JPH0344229B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は離島、山小屋等の離隔地における照明
或は通信用に供する小規模電源を意図する風車を
利用した全天候に適する風力発電装置に関する。 従来技術 風力エネルギ利用の構想は極めて古く、用途的
には揚水、潅漑、製粉、製材用等の動力用風車と
して多用されてきた。更には電気工学が急速に発
達した19世紀後半において風車により発電機を駆
動して動力用に供し、或は通信や照明用として蓄
電池を併用する電源設備も開発されている。風力
エネルギの変換原理も風車以外に例えば回転シリ
ンダを利用するもの或は風車を全く使用しない静
電界型変換装置も提案されているが、実際には回
転翼を有する風車利用のエネルギ変換設備がその
大部分を占めている。特に水平軸式風車は通常翼
車の直径が４ｍ以上で羽根幅の狭いプロペラ型羽
根を採用するものが多い。これらは台風や豪雪等
に耐えうるよう頑丈でありかつ安全運転の確保が
要求されるため、多額の構築費を要していたし、
経常管理費もまた高価である。特に留意すべきこ
とは通常設計の風車におけるエネルギ変換効率が
予想以上に悪いので、実際上の利用に際し採算的
には引き合わない欠点を有していた。 発明の目的 本発明の目的は従来のプロペラ型風車装置の欠
点を是正し、基本的には故障発生率を極小化し、
諸経費を低廉化する小型電源装置を得ることにあ
る。このため構築費に関しては設備重量の大半を
占める支柱に関し市販の規格管を利用して運搬と
組立てを容易にする設計構造が意図され、また無
人管理に適する構成が各所に採用されている。ま
た故障の発生に関連する耐久性について、本発明
は、全天候型構造を指向し、台風、豪雪等の悪天
候下において強度的にも運転保守の上からも、総
体的に装置の安全性が常時確保されるよう意図さ
れている。 更に本発明は多くの在来風車設備の如く動力設
備として適用することは第二義的とし、むしろ測
候所における自己記録データの通信用電源乃至は
高圧線鉄塔付設の航空標識灯用電源または高山豪
雪地帯の山小屋において使用する照明、通信用電
源として適用することを第一義的に考慮してい
る。そのため故障発生を絶対的に回避する意図の
下に、利用標準風速帯を３〜６ｍ／ｓの範囲に設
定し、それ以上の強風に対しては風車の羽根ピツ
チ傾斜角θを零に制御して、風を素通りさせ風車
をフエザリング状態に保持して被害を回避するよ
うにしている。また前記標準風速帯に達しない低
風速時には発電機回転数は定格回転数に達せず従
つて定格電圧が得られないため蓄電池に対する定
電流方式による浮動充電作用が困難となり、充電
効率を下げ蓄電池寿命を低下せしめることになる
ので、低風速範囲におけるエネルギ変換は意図的
に遮断するようにしている。即ち本発明における
主電源は蓄電池であり、その損耗量を補充するの
が本発明における発電機の主たる目的であり、そ
の利用風速帯は在来風車発電機の７〜15ｍ／ｓを
理想とするものに比較し、遥かに安全性と耐久性
を保証しうる風速帯に設定されているので無故
障、長寿命が期待できる。 発明の構成 本発明装置の構成は大別して、鋼管材組立によ
る支柱系と、該支柱管上において風向方向に指向
して自由に旋回可能な風車胴体の前側にフアン型
翼車と特殊フードを具備する。また新規な可変ピ
ツチ制御系を内蔵せしめた風車胴体系並びに支柱
管下部に配置された発電機と蓄電池およびこれに
協動する電気制御回路から構成される。 前記の各構成部分は費用低減化と耐久性向上を
基本目的として設計され、かつこの目的に沿つて
各所に精緻な特殊構成が採用されている。例えば
翼車の羽根軸に施されたボールねじ連接機構、風
車の回転主軸に施された主軸の伸縮補償手段、電
導ケーブルの捩れ防止構造並びに密閉空間に対し
呼吸機能をもつブリーザの採用等は早期損耗を防
止するために有効である。更に凡ての部品は密閉
構造体内に収容されかつ相対的運動部分相互間に
はオイルシールパツキン或はラビリンス構造を採
用し、防塵、防水作用に対しては特に設計上留意
されている。 本装置の支柱系は構築費節約と強度保持を考慮
し、各種寸法の規格鋼管材を利用し組立てられ
る。即ち上部支柱管を最小径とし最下部支柱管を
最大径にとして、それらの中間に結合される中間
部支柱管の直径をそれらの間にある寸法径に選定
する。該中間部支柱管は風車の設置高さに応じて
規格寸法長さ例えば６ｍの鋼管材を任意本数だけ
溶接等の結合手段によつて連結する。 上部支柱管の開放端は風向に向つて風車胴体を
旋回自在に担持するためのころがり軸受構造と軸
封機構が施されている。また下部支柱管は発電機
と蓄電池を収容する各格納箱が固着手段によつて
支柱管壁側部に取付けられ、更には内部点検およ
び運転保守のためにいくつかの開放可能な密封蓋
が下部支柱管側に形成されている。 本発明の風車胴体部分の特徴の一つは幅広い受
風面積を有しかつ小径の羽根をもつフアン型翼車
の採用にある。これは利用風速帯３〜６ｍ／ｓに
おける風力を出来るだけ高効率的にエネルギ変換
するためである。更に他の特徴は回転可能な翼車
の全周を包囲する特別なフードを胴体上に取付け
たことである。該フードの回転軸線を含む長手断
面形状は風の流入口から漸次断面を減小し、翼車
の回転中心断面において最小となる縮流ダクトを
構成し、動圧エネルギの増大作用によつて風力の
実質的な増加を計るようにしている。例えばフー
ド流入口直径と翼車の外径比を２：１に選定すれ
ば面積はA²＝４倍になり外気風速２ｍ／ｓのと
きプロペラ部では８ｍ／ｓとなる。そして利用エ
ネルギは風速の３乗に比例することから利用風速
エネルギは64倍になる。この様にして変換効率を
高め小型化しうることが第一目的である。フード
設置の第２目的はフード内壁面に電熱ヒートシー
トを張ることにより寒冷時に翼車の回転空間内に
雨雪の氷結を防止するようにしたことである。更
にフードの第３目的はフードの前後面に金網を張
設することにより、木片の飛来による翼車の損傷
を防止し或は小鳥等の巣作りを阻止して故障発生
率を最小限に回避せしめている点である。 なお風車胴体の外形輪郭は在来同様に空気抵抗
減少のためにトーピード型とし、その前側には回
転翼車のボス部分の前端を包囲する流線形回転ス
ピンナが形成され、胴体後尾には胴体の尾部を形
取る同様形状の固定スピンナが形成されている。
また胴体後部の上面に風車の回転平面を常時風向
方向に指向させるための垂直風向舵が胴体中心線
に沿つて設うけられている。 次いで本発明の特徴とする装置の内部構成につ
いて説明する。前述した水平軸式風車の回転を地
上に設置した発電機へ伝達するための回転伝動系
は、風車胴体内に内蔵した中空の翼車回転主軸
と、垂直支柱管内を上下に縦走して軸受けされた
中間垂直伝動軸と、基板上に配置された発電機駆
動軸とから成る。これらの軸相互間の回転伝達は
傘歯車対によつて行なわれる。特に特徴ある構成
として前記回転主軸は中空軸としその内部に可変
ピツチ機構を収容させるため該主軸内外は複数対
のころがり軸受により支承されるが、この場合特
に昼夜の温度変化等により比較的長尺の回転主軸
がその軸方向に膨脹収縮作用の害が消去される配
慮がなされている。これは温度変化による繰返し
の熱応力によつて疲労破壊が発生することを回避
するためであり、このことは耐久性向上のために
絶対的要件である。前記回転主軸の伸縮作用は回
転主軸後側に配置されたころがり軸受対に対し、
その各軸受外輪のみをばね付勢力により押圧し回
転主軸の伸縮時にばね力に抗して移動可能に保持
することにより達成される。本発明に係る風車の
可変ピツチ制御系は胴体内部の後方から前方に延
びて内蔵される。即ち胴体後方にサーボモータが
配置され、これに高減速歯車装置が連結され、そ
の前方に可変ピツチ制御出力軸が引出され、更に
該制御出力軸の前方には翼車の羽根軸を変角制御
する可変ピツチ作用と、可変ピツチ駆動軸と回転
主軸とを共に同期的に回転せしめる同期回転作用
とを達成することのできる特殊な可変ピツチ制御
機構が配置されている。該同期回転機構は回転主
軸を形成する中空管の内壁に固定化した内歯歯車
によつて連動回転される小傘歯車と、可変ピツチ
制御出力軸端に形成したキヤリヤ上の傾斜遊星傘
歯車と、羽根軸下端に固着した傘歯車に連動可能
に連結された大傘歯車の三者によつて構成される
傾斜式遊星傘歯車機構の採用によつて達成される
ものである。 更に本発明の実施に当り配慮された点は羽根ピ
ツチ傾斜角の変角回転部にボールねじ機構を採用
したことである。これは在来の可変ピツチ羽根軸
上に作用する著しい半径方向の推力作用によつて
該水力受部に起こる故障発生率を極小にする為に
採用されたものである。 該ボールねじ機構は風車ボスの中心線上から半
径方向外方に向つて放射状に立設したボールねじ
棒と多数の鋼球と鋼球収容ナツトとから成り、該
機構は中空の羽根軸内部に内蔵されている。この
ため各羽根軸上に生ずる作用風力の半径方向分力
と遠心力による大なる推力はグリースによつて潤
滑された多数の鋼球による多点接触作用によつて
充分に吸収され、高負荷に耐えうるもので、故障
を皆無にできる。この場合ボールねじの展開ねじ
れ角は2°以下であることが望ましい。更にまた本
発明では装置の耐用寿命を高めるために風車胴体
並びに支柱管壁に呼吸作用をもつブリーザが付設
されている。該ブリーザ装置は内部空間を外気に
連通させ、内部空間を常に外気と均衡した雰囲気
に保持するためである。ブリーザによる連通作用
は外界からの微塵、風水の浸入を完全に防止し、
通気作用のみを確実に達成しうる機能を具えたも
のである。これなしには長寿命は保証されない。 最後に本発明の特徴となる蓄電池を主力電源と
する風力−電力変換部は基板上の密封された格納
箱内にすべてが収容されている。発電機、蓄電池
および制御回路を構成する電装品類は保守と整備
管理上、数個所に設置した開放可能な密閉蓋によ
り点検可能である。発電機と蓄電池の耐用寿命を
高め、かつこれらを小型化するために両者を常時
最高効率で作動せしめる構成要件が要求される。
即ち発電機においては常時その出力電圧値が定格
電圧となるように電気的制御回路が組まれてい
る。それ故出力電圧値が予め定められた定格電圧
値を超えるとコンピユータを介して電気的制御回
路が働らきピツチ可変の電気的制御信号がサーボ
モータへ送信され、風車の羽根ピツチ傾斜角はそ
の電圧差が零になるまで変角制御される。この間
の制御作用は全部ループ式フイードバツク制御方
式によつて遂行される。発電機は故障発生率を少
なくするために整流子を使用しない交流発電機が
採用されている。 蓄電池は定電流充電による浮動充電方式が採用
される。本発明に係る電気的制御方式によれば、
基本設計の羽根傾斜角がθにおいてもなお発電機
回転数が定格電圧を発生する大いさに達しない風
速つまり利用標準風速帯以下の風速はこれを切り
捨て利用しないことを基本とする。また予め設定
した利用標準風速帯以上の風速（台風を含む）に
対して羽根傾斜角θを零とし風を素通りするよう
にさせてあるから、風車の強度的安全保守は確保
される。つまり利用風速帯以外の風は思い切つて
捨て去る考え方が基本となつている。このような
構想は在来風力発電装置になかつたもので、本発
明装置の特徴となつている。 以下本発明の一実施例を示す添付図面に従つて
説明する。 実施例 第１図は本発明に係る風力発電装置全体の側面
図を示し、第２図は風車を前面からみた正面図を
示す。同図において１は地面の基礎コンクリート
ブロツク上に碇着した基板で、２は基板１上に上
中下３本の支柱管２ａ，２ｂ，２ｃを次々に連結
して基板１上に直立状に構築した風車装置の支柱
部を示す。下部支柱管２ａの下方側壁の対向壁面
には発電機格納箱８および蓄電池格納箱９が取付
けられている。支柱部２の上端には風車胴体４が
支柱の垂直中心線の回りに旋回可能に載置されて
おり、そして胴体４の尾部に設けた垂直方向舵６
により翼車５の回転平面が風向き方向Ｗに自動的
に対面して旋回するように設けられている。７は
翼車５の羽根外周を包囲するフードで、フード内
導入風速の増力作用と外界から翼車を保護するた
めに取付けられており、この特殊フードは本発明
の重要な構成要件の一つとなつている。第３図は
支柱部２を構成する各支柱管相互の連結構造を拡
大して示し、第４図は第３図の−線に沿う水
平断面図である。これらの図面には支柱管内部を
貫通する垂直伝動軸や内挿された電導ケーブル管
或は下部支柱管壁上に付属している格納箱等は省
略されている。第３図において１１は地下に埋設
した基礎コンクリートブロツクで、この上面に方
形状碇着基板１２がアンカーボルトにより一体化
されている。該基板１２上に設けた多数の植込み
ボルトを通して下部支柱管のフランジ１３ａはボ
ルト挿通孔を介してナツトにより固定可能であ
る。各支柱管の上端および下端には予め連結用フ
ランジ１３，１３′が溶接により固着され、特に
各支柱管に取付けた下端フランジ１３の上表面隅
部には複数個の補強リブ１４が溶接手段に取付け
られている。また下端フランジ１３の下表面には
嵌合スリーブ（スピゴツト）１５が溶着により形
成され支柱管相互の整合的組立を容易にしてい
る。本発明は軽量化と構築費低減のために支柱の
構築には市販の規格鋼管が採用され、例えば下部
支柱管２ａには３ｍ長さのSTK規格管を使用し、
その下端には特別に方形状ベースフランジ１３ａ
を溶接して碇着基板１２に強固にボルト締付けに
より固定するようにしている。符号１は基礎ブロ
ツク上の固定部を総称して基板と定義するもので
ある。各支柱管の上方外周表面には任意数（図で
は４個）の支柱管吊下用の掛け爪１６が設けられ
組立てや運搬のために利用される。下部支柱管２
ａの周壁には内部点検や保修のために数個の開閉
蓋１７が形成されている。下部支柱管２ａの上位
にボルト結合された中間支柱管２ｂの直径は強度
上、下部支柱管の直径より小さく、また支柱部２
の最上位にボルト結合された上部支柱管２ｃの直
径は中間支柱管の直径より小さい。中間および上
部支柱管の長さ寸法は例えば６ｍの規格管材を使
用するが、風車の取付け高さに応じて、中間支柱
管２ｂは任意同長寸法の規格管を採用して構築さ
れる。これら個々の支柱管はすべて工場生産方式
によつて加工準備され、ヘリコプター等を利用し
て現地組立てにより構築できるように設計されて
いる。第５図は支柱部２の上端に旋回自在に載置
された風車の外観図を示し、特に回転翼車５の周
囲を取巻いて胴体４上に固定されたフードのみが
回転中心線に沿う断面で示してある。第６図は翼
車５に取り付けた断面一ぱいを蔽う幅広い羽根面
積を有するフアン型羽根の形状を示す図面で、羽
根傾斜角θ＝90°として特別に描いている。前述
したように本発明のフードは外部に対する翼車の
防護だけでなく、利用風速帯における風力を充分
に活用するため利用風速を増大させる縮流ダクト
としてその断面形状が設計されている。即ちフー
ド７の断面は流入口から翼車の回転中心平面位置
に向つて断面が漸減するベルマウス状に形成され
ている。本発明の標準設計の羽根外径を２ｍと
し、フード流入口直径を2.6ｍ、翼車ボス部の外
側径を0.4ｍとすれば、フードの最小縮径断面に
おける風速v_eは流入口風速ｖに対しv_e≒２×ｖの
ように増速される。風力エネルギの変換効率は風
速ｖの３乗に比例して増加することが知られてい
るから、本発明におけるフードの適用は利用風速
帯を比較的低速範囲に定めて設計することが可能
となり、フアン形翼車の併用と共に故障発生率が
小さくかつ風力変換効率のよい風車装置を実現す
ることができる。 フード７の縮径部内壁周表面には電熱利用のヒ
ートシート２２が張設され、寒冷時にフード内部
に雨水や雪が氷結しないようにしている。その加
熱電力は蓄電池からの配線により約6Vの電力で
供給可能である。またフード７の前面及び後面に
は金網２３，２３′が張り渡され、木片や枯葉等
の飛散による侵入乃至は小鳥の巣作りによる被害
を防止するようにしている。フード７は厚み５mm
の板金材で図示のごとき所望の断面形状を有する
円筒形状体としてプレスにより折曲加工すること
ができる。これを風車胴体上に固定するためフー
ドの後側に支持構造がとられている。この支持構
造は風車胴体４の前側において胴体外表面全周を
取囲んで締付け可能な１対の半割りスリーブ２５
ａと２５ｂによつて形成される。縮付け固定は半
割りスリーブ２５ａ，２５ｂの長手方向に沿う接
合面に形成された両フランジ２５′，２５′を接合
しボルトナツトにより固定することができる。 上記半割りスリーブ２５ａと２５ｂからそれぞ
れ半径方向へ４本計８本の支持板２４がフードの
内周壁面に向つて延ばされフード内壁面上にアン
グル材２６によつて連結されたものである。 胴体４の後部に風向垂直舵６が固定的に立設さ
れると共に胴体４の中央上部には吊下げ用のアイ
ボルト２８が付属している。また胴体下部にはブ
リーザ３１およびグリースプラグ３２が取付けら
れている。３３は開閉可能な内部点検用閉鎖蓋で
ある。 風車胴体４の先端には回転スピンナ３０が回転
翼車５のボス部前端部を蔽つて被覆され、流入空
気の抵抗を減小するように流線形に形取られ、同
様に胴体４の後端を被覆するための固定スピンナ
２９が胴体尾部形状を形取つている。 第６図は翼車５を構成する４枚の羽根を風の流
入する前方からみて描いた正面図で、特別に羽根
傾斜角θ＝90°にして示している。実際にはθ＝
45°が最高効率であるからこの状態はない。しか
し工作費を廉すくする為にはこの形状が一番よ
い。第６図に示すようにｎ枚例えば４枚羽根を有
する翼車の羽根平面は流下断面の略全断面を蔽う
ような広幅羽根を有するフアン型羽根として形成
され流入空気の大部分をこれに作用させて最大回
転トルクを変換可能にしている。羽根外径は２ｍ
の小径で、在来の４ｍ以上の風車に対し非常に小
型に設計されている。第６図における羽根側辺相
互間の間〓及びフード内周表面と羽根先端周縁と
の最短間〓は２〜３cm程度である。上記各羽根は
翼車中心のボス部に枢着された羽根軸を介し、こ
の羽根軸上に強固に保持させ、個々の羽根自体は
着脱交換可能に設計されている。第７図は風車胴
体４の内部構造を示す。同図にはフード７を省略
して描いている。第７図は第７図Ａ，Ｂ，Ｃとし
て示されている。 第７図Ｂにおいて、風車胴体４は上部支柱管２
ｃの上端開口に形成したころがり軸受装置４１に
よつて旋回可能に担持されている。胴体４の旋回
摺動部を構成する旋回座枠４５はその中心線が支
柱管の垂直中心線に整合するように胴体中央の下
側表面に取付けられている。胴体旋回部の密封作
用を確保するため複数個のＯ−リングによるパツ
キンシール部４３とラビリンスシール部４４が旋
回摺動表面間に形成されている。またころがり軸
受４１にグリース潤滑を施こすため上部支柱管２
ｃの上部に溶接された軸受支持環４７上の環状空
間は充填グリース室４８を形成し、これらの充填
グリースはグリース充填管４２を通し提携用圧送
ポンプを用いて下方から圧送可能である。４６は
充填グリースの逸出を防止するレザーカツプで旋
回運動する旋回座枠４５に取付けられている。ま
た座枠４５の中央開口内周には推力ころがり軸受
４９が内装され、該中央開口を貫通する垂直伝動
軸１００の上端軸受部として形成されている。 次いで風車胴体４の内部に形成した翼車の回転
主軸５０並びに該回転主軸内部に配置した可変ピ
ツチ制御回転系について詳述する。回転主軸５０
は長尺の中空円筒管によつて形成され、その前端
（第７図Ｃ）は翼車５のボス本体５１の後側面に
ボルトで強固に固着される。該主軸５０を胴体内
部に回転自在に支承するため、主軸５０の外周と
胴体４の内壁面間に前部推力コロ軸受５２と後部
玉軸受６６（第７図Ｂ）が挿着されている。また
回転主軸５０の外側には傘歯車６５が固着され、
この傘歯車６５は支柱管２の内部を貫通して設け
た垂直伝動軸１００の上端に固着した傘歯車１０
１に噛合して風車回転伝動系を構成している。第
７図Ａにおいて長尺の中空回転主軸５０の後端か
らわずか後方に離して胴体内壁とボルト締結によ
り一体化した支持隔壁６７が設けられている。羽
根傾斜角を制御する所謂可変ピツチ制御系はこの
隔壁６７を主たる支持部としている。即ち支持隔
壁６７の後方には円環状ブラケツト５４が形成さ
れ、該ブラケツト５４の背後に高減速歯車装置５
６の筺体を結合し、更にサーボモータ５７を接続
しているから、これらは片持梁状に支持隔壁６７
上に担持されることになる。サーボモータ５７の
制御回転は高減速歯車装置５６の低速回転出力軸
５８に引出され、スリーブ継手５９を介して制御
出力軸６０に連結されている。隔壁６７の中心部
開口を貫通している制御出力軸６０は推力玉軸受
６３によつて軸受されている。更に支持隔壁６７
上にはピツチ制御角センサー６２が設けられてお
り、該センサー６２は翼車の羽根傾斜角θが零度
に変角されたときこれを感知しサーボモータ側に
送信して電気制御回路を遮断する安全保護手段を
構成する。サーボモータから制御出力軸６０に引
出される制御回転角度は一実施例において高高
32.6°の角度範囲である。従つて固定的に設けた
センサー６２に対し継手５９のフランジ面に植立
したセンサーピン６１は通常32.6°の角度間隔を
おいて離れており、羽根角θ→０と共にセンサー
ピン６１はセンサー６２に近づき、羽根角θ＝０
において電気的制御回路を遮断する信号を発生
し、翼車はフエザリング状態に入る。支持隔壁６
７の前側において、回転主軸５０の内部に傾斜式
遊星傘歯車機構７０を組込むことにより同期回転
作用と可変ピツチ制御作用を可能にする閉回路歯
車噛合伝動系が達成される（第７図Ｂ）。 上記遊星傘歯車機構７０は複数個の傾斜遊星傘
歯車７３とこれに噛合する小傘歯車７４および大
傘歯車７５によつて構成される。この場合、傾斜
遊星傘歯車７３はサーボモータ５７側の制御出力
軸６０の前端に形成したキヤリヤ７１上に設けた
複数個の枢着ピン７２上に回転自在に枢着されて
いる。また上記遊星傘歯車７３の後側に配置した
小傘歯車７４は平歯車７６と一体な同一歯幹上に
形成され、この両頭歯車の歯幹部は玉軸受８０に
より制御出力軸６０上に回転自在に嵌合されてい
る（第７図Ａ）。次いで該平歯車７６は支持隔壁
６７上に固設したピン支軸７８上の中間歯車７７
に噛合い、更に中空回転主軸５０の後端内壁に固
定した内歯歯車７９に連動して噛合されている。
遊星傘歯車７３の前側に位置して噛合わされた大
傘歯車７５は可変ピツチ駆動軸８０の後端に一体
に固着されている。可変ピツチ駆動軸８０は風車
の回転中、回転主軸５０と一体を成して回転中心
線の回りに常時回転するものであり、同時にサー
ボモータ５７から回転制御作用を受けたとき、こ
の制御回転角度量を翼車の羽根軸へ伝達する役目
を有している。即ち可変ピツチ駆動軸８０は回転
主軸５０と共に一体に回転すると共に、この回転
中別個の制御回転をする構成が採られていなけれ
ばならない。これは傾斜式遊星傘歯車機構の採用
によつて達成されている。このため可変ピツチ駆
動軸８０の前側および後側上には回転主軸５０の
内壁面に対面して前部玉軸受８１および後部玉軸
受８２が取付けられ可変ピツチ駆動軸８０の自在
な円滑回転作用を許容している。玉軸受８３は可
変ピツチ駆動軸８０の後端内部に内装され、前記
キヤリヤ７１の先端部分を中心軸線上に回転自在
に保持する支承部を構成している。比較的長尺を
なす回転主軸５０の温度変化による膨張、収縮の
影響を考慮し、前述した回転主軸５０の外側と内
側に施した２対のころがり軸受の中その後部の１
対即ち外側後部玉軸受６６および内側後部玉軸受
８２の各軸受外輪に対し付勢ばね８４および８５
を取付けることにより、軸の伸縮作用を自動的に
補償することができる。即ち遊星嵌合状態にある
各軸受外輪は常にばね８４及び８５の押圧力をう
けるので回転主軸５０が膨張或は収縮変化して
も、ころがり軸受上の鋼球は対をなす内輪および
外輪の間にほぼ一定の軸方向押圧力を受けながら
移動可能に保持されて円滑な回転を行なうことが
できるからである。この構造上の特別な配慮は例
えば昼夜における温度変化が主軸上に繰返し熱応
力を発生し、軸や玉軸受に早期疲労破壊の起るこ
とを回避しうるものである。これは耐久性向上に
対し重要な要素である。第７図Ｃにおいて、可変
ピツチ駆動軸８０の前端に駆動傘歯車８９が取り
付けられ、この傘歯車８９は中空の羽根軸１００
の下端に固着した複合傘歯車９０に噛合う。複合
傘歯車９０は２枚の傘歯車９０ａと９０ｂを重合
しこれらをばねによつて結合した公知の背〓防止
用傘歯車である。翼車５の取付け根部を構成する
羽根軸１００は羽根支軸筒１０１内に回転可能に
挿着されている。該羽根支軸筒１０１はボズ枠組
５１の周囲に羽根数に合せて複数個放射状に突出
して形成されている。 ボス枠組５１の後側面１０４には前述した回転
主軸５０の前端部がボルトにより固着されて一体
化すると共に該主軸を風車胴体４の内面に対しテ
ーパコロ軸受５２を介し回転可能に支持せしめて
いる。この相対回転部における回転ボス部と静止
胴体４の密封作用を確保するためオイルシール１
０６とラビリンス１０７が両者間に設けられる。
この封止部は胴体４上に固着した環状の封止カバ
ー１０５内に取付けたオイルシールの唇部をボス
側に取付けた摺接リング（焼入れ琢磨されてい
る）１０８に摺接せしめると同時にその内方にラ
ビリンスシール部１０７を併置してこの部の外部
に対する密封作用を確保せしめている。 ボス枠組５１の前面にはボス内部空間を密閉す
る閉鎖板１１０をボルトにより固定し、かつ該閉
鎖板周縁に折曲成形したリング状フランジの外周
に絞り加工により流線形状に形成した前部スピン
ナー３０が固定してある。閉鎖板１１０の内側中
心部にはボールねじ棒１２１を固定化するための
固定座枠１１３が閉鎖板に一体化されている。ね
じ棒固定座枠１１３にはねじ棒数に相当するねじ
棒取付座１１４を有し、ボールねじ棒１２１の軸
線を羽根軸線に正しく一致させて該ねじ棒を取付
座上に固着している。１１２はボス内部にグリー
スを充填するためのグリース充填プラグである。 中空の羽根軸１００の内方下端に複合傘歯車９
０が固着され、可変ピツチ駆動軸８０の前端に固
着した駆動傘歯車８９と噛合して羽根面傾斜角度
が制御されることは既述のとおりである。本発明
においてはこの羽根軸中空内部にボールねじ機構
１２０を内蔵させることにより翼車５の回転中羽
根軸にかかる著しい半径方向推力に対抗させ、羽
根軸部に生じ易い早期故障を回避している。いう
までもなく可変ピツチ制御方式における羽根軸は
流入する風力作用に逆つて羽根軸自体を回転する
ための大なるトルク力を必要とする。更に流入空
気の半径方向分力と羽根の全重量に作用する回転
遠心力を受ける。ボールねじ機構１２０によれば
この羽根軸上に作用する外向き推力をグリース潤
滑による多数の鋼球により受け止め、かつ羽根軸
に必要な回転トルクを軽減しうる長所をもつこと
が既に実証されている。従つて従来この羽根軸部
に兎角生じ勝ちだつた故障を解消し、風車の耐用
寿命を著じるしく大ならしめる効果がある。ボー
ルねじ機構１２０はボールねじ棒１２１に噛合さ
れて循環する多数の鋼球とこの循環路を形成する
嵌合ナツトからなる公知のボールねじ機構で、ボ
ールねじ棒１２１のねじピツチは通常わずかのピ
ツチ角が付与されている。例えば本実施例におい
てねじの有効直径50mm、ねじピツチ５mmとしたと
きねじの傾斜角αは tanα＝（ねじピツチ長）／（ピツチ円周長）からtanα ＝５／50π即ちα＝1°49′ と計算される。この微小傾斜角度αは羽根軸上に
作用する大きな推力を多数の鋼球によつて故障な
く受け止めるに充分であると同時に、ころがり接
触であるため変角作用に必要な回転トルクが小さ
くてすみ、サーボモータの容量を小型化しうる効
果がある。ただしボールねじ機構の性質に基き、
前記固定ボールねじ棒１２１に嵌合する羽根軸１
００は極めてわずかではあるがその回転作用と同
時に半径方向外方に移動し、結果として複合傘歯
車９０と駆動傘歯車９０の噛合面に些少の背〓を
生ずる。例えばボールねじ棒１２１のねじピツチ
５mmとすれば、実際に羽根軸が変角制御される角
度範囲を約60°〜0°であるとすれば、羽根軸１０
０がねじ棒１２１に対して浮き上る移動量は最大
５mm×60°／360°≒0.8mm程度である。この噛合背〓は 背〓防止用の複合傘歯車９０の採用によつて常時
背〓のない噛合作用がえられる。 羽根軸１００を挿入したボス枠組の支軸筒部１
０１の外方端面周りにはシールパツキン１０２が
設けられている。幅広い羽根表面を有する個々の
羽根は羽根支持管１２３上に保持腕１２４の結合
によつて取り付けられる。上記羽根支持管１２３
は中空羽根軸１００の中空孔内に挿入され、羽根
軸上端に形成したフランジ１０３にボルト締結に
より着脱可能に固定されている。羽根支持軸１２
３の下端内部にカツプ状閉塞部材１２２が圧入嵌
合され、ボールねじ機構に対するグリース充填室
が羽根軸１００の下側内部に形成されている。 翼車５の羽根１３０と羽根支持軸１２３の取外
し可能な取付構造を第５図を参照して説明する。
羽根１３０の半径方向中心線に沿つて羽根支持軸
１２３を保持する支持金１２７が羽根表面の内外
２個所に取付けられる。更に羽根支持軸１２３の
内方端に溶着した保持腕１２４の腕先端が湾曲連
結杆１２５を介しナツト１２６によつて羽根１３
０に連結固定される。更に締結ナツト１２８によ
り羽根支持軸１２３の端部外周に旋條した雄ねじ
部に螺合し支持金１２７に当接して羽根本体を羽
根支持軸１２３上のフランジ１２４に抗して強固
に締付けているこのように個々の羽根１３０を強
固に取付けている。羽根支持軸１２３は中空羽根
軸１００の上端に形成した取付けフランジ１０３
上のボルト締結部を解き離すことにより分解交換
が可能である。設計上風車の利用風速帯は３ｍ／
ｓから６ｍ／ｓとし、このときの翼車回転数は
100〜200r.p.mとするのが好ましい。 更に風車胴体４の内部には、前述したサーボモ
ータ５７と基板上に配置した電気機器との間を接
続する電導ケーブルが収容されている。本発明に
おいてはこれらの電導ケーブルに対し、胴体内装
部分と支柱管以下の内装ケーブルを分離収容する
構造並びに胴体の旋回運動に伴つてケーブルに捩
れを起さないためのスリツプリング機構が採られ
ている。先ずサーボモータ５７に導びかれた電動
ケーブル１４０は胴体４の支持隔壁６７の周壁取
付部を構成する接続環１４２に形成したケーブル
貫通孔を通して保持され、胴体４の旋回中心線上
において胴体４の中央内壁面に固定された環状の
ケーブル支持環１４４の周りを半周だけ取巻いて
これに保持される。そして更に支持環１４４の下
部に固着された電導ケーブルコネクタ１４５にお
いてケーブルを構成する個々の電線が引出される
（第７図Ｂ）。コネクタ１４５は胴体４を支柱管２
から別個に分離して搬送し、或はこれらの分解組
立を容易にするために設けた電導ケーブルのため
の連結部で、上部および下部の電導ケーブルから
引出された個々の電線はこの部分で相互に連結さ
れ或は分離することができる。１４６はコネクタ
１４５を内蔵しかつ下部電導ケーブル１５０を固
定的に保持する接続スリーブであつて、ケーブル
支持環１４４にボルトで固定化されている。第７
図Ｂの図示のようにこの接続スリーブ１４６は傘
歯車１０１の歯幹内部にわずかの間〓を置いて挿
入され傘歯車１０１の内部に設けた玉軸受１４７
を介して傘歯車１０１がスリーブ１４６に対して
自由に回転しうるように構成されている。１５１
は上方電導ケーブル１５０の上方コイル巻成形部
でケーブル配線工事のための余剰部として形成さ
れている。 第８図は基板上における支柱管内部に配置され
た各構造部分を拡大して示している。前述した電
導ケーブルは上方から下方に向つて垂下し、１５
３として示した下方電導ケーブルの上方にも下方
のコイル巻成形部１５２が形成されている。上記
下方電導ケーブル１５３の下端にはスリツプリン
グ装置１６０が設けられている。該スリツプリン
グ装置の目的は、風車胴体４の旋回運動時におい
て、胴体中央内部から支柱管内部を貫通して垂下
する電導ケーブルに捩れを生じて疲労断線を生じ
ないように意図したものである。 下方電導ケーブル１５３の下側に外被スリーブ
１６１が取付けられ、該スリーブ１６１の下端に
絶縁材料製のスリツプリング保持環１６２が結合
され、該保持環１６２上に間隔を置いた４個のス
リツプリング１６３が取付けられている。この場
合各スリツプリングは下方電導ケーブル１５３か
ら引出された個々の電線に接続されている。ま
た、案内ハウジング１６８に固着した取付板１６
５上の固定案内筒１６６と外被スリーブ１６１と
の間には２個の玉軸受１６７，１６７が取付けら
れているため、電導ケーブル１５３は固定案内筒
１６６の垂直中心線の回りに極めて軽快に回転可
能である。従つて胴体４と共に旋回作用をうける
電導ケーブルの捩り作用はこのスリツプリング機
構１６０によつて回避される。なお１６４はスリ
ツプリングに摺接するブラツシユのホルダーを示
す。 垂直伝動軸１００の下端に水平傘歯車１７０を
固着し、この傘歯車１７０は案内ハウジング１６
８に設けた推力玉軸受１７３によつて垂直伝動軸
の中心線に整合して回転自在に支持させてある。
下部支柱管２ａの下端に溶着したベースフランジ
１３ａの中央開口内部には増速機台枠１８８が固
着され、該台枠１８８上に増速機１８０が強固に
取付けられている。該増速機の入力軸１８１上に
前記水平傘歯車１７０と噛合う入力傘歯車１７１
が固着されている。上記した１対の傘歯車１７０
と１７１はグリースを満したグリース筐１７４内
において回転する。１７５はグリース注入管であ
る。増速機１８０左側に配置した発電機１９０は
下部支柱管２ａの周壁に穿つた開口部に整合して
固定した座板１８４上に片持梁形式で保持固定さ
れ、可撓継手１８３を用いて該発電機と増速機と
の間を連結している。電導ケーブル１５５は発電
機から蓄電池へ接続されるケーブル配線の部分図
であり、同じく１５４は下方からの蓄電池収容箱
９の方に接続されるケーブルを示す。１８５は、
発電機を取巻く密閉箱で支柱管壁にボルトで取付
けられているが、別個に点検開放可能な閉鎖蓋を
もつ開口窓を設けておくのが好ましい。上記増速
機１８０は翼車の回転数を出来るだけ増速して発
電効率を高めるためのものであるが、その増速比
は例えば９：１である。翼車の回転数を100r.p.m
から200r.p.mの範囲に定めた場合、設計例におい
て発電機回転数は1600〜3200r.p.mの定格回転数
で運転可能である。下表は上記条件の下で設計さ
れた翼車から発電機にいたる中間増速機における
増速比率と配分された増速回転数を示す。

【表】 第９図はこれまで説明した風車胴体４に内蔵さ
れた閉回路歯車噛合系の骨組図を示す。以下この
図面に従つて本発明の同期回転機構並びに可変ピ
ツチ制御機構の原理を説明する。 第９図から明らかなように閉回路歯車噛合系は
次の歯車噛合連鎖によつて形成されている、即ち 回転主軸５０→内歯歯車７９→中間歯車７７
→中心歯車７６→傾斜式遊星傘歯車機構７０
（小傘歯車７４→遊星傘歯車７３→大傘歯車７
５）→可変ピツチ駆動軸８０→駆動傘歯車８９
→複合傘歯車９０→回転主軸５０、 なる噛合ループを形成する。 サーボモータによつて回転制御される制御出力
軸６０が可変ピツチ制御を行なわない静止状態に
あるとき即ち遊星傘歯車機構７０のキヤリヤ７１
が静止しているとき、翼車５が自由に回転可能で
あるためには回転主軸５０と可変ピツチ駆動軸８
０とが風車の回転中心線の回りに同方向かつ同一
回転数つまりこれらは一体化して回転することが
必要不可欠である。 このため今、回転主軸５０を回転駆動源とし、
キヤリヤ７１を固定化した条件下で、回転主軸５
０を中心軸線Ｘ−Ｘの回りにＮ回転したとき内歯
歯車７９から中間歯車７７、中心歯車７６を経て
遊星傘歯車機構７０から引出される可変ピツチ駆
動軸８０の回転もまた同一回転方向でかつＮ回転
であるように各噛合歯車相互間間の歯数比を決定
する必要がある。 例えば回転主軸５０の毎分回転数Ｎのとき、中
心歯車７６の毎分回転数は−（Ｎ×Z₇₉／Z₇₆）（ただし Ｚは符号番号歯車の歯数とする）と計算され、さ
らに遊星傘歯車機構７０において大傘歯車７５の
回転数は小傘歯車７４の回転数の−（Z₇₄／Z₇₅）倍と なる。従つて可変ピツチ駆動軸８０の毎分回転数
は（−Z₇₉／Z₇₆）×（−Z₇₄／Z₇₅）・Ｎとなる。それ故
Z₇₆／Z₇₆ ＝２／１およびZ₇₄／Z₇₅＝１／２のように選定すれば可
変ピ ツチ駆動軸８０の毎分回転数はＮとなり、回転方
向もまた同一方向となる。これは本発明における
同期回転機構の原理となつている。この場合制御
出力軸６０はサーボモータ５７から高減速歯車装
置５６を通し大減速比例えば1/5000によつて制御
回転されるため実質的に不可逆回転機構を構成
し、同期回転機構側からサーボモータ側への回転
作用は阻止され制御出力軸６０は翼車の回転中自
動ロツク状態に保持されるものである。 次に翼車５の羽根傾斜角制御機構を同じく第９
図を参照して説明する。この場合は制御出力軸６
０が回転駆動源となり、回転主軸５０から小傘歯
車７４に至る連鎖歯車部分は固定化された条件
で、可変ピツチ駆動軸８０が制御回転作用をうけ
るものと考えてよい。前例によれば遊星傘歯車機
構における大小の傘歯車７５と７４の歯数比は
Z₇₅／Z₇₄＝１／２と選ばれているから、小傘歯車７４を 固定しキヤリヤ７１を１回転すれば大傘歯車７５
は反対方向に即ち −（１＋Z₇₅／Z₇₄）＝−（１＋１／２）＝−３／２回転
する。 いまボス５１内に配置した駆動傘歯車８９とこ
れに噛合う複合歯歯車９０の各歯数を68枚および
37枚とすれば、複合傘歯車９０は ３／２×68／37＝2.76回転と計算される。即ち可変ピツ チ制御出力軸６０の１回転に対し、羽根軸１００
は2.76回転の割合で制御回転をうけることにな
る。しかしながら実際における中空羽根軸１００
のピツチ傾斜角θは60°以内であるから、制御出
力軸６０の制御回転角範囲は1/2.76×60°≒22°以
内で作動されることになる。 以上は本発明のピツチ制御を可能にする原理で
ある。 第１０図は本発明の風力発電装置における電気
的制御回路の一実施例を示す。この例示は風力発
電設備の無人運転化を目標とした制御方式を示
し、特に僻地や鉄塔用信号灯に対する電力供給源
として小型風力発電設備用として示されている。
同図に示す発電機Ｇは整流子を有しない交流発電
機であり、これは保守管理上直流発電機より信頼
度が高く、無人化に対し有利である。DRはダイ
オード整流器で、蓄電池Ｂへの充電回路入口部に
挿入され発電機出力電圧が定格電圧以下のときは
DRは通電せず充電不能である。蓄電池Ｂの耐用
寿命を高めるため蓄電池は常時100％充電率を維
持するよう浮動充電方式により充電される。CT
は変流器で発電機Ｇの出力回路に設けられ、この
出力電流はブリツジ整流器CRにより引出され、
これに対応する電圧値はツエナーダイオードＺと
抵抗Ｒからなる基準電圧回路の電圧値と比較され
る。その差電圧値が増巾器Ａにより増巾され、サ
ーボモータSMへ送信され可変ピツチ制御する。
上記の差電圧に相当する制御信号が生ずる限り、
即ち発電機の出力電圧値が定格電圧値以上となつ
ている間はサーボモータSMによる翼車５の羽根
ピツチ傾斜角の制御作用は継続されて傾斜角θは
漸次減少し、発電機Ｇの出力電圧が基準電圧値
（定格電圧）と等しく差電圧値が零になればサー
ボモータの制御作用は停止し、翼車の羽根傾斜角
はθより小なる羽根傾斜角によつて平衡的回転を
行うようになる。もし風速が大で発電機Ｇの回転
数、従つて出力電圧を定格値まで減少制御しえな
いとき、羽根傾斜角θは零となりセンサー６２の
作動により全電気回路系は遮断され翼車はフエザ
ーリング状態となつて風力エネルギの変換作用は
ない。ただしこの翼車のフエザリング状態は設定
した標準風速帯例えば３〜６ｍ／ｓ以上に限ら
れ、風速が上記風速帯以下の場合は発電機出力電
圧は定格値以下となつてダイオード整流器DRは
通電せず、充電作用は行なわれない。即ち本発明
においては設定標準風速帯以外の風速に対しては
凡てこれを無視し風力エネルギの変換作用は専ら
高効率の運転作用を保証しうる設定風速帯におい
てのみ利用することが基本となつている。本発明
の充電方式は発電機Ｇの回転数、従つて出力電圧
が略一定下で遂行されるから定電流充電制御であ
り、このことは充電時間の短縮化を意味する。通
常蓄電池の寿命向上のためには100％充電率を理
想とし、過充電は寿命を低下する。この過充電作
用を回避するために、前記電気回路には蓄電池Ｂ
と直列に放電電力測定器Ｐが挿入され、充電を行
う場合に負荷Ｌにおいて既に消費された電力量が
該測定器Ｐにおいて計数されており、この計数値
が零になるまで充電作用を継続し、充電率100％
に達したとき充電作用は停止する。このとき測定
器Ｐは継電器RYを開いて変流器CTの電圧に平
衡する抵抗Ｒの電圧を下げ、発電機の電流は蓄電
池の自己放電だけまかなう値まで下げる必要があ
る。そのため測定器Ｐには一定放電量以下では積
算を中止する手段を設ける必要がある。 なお第１０図における継電気RYを無接点式の
ものを採用し、サーボモータSMに機械的制御機
器を具備する汎用誘導電動機を使用してオン、オ
フ制御（無接点方式）に改変することも可能であ
る。 いずれにしても本発明に係る翼車羽根の可変ピ
ツチ制御作用は発電機回転数従つて出力電圧が略
一定の標準電圧値に維持され、標準風速帯３〜６
ｍ／ｓにおいて最高の風車効率が保たれる。また
蓄電池に対しては過充電を回避し、負荷消耗電力
のみを補充して100％充電率を確保する浮動充電
方式が採用される。このように本発明は設備の耐
用寿命向上のために、その適用目的を制限しかつ
各構成要素に対し強度的に有利な小型容量化と耐
候性設計がその基本となつている。 発明の効果 以上は一実施例について述べたが本発明装置の
特徴を総括すればつぎのとおりである。 市販製品であるSTK鋼管を大幅に採用し、
個々の組立部品類は出来るだけ工場生産により準
備し、構築物は現場組立を立前とする。これは全
重量の大部分を占める支柱部を軽量化し、その運
搬を容易にして、構築費の低廉化を計かるためで
ある。また翼車やサーボモータや発電機及び蓄電
池の設備機器類は高能率運転条件下で作動するこ
とが要求されているから小形容量化と耐用寿命が
増大できる。その上、構成部の各所に耐久性と安
全保守を確保する設計が取り入れられているから
無人化設備として最適である。更にマクロ、ミク
ロ的視点から風水害や雪害等のあらゆる場合に対
応して配慮されているので長寿命が保証される。
これは在来の風車設備にはなかつた特徴である。
これは人里離れた山奥とか、富士山頂などの豪雪
地帯に適応できるように意図されたものである。
そのため機器類はすべて密封された格納箱内に収
められ、また運動部分相互間にはすべてオイルシ
ール或はラビリンスで以て封鎖され防塵、防水対
策が講じられている。また各部の潤滑方式は保守
管理が簡単にすむグリース潤滑方式が採用されて
いる。 風車胴体及び支柱管上には外気の呼吸作用をも
つブリーザーが設けられて内外温度変化による内
部雰囲気の均衡化を図る注意が払われると共に回
転主軸の温度変化によつて生ずる膨張収縮作用を
補償する手段が配慮されている。これは繰返し熱
応力の発生による主軸の早期疲労破損を阻止する
ためにきわめて効果がある。翼車周りに設けたフ
ードは風速の動圧力発生ダクトとして機能させ、
利用風速帯の風力を最大限にエネルギ変換するこ
とができる。更にこのフードは外部からの飛来物
に対する保護遮蔽体としても役立つ。 運動部分はすべてころがり軸受設計としてあ
る。翼車には羽根面積の大なる複数枚から成るフ
アン型翼車を用いて、フード内に流入する風速エ
ネルギを最大限に羽根面に吸収せしめ翼車の運転
効率を高めるようにしてある。翼車の外径は２ｍ
を標準とし、在来の４メートル以上のプロペラ風
車に比較し、極めて小型であるからコンパクトで
あり故障率が少ない。更にまた、発電機は自動可
変ピツチ制御方式により定格回転数が確保され、
主電源である蓄電池は浮動充電方式によつて常時
発電機から最大限の風力発電効率をもつて充電を
うけることができ、蓄電池寿命を高めるように配
慮している。なお標準風速以上では羽根ピツチ傾
斜角は零となりフエザリング状態となる。勿論こ
れは暴風や突風に対する安全手段をとるためであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の風力発電装置全体の外観側面
図で、第２図は第１図の風車を前側からみた正面
図、第３図は第１図に示す支柱管の組立構造を示
す拡大断面図、第４図は第３図の−線に沿う
断面平面図、第５図は本発明装置の風車胴体を含
む支柱管上部の拡大された側面図で、特に翼車の
フード部分を断面で示す。第６図は第５図の翼車
を前面からみたフアン型羽根面を示す正面図、第
７図は第７図Ａ、第７図Ｂおよび第７図Ｃ相互間
の配置結合関係を示すブロツク図、第７図Ａ，
Ｂ，Ｃは風車胴体の内部構造を示す長手方向の縦
断面図を示し、第８図は第７図に関連して支柱管
下部に設けた発電機駆動系を示す拡大縦断面図、
第９図は本発明の可変ピツチ制御機構の原理説明
図、第１０図は本発明の電気的制御回路の一実施
例を示す。 １……基板、２……支柱管部、４……風車胴
体、５……翼車、６……垂直風向舵、７……フー
ド、８……発電機格納箱、９……蓄電池格納箱、
５０……回転主軸、５６……高減速傘歯車装置、
５７……サーボモータ、７０……傾斜式遊星傘歯
車機構、１００……垂直伝動軸、１８０……増速
機、１９０……発電機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直立支柱管の垂直中心線回りに風車胴体を旋
   回自在に架設した水平軸式風車を具備する風力発
   電設備において、風車胴体４の前側に巾広フアン
   型羽根をもつ回転翼車５が露出して支持され、該
   翼車の外周を包囲してフード７を胴体上に固設
   し、かつ前記胴体内部にサーボモータ５７によつ
   て翼車羽根のピツチ傾斜角を制御する自動可変ピ
   ツチ制御機構を組込むと共に翼車５の回転主軸５
   ０を支柱管内に配置した垂直伝動軸１００を介し
   て支柱管下部に格納し配置された発電機１９０へ
   連結して翼車の回転を発電機入力軸へ伝達できる
   ようにし、更に前記発電機出力回路を蓄電池へ接
   続せしめた充電回路中に前記サーボモータ５７へ
   翼車の羽根ピツチ角制御信号を送信可能にする電
   気的制御回路を形成せしめることにより、予め定
   めた利用風速帯において発電機の発生出力電圧と
   基準電圧との差量に対応する電気信号をサーボモ
   ータへ送信して翼車羽根ピツチ角を基準角度θか
   ら零度に制御し、発電機を常に定格運転状態に保
   つて蓄電池側へ浮動充電するようにしたことを特
   徴とする耐候性小型風力発電装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記風車胴体４に内蔵された翼車羽根角の可変ピ
   ツチ制御機構は、翼車５と一体な中空の回転主軸
   ５０の内壁に固着した内歯歯車４９へ歯車連鎖を
   通して連結された小傘歯車７４と、サーボモータ
   ５７によつて制御回転可能な出力制御軸６０の外
   端のキヤリヤ７１上に枢着した傾斜遊星傘歯車４
   ４と、翼車５の羽根軸１００へ傘歯車対により連
   結された可変ピツチ駆動軸８０上の大傘歯車７５
   とによつて構成される傾斜式遊星傘歯車機構７０
   によつて形成されていることを特徴とする耐候性
   小型風力発電装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の装置において、
   前記中空の回転支軸５０はその外側および内側表
   面に配置された２対のころがり軸受５２，８１；
   ６６，８２を介して風車胴体４の内壁と可変ピツ
   チ駆動軸８０の外側との間に回転自在に支持され
   ると共に、回転主軸５０の後部ころがり軸受対６
   ６，８２の各軸受外輪がばね付勢をうけて移動可
   能に設けられ、これによつて温度変化による回転
   主軸の伸縮作用を許容可能にして繰返し熱応力の
   発生による疲労破壊を回避せしめたことを特徴と
   する耐候性小型風力発電装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記発電機１９０の電気的出力回路に変流器CT
   とブリツジ整流器CRからなる出力電圧検出回路
   を形成すると共に前記回路に接続された蓄電池Ｂ
   の充電回路にはダイオード整流器DRおよび基準
   電圧発生回路ZRを介装せしめて、発電機の出力
   電圧が定格値以下のときは前記充電回路を不通状
   態として風力電力変換作用を阻止し、定格値以上
   の出力電圧を発生するときに基準電圧との差量に
   対応する電気的制御信号をトルクモータに送信し
   て翼車羽根角を自動的に変角制御し発電機の出力
   電圧を常に定格値に保つた状態で蓄電池へ浮遊充
   電せしめるようにしたことを特徴とする耐候性小
   型風力発電装置。