力発電機であっても大型風力発電機なみの発電効率が実現できる。さらにプロペラを回動させるために、モーターや油圧などの駆動手段を用いていないため、回転体に対して外部から駆動力を伝える手段が不要である。よって、すでに設置されているプロペラ形風力発電機のプロペラの取り付けられているハブに替えて、過回転防止手段を設置することが可能である。また、このような過回転防止手段を有するプロペラ形風力発電機と有していないプロペラ形風力発電機との両方を、ほとんど共通の部品で構成することができ、市場の要請に応じて販売することができる。 In this way, since power generation can be efficiently performed in both weak and strong winds with a simple structure, even a small wind power generator with strict cost requirements can achieve power generation efficiency comparable to that of a large wind power generator. Further, since a driving means such as a motor or an electric pressure is not used to rotate the propeller, a means for transmitting a driving force from the outside to the rotating body is unnecessary. Therefore, it is possible to install an over-rotation prevention means in place of the hub to which the propeller of the propeller-type wind power generator that has already been installed is attached. In addition, both a propeller-type wind power generator having such an over-rotation prevention means and a propeller-type wind power generator not having such an over-rotation prevention means can be composed of almost common parts, and are sold at the request of the market. be able to.

本発明のプロペラ形風力発電機の斜視図である。It is a perspective view of the propeller type wind power generator of this invention. 本発明のプロペラ形風力発電機のハブの側断面図である。It is a side sectional view of the hub of the propeller type wind power generator of this invention. 本発明のプロペラ形風力発電機の部品であるレバーの平面図である。It is a top view of the lever which is a part of the propeller type wind power generator of this invention. 本発明のプロペラ形風力発電機のハブの正面面図である。It is a front view of the hub of the propeller type wind power generator of this invention. 本発明のプロペラ形風力発電機の風の強さとプロペラのピッチとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the wind strength of the propeller type wind power generator of this invention, and the pitch of a propeller. 本発明のプロペラ形風力発電機のレバーの他の実施例(実施例2)を示す平面図である。It is a top view which shows the other Example (Example 2) of the lever of the propeller type wind power generator of this invention. 本発明のプロペラ形風力発電機のプロペラ軸を回転させる機構の他の実施例(実施例3)を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another Example (Example 3) of the mechanism which rotates the propeller shaft of the propeller type wind power generator of this invention. 本発明のプロペラ形風力発電機のプロペラ軸を回転させる機構の他の実施例(実施例3)を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another Example (Example 3) of the mechanism which rotates the propeller shaft of the propeller type wind power generator of this invention. 本発明のプロペラ形風力発電機の実施例4のハブの断面図である。It is sectional drawing of the hub of Example 4 of the propeller type wind power generator of this invention.

1及び2はプロペラであり、それぞれハブ3に取り付けられている。ハブ3は、発電機4の軸5(図2参照)にナットによって結合されている。ハブ3にはプロペラ1,2が取り付けられている。ハブ3の詳細について、以下説明をする。なお以下の説明中、風によって駆動力を受けるプロペラ1,2やプロペラ1,2と一体となっている部材を駆動側と表現し、発電機4の軸5と一体となっている部材を従動側と表現する。 Reference numerals 1 and 2 are propellers, which are attached to hubs 3, respectively. The hub 3 is connected to the shaft 5 of the generator 4 (see FIG. 2) by a nut. Propellers 1 and 2 are attached to the hub 3. The details of the hub 3 will be described below. In the following explanation, the members integrated with the propellers 1 and 2 and the propellers 1 and 2 that receive the driving force by the wind are referred to as the driving side, and the members integrated with the shaft 5 of the generator 4 are driven. Expressed as the side.

軸5には、軸5と一体となって回転するようにピン支持体6が固定されている。つまり軸5に挿入され、キーによって軸5と回転止めされたボス8が設けられ、このボス8にコの字状のピン支持体6が溶接などで結合されている。プロペラ支持体7は円盤状であり、一対のプロペラ軸受け9,10が設けられている。プロペラ支持体7は、中心部に開口を有し、この開口にボス8が挿入されており、軸5と同軸状でボス8に対して自由に回転可能である。プロペラ支持体7はボス8から抜けないように、抜け止めナット11が設けられている。 A pin support 6 is fixed to the shaft 5 so as to rotate integrally with the shaft 5. That is, a boss 8 that is inserted into the shaft 5 and is stopped from rotating with the shaft 5 by a key is provided, and a U-shaped pin support 6 is connected to the boss 8 by welding or the like. The propeller support 7 has a disk shape and is provided with a pair of propeller bearings 9 and 10. The propeller support 7 has an opening at the center, and the boss 8 is inserted into the opening. The propeller support 7 is coaxial with the shaft 5 and can freely rotate with respect to the boss 8. A retaining nut 11 is provided so that the propeller support 7 does not come off from the boss 8.

プロペラ軸受け7,8はプロペラ1,2のピッチが変更する方向に回動自在になるようにプロペラ1,2のプロペラ軸12,13を軸支している。つまりプロペラ1,2は発電機4の軸5に対して固着されたプロペラ支持体7を介して、ピッチ方向に回転可能なように取り付けられている。プロペラ1,2のプロペラ軸12,13には、それぞれ湾曲したレバー14,15が固定されている。レバー14,15は図3に示すように、溝16,17,18,19が設けられている。ここで、レバー14と15とは全く同一の形状であるため、レバー14のみ説明する。また、ピン支持体6の両端部には、それぞれ一対のピン20,21,22,23が立設されている。 The propeller bearings 7 and 8 pivotally support the propeller shafts 12 and 13 of the propellers 1 and 2 so that the pitches of the propellers 1 and 2 can be rotated in the changing direction. That is, the propellers 1 and 2 are attached so as to be rotatable in the pitch direction via the propeller support 7 fixed to the shaft 5 of the generator 4. Curved levers 14 and 15 are fixed to the propeller shafts 12 and 13 of the propellers 1 and 2, respectively. As shown in FIG. 3, the levers 14 and 15 are provided with grooves 16, 17, 18, and 19. Here, since the levers 14 and 15 have exactly the same shape, only the lever 14 will be described. Further, a pair of pins 20, 21, 22, 23 are erected at both ends of the pin support 6.

レバー14の溝16にはピン20が挿入され、溝18にはピン22が挿入される。ピン20が図3の上方向に動き、レバー14が反時計回りに回転するとピン20は溝16の中を端部方向に移動する。この時、ピン22も図3の上方向に移動し、ピン22は溝18から離れる。これによって、レバー14と連動するプロペラは反時計方向にピッチが変化する。 A pin 20 is inserted into the groove 16 of the lever 14, and a pin 22 is inserted into the groove 18. When the pin 20 moves upward in FIG. 3 and the lever 14 rotates counterclockwise, the pin 20 moves in the groove 16 toward the end. At this time, the pin 22 also moves upward in FIG. 3, and the pin 22 separates from the groove 18. As a result, the pitch of the propeller interlocking with the lever 14 changes in the counterclockwise direction.

以上の説明の逆に、ピン20及びピン22が図3の下方向に移動した場合、ピン22は溝18内を端部方向に移動し、ピン20は溝16から離れ、レバー14は時計回りに回転する。これによって、レバー14と連動するプロペラは時計方向にピッチが変化する。このように、ピン20,22とピン21,23とが溝16,17と溝18,19に交互に挿入、離脱することでピッチの変化する角度δを大きくすることができる。また、溝20,21と溝18,19の長さに差を設けることで、中央位置に対してピッチの右回転量と左回転量を変えることができる。 Contrary to the above description, when the pin 20 and the pin 22 move downward in FIG. 3, the pin 22 moves in the groove 18 toward the end, the pin 20 separates from the groove 16, and the lever 14 rotates clockwise. Rotate to. As a result, the pitch of the propeller interlocking with the lever 14 changes clockwise. In this way, the pins 20 and 22 and the pins 21 and 23 are alternately inserted and removed from the grooves 16 and 17 and the grooves 18 and 19, so that the angle δ at which the pitch changes can be increased. Further, by providing a difference in length between the grooves 20 and 21 and the grooves 18 and 19, the right rotation amount and the left rotation amount of the pitch can be changed with respect to the center position.

24は渦巻きばねであり、その一端は軸5と一体となったボス8に固定され、多端はハブ3に固定されている。ハブ3は軸5に対して回転自在であり、渦巻きばね24はハブ3を、その正面(風上側)から見て時計回り方向に回転弾力を加えている。また軸5に対するハブ3の回動範囲を制限するため、ハブ3には円弧状の溝27が設けられている。そしてこの溝27にピン支持体6に突設されたストッパー棒26が挿入されている。つまり渦巻きばね24によってハブ3は定常状態では図4の状態であり、渦巻きばね24の弾性力に抗するトルクがハブ3に加わった時に、ハブ3は相対的に反時計回りに回転する。なお図4では溝25が1本しか描かれていないが、必要に応じて溝25と点対称の位置に、もう一本設けても良い。 Reference numeral 24 denotes a spiral spring, one end of which is fixed to the boss 8 integrated with the shaft 5, and the other end of which is fixed to the hub 3. The hub 3 is rotatable with respect to the shaft 5, and the spiral spring 24 applies rotational elasticity to the hub 3 in the clockwise direction when viewed from the front surface (windward side) of the hub 3. Further, in order to limit the rotation range of the hub 3 with respect to the shaft 5, the hub 3 is provided with an arcuate groove 27. A stopper rod 26 projecting from the pin support 6 is inserted into the groove 27. That is, the swirl spring 24 causes the hub 3 to be in the state shown in FIG. 4 in a steady state, and when a torque resisting the elastic force of the swirl spring 24 is applied to the hub 3, the hub 3 rotates relatively counterclockwise. Although only one groove 25 is drawn in FIG. 4, another groove 25 may be provided at a position point-symmetrical to the groove 25 if necessary.

ハブ3とピン支持体6との相対的な回転によって、レバー14,15は回動し、これによってプロペラ軸受け7,8回動し、プロペラ1,2のピッチが変更する方向に回動する。図3に示す実施例で、ピン20,21が溝16,17に挿入され、ピン22,23が溝18,19に挿入されている。そしてピン20〜23が図3の上方に移動する場合、ピン22,23は溝18,19から離れ、ピン20,21は溝16,17内を移動し、レバー14,15は反時計回りに回転する。逆にピン20〜23が図3の下方に移動する場合、ピン20,21は溝16,17を離れ、ピン22,23は溝18,19内を移動し、レバー14,15は時計回りに回転する。このようにピンと溝とが互いに係合したり離れたりする構造をとることによって、レバー14,15の回転角度を大きくとる事ができる。 Due to the relative rotation of the hub 3 and the pin support 6, the levers 14 and 15 are rotated, whereby the propeller bearings 7 and 8 are rotated, and the pitches of the propellers 1 and 2 are rotated in the changing direction. In the embodiment shown in FIG. 3, the pins 20 and 21 are inserted into the grooves 16 and 17, and the pins 22 and 23 are inserted into the grooves 18 and 19. Then, when the pins 20 to 23 move upward in FIG. 3, the pins 22 and 23 move away from the grooves 18 and 19, the pins 20 and 21 move in the grooves 16 and 17, and the levers 14 and 15 counterclockwise. Rotate. On the contrary, when the pins 20 to 23 move downward in FIG. 3, the pins 20 and 21 leave the grooves 16 and 17, the pins 22 and 23 move in the grooves 18 and 19, and the levers 14 and 15 rotate clockwise. Rotate. By adopting a structure in which the pins and the grooves are engaged with or separated from each other in this way, the rotation angles of the levers 14 and 15 can be increased.

ここで図5に風の強さとピッチ角の関係を示す。風の向きは図5の左から右へと流れている。図5Dは起動状態で無風ないし風が弱い時である。つまり最もプロペラ1,2がトルクを発生し易い角度である。図5Cは定常状態であり、風速が3〜5m/秒程度の状態である。図5Bは風速が6〜13m/秒程度の強風時リバーズ状態であり、風を逃がしながら運転が行われ、バースト状態に入るのを回避する。この風域では従来のピッチ固定の発電機では運転を停止して発電ができなかったのであるが、本発明の風力発電機の場合は発電が維持できる。図5Aは台風などの極めて強風時のフェザリング状態であり、風を完全に逃がしてプロペラ1,2の破損を防止する。なお、この例では渦巻ばね14を示したが、これ以外にねじりコイルばねを用いてもよい。 Here, FIG. 5 shows the relationship between the wind strength and the pitch angle. The direction of the wind is flowing from left to right in FIG. FIG. 5D shows a time when there is no wind or the wind is weak in the activated state. That is, the angles at which the propellers 1 and 2 are most likely to generate torque. FIG. 5C is a steady state, in which the wind speed is about 3 to 5 m / sec. FIG. 5B shows a rivers state at a strong wind with a wind speed of about 6 to 13 m / sec, and the operation is performed while letting the wind escape to avoid entering a burst state. In this wind region, the conventional fixed-pitch generator could not stop the operation to generate electricity, but the wind power generator of the present invention can maintain the power generation. FIG. 5A shows a feathering state during an extremely strong wind such as a typhoon, and the wind is completely released to prevent damage to the propellers 1 and 2. Although the spiral spring 14 is shown in this example, a torsion coil spring may be used in addition to the spiral spring 14.

本発明のプロペラ形風力発電機の実施例1のものは以上のような構造であり、以下その動作を説明する。風速が所定値以下の場合にあっては、発電効率が最大となるようなピッチ角となる。風速が所定値以上の場合にあっては、風を一部流す事によってプロペラ1,2の破損を防止しつつ発電量を確保する。そしてプロペラ1,2が破損されるような強風時には、風を完全に流してブレーキを掛けずにプロペラ1,2の破損を防止する。このように、プロペラ1,2の破損を防止しながら、広域の風速で発電が可能となり、所定の風速(この例の場合は13m/s)までの発電量が最大となる。 The propeller-type wind power generator of the present invention according to the first embodiment has the above-mentioned structure, and its operation will be described below. When the wind speed is equal to or less than a predetermined value, the pitch angle is set so as to maximize the power generation efficiency. When the wind speed is equal to or higher than the predetermined value, the amount of power generation is secured while preventing damage to the propellers 1 and 2 by partially flowing the wind. Then, when the wind is strong such that the propellers 1 and 2 are damaged, the wind is completely blown to prevent the propellers 1 and 2 from being damaged without applying the brake. In this way, it is possible to generate electricity at a wide range of wind speeds while preventing damage to the propellers 1 and 2, and the amount of power generation up to a predetermined wind speed (13 m / s in this example) is maximized.

以上の実施例1ではレバー14,15として板体を用いる例を示したが、図6に示すように、ピアノ線等の線材を加工して作ることができる。 In Example 1 above, an example in which a plate body is used as the levers 14 and 15 has been shown, but as shown in FIG. 6, it can be made by processing a wire rod such as a piano wire.

以上の実施例1ではレバー14,15と、それぞれに係合するピン20,21,22,23を示したが、図7、図8に示すようにプロペラ1,2のプロペラ軸12,13の末端それぞれにピニオンギヤ27,28を設け、ピン支持体6の両端それぞれにラックギヤ29,30を設け、プロペラ支持体7に一対のラックギヤ29,30を設けている。ピン支持体6とプロペラ支持体7との間の回転角度がずれると、ラックギヤ29,30,31,32と係合しているピニオンギヤ27,28が回転し、プロペラ1,2のピッチ角を変化させる。この実施例のものは、ピッチ角を大きく変化させることができる。 In the above-mentioned first embodiment, the levers 14 and 15 and the pins 20, 21, 22, and 23 that engage with each other are shown, but as shown in FIGS. 7 and 8, the propeller shafts 12 and 13 of the propellers 1 and 2 are shown. Pinion gears 27 and 28 are provided at each end, rack gears 29 and 30 are provided at both ends of the pin support 6, and a pair of rack gears 29 and 30 are provided on the propeller support 7. When the rotation angle between the pin support 6 and the propeller support 7 deviates, the pinion gears 27 and 28 engaged with the rack gears 29, 30, 31 and 32 rotate, and the pitch angles of the propellers 1 and 2 change. Let me. In this embodiment, the pitch angle can be changed significantly.

図9に実施例4を示す。この実施例4のものは、以上の説明の実施例1,2と比較して、構造は複雑になるが動作が安定しているものである。実施例4のものは基本的に実施例1,2のものと同じであり、同じ構成部材は同じ番号を付与する。つまり、ピン支持体6に追加してピン支持体33が設けられている。このピン支持体33はピン支持体6と一体に軸5に結合されている。またプロペラ支持体7に追加してプロペラ支持体34が設けられている。このプロペラ支持体34はプロペラ支持体7と結合され、軸5とは回転可能であり、渦巻きばね24によって回転方向に弾圧されている。 FIG. 9 shows Example 4. The structure of the fourth embodiment is more complicated than that of the first and second embodiments described above, but the operation is stable. Those of the fourth embodiment are basically the same as those of the first and second embodiments, and the same components are given the same numbers. That is, the pin support 33 is provided in addition to the pin support 6. The pin support 33 is integrally coupled to the shaft 5 with the pin support 6. Further, a propeller support 34 is provided in addition to the propeller support 7. The propeller support 34 is coupled to the propeller support 7, is rotatable with the shaft 5, and is repressed in the rotational direction by the spiral spring 24.

この実施例4のものは、プロペラ1,2が風圧によってトルクを発生する場合、軸5とプロペラ支持体7,34とは渦巻きばね24の弾力に抗して、回転角度がずれる。すると、実施例1,2と同様にピン20,21,22,23がレバー14,15の溝16,17,18,19に係合したり離れたりする事によって、レバー14,15を回動させ、プロペラ1,2のピッチを変化させる。この実施例4のものは、プロペラ軸受け9,10が一対の部材で支持され、さらにピン20,21とピン22,23とがそれぞれ独立した部材で支持されているため、安定している。 In the case of the fourth embodiment, when the propellers 1 and 2 generate torque by wind pressure, the rotation angles of the shaft 5 and the propeller supports 7 and 34 deviate from each other against the elasticity of the spiral spring 24. Then, as in the first and second embodiments, the pins 20, 21, 22, and 23 rotate the levers 14, 15 by engaging with and disengaging from the grooves 16, 17, 18, and 19 of the levers 14, 15. And change the pitch of propellers 1 and 2. In the fourth embodiment, the propeller bearings 9 and 10 are supported by a pair of members, and the pins 20 and 21 and the pins 22 and 23 are supported by independent members, so that the propeller bearings 9 and 10 are stable.

以上の全ての実施例で、プロペラ1,2の回転数を制御する所定値は、渦巻ばね14のばね定数を選定することで設定することができ、プロペラ1,2の強度に応じて容易に設定できる。またプロペラ1,2のピッチ角度はプロペラ支持体7,34とピン支持体6,23との回転角度のずれによって決定され、プロペラ1,2は常に互いに同一ピッチ角度となる。 In all the above embodiments, the predetermined value for controlling the rotation speed of the propellers 1 and 2 can be set by selecting the spring constant of the spiral spring 14, and can be easily set according to the strength of the propellers 1 and 2. Can be set. The pitch angle of the propellers 1 and 2 is determined by the deviation of the rotation angle between the propeller supports 7 and 34 and the pin supports 6 and 23, and the propellers 1 and 2 always have the same pitch angle.

本発明によれば、強風時にプロペラ1,2の回転数が危険な領域に入ることをブレーキに依らずに回避できるため、強風時にあっても発電を維持することができ、さらに弱風時には最大の効率で発電を行うことができるため、小型風力発電の安全性向上と発電量の増加をはかることができる。またこのための構成をハブ3のみで達成し、極めて簡単で小型に実現しているため、既に市販され設置されているプロペラ形風力発電機にも応用が可能である。 According to the present invention, it is possible to prevent the rotation speeds of the propellers 1 and 2 from entering a dangerous region in a strong wind without relying on a brake, so that power generation can be maintained even in a strong wind, and maximum in a weak wind. Since power can be generated with the efficiency of the above, it is possible to improve the safety of small wind power generation and increase the amount of power generation. In addition, since the configuration for this purpose is achieved only by the hub 3 and is extremely simple and compact, it can be applied to a propeller type wind power generator already on the market and installed.

1,2 プロペラ
3 ハブ
4 発電機
5 軸
6,33 ピン支持体
7、34 プロペラ支持体
8 ボス
9,10 プロペラ軸受け
11 ナット
12,13 プロペラ軸
14,15 レバー
16,17,18,19 溝
20,21,22,23 ピン
24 渦巻きばね
25、27 溝
26 ストッパー棒
28、35 ピニオンギヤ
29,30,31,32 ラックギヤ
34 プロペラ支持体
1,2 Propeller 3 Hub 4 Generator 5 Shaft 6,33 Pin Support 7,34 Propeller Support 8 Boss 9,10 Propeller Bearing 11 Nut 12,13 Propeller Shaft 14,15 Lever 16,17,18,19 Groove 20 , 21, 22, 23 Pin 24 Swirling spring 25, 27 Groove 26 Stopper rod 28, 35 Pinion gear 29, 30, 31, 32 Rack gear 34 Propeller support

Claims (4)

発電機軸と連結して回転する従動部材と、プロペラと連結して回転する駆動部材とを有し、前記従動部材と前記駆動部材との間を弾性体を介して連結し、前記プロペラが風によって受けるトルクによって前記弾性体の弾性力に抗して前記駆動部材と前記従動部材との間の角度がずれるようにし、この角度のずれに応じてプロペラのピッチが変わるようにしたプロペラ形風力発電機。 It has a driven member that rotates in connection with a generator shaft and a driving member that rotates in connection with a propeller. The driven member and the driving member are connected via an elastic body, and the propeller is connected by wind. A propeller-type wind power generator in which the angle between the driving member and the driven member is displaced by the torque received against the elastic force of the elastic body, and the pitch of the propeller is changed according to the deviation of the angle. .. 駆動部材としてプロペラをピッチ方向に回転可能に支持するプロペラ支持体を設け、従動部材としてピン支持体を設け、前記それぞれの支持体の間に回転方向に弾性力を与えるばねを設け、ピン支持体にピンを立設し、プロペラに固定され溝を有するレバーを設け、前記ピンをレバーの溝に挿入し、前記プロペラ支持体と前記ピン支持体との間の回転方向のずれによって前記レバーが回転し、プロペラのピッチを変化させるようにした請求項1記載のプロペラ形風力発電機。 A propeller support that rotatably supports the propeller in the pitch direction is provided as a driving member, a pin support is provided as a driven member, a spring that applies an elastic force in the rotational direction is provided between the respective supports, and the pin support is provided. A pin is erected on the propeller, a lever fixed to the propeller and having a groove is provided, the pin is inserted into the groove of the lever, and the lever rotates due to a deviation in the rotation direction between the propeller support and the pin support. The propeller-type wind power generator according to claim 1, wherein the pitch of the propeller is changed. 駆動部材としてプロペラをピッチ方向に回転可能に軸支するプロペラ支持体を設け、前記プロペラの軸にはピニオンギヤを設け、さらにこのプロペラ支持体にラックギヤを設け、従動部材としてピン支持体を設け、このピン支持体にラックギヤを設け、前記それぞれの支持体の間に回転方向に弾性力を与えるばねを設け、前記プロペラ支持体と前記ピン支持体との間の回転方向のずれによって2つのラックギヤと係合する前記ピニオンギヤが回転し、プロペラのピッチを変化させるようにした請求項1記載のプロペラ形風力発電機。 A propeller support that rotatably supports the propeller in the pitch direction is provided as a drive member, a pinion gear is provided on the shaft of the propeller, a rack gear is provided on the propeller support, and a pin support is provided as a driven member. A rack gear is provided on the pin support, a spring that applies an elastic force in the rotational direction is provided between the respective supports, and the two rack gears are engaged by a deviation in the rotational direction between the propeller support and the pin support. The propeller-type wind power generator according to claim 1, wherein the matching pinion gear rotates to change the pitch of the propeller. プロペラ支持体は一対の部材より構成され、ピン支持体も一対の部材より構成される請求項1記載のプロペラ形風力発電機。 The propeller-type wind power generator according to claim 1, wherein the propeller support is composed of a pair of members, and the pin support is also composed of the pair of members.
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