JP4417741B2

JP4417741B2 - 風力発電装置

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Publication number: JP4417741B2
Application number: JP2004038613A
Authority: JP
Inventors: 康巳木崎; 二三男滝本; 吉則山下
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: JP2005226616A

Description

本発明は、回転体の異常高速回転時にブレーキを作動するためのブレーキ用機械トリガ装置、同装置を用いたブレーキ装置、これらを適用した風車ブレーキ用機械トリガ装置および風車用ブレーキ装置を備えた風力発電装置に関するものである。

従来、比較的小容量の風力発電装置として固定ピッチ翼を有する縦軸型風車が知られている。この風車は例えば公園等の外灯、噴水や池のエアレーション用、各種ＰＲ公告搭、各種計測器、観測器、防災機器等の独立電源、さらに一般家庭のガーデニング電源等として好適であり、比較的コンパクトな構成とされている。

ところで、この風車が台風時のような暴風発生状況下で運転される場合には、風車が過度の高速で回転し、風車に直結している回転軸やその支持部等の構造部に破損を生じたり、規定容量を超えた電力供給により電気系統に異常を生じる可能性がある。

このため、風車等の回転体には異常高速回転を抑止するためにブレーキを備えることが必要であるが、従来一般的には風速計により異常風速を電気的に検出し、または回転体の回転速度を電磁的に検出し、電気信号に基づいてブレーキを操作する構成のものが多い。すなわち、小容量型風力発電装置等のブレーキには、電気ブレーキや油圧・空気圧を利用したディスクブレーキのような摩擦ブレーキ等が採用されており、これらのブレーキを風車の回転速度や風速の電気的検出値に基づいて制御している例が殆どである（例えば特許文献１，２等参照）。
特開２００１−２６８９９４号公報特開２００２−３０３２５５号公報

しかしながら、台風時のように強烈な突風を受け、風車が異常高速回転したような場合には、電気系統に故障が発生する可能性がある。そして、これによりブレーキ装置が不作動となり、異常高速回転によって風車ブレードや軸支持部等を破損する可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、回転体が異常高速回転した場合に電気系統に依存する必要なく機械的動作のみで確実に回転を停止させ、機器の安全を確保できるブレーキ用機械トリガ装置および同トリガ装置を用いたブレーキ装置を備えた風力発電装置を提供することを目的とする。

特に、本発明は、小容量型風力発電装置の風車回転が台風時等において異常高速となった場合であって、電気系の故障・異常が発生したような場合においても、風車を損傷させることなく安全かつ確実に停止することができる風車ブレーキ用機械トリガ装置および風車用ブレーキ装置として好適な構成を備えた風力発電装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明では、中空管状で下端にフランジを有する回転軸と、前記回転軸の上端に放射状に取付けられた複数の上部アームと、前記回転軸下端のフランジに放射状に取付けられた複数の下部アームと、前記上部アームおよび下部アームの外周端に取付けられた複数の縦型ブレードと、前記回転軸の内部に軸受を介してこの回転軸と同心に設けられた中空管状の静止軸と、前記回転軸の下端のフランジに取付けられた円筒状の垂下壁と、この垂下壁の内周に取付けられたロータと、前記静止軸外周であって前記ロータに対向する位置に取付けられたステータとで構成される発電機と、前記垂下壁の下端から外周に突出するブレーキディスクと、前記静止軸の下端に取付けられた板状のブレーキ支持台と、前記支持台上に設けられた支持部材を介して配置され、前記ブレーキディスクを上下から圧接して摩擦制動を行う一対のブレーキパッドと、前記各ブレーキパッドにはスプリングにて常時付勢されるプランジャが連結され、これらプランジャならびに前記スプリングを格納する空気室と、前記空気室に連結され、前記空気室内に空気を充填することにより前記ブレーキパッドを前記スプリングに抗して押圧し、前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクを離間するように空気を供給する配管と、前記ブレーキ支持台下端に前記静止軸と同心に取付けられた中空管状のポールと、前記静止軸の上端中央に設けられ、上下端に開口が形成されている弁箱と、前記弁箱内に上下動可能に収納され、上端が前記弁箱の上部開口から突出している弁体と、前記弁箱内に収納され、前記弁体を常時前記弁箱の上部開口を閉止するように上方へ付勢するスプリングと、前記弁箱の前記下部開口に連結され、前記弁箱内へ空気を充填する配管と、前記回転軸の上端にこの回転軸と同心に設けられ、上部中央に開口部を有する支持台と、前記支持台の開口部内に上下動自在に配置された垂直ロッドと、前記垂直ロッドを常時上方へ付勢するスプリングと、前記支持台であって、前記垂直ロッドに隣接して設けられたブラケットと、前記ブラケットの上端に支点軸をもって取付けられた逆Ｌ字型の回動レバーと、前記回動レバーの一端に取付けられ、前記垂直ロッドの上端と連結するリンクアームと、前記回動レバーの他端に取付けられた錘とを具備し、前記回転軸の回転により前記回動レバーの錘に発生する遠心力によって、前記垂直ロッドが下方へ押圧されることにより、前記垂直ロッドが前記弁体を押圧し、前記弁箱内に充填されている空気を前記弁箱の前記上部開口から解放されたことを検出して、前記プランジャならびにスプリングを格納する空気室内に充填されている空気を解放し、前記ブレーキパッドを前記ブレーキディスクに圧接して前記回転軸の回転を停止させることを特徴とする風力発電装置を提供する。

本発明では、前記ブレーキ用機械トリガ装置と、このブレーキ用機械トリガ装置によって起動されるブレーキとを備えたブレーキ装置であって、前記ブレーキは、バネ機構により制動力を得るとともに常時は空気圧系統からの空気圧により前記バネ機構の制動力を解除するバネ・空気圧式ブレーキとして、前記回転軸に設けられ、かつ前記空気圧系統から空気を排出し得る常閉の弁装置を備え、前記弁装置は、前記ブレーキ用機械トリガ装置における前記ロッドの前記一方向への移動によって開動作される弁体を備えたものとすることができる。

本発明では、垂直な回転軸の周囲に複数の縦型ブレードを環状に配置し、これらを一体回転可能とした風力発電用の縦軸型風車と、この風車の規定値を超える異常高速回転を機械的に検出する異常高速回転検出手段と、前記回転軸に設けられたブレーキに機械的動作による制動指令を出力する制動指令出力手段とを備えた風車ブレーキ用機械トリガ装置であって、前記異常高速回転検出手段は、前記風車の回転中心位置から変位した部位に支点を持ち、前記風車と一体に回転して遠心力の作用で当該回転軌跡の法線方向に向って先端側が回動し得る錘付きの回動レバーにより構成し、前記制動指令出力手段は、前記風車の回転中心位置に前記回転軸の軸心と同心配置で設けられ、前記回動レバーにリンクアームを介して連結されて前記回転軸の軸心に沿う一方向への押動力を受けて移動可能な制動指令出力用のロッドと、このロッドを前記一方向と相反する方向に一定の弾性力で付勢するスプリングとにより構成し、前記スプリングの弾性力を、前記風車の異常高速回転の閾値に対応する前記回動レバーから前記ロッドへの押動力と同等に設定し、前記風車が前記閾値を越えて異常高速回転した場合には、前記スプリングに設定した弾性力に抗して前記ロッドが前記一方向に移動し、前記ブレーキ制動指令が出力される構成を備えたものとすることができる。

本発明では、前記風車ブレーキ用機械トリガ装置と、この風車ブレーキ用機械トリガ装置によって起動されるブレーキとを備えた風車用ブレーキ装置であって、前記ブレーキは、バネ機構により制動力を得るとともに常時は空気圧系統からの空気圧により前記バネ機構の制動力を解除するバネ・空気圧式ブレーキとして、前記回転軸に設けられ、かつ前記空気圧系統から空気を排出し得る常閉の弁装置を備え、前記弁装置は、前記風車ブレーキ用機械トリガ装置における前記ロッドの前記一方向への移動によって開動作される弁体を備えたものとすることができる。

本発明では、前記レバーの錘は、位置調整可能、もしくは複数種類の重量のものと着脱交換可能に構成されているブレーキ用機械トリガ装置を備える。

本発明に係る風力発電装置によれば、機械的要素のみにより、回転体の異常高速回転を遠心力を利用して検出し、ブレーキを作動させる構成としたので、電気的手段を用いる場合と異なり、電気系統などの故障に拘わらずブレーキを作動することができ、異常高速回転による回転部の破損を確実に未然防止することができ、回転体の安全性を高めることができる。また、ブレーキ制動時にあってもブレードなどの回転機構自体を上下動させるような複雑な機構を必要とせず、回転軸、静止軸、発電機構などの既存の機構を利用してこれらを一部改良することで十分な効果を発揮させることを可能とした。

また、本発明に係る風力発電装置によれば、上述の機械トリガ装置からの機械的動作のみに基づく指令動作により、空気およびバネ作用を利用して回転体を異常高速回転時に確実に停止させることができる。

本発明に係る風力発電装置によれば、風車の台風時等の異常高速回転を検出してブレーキを作動させる手段を機械的要素のみにより構成したので、風速や風車回転数を電気的手段を用いて検出する場合と異なり、電気系統などの故障に拘わらずブレーキを作動することができ、異常高速回転による回転部の破損を確実に未然防止することができ、風車の安全性を高めることができる。

また、本発明に係る風力発電装置によれば、上述の機械トリガ装置からの指令動作に基づいて、空気およびバネ作用を利用して風車を異常高速回転時に確実に停止させることができる。特に風速計、風車回転数センサ等の計器や、それらの信号系等の電気系統設備を必要としないので、小型風力発電装置におけるブレーキ系統の構成が極めて簡素に実現でき、風車ブレーキとして最適である。

また、風車ブレーキ用機械トリガ装置の変位検出用のレバーに錘を位置調整可能、もしくは着脱可能に設けた構成の場合には、同一重量の錘の位置調整により、もしくは重量の異なる錘の選択的装着により、レバーの遠心力による変位を調整することができ、それにより停止すべき風車回転数を種々の値に設定することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、回転体として縦軸型固定ピッチ翼風車を適用し、この風車に設けられるブレーキ用機械トリガ装置およびこのトリガ装置を用いた風車ブレーキを有する風力発電装置について説明する。

なお、本実施形態の風力発電装置について概述すると、例えば地上またはビルディング等の建築物の屋上等に垂直に固定設置されたポールの上端部に、同心的配置で縦型固定ピッチ翼風車が設けられ、ポール内に配置されている風車の回転軸に設けられた発電機から、電気系統（蓄電器、負荷等）に発電電流を供給するようになっている。そして、風車の回転軸にバネ・空気圧式の風車ブレーキが設けられ、風車の略中心位置に、風車ブレーキを駆動するための機械トリガ装置が設けられている。

以下、風車ブレーキおよび風車ブレーキ用機械トリガ装置およびこれらの関連構成について詳述する。図１は、ブレーキ用機械トリガ装置の構成を示す拡大断面図であり、図２は、同トリガ装置およびブレーキを含めた風車全体の構成を示す断面図である。図３はブレーキ構造およびそのブレーキ駆動用の空気圧系統を示す説明図である。

まず、図２および図３によって風車構成について説明する。これらの図に示すように、回転体としての風車１は、縦軸型固定ピッチ風車の一つであるダリウス型風車とされており、垂直な中空管状の回転軸２の上下端部に放射状に連結された水平な複数本の上部アーム３および下部アーム４と、これら上部アーム３および下部アーム４の外周端側に冠状配置で設けられた縦長な複数本の固定ピッチ式ブレード５とを有している。すなわち、回転軸２の上下端部には水平な上下アーム３，４を介して、多数の縦軸型固定ピッチ翼としてのブレード５が設けられている。

この風車１は、地上またはビルディング等の建物屋上等に垂直に設置されるポール６の上端部に搭載されている。ポール６は中空な円管材により構成された支柱であり、例えば数ｍの高さを有している。このポール６の上端に、水平な基部フランジ７が一体に設けられている。

基部フランジ７上には、後述するブレーキの本体部分を支持するための大径な水平板状のブレーキ支持台８が載置固定され、さらにブレーキ支持台８の上に、風車１を支持するための垂直な管状の静止軸９が立上っている。この静止軸９の外周側に、上下１対の軸受、例えばボールベアリング１０ａ，１０ｂを介して風車１の回転軸２が同心的に支持されている。すなわち、静止軸９の上下端部の外周側にボールベアリング１０ａ，１０ｂが設けられ、これらボールベアリング１０ａ，１０ｂを介して静止軸９の外周側に回転軸２が同軸上で回転自在に支持されている。なお、これら静止軸９の上端と回転軸２の上端とは略同一高さとなっている。

次に、風車１に設けられたバネ・空気圧式ブレーキ１１の構成について説明する。図２に示すように、風車１の回転軸２の下端部には、風車１の下部アーム４を支持するための水平な風車下部フランジ１２が一体に設けられている。この風車下部フランジ１２の外周側から垂下する下端側が開口する筒状の回転側カバー１３と、ブレーキ支持台８の外周部から立上る上端側が開口する筒状の静止側カバー１４とにより、外部から遮蔽された一定範囲の空間が形成され、この空間がブレーキ室１５とされている。すなわち、固定構造物であるブレーキ支持台８の外周側が上端開放型の筒状の静止側カバー１４によって覆われている。そして、回転軸２の下端部に、静止側カバー１４の上側から外周を囲む回転側カバー１３が設けられている。

ブレーキ室１５内には、ブレーキディスク１６およびブレーキパッド１７等を有するバネ・空気圧式のブレーキ本体部１８が設けられている。ブレーキディスク１６は、風車下部フランジ１２の内径側の下側面から垂下する円筒状の垂下壁１９の下端から、外周側に向って突出する水平なディスクとして構成されており、風車１の回転軸２と一体回転する。このように、静止側カバー１４内におけるブレーキ支持台８の上にブレーキパッド１７が設けられ、このブレーキパッド１７を備えてバネ・空気圧式ブレーキ１１が構成されている。

なお、風車下部フランジ１２の内径側から垂下するブレーキディスク１６を有するリング状の垂下壁１９の内周側には、永久磁石等からなるロータ２０が設けられ、このロータ２０の内側には、静止軸９の外周側に突出した鍔状のステータ２１が、ロータ２０と対向する配置で設けられている。これらのロータ２０およびステータ２１により、発電機が構成され、図示省略の電気系統を介して蓄電器、負荷等に発生電力が供給される。

ブレーキパッド１７は、ブレーキディスク１６の上下面に圧接して摩擦制動作用を行うものであり、上側ブレーキパッドおよび下側ブレーキパッドからなる上下１対のものが１組として構成され、ブレーキディスク１６に対して周方向に間隔的に複数組配設されている。これらのブレーキパッド１７は、ブレーキ支持台８上に支持部材２２を介して固定保持されている。

このように、静止軸９の下部軸受１０ｂの下方部位外周側にリング状配置でステータ２１が設けられ、このステータ２１の外周側に位置して、回転軸２の下端側に設けられたロータ２０の下端側に、これと一体回転可能に水平板状のブレーキディスク１６が設けられた構成となっている。このブレーキディスク１６の上下面を挟む配置で、ブレーキ支持台８にブレーキパッド１７が設けられ、これらブレーキディスク１６とブレーキパッド１７とにより、風車ブレーキとしてのバネ・空気圧式ブレーキ１１が構成されている。

これにより、発電機を構成するロータ２０を回転軸２側、ステータ２１を静止軸９側に取付け、ロータ２０とともに回転するブレーキディスク１６をブレーキ支持台８に取付けたバネ・空気圧式ブレーキ１１で挟み込むことにより、回転する風車１を摩擦制動して停止させるようになっている。

図３には、ブレーキパッド１７の駆動部であるバネ・空気圧式シリンダ機構２３を拡大して示すとともに、空気配管等からなる空気圧系統２４を示している。

この図３に示すように、各組の上側ブレーキパッド１７および下側ブレーキパッド１７は、それぞれブレーキディスク１６の上方および下方に配置されたシリンダ２５内にピストン式プランジャ２６を介して昇降可能に支持されており、各シリンダ２５内に設けられた圧縮コイルスプリング等のバネ２７によってブレーキディスク１６に圧接する方向の弾性力が付与されている。

また、各シリンダ２５内には、プランジャ２６をブレーキディスク１６から離間する方向に駆動するための空気室２８が形成され、空気圧系統２４から各空気室２８へ空気圧を供給することにより、常時はブレーキパッド１７をブレーキディスク１６から離間させ、ブレーキ解除方向に付勢するようになっている。

空気圧系統２４は、空気圧源である空気タンク２９と、例えば手動操作用の電磁弁３０とを有している。そして、空気タンク２９から導かれる空気配管３１には、第１分岐部として、電磁弁用配管３２が分岐しており、この電磁弁用配管３２においては、電磁弁３０を必要に応じて手動操作することにより、空気圧を開放することできるようになっている。

空気配管３１は、第２分岐部としてブレーキ解除用配管３３およびトリガ用配管３４の二手の配管に分岐し、ここで分岐した一方の分岐管であるブレーキ解除用配管３３は、さらに多数に分岐してブレーキのシリンダ２５の空気室２８に連通して空気圧を作用させ、これにより常時ブレーキ解除状態となるようにしている。

このように、ブレーキにはバネ・空気式ブレーキ１１が採用されており、常時は空気圧によりブレーキ解除の状態となっている。そして、空気圧が一定値以下になるとブレーキ１１内部にあるバネ２７の力が空気圧に勝り、摩擦制動作用が行われる構成となっている。すなわち、常時は、配管３１〜３４内部あるいは空気タンク２９内の空気が一定値以上の圧力を保持してブレーキ解除状態となっており、電気系統が健全な状態においては、強風時等の回転上昇等の必要時に操作員等の手動操作等によって電磁弁を開操作し、系統内の空気を大気に排出させ、バネ２７の弾性作用によって任意にブレーキパッド１７をブレーキディスク１６に圧接させ、制動作用を行うことができる。

第２分岐部で分岐した他方の分岐管３４は、ポール６の内部に導入され、さらに上方に向って延び、静止軸９の内部に挿通されて風車の上端部まで達し、その先端には、下記の風車ブレーキ用機械トリガ装置３５によって操作される弁装置３６に連結されている。

以下、図１の拡大断面図を参照して、風車ブレーキ用機械トリガ装置３５およびそれにより自動操作される弁装置３６等の構成および作用について説明する。

図１に示すように、本実施形態の風車ブレーキ用機械トリガ装置３５は、回転軸２の上端部に載置固定された支持台３７上に設けられ、かつ回転軸の上端に設けたカバー３８によって覆われている。すなわち、ブレーキ用トリガ装置３５は風車装置の最上部に設置されている。この機械トリガ装置３５は、風車１に設置された規定値を超える異常高速回転を機械的に検出する異常高速回転検出手段３９および回転軸２に設けられたブレーキに機械的動作による制動指令を出力する制動指令出力手段４０とを備えて構成される。

異常高速回転検出手段３９は、風車１の回転中心位置Ｏから変位した部位に支点を持ち、風車１と一体に回転して遠心力の作用で当該回転軌跡の法線方向ａに向って先端側が回動し得る錘付きの回動レバー４２により構成される。

すなわち、支持台３７の上には、風車１の回転中心位置Ｏから若干変位した部位にブラケット４３が設けられ、このブラケット４３に水平な支点軸４４が設けられている。この支点軸４４にＬ字形の回動レバー４２の中間部が回動自在に支持されており、回動レバー４２の一方の先端は下方に向って垂下する状態となり、他方の先端は横向きとなる。この横向きの他方の先端が、風車１の回転中心位置Ｏに配置される。

また、制動指令出力手段４０は、風車１の回転中心位置Ｏに、回転軸２の軸心と同心配置で設けられた制動指令出力用の垂直なロッド４５を有している。このロッド４５の上端は、回動レバー４２の他方の先端にリンクアーム４６および連結ピン４７，４８を介して連結されて回転軸２の軸心に沿う一方向、すなわち下方への押動力を受けて下向きに移動可能とされている。このロッド４５は、移動方向、すなわち下方と相反する方向（上方）に一定の弾性力で付勢されている。

また、弁装置３６は、静止軸９の上端部に固定支持されており、空気圧系統２４の空気配管３４の先端に配設されている。この弁装置３６は、風車１の回転中心位置Ｏ、すなわちロッド４５と垂直方向位置が一致する部位に弁体３６ａを有している。この弁体３６ａは、上下方向に弁孔が開口する縦長筒状の弁箱３６ｂ内に上下動可能に収納されており、下方から弁スプリング３６ｃによって上向きに付勢されて常閉となっている。

そして、弁体３６ａの上端が図１に示した常閉状態において、弁箱３６ｂから上方に突出しており、この弁体３６ａがロッド４５に対向して接近配置され、ロッド４５が回動レバー４２の回動によって押し下げられた場合に、そのロッド４５の下端が弁体３６ａの上端に当接して押し下げ可能、すなわち弁開状態とするようになっている。

これにより、ロッド４５が弁体３６ａに押し下げられて弁装置３６が開となった場合には、空気配管３４内の加圧空気は大気に排出され、空気圧系統３３内の空気圧が低下し、バネ・空気式ブレーキ１１において、空気圧が一定値以下になり、ブレーキ１１内部のバネ２７の弾性力が空気圧に勝り、摩擦制動作用が行われて風車１の回転が停止する。

次に、ブレーキ用機械トリガ装置３５の動作原理について説明する。上述したロッド４５を上向きに付勢するスプリング４９の弾性力は、風車１の異常高速回転の閾値に対応する回動レバー４２からロッド４５への押動力と同等に設定される。常時はスプリング４９の力によりロッド４５を上方向に持上げようとする力Ｆ１が作用している。

一方、風車１が回転すると、回動レバー４２の一方の先端部の錘４１に回転速度の２乗に比例した遠心力Ｆ２‘が風車回転の法線方向に作用し、回動レバー４２およびリンクアーム４６を介してロッド４５を下方向に押し下げようとする力Ｆ２が作用する。

ここでＦ１＞Ｆ２の場合はバルブを操作するロッドは現状を維持する。一方、風車１の回転速度が異常に高くなり、Ｆ１＜Ｆ２となる場合には、ロッド４５が下方向に移動する。すなわち、閾値はＦ１＝Ｆ２となる値に設定される。この閾値を越えてＦ１＜Ｆ２となった場合には、ロッド４５が下降し、弁装置３６の中心に配置されている弁体３６ａを押し下げ、弁装置３６を開操作させる。これにより、バネ・空気圧式ブレーキ１１による制動が行われ、風車１の回転が停止する。

なお、上述したＦ２の力は、回動レバー４２の一方の先端に取付けられている錘４１の重量により容易に調整することができる。また、遠心力Ｆ２‘（Ｆ２）は回転速度の２乗に比例することから、任意の風車回転速度上昇時に機械的に弁装置３６の開操作を行わせることが可能となる。

以上のように、風車１が閾値を越えて異常高速回転した場合には、スプリング４９に設定した弾性力に抗してロッド４５が一方向（下方）に移動し、ブレーキ制動指令が出力されて風車回転停止となる。

なお、レバーの錘は、位置調整可能、もしくは複数種類の重量のものと着脱交換可能に構成されている。

以上のように、本実施形態においては、ブレーキ装置が、風車ブレーキ用機械トリガ装置３５と、この風車ブレーキ用機械トリガ装置３５によって起動されるブレーキとを備えており、ブレーキは、バネ機構により制動力を得るとともに常時は空気圧系統２４からの空気圧によりバネ機構の制動力を解除するバネ・空気圧式ブレーキ１１として回転軸２に設けられている。また、空気圧系統２４から空気を排出し得る常閉の弁装置３６を備え、この弁装置３６は、風車ブレーキ用機械トリガ装置３５におけるロッド４５の一方向への移動によって開動作される弁体３６ａを備えた構成とされている。

したがって、電気系故障時等の異常時において風車１が異常高速回転したような場合でも、自動的に、確実に回転を停止することができる。すなわち、ブレーキにバネ・空気式ブレーキ１１において、常時は空気圧によりブレーキ解除の状態となっており、空気圧が一定値以下になるとブレーキ内部にあるバネ２７の力が空気圧に勝り、ブレーキが確実に起動して制動機能を発揮することができる。

なお、常時においては、空気配管３１，３４等の内部あるいは空気タンク２９内の空気が一定値以上を保持してブレーキ解除状態となっており、強風時の回転上昇等の必要時には電磁弁３０を操作することにより、系統内の空気を排気させてバネ・空気式ブレーキ１１による制動作用を行うことができる。

以上の実施形態によれば、電気系の故障異常時に機械系動作により風車を損傷させることなく安全に停止することが可能となり、小容量型小容量型風力発電装置の風車非常停止用として好適なものとなる。

また、回転体の回転速度に基づいて機械的動作のみにより直接的かつ自動的に異常高速回転を検出してブレーキを作動することができるので、電気系統などの他の手段を必要としない。したがって、簡素な構成で確実なブレーキ操作が行え、電気系統などの故障に拘わらずにブレーキを作動することができ、異常高速回転による回転部の破損を確実に未然防止することができ、安全性を高めることができる。

また、錘４１を交換することにより、容易に風車１のブレーキ作動回転数の設定値を変更することができる。なお、図示しないが錘の配置を例えば支点側に移動調整することにより、遠心力を調整する構成としてもよい。このような構成によっても、上記同様の機能を得ることが可能である。

また、本実施形態によれば、ブレーキ装置を含め、全て機械的手段により構成されるので、電気系統などを全く利用する必要がなく、発電エネルギの有効利用という観点においても利点が得られる。

さらに、風速計、風車回転数センサ等の計器や、それらの信号系等の電気系統設備を必要としないので、小型風力発電装置におけるブレーキ系統の構成が極めて簡素に実現でき、風車ブレーキ用トリガ装置として最適である。

また、ある程度の危険領域で制動して低速回転とする電気的ブレーキ等と併用設置することもでき、その場合には安全用停止装置として機能させることもできる。

なお、以上の実施形態においては、ダリウス型風車を例として説明したが、縦軸型固定ピッチ風車であれば、ダリウス型以外の各種型式の風車に適用できることは勿論である。

また、風車以外の回転機構における回転体のブレーキ装置およびブレーキ用機械トリガ装置として実施することもできる。

本発明の一実施形態による風力発電装置のブレーキ用機械トリガ装置の構成を示す拡大断面図。本発明の一実施形態による風力発電装置のトリガ装置およびブレーキを含めた風車全体の構成を示す断面図。本発明の一実施形態による風力発電装置のブレーキ構造およびそのブレーキ駆動用の空気圧系統を示す説明図。

符号の説明

１風車
２回転軸
３上部アーム
４下部アーム
５ブレード
６ポール
７基部フランジ
８ブレーキ支持台
９静止軸
１０ａ，１０ｂボールベアリング
１１バネ・空気圧式ブレーキ
１２風車下部フランジ
１３回転側カバー
１４静止側カバー
１５ブレーキ室
１６ブレーキディスク
１７ブレーキパッド
１８ブレーキ本体部
１９垂下壁
２０ロータ
２１ステータ
２２支持部材
２３バネ・空気圧式シリンダ機構
２４空気圧系統
２５シリンダ
２６プランジャ
２７バネ
２８空気室
２９空気タンク
３０電磁弁
３１〜３４配管
２５シリンダ
３５風車ブレーキ用機械トリガ装置
３６弁装置
３６ａ弁体
３６ｂ弁箱
３６ｃ弁スプリング
３７支持台
３８カバー
３９異常高速回転検出手段
４０制動指令出力手段
４１錘
４２回動レバー
４３ブラケット
４４支点軸
４５ロッド
４６リンクアーム
４７，４８連結ピン
４９スプリング

Claims

中空管状で下端にフランジを有する回転軸と、
前記回転軸の上端に放射状に取付けられた複数の上部アームと、
前記回転軸下端のフランジに放射状に取付けられた複数の下部アームと、
前記上部アームおよび下部アームの外周端に取付けられた複数の縦型ブレードと、
前記回転軸の内部に軸受を介してこの回転軸と同心に設けられた中空管状の静止軸と、
前記回転軸の下端のフランジに取付けられた円筒状の垂下壁と、
この垂下壁の内周に取付けられたロータと、前記静止軸外周であって前記ロータに対向する位置に取付けられたステータとで構成される発電機と、
前記垂下壁の下端から外周に突出するブレーキディスクと、
前記静止軸の下端に取付けられた板状のブレーキ支持台と、
前記支持台上に設けられた支持部材を介して配置され、前記ブレーキディスクを上下から圧接して摩擦制動を行う一対のブレーキパッドと、
前記各ブレーキパッドにはスプリングにて常時付勢されるプランジャが連結され、これらプランジャならびに前記スプリングを格納する空気室と、
前記空気室に連結され、前記空気室内に空気を充填することにより前記ブレーキパッドを前記スプリングに抗して押圧し、前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクを離間するように空気を供給する配管と、
前記ブレーキ支持台下端に前記静止軸と同心に取付けられた中空管状のポールと、
前記静止軸の上端中央に設けられ、上下端に開口が形成されている弁箱と、
前記弁箱内に上下動可能に収納され、上端が前記弁箱の上部開口から突出している弁体と、
前記弁箱内に収納され、前記弁体を常時前記弁箱の上部開口を閉止するように上方へ付勢するスプリングと、
前記弁箱の前記下部開口に連結され、前記弁箱内へ空気を充填する配管と、
前記回転軸の上端にこの回転軸と同心に設けられ、上部中央に開口部を有する支持台と、
前記支持台の開口部内に上下動自在に配置された垂直ロッドと、
前記垂直ロッドを常時上方へ付勢するスプリングと、
前記支持台であって、前記垂直ロッドに隣接して設けられたブラケットと、
前記ブラケットの上端に支点軸をもって取付けられた逆Ｌ字型の回動レバーと、
前記回動レバーの一端に取付けられ、前記垂直ロッドの上端と連結するリンクアームと、
前記回動レバーの他端に取付けられた錘とを具備し、
前記回転軸の回転により前記回動レバーの錘に発生する遠心力によって、前記垂直ロッドが下方へ押圧されることにより、前記垂直ロッドが前記弁体を押圧し、前記弁箱内に充填されている空気を前記弁箱の前記上部開口から解放されたことを検出して、前記プランジャならびにスプリングを格納する空気室内に充填されている空気を解放し、前記ブレーキパッドを前記ブレーキディスクに圧接して前記回転軸の回転を停止させることを特徴とする風力発電装置。