JP5689360B2 - 風力発電装置の風車及び風力発電装置 - Google Patents
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Description
風力を受けて所定の回転軸周りを一定回転方向に回転する風力発電装置の風車であって、
回転軸の回転軸線方向からの風力を受けて回転するよう該回転軸周りに2以上設けられ、該回転軸に対し径方向外向きに延出する翼と、
翼を、風力を受けた場合にその受風面の幅方向が風平行寄りとなるよう押圧力を受ける形で、なおかつその受風面の幅方向と回転軸の回転軸線方向とのなす角度が可変可能となる形で、回転軸に対し固定される翼固定部と、
風力が所定の微風レベルを下回る場合に、その風力を受ける翼を、その幅方向が最も風平行寄りとなる所定の初期回転用角度位置側へと付勢する付勢手段と、風力が微風レベルを上回った場合に、遠心力が翼に加わるその風力による押圧力と付勢手段の付勢力とに打ち勝つことにより自らを外方に変位させつつ翼が風直交寄りに可変するようリンク機構を介して翼に連結する錘部材と、を備え、風力が所定の強風レベルに達した場合には、翼を幅方向が初期回転用角度位置よりも風直交寄りとなる所定の高速回転用角度位置に到達させるとともに、風力がその強風レベルをさらに上回った場合には、その風力による押圧力と付勢手段の付勢力とが遠心力に打ち勝って錘部材を内方に押し戻すことにより、翼を幅方向が風平行寄りとなるよう押し戻す翼角度調整機構と、
を備えることを特徴とする。
回転軸の回転軸線方向からの風力を受けて回転するよう該回転軸周りに2以上設けられ、該回転軸に対し径方向外向きに延出する翼と、
翼を、風力を受けた場合にその受風面の幅方向が風平行寄りとなるよう押圧力を受ける形で、なおかつその受風面の幅方向と回転軸の回転軸線方向とのなす角度が可変可能となる形で、回転軸に対し固定される翼固定部と、
風力が所定の微風レベルを下回る場合に、その風力を受ける翼を、その受風面の幅方向が最も風平行寄りとなる所定の初期回転用角度位置側へと付勢する付勢手段と、風力が微風レベルを上回った場合に、遠心力が、翼に加わるその風力による押圧力と付勢手段の付勢力とに打ち勝つことにより自らを外方に変位させつつ翼が風直交寄りに可変するようリンク機構を介して翼に連結する錘部材と、を備え、風力が所定の強風レベルに達した場合には、錘部材がリンク機構により定められた最外位置に達して遠心力が最大となって、翼を、その受風面の幅方向が初期回転用角度位置よりも風直交寄りとなる所定の高速回転用角度位置に到達させるとともに、風力がその強風レベルをさらに上回った場合には、その風力による押圧力と付勢手段の付勢力とが、その最大となった遠心力に打ち勝って錘部材を内方に押し戻すことにより、受風面の幅方向が風平行寄りとなるよう翼を押し戻して、翼の回転速度を減速させる翼角度調整機構と、
を備えることを特徴とすることができる。
回転軸の回転軸線方向からの風力を受けて回転するよう該回転軸周りに2以上設けられ、該回転軸に対し径方向外向きに延出する翼と、
翼を、風力を受けた場合にその受風面の幅方向が風平行寄りとなるよう押圧力を受ける形で、なおかつその受風面の幅方向と回転軸の回転軸線方向とのなす角度が可変可能となる形で、回転軸に対し固定される翼固定部と、
風力が所定の微風レベルを下回る場合に、その風力により、翼を、その受風面の幅方向が最も風平行寄りとなる初期回転用角度位置に保持させる一方、風力が所定の強風レベルに達した場合には、翼を、その受風面の幅方向が初期回転用角度位置よりも風直交寄りで、なおかつ回転軸線方向からの風力を受けて一定回転方向とは逆方向の回転力が生じない高速回転用角度位置に到達させるとともに、風力が強風レベルをさらに上回った場合には、翼を、その受風面の幅方向が高速回転用角度位置に対し初期回転用角度位置とは逆側となる、逆方向の回転力が生ずる回転減速用角度範囲へと到達させ、当該逆方向の回転力によって翼の回転速度を減じて錘部材の遠心力を減じることにより、翼を再度高速回転用角度位置側へと押し戻す翼角度調整機構と、
を備えることを特徴とすることができる。
回転軸と同軸をなし、かつ一定回転方向において、回転軸が増速している場合には該回転軸と一体回転状態となって自身も増速回転し、回転軸が減速している場合には該回転軸から切り離されて慣性回転するように1方向クラッチを介して配置されるフライホイールと、
フライホイールと同軸をなして一体回転するよう配置されたロータを有し、フライホイールの回転に伴う該ロータの回転により電力を生成する発電手段と、
を備えることを特徴とする。
この段階となると、対向するマグネット(磁性部材)340a,340bの対向間距離が小さくなってくるため、付勢力FMは、徐々に付勢力としての機能を有する程度に大きくなってくる。
2 回転軸
21,200 ナセル
221A 軸固定部の前端部
221B 軸固定部の後端部
221h 貫通孔
22 ハブ
221 軸固定部
2x 回転軸線
2w 受風方向
3 風車
30 ブレード(翼)
30w 受風面
31 筒状風洞部(ダクト)
300 角度調整機構(翼角度調整機構)
33 ブレード固定部(翼固定部)
33A,33B 固定部
33Z 回転支軸
34 付勢手段
35 錘部材
36 連結部材
362 押付部材
37 リンク機構
371 第一リンク部材
371A 第一リンク部材の一方の端部
371B 第一リンク部材の他方の端部
371C 第一リンク部材の屈曲部
371y 回転軸線
372 第二リンク部材
372A 第二リンク部材の一方の端部
372B 第二リンク部材の他方の端部
372y 回転軸線
373y 回転軸線
38 当接部材
39 可動構造体
51,91 ロータ(発電機回転子)
52,92 磁性部材
53,93 ステータ(発電機固定子)
54,94 ステータコイル
100 発電ケース体
W ブレードの幅方向
θ ブレードの幅方向と回転軸の軸線方向とのなす角度
X 風平行方向
Y 風直交面
A 初期回転用角度位置
B 高速回転用角度位置
FW 風力によりブレードに加えられる押圧力
FA 遠心力(リンク機構37により遠心力を回転軸線2x方向に変換させた力)
FB 付勢手段(ばね部材)の付勢力
FM 付勢手段(磁性部材)の付勢力
Claims (16)
- 風力を受けて所定の回転軸周りを一定回転方向に回転する風力発電装置の風車であって、
前記回転軸の回転軸線方向からの風力を受けて回転するよう該回転軸周りに2以上設けられ、該回転軸に対し径方向外向きに延出する翼と、
前記翼を、前記風力を受けた場合にその受風面の幅方向が風平行寄りとなるよう押圧力を受ける形で、なおかつその受風面の幅方向と前記回転軸の回転軸線方向とのなす角度が可変可能となる形で、前記回転軸に対し固定される翼固定部と、
前記風力が所定の微風レベルを下回る場合に、その風力を受ける前記翼を前記幅方向が最も風平行寄りとなる所定の初期回転用角度位置側へと付勢する付勢手段と、前記風力が前記微風レベルを上回った場合に、遠心力が前記翼に加わるその風力による前記押圧力と前記付勢手段の付勢力とに打ち勝つことにより自らを外方に変位させつつ前記翼が風直交寄りに可変するようリンク機構を介して前記翼に連結する錘部材と、を備え、前記風力が所定の強風レベルに達した場合には、前記翼を前記幅方向が前記初期回転用角度位置よりも風直交寄りとなる所定の高速回転用角度位置に到達させるとともに、前記風力がその強風レベルをさらに上回った場合には、その風力による前記押圧力と前記付勢手段の付勢力とが前記遠心力に打ち勝って前記錘部材を内方に押し戻すことにより、前記翼を前記幅方向が風平行寄りとなるよう押し戻す翼角度調整機構と、
を備えることを特徴とする風力発電装置の風車。 - 前記翼固定部は、前記翼の延出方向に延びる回転支軸と、該回転支軸の軸線周りにおいて互いのなす角度を可変可能とされた2つの固定板部とを有した蝶番部材であり、一方の固定板部が前記翼に固定され、他方の固定板部が前記回転軸側と一体回転可能に固定され、前記回転支軸は、前記翼が前記幅方向における第一側の端部側を中心に他方の第二側の端部側が回転するよう、前記第一側の端部側に設けられている請求項1に記載の風力発電装置の風車。
- 前記錘部材は、前記翼の前記幅方向における外周側の端部側に対しリンク結合されている請求項2に記載の風力発電装置の風車。
- 前記錘部材は、複数ある前記翼ごとに設けられ、それぞれが前記回転軸と一体回転可能に設けられる一方で、それら錘部材は、内外への変位に応じて前記回転軸に対しスライド移動するよう前記リンク機構を介して共通の連結部材に対し連結することにより、各前記翼の前記角度は、それら錘部材の内外への移動に伴いスライド移動する前記連結部材の前記回転軸上の位置に応じて、互いに同期して同角度となる形で変化するようになっている請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の風力発電装置の風車。
- 各前記翼固定部は、前記回転軸と一体回転可能に固定された共通の固定部材を介して前記回転軸に対し固定されており、前記付勢手段は、前記固定部材と前記連結部材との間で前記回転軸線方向に付勢力を生じさせるよう設けられている請求項4に記載の風力発電装置の風車。
- 前記翼角度調整機構は、前記風力が前記微風レベルを下回る場合に、その風力を受けて、受風面の幅方向が前記風平行寄り側へ押し付けられる前記翼を含む、該翼の前記角度の変化に連動して動作する可動構造体に対し、当接部材を当接させてその動作を止める初期位置保持手段により、前記初期回転用角度位置に位置保持するものである請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の風力発電装置の風車。
- 前記当接部材及び前記可動構造体の当接面のうち少なくとも一方には、弾性部材が設けられている請求項6に記載の風力発電装置の風車。
- 請求項4に記載の要件を備え、
各前記翼固定部は、前記回転軸と一体回転可能に固定された共通の固定部材を介して前記回転軸に対し固定され、前記当接部材として機能する一方、前記連結部材は、前記翼の前記幅方向が風平行寄りとなるに従い前記固定部材に接近するよう前記リンク機構と接続し、前記可動構造体として機能し、前記固定部材及び前記連結部材のいずれか又は双方には他方の部材に向けて延出する延出部が形成され、その延出部における前記他方の部材側の先端がその他方の部材に対し当接することにより、前記翼が前記初期回転用角度位置に位置保持される請求項6又は請求項7に記載の風力発電装置の風車。 - 前記翼角度調整機構は、前記風力が所定の微風レベルを下回る場合に、その風力を受ける前記翼を、その受風面の幅方向が最も風平行寄りとなる前記初期回転用角度位置に保持されるよう前記付勢手段によって付勢される一方、前記風力が所定の強風レベルに達した場合には、前記錘部材が最外位置に到達して、前記翼を、前記幅方向が最も風直交寄りとなる前記高速回転用角度位置に到達させるとともに、前記風力が前記強風レベルをさらに上回った場合には、その風力と前記付勢手段の付勢力が、前記最外位置に到達している錘部材の遠心力に打ち勝って、前記翼を、前記可動構造体が前記当接部材に当接する前記初期回転用角度位置側に移動させることにより、回転を減速させるものである請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の風力発電装置の風車。
- 前記付勢手段は、前記翼の受風面の幅方向が前記初期回転用角度位置と前記高速回転用角度位置との間に位置する間、一定の付勢力で前記翼を前記初期回転用角度位置側へと付勢するものである請求項9に記載の風力発電装置の風車。
- 請求項6に記載の要件を備え、
前記付勢手段は、ばね部材であり、一端が前記可動構造体に固定され、他端が前記翼の角度変化に非連動となる、前記回転軸に一体固定された固定構造体に固定される形で配置されている請求項10に記載の風力発電装置の風車。 - 前記翼角度調整機構は、前記風力が所定の微風レベルを下回る場合に、その風力により、前記翼を、その受風面の幅方向が最も風平行寄りとなる前記初期回転用角度位置に保持させる一方、前記風力が所定の強風レベルに達した場合には、前記翼を、前記幅方向が前記初期回転用角度位置よりも風直交寄りで、なおかつ前記回転軸線方向からの風力を受けて前記一定回転方向とは逆方向の回転力が生じない前記高速回転用角度位置に到達させるとともに、前記風力が前記強風レベルをさらに上回った場合には、前記翼を、前記幅方向が前記高速回転用角度位置に対し前記初期回転用角度位置とは逆側となる、前記逆方向の回転力が生ずる回転減速用角度範囲へと到達させ、当該逆方向の回転力によって前記翼の回転速度を減じて前記錘部材の前記遠心力を減じることにより、前記翼を再度前記高速回転用角度位置側へと押し戻すものである請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の風力発電装置の風車。
- 前記付勢手段は、前記翼に対し、前記初期回転用角度位置から離間するほど、前記受風面の幅方向が前記初期回転用角度位置側となるよう付勢する付勢力が増大するものであり、前記回転減速用角度範囲内においては、前記遠心力の減少と共に、前記高速回転用角度位置のときよりも増大した前記付勢力が作用して、前記翼を再度前記高速回転用角度位置側へと押し戻すものである請求項12に記載の風力発電装置の風車。
- 請求項6に記載の要件を備え、
前記付勢手段は、磁性部材であり、前記可動構造体に固定される磁性部材と、前記翼の角度変化に非連動となる、回転軸2に一体固定された固定構造体に固定される磁性部材とを、互いが対向する形で配置されている請求項13に記載の風力発電装置の風車。 - 請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の風車と、
前記回転軸と同軸をなし、かつ前記一定回転方向において、前記回転軸が増速している場合には該回転軸と一体回転状態となって自身も増速回転し、前記回転軸が減速している場合には該回転軸から切り離されて慣性回転するように1方向クラッチを介して配置されるフライホイールと、
前記フライホイールと同軸をなして一体回転するよう配置されたロータを有し、前記フライホイールの回転に伴う該ロータの回転により電力を生成する発電手段と、
前記発電手段により生成された双方又はいずれかの電力を外部出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする風力発電装置。 - 前記発電手段を第2の発電手段とし、
前記風車の回転軸と同軸をなして一体回転するよう配置されたロータを有し、前記回転軸の回転に伴う該ロータの回転により電力を生成する前記第2の発電手段とは異なる第1の発電手段を備え、
前記出力手段は、前記第1の発電手段と前記第2の発電手段により生成された双方又はいずれかの電力を外部出力するものである請求項15に記載の風力発電装置。
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