JP4411063B2 - 発電用水平軸型風車の回転数制御機構 - Google Patents

Description

本発明は、発電用水平軸型風車の回転数制御機構に関する。

例えば、プロペラ型風車を用いた小型の風力発電機では、強風でプロペラの回転数が必要以上に高くなってしまうと、発電量が過大となって、発電部への負荷が大きくなりすぎることから、それを抑制する目的で、電気的制御や、風車の向きを変えるなどの方法により、強風時に風車の回転数が一定以上に上昇しないように制御することが行われている。

しかしながら、電気的制御は停電やバッテリー切れなどによって動作しなくなることがあるし、風車の向きを変えてしまうのでは、発電の継続が妨げられるという問題がある。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、強風時に、電気を使わず、しかも、発電を継続しつつ、回転数の上昇を抑えることができる、発電用水平軸型風車の回転数制御機構を提供することを課題とする。

上記の課題は、ブレードが半径線方向において先端側ブレード部と基端側ブレード部とに分割されると共に、基端側ブレード部がブレードの受風面積を減少させるように先端側に移動可能に備えられ、かつ、
風車の回転数が所定の回転数を越えたとき、基端側ブレード部が遠心力で先端側に移動するようになされていることを特徴とする、発電用水平軸型風車の回転数制御機構によって解決される。

この制御機構では、強風で風車の回転数が所定の回転数を越えたとき、基端側ブレード部が遠心力で先端側に移動し、ブレードの受風面積が減少するようになされているので、ブレードの受風面積の減少によって、強風による風車の回転数の上昇を抑えることができる。しかも、その動作は、遠心力による基端側ブレード部の先端側への移動によって行われるようになされているから、回転数の制御は自動で行われ、しかも、電気を必要としない。加えて、強風で基端側のブレード部が移動した後も、先端側のブレード部分が風を受けるから、風車は回転を続けることができ、発電を継続することができる。

上記の回転数制御機構において、基端側ブレード部を基端側に付勢する付勢手段が備えられ、風車の回転数が所定の回転数以下となったとき、基端側ブレード部が付勢手段による付勢力でブレードの基端側に復帰するようになされているのもよい。

この場合は、風速が低下して風車の回転数が落ちると、付勢手段による付勢力が遠心力に勝って基端側ブレード部を原位置に復帰させ、ブレードの受風面積が増加し、効率の良い発電が再開される。しかも、この復帰動作は、付勢手段による付勢力と遠心力のつり合い関係によって自動で行われるようになされているので、復帰動作に電気を必要としない。

本発明は、以上のとおりのものであるから、強風時に、電気を使わず、しかも、発電を継続しつつ、回転数の上昇を抑えることができる。また、風速が低下すると、電気を使わずに自動で効率の良い発電を再開することができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１に示す実施形態の発電用水平軸型風車１は、プロペラ型風車からなり、プロペラ２は半径線方向に延ばされた複数本のブレード３…を備え、各ブレード３は、半径線方向において先端側ブレード部４と基端側ブレード部５とに分割されている。そして、先端側ブレード部４とローターヘッド６の側とは軸部７で一体的に連結されていると共に、先端側ブレード部４内には、基端側に開口する空所８が備えられており、基端側ブレード部５が軸部７に案内されてブレード３の基端側から先端側に移動し先端側ブレード部４の空所８内に入り込むことで、ブレード３の受風面積が減少する一方、先端側ブレード部４の空所８内から出て基端側に移動することで、ブレード３の受風面積が増加するようになされている。

そして、基端側ブレード部５の先端部と、先端側ブレード部４の空所８の奥底部との間には、基端側ブレード部５をブレード３の基端側に付勢する付勢手段としてのバネ９が介設されている。

このバネ９の付勢力は、図２（イ）及び図３（イ）に示すように、風車１の回転数が許容範囲内の回転数であるときは、基端側ブレード部５をブレード３の基端側に位置保持し、図２（ロ）及び図３（ロ）に示すように、強風で風車１の回転数が許容限度の所定の回転数を超えたときは、基端側ブレード部５の遠心力に負けて、先端側への基端側ブレード部５の移動を許容するような大きさに設定されている。

上記の回転数制御機構では、風速が許容範囲内のものであるときは、図２（イ）及び図３（イ）に示すように、バネ９の付勢力で基端側ブレード部５はブレード３の基端側に位置保持され、通常の効率の良い発電が行われる。

そして、図２（ロ）及び図３（ロ）に示すように、強風でプロペラ２の回転数が許容限度の所定の回転数を越えたとき、各ブレード３の基端側ブレード部５が遠心力で先端側ブレード部４の空所８内に入り込んで、ブレード３の受風面積が減少し、それによって、強風による風車１の回転数の過度の上昇が抑えられる。その場合に、各ブレード３は、受風面積を減少させるだけで、先端側ブレード部４は風を受けることができるので、プロペラ２の回転が停止してしまうことはなく、強風下においても、無理のない範囲で効率の良い発電が継続される。もちろん、この切換えは、プロペラ２の回転による基端側ブレード部５の遠心力を利用して行われるものであるから、切換えのタイミングや動作に電気を必要としない。

また、強風がおさまり風速が低下してくると、各ブレード３の基端側ブレード部５に作用する遠心力が低下していき、バネ９の付勢力が各ブレード３の基端側ブレード部５の遠心力に勝って、図２（イ）及び図３（イ）に示すように、基端側ブレード部５がバネ９の付勢力で先端側ブレード部４の空所８から出て基端側に復帰し、ブレード３の受風面積が増加し、もとの効率の良い発電が再開される。この復帰動作への切換えも、プロペラ２の回転による基端側ブレード部５の遠心力とバネ９の付勢力とのつり合い関係を利用して自動で行われるものであるから、切換えのタイミングや動作に電気を必要としない。

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、基端側ブレード部をブレードの先端側から基端側へと復帰させるための付勢手段を備えさせた場合を示しているが、かかる付勢手段は省略されてもよい。即ち、強風でプロペラ２の回転数が許容限度の一定回転数を越えたとき、基端側ブレード部５が摩擦力やロック力等のその他の位置保持手段による位置保持力に勝って先端側に移動するが、風速が低下しても基端側に自ら復帰はしない回転数制御機構に構成されていてもよい。

実施形態の風車を示すもので、図（イ）はブレードの断面正面図、図（ロ）はプロペラの正面図である。 図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ、同風車における回転数制御機構の作動状態を示す断面正面図である。 図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ、同風車のプロペラの作動状態を示す断面正面図である。

符号の説明

１…プロペラ型風車（水平軸型風車）
３…ブレード
４…先端側ブレード部
５…基端側ブレード部
９…バネ（付勢手段）

Claims (2)

1. ブレードが半径線方向において先端側ブレード部と基端側ブレード部とに分割されると共に、基端側ブレード部がブレードの受風面積を減少させるように先端側に移動可能に備えられ、かつ、
   風車の回転数が所定の回転数を越えたとき、基端側ブレード部が遠心力で先端側に移動するようになされていることを特徴とする、発電用水平軸型風車の回転数制御機構。
2. 前記基端側ブレード部を基端側に付勢する付勢手段が備えられ、風車の回転数が所定の回転数以下となったとき、基端側ブレード部が付勢手段による付勢力でブレードの基端側に復帰するようになされている請求項１に記載の発電用水平軸型風車の回転数制御機構。

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