JPH05507537A

JPH05507537A - 自由首振り自由縦揺れ風力駆動発電機装置

Info

Publication number: JPH05507537A
Application number: JP91510205A
Authority: JP
Inventors: カーター，ジェー．，ワーン，シニア
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1993-10-28
Also published as: DK0530315T3; EP0530315B1; WO1991018203A1; DE69130478T2; CA2082585C; EP0530315A1; DE69130478D1; US5178518A; CA2082585A1; EP0530315A4

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】自由首振り自由縦揺れ風力駆動発電１１装置技術分野本発明は、風力駆動発電機装置、ことに追い風式自由首振り自由縦揺れ機械に関する。

背景技術自由首振り機械は極めて望ましい。その理由は１回転子羽根が風を方位角で追跡し、羽根先端が風向きの水平のときに風に直交する平面内で回転することによって一層有効に電気を発生するからである。しかし追い風式目白首振りｌｊｌ械は十分な満足が得られいるわけではない。その理由は、羽根が支持塔に当たり破損するいくつかの条件があるからである。一般にこれ等の条件は過度の首振り割合によって生ずる。若干の場所ではこれ等の条件は１年に３ないし４回生ずる。

自由首振り機械の過度の首振り割合を防ごうとする提案では首振り制動器が使われている。しかしこれ等の装置は、首振り運動が比較的遅いときにもこの首振り運動に効力を加える。このような首振り制動器を使う機械は厳密にいえば自由首振り機械ではない、自由首振り機械の欠点を避けるように、首振り駆動システム（首振り検知標識を持つ）は発電機頭部を風に方位角が整合した状態に保つのに使われている。このようなシステムは複雑、高価で故障を生じやすい、さらに精巧な首振り駆動システムでも首振り整合の不正確により風力発電機の運転が極めて乱雑になり過度に振動し、機械に過度の応力、摩耗及びひび割れが生ずる。

最高の効率が得られるようにするには、羽根先端の回転面が風向きに直交する状態に保たれることが望ましい。風向きが水平でないときは、この場合仰角の整合と共に方位角の整合を必要とする。水平面内に保持される回転子軸線を持つように作られた従来の機械は、風が水平方向に対し１０″ないし２０°の角度を挟む斜面に沿って上昇する山又は丘の上り傾斜に沿う多くの良好な風の吹く場所を十分に利用することができない。このような環境では羽根は空気流に対し成る角度を挟んで作動するようにされ効率の低下及び生成動力の損失を招く。さらに羽根を風に対し成る角度を挟んで絶えず作動させる機械は、運転が極めて乱雑になる機械であり、機械の種々の部品に高い応力か加わる。

かなり以前からヘリコプタ又はジャイロブレーンのチータリング回転翼システムははるかに平滑に作動し機械の回転翼支持構造に一層低い力を伝えることが分っている。新式の風力駆動発電機は、同じ利点か得られるように揺動（チータリング）ハブを持つ回転子を使っている。最も効果的で価格的に有効な風力発電機は、風速によりコーニング角の変化する柔軟性羽根を持って２枚羽根揺動ハブを使っている。風速が高いほど柔軟性羽根のコーニング角か大きくなる。

回転子羽根を空気流に対し成る角度を挟んで作動させるときは、各羽根は揺動輪線のまわりに揺動しなければならない。揺動軸線が回転子システムの重心から間隔を隔てていると、振動と振動による高い応力とか生ずる。コーニング角の変化によって、回転子システムの重心は風速によって変化し、この回転子システムの重心に一致する軸線のまわりにつねに揺動する回転子システムを作ることかできなくなる。さらに揺動ハブでは重くて価格が高く維持費も高い。

多くの新式風力発電機の羽根はコーニング角に関して著しい柔軟性を持つか、これ等の羽根は回転子の回転速度より回転子の縁に沿う固有振動数がつねに確実に高くなるようにするのに縁に沿うこわさを著しく高くする必要がある。回転子は、その回転の際に１回転ごとに２回重力の影響を受ける。又回転子の固有振動数か回転速度と同じか又は回転速度より低いと、回転子は重力により振動され数回転で破壊する。さらに支持塔の固有振動数は、回転子の振動により支持塔を損傷しないように十分に低くなければならないか又は塔は十分なこわさを持たなければならない。

従来知られている所では、羽根長さが増すに伴い回転子の重量が縁方向こわさよりはるかに速く増すから４００ないし５００ｆｔの直径の回転子が実用上の寸法限度であることを仮定している。又前記したように各羽根の縁方向こわさは羽根の線方向固有振動数が回転子の回転速度より確実に高くするのに十分でなければならない。

発明の開示本発明は、従来の機械で得られるより一層有効にかつ一層平滑に運転できる風力駆動発電機を提供する。さらに本発明は、従来よりも直径が一層大きく現用品よりもはるかに低い縁方向にこわさを持ち回転子及び塔構造の固有振動数の問題をなくし又は著しく減らす回転子を提供するものである。

簡単にいえば本発明はその態様の１つで、回転子軸に固定しン／１ブに取付けた羽根を持ち回転子が所定の縦揺れ限度内で自由縦揺れ運動を持つ改良された風力駆動発電機を提供する。多くの好適な実施例では各縦揺れ止め間の回転子の運動割合は、縦揺れ運動が成る小さい角度範囲を越えると流体圧により調整する。

本発明は、他の態様では、首振り割合を過度の首振り割合は防ぐように制御する改良された自由首振り風力駆動発動機を提供する。

多くの好適な実施例では、発電機は、小さな角度範囲（たとえば＋／−２°）内の拘束されない自由首振り作用を生じ独特の首振り駆動システムを使い回転子羽根を軽い可変の風向で風向きの＋／　−４５６以内で風と同じ向きに保つ。

とくに本発明は、従来の同等の機械より一層高い効率、一層簡単な構造及び一層長い寿命を持つ自由首振り、自由縦揺れ風力駆動発電機を提供するものである。

図面の簡単な説明本発明の好適な実施例を添付図面について詳細に説明する。

第１図は塔（一部を示しである）に取付けた本発明による発電機頭部を示す線図的側面図である。

第２図は本発明に使う首振りブレーキの第１実施例の線図的側面図である。

第３図は発電機頭部の塔に対する自由首振り自由縦揺れの状態の取付けを本発明に使う首撮りブレーキの第２実施例と共に示す上下方向断面図である。

第４図は第３図の４−４７１に沿う断面図である。

第５図は第３図の５−５線に沿う断面図である。

第６図は第３図の６−６線に沿う断面図である。

第７図は首振りブレーキの！２実施例の縦断面図である。

第８図は首振りブレーキの第２実施例の上下方向横断面図である。

第９図は首振りブレーキの第２実施例に使う輪止め枠を一部を断面にして示す平面図である。

第１０図は第２実施例に使う弁プランジャの側面図である。

第１１図は弁プランジャの端面図である。

第１２図は本発明の好適な第３の実施例の発電機頭部の一部分を示す線図的上下方向縦断面図である。

第１３図は第３実施例の発電機頭部の線図的水平断面図である。

第１４図は第１２及び１３図に示した装置の線図的上下方向横断面図である。

第１５図は第３実施例に使う縦揺れ止め流体圧ピッチ割合調整機構の線図的上下縦横断面である。

第１６図は第３実施例に伴う、首振り駆動、首振り割合調整、首振りブレーキシステムの線図的側面図である。

第１７図は首振り駆動システムの電気部分を示す線図的側面図である。

第１８図及び第１９図は第３実施例の首振り割合を調整する遠心ブレーキのそれぞれ線図的の上下方向横断面図及び縦断面図である。

第２０図は第３実施例に使う圧力逃がしマニホルドの線図的縦断面図である。

好適な実施例の詳細な説明添付図面においてＩＪ１図は本発明による風力駆動発電機を示す。

図示のように本発電機は塔１２（部分的に示しである）の頂部に支えた発電機頭部１０を備えている。発電機頭部１０は、回転子軸１８に固定され、１対の羽根２０を支えるハブ１６を持つ回転子１４を備えている。各羽根２０は細長くて柔軟であり有効な翼形を持ち、■９８２年１２月２８日発行米国特許第４．３６６、３８７号又は１９８４年２月１４日発行米国特許第４．４３１．３７５号の明細書に記載しであるのと同様な構造を備えるのがよい。これ等の明細書は共に本説明に参照しである。しかし羽根は前記各特許明細書の羽根の縁方向こわさを持つ必要はない。その理由は本発明が従来の羽根に伴う縁方向固有振動数の問題を除くからである。前記各特許明細書に記載しであるように羽根は、これ等の羽根の正常な回転速度中に羽根のピッチを実質的に一定に保つが各羽根を過速度条件ではピッチを増加されるピッチ制御機構を備えている。第１図に示すように風か発電機頭部ｌＯに左方から近づき、各羽根２０がこれ等の羽根間に所定の初期コーニング角を持つ。このコーニング角は前記したように風速によって変る。

発電機頭部ＩＯは首振り軸受２２により塔１２に取付けである。

軸受２２により首振り運動の程度にっていは制限しないでほぼ上下方向の軸線のまわりの発電機頭部の自由首振り運動ができる。しかし後述のように首振り運動の割合は過度の首振り割合を防ぐように制限される。

発電機頭部は首振り軸受２２に縦揺れ軸受２４を介して支える。

軸受２４により、所定の縦揺れ限度（後述する）内で実質的に水平の軸線のまわりの発電！ｊ１頭部の自由縦揺れ運動ができる。上下方向フィン２６は、発電機頭部のケーシング２８から上下の方向に延び。

回転子軸１８の軸線にほぼ平行な側面を持つ。各フィン２６は、発電機頭部（回転子軸）を風向きに方位角で整合させるのに役立つ。

発電機頭部は、各フィン２６を取付けたトラス形フレーム（図示してない）を持つ。

回転子軸１８は、ケーシング２８内に普通の方法で回転するように支えられ、回転子１４の反対側端部に普通の歯車列を持つ発電機単位３０を備えている９発電機頭部はその縦揺れ軸線のまわりに静的につりありている。風向きが水平面から移動すると、回転する羽根２０の自然の作用で発電機頭部の縦揺れ運動を生じ羽根先端の回転面を風向きにほぼ直交する状態に保つようにする。

過度の首振り割合に伴う前記したような間層を防ぐように、発電機頭部に首振りブレーキを設けである。この首振りブレーキの第１の実施例を第２図に線図的に示しである１図示のように外歯な持つ大直径のブレーキ板歯車３２は５　塔１２の上部非回転区間に固定しである。小さいビニオン歯車３４は歯車３２の歯にかみあう歯を持つ。ビニオン歯車３４は、発電機頭部と共に首振り軸受２２の上下方向軸線のまわりに回動する支持体３８に取付けたスリーブ３６内で回転する軸を持つ。すなわちビニオン歯車３４の回転速度は発電機頭部の首振り運動の割合と共に変化する。

ベルトブーり系４０によってビニオン歯車３４は調速機おもり単位４２を駆動する。単位４２は、支持体３８に取付けられ、駆動プーリ４４及び被駆動プーリ４６の寸法により定まる回転速度でビニオン歯車３４の回転軸線に平行な上下方向軸線のまわりに回転する調速機おもりを持つ。各プーリ４４．４６はベルト４５により結合しである。調速機おもり４８はプーリ４６に取付けたハブ５０と共に回転し遠心力により半径方向外方に移動する。調速機おもり４８の上端部の歯車歯は歯車ラック（図示してない）を駆動する。これ等のラックは、ハブ５０内で上下方向に動き流体圧シリンダ５２（たとえば自動車の油圧制動システムの主シリンダと同様）内のピストン（図示してない）に下向きの力を加える。このピストンの下方の作動流体は管５４を経て支持体３８に取付けた１個又は複数個のブレーキバッドキャリパ単位５６に送られる。各キャリパ単位５６はブレーキ板歯車３２を締付けこれに制動力を及ぼす。

発電機頭部は、所定の首振り割合に達するまで真の自由首振り運動を生ずる。この時点で首振りブレーキが作用し過度の首振り割合を防ぐ。発電機頭部が前後に遅い首振り運動をして風向きに追従する場合には調速機おもり単位は、流体ブレーキを作動するのに必要なだけ調速機おもりを持上げるのに十分なＲＰＭには達しない。従ってこの風力発電機は極めて有効な作用が得られるように制限を受けないで自由に風に追従することができる。異常な天候条件により発電機にあまり速い首振り運動が生ずると、ブレーキが作動して安全な首振り割合を保ち羽根が損傷したり破損したりしないようにする。このシステムは組込みのフィードバックを持ち、従って発電機か速く首振りを始めようとするだけ速（調速機おもり単位が回り加わる制動力が強くなる（ブレーキが作用し始めた後）。首振りブレ− キの調速機おもり単位又はその他の部品はたとえば調整ばね又はその他の適当な調整機構を持つ制動作用しきい値の設定を容易にする。

首振りブレーキは第１図には図面を複雑にしないように例示してないが、縦揺れ軸受２４のアームは第２図の支持体３８に対して取付けられ発電機頭部（すなわち縦揺れ運動の際に動く回転子軸及び発電機頭部部品）の所望の自由縦揺れ運動か得られるようにする。

支持体３８は、回転子軸の所望の縦揺れ運動を生ずるのに十分な自由度で回転子軸を通すのに適当な中心穴（図示してない）を持つ。

このことは発電機頭部の構造をさらに詳しく述べる縦揺れブレーキの第２の実施例の説明で後述する。

第３図ないし第６図に示すようにケーシング２８は、１対のトラニオン６０（第５図参照）により縦揺れ軸受２２の可動部分に支えたフレーム５８を持つ。首振り軸受２２の可動部分に取付けた縦方向アーム６２は回転子の方向（第３図及び第５図の右方）に延びフレーム５８に固定した衝合体６６に衝合する緩衝体６４を支えて発電機頭部の縦揺れ運動に対する上下の制限止めを形成するようにする。実際上下向き運動は水平方向に対したとえば約１５″ないし２０６に制限され、又下向き運動は水平方向に対したとえば約３゜ないし５°に制限する。発電機頭部の上向き及び下向きの縦揺れ運動は、塔１２の上部部分に固定した弧状の導風板６７に隣接する鎖線により第３図に示しである。

第３図ないし第１１図に例示した第２実施例の流体圧ブレーキシステムは、第１実施例より一層精巧なシステムであり、第１実施例の調速機おもり単位より一層感度が高く一層重量の軽い首振り割合センサを作用できる１種のサーボシステムである。第２実施例のブレーキシステムは、流体溜め６８と、作動流体をブレーキキャリパ５６に送るポンプ７０と、ポンプ７０から溜め６８に流体をバイパスして戻す割合をｍＷする制御弁アセンブリ７２を備えた流体バイパスとを備えている。

第４図及び第５図に示すようにブレーキ板歯車３２にかみあうピニオン歯車３４は５　ベルト４５を介して被駆動プーリ４６を回転するベルトブーり系４０の駆動プーリ４４を回転する。第７図に示すように被駆動プーリ４６は、歯車７６を取付けた軸７４に固定しである。歯車７６は、ｇ速機おもり単位４２′の駆動軸８４に取付けた別の歯車８２を駆動する歯車８０に固定した歯車７８を駆動する。

調速機おもり単位４２′の駆動軸８４を回転するときに遠心力のもとに飛び出す調速機おもり４８′は、駆動軸８４により支える。２鱈の調速機おもり４８′を第７図で駆動軸８４に支えて示しであるが、調速機おもり４８′の運動の半径方向面に直交する半径方向面内で運動するように支える２個の付加的な調速機おもりを設けてもよい。

調速機おもり４８′の上端部は、カラー８６に衝合してこのカラーを駆動軸８４の軸線に沿つて動かすカムとして作用する。この等のカムはブレーキが作用し始める首振り割合の限界を定める。カラー８６は、駆動軸８４の軸線のまわりに回転し１回転軸受により制御弁９０のプランジャ８８をカラー８６の中心に支える。プランジャ８８は、カラー８６と共に上下に動き協働する弁部材９２の通路により作動流体の流れをｌ１ｌＩＩＩｌするテーバ付き先端を持つ、第１Ｏ図及び第１１図に示すようにプランジャ８８は十字形断面を持ち作動流体の流れ図の縦方向通路を形成する。

制御弁９０は、制御弁９０を経て溜め６８にバイパスさせた作動流体をろ過するようにスクリーン９６を支えた通路を持つ制御弁アセンブリ７２の継手９４に取付けである。作動流体は、１！７図の継手９４の右側に入りこの継手の左側から１個又は複数個のブレーキキャリパ単位に流れる。ブレーキキャリパ単位に加わる作動流体の圧力は、制御弁を経て溜め６８に流体をバイパスする程度によって定まる。これは１．発電機頭部の首振り運動の関数である調速機おもり４８′の半径方向位置の関数であるのはもちろんである。

第８図に示すように流体圧ブレーキシステムは、溜め６８の互いに対向する側に支えた１対の機械的駆動ピストンポンプ７０を備えている。各ポンプ７０のピストンは、軸７４に取付けた枠９８及びカム１００を備えた輪止め機構により駆動する。第９図に詳細に示した枠９８は図示のように縦方向及び横方向に穴をあけた１対の互いに反対の向きに延びる中空棒＋０２を持つ。各縦穴の端部は拡大して第８図に示すように逆止め弁のばね付勢ボール１０６を受ける杯状体１０４を形成する。第８図の右側の軸１０２か左方に動くときは、ボールを入れる室内に負圧が生じ、溜め６８からの流体か中空棒１０２を経てボール〔この場合持上げられ杯状体１０４から離れている〕のまわりに通路１０８を、介して流れる。軸１０２の戻り行程で（軸が第８図の右側で右方に動くとき）、ボール１０６の右方に捕捉された流体は、別の逆止め弁の第２のばね付勢したボール１１０を右方に動かしくその弁座から離し）作動流体を通路１１２に押込む。通路１１２の一端部は制御弁９０（第７図）の継手９４に連結され、又通路１１２の他端部は１つ又は複数のブレーキキャリパ単位に連結しである。或は第８図に示した２つのポンプ７０の出口は、たとえば両ポンプのうちの一方の通路１１２により並列に連結され、両ポンプの吐出流体を通路１１２からブレーキキャリパ単位に供給するのに先だって両ポンプのうちの他方のポンプの吐出流体を受けるようにする。

第２の実施例の流体圧ブレーキシステムは第１実施例の場合と同様に首振り割合が所定レベルに達するまで発電機頭部の真の自由首振り運動を生じさせる。この時点でブレーキシステムが作用し過度の首振り割合を防ぐようにする。第１実施例の場合と同様に第２実施例の流体圧ブレーキシステムはフィードバックを設け、ブレーキが作用し始めると、制動力は首振り割合によって変化する。第２実施例の流体圧ブレーキシステムは第１実施例に比べて若干の点が一層複補であるが、制動力の−、曹精密な制御と発電機頭部の首振り運動に対する一層高い感度の応答とが得られる。

自由縦揺れ及び自由首振りでは揺動ハブを必要としない。又回転子を回転軸線のまわりに完全につりあわせることは重要でない、その理由は回転軸が回転子の重心のまわりに自由に動くようにしであるからである。回転軸は水平方向及び上下方向で共に「柔軟」であるから振動を生じさせるのに「固い」点がない。

本発明の第３の最も好適とする実施例を以下に述べる。この実施例を述べるに当たり前記の各実施例の部品に対応する部品は同じ参照数字にダッシュを向けて表わしである。

第１２図ないし第１４図に示すように発電機頭部１０′は縦揺れ軸受２４′を開始首振り軸受２２′に支えである０回転子軸１８′は、この回転子軸に固定したハブを持ち回転子羽根を支える回転子（図示してない）を支える。この回転子は第１２図及び第１３図の右方に位置している。発電１１１頭部の全形状は第１図に示したのとほぼ同じである。しかしフィン２６は使ってない０羽根構造は第１図について述べた通りである１回転子軸１８′は第１図の場合と同様な発電機単位を駆動する。この発電機単位は第１２図及び第１３図の左方に位置している。

１１３の実施例では、発電機頭部の縦揺れ運動は第１２図の軸支持管１３８の下降位置Ａに示すような約−６′″と２　第１２図の軸支持管１３８の上昇位置已により示すような約＋１５°とに制限するのかよい。しかし前記各実施例の場合のように他の限度を使ってもよい。縦揺れ運動に対する制限止めは、アルミニウム座金１１５を差込まれ流体圧シリンダ１１８の二重端部ピストン捧】１６の各端部に取付けたゴム製ドーナツ板（円板）１１４の重なりから成る緩衝体により形成する。

第１５図に示すようにピストン捧は流体圧シリンダ内のピストン１２０を支える。このシリンダは、ねじ栓１２６により閉じた充填通路１２４を設けた端部キャップ１２２を備えている。０リング１２８は、シリンダの端部キャップ１２２及び側壁１３０間とピストン１２０及び側壁１３０間とピストン俸１１６、端部キャップ＋２２及びピストン１２０間とに密封部を形成する。ピストン１２０の互いに対向する側の間にはピストンの最下部領域の近くで小直径の通路すなわちオリフィス１３２を設け、ピストンがシリンダ内で移動する際にピストンの一方の側から他方に低温低活性の作動流体を移送するようにしである。シリンダは、ピストン１２０の互いに対向する側で作動流体を部分的に満たされるが、シリンダの各端部には小さい空気溜まりが捕捉される。

シリンダはその両端部の一方の近くで第１２図ないし第１４図に示すようにトラニオン１３６により縦揺れ軸受２４′の１対のアーム１３４に枢動自在に支えである。ピストン捧１１６の一端部１１７は軸支持管１３８に固定した板１３７に枢動自在に連結され、板１３７が発電機頭部の縦揺れ運動に関与する。この構造により発電機頭部の縦揺れ運動が流体圧シリンダ１１８内のピストン１２０へ往復運動を生じ縦揺れ運動割合制御及び緩衝のためにオリフィス１３２を経て油を移送する。ピストンの往復運動は、トラニオン軸線のまわりの流体圧シリンダの傾斜を伴いシリンダの対応する端部キャップ１２２に対するドーナツ板１１４の衝合により制限される。

ピストン１２０は端部キャップ１２２に当たることがない。

シリンダの各端部の空気溜まりにより縦揺れ割合の調整を行わないで小さい角度範囲（たとえば杓子／−Ｖ２°）内で縦揺れ運動ができる。もし縦揺れ運動が、この小さな角度範囲を超えるとシリンダ内の圧力が上昇し、縦揺れ運動の割合を制限しはじめる。適当な寸法のオリフィス１３２を選定することにより、縦揺れ運動の割合を制御することが望ましい。シリンダが実質的に水平であるから、オリフィス１３２を油の底部の近くに設けると、空気はオリフィスに入ることができなくて捕捉されたままになる。

本発明の第３の実施例は、小さい角度範囲たとえば約＋／−２゜に対し拘束されない自由首振り運動を生じ次いで首振り制動作用を生ずるように構成しである。

拘束されない自由首振り運動は前記した拘束されない自由縦揺れ運動とによって回転子の若干の自由な揺動運動ができ、従って回転羽根（その重心は一方の羽根が他方とは異なるコーニング角を持つことによって移動する）から発電機に過度の荷重か加わらない。首振り及び縦揺れの制動は、各羽根が遅く回転するときに風力発電機の始動中に不安定さを最少にするのに重要である。第３実施例は、弱い可変の風で回転子軸軸線を風向きの約十／−４５°以内にして回転子を追い風の状態に保つのに電力駆動の流体圧式首振り駆動システムを使う。この首振り駆動システムは、遠心ブレーキを備え首振り割合を約１８０　’　／ｗｉｎに制限する。

第１２図、第１４図及び第１６図に示すように小さいビニオン歯車３４′は、塔１２′の回転しない上部区間に固定した大直径の外部歯車３２′にかみあう。ビニオン歯車３４′は、首振り軸受２２′の上下方向軸線のまわりに発電機頭部と共に動くスリーブ３６′内で回転する軸を持つ。ビニオン歯車３４′の軸は、流体圧原動機／ポンプ単位１４０の回転子に連結しである。単位１４０は、発電機頭部の風力駆動首振り運動に応答してビニオン歯車３４′によりポンプとして駆動する。流体圧原動機／ポンプ単位は、オイル管路１４４及び圧力逃がしマニホルド１４６を介して一層小さい容量のポンプ／原動機単位１４２に連結しである。調整されない首振り運動の前記の小さい角度範囲は、ビニオン歯車３４′の若干量の回転かシステム内の流体圧力の生成に先だって必要である。次いでポンプとして作用する単位１４０の出力は単位１４２を原動機として駆動し首振り運動を制動する。

単位１４２は、この単位をポンプとして駆動する協働する可逆３相電動機＋４８　（１）Ｐ−１，７５５ＰＰＭ）を備えている。電動機の軸は又遠心ブレーキ１５０に結合しである。ビニオン歯車３４′から遠心ブレーキ１５０まて第１６図に示した装置の全体はもちろん首振り軸受に支えられ発電機頭部の首振り運動に関与する。

首振り標識（風向き翼）１５２は第１７図に示すように回転子羽根から遠い方のケーシング端部の近くで発電機頭部のケーシング２８′に取付けである。首振り標識１５２は可逆マイクロスイッチ１５４を作動し電動機＋４８に３相交流を供給し発電機頭部が風向きから４５°以上それるときはつねに電動機１４８を適当な方向で駆動するようにする。マイクロスイッチのカム輪郭は、スイッチ単位１５４が閉じ電動機１４８に電力を供給するときにこのスイッチ単位が発電機頭部を約１５°の首振り運動にわたりすなわち発電機頭部が風向きの約３０″以内になるまで駆動するのに十分な時限にわたって閉じたままになるように選定する。

電動機１４８に通電すると、電動機１４８は流体ポンプ／原動機単位１４２をポンプとして駆動する。単位１４２は、ビニオン歯車３４′を固定の首撮り歯車３２′のまわりに駆動するように流体原動機／ポンプ単位１４０を電動機として駆動する。しかし風により、場合により異常な風条件で生ずる発電機頭部の首振り運動が起ると、ビニオン歯車は流体原動機／ポンプ単位１４０をポンプとして駆動する。単位１４０は流体ポンプ／原動機単位１４２を電動機として駆動することにより首振り制動作用を生ずる。単位！４２従って電動機＋４８の軸のＲＰＭがたとえば１８００ＰＰＭを越えると、遠心ブレーキ１５０が作動し１８５０ＲＰＭ以下に保ち首撮り割合を制限する。

発電機頭部に加わる風力が十分に大きいと、このシステム内の流体圧力は、破壊的なレベルに増す。圧力逃がしマニホルド１４６はオイル管路１４４内の圧力を逃がし百単位１４０．１４２及び各歯車が過度のトルクを受けないように保護する。発電機頭部の風力による首振り運動中に風向きが電動機１４８を付勢するのに十分なだけ移動すると、電動機１４８の始動トルクは流体ポンプ／原動機単位１４２をポンプとして駆動することにより流体原動機／ポンプ単位１４０を原動機として駆動するのに十分なだけ大きくなり、風向きに対する発電機頭部の全体不整合を補正するようにする。

首振り割合制限用の好適な遠心ブレーキ１５０は第１８図及び第１９図に示され、又好適な圧力逃がしマニホルド１４６は第２０図に示しである。第１８図及び第１９図に明らかなように４個のブレーキシュー１５２は、電動機１４８の軸１５８の端部に固定した回転ハブ１５６から延びる案内ビン１５４に沿い半径方向外方に可動である。１８００ＰＰＭまでは、みぞ１６２内で各ブレーキシューを囲むガータばね１６０の拘束力は、各ブレーキシューをブレーキ１５０のハウジング１６６の内部に固定したブレーキライニング１６４に外向きに動いて接触しないようにするのに十分である。しかしＲＰＭが１８０ＯＲＰＭを越えると、ブレーキシューは動いてブレーキライニングに接触しＲＰＭを約１８５ＯＲＰＭに制限する。

第２０図に示すようにばね付勢逆止め弁１６８は、相対的流体圧力が設定限度を越えると流体管路１４４に相互に連結して作動流体を管路１４４の一方から他方にバイパスさせるようにしである。

以上本発明をその好適とする実施例について詳細に説明したが、本発明はなおその精神を逸脱しないで種々の変化変型を行うことができるのはもちろんである。

θ −一ＦＩ６．２０要　約　書風力駆動発電＋１３０装置は、自由な首振り運動と所定の限度内の自由な縦揺れ運動とを生ずるように塔１２に支えた発電機頭部１０を備えている。この発電機頭部１０は、発電機３０を駆動する回転子軸１８に固定したハブ１６に取付けた１対の細長い羽根２０を持つ追い態形回転子１４を備えている。各羽根２０は、柔軟性を持ち風速によって変るコーニング角を間を持つ１発電機頭部は方位角及び仰角で風向きに整合することができる０首振り運動ブレーキ３２は過度の首振り割合を防ぐ、最も好適な実施例では小さい角度範囲を越える縦揺れ運動及び首振り運動は調整され、又電気流体圧式首振り駆動システムは風向きに対する全方位角不整合を補正する。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．追い風式の自由首振り、自由縦揺れ形風力駆助発電機装置において、実質的に上下方向の軸線のまわりの自由な首振り運動と所定の上方及び下方の限度間の実質的に水平方向の軸線のまわりの自由な縦揺れ運動ヒを生ずるように塔に支えた発電機頭部を備え、この発電機頭部に、発電機を駆動する回転子軸に固定のハブに支えられそれぞれ所定の初期コーニング角を間に持ちこのコーニング角が風速により変化するように実質的な柔軟性を持つ細長い羽根を備えた回転子を設け、又前記発電機頭部の首振り割合を過度の首振り割合を防ぐように制御する制御手段を備えて成る発電機装置。
２．前記回転子軸を風向きに方位角が整合した状態に保持するフィン手段を備え、このフィン手段に、前記回転子軸に実質的に平行な平面内に各側面を持つ実質的に上下方向の細長いフィンを設けた請求の範囲第１項の装置。
３．前記フィン手段に、前記回転子軸に対してそれぞれ上方及び下方に延びる１対のフィンを設けた請求の範囲第２項の装置。
４．前足制御手段に、前記発電機頭部の官振り割合に応答するブレーキ手段を設けた請求の範囲第１項の装置。
５．前記ブレーキ手段に、前記首振り割合に応答しこの首振り割合に従って制動力を生ずる調速機おもり単位を設けた請求の範囲第４項の装置。
６．前記ブレーキ手段に、前記発電機頭部にこれと共に首振り運動するように支えた第１の部分と、前記塔に固定した第２の部分とを設け、前記第１部分に、前記調速機おもり単位とこの調速機おもり単位から流体圧に作動される制動力付与単位ヒを設けた請求の範囲第５項の装置。
７．前記第２部分に第１の歯車を設け、前記第１部分に、前記第１歯車にかみあい前記発電機頭部の首振り運動に応答して駆動される第２の歯車を設け、この第２歯車を前記調速機おもり単位にこれを駆動するように結合した請求の範囲第６項の装置。
８．前記第１歯車を円板歯車とし、前記制動力付与手段に、前記円板歯車の可変の締付けを行うキャリパ手段を設けた請求の範囲第７項の装置。
９．前記ブレーキ手段として、流体溜め手段と、流体圧作動制動力付与手段と、前記溜め手段から前記制動力付与手段に作動流体を送るポンプ手段とを備えた流体圧ブレーキシステムを使った請求の範囲第４項の装置。
１０．前記ポンプ手段を、前記発電機頭部の首振り運動に応答して機械的に駆動されるポンプにより構成した請求の範囲第９項の装置。
１１．前記ポンプとして往復動ピストンポンプを使った請求の範囲第１０項の装置。
１２．前記流体圧ブレーキシステムに、前記ポンプ手段から前記溜め手段に流体を戻すバイパス手段を設け、このバイパス手段に前記発電機頭部の首振り割合に従って前記溜め手段に作動流体を戻す離合を制御する制御弁手段を設けた請求の範囲第９項の装置。
１３．前記制御弁手段に、前記発電機頭部の首振り運動に応答して駆動される調速機おもり単位により作動する制御弁を設けた請求の範囲第１２項の装置。
１４．実質的に上下方向の軸線のまわりに自由な首振り運動をするように塔に支えた発電機頭部と、この発電機頭部の首振り割合を過度の首振り割合を防ぐように制御する制御手段とを包含する自由首振り風力駆動発電機装置。
１５．前記制御手段に、前記発電機頭部の首振り割合に応答するブレーキ手段を設けた請求の範囲第１４項の装置。
１６．前記ブレーキ手段に、首振り割合に応答してこの首振り割合に従い制動力を生ずる調速機おもり単位を設けた請求の範囲第１５項の装置。
１７．前記ブレーキ手段に、前記発電機頭部にこれと一緒に首振り運動するように支えた第１の部分と前記塔に固定した第２の部分とを設け、前記第１部分に、前記調速機おもり単位とこの調速機おもり単位から流体圧により作動される制動力付与単位とを設けた請求の範囲第１６項の装置。
１８．前記第２部分に第１の歯車を設け、前記第１部分に前記第１歯車にかみあい前記発電機頭部の首振り運動に応答して駆動される第２の歯車を設け、この第２歯車をこれを駆動するように前記調速機おもり単位に結合した請求の範囲第１７項の装置。
１９．前記第１歯車として円板歯車を使い、前記制動力付与単位を、前記円板歯車を可変の状態で締付けるキャリパ手段により構成した請求の範囲第１８項の装置。
２０．前記ブレーキ手段を、流体溜め手段と、流体圧作動制動力付与手段と、前記溜め手段から前記制動力付与手段に作動流体を送るポンプ手段とを備えた流体圧ブレーキシステムにより構成した請求の範囲第１５項の装置。
２１．前記ポンプ手段を、前記発電機頭部の首振り運動に応答して機械的に駆動されるポンプにより構成した請求の範囲第２０項の装置。
２２．前記ポンプとして往復動ピストンポンプを使った請求の範囲第２１項の装置。
２３．前記流体圧ブレーキシステムに、前記ポンプ手段から前記溜め手段に流体を戻すバイパス手段を設け、このバイパス手段に、前記発電機頭部の首振り割合に従って作動流体を前記溜め手段に戻す割合を制御する制御弁手段を設けた請求の範囲第２０項の装置。
２４．前記制御弁手段を、前記発電機頭部の首撮り運動に応答して駆動される調速機おもり単位により作動される制御弁により構成した請求の範囲第２３項の装置。
２５．実質的に上下方向の軸線のまわりの首振り運動と所定の上方及び下方の限度間の実質的に水平方向の軸線のまわりの縦揺れ運動とを生ずるように支えた頭部を備え、この頭部に風力駆動回転子と、前記頭部の首振り割合を制御する第１の制御手段と、前記頭部の縦揺れ運動の割合を制御する第２の制御手段とを設けた風力駆動装置。
２６．前記第１制御手段に、前記頭部の風力駆動首振り運動に応答して流体圧原動機単位を駆動する流体圧ポンプ単位を設けた請求の範囲第２５項の装置。
２７．前記第１制御手段にさらに、前記頭部の首振り運動の割合を過度の首振り割合を防ぐように制限するブレーキ手段を設けた請求の範囲第２６項の装置。
２８．前記流体原動機単位を作動流体を供給する流体ポンプとして駆動し前記流体ポンプ単位を流体原動機として駆動ずるようにする電動機と、前記流体原動機により駆動され前記頭部の方位角方位を変える方位変え手段と、風向きに対する前記頭部の方位角方位が所定の角度範囲を越えると前記電動機を付勢する付勢手段とをさらに備えた請求の範囲第２６項の装置。
２９．前記第１制御手段により、前記頭部の実質的に拘束されない首振り運動の所定の角度範囲を生ずるようにした請求の範囲第２５項の装置。
３０．前記第２制御手段に、前記頭部の縦揺れ運動に応答して内部で可動なピストンを持つ流体シリンダを設けた請求の範囲第２５項の装置。
３１．前記ピストンを、前記の上方及び下方の限度を設ける手段を互いに対向する端部に備えたピストン棒に支えた請求の範囲第３０項の装置。
３２．前記シリンダを実質的に水平方向に枢動自在に取付け、このシリンダにより前記ピストン棒の一端部を前記頭部に枢動自在に連結し前記頭部の縦揺れ運動に関与するようにした請求の範囲第３０項の装置。
３３．前記ピストンに貫通路を設け、前記シリンダにこのシリンダ内で前記ピストンが動くときに前記通路を経て可動な前記作動流体を前記ピストンの互いに対向する側に入れた請求の範囲第３２項の装置。
３４．前記シリンダに又、前記頭部の拘束されない縦揺れ運動の所定の角度範囲を生ずるように前記ピストンの互いに対向する側に捕捉した空気溜まりを入れた請求の範囲第３３項の装置。
３５．前記第１制御手段を、前記流体原動機単位のＲＰＭを制限する遠心ブレーキにより構成し、このブレーキに、ハプと一緒に回転できこのハプから半径方向外方に可動なブレーキシュー手段と、前記ハプが所定のＲＰＭで回転するまで前記シュー手段の実質的に半径方向外向きの運動を妨げるばね手段と、所定のＲＰＭを越えた後前記シュー手段に接触できるブレーキライニング手段とを設けた請求の範囲第２５項の装置。
３６．風力駆動回転子を持ち所定の上方及び下方の限度間の実質的に水平方向の軸線のまわりの縦揺れ運動をするように支えた頭部と、この頭部の権揺れ運動の割合を制御する制御手段とを包含する風力駆動装置。
３７．前記制御手段に、前記頭部の縦揺れ運動に応答して内部で可動なピストンを持つ流体圧シリンダを設けた請求の範囲第３６項の装置。
３８．前記ピストンを前記の上方及び下方の限度を生ずる手段を互いに対向する端部に持つピストン棒に支えた請求の範囲第３７項の装置。
３９．前記手段を、前記ピストン棒に取付けられ前記シリンダの各端部に接触できる緩衝体により構成した請求の範囲第３８項の装置。
４０．前記シリンダを実質的に水平に枢動自在に取付け、このシリンダにより前記ピストン棒の一端部を前記頭部に枢動自在に連結しこの頭部の縦揺れ運動に関与するようにした請求の範囲第３７項の装置。
４１．前記ピストンに貫通路を設け、前記シリンダ内で前記ピストンが動くときにこのピストンの互いに対向する側に前記通路を経て可動な作動流体を入れた請求の範囲第４０項の装置。
４２．前記シリンダに又、前記頭部の拘束されない縦揺れ運動の所定の角度範囲を生ずるように前記ピストンの互いに対向する端部に捕捉した空気溜まりを入れた請求の範囲第４１項の装置。
４３．風力駆動回転子を持ち所定の上方及び下方の限度間の実質的に水平方向の軸線のまわりの縦揺れ運動を生ずるように支えた頭部と、この頭部の縦揺れ運動の割合を制御する制御手段とを備え、この制御手段により．前足頭部の所定の角度範囲の実質的に拘束されない縦揺れ運動を生じ、そしてこの縦揺れ運動が前記の所定の角度範囲を越えると前記頭部の制動された縦揺れ運動か生ずるようにした風力駆動装置。
４４．風力駆動回転子を持ち実質的に上下方向の軸線のまわりの首振り運動を生ずるように支えた頭部と、この頭部の首振り運動の割合を制御する制御手段とを備え，この制御手段により、前記頭部の所定の角度範囲の実質的に拘束されない首振り運動を生じ、そしてこの首振り運動が前記の所定の角度範囲を越えると前記頭部の制動された首振り運動が生ずるようにした風力駆動装置。
４５．制御制御手段にさらに、過度の首振り割合を防ぐように首振り運動の割合を制限するブレーキ手段を設けた、請求の範囲第４４項の装置。
４６．風力回転子を持ち実質的に上下方向のまわりの首振り運動を生ずるように支えた頭部と、この頭部の首振り運動の割合を制御する制御手段とを備え、この制御手段に、前記頭部の風力駆動の首振り運動に応答して流体庄原動機を駆動する流体ポンプ単位を設けて成る風力駆動装置。
４７．前記制御手段に、過度の首振り割合を防ぐように前記頭部の管振り運動の割合を制限するブレーキ手段を設けた請求の範囲第４６項の装置。
４８．前記流体原動機単位を作動流体を供給する流体ポンプとして駆動し前記流体ポンプ単位を流体原動機として駆動するようにする電動機と、前記流体原動機により駆動され前記頭部の方位角方位を変える方位変え手段と、風向きに対する前記頭部の方位角方位が所定の角度範囲を越えると前記電動機を付勢する付勢手段とをさらに備えた請求の範囲第４６項の装置。