JP5430724B2 - 風力発電用風車 - Google Patents
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Description
本発明は、一定速度を超える風が吹いたときに、ブレードのピッチ角を大きくして風車の回転を制御する風力発電用風車に関する。
風力発電用風車では、強風で風車の回転速度が過大となりダメージを生ずる事態を防止するため、風車の各ブレードにおける、風と垂直な面からのブレード軸周りの傾き(ピッチ)を強風時に大きくするピッチ制御機構が設けられている。ピッチ制御機構としては、油圧駆動のアームを介してブレードを押すものや、電気駆動のパワーシリンダを用いたものや、風速計と連動して電気制御するもの等が知られている。
本発明は、以上のような問題点についてなされたものであり、簡素な構成ありながら、強風に対してもブレードや発電機が損傷することを防止することができる風力発電用風車を提供することを目的とする。
本発明に係る風力発電用風車は、ハブと、ブレードと、上記ブレードが取り付けられるブレード軸と、上記ハブにねじ止めによって固定される、上記ブレード軸が挿通されるスリーブと、上記スリーブの外周に配設され、一端が上記ブレード軸に固定され、他端が上記スリーブ又はハブに固定される巻ばねとを備え、上記ブレード軸は、上記スリーブとの間に回転円滑材が介在され、上記ブレード軸の上記ハブ側の端部には軸取付部が形成され、該軸取付部は、上記ハブに形成された上記軸取付部の挿通孔より大径の抜け止め部材により位置決めされ、上記ブレード軸のブレード側の端部には貫通孔が形成され、該貫通孔には下げ止め部材が挿通され、上記ブレードは、上記巻ばねの付勢力によって、上記巻ばねの巻き方向に回動付勢されて基本姿勢に保持されており、所定以上の風圧を受けると、上記巻ばねの付勢力に抗して、風向きに対して垂直な面に対する上記ブレードの上記ブレード軸の軸回りの傾き(ピッチ角)が大きくなる。
なお、上記ブレード軸と上記スリーブとの間にはベアリング又は真鍮メタル等の回転円滑材を介在させることで、円滑にスリーブに対してブレード軸を回動させることができる。
本発明は、巻ばねを用いる簡単な構成で、ブレードのピッチ角を制御することができ、所定以上の風圧を受けたときにも、ピッチ角が大きくなることで、過回転が防止され、ブレード3や発電機が損傷することを防止することができる。
以下、本発明を適用した風力発電用風車について、図面を参照して説明する。
図1に示すように、本発明が適用された風力発電用風車1は、一般に、増速機や発電機等を収納したナセル4の増速機と接続された回転軸に設けられたハブ2と、ハブ2に複数取り付けられるブレード3,3,3とを備えている。風力発電は、発電機の能力(定格出力)が限られているため、一定速度を超える風が吹いた時には、風車による出力(回転)を制御する必要がある。そこで、各ブレード3の付け根部分、すなわちハブ2との接続部分には、ピッチ制御機構11が設けられている。このピッチ制御機構11は、台風等で風速が速いとき、風車の回転を下げて、回転速度が過大となりブレードや発電機が損傷することを防止する。
図2及び図3に示すように、ピッチ制御機構11は、ハブ2と各ブレード3との間に設けられるものであって、ブレード3が取り付けられるブレード軸12と、ハブ2に一体に設けられるスリーブ13と、ブレード3を付勢する付勢部材となる巻ばね14とを有している。
ブレード軸12は、一端側に、ブレード3を取り付けるブレード取付部15が設けられている。例えば、ブレード取付部15は、取付具15aに複数の取付孔15bが形成されており、固定ボルト等の固定部材15cを取付孔15bにねじ込むことによって固定される。勿論、取付具15aには、ブレード3を溶接等によって固定しても良い。ここでは、ブレード3の一方の長辺に沿うような位置において、ブレード3がブレード取付部15に固定されている。なお、ブレード3の取付は、周知の構成で固定可能であり、上記の例の他に、ブレード3をコ字状の取付具で挟み込むようにして、接着剤やねじや溶接等を用いて取付具に固定するようにしても良い。
また、ブレード軸12には、一端側において、巻ばね14の一端部が係止されるばね係止部16が形成されている。ばね係止部16aは、例えば孔部であり、巻ばね14の一端部が挿入係止される。勿論、ばね係止部16aは、巻ばね14の一端部が係止されるフック等であっても良い。
更に、ブレード軸12には、他端側に、ハブ2への軸取付部17が形成されている。軸取付部17は、例えばネジ部であり、ハブ2に形成された挿通孔18に挿通される。軸取付部17は、ハブ2の内部において、挿通孔18より大径の抜け止めとなるナット等の抜け止め部材19は締め付けられる。なお、ブレード軸12には、他端側の先端部に、貫通孔21aが形成され、ナットの弛み止めとなる割りピンや、スプリングピン等のピン21が貫通孔21aに挿通されている。勿論、抜け止め部材19には、弛み止め機能を備えたナットを用いても良い。
以上のようなブレード軸12は、防錆性に優れた例えばステンレス製のスリーブ13内に挿入される。このスリーブ13とブレード軸12との間には、ボールベアリング22,22が設けられており、スリーブ13内を、ブレード軸12が回動するようになっている。スリーブ13は、ブレード軸12の他端側において、ハブ2に、接着剤や溶接やねじ止め等によって固定されている。スリーブ13のブレード3側は、ブレード軸12を貫通した下げ止めピン23の両端部が係止され、ブレード軸12の下げ止めがなされている。
スリーブ13の外周には、巻ばね14が巻挿されている。巻ばね14の一端部は、ブレード軸12の一端側のばね係止部16aに係止され、他端部は、ハブ2のばね係止部16bに係止されている。なお、巻ばね14の他端部は、ハブ2と一体的なスリーブ13に係止するようにしても良い。この巻ばね14は、常時、スリーブ13に対して回転自在のブレード軸12に取り付けられたブレード3を、巻ばね14の巻き線の巻き方向(矢印D1方向)に回動付勢している。ブレード3が通常の姿勢にあるときは、風向に対して垂直な面に対する上記ブレードの上記ブレード軸の軸回りの傾き(ピッチ角)が10°程度となっている。
以上のような風力発電用風車1は、一般に、風速1.5m/秒程度でカットインし、風車が回転しだし、風速25m/秒程度でカットアウトし、風車が止まる仕様となっている。強風の状態でない通常の風環境のときにおいて、ブレード3は、図4及び図6(A)に示すように、巻ばね14の付勢力によって巻き方向(矢印D1方向)に回動付勢されており、ピッチ角も小さく、例えば10°程度となっている。したがって、風力発電用風車1は、風を受けて通常の回転数で回転する。
一方、風速25m/秒を超える強風のときには、図5及び図6(B)に示すように、ブレード3は、風圧によって押され、巻ばね14がスリーブ13を締め付けるような方向に変位して、巻ばね14の付勢力に抗して矢印D2方向に回動する。これにより、ブレード3は、ピッチ角が例えば90°程度にまで大きくなり、揚力が小さくなることにより、風車1は、回転数を落とすことができる。これにより、風力発電用風車1は、過回転が防止され、ブレード3や発電機が損傷することを防止することができる
なお、本発明は、水平軸風車の中でもプロペラ型に好適に適用可能であり、適用の際、ブレードの枚数は、2枚でも3枚でも良く、特に限定されるものではない。更に、ここでのピッチ制御機構11で用いる巻ばね14としては、右巻き、左巻きの何れでも良く、また、直巻であっても、荒巻きであってもよい。このように、巻ばねの種類やばね特性を調整することによって、例えば、風速に応じて漸次ピッチ角を制御するようにしても良く、この場合には、風車の回転数を安定させることができる。
1 風力発電用風車、2 ハブ、3 ブレード、4 ナセル、11 ピッチ制御機構、12 ブレード軸、13 スリーブ、14 巻ばね、15 ブレード取付部、15a 取付孔、15b 取付孔、15c 固定部材、16a 係止部、16b 係止部、17 軸取付部、18 挿通孔、19 抜け止め部材、21 ピン、21a 貫通孔、22 ボールベアリング、D1 付勢方向、D2 反付勢方向
Claims (1)
- ハブと、
ブレードと、
上記ブレードが取り付けられるブレード軸と、
上記ハブにねじ止めによって固定される、上記ブレード軸が挿通されるスリーブと、
上記スリーブの外周に配設され、一端が上記ブレード軸に固定され、他端が上記スリーブ又はハブに固定される巻ばねとを備え、
上記ブレード軸は、上記スリーブとの間に回転円滑材が介在され、
上記ブレード軸の上記ハブ側の端部には軸取付部が形成され、該軸取付部は、上記ハブに形成された上記軸取付部の挿通孔より大径の抜け止め部材により位置決めされ、
上記ブレード軸のブレード側の端部には貫通孔が形成され、該貫通孔には下げ止め部材が挿通され、
上記ブレードは、上記巻ばねの付勢力によって、上記巻ばねの巻き方向に回動付勢されて基本姿勢に保持されており、
所定以上の風圧を受けると、上記巻ばねの付勢力に抗して、風向きに対して垂直な面に対する上記ブレードの上記ブレード軸の軸回りの傾き(ピッチ角)が大きくなる風力発電用風車。
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